Matthieu Marchand

– Nästan alla olyckor vid korsningar beror på att personer som väntar blir otåliga och tar chansen att korsa spåret. Bommarna är nere för lång tid, säger Matthieu Marchand, innovationschef på Bombardier RCS i Stockholm.

Den nya typen av balis som Bombardier utvecklar – kallad tågdetekterande balis – skulle kunna användas för att optimera tiden som bommarna är stängda. – Det är en metalldetektor i en balisform. Vi använder balisen för den är otroligt robust, den tål allt från snöplogar till stora temperaturväxlingar.

Till en vanlig balis har ytterligare en resonanskrets adderats i form av en stor slinga med en viss induktans och en kondensator i serie. När ett metallföremål kommer nära påverkas magnetfältet och frekvensen ökar. Ju mer metall, desto högre frekvens.

Fredrik Täng

– Den detekterar när ett tåg kommer in och vi tror att maxläget på frekvensen nås vid själva hjulaxeln som är av massivt stål. Det innebär att man kan räkna varje axel genom att studera signalens frekvens, säger Fredrik Täng, systemingenjör, vars idé detta bygger på.

Redan för åtta år sedan sökte han patent på att slå ihop tågdetektering och balis i samma enhet. Tre år tog det att få godkänt. Då gick han till kollegan Anders Rehn, hårdvaruexpert, för att diskutera hur själva lösningen skulle kunna se ut.

I fem-sex år har de två arbetat i labbet med att finslipa konceptet.

En balis är en gul platt transponder som placeras mitt i järnvägsspåret. Den traditionella varianten innehåller en resonanskrets som aktiveras av en elektromagnetisk sändare, ­monterad under tåget. Sändaren inducerar den energi som krävs för att balisen ska kunna skicka tillbaka standardiserad information till tåget. Vissa baliser skickar över dynamiskt data till tåget. Dessa baliser är anslutna via kabel för data- och kraftförsörjning. Baliser används alltid minst i par, placerade efter varandra på några meters avstånd längs spåret. Det krävs för att avgöra tågets riktning. Avståndet mellan olika balisgrupper är typiskt 2,5 km, men beror bland annat av tågens hastighet. Den första balisen utvecklades i Sverige på 1970-talet. I början av 80-talet började den användas i olika länder, där­ibland Sverige och Frankrike. Inom ERTMS (European Rail Traffic Management System) har en standardiserad balis, kallad Euro­balis, tagits fram med rötter i den svenska tekniken.

Vintern för tre år sedan gjordes det första fälttestet i Finland. Då kunde de bland annat konstatera att tåg i angränsande spår inte stör. Samtidigt samlades en varierad flora av testsignaler in från olika typer av tåg vid olika hastigheter.

– Efter att vi gjort testerna i Finland pustade jag ut. Då visste jag att detta verkligen fungerar, säger Fredrik Täng.

Nu står tekniken inför nästa eldprov. Om några månader ska SL starta pilottest på Roslagsbanan.

Fyra prototyper har tagits fram som ska installeras i så kallat skuggmode vid en övergång med bommar där vanlig spårledning används för att detektera tåg. Testet ska dels bevisa konceptet, dels användas för att se hur man kan optimera tiden bommarna är nerfällda.

Idag används två metoder för att detektera tåg: spårledning och axelräknare. Axelräknare är fästa vid sidan av rälen, vilket gör dem känsliga. De utsätts för tuffa vibrationer och går lätt sönder av släpande objekt eller snöplogar. Om rälen ska slipas måste de tas bort, sättas tillbaka och kalibreras.

I Sverige används nästan uteslutande spårledning. Olika spårledningssektioner skapas genom isolerade skarvar i rälen, som är dyra att göra och tenderar att försämras med tiden.

När ett tåg kommer kortsluter hjulaxlarna mellan de två rälerna. Det gör att en hel spårledningssektion detekteras som upptagen.

Denna artikel har tidigare publicerats i magasinet Elektronik­tidningen. För dig som jobbar i den svenska elektronik­branschen är Elektronik­tidningen gratis att prenumerera på – våra annonsörer betalar kostnaden. Här ansöker du om prenumeration (länk).

Dagens spårledning är väldigt säker, men oflexibel. En sektion kan vara mycket stor, vilket gör att ett tåg tenderar att ta upp en stor del av ett spår under lång tid. Vill man dessutom öka hastigheten på tågen som kör på en sträcka som redan är optimerad för en viss trafik måste spårledningsskarvarna först flyttas.

Med den nya tekniken går det att detektera tåget mer exakt i ett robust format. Detektorerna används i par, med ett avstånd på några meter. Det betyder att det alltid är en obetydlig hastighetsförändring mellan det att tåget passerar den första och den andra.

Anders Rehn

– De två signalerna blir väldigt lika. Korrelerar vi signalerna betyder det att vi kan beräkna hastigheten på tåget och därmed längden, säger Anders Rehn, som konstruerat innanmätet.

I fälttestet kommer två detektorer att placeras på lämpligt avstånd på vardera sida om en övergång. Eftersom tekniken avslöjar riktning, hastighet och längd på tåget går det att optimera hur länge övergången ska vara stängd för andra trafikanter.

Framåt är det många detaljer som ska testas. Hittills har man exempelvis inte slipat på algoritmerna för att avgöra hur snabba tåg det går att detektera och fortfarande mäta korrekt.

En viktig skillnad mellan den grundläggande balisen och den detekterande är att den förstnämnda enbart ska vakna när tåget kommer. Den detekterande måste däremot hela tiden sända så att man vet att spåret är fritt.

– Signalen frekvensmoduleras när tåget kommer. När spåret är fritt skickas en signal på runt 10 kHz via kabel till en utvärderingsenhet, i framtiden en datacentral. När tåget passerar ökar frekvensen, förklarar Anders Rehn.

Detektorn måste således alltid vara spänningssatt. Idag sker det via kabel.

– Nästa steg är att göra den självförsörjande genom energiskördande teknik så att den kan kommunicera trådlöst till en utvärderingsenhet längs rälsen, säger Matthieu Marchand.

Det ligger i linje med EU:s trafikstyrningssystem ERTMS, där det långsiktiga målet är att ta bort så mycket som möjligt av utrustningen längs spåret.

– Det är den stora utmaningen nu. Vi har en fin lösning som kan detektera tåg och räkna axlarna, men för att verkligen förändra och kunna sälja produkten så måste vi utveckla den mot ett kabelfritt koncept, påpekar Matthieu Marchand.

Fredrik Täng, som slängde in sin patentansökan för åtta år sedan, har förhoppningen att metalldetektering kan komma att inlemmas i den europeiska standarden för baliser på sikt.

– Idag har vi har en standard för hur baliser ska fungera. Varför kan vi inte då lägga till hur metalldetektering ska fungera så har vi en standard för det också.

– Då är det första gången som vi har en standard för hur man ska positionera tåg. Det finns inte idag. Det vore kul, säger han.

Nedan ses en bevakad övergång. På vad sida om övergången placeras två metalldetektorer med några meters avstånd. Korrelerar man signalerna från detektorerna i ett par går det att beräkna hastighet och längd hos ett tåg som rör sig.