WO2019179720A1 - Messanordnung und verfahren zum erkennen eines entgleisens - Google Patents

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WO2019179720A1
WO2019179720A1 PCT/EP2019/054529 EP2019054529W WO2019179720A1 WO 2019179720 A1 WO2019179720 A1 WO 2019179720A1 EP 2019054529 W EP2019054529 W EP 2019054529W WO 2019179720 A1 WO2019179720 A1 WO 2019179720A1
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WO
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measuring
distance
vehicle
measuring arrangement
cpl
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PCT/EP2019/054529
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Inventor
Jacob Johannes KOHLRUSS
Original Assignee
Siemens Mobility GmbH
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Publication date
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    • 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 vehicle trains
    • B61L23/04—Control, warning, or like safety means along the route or between vehicles or vehicle trains for monitoring the mechanical state of the route
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L15/00—Indicators provided on the vehicle or vehicle train for signalling purposes ; On-board control or communication systems
    • B61L15/0081—On-board diagnosis or maintenance
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L25/00—Recording or indicating positions or identities of vehicles or vehicle trains or setting of track apparatus
    • B61L25/02—Indicating or recording positions or identities of vehicles or vehicle trains
    • B61L25/025—Absolute localisation, e.g. providing geodetic coordinates

Definitions

  • the invention is therefore an object of the invention to provide a Messan order that can reliably detect a derailment of a track-bound vehicle.
  • the invention provides that the measuring arrangement comprises a distance measuring device which is aligned in at least egg ner predetermined spatial measurement orientation, which is angled to the right or left relative to the longitudinal direction of the vehicle, the respective distance between the Ab standmess worn and - seen in the measurement orientation - be sensitive Objects in the environment measures, and the Messanord tion has an evaluation that compares recorded during a current trip in the spatial measurement orientation distance values with locally corresponding, during one or more previous trips on the same route recorded distance values, hereinafter referred to as reference values, and in If the deviation has a predetermined deviation characteristic, a derailment warning signal is generated.
  • a significant advantage of the measuring arrangement according to the invention is the fact that it can detect a derailment of a vehicle in a very simple manner, since only distance values are measured and compared with reference values. A derailment can thus be detected with minimal component complexity and high reliability.
  • a laser scanner can be used as a distance measuring device.
  • the evaluation device preferably generates a derailment warning signal if the deviation of the measured value profile of the currently measured distance values above the vehicle location from the reference profile of the locally corresponding reference values exceeds a predetermined threshold.
  • the evaluation device generates a de-signaling warning signal which indicates a derailment of the vehicle offset parallel to the track if the measured value profile of the currently measured distance values above the vehicle location is offset by a distance difference value compared to the reference curve of the locally corresponding reference values and the distance difference value is one predetermined threshold passes.
  • the evaluation device generates a Ent track warning signal indicating a lateral rotation of the vehicle relative to the predetermined lane when the measured value course of the currently measured distance values ge compared to the reference curve is spatially offset and the offset exceeds a predetermined threshold.
  • the distance measuring device in at least two predetermined spatial union measuring orientations, one of which by a given nen swivel angle to the right - below called Messaus direction - and the other at the same pivoting angle to the left - hereinafter referred to as left measurement orientation - re is oriented to the longitudinal direction of the vehicle, the each distance between the distance measuring device and - located in the two measurement orientations - located objects in the environment to form a right waveform and a left waveform, and the Ausncein direction during a current ride compares the right and left waveform with corresponding right and left Re ferentwertverêtn and the generation of the dere gungswarnsignals depending on whether any deviations gene between one of the measured value curves and the corre sponding reference curve correlate with deviations between the other measured value profile and its corresponding reference curve.
  • the evaluation device generates a derailment warning signal indicating a parallel to the track staggered derailment of the vehicle, if the deviations of the right and lin ken measured value course of the associated right and left reference curve each th a predetermined threshold and th the deviations have different signs aufwei sen.
  • the evaluation device generates a derailment warning signal that indicates a lateral rotation of the vehicle relative to the predetermined traffic lane if the measured value profiles over the vehicle location are softening a local offset with respect to the associated reference progressions, which exceeds a predetermined threshold , and the offsets have different offset directions or different signs.
  • the one or more measurement orientations or at least one of the measuring orientations are preferably inclined relative to the horizontal ge.
  • the distance measuring device comprises a transmitting device which generates at least one measuring beam and continuously or at least in time sections thereof in the predetermined spatial measuring device. emits alignment, and has a receiving device, the object-side reflected or scattered receiving radiation of the measuring beam receives radiation and based on the Empfangsstrah, in particular on the basis of the time delay between the transmission of the radiation and the reception of the received radiation, the ex-generated scores.
  • the distance measuring device in particular its transmitting device, emits several measuring beams simultaneously in different spatial measurement orientations.
  • the distance measuring device in particular its transmitting device, changes the orientation of the measuring beam (s) over time and emits radiation successively in a plurality of spatial measuring orientations.
  • the axis of rotation or the axes of rotation are preferably inclined to the vertical.
  • the distance measuring device preferably changes the inclination of the rotation axis (s) while driving.
  • the comparison of recorded distance values with the ordered reference values can also be limited to selected objects on the route.
  • object recognition and / or object classification first takes place on the basis of the recorded distances, the generation of a derailment warning signal taking place, for example, only when an object has been detected and / or classified, and at the same time the recorded distance values from the deviated from a predetermined level.
  • the invention also relates to a method for detecting a lane departure, in particular derailment, in a track-bound vehicle, in particular rail vehicle convincing.
  • the respective distance to - located in the measurement orientation - Objek th measured in the environment and Distance values recorded during a current journey in the spatial measurement orientation are compared with locally corresponding distance values taken during one or more previous journeys on the same route, referred to hereinafter as reference values, and in the event that the deviation exhibits a predetermined deviation characteristic, a derailment warning signal is produced.
  • Figure 1 shows an embodiment of an inventive
  • FIG. 2 shows the measuring arrangement of the rail vehicle according to Fi gur 1 in more detail
  • FIG. 3 shows the rail vehicle according to FIG. 1 following a descent in which the rail vehicle is offset parallel to the track;
  • FIGS. 4-5 measured value profiles for the one shown in FIG.
  • FIG. 6 shows the rail vehicle according to FIG. 1 in the case of a derailment in which the rail vehicle is laterally rotated relative to the predetermined lane
  • FIGS. 7-8 measured value profiles for the one shown in FIG.
  • Figure 9 shows an embodiment of an inventive
  • Figure 10 shows the arrangement of the axis of rotation in the Messan Regulation according to Figure 9 in a view of the Be te.
  • FIG. 1 shows a schematic top view of a rail vehicle 10, which moves on a rail system 20 along the direction of travel X.
  • the rail vehicle 10 travels through a tunnel 30, whose right-hand tunnel wall in FIG. 1 is designated by the reference numeral 31.
  • the left in Figure 1 tunnel wall carries the forcesszei chen 32nd
  • the rail vehicle 10 is equipped with a measuring arrangement 40, which - simultaneously or in succession - one NEN measuring beam Ml to the right and a measuring beam M2 emits to the left.
  • the right measuring beam M1 is around one
  • Swivel angle cpl pivoted with respect to the direction of travel X; the left measuring beam M2 is pivoted to the left by a pivoting angle cp2 relative to the direction of travel X.
  • Swivel angle cpl and cp2 are in the embodiment ge according to the figure 1 the same size.
  • the Messanord tion 40 While driving through the tunnel 30, the Messanord tion 40 with the two measuring beams Ml and M2 the right tun nelwand 31 and the left tunnel wall 32 scans and determines the distance to the tunnel wall. The distance values are compared to the stored reference values acquired during one or more previous trips, and a derailment alert signal is generated when the deviation between current distance values and the stored reference values exceeds a predetermined threshold.
  • FIG. 2 shows an exemplary embodiment of the measuring arrangement 40 according to FIG. 1 in greater detail.
  • the measuring arrangement 40 comprises a distance measuring device 41, a locating device 42, a memory 43 and an evaluation device 44.
  • the distance measuring device 41 has a transmitting device 41a, which generates and emits the two measuring beams M1 and M2 according to FIG.
  • a receiving device 41b of the distance measuring device 41 measures the reflected or scattered radiation which, viewed in the measuring orientation, is reflected back or scattered back to the distance measuring device 41 by objects located in the surroundings. On the basis of the received radiation El and E2, the receiving device 41b generates distance values which are transmitted to the evaluation device 44.
  • the distance value generated by the measuring beam M1 is indicated by reference numeral A (cpl) in FIG. 2 and by the reference numeral A (cpl) to that in FIG Measuring beam M2 generated distance value by the reference numeral A (cp2).
  • the evaluation device 44 receives from the locating device 42 a location that indicates the respective location X0 of the rail ⁇ vehicle 10 on the rail system 20.
  • the evaluation system ⁇ device 44 asks for the respective location X0 from the SpeI cher 43 stored reference values R (X0, cpl) and R (X0, CP2) for the two measurement beams from Ml and M2.
  • the rail vehicle 10 In the state shown in FIG. 1, the rail vehicle 10 is in a normal, that is to say non-derailed state, so that the current distance values A (cpl) and A (cp2) with the respective reference values R (X0, cpl) and R (X0, cp2) for the respective location X0 at least substantially coincide men. It applies here:
  • the measuring arrangement 40 will not generate a derailment warning signal.
  • FIG. 3 shows the rail vehicle 10 on the slide Nenan ⁇ location 20 in a derailment state in which the rails ⁇ vehicle 10 is displaced parallel to the track of the rail system twentieth
  • the offset is indicated in FIG. 3 by the reference symbol V.
  • FIG. 4 shows the measured value profile MV1 of the distance values A (cp2) which are supplied by the left measuring beam M2. It can be seen that the distance values A (cp2) by the offset derailment by the offset V are greater than the reference values R (X, cp2) stored in the memory 43 and the measured value profile MV1 by the offset V with respect to the reference course RV1 larger distance values is shifted.
  • the distance values A (cpl) generated by the right measuring beam Ml will be smaller than the assigned reference values R (X, cp2), so that the right measured value profile MVr, which is generated by the right measuring beam Ml, in relation to the corresponding right reference course RVr is shifted to smaller distance values.
  • Figure 6 shows the rail vehicle 10 according to Figures 1 and 3 in the event that there has been a derailment of the rail vehicle 10, in which the rail vehicle 10 has ver laterally ver against the lane of the rail system 20 rotates. Due to the rotation of the rail vehicle 10 and due to the rotation of the measuring arrangement 40, the measuring beams Ml and M2 will scan the respective associated tunnel wall 31 and 32 offset in time and location. For example, in FIG. 6, the left projection of the measuring arrangement 40 is identified by the measuring arrangement 40 earlier in time or at an earlier location than the right projection 34 on the right tunnel wall 31 corresponding to the location Lich. The measured value profiles and the associated reference curves are shown in FIGS. 7 and 8.
  • the left measured value curve MV1 is shifted to the left by a local offset -dX compared to the reference curve RV1, since - as explained - due to the lateral rotation of the rail vehicle 10 - compared to the normal orientation of the measuring arrangement 40. on the left comes a ver early object recognition.
  • the right measured value profile MVr is offset from the assigned right reference profile RVr by ei nen offset + dX to the right, as shown in Figure 8 represents is because it due to the lateral rotation of the rail vehicle 10 - compared with the normal orientation of the measuring device 40th - on the right to a delayed object identifier comes.
  • the evaluation device 44 will close at the occurrence of ent speaking opposing offset of the measured value gradients MV1 and MVr against the associated reference curves RV1 and RVr on a lateral rotation of the rail vehicle 10 and produce a derailment warning EWS indicating a lateral rotation of the rail vehicle 10 relative to the predetermined lane ,
  • FIG. 9 shows an exemplary embodiment of a rail vehicle 10 in which the measuring arrangement 40 makes it possible to rotate a measuring beam M in a plane about an axis of rotation 100. There is thus a scan of the tunnel 30 by 360 °.
  • FIG. 10 shows the measuring arrangement 40 of the rail vehicle 10 according to FIG. 9 in a view from the side. It can be seen that the axis of rotation 100 is inclined relative to the Vertika len by an inclination angle Q. The inclination of the rotation axis 100 ensures that the measuring beam M also scans the space located in front of the rail vehicle 10 when driving.

Abstract

Die Erfindung bezieht sich unter anderem auf eine Messanordnung (40) für ein spurgebundenes Fahrzeug, insbesondere Schienenfahrzeug (10). - Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Messanordnung (40) eine Abstandsmesseinrichtung (41) aufweist, die in mindestens einer vorgegebenen räumlichen Messausrichtung, die winklig nach rechts oder links relativ zur Längsrichtung des Fahrzeugs ausgerichtet ist, den jeweiligen Abstand zwischen der Abstandsmesseinrichtung (41) und - in Messausrichtung gesehen - befindlichen Objekten in der Umgebung misst, und die Messanordnung (40) eine Auswerteinrichtung (44) aufweist, die während einer aktuellen Fahrt in der räumlichen Messausrichtung aufgenommene Abstandswerte (A(φ1), A(φ2) mit örtlich korrespondierenden, während einer oder mehrerer vorheriger Fahrten auf derselben Strecke aufgenommenen Abstandswerten, nachfolgend Referenzwerte genannt, vergleicht und im Falle, dass die Abweichung eine vorgegebene Abweichungscharakteristik aufweist, ein Entgleisungswarnsignal (EWS) erzeugt.

Description

Beschreibung
Messanordnung und Verfahren zum Erkennen eines Entgleisens
Bei Schienenfahrzeugen der Eisenbahntechnik wird ein etwaiges Entgleisen heutzutage durch das Betriebspersonal, insbesonde re den Fahrzeugführer, erkannt, der im Falle eines Entglei sens das Schienenfahrzeug manuell notbremst.
Aufgrund der fortschreitenden Automatisierung, insbesondere mit Blick auf ein fahrerloses Fahren von Schienenfahrzeugen, besteht das Problem, ein Entgleisen automatisiert zuverlässig erkennen zu können.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Messan ordnung anzugeben, die ein Entgleisen eines spurgebundenen Fahrzeugs zuverlässig erkennen kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Messanordnung mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in Un teransprüchen angegeben.
Danach ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Messanordnung eine Abstandsmesseinrichtung aufweist, die in mindestens ei ner vorgegebenen räumlichen Messausrichtung, die winklig nach rechts oder links relativ zur Längsrichtung des Fahrzeugs ausgerichtet ist, den jeweiligen Abstand zwischen der Ab standsmesseinrichtung und - in Messausrichtung gesehen - be findlichen Objekten in der Umgebung misst, und die Messanord nung eine Auswerteinrichtung aufweist, die während einer ak tuellen Fahrt in der räumlichen Messausrichtung aufgenommene Abstandswerte mit örtlich korrespondierenden, während einer oder mehrerer vorheriger Fahrten auf derselben Strecke aufge nommenen Abstandswerten, nachfolgend Referenzwerte genannt, vergleicht und im Falle, dass die Abweichung eine vorgegebene Abweichungscharakteristik aufweist, ein Entgleisungswarnsig nal erzeugt. Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Messanordnung ist darin zu sehen, dass diese ein Entgleisen eines Fahrzeugs auf sehr einfache Weise erkennen kann, da lediglich Abstands werte gemessen und mit Referenzwerten verglichen werden. Ein Entgleisen kann somit mit einem minimalen Komponentenaufwand und großer Zuverlässigkeit erkannt werden.
Als Abstandsmesseinrichtung kann beispielsweise ein Laser scanner eingesetzt werden.
Die Auswerteinrichtung erzeugt vorzugsweise ein Entgleisungs warnsignal, wenn die Abweichung des Messwertverlaufs der ak tuell gemessenen Abstandswerte über dem Fahrzeugort von dem Referenzverlauf der örtlich korrespondierenden Referenzwerte eine vorgegebene Schwelle überschreitet.
Vorteilhaft ist es, wenn die Auswerteinrichtung ein Entglei sungswarnsignal erzeugt, das ein parallel zur Spur versetztes Entgleisen des Fahrzeugs anzeigt, wenn der Messwertverlauf der aktuell gemessenen Abstandswerte über dem Fahrzeugort ge genüber dem Referenzverlauf der örtlich korrespondierenden Referenzwerte um einen Abstandsdifferenzwert versetzt ist und der Abstandsdifferenzwert eine vorgegebene Schwelle über schreitet .
Auch ist es von Vorteil, wenn die Auswerteinrichtung ein Ent gleisungswarnsignal erzeugt, das eine seitliche Verdrehung des Fahrzeugs relativ zur vorgegebenen Fahrspur anzeigt, wenn der Messwertverlauf der aktuell gemessenen Abstandswerte ge genüber dem Referenzverlauf örtlich versetzt ist und der Ver satz eine vorgegebene Schwelle überschreitet.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Abstandsmesseinrichtung in mindestens zwei vorgegebenen räum lichen Messausrichtungen, von denen eine um einen vorgegebe nen Schwenkwinkel nach rechts - nachfolgend rechte Messaus richtung genannt - und die andere um denselben Schwenkwinkel nach links - nachfolgend linke Messausrichtung genannt - re lativ zur Längsrichtung des Fahrzeugs ausgerichtet ist, den jeweiligen Abstand zwischen der Abstandsmesseinrichtung und - in den zwei Messausrichtungen gesehen - befindlichen Objekten in der Umgebung unter Bildung eines rechten Messwertverlaufs und eines linken Messwertverlaufs misst, und die Auswertein richtung während einer aktuellen Fahrt den rechten und linken Messwertverlauf mit korrespondierenden rechten und linken Re ferenzwertverläufen vergleicht und die Erzeugung des Entglei sungswarnsignals davon abhängig macht, ob etwaige Abweichun gen zwischen einem der Messwertverläufe und dem korrespondie renden Referenzverlauf mit Abweichungen zwischen dem anderen Messwertverlauf und dessen korrespondierenden Referenzverlauf korrelieren .
Bei der letztgenannten Ausführungsvariante ist es vorteil haft, wenn die Auswerteinrichtung ein Entgleisungswarnsignal erzeugt, das ein parallel zur Spur versetztes Entgleisen des Fahrzeugs anzeigt, wenn die Abweichungen des rechten und lin ken Messwertverlaufs von dem zugeordneten rechten und linken Referenzverlauf jeweils eine vorgegebene Schwelle überschrei ten und die Abweichungen unterschiedliche Vorzeichen aufwei sen .
Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Auswerteinrichtung ein Entgleisungswarnsignal erzeugt, das eine seitliche Verdrehung des Fahrzeugs relativ zur vorgege benen Fahrspur anzeigt, wenn die Messwertverläufe über dem Fahrzeugort gegenüber den zugeordneten Referenzverläufen je weils einen örtlichen Versatz aufweichen, der eine vorgegebe ne Schwelle überschreitet, und die Versätze unterschiedliche Versatzrichtungen bzw. unterschiedliche Vorzeichen aufweisen.
Der oder die Messausrichtungen oder zumindest eine der Mess ausrichtungen sind vorzugsweise relativ zur Horizontalen ge neigt .
Bezüglich der Abstandsmesseinrichtung wird es als vorteilhaft angesehen, wenn diese eine Sendeeinrichtung, die zumindest einen Messstrahl erzeugt und diesen dauerhaft oder zumindest zeitlich abschnittsweise in der vorgegebenen räumlichen Mess- ausrichtung aussendet, und eine Empfangseinrichtung aufweist, die objektseitig reflektierte oder gestreute Empfangsstrah lung des Messstrahls empfängt und anhand der Empfangsstrah lung, insbesondere anhand des Zeitverzugs zwischen dem Senden der Strahlung und dem Empfang der Empfangsstrahlung, die Ab standswerte erzeugt.
Auch kann in vorteilhafter Weise vorgesehen sein, dass die Abstandsmesseinrichtung, insbesondere deren Sendeeinrichtung, mehrere Messstrahlen gleichzeitig in unterschiedlichen räum lichen Messausrichtungen aussendet.
Alternativ oder zusätzlich kann in vorteilhafter Weise vorge sehen sein, dass die Abstandsmesseinrichtung, insbesondere deren Sendeeinrichtung, die Ausrichtung des oder der Mess strahlen über der Zeit verändert und Strahlung nacheinander in mehreren räumlichen Messausrichtungen aussendet.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Abstandsmesseinrich tung den oder die Messstrahlen in einer Ebene um eine Rotati onsachse oder jeweils um eine eigene Rotationsachse rotieren lässt .
Die Rotationsachse oder die Rotationsachsen sind vorzugsweise zur Vertikalen geneigt.
Die Abstandsmesseinrichtung verändert vorzugsweise die Nei gung der Rotationsachse (n) während der Fahrt.
Der Vergleich von aufgenommenen Abstandswerten mit den zu geordneten Referenzwerten kann im Übrigen auch auf ausgewähl te Objekte auf der Strecke begrenzt werden. Bei dieser Ausge staltung erfolgt auf der Basis der aufgenommenen Abstandswer te zunächst eine Objekterkennung und/oder eine Obj ektklassi- fizierung, wobei die Erzeugung eines Entgleisungswarnsignals beispielsweise ausschließlich dann erfolgt, wenn ein Objekt erkannt und/oder klassifiziert wurde und gleichzeitig die aufgenommenen Abstandswerte von den erfassten Referenzwerten über ein vorgegebenes Maß hinaus abweichen. Die Erfindung bezieht sich darüber hinaus auf ein Verfahren zum Erkennen eines Spurverlassens , insbesondere Entgleisens, bei einem spurgebundenen Fahrzeug, insbesondere Schienenfahr zeug .
Erfindungsgemäß ist bezüglich eines solchen Verfahrens vorge sehen, dass in mindestens einer vorgegebenen räumlichen Mess ausrichtung, die winklig nach rechts oder links relativ zur Längsrichtung des Fahrzeugs ausgerichtet ist, der jeweilige Abstand zu - in Messausrichtung gesehen - befindlichen Objek ten in der Umgebung gemessen wird und während einer aktuellen Fahrt in der räumlichen Messausrichtung aufgenommene Ab standswerte mit örtlich korrespondierenden, während einer oder mehrerer vorheriger Fahrten auf derselben Strecke aufge nommenen Abstandswerten, nachfolgend Referenzwerte genannt, verglichen wird und im Falle, dass die Abweichung eine vorge gebene Abweichungscharakteristik aufweist, ein Entgleisungs warnsignal erzeugt wird.
Bezüglich der Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sei auf die obigen Ausführungen im Zusammenhang mit der erfin dungsgemäßen Messanordnung verwiesen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispie len näher erläutert; dabei zeigen beispielhaft
Figur 1 ein Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes
Schienenfahrzeug, das mit einem Ausführungsbei spiel für eine erfindungsgemäße Messanordnung aus gestattet ist, wobei die Figur 1 das Schienenfahr zeug im Normalbtrieb bzw. vor einem Entgleisen zeigt,
Figur 2 die Messanordnung des Schienenfahrzeugs gemäß Fi gur 1 näher im Detail, Figur 3 das Schienenfahrzeug gemäß Figur 1 nach einem Ent gleisen, bei dem das Schienenfahrzeug parallel zur Spur versetzt ist,
Fig. 4-5 Messwertverläufe für den in der Figur 3 gezeigten
Entgleisungszustand,
Figur 6 das Schienenfahrzeug gemäß der Figur 1 im Falle eines Entgleisens, bei dem das Schienenfahrzeug gegenüber der vorgegebenen Fahrspur seitlich ver dreht ist,
Fig. 7-8 Messwertverläufe für den in der Figur 6 gezeigten
Entgleisungszustand,
Figur 9 ein Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes
Schienenfahrzeug, bei dem die Messanordnung einen Messstrahl in einer Ebene um eine Rotationsachse um 360° rotieren lässt, und
Figur 10 die Anordnung der Rotationsachse bei der Messan ordnung gemäß Figur 9 in einer Sicht von der Sei te .
In den Figuren werden der Übersicht halber für identische oder vergleichbare Komponenten stets dieselben Bezugszeichen verwendet .
Die Figur 1 zeigt in einer schematischen Draufsicht ein Schienenfahrzeug 10, das sich auf einer Schienenanlage 20 entlang der Fahrtrichtung X bewegt. Bei der Darstellung gemäß Figur 1 wird beispielhaft davon ausgegangen, dass das Schie nenfahrzeug 10 durch einen Tunnel 30 fährt, dessen in der Fi gur 1 rechte Tunnelwand mit dem Bezugszeichen 31 bezeichnet ist. Die in der Figur 1 linke Tunnelwand trägt das Bezugszei chen 32.
Das Schienenfahrzeug 10 ist mit einer Messanordnung 40 ausge stattet, die - gleichzeitig oder zeitlich nacheinander - ei- nen Messstrahl Ml nach rechts und einen Messstrahl M2 nach links aussendet. Der rechte Messstrahl Ml ist um einen
Schwenkwinkel cpl gegenüber der Fahrtrichtung X geschwenkt; der linke Messstrahl M2 ist um einen Schwenkwinkel cp2 gegen über der Fahrtrichtung X nach links verschwenkt. Beide
Schwenkwinkel cpl und cp2 sind bei dem Ausführungsbeispiel ge mäß der Figur 1 gleich groß.
Während der Fahrt durch den Tunnel 30 tastet die Messanord nung 40 mit den beiden Messstrahlen Ml und M2 die rechte Tun nelwand 31 und die linke Tunnelwand 32 ab und bestimmt dabei den jeweiligen Abstand zur Tunnelwand. Die Abstandswerte wer den mit abgespeicherten Referenzwerten, die bei einer oder mehreren früheren Fahrten aufgenommen worden sind, verglichen und es wird ein Entgleisungswarnsignal erzeugt, wenn die Ab weichung zwischen aktuellen Abstandswerten und den abgespei cherten Referenzwerten eine vorgegebene Schwelle überschrei tet .
Die Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für die Messanord nung 40 gemäß Figur 1 näher im Detail.
Die Messanordnung 40 umfasst eine Abstandsmesseinrichtung 41, eine Ortungseinrichtung 42, einen Speicher 43 und eine Aus werteinrichtung 44.
Die Abstandsmesseinrichtung 41 weist eine Sendeeinrichtung 41a auf, die die beiden Messstrahlen Ml und M2 gemäß Figur 1 erzeugt und aussendet.
Eine Empfangseinrichtung 41b der Abstandsmesseinrichtung 41 misst die reflektierte oder gestreute Strahlung, die - in Messausrichtung gesehen - von in der Umgebung befindlichen Objekten zurück zur Abstandsmesseinrichtung 41 reflektiert bzw. zurück gestreut wird. Anhand der Empfangsstrahlung El und E2 erzeugt die Empfangseinrichtung 41b Abstandswerte, die zur Auswerteinrichtung 44 übermittelt werden. Der mit dem Messstrahl Ml erzeugte Abstandswert ist in der Figur 2 mit dem Bezugszeichen A(cpl) und der mit dem in der Figur 1 linken Messstrahl M2 erzeugte Abstandswert mit dem Bezugszeichen A(cp2) bezeichnet.
Die Auswerteinrichtung 44 empfängt von der Ortungseinrichtung 42 eine Ortsangabe, die den jeweiligen Ort X0 des Schienen¬ fahrzeugs 10 auf der Schienenanlage 20 angibt. Die Auswert¬ einrichtung 44 fragt für den jeweiligen Ort X0 aus dem Spei cher 43 abgespeicherte Referenzwerte R(X0, cpl) und R(X0, cp2) für die beiden Messstrahlen Ml und M2 ab. Die Referenzwerte R(X0, cpl) und R(X0, cp2) werden mit den aktuellen Abstandswer ten A(cpl) und A(cp2) verglichen und mit Blick auf eine mögli¬ che Entgleisung des Schienenfahrzeugs 10 ausgewertet.
Bei dem in der Figur 1 gezeigten Zustand befindet sich das Schienenfahrzeug 10 in einem normalen, also nichtentgleisten Zustand, so dass die aktuellen Abstandswerte A(cpl) und A(cp2) mit den jeweiligen Referenzwerten R(X0, cpl) und R(X0, cp2) für den jeweiligen Ort X0 zumindest im Wesentlichen übereinstim men werden. Es gilt hier:
I A ( cpl ) - (R (X0 , cpl) | < GW und
|A(cp2) - (R (X0 , f2) | < GW wobei GW eine vorgegebenen Schwelle bzw. einen vorgegebenen Toleranzwert bezeichnet.
Wird die Schwelle nicht überschritten, wird die Messanordnung 40 kein Entgleisungswarnsignal erzeugen.
Die Figur 3 zeigt das Schienenfahrzeug 10 auf der Schienenan¬ lage 20 in einem Entgleisungszustand, bei dem das Schienen¬ fahrzeug 10 parallel zur Spur der Schienenanlage 20 versetzt ist. Der Versatz ist in der Figur 3 mit dem Bezugszeichen V gekennzeichnet .
Der Versatz V schlägt sich in den Abstandswerten A(cpl) und A(cp2) nieder, wie beispielhaft in den Figuren 4 und 5 darge¬ stellt ist. Die Figur 4 zeigt den Messwertverlauf MV1 der Abstandswerte A(cp2), die von dem linken Messstrahl M2 geliefert werden. Es lässt sich erkennen, dass die Abstandswerte A(cp2) durch das versetzte Entgleisen um den Versatz V größer als die in dem Speicher 43 abgespeicherten Referenzwerte R(X, cp2) werden und der Messwertverlauf MV1 um den Versatz V gegenüber dem Refe renzverlauf RV1 zu größeren Abstandswerten verschoben wird.
In entsprechender Weise werden die Abstandswerte A(cpl), die von dem rechten Messstrahl Ml erzeugt werden, kleiner als die zugeordneten Referenzwerte R(X, cp2) sein, so dass der rechte Messwertverlauf MVr, der mit dem rechten Messstrahl Ml er zeugt wird, gegenüber dem korrespondierenden rechten Refe renzverlauf RVr zu kleineren Abstandswerten verschoben wird.
Stellt die Auswerteinrichtung 44 ein solches gegenläufiges Verschieben der Messwertverläufe MV1 und MVr gegenüber den zugeordneten Referenzverläufen RV1 und RVr fest, so schließt sie daraus, dass das Schienenfahrzeug 10 parallel zur Spur versetzt entgleist ist und ein entsprechendes Entgleisungs¬ warnsignal, das ein parallel zur Spur versetztes Entgleisen des Fahrzeugs anzeigt, erzeugt werden muss. Das erzeugte Ent¬ gleisungswarnsignal trägt in der Figur 2 das Bezugszeichen EWS .
Die Figur 6 zeigt das Schienenfahrzeug 10 gemäß den Figuren 1 und 3 für den Fall, dass es zu einem Entgleisen des Schienen fahrzeugs 10 gekommen ist, bei dem sich das Schienenfahrzeug 10 seitlich gegenüber der Fahrspur der Schienenanlage 20 ver dreht hat. Aufgrund der Verdrehung des Schienenfahrzeugs 10 und aufgrund der Verdrehung der Messanordnung 40 werden die Messstrahlen Ml und M2 die jeweils zugeordnete Tunnelwand 31 bzw. 32 zeitlich und örtlich versetzt abtasten. So wird bei spielsweise der in der Figur 6 mit dem Bezugszeichen 33 be- zeichnete linke Vorsprung von der Messanordnung 40 zeitlich früher bzw. an einem früheren Ort erkannt werden als der ört lich korrespondierende rechte Vorsprung 34 an der rechten Tunnelwand 31. Die Messwertverläufe und die zugehörigen Referenzverläufe sind in den Figuren 7 und 8 dargestellt. Es lässt sich erken nen, dass der linke Messwertverlauf MV1 gegenüber dem Refe renzverlauf RV1 um einen örtlichen Versatz -dX nach links verschoben ist, da es - wie erläutert - aufgrund der seitli chen Verdrehung des Schienenfahrzeugs 10 - verglichen mit der Normalausrichtung der Messanordnung 40 - links zu einer ver frühten Objekterkennung kommt.
In entsprechender Weise wird der rechte Messwertverlauf MVr gegenüber dem zugeordneten rechten Referenzverlauf RVr um ei nen Versatz +dX nach rechts versetzt, wie in der Figur 8 dar gestellt ist, da es aufgrund der seitlichen Verdrehung des Schienenfahrzeugs 10 - verglichen mit der Normalausrichtung der Messanordnung 40 - rechts zu einer verspäteten Objekter kennung kommt .
Die Auswerteinrichtung 44 wird bei dem Auftreten eines ent sprechenden gegenläufigen Versatzes der Messwertverläufe MV1 und MVr gegenüber den zugeordneten Referenzverläufen RV1 und RVr auf ein seitliches Verdrehen des Schienenfahrzeugs 10 schließen und ein Entgleisungswarnsignal EWS erzeugen, das eine seitliche Verdrehung des Schienenfahrzeugs 10 relativ zur vorgegebenen Fahrspur anzeigt.
Die Figur 9 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein Schienen fahrzeug 10, bei dem die Messanordnung 40 einen Messstrahl M in einer Ebene um eine Rotationsachse 100 rotieren lässt. Es erfolgt somit eine Abtastung des Tunnels 30 um 360°.
Die Figur 10 zeigt die Messanordnung 40 des Schienenfahrzeugs 10 gemäß Figur 9 in einer Sicht von der Seite. Es lässt sich erkennen, dass die Rotationsachse 100 gegenüber der Vertika len um einen Neigungswinkel Q geneigt ist. Durch die Neigung der Rotationsachse 100 wird sichergestellt, dass der Mess strahl M bei der Fahrt auch den vor dem Schienenfahrzeug 10 befindlichen Raum abtastet. Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungs beispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
Bezugs zeichenliste
10 Schienenfahrzeug
20 Schienenanlage
30 Tunnel
31 rechte Tunnelwand
32 linke Tunnelwand
33 linker Vorsprung
34 rechter Vorsprung
40 Messanordnung
41 Abstandsmesseinrichtung 41a Sendeeinrichtung
41b Empfangseinrichtung
42 Ortungseinrichtung
43 Speicher
44 Auswerteinrichtung 100 Rotationsachse
A(cpl) Abstandswert
A(cp2) Abstandswert
El EmpfangsStrahlung
E2 EmpfangsStrahlung
EWS EntgleisungsWarnsignal
M Messstrahl
Ml rechter Messstrahl
M2 linker Messstrahl
MV1 linker Messwertverlauf
MVr rechter Messwertverlauf
RV1 linker Referenzverlauf
RVr rechter Referenzverlauf
(R(X0, fΐ ) Referenzwert
(R (X0 , f2 ) Referenzwert
V Versatz
X Fahrtrichtung
xo Ort
cpl Schwenkwinkel
cp2 Schwenkwinkel
Neigungswinkel
-dX Versatz
+dX Versatz

Claims

Patentansprüche
1. Messanordnung (40) für ein spurgebundenes Fahrzeug, insbe¬ sondere Schienenfahrzeug (10),
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
die Messanordnung (40) eine Abstandsmesseinrichtung (41) aufweist, die in mindestens einer vorgegebenen räumlichen Messausrichtung, die winklig nach rechts oder links rela tiv zur Längsrichtung des Fahrzeugs ausgerichtet ist, den jeweiligen Abstand zwischen der Abstandsmesseinrichtung (41) und - in Messausrichtung gesehen - befindlichen Ob jekten in der Umgebung misst, und
die Messanordnung (40) eine Auswerteinrichtung (44) auf weist, die während einer aktuellen Fahrt in der räumli chen Messausrichtung aufgenommene Abstandswerte (A(cpl), A(cp2) mit örtlich korrespondierenden, während einer oder mehrerer vorheriger Fahrten auf derselben Strecke aufge nommenen Abstandswerten, nachfolgend Referenzwerte ge¬ nannt, vergleicht und im Falle, dass die Abweichung eine vorgegebene Abweichungscharakteristik aufweist, ein Ent gleisungswarnsignal (EWS) erzeugt.
2. Messanordnung (40) nach Anspruch 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
die Auswerteinrichtung (44) ein Entgleisungswarnsignal (EWS) erzeugt, wenn die Abweichung des Messwertverlaufs (MV1, MVr) der aktuell gemessenen Abstandswerte (A(cpl), A(cp2) über dem Fahrzeugort (XO) von dem Referenzverlauf (A(cpl), A(cp2) der örtlich korrespondierenden Referenzwerte ((R(X0, cpl) , (R(X0, f2) ) eine vorgegebene Schwelle überschreitet.
3. Messanordnung (40) nach einem der voranstehenden Ansprü che,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
die Auswerteinrichtung (44) ein Entgleisungswarnsignal (EWS) erzeugt, das ein parallel zur Spur versetztes Entgleisen des Fahrzeugs anzeigt, wenn der Messwertverlauf (MV1, MVr) der aktuell gemessenen Abstandswerte (A(cpl), A(cp2) über dem Fahr¬ zeugort (XO) gegenüber dem Referenzverlauf (RV1, RVr) der örtlich korrespondierenden Referenzwerte ((R(X0, cpl) , (R(X0, f2) ) um einen Abstandsdifferenzwert versetzt ist und der Ab¬ standsdifferenzwert eine vorgegebene Schwelle überschreitet.
4. Messanordnung (40) nach einem der voranstehenden Ansprü che,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
die Auswerteinrichtung (44) ein Entgleisungswarnsignal (EWS) erzeugt, das eine seitliche Verdrehung des Fahrzeugs relativ zur vorgegebenen Fahrspur anzeigt, wenn der Messwertverlauf (MV1, MVr) der aktuell gemessenen Abstandswerte (A(cpl), A(cp2) gegenüber dem Referenzverlauf (RV1, RVr) örtlich versetzt ist und der Versatz (V) eine vorgegebene Schwelle überschreitet.
5. Messanordnung (40) nach einem der voranstehenden Ansprü che,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
die Abstandsmesseinrichtung (41) in mindestens zwei vor gegebenen räumlichen Messausrichtungen, von denen eine um einen vorgegebenen Schwenkwinkel (cpl) nach rechts - nach¬ folgend rechte Messausrichtung genannt - und die andere um denselben Schwenkwinkel (cp2) nach links - nachfolgend linke Messausrichtung genannt - relativ zur Längsrichtung des Fahrzeugs ausgerichtet ist, den jeweiligen Abstand zwischen der Abstandsmesseinrichtung (41) und - in den zwei Messausrichtungen gesehen - befindlichen Objekten in der Umgebung unter Bildung eines rechten Messwertverlaufs (MVr) und eines linken Messwertverlaufs (MV1) misst, und die Auswerteinrichtung (44) während einer aktuellen Fahrt den rechten und linken Messwertverlauf (MVr, MV1) mit korrespondierenden rechten und linken Referenzwertverläu fen (RVr, RV1) vergleicht und die Erzeugung des Entglei¬ sungswarnsignals (EWS) davon abhängig macht, ob etwaige Abweichungen zwischen einem der Messwertverläufe (MVr,
MV1) und dem korrespondierenden Referenzverlauf (RVr,
RV1) mit Abweichungen zwischen dem anderen Messwertver lauf (MVr, MV1) und dessen korrespondierenden Referenz verlauf (RVr, RV1) korrelieren.
6. Messanordnung (40) nach einem der voranstehenden Ansprü che,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
die Auswerteinrichtung (44) ein Entgleisungswarnsignal (EWS) erzeugt, das ein parallel zur Spur versetztes Entgleisen des Fahrzeugs anzeigt, wenn die Abweichungen des rechten und lin ken Messwertverlaufs (MVr, MV1) von dem zugeordneten rechten und linken Referenzverlauf (RVr, RV1) jeweils eine vorgegebe ne Schwelle überschreiten und die Abweichungen unterschiedli che Vorzeichen aufweisen.
7. Messanordnung (40) nach einem der voranstehenden Ansprü che,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
die Auswerteinrichtung (44) ein Entgleisungswarnsignal (EWS) erzeugt, das eine seitliche Verdrehung des Fahrzeugs relativ zur vorgegebenen Fahrspur anzeigt, wenn die Messwertverläufe (MVr, MV1) über dem Fahrzeugort (XO) gegenüber den zugeordne ten Referenzverläufen (RVr, RV1) jeweils einen örtlichen Ver satz (V) aufweichen, der eine vorgegebene Schwelle über schreitet, und die Versätze (V) unterschiedliche Versatzrich tungen bzw. unterschiedliche Vorzeichen aufweisen.
8. Messanordnung (40) nach einem der voranstehenden Ansprü che,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
die mindestens eine vorgegebene räumliche Messausrichtung oder zumindest eine der Messausrichtungen relativ zur Hori zontalen geneigt ist.
9. Messanordnung (40) nach einem der voranstehenden Ansprü che,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
- die Abstandsmesseinrichtung (41) eine Sendeeinrichtung
(41a) aufweist, die zumindest einen Messstrahl (M, Ml, M2) erzeugt und diesen dauerhaft oder zumindest zeitlich ab schnittsweise in der vorgegebenen räumlichen Messausrich tung aussendet, und - die Abstandsmesseinrichtung (41) eine Empfangseinrichtung (41b) aufweist, die objektseitig reflektierte oder ge streute Empfangsstrahlung (El , E2) des Messstrahls (M, Ml, M2) empfängt und anhand der Empfangsstrahlung (El, E2), insbesondere anhand des Zeitverzugs zwischen dem Senden der Strahlung und dem Empfang der Empfangsstrahlung (El, E2), die Abstandswerte (A(cpl), A(cp2) erzeugt.
10. Messanordnung (40) nach einem der voranstehenden Ansprü che,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
die Abstandsmesseinrichtung (41) mehrere Messstrahlen (M, Ml, M2) gleichzeitig in unterschiedlichen räumlichen Messausrich tungen aussendet.
11. Messanordnung (40) nach einem der voranstehenden Ansprü che,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
die Abstandsmesseinrichtung (41) die Ausrichtung des oder der Messstrahlen (M, Ml, M2) über der Zeit verändert und Strah lung nacheinander in mehreren räumlichen Messausrichtungen aussendet .
12. Messanordnung (40) nach einem der voranstehenden Ansprü che,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
die Abstandsmesseinrichtung (41) den oder die Messstrahlen (M, Ml, M2) in einer Ebene um eine Rotationsachse (100) ro tieren lässt.
13. Messanordnung (40) nach Anspruch 12,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
die Rotationsachse (100) zur Vertikalen geneigt ist.
14. Messanordnung (40) nach einem der voranstehenden Ansprü che 12 bis 13,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
die Abstandsmesseinrichtung (41) die Neigung der Rotation sachse (100) während der Fahrt verändert.
15. Verfahren zum Erkennen eines Spurverlassens , insbesondere Entgleisens, bei einem spurgebundenen Fahrzeug, insbesondere Schienenfahrzeug (10),
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
in mindestens einer vorgegebenen räumlichen Messausrich tung, die winklig nach rechts oder links relativ zur Längsrichtung des Fahrzeugs ausgerichtet ist, der jewei ligen Abstand zu - in Messausrichtung gesehen - befindli chen Objekten in der Umgebung gemessen wird und
während einer aktuellen Fahrt in der räumlichen Messaus richtung aufgenommene Abstandswerte (A(cpl), A(cp2) mit örtlich korrespondierenden, während einer oder mehrerer vorheriger Fahrten auf derselben Strecke aufgenommenen Abstandswerten, nachfolgend Referenzwerte ((R(X0, cpl), (R(X0, cp2)) genannt, verglichen wird und im Falle, dass die Abweichung eine vorgegebene Abweichungscharakteristik aufweist, ein Entgleisungswarnsignal (EWS) erzeugt wird.
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