WO2016206901A1 - Steueranordnung für ein fahrzeug - Google Patents

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WO2016206901A1
WO2016206901A1 PCT/EP2016/061710 EP2016061710W WO2016206901A1 WO 2016206901 A1 WO2016206901 A1 WO 2016206901A1 EP 2016061710 W EP2016061710 W EP 2016061710W WO 2016206901 A1 WO2016206901 A1 WO 2016206901A1
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control
module
unit
vehicle
subsystem
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Harald Fischer
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • B61L2027/202—Trackside control of safe travel of vehicle or train, e.g. braking curve calculation using European Train Control System [ETCS]

Definitions

  • the invention relates to a control arrangement for a vehicle, in particular a rail vehicle, with a control system which has at least one central control unit, a set of decentralized subsystem controls and a control network to which the control unit and the subsystem controls are connected.
  • a control system which has at least one central control unit, a set of decentralized subsystem controls and a control network to which the control unit and the subsystem controls are connected.
  • vehicles especially rail vehicles, known with a control system.
  • the invention has for its object to provide a Steueranord ⁇ tion, which meets high security requirements.
  • control arrangement a different from the control unit leittechnisches module that is connected to the control network, and a different from the control network data connection unit on ⁇ has through which temêtungen the process control module with the Subsys- is a data connection.
  • a control arrangement can be provided which has a high degree of redundancy.
  • a loading control arrangement of the vehicle can be improved, that the process control system and this he ⁇ entirely ligand, gebil ⁇ Deten of the module and the data port unit components comprehensive control arrangement fulfills high security requirements.
  • level of security more particularly to a safety integrity level (also known by the abbreviation "SIL” known) are meant.
  • SIL safety integrity level
  • a leittechnisches system with security level SIL 0 or SIL 1 is possible with the pre ⁇ battered control arrangement, such zen to supplement that resulting control arrangement has at least one safety level SIL 2.
  • the control system is preferably provided for controlling basic vehicle functions. These basic vehicle functions include, in particular, driving operation with drive roll and brake phases, control of the vehicle doors and man-machine communication for the vehicle driver.
  • a resource subsystem - referred to in this text as "subsystem” - each called a resource with too ⁇ parent functionality or a composite of Radiomit ⁇ stuffs that are grouped according to a functionality associated with this term
  • subsystems are "doors", “. Brake “,” air conditioning “,” train protection “,” passenger information system “.
  • the subsystem controls can be designed as drive control, brake control, control of the vehicle door system, control of a man-machine interface for input of information by the driver and / or output of information to the driver, control of a vehicle backup. Especially with these basic functions go the above-mentioned aspects of personal security
  • At least one task of the corresponding subsystem control can be assigned to the execution of a basic vehicle function.
  • the control unit is compared with the subsystem controls, which perform these tasks of the respective local In order to distinguish the subsystem controls from the control unit, these are called “decentralized" subsystem controls.
  • the control unit is embodied in particular as a central control unit in that it controls this task during operation for at least one task, preferably for each of the tasks to be performed by the subsystem controls.
  • the central control unit may for example have at least the function of a bus management in the control network. It manages data communication between the bus users connected to the control network.
  • the control network has a bus topology in which a point-to-multipoint connection is implemented for data communication.
  • the control unit may also be designed as an input-output controller with respect to the subsystem controls. This is particularly suitable for an embodiment of the control network with a network topology, in which a point-to-point connection from the subscriber line to the subscriber line is implemented for data communication.
  • the control network is preferably designed as an Ethernet network.
  • the control network may be a Profinet network.
  • the control network may further include a ring topology.
  • the process control module is preferably physically different from the Steuerein ⁇ unit.
  • the control unit and the module can be separated into one another
  • the data terminal unit is also be ⁇ vorzugt from the control network physically different. There- The control network and the data connection unit preferably have different lines.
  • the control technology module is provided to transmit at least one piece of information regarding the safety-compliant execution of the task with respect to a task of a subsystem control to the subsystem control.
  • a "safety-compliant" execution of a task is to be understood as an execution according to a safety regulation pertinent to the task, in particular at least one valid safety standard. Insbeson ⁇ particular it is for a selected operating state of the driving ⁇ zeugs characteristic. For example, they may be formed as speed information, which is characteristic of the Anlagenge ⁇ speed.
  • a redundant transmission of a certain composingsre ⁇ -relevant information to the subsystem control may be performed by the process control module. If the transmission of safety-relevant information about a specific operating state of the vehicle to the subsystem control is already provided via the control network, the control technology module can also transmit ei ⁇ ner otherwise safety-relevant information to the subsystem control, which is characteristic for the same operating state , This information can provide a diverse supply of information about a particular operating condition.
  • the process control module is provided to determine the information depending on the task to be performed before transmitting. In this way, fast, independent of the typical computing time of the central control unit provision of information can be achieved.
  • the process control module by way of advantageous ⁇ enough, is programmed to select the at least one of the Task to determine required safety-related information itself.
  • the control module expediently determines by means of its own computing and storage unit which safety-relevant information is required for the task to be performed by the subsystem control. After the determination of the information, this can be detected by the process control module.
  • the process control module is adapted to acquire the information before transmitting over the data line unit and / or the Informati ⁇ on to forward to the Subsystem controller of the data connection unit.
  • the process control module has advantageously - ge ⁇ geninate a sensor unit and / or a further Subsys- Panel, click - the function of an input module and / or - relative to the relevant object of the Subsystem Control - an output module on.
  • the process control module is realized in via the data connection unit at least one variable from a sensor unit and / or a further subsystem control and / or to output a variable for the subsystem control via the data connection unit.
  • the process control module is realized in this edition function, the process control module is psychologyer- be provided to provide additional egg ⁇ nen to control network communication channel to transmit at least one variable to the Subsystemsteue- tion by means of the data terminal unit.
  • one of the in ⁇ formation is advantageously transmitted via the data connection unit to the subsystem control.
  • An advantageous modularity in the structure of the control arrangement can be achieved if the process control module and the subsystem controls are connected to the control network via similar interfaces.
  • This can be a simple addition, especially retrofitting of the control technology see system be achieved.
  • This retrofit therefore requires few changes in the existing process control system.
  • the interfaces for the Subsystemsteue- ments and the module are advantageously communication ⁇ technically and / or physically uniform.
  • the interfaces may be similar at least in accordance with a communication protocol, in particular with regard to data communication with the central control unit.
  • the process control module is connected to the control network in such a way that it is considered by the control unit functionally, in particular communication-wise, as a decentralized subsystem control.
  • the interfaces are preferably similar in terms of physical connectivity.
  • a high level of security can also be achieved if the process control module is intended to perform a consistency check with respect to information received via the control network and information received via the data connection unit.
  • the correctness and / or reliability of information present in the process control system, in particular safety-relevant information can be checked by the module. If this information is a first characteristic for an operating state of the vehicle information, the consistency ⁇ test may comprise the detection of the same information by means of the module and / or the detection of a second, otherwise and characteristic for the operating state information by means of the module.
  • the control technology module is expediently provided by evaluating at least one of a first information received via the control network relating to a subsystem control and a second information received about the connection unit concerning the subsystem control Monitoring the operating process of the subsystem control, whereby a high level of safety in the operation of the vehicle can be achieved.
  • the data connection unit is provided at least for digital transmission.
  • the process control module advantageous ⁇ adhesive enough, at least one interface unit with the di ⁇ gitalen entering data provided input interfaces and to the digital output provided by Data Output interfaces that are to which lines of the data terminal unit, which are provided for digital transmission, connectable ,
  • the data connection unit has Ethernet connections.
  • the control arrangement has a vehicle bus which connects the control network to a further control network of the vehicle, the data terminal unit being formed by the vehicle bus.
  • the control networks are in particular in each case at least one different cars of the vehicle supplied ⁇ arranged. It can also defines groups of coupled cars each as a process control unit (even under the term "Consist" known), wherein the control networks are sorted ⁇ wells associated with a different unit.
  • the vehicle bus extends over several carriages of the vehicle, especially over the entire vehicle. If necessary, the vehicle bus can connect a plurality of identical, mutually coupled vehicles.
  • the vehicle bus can be ⁇ game as formed in accordance with a standard, such as WTB bus ( “Wire Train bus”), or (as ETB-bus " Ethernet Train Backbone "). Furthermore, reliable detection of operating variables can be achieved if the control arrangement has a set of sensor units which are connected to the control network and to the process control module.
  • WTB bus "Wire Train bus”
  • ETB-bus Ethernet Train Backbone
  • a further increase in the safety level of the control arrangement can be achieved in that the process control module has a computer unit which comprises at least two processors.
  • the processors of different designs and / or diversified may be particularly advantageous.
  • a high security with regard to the kom ⁇ munication can be achieved when a first processor is provided for execution of communication tasks, and a second processor is provided for performing any other tasks.
  • a communication task sensibly comprises at least the management of a data communication with the units connected to the module.
  • the process control module is designed to initiate a safety-related braking of the driving ⁇ zeugs.
  • a brake control in particular main brake valves.
  • a braking can be triggered in particular by the module if the consistency check and / or monitoring mentioned above have failed. By braking, the vehicle can be brought to a safe state.
  • 1 shows a rail vehicle with operating subsystems in a schematic side view
  • 2 shows a control arrangement of the railway vehicle from ⁇ Fi gur 1, with a process control system and a process control module
  • Figure 3 a schematic representation of the process control
  • Figure 4 the process control system and the module, which is connected to a display unit and an input device of the rail vehicle
  • Figure 5 a detailed view of the process control module.
  • FIG. 1 shows a rail vehicle 10 in a schematic side view.
  • the rail vehicle 10 is formed as a bandage of a plurality of carriages 12.1, 12.2, etc., which are mechanically coupled to each other and form a tractor unit.
  • the rail vehicle 10 is designed as a so-called multiple unit train.
  • at least one of the carriages of the bandage is provided with a drive unit 14 for driving at least one axle 16.
  • the drive unit 14 has an electric motor (not shown).
  • the rail vehicle 10 is formed as a single railcar.
  • the rail vehicle 10 may comprise an association of unpowered passenger coaches, which is coupled to at least one traction vehicle, such as a locomotive.
  • the rail vehicle 10 is known to have a number of resources that allow operation of the rail vehicle 10. These can be designed in particular as a control unit, sensor unit and / or actuator unit.
  • the operating means 20 shown by way of example in FIG. 1 are operating means 20.1 of the drive unit 14, operating means 20.2 of a braking device 19, operating means 20.3 and
  • FIG. 2 shows a process control system 22 of the rail vehicle 10 in a schematic view.
  • This includes a control network 24 having an annular network structure. It is designed as an Ethernet network, in particular ⁇ according to the Profinet standard.
  • the system 22 includes, in addition ⁇ which a control unit 26 which is connected to the control network 24th
  • Each of the above-mentioned resource subsystems has at least one subsystem controller 28 provided for controlling one or more resources of the corresponding resource subsystem.
  • the subsystem controls 28 are each provided for controlling a task in connection with the functionality assigned to the respective subsystem.
  • subsystem control 28.1 a drive control, as subsystem control 28.2 a brake control, as subsystem control 28.3, a control of the vehicle door system, shown as a subsystem control 28.13 a control of train control.
  • the subsystem controls 28 are each connected to the control network 24 by means of an interface 30.
  • Interfaces 30 are connected in the network structure.
  • further interfaces 32 are also arranged.
  • At interfaces 32 are a set of sensor inputs. units 34 and an actuator unit 36 connected.
  • the control unit 26 and the display unit of the man-machine interface ⁇ out ⁇ formed resources 20.8 are connected.
  • the as input device for entering train data provided Radiomit ⁇ tel 20.7 is likewise Schlos ⁇ sen to the control network 24th
  • the interfaces 30 and 32 each have a switch functionality.
  • the interfaces 30 and 32 are each formed in the control network 24 as input-output modules, by which a data traffic between the respective subscriber, in particular an associated subsystem control 28, and the central control unit 26 is made.
  • the control unit 26 is considered to be a "central" control unit with respect to the subsystem controls 28 performing local tasks of the respective resource subsystems 16. To distinguish the subsystem controls 28 from the control unit 26, these are called “distributed” subsystem controls 28.
  • the control unit 26 is designed as an input-output controller with respect to the subsystem controls 28, which controls this task for each of the automation tasks to be performed by the subsystem controls 28.
  • the interfaces 30 and 32 are similar in their function of establishing communication between the respective connected subscriber and the central control unit 26. You can physically assume different forms that are specific to the function of the connected subscriber.
  • the interfaces 30 may be formed for example as a plug-in card of a computer unit, while the interface 32 and in particular as a constituent ⁇ parts may be formed of programmable logic controllers.
  • the combination of several interfaces 32 in a contiguous module or the arrangement of these interfaces 32 in a common housing unit are represented by a dashed contour.
  • the control network 24 further comprises a vehicle bus connection unit 38, which forms an interface between the control network 24 and a vehicle bus 40.
  • the vehicle bus 40 extends over a plurality of carriages 12, in particular over the entire rail vehicle 10, and connects the control network 24 with another similar control network of the rail vehicle 10 (not shown), possibly with a control network of a similar rail vehicle coupled to the rail vehicle 10 ,
  • the vehicle bus 40 may be formed, for example, as an Ethernet bus.
  • the vehicle bus connection unit 38 can be equipped with a gateway functionality by which the control network 24 is connected as a subnetwork to the higher-level train network.
  • control module 42 is connected to the control network 24 . This is physically different from the central control unit 26. In particular, the control unit 26 and the module 42 are different
  • the module 42 is further connected by means of a data connection unit 44 with the subsystem controls 28 and the sensor units 34 in terms of data technology.
  • This data connection unit 44 is physically different from the control network 24.
  • the circuit unit 44 an- lines which are different from lines of the STEU ⁇ ernetzwerks 24th
  • the control technology module 42 has a computing unit 45 ( see FIGS. 3 to 5), an interface unit 46 and a bus connection unit 48.
  • the bus connection unit 48 has a first connection 48.1, via which the module 42 can be connected to the control network 24.
  • the connection 48.1 is connected to the control network 24 via an interface 30.
  • a connection via an interface 32 would also be conceivable.
  • the module 42 and the subsystem controls 28 are thus connected to the control network 24 via similar interfaces. In particular, it can be achieved that the module 42 is functionally regarded by the control unit 26 as a subsystem control. Via a second connection 48.2, the module 42 to the
  • Vehicle bus 40 connected. There may be one or more wide ⁇ re 48.3 terminals provided via which the module can be connected to other buses 50.1, 50.2 42 (see Figures 3 and 5), such as a CAN bus ( "Control Area Network") or MVB Bus ("Multifunction Vehicle Bus").
  • CAN bus "Control Area Network”
  • MVB Bus Multifunction Vehicle Bus
  • the interface unit 46 has input interfaces 46.1 provided for the digital input of data and output interfaces 46.2 provided for the digital output of data.
  • the interface unit may comprise input interfaces before ⁇ viewed 46.3 and to the analog output provided by data output interfaces 46.4 to 46 analog input data.
  • the module 42 is preferably connected via the digital interfaces Stel ⁇ len 46.1, 46.2 and lines of the data connection unit 44 with the subsystem controls 28 data technology.
  • the data connection unit 44 is for this purpose at least equipped with lines that are provided for digital data transmission. In particular, lines of Ethernet cables can be formed.
  • This application example relates to the subsystem "doors", which has the subsystem control 28.3 connected to the control network 24.
  • the doors of the rail vehicle 10 can only be released for opening by the vehicle driver when the rail vehicle 10 has come to a standstill Safety requirement, the detection of the operating state "hold state" of the rail vehicle 10 by the subsystem control 28.3 must be diversified.
  • a first, provided for the SubSystem horrung 28.3 Varia ⁇ bel corresponds to the speed of the rail vehicle 10. This can be transmitted via the control network 24 after detection by a sensor unit 34 and / or after being transmitted by the train control to the SubSystem horrung 28.3.
  • a second worstge for the subsystem control 28.3 ⁇ set variable is a parameter which characterizes the operating state of the subsystem controller 28.1, which corresponds to the drive control. For example, the operating state should be determinable from the variable in which the drive control does not output any clock commands for power electronic components of the drive unit 14.
  • the module 42 determines this independently from the supply to Ver Stahl- property information of the process control system 22 the safety-compliant implementation of the object of the Subsys- Panel, click 28.3 (the doors released) required Informa ⁇ tion and determines namely that the variable necessary for the clock state of the drive control is.
  • wel ⁇ Ches data via the data connection unit 44 with the Subsystemsteu- 28.1 is connected. It records the variables of the subsystem control 28.1 via the data connection unit 44 and transmits them via the data connection unit 44 to the subsystem control 28.3. If the speed "0" and the operating state "no timing" of the Subsystemsteue- tion 28.3, this can put the vehicle door system in a state in which the doors can be released to open.
  • the Subsystem Control 28.3 accordingly receives two variables using two different, mutually physically different ⁇ Liche transmission channels. Therefore, the module 42 provides means of the data terminal unit 44 has a re- to the control network 24 dundanten communication channel provided through which the Varia ⁇ bel "operating state of the drive controller" is transferred to the subsystem controller 28.3.
  • the release of the doors is closely related to the protection of persons.
  • the Processes of sub- Control 28.3 have safety-critical requirements accordingly - called requirements - - in the expert language and "Safety". Meeting the variables of the door release are based are therefore in this context safety-critical information, which via the control ⁇ network 24 and by means of the module 42 via the an -.. are transmitted to the subsystem control 28.3 circuit unit 44.
  • Figure 3 shows the module 42, the process control system 22, the vehicle bus 40 and existing between these compounds shows in a schematic and abstracted representation of the module 42 is ⁇ via an interface 30 to the leittech It is also connected via the
  • the process control system 22 is connected via the vehicle bus connection unit 38 of the control network 24 to the vehicle bus 40 and via suitable interfaces to the other buses 50.1, 50.2 sen.
  • module 42 and the data terminal unit 44 can be used in the form of a retrofit system which is used in combination with an existing control system 22.
  • FIG. 3 shows the process control system 22, the module 42, the train control subsystem control 28.13, a sensor unit 34 designed as a speed sensor, the human-machine interface resources 20.7 and 20.8 corresponding to the input device for inputting train data or the display unit.
  • the module 42 is connected to the process control system 22 via its connection 48. 1 and an interface 30.
  • the operating means 20.7 embodied as an input device is connected to the control network 24 and via the data connection unit 44 to the module 42 (see also FIG. 2). This also applies to the trained as a display unit ⁇ equipment 20.8.
  • connection of the equipment 20.7, 20.8 takes place insbeson ⁇ particular by means of a device connector unit 52, which is different from the interface unit 46th
  • the connections to the resources 20.7, 20.8 are realized via serial interfaces.
  • the connection of the module 42 to the subsystem control 20.13 of the command is via a digital interface 46.1.
  • the connection of the module 42 to the sensor unit 34 takes place for example via an analog
  • the module 42 is intended to monitor the input of train data via the resource 20.7. To do this, it performs a consistency check as explained below.
  • About the data provided by the terminal unit 44 direct ⁇ te connecting the module 42 to the operation means may be a 20.7 are detected by the operator-entered value from the module 42nd
  • the module 42 can receive via the connection to the control network 24 the value which was detected by the process control system 22 when the operator inputting. In this way can be checked by the module 42, whether the received information is consistent with each other at ⁇ .
  • the module 42 serves to monitor the detection of the vehicle ⁇ speed. For this purpose, it also performs a consistency check.
  • a first speed information which is present in the process control system 22 and should be considered for performing safety-critical tasks. It also receives speed information from the train control subsystem controller 20.13 via the data interface unit 44. By comparing the speed information, the module 42 can perform a consistency check. In addition, further speed information can be obtained from the sensor unit 34 as additional information.
  • the sensor unit 34 shown may be designed as a radar sensor.
  • control technology module 42 is provided to monitor the display of the speed value by the operating means 20.8. For this purpose, it receives a speed information via the control network 24 of the process control system 22. This corresponds to the speed information, which is transmitted via the control network 24 to the resource 20.8. Via the data connection unit 44, the module 42 receives the speed value indicated by the resource 20.8.
  • the apparatus 20.8 has a display 54 and a display memory 56, wel ⁇ cher is a data connection with an interface 58 for connection to the data terminal unit 44th
  • the speed value is read from the display memory and averages about ⁇ via the data connection unit 44 to the module 42nd
  • the module compares the received by the system 22 with the speed information via the data terminal unit 44 received from the resource 20.8 VELOCITY ⁇ keitswert.
  • control module 42 initiated a safety-related braking of the vehicle. This is done via a direct connection of the module 42 to a brake control 60. This is designed as a pair of redundant master brake valves of a pneumatic brake device of the rail vehicle 10.
  • Figure 5 shows the process control module 42 in a Detailan ⁇ view. The following text is to avoid unnecessary repetition directed to the features of the module 42, which are not mentioned in the above statements.
  • the arithmetic unit 45 of the module 42 has two processors 62, 64 (see also FIG. 4). These are of different design and can be programmed diversely.
  • the bus systems of the two processors are internally separated and have a separate protocol to bring about a safety-related separation.
  • the management of the communication of the module 42 with the connected units takes place by means of the processor 64, which is assigned to this task.
  • the module 42 also includes an intelligent RAM / EPROM management system.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Steueranordnung für ein Fahrzeug, insbesondere ein Schienenfahrzeug (10), mit einem leittechnischen System (22), welches zumindest eine zentrale Steuereinheit (26), einen Satz von dezentralen Subsystemsteuerungen (28) und ein Steuernetzwerk (24) aufweist, an welches die Steuereinheit (26) und die Subsystemsteuerungen (28) angeschlossen sind. Um eine Steueranordnung bereitzustellen, welche hohe Sicherheitsanforderungen erfüllt, wird vorgeschlagen, dass die Steueranordnung ein von der Steuereinheit (26) unterschiedliches leittechnisches Modul (42), das an das Steuernetzwerk (24) angeschlossen ist, und eine vom Steuernetzwerk (24) unterschiedliche Datenanschlusseinheit (44) aufweist, durch welche das leittechnische Modul (42) mit den Subsystemsteuerungen (28) datentechnisch verbunden ist.

Description

Steueranordnung für ein Fahrzeug
Die Erfindung betrifft eine Steueranordnung für ein Fahrzeug, insbesondere ein Schienenfahrzeug, mit einem leittechnischen System, welches zumindest eine zentrale Steuereinheit, einen Satz von dezentralen SubSystemsteuerungen und ein Steuernetzwerk aufweist, an welches die Steuereinheit und die Subsys- temsteuerungen angeschlossen sind. Es sind Fahrzeuge, insbesondere Schienenfahrzeuge, mit einem leittechnischen System bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steueranord¬ nung bereitzustellen, welche hohe Sicherheitsanforderungen erfüllt.
Hierzu wird vorgeschlagen, dass die Steueranordnung ein von der Steuereinheit unterschiedliches leittechnisches Modul, das an das Steuernetzwerk angeschlossen ist, und eine vom Steuernetzwerk unterschiedliche Datenanschlusseinheit auf¬ weist, durch welche das leittechnische Modul mit den Subsys- temsteuerungen datentechnisch verbunden ist. Dadurch kann eine Steueranordnung bereit gestellt werden, welche einen hohen Redundanzgrad aufweist. Besonders vorteilhaft kann eine be- stehende Steueranordnung des Fahrzeugs dahingehend verbessert werden, dass die das leittechnische System und die dieses er¬ gänzenden, von dem Modul und der Datenanschlusseinheit gebil¬ deten Komponenten umfassende Steueranordnung hohe Sicherheitsanforderungen erfüllt. Dies ist - insbesondere im Be- reich des Schienenfahrzeugbetriebs - im Hinblick auf aufwen¬ dige Zulassungsverfahren von Vorteil, da eine Erhöhung des Sicherheitsniveaus möglich ist, durch welche bei der Zulas¬ sung der Steueranordnung aufwendige Nachweisführungen für das bestehende leittechnische System vermieden werden können. Un- ter dem Begriff „Sicherheit" soll in diesem Text insbesondere eine Sicherheit bezüglich des Personenschutzes verstanden werden. In der englischen Fachsprache wird diese Art der Si¬ cherheit mit dem Begriff „Safety" bezeichnet. Insbesondere kann - im Bereich des Schienenfahrzeugbetriebs - unter „Si¬ cherheit" eine Sicherheit im Sinne von Normen zur funktiona¬ len Sicherheit in der Eisenbahnindustrie, z.B. im Sinne der Normen EN 50126, 50128, 50129 und/oder 50159 verstanden wer- den. Unter einem „Sicherheitsniveau" kann insbesondere ein Sicherheits-Integritätslevel (auch unter der Abkürzung „SIL" bekannt) verstanden werden. Insbesondere ist mit der vorge¬ schlagenen Steueranordnung möglich, ein leittechnisches System mit Sicherheitsniveau SIL 0 oder SIL 1 derart zu ergän- zen, dass die sich ergebende Steueranordnung zumindest ein Sicherheitsniveau SIL 2 aufweist.
Das leittechnische System ist bevorzugt zur Steuerung von Fahrzeuggrundfunktionen vorgesehen. Zu diesen Fahrzeuggrund- funktionen gehören insbesondere ein Fahrbetrieb mit Antriebs- Roll- und Bremsphasen, eine Steuerung der Fahrzeugtüren und eine Mensch-Maschine-Kommunikation für den Fahrzeugführer.
Ein Betriebsmittelsubsystem - in diesem Text auch „Subsystem" genannt - bezeichnet jeweils ein Betriebsmittel mit einer zu¬ geordneten Funktionalität oder einen Verbund von Betriebsmit¬ teln, die gemäß einer zugeordneten Funktionalität unter diesen Begriff zusammengefasst sind. Beispiele für Subsysteme sind „Türen", „Bremse", „Klimatisierung", „Zugsicherung", „Fahrgastinformationssystem". Die SubSystemsteuerungen können dabei als Antriebssteuerung, Bremssteuerung, Steuerung des Fahrzeugtürsystems, Steuerung einer Mensch-Maschine- Schnittstelle für eine Eingabe von Informationen durch den Fahrzeugführer und/oder eine Ausgabe von Informationen an den Fahrzeugführer, Steuerung einer Fahrzeugsicherung ausgebildet sein. Besonders mit diesen Grundfunktionen gehen die oben genannten Aspekte der personenschutzbezogenen Sicherheit
(Safety) einher. Der Ausführung einer Fahrzeuggrundfunktion kann jeweils zumindest eine Aufgabe der entsprechenden SubSystemsteuerung zugeordnet werden. Die Steuereinheit wird gegenüber den Sub- systemsteuerungen, welche diese Aufgaben der jeweiligen loka- len Betriebsmittelsubsysteme durchführen, als übergeordnete oder „zentrale" Steuereinheit betrachtet. Zur Unterscheidung der SubSystemsteuerungen von der Steuereinheit werden diese „dezentrale" SubSystemsteuerungen genannt. Die Steuereinheit ist gegenüber den SubSystemsteuerungen insbesondere dadurch als zentrale Steuereinheit ausgebildet, dass sie im Betrieb für zumindest eine, vorzugsweise für jede der von den Subsys- temsteuerungen jeweils durchzuführenden Aufgaben diese Aufgabe kontrolliert.
Die zentrale Steuereinheit kann beispielsweise zumindest die Funktion einer Busverwaltung im Steuernetzwerk haben. Dabei verwaltet sie eine Datenkommunikation zwischen den an das Steuernetzwerk angeschlossenen Busteilnehmern. Das Steuer- netzwerk weist dabei insbesondere eine Bustopologie auf, bei welcher zur Datenkommunikation eine Punkt-zu- Mehrpunktverbindung implementiert ist.
Die Steuereinheit kann außerdem gegenüber den Subsystemsteue- rungen als Input-Output-Controller ausgebildet sein. Dies eignet sich insbesondere bei einer Ausführung des Steuernetzwerks mit einer Netztopologie, bei welcher zur Datenkommunikation eine Punkt-zu-Punktverbindung vom Teilnehmeranschluss zum Teilnehmeranschluss realisiert ist.
Das Steuernetzwerk ist bevorzugt als Ethernet-Netzwerk ausgebildet. In einer besonderen Ausführung kann das Steuernetzwerk ein Profinet-Netzwerk sein. Das Steuernetzwerk kann des Weiteren eine Ringtopologie aufweisen.
Das leittechnische Modul ist vorzugsweise von der Steuerein¬ heit physikalisch unterschiedlich. Insbesondere können die Steuereinheit und das Modul in voneinander trennbaren
Gehäuseeinheiten angeordnet sein. Dies ist im Zusammenhang mit einem Nachrüsten eines bestehenden leittechnischen Systems von Vorteil. Die Datenanschlusseinheit ist außerdem be¬ vorzugt vom Steuernetzwerk physikalisch unterschiedlich. Da- bei weisen das Steuernetzwerk und die Datenanschlusseinheit vorzugsweise unterschiedliche Leitungen auf.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist das leittechnische Modul dazu vorgesehen, bezüglich einer Aufgabe einer SubSystemsteuerung an die SubSystemsteuerung zumindest eine Information zur sicherheitskonformen Durchführung der Aufgabe zu übermitteln. Unter einer „sicherheitskonformen" Durchführung einer Aufgabe soll eine Durchführung gemäß einer bezüglich der Aufgabe einschlägigen Sicherheitsvorschrift, insbesondere zumindest einer geltenden Sicherheitsnorm verstanden werden. Eine derartige Information kann außerdem „sicherheitsrelevante" Information genannt werden. Insbeson¬ dere ist sie für einen bestimmen Betriebszustand des Fahr¬ zeugs charakteristisch. Beispielsweise kann sie als Geschwindigkeitsinformation ausgebildet sein, die für die Fahrzeugge¬ schwindigkeit charakteristisch ist.
In diesem Zusammenhang kann durch das leittechnische Modul eine redundante Übermittlung einer bestimmten sicherheitsre¬ levanten Information an die SubSystemsteuerung erfolgen. Ist die Übermittlung einer sicherheitsrelevanten Information zu einem bestimmten Betriebszustand des Fahrzeugs an die Subsys- temsteuerung bereits über das Steuernetzwerk vorgesehen, kann außerdem durch das leittechnische Modul die Übermittlung ei¬ ner anderweitigen sicherheitsrelevanten Information an die SubSystemsteuerung, die für den gleichen Betriebszustand charakteristisch ist, erfolgen. Durch diese Informationen kann eine diversitäre Bereitstellung von Informationen zu einem bestimmten Betriebszustand erreicht werden.
Außerdem wird vorgeschlagen, dass das leittechnische Modul dazu vorgesehen ist, abhängig von der durchzuführenden Aufgabe vor dem Übermitteln die Information zu bestimmen. Hierdurch kann schnelle, von der typischen Rechenzeit der zentralen Steuereinheit unabhängige Bereitstellung der Information erreicht werden. Dabei ist das leittechnische Modul vorteil¬ hafterweise dazu programmiert, die zumindest eine für die Aufgabe erforderliche sicherheitsrelevante Information selbst zu bestimmen. Hierbei bestimmt das leittechnische Modul zweckmäßigerweise mittels einer eigenen Rechen- und Speichereinheit welche sicherheitsrelevante Information für die von der SubSystemsteuerung durchzuführende Aufgabe erforderlich ist. Nach der Bestimmung der Information kann ein Erfassen dieser durch das leittechnische Modul erfolgen.
Des Weiteren ist vorteilhaft, wenn das leittechnische Modul dazu vorgesehen ist, die Information vor dem Übermitteln über die Datenanschlusseinheit zu erfassen und/oder die Informati¬ on an die SubSystemsteuerung über die Datenanschlusseinheit zu übermitteln. Dadurch kann ein schnelles Erfassen und/oder eine schnelle Übermittlung der Information erreicht werden. Das leittechnische Modul weist dabei vorteilhafterweise - ge¬ genüber einer Sensoreinheit und/oder einer weiteren Subsys- temsteuerung - die Funktion eines Inputmoduls und/oder - gegenüber der die Aufgabe betreffenden SubSystemsteuerung - eines Output-Moduls auf. Es ist dabei dazu vorteilhaft vorgese- hen, über die Datenanschlusseinheit zumindest eine Variabel von einer Sensoreinheit und/oder einer weiteren Subsystem- Steuerung einzulesen und/oder über die Datenanschlusseinheit eine Variabel für die SubSystemsteuerung auszugeben. Bei dieser Ausgabefunktion ist das leittechnische Modul sinnvoller- weise dazu vorgesehen, mittels der Datenanschlusseinheit ei¬ nen zum Steuernetzwerk zusätzlichen Kommunikationskanal zur Übermittlung zumindest einer Variable an die Subsystemsteue- rung bereitzustellen. In einer vorteilhaften Ausführung, bei welcher eine diversitäre Bereitstellung von Informationen zu einem bestimmten Betriebszustand erfolgt, wird eine der In¬ formation vorteilhafterweise über die Datenanschlusseinheit an die SubSystemsteuerung übermittelt.
Es kann eine vorteilhafte Modularität im Aufbau der Steueran- Ordnung erreicht werden, wenn das leittechnische Modul und die SubSystemsteuerungen über gleichartige Schnittstellen an das Steuernetzwerk angeschlossen sind. Hierdurch kann eine einfache Ergänzung, insbesondere Nachrüstung des leittechni- sehen Systems erreicht werden. Diese Nachrüstung erfordert damit wenige Änderungen im vorhandenen leittechnischen System. Insbesondere ist der Einfluss des Anschlusses an das leittechnische System auf Zulassungsaspekte derart, dass durch ihn zulassungsrelevante Änderungen des Systems vermie¬ den werden können. Die Schnittstellen für die Subsystemsteue- rungen und das Modul sind vorteilhafterweise kommunikations¬ technisch und/oder physikalisch einheitlich. Die Schnittstellen können dabei zumindest gemäß einem Kommunikationsproto- koll, insbesondere bezüglich einer Datenkommunikation mit der zentralen Steuereinheit gleichartig sein. Vorteilhaft kann dadurch erreicht werden, dass das leittechnische Modul an das Steuernetzwerk derart angeschlossen ist, dass es von der Steuereinheit funktional, insbesondere kommunikationstech- nisch als dezentrale SubSystemsteuerung betrachtet wird. Die Schnittstellen sind vorzugsweise bezüglich einer physikalischen Anschlussmöglichkeit gleichartig.
Ein hohes Sicherheitsniveau kann ferner erreicht werden, wenn das leittechnische Modul dazu vorgesehen ist, bezüglich einer über das Steuernetzwerk empfangenen Information und einer über die Datenanschlusseinheit empfangenen Information eine Konsistenzprüfung durchzuführen. Insbesondere kann die Richtigkeit und/oder die Zuverlässigkeit einer im leittechnischen System vorhandenen Information, insbesondere einer sicherheitsrelevanten Information, vom Modul überprüft werden. Ist diese Information eine erste, für einen Betriebszustand des Fahrzeugs charakteristische Information, kann die Konsistenz¬ prüfung die Erfassung der gleichen Information mittels des Moduls und/oder die Erfassung einer zweiten, anderweitigen und für den Betriebszustand charakteristischen Information mittels des Moduls umfassen.
Zweckmäßigerweise ist das leittechnische Modul dazu vorgese- hen, durch Auswertung von einer ersten, über das Steuernetzwerk empfangenen Information betreffend eine Subsystemsteue- rung und einer zweiten, über die Anschlusseinheit empfangenen Information betreffend die SubSystemsteuerung zumindest einen Betriebsprozess der SubSystemsteuerung zu überwachen, wodurch eine hohe Sicherheit im Betrieb des Fahrzeugs erreicht werden kann . In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Datenanschlusseinheit zumindest zur digitalen Übertragung vorgesehen. Hierbei weist das leittechnische Modul vorteil¬ hafterweise zumindest eine Schnittstelleneinheit mit zur di¬ gitalen Eingabe von Daten vorgesehenen Input-Schnittstellen und zur digitalen Ausgabe von Daten vorgesehenen Output- Schnittstellen auf, an welche Leitungen der Datenanschlusseinheit, die zur digitalen Übertragung vorgesehen sind, anschließbar sind. Insbesondere wird vorgeschlagen, dass die Datenanschlusseinheit Ethernet-Verbindungen aufweist.
Es kann außerdem eine konstruktiv einfache Vernetzung erreicht werden, wenn die Steueranordnung einen Fahrzeugbus aufweist, welcher das Steuernetzwerk mit einem weiteren Steuernetzwerk des Fahrzeugs verbindet, wobei die Datenanschluss¬ einheit vom Fahrzeugbus gebildet ist. Ist das Fahrzeug als Verband von Wagen ausgebildet, insbesondere bei einem Schie¬ nenfahrzeug, sind die Steuernetzwerke insbesondere jeweils zumindest einem unterschiedlichen Wagen des Fahrzeugs zuge¬ ordnet. Es können außerdem Gruppen von gekoppelten Wagen jeweils als leittechnische Einheit definiert sein (auch unter dem Begriff „Consist" bekannt), wobei die Steuernetzwerke je¬ weils einer unterschiedlichen Einheit zugeordnet sind. In den genannten Fällen erstreckt sich der Fahrzeugbus über mehrere Wagen des Fahrzeugs, insbesondere über das gesamte Fahrzeug. Ggf. kann der Fahrzeugbus mehrere gleichartige, miteinander gekoppelte Fahrzeuge verbinden. Der Fahrzeugbus kann bei¬ spielsweise gemäß einer Norm ausgebildet sein, z.B. als WTB- Bus („Wire Train Bus") oder als ETB-Bus („Ethernet Train Backbone") . Es kann ferner eine sichere Erfassung von Betriebsvariablen erreicht werden, wenn die Steueranordnung einen Satz von Sensoreinheiten aufweist, die an das Steuernetzwerk und das leittechnische Modul angeschlossen sind.
Es kann eine weitere Steigerung des Sicherheitsniveaus der Steueranordnung dadurch erreicht werden, dass das leittechnische Modul eine Rechnereinheit aufweist, die zumindest zwei Prozessoren umfasst. Besonders vorteilhaft können die Prozes- soren unterschiedlicher Bauart und/oder diversitär programmiert sein.
Dabei kann eine hohe Sicherheit im Hinblick auf die Datenkom¬ munikation erreicht werden, wenn ein erster Prozessor zur Ausführung von Kommunikationsaufgaben vorgesehen ist und ein zweiter Prozessor zur Ausführung sonstiger Aufgaben vorgesehen ist. Eine Kommunikationsaufgabe umfasst dabei sinnvoller¬ weise zumindest die Verwaltung einer Datenkommunikation mit den an das Modul angeschlossenen Einheiten.
Vorteilhaft ist ferner, wenn das leittechnische Modul dazu vorgesehen ist, eine sicherheitsbedingte Bremsung des Fahr¬ zeugs einzuleiten. Hierzu besteht vorzugsweise eine direkte Anbindung des leittechnischen Moduls mit einer Bremssteue- rung, insbesondere Bremshauptventilen. Eine Bremsung kann insbesondere dann durch das Modul ausgelöst werden, wenn die oben erwähnten Konsistenzprüfung und/oder Überwachung fehlgeschlagen sind. Durch die Bremsung kann das Fahrzeug in einen sicheren Zustand gebracht werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeich¬ nungen erläutert. Es zeigen: Figur 1: ein Schienenfahrzeug mit Betriebsmittelsubsystemen in einer schematischen Seitenansicht, Figur 2: eine Steueranordnung des Schienenfahrzeugs aus Fi¬ gur 1, mit einem leittechnischen System und einem leittechnischen Modul,
Figur 3: eine schematische Darstellung des leittechnischen
Systems, des Moduls und der zwischen diesen her¬ stellbaren Kommunikations erbindungen,
Figur 4: das leittechnische System und das Modul, welches an eine Anzeigeeinheit und eine Eingabeeinrichtung des Schienenfahrzeugs angeschlossen ist, und Figur 5: eine Detailansicht des leittechnischen Moduls.
Figur 1 zeigt ein Schienenfahrzeug 10 in einer schematischen Seitenansicht. Das Schienenfahrzeug 10 ist als ein Verband von mehreren Wagen 12.1, 12.2 usw. ausgebildet, die miteinander mechanisch gekoppelt sind und eine Zugeinheit bilden. In der betrachteten Ausführung ist das Schienenfahrzeug 10 als sogenannter Triebzug ausgebildet. Hierzu ist zumindest einer der Wagen des Verbands mit einer Antriebseinheit 14 zum An- treiben wenigstens einer Achse 16 versehen. Die Antriebseinheit 14 weist einen Elektromotor (nicht gezeigt) auf. In ei¬ ner weiteren Ausführung ist denkbar, dass das Schienenfahrzeug 10 als einzelner Triebwagen ausgebildet ist. Außerdem kann das Schienenfahrzeug 10 einen Verband von antriebslosen Reisezugwagen aufweisen, welcher mit zumindest einem Triebfahrzeug, z.B. einer Lokomotive, gekoppelt ist.
Das Schienenfahrzeug 10 weist bekannterweise eine Anzahl von Betriebsmitteln auf, die einen Betrieb des Schienenfahrzeugs 10 ermöglichen. Diese können insbesondere als Steuereinheit, Sensoreinheit und/oder Aktorikeinheit ausgebildet sein.
Die in Figur 1 beispielhaft gezeigten Betriebsmittel 20 sind als Betriebsmittel 20.1 der Antriebseinheit 14, Betriebsmit- tel 20.2 einer Bremseinrichtung 19, Betriebsmittel 20.3 und
20.4 einer Türeinrichtung, Betriebsmittel 20.5 eines Klimati¬ sierungsaggregats, Betriebsmittel 20.6 eines Fahrgastinforma¬ tionssystems, Betriebsmittel 20.7 und 20.8 einer Mensch- Maschine-Schnittstelle für den Triebfahrzeugführer, Betriebs¬ mittel 20.11 einer Notbremseinrichtung und Betriebsmittel 20.13 einer Zugsicherung. Ein „Betriebsmittelsubsystem" - im Folgenden Text auch Subsystem genannt - bezeichnet jeweils einen Verbund von Be¬ triebsmitteln 20, die gemäß einer zugeordneten Funktionalität unter diesen Begriff zusammengefasst sind. Beispiele für Sub¬ systeme sind „Türen", „Bremse", „Klimatisierung", „Zugsiche- rung", „Fahrgastinformationssystem". Als Zugsicherungssysteme sind beispielsweise PZB („Punktförmige Zugbeeinflussung"), LZB („Linienzugbeeinflussung"), ETCS („European Train Control System") denkbar.
Figur 2 zeigt ein leittechnisches System 22 des Schienenfahrzeugs 10 in einer schematischen Ansicht. Dieses umfasst ein Steuernetzwerk 24, welches eine ringförmige Netzwerkstruktur aufweist. Es ist als Ethernet-Netzwerk ausgebildet, insbeson¬ dere gemäß dem Profinet-Standard. Das System 22 weist außer¬ dem eine Steuereinheit 26 auf, welche an das Steuernetzwerk 24 angeschlossen ist. Die oben genannten Betriebsmittelsubsysteme weisen jeweils zumindest eine SubSystemsteuerung 28 auf, die zur Steuerung eines oder mehrerer Betriebsmittel des entsprechenden Betriebsmittelsubsystems vorgesehen ist. Die SubSystemsteuerungen 28 sind jeweils zur Steuerung einer Aufgabe in Verbindung mit der dem jeweiligen Subsystem zugeordneten Funktionalität vorgesehen. In der Figur sind als Sub- systemsteuerung 28.1 eine Antriebssteuerung, als Subsystem- Steuerung 28.2 eine Bremssteuerung, als SubSystemsteuerung 28.3 eine Steuerung des Fahrzeugtürsystems, als Subsystem- Steuerung 28.13 eine Steuerung der Zugsicherung dargestellt. Diese Steuerungen sind auch in Figur 1 zu sehen.
Die SubSystemsteuerungen 28 sind an das Steuernetzwerk 24 je- weils mittels einer Schnittstelle 30 angeschlossen. Die
Schnittstellen 30 sind in der Netzwerkstruktur geschaltet. In der Netzwerkstruktur sind außerdem weitere Schnittstellen 32 angeordnet. An Schnittstellen 32 sind ein Satz von Sensorein- heiten 34 und eine Aktoreneinheit 36 angeschlossen. An eine weitere Schnittstelle 32 sind die Steuereinheit 26 und das als Anzeigeeinheit der Mensch-Maschine-Schnittstelle ausge¬ bildete Betriebsmittel 20.8 angeschlossen. Das als Eingabe- einrichtung zur Eingabe von Zugdaten vorgesehene Betriebsmit¬ tel 20.7 ist ebenfalls an das Steuernetzwerk 24 angeschlos¬ sen. Die Schnittstellen 30 und 32 weisen insbesondere jeweils eine Switch-Funktionalität auf. Die Schnittstellen 30 und 32 sind im Steuernetzwerk 24 jeweils als Input-Output-Module ausgebildet, durch welche ein Datenverkehr zwischen dem jeweiligen Teilnehmer, insbesondere einer zugeordneten SubSystemsteuerung 28, und der zentralen Steuereinheit 26 hergestellt wird. Die Steuereinheit 26 wird gegenüber den SubSystemsteuerungen 28, welche lokale Aufgaben der jeweiligen Betriebsmittelsubsysteme durchführen, als „zentrale" Steuereinheit betrachtet. Zur Unterscheidung der SubSystemsteuerungen 28 von der Steuereinheit 26 werden diese „dezentrale" SubSystemsteuerungen 28 genannt. Die Steuerein- heit 26 ist gegenüber den SubSystemsteuerungen 28 als Input- Output-Controller ausgebildet, welcher für jede der von den SubSystemsteuerungen 28 jeweils durchzuführenden Automatisierungsaufgaben diese Aufgabe kontrolliert. Die Schnittstellen 30 und 32 sind in ihrer Funktion zur Herstellung einer Kommunikation zwischen dem jeweiligen angeschlossenen Teilnehmer und der zentralen Steuereinheit 26 gleichartig. Sie können physikalisch unterschiedliche Formen annehmen, die bezüglich der Funktion des angeschlossenen Teilnehmers spezifisch sind. Die Schnittstellen 30 können z.B. als eine Steckkarte einer Recheneinheit ausgebildet sein, während die Schnittstellen 32 insbesondere als Bestand¬ teile von speicherprogrammierbaren Steuerungen ausgebildet sein können. Die Zusammenfassung mehrerer Schnittstellen 32 in einem zusammenhängenden Modul bzw. die Anordnung dieser Schnittstellen 32 in einer gemeinsamen Gehäuseeinheit sind durch eine gestrichelte Kontur dargestellt. Das Steuernetzwerk 24 umfasst des Weiteren eine Fahrzeugbus- anschlusseinheit 38 auf, welche eine Schnittstelle zwischen dem Steuernetzwerk 24 und einem Fahrzeugbus 40 bildet. Der Fahrzeugbus 40 erstreckt sich über mehrere Wagen 12, insbe- sondere über das gesamte Schienenfahrzeug 10 und verbindet das Steuernetzwerk 24 mit einem weiteren, gleichartigen Steuernetzwerk des Schienenfahrzeugs 10 (nicht dargestellt) ggf. mit einem Steuernetzwerk eines mit dem Schienenfahrzeug 10 gekoppelten, gleichartigen Schienenfahrzeugs. Der Fahrzeugbus 40 kann z.B. als Ethernet-Bus ausgebildet sein. Die Fahrzeug- busanschlusseinheit 38 kann mit einer Gateway-Funktionalität ausgestattet werden, durch welche das Steuernetzwerk 24 als Subnetzwerk an das übergeordnete Zugnetzwerk angeschlossen ist .
An das Steuernetzwerk 24 ist außerdem ein leittechnisches Modul 42 angeschlossen. Dieses unterscheidet sich physikalisch von der zentralen Steuereinheit 26. Insbesondere sind die Steuereinheit 26 und das Modul 42 in unterschiedlichen
Gehäuseeinheiten angeordnet. Das Modul 42 ist des Weiteren mittels einer Datenanschlusseinheit 44 mit den Subsystemsteu- erungen 28 und den Sensoreinheiten 34 datentechnisch verbunden. Diese Datenanschlusseinheit 44 ist vom Steuernetzwerk 24 physikalisch unterschiedlich. Insbesondere weist die Datenan- Schlusseinheit 44 Leitungen auf, die von Leitungen des Steu¬ ernetzwerks 24 unterschiedlich sind.
Das leittechnische Modul 42 weist eine Recheneinheit 45 (sie¬ he Figuren 3 bis 5), eine Schnittstelleneinheit 46 und eine Busanschlusseinheit 48 auf.
Die Busanschlusseinheit 48 weist einen ersten Anschluss 48.1 auf, über welchen das Modul 42 an das Steuernetzwerk 24 anschließbar ist. Der Anschluss 48.1 ist über eine Schnittstel- le 30 ans Steuernetzwerk 24 angeschlossen. Ein Anschluss über eine Schnittstelle 32 wäre ebenfalls denkbar. Das Modul 42 und die SubSystemsteuerungen 28 sind demnach über gleichartige Schnittstellen an das Steuernetzwerk 24 angeschlossen. Insbesondere kann dadurch erreicht werden, dass das Modul 42 von der Steuereinheit 26 funktional als SubSystemsteuerung betrachtet wird. Über einen zweiten Anschluss 48.2 ist das Modul 42 an den
Fahrzeugbus 40 angeschlossen. Es kann ein oder mehrere weite¬ re Anschlüsse 48.3 vorgesehen sein, über welche das Modul 42 an weitere Busse 50.1, 50.2 anschließbar ist (siehe Figuren 3 und 5), wie z.B. einen CAN-Bus („Control Area Network") oder MVB-Bus („Multifunction Vehicle Bus") .
Wie in Figur 5 zu sehen weist die Schnittstelleneinheit 46 zur digitalen Eingabe von Daten vorgesehene Input- Schnittstellen 46.1 und zur digitalen Ausgabe von Daten vor- gesehene Output-Schnittstellen 46.2 auf. Zusätzlich kann die Schnittstelleneinheit 46 zur analogen Eingabe von Daten vor¬ gesehene Input-Schnittstellen 46.3 und zur analogen Ausgabe von Daten vorgesehene Output-Schnittstellen 46.4 aufweisen. Das Modul 42 ist vorzugsweise über die digitalen Schnittstel¬ len 46.1, 46.2 und Leitungen der Datenanschlusseinheit 44 mit den SubSystemsteuerungen 28 datentechnisch verbunden. Die Datenanschlusseinheit 44 ist hierzu zumindest mit Leitungen ausgestattet, die zur digitalen Datenübertragung vorgesehen sind. Insbesondere können Leitungen von Ethernet-Kabeln gebildet sein.
Die Funktion des Moduls 42 wird nun anhand eines ersten An¬ wendungsbeispiels näher erläutert.
Dieses Anwendungsbeispiel betrifft das Subsystem „Türen", welches die an das Steuernetzwerk 24 angeschlossene Subsys- temsteuerung 28.3 aufweist. Die Türen des Schienenfahrzeugs 10 können erst durch den Fahrzeugführer zum Öffnen freigege- ben werden, wenn das Schienenfahrzeug 10 zum Stehen gekommen ist. Gemäß einer Sicherheitsanforderung muss die Erfassung des Betriebszustands „Haltezustand" des Schienenfahrzeugs 10 durch die SubSystemsteuerung 28.3 diversitär erfolgen. Eine erste, für die SubSystemsteuerung 28.3 bereitgestellte Varia¬ bel entspricht der Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs 10. Diese kann über das Steuernetzwerk 24 nach Erfassung durch eine Sensoreinheit 34 und/oder nach Übermittlung durch die Zugsicherung an die SubSystemsteuerung 28.3 übermittelt werden. Eine zweite, für die SubSystemsteuerung 28.3 bereitge¬ stellte Variabel ist eine Kenngröße, die den Betriebszustand der SubSystemsteuerung 28.1, welche der Antriebssteuerung entspricht, charakterisiert. Beispielweise soll aus der Vari- abel der Betriebszustand bestimmbar sein, in welchem die Antriebssteuerung keine Taktbefehle für leistungselektronische Komponenten der Antriebseinheit 14 ausgibt.
Das Modul 42 bestimmt hierzu eigenständig aus den zur Verfü- gung stehenden Information des leittechnischen Systems 22 die zur sicherheitskonformen Durchführung der Aufgabe der Subsys- temsteuerung 28.3 (Freigabe der Türen) erforderliche Informa¬ tion und bestimmt nämlich, dass die Variabel zum Taktzustand der Antriebssteuerung erforderlich ist. Zur Bereitstellung der Variabel zu dieser Information dient das Modul 42, wel¬ ches über die Datenanschlusseinheit 44 mit der Subsystemsteu- erung 28.1 datentechnisch verbunden ist. Es erfasst über die Datenanschlusseinheit 44 die Variabel der SubSystemsteuerung 28.1 und übermittelt diese über die Datenanschlusseinheit 44 an die SubSystemsteuerung 28.3. Wenn die Geschwindigkeit „0" und der Betriebszustand „keine Taktung" der Subsystemsteue- rung 28.3 vorliegen, kann diese das Fahrzeugtürsystem in einen Zustand versetzen, in welchem die Türen zum Öffnen freigegeben werden können.
Die SubSystemsteuerung 28.3 empfängt demnach zwei Variablen über zwei verschiedene, voneinander physikalisch unterschied¬ liche Übertragungskanäle. Das Modul 42 stellt daher mittels der Datenanschlusseinheit 44 einen zum Steuernetzwerk 24 re- dundanten Kommunikationskanal bereit, über welchen die Varia¬ bel „Betriebszustand der Antriebssteuerung" zur Subsystem- Steuerung 28.3 übertragen wird. Die Freigabe der Türen ist mit dem Personenschutz eng verbunden. Die Prozesse der Sub- Systemsteuerung 28.3 müssen demnach sicherheitskritische Anforderungen - in der fachmännischen Sprache auch „Safety"- Anforderungen genannt - erfüllen. Die der Türfreigabe zugrunde liegenden Variablen sind demnach in diesem Zusammenhang sicherheitskritische Informationen, welche über das Steuer¬ netzwerk 24 und mittels des Moduls 42 über die Datenan- schlusseinheit 44 an die SubSystemsteuerung 28.3 übermittelt werden . Figur 3 zeigt in einer schematischen und abstrahierten Darstellung das Modul 42, das leittechnische System 22, den Fahrzeugbus 40 und die zwischen diesen bestehenden Verbindungen . Das Modul 42 ist über eine Schnittstelle 30 an das leittech¬ nische System 22 angeschlossen. Es ist zudem über die
Schnittstelleneinheit 46 und die Datenanschlusseinheit 44 mit den SubSystemsteuerungen 28 datentechnisch verbunden. Der An- schluss des Moduls 42 an den Fahrzeugbus 40 sowie an weitere Busse 50.1, 50.2, wie z.B. einen CAN-Bus und einen MVB-Bus, erfolgt über die Busanschlusseinheit 48. Das leittechnische System 22 ist über die Fahrzeugbusanschlusseinheit 38 des Steuernetzwerks 24 an den Fahrzeugbus 40 und über geeignete Schnittstellen an die weiteren Busse 50.1, 50.2 angeschlos- sen.
Es ist insbesondere anhand dieser Figur ersichtlich, dass das Modul 42 und die Datenanschlusseinheit 44 in der Form eines Nachrüstungssystems benutzt werden können, welches in Kombi- nation mit einem bestehenden leittechnischen System 22 eingesetzt wird.
Anhand der Figur 3 ist außerdem eine Ausführungsvariante zu erkennen, bei welcher alternativ oder zusätzlich Leitungen des Fahrzeugbusses 40 einen Bestandteil der Datenanschluss¬ einheit 44 bilden. Dabei kann eine Kommunikation zwischen dem Modul 42 und einer SubSystemsteuerung 28 über den Fahrzeugbus 40 erfolgen. Dies ist in der Figur gestrichelt dargestellt. Es wird nun ein weiteres Anwendungsbeispiel anhand der Figur 4 erläutert. Diese zeigt das leittechnische System 22, das Modul 42, die SubSystemsteuerung 28.13 der Zugsicherung, eine als Geschwindigkeitssensor ausgebildete Sensoreinheit 34, die Betriebsmittel 20.7 und 20.8 der Mensch-Maschine- Schnittstelle, die der Eingabeeinrichtung zur Eingabe von Zugdaten bzw. der Anzeigeeinheit entsprechen. Das Modul 42 ist wie oben bereits beschrieben über dessen An- schluss 48.1 und eine Schnittstelle 30 an das leittechnische System 22 angeschlossen. Das als Eingabeeinrichtung ausgebildete Betriebsmittel 20.7 ist an das Steuernetzwerk 24 und über die Datenanschlusseinheit 44 an das Modul 42 angeschlos- sen (siehe auch Figur 2) . Dies gilt auch für das als Anzeige¬ einheit ausgebildete Betriebsmittel 20.8.
Der Anschluss der Betriebsmittel 20.7, 20.8 erfolgt insbeson¬ dere mittels einer Geräteanschlusseinheit 52, die von der Schnittstelleneinheit 46 unterschiedlich ist. Beispielsweise sind die Verbindungen zu den Betriebsmitteln 20.7, 20.8 über serielle Schnittstellen realisiert. Die Verbindung des Moduls 42 zur SubSystemsteuerung 20.13 der Zugsicherung erfolgt über eine digitale Schnittstelle 46.1. Die Verbindung des Moduls 42 zur Sensoreinheit 34 erfolgt z.B. über eine analoge
Schnittstelle 46.3.
Das Modul 42 ist dazu vorgesehen, die Eingabe von Zugdaten über das Betriebsmittel 20.7 zu überwachen. Hierzu führt es wie im Folgenden erläutert eine Konsistenzprüfung aus. Über die durch die Datenanschlusseinheit 44 bereitgestellte direk¬ te Verbindung des Moduls 42 zum Betriebsmittel 20.7 kann ein von der Bedienperson eingegebener Wert vom Modul 42 erfasst werden. Das Modul 42 kann zudem über den Anschluss an das Steuernetzwerk 24 den Wert empfangen, welcher bei der Eingabe der Bedienperson vom leittechnischen System 22 erfasst wurde. Auf diese Weise kann vom Modul 42 geprüft werden, ob die bei¬ den empfangenen Informationen miteinander konsistent sind. Außerdem dient das Modul 42 dazu, die Erfassung der Fahrzeug¬ geschwindigkeit zu überwachen. Hierzu führt es ebenfalls eine Konsistenzprüfung aus. Es empfängt über den Anschluss an das Steuernetzwerk 24 eine erste Geschwindigkeitsinformation, welche im leittechnischen System 22 vorhanden ist und zur Ausführung sicherheitskritischer Aufgaben berücksichtigt werden soll. Es empfängt außerdem über die Datenanschlusseinheit 44 eine Geschwindigkeitsinformation von der Subsystemsteue- rung 20.13 der Zugsicherung. Durch Vergleich der Geschwindigkeitsinformationen kann das Modul 42 eine Konsistenzprüfung durchführen. Zusätzlich kann eine weitere Geschwindigkeitsinformation als Zusatzinformation von der Sensoreinheit 34 bezogen werden. Beispielsweise kann die gezeigte Sensoreinheit 34 als Radar-Sensor ausgebildet sein.
Des Weiteren ist das leittechnische Modul 42 dazu vorgesehen, die Anzeige des Geschwindigkeitswerts durch das Betriebsmit¬ tel 20.8 zu überwachen. Hierzu empfängt es eine Geschwindig- keitsinformation über das Steuernetzwerk 24 des leittechnischen Systems 22. Diese entspricht der Geschwindigkeitsinformation, welche über das Steuernetzwerk 24 an das Betriebsmittel 20.8 übermittelt wird. Über die Datenanschlusseinheit 44 empfängt das Modul 42 den Geschwindigkeitswert, welcher vom Betriebsmittel 20.8 angezeigt wird. Das Betriebsmittel 20.8 weist eine Anzeige 54 und einen Anzeigespeicher 56 auf, wel¬ cher mit einer Schnittstelle 58 zum Anschließen an die Datenanschlusseinheit 44 datentechnisch verbunden ist. Der Geschwindigkeitswert wird aus dem Anzeigespeicher ausgelesen und über die Datenanschlusseinheit 44 an das Modul 42 über¬ mittelt. Das Modul vergleicht die vom System 22 empfangene Geschwindigkeitsinformation mit dem vom Betriebsmittel 20.8 über die Datenanschlusseinheit 44 empfangenen Geschwindig¬ keitswert .
Ist eine der oben beschriebenen Konsistenzprüfungen oder Überwachungen fehlgeschlagen, indem eine Inkonsistenz zwischen zwei verglichenen Werten festgestellt wird, wird vom leittechnischen Modul 42 eine sicherheitsbedingte Bremsung des Fahrzeugs eingeleitet. Dies erfolgt über eine direkte An- bindung des Moduls 42 an eine Bremssteuerung 60. Diese ist als Paar von redundanten Hauptbremsventilen einer pneumati- sehen Bremseinrichtung des Schienenfahrzeugs 10 ausgebildet.
Figur 5 zeigt das leittechnische Modul 42 in einer Detailan¬ sicht. Der folgende Text ist um unnötige Wiederholungen zu vermeiden auf die Merkmale des Moduls 42 gerichtet, die in den obigen Ausführungen nicht erwähnt sind.
Die Recheneinheit 45 des Moduls 42 weist zwei Prozessoren 62, 64 auf (siehe auch Figur 4) . Diese sind unterschiedlicher Bauart und können diversitär programmiert werden. Die Bussys- teme der beiden Prozessoren sind intern getrennt und verfügen über ein separates Protokoll um eine sicherheitstechnisch notwendige Trennung herbeizuführen. Die Verwaltung der Kommunikation des Moduls 42 mit den angeschlossenen Einheiten erfolgt mittels des Prozessors 64, welches dieser Aufgabe zuge- ordnet ist. Das Modul 42 weist außerdem ein intelligentes RAM/EPROM Verwaltungssystem auf.

Claims

Patentansprüche
1. Steueranordnung für ein Fahrzeug, insbesondere ein
Schienenfahrzeug (10), mit einem leittechnischen System (22), welches zumindest eine zentrale Steuereinheit (26), einen
Satz von dezentralen SubSystemsteuerungen (28) und ein Steuernetzwerk (24) aufweist, an welches die Steuereinheit (26) und die SubSystemsteuerungen (28) angeschlossen sind,
gekennzeichnet durch
ein von der Steuereinheit (26) unterschiedliches leittechni¬ sches Modul (42), das an das Steuernetzwerk (24) angeschlos¬ sen ist, und eine vom Steuernetzwerk (24) unterschiedliche Datenanschlusseinheit (44), durch welche das leittechnische Modul (42) mit den SubSystemsteuerungen (28) datentechnisch verbunden ist.
2. Steueranordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
das leittechnische Modul (42) dazu vorgesehen ist, bezüglich einer Aufgabe einer SubSystemsteuerung (28) an die Subsystem- Steuerung (28) zumindest eine Information zur sicherheitskonformen Durchführung der Aufgabe zu übermitteln.
3. Steueranordnung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
das leittechnische Modul (42) dazu vorgesehen ist, abhängig von der durchzuführenden Aufgabe vor dem Übermitteln die Information zu bestimmen.
4. Steueranordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass
das leittechnische Modul (42) dazu vorgesehen ist, die Infor¬ mation vor dem Übermitteln über die Datenanschlusseinheit (44) zu erfassen und/oder die Information an die Subsystem- Steuerung (28) über die Datenanschlusseinheit (44) zu über¬ mitteln .
5. Steueranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
das leittechnische Modul (42) und die SubSystemsteuerungen (28) über gleichartige Schnittstellen (30, 32) an das Steuer- netzwerk (24) angeschlossen sind.
6. Steueranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
das leittechnische Modul (42) dazu vorgesehen ist, bezüglich einer über das Steuernetzwerk (24) empfangenen Information und einer über die Datenanschlusseinheit (44) empfangenen In¬ formation eine Konsistenzprüfung durchzuführen.
7. Steueranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
das leittechnische Modul (42) dazu vorgesehen ist, durch Aus¬ wertung von einer ersten, über das Steuernetzwerk (24) empfangenen Information betreffend eine SubSystemsteuerung (28) und einer zweiten, über die Anschlusseinheit (44) empfangenen Information betreffend die SubSystemsteuerung (28) zumindest einen Betriebsprozess der SubSystemsteuerung (28) zu überwa¬ chen .
8. Steueranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch
einen Fahrzeugbus (40), welcher das Steuernetzwerk (24) mit einem weiteren Steuernetzwerk des Fahrzeugs verbindet, wobei die Datenanschlusseinheit (44) zumindest teilweise vom Fahr¬ zeugbus (40) gebildet ist.
9. Steueranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die SubSystemsteuerungen (28) Komponenten des folgenden Satzes sind: Steuerung des Fahrzeugtürsystems, Bremssteuerung, Antriebssteuerung, Steuerung einer Fahrzeugsicherung, Steuerung einer Mensch-Maschine-Schnittstelle.
10. Steueranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch
einen Satz von Sensoreinheiten (34), die an das Steuernetzwerk (24) und das leittechnische Modul (42) angeschlossen sind.
11. Steueranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
das leittechnische Modul (42) eine Recheneinheit (45) auf- weist, die zumindest zwei Prozessoren (62, 64) umfasst.
12. Steueranordnung nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein erster Prozessor (64) zur Ausführung von Kommunikations- aufgaben vorgesehen ist und ein zweiter Prozessor (62) zur Ausführung sonstiger Aufgaben vorgesehen ist.
13. Steueranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
das leittechnische Modul (42) dazu vorgesehen ist, eine sicherheitsbedingte Bremsung des Fahrzeugs einzuleiten.
14. Fahrzeug, insbesondere Schienenfahrzeug, mit einer Steu¬ eranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
15. Leittechnisches Modul, welches im Zusammenwirken mit ei¬ nem leittechnischen System (22) zur Bildung einer Steueranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13 vorgesehen ist.
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