WO2007082800A1 - Verfahren zur erweiterung des messbereichs einer messeinrichtung und messeinrichtung - Google Patents

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WO2007082800A1
WO2007082800A1 PCT/EP2007/050091 EP2007050091W WO2007082800A1 WO 2007082800 A1 WO2007082800 A1 WO 2007082800A1 EP 2007050091 W EP2007050091 W EP 2007050091W WO 2007082800 A1 WO2007082800 A1 WO 2007082800A1
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Axel Paulsburg
Andre Puchert
Andreas STEINGRÖVER
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/50Systems of measurement based on relative movement of target
    • G01S13/58Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems
    • G01S13/60Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems wherein the transmitter and receiver are mounted on the moving object, e.g. for determining ground speed, drift angle, ground track

Definitions

  • the invention relates to a method for extending the measuring range of a measuring device with an antenna for detecting a speed and / or a path, in particular ⁇ sondere a rail vehicle over ground on the basis of the double effect, as well as a measuring device for carrying out the method.
  • the following description relates essentially to the use of Doppler radar sensors in the speed and / or path determination of rail vehicles, without the invention being restricted to this particular application.
  • the invention can be used for any relative movements, for example in industrial manufacturing processes or vehicles of all kinds.
  • Modern train control systems require accurate He ⁇ mediation of the path and / or the speed of the trains.
  • Traditional speed measuring methods are based on wheel encoders. These generate a defined number of pulses with each revolution of the wheel. The evaluation of the time intervals between these pulses leads to a keitswert VELOCITY ⁇ . Slip during starting or braking, blocking during the braking operation and a Doomed by wear ⁇ gently change the wheel circumference can, however, the measured overall speed inadequate distort. To verify the measured value and to increase the safety, the revolutions are usually driven by two possible ⁇ not be detected and braked wheels. Increasingly, one becomes the two wheel pulse generator replaced by a Doppler radar sensor.
  • the position encoder has also been indispensable from a safety ⁇ technical point of view.
  • the Wegimpulsgeber In addition to the detection of a very low speed or a standstill of the train, the Wegimpulsgeber also serves for Ausfalloffenba ⁇ tion of the Doppler radar sensor.
  • the invention has for its object to provide a method for extending the measuring range of a measuring device of the generic type, which makes the use of an additional Wegimpulsgebers dispensable.
  • the object is to modify a measuring device for carrying out the method.
  • the object is achieved in that the at ⁇ antenna is set in oscillating motion and the Ge ⁇ is determined speed and / or the path by linking a gemes ⁇ Senen signal with an oscillation signal. Since the measuring device is constructed safely by signal technology can, with any failures are immediately disclosed in the measuring section, it is possible to dispense with an additional sensor, in particular Wegimpulsgeber. The accuracy of the travel / speed detection can be increased, since the above-mentioned influences, in particular by the wheel slippage ⁇ omitted. In this way, the Leis ⁇ will ultimately increase processing capacity of the train control systems.
  • the oscillating movement of the antenna is preferably generated according to claim 2 mechanically, piezoelectrically, magnetoelectrically or hydraulically.
  • the oscillating movement takes place preferably in the form of vibrations parallel to the direction of movement of the rail vehicle.
  • the parallelism results in a simplification of the combination of the measured signal with the oscillation signal.
  • the speed can be determined according to claim 4 from the difference of a measured speed and an oscillation ⁇ speed.
  • the evaluation can also be based on the route information.
  • the oscillation, the oscillation of the antenna that is aligned with it in the direction of movement of the rail vehicle, whereby the Messeinrich ⁇ tung measured speed and the system-specific Os ⁇ zillations für than simple scalar quantities be ⁇ can be seeks.
  • the system-specific oscillation is predetermined frequency and amplitude with respect to claim 5 wherein a fixed ⁇ A position of these values or a Ü by the speed over ground-controlled adjustment provided in an order according to, wherein the response of the measuring device is exceeded. In this way, it is ensured that an evaluable total signal is generated even when the rail vehicle is stationary.
  • a measuring device for carrying out the method is equipped according to claim 6 with an oscillating antenna and an evaluation device for combining the measured signal with the oscillation signal.
  • the invention is based on a figurative Darge ⁇ presented embodiment explained in more detail.
  • the sole figure shows the operation of the inventive SEN method for extending the measuring range of a measuring means on the basis of the ⁇ Dopplereffketes in a schematic representation.
  • a vehicle F that moves at a speed v fzg over ground G.
  • a Doppler antenna D is mounted, which is connected to an evaluation device A.
  • the Doppler antenna D and the evaluation device A are the most essential components of the measuring device designed as a Doppler radar sensor.
  • the Doppler antenna D is transformed into an oscillating motion v osc with a specific frequency and specific amplitude. puts.
  • a osz v is the measured speed v measuring the oscillation drawn from ⁇ and from the vehicle speed v fzg determined over ground G.
  • the measured velocity V measured results from the correlation of the k a Doppler antenna D till ⁇ radiated signal with a reflected from the ground G, received by the antenna D Doppler signal F received.
  • the evaluation can also be done on the basis of the route information.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erweiterung des Messbereichs einer Messeinrichtung mit einer Antenne (D) zur Ermittlung einer Geschwindigkeit und/oder eines Weges, insbesondere eines Schienenfahrzeugs (F), über Grund (G) auf Basis des Dopplereffektes sowie eine für die Durchführung des Verfahrens geeignete Messeinrichtung. Um auch niedrige Geschwindigkeiten bis hin zum Stillstand messen zu können, ist vorgesehen, dass die Antenne (D) in oszillierende Bewegung versetzt wird und die Geschwindigkeit und/oder der Weg durch Verknüpfung eines gemessenen Signals mit einem Oszillationssignal ermittelt wird.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Erweiterung des Messbereichs einer Messeinrichtung und Messeinrichtung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erweiterung des Messbereichs einer Messeinrichtung mit einer Antenne zur Ermittlung einer Geschwindigkeit und/oder eines Weges, insbe¬ sondere eines Schienenfahrzeugs, über Grund auf Basis des Doppeleffektes sowie eine Messeinrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich im Wesentlichen auf die Anwendung von Dopplerradarsensoren bei der Geschwin- digkeits- und/oder Wegermittlung von Schienenfahrzeugen, ohne dass die Erfindung auf diese spezielle Anwendung beschränkt ist. Die Erfindung kann für jegliche Relativbewegungen, beispielsweise bei industriellen Fertigungsprozessen oder Fahrzeugen aller Art eingesetzt werden.
Moderne Zugbeeinflussungssysteme benötigen eine genaue Er¬ mittlung des Weges und/oder der Geschwindigkeit der Züge. Traditionelle Geschwindigkeitsmessverfahren basieren auf Radimpulsgebern. Diese erzeugen mit jeder Umdrehung des Rades eine definierte Anzahl von Impulsen. Die Auswertung der zeitlichen Abstände dieser Impulse führt zu einem Geschwindig¬ keitswert. Schlupf beim Anfahren oder Abbremsen, Blockieren während des Bremsvorganges und eine durch Abnutzung verur¬ sachte Veränderung des Radumfanges können die gemessene Ge- schwindigkeit jedoch unzulänglich verfälschen. Zur Verifizierung des Messwertes und zur Erhöhung der Sicherheit werden üblicherweise die Umdrehungen von zwei möglichst nicht ange¬ triebenen und gebremsten Rädern erfasst. Zunehmend wird einer der beiden Radimpulsgeber durch einen Dopplerradarsensor ersetzt .
Durch diffuse Reflexion eines von der Dopplerantenne abge- strahlten Signals am Untergrund gelangt ein geringer Anteil wieder an die Dopplerantenne. Im Doppelerradarsensor entsteht durch Frequenzmischung von Sendesignal und reflektiertem Empfangssignal bei einer Bewegung des Dopplerradarsensors rela¬ tiv zum Untergrund ein niederfrequentes Dopplersignal, das der Geschwindigkeit des Zuges direkt proportional ist.
Ein gänzlicher Verzicht auf Wegimpulsgeber und damit eine Vermeidung der oben genannten Nachteile ist bisher jedoch nicht möglich, da die Auswertung des Dopplereffektes bei sehr kleinen Geschwindigkeiten an ihre Grenzen stößt. Die minimal messbare Geschwindigkeit liegt dabei oberhalb einer tolerier¬ baren Schwelle. Der Wegimpulsgeber ist auch aus sicherheits¬ technischer Sicht bisher unverzichtbar. Neben der Erkennung einer sehr niedrigen Geschwindigkeit oder eines Stillstands des Zuges dient der Wegimpulsgeber auch zur Ausfalloffenba¬ rung des Dopplerradarsensors .
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Erweiterung des Messbereichs einer Messeinrichtung der gat- tungsgemäßen Art bereitzustellen, das die Verwendung eines zusätzlichen Wegimpulsgebers entbehrlich macht. Außerdem besteht die Aufgabe, einer Messeinrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu modifizieren.
Verfahrensgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die An¬ tenne in oszillierende Bewegung versetzt wird und die Ge¬ schwindigkeit und/oder der Weg durch Verknüpfung eines gemes¬ senen Signals mit einem Oszillationssignal ermittelt wird. Da die Messeinrichtung signaltechnisch sicher aufgebaut werden kann, wobei jegliche Ausfälle in der Messstrecke unmittelbar offenbart werden, ist es möglich, auf einen zusätzlichen Sensor, insbesondere Wegimpulsgeber, zu verzichten. Die Genauigkeit der Weg-/Geschwindigkeitserfassung kann erhöht werden, da die oben genannten Einflüsse, insbesondere durch den Rad¬ schlupf, entfallen. Auf diese Weise wird letztlich die Leis¬ tungsfähigkeit der Zugbeeinflussungssysteme erhöht.
Durch die Oszillation der Antenne ergibt sich auch bei sehr kleinen Geschwindigkeiten und bei Stillstand ein auswertbares Gesamtsignal. Es muss nur dafür gesorgt werden, dass das Os¬ zillationssignal oberhalb der Messschwelle der Messeinrich¬ tung liegt .
Die oszillierende Bewegung der Antenne wird gemäß Anspruch 2 vorzugsweise mechanisch, piezoelektrisch, magnetoelektrisch oder hydraulisch erzeugt.
Gemäß Anspruch 3 erfolgt die oszillierende Bewegung vorzugs- weise in Form von Schwingungen parallel zu der Bewegungsrichtung des Schienenfahrzeugs. Durch die Parallelität ergibt sich eine Vereinfachung der Verknüpfung des gemessenen Signals mit dem Oszillationssignal.
Die Geschwindigkeit kann gemäß Anspruch 4 aus der Differenz einer gemessenen Geschwindigkeit und einer Oszillations¬ geschwindigkeit ermittelt werden. Die Auswertung kann auch auf Basis der Weginformation erfolgen. Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist die Oszillation, d. h. die Schwingung, der Antenne dabei in Bewegungsrichtung des Schienenfahrzeugs ausgerichtet, wodurch die von der Messeinrich¬ tung gemessene Geschwindigkeit und die systemspezifische Os¬ zillationsgeschwindigkeit als einfache skalare Größen be¬ trachtet werden können. Die systemspezifische Oszillation wird bezüglich Frequenz und Amplitude vorgegeben, wobei gemäß Anspruch 5 eine feste Ein¬ stellung dieser Werte oder eine durch die Geschwindigkeit ü- ber Grund gesteuerte Einstellung in einer Größenordnung vorgesehen ist, bei der die Ansprechschwelle der Messeinrichtung überschritten wird. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass auch bei Stillstand des Schienenfahrzeugs ein auswertbares Gesamtsignal erzeugt wird.
Eine Messeinrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist gemäß Anspruch 6 mit einer oszillierenden Antenne und einer Auswerteeinrichtung zur Verknüpfung des gemessenen Signals mit dem Oszillationssignal ausgestattet.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines figürlich darge¬ stellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Die einzige Figur zeigt die Wirkungsweise des erfindungsgemä- ßen Verfahrens zur Erweiterung des Messbereichs einer Mess¬ einrichtung auf der Basis des Dopplereffketes in schemati- scher Darstellung.
Veranschaulicht ist ein Fahrzeug F, das sich mit einer Ge- schwindigkeit vfzg über Grund G bewegt. An der Unterseite des Fahrzeugs F ist eine Dopplerantenne D montiert, die mit einer Auswerteeinrichtung A verbunden ist. Die Dopplerantenne D und die Auswerteeinrichtung A sind die wesentlichsten Komponenten der als Dopplerradarsensor ausgebildeten Messeinrichtung. Um die Messbereichsschwelle des Dopplerradarsensors zu senken, so dass auch bei sehr niedrigen Geschwindigkeiten bis hin zum Stillstand des Fahrzeugs F ein messbares Gesamtsignal vmess entsteht, wird die Dopplerantenne D in oszillierende Bewegung vosc mit bestimmter Frequenz und bestimmter Amplitude ver- setzt. In der Auswerteeinrichtung A wird von der gemessenen Geschwindigkeit vmess die Oszillationsgeschwindigkeit vosz ab¬ gezogen und daraus die Fahrzeuggeschwindigkeit vfzg über Grund G ermittelt. Die gemessene Geschwindigkeit Vmess ergibt sich aus der Korrelation k eines von der Dopplerantenne D abge¬ strahlten Signals mit einem vom Grund G reflektierten, von der Dopplerantenne D empfangenen Signal Fempf. Die Auswertung kann dabei auch auf Basis der Weginformation erfolgen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Erweiterung des Messbereichs einer Messeinrichtung mit einer Antenne (D) zur Ermittlung einer Geschwin- digkeit und/oder eines Weges, insbesondere eines Schienen¬ fahrzeugs (F) , über Grund (G) auf Basis des Dopplereffektes, dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne (D) in oszillierende Bewegung versetzt wird und die Geschwindigkeit und/oder der Weg durch Verknüpfung eines gemessenen Signals mit einem Oszillationssignal ermit¬ telt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die oszillierende Bewegung mechanisch, piezoelektrisch, magnetoelektrisch oder hydraulisch erzeugt wird.
3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die oszillierende Bewegung in Form von Schwingungen parallel zu einer Bewegungsrichtung, insbesondere eines Schie¬ nenfahrzeugs (F) , erzeugt wird.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit (vfzg) aus der Differenz einer gemes¬ senen Geschwindigkeit (vmess) und einer Oszillationsgeschwindigkeit (vosz) ermittelt wird.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Frequenz und Amplitude der Oszillation derart fest ein¬ gestellt oder in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit gesteu- ert werden, dass eine Ansprechschwelle der Messeinrichtung überschritten wird.
6. Messeinrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne (D) mit einer Einrichtung zur Erzeugung einer oszillierenden Bewegung verbunden ist und eine Auswerteeinrichtung (A) zur Verknüpfung des gemessenen Signals mit dem Oszillationssignal vorgesehen ist.
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