BESCHREIBUNG
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erhöhung der Anzahl der von einer mit einem Coder versehenen Bodensta ti on mittels einem pulsfrequenzmodulierten Wechselstromsignalträger auf ein auf einem mit dieser Bodenstation verbundenen Schienenabschnitt sich befindenden, mit einem pulsfrequenzdemodulierenden Decoder versehenen Schienenfahrzeug erster Art übertragbaren, untereinander unterschiedlichen Signalen unter gleichzeitiger Wahrung der Kompatibilität mit den Schienenfahrzeugen erster Art.
Es ist bekannt, Signale von einer Bodenstation auf eine auf einem Schienenstrang sich befindende Lokomotive durch Pulsfrequenzmodulation induktiv zu übertragen. Dazu wird im allgemeinen der Schienenstrang aus zwei gegeneinander isolierten Schienen aufgebaut und diese beiden Schienen am Anfang und am Ende eines Streckenblockes durch je einen speziellen Transformator abgeschlossen. Bisher übliche Systeme übertragen pulsweise durch verschieden hohe Impulsfrequenzen im allgemeinen vier verschiedene Informationen.
Die Einführung von Schnellbahnsystemen verlangt jedoch die Übertragung von mehr Informationen als bisher. Es ist deshalb schon vorgeschlagen worden, die Anlagen zu verdoppeln, indem eine zweite Wechselstromfrequenz zur Ubertragung weiterer zusätzlicher Informationen eingesetzt wird.
Ein derartiges Vorgehen verursacht jedoch untragbare Kosten.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens, welches die Erhöhung der bisherigen Anzahl der von iner Bodenstation auf das Schienenfahrzeug übertragbaren Signalen mit zusätzlichen, einfachen Mitteln und vor allem ohne Änderungen des bisher installierten Systems, ermöglicht.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass zur Übertragung der erhöhten Anzahl von Signalen auf ein mit inem pulsfrequenz- und pulscode- oder pulsbreitendemodulierenden Decoder versehenes Schienenfahrzeug zweiter Art in zusätzlich zur die auf das Schienenfahrzeug erster Art zu übertragenden Signale bestimmenden Pulsfrequenzmodulation pulsbreiten- oder pulscodemodulierter Wechselstromsignalträger gleicher Trägerfrequenz verwendet wird, und die voneinander unterschiedliche Breite der Impulse dieses zusätzlich pulscode- oder pulsbreitenmodulierten Wechselstromsignalträgers bei gleicher Pulsfrequenzmodulation innerhalb des Breitenvariationsbereiches der Wechselstromimpulse des nur pulsfrequenzmodulierten Wechselstromsignalträgers liegt.
Wenn die Signale durch zeitlich verschieden lange, mehrere Halbwellen enthaltende Wechselstromimpulse, abwechselnd mit stromfreien, ebenfalls zeitlich verschieden langen Strompausen übertragen werden, dann ist es zur gleichzeitigen Ubertragung von zwei Informationen zweckmässig, wenn die Frequenz der Pulsfrequenzmodulation sowohl durch die zeitliche Breite der Wechselstromimpulse als auch durch die zeitliche Breite der Strompausen bestimmt wird, wogegen die Pulsbreite ausschliesslich durch die Breite der Wechselstromimpulse gegeben ist.
Zur sicheren Unterscheidung der Impulslängen sowie zur Ermöglichung von im Verhältnis zur Impulslänge scharf begrenzter Impulse, bei der durch die bisherigen Systeme gegebenen Impulslänge, ist es vorteilhaft, wenn die zeitlichen Breiten der Wechselstromimpulse und der Strompausen ganzzahligen, vorzugsweise geradzahligen Vielfachen der Wechselstromhalbwellenzeit entsprechen, dass man die Stromimpulse beim Spannungsnulldurchgang einer Wechselstromquelle einschaltet und beim Stromnulldurchgang desselben ausschaltet, und dass die Schaltung der Wechselstromquelle mittels elektronischer Mittel erfolgt.
Zur sicheren Erfassung der Impulse, zur Vermeidung von Störungen durch zufällige Impulse sowie zur Vermeidung einer Abhängigkeit von Schwankungen der Frequenz des die Stromimpulse bildenden Wechselstromes ist es zweckmässig, wenn die Decodierung mittels elektronischer Mittel erfolgt, dass nach dem Decoder erste eine Aufeinanderfolge von einer bestimmten Anzahl von gleichen Impulssignalen ein entsprechendes Ausgangssignal bewirkt, wobei der Decoder digital die ein- und ausgeschalteten Halbwellen der Stromimpulse und Strompausen zählt, und dass die Zählvorrichtung des Decoders mit Hilfe einer elektronischen Schwungradschaltung (PLL-Schaltung 19) mit der Frequenz der Wechselstromquelle synchronisiert wird.
Zur Ermöglichung der Kompatibilität mit bisherigen Apparaten ist es zweckmässig, wenn man auf dem Schienenfahrzeug erster Art einen Decoder verwendet, der alle im Breitenvariationsbereich der Wechselstromimpulse (53) des nur pulsfrequenzmodulierten Wechselstromsignalträgers vorliegende Signale unterschiedslos als ein und dasselbe Si gnal wiedergibt. Nachstehend wird die Erfindung anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert. Es zeigt
Fig. 1 schematisch eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens;
Fig. 2 die den bisher üblichen Signalen entsprechenden Impulsfolgen; und
Fig. 3 drei anstelle eines einzelnen, bisher üblichen Signals verwendete neue Impulsformen.
Wie aus der Zeichnung ersichtlich, befindet sich eine Lokomotive 1 auf einem aus den voneinander elektrisch isolierten Geleisabschnitten 2 und 3 gebildeten Streckenblock. Die Geleiseabschnitte 2 und 3 sind an beiden Enden durch spezielle Transformatoren 4 und 5 miteinander und mit dem vorangehenden beziehungsweise dem nachfolgenden Strekkenblock verbunden.
Der Streckenblock wird am einen Ende durch Signale mit 50 Hz Wechselstrom versorgt. Die Versorgung erfolgt über einen Speisetransformator 6 und einen in Serie geschalteten Widerstand 7. Die Stromquelle 8 wird über ein bisher meist mechanisch arbeitendes Impulsauswahlsystem 9 impulsweise an den Transformator 6 gelegt. Das zeitliche Verhältnis der stromführenden Impulse J zu den stromlosen Ru hepausen Q zwischen denselben liegt in der Praxis zwischen 35 und 65%, wie aus Fig. 2 ersichtlich.
Am anderen Ende des Streckenblockes befindet sich ein übliches Kontrollsystem 10, das über einen Transformator 11 und einen in Serie geschalteten Widerstand 12 an die Geleiseabschnitte 2 und 3 angeschaltet ist. Das Kontrollsystem 10 zeigt nicht nur an, ob sich eine Lokomotive oder ein sonstiges Fahrzeug auf der Strecke befindet, sondern auch, welche der Impulsfolgen Jl, Qi bis J4, Q4 eingeschaltet ist.
Auf der Lokomotive 1 befinden sich zwei nahe im Schienenbereich angeordnete, induktiv arbeitende Aufnahmeaggregate 13 und 14. Eine Auswertschaltung 15 leitet die von den beiden Aufnahmeaggregaten 13 und 14 empfangenen frequenzmodulierten Impulsfolgen bereinigt an die Auswertschaltung 16 weiter.
Die Auswertschaltung 16 zeigt daher jederzeit die vom Impulsauswahlsystem 9 abgegebene Impulsfolge an.
Alle bisher beschriebenen Elemente sind bekannt und im praktischen Einsatz.
Zur Übertragung zusätzlicher für Hochleistungs-Schnellbahnen unbedingt erforderlichen Signale wird ein weiteres, die zeitliche Breite der Stromimpulse modulierendes Impulsformungssysteml7 zwischen die Wechselstromquelle 8 und den Transformator 9 geschaltet. Dieses zusätzliche Impulsformungssystem 17 erzeugt Impulse mit sehr genauer Impulsdauer, wobei die Impulsbreiten immer innerhalb der Variationsbreite t min. und t max. der bisher verwendeten Signale Sl, S2, S3 resp. S4 liegen, d.h. zwischen t3min. und t3max. für das bisherige Signal S3 (Fig. 2).
Zur Erzeugung dieser in ihrer Impulsbreite genau bestimmter Impulse arbeitet das zusätzliche Impulsformungssystem 17 mit elektronischer Schaltung. Dabei wird der Impuls beim Spannungsnulldurchgang der Stromquelle 8 einge schaltet und beim Stromnulldurchgang des Impulsstromes ausgeschaltet.
Durch die Belastung entsteht bei einem praktischen Eisenbahnsystem dabei nur nach dem Ausschalten eine kleine, nicht störende Nachschwingung Ns, wie dies aus Fig. 3 ersichtlich ist.
Da die zeitliche Dauer der neuen Impulse J3,1. J3,2 und J3 3 innerhalb der Variationsbreite t3min. bis t3max. der bisher üblicherweise verwendeten Impulse J3 liegt, funktioniert eine bisherige Auswertschaltung 16 mit den neuen Signalen (Fig. 3) unverändert gegenüber einer Verwendung der bisherigen Signale.
Man kann aber zusätzlich eine die Impulsbreite diskriminierende Auswertschaltung 18 verwenden, und kann so die neuen Impulse J3 13 J32 und J3,3, getrennt voneinander auswerten und die ihnen entsprechenden Signale S3/1, S312 und S3,3 bilden.
Da die Frequenz der Wechselstromquelle 8 für verschiedene Streckenblöcke etwas unterschiedlich sein kann, wird durch eine elektronische Schwungradschaltung 19 die zusätzliche Auswertschaltung 18 laufend mit dem Mittelwert der dem Streckenabschnitt zugeordneten Wechselstromquelle 8 synchronisiert.
Damit zufällige Impulsstörungen keine falschen Signale bewirken, ist die Auswertschaltung 18 derart aufgebaut, dass ein Ausgangssignal erst nach mehrmaligem Vorliegen ein und desselben Stromimpulses in mehreren aufeinanderfolgenden Zeitabschnitten Atl, ast2 . . .Atn erzeugt wird.
Bei der bisher üblichen Signalübertragung im Eisenbahnwesen werden vier pulsfrequenzmodulierte Wechselstromsignale SI, S2, S3 und S4 mit einer Pulsfrequenz von 4,5 Hz (Periodendauer TI - 0,22 sec), für das pulsfrequenzmodulierte Wechselstromsignal Sl, 3 Hz (Periodendauer T2=0,33 sec) für das pulsfrequenzmodulierte Wechselstromsignal S2, 2 Hz (T3=0,5 sec) für das pulsfrequenzmodulierte Wechselstromsignal S3 bzw. 1,25 Hz (T4= 0,8 sec) für das pulsfrequenzmodulierte Wechselstromsignal S4 verwendet.
Zur Erzielung einer absolut sicheren Decodierung dieser mittels mechanischer Schalter 9 (siehe Fig. 1) pulsmodulierter Trägerfrequenz F besteht eine eisenbahntechnische Vorschrift, dass für eine solche mechanische Codierung die zeitliche Länge der stromführenden Wechselstromimpulse in einem zeitlichen Bereich t von 35 bis 65% der Periodendauer T liegen muss, das heisst zum Beispiel der Wechselstromimpuls J4 des mit einer Frequenz von 1,25 Hz, das heisst einer Periodendauer von 0,8 sec, pulsfrequenzmodulierten Wechselstromsignalträgers die zeitliche Länge des Wechselstromimpulses J4 in einem Bereich von 0,28 bis 0,52 sec liegen muss.
Alle Impulse J4 mit einer zeitlichen Länge von 0,28 bis 0,52 sec eines mit einer Frequenz von 1,25 Hz pulsfrequenzmodulierten Wechselstromsignalträgers F mit einer Trägerfrequenz von 50 Hz ergeben bei einem (bisherigen) Schienenfahrzeug erster Art nach deren Decodierung das eine Signal S4!
Gemäss der vorliegenden Erfindung wird nun dieser bisherige Breitenvariationsbereich, z.B. At3 (siehe Fig. 3), neu zusätzlich ausgenützt, um durch zusätzliche Pulscode- oder Pulsbreitenmodulation des Wechselstromsignalträgers F bei gleicher Pulsfrequenzmodulation (z.B. 2 Hz) desselben wie bisher anstatt wie bisher nur ein Signal S3 neu mehrer unterschiedliche Signale z.B. S;i, S3!2 und S3/3, im bisherigen Variationsbereich At3 zu übermitteln.
Diese derart durch Pulsfrequenz- und Pulsbreiten- oder Pulscodemodulation erzeugten drei Signalimpulse J3/1, J3/2 und J3,3 werden durch den pulsfrequenz- und pulscode- oder pulsbreitendemodulierenden Decoder eines Schienenfahrzeuges, zweiter Art (z.B. einer Hochgeschwindigkeitslokomotive) als drei verschiedene Signale S3I, S3!2 und S313 und durch den pulsfrequenzdemodulierenden Decoder eines Schienenfahrzeuges erster Art (z.B. einer Güterzuglokomotive) wie bisher als ein einziges Signal S3 ausgewertet, so dass ein Schienenfahrzeug bisheriger erster Art ohne Probleme auf einem für Schienenfahrzeuge zweiter Art bestimmten Schienenabschnitt (z.B. einer Hochgeschwindigkeitsstrecke) verkehren und z.B.
die für die Schienenfahrzeuge zweiter Art bestimmten Signale S3,l, S312 und S3,3 ohne Änderung ihres Decoders wie bisher als ein anderes, nur für Schienenfahrzeuge erster Art bestimmtes Signal S3 empfangen können.
Die Schienenfahrzeuge erster Art sind somit ohne Änderungen auch auf einem mit dem neuen Signalübertragungssystem verbundenen Schienenabschnitt einsetzbar, was äus serst wichtig ist da es einen ausserordentlich grossen technischen Aufwand bedeuten würde, wenn man alle bisherigen Lokomotiven bzw. deren Signalauswertanordnungen umändern oder ersetzen müsste.
Die vorliegende Erfindung zeigt somit eine Lösung für das mit der Einführung von Hochgeschwindigkeitseisenbahnen zu lösende Problem der Signalübertragung, die derart sein muss. dass die bisherigen Schienennetze, Bodenstationen und Lokomotiven (erster Art) beziehungsweise deren Signal übertragungs- und Auswerteinheiten nicht geändert werden müssen, so dass nur die neuen Hochgeschwindigkeitsstrekken und -lokomotiven (zweiter Art) gemäss der vorliegenden Erfindung ausgebildet sein müssen, anderseits jedoch absolut keine Probleme signaltechnischer Art auftreten, wenn eine Lokomotive erster Art auf einem Schienenabschnitt zweiter Art verkehrt.
DESCRIPTION
The invention relates to a method for increasing the number of different signals from one another provided with a coder Bodensta ti on by means of a pulse frequency modulated alternating current signal carrier on a rail section connected to this ground station, provided with a pulse frequency demodulating decoder and simultaneously transmitting different signals Maintaining compatibility with first-class rail vehicles.
It is known to inductively transmit signals from a ground station to a locomotive located on a rail track by pulse frequency modulation. For this purpose, the rail track is generally built up from two mutually insulated rails and these two rails are terminated at the beginning and at the end of a section block by a special transformer. Up to now, conventional systems generally transmit four different pieces of information by pulsing at different pulse frequencies.
However, the introduction of high-speed rail systems requires the transmission of more information than before. It has therefore already been proposed to double the systems by using a second AC frequency for the transmission of further additional information.
However, such an approach entails prohibitive costs.
The object of the invention is to provide a method which makes it possible to increase the previous number of signals which can be transmitted from an earth station to the rail vehicle with additional, simple means and, above all, without changes to the previously installed system.
This object is achieved according to the invention in a method of the type mentioned at the outset in that, in addition to the signals to be transmitted to the first type of rail vehicle, in order to transmit the increased number of signals to a second type rail vehicle provided with a pulse frequency and pulse code or pulse width demodulating modulator determining pulse frequency modulation pulse width or pulse code modulated AC signal carrier of the same carrier frequency is used, and the mutually different width of the pulses of this additional pulse code or pulse width modulated AC signal carrier with the same pulse frequency modulation is within the width variation range of the AC pulses of the pulse frequency modulated AC signal carrier.
If the signals are transmitted by alternating current impulses of different lengths, containing several half-waves, alternating with current-free, also differently long, power pauses, then it is expedient for the simultaneous transmission of two pieces of information if the frequency of the pulse frequency modulation is determined both by the temporal width of the alternating current impulses and is determined by the temporal width of the power pauses, whereas the pulse width is given exclusively by the width of the AC pulses.
To reliably differentiate between the pulse lengths and to enable pulses that are sharply limited in relation to the pulse length, given the pulse length given by the previous systems, it is advantageous if the temporal widths of the AC pulses and the current pauses correspond to integer, preferably even, multiples of the AC half-wave time so that switches on the current pulses when an AC source is at zero voltage and switches it off when the source is at zero current, and that the AC source is switched by means of electronic means.
To reliably detect the pulses, to avoid interference from random pulses and to avoid a dependence on fluctuations in the frequency of the alternating current forming the current pulses, it is expedient if the decoding is carried out by means of electronic means that a sequence of a certain number follows the decoder first of the same pulse signals produces a corresponding output signal, the decoder digitally counting the on and off half-waves of the current pulses and pauses, and that the counting device of the decoder is synchronized with the aid of an electronic flywheel circuit (PLL circuit 19) with the frequency of the AC source.
To enable compatibility with previous devices, it is expedient if a decoder is used on the rail vehicle of the first type, which reproduces all signals present in the width variation range of the AC pulses (53) of the only pulse-frequency-modulated AC signal carrier as one and the same signal. The invention is explained below with reference to the drawing, for example. It shows
1 schematically shows an arrangement for carrying out the method according to the invention;
Fig. 2 shows the pulse sequences corresponding to the usual signals; and
Fig. 3 three new pulse shapes used instead of a single, previously common signal.
As can be seen from the drawing, a locomotive 1 is located on a track block formed from the track sections 2 and 3 which are electrically insulated from one another. The track sections 2 and 3 are connected at both ends by means of special transformers 4 and 5 to one another and to the preceding or the following route block.
The route block is supplied with signals with 50 Hz alternating current at one end. The supply takes place via a feed transformer 6 and a resistor 7 connected in series. The current source 8 is applied to the transformer 6 in pulses by means of a pulse selection system 9, which has so far mostly worked mechanically. The temporal ratio of the current-carrying pulses J to the currentless resting pauses Q between them is in practice between 35 and 65%, as can be seen from FIG. 2.
At the other end of the route block there is a conventional control system 10 which is connected to the track sections 2 and 3 via a transformer 11 and a resistor 12 connected in series. The control system 10 not only indicates whether there is a locomotive or another vehicle on the route, but also which of the pulse trains J1, Qi to J4, Q4 is switched on.
On locomotive 1 there are two inductively working pick-up units 13 and 14 arranged close to the rail area. An evaluation circuit 15 passes the frequency-modulated pulse trains received by the two pick-up units 13 and 14 to the evaluation circuit 16 after adjustment.
The evaluation circuit 16 therefore displays the pulse sequence emitted by the pulse selection system 9 at all times.
All elements described so far are known and in practical use.
In order to transmit additional signals that are absolutely necessary for high-performance high-speed railways, a further pulse shaping system 17 that modulates the temporal width of the current pulses is connected between the AC power source 8 and the transformer 9. This additional pulse shaping system 17 generates pulses with a very precise pulse duration, the pulse widths always being within the variation range t min. and t max. the previously used signals Sl, S2, S3 and. S4 lie, i.e. between t3min. and t3max. for the previous signal S3 (Fig. 2).
The additional pulse shaping system 17 operates with an electronic circuit to generate these pulses, which are precisely defined in their pulse width. The pulse is switched on at the zero voltage crossing of the current source 8 and switched off at the zero current crossing of the pulse current.
In a practical railroad system, the load creates a small, non-disturbing post-oscillation Ns only after switching off, as can be seen from FIG. 3.
Since the duration of the new impulses J3.1. J3,2 and J3 3 within the range of variation t3min. up to t3max. of the previously commonly used pulses J3, a previous evaluation circuit 16 with the new signals (FIG. 3) functions unchanged compared to the use of the previous signals.
However, one can additionally use an evaluation circuit 18 which discriminates the pulse width, and thus the new pulses J3 13 J32 and J3.3 can be evaluated separately from one another and the signals S3 / 1, S312 and S3,3 corresponding to them can be formed.
Since the frequency of the alternating current source 8 can be somewhat different for different route blocks, the additional evaluation circuit 18 is continuously synchronized with the mean value of the alternating current source 8 assigned to the route section by means of an electronic flywheel circuit 19.
So that random pulse disturbances do not cause false signals, the evaluation circuit 18 is constructed in such a way that an output signal only occurs after the same current pulse has been present several times in several successive time sections Atl, ast2. . .Atn is generated.
In the previously common signal transmission in railway systems, four pulse-frequency-modulated AC signals SI, S2, S3 and S4 with a pulse frequency of 4.5 Hz (period TI - 0.22 sec), for the pulse-frequency-modulated AC signal S1, 3 Hz (period T2 = 0, 33 sec) for the pulse frequency modulated AC signal S2, 2 Hz (T3 = 0.5 sec) for the pulse frequency modulated AC signal S3 or 1.25 Hz (T4 = 0.8 sec) for the pulse frequency modulated AC signal S4.
In order to achieve absolutely reliable decoding of this pulse-modulated carrier frequency F by means of mechanical switches 9 (see FIG. 1), there is a railway requirement that for such mechanical coding the time length of the current-carrying AC pulses in a time range t of 35 to 65% of the period T must lie, that is, for example, the AC pulse J4 of the pulse frequency modulated AC signal carrier with a frequency of 1.25 Hz, that is to say a period of 0.8 sec., the temporal length of the AC pulse J4 in a range of 0.28 to 0.52 sec must lie.
All pulses J4 with a time length of 0.28 to 0.52 sec of an AC signal carrier F modulated with a frequency of 1.25 Hz with a carrier frequency of 50 Hz result in a signal S4 in a (previous) rail vehicle after its decoding !
According to the present invention, this previous latitude variation range, e.g. At3 (see Fig. 3), is now additionally used to, by means of additional pulse code or pulse width modulation of the AC signal carrier F with the same pulse frequency modulation (e.g. 2 Hz) of the same as before, instead of just one signal S3 of several new signals e.g. S; i, S3! 2 and S3 / 3, to be transmitted in the previous variation range At3.
These three signal pulses J3 / 1, J3 / 2 and J3,3 generated in this way by pulse frequency and pulse width or pulse code modulation are decoded by the pulse frequency and pulse code or pulse width demodulating decoder of a rail vehicle, of the second type (for example a high-speed locomotive) as three different signals S3I , S3! 2 and S313 and by the pulse frequency demodulating decoder of a rail vehicle of the first type (e.g. a freight locomotive) as previously evaluated as a single signal S3, so that a rail vehicle of the first type without problems on a rail section intended for rail vehicles of the second type (e.g. a high-speed line ) run and e.g.
can receive the signals S3, I, S312 and S3,3 intended for the second type of rail vehicle without changing their decoder as before as another signal S3 intended only for the first type of rail vehicle.
The rail vehicles of the first type can thus be used without changes on a rail section connected to the new signal transmission system, which is extremely important since it would mean an extraordinarily great technical outlay if one had to change or replace all previous locomotives or their signal evaluation arrangements.
The present invention thus shows a solution to the problem of signal transmission which has to be solved with the introduction of high-speed railways. that the previous rail networks, ground stations and locomotives (first type) or their signal transmission and evaluation units need not be changed, so that only the new high-speed lines and locomotives (second type) have to be designed according to the present invention, but on the other hand absolutely no problems signaling type occur when a locomotive of the first type runs on a rail section of the second type.