EP0719688A2 - Guidance system for railway vehicles - Google Patents
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- EP0719688A2 EP0719688A2 EP96104661A EP96104661A EP0719688A2 EP 0719688 A2 EP0719688 A2 EP 0719688A2 EP 96104661 A EP96104661 A EP 96104661A EP 96104661 A EP96104661 A EP 96104661A EP 0719688 A2 EP0719688 A2 EP 0719688A2
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- European Patent Office
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- mfg
- unit
- determining
- estimated
- rail vehicle
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B61—RAILWAYS
- B61F—RAIL VEHICLE SUSPENSIONS, e.g. UNDERFRAMES, BOGIES OR ARRANGEMENTS OF WHEEL AXLES; RAIL VEHICLES FOR USE ON TRACKS OF DIFFERENT WIDTH; PREVENTING DERAILING OF RAIL VEHICLES; WHEEL GUARDS, OBSTRUCTION REMOVERS OR THE LIKE FOR RAIL VEHICLES
- B61F5/00—Constructional details of bogies; Connections between bogies and vehicle underframes; Arrangements or devices for adjusting or allowing self-adjustment of wheel axles or bogies when rounding curves
- B61F5/02—Arrangements permitting limited transverse relative movements between vehicle underframe or bolster and bogie; Connections between underframes and bogies
- B61F5/22—Guiding of the vehicle underframes with respect to the bogies
Definitions
- the present invention relates to a guide system according to the preamble of patent claim 1 and a method according to the preamble of patent claim 9.
- the lateral acceleration depends on the radius of the curve and the driving speed, the angle by which the load floor is to be placed with respect to the chassis in order to meet the above-mentioned conditions, additionally on the track elevation.
- the instantaneous lateral acceleration is measured on the vehicle, for which purpose suitable measuring devices, such as accelerometers, gyroscopes, pendulums, etc., are provided on the vehicle.
- the control element for the load-receiving floor bank inclination is intervened in a controlling or regulating sense.
- the easiest way to control the position is by using it given a pendulum, the deflection of which is a direct measure of the bank angle to be set on the load-bearing floor, because the mass of the load is not included in the acceleration considerations.
- the present invention is therefore based on the object of specifying a guidance system by means of which the position of the rail vehicle can be reliably determined.
- the invention has the following advantages: Estimating errors in sensor signals and the current position error and by compensating for the actual errors with the aid of the estimated values, the position of the rail vehicle is determined very precisely. In particular, changes in the sensors or other measurement errors are constantly compensated for. If the position determined on the basis of the teaching according to the invention is used to adjust the angle of inclination of the load floor, errors in the corresponding actuating signals that are caused by position errors are also avoided. This can significantly increase the comfort of the passengers. In addition, the actuators for setting the load-bearing inclination can be switched off on straight sections of the route. Overall, the performance of the guidance system according to the invention in terms of passenger comfort, in terms of energy consumption and in terms of protecting the actuators has been considerably improved.
- a rail vehicle with a vehicle superstructure SF in particular consisting of a load bearing floor LB, and a vehicle substructure is shown schematically in cross section, the vehicle superstructure SF being pivotally mounted in the transverse direction with respect to the vehicle substructure.
- the angle of inclination ⁇ and thus the load-bearing floor LB is set by an adjusting unit STE in such a way that the acceleration on the load resulting from gravitational acceleration and lateral acceleration falls into the vertical of the load-bearing floor LB.
- a guide system according to the invention for setting the angle of inclination ⁇ or the load-bearing base LB is explained using a functional block diagram shown in FIG. 2, the guide system consisting essentially of a measuring device ME, a correction unit KRE, a setting angle calculation unit SPE, an adjusting device STE, a correlator unit KE and a reference data storage unit RE.
- system variables SGM are measured by means of sensors (not shown) and transferred to the correction unit KRE, in which estimated system variables SGG are calculated in a manner to be explained, which on the one hand is sent to the actuating angle calculation unit SPE for calculating the angle of inclination ⁇ corresponding to the estimated system variables SGG and on the other hand are passed to the correlator unit KE for determining the errors contained in the measured or calculated system variables SGM and for determining an inaccuracy degree R of the position measurement error or other observable system errors MFG, whereby for determining these system errors MFG and for determining their degree of inaccuracy R from the reference data storage unit RE Route information SI are required. This route information SI is also used in the calculation of the tilt angle ⁇ in the actuation angle calculation unit SPE.
- the estimated system errors MFG and their degrees of inaccuracy R are finally fed to the correction unit KRE for determining or for re-determining the estimated system variables SGG. They are processed there with an estimation filter (observers with constant or variable amplification factors, the latter, for example, as a Kalman filter) in such a way that the errors of at least one system variable SGG are estimated.
- this estimation filter is a Kalman filter, which is described in more detail below.
- the estimated system errors MFG become only in the degree of their inaccuracy, namely according to the degree of inaccuracy R Correction of the measured and calculated system sizes SGM used.
- the estimated system errors MFG with a large degree of inaccuracy R are not taken into account or only to a small extent when determining the estimated system sizes SGG, which is why the estimated system sizes SGG correspond in value to the measured system values SGM or calculated from them and thus the settings of the inclination angle ⁇ based mainly or entirely on the system sizes SGM.
- the block diagram of the guidance system shown in FIG. 2 could be thought of as reduced to the measuring device ME, the correction unit KRE, the actuation angle calculation unit SPE and the actuating unit STE.
- the estimated system errors MFG are largely or completely taken into account when determining the estimated system variables SGG.
- the measured or calculated system variables SGM can deviate considerably from the estimated system variables SGG.
- the inclination angle ⁇ is calculated in the setting angle calculation unit SPE using the system variables SGG determined with the estimation filter and the route information SI read out from the reference data storage unit RE, and the control unit STE is hereby controlled.
- FIG. 3 again shows a further embodiment of the guidance system according to the invention on the basis of a block diagram.
- the measuring device ME the setting angle calculation unit SPE, the setting unit STE, the correlator unit KE, and the reference data storage unit RE and the correction unit KRE provided.
- a curve detector KD is additionally provided for detecting the start of a sheet inlet and possibly also for detecting the end of a sheet outlet.
- the lateral acceleration a m and the speed v m of the rail vehicle are measured as system variables SGM (FIG. 2), the lateral acceleration a m not via the correction unit KRE as in the embodiment according to FIG. 2, but rather directly from the correlator unit KE and on the other hand the curve detector KD is supplied.
- a single variable is provided as the system error MFG (FIG. 2), namely a position difference ⁇ s m .
- ideal values for the inclination angle ⁇ of the load-bearing floor LB are determined in the guide system according to the invention.
- the position s ⁇ of the rail vehicle by integrating the measured, defective speed v m , combined with an "on line” correction of the defective speed and the defective position.
- the "on-line” correction of the faulty position is preferably carried out by means of an "on-line” correction of the measured speed v m in the correction unit KRE over the duration of a predetermined, short time cycle.
- the determination of the position error ⁇ s m and the "on line" correction based thereon is made possible by an additional, discontinuous position determination which is obtained with the aid of route information SI about the routes traveled by the rail vehicle.
- the route information SI is stored in the reference data storage unit RE and preferably consists of the track curvature and the track elevation angle as a function of an equidistant path grid.
- the lateral acceleration a m measured by the measuring device ME is recorded over a predefined time interval and converted by interpolation into a spatial grid of the same grid dimension as that of the route information SI.
- a reference interval assigned to the measurement interval is selected from the amount of route information SI and the assigned vehicle lateral acceleration is calculated as a reference signal for this, taking into account the vehicle speed.
- the instantaneous position error ⁇ s m and the degree of inaccuracy R are then determined in the correlator unit KE by comparing the measured lateral acceleration a m in the predefined measurement interval with corresponding reference signals of the selected reference interval with the aid of a special correlation algorithm which is yet to be explained.
- the angle of inclination ⁇ is continuously calculated and passed on to the setting unit STE for setting the load-bearing base LB (FIG. 1).
- the correlator unit KE by comparing a measured acceleration profile, namely the transverse accelerations a m measured in the measuring interval, with a reference transverse acceleration profile, the position difference between the two is obtained by calculation from the route information SI contained in the reference data storage unit RE, by means of a correlation algorithm Profiles and thus the position difference ⁇ s m are determined, with the speed estimated in the correction unit KRE being used to generate the reference profile from the plug information SI v ⁇ and the estimated position s ⁇ be used.
- the procedure is as follows:
- the result is transferred to the correction unit KRE together with the position difference ⁇ s m . This is indicated to the correction unit KRE by an active renewal signal UD.
- FIG. 1 Another suitable system variable SGM (FIG. 1) could be used, for example the track or the bogie roll rate.
- the correlation function A xx (k) is thus formed as the square of the amount of the difference ⁇ m (k), the correlation function created with this special correlation algorithm taking a minimum if the two patterns best match.
- FIG. 4 shows a correlation function A xx (k), as can arise, for example, from the above calculation type.
- the minimum at k min at which the correlation function A xx (k) assumes the value A min and on the basis of which the position difference ⁇ s m is determined according to the above formula, is clearly recognizable.
- a measure of the degree of inaccuracy R of the position difference ⁇ s m can be read out in the twelfth method step from the function course of the correlation function A xx (k).
- the degree of inaccuracy R is smaller, the smaller the minimum value A min on the one hand and the larger the maximum values A 1max and A 2max occurring at the window edge on the other.
- R R 0 + K 1 ⁇ A min 2nd + K 2nd ⁇ A min A Max 2nd
- the formula is based on a base value R 0 . If the position difference ⁇ s m has a low degree of inaccuracy R, the value A min is relatively small, ideally even zero.
- the ratio of A min and A max also allows conclusions to be drawn about the quality of the correlation: for a good correlation this ratio goes towards zero, for a bad correlation this ratio converges towards one.
- factors K 1 and K 2 are provided, which are selected according to a desired weighting of the different proportions.
- FIG. 5 shows a block diagram of the correction unit KRE contained in FIG. 3, a computing unit RET, two multipliers M1 and M2, three adders AD1 to AD3, a path correction unit WG, an integrator unit IE and a quadrature unit Q being provided.
- the computing unit RET an estimated (filtered) value for the position error ⁇ s m and a linear and a quadratic scale factor error ⁇ k 1 and ⁇ k q of the measuring device ME are calculated from the position difference ⁇ s m and the associated degree of inaccuracy R (FIGS.
- the linear scale factor error ⁇ k 1 in the multiplier M1 with the measured speed v m and the quadratic scale factor error ⁇ k q with the speed v m squared in the quadrature unit Q is multiplied in multiplier M2.
- the results of multiplier M1 and M2 are added in the adder AD1 to form an estimated speed difference, which in turn is offset in the adder AD2 with the measured speed v m (error compensation).
- the third adder AD3 and the path correction unit WG are used to compensate for an estimated position error only active via one integration cycle, since the position error ⁇ s is processed within one integration cycle. The estimated value of the position error ⁇ s is then set to zero.
- the algorithm of an estimation filter is used in the computing unit RET, which in an advantageous embodiment the algorithm of a Kalman filter (A. Gelb, "Applied Optimal Estimation", THE MIT PRESS, Massachusetts Institute on Technology Cambridge, Massachusetts and London, England, 1994).
- the position difference ⁇ s m determined in the correction unit KRE is used to make estimates of the true position error ⁇ s and the errors of the tachometer.
- This embodiment of the estimation filter is therefore a state observer with variable dynamics, because the uncertainty in the knowledge of the current position and the uncertainty in the knowledge of the position determined with the correlator unit KE are weighed against one another in order to calculate time-variable filter gain factors therefrom. This has the following meaning:
- the position difference ⁇ s m determined by the correlator unit KE becomes the next calculation process used almost in full for the position correction and is also used to a large extent in the estimation of the tachometer errors (linear and quadratic scale factor errors ⁇ k 1 and ⁇ k q ).
- the Kalman filter trusts in its own knowledge and only uses the information received from the correlator unit KE to a very small extent.
- the selected model is therefore of the 3rd order, whereby in this model the tachometer zero point error was not taken into account. However, the model could be expanded to a 4th order system with relatively little effort by recording the zero point error of the tachometer.
- the Kalman filter is used to measure the state variables x ⁇ appreciate.
- the relationship between the measurement vector z and the state vector x thus exists for the specified model: e.g.
- the matrix H is referred to as the measurement matrix, which is constant in the present case.
- the inaccuracy of the measurement is represented by the covariance matrix R of the measurement vector z. Since in the present case the measurement vector z has only one component, the covariance matrix R is a scalar quantity, ie the already mentioned degree of uncertainty R.
- the matrix ⁇ k-1 represents the transition matrix, which is variable in time due to the variable speed v, and which shows the transition of the additional vector x from the discrete point in time (k-1) ⁇ ⁇ t at the discrete point in time k ⁇ ⁇ t.
- the plus sign means "immediately after an update", ie immediately after processing the position difference ⁇ s m supplied by the correlator unit KE, and the minus sign "before the following update".
- This designation can also be understood to mean that, in the case of a series of intervals without an update, the extrapolation over a corresponding time period is simply meant.
- update means a correction of the condition made possible by an "external measurement” and the term extrapolation means the calculation of the change in condition between two updates (or within a specified time interval) as a result of system error influences (uncompensated residual errors and System noise influences) is to be understood.
- the computing unit RET or the realized in this Kalman filter one position difference .DELTA.s m is reported by the correlator unit KE, an update of the state vector and the covariance of the estimation error is made.
- the Kalman filter therefore not only tracks the estimates, but also the inaccuracy of its own knowledge of the state vector.
- the Kalman filter is operated with variable amplification factors. If the system has a low level of uncertainty in the knowledge of its state and the external measurement is relatively imprecise, the external measurement is only taken into account to a small extent. For example, if the correlator unit KE reports an unsafe position difference ⁇ s m of 100 m, the Kalman filter would only take a few meters into account. The filter is very careful, so to speak, and trusts the external information very little. On the other hand, if the own uncertainty were very high and the correlation unit KE would report a fairly safe position difference ⁇ s m of 100 m, the Kalman filter would take over the 100 m almost completely, since it now trusts the external information much more than its own knowledge.
- the renewal signal UD (FIG. 3) set by the correlator unit KE has been reset and set again. This prevents the previous active state of the renewal signal UD from being incorrectly interpreted as a renewed request to the computing unit RET to calculate estimated values.
- the renewal signal UD is only reset by the correlator unit KE when an acknowledgment signal UQ is sent from the correction unit KRE to the correlator unit KE, whereby the latter is informed that the recalculation (update) in the Correction unit KRE is completed.
- the acknowledgment signal QU originating from the correction unit KRE must have been reset and the renewal signal UD originating from the correlator unit KE must have been set.
- the acknowledgment signal UQ for the correlator unit KE is reset by the correction unit KRE.
- the curve detector KD triggers the update cycle in the correlator unit KE.
- the start of a sheet inlet or the end of a sheet outlet is determined in the curve detector KD, as mentioned, and is displayed to the correlator unit KE by means of a detection signal DF.
- the curve detector KD is that the sensor signal with the measured lateral acceleration a m is first filtered with the aid of a filter with a low-pass characteristic. The filter output signal then goes through a non-linear one Characteristic curve with responsiveness (dead zone) (Winfried Oppelt, "Small handbook of technical control processes", Verlag Chemie, Darmstadt, 1972) with preset acceleration threshold values. Finally, in order to determine the direction of the arc, the sign for generating the curve detection signal DF is extracted with a signum function (Netz, "Formula of Mathematics", Carl Hanser Verlag Kunststoff Vienna, 1981).
- a further embodiment for the curve detector KD would be given by using the measured track roll rate (i.e. the roll angular velocity) instead of the lateral acceleration signal or by using both signals as a logical combination of the detection signal of the lateral acceleration and a detection signal determined with the track or bogie roll rate.
- the curve detector KD other signals, such as the car body or bogie yaw rate or the angle of rotation of the bogie alone or in combination with the other signals, could be used.
- the actual position of the rail vehicle is estimated with the aid of the Kalman filter and a correlation.
- other or even additional position measurements can also be included in the Kalman filter.
- the position of the rail vehicle can be measured using GPS (Global Positioning System), track magnets or other external position measuring systems.
- GPS Global Positioning System
- the Kalman filter - with a slight modification of the embodiment shown - is almost predestined to take up this additional information and is thus weighted Process that the best possible estimate of the position is achieved taking into account all available information.
- the teaching according to the invention is not only suitable for a guide system for adjusting the transverse inclination of the load floor of a rail vehicle.
- the term guidance system is also to be understood as a system in which the position of the rail vehicle is determined for purposes other than for setting the load floor cross-slope angle. This includes in particular application in the monitoring of rail traffic or the speed of rail vehicles.
- the route information SI contained in the reference data storage unit RE (FIGS. 2 and 3) and at most the information on which the setting angle calculation unit SPE is based for calculating the angle of inclination ⁇ are determined in further embodiment variants of the invention in the sense of a “teach-in” in that they are not necessarily so Sizes themselves, but directly dependent on them, such as lateral acceleration and their direction, during a teach-in drive of the rail vehicle with known measuring devices, such as gyroscopes, pendulums, inclination sensors etc., are recorded and stored, for example, in the reference data storage unit RE and / or in the actuating angle calculation unit SPE of FIG. 2 or 3.
- the guide system according to the invention is implemented, to connect at least a second guide system in parallel with the guide system according to the invention, in order firstly to be able to carry out a redundancy check of the inclination angles ⁇ supplied by both systems for the control units STE (FIGS. 2 and 3) and in order , take appropriate precautions on the rail vehicle in the event of deviations in the actuating signals that exceed a specified level, for example to tie the bank guide to the second guide system if the latter e.g. is more fail-safe.
- a redundant guidance system e.g. measuring guide system, which is known per se, makes the bank control less efficiently according to the current requirements, does not bother because this case only occurs as a makeshift operation case.
- FIG. 1 A redundancy control of the type mentioned is shown schematically in FIG.
- the guide system 41 is shown schematically in block 41 until the angle of inclination ⁇ , here referred to as ⁇ SE, is output.
- the guide system 41 according to the invention comprises a reference data storage unit RE of the type explained with reference to FIGS. 2 and 3.
- the guidance system is shown schematically with block 43 and is preferably based on the measurement of a variable associated with the lateral acceleration a m , as shown schematically with the gyro in block 43.
- This guidance system also, in its own way, provides an angle of inclination ⁇ Sm as a control signal. Both control signals ⁇ SE and ⁇ Sm or other signals that uniquely determine them are then compared with one another in a comparison unit 45 as to whether they do not differ from one another by more than a maximum dimension ⁇ max that can be specified on a specification unit 47.
- the rail vehicle can be guided, for example, with the safer of the two guide systems 41, 43, even if the safer system is less precise in terms of control technology in the sense of the input comments is.
- the guide system 43 measures the lateral acceleration conditions on the rail vehicle by measurement technology, such a system 43 is used in this case, even if it is far less precise in terms of control technology, as a “makeshift system” for controlling or guiding the bank on the rail vehicle.
- the comparison unit 45 switches the input of the actuation angle calculation unit SPE (FIGS. 2 and 3) to the auxiliary system 43 based on the lateral acceleration measurement, for example already known. At the same time, as shown in Fig. 6 at 49, this situation is e.g. displayed.
- a teach-in phase can be used for the system 41 according to the invention in that, as described above, the vehicle travels a distance and the track characteristics recorded by measurement technology are loaded into a storage device.
- each vehicle 1 to 5 has a setting angle calculation unit 11 for the load floor cross slope position, as has been described.
- the bank routing is assigned to the proposed systems as follows:
- the master system 41 M according to the invention supplies the actuating signals ⁇ for all carriages 1 to 5 equipped with bank control of the type described.
- the overall master system on carriage 1 monitors itself, for example, by outputting the current manipulated variable for the load floor on one of the carriages system 41 M according to the invention is compared with that of system 43 M. If these control signals deviate from one another in such a way that this is no longer plausible, the control of the load floor transverse inclinations of all carriages 1 to 5 is transferred to the slave system 41 S according to the invention, as is shown schematically in FIG. 7 by the switchover unit 60.
- Plausibility is also monitored on the overall slave system in the rearmost carriage 5, for example by comparing the control signals of the system 41 S according to the invention and the system 43 S based on measurement. If a no longer plausible deviation of these control signals is detected, it is in turn concluded that the system 41 S according to the invention is faulty, whereupon the system 43 M based on the measurement temporarily takes over the bank control. If this system is also defective, which can be detected, for example, by comparing the chassis twist and bank setting signal, or if one or more of the bank setting members 11 is defective, the system is switched to emergency operation and the train is operated at control speed.
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Führungssystem nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 9.The present invention relates to a guide system according to the preamble of
Es ist bekannt, an Schienenfahrzeugen, insbesondere für den Personentransport, die Querneigung des Lastaufnahmebodens, d.h. derjenigen Fläche, worauf Last, wie insbesondere Personen, getragen wird, nach Massgabe der in Radiusfahrten erfolgenden Querbeschleunigungen so zu neigen, dass die aus Erdbeschleunigung und Querbeschleunigung resultierende Beschleunigung auf die Last nach Möglichkeit in die Senkrechte des Lastaufnahmebodens gelegt wird.It is known on rail vehicles, in particular for the transport of people, to tilt the load-bearing floor, i.e. of the surface on which loads, such as people in particular, are carried, in accordance with the lateral accelerations occurring in radius travel, so that the acceleration resulting from gravitational acceleration and lateral acceleration is placed on the load as far as possible in the vertical direction of the load-bearing floor.
Die Querbeschleunigung ist von Kurvenradius und Fahrgeschwindigkeit abhängig, der Winkel, um den der Lastboden bezüglich des Fahrgestells zu stellen ist, um oben erwähnte Bedingungen zu erfüllen, zusätzlich von der Geleisüberhöhung.The lateral acceleration depends on the radius of the curve and the driving speed, the angle by which the load floor is to be placed with respect to the chassis in order to meet the above-mentioned conditions, additionally on the track elevation.
Es sind verschiedene Ansätze bekannt, das erwähnte Problem zu lösen. Es kann verwiesen werden auf DE-GM-93 13 792.3, WO-91/00815, EP-A-0 184 960, DE-OS-22 05 858, DE-PS-39 35 740 C2, CH-A-534 391 und EP-B1-0 271 592.Various approaches are known to solve the problem mentioned. Reference can be made to DE-GM-93 13 792.3, WO-91/00815, EP-A-0 184 960, DE-OS-22 05 858, DE-PS-39 35 740 C2, CH-A-534 391 and EP-B1-0 271 592.
Dabei wird am Fahrzeug grundsätzlich die momentane Querbeschleunigung messtechnisch erfasst, wozu geeignete Messeinrichtungen, wie Beschleunigungsmesser, Kreisel, Pendel, etc., am Fahrzeug vorgesehen sind. Nach Massgabe der momentanen Messungen wird in steuerndem oder in regelndem Sinne auf das Stellglied für die Lastaufnahmeboden-Querneigung eingegriffen. Dabei ist die einfachste Möglichkeit einer Lageregelung durch den Einsatz eines Pendels gegeben, dessen Auslenkung direkt ein Mass für den zu stellenden Querneigungswinkel am Lastaufnahmeboden ist, weil ja die Masse der Last in die Beschleunigungsbetrachtungen nicht eingeht.In principle, the instantaneous lateral acceleration is measured on the vehicle, for which purpose suitable measuring devices, such as accelerometers, gyroscopes, pendulums, etc., are provided on the vehicle. In accordance with the current measurements, the control element for the load-receiving floor bank inclination is intervened in a controlling or regulating sense. The easiest way to control the position is by using it given a pendulum, the deflection of which is a direct measure of the bank angle to be set on the load-bearing floor, because the mass of the load is not included in the acceleration considerations.
Alle in den Druckschriften DE-GM-93 13 792.3, WO-91/00815, EP-A-0 184 960, DE-OS-22 05 858 und CH-A-534 391 offenbarten Ansätze haben einen wesentlichen Nachteil, nämlich denjenigen, dass es im Moment, in welchem Querbeschleunigungen messtechnisch erfasst werden, zumindest für das Fahrzeug, in dem sich die Messeinrichtung befindet, bereits zu spät ist, die Querneigung des Lastaufnahmebodens zu stellen. Die gestellte Querneigung hinkt immer den tatsächlich momentanen Erfordernissen nach. Dies führt zu relativ komplizierten signaltechnischen Lösungsansätzen, welche darauf abzielen, die Einleitung einer Kurvenfahrt möglichst frühzeitig zu erfassen, wozu sich z.B. die Fahrgestellausdrehung als gemessene Grösse eignet.All of the approaches disclosed in the publications DE-GM-93 13 792.3, WO-91/00815, EP-A-0 184 960, DE-OS-22 05 858 and CH-A-534 391 have one major disadvantage, namely that that at the moment in which lateral accelerations are measured, it is already too late, at least for the vehicle in which the measuring device is located, to set the transverse inclination of the load-carrying floor. The bank slope always lags behind the actually current requirements. This leads to relatively complicated signaling solutions, which aim to detect the initiation of cornering as early as possible, for which purpose e.g. the chassis rotation is suitable as a measured variable.
Aus der Europäischen Patentschrift EP-B1-0 271 592 ist darüber hinaus bekannt, dass zur Vermeidung von Verzögerungen bei der Einstellung der Querneigung des Lastbodens die Position des Schienenfahrzeuges mit Hilfe einer Kreuzkorrelation zwischen bekannten Streckeninformationen bzw. Referenzdaten und messtechnisch ermittelten Streckeninformationen berechnet wird. Anhand der derart bestimmten Position werden die Referenzdaten mit einer vorauseilenden Adressierung abgerufen und mit der gemessenen Geschwindigkeit des Schienenfahrzeuges zur verzögerungsfreien Ermittlung der einzustellenden Querneigung des Lastbodens verrechnet. Allerdings berücksichtigt das bekannte System die Fehlercharakteristiken der Geschwindigkeitsmessvorrichtung nicht oder nur unzureichend, was zu falschen gemessenen Geschwindigkeiten und demzufolge auch zu falschen Positionswerten nach längeren geraden Strecken und damit auch zu falsch eingestellten Querneigungen des Lastbodens führt. Dadurch wird der Komfort der Passagiere erheblich vermindert. Darüber hinaus besteht das Risiko, dass oftmals keine eindeutige Aussage über die Position des Schienenfahrzeuges gemacht werden kann, da keine Übereinstimmung der gemessenen und der bekannten Streckendaten festgestellt werden kann. In diesem Fall bleibt einzig noch dass Ausschalten des Systems übrig, sollen für die Passagiere unakzeptable oder sogar gefährliche Querneigungen vermieden werden.It is also known from European Patent EP-B1-0 271 592 that, in order to avoid delays in the setting of the transverse inclination of the load floor, the position of the rail vehicle is calculated with the aid of a cross correlation between known route information or reference data and route information determined by measurement. On the basis of the position determined in this way, the reference data are called up with a leading address and offset against the measured speed of the rail vehicle for the instantaneous determination of the transverse inclination of the load floor to be set. However, the known system does not take into account the error characteristics of the speed measuring device, or does so only insufficiently, which leads to incorrect measured values Speeds and consequently also incorrect position values after longer straight sections and thus also incorrectly set transverse inclinations of the load floor. This significantly reduces passenger comfort. In addition, there is the risk that it is often not possible to make a clear statement about the position of the rail vehicle, since the measured and known route data cannot be matched. In this case, the only thing left is to switch off the system if unacceptable or even dangerous bank angles are to be avoided for the passengers.
Der Vollständigkeit halber sei auch auf die weiteren druckschriftlichen Veröffentlichungen EP-0 605 848 A1 und EP-0 644 098 A2 verwiesen. Allerdings zielen die in den genannten europäischen Patentanmeldungen offenbarten Lehren auf Verkehrssteuervorrichtungen für Schienenfahrzeuge ab und betreffen, im Falle der zweitgenannten Anmeldung, erst in zweiter Linie, und dies darüber hinaus ohne konkrete Ausführungsangaben, auch Vorrichtungen zur Querneigungseinstellung des Lastaufnahmebodens.For the sake of completeness, reference is also made to the further printed publications EP-0 605 848 A1 and EP-0 644 098 A2. However, the teachings disclosed in the aforementioned European patent applications are aimed at traffic control devices for rail vehicles and, in the case of the second-mentioned application, only relate to devices in the second place, and moreover without specific design details, also devices for adjusting the inclination of the load-carrying floor.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Führungssystem anzugeben, durch das die Position des Schienenfahrzeuges zuverlässig bestimmt werden kann.The present invention is therefore based on the object of specifying a guidance system by means of which the position of the rail vehicle can be reliably determined.
Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Massnahmen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sowie ein Verfahren sind in weiteren Ansprüchen angegeben.This object is achieved by the measures specified in the characterizing part of
Die Erfindung weist folgende Vorteile auf: Durch die Schätzung von Fehlern in Sensorsignalen und des momentanen Positionsfehlers und durch eine Kompensation der tatsächlichen Fehler mit Hilfe der geschätzten Werte wird die Position des Schienenfahrzeuges äusserst genau bestimmt. Dabei werden insbesondere auch Veränderungen der Sensoren oder andere Messfehler laufend kompensiert. Wird die anhand der erfindungsgemässen Lehre bestimmte Position zur Einstellung des Neigungswinkels des Lastbodens verwendet, werden auch aufgrund von Positionsfehlern entstandene Fehler in den entsprechenden Stellsignalen vermieden. Dadurch kann der Komfort der Passagiere erheblich gesteigert werden. Darüber hinaus lassen sich die Stellglieder zur Einstellung der Lastaufnahme-Querneigung auf geraden Streckenabschnitten abschalten. Insgesamt ist somit die Leistung des erfindungsgemässen Führungssystems hinsichtlich des Passagierkomforts, hinsichtlich des Energieverbrauchs und hinsichtlich der Schonung der Stellglieder erheblich verbessert worden.The invention has the following advantages: Estimating errors in sensor signals and the current position error and by compensating for the actual errors with the aid of the estimated values, the position of the rail vehicle is determined very precisely. In particular, changes in the sensors or other measurement errors are constantly compensated for. If the position determined on the basis of the teaching according to the invention is used to adjust the angle of inclination of the load floor, errors in the corresponding actuating signals that are caused by position errors are also avoided. This can significantly increase the comfort of the passengers. In addition, the actuators for setting the load-bearing inclination can be switched off on straight sections of the route. Overall, the performance of the guidance system according to the invention in terms of passenger comfort, in terms of energy consumption and in terms of protecting the actuators has been considerably improved.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Dabei zeigen
- Fig. 1
- ein Schienenfahrzeug, ausgerüstet mit einer Stelleinrichtung für die Lastbodenquerneigungseinstellung,
- Fig. 2
- ein Blockschaltbild eines erfindungsgemässen Führungssystems zur Erzeugung von Steuersignalen für die Stelleinrichtung,
- Fig. 3
- ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform des in Fig. 2 dargestellten Führungssystems,
- Fig. 4
- einen Verlauf einer korrelationsähnlichen Funktion Axx,
- Fig. 5
- ein Blockschaltbild einer im Führungssystem enthaltenen Korrektureinheit,
- Fig. 6
- anhand eines vereinfachten Funktionsblock/Signalflussdiagrammes eine Weiterentwicklung des erfindungsgemässen Führungssystems mit Zusatz eines Redundanzsystems und
- Fig. 7
- schematisch eine Implementierung von zwei erfindungsgemässen Führungssystemen als Master und Slave, als bevorzugte Realisationsform redundanter Systeme.
- Fig. 1
- a rail vehicle, equipped with an adjusting device for the load floor cross slope adjustment,
- Fig. 2
- 2 shows a block diagram of an inventive guide system for generating control signals for the actuating device,
- Fig. 3
- 2 shows a block diagram of a further embodiment of the guidance system shown in FIG. 2,
- Fig. 4
- a course of a correlation-like Function A xx ,
- Fig. 5
- 2 shows a block diagram of a correction unit contained in the guidance system,
- Fig. 6
- on the basis of a simplified function block / signal flow diagram, a further development of the guidance system according to the invention with the addition of a redundancy system and
- Fig. 7
- schematically an implementation of two guide systems according to the invention as master and slave, as a preferred form of implementation of redundant systems.
In Fig. 1 ist ein Schienenfahrzeug mit einem Fahrzeugoberbau SF, insbesondere bestehend aus einem Lastaufnahmeboden LB, und einem Fahrzeugunterbau schematisch im Querschnitt dargestellt, wobei der Fahrzeugoberbau SF bezüglich des Fahrzeugunterbaus in Querrichtung schwenkbar gelagert ist. Der Neigungswinkel α und somit der Lastaufnahmeboden LB wird dabei durch eine Stelleinheit STE derart eingestellt, dass die aus Erdbeschleunigung und Querbeschleunigung resultierende Beschleunigung auf die Last in die Senkrechte des Lastaufnahmebodens LB fällt.In Fig. 1, a rail vehicle with a vehicle superstructure SF, in particular consisting of a load bearing floor LB, and a vehicle substructure is shown schematically in cross section, the vehicle superstructure SF being pivotally mounted in the transverse direction with respect to the vehicle substructure. The angle of inclination α and thus the load-bearing floor LB is set by an adjusting unit STE in such a way that the acceleration on the load resulting from gravitational acceleration and lateral acceleration falls into the vertical of the load-bearing floor LB.
Anhand eines in Fig. 2 dargestellten Funktionsblockdiagramms wird ein erfindungsgemässes Führungssystem zur Einstellung des Neigungswinkels α bzw. des Lastaufnahmebodens LB erläutert, wobei das Führungssystem im wesentlichen aus einer Messeinrichtung ME, einer Korrektureinheit KRE, einer Stellwinkelberechnungseinheit SPE, einer Stelleinrichtung STE, einer Korrelatoreinheit KE und einer Referenzdatenspeichereinheit RE besteht.A guide system according to the invention for setting the angle of inclination α or the load-bearing base LB is explained using a functional block diagram shown in FIG. 2, the guide system consisting essentially of a measuring device ME, a correction unit KRE, a setting angle calculation unit SPE, an adjusting device STE, a correlator unit KE and a reference data storage unit RE.
In der Messeinrichtung ME werden Systemgrössen SGM mittels nicht dargestellten Sensoren gemessen und an die Korrektureinheit KRE übergeben, in der in noch zu erläuternder Weise geschätzte Systemgrössen SGG berechnet werden, die einerseits an die Stellwinkelberechnungseinheit SPE zur Berechnung des den geschätzten Systemgrössen SGG entsprechenden Neigungswinkels α und anderseits an die Korrelatoreinheit KE zur Bestimmung der in den gemessenen oder hieraus berechneten Systemgrössen SGM enthaltenen Fehlern und zur Bestimmung eines Ungenauigkeitsgrades R des Positionsmessfehlers oder von sonstigen beobachtbaren Systemfehlern MFG übergeben werden, wobei zur Bestimmung dieser Systemfehler MFG und zur Bestimmung ihrer Ungenauigkeitsgrade R aus der Referenzdatenspeichereinheit RE Streckeninformationen SI benötigt werden. Diese Streckeninformationen SI werden auch bei der Berechnung des Neigewinkels α in der Stellwinkelberechnungseinheit SPE verwendet.In the measuring device ME, system variables SGM are measured by means of sensors (not shown) and transferred to the correction unit KRE, in which estimated system variables SGG are calculated in a manner to be explained, which on the one hand is sent to the actuating angle calculation unit SPE for calculating the angle of inclination α corresponding to the estimated system variables SGG and on the other hand are passed to the correlator unit KE for determining the errors contained in the measured or calculated system variables SGM and for determining an inaccuracy degree R of the position measurement error or other observable system errors MFG, whereby for determining these system errors MFG and for determining their degree of inaccuracy R from the reference data storage unit RE Route information SI are required. This route information SI is also used in the calculation of the tilt angle α in the actuation angle calculation unit SPE.
Die geschätzten Systemfehler MFG und deren Ungenauigkeitsgrade R werden schliesslich zur Bestimmung bzw. zur erneuten Bestimmung der geschätzten Systemgrössen SGG der Korrektureinheit KRE zugeführt. Sie werden dort mit einem Schätzfilter (Beobachter mit konstanten oder variablen Verstärkungsfaktoren, letzterer beispielsweise als Kalmanfilter) so verarbeitet, dass dabei die Fehler von mindestens einer Systemgrösse SGG geschätzt werden. In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist dieses Schätzfilter ein Kalmanfilter, das im folgenden näher beschrieben wird. Dabei werden die geschätzten Systemfehler MFG lediglich im Mass ihrer Ungenauigkeit, nämlich entsprechend dem Ungenauigkeitsgrad R, zur Korrektur der gemessenen und daraus berechneten Systemgrössen SGM verwendet. Dies bedeutet, dass die geschätzten Systemfehler MFG bei grossem Ungenauigkeitsgrad R bei der Bestimmung der geschätzten Systemgrössen SGG nicht oder nur in geringem Masse berücksichtigt werden, weshalb diesfalls die geschätzten Systemgrössen SGG wertmässig den gemessenen oder daraus berechneten Systemgrössen SGM entsprechen und somit die Einstellungen des Neigungswinkels α hauptsächlich oder ganz auf den Systemgrössen SGM beruhen. Das in Fig. 2 dargestellte Blockschaltbild des Führungssystems könnte man sich in diesem Extremfall auf die Messvorrichtung ME, die Korrektureinheit KRE, die Stellwinkelberechnungseinheit SPE und die Stelleinheit STE reduziert denken.The estimated system errors MFG and their degrees of inaccuracy R are finally fed to the correction unit KRE for determining or for re-determining the estimated system variables SGG. They are processed there with an estimation filter (observers with constant or variable amplification factors, the latter, for example, as a Kalman filter) in such a way that the errors of at least one system variable SGG are estimated. In an advantageous embodiment of the invention, this estimation filter is a Kalman filter, which is described in more detail below. The estimated system errors MFG become only in the degree of their inaccuracy, namely according to the degree of inaccuracy R Correction of the measured and calculated system sizes SGM used. This means that the estimated system errors MFG with a large degree of inaccuracy R are not taken into account or only to a small extent when determining the estimated system sizes SGG, which is why the estimated system sizes SGG correspond in value to the measured system values SGM or calculated from them and thus the settings of the inclination angle α based mainly or entirely on the system sizes SGM. In this extreme case, the block diagram of the guidance system shown in FIG. 2 could be thought of as reduced to the measuring device ME, the correction unit KRE, the actuation angle calculation unit SPE and the actuating unit STE.
Im umgekehrten Fall, d.h. bei kleinem Ungenauigkeitsgrad R, werden die geschätzten Systemfehler MFG weitgehend oder ganz bei der Bestimmung der geschätzten Systemgrössen SGG berücksichtigt. Damit können je nach Zuverlässigkeit der Messeinrichtung ME die gemessenen oder hieraus berechneten Systemgrössen SGM erheblich von den geschätzten Systemgrössen SGG abweichen.In the opposite case, i.e. with a small degree of inaccuracy R, the estimated system errors MFG are largely or completely taken into account when determining the estimated system variables SGG. Depending on the reliability of the measuring device ME, the measured or calculated system variables SGM can deviate considerably from the estimated system variables SGG.
Schliesslich wird in der Stellwinkelberechnungseinheit SPE mit Hilfe der mit dem Schätzfilter bestimmten Systemgrössen SGG und der aus der Referenzdatenspeichereinheit RE ausgelesenen Streckeninformationen SI der Neigungswinkel α berechnet und hiermit die Stelleinheit STE angesteuert.Finally, the inclination angle α is calculated in the setting angle calculation unit SPE using the system variables SGG determined with the estimation filter and the route information SI read out from the reference data storage unit RE, and the control unit STE is hereby controlled.
In Fig. 3 wird wiederum anhand eines Blockschaltbildes eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemässen Führungssystems dargestellt. Dabei sind entsprechend dem Blockschaltbild in Fig. 2 die Messeinrichtung ME, die Stellwinkelberechnungseinheit SPE, die Stelleinheit STE, die Korrelatoreinheit KE, die Referenzdatenspeichereinheit RE und die Korrektureinheit KRE vorgesehen. Darüber hinaus ist zusätzlich ein Kurvendetektor KD zur Detektion des Beginns eines Bogeneinlaufs und allenfalls auch zur Detektion des Endes eines Bogenauslaufs vorgesehen.FIG. 3 again shows a further embodiment of the guidance system according to the invention on the basis of a block diagram. According to the block diagram in FIG. 2, the measuring device ME, the setting angle calculation unit SPE, the setting unit STE, the correlator unit KE, and the reference data storage unit RE and the correction unit KRE provided. In addition, a curve detector KD is additionally provided for detecting the start of a sheet inlet and possibly also for detecting the end of a sheet outlet.
In der Messvorrichtung ME werden als Systemgrössen SGM (Fig. 2) die Querbeschleunigung am und die Geschwindigkeit vm des Schienenfahrzeuges gemessen, wobei die Querbeschleunigung am nicht wie in der Ausführungsform gemäss Fig. 2 über die Korrektureinheit KRE, sondern einerseits direkt der Korrelatoreinheit KE und anderseits dem Kurvendetektor KD zugeführt wird. In der Ausführungsform gemäss Fig. 3 ist als Systemfehler MFG (Fig. 2) eine einzige Grösse vorgesehen, nämlich eine Positionsdifferenz Δsm.In the measuring device ME, the lateral acceleration a m and the speed v m of the rail vehicle are measured as system variables SGM (FIG. 2), the lateral acceleration a m not via the correction unit KRE as in the embodiment according to FIG. 2, but rather directly from the correlator unit KE and on the other hand the curve detector KD is supplied. In the embodiment according to FIG. 3, a single variable is provided as the system error MFG (FIG. 2), namely a position difference Δs m .
Im folgenden wird die Funktionsweise des Führungssystems erläutert:
Wie erwähnt werden im erfindungsgemässen Führungssystem möglichst optimale Sollwerte für den Neigungswinkel α des Lastaufnahmebodens LB (Fig. 1) bestimmt. Dazu wird zunächst die Position
As mentioned, ideal values for the inclination angle α of the load-bearing floor LB (FIG. 1) are determined in the guide system according to the invention. First, the position
Schliesslich wird mit vorgegebener Taktrate anhand der geschätzten Geschwindigkeit
Im folgenden werden die Korrelatoreinheit KE und die darin ablaufenden Verfahrensschritte ausführlich beschrieben:The correlator unit KE and the method steps running therein are described in detail below:
Mit Hilfe der Korrelatoreinheit KE wird, wie erwähnt, durch Vergleich eines gemessenen Beschleunigungsprofils, nämlich die im Messintervall gemessenen Querbeschleunigungen am, mit einem Referenzquerbeschleunigungsprofil, erhalten durch Berechnung aus der in der Referenzdatenspeichereinheit RE enthaltenen Streckeninformationen SI, durch einen Korrelationsalgorithmus die Positionsdifferenz zwischen den beiden Profilen und damit die Positionsdifferenz Δsm bestimmt, wobei zur Generierung des Referenzprofils aus den Steckeninformationen SI die in der Korrektureinheit KRE geschätzte Geschwindigkeit
Die Freigabe an die Korrelatoreinheit KE zur Berechnung einer Korrelation erfolgt grundsätzlich dadurch, dass die Korrektureinheit KRE ein Quittungssignal UQ zurücksetzt. Hierdurch wird verhindert, dass bereits ein neues Korrelationsergebnis angeboten werden kann, bevor die Korrektureinheit KRE das vorherige verarbeitet hat. Allerdings wird die Berechnung einer Korrelation erst dann gestartet, wenn zusätzlich eine Änderung des Detektionssignals DF des Kurvendetektors KD registriert wurde und ausserdem die Geschwindigkeit des Schienenfahrzeuges einen vordefinierten Schwellwert überschritten hat. Sind die vorstehend genannten Bedingungen erfüllt, so werden insbesondere die folgenden Verfahrensschritte durchlaufen:
- 1. Schritt:
- Auslesen der für die Korrelation benötigten Messwerte beispielsweise aus dazu vorgesehenen Zwischenspeichern;
- 2. Schritt:
- Festlegen eines Bezugsortes, der beispielsweise ungefähr in die Mitte des Korrelationsintervalls gelegt werden kann. Die nachfolgenden Verfahrensschritte werden relativ zu diesem Bezugsort abgewickelt.
- 3. Schritt:
- Ermittlung der Intervallänge, die von den gespeicherten Ortsdaten überstrichen wird, wobei eine obere Grenze festgelegt ist;
- 4. Schritt:
- Berechnung der Anzahl von Rasterplätzen eines vorgegebenen Ortsrastermasses, die das Messintervall überstreicht;
- 5. Schritt:
- Festlegung eines Ortsrasterfeldes, das zum Messintervall gehört;
- 6. Schritt:
- Interpolation der gemessenen Querbeschleunigung am und der gemessenen Geschwindigkeit vm auf das Ortsraster;
- 7. Schritt:
- Festlegen des Referenzdatenintervalls;
- 8. Schritt:
- Ausdehnung des gerasterten Geschwindigkeitsintervalls (enthaltend die gemessene Geschwindigkeit vm) auf die Länge des Referenzdatenintervalls;
- 9. Schritt:
- Berechnung der Referenzquerbeschleunigung aus dem im vorigen Schritt bestimmten Geschwindigkeitsprofil und den dem gewählten Ortsrasterintervall zugeordneten Streckeninformationen (Gleiskrümmung, Gleisneigungswinkels, ...);
- 10. Schritt:
- Plausibilitätsprüfung: Das Messintervall und das Referenzintervall werden gedrittelt. Für jeweils das vordere und das hintere Drittel sowie das gesamte Intervall werden Signalmittelwerte gebildet. Unterschreiten jeweils alle drei Mittelwerte eine Toleranzgrenze, dann handelt es sich um einen geraden Streckenabschnitt, worauf die Korrelationsberechnung abgebrochen wird. Die Korrelationsberechnung wird ebenfalls abgebrochen, wenn die mittlere Geschwindigkeit im Messintervall einen vorgegebenen Schwellwert unterschreitet oder wenn ein entsprechender Hinweis in der Streckeninformationen SI gefunden wurde;
- 11. Schritt:
- Berechnung der Korrelationsfunktion mit anschliessender Bestimmung ihres Minimums und der hieraus resultierenden Positionsdifferenz Δsm;
- 12. Schritt:
- Bestimmung des Ungenauigkeitsgrades R der Messung, d.h. der Positionsdifferenz Δsm, wobei in einer Ausführungsform unter dem Ungenauigkeitsgrad R die Kovarianz des Positionsfehlers, bestimmt aus der gemessenen Querbeschleunigung am und den aus der Referenzdatenspeichereinheit RE abgeleiteten Streckeninformationen SI, verstanden wird.
- Step 1:
- Reading out the measured values required for the correlation, for example from intermediate memories provided for this purpose;
- 2nd step:
- Define a reference location that can be placed approximately in the middle of the correlation interval, for example. The subsequent process steps are carried out relative to this reference point.
- 3rd step:
- Determination of the interval length that is scanned by the stored location data, an upper limit being specified;
- 4th step:
- Calculation of the number of grid spaces of a given spatial grid dimension that covers the measurement interval;
- 5th step:
- Determination of a grid location that belongs to the measurement interval;
- 6th step:
- Interpolation of the measured lateral acceleration a m and the measured speed v m onto the spatial grid;
- 7th step:
- Setting the reference data interval;
- Step 8:
- Extension of the rastered speed interval (containing the measured speed v m ) to the length of the reference data interval;
- Step 9:
- Calculation of the reference lateral acceleration from the speed profile determined in the previous step and the route information assigned to the selected grid interval (track curvature, track inclination angle, ...);
- 10th step:
- Plausibility check: The measurement interval and the reference interval are divided into three. Signal mean values are formed for the front and rear third as well as for the entire interval. If all three mean values fall below a tolerance limit, then it is a straight section of the route, whereupon the correlation calculation is terminated. The correlation calculation is also terminated if the average speed in the measurement interval falls below a predetermined threshold value or if a corresponding note has been found in the route information SI;
- 11th step:
- Calculation of the correlation function with subsequent determination of its minimum and the resulting position difference Δs m ;
- Step 12:
- Determination of the degree of inaccuracy R of the measurement, ie the position difference Δs m , whereby in one embodiment the degree of inaccuracy R is understood to mean the covariance of the position error, determined from the measured lateral acceleration a m and the route information SI derived from the reference data storage unit RE.
Für weitere Angaben zur Bestimmung der Korrelation und zur Bestimmung der Kovarianz in herkömmlicher Art und Weise sei auf Athanasios Papoulis, "Probability, Random Variables and Stochastic Processes" (McGraw-Hill series in electrical engineering, Communications and information theory, Seiten 150 ff) oder auf A. Gelb, "Applied Optimal Estimation" (THE M.I.T. PRESS, Massachusetts Institute auf Technology Cambridge, Massachusetts and London, England, 1994) verwiesen.For further information on determining the correlation and determining the covariance in a conventional manner, see Athanasios Papoulis, "Probability, Random Variables and Stochastic Processes" (McGraw-Hill series in electrical engineering, Communications and information theory, pages 150 ff) or to A. Gelb, "Applied Optimal Estimation" (THE MIT PRESS, Massachusetts Institute on Technology Cambridge, Massachusetts and London, England, 1994).
Nach Abschluss der Berechnung des Ungenauigkeitsgrades R (bspw. der Kovarianz) wird das Ergebnis zusammen mit der Positionsdifferenz Δsm an die Korrektureinheit KRE übergeben. Dies wird der Korrektureinheit KRE durch ein aktives Erneuerungssignal UD angezeigt.After the calculation of the degree of inaccuracy R (for example the covariance) has been completed, the result is transferred to the correction unit KRE together with the position difference Δs m . This is indicated to the correction unit KRE by an active renewal signal UD.
Statt der Querbeschleunigung am könnte auch eine andere hierfür geeignete Systemgrösse SGM (Fig. 1) verwendet werden, beispielsweise die Gleis- oder die Drehgestellrollrate.Instead of the lateral acceleration a m , another suitable system variable SGM (FIG. 1) could be used, for example the track or the bogie roll rate.
Anstelle eines im elften Verfahrensschritt angegebenen herkömmlichen Korrelationsalgorithmus ist in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ein spezieller Korrelationsalgorithmus denkbar, bei dem eine Differenz Δm zwischen den gemessenen Signalwerten m(i) und den Referenzwerten r(i+k) verwendet wird. Damit ergibt sich eine Korrelationsfunktion Axx(k) zu
In Fig. 4 ist eine Korrelationsfunktion Axx(k) dargestellt, wie sie sich aus obenstehender Berechnungsart beispielsweise ergeben kann. Deutlich erkennbar ist das Minimum bei kmin, bei dem die Korrelationsfunktion Axx(k) den Wert Amin einnimmt und aufgrund dessen die Positionsdifferenz Δsm nach der obengenannten Formel bestimmt wird. Ein Mass für den Ungenauigkeitsgrad R der Positionsdifferenz Δsm lässt sich - im zwölften Verfahrensschritt - aus dem Funktionsverlauf der Korrelationsfunktion Axx(k) herauslesen. So ist der Ungenauigkeitsgrad R umso kleiner, je kleiner einerseits der Minimalwert Amin und je grösser die am Fensterrand auftretenden Maximalwerte A1max und A2max anderseits sind. Eine mögliche Berechnungsart des Ungenauigkeitsgrades R kann aufgrund nachstehender Formel vorgenommen werden:
In Fig. 5 ist ein Blockschaltbild der in Fig. 3 enthaltenen Korrektureinheit KRE dargestellt, wobei eine Recheneinheit RET, zwei Multiplizierer M1 und M2, drei Addierer AD1 bis AD3, eine Wegkorrektureinheit WG, eine Integratoreinheit IE und eine Quadratureinheit Q vorgesehen sind. In der Recheneinheit RET werden aus der Positionsdifferenz Δsm und dem hierzu gehörenden Ungenauigkeitsgrad R ein geschätzter (gefilterter) Wert für den Positionsfehler Δsm sowie ein linearer und ein quadratischer Skalenfaktorfehler Δk1 und Δkq der Messvorrichtung ME (Fig. 2 bzw. 3) zur Messung der Geschwindigkeit vm, nachfolgend als Tachometer bezeichnet, in noch zu erläuternder Weise bestimmt, wobei der lineare Skalenfaktorfehler Δk1 im Multiplizierer M1 mit der gemessenen Geschwindigkeit vm und der quadratische Skalenfaktorfehler Δkq mit der in der Quadratureinheit Q quadrierten Geschwindigkeit vm im Multiplizierer M2 multipliziert wird. Die Ergebnisse der Multiplizierer M1 und M2 werden im Addierer AD1 zur Bildung einer geschätzten Geschwindigkeitsdifferenz addiert, die ihrerseits im Addierer AD2 mit der gemessenen Geschwindigkeit vm verrechnet wird (Fehlerkompensation). Während die aktuellen Werte für den linearen und quadratischen Skalenfaktorfehler Δk1 und Δkq gehalten werden bis neue Schätzwerte vorliegen, d.h. während die Kompensation über die Addierer AD1 und AD2 fortlaufend erfolgt, ist der dritte Addierer AD3 und die Wegkorrektureinheit WG zur Kompensation eines geschätzten Positionsfehlers Δs jeweils nur über einen Integrationstakt aktiv, da der Positionsfehler Δs innerhalb eines Integrationstaktes verarbeitet wird. Danach wird der Schätzwert des Positionsfehlers Δs auf null gesetzt. Die geschätzte Geschwindigkeit
Zur Bestimmung der geschätzten Geschwindigkeit
Schliesslich wird mit Hilfe der Integratoreinheit IE durch Integration der geschätzten Geschwindigkeit
Wie erwähnt, wird in der Recheneinheit RET der Algorithmus eines Schätzfilters verwendet, der in einer vorteilhaften Ausführungsform der Algorithmus eines Kalmanfilters (A. Gelb, "Applied Optimal Estimation", THE M.I.T. PRESS, Massachusetts Institute auf Technology Cambridge, Massachusetts and London, England, 1994) ist. Dabei werden mit der in der Korrektureinheit KRE bestimmten Positionsdifferenz Δsm Schätzungen des wahren Positionsfehlers Δs und der Fehler des Tachometers vorgenommen. Es handelt sich also bei dieser Ausführungsform des Schätzfilters um einen Zustandsbeobachter mit variabler Dynamik, weil die Unschärfe in der Kenntnis der augenblicklichen Position und die Unschärfe in der Kenntnis der mit der Korrelatoreinheit KE ermittelten Position gegeneinander abgewogen werden, um hieraus zeitvariable Filterverstärkungsfaktoren zu berechnen. Dies hat die folgende Bedeutung:As mentioned, the algorithm of an estimation filter is used in the computing unit RET, which in an advantageous embodiment the algorithm of a Kalman filter (A. Gelb, "Applied Optimal Estimation", THE MIT PRESS, Massachusetts Institute on Technology Cambridge, Massachusetts and London, England, 1994). The position difference Δs m determined in the correction unit KRE is used to make estimates of the true position error Δs and the errors of the tachometer. This embodiment of the estimation filter is therefore a state observer with variable dynamics, because the uncertainty in the knowledge of the current position and the uncertainty in the knowledge of the position determined with the correlator unit KE are weighed against one another in order to calculate time-variable filter gain factors therefrom. This has the following meaning:
Angenommen, das Führungssystem kennt die durch Integration der Geschwindigkeit berechnete Position zunächst nur mit einer grossen Unschärfe, während die mit der Korrelatoreinheit KE bestimmte Position sehr genau ist (kleiner Ungenauigkeitsgrad R), dann wird beim nächsten Berechnungsvorgang die von der Korrelatoreinheit KE bestimmte Positionsdifferenz Δsm in fast voller Höhe für die Positionskorrektur verwendet und geht auch in hohem Mass in die Schätzung der Tachometerfehler (linearer und quadratischer Skalenfaktorfehler Δk1 und Δkq) ein.Assuming that the guidance system initially only knows the position calculated by integrating the speed with a large degree of uncertainty, while the position determined with the correlator unit KE is very precise (small degree of inaccuracy R), then the position difference Δs m determined by the correlator unit KE becomes the next calculation process used almost in full for the position correction and is also used to a large extent in the estimation of the tachometer errors (linear and quadratic scale factor errors Δk 1 and Δk q ).
Im umgekehrten Fall, wenn das Führungssystem die momentane Position mit grosser Genauigkeit kennt, die Korrelatoreinheit KE allerdings nur eine ungenaue Position (grosser Ungenauigkeitsgrad R) zur Verfügung stellen kann, dann vertraut das Kalmanfilter auf das eigene Wissen und verwertet die von der Korrelatoreinheit KE erhaltene Information nur in sehr geringem Masse.Conversely, if the guidance system knows the current position with great accuracy, the However, if the correlator unit KE can only provide an inaccurate position (large degree of inaccuracy R), the Kalman filter trusts in its own knowledge and only uses the information received from the correlator unit KE to a very small extent.
Dieser Vorgang wird über die Berechnung der Kovarianz eines im Kalmanfilter verwendeten Zustandsvektors und über die Berechnung der bereits anhand Fig. 3 und 4 erläuterten Kovarianz der Positionsfehlerbestimmung (d.h. der Korrelation) gesteuert, wobei der Zustandsvektor in der in Fig. 3 und 5 dargestellten Ausführungsform folgende Form hat:
Das Kalmanfilter wird dazu verwendet, die Zustandsgrössen
Anhand der angegebenen Definitionen sind im folgenden die Kalmanfiltergleichungen in diskreter Form angegeben:
Wenn von der Korrelatoreinheit KE der Recheneinheit RET bzw. dem in dieser realisierten Kalmanfilter eine Positionsdifferenz Δsm gemeldet wird, wird ein Update des Zustandsvektors und der Kovarianz des Schätzfehlers vorgenommen. Das Kalmanfilter verfolgt somit nicht nur die Schätzgrössen, sondern auch die Ungenauigkeit seiner eigenen Kenntnis des Zustandsvektors.If the computing unit RET or the realized in this Kalman filter one position difference .DELTA.s m is reported by the correlator unit KE, an update of the state vector and the covariance of the estimation error is made. The Kalman filter therefore not only tracks the estimates, but also the inaccuracy of its own knowledge of the state vector.
Bekanntlich wird das Kalmanfilter mit veränderlichen Verstärkungsfaktoren betrieben. Besitzt das System eine geringe Unsicherheit in der Kenntnis seines Zustandes und ist die externe Messung relativ ungenau, dann wird die externe Messung in nur geringem Masse berücksichtigt. Meldet z.B. die Korrelatoreinheit KE eine unsichere Positionsdifferenz Δsm von 100 m, dann würde das Kalmanfilter davon nur wenige Meter berücksichtigen. Das Filter ist sozusagen sehr vorsichtig und traut der externen Information nur wenig. Wäre anderseits die eigene Unsicherheit sehr hoch und die Korrelationseinheit KE würde eine ziemlich sichere Positionsdifferenz Δsm von 100 m melden, dann würde das Kalmanfilter die 100 m fast vollständig übernehmen, da es jetzt der externen Information sehr viel mehr traut als seiner eigenen Kenntnis. Dieses Verhalten wird mittels einer Verstärkungsmatrix Kk im folgenden mathematisch dargestellt, wobei die Berechnung zum Zeitpunkt k erfolgt:
Um den Updatealgorithmus in einer eindeutigen Weise zu durchlaufen und um ausserdem das Einschwingverhalten des Kalmanfilters beim Einschalten des Führungssystems möglichst optimal zu gestalten, müssen folgende Bedingungen erfüllt sein:In order to run through the update algorithm in a clear manner and also to optimize the settling behavior of the Kalman filter when the guide system is switched on, the following conditions must be met:
Erstens, dass das von der Korrelatoreinheit KE gesetzte Erneuerungssignal UD (Fig. 3) zurückgesetzt und erneut wieder gesetzt worden ist. Damit wird vermieden, dass der vorhergehende aktive Zustand des Erneuerungssignals UD fälschlicherweise als erneute Aufforderung an die Recheneinheit RET zur Berechnung von Schätzwerten interpretiert wird. Anderseits wird das Erneuerungssignal UD erst dann von der Korrelatoreinheit KE zurückgesetzt, wenn von der Korrektureinheit KRE ein Quittungssignal UQ an die Korrelatoreinheit KE geht, wodurch dieser mitgeteilt wird, dass die Neuberechnung (Update) in der Korrektureinheit KRE abgeschlossen ist.First, that the renewal signal UD (FIG. 3) set by the correlator unit KE has been reset and set again. This prevents the previous active state of the renewal signal UD from being incorrectly interpreted as a renewed request to the computing unit RET to calculate estimated values. On the other hand, the renewal signal UD is only reset by the correlator unit KE when an acknowledgment signal UQ is sent from the correction unit KRE to the correlator unit KE, whereby the latter is informed that the recalculation (update) in the Correction unit KRE is completed.
Zweitens muss das von der Korrektureinheit KRE ausgehende Quittungssignal QU zurückgesetzt und das von der Korrelatoreinheit KE ausgehende Erneuerungssignal UD gesetzt worden sein.Second, the acknowledgment signal QU originating from the correction unit KRE must have been reset and the renewal signal UD originating from the correlator unit KE must have been set.
Drittens muss eine vorgegebene Anzahl von Neuberechnungen der Positionsdifferenz Δsm seit der Inbetriebsetzung des Führungssystems durchlaufen worden sein. In dieser Startphase werden der lineare und der quadratische Skalenfaktorfehler Δk1 und Δkq nicht berechnet, womit keine Korrekturen der gemessenen Geschwindigkeit vm im zweiten Addierer AD2 vorgenommen wird. Allerdings wird die von der Korrelatoreinheit KE bestimmte Positionsdifferenz Δsm in der Startphase trotzdem zur Korrektur berücksichtigt, und zwar durch den erwähnten dritten Addierer AD3, über den die Positionsdifferenz Δsm zur Berechnung der geschätzten Position
Mit der Ausführung jeder Neuberechnung (Update) wird das Quittungssignal UQ für die Korrelatoreinheit KE durch die Korrektureinheit KRE neu gesetzt.When each recalculation (update) is carried out, the acknowledgment signal UQ for the correlator unit KE is reset by the correction unit KRE.
Der Kurvendetektor KD löst den Updatezyklus in der Korrelatoreinheit KE aus. Dazu wird im Kurvendetektor KD, wie erwähnt, der Beginn eines Bogeneinlaufs bzw. das Ende eines Bogenauslaufs bestimmt und mittels eines Detektionssignals DF der Korrelatoreinheit KE angezeigt.The curve detector KD triggers the update cycle in the correlator unit KE. For this purpose, the start of a sheet inlet or the end of a sheet outlet is determined in the curve detector KD, as mentioned, and is displayed to the correlator unit KE by means of a detection signal DF.
Eine mögliche Ausführungsform des Kurvendetektors KD besteht darin, dass das Sensorsignal mit der gemessenen Querbeschleunigung am zunächst mit Hilfe eines Filters mit Tiefpasscharakteristik gefiltert wird. Das Ausgangssignal des Filters durchläuft anschliessend eine nichtlineare Kennlinie mit Ansprechempfindlichkeit (dead zone) (Winfried Oppelt, "Kleines Handbuch technischer Regelvorgänge", Verlag Chemie, Darmstadt, 1972) mit voreingestellten Beschleunigungs-Schwellwerten. Schliesslich wird zur Bestimmung der Bogenrichtung mit einer Signumfunktion (Netz, "Formel der Mathematik", Carl Hanser Verlag München Wien, 1981) das Vorzeichen zur Generierung des Kurvendetektionssignales DF extrahiert.One possible embodiment of the curve detector KD is that the sensor signal with the measured lateral acceleration a m is first filtered with the aid of a filter with a low-pass characteristic. The filter output signal then goes through a non-linear one Characteristic curve with responsiveness (dead zone) (Winfried Oppelt, "Small handbook of technical control processes", Verlag Chemie, Darmstadt, 1972) with preset acceleration threshold values. Finally, in order to determine the direction of the arc, the sign for generating the curve detection signal DF is extracted with a signum function (Netz, "Formula of Mathematics", Carl Hanser Verlag Munich Vienna, 1981).
Eine weitere Ausführungsform für den Kurvendetektor KD wäre gegeben durch die Verwendung der gemessenen Gleisrollrate (d.h. der Rollwinkelgeschwindigkeit) an Stelle des Querbeschleuniungssignals oder durch die Verwendung beider Signale als eine logische Verknüpfung aus dem Detektionssignal der Querbeschleunigung und einem mit der Gleis- oder Drehgestellrollrate bestimmten Detektionssignal. Darüber hinaus könnten in weiteren Ausführungsformen des Kurvendetektors KD auch andere Signale, wie die Wagenkasten- oder Drehgestellgierrate oder der Ausdrehwinkel des Drehgestells allein oder in Kombination mit den anderen Signalen, verwendet werden.A further embodiment for the curve detector KD would be given by using the measured track roll rate (i.e. the roll angular velocity) instead of the lateral acceleration signal or by using both signals as a logical combination of the detection signal of the lateral acceleration and a detection signal determined with the track or bogie roll rate. In addition, in other embodiments of the curve detector KD, other signals, such as the car body or bogie yaw rate or the angle of rotation of the bogie alone or in combination with the other signals, could be used.
Beim anhand von Fig. 3 und 5 erläuterten Ausführungsbeispiel wird mit Hilfe des Kalmanfilters und einer Korrelation die tatsächliche Position des Schienenfahrzeuges geschätzt. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung können beim Kalmanfilter auch andere oder gar zusätzliche Positionsmessungen miteinbezogen werden. So kann beispielsweise die Position des Schienenfahrzeuges durch GPS-(Global Positioning System), durch Streckenmagnete oder andere externe Positionsmesssysteme gemessen werden. Dann ist das Kalmanfilter - mit einer geringfügigen Modifikation der dargestellten Ausführungsform - geradezu prädestiniert, diese zusätzliche Information aufzunehmen und gewichtet so zu verarbeiten, dass die bestmögliche Schätzung der Position unter Einbeziehung aller verfügbaren Informationen erreicht wird.In the exemplary embodiment explained with reference to FIGS. 3 and 5, the actual position of the rail vehicle is estimated with the aid of the Kalman filter and a correlation. In a further embodiment of the invention, other or even additional position measurements can also be included in the Kalman filter. For example, the position of the rail vehicle can be measured using GPS (Global Positioning System), track magnets or other external position measuring systems. Then the Kalman filter - with a slight modification of the embodiment shown - is almost predestined to take up this additional information and is thus weighted Process that the best possible estimate of the position is achieved taking into account all available information.
Die erfindungsgemässe Lehre eignet sich nicht nur für ein Führungssystem zur Einstellung der Querneigung des Lastbodens eines Schienenfahrzeuges. Denkbar sind grundsätzlich alle Anwendungen, bei denen die Position des Schienenfahrzeuges von Bedeutung ist. Aus diesem Grund ist unter dem Begriff Führungssystem auch ein System zu verstehen, bei dem die Position des Schienenfahrzeuges für andere Zwecke als zur Einstellung der Lastboden-Querneigungswinkels bestimmt wird. Dies beinhaltet insbesondere Anwendung in der Überwachung des Schienenverkehrs oder der Geschwindigkeit von Schienenfahrzeugen.The teaching according to the invention is not only suitable for a guide system for adjusting the transverse inclination of the load floor of a rail vehicle. In principle, all applications are conceivable in which the position of the rail vehicle is important. For this reason, the term guidance system is also to be understood as a system in which the position of the rail vehicle is determined for purposes other than for setting the load floor cross-slope angle. This includes in particular application in the monitoring of rail traffic or the speed of rail vehicles.
Die folgenden Ausführungen beziehen sich auf weitere Ausgestaltungen der verschiedenen bereits erläuterten Ausführungsvarianten, wie sie sich durch Kombination mit den in EP-0 647 553 offenbarten Lehren ergeben. Aus diesem Grund wird diese referenzierte Druckschrift in ihrem gesamten Umfang in den Offenbarungsgehalt dieser jüngeren Schrift miteinbezogen.The following explanations relate to further configurations of the various previously described embodiment variants, as result from the combination with the teachings disclosed in EP-0 647 553. For this reason, the entire scope of this referenced publication is included in the disclosure content of this more recent publication.
Die in der Referenzdatenspeichereinheit RE enthaltenen Streckeninformationen SI (Fig. 2 und 3) und allenfalls die in der Stellwinkelberechnungseinheit SPE zur Berechnung des Neigungswinkels α zugrundegelegten Informationen werden in weiteren Ausführungsvarianten der Erfindung im Sinne eines "teach-in" dadurch ermittelt, dass nicht unbedingt diese Grössen selbst, aber davon direkt abhängige, wie Querbeschleunigung und deren Richtung, während einer teach-in-Fahrt des Schienenfahrzeuges mit bekannten Messeinrichtungen, wie Kreisel, Pendel, Neigungssensoren etc., erfasst und z.B. in der Referenzdatenspeichereinheit RE und/oder in der Stellwinkelberechnungseinheit SPE von Fig. 2 oder 3 abgelegt werden.The route information SI contained in the reference data storage unit RE (FIGS. 2 and 3) and at most the information on which the setting angle calculation unit SPE is based for calculating the angle of inclination α are determined in further embodiment variants of the invention in the sense of a “teach-in” in that they are not necessarily so Sizes themselves, but directly dependent on them, such as lateral acceleration and their direction, during a teach-in drive of the rail vehicle with known measuring devices, such as gyroscopes, pendulums, inclination sensors etc., are recorded and stored, for example, in the reference data storage unit RE and / or in the actuating angle calculation unit SPE of FIG. 2 or 3.
Es wird weiter vorgeschlagen, wie auch immer das erfindungsgemässe Führungssystem realisiert wird, dem erfindungsgemässen Führungssystem mindestens ein zweites Führungssystem parallelzuschalten, um einerseits eine Redundanzüberprüfung der von beiden Systemen gelieferten Neigungswinkel α für die Stelleinheiten STE (Fig. 2 und 3) vornehmen zu können und um, bei Abweichungen der Stellsignale, die ein vorgegebenes Mass überschreiten, am Schienenfahrzeug adäquate Vorkehrungen einzuleiten, so z.B. die Querneigungsführung dem zweiten Führungssystem zu überbinden, falls letzteres z.B. störungssicherer ist. Dass nämlich ein als redundantes Führungssystem vorgesehenes, z.B. an sich bekanntes messendes Führungssystem die Querneigungssteuerung weniger effizient den momentanen Erfordernissen entsprechend vornimmt, stört dann nicht, weil dieser Fall nur als Behelfsbetriebsfall eintritt.It is further proposed, however the guide system according to the invention is implemented, to connect at least a second guide system in parallel with the guide system according to the invention, in order firstly to be able to carry out a redundancy check of the inclination angles α supplied by both systems for the control units STE (FIGS. 2 and 3) and in order , take appropriate precautions on the rail vehicle in the event of deviations in the actuating signals that exceed a specified level, for example to tie the bank guide to the second guide system if the latter e.g. is more fail-safe. The fact that a redundant guidance system, e.g. measuring guide system, which is known per se, makes the bank control less efficiently according to the current requirements, does not bother because this case only occurs as a makeshift operation case.
In Fig. 6 ist anhand eines Funktionsblockdiagrammes eine Redundanzführung erwähnter Art schematisch dargestellt.A redundancy control of the type mentioned is shown schematically in FIG.
In Fig. 6 ist schematisch im Block 41 das wie auch immer erfindungsgemäss realisierte Führungssystem bis zur Ausgabe des Neigungswinkels α, hier als αSE bezeichnet, dargestellt. Als charakteristischer Block umfasst das erfindungsgemässe Führungssystem 41 eine Referenzdatenspeichereinheit RE der anhand von Fig. 2 und 3 erläuterten Art.6, the guide system, however implemented according to the invention, is shown schematically in
Ein weiteres, gegebenenfalls vom erfindungsgemässen abweichendes Führungssystem ist schematisch mit Block 43 dargestellt und beruht vorzugsweise auf der messtechnischen Erfassung einer mit der Querbeschleunigung am zusammenhängenden Grösse, wie schematisch mit dem Kreisel im Block 43 dargestellt. Auch dieses Führungssystem liefert, in der diesem System eigenen Art, einen Neigungswinkel αSm als Stellsignal. Beide Stellsignale αSE und αSm oder diese eindeutig bestimmende andere Signale werden an einer Vergleichseinheit 45 daraufhin miteinander verglichen, ob sie nicht mehr als ein an einer Vorgabeeinheit 47 vorgebbares Maximalmass Δmax voneinander abweichen. Es kann nun dann, wenn die beiden redundanten Stellsignale αSE und αSm mehr als das vorgegebene Mass voneinander abweichen, das Schienenfahrzeug z.B. mit dem sichereren der beiden Führungssysteme 41, 43 geführt werden, auch wenn das sicherere System im Sinne der Eingangsbemerkungen steuerungstechnisch weniger präzise ist.Another, possibly different from the one according to the invention The guidance system is shown schematically with
Wenn das Führungssystem 43 messtechnisch die Querbeschleunigungsverhältnisse am Schienenfahrzeug erfasst, wird in diesem Falle ein solches System 43, auch wenn steuerungstechnisch weit weniger präzise, als "Behelfssystem" zur Querneigungssteuerung bzw. -führung am Schienenfahrzeug eingesetzt. Die Vergleichseinheit 45 schaltet den Eingang der Stellwinkelberechnungseinheit SPE (Fig. 2 und 3) auf das auf dem Querbeschleunigungsmessen basierende, beispielsweise bereits bekannte Behelfssystem 43 um. Gleichzeitig wird, wie in Fig. 6 bei 49 dargestellt, diese Situation z.B. angezeigt.If the
Durch Vorsehen des im genannten Sinne als Behelfssystem wirkenden, die Querbeschleunigung bzw. die diese definierende Grössen messenden Führungssystem 43 müssen zwangsläufig am Fahrzeug Sensoren zur Querbeschleunigungserfassung vorgesehen sein, welche in einer teach-in-Phase für das erfindungsgemässe System 41 eingesetzt werden können, indem, wie vorgängig beschrieben wurde, mit dem Fahrzeug eine Strecke abgefahren wird und die messtechnisch erfassten Geleisecharakteristika in eine Speichereinrichtung geladen werden.By providing the
In Fig. 7 ist eine Zugkomposition, beispielsweise mit Triebwagen 1 und 5, dargestellt, konstelliert für Fahrt in Richtung v. Soweit benötigt, weist jedes Fahrzeug 1 bis 5 eine Stellwinkelberechnungseinheit 11 auf zur Lastboden-Querneigungsstellung, wie dies beschrieben wurde. Am bezüglich der Fahrrichtung gemäss v vordersten Wagen, dem Triebwagen 1, ist ein erfindungsgemässes Führungssystem 41M vorgesehen sowie ein z.B. auf Querbeschleunigungsmessung beruhendes System 43M, wie bereits anhand von Fig. 6 beschrieben wurde.7 shows a train composition, for example with
Für Fahrtrichtungsumkehr ist am Triebwagen 5, völlig symmetrisch, ein erfindungsgemässes Führungssystem 41S und ein auf Querbeschleunigungsmessung beruhendes System 43S, wie dies bereits anhand von Fig. 6 erläutert wurde, vorgesehen. In der eingezeichneten Fahrtrichtung wirken die Systeme am Triebwagen 1 als Mastersystem (M), diejenigen am Wagen 5 als Slavesystem (S).For direction reversal is on the
An einer solchen bevorzugten Konstellation wird die Querneigungsführung wie folgt den vorgesehenen Systemen zugeordnet:
Das erfindungsgemässe Mastersystem 41M liefert die Stellsignale α für alle mit Querneigungssteuerung der beschriebenen Art ausgerüsteten Wagen 1 bis 5. Das Mastergesamtsystem am Wagen 1 überwacht sich selbst, beispielsweise, indem die momentane Stellgrösse für den Lastboden an einem der Wagen, ausgegeben vom erfindungsgemässen System 41M, mit demjenigen des Systems 43M verglichen wird. Weichen diese Stellsignale so voneinander ab, dass dies nicht mehr plausibel ist, so wird die Steuerung der Lastboden-Querneigungen aller Wagen 1 bis 5 dem erfindungsgemässen Slavesystem 41S übertragen, wie dies schematisch in Fig. 7 durch die Umschalteinheit 60 dargestellt ist.In such a preferred constellation, the bank routing is assigned to the proposed systems as follows:
The
Auch am Slavegesamtsystem im hintersten Wagen 5 wird, beispielsweise durch Vergleich der Stellsignale des erfindungsgemässen Systems 41S und des auf Messung beruhenden Systems 43S, auf Plausibilität überwacht. Falls eine nicht mehr plausible Abweichung dieser Stellsignale erfasst wird, wird wiederum geschlossen, dass das erfindungsgemässe System 41S fehlerhaft ist, worauf das auf Messung beruhende System 43M behelfsmässig die Querneigungssteuerungen übernimmt. Ist auch dieses System fehlerbehaftet, was beispielsweise durch Vergleich von Fahrgestellausdrehung und Querneigungs-Stellsignal detektiert werden kann, oder falls eines oder mehrere der Querneigungs-Stellglieder 11 defekt ist, so wird auf Notbetrieb geschaltet und der Zug mit Regelgeschwindigkeit betrieben.Plausibility is also monitored on the overall slave system in the
Bei Umkehr der Fahrrichtung übernehmen selbstverständlich die Systeme im Wagen 5 die Masterfunktion, die Systeme im Wagen 1 die Slavefunktion.When the direction of travel is reversed, the systems in
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