DE102010014333A1

DE102010014333A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Zuglänge mehrerer gekuppelter Triebfahrzeuge

Info

Publication number: DE102010014333A1
Application number: DE102010014333A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Bode Christian; Dipl.-Ing. Rahn Karsten
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2010-04-07
Filing date: 2010-04-07
Publication date: 2011-10-13
Also published as: US20130206487A1; EP2555959B1; WO2011124519A1; CN102939233A; DK2555959T3; ES2497840T3; US9254854B2; CN102939233B; EP2555959A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung der Zuglänge mehrerer gekuppelter Triebfahrzeuge (1a, 1b, 1c), welche jeweils ein Fahrzeuggerät (2a, 2b, 2c) mit triebfahrzeugspezifischer ID aufweisen. Um mit einfachen Mitteln eine signaltechnisch sichere Zuglängenbestimmung beliebig langer Zugverbände zu ermöglichen, ist vorgesehen, dass die Fahrzeuggeräte (2a, 2b, 2c) durch Auswertung der Kuppelkontakte feststellen, ob das Triebfahrzeug (1a, 1b, 1c) einseitig oder beidseitig gekuppelt ist und dass über digitale E/A-Verbindungen (5a, 5b, 6a, 6b) zwischen den Fahrzeuggeräten (2a, 2b, 2c) sukzessive die IDs aller gekuppelten Triebfahrzeuge (1a, 1b, 1c) oder die Nachbarschaftsbeziehungen direkt aneinander gekuppelter Triebfahrzeuge (1a/1b, 1b/1c) abbildende ID-Paare an ein bestimmtes Fahrzeuggerät (2a, 2b, 2c) übertragen werden, welches anhand der empfangenen IDs oder ID-Paare die Zuglänge ermittelt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Zuglänge mehrerer gekuppelter Triebfahrzeuge, welche jeweils ein Fahrzeuggerät mit triebfahrzeugspezifischer ID – Identifizierungsnummer – aufweisen sowie eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung.
Eine der größten Herausforderungen in schienengebundenen Verkehrssystemen, insbesondere Nahverkehrssystemen, ist die sichere Bestimmung der Zuglänge, wenn mehrere Triebfahrzeuge zu einem Zugverband gekuppelt sind. Von existentieller Bedeutung ist die sichere Bestimmung der Zuglänge für Zugbeeinflussungssysteme, bei denen im absoluten Bremswegabstand – moving block – gefahren wird oder wenn Bahnsteigtüren zuglängenabhängig sicher gesteuert werden müssen. Voraussetzung für die zugverbandinterne Feststellung der Zuglänge ist eine zuverlässige Kommunikationsverbindung zwischen allen gekuppelten Triebzügen. Insbesondere bei älteren Triebfahrzeugen stehen jedoch nur wenige Kontakte an den Triebfahrzeugkupplungen zur Verfügung, welche bei Neuausrüstung mit modernen Zugbeeinflussungssystemen fast vollständig belegt sind. Außerdem sind die Kupplungskontakte häufig von derart schlechter Qualität, dass zum Aufbau einer hochwertigen Kommunikationsverbindung ein erheblicher Zusatzaufwand, beispielsweise Fritten der Kupplungskontakte, erforderlich ist.
Eine Vorrichtung zur externen Zuglängenmessung während der Fahrt ist aus der DE 101 40 052 C1 bekannt. Bei modernen Betriebskonzepten, wie z. B. FFB – Funkfahrbetrieb – oder ETCS – European Train Control System – Level 3, wird jedoch eine Verlagerung möglichst vieler Funktionen, beispielsweise Ortung, Zuglängen- und Zugvollständigkeitsbestimmung, auf das Schienenfahrzeug angestrebt.
Bei modernen Zugbeeinflussungssystemen besteht üblicherweise eine durchgehende Kommunikationsverbindung, insbesondere Busverbindung, zwischen den Fahrzeuggeräten der aneinander gekuppelten Triebfahrzeuge. Ein Austausch der Längen der einzelnen Triebfahrzeuge zwischen den Fahrzeuggeräten ist also gegeben. Allerdings kann diese Information allein nicht sicherungstechnisch verwendet werden, da ein ausgefallenes oder ausgeschaltetes Fahrzeuggerät nicht kommunizieren kann und damit bei der Ermittlung der Zuglänge nicht berücksichtigt werden würde. Zusätzlich kann, insbesondere bei PLC – power line communication – oder Funkkommunikation, ein Übersprechen zu einem Triebfahrzeug auf einem Nachbargleis nicht ausgeschlossen werden. Eine alleinige Kommunikationsverbindung im Sinne einer Busverbindung zwischen den gekuppelten Triebfahrzeugen ist folglich nicht ausreichend, um die Zuglänge und die Zusammensetzung des Zugverbandes signaltechnisch sicher feststellen zu können. Verschiedene bekannte Ansätze beruhen deshalb auf der Kombination der Busverbindung mit weiteren Kommunikationsarten.
Bei einer bekannten Lösung werden dazu die üblicherweise vorhandenen Kuppelkontaktabfragen genutzt. Dadurch ist bekannt, an welcher Seite ein Triebfahrzeug gekuppelt ist. Vorausgesetzt wird, dass diese Information in ausreichender sicherungstechnischer Qualität zur Verfügung steht. Auf diese Weise können in Kombination mit der Buskommunikation jedoch nur Zugverbände, die aus zwei gekuppelten Triebfahrzeugen bestehen, beherrscht werden. Ein Fahrzeuggerät in der Mitte des Zugverbandes, d. h. ein Fahrzeuggerät eines beidseitig gekuppelten Triebfahrzeuges könnte unerkannt bleiben, da dieses Fahrzeuggerät für den Fahrbetrieb nicht benutzt wird und somit deaktiviert sein könnte.
Ein weiterer Lösungsansatz beruht auf Kombination der Buskommunikation mit einer zusätzlichen direkten Kommunikationsverbindung zwischen den benachbarten Fahrzeuggeräten. Dazu muss jedoch jedes Fahrzeuggerät über zwei zusätzliche Kommunikationsleitungen mit der hinteren und der vorderen Kupplung des Triebfahrzeuges verbunden werden. Nachteilig ist neben dem erheblichen Aufwand die Belegung eines Kupplungsanschlusses, der somit für andere Funktionen nicht mehr zur Verfügung steht.
Bekannt ist auch die Verwendung eines Zuglängenwahlschalters im Führerstand des Zugverbandes, welcher durch den Fahrer betätigt wird. Die Zuglängenbestimmung unterliegt also der menschlichen Fehlerrate und erfüllt damit nicht die Anforderungen an ein modernes Zugbeeinflussungssystem. Hinzu kommt, dass auch der Zuglängenwahlschalter nicht sicher ausgeführt und damit fehleranfällig sein kann.
Um diesen Nachteil zu beseitigen, kann eine signaltechnisch sichere Eingabe durch den Fahrer vorgesehen sein. Dabei ist eine aufwändige Eingabeprozedur, beispielsweise über ein Fahrerdisplay erforderlich. Aber auch diese Eingabe genügt nicht den Anforderungen an ein modernes Zugbeeinflussungssystem.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur signaltechnisch sicheren Feststellung der Zuglänge bei einer unbegrenzten Anzahl gekuppelter Triebfahrzeuge anzugeben.
Die Aufgabe wird verfahrensgemäß dadurch gelöst, dass die Fahrzeuggeräte durch Auswertung der Kuppelkontakte feststellen, ob das Triebfahrzeug einseitig oder beidseitig gekuppelt ist und dass das Fahrzeuggerät mindestens eines ersten der beiden einseitig gekuppelten Triebfahrzeuge ein Datentelegramm, das seine ID enthält, über eine digitale E/A-Verbindung – Eingabe-/Ausgabe-Verbindung – an das Fahrzeuggerät des gekuppelten Triebfahrzeuges überträgt, welches an das Datentelegramm seine ID anfügt, wobei das Datentelegramm gegebenenfalls über weitere Fahrzeuggeräte und digitale E/A-Verbindungen sukzessive um alle IDs der gekuppelten Triebfahrzeuge erweitert und von dem Fahrzeuggerät des zweiten einseitig gekuppelten Triebfahrzeuges empfangen und anhand der IDs hinsichtlich der Zuglänge der gekuppelten Triebfahrzeuge ausgewertet wird.
Bei modernen Zugbeeinflussungssystemen ist jedem Fahrzeuggerät die Länge des zugehörigen Triebfahrzeuges bekannt. Zur Längenbestimmung des Zugverbandes werden die IDs der gekuppelten Triebfahrzeuge ausgewertet, indem die den IDs der Triebzüge entsprechenden Einzellängen der Triebfahrzeuge aufsummiert werden. Wenn nur Triebfahrzeuge gleichen Typs gekuppelt werden dürfen, reicht eine Multiplikation der eigenen Triebfahrzeuglänge mit der Anzahl der übermittelten IDs, d. h. der Anzahl der Fahrzeuggeräte, im Zugverband.
Zunächst stellt jedes Fahrzeuggerät durch Auswertung der Kuppelkontakte fest, ob das Triebfahrzeug einseitig oder beidseitig gekuppelt ist. Dann senden die beiden außen liegenden Fahrzeuggeräte, welche nur einseitig gekuppelt sind, mindestens aber eines dieser beiden Fahrzeuggeräte ihre ID, z. B. als Binärzahl, über die digitale E/A-Verbindung an das benachbarte Fahrzeuggerät. Dazu wird der digitale Ausgang lediglich aktiviert bzw. deaktiviert. Das benachbarte Fahrzeuggerät empfängt die ID des ersten Fahrzeuggerätes über den entsprechenden digitalen Eingang und erweitert das empfangene Datentelegramm durch seine eigene ID und sendet diese kombinierte ID zum nächsten Fahrzeuggerät usw. Das letzte Fahrzeuggerät, welches wie das erste nur einseitig gekuppelt ist, kennt durch den Empfang der geordneten IDs der anderen Fahrzeuggeräte die Zusammensetzung und die Reihenfolge der einzelnen Triebfahrzeuge im Zugverband. Anschließend kann dieses im Zugverband endseitige Fahrzeuggerät die Gesamtlänge des Zugverbandes ermitteln. Die digitale Übertragung der IDs von einem Ende des Zugverbandes zum anderen Ende kann auch in beide Richtungen erfolgen, wobei die Sicherheit der Zuglängenbestimmung durch Vergleich der beiden unabhängig voneinander ermittelten Ergebnisse noch weiter verbessert wird.
Auf diese Weise ist eine Zuglängenbestimmung für Zugverbände aus beliebig vielen gekuppelten Triebfahrzeugen mit signaltechnisch höchster Sicherheit möglich. Besonders vorteilhaft ist dabei, dass die Zuglängenbestimmung unabhängig von der Busverbindung zwischen den Fahrzeuggeräten ist. Eine nicht korrekt funktionierende oder betriebsartkonform vorgesehene Deaktivierung der Buskommunikation hat keinen Einfluss auf die Ermittlung der Zuglänge. Neben der Zuglänge ist auch die Reihenfolge der gekuppelten Triebfahrzeuge im Zugverband bekannt und kann ebenfalls für sicherheitsrelevante Prozesse, beispielsweise Zugsteuerungsprozesse, verwendet werden.
Die Aufgabe wird in einer Variante des Verfahrens auch dadurch gelöst, dass die Fahrzeuggeräte durch Auswertung von Kuppelkontakten feststellen, ob das Triebfahrzeug einseitig oder beidseitig gekuppelt ist, dass die Fahrzeuggeräte ihre ID an das/die Fahrzeugerät/e des/der direkt gekuppelten Triebfahrzeuge/s übertragen und dass die resultierenden ID-Paare über digitale E/A-Verbindungen an das Fahrzeuggerät mindestens eines der beiden einseitig gekoppelten Triebfahrzeuge weitergeleitet werden, wobei dieses Fahrzeuggerät die ID-Paare hinsichtlich der Zuglänge der gekuppelten Triebfahrzeuge auswertet.
Bei dieser Variante werden die IDs nur an das jeweilige Nachbarfahrzeuggerät übermittelt, wobei nur diese Nachbarschaftsbeziehungen, d. h. die ID-Paare, in einem Fahrzeuggerät gesammelt und ausgewertet werden. Anstelle eines langen Datentelegramms mit aneinander gereihten IDs gemäß der ersten Verfahrensvariante entstehen bei dieser zweiten Verfahrensvariante mehrere kürzere Datentelegramme, die jedoch den gleichen Informationsgehalt aufweisen.
Bei beiden Verfahrensvarianten können die auszuwertenden Daten gemäß Anspruch 3 an mindestens ein weiteres Fahrzeuggerät zur redundanten Auswertung weitergeleitet werden. Die sicheren Datentelegramme werden dazu über die nicht sicheren digitalen E/A-Verbindungen zwischen den Fahrzeuggeräten vorzugsweise an alle im Zugverband vorhandenen Fahrzeuggeräte verteilt und dort ebenfalls hinsichtlich Zuglänge und/oder Reihenfolge der aneinander gekuppelten Triebfahrzeuge ausgewertet. Dadurch kann die Fehlerquote noch weiter verringert werden.
Zur Durchführung beider Verfahrensvarianten ist gemäß Anspruch 4 eine Vorrichtung vorgesehen, die dadurch gekennzeichnet ist, dass das Fahrzeuggerät über digitale E/A-Baugruppen – Eingang-/Ausgang-Baugruppen – mit den beiden Kupplungen des Triebfahrzeuges verbunden ist.
Zur Übertragung sicherungstechnischer Informationen wird somit eine einfache digitale E/A-Baugruppe geringer Qualität verwendet, die von der einen Fahrzeugkupplung zu der zweiten Fahrzeugkupplung am anderen Ende des Triebfahrzeuges geführt und quasi über das Fahrzeuggerät geschleift ist. Das Fahrzeuggerät selbst muss nicht in voll betriebsfähigem Zustand sein. Lediglich die Erkennung des Kuppelzustandes – einseitig oder beidseitig – und die Aktivierung der digitalen Kommunikation über die E/A-Baugruppen zur Telegrammerzeugung mit der eigenen ID muss mit dem Fahrzeuggerät möglich sein. Die eigentlichen Aufgaben des Fahrzeuggerätes zur Steuerung des Triebfahrzeuges können deaktiviert sein, was bei mittleren, d. h. beidseitig gekuppelten, Triebfahrzeugen üblich ist.
Vorteilhaft bei der erfindungsgemäßen Kombination von Kuppelkontaktauswertung und digitaler E/A-Verbindung ist darüber hinaus, dass für den sicherungstechnischen Informationsaustausch Standard-E/A-Baugruppen einfachster Bauart verwendet werden können und dass diese digitale E/A-Verbindung von sicheren und nicht sicheren Komponenten gemeinsam genutzt werden kann. So können dieselben Kommunikationsleitungen, die den digitalen Eingang bzw. Ausgang bilden, beispielsweise auch für PLC verwendet werden. Falls digitale E/A-Verbindungen bereits für andere Zwecke eingerichtet sind, können diese zur Zuglängenbestimmung mitbenutzt werden, da die Zuglängenbestimmung nur bei Änderung der Zugverbandszusammensetzung erforderlich ist und folglich mit sehr geringem Ressourcenbedarf auskommt. Selbstverständlich kann als triebfahrzeugspezifische ID die Fahrzeugnummer oder jede andere dem Fahrzeuggerät eindeutig zuzuordnende ID verwendet werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer figürlichen Darstellung erläutert.
Die Figur zeigt einen Zugverband, der aus drei Triebfahrzeugen 1a, 1b und 1c besteht, welche jeweils ein Fahrzeuggerät 2a, 2b und 2c aufweisen. Die Triebfahrzeuge 1a, 1b und 1c sind über Kupplungen 3 und 4 mechanisch und elektrisch miteinander verbunden. Dabei sind das erste und das dritte Triebfahrzeug 1a und 1c einseitig gekuppelt, während das mittlere, zweite Triebfahrzeug 1b beidseitig gekuppelt ist. Über die Kupplungen 3 und 4 sind digitale E/A-Verbindungen 5a, 5b und 6a, 6b jeweils zwischen digitalen Ausgängen A und digitalen Eingängen E der Fahrzeuggeräte 2a, 2b und 2c geführt. Auch an den nicht gekuppelten Seiten der Triebfahrzeuge 1a und 1c sind digitale E/A-Verbindungen bis zu einem Kupplungsanschluss 7 und 8 geführt.
Um die Zuglänge des Zugverbandes mit den drei Triebfahrzeugen 1a, 1b und 1c zu bestimmen, werden zunächst durch die Fahrzeuggeräte 2a, 2b und 2c die Kupplungskontakte ausgewertet, wobei die Fahrzeuggeräte 2a und 2c einseitige Kupplung und das Fahrzeuggeräte 2b des mittleren Triebfahrzeuges 1b beidseitige Kupplung feststellen.
In einer ersten Variante zur Zuglängenbestimmung senden die beiden einseitig gekuppelten Fahrzeuggeräte 2a und 2c ihre triebfahrzeugspezifische ID, die auch triebfahrzeuglängenspezifisch ist, über die E/A-Verbindung 5a bzw. 6a an das mittlere Fahrzeuggerät 2b. Dieses mittlere Fahrzeuggerät 2b hängt an das empfangene Datentelegramm seine eigene ID an und leitet dieses erweiterte Datentelegramm über die E/A-Verbindung 5b bzw. 6b an das zweite einseitig gekuppelte Fahrzeuggerät 2c bzw. 2a weiter. In mindestens einem dieser endseitigen Fahrzeuggeräte 2a oder 2c werden die empfangenen IDs der beiden anderen Fahrzeuggeräte 2a und 2b bzw. 2c und 2b mit der eigenen ID verknüpft, wobei sowohl die Gesamtlänge des Zugverbandes als auch die Reihenfolge der aneinander gekuppelten Triebfahrzeuge 1a, 1b und 1c ermittelt werden.
Bei einer zweiten Variante zur Ermittlung der Zuglänge des gesamten Zugverbandes werden nach Feststellung des Kuppelzustandes – einseitige oder beidseitige Kupplung – nur zwischen benachbarten Fahrzeuggeräten 2a und 2b sowie 2b und 2c die triebfahrzeugspezifischen IDs ausgetauscht. Diese ID-Paare werden dann über die digitalen E/A-Verbindungen 5a, 5b, 6a, 6b in mindestens einem der Fahrzeuggeräte 2a, 2b und 2c gesammelt und dort hinsichtlich der Zuglänge und der Reihenfolge der gekuppelten Triebfahrzeuge 1a, 1b und 1c ausgewertet.
Mit beiden Verfahrensvarianten ist eine sicherungstechnische Feststellung der Zuglänge von Zugverbänden mit beliebiger Anzahl gekuppelter Triebfahrzeuge möglich. Die digitalen E/A-Verbindungen 5a, 5b, 6a, 6b können dabei als einfache, digitale E/A-Schnittstellen ausgebildet sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10140052 C1 [0003]

Claims

Verfahren zur Bestimmung der Zuglänge mehrerer gekuppelter Triebfahrzeuge (1a, 1b, 1c), welche jeweils ein Fahrzeuggerät (2a, 2b, 2c) mit triebfahrzeugspezifischer ID – Identifizierungsnummer – aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrzeuggeräte (1a, 1b, 1c) durch Auswertung der Kuppelkontakte feststellen, ob das Triebfahrzeug (1a, 1b, 1c) einseitig oder beidseitig gekuppelt ist und dass das Fahrzeuggerät (2a, 2c) mindestens eines ersten der beiden einseitig gekuppelten Triebfahrzeuge (1a, 1c) ein Datentelegramm, das seine ID enthält, über eine digitale E/A-Verbindung – Eingang-/Ausgang-Verbindung – (5a, 5b, 6a, 6b) an das Fahrzeuggerät (2b) des gekuppelten Triebfahrzeuges (1b) überträgt, welches an das Datentelegramm seine ID anfügt, wobei das Datentelegramm ggf. über weitere Fahrzeuggeräte und digitale E/A-Verbindungen sukzessive um alle IDs der gekuppelten Triebfahrzeuge (1a, 1b, 1c) erweitert und von dem Fahrzeuggerät (2c, 2a) des zweiten einseitig gekuppelten Triebfahrzeuges (1c, 1a) empfangen und anhand der IDs hinsichtlich der Zuglänge der gekuppelten Triebfahrzeuge (1a, 1b, 1c) ausgewertet wird.
Verfahren zur Bestimmung der Zuglänge mehrerer gekuppelter Triebfahrzeuge (1a, 1b, 1c), welche jeweils ein Fahrzeuggerät (2a, 2b, 2c) mit triebfahrzeugspezifischer ID – Identifizierungsnummer – aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrzeuggeräte (2a, 2b, 2c) durch Auswertung der Kuppelkontakte feststellen, ob das Triebfahrzeug (1a, 1b, 1c) einseitig oder beidseitig gekuppelt ist, dass die Fahrzeuggeräte (2a, 2b, 2c) ihre ID an das/die Fahrzeuggerät/e des/der direkt gekuppelten Triebfahrzeuge/s (1b) übertragen und dass die resultierenden ID-Paare über digitale E/A-Verbindungen (5a, 5b, 6a, 6b) an das Fahrzeuggerät (2a, 2c) mindestens eines der beiden einseitig gekuppelten Triebfahrzeuge (1a, 1c) weitergeleitet werden, wobei dieses Fahrzeuggerät (2a, 2c) die ID-Paare hinsichtlich der Zuglänge der gekuppelten Triebfahrzeuge (1a, 1b, 1c) auswertet.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die auszuwertenden Daten an mindestens ein weiteres Fahrzeuggerät (2a, 2b, 2c) zur redundanten Auswertung weitergeleitet werden.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeuggerät (2a, 2b, 2c) über digitale E/A-Baugruppen – Eingang-/Ausgang-Baugruppen – mit den beiden Kuppelkontakten des Triebfahrzeuges (1a, 1b, 1c) verbunden ist.