Способ передачи данных через проводник тягового тока, проводящий электрический приводной ток для транспортных средств
Изобретение относится к транспортным средствам с электроприводом, питающимся через токоприемник от контактной сети. Для передачи данных через проводник тягового тока, проводящий одновременно приводной ток для транспортного средства, избегают прерывания передачи данных за счет электрической дуги, появляющейся между токоприемником приводного тока на стороне транспортного средства и проводником тягового тока. Способ передачи данных (Q) через проводник тягового тока (15) состоит в том, что на передающей стороне в проводник тягового тока (15) запитывают по меньшей мере два идентично содержащих данные (Q) сигнала данных с различными частотными каналами, при этом к передаваемым данным добавляют контрольные биты. На приемной стороне в случае появления электрической дуги выбирают для оценки принятые данные того или тех сигналов данных, амплитуда которых по сравнению с амплитудой сигнала помех S (f) не опускается ниже отношения, необходимого для достижения определенной вероятности появления ошибок в двоичных разрядах. Изобретение позволяет избежать помех, вызванных электрической дугой между токоприемником и проводником электрического тока. 3 с. и 5 з.п. ф-лы, 2 ил.
Из немецкого патента 730713 известен способ передачи данных через проводник тягового тока, которым передают одновременно приводной ток для рельсовых транспортных средств. Передача данных в ранее известном способе может происходить как между самими рельсовыми транспортными средствами, так также и между пунктом управления и рельсовыми транспортными средствами. В ранее известном способе данные в виде сигнала данных в заданном частотном канале запитывают передающим устройством в проводник тягового тока. Сигнал данных затем передают через проводник тягового тока к приемному устройству и там принимают. В заключение сигнал данных оценивают с извлечением принимаемых данных, соответствующих данным передающего устройства. В ранее известном способе сигнал данных на стороне рельсового транспортного средства через токоприемник приводного тока запитывают в проводник тягового тока или, соответственно, принимают им, причем появляющиеся между проводником тягового тока и токоприемником приводного тока электрические дуги значительно мешают передаче данных и при известных условиях даже могут прерывать ее, поскольку на сигнал данных налагается сигнал помех электрической дуги.
Из немецкого патента 538650 также известен способ, в котором данные передают через проводник тягового тока. В этом способе в первом локомотиве образуют сигналы данных, содержащие управляющие команды, и запитывают в проводник тягового тока с целью передачи данных ко второму локомотиву. Информация данных, то есть управляющая команда является при этом кодированной по частоте, то есть каждой управляющей команде присвоен сигнал данных с заданной частотой. Частоту в этом способе настраивают в первом локомотиве рычагом коммутационного аппарата. Сигналы данных попадают через проводник тягового тока к приемному устройству во втором локомотиве, где их принимают и оценивают.
В основе изобретения лежит задача указания способа передачи данных через проводник тягового тока, которым одновременно передают приводной ток для транспортного средства или множества транспортных средств, при котором надежно избегают прерывания передачи данных электрической дугой, появляющейся между токоприемником приводного тока и проводником тягового тока.
Эта задача решается согласно изобретению за счет способа передачи данных через проводник тягового тока, проводящий одновременно приводной ток к транспортному средству, причем в способе
- на передающей стороне в проводник тягового тока запитывают по меньшей мере два соответственно содержащих данные сигнала данных с различными частотными каналами,
- причем полоса частот, определенная частотными каналами, является больше, чем ожидаемая спектральная ширина полосы сигнала помех, созданного электрической дугой, появляющейся между проводником тягового тока и токоприемником приводного тока транспортного средства,
- сигналы данных через проводник тягового тока передают к приемному устройству и принимают им и
- сигналы данных после приема оценивают с извлечением принимаемых данных, соответствующих данным передающего устройства, причем в случае появления сигнала помех в качестве принимаемых данных выбирают принятые данные того или тех сигналов данных, частотные каналы которых лежат вне спектра сигнала помех, определенного спектральной шириной полосы.
Способ согласно изобретению можно осуществлять таким же образом, если через проводник тягового тока передают тяговый ток для множества транспортных средств; нужно только обеспечивать, чтобы полоса частот, содержащая частотные каналы сигналов данных, была больше, чем ожидаемая спектральная ширина полосы сигналов помех появляющихся электрических дуг.
Способ согласно изобретению отличается тем, что им можно особенно надежно передавать данные, так как появление электрической дуги между проводником тягового тока и токоприемником приводного тока не влечет за собой перерыва передачи данных. Дело в том, что в способе согласно изобретению данные передают одновременно по меньшей мере с двумя идентично содержащими данные сигналами данных на различных частотных каналах, то есть с различными несущими частотами, причем полоса частот, содержащая частотные каналы, больше, чем ожидаемая спектральная ширина полосы сигнала помех электрической дуги, так, что всегда обеспечено, что по меньшей мере один из передаваемых через проводник тягового тока сигналов данных лежит вне спектральной ширины полосы сигнала помех. Если в приемном устройстве после приема по меньшей мере двух сигналов данных затем оценивают только тот или те сигналы данных, частотные каналы которых лежат вне спектра сигнала помех, определенного спектральной шириной полосы (ширина полосы помех), то всегда обеспечивается, что передача данных не подвержена влиянию сигнала помех электрической дуги.
Для достижения того, чтобы с сигналом данных, лежащим вне ширины полосы помех, достигалась заданная вероятность появления ошибок в двоичных разрядах, ширину полосы помех можно определять, например, в зависимости от амплитуды сигналов данных, а именно таким образом, что вне этой ширины полосы помех отношение амплитуд сигнала данных к сигналу помех не опускается ниже отношения сигнал/шум, получающегося из желаемой вероятности появления ошибок в двоичных разрядах. Данные для таких отношений находятся, например, в Dostert, К; Bartel, W.: Передача данных нового вида по питающим линиям, elektro-anzeiger, 42 год издания, Nr.12 (1989).
Особенно просто и тем самым предпочтительно можно проверять, какой из сигналов данных имеет частотный канал, лежащий вне спектра сигнала помех, таким образом, что в проводник тягового тока с сигналами данных на передающей стороне запитывают дополнительно к данным также контрольные биты, которыми в приемном устройстве устанавливают, являются ли данные, переданные с соответствующими сигналами данных, переданными безошибочно. Безошибочно переданные сигналы данных после этого обрабатывают как сигналы, лежащие вне спектра сигнала помех.
Согласно другой форме дальнейшего развития соответствующего изобретению способа предусмотрено, что предпочтительно в проводник тягового тока запитывают нечетное количество, однако по меньшей мере три сигнала данных, идентичных относительно их логического содержания данных, с различными частотными каналами, данные принятых сигналов данных на приемной стороне сравнивают друг с другом и в качестве принимаемых данных выбирают принятые данные тех сигналов данных, которые в их большинстве передали идентичные данные. При этом, конечно, необходимо, чтобы полоса частот, содержащая частотные каналы, имела по меньшей мере двойную ширину спектральной ширины полосы сигнала помех, созданного электрической дугой.
Дальнейшая предпочтительная возможность проверки отсутствия ошибок переданного на частотном канале сигнала данных состоит в том, чтобы признавать в качестве безошибочно переданных только такие сигналы данных, несущая частота которых в течение определенного промежутка времени не покинула определенную полосу амплитуд. Так можно, например, выдвинуть требование, что только такие сигналы данных должны рассматриваться в качестве безошибочно переданных, амплитуда которых в необходимое для передачи сигнала данных время не опустилась ниже 50% амплитуды передачи и не превысила 150% амплитуды передачи.
Особенно надежно и тем самым выгодно можно передавать данные, если сигналы данных запитывают в проводник тягового тока кодирование по способу ортогональной мультиплексной передачи с частотным разделением каналов или по способу растяжки сигнала, так как кодированные таким образом сигналы являются особенно нечувствительными к помехам.
Соответствующий изобретению способ можно осуществлять таким образом, что данные от транспортного средства передают к пункту управления и/или к одному или множеству других транспортных средств; передачу данных при этом можно производить в двух направлениях. Кроме того, соответствующим изобретению способом можно передавать данные также неподвижным передающим устройством к неподвижному месту приема через проводник тягового тока с появляющимися электрическими дугами. Впрочем, соответствующим изобретению способом предпочтительным образом можно передавать в качестве данных или, соответственно, сигналов данных также управляющие сигналы от центрального пункта управления к одному или многим транспортным средствам, например, рельсовым транспортным средствам так, что соответствующий изобретению способ можно применять в качестве способа управления транспортным средством, в частности, в рельсовых транспортных средствах в качестве способа авторегулировки поездов или, соответственно, управления поездов.
Для пояснения изобретения показывает фиг.1 пример выполнения устройства для осуществления соответствующего изобретению способа и фиг.2 частотный спектр сигналов данных, пригодных для передачи данных согласно примеру выполнения по фиг.1.
Фиг.1 показывает рельсовое транспортное средство 5, которое токоприемником приводного тока 10 подключено к контактному проводу 15, служащему в качестве проводника тягового тока. К контактному проводу 15 приложено в месте запитывания приводного тока 20 приводное напряжение Ua, за счет которого приводной ток 1а течет через контактный провод 15, токоприемник приводного тока 10, а также приводной двигатель 21 рельсового транспортного средства 5. Обратный поток приводного тока Ia обеспечивается посредством рельсов 22, по которым движется рельсовое транспортное средство 5. Место запитывания приводного тока 20 и токоприемник приводного тока 10 или, соответственно, его положение задают отрезок пути 25.
В месте запитывания сигнала данных 30 передающим устройством, которое может быть расположено, например, в пункте управления или, соответственно, центральном пункте управления, сигналы данных D1-D11 в виде тока сигнала данных Is запитывают в контактный провод 15. Сигналы данных D1-D11 содержат соответственно идентичные данные Q и попадают через токоприемник приводного тока 10 к рельсовому транспортному средству 5. Обратный поток сигналов данных D1-D11 или, соответственно, тока сигнала данных Is обеспечивается посредством рельсов 22. Сигналы данных D1-D11 или, соответственно, ток сигнала данных Is попадают при этом через токоприемник приводного тока 10 конкретно к избирательному устройству 55 и затем от него к рельсам 22, а именно исходят из того, что приводной двигатель 21, сам по себе или за счет специально выполненных, присвоенных приводному двигателю 21 контуров фильтра рабочего тока, является для тока сигнала данных Is настолько высокоомным, что стекание тока сигнала данных Is через приводной двигатель 21 является пренебрежимо малым. После избирательного устройства 55 на стороне выхода расположено устройство оценки 60, которое вместе с избирательным устройством 55 образует приемное устройство 65 для рельсового транспортного средства 5 для приема тока сигнала данных Is или, соответственно, сигналов данных D1-D11.
Далее должен поясняться принцип работы избирательного устройства 55 с помощью примера; при этом исходят из того, что принятые данные сигналов данных D1, D4 и D6-D11 являются идентичными, в то время как принятые данные сигналов данных D2, D3 и D5 отличаются от принятых данных сигналов данных D1, D4 и D6-D11, а именно предполагается, что принятые данные сигналов данных D2, D3 и D5 искажены электрической дугой, появляющейся между токоприемником приводного тока 10 и контактным проводом 15, или, соответственно, сигналом помех S(f), созданным этой электрической дугой, и по этой причине не должны оцениваться, как принимаемые данные.
В избирательном устройстве 55 принятые данные сигналов данных D1-D11 сравнивают между собой и принятые данные Q сигналов данных D1, D4 и D6-D11 выбирают в качестве принимаемых данных приемного устройства 65 и передают дальше к устройству оценки 60. Так как сигналы данных D1, D4 и D6+D11 содержат идентичные данные, они должны быть переданы неискаженными и, следовательно, лежат со своим частотным каналом вне спектра помех сигнала помех.
Это положение вещей еще раз должно быть пояснено более точно в связи с фиг.2. Фиг.2 показывает в области частот амплитудный спектр A(f) сигналов данных D1-D11 и сигнала помех S(f), который вызван электрической дугой между токоприемником приводного тока 10 транспортного средства и контактным проводом 15. Кроме того, на фиг.2 нанесены несущие частоты f(D1)-f(D11) сигналов данных D1-D11. В последующем в качестве примера исходят из того, что для передачи данных должно достигаться отнесенное к амплитуде отношение сигнал/шум 6 дБ; на фиг.2 эта граница 6 дБ охарактеризована граничным значением амплитуды Аmах, которое указывает при амплитуде А сигналов данных D1-D11 максимально допустимую амплитуду помех сигнала помех S(f) для отношения сигнал/шум 6 дБ. При отношении сигнал/шум 6 дБ достигается вероятность появления ошибок в двоичных разрядах меньше чем 10-6. На фиг.2 можно видеть, что спектр помех сигнала помех S(f) содержит два частотных участка Bs1 и Bs2, в которых требуемое отношение сигнал/шум со стороны лежащих там по частоте сигналов данных не достигается. На фиг.2 можно конкретно видеть, что амплитуды сигналов данных D2, D3 и D5 с их частотными каналами, то есть с их несущими частотами f(D2), f(D3) и f(D5) не достигают заданного отношения сигнал/шум 6 дБ и тем самым искажены. Амплитуды же других сигналов данных D1, D4 и D6-D11 находятся своими частотными каналами или, соответственно, своими несущими частотами f(D1), f(D4) и f(D6)-f(D11) вне обоих частотных участков Bs1 и Bs2 и тем самым выше требуемого отношения сигнал/шум так, что эти сигналы данных D1, D4 и D6-D11 не подвержены отрицательному влиянию сигнала помех S(f).
Описанный в связи с фиг.1 и 2 пример выполнения для передачи данных Q использует знание того, что даже при появлении электрических дуг всегда может быть достигнута надежная передача данных через проводник тягового тока, как, например, контактный провод, контактный рельс или тому подобное, если полоса частот В, содержащая частотные каналы сигналов данных, является по меньшей мере вдвое шире, чем спектральная ширина полосы Bs сигнала помех S(f), созданного электрической дугой, поскольку тогда большинство сигналов данных лежит вне спектра помех короткого замыкания электрической дуги. Относительно примера выполнения для полосы частот В и тем самым для несущих частот f(D1)-f(D11) сигналов данных D1-D11 таким образом должно быть справедливо:
В=f(D11)-f(Dl)>2·Bs.
Bs при этом обозначает спектральную ширину полосы сигнала помех S(f); Bs может в примере выполнения согласно фиг.2 определяться различным образом: во-первых, Bs может определяться посредством образования суммы спектральных ширин полос обоих частотных участков Bs1 и Bs2 так, что для Bs получают:
Bs=Bs1+Bs2.
Другая возможность определения спектральной ширины полосы Bs состоит в том, чтобы получать Bs за счет образования разницы частот из максимальной частоты частотного участка Bs2 и минимальной частоты частотного участка Bs1, как это показано на фиг.2 за счет указания ссылочной позиции Bs. Само собой разумеется, что значение для Bs по этому названному последним методу является несколько больше, чем по методу, описанному сначала, так как область частот между обоими частотными участками Bs1 и Bs2 остается не учтенной, однако это не имеет влияния на осуществимость описанного способа передачи данных Q, поскольку оба вида определения Bs гарантируют надежную передачу данных. На практике второй метод определения численного значения для Bs может быть быстрее и проще, так как частотный спектр не должен быть детально известен.
Вследствие в основном очень широкополосных сигналов помех от электрических дуг на практике оказалось целесообразным, что полосу частот, содержащую частоты отдельных каналов, укладывают на область частот от порядка 10 кГц до порядка 20 МГц, поскольку ширина полосы Bs электрических дуг в общем имеет максимальную величину порядка Bs=5 МГц. Расстояние отдельных каналов между собой получается тем самым из полосы частот, деленной на количество использованных частотных каналов. Количество порядка от 128 до 1024 сигналов данных или, соответственно, каналов на практике в общем является достаточным. При выборе полосы частот, как и при выборе расстояния частотных каналов можно учитывать свойства токоприемника приводного тока 10, а также воздействия окружающей среды - как, например, дождь, так как они также могут воздействовать на спектр электрических дуг.
В качестве сигналов данных D1-D11 можно передавать, например, двоично кодированные сигналы, предпочтительно сигналы, кодированные посредством частотной манипуляции, ортогональной мультиплексной передачи с частотным разделением каналов или по способу растяжки сигнала. Впрочем в качестве данных или, соответственно, сигналов данных в контактный провод 15 можно запитывать также управляющие сигналы, а именно, если управляющие сигналы передают к транспортному средству 5 передающим устройством, которое, как уже пояснялось, может быть расположено в пункте управления или, соответственно, в центральном пункте управления, то описанный способ можно использовать в качестве способа авторегулировки поездов для передачи управляющей информации к рельсовому транспортному средству 5.
Способ можно использовать предпочтительным образом кроме рельсовых транспортных средств также в троллейбусах, в кабинных дорогах или в подвесных дорогах.
Пример выполнения согласно фиг.1 показывает, что ток сигнала данных Is можно вводить в рельсовое транспортное средство 5 через токоприемник приводного тока 10; вместо этого также возможно запитывать ток сигнала данных Is в транспортное средство 5 индуктивно, как это, например, описано в описании к немецкой выложенной заявке 1405691. То же самое справедливо соответственно для ввода тока сигнала данных Is в проводник тягового тока 15 в месте запитывания управляющего сигнала 30, так как также этот ввод в принципе можно производить индуктивно.
Формула изобретения
1. Способ для передачи данных (Q) через проводник тягового тока (15), которым одновременно передают приводной ток (Iа) к транспортному средству (5), согласно которому на передающей стороне в проводник тягового тока (15) запитывают, по меньшей мере, два соответственно содержащих данные (Q) сигнала данных (D1÷D11) с различными частотными каналами (f(D1)÷f(D11)), причем определенная частотными каналами полоса частот (В) является большей, чем спектральная ширина полосы (Bs) сигнала помех (S(f)), созданного электрической дугой, появляющейся между проводником тягового тока (15) и токоприемником приводного тока (10) транспортного средства (5), сигналы данных (D1÷D11) через проводник тягового тока (15) передают к приемному устройству (65) и сигналы данных (D1÷D11) после приема устройством (65) оценивают с извлечением принимаемых данных, соответствующих данным (Q) передающего устройства, отличающийся тем, что к данным на передающей стороне добавляют контрольные биты, которыми в приемном устройстве устанавливают, являются ли данные, переданные с соответствующими сигналами данных, переданными безошибочно, и безошибочно переданные сигналы данных обрабатывают в качестве сигналов, лежащих вне спектра сигнала помех.
2. Способ для передачи данных (Q) через проводник тягового тока (15), которым одновременно передают приводной ток (Iа) к транспортному средству (5), согласно которому на передающей стороне в проводник тягового тока (15) запитывают, по меньшей мере, два соответственно содержащих данные (Q) сигнала данных (D1÷D11) с различными частотными каналами (f(D1)÷f(D11)), причем определенная частотными каналами полоса частот (В) является большей, чем спектральная ширина полосы (Bs) сигнала помех (S(f)), созданного электрической дугой, появляющейся между проводником тягового тока (15) и токоприемником приводного тока (10) транспортного средства (5), сигналы данных (D1÷D11) через проводник тягового тока (15) передают к приемному устройству (65) и сигналы данных (D1÷D11) после приема устройством (65) оценивают с извлечением принимаемых данных, соответствующих данным (Q) передающего устройства, отличающийся тем, что в проводник тягового тока (15) запитывают, по меньшей мере, множество сигналов n, однако, по меньшей мере, три сигнала данных (D1÷D11) с различными частотными каналами (f(D1)÷f(D11)), причем содержащая частотные каналы (f(D1)÷f(D11)) полоса частот (В) является, по меньшей мере, вдвое больше, чем спектральная ширина полосы (Bs) сигнала помех, данные принятых сигналов данных (D1÷D11) сравнивают друг с другом на приемной стороне и обрабатывают в качестве лежащих вне спектра сигнала помех частотные каналы тех сигналов данных, с которыми в большинстве были переданы идентичные между собой данные (Q).
3. Способ для передачи данных (Q) через проводник тягового тока (15), которым одновременно передают приводной ток (Iа) к транспортному средству (5), согласно которому на передающей стороне в проводник тягового тока (15) запитывают, по меньшей мере, два соответственно содержащих данные (Q) сигнала данных (D1÷D11) с различными частотными каналами (f(D1)÷f(D11)), причем определенная частотными каналами полоса частот (В) является большей, чем спектральная ширина полосы (Bs) сигнала помех (S(f)), созданного электрической дугой, появляющейся между проводником тягового тока (15) и токоприемником приводного тока (10) транспортного средства (5), сигналы данных (D1÷D11) через проводник тягового тока (15) передают к приемному устройству (65) и сигналы данных (D1÷D11) после приема устройством (65) оценивают с извлечением принимаемых данных, соответствующих данным (Q) передающего устройства, отличающийся тем, что обрабатывают в качестве лежащих вне спектра сигнала помех частотные каналы тех сигналов данных, амплитуда которых в течение времени, необходимого для передачи сигнала данных, не покинула определенную амплитудную полосу.
4. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что в проводник тягового тока (15) запитывают в качестве сигналов данных (D1÷D11) сигналы ортогональной мультиплексной передачи с частотным разделением каналов или сигналы с растяжкой спектра.
5. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что данные (Q) передают передающим устройством транспортного средства (5) к неподвижному приемному устройству.
6. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что данные (Q) передают неподвижным передающим устройством к транспортному средству (5).
7. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что данные (Q) передают неподвижным передающим устройством к неподвижному приемному устройству.
8. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что данные (Q) передают от транспортного средства (5) к другому транспортному средству или наоборот.
РИСУНКИ
