Verfahren und Ortungseinrichtung zum Bestimmen der Position eines spurgeführten Fahrzeugs, insbesondere eines Schienen- fahrzeugs

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen der Position eines spurgeführten Fahrzeugs, insbesondere eines Schienenfahrzeugs, mit einer mittels an Ortsmarken am Gleis bereit gestellten Ortsmarkeninformationen jeweils neu justierten

Wegmesseinrichtung am Fahrzeug zur Gewinnung von positionsbestimmenden Wegmesswerten, wobei die Ortsmarkeninformationen mittels eines mit der Wegmesseinrichtung verbundenen Ortsmarkeninformationen-Aufnehmers erfasst werden.

Ein Verfahren dieser Art lässt sich dem Buch "Bahnsicherungstechnik" von S. Fenner, B. Naumann, J. Trinckauf, 2003, Seiten 424 und 425 entnehmen. Bei diesem bekannten Verfahren wird zur Gewinnung einer für moderne Zugbeeinflussungssysteme erforderlichen Ortungsgenauigkeit die Messung des zurückgelegten Weges jeweils an Ortsmarken angestoßen. Dabei wird offensichtlich davon ausgegangen, dass die Wegmessung entweder klassisch über die Erfassung der Radumdrehungen mittels eines Rad- oder Drehimpulsgebers oder durch Radarsensoren auf dem Triebfahrzeug erfolgt.

Es ist ferner bekannt, dass bei der Wegmessung insbesondere mittels Wegimpulsgebers technisch bedingt Ungenauigkeiten auftreten, die sich mit der zurückgelegten Wegstrecke kumu- lieren. Deshalb sind Toleranzgrenzwerte für die Wegmesswerte festgelegt, bei deren Überschreitung das spurgeführte Fahrzeug die ermittelte Position nicht mehr verwenden darf; es wird dann als „delokalisiert" betrachtet. Die Toleranzgrenz - werte für die Wegmesswerte mit Wegimpulsgebern sind erreicht, wenn wegen des Messfehlers pro Wegstreckeneinheit des jeweiligen Wegimpulsgebers ein entsprechender Weg zurück gelegt ist. Eine Delokalisierung ergibt sich auch dann, wenn an der Wegmessung beteiligte Sensoren ausfallen. Ist das spurgeführ- te Fahrzeug delokalisiert, dann bedeutet dies, dass ein zu dem spurgeführten Fahrzeug gehörendes Fahrzeuggerät - mit beispielsweise fahrzeugbezogenen Komponenten, wie beispielsweise Komponenten für die Fahrzeugsteuerung, für die Zugbe- einflussung und für die Fahrzeugortung seine Überwachungs- funktion nicht mehr garantieren kann und einen restriktiven Zustand einnimmt. In diesem Zustand sind die Möglichkeiten zur Fahrtüberwachung stark eingeschränkt . Insbesondere bei fahrerlosem Bahnbetrieb sind die betrieblichen Auswirkungen erheblich, da gegebenenfalls erst Servicepersonal zum Fahrzeug gelangen muss, um die Betriebsbereitschaft des Zugbeeinflussungssystems wiederherzustellen oder die weitere Zugfahrt manuell zu steuern. Um die Lokalisierung zu erhalten hat man bisher häufig Ortsmarken in relativ kurzen Abständen vorgesehen, bei der Linienzugbeeinflussung LZB 80 zum Beispiel eine Kreuzungsstellendistanz im Abstand von 100 m und bis zu 12,8 km Schleifenlänge und bei der H-Bahn 25,6 cm Kreuzungsstellendistanz und bis zu 200 m Schleifenlänge.

Außerdem hat man Satellitennavigationsdaten als weitere absolute Ortsinformation herangezogen, mit denen sich allerdings nur außerhalb eines Tunnels eine Positionsbestimmung durch- führen lässt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren der eingangs angegebenen Art derart auszugestalten, dass es auf vergleichsweise einfache Art und Weise eine genaue Bestimmung der Position eines spurgeführten Fahrzeugs ermöglicht.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei dem Verfahren der eingangs angegebenen Art erfindungsgemäß mittels eines in Fahrzeuglängsrichtung gegenüber dem einen Ortsmarkeninformationen- Aufnehmer versetzt angeordneten weiteren Ortsmarkeninformationen-Aufnehmers die Ortsmarkeninformationen jeweils derselben Ortsmarke noch einmal erfasst werden und eine Erzeugung weiterer positionsbestimmender Wegmesswerte angeregt wird. Es ist zwar aus europäischen Patentanmeldung EP 0 761 522 A 1 bekannt, zur Positionsbestimmung eines spurgeführten Fahrzeugs außer einem Wegmesssystem ein Objektsensorsystem und ein Drehwinkelmesssystem vorzusehen, jedoch werden die mittels dieser drei Messsysteme gewonnen Positionsresultate in einer Auswerteeinheit einem 2 -von-3 -Entscheidungsfindungs- prozess unterworfen, um festzustellen, innerhalb welches vorgegebenen Positionsintervalls zwei der drei Positionsresulta- te liegen.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass mittels des weiteren Ortsmarkeninformationen-Aufnehmer weitere positionsbestimmende Wegmesswerte er- zeugt werden können mit der Möglichkeit, zum Bestimmen der Position des spurgeführten Fahrzeugs jeweils die genaueren Wegmesswerte heran zu ziehen, was zu einer hohen Genauigkeit bei der Positionsbestimmung führt. Das erfindungsgemäße Verfahren kommt in vorteilhafter Weise mit einer einzigen Wegmesseinrichtung aus, wenn von dem weiteren Ortsmarkeninformationen-Aufnehmer die Wegmesseinrichtung unter jeweils erneuter Justierung zur Erzeugung der weiteren positionsbestimmenden Wegmesswerte angeregt wird.

Es kann aber auch vorteilhaft sein, wenn von dem weiteren Ortsmarkeninformationen-Aufnehmer eine mit ihm verbundene weitere Wegmesseinrichtung am Fahrzeug unter jeweils erneuter Justierung zur Erzeugung der weiteren positionsbestimmenden Wegmesswerte angeregt wird. Es stehen dann jeweils die einen und die weiteren positionsbestimmenden Wegmesswerte gleichzeitig zur Verfügung.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die einen positionsbestimmenden Wegmesswerte auf die Einhaltung vorgegebener Toleranzgrenzen überwacht, und es werden bei positionsbestimmenden Wegmesswerten an einer Toleranzgrenze die weiteren positionsbestimmenden Weg- messwerte zum Bestimmen der Position des Fahrzeugs herangezogen, wenn die Toleranz der weiteren positionsbestimmenden Wegmesswerte kleiner als die Toleranzgrenze der einen positionsbestimmenden Wegmesswerte ist. Hierfür eignet sich beson- ders gut das oben erwähnte Verfahren mit zwei Wegmesseinrichtungen .

Die Anordnung und Anbringung der beiden Ortsmarkeninformationen-Aufnehmer am spurgeführten Fahrzeug kann bei dem erfin- dungsgemäßen Verfahren in Fahrzeuglängsrichtung in unterschiedlicher Weise versetzt erfolgen.

Um die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens optimal auszunutzen, wird es jedoch als vorteilhaft angesehen, wenn der eine Ortsmarkeninformationen-Aufnehmer am Anfang des spurgeführtes Fahrzeugs und der andere Ortsmarkeninformationen- Aufnehmer am Ende des spurgeführtes Fahrzeugs eingesetzt wird. Bei dieser Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens werden bis jeweils zum Eingreifen des weiteren Ortsmarkenin- formationen-Aufnehmers zur Positionsbestimmung des Fahrzeugs die einen positionsbestimmenden Wegmesswerte und danach die weiteren positionsbestimmenden Wegmesswerte herangezogen werden. Der weitere Ortsmarkeninformationen-Aufnehmer am Ende des spurgeführten Fahrzeugs erreicht die Ortsmarke erst um die Fahrzeit für eine der Länge des Fahrzeugs entsprechende Fahrstrecke verzögert und regt erst dann die Wegmesseinrichtung - oder ggf. die weitere Wegmesseinrichtung - unter erneuter Justierung zur Erzeugung der weiteren positionsbestimmenden Wegmesswerte an; die Positionsbestimmung erfolgt auf diese Weise besonders genau.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können die eine und ggf. auch die weitere Wegmesseinrichtung in unterschiedlicher Weise ausgebildet und in Bezug auf das Fahrzeuggerät des spurge- führten Fahrzeugs angeordnet sein. So kann es vorteilhaft sein, wenn eine in das Fahrzeuggerät des spurgeführten Fahrzeugs integrierte und mit der Wegmesseinrichtung verbundene Auswerteeinrichtung verwendet wird. Entsprechendes gilt für das erfindungsgemäße Verfahren mit zwei Wegmesseinrichtungen mit jeweils einer Auswerteeinrichtung.

Es kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren auch vorteilhaft sein, wenn eine im spurgeführten Fahrzeug eigenständig vorhandene und mit der Wegmesseinrichtung verbundene Auswerteeinrichtung verwendet wird. Auch Auswerteeinrichtungen zu zwei Wegmesseinrichtungen können entsprechend eigenständig angeordnet verwendet werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können vorteilhaft Wegmesseinrichtungen mit Wegimpulsgebern, Radar- Entfernungsmessgeräten, Entfernungsmesseinrichtungen mit Beschleunigungssensoren, Entfernungsmessanordnungen mit Wirbel - Stromabtaster oder Entfernungsmesseinheiten mit optischem Schienenabtaster verwendet werden.

Die Ortsmarkeninformationen können bei dem erfindungsgemäßen Verfahren in unterschiedlicher Weise generiert werden; als vorteilhaft wird es angesehen, wenn die Ortmarkeninformationen mittels am Gleis vorhandener fester Ortmarken erzeugt werden. Diese Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens hat den Vorteil, dass auf am Gleis vorhandene feste Ortsmarken zurückgegriffen werden kann.

Es ist aber gegebenenfalls auch vorteilhaft, als Ortsmarkeninformationen Satelliteninformationsdaten zu verwenden.

Die Erfindung betrifft ferner eine Ortungseinrichtung zum Be- stimmen der Position eines spurgeführten Fahrzeugs, insbesondere eines Schienenfahrzeugs, mit einer mittels jeweils am Gleis vorhandenen Ortsmarkeninformationen jeweils neu justierten Wegmesseinrichtung am Fahrzeug zur Gewinnung von positionsbestimmenden Wegmesswerten, wobei die Wegmesseinrich- tung mit einem Ortsmarkeninformationen-Aufnehmer verbunden ist, wie sie dem eingangs genannten Stand der Technik

entnehmbar ist, und stellt sich die Aufgabe, diese Ortungseinrichtung derart fortzuentwickeln, dass mit ihr die Positi- on eines spurgebundenen Fahrzeugs mit vergleichsweise geringem Aufwand genau ermittelt werden kann.

Zur Lösung diese Aufgabe ist bei der Ortungseinrichtung er- findungsgemäß ein weiterer Ortsmarkeninformationen-Aufnehmer in Fahrzeuglängsrichtung versetzt an dem Fahrzeug vorgesehen, wobei der weitere Ortsmarkeninformationen-Aufnehmer geeignet ist, die Ortsmarkeninformationen jeweils derselben Ortsmarke noch einmal zu erfassen und eine Erzeugung weiterer positi- onsbestimmender Wegmesswerte anzuregen.

Mit der erfindungsgemäßen Ortungseinrichtung lassen sich sinngemäß dieselben Vorteile erzielen, wie sie eingangs zum erfindungsgemäßen Verfahren aufgeführt sind.

Bei der erfindungsgemäßen Ortungseinrichtung ist der weitere Ortsmarkeninformationen-Aufnehmer vorteilhafterweise geeignet, die Wegmesseinrichtung unter jeweils erneuter Justierung zur Erzeugung der weiteren positionsbestimmenden Wegmesswerte anzuregen. Diese Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ortungseinrichtung benötigt also lediglich eine Wegmesseinrichtung .

Vorteilhaft erscheint es auch, wenn mit dem weiteren Ortsmar- keninformationen-Aufnehmer eine weitere Wegmesseinrichtung am Fahrzeug verbunden ist und der weitere Ortsmarkeninformationen-Aufnehmer geeignet ist, die weitere Wegmesseinrichtung unter jeweils erneuter Justierung zur Erzeugung der weiteren positionsbestimmenden Wegmesswerte anzuregen. Ist bei einer solchen Ortungseinrichtung eine Auswerteanordnung mit beiden

Wegmesseinnrichtungen verbunden und diese Auswerteanordnung geeignet, die einen positionsbestimmenden Wegmesswerte auf die Einhaltung vorgegebener Toleranzgrenzen zu überwachen und bei positionsbestimmenden Wegmesswerten an einer Toleranz - grenze die weiteren positionsbestimmenden Wegmesswerte zum

Bestimmen der Position des Fahrzeugs heranzuziehen, wenn die Toleranz der weiteren positionsbestimmenden Wegmesswerte kleiner als die Toleranzgrenze der einen positionsbestimmen- den Wegmesswerte ist, dann ist dadurch die Möglichkeit gegeben, jeweils besonders genau die Positionsbestimmung durchzuführen . Die Ortsmarkeninformationen-Aufnehmer können in unterschiedlicher Weise am spurgeführten Fahrzeug versetzt angeordnet werden .

Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn bei der er- findungsgemäßen Ortungseinrichtung der eine Ortsmarkeninformationen-Aufnehmer am Anfang des Fahrzeugs und der weitere Ortsmarkeninformationen-Aufnehmer am Ende des Fahrzeugs angeordnet ist. Ist diese Ausführungsform mit einer einzigen Wegmesseinrichtung ausgerüstet, dann ist die Wegmesseinrichtung vorteilhafterweise geeignet, bis zu ihrer Anregung durch den weiteren Ortsmarkeninformationen-Aufnehmer zur Positionsbestimmung des Fahrzeugs die einen positionsbestimmenden Wegmesswerte und danach die weiteren positionsbestimmenden Wegmesswerte heranzuziehen. Dies hat den Vorteil, dass der weitere Ortsmarkeninformationen-Aufnehmer am Ende des spurgeführten Fahrzeugs die Ortsmarke erst um die Fahrzeit für eine der Länge des Fahrzeugs entsprechende Fahrstrecke verzögert erreicht und erst dann eine Neujustierung der Wegmessung vornimmt; werden beispielweise Wegmesseinrichtungen mit jeweils einem Wegimpulsgeber verwendet, dann misst also zunächst der eine Wegimpulsgeber genau und dann der weitere Wegimpulsgeber bis der eine Ortsmarkeninformationen-Aufnehmer die nächste Orts- marke überfährt.

Bei einer Ortungseinrichtung mit zwei Wegmesseinrichtungen kann auch eine gemeinsame Auswerteanordnung vorgesehen und geeignet sein, zur Positionsbestimmung des Fahrzeugs zunächst jeweils die einen positionsbestimmenden Wegmesswerte der einen Wegmesseinrichtung und nach Anregung der weiteren

Wegmesseinricht durch den weiteren Ortsmarkeninformationen- Aufnehmer die weiteren positionsbestimmenden Wegmesswerte heranzuziehen .

Die Auswerteeinrichtung einer Ortungseinrichtung mit nur ei- ner Wegmesseinrichtung kann in das Fahrzeuggerät des spurgebundenen Fahrzeugs integriert sein; Entsprechendes gilt hinsichtlich einer Auswerteanordnung bei einer Ortungseinrichtung mit zwei Wegmesseinrichtungen. Die Auswerteeinrichtung bzw. die Auswerteanordnung können aber auch eigenständig im Fahrzeug untergebracht sein.

Vorteilhaft ist es ferner, wenn die Wegmesseinrichtungen mit Wegimpulsgebern, Radar-Entfernungsmessgeräten, Entfernungsmesseinrichtungen mit Beschleunigungssensoren, Entfernungs- messanordnungen mit Wirbelstromabtaster oder Entfernungsmesseinheiten mit optischem Schienenabtaster versehen sind.

Die festen Ortsmarken können am Gleis vorhanden sein; es kann aber auch vorteilhaft sein, wenn die Ortsmarkeninformation Satellitennavigationstafeln sind.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung ist in der Figur ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Ortungseinrichtung mit jeweils übereinstimmenden Wegmesseinrichtungen und Ortsmarkeninformationen-Aufnehmern am Anfang und am Ende des spurgeführten Fahrzeugs dargestellt.

Die Figur zeigt ein spurgeführtes Fahrzeug 1, das an seinem Anfang 2 mit einer Wegmesseinheit 3 in Form eines nur schema- tisch wiedergegebenen Wegimpulsgebers ausgerüstet ist. Außerdem ist benachbart zu der einen Wegmesseinheit 3 eine weitere Wegmesseinheit 4 angeordnet, die hier von einem Radarsensor gebildet ist. Beide Wegmesseinheiten 3 und 4 bilden eine Wegmesseinrichtung 5 und sind in nicht dargestellter Weise mit einer Auswerteeinrichtung 6 verbunden, die mit der Wegmesseinrichtung 5 eine Wegmessanordnung 7 bildet. Die Auswerteeinrichtung 6 ist Bestandteil eines Fahrzeuggerätes 8, das außerdem eine Anordnung 9 zur Ausführung weiterer Fahrzeug- funktionell, wie beispielsweise Zugsteuerung und Zugbeeinflussung, aufweist.

Das spurgeführte Fahrzeug 1 ist ferner mit einem Ortsmarken- informationen-Aufnehmer in Form eines Ortsmarkenlesers 10 ausgerüstet, der mit einer nur schematisch dargestellten Ortsmarke 11 dann zusammenwirkt und Ortsinformationen in nicht dargestellter Weise an die Auswerteeinrichtung 6 liefert, wenn das spurgeführte Fahrzeug 1 bei einer Bewegung in Richtung des Pfeiles 12 mit seinem Ortsmarkenleser 10 über die Ortsmarke 11 hinweg fährt. Dargestellt sind in Fig.l ferner schematisch Räder 13 und 14 auf nicht gezeigten Achsen des spurgeführten Fahrzeugs 1. Gelangt das spurgeführte Fahrzeug 1 bei seiner Fahrt in den

Bereich der Ortsmarke 11, dann werden Ortsmarkeninformationen zur Auswerteeinrichtung 6 übertragen. Dabei werden in nicht dargestellter Weise sowohl der Wegimpulsgeber der einen Wegmesseinheit 3 als auch der Radarsensor der weiteren Wegmess- einheit 4 neu justiert; sie setzen ihre Wegmessung unter Erzeugung von Wegmesswerten fort. Die eine als Wegimpulsgeber ausgebildete Wegmesseinheit 3 zeichnet sich durch Messwerte mit hoher Genauigkeit zu Beginn der Wegstrecke von der Ortsmarke 10 ab aus, so dass diese Wegmesswerte als positionsbe- stimmende Wegmesswerte Ml zunächst zur Positionsbestimmung herangezogen werden. Der Radarsensor der weiteren Wegmesseinheit 4 ist zunächst relativ ungenau, insbesondere bei geringen Geschwindigkeiten. Allerdings ändert sich dies bei höheren Geschwindigkeiten.

Das dargestellte Fahrzeug 1 weist eine weitere Wegmessanordnung 20 an seinem Ende 21 auf. Diese Wegmessanordnung 20 ist entsprechend der einen Wegmessanordnung 7 aufgebaut, enthält also eine weitere Wegmesseinrichtung 22 mit einer ergänzenden Wegmesseinheit 23 in Form eines Wegimpulsgebers sowie eine weitere ergänzende Wegmesseinheit 24 als einen weiteren Radarsensor. Bestandteil der weiteren Wegmessanordnung 20 ist ferner eine weitere Auswerteeinrichtung 25 entsprechend der einen Auswerteeinrichtung 6. Die Auswerteeinrichtung 25 ist Bestandteil eines weiteren Fahrzeuggerätes 26, das außerdem eine Anordnung 27 zur Ausführung weiterer Fahrzeugfunktionen, wie beispielsweise Zugsteuerung und Zugbeeinflussung, auf- weist.

Gelangt das spurgeführte Fahrzeug 1 bei einer Fahrt in Richtung des Pfeiles 12 mit seinem Ortsmarkenleser 10 in den Bereich der Ortsmarke 11, dann wird der Wegimpulsgeber der ei- nen Wegmesseinheit 3 neu justiert, und es werden die von dieser Wegmesseinheit gelieferten einen Wegmesswerte als positionsbestimmende Wegmesswerte Ml von der einen Auswerteeinrichtung 6 zur Positionsbestimmung herangezogen. Dies erfolgt solange, bis das spurgeführte Fahrzeug 1 mit seinem weiteren Ortsmarkenleser 28 in den Bereich der Ortsmarke 11 kommt. Zu diesem Zeitpunkt wird durch die von der weiteren Auswerteeinrichtung 25 empfangenen Ortsmarkeninformationen der Ortsmarke 11 der Wegimpulsgeber der einen ergänzenden Wegmesseinheit 23 neu justiert, und es werden seine Wegmesswerte als weitere positionsbestimmende Wegmesswerte M2 zu der weiteren Auswerteinrichtung 25 übertragen. Die weitere Auswerteinrichtung 25 übernimmt nun die Positionsbestimmung des spurgeführten Fahrzeugs 1. Dies währt so lange, bis das spurgeführte Fahrzeug 1 mit seinem Ortsmarkenleser 10 eine weitere, in der Figur 2 nicht dargestellte Ortsmarke passiert, woraufhin dann wieder die eine Wegmesseinheit 3 neu justiert wird und ihre Wegmesswerte als die einen positionsbestimmenden Wegmesswerte nunmehr wieder zur Positionsbestimmung von der Auswerteinrichtung 6 herangezogen werden. Dies bedeutet, dass beispielswei- se bei einem Abstand von 500 Metern der Ortsmarke 11 von einer nächsten in Richtung des Pfeiles 12 positionierten weiteren Ortsmarke und einer Zuglänge von beispielsweise 300 Metern mit der einen Wegmesseinheit 3 300 Meter Wegstrecke des spurgeführten Fahrzeuges 1 und von der einen ergänzenden Weg- messeinheit 23 in der weiteren Wegmesseinrichtung 22 der Wegmessanordnung 20 am Ende 21 des Fahrzeugs 1 die restlichen 200 Meter hinsichtlich der Positionsbestimmung des spurgeführtes Fahrzeugs 1 kontrolliert werden. Beträgt in einem an- deren angenommenen Fall der Abstand der Ortsmarken wiederum 500 Meter, hat aber der Zug nur eine Länge von 100 Metern, dann werden die Wegmesswerte der einen Wegmesseinheit 3 über 100 Meter und die weiteren Wegmesswerte der einen ergänzenden Wegmesseinheit 23 für die restlichen 400 Meter benutzt. Das spurgeführte Fahrzeug 1 misst also überwiegend mit der einen ergänzenden Wegmesseinheit 23 am Ende 21 des Fahrzeugs 1 und nur für eine Fahrzeuglänge nach der Überfahrt der jeweiligen Ortsmarke mit der einen Wegmesseinheit 3 am Anfang 2 des spurgeführtes Fahrzeugs. Dadurch ergibt sich eine erhebliche Verbesserung der Genauigkeit bei der Positionsbestimmung des Fahrzeugs 1.