EP3795449A1 - Verbessertes verfahren zum orten eines insbesondere gleisgebundenen fahrzeugs und geeignete ortungsvorrichtung - Google Patents

Verbessertes verfahren zum orten eines insbesondere gleisgebundenen fahrzeugs und geeignete ortungsvorrichtung Download PDF

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Publication number
EP3795449A1
EP3795449A1 EP19197922.8A EP19197922A EP3795449A1 EP 3795449 A1 EP3795449 A1 EP 3795449A1 EP 19197922 A EP19197922 A EP 19197922A EP 3795449 A1 EP3795449 A1 EP 3795449A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
balise
antenna arrangement
vehicle
antenna
arrangement
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.)
Pending
Application number
EP19197922.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hans-Jörg MÖNNICH
Karsten Rahn
Uwe Reuter
Olaf Richter
Dietmar SCHÜTZ
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
Priority to EP19197922.8A priority Critical patent/EP3795449A1/de
Publication of EP3795449A1 publication Critical patent/EP3795449A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L1/00—Devices along the route controlled by interaction with the vehicle or vehicle train, e.g. pedals
    • B61L1/02—Electric devices associated with track, e.g. rail contacts
    • B61L1/10—Electric devices associated with track, e.g. rail contacts actuated by electromagnetic radiation; actuated by particle radiation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L25/00—Recording or indicating positions or identities of vehicles or vehicle trains or setting of track apparatus
    • B61L25/02—Indicating or recording positions or identities of vehicles or vehicle trains
    • B61L25/025—Absolute localisation, e.g. providing geodetic coordinates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L27/00—Central railway traffic control systems; Trackside control; Communication systems specially adapted therefor
    • B61L27/20—Trackside control of safe travel of vehicle or vehicle train, e.g. braking curve calculation
    • B61L2027/202—Trackside control of safe travel of vehicle or vehicle train, e.g. braking curve calculation using European Train Control System [ETCS]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L2210/00—Vehicle systems
    • B61L2210/02—Single autonomous vehicles

Definitions

  • the invention relates to a method for locating a particularly track-bound vehicle, in which a particularly track-bound balise is in signaling connection via a first antenna arrangement with a second antenna arrangement of the track-bound vehicle while it is passing over the balise.
  • the invention also relates to a transmitting and receiving module for a particularly rail-bound vehicle with a second antenna arrangement which is set up to establish a signaling connection with a first antenna arrangement of the balise as the transmitting and receiving module passes over the balise.
  • the invention relates to a balise for installation in a track or a road section with a first antenna arrangement which is set up to establish a signaling connection to a second antenna arrangement of the transmitting and receiving device via the balise while a transmitting and receiving module installed in a vehicle is passed over the balise build up.
  • ATO Automatic Train Operation
  • the various degrees of automation range from brake control and travel control for speed control, through travel control and door control at the stopping point, to possible remote control for driverless operation.
  • the safe and precise localization of rail vehicles is a core task of odometry.
  • Greyses based on transponders
  • groups of balises are used for point-like absolute location.
  • Relative localization takes place in the areas between the balises, typically via the wheels using distance pulse generators or tachometers and radar sensors.
  • the confidence intervals widen, in particular due to systematic errors, that is, the longer a relative positioning has to be relied on since the last absolute positioning, the greater the possible measurement errors and thus the measurement uncertainty of the relative positioning.
  • the wheels can slip (wheel slip), which is difficult to detect and also falsifies the distance measurement.
  • the ATO cannot determine whether the train has come to a standstill in the correct place.
  • the confidence interval of the distance measurement has to be widened because of the possible sliding.
  • balises and / or groups of balises must be arranged at a very short distance in front of the stopping points, at which the confidence interval of the distance measurement is reset and the remaining distance to the stopping point is very small and thus the expansion of the confidence interval of the distance measurement also remains small.
  • additional balises is, however, associated with considerable expenditure due to material, project planning, installation and maintenance costs.
  • the advantage of the invention is that a balise can also be used after (or before) the vehicle has passed over the balise in order to determine a position of the vehicle relative to the balise.
  • the measurement errors that occur can be regarded as constant and depend on the system. However, there are no measurement errors that add up, as is the case with odometry, so that the determined position of the vehicle becomes more and more inaccurate.
  • the method according to the invention can thus be used, for example, in train stations where a particular accuracy of position determination is required because of the approach to stopping points. This has the effect that the use of a large number of balises in the track can be dispensed with, which means that costs can be saved. At the same time, the vehicles in the station area move particularly slowly (at least when they approach a stopping point), so that the method according to the invention can be used reliably for locating.
  • a broadband signal in the context of the invention is to be understood as a radio signal which uses a large number of transmission frequencies to transmit the signal within a bandwidth.
  • ultra-broadband technology UWB
  • UWB ultra-broadband technology
  • the most important feature is the use of extremely large frequency ranges with a bandwidth of at least 500 MHz or at least 20% of the arithmetic mean of the lower and upper limit frequency of the frequency band used.
  • the two antenna arrangements used can each have one or more antennas (more on this below).
  • Antenna systems in the sense of the application are therefore to be understood as antennas which transmit signals according to a specific transmission method and can be arranged, for example, at a spatial distance for transmission of the signals.
  • antenna arrangements are structural units which can have one or more antennas for the transmission of signals according to different transmission methods or in different directions.
  • the antenna arrangements are preferably structurally combined, for example arranged in a housing.
  • the method according to the invention can be used when the train approaches a balise and when the train moves away from a balise. However, when approaching a balise, it is necessary that at least the antenna system for transmitting the distance signals is already transmitting, although the train has not yet reached the balise. This must be technically ensured (more on this below).
  • the position determination carried out according to the invention assumes that the distance between the vehicle antenna and the balise antenna, that is to say according to the invention from the first antenna arrangement and the second antenna arrangement, is known.
  • the position can be derived from this.
  • the route of the track is known, since the position can be calculated based on a distance (for example, if the route describes a curve).
  • the course of the route can advantageously also be sent to the vehicle antenna via the balise antenna (more on this below).
  • the continuous connection between the first antenna arrangement and the second antenna arrangement advantageously also enables the speed to be determined by means of the changing signals. As is known, this can be determined in view from a continuous distance measurement and this can be used, for example, to monitor the required braking curves of the vehicle.
  • the signaling connection is used while the vehicle is traveling over the balise to determine a reference position, the reference position being given priority over the position determined while the vehicle is approaching or moving away .
  • This embodiment of the invention takes into account the fact that the position determination known per se is most accurate when the vehicle travels over the balise. Any measurement errors that may occur when determining the position between two balises can thus be corrected by treating the enclosed signal as a reference position.
  • the passage over the balises thus acts according to the invention as a type of calibration in order to compensate for any measurement errors that may occur when determining the position (even if, as already mentioned, these are significantly lower than with conventional and odometric methods).
  • the advantage of this measure has already been explained.
  • the first antenna system can then be optimized so that a vehicle crosses the balise, with only a short period of time being available for transmitting the signals, at least at high speeds.
  • the transmission between the balise and the vehicle is standardized so that the measure according to the invention does not require an adaptation of the standard.
  • the second antenna system is used according to the invention, which can be designed for the transmission of signals suitable for position determination, in particular a UWB signal. The advantages of precise position determination by the second antenna arrangement can thus be optimally used.
  • the first antenna system is used when the vehicle travels over the balise in order to transmit energy from the second antenna arrangement to the first antenna arrangement, the first antenna arrangement being operated with the energy.
  • This embodiment of the invention is based on a principle which is already known per se for the activation of balises.
  • this activation principle is also used to activate the antenna system which is used to locate the vehicle when it is approaching or moving away from the balise. This can also use the energy of the activation by the vehicle.
  • the energy transmitted to the first antenna arrangement is used to activate the second antenna system while the vehicle is moving away from the balise.
  • the anchor antenna must be supplied with energy via cabling. This would result in additional work for the cabling, because the fixed balise is generally wireless and is fed with energy by the vehicle antenna.
  • the energy transmitted to the first antenna arrangement is temporarily stored in an energy store. The energy store can then independently supply the anchor antenna with electricity, even if no activation energy is being fed into the balise by a vehicle.
  • the energy from the energy store is used to activate the second antenna system while the vehicle approaches the balise.
  • a capacitor for example, so that the anchor antenna continues to transmit even after the vehicle has passed it until the vehicle has reached the stopping point. If the energy is to be stored over a longer period of time and also to be made available to approaching trains, a rechargeable battery can also be provided. In order to increase the interference suppression as well as the reliability, several second antenna systems can be used per fixed balise and on-board antenna, which operate on different frequency bands.
  • the position of the second antenna system is determined by a transit time method.
  • Time-of-flight methods advantageously represent a proven technology for position determination. These can be easily implemented and provide position data with sufficient accuracy.
  • the second antenna system is used to transmit data in addition to a position determination.
  • the anchor antenna (also known as the UWB anchor) in the balises also sends out the balise ID, for example, which, in addition to the small distance when crossing the balise, represents a further possibility for the unambiguous assignment of the UWB anchor and balise and increases security (so-called balise linking information).
  • Other signals can also be transmitted that have nothing to do with an allocation of the balise, for example route information such as danger spots ahead or information related to a train station to be approached. This information can also be helpful for driverless train operations, for example.
  • the second antenna system sends the signals in a preferred direction of propagation in the direction of the track.
  • the alignment of the radiation of the antenna signals has two advantages. On the one hand, the sensitivity in the direction of the route, in particular the track, is greater, so that more precise localization becomes possible. In addition, the signals emitted by the antenna can have a greater intensity without exceeding the applicable limit values for the load on, for example, the train occupants, whose position is thus above the preferred direction of propagation of the antenna signals.
  • the second antenna system when the vehicle travels over the balise, the second antenna system is initialized.
  • the initialization of the second antenna system makes it possible to ensure that the reference position is taken into account when determining the position by means of the second antenna system.
  • the resulting measurement errors can thus with the The reference position can be set in relation to one another and thus limited. Any measurement errors that occur are eliminated again at the latest when the subsequent balise is passed and a new reference position is determined, so that the subsequent process of determining the position can start from a reliably determined reference position.
  • the second antenna system is used to monitor the stopping of the vehicle at a stopping point after the balise has been passed.
  • the aim of this variant of the invention is that a stopping point for the vehicle can be determined at a train station, for example, without laying a large number of balises in the track.
  • This is a particularly advantageous embodiment of the invention, since less effort is required when investing in the infrastructure and profitability can be achieved without having to forego the required accuracy of the measurement.
  • balise linking information ID of and distance to the next balise on the same track
  • a connection that has now been established to the front can be used to connect to determine the position in the same way.
  • the logical coupling takes place via the minimum distance when crossing, but rather via the ID from the balise linking information.
  • versions of UWB anchor and vehicle antenna with two antennas or the use of two identically coded UWB anchors in the fixed balise and two UWB transponders in the vehicle antenna are advantageous.
  • the second antenna system is also used to transmit data between the balise and the vehicle.
  • the information processing of the second antenna system must therefore not only be equipped to determine the position (comparable to the function of a radar) but also to transmit information (comparable, for example, to a WLAN network).
  • the location information of the balise and the balise antenna (to be planned anyway) (application of the known information to the UWB components).
  • the location information of the balise can be applied to the anchor antenna, which saves measurement effort and simplifies project planning (or does not make it more complex).
  • track and vehicle equipment come from a supplier / general contractor. This enables the integration of anchor antennas in balises and UWB transponders in the vehicle antennas.
  • 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.
  • FIG. 1 a train is shown as the vehicle FZ, which is traveling on a track GS.
  • a first balise BL1 and a second balise BL2 are installed in the track. Both balises are also equipped with an energy store ES1, ES2 (first energy store ES1, second energy store ES2), the function of which is explained in more detail below.
  • ES1, ES2 first energy store ES1, second energy store ES2
  • the GS track is located on a BS platform.
  • the vehicle FZ is to stop at a stopping point HP, which is indicated by a traffic sign, as in FIG. 1 is shown, is marked.
  • a transmitting and receiving module SEM is arranged in the vehicle FZ. This activates the respective function of the balises when the vehicle FZ passes over the balises BL1, BL2. This is achieved by a radio signal, the energy content of which is also used to trigger the activity of the balises BL1, BL2.
  • part of the energy that is generated in the balises BL1, BL2 is stored in the correspondingly assigned energy stores ES1, ES2 (first energy store ES1, second energy store ES2).
  • the energy stored in the energy store ES1 can be used when the vehicle FZ continues to travel to the stopping point HP in order to maintain the activity of the balise BL1 over a longer period of time.
  • antennas built into the balise BL1 can be used to determine the distance between the transmitting and receiving unit SEM and the first balise BL1 and thus indirectly infer the distance still to be covered to the stopping point HP. How this is done in detail is explained in more detail below.
  • the vehicle FZ with the transmitting and receiving module SEM drives over the second balise BL2 located behind the platform BS, which precisely determines the position of the vehicle FZ and this reference position determined in this way can be used for further tension control.
  • FIG. 2 the interaction of the balises BL1, BL2 with the transmitting and receiving module SEM is shown in detail.
  • a situation is shown here in which the transmitting and receiving module SEM is already located above the second balise BL2, as seen in the direction of travel FR.
  • a balise antenna BA with a vehicle antenna FZA forms a first antenna system AS1 which, in a manner known per se, is used to transmit signals between the transmitting and receiving module SEM and the second balise BL2 is suitable.
  • a transmission of energy from the transmitting and receiving module SEM to the second balise BL2 via the first antenna system AS1 is possible.
  • the first balise BL1 which is in front of the second balise BL2 as seen in the direction of travel FR, was activated, the first energy store ES1 (cf. FIG. 1 ) it enables the first antenna arrangement AA1 to still be active.
  • the balise antenna BA of the first balise BL1 (as well as the second balise BL2) that transmits, but an anchor antenna AA which, with a mobile antenna MA in the transmitting and receiving module SEM, forms a second antenna system AS2.
  • the second antenna system AS2 is suitable for determining a distance D between the first balise BL1 and the transmitting and receiving module SEM.
  • This distance signal can be used to determine the position, because the reference position that was obtained when crossing the balise BL1 results in the position POS of the train taking into account the distance D from the first balise BL1.
  • the first antenna arrangement AA1 and the second antenna arrangement AA2 each require two antennas for optimal functioning, which are optimized for the transmission of the balise signals and for the distance measurement.
  • the vehicle antenna FZA and the balise antenna BA are responsible in a manner known per se for the communication between the balise BL1, BL2 and the transmitting and receiving module SEM. These can be designed according to the ETCS standard, for example.
  • the invention provides the use of the second antenna system AS2 for distance measurement, with the first antenna arrangement AA1 being equipped with an anchor antenna AA and the second antenna arrangement AA2 being equipped with a mobile antenna MA for this purpose.
  • These can be designed as UBB antennas, for example.
  • the preferred one The direction of radiation of the signals, both of the mobile antenna MA and the anchor antenna AA, is in the form of a lobe KL, which is oriented in the direction of travel FR (indicated only for the mobile antenna MA, but provided in the same way for the anchor antenna AA).
  • FIG. 2 As can be seen, the sensitivity of the distance measurement implemented by the mobile antenna MA and the anchor antenna AA in the direction of travel FR is therefore particularly high, which advantageously leads to comparatively precise results.
  • the anchor antenna AA and the mobile antenna MA can also transmit in both directions parallel to the direction of travel FR. If this is the case, it is also possible that the mobile antenna MA instead of the first balise BL1 that has already been crossed (as in FIG. 2 shown) also to a balise ahead (in FIG. 2 not shown) can contact you. This makes it possible to improve the security against a loss of connection, since at best two anchor antennas AA are always available for a distance measurement.
  • FIG. 3rd further details about the procedure can be found.
  • the process flow has been divided into three important sub-areas, which are divided into FIG. 3rd are shown separately and are separated from one another by dash-dotted lines.
  • the signal level SIG is shown to the left of this.
  • the energy level POW is shown to the right of this.
  • route TRACK there is a route section NORAD, which is so far removed from any balises that no radio signals can be received. If the vehicle approaches a balise in which the anchor antenna is already activated, a broadband signal UWBRAD can be received. For this, however, an energy supply SUPP is required, which can be fed, for example, from an external energy source EXT.
  • the radio signal UWBRAD can be used at the signal level SIG to determine a position of the vehicle as it approaches the balise.
  • the radio signal BLRAD was previously activated by an activation signal from the send and receive module SEM (cf. FIG. 2 ) and this can be used at the same time as part of a loading function LOAD in order to ensure the energy supply SUPP at the energy level POW in the balise.
  • the energy pulse generated can also be stored in the energy store ES1, ES2 (SAVE function in Figure 3 ) become. The stored energy can be used for the energy supply SUPP (as described above and will be described below).
  • the energy content LOAD in the balise BL1 is still sufficient to provide an energy supply SUPP to the in FIG. 2 to ensure anchor antenna AA shown and in this way to generate a broadband signal UWBRAD.
  • This can be used at the signal level SIG in order to determine a change in the position POS based on the reference position REFPOS.
  • FIG. 3rd the two cases are also shown in which the vehicle is in a further balise (for example BL2 in FIG. 1 ) approaches before the area of influence of the first balise (BL1 in FIG. 1 ) was left. It is then possible to receive the broadband signal UWBRAD of the subsequent balise. Otherwise, the train leaves the transmission range of the anchor antenna AA (UWBOUT), so that the positioning method according to the invention ends. The vehicle is then back in the area without radio contact to a NORAD balise.
  • a further balise for example BL2 in FIG. 1
  • UWBRAD the broadband signal

Abstract

Die Erfindung offenbart ein Verfahren zum Orten eines insbesondere gleisgebundenen Fahrzeugs, bei dem eine insbesondere gleisgebundene Balise (BL1, BL2) über eine erste Antennenanordnung (AA1) mit einer zweiten Antennenanordnung (AA2) des gleisgebundenen Fahrzeugs vor oder nach dessen Überfahrt über die Balise über ein zweites Antennensystem (AS2) in einer signaltechnischen Verbindung steht. Die zweite Antennenanordnung (AA2) sendet ein breitbandiges Signal aus und die erste Antennenanordnung (AA1) empfängt dieses. Die Verbindung zwischen der ersten Antennenanordnung und der zweiten Antennenanordnung wird aufrechterhalten, während sich das Fahrzeug von der Balise (BL1) entfernt oder sich der Balise (BL2) nähert.
Die bestehende Verbindung zwischen der ersten Antennenanordnung (AA1) und der zweiten Antennenanordnung (AA2) wird genutzt, um eine Position des Fahrzeugs bezüglich der Balisenantenne zu ermitteln, wenn sich das Fahrzeug nicht direkt über der Balise befindet, wo eine Verbindung mit dem Antennensystem (AS1) in an sich bekannter Weise aufgebaut werden kann.
Ferner werden ein Sende- und Empfangsmodul für ein insbesondere gleisgebundenes Fahrzeug mit einer zweiten Antennenanordnung sowie eine Balise zur Montage in einem Gleis oder einem Straßenabschnitt mit einer ersten Antennenanordnung unter Schutz gestellt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Orten eines insbesondere gleisgebundenen Fahrzeugs, bei dem eine insbesondere gleisgebundene Balise über eine erste Antennenanordnung mit einer zweiten Antennenanordnung des gleisgebundenen Fahrzeugs während dessen Überfahrt über die Balise in einer signaltechnischen Verbindung steht. Außerdem betrifft die Erfindung ein Sende- und Empfangsmodul für ein insbesondere gleisgebundenes Fahrzeug mit einer zweiten Antennenanordnung, die eingerichtet ist, während der Überfahrt des Sende- und Empfangsmoduls über die Balise eine signaltechnische Verbindung mit einer ersten Antennenanordnung der Balise aufzubauen. Zuletzt betrifft die Erfindung eine Balise zu Montage in einem Gleis oder einem Straßenabschnitt mit einer ersten Antennenanordnung, die eingerichtet ist, während der Überfahrt eines in einem Fahrzeug verbauten Sende- und Empfangsmoduls über die Balise eine signaltechnische Verbindung mit einer zweiten Antennenanordnung der Sende- und Empfangseinrichtung aufzubauen.
  • Der Zugbetrieb wird immer weiter automatisiert. Zum Zweck eines automatisierten Zugbetrieb kommen beispielsweise ATO-Systeme zum Einsatz. Automatic Train Operation (ATO) ist der automatisierte Fahrbetrieb, bei dem die Zugsteuerung ganz oder teilweise vom Fahrtrechner übernommen wird. Die verschiedenen Grade der Automatisierung reichen von der Bremssteuerung und Fahrsteuerung zur Geschwindigkeitskontrolle, über die Fahrsteuerung und Türsteuerung am Haltepunkt, bis zur möglichen Fernsteuerung für den fahrerlosen Betrieb.
  • Für die Türsteuerung, insbesondere beim Einsatz von Bahnsteigtüren (festverbaute Türen am Bahnsteig, die sich erst öffnen, wenn ein Zug am Bahnsteig gehalten hat), ist eine hohe und sichere Haltegenauigkeit des Zuges im Dezimeterbereich erforderlich. Wenn das Vertrauensintervall der Positionsmessung zu groß ist, besteht die Gefahr, dass der Zug nicht vor der Bahnsteigtür steht und somit Personen ins Gleis fallen könnten. Daher wird die Türöffnung in diesen Fällen nicht freigegeben.
  • Die sichere und genaue Lokalisierung der Schienenfahrzeuge sind Kernaufgaben der Odometrie. Zur punktförmigen Absolutortung werden Balisen (auf Transponderbasis) bzw. Balisengruppen eingesetzt. In den Bereichen zwischen den Balisen erfolgt eine Relativortung, typischerweise über die Räder mittels Wegimpulsgeber oder Tachometer sowie Radarsensoren. Während der Relativortung weiten sich die Vertrauensintervalle insbesondere durch systematischen Fehler auf, das heißt, je länger seit der letzten Absolutortung auf eine Relativortung vertraut werden muss, desto größer werden die möglichen Messfehler und damit die Messunsicherheit der Relativortung. Insbesondere beim Anhalten kann bei Rädern Gleiten (Radschlupf) auftreten, der nur schwer erkannt werden kann und auch die Wegmessung verfälscht. Die ATO kann somit nicht feststellen, ob der Zug an der korrekten Stelle zum Stillstand gekommen ist. Außerdem muss das Vertrauensintervall der Wegmessung wegen des möglichen Gleitens aufgeweitet werden.
  • Eingesetzte Radare weisen bei geringen Geschwindigkeiten hohe Messunsicherheiten auf und sind somit auch nicht geeignet die Anforderungen an die Haltegenauigkeit zu erreichen. Aktuell müssen daher zusätzliche Balisen und/oder Balisengruppen in sehr geringem Abstand vor den Haltepunkten angeordnet werden, an denen das Vertrauensintervall der Wegmessung zurückgesetzt wird und die restliche Distanz zum Haltepunkt sehr gering ist und somit die Aufweitung des Vertrauensintervalls der Wegmessung ebenfalls gering bleibt. Die Verwendung zusätzlicher Balisen ist aber mit beträchlichem Aufwand durch Material-, Projektierungs- und Installations und Instandhaltungskosten verbunden.
  • Diese Aufgabe wird mit dem eingangs angegebenen Anspruchsgegenstand (Verfahren) erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die zweite Antennenanordnung ein breitbandiges Signal aussendet, und die erste Antennenanordnung dieses empfängt wobei
    • die Verbindung zwischen der ersten Antennenanordnung und der zweiten Antennenanordnung aufrechterhalten wird, während sich das Fahrzeug von der Balise entfernt oder sich der Balise nähert,
    • die bestehende Verbindung zwischen der ersten Antennenanordnung und der zweiten Antennenanordnung genutzt wird, um eine Position des Fahrzeugs bezüglich der Balisenantenne zu ermitteln.
  • Der Vorteil der Erfindung liegt darin, dass eine Balise auch nach (oder vor) der Überfahrt des Fahrzeugs über die Balise verwendet werden kann, um eine Position des Fahrzeugs relativ zu der Balise zu ermitteln. Die dabei auftretenden Messfehler können als konstant betrachtet werden und hängen von dem System ab. Allerdings gibt es keine Messfehler, die sich, wie dies bei der Odometrie der Fall ist, addieren, sodass die ermittelte Position des Fahrzeugs immer ungenauer wird.
  • Damit kann beispielsweise in Bahnhöfen, wo wegen des Anfahrens von Haltepunkten eine besondere Genauigkeit der Positionsbestimmung erforderlich ist, das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt werden. Dies bewirkt, dass auf die Verwendung einer größeren Vielzahl von Balisen im Gleis verzichtet werden kann, wodurch Kosten eingespart werden können. Gleichzeitig bewegen sich die Fahrzeuge im Bahnhofsbereich besonders langsam (zumindest wenn diese einen Haltepunkt anfahren), sodass das erfindungsgemäße Verfahren zuverlässig zur Ortung angewendet werden kann.
  • Als Breitbandsignal im Sinne der Erfindung ist ein Funksignal zu verstehen, welches zur Übertragung des Signals innerhalb einer Bandbreite eine Vielzahl von Übertragungsfrequenzen nutzt. Insbesondere die Ultra-Breitband-Technologie (UWB; engl.: Ultra-Wideband), welche für das erfindungsgemäße Verfahren besonders gut geeignet ist, beschreibt einen Ansatz für Nahbereichsfunkkommunikation, welche für den kommerziellen Massenmarkt verfügbar und daher kostengünstig bei der Beschaffung von Komponenten ist. Wichtigstes Merkmal ist die Nutzung extrem großer Frequenzbereiche mit einer Bandbreite von mindestens 500 MHz oder von mindestens 20 % des arithmetischen Mittelwertes von unterer und oberer Grenzfrequenz des genutzten Frequenzbandes.
  • Die beiden zum Einsatz kommenden Antennenanordnungen können jeweils eine oder mehrere Antennen aufweisen (hierzu im Folgenden noch mehr) . Insbesondere, wenn eine Übertragung beispielsweise der Balisensignale an die Fahrzeugantenne auf der einen Seite und der Abstandsinformationen insbesondere nach dem UWB-Standard auf der anderen Seite gewünscht ist, ist es besonders vorteilhaft, für die Übertragung der unterschiedlichen Arten von Signalen auch 2 unterschiedliche Antennensysteme zur Verfügung zu stellen. Als Antennensysteme im Sinne der Anmeldung sind daher Antennen zu verstehen, die Signale nach einem bestimmten Übertragungsverfahren übertragen und beispielsweise in räumlicher Entfernung zur Übertragung der Signale angeordnet sein können. Demgegenüber sind Antennenanordnungen bauliche Einheiten, die zur Übertragung von Signalen nach unterschiedlichen Übertragungsverfahren oder in unterschiedliche Richtungen eine oder mehrere Antennen aufweisen können. Vorzugsweise sind die Antennen Anordnungen baulich zusammengefasst, beispielsweise in einem Gehäuse angeordnet.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann bei Annäherung des Zuges an eine Balise und bei Entfernung des Zuges von einer Balise angewendet werden. Allerdings ist es bei der Annäherung an eine Balise erforderlich, dass zumindest das Antennensystem zur Übertragung der Entfernungssignale bereits sendet, obwohl der Zug die Balise noch nicht erreicht hat. Dies muss technisch sichergestellt werden (hierzu im Folgenden noch mehr).
  • Die erfindungsgemäß durchgeführte Positionsbestimmung setzt voraus, dass der Abstand der Fahrzeugantenne von der Balisenantenne, also erfindungsgemäß von der ersten Antennenanordnung und der zweiten Antennenanordnung bekannt ist. Hieraus lässt sich die Position herleiten. Hierzu ist es von Vorteil, wenn der Streckenverlauf des Gleises bekannt ist, da so von einer Entfernung ausgehend die Position berechnet werden kann (beispielsweise, wenn die Strecke eine Kurve beschreibt). Der Streckenverlauf kann vorteilhaft auch über die Balisenantenne an die Fahrzeugantenne gesendet werden (hierzu im Folgenden noch mehr).
  • Die kontinuierliche Verbindung zwischen der ersten Antennenanordnung und der zweiten an Antennenanordnung ermöglicht es vorteilhaft auch, dass mittels der sich verändernden Signale einer Ermittlung der Geschwindigkeit erfolgt. Diese lässt sich in Ansicht bekannterweise aus einer kontinuierlichen Abstandsmessung ermitteln und die kann beispielsweise verwendet werden, um die erforderlichen Bremskurven des Fahrzeugs zu überwachen.
  • Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die signaltechnische Verbindung während der Überfahrt des Fahrzeugs über die Balise genutzt wird, um eine Referenzposition zu bestimmen, wobei die Referenzposition gegenüber der Position, die während eines Annäherns oder Entfernens des Fahrzeugs ermittelt wird, vorrangig behandelt wird.
  • Diese Ausgestaltung der Erfindung trägt dem Umstand Rechnung, dass die an sich bekannte Positionsbestimmung bei der Überfahrt der Balise durch das Fahrzeug am genauesten ist. Eventuell auftretende Messfehler bei der Positionsbestimmung zwischen zwei Balisen können somit durch die Behandlung des beiliegenden Signals als Referenzposition korrigiert werden. Die Überfahrt über die Balisen wirkt somit erfindungsgemäß als eine Art Kalibrierung, um die eventuell auftretenden Messfehler bei der Positionsbestimmung auszugleichen (auch wenn diese, wie bereits erwähnt, wesentlich geringer ausfallen, als nach herkömmlichen und odometrischen Verfahren).
  • Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die erste Antennenanordnung und die zweite Antennenanordnung jeweils zwei Antennensysteme aufweisen, wobei
    • das erste Antennensystem für die Signalübertragung bei der Überfahrt des Fahrzeugs über die Balise genutzt wird und
    • das zweite Antennensystem genutzt wird, während sich das Fahrzeug der Balise nähert und/oder sich von der Balise entfernt.
  • Der Vorteil dieser Maßnahme ist bereits erläutert worden. Das erste Antennensysteme kann daraufhin optimiert werden, dass ein Fahrzeug die Balise überquert, wobei zur Übertragung der Signale zumindest bei großen Geschwindigkeiten nur ein kurzer Zeitraum zur Verfügung steht. Außerdem ist die Übertragung zwischen Balise und Fahrzeug standardisiert, sodass durch die erfindungsgemäße Maßnahme eine Anpassung des Standards nicht erforderlich ist. Für die erfindungsgemäße Positionsbestimmung vor bzw. nach der beiliegenden Überfahrt wird erfindungsgemäß das zweite Antennensystem genutzt, welches auf die Übertragung von zur Positionsbestimmung geeigneten Signalen, insbesondere eines UWB-Signals, ausgelegt sein kann. Damit lassen sich die Vorteile einer genauen Positionsbestimmung durch die zweite Antennenanordnung optimal nutzen.
  • Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass erste Antennensystem bei der Überfahrt des Fahrzeugs über die Balise genutzt wird, um von der zweiten Antennenanordnung Energie auf die erste Antennenanordnung zu übertragen, wobei mit der Energie die erste Antennenanordnung betrieben wird.
  • Diese Ausgestaltung der Erfindung beruht auf einem Prinzip, welches an sich für die Aktivierung von Balisen bereits bekannt ist. Erfindungsgemäß wird dieses Aktivierungsprinzip auch verwendet, um das Antennensysteme zu aktivieren, welches für die Ortung des Fahrzeugs bei der Annäherung bzw. bei der Entfernung von der Balise zum Einsatz kommt. Dieses kann die Energie der Aktivierung durch das Fahrzeug ebenfalls nutzen. Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist diesbezüglich vorgesehen, dass die auf die erste Antennenanordnung übertragene Energie genutzt wird, um das zweite Antennensystem zu aktivieren, während sich das Fahrzeug von der Balise entfernt.
  • Alternativ muss die Ankerantenne über eine Verkabelung mit Energie versorgt werden. Somit entstünde für die Verkabelung ein Mehraufwand, denn die ortsfeste Balise ist im Allgemeinen kabellos und wird durch die Fahrzeugantenne mit Energie gespeist. Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die auf die erste Antennenanordnung übertragene Energie in einem Energiespeicher zwischengespeichert wird. Der Energiespeicher kann dann die Ankerantenne autark mit Strom versorgen, auch wenn gerade keine Aktivierungsenergie durch ein Fahrzeug in die Balise eingespeist wird.
  • Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Energie aus dem Energiespeicher genutzt wird, um das zweite Antennensystem zu aktivieren, während sich das Fahrzeug der Balise nährt.
  • Zusätzlich soll somit Energie z.B. in einem Kondensator gespeichert werden, so dass auch nach Überfahrt die Ankerantenne weiterhin, bis das Fahrzeug den Haltepunkt erreicht hat, sendet. Soll die Energie über einen längeren Zeitraum gespeichert werden und auch sich nähernden Zügen zur Verfügung gestellt werden, so kann auch eine wieder aufladbare Batterie vorgesehen werden. Zum Erhöhen der Störunterdrückung sowie der Ausfallsicherheit können pro ortsfester Balise und fahrzeugseitiger Antenne jeweils mehrere zweite Antennensysteme eingesetzt werden, die auf unterschiedlichen Frequenzbändern arbeiten.
  • Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Positionsbestimmung des zweiten Antennensystems durch ein Laufzeitverfahren erfolgt.
  • Laufzeitverfahren stellen vorteilhaft eine bewährte Technologie zur Positionsbestimmung dar. Diese lassen sich einfach implementieren und liefern Position Daten mit ausreichender Genauigkeit.
  • Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das zweite Antennensystem genutzt wird, um zusätzlich zu eine Positionsbestimmung Daten zu übertragen.
  • Die Ankerantenne (auch UWB-Anchor genannt) in den Balisen senden zum Beispiel auch die Balisen-ID mit aus, dies stellt neben dem geringen Abstand bei Überfahrt der Balise eine weitere Möglichkeit zur eindeutigen Zuordnung von UWB-Anchor und Balise dar und erhöht die Sicherheit (sog. Balisen-Linking Information). Auch weiter Signale können übertragen werden, die nichts mit einer Zuordnung der Balise zu tun haben, zum Beispiel Streckeninformationen wie vorausliegende Gefahrenstellen oder auf einen anzufahrenden Bahnhof bezogene Informationen. Diese Informationen können beispielsweise auch für einen Fahrerlosen Zugbetrieb hilfreich sein.
  • Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das zweite Antennensystem mit einer bevorzugten Ausbreitungsrichtung der Signale in Richtung des Gleisverlaufes sendet.
  • Die Ausrichtung der Abstrahlung der Antennensignale hat 2 Vorteile. Einerseits wird die Empfindlichkeit in Richtung des Fahrwegs, insbesondere des Gleises, größer, so dass eine genauere Ortung möglich wird. Außerdem können die von der Antenne abgestrahlten Signale eine größere Intensität aufweisen, ohne die geltenden Grenzwerte für die Belastung beispielsweise der Zuginsassen zu überschreiten, deren Position sich somit oberhalb der bevorzugten Ausbreitungsrichtung der Antennensignale befindet.
  • Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass bei der Überfahrt der Balise durch das Fahrzeug eine Initialisierung des zweiten Antennensystems erfolgt.
  • Die Initialisierung des zweiten Antennensystems macht es möglich, dass eine Berücksichtigung der Referenzposition bei der Ermittlung der Position mittels des zweiten Antennensystems sichergestellt ist. Die entstehenden Messfehler können somit mit der Referenzposition ins Verhältnis gesetzt und somit begrenzt werden. Auftretende Messfehler werden spätestens bei der Überfahrt der nachfolgenden Balise und Ermittlung einer erneuten Referenzposition wieder eliminiert, sodass der nachfolgende Prozess einer Positionsbestimmung von einer sicher ermittelten Referenzposition ausgehen kann.
  • Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das zweite Antennensystem genutzt wird, um nach Überfahrt der Balise das Halten des Fahrzeugs an einem Haltepunkt zu überwachen.
  • Diese Variante der Erfindung zielt darauf ab, dass beispielsweise an einem Bahnhof ein Haltepunkt für das Fahrzeug ermittelt werden kann, ohne eine Vielzahl von Balisen im Gleis zu verlegen. Hierbei handelt es sich um eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung, da ein geringerer Aufwand bei der Investition in die Infrastruktur notwendig ist und sich ohne einen Verzicht auf die geforderten Genauigkeiten der Messung ein Gewinn an Wirtschaftlichkeit erreichen lässt.
  • Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass bei einer Fahrt des Fahrzeugs zwischen zwei Balisen
    • die Verbindung zwischen der zweiten Antennenanordnung und der ersten Antennenanordnung unterbrochen wird,
    • eine Verbindung zwischen der zweiten Antennenanordnung und einer ersten Antennenanordnung der nachfolgenden Balise aufgebaut wird, während sich das Fahrzeug der nachfolgenden Balise nähert.
  • Durch Ausnutzen der Balisen-Linking Information (ID der und Abstand zur nächsten Balise im gleichen Gleis) kann auch bei Verlust der Verbindung nach hinten (zuletzt überfahrene Balise) eine inzwischen aufgebaute Verbindung nach vorne (als nächstes zu überfahrende Balise) genutzt werden, um in gleicher Weise die Position zu ermitteln. Hier erfolgt somit nicht (nur) die logische Kopplung über den minimalen Abstand bei Überfahrt sondern durch die ID aus der Balisen-Linkinginformation. Für eine Kommunikation längs des Gleises nach vorne und nach hinten (bezogen auf die Fahrtrichtung) sind Ausführungen von UWB-Anchor und Fahrzeugantenne mit zwei Antennen oder der Einsatz von jeweils zwei gleich kodierten UWB-Anchor in der ortsfesten Balise sowie zwei UWB-Transponder in der Fahrzeugantenne vorteilhaft.
  • Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das zweite Antennensystem zusätzlich genutzt wird, um Daten zwischen der Balise und dem Fahrzeug zu übertragen.
  • Vorteilhaft kann hierdurch eine Doppelfunktion des zweiten Antennensystems genutzt werden, da breitbandige Signale oder auch zur Übertragung von Informationen genutzt werden können. Bei dieser Variante der Erfindung muss die Informationsverarbeitung des zweiten Antennensystems also nicht nur zur Ermittlung der Position (vergleichbar mit der Funktion eines Radars) sondern auch zur Übertragung von Informationen (vergleichbar beispielsweise mit einem WLAN-Netz) ausgerüstet sein.
  • Die genannte Aufgabe wird alternativ mit dem eingangs angegebenen Anspruchsgegenstand (Sende- und Empfangsmodul) erfindungsgemäß auch dadurch gelöst, dass von der zweiten Antennenanordnung ein breitbandiges Signal aussendbar ist, und dieses von der ersten Antennenanordnung empfangbar wobei
    • die Verbindung zwischen der ersten Antennenanordnung und der zweiten Antennenanordnung aufrechterhalten wird, während sich das Fahrzeug von der Balise entfernt oder sich der Balise nähert,
    die bestehende Verbindung zwischen der ersten Antennenanordnung und der zweiten Antennenanordnung genutzt wird, um eine Position des Fahrzeugs bezüglich der Balisenantenne zu ermitteln.
  • Die genannte Aufgabe wird überdies alternativ mit dem eingangs angegebenen Anspruchsgegenstand (Balise) erfindungsgemäß auch dadurch gelöst, dass von der zweiten Antennenanordnung ein breitbandiges Signal aussendbar ist, und dieses von der ersten Antennenanordnung empfangbar wobei
    • die Verbindung zwischen der ersten Antennenanordnung und der zweiten Antennenanordnung aufrechterhalten wird, während sich das Fahrzeug von der Balise entfernt oder sich der Balise nähert,
    die bestehende Verbindung zwischen der ersten Antennenanordnung und der zweiten Antennenanordnung genutzt wird, um eine Position des Fahrzeugs bezüglich der Balisenantenne zu ermitteln.
  • Die mit dem erfindungsgemäßen Strich und Empfangsmodul sowie mit der erfindungsgemäßen Wahl diese verbundenen Vorteile sind bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erläutert worden, sodass an dieser Stelle auf das oben ausgeführte verwiesen werden kann. Im Folgenden werden weitere Vorteile der Erfindung insbesondere bei der Anwendung in der Bahntechnik aufgeführt, welche ebenfalls in gleicher Weise für das erfindungsgemäße Verfahren und die genannten erfindungsgemäßen Vorrichtungen gültig sind.
  • Nutzung von funkbasierter Entfernungsmessung (insbesondere UWB) zur sicherheitsrelevanten Positionsbestimmung im Haltebereich.
    • ∘ Durch die hohe Ortsauflösung von UWB wird die erforderliche Haltegenauigkeit zuverlässig erreicht.
    • ∘ Die erforderlichen Komponenten sind als zukünftiger "Massenartikel" deutlich preiswerter als vergleichbare Lösungen (z.B. zusätzliche Balisen).
    • ∘ Durch andere Einsatzgebiete (wie z.B. im Automobilsektor für autonomes Fahren oder Fahrerunterstützung) erreichen die Sensoren die für den Bahnbetrieb erforderliche Robustheit.
  • Aufgrund der aktuell bei CBTC zur Verfügung stehenden Sensoren kann teilweise die geforderte Haltegenauigkeit nicht oder nur mit hohen Kosten durch zusätzliche Balisen und/oder- Balisengruppen erreicht werden. Durch UWB kann die geforderte hohe Haltegenauigkeit im Dezimeterbereich erzielt werden.
  • Integration von beispielsweise UWB-Komponenten in bereits vorhanden Systemkomponenten (Balise sowie Balisenantenne)
    • ∘ Der strecken- wie auch zugseitige Installationsaufwand bleibt unverändert.
    • ∘ Geringere Gesamtkosten im Vergleich zu Einzellösungen.
    • ∘ Nutzung der Energie aus dem Tele-Powering der Balise zur Versorgung der Ankerantenne.
  • Übernahme der (ohnehin zu projektierenden) Ortsinformationen der Balise sowie der Balisenantenne (Anwendung der bekannten Information auf die UWB-Komponenten).
    ∘ Ebenso kann die Ortsinformation der Balise auf die Ankerantenne angewendet werden, was sowohl Vermessungsaufwand spart wie auch die Projektierung vereinfacht (bzw. nicht komplexerwerden lässt).
  • Bei CBTC Projekten (anders als z.B. bei ETCS) kommen Strecken- und Fahrzeugeinrichtung von einem Lieferanten / Generalunternehmer. Hierdurch ist die Integration von Ankerantennen in Balisen sowie UWB Transponder in den Fahrzeugantennen möglich.
  • Die korrekte Auswahl bzw. Zuordnung des korrekte UWB Anchors ist durch die Balisenüberfahrt wegen des geringen Abstandes gegeben, eine aufwändige Projektierung ist nicht notwendig.
  • Durch die horizontale Ausrichtung der UWB Antennenkeulen sind höhere Sendeleistungen zulässig als bei Ausrichtung nach oben, dies erhöht die Reichweite.
  • Eindeutige Zuordnung des UWB-Anchors zur Balise durch Verwendung der gleichen ID ist möglich. Z.B. Nutzen des nächst folgenden UWB-Anchors im Gleis, noch vor dessen Überfahrt, durch Kennen der ID aus der Linkinginformation der Balise.
  • Dadurch erhöht sich der Positionsgenauigkeit und -sicherheit, solange beide Anchor noch aktiv und in Reichweite sind
  • Abschaltung der Ankerantenne in der Balise (zwecks Energieeinsparung)
    • ∘ durch den Zug mittels eines "Ziel-erreicht"-Signals, oder
    • ∘ durch eine Bewertung der Abstandänderung zum UWB-Transponder (Zugstillstand) .
  • 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 für eine Anordnung des erfindungsgemäßen Sende- und Empfangsmoduls sowie der erfindungsgemäßen Balise zur Durchführung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens (schematisch als Seitenansicht),
    FIG. 2
    das Zusammenspiel von Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen Komponenten in einem schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens und
    FIG. 3
    ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens als schematisches Flussdiagramm.
  • In FIG. 1 ist als Fahrzeug FZ ein Zug dargestellt, der auf einem Gleis GS fährt. In dem Gleis sind eine erste Balise BL1 und eine zweite Balise BL2 verbaut. Beide Balisen sind außerdem mit einem Energiespeicher ES1, ES2 (erste Energiespeicher ES1, zweiter Enegiespeicher ES2) ausgestattet, dessen Funktion im Folgenden noch näher erklärt wird.
  • Das Gleis GS befindet sich an einem Bahnsteig BS. Das Fahrzeug FZ soll an einem Haltepunkt HP anhalten, welcher durch ein Verkehrszeichen, wie in FIG. 1 dargestellt, gekennzeichnet ist.
  • Im Fahrzeug FZ ist ein Sende- und Empfangsmodul SEM angeordnet. Dieses aktiviert bei Überfahrt des Fahrzeugs FZ über die Balisen BL1, BL2 die jeweilige Funktion der Balisen. Dies wird durch ein Funksignal erreicht, dessen Energiegehalt auch genutzt wird, um die Aktivität der Balisen BL1, BL2 auszulösen. Außerdem wird ein Teil der Energie, die in den Balisen BL1, BL2 erzeugt wird, in den entsprechend zugeordneten Energiespeichern ES1, ES2 (erste Energiespeicher ES1, zweiter Energiespeicher ES2) abgespeichert. Die in dem Energiespeicher ES1 abgespeicherte Energie kann bei der Weiterfahrt des Fahrzeugs FZ bis zum Haltepunkt HP genutzt werden, um die Aktivität der Balise BL1 über längere Zeit aufrecht zu erhalten. Hierdurch können in der Balise BL1 verbaute Antennen genutzt werden, um den Abstand der Sende- und Empfangseinheit SEM von der ersten Balise BL1 zu ermitteln und somit indirekt auf die noch zurückzulegende Entfernung zum Haltepunkt HP zu schließen. Wie dies im Einzelnen erfolgt, wird im Folgenden noch näher erläutert.
  • Wenn das Fahrzeug FZ den Haltepunkt HP wieder verlässt (beispielsweise Weiterfahrt des Zuges nach Halt am Bahnsteig BS), überfährt das Fahrzeug FZ mit dem Sende- und Empfangsmodul SEM die hinter dem Bahnsteig BS gelegene zweite Balise BL2, wodurch die Position des Fahrzeugs FZ genau bestimmt werden kann und diese so ermittelte Referenzposition für eine weitere Zugkontrolle dienen kann.
  • In FIG. 2 ist das Zusammenspiel der Balisen BL1, BL2 mit dem Sende- und Empfangsmodul SEM im Einzelnen dargestellt. Hier ist eine Situation dargestellt, bei der sich das Sende- und Empfangsmodul SEM in Fahrtrichtung FR gesehen bereits über der zweiten Balise BL2 befindet. Zu erkennen ist, dass eine Balisenantenne BA mit einer Fahrzeugantenne FZA ein erstes Antennensystem AS1 bildet, welches in an sich bekannter Weise zur Übertragung von Signalen zwischen dem Sende- und Empfangsmodul SEM und der zweiten Balise BL2 geeignet ist. Außerdem ist eine Übertragung von Energie von dem Sende- und Empfangsmodul SEM an die zweite Balise BL2 über das erste Antennensystem AS1 möglich.
  • In gleicher Weise (wenn auch nicht dargestellt) wurde die erste Balise BL1, die in Fahrtrichtung FR gesehen vor der zweiten Balise BL2 liegt, aktiviert, wobei der erste Energiespeicher ES1 (vgl. FIG. 1) es ermöglicht, dass die erste Antennenanordnung AA1 noch aktiv sein kann. Allerdings sendet nicht die Balisenantenne BA der ersten Balise BL1 (sowie analog der zweiten Balise BL2), sondern es sendet eine Ankerantenne AA, die mit einer mobilen Antenne MA im Sende- und Empfangsmodul SEM ein zweites Antennensystem AS2 bildet. Das zweite Antennensystem AS2 ist dazu geeignet, eine Entfernung D zwischen der ersten Balise BL1 und dem Sende- und Empfangsmodul SEM zu ermitteln. Hierdurch ist es möglich, die Entfernung des Sende- und Empfangsmoduls SEM und damit auch des Fahrzeugs FZ von der ersten Balise BL1 zu bestimmen. Dieses Entfernungssignal kann zur Positionsbestimmung herangezogen werden, denn die Referenzposition, die bei der Überfahrt der Balise BL1 gewonnen wurde, ergibt unter Berücksichtigung der Entfernung D von der ersten Balise BL1 die Position POS des Zuges.
  • Wie aus dem vorstehend beschriebenen Verfahren erkennbar ist, benötigen die erste Antennenanordnung AA1 und die zweite Antennenanordnung AA2 für eine optimale Funktion je zwei Antennen, die für die Übertragung der Balisensignale sowie für die Entfernungsmessung optimiert sind. Die Fahrzeugantenne FZA und die Balisenantenne BA sind in an sich bekannter Weise für die Kommunikation zwischen Balise BL1, BL2 und Sende- und Empfangsmodul SEM zuständig. Diese können beispielsweise nach dem ETCS-Standard ausgelegt sein.
  • Hierzu ist erfindungsgemäß die Verwendung des zweiten Antennensystems AS2 zur Entfernungsmessung vorgesehen, wobei zu diesem Zweck die erste Antennenanordnung AA1 mit einer Ankerantenne AA und die zweite Antennenanordnung AA2 mit einer mobilen Antenne MA ausgestattet sind. Diese können beispielsweise als UBB-Antennen ausgeführt sein. Die bevorzugte Abstrahlungsrichtung der Signale, sowohl der mobilen Antenne MA als auch der Ankerantenne AA hat die Form einer Keule KL, die in Fahrtrichtung FR ausgerichtet ist (angedeutet lediglich für die mobile Antenne MA, jedoch in gleicher Weise für die Ankerantenne AA vorgesehen). Wie FIG. 2 zu entnehmen ist, ist daher die Empfindlichkeit der durch die mobile Antenne MA sowie die Ankerantenne AA realisierten Entfernungsmessung in Fahrtrichtung FR besonders groß, was vorteilhaft zu vergleichsweise genauen Ergebnissen führt. In FIG. 2 zusätzlich angedeutet ist auch, dass die Ankerantenne AA sowie die mobile Antenne MA auch in beide zur Fahrtrichtung FR parallele Richtungen senden kann. Wenn dies der Fall ist, ist es auch möglich, dass die mobile Antenne MA statt zu der bereits überfahrenen ersten Balise BL1 (wie in FIG. 2 dargestellt) auch zu einer vorausliegenden Balise (in FIG. 2 nicht dargestellt) Kontakt aufnehmen kann. Hierdurch lässt sich die Sicherheit gegen einen Verbindungsverlust verbessern, da günstigstenfalls immer zwei Ankerantennen AA für eine Entfernungsmessung zur Verfügung stehen.
  • Der FIG. 3 können weitere Details über den Verfahrensablauf entnommen werden. Zu diesem Zweck ist der Verfahrensablauf in drei wichtige Teilbereiche aufgeteilt worden, die in FIG. 3 getrennt dargestellt sind und durch Strichpunktlinien voneinander getrennt sind. In der Mitte befindet sich der Teil des Verfahrens, der an den Streckenverlauf TRACK gekoppelt ist. Links davon ist die Signalebene SIG dargestellt. Rechts davon ist die Energieebene POW dargestellt.
  • Beginnend mit dem Streckenverlauf TRACK gibt es einen Streckenanteil NORAD, welcher soweit von irgendwelchen Balisen entfernt ist, dass keine Funksignale empfangen werden können. Nähert sich nun das Fahrzeug einer Balise, bei der die Ankerantenne bereits aktiviert ist, so kann ein Breitbandsignal UWBRAD empfangen werden. Hierfür ist allerdings eine Energieversorgung SUPP erforderlich, die beispielsweise aus einer externen Energiequelle EXT gespeist werden kann.
  • Das Funksignal UWBRAD kann auf der Signalebene SIG genutzt werden, um eine Position des Fahrzeugs zu bestimmen, während es sich der Balise nähert.
  • Bei der Überfahrt über die Balise (beispielsweise BL1 in Figur 1) empfängt Fahrzeug von der Balisenantenne BA ein direktes Funksignal BLRAD, welches auf der Signalebene SIG zur Bestimmung einer Referenzposition REFPOS genutzt wird. Hierdurch lässt sich auch eine Position POS korrigieren, die in bereits beschriebener Weise vorher durch Auswerten des Breitbandsignals UWBRAD ermittelt wurde.
  • Das Funksignal BLRAD wurde vorher durch ein Aktivierungssignal des Sende- und Empfangsmoduls SEM (vgl. FIG. 2) erzeugt und dieses kann gleichzeitig im Rahmen einer Aufladefunktion LOAD verwendet werden, um auf der Energieebene POW in der Balise die Energieversorgung SUPP zu gewährleisten. Der erzeugte Energieimpuls kann zusätzlich in dem Energiespeicher ES1, ES2 gespeichert (Funktion SAVE in Figur 3) werden. Die gespeicherte Energie kann zur Energieversorgung SUPP (wie vorstehend beschrieben wurde und nachstehend noch beschrieben wird) verwendet werden.
  • Entfernt sich das Fahrzeug von der Balise (beispielsweise BL1 in FIG. 1) reicht der Energiegehalt LOAD in der Balise BL1 noch aus, um eine Energieversorgung SUPP der in FIG. 2 dargestellten Ankerantenne AA zu gewährleisten und auf diese Weise ein Breitbandsignal UWBRAD zu erzeugen. Dieses kann auf der Signalebene SIG genutzt werden, um eine auf der Referenzposition REFPOS basierende Änderung der Position POS zu bestimmen.
  • In FIG. 3 sind weiterhin die beiden Fälle dargestellt, dass sich das Fahrzeug einer weiteren Balise (beispielsweise BL2 in FIG. 1) nähert, bevor der Einflussbereich der ersten Balise (BL1 in FIG. 1) verlassen wurde. Dann ist es möglich, bereits das Breitbandsignal UWBRAD der nachfolgenden Balise zu empfangen. Andernfalls verlässt der Zug den Sendebereich der Ankerantenne AA (UWBOUT), sodass das erfindungsgemäße Ortungsverfahren endet. Das Fahrzeug befindet sich dann wieder in dem Bereich ohne Funkkontakt zu einer Balise NORAD.
    • Bezugszeichenliste
    • GS
    Gleis
    FZ
    Fahrzeug
    BL1, BL2
    Balise
    ES1, ES2
    Energiespeicher
    BS
    Bahnsteig
    HP
    Haltepunkt
    SEM
    Sende- und Empfangsmodul
    AA1
    erste Antennenanordnung (balisenseitig)
    AA2
    zweite Antennenanordnung (zugseitig)
    AS1
    erstes Antennensystem
    AS2
    zweites Antennensystem (bevorzugt UWB-Standard)
    FZA
    Fahrzeugantenne
    BA
    Balisenantenne
    AA
    Ankerantenne (bevorzugt UWB-Standard)
    MA
    mobile Antenne (bevorzugt UWB-Standard)
    FR
    Fahrtrichtung
    D
    Entfernung
    KL
    Keule
    TRACK
    Streckenverlauf
    SIG
    Signalebene
    POW
    Energieebene
    NORAD
    Betrieb ohne Funkkontakt
    UWBRAD
    Empfang eines UWB Signals
    BLRAD
    Emfang eines Balisensignals
    UWBOUT
    Verlassen des <UWB Sende-Empfangsbereich
    LOAD
    Energieaufladung
    SAVE
    Energiespeicherung
    SUPP
    Energieversorgung
    EXT
    externe Energiequelle
    REFPOS
    Referenzposition
    POS
    Position (bevorzugt UWB-Positionierung)

Claims (16)

  1. Verfahren zum Orten eines insbesondere gleisgebundenen Fahrzeugs (FZ), bei dem eine insbesondere gleisgebundene Balise (BL1, BL2) über eine erste Antennenanordnung (AA1) mit einer zweiten Antennenanordnung (AA2) des gleisgebundenen Fahrzeugs (FZ) während dessen Überfahrt über die Balise (BL1, BL2) in einer signaltechnischen Verbindung steht,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die zweite Antennenanordnung (AA2) ein breitbandiges Signal aussendet, und die erste Antennenanordnung (AA1) dieses empfängt wobei
    • die Verbindung zwischen der ersten Antennenanordnung (AA1) und der zweiten Antennenanordnung (AA2) aufrechterhalten wird, während sich das Fahrzeug (FZ) von der Balise (BL1, BL2) entfernt oder sich der Balise (BL1, BL2) nähert,
    • die bestehende Verbindung zwischen der ersten Antennenanordnung (AA1) und der zweiten Antennenanordnung (AA2) genutzt wird, um eine Position (POS) des Fahrzeugs (FZ) bezüglich der Balisenantenne (BA) zu ermitteln.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die signaltechnische Verbindung während der Überfahrt des Fahrzeugs (FZ) über die Balise (BL1, BL2) genutzt wird, um eine Referenzposition (REFPOS) zu bestimmen, wobei die Referenzposition (REFPOS) gegenüber der Position (POS), die während eines Annäherns oder Entfernens des Fahrzeugs (FZ) ermittelt wird, vorrangig behandelt wird.
  3. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die erste Antennenanordnung (AA1) und die zweite Antennenanordnung (AA2) jeweils zwei Antennensysteme (AS1, AS2) aufweisen, wobei
    • das erste Antennensystem (AS1) für die Signalübertragung bei der Überfahrt des Fahrzeugs (FZ) über die Balise (BL1, BL2) genutzt wird und
    • das zweite Antennensystem (AS2) genutzt wird, während sich das Fahrzeug (FZ) der Balise (BL1, BL2) nähert und/oder sich von der Balise (BL1, BL2) entfernt.
  4. Verfahren nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass erste Antennensystem (AS1) bei der Überfahrt des Fahrzeugs (FZ) über die Balise (BL1, BL2) genutzt wird, um von der zweiten Antennenanordnung (AA2) Energie auf die erste Antennenanordnung (AA1) zu übertragen, wobei mit der Energie die erste Antennenanordnung (AA1) betrieben wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die auf die erste Antennenanordnung (AA1) übertragene Energie genutzt wird, um das zweite Antennensystem (AA2) zu aktivieren, während sich das Fahrzeug (FZ) von der Balise (BL1, BL2) entfernt.
  6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die auf die erste Antennenanordnung (AA1) übertragene Energie in einem Energiespeicher (ES1, ES2) zwischengespeichert wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Energie aus dem Energiespeicher (ES1, ES2) genutzt wird, um das zweite Antennensystem (AS2) zu aktivieren, während sich das Fahrzeug (FZ) der Balise (BL1, BL2) nähert.
  8. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Positionsbestimmung des zweiten Antennensystems (AS2) durch ein Laufzeitverfahren erfolgt.
  9. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das zweite Antennensystem (AS2) genutzt wird, um zusätzlich zu eine Positionsbestimmung Daten zu übertragen.
  10. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das zweite Antennensystem (AS2) mit einer bevorzugten Ausbreitungsrichtung der Signale in Richtung des Gleisverlaufes sendet.
  11. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass bei der Überfahrt der Balise (BL1, BL2) durch das Fahrzeug (FZ) eine Initialisierung des zweiten Antennensystems (AS2) erfolgt.
  12. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das zweite Antennensystem (AS2) genutzt wird, um nach Überfahrt der Balise (BL1, BL2) das Halten des Fahrzeugs (FZ) an einem Haltepunkt (HP) zu überwachen.
  13. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass bei einer Fahrt des Fahrzeugs (FZ) zwischen zwei Balisen (BL1, BL2)
    • die Verbindung zwischen der zweiten Antennenanordnung (AA2) und der ersten Antennenanordnung (AA1) unterbrochen wird,
    • eine Verbindung zwischen der zweiten Antennenanordnung (AA2) und einer ersten Antennenanordnung (AA1) der nachfolgenden Balise (BL1, BL2) aufgebaut wird, während sich das Fahrzeug (FZ) der nachfolgenden Balise (BL1, BL2) nähert.
  14. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das zweite Antennensystem (AS2) zusätzlich genutzt wird, um Daten zwischen der Balise (BL1, BL2) und dem Fahrzeug (FZ) zu übertragen.
  15. Sende- und Empfangsmodul (SEM) für ein insbesondere gleisgebundenes Fahrzeug (FZ) mit einer zweiten Antennenanordnung (AA2), die eingerichtet ist, während der Überfahrt des Sende- und Empfangsmoduls (SEM) über die Balise (BL1, BL2) eine signaltechnische Verbindung mit einer ersten Antennenanordnung (AA1) der Balise (BL1, BL2) aufzubauen,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass von der zweiten Antennenanordnung (AA2) ein breitbandiges Signal aussendbar ist, und dieses von der ersten Antennenanordnung (AA1) empfangbar wobei
    • die Verbindung zwischen der ersten Antennenanordnung (AA1) und der zweiten Antennenanordnung (AA2) aufrechterhalten wird, während sich das Fahrzeug (FZ) von der Balise (BL1, BL2) entfernt oder sich der Balise (BL1, BL2) nähert,
    die bestehende Verbindung zwischen der ersten Antennenanordnung (AA1) und der zweiten Antennenanordnung (AA2) genutzt wird, um eine Position (POS) des Fahrzeugs (FZ) bezüglich der Balisenantenne (BA) zu ermitteln.
  16. Balise (B11, BL2) zur Montage in einem Gleis (GS) oder einem Straßenabschnitt
    mit einer ersten Antennenanordnung (AA1), die eingerichtet ist, während der Überfahrt eines Sende- und Empfangsmoduls (SEM) über die Balise (BL1, BL2) eine signaltechnische Verbindung mit einer zweiten Antennenanordnung (AA2) der Sende- und Empfangseinrichtung aufzubauen,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass von der zweiten Antennenanordnung (AA2) ein breitbandiges Signal aussendbar ist, und dieses von der ersten Antennenanordnung (AA1) empfangbar wobei
    • die Verbindung zwischen der ersten Antennenanordnung (AA1) und der zweiten Antennenanordnung (AA2) aufrechterhalten wird, während sich das Fahrzeug (FZ) von der Balise (BL1, BL2) entfernt oder sich der Balise (BL1, BL2) nähert,
    die bestehende Verbindung zwischen der ersten Antennenanordnung (AA1) und der zweiten Antennenanordnung (AA2) genutzt wird, um eine Position (POS) des Fahrzeugs (FZ) bezüglich der Balisenantenne (BA) zu ermitteln.
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WO2024002653A1 (de) * 2022-06-28 2024-01-04 Siemens Mobility GmbH Eisenbahnkomponente und verfahren zum ermitteln einer ein schienenfahrzeug betreffenden, ortsbezogenen information

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WO2008085200A2 (en) * 2006-09-05 2008-07-17 The Regents Of The University Of California Method of remote powering and detecting multiple uwb passive tags in an rfid system
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CN108082225A (zh) * 2017-12-18 2018-05-29 江苏添仂智能科技有限公司 基于uwb传感器作为轨道信标对轨道无人车进站进行自动控制的方法

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