DE10107571A1 - System zur Überprüfung der Vollständigkeit eines Fahrzeugverbundes - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein System zur Überprüfung der Vollständigkeit eines straßengebundenen oder schienengebundenen Fahrzeugverbundes mit einem Triebfahrzeug und mindestens einem Wagen (3.1, 3.2), wobei das Triebfahrzeug einen Triebfahrzeugrechner und Kommunikationsmittel und jeder Wagen (3.1, 3.2) Identifizierungsmittel und Kommunikationsmittel aufweist. Ein einfaches und sehr preisgünstiges System dieser Gattung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikationsmittel Kurzdistanz-Kommunikationseinrichtungen (2.1, 2.2), insbesondere Bluetooth-Chips, umfassen, welche mit den jeweils benachbarten Kurzdistanz-Kommunikationseinrichtungen (2.2, 2.1) kommunizieren, wobei mindestens die in den Identifikationsmitteln des letzten Wagens gespeicherten Informationen an den Triebfahrzeugrechner weiterleitbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein System zur Überprüfung der Vollständigkeit eines straßengebundenen oder schienengebundenen Fahrzeugverbundes mit einem Triebfahrzeug und mindestens einem Wagen, wobei das Triebfahrzeug einen Triebfahrzeugrechner und Kommunikationsmittel und jeder Wagen Identifizierungsmittel und Kommunikationsmittel aufweist, sowie ein Verfahren zur Anwendung des Systems. Unter Straßen sind dabei auch Wasserstraßen subsummiert. Der zu überwachende Fahrzeugverbund umfasst im weitesten Sinne auch aneinander gereihte Gegenstände aller Art, insbesondere Container oder Landfahrzeuge, die auf einem Schiff transportiert werden. Bei dieser Konstellation kommt es darauf an, das Verrutschen der Ladung auf dem Schiff festzustellen. Im folgenden wird jedoch im wesentlich auf einen schienengebundenen Fahrzeugverbund bezug genommen, wobei das Schutzbegehren nicht auf diesen Spezialfall beschränkt ist.

Aus der DE 198 30 053 C1 ist eine Einrichtung zur Zugschlusserkennung bekannt, bei der seitens des Triebfahrzeuges Funktelegramme im Polling- Verfahren nacheinander an die einzelnen Wagen ausgesandt werden, welche ihrerseits diese Funktelegramme an das Triebfahrzeug quittieren. Auf diese Weise ist eine permanente Überwachung der Zugintegrität möglich, d. h. eine sichere Information darüber, ob eine Entgleisung oder eine Auftrennung des Zugverbundes stattgefunden hat. Nachteilig bei dem Polling-Verfahren ist vor allem, dass die Reichweite des Kommunikationsmediums mindestens der Länge des Zugverbundes, d. h. bis zu 1,5 km, entsprechen muss.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes System zur Überprüfung der Vollständigkeit eines Fahrzeugverbundes anzugeben, das mit Kommunikationseinrichtungen ultra kurzer Reichweite, beispielsweise 10 m, auskommt.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Durch die sukzessive Informationsweiterleitung nur zwischen benachbarten Wagen, wobei die Kommunikationseinrichtungen quasi als Relaisstationen fungieren, kann die Reichweite des Kommunikationsmittels auf wenigen Meter reduziert werden. Besonders geeignet für diese Ultra-Kurzdistanz-Kommunikation ist die Bluetooth- Technologie. Bisher sind Bluetooth-Chips vor allem als Kommunikationsmedium zwischen Computern und peripheren Geräten, wie Drucker, Scanner, Digitalkamera, Mobilfunkgerät, vorgesehen. Die Grundidee besteht darin, Bluetooth-Chips als sehr billiges drahtloses Funk LAN (Local Area Network) zu verwenden. Für die Stromversorgung der Bluetooth-Chips ist nur eine sehr geringe Leistung notwendig. Als Energielieferanten kommen beispielsweise Akkumulatoren, Druckluft, Solarzellen, Achsgenerator oder Unruhe-Wandler in Frage. Wegen des geringen Stromverbrauches und des sehr niedrigen Preises der Bluetooth- Chips können diese auch mehrfach vorgesehen sein, um die Verfügbarkeit zu erhöhen. Selbstverständlich muss die Reichweite nicht ausgenutzt werden. Zur Überbrückung des Übertragungsweges zwischen zwei benachbarten Wagen können pro Wagen auch mehrere Bluetooth-Chips angeordnet sein. Die in den Identifikationsmitteln des letzten Wagens gespeicherten Informationen werden über alle vorgeordneten Bluetooth- Chips an den Triebfahrzeugrechner weitergeleitet, so dass bei ordnungsgemäßer Informationsübertragung davon ausgegangen werden kann, dass Vollständigkeit des Zuges besteht, d. h. dass kein Wagen von dem Fahrzeugverbund abgetrennt wurde.

Um die sehr hohen Sicherheitsanforderungen im Bahnbereich zu erfüllen, sind in den Identifizierungsmitteln der einzelnen Wagen gemäß Anspruch 2 nicht nur die Wagennummern sondern auch wagenspezifische kryptographische Schlüssel gespeichert. In diesem Fall erfolgt die Kommunikation vorzugsweise mit einem sogenannten sicheren oder redundanten Triebfahrzeugrechner. Die Speicherparameter, Wagennummer und kryptographischer Schlüssel sind dabei beispielsweise in einem PROM (Programmable Read Only Memory) abgelegt, welcher zusammen mit dem Bluetooth-Chip in einer kleinen Box zum mechanischen und gegebenenfalls auch thermischen Schutz untergebracht ist.

Gemäß Anspruch 3 ist der Triebfahrzeugrechner mit Speichermitteln zumindest für die Wagennummer und den kryptographischen Schlüssel des letzten Wagens, einem Zufallszahlengenerator und einem Decoder zur Decodierung von mit dem kryptographischen Schlüssel des letzten Wagens codierten Zufallszahlen ausgestattet. Selbstverständlich kann auch eine Speicherung sämtlicher Wagennummern und kryptographischer Schlüssel vorgesehen sein. Auf diese Weise kann auch die Richtigkeit einer vorgegebenen Wagenreihung überprüft werden. Außerdem ist dadurch eine Unterstützung bei Rangiervorgängen bzw. der sogenannten Zugtaufe möglich. Als weitere Applikationen auf der Basis des Funk LANs sind beispielsweise Bremszettelersatz, Sensor-Informationsübertragung, Passagierinformationen, Passagierraumüberwachung oder die Übertragung von Daten für fahrerlosen Betrieb denkbar.

Eine besonders schnelle und sichere Erkennung eines Havariezustandes charakterisiert Anspruch 4. Durch die Verwendung von Richtantennen, welche nicht achsparallel senden und empfangen, ergibt sich bei vordefinierten Bedingungen eine Störung des Übertragungsweges zwischen zwei Wagen.

Anspruch 5 bezieht sich auf ein Verfahren zur Zugschlusserkennung während der Zugfahrt. Der sichere Triebfahrzeugrechner generiert periodisch, z. B. im Abstand von jeweils drei Sekunden, eine hinreichend große Zufallszahl, die er inklusive der Wagennummer des letzten Wagens über das Funk LAN an den ersten Wagen abschickt. Jeder Wagen überprüft anhand der Wagennummer, ob er angesprochen ist. Wenn das nicht der Fall ist, reicht der Wagen die Anfrage an den nächstfolgenden Wagen weiter. Der letzte Wagen, bei dem die empfangene Wagennummer mit der eigenen übereinstimmt, verschlüsselt die ebenfalls empfangene Zufallszahl mit seinem kryptographischen Schlüssel und sendet das Ergebnis über alle vorgeordneten Wagen an den Fahrzeugrechner zurück. Dieser decodiert die verschlüsselte Zufallszahl mittels des gespeicherten kryptographischen Schlüssels des letzten Wagens. Dabei muss sich die ursprüngliche Zufallszahl ergeben, damit sichergestellt ist, dass der letzte Wagen noch am Zug befindlich ist. Falls eine andere Zahl generiert wird oder der Triebfahrzeugrechner keine Antwort erhält, ist nicht sicher, ob der letzte Wagen noch ordnungsgemäß an den Zugverbund angekoppelt ist. In diesem Fall müssen entsprechende Maßnahmen eingeleitet werden, die entweder manuell durch einen Triebfahrzeugführer oder auch automatisch durch den Fahrzeugrechner - beispielsweise Zwangsbremsung - eingeleitet werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand figürlicher Darstellungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung wichtiger Komponenten und eines Verfahrens zur Zugschlusserkennung,

Fig. 2 eine Draufsicht auf zwei ordnungsgemäß gekoppelte Wagen und

Fig. 3 eine Fig. 2 entsprechende Ansicht bei entkoppelten Wagen.

Fig. 1 veranschaulicht das Zusammenwirken der Komponenten des Triebfahrzeuges mit den Komponenten der Wagen. Es ist ersichtlich, dass das Triebfahrzeug mit einer Stromversorgung, einer Funkverbindung zur Streckenzentrale, einem sicheren Rechner und einer Funk LAN Einrichtung, insbesondere mindestens einem Bluetooth-Chip ausgestattet ist, während die Wagen neben einer Stromversorgung nur eine Funk LAN Einrichtung, insbesondere mindestens einen Bluetooth-Chip, und einen einfachen Rechner aufweisen. Zur Vorbereitung für die sichere Zugschlusserkennung werden bei der Zusammenstellung des Zuges, der sogenannten Zugtaufe, in den sicheren Rechner des Triebfahrzeuges die Wagennummern mit entsprechender Reihenfolge und zugehörigen kryptographischen Schlüsseln - public keys - eingespeichert. Während der Zugfahrt wird periodisch eine Zufallszahl generiert, welche zusammen mit der Wagennummer des letzten Wagens mittels des Bluetooth-Chips an den Bluetooth-Chip des ersten Wagens gesendet wird. Der einfache Rechner des ersten Wagens vergleicht die empfangene Wagennummer mit der eigenen Wagennummer und stellt Nichtübereinstimmung fest. Infolgedessen reicht der erste Wagen die Zufallszahl und die Wagennummer des letzten Wagens an den zweiten Wagen weiter, der seinerseits, sofern er nicht der letzte Wagen des Zuges ist, die Zufallszahl und die Wagennummer des letzten Wagens an den nächstfolgenden Wagen weiterreicht, bis der letzte Wagen die Informationen empfangen hat. Dieser letzte Wagen verschlüsselt die Zufallszahl mit seinem private key und sendet das Verschlüsselungsergebnis auf dem gleichen Weg an das Triebfahrzeug zurück - durch Pfeile dargestellt. Der sichere Rechner des Triebfahrzeuges decodiert das Verschlüsselungsergebnis mit Hilfe des gespeicherten public key des letzten Wagens. Als Resultat muss sich die Zufallszahl regenerieren lassen, damit sichergestellt ist, dass der Zugschluss ordnungsgemäß konfiguriert ist. Diese Abfrage kann regelmäßig, beispielsweise alle drei Sekunden, erfolgen.

Fig. 2 zeigt eine Möglichkeit zur Anordnung von gerichteten Sende-­ /Empfangs-Antennen 1.1 und 1.2 der Funk LAN Einrichtungen 2.1 und 2.2 benachbarter Wagen 3.1 und 3.2. Die Antennen 1.1 und 1.2 sind bezüglich der Mittelachse 4 des Zugverbundes versetzt angeordnet. Die Ausrichtung der Antennen 1.1 und 1.2, d. h. deren Winkel zur Mittelachse 4 hängt dabei von der Größe des Versatzes b und dem axialen Abstand d der Antennen 1.1 und 1.2 ab. Diese Anordnung gestattet eine sehr empfindliche Kommunikation zwischen den Funk LAN Einrichtungen 2.1 und 2.2. Eine Abkopplung des Wagens 3.2 vom Wagen 3.1 ist augenblicklich erkennbar und nicht von der Reichweite des Funksignals abhängig.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf das vorstehend angegebene Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche auch bei grundsätzlich anderes gearteter Ausführung von den Merkmalen der Erfindung Gebrauch machen.

Claims (5)

1. System zur Überprüfung der Vollständigkeit eines straßengebundenen oder schienengebundenen Fahrzeugverbundes mit einem Triebfahrzeug und mindestens einem Wagen (3.1, 3.2), wobei des Triebfahrzeug einem Triebfahrzeugrechner und Kommunikationsmittel und jeder Wagen (3.1, 3.2) Identifizierungsmittel und Kommunikatonsmittel aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikationsmittel Kurzdistanz-Kommunkationseinrichtungen (2.1, 2.2), insbesondere Bluetooth-Chips, umfassen, welche mit den jeweils benachbarten Kurzdistanz-Kommunikationseinrichtungen (2.2, 2.1) kommunizieren, wobei mindestens die in den Identifikationsmitteln des letzten Wagen gespeicherten Informationen an den Triebfahrzeugrechner weiterleitbar sind.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Identifikationsmittel Speichermittel umfassen, in welchen Wagennummern und diesen zugeordnete kryptographische Schlüssel gespeichert sind.

3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Triebfahrzeugrechner
Speichermittel, in welchen mindestens die Wagennummer und der kryptographische Schlüssel des letzten Wagens gespeichert sind,
einen Zufallsgenerator zur periodischen Erzeugung einer Zufallszahl und
einen Decoder zur Decodierung von mit dem kryptographischen Schlüssel des letzten Wagens codierten Zufallszahlen
aufweist.

4. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurzdistanz- Kommunikationseinrichtungen (2.1, 2.2) gerichtete Sende-/Empfangs- Antennen (1.1, 1.2) aufweisen, wobei benachbarte Kurzdistanz- Kommunikationseinrichtungen (2.1, 2.2) bezüglich einer Mittelachse (4) des Fahrzeugverbundes zueinander versetzt angeordnet sind und die Sende-/Empfangs-Bereiche der gerichteten Antennen (1.1, 1.2) einander überlappen.

5. Verfahren zur Anwendung des Systems nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte

• - der Fahrzeugrechner generiert eine Zufallszahl, die er zusammen mit der Wagennummer des letzten Wagens an den ersten Wagen sendet,
• - der erste Wagen und jeder weitere Wagen vergleicht die empfangene Wagennummer mit der eigenen Wagennummer und sendet bei Nichtübereinstimmung die Zufallszahl und die Wagennummer an den nächstfolgenden Wagen,
• - der Wagen, bei dem die empfangene und die eigene Wagennummer übereinstimmen codiert die Zufallszahl mit seinem kryptographischen Schlüssel und sendet das Ergebnis über alle vorgeordneten Wagen an den Fahrzeugrechner zurück und
• - der Fahrzeugrechner decodiert das Ergebnis mittels des kryptographischen Schlüssels des letzten Wagens, wobei die ursprüngliche Zufallszahl resultiert, wenn der letzte Wagen noch am Fahrzeugverbund befindlich ist.