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HINTERGRUND
UND ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein die automatische Identifizierung
von Schienenfahrzeugen und insbesondere die automatische Identifizierung
von Schienenfahrzeugen, die mit elektropneumatischen Bremsen ausgerüstet sind.
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Mit
der Ausstattung von Eisenbahnfrachtwagen mit elektropneumatisch
betriebenen Zugbremsen ergibt sich die Notwendigkeit einer automatischen
Identifizierung von Typ, Gewicht und Abbremskoeffizient der einzelnen
Wagen im Zug. Aktuelle Systeme erledigen dies, indem sie verlangen, dass
die Seriennummern der Wagen und andere wagenbezogene Daten manuell
in eine Datendatei in der Lokomotiven-Steuereinrichtung eingegeben werden.
Dies stellt zwar die zur richtigen Identifizierung der einzelnen
Wagen im Zug erforderlichen Daten bereit, ist aber bei großen Zuglängen (z.B.
100 und mehr Wagen) sehr zeitaufwändig und bedarf bei jeder Änderung
des Zugverbandes (also beim Anhängen
oder Abhängen
von Wagen) einer manuellen Aktualisierung. Zudem erhöht die manuelle
Eingabe von Daten die Wahrscheinlichkeit von Fehlern. Die manuelle
Eingabe der Daten von Eigengewicht, zulässigem Schienengewicht oder
Abbremskoeffizienten wären
sogar noch mühsamer,
weshalb diese Informationen zur Zeit nicht eingegeben oder sonst
wie erfasst werden.
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Die
hier konfigurierten elektropneumatisch betriebenen Zugbremsen besitzen
ein Kommunikationsnetzwerk mit einem Knoten in jedem Wagen. Dies ergibt
ein adäquates
Netzwerk, um die gewünschten Informationen
vom Wagen zur Lokomotiven-Steuereinrichtung
zu übermitteln.
Da das Bremsventil, die Bremsanlage oder die Steuereinrichtung der
elektropneumatischen Kommunikationsknoten auf den Wagen geändert werden
können,
muss ein die Daten bereitstellendes Mittel vorhanden sein, das sich
permanent auf dem Wagen befindet.
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In
DE 295 21 037 wird ein
Datenkommunikationssystem für
Frachtzüge
offenbart, das die unterschiedlichen lokale Kommunikationsknoten
der jeweiligen Wagen und eine Steuereinrichtung in einer Lokomotive
verbindet. Jeder Wagen besitzt eine Speichervorrichtung zum Speichern
der Identifikationsdaten, eine Lesevorrichtung zum Einlesen der Identifikationsdaten,
wobei diese Identifikationsdaten an die Steuereinrichtung kommuniziert
werden können,
wenn jeder Wagen eine Folgenummer erhält und Wagen-bezogene Daten
bereitstellt. Das Kommunikationssystem umfasst eine Einheit bestehend aus
einem Relais, Bustreibern, Steuervorrichtungen, Kommunikationssteuerungen
und den erforderlichen Datenleitungen, und wenn diese Einheit vom
Wagen entfernt wird, fehlen die Identifikationsdaten des Wagens.
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Es
ist somit ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die Notwendigkeit
einer manuellen Eingabe wagenspezifischer Daten zu beseitigen.
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Ein
weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die automatische Identifizierung
der einzelnen Wagen und deren Eigengewichte, zulässigen Schienengewichte, Abbremskoeffizienten
und anderer einschlägiger
Informationen.
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Es
ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, diese Daten auf
dem Wagen permanent bereitzustellen, so dass sie von einer Reparatur
oder einer Auswechslung der Bremsanlage des Wagens nicht betroffen
sind.
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Es
ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine automatisch
Identifizierung der Eisenbahnwagen zu schaffen, die mit anderen
Berichtssystemen des Wagens kompatibel oder in diese integriert
ist.
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Dieses
und andere Ziele werden erreicht durch die Bereitstellung eines
Zuges mit den Funktionsmerkmalen des Anspruchs 1. Eine Lesevorrichtung
ist mit dem lokalen Kommunikationsknoten verbunden, der mit der
Lokomotive und einem Netzwerk kommuniziert, um die in der Speichervorrichtung
gespeicherten Identifikationsdaten einzulesen. Der lokale Kommunikationsknoten
kommuniziert dann die eingelesenen Identifikationsdaten an die Steuereinrichtung
in der Lokomotive. Zu den Identifikationsdaten gehören mindestens
die Seriennummer, der Abbremskoeffizient, das Eigengewicht und das
zulässige
Schienengewicht des Wagens. Die Speichervorrichtung ist permanent
am Wagen montiert. Die Speichervorrichtung kann am Rohrhalter des
elektrisch gesteuerten Pneumatikventils montiert oder an einem Verteilerkasten
befestigt sein, der die elektrischen Zugleitung mit dem lokalen
Kommunikationsknoten verbindet. Vorzugsweise handelt es sich bei der
Speichervorrichtung und der Lesevorrichtung um untergeordnete Kommunikationsknoten,
die vom lokalen Kommunikationsknoten gesteuert und vom lokalen Kommunikationsknoten
aktiviert werden, wenn dieser die Daten benötigt.
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Die
Speichervorrichtung kann ein passiver elektrischer Transponder sein,
und die Lesevorrichtung sendet ein Signal an die passive Vorrichtung zum
Einlesen der Identifikationsdaten. Als weitere Option kann die Speichervorrichtung
elektrisch an die lokale Steuereinrichtung oder den untergeordneten
Kommunikationsknoten angeschlossen sein, wo der untergeordnete Kommunikationsknoten
sich am Verteilerkasten befindet. Wenn die Speichervorrichtung beispielsweise
am Rohrhalter montiert ist, ist der Kommunikationsknoten angrenzend
an die Speichervorrichtung angebracht, um direkt auf die Identifikationsdaten
zuzugreifen. Die Speichervorrichtung kann ein Gehäuse besitzen,
das Oberflächenanschlüsse umfasst,
und der lokale Kommunikationsknoten ist in direkter Verbindung mit
diesen Oberflächenanschlüssen. Somit
werden zusätzliche
Verdrahtungen und Anschlüsse
vermieden. Das Einlesen der Daten durch den passiven Transponder
kann auch auf der Montage des lokalen Kommunikationsknoten angrenzend
an die permanent montierte Speichervorrichtung beruhen.
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Wenn
sich der untergeordnete Knoten am Verteilerkasten befindet, wird
zwischen dem untergeordneten Kommunikationsknoten und dem lokalen Kommunikationsknoten
eine elektrische Kabelverbindung hergestellt. Zudem wird ein Stromsensor
als Teil des untergeordneten Knotens bereitgestellt. Der abgetastete
Strom kann vom untergeordneten Knoten erfasst oder in der Speichervorrichtung
gespeichert werden. Diese Daten können dann an den lokalen Kommunikationsknoten
und anschließend
an die Steuer einrichtung gesendet werden. Dieser abgetastete Strom
kann in Zugserialisierungsroutinen oder für andere Zwecke benützt werden.
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Andere
Ziele, Vorteile und Neuerungen der vorliegenden Erfindung gehen
aus der nachstehenden detaillierten Beschreibung der Erfindung hervor, wenn
diese gemeinsam mit den begleitenden Zeichnungen betrachtet wird.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine schematische Darstellung eines lokalen Kommunikationsknotens
gemäß den Grundsätzen der
vorliegenden Erfindung.
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2 ist
eine Seitenansicht eines Verteilerkastens mit abgenommener Deckplatte,
in der die Befestigung eines untergeordneten Kommunikationsknotens
dargestellt ist.
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3 ist
eine Seitenansicht eines Verteilerkastens mit abgenommener Deckplatte,
in der die Befestigung eines untergeordneten Kommunikationsknotens
mit Stromabtastfähigkeit
dargestellt ist.
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4 ist
eine perspektivische Ansicht eines Rohrhalters, wobei die Speichervorrichtung
angrenzend an den lokalen Kommunikationsknoten angeschlossen ist.
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5 ist
eine auseinandergezogene Darstellung eines Rohrhalters mit einer
Speichervorrichtung und einem lokalen Kommunikationsknoten.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜH
RUNGSBEISPIELE
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Ein
Zug besteht aus einer oder mehreren Lokomotiven und einer Mehrzahl
von Wagen. Eine Strom- und Kommunikationszugleitung 10 verbindet die
Lokomotive 12, den Wagen 14 und den angrenzenden
Wagen 16 miteinander, wie in 1 dargestellt.
Die American Association of Railroads hat LonWorks von Echelon als
Kommunikationsarchitektur für
elektropneumatische Systeme ausgewählt. Jeder Wagen besitzt in
diesem Design einen Neuronchip als Kommunikationsknoten. Die Strombereitstellung und
die Kommunikation der Zugleitung erfolgt entweder über gemeinsame
Stromleitungen oder über
getrennte Strom- und Kommunikationsleitungen. Die einzelnen Kommunikationsknoten
werden auch von einer gemeinsamen Stromleitung versorgt, auch wenn
sie lokale Speicherbatteriequellen besitzen.
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Der
lokale Kommunikationsknoten umfasst eine Wagensteuerungsvorrichtung 30.
Die Wagensteuerungsvorrichtung 30 umfasst einen Neuronchip, geeignete
Spannungsregler, einen Speicher und einen Transceiver zur Selbstversorgung
mit Strom und zur Kommunikation mit einer Lokomotiven-Steuereinrichtung
und anderen Wagen als Knoten im Kommunikationsnetzwerk. Ein LonWorks-Netzwerk
ist gut bekannt und muss deshalb hier nicht näher beschrieben werden. Die
Wagensteuerungsvorrichtung 30 ist geeignet, die elektropneumatischen
Bremsen zu bedienen und die erforderliche Kommunikation bereitzustellen.
Die Wagensteuerungsvorrichtung kann auch die erforderlichen Überwachungsfunktionen
anderer Funktionen an den einzelnen Wagen bereitstellen.
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Das
Kabel 32, 48 verbindet die Wagensteuerungsvorrichtung 30 mit
der Strom- und Kommunikationszugleitung 10, um mit Hilfe
des Transceivers der Wagensteuerungsvorrichtung die Wagensteuerungsvorrichtung
mit Strom zu versorgen und die benötigte Kommunikation bereitzustellen.
Die Wagensteuerungsvorrichtung 30 liefert über die
Leitung 34 eine Gleichspannung von annähernd 12 Volt. Ein Stromsensor 36,
bei dem es sich um einen Stromsensor mit digitalem Ausgang handelt,
wird von der Leitung 34 mit Strom versorgt und besitzt
einen Detektor 38. Der Stromsensor 36 wird in
Kombination mit dem Lastwiderstand 56, der an die Strom-
und Kommunikationszugleitung 10 angeschlossen ist, wird
in einem automatischen Zugserialisierungsschema verwendet, wie in
U.S.-Patent Serien-Nr.08/584,402 vom 11. Januar 1996 beschrieben.
Diese Anwendung ist dieser Beschreibung durch Bezugnahme einverleibt,
was die Details des Stromsensors und der automatischen Zugserialisierung
betrifft. Der Stromsensor 36 tastet mit Hilfe eines Detektors 38 den
Strom in der Zugleitung durch Überwachung
des Stroms im Leiter 16 ab, wie in 3 dargestellt.
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Jeder
der Wagen besitzt eine Speichervorrichtung, die Identifikationsdaten
speichert, zu denen mindestens die Seriennummer, der Abbremskoeffizient,
das Eigengewicht und das zulässige
Schienengewicht des Wagens gehören.
Andere Parameter, die gespeichert werden können und wagenspezifisch sind,
umfassen den Wagentyp (beispielsweise unter Heranziehung von AAR
Section L Klassen), Federweg zwischen leer und voll beladen (für Lasterfassung),
Bremszylinderfläche,
Anzahl der Bremszylinder, Bremsgestängeübersetzung oder -effizienz, Bremskraftwechselventiltyp
(wenn vorhanden), Gesamtwagenlänge
(zur Bestimmung der Distanz von der Lokomotive zum einzelnen Wagen
in Kombination mit Serialisierung und Zuglänge) und Bremssystemkonfigurationen.
Die Speichervorrichtung ist permanent am Wagen montiert und muss
nicht geändert werden.
Wenn es zu Änderungen
in den Daten kommt, ist die Speichervorrichtung vorzugsweise programmierbar.
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In
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist
eine Speichervorrichtung ein Kommunikationsknoten 40 des
Kommunikationsnetzwerks. Der untergeordnete Knoten besitzt eine
Neuronsteuerung 42, in der die Wagenidentifikationsdaten
enthalten sind, und kommuniziert über den Transceiver 44 mit
der Wagensteuerungsvorrichtung 30. Ein Gleichstromwandler 46 liefert
Energie von der Leitung 34 an das Neuron 42 und
den Transceiver 44. Das Neuron 42 erhält auch
einen Ausgang vom Stromsensor 36 mit digitalem Ausgang
und speichert die Stromdaten. Das Neuron 42 kann zu dem
mit der Zugleitung 10 verbundenen Festkörperrelais 54 einen
Optokoppler-Gleichstromwandler 52 steuern,
der seine Energie von der Leitung 34 erhält. Die
Aktivierung des Festkörperrelais 54 verbindet
den Lastwiderstand 56 mit der Stromleitung. Dies wird in
der Stromabtastroutine für
den Stromsensor 36 verwendet. Die Anwendung eines parallelen
Lastwiderstands als Teil der Stromabtastung und Serialisierung ist
in der vorangehenden Erfindung beschrieben, Patentanmeldung Seriennummer
08/584,402.
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Der
Betrieb des in 1 dargestellten Systems funktioniert
wie folgt. Wenn der Zug hergestellt wird, erregt die Wagensteuerungsvorrichtung 30 über die
Stromleitung 34 und den Transceiver 44 auf jedem
Wagen ihr entsprechendes Wagen I. D. Neuron 42. Die Wagensteuerungsvorrichtung 30 liest
dann die im Wagen I. D. Neuron 42 gespeicherten Daten über den
Transceiver 44 ein und sendet diese Daten über die
Strom- und Kommunikationszugleitung 10 zu einer Steuereinrichtung
in der Lokomotive. Nachdem die Daten von der Wagensteuerungsvorrichtung empfangen
und zur Lokomotive gesendet worden sind, schaltet die Wagensteuerungsvorrichtung 30 das
Wagen I. D. Neuron 42 aus. Die Wagen I. D. Daten könnten dazu
verwendet werden, das Ausmaß des
Bremszylinderdrucks zu bestimmen, der auf diesen bestimmten Wagen
aufzubringen ist, oder einfach die Informationen anzuzeigen, wie
beispielsweise Typ und Seriennummer des Wagens, zulässiges Schienengewicht
oder andere spezifische Informationen, die im Wagen I. D. Neuron 42 gespeichert
sind. Wie vorangehend beschrieben, kann eine Wagensteuerungsvorrichtung 30 auch
verlangen, dass das Wagen I. D. Neuron 42 den Strom in
der Zugleitung am spezifischen Wagen misst und diese Informationen
an die Wagensteuerungsvorrichtung 30 sendet. Die Wagensteuerungsvorrichtung 30 sendet
dann den Stromwert an die Lokomotive, der in einem Serialisierungsschema
benützt
wird, wodurch der zentralen Steuereinrichtung die aktuelle Position
des Wagens sowie die Wagen I. D. Daten mitgeteilt werden.
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Obwohl
der Stromsensor 36 und seine zugehörigen Stromkreise 50–56 vorteilhafter
Weise mit dem untergeordneten Knoten 40 zur Wagenidentifizierungsspeicherung
verwendet werden, kann der untergeordnete Knoten 40 ohne
die Stromabtastfähigkeit
oder deren Nutzung im Serialisierungsschema benützt werden.
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Ein
Anbringungsort für
den permanenten Anschluss der Speichervorrichtung oder des untergeordneten
Knotens 40 befindet sich am Verteilerkasten 15 für ein Paar
Zugkabel 10, wie in 2 dargestellt.
Aus illustrativen Gründen
umfasst das Zugkabel 10 drei Drähte 12, 14 und 16,
die an einem Anschlussblock 18 verbunden sind. Die (nicht
dargestellte) Wagensteuerungsvorrichtung 30 ist ebenfalls über die
Leitungen 32 an den Anschlussblock 18 und die
Zugleitung 10 angeschlossen. Der untergeordnete Knoten 40 ist über das
Kabel 48 mit der Wagensteuerungsvorrichtung 30 verbunden.
Das Kabel 48 umfasst sämtliche
Anschlüsse
der Wagensteuerungsvorrichtung 30 an die Strom- und Kommunikationszugleitung 10 und
die einzelnen Elemente des untergeordneten Knotens 40.
Die Wagensteuerungsvorrichtung 30 ist im allgemeinen neben
der Vorrichtung angeordnet, die sie steuert, bei der es sich vorzugsweise
um ein elektropneumatisches Bremssteuerventil handelt. Die Integration
des Stromabtastmechanismus im Verteilerkasten ist in 3 dargestellt. Eine
der Zugleitungen 16 quert eine Öffnung im Sensorkopf 38 des
Stromsensors 36, der sich im selben Gehäuse mit dem untergeordneten
Knoten 40 befindet. Der Strom in Leitung 16 wird
abgetastet und an das Neuron 42 des untergeordneten Knoten
geliefert.
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Ein
alternativer Ort für
die Speichervorrichtung ist ein Rohrhalter, der permanent ein Teil
des Wagens ist. Das Luftdruckbremssystem kann am Rohrhalter montiert
und von diesem demontiert werden, doch der Rohrhalter verbleibt
am Wagen. In 4 ist ein Rohrhalter 60 ohne
Steuerventile oder Rohre darauf dargestellt, aber mit der Speichervorrichtung 40A und
der Wagensteuerungsvorrichtung 30A mit ihrem Kabel 32.
Während
die Speichervorrichtung 40A permanent am Rohrhalter montiert
ist, kann die Wagensteuerungsvorrichtung 30A abnehmbar
direkt mit dem Rohrhalter 60 verbunden sein oder ein Teil
des Bremssteuerventils sein, das mit dem Rohrhalter 60 verbunden
wäre. Die
Speichervorrichtung 40A kann ein passiver Transceiver sein,
beispielsweise ein Motorola Indala System, das einen passiven Funkfrequenz-Transceiver
TAG enthält,
der an den Rohrhaltern 60 angebracht ist. Die Speichervorrichtung 40A ist
ein kleiner, kurzreichweitiger Funkfrequenz-Transceiver mit einer
in seinem Chip eingetragenen individuellen Nummer.
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Wenn
die Wagensteuerungsvorrichtung 30A am Rohrhalter 60 angrenzend
an die Vorrichtung 40A montiert ist, kann der Transceiver
von 40A mit einem entsprechenden Transceiver-Lesegerät in der
Wagensteuerungsvorrichtung 30A kommunizieren. Die Speichervorrichtung 40A erhält Energie
von der Wagensteuerungsvorrichtung 30 durch Verwendung
eines winzigen Teils der empfangenen Energie und sendet ihre gespeicherten
eindeutigen Daten sofort an die Wagensteuerungsvorrichtung 30A.
Die Wagensteuerungsvorrichtung 30A sendet diese Informationen
an die Lokomotiven-Steuereinrichtung,
wo sie zur Bestimmung des auf diesen bestimmten Wagen anzuwendenden,
adäquaten
Bremszylinderdrucks verwendet werden können, oder einfach zur Anzeige
der Informationen wie der Seriennummer und des Ortes im Zug.
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Ein
weiteres Ausführungsbeispiel
der Speichervorrichtung 40 wäre eine Speichervorrichtung, bei
der der Behälter
des Speichers externe Anschlüsse
umfasst. Eine derartige Vorrichtung, wie in 5 als 40B illustriert,
wird in eine dazu passenden Anschlussdose 35 in der Wagensteuerungsvorrichtung 30B eingeführt. Die
Speichervorrichtung 40B kann beispielsweise ein Dallas
Semiconductor Touch Memory oder ein Silicon Label in einer Edelstahl-MicroCan
als Mittel zum Speichern der permanenten Wagenidentifikationsdaten
sein. Die einzelne Can-Speichervorrichtung 40B ist ein
EEPROM. Da die MicroCan sowohl als Gehäuse für den Silikon-Chip wie für die elektrischen
Kontakte dient, wobei der Deckel die Daten und der Rahmen die Erdung
bildet, ist für
die Verbindung zwischen der Wagensteuerungsvorrichtung 30B und
der Speichervorrichtung 40B kein Draht oder Kabel erforderlich.
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Die
MicroCan 40B ist permanent am Rohrhalter 60 oder
an einem anderen permanenten Strukturelement des Wagens montiert,
so dass ein physischer Kontakt mit der tassenförmigen Schnittstelle 35 in
der Wagensteuerungsvorrichtung 30B hergestellt wird, wenn
die Wagensteuerungsvorrichtung am Wagen montiert ist. Die tassenförmige Schnittstelle 35, die
unter der Kontrolle des Neuron-Chips in der Wagensteuerungsvorrichtung 30B steht,
liefert die Energie zum Programmieren oder Lesen des in der Speichervorrichtung 40B enthaltenen
EEPROM. Wie bereits erörtert,
sendet die Wagensteuerungsvorrichtung 30B die Informationen
dann an die Lokomotiven-Steuereinrichtung.
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Während die
Speichervorrichtung 40A der 4 und die
Speichervorrichtung 40B der 5 den Vorteil
haben, keine externen Verdrahtungen oder Verkabelungen zu benötigen, können sie
nicht leicht mit dem Stromabtastkreis der 1 kombiniert werden.
Außerdem
besitzt die Speichervorrichtung 40A derzeit ein beschränktes Speichervermögen und muss
während
der Produktion werksprogrammiert werden. Die Speichervorrichtung 40B ist
feldprogrammierbar, hat zur Zeit aber ebenfalls nur beschränktes Speichervermögen.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung im Detail beschrieben und illustriert
wurde, ist klar darauf hinzuweisen, dass dies nur illustrativen
und beispielhaften Charakter hat und nicht einschränkend interpretiert
werden darf. Das Prinzip und der Geltungsbereich der vorliegenden
Erfindung werden ausschließlich
durch die Bedingungen der angehängten
Ansprüche
eingeschränkt.