Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angege- benen Gattung.

Bei bekannten Vorrichtungen dieser Art (z. B. DE 33 03 961 C2) ist an einer Seite eines für Magnetschwebefahrzeuge bestimmten Fahrwegs ein Positionsgeber in Form einer Meßleiste angebracht, die z. B. mit als Schlitze ausgebildeten Markierungen versehen ist, die in codierter Form absolute Informationen über den Ort enthalten, an dem sie angebracht sind. Am Fahrzeug ist eine Erfassungseinheit vorgesehen, mittels derer die absoluten Ortsinformationen ausgelesen werden. Die ausgelesenen Orts- informationen werden z. B. über Funk an eine zentrale, in einem Leitstand unterge¬ brachte Fahrzeug- und Fahrwegsteuerung übermittelt.

Weiterhin ist es bei Magnetschwebefahrzeugen, die mit Langstator-Linearmotoren angetrieben werden, bekannt (DE 31 48 007 C2), die Fahrzeuge mit einer an einen Zähler angeschlossenen Erfassungseinheit in Form einer Nutenmeßeinrichtung zu versehen, mittels derer die Nuten des Langstators abgetastet und mit der Nutteilung schwankende, periodische Signale erzeugt werden. Diese Signale werden zwar insbesondere zur Herstellung einer optimalen Phasenbeziehung zwischen dem Lang- stator und dem Fahrzeug verwendet, können aber durch Auswertung des Zählerstandes des Zählers auch der Ermittlung einer relativen Ortsinformation dienen. Bei bekannten Magnetschwebebahnen erfolgt dies dadurch, daß der Nutenzähler von jeder ausgelese¬ nen absoluten Ortsinformation auf Null zurück gesetzt wird, so daß der aktuelle Zählerstand immer den Abstand des Fahrzeugs vom letzten absoluten Ort angibt.

Ein Nachteil der beschriebenen Ortserkennung besteht darin, daß sie nicht ausreichend sicher ist, da die beschriebenen Erfassungseinheiten, Meßeinrichtungen, Meßleisten usw. und andere Komponenten der eingangs bezeichneten Vorrichtung jederzeit aufgrund eines Defektes ausfallen können. Bei der Steuerung insbesondere eines fahrerlosen Fahrzeugs wie einer Magnetschwebebahn sind aber gesicherte Informatio¬ nen über den aktuellen Ort des Fahrzeugs von ausschlaggebender Bedeutung. Auf der Basis der Ortsinformation erfolgt die Anpassung der Fahrtgeschwindigkeit und das Anhalten der Fahrzeuge an Bahnhöfen oder bei Gefahr an anderen vorgegebenen Haltepunkten. Die Richtigkeit und Verfügbarkeit der aktuellen Ortsinformation bildet daher die Grundlage für eine sichere Betriebssteuerung.

Entsprechendes ergibt sich für im Fahrzeug erzeugte Geschwindigkeits- und Rich¬ tungssignale. Diese können z. B. aus den Ortsinformationen dadurch abgeleitet werden, daß ständig die Zahl der pro Zeiteinheit vom Fahrzeug passierten, eine konstante Länge aufweisenden Nuten eines Langstators ermittelt oder mit Hilfe von zwei in Fahrtrichtung versetzten Erfassungseinheiten festgestellt wird, in welcher Richtung am Fahrweg angebrachte absolute Ortsinformationen am Fahrzeug vorbei bewegt werden. Sind die Ortsinformationen unsicher, sind auch die Geschwindigkeits- und Richtungsinformationen unsicher.

Zur Vereinheitlichung der Begriffe werden die Orts-, Geschwindigkeits- und Rich¬ tungssignale nachfolgend unter dem Sammelbegriff "Zustandssignale" zusammen¬ gefaßt.

Ausgehend vom oben erläuterten Stand der Technik liegt der Erfindung das technische Problem zugrunde, die Vorrichtung der eingangs bezeichneten Gattung so auszubilden, daß sie die Erzeugung sicherer Zustandssignale auch beim Auftreten zahlreicher möglicher Störungen und Ausfalle von beteiligten Komponenten garantiert.

Zur Lösung dieses Problems dienen die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1.

Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, daß mehrere Erfassungseinheiten redundant verknüpft und von der Auswerteeinheit nur dann Zustandssignale abgegeben werden, wenn die Erfassungseinheiten übereinstimmende Informationen liefern. Die Zustands- Signale können dann als sicher bezeichnet werden. Das gilt unabhängig davon, ob es sich im Einzelfall um Lagesignale oder um aus Ortsinformationen abgeleitete oder anderswie erhaltene Geschwindigkeits- oder Richtungssignale handelt.

Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nachfolgend in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Vertikalschnitt durch ein Magnetschwebefahrzeug und einen Fahrweg;

Fig. 2 ein Beispiel für am Fahrweg angebrachte Postitionsgeber für relative und absolute Ortsinformationen;

Fig. 3 eine schematische Draufsicht auf das Fahrzeug nach Fig. 1 und eine in ihm untergebrachte, erfindungsgemäße Vorrichtung; und

Fig. 4 in Form einer Tabelle mögliche Ausfallkombinationen bei der Ortsermittlung.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird zunächst allgemein am Beispiel der Erzeu¬ gung sicherer Lagesignale für ein spurgebundenes Fahrzeug und speziell am Beispiel einer Magnetschwebebahn mit einem synchronen Langstator-Linearmotor beschrieben. Für den Fachmann ist jedoch klar, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung in ent¬ sprechender Abwandlung auch bei anderen spurgebundenen Fahrzeugsystemen ange¬ wendet werden kann.

Nach Fig. 1 enthält die Magnetschwebebahn einen Fahrweg 1, an dem ein aus einzel¬ nen Statorpaketen gebildeter und in Fahrtrichtung erstreckter Langstator 2 eines Langstator-Linearmotors befestigt ist. Der Langstator 2 weist an seiner Unterseite abwechselnd Nuten 3 (Fig. 2) und Zähne 4 auf. In die Nuten 3 ist eine Dreiphasen- Wechselstrom- Wicklung 5 (Fig. 1) eingelegt, die mit Drehstrom variabler Amplitude und Frequenz gespeist wird. Das Erregerfeld des Langstator-Linearmotors wird von Tragmagneten 6 erzeugt, die aus Kernen 7 und diese umgebenden Wicklungen 8 be¬ stehen, an einem Fahrzeug 9 montiert sind und gleichzeitig der Funktion "Tragen" dienen, um zwischen dem Fahrweg 1 (bzw. dem Langstator 2) und dem Fahrzeug 9 (bzw. den Tragmagneten 6) beim Betrieb einen für die Schwebezustand charakte¬ ristischen Tragspalt 10 herzustellen.

Zur Ermittlung der jeweiligen Fahrzeuglage ist längs des Fahrwegs 1 z. B. ein Informationsgeber 11 in Form einer länglichen Leiste angebracht. Der Informations- geber 11 nimmt vorzugsweise eine definierte Lage zum Langstator 2 bzw. zu dessen Nuten 3 und Zähnen 4 ein, um in an sich bekannter Weise eine für die Bestimmung der Pollage eindeutige Zuordnung zu erhalten. In dem Informationsgeber 11 sind, vorzugsweise in binär codierter Form, Ortsinformationen gespeichert, die z. B. aus Schlitzkombinationen bestehen können. Alternativ können die Ortsinformationen auch als elektrisch leitende Schichten 12 auf einer Leiste bestehen, die durchgehend aus einem elektrisch isolierenden Material hergestellt ist, wie Fig. 1 und 2 andeuten. Die Ortsinformationen sind z. B. alle 200 m vorgesehen und so codiert, daß jede einzelne Ortsinformation eindeutig einer absoluten Position des Fahrzeugs 9 längs des Fahr¬ wegs 1 zugeordnet ist.

Fig. 1 zeigt außerdem schematisch einen z.B. induktiven Sensor 14, der einen hochfrequenten, auf einer Seite des Informationsgebers 11 angeordneten Sender 15 und einen auf der anderen Seite des Positionsgebers 11 angeordneten Empfänger 16 enthält, um die abwechselnd aufeinander folgenden Schichten 12 und die Zwischen¬ räume zwischen ihnen zu erkennen.

Vorrichtungen der beschriebenen Art sind z.B. aus der Druckschrift DE 33 03 961 C2 bekannt, die hiermit der Einfachheit halber durch Referenz zum Gegenstand der vorliegenden Offenbarung gemacht wird.

Zur Ermittlung einer relativen Ortsinformation dienen z. B. die ohnehin vorhandenen Nuten 3 (Fig. 2). Zu diesem Zweck weist das Fahrzeug 9 einen weiteren Sensor 17 (Fig. 1) auf, der zur Vereinfachung der Darstellung neben dem Langstator 2 darge¬ stellt ist, tatsächlich aber in Fig. 1 direkt unter diesem liegt und z. B. vor oder hinter einem Tragmagneten 6 angeordnet wird. Das für die relative Ortsinformation charak- teristische Signal wird z. B. von einem mit dem Sensor 17 verbundenen, elektroni¬ schen Zähler geliefert, wie z. B. aus der Druckschrift DE 31 48 007 C2 bekannt ist, die hiermit ebenfalls durch Referenz zum Gegenstand der vorliegenden Offenbarung gemacht wird.

In Fig. 3 ist schematisch eine Draufsicht auf das Magnetschwebefahrzeug 9 darge¬ stellt, das parallel zu einer Längsachse 20 auf dem Fahrweg 1 fahren kann. Im bzw. am Fahrzeug 9 sind acht Ort-Erfassungseinheiten 21a bis 21h angeordnet, wobei jede Erfassungseinheit 21a bis 21h je einen Sensor 14 für die absolute Ortsinformation und einen Sensor 17 für die relative Ortsinformation enthält, wie in Fig. 3 schematisch für die Ort-Erfassungseinheit 21a angedeutet ist. Alle acht Erfassungeinheiten 21 sind über elektrische Leitungen 23 mit einer Auswerteeinrichtung 24 verbunden, die einen Ausgang 25 aufweist, an dem sichere, dem momentanen Ort des Fahrzeugs 19 genau entsprechende Lagesignale abgegeben werden, wie weiter unter erläutert ist. Mit dem Ausgang 25 ist vorzugsweise eine an sich bekannte Funkeinrichtung 26 verbunden (z. B. ZEVrail Glasers Annalen, Sonderheft Transrapid, Oktober 2003, Seiten 88 bis 94), die eine Antenne 27 aufweist, über die die sicheren Lagesignale an einen zentralen Leitstand od. dgl. weitergeleitet werden, von dem aus der Betrieb des Fahrzeugs 9 gesteuert wird.

In der Auswerteeinrichtung 24 werden die von den Ort-Erfassungseinheiten 21 gelieferten Informationen logisch verknüpft. Dabei wird zugelassen, daß innerhalb jeder Erfassungseinheit 21 einer der beiden Sensoren 14, 17 defekt sein kann. Das bedeutet, daß die von den Erfassungseinheiten 21 gelieferten Informationen als richtig angesehen werden, wenn nur einer der beiden Sensoren 14, 17 ein Ortsignal abgibt. Gibt keiner der Sensoren 14, 17 ein Signal ab oder weichen die Signale zusammen- gehöriger Sensoren 14, 17 voneinander ab, was durch einen einfachen Vergleich festgestellt werden kann, wird die betreffende Erfassungseinheit 21 als defekt an¬ genommen.

Außerdem wird davon ausgegangen, daß rechts und links am Fahrweg 1 durchgehend relative und absolute Ortsinformationen vorhanden sind, wie in Fig. 3 allgemein durch die Bezugszeichen 28a und 28b angedeutet ist.

Damit eine sichere Ortserkennung auch in Anbetracht möglicher Störfälle garantiert ist, sind erfindungsgmäß auf jeder Fahrzeugseite, d. h. beidseits der Längsachse 20, sowohl im Bug- als auch im Heckbereich vorzugsweise je zwei Ort-Erfassungsein¬ heiten 21 vorgesehen. Bei Fahrt in Richtung eines Pfeils v sind z. B. die Ort-Erfas¬ sungseinheiten 21a, 21b links am Bug, die Ort-Erfassungseinheiten 21c, 21d links am Heck und die Ort-Erfassungseinheiten 21e, 21f bzw. 21g, 21h entsprechend auf der rechten Seite angeordnet. Eine Anordnung im Bug- bzw. Heckbereich wird deshalb als zweckmäßig angesehen, weil im mittleren Teil des Fahrzeugs 9 wegen der dort befindlichen Trag-, Führ- und Bremsmagnete zu wenig Platz ist. Die von den Erfas¬ sungseinheiten 21 gelieferten Signale werden daher jeweils auf einen mittleren Teil des Fahrzeugs 9 umgerechnet.

Als Störfälle sind z. B. folgende Situationen in Betracht zu ziehen: a) Ein außergewöhnlicher Störfall kann z. B. aufgrund von Stein¬ schlag, Sabotage od. dgl. vorliegen. In diesem Fall sind insbesondere die im Bugbereich befindlichen Erfassungseinheiten 21a, 21b und 21e, 21f gefährdet, während die hinteren Erfassungseinheiten auf- grund des davor liegenden Fahrzeugkörpers weitgehend gegen auf der Fahrbahn liegende Gegenstände od dgl. geschützt sind. Bei Fahrt in umgekehrter Richtung gilt dasselbe für die vorn bzw. hinten liegenden Paare von Ort-Erfassungseinheiten.

b) Jede Erfassungseinheit 21 kann für sich aufgrund eines technischen Defekts ausfallen. Das gilt sowohl für die Sensoren 14 als auch für die Sensoren 17.

c) Eine Ausfallsituation kann sich dadurch ergeben, daß eine oder mehrere absolute Ortsinformationen nicht mehr vorhanden sind. Eine Ursache dafür kann eine mutwillige Zerstörung zumindest von Teilen der Informationsgeber 11 sein. Werden statt einer durchgehenden Leiste einzelne, am Fahrweg angebrachte Ortsmarken od. dgl. als Informationsgeber 11 vorgesehen, können diese auch z. B. aufgrund mangelhafter Befestigung nicht mehr vorhanden sein.

Um trotz der genannten möglichen Störfälle eine sichere Ortsermittlung zu ermögli¬ chen, wird die Auswerteeinrichtung 24 erfindungsgemäß wie folgt eingerichtet:

1.) Solange nur eine oder zwei Erfassungseinheiten 21 ausfallen, wird die sichere Ortserkennung nicht beeinträchtigt, da genügend andere Ort-Erfassungseinheiten zur Verfügung stehen. Durch Ver¬ gleich von deren Ausgangssignalen kann außerdem überprüft werden, ob die verbleibenden Sensoren richtig arbeiten.

2.) Fallen z. B. auf der linken Fahrzeugseite sowohl die relativen als auch die absoluten Ortsinformationen 28a aus, dann geben auf dieser Seite die Erfassungseinheiten 21a bis 21d keine den Ort kenn¬ zeichnenden Signale ab. Dennoch ist eine sichere Ortsermittlung möglich, solange die vier anderen Erfassungseinheiten 21e bis 21h ordnungsgemäß arbeiten. Dieser Fall ist in der ersten Zeile der Tabelle in Fig. 4 schematisch dargestellt.

3.) Dieselbe Situation wie in 2.) kann sich für die rechte Fahr¬ zeugseite ergeben, wie die zweite Zeile in Fig. 4 für den Ausfall der Ortsinformationen 28b zeigt.

4.) In den Fällen 2.) und 3.) kann zusätzlich eine Erfassungs¬ einheit der rechten bzw. linken Seite ausfallen, z. B. die Erfassungs einheit 2 Ie oder die Ort-Erfassungseinheit 21d. Da noch drei Ort- Erfassungseinheiten ihre Signale an die Auswerteeinrichtung 24 liefern, ist eine sichere Ortserkennung möglich, wie die dritte und sechste Zeile in Fig. 4 zeigen.

5.) Eine sichere Ortsermittlung ist selbst dann noch möglich, wenn die Ortsinformationen 28a, 28b auf der rechten oder linken Seite aus¬ fallen und zusätzlich zwei Ort-Erfassungseinheiten auf der rechten oder linken Seite defekt sind (z.B. 21e, 21f bzw. 21c, 2Id). Das ergibt sich aus der vierten und siebenten Zeile in Fig. 4.

Beim zuletzt beschriebenen Störfall sind nur noch zwei Ort-Erfas¬ sungseinheiten vorhanden. Für diesen Fall werden erfindungsgemäß wiederum die Ausgangssignale der beiden verbleibenden Ort-Erfas¬ sungseinheiten (z. B. 21g, 21h in der vierten Zeile der Fig. 4) einem Vergleich unterzogen. Liefern beide Erfassungseinheiten überein- stimmende Ortsinformationen, dann wird die Ortsermittlung als richtig angesehen und am Ausgang 25 ein sicheres Lagesignal abge- geben. Ergibt der Vergleich dagegen unterschiedliche Signale, dann wird am Ausgang 25 ein Fehlersignal abgegeben, um ein Anhalten des Fahrzeugs 9 einzuleiten, da für diesen Fall nicht sicher entschie¬ den werden kann, ob die verbliebenen, eine Ortsinformation liefern- den Erfassungseinheiten richtig arbeiten oder z. B. nur zufallig ein Ortsignal abgeben.

6.) Eine dem Störfall nach 5.) entsprechende Situation kann sich ergeben, wenn z. B. alle Ort-Erfassungseinheiten 21a, 21b, 21e, 21f, im Bugbereich und zusätzlich zwei Ort-Erfassungseinheiten (z. B. 21c, 21g oder 21c, 2Id) im Heckbereich ausfallen. Dennoch ist auch hier eine sichere Ortserkennung möglich.

7.) Schließlich ist in der fünften und achten Zeile der Fig. 4 ein Fall dargestellt, der keine sichere Ortsermittlung ermöglicht, da nur noch eine einzige Erfassungseinheit 21a bzw. 21h eine Ortsinformation liefert. Für diesen Fall steht keine zweite Erfassungseinheit zur Verfügung, mittels derer durch Vergleich überprüft werden könnte, ob diese Ortsinformation sicher oder unsicher ist. Für diesen Fall wird am Ausgang 25 vorsorglich ein das Anhalten des Fahrzeugs 18 bewirkendes Fehlersignal abgegeben.

Die beschriebene Vorrichtung enthält insgesamt acht Erfassungseinheiten 21 mit je zwei unterschiedlichen Sensoren 14, 17 und bietet daher eine hohe Redundanz. Je nach Einzelfall könnten aber auch mehr oder weniger Erfassungseinheiten und/oder Informationsgeber vorgesehen sein. Vom Prinzip her werden sehr sichere Zustands- signale am Ausgang 25 (Fig. 3) durch Verknüpfung redundanter Informationen bereits dann erhalten, wenn mehr als zwei Erfassungseinheiten vorhanden sind, die mit zwei Informationsgebern zusammenwirken und nur je einen Sensor 14 bzw. 17 aufweisen, ohne daß das Fahrzeug beim Auftreten einer Störung in einer Erfassungseinheit oder einem Informationsgeber angehalten werden muß. Was nach der obigen Beschreibung für die sicheren Lagesignale zutrifft, gilt ent¬ sprechend auch für andere Zustandssignale wie z. B. Geschwindigkeits- oder Rich¬ tungssignale. Dabei ist unbedeutend, ob diese anderen Zustandssignale aus den beschriebenen Ortsinformationen abgeleitet oder mit anderen Mitteln erzeugt werden, indem ihnen beispielsweise längs des Fahrwegs separate Informationsgeber zugeordnet sind.

Obwohl die Auswerteeinrichtung 24 im Inneren des Fahrzeugs 9 und damit an einem sicheren Ort angeordnet werden kann, empfiehlt es sich, auch für sie Redundanz vorzusehen. Dies kann z. B. durch Anwendung von zwei identischen Auswerteein¬ richtungen bzw. von einer aus zwei identischen Rechnersystemen aufgebauten Auswerteeinrichtung und deren Verbindung mit denselben Erfassungseinheiten 21a bis 21h erreicht werden. Dabei wird ein sicheres Zustandssignal nur dann über die Antenne 27 abgegeben, wenn die Ausgangssignale beider Auswerteeinrichtungen oder Rechnersysteme identisch sind. Dabei wäre es auch möglich, die Rechnersysteme bzw. Auswerteeinheiten in Bezug auf Hard- und/oder Software unterschiedlich auszubilden.

Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt, das auf vielfache Weise abgewandelt werden kann. Das gilt z. B. für die Ausbildung der nur beispielhaft angegebenen Informationsgeber 11 und 2, für die auch andere Bauteile mit anderen Codierungen verwendet werden können. Auch die Anordnung der Erfassungs¬ einheiten im oder am Fahrzeug 9 ist weitgehend frei wählbar. Weiterhin ist klar, daß die beschriebene Vorrichtung auch bei anderen Verkehrssystemen wie z. B. Eisenbah¬ nen eingesetzt werden kann, indem bei diesen u. a. die Gleisstruktur zur Informations- gäbe verwendet oder zumindest herangezogen wird. Schließlich versteht sich, daß die verschiedenen Merkmale auch in anderen als den beschriebenen und dargestellten Kombinationen angewendet werden können.