用于确定行驶方向和/或位置的方法、线路侧的装置和用于车辆的装置与流程

本发明涉及一种用于确定在行驶线路上行驶的车辆、尤其是轨道车辆的行驶方向的方法，其中由线路侧的装置、尤其是应答器以电磁波的形式发送至少一个信息信号，并且由车辆侧的装置进行接收。

背景技术：

上述类型的方法被用于确定例如轨道车辆的行驶方向，轨道车辆配备有自动列车控制器(atc-automatictraincontrol)或欧洲列车控制系统(etcs-europeantraincontrolsystem)。这种现代的列车控制系统用于更高的自动化，以及由此能够实现的更高的载客量和线路效率。为了在尽管提高了容量的情况下仍然保证列车系统的可靠性，使用诸如自动列车保护(atp)和自动列车运行(ato)的子系统。例如，atp系统计算连续的列车之间的最小间隔，以保证安全的运行。当然，只有在已知每个单个列车的位置时，才能保证计算出两列列车之间的安全间隔。在欧洲，除了其他系统之外还使用例如欧洲应答器传输系统(eurobalisentransmissionsystem)，列车可以利用欧洲应答器传输系统计算其当前位置。欧洲应答器传输系统遵循etcs标准，并且基本上由沿着行驶线路布置的线路侧的装置，即所谓的应答器、尤其是欧洲应答器组成。

在列车侧存在相应的车辆侧的装置，车辆侧的装置首先会连续发出提供能量的、通常27mhz的磁场，即所谓的远程供电场(telepoweringfield)。当列车经过应答器或接近应答器时，发出的磁场在应答器中感应出电压，通过该电压激活应答器。作为激活的结果，应答器开始以电磁波的形式发出信息信号，该信息信号通常以4mhz的载波频率进行发送。在经过应答器时，由车辆侧的装置接收该信息信号。借助信息信号来传送数据报文，该数据报文例如包含应答器的识别码。车辆侧的装置可以根据应答器的识别码从数据库确定应答器位置。此外，确定从应答器接收信息信号的时间点。由此，车辆侧的装置可以确定列车经过应答器时的准确位置。替换地，数据报文还可以直接包含应答器的位置，从而不需要在数据库中进行检查。

除了车辆的位置之外，列车控制器还需要列车在驶过应答器时行进的行驶方向。行驶方向例如可以是沿着预先给定的行驶线路向西或向东。具有自动列车影响系统(atc)的列车只有在确定了位置和行驶方向的情况下才能进入自动运行。如果缺少这些信息中的一个，就必须手动地、即由列车驾驶员对列车进行控制，并且要承受例如特定的要求、诸如较低的最高速度。这导致了不期望的延迟。

通常，通过驶过第二应答器并对其信息信号进行分析来确定行驶方向。根据两个应答器位置和将其读出的时间点可以唯一地确定行驶方向。然而，应答器通常以彼此之间一定的间隔进行布置，使得列车在此期间必须首先以手动模式行驶。如果列车由于任何原因丢失了其位置并且必须重新进行参考，则这尤其是有问题的。

例如在ep0667275a1中描述了一种替换的系统，该系统在没有借助应答器的情况下确定行驶方向。所描述的方法使用导航系统、例如gps或指南针，以确定行驶方向。然而问题在于，该方法例如不能在隧道中使用。例如，ep298699a1中描述了另一种用于确定行驶方向的方法，其中使用了rfid发射器。但是，该方法在实施中非常复杂。

技术实现要素：

因此，本发明要解决的技术问题是，提供一种开头提到类型的方法，利用该方法能够尽可能快速并且以简单的方式确定车辆的行驶方向和位置。

根据本发明，该技术问题由开头提到的方法来解决，即，在第一发送方向上以第一特性发送电磁波，并且在第二发送方向上以能够区别于第一特性的第二特性发送电磁波，接收具有第一特性的电磁波和具有第二特性的电磁波，并且由此确定行驶方向和/或位置，其中第一发送方向至少部分地在第一行驶方向上延伸，并且第二发送方向至少部分地在第二行驶方向上延伸。

根据本发明的解决方案的优点在于，车辆侧的装置可以在驶过单个线路侧的装置、例如应答器时立即确定行驶方向，或者在此之前已经确定了行驶方向。

对于在行驶线路上行驶的车辆，该车辆要么在第一行驶方向上要么在第二行驶方向上行驶，第二行驶方向基本上与第一行驶方向相反。在根据本发明的解决方案中，在第一发送方向上以不同于第二发送方向上的特性发送信息信号的电磁波。在此，第一发送方向至少部分地在第一行驶方向上延伸，并且第二发送方向至少部分地在第二行驶方向上延伸。因此，在第一行驶方向上经过或接近线路侧的装置与在第二行驶方向上经过或接近线路侧的装置之间存在对于车辆侧的装置可识别的差异，存在一种编码。由于车辆侧的装置在经过或接近线路侧的装置时接收具有第一特性的电磁波和具有第二特性的电磁波，所以可以确定该差异并且可以从中确定行驶方向。

信息信号的电磁波的可区分的特性例如可以是载波频率、调制(例如cdma调制)或极化。在任何情况下，由此区分在第一发送方向上发射的电磁波和在第二发送方向上发射的电磁波不同。在车辆侧的装置方面，例如从数据库或者线路图集中，已知在哪个发送方向上以哪种特性发送了电磁波。由此在经过线路侧的装置时可以根据对接收到的电磁波的分析来确定行驶方向。

由于从接收到的波中还可以推导出天线相对于车辆侧的装置的位置，因此也可以借助本发明来确定车辆的位置。

通过下面描述的有利设计方案可以进一步扩展根据本发明的解决方案。

由此，可以使用不同的极化作为电磁波的第一和第二特性，从而在第一发送方向上以第一极化发送电磁波，并且在第二发送方向上以能够区别于第一极化的第二极化发送电磁波。这具有如下优点：能够在技术上以非常简单的方式在不同的发送方向上产生不同的极化，并且由此能够非常简单且低成本地实施该设计方案。在理想情况下，极化相互正交地取向，例如水平和垂直或者rhcp(右旋圆极化)和lhcp(左旋圆极化)。

为了能够以更大的可靠性确定行驶方向和/或位置，可以确定接收到的具有第一特性的电磁波的走向、特别是幅度走向和接收到的具有第二特性的电磁波的走向、特别是幅度走向，并且由此确定行驶方向或位置。根据关于时间或关于行驶线路的走向可以确定接收到的具有第一或第二特性的电磁波的最大值，由此还可以唯一地读出行驶方向。此外，在经过线路侧的装置时，根据走向可以更准确且可靠地确定相对位置。

在另外有利的设计方案中，可以至少暂时地优化地接收具有第一特性的电磁波，并且可以部分地滤除具有第二特性的电磁波。由此，相比于具有第二特性的电磁波的走向，在具有第一特性的电磁波的走向中产生了非常不同的最大值。由此，在第一行驶方向上经过或接近与在第二行驶方向上经过或接近之间的差异变得更加清楚。当然，第一和第二特性关于优化的接收和滤除的关联性是可交换的。

此外，本发明还涉及一种线路侧的装置、尤其是应答器，其用于将至少一个信息信号以电磁波的形式发送到经过该装置的车辆、特别是轨道车辆，其中该装置具有至少一个天线，该天线被设计为用于以电磁波的形式发送信息信号。为了解决上面提到的技术问题，根据本发明规定，将天线设计为，在第一发送方向上以第一特性发送电磁波，并且在第二发送方向上以能够区别于第一特性的第二特性发送电磁波。

通过以下方式可以有利地进一步扩展线路侧的装置：将天线设计为用于以作为第一和第二特性的至少两个不同的极化来发送电磁波，从而在第一发送方向上以第一极化发送电磁波，并且在第二发送方向上以能够区别于第一极化的第二极化发送电磁波。如上面已经提到的，极化是可容易进行改变的特性，因此是简单且低成本的。

为了以简单的方式提供电磁波的这些不同的极化，装置可以具有至少一个双极化的天线或两个单极化的天线。双极化的天线和单极化的天线都是一般公知的，由此可以低成本地获得。双极化的天线例如可以通过两个输出端产生两个不同的极化。

此外，本发明还涉及一种用于确定行驶方向和/或位置的用于车辆的装置，其中该装置具有至少一个天线，该天线被设计为用于从线路侧的装置、特别是根据之前提到的实施方式中的一个的线路侧的装置以电磁波的形式接收至少一个信息信号。为了解决上面提到的技术方案，根据本发明规定，天线被设计为用于接收电磁波，其中电磁波在第一发送方向上具有第一特性，并且在第二发送方向上具有能够区别于第一特性的第二特性，并且该装置具有至少一个分析装置，该分析装置根据接收到的电磁波来确定行驶方向和/或位置，其中，第一发送方向至少部分地在第一行驶方向上延伸，并且第二发送方向至少部分地在第二行驶方向上延伸。

在用于车辆的该装置的有利的设计方案中，该装置可以被设计为，用于接收具有作为第一和第二特性的不同的极化的电磁波，使得电磁波在第一发送方向上具有第一极化并且在第二发送方向上具有能够区别于第一极化的第二极化。这具有上面在根据本发明的方法中已经描述的优点，即能够以简单的方式产生电磁波的不同的极化。

在另外有利的设计方案中，该装置可以具有至少一个双极化的天线或两个单极化的天线。如上面已经提到的，这是有利的，因为双极化的天线和单极化的天线都可以低成本地获得。单个双极化的天线可以通过两个输出端产生分别在两个方向上发射的两个不同的极化。

此外，本发明还涉及一种车辆、特别是轨道车辆，其具有用于确定行驶方向和/或位置的装置，该装置根据本发明根据之前提到的用于车辆的装置的实施方式中的一个来设计。

最后，本发明还涉及一种用于确定在行驶线路上行驶的车辆、特别是轨道车辆的行驶方向和/或位置的设备，该设备具有至少一个线路侧的装置、尤其是应答器，其被设计为用于以电磁波的形式发送至少一个信息信号，并且具有至少一个车辆侧的装置，其被设计为用于从线路侧的装置接收电磁波。为了特别简单且可靠地设计行驶方向确定或位置确定，根据本发明规定，线路侧的装置根据之前提到的实施方式中的一个来设计，车辆侧的装置同样地根据之前提到的实施方式中的一个来设计。

附图说明

下面参照在所附的附图中示出的实施例更详细地解释本发明。

附图中：

图1示例性示出了根据本发明的用于确定行驶方向和/或位置的设备的示例性实施方式的示意图；

图2示例性示出了根据图1的设备的根据本发明的线路侧的装置的示意图；

图3示例性示出了在接近根据图2的线路侧的装置时的根据本发明的车辆的示意图；

图4示例性示出了由根据图3的车辆侧的装置接收到的电磁波的走向的示意图；

图5示例性示出了由根据图3的车辆侧的装置接收到的电磁波的另外的走向的示意图；

图6示例性示出了根据图4和图5的走向计算出的组合走向的示意图。

具体实施方式

首先描述图1中的根据本发明的设备的示例性实施方式。

图1示意性示出了示例性的根据本发明的设备1，利用设备1可以确定车辆2的行驶方向f、f`。

设备1具有车辆侧的装置3和线路侧的装置4、4`。车辆侧的装置3布置在车辆2中或车辆2上，线路侧的装置4、4`布置在行驶线路5的区域中，在该区域中车辆2在第一行驶方向f上移动或在相反的第二行驶方向f`上移动。在附图的示例性实施方式中，车辆2被设计为轨道车辆，线路侧的装置4、4`被设计为应答器、例如欧洲应答器，并且车辆侧的装置3被设计为应答器读取装置。大量的线路侧的装置4、4`以通常的方式沿着行驶线路5布置，并且例如如图2中所示，将其安置在行驶线路的轨道6之间。

车辆侧的装置3包括天线7、分析装置8和通信装置9。

线路侧的装置4、4`可以被设计为固定的线路侧的装置4`、例如固定数据应答器，替换地也可以被设计为可切换的线路侧的装置4、例如透明数据应答器。相对于固定的线路侧的装置4`，可切换的线路侧的装置4具有到线路侧的信号装置10的连接，通过该信号装置10可以将信息传送到集控站(未示出)或者传送来自集控站的信息。将线路侧的装置4、4`设计为固定的或者可切换的，对于本发明来说并不重要。

在根据本发明的设备1的运行中，线路侧的装置4、4`，如在现有技术中常见的，通过车辆侧的装置3激活。为此，车辆侧的装置3的天线装置7连续地发送例如具有27mhz频率的磁场11，也可以将该磁场称为远程供电场(telepoweringfield)。当车辆2经过线路侧的装置4、4`时，通过磁场11向装置4、4`供电并将其激活。随后，线路侧的装置4、4`开始发送信息信号12。信息信号12包含数据报文，如现有技术中已知的，在数据报文中包含有线路侧的装置4、4`的识别码或位置数据。利用通过信息信号12传送的数据，车辆侧的装置3可以确定线路侧的装置4、4`的位置，从而还可以确定车辆2在车辆侧的装置3经过线路侧的装置4、4`时的时间点的位置。

到目前位置描述的根据本发明的设备1的特性和功能基本上对应于现有技术，如其例如在etcs系统应用中找到的那样。

现在，下面特别是首先参照附图2和图3来描述根据本发明的其他特性和功能。

图2以示意图的方式示出了激活之后的线路侧的装置4中的一个。线路侧的装置4以电磁波13、13`的形式发送信息信号12。电磁波13、13`构成电磁场，该电磁场在图2和图3中基本上呈现圆锥形。

为了发送电磁波13，线路侧的装置4、4`具有天线14。在图2和图3的示例性实施方式中，天线14是双极化的天线。替换地，也可以使用两个单极化的天线。如图2中所示，天线14在第一发送方向+y上发送电磁波13。同样地，天线14在第二发送方向-y上发送电磁波13`。第一发送方向+y上的电磁波13与第二发送方向-y上的电磁波13`的区别在于至少一个特性。在附图中的示例性实施方式中，该特性是极化。也就是，电磁波13具有第一极化，电磁波13`具有不同于第一极化的第二极化。因此，根据本发明，借助电磁波13、13`来发送信息信号12，电磁波13、13`分别传送对于定位所需的数据，但是它们的极化方向不同。在此，第一发送方向+y基本上在第一行驶方向f上延伸，第二发送方向-y基本上在第二行驶方向f`上延伸。第一发送方向+y恰好与第二发送方向-y相反地延伸。

图3以非常简化的方式示出了具有车辆侧的装置3的车辆2，该车辆在行驶线路5上在第一行驶方向f上移动，并且接近线路侧的装置4并且随后经过线路侧的装置4。在图3中，线路侧的装置4已经被激活，并且如参照图2所描述的，以电磁波13、13`的形式发送信息信号12。图3中的线路侧的装置4与图2中的相同。

在图3中的示例性实施方式中，车辆侧的装置3具有两个天线7、7`。每个天线7、7`被设计为双极化的天线。替换地，在两个方向上发射的两个单极化的天线也是可以的。还可以使用单个双极化的天线。在图3的示例性实施方式中，将第一天线7`设计为用于接收具有第一极化的电磁波13，更确切地说在第一行驶方向f上以及在第二行驶方向f`上接收具有第一极化的电磁波13。反之，第二天线7`被设计为用于接收具有第二极化的电磁波13`，更确切地说同样在两个行驶方向上接收具有第二极化的电磁波13`。天线7、7`的接收区域在图3中分别呈现为圆锥形。相比于线路侧的装置4，相同的颜色表示相同的极化。

图4中的线图示出了在接近或经过线路侧的装置4时的第一天线7`的接收信号的幅度走向。在此，右侧的曲线图15示出了同极化的电磁波13的幅度，左侧的曲线图16示出了交叉极化的电磁波13`的幅度。通过相同的极化，天线7`可选地被设计为用于接收同极化的电磁波13。交叉极化波13`大部分被滤除，因为天线7`并未针对接收交叉极化波进行优化。因此极化损失很高。

图5示出了在行驶方向f上接近或经过线路侧的装置4时，第二天线7的接收信号的幅度走向。在此，左侧的曲线图17现在示出了同极化的电磁波13`的幅度，右侧的曲线图18示出了交叉极化的电磁波13的幅度走向。这次，天线布置7针对同极化波13`进行了优化。交叉极化波13大部分被滤除，并且仅产生较弱的信号。

在图4至图6中，分别在横坐标上示出了在y方向上的距离(图2)，在纵坐标上示出了根据接收的波计算出的幅度。

图6示出了根据图4和图5综合计算出的、组合的幅度走向。在此，右侧的曲线图19示出了由天线装置7`接收的电磁波的幅度走向，而曲线图20示出了由天线装置7接收的电磁波的幅度走向。计算走向的最大值，并且存储最大值的位置a、b以及最大值出现的顺序。附加地，计算并存储曲线图19、20的交叉点及其位置c。

本发明根据图4至图6中所示的走向中的至少一个确定了行驶方向f、f`和/或位置0。

天线装置7`首先记录低幅度，然后记录高幅度，天线装置7首先记录高幅度，然后记录低幅度。此外已知，线路侧的装置4在第一发送方向+y上发送具有第一极性的电磁波13，并且在第二发送方向-y上发送具有第二极化的电磁波13`。该信息可以保留在数据库中。因此，分析装置8可以确定车辆2在第一行驶方向f上移动。

此外，根据曲线图19、20确定车辆或车辆侧的装置3相对于线路侧的装置4、4`的相对位置。在图4至图6中，在y＝0处是线路侧的装置4、4`的准确位置。这例如可以根据图6中交叉点的位置c或根据位置a和b之间的中点确定。为了提高准确性，可以使用所有三个点。

对于接收信息信号2时的正确功能的一个条件是车辆侧或线路侧的装置的天线7、7`、14定位在远场(fernfeld)中。在远场中，极化是稳定的。这可以通过使用较高的频率来支持，如例如在尚未公开的专利申请de102016215696中所描述的。通过较高的频率，可以缩小近场区域并且相应地扩大远场区域。