DE3490118C1 - Verfahren zur Übertragung von Signalen von einer Bodenstation auf ein Schienenfahrzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Übertragung von untereinander unterschiedlichen Signalen der von einer mit einem Coder versehenen Bodenstation mittels einem pulsfre­ quenzmodulierten Wechselstromsignalträger auf ein auf einem mit der letzteren verbundenen Schienenabschnitt sich befin­ denden, mit einem pulsfrequenzdemodulierenden Decoder ver­ sehenen Schienenfahrzeug erster Art unter gleichzeitiger Wahrung der Kompatibilität mit den Schienenfahrzeugen er­ ster Art.

Es ist in der Eisenbahnsignaltechnik allgemein bekannt, Si­ gnale von einer Bodenstation auf eine auf einem Schienen­ strang sich befindende Lokomotive durch Pulsfrequenzmodula­ tion induktiv zu übertragen. Dazu wird im allgemeinen der Schienenstrang aus zwei gegeneinander isolierten Schienen aufgebaut und diese beiden Schienen am Anfang und am Ende eines Streckenblockes durch je einen speziellen Transforma­ tor abgeschlossen. Bisher übliche Systeme übertragen puls­ weise durch verschieden hohe Impulsfrequenzen im allgemei­ nen vier verschiedene Informationen (siehe z. B. Artikel "Technische Unterhaltung der automatischen Lokomotivsigna­ lisation" von A. A. Leonow in "Transport", Moskau 1982, Seite 10).

Aus der EP-A-0 006 591 sowie aus "The Railway Gazette", 15, 1967, Seiten 701 bis 704, sind Verfahren zur Übertragung von Signalen mit frequenzmoduliertem Träger von einer mit einem Coder versehenen Bodenstation auf ein auf einem mit der letzteren verbundenen Schienenabschnitt sich befinden­ den, mit einem Decoder versehenen Schienenfahrzeug bekannt. Eine Kompatibilität zwischen einem alten, relativ wenige unterschiedliche Signale auf eine Lokomotive erster, altbe­ kannter Art zu übertragenden System und einem gleichzeitig arbeitenden neuen, mit diesem verbundenen, bedeutend mehr untereinander unterschiedliche Signale auf eine Lokomotive zweiter Art zu übertragenden System wird bei diesen beiden neueren Verfahren nicht offenbart.

Die Einführung von Schnellbahnsystemen verlangt jedoch die Übertragung von mehr Informationen als bisher. Es ist des­ halb schon vorgeschlagen worden, die Anlagen zu verdoppeln, indem eine zweite Wechselstromfrequenz zur Übertragung wei­ terer zusätzlicher Informationen eingesetzt wird. Ein der­ artiges Vorgehen verursacht jedoch untragbare Kosten.

Die in Einführung begriffenen Schnellbahnsysteme verlangen mehr und andere Signale als die bisher üblichen Bahnsy­ steme, und mindestens ausnahmsweise sollten jedoch Lokomo­ tiven bisheriger erster und neuer zweiter Art auf neuen und bisherigen Geleiseanlagen verkehren können. Aus betriebli­ chen Gründen ist eine Umstellung der bestehenden Anlagen außerordentlich kostspielig und betriebsmäßig kaum mehr zu bewerkstelligen.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens, welches die Erhöhung der bisherigen Anzahl der von einer Bodenstation auf das Schienenfahrzeug übertragbaren Signa­ len mit zusätzlichen, einfachen Mitteln und vor allen ohne Änderungen des bisher installierten Systems, sowie die obenerwähnte Kompatibilität ermöglicht, und sowohl beste­ hende Geleise- und Signalanlagen wie auch die bestehenden Apparate der bisherigen Lokomotiven unverändert zu benutzen gestattet.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genann­ ten Art erfindungsgemäß nach dem Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst.

Zweckmäßige Weiterausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 4.

Nachstehend wird die Erfindung anhand der Zeichnung unter Bezugnahme auf den Stand der Technik beispielsweise erläu­ tert. Es zeigt

Fig. 1 schematisch eine Anordnung zur Durchführung des er­ findungsgemäßen Verfahrens;

Fig. 2 die den bisher allgemein üblichen Eisenbahnsignalen entsprechenden Impulsfolgen; und

Fig. 3 drei gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren anstelle eines einzelnen, bisher üblichen Signals verwendete neue Impulsformen.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, befindet sich eine Lokomotive 1 auf einem aus den voneinander elektrisch isolierten Gelei­ seabschnitten 2 und 3 gebildeten Streckenblock. Die Gelei­ seabschnitte 2 und 3 sind an beiden Enden durch spezielle Transformatoren 4 und 5 miteinander und mit dem vorangehen­ den beziehungsweise dem nachfolgenden Streckenblock ver­ bunden.

Der Streckenblock wird am einen Ende durch Signale mit 50 Hz Wechselstrom versorgt. Die Versorgung erfolgt über einen Speisetransformator 6 und einen in Serie geschalteten Wi­ derstand 7. Die Stromquelle 8 wird über ein bisher meist mechanisch arbeitendes Impulsauswahlsystem 9 impulsweise an den Transformator 6 gelegt. Das zeitliche Verhältnis der stromführenden Impulse J zu den stromlosen Ruhepausen Q zwischen denselben liegt in der Praxis zwischen 35 und 65%, wie aus Fig. 2 ersichtlich.

Am anderen Ende des Streckenblockes befindet sich ein übli­ ches Kontrollsystem 10, das über einen Transformator 11 und einen in Serie geschalteten Widerstand 12 an die Geleiseab­ schnitte 2 und 3 angeschaltet ist. Das Kontrollsystem 10 zeigt nicht nur an, ob sich eine Lokomotive oder ein son­ stiges Fahrzeug auf der Strecke befindet, sondern auch, welche der Impulsfolgen J₁, Q₁ bis J₄, Q₄ eingeschaltet ist.

Auf der Lokomotive 1 befinden sich zwei nahe im Schienenbe­ reich angeordnete, induktiv arbeitende Aufnahmeaggregate 13 und 14. Eine Auswertschaltung 15 leitet die von den beiden Aufnahmeaggregaten 13 und 14 empfangenen frequenzmodulier­ ten Impulsfolgen bereinigt an die Auswertschaltung 16 wei­ ter.

Die Auswertschaltung 16 zeigt daher jederzeit die vom Im­ pulsauswahlsystem 9 abgegebene Impulsfolge an.

Alle bisher beschriebenen Elemente sind bekannt und im praktischen Einsatz.

Zur Übertragung zusätzlicher für Hochleistungs-Schnellbah­ nen unbedingt erforderlichen Signale wird ein weiteres, die zeitliche Breite der Stromimpulse modulierendes Impulsfor­ mungssystem 17 zwischen die Wechselstromquelle 8 und den Transformator 9 geschaltet. Dieses zusätzliche Impulsfor­ mungssystem 17 erzeugt Impulse mit sehr genauer Impuls­ dauer, wobei die Impulsbreiten der innerhalb der Variati­ onsbreite t_min. und t_max. der bisher verwendeten Signale S₁, S₂, S₃ resp. S₄ liegen, d. h. zwischen t_{3 min} und t_{3 max} (Fig. 3) für das bisherige Signal S₃ (Fig. 2).

Zur Erzeugung dieser in ihrer Impulsbreite genau bestimmter Impulse arbeitet das zusätzliche Impulsformungssystem 17 mit elektronischer Schaltung. Dabei wird der Impuls beim Spannungsnulldurchgang der Stromquelle 8 eingeschaltet und beim Stromnulldurchgang des Impulsstromes ausgeschaltet.

Durch die Belastung entsteht bei einem praktischen Eisen­ bahnsystem dabei nur nach dem Ausschalten eine kleine, nicht störende Nachschwingung Ns, wie dies aus Fig. 3 er­ sichtlich ist.

Da die zeitliche Dauer der neuen Impulse J_3/1, J_3,2 und J_3/3 innerhalb der Variationsbreite t_{3 min.} bis t_{3 max.} der bisher üblicherweise verwendeten Impulse J₃ liegt, funktio­ niert eine bisherige Auswertschaltung 16 mit den neuen Si­ gnalen (Fig. 3) unverändert gegenüber einer Verwendung der bisherigen Signale.

Man kann aber zusätzlich eine die Impulsbreite diskriminie­ rende Auswertschaltung 18 verwenden, und kann so die neuen Impulse J_3/1, J_3/2 und J_3/3, getrennt voneinander auswerten und die ihnen entsprechenden Signale S_3/1, S_3/2 und S_3/3 bilden.

Da die Frequenz der Wechselstromquelle 8 für verschiedene Streckenblöcke etwas unterschiedlich sein kann, wird durch eine elektronische Schwungradschaltung 19 (PLL) die zusätz­ liche Auswertschaltung 18 laufend mit dem Mittelwert der dem Streckenabschnitt zugeordneten Wechselstromquelle 8 synchronisiert.

Damit zufällige Impulsstörungen keine falschen Signale bewirken, ist die Auswertschaltung 18 derart aufgebaut, daß ein Ausgangssignal erst nach mehrmaligem Vorliegen ein und desselben Stromimpulses in mehreren aufeinanderfolgenden Zeitabschnitten T₃ erzeugt wird.

Bei der bisher üblichen, international normalisierten Si­ gnalübertragung im Eisenbahnwesen werden vier pulsfrequenz­ modulierte Wechselstromsignale S₁, S₂, S₃ und S₄ mit einer Pulsfrequenz von 4,5 Hz (Periodendauer T₁ = 0,22 sec), für das pulsfrequenzmodulierte Wechselstromsignal S₁, 3 Hz (Periodendauer T₂ = 0,3 sec) für das pulsfrequenzmodulierte Wechselstromsignal S₂, 2 Hz (T₃ = 0,5 sec) für das pulsfre­ quenzmodulierte Wechselstromsignal S₃ bzw. 1,25 Hz (T₄= 0,8 sec) für das pulsfrequenzmodulierte Wechselstromsignal S₄ verwendet. Zur Erzielung einer absolut sicheren Decodierung dieser mittels mechanischer Schalter 9 (siehe Fig. 1) puls­ modulierter Trägerfrequenz F besteht eine eisenbahntechni­ sche Vorschrift, daß für eine solche mechanische Codierung die zeitliche Länge der stromführenden Wechselstromimpulse in einem zeitlichen Bereich t von 35 bis 65% der Perioden­ dauer T liegen muß, das heißt zum Beispiel der Wechselstro­ mimpuls J₄ des mit einer Frequenz von 1,25 Hz, das heißt einer Periodendauer von 0,8 sec, pulsfrequenzmodulierten Wechselstromsignalträgers die zeitliche Länge des Wechsel­ stromimpulses J₄ in einem Bereich von 0,28 bis 0,52 sec liegen muß. Alle Impulse J₄ mit einer zeitlichen Länge von 0,28 bis 0,52 sec eines mit einer Frequenz von 1,25 Hz pulsfrequenzmodulierten Wechselstromsignalträgers F mit ei­ ner Trägerfrequenz von 50 Hz ergeben mit einem (bisherigen) Schienenfahrzeug erster Art nach deren Decodierung das eine Signal S₄.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun dieser bisherige vorgegebene Breitenvariationsbereich, z. B. Δt₃ (siehe Fig. 3), neu zusätzlich ausgenützt, um durch zusätzliche Pulsbreitenmodulation des Wechselstromsignalträ­ gers F bei gleicher Pulsfrequenzmodulation (z. B. 2 Hz) des­ selben wie bisher anstatt wie bisher nur ein Signal S₃ neu mehrere unterschiedliche Signale z. B. S_3/1, S_3/2 und S_3/3 im bisherigen Variationsbereich Δt₃ zu übermitteln.

Diese derart durch Pulsfrequenz- und Pulsbreiten­ modulation erzeugten drei Signalimpulse J_3/1, J_3/2 und J_3/3 werden durch den pulsfrequenz- und pulsbreitendemodulierenden Decoder eines Schienenfahrzeu­ ges, zweiter Art (z. B. einer Hochgeschwindigkeitslokomoti­ ve) als drei verschiedene Signale S_3/1, S_3/2 und S_3/3 und durch den pulsfrequenzdemodulierenden Decoder eines Schie­ nenfahrzeuges erster Art (z. B. einer Güterzuglokomotive) wie bisher als ein einziges Signal S₃ ausgewertet, so daß ein Schienenfahrzeug bisheriger erster Art ohne Probleme auf einem für Schienenfahrzeuge zweiter Art bestimmten Schienenabschnitt (z. B. einer Hochgeschwindigkeitsstrecke) verkehren und z. B. die für die Schienenfahrzeuge zweiter Art bestimmten Signale S_3/1, S_3/2 und S_3/3 ohne Änderung ihres Decoders wie bisher als ein anderes, nur für Schie­ nenfahrzeuge erster Art bestimmtes Signal S₃ empfangen kön­ nen.

Die Schienenfahrzeuge erster Art sind somit ohne Änderungen auch auf einem mit dem neuen Signalübertragungssystem ver­ bundenen Schienenabschnitt einsetzbar, was äußerst wichtig ist, da es einen außerordentlich großen technischen Aufwand bedeuten würde, wenn man alle bisherigen Lokomotiven bzw. deren Signalauswertanordnungen umändern oder ersetzen müßte.

Die vorliegende Erfindung zeigt somit eine Lösung für das mit der Einführung von Hochgeschwindigkeitseisenbahnen zu lösende Problem der Signalübertragung, die derart sein muß, daß die bisherigen Schienennetze, Bodenstationen und Loko­ motiven (erster Art) beziehungsweise deren Signalübertra­ gungs- und Auswerteinheiten nicht geändert werden müssen, so daß nur die neuen Hochgeschwindigkeitsstrecken und -lo­ komotiven (zweiter Art) gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet sein müssen, andrerseits jedoch absolut keine Probleme signaltechnischer Art auftreten, wenn eine Lokomo­ tive erster Art auf einem Schienenabschnitt zweiter Art verkehrt.

Claims (4)

1. Verfahren zur Übertragung von untereinander unter­ schiedlichen Signalen der von einer mit einem Coder (9) versehenen Bodenstation mittels einem pulsfrequenzmodu­ lierten Wechselstromsignalträger auf ein auf einem mit der Bodenstation verbundenen Schienenabschnitt (2, 3) sich befindenden, mit einem pulsfrequenzdemodulierenden Decoder (16) versehenen Schienenfahrzeug erster Art un­ ter gleichzeitiger Wahrung der Kompatibilität mit den Schienenfahrzeugen erster Art, dadurch gekennzeichnet, daß zur Übertragung der Signale auf ein mit einem fre­ quenz- und pulsbreitendemodulierenden Decoder versehenes Schienenfahrzeug zweiter Art (1) ein zusätzlich zur die auf das Schienenfahrzeug erster Art zu übertragenden Signale bestimmenden Pulsfrequenzmodu­ lation pulsbreitenmodulierter Wechsel­ stromsignalträger gleicher Trägerfrequenz verwendet wird, und die voneinander unterschiedliche Breite der Impulse (J_3/1, J_3/2, J_3/3) dieses zusätzlich pulsbreitenmodulierten Wechselstromsignalträgers bei gleicher Pulsfrequenzmodulation innerhalb des Brei­ tenvariationsbereiches (Δt₃) der Wechselstromimpulse (J₃) des nur pulsfrequenzmodulierten Wechselstromsi­ gnalträgers liegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zeitlichen Breiten der Wechselstromimpulse (J_3/1, J_3/2, J_3/3) und der Strompausen (Q_3/1, Q_3/2, Q_3/3) ganzzahligen, vorzugsweise geradzahligen Vielfachen der Wechselstromhalbwellenzeit entsprechen, daß man die Stromimpulse beim Spannungsnulldurchgang einer Wechsel­ stromquelle (8) einschaltet und beim Stromnulldurchgang desselben ausschaltet, und daß die Schaltung der Wech­ selstromquelle mittels elektronischer Mittel erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Decodierung mittels elektronischer Mittel erfolgt, daß nach dem Decoder (18) erste eine Aufeinan­ derfolge von einer bestimmten Anzahl von gleichen Im­ pulssignalen ein entsprechendes Ausgangssignal bewirkt, wobei der Decoder (18) digital die ein- und ausgeschal­ teten Halbwellen der Stromimpulse (J_1/1-J_1/3) und Strompausen (Q_1/1-Q_1/3) zählt, und daß die Zählvorrich­ tung des Decoders (18) mit Hilfe einer elektronischen Schwungradschaltung (PLL-Schaltung 19) mit der Frequenz der Wechselstromquelle (8) synchronisiert wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß man auf dem Schienenfahrzeug erster Art einen Decoder verwendet, der alle im Breitenvaria­ tionsbereich (Δt₃) der Wechselstromimpulse (J₃) eines nur pulsfrequenzmodulierten Wechselstromsignalträgers vorliegende Signale unterschiedslos als ein und dassel­ be Signal (S₃) wiedergibt.