EP3444786A1 - Bestimmen von ort oder geschwindigkeit eines fahrzeugs - Google Patents

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Publication number
EP3444786A1
EP3444786A1 EP18186440.6A EP18186440A EP3444786A1 EP 3444786 A1 EP3444786 A1 EP 3444786A1 EP 18186440 A EP18186440 A EP 18186440A EP 3444786 A1 EP3444786 A1 EP 3444786A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
analog
sensors
signal
value
output
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP18186440.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hans-Helmut Schweißthal
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Mobility GmbH
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Publication of EP3444786A1 publication Critical patent/EP3444786A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G07—CHECKING-DEVICES
    • G07C—TIME OR ATTENDANCE REGISTERS; REGISTERING OR INDICATING THE WORKING OF MACHINES; GENERATING RANDOM NUMBERS; VOTING OR LOTTERY APPARATUS; ARRANGEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS FOR CHECKING NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • G07C5/00—Registering or indicating the working of vehicles
    • G07C5/08—Registering or indicating performance data other than driving, working, idle, or waiting time, with or without registering driving, working, idle or waiting time

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for determining a value indicating a speed or a location of a vehicle, in particular a railway vehicle.
  • the value may relate, for example, to the speed of the vehicle, the current location of the vehicle or a distance traveled by the vehicle.
  • odometry In railway engineering, the problem arises of specifying the location and speed of a train with the least possible error and a high probability of correctness (so-called odometry). This requires high processing power according to conventional methods. It is often not possible to detect rapid changes in the analog input data within predetermined intervals and process them adequately. For this purpose, a secure computer must read the measured values acquired and output by suitable sensors, such as displacement encoders, radar sensors, GPS sensors or accelerometers, and then calculate a corresponding value indicating the location, route or speed.
  • sensors such as displacement encoders, radar sensors, GPS sensors or accelerometers
  • the object is to propose a method and a device which simplify the determination of a value indicating a speed or a location of a vehicle.
  • an analogue computing unit for determining a value indicating a speed or a location of a vehicle.
  • the analog computing unit is set up to calculate at least one consolidated signal from analog signals output by a plurality of sensors.
  • An analog signal output by one of the sensors in this case corresponds to a measured value which is acquired by the sensor and relates to the value.
  • the invention is based on the basic idea of not converting analog signals output from the sensors into digital signals and processing them digitally, but directly correlating the analog signals with one another without the use of computational time and calculating a consolidated signal which then if necessary, can be further processed digitally.
  • the analog calculation of a consolidated signal in the context of the present invention means at least one calculation of a signal by means of an analogue computing unit, the analogue computing unit receiving as input a plurality of analogue signals which are output signals of the sensors.
  • the invention offers a number of advantages over conventional, purely digital processing of measured values detected by the sensors.
  • a purely digital processing of measured values occurring steps in the secure digital computer, such as a cyclic reading of the measured values, a normalization of the measured values, a correlation of the measured values, and optionally a special treatment for completely or partially failed sensors can be omitted.
  • the proposed analog processing of the measured values has the following advantages in particular: Current measured values are continuously available; no fixed cycles are required for reading measured values, for example, to read in cyclic radar telegrams. Standardization of measured values can be carried out by uniform analog interfaces. Even a temporal correlation of measured values is no longer necessary because all necessary measured values are continuously available; the measured values only have to be read in more or less simultaneously. The absolute time is irrelevant. Finally, the special treatment for completely or partially failed sensors can be considerably simplified, as will be shown in detail below.
  • Computing the consolidated signal may include an analog computation of a sum of analog signals, as well as an analog computation of k times an analog signal.
  • the measured values of similar sensors can be correlated and averaged, i. H. an average value of various input signals can be calculated by means of the analogue computing unit.
  • the computation of the consolidated signal may further comprise an analog computation of a difference of analog signals. This makes it possible to compare measured values recorded by different sensors and if necessary to detect a malfunction of a sensor in that a calculated difference is greater than a predefined reference value. Also this calculation, d. H. the comparison of whether a signal is greater than a predetermined reference signal can be carried out by means of the analogue computing unit.
  • a first consolidated signal is calculated from a plurality of the signals output by the sensors by means of a first analogue computing unit.
  • a second consolidated signal is then calculated on the basis of the same signals by means of a second analogue computing unit different from the first analogue computing unit.
  • the first consolidated signal may be an average correspond to two corresponding measured values.
  • the second consolidated value may indicate whether the difference between the two measurements is within a given tolerance or not.
  • the output of the second analogue computing unit can be a digital signal, which can be understood as an alarm signal in the case of a defective sensor - and a resulting large difference between the measured values.
  • the step of detecting may be performed in parallel by a first group of sensors and by a second group of sensors different from the first group.
  • the acquired measured values generate a redundancy.
  • a first consolidated signal is then calculated from the analogue signals output by the first group of sensors, and in parallel thereto a third consolidated signal is generated by means of a third analogue computing unit different from the first analogue computing unit from the analogue signals output by the second group of sensors calculated. This generates redundant consolidated signals that increase the reliability of the value determined below.
  • this embodiment is not limited to two groups of sensors and two analogue computing units. A larger number of groups of sensors or analogue processing units can be used as needed.
  • Similar sensors are used within a group of sensors, since they behave identically in certain speed ranges (radar sensors are rather inaccurate, for example, at very low speeds). Sensors that belong to different groups can belong to different technologies.
  • an apparatus for determining a value indicative of a speed or a location of a vehicle comprises a plurality of sensors. These sensors are each set up to detect a measured value relating to the value and to output an analog signal corresponding to the detected measured value.
  • the device further comprises at least one analogue computing unit described above.
  • the sensors comprise a normalized analog output interface.
  • the analog output signals of the sensors can then be processed directly, without further normalization, by the analogue computing unit.
  • sensors can be used in the device, which are set up to detect measured values on the basis of which a local or speed value of the vehicle can be determined.
  • suitable sensors are position encoders, radar sensors, GPS sensors, acceleration sensors or other odometric suitable sensors.
  • the device is preferably set up to carry out a method described above.
  • a value indicating the speed of the vehicle is determined.
  • a distance traveled can be determined in an analogous manner as an integral of the speed over time.
  • high output voltages which can not be limited in advance, can occur, which could make the analog calculation with real components more difficult.
  • a preferred embodiment of a vehicle, in particular a railway vehicle, comprises a device described above.
  • a railway vehicle 1 is shown with a device 100 for determining a value indicative of a speed or location of the railway vehicle 1. It is understood that any type of vehicle may include a corresponding device and the invention is not limited to use in railway engineering.
  • the device 100 comprises a plurality of sensors 40, 40 ', 42, 42' and an analogue computing unit 10, which in turn has a plurality of analogue computing units 62, 62 ', 72, 72 'may include.
  • the apparatus 100 further comprises one or more analog-to-digital converters 20 for converting analogue output signals of the analogue computing units 62, 62 'into corresponding digital signals and a digital arithmetic unit 30, preferably in the form of a secure digital computer, for finally determining the one speed or a location of the vehicle 1 indicative value from the received digital signals.
  • the sensors 40, 40 ', 42, 42' are set up to detect the values to be determined, for example a speed value, and to output corresponding measured output signals to the measured values.
  • suitable sensors 40, 40 ', 42, 42' are position encoders, radar sensors, GPS sensors or acceleration sensors.
  • the sensors 40, 40 ', 42, 42' comprise a standardized analog output interface. An analog output signal of a sensor 40 is proportional to the measured value detected by the sensor 40.
  • the analog computing unit 10 or the individual analogue computing units 62, 62 ', 72, 72' present therein are generally composed of conventional circuits 50, 52, 54, 56, 60, 70 known in operational amplifier technology, as described in US Pat FIGS. 2 to 8 are shown as examples.
  • circuit 60 is off FIG. 6 as in FIG. 7 indicated as circuit 62 shown (see. Fig. 1 ).
  • FIG. 8 shows a circuit 70, which consists of the circuits 52, 56 of the FIGS. 3 and 5 is composed, and outputs as output value U out (in digital form), whether the difference between two input signals U1 and U2 is greater than a reference value Uref.
  • Uout Max . if U 1 - U 2 > Uref . 0 . otherwise ,
  • circuit 70 is off FIG. 8 as in FIG. 9 indicated as circuit 72 shown (see. Fig. 1 ).
  • step S1 measured values relating to the value are detected by means of the sensors 40, 40 ', 42, 42' and analogous signals which are corresponding to the measured values are sent from the sensors 40, 40 ', 42, 42' to the connected analogue computing unit 10 or the analogue computing unit 10 Analog computing units 62, 72, 62 ', 72' output.
  • step S2 the analog calculation units 62, 72, 62 ', 72' calculate a consolidated signal from the analog signals received as input signals.
  • the first analog computing unit 62 calculates, as a consolidated signal, an average value of the analog output signals received by the sensors 40, 40 '.
  • the second analog computing unit 72 calculates whether the difference of the signals is greater than a predetermined reference value based on the same input signals. In this way, a malfunction of one of the sensors 40, 40 'can be detected.
  • output signals of a second group of similar sensors 42, 42 ' can be evaluated by the analogue computing units 62', 72 '.
  • the consolidated signals calculated as results by analog computational units are again used as inputs to compute further consolidated signals.
  • a further average could be calculated from the consolidated signals calculated by the analogue calculation units 62, 62 ', which correspond to mean values.
  • step S3 the output signals of the analogue calculation units 62, 62 '(insofar as these are analogue signals) are converted into digital signals by means of the analog-to-digital converters 20.
  • step S4 the digitized outputs (if necessary) of the analog calculation units 62, 62 ', 72, 72' are input to the digital calculation unit 30.
  • the digital computing unit 30 determines the value indicative of the speed or location of the railway vehicle 1 based on the received digital signals.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Analogrecheneinheit (10) zum Bestimmen eines eine Geschwindigkeit oder einen Ort eines Fahrzeugs (1) angebenden Wertes. Die Analogrecheneinheit (10) ist eingerichtet, aus von einer Mehrzahl von Sensoren (40, 40', 42, 42') ausgegebenen analogen Signalen zumindest ein konsolidiertes Signal zu berechnen. Ein durch einen der Sensoren (40, 40', 42, 42') ausgegebenes analoges Signal entspricht dabei jeweils einem seitens des Sensors (40) erfassten, den zu bestimmenden Wert betreffenden Messwert.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen eines eine Geschwindigkeit oder einen Ort eines Fahrzeugs, insbesondere eines Eisenbahnfahrzeugs, angebenden Wertes. Der Wert kann dabei zum Beispiel die Geschwindigkeit des Fahrzeugs, den momentanen Ort des Fahrzeugs oder eine seitens des Fahrzeugs zurückgelegte Wegstrecke betreffen.
  • In der Bahntechnik stellt sich das Problem, den Ort und die Geschwindigkeit eines Zuges mit möglichst geringem Fehler und hoher Wahrscheinlichkeit der Korrektheit anzugeben (so genannte Odometrie). Dies erfordert nach herkömmlichen Verfahren eine hohe Rechenleistung. Es ist dabei oftmals nicht möglich, schnelle Änderungen in den analogen Eingangsdaten innerhalb vorgegebener Intervalle zu erfassen und adäquat zu verarbeiten. Denn dazu muss ein sicherer Rechner die von geeigneten Sensoren, wie zum Beispiel Wegimpulsgebern, Radar-Sensoren, GPS-Sensoren oder Beschleunigungsgebern, erfassten und ausgegebenen Messwerte einlesen, normieren und daraus einen entsprechenden Wert, der Ort, Weg oder Geschwindigkeit angibt, berechnen.
  • Die Aufgabe besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung vorzuschlagen, welche das Bestimmen eines eine Geschwindigkeit oder einen Ort eines Fahrzeugs angebenden Wertes vereinfachen.
  • Erfindungsgemäß wird eine Analogrecheneinheit zum Bestimmen eines eine Geschwindigkeit oder einen Ort eines Fahrzeugs angebenden Wertes zur Verfügung gestellt. Die Analogrecheneinheit ist dabei eingerichtet, aus von einer Mehrzahl von Sensoren ausgegebenen analogen Signalen zumindest ein konsolidiertes Signal zu berechnen. Ein durch einen der Sensoren ausgegebenes analoges Signal entspricht dabei einem seitens des Sensors erfassten, den Wert betreffenden Messwert.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Bestimmen eines eine Geschwindigkeit oder einen Ort eines Fahrzeugs angebenden Wertes umfasst grundsätzlich folgende Schritte:
    • Erfassen von den Wert betreffenden Messwerten mittels Sensoren und Ausgeben von den erfassten Messwerten entsprechenden analogen Signalen durch die Sensoren;
    • Berechnen eines konsolidierten Signals aus einer Mehrzahl der ausgegebenen analogen Signale mittels der Analogrecheneinheit.
  • Die Erfindung basiert auf dem Grundgedanken, von den Sensoren ausgegebene analoge Signale gar nicht erst in digitale Signale zu wandeln und digital zu verarbeiten, sondern die analogen Signale durch eine Analogrecheneinheit ohne Verbrauch von Rechenzeit direkt miteinander zu korrelieren und ein konsolidiertes Signal zu berechnen, welches dann gegebenenfalls digital weiterverarbeitet werden kann. Unter der analogen Berechnung eines konsolidierten Signals ist im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung zumindest eine Berechnung eines Signals mittels einer Analogrecheneinheit zu verstehen, wobei die Analogrecheneinheit als Eingangssignale eine Mehrzahl von analogen Signalen empfängt, die Ausgangssignale der Sensoren sind.
  • Die Erfindung bietet gegenüber einer herkömmlichen, rein digitalen Verarbeitung von durch die Sensoren erfassten Messwerten eine Reihe von Vorteilen. Bei einer rein digitalen Verarbeitung von Messwerten anfallende Arbeitsschritte in dem sicheren digitalen Rechner, wie beispielsweise ein zyklisches Einlesen der Messwerte, eine Normierung der Messwerte, ein Korrelieren der Messwerte, sowie gegebenenfalls eine Sonderbehandlung für ganz oder teilweise ausgefallene Sensoren, können entfallen.
  • Bei der vorgeschlagenen analogen Verarbeitung der Messwerte ergeben sich insbesondere folgende Vorteile:
    Aktuelle Messwerte stehen kontinuierlich zur Verfügung; es sind keine festen Zyklen zum Einlesen von Messwerten mehr nötig, beispielsweise um zyklische Radar-Telegramme einzulesen. Eine Normierung von Messwerten kann durch einheitliche analoge Schnittstellen erfolgen. Auch eine zeitliche Korrelation von Messwerten ist nicht mehr erforderlich, da alle notwendigen Messwerte kontinuierlich zur Verfügung stehen; die Messwerte müssen lediglich mehr oder weniger gleichzeitig eingelesen werden. Der absolute Zeitpunkt ist dabei unerheblich. Schließlich kann die Sonderbehandlung für ganz oder teilweise ausgefallene Sensoren erheblich vereinfacht werden, wie dies nachfolgend noch im Detail dargestellt wird.
  • Das Berechnen des konsolidierten Signals kann eine analoge Berechnung einer Summe von analogen Signalen umfassen, genauso wie eine analoge Berechnung des k-fachen eines analogen Signals. Auf diese Weise können beispielsweise die Messwerte gleichartiger Sensoren korreliert und gemittelt werden, d. h. es kann ein Mittelwert verschiedener Eingangssignale mittels der Analogrecheneinheit berechnet werden.
  • Das Berechnen des konsolidierten Signals kann weiterhin eine analoge Berechnung einer Differenz von analogen Signalen umfassen. Damit wird es möglich, von verschiedenen Sensoren erfasste Messwerte zu vergleichen und gegebenenfalls eine Fehlfunktion eines Sensors dadurch zu erkennen, dass eine berechnete Differenz größer ist als ein vorgegebener Referenzwert. Auch diese Berechnung, d. h. der Vergleich, ob ein Signal größer ist als ein vorgegebenes Referenzsignal, kann mittels der Analogrecheneinheit durchgeführt werden.
  • Vorzugsweise wird aus einer Mehrzahl der von den Sensoren ausgegebenen Signale mittels einer ersten Analogrecheneinheit ein erstes konsolidiertes Signal berechnet. Parallel dazu wird dann auf der Basis der gleichen Signale mittels einer von der ersten Analogrecheneinheit verschiedenen zweiten Analogrecheneinheit ein zweites konsolidiertes Signal berechnet. Das erste konsolidierte Signal kann beispielsweise einem Mittelwert zweier entsprechender Messwerte entsprechen. Der zweite konsolidierte Wert kann angeben, ob die Differenz zwischen den beiden Messwerten innerhalb einer vorgegebenen Toleranz liegt oder nicht. Die Ausgabe der zweiten Analogrecheneinheit kann ein digitales Signal sein, welches als Alarmsignal verstanden werden kann im Fall eines defekten Sensors - und einer daraus resultierenden großen Differenz zwischen den Messwerten.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Schritt des Erfassens parallel von einer ersten Gruppe von Sensoren und von einer von der ersten Gruppe verschiedenen zweiten Gruppe von Sensoren durchgeführt werden. Die erfassten Messwerte erzeugen dabei eine Redundanz. Mittels einer ersten Analogrecheneinheit wird dann aus den von der ersten Gruppe von Sensoren ausgegebenen analogen Signalen ein erstes konsolidiertes Signal berechnet und parallel dazu wird mittels einer von der ersten Analogrecheneinheit verschiedenen dritten Analogrecheneinheit aus den von der zweiten Gruppe von Sensoren ausgegebenen analogen Signalen ein drittes konsolidiertes Signal berechnet. Damit werden redundante konsolidierte Signale erzeugt, die die Zuverlässigkeit des nachfolgend bestimmten Wertes erhöhen.
  • Es versteht sich, dass diese Ausführungsform nicht auf zwei Gruppen von Sensoren und zwei Analogrecheneinheiten beschränkt ist. Eine größere Anzahl von Gruppen von Sensoren bzw. von Analogrecheneinheiten kann bedarfsweise eingesetzt werden.
  • Vorzugweise werden innerhalb einer Gruppe von Sensoren gleichartige Sensoren verwendet, da diese sich in bestimmten Geschwindigkeitsbereichen gleichartig verhalten (Radarsensoren sind beispielsweise bei sehr geringen Geschwindigkeiten eher ungenau). Sensoren, die verschiedenen Gruppen angehören, können verschiedenen Technologien zugehören.
  • Die vorstehend beschriebenen Analogrecheneinheiten können aus der Operationsverstärkertechnik bekannte elementare Schaltungen umfassen bzw. aus solchen elementaren Schaltungen aufgebaut sein. Dies sind insbesondere Schaltungen
    • - zum Bestimmen einer Summe zweier Eingabewerte,
    • - zum Bestimmen einer Differenz zweier Eingabewerte,
    • - zum Bestimmen des k-fachen eines Eingabewertes,
    • - zum Vergleichen eines Eingabewertes mit einem Referenzwert,
    und daraus abgeleitet, Schaltungen
    • - zum Bestimmen eines Mittelwertes zweier Eingabewerte, und
    • - zum Bestimmen, ob die Differenz zweier Eingabewerte größer ist als ein vorgegebener Referenzwert.
  • Das Verfahren umfasst in der Regel die weiteren Schritte:
    • Umwandeln des konsolidierten Signals oder der mehreren konsolidierten Signale in ein digitales Signal bzw. mehrere digitale Signale; und
    • Eingeben des digitalen Signals oder der digitalen Signale in eine digitale Recheneinheit zum Bestimmen des die Geschwindigkeit oder den Ort des Fahrzeugs angebenden Wertes.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst eine Vorrichtung zum Bestimmen eines eine Geschwindigkeit oder einen Ort eines Fahrzeugs angebenden Wertes eine Mehrzahl von Sensoren. Diese Sensoren sind jeweils eingerichtet, einen den Wert betreffenden Messwert zu erfassen und ein dem erfassten Messwert entsprechendes analoges Signal auszugeben. Die Vorrichtung umfasst weiterhin zumindest eine vorstehend beschriebene Analogrecheneinheit.
  • Vorzugsweise umfassen die Sensoren eine normierte analoge Ausgabeschnittstelle. Die analogen Ausgangssignale der Sensoren können dann direkt, ohne weitere Normierung, durch die Analogrecheneinheit verarbeitet werden.
  • Es können in der Vorrichtung verschiedene Sensoren verwendet werden, welche eingerichtet sind, Messwerte zu erfassen, auf deren Basis ein Ort- oder Geschwindigkeitswert des Fahrzeugs bestimmt werden kann. Beispiele geeigneter Sensoren sind Wegimpulsgeber, Radar-Sensoren, GPS-Sensoren, Beschleunigungsgeber oder andere odometrische geeignete Sensoren.
  • Die Vorrichtung kann weiterhin umfassen:
    • einen Analog-Digital-Wandler, der eingerichtet ist, das zumindest eine konsolidierte Signal in zumindest ein digitales Signal umzuwandeln; und
    • eine digitale Recheneinheit, die eingerichtet ist, den die Geschwindigkeit oder den Ort des Fahrzeugs angebenden Wert auf Basis des zumindest einen digitalen Signals zu bestimmen.
  • Die Vorrichtung ist vorzugsweise eingerichtet, ein vorstehend beschriebenes Verfahren auszuführen.
  • Ein analoges Ausgangssignal eines der Sensoren ist vorzugsweise proportional zu dem von dem Sensor erfassten Messwert. Soll beispielsweise ein Geschwindigkeitswert bestimmt werden, so kann ein Messbereich vom 0 bis 500km/h vorgesehen sein. Eine Ausgangsspannung der Sensoren könnte dann im Bereich von +-10V liegen, was einer Auflösung von +-20mV/(km/h) entspricht. Wie nachfolgend dargestellt, kann es erforderlich werden, bei der internen analogen Weiterverarbeitung der Messwerte zur Bildung eines Mittelwertes den Spannungsbereich zu halbieren, um den Wertebereich der Ausgangsspannung nicht zu verletzen (Umittel = (U1 + U2) / 2). Somit verbleibt noch ein nutzbarer Wertebereich von +-5V, was einer Auflösung von +-10mV/(km/h) entspricht und mit gängigen Analog-Digital-Wandlern am Ende des Prozesses weiterverarbeitet werden kann.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird ein die Geschwindigkeit des Fahrzeugs angebender Wert bestimmt. Grundsätzlich kann in analoger Weise ein zurückgelegter Weg bestimmt werden als Integral der Geschwindigkeit über die Zeit. Dabei können jedoch hohe, vorab nicht beschränkbare Ausgangsspannungen auftreten, wodurch die analoge Berechnung mit realen Bauteilen erschwert werden könnte.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform eines Fahrzeugs, insbesondere ein Eisenbahnfahrzeug, umfasst eine vorstehend beschriebene Vorrichtung.
  • Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen:
    • Figur 1
    ein Eisenbahnfahrzeug mit einer bevorzugten Ausführungsform einer Vorrichtung zum Bestimmen eines eine Geschwindigkeit oder einen Ort des Fahrzeugs angebenden Wertes;
    Figuren 2
    bis 9 analoge Schaltkreise, wie sie zum Aufbauen einer Analogrecheneinheit der Vorrichtung aus Fig. 1 verwendet werden können; und
    Figur 10
    Schritte einer bevorzugten Ausführungsform eines Verfahrens zum Bestimmen eines eine Geschwindigkeit oder einen Ort eines Fahrzeugs angebenden Wertes.
  • In Figur 1 ist ein Eisenbahnfahrzeug 1 mit einer Vorrichtung 100 zum Bestimmen eines eine Geschwindigkeit oder einen Ort des Eisenbahnfahrzeugs 1 angebenden Wertes gezeigt. Es versteht sich, dass jede Art von Fahrzeug eine entsprechende Vorrichtung umfassen kann und die Erfindung nicht auf eine Verwendung in der Bahntechnik beschränkt ist.
  • Die Vorrichtung 100 umfasst eine Mehrzahl von Sensoren 40, 40', 42, 42' und eine Analogrecheneinheit 10, welche ihrerseits eine Mehrzahl von Analogrecheneinheiten 62, 62', 72, 72' umfassen kann. Die Vorrichtung 100 umfasst weiterhin einen oder mehrere Analog-Digital-Wandler 20 zum Umwandeln von analogen Ausgangssignalen der Analogrecheneinheiten 62, 62' in entsprechende digitale Signale sowie eine digitale Recheneinheit 30, vorzugsweise in Form eines sicheren digitalen Rechners, zum abschließenden Bestimmen des eine Geschwindigkeit oder einen Ort des Fahrzeugs 1 angebenden Wertes aus den empfangenen digitalen Signalen.
  • Die Sensoren 40, 40', 42, 42' sind eingerichtet, den zu bestimmenden Wert, beispielsweise einen Geschwindigkeitswert, betreffende Messwerte zu erfassen und den Messwerten entsprechende analoge Ausgangssignale auszugeben. Beispiele geeigneter Sensoren 40, 40', 42, 42' sind Wegimpulsgeber, Radar-Sensoren, GPS-Sensoren oder Beschleunigungsgeber. Die Sensoren 40, 40', 42, 42' umfassen eine normierte analoge Ausgabeschnittstelle. Ein analoges Ausgangssignal eines Sensors 40 ist proportional zu dem von dem Sensor 40 erfassten Messwert.
  • Die Analogrecheneinheit 10 bzw. die einzelnen darin vorliegenden Analogrecheneinheiten 62, 62', 72, 72' setzen sich in der Regel aus herkömmlichen, in der Operationsverstärkertechnik bekannten Schaltkreisen 50, 52, 54, 56, 60, 70 zusammen, wie sie in den Figuren 2 bis 8 exemplarisch dargestellt sind.
  • Figur 2 zeigt einen Schaltkreis 50 zum Bestimmen einer Summe Uout zweier Eingangssignale U1 und U2: Uout = U1 + U1.
  • Figur 3 zeigt einen Schaltkreis 52 zum Bestimmen einer Differenz Uout zweier Eingangssignale U1 und U2: Uout = U1 -U2.
  • Figur 4 zeigt einen Schaltkreis 54 zum Bestimmen eines Ausgangssignals Uout, welches dem k-fachen eines Eingangssignals U1 entspricht: Uout = k * U1.
  • Figur 5 zeigt einen Schaltkreis 56 zum Bestimmen, ob der Betrag eines Eingangssignals U1 größer ist als ein Referenzsignal Uref: Uout = max , falls U 1 > Uref , 0 , sonst .
    Figure imgb0001
  • Figur 6 zeigt einen Schaltkreis 60, der aus den Schaltkreisen 50, 54 der Figuren 2 und 4 zusammengesetzt ist, und der als Ausgangswert Uout einen Mittelwert zweier Eingangssignale U1 und U2 ausgibt: Uout = 0,5 * (U1 + U2).
  • Vereinfacht wird der Schaltkreis 60 aus Figur 6 wie in Figur 7 als Schaltkreis 62 dargestellt angegeben (vgl. Fig. 1).
  • Figur 8 zeigt einen Schaltkreis 70, der aus den Schaltkreisen 52, 56 der Figuren 3 und 5 zusammengesetzt ist, und der als Ausgangswert Uout (in digitaler Form) ausgibt, ob die Differenz zweier Eingangssignale U1 und U2 größer ist als ein Referenzwert Uref. Uout = max , falls U 1 − U 2 > Uref , 0 , sonst .
    Figure imgb0002
  • Vereinfacht wird der Schaltkreis 70 aus Figur 8 wie in Figur 9 als Schaltkreis 72 dargestellt angegeben (vgl. Fig. 1).
  • Mit Bezug zu Figur 10 wird im Folgenden exemplarisch ein Verfahren zum Bestimmen eines eine Geschwindigkeit oder einen Ort des Eisenbahnfahrzeugs 1 aus Fig. 1 angebenden Wertes beschrieben.
  • In Schritt S1 werden mittels der Sensoren 40, 40', 42, 42' den Wert betreffende Messwerte erfasst und den Messwerten entsprechende und normierte analoge Signale werden von den Sensoren 40, 40', 42, 42' an die angeschlossene Analogrecheneinheit 10 bzw. die Analogrecheneinheiten 62, 72, 62', 72' ausgegeben.
  • In Schritt S2 berechnen die Analogrecheneinheiten 62, 72, 62', 72'aus den als Eingangssignale empfangenen analogen Signalen jeweils ein konsolidiertes Signal.
  • Dabei können beispielsweise Ausgangssignale einer ersten Gruppe gleichartiger Sensoren 40, 40' von den Analogrecheneinheiten 62, 72 ausgewertet werden.
  • Die erste Analogrecheneinheit 62 berechnet als konsolidiertes Signal einen Mittelwert der von den Sensoren 40, 40' empfangenen analogen Ausgangssignale.
  • Die zweite Analogrecheneinheit 72 berechnet auf der Basis der gleichen Eingangssignale, ob die Differenz der Signale größer ist als ein vorgegebener Referenzwert. Auf diese Weise kann eine Fehlfunktion eines der Sensoren 40, 40' festgestellt werden.
  • In analoger Weise können Ausgangssignale einer zweiten Gruppe gleichartiger Sensoren 42, 42' von den Analogrecheneinheiten 62', 72' ausgewertet werden.
  • Es ist möglich (nicht gezeigt), dass z. B. die als Ergebnisse durch Analogrecheneinheiten berechneten konsolidierten Signale wieder als Eingangssignale zum Berechnen weiterer konsolidierter Signale verwendet werden. Beispielsweise könnte aus den durch die Analogrecheneinheiten 62, 62' berechneten konsolidierten Signalen, welche Mittelwerten entsprechen, ein weiterer Mittelwert berechnet werden.
  • Weiterhin ist es möglich (nicht gezeigt), dass weitere Analogrecheneinheitspaare, entsprechend den Paaren 62, 72 und 62', 72' eingesetzt werden, um Ausgangssignale weiterer (nicht gezeigter) Sensoren zu verarbeiten. Auf diese Weise kann die Redundanz und die Zuverlässigkeit des bestimmten Wertes erhöht werden.
  • In Schritt S3 werden die Ausgangssignale der Analogrecheneinheiten 62, 62' (sofern es sich dabei um analoge Signale handelt) mittels der Analog-Digital-Wandler 20 in digitale Signale umgewandelt.
  • In Schritt S4 werden die (falls erforderlich) digitalisierten Ausgangssignale der Analogrecheneinheiten 62, 62', 72, 72' in die digitale Recheneinheit 30 eingegeben. Die digitale Recheneinheit 30 bestimmt auf Basis der empfangenen digitalen Signale den Wert, welcher die Geschwindigkeit oder den Ort des Eisenbahnfahrzeugs 1 angibt.
  • Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Claims (13)

  1. Verfahren zum Bestimmen eines eine Geschwindigkeit oder einen Ort eines Fahrzeugs (1) angebenden Wertes, umfassend die Schritte:
    - Erfassen (S1) von den Wert betreffenden Messwerten mittels Sensoren (40, 40', 42, 42') und Ausgeben von den erfassten Messwerten entsprechenden analogen Signalen durch die Sensoren (40, 40', 42, 42');
    - Berechnen (S2) eines konsolidierten Signals aus einer Mehrzahl der ausgegebenen analogen Signale mittels einer Analogrecheneinheit (10).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Berechnen des konsolidierten Signals
    - eine analoge Berechnung einer Summe von analogen Signalen umfasst, und/oder
    - eine analoge Berechnung einer Differenz von analogen Signalen umfasst, und/oder
    - eine analoge Berechnung eines k-fachen eines analogen Signals umfasst, und/oder
    - eine analoge Berechnung zum Vergleichen eines analogen Signals mit einem analogen Referenzsignal umfasst.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei aus einer Mehrzahl der von den Sensoren (40, 40') ausgegebenen Signalen mittels einer ersten Analogrecheneinheit (62) ein erstes konsolidiertes Signal berechnet wird und parallel dazu aus den gleichen Signalen mittels einer von der ersten Analogrecheneinheit (62) verschiedenen zweiten Analogrecheneinheit (72) ein zweites konsolidiertes Signal berechnet wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Schritt des Erfassens parallel von einer ersten Gruppe von Sensoren (40, 40') und von einer von der ersten Gruppe verschiedenen zweiten Gruppe von Sensoren (42, 42') durchgeführt wird, und wobei mittels der ersten Analogrecheneinheit (62) aus den von der ersten Gruppe von Sensoren (40, 40') ausgegebenen analogen Signalen ein erstes konsolidiertes Signal berechnet wird und parallel dazu mittels einer von der ersten Analogrecheneinheit (62) verschiedenen dritten Analogrecheneinheit (62') aus den von der zweiten Gruppe von Sensoren (42, 42') ausgegebenen analogen Signalen ein drittes konsolidiertes Signal berechnet wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, umfassend die weiteren Schritte:
    - Umwandeln (S3) des konsolidierten Signals in ein digitales Signal; und
    - Eingeben (S4) des digitalen Signals in eine digitale Recheneinheit (30) zum Bestimmen des die Geschwindigkeit oder den Ort des Fahrzeugs (1) angebenden Wertes.
  6. Analogrecheneinheit (10) zum Bestimmen eines eine Geschwindigkeit oder einen Ort eines Fahrzeugs (1) angebenden Wertes, wobei die Analogrecheneinheit (10) eingerichtet ist, aus von einer Mehrzahl von Sensoren (40, 40', 42, 42') ausgegebenen analogen Signalen zumindest ein konsolidiertes Signal zu berechnen, wobei ein durch einen der Sensoren (40, 40', 42, 42') ausgegebenes analoges Signal einem seitens des Sensors (40) erfassten, den Wert betreffenden Messwert entspricht.
  7. Vorrichtung (100) zum Bestimmen eines eine Geschwindigkeit oder einen Ort eines Fahrzeugs (1) angebenden Wertes, umfassend:
    - eine Mehrzahl von Sensoren (40, 40', 42, 42'), die jeweils eingerichtet sind, einen den Wert betreffenden Messwert zu erfassen und ein dem erfassten Messwert entsprechendes analoges Signal auszugeben; sowie
    - zumindest eine Analogrecheneinheit (10) nach Anspruch 6.
  8. Vorrichtung (100) nach Anspruch 7, wobei einer der Sensoren (40, 40', 42, 42') eine normierte analoge Ausgabeschnittstelle aufweist.
  9. Vorrichtung (100) nach Anspruch 7 oder 8, wobei ein analoges Ausgangssignal eines der Sensoren (40, 40', 42, 42') proportional ist zu dem von dem Sensor (40) erfassten Messwert.
  10. Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei einer der Sensoren (40, 40', 42, 42') als Wegimpulsgeber, Radar-Sensor, GPS-Sensor, Beschleunigungsgeber oder anderer odometrischer geeigneter Sensor ausgebildet ist.
  11. Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 7 bis 10, weiter umfassend:
    - einen Analog-Digital-Wandler (20), der eingerichtet ist, das zumindest eine konsolidierte Signal in zumindest ein digitales Signal umzuwandeln; und
    - eine digitale Recheneinheit (30), die eingerichtet ist, den die Geschwindigkeit oder den Ort des Fahrzeugs (1) angebenden Wert auf Basis des zumindest einen digitalen Signals zu bestimmen.
  12. Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 7 bis 11, eingerichtet, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 durchzuführen.
  13. Fahrzeug (1), umfassend eine Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 7 bis 12.
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