KR20150002607A - 레일 차량의 위치 신호를 생성하기 위한 온-보드 시스템 - Google Patents

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KR20150002607A
KR20150002607A KR1020147025546A KR20147025546A KR20150002607A KR 20150002607 A KR20150002607 A KR 20150002607A KR 1020147025546 A KR1020147025546 A KR 1020147025546A KR 20147025546 A KR20147025546 A KR 20147025546A KR 20150002607 A KR20150002607 A KR 20150002607A
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Abstract

본 시스템(210)은 상이한 방사선 패턴을 갖는 제1 루프(22) 및 제2 루프(24)를 포함하는 안테나(20) - 이 안테나가 트랙에 위치한 비콘 위를 통과할 때 제1 및 제2 루프는 제1 및 제2 전류(I1, I2)를 생성하는 것임 - ; 및 상기 제1 및 제2 전류로부터 위치 신호를 생성하도록 설계된 전자 처리 유닛을 포함한다. 이 시스템은, 상기 유닛이 제1 위치 신호(SL1)를 생성하기 위한 제1 유닛(230)이고 이 시스템은 상기 제1 및 제2 전류로부터 제2 위치 신호(SL2)를 생성하기 위한 제2 유닛(240)을 포함한다는 점에서 그리고 이 시스템이 상기 제1 및 제2 위치 신호로부터 안전 위치 신호(SLS)를 생성할 수 있는 중재 수단(250)을 포함한다는 점에서 특성화되어 있다.

Description

레일 차량의 위치 신호를 생성하기 위한 온-보드 시스템{ON-BOARD SYSTEM FOR GENERATING A POSITIONING SIGNAL FOR A RAIL VEHICLE}
본 발명의 분야는 다음을 포함하는 유형의 레일 차량 위치 신호를 생성하기 위한 임베디드 시스템의 분야이다:
- 상이한 각 방사선 패턴을 갖는 제1 루프 및 제2 루프를 포함하는 안테나 - 제1 및 제2 루프는 각각, 안테나가 알려진 위치의 라인에 놓여있는 적합한 비콘(beacon) 위를 통과할 때 제1 및 제2 전류를 생성하도록 설계되어 있음 - ; 및
- 상기 제1 및 제2 전류로부터 위치 신호를 생성하도록 설계된 전자 처리 서브시스템.
서류 EP 1 227 024 B1은 라인에 배열된 비콘 - 이 비콘의 기하학적 중심은 알려져 있는 지리적 위치를 갖는다 - 과 협력하기 위해서 열차에 탑재되게 설치되도록 의도된 안테나를 포함하는 이전 유형의 시스템을 공개하고 있다.
이 안테나는 거의 수평면에서 서로에 중첩되어 있는 2개의 평면 루프를 포함한다.
제1 루프는 단순하다. 이는 단일 턴(turn)을 형성하는, 말하자면 어떤 트위스트(twist)도 포함하지 않는 금속 와이어로 구성된다. 이러한 제1 루프는 큰 축이 열차 이동의 종 방향으로 배향되어 있는 실질적 타원체이다.
제2 루프는, 도 8에서, 그 자체가 트위스트되어 있는 턴을 형성하는 금속 와이어로 구성된다. 와이어 그 자체의 교차점인 제2 루프의 기하학적 중심은 제1 루프의 기하학적 중심과 일치하며 안테나의 중심을 이룬다. 큰 차원에 따른 제2 루프의 대칭 축은 열차 이동의 종축을 따라서 배향되어 있다.
열차 이동 동안, 안테나는 비콘 위를 통과하며 이 비콘에 의해 생성된 자계를 통해 통과한다. 이 자계는 제1 루프에 제1 전류를 제2 루프에 제2 전류를 유도한다. 유도된 전류들이 검출될 수 있다면, 안테나는 비콘과 접촉하고 있다고 말할 수 있다.
루프에 유도된 전류의 세기의 부호 - 이 유도된 전류의 "위상"이라 불리기도 함 - 는 비콘의 중심에 관련한 안테나의 위치에 따라 바뀐다.
제1 및 제2 루프는 상이한 형태를 띠고 있기 때문에, 이들은 상이한 방사선 패턴을 갖는다. 이 때문에, 제1 유도된 전류의 위상의 추세(trend)는 제2 유도된 전류의 위상의 추세와 다르다.
안테나에는 임계치에 관련한 제1 전류의 진폭의 추세와 안테나가 비콘 위를 이동할 때 제1 및 제2 유도된 전류의 위상들 간의 차의 추세를 따르도록 설계된 전자 처리 서브시스템이 설치되어 있다. 이 서브시스템은 출력에서 위치 신호를 생성하며, 이의 전송 순간은 안테나의 중심이 바로 비콘의 중심 위를 통과하는 것을 나타낸다.
처리 서브시스템의 기능적인 정확도는 위치 신호가 비콘의 중심으로부터 +/-2 cm에서 전송되는 것이다.
서류 PCT/FR2010/050607은 제1 간단한 루프 및 제2 8자 루프에 겹쳐진 제3 평면 루프를 포함하는 안테나의 이용을 제안함으로써 이전 서류의 가르침을 확장하고 있다. 이 제3 루프는 2개의 트위스트를 포함하는 턴을 형성하는 금속 와이어들로 구성된다. 와이어의 삽입의 2개 지점은 열차 이동의 종 방향으로 배열되어 있다. 이들 두 삽입 지점들 간의 중간-점은 약간 안테나의 중심 앞(또는 뒤)에서 세로로 배치되어 있다.
이 제3 루프의 방사선 패턴은 그에 특정적인 것이다.
안테나에는 제1 및 제2 전류들의 위상들 간의 차이의 추세, 제1 및 제3 전류들의 위상들 간의 차이의 추세, 및 제2 및 제3 전류들의 위상들 간의 차이의 추세 간의 상관관계를 따르도록 설계된 전자 처리 서브시스템이 설치되어 있다. 이 서브시스템은 출력에서 위치 신호를 생성하며, 그의 전송 순간은 안테나의 중심이 비콘의 중심 바로 위를 통과하는 것을 나타낸다. 기능적인 정확도는 또한 비콘의 중심으로부터 +/- 2 cm이다. 3개의 루프를 갖는 이러한 안테나의 장점은 안테나와 비콘의 증가한 접촉 체적에 있으며, 이는 라인 상의 비콘과 열차 상의 안테나의 설치 제약을 완화할 수 있게 해준다.
이러한 상관관계를 실행하고 그 결과 위치 신호를 생성하도록 설계된 처리 서브시스템은 비콘의 중심에 관련해서 +/- 2 cm의 기능적인 정확도를 갖는다.
네트워크상의 레일 차량에 관한 위치 정보는 기능적으로 중요한 데이터 아이템이다. 지하철의 예에서, 위치 정보는 승객들이 한 세트의 객차에 출입할 수 있도록 플랫폼 도어들에 마주하게 한 세트의 객차를 정차시키기 위해서, 스테이션의 플랫폼에 관련한 한 세트의 객차의 정확한 위치를 알 수 있게 해준다.
위치 정보가 부정확하면, 플랫폼 도어들은 한 세트의 객차의 도어들이 플랫폼 도어들에 마주하지 않을지라도 개방될 수 있다. 이는 승객 안전 관점에서 심각한 결과를 초래할 수 있다.
위치 정보가 민감한 데이터 아이템임을 입증해주는 다른 예들이 기술될 수 있다.
지금, 종래의 기술은 위치 신호의 생성시 처리 서브시스템의 가능한 고장을 고려하지 않는다.
본 발명의 목적은, 그러므로, 특히, 생성되는 위치 신호가 신뢰할 수 있으며 즉 표준 IEC 61508에서 규정한 안전 레벨 SIL 4를 준수하도록, 위치 신호의 생성에 있어 기능 불량을 확인할 수 있는, 위치 신호를 생성하기 위한 안전 시스템을 제안함으로써 이러한 문제를 극복하는 것이다.
이 목적을 위해서, 본 발명의 주제는 위에서 언급한 유형의 레일 차량 위치 신호를 생성하기 위한 임베디드 시스템이며, 상기 서브시스템은 제1 위치 신호를 생성하도록 설계된 제1 서브시스템이며, 이 시스템은 상기 제1 및 제2 전류로부터 제2 위치 신호를 생성하도록 설계된 제2 전자 처리 서브시스템을 포함하며, 이 시스템은 또한 상기 제1 및 제2 위치 신호에 따른 안전 위치 신호를 생성하도록 설계된 중재 수단을 포함한다.
특정 실시 예에 따르면, 이 시스템은 별개로 또는 기술적으로 가능한 모든 조합으로 취해진 다음의 피처들 중 1 이상을 포함한다:
- 상기 제1 및 제2 서브시스템은 서로 독립적이며;
- 상기 제1 및 제2 서브시스템은 서로 동일하며;
- 상기 중재 시스템은, 안전 위치 신호로서, 제1 및 제2 서브시스템 각각에 의해 시간상 첫 번째로 전송된 제1 및 제2 위치 신호 중에서 시간상 두 번째로 도착한 신호를 선택하며;
- 상기 중재 수단은 상기 차량에 설치되어 있는 주행 기록계 시스템에 의해 전달된 거리를 입력으로 취하고, 상기 중재 수단은 시간상 두 번째로 도착한 신호가 시간상 첫 번째로 전송된 신호의 전송 지점으로부터 특히 5 cm와 같은 기준 거리 미만인 거리에 있는 지점에 도착하는 경우 상기 시간상 두 번째로 도착한 신호를 선택하며;
- 상기 안테나는 제3 루프를 포함하고, 그의 방사선 패턴은 상기 제1 루프의 방사선 패턴 및 상기 제2 루프의 방사선 패턴과는 다르고, 상기 안전 위치 신호는 상기 비콘의 알려져 있는 위치에 관련해서 상기 차량의 위치를 -2/+7 cm의 정확도로 찾을 수 있게 해주며;
- 상기 시스템은 상기 제1 및 제2 전류로부터 제3 위치 신호를 생성하도록 설계된 제3 전자 처리 서브시스템을 포함하고, 상기 중재 수단은 상기 제1, 제2 및 제3 서브시스템 각각에 의해서 시간상 첫 번째로 전송된 제1, 제2 및 제3 위치 신호 중에서 시간상 두 번째로 전송된 위치 신호를 안전 위치 신호로서 선택하도록 설계되어 있고;
- 상기 중재 수단은 상기 서브시스템 각각에 대해서, 상기 비콘의 검출 시작의 순간과 관련 서브시스템에 의해서 시간상 첫 번째로 전송된 위치 신호의 전송 순간을 분리하는 "이전" 기간, 및 관련 서브시스템에 의해서 시간상 첫 번째로 전송된 위치 신호의 전송 순간과 상기 비콘의 검출 마지막 순간을 분리하는 "이후" 기간을 판정하도록 설계되어 있고, 상기 중재 수단은 상기 "이후" 기간에 대한 상기 "이전" 기간의 비가 유니티 값을 중심으로 미리 정해진 인터벌을 벗어나면 서브시스템의 고장을 식별하도록 설계된 수단을 포함하고;
- 상기 제1 서브시스템은 제1 아날로그 파트 및 제1 디지털 파트를 포함하고, 상기 제2 서브시스템은 제2 아날로그 파트로서 상기 제1 서브시스템의 상기 제1 아날로그 파트, 및 상기 제1 서브시스템의 상기 제1 디지털 파트와는 독립적인 제2 디지털 파트를 포함하고;
- 상기 제2 서브시스템의 상기 제2 디지털 파트는 상기 제1 서브시스템의 상기 제1 디지털 파트와 동일하고;
- 상기 중재 수단은 상기 제1 및 제2 서브시스템 각각에 의해 시간상 첫 번째로 전송된 상기 제1 및 제2 위치 신호 중에서 시간상 두 번째로 도착한 위치 신호를, 상기 서브시스템들 각각에 의해서 시간상 첫 번째로 전송된 위치 신호들의 전송을 분리하는 기간이 특히 1.5 ㎲와 같은 기준 기간 미만이면, 안전 위치 신호로서 선택하고;
- 상기 안테나는 제3 루프를 포함하고, 그의 방사선 패턴은 상기 제2 루프의 방사선 패턴 및 상기 제1 루프의 방사선 패턴과 다르며, 상기 안전 위치 신호는 상기 비콘의 알려져 있는 위치에 관련해서 상기 차량의 위치를 +/- 5 cm, 양호하게는, +/- 2 cm의 정확도로 찾을 수 있게 해주며;
- 각 서브시스템은 아날로그 파트와 디지털 파트를 포함하고, 상기 시스템은 기준 전류를 아날로그 파트의 입력에 인가하고 상기 아날로그 파트 또는 다른 아날로그 파트의 출력에서 생성된 디지털화된 전류 신호를 분석하도록 설계된 테스트 수단을 포함하고;
- 상기 시스템은 안전 레벨 SIL 4를 준수한다.
본 발명의 다른 주제는 위치 신호를 생성하기 위한 그러한 임베디드 시스템을 포함하는 레일 차량이다.
본 발명의 마지막 주제는 레일 차량 위치 신호를 생성하는 방법이며, 이 방법은:
- 안테나가 적합한 비콘 위를 통과할 때 제1 및 제2 전류를 생성하는 것 - 상기 안테나는 상기 차량에 임베드되어 있고 상이한 각자의 방사선 패턴을 갖는 제1 루프 및 제2 루프를 포함하고, 상기 비콘은 알려져 있는 위치의 라인에 위치해 있음 - ;
- 상기 제1 및 제2 전류로부터 위치 신호를 생성하는 것으로 이루어지는 단계들을 포함하고;
상기 위치 신호는 상기 제1 및 제2 전류의 제1 처리 서브시스템에 의해서 전송된 제1 위치 신호이며, 상기 방법은:
- 제2 처리 서브시스템에 의해서 상기 제1 및 제2 전류로부터 제2 위치 신호를 생성하는 것; 및
상기 제1 및 제2 위치 신호에 따라서 안전 위치 신호를 생성하는 것으로 이루어진다.
특정 실시 예들에 따르면, 상기 방법은 별개로 또는 기술적으로 가능한 모든 조합으로 취해지는 다음의 피처들 중 1 이상을 포함한다:
- 안전 위치 신호를 생성하는 것은 상기 제1 및 제2 처리 서브시스템 각각에 의해서 시간상 첫 번째로 전송된 제1 및 제2 위치 신호 중에서 시간상 두 번째로 도착한 위치 신호를, 시간상 두 번째 도착한 위치 신호를 시간상 첫 번째 도착한 위치 신호로부터 분리하는 거리가 미리 정해진 기준 거리 미만이면, 안전 위치 신호로 선택하는 것으로 이루어지며;
- 상기 방법은 제3 처리 서브시스템에 의해서 제3 위치 신호를 상기 제1 및 제2 전류로부터 생성하는 것으로 이루어지는 단계를 포함하고; 안전 위치 신호를 생성하는 것은 상기 3개의 처리 서브시스템 각각에 의해서 시간상 첫 번째로 전송된 위치 신호들 중에서 시간상 두 번째로 도착한 위치 신호를 안전 위치 신호로 선택하는 것으로 이루어지고
- 상기 제1 서브시스템은 제1 아날로그 파트 및 제1 디지털 파트를 포함하고, 상기 제2 서브시스템은 제2 아날로그 파트로서 상기 제1 서브시스템의 상기 제1 아날로그 파트, 및 상기 제1 서브시스템의 상기 제1 디지털 파트와는 독립적인 제2 디지털 파트를 포함하며, 안전 위치 신호를 생성하는 것은 상기 2 개의 처리 서브시스템 각각에 의해서 시간상 첫 번째로 전송된 위치 신호들 중에서 시간상 두 번째 도착한 위치 신호를, 상기 제1 및 제2 신호의 전송 순간들 간의 기간이 미리 정해진 기준 기간 미만이면, 안전 위치 신호로서 선택하는 것으로 이루어지고;
- 상기 방법은 또한 상기 제1 및 제2 처리 서브시스템에 공통인 상기 아날로그 파트의 고장을 검출할 수 있게 해주는 적어도 하나의 추가 조건의 입증을 포함한다.
본 발명과 그의 장점들은 단지 예로서 주어진 다음의 설명을 읽고 첨부 도면을 참조하면 잘 이해될 것이다.
도 1은 위치 신호를 생성하기 위한 임베디드 시스템의 제1 실시 예를 나타내고 있다.
도 2는 도 1의 시스템에 의해 구현되는 제1 중재 알고리즘의 동작을 보여주는 다수의 그래프를 나타내고 있다.
도 3은 위치 신호를 생성하기 위한 임베디드 시스템의 제2 실시 예를 나타내고 있다.
도 4는 도 3의 시스템에 의해 구현되는 제2 중재 알고리즘의 동작을 보여주는 다수의 그래프를 나타내고 있다.
도 5a 및 5b는 도 3의 시스템에서의 고장을 검출할 수 있게 해주는 비(ratio)의 판정을 보여주는 다수의 그래프를 나타내고 있다.
도 6은 위치 신호를 생성하기 위한 임베디드 시스템의 제3 실시 예를 나타내고 있다.
도 7은 도 6의 시스템에 의해 구현되는 제3 중재 알고리즘의 동작을 보여주는 다수의 그래프를 나타내고 있다.
제1 실시 예
도 1 및 2는 열차, 지하철 또는 전차와 같은 차량에 설치되도록 의도된 레일 차량 위치 신호 생성 시스템의 제1 실시 예에 관한 것이다.
이러한 제1 실시 예에 따른 시스템(10)은 안테나(20), 2개의 전자 처리 서브시스템(각각 30 및 40), 및 중재 수단(50)을 포함한다.
안테나(20)는, 앞서 기술된 종래 기술의 안테나와 같이, 상이한 방사선 패턴을 갖는 2개의 루프: 제1 유도 전류 I1을 전달하도록 설계된 제1 단순 루프(22), 및 제2 유도 전류 I2를 전달하도록 설계된 제2 8자 루프(24)를 포함한다.
이 시스템은 입력으로 인가된 제1 및 제2 유도 전류(I1, I2)로부터 제1 위치 신호 SL1을 전달하도록 설계된 제1 전자 처리 서브시스템(30)을 포함한다.
제1 서브시스템(30)은 종래 기술에 이용된 것과 동일하다.
제1 서브시스템(30)은 아날로그 파트(60)와 디지털 파트(70)를 포함한다.
아날로그 파트(60)는 제1 유도 전류 I1을 성형(shaping)하기 위한 제1 아날로그 회로(61) 및 제2 유도 전류 I2를 성형하기 위한 제2 아날로그 회로(62)를 포함한다.
제1 유도 전류 I1으로부터 제1 디지털화된 전류 C1의 생성을 위해 설계된 제1 회로(61)는, 연속해서, 대응 루프의 출력에서 유도 전류 I1을 여과하기 위한 필터(63); 여과된 전류를 증폭하기 위한 증폭기(65); 및 증폭된 전류를 디지털화하고 출력에서 디지털화된 전류 C1을 생성하기 위한 아날로그/디지털 변환기(67)를 포함한다.
제2 유도 전류 I2로부터 제2 디지털화된 전류 C2의 생성을 위해 설계된 제2 회로(62)는 제1 회로와 동일하다. 이는 연속해서 필터(64), 증폭기(66) 및 아날로그/디지털 변환기(68)를 포함한다.
제1 처리 서브시스템의 디지털 파트(70)는 입력으로 인가된 제1 및 제2 디지털화된 전류 C1, C2로부터 제1 위치 신호 SL1을 생성하도록 설계되어 있다. 디지털 파트(70)는 연속해서 위상 비교기, 필터, 히스테리시스 임계치 비교기 및 위치 신호 생성을 위한 유닛을 포함한다.
위상 비교기(71)는 입력으로 인가된 제1 및 제2 디지털화된 전류 C1, C2의 위상을 비교하고, 출력에서 위상 차 신호 SD를 출력하며, 이 신호의 값은 제1 및 제2 디지털화된 전류의 위상들이 동일할 때는 +1이고 이들 위상이 반대일 때는 -1이다.
필터(72)는 입력으로 위상 차 신호 SD를 취하고 출력에서 인터벌 [-1, 1] 내의 값을 갖는 여과된 위상 차 신호 SDF를 생성한다. 필터의 기능은 미리 정의된 시간 윈도우(time window)에 걸쳐서 위상 차 신호 SD의 시간 평균을 실행하는 것이다.
히스테리시스 임계치 비교기(73)는 입력으로서 여과된 위상 차 신호 SDF를 취하고 이를 한 대역(band)의 금지된 값들에 비교한다. 임계치 비교기는, 출력에서 여과된 위상 차 신호 SDF가 이 대역 중에서 가장 큰 값을 초과할 때는 0에서 1로 변하며; 여과된 위상 차 신호 SDF가 이 대역 중에서 가장 작은 값 미만일 때는 1에서 0으로 변하는 상태 신호 SE를 생성한다.
마지막으로, 위치 신호 생성 유닛(74)은 입력으로서 제1 디지털화된 전류 신호 C1 및 상태 신호 SE를 취하고 위치 신호 SL을 생성한다.
유닛(74)은 전류 C1의 레벨을 기준 레벨에 비교하고 전류 C1이 기준 레벨을 초과하자마자 유니티 값(unity value)의 이진 신호를 생성하도록 설계된 임계치 비교기를 포함한다. 유닛(74)은 또한 유닛(74)의 임계치 비교기와 히스테리시스 임계치 비교기(73)에 의해 전송된 신호들이 둘 다 유니티와 같게 되자마자 위치 신호 SL을 생성하도록 설계된 논리 요소를 포함한다. 전송된 위치 신호 SL은, 예를 들어, 유니티와 같은 값의 펄스 형태를 취한다.
시스템(10)은 제2 위치 신호 SL2를 생성하기 위해서 제1 및 제2 유도 전류 I1, I2에 대한 제2 전자 처리 서브시스템(40)을 포함한다.
제2 서브시스템(40)은 제1 처리 서브시스템(30)과는 독립적이다.
제2 서브시스템(40)은 제1 처리 서브시스템(30)과 동일하다. 이는 제1 처리 서브시스템의 것들과 동일한 전자 회로 및 컴포넌트들을 포함한다. 이러한 이유로, 도 1에서 제1 서브시스템과 제2 서브시스템 간에 동일한 요소들은 동일한 참조 번호로 식별되어 있다.
시스템(10)은 출력에서 안전 위치 신호 SLS를 전달하도록 설계된 중재 모듈(50)을 포함한다. 이 모듈은 차량에 장착되어 있는 주행 기록계 시스템이 전달한 기준점 이후로 여행한 거리 d를 나타내는 데이터 아이템은 물론이고, 제1 및 제2 서브시스템(30, 40)의 출력에서 각각 생성된 제1 및 제2 위치 신호 SL1, SL2를 입력으로 취한다.
좀더 구체적으로, 중재 모듈은 제1 및 제2 처리 서브시스템(30, 40) 각각에 의해 시간상 첫 번째로 전송된 제1 및 제2 위치 신호 SL1, SL2 중에서 시간상 두 번째로 도착한 위치 신호를, 시간상 두 번째로 도착한 위치 신호를 시간상 첫 번째로 도착한 위치 신호로부터 분리하는 거리 D가 미리 정해진 기준 거리 D0보다 적다면, 안전 위치 신호 SLS로서 선택하는 것으로 이루어지는 제1 알고리즘을 구현한다. 기준 거리 D0은 양호하게는 5 cm이다.
2개의 서브시스템(30 및 40)에 이용된 컴포넌트들이 동일할지라도, 제1 및 제2 서브시스템 각각은 그 자신의 민감도(sensitivity) 및 그 자신의 신호대잡음비를 갖고 있다.
서브시스템에 의한 위치 신호 SL의 생성이 제2 유도 전류 I2의 위상의 추세에, 즉 이 전류의 세기의 상쇄(cancellation)에 관련되어 있기 때문에, 두 서브시스템(30 및 40) 간의 민감도 차는 제1 및 제2 위치 신호 SL1, SL2의 전송 순간들 간에 차량이 여행한 거리로 번역된다.
안테나가 비콘과 접촉할 때 차량의 속도가 거의 일정하다고 가정하면, 이 거리는 제1 및 제2 위치 신호 SL1, SL2의 전송 순간들 간의 시간 차에 대응한다. 이 시간 차는, 차량이 느릴수록 제1 및 제2 위치 신호의 전송 순간들 간의 시간 차가 커지므로, 경계지어질 수 없음에 유의하자.
정상 동작에서, 각 서브시스템(30, 40)은 비콘의 중심에서 +/- 2 cm의 기능적인 정확도를 갖는 위치 신호를 제공한다.
위치 신호는 안테나의 제2 8자 루프에 유도된 세기의 위상 변화에 의해서 생긴 위상 차의 변화가 있을 때 전송되기 때문에, 기능적인 정확도는 배타적으로 이 유도된 세기의 처리 서브시스템의 신호대잡음비에 기인한다.
그러나, 2개 서브시스템 중 하나가 고장인 경우, 고장 난 서브시스템을 확인할 수 없기 때문에, 전송된 제1 및 제2 위치 신호 중에서 고려되어야만 하는 위치 신호는 알려질 수 없다.
그래서, 처리 서브시스템을 복제한다는, 즉 위치 신호의 생성시 리던던시를 보장한다는 단순한 사실만으로는 확실하게, 즉 안전하게 비콘의 중심에 관련해서 차량의 위치를 찾는 것이 불가능하다.
레일 차량들에는, 그 자체가 알려진 대로, 차축에 장착된 포닉 휠(phonic wheel)을 포함하는 주행 기록계 시스템이 설치되어 있고 그의 이동은 라인을 따라서 놓여있는 기준점으로부터 차량이 여행한 거리 d를 판정할 수 있게 해준다.
고장 난 서브시스템을 검출하고 이러한 위치 기능의 고장의 영향을 제한하기 위해서, 이러한 제1 실시 예에 따르면, 두 개의 서브시스템 각각에 의해 시간상 먼저 전송된 위치 신호 SL1 및 SL2의 전송 순간들 간에 차량이 여행한 거리를 상기 모듈이 판정할 수 있게 해주는 거리 데이터 d를 중재 모듈(50)에 제공하기 위해서 차량의 주행 기록계가 이용된다.
도 2는 처리 서브시스템들 중 하나, 이 경우에는 제2 처리 서브시스템(40)의 정상 및 고장인 다양한 상황에서 제1 알고리즘의 행동을 보여주는 다수의 그래프를 결합하고 있다.
이들 그래프에서, d1은 제1 처리 서브시스템(30)이 처음으로 제1 위치 신호 SL1을 전송하는 지점을 나타내고; d2는 제2 처리 서브시스템(40)이 처음으로 제2 위치 신호 SL2를 전송하는 지점을 나타내고; d0은 기준 거리 D0으로부터 시간상 먼저 전송된 신호로부터 떨어져 있는 지점을 나타낸다.
그래프 G1은 안테나가 비콘과 접촉하고 있는 공간 인터벌을 나타낸다. 비콘의 기하학적 중심은 참조 C로 식별되어 있다.
그래프 G2는 시스템의 정상 동작을 보여주고 있다. 이 그래프에서, 시간상 첫 번째로 도착한 위치 신호는 제1 신호 SL1이고 시간상 두 번째로 도착한 위치 신호는 제2 신호 SL2이다. 제2 신호 SL2는 지점 d0 이전의 d2에서 전송된다. 그래서, 모듈(50)은, 안전 위치 신호 SLS로서, 제2 신호 SL2를 선택한다. 이들 도면에서, 선택 모듈에 의해서 안전 위치 신호로서 선택된 신호는 원으로 둘러싸여 있다. 지점 d2는 지점 C를 중심으로 인터벌 [-2 cm; + 7 cm] 내에 있음을 알 수 있다.
후속 그래프들의 경우, 제2 서브시스템(40)은 고장이 생겼다. 그러나, 이는 안전 위치 신호 SLS가 시스템(10)에 의해 전달되기 때문에 영향을 미치지 않는다. 이 안전 위치 신호는 그것이 지점 C를 중심으로 인터벌 [-2 cm; +7 cm] 내의 비콘에 관련한 차량의 올바른 위치를 허용하는 한 수용될 수 있다.
그래프 G3은 제2 위치 신호 SL2가 서브시스템의 내재적 기능적인 정확도, 즉 지점 C에 관련한 +/- 2 cm에 관련해 너무 늦게 도착하는 경우를 나타내고 있다. 그러나 이는 지점 d2가 지점 d1으로부터 5cm 미만이기 때문에 중재 모듈(50)에 의해서 안전 위치 신호 SLS로서 선택된다.
그래프 G4는 제2 위치 신호 SL2가 서브시스템의 내재적 기능적인 정확도에 관련해 너무 이르게 도착하는 경우를 나타내고 있다. 이 경우에, 시간상 첫 번째로 전송된 신호는 제2 신호 SL2이다. 이때 시간상 두 번째로 도착한 제1 신호 SL1은 지점 d1이 지점 d2로부터 5 cm 미만이므로 중재 모듈(50)에 의해서 안전 위치 신호 SLS로서 선택된다.
그래프 G5는 제2 위치 신호 SL2가 다수 회 전송되고 첫 번째 시간은 서브시스템의 내재적 기능적인 정확도에 관련해 너무 이른 경우를 나타내고 있다. 이 경우에, 시간상 첫 번째로 전송된 신호는 제2 신호이다. 시간상 두 번째 도착한 제1 신호 SL1은 이후 지점 d1이 지점 d2로부터 5 cm 미만이므로 중재 모듈(50)에 의해서 안전 신호 SLS로 선택된다.
후속 그래프의 경우, 제2 서브시스템(40)은 고장이 생겼다. 이러한 고장은 안전 위치 신호 SLS가 시스템에 의해 전달되지 않기 때문에 식별될 수 있다.
그래프 G6은 제2 위치 신호 SL2가 서브시스템의 내재적 기능적인 정확도에 관련해 너무 늦게 도착하는 경우를 나타내고 있다. 제2 신호가 시간상 두 번째로 전송된 신호일지라도, 지점 d2가 d1으로부터 5 cm 떨어져 있는 지점 d0를 넘기 때문에 중재 모듈에 의해서 안전 위치 신호가 전송되지 않는다.
그래프 G7은 제2 위치 신호 SL2가 서브시스템의 내재적 기능적인 정확도에 관련해서 너무 이르게 도착하는 경우를 나타내고 있다. 제1 신호 SL1이 시간상 두 번째로 도착했을지라도, 지점 d1이 지점 d2로부터 5 cm 떨어져 있는 지점 d0을 넘기 때문에 중재 모듈에 의해서 안전 위치 신호가 전송되지 않는다.
마지막으로, 그래프 G8은 제2 위치 신호 SL2가 다수 회 도착하고 첫번째 시간은 서브시스템의 내재적 기능적인 정확도에 관련해서 너무 이른 경우를 나타내고 있다. 그러나 시간상 두 번째로 도착한 제1 신호 SL1은 지점 d1이 지점 d2로부터 5 cm 떨어져 있는 d0을 넘기 때문에 중재 모듈(50)에 의해서 안전 신호 SLS로 선택되지 않는다.
그래프 G9는 제2 서브시스템(40)이 제2 위치 신호 SL2를 전달하지 않는 경우를 나타내고 있다. 이후 안전 위치 신호 SLS는 중재 모듈(50)에 의해서 전송되지 않는다.
이와 같이, 제1 알고리즘의 구현에 의해서, 시스템(10)은 레벨 SIL 4의 신뢰도로 비콘의 중심 C에 관련해서 [-2 cm; +7 cm]의 정확도를 갖는 차량의 위치를 찾을 수 있게 해주는 안전 위치 신호를 생성한다.
그러나, 이 정확도는 주행 기록계 시스템의 포닉 휠이 장착되어 있는 차축이 드라이브 차축 및/또는 브레이킹 차축일 때는 보장되지 않는다. 추진 모드 또는 브레이킹 모드에서, 차축의 이러한 휠의 슬립율(slippage)은 제1 및 제2 위치 신호의 전송 순간들 간에 차량이 실제로 여행한 거리에 관한 불확실성을 낳는다.
시스템의 다음 두 실시 예는 유리하게도 안전 위치 신호를 생성하기 위해서 주행 기록계에 의해서 전달된 거리 여행 데이터를 필요로 하지 않는 시스템들을 제안함으로써 이러한 문제를 다룰 수 있게 해준다.
제2 실시 예
도 3, 4 및 5는 시스템의 제2 실시 예에 관한 것이다.
도 1의 요소와 동일한 도 3의 요소는 도 3에서 이 대응 요소를 지정하기 위해 도 1에 이용된 참조 번호로 지정되어 있다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 이러한 제2 실시 예에 따른 시스템(110)은 종래 기술에 따른 제1 및 제2 루프(각각, 단순한 22 및 8자인 24)를 포함하는 안테나(20)를 포함하고 있다.
이 시스템은, 제1 실시 예의 것들과 동일한 제1 및 제2 처리 서브시스템(30 및 40) 이외에도, 제3 위치 신호 SL3를 생성하기 위해, 각각 안테나의 제1 및 제2 루프에 의한 제1 및 제2 유도 전류 I1 및 I2에 대한 제3 전자 처리 서브시스템(80)을 포함한다.
제3 처리 서브시스템(80)은 제1 및 제2 서브시스템(30 및 40)과는 독립적이다.
제3 처리 서브시스템(80)은 제1 및 제2 서브시스템과 동일하다. 특히, 제3 처리 서브시스템의 회로들 및 컴포넌트들은 제1 및 제2 서브시스템의 것들과 동일하다. 이러한 이유로, 제1 및 제2 서브시스템의 컴포넌트들을 지정하는데 이용된 참조 번호들은 제3 서브시스템의 대응 컴포넌트들을 지정하기 위해 반복 사용되었다.
시스템(110)은 단지, 3개의 서브시스템(30, 40 및 80) 각각에 의해 전송된 제1, 제2 및 제3 위치 신호 SL1, SL2 및 SL3만으로부터 안전 위치 신호 SLS를 생성하도록 설계된 중재 모듈(150)을 포함한다.
중재 모듈에 의해 구현되는 제2 알고리즘은, 안전 위치 신호 SLS로서, 3개의 처리 서브시스템(30, 40 및 80) 각각에 의해서 시간상 첫 번째로 전송된 위치 신호 SL1, SL2, SL3 중에서 시간상 두 번째 도착한 위치 신호를 선택하는 것으로 구성된다.
제1 실시 예에서와 같이, 이러한 제2 알고리즘은 올바르게 동작하고 있는 서브시스템이 비콘의 중심 C로부터 +/- 2 cm에서 위치 신호를 제공한다는 사실에 의존하고, 이는 안테나의 루프(22 및 24)의 상이한 방사선 패턴에 의해 보장된다.
도 4는 모듈(150)에 의해 구현되는 제2 알고리즘의 행동을 보여주는 다수의 그래프를 결합하고 있다.
이들 그래프에서, d1은 제1 처리 서브시스템(30)이, 첫 번째로, 제1 위치 신호 SL1을 전송하는 지점을 나타내고; d2는 제2 처리 서브시스템(40)이, 첫 번째로, 제2 위치 신호 SL2를 전송하는 지점을 나타내며; d3는 제3 처리 서브시스템(80)이, 첫 번째로, 제3 위치 신호 SL3를 전송하는 지점을 나타낸다.
그래프 F1은 안테나가 비콘을 검출하는 공간 인터벌을 나타낸다. 비콘의 기하학적 중심은 기준 C에 의해 식별된다.
그래프 F2는 시스템(110)의 정상 동작을 나타내고 있다. 이 그래프에서, 제1 신호 SL1은 시간상 첫번째로 도착하고, 제2 신호 SL2는 시간상 두 번째로 도착하고, 제3 신호 SL3는 시간상 세 번째로 도착한다. 모듈(150)은 안전 위치 신호 SLS로서 제2 신호 SL2를 선택한다.
후속 그래프들의 경우, 제2 서브시스템(40)은 고장이 생겼다. 그러나, 이는 안전 위치 신호가 시스템(110)에 의해 전달되기 때문에 영향을 미치지 않는다. 이러한 안전 위치 신호는 그것이 비콘의 중심 C에 관련해서 +/- 2 cm의 허용 인터벌 이내의 올바른 위치를 허용하는 한 수용될 수 있다.
그래프 F3는 제2 신호 SL2가 지점 C에 관련한 +/- 2 cm의 내재적 기능적인 정확도에 관련해 너무 늦게 도착한 경우를 나타내고 있다. 모듈(150)은 이후 시간상 두 번째로 도착한 신호인 제3 위치 신호 SL3를 선택한다. 지점 d3는 지점 C로부터 2 cm 미만이다.
그래프 F4는 제2 신호 SL2가 내재적 기능적인 정확도에 관련해서 너무 이르게 도착한 경우를 나타내고 있다. 모듈(150)은 이후 시간상 두 번째로 도착한 신호인 제1 신호 SL1을 선택한다. 지점 d1은 지점 C로부터 2 cm 미만이다.
그래프 F5는 제2 신호 SL2가 다수 회 전송되고 제1 시간이 지점 C에 관련한 +/- 2 cm의 내재적 기능적인 정확도에 관련해 너무 이른 경우를 나타내고 있다. 제1 신호 SL1은 그것이 실제로는 3개의 서브시스템 각각에 의해서 시간상 첫 번째로 전송된 위치 신호들 중에서 시간상 두 번째로 도착한 위치 신호이기 때문에, 이후 중재 모듈(150)에 의해서 안전 신호 SLS로서 선택된다. 지점 d1은 지점 C로부터 2 cm 미만이다.
그래프 F6는 제2 서브시스템(40)이 제2 위치 신호를 전달하지 않는 경우를 나타내고 있다. 그러나, 모듈(150)은 제3 신호 SL3가 시간상 두 번째로 전송된 신호이기 때문에 이를 안전 위치 신호 SLS로서 선택한다. 지점 d3는 지점 C로부터 2 cm 미만이다.
일단 지점 C에 관련한 위치 찾기가 실행되었으면, 안전 레벨 SIL 4의 준수를 보증하기 위해서 서브시스템이 고장이 생겼는지 여부를 식별할 필요가 있다. 본 방법은 3개의 서브시스템 중 단지 하나의 고장은 허용할 수 있기 때문에, 이는 잠재하는 고장의 식별에 의존한다.
특히, "너무 늦은"(그래프 F3) 또는 "너무 이른"인 고장은 도 5a 및 5b에 도시된 바와 같이 검출될 수 있다. 거리 "이전" Adi는 비콘과의 접촉 시작의 지점 A(신호 SA의 전송)와 i번째 서브시스템에 의한 위치 신호 SLith의 전송의 지점 di 간의 거리로서 정의되며, 거리 "이후" Bdi는 위치 신호 SLi의 전송의 지점 di와 비콘과의 접촉의 마지막의 지점 B(신호 SB의 전송) 간의 거리로서 정의된다.
정상 동작(도 5a)과는 달리, 고장 동작(도 5b)시에, 고장 서브시스템은 "이전" Adi와 "이후" Bdi 거리들 간의 강한 비대칭을 나타내며, 한편 바르게 동작하고 있는 다른 두 개의 서브시스템은 이들 두 거리 간에 다소 높은 정도의 대칭을 나타낸다.
이는 열차의 속도가 비콘 위에서 안정화되어 있음을 상정하고 있다. 이는 열차의 관성과 비콘의 작은 크기(대략 50 cm)를 고려해 볼 때 경우들 대부분을 나타낸다.
유리하게도, 모듈(150)은 안전 위치 신호 SLS로부터, 비콘과의 접촉의 시작 SA 및 마지막 SB의 신호들로부터 그리고 서브시스템들 각각에 의해 시간상 첫 번째로 전송된 위치 신호 SLi로부터의 비대칭에 관한 량을 계산하도록 설계된 고장 검출 수단(151)을 포함한다. 이 수단(151)은 대응 서브시스템의 "이전" Adi 거리와 "이후" Bdi 거리의 비가, 예를 들어, 유니티 값을 기준으로 미리 정해진 인터벌, 양호하게는 [0.8:1.2]를 벗어날 때 고장 서브시스템의 식별 신호 Sid를 생성한다.
제3 실시 예
도 6 및 도 7은 시스템의 제3 실시 예에 관한 것이다.
도 1의 요소와 동일한 도 6의 요소는 대응 요소를 지정하기 위해 도 1에서 이용된 참조 번호가 도 6에서 지정하고 있다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 제3 실시 예에 따른 시스템(210)은 2개의 루프(각각, 단순 22 및 8자인 24)를 포함하는 안테나(20)를 포함한다.
이 시스템은 제1 처리 서브시스템(230) 및 제2 처리 서브시스템(240)을 포함한다.
제1 서브시스템(230)은 아날로그 파트(260) 및 제1 디지털 파트(270)를 포함한다.
제2 서브시스템(240)은, 제2 아날로그 파트로서, 제1 서브시스템(230)의 아날로그 부분(260)과 제1 서브시스템(230)의 디지털 파트(270)와는 독립적인 제2 디지털 파트(370)를 포함한다.
다른 말로, 시스템(210)은 제1 및 제2 서브시스템(230 및 240)에 공통적인 아날로그 파트(260), 구체적으로 제1 서브시스템(230)에 관련된 제1 디지털 파트(270) 및 구체적으로 제2 서브시스템(240)에 관련된 제2 디지털 파트(370)를 포함한다.
제1 및 제2 디지털 파트는 동일 클럭 신호를 컴포넌트들(67, 68, 230 및 240)에 전달하는 적합한 동기화 수단(280)에 의해서 서로 동기화된다.
아날로그 파트(260)의 회로들 및 컴포넌트들은 도 1에 나타낸 것들과 동일하다.
제1 및 제2 디지털 파트(270, 370)의 회로들 및 컴포넌트들은 서로 도 1에 나타낸 것들과 동일하다. 따라서 참조 번호들은 재사용되었다.
시스템(210)은 단지 2개의 서브시스템(230 및 240) 각각에 의해서 각각 전송된 제1 및 제2 위치 신호 SL1, SL2로부터 안전 위치 신호 SLS를 생성하도록 설계된 중재 모듈(250)을 포함한다.
중재 모듈(250)에 의해 구현되는 제3 알고리즘은 2개의 처리 서브시스템(230 및 240) 각각에 의해서 시간상 첫 번째로 전송된 위치 신호 SL1, SL2 중에서 시간상 두 번째로 도착한 위치 신호를, 제1 및 제2 신호 SL1 및 SL2의 전송 순간들 간의 기간이 기준 기간 T0 미만인 경우, 안전 위치 신호 SLS로서 선택하는 것으로 구성된다. 이 기준 기간 T0은, 예를 들어, 1 ㎲이다. 이는 500 km/h에서 0.1 mm를 나타낸다.
제1 실시 예에서와 같이, 이 알고리즘은 동작하고 있는 서브시스템이 비콘의 중심 C로부터 +/- 2cm에서 위치 신호를 바르게 제공한다는 사실에 의존하며, 이는 안테나의 루프들의 방사선 패턴에 의해 보증된다.
이러한 제3 알고리즘은 2개의 상호 독립적인 서브시스템에 의한 위치 신호의 전송 순간들 간의 시간 차이가 사실상 배타적으로 이득(gain) 및 이들 2개의 서브시스템 각각의 아날로그 파트의 신호/잡음 비에 의존한다는 사실에 바탕을 두고 있다.
따라서, 2개의 서브시스템에 공통인 아날로그 파트를 이용하고 동기화 처리를 디지털 파트에서 실행함으로써, 2개의 서브시스템 각각으로부터 각자 나오는 2개의 위치 신호의 전송 순간들을 분리하는 기간이 경계지어진다.
동기화 수단(280)에 의해 생성된 2개의 디지털 파트 간의 동기화 시간은 기준 기간 T0을 정의한다.
도 7은 모듈(250)에 의해 구현된 제3 알고리즘의 행동을 보여주는 다수의 그래프를 결합하고 있다.
이들 그래프에서, d1은 제1 처리 서브시스템(230)이 첫 번째로 제1 위치 신호 SL1을 전송하는 지점을 나타내고; d2는 제2 처리 서브시스템(240)이 첫 번째로 제2 위치 신호 SL2를 전송하는 지점을 나타낸다.
그래프 E1은 공간 인터벌을 나타내고, 이 인터벌 내에서 안테나가 비콘을 검출한다. 비콘의 기하학적 중심은 기준 C에 의해 식별된다.
그래프 E2는 시스템(210)의 정상 동작을 나타낸다. 이 그래프에서, 제1 신호 SL1은 시간상 첫 번째로 도착하고, 제2 신호 SL2는 시간상 두 번째로 도착한다. 제1 및 제2 위치 신호를 분리하는 기간은 기준 기간 T0 미만이다. 모듈(250)은 안전 위치 신호 SLS로서 제2 신호 SL2를 선택한다.
후속 그래프들의 경우, 제2 서브시스템(240)은 고장인 상태이다. 이때 안전 위치 신호 SL2는 시스템(210)에 의해서 전달되지 않는다.
그래프 E3는 제2 신호 SL2가 지점 C에 관련해서 +/- 2 cm의 내재적 기능적인 정확도에 관련해서 너무 늦게 도착하는 경우를 나타내고 있다. 제1 및 제2 위치 신호 SL1 및 SL2를 분리하는 기간은 기준 기간 T0보다 크다. 이때 모듈(250)은 위치 신호들 어떤 것도 선택하지 않는다.
그래프 E4는 제2 신호 SL2가 내재적 기능적인 정확도에 관련해서 너무 이르게 도착하는 경우를 나타낸다. 제1 및 제2 위치 신호 SL1 및 SL2를 분리하는 기간은 기준 기간 T0보다 크다. 이때 모듈(250)은 위치 신호들 어떤 것도 선택하지 않는다.
그래프 E5는 제2 위치 신호 SL2가 다수 회 전송되고 제1 시간은 내재적 기능적인 정확도에 관련해서 너무 이른 경우를 나타내고 있다. 제1 및 제2 위치 신호 SL1 및 SL2를 분리하는 기간은 기준 기간 T0보다 크다. 이때 모듈(250)은 위치 신호들 어떤 것도 선택하지 않는다.
그래프 E6는 제2 서브시스템(240)이 제2 위치 신호를 전달하지 않는 경우를 나타낸다. 모듈(250)은 안전 위치 신호를 전송하지 않는다.
변형 실시 예(3개의 루프를 갖는 안테나)
변형으로서, 제1, 제2 및 제3 실시 예는, 예를 들어, 서류 PCT/FR2010/050607에 기술된 안테나와 같은, 서로 상이한 방사선 패턴들을 갖는 3개의 루프를 포함하는 안테나를 이용한 동작을 위해 적응되어 있다. 이 방면에 숙련된 자는 이들 3개의 루프 각각에서 유도된 제1, 제2 및 제3 전류의 위상을 고려하는 위치 신호를 생성하도록 처리 서브시스템의 아날로그 파트를 그것에 적응시키는 방법을 알 것이다. 특히, 안테나의 제3 루프에 의해 전달된 신호는 안테나에 두 개의 루프가 있는 시스템의 변형에서 행해지는 바와 같이 제1 루프에 의해 전달된 신호를 임계치에 비교해야 하는 것을 피할 수 있게 해준다.
가능한 고장들에 대한 연구
시스템의 가능한 고장들에 대한 상세한 분석은 시스템의 형식 승인을 목적으로 올바르지 않은 안전 위치 신호의 전송 가능성을 평가하기 위해 실행되었다.
이들 가능한 고장들은 3개의 유형을 갖는다:
- 고장의 제1 유형에 따르면, i번째 아날로그 회로의 출력에서 디지털화된 전류 Ci의 생성의 손실(loss)은 서브시스템의 디지털 파트의 입력에서 가우시안 백색 잡음의 인가로 변환된다.
- 고장의 제2 유형에 따르면, i번째 아날로그 회로의 출력에서 디지털화된 전류 Ci의 생성의 손실은 크로스 토크(cross torque)에 반영되고, i번째 회로는 다른 회로에 의해 생성된 디지털화된 전류 Ck를 복제한다. 이때 서브시스템의 디지털 파트의 입력으로서 인가된 전류 Cith 및 Ck는 강하게 상관된다.
- 고장의 제3 유형에 따르면, 계통적 지연은 대응 디지털화된 전류 Ci의 생성시 아날로그 회로에 의해 도입되었다.
이들 가능한 고장을 다루기 위해서, 제1 대안 시스템에서 그것은 아날로그 파트의 이들 가능한 고장을 제거하도록 설계된 테스트 수단(도면들에는 나타내지 않았음)을 포함한다.
테스트 수단은 각 회로의 입력에서, 대응 루프에서 유도된 전류 Ii 대신에 기준 전류 IiRef를 인가하는 것으로 이루어진 테스트를 주기적으로 실행하도록 설계되어 있다. 이러한 테스트는 각 회로의 출력에서, 대응 디지털화된 전류 CiRef의 진폭 및 지연을 분석하는 것으로 이루어져 있다.
그러나, 테스트의 주기적 수행은 2가지의 단점을 나타낸다:
- 제3 유형의 고장의 경우, 지연은 주입된 제1 및 제2 기준 전류의 성질 때문에 테스트에 의해서는 검출가능하지 않는 협 주파수 대역에 대해서만 의미가 있을 수 있다;
- 비콘과의 접촉은 안테나가 비콘 위를 통과하고 있고 안테나들에 의해 생성된 전류 Ii가 고려되는 것을 방지하는 동안 테스트가 실행되면 영향을 받을 수 있다.
이들 이유로, 제2 대안 시스템은 1 이상의 추가 조건들이 충족되지 않을 때, 생성된 안전 위치 신호 SLS의 전송을 차단하는 것으로 이루어진다.
제1 유형의 고장을 제거하기 위해서, 추가 조건은 여과된 위상 차 신호 SDF가 값 0을 중심으로 미리 정해진 인터벌 내에 있을 때는 이를 고려하지 않는 것으로 이루어진다.
이러한 이유는, 예를 들어, 제2 디지털화된 전류 C2가 가우시안 백색 잡음에 대응하면, 그의 위상이 제1 디지털화된 전류 C1의 위상에 비해서 빠르게 변하며, 그래서 위상 차 SD1 또는 SD2가 +1 만큼 자주 값 -1을 갖는다는 것이다. 그래서, 필터(72)에 의해서 실행된 제1 및 제2 디지털화된 전류들 간의 위상 차의 시간 평균은 값 0에 가깝다.
이러한 인터벌의 한도(bounds)는 필요한 안전 레벨(레벨 SIL 4의 경우 10-9)뿐만 아니라 이용된 필터(72)의 샘플링 주파수에 의존한다. 따라서 히스테리시스 임계치 비교기(73)의 금지 값들 대역의 값들이 적응되어 있다.
예를 들어, 2개의 루프(도 6)를 가진 그것의 변형인 제3 실시 예의 경우에, 여과된 위상 차 신호 SDF1 또는 SDF2가 대략 13 MHz의 주파수에 대해서는 -0.56과 +0.56 사이에, 그리고 대략 55 MHz의 주파수에 대해서는 -0.28과 +0.28 사이에 있을 때는 안전 위치 신호가 모듈(250)에 의해서 전송되지 않는다.
여과된 위상 차 신호 SDF1 또는 SDF2가 값 0에 가까운 상황을 배제함으로써, 제1 유형의 고장들은 제거된다.
안테나(10)가 2개의 루프를 포함하는 시스템의 변형에 대한, 제2 유형의 고장들은 즉시 검출된다. 실제로, 이들은 여과된 위상 차 신호 SDF1 또는 SDF2가 유니티와 같게 만들며 안테나와 비콘 간의 접촉 내내 그렇게 한다. 비교기(73)는 이 신호의 변화를 식별하지 못하므로, 이는 신호를 전송하지 않는다. 이러한 식으로, 제2 유형의 고장들은 제거된다.
제2 유형의 고장들(아날로그 회로는 다른 2개의 아날로그 회로가 생성한 신호들 중에서 가장 강력한 신호를 재생하거나 다른 2개의 아날로그 회로가 생성한 2개의 신호를 재생한다)은 안테나가 3개의 루프를 포함하고 있는 시스템의 변형에 영향을 줄 수 있다. 이러한 유형의 고장을 제거하기 위해서, 중재 모듈은 비콘과의 접촉을 떠난 후에 이 유도된 전류들의 상이한 쌍들 간의 위상 차들의 순차 특성이 실제로 관측되었음을 입증하는 것으로 이루어지는 추가 제약(constraint)을 구현하도록 적응되어 있다. 디폴트로, 안테나가 비콘과 접촉하고 있는 동안 전송된 안전 위치 신호는 무효로 된다.
그러나, 이러한 유형의 고장을 제거하기 위해 그리고 안테나가 비콘 위를 통과한 후에 제약을 입증해야 하는 것을 피하기 위해서 - 그러므로 이러한 입증은 특히 열차의 속도가 느린 경우 안테나의 중심이 비콘의 중심 위를 통과한 수초 후에 실행될 수 있음 - , 안테나의 제1 및 제3 루프의 전류들이 20 dB 차 미만을 가져야 한다는 제약을 입증하는 것이 바람직하며, 이러한 입증은 안테나의 중심이 비콘의 중심 위에 바로 위치해 있는 순간에 실행될 수 있다. 포지티브 입증의 경우에 안전 위치 신호가 전송된다.
마지막으로, 제3 유형의 고장들의 원인에 대한 연구는 다음을 보여주고 있다:
- 증폭기(65, 66)는 신호를 단지 수 마이크로 초만큼 지연시킬 수 있고, 이는 비콘의 중심에 관련한 +/- 2 cm의 내재적 기능적인 정확도를 상정할 때 수용될 수 있는 수 밀리미터의 위치 에러로 이끈다;
- 아날로그/디지털 변환기(67, 68)는 신호를 수 클록 사이클, 즉 1 마이크로 초 미만을 넘게 지연시킬 수 없다;
- 필터(63, 64)는 그 자체가 신호를 상당히 지연시킬 수 있다.
그러나, 내재적 기능적인 정확도, 예를 들어, 350 ㎲ 정도의 지연이 500 km/h에서 5 cm의 거리에 대응하는 것을 고려할 때 해로운 지연은 단지 극히 협한 대역폭으로 특성화된 특정 구조를 갖는 필터에 의해 도입될 수 있다. 그러한 대역폭은 임피던스가 매우 높거나 매우 낮은 유도 코일 및/또는 커패시터들의 이용을 필요로 한다. 이때 이들 높은 또는 낮은 임피던스를 피하기 위해 필터(63, 64)의 업스트림 설계 단계에서, 충분히 작은 지연을 보증하여 제3 유형의 고장들을 구성 상 충분히 배제할 수 있다.
결론적으로, 제안된 발명은:
- 레벨 SIL 4를 준수하는 안전의 높은 레벨을 갖는 위치 정보를 구하는 것
- 2 개의 루프를 갖는 안테나를 이용하여 +/- 2 cm의 안전 위치 신호의 정확도를 구하고 3 개의 루프를 포함하는 안테나를 이용하여 +/- 2 cm의 안전 위치 신호의 정확도를 구하는 것;
SIL 4 안전 위치 신호를 구하는데 주행 기록계를 이용하지 않고도 분산 견인(거짓 주행 기록계 값들을 제공하는 휠들의 스키딩 및 슬립핑(skidding and slipping))에 잘 적응하게 하는 것;
- 서브시스템들 중 하나의 잠재적인 고장을 검출하는 것을 가능하게 해준다.

Claims (20)

  1. 레일 차량 위치 신호를 생성하기 위한 임베디드 시스템(10; 110; 210)으로서,
    - 상이한 각자의 방사선 패턴을 갖는 제1 루프(22) 및 제2 루프(24)를 포함하는 안테나(20) - 상기 제1 및 제2 루프는 각각, 상기 안테나가 알려져 있는 위치의 라인에 놓여있는 적합한 비콘 위를 통과할 때 제1 및 제2 전류(I1, I2)를 생성하도록 설계되어 있음 - ; 및
    - 상기 제1 및 제2 전류로부터 위치 신호를 생성하도록 설계된 전자 처리 서브시스템을 포함하는 유형이며,
    상기 서브시스템은 제1 위치 신호(SL1)를 생성하도록 설계된 제1 서브시스템(30; 130; 230)이고, 상기 시스템(10; 110; 210)은 상기 제1 및 제2 전류로부터 제2 위치 신호(SL2)를 생성하도록 설계된 제2 전자 처리 서브시스템(40; 140; 240)을 포함하고, 상기 시스템은 또한 상기 제1 및 제2 위치 신호에 따라서 안전 위치 신호(SLS)를 생성하도록 설계된 중재 수단(50; 150; 250)을 포함하는 임베디드 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 서브시스템(30, 40; 130, 140)은 서로 독립적인 임베디드 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1 및 제2 서브시스템(30, 40; 130, 140)은 서로 동일한 임베디드 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 중재 수단(50)은 상기 제1 및 제2 서브시스템(30, 40) 각각에 의해서 시간상 첫 번째로 전송된 제1 및 제2 위치 신호(SL1, SL2) 중에서 시간상 두 번째로 도착한 신호를 안전 위치 신호(SLS)로서 선택하는 임베디드 시스템(10).
  5. 제3항에 있어서, 상기 중재 수단(50)은 상기 차량에 설치되어 있는 주행 기록계 시스템에 의해 전달된 거리(d)를 입력으로 취하고, 상기 중재 수단(50)은 시간상 두 번째로 도착한 신호가 시간상 첫 번째로 전송된 신호의 전송 지점으로부터 특히 5 cm와 같은 기준 거리(D0) 미만인 거리에 있는 지점에 도착하는 경우 상기 시간상 두 번째로 도착한 신호를 선택하는 임베디드 시스템(10).
  6. 제5항에 있어서, 상기 안테나는 제3 루프를 포함하고, 그의 방사선 패턴은 상기 제1 루프의 방사선 패턴 및 상기 제2 루프의 방사선 패턴과는 다르고, 상기 안전 위치 신호(SLS)는 상기 비콘의 알려져 있는 위치에 관련해서 상기 차량의 위치를 -2/+7 cm의 정확도로 찾을 수 있게 해주는 임베디드 시스템.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시스템(110)은 상기 제1 및 제2 전류(I1, I2)로부터 제3 위치 신호(SL3)를 생성하도록 설계된 제3 전자 처리 서브시스템(80)을 포함하고, 상기 중재 수단(150)은 상기 제1, 제2 및 제3 서브시스템(30, 40, 80) 각각에 의해서 시간상 첫 번째로 전송된 제1, 제2 및 제3 위치 신호(SL1, SL2, SL3) 중에서 시간상 두 번째로 전송된 위치 신호를 안전 위치 신호(SLS)로서 선택하도록 설계되어 있는 임베디드 시스템(110).
  8. 제7항에 있어서, 상기 중재 수단(150)은 상기 서브시스템(30, 40, 50) 각각에 대해서, 상기 비콘(A)의 검출 시작의 순간과 관련 서브시스템에 의해서 시간상 첫 번째로 전송된 위치 신호(SL1, SL2, SL3)의 전송 순간을 분리하는 "이전" 기간, 및 관련 서브시스템에 의해서 시간상 첫 번째로 전송된 위치 신호(SL1, SL2, SL3)의 전송 순간과 상기 비콘(B)의 검출 마지막 순간을 분리하는 "이후" 기간을 판정하도록 설계되어 있고, 상기 중재 수단(250)은 상기 "이후" 기간에 대한 상기 "이전" 기간의 비가 유니티 값(unity value)을 중심으로 미리 정해진 인터벌을 벗어나면 서브시스템의 고장을 식별하도록 설계된 수단(151)을 포함하는 임베디드 시스템.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제1 서브시스템(230)은 제1 아날로그 파트(260) 및 제1 디지털 파트(270)를 포함하고, 상기 제2 서브시스템(240)은 제2 아날로그 파트로서 상기 제1 서브시스템의 상기 제1 아날로그 파트, 및 상기 제1 서브시스템의 상기 제1 디지털 파트와는 독립적인 제2 디지털 파트(370)를 포함하는 임베디드 시스템(210).
  10. 제9항에 있어서, 상기 제2 서브시스템(240)의 상기 제2 디지털 파트(370)는 상기 제1 서브시스템(230)의 상기 제1 디지털 파트(270)와 동일한 임베디드 시스템(210).
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 중재 수단(250)은 상기 제1 및 제2 서브시스템(230, 240) 각각에 의해 시간상 첫 번째로 전송된 상기 제1 및 제2 위치 신호(SL1, SL2) 중에서 시간상 두 번째로 도착한 위치 신호를, 상기 서브시스템들 각각에 의해서 시간상 첫 번째로 전송된 위치 신호들의 전송을 분리하는 기간이 특히 1.5 ㎲와 같은 기준 기간(T0) 미만이면, 안전 위치 신호(SLS)로서 선택하는 임베디드 시스템(210).
  12. 제7항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 안테나는 제3 루프를 포함하고, 그의 방사선 패턴은 상기 제2 루프의 방사선 패턴 및 상기 제1 루프의 방사선 패턴과 다르며, 상기 안전 위치 신호(SLS)는 상기 비콘의 알려져 있는 위치에 관련해서 상기 차량의 위치를 +/- 5 cm, 양호하게는, +/- 2 cm의 정확도로 찾을 수 있게 해주는 임베디드 시스템(110; 210).
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 각 서브시스템은 아날로그 파트와 디지털 파트를 포함하고, 상기 시스템은 기준 전류를 아날로그 파트의 입력에 인가하고 상기 아날로그 파트 또는 다른 아날로그 파트의 출력에서 생성된 디지털화된 전류 신호들을 분석하도록 설계된 테스트 수단을 포함하는 임베디드 시스템.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시스템은 안전 레벨 SIL 4를 준수하는 임베디드 시스템.
  15. 위치 신호를 생성하기 위한 임베디드 시스템을 포함하는 레일 차량으로서,
    상기 시스템은 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 시스템(10, 110, 210)인 레일 차량.
  16. 레일 차량 위치 신호를 생성하는 방법으로서, 상기 방법은:
    - 안테나가 적합한 비콘 위를 통과할 때 제1 및 제2 전류(I1, I2)를 생성하는 것 - 상기 안테나는 상기 차량에 임베드되어 있고 상이한 각자의 방사선 패턴을 갖는 제1 루프 및 제2 루프를 포함하고, 상기 비콘은 알려져 있는 위치의 라인에 위치해 있음 - ;
    - 상기 제1 및 제2 전류로부터 위치 신호를 생성하는 것으로 이루어지는 단계들을 포함하고,
    상기 위치 신호는 상기 제1 및 제2 전류의 제1 처리 서브시스템(30, 130, 230)에 의해서 전송된 제1 위치 신호(SL1)이며, 상기 방법은:
    - 제2 처리 서브시스템(40, 140, 240)에 의해서 상기 제1 및 제2 전류(I1, I2)로부터 제2 위치 신호(SL2)를 생성하는 것; 및
    상기 제1 및 제2 위치 신호(SL1, SL2)에 따라서 안전 위치 신호(SLS)를 생성하는 것으로 이루어지는 방법.
  17. 제16항에 있어서, 안전 위치 신호를 생성하는 것은 상기 제1 및 제2 처리 서브 시스템 각각에 의해서 시간상 첫 번째로 전송된 제1 및 제2 위치 신호 중에서 시간상 두 번째로 도착한 위치 신호를, 시간상 두 번째로 도착한 위치 신호를 시간상 첫 번째로 도착한 위치 신호로부터 분리하는 거리가 미리 정해진 기준 거리(D0) 미만이면, 안전 위치 신호로 선택하는 것으로 이루어지는, 레일 차량 위치 신호 생성 방법.
  18. 제16항에 있어서, 상기 방법은 제3 처리 서브시스템(80)에 의해서 제3 위치 신호(SL3)를 상기 제1 및 제2 위치 전류(I1, I2)로부터 생성하는 것으로 이루어지는 단계를 포함하고; 안전 위치 신호(SLS)를 생성하는 것은 상기 3개의 처리 서브시스템(30, 40, 80) 각각에 의해서 시간상 첫 번째로 전송된 위치 신호들(SL1, SL2, SL3) 중에서 시간상 두 번째로 도착한 위치 신호를 안전 위치 신호로 선택하는 것으로 이루어지는 방법.
  19. 제16항에 있어서, 상기 제1 서브시스템(230)은 제1 아날로그 파트(260) 및 제1 디지털 파트(270)를 포함하고, 상기 제2 서브시스템(240)은 제2 아날로그 파트로서 상기 제1 서브시스템의 상기 제1 아날로그 파트, 및 상기 제1 서브시스템의 상기 제1 디지털 파트와는 독립적인 제2 디지털 파트(370)를 포함하며, 안전 위치 신호를 생성하는 것은 상기 2 개의 처리 서브시스템(230, 240) 각각에 의해서 시간상 첫 번째로 전송된 위치 신호들(SL1, SL2) 중에서 시간상 두 번째 도착한 위치 신호를, 상기 제1 및 제2 신호의 전송 순간들 간의 기간이 미리 정해진 기준 기간(T0) 미만이면, 안전 위치 신호(SLS)로서 선택하는 것으로 이루어지는 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 방법은 또한 상기 제1 및 제2 처리 서브시스템(230, 240)에 공통인 상기 아날로그 파트(260)의 고장을 검출할 수 있게 해주는 적어도 하나의 추가 조건의 입증을 포함하는 방법.
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