EP4208382A1 - Verfahren zum betrieb eines schienenfahrzeugs sowie schienenfahrzeug - Google Patents

Verfahren zum betrieb eines schienenfahrzeugs sowie schienenfahrzeug

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EP4208382A1
EP4208382A1 EP21773001.9A EP21773001A EP4208382A1 EP 4208382 A1 EP4208382 A1 EP 4208382A1 EP 21773001 A EP21773001 A EP 21773001A EP 4208382 A1 EP4208382 A1 EP 4208382A1
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EP
European Patent Office
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rail vehicle
tunnel
image
exit
detected
Prior art date
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Application number
EP21773001.9A
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English (en)
French (fr)
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EP4208382B1 (de
Inventor
Andrea Mazzone
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Alstom Transportation Germany GmbH
Original Assignee
Bombardier Transportation 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 Bombardier Transportation GmbH filed Critical Bombardier Transportation GmbH
Publication of EP4208382A1 publication Critical patent/EP4208382A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP4208382B1 publication Critical patent/EP4208382B1/de
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Anticipated expiration legal-status Critical

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L15/00—Indicators provided on the vehicle or train for signalling purposes
    • B61L15/0058—On-board optimisation of vehicle or vehicle train operation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61K—AUXILIARY EQUIPMENT SPECIALLY ADAPTED FOR RAILWAYS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B61K9/00—Railway vehicle profile gauges; Detecting or indicating overheating of components; Apparatus on locomotives or cars to indicate bad track sections; General design of track recording vehicles
    • B61K9/08—Measuring installations for surveying permanent way
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L23/00—Control, warning or like safety means along the route or between vehicles or trains
    • B61L23/04—Control, warning or like safety means along the route or between vehicles or trains for monitoring the mechanical state of the route
    • B61L23/041—Obstacle detection
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L15/00—Indicators provided on the vehicle or train for signalling purposes
    • B61L15/0072—On-board train data handling

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a rail vehicle and a rail vehicle.
  • a method for detecting a tunnel entrance or a tunnel exit of a rail vehicle is also described.
  • a rail vehicle drives into or out of a tunnel during its journey, this usually leads to a very rapid change in environmental parameters, e.g. air temperature, air humidity and ambient pressure.
  • environmental parameters e.g. air temperature, air humidity and ambient pressure.
  • a pressure change can occur when the rail vehicle strikes the air arranged in the tunnel. The intensity of these changes depends on the speed of the rail vehicle.
  • the change can also affect a pantograph of the rail vehicle, in particular the contact made between the pantograph and an overhead line.
  • the pantograph can lose contact due to the pressure change. This in turn can lead to undesired arcing.
  • Air conditioning systems of the rail vehicle should be equipped with valves that close air inlets when the pressure wave hits the rail vehicle.
  • EP 3 528 009 A1 discloses a system and a method for detecting a tunnel for motor vehicles.
  • the publication describes that the detection of a tunnel by a detection system comprising cameras in the vehicle is known.
  • the teaching of this document relates to the Detection of the tunnel when the vehicle is already in the tunnel.
  • the technical problem arises of creating a method for operating a rail vehicle and a rail vehicle that enable reliable and early detection and thus enable operational safety and/or improved driving comfort.
  • a method for operating a rail vehicle is proposed.
  • the method can include a detection of a tunnel entrance or a tunnel exit of a rail vehicle.
  • a tunnel can refer to an underground structure that, for example, allows obstacles such as mountains, bodies of water or other traffic routes to be crossed.
  • a spatial region in front of the rail vehicle in the direction of travel is imaged in at least one image.
  • This image is generated by at least one image acquisition device.
  • the image capturing device can be an image capturing device of the rail vehicle and can thus be arranged, for example, in or on the rail vehicle.
  • An image acquisition device can be a camera, in particular a CCD or CMOS camera. Of course, other embodiments of an image acquisition device are also conceivable, which are explained in more detail below in exemplary embodiments.
  • An image acquisition device can be a black-and-white camera, a camera for generating depth images, an infrared camera, in particular a short-wave infrared camera, a lidar sensor or a radar sensor for generating two- or three-dimensional images.
  • the image capturing device is arranged in/on the rail vehicle in such a way that a capturing area encompasses the spatial area in front of the rail vehicle in the direction of travel.
  • the at least one image capturing device can be part of a set of sensors that includes exactly one or more than one image capturing device. If the set of sensors includes more than one image capturing device, then the spatial area can be imaged by selected, but not all, or all image capturing devices of the sensor set. In this case, several images can then be generated.
  • an image acquisition device in the sense of this invention designates a device or a sensor that generates a two-dimensional or three-dimensional representation of an environment, this representation designating an image.
  • information about objects in the detection area of the image capturing device can be encoded in an image generated by the image capturing device, in particular topographical information or information about a shape and/or a size of such objects.
  • the image capture device generates an image of objects in the capture area of the image capture device.
  • An image can be a two-dimensional image. As explained in more detail below, a three- or four-dimensional image can also be generated by one or more image acquisition devices.
  • the presence of a tunnel entrance or a tunnel exit is detected by evaluating the at least one image before the rail vehicle enters the tunnel or before the rail vehicle exits the tunnel.
  • an image can be generated during the trip before entering the tunnel, with the entrance to the tunnel being imaged in the image.
  • Methods of image processing and evaluation known to those skilled in the art can be used to detect the entrance or exit of the tunnel in such an image.
  • Such methods can, for example, segmentation methods, pattern recognition methods, filter methods and other methods for processing or a combination of several such methods.
  • an output signal can be generated which represents the presence of the tunnel entrance or the tunnel exit. If no presence of a tunnel entrance or exit is detected in the at least one image, no output signal or an output signal which represents the lack of presence can be generated.
  • This output signal can then be used to control (rail vehicle) systems, as will be explained in more detail below.
  • a current distance between the rail vehicle and the tunnel entrance or tunnel exit is determined.
  • This distance can also be determined by evaluating the at least one image.
  • a person skilled in the art can use suitable methods of image processing and evaluation.
  • the distance can only be determined if the presence of a tunnel entrance or exit has been detected.
  • the distance determination can be started when a corresponding output signal was generated during or after the evaluation of the at least one image.
  • the output signal can be a start signal for the distance determination.
  • a device for determining distance can be used that does not evaluate the at least one image of the image acquisition device to determine the distance.
  • Such devices for distance determination are known to the person skilled in the art and can, for example, enable an ultrasound-based determination or a distance determination using other physical measurement principles for the distance determination.
  • a distance signal can be generated which represents the value of the distance.
  • Rail vehicle can also be controlled depending on this distance.
  • a distance-specific control or distance-interval-specific control of the operation can then take place.
  • control adapted to the changing environmental parameters due to the tunnel entrance or exit in good time, in particular at a predetermined time interval before reaching the tunnel entrance or exit, which can ensure that the changed control takes place in good time before it is reached . It can also be ensured that control adapted to the current environmental parameters continues to take place for as long as possible. In this case, the control adapted to the changing environmental parameters not immediately after detection of the presence but only at a point in time that depends on the time it takes to reach the tunnel entrance or exit.
  • an air duct which can be part of an air conditioning system of the rail vehicle, which can also be referred to as an air conditioning system, for as long as possible before entering a tunnel in an open state or as long as possible before exiting to leave a tunnel in a closed state and then to change the corresponding state in good time before entering or exiting, i.e. to close or open the air duct by actuating the valve.
  • the control signal can be generated 3.1 seconds before reaching the tunnel entrance, assuming that the transmission time to the valve takes 100 ms and the closing of the valve takes 3 seconds. If the vehicle speed is 200 km/h, the corresponding control signal must be generated 166.6 m before entering the tunnel.
  • a minimum time value and a maximum time value and a maximum time value of the time interval can be selected depending on the system and/or application.
  • the distance is determined by evaluating the at least one image. This has already been explained above. This results in an advantageous manner in that two pieces of information, namely information about the presence and information about the distance, can be generated by evaluating the at least one image, which in turn enables a cost-effective and space-saving design of a device for carrying out the method. since, in particular, no separate device for determining the distance has to be provided.
  • an image of a spatial area in front of the rail vehicle in the direction of travel is captured by a plurality of image capturing devices, with the presence of the tunnel entrance or tunnel exit being determined before the rail vehicle enters the tunnel or before the rail vehicle exits by evaluating the images the tunnel is detected.
  • the rail vehicle can include a plurality of image capturing devices that are arranged in or on the rail vehicle.
  • the multiple Image detection devices can each be a detection device of a set of sensors. Capturing areas of these image capturing devices can overlap, with the overlapping area in particular also including the area in front of the rail vehicle in the direction of travel.
  • These multiple image capturing devices can be image capturing devices of the same type, i.e. these image capturing devices generate an image based on the same measurement principle.
  • the rail vehicle can include multiple cameras, e.g. CMOS or CCD cameras.
  • the image capturing devices can also include a plurality of image capturing devices of different types. This can mean that two image capturing devices that are different from one another each generate an image on the basis of physical measurement principles that are different from one another.
  • a first image capturing device can be a camera, with a further image capturing device being a lidar or radar sensor for generating a two-dimensional or three-dimensional image.
  • each image is evaluated separately and the presence of the tunnel entrance or exit is checked for each image. Then the presence of the tunnel entrance or exit can be detected if it is detected in more than a predetermined percentage of all images. If the tunnel entrance or exit is not detected in this predetermined percentage of images, then no presence of such entrance or exit is detected.
  • the images generated by the image acquisition devices are merged, with the presence of the tunnel entrance or the tunnel exit being detected by evaluating the merged image.
  • the person skilled in the art can use suitable methods for fusing images.
  • the computing effort for detecting the entrance or exit of the tunnel can be reduced, in particular when the merging requires less computing effort than the evaluation of a large number of images.
  • the reliability of the detection is advantageously increased.
  • At least one of the image capturing devices is a CMOS or CCD camera and at least one further image capturing device is a lidar or radar sensor, which can generate a two-dimensional or three-dimensional image.
  • two or more than two of the multiple image capturing devices are the image capturing devices of a stereo camera system.
  • the rail vehicle it is possible for the rail vehicle to have two or more than two image capturing devices, with at least two or exactly two of these image capturing devices being part of a stereo camera system.
  • the image generated by the stereo camera system in particular the three-dimensional image generated with this stereo camera system, to be merged with a two-dimensional image of at least one further image acquisition device.
  • This can therefore mean that before the merging, a three-dimensional image is generated from the two-dimensional images of the image acquisition device of the stereo camera system, which image is then fused with at least one other image.
  • the three-dimensional image generated by the stereo camera system can be evaluated in order to detect the presence of a tunnel entrance or exit.
  • the three-dimensional image generated in this way can designate the image of the at least one image acquisition device.
  • the tunnel entrance or the tunnel exit are detected by methods for shape recognition or by methods of machine learning. Corresponding methods are known to the person skilled in the art. This advantageously results in reliable detection, in particular for different light conditions.
  • a preferred method of machine learning is the use of a neural network, which is trained in advance to detect the presence of a tunnel entrance or exit in one or more images.
  • a method for operating a rail vehicle is proposed.
  • a spatial area in the direction of travel in front of the rail vehicle is mapped into at least one image by at least one image acquisition device, with at least one control signal for at least one rail vehicle system being generated if there is a tunnel entrance before the rail vehicle enters a tunnel or before the exit of the rail vehicle from the tunnel, the presence of a tunnel exit is detected with a method for detecting a tunnel entrance or a tunnel exit according to one of the embodiments described in this disclosure.
  • control signal can likewise be generated in time before entry or in time before exit.
  • a rail vehicle system can in particular be a driver assistance system of the rail vehicle, in particular for setting driving dynamics properties or parameters such as a speed.
  • a rail vehicle system can also be a system that does not have driving-dynamic properties or parameters of the rail vehicle, for example properties of a passenger compartment of the rail vehicle, such as a temperature or a Lighting state, set.
  • the rail vehicle system can include at least one control device that is arranged in or on the rail vehicle.
  • the rail vehicle system can include at least one actuator, which is also arranged in or on the rail vehicle. This actuator can be controlled by the control device, for example.
  • the control signal can be from a
  • Evaluation device are generated, which evaluates the at least one image. Furthermore, the control signal can be transmitted to the rail vehicle system, in particular the control device of this rail vehicle system.
  • the corresponding devices can be connected in terms of data and/or signals, for example via a bus system.
  • control signal in addition to information about the presence of a tunnel entrance or exit, also includes information about a distance to the tunnel entrance or tunnel exit.
  • the distance can also be determined--as explained above.
  • the rail vehicle system is a pantograph control system or an air conditioning system of the rail vehicle.
  • the rail vehicle system can also be a ventilation system of the rail vehicle.
  • the air conditioning or ventilation system can include at least one air duct that connects an interior of the rail vehicle with an external environment or is part of such a connection. Furthermore, the system can include at least one valve and/or at least one flap, through which this air duct can be placed in an open or closed state.
  • an opening state of the air duct can be adjustable. In particular, a closed state in which the interior is not fluidly connected via the air duct with the outside environment, or an open state in which the interior via the Air duct is fluidly connected to the outside environment can be adjusted. Intermediate states can also be set.
  • the rail vehicle in particular the system, can include a suitable adjustment means.
  • the opening state of the air duct can then be set to a predetermined state, e.g. the at least one air duct can be set to an open or closed state, e.g. by a corresponding activation of the valve. This can mean that the opening state is changed if it does not correspond to the predetermined state.
  • the opening state of the air duct can be set or shifted to a tunnel entrance-specific state, in particular to the closed state, in particular after a predetermined or speed-dependent period of time after the time of detection.
  • the air duct can be put into a tunnel exit-specific state, e.g. a closed state or an open state, in particular after a predetermined or speed-dependent time period after the time of detection.
  • the speed-dependent period of time can be determined as explained below in relation to the pressing force, in particular based on assignment or based on distance.
  • a point in time for opening or closing is determined as a function of the distance and possibly a vehicle speed, and then for the air duct to be opened or closed at this corresponding point in time.
  • the opening state set as described for passing or when passing is changed again.
  • the closed state set for passing or while passing can be changed back to an open state. It is thus possible for the closed state set for passing or when passing through a tunnel entrance, which prevents the pressure surge caused by the tunnel from being felt and/or heard in the interior, to be changed back to an open state before the tunnel exit is reached. Then this can be closed again for passing or when passing the tunnel exit state.
  • the renewed change in the state set after passing through the tunnel entrance or the tunnel exit can take place in particular after a predetermined or speed-dependent period of time. In this case, the change can take place at a predetermined speed, ie rapid or slow opening or closing can take place.
  • the rate of change when changing the state set after passing the tunnel exit can be higher, but preferably lower, than the rate of change when changing the state set after passing the tunnel entrance again.
  • the opening state can be set as a function of pressure, in particular as a function of a pressure change.
  • the pressure can in particular be an external pressure in the surroundings, in particular on an external wall, of the rail vehicle or an internal pressure in the interior of the rail vehicle.
  • a closed state can be set if the pressure or the pressure change is greater than a predetermined threshold value.
  • the external pressure can be higher than when driving outside of a tunnel.
  • the opening state can be set as a function of a carbon dioxide concentration in the interior of the rail vehicle.
  • This concentration can be detected, for example, by at least one sensor.
  • an open or partially open state may be set when the concentration is higher than a predetermined threshold.
  • a pressing force with which the pantograph is pressed onto an overhead line can be changed if the presence of the tunnel entrance or a tunnel exit is detected, the contact pressure being able to be changed, for example, after a predetermined or speed-dependent time period after the time of detection, in particular to a predetermined or speed-dependent value.
  • the pressing force can be increased, in particular when the presence of a tunnel entrance is detected.
  • the pressing force is reduced, in particular when the presence of a tunnel entrance is detected.
  • the change can take place in accordance with a change profile, with this profile being able to predetermine a period of time for the change and a change in the pressing force over time.
  • the speed-dependent time period can be determined, for example, based on a previously known association of speeds with time periods, the time period being determined as the time period associated with the current speed.
  • the current speed can be determined here, e.g. by a speed sensor of the rail vehicle or as a function of output signals from other sensors, in particular by evaluating images.
  • the speed-dependent period of time can be determined by determining a distance between the rail vehicle and the tunnel entrance and determining the period of time until the tunnel entrance is reached as a function of the distance and a vehicle speed. The speed-dependent period of time can then correspond to this period of time until it is reached or be less than this period of time by a predetermined amount.
  • the contact pressure changed, in particular increased, for a tunnel entrance can be changed again, in particular reduced, upon detection of the presence of a tunnel exit, in particular—according to the explanations above—after a predetermined or speed-dependent period of time.
  • the contact pressure can be changed back to the value that was set before the tunnel entrance was reached.
  • the pressing force can also be set to a predetermined or speed-dependent value to be changed.
  • a point in time at which the contact pressure force is reduced is determined as a function of the distance and is then only changed at this point in time.
  • a contact pressure force that has been changed for entering or exiting a tunnel is reduced again after entering the tunnel, i.e. independently of the detection of the presence of a tunnel exit, or after exiting the tunnel, e.g. immediately after entering or exiting the tunnel. Exit or a predetermined period of time after entry or exit.
  • a rail vehicle comprising at least one image acquisition device and at least one evaluation device.
  • This evaluation device can be embodied as a microcontroller or an integrated circuit or can include one(s).
  • a spatial region in front of the rail vehicle in the direction of travel can be imaged in at least one image by the at least one image capturing device.
  • the presence of a tunnel entrance or tunnel exit can be detected before the rail vehicle enters the tunnel or before the rail vehicle exits the tunnel.
  • the rail vehicle is thus configured in such a way that a method for detecting a tunnel entrance or a tunnel exit according to one of the embodiments described in this disclosure can be carried out by the rail vehicle with the corresponding technical advantages.
  • the rail vehicle prefferably has a control device for generating a control signal depending on the detection of the presence of a tunnel entrance or a tunnel exit.
  • Rail vehicle configured to carry out a method for operating a rail vehicle according to one of the embodiments disclosed in this invention with the corresponding technical advantages.
  • At least one control signal for at least one rail vehicle system can be generated if the presence of a tunnel entrance is detected before the rail vehicle enters a tunnel or the presence of a tunnel exit is detected before the rail vehicle leaves the tunnel, the rail vehicle system being a pantograph control system of the rail vehicle and a pressing force with which the pantograph is pressed against an overhead line is changed, in particular increased, after a speed-dependent period of time after a detection time if the presence of the tunnel entrance is detected, or wherein the rail vehicle system is an air conditioning system or a ventilation system of the rail vehicle which comprises at least one air duct, with an opening state of the air duct after a speed-dependent period of time after the time of detection to a predetermined state, in particular a g closed state, when the presence of the tunnel entrance is detected.
  • the pressing force with which the pantograph is pressed against an overhead line can also be changed, in particular reduced, after a speed-dependent period of time after a detection time when the presence of the tunnel exit is detected.
  • the opening state of the air duct can be set to a predetermined state, in particular a closed state, after a speed-dependent period of time after the time of detection, if the presence of the tunnel exit is detected.
  • the rail vehicle can comprise a number of image acquisition devices.
  • the rail vehicle can also comprise at least one controllable device which can be controlled by a control signal generated as explained above.
  • the rail vehicle can include at least one controllable valve, which can be set to an open or closed state by a control signal generated as explained above, wherein an air duct, for example, can be blocked by the valve in the closed state and can be opened in the open state.
  • the controllable device can also be a light source include or be designed as such.
  • the controllable device can be part of a rail vehicle system.
  • the rail vehicle can also include a controllable pantograph, with a pressing force of the pantograph on an overhead line being adjustable.
  • the distance of the rail vehicle from the tunnel entrance or the tunnel exit can also be determined by the evaluation device, a further evaluation device of the rail vehicle, and the control signal, e.g. a point in time at which the control signal was generated, is then generated as a function of the distance.
  • the rail vehicle includes a device for determining a speed of the rail vehicle, in which case the control signal, e.g. a point in time at which the control signal was generated, can also be generated as a function of the current speed.
  • the rail vehicle can comprise at least one of the rail vehicle systems explained above. These can be controlled depending on the presence and possibly the distance and further possibly the speed.
  • FIG. 1 shows a schematic diagram of a rail vehicle according to the invention
  • FIG. 2a shows a schematic flow chart of a method for detecting a tunnel entrance or a tunnel exit
  • FIG. 2b shows a schematic flow chart of a method according to the invention for operating a rail vehicle
  • 3a shows a schematic diagram of a set of sensors in a first embodiment
  • 3b shows a schematic diagram of a set of sensors according to a further embodiment
  • 3c shows a schematic diagram of a set of sensors according to a further embodiment.
  • FIG. 1 shows a schematic diagram of a rail vehicle 1 which is configured to detect a method for detecting a tunnel entrance TE or a tunnel exit (not shown) of the rail vehicle 1 .
  • FIG. 1 also shows that a tunnel T with a tunnel entrance TE is arranged in front of the rail vehicle 1 in the direction of travel 5 .
  • a distance D between the rail vehicle and the tunnel entrance TE is also shown.
  • the rail vehicle comprises a set of sensors 2 with at least one or exactly one image acquisition device 3 (see Fig. 3a) and a control and evaluation device 4 which, in terms of data and/or signals, is connected to the sensors 3, 3a, 3b, 3c (see Fig. 3a, 3b, 3c) of the sensor set 2 is connected.
  • a detection area EB of the image detection device(s) 3, 3a, 3b, 3c of the sensor set 2 is shown, which - in an embodiment with several image detection device(s) 3, 3a, 3b, 3c - in particular a common detection area EB of all image detection devices 3, 3a , 3b, 3c.
  • a direction of travel of the rail vehicle 1 is represented by an arrow 5 . It can thus be seen from FIG. 1 that a spatial area in the direction of travel 5 in front of the rail vehicle 1 can be imaged by the image acquisition devices 3 , 3a , 3b , 3c of the sensor set 2 .
  • the control and evaluation device 4 can then evaluate the at least one image A (see FIG. 2a) in order to detect a tunnel entrance TE in the at least one image A.
  • Known methods of image processing and evaluation can be used for this purpose are applied, in particular methods for shape recognition and/or methods of machine learning, preferably neural networks, are used.
  • pantograph 6 of the rail vehicle and a device 7 for setting a contact pressure force of the pantograph 6 on an overhead line 8.
  • This device 7 is connected to the evaluation device 4 in terms of data and/or signals.
  • an air conditioning system 9 for air conditioning and/or ventilation of a vehicle interior of the rail vehicle 1.
  • This device/system 7, 9 can include actuators, for example motors or controllable valves, which can be controlled by control signals SS (see FIG. 2b). These control signals SS can be generated by the control and evaluation device 4 as a function of a detected tunnel entrance TE.
  • controllable devices of the rail vehicle 1 can also be connected to the evaluation device 4 in terms of data and/or signals and can be controlled by control signals SS.
  • the control and evaluation device 4 can, for example, be in the form of a microcontroller or include one.
  • Fig. 2a shows a schematic flowchart of a method according to the invention for detecting a tunnel entrance TE (see Fig. 1) or a tunnel exit of a rail vehicle 1.
  • a spatial region in the direction of travel 5 in front of the rail vehicle 1 is imaged in at least one image A by at least one image acquisition device 3, 3a, 3b, 3c of a set of sensors 2.
  • a second step S2 the at least one image A is evaluated in order to detect the presence of the tunnel entrance TE or a tunnel exit before the rail vehicle 1 enters the tunnel T or before the rail vehicle 1 exits the tunnel T. If a tunnel entrance TE or a tunnel exit is detected, a detection signal DS is generated. will not Tunnel entrance TE or no tunnel exit is detected, no detection signal DS is generated.
  • FIG. 2b shows a schematic flow chart of a method according to the invention for operating a rail vehicle 1 (see FIG. 1).
  • the first two steps S1, S2 of the embodiment shown in FIG. 2b correspond to the first two steps S1, S2 of the embodiment shown in FIG. 2a.
  • a distance D (see Fig. 1) between the Rail vehicle 1 and the tunnel entrance TE or the tunnel exit is determined.
  • a speed V of the rail vehicle 1 is then determined in a fourth step S4.
  • a control signal depending on the detection signal DS, the distance D and the vehicle speed V is then generated.
  • properties of the control signal SS depending on the detection signal DS, the distance D and the vehicle speed V can be adjusted.
  • a property can be, for example, a point in time at which execution of a function to be controlled by the control signal begins.
  • Another property can be a level of a setpoint value of a variable that is to be generated by an actuator of a controllable device or a controllable vehicle system of the rail vehicle 1 that can be controlled by the control signal SS.
  • a pressing force with which the pantograph 6 is pressed against an overhead line 8 can be changed after a speed-dependent time period after a detection time when the presence of a tunnel entrance TE or a tunnel exit is detected (see FIG. 1).
  • an opening state of an air duct which connects a vehicle interior with an external environment of the rail vehicle 1, is set to a predetermined state after a speed-dependent period of time after the time of detection if the presence of the tunnel entrance TE or a tunnel exit is detected.
  • the opening state can be set, for example, by a valve of the air conditioning system 9 .
  • a control signal SS it is therefore possible for a control signal SS to be generated only when a detection signal DS has been generated.
  • control signal SS can be generated with predetermined properties, in particular at a predetermined point in time. If the distance and/or the vehicle speed V is determined, then the property of the control signal can also be determined and set as a function of these variables. It is of course possible that--if a distance D and no vehicle speed V is determined--a control signal SS with at least one property dependent on the distance D, but not on the vehicle speed V, is generated.
  • the speed-dependent time period can be determined based on assignment.
  • determining the distance in the fourth step S4 and determining the vehicle speed V in the fifth step S5 are optional.
  • the set of sensors 2 comprises an image acquisition device 3, which can in particular be embodied as a camera, for example a CCD camera or CMOS camera. It is possible for the camera to be a black-and-white camera, a camera for generating depth images or an infrared camera, in particular a short-wave infrared camera.
  • the image acquisition device 3 can also be a lidar sensor or a radar sensor for generating two-dimensional or three-dimensional images. Any other sensor or sensors that generate signals based on other physical principles of action are also suitable for generating two- or three-dimensional images, e.g. sensors based on ultrasound or electrical impulses.
  • 3b shows a schematic diagram of a set of sensors 2 according to a further embodiment.
  • the set of sensors 2 comprises a first and a further image acquisition device 3a, 3b.
  • These can be image acquisition devices 3a, 3b of a stereo camera system. It is possible, by evaluating the images generated by the stereo camera system A, the distance D (see Fig. 1) between To determine rail vehicle 1 and tunnel entrance TE. Methods of so-called stereo matching can be used for this purpose.
  • lidar/radar sensor it is also possible to use a lidar/radar sensor to determine the distance D, which can generate 4D radar information, for example.
  • 3c shows another schematic diagram of a set of sensors 2.
  • This includes a first image capturing device 3a and a further image capturing device 3b, which can be embodied as CMOS or CCD cameras, for example.
  • the set of sensors 2 also includes a lidar/radar sensor 3c.
  • the image capture devices 3a, 3b in turn form image capture devices of a stereo camera system.
  • instead of the lidar/radar sensor 3c--as explained above--a sensor can also be used which generates output signals according to a different physical operating principle.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Schienenfahrzeugs (1), wobei ein räumlicher Bereich in Fahrtrichtung (5) vor dem Schienenfahrzeug (1) durch mindestens eine Bilderfassungseinrichtung (3, 3a, 3b, 3c) in mindestens ein Abbild (A) abgebildet wird, wobei durch Auswertung des mindestens einen Abbilds (A) das Vorhandensein einer Tunneleinfahrt (TE) oder einer Tunnelausfahrt zeitlich vor der Einfahrt des Schienenfahrzeugs (1) in den Tunnel (T) oder zeitlich vor der Ausfahrt des Schienenfahrzeugs (1) aus dem Tunnel (T) detektiert wird, wobei mindestens ein Steuersignal (SS) für mindestens ein Schienenfahrzeugsystem erzeugt wird, falls zeitlich vor der Einfahrt des Schienenfahrzeugs (1) in einen Tunnel (T) das Vorhandensein einer Tunneleinfahrt (TE) oder zeitlich vor der Ausfahrt des Schienenfahrzeugs (1) aus dem Tunnel (T) das Vorhandensein einer Tunnelausfahrt detektiert wird, wobei das Schienenfahrzeugsystem ein Stromabnehmersteuersystem des Schienenfahrzeugs (1) ist und eine Anpresskraft, mit der ein Stromabnehmer (6) an eine Oberleitung (8) angedrückt wird, nach einer geschwindigkeitsabhängigen Zeitdauer nach einem Detektionszeitpunkt verändert wird, wenn das Vorhandensein der Tunneleinfahrt (TE) detektiert wird, oder wobei das Schienenfahrzeugsystem eine Klimaanlage (9) oder eine Lüftungsanlage des Schienenfahrzeugs (1) ist, die mindestens einen Luftkanal umfasst, wobei ein Öffnungszustand des Luftkanals nach einer geschwindigkeitsabhängigen Zeitdauer nach dem Detektionszeitpunkt auf einen vorbestimmten Zustand eingestellt wird, wenn das Vorhandensein der Tunneleinfahrt (TE) detektiert wird, sowie ein Schienenfahrzeug.

Description

Verfahren zum Betrieb eines Schienenfahrzeugs sowie Schienenfahrzeug
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Schienenfahrzeugs sowie ein Schienenfahrzeug. Weiter beschrieben wird ein Verfahren zur Detektion einer Tunneleinfahrt oder einer Tunnelausfahrt eines Schienenfahrzeugs.
Fährt ein Schienenfahrzeug bei seiner Fahrt in einen Tunnel ein oder aus einem Tunnel heraus, führt dies zu einer in der Regel sehr schnellen Änderung von Umgebungsparametern, z.B. einer Lufttemperatur, einer Luftfeuchtigkeit und eines Umgebungsdrucks. So kann insbesondere eine Druckänderung auftreten, wenn das Schienenfahrzeug auf die im Tunnel angeordnete Luft auftritt. Die Intensität dieser Änderungen hängt von einer Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs ab.
Diese Änderungen können sich auf die Funktionsweise von Systemen im Schienenfahrzeug auswirken. Auch können sich solche Änderungen auf den von einem Fahrzeuginsassen empfundenen Fahrkomfort auswirken. So ist beispielsweise die Druckwelle, die von einem Fahrzeuginsassen empfunden oder sogar gehört wird, wenn der Zug in einen Tunnel einfährt, unter Umständen unangenehm.
Weiter kann sich die Änderung auch auf einen Stromabnehmer des Schienenfahrzeugs auswirken, insbesondere auf den zwischen dem Stromabnehmer und einer Oberleitung hergestellten Kontakt. So kann der Stromabnehmer aufgrund der Druckänderung den Kontakt verlieren. Dies wiederum kann zu unerwünschten Lichtbögen führen.
Um die Auswirkungen von den Änderungen der Umgebungsparameter, insbesondere von Druckänderungen, zu reduzieren, ist es bekannt, Schienenfahrzeuge druckdicht auszubilden oder in einen druckdichten Zustand zu versetzen. So können z.B.
Klimatisierungssysteme des Schienenfahrzeugs mit Ventilen ausgestattet sein, die Lufteinlässe verschließen, wenn die Druckwelle auf das Schienenfahrzeug trifft.
Aus dem Stand der Technik bekannt ist die EP 3 528 009 A1 , die ein System und eine Methode zur Erkennung eines Tunnels für Kraftfahrzeuge offenbart. Die Druckschrift beschreibt, dass die Detektion eines Tunnels durch ein Detektionssystem umfassend Kameras im Fahrzeug bekannt ist. Die Lehre dieser Druckschrift bezieht sich aber auf die Detektion des Tunnels, wenn sich das Fahrzeug bereits im Tunnel befindet. Eine
Detektion des Tunnels außerhalb des Tunnels ist durch die Druckschrift nicht offenbart.
Es stellt sich das technische Problem, ein Verfahren zum Betrieb eines Schienenfahrzeugs sowie ein Schienenfahrzeug zu schaffen, die eine zuverlässige und frühzeitige Detektion ermöglichen und somit eine Betriebssicherheit und/oder einen verbesserten Fahrkomfort ermöglichen.
Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Gegenstände mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen,
Vorgeschlagen wird ein Verfahren zum Betrieb eines Schienenfahrzeugs. Das Verfahren kann eine Detektion einer Tunneleinfahrt oder einer Tunnelausfahrt eines Schienenfahrzeugs umfassen.
Beschrieben wird ein Verfahren zur Detektion einer Tunneleinfahrt oder einer Tunnelausfahrt eines Schienenfahrzeugs. Ein Tunnel kann hierbei ein unterirdisches Bauwerk bezeichnen, das z.B. die Unterquerung von Hindernissen wie Bergen, Gewässern oder anderen Verkehrswegen ermöglicht.
In dem Verfahren erfolgt ein Abbilden eines räumlichen Bereichs in Fahrtrichtung vor dem Schienenfahrzeug in mindestens ein Abbild. Diese Abbildung wird durch mindestens eine Bilderfassungseinrichtung erzeugt. Die Bilderfassungseinrichtung kann eine Bilderfassungseinrichtung des Schienenfahrzeugs sein und somit beispielsweise in oder am Schienenfahrzeug angeordnet sein.
Eine Bilderfassungseinrichtung kann eine Kamera, insbesondere eine CCD- oder CMOS- Kamera sein. Selbstverständlich sind auch andere Ausführungsformen einer Bilderfassungseinrichtung vorstellbar, die in exemplarischen Ausführungsformen nachfolgend noch näher erläutert werden. So kann eine Bilderfassungseinrichtung eine Schwarz-Weiß-Kamera, eine Kamera zur Erzeugung von Tiefenbildern, eine Infrarotkamera, insbesondere eine Kurzwelleninfrarotkamera, ein Lidar-Sensor oder ein Radarsensor zur Erzeugung von zwei- oder dreidimensionalen Abbildern sein. Die Bilderfassungseinrichtung ist hierbei derart in/an dem Schienenfahrzeug angeordnet, dass ein Erfassungsbereich den räumlichen Bereich in Fahrtrichtung vor dem Schienenfahrzeug umfasst.
Die mindestens eine Bilderfassungseinrichtung kann Teil einer Sensormenge sein, die genau eine oder aber mehr als eine Bilderfassungseinrichtung umfasst. Umfasst die Sensormenge mehr als eine Bilderfassungseinrichtung, so kann der räumliche Bereich durch ausgewählte, aber nicht alle, oder aber alle Bilderfassungseinrichtungen der Sensormenge abgebildet werden. Hierbei können dann mehrere Abbilder erzeugt werden.
Hierbei bezeichnet eine Bilderfassungseinrichtung im Sinne dieser Erfindung eine Einrichtung bzw. einen Sensor, der eine zweidimensionale oder dreidimensionale Repräsentation einer Umgebung erzeugt, wobei diese Repräsentation ein Abbild bezeichnet. Insbesondere können in einem durch die Bilderfassungseinrichtung erzeugten Abbild Informationen über Objekte in dem Erfassungsbereich der Bilderfassungseinrichtung kodiert sein, insbesondere topografische Informationen bzw. Informationen über eine Form und/oder eine Größe solcher Objekte. Mit anderen Worten wird durch die Bilderfassungseinrichtung ein Abbild von Objekten in dem Erfassungsbereich der Bilderfassungseinrichtung erzeugt.
Ein Abbild kann ein zweidimensionales Abbild sein. Wie nachfolgend noch näher erläutert, kann durch eine oder mehrere Bilderfassungseinrichtungen auch ein drei- oder ein vierdimensionales Abbild erzeugt werden.
Erfindungsgemäß wird durch die Auswertung des mindestens einen Abbilds das Vorhandensein einer Tunneleinfahrt oder einer Tunnelausfahrt zeitlich vor der Einfahrt des Schienenfahrzeugs in den Tunnel oder zeitlich vor der Ausfahrt des Schienenfahrzeugs aus dem Tunnel detektiert.
Fährt also das Schienenfahrzeug, so kann während der Fahrt zeitlich vor der Einfahrt in den Tunnel ein Abbild erzeugt werden, wobei die Tunneleinfahrt in dem Abbild abgebildet ist. Zur Detektion der Tunneleinfahrt oder der Tunnelausfahrt in einem solchen Abbild können dem Fachmann bekannte Verfahren der Bildverarbeitung und -auswertung genutzt werden. Solche Verfahren können z.B. Segmentierungsverfahren, Mustererkennungsverfahren, Filterverfahren und weitere Verfahren zur Verarbeitung oder eine Kombination mehrerer solcher Verfahren umfassen. Beispielsweise kann durch die Auswertung des mindestens einen Abbilds ein Ausgangssignal erzeugt werden, welches ein Vorhandensein der Tunneleinfahrt oder der Tunnelausfahrt repräsentiert. Wird kein Vorhandensein einer Tunneleinfahrt oder -ausfahrt in dem mindestens einen Abbild detektiert, so kann kein Ausgangssignal oder ein Ausgangssignal erzeugt werden, welches das fehlende Vorhandensein repräsentiert.
Dieses Ausgangssignal kann dann genutzt werden, um -- wie nachfolgend noch näher erläutert - (Schienenfahrzeug)-Systeme zu steuern.
Es hat sich hierbei herausgestellt, dass die Auswertung von Bilddaten eine besonders zuverlässige und frühzeitige Detektion einer Tunneleinfahrt oder einer Tunnelausfahrt zeitlich vor dem Zeitpunkt ermöglicht, zu dem das Schienenfahrzeug in den Tunnel einfährt bzw. aus diesem Tunnel ausfährt. Somit wird also in vorteilhafter Weise eine solche zuverlässige Detektion ermöglicht. Diese zuverlässige Detektion wiederum ermöglicht in vorteilhafter Weise eine verbesserte, insbesondere vorbereitende, Steuerung von Systemen des Schienenfahrzeugs, wodurch wiederum ein Fahrkomfort und/oder eine Betriebssicherheit des Schienenfahrzeugs in vorteilhafter Weise verbessert werden kann.
In einer weiteren Ausführungsform wird - zusätzlich zur Detektion des Vorhandenseins einer Tunneleinfahrt oder -ausfahrt - eine aktuelle Distanz zwischen dem Schienenfahrzeug und der Tunneleinfahrt oder der Tunnelausfahrt bestimmt. Diese Distanz kann ebenfalls durch Auswertung des mindestens einen Abbilds bestimmt werden. Auch hierzu kann der Fachmann geeignete Verfahren der Bildverarbeitung und -auswertung anwenden. Die Distanz kann jedoch nur dann bestimmt werden, falls das Vorhandensein einer Tunneleinfahrt oder einer Tunnelausfahrt detektiert wurde. So kann die Distanzbestimmung beispielsweise begonnen werden, wenn ein entsprechendes Ausgangssignal bei oder nach der Auswertung des mindestens einen Abbilds erzeugt wurde. In diesem Fall kann das Ausgangssignal ein Startsignal für die Distanzbestimmung sein.
Wird kein Vorhandensein einer Tunneleinfahrt oder -ausfahrt detektiert, so erfolgt keine Distanzbestimmung bzw. wird diese nicht gestartet. Es ist auch vorstellbar, dass die Distanzbestimmung in einer von der Auswertung des mindestens einen Abbilds verschiedenen Weise erfolgt. Dies kann insbesondere bedeuten, dass die Distanzbestimmung ohne Auswertung des Abbilds durchgeführt wird.
In diesem Fall kann beispielsweise eine Einrichtung zur Distanzbestimmung genutzt werden, die zur Bestimmung der Distanz nicht das mindestens eine Abbild der Bilderfassungseinrichtung auswertet. Solche Einrichtungen zur Distanzbestimmung sind dem Fachmann bekannt und können beispielsweise eine ultraschallbasierte Bestimmung oder eine Distanzbestimmung unter Anwendung anderer physikalischer Messprinzipien für die Distanzbestimmung ermöglichen.
Weiter kann, wenn die Distanz bestimmt wurde, ein Distanzsignal erzeugt werden, welches den Wert der Distanz repräsentiert.
Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise ein weiter verbesserter Betrieb des Schienenfahrzeugs, insbesondere eine weitere Verbesserung der Betriebssicherheit und/oder des Fahrkomforts, da dann ein Betrieb von einem System des
Schienenfahrzeugs zusätzlich in Abhängigkeit dieser Distanz gesteuert werden kann.
Beispielsweise kann geprüft werden, ob die Distanz einer vorbestimmten Distanz entspricht oder in einem vorbestimmten Distanzintervall liegt. Dann kann eine distanzspezifische Steuerung oder distanzintervallspezifische Steuerung des Betriebs erfolgen.
Auch ist es möglich eine aktuelle Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs und in Abhängigkeit der Distanz dann eine Zeitdauer bis zum Erreichen der Tunneleinfahrt oder -ausfahrt zu bestimmen, wobei dann ein Betrieb von einem System des Schienenfahrzeugs zusätzlich in Abhängigkeit dieser Zeitdauer gesteuert werden kann.
Beispielsweise ist es möglich, eine an die sich durch die Tunneleinfahrt oder -ausfahrt ändernden Umgebungsparameter angepasste Steuerung rechtzeitig, insbesondere in einem vorbestimmten Zeitintervall vor Erreichen der Tunneleinfahrt oder -ausfahrt, zu beginnen, wodurch sichergestellt werden kann, dass rechtzeitig vor Erreichen die geänderte Steuerung erfolgt. Auch kann sichergestellt werden, dass noch solange wie möglich eine an die aktuellen Umgebungsparameter angepasste Steuerung erfolgt. In diesem Fall kann die an die sich ändernden Umgebungsparameter angepasste Steuerung nicht sofort nach Detektion des Vorhandenseins sondern erst zu einem von der Zeitdauer bis zum Erreichen der Tunneleinfahrt bzw. -ausfahrt abhängigen Zeitpunkt begonnen werden.
So ist beispielsweise möglich, mindestens ein Ventil eines Luftkanals, der z.B. Teil einer Klimatisierungseinrichtung des Schienenfahrzeugs, die auch als Klimaanlage bezeichnet werden kann, sein kann, solange wie möglich vor der Einfahrt in einen Tunnel in einem geöffneten Zustand oder solange wie möglich vor der Ausfahrt aus einem Tunnel in einem geschlossenen Zustand zu belassen, und dann rechtzeitig vor der Einfahrt bzw. der Ausfahrt den entsprechenden Zustand zu verändern, also den Luftkanal durch Ansteuerung des Ventils zu verschließen bzw. zu öffnen. Beispielsweise kann das Steuersignal 3.1 Sekunden vor dem Erreichen der Tunneleinfahrt erzeugt werden, wenn angenommen wird, dass die Übertragungszeit zum Ventil 100 ms und das Schließen des Ventils 3 Sekunden benötigt. Beträgt die Fahrzeuggeschwindigkeit 200 km/h, so muss das entsprechende Steuersignal 166.6 m vor der Tunneleinfahrt erzeugt werden.
Ein Minimalzeitwert und ein Maximalzeitwert und ein Maximalzeitwert des Zeitintervalls kann hierbei system- und/oder anwendungsabhängig gewählt werden.
In einer weiteren Ausführungsform wird die Distanz durch Auswertung des mindestens einen Abbilds bestimmt. Dies wurde vorhergehend bereits erläutert. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass zwei Informationen, nämlich eine Information über das Vorhandensein als auch eine Information über die Distanz, durch Auswertung des mindestens einen Abbilds erzeugt werden können, was wiederum eine kostengünstige und bauraumeinsparende Ausbildung einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ermöglicht, da insbesondere keine separate Einrichtung zur Distanzbestimmung vorgesehen werden muss.
In einer weiteren Ausführungsform wird durch mehrere Bilderfassungseinrichtungen jeweils ein Abbild eines räumlichen Bereichs in Fahrtrichtung vor dem Schienenfahrzeug erfasst, wobei durch Auswertung der Abbilder das Vorhandensein der Tunneleinfahrt oder der Tunnelausfahrt zeitlich vor der Einfahrt des Schienenfahrzeugs in den Tunnel oder zeitlich vor der Ausfahrt des Schienenfahrzeugs aus dem Tunnel detektiert wird. In diesem Fall kann das Schienenfahrzeug mehrere Bilderfassungseinrichtungen umfassen, die im oder am Schienenfahrzeug angeordnet sind. Die mehreren Bilderfassungseinrichtungen können hierbei jeweils eine Erfassungseinrichtung einer Sensormenge sein. Erfassungsbereiche dieser Bilderfassungseinrichtungen können sich hierbei überlappen, wobei der überlappende Bereich insbesondere auch den Bereich in Fahrtrichtung vor dem Schienenfahrzeug umfasst.
Diese mehreren Bilderfassungseinrichtungen können Bilderfassungseinrichtungen vom gleichen Typ sein, d.h., dass diese Bilderfassungseinrichtungen auf Grundlage des gleichen Messprinzips ein Abbild erzeugen. Beispielsweise kann das Schienenfahrzeug mehrere Kameras, also z.B. CMOS- oder CCD-Kameras, umfassen.
Auch können die Bilderfassungseinrichtungen mehrere Bilderfassungseinrichtungen unterschiedlichen Typs umfassen. Dies kann bedeuten, dass zwei voneinander verschiedene Bilderfassungseinrichtungen jeweils ein Abbild auf Grundlage voneinander verschiedener physikalischer Messprinzipien erzeugen. Beispielsweise kann eine erste Bilderfassungseinrichtung eine Kamera sein, wobei eine weitere Bilderfassungseinrichtung ein Lidar- oder Radar-Sensor zur Erzeugung eines zwei- oder dreidimensionalen Abbilds ist.
Es ist möglich, dass jedes Abbild separat ausgewertet und das Vorhandensein der Tunneleinfahrt bzw. -ausfahrt für jedes Abbild geprüft wird. Dann kann das Vorhandensein der Tunneleinfahrt oder -ausfahrt detektiert werden, wenn diese in mehr als einer vorbestimmten Prozentzahl aller Abbilder detektiert wird. Wird die Tunneleinfahrt oder -ausfahrt nicht in dieser vorbestimmten Prozentzahl von Abbildern detektiert, so wird kein Vorhandensein einer solchen Einfahrt oder Ausfahrt detektiert.
Selbstverständlich ist es auch möglich, die Tunneleinfahrt oder -ausfahrt nur dann zu detektieren, wenn diese in allen Abbildern, die von den mehreren Bilderfassungseinrichtungen erzeugt werden, detektiert wird. Ansonsten wird keine Tunneleinfahrt oder -ausfahrt detektiert.
Hierdurch erhöht sich in vorteilhafter Weise eine Robustheit der Detektion, wodurch auch die Zuverlässigkeit des Verfahrens, also die Zuverlässigkeit der Detektion, in vorteilhafter Weise verbessert wird. n einer weiteren Ausführungsform werden die von den Bilderfassungseinrichtungen erzeugten Abbilder fusioniert, wobei durch Auswerten des fusionierten Abbilds das Vorhandensein der Tunneleinfahrt oder der Tunnelausfahrt detektiert wird. Hierbei kann der Fachmann geeignete Verfahren zur Fusionierung von Abbildern anwenden. Somit werden nicht alle oder eine Vielzahl von durch unterschiedliche Bilderfassungseinrichtungen erzeugte Abbilder ausgewertet, sondern nur ein einzelnes fusioniertes Abbild. Hierdurch kann ein Rechenaufwand zur Detektion der Tunneleinfahrt oder -ausfahrt reduziert werden, insbesondere wenn die Fusionierung weniger Rechenaufwand benötigt als die Auswertung einer Vielzahl von Abbildern. Gleichzeitig wird die Zuverlässigkeit der Detektion in vorteilhafter Weise erhöht.
In einer weiteren Ausführungsform ist mindestens eine der Bilderfassungseinrichtungen eine CMOS- oder CCD-Kamera und mindestens eine weitere Bilderfassungseinrichtung ein Lidar- oder ein Radarsensor, wobei dieser ein zwei- oder dreidimensionales Abbild erzeugen kann.
Es ist weiter möglich, dass zwei oder mehr als zwei der mehreren Bilderfassungseinrichtungen die Bilderfassungseinrichtungen eines Stereokamerasystems sind. In diesem Fall ist es möglich, dass das Schienenfahrzeug zwei oder mehr als zwei Bilderfassungseinrichtungen umfasst, wobei mindestens zwei oder genau zwei dieser Bilderfassungseinrichtungen Teil eines Stereokamerasystems sind.
In diesem Fall ist es weiter möglich, dass das von dem Stereokamerasystem erzeugte Abbild, insbesondere das mit diesem Stereokamerasystem erzeugte dreidimensionale Abbild, mit einem zweidimensionalen Abbild mindestens einer weiteren Bilderfassungseinrichtung fusioniert wird. Dies kann also bedeuten, dass vor der Fusionierung aus den zweidimensionalen Abbildern der Bilderfassungseinrichtung des Stereokamerasystems ein dreidimensionales Abbild erzeugt wird, welches dann mit mindestens einem weiteren Abbild fusioniert wird.
Auch ist es in diesem Fall möglich, dass das vom Stereokamerasystem erzeugte dreidimensionale Abbild ausgewertet wird, um das Vorhandensein einer Tunneleinfahrt oder Tunnelausfahrt zu detektieren. In diesem Fall kann also das derart erzeugte dreidimensionale Abbild das Abbild der mindestens einen Bilderfassungseinrichtung bezeichnen. Durch die Verwendung der vorhergehend angeführten Bilderfassungseinrichtungen ergibt sich in vorteilhafter Weise eine einfache Herstellung einer Vorrichtung zur Detektion der Tunneleinfahrt oder der Tunnelausfahrt, da diese Bilderfassungseinrichtungen in der Regel gut verfügbar und teilweise bereits im Schienenfahrzeug vorhanden sind.
In einer weiteren Ausführungsform werden die Tunneleinfahrt oder die Tunnelausfahrt durch Verfahren zur Formerkennung oder durch Verfahren des maschinellen Lernens detektiert. Entsprechende Verfahren sind dem Fachmann hierbei bekannt. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine zuverlässige Detektion, insbesondere für verschiedene Lichtbedingungen. Ein bevorzugtes Verfahren des maschinellen Lernens ist die Verwendung eines neuronalen Netzes, welches vorab trainiert ist, in einem oder mehreren Abbild(ern) das Vorhandensein einer Tunneleinfahrt oder Tunnelausfahrt zu detektieren.
Erfindungsgemäß vorgeschlagen wird ein Verfahren zum Betrieb eines Schienenfahrzeugs. Hierbei wird ein räumlicher Bereich in Fahrtrichtung vor dem Schienenfahrzeug durch mindestens eine Bilderfassungseinrichtung in mindestens ein Abbild abgebildet, wobei mindestens ein Steuersignal für mindestens ein Schienenfahrzeugsystem erzeugt wird, falls zeitlich vor der Einfahrt des Schienenfahrzeugs in einen Tunnel das Vorhandensein einer Tunneleinfahrt oder zeitlich vor der Ausfahrt des Schienenfahrzeugs aus dem Tunnel das Vorhandensein einer Tunnelausfahrt mit einem Verfahren zur Detektion einer Tunneleinfahrt oder einer Tunnelausfahrt gemäß einer der in dieser Offenbarung beschriebenen Ausführungsformen detektiert wird.
Das Steuersignal kann hierbei ebenfalls zeitlich vor der Einfahrt bzw. zeitlich vor der Ausfahrt erzeugt werden.
Ein Schienenfahrzeugsystem kann insbesondere ein Fahrerassistenzsystem des Schienenfahrzeugs sein, insbesondere zur Einstellung von fahrdynamischen Eigenschaften oder Parameter wie z.B. einer Geschwindigkeit. Auch kann ein Schienenfahrzeugsystem ein System sein, welches nicht fahrdynamische Eigenschaften oder Parameter des Schienenfahrzeugs, beispielsweise Eigenschaften eines Passagierraums des Schienenfahrzeugs, wie z.B. eine Temperatur oder einen Beleuchtungszustand, einstellt. Das Schienenfahrzeugsystem kann hierbei mindestens eine Steuereinrichtung umfassen, die im oder am Schienenfahrzeug angeordnet ist. Weiter kann das Schienenfahrzeugsystem mindestens einen Aktor umfassen, der ebenfalls im oder am Schienenfahrzeug angeordnet ist. Dieser Aktor kann z.B. von der Steuereinrichtung gesteuert werden. Das Steuersignal kann von einer
Auswerteeinrichtung erzeugt werden, die das mindestens eine Abbild auswertet. Weiter kann das Steuersignal an das Schienenfahrzeugsystem, insbesondere die Steuereinrichtung dieses Schienenfahrzeugsystems übertragen werden. Hierzu können die entsprechenden Einrichtungen daten- und/oder signaltechnisch verbunden sein, beispielsweise über ein Bussystem.
Es ist vorstellbar, dass das Steuersignal zusätzlich zu Informationen über das Vorhandensein einer Tunneleinfahrt oder -ausfahrt auch Informationen über eine Distanz zur Tunneleinfahrt bzw. zur Tunnelausfahrt umfasst. Hierzu kann zusätzlich zum Vorhandensein auch - wie vorhergehend erläutert - die Distanz bestimmt werden.
Auch ist es möglich, dass ein distanz- oder distanzbereichsspezifisches Steuersignal erzeugt wird.
Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise ein verbesserter Betrieb des Schienenfahrzeugs, insbesondere durch die rechtzeitige Anpassung des Betriebs an die sich durch die Tunneleinfahrt oder Tunnelausfahrt verändernden Umgebungsparameter.
Weiter ist das Schienenfahrzeugsystem ein Stromabnehmersteuersystem oder eine Klimaanlage des Schienenfahrzeugs.
Auch kann das Schienenfahrzeugsystem eine Lüftungsanlage des Schienenfahrzeugs sein.
Die Klimaanlage oder Lüftungsanlage kann hierbei mindestens einen Luftkanal umfassen, der einen Innenraum des Schienenfahrzeugs mit einer äußeren Umgebung verbindet oder Teil einer solchen Verbindung ist. Weiter kann die Anlage mindestens ein Ventil und/oder mindestens eine Klappe umfassen, durch welches dieser Luftkanal in einen geöffneten oder einen geschlossenen Zustand versetzbar ist. Allgemein gesprochen kann ein Öffnungszustand des Luftkanals einstellbar sein. Insbesondere kann ein geschlossener Zustand, in dem der Innenraum nicht über den Luftkanal fluidtechnisch mit der äußeren Umgebung verbunden ist, oder ein geöffneter Zustand, in dem der Innenraum über den Luftkanal fluidtechnisch mit der äußeren Umgebung verbunden ist, eingestellt werden. Auch Zwischenzustände können einstellbar sein. Zur Einstellung kann das Schienenfahrzeug, insbesondere die Anlage, ein geeignetes Mittel zum Einstellen umfassen.
In Abhängigkeit des wie vorhergehend erläutert erzeugten Steuersignals kann dann der Öffnungszustand des Luftkanals auf einen vorbestimmten Zustand eingestellt werden, z.B. der mindestens eine Luftkanal in einen geöffneten oder geschlossenen Zustand versetzt werden, z.B. durch ein entsprechendes Ansteuern des Ventils. Dies kann bedeuten, dass der Öffnungszustand verändert wird, wenn er nicht dem vorbestimmten Zustand entspricht. Wird z.B. das Vorhandensein einer Tunneleinfahrt detektiert, so kann der Öffnungszustand des Luftkanals auf einen tunneleinfahrtspezifischen Zustand, insbesondere auf den geschlossenen Zustand, eingestellt bzw. versetzt, werden, insbesondere nach einer vorbestimmten oder geschwindigkeitsabhängigen Zeitdauer nach dem Detektionszeitpunkt. Wird das Vorhandensein einer Tunnelausfahrt detektiert, so kann der Luftkanal in einen tunnelausfahrtspezifischen Zustand, z.B. einen geschlossenen Zustand oder einen geöffneten Zustand, versetzt werden, insbesondere nach einer vorbestimmten oder geschwindigkeitsabhängigen Zeitdauer nach dem Detektionszeitpunkt. Die geschwindigkeitsabhängige Zeitdauer kann hierbei wie folgend in Bezug auf die Anpresskraft erläutert bestimmt werden, insbesondere zuordnungsbasiert oder distanzbasiert.
So ist es möglich, dass in Abhängigkeit der Distanz und gegebenenfalls einer Fahrzeuggeschwindigkeit ein Zeitpunkt des Öffnens bzw. Schließens bestimmt und dann der Luftkanal zu diesem entsprechenden Zeitpunkt geöffnet bzw. geschlossen wird.
Es ist weiter möglich, dass nach dem Passieren der Tunneleinfahrt bzw. der Tunnelausfahrt der wie beschrieben für das Passieren oder beim Passieren eingestellte Öffnungszustand wieder verändert wird. Z.B. kann der für das Passieren oder beim Passieren eingestellte geschlossene Zustand wieder in einen geöffneten Zustand verändert werden. Somit ist es möglich, dass der für das Passieren oder beim Passieren einer Tunneleinfahrt eingestellte geschlossene Zustand, der das Spüren und/oder Hören des tunnelbedingten Druckstoßes im Innenraum verhindert, vor dem Erreichen der Tunnelausfahrt wieder in einen geöffneten Zustand verändert wird. Dann kann dieser für das Passieren oder beim Passieren der Tunnelausfahrt wieder in einen geschlossenen Zustand versetzt werden. Das erneute Verändern des nach dem Passieren der Tunneleinfahrt bzw. der Tunnelausfahrt eingestellten Zustands kann insbesondere nach einer vorbestimmten oder geschwindigkeitsabhängigen Zeitdauer erfolgen. Das Verändern kann hierbei mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit erfolgen, es kann also ein schnelles oder langsames Öffnen oder Schließen erfolgen. Insbesondere kann die Geschwindigkeit der Veränderung bei einem erneuten Verändern des nach dem Passieren der Tunnelausfahrt eingestellten Zustands höher, vorzugsweise aber niedriger, sein als die Geschwindigkeit der Veränderung bei einem erneuten Verändern des nach dem Passieren der Tunneleinfahrt eingestellten Zustands.
Alternativ oder kumulativ kann der Öffnungszustand druckabhängig, insbesondere druckänderungsabhängig, eingestellt werden. Der Druck kann insbesondere ein Außendruck in der Umgebung, insbesondere auf eine Außenwand, des Schienenfahrzeugs oder ein Innendruck im Innenraum des Schienenfahrzeugs sein. So kann beispielsweise ein geschlossener Zustand eingestellt werden, wenn der Druck oder die Druckänderung größer als ein vorbestimmter Schwellwert ist. Bei einer Fahrt in einem Tunnel kann der Außendruck höher als bei einer Fahrt, die nicht durch einen Tunnel führt, sein.
Weiter alternativ oder kumulativ kann der Öffnungszustand abhängig von einer Kohlendioxidkonzentration im Innenraum des Schienenfahrzeugs eingestellt werden. Diese Konzentration kann z.B. durch mindestens einen Sensor erfasst werden.
Beispielsweise kann ein geöffneter oder teilweise geöffneter Zustand eingestellt werden, wenn die Konzentration höher als ein vorbestimmter Schwellwert ist. Generell ist es erwünscht, möglichst wenig einen geschlossenen Zustand, der zu einem Anstieg der Kohlendioxidkonzentration führt, einzustellen. Dies kann in vorteilhafter weise durch das vorhergehend beschriebene geschwindigkeitsabhängige Einstellen und das erneute Verändern des Öffnungszustands erreicht werden.
Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise ein erhöhter Fahrkomfort, da insbesondere verhindert werden kann, dass ein Fahrzeuginsasse eine durch die sich ändernden Umgebungsparameter erzeugte Druckwelle spürt oder hört.
Ist das Schienenfahrzeugsystem ein Stromabnehmersteuersystem, so kann eine Anpresskraft, mit der der Stromabnehmer an eine Oberleitung angedrückt wird, verändert werden, wenn das Vorhandensein der Tunneleinfahrt oder einer Tunnelausfahrt detektiert wird, wobei die Anpresskraft beispielsweise nach einer vorbestimmten oder geschwindigkeitsabhängigen Zeitdauer nach dem Detektionszeitpunkt verändert werden kann, insbesondere auf einen vorbestimmten oder geschwindigkeitsabhängigen Wert. Beispielsweise kann die Anpresskraft erhöht werden, insbesondere wenn das Vorhandensein einer Tunneleinfahrt detektiert wird. Es ist aber auch vorstellbar, dass die Anpresskraft verringert wird, insbesondere wenn das Vorhandensein einer Tunneleinfahrt detektiert wird. Die Veränderung kann entsprechend einem Veränderungsprofil erfolgen, wobei durch dieses Profil eine Zeitdauer der Veränderung und eine zeitliche Veränderung der Anpresskraft vorgegeben sein kann.
So ist es, wie vorhergehend erläutert, z.B. möglich, in Abhängigkeit der Distanz und gegebenenfalls der Fahrzeuggeschwindigkeit einen Zeitpunkt der Veränderung der Anpresskraft zu bestimmen und dann die Anpresskraft zu diesem entsprechenden Zeitpunkt zu verändern, insbesondere zu erhöhen. Die geschwindigkeitsabhängige Zeitdauer kann z.B. basierend auf einer vorbekannten Zuordnung von Geschwindigkeiten zu Zeitdauern bestimmt werden, wobei die Zeitdauer als die Zeitdauer bestimmt wird, die der aktuellen Geschwindigkeit zugeordnet ist. Die aktuelle Geschwindigkeit kann hierbei bestimmt werden, z.B. von einem Geschwindigkeitssensor des Schienenfahrzeugs oder in Abhängigkeit von Ausgangssignalen anderer Sensoren, insbesondere auch durch Auswertung von Abbildern. Alternativ kann die geschwindigkeitsabhängige Zeitdauer bestimmt werden, indem eine Distanz zwischen dem Schienenfahrzeug und der Tunneleinfahrt bestimmt wird und in Abhängigkeit der Distanz und einer Fahrzeuggeschwindigkeit die Zeitdauer bis zum Erreichen der Tunneleinfahrt bestimmt wird. Die geschwindigkeitsabhängige Zeitdauer kann dann dieser Zeitdauer bis zum Erreichen entsprechen oder um einen vorbestimmten Betrag kleiner als diese Zeitdauer sein.
Entsprechend kann die für eine Tunneleinfahrt veränderte, insbesondere erhöhte, Anpresskraft bei der Detektion des Vorhandenseins einer Tunnelausfahrt erneut verändert, insbesondere verringert, werden, insbesondere - entsprechend den vorhergehenden Erläuterungen - nach einer vorbestimmten oder geschwindigkeitsabhängigen Zeitdauer. Z.B. kann die Anpresskraft wieder auf den Wert, der vor dem Erreichen der Tunneleinfahrt eingestellt war, verändert werden. Auch kann die Anpresskraft auf einen vorbestimmten oder geschwindigkeitsabhängigen Wert verändert werden.
Auch ist es möglich, dass in Abhängigkeit der Distanz ein Zeitpunkt der Verringerung der Anpresskraft bestimmt wird und diese dann erst zu diesem Zeitpunkt verändert wird. Allerdings ist es auch möglich, dass eine für eine Tunneleinfahrt oder -ausfahrt veränderte Anpresskraft nach Einfahrt in den Tunnel, also unabhängig von der Detektion des Vorhandenseins einer Tunnelausfahrt, bzw. nach Ausfahrt aus dem Tunnel wieder reduziert wird, z.B. unmittelbar nach der Einfahrt bzw. Ausfahrt oder eine vorbestimmte Zeitdauer nach der Einfahrt bzw. Ausfahrt.
Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine erhöhte Betriebssicherheit, insbesondere da ein Kontaktverlust zwischen dem Stromabnehmer und der Oberleitung aufgrund der sich verändernden Umgebungsparameter reduziert werden kann, was wiederum für Lichtbögen reduziert.
Weiter vorgeschlagen wird ein Schienenfahrzeug, umfassend mindestens eine Bilderfassungseinrichtung und mindestens eine Auswerteeinrichtung. Diese Auswerteeinrichtung kann als Mikrocontroller oder integrierte Schaltung ausgebildet sein oder eine(n) solche(n) umfassen. Durch die mindestens eine Bilderfassungseinrichtung ist ein räumlicher Bereich in Fahrtrichtung vor dem Schienenfahrzeug in mindestens ein Abbild abbildbar.
Weiter ist durch die Auswertung des mindestens einen Abbilds mittels der Auswerteeinrichtung das Vorhandensein einer Tunneleinfahrt oder einer Tunnelausfahrt zeitlich vor der Einfahrt des Schienenfahrzeugs in den Tunnel oder zeitlich vor der Ausfahrt des Schienenfahrzeugs aus dem Tunnel detektierbar.
Das Schienenfahrzeug ist somit derart konfiguriert, dass ein Verfahren zur Detektion einer Tunneleinfahrt oder einer Tunnelausfahrt gemäß einer der in dieser Offenbarung beschriebenen Ausführungsformen mit den entsprechenden technischen Vorteilen durch das Schienenfahrzeug durchführbar ist.
Weiter ist es möglich, dass das Schienenfahrzeug eine Steuereinrichtung zur Erzeugung eines Steuersignals in Abhängigkeit der Detektion des Vorhandenseins einer Tunneleinfahrt oder einer Tunnelausfahrt umfasst. In diesem Fall ist das Schienenfahrzeug konfiguriert, ein Verfahren zum Betrieb eines Schienenfahrzeugs gemäß einer der in dieser Erfindung offenbarten Ausführungsformen mit den entsprechenden technischen Vorteilen auszuführen. Insbesondere ist mindestens ein Steuersignal für mindestens ein Schienenfahrzeugsystem erzeugbar, falls zeitlich vor der Einfahrt des Schienenfahrzeugs in einen Tunnel das Vorhandensein einer Tunneleinfahrt oder zeitlich vor der Ausfahrt des Schienenfahrzeugs aus dem Tunnel das Vorhandensein einer Tunnelausfahrt detektiert wird, wobei das Schienenfahrzeugsystem ein Stromabnehmersteuersystem des Schienenfahrzeugs ist und eine Anpresskraft, mit der der Stromabnehmer an eine Oberleitung angedrückt wird, nach einer geschwindigkeitsabhängigen Zeitdauer nach einem Detektionszeitpunkt verändert, insbesondere erhöht, wird, wenn das Vorhandensein der Tunneleinfahrt detektiert wird, oder wobei das Schienenfahrzeugsystem eine Klimaanlage oder eine Lüftungsanlage des Schienenfahrzeugs ist, die mindestens einen Luftkanal umfasst, wobei ein Öffnungszustand des Luftkanals nach einer geschwindigkeitsabhängigen Zeitdauer nach dem Detektionszeitpunkt auf einen vorbestimmten Zustand, insbesondere einen geschlossenen Zustand, eingestellt wird, wenn das Vorhandensein der Tunneleinfahrt detektiert wird.
Auch kann die Anpresskraft, mit der der Stromabnehmer an eine Oberleitung angedrückt wird, nach einer geschwindigkeitsabhängigen Zeitdauer nach einem Detektionszeitpunkt verändert, insbesondere verringert, wird, wenn das Vorhandensein der Tunnelausfahrt detektiert wird. Weiter kann der Öffnungszustand des Luftkanals nach einer geschwindigkeitsabhängigen Zeitdauer nach dem Detektionszeitpunkt auf einen vorbestimmten Zustand, insbesondere einen geschlossenen Zustand, eingestellt wird, wenn das Vorhandensein der Tunnelausfahrt detektiert wird.
Weiter kann das Schienenfahrzeug mehrere Bilderfassungseinrichtungen umfassen.
Ebenfalls kann das Schienenfahrzeug mindestens eine steuerbare Einrichtung umfassen, welche durch ein wie vorhergehend erläutert erzeugtes Steuersignal gesteuert werden kann. Z.B. kann das Schienenfahrzeug mindestens ein steuerbares Ventil umfassen, welches durch ein wie vorhergehend erläutert erzeugtes Steuersignal in einen geöffneten oder geschlossenen Zustand versetzt werden kann, wobei im geschlossenen Zustand beispielsweise ein Luftkanal durch das Ventil versperrt und im geöffneten Zustand geöffnet werden kann. Allerdings kann die steuerbare Einrichtung auch eine Lichtquelle umfassen oder als solche ausgebildet sein. Die steuerbare Einrichtung kann Teil eines Schienenfahrzeugsystems sein.
Auch kann das Schienenfahrzeug einen steuerbaren Stromabnehmer umfassen, wobei eine Anpresskraft des Stromabnehmers an eine Oberleitung einstellbar ist.
Weiter ist es vorstellbar, dass durch die Auswerteeinrichtung eine weitere Auswerteeinrichtung des Schienenfahrzeugs auch die Distanz des Schienenfahrzeugs von der Tunneleinfahrt oder der Tunnelausfahrt bestimmbar ist und das Steuersignal, z.B. ein Zeitpunkt der Erzeugung des Steuersignals, dann in Abhängigkeit der Distanz erzeugt wird.
Ebenfalls ist es vorstellbar, dass das Schienenfahrzeug eine Einrichtung zur Bestimmung einer Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs umfasst, wobei das Steuersignal, z.B. ein Zeitpunkt der Erzeugung des Steuersignals, zusätzlich in Abhängigkeit der aktuellen Geschwindigkeit erzeugt werden kann. Weiter kann das Schienenfahrzeug mindestens eines der vorhergehend erläuterten Schienenfahrzeugsysteme umfassen. Diese können in Abhängigkeit des Vorhandenseins und gegebenenfalls der Distanz und weiter gegebenenfalls der Geschwindigkeit gesteuert werden.
Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Figuren zeigen:
Fig. 1 ein schematisches Schaubild eines erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugs,
Fig. 2a ein schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens zur Detektion einer Tunneleinfahrt oder einer Tunnelausfahrt,
Fig. 2b ein schematisches Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betrieb eines Schienenfahrzeugs,
Fig. 3a ein schematisches Schaubild einer Sensormenge in einer ersten Ausführungsform, Fig. 3b ein schematisches Schaubild einer Sensormenge gemäß einer weiteren Ausführungsform und
Fig. 3c ein schematisches Schaubild einer Sensormenge gemäß einer weiteren Ausführungsform.
Nachfolgend bezeichnen gleiche Bezugszeichen Elemente mit gleichen oder ähnlichen technischen Merkmalen.
Fig. 1 zeigt ein schematisches Schaubild eines Schienenfahrzeugs 1 , welches konfiguriert ist, um ein Verfahren zur Detektion einer Tunneleinfahrt TE oder einer Tunnelausfahrt (nicht dargestellt) des Schienenfahrzeugs 1 zu detektieren.
Weiter ist in Fig. 1 dargestellt, dass in Fahrtrichtung 5 vor dem Schienenfahrzeug 1 ein Tunnel T mit einer Tunneleinfahrt TE angeordnet ist. Ebenfalls dargestellt ist eine Distanz D zwischen dem Schienenfahrzeug und der Tunneleinfahrt TE.
Das Schienenfahrzeug umfasst eine Sensormenge 2 mit mindestens einer oder genau Bilderfassungseinrichtung 3 (siehe Fig. 3a) und einer Steuer- und Auswerteeinrichtung 4, die daten- und/oder signaltechnisch mit den Sensoren 3, 3a, 3b, 3c (siehe Fig. 3a, 3b, 3c) der Sensormenge 2 verbunden ist. Dargestellt ist ein Erfassungsbereich EB der Bilderfassungseinrichtung(en) 3, 3a, 3b, 3c der Sensormenge 2, der - bei einer Ausführungsform mit mehreren Bilderfassungseinrichtung(en) 3, 3a, 3b, 3c - insbesondere ein gemeinsamer Erfassungsbereich EB aller Bilderfassungseinrichtungen 3, 3a, 3b, 3c sein kann.
Durch einen Pfeil 5 ist eine Fahrtrichtung des Schienenfahrzeugs 1 dargestellt. Somit ist aus Fig. 1 ersichtlich, dass durch die Bilderfassungseinrichtungen 3, 3a, 3b, 3c der Sensormenge 2 ein räumlicher Bereich in Fahrtrichtung 5 vor dem Schienenfahrzeug 1 abgebildet werden kann.
Die Steuer- und Auswerteeinrichtung 4 kann dann das mindestens eine Abbild A (siehe Fig. 2a) auswerten, um in dem mindestens einen Abbild A eine Tunneleinfahrt TE zu detektieren. Hierzu können bekannte Verfahren der Bildverarbeitung und -auswertung angewendet werden, insbesondere Verfahren zur Formerkennung und/oder Verfahren des maschinellen Lernens, vorzugsweise neuronale Netze, verwendet werden.
Weiter dargestellt sind ein Stromabnehmer 6 des Schienenfahrzeugsl und eine Einrichtung 7 zur Einstellung einer Anpresskraft des Stromabnehmers 6 an eine Oberleitung 8. Diese Einrichtung 7 ist daten- und/oder signaltechnisch mit der Auswerteeinrichtung 4 verbunden. Ebenfalls dargestellt ist eine Klimaanlage 9 zur Klimatisierung und/oder Belüftung eines Fahrzeuginnenraums des Schienenfahrzeugs 1.
Diese Einrichtung/Anlage 7, 9 können Aktoren, beispielsweise Motoren oder steuerbare Ventile, umfassen, die durch Steuersignale SS (siehe Fig. 2b) angesteuert werden können. Diese Steuersignale SS können von der Steuer- und Auswerteeinrichtung 4 in Abhängigkeit einer detektierten Tunneleinfahrt TE erzeugt werden.
Selbstverständlich können auch weitere, nicht dargestellte steuerbare Einrichtungen des Schienenfahrzeugs 1 , z.B. eine Beleuchtungseinrichtung, daten- und/oder signaltechnisch mit der Auswerteeinrichtung 4 verbunden sein und durch Steuersignale SS angesteuert werden.
Die Steuer- und Auswerteeinrichtung 4 kann beispielsweise als Mikrcontroller ausgebildet sein oder einen solchen umfassen.
Fig. 2a zeigt ein schematisches Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Detektion einer Tunneleinfahrt TE (siehe Fig. 1) oder einer Tunnelausfahrt eines Schienenfahrzeugs 1.
In einem ersten Schritt S1 erfolgt ein Abbilden eines räumlichen Bereichs in Fahrtrichtung 5 vor dem Schienenfahrzeug 1 in mindestens ein Abbild A durch mindestens eine Bilderfassungseinrichtung 3, 3a, 3b, 3c einer Sensormenge 2.
In einem zweiten Schritt S2 erfolgt ein Auswerten des mindestens einen Abbilds A, um das Vorhandensein der Tunneleinfahrt TE oder einer Tunnelausfahrt zeitlich vor der Einfahrt des Schienenfahrzeugs 1 in den Tunnel T oder zeitlich vor der Ausfahrt des Schienenfahrzeugs 1 aus dem Tunnel T zu detektieren. Wird eine Tunneleinfahrt TE oder eine Tunnelausfahrt detektiert, so wird ein Detektionssignal DS erzeugt. Wird keine Tunneleinfahrt TE oder keine Tunnelausfahrt detektiert, so wird kein Detektionssignal DS erzeugt.
Fig. 2b zeigt ein schematisches Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betrieb eines Schienenfahrzeugs 1 (siehe Fig. 1). Hierbei entsprechen die ersten beiden Schritte S1 , S2 der in Fig. 2b dargestellten Ausführungsform den ersten beiden Schritten S1 , S2 der in Fig. 2a dargestellten Ausführungsform.
In einem dritten Schritt S3, der nur dann durchgeführt wird, wenn ein Detektionssignal DS erzeugt wurde (also wenn eine Tunneleinfahrt TE oder eine Tunnelausfahrt zeitlich vor der Einfahrt bzw. Ausfahrt detektiert wurde), wird eine Distanz D (siehe Fig. 1) zwischen dem Schienenfahrzeug 1 und der Tunneleinfahrt TE oder der Tunnelausfahrt bestimmt. In einem vierten Schritt S4 wird dann eine Geschwindigkeit V des Schienenfahrzeugs 1 bestimmt.
In einem fünften Schritt S5 wird dann ein Steuersignal in Abhängigkeit des Detektionssignals DS, der Distanz D und der Fahrzeuggeschwindigkeit V erzeugt. Dies kann bedeuten, dass Eigenschaften des Steuersignals SS in Abhängigkeit des Detektionssignals DS, der Distanz D und der Fahrzeuggeschwindigkeit V eingestellt werden können. Eine solche Eigenschaft kann z.B. ein Zeitpunkt des Beginns der Ausführung einer durch das Steuersignal zu steuernden Funktion sein. Eine weitere Eigenschaft kann eine Höhe eines Sollwerts einer Größe sein, die von einem durch das Steuersignal SS steuerbaren Aktor einer steuerbaren Einrichtung bzw. eines steuerbaren Fahrzeugsystems des Schienenfahrzeugs 1 erzeugt werden soll.
Z.B. kann eine Anpresskraft, mit der der Stromabnehmer 6 an eine Oberleitung 8 angedrückt wird, nach einer geschwindigkeitsabhängigen Zeitdauer nach einem Detektionszeitpunkt verändert werden, wenn das Vorhandensein einer Tunneleinfahrt TE oder eine Tunnelausfahrt detektiert wird (siehe Fig. 1). Alternativ oder kumulativ kann ein Öffnungszustand eines Luftkanals, der einen Fahrzeuginnenraum mit einer äußeren Umgebung des Schienenfahrzeugs 1 verbindet, nach einer geschwindigkeitsabhängigen Zeitdauer nach dem Detektionszeitpunkt auf einen vorbestimmten Zustand eingestellt wird, wenn das Vorhandensein der Tunneleinfahrt TE oder einer Tunnelausfahrt detektiert wird. Der Öffnungszustand kann beispielsweise durch ein Ventil der Klimaanlage 9 eingestellt werden. Insbesondere ist es also möglich, dass ein Steuersignal SS nur dann erzeugt wird, wenn ein Detektionssignal DS erzeugt wurde. Wird keine Distanz D und/oder keine Fahrzeuggeschwindigkeit V bestimmt, so kann das Steuersignal SS mit vorbestimmten Eigenschaften, insbesondere zu einem vorbestimmten Zeitpunkt, erzeugt werden. Wird die Distanz und/oder die Fahrzeuggeschwindigkeit V bestimmt, so kann die Eigenschaft des Steuersignals zusätzlich in Abhängigkeit dieser Größen bestimmt und eingestellt werden. Es ist natürlich möglich, dass - wenn eine Distanz D und keine Fahrzeuggeschwindigkeit V bestimmt wird - ein Steuersignal SS mit mindestens einer von der Distanz D, nicht aber von der Fahrzeuggeschwindigkeit V, abhängigen Eigenschaft erzeugt wird.
Wird keine Distanz D bestimmt, so kann die geschwindigkeitsabhängige Zeitdauer zuordnungsbasiert bestimmt werden.
Somit sind die Bestimmung der Distanz im vierten Schritt S4 und die Bestimmung der Fahrzeuggeschwindigkeit V im fünften Schritt S5 optional.
Fig. 3a zeigt ein schematisches Schaubild einer Sensormenge 2 gemäß einer ersten Ausführungsform. In dieser Ausführungsform umfasst die Sensormenge 2 eine Bilderfassungseinrichtung 3, die insbesondere als Kamera, beispielsweise CCD-Kamera oder CMOS-Kamera, ausgebildet sein kann. Es ist möglich, dass die Kamera eine Schwarz-Weiß-Kamera, eine Kamera zur Erzeugung von Tiefenbildern oder eine Infrarotkamera, insbesondere eine Kurzwelleninfrarotkamera ist. Auch kann die Bilderfassungseinrichtung 3 ein Lidar-Sensor oder ein Radarsensor zur Erzeugung von zwei- oder dreidimensionalen Abbildern sein. Auch jeder andere Sensor bzw. Sensoren, die Signale basierend auf anderen physikalischen Wirkprinzipien erzeugen, zur Erzeugung von zwei- oder dreidimensionalen Abbildern ist geeignet, z.B. Ultraschall- oder elektroimpulsbasierte Sensoren.
Fig. 3b zeigt ein schematisches Schaubild einer Sensormenge 2 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Die Sensormenge 2 umfasst eine erste und eine weitere Bilderfassungseinrichtung 3a, 3b. Diese können Bilderfassungseinrichtungen 3a, 3b eines Stereokamerasystems sein. Es ist möglich, durch Auswertung der von dem Stereokamerasystem erzeugten Abbildern A die Distanz D (siehe Fig. 1) zwischen Schienenfahrzeug 1 und Tunneleinfahrt TE zu bestimmen. Hierzu können Verfahren des sogenannten Stereomatching angewendet werden.
Auch ist es möglich, einen Lidar/Radar-Sensor zur Bestimmung der Distanz D zu nutzen, der beispielsweise 4D-Radarinformationen erzeugen kann.
Fig. 3c zeigt ein weiteres schematisches Schaubild einer Sensormenge 2. Diese umfasst eine erste Bilderfassungseinrichtung 3a, eine weitere Bilderfassungseinrichtung 3b, die beispielsweise als CMOS- oder CCD-Kameras ausgebildet sein können. Weiter umfasst die Sensormenge 2 einen Lidar/Radar-Sensor 3c. Die Bilderfassungseinrichtung 3a, 3b bilden wiederum Bilderfassungseinrichtungen eines Stereokamerasystems. Es ist allerdings auch möglich, dass keiner der Sensoren der Sensormenge 2 als CMOS- oder CCD-Kamera ausgebildet ist. Es ist vielmehr auch möglich, dass alle Sensoren als Lidar- oder Radarsensor 3c ausgebildet sind. In der in Fig. 3c dargestellten Ausführungsform sowie bei den vorhergehend erläuterten Ausführungsformen kann anstelle des Lidar/Radar-Sensors 3c - wie vorhergehend erläutert - auch ein Sensor verwendet werden, der Ausgangssignale gemäß einem anderen physikalischen Wirkprinzip erzeugt.
Bezugszeichenliste
1 Schienenfahrzeug
2 Sensormenge
3 Bilderfassungseinrichtung
3a erste Bilderfassungseinrichtung
3b weitere Bilderfassungseinrichtung
3c Lidar- oder Radar-Sensor
4 Steuer- und Auswerteeinrichtung
5 Fahrtrichtung
6 Stromabnehmer
7 Einrichtung zur Einstellung einer Anpresskraft
8 Oberleitung
9 Klimaanlage
EB Erfassungsbereich
D Distanz
T Tunnel
TE Tunneleinfahrt
51 erster Schritt
52 zweiter Schritt
53 dritter Schritt
54 vierter Schritt
55 fünfter Schritt
A Abbild
DS Detektionssignal
V Fahrtgeschwindigkeit
SS Steuersignal

Claims

23 Patentansprüche
1 . Verfahren zum Betrieb eines Schienenfahrzeugs (1 ), wobei ein räumlicher Bereich in Fahrtrichtung (5) vor dem Schienenfahrzeug (1 ) durch mindestens eine Bilderfassungseinrichtung (3, 3a, 3b, 3c) in mindestens ein Abbild (A) abgebildet wird, wobei durch Auswertung des mindestens einen Abbilds (A) das Vorhandensein einer Tunneleinfahrt (TE) oder einer Tunnelausfahrt zeitlich vor der Einfahrt des Schienenfahrzeugs (1 ) in den Tunnel (T) oder zeitlich vor der Ausfahrt des Schienenfahrzeugs (1 ) aus dem Tunnel (T) detektiert wird, wobei mindestens ein Steuersignal (SS) für mindestens ein Schienenfahrzeugsystem erzeugt wird, falls zeitlich vor der Einfahrt des Schienenfahrzeugs (1 ) in einen Tunnel (T) das Vorhandensein einer Tunneleinfahrt (TE) oder zeitlich vor der Ausfahrt des Schienenfahrzeugs (1 ) aus dem Tunnel (T) das Vorhandensein einer Tunnelausfahrt detektiert wird, wobei das Schienenfahrzeugsystem ein Stromabnehmersteuersystem des Schienenfahrzeugs (1 ) ist und eine Anpresskraft, mit der ein Stromabnehmer (6) an eine Oberleitung (8) angedrückt wird, nach einer geschwindigkeitsabhängigen Zeitdauer nach einem Detektionszeitpunkt verändert wird, wenn das Vorhandensein der Tunneleinfahrt (TE) detektiert wird, oder wobei das Schienenfahrzeugsystem eine Klimaanlage (9) oder eine Lüftungsanlage des Schienenfahrzeugs (1 ) ist, die mindestens einen Luftkanal umfasst, wobei ein Öffnungszustand des Luftkanals nach einer geschwindigkeitsabhängigen Zeitdauer nach dem Detektionszeitpunkt auf einen vorbestimmten Zustand eingestellt wird, wenn das Vorhandensein der Tunneleinfahrt (TE) detektiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Distanz (D) zwischen dem Schienenfahrzeug (1 ) und der Tunneleinfahrt (TE) oder der Tunnelausfahrt bestimmt wird, falls das Vorhandensein einer Tunneleinfahrt (TE) oder einer Tunnelausfahrt detektiert wurde.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Distanz (D) durch Auswertung des mindestens einen Abbilds (A) bestimmt wird.
4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch mehrere Bilderfassungseinrichtungen (3, 3a, 3b, 3c) jeweils ein Abbild (A) des räumlichen Bereichs in Fahrtrichtung (5) vor dem Schienenfahrzeug (1 ) erfasst wird, wobei durch Auswertung der Abbilder (A) das Vorhandensein einer Tunneleinfahrt (TE) oder einer Tunnelausfahrt zeitlich vor der Einfahrt des Schienenfahrzeugs (1) in den Tunnel (T) oder zeitlich vor der Ausfahrt des Schienenfahrzeugs aus dem Tunnel (T) detektiert wird. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die von den Bilderfassungseinrichtungen (3, 3a, 3b, 3c) erzeugten Abbilder (A) fusioniert werden, wobei durch Auswertung des fusionierten Abbilds das Vorhandensein der Tunneleinfahrt (TE) oder der Tunnelausfahrt detektiert wird. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Bilderfassungseinrichtungen (3, 3a, 3b, 3c) eine CMOS- oder CCD- Kamera (3, 3a, 3b) und mindestens eine weitere Bilderfassungseinrichtung ein LIDAR- oder ein Radar-Sensor (3c) ist. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tunneleinfahrt (TE) oder Tunnelausfahrt durch Verfahren zur Formerkennung oder durch Verfahren des maschinellen Lernens detektiert werden. Schienenfahrzeug umfassend mindestens eine Bilderfassungseinrichtung (3, 3a, 3b, 3c) und mindestens eine Auswerteeinrichtung (4), wobei durch die mindestens eine Bilderfassungseinrichtung (3, 3a, 3b, 3c) ein räumlicher Bereich in Fahrtrichtung (5) vor dem Schienenfahrzeug (1) in mindestens ein Abbild (A) abbildbar ist, wobei durch die Auswertung des mindestens einen Abbilds (A) mittels der Auswerteeinrichtung (4) das Vorhandensein einer Tunneleinfahrt (TE) oder einer T unnelausfahrt zeitlich vor der Einfahrt des Schienenfahrzeugs (1 ) in den Tunnel (T) oder zeitlich vor der Ausfahrt des Schienenfahrzeugs (1) aus dem Tunnel (TE) detektierbar ist, wobei mindestens ein Steuersignal (SS) für mindestens ein Schienenfahrzeugsystem erzeugbar ist, falls zeitlich vor der Einfahrt des Schienenfahrzeugs (1 ) in einen Tunnel (T) das Vorhandensein einer Tunneleinfahrt (TE) oder zeitlich vor der Ausfahrt des Schienenfahrzeugs (1 ) aus dem Tunnel (T) das Vorhandensein einer Tunnelausfahrt detektiert wird, wobei das Schienenfahrzeugsystem ein Stromabnehmersteuersystem des Schienenfahrzeugs (1) ist und eine Anpresskraft, mit der ein Stromabnehmer (6) an eine Oberleitung (8) angedrückt wird, nach einer geschwindigkeitsabhängigen Zeitdauer nach einem Detektionszeitpunkt verändert wird, wenn das Vorhandensein der Tunneleinfahrt (TE) detektiert wird, oder wobei das Schienenfahrzeugsystem eine Klimaanlage (9) oder eine Lüftungsanlage des Schienenfahrzeugs (1 ) ist, die mindestens einen Luftkanal umfasst, wobei ein Öffnungszustand des Luftkanals nach einer geschwindigkeitsabhängigen Zeitdauer nach dem Detektionszeitpunkt auf einen vorbestimmten Zustand eingestellt wird, wenn das Vorhandensein der Tunneleinfahrt (TE) detektiert wird.
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