EP1418109B1 - Verfahren zur Lage- und Geschwindigkeitsbestimmung - Google Patents

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EP1418109B1
EP1418109B1 EP02024815A EP02024815A EP1418109B1 EP 1418109 B1 EP1418109 B1 EP 1418109B1 EP 02024815 A EP02024815 A EP 02024815A EP 02024815 A EP02024815 A EP 02024815A EP 1418109 B1 EP1418109 B1 EP 1418109B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
speed
evaluation
measuring methods
values
method step
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP02024815A
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English (en)
French (fr)
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EP1418109A1 (de
Inventor
Werner Schwarzenbacher
Arthur Windisch
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Siemens Schweiz AG
Original Assignee
Siemens Schweiz AG
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Publication date
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Priority to EP02024815A priority patent/EP1418109B1/de
Priority to DE50209363T priority patent/DE50209363D1/de
Publication of EP1418109A1 publication Critical patent/EP1418109A1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L25/00—Recording or indicating positions or identities of vehicles or vehicle trains or setting of track apparatus
    • B61L25/02—Indicating or recording positions or identities of vehicles or vehicle trains
    • B61L25/021—Measuring and recording of train speed
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L25/00—Recording or indicating positions or identities of vehicles or vehicle trains or setting of track apparatus
    • B61L25/02—Indicating or recording positions or identities of vehicles or vehicle trains
    • B61L25/025—Absolute localisation, e.g. providing geodetic coordinates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L25/00—Recording or indicating positions or identities of vehicles or vehicle trains or setting of track apparatus
    • B61L25/02—Indicating or recording positions or identities of vehicles or vehicle trains
    • B61L25/026—Relative localisation, e.g. using odometer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L27/00—Central railway traffic control systems; Trackside control; Communication systems specially adapted therefor
    • B61L27/20—Trackside control of safe travel of vehicle or vehicle train, e.g. braking curve calculation
    • B61L2027/202—Trackside control of safe travel of vehicle or vehicle train, e.g. braking curve calculation using European Train Control System [ETCS]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L2205/00—Communication or navigation systems for railway traffic
    • B61L2205/04—Satellite based navigation systems, e.g. GPS

Definitions

  • the present invention relates to a method for position and velocity determination according to the preamble of patent claim 1.
  • ETCS European Train Control System
  • TPWS Train Protection and Warning System
  • signal words such as "WARNING”, “SPEED WARNING” or “HALT” in the frequency range of a few tens of kHz in pairs from 10 to 22 m apart "can be transmitted to a vehicle driving over these devices.
  • the speed monitoring is performed by a time measurement between the signals received from two transmission devices of a pair. This means that with the same equipment on the one hand, all trains are monitored to the same maximum speed and on the other hand, that over the distance of this group, the speed is determined. amendments require either a new installation on the track or a reconfiguration of the transmission equipment on site.
  • the document WO 01/89904 A1 [3] discloses an apparatus and a method with which the position of a train is determined by a comparison of previously stored route values with the route values registered during a journey.
  • the mentioned distance values represent e.g. Parameters for a curve or line-specific irregularities.
  • this method requires a new acquisition of the previously stored route values.
  • the obtained position data is not trusted enough to make security-related decisions based thereon, such as e.g. Ride at a certain speed - to hit.
  • recording data for compensating for changing recording data is filtered, and recording data present as position data are thereby adaptively improved.
  • SIL Safety Integrity Level
  • the document DE 195 32 104 C1 [8] discloses a method for determining the position of a track-guided vehicle, in which three types of independently obtained position measurement data such as object location, path length and route are obtained and through a correlation with a correlation of stored target data position over a Mn decision making process is determined.
  • the object of the present invention is therefore to improve the method disclosed in [8] on the basis of independently obtained position data types.
  • the process should be easy to install and implement and, if possible, to rely on existing in-vehicle method for position and speed measurement.
  • the location of the device for obtaining the current position and velocity values from the data output by the transducers can be made at least partially physically in the device for method step B in a 2v2 or 2v3 evaluation system, significant hardware and hardware savings are thus possible with the costs.
  • position value For the purposes of this document, instead of the term position value 1, the term position indication or way value is used synonymously.
  • the term position value has a broader meaning than the term way value, since a way value is always defined only in connection with a predetermined route or a predetermined rail track.
  • a preferred embodiment of the present invention is based on a SIL level 3 basis.
  • a SIL level 3 means that every 10 7 to 10 8 hours of operation on a function, that is to say the observation unit, is to be reckoned with an uncontrollable error which can then pose a serious threat to man and material.
  • P1 represents a real speed value and P2 represents a real position
  • the measured value M11 or M12 represents a measured value of the real speed value M1 or v obtained with the measuring method A11 or A12. This notation also applies accordingly to the position specification.
  • a position specification and a speed value are each obtained on two different measuring methods.
  • a speed value is determined from pairs of balises arranged over defined distances.
  • the reference P1 thus represents the distance of a pair of balises as well as the measured time difference .DELTA.t, which is measured when passing over such a pair of balises and wherein the distance a and the time difference At are transmitted to the vehicle.
  • the system Eurobalise uses its own time base.
  • the speed value M11 obtained in this way is based on a clocked method.
  • the clock is given by the arrangement of Balisencrue and the average speed of the train between two Beautysenzipen.
  • Function block A12 From a non-driven axle of a modern railway train (for example, ICN SBB AG) is determined by a rotary incremental encoder speed and thus the known radius of the wheel, the rotational speed. Function block A12 has its own time base. The speed value M12 obtained in this way is based on a quasi-continuous method.
  • an absolute position indication P2 of a vehicle is determined. Since the relative location of the detection device must be taken into account within the train concerned, such detection devices are preferably arranged at the top of the relevant train (traction vehicle, control car).
  • Measurement method A22 for a position indication
  • the geographical coordinates and time are determined.
  • a transformation into the customary representation can already be anticipated, e.g. into the coordinates of the Swiss land topography L + T.
  • A11, A12, A21 and A22 are supplied with energy by mutually independent supplies.
  • these units are moreover arranged at electrically and locally different locations of the railway train. This gives the effect that the same disturbance, e.g. by an electromagnetic field, to which units do not have the identical effects.
  • This interference may well have their origin in the vehicle and may also affect the conduction of the function of the aforementioned units.
  • the so-called EMC interference can not be warded off alone with immunity measures. Therefore, the distributed arrangement in a vehicle is of particular importance.
  • a 2v3 evaluation system can also be used.
  • three “equal" input quantities are used to determine a true position or velocity value; If, of these 3 input quantities, the two of them match within a tolerance band, the two values are the basis for determining the "true" measured value MW1 or MW2.
  • a static method for determining the position or speed can be used for the aforementioned 2v2 or 2v3 evaluation systems. For determining the position, it must be checked whether the individual position values represent a monotonous or strictly monotonous growing number sequence. The distinction “monotone” or “strictly monotonic” depends on the presence of a signal indicating the stoppage of a train. Since speed value and position value are dependent variables over time, the static method can also include an integration of the speed over time and the integral value can be compared with the position value to be checked, just to check the plausibility. An equality in a certain tolerance band does not indicate the correctness of the determined values, but the inequality provides a statement that one of the considered values has an intolerable error. It is a matrix with the dependencies resp. to create and evaluate the independence.
  • the measuring methods A ij have a functional relationship directly with the sensors S ij , it is also possible to subject the measured values M ij to a correlation determination. This can be done on the one hand between the two measuring methods Ai1 and Ai2 and on the other hand for a series of measurements (M ij ) of the same size P ij . Compared with the application of a static method in the evaluation unit B1 or B2, this correlation determination can be made smaller time intervals, this is particularly useful when a continuous or quasi-continuous size P ij is measured.
  • the inventive method distributed to several cars can be implemented.
  • the transmission of the method according to the invention can be transmitted to a central point in the tilting train to increase the independence and reliability against interference on various wired and / or radio-controlled bus systems.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Lage-und Geschwindigkeitsbestimmung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Aufgrund der zunehmenden Verkehrsdichte sowie leider auch aufgrund von Unfällen sind Weiterentwicklungen der Zugbeeinflussungssysteme vorgenommen worden. Um insbesondere auch länder- und bahnverwaltungsübergreifende Züge ohne Lokomotivwechsel führen zu können, ist bereits der Auslauf vieler nationaler Systeme insbesondere auf Hauptstrecken vorgesehen. Diese Systeme werden sukzessive durch ein standardisiertes "European Train Control System" - nachfolgend als ETCS bezeichnet - abgelöst. Das ETCS bietet eine gegenüber den alten Systemen wesentlich erhöhte Funktionalität hinsichtlich der Zugbeeinflussung und verbessert die Sicherheit signifikant. Einen Überblick über die vorhandenen zugbeeinflussungssysteme wie auch die Ablösestrategie durch ETCS gibt die Schrift ETR Heft 11/2000 [1]. Die technische Spezifikation des ETCS ist in den entsprechenden Dokumenten der UNISIG [2] enthalten.
  • In Grossbritannien wird von Bahnverwaltungen ein Zugssicherungssystem TPWS (Train Protection and Warning System) eingesetzt, bei dem mittels paarweise im Abstand von 10 bis etwa 22 m angeordneter Übertragungsgeräte im Frequenzbereich von einigen wenigen zehn KHz Signalbegriffe wie "WARNUNG", "GESCHWINDIGKEITSWARNUNG" oder "HALT" auf ein diese Geräte überfahrendes Fahrzeug übermittelt werden können. Die Geschwindigkeitsüberwachung erfolgt über eine Zeitmessung zwischen der von zwei Übertragungsgeräten eines Paares empfangenen Signale. Dies bedeutet, dass bei gleicher Ausrüstung einerseits alle Züge auf die gleiche maximale Geschwindigkeit überwacht werden und andererseits, dass über den Abstand dieser Gruppe die Geschwindigkeit bestimmt ist. Änderungen bedingen entweder eine Neumontage auf der Strecke oder eine Neukonfiguration der Übertragungsgeräte vor Ort.
  • In der Schrift WO 01/89904 A1 [3] ist ein Gerät und ein Verfahren offenbart, mit denen die Position eines Zuges bestimmt wird durch einen Vergleich von vorgängig gespeicherten Streckenwerten mit denen während einer Fahrt registrierten Streckenwerten. Die genannten Streckenwerte repräsentieren z.B. Parameter für eine Kurve oder streckenspezifische Irregularitäten. Bei plötzlich oder allmählich erfolgenden Änderungen an der Strecke bedingt dieses Verfahren eine Neuerfassung der vorgängig gespeicherten Streckenwerte. Darüber hinaus sind die gewonnenen Positionsdaten zu wenig vertrauenswürdig, um darauf basierend sicherheitsrelevante Entscheidungen - wie z.B. Fahrt mit einer bestimmten Geschwindigkeit - zu treffen.
  • Gemäss der Lehre in der Schrift WO 02/058984 A1 [4] werden Aufnahmedaten zur Kompensation sich wandelnder Aufnahmedaten gefiltert und als Positionsdaten vorliegende Aufnahmedaten werden dabei adaptiv verbessert.
  • Mit der Aufrüstung der Bahnen auf moderne Verfahren der Zugsicherung auf einem einheitlichen internationalen Level (Interoperabilität) genügen die auf den Fahrzeugen in Betrieb stehenden Einrichtungen für eine Lage- und Geschwindigkeitsbestimmung nicht mehr. Für diese neuen Verfahren ist es erforderlich, die absolute Position eines Fahrzeugs und dessen Momentangeschwindigkeit jederzeit genau und zuverlässig einem geforderten SIL-Wert entsprechend zu kennen. Die Bedeutung von SIL-Werten (Safety Integrity Level) ist in der Norm EN 50126 [5], EN 50129 [6] und in der Norm IEC 61508 [7] definiert.
  • In der Schrift DE 195 32 104 C1 [8] ist ein Verfahren zur Bestimmung der Position eines spurgeführten Fahrzeugs offenbart, bei dem drei Arten von unabhängig gewonnenen Positionsmessdaten wie Objektort, Weglänge und Streckenverlauf gewonnen werden und durch eine Korrelation mit einer Korrelation abgelegter Solldaten diePosition über ein M.n Entscheidungsfindungsverfahren bestimmt wird.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ausgehend von unabhängig gewonnenen Positionsdatenarten das in [8] offenbarte Verfahren zu verbessern. Dabei soll das Verfahren einfach installierbar und implementierbar sein und möglichst auf im Fahrzeug bestehende Verfahren zur Lage- und Geschwindigkeitsmessung aufsetzen.
  • Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Massnahmen gelöst.
  • Durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Verfahrensschritte wird auf einem schienengebundenen Fahrzeug sichergestellt, dass mit den so bestimmten Lage- und Geschwindigkeitswerten eine sicherheitskritische Entscheidung vorgenommen werden kann. Durch vom Messverfahren selber erzeugte Statussignal bzw. Attribut kann ein zugehöriger Messwert erforderlichenfalls verworfen werden. Die Unabhängigkeit der eingesetzten Messverfahren beinhaltet z.B. auch die isolierte Wirkung von Störbeeinflussungen oder die beschränkte Fehlerfortpflanzung eines endogenen Fehlers in den verschiedenen Funktionsblöcken bei Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in weiteren Ansprüchen angegeben.
  • So können sich die folgenden Vorteile zusätzlich ergeben:
    1. i) Dadurch dass
      «im Verfahrensschritt A die gewonnenen Messwerte einer Korrelationsbestimmung unterzogen werden und bei einer zu geringen Korrelation das betreffende Statussignal einen ungültigen Messwert anzeigt»;
      können übergrosse Abweichungen bereits durch das Messverfahren selber erkannt werden und eine Entscheidung über die Ungültigkeit eines Messwertes bereits vor der Auswertung erkannt und signalisiert werden. (Patentanspruch 3).
    2. ii) Dadurch dass
      «im Verfahrensschritt A die Messverfahren je eine eigene Zeitbasis aufweisen»;
      können auch zwei gleiche unabhängig voneinander erfasste Messgrössen verschiedener Quellen zur Bestimmung eines Lageoder Geschwindigkeitswertes herangezogen werden
      (Patentanspruch 4).
    3. iii) Dadurch dass
      «im Verfahrensschritt B wenigstens eine Auswerteeinheit alternativ als 2v2- oder 2v3-Auswertesystem ausgebildet ist»;
      können die wenigstens zwei Messwerte zuverlässig zur Bestimmung des «wahren» Lage- oder Geschwindigkeitswertes herangezogen werden (Patentanspruch 6).
    4. iv) Dadurch dass
      «die Auswerteeinheiten und Funktionsblöcke, in denen die Messverfahren implementiert sind, je eine separate Energieversorgung aufweisen»;
      ist auf einem Triebfahrzeug sichergestellt, dass bei Auftreten eines Energiezuführungsunterbruches die einzelnen funktional verbleibenden Einheiten eine Fortführung des Betriebs mit einem reduzierten SIL-Level ermöglichen (Patentanspruch 8).
    5. v) Dadurch dass
      «die Auswerteeinheiten und die Funktionsblöcke an verschiedenen Orten innerhalb eines Schienenfahrzeuges oder eines Eisenbahnzuges installiert sind»;
      sind die betreffenden Einheiten in unterschiedlichem Ausmass der gleichen Störbeeinflussung ausgesetzt und dadurch weisen die bestimmten Lage- und Geschwindigkeitswerte eine höhere Vertrauenswürdigkeit und geringere Abweichung zum tatsächlichen Wert auf, da sie nicht systematisch beeinträchtigt sind (Patentanspruch 9).
  • Da die Lokalisation der Einrichtung zur Gewinnung der aktuellen Lage- und Geschwindigkeitswerte aus den durch die Messgeber abgegebenen Daten mindestens teilweise physisch in der Einrichtung für den Verfahrensschritt B in einem 2v2- oder einem 2v3-Auswertesystem vorgenommen werden kann, sind erhebliche Einsparungen in der Hardware und damit bei den Kosten möglich.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand der zeichnung beispielsweise näher erläutert. Dabei zeigen:
    • Figur 1
    Funktionsblöcke und Auswerteeinheiten mit den Datenflüssen zur Bestimmung sicherer Lage- und Geschwindigkeitswerte.
  • Figur 1 zeigt die prinzipielle Anordnung der Funktionsblöcke für das erfindungsgemässe Verfahren zur Lage- und Geschwindigkeitsmessung. Mit den Bezugszeichen P11, P12, P21 und P22 sind verschiedene physikalische Grössen dargestellt, die mit den Sensoren S11, S12, S21 und S22 erfasst werden. Diese physikalischen Grössen repräsentieren eine Grösse v bzw. 1, die die Geschwindigkeit bzw. die Lage eines Eisenbahnzuges A11, A12, A21 und A22 beinhalten. Die vorgenannten Sensoren S11, .., S22 sind je mit einem Funktionsblock A11, A12, A21 und A22 verbunden. Jeder dieser Funktionsblöcke enthält eine Implementation eines (Mess-)Verfahrens zur Messung der physikalischen Grössen P11, .., P22. Diese Grössen können als Skalare, als n-Tupel oder als vektorielle Grössen vorliegen. Im folgenden wird nicht streng unterschieden zwischen dem Messverfahren Aij und dem zugehörigen Funktionsblock Aij. In diesem Ausführungsbeispiel wird angenommen, das aus den vorgenannten Grössen P11 und P12 die Geschwindigkeit v eines Zuges durch die zu erläuternden Verfahren ermittelt wird. In dieser Ausführungsform werden den Bezeichnern P11, .., P22 die nachfolgende Belegung bzw. Bedeutung beispielhaft zugeordnet:
    • P11:
    Skalare Grösse:
    • Winkelgeschwindigkeit eines nicht angetriebenen und nicht bremsbaren Laufrades eines Zuges;
    P12:
    2-tupel:
    • Abstand a eines Balisenpaares des Systems Eurobalise und gemessene Zeitdifferenz Δt, P12 := P12(a, Δt), der Abstand a wird dabei auch zum Triebfahrzeug übermittelt;
    P21:
    2-tupel:
    • Streckenkennung id und Wegmarke s auf dieser Strecke aus einem Zugsicherungssystem, z.B. Eurobalise, P21 := P21(id, s);
    P22:
    3-tupel:
    • Geographische Koordinaten und Zeit aus einem Ortungs-system, z.B. Positionierungssystem "Galileo" (euro-päisch) oder GPS/DGPS/EGNOS (US) oder GLONAS (RU).
  • Die vorgenannte Belegung zu den physikalischen Grössen stellt nur ein Beispiel dar, weitere Beispiele sind in nicht abschliessender Aufzählung:
    1. i) Geschwindigkeitsbestimmung durch Aussenden eines Signals im Ultraschallbereich und Messung des reflektierten Signals unter Berücksichtigung des Doppler-Effektes;
    2. ii) Aus einem in einem Triebfahrzeug enthaltenen Beschleunigungsmesssystem wird durch Integration über die Zeit die Geschwindigkeit v und ein Lagewert 1 bestimmt.
    3. iii) Mittels spezieller Transponder längs einer Strecke sind Wegmarken definiert, die vom System Eurobalise unabhängig sind. Daraus werden je nach Implementation relative oder absolute Lagewerte 1 bestimmt.
  • Im Sinne dieser Schrift wird anstelle des Begriffes Lagewert 1 der Begriff Positionsangabe oder Wegwert synonym verwendet. Der Begriff Lagewert hat eine breitere Bedeutung als der Begriff Wegwert, da ein Wegwert stets nur in Zusammenhang mit einer vorgegebenen Route oder eines vorgegebenen Schienenweges definiert ist.
  • Einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein SIL-Level 3 zugrunde gelegt. Ein SIL-Level 3 bedeutet dass alle 107 bis 108 Stunden Betrieb auf einer Funktion das heisst der Betrachtungseinheit mit einem nicht beherrschbaren Fehler zu rechnen ist welcher dann eine ernsthafte Gefährdung für Mensch und Material darstellen kann.
  • Gemäss der nachfolgenden Ausführungsform stellt P1 einen realen Geschwindigkeitswert und P2 eine reale Positionsangabe dar, während der Messwert M11 bzw. M12 einen mit dem Messverfahren A11 bzw. A12 gewonnen Messwert des realen Geschwindigkeitswertes M1 bzw. v repräsentiert. Diese Notation gilt auch entsprechend für die Positionsangabe.
  • In einem Verfahrensschritt A werden eine Positionsangabe und ein Geschwindigkeitswert je auf zwei verschiedene Messverfahren gewonnen.
    • Messverfahren A11 für einen Geschwindigkeitswert P1:
  • Aus dem System "Eurobalise" wird aus über definierte Abstände angeordneten Balisenpaaren ein Geschwindigkeitswert bestimmt. Das Bezugszeichen P1 steht somit für den Abstand eines Balisenpaares wie auch die gemessene Zeitdifferenz Δt, die beim Überfahren eines solchen Balisenpaares gemessen wird und wobei der Abstand a und die Zeitdifferenz Δt an das Fahrzeug übermittelt werden. Das System Eurobalise verwendet dazu eine eigene Zeitbasis. Der auf diese Weise gewonnene Geschwindigkeitswert M11 beruht auf einem getakteten Verfahren. Der Takt ist dabei durch die Anordnung der Balisenpaare und die mittlere Geschwindigkeit des Zuges zwischen zwei Balisenpaaren vorgegeben.
    • Messverfahren A12 für einen Geschwindigkeitswert P1:
  • Von einer nicht angetriebenen Achse eines modernen Eisenbahnzuges (z.B. ICN der SBB AG) wird über einen rotativen Inkrementalgeber die Drehzahl und damit über den bekannten Radius des Rades die Umlaufgeschwindigkeit bestimmt. Der Funktionsblock A12 verfügt über eine eigene Zeitbasis. Der auf diese Weise gewonnen Geschwindigkeitswert M12 beruht auf einem quasikontinuierlichen Verfahren.
    • Messverfahren A21 für eine Positionsangabe P2:
  • Mittels längs einer Strecke angeordneter Wegmarken wird eine absolute Positionsangabe P2 eines Fahrzeuges ermittelt. Da der relative Ort des Erfassungsgerätes innerhalb des betreffenden Zuges mit berücksichtigt werden muss, werden solche Erfassungsgeräte bevorzugt an der Spitze des betreffenden Zuges (Triebfahrzeug, Steuerwagen) angeordnet.
    • Messverfahren A22 für eine Positionsangabe:
  • Aus einem Ortungssystem werden die geographischen Koordinaten und die Zeit ermittelt. Für die geographischen Koordinaten kann dabei bereits eine Transformation in die landesübliche Darstellung vorweggenommen sein, z.B. in die Koordinaten der schweizerischen Landestopographie L+T.
  • Zur weiteren Sicherung der Unabhängigkeit der Messverfahren A11, A12, A21 und A22 sind deren Einheiten A11, A12, A21 und A22 durch voneinander unabhängige Speisungen mit Energie versorgt. In einer bevorzugten Ausführungsform sind diese Einheiten darüber hinaus an elektrisch und örtlich verschiedenen Stellen des Eisenbahnzuges angeordnet. Dies ergibt den Effekt, dass die gleiche Störbeeinflussung, z.B. durch ein elektromagnetisches Feld, auf die Einheiten nicht die identischen Auswirkungen hat. Diese Störbeeinflussung kann durchaus auch ihren Ursprung im Fahrzeug haben und kann auch leitungsgeführt an die Funktion der vorgenannten Einheiten beeinträchtigen. Im Sinne der maximalen Unhängigkeit der betrachteten Messverfahren bzw. deren Funktionsblöcke kann die sogenannte EMV-Störbeeinflussung nicht allein mit Massnahmen bezüglich Immunität abgewehrt werden. Deshalb ist die verteilte Anordnung in einem Fahrzeug von besonderer Bedeutung.
  • Weitere Beispiele der Störbeeinflussung sind:
    • Temperatur ausserhalb eines definierten Intervalls,
    • Langzeiteinwirkung der Erschütterung,
    • Langzeiteinwirkung von Umwelteinflüssen wie Feuchtigkeit, Schmutz.
    • Verfrachtung von festen oder flüssigen Stoffen im Gleis bereich wie Schnee, Sand, Wasser und dergleichen durch Witterung und/oder Befahrung.
  • Die gewonnenen Messwerte werden mit weiteren Informationen versehen: Die von den Messverfahren A11, .., A22 entstammenden Messwerte M11, .., M22 werden vom Messverfahren selber mit einem Statussignal S11, .., S22 - auch Attribut genannt - versehen. Ein solches Statussignal Sxy kann Angaben über den Messwert Mxy und seine Historie enthalten wie z.B.
    • fragliche Plausibilität;
    • Systemzustand (System hinsichtlich der Komponenten des Messverfahrens) aufgrund von Protokollen in einer Logdatei;
    • Neustart/Reboot des Messverfahrens seit der letzten Übermittlung eines Messwertes.
  • Die Auswertung der Messwerte erfolgt in je einer Auswerteeinheit B1 bzw. B2, die beispielsweise als 2v2-Auswertesystem oder als 2v3-Auswertesystem ausgebildet ist:
    • Ein 2v2-Auswertesystem beinhaltet die Verfahrensschritte:
      • Es wird auf Gleichheit der Messwerte, hier der Eingangsmesswerte M11 und M12 bzw. M21 und M22 innerhalb einer vorgegebenen Toleranz geprüft. Bei Gleichheit wird der entsprechende «wahre» Messwert MW1 bzw. MW2 durchgeschaltet. Darüber hinaus kann ein zugehöriges Status-oder Lesesignal St1 bzw. St2 erzeugt werden. Das Statussignal St1 bzw. St2 beinhaltet die Information, dass der am Auswerteeinheit B1 bzw. B2 anliegende Wert zum betrachteten Zeitpunkt gültig ist.
  • Anstelle des 2v2-Auswertsystems kann auch ein 2v3-Auswerte-system eingesetzt werden. Hier werden drei «gleiche» Eingangsgrössen zur Bestimmung eines wahren Lage- bzw. Geschwindigkeitswertes herangezogen; wenn von diesen 3 Eingangsgrössen deren zwei innerhalb eines Toleranzbandes übereinstimmen, sind die beiden Werte Basis zur Bestimmung des «wahren» Messwertes MW1 bzw. MW2.
  • Alternativ kann zu den vorgenannten 2v2- bzw. 2v3-Auswerte-systemen ein statisches Verfahren zur Lage- bzw. Geschwindigkeitsbestimmung herangezogen werden. Für die Lagebestimmung ist zu prüfen, ob die einzelnen Lagewerte eine monoton oder streng monoton wachsende Zahlfolge darstellen. Die Unterscheidung "monoton" oder "streng monoton" ist abhängig vom Vorhandensein eines Signals, das den Stillstand eines Zuges anzeigt. Da Geschwindigkeitswert und Lagewert über die Zeit gesehen abhängige Grössen sind, kann allein zur Prüfung der Plausibilität das statische Verfahren auch eine Integration der Geschwindigkeit über die Zeit beinhalten und der Integralwert dem zu prüfenden Lagewert gegenüber gestellt werden. Eine Gleichheit in einem bestimmten Toleranzband zeigt nicht etwa die Korrektheit der bestimmten Werte an, sondern die Ungleichheit liefert eine Aussage, dass einer der betrachten Werte mit einem untolerablen Fehler behaftet ist. Es ist eine Matrix mit den Abhängigkeiten resp. den Unabhängigkeiten zu erstellen und zu bewerten.
  • Da die Messverfahren Aij direkt mit der über Sensoren Sij einen funktionalen Zusammenhang aufweisen, ist es auch möglich die Messwerte Mij einer Korrelationsbestimmung zu unterziehen. Dies kann einerseits zwischen den beiden Messverfahren Ai1 und Ai2 erfolgen und andererseits für eine Messreihe (Mij) der ein und derselben Grösse Pij . Gegenüber der Anwendung eines statischen Verfahrens in der Auswerteeinheit B1 bzw. B2 können diese Korrelationsbestimmung kleineren Zeitintervallen vorgenommen werden, dies ist insbesondere dann zweckmässig, wenn eine kontinuierliche oder quasikontinuierliche Grösse Pij gemessen wird.
  • Anstelle der für Lage- und Geschwindigkeitsbestimmung je vorgesehenen Auswerteeinheiten B1 und B2 kann auch eine einzige Auswerteeinheit vorgesehen werden.
  • Insbesondere für geschlossene zugseinheiten wie z.B. die ICN-Neigezüge der Schweizerischen Bundesbahnen SBB kann das erfindungsgemässe Verfahren verteilt auf mehrere Wagen implementiert werden. Die Übermittlung der mit dem erfindungsgemässen Verfahren kann zur Erhöhung der Unabhängigkeit und Ausfallsicherheit gegenüber Störbeeinflussungen auf verschiedenen drahtgebundenen und/oder funktechnischen Bussystemen zu einer zentralen Stelle im Neigezug übertragen werden.
  • Die vorgenannten Erläuterungen sind als Beispiele zur Sicherstellung der Unabhängigkeit und Integrität aufgeführt worden. Im Sinne der erfindungsgemässsen Lehre können alternativ oder kumulativ weitere konstruktive, messtechnische und schaltungsmässige Massnahmen vorgesehen werden, um die vorgenannte Unabhängigkeit und Zuverlässigkeit der so bestimmten Lage- und Geschwindigkeitswerte weiter zu erhöhen.
    • Liste der verwendeten Bezugszeichen und Abkürzungen
    • A11, A12
    Funktionsblock, Messverfahren zur Bestimmung der Messwerte M11 und M12, z.B. Geschwindigkeit
    A21, A22
    Funktionsblock, Messverfahren zur Bestimmung der Messwerte M21 und M22, z.B. Lage
    B1
    Auswerteeinheit für die Messwerte M11 und M12
    B2
    Auswerteeinheit für die Messwerte M21 und M22
    P11, P12
    physikalische Grösse, je eine Geschwindigkeit eines Fahrzeugs repräsentierend
    P21, P22
    physikalische Grösse, je eine Lage eines Fahrzeuges repräsentierend
    M11, M12
    durch das Messverfahren A11 bzw. A12 bestimmte Messwerte, hier Geschwindigkeitswert
    M21, M22
    durch das Messverfahren A21 bzw. A22 bestimmte Messwerte, hier Positionsangabe
    MW1 "
    wahrer" aus den Grössen P11, P12 ermittelter Messwert
    MW2
    "wahrer" aus den Grössen P21, P22 ermittelter Messwert
    S11, S12
    Sensor zur Erfassung der physikalischen Grösse P11 bzw. P12
    S21, S22
    Sensor zur Erfassung der physikalischen Grösse P21 bzw. P22
    St11, St12
    Attribut zum Messwert M11 bzw. M12
    St21, St22
    Attribut zum Messwert M21 bzw. M22
    a
    Abstand eines Balisenpaares
    Δt
    gemessene Zeitdifferenz
    l
    Lagewert
    v
    Geschwindigkeitswert
    DGPS
    Differential GPS
    EGNOS
    European Geostationary Navigation Overlay Service
    ETCS
    European Train Control System
    GPS
    Global Positioning System
    SIL
    Safety Integrity Level
    RU
    Russland
    US
    Vereinigte Staaten von Amerika
    Liste der zitierten Schriften
    1. [1] ETR Heft 11/2000, p. 725 bis 733 «Zugbeeinflussungssysteme europäischer Bahnen»; Prof. Dr. Jörn Pachl.
    2. [2] UNISIG SRS, SUBSET-026, Version 2.0.0 vom 22.12.1999.
    3. [3] WO 01/89904 A1
      «Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung eines Parameters für ein schienengebundenes Fahrzeug», Daimler Chrysler Rails Systems GmbH, Berlin.
    4. [4] WO 02/058984 A1
      «Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der aktuellen Position und zur Überwachung des geplanten Weges eines Objektes», Bombardier Transportation GmbH, Berlin.
    5. [5] EN 50126
      Europäische Norm, September 1999 Bahnanwendungen - Spezifikation und Nachweis der Zuverlässigkeit, Verfügbarkeit, Instandhaltbarkeit und Sicherheit (RAMS).
    6. [6] EN 50129
      Europäische Norm, September 2002 Bahnanwendungen - Telekommunikationstechnik, Signaltechnik und Datenverarbeitungssysteme- Sicherheitsrelevante elektronische Systeme für Signaltechnik
    7. [7] IEC 61508
      Internationale Norm, Dezember 1998 Teile 1 bis 7 Functional safety of electrical/electronic/programmable electronic safety-related systems
    8. [8] DE 195 32 104 C1
      « Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Position wenigstens einer Stelle eines spurgeführten Fahrzeugs», Daimler-Benz Aktiengesellschaft, 70567 Stuttgart.

Claims (9)

  1. Verfahren zur Lage- und Geschwindigkeitsbestimmung eines schienengebunden Fahrzeugs, wobei
    A Lage- und Geschwindigkeitswerte (P1, P2) je aus wenigstens zwei verschiedenen voneinander unabhängigen Messverfahren (A11, A12; A21, A22) gewonnen werden,
    B die im Verfahrensschritt A gewonnenen die Lage und die Geschwindigkeit repräsentierenden Messwerte (M11, M12; M21, M22) einer Auswerteeinheit (B1, B2) zugeführt werden, in der die Lage- und Geschwindigkeitsbestimmung (MW1, MW2) durchgeführt wird.
    dadurch gekennzeichnet, dass
    im Verfahrensschritt A die Messverfahren (A11, A12; A21, A22) zusätzlich zu den Messwerten (M11, M12, M21, M22) je ein Statussignal (St11, St12, St21, St22) generieren, das die Gültigkeit des erzeugten Messwertes (M11, M12, M21, M22) anzeigt und dass die Statussignale (St11, St12, St21, St22) der Auswerteeinheit (B1, B2) zugeführt werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Statussignal (St11, St12, St21, St22) folgende Angaben enthält:
    - fragliche Plausibilität und/oder
    - Systemzustand aufgrund von Protokollen in einer Logdatei und/oder
    - Neustart/Reboot des Messverfahrens seit der letzten Übermittlung eines Messwertes.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die gewonnenen Messwerte (M11, M12, M21, M22) einer Korrelationsbestimmung unterzogen werden und bei einer zu geringen Korrelation das betreffende Statussignal (St11, St12, St21, St22) einen ungültigen Messwert (M11, M12, M21, M22) anzeigt.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    im Verfahrensschritt A die Messverfahren (A11, A12; A21, A22) je eine eigene Zeitbasis aufweisen.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    im Verfahrensschritt A eine gemeinsam von wenigstens zwei Messverfahren (A11, A12; A21, A22) benutzte Zeitbasis ausfallsicher ist.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    im Verfahrensschritt B wenigstens eine Auswerteeinheit (B1, B2) alternativ als 2v2- oder 2v3-Auswertesystem ausgebildet ist.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6
    dadurch gekennzeichnet, dass
    im Verfahrensschritt B in der wenigstens einen Auswerteeinheit (B1, B2) durch ein statistisches Verfahren die Lage-und/oder Geschwindigkeitsbestimmung (M1, M2) durchgeführt wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Auswerteeinheiten (B1, B2) und Funktionsblöcke (A11, A12, A21, A22), in denen die Messverfahren (A11, A12, A21, A22) implementiert sind, je eine separate Energieversorgung aufweisen.
  9. Verfahren nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Auswerteeinheiten (B1, B2) und die Funktionsblöcke (A11, A12, A21, A22) an verschiedenen Orten innerhalb eines Schienenfahrzeuges oder eines Eisenbahnzuges installiert sind.
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