CH663766A5 - Verfahren zur erhoehung der anzahl der von einer bodenstation auf ein schienenfahrzeug uebertragbaren signalen. - Google Patents

Description

  
 



   BESCHREIBUNG



   Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erhöhung der Anzahl der von einer mit einem Coder versehenen Bodensta   ti on    mittels einem pulsfrequenzmodulierten Wechselstromsignalträger auf ein auf einem mit dieser Bodenstation verbundenen Schienenabschnitt sich befindenden, mit einem pulsfrequenzdemodulierenden Decoder versehenen Schienenfahrzeug erster Art übertragbaren, untereinander unterschiedlichen Signalen unter gleichzeitiger Wahrung der Kompatibilität mit den Schienenfahrzeugen erster Art.



   Es ist bekannt, Signale von einer Bodenstation auf eine auf einem Schienenstrang sich befindende Lokomotive durch Pulsfrequenzmodulation 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 Transformator abgeschlossen. Bisher übliche Systeme übertragen pulsweise durch verschieden hohe Impulsfrequenzen im allgemeinen vier verschiedene Informationen.



  Die Einführung von Schnellbahnsystemen verlangt jedoch die Übertragung von mehr Informationen als bisher. Es ist deshalb schon vorgeschlagen worden, die Anlagen zu verdoppeln, indem eine zweite Wechselstromfrequenz zur Ubertragung weiterer zusätzlicher Informationen eingesetzt wird.



  Ein derartiges Vorgehen verursacht jedoch untragbare Kosten.



   Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens, welches die Erhöhung der bisherigen Anzahl der von   iner    Bodenstation auf das Schienenfahrzeug übertragbaren Signalen mit zusätzlichen, einfachen Mitteln und vor allem ohne Änderungen des bisher installierten Systems, ermöglicht.



   Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass zur Übertragung der erhöhten Anzahl von Signalen auf ein mit inem pulsfrequenz- und pulscode- oder pulsbreitendemodulierenden Decoder versehenes Schienenfahrzeug zweiter Art in zusätzlich zur die auf das Schienenfahrzeug erster Art zu übertragenden Signale bestimmenden Pulsfrequenzmodulation pulsbreiten- oder pulscodemodulierter Wechselstromsignalträger gleicher Trägerfrequenz verwendet wird, und die voneinander unterschiedliche Breite der Impulse dieses zusätzlich pulscode- oder pulsbreitenmodulierten Wechselstromsignalträgers bei gleicher Pulsfrequenzmodulation innerhalb des Breitenvariationsbereiches der Wechselstromimpulse des nur pulsfrequenzmodulierten Wechselstromsignalträgers liegt.



   Wenn die Signale durch zeitlich verschieden lange, mehrere Halbwellen enthaltende Wechselstromimpulse, abwechselnd mit stromfreien, ebenfalls zeitlich verschieden langen Strompausen übertragen werden, dann ist es zur gleichzeitigen Ubertragung von zwei Informationen zweckmässig, wenn die Frequenz der Pulsfrequenzmodulation sowohl durch die zeitliche Breite der Wechselstromimpulse als auch durch die zeitliche Breite der Strompausen bestimmt wird, wogegen die Pulsbreite ausschliesslich durch die Breite der Wechselstromimpulse gegeben ist.



   Zur sicheren Unterscheidung der Impulslängen sowie zur Ermöglichung von im Verhältnis zur Impulslänge scharf begrenzter Impulse, bei der durch die bisherigen Systeme gegebenen Impulslänge, ist es vorteilhaft, wenn die zeitlichen Breiten der Wechselstromimpulse und der Strompausen ganzzahligen, vorzugsweise geradzahligen Vielfachen der Wechselstromhalbwellenzeit entsprechen, dass man die Stromimpulse beim Spannungsnulldurchgang einer Wechselstromquelle einschaltet und beim Stromnulldurchgang desselben ausschaltet, und dass die Schaltung der Wechselstromquelle mittels elektronischer Mittel erfolgt.



   Zur sicheren Erfassung der Impulse, zur Vermeidung von Störungen durch zufällige Impulse sowie zur Vermeidung einer Abhängigkeit von Schwankungen der Frequenz des die Stromimpulse bildenden Wechselstromes ist es zweckmässig, wenn die Decodierung mittels elektronischer Mittel erfolgt, dass nach dem Decoder erste eine Aufeinanderfolge von einer bestimmten Anzahl von gleichen Impulssignalen ein entsprechendes Ausgangssignal bewirkt, wobei der Decoder digital die ein- und ausgeschalteten Halbwellen der Stromimpulse und Strompausen zählt, und dass die   Zählvorrichtung    des Decoders mit Hilfe einer elektronischen Schwungradschaltung (PLL-Schaltung 19) mit der Frequenz der Wechselstromquelle synchronisiert wird.



   Zur Ermöglichung der Kompatibilität mit bisherigen Apparaten ist es zweckmässig, wenn man auf dem Schienenfahrzeug erster Art einen Decoder verwendet, der alle im Breitenvariationsbereich der Wechselstromimpulse   (53)    des nur pulsfrequenzmodulierten Wechselstromsignalträgers vorliegende Signale unterschiedslos als ein und dasselbe Si  gnal wiedergibt. Nachstehend wird die Erfindung anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert. Es zeigt
Fig. 1 schematisch eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens;
Fig. 2 die den bisher üblichen Signalen entsprechenden Impulsfolgen; und
Fig. 3 drei anstelle eines einzelnen, bisher üblichen Signals verwendete neue Impulsformen.



   Wie aus der Zeichnung ersichtlich, befindet sich eine Lokomotive 1 auf einem aus den voneinander elektrisch isolierten Geleisabschnitten 2 und 3 gebildeten Streckenblock. Die Geleiseabschnitte 2 und 3 sind an beiden Enden durch spezielle Transformatoren 4 und 5 miteinander und mit dem vorangehenden beziehungsweise dem nachfolgenden Strekkenblock verbunden.



   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 Widerstand 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 Ru hepausen Q zwischen denselben liegt in der Praxis zwischen 35 und 65%, wie aus Fig. 2 ersichtlich.



   Am anderen Ende des Streckenblockes befindet sich ein übliches Kontrollsystem 10, das über einen Transformator 11 und einen in Serie geschalteten Widerstand 12 an die Geleiseabschnitte 2 und 3 angeschaltet ist. Das Kontrollsystem 10 zeigt nicht nur an, ob sich eine Lokomotive oder ein sonstiges Fahrzeug auf der Strecke befindet, sondern auch, welche der Impulsfolgen   Jl,      Qi    bis J4,   Q4    eingeschaltet ist.



   Auf der Lokomotive 1 befinden sich zwei nahe im Schienenbereich angeordnete, induktiv arbeitende Aufnahmeaggregate 13 und 14. Eine Auswertschaltung 15 leitet die von den beiden Aufnahmeaggregaten 13 und 14 empfangenen frequenzmodulierten Impulsfolgen bereinigt an die Auswertschaltung 16 weiter.



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



   Alle bisher beschriebenen Elemente sind bekannt und im praktischen Einsatz.



   Zur Übertragung zusätzlicher für Hochleistungs-Schnellbahnen unbedingt erforderlichen Signale wird ein weiteres, die zeitliche Breite der Stromimpulse modulierendes Impulsformungssysteml7 zwischen die Wechselstromquelle 8 und den Transformator 9 geschaltet. Dieses zusätzliche Impulsformungssystem 17 erzeugt Impulse mit sehr genauer Impulsdauer, wobei die Impulsbreiten immer innerhalb der Variationsbreite t min. und t max. der bisher verwendeten Signale   Sl,    S2, S3 resp. S4 liegen, d.h. zwischen t3min. und t3max. 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 einge schaltet und beim Stromnulldurchgang des Impulsstromes ausgeschaltet.



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



   Da die zeitliche Dauer der neuen Impulse   J3,1.      J3,2    und J3   3   innerhalb der Variationsbreite t3min. bis t3max. der bisher üblicherweise verwendeten Impulse J3 liegt, funktioniert eine bisherige Auswertschaltung 16 mit den neuen Signalen (Fig. 3) unverändert gegenüber einer Verwendung der bisherigen Signale.



   Man kann aber zusätzlich eine die Impulsbreite diskriminierende Auswertschaltung 18 verwenden, und kann so die neuen Impulse   J3 13      J32    und J3,3, getrennt voneinander auswerten und die ihnen entsprechenden Signale S3/1,   S312    und   S3,3    bilden.



   Da die Frequenz der Wechselstromquelle 8 für verschiedene Streckenblöcke etwas unterschiedlich sein kann, wird durch eine elektronische Schwungradschaltung 19 die zusätzliche 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 Atl,   ast2 . .    .Atn erzeugt wird.



   Bei der bisher üblichen Signalübertragung im Eisenbahnwesen werden vier pulsfrequenzmodulierte Wechselstromsignale   SI,    S2, S3 und S4 mit einer Pulsfrequenz von 4,5 Hz (Periodendauer   TI - 0,22    sec), für das pulsfrequenzmodulierte Wechselstromsignal   Sl,    3 Hz (Periodendauer T2=0,33 sec) für das pulsfrequenzmodulierte Wechselstromsignal S2, 2 Hz   (T3=0,5    sec) für das pulsfrequenzmodulierte 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) pulsmodulierter Trägerfrequenz F besteht eine eisenbahntechnische Vorschrift, dass für eine solche mechanische Codierung die zeitliche Länge der stromführenden Wechselstromimpulse in einem zeitlichen Bereich t von 35 bis 65% der Periodendauer T liegen muss, das heisst zum Beispiel der Wechselstromimpuls J4 des mit einer Frequenz von 1,25 Hz, das heisst einer Periodendauer von 0,8 sec, pulsfrequenzmodulierten Wechselstromsignalträgers die zeitliche Länge des Wechselstromimpulses 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 einer Trägerfrequenz von 50 Hz ergeben bei einem (bisherigen) Schienenfahrzeug erster Art nach deren Decodierung das eine Signal S4!
Gemäss der vorliegenden Erfindung wird nun dieser bisherige Breitenvariationsbereich, z.B. At3 (siehe Fig. 3), neu zusätzlich ausgenützt, um durch zusätzliche Pulscode- oder Pulsbreitenmodulation des Wechselstromsignalträgers F bei gleicher Pulsfrequenzmodulation (z.B. 2 Hz) desselben wie bisher anstatt wie bisher nur ein Signal S3 neu mehrer unterschiedliche Signale z.B.   S;i,    S3!2 und S3/3, im bisherigen Variationsbereich At3 zu übermitteln.



   Diese derart durch Pulsfrequenz- und Pulsbreiten- oder Pulscodemodulation erzeugten drei Signalimpulse   J3/1,    J3/2 und   J3,3    werden durch den pulsfrequenz- und pulscode- oder pulsbreitendemodulierenden Decoder eines Schienenfahrzeuges, zweiter Art (z.B. einer Hochgeschwindigkeitslokomotive) als drei verschiedene Signale   S3I,    S3!2 und   S313    und durch den pulsfrequenzdemodulierenden Decoder eines Schienenfahrzeuges 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   S3,l,      S312    und S3,3 ohne Änderung ihres Decoders wie bisher als ein anderes, nur für Schienenfahrzeuge erster Art bestimmtes Signal S3 empfangen können.



   Die Schienenfahrzeuge erster Art sind somit ohne Änderungen auch auf einem mit dem neuen Signalübertragungssystem verbundenen Schienenabschnitt einsetzbar, was äus  serst 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 Lokomotiven (erster Art) beziehungsweise deren Signal übertragungs- und Auswerteinheiten nicht geändert werden müssen, so dass nur die neuen Hochgeschwindigkeitsstrekken und -lokomotiven (zweiter Art) gemäss der vorliegenden Erfindung ausgebildet sein müssen, anderseits jedoch absolut keine Probleme signaltechnischer Art auftreten, wenn eine Lokomotive erster Art auf einem Schienenabschnitt zweiter Art verkehrt. 

Claims (4)

1. PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zur Erhöhung der Anzahl der von einer mit einem Coder (9) versehenen Bodenstation mittels einem pulsfrequenzmodulierten Wechselstromsignalträger auf ein auf einem mit dieser Bodenstation verbundenen Schienenabschnitt (2. 3) sich befindenden, mit einem pulsfrequenzdemodulierenden Decoder (16) versehenen Schienenfahrzeug erster Art übertragbaren, untereinander unterschiedlichen Signalen unter gleichzeitiger Wahrung der Kompatibilität mit den Schienenfahrzeugen erster Art, dadurch gekennzeichnet,

   dass zur Übertragung der erhöhten Anzahl von Signalen auf ein mit einem pulsfrequenz- und pulscode- oder pulsbreitendemodulierenden Decoder versehenes Schienenfahrzeug zweiter Art (1) ein zusätzlich zur die auf das Schienenfahrzeug erster Art zu übertragenden Signale bestimmenden Pulsfrequenzmodulation pulsbreiten- oder pulscodemodulierter Wechselstromsignalträger gleicher Trägerfrequenz verwendet wird, und die voneinander unterschiedliche Breite der Impulse (J3 1, J3/2) J3í3) dieses zusätzlich pulscode- oder pulsbreitenmodulierten Wechselstromsignalträgers bei gleicher Pulsfrequenzmodulation innerhalb des Breitenvariationsbereiches der Wechselstromimpulse (53) des nur pulsfrequenzmodulierten Wechselstromsignalträgers liegt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zeitlichen Breiten der Wechselstromimpulse und der Strompausen ganzzahligen, vorzugsweise geradzahligen Vielfachen der Wechselstromhalbwellenzeit entsprechen, dass man die Stromimpulse beim Spannungsnulldurchgang einer Wechselstromquelle einschaltet und beim Stromnulldurchgang desselben ausschaltet, und dass die Schaltung der Wechselstromquelle mittels elektronischer Mittel erfolgt.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet. dass die Decodierung mittels elektronischer Mittel erfolgt, dass nach dem Decoder erste eine Aufeinanderfolge von einer bestimmten Anzahl von gleichen Impulssignalen ein entsprechendes Ausgangssignal bewirkt, wobei der Decoder digital die ein- und ausgeschalteten Halbwellen der Stromimpulse und Strompausen zählt, und dass die Zählvorrichtung des Decoders mit Hilfe einer elektronischen Schwungradschaltung (PLL-Schaltung 19) mit der Frequenz der Wechselstromquelle synchronisiert wird.
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass man auf dem Schienenfahrzeug erster Art einen Decoder verwendet, der alle im Breitenvariationsbereich der Wechselstromimpulse (J3) des nur pulsfrequenzmodulierten Wechselstromsignalträgers vorliegende Signale unterschiedslos als ein und dasselbe Signal wiedergibt.