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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Simulation von Balisen an einem Schienefahrzeug, wobei an dem Schienenfahrzeug mindestens eine Balisenantenne zum Empfangen von Baliseninformationssignalen, die von einer Balise beim Überfahren durch das Schienenfahrzeug gesendet werden, angeordnet ist.
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Stand der Technik
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Die Zugsicherung ist traditionell im Eisenbahnbetrieb ein wichtiges Thema. Dazu wurden über die Jahre hinweg eine Reihe von Techniken entwickelt, die einen möglichst sicheren und reibungslosen Betriebsablauf im Bahnbetrieb gewährleisten sollen. Für die entwickelten Sicherungstechniken im Eisenbahnbetrieb ist es vor allem charakteristisch, dass sie gleis- oder streckenseitig verbaut werden, das heißt im Gleisbett oder in der Nähe davon. Nachteilig dabei ist insbesondere die Tatsache, dass diese gleisseitig verbauten Sicherungstechniken sowohl in der Installation und Wartung als auch beim Testen neuer Strecken sehr hohe Kosten verursachen.
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Eine solche streckenseitig verbaute Sicherungstechnik ist z. B. eine Balise. Eine Balise ist eine punktförmige Datenübertragungseinheit, die sicherheitsrelevante Daten an das Schienenfahrzeug überträgt. Die Balise ist dabei fest im Gleisbett montiert und wird mittels eines vertikal verlaufenden Magnetfeldes angeregt, wenn sie von einem Schienenfahrzeug, welches über eine entsprechende Balisenantenne verfügt, überfahren wird.
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Balisen der neuesten Generation sind dabei mittlerweile in der Lage, nicht nur Daten zum Fahrzeug zu übertragen, sondern auch sicherheitsrelevante Daten von dem Fahrzeug zu den entsprechenden Streckenausrüstungen zu senden. Eine solche Baliseneinrichtung ist z. B. in der
DE 103 38 311 B3 beschrieben.
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Aus der
DE 100 15 575 A1 ist z. B. ein Überwachungssystem für Schienenfahrzeuge bekannt, das sowohl im Gleis verbaute Balisen als auch ein entsprechendes Empfangsgerät auf dem Schienenfahrzeug aufweist. Mit Hilfe dieses Übertragungsweges werden dann Fahrbefehle von der Strecke an das Schienenfahrzeug übertragen, die dem Führer des Schienfahrzeuges signalisieren sollen, dass ein bestimmter Streckenabschnitt befahren werden kann.
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Aus der
DE 44 36 011 A1 ist ein System zur Steuerung von Schienenfahrzeugen bekannt, bei dem punktförmige Übertragungseinrichtungen, wie z. B. Balisen, in Fahrtrichtung beim Überfahren durch das Schienenfahrzeug ausgelesen und die Daten gespeichert werden. Des Weiteren werden von den Schienenfahrzeugen zusätzlich die Daten von Übertragungseinrichtungen aufgenommen, die sich auf der Gegenfahrtrichtung befinden, um z. B. bei Fahrtrichtungswechsel oder bei einer Störung eine Fahrortbestimmung mit Hilfe der zusätzlich aufgenommenen Daten zu ermöglichen.
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Des Weiteren ist sowohl aus der
DE 295 21 552 U1 als auch aus der
DE 195 13 244 A1 ein Messsystem zur Ermittlung von Fahrdaten bei schienengebundenen Fahrzeugen bekannt, bei dem zur Positionsermittlung des Schienenfahrzeugs eine Balise verwendet wird. Dazu werden die in der Balise gespeicherten Daten von dem Schienenfahrzeug ausgelesen und entsprechend ausgewertet, so dass von der Position der Balise auf die Position des Schienenfahrzeugs geschlossen werden kann, da die Balisendaten in aller Regel zusätzlich ihre verbaute Position enthalten.
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Grundsätzlich unterscheidet man zwei Typen von Balisen: Festdatenbalisen und transparente bzw. schaltbare Balisen. Bei Festdatenbalisen handelt es sich um Balisen, die einen zuvor fest einprogrammierten Datensatz übertragen. Solche Festdatenbalisen weisen dabei in der Regel keine externe Stromversorgung auf. Die Energieversorgung wird durch das von der Balisenantenne erzeugte Magnetfeld gewährleistet, indem aufgrund des Magnetfelds beim Überfahren ein Strom in der Balise induziert wird.
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Im Gegensatz dazu sind transparente bzw. schaltbare Balisen an eine Signalquelle gekoppelt, von der sie unterschiedliche Datensätze erhalten können, die dann an ein überfahrendes Schienenfahrzeug übertragen werden. So können z. B. je nach anliegendem Signal (Halt oder Fahrt) unterschiedliche Datensätze an die Balisen übertragen werden, die das entsprechende Signal repräsentieren. Das Schienenfahrzeug empfängt diese Datensätze und reagiert entsprechend darauf (z. B. mit einer automatischen Zwangsbremsung beim Überfahren des Signals).
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Im Zuge der europäischen Harmonisierung ist es notwendig geworden, einen interoperablen Bahnbetrieb in Europa zu gewährleisten. Dies gestaltet sich deshalb schwierig, da von Land zu Land unterschiedliche Zugsicherungstechniken zum Einsatz kommen, die untereinander nicht immer kompatibel sind. Aus diesem Grund bildet das European Train Control System (ETCS) die technische Grundlage dafür, dass unter anderem die Zugsicherungstechniken in Europa vereinheitlicht werden. Dabei kommen bei jedem der unterschiedlichen Ausrüstungslevel 1 bis 3 die oben genannten Balisen, sogenannte Eurobalisen, zum Einsatz.
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Bei der Umstellung auf ein in der ETCS spezifizierten Ausrüstungslevel ist es unter anderem sehr häufig erforderlich, die neu gebaute bzw. ausgerüstete Strecke bzw. ein umgerüstetes Schienenfahrzeug entsprechend zu testen. Hauptnachteil dabei ist, dass dafür meistens zusätzliche Balisen auf der Strecke installiert werden müssen, was zu extrem hohen Kosten führt. Aber auch die örtliche Veränderung einer Balise ist sehr unflexibel und teuer, da dies mit einer kompletten Ummontage der Balise im Gleisbett einhergeht. Zusätzlich müssen bei dem transparenten bzw. schaltbaren Balisen Gleiskontakte ausgelegt werden, um die Balise mit der Signalquelle (Lineside Electronic Units (LEU)) zu verbinden.
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Diesbezüglich ist aus der
DE 10 2004 063 049 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Zugsignalisierung bekannt, bei dem eine von einem Positionsbestimmungssystem ermittelte Zugposition an eine Signalisierungseinheit gesendet wird, in der Streckenpunkte und zugeordnete Signalisierungsdaten hinterlegt sind. In Übereinstimmung mit der Zugposition werden nun die entsprechenden Signalisierungsdaten ermittelt und direkt an die Zugsteuereinheit gesendet, so dass grundsätzlich auf streckenseitig verbaute Balisen verzichtet werden kann. Nachteilig dabei ist jedoch, dass die Zugsignalisierungseinheit direkt an die Zugsteuerung angeschlossen werden muss, was entsprechend standarisierter Schnittstellen bedarf.
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Ein ähnliches System ist auch in Albanese, A.; et al.: „The RUNE project: The Integrity Performances of GNSS-Based Railway User Navigation Equipment” in: Proceedings of Joint Rail Conference 2005, 16.–18. März 2005, Pueblo, Colorado, Seite 211 bis 218, offenbart, bei dem ein System zur Bestimmung von dem zurückgelegten Weg und der Geschwindigkeit auf Basis der GNSS-Informationen beschrieben wird. Dabei handelt es sich insbesondere um ein intelligentes System, welches anhand von GNSS-Positionsdaten und entsprechenden Wegzählern die Zugposition ermittelt und entsprechende Fehler aufgrund von Plausibilität eliminieren kann. Nachteilig dabei ist, dass das System sehr aufwendig in die Zugsteuerung integriert werden muss und somit für bestimmte Nebenstrecken nicht geeignet ist.
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Aufgabe
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Im Hinblick darauf ist es Aufgabe der Erfindung eine Vorrichtung anzugeben, die die Umbaumaßnahmen an der Strecke und Umprogrammierung der Balisen obsolet macht.
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Lösung
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Die Aufgabe wird mit der Erfindung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Vorrichtung mindestens eine Balisensimulationseinheit aufweist, die zum Erzeugen von durch Balisen aussendbaren Baliseninformationssignalen eingerichtet und in der Nähe der Balisenantenne derart angeordnet ist, dass die erzeugten Baliseninformationssignale von der Balisenantenne empfangen werden, und die Vorrichtung eine Rechnereinheit hat, die mit der Balisensimulationseinheit verbunden und zum Ansteuern der Balisensimulationseinheit derart eingerichtet ist, dass mindestens ein Baliseninformationssignal erzeugt und eine tatsächliche Balise durch das mindestens eine erzeugte Baliseninformationssignal simuliert wird.
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Dadurch wird es möglich, dass Tests für neu ausgerüstete Fahrzeuge sowie für umgebaute Strecken kostengünstig und effizient durchgeführt werden können, da aufwendige und teure Umbaumaßnahmen an der Teststrecke sowie Umprogrammierungsarbeiten entfallen. Darüber hinaus ist es mit der Erfindung möglich, Strecken zu befahren, die keine streckenseitigen Sicherungstechniken wie Balisen aufweisen, da entsprechene Balisensignale auf dem Zug für den Zug simuliert werden. Damit können auch unrentable Nebenstrecken wieder profitabel betrieben werden.
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Die Vorrichtung weist dazu eine Balisensimulationseinheit auf, die ein gattungsgemäßes Baliseninformationssignal erzeugen kann, wie es auch von einer tatsächlichen Balise ausgesendet werden würde. Durch eine solche Balisensimulationseinheit wird somit das Überfahren einer echten im Gleisbett verbauten Balise simuliert. Die Balisensimulationseinheit ist dabei auf dem Schienenfahrzeug in der Nähe der Balisenantenne, die ebenfalls auf dem Schienenfahrzeug angebracht ist, angeordnet, wobei die Balisensimulationseinheit so dicht an der Antenne angebracht ist, dass die von der Balisensimulaitionseinheit erzeugten Baliseninformationssignale von der Balisenantenne sicher empfangen werden können.
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So ist es z. B. vorteilhaft, wenn die Balisensimulationseinheit an der Unterseite der Balisenantennne angebracht wird und somit zwischen dem Signalweg einer im Gleisbett verlegten Balise und der Balisenantenne liegt. Dadurch kann zweifelsfrei sichergestellt werden, dass die Balisenantenne auch die von der Balisensimulationseinheit erzeugten Informationssignale empfängt.
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Die Balisensimulationseinheit ist des Weiteren mit einer Rechnereinheit verbunden, welche die Balisensimulationseinheit entsprechend ansteuern kann. Die Ansteuerung erfolgt dabei derart, dass die Balisensimulationseinheit ein Baliseninformationssignal erzeugt, welches eine tatsächliche Balise simuliert. Dabei können mit Hilfe der entsprechenden Ansteuerung unterschiedlichste Datensätze, so genannten Balisentelegramme, simuliert werden, ohne dass es dafür kostenaufwendige Umprogrammierungen an der Strecke bedarf.
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Dabei kann auf der Rechnereinheit ein Testszenario hinterlegt sein, welches beim Befahren der Strecke ausgeführt wird. In Abhängigkeit dieses Testszenarios wird die Balisensimulationseinheit dann so angesteuert, dass sie in bestimmten Abständen Baliseninformationssignale erzeugt, die dem Schienenfahrzeug tatsächlich vorhandene Balisen simuliert. Damit kann in Abhängigkeit des Testszenarios das Vorhandensein aller Balisen an einer Strecke für das Schienenfahrzeug simuliert werden. Vorteilhaft ist dabei insbesondere, dass ein solches Testszenario schnell und unkompliziert erstellt und auf der Rechnereinheit installiert werden kann, so dass in kürzester Zeit unterschiedlichste Tests mit dem Schienenfahrzeug durchgeführt werden können. Umbaumaßnahmen bzw. Umprogrammierungsarbeiten an der Strecke sind dabei nicht erforderlich.
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Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn die Rechnereinheit mit einer an dem Schienenfahrzeug angeordneten Ortungseinheit verbunden ist und so kontinuierlich die aktuelle Position des Schienenfahrzeugs von der Ortungseinheit erhält. In Abhängigkeit der so ermittelten aktuellen Position des Schienenfahrzeugs kann dann die Balisensimulationseinheit entsprechend angesteuert werden, um so z. B. an entsprechenden diskreten Positionen eine Balise und ihr Informationssignal zu simulieren.
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Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn die Vorrichtung über eine Empfangseinheit, vorzugsweise eine Empfangseinheit zum Empfangen von Funksignalen, aufweist, die mit der Rechnereinheit verbunden ist. Somit können während der Fahrt an das Schienenfahrzeug entsprechende Steuerbefehle gesendet werden, die z. B. in das Testszenario eingreifen, um so dynamisch auf das Simulieren der Balisen einzuwirken. Dadurch wird eine größtmögliche Flexibilität bei den anstehenden Tests erreicht.
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Die Balisensimulationseinheit kann dabei aus einem Material bestehen, welches elektromagnetisch transparent ist, so dass die Balisenantenne nicht nur die von der Balisensimulationseinheit simulierten Baliseninformationssignale empfangen kann, sondern auch Baliseninformationssignale, die von streckenseitig verbauten tatsächlichen Balisen beim Überfahren gesendet werden. Die Balisensimulationseinheit wird dann zusätzlich zu den streckenseitig verbauten Balisen verwendet.
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Ganz besonders vorteilhaft ist dabei, wenn die Rechnereinheit zum Ermitteln der aktuellen Position in Abhängigkeit eines solchen empfangenen Balisensimulationssignal, das von einer tatsächlichen streckenseitig angeordneten Balise stammt, eingerichtet ist. Dadurch kann eine Redundanz zu der oben beschriebenen Ortungseinheit aufgebaut werden, um Störungen und Systemausfälle kompensieren zu können. In Abhängigkeit dieser so ermittelten Position kann die Rechnereinheit dann die Balisensimulationseinheit wieder entsprechend ansteuern.
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Denkbar ist aber auch, dass die Balisensimulationseinheit elektromagnetisch isolierend eingerichtet ist, so dass die Balisenantenne keinerlei Baliseninformationssignale von tatsächlich verbauten Balisen auf der Strecke empfangen kann. Somit wird sichergestellt, dass während eines Tests auf einer Strecke, wo noch Balisen verbaut sind, diese nicht störend in den Testbetrieb einwirken. Die Zugsicherung bzw. -steuerung des Schienenfahrzeugs erfolgt dann ausschließlich über die simulierten Baliseninformationssignale.
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Ausführungsbeispiel
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Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnung beispielhaft näher erläutert.
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Es zeigt:
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1 – schematische Darstellung der in ein Schienenfahrzeug eingebauten Simulationsvorrichtung.
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1 zeigt schematisch ein Schienenfahrzeug 1, welches mit einem ETCS-Fahrzeuggerät 2 ausgerüstet ist. Das ETCS-Fahrzeuggerät 2 ist dabei mit einer an der Unterseite des Schienenfahrzeugs 1 angeordneten Balisenantenne 3 verbunden, die Informationssignale von streckenseitig verbauten Balisen 4 empfangen und an das ETCS-Fahrzeugerät 2 weiterleiten kann. Wird eine entsprechende Information von einer Balise 4 empfangen, so reagiert das ETCS-Fahrzeuggerät 2 entsprechend darauf, so dass zum Beispiel beim Überfahren eines Haltesignals der Zug zwangsgebremst wird.
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Die streckenseitig verbaute Balise 4 kann dabei mit einer Signalquelle 5 verbunden sein, die als Lineside-Electronic-Unit oder LEU bezeichnet wird. Von dieser Lineside-Electronic-Unit wird die Balise 4 mit entsprechenden Daten versorgt, wobei die LEU 5 sowohl von einem Stellwerk 6 als auch von streckenseitig verbauten Signaleinrichtungen 7 die Daten erhalten kann.
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Des Weiteren ist das ETCS-Fahrzeuggerät 2 mit einer GSM-R-Antenne 8 verbunden, um mit deren Hilfe Daten mit einem ETCS-Radio-Block-Center (nicht dargestellt) austauschen zu können. Diese Verbindung mit der GSM-R-Antenne 8 dient dabei in erster Linie zur Sicherstellung des ETCS-Level 2 und 3.
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Erfindungsgemäß weist das Schienenfahrzeug 1 nun eine Rechnereinheit 9 auf, die mit einer Balisensimulationseinheit 10 in Verbindung steht. Die Balisensimulationseinheit 10 ist in diesem Ausführungsbeispiel an der Unterseite der Balisenantenne 3 angeordnet und befindet sich somit zwischen der Balisenantenne 3 und einer streckenseitig verbauten Balise 4.
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Darüber hinaus ist die Rechnereinheit 9 mit einer Ortungseinheit 11 verbunden, um kontinuierlich die aktuelle Position des Schienenfahrzeugs 1 zu ermitteln.
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Die Recheneinheit 9 ist dabei derart eingerichtet, dass sie zum Ausführen eines Testszenarios eingerichtet ist, um auf einer entsprechenden Teststrecke entsprechende streckenseitige Zugssicherungstechniken zu simulieren. Durch das Simulieren von Baliseninformationssignalen während der Fahrt können somit sämtliche Zugsicherungsdaten, die sonst für den Test aufwendig „auf die Strecke” gebracht werden müssten, zugseitig bereitgestellt werden.
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Wird nun ein entsprechendes Signal von der Recheneinheit 9 an die Balisensimulationseinheit 10 gesendet, so erzeugt die Balisensimulationseinheit 10 ein Informationssignal, welches so auch von einer Balise 4 hätte ausgesendet werden können. Die Balisensimulationseinheit 10 simuliert somit die von Balisen 4 aussendbaren Signale. Das von der Recheneinheit 9 generierte Telegramm wird dann an die Balisensimulationseinheit 10 gesendet, um dort als Baliseninformationssignal ausgesendet zu werden. Die Balisenantenne 3 empfängt dieses Baliseninformationssignal und leitet es weiter an das ETCS-Fahrzeuggerät 2, das mit der Elektronik des Schienenfahrzeugs 1 in Verbindung steht und entsprechend auf dieses Telegramm reagiert.
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Dabei ist es denkbar, dass die Balisensimulationseinheit 10 elektromagnetisch transparent ausgestaltet ist, so dass die Balisenantenne 3 neben den simulierten Informationssignalen auch die von einer Balise 4 ausgesendeten Informationssignale empfangen kann. Somit können auf einer Teststrecke sowohl simulierte als auch tatsächliche Baliseninformationssignale berücksichtigt werden.
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Denkbar ist aber auch, dass die Balisensimulationseinheit 10 elektromagnetisch isolierend aufgebaut ist, so dass die Balisenantenne 3 die von tatsächlichen Balisen 4 ausgesendeten Baliseninformationssignale nicht empfangen kann. In diesem Fall erfolgt die Zugsteuerung ausschließlich über die simulierten Baliseninformationssignale.
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Mit dieser Vorrichtung wird es möglich, am entsprechend richtigen Ort ein Baliseninformationssignal zu simulieren, das von dem Schienenfahrzeug 1 empfangen wird und worauf der Fahrzeugführer bzw. das Fahrzeug selbst automatisch entsprechend reagiert.
