DE19909243C1

DE19909243C1 - Verfahren zum Übertragen eines Steuersignals zu einem Fahrzeug und eine Empfangseinrichtung zum Empfangen des Steuersignals

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Publication number: DE19909243C1
Application number: DE19909243A
Authority: DE
Inventors: Peter Priebe; Gerd Griepentrog; Reinhard Maier; Egid Schneider
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1999-02-22
Filing date: 1999-02-22
Publication date: 2000-11-23
Anticipated expiration: 2019-02-23
Also published as: RU2232691C2; KR100697420B1; CN1151939C; DK1154924T3; TW513363B; ATE240231T1; CN1340011A; KR20010102266A; EP1154924A1; ES2199797T3; US6597137B1; EP1154924B1; DE50002169D1; WO2000050286A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich u. a. auf ein Verfahren zum Übertragen eines Steuersignals (Is) zu einem mit einem an einer Antriebsstrom-Einspeisestelle (20) in einen Fahrstromleiter (15) eingespeisten, elektrischen Antriebsstrom (Ia) angetriebenen Fahrzeug (5), das an den Fahrstromleiter (15) mittels eines Antriebsstrom-Abnehmers (10) elektrisch in einer derartigen Lage angeschlossen ist, daß der Antriebsstrom-Abnehmer (10) zusammen mit der Antriebsstrom-Einspeisestelle (20) einen Streckenabschnitt (25) bildet, wobei bei dem Verfahren das Steuersignal (Is) in den Fahrstromleiter (15) eingespeist wird und das Steuersignal (Is) fahrzeugseitig mit einem induktiv an den Fahrstromleiter (15) angekoppelten Stromsensor (45, 50) empfangen wird. DOLLAR A Um zu erreichen, daß die Übertragung des Steuersignals durch im Antriebsstrom enthaltene Störfrequenzanteile weitestgehend unbeeinträchtigt ist, wird erfindungsgemäß zum Empfang des Steuersignals (Is) ausschließlich ein Stromsensor (50) verwendet, der außerhalb des Streckenabschnitts (25) liegt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Übertragen eines Steuersignals zu einem mit einem an einer Antriebstrom- Einspeisestelle in einen Fahrstromleiter eingespeisten, elektrischen Antriebstrom angetriebenen Fahrzeug, das an den Fahrstromleiter mittels eines Antriebstrom-Abnehmers elektrisch in einer derartigen Lage angeschlossen ist, daß der Antriebstrom-Abnehmer zusammen mit der Antriebstrom- Einspeisestelle einen Streckenabschnitt bildet, wobei bei dem Verfahren das Steuersignal in den Fahrstromleiter eingespeist wird und das Steuersignal fahrzeugseitig mit einem induktiv an den Fahrstromleiter angekoppelten Stromsensor empfangen wird.

Ein derartiges Verfahren ist aus der deutschen Offenlegungs schrift 1 405 691 bekannt. Bei diesem vorbekannten Verfahren wird ein Steuersignal mit Befehlen oder Informationen für ein Schienenfahrzeug von einer ortsfesten Befehlsstelle in einen Fahrdraht als Fahrstromleiter eingespeist; der elektrische Rückfluß des Steuersignals wird durch die Fahrschienen sowie durch Saugkreise gewährleistet, die an die Fahrschienen und an den Fahrdraht angeschlossen sind. Bei den Saugkreisen handelt es sich um Serienresonanzkreise, die für die Steuersignale niederohmig und für einen über den Fahrdraht ebenfalls übertragenen Antriebstrom hochohmig sind. Der Antriebstrom dient zum Antreiben des Schienenfahrzeugs und wird an einer Antriebstrom-Einspeisestelle in den Fahrdraht eingespeist. Das Schienenfahrzeug weist einen Antriebstrom- Abnehmer auf, über den der Antriebstrom in das Schie nenfahrzeug fließt. Durch die Antriebstrom-Einspeisestelle und die Lage des Antriebstrom-Abnehmers wird also ein Streckenabschnitt gebildet. Zum Empfangen des Steuersignals ist das Schienenfahrzeug mit zwei induktiv an den Fahrdraht angekoppelten Stromsensoren in Form von zwei Spulen ausge stattet; davon ist einer der zwei Stromsensoren an dem einen Fahrzeugende und der andere der beiden Stromsensoren an dem anderen Fahrzeugende angebracht. Wie sich der Offenlegungs schrift ferner entnehmen läßt, werden zum Empfang des Steuer signals beide Stromsensoren herangezogen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs angegebenen Art dahingehend weiterzuentwickeln, daß die Übertragung des Steuersignals zum Fahrzeug durch im Antriebsstrom enthaltene Störfrequenzanteile weitestgehend unbeeinträchtigt ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zum Empfang des Steuersignals ausschließlich ein Stromsensor ver wendet wird, der außerhalb des Streckenabschnitts liegt.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu sehen, daß zum Empfang des Steuersignals ausschließ lich ein Stromsensor verwendet wird, der außerhalb des Streckenabschnitts liegt denn nur ein außerhalb des Streckenabschnitts liegender Stromsensor gewährleistet einen ungestörten Empfang des Steuersignals. Dieser Sachverhalt läßt sich wie folgt erläutern: Bei der Übertragung des An triebstromes von der Antriebstrom-Einspeisestelle zu dem An triebstrom-Abnehmer kommt es gelegentlich zu einer Funkenbil dung bzw. Lichtbogenerzeugung durch den Antriebstrom-Abneh mer, wodurch hochfrequente Störströme im Fahrstromleiter erzeugt werden; diese Störströme fließen von der Antriebstrom-Einspeisestelle zu dem Antriebstrom-Abnehmer des Fahrzeugs und anschließend über einen Rückleiter, wie z. B. Schienen bei schienengebundenen Fahrzeugen, zu der Antriebstrom-Einspeisestelle zurück, so daß also der durch die Antriebstrom-Einspeisestelle und den Antriebstrom- Abnehmer begrenzte Streckenabschnitt mit diesen hochfrequenten Störströmen beaufschlagt ist. Wird also zum Empfang des Steuersignals ausschließlich ein Stromsensor ver wendet, der außerhalb dieses Streckenabschnittes liegt, so wird mit dem Stromsensor nur das ungestörte Steuersignal gemessen, also weder der Antriebstrom noch die im Antriebstrom enthaltenen hochfrequenten Störströme.

Um eine zuverlässige induktive Übertragung des Steuersignals zu dem Fahrzeug zu gewährleisten, muß ein ausreichend großer Steuersignalstrom durch den Fahrstromleiter fließen können; dies läßt sich gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemä ßen Verfahrens dadurch erreichen, daß das Steuersignal vom Fahrstromleiter zu einem Rückleiter des Steuersignals über ein für das Steuersignal niederohmiges Saugfilter übertragen wird, das am Fahrzeug derart angeordnet ist, daß der Strom sensor räumlich zwischen einer Steuersignal-Einspeisestelle des Fahrstromleiter und dem Saugfilter liegt. Fahrzeugseitige Saugfilter, die für Steuersignale niederohmig sind, sind für sich aus der deutschen Patentschrift 538 650 bekannt.

Gemäß einer anderen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Ver fahrens ist zum Gewährleisten der zuverlässigen induktiven Übertragung vorgesehen, daß das Steuersignal vom Fahrstromleiter zu einem Rückleiter des Steuersignals über ein für das Steuersignal niederohmiges Saugfilter übertragen wird, das ortsfest, bei Schienenfahrzeugen beispielsweise am Gleis, derart angeordnet ist, daß der Stromsensor räumlich zwischen einer Steuersignal-Einspeisestelle des Fahrstromleiter und dem Saugfilter liegt.

Besonders zuverlässig läßt sich das Steuersignal zu dem Fahrzeug übertragen, wenn als Steuersignal ein binär kodiertes Signal übertragen wird, weil binär kodierte Signale die Verwendung von zusätzlichen Kontrollbits ermöglichen, mit denen das empfangene Steuersignal im Fahrzeug auf Übertragungsfehler hin geprüft werden kann.

Besonders einfach und damit vorteilhaft kann das Steuersignal übertragen werden, wenn als binär kodiertes Signal ein FSK (Frequency Shift Keying)-Signal, ein OFDM (Orthogonal Fre quency Division Multiplexing)-Signal oder ein Spread Spectrum-Signal übertragen wird.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in Anspruch 6 beschrieben. Die Vorteile dieser Ausgestaltung werden im Zusammenhang mit der erfindungsge mäßen Einrichtung nach Anspruch 7 beschrieben.

Die Erfindung bezieht sich ebenfalls auf eine Empfangsein richtung zum Empfang eines Steuersignals für ein einen Antriebstrom-Abnehmer aufweisendes Fahrzeug mit zwei Stromsensoren, die beiderseits des Antriebstrom-Abnehmers angeordnet sind. Eine solche Einrichtung läßt sich ebenfalls der eingangs erwähnten Offenlegungsschrift entnehmen.

Eine Empfangseinrichtung, die ausgehend von der vorbekannten Einrichtung gemäß der genannten Offenlegungsschrift dahingehend weiterentwickelt ist, daß die Übertragung eines Steuersignals durch im Antriebstrom enthaltene Störfrequenzanteile nicht beeinträchtigt wird, wird erfindungsgemäß mit Anspruch 7 vorgeschlagen. Diese erfindungsgemäße Empfangseinrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß sie eine Schalteinrichtung aufweist, die denjenigen Stromsensor zum Empfangen des Steuersignals auswählt, der von den beiden Stromsensoren die niedrigere Empfangsleistung auf weist.

Der wesentliche Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung be steht darin, daß aufgrund der Schalteinrichtung gewährleistet ist, daß das Steuersignal beim Betreiben des Fahrzeugs stets ausschließlich mit dem Stromsensor empfangen wird, der außerhalb des durch die Antriebstrom-Einspeisestelle und die Lage des Antriebstrom-Abnehmers bestimmten Streckenabschnitts liegt denn die Schalteinrichtung aktiviert stets denjenigen Stromsensor zum Empfangen des Steuersignals, der eine niedrigere Gesamt-Empfangsleistung aufweist. Wie bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erläutert, fließt über den in dem Streckenabschnitt befindlichen Teil des Fahrstromleiters sowohl der Steuersignalstrom als auch der Antriebstrom mit seinen hochfrequenten Störanteilen, so daß der in dem Streckenabschnitt befindliche Stromsensors eine deutlich größere Gesamt-Empfangsleistung aufweisen muß als derjenige Stromsensor, der sich außerhalb dieses Streckenabschnitts befindet, da außerhalb des Streckenabschnitts lediglich der Steuersignalstrom im Fahr stromleiter fließt. Durch die Schalteinrichtung in der erfindungsgemäßen Empfangseinrichtung wird also derjenige Stromsensor ausgewählt, mit dem sich das Empfangssignal zuverlässiger empfangen läßt, weil der ausgewählte Stromsensor nicht mit dem eigenen Antriebstrom und damit nicht mit den in dem eigenen Antriebstrom enthaltenen Störströmen beaufschlagt ist.

Zur Erläuterung der Erfindung zeigt eine Figur ein Ausfüh rungsbeispiel einer Anordnung zur Durchführung des erfin dungsgemäßen Verfahrens sowie ein Ausführungsbeispiel für die erfindungsgemäße Empfangseinrichtung.

Die Figur zeigt ein Schienenfahrzeug 5, das mit einem An triebstrom-Abnehmer 10 an einen Fahrdraht 15 als Fahrstromleiter angeschlossen ist. An dem Fahrdraht 15 liegt an einer Antriebstrom-Einspeisestelle 20 eine Antriebspannung Ua an, durch die ein Antriebstrom Ia durch den Fahrdraht 15, den Antriebstrom-Abnehmer 10 sowie einen Antriebsmotor 21 des Schienenfahrzeugs 5 fließt. Der Rückfluß des Antriebstroms Ia wird durch Schienen 22 gewährleistet, auf denen das Schienenfahrzeug 5 fährt. Die Antriebstrom-Einspeisestelle 20 und der Antriebstrom-Abnehmer 10 bzw. dessen Lage legen einen Streckenabschnitt 25 fest.

An einer Steuersignal-Einspeisestelle 30 wird ein Steuersi gnal in Form eines Steuersignalstromes Is in den Fahrdraht 15 eingespeist. Der Steuersignalstrom Is gelangt zu dem Schie nenfahrzeug 5 und zu einem Saugfilter 35, das durch einen Se rienresonanzkreis mit einer Kapazität C und einer Induktivi tät L gebildet ist und das zusammen mit der Steuersignal-Ein speisestelle 30 einen weiteren Streckenabschnitt 40 festlegt. Der Rückfluß des Steuersignals bzw. des Steuersignalstroms Is wird durch die Schienen 22 gewährleistet. In diesem weiteren Streckenabschnitt 40 wird also das Steuersignal bzw. der Steuersignalstrom Is über den Fahrdraht 15 übertragen. Das Schienenfahrzeug 5 weist zwei Stromsensoren 45 und 50 in Form von beispielsweise als Spulen ausgeführten Antennen auf, die induktiv in einem Abstand von beispielsweise ca. 0,5 m an den Fahrdraht 15 angekoppelt sind. Der eine der beiden Stromsensoren 45 befindet sich in dem einen Streckenabschnitt 25, wohingegen der andere der beiden Stromsensoren 50 außerhalb dieses Streckenabschnitts 25 liegt. Mit den beiden Stromsensoren 45 und 50 werden Strommeßwerte ermittelt, die den durch den Fahrdraht 15 an der jeweiligen Stromsensorstelle fließenden Strom angeben. Der Strommeßwert M1 des Stromsensors 45 gibt also den Strom Ia + Is im Fahrdraht 15 und der Strommeßwert M2 den Strommeßwert Is im Fahrdraht 15 an; es wird nämlich davon ausgegangen, daß der Antriebsmotor 21, sei es von sich aus oder durch entsprechend ausgeführte, dem Antriebsmotor 21 zugeordnete Betriebsstromfilterkreise, für den Steuerstrom Is so hochohmig ist, daß ein Abfließen des Steuerstromes Is durch den Antriebsmotor 21 vernachlässigbar klein ist. Die beiden Strommeßwerte M1 und M2 gelangen jeweils zu einem Eingang ei ner Schalteinrichtung 55, der ausgangsseitig eine Steuersi gnal-Auswerteinrichtung 60 nachgeordnet ist. Die Schaltein richtung 55 und die Steuersignal-Auswerteinrichtung 60 sowie die beiden Stromsensoren 45 und 50 bilden eine Empfangsein richtung 65 für das Schienenfahrzeug 5 zum Empfangen des Steuersignals bzw. des Steuerstromes Is.

In der Schalteinrichtung 55 werden die beiden Strommeßwerte M1 und M2 hinsichtlich ihrer Empfangsleistung verglichen. Da bei wird festgestellt, daß die Empfangsleistung P1 des Strom sensors 45 deutlich größer ist als die Empfangsleistung P2 des Stromsensors 50; denn es gilt:

P1 ~ (Ia + Is)² << P2 ~ Is²

da der Antriebsstrom Ia deutlich größer ist als der Steuersi gnalstrom Is.

Die Schalteinrichtung 55 wählt daraufhin den Stromsensor 50 zum Empfangen des Steuerstroms Is auf, da der Strommeßwert M2 des Stromsensors 50 frei vom Antriebstrom Ia und damit frei von im Antriebstrom Ia enthaltenen hochfrequenten Störströmen ist, und überträgt den Strommeßwert M2 zu der Steuersignal- Auswerteinrichtung 60, in der das Steuersignal bzw. der Steu ersignalstrom Is ausgewertet wird.

Bei der Anordnung gemäß der Figur ist das Saugfilter 35 zwi schen dem Fahrdraht 15 und den Schienen 22 streckenseitig an gebracht. Statt dessen ist es ebenfalls möglich, das Saugfil ter 35 am Schienenfahrzeug anzubringen. Der elektrische Kon takt zu dem Fahrdraht 15 ist in einem solchen Fall beispiels weise durch einen zusätzlichen Stromabnehmer zu gewährlei sten, der derart am Fahrzeug anzuordnen ist, daß der zum Emp fang des Steuersignals bzw. Steuerstroms Is geeignete Strom sensor 50 räumlich zwischen der Steuersignal-Einspeisestelle 30 und dem Saugfilter liegt.

Bei dem im Zusammenhang mit der Figur beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die Stromsensoren 45 und 50 vorgesehen, mit denen die Strommeßwerte M1 und M2 für die Schalteinrichtung 55 gemessen werden; bei entsprechend ausgestalteter Schalteinrichtung 55 ist ebenfalls möglich, statt der Stromsensoren 45 und 50 anders geartete Stromsensoren zu verwenden, nämlich solche, mit denen jeweils dem im Fahrdraht 15 an der jeweiligen Stelle fließenden Strom proportionale Strom- oder Spannungsmeßgrößen für die Schalteinrichtung 55 gebildet werden.

Zusammenfassend ist also ein Verfahren zum Übertragen eines Steuersignals zu einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug beschrieben, bei dem die Übertragung des Steuersignals zum Fahrzeug durch im Antriebsstrom dieses Fahrzeugs enthaltenen Störfrequenzanteile unbeeinträchtigt ist.

Als Steuersignal bzw. Steuerstrom Is kann beispielsweise ein binär kodiertes Signal, vorzugsweise ein FSK (Frequency Shift Keying)-Signal, ein OFDM (Orthogonal Frequency Division Mul tiplexing)-Signal oder ein Spread Spectrum-Signal übertragen werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann in vorteilhafter Weise bei Schienenfahrzeugen, Oberleitungsbussen (O-Bussen), Kabinenbahnen, Hängebahnen oder anderen elektrisch über einen Fahrstromleiter angetriebenen Fahrzeugen eingesetzt werden. Bei dem Fahrstromleiter kann es sich um einen Fahrdraht (z. B. Oberleitung bei Schienenfahrzeugen) oder auch um eine Stromschiene oder dergleichen handeln.

Claims

1. Verfahren zum Übertragen eines Steuersignals (Is) zu einem mit einem an einer Antriebsstrom-Einspeisestelle (20) in einen Fahrstromleiter (15)eingespeisten, elektrischen Antriebstrom (Ia) angetriebenen Fahrzeug (5), das an den Fahrstromleiter (15) mittels eines Antriebstrom-Abnehmers (10) elektrisch in einer derartigen Lage angeschlossen ist, daß der Antriebstrom-Abnehmer (10) zusammen mit der Antriebstrom- Einspeisestelle (20) einen Streckenabschnitt (25) bildet, wobei bei dem Verfahren

- das Steuersignal (Is) in den Fahrstromleiter (15) eingespeist wird und
- das Steuersignal (Is) fahrzeugseitig mit einem induktiv an den Fahrstromleiter (15) angekoppelten Stromsensor (45, 50) empfangen wird,

dadurch gekennzeichnet, daß

- zum Empfang des Steuersignals (Is) ausschließlich ein Stromsensor (50) verwendet wird, der außerhalb des Streckenabschnitts (25) liegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

- das Steuersignal vom Fahrstromleiter zu einem Rückleiter des Steuersignals über ein für das Steuersignal (Is) nie derohmiges Saugfilter übertragen wird, das am Fahrzeug derart angeordnet ist,
- daß der Stromsensor räumlich zwischen einer Steuersi gnal-Einspeisestelle des Fahrstromleiters und dem Saugfilter liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

- das Steuersignal (Is)vom Fahrstromleiter (15) zu einem Rückleiter (22) des Steuersignals (Is) über ein für das Steuersignal (Is) niederohmiges Saugfilter (35) übertragen wird, das ortsfest derart angeordnet ist,
- - daß der Stromsensor (50) räumlich zwischen einer Steuer signal-Einspeisestelle (30) des Fahrstromleiters (15) und dem Saugfilter (35) liegt.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

- als Steuersignal (Is) ein binär kodiertes Signal übertra gen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß

- als binär kodiertes Signal (Is) ein FSK (Frequency Shift Keying)-Signal, ein OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)-Signal oder ein Spread Spectrum-Signal übertragen wird.

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass

- zum Empfang des Steuersignals eine Empfangseinrichtung mit zwei Stromsensoren (45, 50) verwendet wird, die beiderseits des Antriebsstroms-Abnehmers (10) angeordnet sind,
- wobei die Empfangseinrichtung (65) eine Schalteinrichtung (55) aufweist, die denjenigen Stromsensor (50) zum Empfangen des Steuersignals (Is) auswählt, der von den beiden Stromsensoren (45, 50) die niedrigere Empfangsleistung aufweist.

7. Empfangseinrichtung (65), die zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 6 geeignet ist, für ein einen Antriebstrom-Abnehmer (10) aufweisendes Fahrzeug (5) mit zwei Stromsensoren (45, 50), die beiderseits des Antriebstrom- Abnehmers (10) angeordnet sind, wobei

- die Empfangseinrichtung (65) eine Schalteinrichtung (55) aufweist, die denjenigen Stromsensor (50) zum Empfangen eines Steuersignals (Is) auswählt, der von den beiden Stromsensoren (45, 50) die niedrigere Empfangsleistung aufweist.