DE2813078B1

DE2813078B1 - Einrichtung zur Weg- und Geschwindigkeitsmessung bei spurgebundenen Fahrzeugen

Info

Publication number: DE2813078B1
Application number: DE19782813078
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl-Ing Uebel
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1978-03-25
Filing date: 1978-03-25
Publication date: 1979-04-19
Also published as: YU70579A; CH641895A5; DE2813078C2; ES478926A1; YU41857B

Description

Anspruchs 1.
Zur Weg- und Geschwindigkeitsmessung bei spurgebundenen Fahrzeugen, insbesondere Schienenfahrzeugen, ist es bekannt, die Zahl der mittels Radimpulsgeber gemessenen Umdrehungen eines oder mehrerer Räder auszuwerten. Dabei ist es vorteilhaft, die Messung der Umdrehungszahl an solchen Rädern vorzunehmen, die weder angetrieben noch gebremst sind, da dort praktisch kein Gleiten oder Schleudern auftritt, das zu Fehlern in der Weg- und Geschwindigkeitsmessung führt.
Da viele moderne Schienenfahrzeuge nur noch angetriebene und gebremste Räder besitzen, die in der Beschleunigungsphase und in der für die Sicherheit wichtigen Bremsphase schleudern oder gleiten können, muß eine Methode gefunden werden, welche auch hier die Weg- und Geschwindigkeitsmessung mit der erforderlichen Genauigkeit gestattet.
Neben teuren berührungsfreien Weg- und Geschwindigkeitsmeßverfahren, die optisch oder auf Basis des Doppler-Radars arbeiten und sich zum Teil noch im Entwicklungsstadium befinden, ist eine Einrichtung bekanntgeworden und in der DE-OS 24 01 363 beschrieben, die mittels eines Korrekturverfahrens die durch Schleudern und Gleiten hervorgerufenen Fehler bei der Auswertung der Zahl der Radumdrehungen zu eliminieren sucht.
Es wird bei dieser Einrichtung ein mit dem Radimpulsgeber lose gekoppelter steuerbarer Oszillator verwendet, dessen Frequenz der Folgefrequenz der Wegimpulse nachläuft. Weicht bei einem Schleuder-oder Gleitvorgang die Folgefrequenz der Wegimpulse von der Oszillatorfrequenz plötzlich stärker ab, so kann der Oszillator seine Frequenz nicht mehr nachführen und es wird anstatt der Folgefrequenz der Wegimpulse vorübergehend die Oszillatorfrequenz zur weiteren
Weg- und Geschwindigkeitsmessung ausgewertet. Zusätzlich wird die Oszillatorfrequenz, je nachdem, ob ein Schleuder- oder ein Gleitvorgang festgestellt wird, entsprechend einer Kurve geändert. die von Funktionsgeneratoren nach den bekannten Beschleunigungs- und Bremseigenschaften des betreffenden Fahrzeuges erzeugt wird.
Diese bekannte Einrichtung gestattet es, ohne ein zusätzliches radunabhängiges Weg- und Geschwindigkeitsmeßsystem die Genauigkeit der Ortung zu erhöhen. Es ist jedoch bei dieser Einrichtung möglich, daß, vor allem bei länger andauernder Schleuder- oder Gleitvorgängen, die Änderung der Folgefrequenz der Wegimpulse auf den steuerbaren Oszillator durchschlägt und dort eine nicht erwünschte Frequenzänderung hervorruft. Außerdem ist es vom Sicherheitsaspekt her problematisch, ohne Kontrolle der tatsächlichen Änderung der Fahrzeuggeschwindigkeit, diese in Form von auf Erfahrunswerten beruhenden Kurven zu simulieren und der Weg- und Geschwindigkeitsmessung zugrundezulegen.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine einfache Einrichtung zur Weg- und Geschwindigkeitsmessung zu schaffen, welche eine genauere Ortung zuläßt als die bekannte Einrichtung und dazuhin der Messung nur ständig kontrollierte Größen zugrundelegt.
Eine Einrichtung, welche die Aufgabe der Erfindung löst, ist im Kennzeichen des Anspruchs 1 beschrieben.
Mit dieser Einrichtung kann auch im Falle des Schleuderns oder Gleitens aller mit Radimpulsgebern gekoppelten Räder eines Fahrzeuges dessen Beschleunigung und damit auch der Verlauf seiner Geschwindigkeitskurve sowie der zurückgelegte Weg mit hinreichender Genauigkeit ermittelt werden.
Die Korrektur der Meßwerte des Inertial-Beschleunigungsmessers durch die die Radimpulsfolgefrequenz auswertende Schaltung ermöglicht es, die durch die Streckenneigung hervorgerufene Hangbeschleunigung, welche vom Inertial-Beschleunigungsmesser mitgemessen wird, zu eliminieren und auf diese Weise die Fahrzeuggeschwindigkeit und den zurückgelegten Weg zumindest für eine gewisse Zeit völlig unabhängig von der Zahl der Radumdrehungen zu ermitteln. Dies kann auf einfache Weise, wie in Anspruch 2 beschrieben, unter Verwendung zweier Subtrahierschaltungen geschehen.
Weiterbildungen der Einrichtung nach der Erfindung sind in den Ansprüchen 3 und 4 beschrieben. Sie geben einfache Möglichkeiten an, um den Wert der Hangbeschleunigung von Verfälschungen durch Schlupf frei zu halten.
Eine Ausgestaltung der Einrichtung nach der Erfindung ist Gegenstand des Anspruchs 5 und bezweckt auftretenden Schlupf mittels verschiedener Kriterien möglichst frühzeitig zu erkennen.
In den Ansprüchen 6 und 7 ist eine Möglichkeit zur Ausschaltung der bei der Integration des vom Inertial-Beschleunigungsmesser abgegebenen Meßwertes auftretenden Drift angegeben. Hierdurch wird die Genauigkeit der Weg- und Geschwindigkeitsmessung wesentlich erhöht. Eine weitere, die Sicherheit erhöhende Maßnahme ist Gegenstand des Anspruchs 8.
Anhand einer Figur sollen nun Aufbau und Wirkungsweise eines Ausführungsbeispiels der Einrichtung nach der Erfindung beschrieben werden.
Die Figur zeigt einen Inertial-Beschleunigungsmesser Bs, dessen Ausgangssignal a einer ersten und einer zweiten Subtrahierschaltung SUl und SU2 zugeführt wird. Ferner sind zwei Radimpulsgeber RA 1 und RA 2 dargestellt, deren Impulsfolge zunächst in den Differenziergliedern DF1 und DF2 differenziert und dann einer Auswahlschaltung AS zugeführt wird, welche, je nachdem, ob gebremst oder beschleunigt wird, die größere oder die kleinere der beiden Radimpulsfolgefrequenzen einem weiteren Differenzierglied DF3 zur Gewinnung eines Beschleunigungswertes b zuführt.
In der ersten Subtrahierschaltung SU1 wird der aus der Radimpulsfolgefrequenz gewonnene Beschleunigungswert b von dem durch den Intertial-Beschleunigungsmesser gelieferten Beschleunigungswert a subtrahiert und damit ein Beschleunigungswert c gewonnen, der die durch die jeweilige Streckenneigung hervorgerufene Hangbeschleunigung wiedergibt. Der Wert der Hangbeschleunigung c wird über eine Begrenzerschaltung BG 1, einen Relaiskontakt S1 und einen Tiefpaß TP der zweiten Subtrahierschaltung S2 zugeführt und dort von dem durch den Intertial-Beschleunigungsmesser gelieferten Beschleunigungswert a subtrahiert.
Die nach der Subtraktion verbleibende einfach korrigierte Beschleunigung bk wird dann in einer dritten Subtrahierschaltung 5U3 einer zweiten Korrektur, der Driftkorrektur, unterzogen und schließlich in zwei in Reihe geschaltete Integrierschaltungen IS 1, IS2 eingespeist, von denen die erste durch eine erste Integration einen korrigierten Geschwindigkeitswert Vkorr, die zweite durch nochmalige Integration einen korrigierten Weg Ski, aus der korrigierten Beschleunigung bzw. dem Geschwindigkeitswert VkO"gewinnt.
Die Driftkorrektur erfolgt durch Subtraktion eines Wertes Räder in einer vierten Subtrahierschaltung SU4 gewonnen wird und dem Unterschied zwischen korrigierter Geschwindigkeit und durch die Radimpulsgeber gewonnener Geschwindigkeit proportional ist, von der korrigierten Beschleunigung. Dieser Wert wird von der vierten Subtrahierschaltung 5U4 über eine Begrenzerschaltung BG2 einem Relaiskontakt S2 und einem Verstärker VS der dritten Subtrahierschaltung SU3 zugeführt. Mit Hilfe des Relaiskontaktes S2, der, wie der Relaiskontakt S1 von einer Schlupferkennungsschaltung SE angesteuert wird, kann bei erkanntem Schlupf die Driftkorrektur abgeschaltet werden. Der Relaiskontakt S1 trennt gleichzeitig das die Hangbeschleunigung wiedergebende Signal c vom Eingang des Tiefpasses ab. Am Ausgang des Tiefpasses erscheint dann für eine gewisse Zeit weiterhin das zuletzt abgegebene Signal. Wird die Grenzfrequenz des Tiefpasses sehr niedrig gewählt - dies ist zulässig, da Änderungen der Streckenneigung gegenüber anderen Beschleunigungsänderungen sehr langsam erfolgen -, so wirkt der Tiefpaß wie ein Speicher, aus dem in Phasen auftretenden Schlupfes, während derer aus der Zahl der Radumdrehungen kein brauchbarer Wert für die Hangbeschleunigung gewonnen werden kann, ersatzweise der vor dem Auftreten des Schlupfes ermittelte Wert für die Hangbeschleunigung entnommen und der Subtrahierschaltung SU2 zugeführt werden kann.
Die Schlupferkennungsschaltung SE besteht im wesentlichen aus Vergleichern und einem Oder-Gatter.
Ein erstes Vergleicherpaar vergleicht den Wert der Hangbeschleunigung mit fest vorgegebenen, die maximale positive und die maximale negative Streckenneigung wiedergebenden Werten. Wird einer dieser Werte überschritten, so wird Schlupf angezeigt, Ein anderer Vergleicher vergleicht die Radimpulsfolgefrequenzen der beiden Radimpulsgeber und signalisiert Schlupf, wenn diese sich um mehr als einen vorgegebenen Toleranzwert unterscheiden. Ein weiterer Vergleicher vergleicht die korrigierte Fahrzeuggeschwindigkeit mit der durch die Radimpulsgeber festgestellten Geschwindigkeit und meldet Schlupf, wenn diese Geschwindigkei- ten sich um mehr als einen vorgegebenen Toleranzwert unterscheiden. Jede Schlupfmeldung, ganz gleich, ob sie einzeln oder zusammen mit anderen Schlupfmeldungen erfolgt, führt zur Öffnung der Relaiskontakte S1 und S2.

Claims

Patentansprüche: 1. Einrichtung zur Weg- und Geschwindigkeitsmessung bei spurgebundenen Fahrzeugen mit mindestens einem Radimpulsgeber, einer die Zahl der Radimpulse und einer die Radimpuls-Folgefrequenz zur Ermittlung des zurückgelegten Weges bzw. zur Ermittlung der Fahrzeuggeschwindigkeit auswertenden Schaltung und einer Schlupferkennungsschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich ein Inertial-Beschleunigungsmesser (BM) und mindestens zwei Integrierglieder (IS1.

IS2) vorgesehen sind, daß letztere die Fahrzeuggeschwindigkeit und den zurückgelegten Weg aus der Inertialbeschleunigung (a) ermitteln und daß eine ständige Korrektur des Wertes der Inertialbeschleunigung mit Hilfe der die Radimpuls-Folgefrequenz auswertenden Schaltung erfolgt, wenn kein Schlupf von mit Radimpulsgebern gekoppelten Rädern durch die Schlupferkennungsschaltung festgestellt wird.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Korrektur der Inertialbeschleunigung (a) durch die di e die Radimpuls-Folgefrequenz auswertende Schaltung eine erste Subtrahierschaltung (SUl) zur Ermittlung der Hangbeschleunigung (c) als Differenz von Inertialbeschleunigung (a) und aus der Radimpuls-Folgefrequenz gewonnener Fahrzeugbeschleunigung (b) und eine Subtrahierschaltung (SU2) zur Subtraktion der Hangbeschleunigung (c) von der Inertialbeschleunigung vorgesehen sind.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zwischenspeicher (TP) zur zeitlich begrenzten Speicherung des Wertes (c)der Hangbeschleunigung vorgesehen ist und ein diesem eingangsseitig vorgeschalteter Schalter (S1), welcher von der Schlupferkennungsschaltung beaufschlagt wird und den Eingang des Zwischenspeichers sperrt, wenn Schlupf erkannt wird.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Zwischenspeicher ein Tiefpaß (TP) verwendet wird, dessen Ausgang mit der zweiten Subtrahierschaltung (SU2) verbunden ist.
5. Einrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung zur Schlupferkennung mehrere Vergleicher enthält, welche erkannten Schlupf signalisieren, wenn die von der ersten Subtrahierschaltung ermittelte positive oder negative Hangbeschleunigung größer ist als ein vorgegebener, von der maximalen Streckenneigung abhängiger Wert, oder wenn sich bei Verwendung von zwei oder mehr Radimpulsgebern die Radimpuls-Folgefrequenz um mehr als einen Toleranzwert unterscheiden oder wenn sich die aus der Radimpuls-Folgefrequenz gewonnene Geschwindigkeit von der korrigierten, aus der Inertialbeschleunigung (a)gewonnenen Geschwindigkeit um mehr als einen Toleranzwert unterscheidet.
6. Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß, wenn kein Schlupf festgestellt wird, eine zusätzliche Korrektur des Wertes der um die Hangbeschleunigung verminderten Inertialbeschleunigung vorgenommen wird und daß diese zusätzliche Korrektur in einer dritten Subtrahierschaltung (SU3) durch Subtraktion einer Korrekturgröße (d) erfolgt, die der Differenz aus korrigierter Fahrzeuggeschwindigkeit und aus der Radimpulsfolgefrequenz gewonnener Geschwindigkeit proportional ist.
7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung der Korrekturgröße eine vierte Subtrahierschaltung (SU4) und ein Verstärker (VS) vorgesehen sind, daß dem Verstärker eingangsseitig ein zweiter Schalter (S2) vorgeschaltet ist, daß, wenn kein Schlupf festgestellt wird, die in der vierten Subtrahierschaltung (SU4) gewonnene Differenz aus korrigierter Fahrzeuggeschwindigkeit und aus der Radimpulsfolgefrequenz gewonnener Geschwindigkeit über den geschlossenen zweiten Schalter dem Verstärker und von dort, multipliziert mit einem Faktor, der dritten Subtrahierschaltung (SU3) zugeführt wird und daß im Falle festgestellten Schlupfes der zweite Schalter von der Schlupferkennungsschaltung geöffnet und damit die zusätzliche Korrektur unterbrochen wird.
8. Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung mehrerer Radimpulsgeber eine Auswahlschaltung (AS) vorgesehen ist, die beim Bremsen die größte und beim Beschleunigen die kleinste Radimpulsfolgefrequenz als richtig ansieht und zur Ermittlung der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Fahrzeugbeschleunigung weiterleitet.

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Weg- und Geschwindigkeitsmessung gemäß dem Oberbegriff des