WO2020239438A1 - Apparatus and method for determining the speed of a rail vehicle - Google Patents

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WO2020239438A1
WO2020239438A1 PCT/EP2020/063253 EP2020063253W WO2020239438A1 WO 2020239438 A1 WO2020239438 A1 WO 2020239438A1 EP 2020063253 W EP2020063253 W EP 2020063253W WO 2020239438 A1 WO2020239438 A1 WO 2020239438A1
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signal
speed
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speed value
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Andreas Liebig
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    • B61L25/02—Indicating or recording positions or identities of vehicles or trains
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    • B61L3/02—Devices along the route for controlling devices on the vehicle or train, e.g. to release brake or to operate a warning signal at selected places along the route, e.g. intermittent control simultaneous mechanical and electrical control
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    • B61L3/12—Devices along the route for controlling devices on the vehicle or train, e.g. to release brake or to operate a warning signal at selected places along the route, e.g. intermittent control simultaneous mechanical and electrical control controlling electrically using magnetic or electrostatic induction; using radio waves
    • B61L3/121—Devices along the route for controlling devices on the vehicle or train, e.g. to release brake or to operate a warning signal at selected places along the route, e.g. intermittent control simultaneous mechanical and electrical control controlling electrically using magnetic or electrostatic induction; using radio waves using magnetic induction

Definitions

  • the speed of rail vehicles and their position is determined, for example, with the help of radar and distance pulse sensors, which is often referred to as odometry. These values for speed and position are required for modern train control systems or train monitoring systems such as ETCS.
  • GPS and acceleration sensors for example, can also be used to increase the accuracy and reliability of the speed determination.
  • the radar sensors used usually work in the gigahertz range and determine the speed of the rail vehicle with the help of reflections on structures in the route area.
  • the problem here is that, for example, the radar sensors or the trackside sensors can ice up in winter
  • the acceleration sensors additionally or alternatively used in odometry register changes in speed of the rail vehicle.
  • the speed is determined, for example, by integrating the acceleration.
  • the problem here is that a Errors in the calculated speed can increase over time.
  • the invention solves the problem on the one hand by a Vorrich device for determining the speed of a rail vehicle with at least two vehicle-side receiving antennas arranged at a distance from one another in one direction of travel, each of which is suitable for receiving an electromagnetic radiation emitted by a track-side transmitter, in particular a balise
  • At least one signal device connected to the receiving antennas which is designed to determine signals received by the receiving antennas
  • at least one computing device which is designed to calculate a speed value taking into account the first and second signals and the state of the receiving antennas.
  • the object is achieved according to the invention by a method for determining the speed of a rail vehicle, in which a first signal is received in a first vehicle-side receiving antenna and a second signal in a second vehicle-side receiving antenna, the first signal and the second signal from at least one stre be sent out on the corner side transmitter, and in which a speed value is calculated taking into account the first signal and the second signal and a distance between the first and the second receiving antenna.
  • the solution according to the invention has the advantage that the speed of the rail vehicle can be determined very precisely, for example when driving over a Eurobalise.
  • Eurobalises for example, are on ETCS-equipped routes at relatively short and regular intervals of for example a few hundred meters to two kilometers.
  • the invention at least at certain points during the journey of the rail vehicle, there is always a very precise speed value that significantly improves the accuracy of the odometry of the vehicle.
  • the at least two receiving antennas can each be designed as a substantially vertically or horizontally oriented loop.
  • This has the advantage that there is a minimum or maximum of the received signal when the trackside transmitter is passed, which can be evaluated particularly well.
  • a track-side Eurobalise sends its uplink signal at 4.2 MHz while the vehicle's receiving antenna is being passed.
  • This uplink signal is generated by a current in a vehicle-side transmission loop, which can also be referred to as Sen deloop.
  • the minimum or maximum in the respective signal received by the receiving antennas is present when the vertically or horizontally oriented loop is located exactly above the center of the trackside Sendeein direction in the direction of travel of the rail vehicle.
  • the computing device can be designed to take into account a time offset between the first signal and the second signal in order to calculate the speed value. This has the advantage that the time offset can easily be determined and a simple speed calculation is therefore possible.
  • the computing device can be designed to add a time offset in a phase of the first signal and the second signal in order to calculate the speed value consider.
  • the phase relationship of the two signals to one another can easily be determined in the computing device.
  • the phase position changes at this point, so that these points of maxima or minima in the first and / or second signal can easily be determined.
  • phase changes can also be used to determine the time interval between the signals.
  • the computing device can be designed to take into account a time offset in a cross correlation from the first signal and the second signal in order to calculate the speed value. This has the advantage that the calculation of the speed is further simplified.
  • the invention further relates to a rail vehicle with a device for determining speed, which is constructed according to one of the aforementioned embodiments.
  • the rail vehicle can have at least one acceleration sensor which is designed to determine a speed change
  • the computing device in particular between trackside transmitting devices, can be designed to calculate a speed value taking into account the speed change.
  • the speed value can be calculated taking into account a time offset between the first signal and the second signal, can be calculated taking into account a time offset in the phase of the first signal and the second signal, or taking into account a time offset in a cross-correlation can be calculated from the first signal and the second signal.
  • the determination of the speed can thus be simplified in each case.
  • the speed value in particular between trackside transmitting devices, can be calculated taking into account a change in speed.
  • Fig. 1 is a schematic representation of an exemplary embodiment of an inventive
  • FIG. 2 shows a schematic three-dimensional representation of the embodiment in FIG. 1; 3 shows a schematic representation of a field distribution of a trackside transmitter from FIGS. 1 and 2;
  • FIGS. 1 and 2 are schematic representations of an exemplary signal curve in the vehicle-side Emp receiving antennas from FIGS. 1 and 2;
  • Fig. 5 is a schematic representation of a phase ver
  • the 1 shows a rail vehicle 1, such as, for example, a train, subway or tram, which travels a route 2 in a direction X of travel.
  • the route 2 comprises two rails 3 and 4 arranged in parallel.
  • the route 2 has several track-side transmission devices 5, which can be transponders, in particular in the form of balises, such as are known in the field of rail technology as Eurobalises, for example.
  • the rail vehicle 1 comprises a device 6 for determining the speed, which has at least two receiving antennas 7a, 7b.
  • the front receiving antenna 7a in the direction of travel X and the rear receiving antenna 7b in the direction of travel X each have a vertically oriented conductor loop or a vertically oriented conductor coil formed by a plurality of conductor loops. If the rail vehicle 1, based on the illustration in Fig. 1, approaches the route-side transmitting device 5 and over it, the first or front receiving antenna 7a of the device 6 is generated in the area of the route-side transmitting device 5 Reach the magnetic field. As a result, a corresponding received signal 8a is generated in the receiving antenna 7a (see FIG. 4).
  • the trackside transmitter 5 is designed as a balise and comprises a horizontally oriented conductor loop 9.
  • a corresponding signal 8b is also generated in the second receiving antenna 7b with a position and time offset when the trackside transmitter 5 is passed.
  • Fig. 3 shows an exemplary field distribution of the magnetic field of an uplink signal of the trackside Sendeeinrich device 5, which is for example a Eurobalise.
  • the vertically oriented receiving antennas 7a, 7b are arranged in the exemplary embodiment in the figures within an antenna housing 14, which is designed as a metallic half-shell.
  • its receiving antenna 7a is located in the direction of travel X essentially centrally above the loop 9 of the trackside transmitter 5.
  • the receiving antennas 7a, 7b and the conductor loop 9 are relative to each other like this arranged so that they are always centered to one another, even across the direction of travel X (i.e. in direction Y).
  • the device 6 for determining the speed further comprises a signal device 10 connected to the receiving antennas 7a, 7b, which is designed to determine the signals 8a, 8b received by the receiving antennas 7a, 7b.
  • the device 6 further comprises a computing device 11 which is designed to calculate a speed value of the rail vehicle 1.
  • the signaling device 10 determines the signals 8a, 8b received by the receiving antennas 7a, 7b, which are shown in FIG. 4.
  • the receiving antennas 7a, 7b are arranged in the direction of travel X at a known distance d from one another.
  • the trackside transmitter 5 sends its uplink signal at 4.2 MHz in a known manner.
  • the uplink signal is generated by a current in a transmission loop (not shown).
  • the magnetic field shown in Fig. 3 thereby generated induces the signals 8a, 8b in the vehicle receiving antennas 7a, 7b. If the vertically oriented receiving antennas 7a, 7b are located exactly above the center of the conductor loop 9 of the trackside transmitter 5, the received signal 8a, 8b is minimal.
  • These Mi nima 12a, 12b of the signals 8a, 8b can be seen in FIG.
  • a time offset t between the signals 8a and 8b can be determined, for example, via the time interval between the minima 12a, 12b (as mentioned above), via a cross-correlation or also via the phase of the signals 8a, 8b.
  • the phase position between the signals 8a, 8b is shown in Fig. 5 Darge provides. As shown in FIG. 5, the phase position changes at the minima 12a, 12b of the signals 8a, 8b. These phase changes can also be used to determine the time interval t between the signals 8a, 8b.
  • the computing device 11 is designed to calculate a speed value of the rail vehicle 1 taking into account the first signal 8a and the second signal 8b and the distance d between the receiving antennas 7a, 7b.
  • the rail vehicle 1 includes Furthermore, an acceleration sensor 13, which is designed to determine a change in speed of the rail vehicle 1 is formed.
  • the computing device 11 is also designed to calculate a speed value from the speed change determined by the acceleration sensor 13.
  • the rail vehicle 1 according to the invention can also determine a speed value of the rail vehicle 1 at points between the passages of track-side transmission devices 5.
  • This speed value determined from the change in speed which can have a measurement error that increases over time, is corrected by the value determined according to the invention each time a trackside transmitter 5 is passed over. As a result of this regular correction, the measurement error remains low overall and below an acceptable limit.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Train Traffic Observation, Control, And Security (AREA)

Abstract

The invention relates to an apparatus (6) for determining the speed of a rail vehicle (1), comprising: at least two vehicle-side receiving antennas (7a, 7b) which are arranged in a travel direction at a distance from one another and which are each suitable for receiving electromagnetic radiation transmitted by a track-side transmitting device (5), in particular a balise; at least one signal device (10) which is connected to the receiving antennas (7a, 7b) and which is designed to detect signals (8a, 8b) received by the receiving antennas (7a, 7b); and at least one computing device (11) which is designed to calculate a speed value taking into account the first and the second signal (8a, 8b) and taking into account the distance (d) between the receiving antennas (7a, 7b). Using the apparatus (6) according to the invention, a speed value of the rail vehicle (1) can be determined with higher precision. The invention also relates to a method for determining the speed of a rail vehicle (1).

Description

Beschreibung description
Vorrichtung und Verfahren zur Geschwindigkeitsbestimmung ei nes Schienenfahrzeugs Device and method for determining the speed of a rail vehicle
Die Geschwindigkeit von Schienenfahrzeugen und deren Position wird beispielsweise mit Hilfe von Radar und Wegimpulssensoren ermittelt, was häufig als Odometrie bezeichnet wird. Diese Werte für Geschwindigkeit und Position sind für moderne Zug steuersysteme oder Zugüberwachungssysteme, wie beispielsweise ETCS, erforderlich. Zusätzlich können auch beispielsweise GPS- und Beschleunigungssensoren zu Einsatz kommen, um die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Geschwindigkeitsermitt lung zu steigern. Die verwendeten Radarsensoren arbeiten üb licherweise im Gigahertzbereich und ermitteln die Geschwin digkeit des Schienenfahrzeugs mit Hilfe von Reflexionen an Strukturen im Streckenbereich. The speed of rail vehicles and their position is determined, for example, with the help of radar and distance pulse sensors, which is often referred to as odometry. These values for speed and position are required for modern train control systems or train monitoring systems such as ETCS. In addition, GPS and acceleration sensors, for example, can also be used to increase the accuracy and reliability of the speed determination. The radar sensors used usually work in the gigahertz range and determine the speed of the rail vehicle with the help of reflections on structures in the route area.
Problematisch ist hierbei, dass beispielsweise im Winter die Radarsensoren vereisen können oder die streckenseitigen The problem here is that, for example, the radar sensors or the trackside sensors can ice up in winter
Strukturen nicht erkennbar sind, was beispielsweise durch Schnee oder Wasserflächen verursacht werden kann. In beiden Fällen kann dies zu einem Versagen der Radarsensoren führen. Die eingesetzten Wegimpulssensoren ermitteln die Drehzahl der Fahrzeugachsen. Bei angetriebenen und/oder gebremsten Achsen kann allerdings ein sogenannter Schlupf oder ein Blockieren auftreten, was die Messung verfälscht. GPS- oder ähnliche Sensoren, die mit Satellitennavigation arbeiten, funktionie ren üblicherweise nicht in Tunneln oder bei anderen schwieri gen geographischen Bedingungen, wie beispielsweise Schluchten zwischen hohen Häusern. Structures are not recognizable, which can be caused for example by snow or bodies of water. In both cases this can lead to a failure of the radar sensors. The distance pulse sensors used determine the speed of the vehicle axles. In the case of driven and / or braked axles, however, so-called slip or blocking can occur, which falsifies the measurement. GPS or similar sensors that work with satellite navigation usually do not work in tunnels or in other difficult geographic conditions, such as ravines between tall buildings.
Die in der Odometrie zusätzlich oder alternativ eingesetzten Beschleunigungssensoren registrieren Geschwindigkeitsänderun gen des Schienenfahrzeugs. Die Geschwindigkeit wird dabei beispielsweise durch eine Integration der Beschleunigung er mittelt. Problematisch ist hierbei, dass durch Messfehler ein Fehler in der berechneten Geschwindigkeit mit der Zeit zuneh men kann . The acceleration sensors additionally or alternatively used in odometry register changes in speed of the rail vehicle. The speed is determined, for example, by integrating the acceleration. The problem here is that a Errors in the calculated speed can increase over time.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Geschwindigkeitsbestimmung eines Schienenfahrzeugs bereitzustellen, mit denen die Ge schwindigkeit mit höherer Genauigkeit bestimmt werden kann. It is therefore the object of the present invention to provide a device and a method for determining the speed of a rail vehicle with which the speed can be determined with greater accuracy.
Die Erfindung löst die Aufgabe einerseits durch eine Vorrich tung zur Geschwindigkeitsbestimmung eines Schienenfahrzeugs mit wenigstens zwei in einer Fahrrichtung mit einem Abstand zueinander angeordneten fahrzeugseitigen Empfangsantennen, die jeweils geeignet sind, eine von einer streckenseitigen Sendeeinrichtung, insbesondere einer Balise, ausgesendete elektromagnetische Strahlung zu empfangen, mit wenigstens ei ner mit den Empfangsantennen verbundenen Signaleinrichtung, die zum Ermitteln von den Empfangsantennen empfangenen Signa len ausgebildet ist, und mit wenigstens einer Recheneinrich tung, die zum Berechnen eines Geschwindigkeitswertes unter Berücksichtigung des ersten und zweiten Signals sowie des Ab standes der Empfangsantennen ausgebildet ist. The invention solves the problem on the one hand by a Vorrich device for determining the speed of a rail vehicle with at least two vehicle-side receiving antennas arranged at a distance from one another in one direction of travel, each of which is suitable for receiving an electromagnetic radiation emitted by a track-side transmitter, in particular a balise At least one signal device connected to the receiving antennas, which is designed to determine signals received by the receiving antennas, and with at least one computing device, which is designed to calculate a speed value taking into account the first and second signals and the state of the receiving antennas.
Ferner wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Geschwindigkeitsbestimmung eines Schienenfahrzeugs ge löst, bei dem ein erstes Signal in einer ersten fahrzeugsei tigen Empfangsantenne und ein zweites Signal in einer zweiten fahrzeugseitigen Empfangsantenne empfangen werden, wobei das erste Signal und das zweite Signal von wenigstens einer stre ckenseitigen Sendeeinrichtung ausgesendet werden, und bei dem ein Geschwindigkeitswert unter Berücksichtigung des ersten Signals und des zweiten Signals sowie eines Abstandes der ersten und der zweiten Empfangsantenne berechnet wird. Furthermore, the object is achieved according to the invention by a method for determining the speed of a rail vehicle, in which a first signal is received in a first vehicle-side receiving antenna and a second signal in a second vehicle-side receiving antenna, the first signal and the second signal from at least one stre be sent out on the corner side transmitter, and in which a speed value is calculated taking into account the first signal and the second signal and a distance between the first and the second receiving antenna.
Die erfindungsgemäße Lösung hat den Vorteil, dass die Ge schwindigkeit des Schienenfahrzeugs beispielsweise bei Über fahrt einer Eurobalise sehr genau bestimmt werden kann. Euro- balisen liegen beispielsweise auf ETCS ausgerüsteten Strecken in relativ geringen und regelmäßigen Abständen von beispielsweise einigen hundert Metern bis zwei Kilometern. Dadurch liegt erfindungsgemäß zumindest punktuell während der Fahrt des Schienenfahrzeugs immer wieder ein sehr genauer Ge schwindigkeitswert vor, der die Genauigkeit der Odometrie des Fahrzeugs wesentlich verbessert. The solution according to the invention has the advantage that the speed of the rail vehicle can be determined very precisely, for example when driving over a Eurobalise. Eurobalises, for example, are on ETCS-equipped routes at relatively short and regular intervals of for example a few hundred meters to two kilometers. As a result, according to the invention, at least at certain points during the journey of the rail vehicle, there is always a very precise speed value that significantly improves the accuracy of the odometry of the vehicle.
Die erfindungsgemäße Lösung kann durch vorteilhafte Ausge staltung weiterentwickelt werden, die im Folgenden beschrie ben sind. The solution according to the invention can be further developed by advantageous design, which are ben described below.
So können bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfin dungsgemäßen Vorrichtung, die wenigstens zwei Empfangsanten nen jeweils als eine im Wesentlichen vertikal oder horizontal orientierte Schleife ausgebildet sein. Dies hat den Vorteil, dass bei Überfahrt der streckenseitigen Sendeeinrichtung ein Minimum bzw. Maximum des empfangenen jeweiligen Signals vor liegt, das besonders gut ausgewertet werden kann. Beispiels weise sendet während der Überfahrt der fahrzeugseitigen Emp fangsantenne eine streckenseitige Eurobalise ihr Uplink-Sig- nal bei 4,2 MHz. Dieses Uplink-Signal wird durch einen Strom in einer fahrzeugseitigen Sendeschleife, die auch als Sen deloop bezeichnet werden kann, erzeugt. Das Minimum bzw. Ma ximum im jeweiligen von den Empfangsantennen empfangenen Sig nal liegt vor, wenn die vertikal oder horizontal orientierte Schleife exakt über der Mitte der streckenseitigen Sendeein richtung in Fahrtrichtung des Schienenfahrzeugs befindet. Thus, in an advantageous embodiment of the device according to the invention, the at least two receiving antennas can each be designed as a substantially vertically or horizontally oriented loop. This has the advantage that there is a minimum or maximum of the received signal when the trackside transmitter is passed, which can be evaluated particularly well. For example, a track-side Eurobalise sends its uplink signal at 4.2 MHz while the vehicle's receiving antenna is being passed. This uplink signal is generated by a current in a vehicle-side transmission loop, which can also be referred to as Sen deloop. The minimum or maximum in the respective signal received by the receiving antennas is present when the vertically or horizontally oriented loop is located exactly above the center of the trackside Sendeein direction in the direction of travel of the rail vehicle.
Ferner kann die Recheneinrichtung ausgebildet sein, zum Be rechnen des Geschwindigkeitswertes einen zeitlichen Versatz zwischen dem ersten Signal und dem zweiten Signal zu berück sichtigen. Dies hat den Vorteil, dass der zeitliche Versatz leicht ermittelbar ist und dadurch eine einfache Geschwindig keitsberechnung möglich ist. Furthermore, the computing device can be designed to take into account a time offset between the first signal and the second signal in order to calculate the speed value. This has the advantage that the time offset can easily be determined and a simple speed calculation is therefore possible.
Um die Geschwindigkeitsberechnung weiter zu vereinfachen, kann die Recheneinrichtung ausgebildet sein, zum Berechnen des Geschwindigkeitswertes einen zeitlichen Versatz in einer Phase des ersten Signals und des zweiten Signals zu berücksichtigen. Die Phasenlage der beiden Signale zueinander kann in der Recheneinrichtung leicht bestimmt werden. An der Stelle ändert sich die Phasenlage, so dass diese Punkte von Maxima bzw. Minima in dem ersten und/oder zweiten Signal leicht ermittelbar sind. In order to further simplify the speed calculation, the computing device can be designed to add a time offset in a phase of the first signal and the second signal in order to calculate the speed value consider. The phase relationship of the two signals to one another can easily be determined in the computing device. The phase position changes at this point, so that these points of maxima or minima in the first and / or second signal can easily be determined.
Bewegt sich eine vertikal oder horizontal orientierte Emp fangsantenne über die Mitte der streckenseitigen Sendeein richtung hinweg, wechselt die Richtung des Magnetfeldes, von dem die fahrzeugseitigen Empfangsantennen durchflossen wer den. Dies führt zu einem Phasenwechsel gegenüber dem Signal in der jeweils anderen fahrzeugseitigen Empfangsantenne. If a vertically or horizontally oriented receiving antenna moves across the middle of the trackside transmitting device, the direction of the magnetic field through which the vehicle's receiving antennas flows changes. This leads to a phase change with respect to the signal in the respective other vehicle-side receiving antenna.
Diese Phasenwechsel können auch zur Ermittlung des zeitlichen Abstandes der Signale benutzt werden. These phase changes can also be used to determine the time interval between the signals.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die Re cheneinrichtung ausgebildet sein, zum Berechnen des Geschwin digkeitswertes einen zeitlichen Versatz in einer Kreuzkorre lation aus dem ersten Signal und dem zweiten Signal zu be rücksichtigen. Dies hat den Vorteil, dass die Berechnung der Geschwindigkeit weiter vereinfacht wird. In a further advantageous embodiment, the computing device can be designed to take into account a time offset in a cross correlation from the first signal and the second signal in order to calculate the speed value. This has the advantage that the calculation of the speed is further simplified.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Schienenfahrzeug mit ei ner Vorrichtung zur Geschwindigkeitsbestimmung, die erfin dungsgemäß nach einer der zuvor genannten Ausführungsformen ausgebildet ist. The invention further relates to a rail vehicle with a device for determining speed, which is constructed according to one of the aforementioned embodiments.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugs kann dieses wenigstens einen Beschleuni gungssensor aufweisen, der zum Ermitteln einer Geschwindig keitsänderung ausgebildet ist, und kann die Recheneinrich tung, insbesondere zwischen streckenseitigen Sendeeinrichtun gen, zum Berechnen eines Geschwindigkeitswertes unter Berück sichtigung der Geschwindigkeitsänderung ausgebildet sein.In an advantageous embodiment of the rail vehicle according to the invention, it can have at least one acceleration sensor which is designed to determine a speed change, and the computing device, in particular between trackside transmitting devices, can be designed to calculate a speed value taking into account the speed change.
Dies hat den Vorteil, dass während der gesamten Fahrt ein sehr genauer Geschwindigkeitswert des Schienenfahrzeugs be stimmt werden kann. Dieser wird bei der Fahrt zwischen den Balisen beispielsweise aus der Geschwindigkeitsänderung ermittelt und punktuell bei jeder Balisenüberfahrt durch die erfindungsgemäß ermittelte Geschwindigkeit aktualisiert. This has the advantage that a very precise speed value of the rail vehicle can be determined during the entire journey. This is derived from the change in speed when traveling between the balises, for example determined and updated selectively with each balise crossing by the speed determined according to the invention.
Dadurch wird ein Fehler, der sich bei der Geschwindigkeitser mittlung aus der Geschwindigkeitsänderung ergeben kann, ge ringgehalten . As a result, an error that can result from the change in speed when determining the speed is kept low.
In vorteilhaften Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Ver fahrens kann der Geschwindigkeitswert unter Berücksichtigung eines zeitlichen Versatzes zwischen dem ersten Signal und dem zweitem Signal berechnet werden, unter Berücksichtigung eines zeitlichen Versatzes in der Phase des ersten Signals und des zweiten Signals berechnet werden oder unter Berücksichtigung eines zeitlichen Versatzes in einer Kreuzkorrelation aus dem ersten Signal und dem zweiten Signal berechnet werden. So kann die Ermittlung der Geschwindigkeit jeweils vereinfacht werden . In advantageous embodiments of the method according to the invention, the speed value can be calculated taking into account a time offset between the first signal and the second signal, can be calculated taking into account a time offset in the phase of the first signal and the second signal, or taking into account a time offset in a cross-correlation can be calculated from the first signal and the second signal. The determination of the speed can thus be simplified in each case.
Um permanent einen möglichst genauen Geschwindigkeitswert des Schienenfahrzeugs ermitteln zu können, kann der Geschwindig keitswert, insbesondere zwischen streckenseitigen Sendein richtungen, unter Berücksichtigung einer Geschwindigkeitsän derung berechnet werden. In order to be able to permanently determine the most accurate possible speed value of the rail vehicle, the speed value, in particular between trackside transmitting devices, can be calculated taking into account a change in speed.
Im Folgenden wird die Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen erläutert . In the following, the invention is explained with reference to the accompanying drawings.
Es zeigen: Show it:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer beispielhaf ten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fig. 1 is a schematic representation of an exemplary embodiment of an inventive
Schienenfahrzeugs auf einer Schienenstrecke in einer Draufsicht; Rail vehicle on a rail line in a top view;
Fig. 2 eine schematische dreidimensionale Darstellung von der Ausführungsform in Fig. 1; Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Feldvertei lung einer streckenseitigen Sendeeinrichtung aus den Figuren 1 und 2; FIG. 2 shows a schematic three-dimensional representation of the embodiment in FIG. 1; 3 shows a schematic representation of a field distribution of a trackside transmitter from FIGS. 1 and 2;
Fig. 4 eine schematische Darstellung eines beispielhaf ten Signalverlaufs in den fahrzeugseitigen Emp fangsantennen aus den Fig. 1 und 2; 4 is a schematic representation of an exemplary signal curve in the vehicle-side Emp receiving antennas from FIGS. 1 and 2;
Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Phasenver Fig. 5 is a schematic representation of a phase ver
laufs der Signale aus Fig. 4. the signals from FIG. 4.
In den Figuren werden der Einfachheit halber für identische oder vergleichbare Komponenten stets dieselben Bezugszeichen verwendet . For the sake of simplicity, the same reference symbols are always used in the figures for identical or comparable components.
Fig. 1 zeigt ein Schienenfahrzeug 1, wie beispielsweise eine Eisenbahn, U-Bahn oder Straßenbahn, das eine Fahrstrecke 2 in einer Fahrtrichtung X befährt. Die Fahrstrecke 2 umfasst zwei parallel angeordnete Schienen 3 und 4. Die Fahrstrecke 2 weist mehrere streckenseitige Sendeeinrichtungen 5 auf, bei denen es sich um Transponder handeln kann, insbesondere in Form von Balisen, wie sie im Bereich der Eisenbahntechnik beispielsweise als Eurobalisen bekannt sind. 1 shows a rail vehicle 1, such as, for example, a train, subway or tram, which travels a route 2 in a direction X of travel. The route 2 comprises two rails 3 and 4 arranged in parallel. The route 2 has several track-side transmission devices 5, which can be transponders, in particular in the form of balises, such as are known in the field of rail technology as Eurobalises, for example.
Das Schienenfahrzeug 1 umfasst eine Vorrichtung 6 zur Ge schwindigkeitsbestimmung, die wenigstens zwei Empfangsanten nen 7a, 7b aufweist. Die in Fahrtrichtung X vordere Empfangs antenne 7a und die in Fahrtrichtung X hintere Empfangsantenne 7b weisen jeweils eine vertikal orientierte Leiterschleife o- der eine durch mehrere Leiterschleifen gebildete vertikal orientierte Leiterspule auf. Fährt das Schienenfahrzeug 1 ausgehend von der Darstellung in Fig. 1 auf die streckensei tige Sendeeinrichtung 5 zu und über diese hinweg, so wird zu nächst die erste bzw. vordere Empfangsantenne 7a der Vorrich tung 6 in den Bereich des von der streckenseitigen Sendeein richtung 5 erzeugten Magnetfeldes gelangen. Dadurch wird in der Empfangsantenne 7a ein entsprechendes Empfangssignal 8a erzeugt (s. Fig. 4) . Die streckenseitige Sendeeinrichtung 5 ist als eine Balise ausgebildet und umfasst eine horizontal orientierte Leiter schleife 9. The rail vehicle 1 comprises a device 6 for determining the speed, which has at least two receiving antennas 7a, 7b. The front receiving antenna 7a in the direction of travel X and the rear receiving antenna 7b in the direction of travel X each have a vertically oriented conductor loop or a vertically oriented conductor coil formed by a plurality of conductor loops. If the rail vehicle 1, based on the illustration in Fig. 1, approaches the route-side transmitting device 5 and over it, the first or front receiving antenna 7a of the device 6 is generated in the area of the route-side transmitting device 5 Reach the magnetic field. As a result, a corresponding received signal 8a is generated in the receiving antenna 7a (see FIG. 4). The trackside transmitter 5 is designed as a balise and comprises a horizontally oriented conductor loop 9.
Entsprechend wie bei der ersten Empfangsantenne 7a wird auch in der zweiten Empfangsantenne 7b orts- und zeitversetzt ein entsprechendes Signal 8b bei Überfahrt der streckenseitigen Sendeeinrichtung 5 erzeugt . As in the case of the first receiving antenna 7a, a corresponding signal 8b is also generated in the second receiving antenna 7b with a position and time offset when the trackside transmitter 5 is passed.
Fig. 3 zeigt eine beispielhafte Feldverteilung des Magnetfel des eines Uplink-Signals der streckenseitigen Sendeeinrich tung 5, die beispielsweise eine Eurobalise ist. Die vertikal orientierten Empfangsantennen 7a, 7b sind bei der beispiel haften Ausführungsform in den Figuren innerhalb eines Anten nengehäuses 14 angeordnet, das als eine metallische Halb schale ausgebildet ist. Bei der in Fig. 3 dargestellten Posi tion des Fahrzeugs 1 befindet sich dessen Empfangsantenne 7a in der Fahrtrichtung X im Wesentlichen mittig über der Lei terschleife 9 der streckenseitigen Sendeeinrichtung 5. Im Üb rigen sind die Empfangsantennen 7a, 7b und die Leiterschleife 9 relativ zueinander so angeordnet, dass sie sich auch quer zur Fahrtrichtung X (also in Richtung Y) stets mittig zuei nander befinden. Fig. 3 shows an exemplary field distribution of the magnetic field of an uplink signal of the trackside Sendeeinrich device 5, which is for example a Eurobalise. The vertically oriented receiving antennas 7a, 7b are arranged in the exemplary embodiment in the figures within an antenna housing 14, which is designed as a metallic half-shell. In the position of the vehicle 1 shown in Fig. 3, its receiving antenna 7a is located in the direction of travel X essentially centrally above the loop 9 of the trackside transmitter 5. In addition, the receiving antennas 7a, 7b and the conductor loop 9 are relative to each other like this arranged so that they are always centered to one another, even across the direction of travel X (i.e. in direction Y).
Die erfindungsgemäße Vorrichtung 6 zur Geschwindigkeitsbe stimmung umfasst weiterhin eine mit den Empfangsantennen 7a, 7b verbundene Signaleinrichtung 10, die zum Ermitteln der von den Empfangsantennen 7a, 7b empfangenen Signale 8a, 8b ausge bildet ist. Weiterhin umfasst die Vorrichtung 6 eine Rechen einrichtung 11, die zum Berechnen eines Geschwindigkeitswer tes des Schienenfahrzeugs 1 ausgebildet ist. The device 6 according to the invention for determining the speed further comprises a signal device 10 connected to the receiving antennas 7a, 7b, which is designed to determine the signals 8a, 8b received by the receiving antennas 7a, 7b. The device 6 further comprises a computing device 11 which is designed to calculate a speed value of the rail vehicle 1.
Die Signaleinrichtung 10 ermittelt die von den Empfangsanten nen 7a, 7b empfangenen Signale 8a, 8b, die in Fig. 4 darge stellt sind. Die Empfangsantennen 7a, 7b sind in der Fahrtrichtung X mit einem bekannten Abstand d zueinander angeordnet . The signaling device 10 determines the signals 8a, 8b received by the receiving antennas 7a, 7b, which are shown in FIG. 4. The receiving antennas 7a, 7b are arranged in the direction of travel X at a known distance d from one another.
Während der Überfahrt der Empfangsantennen 7a, 7b des Schie nenfahrzeugs 1 sendet die streckenseitige Sendeeinrichtung 5 in bekannter Weise ihr Uplink-Signal bei 4,2 MHz. Das Uplink- Signal wird durch einen Strom in einer Sendeschleife (nicht dargestellt) erzeugt. Das in Fig. 3 dargestellte dadurch er zeugte Magnetfeld induziert in den fahrzeugseitigen Empfangs antennen 7a, 7b die Signale 8a, 8b. Wenn sich die vertikal orientierten Empfangsantennen 7a, 7b exakt über der Mitte der Leiterschleife 9 der streckenseitigen Sendeeinrichtung 5 be finden, ist das empfangene Signal 8a, 8b minimal. Diese Mi nima 12a, 12b der Signale 8a, 8b sind in Fig. 4 erkennbar. Erfindungsgemäß wird ein zeitlicher Abstand t zwischen den Minimalwerten 12a, 12b in den Signalen 8a, 8b ermittelt, da dieser repräsentativ für den zeitlichen Versatz der Signale 8a, 8b zueinander ist. Aus diesem zeitlichen Abstand t und dem bekannten Abstand zwischen den Empfangsantennen 7a, 7b in der Fahrtrichtung X wird erfindungsgemäß eine mittlere Ge schwindigkeit v des Schienenfahrzeugs 1 entsprechend der For mel v = d/t ermittelt. During the passage of the receiving antennas 7a, 7b of the rail vehicle 1, the trackside transmitter 5 sends its uplink signal at 4.2 MHz in a known manner. The uplink signal is generated by a current in a transmission loop (not shown). The magnetic field shown in Fig. 3 thereby generated induces the signals 8a, 8b in the vehicle receiving antennas 7a, 7b. If the vertically oriented receiving antennas 7a, 7b are located exactly above the center of the conductor loop 9 of the trackside transmitter 5, the received signal 8a, 8b is minimal. These Mi nima 12a, 12b of the signals 8a, 8b can be seen in FIG. According to the invention, a time interval t between the minimum values 12a, 12b in the signals 8a, 8b is determined, since this is representative of the time offset between the signals 8a, 8b. From this time interval t and the known distance between the receiving antennas 7a, 7b in the direction of travel X, an average speed v of the rail vehicle 1 is determined according to the formula v = d / t.
Ein zeitlicher Versatz t zwischen den Signalen 8a und 8b lässt sich beispielsweise über den zeitlichen Abstand der Mi nima 12a, 12b (wie oben erwähnt), über eine Kreuzkorrelation oder auch über die Phase der Signale 8a, 8b ermitteln. Die Phasenlage zwischen den Signalen 8a, 8b ist in Fig. 5 darge stellt. Wie in Fig. 5 gezeigt, wechselt die Phasenlage an den Minima 12a, 12b der Signale 8a, 8b. Diese Phasenwechsel kön nen auch zur Ermittlung des zeitlichen Abstandes t der Sig nale 8a, 8b genutzt werden. A time offset t between the signals 8a and 8b can be determined, for example, via the time interval between the minima 12a, 12b (as mentioned above), via a cross-correlation or also via the phase of the signals 8a, 8b. The phase position between the signals 8a, 8b is shown in Fig. 5 Darge provides. As shown in FIG. 5, the phase position changes at the minima 12a, 12b of the signals 8a, 8b. These phase changes can also be used to determine the time interval t between the signals 8a, 8b.
Erfindungsgemäß ist die Recheneinrichtung 11 zum Berechnen eines Geschwindigkeitswertes des Schienenfahrzeugs 1 unter Berücksichtigung des ersten Signals 8a und des zweiten Sig nals 8b sowie des Abstandes d der Empfangsantennen 7a, 7b zu einander ausgebildet. Das Schienenfahrzeug 1 umfasst weiterhin einen Beschleunigungssensor 13, der zum Ermitteln einer Geschwindigkeitsänderung des Schienenfahrzeugs 1 ausge bildet ist. Die Recheneinrichtung 11 ist weiterhin zum Berechnen eines Geschwindigkeitswertes aus der vom Beschleunigungssensor 13 ermittelten Geschwindigkeitsänderung ausgebildet. Dadurch kann das erfindungsgemäße Schienenfahrzeug 1 auch an Stellen zwischen den Überfahrten von streckenseitigen Sendeeinrich- tungen 5 einen Geschwindigkeitswert des Schienenfahrzeugs 1 ermitteln. Dieser aus der Geschwindigkeitsänderung ermittelte Geschwindigkeitswert, der einen mit der Zeit zunehmenden Messfehler aufweisen kann, wird bei jeder Überfahrt einer streckenseitigen Sendeeinrichtung 5 durch den erfindungsgemäß ermittelten Wert korrigiert. Durch diese regelmäßige Korrek tur bleibt der Messfehler insgesamt gering und unter einer akzeptablen Grenze. According to the invention, the computing device 11 is designed to calculate a speed value of the rail vehicle 1 taking into account the first signal 8a and the second signal 8b and the distance d between the receiving antennas 7a, 7b. The rail vehicle 1 includes Furthermore, an acceleration sensor 13, which is designed to determine a change in speed of the rail vehicle 1 is formed. The computing device 11 is also designed to calculate a speed value from the speed change determined by the acceleration sensor 13. As a result, the rail vehicle 1 according to the invention can also determine a speed value of the rail vehicle 1 at points between the passages of track-side transmission devices 5. This speed value determined from the change in speed, which can have a measurement error that increases over time, is corrected by the value determined according to the invention each time a trackside transmitter 5 is passed over. As a result of this regular correction, the measurement error remains low overall and below an acceptable limit.

Claims

Patentansprüche Claims
1. Vorrichtung (6) zur Geschwindigkeitsbestimmung eines 1. Device (6) for determining the speed of a
Schienenfahrzeugs (1), Rail vehicle (1),
mit wenigstens zwei in einer Fahrrichtung mit einem Abstand zueinander angeordneten fahrzeugseitigen Empfangsantennen (7a, 7b) , die jeweils geeignet sind, eine von einer strecken seitigen Sendeeinrichtung (5), insbesondere einer Balise, ausgesendete elektromagnetische Strahlung zu empfangen, mit wenigstens einer mit den Empfangsantennen (7a, 7b) ver bundenen Signaleinrichtung (10), die zum Ermitteln von den Empfangsantennen (7a, 7b) empfangenen Signalen (8a, 8b) aus gebildet ist, und with at least two vehicle-side receiving antennas (7a, 7b) arranged at a distance from one another in one direction of travel, each of which is suitable for receiving electromagnetic radiation emitted by a line-side transmitter (5), in particular a balise, with at least one with the receiving antennas (7a, 7b) connected signal device (10), which is formed for determining signals (8a, 8b) received from the receiving antennas (7a, 7b), and
mit wenigstens einer Recheneinrichtung (11), die zum Berech nen eines Geschwindigkeitswertes unter Berücksichtigung des ersten und zweiten Signals (8a, 8b) sowie des Abstandes (d) der Empfangsantennen (7a, 7b) ausgebildet ist. with at least one computing device (11) which is designed to calculate a speed value taking into account the first and second signals (8a, 8b) and the distance (d) of the receiving antennas (7a, 7b).
2. Vorrichtung (6) nach Anspruch 1, 2. Device (6) according to claim 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass d a d u r c h e k e n n n z e i c h n e t that
die wenigstens zwei Empfangsantennen (7a, 7b) jeweils als eine im Wesentlichen vertikal oder horizontal orientierte Schleife ausgebildet sind. the at least two receiving antennas (7a, 7b) are each designed as a substantially vertically or horizontally oriented loop.
3. Vorrichtung (6) nach Anspruch 1 oder 2, 3. Device (6) according to claim 1 or 2,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass d a d u r c h e k e n n n z e i c h n e t that
die Recheneinrichtung (11) ausgebildet ist, zum Berechnen des Geschwindigkeitswertes einen zeitlichen Versatz (t) zwischen dem ersten Signal und dem zweiten Signal (8a, 8b) zu berück sichtigen . the computing device (11) is designed to take into account a time offset (t) between the first signal and the second signal (8a, 8b) in order to calculate the speed value.
4. Vorrichtung (6) nach einem der oben genannten Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass 4. Device (6) according to one of the above claims, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that
die Recheneinrichtung (11) ausgebildet ist, zum Berechnen des Geschwindigkeitswertes einen zeitlichen Versatz (t) in einer Phase des ersten Signals und des zweiten Signals (8a, 8b) zu berücksichtigen . the computing device (11) is designed to take into account a time offset (t) in a phase of the first signal and the second signal (8a, 8b) for calculating the speed value.
5. Vorrichtung (6) nach einem der oben genannten Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass 5. Device (6) according to one of the above claims, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that
die Recheneinrichtung (11) ausgebildet ist, zum Berechnen des Geschwindigkeitswertes einen zeitlichen Versatz (t) in einer Kreuzkorrelation aus dem ersten Signal und dem zweiten Signal (8a, 8b) zu berücksichtigen. the computing device (11) is designed to take into account a time offset (t) in a cross-correlation from the first signal and the second signal (8a, 8b) in order to calculate the speed value.
6. Schienenfahrzeug (1) mit einer Vorrichtung zur Geschwin digkeitsbestimmung, 6. Rail vehicle (1) with a device for speed determination,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass d a d u r c h e k e n n n z e i c h n e t that
die Vorrichtung (6) nach einem der oben genannten Ansprüche 1 bis 5 ausgebildet ist. the device (6) is designed according to one of the claims 1 to 5 mentioned above.
7. Schienenfahrzeug (1) nach Anspruch 6, 7. rail vehicle (1) according to claim 6,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass d a d u r c h e k e n n n z e i c h n e t that
das Schienenfahrzeug (1) wenigstens einen Beschleunigungs sensor (13) aufweist, der zum Ermitteln einer Geschwindig keitsänderung ausgebildet ist, und the rail vehicle (1) has at least one acceleration sensor (13) which is designed to determine a change in speed, and
dass die Recheneinrichtung (11), insbesondere zwischen stre ckenseitigen Sendeeinrichtungen (5), zum Berechnen eines Ge schwindigkeitswertes unter Berücksichtigung der Geschwindig keitsänderung ausgebildet ist. that the computing device (11), in particular between the route-side transmitting devices (5), is designed to calculate a speed value taking into account the change in speed.
8. Verfahren zur Geschwindigkeitsbestimmung eines Schienen fahrzeugs ( 1 ) , 8. Method for determining the speed of a rail vehicle (1),
bei dem ein erstes Signal (8a) in einer ersten fahrzeugseiti gen Empfangsantenne (7a) und ein zweites Signal (8b) in einer zweiten fahrzeugseitigen Empfangsantenne (7b) empfangen wer den, wobei das erste Signal (8a) und das zweite Signal (8b) von wenigstens einer streckenseitigen Sendeeinrichtung (5) ausgesendet werden, und in which a first signal (8a) in a first vehicle-side receiving antenna (7a) and a second signal (8b) in a second vehicle-side receiving antenna (7b) are received, the first signal (8a) and the second signal (8b) are transmitted by at least one trackside transmission device (5), and
bei dem ein Geschwindigkeitswert unter Berücksichtigung des ersten Signals (8a) und des zweiten Signals (8b) sowie eines Abstandes (d) der ersten und der zweiten Empfangsantenne (7a, 7b) berechnet wird. in which a speed value is calculated taking into account the first signal (8a) and the second signal (8b) and a distance (d) between the first and the second receiving antenna (7a, 7b).
9. Verfahren nach Anspruch 8, 9. The method according to claim 8,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Geschwindigkeitswert unter Berücksichtigung eines zeitli chen Versatzes (t) zwischen dem ersten Signal (8a) und dem zweiten Signal (8b) berechnet wird. characterized in that the speed value is calculated taking into account a temporal offset (t) between the first signal (8a) and the second signal (8b).
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, 10. The method according to claim 8 or 9,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Geschwindigkeitswert unter Berücksichtigung eines zeitli chen Versatzes (t) in der Phase des ersten Signals (8a) und des zweiten Signals (8b) berechnet wird. it is noted that the speed value is calculated taking into account a temporal offset (t) in the phase of the first signal (8a) and the second signal (8b).
11. Verfahren nach Anspruch 8, 9 oder 10, 11. The method according to claim 8, 9 or 10,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Geschwindigkeitswert unter Berücksichtigung eines zeitli chen Versatzes (t) in einer Kreuzkorrelation aus dem ersten Signal (8a) und dem zweiten Signal (8b) berechnet wird. it is noted that the speed value is calculated from the first signal (8a) and the second signal (8b) in a cross-correlation, taking into account a temporal offset (t).
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, 12. The method according to any one of claims 8 to 11,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Geschwindigkeitswert, insbesondere zwischen streckensei tigen Sendeeinrichtungen (5), unter Berücksichtigung einer Geschwindigkeitsänderung berechnet wird. it is noted that the speed value, in particular between trackside transmission devices (5), is calculated taking into account a change in speed.
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