EP4344978A1 - Schätzeinrichtung - Google Patents

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Publication number
EP4344978A1
EP4344978A1 EP23197677.0A EP23197677A EP4344978A1 EP 4344978 A1 EP4344978 A1 EP 4344978A1 EP 23197677 A EP23197677 A EP 23197677A EP 4344978 A1 EP4344978 A1 EP 4344978A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
value
vehicle
axle
band
acceleration
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
EP23197677.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Daniel EBERLE
Markus Knoll
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Mobility GmbH
Original Assignee
Siemens Mobility GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Mobility GmbH filed Critical Siemens Mobility GmbH
Publication of EP4344978A1 publication Critical patent/EP4344978A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61RAILWAYS
    • B61LGUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L25/00Recording or indicating positions or identities of vehicles or trains or setting of track apparatus
    • B61L25/02Indicating or recording positions or identities of vehicles or trains
    • B61L25/021Measuring and recording of train speed
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61RAILWAYS
    • B61LGUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L15/00Indicators provided on the vehicle or train for signalling purposes
    • B61L15/0072On-board train data handling

Definitions

  • the invention is based on the object of specifying an estimation device for estimating a movement value describing a movement quantity of a rail vehicle, which takes into account the above problems of the complex overall situation.
  • the estimation device comprises a trained artificial intelligence system which calculates a reference value based on measured values, and the trained system is provided with a correction device which checks the reference value and outputs it as the movement value of the estimator if the reference value passes a plausibility check, and corrects it to form the movement value of the estimator if the reference value does not pass the plausibility check.
  • a significant advantage of the estimating device according to the invention is that it is designed in at least two stages.
  • a first stage is formed by a trained artificial intelligence system that calculates the movement value based on measured values.
  • the training of artificial intelligence systems is now generally known, so reference should be made to the relevant specialist literature.
  • the training of the first stage or the artificial intelligence system is preferably carried out on the basis of measured values from previous measurement steps or on the basis of simulation results.
  • the accuracy or security of the movement value generated by the first stage may, under certain circumstances, be uncertain or even error-prone beyond a permissible level, for example if a previously insufficiently trained wheel-rail adhesion situation is combined with an intervention of a sliding and Anti-skid control occurs.
  • the second stage is provided in the form of the correction device, which checks the movement values of the first stage for plausibility. The second stage thus makes it possible to bring the entire system or the estimation device to a high level of security without much effort.
  • the correction device takes into account at least two axle speed values, each of which indicates the axle speed of an associated axle of the rail vehicle.
  • the movement quantity is the vehicle speed and the reference value of the trained system and the movement value of the estimation device are vehicle speed values.
  • the correction device considers the vehicle speed value of the trained system to be implausible if the vehicle speed value is smaller than the highest existing axle speed value during a braking process and is greater than the smallest existing axle speed value during an acceleration process.
  • the correction device considers the vehicle speed value of the trained system to be implausible if the current vehicle speed value during a braking process is smaller than an updated maximum axle speed, the fall speed of which is limited by a predetermined maximum vehicle deceleration value, the correction device in this case the vehicle speed value of the Trained system is then preferably corrected to this limited axis speed.
  • the correction device considers the vehicle speed value of the trained system to be implausible if the current vehicle speed value during an acceleration process is greater than a continued minimum axle speed, the rate of increase of which is limited by a predetermined maximum vehicle acceleration value, wherein the correction device In this case, the vehicle speed value of the trained system is then preferably corrected to this limited axle speed.
  • the correction device considers the vehicle speed value of the trained system to be implausible if the current vehicle speed value during a braking process is smaller than an updated highest axle speed, the updated highest axle speed taking into account a predetermined vehicle deceleration maximum value and the last highest axle speed value , which was classified as plausible, is calculated; The correction device then preferably corrects the vehicle speed value of the trained system to this updated highest axle speed.
  • the correction device considers the vehicle speed value of the trained system to be implausible if the current vehicle speed value of the trained system is greater than an updated minimum axle speed during an acceleration process, the updated minimum axle speed taking into account a predetermined vehicle acceleration maximum value and the last smallest axis speed value that was considered plausible is calculated; The correction device then preferably corrects the vehicle speed value of the trained system to this updated minimum axle speed.
  • the correction device preferably processes an input signal that describes the wheel grip on the rail, For example, it shows whether the wheel grip reaches or exceeds a specified minimum grip level.
  • the correction device takes the wheel grip on the rail into account and determines an axle-related band using the largest and smallest existing axle speed values. If the conditions are good, it considers the vehicle speed value of the trained system to be implausible and sets this to a band value (e.g B. Limit of the band or value within the band) of the axle-related band is corrected if the vehicle speed value is outside this axle-related band.
  • a band value e.g B. Limit of the band or value within the band
  • the largest axis speed value preferably forms the maximum value or the upper band limit of the axis-related band;
  • the smallest axis speed value preferably forms the minimum value or the lower band limit of the axis-related band.
  • the correction device preferably corrects the vehicle speed value of the trained system to the highest available axle speed value, i.e. to the maximum band value, if the vehicle speed value is outside the axle-related band during a braking operation.
  • the correction device corrects the vehicle speed value to the middle of the axle-related band if the vehicle speed value of the trained system - regardless of the vehicle condition (accelerating, braking, rolling) - lies outside the axle-related band; Because under good conditions, all axis speeds largely correspond to the real ones (apart from measurement errors and noise). Vehicle speed, so that the axle-related band is very narrow.
  • the correction device preferably corrects the vehicle speed value of the trained system to the smallest available axle speed value, i.e. to the band minimum value, if the vehicle speed value is outside the axle-related band during an acceleration process.
  • the correction device corrects the vehicle speed value of the trained system taking into account at least one of the axle speed values which relates to an axle which is force-free for a predetermined minimum period of time.
  • the correction device in addition to receiving at least one axis speed value relating to an axis that is force-free for a predetermined minimum period of time, the correction device can preferably generate a control signal with which the axis is switched force-free for the predetermined minimum period of time.
  • the correction device determines a vehicle-related brake band when braking by updating the last vehicle speed value, which was considered plausible in the presence of good adhesion conditions or was determined by the correction device through correction, taking into account a vehicle deceleration maximum value and a vehicle deceleration minimum value .
  • the correction device preferably corrects the vehicle speed value of the trained system by When braking, the vehicle speed value is reduced to the maximum value of the brake band if the vehicle speed value exceeds the maximum value of the brake band, and increased to the minimum value of the brake band if the vehicle speed value is below the minimum value of the brake band.
  • the correction device determines a vehicle-related acceleration band when accelerating by taking into account the last vehicle speed value, which was considered plausible in the presence of good detention conditions or was determined by the correction device through correction, taking into account a vehicle acceleration maximum value and a vehicle acceleration minimum value continues.
  • the correction device preferably corrects the vehicle speed value of the trained system by reducing the vehicle speed value to the maximum value of the acceleration band when accelerating, if the vehicle speed value exceeds the maximum value of the acceleration band, and increasing it to the minimum value of the acceleration band, if the vehicle speed value falls below the minimum value of the acceleration band.
  • the correction device calculates the minimum vehicle deceleration value and the minimum vehicle acceleration value preferably as a function of at least one acceleration measurement value.
  • the movement size vehicle acceleration and the reference value of the learned system and the motion value of the estimator are vehicle acceleration values.
  • the correction device preferentially considers the vehicle acceleration value of the trained system to be plausible if the vehicle acceleration value lies within a vehicle-related band.
  • the correction device limits the amount of the vehicle acceleration value of the trained system - at least in poor conditions - preferably downwards to a minimum value (lower band limit) of the predetermined vehicle-related band and upwards to a maximum value (upper band limit) of the vehicle-related band if the vehicle acceleration value is outside the vehicle-related band lies.
  • the minimum and maximum values of the vehicle-related band preferably depend on whether the vehicle is accelerating or decelerating.
  • the minimum value of the vehicle-related band corresponds to an expected minimum deceleration of the rail vehicle when braking and to an expected minimum acceleration of the rail vehicle when accelerating;
  • the maximum value of the vehicle-related band corresponds to an expected maximum deceleration of the rail vehicle when braking and to an expected maximum acceleration of the rail vehicle when accelerating.
  • the correction device takes into account at least two axle speed values, each of which indicates the axle speed of an assigned axle of the rail vehicle, and calculates axle acceleration values using the axle speed values, the largest calculated axle acceleration value and the The smallest calculated axis acceleration value forms an axis-related acceleration band.
  • the correction device preferably sees the vehicle acceleration value of the trained system as plausible if the vehicle acceleration value is in the axle-related acceleration band. Otherwise, if the vehicle acceleration value is not in the axle-related acceleration band and is therefore implausible, it corrects the vehicle acceleration value of the trained system preferably to a band value (limit or value within the band) of the axle-related band.
  • the correction device for the plausibility check preferably takes into account an intermediate band which is increased from the axle-related acceleration band to the vehicle-related band taking into account a predetermined maximum jerk value.
  • the correction device corrects the vehicle acceleration value of the trained system taking into account at least one of the axle acceleration values that relates to an axle that is force-free for a predetermined minimum period of time.
  • the correction device can preferably generate a control signal with which the axle is switched to force-free for the predetermined minimum period of time.
  • the invention also relates to a method for estimating a movement quantity of a rail vehicle descriptive movement value.
  • a reference value is calculated using a trained artificial intelligence system on the basis of measured values, the reference value is left unchanged and output as a movement value if the reference value passes a plausibility check, and the reference value is corrected to form the movement value if the reference value does not pass the plausibility check.
  • the invention also relates to a rail vehicle.
  • the rail vehicle has an estimation device - as described above - and/or is designed to carry out a method as described above.
  • the invention also relates to a computer program product.
  • the computer program product is provided so that, when executed by a computing device, the computing device causes the computing device to carry out a method as described above and/or to form an estimation device as described above with the computing device.
  • the Figure 1 shows an exemplary embodiment of an estimating device 10 according to the invention for determining a movement value describing the speed of a rail vehicle in the form of a speed estimated value Vfinal.
  • the estimation device comprises a trained artificial intelligence system 11 which calculates a vehicle speed value Vki using measured values E as a reference value. Downstream of the trained artificial intelligence system 11 is a correction device 12 which subjects the vehicle speed value Vki of the trained system 11 to a plausibility check, taking into account measured values M, such as axle speed measured values and/or axle acceleration measured values.
  • the measured values E, which the trained system 11 processes, and the measured values M, which the correction device 12 processes, can be identical; alternatively, the measured values E and the measured values M can differ.
  • the correction device 12 If the plausibility test is passed, the correction device 12 outputs the vehicle speed value Vki of the trained system 11 as the final movement value in the form of the estimated speed value Vfinal of the estimating device 10. If the vehicle speed value Vki of the trained system 11 does not pass the plausibility check, the correction device 12 corrects the vehicle speed value Vki and outputs the corrected vehicle speed value as the estimated speed value Vfinal of the estimating device 10.
  • the Figure 2 shows an advantageous technical realization of the estimation device 10 according to Figure 1
  • the estimation device 10 is formed by a computing device 100 and a memory 110.
  • a software module 111 is stored in the memory 110, which forms the trained system 11 when executed by the computing device 100.
  • a software module 112 stored in the memory 110 forms the correction device 12 when executed by the computing device 100.
  • the Figure 3 explains an advantageous operation of the correction device 12 using an exemplary braking process.
  • the correction device 12 processes M axis speed values V1, V2, V3 and V4 as measured values, which indicate the measured axis speeds of four axes of the rail vehicle.
  • the correction device 12 determines a speed band 200, which is limited by a band minimum value 201 and a band maximum value 202.
  • the output speed value Vout can be the largest of the four axis speed values V1, V2, V3 and V4.
  • the band minimum value 201 of the speed band 200 is initially calculated by updating the initial speed value Vout taking into account a maximum vehicle deceleration value assumed to be realistic for the rail vehicle.
  • the band maximum value 202 of the speed band 200 is calculated by updating the initial speed value Vout taking into account a minimum vehicle deceleration value assumed to be realistic for the rail vehicle.
  • axle speed values V1 to V4 are below the speed band 200 in the first time period, for example because there is slippage between the wheel and the rail due to poor adhesion; However, this plays no role for the speed band 200 until time t1.
  • the axle speed value V1 of the fastest axle exceeds the band minimum value 201.
  • the rail vehicle is actually faster than would be the case with maximum vehicle deceleration; the rail vehicle is therefore not braked as quickly as is assumed to be the maximum possible.
  • the correction device 12 now modifies the speed band 200 by raising the band minimum value 201 to the axis speed value V1 of the fastest axis.
  • the correction device 12 Since in the second time period between the times t1 and t2 the vehicle speed value Vki of the trained system 11 is still in the speed band 200, the correction device 12 continues to regard the vehicle speed value Vki as plausible and outputs it as the speed estimate Vfinal of the estimation device 10.
  • the vehicle speed value Vki reaches the band minimum value 201. Since the correction device 12 assumes that the speed of the rail vehicle cannot be less than the highest axle speed value V1 or the band minimum value 201, the correction device 12 now corrects the vehicle speed value Vki of the trained system 11 by raising it to the band minimum value 201. In the third time period between times t2 and t3, the band minimum value 201 is thus output as the speed estimate value Vfinal of the estimation device 10.
  • the Figure 4 shows an exemplary embodiment of an estimating device 10 according to the invention, in which a trained artificial intelligence system 11 calculates a vehicle acceleration value aki based on measured values E as a reference value. Downstream of the trained system 11 is a correction device 12, which subjects the vehicle acceleration value aki to a plausibility check, taking into account measured values M such as axle speed measurement values and / or axle acceleration measurement values, and corrects the vehicle acceleration value aki if it is considered implausible, and otherwise uncorrected as the vehicle acceleration estimate afinal der Estimator 10 outputs.
  • a correction device 12 Downstream of the trained system 11 calculates a vehicle acceleration value aki based on measured values E as a reference value.
  • a correction device 12 Downstream of the trained system 11 is a correction device 12, which subjects the vehicle acceleration value aki to a plausibility check, taking into account measured values M such as axle speed measurement values and / or axle acceleration measurement values, and corrects the vehicle acceleration value aki if it is considered implausible, and otherwise uncorrect
  • the correction device 12 preferably sees the vehicle acceleration value aki as plausible if the vehicle acceleration value aki is in an axle-related acceleration band. If it is not in this axle-related acceleration band, the correction device 12 corrects the vehicle acceleration value aki, for example by correcting it to a band value of the axle-related acceleration band.
  • the correction device 12 preferably considers the vehicle acceleration value aki to be plausible if it lies in a vehicle-related acceleration band. If it is not in the vehicle-related acceleration band, the correction device 12 corrects the vehicle acceleration value aki by correcting it, for example, to a band value of the vehicle-related acceleration band.
  • the correction device 12 for the plausibility check preferably takes into account an intermediate band, which is increased from the axle-related acceleration band to the vehicle-related band, taking into account a predetermined maximum jerk value.
  • the Figure 5 shows an embodiment of a rail vehicle 500 according to the invention, which is equipped with an estimation device 10, for example an estimation device according to Figure 1, 2 or 4 , is equipped.
  • the estimation device is preferably integrated in a vehicle control unit 510 of the rail vehicle 500.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Regulating Braking Force (AREA)

Abstract

Die Erfindung bezieht sich unter anderem auf eine Schätzeinrichtung (10) zum Schätzen eines eine Bewegungsgröße eines Schienenfahrzeugs (500) beschreibenden Bewegungswerts (Vfinal, afinal). Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Schätzeinrichtung (10) ein angelerntes System (11) künstlicher Intelligenz umfasst, das anhand von Messwerten (M) einen Referenzwert (Vki, aki) errechnet, und dem angelernten System (11) eine Korrektureinrichtung (12) nachgeordnet ist, die den Referenzwert (Vki, aki) prüft und diesen als Bewegungswert (Vfinal, afinal) der Schätzeinrichtung (10) ausgibt, wenn der Referenzwert (Vki, aki) eine Plausibilitätsprüfung besteht, und unter Bildung des Bewegungswerts (Vfinal, afinal) der Schätzeinrichtung (10) korrigiert, wenn der Referenzwert (Vki, aki) die Plausibilitätsprüfung nicht besteht.

Description

  • Im Bereich der Eisenbahntechnik ist es bekannt, Bewegungswerte wie Geschwindigkeitswerte oder Beschleunigungswerte zumindest auch anhand von Achsdrehzahlen zu ermitteln bzw. zu schätzen. Bei schlechten Haftwertverhältnissen (z. B. nassen Schienen oder Laub auf den Schienen) ist eine solche Schätzung jedoch sehr komplex, da bei schlechten Haftwertverhältnissen auch der Einfluss von Gleit- und Schleuderschutzregelungen zu berücksichtigen ist, die bei Schienenfahrzeugen üblich sind und auf die Radrotation und damit auf die gemessenen Achsgeschwindigkeiten einwirken.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schätzeinrichtung zum Schätzen eines eine Bewegungsgröße eines Schienenfahrzeugs beschreibenden Bewegungswerts anzugeben, die der obigen Problematik der komplexen Gesamtsituation Rechnung trägt.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Schätzeinrichtung mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Schätzeinrichtung sind in Unteransprüchen angegeben.
  • Danach ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Schätzeinrichtung ein angelerntes System künstlicher Intelligenz umfasst, das anhand von Messwerten einen Referenzwert errechnet, und dem angelernten System eine Korrektureinrichtung nachgeordnet ist, die den Referenzwert prüft und diesen als Bewegungswert der Schätzeinrichtung ausgibt, wenn der Referenzwert eine Plausibilitätsprüfung besteht, und unter Bildung des Bewegungswerts der Schätzeinrichtung korrigiert, wenn der Referenzwert die Plausibilitätsprüfung nicht besteht.
  • Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Schätzeinrichtung ist darin zu sehen, dass diese zumindest zweistufig ausgeführt ist. Eine erste Stufe wird durch ein angelerntes System künstlicher Intelligenz gebildet, das anhand von Messwerten den Bewegungswert errechnet. Das Anlernen von Systemen künstlicher Intelligenz ist heutzutage allgemein bekannt, sodass auf die diesbezügliche Fachliteratur verwiesen sei. Das Anlernen der ersten Stufe bzw. des Systems künstlicher Intelligenz erfolgt vorzugsweise anhand von Messwerten früherer Messschritte oder auf der Basis von Simulationsergebnissen. Die Genauigkeit bzw. die Sicherheit des von der ersten Stufe erzeugten Bewegungswerts kann jedoch unter Umständen über ein zulässiges Maß hinaus ungewiss oder sogar fehlerbehaftet sein, beispielsweise wenn eine zuvor noch nicht ausreichend trainierte Rad-Schiene-Haftsituation in Kombination mit einem Eingriff einer Gleit- und Schleuderschutzregelung auftritt. Aus diesem Grunde ist erfindungsgemäß die zweite Stufe in Form der Korrektureinrichtung vorgesehen, die die Bewegungswerte der ersten Stufe auf Plausibilität prüft. Die zweite Stufe ermöglicht es somit, das Gesamtsystem bzw. die Schätzeinrichtung insgesamt ohne großen Aufwand auf ein hohes Sicherheitsniveau zu bringen.
  • Vorteilhaft ist es, wenn die Korrektureinrichtung zumindest zwei Achsgeschwindigkeitswerte, die jeweils die Achsgeschwindigkeit einer zugeordneten Achse des Schienenfahrzeugs angeben, berücksichtigt.
  • Bei einer ersten als besonders vorteilhaft angesehenen Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass die Bewegungsgröße die Fahrzeuggeschwindigkeit ist und der Referenzwert des angelernten Systems und der Bewegungswert der Schätzeinrichtung Fahrzeuggeschwindigkeitswerte sind.
  • Bei der ersten Ausführungsvariante ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Korrektureinrichtung den Fahrzeuggeschwindigkeitswert des angelernten Systems als unplausibel ansieht, wenn der Fahrzeuggeschwindigkeitswert während eines Bremsvorgangs kleiner als der höchste vorliegende Achsgeschwindigkeitswert ist und während eines Beschleunigungsvorgangs größer als der kleinste vorliegende Achsgeschwindigkeitswert ist.
  • Auch ist es vorteilhaft, wenn die Korrektureinrichtung den Fahrzeuggeschwindigkeitswert des angelernten Systems als unplausibel ansieht, wenn der aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeitswert während eines Bremsvorgangs kleiner als eine fortgeschriebene höchste Achsgeschwindigkeit ist, deren Abfallgeschwindigkeit durch einen vorgegebenen Fahrzeugverzögerungsmaximalwert begrenzt ist, wobei die Korrektureinrichtung in diesem Falle den Fahrzeuggeschwindigkeitswert des angelernten Systems vorzugsweise dann auf diese begrenzte Achsgeschwindigkeit korrigiert.
  • Auch ist es vorteilhaft, wenn die Korrektureinrichtung den Fahrzeuggeschwindigkeitswert des angelernten Systems als unplausibel ansieht, wenn der aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeitswert während eines Beschleunigungsvorgangs größer als eine fortgeschriebene kleinste Achsgeschwindigkeit ist, deren Anstiegsgeschwindigkeit durch einen vorgegebenen Fahrzeugbeschleunigungsmaximalwert begrenzt ist, wobei die Korrektureinrichtung in diesem Falle den Fahrzeuggeschwindigkeitswert des angelernten Systems dann vorzugsweise auf diese begrenzte Achsgeschwindigkeit korrigiert.
  • Auch kann in vorteilhafter Weise vorgesehen sein, dass die Korrektureinrichtung den Fahrzeuggeschwindigkeitswert des angelernten Systems als unplausibel ansieht, wenn der aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeitswert während eines Bremsvorgangs kleiner als eine fortgeschriebene höchste Achsgeschwindigkeit ist, wobei die fortgeschriebene höchste Achsgeschwindigkeit unter Berücksichtigung eines vorgegebenen Fahrzeugverzögerungsmaximalwerts und des letzten höchsten Achsgeschwindigkeitswerts, der als plausibel eingestuft wurde, errechnet wird; die Korrektureinrichtung korrigiert den Fahrzeuggeschwindigkeitswert des angelernten Systems dann vorzugsweise auf diese fortgeschriebene höchste Achsgeschwindigkeit.
  • Darüber hinaus kann in vorteilhafter Weise vorgesehen sein, dass die Korrektureinrichtung den Fahrzeuggeschwindigkeitswert des angelernten Systems als unplausibel ansieht, wenn der aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeitswert des angelernten Systems während eines Beschleunigungsvorgangs größer als eine fortgeschriebene kleinste Achsgeschwindigkeit ist, wobei die fortgeschriebene kleinste Achsgeschwindigkeit unter Berücksichtigung eines vorgegebenen Fahrzeugbeschleunigungsmaximalwerts und des letzten kleinsten Achsgeschwindigkeitswerts, der als plausibel angesehen wurde, errechnet wird; die Korrektureinrichtung korrigiert den Fahrzeuggeschwindigkeitswert des angelernten Systems dann vorzugsweise auf diese fortgeschriebene kleinste Achsgeschwindigkeit.
  • Die Korrektureinrichtung verarbeitet vorzugsweise ein Eingangssignal, das die Radhaftung auf der Schiene beschreibt, beispielsweise anzeigt, ob die Radhaftung ein vorgegebenes Mindesthaftmaß erreicht oder überschreitet.
  • Von Vorteil ist es auch, wenn die Korrektureinrichtung die Radhaftung auf der Schiene berücksichtigt und unter Heranziehung des größten und kleinsten vorliegenden Achsgeschwindigkeitswerts ein achsbezogenes Band ermittelt, wobei sie bei Vorliegen guter Haftbedingungen den Fahrzeuggeschwindigkeitswert des angelernten Systems als unplausibel ansieht und diesen auf einen Bandwert (z. B. Grenze des Bands oder Wert innerhalb des Bands) des achsbezogenen Bands korrigiert, wenn der Fahrzeuggeschwindigkeitswert außerhalb dieses achsbezogenen Bands liegt.
  • Der größte Achsgeschwindigkeitswert bildet vorzugsweise den Maximalwert bzw. die obere Bandgrenze des achsbezogenen Bands; der kleinste Achsgeschwindigkeitswert bildet vorzugsweise den Minimalwert bzw. die untere Bandgrenze des achsbezogenen Bands.
  • Die Korrektureinrichtung korrigiert den Fahrzeuggeschwindigkeitswert des angelernten Systems vorzugsweise auf den höchsten vorliegenden Achsgeschwindigkeitswert, also auf den Bandmaximalwert, wenn der Fahrzeuggeschwindigkeitswert während eines Bremsvorgangs außerhalb des achsbezogenen Bands liegt.
  • Alternativ kann bei guten Haftbedingungen vorgesehen sein, dass die Korrektureinrichtung den Fahrzeuggeschwindigkeitswert auf die Mitte des achsbezogenen Bands korrigiert, wenn der Fahrzeuggeschwindigkeitswert des angelernten Systems - unabhängig vom Fahrzeugzustand (Beschleunigen, Bremsen, Rollen) - außerhalb des achsbezogenen Bands liegt; denn bei guten Haftbedingungen entsprechen alle Achsgeschwindigkeiten weitestgehend (abgesehen von Messfehlern, Rauschen) der realen Fahrzeuggeschwindigkeit, sodass das achsbezogene Band sehr eng ist.
  • Die Korrektureinrichtung korrigiert den Fahrzeuggeschwindigkeitswert des angelernten Systems vorzugsweise auf den kleinsten vorliegenden Achsgeschwindigkeitswert, also auf den Bandminimalwert, wenn der Fahrzeuggeschwindigkeitswert während eines Beschleunigungsvorgangs außerhalb des achsbezogenen Bands liegt.
  • Auch ist es vorteilhaft, wenn die Korrektureinrichtung den Fahrzeuggeschwindigkeitswert des angelernten Systems unter Berücksichtigung zumindest eines derjenigen Achsgeschwindigkeitswerte korrigiert, der sich auf eine für eine vorgegebene Mindestzeitspanne kraftfreie Achse bezieht.
  • Bei der letztgenannten Variante kanndie Korrektureinrichtung zusätzlich zum Erhalt zumindest eines Achsgeschwindigkeitswerts, der sich auf eine für eine vorgegebene Mindestzeitspanne kraftfreie Achse bezieht, vorzugsweise ein Steuersignal erzeugen, mit dem die Achse für die vorgegebene Mindestzeitspanne kraftfrei geschaltet wird.
  • Bei Vorliegen schlechter Haftbedingungen ist es vorteilhaft, wenn die Korrektureinrichtung beim Bremsen ein fahrzeugbezogenes Bremsband bestimmt, indem sie den letzten Fahrzeuggeschwindigkeitswert, der bei Vorliegen guter Haftbedingungen als plausibel angesehen oder von der Korrektureinrichtung durch Korrektur ermittelt worden ist, unter Berücksichtigung eines Fahrzeugverzögerungsmaximalwerts und eines Fahrzeugverzögerungsminimalwerts fortschreibt.
  • Die Korrektureinrichtung korrigiert den Fahrzeuggeschwindigkeitswert des angelernten Systems vorzugsweise, indem sie beim Bremsen den Fahrzeuggeschwindigkeitswert auf den Maximalwert des Bremsbands reduziert, sofern der Fahrzeuggeschwindigkeitswert den Maximalwert des Bremsbands überschreitet, und auf den Minimalwert des Bremsbands erhöht, sofern der Fahrzeuggeschwindigkeitswert den Minimalwert des Bremsbands unterschreitet.
  • Bei Vorliegen schlechter Haftbedingungen ist es außerdem vorteilhaft, wenn die Korrektureinrichtung beim Beschleunigen ein fahrzeugbezogenes Beschleunigungsband bestimmt, indem sie den letzten Fahrzeuggeschwindigkeitswert, der bei Vorliegen guter Haftbedingungen als plausibel angesehen oder von der Korrektureinrichtung durch Korrektur ermittelt worden ist, unter Berücksichtigung eines Fahrzeugbeschleunigungsmaximalwerts und eines Fahrzeugbeschleunigungsminimalwerts fortschreibt.
  • Die Korrektureinrichtung korrigiert den Fahrzeuggeschwindigkeitswert des angelernten Systems vorzugsweise, indem sie beim Beschleunigen den Fahrzeuggeschwindigkeitswert auf den Maximalwert des Beschleunigungsbands reduziert, sofern der Fahrzeuggeschwindigkeitswert den Maximalwert des Beschleunigungsbands überschreitet, und auf den Minimalwert des Beschleunigungsbands erhöht, sofern der Fahrzeuggeschwindigkeitswert den Minimalwert des Beschleunigungsbands unterschreitet.
  • Die Korrektureinrichtung errechnet den Fahrzeugverzögerungsminimalwert und den Fahrzeugbeschleunigungsminimalwert vorzugsweise in Abhängigkeit von zumindest einem Beschleunigungsmesswert.
  • Bei einer zweiten als besonders vorteilhaft angesehenen Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass die Bewegungsgröße die Fahrzeugbeschleunigung ist und der Referenzwert des angelernten Systems und der Bewegungswert der Schätzeinrichtung Fahrzeugbeschleunigungswerte sind.
  • Bei Vorliegen schlechter Haftbedingungen sieht die Korrektureinrichtung den Fahrzeugbeschleunigungswert des angelernten Systems vorzugsweise als plausibel an, wenn der Fahrzeugbeschleunigungswert in einem fahrzeugbezogenen Band liegt.
  • Die Korrektureinrichtung begrenzt - zumindest bei schlechten Haftbedingungen - den Fahrzeugbeschleunigungswert des angelernten Systems betragsmäßig vorzugsweise nach unten auf einen Minimalwert (untere Bandgrenze) des vorgegebenen fahrzeugbezogenen Bandes und nach oben auf einen Maximalwert (obere Bandgrenze) des fahrzeugbezogenen Bandes, wenn der Fahrzeugbeschleunigungswert außerhalb des fahrzeugbezogenen Bandes liegt. Der Minimal- und Maximalwert des fahrzeugbezogenen Bandes hängen vorzugsweise jeweils davon ab, ob das Fahrzeug beschleunigt oder verzögert. Der Minimalwert des fahrzeugbezogenen Bandes entspricht beim Bremsen einer erwarteten Minimalverzögerung des Schienenfahrzeugs und beim Beschleunigen einer erwarteten Minimalbeschleunigung des Schienenfahrzeugs; der Maximalwert des fahrzeugbezogenen Bandes entspricht beim Bremsen einer erwarteten Maximalverzögerung des Schienenfahrzeugs und beim Beschleunigen einer erwarteten Maximalbeschleunigung des Schienenfahrzeugs.
  • Vorteilhaft ist es darüber hinaus, wenn die Korrektureinrichtung zumindest zwei Achsgeschwindigkeitswerte, die jeweils die Achsgeschwindigkeit einer zugeordneten Achse des Schienenfahrzeugs angeben, berücksichtigt und mit den Achsgeschwindigkeitswerten Achsbeschleunigungswerte errechnet, wobei der größte errechnete Achsbeschleunigungswert und der kleinste errechnete Achsbeschleunigungswert ein achsbezogenes Beschleunigungsband bilden.
  • Bei Vorliegen guter Haftbedingungen sieht die Korrektureinrichtung den Fahrzeugbeschleunigungswert des angelernten Systems vorzugsweise als plausibel an, wenn der Fahrzeugbeschleunigungswert in dem achsbezogenen Beschleunigungsband liegt. Andernfalls, wenn also der Fahrzeugbeschleunigungswert nicht in dem achsbezogenen Beschleunigungsband liegt und somit also unplausibel ist, korrigiert sie den Fahrzeugbeschleunigungswert des angelernten Systems vorzugsweise auf einen Bandwert (Grenze oder Wert innerhalb des Bands) des achsbezogenen Bands.
  • Beim Übergang von guten zu schlechten Haftbedingungen berücksichtigt die Korrektureinrichtung zur Plausibilitätsprüfung vorzugsweise ein Zwischenband, das ausgehend von dem achsbezogenen Beschleunigungsband auf das fahrzeugbezogene Band unter Berücksichtigung eines vorgegebenen Maximalruckwertes vergrößert wird.
  • Auch ist es vorteilhaft, wenn die Korrektureinrichtung den Fahrzeugbeschleunigungswert des angelernten Systems unter Berücksichtigung zumindest eines derjenigen Achsbeschleunigungswerte korrigiert, der sich auf eine für eine vorgegebene Mindestzeitspanne kraftfreie Achse bezieht. Die Korrektureinrichtung kann zusätzlich zum Erhalt zumindest eines Achsbeschleunigungswerts, der sich auf eine für eine vorgegebene Mindestzeitspanne kraftfreie Achse bezieht, vorzugsweise ein Steuersignal erzeugen, mit dem die Achse für die vorgegebene Mindestzeitspanne kraftfrei geschaltet wird.
  • Die Erfindung bezieht sich außerdem auf ein Verfahren zum Schätzen eines eine Bewegungsgröße eines Schienenfahrzeugs beschreibenden Bewegungswerts. Erfindungsgemäß ist bezüglich eines solchen Verfahrens vorgesehen, dass mit einem angelernten System künstlicher Intelligenz anhand von Messwerten ein Referenzwert errechnet wird, der Referenzwert unverändert gelassen und als Bewegungswert ausgegeben wird, wenn der Referenzwert eine Plausibilitätsprüfung besteht, und der Referenzwert unter Bildung des Bewegungswerts korrigiert wird, wenn der Referenzwert die Plausibilitätsprüfung nicht besteht.
  • Bezüglich der Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens und dessen vorteilhafter Ausgestaltungen sei auf die obigen Ausführungen im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Schätzeinrichtung und deren vorteilhafter Ausgestaltungen verwiesen.
  • Die Erfindung bezieht sich außerdem auf ein Schienenfahrzeug. Erfindungsgemäß ist bezüglich des Schienenfahrzeugs vorgesehen, dass dieses eine Schätzeinrichtung - wie oben beschrieben - aufweist und/oder dazu ausgestaltet ist, ein Verfahren wie oben beschrieben - auszuführen.
  • Die Erfindung bezieht sich außerdem auf ein Computerprogrammprodukt. Erfindungsgemäß ist bezüglich des Computerprogrammprodukts vorgesehen, dass dieses bei Ausführung durch eine Recheneinrichtung die Recheneinrichtung veranlasst, ein Verfahren wie oben beschrieben auszuführen und/oder mit der Recheneinrichtung eine Schätzeinrichtung wie oben beschrieben zu bilden.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert; dabei zeigen beispielhaft
  • Figur 1
    ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Schätzeinrichtung zum Ermitteln eines Geschwindigkeitsschätzwertes,
    Figur 2
    eine vorteilhafte technische Realisierung der Schätzeinrichtung gemäß Figur 1,
    Figur 3
    anhand eines beispielhaften Bremsvorgangs eine vorteilhafte Arbeitsweise der Schätzeinrichtung gemäß den Figuren 1 und 2,
    Figur 4
    ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Schätzeinrichtung, die einen Fahrzeugbeschleunigungswert ausgibt, und
    Figur 5
    ein Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Schienenfahrzeug, das mit einer Schätzeinrichtung, beispielsweise einer Schätzeinrichtung gemäß Figur 1, 2 oder 4 ausgestattet ist.
  • In den Figuren werden der Übersicht halber für identische oder vergleichbare Komponenten dieselben Bezugszeichen verwendet.
  • Die Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Schätzeinrichtung 10 zum Ermitteln eines die Geschwindigkeit eines Schienenfahrzeugs beschreibenden Bewegungswerts in Form eines Geschwindigkeitsschätzwertes Vfinal.
  • Die Schätzeinrichtung umfasst ein angelerntes System 11 künstlicher Intelligenz, das anhand von Messwerten E als Referenzwert einen Fahrzeuggeschwindigkeitswert Vki errechnet. Dem angelernten System 11 künstlicher Intelligenz nachgeordnet ist eine Korrektureinrichtung 12, die den Fahrzeuggeschwindigkeitswert Vki des angelernten Systems 11 unter Einbezug von Messwerten M, wie beispielsweise Achsgeschwindigkeitsmesswerten und/oder Achsbeschleunigungsmesswerten, einer Plausibilitätsprüfung unterzieht.
  • Die Messwerte E, die das angelernte System 11 verarbeitet, und die Messwerte M, die die Korrektureinrichtung 12 verarbeitet, können identisch sein; alternativ können sich die Messwerte E und die Messwerte M unterscheiden.
  • Wird die Plausibilitätsprüfung bestanden, so gibt die Korrektureinrichtung 12 den Fahrzeuggeschwindigkeitswert Vki des angelernten Systems 11 als finalen Bewegungswert in Form des Geschwindigkeitsschätzwerts Vfinal der Schätzeinrichtung 10 aus. Falls der Fahrzeuggeschwindigkeitswert Vki des angelernten Systems 11 die Plausibilitätsprüfung nicht besteht, so korrigiert die Korrektureinrichtung 12 den Fahrzeuggeschwindigkeitswert Vki und gibt den korrigierten Fahrzeuggeschwindigkeitswert als Geschwindigkeitsschätzwert Vfinal der Schätzeinrichtung 10 aus.
  • Die Figur 2 zeigt eine vorteilhafte technische Realisierung der Schätzeinrichtung 10 gemäß Figur 1. Die Schätzeinrichtung 10 wird durch eine Recheneinrichtung 100 und einen Speicher 110 gebildet. In dem Speicher 110 ist ein Softwaremodul 111 abgespeichert, das bei Ausführung durch die Recheneinrichtung 100 das angelernte System 11 bildet. Ein in dem Speicher 110 abgespeichertes Softwaremodul 112 bildet bei Ausführung durch die Recheneinrichtung 100 die Korrektureinrichtung 12.
  • Die Figur 3 erläutert anhand eines beispielhaften Bremsvorgangs eine vorteilhafte Arbeitsweise der Korrektureinrichtung 12. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 verarbeitet die Korrektureinrichtung 12 als Messwerte M Achsgeschwindigkeitswerte V1, V2, V3 und V4, die die gemessenen Achsgeschwindigkeiten von vier Achsen des Schienenfahrzeugs angegeben.
  • Ausgehend von einem Ausgangsgeschwindigkeitswert Vaus, der die Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs zu Beginn des Bremsvorgangs beschreibt, ermittelt die Korrektureinrichtung 12 ein Geschwindigkeitsband 200, das durch einen Bandminimalwert 201 und einen Bandmaximalwert 202 begrenzt wird. Als Ausgangsgeschwindigkeitswert Vaus kann beispielsweise der größte der vier Achsgeschwindigkeitswerte V1, V2, V3 und V4 herangezogen werden.
  • Der Bandminimalwert 201 des Geschwindigkeitsbands 200 wird zunächst durch Fortschreibung des Ausgangsgeschwindigkeitswerts Vaus unter Berücksichtigung eines für das Schienenfahrzeug als realistisch angenommenen Fahrzeugverzögerungsmaximalwerts errechnet. Der Bandmaximalwert 202 des Geschwindigkeitsbands 200 wird durch Fortschreibung des Ausgangsgeschwindigkeitswerts Vaus unter Berücksichtigung eines für das Schienenfahrzeug als realistisch angenommenen Fahrzeugverzögerungsminimalwerts errechnet.
  • Bei dem in der Figur 3 beispielhaft gezeigten Szenario wird davon ausgegangen, dass der Fahrzeuggeschwindigkeitswert Vki in dem ersten Zeitabschnitt zwischen dem Beginn (Zeitpunkt t0) des Bremsvorgangs und einem Zeitpunkt t1 in dem Geschwindigkeitsband 200 liegt. Die Korrektureinrichtung 12 sieht den Fahrzeuggeschwindigkeitswert Vki daher als plausibel an und gibt diesen als Geschwindigkeitsschätzwert Vfinal der Schätzeinrichtung 10 aus.
  • Die Achsgeschwindigkeitswerte V1 bis V4 liegen im ersten Zeitabschnitt unterhalb des Geschwindigkeitsbands 200, beispielsweise weil es einen Schlupf zwischen Rad und Schiene aufgrund schlechter Haftung gibt; dies spielt jedoch für das Geschwindigkeitsband 200 bis zum Zeitpunkt t1 keine Rolle.
  • In dem nachfolgenden zweiten Zeitabschnitt zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 überschreitet der Achsgeschwindigkeitswert V1 der schnellsten Achse den Bandminimalwert 201. Dies bedeutet, dass das Schienenfahrzeug tatsächlich schneller ist, als dies bei maximaler Fahrzeugverzögerung der Fall wäre; das Schienenfahrzeug wird also nicht so schnell gebremst, wie es als maximal möglich angenommen wird. Aus diesem Grunde modifiziert die Korrektureinrichtung 12 nun das Geschwindigkeitsband 200, indem es den Bandminimalwert 201 anhebt, und zwar auf den Achsgeschwindigkeitswert V1 der schnellsten Achse.
  • Da in dem zweiten Zeitabschnitt zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 der Fahrzeuggeschwindigkeitswert Vki des angelernten Systems 11 immer noch in dem Geschwindigkeitsband 200 liegt, sieht die Korrektureinrichtung 12 den Fahrzeuggeschwindigkeitswert Vki weiterhin als plausibel an und gibt diesen als Geschwindigkeitsschätzwert Vfinal der Schätzeinrichtung 10 aus.
  • Zum Zeitpunkt t2 erreicht der Fahrzeuggeschwindigkeitswert Vki den Bandminimalwert 201. Da die Korrektureinrichtung 12 davon ausgeht, dass die Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs nicht kleiner sein kann als der höchste Achsgeschwindigkeitswert V1 bzw. der Bandminimalwert 201, korrigiert die Korrektureinrichtung 12 nun den Fahrzeuggeschwindigkeitswert Vki des angelernten Systems 11, indem sie diesen auf den Bandminimalwert 201 anhebt. In dem dritten Zeitabschnitt zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 wird als Geschwindigkeitsschätzwert Vfinal der Schätzeinrichtung 10 somit der Bandminimalwert 201 ausgegeben.
  • In einem nachfolgenden vierten Zeitabschnitt, der durch die Zeitpunkte t3 und t4 in Figur 3 begrenzt ist, vergrößert sich das Geschwindigkeitsband 200 wieder aufgrund des Abfalls des Achsgeschwindigkeitswerts V1 der schnellsten Achse, sodass der Fahrzeuggeschwindigkeitswert Vki des angelernten Systems 11 nun wieder in dem Geschwindigkeitsband 200 liegt und als Geschwindigkeitsschätzwert Vfinal der Schätzeinrichtung 10 ausgegeben wird.
  • Die oben im Zusammenhang mit der Figur 3 beispielhaft beschriebenen Prinzipien einer Plausibilitätsprüfung und Korrektur können analog für Beschleunigungsvorgänge angewandt werden.
  • Die Figur 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Schätzeinrichtung 10, bei der ein angelerntes System 11 künstlicher Intelligenz anhand von Messwerten E als Referenzwert einen Fahrzeugbeschleunigungswert aki errechnet. Dem angelernten System 11 nachgeordnet ist eine Korrektureinrichtung 12, die den Fahrzeugbeschleunigungswert aki unter Einbezug von Messwerten M wie beispielsweise Achsgeschwindigkeitsmesswerten und/oder Achsbeschleunigungsmesswerten, einer Plausibilitätsprüfung unterzieht und den Fahrzeugbeschleunigungswert aki korrigiert, wenn er als unplausibel angesehen wird, und andernfalls unkorrigiert als Fahrzeugbeschleunigungsschätzwert afinal der Schätzeinrichtung 10 ausgibt.
  • Bezüglich der Arbeitsweise der Korrektureinrichtung 12 gemäß Figur 4 gelten die obigen im Zusammenhang mit der Figur 3 beispielhaft erläuterten Prinzipien entsprechend, wenn anstelle von Geschwindigkeitsbändern Beschleunigungsbänder herangezogen werden.
  • Bei Vorliegen guter Haftbedingungen sieht die Korrektureinrichtung 12 den Fahrzeugbeschleunigungswert aki vorzugsweise als plausibel an, wenn der Fahrzeugbeschleunigungswert aki in einem achsbezogenen Beschleunigungsband liegt. Liegt er nicht in diesem achsbezogenen Beschleunigungsband, so korrigiert die Korrektureinrichtung 12 den Fahrzeugbeschleunigungswert aki, indem sie ihn beispielsweise auf einen Bandwert des achsbezogenen Beschleunigungsbands korrigiert.
  • Bei Vorliegen schlechter Haftbedingungen sieht die Korrektureinrichtung 12 den Fahrzeugbeschleunigungswert aki vorzugsweise als plausibel an, wenn er in einem fahrzeugbezogenen Beschleunigungsband liegt. Liegt er nicht in dem fahrzeugbezogenen Beschleunigungsband, so korrigiert die Korrektureinrichtung 12 den Fahrzeugbeschleunigungswert aki, indem sie ihn beispielsweise auf einen Bandwert des fahrzeugbezogenen Beschleunigungsbands korrigiert.
  • Im Falle eines Übergangs von guten zu schlechten Haftbedingungen berücksichtigt die Korrektureinrichtung 12 zur Plausibilitätsprüfung vorzugsweise ein Zwischenband, das ausgehend von dem achsbezogenen Beschleunigungsband auf das fahrzeugbezogene Band unter Berücksichtigung eines vorgegebenen Maximalruckwertes vergrößert wird.
  • Die Figur 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Schienenfahrzeug 500, das mit einer Schätzeinrichtung 10, beispielsweise einer Schätzeinrichtung gemäß Figur 1, 2 oder 4, ausgestattet ist. Die Schätzeinrichtung ist vorzugsweise in einem Fahrzeugsteuergerät 510 des Schienenfahrzeugs 500 integriert.
  • Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele können einzelne oder mehrere der nachfolgend stichpunktartig aufgeführten Vorteile bzw. Eigenschaften aufweisen:
    • Das System 11 künstlicher Intelligenz basiert vorzugsweise auf Intelligenz (KI) mittels Machine Learning, z. B. auf der Basies eines neuronalen Netzes. Der KI werden als Eingangsgrößen vorzugsweise die Achdrehzahlen oder Achsgeschwindigkeiten, ggf. noch ein Beschleunigungssignal, übergeben und aus diesen Messwerten zzgl. deren Zeitverlauf in der Vergangenheit ermittelt die KI vorzugsweise die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit. Die KI wird vorzugsweise mit zahlreichen Messdaten aus bestehenden Projekten trainiert und kann mit neu hinzukommenden Messdaten weiter trainiert/verbessert werden. Das Kriterium für das Training ist eine möglichst geringe Abweichung zur realen Fahrzeuggeschwindigkeit, wobei z. B. aus Sicht Bremse eine Abweichung nach unten hin unkritischer ist als eine Abweichung nach oben. D. h. das Kriterium zum Trainieren kann abhängig von der Anwendung sein. Denkbar ist auch, die KI im Betrieb immer weiter lernen zu lassen, z. B. mit einer aus zugweiten Größen ermittelten, aber nicht immer verfügbaren Fahrzeuggeschwindigkeit. Damit könnte die Genauigkeit im Betrieb weiter verbessert werden. Auch kann die KI im Labor trainiert und das fertig trainierte Netz dann in die Steuerung integriert werden, sodass das Verhalten auf der Steuerung reproduzierbar bleibt. Für sicherheitsrelevante Funktionen kann ein Training auf dem Fahrzeug denkbar sein, wenn das Ergebnis der KI dafür noch nachgelagert plausibilisiert bzw. im Wertebereich begrenzt wird. Unter Einbeziehung weiterer im Zug/Wagen/Fahrzeug verfügbaren Messgrößen wie die Beladung, die Bremskraft und/oder die Soll-Verzögerung könnte das Ergebnis der KI ebenfalls weiter verbessert werden.
    • Für die Plausibilitätsprüfung und Korrektur werden vorzugsweise folgende Kriterien herangezogen:
      • Kriterium 1: Die Referenzgeschwindigkeit muss beim Bremsen immer mindestens so groß sein wie die schnellste Achse, beim Beschleunigen höchstens so groß sein wie die langsamste Achse.
      • Kriterium 2: Die Begrenzung aus Kriterium 1 gilt auch für fiktive Achsgeschwindigkeiten, die aus dem Gradienten (entspricht maximaler physikalisch möglicher Fahrzeugverzögerung bzw. -beschleunigung) der schnellsten bzw langsamsten Achse gebildet werden.
      • Kriterium 3: Wenn erkannt wird, dass keine schlechten Haftwertbedingungen vorliegen bzw. die Achsgeschwindigkeiten der Fahrzeuggeschwindigkeit weitestgehend entsprechen (z. B. bei trockener Schiene), dann muss die Referenzgeschwindigkeit zwischen der schnellsten und der langsamsten Achse liegen. Zusätzlich kann die Referenzgeschwindigkeit auf oder in Richtung einer Achsgeschwindigkeit korrigiert werden, deren Achse eine gewisse Mindestzeit kräftefrei ist. Bei zu großem Abstand der Begrenzungen kann durch entsprechende Steuersignale eine Achse für diese Mindestzeit kräftefrei geschaltet werden.
      • Kriterium 4: Wenn Kriterium 3 nicht mehr erfüllt ist, also schlechte Haftbedingungen vorliegen, darf sich die Referenzgeschwindigkeit nur innerhalb eines gewissen Gradienten (entspricht maximaler physikalisch möglicher Fahrzeugverzögerung oder -beschleunigung) bewegen, ausgehend von dem Geschwindigkeitsband auf dem die Referenzgeschwindigkeit eingeschränkt war, als Kriterium 3 noch erfüllt war. Kriterium 5: Wenn Kriterium 3 nicht mehr erfüllt ist, also schlechte Haftbedingungen vorliegen, muss beim Beschleunigen/Bremsen eine Mindestbeschleunigung/-Verzögerung der Referenzgeschwindigkeit erfüllt sein, ausgehend vom Geschwindigkeitsband, als Kriterium 3 noch erfüllt war. Grundlage für diese Mindestbeschleunigung bzw. Verzögerung kann auch ein gemessenes Beschleunigungssignal sein.
    • Die für die Begrenzungen verwendete physikalisch mögliche Fahrzeugbeschleunigung bzw. Verzögerung kann auch situationsabhängig angepasst werden. Z. B. wird bei Not- oder Schnellbremse vorzugsweise eine betragsmäßig höhere Verzögerung angenommen als bei reiner Betriebsbremse. Wenn die Stellung des Fahr- oder -Bremskraftstellers mit einem passenden Sicherheitsniveau zur Verfügung steht, kann aus dessen Auslenkung ebenfalls die betragsmäßig maximal mögliche Fahrzeugbeschleunigung genauer ermittelt werden.
    • Mit den gleichen Methoden kann auch die für manche Anwendungen relevante Größe der Fahrzeugbeschleunigung ermittelt werden (schließt auch eine Verzögerung als negative Beschleunigung ein). Hier gibt es dann nachgelagert beispielsweise folgende Kriterien:
      • Kriterium 1: Die durch die KI ermittelte Beschleunigung wird vorzugsweise auf die physikalisch mögliche Fahrzeugbeschleunigung begrenzt.
      • Kriterium 2: Wenn gute Haftwertbedingungen erkannt werden, wird die Beschleunigung aus der KI auf den Wertebereich der aus den gemessenen Achsdrehzahlen ermittelten Beschleunigungen eingegrenzt. Bei kräftefreien Achsen kann die Beschleunigung analog zu oben auf oder in Richtung der entsprechenden Achsbeschleunigung gesetzt werden. Kriterium 3: Der Übergang von der Begrenzung aus Kriterium 2 und 3 kann noch gerampt werden, wobei die Steilheitsbegrenzung auf Grundlage des maximal physikalisch möglichen Rucks (Änderung der Beschleunigung pro Zeit) des Fahrzeugs gebildet wird, ggf. auch unter Berücksichtigung der Betriebsart des Fahrzeugs.
    • Ein Vorteil der obigen Ausführungsbeispiele ist, dass durch die Nutzung einer künstlichen Intelligenz bei gleichen Eingangsgrößen die Güte der ermittelten Referenzgeschwindigkeit und -beschleunigung, also eine möglichst kleine Abweichung zur realen Fahrzeuggeschwindigkeit und - beschleunigung, verbessert werden kann. Dies ist u. a. dadurch begründet, dass durch die Automatisierung des Trainings in relativ kurzer Zeit große Datenmengen und damit eine Vielzahl an Szenarien berücksichtigt werden können. Insbesondere kann durch ein automatisiertes Training der KI mit der großen Anzahl an realen Fahrdaten eine Vielzahl unterschiedlicher und ggf. neu hinzukommender Szenarien bei neuen Daten in kurzer Zeit (da automatisiert) berücksichtigt werden. Der bei aktuellen Lösungen teilweise große Aufwand, mit hohem Expertenwissen (nachträglich) zusätzliche Szenarien bzw. Signalverläufe im Algorithmus zu berücksichtigen, fällt damit großteils weg. Die für die Referenzgeschwindigkeitsbildung nützliche Grö-ße des zeitlichen Verlaufs der Achsdrehzahlen in der Vergangenheit und ggf. neu hinzukommende Eingangsgrößen können in der KI deutlich einfacher und mit deutlich weniger Expertenwissen (durch automatisiertes Training) berücksichtigt werden als in den anderen Lösungen.
  • Abschließend sei erwähnt, dass die Merkmale aller oben beschriebenen Ausführungsbeispiele untereinander in beliebiger Weise kombiniert werden können, um weitere andere Ausführungsbeispiele der Erfindung zu bilden.
  • Auch können alle Merkmale von Unteransprüchen jeweils für sich mit jedem der nebengeordneten Ansprüche kombiniert werden, und zwar jeweils für sich allein oder in beliebiger Kombination mit einem oder anderen Unteransprüchen, um weitere andere Ausführungsbeispiele zu erhalten.

Claims (16)

  1. Schätzeinrichtung (10) zum Schätzen eines eine Bewegungsgröße eines Schienenfahrzeugs (500) beschreibenden Bewegungswerts (Vfinal, afinal),
    dadurch gekennzeichnet, dass
    - die Schätzeinrichtung (10) ein angelerntes System (11) künstlicher Intelligenz umfasst, das anhand von Messwerten (M) einen Referenzwert (Vki, aki) errechnet, und
    - dem angelernten System (11) eine Korrektureinrichtung (12) nachgeordnet ist, die den Referenzwert (Vki, aki) prüft und diesen als Bewegungswert (Vfinal, afinal) der Schätzeinrichtung (10) ausgibt, wenn der Referenzwert (Vki, aki) eine Plausibilitätsprüfung besteht, und unter Bildung des Bewegungswerts (Vfinal, afinal) der Schätzeinrichtung (10) korrigiert, wenn der Referenzwert (Vki, aki) die Plausibilitätsprüfung nicht besteht.
  2. Schätzeinrichtung (10) nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Korrektureinrichtung (12) zumindest zwei Achsgeschwindigkeitswerte (V1-V4), die jeweils die Achsgeschwindigkeit einer zugeordneten Achse des Schienenfahrzeugs (500) angeben, berücksichtigt.
  3. Schätzeinrichtung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Bewegungsgröße die Fahrzeuggeschwindigkeit ist und der Referenzwert (Vki) des angelernten Systems (11) und der Bewegungswert (Vfinal) der Schätzeinrichtung (10) Fahrzeuggeschwindigkeitswerte sind.
  4. Schätzeinrichtung (10) nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    - die Korrektureinrichtung (12) den Fahrzeuggeschwindigkeitswert des angelernten Systems (11) als unplausibel ansieht, wenn der aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeitswert während eines Bremsvorgangs kleiner als eine höchste Achsgeschwindigkeit ist, deren Abfallgeschwindigkeit durch einen vorgegebenen Fahrzeugverzögerungsmaximalwert begrenzt ist, und die Korrektureinrichtung (12) den Fahrzeuggeschwindigkeitswert des angelernten Systems (11) dann auf diese begrenzte höchste Achsgeschwindigkeit korrigiert, und/oder
    - die Korrektureinrichtung (12) den Fahrzeuggeschwindigkeitswert des angelernten Systems (11) als unplausibel ansieht, wenn der aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeitswert während eines Beschleunigungsvorgangs größer als eine kleinste Achsgeschwindigkeit ist, deren Anstiegsgeschwindigkeit durch einen vorgegebenen Fahrzeugbeschleunigungsmaximalwert begrenzt ist, und die Korrektureinrichtung (12) den Fahrzeuggeschwindigkeitswert des angelernten Systems (11) dann auf diese begrenzte kleinste Achsgeschwindigkeit korrigiert.
  5. Schätzeinrichtung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche 3 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    - die Korrektureinrichtung (12) die Radhaftung auf der Schiene berücksichtigt und unter Heranziehung des größten und kleinsten vorliegenden Achsgeschwindigkeitswerts ein achsbezogenes Band ermittelt,
    - wobei sie bei Vorliegen guter Haftbedingungen den Fahrzeuggeschwindigkeitswert als unplausibel ansieht und diesen auf einen Bandwert des achsbezogenen Bands korrigiert, wenn der Fahrzeuggeschwindigkeitswert des angelernten Systems (11) außerhalb dieses achsbezogenen Bands liegt.
  6. Schätzeinrichtung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche 3 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Korrektureinrichtung (12) den Fahrzeuggeschwindigkeitswert des angelernten Systems (11) unter Berücksichtigung zumindest eines derjenigen Achsgeschwindigkeitswerte (V1-V4) korrigiert, der sich auf eine für eine vorgegebene Mindestzeitspanne kraftfreie Achse bezieht.
  7. Schätzeinrichtung (10) nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Korrektureinrichtung (12) zum Erhalt zumindest eines Achsgeschwindigkeitswerts, der sich auf eine für eine vorgegebene Mindestzeitspanne kraftfreie Achse bezieht, ein Steuersignal erzeugt, mit dem die Achse für die vorgegebene Mindestzeitspanne kraftfrei geschaltet wird.
  8. Schätzeinrichtung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche 3 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Korrektureinrichtung (12) bei Vorliegen schlechter Haftbedingungen
    - beim Bremsen ein fahrzeugbezogenes Bremsband bestimmt, indem sie den letzten Fahrzeuggeschwindigkeitswert, der bei Vorliegen guter Haftbedingungen als plausibel angesehen oder von der Korrektureinrichtung (12) durch Korrektur ermittelt worden ist, unter Berücksichtigung eines Fahrzeugverzögerungsmaximalwerts und eines Fahrzeugverzögerungsminimalwerts fortschreibt, und/oder
    - beim Beschleunigen ein fahrzeugbezogenes Beschleunigungsband bestimmt, indem sie den letzten Fahrzeuggeschwindigkeitswert, der bei Vorliegen guter Haftbedingungen als plausibel angesehen oder von der Korrektureinrichtung (12) durch Korrektur ermittelt worden ist, unter Berücksichtigung eines Fahrzeugbeschleunigungsmaximalwerts und eines Fahrzeugbeschleunigungsminimalwerts fortschreibt.
  9. Schätzeinrichtung (10) nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Korrektureinrichtung (12) den Fahrzeuggeschwindigkeitswert des angelernten Systems (11) korrigiert, indem sie
    - beim Bremsen den Fahrzeuggeschwindigkeitswert des angelernten Systems (11) auf den Maximalwert des Bremsbands reduziert, sofern der Fahrzeuggeschwindigkeitswert den Maximalwert des Bremsbands überschreitet, und auf den Minimalwert des Bremsbands erhöht, sofern der Fahrzeuggeschwindigkeitswert des angelernten Systems (11) den Minimalwert des Bremsbands unterschreitet, und/oder
    - beim Beschleunigen den Fahrzeuggeschwindigkeitswert des angelernten Systems (11) auf den Maximalwert des Beschleunigungsbands reduziert, sofern der Fahrzeuggeschwindigkeitswert des angelernten Systems (11) den Maximalwert des Beschleunigungsbands überschreitet, und auf den Minimalwert des Beschleunigungsbands erhöht, sofern der Fahrzeuggeschwindigkeitswert den Minimalwert des Beschleunigungsbands unterschreitet.
  10. Schätzeinrichtung (10) nach Anspruch 8 oder 9,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Korrektureinrichtung (12) den Fahrzeugverzögerungsminimalwert und den Fahrzeugbeschleunigungsminimalwert in Abhängigkeit von zumindest einem Beschleunigungsmesswert errechnet.
  11. Schätzeinrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Bewegungsgröße die Fahrzeugbeschleunigung ist und der Referenzwert (aki) des angelernten Systems (11) und der Bewegungswert (afinal) der Schätzeinrichtung (10) Fahrzeugbeschleunigungswerte sind.
  12. Schätzeinrichtung (10) nach Anspruch 11,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    - die Korrektureinrichtung (12) zumindest zwei Achsgeschwindigkeitswerte (V1-V4), die jeweils die Achsgeschwindigkeit einer zugeordneten Achse des Schienenfahrzeugs (500) angeben, berücksichtigt und mit den Achsgeschwindigkeitswerten Achsbeschleunigungswerte errechnet, wobei der größte errechnete Achsbeschleunigungswert und der kleinste errechnete Achsbeschleunigungswert ein achsbezogenes Band bilden,
    - die Korrektureinrichtung (12) bei Vorliegen guter Haftbedingungen den Fahrzeugbeschleunigungswert als plausibel ansieht, wenn der Fahrzeugbeschleunigungswert in dem achsbezogenen Band liegt und andernfalls den Fahrzeugbeschleunigungswert auf einen Bandwert des achsbezogenen Bands korrigiert,
    - die Korrektureinrichtung (12) bei Vorliegen schlechter Haftbedingungen den Fahrzeugbeschleunigungswert als plausibel ansieht, wenn der Fahrzeugbeschleunigungswert in einem vorgegebenen fahrzeugbezogenen Band liegt, und
    - die Korrektureinrichtung (12) beim Übergang von guten zu schlechten Haftbedingungen zur Plausibilitätsprüfung ein Zwischenband berücksichtigt, das ausgehend von dem achsbezogenen Beschleunigungsband auf das fahrzeugbezogene Band unter Berücksichtigung eines vorgegebenen Maximalruckwertes vergrößert wird.
  13. Schätzeinrichtung (10) nach Anspruch 11 oder 12,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Korrektureinrichtung (12) bei schlechten Haftbedingungen den Fahrzeugbeschleunigungswert betragsmäßig nach unten auf einen Mindestwert des vorgegebenen fahrzeugbezogenen Bandes und nach oben auf einen Maximalwert des fahrzeugbezogenen Bandes begrenzt, wobei Mindest- und Maximalwert des fahrzeugbezogenen Bandes vorzugsweise jeweils davon abhängen, ob das Fahrzeug beschleunigt oder verzögert.
  14. Schätzeinrichtung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche 11 bis 13,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Korrektureinrichtung (12) den Fahrzeugbeschleunigungswert unter Berücksichtigung zumindest eines derjenigen Achsbeschleunigungswerte korrigiert, der sich auf eine für eine vorgegebene Mindestzeitspanne kraftfreie Achse bezieht.
  15. Verfahren zum Schätzen eines eine Bewegungsgröße eines Schienenfahrzeugs (500) beschreibenden Bewegungswerts (Vfinal, afinal),
    dadurch gekennzeichnet, dass
    - mit einem angelernten System (11) künstlicher Intelligenz anhand von Messwerten (M) ein Referenzwert (Vki, aki) errechnet wird,
    - der Referenzwert (Vki, aki) unverändert gelassen und als Bewegungswert (Vfinal, afinal) ausgegeben wird, wenn der Referenzwert (Vki, aki) eine Plausibilitätsprüfung besteht, und
    - der Referenzwert (Vki, aki) unter Bildung des Bewegungswerts (Vfinal, afinal) korrigiert wird, wenn der Referenzwert (Vki, aki) die Plausibilitätsprüfung nicht besteht.
  16. Computerprogrammprodukt,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Computerprogrammprodukt derart ausgestaltet ist, dass es bei Ausführung durch eine Recheneinrichtung diese veranlasst, ein Verfahren nach Anspruch 15 auszuführen und/oder mit der Recheneinrichtung eine Schätzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14 zu bilden.
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