Verfahren zum Ermitteln der Position einer bestimmten Achse eines Schienenfahrzeugs auf einem Gleisabschnitt

Abstract

 Zwischen den Grenzen eines Gleisabschnitts (GA) wird ein von der Position der Achse (A4) abhängigen Positionssignal gewonnen. Wenn die Achse (A4) einen definierten ortsfesten Punkt (P) des Gleisabschnitts (GA) passiert, wird ein Meldesignal (U(t)) erzeugt. Unter Heranziehung des Meldesignals wird die Abweichung des für den Punkt (P) gewonnenen Positionssignals oder einer daraus abgeleiteten Positionsangabe PA(s) von einem vorgegebenen Sollwert geprüft und bedarfsweise ein Abgleich vorgenommen.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln der Position einer bestimmten Achse eines Schienenfahrzeugs auf einem Gleisabschnitt, bei dem ein von der Position der Achse in dem Gleisabschnitt abhängiges Positionssignal gewonnen wird, aus dem durch Zuordnung von Referenzwerten eine Positionsangabe abgeleitet wird.

[0002] Aus der EP-B1-0 272 343 sind ein Verfahren und eine Einrichtung zur Überwachung des Vorhandenseins von Schienenfahrzeugen innerhalb eines Gleisabschnitts bekannt, wobei der Gleisabschnitt in viele vergleichsweise kurze Unterabschnitte unterteilt wird, an deren Ende jeweils ein Sende/Empfänger-Modul angeordnet ist. Ein als digitaler Gleisfüllstandsmesser ausgebildetes Empfangsgerät am Anfang des Gleisabschnitts prüft zyklisch, von welchen Modulen auf entsprechende Anforderung hin überhaupt ein Antwortsignal feststellbar ist. Das bekannte Verfahren gestattet damit nur eine digitale (frei/besetzt) Prüfung der Unterabschnitte. Die Position einer Achse eines Fahrzeuges innerhalb des Unterabschnitts ist somit nicht feiner auflösbar. Um eine hinreichende Auflösung zu erzielen, ist eine sehr feine Unterteilung und damit eine hohe Anzahl von Sender/Empfänger-Modulen erforderlich.

[0003] Das deutsche Patent 967 440 betrifft eine Einrichtung zur Anzeige des Füllzustandes eines Gleises, wobei das Gleis eine Leiterschleife bildet, deren elektrischer Widerstand von der kurzschlußerzeugenden Position der in Einlaufrichtung letzten Fahrzeugachse bestimmt ist. Nach dem hierzu erteilten Zusatzpatent 11 19 901 wird ein bereits bei freiem Gleis durch den Leitwert der Gleisbettung bzw. einer permanenten leitenden verbindung zwischen den Schienen auftretender Ausschlag eines Füllstandsanzeigeinstruments durch eine Gegenspannung kompensiert.

[0004] Die EP-A2-0 539 046 beschreibt einen Gleisabschnitt, der zur Positionserfassung eines Fahrzeugs beidendig mit jeweils einem Sender und einem Empfänger für eine bidirektionale Signalübermittlung über die Gleise ausgestattet ist. Die Erfassung einer Fahrzeugposition erfolgt auch hier durch eine Strom- bzw. Spannungsmessung.

[0005] Der Aufsatz "DER ISOLIERSTOßLOSE TONFREQUENZ-GLEISSTROMKREIS DER BAUART WSSB" von V. Bechstein in DEUTSCHE EISENBAHNTECHNIK, Jg. 13, 2/1965, Seiten 83 ff. beschreibt einen Gleisabschnitt mit einem Empfänger, der aus dem Kurzschlußeffekt bei in einen isolierstoßlosen Gleisstromkreis einlaufender Achse eine Besetztmeldung generiert.

[0006] Aus der DE-C2-31 27 672 ist ein Verfahren der eingangs genannten Art bekannt, wobei der Gleisabschnitt durch Trennstoße gegenüber weiteren angrenzenden Gleisabschnitten eines Gesamtgleises isoliert und als Gleisstromkreis ausgebildet ist. An den Gleisstromkreis ist ein Oszillator geschaltet, dessen Ruhefrequenz in Abhängigkeit von der Induktivität des Gleisstromkreises - die sich ihrerseits mit der Position der Achse ändert - variiert. Die ermittelte Frequenz stellt somit ein ortsabhängiges Positionssignal dar, das beim Einlaufen bzw. Auslaufen einer Achse in den bzw. aus dem Gleisabschnitt markante Frequenzsprünge aufweist. Das Positionssignal wird an einen als Speicher ausgebildeten Umsetzer weitergeleitet, der für jede mögliche Frequenz einen jeweils durch Versuche oder rechnerisch ermittelten Wert für die Freilänge des zugehörigen Gleisstromkreises bzw. Gleisabschnitts enthalt. Durch Zuordnung des entsprechenden Wertes zum ermittelten Positionssignal wird eine Positionsangabe gewonnen, die in funktionalem Zusammenhang mit dem Ort der jeweiligen Achse steht.

[0007] Bei diesem bekannten Verfahren können für denselben Ort ermittelte Positionssignale z. B. aufgrund äußerer Einflüsse (Witterung; Isolierwiderstand zwischen den Schienen; Gleisaufbau) driften, so daß sich nach der Zuordnung der vorab ermittelten Referenzwerte zunehmend ungenaue Positionsangaben ergeben.

[0008] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Ermitteln der Position einer bestimmten Achse eines Schienenfahrzeuges auf einem begrenzten Gleisabschnitt zu schaffen, das auch bei längerer Betriebsdauer und bei äußeren Störeinflüssen eine genaue Ortung der Achse und damit des Schienenfahrzeugs ermöglicht.

[0009] Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Meldesignal erzeugt wird, wenn die Achse einen definierten ortsfesten Punkt des Gleisabschnitts passiert, daß geprüft wird, ob eine Abweichung des für diesen Punkt gewonnenen Positionssignals oder der abgeleiteten Positionsangabe von einem für diesen Punkt geltenden Sollwert vorhanden ist, und daß bedarfsweise eine die Abweichung vermindernde Nachfuhrung des Posiionssignals oder eine Korrektur der Zuordnung der Refeenzwerte zum Positionssignal vorgenommen wird. Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung besteht darin, daß neben den zum Abgleich des funktionalen Zusammenhangs zwischen der Position der Achse und dem Positionssignal heranziehbaren Referenzwerten für die Grenzen des Gleisabschnitts (erste und zweite Stützstelle) mit dem Meldesignal eine dritte, von dem Positionssignal unabhängige Stützstelle als Sollwert zur Beurteilung und nötigenfalls zum Abgleich des funktionalen Zusammenhangs oder zur Korrektur der Zuordnung zur Verfügung steht. Jedes Überfahren des definierten ortsfesten Punktes liefert in vorteilhafter Weise einen aktuellen, zuverlässigen Sollwert für das Positionssignal bzw. die Positionsangabe, so daß zwei über im wesentlichen unabhängige Methoden ermittelte abgleichbare Informationen vorliegen. Das Positionssignal für diesen Punkt kann entweder als separater Meßwert vorliegen oder durch eine geeignete Interpolation der Positionssignale im Bereich des ortsfesten Punktes gewonnen sein.

[0010] Das erfindungsgemäße Verfahren erzeugt bei Betriebsbeginn nicht nur eine digitale Information (frei/besetzt) für den Gleisabschnitt, sondern erlaubt über das Positionssignal bereits eine Abschätzung der Achsposition. Eine wesentliche Erhöhung bzw. Überprüfung der Genauigkeit des Positionssignals läßt sich relativ schnell während des normalen Betriebs des Gleisabschnittes erreichen. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn beispielsweise wegen längerer Betriebspausen die ermittelten Positionssignale und damit die gewonnenen Positionsangaben von den der tatsächlichen Position des ortsfesten Punktes entsprechenden Sollwerten erheblich abweichen. Die Korrektur des funktionalen Zusammenhangs kann mit bekannten mathematischen Verfahren (beispielsweise Regressionsanalysen) erfolgen; aus der festgestellten Abweichung kann durch Interpolation eine Korrektur der Positionssignale oder der Zuordnung durch adaptive Regelung oder Nachführung erfolgen.

[0011] Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß der ortsfeste Punkt im mittleren Bereich des Gleisabschnitts vorgesehen wird.

[0012] Um den Einfluß besonders hoher Abweichungen (statistische Ausreißer) zu begrenzen, sieht eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung vor, daß die Nachführung erst vorgenommen wird, wenn mehrfach gleichsinnige signifikante Abweichungen vom Sollwert festgestellt werden.

[0013] Gemäß einer vorteilhaften Fortbildung der Erfindung kann das Meldesignal von einem Radsensor generiert werden. Das Meldesignal kann auch von einem Schalter generiert werden, der beim Passieren der Achse die Schienen definiert kurzschließt und damit einen signifikanten Sprung im Positionssignalverlauf (beispielsweise einen Frequenzsprung bei der eingangs beschriebenen induktiven Methode) verursacht.

[0014] Insbesondere bei vielachsigen Fahrzeugen ist es vorteilhaft, wenn der Zeitpunkt ermittelt wird, zu dem die letzte Achse des Fahrzeugs den ortsfesten Punkt passiert, so daß das Positionssignal und das Meldesignal für die letzte Achse ausgewertet werden können.

[0015] Dazu und im Hinblick auf eine vereinfachte Datenverarbeitung können zumindest die jeweils letzten beiden Positionssignale zu den Zeitpunkten der letzten beiden Meldesignale gespeichert bleiben.

[0016] Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, daß die Abweichung des Positionssignals oder der Positionsangabe vom Sollwert in der Umgebung des ortsfesten Punktes mit Hilfe einer geeigneten Glättungsfunktion festgestellt wird. Dazu kann beispielsweise eine Regressionsgerade verwendet werden; zur Bildung der Regressionsgeraden kann jeweils eine vorgegebene Anzahl von Positionssignalen bzw. -angaben fortlaufend für eine bestimmte Zeitdauer (z. B. 20 s) gespeichert werden. In Kenntnis des Zeitpunktes des Meldesignals kann dann durch Mittelwertbildung ein von zufälligen Störeinflüssen oder Rauschen befreiter Wert für das Positionssignal bzw. die Positionsangabe ermittelt werden, von dem ausgehend die Abweichung bestimmt wird.

[0017] Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft anhand einer Zeichnung weiter erläutert; es zeigen:

Figur 1 eine schematische Darstellung der Positionsermittlung einer Achse auf einem Gleisabschnitt,

Figur 2 in Abhängigkeit von der Achsposition ermittelte Positionssignale und

Figur 3 eine markante Sprünge aufweisende Frequenzkurve.

[0018] Gemaß Figur 1 wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Ermitteln der Position POS einer bestimmten Achse A4 eines nicht näher dargestellten Schienenfahrzeuges F ein begrenzter Gleisabschnitt GA in an sich bekannter Weise (DE-C2-31 27 672) in den Schwingkreis eines Oszillators OS integriert. Der Oszillator OS ist über einen Transformator TR von dem Gleisabschnitt GA galvanisch getrennt. Der Gleisabschnitt GA ist durch Trennstöße T1, T2 von angrenzenden Gleisabschnitten elektrisch isoliert. Die Achsen A1 bis A4 des Fahrzeuges F schließen die beiden Schienen S1, S2 des Gleisabschnitts GA kurz - wodurch sich die Gleisstromkreis-Induktivität in Abhängigkeit von der Achsposition ändert - und beeinflussen damit die Schwingfrequenz f(s) des Oszillators OS. Da der Oszillator OS im (in Fahrtrichtung R gesehen) Anfangsbereich des Gleisabschnitts angekoppelt ist, ist im wesentlichen für die Impedanzänderung des Gleisabschnitts und damit für die Änderung der Oszillatorfrequenz die Position der letzten Achse A4 maßgebend. Die ermittelte Frequenz ist als Positionssignal f(s) eine Funktion des Weges s zwischen dem Anfang A des Gleisabschnitts GA und der Achsposition POS, wobei ein grundsätzlicher Zusammenhang der Form

[0019] Demgemäß läßt sich aus dem Positionssignal f(s) durch Berechnung oder Zuordnung von vorab gespeicherten Referenzwerten (wie eingangs beschrieben) eine Positionsangabe PA(s) für den Ort der Achse A4 ermitteln. Beim Einrollen des Fahrzeugs F in den Gleisabschnitt GA springt die Frequenz von einem Ruhewert von beispielsweise 4 kHz (Figur 2) auf einen Wert von z. B. 10 kHz und nimmt mit der weiteren Bewegung der Achse A4 entlang des Weges S hyperbelfunktionsartig bis auf einen Endwert von beispielsweise 7 kHz ab. Wenn die Achse A4 den Gleisabschnitt GA verläßt (offener Gleisstromkreis), springt die Frequenz f zurück auf den Ruhewert.

[0020] Durch äußerlich bedingte Veränderungen (z. B. Veränderung des Bettungswiderstandes, Elektrolytbildung durch verlorenes Ladungsgut) der gleisabschnittsspezifischen Induktivität kann das gewonnene Positionssignal f(s) von dem ursprünglich für den jeweiligen Ort ermittelten Positionssignal (Sollwert) abweichen.

[0021] Die tatsächlich gemessenen Frequenzen entsprechen dann nicht mehr den ursprünglich für die jeweiligen Positionen ermittelten Frequenzwerten, wie sie in der durchgezogenen Kurve K1 gemäß Figur 2 dargestellt sind. Vielmehr kann das Positionssignal dem Frequenzverlauf der gestrichelten Kurve K2 oder der strichpunktierten Kurve K3 entsprechen, wobei die Kurven K1 bis K3 in ihren Anfangs- und Endwerten und auch in ihren Krümmungen voneinander abweichen können.

[0022] Wie Figur 1 weiter zeigt, ist an einem definierten ortsfesten Punkt P des Gleisabschnitts GA ein Radsensor RS angeordnet, der dann ein Meldesignal U(t) erzeugt, wenn der Punkt P von einer Achse A1 bis A4 passiert wird. Wie Figur 2 zeigt, entstehen damit zu definierten Zeitpunkten t₁ bis t₄ diracimpulsartige Meldesignale U1 bis U4, die jeweils das Passieren des Punktes P von einer der Achsen A1 bis A4 anzeigen. Den Zeitpunkten t₁ bis t₄ lassen sich (bei konstanter Geschwindigkeit linear, sonst unter Bewertung des Geschwindigkeitsverlaufs) Positionen s₁ bis s₄ zuordnen. Je nach gewünschter Darstellung ist deshalb auf der Abzisse die Zeit t bzw. der Ort s angetragen. Zu jedem der Zeitpunkte t1 bis t4, vorzugsweise zumindest zu den jeweils letzten Zeitpunkten t3, t4, werden die zu diesem Zeitpunkt gewonnenen Positionssignale f(s,t₃); f(s,t₄) in einem Speicher SP gespeichert. Sofern nach dem letzten Meldesignal

während einer Vertrauenszeit T_ver - spätestens jedoch nach Verlassen des Gleisabschnittes - kein weiteres Meldesignal eingeht, kann mit hinreichender Sicherheit davon ausgegangen werden, daß die letzte Achse A4 den Punkt P passiert hat. Das erfindungsgemäße Verfahren kann sich dazu eines Beobachtungsfensters der Länge s_er bedienen, da die Lage des Punktes P vorab bekannt ist und damit auch der Kurvenabschnitt vorherbestimmbar ist, in dem dem Punkt P zugeordnete Positionssignale zu erwarten sind.

[0023] Das zum Zeitpunkt t₄ gewonnene und gespeicherte Positionssignal f(s,t₄) kann über die zeitliche Zuordnung nunmehr mit dem mit Hilfe des Meldesignals ermittelten Sollwert der Ideal- oder Sollkurve K1 für die Frequenz f(s_p) am Punkt P (Schnittpunkt SP1) verglichen werden. Das Meldesignal U₄ erlaubt nämlich zu prüfen, ob das zugeordnete Positionssignal f(t₄) tatsächlich auf der bisher der Positionsermittlung zugrundegelegten Sollkurve K1 oder auf einer abweichenden Kurve K3 (Schnittpunkt SP2) liegt. Sofern das Positionssignal f(t₄) außerhalb eines vorgebbaren Toleranzbandes TB liegt, wird durch interpolative Verfahren ggf. unter Zuhilfenahme der Frequenzwerte, die für den Anfang A (f(s=0)) und für das Ende E (

) des Gleisabschnitts gewonnen wurden, für sämtliche Frequenzwerte f(s) eine Nachführung (im vorliegenden Beispiel Anhebung) und ggf. Korrektur der Krümmung vorgenommen, so daß annähernd die Frequenzkurve K1 erreicht und damit der ursprüngliche funktionale Zusammenhang wiederhergestellt wird. Der Abgleich kann alternativ auch dadurch erfolgen, daß die Zuordnung der Referenzwerte zu den Positionssignalen entsprechend angepaßt wird.

[0024] Um extreme Werte (Ausreißer) des Positionssignals zu eleminieren, wird vorzugsweise die geschilderte Korrektur erst dann vorgenommen, wenn mehrfach aufeinanderfolgend jeweils gleichsinnige Abweichungen der Positionssignale vom Sollwert festgestellt werden.

[0025] Figur 3 zeigt eine andere Übertragungs- und Erzeugungsmöglichkeit der Meldesignale M1 bis M4, indem beim Passieren des Punktes P (Figur 1) durch die Achsen A1 bis A4 jeweils ein definierter Kurzschluß zwischen den Schienen S1, S2 erzeugt wird. Dieser Kurzschluß führt zu markanten Sprüngen (Meldesignale M(t)) in der in Figur 3 gezeigten Frequenzkurve. Anhand dieser Sprünge lassen sich in entsprechender Weise zu den vorstehend geschilderten Zwecken jeweils die Zeitpunkte t₁ bis t₄ ermitteln. Ein Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, daß die Meldesignale M₁ bis M₄ dem Positionssignal überlagert über die Schienen S1 bzw. S2 geleitet werden können.

[0026] Grundsätzlich kann zur Erzeugung des Positionssignals auch die beispielsweise aus der DE-PS 967 440 oder DE-PS 11 19 901 bekannte Widerstandsmessung des Gleisabschnitts angewendet werden.

[0027] Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren werden über zwei unterschiedliche Meßmethoden bzw. Medien zwei Stützstellen für den Anfang und das Ende des Gleisabschnitts und eine vorzugsweise dem mittleren Bereich des Gleisabschnitts zugeordnete weitere unabhängige Stützstelle generiert. Damit ist eine äußerst genaue Anpassung des Kurvenverlaufs bzw. der Zuordnung der Referenzwerte zu den Positionssignalen möglich, so daß eine äußerst exakte Ortung einer Achse eines Schienenfahrzeugs möglich ist. Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere vorteilhaft zur Ortung in Richtungsgleisen einsetzbar. Durch die während des normalen Betriebs gelieferten Meldesignale läßt sich eine adaptive Regelung oder Nachführung an die tatsächlichen Verhältnisse ohne Betriebsunterbrechung realisieren. Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erreichbare, sehr genaue und über die Zeit stabile Ortsbestimmunmg erlaubt durch Differenzierung auch eine Ermittlung der Laufgeschwindigkeit und damit eine Bestimmung der Auflaufgeschwindigkeit bzw. eine Prognose über die Laufweite bis zum Stillstand des Fahrzeuges. Dadurch ist das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere zur Laufzielbremsung bei Richtungsgleisen auf Rangierbahnhöfen vorteilhaft einsetzbar.

Ansprüche

1. Verfahren zum Ermitteln der Position (POS) einer bestimmten Achse (A4) eines Schienenfahrzeugs (F) auf einem Gleisabschnitt (GA),
bei dem ein von der Position (POS) der Achse (A4) auf dem Gleisabschnitt (GA) abhängiges Positionssignal (f(s)) gewonnen wird, aus dem durch Zuordnung von Referenzwerten eine Positionsangabe (PA(s)) abgeleitet wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Meldesignal (U(t)) erzeugt wird, wenn die Achse (A4) einen definierten ortsfesten Punkt (P) des Gleisabschnitts (GA) passiert,
daß geprüft wird, ob eine Abweichung des für diesen Punkt gewonnenen Positionssignals (f(s)) oder der abgeleiteten Positionsangabe (PA(s)) von einem für diesen Punkt (P) geltenden Sollwert (f(s_p)) vorhanden ist, und
daß bedarfsweise eine die Abweichung vermindernde Nachführung des Positionssignals (f(s)) oder eine Korrektur der Zuordnung der Referenzwerte zum Positionssignal (f(s)) vorgenommen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
der ortsfeste Punkt (P) im mittleren Bereich des Gleisabschnitts (GA) vorgesehen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Nachführung oder Korrektur erst vorgenommen wird, wenn mehrfach gleichsinnige signifikante Abweichungen des Positionssignals (f(s)) oder der Positionsangabe (PA(s)) vom Sollwert (f(s_p)) festgestellt werden.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Meldesignal (U(E)) von einem Radsensor (RS) generiert wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Meldesignal (U(t)) von einem Schalter generiert wird, der beim Passieren der Achse (A4) die Schienen (S1,S2) kurzschließt.

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
ermittelt wird, wann die letzte Achse (A4) des Fahrzeugs (F) den ortsfesten Punkt (P) passiert.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß
zumindest die jeweils letzten beiden Positionssignale (f(s,t₄);f(s,t₃)) zu den Zeitpunkten (t₄,t₃) der letzten beiden Meldesignale (U(t₄);U(t₃)) gespeichert werden.

8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Abweichung des Positionssignals (f(s)) oder der Positionsangabe (PA(s)) vom Sollwert (f(s_p)) in der Umgebung des ortsfesten Punktes (P) mit Hilfe einer geeigneten Glättungsfunktion festgestellt wird.

Zeichnung