External train length measuring device

European Patent Application EP1279581

The measuring system has at least two sensors (A,E) at a defined distance apart by the track. The sensors are designed respond to especially wheel axles as the train passes. There is a sub-length computation arrangement that computes a first sub-length from the time difference between a (R1) first device passing the rear sensor and a second device (R4) passing the leading sensor and the distance between the sensors. Sub-lengths are summed with the overhang at the ends.

Kobus, Michael (DE)

EP20020090255

01/29/2003

07/15/2002

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SIEMENS AG (DE)

B61L1/00; B61L1/14; (IPC1-7): B61L1/14

B61L1/14

DE3300429A1

1. Vorrichtung zur externen Zugl·angemessung eines in Bewegung befindlichen Zuges (Z), wobei streckenseitig mindestens zwei in definiertem Abstand (s) angeordnete Sensoren (A, E) vorgesehen sind, welche beim Passieren des Zuges (Z) auf zugseitige Einrichtungen (R1 bis R6), insbesondere Radachsen ansprechen, aufweisend Teill·angenberechungsmittel, welche aus der Zeitdifferenz zwischen dem Passieren des hinteren Sensors (E) durch die erste Einrichtung (R1) und dem Passieren des vorderen Sensors (A) durch die zweite Einrichtung (R4), der Geschwindigkeit (v1 bis v4) einer Einrichtung (R1 bis R4) zwischen den Sensoren (A, E) und dem Abstand (s) der Sensoren (A, E) eine erste Teill·ange (s1k) berechnet, wobei als zweite Einrichtung (R4) die Einrichtung verwendet wird, welche als letzte Einrichtung vor dem Passieren des hinteren Sensors (E) durch die erste Einrichtung (R1) den vorderen Sensor (A) passiert, wobei dann die zweite Einrichtung (R4) zur Ermittlung einer zweiten Teill·ange (s4k) als erste Einrichtung verwendet wird usw., wobei zur Geschwindigkeitsermittlung die erste (R1) oder zweite Einrichtung (R4) oder beide Einrichtungen (R1 und R4) verwendet wird bzw. werden, und wobei der Abstand (s) zwischen den Sensoren (A, E) mindestens dem maximalen Abstand zwischen zwei benachbarten Einrichtungen (R1 bis R6) entspricht und Summationsmittel zur Berechnung der Summe aller Teill·angen (s1k, s4k, s5k) gegebenenfalls zuz·uglich eines vorderen Abstandes zwischen der Zugspitze und der ersten Einrichtung (R1) und/oder eines hinteren Abstandes zwischen der letzten Einrichtung (R6) und dem Zugschluss.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Sensoren (A, E) Ausschaltkontakte von Bahn·uberg·angen verwendet werden.

3. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Anspr·uche, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit (v1) der ersten Einrichtung (R1) verwendet wird, falls diese geringer ist als die Geschwindigkeit (v4) der zweiten Einrichtung (R4) und anderenfalls die Geschwindigkeit (v4) der zweiten Einrichtung (R4) verwendet wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine auf die Teill·ange bezogene mittlere Geschwindigkeit verwendet wird.

5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Anspr·uche, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Baufschlagung einer Geschwindigkeitssteuerung oder einer Geschwindigkeitsempfehlungssignalisierung f·ur den Zeitraum der Zugl·angenmessung vorgesehen sind.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur externen Zugl·angenmessung gem·ass dem Oberbegriff des Anspruches 1. Die Zugl·angenmessung w·ahrend der Fahrt ist insbesondere aus sicherheitstechnischen Gr·unden erforderlich. Es muss gew·ahrleistet sein, dass ein Zugverbund, der aus mehreren Wagen besteht, den jeweiligen Gleisabschnitt vollst·andig passiert. Das Entkoppeln oder Abreissen eines oder mehrerer Wagen muss unbedingt erkannt werden, um Kollisionen mit anderen Z·ugen zu vermeiden. Auch f·ur logistische und steuerungstechnische Zwecke kann die Zugl·angenmessung notwendig sein.

Aus der DE 33 00 429 A1 ist ein Verfahren zur Zugl·angenmessung bekannt, bei dem die Teill·angen zwischen den Achsen ermittelt werden und diese Teill·angen unter Ber·ucksichtigung endseitiger Wagen·uberh·ange addiert werden. F·ur jede Teill·angenermittlung wird dabei eine Eichmessung f·ur die Bestimmung der zum Durchlaufen des durch die beiden Sensoren bestimmten Abstandes erforderlichen Zeitspanne durchgef·uhrt. Auf diese Weise werden Geschwindigkeits·anderungen w·ahrend der Messzeit mit einer gewissen Genauigkeit ber·ucksichtigt. Der verbleibende Restfehler bewirkt, dass bei einer Beschleunigung w·ahrend der Messung eine h·ohere Zugl·ange ermittelt wird, w·ahrend bei einer Verz·ogerung eine geringere L·ange ermittelt wird. Diese Abweichung von der realen Zugl·ange kann entsprechend der Aufgabenstellung zu Sicherheitsproblemen f·uhren.

Wenn die Zugl·ange als Kriterium f·ur eine Gleisfreimeldung verwendet wird, kann im Falle der Verz·ogerung und der daraus resultierenden zu gering ermittelten Zugl·ange eine vorzeitige Freimeldung des betreffenden Gleisabschnittes resultieren. Andererseits kann die im Falle der Verz·ogerung zu hoch ermittelte Zugl·ange zu Problemen beispielsweise bei der genauen Positionsvorgabe des Zuges in Bahnh·ofen oder bei G·uterz·ugen an Beund Entladerampen f·uhren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile weitestgehend zu vermeiden, d. h. ein Verfahren der gattungsgem·assen Art hinsichtlich der Genauigkeit der Zugl·angenmessung bei nicht konstanter Geschwindigkeit w·ahrend der Messzeit zu verbessern.

Erfindungsgem·ass wird die Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gel·ost. Der prinzipielle L·osungsansatz beruht darauf, nur diejenigen Achsen zu ber·ucksichtigen, die zur l·uckenlosen Erfassung der Zugbewegung unbedingt ben·otigt werden. Dabei muss gew·ahrleistet sein, dass sich immer mindestens eine Achse innerhalb der Messstrecke, d. h. zwischen den Sensoren befindet. Messungsrelevant ist eine beispielsweise zweite, dritte oder vierte Achse demzufolge nur dann, wenn diese den vorderen Sensor passiert hat, bevor die erste Achse den hinteren Sensor passiert, d. h. die Messstrecke verl·asst. Nur die vor dem Verlassen der Messstrecke durch die erste Achse als letzte in die Messstrecke einfahrende hintere Achse wird bei der Messung ber·ucksichtigt. Das kann - wie bei dem weiter unten n·aher dargestellten Ausf·uhrungsbeispiel - beispielsweise die vierte Achse sein.

Diese vierte Achse wird beginnend mit dem Einfahren in die Messstrecke zur neuen vorderen Achse usw.. Zun·achst wird der Abstand der zu ber·ucksichtigenden Achsen mit der Messstrecke gleichgesetzt. Der resultierende ·Uberlappungsfehler zwischen Messstrecke und Achsabst·anden ist der w·ahrend der ·Uberlappungszeit zur·uckgelegte Weg und wird von der Messstrecke abgezogen. Dabei wird die Geschwindigkeit einer w·ahrend der ·Uberlappungszeit auf der Messstrecke befindlichen Achse zugrunde gelegt. Das oben angef·uhrte bekannte Verfahren arbeitet nach dem Strahlensatz, wobei lediglich Zeitmessungen im Verh·altnis zur bekannten L·ange der Messstrecke ausgewertet werden. Eine explizite Ber·ucksichtigung der Geschwindigkeit ist im Gegensatz zur erfindungsgem·assen L·osung nicht vorgesehen.

Infolge dessen entfallen bei der erfindungsgem·assen L·osung die f·ur das Strahlensatzverfahren notwendigen Eichmessungen. Stattdessen wird f·ur jede Achsabstandsberechung die Geschwindigkeit einer bestimmten Achse f·ur die Subtraktion des ·Uberlappungsweges von der Messstrecke ermittelt. Voraussetzung f·ur die Anwendung des Verfahrens ist, dass die L·ange der Messstrecke, d. h. der Abstand der Sensoren mindestens dem maximalen Achsabstand zweier benachbarter Achsen des Zuges entspricht. Dadurch ist gew·ahrleistet, dass w·ahrend der gesamten ·Uberfahrzeit des Zuges st·andig mindestens eine Achse auf der Messstrecke ist. Diese Sensorabstandsbedingung ist beispielsweise f·ur die Ausschaltkontakte von Bahn·uberg·angen grunds·atzlich gegeben. Solche Kontakte haben ·ublicherweise einen Abstand, der mindestens 30 m betr·agt.

Auch Achsz·ahler, welche Gleisfreimeldeabschnitte begrenzen, k·onnen als Sensoren geeignet sein.

Die ·Uberh·ange vor der ersten Achse und/oder hinter der letzten Achse k·onnen bei Bedarf durch zus·atzliche, an der Zugspitze und am Zugschluss angebrachte Einrichtungen, die die Sensoren wie echte Achsen ansprechen, ber·ucksichtigt werden. Es ist aber auch denkbar, diese ·Uberhangbetr·age aus einer Liste in Abh·angigkeit vom Zugtyp, dem Achsabstandsmuster oder anderen Kriterien zu entnehmen.

Der verbleibende Messfehler ist sehr viel geringer als der des bekannten Strahlensatzverfahrens. F·ur absolute Genauigkeit m·usste f·ur jede Teill·angenermittlung ein integrativer Geschwindigkeitswert verwendet werden. Jedoch ergibt sich auch bei diskreten Geschwindigkeitswerten eine extrem hohe Genauigkeit. Um zu verhindern, dass eine zu geringe Zugl·ange ermittelt wird, muss zum Errechnen der ·Uberlappungsstrecke die niedrigere Geschwindigkeit der beiden zu ber·ucksichtigenden Achsen herangezogen werden. Wenn es aufgabenbedingt nicht darauf ankommt, in welcher Richtung ein Restfehler entsteht, dieser Restfehler aber so gering wie m·oglich sein soll, kann zur Berechnung der ·Uberlappungsstrecke eine mittlere Geschwindigkeit der relevanten Achsen verwendet werden.

Im Schienenfahrzeug kann eine Funktion integriert werden, die w·ahrend der Zugl·angenermittlung unn·otige Beschleunigungen oder Bremsman·over verhindert oder eine diesbez·ugliche Signalisierung f·ur den Fahrzeugf·uhrer generiert.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand fig·urlicher Darstellungen n·aher erl·autert.

Es zeigen: Figur 1 eine erste schematische Darstellung zur Veranschaulichung der Zugl·angenmessung und Figur 2 eine ebensolche zweite schematische Darstellung.

Figur 1 zeigt einen Zug Z, bestehend aus zwei Wagen mit insgesamt sechs Radachsen R1 bis R6. Diese passieren nacheinander einen ersten streckenseitigen Sensor A am Anfang einer Messstrecke s und einen zweiten streckenseitigen Sensor E am Ende der Messstrecke s. Die Sensoren A und E registrieren die ·Uberfahrzeitpunkte t1a bis t6a bzw. t1e bis t6e durch die entsprechenden Radachsen R1 bis R6.

Es ist ersichtlich, dass die letzte in die Messstrecke s einfahrende Radachse vor dem Verlassen der Messstrecke s durch die erste Radachse R1 die vierte Radachse R4 ist. Die zugeh·origen Zeitpunkte t1e und t4a liegen relativ dicht beieinander. Daraus ergibt sich, dass der Abstand zwischen den Radachsen R1 und R4, d. h. eine erste Teill·ange s1k nur wenig kleiner als die bekannte L·ange der Messstrecke s ist. Die Teill·ange s1k ergibt sich als korrigierte L·ange der Messstrecke s in Abh·angigkeit von der Geschwindigkeit v und den gemessenen Zeitpunkten t1e und t4a. Es gilt s1k = s - (t1e - t4a) * v.

In einer bevorzugten L·osung wird als Geschwindigkeitswert entweder die Geschwindigkeit v1 der ersten Asche R1 oder die Geschwindigkeit v4 der vierten Achse R4 eingesetzt. Falls die Bedingung, dass die ermittelte Zugl·ange gr·osser oder gleich der realen Zugl·ange sein soll, zu erf·ullen ist, wird die kleinere der beiden Geschwindigkeiten v1 und v4 verwendet. Dieser Sachverhalt ist in etwas anderer Darstellungsweise in Figur 2 veranschaulicht, wobei hier die ermittelte Zugl·ange le die Summe der Teill·angen s2k + s3k + s4k ist.

Bei dem in Figur 1 dargestellten Ausf·uhrungsbeispiel ergibt sich die ermittelte Zugl·ange 1e als Summation der Teill·angen s1k + s4k + s5k. Die Teill·angen s4k und s5k werden auf analoge Weise wie die Telll·ange s1k ermittelt, wobei f·ur die Ermittlung der Teill·ange s4k entweder die Geschwindigkeit der vierten Radachse R4 oder der f·unften Radachse R5 und f·ur die Ermittlung der Teill·ange s5k entweder die Geschwindigkeit der f·unften Radachse R5 oder der sechsten Radachse R6 verwendet werden.

Neben dieser bevorzugten L·osung, bei der die Abweichung der ermittelten Zugl·ange le von der realen Zugl·ange lr immer positiv sein soll , ist eine Variante praktikabel, bei der die Abweichung minimiert ist und positiv oder negativ sein kann. Bei dieser Variante werden die Geschwindigkeiten der beiden relevanten Radachsen ber·ucksichtigt, um Beschleunigungs- oder Verz·ogerungsfahrten m·oglichst genau erfassen zu k·onnen. Dabei fliessen die Geschwindigkeit der ersten relevanten Achse v1=s/(t1e-t1a) und die Geschwindigkeits·anderung der beiden relevanten Achsen v4-v1=s/(t4e-t4a)-s/(t1e-t1a) in die Berechnung ein, wobei die Geschwindigkeits·anderung mit dem von der Beschleunigung abh·angigen Verh·altnis (t4a-t1a)/(t4a-t1a+t4e-t1e) multipliziert wird. Dadurch ergibt sich f·ur gleichm·assige Beschleunigungen eine exakte L·angenbestimmung.

Bei den betriebsbedingt langsamen Beschleunigungs- und Bremsman·overn im Eisenbahnverkehr kann auch f·ur nicht gleichm·assige Beschleunigungen von einer sehr genauen L·angenbestimmung ausgegangen werden. Es gilt s1k=s-(t1e-t4a)*(v1+(v4-v1)*(t4a-t1a)/(t4a-t1a+t4e-t1e)) bzw. s1k=s*(1-(t1e-t4e)*(1/(t1e-t1a)+(1/(t4e-t4a)-1/(t1e-t1a))* (t4a-t1a)/(t4a-t1a+t4a-t1e)).

Figur 1 veranschaulicht ausserdem die bekannte Verfahrensweise nach dem Strahlensatz. Dabei werden die Teill·angen 11 bis 15 zwischen allen benachbarten Radachsen R1 bis R6 addiert.

Die ·Uberlegenheit der erfindungsgem·assen Verfahrensweise ist nachfolgend anhand eines durch Computersimulation erzeugten Zahlenbeispiels dargestellt.

Columns=3 Head Col 1 to 3: Eingangswerte Anfangsgeschwindigkeit zum Zeitpunkt t1v:V[km/h]80,0 gleichm·assige Beschleunigung:a[m/s <2>]0,5 Achsabst·ande11 [m]3,0 12[m]23,0 13 [m]3,0 14 [m]5,0 15 [m]6,0 Reale L·ange zwischen den Achsen:lr[m]40,0 maximale Zugl·angelmax[m]700 L·angen der MessstreckeS [m]30,0 Columns=3 Head Col 1: Ergebnisse SubHead Col 1:

Ermittelte L·ange zwischen den Achsen: nach Strahlensatz:le[m]40,2821672 bevorzugte L·osung:le[m]40,1115854 Variante:le[m]40 SubHead Col 2: Prozentuale Abweichung: nach Strahlensatz:0,70542% bevorzugte L·osung:0,27896% Variante:0,0% SubHead Col 3: Abweichung auf maximale Zugl·ange hoch gerechnet: nach Strahlensatz:dmax[m]4,94 bevorzugte L·osung:dmax[m]1,95 Variante:dmax[m]0,0m

Die zugrunde gelegten Achsabst·ande entsprechen dabei im Wesentlichen den Verh·altnissen des in Figur 1 dargestellten Zugverbundes.