DE4411029A1 - Vorrichtung für Schienenfahrzeuge zur Messung ihrer Geschwindigkeit - Google Patents
Vorrichtung für Schienenfahrzeuge zur Messung ihrer GeschwindigkeitInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für Schienenfahrzeuge
zur Messung ihrer Geschwindigkeit gemäß dem Oberbegriff des
ersten Anspruchs.
Meßvorrichtungen, die berührungslos die Geschwindigkeit eines
Fahrzeugs über Grund unter Verwendung von den Dopplereffekt
ausnutzenden Radarsensoren erfassen, sind z. B. aus dem 1989
erschienenen VDI Bericht Nr. 741, den Seiten 135-151,
bekannt. Diese Sensoren werden derart am Fahrzeug montiert, daß
ein Radarstrahl auf die Fahrebene gerichtet werden kann und
dessen Reflexionen von einem Empfänger der Meßvorrichtung
erfaßt werden können.
Der Einsatz dieser Meßtechnik erfordert jedoch wegen der
notwendigen umfangreichen Echtzeitsignalverarbeitung sowie zur
Filterung des Meßsignals eine sehr schnelle Mikro- oder
Signalprozessortechnik. Hinzu kommt der Umstand, daß das
reflektierte Signal abhängig von der Charakteristik des
abgestrahlten Strahlenbündels sowie von den
Reflexionseigenschaften des Untergrundes immer ein statistisch
verteiltes Frequenzspektrum aufweist. Die durch den
Neigungswinkel des Strahlenbündels zur Reflexionsebene bedingte
statistische Verteilung dieser diffusen Reflexionen führt
ferner zu einer erheblichen Meßunschärfe, die zwar durch eine
zweistrahlige Ausführung der Sensoranordung, wobei der zweite
Radarstrahl um 90° versetzt auf die Fahrebene gerichtet wird
(sogenannte JANUS-Sensoren), gemindert werden kann. Der dadurch
bedingte höhere Aufwand für die Sensoranordnung insgesamt ist
jedoch recht nachteilig.
Die berührungslose Messung der Fahrzeuggeschwindigkeit über
Grund hat zwar bereits gegenüber der Geschwindigkeitsmessung
durch Erfassung der Radumdrehung den Vorteil, daß Gleit- und
Schlupfeinwirkungen eliminiert werden, jedoch können auch
dadurch nicht alle Störeinflüsse beseitigt werden. Ferner ist
am Einsatz derartiger Geber, die die Drehzahl von
Fahrzeugrädern erfassen, nachteilig, daß zumeist recht lange
elektrische Leitungen zwischen den Gebern und der
signalverarbeitenden Elektronik erforderlich sind, womit ein
erheblicher Installationsaufwand verbunden ist. Das
Geschwindigkeitsmeßsystem zerfällt damit auch in eine Vielzahl
von Einzelkomponenten, was einer bevorzugten kompakten, als
autarkes Einzelgerät ausgebildeten Bauweise entgegensteht.
Bei der Erfassung der Geschwindigkeit von schienengebundenen
Fahrzeugen ist der Umstand besonders problematisch, daß die
anisotropen Reflexionseigenschaften des Untergrundes zu
sprunghaften Änderungen im erfaßten Geschwindigkeitssignal
führen können. Ein Untergrund mit harten
Reflexionseigenschaften, wie er z. B. bei Brücken aus metallischen
Werkstoffen oder durch flächige Wasserbenetzungen gegeben ist,
kann zu einem Totalausfall des Reflexionssignals führen, da die
reflektierte Welle von der Einstrahlrichtung völlig
weggespiegelt wird. Dopplerradarsensoren brauchen jedoch für
ihre Funktionsfähigkeit einen Untergrund von streuender
Wirkung, wobei es für das Meßsignal nicht so sehr auf die
Amplitude der reflektierten Signale ankommt, solange diese
größer als die Empfindlichkeit des Empfängers ist, sondern auf
die Phasenlage der empfangenen Signale gegenüber der
Sendefrequenz.
Ferner kann es infolge der Änderung der Belageigenschaften zu
einem Teilverlust der Meßwertinformation kommen. Besonders
auffällig wird dieses Problem beim grenzüberschreitenden
Schienenverkehr, da die Reflexionseigenschaften des
Untergrundes durch die Verwendung unterschiedlicher Baustoffe
erheblich voneinander abweichen. Konstanten, die zur Auswertung
und Interpretation des gemessenen Radarsignals in der
Meßvorrichtung hinterlegt sind, können nicht ohne weiteres
weiterverwendet werden. Eine Anpassung der Systemkonstanten ist
zur Beibehaltung der gewünschten Meßgenauigkeit zwingend
erforderlich.
Außerdem versagen Radardopplersensoren unterhalb einer
bestimmten Mindestgeschwindigkeit von z. B. v<1,5 km/h und sind
bis zu v = 10 . . . 15 km/h mit einer so großen Meßungenauigkeit
behaftet, daß bei Langsamfahrten z. B. im Bahnhofsbereich kein
ausreichend zuverlässiges Geschwindigkeitssignal gewonnen
werden kann. Dieses ist jedoch äußerst nachteilig, da für eine
zeilgenaue Bremsung durch eine automatische Fahr- und
Bremssteuerung (AFB) sowie bei Beharrungsfahrten ein möglichst
schlupffrei erfaßtes translatorisches Geschwindigkeitssignal
auch im untersten Geschwindigkeitsbereich zur Verfügung stehen
muß. Die Linienzugbeeinflussung (LZB), die den genauen Weg
benötigt, muß ebenfalls auf alle Geschwindigkeitssignale
zugreifen können, auch auf die im untersten Wertebereich.
Es wurde daher bereits überlegt, das Geschwindigkeitssignal
durch Integration der Fahrzeugbeschleunigung zu gewinnen.
Nachteilig an der Verwendung eines in Fahrtrichtung
angeordneten Beschleunigungssensors ist jedoch der Umstand, daß
Steigungs- oder Gefällstrecken einen Anteil des Vektors der
Erdbeschleunigung g in die Fahrbahnebene projizieren, so daß
dem Nutzsignal ein erheblicher Störeinfluß überlagert wird.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, eine
gattungsgemäße Geschwindigkeitsmeßvorrichtung derart zu
verbessern, daß eine höhere Betriebssicherheit und eine größere
Genauigkeit bei der Messung der Geschwindigkeit erlangt wird.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des ersten Anspruchs
gelöst. Die abhängigen Ansprüche zeigen vorteilhafte
Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Lösung.
Die Lösung geht von der gleichzeitigen Verwendung von zwei
Sensoranordnungen aus, die jeweils nach völlig
unterschiedlichen Wirkprinzipien berührungslos die
Geschwindigkeit des Fahrzeugs erfassen. Die erste
Sensoranordnung besteht aus mindestens einer Sende- und
Empfangseinheit und nutzt zur Geschwindigkeitserfassung den
Dopplereffekt aus. Vorzugsweise kommen zur Realisierung für
diese erste Sensoranordnung Radardopplermodule in Betracht, wie
beispielsweise der eingangs erwähnte Janus-Sensor. Die zweite
Sensoranordnung besteht aus einem mindestens zweidimensionalen
Beschleunigungssensor, der in der Fahrzeuglängsebene angeordnet
und vorzugsweise aus zwei orthogonal zueinander angeordneten
einzelnen Beschleunigungssensoren realisiert ist. Die
Fahrzeuglängsebene bezeichnet hier eine sowohl zur
Bewegungsrichtung des Fahrzeugs parallele als auch zur
Aufstandsfläche des Fahrzeugs senkrecht stehende Ebene.
Da beide Sensoranordnungen für sich allein genommen den an
Geschwindigkeitserfassungsvorrichtungen für Schienenfahrzeuge,
insbesondere für moderne Hochgeschwindigkeitszüge, gestellten
Anforderungen prinzipiell nicht gerecht werden können, weil sie
in manchen Fahrsituationen eine genaue
Geschwindigkeitserfassung einfach nicht ermöglichen, wird hier
die Kombination beider Sensoranordnungen vorgeschlagen, wobei
dem Geschwindigkeitssignal, welches von der ersten
Sensoranordnung ermittelt wird, für die Auswertung und
Registrierung des Fahrzeuggeschwindigkeitssignals der Vorrang
eingeräumt wird. Bei einer auffälligen Veränderung des von der
ersten Sensoranordnung erfaßten Geschwindigkeitssignals,
insbesondere also bei einem unstetigen Verlauf, wird das
Geschwindigkeitssignal der zweiten Sensoranordnung dazu
verwendet, die Meßlücke im Geschwindigkeitssignal von der
ersten Sensoranordnung zu schließen. Aus gerätetechnischen
Gründen ist es sinnvoll, beide Sensoranordnungen in einer
Baueinheit zu integrieren. Damit wird ein kompaktes Stand-alone-
Gerät geschaffen.
Die Meßlücke im Verlauf des Geschwindigkeitssignal von der
ersten Sensoranordnung kann unterschiedlicher Qualität sein.
Ist der Untergrund von einer solchen Beschaffenheit, daß das
von der Sensoranordnung ausgesandte Signal nicht gestreut,
sondern hart weggespiegelt wird, kann der räumlich zumeist nahe
am Sender angeordnete Empfänger der Sensoranordnung kein
Reflexionssignal erfassen. Es kommt also zu einem Totalausfall.
Die Meßlücke muß durch das Geschwindigkeitssignal der zweiten
Sensoranordnung für die Dauer des Signalausfalls geschlossen
werden.
Andererseits kann sich der Verlauf des von der ersten
Sensoranordnung erfaßten Geschwindigkeitssignals infolge einer
Änderung der Beschaffenheit des Fahrbodens sprunghaft ändern,
ohne dabei total auszufallen. Eine sprunghafte Änderung des
Geschwindigkeitsverlaufs ist jedoch aufgrund der großen trägen
Masse eines Schienenfahrzeugs physikalisch nicht plausibel. In
einem solchen Fall muß der Geschwindigkeitsverlauf unter
Zuhilfenahme und Auswertung der Beschleunigungsmeßwerte
korrigiert werden. Wann eine Korrektur zu erfolgen hat, ist
durch die Festlegung von Schwellwerten zu definieren. Wird der
zulässige Toleranzbereich verlassen, gelangen nicht die
Meßwerte von der ersten Sensoranordnung zur Registrierung,
sondern diejenigen aus den Signalen der zweiten
Sensoranordnung.
Wenn der Toleranzbereich für zulässige Änderungen im Verlauf
der Geschwindigkeit der ersten Sensoranordnung für längere Zeit
verlassen wird, d. h. länger als eine festgelegte Zeit andauert,
werden aus der Abweichung der Geschwindigkeitssignale von
beiden Sensoranordnungen neue Systemkonstanten für die
Auswertung der Signale der ersten Sensoranordnung errechnet und
zur Anwendung gebracht. Zu den Systemkonstanten zählt
beispielsweise der Bodenkorrekturfaktor. Ziel der Nachregelung
der Systemparameter ist damit die bestmögliche Anpassung des
Radarmeßsignals an den aus den Beschleunigungswerten
ermittelten Geschwindigkeitsverlauf. Diese Zielvorgabe setzt
jedoch voraus, daß die Beschleunigungswerte mit hoher
Genauigkeit erfaßt werden. Hierzu sind sehr hohe Anforderungen
an die Beschleunigungssensoren zu stellen.
In verschiedenen Anwendungen ist es sinnvoll, die zweite
Sensoranordnung um die dritte räumliche Erfassungsrichtung, die
in der Fahrebene quer zur Fahrzeuglängsachse weist, zu
erweitern. Dazu wird ein weiterer Beschleunigungssensor
orthogonal zu den beiden ersten angeordnet. Mit dem dritten
Beschleunigungssensor können die Querkräfte während einer
Kurvenfahrt erfaßt werden sowie der Anteil der Erdgravitation
quer zur Fahrzeuglängsachse, z. B. auf entsprechend geneigter
Fahrebene.
Der Geschwindigkeitsverlauf aus den Signalen der ersten
Sensoranordnung wird vorzugsweise derart gewonnen, daß die
erfaßten Meßsignale über eine festgelegte Meßperiode gemittelt
werden. Die Integrationszeit kann dabei beispielsweise 200 ms
betragen. Zeigt sich nun, daß sich die Beschleunigung in
Fahrtrichtung sehr schnell verändert, so kann die eingestellte
Integrationszeit für die erste Sensoranordnung zu lang sein, um
genaue Meßwerte zu liefern. Ihre Meßwerte bleiben hinter dem
tatsächlichen Geschwindigkeitsverlauf mit einem nicht mehr
tolerierbaren Fehler zurück. Deshalb wird vorgeschlagen, die
Beschleunigungsänderung daraufhin zu überprüfen, ob sie
unterhalb einer festgelegten, an die Integrationszeit der
ersten Sensoranordnung angepaßten Schwelle bleibt. Andernfalls
wird die Integrationszeit verringert, um das Reaktionsvermögen
der ersten Sensoranordnung zu verbessern.
Mechanische Schwingungen und diverse Erschütterungen während
des Fahrbetriebs führen dazu, daß den
Beschleunigungsmeßsignalen ein ständiger Rauschpegel überlagert
ist. Zur Unterdrückung dieses Störanteils wird das Meßsignal
Filteranordnungen zugeleitet, was wiederum zur Verbesserung der
Meßgenauigkeit beiträgt.
Beide Sensoranordnungen erfassen kontinuierlich zyklisch und
unabhängig voneinander die Fahrzeuggeschwindigkeit, wobei jeder
Meßzyklus beispielsweise das Zeitintervall ΔT umfasse. Hier
soll in einer ersten Betrachtung angenommen werden, daß sich
das Fahrzeug in einer ungeneigten Ebene bewegt. Für die
Registrierung des Geschwindigkeitssignals wird in jedem
Meßzyklus zunächst ermittelt, ob in Fahrzeuglängsrichtung eine
Beschleunigung aL detektiert wurde. Ist das nicht der Fall, d. h.
aL = 0, und ist das von der ersten Sensoranordnung ermittelte
Geschwindigkeitssignal v plausibel, so wird der
Geschwindigkeitswert v(ΔT(n-1)) vom Ende des vorausgegangenen
Meßintervalls fortgeschrieben, d. h. für den zu registrierenden
Geschwindigkeitswert gilt: v(ΔT(n)) = v(ΔT(n-1)). Wenn eine
von Null verschiedene Beschleunigung aL festgestellt wird,
ergibt sich die neue zu registrierende Geschwindigkeit zu
v(ΔT(n)) = v(ΔT(n-1)) + aL *T.
Dieser formelmäßige Zusammenhang verdeutlicht die
Vorteilhaftigkeit der erfindungsgemäßen Kombination beider
Sensorvorrichtungen. Selbst wenn die erste Sensoranordnung mit
ihrem Radarsensormodul z. B. bei sehr kleinen Geschwindigkeiten
nicht mehr in der Lage ist, ein genaues oder überhaupt ein
Meßsignal zu liefern, kann durch den Einsatz der zweiten
Sensoranordnung mit den Beschleunigungssensoren die
Geschwindigkeit bis zum Stillstand des Fahrzeugs erfaßt werden.
Voraussetzung ist jedoch, daß entsprechend empfindliche
Beschleunigungssensoren eingesetzt werden.
Wie eingangs erwähnt, überlagern sich auf geneigter Fahrbahn
dem Beschleunigungssignal Anteile der Erdgravitation. Um diesen
Anteil zu erkennen und letztlich auch eine Aussage über die
Richtung der Neigung der Fahrebene zu erhalten, ob also eine
Steigungs- oder Gefällstrecke vorliegt, wird vorgeschlagen, die
zweite Sensoranordnung, die fest mit dem Fahrzeug verbunden
ist, mit mindestens zwei orthogonal zueinander angeordneten
Beschleunigungssensoren auszustatten, wobei ein
Beschleunigungssensor die Vertikalbeschleunigung aV erfaßt und
der zweite in Fahrzeuglängsrichtung angeordnet ist. Der auf
einer Neigungsstrecke von der Erdgravitation g in die Fahrebene
projizierte Anteil aG an der Fahrzeuglängsbeschleunigung aL
beträgt dem Betrage nach die Wurzel aus der Differenz g² - aV².
Um die tatsächliche Fahrzeugbeschleunigung aF zu erhalten, ist
auf einer Gefällstrecke der Anteil aG zur
Fahrzeuglängsbeschleunigung aL hinzu zu addieren und für eine
Steigungsstrecke von dieser zu subtrahieren.
Für die Neigungserkennung wird vorgeschlagen, Mittel
vorzusehen, die prüfen, ob in dem betrachteten Meßintervall
eine vertikal zur Fahrebene gerichtete Beschleunigung aV vom
Betrage kleiner als g detektiert wurde. Ist das der Fall, so
befindet sich das Fahrzeug auf einer geneigten Fahrebene. Mit
diesem Prüfschritt ist eine geneigte Fahrebene zunächst
grundsätzlich erkennbar. Diese Abfrage kann auch dadurch
erfolgen, daß die beiden Meßwerte aL und aV in folgendes
Gleichungssystem eingesetzt werden:
Falls |aF⁺ - aF -| < 0, folgt daraus, daß die Fahrbahnebene
geneigt ist.
Um das Vorzeichen der Neigung zu ermitteln, d. h. um die
Unterscheidung zwischen einer Steigungs- und einer
Gefällstrecke zu treffen, werden Mittel vorgesehen, die prüfen,
ob |aF⁺| - |aR| ≅ 0 oder |aF -| - |aR| ≅ 0 ist, wobei aR die
Beschleunigung ist, die aus der Geschwindigkeitsveränderung
innerhalb einer Meßperiode ΔT ermittelt wird, wobei diejenigen
Geschwindigkeitssignale zugrunde gelegt werden, die von der
ersten mit Radar arbeitenden Sensoranordnung als v(ΔT(n-1))
und v(ΔT(n)) erfaßt wurden. Gilt v(ΔT(n)) = v(ΔT(n-1)), müssen
für die Vorzeichenerkennung der Neigung weitere
Plausibilitätsbetrachtungen erfolgen. Andernfalls bedeutet
|aF⁺| - |aR| ≅ 0, daß eine Gefällstrecke vorliegt. |aF -| -
|aR| ≅ 0 zeigt dann eine Steigungsstrecke an.
In der bevorzugten Ausführung der Meßvorrichtung sind Mittel
vorgesehen, die allen künftig erfaßten Geschwindigkeitssignalen
das ermittelte Vorzeichen der Neigung zuordnen, solange Neigung
mit dem gleichen Richtungssinn erkannt wird. Erst wenn keine
Neigung mehr erkannt wird oder ein Richtungswechsel der Neigung
erfolgt, wird dieses "flag" zurückgesetzt.
Die beschriebene Vorgehensweise zur Neigungserkennung soll
anhand eines Beispiels verdeutlicht werden. Ein Zug fahre auf
einer um 1° geneigten Strecke bergab und bremst dabei mit aL =
-1,92 m/s². Zu Beginn der zu betrachtenden Meßperiode habe der
Zug eine Geschwindigkeit von v(ΔT(n-1)) = 40,8 m/s (147 km/h).
Das ist der Wert, der am Ende der vorangegangenen Meßperiode Δ
T(n-1) von der ersten Sensoranordnung mittels der Radarmessung
ermittelt wurde. Es wird angenommen, daß ein Meßzyklus ΔT = 1
s dauere. Am Ende der Meßperiode stellt der Radarsensor eine
Geschwindigkeit von v(ΔT(n)) = 38,9 m/s (140 km/h) fest. Für
diese Integrationszeit von 1 s errechnet sich die
Fahrzeugbeschleunigung aR zu aR = (38,9 m/s - 40,8 m/s )/1,0 s
= -1,90 m/s². Im gleichen Meßzyklus stellt die zweite
Sensoranordnung mit ihren Beschleunigungssensoren folgende
Werte fest: aL = -1,76 m/s² und aV = g*cos 1° ≈ 9,8085 m/s².
Damit ergibt sich für aF+ -1,76 m/s² - 0,17 m/s² = -1,93
m/s² und für aF - ≅ -1,76 m/s² + 0,17 m/s² = -1,59 m/s². Die
Werte von aF⁺ und aF - weichen voneinander ab, daher wird der
Schluß gezogen, daß grundsätzlich Neigung vorliegt. Durch
Vergleich mit der aus den Geschwindigkeitswerten der ersten
Sensoranordnung ermittelten Beschleunigung aR ergibt sich, daß
der Wert aF⁺ ≅ -1,93 m/s² der glaubwürdigere ist. Die
Betrachtung |aF⁺| - |aR| ≅ 0 zeigt, daß es sich um eine
Gefällstrecke handeln muß. Im Speicher wird bis zu einem
Vorzeichenwechsel ein "+" als Indikator für positive Neigung
gespeichert.
Die gefundene Lösung der Kombination einer mit einem
Radardopplermodul ausgerüsteten Geschwindigkeitsmeßvorrichtung
zusammen mit einer mindestens zweidimensionalen
Beschleunigungsmeßvorrichtung erhöht die Betriebssicherheit und
verbessert die Genauigkeit herkömmlicher
Geschwindigkeitsmeßvorrichtungen, indem Geschwindigkeiten bis
zum Stillstand des Fahrzeugs sicher erfaßt werden, kurzzeitige
wie auch anhaltende Ausfälle und Störungen des Radarmeßsignals
erkannt und korrigiert werden können und bei sehr hohen
Beschleunigungswerten die Meßgenauigkeit der
Radarmeßvorrichtung durch geeignete Anpassung ihrer
Integrationszeit verbessert werden kann.
Besonders vorteilhaft kann die gefundene Lösung durch die
Verwendung mikromechanischer Beschleunigungssensoren ausgeführt
werden. Mikromechanisch gefertigte Beschleunigungssensoren
zeichnen sich durch ihre kleinen Abmessungen aus. Sie können
praktisch ohne Raumprobleme in bestehende mit einem Radarmodul
ausgestattete Geschwindigkeitsmeßgeräte integriert werden. Da
diese Art von Beschleunigungssensoren für andere Zwecke in
großen Stückzahlen gefertigt werden, sind sie als Massenprodukt
preisgünstig verfügbar. Zur Selbstüberwachung ihrer
Funktionsfähigkeit kann in Anwendungsfällen mit sehr hohen
Anforderungen an die Betriebssicherheit diese zweite
Sensoranordnung auch mehrfach mit Beschleunigungssensoren je
Erfassungsrichtung bestückt sein, ohne den Rahmen für die
Kosten des gesamten Geschwindigkeitsmeßgeräts in
absatzgefährdender Weise zu überschreiten.
Anhand von 3 Figuren sollen die Erläuterungen zum
Erfindungsgegenstand noch kurz ergänzt werden.
Fig. 1 zeigt in zweidimensionaler Darstellung die an einem
Fahrzeug angreifenden Beschleunigungskomponenten, wenn sich das
Fahrzeug 14 auf einer geneigten Fahrebene 1 bewegt. aV ist die
vertikale Meßkomponente, aL die Beschleunigungskomponente in
Fahrzeuglängsrichtung, g ist die Erdgravitation, Θ der
Neigungswinkel der Fahrebene, und damit auch der Winkel
zwischen den Vektoren aL und aV.
Fig. 2 zeigt einen durch Änderungen in der Beschaffenheit des
Fahrgrundes gestörten Geschwindigkeitsverlauf 2, wie er von der
ersten Sensoranordnung 3 erfaßt wird. Für die Registrierung der
tatsächlichen Fahrzeuggeschwindigkeit v soll die aufgezeigte
Meßlücke 12 durch Signale 13 der zweiten Sensoranordnung 4
überbrückt werden.
In der Fig. 3 ist ein vereinfachtes Blockschaltbild für den
apparativen Aufbau der gefundenen Vorrichtung dargestellt. Die
erste Sensoranordnung 3 beinhaltet einen Sender und einen
Empfänger. Das Radarsignal wird dabei gegen den Schotterboden
des Gleiskörpers abgestrahlt. Mit 5 ist die Strahlungskeule des
Radarsignals angedeutet. Die Sensoranordnung 3 ist mit einem
Oszillator 6 und mit einem Mixer 7 verbunden, wobei letzterer
seine Signale über einen Verstärker 8 an einen Signalprozessor
9 weiterleitet. Ebenfalls an den Signalprozessor angeschlossen
sind die Signalleitungen der zweiten, mit
Beschleunigungssensoren ausgerüsteten Sensoranordnung 4. Im
Signalprozessor laufen die zuvor beschriebenen
Plausibilitätsprüfungen und Berechnungen ab. Der
Signalprozessor 9 gibt ein korrigiertes und überprüftes
Geschwindigkeitsmeßsignal 10 an einen nicht dargestellten
Speicher zur Registrierung ab. Beide Sensoranordnungen sind in
einer Baueinheit 11 integriert, wie es der bevorzugten
Ausführungsform entspricht.
Claims (10)
1. Vorrichtung für Schienenfahrzeuge zur Messung ihrer
Geschwindigkeit, dadurch gekennzeichnet,
daß die Geschwindigkeit des Fahrzeugs durch eine erste und durch eine zweite Sensoranordnung berührungslos erfaßt wird, wobei die erste Sensoranordnung die Geschwindigkeit durch mindestens einen die Reflexionseigenschaften des Fahrbahngrundes ausnutzenden Sensor erfaßt und wobei die zweite Sensoranordnung aus mindestens zwei orthogonal zueinander mindestens in der vertikalen Fahrzeuglängsebene angeordneten Beschleunigungssensoren besteht und die Geschwindigkeit aus demjenigen Beschleunigungssignal ermittelt, das sich parallel zur Fahrebene unter Berücksichtigung des in die Fahrebene projizierten Anteils der Erdbeschleunigung ergibt,
und daß im Falle einer Diskontinuität im Verlauf des Geschwindigkeitssignals der ersten Sensoranordnung das Geschwindigkeitssignal der zweiten Sensoranordnung zur Korrektur des ersten Geschwindigkeitssignals verwendet wird.
daß die Geschwindigkeit des Fahrzeugs durch eine erste und durch eine zweite Sensoranordnung berührungslos erfaßt wird, wobei die erste Sensoranordnung die Geschwindigkeit durch mindestens einen die Reflexionseigenschaften des Fahrbahngrundes ausnutzenden Sensor erfaßt und wobei die zweite Sensoranordnung aus mindestens zwei orthogonal zueinander mindestens in der vertikalen Fahrzeuglängsebene angeordneten Beschleunigungssensoren besteht und die Geschwindigkeit aus demjenigen Beschleunigungssignal ermittelt, das sich parallel zur Fahrebene unter Berücksichtigung des in die Fahrebene projizierten Anteils der Erdbeschleunigung ergibt,
und daß im Falle einer Diskontinuität im Verlauf des Geschwindigkeitssignals der ersten Sensoranordnung das Geschwindigkeitssignal der zweiten Sensoranordnung zur Korrektur des ersten Geschwindigkeitssignals verwendet wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Korrektur des Geschwindigkeitssignals der ersten
Sensoranordnung erfolgt, wenn dieses Geschwindigkeitssignal
unterhalb einer festgelegten Schwelle liegt.
3. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß beide Sensoranordnungen in einer
Baueinheit integriert sind.
4. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß in dem Fall, daß die
Geschwindigkeitssignale beider Sensoranordnungen derart
voneinander abweichen, daß ein für eine zulässige Abweichung
festgelegter Toleranzwert länger als eine festgelegte Dauer
überschritten wird, die Systemkonstanten der ersten
Sensoranordnung derart geändert werden, daß der Verlauf der
Geschwindigkeitssignale der ersten Sensoranordnung auf
bestmögliche Weise dem Verlauf der von der zweiten
Sensoranordnung ermittelten Geschwindigkeit entspricht.
5. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Sensoranordnung um
einen Beschleunigungssensor orthogonal zu den in der
vertikalen Fahrzeuglängsebene angeordneten
Beschleunigungssensoren erweitert wird zur Erfassung von
Beschleunigungen, die von Kräften infolge der Neigung der
Fahrebene quer zur Fahrtrichtung und von Zentripetalkräften
herrühren.
6. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß in dem Fall, daß die zweite
Sensoranordnung einen in Fahrzeuglängsrichtung gerichteten
resultierenden Beschleunigungswert oberhalb einer
festgelegten Schwelle ermittelt, in der ersten
Sensoranordnung die Integrationszeit zur Bildung eines
Mittelwertes von allen innerhalb einer Meßperiode erfaßten
Geschwindigkeitssignalen verringert wird.
7. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der zweiten Sensoranordnung
Filter zugeordnet sind, die die durch mechanische
Vibrationen erzeugten Rauschsignale unterdrücken.
8. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, die zur
Erkennung einer geneigten Fahrebene prüfen, ob in der zu
betrachtenden Meßperiode eine vertikal zur Fahrebene
gerichtete Beschleunigung aV vom Betrage kleiner als die
Erdgravitation g detektiert wurde.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß
Mittel vorgesehen sind, die in dem Fall, daß eine Neigung
der Fahrebene erkannt wurde, prüfen, ob die sich in dem
betreffenden Meßintervall rechnerisch aus den erfaßten
Meßwerten der Längsbeschleunigung aL und der
Vertikalbeschleunigung aV ergebenden Beschleunigungswerte demjenigen Beschleunigungswert aR entsprechen, der sich rechnerisch aus dem Geschwindigkeitssignal der ersten Sensoranordnung ergibt und in dem Fall, daß aF⁺ dem Wert aR am ehesten entspricht, in einem Speicher durch Setzen eines "flags" ein Zeichen für positive Neigung (Gefällstrecke) und im Fall, daß aF - dem Wert aR am ehesten entspricht, ein Zeichen für negative Neigung (Steigungsstrecke) speichern.
Vertikalbeschleunigung aV ergebenden Beschleunigungswerte demjenigen Beschleunigungswert aR entsprechen, der sich rechnerisch aus dem Geschwindigkeitssignal der ersten Sensoranordnung ergibt und in dem Fall, daß aF⁺ dem Wert aR am ehesten entspricht, in einem Speicher durch Setzen eines "flags" ein Zeichen für positive Neigung (Gefällstrecke) und im Fall, daß aF - dem Wert aR am ehesten entspricht, ein Zeichen für negative Neigung (Steigungsstrecke) speichern.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß
Mittel vorgesehen sind, die das Neigungszeichen so lange den
nachfolgend erfaßten Geschwindigkeitssignalen zuordnen, bis
keine Neigung mehr erkannt wird oder ein Richtungswechsel
der Neigung erfolgt.
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DE19944411029 DE4411029B4 (de) | 1994-03-30 | 1994-03-30 | Vorrichtung für Schienenfahrzeuge zur Messung ihrer Geschwindigkeit |
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WO2008034684A2 (de) * | 2006-09-19 | 2008-03-27 | Siemens Aktiengesellschaft | System und verfahren zur fahrwegs- und/oder geschwindigkeitsbestimmung von fahrzeugen, insbesondere zur zugbeeinflussung |
FR2932892A1 (fr) * | 2008-06-23 | 2009-12-25 | Peugeot Citroen Automobiles Sa | Dispositif et procede d'estimation de la vitesse d'un vehicule. |
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