Fahrdatenspeicher im Bahnverkehr

Ein Fahrdatenspeicher zeichnet Signale und Ereignisse, die während des Betriebs von Lokomotiven und Straßenbahnen anfallen auf. Der Speicher wird in regelmäßigen Wartungsintervallen ausgelesen und ausgewertet.

4D Engineering übernahm die Konzeption und Entwicklung von Softwarekomponenten des REDBOX Multi-Funktions Rekorders der DEUTA-WERKE GmbH. Die besondere Herausforderung lag in der Gewährleistung eines Höchstmaßes an Datenverfügbarkeit bei gleichzeitig zuverlässiger Aufzeichnung.

• Anforderungsanalyse in enger Zusammenarbeit mit dem Kunden
• Design und Entwicklung der Kernkomponenten für die Betriebsdatenaufzeichnung
• Modul-, Integrations- und Systemtests

Ähnlich einem Flugschreiber sind Schienenfahrzeuge mit einem Datenrekorder ausgestattet, um die zur Betriebszeit anfallenden Signale, Ereignisse und Systemzustände zusammen mit dem Zeitpunkt ihres Auftretens festzuhalten. Die aufgezeichneten Daten werden von Technikern in regelmäßigen Wartungsintervallen ausgewertet. Zudem können sie von Sachverständigen verwendet werden, um Ereignisse, die zu einem Unfall geführt haben, nachzuvollziehen.

Das Komponentenkonzept des Datenrekorders ermöglicht es die Software aus einzelnen Bausteinen zusammenzustellen. Module können – je nach Kundenwunsch – aktiviert oder deaktiviert werden. Nur ein kleiner Teil der Software muss in jedem Rekorder verwendet werden, damit er seine Kernaufgaben erfüllen kann.

Die einzelnen Softwarekomponenten werden mit Hilfe von Konfigurationsdateien an spezifische Einsatzszenarien oder Kundenpräferenzen angepasst. Alle Parameter, die von der Software zur Laufzeit benötigt werden, sind im XML Format abgelegt und können offline mit Hilfe spezieller Werkzeuge angepasst werden. Weiterhin unterstützt der Rekorder eine Vielzahl gängiger Bussysteme, wie z.B. CAN, MVB und PROFIbus.

Die aufgezeichneten Daten sind über verschiedene Kommunikationskanäle abrufbar. Techniker können über USB, RS232 oder auch HTTP eine Kopie des Datenspeichers herunterladen. Darüber hinaus wird der europäische ETCS Protokoll-Standard unterstützt. Eine Besonderheit des hier entwickelten Datenrekorders ist, dass das Herunterladen auch im laufenden Betrieb, z.B. während der Fahrt, jederzeit möglich ist.

Um auch bei hohen Datenraten und unvermittelt auftretenden Lastspitzen zu gewährleisten, dass keine Informationen verloren gehen, werden sämtliche Betriebsdaten zwischengespeichert bevor sie auf das interne Speichermedium geschrieben werden. Um sicherzustellen, dass auch nach einem Spannungsausfall alle bis zu diesem Zeitpunkt noch nicht aufgezeichneten Daten auf das interne Speichermedium geschrieben werden können, wird ein weiterer nichtflüchtiger Speicher verwendet.

Aufgrund der konsequenten Anwendung POSIX-konformer Systemfunktionen war es während der Projektlaufzeit problemlos möglich die Applikationssoftware von QNX nach Linux zu portieren.

4DE übernahm das Design und die Implementierung eines Betriebsdatenspeichers. Dabei wurden zahlreiche Maßnahmen ergriffen, die eine maximale Lebensdauer des physikalischen Speichermediums garantieren.

Um eine Vielzahl an Übertragungsmöglichkeiten zu gewährleisten muss die Software mit verschiedenen Treibern interagieren. Die Spannweite reicht von einfacher Punkt-zu-Punkt-Kommunikation über die RS232-Schnittstelle bis hin zur Anpassung an das Linux UDEV Framework im Rahmen der USB Plugin-Erkennung. Ein eigens entwickeltes Archivformat ermöglicht die Archivierung und Übertragung großer Datenströme ohne Zwischenpufferung.

Neben der schnellen Zwischenspeicherung bietet die Verwendung des nichtflüchtigen Speichers einen weiteren Vorteil: softwareinterne Informationen, die für die Sicherheit und Zuverlässigkeit des Systems relevant sind können nach einem Spannungsausfall wiederhergestellt werden. Das Powerfail-Konzept stellt sicher, dass sich der Betriebsdatenspeicher jederzeit in einem konsistenten Zustand befindet.

Im Rahmen des Projekts wurden viele weitere Komponenten entwickelt, die vor allem für die Systemanalyse verwendet werden. Dazu gehören eine interaktive Terminal Shell sowie zur Laufzeit konfigurierbare Zeitmessungen und Logging-Mechanismen.