Zugbeeinflussungssysteme der BR 412
Für den grenzüberschreitenden Einsatz der BR 412 in Deutschland, der Schweiz und Österreich ist ein mehrsystemfähiges Zugbeeinflussungskonzept implementiert. Die Systemarchitektur ist auf Interoperabilität, Redundanz und hohe Verfügbarkeit ausgelegt.
Verfügbare Systeme
- ETCS Level 1
- ETCS Level 2
- NTC (PZB/LZB) für signal- bzw. anzeigegeführten Betrieb
Das ETCS-Fahrzeuggerät fungiert als übergeordnetes Master-System. Es steuert den Wechsel zwischen:
- ETCS Level 1
- ETCS Level 2
- NTC (PZB/LZB)
Der interne Wechsel zwischen PZB und LZB erfolgt autark innerhalb des PZB/LZB-Fahrzeuggeräts. Kern des Gesamtsystems ist das ETCS-Fahrzeuggerät, das als Master-System fungiert und die Betriebsführung in den ETCS-Leveln 1 und 2 sowie im nationalen Modus (NTC) übernimmt. Im NTC-Betrieb kommen die Systeme PZB und LZB zum Einsatz. Der Systemwechsel zwischen ETCS Level 1, Level 2 und NTC erfolgt über das ETCS-Fahrzeuggerät. Der Übergang zwischen PZB und LZB wird hingegen autark durch das integrierte PZB/LZB-Fahrzeuggerät realisiert. Die Systemarchitektur ist so ausgelegt, dass alle sicherheitsrelevanten Funktionen klar strukturiert, redundant abgesichert und netzwerktechnisch standardisiert angebunden sind.
Die komplette Zugbeeinflussungstechnik ist ausschließlich in den Endwagen installiert. Das ETCS bildet die führende Systemebene, während PZB/LZB als nationales Rückfallsystem integriert ist.
Zentrale Komponenten sind:
- der EVC (European Vital Computer) als sicherheitsgerichteter Rechnerkern,
- das LZB 80E-Kombigerät zur Integration von PZB und LZB,
- der DCC-Rechner mit Kommunikationsbasissystem (KBS),
- das Modulare Führerraum Display (MFD) sowie
- die Juridical Recording Unit (JRU) zur Fahrdatenspeicherung.
Die Komponenten sind über den internen ZugBesy-Bus (MVB) miteinander verbunden. Für die übergeordnete Fahrzeugkommunikation wird PROFINET IO verwendet. EVC, DCC, JRU und das Zugfunkgerät besitzen direkte PROFINET-Anbindungen. Ein MVB-Link fungiert als Gateway zwischen MVB und PROFINET und ermöglicht unter anderem die Einbindung der LZB 80E in die PROFINET-Umgebung. Diagnosedaten, technische Zustände sowie Schnellbrems- und AFB-Informationen werden über definierte Schnittstellen an die Fahrzeugsteuerung übergeben. Die ETCS-Funktionalitäten sind über die Sibas-PN-Schnittstellen des EVC und DCC integriert.
Das eingesetzte ETCS-Fahrzeuggerät entspricht der Siemens-Bauform „Trainguard 200“.
Anzeige- und Bedienkonzept
Die Visualisierung aller zugbeeinflussungsrelevanten Informationen erfolgt über ein redundantes Doppeldisplay-System im Führerraum. Das Modulare Führerraum-Display besteht aus zwei kapazitiven Touchscreens (DDU80), die zusammen eine Anzeigegröße von 10,4 Zoll bilden.
Die beiden vertikal angeordneten 8"-Displays werden von einem redundanten Double Display Controller (DDC-R) angesteuert, der seine Daten über den MVB erhält. Fällt ein Display aus, kann dessen Darstellung vollständig auf das verbleibende Display verschoben werden. Zwei vorhandene DDC-R gewährleisten zusätzliche Ausfallsicherheit. Im Betrieb übernimmt MFD 1 primär die Darstellung sicherheitsrelevanter Führungsgrößen wie Geschwindigkeit, Leuchtmelder, ETCS-Level und Betriebsarten. MFD 2 zeigt bei ETCS-geführter Fahrt den Vorschaubereich an. Bei signal- oder LZB-geführter Fahrt beziehungsweise im ETCS Level 0 werden dort maschinentechnische Anzeigen wie Zugkraft, Bremskraft, Uhrzeit und Zugnummer dargestellt.
Datenaufzeichnung (JRU)
Die Juridical Recording Unit fungiert als elektronische Fahrtenregistrierung und übernimmt die vollständige Aufzeichnung fahrrelevanter Daten. Sie speichert Informationen zum Fahrtverlauf, zu gesendeten und empfangenen Telegrammen sowie sämtliche Anzeigen und Bedienhandlungen des Triebfahrzeugführers. Im Ereignisfall dient die JRU als beweissichernde Instanz zur technischen Rekonstruktion von Betriebsabläufen.
Kommunikationsarchitektur und GSM-R
Der DCC-Rechner entlastet den EVC, indem er Diagnosedaten speichert und die Datenkommunikation über GSM-R übernimmt. Das integrierte Kommunikationsbasissystem (KBS) stellt die nicht-sicherheitsgerichteten Funktionen der Datenübertragung zwischen Fahrzeug und Infrastruktur bereit. Technisch realisiert wird dies über eine CPU mit Unilink-LAN-Baugruppe sowie zwei GSM-R-Mobilfunkmodulen. Die Anbindung an den EVC erfolgt zweikanalig über LAN. Die eigentliche sicherheitsgerichtete Kommunikation wird im EVC umgesetzt. Die Datenübertragung basiert auf dem Euroradio-Standard und erfolgt über GSM-R sowie ISDN. Da offene Netze genutzt werden, kommen kryptografische Verfahren zur Authentifizierung der Kommunikationspartner und zur Sicherstellung der Nachrichtenintegrität zum Einsatz.
Odometrie
Die Odometrie liefert dem ETCS- sowie dem PZB/LZB-Fahrzeuggerät kontinuierlich präzise Werte für Geschwindigkeit, Weg und Position. Hierzu werden mehrere Sensorprinzipien kombiniert: Radar, Wegimpulsgeber, Unterflurantennen und – ausschließlich für ETCS – ein GPS-System.
Radar
Unterflur montierte Mikrowellen-Doppler-Sensoren erfassen die Relativgeschwindigkeit zwischen Fahrzeug und Boden. Durch die Frequenzverschiebung des reflektierten Signals (Dopplereffekt) kann direkt auf die Geschwindigkeit geschlossen werden. Die Radardaten werden mit den Werten der Wegimpulsgeber abgeglichen, wodurch eine hochpräzise Positionsbestimmung zwischen festen Referenzpunkten (Balisen) möglich ist.
Wegimpulsgeber (WIG)
In jedem Endwagen sind zwei Wegimpulsgeber an nicht angetriebenen Radsätzen installiert. Dadurch werden Messfehler durch Schleudern minimiert. Einer der Geber befindet sich an einem bei Betriebsbremsungen ungebremsten Radsatz, wodurch schlupffreie Referenzwerte erzeugt werden. Die Impulsdaten werden in der Odometrie-Recheneinheit verarbeitet und für Geschwindigkeits- sowie Wegberechnungen genutzt.
Antennen- und Sensorsysteme
Die unterflur montierten Systeme umfassen den PZB-Magneten, LZB-Sende- und Empfangsantennen sowie die ETCS-Balisenantenne und einen SOFIS-Tag.
Der PZB-Magnet erfasst die 500-, 1000- und 2000-Hz-Beinflussungen der Streckenmagnete und leitet diese an das PZB/LZB-Gerät weiter.
Die LZB-Antennen sind paarweise als Sende- und Empfangseinheiten ausgeführt und kommunizieren kontinuierlich mit dem Linienleiter.
Die ETCS-Balisenantenne ist mittig über dem Gleis montiert und verarbeitet Balisen- sowie Euroloop-Signale. Die Energieübertragung erfolgt mit 27 MHz, die Datenübertragung mit 4,234 MHz bei einer Datenrate von 565 kbit/s. Eine sichere Kommunikation ist bis zu Geschwindigkeiten von 500 km/h gewährleistet.
Auf dem Dach der Endwagen befinden sich zwei GSM-R-Antennen, von denen eine als Kombiantenne mit GPS ausgeführt ist. Zusätzlich ist eine Dualmode-Antenne für den Zugfunk installiert. Der GPS-Empfänger ist im Baugruppenträger der JRU integriert und ermöglicht eine präzise satellitengestützte Positionsbestimmung.
PZB/LZB-Fahrzeuggerät
Für den Betrieb auf Strecken der DB AG ist der 412 mit PZB 90 sowie LZB ausgerüstet. Beide Funktionen sind im System LZB 80E integriert. Das Fahrzeuggerät ist an den MVB angebunden und verfügt über eine eigene Wegmessung, jedoch ohne direkten Zugriff auf die Hauptluftleitung. Die Schnellbremsanforderung erfolgt redundant über zwei Bremsanforderungsschleifen, wodurch ein hohes Sicherheitsniveau gewährleistet wird.