DE10054230C1 - Verfahren zur Ermittlung der Zugvollständigkeit sowie der Zuglänge - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung der Zugvollständigkeit und der Zuglänge unter Verwendung einer Zugfunksicherungsanlage und eines Bordrechners bei aus Lokomotiven oder Triebwagen und Wagen bestehenden Zügen. DOLLAR A Hierbei wird auf dem führenden Fahrzeug die dort ohnehin vorhandene Funkausrüstung für die Sprach- und Datenkommunikation in Verbindung mit einem zusätzlichen digitalen Funkgerät am Zugschluss für die Positionsermittlung von Zugspitze und Zugschluss genutzt; die Querbeziehung zur Topologie des Gleisnetzes erfolgt durch die Einbindung des jeweils gültigen Streckenatlas. Die Plausibilitätskontrolle von Zuganfang und Zugende mittels Streckenatlas ermöglicht das Ausgeben eines Fehlersignals, sobald die Zuglänge über eine vordefinierte, durch Streckungen bzw. Stauchungen im Zugverband beeinflusste Toleranzgrenze hinauswächst. In einem solchen Fall muss von einer Zugtrennung ausgegangen werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung der Zugvollständigkeit und der Zuglänge unter Verwendung einer Zugfunksicherungsanlage und eines Bordrechners bei aus Lokomotiven oder Triebwagen und Wagen bestehenden Zügen.

Für die Überprüfung der Vollständigkeit von Zügen, der Feststellung der aktuellen Zuglänge, sowie der Positionsbestimmung des betreffenden Zuges müssen nach dem derzeit bekannten Stand der Technik mehrere verschiedene Systemkomponenten verwendet werden. So ist jeweils für die Positionsbestimmung, wie für die Vollständigkeit von Zügen oder die Feststellung der aktuellen Zuglänge ein eigenes System erforderlich. Insbesondere muss für die Positionsbestimmung der einzelnen Fahrzeuge ein erheblicher technischer Aufwand getrieben werden, um diese Funktion mit den geforderten Genauigkeiten und Qualitätsanforderungen zu erfüllen, wozu beispielsweise sogenannte Eurobalisen in unterschiedlichen oder gleichen Abständen im jeweiligen Streckengleis verlegt werden. Darüber hinaus ist die Ausrüstung der entsprechenden Fahrzeuge mit Balisen-Antennen sowie mit Wegimpulsgebern notwendig. Für die Funktion der Vollständigkeit von Zügen und der Feststellung der aktuellen Zuglänge sind unterschiedliche Systeme bekannt, die jedoch bezüglich der o. g. Positionsbestimmung grundsätzlich zusätzliche oder andere Funktionalitäten vorsehen. So sind Systeme mit Funkreflexsendegeräten oder Systeme, die auf die Hauptluftleitung des Zuges zurückgreifen oder auch ortsfeste Systemanlagen für die Ermittlung der Vollständigkeit von Zügen und der Feststellung der aktuellen Zuglänge bekannt.

So wird u. a. in der DE 198 33 279 eine Einrichtung zur Überwachung der Zugvollständigkeit sowie der Überprüfung der Bremsprobe sei lokbespannten Zügen beschrieben, die jeweils in der Signalstütze unter Verwendung von Drucksensorik und der Volumenstromüberwachung der Hauptluftleitung die Vollständigkeit eines Zugverbandes überprüft. Unter Umständen kann dieses System mit GPS (Global Positioning System) gekoppelt werden. Nachteil dieser Einrichtung ist es, dass sie von der Nutzung einer Hauptluftleitung ausgeht. Die Hauptluftleitung kann auch aus anderen Gründen, als dem Verlust eines Zugteiles, unterbrochen werden und ist daher störanfällig. Ferner ist auf jeden Fall ein Anschluss der Geräte an die Hauptluftleitung notwendig, was eines erhöhten Aufwandes bedarf. Zwar werden die gemessenen Daten per Sender an den Zugtriebwagen übermittelt, aufgrund der gemessenen Größe, die vollständig von der Hauptluftleitung abhängt, ist die Messung aber aufwendig und störanfällig. Darüber hinaus sind analoge Funkreflexverfahren zur Ermittlung der Zugvollständigkeit und Zuglänge bekannt, die jedoch erhebliche Messungenauigkeiten bei der Ermittlung der Zuglänge, speziell während einer Kurvenfahrt, aufweisen. Außerdem können mit analogen Funkreflexverfahren keine ausreichenden Auswertungen im Hinblick auf gekoppelte Prozesse und daraus folgende Auswirkungen erfolgen. Ein Funkausfall kann dabei auch als Ereignis bewertet werden und zu falschen Schlussfolgerungen führen.

Aus DE 197 23 309 bzw. DE 297 09 702 ist ein Verfahren nebst zugehöriger Vorrichtung bekannt, bei dem die Positionen des ersten und/oder letzten Fahrzeuges durch mitgeführte Messeinrichtungen festgestellt und durch eine ebenfalls im Zugverband befindliche Auswerteeinheit einem Abgleich unterzogen werden. Hierbei wird die Entfernung zwischen dem Antriebsfahrzeug und dem letzten Fahrzeug als Inkonsistenzkriterium zugrundegelegt, bei dessen Sollwert-Überschreitung eine Zwangsreaktion ausgelöst wird. Abgesehen davon, dass die Entfernungsmessung zwischen Antriebsfahrzeug und letztem Fahrzeug im Falle geschobener Wendezüge zu keinem sinnvollen Ergebnis führt, ist bei diesem Lösungsansatz als nachteilig zu sehen, dass das führende Fahrzeug mit einer zusätzlichen Messeinrichtung ausgerüstet werden muss.

DE 197 32 488 lehrt ein Verfahren zur Erhöhung der Datensicherheit beim Einsatz eines Streckenatlas in sicherheitsrelevanten Anwendungen, wie es in erster Linie beim sequentiell geprägten Auslesen von Informationen aus dem Streckenatlas während des Befahrens linienförmiger Gleisstrecken typischerweise vorkommt. Dies dient jedoch in erster Linie der Validierung der aus dem Streckenatlas ausgelesenen Ortsangaben und Handlungsanweisungen an die Fahrzeugsteuerung bzw. den Fahrzeugführer. Für den weiterhin notwendigen regelmässigen Abgleich des Streckenatlas mit den tatsächlich vom Zug zurückgelegten Wegen bzw. der tatsächlich vom Zug eingenommenen Position sind jedoch zusätzliche Einrichtungen wie beispielsweise im Gleis installierte Transponder notwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Überwachung der Zugvollständigkeit, die Ermittlung der Zuglänge sowie die Positionsbestimmung des Zugverbandes durch ein einziges, bei Ausfällen selbstoffenbarendes Verfahren unter Nutzung der auf dem führenden Fahrzeug ohnehin vorhandenen technischen Ausstattung zu realisieren. Dieses Verfahren soll unabhängig vom eingesetzten Fahrzeugpark des Zugverbandes sein. Im Hinblick auf die insbesondere im Güterverkehr zahlreichen ausländischen Fahrzeuge dürfen keine Abhängigkeiten von fahrzeugspezifischen Merkmalen bestehen.

Dies wird erfindungsgemäß durch die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale erreicht, wobei

• a) eine Positionsermittlung über einen an sich bekannten Digitalfunk (GSM- R/GSM)durchgeführt wird, wobei am Ende des Zuges ein zusätzliches digitales (GSM-R/GSM)-Funkgerät installiert und nach Zusammenstellung des Zuges die Position des Funkgerätes an eine separate Funkzentrale gemeldet wird, von der in variablen Zeitabständen ein Auswertungsergebnis an den Bordrechner des führenden Fahrzeugesgesendet wird,
• b) das am Ende des Zuges installierte zusätzliche digitale (GSM-R/GSM)-Funkgerät unter Verwendung eines an sich bekannten Streckenatlas die Zuglängenermittlung derart bewerkstelligt, dass
  • - nach der Zusammenstellung des Zuges eine digitale (GSM- R/GSM)-Funkadresse des letzten Fahrzeuges und eine digitale (GSM-R/GSM)-Funkadresse des ersten Fahrzeuges als Anfang- und Ende-Geräte definiert sowie in den Bordrechnern und die separate Funkzentrale gemeldet werden,
  • - die Position des Anfanggerätes als Standort des führenden Fahrzeuges infolge Ortung des führenden digitalen (GSM-R/GSM)- Funkgerätes gemeldet,
  • - die Position des Ende-Gerätes als Standort des letzten Fahrzeuges infolge Ortung des zusätzlichen digitalen (GSM-R/GSM)- Funkgerätes gemeldet,
  • - die jeweilige Zuglänge durch Ermittlung der Positionen des Zuganfanges und des Zugendes mit Hilfe des Streckenatlas festgestellt wird, wobei ggf. mit Hilfe des Streckenatlas eine Plausibilitätskontrolle des Zuganfanges und des Zugendes erfolgt und
• c) die Ergebnisse der Zuglängenermittlung durch die separate Funkzentrale und/oder den Bordrechner in bestimmten Abständen auf die zulässigen Längentoleranzen überprüft werden, wobei unter Beachtung der durch Puffer- und Kupplungsspiel bedingten, maximal möglichen Längenänderungen des Zugverbandes ein Fehlersignal ausgegeben und ausgewertet wird.

Es ist hierbei besonders vorteilhaft, dass auf dem führenden Fahrzeug die dort ohnehin vorhandene Funkausrüstung für die Sprach- und Datenkommunikation ohne Modifikationen oder hard- bzw. softwaretechnische Ergänzungen ausreichend ist. Für die Positionsermittlung wird die im Funksystem ohnehin verfügbare Funktionalität der Ortserkennung der Funkteilnehmer genutzt; die Querbeziehung zur Topologie des Gleisnetzes erfolgt durch die Einbindung des jeweils gültigen Streckenatlas. Die Plausibilitätskontrolle von Zuganfang und Zugende mittels Streckenatlas ermöglicht das Ausgeben eines Fehlersignales, sobald die Zuglänge über eine vordefinierte, durch Streckungen bzw. Stauchungen im Zugverband beeinflusste Toleranzgrenze hinauswächst. In einem solchen Fall muss von einer Zugtrennung ausgegangen werden. Alternativ zum bahnspezifischen GSM-R-Funksystem kann selbstverständlich auch herkömmlicher Public-GSM-Funk eingesetzt werden.

Weitere Merkmale eines Verfahrens gemäß der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 12 aufgeführt.

So ist es beispielsweise zur Erhöhung der Genauigkeit des zu verwendenden Streckenatlas ausserordentlich vorteilhaft, Gleisbögen und/oder Höhenunterschiede (Kuppen) zu integrieren.

In das Verfahren lässt sich problemlos eine an sich bekannte Näherungs-Messeinrichtung integrieren, wobei in vorbestimmten Zeitintervallen elektromagnetische Wellen ausgesandt werden, deren Reflexion überwacht sowie bei Messung mindestens einer Reflexion, die stärker als ein abgespeicherter Wert ist, ein Fehlersignal ausgegeben wird. Besonders vorteilhaft ist es, hiermit eine zusätzliche Absicherung zu schaffen, dass das Zugendegerät auch tatsächlich am Zugschluss angebracht worden ist, und nicht an einer anderen beliebigen Stelle innerhalb des Zugverbandess. Dadurch wird auch eine Plausibilitätskontrolle ermöglicht, die bei Erkennen von mehr als einem Endegerät innerhalb eines Zugverbandes ein Fehlersignal ausgibt.

Abhängig von der Bestätigung der richtigen Position des Zugschlussgerätes durch die Näherungs-Messeinrichtung erfolgt die Aktivierung/Inbetriebnahme des Zugschlussgerätes. Durch diese Zugschlussgerät-Systemsperre, die also bei falscher Position des Zugschlussgerätes im Zugverband durch die Näherungs-Messeinrichtung erfolgt, kann sicher gestellt werden, dass bei einem aktiven Zugschlussgerät keine Wagen nach dem Zugschlussgerät (sogenannte "schwarze Wagen") im Zugverband mitgeführt werden.

Es ist sinnvoll, dass die Auswertung des Fehlersignals zu einem bremsauslösenden Eingriff in die Fahrzeugsteuerung verwendet wird. Es versteht sich von selbst, dass daran anschliessend auch andere Aktionen ausgelöst werden können, wie beispielsweise die Unterdrückung der Freigabe des vom Zug bisher zurückgelegten Fahrweges.

Das am Ende des Zuges angeordnete digitale (GSM-R/GSM)-Funkgerät sollte über eine eigene Energieversorgung, wie einen Akkumulator, eine Brennstoffzelle, eine Batterie etc. betrieben werden.

Das Funkgerät am Ende Zuges sollte unter Nutzung der Befestigung der Zugschlussscheibe lösbar angebracht werden, da diese Halterung an allen Wagen vorhanden ist. Dabei kann es bevorzugt in einem in der Zugschlussscheiben-Halterung befestigbaren Gehäuseteil angeordnet sein, welches über eine Steckverbindung o. ä. und eine Schließeinrichtung arretiert ist. Die Schließeinrichtung kann per Ultraschall und/oder elektromagnetischer Wellen und/oder mechanisch und/oder elektromechanisch verriegelt werden. Eine Überwachung der Verriegelungsstellung kann z. B. über Sensoren stattfinden.

Anhand eines Ausführungsbeispiels soll nachstehend die Erfindung näher erläutert werden. Hierbei zeigt Fig. 1 eine Prinzipskizze der Schaltung.

Am letzten Fahrzeug (2) eines Zugverbandes mit gegebener Zuglänge (7) ist ein GSM-R- Funkmodul (1) befestigt. Am führenden Fahrzeug (4) ist ein weiteres GSM-R-Funkmodul (5) angebracht. Beide Module (1; 5) senden jeweils digitale Funksignale zur Positionsbestimmung (9; 10) zur Funkzentrale (8) und zum Streckenatlas (11; 12). Über die Funkzentrale (8) und die Signale der Module (1; 5) werden die Positionen (3; 6) des letzten Fahrzeuges (2) und des führenden Fahrzeuges () erkannt und als Zuganfang und Zugende definiert, so dass daraus und aus den Signalen des Streckenatlas (11; 12) die Ermittlung der Zuglänge (13) erfolgen kann.

Die Wirkungsweise ist dabei folgende:
Als Beispiel wird ein üblicher Güterzug, bestehend aus einer Lokomotive und 20 angehängten Wagen angenommen. Die Lokomotive ist mit einem Funk- Zugsicherungssystem auf der Basis des digitalen GSM-R-Funkes ausgestattet. Am letzten Wagen (2) wird ein GSM-R-Sende-Modul (1) mit integrierter Stromversorgung (Batterie) angebracht. Am Gehäuse für Modul (1) ist eine Metallzunge so angebracht, dass diese in die vorhandene Lasche (Zugschlusstafelbefestigungsmöglichkeit) für die übliche Zugschlusstafel passt.

Am Ende der Metallzunge wird eine Verschlussmechanik angebracht, die ein Herausziehen der Metallzunge aus der Lasche verhindert. Hierzu rastet ein federbelasteter Keil bei der Endstellung der Metallzunge ein. Durch ein Magnet, der innerhalb der Metallzunge eingearbeitet ist, kann der Keil wieder zurückgezogen werden, wodurch ein Herausziehen der Metallzunge (und somit des GSM-R-Gehäuses) ermöglicht wird. Hierzu wird der Magnet durch Einleitung von elektrischer Energie (Strom) aktiviert, wobei die Einleitung des Stromes vom Empfang eines besonderen GSM-R-Funksignals abhängig ist. Erst wenn bei diesem GSM-R-Gerät die Funkmeldung, "Gerät freigeben" ansteht, kann das GSM-R-Gehäuse aus der Haltevorrichtung herausgezogen werden.

Innerhalb des GSM-R-Gerätes wird ein Radarsystem integriert. Hierbei wird der erzeugte Radarstrahl so ausgerichtet, dass ein Gegenstand, der sich innerhalb von drei Metern Abstand zu diesem Gerät befindet, erkannt wird und ein entsprechendes Signal erzeugen kann. Es kann also festgestellt werden, ob sich nach dem letzten Wagen des Zuges ein weiterer Gegenstand befindet. Wird vom System ein Gegenstand erkannt, führt dies zur Erzeugung eines Signals aus welchem eine Fehlermeldung entsteht, so dass die ungewollte Annäherung beispielsweise einer Lok über die Funkzentrale verhindert wird.

Die Funkzentrale arbeitet auf GSM-R-Funk-Basis. Dabei ist die Funkzentrale mit einer Technik ausgestattet, die eine genaue Ortung (Positionsmeldung) der GSM-R-Module ermöglicht. Über ein Rechnersystem werden die eingehenden Positionsmeldungen dokumentiert und regelmäßig aktualisiert, wobei die Daten aus dem Streckenatlas genutzt werden. Durch die Zuordnung der GSM-R-Module als einerseits "führendes Fahrzeug" und andererseits "letztes Fahrzeug" wird der Standort und die Länge des betreffenden Zuges ermöglicht. Bei einer Abweichung von vorgegebenen Toleranzwerten - bezüglich der Zuglängenveränderung - beispielsweise bei einem stehen gebliebenen letzten Wagen, wird von diesem Rechnersystem eine entsprechende Warnmeldung erzeugt, die für den Eingriff in den Zugbetrieb genutzt wird (Bremsen eines Zuges).

Das System wird folgendermaßen betrieben:
Nach der vollständigen Zugzusammenstellung wird am letzten Wagen das spezielle GSM- R-Gehäuse in die Zugschlusstafel-Lasche eingeschoben, wobei es sich in der beschriebenen Art und Weise gegen ein Herausziehen verriegelt. Die Funkadresse. Des letzten Wagens wird in das Rechnersystem der Lokomotive eingegeben, womit eine Zugtaufe (Zuordnung des GSM-R-Gerätes der Lok zum GSM-R-Gerät des letzten Wagens).

Durch das Rechnersystem der Lok wird anschließend die Funkzuordnung an die Funkzentrale gemeldet. In der Funkzentrale werden durch diese Information die Position der Lok und des letzten Wagens, sowie die Zuglänge ermittelt. Die Daten werden dann in bestimmten Zeitabständen (während der Zugfahrt) an das Rechnersystem der Lok gesendet und mit den Soll-Daten verglichen.

Bezugszeichenliste

1

GSM-R-Funkmodul

2

letztes Fahrzeug

3

Position B

4

führendes Fahrzeug

5

GSM-R-Funkmodul

6

Position A

7

Zuglänge

8

GSM-R-Funkadressen

9

Positionsbestimmung B

10

Positionsbestimmung A

11

Streckenatlas

12

Streckenatlas

13

Ermittlung der Zuglänge

Claims (12)

1. Verfahren zur Ermittlung der Zugvollständigkeit sowie der Zuglänge unter Verwendung einer Zugfunksicherungsanlage und eines Bordrechners, wobei

• a) eine Positionsermittlung über einen an sich bekannten Digitalfunk (GSM- R/GSM) durchgeführt wird, wobei am Ende des Zuges ein zusätzliches digitales (GSM-R/GSM)-Funkgerät installiert und nach Zusammenstellung des Zuges die Position des Funkgerätes an eine separate Funkzentrale gemeldet wird, von der in variablen Zeitabständen ein Auswertungsergebnis an den Bordrechner des führenden Fahrzeuges gesendet wird.
• b) das am Ende des Zuges installierte zusätzliche digitale (GSM-R/GSM)- Funkgerät unter Verwendung eines an sich bekannten Streckenatlas die Zuglängenermittlung derart bewerkstelligt, dass
  nach der Zusammenstellung des Zuales eine digitale (GSM- R/GSM)-Funkadresse des letzten Fahrzeuges und eine digitale (GSM- R/GSM)-Funkadresse des ersten Fahrzeuges als Anfang- und Ende-Geräte definiert sowie in den Bordrechner und die separate Funkzentrale gemeldet werden,
  die Position des Anfang-Gerätes als Standort des führenden Fahrzeuges infolge Ortung des führenden digitalen (GSM-R/GSM)- Funkgerätes gemeldet,
  die Position des Ende-Gerätes als Standort des letzten Fahrzeuges infolge Ortung des zusätzlichen digitalen (GSM-R/GSM)- Funkgerätes gemeldet,
  die jeweilige Zuglänge durch Ermittlung der Positionen des Zuganfanges und des Zugendes mit Hilfe des Streckenatlas festgestellt wird, wobei ggf. mit Hilfe des Streckenatlas eine Plausibilitätskontrolle des Zuganfanges und des Zugendes erfolgt und
• c) die Ergebnisse der Zuglängenermittlung durch die separate Funkzentrale und/oder den Bordrechner in bestimmten Abständen auf die zulässigen Längentoleranzen überprüft werden, wobei unter Beachtung der durch Puffer- und Kupplungsspiel bedingten, maximal möglichen Längenänderungen des Zugverbandes ein Fehlersignal ausgegeben und ausgewertet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass die Zuglänge permanent oder nach bestimmten Zeitintervallen überprüft wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass in den Streckenatlas zur Erhöhung der Genauigkeit Gleisbögen integriert werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1-3, gekennzeichnet dadurch, dass in das Ende-Gerät eine an sich bekannte Näherungssensor-Messeinrichtung integriert wird, wobei in vorherbestimmten Zeitintervallen elektromagnetische Wellen ausgesandt, deren Reflexion überwacht sowie bei Messung mindestens einer Reflexion, die stärker als ein abgespeicherter Wert ist, ein Fehlersignal aus begeben und ausgewertet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 4, gekennzeichnet dadurch, dass die Auswertung des Fehlersignals zu einem bremsauslösenden Eingriff in die Fahrzeugsteuerung verwendet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1-5, gekennzeichnet dadurch, dass das am Ende des Zuges zusätzlich angeordnete digitale (GSM-R/GSM)-Funkgerät über eine eigene Energieversorgung betrieben wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1-6, gekennzeichnet dadurch, dass das digitale (GSM- R/GSM)-Funkgerät mit einer vorhandenen Zugschlussleuchte (z. B. bei Reisezugwagen) gekoppelt oder integriert wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1-7, gekennzeichnet dadurch, dass das zusätzliche digitale (GSM-R/GSM)-Funkgerät unter Nutzung der Befestigung einer Zugschlussscheibe lösbar oder unlösbar angebracht wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1-8, gekennzeichnet dadurch, dass das zusätzliche digitale (GSM-R/GSM)-Funkgerät in einem in einer Zugschlussscheiben-Halterung befestigbaren Gehäuseteil angeordnet wird.

10. Verfahren nach Anspruch 1-9, gekennzeichnet dadurch, dass die Halterung eine Steckeinrichtung aufweist, in die das digitale (GSM-R/GSM)-Funkgerät mittels einer Schließeinrichtung arretiert wird.

11. Verfahren nach Anspruch 1-10, gekennzeichnet dadurch, dass die Schließeinrichtung per Ultraschall und/oder elektromagnetische Wellen und/oder mechanisch und/oder elektromechanisch verriegelt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, gekennzeichnet dadurch, dass die Verriegelungsstellung über Sensoren überwacht wird.