Sicherheitsvorrichtung zur Kontrolle der Wachsamkeit des Führers eines Fahrzeuges Die Erfindung betrifft eine Sicherheitsvorrichtung zur Kontrolle der Wachsamkeit des Führers eines Fahr zeuges, bei welcher die Tätigkeit des Führers zur Null stellung einer Zählvorrichtung benützt wird, welche Zählvorrichtung die von einem beim fahrenden Fahr zeug bewegten Teil stammenden elektrischen Impulse zählt und eine Unwachsamkeitsschaltung betätigt, wenn seit der letzten Nullstellung durch die Führertätigkeit eine vorbestimmte Impulszahl gezählt wurde.
Beim Einmann-Betrieb auf dem Führerstand einer Lokomotive eines Zuges ist es üblich, die Wachsamkeit des Führers des Fahrzeuges während der Fahrt laufend zu überwachen, um zu vermeiden, dass beispielsweise bei plötzlich eintretender Handlungsunfähigkeit, zufolge Nichtbedienung der Steuerorgane, ein Unglück entsteht.
Es sind sowohl auf rein mechanischem Prinzip wirkende Sicherheitsvorrichtungen für diesen Zweck be kannt als auch mit elektronischen Mitteln arbeitende Sicherheitsvorrichtungen. Das Arbeitsprinzip ist bei bei den Ausführungen das gleiche. Es besteht darin, dass eine Vorrichtung feststellt, ob während der Zurückle- gung einer vorgegebenen Wegstrecke das Totmannpedal losgelassen wird sowie, ob innerhalb einer vorgegebenen Wegstrecke Manipulationen an den Steuerorganen, wie Kontrollen, Bremsventil usw. unterblieben sind. Mit sol chen Kriterien wird festgestellt, ob der Führer noch ak tiv ist oder ob seine Wachsamkeit in unzulässiger Weise nachgelassen hat.
Sowohl die mechanische als auch die elektronische Ausführung dieser Sicherheitsvorrichtungen weisen kei ne absolute Betriebssicherheit auf. In Anbetracht der grossen Bedeutung der tunlichsten Vermeidung von Zugsunglücken stellt aber jede Verbesserung in dieser Hinsicht einen erheblichen technischen Fortschritt dar. Die Aufgabe, welche die vorliegende Erfindung zu lösen hat, besteht daher darin, die Zuverlässigkeit der in Frage stehenden Vorrichtung entscheidend zu verbessern. In Anbetracht der möglichen hohen menschlichen und ma- teriellen Verluste, die ein einziges Zugsunglück verur sachen kann, spielt der materielle Aufwand zur Errei chung dieser Verbesserung eine untergeordnete Rolle.
Bei den bisher benützten, auf elektronischem Prin zip arbeitenden Sicherheitsapparaten wird von der Ta- chometerapparatur eine Signalwechselspannung abge geben. Jede Periode dieser Spannung entspricht bei spielsweise einem zurückgelegten Weg von 2,5 m. Diese Wechselspannung wird in bekannter Weise in Impulse verwandelt, welche in einer mit bistabilen Multivibra- toren ausgerüsteten Zählkette gezählt werden.
Die Zählkette ist so ausgelegt, dass über Torschal tungen nach Erreichen bestimmter, vorgegebener Im pulszahlen, bestimmte Schaltvorgänge ausgelöst wer den. Solche Schaltvorgänge betreffen z. B. die Einschal tung eines Warnsummers, die Auslösung einer Schnell bremsung usw. Die Sicherheitsvorrichtung arbeitet dabei so, dass ihre Zählkette immer dann, wenn die vorer wähnten Kriterien- die Wachsamkeit des Führers be stätigen, auf Null zurückgestellt wird. Sobald eines der Kriterien z.
B. das Loslassen des Totmannpedals meldet, oder sobald die durch die Kontrolle erfassten Steuer organe nicht betätigt werden, beginnt die elektronische Zählkette, die seit diesem Zeitpunkt verstrichenen Pe rioden der Signalwechselspannung zu zählen. Wird die Wachsamkeit des Führers während einer bestimmten Wegstrecke, d. h. Anzahl Perioden der Signalspannung, nicht betätigt, so werden die vorgesehenen Schaltvor gänge ausgelöst.
Im praktischen Betrieb hat sich nun ergeben, dass diese elektronische Sicherheitsvorrichtung in mehrfa cher Hinsicht unvollkommen ist. Als mögliche Störun gen sind zu erwähnen: 1. Ausfall des Zählvorganges zufolge technologischer Fehler in der Zählkette und daher Ausfall der Schutz wirkung.
2. Fehlzählung zufolge Eindringens von Störsignalen auf Nebenwegen in die Zählkette. 3. Schwierigkeiten beim Anschalten der Vorrichtung zufolge undefiniertem Nullpotential bei Pendelzugbe- trieb mit zwei Triebfahrzeugen wegen hohem Span nungsabfall in den Steuer- und Speiseleitungen, sowie Verschiedenheit der Klemmenspannung der in beiden Triebfahrzeugen vorhandenen Batterien.
4. Schwierigkeiten beim Anschluss der verschiede nen Hilfsgeräte, wegen durchgehender galvanischer Kopplung in der Sicherheitsvorrichtung vom Eingang bis zum Ausgang.
Dazu ist zu bemerken, dass solche Schwierigkeiten zum Teil die Auslösung der geforderten Schaltmass nahmen in Frage stellen können, oder es kann auch vorkommen, dass diese Schaltmassnahmen unmotiviert ausgelöst werden. Die durchgehende galvanische Kopp lung kann bei Störung, z. B. Kurzschluss, bei einem an geschlossenen Hilfsgerät, rückwirkend auf die Sicher heitsvorrichtung oder andere angeschlossene Hilfsgeräte, eine schädliche Wirkung haben.
Zur Vermeidung dieser Mängel ist eine erfindungs- gemässe Sicherheitsvorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Zählvorrichtung zum gleichzeitigen Zählen der Impulse vorgesehen ist und die beiden Zähl vorrichtungen zur gegenseitigen Funktionskontrolle mit einer Koinzidenzschaltung verbunden sind.
Die neue erfindungsgemässe Vorrichtung erlaubt auch eine vollständige galvanische Trennung der an sich störanfälligen, vorzugsweise als Zählkette ausgebildeten Zählvorrichtung sowohl von den Eingangs-, Ausgangs als auch Stromversorgungskreisen, obwohl die Sicher heitsvorrichtung und die Hilfsgeräte von der Fahrzeug- Batterie mit Strom versorgt werden. Die Zuverlässigkeit der Zählkette kann dadurch entscheidend verbessert werden.
Die Erfindung soll nachstehend anhand eines sehr vereinfachten Blockdiagramms beispielsweise näher er läutert werden.
Der Einfachheit halber sind die beiden Zählvor- richtungen mit der zur gegenseitigen Funktionskontrolle dienenden Koinzidenzschaltung als Zählerkette 1 be zeichnet. Die galvanische Trennung der Zählerkette 1 von der Fahrzeugbatterie 2 erfolgt hier dadurch, dass die Zählerkette 1 und die eingangs- und ausgangsseitig daran angeschlossenen Koppelvorrichtungen 3 über ei nen mit einem Transformator mit galvanisch getrenn ten Primär- und Sekundärwicklungen ausgerüsteten Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 4 mit Gleichstrom energie versorgt werden.
Der Gleichstrom-Gleichstrom- wandler 4 kann z. B. als Transistor-Oszillator mit Trenn transformator und nachfolgendem Gleichrichter ausge bildet sein.
Die galvanische Trennung sowohl am Eingang der Sicherheitsvorrichtung für den Anschluss der Leitungen, die zu den die Kriterien abgebenden Schaltkontakten 6 führen, als auch am Ausgang für den Anschluss der verschiedenen Hilfsgeräte 7, wie Warnsummer, Brems schalter usw., erfolgt z. B. durch die Zwischenschaltung von galvanisch trennenden Wandlern, welche z. B. die Form von Oszillatoren 5 haben können.
Diese Oszillatoren 5, die wie die Zählkette 1 gal vanisch von der Fahrzeugbatterie 2 getrennt mit Strom versorgt werden, sind z. B. in bekannter Weise mit einer Rückkopplungswicklung versehene Hartley-Oszillato- ren. Eine mit der Schwingkreisspule des Oszillators oder der Rückkopplungsspule oder beiden eng magnetisch gekoppelte, aber von letzterem galvanisch getrennte Hilfswicklung wird an den betreffenden Kriteriumschal- ter geführt.
Ist der Kriteriumschalter 6 offen, so kann der Oszillator schwingen, ist der Kriteriumschal- ter 6 jedoch geschlossen, so wird die Oszillatorschaltung so stark belastet, dass die Schwingung aussetzt.
Ein Teil der Oszillator-Schwingungsenergie wird gleichgerichtet. Diese so erhaltene Gleichspannung dient zur Steuerung der Zählkette 1 im Rückstellstromkreis der Zählkette. Aber auch die Signalspannung wird un ter galvanischer Trennung auf den Zähleingang der Zählkette 1 übertragen. Das kann dadurch erfolgen, dass die Signalwechselspannung an ein Schaltungsgebil de 8, z. B. an die Primär-Wicklung eines mit getrennten Wicklungen versehenen Transformators gelegt wird. Der Transformator ist mit einem durch die Signalspan nung sättigbaren Kern ausgerüstet.
Immer, wenn dieser Transformator zufolge der Aus steuerung durch die Signalwechselspannung in den ge sättigten Zustand übergeht, vermindert sich die Induk- tivität der welcher Effekt zur Ta- stung eines Oszillators, z. B. dadurch verwendet werden kann, dass diese Sekundär-Wicklung parallel zur Rück kopplungswicklung des Oszillators geschaltet wird.
Der Oszillator wird dabei so einreguliert, dass seine Schwin gung abreisst, sobald die Rückkopplungswicklung durch die infolge der Kernsättigung kleine Induktivität der Transformator-Sekundärwicklung zusätzlich belastet wird. Eine andere Möglichkeit, die Steuersignale der Tachometerapparatur unter galvanischer Trennung auf den Zählketten eingangs zu übertragen, besteht bei spielsweise darin, die Steuerwechselspannung einem spannungsabhängigen kapazitiven Bauelement,
beispiels weise einer sogenannten Varactor-Diode zuzuführen, und die resultierende Kapazitätsvariation transformato- risch dem Schwingkreis eines Oszillators parallel zu schalten.
Die dadurch auf Grund der Spannungsschwan kungen des Steuersignals hervorgerufenen Änderungen der effektiven Schwingkreiskapazität führen zu einer Fre- quenzmodulation des Oszillators. An einem diesem Oszillator nachgeschalteten Diskriminator werden diese Frequenzschwankungen wieder in Spannungsschwan kungen verwandelt,
und diese werden nun auf das Null- Potential der Zählkette bezogen dem Zählereingang zu- geführt.
In analoger Weise werden die aus der Zählkette 1 und über Schaltelemente der digitalen Schaltungstech nik gewonnenen logischen Ausgangssignale unter Ein haltung der galvanischen Trennung auf die ange schlossenen Hilfsgeräte übertragen. Die erwähnte Me thode der galvanischen Trennung der Anschlüsse der Zählschaltung bietet auch die Möglichkeit, die stete Betriebsbereitschaft der erwähnten Oszillatoren und Wandler in einer geeigneten Schaltung 9 zu überwachen.
Von jedem der verwendeten Oszillatoren wird ein Teil der Schwingungsenergie abgezapft, und als Kriterium der Überwachung der Funktionsbereitschaft eines oder mehrerer derartiger Oszillatoren verwendet.
Safety device for controlling the vigilance of the driver of a vehicle The invention relates to a safety device for controlling the vigilance of the driver of a vehicle, in which the activity of the driver is used to reset a counting device, which counting device comes from a moving part of the moving vehicle counts electrical impulses and actuates an inactivity circuit if a predetermined number of impulses has been counted since the last reset by the driver activity.
In one-man operation in the driver's cab of a locomotive of a train, it is customary to constantly monitor the vigilance of the driver of the vehicle while driving, in order to avoid a disaster, for example if the driver suddenly becomes unable to act due to failure to operate the control organs.
There are both acting on a purely mechanical principle safety devices for this purpose be known and working with electronic means safety devices. The working principle is the same for the versions. It consists in the fact that a device determines whether the dead man's pedal is released while covering a predetermined distance and whether manipulations on the control elements such as controls, brake valve etc. have not occurred within a predetermined distance. Such criteria are used to determine whether the leader is still active or whether his vigilance has decreased in an inadmissible manner.
Both the mechanical and the electronic design of these safety devices do not have absolute operational safety. In view of the great importance of avoiding train accidents whenever possible, however, every improvement in this regard represents a considerable technical advance. The object which the present invention has to solve is therefore to decisively improve the reliability of the device in question. In view of the possible high human and material losses that a single train accident can cause, the material expenditure required to achieve this improvement plays a subordinate role.
With the security apparatuses that have been used up to now and that work on an electronic principle, the tachometer apparatus emits an alternating signal voltage. Each period of this voltage corresponds to a distance covered of 2.5 m, for example. This alternating voltage is converted into pulses in a known manner, which are counted in a counting chain equipped with bistable multivibrators.
The counting chain is designed in such a way that certain switching processes are triggered via gate switches after certain, specified numbers of pulses have been reached. Such switching operations relate to z. B. switching on a warning buzzer, triggering a quick brake, etc. The safety device works so that its counting chain is always reset to zero when the aforementioned criteria - confirm the vigilance of the driver. As soon as one of the criteria z.
B. reports the release of the dead man's pedal, or as soon as the control organs detected by the control are not operated, the electronic counting chain begins to count the periods of the alternating signal voltage that have elapsed since that time. Is the driver's vigilance during a certain distance, i.e. H. Number of periods of the signal voltage, not actuated, the intended switching processes are triggered.
In practical operation it has now been found that this electronic safety device is imperfect in several respects. The following are to be mentioned as possible malfunctions: 1. Failure of the counting process due to technological errors in the counting chain and therefore failure of the protective effect.
2. Miscounting due to intrusion of interference signals on secondary routes into the counting chain. 3. Difficulties in switching on the device due to undefined zero potential in shuttle train operation with two traction vehicles due to the high voltage drop in the control and feed lines, as well as the difference in terminal voltage of the batteries in both traction vehicles.
4. Difficulties in connecting the various auxiliary devices, because of continuous galvanic coupling in the safety device from the input to the output.
It should be noted that such difficulties can in part call into question the triggering of the required switching measures, or it can also happen that these switching measures are triggered without motivation. The continuous galvanic coupling can in the event of a fault, e.g. B. short circuit, with a closed auxiliary device, retrospectively on the safety device or other connected auxiliary devices, have a harmful effect.
To avoid these deficiencies, a safety device according to the invention is characterized in that a second counting device is provided for the simultaneous counting of the pulses and the two counting devices are connected to a coincidence circuit for mutual function control.
The new inventive device also allows a complete galvanic separation of the prone to failure, preferably designed as a counting chain counting device both from the input, output and power supply circuits, although the security device and the auxiliary devices are supplied with power from the vehicle battery. This can significantly improve the reliability of the counting chain.
The invention is to be explained in more detail below using a very simplified block diagram, for example.
For the sake of simplicity, the two counting devices with the coincidence circuit used for mutual function control are referred to as counter chain 1. The galvanic separation of the meter chain 1 from the vehicle battery 2 takes place here in that the meter chain 1 and the coupling devices 3 connected to it on the input and output sides via a DC-DC converter 4 equipped with a transformer with galvanically separated primary and secondary windings DC energy can be supplied.
The DC-DC converter 4 can z. B. as a transistor oscillator with isolating transformer and subsequent rectifier be out forms.
The galvanic isolation both at the input of the safety device for connecting the lines that lead to the switching contacts 6 issuing the criteria, as well as at the output for connecting the various auxiliary devices 7, such as warning buzzer, brake switch, etc., takes place, for. B. by the interposition of galvanically isolating converters, which z. B. can have the form of oscillators 5.
These oscillators 5, which like the counting chain 1 gal vanically from the vehicle battery 2 separately supplied with power, are z. B. Hartley oscillators provided with a feedback winding in a known manner. An auxiliary winding that is closely magnetically coupled to the oscillating circuit coil of the oscillator or the feedback coil or both, but galvanically separated from the latter, is fed to the relevant criterion switch.
If the criterion switch 6 is open, the oscillator can oscillate, but if the criterion switch 6 is closed, the oscillator circuit is so heavily loaded that the oscillation stops.
Part of the oscillator vibration energy is rectified. This DC voltage obtained in this way is used to control the counting chain 1 in the reset circuit of the counting chain. However, the signal voltage is also transmitted to the counting input of counting chain 1 under electrical isolation. This can be done in that the signal alternating voltage is applied to a Schaltungsgebil de 8, z. B. is placed on the primary winding of a transformer provided with separate windings. The transformer is equipped with a core that can be saturated by the signal voltage.
Whenever this transformer goes into the saturated state as a result of the control by the alternating signal voltage, the inductance of the which effect on an oscillator, z. B. can be used in that this secondary winding is connected in parallel to the feedback winding of the oscillator.
The oscillator is regulated in such a way that its oscillation breaks off as soon as the feedback winding is additionally loaded by the small inductance of the transformer secondary winding due to the core saturation. Another possibility to transmit the control signals of the tachometer equipment with galvanic separation to the counting chains is, for example, to apply the alternating control voltage to a voltage-dependent capacitive component,
for example, to feed a so-called varactor diode and to connect the resulting variation in capacitance in parallel to the resonant circuit of an oscillator.
The changes in the effective resonant circuit capacitance caused by the voltage fluctuations in the control signal lead to a frequency modulation of the oscillator. These frequency fluctuations are converted back into voltage fluctuations at a discriminator connected downstream of this oscillator.
and these are now fed to the counter input based on the zero potential of the counting chain.
In an analogous manner, the logic output signals obtained from the counting chain 1 and via switching elements of the digital circuit technology are transmitted to the connected auxiliary devices while maintaining the electrical isolation. The above-mentioned method of galvanic isolation of the connections of the counting circuit also offers the possibility of monitoring the constant operational readiness of the above-mentioned oscillators and converters in a suitable circuit 9.
A part of the oscillation energy is tapped from each of the oscillators used and used as a criterion for monitoring the operational readiness of one or more such oscillators.