mini|European Vital Computer auf einem tschechischen Triebfahrzeug mini|EVC mit Umsystemen. Oberhalb des EVC sind (von oben nach unten) u. a. Stromversorgung, Schnittstellen zum Funk und nationalem Zugbeeinflussungssystem (STM) angeordnet, unterhalb des EVC der Datenrekorder (JRU, in rot)
Der European Vital Computer (Abk. EVC) ist im europäischen Zugbeeinflussungssystem ETCS ein sicherer Fahrzeugrechner und Kernstück der Fahrzeugausrüstung.
Während von der Streckenseite lediglich eine Beschreibung der Infrastruktur auf das Fahrzeug übermittelt wird, obliegt dem EVC die Durchführung der sich daraus ergebenden Aktionen, beispielsweise die Einhaltung von Bremskurven oder die Ansteuerung des Hauptschalters bei Schutzstrecken der Oberleitung. Zu den weiteren sicheren Aufgaben zählen die Weg- und Geschwindigkeitsüberwachung, die Verarbeitung von ETCS-Fahrterlaubnissen sowie Level- und Mode-Wechsel. Zu den Informationen, die dazu streckenseitig bereitgestellt werden, zählen beispielsweise zulässige Geschwindigkeiten, Gradientenprofile und Durchrutschwege.
In Europa waren im Herbst 2019 4.000 ETCS-Bordgeräte im Einsatz, weitere rund 14.000 beauftragt.
Im deutschsprachigen Raum gibt es für den EVC keine gängige Übersetzung. Zu den Übersetzungen zählen Bordrechner, ETCS-Bordrechner, ETCS-Fahrzeuggerät ETCS-Fahrzeugrechner, ETCS-Hauptrechner, ETCS-Rechner, sicherer ETCS-Rechner, ETCS-Zentralgerät, Fahrzeugrechner, fehlersicherer Rechner für ETCS, Fahrzeugsystem, Kern des ETCS, sicherer Rechner, Zentralgerät, Rechner und Zentralrechner.
Integration in das Fahrzeug Auf Lokomotiven wird in der Regel ein gemeinsamer EVC für beide Führerräume eingebaut, auf Triebzügen können, je nach EVC-Lieferant und Zuglänge, auch zwei EVCs zum Einsatz kommen. Ausschlaggebend sind dabei u. a. maximale Kabellängen.
Der Einbauort des den EVC aufnehmenden Gehäuses wird u. a. unter Berücksichtigung von Aspekten geeigneter Umweltbedingungen (einschließlich Klimatisierung/Lüftung), Brandschutz, der Elektromagnetischen Verträglichkeit und des Schutzes vor unautorisiertem Zugang gewählt.
Der notwendige Einbauraum hängt vom jeweiligen Lieferanten ab.
Schnittstellen mini|Führerstand, u. a. mit Driver Machine Interface (mittig) mini|Bedienhebel des Führerbremsventils
Der EVC muss über eine Schnittstelle zum Zug verfügen, u. a. zur Ansteuerung der Bremse und Abschaltung von Traktion. Ferner werden Informationen von Schaltern abgegriffen, beispielsweise zur Fahrtrichtung und zur Aktivierung eines Führerraums. Optional wird auch die MMI/DMI-Steuerung des Stromabnehmers, der Bremssteller oder der Hauptschalter an das EVC angebunden. In manchen Anwendungsfällen wird ein Knopf zur Bestätigung von ETCS-Funktionen eingebaut.
mini|Zusätzliches Sicherheitsventil für ETCS an der Hauptluftleitung
Die EVC-Zug-Schnittstelle kann entweder mit diskreten Eingaben und Ausgaben oder mittels eines Bus (z. B. Profibus, MVB, CAN) erfolgen. Sicherheitsrelevante Signale müssen über redundante und unabhängige Signalwege übertragen werden. Mischformen sind möglich, beispielsweise Bremsanforderungen über Zugbus und zusätzlicher Zugriff auf Schnellbremsschleifen per Relais (Hilfsschütz). Zwischen dem EVC und dem Fahrzeugbus wird teils auch ein Gateway angeordnet.
Aufgrund der Vielzahl unterschiedlicher Fahrzeuge wurde bislang keine einheitliche EVC-Zug-Schnittstelle definiert.
Manche Betreiber halten eine Verschlüsselung von EVC-Schnittstellen, beispielsweise zum Balisenlesegerät (BTM) oder dem Display (DMI), für notwendig.
Auch die Übernahme von Zugdaten über den Fahrzeugbus ist möglich.
Aufbau Der EVC ist in der ETCS-Referenzarchitektur nicht explizit erwähnt.ETCS-Spezifikation, Subset 026, Version 3.6.0, Abschnitt 2.5.3, S. 11. Aufbau und Design des EVC sowie vieler Schnittstellen und Umsysteme sind herstellerspezifisch. So werden EVCs, je nach Lieferant, als 2-von-2- oder 2-von-3-Rechner-Systeme ausgeführt.
Der EVC kann Baugruppen für Ein- und Ausgang, Konfigurationsparameter, Spannungsversorgung, Odometrie, Balisenantenne und GSM-R enthalten. Bei DMIs nach ETCS Baseline 3, die eine sichere Anzeige bestimmter Informationen gewährleisten müssen, fällt der notwendige Vergleich der an das DMI übermittelten und tatsächlich angezeigten Daten mitunter dem EVC zu. Der EVC kann über eine Schnittstelle mit einem Bordinformationssystem verbunden sein. Bei der Wuppertaler Schwebebahn werden darüber beispielsweise betriebliche Anmeldedaten des Zuges zum EVC sowie Odometriedaten des Zuges zum Bordinformationssystem übertragen.
mini|Das Führerraumdisplay (DMI) im Blickfeld des Triebfahrzeugführers eines mit ETCS geführten Zuges zeigt u. a. die aktuelle und die zulässige Geschwindigkeit an.
Beispielsweise verwendete Alstom bei der Ausrüstung der Baureihe 403 ein Zwei-von-drei-Rechner-System, in dem zwei Rechner alle Schnittstellen beinhalten und ein dritter nur Baugruppen für Konfigurationsparametern, Odometrie sowie Spannungsversorgung enthält. Der dritte Rechner läuft dabei im Hot-Standby und wird aktiv, wenn einer der beiden übrigen EVCs ausfällt. Fallen zwei Rechner aus, wird eine nicht lösbare Zwangsbremsung eingeleitet. Das DMI-Bild wird im EVC berechnet.
Siemens verwendet dagegen ein hochverfügbares 2-von-2-Rechner-System mit drei Höheneinheiten (Stand: 2010). Ein Non Vital Computer (NVC) beinhaltet das Diagnosesystem, die Projektierung sowie signaltechnisch nicht sichere Funktionalitäten der Datenübertragung. Das DMI-Bild wird im DMI berechnet.
Bei der ab Ende 2022 in Betrieb genommenen Baureihe 408 besteht der EVC aus zwei Rechnerbaugruppen in 2-von-2-Architektur.
Zusammenspiel mit nationalen Systemen Wird ein Fahrzeug neben ETCS auch mit weiteren Zugbeeinflussungssystemen (z. B. Klasse-B-Systemen) ausgerüstet, bestehen in Bezug auf den EVC – je nach betrieblichen, technischen und wirtschaftlichen Rahmenbedingungen – vier Möglichkeiten zu deren Anbindung: Wird ein nationales Zugbeeinflussungssystem als Specific Transmission Module (STM) an den EVC angebunden, werden die erforderlichen Schnittstellen des STM über den EVC geführt. Das STM nutzt den EVC dabei u. a., um Odometriedaten zu erhalten, Informationen auf dem DMI anzuzeigen oder Bremsen auszulösen. Zur Verbindung des EVCs mit STMs wird Profibus verwendet. Diese Lösung ist mit erheblichem Entwicklungsaufwand verbunden und daher nur für funktional umfassende nationale Systeme sinnvoll. Beispielsweise wird die Linienzugbeeinflussung in Spanien als STM betrieben. Die Anbindung als STM gilt im Allgemeinen als Vorzugsvariante. Nationale Zugbeeinflussungssysteme können auch als Semi-STM (auch spezifische Buskopplung) angebunden werden. Dabei wird das System im Regelbetrieb über den vorhandenen Fahrzeugbus gesteuert, bei Störfällen können sie auch ohne EVC betrieben werden. ETCS (EVC) und das nationale System kommunizieren mit den Umsystemen dabei über einen gemeinsamen Bus, die Kopplung beider Zugbeeinflussungssysteme dient dabei ausschließlich zur Steuerung der Transitionen. Während die Eingriffe in ETCS und das nationale System dabei reduziert werden können, entsteht ein zusätzlicher Aufwand in den Umsystemen wie dem DMI und dem Datenrekorder (JRU). Beispielsweise wurde die LZB in Deutschland (über MVB gekoppelt) auf diese Weise von der Deutschen Bahn spezifiziert. Ein EVC kann auch als Bi-Standard-EVC (teils auch Dual-Standard-EVC) ausgeführt sein. Dabei übernimmt das EVC von ETCS die Funktion des nationalen Zugbeeinflussungssystems. Die Funktion des nationalen Systems kann dabei innerhalb des EVC oder mittels proprietärer Schnittstellen gekoppelt. Diese Lösung bietet sich für einfache nationale Systeme oder bei akutem Platzmangel an. Daneben können nationale Erweiterungen, die betriebliche Vorteile bieten, umgesetzt werden. Beispielsweise wurde EVM in Ungarn (mit Implementierung im EVC) oder EBICAB und Bulgarien (mit EVC-interner Übersetzung in ETCS-Telegramme) auf derartige Weise implementiert. Diese Lösung wird häufig von Herstellern nationaler Zugbeeinflussungssysteme für ihre Heimatmärkte entwickelt. Auch ein Parallelbetrieb des EVC für ETCS und eines nationalen Systems ist grundsätzlich möglich. Beide Systeme verwenden dabei weitgehend eigene Umsysteme (z. B. Datenaufzeichnung, Odometrie), die Kopplung von EVC und nationalem System erfolgt über eine Busverbindung oder Relaiskonstakte und dient dabei nur der Steuerung und Kontrolle der Transitionen. Eine derartige Lösung kommt bei mangelnder Wirtschaftlichkeit anderer Lösungen oder notwendiger betrieblicher Unabhängigkeit der beteiligten Systeme in Betracht. Beispielsweise wurde ATS in der Türkei oder MIREL in der Slowakei (über eine RS-485-Schnittstelle) angebunden.
Anforderungen Ein Fahrzeuggerät muss binnen drei Sekunden nach Aktivierung des Führerraums zur Eingabe der Triebfahrzeugführernummer bereit und im einfachsten Fall binnen 15 Sekunden bereit für Rangierfahrten (ETCS-Betriebsart Shunting) sein.ETCS-Spezifikation, Subset 041, Version 3.2.0, S. 14. Fahrterlaubnisse müssen binnen 1,5 Sekunden verarbeitet sein. Kürzere Verarbeitungszeiten sind möglich. Verkürzte Verarbeitungszeiten sind im Bereich der Deutschen Bahn auch für besonders dichte Blockteilungen erforderlich. Teilweise bestehen auch spezifische Anforderungen an gewisse Prozesszeiten, beispielsweise den Zeitbedarf beim Fahrtrichtungswechsel oder Beschleunigungen durch Übernahme von am DMI eingegebenen Daten in Umsysteme wie der Fahrgastinformation.
Die Stromversorgung des EVC gilt als größter Schwachpunkt der ETCS-Fahrzeugarchitektur. Die Referenzarchitektur sieht daher zwei redundante Stromversorgungen vor. Auch die Anbindung an Umsysteme erfolgt redundant.
ETCS-Fahrzeuggeräte müssen für den Einsatz auf den Schienenwegen von DB Netz, die nicht mit Punktförmiger Zugbeeinflussung ausgerüstet sind, u. a. eine MTBF von wenigstens 23.000 Stunden und eine technische Verfügbarkeit von 99,9913 % erfüllen.
Tests Die Konformität von EVCs gegen die ETCS-Spezifikation ist in Subset-094 der ETCS-Spezifikation beschrieben. Der EVC wird dabei in einen Testadapter integriert, das in rund 800 vorgegebenen Testsequenzen beschriebene Verhalten in logische und physische Signale umgewandelt und auf funktionale Korrektheit und Vollständigkeit geprüft. Durch eine solche, auch als I/OSI-Adapter (In-/Out System Interface) bezeichnete universelle Schnittstelle können die Funktionen notwendiger peripherer Geräte wie Balisen und Modems bei Interoperabilitätstests genutzt und als fehlerfrei vorausgesetzt werden.
Um die Interoperabilität zu gewährleisten, sind ferner spezielle Interoperabilitätstests, in denen beispielsweise auch ein RBC mit eingebunden wird, geboten. Im Fokus der in den Subsets 110, 111 und 112 beschriebenen Fälle stehen Szenarien, die eine Interaktion der beteiligten Komponenten bedingen.
Lieferanten ETCS-Fahrzeugausrüstungen werden von verschiedenen Lieferanten angeboten: Alstom (Onvia Cab, ehemals Atlas) CAF Signalling (Auriga) CRCC (SigThemis) CRRC (RailBot) Hitachi Rail STS (ehemals Ansaldo STS) Siemens Mobility (Trainguard 100 für Level 1, Trainguard 200 für Level 2) Thales (AlTrac)
Stadler kündigte 2017 an, eigene ETCS-Bordgeräte herstellen zu wollen. Dazu gründeten Stadler und Mermec das Gemeinschaftsunternehmen Angelstar. Das als Guardia bezeichnete System soll erstmals auf Flirt-Zügen der BLS zum Einsatz kommen. Anfang 2019 liefen Feld- und Zulassungstests in der Schweiz und weiteren europäischen Ländern. Im Juni 2020 wurde in Polen die Zulassung für den Einsatz auf Flirt-Triebzügen der Koleje Mazowieckie erteilt.