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Steuereinrichtung für ein Schienenfahrzeug - Dokument DE10029041B4
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE10029041B4 05.02.2004
Titel Steuereinrichtung für ein Schienenfahrzeug
Anmelder Siemens AG, 80333 München, DE
Erfinder Baier, Torsten, Dipl.-Ing., 38315 Schladen, DE
DE-Anmeldedatum 13.06.2000
DE-Aktenzeichen 10029041
Offenlegungstag 20.12.2001
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 05.02.2004
Veröffentlichungstag im Patentblatt 05.02.2004
IPC-Hauptklasse B61L 23/34
IPC-Nebenklasse H01Q 1/32   H01Q 3/00   H04B 7/14   H04B 5/00   G08C 17/02   

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuereinrichtung für ein Schienenfahrzeug mit mindestens zwei Antennen, von denen die eine Antenne zum Empfangen von Funksignalen eines – in Fahrtrichtung gesehen – vorausfahrenden Schienenfahrzeugs im vorderen Bereich des Schienenfahrzeugs und die andere Antenne zum Senden von Funksignalen an ein hinterherfahrendes Schienenfahrzeug im hinteren Bereich des Schienenfahrzeugs angeordnet ist, wobei die zwei Antennen Richtantennen sind und wobei die Hauptstrahlkeule der einen Richtantenne in Fahrtrichtung und die Hauptstrahlkeule der anderen Richtantenne entgegen der Fahrtrichtung ausgerichtet ist.

Eine derartige Steuereinrichtung ist von der CD-ROM PAJ: Patent Abstracts of Japan, JP 10071952 A bekannt. Diese vorbekannte Steuereinrichtung weist zwei Antennen auf, nämlich eine am vorderen Ende des Schienenfahrzeugs angebrachte Antenne und eine am hinteren Ende des Schienenfahrzeugs angebrachte Antenne. Mit der vorderen Antenne empfängt die Steuereinrichtung Funksignale eines auf der Strecke – in Fahrtrichtung gesehen – voranfahrenden Schienenfahrzeugs. Unter Heranziehung dieser Funksignale bestimmt die Steuereinrichtung dann einen Sicherheitsabstand, den sie bzw. „ihr" Schienenfahrzeug zum vorausfahrenden Schienenfahrzeug einhalten muss. Um einem auf der Strecke hinterherfahrenden Schienenfahrzeug ebenfalls die Bestimmung eines ausreichenden Sicherheitsabstandes zu ermöglichen, sendet die Steuereinrichtung mit der am hinteren Ende des Schienenfahrzeugs angebrachten Antenne Funksignale aus, mit denen wiederum das hinterfahrende Schienenfahrzeug seinerseits den erforderlichen Sicherheitsabstand ermitteln kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuereinrichtung der eingangs beschriebenen Art derart fortzuentwickeln, dass eine noch höhere Betriebssicherheit beim Steuern der Schienenfahrzeuge als zuvor erreicht wird.

Diese Aufgabe wird ausgehend von der Steuereinrichtung der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Steuereinrichtung derart ausgestaltet ist, dass sie die für das voranfahrende Schienenfahrzeug bestimmten Funksignale mit einer anderen Polarisation aussendet als die für das hinterherfahrende Schienenfahrzeug bestimmten Funksignale, wobei die beiden Polarisationen orthogonal zueinander sind.

Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung besteht darin, dass diese anhand eines – in Fahrtrichtung gesehen – von vorn empfangenen Funksignals sofort feststellen kann, ob sich das sendende Schienenfahrzeug womöglich auf Kollisionskurs befindet, also entgegenkommt; denn anhand der Polarisation der empfangenen Funksignale kann nämlich sofort festgestellt werden, in welche Fahrtrichtung sich das sendende Schienenfahrzeug bewegt. Beispielsweise können mit der vorn angebrachten Richtantenne linear horizontal polarisierte (oder rechts drehend zirkulare) Wellen und mit der hinten angebrachten Richtantenne linear vertikal polarisierte (oder links drehend zirkulare) Wellen abgestrahlt werden.

Um eine gute Funkwellenübertragung auch bei Kurvenfahrten des Schienenfahrzeugs zu ermöglichen, wird es als vorteilhaft angesehen, wenn die Richtantennen derart ausgestaltet sind, dass ihre Hauptstrahlkeule bei Kurvenfahrten des Schienenfahrzeugs ins Kurveninnere dreht. Durch das Verdrehen der Hauptstrahlkeulen der Richtantennen verbessert sich die Funksignalübertragung deutlich, da der Überlappungsbereich zwischen Hauptstrahlkeulen-Fläche der Richtantennen und dem Gleisbereich vergrößert wird.

Um zu erreichen, dass die Funkeinrichtung die Funksignale möglichst ausschließlich in den Bereich des „eigenen" Gleises sendet – also möglichst nicht in den Bereich anderer Gleise – wird es als vorteilhaft angesehen, wenn die Richtantennen für ihre Hauptstrahlkeule jeweils mindestens einen Antennengewinn von 10 aufweisen. Unter dem Antennengewinn (G) wird dabei das Verhältnis bzw. der Quotient zwischen maximaler Strahlungsintensität (S1) der Richtantenne in Hauptstrahlrichtung und der maximalen Strahlungsintensität (S2) einer sogenannten „isotropen" Antenne verstanden; eine isotrope Antenne ist eine Antenne, die in alle Raumrichtungen die gleiche Strahlungsintensität abgibt. Es soll also gelten: G = S1/S2 ≥ 10

Die Erfindung bezieht sich außerdem auf ein Verfahren zum Betreiben eines Schienenfahrzeugs, bei dem mit einer im vorderen Bereich des Schienenfahrzeugs angebrachten Antenne Funksignale eines vorausfahrenden Schienenfahrzeugs empfangen werden und mit einer im hinteren Bereich des Schienenfahrzeugs angeordneten, anderen Antenne Funksignale erzeugt werden, die an ein hinter dem Schienenfahrzeug hinterherfahrendes Schienenfahrzeug gesendet werden, wobei als Antennen Richtantennen verwendet werden und wobei die Hauptstrahlkeule der einen Richtantenne in Fahrtrichtung und die Hauptstrahlkeule der anderen Richtantenne entgegen der Fahrtrichtung ausgerichtet wird.

Ein derartiges Verfahren lässt sich der eingangs genannten Literaturstelle entnehmen.

Der Erfindung liegt bezüglich eines solchen Verfahrens die Aufgabe zugrunde, die Betriebssicherheit beim Steuern der Schienenfahrzeuge zu erhöhen.

Diese Aufgabe wird ausgehend vom genannten Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die für das vorausfahrende Schienenfahrzeug bestimmten Funksignale mit einer anderen Polarisation ausgesendet werden als die für das hinterherfahrende Schienenfahrzeug bestimmten Funksignale, wobei die beiden Polarisationen orthogonal zueinander sind.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in Unteransprüchen angegeben. Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens und die seiner vorteilhaften Ausgestaltungen entsprechen den Vorteilen der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung und deren Weiterbildungen.

Zur Erläuterung der Erfindung zeigt

1 ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Steuereinrichtung und

2 eine vereinfachte Darstellung eines Schienenfahrzeugs mit einer ins Kurveninneren verdrehten Richtantenne.

Die 1 zeigt eine Gleisanlage 5 mit zwei Eisenbahnzügen 10 und 15, die sich entlang einer durch den Pfeil 17 angedeuteten Fahrtrichtung bewegen. Der Eisenbahnzug 10 ist mit einer Steuereinrichtung 20 ausgestattet. Die Steuereinrichtung 20 weist eine Steuereinheit 21 und zwei mit dieser verbundene Richtantennen 25 und 30 auf. Die eine der Richtantennen 25 ist an dem in Fahrtrichtung gesehen vorderen Ende des Eisenbahnzuges 10 angebracht und die andere Richtantenne 30 am hinteren Ende des Eisenbahnzuges 10. Dabei ist die eine Richtantenne 25 in Fahrtrichtung ausgerichtet; ihre Hauptstrahlkeule 35 zeigt also in Fahrtrichtung. Die andere Richtantenne 30 ist entgegen der Fahrtrichtung ausgerichtet, so dass ihre Hauptstrahlkeule 40 entgegen der Fahrtrichtung zeigt.

Der andere Eisenbahnzug 15 weist eine mit der Steuereinrichtung 20 des einen Eisenbahnzugs 10 identische Steuereinrichtung 20' auf; diese Steuereinrichtung 20' ist ebenfalls mit einer Steuereinheit 21' und mit zwei Richtantennen 25' und 30' ausgestattet. Die in Fahrtrichtung gesehen vordere Richtantenne 25' ist dabei mit ihrer Hauptstrahlkeule in Fahrtrichtung und die in Fahrtrichtung gesehen hintere Richtantenne 30' mit ihrer Hauptstrahlkeule entgegen der Fahrtrichtung ausgerichtet. Die Hauptstrahlkeulen der Richtantennen 25' und 30' sind in der 1 der Übersicht halber nicht dargestellt.

Die beiden Eisenbahnzüge 10 und 15 können mit Hilfe ihrer Richtantennen Funk- bzw. Datensignale untereinander austauschen; beispielsweise können die beiden Eisenbahnzüge 10 und 15 Orts- und Geschwindigkeitsinformationen übermitteln, aus denen der jeweils hinterherfahrende Eisenbahnzug unter Berücksichtigung der eigenen Position und der eigenen Geschwindigkeit einen Sicherheitsabstand berechnen kann.

Wenn nun die Steuereinrichtung 20 des Eisenbahnzugs 10 ein Datensignal mit ihrer Richtantenne 25 empfängt, so kennt sie zwar den Ort und die Geschwindigkeit des anderen Eisenbahnzugs 15, jedoch kann sie aus dem Dateninhalt des empfangenen Datensignals nicht unmittelbar ableiten, ob der andere Eisenbahnzug 15 tatsächlich auch in die richtige Fahrtrichtung – also entlang der Pfeilrichtung 17 – fährt. Eine Fahrtrichtungsbestimmung ist mit dem Dateninhalt des empfangenen Datensignals in der Steuereinrichtung 20 erst dann möglich, wenn zumindest ein zweites Datensignal vorliegt. Mit zwei empfangenen Datensignalen kann nämlich die Fahrtrichtung ermittelt werden, indem die zwei empfangenen Ortsinformationen – die aufgrund des jeweils bekannten Empfangszeitpunktes sozusagen „mit Zeitstempeln versehen" sind – ausgewertet werden.

Um zu ermöglichen, dass die Eisenbahnzüge beliebig Datensignale mit dem jeweils vorausfahrenden und dem jeweils hinterherfahrenden Eisenbahnzug austauschen können, sind die beiden Steuereinrichtungen 20 und 20' derart ausgestaltet, dass sie ihre beiden Richtantennen sowohl zum Senden als auch zum Empfangen von Funksignalen verwenden. Dabei werden die Datensignale mit einer fahrtrichtungsabhängigen Polarisation übertragen; konkret ist die Polarisation für die mit der vorderen Richtantenne 25 bzw. 25' in Fahrtrichtung zu sendenden Datensignale (Polarisation 1) orthogonal zur Polarisation der Datensignale, die mit der hinteren Richtantenne 30 bzw. 30' entgegen der Fahrtrichtung gesendet werden (Polarisation 2).

Dadurch kann zum Beispiel die Steuereinrichtung 20 des Eisenbahnzugs 10 die Fahrtrichtung des vorausfahrenden Eisenbahnzugs 15 unmittelbar bestimmen, indem sie die Polarisation der mit der einen Richtantenne 25 empfangenen Datensignale auswertet. Im Falle, dass der andere Eisenbahnzug 15 entgegenkommt, wird die Steuereinrichtung 20 des Eisenbahnzugs 10 sofort eine Notbremsung auslösen und entsprechende Alarmsignale an den Eisenbahnzug 15 aussenden.

Die Steuereinrichtungen 20 und 20' können jeweils von einander unabhängig arbeitende Empfangsmodule für jede der beiden Polarisationen aufweisen; ein solcher Aufbau der Steuereinrichtung 20 bzw. 20' hat als Vorteil, dass die Steuereinrichtung zu jedem Zeitpunkt Datensignale mit jeder der beiden Polarisationen empfangen kann. Soll – z. B. aus Kostengründen – aber in der Steuereinrichtung 20 bzw. 20' nur ein einziges Empfangsmodul für beide Polarisationen vorgesehen sein, so kann die Steuereinrichtung 20 bzw. 20' zu jedem Zeitpunkt nur Datensignale einer einzigen Polarisation empfangen. Die Steuereinrichtung 20 muss die Empfangspolarisation daher regelmäßig umschalten, um Datensignale beider Polarisationen empfangen zu können In diesem Fall muss festgelegt werden, mit welcher Priorität die beiden Polarisationen behandelt werden sollen. So kann beispielsweise festgelegt sein, dass die Steuereinrichtung die beiden Polarisationen mit derselben Priorität behandelt; dies lässt sich beispielsweise dadurch ermöglichen, dass die Zeitschlitze &Dgr;t (Polarisation 1) für den Empfang der einen Polarisation genauso lang sind wie die Zeitschlitze &Dgr;t (Polarisation 2) für den Empfang der anderen Polarisation. &Dgr;t(Polarisation 1) = &Dgr;t(Polarisation 2)

Bei der Festlegung, mit welcher Priorität die Datensignale der beiden Polarisationen behandelt werden, können aber auch die Eigenschaften der Strecke berücksichtigt werden:

Da bei eingleisigen Eisenbahnstrecken ein größeres Restrisiko besteht, dass Züge entgegenkommen können, als bei zweigleisigen Strecken, sollte bei eingleisigen Strecken die Steuereinrichtung 20 bzw. 20' die Polarisation (Polarisation 1) für „entgegenkommende" Züge mit einer höheren Priorität behandeln als bei zweigleisigen Strecken; konkret ist der Polarisation 1 bei eingleisigen Strecken ein größerer „Empfangsanteil" zuzuordnen als bei zweigleisigen Strecken:

Die 2 zeigt ein Gleis 100 im Kurvenbereich. Man erkennt ein Schienenfahrzeug 110, das sich ungefähr in der Mitte des Kurvenbereichs befindet. Dieses Schienenfahrzeug 110 ist mit der gleichen Steuereinrichtung ausgestattet wie die beiden Eisenbahnzüge 10 und 15 gemäß der 1. Der Übersicht halber ist in der 2 jedoch nur die Hauptstrahlkeule 115 der in Fahrtrichtung 120 vorn angeordneten Richtantenne dargestellt. Man erkennt, dass die Hauptstrahlkeule 115 nicht tangential (Linie 125) zur Kurve ausgerichtet ist, sondern um einen Winkel ? ins Kurveninnere verdreht ist. Diese Verdrehung der Richtantenne verbessert deutlich den Austausch von Datensignalen mit vorausfahrenden Schienenfahrzeugen, da der Überlappungsbereich zwischen der Hauptstrahlkeule 115 und dem Gleis 100 vergrößert wird.

Das Verdrehen der Richtantenne kann durch eine mechanische Dreheinrichtung bewirkt werden, die bei Kurvenfahrten die Richtantenne je nach Kurvenradius verdreht. Im einfachsten Fall kann das Verdrehen der Richtantenne dadurch erreicht werden, dass die Richtantenne an einem Drehgestell des Schienenfahrzeugs angebracht wird, da sich das Drehgestell bei Kurvenfahrten stets in Richtung Kurveninneres mitdreht.

Das Verdrehen der Hauptstrahlkeule kann beispielsweise auch dadurch erreicht werden, dass als Richtantenne eine „Phased Array"-Antenne verwendet wird; solche Antennen zeichnen sich bekanntermaßen dadurch aus, dass bei diesen die Richtung der Hauptstrahlkeule durch eine entsprechende äußere Ansteuerung einstellbar ist.

Die in Fahrtrichtung hintere Richtantenne, die in der 2 nicht dargestellt ist, sollte genauso drehbar ausgeführt sein wie die vorn angebrachte, damit auch für die Kommunikation mit einem hinterherfahrenden Schienenfahrzeug eine optimale Datensignalübertragung erreicht wird; dies bedeutet, dass auch die hintere Richtantenne bei Kurvenfahrten in Richtung Kurveninneres gedreht werden sollte.


Anspruch[de]
  1. Steuereinrichtung (20) für ein Schienenfahrzeug (10) mit mindestens zwei Antennen (25, 30), von denen

    – die eine Antenne (25) zum Empfangen von Funksignalen eines – in Fahrtrichtung (17) gesehen – vorausfahrenden Schienenfahrzeugs (15) im vorderen Bereich des Schienenfahrzeugs (10) und

    – die andere Antenne (30) zum Senden von Funksignalen an ein hinterherfahrendes Schienenfahrzeug im hinteren Bereich des Schienenfahrzeugs angeordnet ist,

    – wobei die zwei Antennen Richtantennen (25, 30) sind und

    – wobei die Hauptstrahlkeule (35) der einen Richtantenne (25) in Fahrtrichtung und die Hauptstrahlkeule (40) der anderen Richtantenne (30) entgegen der Fahrtrichtung ausgerichtet ist,

    dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung derart ausgestaltet ist, dass sie die für das voranfahrende Schienenfahrzeug (15) bestimmten Funksignale mit einer anderen Polarisation aussendet als die für das hinterherfahrende Schienenfahrzeug bestimmten Funksignale, wobei die beiden Polarisationen orthogonal zueinander sind.
  2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Richtantennen (25, 30) derart ausgestaltet sind, dass ihre Hauptstrahlkeule bei Kurvenfahrten des Schienenfahrzeugs (110) ins Kurveninnere dreht.
  3. Steuereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass

    – jede der Richtantennen (25, 30) für ihre Hauptstrahlkeule (35, 40) mindestens einen Antennengewinn von 10 aufweist.
  4. Verfahren zum Betreiben eines Schienenfahrzeugs (10), bei dem

    – mit einer im vorderen Bereich des Schienenfahrzeugs (10) angebrachten Antenne (25) Funksignale eines vorausfahrenden Schienenfahrzeugs (15) empfangen werden und

    – mit einer im hinteren Bereich des Schienenfahrzeugs (10) angeordneten, anderen Antenne (30) Funksignale erzeugt werden, die an ein hinter dem Schienenfahrzeug hinterherfahrendes Schienenfahrzeug gesendet werden,

    – wobei als Antennen Richtantennen (25, 30) verwendet werden und

    – wobei die Hauptstrahlkeule (35) der einen Richtantenne (25) in Fahrtrichtung und die Hauptstrahlkeule (40) der anderen Richtantenne (30) entgegen der Fahrtrichtung (17) ausgerichtet wird,

    dadurch gekennzeichnet, dass

    – die für das vorausfahrende Schienenfahrzeug (15) bestimmten Funksignale mit einer anderen Polarisation ausgesendet werden als die für das hinterherfahrende Schienenfahrzeug bestimmten Funksignale, wobei die beiden Polarisationen orthogonal zueinander sind.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass

    – bei Kurvenfahrten des Schienenfahrzeugs (110) die Hauptstrahlkeule der Richtantennen jeweils ins Kurveninnere gedreht wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass

    – Richtantennen (25, 30) verwendet werden, die für ihre Hauptstrahlkeule (35, 40) mindestens einen Antennengewinn von 10 aufweisen.
Es folgen 2 Blatt Zeichnungen






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