DE10302858A1

DE10302858A1 - System zur induktiven Zugsicherung

Info

Publication number: DE10302858A1
Application number: DE2003102858
Authority: DE
Inventors: Lutz Andre; Bernd Elling
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 2003-01-03
Filing date: 2003-01-03
Publication date: 2004-07-22

Abstract

Die Erfindung betrifft ein System zur induktiven Zugsicherung mit einem Gleismagneten (4) und einem mittels einer Generatorschaltung, insbesondere mit den Frequenzen 500 Hz, 1000 Hz und 2000 Hz, anregbaren Fahrzeugmagneten (1), wobei der Gleismagnet (4) durch den Fahrzeugmagneten (1) während des Überfahrens des Gleismagneten (4) anregbar ist und wobei eine Auswerteschaltung (5.1, 5.2, 5.3; 5) zur Detektion der daraus resultierenden Rückwirkungen auf den Fahrzeugmagneten (1) vorgesehen ist. Um die Sicherheit des Systems zur induktiven Zugsicherung zu erhöhen, sind eine Anordnung (7) zur mehrkanaligen, insbesondere zweikanaligen, Messung des magnetischen Flusses, der sich als Summation der den Frequenzen entsprechenden Teilströme im Fahrzeugmagneten (1) ergibt, und eine mehrkanalige, insbesondere zweikanalige, Auswerteschaltung (5) zur Detektion der Änderung des Frequenzspektrums vorgesehen.

Description

Die Erfindung betrifft ein System zur induktiven Zugsicherung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die auch als INDUSI bekannte induktive Zugsicherung dient der Erkennung gleisseitig vorgegebener Signale und Informationen. Insbesondere handelt es sich dabei um ein Vorsignal, eine Aufforderung zur Geschwindigkeitsreduzierung und ein Hauptsignal. Der Fahrzeugmagnet erzeugt ein elektromagnetisches Feld, das beim Überfahren des Gleismagneten in diesem eine Spannung induziert. Der Gleismagnet führt in wirksam geschaltetem Zustand für die Dauer der Kopplung mit einem auf die Resonanzfrequenz des Gleismagneten abgestimmten, in Resonanz betriebenen aktiven Schwingkreis im Fahrzeugmagneten zu einer merkbaren Pegelabsenkung im Speisekreis des Fahrzeugmagneten. Gebräuchlich sind Gleismagnete mit einer Resonanzfrequenz von 500 Hz, 1000 Hz und 2000 Hz, die jeweils einer bestimmten Information, nämlich Geschwindigkeitskontrolle, Vorsignal und Hauptsignal zugeordnet sind. Die Schalterstellung des Gleismagneten, d. h. die Kurzschließung oder Freigabe des gleisseitigen Schwingkreises wird durch eine zentrale Kontrolleinrichtung, insbesondere ein Stellwerk, entsprechend den Gleisbelegungen, den Fahrplänen oder anderen Parametern gesteuert. Bei Vorbeifahrt an einem Halt ankündigenden Vorsignal, einen Signal, das die Herabsetzung der Geschwindigkeit fordert, oder einem Hauptsignal bewirkt der jeweilige Gleismagnet im Stromkreis eines zugeordneten Resonanzschwingkreises des Fahrzeugmagneten eine Stromabsenkung. Diese Stromabsenkung kann beispielsweise zur Ansteuerung einer Meldelampe verwendet werden, die im Falle der Beeinflussung – geöffneter Schalter des 1000 Hz-Gleismagneten – aufleuchtet und somit den Triebfahrzeugführer zur Betätigung einer Wachsamkeitstaste auffordert. Unterbleibt diese, setzt nach ca. 4 sec eine Zwangsbremsung ein. Wird die Wachsamkeitstaste bedient, beginnt eine Geschwindigkeitsüberwachung. Ein 500 Hz-Gleismagnet zwischen Vor- und Hauptsignal bewirkt eine weitere Geschwindigkeitskontrolle auf eine noch geringere Geschwindigkeit. Das Vorbeifahren an einem 2000 Hz-Gleismagneten am Halt zeigenden Hauptsignal hat die sofortige Zwangsbremsung zur Folge. Um die Rückwirkungen der drei verschiedenen Gleismagnete fahrzeugseitig registrieren zu können, sind drei zugeordnete Resonanzschwingkreise im Fahrzeugmagneten vorgesehen. Die INDUSI ist quasi ein Dreipunkt-Überwachungssystem, das überwacht, ob der Triebfahrzeugführer auch wirklich abbremst, nachdem er das gelbe Vorsignal quittiert hat und ob er tatsächlich auch vor dem roten Hauptsignal stehen bleibt. Die Zuverlässigkeit und Ausfallsicherheit des INDUSI-Systems ist ein wichtiger Garant für die Sicherheit und letztlich Unfallfreiheit des Bahnbetriebes.

Zur Auswertung der gleismagnetspezifischen Rückwirkungen ist eine Entkopplung der einzelnen Resonanzschwingkreise erforderlich. Für den Abgleich werden hochgenaue, temperaturstabile und teure Kondensatoren benötigt. Der Abgleich und der Herstellungsprozess des Fahrzeugmagneten sind letztlich sehr kostenintensiv.

In bisherigen INDUSI-Geräten existieren je Frequenz getrennte Stromkreise. In jedem Stromkreis wird der Strom durch einen Stromwandler oder als Spannungsabfall über einen Widerstand gemessen. Bei Beeinflussung durch einen streckenseitigen Magneten verringert sich der Strom. Das Messglied ist je Stromkreis einkanalig ausgeführt und eine nachfolgende Auswerte schaltung, auch je Stromkreis, zweikanalig. Es werden also drei Messglieder und sechs Auswerteschaltungen verwendet. Ein Versagen des Messgliedes kann nicht in jedem Fall erkannt werden und bedingt ein Sicherheitsrisiko. Dadurch kann beispielsweise eine Beeinflussung, die das Fahrzeug zur Geschwindigkeitsreduzierung auffordert, unerkannt bleiben. Dieses Restrisiko haftet allen bisher ausgeführten INDUSI-Geräten an.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Nachteil zu beseitigen und ein System zur induktiven Zugsicherung der gattungsgemäßen Art hinsichtlich der Sicherheit zu verbessern, wobei eine Verringerung des Bauelementesaufwandes anzustreben ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Anordnung gemäß der Erfindung misst nicht den Strom als sekundäres Merkmal, sondern den magnetischen Fluss, der sich als Summation der drei Teilströme je Frequenz im Kern des Fahrzeugmagneten ergibt, als primäres Merkmal, wobei eine mindestens zweikanalige Messung des magnetischen Flusses vorgesehen ist.

Die Vorteile liegen in der Erhöhung der Sicherheit, da das Versagen der Messvorrichtung infolge ihrer Zweikanaligkeit durch einen Kanalvergleich aufgedeckt werden kann und eine Sicherheitsreaktion ausgelöst werden kann, z. B. eine Zwangsbremsung. Weiterhin wird eine Verringerung des Aufwandes an Bauelementen erreicht, da statt drei Messwandlern zwei zusätzliche Wicklungen auf dem Kern der Spule im Fahrzeugmagneten angeordnet werden und statt sechs Auswerteschaltungen nur zwei verwendet werden. Diese Auswerteschaltungen müssen, da sie ein der Summe aller drei Speiseströme proportionales Sig nal zugeführt bekommen, jedoch eine verfeinerte Verarbeitung aufweisen. Sie müssen eine spektrale Auswertung ausführen, d. h. die Amplituden der Frequenzen – Spektrallinien – messen können.

Da die Auswertung, d. h. die Spektralanalyse, nur auf die bekannten Frequenzen ausgerichtet werden muss, wird eine hohe Störsicherheit erreicht.

Gemäß Anspruch 2 ist der Fahrzeugmagnet mit einer einzigen Spule versehen, die von der Generatorschaltung derart beaufschlagt ist, dass die anregenden Frequenzströme der drei Frequenzen addiert werden. Resonanzfrequenzbestimmende Bauteile, insbesondere Resonanzschwingkreise, werden eingespart. An der Schnittstelle, d. h. dem Luftspalt zwischen Fahrzeugmagnet und Gleismagnet, wird damit ein Magnetfeld erzeugt, welches der Summation der drei Einzelfelder entspricht. Die Auswertung erfolgt, indem das Signalspektrum analysiert wird. Durch den Gleismagneten wird eine der drei Frequenzen beeinflusst. Die Änderung des Frequenzspektrums wird ausgewertet und in ein digitales Signal umgewandelt. Eine übergeordnete Einrichtung setzt das digitale Signal dann in einen Fahrtbegriff, beispielsweise durch Ansteuerung einer Meldelampe, um. Die Ankopplung an die übergeordnete Einrichtung erfolgt vorzugsweise über einen Fahrzeugbus.

Die Realisierung der dem Fahrzeugmagneten zugeordneten Generatorschaltung zur Signalsynthese wie auch der Auswerteschaltung zur Signalanalyse und der Anordnung zur Messung des magnetischen Flusses kann in konventioneller Hardware oder mit Hilfe von Prozessoren bzw. Signalprozessoren in Software und Hardware erfolgen.

Gemäß Anspruch 3 beruht die Generatorschaltung vorzugsweise auf Magnetfelderzeugung mittels eines digitalen Signalprozessors. Der Signalprozessor hat die Funktion eines Generators, der die Addition der drei Frequenzströme durch die Spule treibt. Prinzipiell können jedoch auch drei einzelne Generatoren eingesetzt werden, die ihren Strom in der Spule addieren. Die Kopplung an die Spule kann transformatorisch erfolgen. Auch die Auswerteschaltung kann auf einen digitalen Signalprozessor basieren. Der Signalprozessor trennt die drei Frequenzen durch Überwachung auf Änderungen des Frequenzspektrums voneinander. Zur Auswertung der drei INDUSI-Frequenzen ist somit nur eine zweikanalige Auswerteschaltung anstelle der drei zweikanaligen Auswerteschaltungen bei den bekannten Systemen erforderlich. Die Generatorschaltung, die Auswerteschaltung und die Anordnung zur Messung des magnetischen Flusses sind jedoch bevorzugt durch einen gemeinsamen digitalen Signalprozessor realisiert.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand figürlicher Darstellungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Prinzipdarstellung einer induktiven Zugsicherung nach dem Stand der Technik,
2 eine Prinzipdarstellung einer ersten Variante einer erfindungsgemäßen induktiven Zugsicherung und
3 eine Prinzipdarstellung einer zweiten Variante einer erfindungsgemäßen induktiven Zugsicherung.
1 zeigt eine INDUSI bekannter Bauart. Üblicherweise sind in einem Fahrzeugmagneten 1 drei Resonanzkreise, im wesentlichen bestehend aus einem Kondensator C₂₀, C10 bzw. C₀₅ und einer Spule mit den Wicklungszahlen n_2kHz, n_1kHz bzw. ⁿ0,5kHz sowie einem entsprechenden Vorwiderstand R₂₀, R₁₀ bzw. R₀₅ untergebracht. Die Wicklungen n_2kHz, n_1kHz bzw.
n_0,5kHz werden von einen Kern 2 durchsetzt. Drei Generatoren 3.1, 3.2 und 3.3 erzeugen Rechteck-Impulse, deren Frequenz der des zugeordneten Resonanzkreises, nämlich 500 Hz, 1000 Hz oder 2000 Hz entspricht. Im INDUSI-System wird eine Information erkannt, wenn der INDUSI-Strom durch einen Gleismagneten 4 unter einem Schwellwert abgesenkt wird. Dazu ist jeder Generatorkreis mit einer Impulsauswertung 5.1, 5.2 und 5.3 ausgestattet. Jede Impulsauswertung 5.1, 5.2 und 5.3 besteht aus einem einkanaligen Strommessglied und einer zweikanaligen Auswerteschaltung.
2 veranschaulicht die wesentlichen Baugruppen einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen fahrzeugseitigen INDUSI-Einrichtung. Das Strommessgerät nach 1 ist durch eine Anordnung 7 zur Messung des magnetischen Flusses ersetzt. Diese Anordnung 7 besitzt zwei redundante Messkanäle 7a und 7b, welche jeweils mit einer Messspule 8a bzw. 8b auf dem Kern 2 des Fahrzeugmagneten verbunden sind. Ausgangsseitig beaufschlagen die Messkanäle 7a und 7b zwei redundante Kanäle 5a und 5b einer Auswerteschaltung 5, deren Ergebnisse verglichen werden. Die zwei Kanäle 5a und 5b der Auswerteschaltung 5 analysieren die Änderung des Frequenzspektrums in Abhängigkeit von dem jeweils wirksamen Gleismagnet für eine Resonanzfrequenz von 0,5 kHz, 1 kHz oder 2 kHz. Nur bei Übereinstimmung der Ausgangssignale der beiden Kanäle 5a und 5b der Auswerteschaltung 5 werden diese zur Ansteuerung fahrzeugseitiger Einrichtungen verwendet. Anderenfalls wird ein Fehlersignal erzeugt, das beispielsweise zur Einleitung einer Zwangsbremsung verwendet wird.
Die in 3 dargestellte zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen INDUSI-Einrichtung besitzt nur noch einen Generator 3, der mit einer Spule mit einer Wicklung n zusammen wirkt. Der Generator 3 erzeugt an dem Luftspalt 6 zwischen Fahrzeugmagnet und – nicht dargestelltem – Gleismagnet ein magnetisches Wechselfeld, welches der Summation der drei Einzelfelder entspricht. Für die Generatorschaltung, die Anordnung 7 zur Messung des magnetischen Flusses und die Signalbewertung durch die Auswerteschaltung 5 wird vorzugsweise mindestens ein digitaler Signalprozessor eingesetzt.
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die vorstehend angegebenen Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche auch bei grundsätzlich anders gearteter Ausführung von den Merkmalen der Erfindung Gebrauch machen.

Claims

System zur induktiven Zugsicherung mit einem Gleismagneten (4) und einem mittels einer Generatorschaltung, insbesondere mit den Frequenzen 500 Hz, 1000 Hz und 2000 Hz, anregbaren Fahrzeugmagneten (1), wobei der Gleismagnet (4) durch den Fahrzeugmagneten (1) während des Überfahrens des Gleismagneten (4) anregbar ist und wobei eine Auswerteschaltung (5.1, 5.2, 5.3; 5) zur Detektion der daraus resultierenden Rückwirkungen auf den Fahrzeugmagneten (1) vorgesehen ist, gekennzeichnet durch eine Anordnung (7) zur mehrkanaligen, insbesondere zweikanaligen, Messung des magnetischen Flusses, der sich als Summation der den Frequenzen entsprechenden Teilströme im Fahrzeugmagneten (1) ergibt, und eine mehrkanalige, insbesondere zweikanalige, Auswerteschaltung (5) zur Detektion der Änderung des Frequenzspektrums.
System nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch, dass die Generatorschaltung einen Generator (3) umfasst und dass der Fahrzeugmagnet (1) eine Spule aufweist, in die mittels des Generators (3) die Summe der anregenden Frequenzströme induzierbar ist.
System nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch, dass die Generatorschaltung die Anordnung (7) zur Messung des magnetischen Flusses und/oder die Auswerteschaltung (5) mindestens einen digitalen Signalprozessor aufweisen.