DE102018118631A1

DE102018118631A1 - Vorrichtung zur Erkennung der Fahrtrichtung eines Fahrzeuges

Info

Publication number: DE102018118631A1
Application number: DE102018118631.2A
Authority: DE
Inventors: Gert Tekale; Thomas Schwab
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2018-08-01
Filing date: 2018-08-01
Publication date: 2020-02-06

Abstract

Vorrichtung zur Antriebssteuerung eines Fahrzeuges (1) umfassend eine Fahrsteuereinheit (3) und zumindest eine Satellitennavigationseinheit (4), wobei die Fahrsteuereinheit (3) so ausgebildet ist, dass sie als Eingangsbefehle ein Fahrsignal oder Bremssignal und/oder ein Fahrtrichtungssignal empfangen kann,wobei die Satellitennavigationseinheit (4) so mit der Fahrsteuereinheit (3) verbunden ist, dass sie dauerhaft oder wiederkehrend ein Positionssignal an die Fahrsteuereinheit (3) übermitteln kann,wobei die Fahrsteuereinheit (3) aus mehreren zeitlich nacheinander folgenden Positionssignalen ermitteln kann, ob sich das Fahrzeug (1) bewegt und wenn ja in welche Fahrtrichtung,und wobei die Fahrsteuereinheit (3) diese ermittelte Bewegung und/oder die detektierte Fahrtrichtung mit den Eingangsbefehlen vergleichen und bei einer wesentlichen Abweichung ein Störungssignal als Ausgangssignal abgeben kann, welches insbesondere die Traktion einer Antriebsanlage stoppen oder unterbrechen kann.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Antriebssteuerung eines Fahrzeuges, insbesondere eines Schienenfahrzeugs. Die Vorrichtung umfasst eine Fahrsteuereinheit und zumindest eine Satellitennavigationseinheit, wobei die Fahrsteuereinheit so ausgebildet ist, dass sie als Eingangsbefehle ein Fahrsignal oder Bremssignal und/oder ein Fahrtrichtungssignal empfangen kann.
Bei Fahrzeugen, zum Beispiel Schienenfahrzeugen, ist es aus Sicherheitsgründen wichtig, dass Fehlfunktionen des Antriebs erkannt und unterbunden werden, das heißt dass ein unerwünschtes Anfahren oder eine Fahrt in die falsche Fahrtrichtung ausgeschlossen werden kann. Bekannt sind dafür Lösungen, die durch geeignete Sensoren am Antrieb bestimmte Parameter überwachen, beispielsweise Druck, Drehzahl, Drehrichtung oder Strom, um dann, wenn Fehlfunktionen erkannt werden, über die Steuerung zu reagieren.
Des Weiteren sind Satellitennavigationseinheiten bei Fahrzeugen bekannt zur Positionsbestimmung. Beispielsweise beschrieben in der DE 19950395 A1 , wobei der GPS-Sensor diskontinuierlich die absolute Position des Fahrzeuges bestimmt. Ein weiterer Sensor am Antrieb, zum Beispiel zur Erfassung der Drehrate, gibt eine relative Veränderung der Position an, so dass zwischen zwei Absolutbestimmungen der Position durch GPS eine Position berechnet werden kann.
Nachteilig an den bisher bekannten Systemen ist, dass sie hohen Aufwand erfordern, und ganz besonders wenn diese komplexen Systeme auf Redundanz ausgelegt werden müssen. Zusätzlich sind mehrere Komponenten in verschiedenen Teilsystemen des Fahrzeugs nötig, die immer wieder auf Funktion und Zuverlässigkeit geprüft werden müssen
Die Aufgabe der Erfindung ist es, die Antriebssteuerung so weiterzuentwickeln, dass sie die nötigen Sicherheitsanforderungen erfüllt und gleichzeitig einfacher umzusetzen und zuverlässig ist.
Die Aufgabe wird durch die Vorrichtung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Merkmale sind in den abhängigen Ansprüchen genannt.
Erfindungsgemäß zeichnet sich die Vorrichtung dadurch aus, dass die Satellitennavigationseinheit so mit der Fahrsteuereinheit verbunden ist, dass sie dauerhaft oder wiederkehrend ein Positionssignal an die Fahrsteuereinheit übermitteln kann, dass die Fahrsteuereinheit aus mehreren zeitlich nacheinander folgenden Positionssignalen ermitteln kann, ob sich das Fahrzeug bewegt und wenn ja in welche Fahrtrichtung, und dass die Fahrsteuereinheit diese ermittelte Bewegung und/oder die detektierte Fahrtrichtung mit den Eingangsbefehlen vergleichen und bei einer wesentlichen Abweichung ein Störungssignal als Ausgangssignal abgeben kann, welches insbesondere die Traktion einer Antriebsanlage stoppen oder unterbrechen kann.
Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es, dass die Sicherheitsüberwachung bezüglich unerwünschter Bewegung unabhängig von der Messung von Antriebsparametern möglich ist. Die Umsetzung ist sehr einfach und doch zuverlässig möglich. Die Erfindung bietet Vorteile bei der Realisierung der funktionalen Sicherheit.
Aufgrund der kontinuierlich ermittelten Positionssignale kann sehr schnell erkannt werden, ob sich das Fahrzeug bewegt und in welche Fahrtrichtung es sich bewegt. Im Vergleich mit dem Fahr- oder Bremssignal und/oder einem Fahrtrichtungssignal wird ermittelt, ob die Bewegung und die Fahrtrichtung erwünscht sind. Falls es eine wesentliche Abweichung der ermittelten Werte von den Eingangsbefehlen gibt, wird die Traktion aus Sicherheitsgründen unterbrochen. Die Unterbrechung oder das Stoppen der Traktion kann beispielsweise derart erfolgen, dass die Energiezufuhr zum Motor (Strom oder Treibstoff) unterbrochen wird oder dass eine Bremse angesteuert wird oder dass eine Kupplung zwischen Antriebsmotor und Rädern geöffnet wird. Denkbar ist die Erfindung auch für Fahrzeuge ohne Räder, die zum Beispiel Ketten oder Magnetschwebeantriebe aufweisen.
Der Motor kann ein Verbrennungsmotor, ein E-Motor oder auch ein Hybridantrieb sein.
Genauso erfindungsgemäß kann die Vorrichtung auch entweder nur die unerwünschte Traktion oder nur die falsche Fahrtrichtung überwachen. Beispielsweise kann bei Fahrzeugen, die kaum rückwärts fahren - wie etwa bei Bussen, nur die unerwünschte Traktion überwacht werden. Dagegen kann es etwa bei Schienenfahrzeugen auch in bestimmten Fällen sinnvoll sein, nur die Fahrtrichtung zu überwachen.
Anwendungen für diese Vorrichtung sind nicht nur in Schienenfahrzeugen, sondern besonders auch in Bussen, Baufahrzeugen oder anderen Nutzfahrzeugen zu finden. Insbesondere wenn es sich um Elektro-Fahrzeuge handelt, bei denen die Traktion über einen E-Motor erzeugt wird, kann die Erfindung vorteilhaft eingesetzt werden, da hier die Ansteuerung der Antriebsanlage und die Unterbrechung der Traktion gut umgesetzt werden kann. Darüber hinaus ist die erfinderische Lösung auch für autonom oder teil-autonom fahrende Fahrzeuge sehr gut anwendbar, da hier besondere Sicherheitsvorkehrungen nötig sind. Beispielsweise für Baufahrzeuge auf der Baustelle, Nutzfahrzeuge auf Betriebsgelände, Pkw oder Busse.
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführung umfasst die Vorrichtung einen Fahr- und Bremsschalter zur Erzeugung des Fahrsignals oder Bremssignals. Das kann ein manuell zu betätigender Schalter sein und es kann alternativ ein Signalgeber zum Beispiel aus einer Steuerung für autonomes Fahren sein. Dadurch wir festgelegt, ob sich das Fahrzeug bewegen und seine Position verändern darf oder nicht.
Zusätzlich kann die Antriebsteuerung einen Fahrtrichtungsschalter zur Erzeugung des Fahrtrichtungssignals umfassen. Somit wird manuell oder von einer Steuerung vorgegeben, welches die gewünscht und welches die falsche Fahrtrichtung ist.
Besonders bevorzugt weist die Antriebssteuerung eine oder mehrere weitere Satellitennavigationseinheiten auf, die ein weiteres oder mehrere weitere Positionssignale an die Fahrsteuereinheit übermitteln können. So kann eine Redundanz bezüglich der Systeme erreicht werden. Fehler an einer Einheit wirken sich nicht sofort auf die Sicherheit aus. Eine hohe funktionale Sicherheit ist wichtig. Darüber hinaus können die verschiedenen Signale der Satellitennavigationseinheiten auch miteinander verglichen und auf Konsistenz überprüft werden, so dass eine zuverlässigere und genauere Bestimmung möglich wird.
Insbesondere ist es von Vorteil, wenn die weitere oder die weiteren Satellitennavigationseinheiten ein anderes oder mehrere andere Satellitensysteme nutzen als die erste Satellitennavigationseinheit. Wenn zum Beispiel zwei oder drei verschiedene Systeme wie zum Beispiel GPS, Galileo oder Glonass genutzt werden. So kann eine mehrfache Redundanz erreicht werden und auch mangelnde Abdeckung in bestimmten Gebieten durch einzelne Satellitensysteme kompensiert werden, indem ein anderes System genutzt wird.
Ein weiterer Vorteil bietet sich, wenn die Fahrsteuereinheit so ausgeführt ist, dass sie unabhängig von einer Antriebsanlage eine Traktion und die Fahrtrichtung des Fahrzeugs erkennen kann. Dadurch dass keine Parameter der Antriebsanlage wie etwas Druck, Drehzahl, Strom oder ähnliches benötigt wird, kann auf zusätzliche Sensoren in oft harten Umgebungsbedingungen verzichtet werden. Zudem kann die Vorrichtung ohne Schwierigkeiten in Kombination mit sehr unterschiedlichen Antriebsanlagen benutzt werden, da keine speziellen antriebsspezifischen Parameter überwacht werden müssen. Im Hinblick auf die funktionale Sicherheit ist es ebenfalls ein Vorteil, wenn relevanten Signale unabhängig von der Antriebsanlage sind.
Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auch auf einen Antriebsstrang für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Schienenfahrzeug, umfassend eine Antriebsanlage zur Erzeugung der Traktion des Fahrzeuges und eine Vorrichtung zur Antriebssteuerung nach Anspruch 1 oder nach einem der abhängigen Ansprüche. Die Vorteile sind analog zu den zuvor genannten.
Die Fahrsteuereinheit übermittelt dabei ein Traktionssignal (On oder Off) und/oder ein Fahrtrichtungssignal an die Antriebsanlage, wobei das Traktionssignal auf „Off“ gesetzt wird, wenn eine unerwünschte Bewegung oder eine falsche Fahrtrichtung und somit eine Fehlfunktion des Antriebes erkannt wird.
Die erfindungsgemäße Lösung für den Antriebsstrang ist besonders geeignet für eine Antriebsanlage, die einen E-Motor zur Erzeugung der Traktion umfasst. Insbesondere ist hierbei auch ein Traktions-Umrichter zur Frequenzsteuerung des E-Motors vorhanden.
Insbesondere ist die Erfindung auch für ein Fahrzeug anwendbar. Das erfindungsgemäße Fahrzeug umfasst eine Antriebsanlage und eine Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche. Die Vorteile der Vorrichtung zur Antriebssteuerung sind auch für das gesamte Fahrzeug ein Gewinn an Sicherheit beziehungsweise ermöglichen es, die Sicherheitsanforderungen einfacher und kostengünstiger zu erfüllen.
Anhand von Ausführungsbeispielen werden weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung erläutert unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Ausführung

Die Figur zeigt das Fahrzeug 1, hier als Schienenfahrzeug mit Drehgestellen dargestellt. Die Erfindung kann wie zuvor genannt in analoger Weise auch für andere Fahrzeuge, zum Beispiel Baufahrzeuge, Nutzfahrzeuge, Busse oder Pkw und insbesondere auch für Elektrofahrzeuge vorteilhaft eingesetzt werden.
Die Antriebsanlage 2 sorgt für die Traktion des Fahrzeuges. Es kann sich dabei um einen Antriebsstrang mit Verbrennungsmotor und Getriebe handeln, unter anderem mit einem Schaltgetriebe oder einem Automatgetriebe. Oder es ist ein Antriebsstrang mit Elektromotor, Umrichter und optionalem Getriebe - gegebenenfalls auch als Hybridantrieb ausgebildet. Und genauso kann eine E-Achse oder ein Rad-Direktantrieb in der Antriebsanlage verwendet werden.
Die Fahrsteuereinheit 3 steuert die Antriebsanlage 2 und gibt als Ausgangssignale ein Traktionssignal (On oder Off) sowie ein Fahrtrichtungssignal an die Antriebsanlage 2 weiter. Vom Fahr-/ Bremsschalter 7 wird das Fahrsignal (Ja oder Nein) und vom Fahrtrichtungsschalter 6 das Fahrtrichtungssignal als Eingangsbefehle an die Fahrsteuereinheit 3 übermittelt.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwei Satellitennavigationseinheiten 4,5 vorhanden. Jede der Satellitennavigationseinheiten 4,5 übermittelt kontinuierlich oder in kurzen Abständen ein Positionssignal an die Fahrsteuereinheit 3. Diese ermittelt daraus, ob eine Bewegung stattfindet und wenn ja in welche Fahrtrichtung. Die aus den Positionssignalen ermittelten Informationen werden mit den Eingangsbefehlen verglichen. Wird eine Bewegung ermittelt, obwohl der Eingangsbefehl kein Fahrsignal war, oder wird eine falsche Fahrtrichtung erkannt, so wird als Ausgangssignal Traktion OFF an die Antriebsanlage übermittelt und das Fahrzeug gestoppt.
Ein besonderer Vorteil dieser Ausführung ist, dass keine Informationen oder Messdaten vom Antrieb nötig sind, um die funktionale Sicherheit zu erhöhen. Somit ist die Vorrichtung für verschiedene Antriebe gut einsetzbar.
Durch Verwendung von zwei Satellitennavigationseinheiten 4,5 wird eine Redundanz im System erreicht, insbesondere wenn die beiden Einheiten verschiedene Satellitennavigationssysteme nutzen, zum Beispiel GPS oder Galileo oder Glonass. So wird das System mehrfach redundant und vermeidet sogenannten Common-Cause-Fehler. Es können auch noch weitere, insbesondere eine dritte Satellitennavigationseinheit vorgesehen werden, um die Redundanz weiter zu erhöhen.
Die Satellitennavigationseinheit 4 oder 5 kann frei am Fahrzeug positioniert werden. Das kann nah an der Fahrsteuereinheit 3 sein oder an der Antriebsanlage 2 oder so, dass ein guter Empfang der Satellitensignale gewährleistet ist, oder so, dass die Einheiten gut vor Umwelteinflüssen geschützt sind.
Bezugszeichenliste

1: Fahrzeug
2: Antriebsanlage
3: Fahrsteuereinheit
4: Satellitennavigationseinheit
5: weitere Satellitennavigationseinheit
6: Fahrtrichtungsschalter
7: Fahr-/Bremsschalter

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 19950395 A1 [0003]

Claims

Vorrichtung zur Antriebssteuerung eines Fahrzeuges (1) umfassend eine Fahrsteuereinheit (3) und zumindest eine Satellitennavigationseinheit (4), wobei die Fahrsteuereinheit (3) so ausgebildet ist, dass sie als Eingangsbefehle ein Fahrsignal oder Bremssignal und/oder ein Fahrtrichtungssignal empfangen kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Satellitennavigationseinheit (4) so mit der Fahrsteuereinheit (3) verbunden ist, dass sie dauerhaft oder wiederkehrend ein Positionssignal an die Fahrsteuereinheit (3) übermitteln kann, dass die Fahrsteuereinheit (3) aus mehreren zeitlich nacheinander folgenden Positionssignalen ermitteln kann, ob sich das Fahrzeug (1) bewegt und wenn ja in welche Fahrtrichtung, und dass die Fahrsteuereinheit (3) diese ermittelte Bewegung und/oder die detektierte Fahrtrichtung mit den Eingangsbefehlen vergleichen und bei einer wesentlichen Abweichung ein Störungssignal als Ausgangssignal abgeben kann, welches insbesondere die Traktion einer Antriebsanlage stoppen oder unterbrechen kann.
Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen Fahr- und Bremsschalter (7) zur Erzeugung des Fahrsignals oder Bremssignals umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen Fahrtrichtungsschalter (6) zur Erzeugung des Fahrtrichtungssignals umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine oder mehrere weitere Satellitennavigationseinheiten (5) umfasst, die ein weiteres oder mehrere weitere Positionssignale an die Fahrsteuereinheit (3) übermitteln können.
Vorrichtung nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass die weitere oder die weiteren Satellitennavigationseinheiten (5) ein anderes oder mehrere andere Satellitensysteme nutzen als die Satellitennavigationseinheit (4).
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrsteuereinheit (3) so ausgeführt ist, dass sie unabhängig von Signalen aus einer Antriebsanlage (2) eine Traktion und die Fahrtrichtung des Fahrzeugs (1) erkennen kann.
Antriebsstrang für ein Fahrzeug (1), insbesondere für ein Schienenfahrzeug, umfassend eine Antriebsanlage (2) zur Erzeugung der Traktion des Fahrzeuges (1) dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung zur Antriebssteuerung nach einem der vorherigen Ansprüche vorhanden ist.
Antriebsstrang nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrsteuereinheit (3) ein Traktionssignal und/oder ein Fahrtrichtungssignal an die Antriebsanlage (2) übermitteln kann.
Antriebsstrang nach Anspruch 7 oder 8 dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsanlage (2) einen E-Motor zur Erzeugung der Traktion umfasst.
Fahrzeug (1), insbesondere Schienenfahrzeug, umfassend eine Antriebsanlage (2) dadurch gekennzeichnet, dass es eine Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche aufweist.