EP3753803A1 - Verfahren und odometrie-einheit zum testen einer etcs-odometrie-software-version - Google Patents

Verfahren und odometrie-einheit zum testen einer etcs-odometrie-software-version Download PDF

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EP3753803A1
EP3753803A1 EP19181179.3A EP19181179A EP3753803A1 EP 3753803 A1 EP3753803 A1 EP 3753803A1 EP 19181179 A EP19181179 A EP 19181179A EP 3753803 A1 EP3753803 A1 EP 3753803A1
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EP
European Patent Office
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odometry
unit
etcs
secure computing
computing unit
Prior art date
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EP19181179.3A
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English (en)
French (fr)
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EP3753803B1 (de
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Andreas Böhler
Patrick Brunner
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Siemens Mobility GmbH
Original Assignee
Siemens Mobility GmbH
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L27/00—Central railway traffic control systems; Trackside control; Communication systems specially adapted therefor
    • B61L27/60—Testing or simulation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L25/00—Recording or indicating positions or identities of vehicles or trains or setting of track apparatus
    • B61L25/02—Indicating or recording positions or identities of vehicles or trains
    • B61L25/026—Relative localisation, e.g. using odometer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L27/00—Central railway traffic control systems; Trackside control; Communication systems specially adapted therefor
    • B61L27/20—Trackside control of safe travel of vehicle or train, e.g. braking curve calculation
    • B61L2027/202—Trackside control of safe travel of vehicle or train, e.g. braking curve calculation using European Train Control System [ETCS]

Definitions

  • the present invention relates to a method and an odometry unit for testing an odometry software version for an ETCS computer on a vehicle traveling an ETCS route with an ETCS vehicle device according to the independent claims.
  • ETCS European Train Control System
  • ETCS is to replace the multitude of train control systems used in the countries, to be used in the medium term in high-speed traffic and to be implemented in the long term in all European rail traffic.
  • odometry stands for the process of measuring the movement of a train along a track. This process is used for speed and distance measurement.
  • the odometry software installed and executable on the secure computing unit EVC is safety-relevant.
  • This odometry software is also subject to changes, adaptations and extensions.
  • extensive tests and approvals are required. The tests are carried out on the one hand in the laboratory and on the other hand for individual vehicles on a special test track (e.g. that of the Wegberg-Wildenrath PCW test and validation center).
  • X-Traces these are special diagnostic messages
  • This test variant has the disadvantage that the activation of the X-Traces requires approval (expert / authority).
  • the odometry unit to be created should also be able to be used to record the actual data of an ETCS vehicle device occurring during rail operations without the functionality of the monitoring ETCS device being influenced or even impaired.
  • the method according to the invention for testing an odometry software version for an ETCS vehicle equipment of a vehicle traveling on an ETCS route is characterized by the features, according to which:
  • Figure 1 shows a clearly simplified block diagram for connecting an odometry unit 1 to a monitoring ETCS vehicle device 3.
  • the location receiver 31 is connected to a secure recording unit (JRU Juridical Recording Unit) via an amplifier - that is to say a GPS amplifier 33.
  • This secure recording unit JRU is used for event recording of the safety-relevant data, which are later analyzed after an accident, for example.
  • the term digital tachograph is also used instead of the term recording unit. Further connections to this secure one are not shown Recording unit JRU, which is arranged separately and securely in the vehicle.
  • the interface 40 to this recording unit JRU and not the recording unit JRU itself is designated by the reference number 40.
  • the GPS receiver is supplied with power from the JRU recording unit. In this exemplary embodiment, the specific technology is called GPS.
  • the present exemplary embodiment as well as the invention are technology-neutral in this regard and are also referred to as GNSS, that is to say GNSS antenna 31, GNSS receiver 31 or location receiver.
  • a control car is a non-powered railroad car with a driver's cab from which a traction vehicle that is not running on the Switzerlandspitze can be remotely controlled.
  • a decoupling box 42 is provided for connecting the aforementioned connecting cable 53, which is connected to the sensors 45.1, 45.2, 46.1, 46.2 on the underside of the vehicle via a connection cassette 43.
  • the decoupling box 42 is also connected to the secure computing unit 36. In the decoupling box 42, the required signals are split between the secure computing unit 36 and the odometry unit 1.
  • Signals which are not relevant for the odometry unit 1 are passed 1: 1 through to the secure computing unit 36.
  • Relevant signals from the position pulse generator 46.1 / 46.2 and the radars 45.1 / 45.2 are decoupled without any reaction via optocouplers built into the decoupling box 42.
  • a converter 12 is provided for this purpose.
  • a differential transmission method is used for the unidirectional transmission from the ETCS vehicle equipment 3 to the odometry unit 1 because external electromagnetic errors are unavoidable, especially on a locomotive.
  • the normal useful signal is transmitted on a first line (wire) and the inverted useful signal on a second line (wire) of exactly the same length.
  • the difference between the two signals is formed and the original useful signal is converted back again. If a disturbance acts on the twisted wires, this disturbance acts on both lines and thus occurs identically in both signals ⁇ common mode.
  • this in-phase interference signal is eliminated and the undisturbed signal is thus restored. This ensures a high level of immunity to interference from electromagnetic fields.
  • An odometry software version to be tested is loaded in the secure computing unit 16 and can be run.
  • the too The odometry software version to be tested processes the data coming from the ETCS vehicle device 3 (above signals to describe the technical process of the transmission), which, as described above, is non-reactive via the decoupling box 42 and the converter 12 of this secure computing unit 16 are fed. Further software components are loaded on the secure computing unit 36 of the ETCS vehicle equipment and are executed accordingly, while generally only one odometry software version to be tested is loaded and executable on the secure computing unit 16 of the odometry unit 1 is.
  • a program runs on the non-secure arithmetic unit 15 which stores the data generated by the secure arithmetic unit 16 (eg a speed specification for the driver's cab signaling) in a non-volatile memory.
  • the non-volatile memory can be designed as a plug-in memory module. The data saved in this way can later be analyzed offline in order to verify the correct functioning of the odometry software version to be tested.
  • a connecting cable 52 between the secure computing unit 36 and the decoupling box 42 is secured with a cable screw connection 49 with strain relief. This applies in an analogous way to the odometry unit 1 and the connecting cable 14 and the cable screw connection 19 with strain relief.
  • a cable 53 with corresponding sockets 48/18 and plugs 47/17 is provided between the ETCS vehicle device 3 and the odometry unit 1.
  • a typical cable length of the cable 53 is 5 to 10 m. This ensures that the odometry unit 1 is arranged outside the driver's cab, for example also in the passenger compartment of a control vehicle.
  • the odometry unit 1 is preferably supplied with energy from a power supply with a battery 10 and an associated converter and controller 11.
  • the decoupling box 42 can easily be installed in an ETCS vehicle device 3 with correspondingly shortened connector cables.
  • the structural design is preferably provided in the same construction as for the ETCS vehicle device 1 in order to be able to use, for example, identical assemblies for the arithmetic units 35/15 and 36/16.
  • the housing of the odometry unit 1 is therefore preferably a 19-inch standard rack with an oscillating frame and 12 height units HE.
  • the 19 "FRONT-LOAD container from DIGIPACK Kappeler can be used for this purpose.
  • the 19" devices are operated from the front.
  • the swing frame guarantees a high level of protection for the built-in components. All additional components such as the batteries can therefore be installed in 19 inch rack drawers.
  • a 3U drawer can be used to control the power supply, namely a 2U drawer for accessories such as cables, converter 12 and an optional charger
  • the odometry unit 1 is also referred to as the odometry case 1.
  • the aforementioned structural and structural measures ensure that the odometry unit 1 can be brought into a vehicle by the personnel using muscle power can.
  • a portable odometry unit 1 is thus created and can therefore be used universally for all locomotives and all control cars of a railway company.
  • a so-called “Safe Navigation Receiver” 2 can be connected to the odometry unit 1, which, formulated in a technology-neutral manner, has a “GNSS sensor” 23 with an integrated “Inertial Measurement Unit” IMU 23.
  • This “inertial measurement unit” essentially consists of an acceleration sensor that is used to detect movement.
  • either a GPS antenna / GNSS antenna / location receiver 21 with magnetic adhesion is additionally attached to the vehicle roof or the GPS antenna / GNSS antenna 31 of the ETCS vehicle system 3 with the "GNSS sensor” via a splitter 34 of the ETCS vehicle equipment 3 »23 connected.
  • This "Inertial Measurement Unit” is to bridge short-term GNSS / GPS reception gaps in order to be able to measure the movement of the vehicle.
  • the connection takes place optionally via the switch 22.
  • the «GNSS Sensor» calculates, compares, monitors and checks the plausibility of the speed and position.
  • the information is transferred to the secure computing unit 16 of the odometry unit 1 via a serial interface.
  • the plausibility check of the speed and position of the vehicle is carried out by the “GNSS sensor” 23 with the integrated accelerometer 23, which can be connected to the odometry unit 1.
  • the determination of the speed and position of the train is based on the location information originating from the GNSS receiver 21 and the acceleration values originating from the accelerometer 23.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Train Traffic Observation, Control, And Security (AREA)

Abstract

Für das Testen einer Odometrie-Software-Version für eine ETCS-Fahrzeugeinrichtung (3) eines auf einer ETCS- Strecke fahrenden Fahrzeugs wird ein Verfahren vorgeschlagen, dass im realen Bahnbetrieb einsetzbar ist, ohne dass eine Neuzulassung für die Einrichtungen erforderlich ist.Dazu wird einer bestehenden ETCS-Fahrzeugeinrichtung (3) eine Odometrie-Einheit (1) beigestellt, die rückwirkungsfrei mit der überwachenden ETCS-Fahrzeugeinrichtung (3) verbunden ist. Auf der ETCS-Fahrzeugeinrichtung ist auf dem ETCS-Rechner (36) eine zugelassene Software-Version gespeichert und ausführbar. Die Odometrie-Einheit enthält je einen identische sichere Rechner-Einheit (16), auf der die zu testende Odometrie-Software-Version gespeichert und ausführbar ist. Zur späteren Auswertung werden die der sicheren Rechner-Einheit (16) rückwirkungsfrei übermittelten Daten und die von der sicheren Rechner-Einheit (16) generierten Daten durch eine nicht sichere Rechnereinheit (15) in einem nicht flüchtigen Speicher aufgezeichnet.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und auf eine Odometrie-Einheit zum Testen einer Odometrie-Software-Version für einen ETCS-Rechner auf einem eine ETCS-Strecke fahrenden Fahrzeug mit einer ETCS-Fahrzeugeinrichtung gemäss den unabhängigen Patentansprüchen.
  • Das «European Train Control System» ETCS ist das standardisierte Zugbeeinflussungssystem im einheitlichen europäischen Eisenbahnverkehrsleitsystems ERTMS.
  • Eine weitere technische Komponente dieser digitalen Bahntechnologie ETCS ist das Bahn-Mobilfunksystem GSM-R. Dazu wird auf die Veröffentlichung WO 2018/033319 A1 [1] verwiesen.
  • ETCS soll die Vielzahl der in den Ländern eingesetzten Zugsicherungssysteme ablösen, mittelfristig im Hochgeschwindigkeitsverkehr Verwendung finden und langfristig im gesamten europäischen Schienenverkehr umgesetzt werden.
  • Die verwendeten Akronyme ETCS, ERTMS, etc. sind am Schluss dieser Beschreibung einschliesslich Quellenangaben aufgeführt.
  • Eine ETCS-Fahrzeugeinrichtung umfasst wenigstens
    • eine sichere Rechen-Einheit EVC;
    • eine Führerstandsanzeige DMI;
    • eine Wegmesseinrichtung, (zB mit Wegimpulsgebern und Radaren);
    • eine GSM-R-Übertragungseinrichtung;
    • einen Balisenleser und
    • einen Bremszugriff.
  • Der Begriff «Odometrie» (vgl. https://de.wikipedia.org/wiki/Odometrie (ETCS)) steht für den Prozess der Messung der Bewegung eines Zuges entlang eines Gleises. Dieser Prozess wird zur Geschwindigkeits- und Wegmessung verwendet.
  • Die auf der sicheren Rechen-Einheit EVC installierte und ausführbare Odometrie-Software ist sicherheitsrelevant. Auch diese Odometrie-Software ist Änderungen, Anpassungen und Erweiterungen unterworfen. Bevor eine neue Version einer Odometrie-Software im Bahnbetrieb eingesetzt werden kann, sind umfangreiche Tests und Abnahmen erforderlich. Die Tests werden einerseits im Labor und andererseits für einzelne Fahrzeuge auf einer speziellen Teststrecke (zB jene des Prüf- und Validierungscenters Wegberg-Wildenrath PCW) durchgeführt. Alternativ besteht die Möglichkeit, sog. X-Traces (das sind besondere Diagnose-Meldungen) auf einem Fahrzeugtyp zu aktivieren und die Daten später in einer Art Replay mit der zu testenden Software-Version zu verifizieren. Diese Testvariante hat den Nachteil, dass das Aktivieren der X-Traces genehmigungspflichtig (Gutachter/Behörde) ist.
  • Bisher gibt es keine Möglichkeit, eine neue Version einer Odometrie-Software einfach und auf verschiedenen Fahrzeugtypen im echten Bahnbetriebsumfeld zu testen. Ausserdem gibt es bislang keine Möglichkeit unkompliziert Daten (X-Traces) verschiedenster Fahrzeugtypen im realen Betriebsumfeld zu sammeln.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde ein Verfahren und eine Odometrie-Einheit zu schaffen, mit denen Tests einer neuen Version einer Odometrie-Software durchgeführt werden können. Diese Tests soll im realen Bahnbetrieb ohne irgendwelche betriebliche Einschränkungen erfolgen, wobei hier der Begriff «ohne irgendwelche betriebliche Einschränkungen» sehr weit gefasst wird:
    • ohne Einfluss auf die Sicherheit des betreffenden Zuges;
    • keine Belästigung oder Ablenkung des Lokomotivführers;
    • ohne Einfluss auf die Funktion einer überwachenden ETCS-Fahrzeugeinrichtung.
  • Die zu schaffende Odometrie-Einheit soll ausserdem eingesetzt werden können, die real im Bahnbetrieb anfallenden Daten einer ETCS-Fahrzeugeinrichtung aufzuzeichnen, ohne dass dadurch die Funktionalität der überwachenden ETCS-Einrichtung beeinflusst oder gar beeinträchtigt wird.
  • Diese Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Patentansprüchen angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in weiteren Ansprüchen angegeben.
  • Das erfindungsgemässe Verfahren zum Testen einer Odometrie-Software-Version für eine ETCS-Fahrzeugeinrichtung eines auf einer ETCS-Strecke fahrenden Fahrzeugs zeichnet sich durch die Merkmale aus, wonach:
  • die ETCS-Fahrzeugeinrichtung wenigstens umfasst:
    • einen ETCS-Rechner mit einer zugelassenen Odometrie-Software-Version,
    • eine Führerstandsanzeige,
    • Wegmesseinrichtungen und
    • Radare zur Geschwindigkeitsmessung;
    das Verfahren zeichnet sich weiter aus durch die Verfahrensschritte:
    • Bereitstellen einer Odometrie-Einheit enthaltend
      • eine sichere Rechen-Einheit mit der zu testenden Odometrie-Software-Version und wobei die Odometrie-Einheit weiter eine nicht sichere Rechen-Einheit enthält;
    • rückwirkungsfreies Übermitteln von den Wegmesseinrichtungen und Radaren entstammenden Daten zur Odometrie-Einheit;
    • Verarbeiten der von den Wegmesseinrichtungen und Radaren entstammenden Daten durch die sichere Rechen-Einheit;
    • Aufzeichnen der von Wegmesseinrichtungen und Radaren entstammenden Daten und der von der sicheren Rechen-Einheit generierten Daten in der nicht sicheren Rechen-Einheit der Odometrie-Einheit.
  • So können sich für das Verfahren die folgenden Vorteile zusätzlich ergeben:
    1. i) Durch die rückwirkungsfreie Entkopplung braucht eine Fahrt zum Testen einer neuen Version einer Odometrie-Software bei den Behörden weder angemeldet zu werden, noch muss dazu eine Bewilligung eingeholt werden.
    2. ii) Durch eine abgesetzte Anordnung der Odometrie-Einheit mittels eines Kabels und einer autarken Stromversorgung bei einer Fahrt zum Testen einer neuen Version einer Odometrie-Software kann der betreffende Lokomotivführer gar nichts bemerken.
    3. iii) Da lediglich die von den Wegmesseinrichtungen und den Radaren entstammenden Daten zur Odometrie-Einheit übermittelt werden, ist das Verfahren unabhängig vom ETCS-Level der befahrenen Strecke.
    4. iv) Nach erfolgter behördlicher Zulassung von Odometrie-Einheit einschliesslich Konvertierer und der auf der ETCS-Fahrzeugeinrichtung befindlichen Entkopplungsbox, ist das Verfahren wie auch die vorgenannten zwei Komponenten frei einsetzbar.
  • Die erfindungsgemässe Odometrie-Einheit zur Durchführung des Verfahrens zum Testen einer Odometrie-Software-Version für eine ETCS-Fahrzeugeinrichtung eines auf einer ETCS-Strecke fahrenden Fahrzeugs zeichnet sich durch die Merkmale aus, wonach:
  • Die Odometrie-Einheit zur Durchführung des Verfahrens zum Testen einer Odometrie-Software-Version für eine ETCS-Fahrzeugeinrichtung eines auf einer ETCS-Strecke fahrenden Fahrzeugs und wonach die Odometrie-Einheit enthält wenigstens:
    • eine sichere Rechen-Einheit mit einer zu testenden Odometrie-Software-Version;
    • eine nicht sichere Rechen-Einheit, wobei der Odometrie-Einheit rückwirkungsfrei Daten von der ETCS-Fahrzeugeinrichtung übermittelbar sind und die Odometrie-Einheit dazu einen Konvertierer aufweist.
  • Für die Odometrie-Einheit können sich die folgenden Vorteile zusätzlich ergeben:
    1. i) Durch das Vorsehen einer unabhängigen Stromversorgung der Odometrie-Einheit ist der Einsatzbereich dieser Einheit autonom vom Führerstand. Die Kabellänge zur Verbindung mit der ETCS-Fahrzeugeinrichtung im betreffenden Zug stellt die einzige Beschränkung dar.
    2. ii) Durch die konstruktive Ausgestaltung der Odometrie-Einheit als 19-Zoll-Standard-Rack können einerseits Komponenten wie zB die sichere Recheneinheit EVC auch in der Odometrie-Einheit eingesetzt werden und dadurch ein Kostenvorteil erreicht werden. Andererseits ist dadurch eine tragbare Odometrie-Einheit geschaffen, die flexibel auf Testfahrten einsetzbar ist.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Dabei zeigen:
    • Figur 1 Blockschaltbild und Anschaltung einer Odometrie-Einheit zum Testen einer ETCS-Software-Version;
    • Figur 2 Entkopplungskonzept zwischen ETCS-Fahrzeugeinrichtung und Odometrie-Einheit.
  • Figur 1 zeigt ein deutlich vereinfachtes Blockschaltbild zur Anschaltung einer Odometrie-Einheit 1 an eine überwachende ETCS-Fahrzeugeinrichtung 3.
  • Die ETCS-Fahrzeugeinrichtung 3 enthält: Im Fahrzeugunterflur sind eine Balisenantenne 44, zwei Radare 45.1 und 45.2 und zwei Wegimpulsgeber 46.1 und 46.2 angeordnet. Die Radare 45.1 und 45.2 messen die Geschwindigkeit eines Zuges mittels des Doppler-Effektes. Die Radare 45.1 und 45.2 sowie die Wegimpulsgeber 46.1 und 46.2 sind auf einen Anschlusskasten 43 geführt, der seinerseits mit der sicheren Rechen-Einheit 36 verbunden ist. Der Führerstand enthält als übliche Komponenten eine Führerstandsandzeige 37, einen Summer 38, eine Quittiertaste 39 und einen Isolationsschalter 41. Für die Steuerung/Überwachung sind in der ETCS Fahrzeugeinrichtung 3 vorgesehen:
    • die bereits erwähnte sichere Rechen-Einheit 36,
    • eine nicht sichere Rechen-Einheit 35,
    • eine GSM-R - Übertragungseinrichtung 30,
    • ein Ortungsempfänger 31, üblicherweise ein GPS-Empfänger.
  • Der Ortungsempfänger 31 ist über einen Verstärker - also einen GPS-Verstärker 33 - mit einer sicheren Aufzeichnungseinheit (JRU Juridical Recording Unit) verbunden. Diese sichere Aufzeichnungseinheit JRU dient der Ereignisaufzeichnung der sicherheitsrelevanten Daten, die später zB nach einem Unfall analysiert werden. Anstelle des Begriffs Aufzeichnungseinheit wird auch der Begriff digitaler Fahrtenschreiber benutzt. Nicht dargestellt sind weitere Verbindungen zu dieser sicheren Aufzeichnungseinheit JRU, die abgesetzt und gesichert im Fahrzeug angeordnet ist. Mit dem Bezugszeichen 40 wird die Schnittstelle 40 zu dieser Aufzeichnungseinheit JRU und nicht die Aufzeichnungseinheit JRU selber bezeichnet. Die Energieversorgung des GPS-Empfängers erfolgt von der Aufzeichnungseinheit JRU. In diesem Ausführungsbeispiel wird die konkrete Technologie GPS genannt. Das vorliegende Ausführungsbeispiel wie auch die Erfindung sind diesbezüglich technologieneutral und werden auch mit GNSS bezeichnet, also GNSS-Antenne 31, GNSS-Empfänger 31 oder Ortungsempfänger.
  • Im Kontext einer ETCS-Fahrzeugeinrichtung 3 steht der Begriff «Fahrzeug» für
    • ein Triebfahrzeug und für
    • einen Steuerwagen.
  • Ein Steuerwagen ist ein antriebsloser Eisenbahnwagen mit einem Führerstand, von dem aus ein nicht an der Zugspitze laufendes Triebfahrzeug ferngesteuert werden kann.
  • Um die erfindungsgemässe Odometrie-Einheit 1 an die ETCS-Fahrzeugeinrichtung mit einem Verbindungskabel 53 anschliessen zu können, muss fahrzeugseitig ein Anschluss bereitgestellt werden. Dazu dürfen die Verbindungsleitung bzw. Bussysteme in der ETCS-Fahrzeugeinrichtung 3 nicht einfach abgegriffen werden, da eine eventuell auftretende elektrische oder elektromagnetische Einwirkung aus Sicherheitsgründen nicht zulässig ist. Für den Anschluss des vorerwähnten Verbindungskabels 53 ist eine Entkopplungsbox 42 vorgesehen, die über eine Anschlusskassette 43 mit den Sensoren 45.1, 45.2, 46.1, 46.2 der Fahrzeugunterseite verbunden ist. Ebenso ist die Entkopplungsbox 42 mit der sicheren Rechen-Einheit 36 verbunden. In der Entkopplungsbox 42 werden die benötigten Signale zwischen der sicheren Rechen-Einheit 36 und der Odometrie-Einheit 1 gesplittet. Signale, welche für die Odometrie-Einheit 1 nicht relevant sind, werden 1:1 an die sichere Rechen-Einheit 36 durchgeleitet. Relevante Signale der Wegimpulsgeber 46.1 / 46.2 und der Radare 45.1 / 45.2 werden über in der Entkopplungsbox 42 eingebaute Optokoppler rückwirkungsfrei entkoppelt.
  • Die Odometrie-Einheit 1 enthält gleich wie die ETCS-Fahrzeugausrüstung 3:
    • eine sichere Rechen-Einheit 16 (auf Seite der ETCS-Fahrzeugausrüstung 3 synonym ETCS-Rechner 36 genannt),
    • eine nicht sichere Rechen-Einheit 15,
    • eine Stromversorgung mit einer Batterie 10 und zugehöriger Steuerung 11 einschliesslich einem «Battery Watch» BW um die Batterie vor einer Tiefentladung zu schützen und einschliesslich einem «Battery Balancer», um den Ladungszustand zweier in Serie geschalteter Batterien auszugleichen. Alle diese bezüglich der Stromversorgung erforderlichen funktionalen Komponenten werden hier unter dem Begriff Steuerung subsummiert.
  • Die vorerwähnte Entkopplung ist auch auf der Seite der Odometrie-Einheit 1 erforderlich. Dazu ist ein Konvertierer 12 vorgesehen. Für die unidirektionale Übertragung von der ETCS-Fahrzeugeinrichtung 3 zur Odometrie-Einheit 1 wird ein differentielles Übertragungsverfahren eingesetzt, weil besonders auf einer Lokomotive äussere elektromagnetische Fehler unvermeidlich sind. Dabei wird auf einer ersten Leitung (Draht) das normale Nutzsignal übertragen und auf einer genau gleich langen zweiten Leitung (Draht) das invertierte Nutzsignal. Auf der Empfangsseite - also im Konvertierer 12 - wird die Differenz der beiden Signale gebildet und so wieder das ursprüngliche Nutzsignal zurückkonvertiert. Wirkt nun auf die verdrillten Drähte eine Störung ein, tritt wirkt diese Störungen auf beide Leitungen und tritt somit in beiden Signalen identisch auf → Gleichtakt. Bei der anschließenden Pegeldifferenzbildung an einem Differenzverstärker als Bauteil des Konvertierers 12 wird dieses gleichphasige Störsignal eliminiert und so das ungestörte Signal wiederhergestellt. Dadurch ist eine hohe Immunität gegen Störeinflüsse durch elektromagnetische Felder sichergestellt.
  • Eine zu testende Odometrie-Software-Version ist in der sicheren Rechen-Einheit 16 geladen und ablauffähig. Die zu testende Odometrie-Software-Version verarbeitet die von der ETCS-Fahrzeugeinrichtung 3 herkommenden Daten (vorstehend Signale genannt um den technischen Prozess der Übertragung zu beschreiben), die wie oben beschrieben, rückwirkungsfrei über die Entkopplungsbox 42 und den Konvertier 12 dieser sicheren Rechen-Einheit 16 zugeführt werden. Auf der sicheren Rechen-Einheit 36 der ETCS-Fahrzeugausrüstung sind weitere Software-Komponenten geladen und werden dementsprechend ausgeführt, während auf der sicheren Rechen-Einheit 16 der Odometrie-Einheit 1 in der Regel lediglich eine zu testende Odometrie-Software-Version geladen und ausführbar ist. Auf der nicht sichere Rechen-Einheit 15 läuft ein Programm ab, das die von der sicheren Rechen-Einheit 16 erzeugten Daten (zB eine Geschwindigkeitsangabe für die Führerstandssignalisierung) in einem nichtflüchtigen Speicher abgelegt. Der nicht flüchtige Speicher kann als steckbares Memory-Modul ausgeführt sein. Die so gespeicherten Daten können später offline analysiert werden, um die korrekte Funktion der zu testenden Odometrie-Software-Version zu verifizieren.
  • Aus der FIG 2 ist die prinzipielle Verkabelung ersichtlich. Ein Verbindungskabel 52 zwischen sicherer Rechen-Einheit 36 und der Entkopplungsbox 42 ist mit einer Kabelverschraubung 49 mit Zugentlastung gesichert. Dies gilt in analoger Weise für die Odometrie-Einheit 1 und dem Verbindungskabel 14 und der Kabelverschraubung 19 mit Zugentlastung. Zwischen ETCS-Fahrzeugeinrichtung 3 und der Odometrie-Einheit 1 ist ein Kabel 53 mit entsprechenden Buchsen 48 / 18 und den Steckern 47 / 17 vorgesehen. Eine typische Kabellänge des Kabels 53 beträgt 5 bis 10m. Dadurch ist eine Anordnung der Odometrie-Einheit 1 ausserhalb des Führerstandes sichergestellt, zB auch im Passagierraum eines Steuerwagens. Die Odometrie-Einheit 1 wird vorzugsweise von einer Stromversorgung mit einer Batterie 10 und zugehörigem Umrichter und Steuerung 11 mit Energie versorgt. Denkbar ist die Speisung der Batterie mit einem Ladegerät. Wichtig ist dabei für die Nichtbeeinflussung der ETCS-Fahrzeugeinrichtung, dass die Energie von einer anderen Quelle als einer aus der Führerstandsumgebung entstammt. Dies ist zB dann der Fall, wenn die Odometrie-Einheit 1 im Passagierraum eines Steuerwagens platziert ist und eine auch den Passagieren zur Verfügung gestellte 230V Steckdose verwendet wird. Vorzugsweise wird jedoch der Test jedoch so ausgeführt, dass dazu die Speisung der Odometrie-Einheit nur von der Batterie 10 her allein erfolgt, also ohne Anschluss eines Ladegerätes.
  • Da in einer ETCS-Fahrzeugeinrichtung 3 die Verbindungskabel zwischen dem ETCS-Rechner 36 und Radaren 45.1 / 45.2 und den Wegimpulsgebern 46.1 / 46.2 mit gesicherten Steckern versehen sind, kann die Entkopplungsbox 42 mit entsprechend verkürzten Steckerkabeln leicht in einer ETCS-Fahrzeugeinrichtung 3 eingebaut werden.
  • Die konstruktive Ausführung ist bevorzugt in der gleichen Bauweise wie für die ETCS-Fahrzeugeinrichtung 1 vorgesehen, um zB identische Baugruppen für die Rechen-Einheiten 35 /15 bzw. 36 / 16 einsetzen zu können. Das Gehäuse der Odometrie-Einheit 1 ist daher bevorzugt ein 19-Zoll-Standard-Rack mit Schwingrahmen und 12 Höheneinheiten HE. Beispielsweise kann dazu das Produkt 19"-FRONT-LOAD Behälter von DIGIPACK Kappeler eingesetzt werden. Die Bedienung der 19"-Geräte erfolgt von vorne. Der Schwingrahmen garantiert einen hohen Schutz für die eingebauten Komponenten. Alle Zusatzkomponenten wie zB die Batterien können daher in 19 Zoll" Rackschubladen verbaut werden. Für die Steuerung zur Stromversorgung kann eine 3HE Schublade eingesetzt werden, nämlich für das Zubehör wie Kabel, Konvertierer 12 und ein optionales Ladegerät eine 2HE Schublade. Mit der konstruktiven Ausgestaltung als 19-Zoll-Standard-Rack wird die Odometrie-Einheit 1 auch als Odometrie-Koffer 1 bezeichnet.
  • Durch die vorgenannten baulichen und konstruktiven Massnahmen ist sichergestellt, dass die Odometrie-Einheit 1 vom Personal durch Muskelkraft in ein Fahrzeug gebracht werden kann. Somit ist also eine portable Odometrie-Einheit 1 geschaffen und somit universell für alle Triebfahrzeuge und alle Steuerwagen einer Bahngesellschaft einsetzbar ist.
  • Optional kann ein sogenannter «Safe Navigation Receiver» 2 mit der Odometrie-Einheit 1 verbunden werden, der technologieneutral formuliert, einen «GNSS Sensor» 23 mit einer integrierten «Inertial Measurement Unit» IMU 23 aufweist. Diese «Inertial Measurement Unit» besteht im Wesentlichen aus einem Beschleunigungssensor, der zur Bewegungsdetektion verwendet wird. Dazu wird entweder eine GPS-Antenne / GNSS-Antenne / Ortungsempfänger 21 mit einer Magnethaftung zusätzlich am Fahrzeugdach angebracht oder über einen Splitter 34 der ETCS-Fahrzeugeinrichtung 3 die GPS-Antenne/GNSS-Antenne 31 der ETCS-Fahrzeugeinrichtung 3 mit dem «GNSS Sensor» 23 verbunden. Die Funktion dieser «Inertial Measurement Unit» besteht darin, kurzfristige GNSS-/GPS-Empfangslücken zu überbrücken um dadurch eine Messung zur Bewegung des Fahrzeugs vornehmen zu können. Die Zuschaltung erfolgt wahlweise über den Umschalter 22. Die «GNSS Sensor» berechnet, vergleicht, überwacht und plausibilisiert die Geschwindigkeit und Position. Über eine Serielle Schnittstelle wird die Information an die sichere Rechen-Einheit 16 der Odometrie-Einheit 1 übergeben.
  • Im Einzelnen erfolgt die Plausibilisierung von Geschwindigkeit und Position des Fahrzeugs durch den «GNSS Sensor» 23 mit den integrierten Beschleunigungsaufnehmer 23, der an die Odometrie-Einheit 1 zuschaltbar ist. Der Bestimmung von Geschwindigkeit und Position des Zuges werden die vom GNSS-Empfänger 21 entstammenden Ortungsangaben und die von vom Beschleunigungsaufnehmer 23 entstammenden Beschleunigungswerte zugrunde gelegt.
    • Liste der Bezugszeichen
    • 1
    Odometrie-Koffer, Odometrie-Einheit
    2
    Safe Navigation Receiver SANAR, sicherer Navigationsempfänger
    3, 3'
    ETCS-Fahrzeugeinrichtung einschliesslich Führerstand eines Fahrzeugs
    10
    Batterie
    11
    Steuerung für Stromversorgung
    12
    Konvertierer
    14
    Verbindungskabel innerhalb Odometrie-Einheit
    15
    nicht sichere Rechen-Einheit NVC
    16
    sichere Rechen-Einheit EVC,
    16.1
    Baugruppe der sicheren Rechen-Einheit EVC
    17
    Stecker
    18
    Kabelbuchse
    19
    Kabelverschraubungen mit Zugentlastung
    21
    GPS-Empfänger/Antenne GNSS-Antenne/Antenne, Ortungsempfänger
    22
    Umschalter
    23
    «GNSS Sensor» mit integrierter «Inertial Measurement Unit»/Beschleunigungsaufnehmer
    30
    GSM-R Übertragungseinrichtung, GSM-R Sender/ Empfänger
    31
    GPS-Empfänger/Antenne, GNSS-Empfänger/Antenne
    32
    Energieversorgung
    33
    GPS-Verstärker; GNSS-Verstärker
    34
    GPS-Splitter; GNSS-Splitter
    35
    nicht sichere Rechen-Einheit NVC
    36
    sichere Rechen-Einheit EVC, ETCS-Rechner
    36.1
    Baugruppe der sicheren Rechen-Einheit EVC
    37
    ETCS Display
    38
    ETCS Summer
    39
    ETCS Quittiertaste
    40
    Schnittstelle zur Aufzeichnungseinheit JRU/ Schnittstelle zum Digitalen Fahrtenschreiber JRU
    41
    ETCS Isolationsschalter
    42
    Entkopplungsbox
    43
    Anschlusskassette
    44
    Balisenantenne
    45.1, 45.2
    Radare zur Geschwindigkeitsmessung
    46.1, 46.2
    Wegimpulsgeber
    47
    Stecker
    48
    Kabelbuchse
    49
    Kabelverschraubungen mit Zugentlastung
    50
    Messerleiste
    51
    Fahrzeugseitiger Stecker
    52
    Verbindungskabel innerhalb ETCS-Fahrzeugeinrichtung
    53
    Verbindungskabel zwischen ETCS-Fahrzeugeinrichtung und Odometrie-Einheit
    I
    Schnittstelle zwischen ETCS-Fahrzeugeinrichtung und einem optionalen sicheren Navigationsempfänger
    II
    Schnittstelle zwischen ETCS-Fahrzeugeinrichtung und Odometrie-Einheit
    Liste der verwendeten Abkürzungen, Quellenangaben, Glossar
    • BW
    Battery Watch
    DMI
    Driver Machine Interface; Führerstandsanzeige
    ERMTS
    European Rail Traffic Management System https://ec.europa.eu/transport/modes/rail/ertms/what -is-ertms/levels and modes en http://www.ertms.net/ https://en.wikipedia.org/wiki/European Rail Traffic Management System
    ETCS
    European Train Control System https://en.wikipedia.org/wiki/European Train Control System
    ETCS
    European Train Control System
    EVC
    European Vital Computer; sichere Rechen-Einheit
    GNSS
    Global Navigation Satellite System https://de.wikipedia.org/wiki/Globales Navigationssa tellitensystem
    GPS
    Global Positioning System
    IMU
    Inertial Measurement Unit; Beschleunigungsaufnehmer
    JRU
    Juridical Recording Unit; sichere Datenaufzeichnungseinheit
    NVC
    Non Vital Computer; nicht sichere Rechen-Einheit
    PCW
    Prüf- und Validationscenter Wegberg-Wildenrath https://de.wikipedia.org/wiki/Prüfcenter Wegberg-Wildenrath
    SANAR
    Safe Navigation Receiver, sicherer Navigationsempfänger
    WIG
    Wegimpulsgeber
    Liste der zitierten Dokumente, Quellenangaben
    1. [1] WO 2018/033319 A1 VERFAHREN ZUM BETREIBEN EINES ETCS (EUROPEAN TRAIN CONTROL SYSTEM) - BAHNFAHRZEUGS MIT EINER GSM-R-KOMMUNIKATIONSANORDNUNG UND ETCS (EUROPEAN TRAIN CONTROL SYSTEM)-BAHNFAHRZEUG MIT EINER GSM-R-KOMMUNIKATIONSANORDNUNG SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT; DE - 80333 München

Claims (14)

  1. Verfahren zum Testen einer Odometrie-Software-Version für eine ETCS-Fahrzeugeinrichtung (3) eines auf einer ETCS-Strecke fahrenden Fahrzeugs, wobei die ETCS-Fahrzeugeinrichtung (3) wenigstens umfasst
    - einen ETCS-Rechner (36) mit einer zugelassenen Odometrie-Software-Version,
    - eine Führerstandsanzeige (37),
    - Wegmesseinrichtungen (46.1, 46.2) und
    - Radare (45.1, 45.2) zur Geschwindigkeitsmessung;
    gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte,
    - Bereitstellen einer Odometrie-Einheit (1) enthaltend
    - eine sichere Rechen-Einheit (16) mit der zu testenden Odometrie-Software-Version
    und enthaltend
    - eine nicht sichere Rechen-Einheit (15);
    - rückwirkungsfreies Übermitteln von den Wegmesseinrichtungen (46.1, 46.2) und Radaren (45.1, 45.2) entstammenden Daten zur Odometrie-Einheit (1);
    - Verarbeiten der von den Wegmesseinrichtungen (46.1, 46.2) und Radaren (45.1, 45.2) entstammenden Daten durch die sichere Rechen-Einheit (16);
    - Aufzeichnen der von Wegmesseinrichtungen (46.1, 46.2) und Radaren (45.1, 45.2) entstammenden Daten und der von der sicheren Rechen-Einheit (16) generierten Daten in der nicht sicheren Rechen-Einheit (15) der Odometrie-Einheit (1) .
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    für das rückwirkungsfreie Übermitteln in der ETCS-Fahrzeugeinrichtung (3) eine Entkopplungsbox (42) vorgesehen ist, bei der jene für den ETCS-Rechner (36) und die sichere Rechen-Einheit (16) bestimmten Daten ausgekoppelt werden, wobei die Entkopplungsbox (42) dazu einen Optokoppler enthält.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    für das rückwirkungsfreie Übermitteln ein differentielles Übertragungsverfahren eingesetzt wird, um eine Immunität gegen elektromagnetische Störeinflüsse zu erreichen.
  4. Verfahren nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    in der Odometrie-Einheit (1) ein Konvertierer (12) enthalten ist, der einen Differenzverstärker aufweist, um gleichphasige Störsignale zu eliminieren.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Odometrie-Einheit (1) eine von der ETCS-Fahrzeugeinrichtung (3) unabhängige Stromversorgung (10, 11) aufweist, die eine Batterie (10) und eine Steuerung (11) umfasst.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    auf der sicheren Recheneinheit (16) der Odometrie-Einheit (1) nur die zu testende Odometrie-Software-Version gespeichert und ausführbar ist.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    zur Plausibilisierung von Geschwindigkeit und Position des Fahrzeugs ein GNSS-Sensor (23) mit einem integrierten Beschleunigungsaufnehmer (23) an die Odometrie-Einheit (1) zuschaltbar ist, wobei der Bestimmung von Geschwindigkeit und Position des Zuges die von einem GNSS-Empfänger (21) entstammenden Ortungsangaben und die von vom Beschleunigungsaufnehmer (23) entstammenden Beschleunigungswerte zugrunde gelegt werden.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Odometrie-Einheit (1) mit einem Kabel (53) mit der ETCS-Fahrzeugeinrichtung (3) verbunden ist und ausserhalb des Führerstandes angeordnet ist.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8
    dadurch gekennzeichnet, dass
    im Verfahrensschritt Aufzeichnen der von Wegmesseinrichtungen (46.1, 46.2) und Radaren (45.1, 45.2) entstammenden Daten und der von der sicheren Rechen-Einheit (16) generierten Daten in einem steckbaren Memory-Modul der nicht sicheren Rechen-Einheit (15) abgelegt werden.
  10. Odometrie-Einheit (1) zur Durchführung des Verfahrens zum Testen einer Odometrie-Software-Version für eine ETCS-Fahrzeugeinrichtung (3) eines auf einer ETCS-Strecke fahrenden Fahrzeugs nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Odometrie-Einheit (1) wenigstens enthält:
    - eine sichere Rechen-Einheit (16) mit einer zu testenden Odometrie-Software-Version
    - eine nicht sichere Rechen-Einheit (15),
    wobei der Odometrie-Einheit (1) rückwirkungsfrei Daten von der ETCS-Fahrzeugeinrichtung (3) übermittelbar sind und die Odometrie-Einheit (1) dazu einen Konvertierer (12) aufweist.
  11. Odometrie-Einheit (1) nach Anspruch 10,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    eine unabhängige Stromversorgung (10, 11) eingebaut ist.
  12. Odometrie-Einheit (1) nach Anspruch 10 oder 11,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Odometrie-Einheit (1) als 19-Zoll-Standard-Rack ausgeführt und portabel ist.
  13. Odometrie-Einheit (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 12,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Odometrie-Einheit (1) eine Schnittstelle zu einem optionalen GNSS-Sensor (23) aufweist.
  14. Odometrie-Einheit (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 13,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der nicht sicheren Rechen-Einheit (15) ein steckbares Memory-Modul zugeordnet ist, in dem die übermittelten Daten und die und der von der sicheren Rechen-Einheit (16) generierten Daten aufgezeichnet werden.
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WO2018033319A1 (de) 2016-08-17 2018-02-22 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zum betreiben eines etcs (european train control system) -bahnfahrzeugs mit einer gsm-r-kommunikationsanordnung und etcs (european train control system) -bahnfahrzeug mit einer gsm-r-kommunikationsanordnung
DE102017212953A1 (de) * 2017-07-27 2018-08-16 Siemens Aktiengesellschaft Ermittlung von odometrischen Daten eines Schienenfahrzeugs mit Hilfe stationärer Sensoren

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BRAUN J ET AL: "With ETCS "active" across Germany", SIGNAL UND DRAHT: SIGNALLING & DATACOMMUNICATION, EURAILPRESS, DE, vol. 102, no. 5, 1 May 2010 (2010-05-01), pages 39 - 42, XP001553054, ISSN: 0037-4997 *
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