Verfahren zum Erkennen eines Messfehlers sowie fahrzeugseiti- ge Einrichtung

In der Praxis ist es häufig erforderlich, die Geschwindigkeit eines Fahrzeugs und/oder eine von dem Fahrzeug zurückgelegte Wegstrecke, d.h. eine Distanz, zu ermitteln. Dabei unterscheiden sich die im jeweiligen Einzelfall eingesetzten Mess- verfahren unter anderem in Abhängigkeit von der Art des jeweiligen Fahrzeugs sowie der erforderlichen Messgenauigkeit. Insbesondere im Falle von Fahrzeugen in Form von Schienenfahrzeugen sind hierbei im Hinblick auf die Genauigkeit der Messung grundsätzlich solche Verfahren vorteilhaft, die eine berührungslose, d.h. von einem möglichen Radschlupf unabhängige Messung der Geschwindigkeit und/oder der von dem Fahrzeug zurückgelegten Strecke ermöglichen.

Allerdings können entsprechende Verfahren den Nachteil auf- weisen, dass sie dahingehend für Messfehler anfällig sind, dass in den Detektionsbereich einer für die Messung verwendeten Sensoreinrichtung eindringende Partikel, etwa in Form von Regen, Eis oder Schnee, zu einer Verfälschung der Messung führen können. Im ungünstigsten Fall kann es hierbei zu einer Abweichung zwischen der ermittelten und der tatsächlichen Geschwindigkeit des Fahrzeugs bis hin zur Geschwindigkeit des jeweiligen Partikels beziehungsweise der jeweiligen Partikel kommen. Ein weiteres Problem besteht darin, dass eine ent ^¬ sprechende Fehlmessung in Abhängigkeit von der Art der ver- wendeten Sensoreinrichtung häufig mit technischen Mitteln der Sensoreinrichtung selbst, d.h. ohne zusätzliche Komponenten, nicht oder nur verbunden mit anderweitigen Nachteilen erkennbar ist. In diesem Zusammenhang ist insbesondere zu beachten, dass einerseits eine zuverlässige Fehlererkennung gewünscht beziehungsweise erforderlich ist. Andererseits können zu emp ^¬ findliche Fehleroffenbarungsmechanismen auch ohne eine tatsächliche Störung, d.h. beispielsweise ohne entsprechende Störpartikel, zu einem fälschlichen Erkennen von Messfehlern und damit letztlich beispielsweise zu einer Einschränkung der Verfügbarkeit der verwendeten Sensoreinrichtung führen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Erkennen eines Messfehlers bei der Ermittlung der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs und/oder der Ermittlung einer von dem Fahrzeug zurückgelegten Strecke anzugeben, durch das Messfehler auf vergleichsweise einfache und dennoch zuverlässige Weise erkannt werden können. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Erkennen eines Messfehlers bei der Ermittlung der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs und/oder der Ermittlung einer von dem Fahrzeug zurückgelegten Wegstrecke, wobei mittels ei ^¬ ner fahrzeugseitigen optischen Sensoreinrichtung die Ge- schwindigkeit des Fahrzeugs ermittelt wird und ein Messfehler anhand einer von der Bewegungsrichtung des Fahrzeugs abweichenden Komponente der ermittelten Geschwindigkeit erkannt wird . Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass zunächst in einem ersten Schritt mittels einer fahrzeug- seitigen optischen Sensoreinrichtung die Geschwindigkeit des Fahrzeugs ermittelt wird. Dabei erfolgt die Ermittlung der Geschwindigkeit des Fahrzeugs mittels der optischen Sensor- einrichtung unabhängig davon, ob letztendlich die Geschwindigkeit des Fahrzeugs und/oder die von dem Fahrzeug zurückge ^¬ legte Strecke ermittelt werden soll. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird hierbei unter einer optischen Sensoreinrichtung ganz allgemein eine solche Sensoreinrichtung ver- standen, die mit optischen Mitteln eine berührungslose Ermittlung beziehungsweise Messung der Geschwindigkeit des Fahrzeugs in Bezug auf die Umgebung, d.h. beispielsweise be ^¬ zogen auf den Untergrund beziehungsweise die Fahrbahn, er- laubt. Bei einer entsprechenden optischen Sensoreinrichtung kann es sich beispielsweise um einen Sensor handeln, der - vom Funktionsprinzip her vergleichbar mit einer optischen Computermaus - einen Lichtstrahl, beispielsweise mit einer Wellenlänge im nahen Infrarotbereich, d.h. z.B. mit einer Wellenlänge von 850 nm, mit Hilfe von Leuchtdioden erzeugt, auf die Schienenoberkante abbildet und mittels einer Analyse der reflektierten Strahlung die Geschwindigkeit des Fahrzeugs ermittelt . Gemäß dem zweiten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nun ein Messfehler anhand einer von der Bewegungsrichtung des Fahrzeugs abweichenden Komponente der ermittelten Geschwindigkeit erkannt. Das erfindungsgemäße Verfahren macht sich hierbei die Erkenntnis zu Nutze, dass Störeinflüsse, beispielsweise in Form des zuvor beschriebenen Partikelflugs, in der Regel, etwa aufgrund von Verwirbelungen, derart ausge ^¬ bildet sind, dass die entsprechenden Partikel beziehungsweise Teilchen auch eine von der Bewegungsrichtung des Fahrzeugs abweichende Geschwindigkeitskomponente aufweisen. Diese von der Bewegungsrichtung des Fahrzeugs abweichende Komponente der ermittelten Geschwindigkeit ist somit dafür geeignet, ei ^¬ nen Messfehler bei der Ermittlung der Geschwindigkeit des Fahrzeugs und/oder der von dem Fahrzeug zurückgelegten Strecke, insbesondere aufgrund von Partikelflug, zu erkennen. Vorteilhafterweise ist dies möglich, ohne dass hierfür zu ^¬ sätzliche Komponenten, etwa in Form weiterer Sensoren, erforderlich sind. Darüber hinaus ist aufgrund der üblicherweise bekannten Ausrichtung der fahrzeugseitigen optischen Sensoreinrichtung in Bezug auf die Bewegungsrichtung des Fahrzeugs anhand der von der Bewegungsrichtung des Fahrzeugs abweichenden Komponente der ermittelten Geschwindigkeit eine besonders zuverlässige Erkennung des Störeinflusses und damit auch des hiermit verbundenen Messfehlers möglich.

Grundsätzlich kann es sich im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens bei dem Fahrzeug um ein Fahrzeug beliebiger Art handeln, für das eine Ermittlung der Geschwindigkeit und/oder der zurückgelegten Wegstrecke erfolgen soll.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird mittels der optischen Sensoreinrichtung die Geschwindigkeit eines spurgebundenen Fahrzeugs, insbesondere eines Schienenfahrzeugs ermittelt. Dies ist vor ^¬ teilhaft, da die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens im Zusammenhang mit Schienenfahrzeugen im besonderen Maße zum Tragen kommen. So sind bei Schienenfahrzeugen aufgrund der vergleichsweise geringen Reibung im Rad-Schiene-System generell solche Messverfahren zur Ermittlung der Geschwindigkeit beziehungsweise der zurückgelegten Strecke bevorzugt, welche von einem möglichen Schlupf der Räder des Schienenfahrzeugs unabhängig sind. Darüber hinaus ist bei spurgebundenen Fahrzeugen, bei denen es sich neben Schienenfahrzeugen beispielsweise auch um spurgeführte Fahrzeuge mit Gummibereifung han ^¬ deln kann, die Bewegungsrichtung des Fahrzeugs durch die Spurführung eindeutig festgelegt, so dass eine von der Bewe ^¬ gungsrichtung beziehungsweise der erwarteten Bewegungsrichtung des Fahrzeugs abweichende Komponente der ermittelten Ge ^¬ schwindigkeit eindeutig auf Störeinflüsse, insbesondere in Form von beweglichen Partikeln in Form von Regen beziehungsweise Wasser, Schnee oder Eis, zurückgeführt werden kann.

Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird mittels der optischen Sensoreinrichtung die Geschwindigkeit des Fahrzeugs in Bezug auf zumindest zwei linear unabhängige Messachsen ermittelt. Dies ist vorteilhaft, da unter Verwendung von zumindest zwei linear unabhängigen Messachsen eine von der Bewegungsrichtung des Fahrzeugs abweichende Komponente der ermittelten Ge ^¬ schwindigkeit zuverlässig erkannt werden kann.

Vorzugsweise ist das erfindungsgemäße Verfahren hierbei wei ^¬ terhin derart ausgestaltet, dass mittels der optischen Sen- soreinrichtung die Geschwindigkeit des Fahrzeugs in Bezug auf zumindest zwei linear unabhängige Messachsen ermittelt wird, von denen eine parallel zur Bewegungsrichtung des Fahrzeugs ausgerichtet ist. Dies ist vorteilhaft, da mittels der paral ^¬ lel zur Bewegungsrichtung des Fahrzeugs ausgerichteten Mess- achse auf besonders einfache Art und Weise eine auf die Bewe ^¬ gungsrichtung bezogene Ermittlung der Geschwindigkeit des Fahrzeugs erfolgen kann.

Vorzugsweise kann das erfindungsgemäße Verfahren auch derart weitergebildet sein, dass mittels der optischen Sensorein ^¬ richtung die Geschwindigkeit des Fahrzeugs in Bezug auf zu ^¬ mindest zwei linear unabhängige, senkrecht zueinander ausge ^¬ richtete Messachsen ermittelt wird. Die Verwendung zweier linear unabhängiger, senkrecht zueinander ausgerichteter Mess- achsen zur Ermittlung der Geschwindigkeit des Fahrzeugs weist den Vorteil auf, dass hierdurch die von der Bewegungsrichtung des Fahrzeugs abweichende Komponente der ermittelten Ge ^¬ schwindigkeit auf besonders einfache und letztendlich damit auch besonders zuverlässige Art und Weise ermittelt werden kann.

In Bezug auf die Einrichtung liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine fahrzeugseitige Einrichtung zum Ermitteln der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs und/oder zum Ermitteln einer von dem Fahrzeug zurückgelegten Wegstrecke anzugeben, die es auf vergleichsweise einfache und dennoch zuverlässige Weise erlaubt, Messfehler zu erkennen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine fahr- zeugseitige Einrichtung zum Ermitteln der Geschwindigkeit ei ^¬ nes Fahrzeugs und/oder zum Ermitteln einer von dem Fahrzeug zurückgelegten Wegstrecke, wobei die Einrichtung eine fahr- zeugseitige optische Sensoreinrichtung zum Ermitteln der Ge- schwindigkeit des Fahrzeugs aufweist und ausgebildet ist, ei ^¬ nen Messfehler anhand einer von der Bewegungsrichtung des Fahrzeugs abweichenden Komponente der ermittelten Geschwindigkeit zu erkennen. Die Vorteile der erfindungsgemäßen fahrzeugseitigen Einrichtung entsprechen denjenigen des erfindungsgemäßen Verfahrens, so dass diesbezüglich auf die entsprechenden vorstehenden Ausführungen verwiesen wird. Gleiches gilt hinsichtlich der im Folgenden genannten bevorzugten Weiterbildungen der erfin- dungsgemäßen Einrichtung in Bezug auf die entsprechenden bevorzugten Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, so dass auch diesbezüglich auf die entsprechenden vorstehenden Erläuterungen verwiesen wird. Vorzugsweise ist die erfindungsgemäße Einrichtung derart wei ^¬ tergebildet, dass die optische Sensoreinrichtung ausgebildet ist, die Geschwindigkeit des Fahrzeugs in Bezug auf zumindest zwei linear unabhängige Messachsen zu ermitteln. Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Einrichtung ist die optische Sensoreinrichtung hierbei weiterhin ausgebildet, die Geschwindigkeit des Fahrzeugs in Bezug auf zumindest zwei linear unabhängige Messachsen zu ermitteln, von denen eine parallel zur Bewegungsrichtung des Fahrzeugs ausgerichtet ist.

Vorteilhafterweise kann die erfindungsgemäße Einrichtung auch derart ausgeprägt sein, dass die optische Sensoreinrichtung ausgebildet ist, die Geschwindigkeit des Fahrzeugs in Bezug auf zumindest zwei linear unabhängige, senkrecht zueinander ausgerichtete Messachsen zu ermitteln. Die Erfindung umfasst ferner ein Fahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Einrichtung beziehungsweise mit einer Einrichtung gemäß einer der zuvor genannten bevorzugten Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Einrichtung. Vorzugsweise kann das Fahrzeug hierbei als spurgebundenes

Fahrzeug, insbesondere als Schienenfahrzeug, ausgeführt sein.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbei ^¬ spielen näher erläutert. Hierzu zeigt

Figur 1 in einer schematischen Skizze ein Fahrzeug mit einem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemä ^¬ ßen Einrichtung,

Figur 2 zur Erläuterung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens ein erstes sche- matisches Diagramm und

Figur 3 zur weiteren Erläuterung des Ausführungsbei- spiels des erfindungsgemäßen Verfahrens ein zweites schematisches Diagramm.

Figur 1 zeigt in einer schematischen Skizze ein Fahrzeug mit einem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Einrichtung. Dargstellt ist ein Fahrzeug 10 in Form eines Schienenfahr ^¬ zeugs, das sich mit einer Geschwindigkeit o nach rechts be ^¬ wegt. Das Fahrzeug 10 weist eine optische Sensoreinrichtung 20 auf, die zum Ermitteln der Geschwindigkeit des Fahrzeugs 10 sowie hierauf basierend zum Ermitteln der von dem Fahrzeug 10 zurückgelegten Wegstrecke dient. In Figur 1 ist hierbei eine durch die optischen Sensoreinrichtung 20 vorgenommene Messwerterfassung beispielhaft mittels eines von der opti ^¬ schen Sensoreinrichtung 20 ausgehenden Lichtstrahls 21 sowie eines von dem Untergrund, d.h. beispielsweise der Oberkante einer von dem Fahrzeug 10 befahrenen Schiene, reflektierten Lichtstrahls 22 angedeutet.

Die optische Sensoreinrichtung 20 ist an eine Verarbeitungs- einrichtung 24 angebunden, die zur weiteren Verarbeitung der von der optischen Sensoreinrichtung 20 ermittelten Geschwindigkeit dient und beispielsweise als Bestandteil eines Bord ^¬ computers des Fahrzeugs 10 ausgebildet sein kann. Gemeinsam mit der optischen Sensoreinrichtung 20 bildet die Verarbei- tungseinrichtung 24 hierbei eine fahrzeugseitige Einrichtung 25. Es sei darauf hingewiesen, dass die Verarbeitungseinrichtung 24 abweichend von der Darstellung der Figur 1 selbstverständlich auch als integrierter Bestandteil der optischen Sensoreinrichtung 20 ausgebildet sein könnte, in welchem Fall die fahrzeugseitige Einrichtung 25 im Wesentlichen durch die optische Sensoreinrichtung 20 gebildet werden würde.

In der Praxis kann nun das Problem auftreten, dass es insbesondere durch bewegliche Partikel im Detektionsbereich der optischen Sensoreinrichtung 20 zu unerwünschten und unerkannten Messfehlern kommt. Dies ist in Figur 1 durch Regen- beziehungsweise Wassertropfen 30 angedeutet, die sich im Be ^¬ reich zwischen der fahrzeugseitigen Einrichtung 20 und der Schienenoberkante bewegen und im Rahmen des beschriebenen Ausführungsbeispiels eine Geschwindigkeitskomponente v _R ent ^¬ gegengesetzt zur Bewegungsrichtung des Fahrzeugs 10 aufwei ^¬ sen. Diese parallel zur Bewegungsrichtung des Fahrzeugs 10 ausgerichtete Geschwindigkeitskomponente v _R kann nun dazu führen, dass von der optischen Sensoreinrichtung 20 die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 10 und damit auch die von dem Fahrzeug 10 zurückgelegte Wegstrecke verbunden mit einem gro ^¬ ßen Messfehler ermittelt wird. So könnten die Regentropfen 30 in dem dargestellten Ausführungsbeispiel dazu führen, dass die ermittelte Geschwindigkeit des Fahrzeugs 10 fälschlicher ^¬ weise maximal um die Geschwindigkeit v _R von der tatsächlichen Geschwindigkeit v ₀ des Fahrzeugs 10 abweicht.

Um entsprechende Messfehler zuverlässig erkennen zu können und damit auch die Voraussetzung für eine entsprechende Kor ^¬ rektur beziehungsweise Berücksichtigung zu schaffen, ist die fahrzeugseitige Einrichtung 25 im Rahmen des beschriebenen Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Einrichtung nun vorteilhafterweise ausgebildet, entsprechende Messfehler an- hand einer von der Bewegungsrichtung des Fahrzeugs 10 abweichenden Komponente der ermittelten Geschwindigkeit zu erken ^¬ nen. Dies bedeutet, dass die optische Sensoreinrichtung 20 die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 10 nicht nur in Bezug auf die Bewegungsrichtung des Fahrzeugs 10, sondern darüber hin- aus auch in Bezug auf eine hiervon linear unabhängige Mess ^¬ achse erfasst beziehungsweise ermittelt. Dies soll im Folgen ^¬ den anhand der Figuren 2 und 3 näher erläutert werden.

Figur 2 zeigt zur Erläuterung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens ein erstes schematisches Dia ^¬ gramm. In diesem Diagramm ist eine parallel zur beziehungs ^¬ weise in Bewegungsrichtung des Fahrzeugs 10 ausgerichtete Komponente v _p der Geschwindigkeit des Fahrzeugs 10 als Funk ^¬ tion der Zeit t dargestellt. Hierbei ist erkennbar, dass aus- gehend von der tatsächlichen Geschwindigkeit o des Fahrzeugs 10 sich durch den Partikelflug in Form der Regentropfen 30 Spitzen beziehungsweise Ausschläge der ermittelten Geschwindigkeit ergeben, die nach oben hin durch die Summe der Fahr- zeuggeschwindigkeit o und der Geschwindigkeit v _R der Regen ^¬ tropfen 30 begrenzt ist. Der jeweilige Wert der Geschwindig ^¬ keitskomponente v _p hängt hierbei im zeitlichen Verlauf insbe ^¬ sondere davon ab, in welchem Umfang die von der optischen Sensoreinrichtung 20 durchgeführte Messung zum jeweiligen Zeitpunkt durch die Regentropfen 30 beeinflusst wird. Des

Weiteren ist zu berücksichtigen, dass auch die Regentropfen 30 selbst in der Praxis üblicherweise keine hinsichtlich ih ^¬ res Betrages einheitliche Geschwindigkeit v _R in Bewegungs ^¬ richtung des Fahrzeugs 10 aufweisen werden.

Unabhängig von dem konkreten jeweiligen zeitlichen Verlauf der Geschwindigkeitskomponente v _p wird es in der Praxis übli ^¬ cherweise nicht beziehungsweise zumindest nicht ohne weiteres möglich sein, allein anhand dieses zeitlichen Verlaufs zu er- kennen, dass hinsichtlich der Ermittlung der Geschwindigkeit des Fahrzeugs 10 und/oder der von dem Fahrzeug 10 zurückge ^¬ legten Wegstrecke ein durch die Partikel in Form der Regentropfen 30 verursachter Messfehler vorliegt. Das Erkennen dieses Messfehlers ist jedoch anhand einer von der Bewegungs- richtung des Fahrzeugs 10 abweichenden Komponente der ermit ^¬ telten Geschwindigkeit möglich, wie nachfolgend anhand von Figur 3 näher erläutert wird.

Figur 3 zeigt zur weiteren Erläuterung des Ausführungsbei- spiels des erfindungsgemäßen Verfahrens ein zweites schemati- sches Diagramm. In ähnlicher Darstellung wie in Figur 2 ist in Figur 3 die Geschwindigkeit v _s dargestellt, die von der fahrzeugseitigen optischen Sensoreinrichtung 20 in einer Richtung senkrecht zur Bewegungsrichtung des Fahrzeugs 10 ge- messen beziehungsweise erfasst worden ist. Dies bedeutet, dass v _p und v _s jeweils in Bezug auf Messachsen ermittelt wer ^¬ den, die in einer horizontal, d.h. parallel zum Boden des Fahrzeugs 10, verlaufenden Ebene liegen.

Insbesondere aufgrund der durch die Spurführung eindeutig vorgegebenen Bewegungsrichtung des Fahrzeugs 10 wäre im ungestörten Zustand der optischen Sensoreinrichtung 20 zu erwarten, dass die Geschwindigkeitskomponente v _s konstant null ist. Entsprechend der Darstellung der Figur 3 werden jedoch auch hier als Funktion der Zeit t Werte gemessenen, die sich von null unterscheiden und durch von der Bewegungsrichtung des Fahrzeugs 10 abweichende Geschwindigkeitskomponenten der Regentropfen 30 verursacht sind. Anhand der Geschwindigkeits- komponente v _s ist es somit nun möglich, zu erkennen, dass der ermittelte Wert der Geschwindigkeit des Fahrzeugs 10 und/oder der ermittelte Wert der von dem Fahrzeug 10 zurückgelegten Wegstrecke aufgrund der Partikel in Form der Regentropfen 30 mit einem Messfehler behaftet ist. Hierdurch kann es bei- spielsweise ermöglicht werden, zusätzlich oder alternativ zu der optischen Sensoreinrichtung 20 eine weitere Sensoreinrichtung zur Messung zu verwenden, die zwar im Normalfall, d.h. in ungestörten Zustand, eine geringere Genauigkeit auf ^¬ weist als die optische Sensoreinrichtung 20, im Falle einer Störung derselben jedoch als Rückfallebene genutzt werden kann .

Gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen zeichnet sich die vorliegende Erfindung insbesondere dadurch aus, dass im Zusammenhang mit der Ermittlung der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs und/oder der Ermittlung einer von einem Fahrzeug zurückgelegten Wegstrecke durch eine Ermittlung einer von der Bewegungsrichtung des Fahrzeugs abweichenden Geschwindigkeitskomponente auf besonders einfache und zuverläs- sige Art und Weise die Offenbarung insbesondere von solchen Messfehlern möglich ist, die durch Partikelflug zwischen der optischen Sensoreinrichtung und dem Untergrund hervorgerufen sind .