KR102078556B1 - 데이터 및/또는 신호 송신을 위한 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 다중-멤버 트랙-가이드 차량 조합 중 2개의 인접한 유닛 사이의 데이터 및/또는 신호 송신을 위한 장치(10)에 관한 것이며, 상기 장치(10)는, 필요시 전자기 방사선을 방출하기 위한 적어도 하나의 에미터 (11)를 포함한다. 본 발명에 따르면, 상기 적어도 하나의 에미터(11)는, 상기 다중-멤버 차량 조합의 차량(A, B)의 전방 영역에 설치되도록 설계된 램프 모듈(1)에 통합된다.
Description
본 발명은 다중-멤버 트랙-가이드 차량 조합(multi-membered, track-guided vehicle combination) 중 2개의 인접한 유닛 사이의 데이터 및/또는 신호 송신을 위한 장치에 관한 것이다.
트랙 가이드 차량 조합, 특히 철도 차량 조합(rail vehicle combination) 중 2개의 인접한 기계적으로 커플링된 유닛 사이의 데이터 및/또는 신호 송신은 현재 기계 커플링(mechanical coupling)과 파트너된(partnered) 전기 접촉(electrical contacts)을 통해 주로 발생한다.
예를 들어, 자동 중앙 버퍼 커플링(automatic central buffer couplings)을 위한 전기 접촉 커플링(electrical contact coupling)은 전기 케이블 커플링(electrical cable coupling)이 세로로 변위 가능(displaceable)하도록 유지되는 기계식 중앙 버퍼 커플링이 제공된 인쇄 공보(printed publication) EP 0 982 215 B1으로부터 공지되어 있다. 케이블 커플링(cable coupling)은 커플링될 철도 차량의 각각에 대한 분리의 커플링 지점에 배열된 적어도 하나의 연결 라인-연결된 플러그 연결(connection line-connected plug connection)을 포함한다. 커플링 로드(coupling rod)의 수직 중앙 세로 평면에 대칭으로 배열된 여분의 접촉 배열을 피하고 케이블 커플링에 전체적으로 더 간단하고 더 가벼운 설계를 제공하기 위하여, 이 종래 기술에 따른 케이블 커플링은 커플링된 상태의 커플링된 철도 차량(rail vehicles)의 각각의 플러그 연결들(plug connections) 사이 및 커플링 해제된 상태의 각각의 플러그 연결들 중 단지 하나에 배치된 세로로 변위 가능한 어댑터 박스(longitudinally displaceable adapter box)를 더 포함한다. 이 어댑터 박스는 커플링될 철도 차량(railway vehicles )의 연결 라인(connection lines)을 연결하기 위해 필요한 전기 연결 라인을 포함한다.
예를 들어 DE 199 26 085 A1 인쇄 공보는 커플링 헤드(coupling head)에 고정되고 전기 연결을 위한 접촉과의 중앙 버퍼 커플링의 세로 방향으로 세로로 변위 가능한 방식으로 가이드되는(guided) 접촉 지지부(contact support)를 가지는 자동 중앙 또는 중앙 버퍼 커플링에 대한 전기 접촉 커플링이 공지되어 있다. 전기 연결을 위한 접촉에 대해 가능한 최적의 보호를 달성하기 위하여, 철도 차량 기술의 분야로부터 마찬가지로 공지된 이 종래 기술은 후방 커플링 해제된 위치(rearward uncoupled position)로부터 전방 커플링-준비 위치(forward coupling-ready position)로 변위 가능하게 될 접촉 지지부를 제공하며, 상기 접촉 지지부는 후방 위치에서 보호 플랩(protective flap)에 의해 커버되고(covered) 보호 플랩의 피봇팅(pivoting)에 의해 전방 위치에서 노출된다.
신호, 특히 이산 제어 신호(discrete control signals) 및 데이터 신호를 송신하기 위한 이러한 공지된 시스템의 근본적인 문제는, 특히 커플링 프로세스 중에, 이용되는 전기 접촉에 대한 높은 기계적 부하(mechanical load)이다. 일반적으로 자동화된 커플링 작동의 결과로서, 작동 중 진동 및 마모의 결과 및 환경적 영향의 결과로서도 일반적으로 커플링에 사용되는 종래의 신호 송신 시스템은 결국 점차적인 접촉 손상을 경험하게 된다. 무엇보다도, 접촉 단자는 부식 및 마손(wear)이 심하다. 이것은 특히 신호 송신 중에 전기 접촉의 전기 저항을 증가시키는 결과를 가져오며, 이는 송신될 신호의 품질을 손상시킬 수 있고, 극단적인 경우 신호 연결의 완전한 실패를 유도할 수도 있다.
그러므로, 종래의 신호 송신 시스템에서 적절한 신호 송신을 보장하기 위해서는, 전기 커플링에 제공된 접촉의 정기적인 유지 보수 및 검사가 필요하다. 전기 또는 기계 커플링에 사용되는 전기 접촉 단자의 정기적인 클리닝(cleaning) 및 교체가 특히 필요하다.
종래의 이산 제어 신호 및 데이터 신호의 송신과 관련된 이러한 문제를 피할 수 있는 한 가지 가능성은, 예를 들어 전기 접촉 커플링에서 자주 사용되는 다수의 단일-신호 접촉 단자를 가능한 한 많이 감소시키는 것이며, 이는 예를 들어 다중 단일-신호 접촉 단자를 번들링(bundling)하거나 잘 알려진 다중화 방법(multiplex method)을 사용하여 수행될 수 있다.
이러한 솔루션은 개별 전기 접촉에 필요한 배선의 총량을 감소시킬 수 있으므로 필요한 경우 전기 접촉 커플링을 대응하는 더 작은 구성으로 할 수 있으므로, 커플링 프로세스 동안 발생하는 전기 접촉에 대한 높은 기계적 부하와 관련된 근본적인 문제를 제거할 수 없다. 여기서도 이용되는 전기 접촉은 특히 커플링 프로세스 동안 강한 기계적 응력 및 마손이 발생할 수 있다.
또한 DE 10 2004 037 849 A1 인쇄 공보는 궤도차 마운트(railcar mount)에 의해 철도 차량의 각 궤도차 바디(railcar body)에 각각 연결되는 제1 트레인 커플링 및 제2 트레인 커플링을 갖는 트레인 커플링 장치가 공지되어 있다. 오디오 신호, 비디오 신호, 작동 데이터(operational data), 명령 및/또는 다른 버스 데이터(bus data)를 송신하기 위한 비접촉식 송신 시스템이 제1 철도 차량과 제2 철도 차량 사이에 제공된다. 송신 시스템은 구체적으로 제1 HF-성분(HF-component), 제2 HF-성분, 제1 송신기/수신기(transmitter/receiver) 및 제2 송신기/수신기로 구성된다. HF-성분은 열차 커플링에 또는 커플링 포인트 측(coupling point side)에 우선적으로 고정된다. 이 공지된 종래 기술의 신호 송신 장치에 제공된 안테나 요소는 각각 패치 안테나의 형태이고, 특히 표면-고정 가능한 소형 세라믹 안테나(surface-mountable miniature ceramic antennas)로서 실현된다.
종래 기술로부터 공지된 이러한 비접촉식 솔루션의 단점은 특히 데이터 송신의 품질이 낮다는 것이다. 특히, 종래의 솔루션에서 제안된 바와 같은 패치 안테나는 신호 송신 시스템의 전체 감쇠(overall attenuation)가 비교적 높기 때문에 자동 중앙 버퍼 커플링에서의 비접촉식 데이터 송신에 대한 제한된 적합성만을 갖는다. 이는 각각의 패치 안테나에 대해 대응하게 높은 송신 레벨(correspondingly high transmission level)을 선택하는 것이 필수적이다. 그러나, 패치 안테나의 불리한 지향 특성 때문에, 상대적으로 높은 송신 레벨은 높은 개별 안테나 요소 잡음 방출을 초래한다.
데이터 및/또는 신호 송신을 위한 이 공지된 종래 기술 비접촉식 솔루션과 관련된 또 다른 단점은, 제안된 패치 안테나 구성의 패치 안테나가 간섭에 대한 내성을 충분히 발휘하지 못한다는 것이다; 즉, 외부 스퓨리어스 방사선(external spurious radiation)의 방사선 특성. 실제 사용시, 신호 송신 시스템의 이 유형으로는 신뢰할 수 없고 오류가 발생하기 쉬운 데이터 송신만이 가능할 수 있다.
동일한 또는 적어도 유사한 문제는 인쇄 공보 DE 10 2010 045 742 A1에서 제안된 고주파 커플링 요소와 유사하게 발생한다.
다뤄진 트랙-가이드 차량에 대한 종래의 신호 송신 시스템과 관련된 단점 및 문제로부터, 본 발명은 신뢰성 있고, 특히 간섭-방지 데이터(interference-resistant data) 및/또는 신호 송신을 보장하는 다중-멤버 트랙-가이드 차량 조합 중 2개의 인접한 유닛 사이의 데이터 및/또는 신호 송신을 위한 장치를 특정하는 태스크(task)에 기초한다.
이 태스크는 독립항 제1항 및 제8항의 주제에 의해 본 발명에 따라 해결되며, 유리한 추가 개발이 각각의 종속항에 개시된다.
따라서, 특히 데이터 및/또는 신호 송신을 위한 본 발명 장치는 필요에 따라 전자기 방사선(electromagnetic radiation)을 방출(emit)하는 적어도 하나의 에미터(emitter)를 포함하고, 이 적어도 하나의 에미터는 다중-멤버 차량 조합의 차량의 전방 영역에 설치되도록 설계된 램프 모듈(lamp module)에 통합된다.
대안적으로 또는 추가적으로, 본 발명의 기초가 되는 상기 태스크는 데이터 및/또는 신호 송신을 위한 장치에 의해 해결되고, 상기 장치는 수신기와 관련된 에미터에 의해 방출된 전자기 방사선을 수신하고, 수신된 전자기 방사선을 데이터 신호로 변환하기 위한 적어도 하나의 수신기(receiver)를 포함하고, 상기 적어도 하나의 수신기는 다중-멤버 차량 조합의 차량의 전방 영역에 설치되도록 설계된 램프 모듈로 통합된다.
본 명세서에서 사용된 "램프 모듈"이라는 용어는 원칙적으로, 예를 들어 철도 차량과 같은 트랙-가이드 차량의, 전방 영역, 특히 전방 노우즈(front nose)에 통합되도록 구현되고 설계된 구성 요소로서 이해되어야 한다. 특히 이 문맥에서 -차량의 유형 및 성격에 따라- 램프 모듈에는 신호 라이트(signal lights), 테일 라이트(tail light), 브레이크 라이트(brake lights), 방향 지시기(turn indicators) 등과 같은 마커 라이트 및 헤드라이트/메인 빔 라이트가 포함된다. 또한, "램프 모듈"이라는 용어에는 외부 라이트 조합(exterior light combinations)(예를 들어, 신호 라이트 및 테일 라이트, 메인 빔 라이트 및 신호 라이트, 메인 빔 라이트 및 신호 라이트 및 테일 라이트)이 포함된다.
이 문맥에서, 램프 모듈은 특히 연결 장치 및 적어도 하나의 램프 또는 라이트 모듈(light module)을 각각 포함하는 광학 및 전기 유닛으로 이해된다. 램프 모듈은 적어도 하나의 광학 수단(렌즈, 대물 렌즈, 개구, 필터 등)을 더 구비하는 것이 바람직하다.
램프 또는 라이트 모듈은 기본적으로 모든 유형이다; 램프 모듈은 바람직하게는 하나 이상의 발광 다이오드(light-emitting diodes)(LEDs)를 포함한다. 그러나, 할로겐 램프(halogen lamps), 크세논 램프(xenon lamps) 및/또는 다른 램프가 또한 사용될 수 있다.
바람직하게는 램프 모듈과 관련된 연결 장치는 지지 장치에 전기적 연결 및/또는 기계적 고정 및/또는 열 커플링을 제공한다. 연결 장치는 바람직하게는 각각 하나 이상의 커넥터(connectors) 또는 접촉 요소(contact elements)의 형태로 구성된다.
지지 장치는 특히 램프 모듈을 전방 영역, 특히 트랙-가이드 차량의 전방 노우즈에 기계적으로 연결하는 역할을 한다. 이를 위해, 지지 장치는 바람직하게는 대응하게 상보적으로 구성된 커넥터에 각각 매칭되고 램프 모듈 또는 그 연결 장치가 각각의 경우에 수용될 수 있는 복수의 수신기 또는 메이팅 커넥터(mating connectors)를 포함한다.
예를 들어, 광도(luminous intensity), 색도 좌표(chromaticity coordinate), 조명 영역(illumination area) 등과 같이 본 명세서에서 고려된 유형의 램프 모듈에 대한 몇 가지 기술 요구 사항은 관련 표준에서 규정되어 있다(예컨대, UIC 532, UIC 534 - 스테이터스 온(status on): 제출 날짜(date of filing)).
이러한 규정된 요구 사항과는 별도로, 차량 제조사는 특히 램프 모듈의 설계면에서 뿐만 아니라 램프 모듈에 포함된 라이트 모듈의 배열 및 설계와 관련하여 특정 자유(latitude)를 갖는다.
특히, 이러한 자유는 램프 모듈이 헤드라이트/메인 빔 라이트 또는 마커 라이트(신호 라이트 또는 테일 라이트)로서 그 주요 기능에 추가적으로 데이터 및/또는 신호 송신 기능을 할당할 수 있게 하며, 적어도 하나의 에미터는 전자기 방사선의 형태로 데이터 및/또는 신호의 필요시 방출을 위해 램프 모듈에 통합될 수 있다(그리고 임의의 주어진 광학 기기와 함께 적어도 하나의 라이트 모듈에 부가하여 이미 램프 모듈에 통합될 수 있음).
대안적으로 또는 추가적으로, 데이터 및/또는 신호 송신 장치의 적어도 하나의 수신기가 또한 램프 모듈에 통합되어, 이 적어도 하나의 수신기는 수신기와 관련된 에미터에 의해 방출된 전자기 방사선을 수신하고, 수신된 전자기 방사선을 데이터 신호로 변환한다.
트랙-가이드 차량의 램프 모듈에, 광학 데이터 및/또는 신호 송신에 필요한 구성 요소, 예를 들어, 특히 에미터 및 수신기를 통합하는 것은 다수의 상이한 이점을 제공한다.
광학 송신 장치가 데이터 및/또는 신호 송신을 위해 사용되기 때문에, 종래의 전기 접촉 커플링으로 이용될 필요가 있는 고도의 전문화된 데이터 연결에 대한 필요성이 없다. 따라서, 기계 및 전기 커플링을 보다 경제적으로, 보다 견고하고 유지 보수 용이성을 구현할 수 있다.
더욱이, 트랙-가이드 차량의 외부 라이트로 사용되는 램프 모듈은 일반적으로 트랙-가이드 차량에 이미 설치되어 있고 외부 날씨 조건에 대해 흔히 이미 보호된 구성 요소이다. 결과적으로, 광학 데이터 및/또는 신호 송신을 통합하는 것 또는 광학 데이터 및/또는 신호 송신을 트랙-가이드 차량의 램프 모듈에 각각 재배치하는 것은 비용 효율적인 솔루션을 나타낸다.
이것과 관련하여, 특히 악천후에서도 램프 모듈의 오염 또는 눈/얼음 축적을 방지하기 위하여 현재 이용되는 램프 모듈이 가열 장치 및/또는 자동 클리닝 장치를 흔히 이미 가지고 있음을 주목해야 한다. 광학 데이터 및/또는 신호 송신을 트랙-가이드 차량의 램프 모듈에 재배치함으로써, 광학 데이터 및/또는 신호 송신 장치는 악천후에 의해 영향을 받지 않는다.
커플링된 차량 유닛에서의 유리한 광학 커플링 비(optical coupling ratios)는 2개의 대향하는 램프 모듈 사이의 거리이기 때문에 또 다른 장점으로 주목된다; 즉, 선행하는, 리딩하는 차량(preceding, leading vehicle)의 테일 라이트 내지 후속하는, 리딩된 차량(following, led vehicle)의 헤드라이트 사이의 거리는 비교적 작다. 잠재적인 오염 문제는 강도, 포커싱 및 리던던시(redundancy) 개념(즉, 다중-파트 램프 모듈(multi-part lamp modules))에 의해 쉽게 제어될 수 있다.
전자기 호환성, 특히 아웃도어 라디오/무선 솔루션 또는 철도 라디오/라디오-기반 열차 제어 시스템에 대한 간섭에 대한 저항성과 관련하여 더 유리한 특성이 추가 이점으로서 마지막으로 주목된다.
본 발명의 광학 데이터 및/또는 신호 송신의 추가적 이점은 종속항에서 나타낸 본 발명의 광학 데이터 및/또는 신호 송신 장치의 유리한 추가 개발에 기인한다.
본 명세서에서 사용되는 "데이터 및/또는 신호 송신"이라는 용어는 특히 오디오 신호, 비디오 신호, 작동 데이터, 명령 및/또는 다른 버스 데이터의 광학 또는 비접촉식 송신으로 이해되어야 한다. "광학"이라는 용어는 이에 의해 인간의 눈에 인지될 수 있는 약 400nm 내지 약 780nm(가시광선)의 파장 범위에 제한적으로 한정되지 않는다. 사실, 광학 데이터 및/또는 신호 송신은 특히 장파장 전자기 방사선(longer wavelength electromagnetic radiation), 특히 근적외선(NIR-0.78 내지 3.0 μm), 단파 적외선(SWIR-1.4 내지 3 μm) 또는 심지어 장파 또는 원적외선 및 관통 적외선 방사선(on through to infrared radiation)에 관한 것이다.
이러한 맥락에서, 데이터 및/또는 신호 송신 장치의 적어도 하나의 에미터는 차량의 램프 모듈로 통합된 적어도 하나의 레이저 및/또는 발광 다이오드(laser and/or light-emitting diode)를 갖는 레이저 및/또는 발광 다이오드 어레이(laser and/or light-emitting diode array)를 포함하는 것이 특히 유리하다. 데이터 및/또는 신호 송신 장치의 광학 에미터로서 그러한 레이저 및/또는 발광 다이오드를 이용하는 것은 - 종래의 접촉-기반 데이터 및/또는 신호 송신 장치와 비교하여 - 데이터 및/또는 신호 송신 장치의 유지 보수 간격(maintenance interval)을 크게 연장시켜, 데이터 및/또는 신호 송신 장치에 대한 요구된 유지 보수 작업으로 인해 트랙-가이드 차량에 대한 정지 시간(downtimes)이 감소되도록 한다.
이와 관련하여, 예를 들어 램프 모듈의 신호 라이트(signal light) 및/또는 메인 빔 헤드라이트(main beam headlight)와 같은 램프 모듈의 라이트 모듈이 자체적으로 발광 다이오드 어레이에 의해 형성되는 것이 특히 유리하다. 이러한 램프 모듈은 유지 보수가 감소된다는 이점을 갖는다.
본 발명의 광학 데이터 및/또는 신호 송신 장치의 또 다른 구현은 적어도 하나의 에미터에 의해 전송될 대응 전자기 신호(corresponding electromagnetic signal)로 데이터 신호를 변환하기 위한 적어도 하나의 에미터와 관련된 전자-광학 신호 컨버터(electro-optical signal converters) 중 적어도 하나를 포함하도록 장치를 제공한다. 이러한 맥락에서, 적어도 하나의 에미터에 의해 전송될 다중 신호를 다중화(multiplex)하기 위하여, 적어도 하나의 에미터와 관련된 멀티플렉서 유닛(multiplexer unit)을 추가로 제공하는 것이 고려된다. 따라서, 데이터 및/또는 신호 송신을 위한 잘 알려진 다중-채널/다중화 방법(multi-channel/multiplex methods)을 사용하여, 광학 데이터 및/또는 신호 송신 장치를 구비한 높은 광학 채널 폭에 의해 필요하다면 몇몇 데이터 스트림(several data streams)이 송신될 수 있다.
또한, 장점은 광학 데이터 및/또는 신호 송신 장치가 적어도 하나의 에미터를 포함할 뿐만 아니라 적어도 하나의 수신기를 포함하여, 수신기가 전자기 신호를 수신하고 전자기 신호를 대응 전기 데이터 신호(corresponding electrical data signal)로 변환하도록 설계된다.
이것과 관련하여, 전자기 신호로서 적어도 하나의 수신기에 의해 수신된 다중화된 신호를 분리하는 것을 허용하기 위하여, 광학 데이터 및/또는 신호 송신 장치의 적어도 하나의 수신기가 각각의 디멀티플렉서 유닛(demultiplexer unit)과 연관되는 것이 유리하다.
그러나, 본 발명은 광학 데이터 및/또는 신호 송신 장치가 적어도 하나의 에미터(및 해당되는 경우에, 그것에 추가적으로 적어도 하나의 수신기)를 엄격하게 포함하는 실시예로 제한되지 않는다. 오히려, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 광학 데이터 및/또는 신호 송신 장치가 특정되어, 장치는 주로 수신기와 관련된 에미터에 의해 방출된 전자기 방사선을 수신하고 데이터 신호로 수신된 전자기 방사선을 변환하도록 설계된 적어도 하나의 수신기만을 포함한다. 본 발명에 따르면, 이 실시예는 적어도 하나의 수신기가 다중-멤버 차량 조합의 차량의 전방 영역에 설치되도록 설계된 램프 모듈에 통합되도록 제공한다.
바람직한 실시예에 따르면, 본 발명의 데이터 및/또는 신호 송신 장치에 이용된 수신기는 램프 모듈의 라이트 모듈(신호 라이트, 테일 라이트 및/또는 메인 빔 라이트)의 LED 어레이(LED array)에 바람직하게 통합되는 적어도 하나의 포토다이오드(photodiode)를 구비한 포토다이오드 어레이(photodiode array)를 포함한다. 대안적으로 또는 추가적으로, 수신기는 또한 PIN 포토다이오드(PIN photodiode)로서 실현될 수 있다. 이 실시예는 높은 데이터 레이트(data rates)에 특히 적합하다.
바람직한 실시예에 따르면, 광학 데이터 및/또는 신호 송신 장치의 적어도 하나의 수신기는 적어도 하나의 수신기에 의해 수신된 전자기 신호를 대응 데이터 신호(corresponding data signal)로 변환하도록 설계된 적어도 하나의 대응하게 할당된 전자-광학 신호 컨버터(correspondingly allocated electro-optical signal converter)를 포함한다. 이와 관련하여, 전자-광학 신호 컨버터가 전자-광학 신호 컨버터가 (차량 내) 데이터 버스(data bus)에 연결될 수 있는 신호/데이터 인터페이스(signal/data interface)를 포함하는 것이 고려될 수 있다.
본 발명의 데이터 및/또는 신호 송신 장치의 하나의 바람직한 실현에서, 상기 장치는 적어도 하나의 에미터 및 적어도 하나의 수신기를 포함하며, 이들 구성 요소는 상기 적어도 하나의 에미터에 근접한 물체까지의 거리를, 적어도 하나의 수신기에 의해 수신된 전자기 방사선에 기초하여, 결정하도록 설계된 거리 제어 시스템(distance control system)의 일부이다.
서로 다른 광학 방법은 거리 측정에 고려될 수 있다. 하나의 가능한 방법은 가벼운 삼각 측량(light triangulation)이다. 이 프로세스에서, 라이트의 포인트(point of light), 특히 레이저 도트(laser dot)는 광학 데이터 및/또는 신호 송신 장치의 적어도 하나의 에미터에 의해 인접하게 배열된 물체 상에 투영되고, 그 다음 광학 데이터 및/또는 신호 송신 장치의 수신기에 광학(렌즈) 재생성된다. 이 실시예에서, 수신기는 바람직하게는 PIN 포토다이오드 어레이 또는 잠재적으로 CCD/PSD 센서로서 구현된다. 수신기 상의 인시던트(incident)의 포인트는 물체의 거리를 나타낸다.
라이트 삼각 측량과 달리, 간섭법(interferometry)은 거리 측정의 방법으로서 인용된다. 이 방법에서, 에미터에 인접하게 배치된 물체에 대한 거리는 광학 데이터 및/또는 신호 송신 장치의 상기 적어도 하나의 에미터에 의해 방출된 방사선의 이동 시간(travel time)에 기초하여 결정된다.
강도 변조(Intensity modulation)는 더 먼 거리 측정 방법으로서 인용된다.
따라서, 램프 모듈에서의 데이터 송신 장치의 추가적인 이점은 2개의 커플링된 차량의 알맞은 거리 검출(feasible distance detection)에 의해 나온다는 것이며, 이는 특히 열차 이탈 및 열차 분리를 검출하기 위한 목적으로 차량 조합의 무결성을 모니터링(monitor)하는데 사용될 수 있다.
본 발명은 전술한 유형의 광학 데이터 및/또는 신호 송신 장치에 제한되지 않고, 특히 트랙-가이드 차량의 전방 영역에 설치하기 위한 램프 모듈에 관한 것으로, 램프 모듈은 적어도 하나의 메인 빔 헤드라이트 및/또는 적어도 하나의 신호 라이트를 포함하고, 램프 모듈은 전술한 유형의 적어도 하나의 광학 데이터 및/또는 신호 송신 장치를 포함한다.
램프 모듈이 더 적은 유지 보수를 필요로 하기 때문에, 하나의 유리한 추가 개발은 각 경우에 LED 어레이에 의해 형성되는 램프 모듈의 신호 라이트 및/또는 메인 빔 헤드라이트를 제공한다. 예를 들어, 일반적인 할로겐 램프를 사용하여 분배할 수 있다. 이와 비교하여, LED 어레이는 더 긴 유지 보수 간격을 가지므로, 요구된 유지 보수 작업으로 인한 트랙-가이드 차량의 정지 시간이 감소될 수 있다.
바람직하게는, 메인 빔 헤드라이트 및 신호 라이트는 LED 어레이로서 각각 경우에서 설계되고, 이에 의해 메인 빔 헤드라이트 및 신호 라이트의 이들 2개의 LED 어레이는 바람직하게는 서로의 옆 또는 뒤에 거리(distance behind or next to each other)에 배열되며, 이에 의해 바람직하게는 메인 빔 헤드라이트는 신호 라이트 뒤에 있다. 이 측정은, 특히 고속 열차의 경우에, 각각 전방 노우즈 또는 전방 영역으로 램프 모듈의 특히 유리한 통합을 달성하며, 트랙-가이드 차량(여기서는 철도 차량)에 대한 조명 요구 조건은 추가로 충족된다.
휘도(luminance)를 최적화하기 위해, 신호 라이트의 LED 어레이가 내측으로 만곡되는 것이 더 유리하다.
램프 모듈은 유리하게는 외부로부터 제거될 수 있는 커버 플레이트(cover plate)를 갖는다. 이는 유지 보수 동안 필요하다면 LED 어레이 또는 램프 모듈의 다른 구성 요소를 쉽게 교체할 수 있게 한다.
다음은 본 발명의 솔루션의 예시적인 실시예를 설명할 때 첨부된 도면을 더 상세하게 참조할 것이다:
도 1은 트랙-가이드 차량의 전방 영역의 정면도를 도시하며, 전방 영역의 양측에는 램프 모듈이 장착되어 있다.
도 2는 도 1과 같이 트랙-가이드 차량의 전방 영역에서 이용될 수 있는 램프 모듈의 개략적인 상세도를 도시한다.
도 3은 도 2에 따른 램프 모듈에 통합된 광학 데이터 및/또는 신호 송신 장치의 예시적인 실시예의 개략도를 도시한다.
도 4는 다중-멤버 트랙-가이드 차량 조합 중 2개의 인접한 유닛 사이의 광학 데이터 및/또는 신호 송신의 개략도를 도시한다.
도 1은 트랙-가이드 차량의 전방 영역의 정면도를 도시하며, 전방 영역의 양측에는 램프 모듈이 장착되어 있다.
도 2는 도 1과 같이 트랙-가이드 차량의 전방 영역에서 이용될 수 있는 램프 모듈의 개략적인 상세도를 도시한다.
도 3은 도 2에 따른 램프 모듈에 통합된 광학 데이터 및/또는 신호 송신 장치의 예시적인 실시예의 개략도를 도시한다.
도 4는 다중-멤버 트랙-가이드 차량 조합 중 2개의 인접한 유닛 사이의 광학 데이터 및/또는 신호 송신의 개략도를 도시한다.
도 1에 개략적으로 도시된 바와 같이, 트랙-가이드 차량, 특히 철도 차량의 전방 영역의 양측은 도 2에 제공된 도면을 참조하여 하기에서 더 설명될 각각의 램프 모듈(1)을 도시한다. 램프 모듈(1)은 메인 빔 헤드라이트용 하부 라이트 모듈(3) 및 신호 라이트용 상부 라이트 모듈(2)을 포함한다.
각각의 램프 모듈(1)의 2개의 라이트 모듈(2, 3)은 실질적으로 균일한 설계인 것이 바람직하다. 그것들이 실질적으로 동일한 크기, 동일한 형태인 것을 의미하는 것은 동일하게 치수화된 그리고 형성된 조명 영역, 동일한 방사의 각도 등을 갖는다. 라이트 모듈(2, 3)에 대한 이러한 균일성은 라이트 모듈(2, 3)의 서브그룹(subgroups) 내에서만 단독으로 적용하는 것이 바람직할 수 있다; 다시 말해, 하나의 라이트 모듈(1)의 구조에 라이트 모듈(2, 3)의 1개, 2개 이상의 유형/서브유형(subtypes)/형태가 있을 수 있다.
각각의 라이트 모듈(2, 3), 특히 하나의 서브그룹의 라이트 모듈은 램프 모듈(1)이 갖는 것과 동일한 색도 좌표 및/또는 동일한 방사선의 각도를 더 갖는 것이 바람직하다. 따라서, 도 1은 램프 모듈(1)에 대한 각각의 조명 또는 방사선의 결과 각(resulting angle)을 나타낸다.
도 1에 도시된 실시예는 램프 모듈(1)로서 신호 라이트 또는 각각 마커 라이트(상부 라이트 모듈(2)) 및 메인 빔 헤드라이트(하부 라이트 모듈(3))로 구성된 결합된 외부 램프를 사용한다. 그러나, 램프 모듈(1)에 대한 2개의 작동 모드 사이에서 적절하게 스위칭(switched) 될 수 있는 단지 하나의 단일 라이트 모듈을 사용하는 것도 물론 고려할 수 있다.
또한 라이트 모듈(2, 3)은 바람직하게는 (적어도) 2 가지 작동 모드, 예를 들어, 디밍되지 않고(undimmed) 디밍되어(dimmed) 작동될 수 있다. 이것은 예를 들어, 메인 빔 헤드 라이트(하부 라이트 모듈(3)) 및 신호 라이트(상부 라이트 모듈(2))이 각각 감소된 라이트 강도에서 로우-빔 라이트(low-beam light)로서 작동되도록 한다.
도 1에 따른 트랙-가이드 차량의 전방 영역에 사용되는 램프 모듈(1)은 LED 어레이, 특히 신호 라이트를 위한 상부 LED 어레이 및 메인 빔 헤드 라이트를 위한 하부 LED 어레이로서 구현된 각각의 라이트 모듈(2, 3)을 포함한다는 것은 도 2의 상세한 설명으로부터 명백하다.
도 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 메인 빔 헤드라이트 및 신호 라이트의 LED 어레이가 서로의 위 또는 옆에 거리(distance next to or above each other)에 배열됨으로써, 정면에서 보았을 때, 신호 라이트 LED 어레이가 메인 빔 헤드라이트 LED 어레이 위에 배열된다.
광학 데이터 및/또는 신호 송신 장치(10)는 도면에 도시된 예시적인 실시예에서 메인 빔 헤드라이트 용 LED 어레이와 신호 라이트 용 LED 어레이 사이의 영역에 제공된다. 이것은 에미터(11)에 의해 방출된 전자기 방사선을 수신하도록 설계된 복수의 수신기(12)뿐만 아니라 전자기 방사선의 필요에 따라 방출하기 위한 복수의 에미터(11)로 구성된다. 예를 들어, 도 2에 도시된 실시예에서의 에미터(11) 및 수신기(12)는 서로 교대로 배열되어 배치된다. 그러나 다른 배열도 물론 가능하다.
도 2에 개략적으로 도시된 램프 모듈(1)은 램프 모듈(1)의 각 LED 어레이를 적용 가능하게 제어하기 위하여 제어 장치(20)를 더 포함한다.
바람직하게는, 광학 데이터 및/또는 신호 송신 장치(10)와 관련된 제어 시스템은 또한 램프 모듈(1)의 제어 장치(20)에 수용된다. 특히, 이것은 광학 데이터 및/또는 신호 송신 장치(10)의 에미터(11)와 관련된 전자-광학 신호 컨버터, 광학 데이터 및/또는 신호 송신 장치(10)의 수신기(12)와 관련된 전자-광학 신호 컨버터, 광학 데이터 및/또는 신호 송신 장치(10)의 에미터(11)와 관련된 멀티플렉서 유닛 및/또는 광학 데이터 및/또는 신호 송신 장치(10)의 수신기(12)와 관련된 디멀티플렉서 유닛을 포함할 수 있다.
광학 데이터 및/또는 신호 송신 장치(10)의 각각의 에미터(11)는 바람직하게는 레이저 다이오드 및/또는 LED, 특히 적외선 LED로서 구현된다. 바람직하게는, 에미터(11)는 종래의 차량 라이트/종래의 램프 모듈(1)과의 임의의 간섭을 방지하기 위해 보이지 않는 주파수 범위에서 작동한다.
따라서, 광학 데이터 및/또는 신호 송신 장치(10)의 각각의 수신기(12)는 포토다이오드/PIN 포토다이오드이고, 그 감도(sensitivity)는 광학 데이터 및/또는 신호 송신 장치(10)의 에미터(11)의 주파수 범위에 구성된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 개략적으로 도시된 광학 데이터 및/또는 신호 송신 장치(10)(= 광학 송수신기 유닛)는 에미터(11)로서 데이터 송신을 위한 LED 어레이, 수신기(12)로서 데이터를 수신하기 위한 포토다이오드 어레이, 및 표준화된 데이터 신호를 대응 고주파수 라이트 신호(corresponding high-frequency light signal)로 전후 변환을 위한 컨버터 유닛(13)을 포함한다.
데이터 인터페이스 유닛(14)은 광학 데이터 및/또는 신호 송신 장치(10)를 표준화된 데이터 버스 연결(standardized data bus connection)에 연결한다. 이러한 광학 데이터 및/또는 신호 송신 장치(10)는 이미 다중-멤버 차량 조합 중 2개의 인접한 유닛 사이의 정의 가능한 거리 내에서 완전한 데이터 송신을 가능하게 한다.
광학 데이터 및/또는 신호 송신 장치(10)에서의 2개의 커플링된 차량 유닛/차량 구성 요소의 통합을 제어하기 위한 거리 제어를 통합하는 것 또한 고려될 수 있고 추가적인 이득을 생성할 것이다.
예를 들어, 유선 이더넷 기가비트 링크(wired Ethernet gigabit link)(예컨대, 1000 BASE-T, IEEE802.2, 조항(clause) 40)가 데이터 버스 연결로서 이용된다.
전력은 바람직하게는 데이터 버스 연결 자체를 통해 PoE(Power-over-Ethernet)에 의해 광학 데이터 및/또는 신호 송신 장치(10)에 공급된다. 이 프로세스는 선택적으로 광섬유-연결형 또는 무선-기반("무선") 설계일 수도 있다. 따라서, 다른 디지털 데이터 송신 매체에 대한 커플링이 직접 일어날 수 있다.
전술한 바와 같이, 광학 데이터 및/또는 신호 송신 장치(10)의 수신기(12)를 형성하는 LED 어레이는, 차량 라이트의 광도 및 색도 좌표와 같은 특성 값이 일반적으로 표준화된 요구 사항을 따르기 때문에, 차량의 헤드라이트 및 테일 라이트에 의해 생성된 (가시) 스펙트럼에 부정적으로 영향을 주지 않도록 적외선 램프로 구성되는 것이 유리하다.
LED 어레이에 대한 하나의 바람직한 실시예는 높은 방사선 강도 및 양호한 지향성을 달성할 수 있기 때문에 LED 대신에 레이저 다이오드(간섭성 광원(coherent light sources))를 이용하는 것으로 구성된다. 작동 인원(operating personnel)의 최대한의 안전을 보장하기 위하여, 레이저 클래스(1)의 레이저 다이오드는 이 구현에 유리하게 이용된다. 레이저 다이오드를 이용한 데이터 송신은 컨버터 유닛(13) 내의 특정 작동 포인트(BIAS-T)에서 광도 변조를 통해 이루어진다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 광학 데이터 및/또는 신호 송신 장치(10)가 통합된 램프 모듈(1)은 주행 방향의 좌우로 각각 배열된다. 램프 모듈(1)의 조명의 각도는, 특히 커브(코너링)에서 신뢰성 있는 데이터 송신을 위해 에미터(11)와 수신기(12) 사이에 충분한 광학 커플링이 항상 있도록 선택된다.
램프 모듈(1)의 특정 배열은 광학 데이터 및/또는 신호 송신 장치(10)의 송신 장치(에미터(11) 및 수신기(12))가 2배가 되기 때문에 데이터 송신에 대한 여분을 추가적으로 제공한다. 두 데이터 신호를 하나의 물리 채널로의 열차-측 수렴(train-side convergence)은 적절한 이더넷 스위치(suitable Ethernet switch)(예를 들어, RST ("Rapid Spanning Tree") 프로토콜)에 의해 유리하게 이루어질 수 있다.
도 4는 각각의 중앙 버퍼 커플링(5, 5')에 의해 함께 기계적으로 커플링된 다중-멤버 차량 조합 중 2개의 열차세트(trainsets)(A, B)를 도시하며, 우측 (리딩하는) 열차세트(A)는 상기 차량(B)과 관련된 램프 모듈(1)(여기서는 헤드라이트)을 경유하여 램프 모듈(1)(여기서는 테일 라이트)을 통해 좌측 (리딩된) 차량(B)과 데이터를 교환한다(exchange). 이에 따라 데이터 통신은 광학 신호를 통해 양방향으로 (이중 채널) 실행된다.
본 발명의 솔루션으로 달성할 수 있는 이점은 하기와 같이 다시 요약된다:
- 전기 열차 커플링에서 고도로 전문화된 데이터 연결을 제거함으로써, 전기적 열차 커플링을 보다 경제적으로, 보다 견고하고, 유지 보수가 용이하게 구현될 수 있다.
- 모든 철도 차량에 제공되는 외부 날씨로부터 보호되는 기존 열차 라이팅(train lighting)으로 데이터 송신을 경제적으로 이동시킨다.
- 적용 가능한 경우, 매우 높은 광학 채널 대역폭으로 인해 다중-채널/다중화 프로세스에서 상이한 데이터 스트림(different data streams)을 번들로서 송신할 수 있다.
- 테일 라이트(선행하는, 리딩하는 차량)으로부터 헤드라이트(후속하는, 리딩된 차량)로의 거리가 비교적 작기 때문에 커플링된 열차 유닛의 유리한 광학 커플링 비; 오염 문제는 강도, 포커싱 및 리던던시 개념(즉, 다중-파트 열차 라이팅)에 의해 제어될 수 있다.
- LED 열차 라이팅은 대개 램프에 눈과 얼음이 쌓이는 것을 방지하는 난방 장치를 포함한다. 따라서 광학 커플링은 악천후 조건에서도 영향을 받지 않는다.
- 더 유리한 전자기 호환성 특성, 특히 아웃도어 라디오/무선 솔루션 또는 철도 라디오/라디오-기반 열차 제어 시스템에 대한 간섭에 대한 저항성.
- 열차 라이팅에서 데이터 송신 장치의 또 다른 이점은 열차 이탈 및 열차 분리를 검출하기 위한 목적을 위해 차량 조합의 무결성을 모니터링하기 위해 두 열차 구성 요소의 알맞은 거리 검출(특히 도플러 효과(Doppler effect))로부터 온다.
도 4에 따른 데이터 및/또는 신호 송신 동안 이용되는 램프 모듈(1)은 외부 라이트 어셈블리(exterior light assembly)로서 실현되고, 이 예시적인 실시예에서는 2개의 외부 라이트를 포함한다: 제1 외부 라이트로서 메인 빔 헤드라이트 및 제2 외부 라이트로서 마커 라이트(예를 들면, 백색 신호 라이트 또는 적색 테일 라이트). 2개의 외부 라이트는 적어도 부분적으로 투명한 설계이고, 바람직하게 분리 가능하게 부착된 램프 커버 뒤의 램프 하우징에 배열된다. 물론, 하나의 외부 라이트로만 제공될 외부 라이트 어셈블리 또는 헤드라이트로서 제2 외부 라이트 및 마커 라이트로서 제1 외부 라이트 설계되는 것 또한 가능하다.
메인 빔 헤드라이트의 빔 각도는 가능하면 벽 등에 의한 하향 방향으로 제한되지 않는다. 이것은 메인 빔 헤드라이트가 트랙-가이드 차량의 전방 노우즈의 영역에서의 특수 조건을 허용하는 규정에 따라 라이트의 적절한 원뿔형(suitable cone)을 생성할 수 있게 한다.
외부 라이팅의 라이트 모듈(2, 3)은 트랙-가이드 차량의 온-보드 전압(on-board voltage)에 의해 전력이 공급된다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예에 제한되지 않으며, 오히려 본 명세서에 개시된 모든 특징을 통합된 고려로부터 가져올 수 있다.
Claims (14)
- 다중-멤버 트랙-가이드 차량 조합 중 2개의 인접한 유닛 사이의 데이터 및 신호 중 적어도 하나의 송신을 위한 장치(10)에 있어서,
상기 장치(10)는,
전자기 방사선을 방출하기 위한 적어도 하나의 에미터 (11)
를 포함하고,
상기 적어도 하나의 에미터(11)는,
상기 다중-멤버 트랙-가이드 차량 조합의 차량(A, B)의 전방 영역에 설치되도록 설계된 램프 모듈(1)에 통합되고, 표준화된 요구사항에 따르는 상기 램프 모듈(1) 내 라이트의 가시 스펙트럼에 영향이 미치지 않는 비-가시 주파수 범위에서 동작하는
장치. - 제1항에 있어서,
상기 적어도 하나의 에미터(11)는,
상기 램프 모듈(1)의 라이트 모듈(2, 3)의 LED 어레이의 일부인, 적어도 하나의 레이저 및 발광 다이오드를 갖는 적어도 하나의 레이저 및 발광 다이오드 어레이
를 포함하는 장치. - 제1항에 있어서,
상기 장치(10)는,
데이터 신호를 상기 적어도 하나의 에미터(11)에 의해 전송될 대응 전자기 신호로 변환하기 위한, 상기 적어도 하나의 에미터(11)에 할당된 적어도 하나의 전기-광학 신호 컨버터(13)
를 포함하는 장치. - 제1항에 있어서,
상기 장치(10)는,
상기 적어도 하나의 에미터(11)에 의해 전송될 다중 신호를 다중화하기 위한, 상기 적어도 하나의 에미터(11)에 할당된 적어도 하나의 멀티플렉서 유닛
을 포함하는 장치. - 제1항에 있어서,
상기 장치(10)는,
전자기 신호를 수신하고, 상기 전자기 신호를 대응 전기 데이터 신호로 변환하기 위한 적어도 하나의 수신기(12)
를 더 포함하는 장치. - 제5항에 있어서,
상기 장치(10)는,
전자기 신호로서 적어도 하나의 수신기(12)에 의해 수신된 다중 번들 신호(multiple bundled signals)를 분리하기 위한, 상기 적어도 하나의 수신기(12)에 할당된 적어도 하나의 디멀티플렉서 유닛
을 포함하는 장치. - 제5항에 있어서,
상기 적어도 하나의 수신기(12)는,
거리 제어 시스템의 일부이고,
상기 적어도 하나의 에미터(11)에 의해 방출된 전자기 방사선의 적어도 일부를 수신하도록 설계되며,
상기 거리 제어 시스템은,
상기 적어도 하나의 수신기(12)에 의해 수신된 전자기 방사선에 기초하여, 상기 적어도 하나의 에미터(11)에 인접한 물체에 대한 거리를 결정하도록 설계되는
장치. - 다중-멤버 트랙-가이드 차량 조합 중 2 개의 인접한 유닛 사이의 적어도 하나의 데이터 및 신호 송신을 위한 장치(10)에 있어서,
상기 장치(10)는,
적어도 하나의 수신기(12)를 포함하고,
상기 적어도 하나의 수신기(12)는,
상기 수신기(12)와 관련된 에미터(11)에 의해 방출된 전자기 방사선을 수신하고,
상기 수신된 전자기 방사선을 데이터 신호로 변환하고,
상기 다중-멤버 트랙-가이드 차량 조합의 차량(A, B)의 전방 영역에 설치되도록 설계된 램프 모듈(1)에 통합되고
상기 에미터(11)는
표준화된 요구사항에 따르는 상기 램프 모듈(1) 내 라이트의 가시 스펙트럼에 영향이 미치지 않는 비-가시 주파수 범위에서 동작하는
장치. - 제8항에 있어서,
상기 적어도 하나의 수신기(12)는,
상기 램프 모듈(1)의 라이트 모듈(2, 3)의 LED 어레이에 구현되는, 적어도 하나의 포토다이오드 및 PIN-포토다이오드를 갖는 어셈블리
를 포함하는 장치. - 제8항에 있어서,
상기 장치(10)는,
적어도 하나의 수신기(12)에 의해 수신된 전자기 신호를 대응 데이터 신호로 변환하기 위한 상기 적어도 하나의 수신기(12)에 할당된 적어도 하나의 전자-광학 신호 컨버터(13)
를 포함하는 장치. - 제10항에 있어서,
상기 전자-광학 신호 컨버터(13)는,
상기 전자-광학 신호 컨버터(13)가 데이터 버스에 연결될 수 있는 신호/데이터 인터페이스(14)
를 포함하는 장치. - 트랙-가이드 차량(A, B)의 전방 영역에의 설치를 위한 램프 모듈(1)에 있어서,
상기 램프 모듈(1)은,
적어도 하나의 메인 빔 헤드라이트 및 신호 라이트
를 포함하고,
상기 램프 모듈(1)은,
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 장치(1)
를 포함하는 램프 모듈. - 제12항에 있어서,
상기 적어도 하나의 메인 빔 헤드라이트 및 신호 라이트는,
LED 어레이에 의해 적어도 부분적으로 형성되는
램프 모듈. - 제12항에 있어서,
상기 램프 모듈(1)은,
외부 라이트 어셈블리의 일부로서 설계되거나,
그 자체로 외부 라이트 어셈블리로서 형성되는
램프 모듈.
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