Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung zumindest einer Geschwindigkeit bei einem Schienenfahrzeug, welches mit zumindest einer ersten Fahrwerkeinheit ausgestattet ist, bei welchem wenigstens eine auf die erste Fahrwerkeinheit bezoge ^¬ ne Fahrwerkgeschwindigkeitsmessgröße mittels zumindest einer der ersten Fahrwerkeinheit zugeordneten Sensoreinheit bereit ^¬ gestellt wird.

Bei einer Vielzahl von Anwendungen in Schienenfahrzeugen wird die Fahrzeugfahrgeschwindigkeit herangezogen. Ein typisches Beispiel ist ein Bremsvorgang, der auf die momentane Fahrge ^¬ schwindigkeit abgestimmt ist. Heutzutage besteht das Brems ^¬ system vermehrt zumindest aus einer elektrodynamischen Bremse und einer pneumatischen, mit Gleit- und Schleuderschutz ausgestatteten Bremse. Zukünftige Bremssysteme sollen vorzugs ^¬ weise nur aus einer elektrodynamischen Bremse und einer anderweitigen Bremseinrichtung, insbesondere einer Federspeicherbremse bestehen, wobei auf den Einsatz einer vollwerti ^¬ gen, hinsichtlich der Kosten und des Bauraums aufwendigen pneumatischen Bremse verzichtet wird.

Um die Anforderungen, die für eine sichere Schnell- und Not ^¬ bremsung von derartigen Systemen vorgeschrieben sind, zu erfüllen sind für die Regelung einer von zumindest einem Fahrwerkmotor gebildeten elektrodynamischen Bremse Redundanzebenen vorgesehen, wobei einem Wechseln zwischen Redundanzebenen und ggf. einem Aktivieren der anderweitigen Bremseinrichtung, wie z.B. einer Federspeicherbremse von Fahrwerken eine mög ^¬ lichst exakte und als sicher geltende Geschwindigkeitserfas ^¬ sung liegen muss. Außerdem liegt eine genaue Geschwindig ^¬ keitsbestimmung der Ausführung einer zuverlässigen Gleit- und Schleuderschutzfunktion zugrunde .

Es ist bekannt, die Geschwindigkeit einer als Drehgestell ausgebildeten Fahrwerkeinheit mittels eines Drehzahlgebers an einem Drehgestellmotor bzw. an der von diesem angetriebenen Radachse zu bestimmen. In manchen betrieblichen Situationen, wie insbesondere bei einem Schlüpfen bzw. Gleiten oder

Schleudern der Radachse weicht die auf der Grundlage der Rad- geschwindigkeiten erfasste Drehgestellgeschwindigkeit von der Fahrgeschwindigkeit des Schienenfahrzeugs bzw. der weiteren Drehgestelle ab. Dies kann die Ausführung einer Gleit- und Schleuderschutzfunktion nachteilhaft beeinträchtigen. Außerdem kann ein Wechseln der Redundanzebenen, die für die Rege- lung eines als elektrodynamische Bremse dienenden

Drehgestellmotors vorgesehen sind, bzw. die Aktivierung einer anderweitigen Bremseinrichtung des Drehgestells erschwert bzw. fehlerhaft sein. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Ermittlung zumindest einer Geschwindigkeit bei einem Schie ^¬ nenfahrzeug bereitzustellen, durch welche eine besonders zu ^¬ verlässige, insbesondere als sicher geltende Ermittlung er ^¬ reicht werden kann.

Hierzu wird vorgeschlagen, dass

- Inertialmessgrößen von einer Inertialmesseinheit erfasst werden,

- eine Referenzgeschwindigkeitskenngröße auf der Basis der Fahrwerkgeschwindigkeitsmessgröße gebildet wird,

- eine Inertialgeschwindigkeitskenngröße mittels einer von zumindest einer Recheneinheit durchgeführten

Inertialberechnung zumindest auf der Basis der

Inertialmessgrößen und - während zumindest einer Zeitspanne gemäß einem ersten Betriebsmodus - zur Schätzung einer Abweichung in der Inertialberechnung auf der Basis der Referenzgeschwindigkeitskenngröße ermittelt wird,

- die Inertialgeschwindigkeitskenngröße mittels der

Inertialberechnung zumindest auf der Basis der

Inertialmessgrößen und - während zumindest einer Zeitspanne gemäß einem zweiten Betriebsmodus - ohne Berücksichtigung der Referenzgeschwindigkeitskenngröße ermittelt wird,

- auf der Grundlage einer Referenzkenngröße und der Fahrwerk- geschwindigkeitsmessgröße ein anomaler Bereitstellungsvorgang der Fahrwerkgeschwindigkeitsmessgröße erfassbar ist und

- beim Vorliegen eines anomalen Bereitstellungsvorgangs die Inertialberechnung gemäß dem zweiten Betriebsmodus durchgeführt wird.

Dadurch kann der Einfluss eines anomalen Bereitstellungsvorgangs der Fahrwerkgeschwindigkeitsmessgröße auf die Ermitt ^¬ lung einer Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs wesentlich reduziert, insbesondere vermieden werden. Dies kann insbesondere dadurch erreicht werden, dass die Fahrwerkgeschwindig- keitsmessgröße nicht direkt in diese Ermittlung, sondern in Kombination mit Inertialmessgrößen, welche per se von einer zu einer ggf. fehlerbehafteten Erfassung von Messgrößen führenden Dynamik der Fahrwerkeinheit unabhängig sind, einbezo ^¬ gen wird und das Einbeziehen der Fahrwerkgeschwindigkeits- messgröße nach Erkennung eines anomalen Bereitstellungsvorgangs, welcher beispielweise durch ein Gleiten oder ein

Schleudern der Fahrwerkeinheit, eine Fehlmessung der Sensoreinheit oder eine fehlerhafte Übertragung von Ausgangsdaten derselben hervorgerufen werden kann, eingestellt wird. Die Fahrwerkgeschwindigkeitsmessgröße kann daher vorteilhaft zur Unterstützung der Inertialberechnung genutzt werden, wobei einem negativen Einfluss, welcher durch der Erfassung dieser Fahrwerkgeschwindigkeitsmessgröße inhärente Fehlermöglichkei ^¬ ten hervorgerufen wird, durch die vorgeschlagen Maßnahme vorteilhaft entgegengewirkt werden kann.

Unter einer „Fahrwerkeinheit" soll insbesondere eine Baugrup ^¬ pe des Schienenfahrzeugs verstanden werden, die zumindest ein mit einer Schiene in Kontakt stehendes Rad aufweist. Die Fahrwerkeinheit entspricht vorzugsweise einem Drehgestell, welches insbesondere mit einem Antriebsmotor, der in einem Bremsvorgang zweckmäßigerweise als elektrodynamische Bremse dient, und/oder einer anderweitigen Bremseinrichtung ausgestattet ist, wie z.B. einer Federspeicherbremse. Sie kann je ^¬ doch einer einzelnen Radachse oder einem einzelnen Rad entsprechen, welcher bzw. welches vorzugsweise mit einem derar- tigen Antriebsmotor gekoppelt und/oder mit einer derartigen Bremseinrichtung ausgestattet ist.

Zur „Bereitstellung" der Fahrwerkgeschwindigkeitsmessgröße weist die Sensoreinheit zumindest einen Sensor zur Erfassung einer Messgröße auf, die der Fahrwerkgeschwindigkeitsmessgrö- ße entspricht oder zur Bildung dieser mittels einer weiteren Kenngröße verarbeitet wird. Der Sensor führt zweckmäßigerwei ^¬ se zumindest einen Messvorgang an zumindest einem Rad der Fahrwerkeinheit bzw. an einem mit diesem mechanisch, insbesondere starr mechanisch gekoppelten Antriebselement zum Antreiben des Rads aus, wie insbesondere einer Radachse oder einem Element eines Antriebsmotors. Die Messgröße ist dabei zumindest eine von der Raddynamik beeinflusste Kenngröße. Der zumindest eine Sensor der Sensoreinheit ist in einer bevor ^¬ zugten Ausführung der Erfindung als Drehzahlgeber ausgebildet, wobei die Fahrwerkgeschwindigkeitsmessgröße einer Dreh ^¬ zahl bzw. einer zu einer Drehzahl proportionalen Größe entspricht. Zur Bildung der Fahrwerkgeschwindigkeitsmessgröße auf der Basis der Messgröße kann zumindest ein weiterer Para ^¬ meter, wie insbesondere eine Raddurchmesserkenngröße, heran ^¬ gezogen werden. Umfasst die Fahrwerkeinheit mehrere Räder, kann die Sensoreinheit mehrere Sensoren aufweisen, die je ^¬ weils einem unterschiedlichen Rad zugeordnet sind, wobei die Ausgänge der Sensoren zur Bereitstellung der Fahrwerkge- schwindigkeitsmessgröße dienen. Diese kann dabei durch eine Mittelung über die einzelnen Räder der Fahrwerkeinheit bereitgestellt werden. Die Referenzgeschwindigkeitskenngröße kann auf der Basis der Fahrwerkgeschwindigkeitsmessgröße dadurch gebildet werden, dass sie der Fahrwerkgeschwindigkeitsmessgröße bzw. der mit einem von der Rad- bzw. Schienenfahrzeugdynamik unabhängigen Faktor multiplizierten Fahrwerkgeschwindigkeitsmessgröße ent- spricht oder dass sie mit einer weiteren Geschwindigkeits ^¬ kenngröße verknüpft wird. Der anomale Bereitstellungsvorgang kann insbesondere durch einen Vergleich der Fahrwerkgeschwindigkeitsmessgröße mit der Referenzkenngröße erfasst werden. Insbesondere kann hierzu ein Schwellwert voreingestellt sein, wobei eine mit der Fahr- werkgeschwindigkeitsmessgröße und der Referenzkenngröße ge ^¬ bildete Differenz mit diesem Schwellwert verglichen wird. Hierdurch kann eine auf einen anomalen Bereitstellungsvorgang deutende, signifikante Abweichung der Fahrwerkgeschwindig- keitsmessgröße von der Referenzkenngröße einfach erkannt wer- den. Als Referenzkenngröße kann insbesondere die ermittelte Inertialgeschwindigkeitskenngröße herangezogen werden.

Unter einer „Geschwindigkeitskenngröße" soll eine Geschwin ^¬ digkeit oder eine Kenngröße verstanden werden, welche eine eindeutige Bestimmung einer Geschwindigkeit ermöglicht. Eine Geschwindigkeit ist dabei im üblichen Sinne eine Geschwindig ^¬ keit relativ zu einem im Bezug zu der vom Schienenfahrzeug befahrenen Strecke festen Beobachter. Die Geschwindigkeits ^¬ kenngröße kann ein Vektor oder eine auf einen Vektor bezogene Zahl sein, wie z.B. ein Vektorbetrag oder eine bestimmte Vek ^¬ torkomponente .

Unter einer „Inertialgeschwindigkeitskenngröße" soll insbe ^¬ sondere eine Geschwindigkeitskenngröße verstanden werden, die als Ergebnis der von der Recheneinheit durchgeführten

Inertialberechnung zur weiteren Auswertung bereitgestellt wird. Sie ist eine Kenngröße für die lokale Geschwindigkeit der Inertialmesseinheit bzw. eines Grundkörpers, mit welchem diese verbunden ist. Ist die Inertialmesseinheit mit einem Grundkörper der Fahrwerkeinheit starr verbunden, ist die

Inertialgeschwindigkeitskenngröße eine auf die Fahrwerkein ^¬ heit bezogene, lokale Fahrwerkgeschwindigkeitskenngröße, wel ^¬ che von der eigenen Dynamik der Fahrwerkeinheit beeinflussbar ist. Insbesondere kann die Inertialgeschwindigkeitskenngröße eine Kenngröße für die Schwerpunktgeschwindigkeit der Fahr ^¬ werkeinheit sein. Sind relative Bewegungen der Fahrwerkeinheit relativ zu einem Wagenkasten des Schienenfahrzeugs mög ^¬ lich, kann dabei die Inertialgeschwindigkeitskenngröße von der auf das gesamte Schienenfahrzeug bezogenen Fahrgeschwin ^¬ digkeit unterschiedlich sein. Ist die Fahrwerkeinheit als Drehgestell ausgebildet, kann die

Inertialgeschwindigkeitskenngröße dabei eine

Drehgestellgeschwindigkeitskenngröße sein. Ist die

Inertialmesseinheit mit einem Wagenkasten des Schienenfahrzeugs starr verbunden, kann sie eine Kenngröße für die

Schwerpunktgeschwindigkeit des Wagenkastens sein. Unter einer „Inertialberechnung" soll eine Berechnung verstanden werden, durch welche zumindest eine Geschwindigkeits ^¬ größe auf der Basis von durch die Inertialmesseinheit erfass- ten Inertialmessgrößen, insbesondere durch numerische Integ ^¬ ration ermittelt wird. Hierzu sind Algorithmen bekannt, wie insbesondere ein sogenannter „Strapdown-Algorithmus" , welcher in Kombination mit fahrzeugfesten Sensoren der

Inertialmesseinheit angewandt werden kann. Die Ausführung ei ^¬ ner Inertialberechnung ist in der Fachliteratur, wie insbesondere in „Integrierte Navigationssysteme", Jan Wendel, 01- denburg Wissenschaftsverlag, München 2007, ISBN 978-3-486- 58160-7, ausreichend bekannt und wird hier näher erläutert.

Im ersten Betriebsmodus wird die Inertialberechnung zumindest auf der Basis der Inertialmessgrößen und der Referenzge- schwindigkeitskenngröße durchgeführt. Die Berücksichtigung der Referenzgeschwindigkeitskenngröße dient dazu, eine Abwei ^¬ chung in der Inertialberechnung zu schätzen, wobei die Schätzung für die Ermittlung der Inertialgeschwindigkeitskenngröße durch deren Rückkopplung in die Inertialberechnung berück- sichtigt wird. Diese Abweichung kann insbesondere eine syste ^¬ matische Abweichung sein, die z.B. aufgrund eines systemati ^¬ schen Fehlers in der Erfassung der Inertialmessgrößen durch die Inertialmesseinheit entstehen kann, oder eine statisti ^¬ sche Abweichung sein. Unter einer „Abweichung" kann eine Ab- weichung einer einzelnen Kenngröße oder mehrerer Kenngrößen verstanden werden. Die Inertialberechnung gemäß dem zweiten Betriebsmodus kann dadurch ohne Berücksichtigung der Referenzgeschwindigkeits ^¬ kenngröße durchgeführt werden, dass die Bildung der Referenz ^¬ geschwindigkeitskenngröße und/oder die Bereitstellung der Fahrwerkgeschwindigkeitsmessgröße eingestellt wird bzw. wer ^¬ den, und/oder dass die Recheneinheit von der Referenzge ^¬ schwindigkeitskenngröße bzw. von einer die Referenzgeschwindigkeitskenngröße übertragenden Leitung entkoppelt wird. In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass ein erster Rechenbaustein der Recheneinheit aus den Inertialmessgrößen einen Schätzwert der

Inertialgeschwindigkeitskenngröße ermittelt, der - im ersten Betriebsmodus - zur Schätzung der Abweichung mit der Refe- renzgeschwindigkeitskenngröße mittels eines einen Zustandsbe- obachter bildenden, zweiten Rechenbausteins der Recheneinheit verknüpft wird, wobei die vom zweiten Rechenbaustein ge ^¬ schätzte Abweichung vom ersten Rechenbaustein herangezogen wird. Unter einem „Zustandsbeobachter" soll ein Rechensystem verstanden werden, welches eine Schätzung des Zustands eines dynamischen Systems auf der Basis von einer Ausgangsgröße dieses dynamischen Systems und von Messwerten für diese Ausgangsgröße bereitstellt. Bei der Anwendung eines Zustandsbe- obachters auf den vorliegenden Fall einer Inertialberechnung entsprechen das „dynamische System" der Fehlerdynamik der vom ersten Rechenbaustein ausgeführten Inertialberechnung und der „Zustand" der zu schätzenden Abweichung, wobei der Schätzwert der Inertialgeschwindigkeitskenngröße der „Ausgangsgröße" entspricht und die Abweichung auf der Basis dieser Ausgangs- große und der als „Messwert" dienenden Referenzgeschwindig ^¬ keitskenngröße geschätzt wird.

Für eine mögliche Implementierung des Zustandsbeobachters gilt beispielsweise

X ⁺ k+l ⁼ X k+1 + Kfc (Zk - H X k+i) wobei X _k+ i — Φ X _k und x ⁺ der „Zustand", d.h. die zu schätzende Abweichung, Φ eine Modellierung des „dynamischen Systems", d.h. der Fehlerdynamik der Inertialberechnung, z die „gemessene" Differenz zwischen dem Schätzwert der Inertialgeschwindigkeitskenngröße und der Referenzgeschwindigkeitskenngröße und H eine Model ^¬ lierung des Einflusses des Messprozesses auf den geschätzten Zustand x ^~ bei der Messung z sind. K ist eine Gewichtungsmat ^¬ rix (auch Beobachterverstärkung oder „Gain-Matrix" genannt) , welche insbesondere Fehler bei der Messung z berücksichtigt. Die Indizes k, k+1 bezeichnen die Zeitpunkte t _k , t _k+ i · Mögliche algorithmische Implementierungen für den Zustandsbe- obachter stellen beispielsweise ein Luenberger-Beobachter oder ein Kaiman-Filter (in dieser Anwendung auch als „Error- State-Kalman-Filter" genannt) dar. Der erste Betriebsmodus und der zweite Betriebsmodus für die Ausführung der Inertialberechnung durch die Recheneinheit unterscheiden sich voneinander durch die Berücksichtigung der Referenzgeschwindigkeitskenngröße, welche auf der Basis der Fahrwerkgeschwindigkeitsmessgröße gebildet ist. Es sind ver- schiedene Ausbildungen des ersten Betriebsmodus möglich, die von der Bildungsart der Referenzgeschwindigkeitskenngröße ab ^¬ hängen. Gemäß einer ersten, einfach zu implementierenden Ausbildung des ersten Betriebsmodus entspricht die Referenzge ^¬ schwindigkeitskenngröße dynamisch der Fahrwerkgeschwindig- keitsmessgröße . Darunter soll verstanden werden, dass die Re ^¬ ferenzgeschwindigkeitskenngröße identisch mit der Fahrwerkge- schwindigkeitsmessgröße ist bzw. dass sie auf der Basis der Fahrwerkgeschwindigkeitsmessgröße und auf der Basis von einem oder mehreren Faktoren bereitgestellt wird, die von der Fahr- werkeinheit- bzw. Schienenfahrzeugdynamik unabhängig sind. Es wird dabei der Fall umfasst, bei welchem zur Bildung der Re ^¬ ferenzgeschwindigkeitskenngröße die Fahrwerkgeschwindigkeits- messgröße mit einem konstanten Faktor multipliziert wird. Zur Bildung der Referenzgeschwindigkeitskenngröße wird zweckmäßi ^¬ gerweise dann keine weitere dynamische Kenngröße als die Fahrwerkgeschwindigkeitsmessgröße herangezogen. Im zweiten Betriebsmodus, bei welchem die Referenzgeschwindigkeitskenn- große von der Recheneinheit unberücksichtigt ist, wird der

Zustandsbeobachter zweckmäßigerweise in einem freien Propaga- tionsmodus betrieben. In der oben erläuterten, möglichen Implementierung des Zustandsbeobachters wird hierzu die Be ^¬ obachterverstärkung K auf den Wert 0 gesetzt.

Gemäß einer zweiten Ausbildung des ersten Betriebsmodus wird eine globale Geschwindigkeitskenngröße bereitgestellt und die Referenzgeschwindigkeitskenngröße wird auf der Basis der Fahrwerkgeschwindigkeitsmessgröße und der globalen Geschwin- digkeitskenngröße gebildet, wodurch eine Schätzung der Abwei ^¬ chung besonders präzise gemacht werden kann. Unter einer „globalen Geschwindigkeitskenngröße" soll eine Geschwindig ^¬ keitskenngröße verstanden werden, die auf die Dynamik des ge ^¬ samten Schienenfahrzeugs bezogen ist. Die globale Geschwin- digkeitskenngröße unterscheidet sich von der

Inertialgeschwindigkeitskenngröße, welche sich ggf. auf die eigene Dynamik der Fahrwerkeinheit beziehen kann.

Verfügt das Schienenfahrzeug über einen Fahrzeugbus, über welchen Daten fahrzeugweit übertragen werden können, kann die globale Geschwindigkeitskenngröße mittels des Fahrzeugbusses bereitgestellt werden oder sie kann auf der Basis von Kenn ^¬ größen bereitgestellt werden, die mittels des Fahrzeugbusses zur Verfügung gestellt werden.

Im zweiten Betriebsmodus, bei welchem die Referenzgeschwindigkeitskenngröße von der Recheneinheit unberücksichtigt ist, wird - bei dieser Ausbildung des ersten Betriebsmodus - zur Schätzung der Abweichung der Schätzwert der vom ersten Re- chenbaustein ermittelten Inertialgeschwindigkeitskenngröße mit der globalen Geschwindigkeitskenngröße mittels des zwei ^¬ ten Rechenbausteins verknüpft, wobei die vom zweiten Rechen ^¬ baustein geschätzte Abweichung vom ersten Rechenbaustein her- angezogen wird, oder der Zustandsbeobachter in einem freien Propagationsmodus betrieben wird. In der erstgenannten Alternative kann eine Schätzung der Abweichung auch dann in der Inertialberechnung berücksichtigt werden, wenn ein anomaler Bereitstellungsvorgang der Fahrwerkgeschwindigkeitsmessgröße erfasst wurde und daher eine Berücksichtigung der aus dieser gebildeten Referenzgeschwindigkeitskenngröße vermieden werden soll, indem beim Übergang vom ersten Betriebsmodus in den zweiten Betriebsmodus die globale Geschwindigkeitskenngröße die Referenzgeschwindigkeitskenngröße ersetzt. Die zweitge ^¬ nannte Alternative kann dann bevorzugt zur Anwendung kommen, wenn die globale Geschwindigkeitskenngröße nicht bereitge ^¬ stellt werden kann bzw. fehlerbehaftet ist. Es sind verschiedene Ausbildungen der globalen Geschwindig ^¬ keitskenngröße möglich. Gemäß einer ersten Bildungsart, wel ^¬ che sich für eine Ausführung des Schienenfahrzeugs mit mehre ^¬ ren Fahrwerkeinheiten eignet, wird die globale Geschwindig ^¬ keitskenngröße zumindest auf der Basis einer Geschwindig- keitskenngröße von zumindest einer von der ersten Fahrwerkeinheit unterschiedlichen Fahrwerkeinheit bereitgestellt. Insbesondere kann die globale Geschwindigkeitskenngröße zu ^¬ mindest auf der Basis einer Mittelung von Geschwindigkeits ^¬ kenngrößen von mehreren, jeweils von der ersten Fahrwerkein- heit unterschiedlichen Fahrwerkeinheiten bereitgestellt werden. Dabei kann die jeweilige Varianz der entsprechenden Geschwindigkeitskenngrößen berücksichtigt werden. Die Geschwindigkeitskenngrößen der weiteren Fahrwerkeinheiten können jeweils als Inertialgeschwindigkeitskenngröße mittels des oben für die erste Fahrwerkeinheit beschriebenen Verfahrens be ^¬ reitgestellt werden.

Alternativ kann die globale Geschwindigkeitskenngröße mittels einer globalen Erfassungsvorrichtung des Schienenfahrzeugs bereitgestellt werden, die von der Inertialmesseinheit unter ^¬ schiedlich ist. Unter einer „globalen Erfassungsvorrichtung" soll eine Erfassungsvorrichtung verstanden werden, die von einer lokalen, auf eine Fahrwerkeinheit bezogenen Erfassungs- Vorrichtung unabhängig, insbesondere unterschiedlich ist. Insbesondere kann die globale Erfassungsvorrichtung einmalig im Schienenfahrzeug vorhanden sein. Diese Erfassungsvorrichtung kann insbesondere von einer Ortungsvorrichtung gebildet sein, die zur Ermittlung einer Positionskenngröße des Schie ^¬ nenfahrzeugs dient. Beispielsweise kann die Positionskenngrö ^¬ ße durch die Erfassung von Funksignalen ermittelt werden, die von streckenseitigen, festen Einrichtungen, wie z.B. Stre- ckenbalisen oder Mobilfunkantennen, oder von Satelliten ge- strahlt werden.

In der betrachteten, zweiten Ausbildung des ersten Betriebsmodus wird in einer bevorzugten Ausführung der Erfindung zur Bereitstellung der Referenzgeschwindigkeitskenngröße die glo- bale Geschwindigkeitskenngröße mit der Fahrwerkgeschwindig- keitsmessgröße mittels eines auf dem Prinzip der Sensordaten ^¬ fusion beruhenden Rechenbausteins verknüpft. Dadurch kann ein Einfluss von Fehlern, mit welchen die Bereitstellung der Fahrwerkgeschwindigkeitsmessgröße behaftet ist, mittels der Verknüpfung dieser mit der globalen Geschwindigkeitskenngröße vermindert werden. Zur Implementierung einer Sensordatenfusion sind verschiedene Algorithmen, wie insbesondere ein Kai ^¬ man-Filter, möglich. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der ersten Fahrwerkeinheit mehrere Recheneinheiten zugeordnet sind, wobei jede Recheneinheit die Inertialberechnung jeweils gemäß den Betriebsmodi durchführen kann und ein Ergebnis der Inertialberechnung an einem Ausgang bereitstellt, und den Recheneinheiten eine Schaltvorrichtung zugeordnet ist, die zur Bereitstellung der

Inertialgeschwindigkeitskenngröße wahlweise mit einem der Ausgänge in Verbindung steht. Dadurch kann eine wahlweise Be ^¬ reitstellung der Inertialgeschwindigkeitskenngröße erfolgen, die auf die von den Recheneinheiten aktuell angewandten Betriebsmodi abgestimmt ist. Beispielsweise kann die Schaltvor ^¬ richtung derart gesteuert werden, dass sie eine Verbindung mit einem Recheneinheitsausgang nur dann herstellt, wenn die entsprechende Recheneinheit im zweiten Betriebsmodus betrie ^¬ ben wird. Hiermit kann der Einfluss von Fehlern, mit welchen die Bereitstellung der Fahrwerkgeschwindigkeitsmessgröße be ^¬ haftet ist, vorteilhaft weiter vermindert werden.

Dieser Einfluss kann dadurch besonders effizient vermindert werden, dass jeder Recheneinheit jeweils eine Schalteinheit vorgeschaltet ist, welche in einem ersten Schaltzustand die Referenzgeschwindigkeitskenngröße für die jeweilige Rechen- einheit zur Durchführung des ersten Betriebsmodus bereit ^¬ stellt und in einem zweiten Schaltzustand die Recheneinheit zur Durchführung des zweiten Betriebsmodus von der Referenzgeschwindigkeitskenngröße entkoppelt, wobei - beim Nichtvor- liegen eines anomalen Erfassungsvorgangs - Schaltzyklen der Schalteinheiten und ein Schaltzyklus der Schaltvorrichtung derart aufeinander abgestimmt sind, dass die Schaltvorrich ^¬ tung bei jedem Schaltvorgang eine Verbindung mit einer Recheneinheit herstellt, welche die Inertialberechnung gemäß dem zweiten Betriebsmodus durchführt, und - beim Vorliegen eines anomalen Erfassungsvorgangs - alle Schalteinheiten im zweiten Schaltzustand geschaltet sind. Hiermit kann im Hin ^¬ blick auf einen anomalen Bereitstellungsvorgang der Fahrwerk- geschwindigkeitsmessgröße eine besonders zuverlässige Ermitt ^¬ lung der Inertialgeschwindigkeitskenngröße erreicht werden, da das Ergebnis einer die Fahrwerkgeschwindigkeitsmessgröße einbeziehenden Ermittlung der

Inertialgeschwindigkeitskenngröße nicht direkt als Ausgangs ^¬ größe bereitgestellt werden kann. Es kann daher mittels der Schaltzyklen ausgeschlossen werden, dass Fehler in der Be- reitstellung der Fahrwerkgeschwindigkeitsmessgröße einen di ^¬ rekten Einfluss auf die Bereitstellung der

Inertialgeschwindigkeitskenngröße haben können. Wird die Inertialgeschwindigkeitskenngröße als die Referenzkenngröße zur Erfassung eines anomalen Bereitstellungsvorgangs der Fahrwerkgeschwindigkeitsmessgröße herangezogen, kann dieser Erfassungsvorgang selbst besonders zuverlässig erfolgen. So ^¬ mit kann ein nachteilhafter Einfluss eines anomalen Bereitstellungsvorgangs in vielen Hinsichten vermieden werden. In diesem Zusammenhang wird gemäß einer bevorzugten Ausführung vorgeschlagen, dass die Schalteinheiten in deren zweitem Schaltzustand die globale Geschwindigkeitskenngröße für die jeweilige Recheneinheit zur Durchführung des zweiten Be ^¬ triebsmodus bereitstellen.

Eine weitere Reduzierung des Einflusses eines anomalen Be ^¬ reitstellungsvorgangs der Fahrwerkgeschwindigkeitsmessgröße kann außerdem dadurch erreicht werden, dass beim Nichtvorlie- gen eines anomalen Erfassungsvorgangs die Schaltzyklen der Schalteinheiten und der Schaltzyklus der Schaltvorrichtung derart aufeinander abgestimmt sind, dass die Schaltvorrich ^¬ tung bei jedem Schaltvorgang eine Verbindung mit einer der Recheneinheiten herstellt, welche die Inertialberechnung seit zumindest einer vorbestimmten Zeit gemäß dem zweiten Betriebsmodus durchführt.

Weist das Schienenfahrzeug eine von der Inertialmesseinheit unterschiedliche, globale Erfassungsvorrichtung auf, welche für die zweite Ausbildung des ersten Betriebsmodus die globa ^¬ le Geschwindigkeitskenngröße bereitstellt, wird vorgeschla ^¬ gen, dass - in einem Raddurchmesserbestimmungsmodus - die Inertialberechnung gemäß dem zweiten Betriebsmodus zur Er- mittlung der Inertialgeschwindigkeitskenngröße durchgeführt wird und zumindest eine Raddurchmesserkenngröße der Fahrwerk ^¬ einheit zumindest auf der Grundlage der ermittelten

Inertialgeschwindigkeitskenngröße ermittelt wird. Der zweite Betriebsmodus wird hierbei entsprechend der zweiten Ausbil- dung des ersten Betriebsmodus, bei welchem die globale Ge ^¬ schwindigkeitskenngröße in der Inertialberechnung berücksichtigt wird, ausgeführt, indem zur Schätzung der Abweichung der Schätzwert mit der globalen Geschwindigkeitskenngröße mittels des zweiten Rechenbausteins verknüpft wird, wobei die vom zweiten Rechenbaustein geschätzte Abweichung vom ersten Rechenbaustein herangezogen wird. Hiermit kann die Ermittlung der Inertialgeschwindigkeitskenngröße ohne Berücksichtigung der Fahrwerkgeschwindigkeitsmessgröße einerseits und - da die globale Geschwindigkeitskenngröße mittels der globalen Erfas ^¬ sungsvorrichtung bereitgestellt wird - unabhängig von einer an einer Fahrwerkeinheit gemachten Erfassung andererseits erfolgen. Dadurch kann eine Ermittlung der

Inertialgeschwindigkeitskenngröße erreicht werden, die von Radgrößen der Fahrwerkeinheit unabhängig ist, sodass sie zur Ermittlung der Raddurchmesserkenngröße herangezogen werden kann. Zur Ermittlung der Raddurchmesserkenngröße wird zweck ^¬ mäßigerweise zusätzlich zur Inertialgeschwindigkeitskenngröße zumindest eine von der Sensoreinheit erfasste Messgröße her ^¬ angezogen. Ist zumindest ein Sensor der Sensoreinheit als Drehzahlgeber ausgebildet, kann die Raddurchmesserkenngröße besonders einfach auf der Grundlage einer erfassten Drehzahl und der Inertialgeschwindigkeitskenngröße ermittelt werden.

Die Ermittlung der Raddurchmesserkenngröße kann vorteilhaft zur Erhöhung der Ermittlungsgenauigkeit der

Inertialgeschwindigkeitskenngröße herangezogen werden, indem in einer dem Raddurchmesserbestimmungsmodus folgenden Durch ^¬ führung der Inertialberechnung gemäß dem ersten Betriebsmodus die im Raddurchmesserbestimmungsmodus ermittelte

Raddurchmesserkenngröße bei der Bereitstellung der Fahrwerk- geschwindigkeitsmessgröße einbezogen wird.

Es werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der

Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Figur 1: einen elektrischen Triebzug mit Fahrwerkeinheiten in einer Seitenansicht,

Figur 2 : eine mit einer Fahrwerkeinheit gekoppelte

Inertialmesseinheit und eine Rechenvorrichtung zur Durchführung einer Inertialberechnung,

Figur 3: die Bereitstellung einer Referenzgeschwindigkeits ^¬ kenngröße für die Inertialberechnung gemäß einer ersten Ausführung, Figur 4: die Bereitstellung einer Referenzgeschwindigkeits ^¬ kenngröße für die Inertialberechnung gemäß einer zweiten Ausführung,

Figur 5: eine alternative Ausbildung der Rechenvorrichtung mit mehreren Recheneinheiten zur Durchführung der

Inertialberechnung und Schalteinheiten zum Schalten zwischen zwei Betriebsmodi der Recheneinheiten,

Figur 6: Schaltzyklen der Schalteinheiten,

Figur 7: eine alternative Ausbildung der Rechenvorrichtung mit einem Modul zur Raddurchmesserbestimmung und

Figur 8 : ein Auswertungsverfahren zum Auswerten eines Ergebnisses der Inertialberechnung.

Figur 1 zeigt ein als elektrischer Triebzug ausgebildetes Schienenfahrzeug 10 in einer schematischen Seitenansicht. Es weist mehrere Wagen 12.1 bis 12.3 auf, die jeweils mittels zwei Fahrwerkeinheiten 14 auf Schienen abgestützt sind. Die Fahrwerkeinheiten 14 sind jeweils als ein Drehgestell ausge ^¬ bildet, durch welches zwei mit den Schienen in Kontakt ste- henden Radsätzen 16 gelagert sind. Ein Radsatz 16 weist dabei jeweils zwei Räder 17 auf.

Mehrere, insbesondere zwei Fahrwerkeinheiten 14 umfassen je ^¬ weils eine Sensoreinheit 18, die zur Erfassung zumindest ei- ner Messgröße n dient. In der betrachteten Ausführung weist die Sensoreinheit 18 einen Drehzahlgeber 20 auf, der einem Radsatz 16 der Fahrwerkeinheit 14 zugeordnet ist, wobei die Messgröße n der Drehzahl dieses Radsatzes 16 entspricht. Die ^¬ se Fahrwerkeinheiten 14 sind jeweils mit zumindest einem An- triebsmotor (nicht gezeigt) ausgestattet, welcher in einem Bremsvorgang des Schienenfahrzeugs 10 als elektrodynamische Bremse genutzt und mittels einer Regelung dementsprechend ge ^¬ regelt werden kann.

Diesen Fahrwerkeinheiten 14 des Schienenfahrzeugs 10 ist au ^¬ ßerdem jeweils eine Inertialmesseinheit 22 zugeordnet, die mit der entsprechenden Fahrwerkeinheit 14 mechanisch starr gekoppelt ist. Die Inertialmesseinheit 22 ist dabei mit einem Grundkörper der entsprechenden Fahrwerkeinheit 14 - in der betrachteten Ausführung der Fahrwerkeinheit 14 als Drehgestell beispielsweise mit dessen Rahmen - mechanisch starr gekoppelt. Die Inertialmesseinheit 22 umfasst in Figur 2 darge- stellte Beschleunigungssensoren 21, welche drei

translatorische Inertialmessgrößen f _x , f _y und f _z ausgeben, sowie drei Gyroskope 23, welche drei rotatorische

Inertialmessgrößen co i _b , _x , co i _b , _y und co i _b , _z ausgeben. Die Erfas ^¬ sung erfolgt in einem mit der Fahrwerkeinheit 14 festen Be- zugssystem der Inertialmesseinheit 22, auch „jb-Frame" ge ^¬ nannt. Dieses Bezugssystem ist durch drei Achsen x, y, z definiert, wobei die x-Achse - bei gerader Ausrichtung des Schienenfahrzeugs 10 - in Richtung der Fahrzeuglängsache zeigt, die y-Achse parallel zur Gleisebene und senkrecht zur x-Achse ausgerichtet ist, die z-Achse senkrecht zur x-Achse und y-Achse steht und der Ursprung mit der

Inertialmesseinheit 22 zusammenfällt. Die translatorischen Inertialmessgrößen können als „Beschleunigungsvektor" f dargestellt werden. Die rotatorischen Inertialmessgrößen co i _b , _x , co i _b , _y und co i _b , _z können als Drehratenvektor (ö i _b dargestellt werden. Dieser stellt die im Bezugssystem „jb-Frame" gemesse ^¬ nen Drehraten dieses Bezugssystems „jb-Frame" relativ zu einem Inertialsystem, auch „i-frame" genannt, dar. Diesen Fahrwerkeinheiten 14 ist ferner jeweils zumindest eine Rechenvorrichtung R mit zumindest einer Recheneinheit 24 zu ^¬ geordnet (siehe Figur 2), die eine Inertialberechnung zumindest auf der Basis der Inertialmessgrößen f , (ö i _b durchführt. Die Inertialberechnung erfolgt mittels einer Implementierung eines in der fachmännischen Sprache unter dem Begriff

„Strapdown-Algorithmus" genannten Algorithmus. Dieser Algo ^¬ rithmus ist aus der Fachliteratur bekannt und wird hier nicht näher erläutert. Durch eine in der Inertialberechnung durchgeführte numerische Integration auf der Basis der

Inertialmessgrößen f , (ö i _b wird insbesondere ein Schätzwert V ^' _DG einer Inertialgeschwindigkeitskenngröße V _DG ermittelt, wie unten anhand von Figur 2 näher erläutert. Die

Inertialgeschwindigkeitskenngröße V _DG stellt eine Kenngröße für eine Geschwindigkeit dar, welche im üblichen Sinne eine Geschwindigkeit relativ zu einem im Bezug zu der vom Schie ^¬ nenfahrzeug 10 befahrenen Strecke festen Beobachter ist. Die Inertialgeschwindigkeitskenngröße V _DG bzw. deren Schätzwert V ^' _DG ergibt sich aus einer numerischen Integration für die im sogenannten Navigationsframe, auch „n-frame" genannt, ausge ^¬ drückte Geschwindigkeit V _n und ggf. einer Umrechnung dieser in einem gegenüber dem n-Frame verschobenen Koordinatensystem, dessen Ursprung mit einem Referenzpunkt, insbesondere dem Schwerpunkt, des Körpers zusammenfällt, mit welchem die Inertialmesseinheit 22 starr gekoppelt ist (sogenannte „He ^¬ belarmkompensation") . Durch die starre Verbindung der

Inertialmesseinheit 22 mit der Fahrwerkeinheit 14 kann aus der Inertialgeschwindigkeitskenngröße V _DG eine Kenngröße für die Fahrwerkeinheitsgeschwindigkeit , insbesondere die Schwer ^¬ punktgeschwindigkeit der Fahrwerkeinheit 14 hergeleitet wer ^¬ den. Die Inertialgeschwindigkeitskenngröße V _DG kann demnach von der eigenen, lokalen Dynamik der Fahrwerkeinheit 14 be- einflusst werden. In einer weiteren, nicht gezeigten Ausfüh- rung kann die Inertialmesseinheit 22 mit einem Wagenkasten des Schienenfahrzeugs 10 starr verbunden sein, wobei die Inertialgeschwindigkeitskenngröße V _DG dann eine Kenngröße für die Wagenkastengeschwindigkeit, insbesondere die Schwerpunkt ^¬ geschwindigkeit des Wagenkastens sein kann.

Im Folgenden wird die Ermittlung der

Inertialgeschwindigkeitskenngröße V _DG für eine der Fahrwerk ^¬ einheiten 14 erläutert, welcher eine Sensoreinheit 18, eine Inertialmesseinheit 22 und eine Rechenvorrichtung R zugeord- net sind. Diese Beschreibung findet für die weitere Fahrwerk ^¬ einheit 14 des Schienenfahrzeugs 10 Anwendung, die dement ^¬ sprechend ausgebildet ist. In einer weiteren Ausführung des Schienenfahrzeugs 10 ist denkbar, dass bei mehr als zwei Fahrwerkeinheiten jeweils eine Sensoreinheit 18, eine

Inertialmesseinheit 22 und eine Rechenvorrichtung R vorgese ^¬ hen sind oder dass diese lediglich für eine einzige Fahrwerkeinheit 14 vorgesehen sind. Eine strukturelle Implementierung der Recheneinheit 24 ist in Figur 2 gezeigt. Diese weist einen ersten Rechenbaustein 24.1 auf, welcher aus den auf Eingänge E _f und Ε _ω der Recheneinheit 24 gegebenen Ausgangsgrößen der Inertialmesseinheit 22 - d.h. den Inertialmessgrößen f ^b , (ö i _b - den Schätzwert V ^' _DG der

Inertialgeschwindigkeitskenngröße V _DG mittels des Strapdown- Algorithmus ermittelt und bereitstellt.

Diese Inertialberechnung kann mittels der Recheneinheit 24 gemäß zwei Betriebsmodi durchgeführt werden.

In einem ersten Betriebsmodus wird bei der Durchführung der Inertialberechnung von der Recheneinheit 24 eine Referenzge ^¬ schwindigkeitskenngröße V _ref einbezogen. Dies dient dazu, eine Abweichung in der Inertialberechnung zu schätzen und - durch Rückkopplung der geschätzten Abweichung in die

Inertialberechnung - einen korrigierten Wert der

Inertialgeschwindigkeitskenngröße V _DG zu ermitteln. Die Be ^¬ reitstellung der Referenzgeschwindigkeitskenngröße V _ref wird weiter unten näher beschrieben.

Die Recheneinheit 24 weist einen zweiten Rechenbaustein 24.2 auf, welcher einen Zustandsbeobachter bildet. Zur Schätzung der Abweichung werden im Zustandsbeobachter die vom ersten Rechenbaustein 24.1 ermittelten Schätzwert V ^' _DG mit der Refe ^¬ renzgeschwindigkeitskenngröße V _ref verknüpft. Dabei wird der Schätzwert V ^' _DG von der Referenzgeschwindigkeitskenngröße V _ref , die auf einen Eingang E _ref der Recheneinheit 24 gegeben wird, mittels eines Differenzbilders 25 des zweiten Rechenbausteins 24.2 subtrahiert. Die dabei ermittelte Differenz z wird auf ein Rechenmodul 26 des zweiten Rechenbausteins 24.2 bzw. des Zustandsbeobachters gegeben. Das Rechenmodul 26 implementiert einen in der fachmännischen Sprache als „Error-State-Kalman- Filter" genannten Algorithmus. Dieser Filter wird für einen Zustandsvektor x angewandt, welcher insbesondere folgende Kenngrößen für das Entstehen einer Abweichung in der

Inertialberechnung enthält: eine Kenngröße bg _yr0 betreffend Fehler bezüglich der Inertialmessgrößen (ö i]o, eine Kenngröße bacc betreffend Fehler bezüglich der Inertialmessgrößen f und eine Kenngröße δν betreffend eine in der Inertialberechnung entstehende Abweichung der aus den Inertialmessgrößen f ^b , (ö ^b i _b ermittelten Inertialgeschwindigkeitskenngröße V _DG .

Ausgehend vom zu einem Zeitpunkt k geschätzten Zustandsvektor x ⁺ _k erfolgt im Rechenmodul 26 eine Schätzung x ^~ _k +i des Zu- standsvektors x zum Zeitpunkt k+1 basierend auf einer Model ^¬ lierung Φ der Fehlerdynamik der Inertialberechnung:

X _k +i = Φ x

Dies entspricht einer Prädiktionsgleichung des Zustandsbe- obachters, die für ein dynamisches System ohne Steuer- bzw. Regelgröße (in der Fachliteratur als Eingang „u" dargestellt) angewandt wird.

Für den Fehler, mit welchem der geschätzte Zustandsvektor x ^~ _k +i behaftet ist, gilt, ausgehend vom zum Zeitpunkt k ge- schätzten Fehler P ⁺ _k mit der Kovarianzmatrix Q _k .

Die Schätzung x ^~ _k +i des Zustandsvektors x zum Zeitpunkt k+1 wird mittels des Messungsvektors z _k korrigiert:

X ⁺ k+l ⁼ X k+1 + Kk (Zk - H X k+l) wobei H die Beobachtungsmatrix ist und für die Gewichtungs ^¬ matrix K _k (auch „Kalman-Gain-Matrix" oder Beobachterverstärkung genannt) Folgendes gilt: K _k = P ^" _k +i H ^T (H P ^" k+i H ^T + R _k ) ^_1

Dabei ist R _k eine Matrix, welche den Fehler, mit welchem der Messungsvektor z _k behaftet ist, darstellt. Zu diesem Fehler trägt insbesondere ein Fehler bei, mit welchem die Referenz ^¬ geschwindigkeitskenngröße V _ref behaftet ist.

Für den Fehler, mit welchem der geschätzte Zustandsvektor x ⁺ k ₊ i behaftet ist, gilt

Die oben genannten Kenngrößen bg _yr0 , b _aCc und δν des geschätz- ten Zustandsvektors x ⁺ k ₊ i werden auf einen Eingang Eg des ers ^¬ ten Rechenbausteins 24.1 gegeben. Hiermit wird die geschätzte Abweichung (bg _yr0 , b _acc , δν) in die Inertialberechnung zurück ^¬ gekoppelt . Diese Kenngrößen werden durch den ersten Rechenbaustein 24.1 bei der Durchführung der Inertialberechnung berücksichtigt, wodurch eine Abweichung 5V _DG der

Inertialgeschwindigkeitskenngröße V _DG ermittelt werden kann. Nach Abzug dieser Abweichung 5V _DG vom Schätzwert V ^' _DG im Re- chenbaustein 24.1 wird die damit korrigierte

Inertialgeschwindigkeitskenngröße V _DG an einem Ausgang A _v der Recheneinheit 24 bereitgestellt. Als weitere Ausgangsgröße der Recheneinheit 24 wird die der

Inertialgeschwindigkeitskenngröße V _DG zugeordnete Varianz a _OG aus dem Fehler P ⁺ _k ermittelt und an einem Ausgang Α _σ der Recheneinheit 24 bereitgestellt.

Die Inertialberechnung kann mittels eines zweiten Betriebsmodus durchgeführt werden. Dieser ist dadurch charakterisiert, dass die Referenzgeschwindigkeitskenngröße V _ref bei der Durch ^¬ führung der Inertialberechnung unberücksichtigt verbleibt.

Zu einem Wechseln zwischen den oben beschriebenen Betriebsmodi ist der Recheneinheit 24, insbesondere dem Zustandsbe- obachter 26, welcher im ersten Betriebsmodus die Referenzge ^¬ schwindigkeitskenngröße V _ref heranzieht, eine Schalteinheit 28 vorgeschaltet. Diese weist einen ersten Schaltzustand auf, in welchem die Schalteinheit 28 die Referenzgeschwindigkeits- kenngröße V _ref für die Recheneinheit 24 zur Durchführung des ersten Betriebsmodus bereitstellt. In einem zweiten Schaltzu ^¬ stand ist die Recheneinheit 24 zur Durchführung des zweiten Betriebsmodus von der Referenzgeschwindigkeitskenngröße V _ref bzw. einer diese Referenzgeschwindigkeitskenngröße V _ref über ^¬ tragenden Leitung entkoppelt.

Es werden nun zwei Ausführungsbeispiele beschrieben, die sich durch die Ausbildung der Referenzgeschwindigkeitskenngröße V _ref und die Durchführung der Inertialberechnung im zweiten Betriebsmodus voneinander unterscheiden.

Die Bereitstellung der Referenzgeschwindigkeit V _ref gemäß ei ^¬ nem ersten Ausführungsbeispiel wird anhand der Figur 3 erläu- tert.

Diese zeigt die Sensoreinheit 18, welche die Messgröße n er- fasst. Aus dieser wird eine auf die jeweilige Fahrwerkeinheit 14 bezogene Fahrwerkgeschwindigkeitsmessgröße V _dreh bereitge- stellt. Beispielsweise kann aus der als Drehzahl ausgebilde ^¬ ten Messgröße n in einer Einheit 19 die Fahrwerkgeschwindig- keitsmessgröße V _dreh als Umfangsgeschwindigkeit des entspre ^¬ chenden Radsatzes 16 durch die Berücksichtigung von einer Raddurchmesserkenngröße r bereitgestellt werden.

Im betrachteten, ersten Ausführungsbeispiel stellt die Fahr- werkgeschwindigkeitsmessgröße V _dreh die von der Recheneinheit 24 im ersten Betriebsmodus herangezogene Referenzgeschwindig ^¬ keitskenngröße V _ref dar.

Die Bereitstellung der Fahrwerkgeschwindigkeitsmessgröße

V _d re _{h /} insbesondere die Erfassung der dieser zugrunde liegen ^¬ den Messgröße n wird überwacht. Zu dieser Überwachung wird eine weitere Referenzkenngröße herangezogen, die in einer Er- kennungseinheit 30 mit der Fahrwerkgeschwindigkeitsmessgröße V _d re _h verglichen wird. Die Referenzkenngröße entspricht hier ^¬ bei der von der Recheneinheit 24 ermittelten

Inertialgeschwindigkeitskenngröße V _DG . Falls die in der Er- kennungseinheit 30 gebildete Differenz Abs (V _dreh ^~ V _DG > einen voreingestellten Schwellwert übersteigt, gilt der Bereitstel ^¬ lungsvorgang der Fahrwerkgeschwindigkeitsmessgröße V _dreh als „anomal". Dieser Fall kann z.B. bei einem Defekt der Sensor- einheit 1 8 oder einem Schlupfen der jeweiligen Fahrwerkeinheit 14 eintreten.

Mit der Erfassung eines anomalen Bereitstellungsvorgangs durch die Erkennungseinheit 30 wird von dieser ein Signal

S anom erzeugt, welches ein Wechseln vom ersten Betriebsmodus in den zweiten Betriebsmodus bewirkt. Es erfolgt dabei insbe ^¬ sondere eine Betätigung der Schalteinheit 2 8 , welche die Re ^¬ cheneinheit 24 , insbesondere den Zustandsbeobachter 2 6 , von der Referenzgeschwindigkeitskenngröße V _re f entkoppelt. Außer- dem wird ein Signal FP erzeugt, welches auf einen Eingang E _FP der Recheneinheit 24 gegeben wird (siehe Figur 2 ) . Beim Vorliegen eines aktiven Signals FP an diesem Eingang E _FP wird der zweite Rechenbaustein 24 . 2 in einem freien Propagations- modus betrieben. Hierbei wird die Beobachterverstärkung K auf den Wert 0 gesetzt. Dadurch werden lediglich der Systemzustand x und der Fehler P ohne Aktualisierung mittels des Mes ^¬ sungsvektors z propagiert.

Die Bereitstellung der Referenzgeschwindigkeit V _re f gemäß ei- nem zweiten Ausführungsbeispiel wird nun anhand der Figur 4 erläutert .

In diesem Ausführungsbeispiel wird eine globale Geschwindig ^¬ keitskenngröße Vx bereitgestellt. Diese Bereitstellung, wel- che in einem Fusionsbaustein 32 durchgeführt wird, erfolgt auf der Basis von zumindest einer Geschwindigkeitskenngröße oGfremci welche auf eine weitere Fahrwerkeinheit 14 des

Schienenfahrzeugs 1 0 bezogen ist. Werden mehrere Geschwindig ^¬ keitskenngrößen VoGfremci i herangezogen, sind diese jeweils auf eine unterschiedliche Fahrwerkeinheit 14 bezogen. Angenommen, dass die obige Beschreibung auf die Ermittlung der

Inertialgeschwindigkeitskenngröße V _DG für die Fahrwerkeinheit 14 . gerichtet ist, wobei N der Anzahl der Fahrwerkeinheiten 14 im Schienenfahrzeug 10 entspricht, kann die Ermittlung der globalen Geschwindigkeitskenngröße Vx auf der Basis von Ge ^¬ schwindigkeitskenngrößen V _DG fremci l bis V _DG fremci N-i wie in der Fi ^¬ gur dargestellt erfolgen, falls eine Geschwindigkeitskenngrö- ße für jede der Fahrwerkeinheiten 14.1 bis 14.N-1 verfügbar ist. Es ist jedoch eine Ausführung denkbar, bei welcher weniger Geschwindigkeitskenngrößen V _DG fremci i verfügbar sind.

Die herangezogenen Geschwindigkeitskenngrößen V _DGf remci i können mittels der für die Inertialgeschwindigkeitskenngröße V _DG oben beschriebenen Methode ermittelt werden und demnach jeweils als Inertialgeschwindigkeitskenngröße V _DG ± der zugeord ^¬ neten Fahrwerkeinheit 14. i ausgebildet sein. Der

Fusionbaustein 32 ist an einen Fahrzeugdatenbus 34, insbeson- dere den sogenannten „MVB" (oder Multifunction Vehicle Bus") , angeschlossen, aus welchem die Geschwindigkeitskenngrößen

V _DG fremci ί vom Fus iοπsbaustein 32 ausgelesen werden können.

Die globale Geschwindigkeitskenngröße Vx ist in der betrach- teten Ausführung das Ergebnis einer Fusionierung und einer

Plausibilisierung der einzelnen, herangezogenen Geschwindigkeitskenngrößen V _DG f _re mci ±, die vom Fusionsbaustein 32 ausge ^¬ führt werden. Dies erfolgt unter Berücksichtigung der Varianzen c _DG fremci i, die jeweils der entsprechenden Geschwindigkeits- kenngröße V _DG f _re mci i zugeordnet und ebenfalls über den Fahrzeug ^¬ datenbus 34 zur Verfügung gestellt werden. Die Varianzen

ί können jeweils wie oben beschrieben durch einen Zu- standsbeobachter ermittelt werden. Die Fusionierung und

Plausibilisierung der einzelnen Geschwindigkeitskenngrößen V _DGfre md ί entspricht insbesondere einer mittels der Varianzen DGfremd i gewichteten Mittelung der Geschwindigkeitskenngrößen DGfremci i · Ist eine Geschwindigkeitskenngrößen V _DGfre md i nicht verfügbar, kann im Auswertealgorithmus die entsprechende Va ^¬ rianz auf den Wert unendlich gesetzt werden.

Es werden an einem Ausgang ΑΣ des Fusionsbausteins 32 als Er ^¬ gebnisse der Fusionierung und einer Plausibilisierung der einzelnen Geschwindigkeitskenngrößen V _DGfre md i die globale Ge- schwindigkeitskenngröße Vx und deren Varianz σχ bereitge ^¬ stellt .

Die Referenzgeschwindigkeitskenngröße V _ref , welche bei der Ausführung der Inertialberechnung im ersten Betriebsmodus von der Recheneinheit 24 herangezogen wird, wird auf der Basis der Fahrwerkgeschwindigkeitsmessgröße V _dreh und der globalen Geschwindigkeitskenngröße Vx bereitgestellt. Dies erfolgt mittels eines zur Rechenvorrichtung R zugehörenden Fusions- bausteins 36, welcher zur Bereitstellung der Referenzgeschwindigkeitskenngröße V _ref die globale Geschwindigkeitskenn ^¬ größe Vx mit der Fahrwerkgeschwindigkeitsmessgröße V _dreh ba ^¬ sierend auf dem Prinzip der Sensordatenfusion verknüpft. Im betrachteten Ausführungsbeispiel ist der Fusionsbaustein 36 mit einer Implementierung eines Kaiman-Filters ausgestattet. Als Eingangsgrößen werden die globale Geschwindigkeitskenngröße Vx und die zugeordnete Varianz σχ auf einen Eingang Ε _Σ des Fusionsbausteins 36 sowie die Fahrwerkgeschwindigkeits- messgröße V _dreh und die zugeordnete Varianz c _dreh auf einen Eingang E _dreh des Fusionsbausteins 36 gegeben.

Die Bereitstellung der Fahrwerkgeschwindigkeitsmessgröße V _dreh und die Erkennungseinheit 30 sind ebenfalls dargestellt, wo ^¬ bei auf die obige Beschreibung zu Figur 3 verwiesen wird.

Der Kaiman-Filter wird für einen Zustandsvektor x angewandt, welcher die fusionierte Referenzgeschwindigkeit V _ref dar ^¬ stellt. Ausgehend von einem Wert für den Zustandsvektor x zu einem Zeitpunkt k erfolgt eine Schätzung des Zustandsvektors x zum Zeitpunkt k+1 basierend auf einer Modellierung Φ der Dynamik der Fahrwerkeinheit 14 und des Schienenfahrzeugs 10:

X _k +i = Φ x Insbesondere kann die Matrix Φ ein dynamisches Modell be ^¬ schrieben, bei welchem eine konstante Beschleunigung angenommen wird. Für den Schätzungsfehler gilt:

P ^" _k+1 = Φ Ρ\ Φ ^τ Die Schätzung wird mittels des Messungsvektors z _k , welcher die Fahrwerkgeschwindigkeitsmessgröße V _dre h und die globale Geschwindigkeitskenngröße Vx zusammenfasst , korrigiert: x ⁺ _k+ i = x k+i + _k (z _k - H x ^~ k+U r mit z _k = (Vx, Vdreh ) , wobei H die Beobachtungsmatrix ist und für die Gewichtungsmatrix K _k (auch „Kalman-Gain-Matrix" genannt) folgendes gilt: K _k = P ^" _k+1 H ^T (H P ^" _k+1 H ^T + R _k ) ^_1

Dabei ist R _k eine Matrix, welche die Messfehler Cci _re h und σχ enthält . Für den Fehler, mit welchem der geschätzte Zustandsvektor x ⁺ _k+ i behaftet ist, gilt

P\ = (1 - K _k H) P ^" k+l An einem Ausgang A _re f des Fusionsbausteins 36 werden der mit dem Algorithmus aktualisierte Wert der Referenzgeschwindig ^¬ keitskenngröße V _re f und deren aus dem Fehler P ermittelte Va ^¬ rianz Oref bereitgestellt. Im ersten Betriebsmodus erfolgt die Inertialberechnung wie oben bereits erläutert, indem die Schalteinheit 28 die Refe ^¬ renzgeschwindigkeitskenngröße V _re f für die Recheneinheit 24 bereitstellt . Wie anhand der Figur 3 erläutert wird der Erfassungsvorgang der der Fahrwerkgeschwindigkeitsmessgröße V _dre h zugrunde lie ^¬ genden Messgröße n überwacht. Ein Wechseln in den zweiten Betriebsmodus durch die Erkennung eines anomalen Bereitstel- lungsvorgangs der Fahrwerkgeschwindigkeitsmessgröße V _dre h er ^¬ folgt wie oben für das erste Ausführungsbeispiel beschrieben. Dabei wird von der Erkennungseinheit 30 das Signal S _a nom er ^¬ zeugt, durch welches die Schalteinheit 28 zum Schalten in den zweiten Schaltzustand betätigt wird.

Die Ausführung der Inertialberechnung gemäß dem zweiten Betriebsmodus unterscheidet sich vom oben beschriebenen, ersten Ausführungsbeispiel (in welchem der Zustandsbeobachter bzw. zweite Rechenbaustein 24.2 in einem freien Propagationsmodus betrieben wird) dadurch, dass die Schalteinheit 28 die Re ^¬ cheneinheit 24 von der Referenzgeschwindigkeitskenngröße V _re f entkoppelt und die globale Geschwindigkeitskenngröße Vx an ^¬ statt dieser für die Recheneinheit 24 bereitstellt. Demnach wird die globale Geschwindigkeitskenngröße Vx anstatt der Re ^¬ ferenzgeschwindigkeitskenngröße V _re f durch den Zustandsbe ^¬ obachter bzw. zweiten Rechenbaustein 24.2 herangezogen und zur Ermittlung der Kenngrößen bg _yr0 , b _aC c und δν mit dem

Schätzwert V ^' _DG der Inertialgeschwindigkeitskenngröße V _DG ver- knüpft.

Ist für die Ausführung der Inertialberechnung gemäß dem zweiten Betriebsmodus die globale Geschwindigkeitskenngröße Vx nicht verfügbar, wird das Signal FP vom Fusionsbaustein 32 erzeugt, welches auf den Eingang E _FP des zweiten Rechenbau ^¬ steins 24.2 gegeben wird, und der Zustandsbeobachter wird im freien Propagationsmodus betrieben.

Die obige Beschreibung ist auf die Ausführung der Rechenvor- richtung R mit einer Recheneinheit 24 gerichtet. Im Folgenden wird eine weitere Ausführung beschrieben, in welcher die Rechenvorrichtung R zur Bereitstellung der

Inertialgeschwindigkeitskenngröße V _DG mehrere Recheneinheiten 24, 24 ^λ und 24 ^{λ λ} aufweist. Diese Ausführung ist in Figur 5 gezeigt.

Die weiteren Recheneinheiten 24 ^λ und 24 ^{λ λ} sind ebenfalls dazu vorgesehen, die Inertialberechnung auf der Basis der gleichen Inertialmessgrößen ω _b und f wie für die Recheneinheit 24 gemäß den oben beschrieben Betriebsmodi durchzuführen. Jede Recheneinheit 24, 24 24 ^{λ λ} stellt wie oben beschrieben ein Ergebnis der Inertialberechnung an ihrem Ausgang A _v bereit. Den Recheneinheiten 24, 24 24 ^{λ λ} ist eine nachgeschaltete Schaltvorrichtung 42 zugeordnet, die zur Bereitstellung der Inertialgeschwindigkeitskenngröße V _DG wahlweise mit einem der Ausgänge A _v in Verbindung steht.

Jeder Recheneinheit 24, 24 24 ^{λ λ} ist jeweils eine Schaltein ^¬ heit 28, 28 ^λ bzw. 28 ^{λ λ} vorgeschaltet, deren Funktion weiter oben bereits beschrieben wurde: In einem ersten Schaltzustand stellt die Schalteinheit 28, 28 ^λ bzw. 28 ^{λ λ} die Referenzge ^¬ schwindigkeitskenngröße V _ref für die jeweilige Recheneinheit 24, 24 ^λ bzw. 24 ^{λ λ} bereit, wenn diese die Inertialberechnung gemäß dem ersten Betriebsmodus durchführt. In einem zweiten Schaltzustand wird die zugeordnete Recheneinheit 24, 24

24 ^{λ λ} zur Durchführung des zweiten Betriebsmodus von der Referenzgeschwindigkeitskenngröße V _ref entkoppelt. Gemäß der Aus ^¬ führung der Figur 3 erfolgt mit der Entkopplung ein Auslösen des freien Propagationsmodus des zugeordneten Zustandsbe- obachters bzw. zweiten Rechenbausteins 24.2 (in Figur 5 nicht gezeigt) , während - in der Ausführung gemäß Figur 4 - die globale Geschwindigkeitskenngröße Vx durch den Zustandsbe- obachter anstatt der Referenzgeschwindigkeitskenngröße V _ref herangezogen wird.

Die Schaltvorrichtung 42 und die Schalteinheiten 28, 28 28 ^{λ λ} werden beim Vorliegen eines normalen Bereitstellungsvor- gangs der Fahrwerkgeschwindigkeitsmessgröße V _dreh gemäß vor ^¬ eingestellten Schaltzyklen getätigt, die aufeinander abgestimmt sind. Diese Schaltzyklen werden anhand der Figur 6 erläutert . In Figur 6 sind für jede Recheneinheit 24, 24 ^λ bzw. 24 ^{λ λ} die Schaltzyklen der entsprechenden Schalteinheit 28, 28 ^λ bzw. 28 ^{λ λ} durch eine Abwechslung von schraffierten und

unschraffierten Bereichen als Funktion der auf der horizonta- len Achse aufgetragenen Zeit t dargestellt. Ein schraffierter Bereich entspricht einer Zeitspanne, in welcher die von der zugeordneten Recheneinheit durchgeführte Inertialberechnung gemäß dem ersten Betriebsmodus erfolgt, d.h. die Referenzge- schwindigkeitskenngröße V _ref von dieser Recheneinheit für die Schätzung der Abweichung berücksichtigt wird. Während einer durch einen unschraffierten Bereich dargestellten Zeitspanne erfolgt die Inertialberechnung gemäß dem zweiten Betriebsmodus, d.h. ohne Berücksichtigung der Referenzgeschwindigkeits- kenngröße V _ref .

Beim Vorliegen eines normalen Bereitstellungsvorgangs der Fahrwerkgeschwindigkeitsmessgröße V _dreh sind die Schaltzyklen der Schalteinheiten 28, 28 ^λ und 28 ^{λ λ} zeitlich derart voneinander versetzt, dass ein Schalten einer Schalteinheit in den zweiten Schaltzustand, d.h. ein Umschalten der zugeordneten Recheneinheit in den zweiten Betriebsmodus, grundsätzlich erfolgen kann, wenn sich eine andere Schalteinheit selbst noch im zweiten Schaltzustand befindet. Anders formuliert besteht grundsätzlich eine zeitliche Überlappung zwischen dem Ende einer Zeitspanne, in welcher sich eine Schalteinheit im zwei ^¬ ten Schaltzustand befindet, und dem Beginn einer weiteren Zeitspanne, in welcher sich eine andere Schalteinheit im zweiten Schaltzustand befindet. Dies ist durch ein Überlappen zwischen dem Ende eines unschraffierten Bereichs für eine erste Recheneinheit und dem Anfang eines unschraffierten Be ^¬ reichs für eine zweite Recheneinheit widergespiegelt.

Der Schaltzyklus der den Recheneinheiten 24, 24 ^λ und 24 ^{λ λ} nachgeschalteten Schaltvorrichtung 42 ist mittels einer fett dargestellten Linie 44 gezeigt. Die sukzessiven Schaltvorgänge der Schaltvorrichtung 42 werden durch Übergange der Linie 44 zwischen den verschiedenen Zeilen des Diagramms dargestellt. Beispielsweise stellt die im ersten unschraffierten Bereich der der Recheneinheit 24 zugeordneten ersten Zeile vorhandene Linie 44 die Situation dar, in welcher die Schalt ^¬ vorrichtung 42 eine Verbindung mit dem Ausgang A _v dieser Recheneinheit 24 herstellt, d.h. die Fahrgeschwindigkeitskenn- große V _DG von dieser Recheneinheit 24 bereitgestellt wird. Der Übergang der Linie 44 in die zweite Zeile entspricht ei ^¬ nem Umschalten der Schaltvorrichtung 42, welche eine aktive Verbindung mit dem Ausgang A _v der zweiten Recheneinheit 24 ^λ herstellt.

Dem Diagramm ist zu entnehmen, dass die Schaltvorrichtung 42 bei jedem Schaltvorgang (d.h. Zeilenübergang im Diagramm) eine aktive Verbindung mit einer Recheneinheit herstellt, wel- che die Inertialberechnung gemäß dem zweiten Betriebsmodus durchführt. Insbesondere sind die Schaltzyklen der Schaltein ^¬ heiten 28, 28 28 ^{λ λ} und der Schaltvorrichtung 42 derart aufeinander abgestimmt, dass die Schaltvorrichtung 42 bei jedem Schaltvorgang eine aktive Verbindung mit einer Recheneinheit herstellt, welche die Inertialberechnung gemäß dem zweiten Betriebsmodus seit zumindest einer vorbestimmten Zeit At durchführt. Dies ist durch die oben beschriebenen Überlappungen zwischen den unschraffierten Bereichen ermöglicht. Die Schaltvorgänge der Schalteinheiten 28, 28 28 ^{λ λ} und der Schaltvorrichtung 42 werden durch eine Steuereinheit 46 gesteuert (siehe Figur 5) , in welcher die oben beschriebenen Schaltzyklen programmiert sind. Die obige Beschreibung bezüglich der Schaltzyklen betrifft den Fall eines normalen Bereitstellungsvorgangs. Wird von der Erkennungseinheit 30 ein anomaler Bereitstellungsvorgang der Fahrwerkgeschwindigkeitsmessgröße V _dre h erkannt, wird das Sig ^¬ nal S anom von der Steuereinheit 46 empfangen, welche Schalt- einheiten 28 in den zweiten Schaltzustand umschaltet bzw. den bereits vorliegenden zweiten Schaltzustand von Schalteinhei ^¬ ten 28 aufrechthält, damit alle Recheneinheiten 24, 24 24 ^{λ λ} von der Referenzgeschwindigkeitskenngröße V _re f entkoppelt sind. Dies ist im Diagramm der Figur 6 zu einem Zeitpunkt tanom dargestellt. Anschließend werden alle Recheneinheiten 24, 24 24 ^{λ λ} im zweiten Betriebsmodus betrieben und der Schaltzyklus der Schaltvorrichtung 42 wird angehalten. Zu einem Zeitpunkt t _n0 rm , zu welchem ein Beenden des anomalen Bereitstellungsvorgangs durch die Erkennungseinheit 30 er- fasst wird, werden zwei der drei Recheneinheiten 24, 24

24 ^{λ λ} im ersten Betriebsmodus betrieben. Dabei handelt es sich um die Recheneinheiten, mit welchen die Schaltvorrichtung 42 während der Zeitspanne [t _an om , t _n0 rm ] nicht aktiv verbunden war. Die Schaltvorrichtung 42 verbleibt nach dem Zeitpunkt tnorm weiterhin von diesen Recheneinheiten getrennt. Dabei wird die dritte Recheneinheit, mit welcher die Schaltvorrich- tung 42 aktiv verbunden verbleibt, weiterhin im zweiten Betriebsmodus betrieben. Zu einem Zeitpunkt t ^x nach Ablauf ei ^¬ ner Zeit At ^λ nach dem Zeitpunkt t _n0 rm erfolgt für eine der Re ^¬ cheneinheiten, die sich im ersten Betriebsmodus befindet, ei ^¬ nen Wechsel in den zweiten Betriebsmodus. Nach Ablauf der Zeitspanne At wird die Schaltvorrichtung 42 mit dieser Re ^¬ cheneinheit aktiv verbunden und der oben beschriebene Schalt ^¬ betrieb mit turnusmäßigen Schaltvorgängen wird wieder aufgenommen . Bei einer Ausführung des zweiten Betriebsmodus gemäß Figur 4, bei dem die globale Geschwindigkeitskenngröße Vx anstatt der Referenzgeschwindigkeitskenngröße V _re f herangezogen wird, ist eine Maßnahme für den Fall vorgesehen, dass die globale Ge ^¬ schwindigkeitskenngröße Vx nicht verfügbar ist. Hierbei ist jeder Recheneinheit 24, 24 ^λ bzw. 24 ^{λ λ} jeweils ein UND-Glied 48 vorgeschaltet, welches mit einem von der Steuereinheit 46 erzeugten Steuersignal S zur Steuerung der entsprechenden Schalteinheit 28, 28 ^λ bzw. 28 ^{λ λ} einerseits und mit dem Signal FP beaufschlagt wird, welches die Nicht-Verfügbarkeit der globalen Geschwindigkeitskenngröße Vx darstellt (siehe Figur 4) . Ist diese nicht verfügbar (wobei ein Signal FP erzeugt wird) und entspricht das Steuersignal S einem Schalten der entsprechenden Schalteinheit 28, 28 28 ^{λ λ} in den zweiten Schaltzustand (Entkoppeln der Referenzgeschwindigkeitskenn- große V _re f ) wird - durch Auslösen eines Signals durch das UND- Glied 48 - der Rechenbaustein 24.2 der entsprechenden Recheneinheit 24, 24 ^λ bzw. 24 ^{λ λ} in einem freien Propagationsmodus betrieben. Dies entspricht einer Ausführung des zweiten Betriebsmodus gemäß der Ausführung in Figur 3.

Es wird nun ein weiteres Ausführungsbeispiel anhand der Figur 7 erläutert. Dieses unterscheidet sich vom Ausführungsbei ^¬ spiel der Figur 4 insbesondere durch die Bereitstellung einer globalen Geschwindigkeitskenngröße und die Anordnung eines weiteren Rechenbausteins 24.3 der Recheneinheit 24, welcher zur Ausführung eines Raddurchmesserbestimmungsmodus vorgese- hen ist. Außerdem wird angenommen, dass die Sensoreinheiten 18 der Fahrwerkeinheiten 14 in Figur 1 jeweils zwei Sensoren aufweisen, die jeweils einem unterschiedlichen Radsatz 16 der entsprechenden Fahrwerkeinheit 14 zugeordnet sind. Es werden demnach vier Messgrößen ni bis n ₄ von den Sensoreinheiten 18 erfasst. Auf der Grundlage dieser Messgrößen ni bis n ₄ wird für jeden dieser Radsätze 16 eine Raddurchmesserkenngröße \, r ₂ , r ₃ bzw. r ₄ ermittelt. In der betrachteten Ausführung sind die Messgrößen ni bis n ₄ jeweils als Drehzahl ausgebildet. Einer Raddurchmesserbestimmung im

Raddurchmesserbestimmungsmodus kann von einer Rechenvorrich ^¬ tung R durchgeführt werden, die einer der

Inertialmesseinheiten 22 des Schienenfahrzeugs 10 zugeordnet ist. Dieser Bestimmung liegt eine Ausführung der

Inertialberechnung mittels der Rechenbausteine 24.1 und 24.2 gemäß dem zweiten Betriebsmodus zugrunde, wobei eine globale Geschwindigkeitskenngröße V _G ps durch den zweiten Rechenbau ^¬ stein 24.2 bzw. Zustandsbeobachter herangezogen wird. Diese wird mittels einer Erfassungsvorrichtung 50 des Schienenfahr- zeugs 10 (siehe auch Figur 1) bereitgestellt, die insbesonde ^¬ re eine Positionserfassungsvorrichtung aufweist. Diese dient dazu, eine Positionskenngröße für die Position des Schienen ^¬ fahrzeugs 10 durch Erfassung von Signalen eines Ortungssys ^¬ tems, beispielsweise eines satellitengestützten Ortungssys- tems, zu erfassen. Die Erfassungsvorrichtung 50 stellt die auf das gesamte Schienenfahrzeug 10 bezogene globale Ge ^¬ schwindigkeitskenngröße V _G ps auf der Basis von erfassten Posi ^¬ tionskenngrößen bereit. Die mittels der im zweiten Betriebsmodus durchgeführten

Inertialberechnung ermittelten

Inertialgeschwindigkeitskenngröße V _DG wird zur Durchführung des Raddurchmesserbestimmungsmodus von dem Rechenbaustein 24.3 herangezogen. Zusätzlich werden die von den Sensoreinheiten 18 erfassten Messgrößen ni bis n ₄ sowie vorläufige Raddurchmesserkenngrößen r ^x i bis r ^x ₄ , die aus einer Speichereinheit (nicht gezeigt) herausgelesen werden, vom Rechenbau- stein 24.3 berücksichtigt. Die Bereitstellung dieser vorläu ^¬ figen Raddurchmesserkenngrößen r ^x i bis r ^x ₄ wird weiter unten erläutert .

Ein erstes Modul des Rechenbausteins 24.3 berechnet auf der Basis dieser Kenngrößen eine Kenngröße s±, welche ein Indika ^¬ tor für einen anomalen Erfassungsvorgang der Messgrößen ni , z.B. für eine Schlupferkennung ist:

Si = ( ni 2π r ' i - V _DG ) / V _DG

Liegt ein normaler Erfassungsvorgang für den der Messgröße ni entsprechenden Radsatz 16 vor, wird durch ein zweites Modul des Rechenbausteins 24.3 die diesem Radsatz 16 zugeordnete Raddurchmesserkenngröße r± aktualisiert: r± = V _DG / 2π ni

Nachdem die Raddurchmesserkenngrößen r± bereitgestellt und in einer Speichereinheit gespeichert wurden, wird die

Inertialberechnung für jede Fahrwerkeinheit 14 gemäß dem ers ^¬ ten Betriebsmodus durchgeführt. Hierbei wird wie oben erör ^¬ tert eine Referenzgeschwindigkeitskenngröße V _ref durch den zweiten Rechenbaustein 24.2 herangezogen, die das Ergebnis einer Fusion der Fahrwerkgeschwindigkeitsmessgröße V _dreh mit der globalen Geschwindigkeitskenngröße V _GPS wie anhand der Fi ^¬ gur 4 oben erläutert ist. Wie oben anhand der Figur 3 bereits erläutert wird aus den durch die Sensoreinheiten 18 erfassten Messgrößen ni die entsprechende Fahrwerkgeschwindigkeitsmessgröße V _dre h durch ein Einbeziehen der entsprechenden Raddurchmesserkenngröße r± be- reitgestellt. Hierbei werden diese im

RaddurchmesserbeStimmungsmodus ermittelten

Raddurchmesserkenngrößen r± aus einer Speichereinheit herausgelesen und mit den Messgrößen ni kombiniert. Die Bereitstellung der Referenzgeschwindigkeit V _re f auf der

Basis der Fahrwerkgeschwindigkeitsmessgröße V _dre h, die Erken ^¬ nung eines anomalen Bereitstellungsvorgangs der Fahrwerkge- schwindigkeitsmessgröße V _dre h durch die Erkennungseinheit 30 und die Durchführung der Inertialberechnung gemäß den Be- triebsmodi erfolgen wie oben bereits beschrieben. Während der Bestimmung der Inertialgeschwindigkeitskenngröße V _DG erfolgt durch den Rechenbaustein 24.3 eine kontinuierliche Bestimmung der Raddurchmesserkenngrößen r±, solange kein anomaler Bereitstellungsvorgang der Fahrwerkgeschwindigkeitsmessgröße V _dr eh vorliegt. Für die Ermittlung der

Inertialgeschwindigkeitskenngröße V _DG werden jedoch weiterhin die im Raddurchmesserbestimmungsmodus ermittelten, gespei ^¬ cherten Raddurchmesserkenngrößen ri . Aus den kontinuierlich berechneten Raddurchmesserkenngrößen kann eine Langzeitüber- wachung von Radsätzen 16 des Schienenfahrzeugs 10 erfolgen. Es kann ein Verschleiß ermittelt und es können Wartungsdaten ausgegeben werden. Außerdem ist vorteilhaft, aus der Entwicklung der Raddurchmesserkenngrößen verschleißintensive Fahrstrecken zu ermitteln. Auf diese Weise können Daten zur Ver- besserung von Streckenabschnitten gewonnen werden. Dabei kann ein festgestellter Verschleiß mit Ortungsdaten verglichen werden, sodass eine Zuordnung zu Orten, an denen ein verstärkter Verschleiß auftritt, erfolgen kann. Der oben beschriebene Raddurchmesserbestimmungsmodus erfolgt in definierten Zeitabständen. Bei einem Wechseln in diesen Modus wird eine Durchführung der Inertialberechnung gemäß dem zweiten Betriebsmodus wie anhand der Figur 7 erläutert veran- lasst. Außerdem werden die im kontinuierlichen Bestimmungsmodus vor dem Wechseln zuletzt ermittelten

Raddurchmesserkenngrößen r± als vorläufige

Raddurchmesserkenngrößen r' i gespeichert. Der

Raddurchmesserbestimmungsmodus wird dann wie oben beschrieben zur Bereitstellung aktualisierter Raddurchmesserkenngrößen r± auf der Basis dieser Raddurchmesserkenngrößen r' i ausgeführt.

Bei einer erstmaligen Ausführung des

Raddurchmesserbestimmungsmodus werden als vorläufige

Raddurchmesserkenngrößen r' i vorgespeicherte Defaultwerte herangezogen .

Eine mögliche Auswertung der für eine Fahrwerkeinheit 14 er- mittelten Inertialgeschwindigkeitskenngröße V _DG ist anhand der Figur 8 erläutert.

In dieser sind insbesondere die einer bestimmten Fahrwerkeinheit 14 zugeordneten Inertialmesseinheit 22, Sensoreinheit 18 und Rechenvorrichtung R dargestellt. Entsprechend den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen kann die Rechenvorrichtung R ggf. den Fusionsbaustein 36 aufweisen, welcher die Fahrwerkgeschwindigkeitsmessgröße V _dreh der Fahrwerkeinheit 14 mit einer globalen Geschwindigkeitskenngröße, die den oben beschriebenen Kenngrößen Vx oder V _G ps entsprechen kann und als Kenngröße V _fre mci bezeichnet ist, fusioniert. Die globale Ge ^¬ schwindigkeitskenngröße V _f remci wird über den Datenbus 34 be ^¬ reitgestellt. Die Rechenvorrichtung R kann wie oben ebenfalls beschrieben eine oder mehrere Recheneinheiten 24 aufweisen. Es wird durch zumindest die Sensoreinheit 18, die

Inertialmesseinheit 22 und die Rechenvorrichtung R eine Navi ^¬ gationseinheit 52 gebildet, die dem Wagen 12 zugeordnet ist, in welchem sich die betrachtete Fahrwerkeinheit 14 befindet. Die ermittelte Inertialgeschwindigkeitskenngröße V _DG wird in zumindest zweierlei Hinsicht ausgewertet. Ist die betrachtete Fahrwerkeinheit 14 mit einer von einem Antriebsmotor unterschiedlichen Bremseinrichtung, z.B. einer Federspeicherbrem- se, ausgestattet, kann sie von einem Entscheidungsbaustein 54 einer Bremsregelung des Schienenfahrzeugs 10 herangezogen werden, welche der betrachteten Fahrwerkeinheit 14 zugeordnet ist und entscheidet, ob die Bremseinrichtung zur Bremsung bis zum Stillstand angelegt werden soll. Dies erfolgt mittels ei ^¬ nes Komparators 56 und einem UND-Glied 58. Im Komparator 56 wird die Inertialgeschwindigkeitskenngröße V _DG mit einem Schwellwert V _gr verglichen. Ist sie kleiner als der Schwell ^¬ wert V _gr wird ein aktives Signal auf das UND-Glied 58 gege- ben. Ist dieses ebenfalls mit einem Signal S _NB beaufschlagt, welches erzeugt wird, falls eine unzureichende Bremsleistung von der von zumindest einem Antriebsmotor der betrachteten Fahrwerkeinheit 14 gebildeten elektrodynamischen Bremse erzeugt wird, wird in einem Schritt 60 entschieden, dass die Federspeicherbremse angelegt wird.

Die Inertialgeschwindigkeitskenngröße V _DG kann ferner von ei ^¬ nem weiteren Entscheidungsbaustein 62 der Bremsregelung herangezogen werden, welcher entscheidet - bei einem mittels der elektrodynamischen Bremse erfolgenden Bremsvorgang - ob eine Prüfung der Regelung der elektrodynamischen Bremse stattfinden soll. Dies eignet sich insbesondere für eine elektrodyna ^¬ mische Bremse, welche über zumindest zwei Redundanzebenen verfügt. Wird durch die Prüfung ermittelt, dass die Regelung der elektrodynamischen Bremse als fehlerhaft gelten soll, kann ein Wechseln in eine weitere Redundanzebene eingeleitet werden. Der Entscheidungsbaustein 62 weist einen Komparator 64 auf, welcher eine aktuell erfasste Beschleunigungskenngrö ^¬ ße b _D G der Fahrwerkeinheit 14 mit einem im Bremsvorgang für die aktuelle Inertialgeschwindigkeitskenngröße V _DG zumindest zu erfüllenden Sollwert b _S0 n (V _DG ) vergleicht. Die Erfassung der Beschleunigungskenngröße b _DG erfolgt auf der Basis der von einem Zugsteuergerät mitgeteilten Fahrtrichtung FR. Ist die erfasste Beschleunigungskenngröße b _DG kleiner als der Sollwert b _so n , wird ein Signal an eine Prüfungsvorrichtung 66 übermittelt, welche die Tauglichkeit der Regelung der elekt ^¬ rodynamischen Bremse prüft. Die Prüfung erfolgt dabei auf der Basis von zumindest zwei weiteren Kriterien, wobei die Prü- fungsvorrichtung als sogenannter „2 aus 3 Voter" ausgebildet ist. Diese bewirkt ein Wechseln zwischen zwei Redundanzebenen der Regelung, wenn zumindest zwei der Kriterien erfüllt sind.