-
Die Erfindung betrifft ein Schienenfahrzeug mit einem Satz von Antriebseinheiten, die jeweils zumindest einen Fahrmotor und eine Antriebssteuereinheit aufweisen, einer Netzspannungserfassungseinheit, welche zur Erfassung eines Netzspannungssignals einer Netzversorgung vorgesehen ist, und einer Datenbusstruktur, an welche die Antriebssteuereinheiten datentechnisch angeschlossen sind.
-
Schienenfahrzeuge weisen typischerweise mehrere Antriebseinheiten mit jeweils zumindest einem oder mehreren Fahrmotoren auf, welche im Traktionsbetrieb im Zusammenwirken ein Triebmoment erzeugen. Die lokalen Antriebssteuerungen sind über eine Datenbusstruktur an zumindest eine zentrale Fahrzeugsteuerung datentechnisch angeschlossen.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Schienenfahrzeug bereitzustellen, bei welchem eine Synchronisation der Antriebssteuereinheiten einfach und mit einem hohen Zuverlässigkeitsgrad bereitgestellt werden kann.
-
Hierzu wird vorgeschlagen, dass das Schienenfahrzeug eine Zeitsignalerzeugungseinheit, die dazu vorgesehen ist, zumindest ein Merkmal des Netzspannungssignals zu erfassen und auf der Grundlage des Merkmals zumindest ein Zeitsignal zu erzeugen, und eine an die Datenbusstruktur angeschlossene Verwaltungseinheit aufweist, die dazu vorgesehen ist, das Zeitsignal über die Datenbusstruktur den Antriebssteuereinheiten zur Verfügung zu stellen. Hierdurch erfolgt vorteilhafterweise eine im Schienenfahrzeug zentrale Erfassung des zumindest einen Merkmals, wobei eine darauf basierte Information mittels der Datenbusstruktur den Antriebssteuereinheiten zur Verfügung gestellt werden kann. Hierzu kann eine vorhandene, vorzugsweise herkömmliche Datenbusstruktur benutzt werden. Diese Information kann besonderes vorteilhaft zur Synchronisation von Prozessen der Antriebssteuereinheiten mit dem Netzspannungssignal dienen, wobei die Synchronisation dabei vorteilhaft auf der Auswertung einer zentralen Informationsquelle basiert. Das Zeitsignal kann den Antriebssteuereinheiten zur Verfügung gestellt werden, indem es für ein aktives Erfassen durch die Antriebssteuereinheiten von der Verwaltungseinheit bereitgestellt wird und/oder von der Verwaltungseinheit aktiv an die Antriebssteuereinheiten übermittelt wird.
-
Unter einem „Netzspannungssignal“ soll ein von der Netzversorgung, insbesondere von einer Fahrleitung – z.B. einer Oberleitung – derselben geführtes Hochspannungssignal verstanden werden. Zur Erfassung des Netzspannungssignals ist die Netzspannungserfassungseinheit im Betrieb des Schienenfahrzeugs zweckmäßigerweise in spannungsführendem Kontakt mit der Netzversorgung, insbesondere der Fahrleitung. Die Erfassung des zumindest einen Merkmals des Netzspannungssignals durch die Zeitsignalerzeugungseinheit erfolgt zweckmäßigerweise an einer im Betrieb von der Netzspannungserfassungseinheit gespeisten Hochspannungsversorgungsleitung des Schienenfahrzeugs, durch welche zumindest eine Antriebskette des Schienenfahrzeugs mit elektrischer Energie versorgbar ist. Ist die Antriebskette mit zumindest einer Transformatoreinheit ausgebildet, erfolgt die Erfassung des Merkmals durch die Zeitsignalerzeugungseinheit vorteilhafterweise auf der Primärseite der Transformatoreinheit.
-
Unter einem „Zeitsignal“ soll ein Signal zur Übermittlung einer Zeitinformation verstanden werden, die eine Grundlage für die Durchführung von Prozessen, insbesondere zu taktenden Prozessen der Antriebssteuereinheiten bildet.
-
Die Antriebseinheiten weisen jeweils zweckmäßigerweise zumindest eine Leistungsversorgungseinheit auf, wobei die Antriebssteuereinheiten jeweils zur Steuerung zumindest einer Leistungsversorgungseinheit vorgesehen sind. Die Leistungsversorgungseinheiten sind insbesondere jeweils als Wechselrichtereinheit ausgebildet, welche ausgehend von einem in einem Zwischenkreis bereitgestellten Gleichspannungssignal einen Wechselstrom mit an eine zu erzeugende Leistung angepassten Eigenschaften erzeugt. Gemäß einer typischen Ausführung weisen die Leistungsversorgungseinheiten jeweils eine Leistungselektronik auf, welche elektronische Schaltventile – insbesondere Transistoren – aufweist, die von einer Antriebssteuereinheit gesteuert werden.
-
In einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Schienenfahrzeug einen Verband von Fahrzeugeinheiten aufweist, wobei Antriebseinheiten des Satzes in unterschiedlichen Fahrzeugeinheiten angeordnet sind und die Datenbusstruktur einen die Fahrzeugeinheiten verbindenden Datenbus aufweist, über welchen das Zeitsignal übertragbar ist. Der Datenbus kann insbesondere als sogenannter „Zugbus“ ausgebildet sein, durch welchen eine Datenkommunikation zumindest im gesamten Verband und vorzugsweise zudem über den Verband hinaus mit einem gekoppelten Verband erfolgen kann. Die Fahrzeugeinheiten sind insbesondere jeweils als Wagen ausgebildet, wobei ein derartiger Verband in dieser Ausführung auch Triebzug genannt ist. Der Datenbus kann gemäß dem TCN-Protokoll („Train Communication Network“) als WTB-Bus („Wire Train Bus“) oder als ETB-Bus („Ethernet Train Bus“) ausgebildet sein.
-
Außerdem wird vorgeschlagen, dass das Merkmal ein Nullspannungsdurchgang des Netzspannungssignals ist, wodurch eine besonders einfache und zuverlässige Erzeugung des Zeitsignals erreicht werden kann.
-
Gemäß einer vorteilhaften Ausführung ist die Zeitsignalerzeugungseinheit dazu vorgesehen, das Zeitsignal derart zu erzeugen, dass es als mit dem Netzspannungssignal synchronisiertes Taktsignal ausgebildet ist. Hierzu kann ein für die Taktung der Antriebssteuereinheiten vorgesehenes Taktsignal zentral erzeugt und über die Datenbusstruktur den Antriebssteuereinheiten zur Verfügung gestellt werden. Dabei erfolgt vorzugsweise eine kontinuierliche Erfassung des Merkmals durch die Zeitsignalerzeugungseinheit, wobei das Taktsignal permanent mit dem Netzspannungssignal synchronisiert ist.
-
Gemäß einer alternativen oder zusätzlichen Ausführung ist die Zeitsignalerzeugungseinheit dazu vorgesehen, auf der Grundlage des erfassten Merkmals das Zeitsignal als Synchronisationssignal zu erzeugen. Das Synchronisationssignal unterscheidet sich von einem Taktsignal dadurch, dass die Zeitspanne zwischen zwei Impulsen des Synchronisationssignals größer als die Periode des Netzspannungssignals ist. Insbesondere ist es als gelegentliches Signal ausgebildet. Mittels des Synchronisationssignals kann eine zur Synchronisation von Prozessen der Antriebssteuereinheiten geeignete Information bereitgestellt werden. Das Synchronisationssignal kann insbesondere eine mit einem Zeitstempel versehene Information umfassen. Es dient insbesondere dazu, getaktete Prozesse der Antriebssteuereinheiten mit dem Netzspannungssignal zu synchronisieren. Dabei kann eine Taktung der Antriebssteuereinheiten zumindest während einer Zeitspanne ohne Erfassung des Merkmals des Netzspannungssignals erfolgen. Diese Taktung ist dabei nicht permanent – zumindest nicht während dieser Zeitspanne – mit dem Netzspannungssignal synchronisiert, wobei diese Synchronisation durch das gelegentliche Erzeugen des Synchronisationssignals erfolgt.
-
In diesem Zusammenhang wird vorgeschlagen, dass die Verwaltungseinheit im Zusammenwirken mit der Zeitsignalerzeugungseinheit dazu vorgesehen ist, eine Synchronisation der Antriebssteuereinheiten mit dem Netzspannungssignal deterministisch oder stochastisch durchzuführen. Die deterministische Synchronisation kann gemäß einem vordefinierten Zeitmuster und/oder durch vordefinierte Ereignisse bedingt erfolgen.
-
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Zeitsignalerzeugungseinheit eine Auswerteeinheit umfasst, die dazu vorgesehen ist, zur Erzeugung des Zeitsignals einen mehrmaligen Erfassungsvorgang des Merkmals auszuwerten. Dadurch kann die Genauigkeit in der Bereitstellung des Zeitsignals erhöht werden.
-
Die Genauigkeit kann alternativ oder zusätzlich dadurch erhöht werden, dass die Zeitsignalerzeugungseinheit eine Verarbeitungseinheit aufweist, die dazu vorgesehen ist, zur Erzeugung des Zeitsignals ein auf der Grundlage des erfassten Merkmals erzeugtes Signal zu verarbeiten. Ein Verarbeitungsvorgang kann z.B. eine Filterung zur Ausblendung von Störgrößen umfassen. Mittels der Verarbeitungseinheit kann insbesondere ein Erzeugen des Zeitsignals unter Berücksichtigung der Netzstabilität erfolgen, indem eine Einheit der Verarbeitungseinheit dazu vorgesehen ist, auf der Grundlage des Signals den Netzstabilitätsfaktor zu ermitteln.
-
Ferner kann eine vorteilhaft einfache, auf der gemeinsamen Nutzung eines Kommunikationskanals für die Antriebsteuereinheiten und die Verwaltungseinheit basierte Architektur erreicht werden, wenn im Betrieb der Antriebssteuereinheiten und der Verwaltungseinheit ein Verhältnis der Verwaltungseinheit gegenüber Antriebssteuereinheiten ein Master-Slave-Verhältnis ist.
-
Eine konstruktiv einfache Ausbildung der Erfindung kann des Weiteren erreicht werden, wenn die Verwaltungseinheit von einer der Antriebssteuereinheiten gebildet ist.
-
Ferner kann eine redundante, insbesondere diversitäre Datenkommunikation der Verwaltungseinheit und der Antriebssteuereinheiten erreicht werden, wenn die Verwaltungseinheit und die Antriebssteuereinheiten an einen Satz elektrischer Leitungen angeschlossen sind, wobei eine Datenkommunikationseinheit vorgesehen ist, die zur Verwaltung einer Datenkommunikation der Verwaltungseinheit und der Antriebssteuereinheiten über den Leitungssatz dient. Unter einem „Verwalten“ einer Datenkommunikation soll ein Satz von Handlungen verstanden werden, die zum Herstellen und/oder zum Überwachen der Datenkommunikation dienen. Die elektrischen Leitungen des Leitungssatzes haben als Primärfunktion die Führung analoger elektrischer Signale. Der Leitungssatz ist insbesondere von einer digitalen Busstruktur unterschiedlich, in welchem Daten in digitaler Form übertragen werden. Dabei wird insbesondere vorgeschlagen, dass die Datenbusstruktur, an welche die Antriebssteuereinheiten angeschlossen sind, eine digitale Datenbusstruktur ist.
-
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist die Datenkommunikationseinheit dazu vorgesehen, einen Verwaltungsvorgang auf der Basis einer dem Leitungssatz zugeordneten Schaltdokumentation durchzuführen. Die Verwaltungseinheit kann vorteilhaft dadurch auf einen Datensatz zugreifen, der ohnehin vorhanden ist und aufgrund von Vorschriften bezüglich der Verwaltung, insbesondere der Pflege, einen besonders hohen Zuverlässigkeitsgrad aufweist. Durch Zugriff auf die Schaltdokumentation kann die Verwaltungseinheit schnell, einfach und zuverlässig Kenntnisse über Schaltparameter der über den Leitungssatz zu erreichenden Betriebsmittel erlangen, wie z.B. über einen Einbauort, eine Anschlussart, eine Signalart zum Ansprechen des Betriebsmittels usw.
-
Gemäß einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung dient zumindest ein Teil der Leitungen des Leitungssatzes zur Versorgung von Betriebsmitteln mit elektrischer Energie. Die entsprechenden Leitungen sind dabei zweckmäßigerweise von Versorgungsleitungen, die zur Führung von zumindest einer Stromphase vorgesehen sind, und/oder von Leitungen gebildet, die zur Führung eines Referenzpotentials, z.B. eines Masse-, Erd- oder Fahrzeugpotentials dienen.
-
Alternativ oder zusätzlich kann zumindest ein Teil der Leitungen des Leitungssatzes Steuerleitungen bilden. Es kann über eine Steuerleitung ein Vorgang eines angeschlossenen Betriebsmittels, insbesondere einer Aktorik, einer Sensorik und/oder einer Steuereinrichtung desselben initiiert werden. Das dabei verwendete Steuersignal ist zweckmäßigerweise ein analoges elektrisches Signal. Insbesondere kann zumindest ein Teil der Leitungen des Leitungssatzes Sicherheitsschleifen bilden. Beispiele für eine Sicherheitsschleife sind insbesondere eine Türsteuerungsschleife, eine Türverriegelungsschleife, eine Notbremsschleife, eine Bremsbefehlsschleife, eine Fahrtrichtungsermittlungsschleife und/oder eine Kuppelschleife.
-
Der Leitungssatz, welcher mit den beschriebenen Versorgungs- und/oder Steuerleitungen versehen ist, ist in der fachmännischen Sprache gegenüber einer digitalen Datenbusstruktur auch „konventionelle Schalttechnik“ genannt. Er wird zweckmäßigerweise von einer Spannungsversorgung des Schienenfahrzeugs versorgt.
-
Die Erfindung geht ferner aus von einem Verfahren zum Betreiben eines Schienenfahrzeugs, welches einen Satz von Antriebseinheiten, die jeweils zumindest einen Fahrmotor und eine Antriebssteuereinheit aufweisen, eine Netzspannungserfassungseinheit, welche zur Erfassung eines Netzspannungssignals einer Netzversorgung vorgesehen ist, und eine Datenbusstruktur aufweist, an welche die Antriebssteuereinheiten datentechnisch angeschlossen sind.
-
Es wird vorgeschlagen, dass zumindest ein Merkmal des Netzspannungssignals erfasst wird, auf der Grundlage des Merkmals zumindest ein Zeitsignal erzeugt wird und das Zeitsignal über die Datenbusstruktur den Antriebssteuereinheiten zur Verfügung gestellt wird. Hierdurch erfolgt vorteilhafterweise eine im Schienenfahrzeug zentrale Erfassung des zumindest einen Merkmals, wobei eine darauf basierte Information mittels der Datenbusstruktur den Antriebssteuereinheiten zur Verfügung gestellt werden kann. Zu den vorteilhaften Wirkungen des vorgeschlagenen Verfahrens wird auf die obigen Ausführungen zum erfindungsgemäßen Schienenfahrzeug verwiesen.
-
Es wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
-
1: ein Schienenfahrzeug mit einer Netzspannungserfassungseinheit und Antriebskomponenten in einer schematischen Seitenansicht,
-
2: eine Antriebskette des Schienenfahrzeugs,
-
3: die Erzeugung von Zeitsignalen anhand des erfassten Netzspannungssignals und
-
4: eine Zeitsignalerzeugungseinheit zur Erzeugung der Zeitsignale.
-
1 zeigt ein Schienenfahrzeug 10 in einer schematischen Seitenansicht. Es ist von einem Verband von Fahrzeugeinheiten 12 gebildet, die jeweils als für den Transport von Personen ausgebildete Wagen ausgebildet sind. Das Schienenfahrzeug 10 ist als Triebzug ausgeführt, wobei zumindest zwei Fahrzeugeinheiten 12 jeweils mit zumindest einer Antriebseinheit 14 zum Antreiben einer Triebachse 16 vorgesehen sind. Die Anzahl der Fahrzeugeinheiten 12 und die Reihenfolge von Triebachsen 16 und Laufachsen sind beispielhaft. Die Komponenten einer Antriebskette, die zur Versorgung einer oder mehrerer Antriebseinheiten 14 dient, können über mehrere Fahrzeugeinheiten 12 verteilt sein. Dabei wird das Schienenfahrzeug 10 vorzugsweise als eine Zugeinheit betrieben, bei welcher eine Trennung der Fahrzeugeinheiten 12 – außer für Wartungs- oder Instandhaltungszwecke – voneinander nicht vorgesehen ist. Ein Schienenfahrzeug 10 kann dabei von mehreren solchen Zugeinheiten gebildet sein, die im gekoppelten Zustand betrieben werden.
-
In einer alternativen Ausführung können die Komponenten einer Antriebskette, die zur Versorgung zumindest einer Antriebseinheit 14 dient, jeweils in der Fahrzeugeinheit 12 konzentriert angeordnet sein, in welcher die Antriebseinheit 14 angeordnet ist. Eine solche, als Traktionswagen ausgebildete Fahrzeugeinheit 12 kann nach Bedarf einem bestehenden Verband hinzugefügt bzw. von einem bestehenden Verband entkoppelt werden. Das Schienenfahrzeug kann in diesem Fall als eine Komposition von Traktionswagen und antriebslosen Wagen flexibel gestaltet werden.
-
Das Schienenfahrzeug 10 weist zumindest eine Netzspannungserfassungseinheit 18 auf, die dazu vorgesehen ist, ein Netzspannungssignal N einer Netzversorgung 20 zu erfassen. Die Netzversorgung 20 umfasst in der betrachteten Ausführung eine Oberleitung 22, wobei die Netzspannungserfassungseinheit 18 als ein auf dem Dach einer Fahrzeugeinheit 12 angeordneter Pantograph ausgebildet ist. Die Netzversorgung 20 führt eine Wechselspannung, welche die für den Bahnbetrieb typischen Werte 25 kV (50 Hz) oder 15 kV (16 Hz 2/3) aufweisen kann.
-
Die Antriebseinheiten 14.a bis 14.d weisen jeweils zumindest einen Fahrmotor 24 auf (in der Figur schematisch gestrichelt dargestellt), welcher mit zumindest einer Triebachse 16 zur Übertragung eines Drehmoments koppelbar ist. Zur Versorgung des zumindest einen Fahrmotors 24 mit elektrischer Leistung umfasst die entsprechende Antriebseinheit 14 eine Leistungsversorgungseinheit 26. Diese ist zumindest einem Fahrmotor 24 zugeordnet, wobei eine Leistungsversorgungseinheit 26 mehrere Fahrmotoren 24 versorgen kann. In einer typischen Ausführung ist die Leistungsversorgungseinheit 26 als Wechselrichtereinheit ausgebildet, welche Schaltelemente einer Leistungselektronik, insbesondere Schalttransistoren (z.B. IGBTs) aufweist (nicht gezeigt). Zur Steuerung der Leistungsversorgungseinheit 26 weist die Antriebseinheit 14 eine Antriebssteuereinheit 28 auf. In der fachmännischen Sprache ist die Antriebssteuereinheit 28 auch „Antriebssteuergerät“ (oder ASG) genannt. In der betrachteten Ausführung dient die Antriebssteuereinheit 28 dazu, Schaltvorgänge der Schaltelemente gemäß einer gewünschten Antriebsleistung zu steuern.
-
Die Komponenten einer Antriebskette sind schematisch in 2 dargestellt. Die Leistungsversorgungseinheiten 26 der Antriebseinheiten 14.a bis 14.d beziehen eine elektrische Energie aus einem Zwischenkreis 30, welcher selbst mit Energie aus der Netzversorgung 20 eingespeist wird. Das von der Netzspannungserfassungseinheit 18 erfasste Netzspannungssignal N wird von einer Transformatoreinheit 32 transformiert, welche ein Spannungssignal mit einer kleineren Spannungsamplitude bereitstellt. Eine Eingangsschaltung 34, insbesondere eine Gleichrichtereinheit, verarbeitet das transformierte Signal weiter. Der Ausgang der Eingangsschaltung 34 ist an den Zwischenkreis 30 angeschlossen. Zwischen der Transformatoreinheit 32 und der Netzspannungserfassungseinheit 18 ist eine Schalteinheit 36 angeordnet, welche eine Trennung der Antriebskette vom Netzspannungssignal N unter Last bewirken kann. Diese Schalteinheit 36 ist auch „Hauptschalter“ genannt.
-
Das Schienenfahrzeug 10 ist außerdem hinsichtlich leittechnischer Aspekte mit einer Datenbusstruktur 40 ausgestattet, welche Funktionskomponenten des Schienenfahrzeugs 10 datentechnisch miteinander verbindet. Diese Funktionskomponenten sind insbesondere zumindest eine zentrale Fahrzeugsteuerung und in verschiedenen Fahrzeugeinheiten 12 angeordnete lokale Steuerungen (nicht gezeigt). Die Datenbusstruktur 40 weist einen Datenbus 42 auf, welche die Fahrzeugeinheiten 12 miteinander verbindet. Insbesondere erstreckt sich der Datenbus 42 im gesamten Verband der Fahrzeugeinheiten 12. Außerdem ist möglich, dass bei einem oben beschriebenen Betrieb von mehreren gekoppelten Zugeinheiten die Datenbusse 42 der jeweiligen Zugeinheiten miteinander gekoppelt werden, sodass über die gekoppelten Datenbusse 42 eine Datenkommunikation über die Grenzen einer Zugeinheit hinaus – d.h. im gesamten Schienenfahrzeug als Verband dieser Zugeinheiten – möglich ist. In der fachmännischen Sprache ist der Datenbus 42 auch „Zugbus“ oder „Train Bus“ genannt. Insbesondere kann er gemäß dem TCN-Protokoll („Train Communication Network“) als WTB-Bus („Wire Train Bus“) oder als ETB-Bus („Ethernet Train Bus“) ausgebildet sein.
-
Die Antriebssteuereinheiten 28.a bis 28.d, von welchen mehrere in unterschiedlichen Fahrzeugeinheiten 12 angeordnet sind, sind an die Datenbusstruktur 40, insbesondere an den Datenbus 42 datentechnisch angeschlossen.
-
Das Schienenfahrzeug 10 umfasst eine Zeitsignalerzeugungseinheit 46, die dazu vorgesehen ist, zumindest ein Merkmal des Netzspannungssignals N zu erfassen und auf der Grundlage des Merkmals zumindest ein Zeitsignal S zu erzeugen.
-
Außerdem weist das Schienenfahrzeug 10 eine Verwaltungseinheit 48 auf, die dazu dient, das Zeitsignal S über die Datenbusstruktur 40 den Antriebssteuereinheiten 28 zur Verfügung zu stellen. Hierzu ist die Verwaltungseinheit 48 an die Zeitsignalerzeugungseinheit 46 und an die Datenbusstruktur 40, insbesondere den Datenbus 42 datentechnisch angeschlossen. Mittels der Verwaltungseinheit 48 kann das Zeitsignal S während des Betriebs des Schienenfahrzeugs 10, insbesondere eines Betriebs der Antriebseinheiten 14, über die Datenbusstruktur 40 übertragen werden. Die Antriebssteuereinheiten 28 weisen jeweils eine Anschlusseinheit 50 auf, über welche sie jeweils an die Datenbusstruktur 40, insbesondere an den Datenbus 42 datentechnisch angeschlossen sind. Mehrere der Anschlusseinheiten 50.a bis 50.d sind in unterschiedlichen Fahrzeugeinheiten 12 angeordnet und an den Datenbus 42 angeschlossen. Die Funktion der Anschlusseinheiten 50 besteht insbesondere darin, das auf dem Datenbus 42 vorhandene Zeitsignal S zu empfangen, welches von einer Steuereinrichtung 51 der entsprechenden Antriebssteuereinheit 28 benutzt wird. In der Figur sind die Anschlusseinheiten 50 von den Steuereinrichtungen 51 getrennt dargestellt, wobei denkbar ist, dass die Steuereinrichtungen 51 und die zugeordnete Anschlusseinheit 50 Bestandteil eines gleichen physikalischen Geräts sind.
-
3 zeigt in drei Diagrammen das von der Netzspannungserfassungseinheit 18 erfasste Netzspannungssignal N, die Erfassung eines Merkmals dieses Netzspannungssignals N und das Erzeugen des Zeitsignals S in zwei Ausführungsformen als Funktion der Zeit t. Der interne Aufbau der Zeitsignalerzeugungseinheit 46 ist in 4 dargestellt.
-
Das Netzspannungssignal N ist als ein sinusförmiges Wechselspannungssignal ausgebildet, welches durch eine bestimmte Frequenz (z.B. 50 Hz oder 16 2/3 Hz) bzw. eine bestimmte Periode T charakterisiert ist.
-
In der betrachteten Ausführung ist das Merkmal des Netzspannungssignals N dessen mit Periode T erfolgender Nullspannungsdurchgang bei positiver Spannungssteigung. Die Zeitsignalerzeugungseinheit 46 weist wie in 4 dargestellt einen Sägezahngenerator 52 auf, welcher mit dem Netzspannungssignal N synchronisiert ist bzw. durch den Nullspannungsdurchgang des Netzspannungssignals N getriggert wird. Durch dieses Triggern wird der Nullspannungsdurchgang erfasst. Das im mittleren Diagramm der Figur gezeigte Signal des Sägezahngenerators 52 wird mittels einer Verarbeitungseinheit 54 verarbeitet. Insbesondere weist diese eine eine Oszillator-Einheit 56 – z.B. in der Form einer TCXO oder „Temperature Compensated Crystal Oscillator“ – auf, durch welche das Signal stabilisiert wird.
-
Es werden nun mehrere Ausführungen des Zeitsignals S und dessen jeweilige Nutzung erläutert.
-
Die Zeitsignalerzeugungseinheit 46 kann das Merkmal des Netzspannungssignals N kontinuierlich erfassen. Hierdurch kann das Zeitsignal S, welches von der Verwaltungseinheit 48 bereitgestellt wird, gemäß einer ersten Ausführungsform permanent mit dem Netzspannungssignal N synchronisiert sein. Eine erste Ausführungsform des Zeitsignals S ist im unteren Diagramm der 3 dargestellt. Es entspricht einer Folge von Impulsen einer bestimmten Dauer t1 mit der Frequenz des Netzspannungssignals N. Diese Impulse werden von einer Impulseinheit 58 erzeugt. In dieser Ausführung kann das Zeitsignal S als mit dem Netzspannungssignal N synchronisiertes Taktsignal TS für die Antriebssteuereinheiten 28 dienen, welches mittels der Verwaltungseinheit 48 über den Datenbus 42 zur Verfügung gestellt wird.
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Zeitsignal S als Synchronisationssignal ausgebildet sein. Es nimmt die Form eines Impulses an, welcher über den Datenbus 42 von den Antriebssteuereinheiten 48 zur Synchronisation von laufenden, insbesondere getakteten Steuerprozessen genutzt wird. Dieses Synchronisationssignal Sy ist in 3 durch einen gestrichelten Pfeil dargestellt. Insbesondere kann das Synchronisationssignal Sy die Funktion eines Bus-Zeitstempels für eine zugweise Synchronisation haben.
-
Eine Synchronisation der Antriebssteuereinheiten 28 mit dem Netzspannungssignal N mittels des Synchronisationssignals Sy erfolgt gelegentlich, insbesondere deterministisch – gemäß einem festgelegten Zeitmuster oder durch zumindest eine Bedingung getriggert – oder stochastisch durch die Verwaltungseinheit 48.
-
Um die Genauigkeit in der Erzeugung des Zeitsignals S zu erhöhen, kann dieses erzeugt werden, nachdem das Merkmal des Netzspannungssignals N mehrmals erfasst worden ist. Eine Auswerteeinheit 60 der Verarbeitungseinheit 54 wertet die mehrmalige Erfassung aus. Insbesondere kann die Auswerteinheit 60 mittels der Oszillatoreinheit 56 den Netzstabilitätsfaktor ermitteln, wobei eine eventuelle Netzinstabilität bei der Erzeugung des Zeitsignals S berücksichtigt werden kann.
-
Außerdem weist die Verarbeitungseinheit 54 eine Filterungseinheit 62 auf, durch welche ein auf der Grundlage des erfassten Merkmals erzeugtes Signal zur Beseitigung von bekannten oder ermittelbaren Störgrößen gefiltert werden kann.
-
Wie in 1 dargestellt ist die Verwaltungseinheit 48 von einer der Antriebssteuereinheiten 28 gebildet. Hierzu ist die entsprechende Antriebssteuereinheit 28.c mit dem Zeitsignalausgang der Zeitsignalerzeugungseinheit 46 verbunden.
-
Damit die Bereitstellung des Zeitsignals S über einen gemeinsamen Kommunikationskanal der Datenbusstruktur 40, insbesondere des Datenbusses 42 erfolgen kann, werden die Verwaltungseinheit 48 und die übrigen Antriebssteuereinheiten 28.a, 28.b, 28.d gemäß einem Master-Slave-Verhältnis betrieben, wobei die Verwaltungseinheit 48 ggf. die entsprechende Antriebssteuereinheit 28.c die Funktion des Masters aufweist.
-
In 1 ist außerdem einen Satz elektrischer Leitungen 64 gezeigt, an welche die Antriebssteuereinheiten 28 und die Verwaltungseinheit 48 angeschlossen sind. Diese Leitungen 64, welche in der Figur stark schematisiert dargestellt sind, haben als Primärfunktion die Führung eines analogen elektrischen Signals. Elektrische Leitungen des Satzes sind insbesondere als Versorgungsleitungen ausgebildet, durch welche eine Stromversorgung der angeschlossenen Einheiten erfolgt. Weitere Leitungen können als Steuerleitungen ausgebildet sein, über welche Steuersignale in analoger Form übertragbar sind. Beispielsweise können derartige Leitungen Sicherheitsschleifen bilden.
-
Das Schienenfahrzeug 10 weist eine Datenkommunikationseinheit 66 auf, die dazu vorgesehen ist, eine Datenkommunikation der Verwaltungseinheit 48 und der Antriebssteuereinheiten 28 über den Leitungssatz zu verwalten. Die Funktion der Datenkommunikationseinheit 66 ist insbesondere, eine zur Datenkommunikation über die digitale Datenbusstruktur 40 redundante Datenkommunikation zu verwalten. Die Einkopplung von Signalen in den Satz elektrischer Leitungen kann z.B. mittels eines Modulationsverfahrens (z.B. eines OFDM-Verfahrens) erfolgen.
