DE3040137A1

DE3040137A1 - Punktfoermige einrichtung zur uebertragung von information zwischen einer trasse und auf dieser gefuehrten fahrzeugen

Info

Publication number: DE3040137A1
Application number: DE19803040137
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl.-Ing. 7250 Leonberg Uebel
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1980-10-24
Filing date: 1980-10-24
Publication date: 1982-05-13
Also published as: CH656100A5; DE3040137C2; YU250281A; ZA817014B; YU44328B; CA1186741A; US4550444A

Description

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Punktförmige Einrichtung zur Übertragung von Information zwischen einer Trasse und auf dieser geführten Fahrzeugen.

Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine solche Einrichtung ist z.B. aus dem Aufsatz "Automatisches Lesen von Kennungen für Güterwagen" von R. ßeyersdorff in "Siemens Zeitschrift" Nov. 1963 Heft 11, bekannt. Bei dieser bekannten Einrichtung erfolgt die Übertragung von Güterwagennummern von passiven Antwortgeräten zu einem an der Strecke befindlichen Lesegerät mittels eines Mehrfrequenzcode. Eine Reihe von Frequenzgeneratoren im Antwortgerät, die als Frequenzteiler arbeiten, werden durch verschiedene Abfragefrequenzen entsprechend der zu übertragenden codierten Wagennummer abwechselnd angesteuert und senden einfache Bruchteile einer vom Lesegerät übertragenen Trägerfrequenz an dieses zurück. Vor Rücksendung werden die zu übertragenden Signale in einem Sendeverstärker verstärkt. Die hierzu benötigte Energie (Gleichstromversorgung) wird durch Umwandlung eines Teils der vom Lesegerät eingestrahlten Trägerfrequenz gewonnen.

Diese Einrichtung ist in der Lage, 10-stellige Güterwagennummern zu einer Leseeinrichtung zu übertragen, wobei die Geschwindigkeit der Güterwagen 100 km/h betragen kann.

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Zur Informationsübertragung in umgekehrter Richtung, von der Strecke auf die darauf fahrenden Fahrzeuge, sind eine ganze Reihe weiterer induktiv wirkender Einrichtungen bekannt.

So ist z.B. in der DE-AS 25 28346 eine Einrichtung beschrieben, welche die Rückwirkung von auf unterschiedliche Frequenzen abgestimmten passiven Schwingkreisen auf mit Wechselstrom gespeiste Schwingkreise gleicher Resonanzfrequenz zur Übertragung eines n-aus-m-Code ausnützt.

Während die an erster Stelle beschriebene bekannte Einrichtung für die heute geforderten Geschwindigkeiten zu langsam ist und nur eine geringe Informationsmenge zu übertragen vermag, ist die in der DE-AS 25 28346 beschriebene Einrichtung infolge der vielen analog arbeitenden Bauelemente teuer und störungsempfindlich. Eine Änderung der zu übertragenden Information erfordert zudem einen Eingriff in den im Gleis befindlichen Teil der Einrichtung und ist darüberhinaus mit Abgleicharbeiten verbunden. Auch ist in der Verwendung vieler verschiedener Frequenzen ein Nachteil zu sehen.

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Die Erfindung soll die signaltechnisch sichere Übertragung einer zur Steuerung von Fahrzeugen ausreichenden Datenmenge bei Geschwindigkeiten bis zu 300 km/h mit einfachen und in der Eisenbahnsicherungstechnik bewährten Bauelementen ermöglichen. Sie ist im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 beschrieben.

Durch die Verwendung von nur einer Frequenz zur Datenübertragung vereinfacht sich der Datensende- und der Datenempfangsteil gegenüber den bekannten Einrichtungen ganz erheblich. Sowohl zur Daten- als auch zur Energieübertragung können Bauelemente verwendet werden, die sich wie z.B. Gleismagnete, bei der induktiven Zugsicherung oder, wie die zur seriellen Ausgabe von Daten über einen FM-Kanal erforderlichen Bauelemente, in Geräten der Linienzugbeeinflussung bewährt haben. Nach in den Ansprüchen 2 und angegebenen Ausgestaltungen der Einrichtung nach der Erfindung kann die Rückwirkung des Energieempfängers auf den Energiesender wie bei der induktiven Zugsicherung ausgewertet und zur empfangsseitigen Ortung von ausgefallenen Daten sendenden Teilen der erfindungsgemäßen Übertragungseinrichtung benützt werden.

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bine Weiterbildung der erfindungsgemäßen Einrichtung sieht sowohl für die Energieübertragung als auch für die Datenübertragung bewickelte Ferritstäbe als Antennen vor. Hierbei können für die Energieübertragung die für die induktive Zugsicherung gebräuchlichen Ferritstäbe verwendet werden. Die gekreuzte Anbringung der zur Energieübertragung und der zur Datenübertragung verwendeten i erritstäbe bewirkt eine minimale gegenseitige Beeinflussung der beiden Magnetfelder. Vor allem wird eine magnetische Sättigung der für die Datenübertragung benützten Ferritstäbe durch Einwirkung des zur Energieübertragung erforderlichen starken Magnetfeldes vermieden.

Besonders zweckmäßige Antennenanordnungen beschreiben die Ansprüche 5, 6 und 7. Die in Anspruch 6 und 7 beschriebene Aufteilung der Datensende- bzw. empfangsantenne in in Fahrrichtung hintereinander angeordnete Teilstücke bewirkt eine erhebliche Verlängerung der Fahrstrecke auf der eine Datenübertragung erfolgt. Es können mit einer solchen Hinrichtung beispielsweise noch bei einer Geschwindigkeit von 300 km/h drei vollständige Datentelegramme mit je 44 bit übertragen werden.

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Die in Anspruch 8 enthaltene Ausgestaltung betrifft die Unterbringung der Antennensysteme in bewährten, auch bei der induktiven Zugsicherung verwendeten Gehäusen.

Anhand dreier Figuren soll nun ein Ausfülirungsbeispiel der erfindungsgemäßen Einrichtung ausführlich beschrieben und seine Funktion erklärt werden.

Die Figuren zeigen im einzelnen:

Fig. 1: Das Prinzip der Übertragungseinrichtung als Blockschaltbild.

Fig. 2: Anordnung der Sende- und Empfangsantennen in Draufsicht.

Fig. 3: Anordnung der Sende- und Empfangsantennen im Gehäuse.

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In Fig. 1 ist dargestellt eine Einrichtung nach der Erfindung, bestehend aus einem Information abgebenden Teil der sich z.B. an einer Eisenbahnstrecke befindet und im Weiteren als Gleisgerät GG bezeichnet wird und einem an einem Fahrzeug montierten, Information aufnehmenden Teil, der im Weiteren als Fahrzeuggerät FG bezeichnet wird. Das Gleisgerät enthält eine Datenaufbereitungsschaltung DA, vorzugsweise ein Mikrorechnersystem mit Informationsspeicher, das die auszugebende Information in Form eines Datentelegrammes bereithält. Ein Datensender DS gibt eine mit diesem Datentelegramm modulierte Frequenz über eine Datensendeantenne DSA aus. Zur Stromversorgung der Datenaufbereitungsschaltung und des Datensenders dient eine Stromversorgungsschaltung SV, die eine über eine Energieempfangsantenne EEA aufgenommene Frequenz gleichrichtet und die so entstehende Gleichspannung auf einen festgelegten Wert begrenzt. Die Stromversorgungsschaltung enthält einen in der Figur nicht dargestellten Speicherkondensator, der die Stromversorgung der Daten sendenden bzw. aufbereitenden Schaltungsteile auch nach Absinken der von der Energieempfangsantenne aufgenommenen Leistung noch für eine gewisse Zeit aufrechterhält. Die Ausgabe von Datentelegrammen beginnt automatisch, sobald eine bestimmte Versorgungsspannung von der Stromversorgungsschaltung abgegeben wird und wird erst wieder eingestellt, wenn die Versorgungs.spannung unter einen bestimmten vorgegebenen Wert

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absinkt. Über eine in Fig. 1 dargestellte Verbindung SL besteht die Möglichkeit, die gespeicherte, zu übertragende Information etwa abhängig von einer Signalstellung oder abhängig von einem in einem Stellwerk eingegebenen Befehl zu ändern.

Das Fahrzeuggerät FG enthält neben einem Datenempfänger DE, der die vom Gleisgerät GG ausgesendete Frequenz über eine Datenempfangsantenne DEA aufnimmt und demoduliert, einen Generator als Energiesender ES, der einen auf eine andere Frequenz als die Datenübertragungsfrequenz abgestimmten Reihenschwingkreis erregt. Eine Energiesendeantenne ESA ist die Induktivität dieses Reihenschwingkreises und erzeugt in ihrer Umgebung ein starkes elektromagnetisches Wechselfeld. Der Energiesender wird aus dem Bordnetz des Fahrzeugs über eine nicht dargestellte Regelschaltung so mit Spannung versorgt, daß der im Sendekreis fließende Strom einen konstanten Wert beibehält. Bei Annäherung an ein Gleisgerät wird der Energiesendekreis durch die Rückwirkung des Energieempfangskreises bedämpft. Die infolge der Bedämpfung normalerweise zu erwartende Stromabsenkung im Sendekreis findet jedoch nicht statt, da die Regelschaltung durch Anheben der Versorgungsspannung des Energiesenders der StromabSenkung entgegenwirkt und dafür sorgt, daß trotz des durch die Energieempfangsantenne hervorgerufenen Energieverlustes das elektrische Feld in gleicher Stärke erhalten und so die Stromversorgung des Gleisgerätes gesichert bleibt. Die Rückwirkung auf den Energiesendekreis, die dem Fahrzeuggerät die Anwesenheit eines Gleisgerätes auch bei Ausfall von dessen

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Datensender signalisiert, wird nun, da keine Stromabsenkung auftritt, anhand der Spannungsüberhöhung am Sendekreis durch eine Sensorschaltung S festgestellt. Eine Auswerteschaltung AS decodiert die vom Datenempfänger gelieferten Datentelegramme und wertet die Signale der Sensorschaltung aus. Die Auswerteschaltung liefert

Steuersignale zum Führerstand oder direkt an die automatische Fahr- und Bremssteuerung des Fahrzeugs. Auch Ein- und Ausschaltsignale für den Energiesender werden von der Auswerte schaltung geliefert, um den Energiesender z.B. nur in der unmittelbaren Umgebung eines Gleisgerätes einzuschalten. Die Einschaltorte können dazu in bekannter Weise durch Übertragung der Entfernung zum jeweils nächsten Gleisgerät und eine Wegmessung erfolgen.

Fig. 2a zeigt die Antennenanordnung eines Gleisgerätes. Parallel zur Fahrrichtung liegt die Energieempfangsantenne EEA, rechtwinklig dazu vier Datensendeantennen DSA die, elektrisch hintereinandergeschaltet, wie eine einzige Antenne wirken. Die ganze Anordnung ist in einem hermetisch abgeschlossenen Gehäuse G untergebracht, welches auf fünf Seiten aus elektrisch gut leitendem und auf einer Seite aus elektrisch nichtleitendem Material besteht. In Fig. 2b ist die Antennenanordnung des Fahrzeuggerätes dargestellt. In dem Gehäuse G, das dem Gehäuse des Gleisgerätes gleicht, befindet sich die parallel zur Fahrrichtung angeordnete Energiesendeantenne ESA sowie zwei Datenempfangsantennen DEA, die elektrisch in Reihe geschaltet sind. Beide

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Teile der Übertragsrichtung sind so auf dem Fahrzeug bzw. im Gleis angeordnet, daß die elektrisch nichtleitenden Seiten der beiden Gehäuse gegeneinandergerichtet sind und bei Vorbeifahrt eines Fahrzeuges an einem Gleisgerät in einem Abstand von weniger als 200 mm aneinander vorbeigeführt werden.

Fi.g. 3 zeigt die Lage der beiden Antennenanordnungen in der für die Übertragung günstigsten Position. Die in der Figur obenliegende Antenne des Fahrzeuggerätes bewegt sich in Pfeilrichtung von links nach rechts über die Antenne des Gleisgerätes hinweg. Zunächst gelangt dabei der rechte Ferritstab der Datenempfangsantenne DEA in den Bereich der Datensendeantenne DSA des Gleisgerätes. Es erfolgt jedoch noch keine Datenübertragung, da der Datensender noch nicht mit Strom versorgt wird. Bei Weiterbewegung nach rechts wird die Koppelung zwischen Energiesendeantenne ESA und Energieempfangsantenne EEA besser und die von der Stromversorgungsschaltung SV gelieferte Spannung erreicht den für den Beginn der Datenübertragung notwendigen Schwellenwert. Ein nicht dargestellter Schwellwertschalter schaltet den Datensender ein. Es wird nun das in der Datenaufbereitungsschaltung gespeicherte Datentelegramm ausgegeben und so lange wiederholt, bis die Versorgungsspannung wieder unter einen festgelegten Schwellenwert abgesunken ist. Infolge der Speicherwirkung des mit der Stromversorgungsschaltung

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verbundenen Speicherkondensators ist dies aber erst der Fall, wenn die Kopplung der Energieübertragungsantennen HSA, EEA bereits nicht mehr besteht. Die Datenübertragung erfolgt damit auch noch, wenn nur noch der äußerste rechte Stab der Datensendeantenne DSA mit dem linken Stab der Datenempfangsantenne DEA koppelt. Dies verlängert die Zeit, die zur Datenübertragung zur Verfügung steht,erheblich und macht es möglich, daß auch bei schneller Fahrt noch drei vollständige Datentelegramme mit allen zur Fahrzeugsteuerung notwendigen Informationen sicher übertragen werden können.

Claims

3C Cl STANDARD ELEKTRIK LORENZ AKTIENGESELLSCHAFT STUTTGART H.Uebel -38 Patentansprüche

1./ Punktförmige, aus einem streckenseitigen und einem fahrzeugseitigen Teil bestehende, induktiv wirkende Einrichtung zur Übertragung von Information zwischen einer Trasse und auf dieser geführten Fahrzeugen, bei der einer der beiden Teile Daten sendet und neben einem Datensender einen Energieempfänger enthält, der andere Daten empfängt und neben einem Datenempfänger einen Energiesender enthält und bei der bei gegenseitiger Annäherung der beiden Teile der Energiesender auf den Energieempfänger Energie und, bei Annäherung unter einen vorgegebenen kritischen Abstand, der Datensender auf den Datenempfänger Daten überträgt, wobei die vom Energieempfänger aufgenommene Energie zumindest zum Teil der Stromversorgung des Datensenders dient, dadurch gekennzeichnet, daß der Datensender (DS) auf einem vorgegebenen Frequenzkanal arbeitet und die zu übertragenden Daten unter Verwendung eines Frequenzmodulationsverfahrens in binärer Form seriell ausgibt.

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2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Energiesender (ES) eine Sensorschaltung (S) verbunden ist, die die Rückwirkung des Energieempfängers (EEA) auf den Energiesender feststellt.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Energiesender eine Regelschaltung enthält, die den Strom im Antennenkreis des Energiesenders konstant einregelt und daß die Sensorschaltung (S) die Spannungsüberhöhung am Antennenkreis feststellt.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Sendeantennen (ESA, DSA) und sämtliche Empfangsantennen (DEA, EEA) aus bewickelten Ferritstäben bestehen und so angeordnet sind, daß die Magnetfeldachsen der zur Energieübertragung verwendeten Antennen (ESA, EEA) und die Magnetfeldachsen der zur Datenübertragung verwendeten Antennen (DSA, DEA) aufeinander senkrecht stehen.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Energieübertragung sowohl auf dem Fahrzeug als auch an der Strecke mindestens ein Ferritstab parallel zur Fahrrichtung angeordnet ist.

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6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem Datensender verbundene Datensendeantenne (DSA) aus mehreren bewickelten Ferritstäben besteht, welche mit ihren Längsachsen quer zur Fahrrichtung, in vorgegebenen Abständen in Fahrrichtung hintereinander angeordnet und elektrisch in Serie geschaltet sind.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem Datenempfänger verbundene Datenempfangsantenne (DEA) aus zwei bewickelten Ferritstäben besteht, welche mit ihren Längsachsen quer zur Fahrrichtung, in einem vorgegebenen Abstand in Fahrrichtung hintereinander angeordnet sind.

8. Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sende- und Empfangsantennen sowohl des fahrzeugseitigen Teils (FG) als auch des streckenseitigen Teils (GG) jeweils gemeinsam in einem Gehäuse (G) untergebracht sind, von dem 5 Seiten aus elektrisch gut leitendem und eine Seite aus elektrisch nichtleitendem Material bestehen.