Verfahren und Vorrichtung zur Positionsbestimmung bei schienengebundenen Fahrzeugen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Positionsbestimmung bei schienengebundenen Fahrzeugen sowie eine diesbezügliche Vorrichtung.

Genaue und zuverlässige Positionsbestimmung ist die Grundlage jeglicher sicherheitsgerichteter Prozesse im Schienenverkehr.

Die fahrzeuginterne Weg- und Geschwindigkeitsmessung dient insbesondere der Überwachung einer zulässigen Fahrweise im Sinne der Einhaltung der Grenzen einer Fahrterlaubnis und ortsspezifischer Maximalgeschwindigkeiten. Die Grundlage bilden in den Fahrzeugen verfügbare Geschwindigkeitsprofile. Dabei wird in der Regel jedem Ort entlang des Gleises eine zulässige Geschwindigkeit zugeordnet. Eine möglichst exakte Kenntnis der aktuellen Position ist somit wichtig, da nur so gewährleistet werden kann, dass an jedem Ort die zulässige Geschwindigkeit eingehalten wird. Häufig werden dazu Wegimpulsgeber oder Radarsensoren verwendet, die jedoch relativ ungenau und unzuverlässig sind. Ein anderes Verfahren beruht auf die Auswertung von Ortungsreferenzpunkten installierter Zugsicherungssysteme, z. B. Koppelspulen, Eurobalisen oder Kreuzungsstellen eines Kabellinienleiters. Diese Ortungsreferenzpunkte befinden sich jedoch nicht in genügend dichten Abständen zueinander, so dass nur eine eingeschränkte Auflösung möglich ist. Das gilt auch für Lesestellen von Zuglaufmeldeeinrichtungen und Gleisfreimeldeeinrichtungen, die zusätzlich den Nachteil haben, dass die Ortungsinformation nicht auf dem Fahrzeug vorliegt und somit für die fahrzeugseitig zu realisierenden Funktionen nicht genutzt werden kann. Positionsdaten bilden darüber hinaus wichtige Eingangsgrößen für Kollisionswarnsysteme, wie beispielsweise in DE 10 2008 003 872.5 beschrieben. Die Kollisionsgefahr stellt insbeson- dere auf eingleisigen und Nebenstrecken ein erhebliches Problem dar, da hier auf hochkomplexe Zugsicherungstechnik aus Kostengründen üblicherweise verzichtet wird. Die erforderlichen Positionsdaten werden vorzugsweise mittels eines Satelliten-Navigationssystems ermittelt. Die erreichbare Auflösung ist jedoch sehr gering und bei benachbarten Gleisen, beispielsweise Bahnhofsgleisen, oft nicht ausreichend. Außerdem steht die Positionsdateninformation bei Tunnelfahrten oder topographiebedingten Abschattungen nicht zur Verfügung.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, welche mit einfachen Mitteln eine hochgenaue und hochverfügbare Positionsdatenermittlung ermöglichen .

Verfahrensgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass fahrzeugintern eine Verdrehung eines Drehgestells gegenüber einem Wagenkasten, die bei Fahrtrichtungsänderung auftritt, detek- tiert und mit Streckendaten verglichen wird.

Gemäß Anspruch 4 ist dazu vorgesehen, dass fahrzeugintern ein Drehwinkelsensor zur Erfassung einer fahrtrichtungsänderungs- bedingten Verdrehung eines Drehgestells gegenüber einem Wagenkasten und ein Streckendatenspeicher sowie Vergleichsmittel zum Vergleich des Drehwinkels mit den Streckendaten vor- gesehen sind.

Durch Auswertung der Verdrehung zwischen Drehgestell und Wagenkasten ergibt sich eine einfache sensorische Erkennbarkeit der Änderung der Fahrtrichtung bei Kurvenfahrt oder Weichen- überfahrt. Dabei wird ein für die befahrene Kurve typischer Winkeländerungsverlauf detektiert. Anhand einer Streckenkarte kann somit festgestellt werden, welche Kurve oder Weiche gerade passiert wurde, so dass eine Positionsbestimmung auch bei mehrgleisigen Streckenabschnitten möglich ist. Das Messverfahren beruht auf Drehwinkelmessung und ist im Gegensatz zu einer Messung einer Querbeschleunigung unabhängig von einer Querneigung - Überhöhung - des Gleisbettes. Bei Fahrtbeginn in einem mehrgleisigen Abschnitt muss der Triebfahr- zeugführer zunächst einmalig das korrekte Gleis identifizieren und eine entsprechende Eingabe machen, die bei der nächsten Kurve oder abzweigenden Weiche plausibilisiert werden kann .

Gemäß Anspruch 2 ist vorgesehen, dass die Vergleichsergebnisse, d. h. die Positionsdaten, einem Fahrzeuggerät zur Steuerung und/oder Überwachung ortsspezifischer Geschwindigkeiten zugeführt wird. Dadurch ergibt sich ein einfacher Bau- stein zur Unterstützung eines Zugsicherungssystem. Neben dem Regelzugbetrieb kann die Positionsbestimmung auch für Sonderfahrten, z. B. nicht regelmäßig auf der Strecke verkehrender Baufahrzeuge, eingesetzt werden. Dabei ist es von Vorteil, dass eine mobile Ausführung der fahrzeuginternen Komponenten leicht möglich ist. Darüber hinaus ist auch eine Nutzung als Rückfallebene bei störanfälligen Positionsbestimmungssystemen, beispielsweise Dopplerradar, denkbar.

Gemäß Anspruch 3 werden die Positionsdaten einem Kollisions- warnsystem zugeführt, wodurch eine Erhöhung des Sicherheitsniveaus auch ohne Einsatz der herkömmlichen, kostenintensiven Zugsicherungstechnik erreichbar ist. Gemäß Anspruch 5 beinhaltet der Streckendatenspeicher kurvenspezifische und weichenspezifische Drehwinkelprofile. Diese Drehwinkelprofile als Besonderheit jeder einzelnen Kurve und jeder einzelnen Weiche werden mit einem gemessenen Drehwin- kelprofil im Sinne einer Mustererkennung verglichen. Dadurch ist eine sehr zuverlässige Zuordnung zu einer bestimmten Kurve oder Weiche und damit zu einem bestimmten Ort möglich. Bei einfachen Betriebsverhältnissen, d. h. bei isoliert liegenden Standardweichen, kann jedoch auf die Drehwinkelprofile verzichtet werden. Es genügt in diesen Fällen, eine Rechtsab- biegung oder Linksabbiegung lediglich anhand des Drehsinnes festzustellen und aus den Vergangenheitswerten und der Streckentopologie die Position zu ermitteln.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand figürlicher Darstellungen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 eine Prinzipdarstellung der erfindungsgemäßen Positionsbestimmung und

Figur 2 eine grafische Darstellung zur Veranschaulichung der Relativverdrehung.

Figur 1 zeigt einen Wagenkasten 1 eines Schienenfahrzeugs mit zwei doppelachsigen Drehgestellen 2 und 3. Es ist ersichtlich, dass die Drehgestelle 2 und 3 gegensinnig mit den Winkeln α und ß gegenüber einer Längsachse 4 des Wagenkastens 1 verdreht sind. Diese Verdrehung entsteht nur bei Fahrtrichtungsänderung, wobei aus der zeitlichen Veränderung des Dreh- winkeis α bzw. ß der Kurvenradius des befahrenen Gleisabschnittes bestimmbar ist. Bei Einfahrt in die Kurve nehmen die Drehwinkel α und ß linear zu. In Figur 2 ist dieser Krümmungsbereich mit A bezeichnet. Bei Weiterfahrt in einer Kurve mit konstantem Radius bleibt der Winkel α bzw. ß der Relativ- Verdrehung zwischen Drehgestell 2 bzw. 3 und Wagenkasten 1 konstant, wie in Figur 2 mit B veranschaulicht. Wird dagegen ein Kreisbogen ohne Übergangsbogen befahren - charakteristisch für einen abzweigenden Weichenstrang - kommt es zu einer schlagartigen Änderung der Verdrehungswinkel α und ß, was in Figur 2 mit C bezeichnet ist. Eine Geradeausfahrt bewirkt nur eine geringfügige Oszillation der Verdrehungswinkel α und ß um 0°, in Figur 2 durch D gekennzeichnet. Die Winkelverdrehung ist sensorisch leicht erfassbar und kann mit fahr- zeugseitig vorhandenen Informationen, z. B. anhand eines

Streckenatlas oder eines Geoinformationssystems, verglichen werden, woraus eine zuverlässige und genaue Positionsbestimmung ableitbar ist.