EP3786030A1 - Verfahren und einrichtung zur ortung eines fahrzeugs mit uwb technologie - Google Patents

Verfahren und einrichtung zur ortung eines fahrzeugs mit uwb technologie Download PDF

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EP3786030A1
EP3786030A1 EP20191439.7A EP20191439A EP3786030A1 EP 3786030 A1 EP3786030 A1 EP 3786030A1 EP 20191439 A EP20191439 A EP 20191439A EP 3786030 A1 EP3786030 A1 EP 3786030A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
uwb
measurement results
vte2
vte1
radars
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Withdrawn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
EP20191439.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Melih Arpaci
Hans-Jörg MÖNNICH
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 Mobility GmbH
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 Mobility GmbH filed Critical Siemens Mobility GmbH
Publication of EP3786030A1 publication Critical patent/EP3786030A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current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 trains or setting of track apparatus
    • B61L25/02—Indicating or recording positions or identities of vehicles or trains
    • 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 trains or setting of track apparatus
    • B61L25/02—Indicating or recording positions or identities of vehicles or trains
    • B61L25/025—Absolute localisation, e.g. providing geodetic coordinates

Definitions

  • the invention relates to a method and a train protection device for locating a vehicle, in particular a rail-bound vehicle, in which a UWB radar device is used for locating.
  • the invention relates to a computer program product and a provision device for this computer program product, the computer program product being equipped with program commands for carrying out this method.
  • UWB-based location systems can in future be used to determine the location of a train.
  • the technology as such is not signal-technically secure. This means that the operational safety requirements applicable in train traffic cannot be ensured by UWB-based location systems.
  • Train control systems that are reliable in terms of signaling also require location information that is reliable in terms of signaling.
  • UWB should not be used as the only means of location, but that it should be combined with location via GPS. This is to ensure that reliable location information is always available for the train control system.
  • UWB radio technology UWB stands for ultra wide band or ultra broadband
  • UWB ultra wide band or ultra broadband
  • ETCS European Train Control System
  • Ultra-broadband technology describes an approach to short-range radio communication primarily for the commercial mass market. The most important feature is the use of comparatively large frequency ranges with a bandwidth of 500 MHz and larger.
  • the object of the invention is to provide a method and an arrangement for locating trains, in which inexpensive system components can be used and the requirements for the reliability of locating are given.
  • the invention only requires at least two UWB units which are not secure in terms of signaling technology, which are then used as UWB radar, but can also fulfill other functions.
  • a clear, uniform requirement specification for these UWB radars makes it possible to combine the solutions from different suppliers cost-effectively, since both channels designed in this way are independent and no complex signaling technology Require implementations by the UWB manufacturer. If there is evidence of compliance with said specification, systems from different suppliers can alternatively be used without these having to meet complex safety-relevant signaling requirements, as they are normally required for train technology applications or also applications for example for autonomous driving.
  • UWB for the odometry of a train control system used without major railway-specific adjustments (signaling safety). Even in autonomous driving, for example, UWB radar can be used inexpensively with sufficient reliability in generating the measurement results by means of the method according to the invention.
  • the required process reliability is ensured according to the invention with the voting device.
  • This makes it possible to compare the measurement results that are generated by the different UWB radars in such a way that it is possible to draw conclusions about any errors that may be present.
  • This ensures the security required in the railway sector for the correctness of the measurement results while using inexpensive radar components at the same time.
  • the approach according to the invention is therefore called: redundant arrangement of cost-effective components and guarantee of operational safety through the use of a voting process.
  • At least two components must generate measured values. Therefore, according to the invention, at least two UWB radars are to be provided. However, three or more UWB radars can also advantageously be taken into account (further explanations below regarding the implementation of the voting method in the case of two or more components).
  • the voting process is preferably computer-implemented (i.e. using a computer).
  • the terms “create”, “calculate”, “calculate”, “determine”, “generate”, “configure”, “modify” and the like preferably refer to actions and / or processes and / or processing steps that change and / or generate data and / or convert the data into other data, the data being or being able to be represented, in particular, as physical quantities, for example as electrical impulses.
  • the term “computer” is to be interpreted broadly to cover all electronic devices with data processing properties. Computers can thus be, for example, personal computers, servers, handheld computer systems, pocket PC devices, mobile radio devices and other communication devices that can process data with the aid of computers, processors and other electronic devices for data processing, which can preferably also be connected to a network .
  • “computer-aided” can be understood to mean, for example, an implementation of the method in which one or more computers executes or executes at least one method step of the method.
  • a “processor” can be understood to mean, for example, a machine or an electronic circuit.
  • a processor can in particular be a central processing unit (CPU), a microprocessor or a microcontroller, for example an application-specific integrated circuit or a digital signal processor, possibly in combination with a memory unit for storing program commands, etc. .
  • a processor can also be, for example, an IC (integrated circuit), in particular an FPGA (field programmable gate array) or an ASIC (application-specific integrated circuit), or act as a DSP (digital signal processor).
  • a processor can also be understood to be a virtualized processor or a soft CPU. For example, it can also be a programmable processor that is equipped with a configuration for carrying out the aforementioned method according to the invention.
  • a “memory unit” can be understood to mean, for example, a computer-readable memory in the form of a random access memory (RAM) or a hard disk.
  • At least two UWB radars of different designs and / or different manufacturers are used.
  • a tolerance range is defined for the correspondence of measurement results from different UWB radars.
  • the determination of a tolerance range for the measurement results is advantageous because the generation of exactly the same measurement results with 2 UWB radars can often not be guaranteed. However, it is sufficient for the selection by the voter (the voting facility) if the measurement results of the two UWB radars are sufficiently close to one another. In this case, it is assumed that the measurement results agree. By selecting a tolerance range, the sensitivity of the voting process can also be influenced directly and adapted to the security requirements.
  • the number of cases and / or the time of occurrence of the cases and / or frequency of the cases in which the integrity of the measurement results is not confirmed is stored in a memory device for each UWB radar.
  • the need to replace a UWB radar is indicated if the number or the frequency of the stored cases exceeds a limit value.
  • UWB radar devices are used with which the vehicle can be located from different directions.
  • UWB radar devices in the sense of the invention are to be understood as devices each consisting of 2 or more radars. While a UWB radar device needs several UWB radars so that a voting method can be used, several UWB radar devices can be operated in particular at different locations, which is why, for example, a cross bearing of the vehicle is possible. This use is of great importance, in particular, for autonomous driving outside of rail-bound routes, since in these applications the vehicles can move freely on the available traffic area. However, two-dimensional location of the vehicle can also be of great advantage for track-based operation. For example, at If there are several tracks, this means that the track occupancy of the individual tracks can be determined with a higher degree of local accuracy.
  • the stated object is alternatively also achieved according to the invention with the initially specified subject matter (train protection device) in that the locating unit has at least two redundantly arranged UWB radars which are connected to a voting device. According to one embodiment of the invention, it is provided that it is designed to carry out the aforementioned method.
  • a provision device for storing and / or providing the computer program product.
  • the provision device is, for example, a data carrier that stores and / or provides the computer program product.
  • the provision device is, for example, a network service, a computer system, a server system, in particular a distributed computer system, a cloud-based computer system and / or virtual computer system, which the computer program product preferably stores and / or provides in the form of a data stream.
  • This provision takes place, for example, as a download in the form of a program data block and / or command data block, preferably as a file, in particular as a download file, or as a data stream, in particular as a download data stream of the complete computer program product.
  • This provision can, for example, also take place as a partial download, which consists of several parts and, in particular, is downloaded via a peer-to-peer network or made available as a data stream.
  • Such a computer program product is read into a system, for example, using the supply device in the form of the data carrier and executes the program commands so that the method according to the invention is executed on a computer or the creation device is configured in such a way that it generates the workpiece according to the invention.
  • the described components of the embodiments each represent individual features of the invention that are to be considered independently of one another, which also develop the invention independently of one another and are thus also to be regarded as part of the invention individually or in a combination other than the one shown. Furthermore, the described embodiments can also be supplemented by further features of the invention already described.
  • a train protection device ZSE is shown, which in the embodiment according to Figure 1 is a control center. This is connected via an antenna ANT to further antennas ANT of a locating unit OTG and a train computer ZR via a radio interface not shown in detail.
  • the mentioned functional elements are used to implement train monitoring, which is coordinated via the train safety device ZSE.
  • the train computer ZR belongs to a vehicle FZG which is traveling on a track GLS. This is therefore the embodiment according to FIG Figure 1 around a rail-bound vehicle FZG. However, it is also indicated that it could be a road vehicle that is traveling on a road SRT. This is shown in dash-dotted lines. In this case, the vehicle FZG could be equipped for autonomous driving, which is why it would be necessary to monitor its movement.
  • an odometry sensor OD01 which can be formed by a wheel sensor, is in the vehicle FZG in a manner known per se, and there is an odometry sensor ODO2 on the GLS track , for example an axle counter, arranged.
  • the odometry sensor ODO1 communicates with the train computer and the odometry sensor ODO2 communicates with the locating unit OTG.
  • the monitoring of the vehicle FZG is also supported by the UWB radar devices RDE1, RDE2, RDE3.
  • the UWB radar devices RDE1 and RDE2 are fixedly arranged in the vicinity of the GLS track, while the UWB radar device RDE3 is attached to the front part of the vehicle FZG as seen in the direction of travel.
  • the UWB radar devices RDE1 and RDE2 each consist of three UWB radars RD1, RD2, RD3. These are of different design or from different manufacturers, so that they do not 100% match in their functionality. This is important because signal processing (this is explained in more detail below) is intended to prevent the occurrence of systematic errors.
  • the measurement results that are generated by the UWB radars RD1, RD2 are passed on to a voting device VTE2 in the vehicle FZG.
  • they are subjected to a voting process, which means that the measurement results of the UWB radars RD1, RD2 are only taken into account if they agree within a specified tolerance range or, in other words, the integrity of the measurement results is verified in this way. Only under this condition are the measurement results released by the voting device VTE2 and passed on to the train computer ZR.
  • the stationary UWB radar devices RDE1, RDE2 work according to the same functional principle. According to the embodiment of FIG Figure 1 used to locate the vehicle FZG. Because of their different orientation it is For example, a cross bearing is possible in order to determine the position of the vehicle FZG as precisely as possible.
  • the UWB radar device RDE1 and RDE2 transmit the measurement result to the voting device VTE1, which evaluates the results from the respective UWB radar RD1, RD2, RD3 individually for the UWB radar device RDE1 and RDE2.
  • the voting device VTE1 evaluates the results from the respective UWB radar RD1, RD2, RD3 individually for the UWB radar device RDE1 and RDE2.
  • either the measurement results of one or both or neither of the UWB radar devices RDE1, RDE2 are passed on to the locating unit OTG.
  • measurement results are generated in a measurement step MSRE in the radar devices RDE1, RDE2, RDE3 parallel to a measurement step SENS of the odometry sensors ODO1, ODO2. While the measurement result SENS of the odometry sensors ODO1, ODO2 in the sensors is converted directly in a step of the measurement conversion TRANS, the measurement result of the UWB radar devices RDE1, RDE2, RDE3 (more precisely all UWB radars RD1, RD2, RD3) in a comparison step VOTE by the voting devices VTE1, VTE2. According to an INTEG case distinction, the measurement result is only subjected to a further processing step if the integrity is given.
  • rejection step RFSE the lack of integrity of the measurement result leads to a rejection step RFSE, so that the measurement result is no longer made available for further processing in the sense of train protection.
  • This rejection step is also connected to a recursion loop, so that the measurement step MSRE of the UWB radar device in question is repeated.
  • the rejection step RFSE initiates a counting step COUNT, so that the events that led to a rejection of a measurement result are registered.
  • the train protection device ZSE takes on overarching control functions GUIDE in the process, as indicated.
  • GUIDE the relevant data for the train protection measure is transmitted to the train protection device ZSE.
  • the result of the check step CHECK can also be transferred so that maintenance can be coordinated, for example.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Train Traffic Observation, Control, And Security (AREA)

Abstract

Die Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Ortung eines Fahrzeugs (FZG), insbesondere eines schienengebundenen Fahrzeugs (FZG), bei dem zur Ortung eine UWB-Radareinrichtung (RDE1, RDE2, RDE3) genutzt wird. Zur Ortung des Fahrzeugs (FZG) werden gleichzeitig mindestens zwei UWB-Radare (RD1, RD2, RD3) verwendet. Die durch die mindestens zwei UWB-Radare (RD1, RD2, RD3) erzeugten Messergebnisse werden in einer Votereinrichtung (VTE1, VTE2) miteinander verglichen. Für den Fall, dass die Vortereinrichtung (VTE1, VTE2) die Integrität der Messergebnisse bestätigt, werden diese für eine weitere Verwendung freigegeben. Für den Fall, dass die Votereinrichtung (VTE1, VTE2) die Integrität der Messergebnisse nicht bestätigt, werden diese verworfen. Ferner wird eine Zugsicherungseinrichtung (ZSE) mit einer Ortungseinheit (OTG) bereitgestellt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Zugsicherungseinrichtung zur Ortung eines Fahrzeugs, insbesondere eines schienengebundenen Fahrzeugs, bei dem zur Ortung eine UWB-Radareinrichtung genutzt wird. Zudem betrifft die Erfindung ein Computerprogrammprodukt sowie eine Bereitstellungsvorrichtung für dieses Computerprogrammprodukt, wobei das Computerprogrammprodukt mit Programmbefehlen zur Durchführung dieses Verfahrens ausgestattet ist.
  • Im Eisenbahnbereich können zur Ortsbestimmung eines Zuges zukünftig UWB basierte Ortungssysteme zum Einsatz kommen. Die Technik als solche ist jedoch nicht signaltechnisch sicher. Dies bedeutet, dass die im Zugverkehr gültigen Anforderungen an die Betriebssicherheit durch UWB basierte Ortungssysteme nicht sichergestellt werden können. Signaltechnisch sichere Zugbeeinflussungssysteme benötigen nämlich auch eine signaltechnisch sichere Ortungsinformation.
  • Gemäß der CN 103587555 A wird daher vorgeschlagen, dass UWB nicht als alleiniges Ortungsmittel Verwendung findet, sondern dass dieses mit einer Ortung per GPS kombiniert wird. Hierdurch soll sichergestellt werden, dass immer eine zuverlässige Ortsinformation für das Zugbeeinflussungssystem zur Verfügung steht.
  • Gemäß der US 2018362058 A wird vorgeschlagen, dass zur ergänzenden Verbesserung der Ortung von Zügen auch die sogenannte UWB-Funktechnologie (UWB steht für ultra wide band oder Ultra-Breitband) angewendet werden kann. Allerdings ist diese Technologie nicht so sicher, dass sie die Anforderungen an Zugsysteme erfüllen würde, so dass diese Ortung nur als Ergänzung verwendet wird. Beispielsweise wird gemäß dem genannten Dokument vorgeschlagen, die UWB-Technologie mit einem RFID-Transponder und auf diesen zugeschnittenen Empfangsantennen zu ergänzen. Ein solches System stellt beispielsweise der ETCS (European Train Control System) Standard zur Verfügung, bei dem die RFID-Tags durch sogenannte Eurobalisen ausgebildet sind.
  • Die Ultra-Breitband-Technologie beschreibt einen Ansatz für Nahbereichsfunkkommunikation vorrangig für den kommerziellen Massenmarkt. Wichtigstes Merkmal ist die Nutzung vergleichsweise großer Frequenzbereiche mit einer Bandbreite von 500 MHz und größer.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Anordnung zum Orten von Zügen anzugeben, bei dem kostengünstige Systemkomponenten zum Einsatz kommen können und die Anforderungen an die Zuverlässigkeit einer Ortung gegeben ist.
  • Diese Aufgabe wird mit dem eingangs angegebenen Anspruchsgegenstand (Verfahren) erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zur Ortung des Fahrzeugs gleichzeitig mindestens zwei UWB-Radare verwendet werden, wobei die durch die mindestens zwei UWB-Radare erzeugten Messergebnisse
    • in einer Votereinrichtung miteinander verglichen werden,
    • für der Fall, dass die Vortereinrichtung die Integrität der Messergebnisse bestätigt, diese für eine weitere Verwendung freigegeben werden,
    • für den Fall, dass die Votereinrichtung die Integrität der Messergebnisse nicht bestätigt, diese verworfen werden.
  • Die Erfindung erfordert lediglich mindestens zwei signaltechnisch nicht sichere UWB Einheiten, die dann als UWB-Radar benutzt werden, zusätzlich aber auch andere Funktionen erfüllen können. Durch eine klare, einheitliche Anforderungsspezifikation für diese UWB-Radare ist es möglich, die Lösungen von verschiedenen Lieferanten kostengünsig zu kombinieren, da beide so ausgebildeten Kanäle unabhängig sind und keine komplexen signaltechnischen Implementierungen durch den UWB Hersteller erfordern. Bei einem Nachweis der Erfüllung der besagten Spezifikation können Systeme von verschiedenen Lieferanten alternativ zum Einsatz kommen ohne dass diese komplexe sicherheitsrelevante signaltechnische Anforderungen erfüllen müssen, wie sie eigentlich für zugtechnische Anwendungen oder auch Anwendungen beispielsweise für das autonome Fahren normalerweise gefordert werden.
  • Hierdurch wird des Weiteren bei einem typischen Lebenszyklus von 25 Jahren im Eisenbahnumfeld ein Austausch einer sog. "UWB off the shelf" Komponente (also einer Komponente, welche aufgrund hoher Stückzahlen kostengünstig vom Hersteller bezogen werden kann) wesentlich vereinfacht. Es ist somit auch ein rechtzeitiger Austausch der Komponente möglich, wenn deren Lebenszyklus unter 25 Jahren liegt. Dabei können selbst für den Fall, dass die ursprünglich verwendeten Komponenten nicht mehr verfügbar sein sollten, ohne Probleme andere Komponenten als Ersatz eingesetzt werden, da bei deren Implementierung nur wenig Randbedingungen beachtet werden müssen.
  • Es ist im Wesentlichen möglich, UWB ohne größere eisenbahnspezifische Anpassungen (signaltechnische Sicherheit) für die Odometrie eines verwendeten Zugbeeinflussungssystems einzusetzen. Auch beispielsweise beim autonomen Fahren können UWB-Radar mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens kostengünstig mit einer ausreichenden Sicherheit bei der Erzeugung der Messergebnisse Verwendung finden.
  • Die geforderte Prozesssicherheit wird erfindungsgemäß mit der Votereinrichtung gewährleistet. Diese ermöglicht es, die Messergebnisse, welche von den unterschiedlichen UWB-Radaren erzeugt werden, so zu vergleichen, dass ein Rückschluss auf eventuell vorliegende Fehler möglich ist. Hierdurch wird die im Bahnbereich geforderte Sicherheit für die Richtigkeit der Messergebnisse bei gleichzeitigem Einsatz kostengünstiger Radarkomponenten sichergestellt. Der erfindungsgemäße Lösungsansatz heißt daher: redundante Anordnung kostengünstiger Komponenten und Gewährleistung der Betriebssicherheit durch Anwendung eines Votingverfahrens.
  • Um ein Votingverfahren anwenden zu können, müssen wenigstens 2 Komponenten Messwerte erzeugen. Daher sind erfindungsgemäß mindestens zwei UWB-Radare vorzusehen. Vorteilhaft können aber auch drei oder mehr UWB-Radar berücksichtigt werden (zu der Durchführung des Votingverfahrens bei zwei oder mehr Komponenten im Folgenden noch weitere Ausführungen).
  • Das Votingverfahren erfolgt bevorzugt computerimplementiert (d. h. unter Einsatz eines Computers). Sofern es in der nachfolgenden Beschreibung nicht anders angegeben ist, beziehen sich die Begriffe "erstellen", "berechnen", "rechnen", "feststellen", "generieren", "konfigurieren", "modifizieren" und dergleichen, vorzugsweise auf Handlungen und/oder Prozesse und/oder Verarbeitungsschritte, die Daten verändern und/oder erzeugen und/oder die Daten in andere Daten überführen, wobei die Daten insbesondere als physikalische Größen dargestellt werden oder vorliegen können, beispielsweise als elektrische Impulse. Insbesondere ist der Ausdruck "Computer" breit auszulegen, um alle elektronischen Geräte mit Datenverarbeitungseigenschaften abzudecken. Computer können somit beispielsweise Personal Computer, Server, Handheld-Computer-Systeme, Pocket-PC-Geräte, Mobilfunkgeräte und andere Kommunikationsgeräte, die rechnergestützt Daten verarbeiten können, Prozessoren und andere elektronische Geräte zur Datenverarbeitung sein, die vorzugsweise auch zu einem Netzwerk zusammengeschlossen sein können.
  • Unter "rechnergestützt" kann im Zusammenhang mit der Erfindung beispielsweise eine Implementierung des Verfahrens verstanden werden, bei dem ein Computer oder mehrere Computer mindestens einen Verfahrensschritt des Verfahrens ausführt oder ausführen.
  • Unter einem "Prozessor" kann im Zusammenhang mit der Erfindung beispielsweise eine Maschine oder eine elektronische Schaltung verstanden werden. Bei einem Prozessor kann es sich insbesondere um einen Hauptprozessor (engl. Central Processing Unit, CPU), einen Mikroprozessor oder einen Mikrokontroller, beispielsweise eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung oder einen digitalen Signalprozessor, möglicherweise in Kombination mit einer Speichereinheit zum Speichern von Programmbefehlen, etc. handeln. Bei einem Prozessor kann es sich beispielsweise auch um einen IC (integrierter Schaltkreis, engl. Integrated Circuit), insbesondere einen FPGA (engl. Field Programmable Gate Array) oder einen ASIC (anwendungsspezifische integrierte Schaltung, engl. Application-Specific Integrated Circuit), oder einen DSP (Digitaler Signalprozessor, engl. Digital Signal Processor) handeln. Auch kann unter einem Prozessor ein virtualisierter Prozessor oder eine Soft-CPU verstanden werden. Es kann sich beispielsweise auch um einen programmierbaren Prozessor handeln, der mit einer Konfiguration zur Ausführung des genannten erfindungsgemäßen Verfahrens ausgerüstet ist.
  • Unter einer "Speichereinheit" kann im Zusammenhang mit der Erfindung beispielsweise ein computerlesbarer Speicher in Form eines Arbeitsspeichers (engl. Random-Access Memory, RAM) oder einer Festplatte verstanden werden.
  • Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass mindestens zwei UWB-Radare unterschiedlicher Bauart und/oder unterschiedlicher Hersteller verwendet werden.
  • Die Verwendung von WB-Radar unterschiedlicher Hersteller und/oder unterschiedlicher Bauart hat den Vorteil, dass ausgeschlossen werden kann, dass bei dem Votingverfahren systematische Fehler unberücksichtigt bleiben, welche aufgrund gleichen fehlerhaften Verhaltens beider UWB Radare gleicher Bauart und/oder gleicher Hersteller auftreten. Damit kann die Schwäche von Votingverfahren überwunden werden, nämlich, dass diese durch einen Vergleich von Messergebnissen systematische Fehler nicht erfassen können, da diese bei den einzelnen Komponenten ja zum gleichen Messfehler und damit zum gleichen Messergebnis führen. Vorteilhaft wird durch Verwendung von UWB-Radaren unterschiedlicher Hersteller oder unterschiedlicher Bauart daher eine höhere Sicherheit bei Durchführung des Votingverfahrens erreicht.
  • Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass zwei UWB-Radare verwendet werden,
    • für der Fall, diese zwei UWB-Radare übereinstimmende Ergebnisse übermitteln, die Vortereinrichtung die Integrität der Messergebnisse bestätigt,
    • für den Fall, dass diese zwei UWB-Radare unterschiedliche Ergebnisse übermitteln, die Votereinrichtung die Integrität der Messergebnisse nicht bestätigt.
  • Die Verwendung von 2 UWB-Radaren hat den Vorteil, dass der Aufwand an Komponenten sehr gering gehalten werden kann. Diese Lösung ist daher besonders kostengünstig. Jedoch können bei dem Votingverfahren nur durch Vergleich von 2 unterschiedlichen Messwerten jeweils des einen UWB-Radars und des anderen UWB-Radars Messfehler festgestellt werden. Daher kann die Integrität der Messergebnisse nur bestätigt werden, wenn beide UWB-Radare übereinstimmende Messergebnisse übermitteln.
  • Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass mindestens drei UWB-Radare verwendet werden,
    • für der Fall, dass mindestens zwei UWB-Radare übereinstimmende Ergebnisse übermitteln, die Vortereinrichtung die Integrität der Messergebnisse bestätigt,
    • für den Fall, dass alle UWB-Radare unterschiedliche Ergebnisse übermitteln, die Votereinrichtung die Integrität der Messergebnisse nicht bestätigt.
  • Die Verwendung von mehr als 2 UWB-Radaren, insbesondere 3 UWB-Radaren erzeugt einen größeren Aufwand an Einzelkomponenten, verbunden mit etwas höheren Investitionskosten. Allerdings sind, wie bereits beschrieben, die du UWB-Radare vergleichsweise kostengünstig zu beschaffen. Der Vorteil bei der Erzeugung von Messwerten über 3 oder mehr UWB-Radare bewirkt andererseits eine höhere Sicherheit bei der Beurteilung der Messergebnisse. So kann, wenn 2 UWB-Radare übereinstimmende Messergebnisse erzeugen, davon ausgegangen werden, dass diese die richtigen Messergebnisse bereitstellen, während ein UWB-Radar, welches hiervon abweichende Messwerte erzeugt, mit hoher Wahrscheinlichkeit falsche Messergebnisse liefert und deswegen nicht berücksichtigt wird.
  • Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass für die Übereinstimmung von Messergebnissen verschiedener UWB-Radare ein Toleranzbereich definiert wird.
  • Die Bestimmung eines Toleranzbereiches für die Messergebnisse ist vorteilhaft, weil die Erzeugung exakt derselben Messergebnisse durch 2 UWB-Radare häufig nicht sichergestellt werden kann. Allerdings reicht es für die Auswahl durch den Voter (die Votereinrichutng) auch aus, wenn die Messergebnisse der beiden UWB-Radare genügend nah beieinanderliegen. In diesem Fall wird von einer Übereinstimmung der Messergebnisse ausgegangen. Durch Wahl eines Toleranzbereiches lässt sich die Empfindlichkeit des Votingverfahrens überdies direkt beeinflussen und an die Sicherheitsanforderungen anpassen.
  • Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Anzahl der Fälle und/oder der Zeitpunkt des Auftretens der Fälle und/oder Häufigkeit der Fälle, in denen die Integrität der Messergebnisse nicht bestätigt wird, für jedes UWB-Radar in einer Speichereinrichtung abgespeichert wird.
  • Mit anderen Worten ist hiermit die Abspeicherung der auftretenden Fehler gemeint. Dies macht es vorteilhaft möglich, dass bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zusätzliche Aspekte berücksichtigt werden können, die Einfluss auf das erfindungsgemäße Verfahren haben können (dazu im Folgenden noch mehr).
  • Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Notwendigkeit eines Austausches eines UWB-Radars angezeigt wird, wenn die Anzahl oder die Häufigkeit der abgespeicherten Fälle einen Grenzwert überschreitet.
  • Damit ist die Ermittlung der Erforderlichkeit eines Austauschs eine mögliche und vorteilhafte Anwendung, die zusätzliche Daten, die hinsichtlich der Häufigkeit des Auftretens von Fehlern erfasst wurden, sinnvoll ausgewertet werden können. Hierdurch wird der dauerhafte Betrieb beispielsweise der eisenbahntechnischen Anlage möglich, welche, wie oben bereits erläutert, typischerweise auf eine Betriebsdauer von 25 Jahren ausgelegt sind, während die UWB-Radare durchaus auch schon früher ausfallen können (oder vor dem ausfallen rechtzeitig ausgetauscht werden müssen).
  • Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass mehrere UWB-Radareinrichtungen zum Einsatz kommen, mit denen eine Ortung des Fahrzeugs aus unterschiedlichen Richtungen erfolgt.
  • Als UWB-Radareinrichtungen im Sinne der Erfindung sind jeweils aus 2 oder mehr Radar bestehende Vorrichtungen zu verstehen. Während eine UWB-Radareinrichtung mehrere UWB-Radare braucht, damit ein Votingverfahren angewendet werden kann, können mehrere UWB-Radareinrichtungen insbesondere an unterschiedlichen Orten betrieben werden, weswegen beispielsweise eine Kreuzpeilung des Fahrzeugs möglich wird. Diese Verwendung ist insbesondere für das autonome Fahren außerhalb schienengebundener Fahrwege von großer Bedeutung, da die Fahrzeuge sich bei diesen Anwendungen frei auf der zur Verfügung stehenden Verkehrsfläche bewegen können. Aber auch für den gleisgebundenen Betrieb kann eine zweidimensionale Ortung des Fahrzeugs von großem Vorteil sein. Beispielsweise lässt sich bei Vorliegen mehrerer Gleise damit die Gleisbelegung der einzelnen Gleise mit einer höheren Ortsgenauigkeit ermitteln.
  • Die genannte Aufgabe wird alternativ mit dem eingangs angegebenen Anspruchsgegenstand (Zugsicherungseinrichtung) erfindungsgemäß auch dadurch gelöst, dass die Ortungseinheit mindestens zwei redundant angeordnete UWB-Radare aufweist, die an eine Votereinrichtung angeschlossen sind. Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass diese dazu ausgebildet ist, das vorstehend genannte Verfahren durchzuführen. Die mit der Zugsicherungseinrichtung und deren Betrieb verbundenen Vorteile sind obenstehend bereits erläutert worden (im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren) und werden daher an dieser Stelle nicht noch einmal erläutert.
  • Des Weiteren wird ein Computerprogrammprodukt mit Programmbefehlen zur Durchführung des genannten erfindungsgemäßen Verfahrens und/oder dessen Ausführungsbeispielen beansprucht, wobei mittels des Computerprogrammprodukts jeweils das erfindungsgemäße Verfahren und/oder dessen Ausführungsbeispiele durchführbar sind.
  • Darüber hinaus wird eine Bereitstellungsvorrichtung zum Speichern und/oder Bereitstellen des Computerprogrammprodukts beansprucht. Die Bereitstellungsvorrichtung ist beispielsweise ein Datenträger, der das Computerprogrammprodukt speichert und/oder bereitstellt. Alternativ und/oder zusätzlich ist die Bereitstellungsvorrichtung beispielsweise ein Netzwerkdienst, ein Computersystem, ein Serversystem, insbesondere ein verteiltes Computersystem, ein cloudbasiertes Rechnersystem und/oder virtuelles Rechnersystem, welches das Computerprogrammprodukt vorzugsweise in Form eines Datenstroms speichert und/oder bereitstellt.
  • Diese Bereitstellung erfolgt beispielsweise als Download in Form eines Programmdatenblocks und/oder Befehlsdatenblocks, vorzugsweise als Datei, insbesondere als Downloaddatei, oder als Datenstrom, insbesondere als Downloaddatenstrom, des vollständigen Computerprogrammprodukts. Diese Bereitstellung kann beispielsweise aber auch als partieller Download erfolgen, der aus mehreren Teilen besteht und insbesondere über ein Peer-to-Peer Netzwerk heruntergeladen oder als Datenstrom bereitgestellt wird. Ein solches Computerprogrammprodukt wird beispielsweise unter Verwendung der Bereitstellungsvorrichtung in Form des Datenträgers in ein System eingelesen und führt die Programmbefehle aus, sodass das erfindungsgemäße Verfahren auf einem Computer zur Ausführung gebracht wird oder das Erstellungsgerät derart konfiguriert, dass dieses das erfindungsgemäße Werkstück erzeugt.
  • Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Gleiche oder sich entsprechende Zeichnungselemente sind jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden nur insoweit mehrfach erläutert, wie sich Unterschiede zwischen den einzelnen Figuren ergeben.
  • Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1
    Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Zugsicherungseinrichtung als schematische Darstellung von oben und
    Fig. 2
    ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens als Flussdiagramm, wobei die gemäß Figur 1 dargestellten Funktionselemente in Figur 2 angedeutet sind (das Verfahren lässt sich in ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Computerprogrammprodukts implementieren und gilt somit auch als Ausführungsbeispiel desselben.)
  • Gemäß Figur 1 ist eine Zugsicherungseinrichtung ZSE dargestellt, die in dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 eine Leitzentrale ist. Diese ist über eine Antenne ANT mit weiteren Antennen ANT einer Ortungseinheit OTG und eines Zugrechners ZR über eine nicht näher dargestellte Funkschnittstelle verbunden. Die angesprochenen Funktionselemente dienen somit der Realisierung einer Zugüberwachung, wobei diese über die Zugsicherungseinrichtung ZSE koordiniert wird.
  • Der Zugrechner ZR gehört zu einem Fahrzeug FZG, welches auf einem Gleis GLS unterwegs ist. Hierbei handelt es sich somit bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 um ein schienengebundenes Fahrzeug FZG. Allerdings ist auch angedeutet, dass es sich um ein Straßenfahrzeug handeln könnte, welches auf einer Straße SRT unterwegs ist. Diese ist strichpunktiert dargestellt. Das Fahrzeug FZG könnte in diesem Fall für einen autonomen Fahrbetrieb ausgerüstet sein, weswegen eine Überwachung von dessen Bewegung notwendig würde.
  • Um die Bewegung des Fahrzeugs FZG (im Folgenden wird von dem Beispiel eines schienengebundenen Fahrzeugs ausgegangen) zu überwachen, ist in dem Fahrzeug FZG in an sich bekannter Weise ein Odometriesensor OD01, der durch einen Radsensor gebildet sein kann, und am Gleis GLS ein Odometriesensor ODO2, beispielsweise ein Achszähler, angeordnet. Der Odometriesensor ODO1 kommuniziert mit dem Zugrechner und der Odometriesensor ODO2, kommuniziert mit der Ortungseinheit OTG.
  • Die Überwachung des Fahrzeugs FZG wird außerdem zusätzlich durch die UWB-Radareinrichtungen RDE1, RDE2, RDE3 unterstützt. Die UWB-Radareinrichtungen RDE1 und RDE2 sind ortsfest in der Nähe des Gleises GLS angeordnet, während die UWB-Radareinrichtung RDE3 am in Fahrtrichtung gesehen vorderen Teil des Fahrzeugs FZG angebracht ist. Die UWB-Radareinrichtungen RDE1 und RDE2 bestehen jeweils aus drei UWB-Radaren RD1, RD2, RD3. Diese sind von unterschiedlicher Bauart bzw. von unterschiedlichen Herstellern, sodass diese in ihrer Funktionsweise nicht zu 100 % übereinstimmen. Dies ist wichtig, da mittels einer Signalverarbeitung (diese wird im Folgenden näher erläutert) das Auftreten systematischer Fehler unterbunden werden soll.
  • Das oben Genannte gilt ebenfalls für die UWB-Radare RD1, RD2 der UWB-Radareinrichtung RDE3, die am Fahrzeug FZG montiert ist. Diese dient bei der Fahrt des Fahrzeuges FZG für eine Abstandsermittlung beispielsweise zu vor dem Fahrzeug FZG befindlichen anderen Fahrzeugen auf dem Gleis GLS.
  • Die Messergebnisse, die durch die UWB-Radare RD1, RD2 erzeugt werden, werden an eine Votereinrichtung VTE2 in dem Fahrzeug FZG weitergegeben. Hier werden sie einem Votingverfahren unterzogen, welches dazu führt, dass die Messergebnisse der UWB-Radare RD1, RD2 nur dann berücksichtigt werden, wenn diese innerhalb eines festgelegten Toleranzbereichs übereinstimmen oder, anders ausgedrückt, die Integrität der Messergebnisse auf diesem Wege verifiziert wird. Nur unter dieser Voraussetzung werden die Messergebnisse von der Votereinrichtung VTE2 freigegeben und an den Zugrechner ZR weitergegeben.
  • Die ortsgebundenen UWB-Radareinrichtungen RDE1, RDE2 arbeiten nach demselben Funktionsprinzip. Diese Radareinrichtungen werden gemäß dem Ausführungsbeispiel von Figur 1 zur Ortung des Fahrzeugs FZG verwendet. Aufgrund ihrer unterschiedlichen Ausrichtung ist beispielsweise eine Kreuzpeilung möglich, um die Position des Fahrzeugs FZG möglichst genau zu bestimmen.
  • Die UWB-Radareinrichtung RDE1 und RDE2 übertragen das Messergebnis an die Votereinrichtung VTE1, welche die durch die jeweiligen UWB-Radare RD1, RD2, RD3 jeweils einzeln für die UWB-Radareinrichtung RDE1 und RDE2 auswertet. Abhängig von dem Voterergebnis der Votereinrichtung VTE1 werden entweder die Messergebnisse eines oder beider oder keiner der UWB-Radareinrichtungen RDE1, RDE2 an die Ortungseinheit OTG weitergegeben.
  • Der Figur 2 lässt sich der Verfahrensablauf noch einmal konkret entnehmen. Wie zu erkennen ist, erfolgt die Erzeugung von Messergebnissen in einem Messschritt MSRE in den Radareinrichtungen RDE1, RDE2, RDE3 parallel zu einem Messschritt SENS der Odometriesensoren ODO1, ODO2. Während das Messergebnis SENS der Odometriesensoren ODO1, ODO2 in den Sensoren direkt in einem Schritt der Messwandlung TRANS gewandelt wird, wird jedoch das Messergebnis der UWB-Radareinrichtungen RDE1, RDE2, RDE3 (genau genommen aller in den UWB-Radareinrichtungen verbauten UWB-Radare RD1, RD2, RD3) in einem Vergleichsschritt VOTE durch die Votereinrichtungen VTE1, VTE2 unterzogen. Nach einer Fallunterscheidung INTEG wird das Messergebnis nur dann einem weiteren Verarbeitungsschritt unterworfen, wenn die Integrität gegeben ist.
  • Andernfalls führt die mangelnde Integrität des Messergebnisses zu einem Ablehnungsschritt RFSE, sodass das Messergebnis einer Weiterverarbeitung im Sinne einer Zugsicherung nicht mehr zur Verfügung gestellt wird. Dieser Ablehnungsschritt ist außerdem mit einer Rekursionsschleife verbunden, sodass der Messschritt MSRE der betreffenden UWB-Radareinrichtung wiederholt wird. Außerdem leitet der Ablehnungsschritt RFSE einen Zählschritt COUNT ein, sodass die Ereignisse, welche zu einer Ablehnung eines Messergebnisses geführt haben, registriert werden.
  • In dem Zugrechner ZR oder in der Ortungseinheit OTG werden vorrangig sicherheitsrelevante Daten weiterverarbeitet, um eine Zugsicherungsmaßnahme PROT daraus abzuleiten. Zur Verfügung stehen die Ergebnisse der Messwandlung TRANS sowie des Verarbeitungsschritts WORK der Messergebnisse der UWB-Radareinrichtungen RDE1, RDE2, RDE3. Außerdem gibt es einen Überprüfungsschritt CHECK, der einer Überwachung der gezählten fehlerhaften Ereignisse (oder der daraus folgenden Ablehnungsschritte RFSE) beinhaltet. Sollte bei dem Überprüfungsschritt auffallen, dass eine bestimmte UWB-Radareinrichtung RDE1, RDE2, RDE3 besonders häufig fehlerhafte Messwerte liefert, so kann dem Verhalten nachgegangen werden und bei Bedarf ein Austausch von Komponenten (beispielsweise der UWB-Radare RD1, RD2, RD3) erfolgen.
  • Die Zugsicherungseinrichtung ZSE übernimmt in dem Verfahren, wie angedeutet, übergreifende Steuerfunktionen GUIDE. Zu diesem Zweck werden die relevanten Daten für die Zugsicherungsmaßnahme an die Zugsicherungseinrichtung ZSE übertragen. Genauso lässt sich das Ergebnis des Überprüfungsschritts CHECK übertragen, damit beispielsweise eine Wartung koordiniert werden kann.
    • Bezugszeichenliste
    • FZG
    Fahrzeug
    RD1, RD2, RD3
    UWB-Radar
    VTE1, VTE2
    Votereinrichtung
    RDE1, RDE2, RDE3
    UWB-Radareinrichtungen
    ZSE
    Zugsicherungseinrichtung
    OTG
    Ortungseinheit
    ZR
    Zugrechner
    MSRE
    Messschritt (UWB-Radareirichtung)
    ODO1, ODO2
    Odometriesensor
    ANT
    Antenne
    GLS
    Gleis
    SRT
    Straße
    SENS
    Messschritt (Odometriesensor)
    TRANS
    Messwandlung (Odometriesensor)
    VOTE
    Vergleichsschrit (Voter)
    INTEG
    Entscheidungsschritt über die Integrität des Messergebnisses
    WORK
    Verarbeitungsschritt
    RFSE
    Ablehnungsschritt
    COUNT
    Zählschritt
    PROT
    Zugsicherungsmaßnahme
    CHECK
    Überprüfungsschritt
    GUIDE
    übergreifende Steuerfunktion

Claims (12)

  1. Verfahren zur Ortung eines Fahrzeugs (FZG), insbesondere eines schienengebundenen Fahrzeugs (FZG), bei dem zur Ortung eine UWB-Radareinrichtung (RDE1, RDE2, RDE3) genutzt wird,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass zur Ortung des Fahrzeugs (FZG) gleichzeitig mindestens zwei UWB-Radare (RD1, RD2, RD3) verwendet werden, wobei die durch die mindestens zwei UWB-Radare (RD1, RD2, RD3) erzeugten Messergebnisse
    • in einer Votereinrichtung (VTE1, VTE2) miteinander verglichen werden,
    • für der Fall, dass die Vortereinrichtung (VTE1, VTE2) die Integrität der Messergebnisse bestätigt, diese für eine weitere Verwendung freigegeben werden,
    • für den Fall, dass die Votereinrichtung (VTE1, VTE2) die Integrität der Messergebnisse nicht bestätigt, diese verworfen werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass mindestens zwei UWB-Radare (RD1, RD2, RD3) unterschiedlicher Bauart und/oder unterschiedlicher Hersteller verwendet werden.
  3. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass zwei UWB-Radare (RD1, RD2, RD3) verwendet werden,
    • für der Fall, diese zwei UWB-Radare (RD1, RD2, RD3) übereinstimmende Ergebnisse übermitteln, die Vortereinrichtung (VTE1, VTE2) die Integrität der Messergebnisse bestätigt,
    • für den Fall, dass diese zwei UWB-Radare (RD1, RD2, RD3) unterschiedliche Ergebnisse übermitteln, die Votereinrichtung (VTE1, VTE2) die Integrität der Messergebnisse nicht bestätigt.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass mindestens drei UWB-Radare (RD1, RD2, RD3) verwendet werden,
    • für der Fall, dass mindestens zwei UWB-Radare (RD1, RD2, RD3) übereinstimmende Ergebnisse übermitteln, die Vortereinrichtung (VTE1, VTE2) die Integrität der Messergebnisse bestätigt,
    • für den Fall, dass alle UWB-Radare (RD1, RD2, RD3) unterschiedliche Ergebnisse übermitteln, die Votereinrichtung (VTE1, VTE2) die Integrität der Messergebnisse nicht bestätigt.
  5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass für die Übereinstimmung von Messergebnissen verschiedener UWB-Radare (RD1, RD2, RD3) ein Toleranzbereich definiert wird.
  6. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Anzahl der Fälle und/oder der Zeitpunkt des Auftretens der Fälle und/oder Häufigkeit der Fälle, in denen die Integrität der Messergebnisse nicht bestätigt wird, für jedes UWB-Radar (RD1, RD2, RD3) in einer Speichereinrichtung abgespeichert wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Notwendigkeit eines Austausches eines UWB-Radars (RD1, RD2, RD3) angezeigt wird, wenn die Anzahl oder die Häufigkeit der abgespeicherten Fälle einen Grenzwert überschreitet.
  8. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass mehrere UWB-Radareinrichtungen (RDE1, RDE2, RDE3) zum Einsatz kommen, mit denen eine Ortung des Fahrzeugs (FZG) aus unterschiedlichen Richtungen erfolgt.
  9. Zugsicherungseinrichtung (ZSE) mit einer Ortungseinheit (OTG),
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Ortungseinheit (OTG) mindestens zwei redundant angeordnete UWB-Radare (RD1, RD2, RD3) aufweist, die an eine Votereinrichtung (VTE1, VTE2) angeschlossen sind.
  10. Zugsicherungseinrichtung (ZSE) nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass diese dazu ausgebildet ist, eine Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 durchzuführen.
  11. Computerprogrammprodukt mit Programmbefehlen zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
  12. Bereitstellungsvorrichtung für das Computerprogrammprodukt nach Anspruch 11, wobei die Bereitstellungsvorrichtung das Computerprogrammprodukt speichert und/oder bereitstellt.
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