KR20150001760A

KR20150001760A - 기차의 위치확인 시스템의 동작을 제어하는 방법

Info

Publication number: KR20150001760A
Application number: KR20147029344A
Authority: KR
Inventors: 쟈끄 오히옹
Original assignee: 알스톰 트랜스포트 테크놀로지스
Priority date: 2012-03-20
Filing date: 2013-03-20
Publication date: 2015-01-06
Also published as: CA2867850C; FR2988362B1; IN2014DN07740A; EP2828138B1; WO2013139869A1; FR2988362A1; SG11201405921TA; US9651573B2; CN104302531B; KR102120237B1; CN104302531A; BR112014023508B1; US20150293139A1; ES2586289T3; CA2867850A1; EP2828138A1

Abstract

본 발명은 기차의 위치확인 시스템(10)의 작동을 제어하는 방법에 관한 것으로, 위치확인 시스템(10)이, 치부형 톤 휠(toothed tone wheel)(12)과, 치부의 존재를 검출하기 위한 3개의 센서(18, 20, 22)를 포함하며, 이 3개의 센서(18, 20, 22)는 휠(12)의 6개의 가능하고 상이한 위치가 3개의 센서(18, 20, 22)의 6개의 가능한 논리 상태에 의해 표현될 수 있도록 공간적으로 배열되며, 이 6개의 상태가 상이하며, 본 방법은, 3개의 센서(18, 20, 22)에 의해 전달된 신호에 대응하는 상태를 검출하는 단계와, 검출된 상태를 6개의 논리 상태와 비교하는 단계와, 비교에 따라 위치확인 시스템(10)의 작동 상태를 판정하는 단계를 포함한다.

Description

기차의 위치확인 시스템의 동작을 제어하는 방법{METHOD FOR CONTROLLING THE OPERATION OF A POSITIONING SYSTEM OF A TRAIN}

본 발명은 기차의 위치확인 시스템의 동작을 제어하는 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 이러한 방법을 적용하는데 적합한 디바이스를 포함하는 궤도 차량에 관한 것이다.

2개의 기차의 충돌을 방지하고, 2개의 기차 간의 간격이 충분하도록 하기 위해서는, 선로 상의 기차의 위치를 아는 것이 필요하다. 따라서, 양호한 안정성을 보장하는 기차 위치확인 시스템을 갖는 것이 요망된다.

차축(axle)에 연결된 톤 휠(tone wheel)을 이용하는 기차의 위치확인 시스템이 공지되어 있다. 이 휠은 치부(tooth)가 형성되어 있으며, 치부의 존재를 검출하기 위해 차량에 내장되어 있는 4개의 센서와 연동한다. 4개의 센서 중의 3개는 톤 휠의 치부의 존재 또는 부재의 검출에 기초하여 기차의 위치확인을 획득할 수 있도록 배열된다. 제4 센서는 기차가 이동하고 있을 때에 위치확인 시스템의 적절한 동작을 제어하는 소위 "일관성(consistency)" 센서이다. 제4 센서는 일반적으로는 제1 센서와 동상이다. 시스템의 적절한 동작을 보장하기 위해 차고지(standstill)에서 시험이 시행된다.

그러나, 이 제4 센서는 장애가 발생할 수도 있다. 또한, 특정한 제4 센서 및 차고지에서 시험을 수행할 수 있는 유닛의 구입은 비용이 많이 소요되는 것으로 입증되었다. 그 결과, 이 제4 센서 및 시험을 시행하는 유닛을 이용하지 않고서도 기차의 위치확인 시스템의 동일한 신뢰성을 보장하는 것이 요망된다.

따라서, 적용하기가 더 용이한 기차의 위치확인 시스템의 동작을 제어하는 방법에 대한 필요성이 있다.

이를 위해, 본 발명은 기차의 위치확인 시스템의 동작을 제어하는 방법을 제안하며, 이 위치확인 시스템은 치부형 톤 휠(toothed tone wheel), 치부의 존재를 검출하기 위한 제1 센서, 치부의 존재를 검출하기 위한 제2 센서, 및 치부의 존재를 검출하기 위한 제3 센서를 포함하며, 이 3개의 센서는 휠의 적어도 6개의 가능하고 상이한 위치가 3개의 센서의 적어도 6개의 가능한 논리 상태에 의해 표현될 수 있도록 공간적으로 배열되며, 이 6개의 상태는 상이하다. 상기 방법은 3개의 센서에 의해 전달된 신호에 대응하는 상태를 검출하기 위한 단계를 포함한다.

상기 방법은 또한 검출된 상태를 6개의 가능한 논리 상태와 비교하는 단계와, 비교에 따라 상기 시스템의 작동 상태를 판정하는 단계를 포함한다.

별도로 또는 조합으로서 취해지는 본 발명의 다른 특징에 따라,

- 검출된 상태가 6개의 논리 상태 중의 하나가 아닌 때에, 상기 판정 단계에서 시스템의 작동 이상(operating abnormality)이 되돌려 보내지며,

- 하나의 논리 상태로부터 또 다른 논리 상태로의 스위칭이 스위칭 관계에 의해 좌우되며, 상기 방법은 검출된 상태의 연속(succession)의 준수(compliance)를 스위칭 관계로 체크하는 단계를 더 포함하며,

- 검출된 상태의 연속이 스위칭 관계를 준수하지 않을 때에, 상기 판정하는 단계에서 시스템의 작동 이상이 되돌려 보내지며,

- 6개의 계속되는 논리 상태가 연속적인 정수로 마크되며, 스위칭 관계는 D2 = (D1 - 1 ±1)[6] +1 이고, 여기서 D1 및 D2는 검출된 상태의 번호이고, []는 수학 모듈로 연산(mathematical modulo operation)이며,

- 각각의 센서는 듀티 사이클을 갖고, 제1 센서와 제2 센서는 회전의 방향에서 치부에 관련하여 제1 시프트만큼 시프트되며, 제2 센서와 제3 센서는 동일한 회전 방향에서 치부에 관련하여 제2 시프트만큼 시프트되며, 각각의 시프트가 120°±x의 값을 갖고, x는 0과 60°사이로 이루어지며,

- 각각의 센서의 듀티 사이클은 (180-x)/360과 (180+x)/360 사이에서 이루어지며,

- 상태를 검출하는 단계는 센서에 의해 전달된 3개의 신호 중의 하나의 신호 상의 상승 에지 또는 하강 에지의 존재 시에 트리거되며,

- 가능한 상태는 센서의 논리 상태에 대응하는 값들의 트리플렛(triplet)에 의해 표현되며,

- 센서의 논리 상태는 하이 상태와 로우 상태를 포함하며,

- 값들의 각각의 트리플렛은 하나의 값에 대한 상승 또는 하강 에지, 다른 값에 대한 하이 상태 또는 로우 상태를 포함하며,

- 상기 시스템은 센서의 작동 상태에 대한 하나 이상의 검출기를 더 포함하며, 상기 검출기가 센서 중의 하나의 센서의 고장을 검출한 때에 상기 판정하는 단계에서 시스템의 작동 이상이 되돌려 보내진다.

또한, 본 발명의 목적은, 기차의 가속도를 측정하기 위한 하나 이상의 수단을 더 포함하고, 상기 측정 수단에 의해 측정된 가속도가 임계값보다 큰 때에 상기 판정하는 단계에서 시스템의 작동 이상이 되돌려 보내지는 시스템을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 목적은, 치부형 톤 휠, 치부의 존재를 검출하기 위한 제1 센서, 치부의 존재를 검출하기 위한 제2 센서, 및 치부의 존재를 검출하기 위한 제3 센서를 포함하며, 이 3개의 센서는 휠의 적어도 6개의 가능하고 상이한 위치가 3개의 센서의 적어도 6개의 가능한 논리 상태에 의해 표현될 수 있도록 공간적으로 배열되고, 이 6개의 상태가 상이한, 기차의 위치확인 시스템을 제공하는 것이다.

상기 시스템은 또한 전술한 바와 같이 본 방법을 적용하도록 적합화된 위치확인을 제어하는 디바이스를 포함한다.

본 발명은 또한 전술한 바와 같이 위치확인 시스템을 포함하는 궤도 차량을 포함한다.

본 발명의 기타 특징 및 장점은 단지 예로서 제공되고 이하의 첨부 도면을 참조하는 본 발명의 실시예에 대한 상세한 설명을 통해 더욱 명백하게 될 것이다.
도 1은 기차의 일례의 위치확인 시스템의 개략도이다.
도 2는 상이한 센서에 의해 전달되는 신호에서의 시간-의존 변화(time-dependent change) 및 연관된 센서의 논리 상태를 보여주는 그래프이다.
도 3은 기차의 위치확인 시스템의 동작을 제어하기 위한 일례의 방법의 흐름도이다.
도 4는 기차의 위치확인 시스템의 동작을 제어하는 또 다른 예의 방법의 흐름도이다.
도 5는 상이한 센서에 의해 전달되는 신호에서의 시간-의존 변화 및 연관된 센서의 논리 상태를 보여주는 그래프이다.

기차의 위치확인 시스템(10)이 도 1에 개략적으로 도시되어 있다. 위치확인 시스템(10)은 치부형 톤 휠(12)을 포함한다. 치부형 톤 휠(12)은 각도를 이루며 이격되어 있는 치부(14)가 제공된다. 위치측정(localization)을 용이하게 하기 위해, 휠(12)의 주변부의 일부분 상에는 몇몇의 치부(14)가 생략되어 있다. 휠(12)은 기차 휠의 샤프트에 부착된다. 휠(12)은 그 후 기차 휠에 고정된다. 따라서 둘 모두의 휠은 동일한 속도로 회전한다. 휠(12)은 그러므로 기차 휠의 움직임을 나타내게 된다.

위치확인 시스템은 또한 치부(14)의 존재를 검출하기 위한 제1 센서(18), 제2 센서(20) 및 제3 센서(22)를 포함한다. 도 1의 경우에, 센서(18, 20, 22)는 광다이오드이다. 치부(14)의 존재의 검출을 허용하는 임의의 다른 센서도 고려될 수 있다.

3개의 센서(18, 20, 22)는 치부(14)의 존재 또는 부재를 나타내는 신호를 전달한다. 이것의 결과는 각각의 센서(18, 20 또는 22)가 치부(14)의 존재를 나타내는 논리 상태와 치부(14)의 부재를 나타내는 논리 상태의 2개의 논리 상태를 갖는다. 3개의 센서(18, 20, 22)는 기차에 관련하여 고정되며, 따라서 기차의 이동을 따르게 된다. 휠(12)이 로터리 운동을 따름에 따라, 휠(12)은 센서(18, 20, 22)에 관련하여 회전한다. 그러므로, 센서는 시간이 지남에 따라 휠(12)의 치부(14)의 연속을 검출한다. 이것은 도 2에 의해 개략적으로 예시되어 있다. 이 도면에서, 휠(12)이 정상적으로 작동하는 동안, 상이한 센서(18, 20, 22)에 의해 전달된 신호의 시간-의존 변화가 예시되어 있다. 보다 구체적으로, 곡선 24는 제1 센서(18)에 의해 전달된 신호에서의 시간-의존 변화를 표현하고, 곡선 26은 제2 센서(20)에 의해 전달된 신호에서의 시간-의존 변화를 표현하며, 곡선 28은 제3 센서(22)에 의해 전달된 신호에서의 시간-의존 변화를 표현한다. 보다 명료하게 나타내기 위하여, 곡선(24, 26, 28)은 위쪽으로 시프트되어 있으며, 실제로는 해당 레벨이 실질적으로 동일하다는 것을 이해할 것이다.

곡선 24를 검사할 시에, 제1 센서(18)는 관련 상황에 좌우되어 2개의 논리 상태, 즉 치부(14)의 부재의 검출의 경우에 대응하는 로우 상태와 치부(14)의 존재를 검출하는 경우에 대응하는 하이 상태로 확인될 수 있는 것으로 보인다. 그 다음에, 제1 센서(18)의 논리 상태를 C1으로서 표기함으로써, 로우 상태는 C1=0에 대응하고, 하이 상태는 C1=1에 대응한다. 반전된 논리 또한 가능하며, 나머지의 위에서 전개된 아이디어는 동일하다. 유사하게, 제2 센서(20) 및 제3 센서(22)는 각각 2개의 논리 상태, 즉 로우 상태와 하이 상태를 갖는다. 또한, 제2 센서의 상태를 C2로서 표기하고, 제3 센서의 상태를 C3로 표기함으로써, C2=0 및 C3=0는 치부(14)의 부재의 검출에 대응하는 로우 상태인 한편, C2=1 및 C3=1은 치부(14)의 존재의 검출에 대응하는 하이 상태이다.

3개의 센서(18, 20, 22)는 휠(12)의 6개의 가능하고 상이한 위치가 3개의 센서(18, 20, 22)의 6개의 논리 상태에 의해 표현될 수 있도록 공간적으로 배열되며, 6개의 논리 상태는 상이하다. 가능한 논리 상태는 따라서 3개의 센서(18, 20, 22)에 의해 전달된 각각의 신호의 값의 데이터(datum)이다. 이것은 트리플렛(C1, C2, C3)의 데이터에 대응한다. 이것의 결과는 트리플렛(C1, C2, C3)의 데이터가 휠(12)의 위치의 묘사(characterisation)를 허용한다는 것이다.

도 2를 참조함으로써, 휠(12)의 위치는 6개의 상태에 의해 표현될 수 있는 것으로 보인다. 이들 6개의 상태는 E₁, E₂, E₃, E₄, E₅ 및 E₆로서 표기된다. 상태 E₁은 트리플렛(C1=1, C2=0, C3=1)에 대응하고, 상태 E₂는 트리플렛(C1=1, C2=0, C3=0)에 대응하고, 상태 E₃는 트리플렛(C1=1, C2=1, C3=0)에 대응하고, 상태 E₄는 트리플렛(C1=0, C2=1, C3=0)에 대응하고, 상태 E₅는 트리플렛(C1=0, C2=1, C3=1)에 대응하고, 상태 E₆는 트리플렛(C1=0, C2=0, C3=1)에 대응한다. 상태 E₁ 내지 E₆의 전체는 휠(12)의 상이한 위치에 대한 3개의 센서(18, 20, 22)의 가능한 논리 상태의 세트를 형성한다. 상태의 세트는 도 2에 보여지고 있는 바와 같이 이하의 표 1로서 표현될 수 있다:

표 1 : 휠(12)의 상태에 따른 센서(18, 20, 22)의 논리값(제1 실시예)

3개의 센서(18, 20, 22)는 3가지 조건이 충족되는 때에 휠(12)의 6개의 가능하고 상이한 위치가 3개의 센서(18, 20, 22)의 6개의 상이한 논리 상태에 의해 표현될 수 있도록 공간적으로 배열된다. 제1 센서(18) 및 제2 센서(20)는 회전 방향에서 치부(14)에 관련하여 제1 시프트 D1만큼 시프트되고(제1 조건), 제2 센서(20) 및 제3 센서(22)는 회전 방향에서 하나의 치부(14)에 관련하여 제2 시프트 D2만큼 시프트되며(제2 조건), 제3 센서(22) 및 제1 센서(18)는 회전 방향에서 치부(14)에 관련하여 제3 시프트 D3만큼 시프트된다(제3 조건). 관련된 예에 따라서는, 회전의 방향은 시계 바늘의 회전 방향(소위 포지티브 방향)이다. 또한, 관례상, 360°는 치부형 휠의 2개의 치부들 간의 편차(deviation)에 대응하고, 이것은 3개의 시프트의 합이 360°와 동일하다는 것을 암시한다. 이것은 수학적으로는 D1 + D2 + D3 = 360°로서 씌여질 수 있다. 일례로서, 시프트 D1, D2 및 D3는 도(degrees)로 표시되고, 0과 360°사이로 이루어진다. 또한, 3개의 시프트 D1, D2 및 D3는 영이 아니다(non-zero). 이것은 수학적으로는 D1≠0, D2≠0 및 D3≠0으로서 씌여진다.

그러므로, 제3 조건은 또한 제1 시프트 D1 및 제2 시프트 D2의 합이 360°와는 상이하다는 사실에 의해 표현된다. 이것은 수학적으로는 D1 + D2 ≠ 360°로서 씌여진다.

도 1의 예에 따라, 각각의 센서(18, 20, 22)는 50%의 동일한 듀티 사이클을 갖는다. 따라서, ±60°이내로 알려져 있는 시프트 D1, D2 및 D3 상의 공차(tolerance)가 존재한다.

반대로, 시프트 D1, D2 및 D3가 60°의 배수로 설정되는 때에, 센서(18, 20, 22)의 듀티 사이클은 1/3과 2/3 사이에서 변화된다.

이들 2개의 극단적인 경우들 사이에는, 타협(compromise)이 존재한다는 것을 이해할 것이다. 그러므로, 시프트 D1, D2 및 D3가 ±30°이내로 알려지면, 센서의 듀티 사이클은 (180-30)/360=41.6% 와 (180+30)/360=58.3% 사이로 이루어진다.

보다 일반적으로, ±x°이내로 알려진 시프트에 대해서는, 센서의 듀티 사이클은 (180-x)/360 와 (180+x)/360 사이로 이루어진다.

도 1의 실시예의 범위 내에서, x는 0과 60°사이로 이루어진다.

바람직하게는, 도 1에 대한 경우에서와 같이, 제1 시프트 D1 및 제2 시프트 D2는 120°이다. 이것은 수학적으로는 D1 = D2 = 120°로서 씌여진다. 그 결과, 제3 센서(22)와 제1 센서(18)가 동일한 회전 방향으로 치부(14)에 관련하여 120°만큼 시프트된다. 이것은 수학 등식 D3=120°로 표현된다. 이것은 특히 상태의 변화가 치부(14)의 1/6에 의한 이동을 나타내는 것을 허용할 수 있다. 120°와 동등한 이들 3개의 시프트 D1, D2 및 D3를 도 1에 개략적으로 예시하기 위해, 제1 센서(18)는 0°에 대응하는 화살표 상에 위치되고, 제2 센서(20)는 120°에 대응하는 화살표 상에 위치되며, 제3 센서(22)는 240°에 대응하는 화살표 상에 위치된다.

120°의 시프트 D1, D2 및 D3는 또한 도 2에서도 인지될 수 있다. 실제로, 시간 영역에서, 규칙적으로 이격된(50% 듀티 사이클) 치부(14)에 대해, 이것은 대응하는 센서(18, 20, 22)에 의해 전달된 신호가 1/3 주기만큼 시프트된다는 것을 의미한다. 실제로 곡선 24와 곡선 26 간에는 1/3 주기만큼의 시프트가 존재하며, 곡선 26과 곡선 28 간에는 1/3 주기만큼의 시프트가 존재하며, 곡선 28과 곡선 24 간에는 1/3 주기만큼의 시프트가 존재한다.

3개의 센서(18, 20, 22)에 의해 전달된 신호는 위치확인 시스템을 제어하기 위한 디바이스(30)에 의해 활용되는 신호이다. 이 디바이스(30)는 기차의 위치확인 시스템(10)의 작동을 제어하는 방법을 적용하는데 적합하다.

위치확인 시스템(10)은 또한 각각의 센서(18, 20, 22)를 위한 전기 검출기(29), 즉 3개의 검출기(29)를 포함한다.

센서(18, 20, 22)의 작동 모드에 따라, 즉 전압 및/또는 전류 모드에 따라, 검출기(29)는 개방 회로 또는 단락 회로(short-circuited circuit)를 검출할 수 있다. 보다 구체적으로, 전압 작동 모드에서, 센서(18)의 로우 상태는 예컨대 5V와 같은 비-제로 전압에 대응하는 한편, 센서(18)의 하이 상태는 휠이 24V의 DC 전압으로 전원이 공급되면 휠의 전력 공급 전압 아래의 전압, 예컨대 15V에 대응한다. 그러므로, 검출기(29)가 0V의 전압 또는 24V의 전압을 검출하면, 이것은 센서(18, 20, 22)가 적절하게 작동하지 않고 있다는 것을 의미한다.

이와 달리, 검출기(29)는 숨겨져 있는 위상 시프트 장애를 검출할 수 있다.

또 다른 대안에 따라, 검출기는 센서의 듀티 사이클의 숨겨져 있는 장애를 검출할 수 있다.

일례로서, 디바이스(30)는 스테이트 머신(32) 및 비교기(34)를 포함한다. 스테이트 머신(32)은 검출 센서(18, 20, 22)의 상이한 논리 상태를 검출할 수 있다. 스테이트 머신(32)은 스테이트 머신(32)에 의해 검출된 상태와 사전 기록된 상태 간의 비교를 수행할 수 있는 비교기(34)에 접속된다. 사전 기록된 상태는 관련 실시예에 좌우된다. 도 3 및 도 4를 참조하면, 3가지의 예가 제공될 것이다. 또한, 디바이스(30)는 센서(18, 20, 22)들 간의 각도와 센서(18, 20, 22)에 의해 전달된 각각의 신호의 듀티 사이클을 계산하기 위한 수단(36)을 포함한다.

디바이스(30)는 또한 아래와 같이 정의되는 소위 H⁺(n) 및 H^-(n) 값을 계산하는 계산 유닛(38)을 포함한다:

및

여기서, n은 1과 6 사이에서 변화하는 정수이고, 기호 "·"은 "논리곱(and)" 논리 연산의 기호이며, [-]은 모듈로를 나타내고, State_n은 휠의 상태를 나타낸다.

도 2의 예에 따라, 상태 E₁으로 스위칭할 시에, 제1 센서(18)의 검출에서의 진동(oscillation)이 발생한다. 이것은 곡선 24의 신호에서의 상승 에지, 하강 에지, 그리고 상승 에지의 신속한 교번에 의해 표현된다. 그러므로, 상태 E₁으로부터 상태 E₆로의 신속한 스위칭 그리고나서 상태 E₁으로의 복귀가 있다. 제안된 바와 같은 값 H⁺(n) 및 H^-(n)의 형성(formulation)의 장점은, 3개의 연속적인 상태에 대한 시험으로, 회전수(turns)를 카운팅함에 있어서 이러한 현상("글리치(glitch)"로도 지칭됨)을 무시할 수 있게 된다는 것이다. 실제로, 위의 표현으로, 값 H⁺(n) 또는 값 H^-(n)의 어느 것도 센서의 진동의 존재 시에 논리 상태 "1"로 넘어가지(pass to the logic state "1") 못한다.

일례에 따라, 이들 2개의 값 H⁺(n) 및 H^-(n)의 대수합이 휠 카운터(40)에서 계산된다.

또 다른 예에 따라, 휠 카운터(40)는 둘 모두의 값 H⁺(n) 및 H^-(n)에서의 "1"의 발생의 개수를 카운트한다.

이들 값 H⁺(n) 및 H^-(n)은 기차의 위치를 결정하기 위해 이용된다. H⁺ 및 H^-의 8개의 연속적인 값으로부터 기차의 위치로 어떻게 넘어갈지는 종래 기술로 공지되어 있다. 실제로, 8개의 값 H⁺(n) 및 H^-(n)과 기차의 위치 간의 일대일 대응관계의 존재를 입증하는 것이 가능하다.

값 H⁺(n) 및 H^-(n)은 또한 기차의 가속도의 결정을 허용한다.

이와 달리, 더욱 정교한 방식에서, 위치확인 시스템(10)은 6개의 휠 카운터, 즉 상태 당의 통과의 개수를 결정하는 각각의 상태 E₁, E₂, E₃, E₄, E₅ 및 E₆에 대한 휠 카운터를 포함한다. 이것은 더 낮은 잡음과 6배 더 많은 정보로 측정치를 획득할 가능성을 제공한다. 이 대안은 비교적 느린 속도에서 작동하는 기차에 대해 특히 바람직하다.

라인 42, 43, 44, 45 및 46에 의해 나타낸 바와 같이, 각각 스테이트 머신(32)의 휠 카운터(40)로부터의, 검출기(29)의 비교기(34)로부터의, 및 듀티 사이클을 계산하기 위한 수단(36)으로부터의 데이터가 컴퓨터(48)에 제공되고, 이 컴퓨터가 이들 데이터를 해석하고, 필요한 경우 완수할 동작을 결정할 수 있다.

컴퓨터(48)는 그러므로 스테이트 머신(32)의 상태에 대한 에러를 시그널링하거나, 예컨대 센서에 대한 잘못된 듀티 사이클로 기인할 숨겨져 있는 장애를 방지하거나, 또는 너무 강한 가속도에 대한 경고를 발행할 수 있다. 너무 큰 가속도는 정상적이지 않은 상황에 대응한다.

도 3의 흐름도는 제1 실시예에 따른 디바이스(30)에 의한 제어 방법의 예의 적용을 개략적으로 예시한다.

본 제어 방법은 3개의 센서(18, 20, 22)에 의해 전달된 신호에 대응하는 상태를 검출하는 단계(S50)를 포함한다. 검출은 예컨대 상태의 각각의 변경 시에의 획득에 의해 달성된다.

이와 달리, 획득은 연속적으로 달성된다. 도 1의 예에 따라, 획득은 디바이스(30)에 의해 달성된다. 연속적인 획득의 경우, 상태의 변경을 검출하기 위해 차동 시스템(differential system)이 이용된다. 이것은 저속 작동에 대해서는 휠이 완전한 회전을 수행한 때에 조건 H⁺(n)과 H^-(n)이 결코 충족되지 않는 것을 방지한다.

본 제어 방법은 또한 검출된 상태를 가능한 상태의 세트의 상태의 값과 비교하는 단계(S52)를 포함한다. 도 1의 예에서, 이것은 3개의 치부-부재 신호(14) 또는 3개의 치부-존재 신호(14)가 검출되는지의 여부가 체크된다는 것을 의미한다. 대응하는 상태를 E₇ 및 E₈로서 표기함으로써, 허용 상태 및 금지 상태를 제공하는 이하의 표 2가 비교기(34) 내의 메모리에 저장된다.

표 2 : 3개의 상태뿐만 아니라 결정된 상태(제1 실시예)에 따른 센서(18, 20, 22)의 논리값

본 실시예에 따라, 비교기(34)의 사전에 기록된 상태는 E₁, E₂, E₃, E₄, E₅, E₆, E₇ 및 E₈이다. 비교기(34)는 검출된 상태를 8개의 전술한 상태에 대해 비교한다. 검출된 상태가 6개의 허용 상태 중의 하나, 즉 상태 E₁, E₂, E₃, E₄, E₅ 및 E₆ 중의 하나가 아닌 때에, 위치확인 시스템(10)의 작동 이상이 되돌려 보내지고(단계 S54), 컴퓨터(48)가 이상을 검출한다. 단계 S52의 비교는 예컨대 검출된 상태가 금지 상태 중의 일부인지를 판정함으로써 수행된다.

도 2의 그래프는 논리 상태 E₁, E₂, E₃, E₄, E₅ 및 E₆의 연속이 정상적인 작동 동안에는 임의적이지 않다는 것을 보여준다. 이 경우, 휠의 회전의 방향에 좌우되어 상태 E_n으로부터 상태 E_n+1로 또는 상태 E_n-1로의 스위칭만이 허용된다. 명확히, 상태 E_n으로부터 상태 E_n+2로의 스위칭은 허용되지 않는다. 이것의 결과는 6개의 논리 상태 E₁, E₂, E₃, E₄, E₅ 및 E₆의 세트가 스위칭 관계에 의해 좌우된다는 것이다.

도 3의 예에 따라, 본 제어 방법은 검출된 상태의 연속의 준수를 위치확인 시스템(10)의 정상적인 작동 상태의 스위칭 관계로 체크하는 단계(S56)를 포함한다. 이것은, 둘 모두의 검출된 상태 E_D1 및 E_D2에 대해, D2가 D1-1 플러스 마이너스 1 모듈로 6과 1의 합인지의 여부가 시험된다는 것을 의미한다. 이것은 수학적으로는 다음과 같이 표현된다:

D2 = (D1-1±1)[6] + 1 (관계 1)

이 관계 1은 또한 2개의 관계의 형태로 표현될 수 있다:

D2 = D1[6] + 1 (관계 2), 또는

D2 = (D1 - 2)[6] + 1 (관계 3)

여기서, []는 모듈로를 지정한다.

관계 2와 관계 3은 제1 실시예에 대한 2개의 스위칭 관계이다. 이들은 특히 상태 E_n으로부터 상태 E_(n-3)[6]+1로의 스위칭이 허용되지 않는다는 것을 암시한다.

이 경우, 검출된 상태의 연속이 이들 관계를 준수하지 않을 때에, 단계 S58에서, 위치확인 시스템(10)의 작동 이상이 되돌려 보내진다. 일례로서, 상태 E₁(C1=1, C2=0, C3=1)으로부터 상태 E₄(C1=0, C2=1, C3=0)로의 스위칭은 단계 S58에서 작동 이상의 검출을 야기한다. 실제로, 4=3+1 또는 4=5-1이며, 이것은 관계 2 또는 관계 3의 어느 것도 충족되지 않는다는 것을 암시한다.

도 3의 예에 따라, 단계 S52 및 S56의 시험은 연속적이다. 그러므로, 단계 S52의 비교가 이상의 검출에 이르게 되면, 단계 S56의 시험이 시행되지 않는다. 단계 S56의 시험 동안, 이상이 검출되거나(이것은 단계 S58에 해당), 이상이 검출되지 않는다(단계 S60).

단계 S54, S58 또는 S60 후에, 본 제어 방법은 또한 수행된 비교에 따라 시스템(10)의 작동 상태를 판정하는 단계(S62)를 포함한다. 단계 S54 또는 S58에서 이상이 되돌려 보내진 때에 고장이 결정된다. 이상이 되돌려 보내지지 않으면, 위치확인 시스템(10)은 적절하게 작동하고 있는 것으로 간주된다.

컴퓨터(48)에 의해 도 1의 예에 따라 단계 S62가 수행된다.

이와 달리, 센서(18, 20, 22)는 3개의 신호, 즉 전술한 논리 상태 Ci=0 및 Ci=1과 상승/하강 에지를 방출한다. 본 실시예에서, 상승/하강 에지는 단지 논리 상태로서 간주된다. 그러므로, 표 1은 수정된다. 간략화를 위해, 새로운 상태는 F₁, F₂, F₃, F₄, F₅ 및 F₆로서 표기된다. 상태 F₁은 트리플렛(C1=상승 또는 하강 에지, C2=0, C3=1)에 대응하고, 상태 F₂는 트리플렛(C1=1, C2=0, C3=상승 또는 하강 에지)에 대응하고, 상태 F₃는 트리플렛(C1=1, C2=상승 또는 하강 에지, C3=0)에 대응하며, 상태 F₄는 트리플렛(C1=상승 또는 하강 에지, C2=1, C3=0)에 대응하고, 상태 F₅는 트리플렛(C1=0, C2=1, C3=상승 또는 하강 에지)에 대응하고, 상태 F₆는 트리플렛(C1=0, C2=상승 또는 하강 에지, C3=1)에 대응한다. 상태 F₁ 내지 F₆ 전체는 휠(12)의 상이한 위치에 대한 3개의 센서(18, 20, 22)의 가능한 논리 상태의 세트를 형성한다. 상태의 세트는 이하의 표 3의 형태로 예시될 수 있다:

표 3 : 휠 상태(12)에 좌우되는 센서(18, 20, 22)의 논리값(제2 실시예)

도 4의 흐름도는 제2 실시예에 따른 일례의 제어 방법의 적용을 개략적으로 예시한다.

본 방법은 3개의 센서(18, 20, 22)에 의해 전달된 신호를 획득하기 위한 단계(S64)를 포함하는 검출 단계(S50)를 포함한다.

검출 단계(S60)는 또한 획득된 신호를 필터링하기 위한 단계(S64)를 포함한다.

이 단계(S64)는 센서(18, 20, 22)에 의해 전달된 3개의 신호 중의 하나에서의 상승 또는 하강 에지의 존재 시에 획득된 신호를 선택하는 것에 의해 달성된다. 이것은 2개의 상태 간의 전이(transition) 동안 센서(18, 20, 22)에 의해 전달된 신호의 진동의 존재 시에도 제어 디바이스(30)에서의 동일한 검출 상태 F_i를 유지할 가능성을 제공한다. 이것은 센서(18, 20, 22)에 의해 전달된 신호의 발진의 존재에 관련된 샘플링 제약을 방지할 가능성을 제공한다.

바람직한 대안에서, 획득 단계 S64는 단지 상태의 변경에 대해서만 발생한다.

도 2의 예에 대응하는 도 5의 예에 따라, 상태 F₁으로의 스위칭 시에, 제1 센서(18)의 검출에서 진동이 발생한다. 이것은 곡선 24의 신호에서의 상승 에지, 하강 에지, 그리고 상승 에지의 신속한 교번에 의해 표현된다. 그럼에도 불구하고, 상태를 검출할 시에, 상승 에지 또는 하강 에지가 동일한 상태 F₁에 대응할 때, 이 진동이 나타나지 않게 된다.

제2 실시예에서 제안된 방법은 따라서 센서(18, 20, 22)의 검출의 진동에 감응하지 않게 된다.

본 방법은 또한 검출된 상태를 가능한 상태 세트의 상태의 값과 비교하는 단계(S68)를 포함한다. 단계 S68은 금지 상태가 상이하다는 것을 제외하고는 단계 S52와 유사하다. 그러므로, 새로운 표 4가 작성될 수 있다:

표 4 : 자신의 상태뿐만 아니라 결정된 상태(제2 실시예)에 좌우되는 센서(18, 20, 22)의 논리값

제2 실시예에 따라, 비교기(34)의 사전 기록된 상태는 따라서 제1 실시예와 상이하다. 이들은 상태 F₁, F₂, F₃, F₄, F₅ 및 F₆이다.

최종적으로, 제2 실시예에 따른 방법은 제1 실시예에 대해 적용된 것과 유사하게 동일한 단계 S54, S56, S58, S60 및 S62를 포함한다. 특히, 단계 S56에서 시행된 시험은 동일하다. 즉, 제2 실시예에 대한 스위칭 관계는 제1 실시예의 스위칭 관계(관계 2 및 관계 3)이다.

또한, 제2 실시예에서, 값 H⁺(n) 및 H^-(n)은 다음과 같이 정의된다:

및

이와 달리, 본 방법은 논리 상태에서의 무변화(no change)에 의해 기차의 멈춤(halt)을 검출하는 단계를 포함한다. 이것은 기차가 단순히 차고지에 있는 동안에 장애를 제공하는 잘못된 진단을 방지한다.

또 다른 대안에 따라, 본 방법은 검출기(29)의 데이터에 기초하여 시스템(10)의 작동 상태를 결정하는 단계를 포함한다. 연관된 센서(18, 20, 22)가 개방 회로 또는 단락 회로로 동작한다는 것을 검출기(29)가 검출할 때에 이상(abnormality)이 되돌려 보내진다.

또 다른 실시예에 따라, 본 방법은 기차의 가속도를 임계값과 비교하는 단계를 포함한다. 예컨대, 이 임계값은 100 m·s^-2이다. 측정된 가속도가 임계값보다 클 때, 시스템(10)의 작동 이상이 되돌려 보내진다.

그러므로, 본 방법은 위치확인 시스템을 자신의 치부형 톤 휠(12) 및 자신의 3개의 센서(18, 20, 22)로 안전하게 핸들하는 가능성을 제공한다. 특히, 본 방법은 대부분의 이상의 검출을 보장한다. 그러므로, 장애의 검출 가능성은 1개, 2개 또는 3개의 "프로즌(frozen)" 치부(14)에 대해, 하나 또는 2개의 치부(14)에 대한 거짓 검출을 유기하는 2개의 센서(18, 20 또는 22)에 의해 전달된 신호들 간의 기생 간섭(parasitic interference)의 검출에 대해, 상태에 대한 메모리에의 저장에 대해, 상태에 대한 메모리에의 반복된 저장에 대해, 및 1개, 2개 또는 3개의 랜덤한 치부(14)의 검출에 대해, 10^-9인 것으로 검증되었다. 확실성을 가지고 검출되지 않는 유일한 상황은 가능한 상태에의 정지하고 있는 상황이다. 모든 다른 장애는 신속하게 검출된다. 그 결과, 본 방법은 안전 표준 SIL4을 원활하게 준수한다.

기차의 위치확인 시스템(10)의 작동에 대한 이러한 제어는 일관성 제어를 실행하기 위해 치부의 존재를 검출하기 위한 제4 센서를 사용을 방지한다. 또한, 본 방법은 3개의 센서의 적절한 작동을 체크하기 위한 목적의 시험 기능의 사용의 억제를 가능하게 한다.

본 방법은 센서(18, 20, 22)의 글리치(glitch)에 대해 감응하지 않는다.

본 방법은 또한 차고지에 있는 기차의 위치에 대한 정확도의 향상을 가능하게 한다. 제4 센서를 이용한 일관성 제어가 이용되는 때보다 6배 높은 정확도로 위치가 검출된다.

Claims

기차의 위치확인 시스템(10)의 작동을 제어하는 방법으로서, 상기 위치확인 시스템(10)이,
- 치부형 톤 휠(toothed tone wheel)(12);
- 치부의 존재를 검출하기 위한 제1 센서(18);
- 치부의 존재를 검출하기 위한 제2 센서(20); 및
- 치부의 존재를 검출하기 위한 제3 센서(22)를 포함하고, 3개의 상기 센서(18, 20, 22)는 상기 휠(12)의 적어도 6개의 가능하고 상이한 위치가 3개의 상기 센서(18, 20, 22)의 적어도 6개의 가능한 논리 상태(E₁, E₂, E₃, E₄, E₅, E₆; F₁, F₂, F₃, F₄, F₅, F₆)에 의해 표현될 수 있도록 공간적으로 배열되며, 이 6개의 상태(E₁, E₂, E₃, E₄, E₅, E₆; F₁, F₂, F₃, F₄, F₅, F₆)가 상이하며,
상기 방법은,
- 3개의 상기 센서(18, 20, 22)에 의해 전달된 신호에 대응하는 상태를 검출하는 단계;
- 검출된 상태를 6개의 가능한 논리 상태(E₁, E₂, E₃, E₄, E₅, E₆; F₁, F₂, F₃, F₄, F₅, F₆)와 비교하는 단계; 및
- 비교에 따라 상기 시스템(10)의 작동 상태를 판정하는 단계
를 포함하는, 기차의 위치확인 시스템의 작동을 제어하는 방법.
제1항에 있어서,
검출된 상태가 6개의 논리 상태(E₁, E₂, E₃, E₄, E₅, E₆; F₁, F₂, F₃, F₄, F₅, F₆) 중의 하나가 아닌 때에, 상기 판정하는 단계에서 상기 시스템(10)의 작동 이상(operating abnormality)이 되돌려 보내지는, 기차의 위치확인 시스템의 작동을 제어하는 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
하나의 논리 상태(E₁, E₂, E₃, E₄, E₅, E₆; F₁, F₂, F₃, F₄, F₅, F₆)로부터 또 다른 논리 상태로의 스위칭은 스위칭 관계에 의해 좌우되며, 상기 방법은, 검출된 상태의 연속(succession)의 준수(compliance)를 상기 스위칭 관계로 체크하는 단계를 더 포함하는, 기차의 위치확인 시스템의 작동을 제어하는 방법.
제3항에 있어서,
검출된 상태의 연속이 상기 스위칭 관계를 준수하지 않을 때에, 상기 판정하는 단계에서 상기 시스템(10)의 작동 이상이 되돌려 보내지는, 기차의 위치확인 시스템의 작동을 제어하는 방법.
제3항 또는 제4항에 있어서,
6개의 계속되는 논리 상태가 연속되는 정수로 마크되며, 상기 스위칭 관계는 D2 = (D1 - 1 ±1)[6] +1 이고, 여기서 D1 및 D2는 검출된 상태의 번호이고, []는 수학 모듈로 연산(mathematical modulo operation)인, 기차의 위치확인 시스템의 작동을 제어하는 방법.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
각각의 상기 센서는 듀티 사이클을 갖고, 상기 제1 센서(18)와 상기 제2 센서(20)는 회전 방향에서 치부에 관련하여 제1 시프트(D1)만큼 시프트되며, 상기 제2 센서(20)와 상기 제3 센서(22)는 동일한 회전 방향에서 치부에 관련하여 제2 시프트(D2)만큼 시프트되며, 각각의 시프트가 120°±x의 값을 갖고, x는 0과 60°사이로 이루어지는, 기차의 위치확인 시스템의 작동을 제어하는 방법.
제6항에 있어서,
각각의 상기 센서(18, 20, 22)의 듀티 사이클은 (180-x)/360과 (180+x)/360 사이로 이루어지는, 기차의 위치확인 시스템의 작동을 제어하는 방법.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 상태를 검출하는 단계는, 상기 센서(18, 20, 22)에 의해 전달된 3개의 신호 중의 하나의 신호 상의 상승 또는 하강 에지의 존재 시에 트리거되는, 기차의 위치확인 시스템의 작동을 제어하는 방법.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가능한 상태(E₁, E₂, E₃, E₄, E₅, E₆; F₁, F₂, F₃, F₄, F₅, F₆)는 상기 센서(18, 20, 22)의 논리 상태에 대응하는 값들의 트리플렛(triplet)에 의해 표현되는, 기차의 위치확인 시스템의 작동을 제어하는 방법.
제9항에 있어서,
상기 센서(18, 20, 22)의 논리 상태는 하이 상태와 로우 상태를 포함하는, 기차의 위치확인 시스템의 작동을 제어하는 방법.
제9항에 있어서,
값들의 각각의 트리플렛은, 하나의 값에 대한 상승 또는 하강 에지, 다른 값에 대한 하이 상태 또는 로우 상태를 포함하는, 기차의 위치확인 시스템의 작동을 제어하는 방법.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 시스템(10)은 상기 센서(18, 20, 22)의 작동 상태에 대한 하나 이상의 검출기(29)를 더 포함하며, 상기 검출기(29)가 상기 센서(18, 20, 22) 중의 하나의 센서의 고장을 검출한 때에 상기 판정하는 단계에서 상기 시스템(10)의 작동 이상이 되돌려 보내지는, 기차의 위치확인 시스템의 작동을 제어하는 방법.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 시스템(10)은 기차의 가속도를 측정하기 위한 하나 이상의 수단을 더 포함하며, 상기 측정 수단에 의해 측정된 가속도가 임계값보다 큰 때에 상기 판정하는 단계에서 상기 시스템(10)의 작동 이상이 되돌려 보내지는, 기차의 위치확인 시스템의 작동을 제어하는 방법.
기차의 위치확인 시스템(10)에 있어서,
- 치부형 톤 휠(12);
- 치부의 존재를 검출하기 위한 제1 센서(18);
- 치부의 존재를 검출하기 위한 제2 센서(20);
- 치부의 존재를 검출하기 위한 제3 센서(22)로서, 3개의 상기 센서(18, 20, 22)는 상기 휠(12)의 적어도 6개의 가능하고 상이한 위치가 3개의 상기 센서(18, 20, 22)의 적어도 6개의 가능한 논리 상태(E₁, E₂, E₃, E₄, E₅, E₆; F₁, F₂, F₃, F₄, F₅, F₆)에 의해 표현될 수 있도록 공간적으로 배열되며, 이 6개의 상태(E₁, E₂, E₃, E₄, E₅, E₆; F₁, F₂, F₃, F₄, F₅, F₆)가 상이한, 제3 센서(22); 및
- 청구항 1 내지 13 중의 어느 하나에 따른 방법을 적용하기에 적합화된 위치를 제어하는 디바이스(30)
를 포함하는, 기차의 위치확인 시스템.
청구항 14의 위치확인 시스템(10)을 포함하는 것을 특징으로 하는 궤도 차량.