EP2240357A1 - Verfahren zur erhöhung der störsicherheit eines radsensors und radsensor zur durchführung des verfahrens - Google Patents

Verfahren zur erhöhung der störsicherheit eines radsensors und radsensor zur durchführung des verfahrens

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EP2240357A1 EP09707219A EP09707219A EP2240357A1 EP 2240357 A1 EP2240357 A1 EP 2240357A1 EP 09707219 A EP09707219 A EP 09707219A EP 09707219 A EP09707219 A EP 09707219A EP 2240357 A1 EP2240357 A1 EP 2240357A1
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Siemens AG
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Description

Beschreibung
Verfahren zur Erhöhung der Störsicherheit eines Radsensors und Radsensor zur Durchführung des Verfahrens
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erhöhung der Störsicherheit eines Radsensors, insbesondere für eine Gleisfrei¬ meldeanlage, wobei in mindestens einem Sensorkanal ein Sende¬ signal erzeugt wird, das induktiv mit einem Empfangssignal gekoppelt ist, welches einer Auswerteeinrichtung zur Erfas¬ sung einer Magnetfeldänderung infolge eines das Gleis überfahrenden Schienenfahrzeuges zugeführt ist sowie einen Rad¬ sensor zur Durchführung des Verfahrens.
Radsensoren werden im Bahnwesen für die Gleisfreimeldung, aber auch für andere Schalt- und Meldeaufgaben eingesetzt. Dabei wird überwiegend die magnetfeldbeeinflussende Wirkung der Eisenräder der Schienenfahrzeuge ausgenutzt. Für die Fahrtrichtungserkennung werden zweikanalige Sensoren benö- tigt. Beim Überfahren eines Fahrzeugrades erzeugen die beiden Sensorkanäle nacheinander zeitlich versetzte Signale, die zur Fahrtrichtungserkennung benutzt werden.
Die nach dem induktiven Wirkprinzip arbeitenden Radsensoren lassen sich neben der ein- oder zweikanaligen Bauweise auch in Näherungsschalter, die die Rückwirkung der Eisenräder auf einen ein Magnetfeld erzeugenden Sensor erfassen, und die Eisenbahnschienen umgreifende Systeme mit getrenntem Sender und Empfänger einteilen. Durch das überfahrende Rad entsteht im Empfangssystem des Sensors eine Empfangsspannung in der
Form einer Abrollkurve, die auch als Glockenkurve bezeichnet wird. Bei Über- oder Unterschreitung - je nach Polung und Spulenanordnung - einer festen Schaltschwelle gilt das Rad als erkannt. Die Erfindung bezieht sich auf einen induktiv arbeitenden ein- oder zweikanaligen Radsensor mit getrenntem Sender und Empfänger.
Allen induktiv arbeitenden Sensoren ist gemeinsam, dass sie störempfindlich sind gegenüber induktiv eingekoppelten Störspannungen im Bereich der Arbeitsfrequenz.
Eine Quelle dafür sind die seit einigen Jahren, beispiels¬ weise beim ICE3, eingesetzten Wirbelstrombremsen, die durch ihren Aufbau und ihre Position in Schienennähe eine ähnlich hohe Beeinflussung der Empfangsspannung wie die eigentlichen Räder verursachen und somit zu Fehlzählungen führen können. Die Erfindung wird nachfolgend am Beispiel der Wirbelstrom¬ bremse näher ausgeführt, ohne dass eine Beschränkung auf diese spezielle Störsignalquelle beabsichtigt ist. Vielmehr bezieht sich der Gegenstand der Erfindung auf jegliche Beein¬ trächtigung der Störsicherheit, die durch Wirbelstrombremsen und andere, ähnlich wirkende Quellen verursacht sind.
Um die Störsicherheit der Sensoren gegenüber diesen Störgrößen zu erhöhen, sind verschiedene sensorbauartspezifische Lösungsansätze bekannt. Bei den gattungsgemäßen Radsensoren mit getrennten Sender- und Empfängerschwingkreisen wird gemäß der DE 10 122 980 Al vorgeschlagen, die Resonanzfrequenz des Empfängerschwingkreises gegenüber der Sendefrequenz zu verändern, um insbesondere den Störeinfluss der Wirbelstrombremse zu unterdrücken.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Schaltschwelle derart zu justieren, dass die Beeinflussung der Wirbelstrombremse gerade noch nicht die Schaltschwelle überschreitet und somit nicht als Raderkennung interpretiert wird, während das Rad selbst eine noch stärkere Beeinflussung hervorruft, die oberhalb der Schaltschwelle liegt, und somit korrekt detek- tiert werden kann. Diese Lösung setzt eine genaue Messung der Störbeeinflussung durch die Wirbelstrombremsen voraus und ist folglich sehr aufwendig und außerdem unzuverlässig.
Eine Alternative zur SchaltschwellenJustierung ist eine Justierung der Wirbelstrombremse, damit eine maximal zulässige Beeinflussung nicht überschritten wird. Diese Lösung ist gleichermaßen aufwendig und unzuverlässig und darüber hinaus wenig praktikabel.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Erhöhung der Störsicherheit eines Radsensors sowie einen dazu geeigneten Radsensor anzugeben, die auf einfache Weise eine erhöhte Störsicherheit gegenüber Störspannungen verschiedener Ursachen ermöglichen.
Verfahrensgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass ein Pe¬ gelabstand zwischen einem auszuwertenden Nutzsignal und einem Störsignal in Abhängigkeit von einer störsignalspezifischen Phasendifferenz zwischen dem Sendesignal und dem Empfangssignal maximiert wird.
Dabei wird die Tatsache ausgenutzt, dass die Wirbelstrom¬ bremse im Gegensatz zum Rade durch ihren induktiv wirkenden Aufbau die Phasenlage zwischen Sendesignal und Empfangssignal verändert. Diese Veränderung der Phasenlage wird zur Reduk¬ tion der Störbeeinflussung genutzt. Die Schaltschwellen zur Raderkennung bedürfen folglich keiner aufwendigen und genauen Justage. Ebenso entfällt eine Justierung jeder einzelnen Wir- belstrombremse an dem Schienenfahrzeug.
Ein Radsensor zur Durchführung des Verfahrens ist erfindungs¬ gemäß dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung zur Maxi- mierung eines Pegelabstandes zwischen einem auszuwertenden Nutzsignal und einem Störsignal in Abhängigkeit von einer störsignalspezifischen Phasendifferenz zwischen dem Sendesignal und dem Empfangssignal vorgesehen ist. Üblicherweise ist empfängerseitig ein auf das Sendesignal synchronisierter Gleichrichter vorgesehen, der die Empfangsspannung liefert. Bei Radüberfahrt entsteht das Nutzsignal in Form einer auszu¬ wertenden Abrollkurve oder Glockenkurve. Das Nutzsignal ist pegelmäßig abhängig von der Phasenlage zwischen Sendesignal und Empfangssignal. Diese Abhängigkeit wird als störsignal- spezifische Phasendifferenz ermittelt und zur Störsignalunterdrückung benutzt.
Dazu ist gemäß Anspruch 2 vorgesehen, dass die Phasenlage des Empfangssignals auf einen maximalen Pegelwert des Empfangs- Signals geregelt wird, wobei dazu gemäß Anspruch 5 ein ein¬ stellbarer Phasenschieber dient. Dabei kann entweder das Synchronisationssignal des Gleichrichters oder das Empfangssig¬ nal selbst geregelt bzw. verschoben werden. Die eingestellte Phasenlage liefert somit den größtmöglichen Pegelwert des Empfangssignals. Eine weitere Phasenverschiebung des Emp¬ fangssignals durch eine Wirbelstrombremse führt automatisch zu einer Reduzierung der Beeinflussung, weil die maximale Beeinflussung nicht mehr erreicht wird.
Eine andere bevorzugte Ausführungsform zur Maximierung des
Pegelabstandes zwischen Nutzsignal und Störsignal besteht ge¬ mäß Anspruch 3 bzw. gemäß Anspruch 6 darin, dass die Phasendifferenz ermittelt wird und zur Dämpfung des verursachenden Störsignals verwendet wird. Das Phasenlagensignal wird dabei mit dem eigentlichen Empfangssignal derart verknüpft, dass eine Phasenveränderung dämpfend auf das Empfangssignal wirkt, wodurch diese störsignalbedingte Beeinflussung reduziert oder ausgelöscht wird. Die Erfindung wird nachfolgend anhand figürlicher Darstellungen näher erläutert:
Es zeigen:
Figur 1 ein Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform eines Radsensors und
Figur 2 eine zweite Ausführungsform eines Radsensors gleichartiger Darstellung wie Figur 1
Beide Figuren veranschaulichen jeweils einen Sensorkanal mit einem Sender 1 und einem Empfänger 2, welche beiderseits einer Eisenbahnschiene 3 angeordnet und induktiv gekoppelt 4 sind. Sender 1 und Empfänger 2 sind als Schwingkreise ausge¬ bildet. Bei Radüberfahrt durch ein Schienenfahrzeug verändert sich die Kopplung 4 und damit die Empfangswechselspannung derart, dass eine Abrollkurve in Form einer Glockenkurve ent¬ steht. Diese Signalüberhöhung wird zur Raderkennung benutzt. Die Empfangswechselspannung 5 wird phasensynchron zum Sender 1 gleichgerichtet 6, im nachfolgenden Tiefpass 7 geglättet und anschließend verstärkt 8. Das resultierende analoge Sig¬ nal 9 wird in einer Auswerteeinrichtung 10, vorzugsweise einen Mikroprozessor, bewertet.
Um eine Störung der Signalverarbeitung durch eine Wirbelstrombremse zu minimieren, ist gemäß Figur 1 vorgesehen, dass die Auswerteeinrichtung 10 einen Sensorabgleich mittels eines variablen Phasenschiebers 11 durchführt. Dazu erzeugt die Auswerteeinrichtung 10 ein Steuersignal 12, das den Phasenschieber 11 derart einregelt, dass ausgehend von dem ur¬ sprünglichen Synchronisationssignal 13 des Senders 1 das Emp¬ fangssignal 5 so lange verschoben wird 14, bis das analoge Signal 9 ein Maximum erreicht. Auf diese Weise werden stör- signalverursachte Phasenverschiebungen, d. h. Phasendifferenzen zwischen dem Sendesignal und dem Empfangssignal quasi zu¬ rückgeregelt, so dass das auszuwertende Signal 9 im optimalen Phasenbereich zur Raderkennung liegt und im suboptimalen Pha- senbereich der Störbeeinflussung.
Bei der in Figur 2 veranschaulichten Ausführungsform wird die Phasendifferenz 16 zwischen Sendesignal 13 und Empfangssignal 5 in einer Verarbeitungseinheit 15 ermittelt und der Auswer- teeinrichtung 10 zugeführt. Die Auswerteeinrichtung 10 bewertet in Abhängigkeit von der ermittelten Phasendifferenz 16 das analoge Signal 9 bezüglich seines Pegels, wobei ein der Phasendifferenz 16 entsprechender Störpegel abgezogen wird. Bei dieser Variante ist ein Sensorabgleich, d. h. eine Pha- seneinstellung mittels eines Phasenschiebers 11 gemäß Fig. 1, entbehrlich. Grundsätzlich kann die Ermittlung der Phasendifferenz 16 durch die Verarbeitungseinheit 15 auch von der Aus¬ werteeinrichtung 10 mit übernommen werden, wodurch eine spezielle Verarbeitungseinheit 15 entfallen kann.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Erhöhung der Störsicherheit eines Radsensors, insbesondere für eine Gleisfreimeldeanlage, wobei in mindestens einem Sensorkanal ein Sendesignal (13) erzeugt wird, das induktiv mit einem Empfangssignal (5) gekoppelt (4) ist, welches einer Auswerteeinrichtung (10) zur Erfassung einer Magnetfeldänderung in Folge eines das Gleis (3) überfahrenden Schienenfahrzeugs zugeführt ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass ein Pegelabstand zwischen einem auszuwertenden Nutzsignal und einem Störsignal in Abhängigkeit von einer störsignalspezifi- schen Phasendifferenz (16) zwischen dem Sendesignal (13) und dem Empfangssignal (5) maximiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Pegelabstand maximiert wird, indem die Phasenlage des Empfangssignals (5) auf einen maximalen Pegelwert des Emp- fangssignals (5) geregelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Pegelabstand maximiert wird, indem die Phasendifferenz (16) ermittelt und zur Dämpfung des verursachenden Störsig¬ nals verwendet wird.
4. Radsensor zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass eine Einrichtung zur Maximierung eines Pegelabstandes zwischen einem auszuwertenden Nutzsignal und einem Störsignal in Abhängigkeit von einer störsignalspezifischen Phasendifferenz (16) zwischen dem Sendesignal (13) und dem Empfangssignal (5] vorgesehen ist.
5. Radsensor nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Einrichtung einen Phasenschieber (11) aufweist, der auf einen maximalen Pegelwert des Empfangssignals (5) regelbar ist .
6. Radsensor nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Einrichtung eine Verarbeitungseinheit (15) zur Detektion der Phasendifferenz (16) aufweist, die eine Dämpfungseinheit zur Dämpfung des verursachenden Störsignals beaufschlagt.
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