EP3521132A1

EP3521132A1 - Verfahren zum erkennen eines fahrschlauchs bei schienengebundenen fahrzeugen

Info

Publication number: EP3521132A1
Application number: EP19152796.9A
Authority: EP
Inventors: Andreas Spang
Original assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Current assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Priority date: 2018-02-01
Filing date: 2019-01-21
Publication date: 2019-08-07
Anticipated expiration: 2039-01-21
Also published as: DE102018201531A1; ES2967279T3; EP3521132B1

Abstract

Im Bereich der schienengebundenen Fahrzeuge haben bislang aus dem Bereich der KFZ-Industrie bekannte Fahrassistenzsysteme wie Kollisionswarn- und Vermeidungssysteme wenig Einzug erhalten. Dies ist insbesondere auf eine ungenaue und unzuverlässige Erfassung des Fahrschlauchs, der zur Kollisionserkennung notwendig ist, aufgrund einer fehlenden Möglichkeit der Lenkwinkelerfassung und fehlender optischer Fahrbahnkennzeichnungen bei Schienenfahrzeugen zurückzuführen. Die vorliegende Erfindung offenbart eine Möglichkeit den Fahrschlauch, unter Ausnutzung der Schienenbindung von Schienenfahrzeugen, anhand eines in einer Datenbank gespeicherten digitalen Streckennetzes, sowie den aktuellen Positions- und Bewegungsdaten des Fahrzeugs zuverlässig zu ermitteln. Somit ist sie die Grundlage für die Anwendung von Kollisionswarn- und Vermeidungssystemen im Schienenverkehr und trägt damit zu einer erheblichen Sicherheitssteigerung im modernen Straßenverkehr bei.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen eines Fahrschlauchs bei schienengebundenen Fahrzeugen, 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. 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 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.
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 11 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

Verfahren zum Erfassen eines Fahrschlauchs (10) von schienengebundenen Fahrzeugen mit folgenden Schritten:
(A) Bereitstellen eines Streckennetzes (1) auf dem sich das Fahrzeug bewegt in einem digitalen 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 des Fahrschlauchs (10) anhand der erfassten Daten aus den Schritten (A), (B) und (C).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Streckennetz (1) in ein digitales Streckennetz (2) überführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, 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.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Überführen des Streckennetzes (1) in ein digitales Streckennetz (2) in Schritt (A) unter Verwendung einer Ortungstechnologie durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Erfassen der Bewegungsdaten (6) in Schritt (C) unter Verwendung einer Ortungstechnologie durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Erfassen der Bewegungsdaten (6) in Schritt (C) unter Verwendung von fahrzeugeigenen Daten durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die aktuellen Bewegungsdaten (6) in Schritt (C) eine Beschleunigung und eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs auf den Schienen aufweisen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei bei dem Erfassen der aktuellen Positionsdaten (4) und der aktuellen Bewegungsdaten (6) in Schritt (B) beziehungsweise Schritt (C) ein Zeitstempel miterfasst wird.
Vorrichtung konfiguriert zum Ermitteln eines Fahrschlauchs (10) gemäß des Schritts (D) aus Anspruch 1, wobei die Vorrichtung mindestens einen Datenspeicher, eine CPU-Einheit, einen Dateneingangsabschnitt und einen Datenausgangsabschnitt aufweist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 9, 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.
Analysemodul (11) aufweisend eine Vorrichtung zur Ermittlung eines Fahrschlauchs nach Anspruch 9 oder 10, wobei das Analysemodul dazu eingerichtet ist anhand des Fahrschlauchs und den Daten der Objekt-/Umgebungserkennung (8) Wammaßnahmen oder Maßnahmen zur Kollisionsvermeidung einzuleiten.