EP2559603A2 - Method for testing a secure traction lock of a rail vehicle - Google Patents

Method for testing a secure traction lock of a rail vehicle Download PDF

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EP2559603A2
EP2559603A2 EP12175824A EP12175824A EP2559603A2 EP 2559603 A2 EP2559603 A2 EP 2559603A2 EP 12175824 A EP12175824 A EP 12175824A EP 12175824 A EP12175824 A EP 12175824A EP 2559603 A2 EP2559603 A2 EP 2559603A2
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EP
European Patent Office
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signal
rail vehicle
drive
traction
test
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EP12175824A
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German (de)
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EP2559603B8 (en
EP2559603B1 (en
EP2559603A3 (en
Inventor
Christian Berger
Karl Divisch
Manfred Hafner
Kurt Krizek
Daniel Prostrednik
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Siemens Mobility Austria GmbH
Original Assignee
Siemens AG Oesterreich
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Publication of EP2559603B8 publication Critical patent/EP2559603B8/en
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61C—LOCOMOTIVES; MOTOR RAILCARS
    • B61C3/00—Electric locomotives or railcars
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61C—LOCOMOTIVES; MOTOR RAILCARS
    • B61C15/00—Maintaining or augmenting the starting or braking power by auxiliary devices and measures; Preventing wheel slippage; Controlling distribution of tractive effort between driving wheels
    • B61C15/14—Maintaining or augmenting the starting or braking power by auxiliary devices and measures; Preventing wheel slippage; Controlling distribution of tractive effort between driving wheels controlling distribution of tractive effort between driving wheels
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L15/00—Indicators provided on the vehicle or train for signalling purposes
    • B61L15/0081—On-board diagnosis or maintenance

Definitions

  • the present invention relates to a method for testing a secure traction barrier of a rail vehicle.
  • rail vehicles are usually driven by electric motors, which are fed by a power converter.
  • the control signals for the power converter drive unit generates a rail device of the rail vehicle, usually a microcomputer. It can not be ruled out that this microcomputer is working incorrectly and its software generates erroneous control signals when stopped in a station. Then it can be an unexpected jerky movement of the rail vehicle come, in which passengers of the rail vehicle can take damage. For safety reasons, it is endeavored to avoid such an unintentionally generated traction force with the highest possible safety.
  • Another known approach is based on a standstill monitoring.
  • the standstill of the vehicle is monitored electronically, for example by the rotational movement of the wheels is detected by measurement.
  • the energy supply is interrupted, thereby stopping the unwanted movement again.
  • this has the disadvantage that a "jolt" of the rail vehicle must first occur in order to detect and prevent it. But this basically leaves a security risk.
  • the present invention is based on the object to provide a method for testing a secure traction lock that runs as safe as possible.
  • the test is controlled by a signal of the rail vehicle whose signal state changes shortly before release for travel.
  • the carrier signal is derived from the operating state of the driving lever of the rail track. A manual operation in the direction of "drive” triggers the self-check.
  • the trigger signal is derived from a superordinate train control device of the rail vehicle.
  • Another possible embodiment of the method according to the invention may be such that a signal of an external polyline influencing device is used as the safety-relevant signal for triggering the function check of the traction lock.
  • the functional test can be carried out prior to the drive task and can also be monitored by an external central unit.
  • a self-test of a traction lock checks whether the forwarding of generated drive signals is actually blocked. For passengers, however, no additional hazard potential may arise from this self-examination.
  • the FIG. 1 shows a block diagram of a section of a drive control of a rail vehicle with a realized in hardware traction lock 1.
  • Such drive control is usually in a control unit of railway vehicle housed.
  • the traction lock 1 consists essentially of a self-test switch 17, a signal path 12, a lock signal read-back channel 15, a delay element 16 and a drive signal blocking circuit 9.
  • the drive unit 22 usually consists of a power converter 11, the electric motors 7 operates. In this case, the power converter 11 receives its drive signals 8 via a drive signal bus 10, which connects the control unit 6 and the drive unit 22.
  • the control signals 8 usually generates a computer, for example a microcomputer in the control unit 6.
  • the drive signal blocking circuit 9 has the task of blocking the forwarding of drive signals if these are generated by the control device 6 during a standstill of the rail vehicle faulty.
  • the drive signal blocking circuit 9 acts as a logical conjunction, that is, it essentially consists of AND gates, which the input side, the traction lock request signal 3 and the drive signals 8 are fed.
  • the delay element 16 which will be explained in greater detail below.
  • the diagnostic device consists essentially of the microcomputer 6, a test request signal lead 14, a reverse signal readback channel 15, and a self-test switch 17 and the delay module 16, a read-back channel 25 of the programmable logic circuit (FPGA) 20.
  • the FPGA module receives the control signals 8 from the control unit 6 via bus section 21.
  • the self-test switch 17 is located at the input of the transmission channel 12, that is in close proximity to the generation of the traction lock request signal 3, ma W. close to the unit 2.
  • the delay module 16 is arranged at the other end of the signal path 12, that is in local proximity to the drive signal blocking circuit 9. The delay module 16 allows the storage or holding a signal value over a predetermined time interval.
  • the microcomputer 6 generates a test request signal 13 for the purpose of checking each time the traction-lock request signal 3 changes.
  • This test request signal 13 is to briefly simulate a "lock request” for test purposes.
  • This "lock request” passes via the test request signal line 14 to the self-test switch 17.
  • the self-test switch 17 acts as a testable digital input, so that in a functioning signal path 12, the simulated "lock request” on the lock signal read back channel 15 back to the microcomputer 6 is passed.
  • this test request signal 13 is also supplied to a programmable logic module 20 and the delay element 16.
  • the programmable logic device 20, such as an FPGA device is located at the output of the control unit 6 in An Kunststoffsignalpfad 10. It ensures that the self-tests may only be done at a time in which the correct control of the semiconductor modules in the converter 11 is not compromised.
  • the drive signal blocking circuit 9 is likewise arranged in the drive signal path 10. If the microcomputer 6 nevertheless generates triggering signals 6 in the event of a fault, they pass through the section 21 of the signal path 10 to the FPGA 20, but are converted by this circuit in accordance with the configuration of the FPGA 20 such that the semiconductor switches in FIG Inverter 11 when switching off the phases of the electric drive 7 will not be damaged.
  • the drive signal blocking circuit 9 has a delayed effect and causes a "hard” shutdown of the power converter 11.
  • the time delay is predetermined by the time interval (a few milliseconds) of the delay module 16.
  • the signal state at the input of the drive unit 22 is read back by the control unit 6. If the readback signal is inactive, then the traction lock functions 1. In the event of an error, the faulty condition is displayed to the vehicle driver.
  • FIG. 2 shows a further embodiment in which, unlike FIG. 1 the second signal path 12 is formed of two channels, a first channel 18 and a second channel 19. Each of these two channels 18, 19, the traction lock request signal 3 is supplied in each case via a current loop according to the rest current principle.
  • the binary input is implemented in series with the switches 17 'and 17 ", respectively FIG. 2
  • the self-test is again effected by a brief signal interruption in the signal path 12.
  • the signal read back is signaled by the blocking signal read-back channels 15'. or 15 "both the FPGA module 20 and the delay element 16 'or 16" fed FIG.
  • FIG. 2 illustrated variant can be implemented with relatively little effort, an architecture that corresponds to the security level SIL 4 of EN50126 standard, but at the same time the probability that the system is found at the time of task fulfillment in a working condition is high (availability).
  • the function check of the traction lock is controlled by a signal of the rail vehicle whose signal state changes shortly before the release of the drive.
  • FIG. 3 is a pulse diagram drawn showing the triggering operation of the test according to the invention as a function of time t.
  • the test 27 of the traction lock 1 is triggered in this example, when the state of the signal 4 and the signal 4 'of high (standstill) changes to low (driving).
  • any safety-relevant signal of the rail vehicle is suitable as a carrier signal in which changes the signal state shortly before the drive release.
  • the signal 4 represents, for example, the closed state of all door contacts of the rail vehicle.
  • the signal 4 'can also originate from a higher-level train control device of the rail vehicle.
  • the triggering of the functional check can also come from an external line-influencing device (LZB).
  • LZB external line-influencing device
  • Another possibility for triggering the self-test can be done by a PWM signal of the rail vehicle.
  • the change of the signal state is realized by a change of the PWM coding.

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Abstract

The method involves performing test by triggering traction lock by a test signal (4,4'), while the signal state changes just before the trip release. The signal is derived from the operation state of the driving lever of the rail vehicle.

Description

Technisches GebietTechnical area

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Testen einer sicheren Traktionssperre eines Schienenfahrzeugs.The present invention relates to a method for testing a secure traction barrier of a rail vehicle.

Stand der TechnikState of the art

Es ist bekannt, dass in der Verkehrstechnik und damit auch bei Schienenfahrzeugen besonders hohe Sicherheitsvorkehrungen gefordert werden. So wird beim Halt eines Zuges gefordert, dass dieser sich nicht aus dem Stillstand unbeabsichtigt ruckartig zu bewegen beginnt und dadurch möglicherweise Passagiere in Gefahr bringt, welche sich gerade im Bereich des Einstiegs aufhalten. Eine solche Forderung wird mittels einer so genannten Traktionssperre realisiert, welche ebenfalls diesen hohen Anforderungen an die technische Zuverlässigkeit genügen muss: Sie muss nahezu frei von so genannten systematischen Fehlern sein. Darüber hinaus muss die Wahrscheinlichkeit eines Ausfalls der Traktionssperre unter einer definierten Grenze liegen. Heutzutage wird gefordert, dass die Ausfallwahrscheinlichkeit pro Stunde im Bereich von kleiner/gleich 10-8 bis kleiner 10-7 liegt.It is known that particularly high safety precautions are required in traffic engineering and thus also in rail vehicles. So when stopping a train is required that this does not start unintentionally jerky from a standstill and thereby possibly brings passengers at risk, which are currently in the area of entry. Such a requirement is realized by means of a so-called traction lock, which must also meet these high demands on the technical reliability: it must be virtually free from so-called systematic errors. In addition, the likelihood of traction lockout failure must be below a defined limit. Nowadays, the probability of failure per hour is required to be in the range of less than or equal to 10 -8 to less than 10 -7 .

Bekanntlich werden Schienenfahrzeuge meist von Elektromotoren angetrieben, welche von einem Stromrichter gespeist werden. Die Steuersignale für die Stromrichter-Antriebseinheit erzeugt ein Leitgerät des Schienenfahrzeugs, üblicherweise ein Mikrocomputer. Dabei kann nicht ausgeschlossen werden, dass dieser Mikrocomputer fehlerhaft arbeitet und dessen Software bei einem Halt in einem Bahnhof fehlerhaft Steuersignale erzeugt. Dann kann es zu einer unverhofften ruckartigen Bewegung des Schienenfahrzeugs kommen, bei der auch Passagiere des Schienenfahrzeugs Schaden nehmen können. Aus Sicherheitsgründen ist man bestrebt, eine solche unbeabsichtigt erzeugte Traktionskraft mit möglichst hoher Sicherheit zu vermeiden.As is known, rail vehicles are usually driven by electric motors, which are fed by a power converter. The control signals for the power converter drive unit generates a rail device of the rail vehicle, usually a microcomputer. It can not be ruled out that this microcomputer is working incorrectly and its software generates erroneous control signals when stopped in a station. Then it can be an unexpected jerky movement of the rail vehicle come, in which passengers of the rail vehicle can take damage. For safety reasons, it is endeavored to avoid such an unintentionally generated traction force with the highest possible safety.

Um bei einem stillstehenden Schienenfahrzeug die ungewollte Umsetzung der Antriebskraft in einen Vor- oder Rückwärtstrieb zu unterbinden, gibt es verschiedene Lösungsansätze.In order to prevent the unwanted implementation of the driving force in a forward or reverse drive in a stationary rail vehicle, there are various approaches.

Zum einen könnte man beispielsweise fahrerseitig bei jedem Bahnhofshalt den Hauptschalter öffnen und die Energiezufuhr unterbrechen. Damit wäre ein ungewollter Antrieb mit Sicherheit ausgeschlossen, gleichzeitig fällt aber auch die Energieversorgung der Nebenaggregate weg, was nicht erwünscht ist.For one thing, for example, you could open the main switch at each station station driver side and interrupt the power supply. This would be an accidental drive certainly excluded, but at the same time also eliminates the power supply of the ancillaries, which is not desirable.

Ein anderer bekannter Lösungsansatz geht von einer Stillstandüberwachung aus. Dabei wird elektronisch der Stillstand des Fahrzeugs überwacht, beispielsweise indem die Drehbewegung der Räder messtechnisch erfasst wird. Sobald eine Bewegungsänderung erkannt und diese einen kritischen Schwellwert überschritten hat, wird die Energiezufuhr unterbrochen und dadurch die unerwünschte Bewegung wieder gestoppt. Dies hat aber den Nachteil, dass ein "Ruck" des Schienenfahrzeugs erst auftreten muss, um ihn erfassen und verhindern zu können. Damit bleibt aber grundsätzlich ein Sicherheitsrisiko bestehen.Another known approach is based on a standstill monitoring. Here, the standstill of the vehicle is monitored electronically, for example by the rotational movement of the wheels is detected by measurement. As soon as a movement change has been detected and this has exceeded a critical threshold value, the energy supply is interrupted, thereby stopping the unwanted movement again. However, this has the disadvantage that a "jolt" of the rail vehicle must first occur in order to detect and prevent it. But this basically leaves a security risk.

Ein anderer Lösungsansatz besteht darin, die unerwünschte Ruckbewegung elektronisch zu verhindern. Im Fachaufsatz " Quantitative Sicherheitsbewertung einer Fahrzeugsteuerung" Tagungsband ZEVrail Glasers Annalen 131 Tagungsband SFT, Graz 2007 , ist eine solche elektronisch wirkende sichere Traktionssperre beschrieben. Die hohe Sicherheit SIL4 nach EN50126 dieser Traktionssperre ergibt sich u. A. dadurch, indem eine als Ansteuersignal-Sperrschaltung fungierende Torschaltung, die im Ansteuersignalpfad zwischen Steuereinheit und Stromrichter angeordnet ist, zweikanalig ausgebildet und durch Selbsttest überprüfbar ist. Der Stromrichter kann im Normalfall per Software gesperrt und frei gegeben werden. Aus Sicherheitsgründen existiert aber zusätzlich diese in Hardware ausgeführte Torschaltung (logisches UND). Sie schaltet im Falle einer notwendigen Drehmomentverhinderung zeitlich um einige Millisekunden verzögert zur Softwaresperre den Stromrichter "hart " weg.Another approach is to electronically prevent the unwanted jerk. In the technical paper " Quantitative safety assessment of a vehicle control "Conference volume ZEVrail Glasers Annalen 131 Proceeding SFT, Graz 2007 , such an electronically acting safe traction lock is described. The high level of safety SIL4 according to EN50126 of this traction lock results u. A. characterized in that acting as a drive signal blocking circuit gate circuit in the Ansteuersignalpfad between Control unit and power converter is arranged, formed two-channel and can be checked by self-test. The power converter can normally be blocked by software and released. For safety reasons, however, there is also this hardware-implemented gate circuit (logical AND). It shuts down the power converter "hard" in the case of a necessary torque prevention time delayed by a few milliseconds to the software lock.

Ein solcher Selbsttest der Traktionssperre läuft aber stets so ab, dass von der Steuereinheit an die Antriebseinheit gerichtete Ansteuersignalen erzeugt werden und geprüft wird, ob deren Weiterleitung durch die Traktionssperre verhindert ist. Dabei ist grundsätzlich nicht auszuschließen, dass im Falle einer nicht funktionierenden Traktionssperre an die Antriebseinheit Steuerimpulse gelangen, die eine unerwünschte Bewegung des Schienenfahrzeugs bewirken.However, such a self-test of the traction lock always runs in such a way that control signals directed by the control unit to the drive unit are generated and it is checked whether their transmission is prevented by the traction lock. In principle, it can not be ruled out that, in the event of a malfunctioning traction lock on the drive unit, control pulses will arrive which cause undesired movement of the rail vehicle.

Grundsätzlich ist man aber bestrebt, einen solchen Test - der ja der Betriebssicherheit dient - so gefahrlos wie möglich zu gestalten.In principle, however, one endeavors to make such a test - which indeed serves operational safety - as safe as possible.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zum Testen einer sicheren Traktionssperre anzugeben, das möglichst gefahrlos abläuft.The present invention is based on the object to provide a method for testing a secure traction lock that runs as safe as possible.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.This object is achieved by a method having the features of claim 1. Advantageous embodiments of the invention are defined in the dependent claims.

Gemäß der Erfindung wird der Test durch ein Signal des Schienenfahrzeuges gesteuert, dessen Signalzustand sich kurz vor der Freigabe zur Fahrt ändert.According to the invention, the test is controlled by a signal of the rail vehicle whose signal state changes shortly before release for travel.

In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Trägersignal vom Betätigungszustand des Fahrhebels des Schienenstrangs abgeleitet. Eine manuelle Betätigung in Richtung "Fahrt" löst die Selbstüberprüfung aus.In one embodiment of the method according to the invention, the carrier signal is derived from the operating state of the driving lever of the rail track. A manual operation in the direction of "drive" triggers the self-check.

Es können aber auch andere sicherheitsrelevante Signale des Schienenfahrzeugs für das Auslösen der Funktionsüberprüfung der Traktionssperre herangezogen werden.However, other safety-related signals of the rail vehicle can be used for triggering the function check of the traction lock.

Wenn die Überprüfung der Traktionssperre durch das Schließsignal aller Türkontakte des Schienenfahrzeugs ausgelöst wird, geht von der Funktionsüberprüfung kaum ein Gefährdungspotenzial für Passagiere aus.If the check of the traction lock is triggered by the closing signal of all door contacts of the rail vehicle, the function check hardly poses a risk potential for passengers.

Es kann aber auch vorteilhaft sein, wenn das Triggersignal von einer übergeordneten Zugsteuereinrichtung des Schienenfahrzeugs abgeleitet wird.However, it can also be advantageous if the trigger signal is derived from a superordinate train control device of the rail vehicle.

Eine andere mögliche Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann so aussehen, dass als sicherheitsrelevantes Signal zum Auslösen der Funktionsüberprüfung der Traktionssperre ein Signal einer externen Linienzug-Beeinflussungseinrichtung verwendet wird. Dadurch kann der Funktionstest vor dem Fahrauftrag durchgeführt und zudem von einer externen Zentrale überwacht werden.Another possible embodiment of the method according to the invention may be such that a signal of an external polyline influencing device is used as the safety-relevant signal for triggering the function check of the traction lock. As a result, the functional test can be carried out prior to the drive task and can also be monitored by an external central unit.

Es ist auch möglich, das Auslösen der Selbstüberprüfung der Traktionssperre von einem PWM-Signal der antriebe des Schienenfahrzeugs abzuleiten.It is also possible to deduce the initiation of the self-check of the traction lock from a PWM signal from the drives of the rail vehicle.

Es kann auch günstig sein, eine Kombination aus zwei oder mehreren dieser sicherheitskritischen Signale für das Auslösen eines Selbsttests zu verwenden. Dies kann beispielsweise durch eine UND-Verknüpfung (Logische Konjunktion) dieser Signale erfolgen. Dadurch lässt sich das Risiko einer Gefährdung der Fahrgäste noch weiter verringern.It may also be beneficial to use a combination of two or more of these safety-critical signals for triggering a self-test. This can be done for example by an AND operation (logical conjunction) of these signals. This can further reduce the risk of passengers being endangered.

Kurzbeschreibung der ZeichnungBrief description of the drawing

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird im nachfolgenden Teil der Beschreibung auf die Zeichnungen Bezug genommen, aus denen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen, Einzelheiten und Weiterbildungen der Erfindung anhand eines nicht einschränkenden Ausführungsbeispiels zu entnehmen sind.To further explain the invention, reference is made in the following part of the description to the drawings, from which further advantageous embodiments, details and further developments of the invention can be found by way of non-limiting embodiment.

Es zeigt:

Figur 1
ein Blockschaltbild einer Antriebsteuerung eines Schienenfahrzeugs, in welchem eine durch Hardware realisierten Traktionssperre skizziert ist;
Figur 2
eine zweites Ausführungsbeispiel einer Hardware-Traktionssperre;
Figur 3
ein Impulsdiagramm, welches den erfindungsgemäßen Triggervorgang des Tests Traktionssperre gemäß Figur 1 beziehungsweise Figur 2 veranschaulicht.
It shows:
FIG. 1
a block diagram of a drive control of a rail vehicle, in which a realized by hardware traction lock is outlined;
FIG. 2
a second embodiment of a hardware traction lock;
FIG. 3
a timing diagram which the triggering process according to the invention of the test traction lock according to FIG. 1 respectively FIG. 2 illustrated.

Ausführung der ErfindungEmbodiment of the invention

Wie einleitend bereits gesagt, wird bei einem Selbsttest einer Traktionssperre geprüft, ob die Weiterleitung von erzeugten Ansteuersignalen tatsächlich blockiert ist. Für Passagiere darf aber von dieser Selbstüberprüfung kein zusätzliches Gefährdungspotenzial entstehen.As already stated in the introduction, a self-test of a traction lock checks whether the forwarding of generated drive signals is actually blocked. For passengers, however, no additional hazard potential may arise from this self-examination.

Bevor nun auf das erfindungsgemäße Verfahren zum Testen einer sicheren Traktionssperre eingegangen wird, wird einleitend die Funktionsweise der Traktionssperre eines Schienenfahrzeugs näher erläutert.Before discussing the method according to the invention for testing a safe traction lock, the mode of operation of the traction lock of a rail vehicle is explained in detail in the introduction.

Die Figur 1 zeigt ein Blockschaltbild eines Ausschnitts einer Antriebsteuerung eines Schienenfahrzeugs mit einer in Hardware realisierten Traktionssperre 1. Eine solche Antriebsteuerung ist üblicherweise in einem Leitgerät des Schienenfahrzeugs untergebracht. Die Traktionssperre 1 besteht im Wesentlichen aus einem Selbsttestschalter 17, einem Signalpfad 12, einem Sperresignal-Rücklesekanal 15, einem Verzögerungsglied 16 und einer Ansteuersignal-Sperrschaltung 9. Die Antriebseinheit 22 besteht üblicherweise aus einem Stromrichter 11, der Elektromotoren 7 betreibt. Der Stromrichter 11 erhält dabei seine Ansteuersignale 8 über einen Ansteuersignalbus 10, welcher die Steuereinheit 6 und die Antriebseinheit 22 verbindet. Die Ansteuersignale 8 erzeugt üblicherweise ein Rechner, z.B. einem Mikrocomputer in der Steuereinheit 6.The FIG. 1 shows a block diagram of a section of a drive control of a rail vehicle with a realized in hardware traction lock 1. Such drive control is usually in a control unit of Railway vehicle housed. The traction lock 1 consists essentially of a self-test switch 17, a signal path 12, a lock signal read-back channel 15, a delay element 16 and a drive signal blocking circuit 9. The drive unit 22 usually consists of a power converter 11, the electric motors 7 operates. In this case, the power converter 11 receives its drive signals 8 via a drive signal bus 10, which connects the control unit 6 and the drive unit 22. The control signals 8 usually generates a computer, for example a microcomputer in the control unit 6.

Wie bereits eingangs dargestellt, kann der Wechselrichter 11 im Normalzustand durch die Software im Mikrorechner 6 gesperrt und auch freigegeben werden. Erfindungsgemäß kommt zu dieser Schutzmaßnahme eine durch Hardware realisierte elektronische Traktionssperre 1 hinzu, deren Funktion im Folgenden näher erläutert wird:

  • Der elektronischen Traktionssperre 1 wird ein in einer Einrichtung 2 erzeugtes Traktionssperre-Anforderungssignal 3 zugeführt. Diese Einrichtung 2 steht in einer Wirkverbindung mit dem Fahrhebel, der sich im Führerstand des Schienenfahrzeugs befindet und im Betriebsfall vom Fahrzeugführer manuell betätigt wird. Des Weiteren kann der Einheit 2 ein Signal 4' zugeführt sein, welches beispielsweise durch Abfrage von Türkontakten oder anderen Sensoren des Schienenfahrzeugs gewonnen wird. Beide Signale 4 und 4' repräsentieren einen "Fahrtbefehl" beziehungsweise eine "Fahrtfreigabeinformation"; beide lösen die Erzeugung eines Traktionssperre-Anforderungssignals 3 aus. Das Anforderungssignal 3 gelangt über einen ersten Signalpfad 5 zum Mikrorechner 6. Ein zweiter Signalpfad 12 leitet dieses Traktionssperre-Anforderungssignal 3 einer Ansteuersignal-Sperrschaltung 9 zu. Die Ansteuersignal-Sperrschaltung 9 liegt im Ansteuersignalpfad 10. Der Ansteuersignalpfad 10 dient zur Übertragung der vom Mikrorechner 6 erzeugten Ansteuersignalen 8 zum Stromrichter 11.
As already mentioned, the inverter 11 can be disabled in the normal state by the software in the microcomputer 6 and also released. According to the invention, an electronic traction barrier 1 implemented by hardware is added to this protective measure, the function of which will be explained in more detail below:
  • The electronic traction lock 1 is supplied with a traction lock request signal 3 generated in a device 2. This device 2 is in operative connection with the drive lever, which is located in the cab of the rail vehicle and is manually operated by the driver in the case of operation. Furthermore, the unit 2, a signal 4 'be supplied, which is obtained, for example, by interrogation of door contacts or other sensors of the rail vehicle. Both signals 4 and 4 'represent a "travel command" and a "trip enable information", respectively; both trigger the generation of a traction-inhibit request signal 3. The request signal 3 passes via a first signal path 5 to the microcomputer 6. A second signal path 12 feeds this traction-lock request signal 3 to a drive-signal blocking circuit 9. The drive signal blocking circuit 9 is located in the drive signal path 10. The drive signal path 10 serves to transmit the drive signals 8 generated by the microcomputer 6 to the power converter 11.

Die Ansteuersignal-Sperrschaltung 9 hat die Aufgabe, die Weiterleitung von Ansteuersignalen dann zu sperren, wenn diese von der Steuereinrichtung 6 fehlerhaft während eines Stillstands des Schienenfahrzeugs erzeugt werden. Die Ansteuersignal-Sperrschaltung 9 fungiert als logische Konjunktion, das heißt sie besteht im Wesentlichen aus UND-Gattern, denen eingangsseitig das Traktionssperre-Anforderungssignal 3 und die Ansteuersignale 8 zugeleitet sind. Bei der Zuleitung des Traktionssperre-Anforderungssignals 3 zur Ansteuersignal-Sperrschaltung 9 ist dieses durch das Verzögerungsglied 16 verzögert, was unten stehend näher erläutert wird.The drive signal blocking circuit 9 has the task of blocking the forwarding of drive signals if these are generated by the control device 6 during a standstill of the rail vehicle faulty. The drive signal blocking circuit 9 acts as a logical conjunction, that is, it essentially consists of AND gates, which the input side, the traction lock request signal 3 and the drive signals 8 are fed. When the traction lock request signal 3 is supplied to the drive signal blocking circuit 9, it is delayed by the delay element 16, which will be explained in greater detail below.

Wie eingangs bereits dargestellt, kann der Signalpfad zu dieser Ansteuersignal-Sperrschaltung 9 gestört sein, so dass eine unerwünschte Drehmomentbildung nicht mit genügender Sicherheit ausgeschlossen werden kann. Im Sinne einer höheren technischen Zuverlässigkeit erfolgt daher eine fortwährende Überprüfung dieses Signalpfads 12. Dieser Selbsttest wird immer dann angestoßen, wenn sich das Traktionssperre-Anforderungssignal 3 ändert, z. B. wenn der Fahrhebel betätigt wird. Die Diagnoseeinrichtung besteht im Wesentlichen aus dem Mikrorechner 6, einer Testanforderungssignal-Zuleitung 14, einem Sperrsignal-Rücklesekanal 15, sowie einem Selbsttest-Schalter 17 und dem Verzögerungsbaustein 16, einem Rücklesekanal 25 der programmierbare logische Schaltung (FPGA) 20. Der FPGA-Baustein erhält die Ansteuersignale 8 von der Steuereinheit 6 über Busabschnitt 21. Der Selbsttest-Schalter 17 befindet sich dabei am Eingang des Übertragungskanals 12, das heißt in örtlicher Nähe der Erzeugung des Traktionssperre-Anforderungssignals 3, m. a. W. nahe zur Einheit 2. Der Verzögerungsbaustein 16 ist am anderen Ende des Signalpfads 12 angeordnet, das heißt in örtlicher Nähe zur Ansteuersignal-Sperrschaltung 9. Der Verzögerungsbaustein 16 ermöglicht die Speicherung beziehungsweise das Halten eines Signalwertes über ein vorgegebenes Zeitintervall.As already indicated, the signal path to this drive signal blocking circuit 9 can be disturbed, so that undesirable torque formation can not be ruled out with sufficient certainty. In the sense of a higher level of technical reliability, therefore, a continuous check of this signal path 12 takes place. This self-test is triggered whenever the traction-lock request signal 3 changes, eg. B. when the drive lever is operated. The diagnostic device consists essentially of the microcomputer 6, a test request signal lead 14, a reverse signal readback channel 15, and a self-test switch 17 and the delay module 16, a read-back channel 25 of the programmable logic circuit (FPGA) 20. The FPGA module receives the control signals 8 from the control unit 6 via bus section 21. The self-test switch 17 is located at the input of the transmission channel 12, that is in close proximity to the generation of the traction lock request signal 3, ma W. close to the unit 2. The delay module 16 is arranged at the other end of the signal path 12, that is in local proximity to the drive signal blocking circuit 9. The delay module 16 allows the storage or holding a signal value over a predetermined time interval.

Der Mikrocomputer 6 erzeugt zum Zwecke der Überprüfung bei jeder Änderung des Traktionssperre-Anforderungssignals 3 ein Testanforderungssignal 13. Dieses Testanforderungssignal 13 besteht darin, dass kurzzeitig zu Testzwecken eine "Sperranforderung" simuliert wird. Diese "Sperranforderung" gelangt über die Testanforderungssignal-Leitung 14 an den Selbsttest-Schalter 17. Der Selbsttest-Schalter 17 fungiert als testbarer Digital-Eingang, so dass bei einem funktionsfähigen Signalpfad 12 die simulierte "Sperranforderung" über die Sperrsignal-Rücklesekanal 15 zurück an den Mikrocomputer 6 geleitet wird.The microcomputer 6 generates a test request signal 13 for the purpose of checking each time the traction-lock request signal 3 changes. This test request signal 13 is to briefly simulate a "lock request" for test purposes. This "lock request" passes via the test request signal line 14 to the self-test switch 17. The self-test switch 17 acts as a testable digital input, so that in a functioning signal path 12, the simulated "lock request" on the lock signal read back channel 15 back to the microcomputer 6 is passed.

Gleichzeitig wird dieses Testanforderungssignal 13 auch einem programmierbaren Logikbaustein 20 und dem Verzögerungsglied 16 zugeleitet. Der programmierbare Logikbaustein 20, z.B. ein FPGA-Baustein befindet sich am Ausgang der Steuereinheit 6 im Ansteuersignalpfad 10. Er sorgt dafür, dass die Selbsttests nur zu einem Zeitpunkt erfolgen dürfen, in welchem die korrekte Ansteuerung der Halbleitermodule im Stromrichter 11 nicht gefährdet ist. Die Ansteuersignal-Sperrschaltung 9 ist ebenfalls im Ansteuersignalpfad 10 angeordnet. Kommt es nun seitens des Mikrorechners 6 im Fehlerfall trotzdem zu einer Erzeugung von Ansteuersignalen 6, so gelangen diese zwar über den Abschnitt 21 des Signalpfads 10 zum FPGA 20, werden aber von dieser Schaltung entsprechend der Konfiguration des FPGA 20 so umgesetzt, dass die Halbleiterschalter im Wechselrichter 11 beim Abschalten der Phasen des Elektroantriebs 7 nicht beschädigt werden. Dadurch ist sichergestellt, dass bei der gewünschten Verhinderung der Drehmomentbildung der Stromrichter 11 nicht beschädigt wird. Sollte aber auch dieser programmierbare Logikbaustein 20 selbst fehlerhaft sein, so wirkt zeitlich verzögert die Ansteuersignal-Sperrschaltung 9 und bewirkt ein "hartes" Abschalten des Stromrichters 11. Die zeitliche Verzögerung ist durch das Zeitintervall (einige Millisekunden) des Verzögerungs-Bausteins 16 vorgegeben.At the same time, this test request signal 13 is also supplied to a programmable logic module 20 and the delay element 16. The programmable logic device 20, such as an FPGA device is located at the output of the control unit 6 in Ansteuersignalpfad 10. It ensures that the self-tests may only be done at a time in which the correct control of the semiconductor modules in the converter 11 is not compromised. The drive signal blocking circuit 9 is likewise arranged in the drive signal path 10. If the microcomputer 6 nevertheless generates triggering signals 6 in the event of a fault, they pass through the section 21 of the signal path 10 to the FPGA 20, but are converted by this circuit in accordance with the configuration of the FPGA 20 such that the semiconductor switches in FIG Inverter 11 when switching off the phases of the electric drive 7 will not be damaged. This ensures that in the desired prevention of torque formation of the power converter 11 is not damaged. If, however, this programmable logic module 20 itself is faulty, the drive signal blocking circuit 9 has a delayed effect and causes a "hard" shutdown of the power converter 11. The time delay is predetermined by the time interval (a few milliseconds) of the delay module 16.

Mittels des Rücklesekanals 23 wird der Signalzustand am Eingang der Antriebseinheit 22 von der Steuereinheit 6 zurück gelesen. Ist das Rücklesesignal inaktiv, dann funktioniert die Traktionssperre 1. Im Fehlerfall wird der fehlerhafte Zustand dem Fahrzeugführer zur Anzeige gebracht.By means of the readback channel 23, the signal state at the input of the drive unit 22 is read back by the control unit 6. If the readback signal is inactive, then the traction lock functions 1. In the event of an error, the faulty condition is displayed to the vehicle driver.

Die Figur 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem im Unterschied zu Figur 1 der zweite Signalpfad 12 aus zwei Kanälen gebildet ist, einem ersten Kanal 18 und einem zweiten Kanal 19. Jedem dieser beiden Kanäle 18, 19 wird das Traktionssperre-Anforderungssignal 3 jeweils über eine Stromschleife nach dem Ruherstromprinzip zugeführt. Der binäre Eingang ist jeweils in Serie zu dem Schalter 17' beziehungsweise 17" ausgeführt. Wie in der Figur 2 gezeichnet, ist jeder dieser Schalter 17', 17" durch das Testanforderungssignal 13, das heißt durch Software ansteuerbar. Der Selbsttest erfolgt wieder durch eine kurzzeitige Signal-Unterbrechung im Signalpfad 12. Auch hier wird das zurück gelesene Signal durch die Sperrsignal-Rücklesekanäle 15' beziehungsweise 15" sowohl dem FPGA-Baustein 20 als auch dem Verzögerungsglied 16' beziehungsweise 16" zugeleitet. Wie bereits unter Figur 1 ausgeführt, kommt auch hier im Fehlerfall des FPGA-Bausteins 20 die Ansteuersignal-Sperrschaltung 9 zur Wirkung, indem sie nach einer vorgegebenen Zeitverzögerung den Stromrichter 11 "hart" weg schaltet. Um ein Höchstmaß an Sicherheit bei der Verhinderung einer Ruckbewegung zu erreichen, wird dabei bewusst in Kauf genommen, dass in diesem Fehlerzustand möglicherweise Halbleiterschalter im Stromrichter 11 beschädigt werden.The FIG. 2 shows a further embodiment in which, unlike FIG. 1 the second signal path 12 is formed of two channels, a first channel 18 and a second channel 19. Each of these two channels 18, 19, the traction lock request signal 3 is supplied in each case via a current loop according to the rest current principle. The binary input is implemented in series with the switches 17 'and 17 ", respectively FIG. 2 Each of these switches 17 ', 17 "can be controlled by the test request signal 13, that is to say by software. The self-test is again effected by a brief signal interruption in the signal path 12. Here too, the signal read back is signaled by the blocking signal read-back channels 15'. or 15 "both the FPGA module 20 and the delay element 16 'or 16" fed FIG. 1 executed, comes here in case of failure of the FPGA module 20, the drive signal blocking circuit 9 effect by switching the power converter 11 "hard" away after a predetermined time delay. In order to achieve the highest level of security in the prevention of jerking, it is deliberately accepted that in this error state possibly semiconductor switches in the power converter 11 are damaged.

Mit der in Figur 2 dargestellten Variante, kann mit vergleichsweise geringem Aufwand eine Architektur realisiert werden, welche der Sicherheitsstufe SIL 4 der Norm EN50126 entspricht, gleichzeitig aber die Wahrscheinlichkeit, dass das System sich zum Zeitpunkt der Aufgabenerfüllung in einem funktionsfähigen Zustand angetroffen wird, hoch ist (Verfügbarkeit).With the in FIG. 2 illustrated variant, can be implemented with relatively little effort, an architecture that corresponds to the security level SIL 4 of EN50126 standard, but at the same time the probability that the system is found at the time of task fulfillment in a working condition is high (availability).

Wie aus dem oben gesagten hervorgeht, werden die Erhöhung der Zuverlässigkeit und der Schutz des Stromrichters 11 ausschließlich durch Hardware erreicht. Es ist nicht erforderlich, den Algorithmus im Mikrorechner 6 oder dessen Hardware zu ändern. Bei einer Fahrzeugzulassung ist daher die sicherheitstechnische Analyse der hinzugekommenen Baugruppen vergleichsweise einfach. Bei der Realisierung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann mit vergleichsweise geringem Aufwand eine Ausfallwahrscheinlichkeit von kleiner als 10-8 erreicht werden.As is apparent from the above, the increase of the reliability and the protection of the power converter 11 are achieved only by hardware. It is not necessary to change the algorithm in the microcomputer 6 or its hardware. In a vehicle approval, therefore, the safety analysis of the added modules is relatively simple. In the realization of the device according to the invention, a probability of failure of less than 10 -8 can be achieved with comparatively little effort.

Um einen möglichst gefahrlosen Selbsttest der oben stehend erläuterten Traktionssperre zu ermöglichen, wird erfindungsgemäß die Funktionsüberprüfung der Traktionssperre durch ein Signal des Schienenfahrzeuges gesteuert, dessen Signalzustand sich kurz vor der Freigabe der Fahrt ändert.In order to enable the most risk-free self-test of the above-described traction lock, according to the invention the function check of the traction lock is controlled by a signal of the rail vehicle whose signal state changes shortly before the release of the drive.

In Figur 3 ist ein Impulsdiagramm gezeichnet, das den erfindungsgemäßen Auslösevorgang des Tests in Abhängigkeit der Zeit t zeigt. Der Test 27 der Traktionssperre 1 wird in diesem Beispiel dann ausgelöst, wenn sich der Zustand des Signals 4 und des Signals 4' von high (Stillstand) auf low (Fahrt) ändert.In FIG. 3 is a pulse diagram drawn showing the triggering operation of the test according to the invention as a function of time t. The test 27 of the traction lock 1 is triggered in this example, when the state of the signal 4 and the signal 4 'of high (standstill) changes to low (driving).

Die Änderung des Signalzustands 4 kann beispielsweise durch manuelle Betätigung des Fahrhebels (siehe Figur 1) hervorgerufen sein.The change of the signal state 4, for example, by manual operation of the driving lever (see FIG. 1 ).

Grundsätzlich ist aber als Trägersignal jedes sicherheitsrelevante Signal des Schienenfahrzeuges geeignet, bei dem sich kurz vor der Fahrtfreigabe der Signalzustand ändert.Basically, however, any safety-relevant signal of the rail vehicle is suitable as a carrier signal in which changes the signal state shortly before the drive release.

Das Signal 4' repräsentiert beispielsweise den geschlossenen Zustand aller Türkontakte des Schienefahrzeugs.The signal 4 'represents, for example, the closed state of all door contacts of the rail vehicle.

Das Signal 4' kann aber auch von einer übergeordneten Zugsteuereinrichtung des Schienenfahrzeugs stammen.The signal 4 'can also originate from a higher-level train control device of the rail vehicle.

Das Auslösen der Funktionsüberprüfung kann auch von einer externen Linienzug-Beeinflussungs-Einrichtung (LZB) herkommen.The triggering of the functional check can also come from an external line-influencing device (LZB).

Es ist auch möglich mehrere sicherheitsrelevante Signale über ein logische UND zu verknüpfen und daraus das Triggersignal für einen Selbsttest abzuleiten.It is also possible to connect several safety-relevant signals via a logical AND and to derive the trigger signal for a self-test.

Eine andere Möglichkeit zum Auslösen des Selbsttests kann durch ein PWM-Signal des Schienenfahrzeuges erfolgen. In diesem Fall ist der Wechsel des Signalzustandes durch einen Wechsel der PWM-Codierung realisiert.Another possibility for triggering the self-test can be done by a PWM signal of the rail vehicle. In this case, the change of the signal state is realized by a change of the PWM coding.

Obwohl die Erfindung im Detail durch die oben dargestellten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen.Although the invention has been further illustrated and described in detail by the embodiments illustrated above, the invention is not limited by the disclosed examples, and other variations can be derived therefrom by those skilled in the art without departing from the scope of the invention.

Zusammenstellung der verwendeten BezugszeichenCompilation of the reference numbers used

11
Traktionssperretraction lock
22
Einrichtung zum Erzeugen eines Traktionssperre-AnforderungssignalsDevice for generating a traction-lock request signal
33
Traktionssperre-AnforderungssignalTraction power demand signal
4, 4'4, 4 '
Signal des Schienenfahrzeuges (zum Beispiel Fahrhebel oder Fahrtfreigabesignal "Greenline")Signal of the rail vehicle (for example, travel lever or drive release signal "Greenline")
55
erster Signalpfadfirst signal path
66
Steuereinheit des SchienenfahrzeugsControl unit of the rail vehicle
77
Elektromotorelectric motor
88th
Ansteuersignalcontrol signal
99
Ansteuersignal-SperrschaltungDrive signal blocking circuit
1010
AnsteuersignalpfadAnsteuersignalpfad
1111
Stromrichterpower converters
1212
zweiter Signalpfadsecond signal path
1313
TestanforderungssignalTest request signal
14, 14', 14"14, 14 ', 14 "
Testanforderungssignal-ZuleitungTest request signal supply line
15, 15', 15"15, 15 ', 15 "
Sperrsignal-RücklesekanalOFF signal readback channel
16, 16', 16"16, 16 ', 16 "
Verzögerungsglieddelay
17, 17', 17"17, 17 ', 17 "
Selbsttest-SchalterSelf-test switch
1818
erster Kanalfirst channel
1919
zweiter Kanalsecond channel
2020
programmierbare logische Schaltung (FPGA)programmable logic circuit (FPGA)
2121
Abschnitt von 10Section of 10
2222
Antriebseinheitdrive unit
2323
Rücklesekanal der AnsteuerungReadback channel of the drive
2424
Rücklesekanal programmierbare logische Schaltung (FPGA)Readback Channel Programmable Logic Circuit (FPGA)
2525
Rücklesesignal der AnsteuerungReadback signal of the control
2626
Rücklesesignal programmierbare logische SchaltungReadback signal programmable logic circuit
2727
Test der Traktionssperre 1Traction Lock Test 1

Claims (9)

Verfahren zum Testen der Traktionssperre (1) eines Schienenfahrzeugs, wobei der Test durch ein Signal (4, 4') des Schienenfahrzeugs getriggert wird, dessen Signalzustand sich kurz vor der Fahrtfreigabe ändert.Method for testing the traction barrier (1) of a rail vehicle, wherein the test is triggered by a signal (4, 4 ') of the rail vehicle whose signal state changes shortly before the drive is released. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal (4) vom Betätigungszustand des Fahrhebels des Schienenfahrzeugs abgeleitet wird.A method according to claim 1, characterized in that the signal (4) is derived from the operating state of the driving lever of the rail vehicle. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal (4') von einem sicherheitsrelevanten Signal des Schienenfahrzeuges abgeleitet wird.A method according to claim 1, characterized in that the signal (4 ') is derived from a safety-related signal of the rail vehicle. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als sicherheitsrelevantes Signal das Schließsignal aller Türkontakte des Schienenfahrzeugs verwendet wird.A method according to claim 3, characterized in that the closing signal of all door contacts of the rail vehicle is used as safety-relevant signal. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als sicherheitsrelevantes Signal ein Signal einer übergeordneten Zugsteuereinrichtung des Schienenfahrzeugs verwendet wird.A method according to claim 3, characterized in that a signal of a higher-level train control device of the rail vehicle is used as the safety-relevant signal. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet dass als sicherheitsrelevantes Signal ein Signal einer externen Linienzugbeeinflussungs-Einrichtung verwendet wird.A method according to claim 3, characterized in that a signal of an external Linienzugbeeinflussungs device is used as security-relevant signal. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal (4') von einem PWM-Signal des Schienenfahrzeuges abgeleitet wird.A method according to claim 1, characterized in that the signal (4 ') is derived from a PWM signal of the rail vehicle. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal(4') aus einer logischen Konjunktion mehrere sicherheitskritischer Signale des Schienenfahrzeugs abgeleitet wird.A method according to claim 3, characterized in that the signal (4 ') is derived from a logical conjunction of several safety-critical signals of the rail vehicle. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Traktionssperre (1) einen ersten Signalpfad (5), um ein Traktionssperre-Anforderungssignal (3) an eine Steuereinheit (6) des Schienenfahrzeugs zu übermitteln, und einen zweiten Signalpfad (12) aufweist, wobei eine Diagnoseeinrichtung (6, 14, 15, 17, 23, 24) vorgesehen ist, so dass der zweite Signalpfad (12) mittels eines von der Steuereinheit (6) erzeugten Testanforderungssignals (13) auf Funktionstüchtigkeit überprüfbar ist, indem das Testanforderungssignal (13) über den zweiten Signalpfad (12) einerseits einer frei programmierbaren Schaltung (20) und andererseits mittels eines Verzögerungsgliedes (16) zeitlich verzögert einer Ansteuersignal-Sperrschaltung (9) zugeleitet ist, wobei die programmierbare Schaltung (20) und die Ansteuersignal-Sperrschaltung (9) in einem die Steuereinheit (6) mit einer Antriebseinheit (22) verbindenden Ansteuersignalpfad (10) angeordnet sind.Method according to one of claims 1 to 8, characterized in that the traction lock (1) a first signal path (5) to transmit a traction-lock request signal (3) to a control unit (6) of the rail vehicle, and a second signal path (12 ), wherein a diagnostic device (6, 14, 15, 17, 23, 24) is provided, so that the second signal path (12) can be checked for functionality by means of a test request signal (13) generated by the control unit (6) by the Test request signal (13) via the second signal path (12) on the one hand a freely programmable circuit (20) and on the other hand by means of a delay element (16) delayed in time a Ansteuersignal blocking circuit (9) is fed, wherein the programmable circuit (20) and the Ansteuersignal- Blocking circuit (9) in a the control unit (6) with a drive unit (22) connecting drive signal path (10) are arranged.
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