DE102004028390A1

DE102004028390A1 - Übertragung von Informationen innerhalb eines Fahrzeugverbandes unter Nutzung einer pneumatischen oder hydraulischen Leitung als Übertragungskanal

Info

Publication number: DE102004028390A1
Application number: DE200410028390
Authority: DE
Inventors: Martin Witthuhn; Thomas Klockow
Original assignee: Deutsche Bahn AG
Current assignee: Deutsche Bahn AG
Priority date: 2004-06-14
Filing date: 2004-06-14
Publication date: 2006-02-02

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Übertragung von Informationen innerhalb eines Fahrzeuges und/oder Fahrzeugverbandes unter Nutzung einer pneumatischen oder hydraulischen Leitung als Übertragungskanal. DOLLAR A Erfindungsgemäß werden die Daten mittels elektromagnetischer Wellen, insbesondere Funk, über im Fahrzeug und/oder Fahrzeugverband vorhandene pneumatische oder hydraulische Leitungen übertragen. DOLLAR A Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass ein in jedem Fahrzeug und/oder Fahrzeugverband vorhandenes pneumatisches oder hydraulisches Leitungssystem zusätzlich auch für die Datenübertragung verwendet werden kann. Des Weiteren wird für Züge, insbesondere Güterzüge, die nicht mit durchgehenden elektrischen oder optischen Leitungen ausgerüstet sind, mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine kostengünstige Informationsübertragung überhaupt erst ermöglicht. DOLLAR A Bei einem Zug werden im Fahrzeug und/oder Fahrzeugverband die Daten über eine pneumatische Bremsleitung, insbesondere die Hauptluftleitung, oder über eine pneumatische Versorgungsleitung, insbesondere die Hauptluftbehälterleitung, übertragen. DOLLAR A Mindestens einem Fahrzeug des Fahrzeugverbandes wird eine Sendefunktion zugewiesen. Dieses Fahrzeug ist insbesondere das Triebfahrzeug oder ein Steuerwagen, von dem aus die pneumatische oder hydraulische Bremse gesteuert oder geregelt wird. Dieses Fahrzeug wird mit mindestens einem Sender für elektromagnetische Wellen ausgerüstet, der an die pneumatische oder hydraulische ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Übertragung von Informationen innerhalb eines Fahrzeuges und/oder eines Fahrzeugverbandes unter Nutzung einer pneumatischen oder hydraulischen Leitung als Übertragungskanal.
Es ist bekannt, dass Daten und Informationen innerhalb eines Zuges mittels elektrischer oder optischer Leiter oder mittels Funkübertragung ausgetauscht werden. Hierbei wird der Zug mit speziellen Kabeln oder Funkstrecken für die Datenübertragung ausgerüstet.
Aus DE 27 26 930 oder DE 198 58 922 ist ein Verfahren bekannt, bei dem Daten und Informationen innerhalb eines Zuges mittels Luftdruckschwankungen in pneumatischen Leitungen ausgetauscht werden. Nachteil der Übertragung von Daten und Informationen mittels Druckluftschwankungen in pneumatischen Leitungen sind insbesondere, dass

– aufgrund eines hohen Schallpegels von Umgebungsgeräuschen nur ein geringer Signal-Rausch-Abstand erzielt werden kann. Druckluftleitungen von Zügen sind zumeist am Fahrzeugboden angebracht und dort insbesondre Rollgeräuschen sowie aerodynamischen Geräuschen ausgesetzt. Dies verursacht ein Grundrauschen mit einem hohen Schallpegel, so dass die Druckluftschwankungen der übertragenen Daten kaum von den Empfängern wahr genommen werden.
– ein kompliziertes Ankopplungsverfahren erforderlich ist, da bei Drücken von 5000 hPa (5 bar) und mehr einer Bremsleitung, einer sog. Hauptluftleitung, bzw. 10 000 hPa (10 bar) einer Versorgungsleitung, einer sog. Hauptluftbehälterleitung, eine störungssichere Einleitung von Druckluftschwankungen gewährleistet sein muss. Problematisch ist hierbei neben dem Druck an sich, der in der Hauptluftleitung bis zu etwa 5,3 bar betragen kann, auch dass eine Einkoppeleinheit den gesamten Betriebsdruckbereich ertragen können muss. Das ist bei der Hauptluftleitung ein Bereich von 0 bar bis zu den genannten etwa 5,3 bar. Weiter kann sich der Druck schlagartig ändern, was die Problematik weiter verschärft.
– die Möglichkeit einer negativen Beeinflussung sicherheitsrelevanter Elemente gegeben ist. Insbesondere von der Bremssteuerung könnten Druckluftschwankungen als Signal zur Einleitung oder zum Auslösen einer Bremsung fehlinterpretiert werden, so dass ein sicherer Betrieb des Schienenfahrzeugs nicht mehr gegeben ist.

Es ist somit Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem eine kostengünstige und dennoch sichere Übertragung von Daten und Informationen innerhalb eines eines Fahrzeuges und/oder Fahrzeugverbandes gewährleistet wird, der nicht über elektrisch oder optische Leitungen verfügt.
Diese Aufgabe wird in Verbindung mit dem Oberbegriff des Hauptanspruches erfindungsgemäß durch die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Hierbei werden die Daten mittels elektromagnetischer Wellen, insbesondere Funk, über im Fahrzeug und/oder Fahrzeugverband bereits vorhandene pneumatische oder hydraulische Leitungen übertragen.
Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sind, dass

– ein in jedem Fahrzeug und/oder Fahrzeugverband vorhandenes pneumatisches oder hydraulisches Leitungssystem zusätzlich auch für die Datenübertragung verwendet werden kann,
– für viele Züge, insbesondere Güterzüge, die nicht mit durchgehenden elektrischen oder optischen Leitungen ausgerüstet sind und der finanzielle Aufwand für deren Nachrüstung wirtschaftlich nicht vertretbar ist, mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine kostengünstige Informationsübertragung überhaupt erst ermöglicht wird,
– negative, externe Beeinflussungen der Datenübertragung mittels elektromagnetischer Wellen durch eine Abschirmungswirkung von metallischen pneumatischen oder hydraulischen Leitungen stark reduziert werden,
– nahezu gleichbleibende Umgebungsbedingungen für die Datenübertragungsstrecke vorliegen.

Ansprüche 2 bis 8 beinhalten vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens aus Anspruch 1.
Ansprüche 2 und 3 beziehen sich auf einen Fahrzeug und/oder Fahrzeugverband bestehend aus Schienenfahrzeugen, einem sog. Zug. Nach Anspruch 2 werden in dem Fahrzeug und/oder Fahrzeugverband die Daten über eine pneumatische Bremsleitung, insbesondere die Hauptluftleitung, sowie nach Anspruch 3 über eine pneumatische Versorgungsleitung, insbesondere die Hauptluftbehälterleitung, übertragen.
Nach Anspruch 4 wird mindestens einem Fahrzeug des Fahrzeugverbandes eine Sendefunktion zugewiesen. Dieses Fahrzeug ist insbesondere das Triebfahrzeug oder ein Steuerwagen, von dem aus die pneumatische oder hydraulische Bremse gesteuert oder geregelt wird. Dieses Fahrzeug wird mit mindestens einem Sender für elektromagnetische Wellen ausgerüstet, der an die pneumatische oder hydraulische Leitung des Fahrzeugs angekoppelt wird. Mindestens einem der übrigen Fahrzeuge des Fahrzeugverbandes wird eine Empfangsfunktion zugewiesen und dieses Fahrzeug mit mindestens einem Empfänger für elektromagnetische Wellen ausgerüstet. Dieser Empfänger wird ebenfalls an die pneumatische oder hydraulische Leitung des Fahrzeugs angekoppelt.
Nach Anspruch 5 wird mindestens zwei Fahrzeugen des Fahrzeugverbandes eine Sende- und Empfangsfunktion zugewiesen. Diese Fahrzeuge sind insbesondere das Triebfahrzeug und der Steuerwagen, von denen aus je nach Fahrtrichtung die pneumatische oder hydraulische Bremse gesteuert oder geregelt wird. Die Fahrzeuge werden mit einem Sender und einem Empfänger für elektromagnetische Wellen ausgerüstet, die jeweils an die pneumatische oder hydraulische Leitung des Fahrzeugs angekoppelt werden.
Nach Anspruch 6 wird mindestens einem Fahrzeug des Fahrzeugverbandes eine Sende- und Empfangsfunktion zugewiesen, das mit Sendern und Empfängern für elektromagnetische Wellen ausgerüstet wird, die jeweils an die pneumatische oder hydraulische Leitung des Fahrzeugs angekoppelt sind. Ein Zustand des Fahrzeugverbandes wird erfindungsgemäß mittels elektromagnetischer Wellen, die von den Sendern in die pneumatische oder hydraulische Leitung abgegeben werden und innerhalb der pneumatischen oder hydraulischen Leitung geleitet und zum Empfänger übertragen werden, identifiziert und überwacht. Hierdurch kann vorteilhaft insbesondere ein irrtümlich vollständig oder teilweise geöffnetes Ventil der pneumatischen oder hydraulischen Leitung an den Enden des Fahrzeugverbandes oder auch vollständig oder teilweise geschlossenes Ventil innerhalb des Fahrzeugverbandes erkannt werden. Desweiteren kann eine Vollständigkeit des Fahrzeugverbandes, eine sicherheitsgefährdende Trennung des Fahrzeugverbandes auf freier Strecke erkannt und ggf. eine Zwangsbremsung eingeleitet werden.
Nach Anspruch 7 wird die Identifikation des Zustandes des Fahrzeugverbandes aus Anspruch 6 aufgrund der Laufzeitdifferenz und/oder der Amplitudendifferenz und/oder der Phasenverschiebung zwischen einer eingespeisten und reflektierten elektromagnetischen Welle vorgenommen. Hierbei gilt insbesondere, dass je mehr Fahrzeuge den Fahrzeugverband bilden und je länger er demzufolge ist, sich die Laufzeitdifferenz zwischen der eingespeisten und der reflektierten elektromagnetischen Welle erhöht. Desweiteren führen Änderungen und/oder Sprünge insbesondere des Querschnittes an Koppelstellen der pneumatischen oder hydraulischen Leitung zu Impedanzänderungen und somit zu Amplituden- und/oder Phasendifferenzen zwischen der eingespeisten und der reflektierten elektromagnetischen Welle. Hierdurch können vorteilhaft insbesondere Undichtigkeiten der Hauptluft- oder Hauptluftbehälterleitung oder schadhafte Koppelstellen sowie auch deren entsprechende Position innerhalb des Fahrzeugverbandes erkannt werden.
Nach Anspruch 8 werden für die Datenübertragung elektromagnetische Wellen eingesetzt, deren Frequenzen eine verlustarme Übertragung der Informationen und Daten durch eine pneumatische oder hydraulische Leitung durch den Fahrzeugverband ermöglichen. Hierbei werden die Frequenzen an ein wellenleitendes, insbesondere funktechnisches, Verhalten der pneumatischen oder hydraulischen Leitung, insbesondere deren Geometrie, angepasst. Diese Anpassung geschieht insbesondere gemäß bekannter Berechnungsverfahren und Grenzwellenbetrachtungen für Hohlleiter, d.h. Wellenleiter beliebigen Querschnitts ohne Innenleiter. Der übliche Durchmesser einer Hauptluftleitung beträgt bei Reisezugwagen 25 mm und bei Güterwagen 32 mm. Wird die Hauptluftleitung als Hohlleiter angenommen, ergibt sich für eine elektromagnetische Welle mit einer Wellenlänge, die im Bereich des doppelten Durchmessers der Hauptluftleitung liegt und somit von dieser verlustearm übertragen wird, eine Frequenz von etwa 6 GHz für Reisezugwagen sowie etwa 4,7 GHz für Güterwagen.
Das erfindungsgemäße Verfahren des Anspruches 1 sowie der Ansprüche 2 bis 8 ist jedoch nicht nur auf Fahrzeugverbände des Schienenverkehrs beschränkt sondern ebenso insbesondere auch bei Fahrzeugen des Straßenverkehrs, wie z.B. Lastkraftwagen oder Lastkraftwagen mit Anhänger, anwendbar.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels und einer Zeichnung mit einer Figur näher erläutert. Die Fig. zeigt hierbei schematisch einen Fahrzeugverband bestehend aus drei Fahrzeugen, die Daten mittels Funk über eine im Fahrzeugverband vorhandene pneumatische Leitung übertragen.
Ein besonders vorteilhaftes Ausführungsbeispiel betrifft die Übertragung von Bremsbefehlen über die als Funk-Hohlleiter genutzte Hauptluftleitung in Güterzügen.
In 1 ist schematisch ein Güterzug dargestellt, bestehend aus der Lokomotive (F₀) sowie aus den Wagen (F₁) und (F₂). Jedes Fahrzeug ist mit jeweils einer Sender/Empfängereinheit (SE₁), (SE₁) und (SE₂) ausgerüstet, die über eine Ankoppelung an die Hauptluftleitung durch diese Funksignale senden und empfangen kann.
Im Falle einer Bremsanforderung sendet die steuernden Lokomotive (F₀) über die Sende/Empfangseinheit (SE₀) entsprechende Bremssignale an die Wagen (F₁) und (F₂). Die Sende/Empfangseinheiten (SE₁) und (SE₂) der Wagen empfangen die Signale und stellen die Information dem Bremssystem des Wagens zur Verfügung.
Das Bremssystem kann den Sende/Empfangseinheiten (SE₁) und (SE₂) wiederum Informationen über den Zustand der Bremsanlage zur Verfügung stellen, welche diese an die Lok (F₀) senden können.
Es ist keine Steuerleitung durch Zug erforderlich. Weiter werden äußere Störungseinflüsse in hohem Maße abgeschirmt.
Fahrzeuge, die nicht mit einer Sende/Empfängereinheit ausgerüstet sind, fungieren als Leitungswagen und beeinflussen die Funkausbreitung nicht negativ.

F₀: Lokomotive
F₁: Wagen
F₂: Wagen
SE₁: Sender/Empfängereinheit
SE₂: Sender/Empfängereinheit
SE₃: Sender/Empfängereinheit

Claims

Verfahren zur Übertragung von Daten und Informationen innerhalb eines Fahrzeuges und/oder zwischen Fahrzeugen innerhalb eines Fahrzeugverbandes, der aus mindestens einem Fahrzeug besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die Daten mittels elektromagnetischer Wellen über im Fahrzeug und/oder Fahrzeugverband vorhandene pneumatische oder hydraulische Leitungen übertragen werden.
Verfahren zur Übertragung von Daten innerhalb eines eines Fahrzeuges und/oder Fahrzeugverbandes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Zug die Daten über eine pneumatische Bremsleitung übertragen werden.
Verfahren zur Übertragung von Daten und Informationen innerhalb eines Fahrzeuges und/oder eines Fahrzeugverbandes nach einem oder beiden der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Zug die Daten über eine pneumatische Versorgungsleitung übertragen werden.
Verfahren zur Übertragung von Daten und Informationen innerhalb eines Fahrzeuges und/oder eines Fahrzeugverbandes nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einem Fahrzeug des Fahrzeugverbandes eine Sendefunktion zugewiesen wird und dieses Fahrzeug mit mindestens einem Sender für elektromagnetische Wellen ausgerüstet wird, der an die pneumatische oder hydraulische Leitung des Fahrzeugs angekoppelt wird, sowie mindestens einem der übrigen Fahrzeuge eine Empfangsfunktion zugewiesen wird und dieses Fahrzeug mit mindestens einem Empfänger für elektromagnetische Wellen ausgerüstet wird, der an die pneumatische oder hydraulische Leitung des Fahrzeugs angekoppelt wird.
Verfahren zur Übertragung von Daten und Informationen innerhalb eines Fahrzeuges und/oder eines Fahrzeugverbandes nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Fahrzeugen des Fahrzeugverbandes eine Sende- und Empfangsfunktion zugewiesen wird und die Fahrzeuge mit einem Sender und einem Empfänger für elektromagnetische Wellen ausge rüstet werden, die jeweils an die pneumatische oder hydraulische Leitung des Fahrzeugs angekoppelt werden.
Verfahren zur Übertragung von Daten und Informationen innerhalb eines Fahrzeuges und/oder eines Fahrzeugverbandes nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einem Fahrzeug des Fahrzeuges und/oder Fahrzeugverbandes eine Sende- und Empfangsfunktion zugewiesen wird und diese Fahrzeuge mit Sendern und Empfängern für elektromagnetische Wellen ausgerüstet wird, die jeweils an die pneumatische oder hydraulische Leitung des Fahrzeugs angekoppelt sind, wobei der Zustand des Fahrzeugverbandes mittels Signalen, die von den Sendern in die pneumatische oder hydraulische Leitung abgegeben werden und innerhalb der pneumatischen oder hydraulischen Leitung geleitet und zum Empfänger übertragen werden, identifiziert und überwacht wird.
Verfahren zur Übertragung von Daten und Informationen innerhalb eines Fahrzeuges und/oder eines Fahrzeugverbandes nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Identifikation des Zustandes des Fahrzeuges und/oder Fahrzeugverbandes aufgrund der Laufzeitdifferenz und/oder der Amplitudendifferenz und/oder der Phasenverschiebung zwischen eingespeistem und reflektiertem Signal vorgenommen wird.
Verfahren zur Übertragung von Daten und Informationen innerhalb eines Fahrzeuges und/oder eines Fahrzeugverbandes nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass elektromagnetische Wellen eingesetzt werden, deren Frequenzen an ein wellenleitendes Verhalten der pneumatischen oder hydraulischen Leitung durch das Fahrzeug und/oder den Fahrzeugverband unter Beachtung der Geometrie der genannten Leitungen angepasst werden.