DE1530445B2 - Anordnung zur identifizierung von fahrzeugen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Identizifierung von Fahrzeugen mit einem Wagengerät und einem stationären Gerät, wobei das Wagengerät eine Anzahl von an eine Wagenantenne gekoppelten Resonanzelementen enthält und das stationäre Gerät eine mit einem Sender gekoppelte Sendeantenne, welche Anregungssignale für die Resonanzelemente überträgt, und eine mit einem Empfänger gekoppelte Empfangsantenne, welche die von den angeregten Resonanzelementen wiedergegebenen Resonanzsignale empfängt, die zur Identifizierung des Fahrzeuges ausgewertet werden, enthält.

Beim Eisenbahnbetrieb ist es aus vielen Gründen vorteilhaft, die Aufenthaltsorte der Wagen zu bestimmten Zeiten zu kennen, beispielsweise um die Positionen und Fahrtwege unter Kontrolle zu halten, um fehlgelaufende Fahrzeuge schneller wieder zu finden oder um schnelle Umdispositionen treffen zu können. Da den Eisenbahngesellschaften zentrale Rechenanlagen mit Speichern zur Verfügung stehen, ist normalerweise nur eine Identifizierung der Fahrzeuge erforderlich, da die anderen Angaben, beispielsweise Beladung oder Bestimmungsort, in der Rechenanlage gespeichert werden können.

An eine Identifizierungsanordnung sind unter anderem folgende Anforderungen zu stellen. Herstellungskosten, Installation und Wartung sollen einfach und wirtschaftlich sein. Der vom Fahrzeug, wenn überhaupt, zu tragende Teil der Vorrichtung sollte keine Energiequelle, die ein Auswechseln erfordern kann, keine Einstellung und keine Wartung erfordern und sollte so wenig Raum wie möglich einnehmen. Keine konstruktiven Teile der Identifizierungsvorrichtung sollten vom Fahrzeug oder Rangiergeleise oder der Schienenstrecke vorspringen, da solche vorspringenden Teile für andere Fahrzeuge und für das Bedienungspersonal eine Gefährdung darstellen würden. Die Vorrichtung sollte ferner bei allen Wetter- und Beleuchtungsverhältnissen betrieben werden können und nicht durch Ruß oder eine sonstige Verschmutzung, die sich auf den Flächen des Fahrzeuges niedergeschlagen haben kann, außer Betrieb gesetzt werden können. Die Vorrichtung sollte ferner geeignet sein, die große Anzahl der beispielsweise in den Vereinigten Staaten verwendeten Fahrzeuge und ebenfalls den Eigentümer oder Unternehmer der Fahrzeuge identifizieren zu können.

Bei bekannten Identifizierungsanordnungen (USA.-Patentschrift 3 169 242, Siemens-Zeitschrift, 1963, Heft 11, S. 779 bis 785) werden die den Resonanzelementen im Wagengerät entsprechenden einzelnen Frequenzen vom stationären Gerät nacheinander in einem bestimmten Takt aus gesendet. Der Aufwand hierfür ist jedoch recht erheblich. Außer einem Taktgeber, welcher die Reihenfolge der auszusendenden Frequenzen bestimmt und dessen Takt auch von der Auswerteschaltung eingehalten werden muß, sind zwei getrennte Antennen für Senden und für Empfangen erforderlich, welche sorgfältig gegeneinander entkoppelt sein müssen. Diese Entkopplung bereitet jedoch Schwierigkeiten und läßt sich in der Praxis nicht vollständig erreichen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in einer wesentlichen Vereinfachung der bekannten Identifizerungsanordnungen, ohne daß Einbußen hinsichtlich ihrer Vielseitigkeit und Betriebssicherheit in Kauf genommen werden müßten.

Diese Aufgabe wird bei einer Anordnung zur Identifizierung von Fahrzeugen mit einem Wagengerät und einem stationären Gerät, wobei das Wagengerät eine Anzahl von an eine Wagenantenne gekoppelten Resonanzelementen enthält und das stationäre Gerät eine mit einem Sender gekoppelte Sendeantenne, welche Anregungssignale für die Resonazelemente überträgt, und eine mit einem Empfänger gekoppelte Empfangsantenne, welche die von den angeregten Resonanzelementen wiedergegebenen Resonanzsignale empfängt, die zur Identifizierung des Fahrzeuges ausgewertet werden, enthält, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Anregungssignale breitbandige Impulse sind, durch welche sämtliche Resonanzelemente eines Wagengerätes gleichzeitig angeregt werden, und daß das stationäre Gerät nur eine einzige Antenne besitzt, die nach dem Senden auf Empfang geschaltet wird und dann mit einer Anzahl parallelgeschalteter Resonanzelemente verbunden ist, von denen diejenigen, welche dieselbe Eigenresonanz wie die schwingenden Resonanzelemente des Wagengerätes haben, von diesen ebenfalls gleichzeitig angeregt werden, und daß der Empfänger während des Sendens abgeschaltet ist. Durch die gleichzeitige Anregung sämtlicher Resonanzelemente im Wagengerät mit einem einzigen Anregungsimpuls ergeben sich wesentliche Vereinfachungen gegenüber einem nacheinander erfolgenden Aussenden verschiedener Anregungsfrequenzen. Durch das Abschalten des Empfängers während des Aussendens dieses Anregungsimpulses werden ferner die Schwierigkeiten der Antennenentkopplung, welche üblicherweise zur Vermeidung von Einstreuungen des Senders in den Empfänger erforderlich sind, vermieden. Nach dem Aussenden des Anregungsimpulses wird der Sender abgeschaltet und der Empfänger eingeschaltet, in dem nun diejenigen Resonanzelemente, welche den noch nachschwingenden Resonanzelementen des Wagengerätes entsprechen, ihrerseits von diesen her angeregt werden, und diese Anregungszustände werden durch Detektoren der Empfängerschaltung festgestellt.

Die Erfindung bringt unter anderem die folgenden Vorteile: Es wird nur eine einzige Antenne benötigt, so daß die Probleme der gegenseitigen Isolierung zwischen gesonderten Sende- und Empfangsantennen vermieden werden. Da der Sender während der Einschaltzeit des Empfängers abgeschaltet ist, wird eine vollständige Trennung des Empfängers gegen Störun-, gen vom Sender her erreicht. Durch die gleichzeitige Anregung der Resonanzelemente am Fahrzeug und die ebenfalls gleichzeitig erfolgende Bestimmung dieser Resonanzfrequenzen wird nur eine außerordentlich kurze Zeit für die Identifizierung des Fahrzeuges benötigt. Dies ist insbesondere bei schnell fahrenden Fahrzeugen von Bedeutung. Da nur eine einzige Impulsart ausgesendet wird und die Frequenz dieser Impulse überdies nicht kritisch ist, kann der Sender relativ einfach und damit zuverlässig ausgebildet werden. Durch die Verwendung der gleichen Anzahl von Kristallen auf jedem Fahrzeug wird eine große Sicherheit gegen Fehlidentifizierungen erreicht, da bei Empfang einer geringeren Anzahl von Frequenzen sofort eine unrichtige Information festgestellt wird, so daß besondere Prüfresonanzelemente entbehrlich werden.

In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung sind sowohl die im Wagengerät auf dem Fahrzeug als auch die im Empfänger des stationären Gerätes vor-

gesehenen Resonanzelemente auf verschiedene Frequenzen abgestimmte Kristalle. Weiterhin kann die Erfindung so ausgestaltet werden, daß der Sender des stationären Gerätes periodische Impulse liefert, die mit einer Frequenz moduliert sind, welche in der Nähe der Frequenz der Kristalle des Wagengerätes liegt.

Wenn von dem Sender ein Impuls an eine längs des Bahngleises verlegte Antenne geliefert wird, werden alle Kristalle, die sich auf einem in der Nähe befindlichen oder diese Stelle passierenden Fahrzeug befinden, zu Schwingungen angeregt. Nach Beendigung des Senderimpulses schwingen die Kristalle auf dem Fahrzeug bei ihrer Resonanzfrequenz lange genug, daß die hierdurch erzeugten Wellen an die Fahrzeugantenne, an die längs der Gleise verlegte weitere Antenne und von dieser an den angeschlossenen Empfänger geliefert werden. Die Kristalle im Empfänger, die auf oder nahe auf die Resonanzfrequenz der Kristalle am zu identifizierenden Fahrzeug abgestimmt sind, sind zu einem Schwingen bei ihren individuellen Eigenfrequenzen gebracht worden. Wenn nun festgestellt wird, welche der Kristalle beim Empfänger schwingen, so sind der Antwortsender und damit das diesen tragende Fahrzeug ermittelt. Da die Frequenz jedes Resonanzelementes einer Ziffer in einem geeigneten Numeriersystem entsprechen kann, auch einem System mit einer Basis, z. B. größer als 10, brauchen auf dem zu identifizierenden Fahrzeug nur eine minimale Anzahl von Resonanzelementen vorgesehen zu werden.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung gemäß der Erfindung schematisch dargestellt, und zwar in der Anwendung bei Schienenfahrzeugen. Selbstverständlich kann die Erfindung auch zur Identifizierung von Personen- oder Lastkraftwagen oder anderen Fahrzeugen verwendet werden, die auf Straßen oder anderen Bahnen fahren.

Die Zeichnung zeigt einen nur in Außenumrissen dargestellten Eisenbahnwagen 10, der auf einem Schienenpaar 12 läuft. Der Wagen trägt einen Antwortsender in Form eines kleinen Kastens 14, der eine Vielzahl von Resonanzelementen 16 in Form von piezoelektrischen Kristallen enthält, die parallel geschaltet sind. Wenn auch nur drei Kristalle 16 gezeigt sind, so können mehr oder weniger Kristalle bei jedem zu identifizierenden Fahrzeug vorgesehen werden, je nach der Anzahl der in Frage kommenden Wagen und dem Umfang der zu liefernden Informationen. Schon sechs Kristalle können ausreichen, um sowohl die etwa eine Million in den Vereinigten Staaten laufenden Eisenbahnwagen als auch die 600 Eisenbahngesellschaften der Vereinigten Staaten zu identifizieren. Die Kristalle 16 sind alle parallel an eine Rahmenantenne 18 angeschlossen, die unter dem Boden des Eisenbahnwagens 10 und oberhalb des untersten Teiles der Radachsen angeordnet ist, wodurch die Rahmenantennte gegen jegliches Hindernis geschützt ist, was sich auf den Schienen befinden mag. Der Antwortsender enthält oder benötigt keine Energieversorgung und umfaßt keinerlei Einrichtungen oder Teile, die eine Einstellung, einen Austausch oder eine Wartung erfordern. Die im Kasten 14 eingeschlossenen Kristalle 16 können sehr klein sein und nur wenig Raum einnehmen. Die Kristalle, der Kasten und die Rahmenantenne 18 stellen den gesamten vom Fahrzeug zu tragenden Teil der Identifiziervorrichtung dar.

Eine stationäre schleifenförmige Antenne 20, deren Größe nicht kritisch ist, ist an irgendeiner oder an mehreren Stellen längs der Schienenstrecke an den Stellen angeordnet, an denen die Eisenbahnwagen festgestellt oder identifiziert werden sollen. Jede Antenne 20 ist zwischen den Schienen in Höhe oder unterhalb der Schwellen verlegt und kann auch Teile der Schienen 12 mit umfassen. Auf Grund des Aufbaus und der Verlegung der Antenne 20 ragt diese

ίο nicht über die Oberseite der Schienen oder seitlich von diesen heraus; sie weist somit keine vorspringenden Teile auf und stellt keine Gefährdung für passierende Eisenbahnwagen oder deren Zusatzgeräte, für in der Nachbarschaft der Schienen 12 fahrende andere Fahrzeuge oder für irgendeine Bedienungsperson dar, die sich dort aufhalten könnte. Die stationäre Antenne 20 ist über Leitungen 22 an einen üblich angeordneten Sender 24 und einen Empfänger 26 angeschlossen.

Der Sender 24 enthält einen Impulsgenerator 28, der Impulse mit einer Folge von beispielsweise 20 Impulsen je Sekunde liefert. Diese Impulse werden einem Impulsformer 30 zugeführt, der diese in Rechteckimpulse von etwa 50 millisec Dauer bei der Folge von etwa 20 Impulse je Sekunde umformt. Die geformten Impulse werden dann an einen Eingang eines Modulators 32 geführt, an dessen anderen Eingang Hochfrequenzschwingungen mit einer Frequenz von etwa 2 MHz von einem Oszillator 34 geliefert werden.

Der Ausgang des Modulators 32 ist an die Antenne 20 und ebenfalls an einen torgesteuerten Empfangsverstärker 36 angeschlossen, der zum Empfänger 26 gehört. Vom Impulsformer 30 werden an den Empfangsverstärker 36 ebenfalls Rechteckimpulse geliefert, um den Empfänger 26 während der Erzeugung der Modulationsimpulse durch den Mudu-. lator 32 zu sperren, damit nicht die vom Modulator 32 erzeugten Impulse unmittelbar durch den Empfänger 36 hindurchgehen.

Der Ausgang des Empfängers besteht im wesentlichen aus einer Einrichtung zur Frequenzbesimmung der Wellen, die diese von der Antenne 20 während der Intervalle zwischen denjenigen Impulsen erhält, welche dem Empfänger vom Impulsformer 30 zugeführt werden. Die Einrichtung zur Frequenzbestimmung umfaßt eine Vielzahl von Strombegrenzungswiderständen 38 und Resonanzelementen 40 aus piezoelektrischen Kristallen, welche (38, 40) . jeweils in Reihe zwischen einer Ausgangsleitung d'es Torschaltungsverstärkers 36 und Erde geschaltet sind. Ein Detektor 42 und ein Anzeiger 44 sind an jede Verbindungsstelle zwischen je einem Widerstand 38 und einem Kristall 40 angeschlossen. Alle Kristalle 16 und 40 können vorteilhafterweise aus derart geschnittenen Quarzkristallen bestehen, daß ihre Frequenz nur geringfügig oder gar nicht von Temperaturänderungen abhängt, wodurch der Einfluß von Witterungsverhältnissen auf die Arbeitsweise der Vorrichtung behoben ist. Die Resonanzfrequenzen der Kristalle 40 sind alle verschieden und können sich voneinander um jeweils etwa ein Promille unterscheiden, wobei sie alle eine höhere Frequenz als die Frequenz des Oszillators 34 aufweisen können. Wenn auch nur elf Kristalle dargestellt sind, so können in einem praktischen Anwendungsfall wesentlich mehr vorgesehen werden. Auf dem Eisenbahnwagen 10 mögen sich sechs Kristalle 16 befinden, wobei die Frequenz eines jeden der Kristalle 16 identisch mit

der Frequenz von jeweils einem der Kristalle 40 sind oder ausreichend nahe dabei liegen, so daß durch die Schwingung eines Kristalls 16 ein Kristall 40 in Schwingung gebracht wird. Jedoch ist die Kombination der Resonanzfrequenzen bei jedem Wagen 10 verschieden von der eines anderen Wagens 10. Da bei der Identifizierung eines Wagens 10 alle sechs Kristalle 16 auf dem Wagen 10 eine Anzeige im Empfänger 26 hervorrufen müssen, ist es offenbar, daß dann, wenn weniger als sechs Anzeigen beim Empfängerteil erzeugt werden, die Identifizierungsanlage nicht richtig arbeitet.

Die Arbeitsweise der Identifizierungsvorrichtung ist wie folgt: Der Sender 24 liefert entweder kontinuierlich Hochfrequenzimpulse oder kann bei Annäherung eines Wagens eingeschaltet werden. Diese Einschaltung kann durch eine geeignete Einrichtung (nicht gezeigt) erfolgen, die auf einen einen gegebenen Abschnitt der Schienenstrecke passierenden Wagen anspricht, oder mittels einer (nichtgezeigten) Einrichtung vorgenommen werden, die von dem Personal der Abfertigungsstelle oder sonstigen Personen betätigt wird. Die erzeugten Impulse werden an die stationäre Antenne 20 geführt, und zur selben Zeit wird ein Impuls an den Empfangsverstärker 36 vom Impulsformer 30 geliefert, um den Empfänger 26 während der Dauer der ausgesendeten Hochfrequenzimpulse zu sperren. Wenn kein zu identifizierender Wagen vorliegt, liefert der Empfänger somit keine Anzeige. Wenn ein Wagen 10 das die Antenne 20 enthaltende Gebiet passiert, nimmt die Rahmenantenne 18 auf dem Wagen 10 die gesendete Welle auf und leitet diese an alle Kristalle 16. Die Trägerfrequenz der an die Kristalle gelieferten Impulse liegt innerhalb eines Betriebes, bei dem alle Kristalle 16 zum Schwingen gebracht werden, und diese Kristalle 16 setzen für eine kurze Zeitspanne bei ihren individuellen Eigenfrequenzen das Schwingen fort, · nachdem der vom Sender 24 gelieferte Impuls aufgehört hat. Die Schwingungen bei diesen individuellen Frequenzen werden an die Rahmenantenne 18 geliefert, von der Antenne 20 aufgenommen und an den Empfänger 26 geleitet. Die Kristalle 16 schwingen noch weiter, nachdem jeder Erregerimpuls vom Modulator 32 und der koinzidente Sperrimpuls vom Impulsformer 30 aufgehört haben. Der Empfänger 26 befindet sich dann in einem Zustand, daß der die von der Antenne 20 hinzugeführten Wellen aufnimmt. Der Empfangsverstärker 36 verstärkt diese Wellen und leitet sie zu allen Kristallen 40 über ihre indi- so viduellen Strombegrenzungswiderstände 38. Wenn ein bestimmter Kristall 40 nicht resonant ist zu irgendeiner der zugeführten Frequenzen, so arbeitet dieser Kristall 40 als ein Leiter. Die an der Verbindungsstelle zwischen dem Kristall 40 und seinem jeweiligen Widerstand 38 auftretende und an den zugehörigen Detektor 42 gelieferte Spannung ist in diesem Falle nicht derart, daß der Detektor 42 erregt oder eine Anzeige durch den zugehörigen Anzeiger 44 erfolgt. Dagegen stellen jedoch alle Kristalle 40, die resonant oder annähernd resonant zu einer der empfangenen Frequenzen sind, einen nichtleitenden Teil oder einen Parallelschwingkreis für die Wellen ihrer Resonanzfrequenz oder ihrer ungefähren Resonanzfrequenz dar; die Spannung an den Verbindungspunkten der erregten Kristalle 40 und ihrer zugehörigen Widerstände 38 ist höher als die Spannung an den entsprechenden Verbindungspunkten der nicht erregten Kristalle 40. Folglich wird jeder der Detektoren 42 und 44, die auf die von den Kristallen 16 erhaltenen Wellen ansprechen, erregt, so daß diese eine Anzeige der Frequenzen der vom Wagen 10 getragenen Kristalle 16 liefern und damit die Identität des Wagens 10 oder dessen Eigentümer oder Unternehmet angeben.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Identifizierung von Fahrzeugen mit einem Wagengerät und einem stationären Gerät, wobei das Wagengerät eine ( Anzahl von an eine Wagenantenne gekoppelten Resonanzelementen enthält und das stationäre Gerät eine mit einem Sender gekoppelte Sendeantenne, welche Anregungssignale für die Resonanzelemente überträgt, und eine mit einem Empfänger gekoppelte Empfangsantenne, welche die von den angeregten Resonanzelementen wiedergegebenen Resonanzsignale empfängt, die zur Identifizierung des Fahrzeugs ausgewertet werden, enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Anregungssignale breitbandige Impulse sind, durch welche sämtliche Resonanzelemente (16) eines Wagengerätes gleichzeitig angeregt werden, und daß das stationäre Gerät nur eine einzige Antenne (20) besitzt, die nach dem Senden auf Empfang geschaltet wird und dann mit einer Anzahl parallelgeschalteter Resonanzelemente (40) verbunden ist, von denen diejenigen, welche dieselbe Eigenresonanz wie die schwingenden Resonanzelemente des Wagengerätes haben, von diesen ebenfalls gleichzeitig r angeregt werden, und daß der Empfänger (26) ν während des Sendens abgeschaltet ist. ~

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die im Wagengerät auf dem Fahrzeug (10) als auch die im Empfänger (26) des stationären Gerätes vorgesehenen Resonanzelemente (16, 40) auf verschiedene Frequenzen abgestimmte Kristalle sind.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender (24) des stationären Gerätes periodische Impulse liefert, die mit einer Frequenz moduliert sind, welche in der Nähe der Frequenz der Kristalle des Wagengerätes liegt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen