EP3521132B1 - Verfahren zum erkennen eines fahrschlauchs bei schienengebundenen fahrzeugen - Google Patents

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EP3521132B1
EP3521132B1 EP19152796.9A EP19152796A EP3521132B1 EP 3521132 B1 EP3521132 B1 EP 3521132B1 EP 19152796 A EP19152796 A EP 19152796A EP 3521132 B1 EP3521132 B1 EP 3521132B1
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Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
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    • B61L23/04—Control, warning or like safety means along the route or between vehicles or trains for monitoring the mechanical state of the route
    • B61L23/041—Obstacle detection
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L15/00—Indicators provided on the vehicle or train for signalling purposes
    • B61L15/0072—On-board train data handling
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B61L25/00—Recording or indicating positions or identities of vehicles or trains or setting of track apparatus
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    • B61L25/00—Recording or indicating positions or identities of vehicles or trains or setting of track apparatus
    • B61L25/02—Indicating or recording positions or identities of vehicles or trains
    • B61L25/025—Absolute localisation, e.g. providing geodetic coordinates

Definitions

  • the present invention relates to a method for detecting collisions between rail-bound vehicles and objects, for use as an aid for collision avoidance in the field of driver assistance systems.
  • Driver assistance systems help the driver to carry out his tasks as a driver of a vehicle and are state of the art in the field of railless motor vehicles.
  • Systems such as distance control to the vehicle in front or assistants for keeping or changing lanes play an important role in preventing accidents in increasingly dense traffic. Collision warning and accident avoidance systems make a particularly large contribution to this.
  • the driving path determines the area through which the vehicle travels with its light profile in the expected lane. It thus describes a trajectory in which the vehicle will move in one or more subsequent time periods.
  • these driving tubes usually have a blur that increases with the distance to the vehicle, since, as mentioned, the course of a driving tube depends on the current steering angle and thus on the operation of the vehicle driver and the driver's steering impulse cannot usually be completely predicted.
  • Optical sensors as well as radar, lidar or ultrasonic sensors, are also used to detect the surroundings and thus to detect objects and obstacles that may cause a collision.
  • Analysis modules determine the current situation from the recorded driving path of the vehicle and the sensor data and then take measures to avoid accidents, such as triggering one or more warning levels and even intervening in the braking system.
  • the digital route network obtained can be stored in a database and is therefore available for future trips.
  • the driving path can thus be determined very precisely with a device according to the invention.
  • at least one sensor of the vehicle is optimized in the direction of its movement based on the information of the driving route obtained through the previous method steps in order to better detect potential collision-causing objects and the environment relevant to the driving route.
  • Storing further route information such as a curve profile, a speed profile or an altitude profile when converting the route network into a digital route network in a database according to claim 3, enables the relevant data to be further used for further systems to increase the safety or efficiency of the drive.
  • Possible uses include, for example, a speed warning system in the event that a maximum speed stored as a speed profile is exceeded or a system that can use the height profile of a route to improve the efficiency of the drive. This means important aspects such as safety and reduced consumption can be further improved.
  • a transfer of the route network into a digital route network using a location technology such as GPS according to claim 4 represents a reliable and technically simple way to implement the transfer of the route network.
  • the recording of a time stamp according to claim 7 enables a comparatively easy association between respective position data and movement data.
  • Fig. 1 shows a block diagram to show the flow of the method, explained in more detail.
  • the physical route network 1 is converted into a digital route network 2 via GPS and stored in a database.
  • the position data 4 of the vehicle from the current position 3 of the vehicle is also recorded via GPS together with an associated time stamp that contains the information of the recorded time.
  • the current movement data 6 of the vehicle such as speed and acceleration, are also recorded with a time stamp using suitable sensors.
  • the information thus obtained from the current position data 4 and the current movement data 6 is passed on together with the digital route network to a device for determining the route 9.
  • the current position data 4 is placed in the digital route network 2 and the movement data 6 is assigned to the corresponding position data 4 based on the time stamp. This allows the driving route determination device 9 to determine the driving route 10.
  • the information from the driving route thus obtained is used to optimize the alignment of the sensors 12 in the direction of the movement of the vehicle in order to better detect potential collision-causing objects and the environment relevant to the driving route.
  • the information is passed on to an analysis module 11 together with the data from the object/environment detection 8, which was recorded by the sensors 12, such as optical sensors, radar sensors or the like, for detecting collision-causing objects and the environment.
  • the analysis module decides on the measures to be taken to prevent collisions based on the information provided. Measures can range from acoustic or visual warning signals to intervention in the vehicle's braking system.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Traffic Control Systems (AREA)
  • Train Traffic Observation, Control, And Security (AREA)

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kollisionserkennung von schienengebundenen Fahrzeugen mit Objekten, zur Verwendung als Hilfsmittel zur Kollisionsvermeidung im Bereich der Fahrerassistenzsysteme.
  • Fahrerassistenzsysteme helfen dem Fahrer bei der Wahrnehmung seiner Aufgaben als Führer eines Fahrzeugs und sind im Bereich der schienenlosen Kraftfahrzeuge Stand der Technik. Systeme wie beispielsweise eine Abstandskontrolle zum vorausfahrenden Fahrzeug oder Assistenten zum Spurhalten oder Spurwechseln nehmen eine wichtige Rolle zur Unfallprävention im dichterwerdenden Straßenverkehr ein. Einen besonders großen Beitrag dazu leisten Kollisionswarn- und Unfallvermeidungssysteme.
  • Diese erkennen Hindernisse auf der Fahrspur, mit denen es zu einer Kollision kommen kann und geben die Information über ein Warnungserzeugungssystem durch optische, akustische oder haptische Signale weiter. Falls der Fahrer nicht reagiert, können sogar Maßnahmen eingeleitet werden, um das Fahrzeug im Notfall noch rechtzeitig vor dem Kontakt mit dem Hindernis zum Stehen zu bringen, oder zumindest die Aufprallenergie deutlich zu verringern, und somit den möglichen Schaden zu minimieren.
  • Die meisten Kollisionswarnsysteme dieser Art arbeiten bei der Kollisionsberechnung mit einem sogenannten Fahrschlauch. Der Fahrschlauch bestimmt den Bereich, den das Fahrzeug mit seinem Lichtprofil auf der voraussichtlichen Fahrspur durchfährt. Er beschreibt damit eine Trajektorie, in der das Fahrzeug sich in einem oder mehreren darauffolgenden Zeitabschnitt(en) bewegen wird.
  • Durch eine Messung des aktuellen Lenkwinkels und weiterer Fahrzeugparameter lassen sich präzise Aussagen über den Verlauf des Fahrschlauchs gewinnen. Neben dem Lenkwinkel werden zur Bestimmung des Fahrschlauchs zudem meist optische Sensoren wie beispielsweise Kameras verwendet, die Fahrbahnmarkierungen wie Mittellinien oder Seitenstreifen erkennen und aufnehmen.
  • Jedoch weisen diese Fahrschläuche üblicherweise eine mit der Entfernung zum Fahrzeug wachsende Unschärfe auf, da der Verlauf eines Fahrschlauchs wie erwähnt vom aktuellen Lenkwinkel und damit von der Bedienung des Fahrzeugführers abhängig ist und der Lenkimpuls des Fahrers in der Regel nicht vollständig vorhergesagt werden kann.
  • Zur Erfassung der Umgebung und damit zur Erkennung von möglicherweise kollisionsverursachenden Objekten und Hindernissen, werden ebenfalls optische Sensoren, aber auch Radar-, Lidar- oder Ultraschallsensoren, verwendet.
  • Aus dem erfassten Fahrschlauch des Fahrzeugs und den Sensordaten ermitteln Analysemodule die aktuelle Situation und ergreifen anschließend Maßnahmen zur Unfallvermeidung, wie beispielsweise das Auslösen einer oder mehrerer Warnstufen, bis hin zum Eingriff in das Bremssystem.
  • Kollisionswarn- und Vermeidungssysteme für schienengebundene Fahrzeuge befinden sich noch in der Erprobung und sind noch nicht weit verbreitet. Im Patentdokument DE 10 2014 206 473 A1 ist ein Verfahren zum Erkennen eines Fahrschlauchs beschrieben. Dazu wird die aktuelle Position des Fahrzeugs auf einem hinterlegten Streckennetz bestimmt und mit Hilfe der aktuellen Bewegungsdaten ein Fahrschlauch ermittelt. Potentielle kollisionsverursachende Objekte werden von Sensoren des Fahrzeugs erfasst und gegebenenfalls eine Warnung an den Fahrzeugführer ausgegeben.
  • Ein Hauptproblem stellt dabei bisher die Ermittlung eines exakten Fahrschlauchs dar, da Schienenfahrzeuge wie Straßenbahnen häufig enge Kurven von 90° und mehr durchfahren und optische Sensorsysteme den Fahrschlauch, und gegebenenfalls kollisionsverursachende Hindernisse, durch eine zu wenig in Fahrtrichtung ausgerichtete Sensororientierung nur unzureichend erfassen können. Des Weiteren fehlen bei Schienentrassen in der Regel optische Markierungen, die eine Voraussetzung für eine Erkennung des Fahrschlauches durch optische Sensoren sind. Zudem ist die Aufnahme eines Lenkwinkels bei Schienenfahrzeugen nicht möglich. Somit ist eine zuverlässige und präzise Aufnahme des Fahrschlauchs nach herkömmlichen bekannten Mitteln aus dem schienenlosen Verkehr nicht umzusetzen. Dennoch soll auf die Sicherheit, die Fahrerassistenzsysteme und im Besonderen Kollisionswarn- und Unfallvermeidungssysteme den Teilnehmern im modernen Straßenverkehr bieten können, nicht verzichtet werden.
  • Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe des erfindungsgemäßen Verfahrens, der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Analysemoduls, eine Möglichkeit zur zuverlässigen und präzisen Erkennung des Fahrbahnschlauchs und kollisionsverursachender Objekte anzubieten, um die Vorteile moderner Fahrerassistenzsysteme auch auf schienengebundene Fahrzeuge anzuwenden.
  • Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren sowie mit einer Vorrichtung gemäß der nebengeordneten Ansprüche gelöst. Zur präzisen und zuverlässigen Erkennung des Fahrschlauchs wird der Verlauf der Fahrtstrecke aufgenommen. Da Schienenfahrzeuge wie Straßenbahnen ausschließlich auf einem festgelegten Schienennetz fahren, kann somit der zurückzulegende Pfad des Fahrzeugs definitiv bestimmt werden.
  • Das gewonnene digitale Streckennetz kann in einer Datenbank hinterlegt werden und steht somit für künftige Fahrten zur Verfügung. In Verbindung mit der aktuellen Position des Fahrzeugs und dessen Bewegungsdaten, wie Beschleunigung und Geschwindigkeit, die ebenfalls erfasst werden müssen, kann somit der Fahrschlauch mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung sehr genau bestimmt werden. Im Anschluss daran wird wenigstens ein Sensor des Fahrzeugs in Richtung seiner Bewegung anhand der durch die vorangehenden Verfahrensschritte gewonnenen Informationen des Fahrschlauchs optimiert, um so potentielle kollisionsverursachende Objekte und die für den Fahrschlauch relevante Umgebung besser zu erfassen.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Das Speichern weiterer Streckeninformationen, wie einem Kurvenprofil, einem Geschwindigkeitsprofil oder einem Höhenprofil beim Überführen des Streckennetzes in ein digitales Streckennetz in eine Datenbank nach Anspruch 3, ermöglicht die Weiterverwendung der betreffenden Daten für weitere Systeme zur Steigerung der Sicherheit oder der Effizienz des Antriebs. Nutzbare Einsatzmöglichkeiten sind beispielsweise ein Geschwindigkeitswarnsystem im Falle einer Überschreitung einer als Geschwindigkeitsprofil hinterlegten Maximalgeschwindigkeit oder ein System, das das Höhenprofil einer Strecke für die Effizienzverbesserung des Antriebs nutzen kann. Somit können wichtige Aspekte wie Sicherheit und Verbrauchsreduzierung weiter verbessert werden.
  • Eine Überführung des Streckennetzes in ein digitales Streckennetz unter Zuhilfenahme einer Ortungstechnologie wie GPS gemäß Anspruch 4, stellt eine zuverlässige und technisch einfache Möglichkeit zur Umsetzung des Überführens des Streckennetzes dar.
  • Gleiches gilt für die Erfassung der Bewegungsdaten mit Hilfe einer Ortungstechnologie.
  • Die Erfassung der Geschwindigkeit und der Beschleunigung als Bewegungsdaten, ermöglicht eine präzisere Ausrichtung der Sensoren sowie eine präzisere Berechnung des Fahrschlauchs und erlaubt ebenso wie zuvor beschrieben die Anwendbarkeit weiterer sicherheitsrelevanter Technik, wie eines Geschwindigkeitswarnsystems.
  • Die Aufnahme eines Zeitstempels gemäß Anspruch 7, ermöglicht eine vergleichsweise leichte Zuordnung zwischen jeweiligen Positionsdaten und Bewegungsdaten.
  • Nachfolgend wird die Erfindung im Detail anhand der Fig. 1 , die ein Blockdiagramm zur Darstellung des Ablaufs des Verfahrens zeigt, näher erläutert.
    • Ausführungsbeispiel:
  • Zunächst wird das physische Streckennetz 1 in ein digitales Streckennetz 2 per GPS überführt und in einer Datenbank gespeichert. Zudem werden die Positionsdaten 4 des Fahrzeugs aus der aktuellen Position 3 des Fahrzeugs ebenfalls per GPS zusammen mit einem zugehörigen Zeitstempel, der die Information des aufgenommenen Zeitpunkts enthält, erfasst. Ebenso werden die aktuellen Bewegungsdaten 6 des Fahrzeugs, wie Geschwindigkeit und Beschleunigung, über dafür geeignete Sensoren ebenfalls mit einem Zeitstempel aufgenommen.
  • Die somit erhaltenen Informationen der aktuellen Positionsdaten 4 und der aktuellen Bewegungsdaten 6 werden zusammen mit dem digitalen Streckennetz an eine Vorrichtung zur Ermittlung des Fahrschlauchs 9 weitergegeben. Dort werden die aktuellen Positionsdaten 4 in das digitale Streckennetz 2 gelegt und die Bewegungsdaten 6 anhand des Zeitstempels zu den entsprechenden Positionsdaten 4 zugeordnet. Damit kann die Fahrschlauchermittlungsvorrichtung 9 den Fahrschlauch 10 ermitteln.
  • Die somit gewonnenen Informationen des Fahrschlauchs werden verwendet, um die Ausrichtung der Sensoren 12 in Richtung der Bewegung des Fahrzeugs zu optimieren, um so potentielle kollisionsverursachende Objekte und die für den Fahrschlauch relevante Umgebung besser zu erfassen.
  • Weiterhin werden die Informationen zusammen mit den Daten der Objekt-/ Umgebungserkennung 8, die durch die Sensoren 12, wie optische Sensoren, Radarsensoren oder dergleichen, zur Erkennung von kollisionsverursachenden Objekten und der Umgebung erfasst wurden, an ein Analysemodul 11 weitergegeben. Das Analysemodul entscheidet anschließend anhand der gegebenen Informationen über die Maßnahmen die zur Kollisionsverhinderung ergriffen werden. Maßnahmen können dabei von akustischen oder optischen Warnsignalen bis hin zu einem Eingriff in das Bremssystem des Fahrzeugs reichen.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Streckennetz
    2
    Digitales Streckennetz
    3
    Position des Fahrzeugs
    4
    Positionsdaten
    5
    Bewegung des Fahrzeugs
    6
    Bewegungsdaten
    7
    Umgebung
    8
    Daten der Objekt-/Umgebungserkennung
    9
    Vorrichtung zur Ermittlung des Fahrschlauchs
    10
    Fahrschlauch
    11
    Analysemodul
    12
    Sensoren

Claims (10)

  1. Verfahren zur Kollisionserkennung von schienengebundenen Fahrzeugen mit folgenden Schritten:
    (A) Bereitstellen eines Streckennetzes (1) auf dem sich das Fahrzeug bewegt als digitales Streckennetz (2);
    (B) Ermitteln einer aktuellen Position (3) des Fahrzeugs und Erzeugung aktueller Positionsdaten (4) des Fahrzeugs;
    (C) Erfassen einer aktuellen Bewegung (5) des Fahrzeugs und Erzeugung von aktuellen Bewegungsdaten (6) des Fahrzeugs;
    (D) Ermitteln eines Fahrschlauchs (10) anhand der erfassten Daten aus den Schritten (A), (B) und (C); dadurch gekennzeichnet, dass in einem weiteren Verfahrensschritt
    (E) die Ausrichtung von wenigstens einem Sensor (12) des Fahrzeugs in Richtung seiner Bewegung anhand der durch die vorangehenden Verfahrensschritte gewonnenen Informationen des Fahrschlauchs (10) optimiert wird, um potentielle kollisionsverursachende Objekte und die für den Fahrschlauch (10) relevante Umgebung besser zu erfassen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das digitale Streckennetz (2) aus Schritt (A) einen Verlauf der Schienen und/oder Kurvenprofile und/oder Höhenprofile und/oder Geschwindigkeitsprofile des Streckennetzes (1) aufweist und die zugehörigen Daten als Geodaten gespeichert werden.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das Bereitstellen des Streckennetzes (1) als digitales Streckennetz (2) in Schritt (A) unter Verwendung einer Ortungstechnologie durchgeführt wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Erfassen der Bewegungsdaten (6) in Schritt (C) unter Verwendung einer Ortungstechnologie durchgeführt wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Erfassen der Bewegungsdaten (6) in Schritt (C) unter Verwendung von fahrzeugeigenen Daten durchgeführt wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die aktuellen Bewegungsdaten (6) in Schritt (C) eine Beschleunigung und eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs auf den Schienen aufweisen.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei bei dem Erfassen der aktuellen Positionsdaten (4) und der aktuellen Bewegungsdaten (6) in Schritt (B) beziehungsweise Schritt (C) ein Zeitstempel miterfasst wird.
  8. Vorrichtung aufweisend mindestens einen Datenspeicher, eine CPU-Einheit, ein Mittel zur Positionserfassung eines Fahrzeugs, wenigstens einen Sensor, dazu konfiguriert potentielle kollisionsverursachende Objekte und die für den Fahrschlauch relevante Umgebung eines Fahrzeugs zu erfassen, einen Dateneingangsabschnitt und einen Datenausgangsabschnitt, dadurch gekennzeichnet, dass sie, zur Ausführung des Verfahrens zur Kollisionserkennung von schienengebundenen Fahrzeugen (10) gemäß Anspruch 1 konfiguriert ist.
  9. Vorrichtung gemäß Anspruch 8, wobei die Vorrichtung dazu konfiguriert ist, die Zuordnung der aktuellen Bewegungsdaten (6) und der aktuellen Positionsdaten (4) des Fahrzeugs anhand von einem Zeitstempel der Bewegungsdaten (6) und der Positionsdaten (4) durchzuführen.
  10. Analysemodul (11) aufweisend eine Vorrichtung zur Ermittlung eines Fahrschlauchs nach Anspruch 8 oder 9, wobei das Analysemodul dazu eingerichtet ist anhand des Fahrschlauchs und von Daten des wenigstens einen Sensors Warnmaßnahmen oder Maßnahmen zur Kollisionsvermeidung einzuleiten.
EP19152796.9A 2018-02-01 2019-01-21 Verfahren zum erkennen eines fahrschlauchs bei schienengebundenen fahrzeugen Active EP3521132B1 (de)

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EP3521132A1 EP3521132A1 (de) 2019-08-07
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