위치 제어 시스템

위치 제어 시스템{POSITION CONTROL SYSTEM}

본 발명은 위치 제어 시스템에 관한 것이다. 더욱 상세하게, 본 발명은 고정 경로 상의 차량을 위한 위치 제어 시스템에 관한 것이다.

현재, 철로 또는 트랙과 같은 경로를 따른 차량 이동의 모니터링은 중앙 제어기 또는 컴퓨터를 사용하여 수행된다. 컴퓨터는 트랙 상의 각각의 차량의 위치를 모니터링하고, 차량 간격이 미리 결정된 최소 거리 내에 있을 때, 트랙 상의 모든 차량이 정지된다. 컴퓨터 이외에, 그러한 시스템은 트랙을 따른 다양한 위치에 장착된 다수의 센서들 및 각각의 센서와 컴퓨터를 접속하기 위한 복합 배선을 포함한다.

예를 들면, US 특허 제 4,864,306 호는, 바 코드 마커(bar code marker)와 같은 머신 판독 가능한 트랙사이드 마커가 트랙을 따라 활용되고 트레인 탑재 장치에 의해 판독되어 트랙 번호 식별, 마일포스트 식별 및 트레인 방향을 제공하는 시스템을 기재하고 있다. 트레인 탑재 장치는 트레인 식별 및 트레인 속도를 제공하기 위한 장비이다. 이러한 정보는 트레인들 간의 트랜스폰더(transponder)를 통해 중앙국에 전송되고, 잠재적인 트레인 충돌을 나타내는 시청각 신호를 제공하기 위해 각각의 트레인 탑재 장치 및 중앙국에 의해 처리된다.

더욱 최근에, US 특허 제 7,182,298 호는 트랙 네트워크를 기술하는데, 트랙 네트워크는 트랙 네트워크의 적어도 2 개의 트랙 섹션들이 서로 인접하는 적어도 하나의 노드를 포함하고, 또한 트랙 네트워크는 트랙 네트워크를 따라 이동하는 복수의 차량들을 포함하며, 복수의 차량들 각각은 이들 차량 이동 제어가 실행될 수 있는 제어 유닛을 포함하며 후행 차량 또는 선행 차량에 관한 정보는 차량의 제어 유닛에 저장되고 차량이 트랙 네트워크의 노드를 통과할 때 업데이트된다.

그러나, 필수적인 컴퓨터, 복합 배선 및 다수의 센서들로 인해, 상기 시스템은 통합하기 어렵고 유지 비용이 많이 든다. 다른 단점은, 트랙 설치 후에 시스템 기능을 시험 및 증명하기 위한 요건, 차량용 센서 및 타겟을 트랙 인터페이스에 정렬시키는 기술적인 도전, 간격이 최소 간격을 충분히 심각하게 침해하게 될 때까지 간격 문제점을 감지하지 못하는 점, 부가적인 센서를 부가하지 않고 간격 기준을 변경하지 못하여 시스템을 덜 유연하게 만드는 점, 그리고 수평 휠 슬립과 휠 및 타이어 고장을 고려하지 못하는 점을 포함한다.

따라서, 지금까지, 고정 트랙 상의 차량에 대한 위치 제어를 위한 적절한 방법 및 시스템이 존재하지 않는다.

본 발명의 하나의 실시예에서, 고정 경로 상에 위치된 휠을 각각 갖는 복수의 차량들을 제어하는 방법이 제공된다. 상기 방법은, 프로세서를 각각의 차량 상에 장착하는 단계와, 차량 센서 장치를 각각의 차량에 장착하는 단계와, 각각의 차량이 고정 경로를 따라 이동하는 동안, 각각의 차량의 실제 속도를 결정하도록 각각의 프로세서 및 각각의 차량 센서 장치를 사용하는 단계와, 각각의 차량의 실제 속도와 각각의 차량의 속도 커맨드들을 비교하여 휠 슬립(wheel slip)이 발생하는지를 결정하고, 휠 슬립이 발생하는 경우에, 차량 속도 커맨드의 크기를 감소시키도록 위치 제어 보정 모듈을 사용하는 단계를 포함한다.

본 발명의 또 다른 특징에서, 차량의 속도를 변경하기 위해 모터에 속도 커맨드를 통신하는 프로세서 및 모터를 갖는 적어도 하나의 차량의 적어도 하나의 휠의 슬립을 결정하는 방법이 제공된다. 상기 방법은, 일정한 간격에 걸쳐 차량의 실제 속도를 결정하는 단계와, 차량의 휠의 슬립이 존재하는지를 결정하기 위해, 일정한 간격에 걸쳐 차량의 실제 속도와 속도 커맨드로부터의 예상된 속도를 비교하는 단계와, 휠의 슬립이 존재하는 경우에, 차량의 실제 속도와 대략 동일하도록 속도 커맨드의 크기를 감소시키는 단계를 포함한다.

다음의 상세한 설명은 첨부한 도면을 참조하여 이루어진다.

본원에 기재된 시스템들 및 방법들의 기술적인 효과들은 휠 슬립을 고려하여 차량의 속도를 보정하는 것이다. 다른 기술적인 효과들은 트랙 상의 차량 간격을 보정하는 것이다.

도 1은 경로의 일부분 상에 배치된 하나의 차량을 도시한 도면이고, 차량은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 차량 제어 시스템을 포함한다.
도 2는 도 1의 경로의 부분의 상면도를 도시한 도면.
도 3은 도 1의 차량 제어 시스템의 세부사항을 도시하는 블록도.
도 4는 위치 제어 보정 모듈의 실시예를 도시한 흐름도.
도 5는 놀이 기구 제어 시스템을 도시하는 간략도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 단계적인 방법을 기재한 흐름도.

본 발명의 하나의 실시예는 고정 경로 상의 복수의 차량들을 제어하는 제어 시스템 및 방법에 관한 것이다. 상기 시스템의 하나의 특정 실시예는 차량들 간의 간격을 보정하는 위치 제어 및 보정 모듈을 포함한다.

도 1 및 도 2를 참조하여, 차량에 착석한 게스트(18)와 함께 몸체(body)(12), 휠(wheel)(14)을 갖는 라이드 시스템의 복수의 차량들 중 하나의 차량(10)이 도시된다. 차량(10)은, 교차 빔(24)에 의해 지지되는 레일(22)을 포함하는 트랙(20)과 같은 경로 상에 배치된다. 버스 바 또는 에너지 공급 레일(energizing rail)(26)은 전극(28)의 수단을 통해 전기 발전기(후술됨)로부터 차량(10)으로 전기 에너지를 제공한다. 휠(14)에 장착된 디스크 브레이크(30)가 도시된다.

거리/속도 센서(116)는 자석(120) 및 자기장 또는 광학 센서(122)를 포함할 수 있고, 이들은 공지된 방법으로 전기 펄스를 프로세서(도시되지 않음)에 제공하도록 함께 기능하고, 전기 펄스는 휠(14)에 의해 이동된 거리에 대응한다. 프로세서, 메모리, 타이머, 거리와 구동 및 정지 시스템(이들 각각은 도 3을 참조하여 부가적으로 논의됨)은 격실(119) 내에 위치될 수 있다.

이제 도 3을 참조하여, 본 발명에 따라 고정 경로 상의 복수의 차량들을 제어하는 차량 제어 시스템의 하나의 실시예가 일반적으로 (300)에 예시된다. 이러한 실시예에서, 제어 시스템(300)은 프로세서(310), 메모리(312), 타이머(314), 거리/속도 센서(316)와 차량 구동 및 정지 시스템(318)을 포함한다.

프로세서(310)는 프로그래밍 가능한 논리 제어기와 같은 임의의 적절한 프로세서일 수 있다. 메모리(312)는, 이에 제한되지 않지만, RAM, ROM, EPROM 및 플래시를 포함하는 임의의 적절한 형태일 수 있다. 메모리(312)는 프로세서(310)에 대한 프로그램을 저장하고, 차량이 트랙을 따라 이동하는 듀레이션을 고려하여 예측된 범위의 위치들에 대한 룩 업 테이블을 저장할 수 있다. 메모리는 또한 휠 지름 측정, 수평 휠 슬립 측정 및 차량 간격 측정, 예를 들면, 각각의 차량이 임의의 특정 시간에서 대응하는 차량으로부터 얼마나 떨어져 있는지를 저장하도록 구성될 수 있다.

타이머(314)는, 차량이 트랙을 따라 이동하는 실제 듀레이션의 타이밍을 맞추기 위해 프로세서(310)에 의해 사용될 수 있는 타이밍 기능을 제공한다.

거리/속도 센서(316)는, 공지된 방법으로 휠에 의해 이동된 거리에 대응하는 전기 펄스를 프로세서(310)에 제공하도록 함께 기능하는 자석 및 자기장 또는 광학 센서를 포함할 수 있다. 선택적으로, 멀티-턴 인코더(multi-turn encoder)와 같은 다른 센서들이 채용될 수 있다. 거리를 결정하기 위해, 거리를 결정하고 이로부터 트랙을 따른 차량의 위치를 결정하는 프로세서(310)에 의해 펄스들이 카운팅되거나 또는 직접적으로 측정될 수 있다.

차량 구동 및 정지 시스템(318)은 모터 제어기(도시되지 않음)를 포함하는 구동 모터(334) 및 디스크 브레이크(도 1)와 같은 브레이크(332)와 상호 접속될 수 있다. 구동 모터(334)는, 프로세서(310)에 의해 생성되고 공지된 방식으로 모터 제어기에 전송되는 속도 커맨드들을 통해 하나 이상의 휠들(14)(도 1)을 구동시키도록 접속될 수 있다. 속도 커맨드의 크기가 더 클수록 차량의 속도가 더 빠르다는 것은 본원의 목적에 대해 이해될 것이다.

프로세서(310)는, 소프트웨어 또는 펌웨어와 같은 임의의 적절한 수단을 통해, 차량이 트랙을 따라 이동하기 시작한다는 초기 신호를 시작 표시자(324)로부터 수신하고, 이후에, 계속해서, 또는 일정한 간격으로, 트랙을 따른 차량에 대한 실제 위치를 계산하도록 구성된다. 선택적으로, 트랜스폰더들(도시되지 않음)은 트랙을 따라 위치될 수 있고, 차량에 대한 실제 위치를 알아내기 위해 센서가 제공될 수 있다.

계산된 실제 위치는, 차량 구동 및 정지 시스템(318)을 통해, 복수의 차량들 간의 거리를 제어하기 위해 프로세서(310)에 의해 사용될 수 있어, 차량은 서로로부터 미리 결정된 간격을 유지한다. 그러나, 위치 에러는, 예를 들면, 차량 휠 마모 또는 휠 슬립으로 인해 동작 동안에 누적될 수 있다. 예를 들면, 차량의 연령이 증가함에 따라, 타이어는 마모되기 시작하여 더 작아질 수 있고, 속도 및 위치 에러들이 누적될 수 있다. 또한, 차량이 코너를 빠져나오거나 코너를 돌기 시작할 때, 부가적인 속도 및 위치 에러들을 야기하는 휠 슬립이 발생할 수 있다. 이러한 에러들을 감소시키기 위해, 프로세서(310)로부터 속도 커맨드들을 수신하고, 속도 및 위치 에러들에 기초하여 속도 커맨드들을 보정하는 신호를 프로세서에 반송하도록 구성될 수 있는 위치 제어 보정 모듈(330)이 제공된다. 따라서, 위치 제어 보정 모듈(330)은 이롭게도 원하지 않는 차량 접촉을 감소시키기 위한 차량들 간의 미리 결정된 거리에서의 변동(variation)을 감소시킨다.

휠 마모를 보상하기 위해, 프로세서(310)와 작동하는 위치 제어 보정 모듈(330)은 경로를 따라 위치되고 부가적인 차량 위치 센서에 의해 식별되는, 예를 들면, 트랜스폰더로 예시되는 고정 포인트들 간의 거리를 계산하고, 그후, 예를 들면, 센서(116)에 의해 감지된 공지된 수의 휠 회전량(wheel revolution)과 상기 값을 비교하도록 구성될 수 있다. 현재 휠 지름이 계산되고, 그후 측정된 속도 및 가속도를 보정하도록 적용될 수 있다.

일반적으로, 예를 들면, 가속 동안에, 휠 슬립(wheel slip)을 보상하기 위해, 위치 제어 보정 모듈(330)은 상술된 바와 같이 속도 커맨드(V _N )를, 차량이 고정 경로를 따라 이동하는 실제 속도와 비교할 수 있다. 속도 커맨드로부터 예측된 차량의 속도 및 차량의 실제 속도 간의 차이가 존재하면, 속도 커맨드는 슬립을 제거하고 고정 경로와의 마찰 맞물림(frictional engagement)을 되찾기 위해 실제 속도와 같은 크기로 감소될 수 있다. 이후에, 속도 커맨드들은, 후술되는 크기로 천천히 증가될 수 있어, 이로써 고정 경로와 마찰 맞물림을 되찾는다.

이제 도 4의 흐름도를 참조하여, 보정된 속도 커맨드들을 계산하기 위한 위치 제어 보정 모듈(330)의 부가적인 세부 사항이 도시된다. 위치 제어 보정 모듈(330)은 평활한 전이 속도(이하 참조)를 계산하기 위한 계산기(404), 타이머(406), 속도 제어 함수(408), 합산(410) 및 합산(412)을 포함하는 주요 루프(402)를 포함한다. 속도에서의 에러 및 위치에서의 에러를 각각 계산하기 위한 보조 루프들(414 및 416)이 제공된다. 더욱 상세하게, 보조 루프(414)는 F(K _v )/T를 통한 속도에서의 에러(E _v )를 계산하기 위한 계산기를 포함하고, 보조 루프(416)는 F(K _p )/T를 통한 위치에서의 에러(E _p )를 계산하기 위한 계산기를 포함한다. 항들 F(K _v ) 및 F(K _p )의 이해를 위해 참조가 이후에 이루어질 수 있다. 보조 루프들(414 및 416)은, 합산(422)에서 위치 및 속도 에러들을 계산 및 가중화하기 위해 이득 함수들(418 및 416)을 포함한다.

동작 시에, 일정한 간격 동안에, 합산(422)은 계산된 속도 및 위치 에러들(E _v ), (E _p )을 조합하고, 이들은 결국, 보정된 속도 G(v)를 달성하기 위해 특정 감지된 위치(V _sp )에서 속도로부터 에러 값들을 감산하는 합산(410)에 제공된다. 보정된 속도 G(V) 및 실제 속도(도시되지 않음)는 (408)에서 제공되고, 휠(들)(30)의 슬립이 발생하는지 여부를 결정하는 데 사용하기 위해 프로세서(310)(도 3)에 통신될 수 있다. 프로세서(310)에 의해 휠 슬립이 발생하는 것으로 결정되면, 프로세서는 모터에 대한 속도 커맨드들의 크기를 감소시켜 전술된 바와 같이 슬립을 정지시키고 그 후 구동 모터에 대한 속도 커맨드들의 크기를 천천히 증가시키기 시작할 수 있다.

이후에, 보정된 속도 G(v)는 속도에서의 새로운 에러(E _v )를 계산하기 위해 보조 루프(414)로 출력되고, 위치에서의 새로운 에러(E _p )를 계산하도록 보조 루프(416)에서 사용하기 위해 타이머(406)로부터의 출력과 조합된다. 이것은 또한, 위치에서의 에러를 보정하고 그에 따라 차량들 간의 간격을 보정하도록 속도가 증가될 필요가 있는지를 결정하기 위해 프로세서(310)에 통신된다.

선택적으로, 차량 전이 속도 F(Vsp)를 평활하고 천천히 증가시키고, 시스템에서 에러가 누적되는 것을 방지하기 위해, 차량 속도 커맨드(V _N )는 아래에 제공되는 것과 같은 알고리즘에 적용될 수 있다.

V _N = 속도 커맨드

차량의 가속도 함수 F(a)는 다음의 수학식으로부터 계산될 수 있고, 여기서 가속도는 가속 동안에 가능한 슬립을 더 감소시키기 위해 속도에서의 변화의 퍼센트만큼 제한된다.

여기서,

a _N = 가속 커맨드

(위를 참조할 때 속도에서의 에러(E _v ) 및 위치에서의 에러(E _p )를 계산하는데 사용되는) 속도 K _v 및 위치 K _p 에 대한 이득 항(K)의 함수는, 속도 보정이 평활하도록 각각의 항들을 가중화한다. 이들은 다음과 같이 계산될 수 있다.

이제 도 5를 참조하여, 본 발명의 하나의 실시예와 사용 가능한 라이드 제어 시스템을 도시하는 간략도가 일반적으로 (50)에 도시된다. 도시된 바와 같이, 라이드 제어 시스템(50)은 에너지 공급 레일(26)과 회로 연결된 경로 또는 트랙 프로세서(52)를 포함하고, 에너지 공급 레일(26)은 다수의 회로 접속들(번호가 매겨지지 않음) 및 각각 차량(10)(도 1) 내에 위치되는 복수의 차량 프로세서(310)(도 3)를 포함한다. 선택적인 실시예(도시되지 않음)에서, 트랙 프로세서(52)가, 예를 들면, 에너지 공급 레일(26)을 통해서 보다는 각각의 차량 프로세서(310)와의 무선 통신을 통해 통신할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 트랙 프로세서(52)는 프로그래밍 가능한 논리 제어기를 포함할 수 있고, 트랙 머신의 모드와 같은 트랙 기능들, 정지 및 시작 기능들, 및 고장-안전 신호(fail-safe signals)를 통한 모든 트랙-스위칭 요소들의 제어를 모니터링할 수 있다. 트랙 프로세서(52) 및 각각의 차량 프로세서(310)는, 트랙 머신의 모드가 트랙에 장착된 모든 차량들에 대해 안전하게 제어된다는 것을 보장하도록 통신할 수 있다. 트랙의 모드의 불일치가 존재하거나 차량이 위치, 속도, 또는 가속도 파라미터들 또는 다른 결함 조건에 대한 범위에서 벗어난다는 것을 감지하면, 차량은 각각의 차량(10)에 대한 정지 또는 다른 반응이 발생하도록 트랙 프로세서 및/또는 다른 차량 프로세서에 통신할 것이다.

트랙 프로세서(52)는, 모든 차량이 경로를 따라 동일하게 간격을 두는 것과 같이 일부 미리 결정된 계획에 따라 각각의 차량의 이상적인 위치를 결정하고 이를 경로 상의 각각의 차량에 방송하도록 또한 구성될 수 있다. 각각의 프로세서(310)를 통해, 각각의 차량은 상술된 바와 같이 다른 차량으로부터 그의 간격을 보정하기 위해 속도를 증가시키거나 제동시킴으로써 경로를 따른 그의 위치를 동기화하거나 변경할 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따라, 경로를 따라 이동 가능한 복수의 차량들의 위치를 모니터링 및 제어하는 방법이 일반적으로 도 6의 (600)에 예시된다. 고정 경로 상의 복수의 차량들을 제어하는 방법은, (602)에서 도시된 바와 같이 프로세서를 각각의 차량에 장착하는 단계 및 (604)에서 도시된 바와 같이 차량 센서 장치를 각각의 차량에 장착하는 단계를 포함한다. 상기 방법은, 각각의 차량이 경로를 따라 이동하는 동안 각각의 차량의 실제 위치를 결정하도록 각각의 프로세서 및 각각의 차량 센서 장치를 사용하는 단계(606) 및 각각의 차량의 실제 속도와 각각의 차량의 속도 커맨드를 비교하여 휠 슬립이 발생하는지를 결정하고, 휠 슬립이 발생하는 경우에 차량 속도 커맨드의 크기를 감소시키도록 위치 제어 보정 모듈을 이용하는 단계(608)를 더 포함한다.

본원에 기재된 시스템들 및 방법들의 기술적인 효과들은 휠 슬립을 고려하여 차량의 속도를 보정하는 것이다. 다른 기술적인 효과들은 트랙 상의 차량 간격을 보정하는 것이다.

본 발명이 가장 실현 가능하고 바람직한 실시예인 것으로 현재 고려되는 것과 연관하여 기재되었지만, 본 발명이 이러한 본원에 개시된 실시예에 제한되지 않는다는 것이 이해되는 것이다. 반대로, 본 발명은 첨부된 청구항들의 사상 및 범위 내에 포함되는 다양한 수정 및 동등한 배열 모두를 포함하도록 의도된다.