用于在两辆轨道车辆之间传输数据的设备 |
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| 申请号 | CN201180035487.1 | 申请日 | 2011-07-05 | 公开(公告)号 | CN103003130A | 公开(公告)日 | 2013-03-27 |
| 申请人 | 爱乐联接有限公司; | 发明人 | 帕罗尔·托马斯; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及用于在两辆轨道车辆（12、14）之间传输数据的设备（10）。在每个轨道车辆（12、14）均设置有一数据传输单元（16至22、80、90、92），其中，在数据传输单元（16至22，80，90、92）形成有用于传输数据的数据传输链路。通过此数据传输链路的数据传输是借助一光学无线电中继系统进行的。 | ||||||
| 权利要求 | 1.用于在两辆轨道车辆之间传输数据的设备， |
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| 说明书全文 | 用于在两辆轨道车辆之间传输数据的设备[0001] 本发明涉及一种用于在两辆轨道车辆之间传输数据的设备，其中，在第一轨道车辆上配置有第一数据传输单元并且在第二轨道车辆上配置有第二数据传输单元。在数据传输单元之间形成用于在两辆轨道车辆之间传输数据的数据传输链路。 [0002] 在两辆轨道车辆之间传输数据的一种可能性之一是有线传输。为此，通过一个联接件在两辆轨道车辆之间形成一机械数据传输链路。这里的问题是，针对这样的数据传输链路，如轨道车辆尚未提供这种装置，则加装这样的装置需要付出很大的努力。 [0003] 在两辆轨道车辆之间传输数据的另一种可能性是经由无线LAN或蓝牙实现的数据的无线传输。这种方法的问题是，只能实现一有限的，相对较小的传输速率并且未经授权的人可以很容易地对这样的数据传输链路中传输的数据进行截取和操纵，从而使这些传输的方法仅适用于不与安全有关的数据。 [0006] 借助一光学无线电中继系统经由数据传输链路对数据进行传输，被保证的是，与各种无线解决方案不同的是，这些数据不能简单地截获和操纵。因此，经由光学无线电中继系统可以传输与安全相关的数据。经由借助这样的光学无线电中继系统建立的数据传输链路，设备的组件可以被简单地加装在现有的轨道车辆上，从而使得机械连接件是没有必要的。因此，可保证一种无潜在问题的信号传输，从而实现大带宽的传输。 [0007] 优选的是，第一数据传输单元和所述第二数据传输单元分别包括一个发射机和至少两个接收机。通过为每个数据传输单元提供多个接收机，可实现的是，在两辆轨道车辆的常规运行过程中发生两车之间位置变化的情况下，例如在沿曲线行驶的情况下（偏航角的变化），或两辆轨道车辆的攀登梯度变化的情况下（变化的桨距角），仍可保证两辆轨道车辆的位置之间的安全数据传输。可替换的是，该第一数据传输单元和/或该第二数据传输单元可以各自包括一个接收机和至少两个发射机，该至少两个发射机的每一个均并行的传输该被传输的数据。 [0008] 在本发明的一个优选实施例中，该第一数据传输单元和/或该第二数据传输单元的每一个包括至少两个发射机和至少两个接收机。由此，在轨道车辆的相对位置的变化的情况下，可保证要被传输的数据的安全传输。 [0009] 另外，有利的是，如果第一数据传输单元和/或所述第二数据传输单元的每一个包括至少一个收发机。通过收发机可将一个发射机和一个接收机相结合，从而实现了简单的、成本有效的数据传输单元设计。 [0010] 在本发明的一个优选实施例中，该第一数据传输单元和/或该第二数据传输单元的每一个包括布置在一矩形上的四个，优选为八个发射机，和一个布置在该矩形的中心的接收机。采用这种方式，通过几个发射机和接收机即能实现轨道车辆之间的在不同的相对位置处的可靠的数据传输。 [0012] 在此，特别是使用波长在800纳米和900纳米之间的范围内的，优选具有波长为850纳米的激光二极管。尤其是，该激光二极管具有在1μW和25μW之间的范围内的功率，从而使该激光二极管符合根据EN6025-1标准的保护类1M。由此，可实现的是无须进一步的安全性措施，因为发射的激光对人是不危险的。另外，二极管可以很容易的并且以成本有效的方式获得。 [0013] 数据传输单元是特别是布置在两辆轨道车辆的彼此相对的端部上。该第一数据传输单元和该第二数据传输单元之间的距离为一尤其在1500毫米和6000毫米的之间的范围内的值。在一个优选的实施例中，该距离为一在2000毫米和4000毫米之间的范围内的值。 [0014] 另外，有利的是，第一数据传输单元和/或第二数据传输单元每个照射4500毫米×1300毫米至5000毫米×1700毫米的两个数据传输单元彼此的距离之间的范围内的区域。特别有利的是，如果它们中的每一个的照射区域大小为4700毫米×1550毫米。由此，可实现的是，尽管两辆轨道车辆在正常轨道运行时会发生彼此间的位置变化，即偏航角的变化、俯仰角的变化，以及在轨道车辆行驶过程中的侧倾角的变化，在第一数据传输单元和所述第二数据传输单元之间却总是会形成一数据传输链路，从而使要被传输的数据能够经由光学无线电中继系统可靠地传输。此外，通过前面提到的区域，可实现的是，除了实现了数据的安全传输，照明面积还是有限的，以使得有车辆行驶的轨道的旁边的一条轨道被布置在该照明区域内，从而不会产生向这些轨道车辆上的数据传输单元的潜在的错误传输。 [0015] 优选的是，该第一数据传输单元和/或第二数据传输单元的每一个均包括至少一个用于将发射的光散射的凹透镜，至少一个将该发射的光散射的玻璃棒，至少一个用于收集入射光的聚光透镜，和/或至少一个用于收集入射光的玻璃棒。由此，通过在每一种情况下的数据传输单元中的发射机，一足够大的区域可被照射，而通过收集入射光，可实现针对接收机的必要的最低限度的光强度。 [0016] 在本发明的另一实施例中，该第一数据传输单元和/或第二数据传输单元的每一个可包括一用于确定该第一数据传输单元和该第二数据传输单元之间的相对运动的传感器单元。一依赖该经确定的相对运动来设置该第一数据传输单元和/或该第二数据传输单元发射的该光学无线电中继系统的光的方向的控制单元。由此，实现两数据传输单元之间的一种自动跟踪，如此，为了实现从第一数据传输单元至第二数据传输单元的数据传输，或从第二数据传输单元至第一数据传输单元的数据传输，两个数据传输单元中的每一个均包括一个发射机和一个接收机就足够了。 [0017] 另外，有利的是，该第一数据传输单元发射的光的光强度值在该第二数据传输单元的一接收灵敏度值和一过驱动值之间的范围内。该接收灵敏度值即光必须至少落到该第二数据传输单元的接收机的光强度值，使得它可以接收要传输的数据由光。过驱动值指当超过该值时，该第二数据传输单元的接收机被控制，从而一安全的的数据传输不再得到保证的值。特别有利的是，第一数据传输单元发射的光的强度介于该过驱动值的90％和该过驱动值之间。通过发射接近过驱动值的极限的光，可实现的是，提供了传输储备能力，因此，即使在不利的天气条件下，例如有雾或下雨，由第二数据传输单元的接收机接收的光的光强度仍大于接收灵敏度值。因此，在不利的天气条件的情况下，数据传输仍可以得到保证。 [0018] 该第一轨道车辆和该第二轨道车辆特别是通过机械耦接件彼此连接的，其中，提供至少一个传感器，借助该至少一个传感器可确定轨道车辆是否经由耦接件连接。另外，还提供一控制单元，该控制单元仅在两辆轨道车辆彼此通过机械耦接件连接并且这一连接已经由传感器检测到时才建立借助该光学无线电中继系统的数据传输链路。 [0020] 图1是两辆轨道车辆和一用于在两轨道车辆之间传输数据的装置的示意图； [0021] 图2是其中一个带数据传输单元的轨道车辆的示意图； [0022] 图3是彼此偏移高度的两辆轨道车辆的示意图； [0023] 图4是根据图1至图3的两辆轨道车辆围绕曲线行驶时的示意图； [0024] 图5是一轨道车辆以及由另一轨道车辆的数据传输单元的照射的区域的示意图； [0025] 图6是根据本发明的第一实施例的数据传输单元的示意图； [0026] 图7是根据图6的数据传输单元以及由发射机照射的区域的示意性的透视图； [0027] 图8是根据本发明的第二实施例的两数据传输单元的示意性透视图； [0028] 图9是两数据传输单元及其照明区域的示意图； [0029] 图10是根据本发明的第三实施例的两数据传输单元的示意图； [0030] 图11是根据本发明的第四实施例的两数据传输单元的示意图。 [0031] 图1是两辆轨道车辆12、14以及一用于在两辆轨道车辆12、14之间传输数据的装置10的示意图。该两辆轨道车辆12、14例如可以是机车，货车或其他有轨车辆。 [0032] 设备10包括第一数据传输单元16，其被布置在第一轨道车辆12的端部，和第二数据传输单元18，其被布置在第二轨道车辆14的面对的第一数据传输单元16的端部的一端部。借助一光学无线电中继系统，在第一数据传输单元16和第二数据传输单元18之间形成的一用于传输数据的数据传输链路。该数据传输链路由虚线24示意性地表示。 [0033] 此外，在该第一轨道车辆12设有一第三数据传输单元20，并在该第二轨道车辆14设置有一第四数据传输单元22，其中，所述第三数据传输单元20被布置在所述第一导轨的车辆12的与布置有该第一数据传输单元16的端部相对的端部上，其中，所述第四数据传输单元22被布置在所述第二导轨的车辆14的与布置了该第二数据传输单元18的端部相对的端部上。通过该第三数据传输单元20，并通过该第四数据传输单元22，数据可以被分别传输至布置在轨道车辆12、14的端部的另一个的轨道车辆。以这种方式，能够在沿合并至一列车的多个轨道车辆中的单独的轨道车辆之间实现经由借助光学无线电中继系统形成的传输链路24的数据传输。 [0034] 第一轨道车辆12和第二轨道车辆14通过一个耦接件26彼此机械地连接。由于的该耦接件26的存在，该第一轨道车辆12和该第二轨道车辆14之间的距离为2000毫米至6000毫米之间。 [0035] 图2示意性的说明了第一轨道车辆12。在这里，示出了第一轨道车辆12的面对第二轨道车辆14的一侧，从而使得第一数据传输单元16是可见的。 [0036] 在两辆轨道车辆12、14沿轨道链路的旅途中，两辆轨道车辆12、14之间的彼此的相对位置的发生变化。通过将两辆轨道车辆12、14彼此连接的耦合件26的机械缓冲器，当火车启动时和制动时，可产生高达120mm的距离的变化。由于轨道车辆12、14的不同的车轮磨损，两辆轨道车辆12、14可产生达到40毫米的高度差。此外，通过不平坦的轨道时，特别是地面洼地或隆起时，高度偏移也会产生。两辆轨道车辆12、14的高度偏移量可以达到216毫米。 [0037] 图3示出的两辆轨道车辆12、14就有这样的两辆轨道车辆12、14之间的高度偏移量。 [0038] 当两个导轨车辆12、14通过点和/或曲线时，可能会产生轨道车辆12、14相对于彼此的一横向偏移量。该横向偏移量可以高达500毫米。图4示出了两辆轨道车辆12、14在前述行驶过弯角时的示意图。 [0039] 此外，在轨道车辆12、14的常规运行过程中，可能会发生两辆轨道车辆12、14相对于彼此的扭转。例如，扭转的原因的可以是振动、通过不均匀的轨道和/或环境的影响，特别是风的影响。由此，可能会发生的两辆轨道车辆12、14之间的达到210毫米的高度偏移。 [0040] 数据传输单元16、18被设计为，如果发生了所有上述的两辆轨道车辆12、14彼此间的相对位置变化，特别是还当这些不同的位置的变化发生组合时，借助该光学无线电中继系统的传输链路24数据传输仍是可能的。为此，数据传输单元16、18被设计为使得由每个轨道车辆12、14发射的光在轨道车辆12、14的的距离内的照射的区域大小为4700毫米×1500毫米。 [0041] 图5是所述第二导轨的车辆12以及由第一轨道车辆12的第一数据传输单元16照射的区域28的示意图。照射区域28的尺寸被设计为使得：在一方面，第一轨道车辆12和第二轨道车辆14之间的数据传输被确保了，但在另一方面，在第一和第二轨道车辆12、14行驶的轨道的旁边的轨道上行驶的轨道车辆中的可能提供的相应的数据传输单元不会受到影响。 [0042] 图6是第一数据传输单元16的示意图。其他三个数据传输单元18、20、22，的构造方式优选为与第一数据传输单元16相同。为了简化说明，下面仅对第一数据传输单元16的设计进行说明。设计相应地适用于其他三个数据传输单元18、20、22。在本发明的一个替代实施例中，数据传输单元16至22可以采用不同的设计。 [0043] 第一数据传输单元16包括四个发射机30a至30d，用于发射光学无线电中继系统所需的光，以及一个接收机32，用于接收第二数据传输单元18的入射的光。四个发射机30a至30d的形成一个矩形的四个角部。接收机被布置成使得它的中心点与发射机30a至30d的矩形的对角线的交点重合。 [0044] 发射机30a至30d的每一个都包括特别是一激光二极管，借助该激光二极管可将光学无线电中继系统所需的光，进而是第一数据传输单元18所需的数据，传输到第二数据传输单元。特别是，每个激光二极管的波长为850nm，并且其性能在1μW和25μW之间的范围内。具有上述性质发光二极管根据EN6025-1的保护等级为1M，从而使数据传输单元16至22可以在没有任何进一步的安全预防措施的情况下使用，这是因为根据目前的知识，它们所发射的光对人的眼睛没有危险。 [0045] 由各发射机30a至30d发射出的光的光强度在接收机32的一接收灵敏度和接收机32的一过驱动值之间的范围内。接收灵敏度的光强度为令接收机32至少被照明至能够保证一个完美无缺的借助光学无线电中继系统的经由数据传输链路的数据传输。该过驱动值是在恰好没有接收机32的过驱动产生从而在到达此光强度之前均可实现的完美无缺的数据传输的这样的光强度值。在本发明的一个优选实施例中，发射机30a至30d以这样的方式被控制，即使得它们每一个发出的光强度在该过驱动值的90％和该过驱动值之间的范围内。通过使发射机30a至30d在接近过驱动值处运行，可实现一功率裕度，这样，即使在极端的环境条件的情况下，落入第二数据传输单元18的接收机上的光仍具有足够的光强度，即光强度大于接收灵敏度，以保证一个完美无缺的且独立的环境条件的数据传输。极端环境条件例如可以是雨、雾、露水和/或16至22的数据传输单元的污染。 [0046] 图7是根据图6的第一数据传输单元16的一示意性透视图。未示出的第二数据传输单元18的距离内的通过圆圈34a至34d中示出这些区域被单独的发射机30a至30d照射。在这里，所有发射机30a至30d的每一个平行的发射相同的光脉冲，并因此由该光脉冲的编码的数据在传输时不会出现错误。通过装置中的四个区域34a至34d，要被照射的整个区域28如图5中所示的那样被照射，这样，无论轨道车辆12、14在常规运行过程当中发生轨道车辆12、14彼此间的任何的位置变化，都可保证完美、可靠的数据传输。 [0047] 如可以从图7中清楚地看出，数据传输单元16被形成为包括一个紧凑的盒子，在其中包括了数据传输所需的所有组件。借助数据传输单元16的紧凑设计，可实现将数据传输单元16至22加装入现有的尚未提供这样的用于借助光学无线电中继系统进行数据传输的数据传输单元16至22的轨道车辆，从而可将更老的轨道车辆与由生产商制造的已经完全的装配了这样的用于借助光学无线电中继系统的数据传输的数据传输单元的新的轨道车辆一起使用。 [0048] 图8是根据本发明的第二实施例的第一数据传输单元16的一个发射机36，和第二数据传输单元18的一个接收机38的示意图。发射机36包括二极管40，接收机38包括接收元件42用于接收所发射的光脉冲。由发射机36的二极管40发射的光经由分散透镜44和玻璃棒46被散射，以便通过相应地选择分散透镜44和玻璃杆46来调整由发射机36发射的光的所希望的辐射角。虚线50和52示意性地示出了由发射机36发射的光的边界。 在本发明的一个替代实施例中，发射机还可以只包括一用于将发射的光散射的透镜44，而没有玻璃棒46或由另一种半透明材料制成的另一个杆。 [0049] 接收机38包括用于聚集入射光的一个会聚透镜54，一个玻璃杆56和另一个透镜58。尽管接收机38的接收元件42的面积相对小，但通过对光的会聚可以得到光强度足够的入射光，从而保证了一个完美无缺的数据传输。在一个替代的接收机38的实施例中，仅用一聚光透镜54聚集入射光。接收元件42特别被设计为一个半导体。发射机36和接收机38优选具有相同的接受角。 [0050] 图9是根据本发明的第三实施例的第一数据传输单元16的发射机60和第二数据传输单元18的接收机62一个示意图。由发射机60发射的光通过箭头64a至64c表示。借助于分散透镜65将光64a至64c分散，从而在第二轨道车辆14的距离内的具有参考标记66的区域被发射机60照射。该接收机62包括一个接收元件70以及一会聚透镜72。由发射机60发射的光落在聚光透镜72上的部分通过聚光透镜72会聚，从而以会聚的形式被导向接收元件70。会聚光由箭头74a到74c的示例性的表示。 [0051] 图10是根据本发明的第四实施例的数据传输单元80的示意图。在该第四实施例中的数据传输单元80包括八个布置在一个正方形的周线上的发射机82a至82h，以及布置在正方形的中心位置的收发机84，借助该收发机84即可接收数据也可发送数据。 [0052] 可替换的是，不同的实施例的发射机，接收机和收发机是可能的。此外，数据传输单元16至22，80可以包括多于或少于先前描述的数量的接收机，发射机和/或收发机。特别是，数据传输单元16至22，80可以包括一个发射机和多个接收机、一个接收机和多个发射机或多个接收机和多个发射机。在任何一种情况下，一个接收机和一个发射机均可以组合在为一收发机，这使得设计更加简单、紧凑。 [0053] 图11是根据本发明的再一个实施例的第五数据传输单元90和一个第六数据传输单元92的一个示意图。数据传输单元90、92的每一个都包括一个发射机94、96和一个接收机98、100。此外，数据传输单元90、92的每一个包括传感器104、106，用于确定轨道车辆12、14彼此的位置的相对变化。此外，数据传输单元90、92每个都有一个控制单元108，109，根据所确定的彼此相对位置的变化，这样来控制发射机94、96，即使得发射机94、96射出的光以及由光编码的数据分别落在接收机98、100各自的数据传输单元90、92，而与轨道车辆 12、14的彼此相对位置无关。以这种方式可实现跟踪，以便使得每个数据传输单元90、92仅需具有一个发射机94、96和一个接收机98、100。 [0054] 特别是，这种跟踪以一个控制回路的形式进行，在该控制回路中，每个数据传输单元90、92进一步包括一个传感器110，112，用于确定接收机98、100的位置处的入射的光的光强度。如果传感器110，112确定入射光强度低于预先设定的极限，则由另一个的数据传输单元90、92的控制单元108，109调节这个数据传输单元90、92的发射机94、96，特别是，对发射机94、96的光束角度进行调整，以使得落在接收机98、100上的光强度再次超过该极限，从而保证了无故障的数据传输。对发射机94、96的调节特别是通过在至少两个方向上迭代地调整的发射机94、96的光束角度来实现的。可替换的是，可实现旅行车和机械耦合之间的角度的变化与重调整的结合。 [0055] 数据传输单元16、18、20、22、60、90、92，特别是这样设计的，即通过它们可以在同一时间发射多个光脉冲并可接收其他光脉冲。以这种方式可实现一种双向数据传输，特别是一种全双工数据传输。特别是，将光电换能器用作接收元件。 [0056] 附图标记列表 [0057] |
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