DE10232152A1 - Verfahren zur sicheren Kommunikation zwischen Schienenfahrzeugen im Zugverband - Google Patents

Abstract

Insbesondere die Waggons von Güterzügen verfügen über kein Kommunikationssystem. Steckverbindungen sind dem rauhen Betrieb nicht gewachsen und Funkverbindungen erweisen sich als unbrauchbar. DOLLAR A Die innovativen Kennzeichen des erfindungsgegenständlichen Verfahrens sind die Unempfindlichkeit gegen Störeinflüsse bei Nutzung der zulassungsfreien ISM-Funkbänder und die Verfügbarkeit der Kommunikation. Dabei werden Informationen als Stafetten zwischen den Fahrzeugen im Zugverband weitergegeben. DOLLAR A Das Verfahren findet bei der Fahrzeuglogistik, der Fahrzeugüberwachung und bei Mehrfachtraktionen im Bahnbetrieb Anwendung.

Description

• Bei langen Zugverbänden von Schienenfahrzeugen besteht der Bedarf nach einem sicheren Kommunikationssystem zwischen Waggons und dem Antriebsfahrzeug und bei Mehrfachtraktionen auch zwischen den Loks. Neben der Identifizierung der Waggons insbesondere bei Güterzügen sind Informationen über ihren jeweiligen Zustand (zB Lauflagertemperaturen, Ladungszustand, Bremsverhalten) und die Beeinflussung des Bremsverhaltens von Interesse.
• Die Kommunikation zwischen Schienenfahrzeugen ist jedoch problematisch. Kabel mit automatischen Steckerkupplungen unterliegen dem Verschleiß und sind schlechterdings in die Zug- und Stoßeinrichtungen von Güterzügen wegen deren Kupplungsspiel zu integrieren. Funkverbindungen sind bei mit den in Europa zugelassenen Modulationsverfahren Störungen und streckenbedingten Unterbrechungen ausgesetzt. Bisherige Versuche der Funkkommunikation zwischen Zug- und Schublok in Zugverbänden weisen nicht die notwendige Sicherheit auf.
• Es ist daher Aufgabe dieser Erfindung, ein Verfahren zur sicheren Kommunikation zwischen den Schienenfahrzeugen in einem Zugverband zu schaffen, welches die Nachteile der bisherigen Verfahren vermeidet. Die Erfindung ist durch 4 Ansprüche, der nachfolgenden Beschreibung mit 1 und weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen gekennzeichnet.
• Beschreibung:
• Das Gleisfahrzeug 2 eines Zugverbandes verfügt über die Antennenpaare 13, 14 und 15, 16 an den Fahrzeugenden, die auf die Antennen 12, 11 bzw 18, 17 der angrenzenden, gleichartig ausgestatteten Gleisfahrzeuge 1, 3 gerichtet sind. Jedes Antennenpaar hat den selben Abstand zueinander, einen einheitlichen Abstand zum Gleis und ist symmetrisch zur Gleismitte 60 angeordnet. Es kommen prinzipiell entweder linear oder zirkular polarisierte Antennen in Frage. Bei einheitlich linear bzw zirkular polarisierten Antennen ist die Polarisation der Antennenpaare 13, 14 bzw 15, 16 gekreuzt bzw gegenläufig, während die diagonal angeordneten Antennen 13,15 bzw 14, 16 des Schienenfahrzeugs jeweils dieselbe Polarisation aufweisen. Die Antenne einer bestimmten Wagenseite hat aus der Aufsicht jedes Fahrzeugendes demnach immer dieselbe Polarisation.
• Jede Antenne 13, 14 ist jeweils über einen Wellenleiter 20 bzw 21 mit der seitlich zugeordneten Antenne 16 bzw 15 verbunden. An die in Längsrichtung des Gleisfahrzeugs verlaufenden Wellenleiter 20, 21 sind die Richtkoppleranordnungen 30 bzw 31 adaptiert. Diese gestatten den gerichteten Empfang bzw die gerichtete Einspeisung von Hochfrequenz von bzw zur der lokalen Sende-Empfangseinheit (Transceiver) 40 aus bzw in die jeweiligen Wellenleiter 20, 21. Der Transceiver 40 ist mit der Dateneinheit 50 verbunden, welche den lokalen Datentransfer über die Wellenleiter 20, 21 beobachtet, wiederholt und dabei die individuellen Daten des Schienenfahrzeuges einbringen bzw entnehmen kann. Der Datentransfer, hier des Schienenfahrzeuges 2, besteht aus dem redundanten Empfang eines Datenpaketes aus den Wellenleitern 20, 21 von einem angrenzenden Schienenfahrzeug 1, 3. Das Datenpaket wird vom Transceiver 40 gerichtet empfangen, von der Dateneinheit 50 geprüft, ausgewertet und ggf um eigene Daten des betreffenden Schienenfahrzeugs erweitert. Schließlich wird das Datenpaket mit demselben Richtungssinn, mit dem es zuvor empfangen wurde, mittels dem Transceiver 40 in die Wellenleiter 20, 21 eingespeist.
• Die Sicherheit des erfindungsgegenständlichen Kommunikationsverfahrens begründet sich zunächst auf die enge Kopplung der sich gegenüberstehenden Antennen mit geeigneter Richtcharakteristik 12, 13 bzw 11, 14 bzw 16, 17 und bzw 15, 18. Diese Eigenschaft minderen insbesondere gleichbandige Störeinflüsse erheblich. Mit den Wellenleitern 20 und 21 und den zugeordneten Antennen 13, 16 bzw 14, 15 und deren Ankopplungen an die der Schienenfahrzeuge 1, 3 besteht eine redundante Übertragungsstrecke. Die Polarisationseigenschaften der Antennen erzeugen eine wirksame Dämpfung zu benachbarten Übertragungsstrecken, dies gilt auch für die von Zügen auf den Nachbargleisen in beiden Fahrtrichtungen. Beim Totalausfall der aktiven Kommunikationseinrichtung 40, 50 eines Schienenfahrzeuges (hier 2) bleibt dieses für die Signalübertragung zwischen den Schienenfahrzeugen 1, 3 über die beiden Wellenleiter 20, 21 mit den zugeordneten Antennen 13, 16 bzw 14, 15 transparent.
• Für die Signalübertragung mittels Hochfrequenz bietet sich das zulassungsfreie ISM-Band bei 2.4 GHz an, als Transceiver 30 kommen auch handelsübliche Module mit geringer Leistungen zB des Bluetooth-, DECT- oder WLAN-Systems in Frage. Die Eigenschaften der Kanalselektion dieser Übertragungssysteme reduzieren nochmals gleichbandige Störeinflüsse. Das Versagen einer Übertragungsredundanz kann von der Dateneinheit (40) erkannt und kompensiert werden. Die Übertragungszeit wird auch bei sehr langen Güterzügen nicht 10 msec überschreiten. Die Antennen lassen sich vorzugsweise für die zirkulare Polarisation kompakt als Helix ausbilden, die zum Schutz vor mechanischen Beschädigungen unter die Puffer gehängt werden können, während die Wellenleiter 20, 21 aus Coax-Kabel in einem Panzerrohr bestehen können. Die passiven Richtkoppler 30, 31 sind unproblematisch und ausfallsicher. Die Energieversorgung zum Betrieb des Transceivers (40), der Dateneinheit (50) und der Sensoren bzw Aktuatoren des Schienenfahrzeugs kann bei Güterwagen mittels Radgenerator, Windrad oder/und Sonnenkollektor erfolgen und wird nur bei Fahrt benötigt bzw durch einen Akkumulator bereitgestellt.
• Zumindest während der Fahrt können die Stamm- und Zieldaten eines jeden Waggons des Zugverbunds mittels der erfindungsgegenständliche Kommunikation zB durch eine Vorrichtung auf der Lok gelesen werden. Wenn der Zugverbund einen Zielbahnhof, der automatisch mit GPS ermittelt wird, erreicht hat, dann kann mittels SMS über GMS eine Nachricht über den augenblicklichen Standort und Ladezustand eines jeden Waggons automatisch an den jeweiligen Betreiber abgesetzt werden. Auch ist die Übernahme aktualisierter Destinationen und Dringlichkeit der Ladung für jeden einzelnen Waggon denkbar.

Claims (4)

1. Das erfindungsgegenständliche Verfahren zur sicheren Kommunikation zwischen den Schienenfahrzeugen im Zugverband ist gekennzeichnet durch zwei Antennenpaare unterschiedlicher Polarisation an beiden Enden eines Schienenfahrzeuges, die jeweils auf die entsprechenden der aufeinanderfolgenden Schienenfahrzeuge gerichtet sind und über beidseitige Wellenleiter jeweils mit der Antenne auf der selben Seite des anderen Endes desselben Fahrzeugs verbunden ist.
2. Das erfindungsgegenständliche Verfahren zur sicheren Kommunikation zwischen den Schienenfahrzeugen im Zugverband ist nach Anspruch 1 ferner dadurch gekennzeichnet, dass die beiseitigen Wellenleiter des Schienenfahrzeuges mit Richtkopplern versehen sind, welche das gerichtete Lesen oder Absetzen von Hochfrequenzsignalen ermöglichen.
3. Das erfindungsgegenständliche Verfahren zur sicheren Kommunikation zwischen den Schienenfahrzeugen im Zugverband ist nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche ferner dadurch gekennzeichnet, dass die übermittelten Hochfrequenzsignale Informationen über den Zustand des Schienenfahrzeuges übermitteln oder Direktiven zur Fahrzeugsteuerung übergeben.
4. Das erfindungsgegenständliche Verfahren zur sicheren Kommunikation zwischen den Schienenfahrzeugen im Zugverband ist nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche ferner dadurch gekennzeichnet, dass die benutzten Antennen zirkular polarisiert und über ein Coax-Kabel als Wellenleiter mit einander verbunden sind.