DE19835944A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Gleiswechselerkennung an Weichen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Gleiswechselerkennung an Weichen, der Erkennung der Verzweigung von Weichen nach rechts oder links im spurgebundenen Verkehr, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß bei Überfahrt über eine Weiche bauartbedingte Eigenschaften der rechts- und linksabgehenden Schienenstränge vom Fahrzeug während der Überfahrt über eine Weiche sensorisch erfaßt werden, die Richtungsinformation daraus abgeleitet wird und die aufgenommenen Informationen zur gleisselektiven Ortung genutzt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Gleiswechselerkennung an Wei­ chen nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Zur Steuerung und Überwachung des Bahnbetriebes werden üblicherweise Stellwerke in unter­ schiedlicher technischer Ausgestaltung verwendet. Diese dienen dazu, für die einzelnen Züge Fahrstraßen zu steilen und die eingestellten Fahrstraßen gegen Gegen-, Folge- und Flanken­ fahrten anderer Züge zu sichern.

Hierzu sind in gewissen Abständen entlang der Gleise Lichtsignale angeordnet, über die das Vorrücken und das Anhalten von Zügen unmittelbar gesteuert wird. Zusätzlich gibt es im Gleis angeordnete Übertragungseinrichtungen, die auf den Zügen eine Zwangsbremsung auslösen, wenn sie aus irgendeinem Grunde ein "Halt"-zeigendes Signal überfahren oder ein "Fahrt"-zei­ gendes Signal mit einer zu hohen Geschwindigkeit passieren.

Der Aufwand für die Gewährleistung der Sicherheit durch diese dargestellte Lösung ist außer­ ordentlich hoch, so daß bereits bei stellwerkslosem Betrieb dezentrale Steuerungen bei den Fahrwerkelementen verwendet werden, wie sie prinzipiell von den elektrisch ortsbedienten Weichen her bekannt sind.

Diese sind Weichen, die von den sich ihnen nähernden Fahrzeugen oder Zügen aus, z. B. durch Funksignale, individuell gestellt werden können.

Ferner ist bereits ein Zugsicherungssystem mit der DE 195 26 159 C1 bekannt geworden, wel­ ches darauf basiert, daß die eine Strecke befahrenden Züge ihre Fahrwege selbst stellen und überwachen, indem sie bei den in ihrem Fahrweg liegenden Gleisverzweigungen Anforderun­ gen auf Zuteilung der Zugriffsberechtigung hinterlassen.

Jede Gleisverzweigung kann eine solche Zugriffsberechtigung nur einem einzigen Zug erteilen. Andere Züge können danach für diese Gleisverzweigung allenfalls Anforderungen auf Zutei­ lung der Zugriffsberechtigung hinterlegen.

Diese Anforderungen können später nach Rückgabe der erteilten Zugriffsberechtigung an die Gleisverzweigung durch einen dazu berechtigten Zug einzeln nacheinander zu einer Zuteilung der Zugriffsberechtigung an die anderen Züge führen.

Wenn mehrere Züge Anforderungen auf Zuteilung einer Zugriffsberechtigung an eine Gleisver­ zweigung stellen, muß die Gleisverzweigung für sich entscheiden, welchem Zug sie die Zu­ griffsberechtigung erteilen will.

Die Konfliktlösung wird mit Hilfe eines für die Gleisverzweigung hinterlegten Zuteilungsalgo­ rhythmus gefunden. Dieser Zuteilungsalgorhythmus kann vorsehen, die Zuordnung der Zu­ griffsberechtigung vom zeitlichen Rang der Hinterlegung der Anforderungen bei der betreffen­ den Gleisverzweigung abhängig zu machen.

Es ist aber auch möglich, den Zügen bestimmte Kennungen beizugeben und diese zu analysie­ ren, wobei dann mit jeder neu anstehenden Zuteilung der Zugriffsberechtigung jeweils der Zug bedacht wird, dem augenblicklich die nach den beigegebenen Kennungen höchste Priorität zukommt. Ferner ist es auch möglich, daß ein Bahnbediensteter in das automatische Zutei­ lungsverfahren eingreift und bedarfsweise von Hand die Reihenfolge vorgibt, in der die Zu­ griffsberechtigung an die anfordernden Züge vergeben wird.

Eine weitere Entwicklung bzw. neuere Methode für die dezentrale Steuerung des Fahrbetriebes im Bahnwesen ist dadurch charakterisiert, daß auf den Fahrzeugen elektronische Strecken­ nachbildungen in Form sogenannter Streckenatlanten vorhanden sind, in denen mindestens für ausgewählte Streckenpunkte Datensätze hinterlegt sind, die die Ortsposition des betreffenden Streckenpunktes und gegebenenfalls weitere, für den Bahnbetrieb relevante Daten, wie z. B. Gleisneigungen, Kurvenradien und/oder Streckenhöchstgeschwindigkeiten beinhalten. Da diese Daten mindestens mittelbar Einfluß nehmen auf die Fahrzeugsteuerung, ist es notwendig, nicht nur dafür zu sorgen, daß die jeweils richtigen und aktuellen Daten im Streckenatlas hinterlegt sind, sondern es muß auch sichergestellt sein, daß nur die Daten, die für einen bestimmten Streckenpunkt hinterlegt wurden, bei der Bearbeitung des Streckenpunktes abgefragt und be­ wertet werden.

Mit diesen innovativen Lösungen soll versucht werden, bei der Ortung mobiler Einheiten die derzeitige Referenzierung auf physikalische Fahrwegabbilder durch eine Referenzierung auf informationstechnische Abbilder in Form der digitalen Streckenatlanten zu ersetzen.

Die Inhalte eines derartigen Streckenatlas können mit Hilfe verschiedener Verfahren zur Or­ tung herangezogen werden. So können im Streckenatlas topologische, geometrisch und topo­ graphische Eigenschaften des Streckennetzes vorgehalten werden, wobei sich Topologie, Geo­ metrie und Topographie zur Funktion Ortung auf verschiedene Weise entsprechend kombinie­ ren lassen. Jede dieser Repräsentationsformen ermöglicht Teilsystemfunktionen der absoluten Ortung der mobilen Betriebsmittel im Streckennetz. Ihre Kombination in einem Ortungsmodul sichert da­ rüber hinaus Entwurfsdiversität, die möglicherweise sogar durch Trennung des Streckenatlas auf Funktionseinheiten durchgehalten werden sollte. Eine der verschiedenen Methoden fahr­ zeugautarker Ortung ist die topologische Ortung, welche streckennetzbezogen ist und unmit­ telbar Systembestandteil eines Zugsicherungssystems ist, wobei zur Erkennung oder Bestim­ mung der Weichenrichtungen während der Überfahrt bisher keine entsprechenden Verfahren und Einrichtungen bekannt sind.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Gleiswechselerkennung an Weichen zu entwickeln, womit unmittelbar die Stellung der über­ fahrenen Weiche erfaßt werden kann und als Information in ein Zugsicherungssystem Eingang findet.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruches 1 und 5 gelöst.

Besondere Ausgestaltungen und vorteilhafte Lösungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

In Erkenntnis dessen, daß die topologische Ortung eine spezielle Ausprägung von technischer und logischer Ortung ist, bei der das in Form eines attributierten Graphen mit Knoten und Kanten (topologische Karte) repräsentierte Streckennetz auf den kilometrierten Gleiskanten mit relativer Wegmessung und an den Gleisknoten mit binärer rechts-links-Information absolut verfolgt werden kann, könnte diese binäre rechts-links-Information auch von einem Stellwerk oder von elektrisch-ortsbedienten Weichen (EOW) geliefert werden, sofern keine fahrzeugaut­ arke Sensorik verfügbar ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren bezieht sich nun demgegenüber darauf die Lage einer Wei­ che während der Überfahrt des entsprechenden Schienenfahrzeuges ohne Stellwerksinforma­ tionen zu erkennen, das heißt, eine Gleiswechselerkennung an Weichen, welche durch eine Vorrichtung realisiert wird, die als Weichensensor bezeichnet werden kann.

Dadurch kann sonst notwendiger Kommunikationsaufwand mit dem Stellwerk vermieden wer­ den, außerdem funktioniert die fahrzeugautarke Ortung auch bei Ausfall der Kommunikations­ verbindungen.

Dies bedingt auch, daß folgende Funktionskomponenten, wie relative Wegmessung, Topolo­ gieerfassung bezüglich der Stellung der Weiche und ein Streckenatlas mit Topologie und Kilo­ metrierung benötigt werden.

Wesensmerkmal des neuen Verfahrens ist somit, daß bei Überfahrt über eine Weiche der Rich­ tungsverlauf des Schienenstranges sensorisch erfaßt und die Richtungsinformation daraus ab­ geleitet wird, wobei mindestens zwei der aufgenommenen Informationen zu einer physikali­ schen Sensorkomponente zusammengefaßt werden. Die aufgenommenen Informationen finden Eingang in die Ortung und dienen der Gleisselektivität. Die örtliche Korrelation des Kreuzungsprofiles wird mit der im Streckenatlas abgespeicherten zum Rücksetzen des Vertrauensintervalles des Weges genutzt, wobei das gesamte Verfahren diskret arbeitet.

Zur Erfindung gehört auch, daß datentechnisch die jeweils überfahrende Weiche als eine na­ türliche Balise bewertet wird und daß eine derartige Information als ein auf die Weiche refe­ renzierter Rücksetzungspunkt und Richtung angegeben wird, ohne daß ein großes Datenvolumen im Streckenatlas erforderlich ist, wobei der Verlauf der jeweils überfahrenen Weiche im Streckenatlas gespeichert wird und bei Übereinstimmung mit dem Verlauf aus dem Streckenatlas die Weiche als erkannt gilt.

Zur Erfindung gehörig ist ferner, daß mittels eines zusätzlichen Korrelationsverfahrens weitere Informationen, beispielsweise Querbeschleunigungen oder Drehraten, beim Überfahren von Weichen registriert werden. Gemäß des Anspruches 5 ist die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens als ein Wei­ chensensor ausgebildet, der aus mindestens zwei Metalldetektoren besteht, die quer zur Fahrt­ richtung, der Richtung des Streckenverlaufes der Gleise sowie der Weichen, am Triebfahrzeug eines Zugverbandes angeordnet sind. Der aus Metalldetektoren gebildete Weichensensor ist mit einzelnen, abgestimmten Schwing­ kreisen ausgerüstet, die die Wirkung entfalten, daß im Störfall, wenn die Induktivität der Me­ talldetektoren verändert wird, die daraus resultierende Verstimmung der Induktivität gemessen wird und über die räumliche Abfolge der Verstimmung auf die Kreuzungsrichtung des überstrichenen Schienenstranges geschlossen werden kann.

Mit nachfolgendem Ausführungsbeispiel soll die Erfindung näher erläutert werden.

Die dazugehörige Zeichnung zeigt in

Fig. 1 einen Schienenstrang mit nach links überfahrbarer Weiche,

Fig. 2 einen Schienenstrang mit nach rechts überfahrbarer Weiche,

Fig. 3 Wirkschema eines Weichensensors in einem Weichenbereich.

Aus den Darstellungen nach Fig. 1 und Fig. 2 ergibt sich unmittelbar die Einbindung einer Weiche 3 in ein Gleissystem, wobei die Darstellung nach Fig. 1 die Variante oder auch Fahrt­ richtung darstellt, wenn die Weiche 3 nach links überfahren wird, während die Darstellung nach der Fig. 2 die Situation darstellt, wenn die Weichen 3 nach rechts überfahren wird. Unmittelbar aus dem Verlauf der einzelnen Gleisschienen 5, der Einbindung der Weichen 3 und dem Kreuzungsverlauf innerhalb dieses Weichenbereiches wird verdeutlicht, wie die einzelnen Schienenstränge 2; 4 sich kreuzen, woraus die unabänderliche Eigenschaft einer jeden Weiche 3 resultiert, nämlich der Verlauf der bei einer Überfahrt sich kreuzenden Schienenstränge 2; 4. Wird eine Weiche 3 nach links überfahren, wie in der Fig. 1 gezeigt, so kreuzt der aus Metall bestehende Schienenstrang 2, vom Fahrzeugbezugssystem aus gesehen, von links nach rechts, während bei der Überfahrt nach rechts, der Schienenstrang 4 von rechts nach links das Metall kreuzt, wie in der Fig. 2 gezeigt.

Dieses Kreuzen ist eine witterungsunabhängige Eigenschaft der Schienenstränge 2; 4 bzw. des gesamten Gleissystems und wird bei der Anwendung des vorgestellten Verfahrens genutzt, in­ dem ein aus Metalldetektoren bestehender Weichensensor 1 diesen Kreuzungsverlauf der ein­ zelnen Gleisschienen 5 der Schienenstränge 2; 4 aufnimmt und diese aufgenommene Informa­ tion zur Aufrechterhaltung der Gleisselektivität nutzt.

Die Ausbildung und Anordnung eines derartigen Weichensensors 1 ist prinziphaft in der Fig. 3 dargestellt, wobei der Weichensensor 1 z. B. am vorderen Bereich des Triebfahrzeuges eines Zugverbandes angeordnet ist.

Der Weichensensor 1 steht dabei unmittelbar mit den Gleisschienen 5 und der Weichenzunge 6 in Funktions- und Wirkverbindung, dies in der Art und Weise, daß der jeweilige Gleisschienen­ verlauf 5 bzw. der Verlauf der Weichenzunge 6 über den Weichensensor 1 erfaßt und von die­ sem als Information aufgenommen und weiterverarbeitet wird.

Eine bevorzugte Ausführungsvariante des Weichensensors 1 ist, daß dieser Weichensensor 1 beispielsweise aus einzelnen, abgestimmten Schwingkreisen aufgebaut ist und so arbeitet, daß bei Verstimmung der Schwingkreise des Weichensensors 1, der Grad der Verstimmung gemes­ sen werden kann. Über die räumliche Abfolge der Verstimmung nebeneinander liegender Metalldetektoren eines Weichensensors 1 kann auf die Kreuzungsrichtung der überstrichenen Schienenstränge 2; 4 geschlossen werden. Diese Art der Gleiswechselerkennung ist vorteilhaft, da eine rechts-links-Information ohne die Notwendigkeit vieler Informationen im Streckenatlas erreicht wird, da die genutzte Eigenschaft jeder Weiche zu eigen ist. Andere Eigenschaften sind an jeder Weiche unterschiedlich, so daß die Informationen jeweils im Streckenatlas zu hinterlegen sind. Das bedeutet hohen Äquisa­ tions- und Wartungsaufwand des Streckenatlas.

Manipulationen oder Sabotage an einem Schienenstrang/Weiche kann für die Ortsbestimmung ausgeschlossen werden, indem ein Ortserwartungsfenster für die Weiche in bezug auf die Daten des Streckenatlas aufgemacht wird. Nur in diesem Fenster wird die Weiche akzeptiert. Außerdem können zusätzliche Eigenschaften der Weiche sensiert werden, wenn nämlich z. B. parallel zu diesem Verfahren ein Kraftwirkungen ausnutzendes Verfahren verwendet wird, so daß nämlich festgestellt werden kann, ob tatsächlich eine Weiche 3 überfahren wurde, da zu­ sätzlich noch das charakteristische Querbeschleunigungsprofil der Weichüberfahrt passen muß.

So ist die vorgestellte Lösung in der Lage, infolge der Art der Verbindung vom Weichensensor 1 zum Streckenatlas, daß die Wechselbeziehungen bzw. Fehler der Korrelation auf metallische Werkstücke in den Schienenstrangbereichen 2; 4 unmittelbar Berücksichtigung finden und der­ art ausgewertet werden, daß tatsächlich eine Endinformation vorliegt, mit der Aussage, daß die Weiche 3 als erkannt angesehen wird oder auch nicht.

So können Anzeigen von falschen Richtungen auf die Fehlerursachen zurückzuführen sein, ob ein unbekannter metallischer Gegenstand quer zwischen den Schienensträngen 2; 4 oder auch auf der Weiche 3 liegt. Zur Beseitigung bzw. Maskierung ist diese Beziehung zwischen den Elementen so hergestellt, daß der Verlauf der Weiche 3 im Streckenatlas gespeichert ist und nur, wenn der aktuell aufge­ nommene Verlauf mit dem Verlauf aus dem Streckenatlas übereinstimmt, die Weiche 3 als er­ kannt angesehen wird.

Wie bereits weiter oben ausgeführt, kann ein zusätzliches Korrelationsverfahren, z. B. Querbe­ schleunigungen oder Drehraten, beim Überfahren der jeweiligen Weiche 3 registrieren, was zu­ sätzliche Sicherheit bedeutet.

Claims (7)

1. Verfahren zur Gleiswechselerkennung an Weichen, der Verzweigung von Weichen nach rechts oder links im spurgebundenen Verkehr, dadurch gekennzeichnet, daß bei Überfahrt über eine Weiche (3) bauartbedingte Eigenschaften der rechts- und linksabgehenden Schienenstränge (2; 4) vom Fahrzeug während der Überfahrt über eine Weiche (3) sensorisch erfaßt werden, die Richtungsinformation daraus abgeleitet wird und die aufgenommen Informationen zur gleisselektiven Ortung genutzt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß datentechnisch die jeweils überfahrene Weiche (3) als eine natürliche Balise bewertet wird und die daraus abgeleiteten Informationen als ein auf die Weiche (3) refenzierter Rücksetzungspunkt und ihrer Richtung angegeben werden, ohne daß ein großes Datenvolumen im Streckenatlas erforderlich ist.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verlauf der Weiche (3) im Streckenatlas gespeichert und bei Überstimmung mit dem Verlauf aus dem Streckenatlas, die Weiche (3) als erkannt erfaßt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mittels eines zusätzlichen Korrelationsverfahrens weitere Informationen, beispielsweise Querbeschleunigungen oder Drehraten, beim Überfahren von Weichen (3) registriert werden.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung als ein Weichensensor (1) ausgebildet ist und aus mindestens zwei Metalldetektoren besteht, die nebeneinander quer zur Fahrtrichtung, der Richtung des Streckenverlaufes der Gleise (5) sowie der Weichen (3), angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der aus Metalldetektoren bestehende Weichensensor (1) mit einzelnen, abgestimmten Schwingkreisen ausgerüstet ist und im Störfall, wenn die Induktivität der Schwingkreise durch Metalle in der Umgebung des Weichensensors (1) verändert wird, deren Verstimmung gemessen und über die räumliche Abfolge der Verstimmung der Metalldetektoren auf die Kreuzungsrichtung des überstrichenen Schienenstranges (2; 4) geschlossen wird.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Weichensensoren (1) unter dem schienengebundenen Fahrzeug angeordnet sind und der Weichensensor (1) den gesamten Bereich eines Gleisbettes (7) zwischen zwei Rädern (8) überstreicht.