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Diese
Patentanmeldung beansprucht die Priorität der provisorischen US-Patentanmeldung
Nr. 60/565,591, eingereicht am 26. April 2004.
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GEBIET DER ERFINDUNG
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Diese
Erfindung bezieht sich allgemein auf Kommunikationssysteme für Eisenbahnzüge und speziell
auf einen bordeigenen Repeater (Nachrichtenverstärker) für Eisenbahnzugkommunikationssysteme
zur Verwendung in einem Zug mit verteiltem Antrieb, umfassend eine
führende
Lok und eine oder mehrere nachfolgende Loks.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Der
Zug mit verteiltem Antrieb liefert die Antriebskraft und den Bremsvorgang
einer führenden Lok
(oder führenden
Einheit) und einer oder mehrerer nachfolgenden Loks (oder nachfolgenden
Einheiten), die von der führenden
Einheit des Zuges beabstandet sind. In einer Konfiguration umfasst
ein Zug mit verteiltem Antrieb eine führende Lok an einem Kopfende
des Zuges, eine nachfolgende Lok an einem Ende des Zuges (EOT-Position)
und eine oder mehrere mittlere Loks, die zwischen dem Kopfende und dem
Ende des Zuges angeordnet sind. Der Zug mit verteiltem Antrieb kann
für lange
Züge wünschenswert
sein, um die Handhabung und die Leistung des Zuges zu verbessern
und insbesondere für
Züge, die in
bergigem Gebiet unterwegs sind.
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In
einem Zug mit verteiltem Antrieb liefert jede führende und jede nachfolgende
Lok die Antriebskraft und den Brems vorgang für den Zug. Die Antriebs- und
Bremsbefehlsmeldungen werden von einem Zugführer in der führenden
Lok ausgegeben und über
ein Funkfrequenzkommunikationssystem (wie z. B. das LOCOTROL® Kommunikationssystem für Züge mit verteiltem
Antrieb aus dem Stand der Technik, das von der General Electric
Company aus Schenectady, New York erhältlich ist), das eine Funkfrequenzverbindung
(Kanal) und Empfangs- und Sendegeräte in der führenden Einheit und den nachfolgenden
Einheiten umfasst, an die nachfolgenden Loks geliefert. Die empfangenden
nachfolgenden Loks antworten auf diese Befehle, um eine Antriebskraft
oder Bremskraft in den Zug einzuleiten und teilen der führenden
Einheit mit, dass sie den Befehl empfangen und ausgeführt haben.
Die führende
Einheit sendet auch andere Meldungen an die entfernten Einheiten,
umfassend Statusanforderungsmeldungen. Die nachfolgende Einheit
antwortet, indem sie eine Statusantwortmeldung zurück an die
führende Einheit
sendet.
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Bei
einem Zug mit zwei oder mehreren direkt gekoppelten nachfolgenden
Loks funktionieren die gekoppelten Loks übereinstimmend durch Steuersignale,
die über
ihre verbundenen MU-Linien (MU – multiple
unit – Mehrfacheinheit) übertragen
wurden. Eine der Loks wird mit Bezug auf das verteilte Kommunikationssystem
für Züge mit verteiltem
Antrieb als eine nachfolgende Steuereinheit bezeichnet. Lediglich
die nachfolgende Steuereinheit ist konfiguriert, um die von der
führenden
Einheit übertragenen Befehle
zu empfangen und der führenden
Einheit mit entsprechenden Antwortmeldungen zu antworten.
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Einer
der kritischsten Aspekte der Zugführung ist die vorausschauende
und erfolgreiche Bedienung des Druckluftbremssystems. Das Druckluftbremssystem
umfasst Lokbremsen in je der Lok (umfassend die führende Lok und alle nachfolgenden Loks)
und Wagenbremsen in jedem Wagen. Die Lokbremsen der führenden
Einheit werden von dem Lokomotivführer in Reaktion auf eine Position
eines Hebels der Lokbremse gesteuert, und die Wagenbremsen werden
in Reaktion auf eine Position eines Hebels einer selbsttätigen Bremse
gesteuert. Die Lokbremsen können
auch durch den Hebel der selbsttätigen
Bremse gesteuert werden.
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Der
Hebel der selbsttätigen
Bremse oder die Steuereinrichtung steuert einen Druck in einer fluidführenden
Bremsleitung, die sich über
die Länge
des Zuges erstreckt und in Fluidkommunikation mit einem Wagenbremssystem
steht, um die Wagenbremsen in jedem Wagen in Reaktion auf eine Druckveränderung
in der Bremsleitung anzuwenden oder zu lösen. Im Besonderen reagiert
ein Steuerventil (das typischerweise eine Anzahl Ventile und miteinander verbundene
Leitungen umfasst) in jedem Wagen auf Veränderungen in dem Bremsleitungsfluiddruck
mit dem Anziehen der Bremsen (in Reaktion auf eine Abnahme in dem
Bremsleitungsfluiddruck) oder mit dem Lösen der Bremsen (in Reaktion
auf einen Anstieg in dem Bremsleitungsfluiddruck). Das Fluid in der
Bremsleitung umfasst herkömmlich
Druckluft. Die Handsteuerung des Hebels der selbsttätigen Bremse in
der führenden
Lok löst
einen Druckabfall in der führenden
Einheit aus, der sich entlang der Bremsleitung bis zu dem Ende des
Zuges ausbreitet. Das Steuerventil in jedem Wagen erfasst den Druckabfall und
liefert in Reaktion darauf Druckluft von einem örtlichen Wagenreservoir an
die Radbremszylinder, die wiederum Bremsschuhe gegen die Wagenräder drücken. Das
Wagenreservoir wird mit Luft aufgefüllt, die in den bremsfreien
Bedienintervallen aus der Bremsleitung entnommen wird.
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Ein
Lösen der
Bremse wird ebenfalls von dem die führende Lok führenden
Lokführer
durch Steuern des Hebels der selbsttätigen Bremse befohlen, um einen
Druckanstieg in der Bremsleitung zu bewirken. Der Druckanstieg wird
in den Wagen erfasst und in Reaktion darauf werden die Bremsschuhe
von den Wagenrädern
gelöst.
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In
einem Zug mit verteiltem Antrieb befiehlt neben dem Regulieren des
Bremsleitungsdrucks, um die Anwendung oder das Lösen der Wagenbremsen zu bewirken,
die führende
Einheit die Anwendungen und das Lösen der Bremsen der nachfolgenden
Einheiten durch Senden eines entsprechenden Signals an die nachfolgenden
Einheiten über
den Kommunikationskanal. Wie nachstehend weiter beschrieben, wirken
die Bremsenanwendungen und das Lösen
der Bremsen entlang der Länge
des Zuges aufgrund der Teilnahme von sowohl der führenden
Einheit als auch der nachfolgenden Einheiten schneller. Mit einigen Begrenzungen,
wie sie zur Aufrechterhaltung der Zugsteuerung erforderlich sind,
kann in einem Zug mit verteiltem Antrieb ein Bremsbefehl oder ein
Lösen der
Bremsen auch von der führenden
oder den nachfolgenden Loks befohlen werden.
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Die
Wagenbremsen können
in zwei Modi angewendet werden, d. h. eine Betriebsbremsenanwendung
oder eine Notbremsenanwendung. Bei einer Betriebsbremsenanwendung
werden Bremskräfte
auf den Wagen angewendet, um den Wagen zu verlangsamen oder den
Zug in einer Vorwärtsposition
entlang der Gleise zum Halten zu bringen. Während den Betriebsbremsenanwendungen
wird der Bremsleitungsdruck langsam verringert und die Bremsen werden
in Reaktion darauf allmählich
angewendet. Der Zugführer
steuert die Geschwindigkeit, mit der der Druck verringert wird,
durch Bedienung des Steuerhebels der selbsttätigen Bremse. Eine Notbremsenanwendung
ist eine Form einer Betriebsbremsenanwendung, bei der die Bremsleitung
auf Nulldruck verringert wird, aber die Entleerung bei einer vorbestimmten
Geschwindigkeit stattfindet, anders als bei einer nachstehend beschriebenen
Notbremsenanwendung, und die Wagen entlüften die Bremsleitung während der
Notbremsenanwendung nicht.
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Eine
Notbremsenanwendung befiehlt eine unmittelbare Anwendung der Wagenbremsen
durch eine unmittelbare Leerung oder Entlüftung der Bremsleitung an der
führenden
Einheit (und den nachfolgenden Einheiten eines Zuges mit verteiltem Antrieb).
Wenn ein Wagen eine vorbestimmte Druckverringerungsgeschwindigkeit
erfasst, die eine Notbremsenanwendung anzeigt, entlüftet auch
der Wagen die Bremsleitung, um die Ausbreitung der Bremsleitungsentleerung
entlang des Zuges zu beschleunigen. Leider findet die Notbremsenanwendung
nicht sofort entlang der gesamten Länge der Bremsleitung statt,
da sich die Bremsleitung mehrere tausend Meter durch den Zug erstreckt.
Daher werden die Bremskräfte
nicht gleichmäßig in jedem
Wagen angewendet, um den Zug anzuhalten.
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Bei
Zügen mit
verteiltem Antrieb wird das Bremsen durchgeführt, indem die Bremsleitung
sowohl an der führenden
als auch an den nachfolgenden Loks entlüftet wird, wodurch die Bremsleitungsentlüftung und
das Anziehen der Bremsen an jedem Wagen beschleunigt werden, insbesondere
bei den Wagen, die sich am hinteren Teil des Zuges befinden. Wie
anerkannt werden wird, erfordert die Bremsleitungsentlüftung lediglich
an der führenden
Einheit in einem herkömmlichen
Zug die Ausbreitung der Bremsleitungsdruckverringerung über die
Länge des Zuges,
wodurch die Bremsenanwendung an den Wagen, die von der führenden
Einheit entfernt sind, verlangsamt wird.
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Bei
einem Zug mit verteiltem Antrieb mit einer operativen Kommunikationsverbindung
zwischen der führenden
und den nachfolgenden Einheiten wird, wenn der Zugführer eine
Bremsenanwendung befiehlt (z. B. eine Betriebs- oder eine Notbremsenanwendung)
durch Bedienung des Steuerhebels der selbsttätigen Bremse an der führenden
Einheit, die Bremsleitung entlüftet
und ein Bremsenanwendungsbefehl über
die Funkfrequenzkommunikationsverbindung an jede nachfolgende Einheit übertragen.
In Reaktion darauf entlüftet
ebenfalls jede nachfolgende Einheit die Bremsleitung. Somit folgt
der Bremsvorgang an den nachfolgenden Loks dem Bremsvorgang der
führenden
Einheit in Reaktion auf die von dem Kommunikationssystem übertragenen
Signale.
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Ein
an der führenden
Einheit ausgelöstes
Lösen der
Bremse wird den nachfolgenden Einheiten ebenfalls über die
Funkfrequenzverbindung mitgeteilt, so dass die Bremsleitung von
allen Loks bis zum Nenndruck aufgefüllt wird, wodurch die Auffüllzeit der Bremsleitung
verringert wird.
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Wenn
in der führenden
Lok in Reaktion auf eine entdeckte Betriebsstörung eine Notbremsenanwendung
durch den Zugführer
ausgelöst
wird, sendet das Funkfrequenzkommunikationssystem ein Notbremsensignal über die
Funkfrequenzverbindung an jede der nachfolgenden Loks. In Reaktion
darauf entleeren die nachfolgenden Loks die Bremsleitung. Dieses
Verfahren erlaubt eine schnelle Ausführung der Notbremsenanwendung,
da die Bremsleitung von allen Loks entleert wird und nicht nur der
führenden
Lok wie bei einem herkömmlichen
Zug.
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Die 1 und 2 stellen
schematisch einen beispielhaften Zug mit verteiltem Antrieb 10 dar, der
in eine durch den Pfeil 11 angezeigte Richtung fährt, wobei
eine oder mehrere nachfolgende Einheiten 12A–12C entweder
von einer führenden
Einheit 14 (1) oder von einem Steuerturm 16 (2)
gesteuert werden. Eine Lok 15 wird von der führenden Einheit 14 über eine
MU-Linie 17 gesteuert, die zwei Einheiten verbindet. Die
Inhalte der vorliegenden Erfindung können auf den Zug mit verteiltem
Antrieb 10 angewendet werden sowie auf ein Kommunikationssystem,
das wie nachstehend beschrieben damit funktioniert.
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Es
sollte verstanden werden, dass der einzige Unterschied zwischen
den Systemen in den 1 und 2 darin
liegt, dass die Ausgabe der Befehle und Meldungen von der führenden
Einheit 14 in 1 durch den Steuerturm 16 von 2 ersetzt wird
und bestimmte Sperren des Systems von 1 entfernt
sind. Typischerweise kommuniziert der Steuerturm 16 mit
der führenden
Einheit 14, die wiederum mit den nachfolgenden Einheiten 12A–12C verbunden
ist.
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In
einer Ausführungsform
umfasst ein Kommunikationskanal des Kommunikationssystems einen
einzigen halbduplexen Kommunikationskanal mit einer Bandbreite von
drei Kilohertz, in dem die Meldungen und Befehle einen seriellen
Binärdatenstrom
umfassen, der mittels Frequenzumtastungsmodulation über eine
von vier verfügbaren
Trägerfrequenzen
kodiert ist. Die verschiedenen Bitpositionen übertragen Informationen bezüglich der Übertragungsart
(z. B. Meldung, Befehl, Alarm), die wesentliche Meldung, den Befehl
oder Alarm, die Adresse der empfangenden Einheit, die Adresse der
sendenden Einheit, herkömmliche
Start und Stopbits und Fehlererfassungs-/Fehlerkorrekturbits. Die Einzelheiten
der von dem System bereitgestellten Meldungen und Befehle und das Übertragungsformat
der einzelnen Meldungen und Befehle werden im staats eigenen
US-Patent Nr. 4,582,280 erläutert, das
als Referenz hierin enthalten ist.
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Der
Zug mit verteiltem Antrieb 10 aus den 1 und 2 umfasst
ferner eine Mehrzahl Wagen 20, die zwischen den nachfolgenden
Einheiten 12A/12B und der nachfolgenden Einheit 12C (von 1)
eingefügt
sind. Die Anordnung der Loks 14 und 12A–12C und
der Wagen 20, die in den 1 und 2 dargestellt
ist, ist nur beispielhaft, da die vorliegende Erfindung auch auf
andere Loks/Wagen-Anordnungen angewendet werden kann. Die Wagen 20 sind
mit einem Druckluftbremssystem (in den 1 und 2 nicht
dargestellt) versehen, das die Wagenluftdruckbremsen in Reaktion
auf einen Druckabfall in einer Bremsleitung 22 anwendet
und die Luftdruckbremsen bei Druckanstieg in der Bremsleitung 22 löst. Die
Bremsleitung 22 erstreckt sich über die Länge des Zuges, um die Veränderungen
im Druckluftdruck zu übertragen,
der von den individuellen Luftdrucksteuerungen 24 in der
führenden
Einheit 14 und den nachfolgenden Einheiten 12A, 12B und 12C angegeben
wird.
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Bei
bestimmten Anwendungen ist ein bordfremder Verstärker 26, der nachstehend
weiter beschrieben wird, in Funkkommunikationsabstand des Zuges 10 angeordnet,
um Kommunikationssignale zwischen der führenden Einheit 14 und
den nachfolgenden Einheiten 12A, 12B und 12C weiterzuleiten.
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Die
führende
Einheit 14, die nachfolgenden Einheiten 12A, 12B und 12C,
der bordfremde Verstärker 26 und
der Steuerturm 16 sind mit einer Sende-Empfangsgerät 28 versehen,
die mit einer Antenne 29 funktioniert, um die Kommunikationssignale über den
Kommunikationskanal zu empfangen und zu senden. Die Sende-Empfangsgerät 28 der
führenden
Einheit ist mit einer führenden
Station 30 verbunden, um Befehle und Meldungen von der
führenden Einheit 14 zu
erzeugen und an die nachfolgenden Einheiten 12A–12C auszugeben
und von ihnen Antwortmeldungen zu empfangen.
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Die
Befehle werden in Reaktion auf die Handsteuerung der Antriebskraft
und der Bremssteuerung innerhalb der führenden Einheit 14 in
der führenden
Station 30 erzeugt, wie vorstehend beschrieben, oder wenn
erforderlich automatisch. Jede nachfolgende Einheit 12A–12C und
der bordfremde Verstärker 26 umfassen
eine nachfolgende Station 32, um Übertragungen der führenden
Einheit 14 zu verarbeiten und auf diese zu antworten und
um Antwortmeldungen und Befehle auszugeben.
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Die
vier Hauptarten der von dem Kommunikationssystem ausgeführten Funkübertragungen
umfassen: (1) Verbindungsmeldungen von der führenden Einheit 14 an
jede der nachfolgenden Einheiten 12A–12C, die die führende Einheit 14 und
die nachfolgenden Einheiten 12A–12C verbinden, d.
h. das Kommunikationssystem zur Verwendung durch die führende Einheit 14 und
die nachfolgenden Einheiten 12A–12C zu konfigurieren
oder einzurichten, (2) Verbindungsantwortmeldungen, die den Empfang
und die Ausführung
der Verbindungsmeldung anzeigen, (3) Befehle von der führenden
Einheit 14, die eine oder mehrere Funktionen (z. B. Anwendung
von Antriebskraft oder Bremsung) von einer oder mehreren nachfolgenden
Einheiten 12A–12C steuern
und (4) Status- und Alarmmeldungen, die von einer oder mehreren
nachfolgenden Einheiten 12A–12C übertragen
werden, die die führende
Einheit 14 hinsichtlich der einen oder mehreren nachfolgenden
Einheiten 12A–12C aktualisieren
oder sie mit den notwendigen Betriebsinformationen versorgen.
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Jede
von der führenden
Einheit 14 gesendete Meldung und jeder gesendete Befehl
wird an alle nachfolgenden Einheiten 12A–12C übertragen
und umfasst einen Identifikator für die führende Einheit zur Anwendung
in den nachfolgenden Einheiten 12A–12C, um festzustellen,
dass die sendende führende
Einheit die führende
Einheit desselben Zuges ist. Eine bestätigende Feststellung veranlasst
die nachfolgende Einheit 12A–12C, den empfangenen Befehl
auszuführen.
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Die
von einer der nachfolgenden Einheiten 12A–12C gesendeten
Meldungen und Alarme umfassen auch die Adresse der sendenden Einheit.
Als Ergebnis eines zuvor vollendeten Verbindungsvorgangs kann die
empfangende Einheit, d. h. die führende
oder eine andere nachfolgende Lok, bestimmen, ob sie der gedachte
Empfänger
für die
empfangene Übertragung
ist, indem sie die Identifikation der sendenden Einheit in der Meldung überprüft, und kann
entsprechend antworten.
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Diese
vier Meldungsarten, umfassend die Adressinformation in jeder Meldung,
gewährleisten eine
sichere Übertragungsverbindung,
die eine geringe Wahrscheinlichkeit der Unterbrechung durch störende Signale
innerhalb einer Funkübertragungsdistanz
des Zuges 10 aufweist. Die Meldungen erlauben die Steuerung
der nachfolgenden Einheiten 12A–12C von der führenden
Einheit 14 und liefern Betriebsinformationen der nachfolgenden
Einheiten an die führende
Einheit 14.
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Obwohl
die meisten Befehle wie vorstehend beschrieben zur Ausführung von
der führenden
Einheit 14 ausgegeben und an die nachfolgenden Einheiten 12A–12C übertragen
werden, gibt es eine Situation, in der eine nachfolgende Einheit 12A–12C Befehle
an die anderen nachfolgenden Einheiten und die führende Einheit 14 ausgibt.
Wenn eine nachfolgende Einheit 12A–12C einen Zustand
erfasst, der eine Notbremsenanwendung rechtfertigt, überträgt die nachfolgende
Einheit einen Notbremsenbefehl an alle anderen Einheiten des Zuges.
Der Befehl umfasst die Identifikation der führenden Lok des Zuges und wird
deshalb an jeder nachfolgenden Einheit ausgeführt, als wäre der Befehl von der führenden Einheit
ausgegeben worden.
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In
der gesamten Beschreibung der vorliegenden Erfindung beschreiben
die Begriffe Funkverbindung, HF-Verbindung und HF-Kommunikationen sowie ähnliche
Begriffe ein Verfahren zur Kommunikation zwischen zwei Verbindungen
in einem Netzwerk. Es sollte verstanden werden, dass die Kommunikationsverbindung
zwischen Knoten (Loks) in dem System gemäß der vorliegenden Erfindung
nicht auf Funk- oder HF-Systeme oder dergleichen begrenzt ist und
beabsichtigt, alle Verfahren abzudecken, durch welche Meldungen
von einem Knoten zu einem andern oder zu mehreren anderen geliefert
werden können,
umfassend, aber nicht begrenzt auf, magnetische Systeme, akustische
Systeme und optische Systeme. Gleichermaßen wird das System der vorliegenden
Erfindung in Verbindung mit einer Ausführungsform beschrieben, in
der Funkverbindungen (RF) zwischen Knoten verwendet werden und in
der die verschiedenen Komponenten mit solchen Verbindungen kompatibel
sind; allerdings beabsichtigt diese Beschreibung der gegenwärtig bevorzugten
Ausführungsform
nicht, die Erfindung auf diese bestimmte Ausführungsform zu begrenzen.
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In
einem Zug mit verteiltem Antrieb überträgt das Kommunikationssystem
an der führenden
Einheit eine Funkfrequenzmeldung (RF), die den Befehl darstellt,
in Reaktion auf einen vom Bediener ausgelösten Befehl an jede nachfolgende
Einheit. Solche Befehle können
Drossel- oder Antriebsbefehle und Druckluftbrems-, dynamische Brems-
und elektrische Bremsbefehle umfassen. Im Falle eines Druckluftbremsbefehls
wird bei Erhalt der Meldung der Bremsbefehl an jeder nachfolgenden
Einheit ausgeführt, um
die Befehlsantwort an den Wagen zu beschleunigen, da die nachfolgenden
Einheiten die Funkfrequenzmeldung empfangen, bevor sie die Druckveränderung
in der Bremsleitung erfassen. Wenn zum Beispiel der Zugführer ein
Bremsen befiehlt, wird die Bremsleitung an der führenden Einheit entleert und der
Druckabfall breitet sich entlang der Länge des Zuges aus, bis er das
Zugende erreicht. In Abhängigkeit
von der Zuglänge
können
mehrere Sekunden vergehen, bevor der Druckabfall den letzten Eisenbahnwagen
erreicht. Das Entlüften
der Bremsleitung an der führenden
und den nachfolgenden Loks, die letzteren in Reaktion auf die HF-Meldung,
beschleunigt das Entlüften
der Bremsleitung und das Anziehen der Bremsen an jedem Eisenbahnwagen,
besonders bei den Eisenbahnwagen, die sich am hinteren Teil des
Zuges befinden. Somit folgen die Bremsvorgänge an den nachfolgenden Loks
den Bremsvorgängen
der führenden
Einheit in Reaktion auf die von dem Kommunikationssystem übertragenen
HF-Signale.
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Ein
an der führenden
Einheit ausgelöstes
Lösen der
Bremse wird den nachfolgenden Einheiten ebenfalls über die
Funkfrequenzverbindung mitgeteilt, so dass die Bremsleitung von
allen Loks bis zum Nenndruck aufgefüllt wird, wodurch die Auffüllzeit der Bremsleitung
verringert wird.
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Wenn
der Zugführer
an der führenden
Lok eine Notbremsenanwendung auslöst, sendet das Kommunikationssystem
ein Notbremsensignal über die
Funkfrequenzverbindung an jede der nachfolgenden Loks. Die nachfolgenden
Loks entleeren die Bremsleitung, um eine schnellere Ausführung der Notbremsen anwendung
zu ermöglichen,
da die Bremsleitung von allen Loks entleert wird und nicht nur von
der führenden
Lok wie bei einem herkömmlichen
Zug.
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Im
Wesentlichen erlauben die über
das Kommunikationssystem gesendeten Meldungen die Anwendung mehrerer
gleichmäßiger Antriebskräfte auf die
Eisenbahnwagen und verbessern die Bremsleistung, da jede Lok eine
Bremsenanwendung mit der Geschwindigkeit des HF-Signals durchführen kann und
nicht mit der langsameren Geschwindigkeit, mit der sich das Bremssignal
der pneumatischen Bremsleitung entlang des Zuges ausbreitet.
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Wenn
der Zug mit verteiltem Antrieb in einer Umgebung arbeitet, in der
jede nachfolgende Einheit voraussichtlich von der führenden
Einheit gesendete Befehlsmeldungen empfängt, zum Beispiel wenn der Zug
entlang einer relativ geraden Länge
des Gleises ohne unmittelbare Hindernisse nach einem Funkfrequenzsignal
fährt,
arbeitet das Kommunikationssystem in einem normalen Modus. In diesem
Modus werden keine Kommunikationsverluste, Störungen oder wiederholten Meldungen
(weil die Meldung bei ihrer ersten Übertragung ihr beabsichtigtes
Ziel nicht erreicht) erwartet. Die meisten in dem normalen Modus
ausgegebenen Meldungen werden gemäß eines festen Meldungsprioritätsprotokoll
gesteuert, nach dem jede nachfolgende Einheit in Reaktion auf eine von
der führenden
Einheit ausgegebene Befehlsmeldung nach einem vorbestimmten Intervall
im Anschluss an die Übertragung
des Befehls eine Statusmeldung überträgt. Daher
wird jeder nachfolgenden Einheit ein Zeitfenster zugewiesen, das
an der Übertragung
der Befehlsmeldung der führenden
Einheit gemessen ist und in dem jede nachfolgende Einheit ihre Meldung überträgt.
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Ein
Zeitdiagramm von 3, in dem das System für einen
Eisenbahnzug beschrieben ist, der eine führende Einheit und vier nachfolgende
Einheiten umfasst, stellt die Konzepte dar, die zu dem festen Meldungsprioritätsprotokoll
für die
normale Kommunikation gehören.
Die in Verbindung mit 3 beschriebenen Konzepte können auf
einen Zug angewendet werden, der mehr oder weniger als vier nachfolgende
Loks umfasst.
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Gemäß diesem
Schema überträgt die führende Einheit
zu einer Zeit t = 650 ms eine Befehlsmeldung (zum Beispiel einen
Bremsbefehl, einen Antriebsbefehl, einen dynamischen Bremsbefehl
etc.), die voraussichtlich von allen nachfolgenden Loks in dem Zug
mit verteiltem Antrieb empfangen wird. Wie in 3 zu
erkennen ist, wird jeder Sende- und Empfangsgerät (Funk) ein 30 ms-Einschaltintervall
zugewiesen, und eine Beispiellänge
für die
Befehlsmeldung beträgt
193 ms. Nach Ablauf eines vorbestimmten Intervalls im Anschluss
an die Übertragung
von der führenden
Einheit, zum Beispiel 50 ms wie in 3 angedeutet, überträgt eine
erste nachfolgende Lok die Befehlsmeldung und ihre Statusmeldung
zurück
(zum Beispiel entlüftet
die erste nachfolgende Lok die Bremsleitung in Reaktion auf den
Bremsbefehl). Die Statusmeldung ist für die führende Lok gedacht, so dass
der Zugführer über die
Antwort der ersten nachfolgenden Einheit auf den Befehl informiert
wird. Es ist ebenfalls zu beachten, dass jede nachfolgende Einheit
die Befehlsmeldung und ihre Statusmeldung weitersendet, um die Wahrscheinlichkeit,
dass der Befehl von allen nachfolgenden Loks empfangen wurde, zu
maximieren. Die in 3 dargestellte Einschaltzeit,
die Meldungsdauer etc. sind lediglich beispielhaft und können je
nach Anwendung und Spezifikationen der Komponenten variieren, die das
Kommunikationssystem bilden.
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Die
zweite nachfolgende Lok wiederholt die Befehlsmeldung und überträgt ihre
Statusmeldung nach einer vorbestimmten Verzögerung, zum Beispiel 50 ms,
im Anschluss an die Übertragung
der ersten nachfolgenden Einheit. Der Vorgang der Befehlswiederholung
und Statusübertragung
dauert an, bis alle nachfolgenden Loks die Befehlsmeldung wiederholt
und ihre entsprechende Statusmeldung übertragen haben. Ein Ende des
Meldungszustands tritt ein, wenn die letzte nachfolgende Einheit
ihren Status übertragen
hat, wonach die führende
Einheit eine andere Befehlsmeldung an die nachfolgenden Loks übertragen
kann. In der Ausführungsform
der 3 tritt das Ende der Meldung bei t = 2896 ms oder
2271 ms im Anschluss an die Anfangsübertragung der führenden
Einheit ein.
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Wenn
die führende
Einheit eine Befehlsmeldung überträgt, wird
die führende
Einheit solange nicht wissen, ob die Meldung von allen nachfolgenden
Einheiten in dem Zug empfangen wurde, bis sie eine nachfolgende
Statusmeldung von jeder nachfolgenden Einheit empfängt (wobei
die Statusmeldungen den Empfang und die Ausführung der Befehlsmeldung anzeigen)
oder von einer oder mehreren der nachfolgenden Einheiten keine Statusmeldung
empfängt
(das Fehlen einer Statusmeldung zeigt an, dass die Befehlsmeldung
nicht empfangen wurde). Daher wird, um sicherzustellen, dass jede
nachfolgende Einheit die Befehlsmeldungen empfängt, gemäß einer Ausführungsform
des Kommunikationssystems die Meldung von jeder nachfolgenden Einheit
wiederholt.
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Es
ist zu beachten, dass es möglich
ist, dass eine oder mehrere nachfolgende Statusmeldungen von der
führenden
Einheit nicht empfangen werden können.
Wenn das der Fall ist, überträgt die führende Einheit
die Befehlsmeldung erneut und er wartet eine Antwortstatusmeldung
von jeder nachfolgenden Einheit des Zuges. Ein Merkmal der vorliegenden
Erfindung, das nachstehend beschrieben wird, erhöht die Wahrscheinlichkeit,
dass alle Statusmeldungen von der führenden Einheit empfangen werden,
wodurch die Wahrscheinlichkeit der Neuübertragung verringert wird,
ohne dabei die Gesamtübertragungszeit
für die
Befehls- und Statusmeldungen wesentlich zu beeinträchtigen.
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Zusätzlich zu
dem vorstehend beschriebenen festen Prioritätsprotokoll werden bestimmte
Befehle, z. B. eine Notbremsenanwendung, als Befehlsmeldungen mit
hoher Priorität
eingestuft und gemäß einem
anderen Prioritätsprotokoll
als dem festen Prioritätsprotokoll übertragen.
Wieder andere Befehlsmeldungen, z. B. eine Kommunikationssystemprüfung, arbeiten
gemäß anderen
Prioritätsprotokollen, die
die Übertragung
dieser Befehle und die Antwort der nachfolgenden Einheiten steuern.
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Wenn
der Zug mit verteiltem Antrieb bestimmte Gebiete oder Gleisabschnitte
mit unmittelbaren natürlichen
oder künstlich
geschaffenen Hindernissen passiert, kann eine Sichtlinienkommunikationsverbindung
zwischen den sendenden und empfangenden Einheiten unterbrochen werden.
Daher können
Befehle und Statusmeldungen nicht zuverlässig von der empfangenden Einheit
empfangen werden, d. h. der führenden
Lok für
Meldungen, die von einer nachfolgenden Einheit gesendet wurde, und
einer nachfolgenden Lok für
Meldungen, die von der führenden
Einheit gesendet wurde. Obwohl leistungsstarke, widerstandsfähige Sende-Empfangsgeräte in der
Lage sind, unter bestimmten Betriebsbedingungen das Signal erfolgreich
an die empfangende Einheit zu übertragen,
können
solche Geräte ziemlich
kostenintensiv sein. Ferner kann in einigen Be triebsszenarien nicht
einmal ein leistungsstarkes Sende-Empfangsgerät die Kommunikation erfolgreich
durchführen,
zum Beispiel wenn ein langer Zug ein gebogenes Gleissegment neben
einem natürlichen
Hindernis, wie einem Berg, entlang fährt, und der Kommunikationsweg
zwischen der führenden Einheit
und einer oder mehreren nachfolgenden Einheiten durch den Berg behindert
wird. Auch wenn der Zug durch einen Tunnel fährt, sind bestimmte Sende-Empfangsgeräte nicht
in der Lage, mit anderen Sende-Empfangsgeräten an Bord der Loks zu kommunizieren.
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Zum
Verbessern der Systemzuverlässigkeit umfasst
eine Ausführungsform
des Kommunikationssystems des Zuges mit verteiltem Antrieb den bordfremden
Verstärker 26 (siehe 1)
zum Empfangen von Meldungen, die von der führenden Einheit 14 gesendet
wurden, und Empfangen (Weiterübertragen)
der Meldung zum Empfangen durch die nachfolgenden Einheiten 12A–12C.
Diese Ausführungsform kann
zum Beispiel entlang einer Länge
des Gleises, dass durch einen Tunnel läuft, praktiziert werden. In solch
einer Ausführungsform
umfasst der bordfremde Verstärker 26 eine
Antenne 29 (z. B. entlang der Tunnellänge angebrachte Leckwellenleitung)
und das entfernte Endgerät 32 zum
Empfangen und Weiterübertragen
der Meldungen der führenden
Einheit, die von allen nachfolgenden Einheiten 12A–12C innerhalb
des Ruf-Kommunikationsbereichs der Verstärkerantenne 29 empfangen
werden.
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KURZZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Gemäß einer
Ausführungsform
umfasst die vorliegende Erfindung ein Kommunikationsverfahren für einen
Eisenbahnzug, der eine führende
Lok und nachfolgende Loks umfasst. Das Verfahren umfasst ferner
das Übertragen
einer ausgehenden Meldung der führenden
Lok, bei jeder nachfolgenden Lok das Empfangen der ausgehenden Meldung
der führenden
Lok oder einer anderen nachfolgenden Lok und das Übertragen
der ausgehenden Meldung, bis die ausgehende Meldung von der letzten
nachfolgenden Lok empfangen wurde, und an der letzten nachfolgenden
Lok das Übertragen
einer eingehenden Meldung in Reaktion auf die ausgehende Meldung,
und bei jeder nachfolgende Lok, mit Ausnahme der letzten nachfolgenden
Lok, das Empfangen der eingehenden Meldung einer anderen nachfolgenden
Lok und Anfügen
einer örtlichen
Statusmeldung und Übertragen
einer modifizierten eingehenden Meldung, bis die modifizierte eingehende
Meldung von der führenden
Lok empfangen wurde.
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KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
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Die
vorliegende Erfindung ist leichter zu verstehen und die weiteren
Vorteile und Verwendungsmöglichkeiten
werden deutlicher, wenn sie im Hinblick auf die nachstehende ausführliche
Beschreibung in Verbindung mit den nachstehenden Figuren gelesen
wird, in denen:
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Die 1 und 2 schematische
Darstellungen eines Zuges mit verteiltem Antrieb sind, auf den die
Inhalte der vorliegenden Erfindung angewendet werden können.
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3 ein
Zeitdiagramm des normalen Meldungsprioritätsprotokolls für ein Kommunikationssystem
aus dem Stand der Technik ist.
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4 ein
Zeitdiagramm eines bordeigenen Meldungsprioritätsprotokolls gemäß der Inhalte
der vorliegenden Erfindung zur Verwendung in einem Zug ist, der
vier nachfolgende Einheiten umfasst.
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5 eine
Tabelle ist, die Zeitparameter für das
bordeigene Meldungsprioritätsprotokoll
gemäß der Inhalte
der vorliegenden Erfindung darstellt.
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6 ein
Zeitdiagramm einer anderen Ausführungsform
eines bordeigenen Meldungsprioritätsprotokolls gemäß der Inhalte
der vorliegenden Erfindung zur Verwendung in einem Zug ist, der
vier nachfolgende Einheiten umfasst.
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7 ein
Zeitdiagramm eines bordeigenen Meldungsprioritätsprotokolls gemäß der Inhalte
der vorliegenden Erfindung zur Verwendung in einem Zug ist, der
drei nachfolgende Einheiten umfasst.
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8 ein
Zeitdiagramm für
ein bordfremdes Meldungsverstärkungssystem
gemäß der Inhalte
der vorliegenden Erfindung ist.
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9 eine
Tabelle ist, die Zeitparametervergleiche für das normale Meldungsprioritätsprotokoll, das
bordeigene Meldungsverstärkungsprioritätsprotokoll
und das bordfremde Meldungsverstärkungsprioritätsprotokoll
darstellt.
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10 eine
schematische Darstellung eines Zuges mit verteiltem Antrieb gemäß einer
anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist.
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Die 11 und 12 Flussdiagramme sind,
die die Verarbeitungsschritte gemäß zweier Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung darstellen.
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Laut
allgemeiner Praxis sind die verschiedenen beschriebenen Merkmale
nicht maßstabsgerecht
dargestellt, aber dargestellt, um die für die Erfindung relevanten
spezifischen Merkmale hervorzuheben. Bezugszeichen kennzeichnen
gleiche Elemente in allen Figuren und im gesamten Text.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Bevor
das spezielle Verfahren und die Vorrichtung für ein Meldungsprioritätsprotokoll
für ein bordeigenes
Meldungsverstärkungssystem
gemäß der vorliegenden
Erfindung ausführlich
beschrieben wird, sollte angemerkt werden, dass die vorliegende Erfindung
hauptsächlich
in einer neuartigen Kombination aus Hardware- und Softwareelementen
in Bezug auf das Verfahren und die Einrichtung liegt. Dementsprechend
sind die Hardware- und Softwareelemente in den Figuren durch herkömmliche
Elemente dargestellt, die lediglich die spezifischen Einzelheiten zeigen,
die zu der vorliegenden Erfindung gehören, um die Darstellung nicht
mit baulichen Einzelheiten zu verdecken, die Fachleuten mithilfe
der hierin dargestellten Beschreibung deutlich werden.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung, die ein Meldungsprioritätsprotokoll für ein bordeigenes
Meldungsverstärkungssystem
in einem Zug mit verteiltem Antrieb umfasst, wie z. B. dem Zug mit
verteiltem Antrieb 10 von 1, springen
die von der führenden
Einheit 14 übertragenen
Meldungen vom Kopfende des Zuges bis zum Ende des Zuges, da jede
nachfolgende Einheit 12A–12C die Meldung empfängt und
weiter überträgt.
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Ferner
kann, wenn der Zug in eine Umgebung kommt, in der die führende Lok
nicht erfolgreich mit jeder nachfolgenden Einheit direkt kommunizieren
kann (zum Beispiel wenn der Zug in einen Tunnel einfährt), das
Kommunikationssystem automatisch auf das Prioritätsprotokoll zur bordeigenen
Verstärkung
der Meldung (OBMR) gemäß den Inhalten
der vorliegenden Erfindung ausweichen. Solch ein Ausweichen tritt
zum Beispiel auf, wenn das Kommunikationssystem eine Störung von
mehr als einer vorbestimmten festen Dauer, zum Beispiel einer Minute, erfährt. Wenn
aktiviert, ist das OBMR-Protokoll in einer Ausführungsform für fünfzehn Minuten
aktiviert, danach kehrt das Kommunikationssystem zum Betrieb des
normalen Meldungsprioritätsprotokolls
zurück,
d. h. wie in Verbindung mit 3 beschrieben. In
einer anderen Ausführungsform
kann das Kommunikationssystem für
dauerhaften OBMR-Betrieb konfiguriert sein oder der OBMR-Betrieb
kann von dem Zugführer
manuell aktiviert werden.
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4 stellt
ein beispielhaftes OBMR-Protokoll für einen Zug dar, der eine führende Einheit
und vier nachfolgende Einheiten umfasst. In diesem Modus überträgt die führende Einheit
eine Befehlsmeldung (d. h. eine Meldung, die eine neue Funktion
an die nachfolgenden Einheiten befiehlt oder eine Statusaktualisierungsmeldung,
die die Statusinformationen der nachfolgenden Einheiten anfordert
und auch den zuletzt übertragenen
Befehl umfasst). Die erste nachfolgende Einheit empfängt die
ausgehende Befehlsmeldung und wiederholt die Meldung für den Empfang
durch die anderen nachfolgenden Einheiten des Zuges.
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Wie
in 4 dargestellt, beginnt die Übertragung der führenden
Einheit bei 625 ms nach einer Zeit t = 0. Dieses Intervall ist lediglich
beispielhaft und stellt ein vorbe stimmtes Minimumintervall zwischen dem
Empfang einer Meldung an der führenden
Einheit und der Übertragung
eines späteren
Befehls von der führenden
Einheit dar. Beachten Sie das beispielhafte 50 ms-Verzögerungsintervall
zwischen dem Ende einer Meldungsübertragung
und der Neuübertragung
der Meldung und ebenfalls die zugewiesene beispielhafte 30 ms-Funkeinschaltzeit
(Sende-Empfangsgerät).
Im Wesentlichen ist die Länge
der von der führenden
Einheit gesendeten Befehlsmeldungen, der von den nachfolgenden Einheiten
gesendeten Meldungen und der Intervalle zwischen den Meldungsübertragungen
festgelegt. Jedoch können
diese Längen
bei Bedarf für
eine spezielle Anwendung der vorliegenden Erfindung variieren und
sich bei verschiedenen Zugführern
unterscheiden.
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Im
Gegensatz zu dem vorstehend beschriebenen Kommunikationsmodus überträgt die erste nachfolgende
Einheit bei Empfang der ausgehenden Meldung keine Antwortstatusmeldung.
Stattdessen wiederholt die erste nachfolgende Einheit (und jede weitere
nachfolgende Einheit) die ausgehende Meldung, wodurch ermöglicht wird,
dass sich die ausgehende Meldung entlang der Länge des Zuges verbreitet, ohne
die Zeit der Statusmeldungsübertragung
von jeder nachfolgenden Einheit zu überschreiten. Wie in 4 deutlich
wird, überträgt jede
nachfolgende Einheit die ausgehende Meldung innerhalb ihres jeweiligen
vordefinierten Zeitfensters neu. Somit springt die Meldung für den Empfang
durch jede nachfolgende Einheit durch den ganzen Zug. Zu diesem
Zeitpunkt sind keine Statusmeldungen an die führende Lok zurückgekehrt.
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Wenn
die letzte nachfolgende Einheit (die n-te nachfolgende Einheit)
die Befehlsmeldung erhält,
sendet die letzte nachfolgende Einheit ihre Statusmeldung (d. h.
eine eingehende Meldung) an die vorige (n-1-te) nachfolgende Einheit
zurück.
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Gemäß der herkömmlichen
Praxis ist, wenn das Kommunikationssystem konfiguriert ist oder
die führende
und die nachfolgenden Einheiten verbunden sind, die von der führenden
Einheiten am weitesten entfernte nachfolgende Einheit als die letzte nachfolgende
Einheit konfiguriert, d. h. die letzte nachfolgende Einheit weiß, dass
sie die letzte nachfolgende Einheit des Zuges ist. Daher antwortet
die letzte nachfolgende Einheit mit ihrer Statusmeldung, wenn sie
die ausgehende Meldung empfängt.
Die nachfolgende Einheit drei (in dem Fall, in dem n = 4) empfängt die
Statusmeldung von der nachfolgenden Einheit vier und speichert die
empfangene Statusmeldung bis zu ihrem angegebenen Zeitfenster, an dem
die nachfolgende Einheit drei die Statusmeldung der nachfolgenden
Einheit vier wiederholt und ihre eigene Statusmeldung anfügt und beide
Statusmeldungen in Richtung der führenden Einheit, d. h. an die
zweite nachfolgende Einheit, überträgt. Die nachfolgende
Einheit zwei empfängt
die Statusmeldung von den nachfolgenden Einheiten vier und drei und überträgt deren
Statusmeldungen plus ihre eigene Statusmeldung in Richtung der führenden
Einheit. Der Vorgang geht weiter bis die Statusmeldung jeder nachfolgenden
Einheit die führende
Einheit als verbundene Meldung erreicht, die die Statusmeldung von
jeder nachfolgenden Einheit umfasst.
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Wie
in 4 zu erkennen ist, tritt das ein bei t = 4377
ms oder einer vergangenen Gesamtzeit von 3752 ms vom Start der Übertragung
der ausgehenden Befehlsmeldung bis zum Empfang aller Statusmeldungen
an der führenden
Einheit.
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Gemäß dem Standardbetriebsvorgang
des Kommunikationssystems des Zuges mit verteiltem Antrieb wird,
in dem Fall, dass eine nachfolgende Einheit die ausgehende Meldung
nicht empfängt,
wie sie ursprünglich
von der führenden
Einheit über tragen
wurde oder wie die Meldung von den nachfolgenden Einheiten erfolgreich
wiederholt wurde, eine nichtempfangende nachfolgende Einheit keine
Statusmeldung aufweisen, um sie an die führende Einheit zu melden. Die
führende
Einheit erwartet eine Statusmeldung von jeder nachfolgenden Einheit
und kann aus den empfangenen Statusmeldungen (jede Statusmeldung
der nachfolgenden Einheit umfasst einen Identifikator der nachfolgenden
Einheit) ermitteln, welche nachfolgende Einheit die Befehlsmeldung
nicht empfangen hat. Somit wird, wenn die führende Einheit von einer oder
mehreren nachfolgenden Einheiten keine Statusmeldung empfängt, der Befehl
von der führenden
Einheit erneut übertragen. Gemäß einer
Ausführungsform
wird der Zugführer durch
eine entsprechende Anzeige auf einer Anzeige der führenden
Einheit darüber
informiert, dass diese nachfolgende Einheit fehlt.
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Wie
von Fachleuten anerkannt wird, kann eine von einer nachfolgenden
Einheit übertragene Statusmeldung
zusätzlich
zu der vorgesehenen empfangenden nachfolgenden Einheit von nachfolgenden
Einheiten empfangen werden, d. h. die vorgesehene empfangende nachfolgende
Einheit ist die nachfolgende Einheit, die an die übertragende
nachfolgende Einheit in Richtung der führenden Einheit des Zuges grenzt.
Zum Beispiel können
in dem Zug mit verteiltem Antrieb mit vier nachfolgenden Einheiten
von 4 die beiden nachfolgenden Einheiten zwei und
drei die von der nachfolgenden Einheit vier übertragene Statusmeldung empfangen.
Die nachfolgende Einheit zwei speichert die Statusmeldung der nachfolgenden
Einheit vier bis das angegebene Zeitfenster abläuft und kann die Statusmeldung
der nachfolgenden Einheit vier ein zweites Mal empfangen, wenn sie
von der nachfolgenden Einheit drei erneut übertragen wird. Die Fähigkeit
des mehrfachen Empfangs einer Statusmeldung verbessert die Wahrscheinlichkeit, dass
die führende
Einheit die Statusmeldung von jeder nachfolgenden Einheit empfängt, die
die Befehlsmeldung empfangen hat.
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Denken
Sie daran, dass dieser Betriebsmodus, um einen zuverlässigen Betrieb
des Systems zu bieten, voraussetzt, dass die nachfolgenden Einheiten
lediglich mit der angrenzenden nachfolgenden Einheit effektiv kommunizieren.
Allerdings ist diese Begrenzung keine Voraussetzung für den Betrieb
eines Zuges mit verteiltem Antrieb in diesem Modus.
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5 ist
eine Tabelle, die die relativen Übertragungszeiten
und Meldungsinhalte für
das Meldungsprioritätsprotokoll
für die
bordeigene Meldungsverstärkung
für einen
Zug darstellt, der eine führende
Lok und vier nachfolgende Loks umfasst, wie in 4 dargestellt.
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Die
Zeitverzögerungsspalte
von 5 kennzeichnet die Zeitverzögerung zwischen dem Ende einer Übertragung
und dem Beginn einer anderen Übertragung,
z. B. 50 ms in der dargestellten Ausführungsform zwischen dem Ende
der Übertragung
einer ersten nachfolgenden Einheit und dem Beginn einer Übertragung
einer zweiten nachfolgenden Einheit. Allerdings ist das 50 ms-Intervall
ein Stufenintervall, d. h. wann immer eine nachfolgende Einheit
ein Signal überträgt, wartet
die nächste
nachfolgende Einheit nach dem Ende der Übertragung 50 ms,
bevor sie ihre Übertragung
beginnt. Wenn eine nachfolgende Einheit kein Signal überträgt, dann
zieht jede anschließend übertragende
nachfolgende Einheit 50 ms von ihrer Übertragungszeit ab. Die Zeitverzögerungsspalte
ist die Menge der Zeitverzögerung,
die jede nachfolgende Einheit vor der Übertragung wartet, wenn alle
vorherigen nachfolgenden Einheiten gar nicht übertragen haben. Wenn zum Beispiel
die nachfolgende Einheit eins in dem ihr zugewiesenen Zeitfenster
nicht überträgt, dann überträgt die nachfolgende
Einheit zwei 100 ms nach dem Ende der Übertragung der führenden
Einheit. Die nachfolgende Einheit drei überträgt 50 ms nach dem Ende der Übertragung
der nachfolgenden Einheit zwei.
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Gemäß einer
Variante des in Verbindung mit den 4 und 5 beschriebenen
OBMR-Protokolls wird, während
des Zeitraums, in dem die Statusmeldungen von den nachfolgenden
Einheiten in Richtung der führenden
Einheit übertragen
werden, die ausgehende Befehlsmeldung auch von den nachfolgenden
Einheiten übertragen,
um die Möglichkeit zu
maximieren, dass jede nachfolgende Einheit die Befehlsmeldung empfängt. Dieses
Szenario, das in 6 dargestellt ist, erhöht die Zeit
zwischen der Übertragung
der Befehlsmeldung von der führenden Einheit
und dem Empfang der Statusmeldungen der nachfolgenden Einheiten
an der führenden
Einheit, mit dem Vorteil der Erhöhung
der Wahrscheinlichkeit, dass jede nachfolgende Einheit die ausgehende
Meldung empfängt.
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7 ist
ein Zeitdiagramm für
das Meldungsprioritätsprotokoll
für den
bordeigenen Meldungsverstärker
für einen
Zug, der eine führende
Lok und drei nachfolgende Loks umfasst. Die Implementierungsprinzipien
für einen
Zug mit verteiltem Antrieb, der drei nachfolgende Einheiten umfasst,
sind identisch mit der Implementierung für einen Zug mit verteiltem
Antrieb mit vier nachfolgenden Einheiten, wie vorstehend in Verbindung
mit 4 beschrieben. Wie von Fachleuten anerkannt wird,
kann die in 6 dargestellte Ausführungsform,
in der die nachfolgenden Einheiten die Befehlsmeldung erneut übertragen,
auch auf einen Zug angewendet werden, der eine führende Einheit und drei nachfolgende
Loks umfasst (o- der
auf einen Zug, der eine beliebige Anzahl nachfolgender Einheiten
umfasst).
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8 ist
ein Zeitdiagramm für
das normale Kommunikationszeitprotokoll, wenn es mit dem bordfremden
Meldungsverstärker 26 arbeitet,
der vorstehend in Verbindung mit 1 beschrieben
wurde. Die führende
Einheit überträgt eine
Befehlsmeldung während
des Zeitintervalls 200, das während des Zeitintervalls 202 von
dem Meldungsverstärker 26 empfangen
und erneut übertragen
wird. Jede der vier nachfolgenden Einheiten empfängt die wiederholte Befehlsmeldung
und antwortet mit ihrer Statusmeldung in dem ihr zugewiesenen Zeitfenster.
Der Verstärker 26 empfängt die
Statusmeldungen jeder nachfolgenden Einheit und überträgt sie erneut zum Empfang durch
die führende
Einheit 14 in dem Zeitintervall 206, nach dem
das Meldungsintervall endet.
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Eine
in 8 referenzierte Dienstmeldung ist eine Meldung,
die von dem Verstärker 26 an
alle führenden
Einheiten in dem Funkbereich des Verstärkers 26 gesendet
wird und dazu führt,
dass alle empfangenden führenden
Einheiten die Übertragungen
verzögern.
Zum Beispiel verhindert die Dienstmeldung, dass eine führende Einheit,
die sich außerhalb
eines Tunnels befindet, gleichzeitig mit einer nachfolgenden Einheit überträgt, die
sich in dem Tunnel befindet. 9 vergleicht
Meldungsverzögerungszeiten
des normalen Meldungsprotokolls aus dem Stand der Technik, des OBMR-Protokolls
der vorliegenden Erfindung und des normalen Meldungszeitprotokolls,
wenn sie mit dem bordfremden Meldungsverstärker betrieben werden.
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In
anderen Ausführungsformen
umfasst das Kommunikationssystem der vorliegenden Erfindung ferner
ein Antennen- /Funkdiversitätsmerkmal und/oder
ein Signalselektionsmerkmal, die vorteilhaft sind, um die Signalübertragungswegbeeinträchtigungen
zu überwinden,
wie sie z. B. durch Mehrwegsignalausbreitung, Signalreflektionen
und Signalstörung hervorgerufen
werden (z. B. aufgrund eines an der Lok angebrachten Stromabnehmers,
um elektrischen Strom von Oberleitungen an die Lok zu liefern).
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Jeder
Zugteil aus zwei Loks umfasst eine vorwärtsgerichtete Lok 250A/250B/250C und
eine rückwärtsgerichtete
Lok 252A/252B/252C (siehe 10),
wobei jede Lok ferner einen vorwärtsgerichteten
Funk 260A/260B/260C und einen rückwärtsgerichteten
Funk 262A/262B/262C umfasst, wobei jeder
vorwärtsgerichtete
Funk in Verbindung mit einer Antenne 266A/266B/266C funktioniert
und jeder rückwärtsgerichtete
Funk in Verbindung mit einer Antenne 268A/268B/268C funktioniert
bzw. die von anderen Loks eines Zuges 270 gesendeten Meldungen empfängt. Die
Zugteilloks sind durch ein Mehrfachkabel 253A/253B/253C gekoppelt.
Gemäß herkömmlichem
Eisenbahnersprachgebrauch wird die vorwärtsgerichtete Lokomotive 250A/250B/250C als
die „A"-Einheit bezeichnet,
die die Lok 252A/252B/252C oder „B"-Einheit durch die
Steuersignale steuert, die von dem Zugführer in der „A"-Einheit ausgelöst und über das
Mehrfachkabel 253A/253B/253C an die „B"-Einheit geliefert
werden.
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Wenn
das Kommunikationssystem aktiviert ist, ist der vorwärtsgerichtete
Funk 260A/260B/260C und der rückwärtsgerichtete
Funk 262A/262B/262C in jeder Lok aktiviert.
Daher empfängt
der Funk in jedem Zugteil die von den anderen Einheiten in dem Zug 270 übertragenen
Meldungen. Sowohl der vorwärtsgerichtete
Funk 260A/260B/260C als auch der rückwärtsgerichtete
Funk 262A/262B/262C bestimmen die Qualitätsmetrik eines
Signals (wie z. B. die Signalstärke,
Bitfehlerrate oder den Empfang gültiger Daten)
für jede
empfangene Meldung. Die Signalqualitätsmetrik wird in einem Vergleicher/Prozessor 276A/276B/276C verglichen
und die Meldung mit der besseren Signalqualitätsmetrik wird als die operative Meldung
zur Verwendung in den Lokteilen ausgewählt.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform wird
die Signalqualitätsmetrik
für alle
an dem vorwärtsgerichteten
Funk 260A/260B/260C und dem rückwärtsgerichteten
Funk 262A/262B/262C empfangenen Meldungen
bestimmt, um die operative Meldung für diesen Zugteil auszuwählen. Zum
Beispiel kann jede empfangene Funkmeldung verifiziert werden, um
korrekt zu sein, indem die Meldung einem Fehlererfassungs- und Korrekturalgorithmus
unterliegt, gefolgt von der Verarbeitung gemäß der vorliegenden Erfindung,
um die Signalqualitätsmetrik des
an jedem Funk des Zugteils empfangenen Signals zu bestimmen, aus
dem die operative Meldung für
das Zugteil ausgewählt
wird.
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Alternativ
kann anstelle der Verarbeitung des gesamten Signals zum Bestimmen
der Signalqualitätsmetrik
lediglich eine erste Gruppe aus Meldungsbits analysiert werden,
um die Signalqualitätsmetrik der
Meldung zu bestimmen. Die Meldung mit der besseren Signalqualitätsmetrik
wird als die operative Meldung für
das Zugteil ausgewählt.
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Typischerweise
werden die ausgehenden Meldungen von der Antenne/dem Funk 268A/262A des
führenden
Zugteils übertragen
und die Statusmeldungen werden von den Antennen/Funk 266B/260B und 266C/260C der
nachfolgenden Einheiten übertragen.
In noch einer anderen Ausführungsform
wird zum Minimieren von Interferenz, die den fehlerfreien Empfang
der emp fangenen Signale stört,
eine der Antennen 266A/266B/266C (und
der entsprechende Funk 260A/20B/260C)
oder eine der Antennen 268A/268B/268C (und
der entsprechende Funk 262A/262B/262C)
als übertragende
Antenne in Reaktion auf eine gewünschte
Richtung für
das übertragene
Signal ausgewählt.
Es ist zu beachten, dass die Antennen 266A/266B/266C nahe
einem Vorderende des entsprechenden Lokteils liegen (ausgehend von
einer vom Pfeil 11 angedeuteten Fahrtrichtung) und die
Antennen 268A/268B/268C an einem rückwärtigen Ende
des entsprechenden Lokteils angeordnet sind.
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Der
Funk 260A/260B/260C/262A/262B/262C bestimmt
eine gedachte Richtung für
das übertragene
Signal (z. B. eingehend oder ausgehend basierend auf der Art des Signals
und/oder der in dem Signal enthaltenen Information) und wählt die übertragende
Antenne/Funk aus, die der gedachten empfangenden Antenne/Funk am
nächsten
liegt. Wenn zum Beispiel das Lokteil, das die Loks 250A und 252A umfasst,
der führende
Zugteil ist und eine ausgehende Meldung an das Lokteil übertragen
soll, das die Loks 250B und 252B umfasst, dann
wird die Antenne/Funk 268A/262A als operative
Antenne ausgewählt.
Dieses Merkmal kann besonders vorteilhaft sein, wenn jede Lok einen
Stromabnehmer 280 umfasst, um Strom von einer Oberstromleitung
(in 10 nicht dargestellt) an die Loks zu liefern.
Gemäß dieser Ausführungsform
wird eine Antenne (und der entsprechende Funk) ausgewählt, so
dass die gewünschte
Signalrichtung von dem Stromabnehmer entfernt ist. Wenn in einem
weiteren Beispiel das nachfolgende Lokteil, das die Loks 250B und 252B umfasst,
ein Signal an das Lokteil übertragen
soll, das die Loks 250A und 252A umfasst, dann
wird die Antenne/Funk 266B/260B als operative
Antenne/Funk ausgewählt. 11 ist
ein Flussdiagramm, das das Verfahren zum Implementieren der Signalauswahlfunktion
gemäß den Inhalten
der vorliegenden Erfindung darstellt. In einer Ausführungsform wird
das Verfahren von 11 in einen Mikroprozessor und
entsprechende Speicherelemente in den Loks des Eisenbahnzuges implementiert,
zum Beispiel in die Loks 260A/260B/260C/262A/262B/262C. In
solch einer Ausführungsform
stellen die Schritte in 11 ein
in dem Speicherelement gespeichertes und in dem Mikroprozessor laufendes
Programm dar. Ein Programmcode, wenn in einem Mikroprozessor implementiert,
konfiguriert den Mikroprozessor, um logische und arithmetische Operationen
zu erzeugen, um die Schritte des Flussdiagramms zu verarbeiten.
Die Erfindung kann auch in Form von Computerprogrammcode ausgeführt werden,
der in einer der bekannten Computersprachen geschrieben ist, und
Anweisungen enthält,
die in greifbaren Medien wie z. B. Disketten, CD-ROMS, Festplatten,
DVDs, entfernbaren Medien oder einem beliebigen anderen computerlesbaren
Speichermedium ausgeführt
sind. Wenn der Programmcode in einen Universal- oder Spezialrechner, der von einem
Mikroprozessor gesteuert wird, geladen und von ihm ausgeführt wird, wird
der Computer zu einem Gerät
zum Ausführen der
Erfindung. Die Erfindung kann zum Beispiel auch in Form eines Computerprogrammcodes
ausgeführt werden,
egal ob in einem Speichermedium gespeichert, der in einen Computer
geladen und/oder von ihm ausgeführt
oder über
ein Übertragungsmedium, wie
z. B. über
elektrische Drähte
oder Kabel, durch Faseroptik oder über elektromagnetische Strahlung übertragen
wird, wobei der Computer, wenn der Computerprogrammcode in einen
Computer geladen und von ihm ausgeführt wird, zu einem Gerät zum Ausführen der
Erfindung wird.
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Das
Flussdiagramm von 11 beginnt an einem Schritt 300,
in dem das Kommunikationssystem aktiviert wird, so dass der vorwärtsgerichtete Funk
(260A/260B/260C in 10)
und der rückwärtsgerichtete
Funk (262A/262B/262C in 10)
in jedem Lokteil aktiviert werden. Wie in Schritt 302 angezeigt,
empfangen beide Funksysteme die von den anderen Einheiten in dem
Zug 270 übertragenen Meldungen.
Wie in einem Schritt 304 angezeigt, bestimmen sowohl der
vorwärtsgerichtete
Funk als auch der rückwärtsgerichtete
Funk die Qualitätsmetrik
eines Signals (wie z. B. die Signalstärke, Bitfehlerrate oder den
Empfang gültiger
Daten) für
jede empfangene Meldung. Die Signalqualitätsmetrik wird in einem Schritt 306 verglichen
und die Meldung mit der besseren Signalqualitätsmetrik wird als die operative Meldung
zur Verwendung in den Lokteilen ausgewählt (siehe Schritt 310).
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Ein
Flussdiagramm von 12 stellt das Antennen/Funk-Diversitätsmerkmal
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dar. In einem Schritt 330 wird
ein Signal zur Übertragung
an andere Loks des Zuges erzeugt. In Schritt 332 wird eine
vorgesehene Richtung für
das übertragene
Signal (z. B. eingehend oder ausgehend basierend auf der Art des Signals
und/oder in dem Signal enthaltenen Information) bestimmt. In Schritt 334 wird
die übertragene Antenne/Funk
als die Antenne/Funk ausgewählt,
die der vorgesehenen empfangenden Antenne/Funk am nächsten liegt.
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Während die
Erfindung mit Bezug auf die bevorzugten Ausführungsformen beschrieben wurde, werden
Fachleute verstehen, dass verschiedene Änderungen vorgenommen und Elemente
davon mit äquivalenten
Elementen ersetzt werden können, ohne
vom Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Der
Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung umfasst ferner jede
beliebige Kombination aus den Elementen der hierin dargestellten
verschiedenen Ausführungsformen.
Zusätzlich
können
Modifikationen vorgenommen werden, um die Inhalte der vorliegenden
Erfindung an eine besondere Situation anzupassen, ohne von ihrem wesentlichen
Anwendungsbereich abzuweichen. Daher ist beabsichtigt, dass die
Erfindung nicht auf eine bestimmte Ausführungsform begrenzt ist, die
als der beste Modus zur Ausführung
dieser Erfindung dargestellt ist, dass aber die Erfindung alle Ausführungsformen
umfassen wird, die in den Anwendungsbereich der angefügten Ansprüche fallen.