DE60102736T2

DE60102736T2 - Bremskontrol- und Kommunikationssystem in einem Eisenbahnzug

Info

Publication number: DE60102736T2
Application number: DE60102736T
Authority: DE
Inventors: Dario Barberis; Roberto Tione; Eric Birot; Christian Coulange; Daniel Gallavardin; Dionisios Ouzounis
Original assignee: Alstom SA; Sab Wabco SpA
Current assignee: Alstom SA; Sab Wabco SpA
Priority date: 2000-03-30
Filing date: 2001-03-28
Publication date: 2005-04-07
Anticipated expiration: 2021-03-29
Also published as: DE60102736D1; EP1138570A8; ES2215803T3; EP1138570B1; EP1138570A3; PL201405B1; US20010037167A1; US6546318B2; ITTO20000302A1; EP1138570A2; ITTO20000302A0; IT1320001B1; PL346730A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Kontroll- und Kommunikationssystem für Eisenbahnzüge von der im einleitenden Teil des angeschlossenen Anspruchs 1 definierten Art.
Ein derartiges Kontroll- und Kommunikationssystem für Eisenbahnzüge ist in der früheren europäischen Patentanmeldung EP-A-0 976 633 beschrieben. Bei einem solchen System können durch die Auswirkung einer kapazitiven und/oder induktiven Kopplung Kreuzkopplungsphänomene auftreten, wenn die beiden Informationsübertragungsstrecken und Elektroenergieversorgungsleitungen in physischer Nähe zueinander angeordet sind.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Kontroll- und Kommunikationssystems der obenstehend erwähnten Art, bei dem dieser Nachteil vermieden oder zumindest drastisch beschränkt werden kann.
Dieses Ziel wird erfindungsgemäß mit einem Kontroll- und Kommunikationssystem für Eisenbahnzüge erzielt, dessen charakteristische Eigenschaften im angeschlossenen Anspruch 1 definiert sind.
Weitere Charakteristika und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung hervor, welche rein anhand eines nicht einschränkend gedachten Beispiels dargelegt ist, und zwar unter Bezugnahme auf die angeschlossenen Zeichnungen, wobei:
1 eine in Blockdiagrammform gezeigte, schematische Darstellung eines mit einem erfindungsgemäßen Kontroll- und Kommunikationssystem ausgestatteten Eisenbahnzugs ist; und
2 einen Eisenbahnzug darstellt, bei dem ein Wagen oder Waggon in Bezug auf den Zug der 1 umgekehrt angeordnet ist.
In 1 ist ein Eisenbahnzug, der eine Führungs- oder Hauptlokomotive 2 und eine Mehrzahl von Wägen oder Waggonen 3 umfasst, im Allgemeinen mit Bezugsziffer 1 bezeichnet.
Die Lokomotive 2 ist beispielsweise eine Elektrolokomotive oder kann eine Diesellokomotive sein. Die Wägen oder Waggone 3 können Wägen für den Transport von Gütern oder Waggone für den Transport von Passagieren sein.
Der Zug 1 der 1 ist mit einem Kontroll- und Kommunikationssystem mit ersten und zweiten bidirektionalen Übertragungsstrecken ausgestattet, welche mit 4 und 5 bezeichnet sind und sich parallel zueinander entlang des gesamten Zugs, in die Lokomotive und durch die verschiedenen Wägen oder Waggone 3 erstrecken.
Die Strecken 4 und 5 sind zweckmäßigerweise zum Beispiel aus verdrillten Draht-Doppelleitungen gebildet. Jede dieser Strecken umfasst entsprechende Abschnitte oder Teile, welche sich durch die Lokomotive und jeden Waggon erstrecken und zwischen der Lokomotive und dem nächsten benachbarten Waggon sowie zwischen den einzelnen Waggonen durch Kopplungs- oder Verbindungsteile 4a und 5a miteinander verbunden sind.
Wie in der Folge klarer hervorgeht, werden die Strecken 4 und 5 für die Übertragung von elektrischer Energie (Strom) entlang des Zugs, sowie von Informationen oder Zustandssignalen vom seriellen Typ eingesetzt, wobei die sogenannte Trägerwellentechnik zur Anwendung kommt.
Das Kontroll- und Kommunikationssystem umfasst eine Hauptkontrolleinheit 6, die an der Lokomotive 2 installiert ist und eine Mikroprozessor-Kontrolleinheit 50 umfasst, welche durch entsprechende Sende-Empfänger 6a und 6b an den Strecken 4 und 5 angekoppelt ist.
Die Hauptkontrolleinheit 6 ist an einem Gerät zur Kontrolle der Zugbremsung 7 angeschlossen, welches an der Lokomotive installiert und händisch oder automatisch bedienbar ist.
An der Lokomotive 2 ist zwischen den Strecken 4 und 5 eine Versorgungsvorrichtung 8 angeschlossen, die zwei Ausgänge besitzt, welche in der Lage sind, diesen Strecken jene elektrischen Ströme zuzuführen, die notwendig sind, um die an den Wägen oder Waggonen 3 installierten elektrischen/elektronischen Geräte zu versorgen, welche untenstehend detaillierter beschrieben sind. Diese Versorgungsvorrichtung wird durch die Mikroprozessoreinheit 50 zum Beispiel in einer untenstehend beschriebenen Art und Weise gesteuert und kann in der Kontrolleinheit 6 eingebaut sein.
An jedem Wagen oder Waggon 3 ist eine untergeordnete Kontrolleinheit 9 installiert, welche eine Mikroprozessoreinheit 51 umfasst, bei der zwei Spannungsversorgungseingänge 51a, 51b an den Strecken 4 bzw. 5 angeschlossen sind. Die Mikroprozessoreinheit 51 ist durch zwei Sende-Empfänger 9a und 9b auch an den Übertragungsstrecken 4 bzw. 5 angekoppelt.
Die Mikroprozessoreinheit 51 jeder untergeordneten Kontrolleinheit 9 ist daher in der Lage, eine elektrische Energie, welche für ihren Betrieb notwendig ist, sowie Kontrollsignale aufzunehmen und über die Strecken 4 und 5 Informationen oder Zustandssignale zu empfangen/zu übertragen.
Im Allgemeinen mit 10 bezeichnete Messfühlgeräte sind in jedem Wagen oder Waggon 3 an der Steuereinheit 9 angeschlossen und sind in der Lage, die Mikroprozessoreinheit 51 mit elektrischen Signalen zu versorgen, welche die Bedingungen oder Zustände von bordinternen Geräten, wie zum Beispiel von Magnetventilen des Bremssystems, anzeigen, und/oder mit elektrischen Signalen, welche jene Werte anzeigen, die von bestimmten überwachten Parametern, wie z.B. den pneumatischen Bremsdrücken, dem auf der Aufhängung lastenden Gewicht etc., angenommen werden.
Die Kontrolleinheit 9 jedes Wagens oder Waggons 3 ist weiters an elektropneumatischen Aktuatorvorrichtungen 11, wie zum Beispiel Magnetventileinheiten, angeschlossen, welche die Zufuhr und den Austritt von Druckluft zu bzw. aus den zum Wagen oder Waggon gehörigen Bremszylindern 12 steuern.
In an sich bekannter Art und Weise umfasst der Eisenbahnzug 1 ein Druckluftbremssystem einschließlich eines Druckluftohrs 13, das sich entlang des gesamten Zugs erstreckt. An Bord jedes Wagens oder Waggons 3 ist das Druckluftohr 13 an einem Bremskontroll-Druckluftverteiler 14 angeschlossen, welcher dahingehend betriebsfähig ist, die Förderung von Druckluft aus (zumindest) einem bordinternen Zusatzbehälter 15 zu den Bremszylindern 12 des Wagens oder Waggons zu steuern.
An Bord der Lokomotive 2 wird der Druck des Druckluftohrs 13 mittels eines zur Kontrollvorrichtung 7 gehörigen elektropneumatischen Geräts 17 passend geregelt, indem Druckluft, die von an sich bekannten und nicht dargestellten Druckluft-Versorgungsvorrichtungen zugeführt wird, abgelassen wird.
Als Beispiel wird das Druckluftohr 13 unter Normalbedingungen bei einem Druck von 5 bar gehalten.
Bei herkömmlichen Druckluftbremssystemen werden die Bremskontrollinformationen durch eine Verringerung des Drucks im Rohr 13, beispielsweise von 5 bar auf 3,5 bar, verkörpert, wonach die Verteiler 14 der einzelnen Waggone oder Wägen die Förderung von unter Druck stehender Luft von den zugehörigen Behältern 15 zu den Bremszylindern 12 bewirken. Bei solchen herkömmlichen Systemen wird beim Bremsen der Druck im allgemeinen Rohr 13 wieder auf den Nominalwert angehoben, indem über die zugehörigen Verteiler 14 unter Druck stehende Luft in die Behälter 15 der Wägen oder Waggone 3 gespeist wird.
Bei einem erfindungsgemäßen Kommunikations- und Kontrollsystem werden die Bremskontrollinformationen normalerweise nicht mehr durch pneumatische Mittel durch das allgemeine Rohr 13, sondern vielmehr durch elektrische Mittel über serielle Bremskontrollsignale übermittelt, welche von der Hauptkontrolleinheit 6 der Lokomotive 2 über eine der Übertragungsstrecken 4 und 5 zur untergeordneten Kontrolleinheit 9 der einzelnen Wägen oder Waggone gesendet werden. Nach Empfang der Bremskontrollsignale steuern die untergeordneten Kontrolleinheiten 9 der einzelnen Wägen oder Waggone 3 die Magnetventile 11 solcherart, dass letztere die unter Druck stehende Luft dazu bringen, unter Umgehung der Verteiler 14 von den Behältern 15 zu den Bremszylindern 12 zu ziehen.
In dieser An und Weise vermeidet das erfindungsgemäße Kommunikations- und Kontrollsystem die Probleme früherer Systeme, welche mit der Verbreitung der Bremskontrollinformationen durch pneumatische Mittel zusammenhängen. Dies ist besonders günstig bei sehr langen Eisenbahnzügen oder vielmehr jenen, die eine sehr große Anzahl von Wägen oder Waggonen umfassen.
Nach dem Bremsen wird in der nachfolgenden Bremsauslösungsphase dennoch die Zufuhr von unter Druck stehender Luft zu den Behältern 15 der Wägen oder Waggone durch das allgemeine Rohr 13 sichergestellt.
Das Vorhandensein des Verteilers 14 an Bord jedes Wagens oder Waggons ermöglicht jedoch die Abgabe von Bremskontrollinformationen durch pneumatische Mittel, und zwar über eine kontrollierte Verringerung des Drucks im allgemeinen Rohr 13 in völlig herkömmlicher Weise, wenn sich das zu den Strecken 4 und 5 gehörige elektronische Kontroll- und Kommunikationssystem in einem Störungszustand befindet, bei dem es einen nicht unmittelbar behebbaren Defekt erleidet.
Beim Kommunikations- und Kontrollsystem ist die Hauptkontrolleinheit 6 an Bord der Lokomotive 2 zweckmäßigerweise dazu angeordnet, unter Verwendung einer der beiden Kommunikationsstrecken 4 oder 5 priorisierte Bremskontrollsignale zu den untergeordneten Kontrolleinheiten 9 der einzelnen Wägen oder Waggone 3 zu liefern und in periodischen Abständen von jeder dieser untergeordneten Kontrolleinheiten 9 über die andere Strecke Informationen oder Zustandssignale zu empfangen.
Das System besitzt somit dank des Vorhandenseins zweier Kommunikationsstrecken entlang des gesamten Zugs eine inherente Redundanz.
In der Praxis kann es zweckmäßig sein, wenn die Übertragungsstrecken 4 und 5 zumindest in Übereinstimmung mit ihren Kopplungs- oder Verbindungsteilen 4a, 5a eng beeinander liegen. Insbesondere kann es zweckmäßig sein, dass für die gegenseitige Verbindung zwischen zwei Wägen oder Waggonen oder zwischen der Lokomotive und irgendeinem Wagen oder Waggon ein einziges Verbindungsstück eingesetzt wird, durch das die elektrische Kontinuität für beide Strecken 4 und 5 erzielt wird.
Zum Zweck des Beseitigens oder zumindest drastischen Verringerns der Möglichkeit eines Auftretens von Kreuzkopplungsphänomenen zwischen den beiden Übertragungsstrecken 4 und 5 sind die Hauptkontrolleinheit 6 der Lokomotive 2 und die untergeordneten Kontrolleinheiten 9 der Wägen oder Waggone 3 zweckmäßigerweise solcherart angeordnet, um auf der einen Übertragungsstrecke in einer ersten Arbeitsfrequenz und auf der anderen Übertragungsstrecke in einer zweiten und anderen Arbeitsfrequenz miteinander zu kommunizieren. Somit können die Sende-Empfänger 6a und 9a, welche in der Lokomotive bzw. in den verschiedenen Wägen oder Waggonen an der Übertragungsstrecke 4 angeschlossen sind, solcherart abgestimmt werden, um in einer ersten Arbeitsfrequenz f₀ zu funktionieren, welche anders als die Arbeitsfrequenz f₁ ist, auf welche die mit der anderen Übertragungsstrecke 5 verkoppelten Sende-Empfänger 6b und 9b abgestimmt sind. Diese Sende-Empfänger können zweckmäßigerweise vom selben Typ und in der Lage sein, beispielsweise in einer Übertragungsfrequenz f₀ ± 10% f₀ zu funktionieren. Die Frequenz f₀ kann beispielsweise 156 K bit/s betragen. Derartige Sende-Empfänger können jenem Typ angehören, der auf eine bestimmte Frequenz abstimmbar ist, und zwar basierend auf Signalen, die ihnen durch die ihnen zugeordneten Mikroprozessoreinheiten 50 bzw. 51 geliefert werden.
Zum Zwecke des Vermeidens von Kreuzkopplungsphänomenen können die an der Übertragungsstrecke 4 angekoppelten Sende-Empfänger nun beispielsweise so abgestimmt werden, um in der Frequenz f₀ zu funktionieren, während die zur Übertragungsstrecke umgewandelten Sende-Empfänger so abgestimmt werden können, um in der Frequenz f₁= f₀ + 10% f₀ zu funktionieren.
Um die an der Bildung eines Zugs beteiligten Arbeitsvorgänge zu vereinfachen, ist es günstig, dass ein Wagen oder Waggon an der Lokomotive oder den anderen benachbarten Wägen oder Waggonen im Allgemeinen in der einen oder anderen seiner zwei möglichen Anordnungen oder Ausrichtungen gleich gut angeschlossen werden kann; und zwar im 180°-Winkel zueinander. Zu diesem Zweck ist es günstig, dass die Übertragungsstrecken 4 und 5 und der damit verbundene Apparat nicht diese Möglichkeit einschränken, einen Waggon oder Wagen in der einen oder anderen seiner beiden möglichen Ausrichtungen zu verbinden. Jene Abschnitte der Strecken 4 und 5, welche sich aus einem Waggon oder Wagen überkreuzen, müssen daher zumindest in ihren Endabschnitten solcherart symmetrisch angeordnet sein, um sogar dann das Erhalten zweier durchgehender und separater Übertragungsstrecken zu ermöglichen, wenn ein oder mehrere Waggone oder Wägen im Zug in umgekehrter Anordnung miteinander verbunden ist bzw. sind, so wie im Fall des Waggons 3' der 2.
Zur Sicherstellung der Funktionsfähigkeit des Systems, wobei die Wägen oder Waggone entweder in der einen oder in der anderen Anordnung verbunden sind und wobei ein Funktionieren auf der einen und auf der anderen Übertragungsstrecke in zwei verschiedenen Arbeitsfrequenzen gewünscht wird, ist es jedoch nicht möglich, die Arbeitsfrequenz für die beiden Sende-Empfänger 9a und 9b jedes Wagens oder Waggons ein für allemal im Vorhinein festzulegen. In der Tat wird der Sende-Empfänger 9b im Waggon 3' der 2, welcher in Bezug auf den entsprechenden Waggon der 1 in umgekehrter Ausrichtung steht, eher mit der Strecke 4 als, wie im Fall der 1, mit der Strecke 5 verbunden.
Jedes Mal, wenn mittels einer an der Mikroprozessoreinheit 50 angeschlossenen Kommandovorrichtung 53 eine Anlauf-Initialisierungsphase ausgelöst wird, kann beim erfindungsgemäßen System die an der Lokomotive installierte Hauptkontrolleinheit 6 nun zweckmäßig solcherart angeordnet werden, um die Versorgungsvorrichtung 8 so zu steuern, dass diese elektrische Energie anfänglich nur einer Strecke, die aus den beiden Über tragungsstrecken 4 und 5 im Vorhinein festgelegt wurde, beispielsweise der Strecke 4, zuführt, welcher in einem nachfolgenden Arbeitsgang eine im Vorhinein ausgewählte Arbeitsfrequenz, beispielsweise die Frequenz f₀, zugeteilt wird. Die an Bord der verschiedenen Wägen oder Waggone installierten untergeordneten Kontrolleinheiten 9 werden nun solcherart angeordnet, um in der Initialisierungsphase feststellen zu können, durch welche der beiden Übertragungsstrecken sie anfänglich eine Elektroenergieversorgung empfangen, und um daher auf der somit identifizierten Strecke in der im Vorhinein ausgewählten Arbeitsfrequenz f₀ und auf der anderen Übertragungsstrecke in der anderen Arbeitsfrequenz f₁= f₀ + 10% f₀ mit der Haupteinheit 6 der Lokomotive 2 kommunizieren zu können.
Sobald die Aufteilung der Arbeitsfrequenz auf die beiden Übertragungsstrecken bewerkstelligt ist, wird die Funktionsfähigkeit des Systems unabhängig von der Anordnung, in der die einzelnen Waggone oder Wägen in der Zusammensetzung des Zugs miteinander verbunden wurden, zugelassen.
Natürlich können die Ausführungsformen und Kontruktionsdetails in Bezug auf das, was rein anhand eines nicht einschränkend gedachten Beispiels beschrieben und veranschaulicht wurde, weitgehend variiert werden, ohne dabei vom in den angeschlossenen Ansprüchen definierten Umfang der Erfindung abzuweichen, wobei das Prinzip der Erfindung dasselbe bleibt.

Claims

Kommunikations- und Kontrollsystem für einen Eisenbahnzug (1), der zumindest eine Lokomotive (2) und eine Mehrzahl von Wägen oder Waggonen (3) umfasst, einschließlich erster und zweiter bidirektionaler Übertragungsstrecken (4, 5), die sich entlang des Zugs (1) erstrecken; einer Hauptkontrolleinheit (6), die an der Lokomotive (2) installiert ist und in dieser Lokomotive an beiden Übertragungsstrecken (4, 5) und an Geräten oder Systemen (7) zum Kontrollieren der Bremsung des Zugs (1) angeschlossen ist; einer Mehrzahl von untergeordneten Kontrolleinheiten (9), von denen jede an einem jeweiligen Wagen oder Waggon (3) installiert ist und im jeweiligen Wagen oder Waggon an den Übertragungsstrecken (4, 5), an zu Druckluftbremsauslösern (12) gehörigen Magnetventileinheiten (11), sowie an zum Wagen oder Waggon (3) gehörigen Messfühlgeräten (10) angeschlossen ist; wobei die Hauptkontrolleinheit (6) und die untergeordneten Kontrolleinheiten (9) solcherart angeordnet sind, um über die Übertragungsstrecken (4, 5) gemäß einem vorbestimmten Serienprotokoll miteinander zu kommunizieren; die Hauptkontrolleinheit (6) solcherart angeordnet ist, um den untergeordneten Kontrolleinheiten (9) serielle Bremskontrollsignale zu übermitteln und um Informationen oder Zustandssignale, und zwar auch vom seriellen Typ, welche über die Übertragungsstrecken (4, 5) von den untergeordneten Kontrolleinheiten (9) kommen, zu empfangen und zu erfassen; wobei das System dadurch gekennzeichnet ist, dass die Hauptkontrolleinheit (6) und die untergeordneten Kontrolleinheiten (9) solcherart angeordnet sind, um auf der einen Übertragungsstrecke (4, 5) in einer Arbeitsfrequenz (f₀) und auf der anderen Übertragungsstrecke (4, 5) in einer zweiten und anderen Arbeitsfrequenz (f₁) miteinander zu kommunizieren.
System gemäß Anspruch 1, weiters umfassend Elektroenergieversorgungsmittel (8), die an der zumindest einen Lokomotive (2) installiert sind und an beiden Übertragungsstrecken (4, 5) angeschlossen sind, um elektrische Versorgungsenergie über diese Strecken (4, 5) entlang des Zugs (1) zu verteilen, und zwar insbesondere um die untergeordneten Kontrolleinheiten (9) mit Energie zu versorgen; wobei die Haupteinheit (6) solcherart angeordnet ist, dass die Energieversorgungsmittel (8} bei jedem Auslösen einer Initialisierungsphase in einer Weise gesteuert werden, dass anfänglich nur der ersten der Übertragungsstrecken (4, 5) Energie zugeführt wird, so dass die Haupteinheit (6) dem nachfolgenden Betrieb eine im Vorhinein ausgewählte Arbeitsfrequenz (f₀) zuteilt, welche aus der ersten und der zweiten Frequenz (f₀, f₁) im Vorhinein ausgewählt wurde; jede untergeordnete Kontrolleinheit (9) dazu betriebsfähig ist, während der Initialisierungsphase festzustellen, durch welche der Übertragungsstrecken (4, 5) sie anfänglich eine Elektroenergieversorgung empfängt, und danach auf der somit identifizierten Strecke in der im Vorhinein ausgewählten Arbeitsfrequenz (f₀) und auf der anderen Übertragungsstrecke (4, 5) in der anderen Arbeitsfrequenz (f₁) mit der Haupteinheit (6) zu kommunizieren.
System gemäß Anspruch 2, wobei die Hauptkontrolleinheit (6) und die untergeordneten Kontrolleinheiten (9) jeweils ein entsprechendes Paar von Sende-Empfängern (6a, 6b; 9a, 9b) umfassen, das jeweils an der einen oder der anderen Übertragungsstrecke (4, 5) angekoppelt und solcherart programmierbar ist, um in den jeweiligen verschiedenen Arbeitsfrequenzen (f₀, f₁) zu funktionieren.
System gemäß Anspruch 3, wobei die Sende-Empfänger (6a, 6b; 9a, 9b) der Haupteinheit (6) und der untergeordneten Kontrolleinheiten (9) strukturell identisch sind.