KR101049175B1 - 신경망 회로를 이용한 열차제어시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 신경망 회로를 이용한 열차제어시스템에 관한 것이다.

이는 특히, 열차운행에 관한 변수 및 변수에 따른 제어프로그램이 입력되는 제어부;

각 차축에 구비되는 에어스프링이 상기의 제어부에 연결되어 연동되도록 설치되는 승차감유지부; 및

상기 차축에 연결되어 제동토크를 발생시키는 복수의 제동유니트가 제어부에 연동되도록 설치되는 속도조절부;를 포함하며,

역사간 거리와 선로의 경사도 및 기울기, 선로주변의 환경변수, 차량중량에 의해 주행속도와 에어스프링의 높이를 제어하도록 하는 구성으로 이루어 진다.

이에 따라서, 입력되는 변수값이나 현장에서 측정되는 변수값에 의해 최적의 운행조건을 도출하여 적절한 제동성능을 발휘하면서 차량의 기울기를 조절하도록 하여 승차감을 유지하면서 안전운전할 수 있도록 하는 것이다.

에어스프링, 제어부, 제동유니트, 차량

Description

신경망 회로를 이용한 열차제어시스템{A train controling system with a nervous electric network}

본 발명은 역사간 거리와 경사도 및 차량의 기울기, 외부온도등의 환경변수, 차량중량등의 입력되는 변수값이나 현장에서 측정되는 변수값에 의해 최적의 운행조건을 도출하여 적절한 제동성능을 발휘하고 승차감을 유지하면서 안전운전할 수 있도록 하는 신경망 회로를 이용한 열차제어시스템에 관한 것이다.

복수대의 차량이 연결된 열차의 주행 제어를 행하는 철도 차량 정보 제어 시스템에서는, 가속 주행을 행할 경우, 주간(主幹) 제어 장치로부터의 노치 정보를 차량 정보 제어 장치와 전송로를 통하여 그대로의 형(形)으로 각각의 차량의 주 변환장치에 전달하고 있다.

또한 각각의 차량의 질량은 브레이크 제어 장치의 차량 질량 검출 장치로부터 차량 정보 제어 장치와 전송로를 통해서 주 변환장치로 전달된다.

그리고, 주 변환장치에서는 열차의 질량 및 노치 정보의 가속 주행 지령에 의거하여 가속 주행 제어를 행하고 있다.

한편, 복수대의 차량이 연결된 열차의 주행 제어를 행하는 철도 차량 정보 제어 시스템에서 감속 주행을 행할 경우, 주간(主幹) 제어 장치로부터의 노치 정보와 감속 스위치의 정보를, 감속 주행 지령으로서 각 차량의 차량 정보 제어 장치에 전송로를 통하여 그대로의 형으로 전송하고, 차량의 주 변환장치에 전달한다.

계속하여, 상기 주 변환장치에는, 열차를 편성하는 각 차량의 질량이 브레이크 제어 장치의 차량 질량 검출 장치로부터 전송로를 통하여 전달되고, 주 변환장치에서는 열차의 질량 및 감속 주행 지령에 의거하여 감속 브레이크 제어를 행하고 있다.

이와같은 기술관 관련되어 등록특허제675079호에 철도 차량 정보 제어 시스템이 개시되어 있으며 그 구성은, 복수대의 차량이 연결된 열차의 역행 및 브레이크의 조작을 행하는 주간(主幹) 제어 장치와, 각 차량의 질량을 검출하는 차량 질량 검출 장치와, 열차를 주행시키는 역행(力行) 토크를 발생시키는 주(主) 변환장치와, 상기 주간제어 장치로부터의 역행 노치 정보와 각 차량의 차량 질량 검출 장치로부터의 차량질량으로부터 필요한 편성 전체의 역행 토크를 연산하여 주 변환장치에 전송하는 차량 정보 제어 장치를 구비하는 구성으로 이루어 진다.

상기와 같은 제어시스템은, 주간 제어 장치로부터 열차의 역행(力行) 주행 또는 감속 주행의 요구가 있었을 때는, 각 차량의 브레이크 제어 장치의 차량 질량 검출 장치로부터의 차량 질량을 입력하고, 열차를 주행시키는 역행 토크 또는 감속 브레이크 토크를 연산하여, 각 차량의 주 변환장치에 역행 토크를 배정하고, 주 변환장치 및 브레이크 제어 장치에 감속 브레이크 토크를 배정하여 역행토크 또는 감속 브레이크 토크를 발생시키게 되는 것이다.

그러나, 상기와 같은 제어시스템은, 단순히 각 차량의 질량만을 검출한 후 브레이크 제어 장치에 감속 브레이크 토크를 배정하여 역행토크 또는 감속 브레이크 토크를 발생하도록 하는 구성으로 주행에 필요한 다양한 변수에 의한 속도제어를 원활하게 수행할 수 없게 되고, 승차감이나등을 제어할 수 없는 등의 문제점이 있는 것이다.

또한, 속도에 관한 변수가 다양하여 숙련자외에는 차량의 운전이 힘들게 되는 단점이 있는 것이다.

상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 입력되는 변수값에 따라 적절한 제동성능을 발휘하면서 차량의 기울기를 조절하도록 하여 승차감을 유지하면서 안전운전할 수 있도록 하고, 숙련된 기관사와 동일한 수준의 운전이 가능하여 소비전력을 절감시킬 수 있도록 하며, 정위치의 정차와 제한속도를 조절 및 주행시간을 단축할 수 있도록 하고, 미 숙련자도 운전이 가능할 수 있도록 하는 신경망 회로를 이용한 열차제어시스템을 제공하는 데 있다.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 열차운행에 관한 변수 및 변수에 따른 제어프로그램이 입력되는 제어부;

각 차축에 구비되는 에어스프링이 상기의 제어부에 연결되어 연동되도록 설치되는 승차감유지부; 및

상기 차축에 연결되어 제동토크를 발생시키는 복수의 제동유니트가 제어부에 연동되도록 설치되는 속도조절부;를 포함하며,

역사간 거리와 선로의 경사도 및 기울기, 선로주변의 환경변수, 차량중량에 의해 주행속도와 에어스프링의 높이를 제어하도록 하는 구성으로 이루어 진 신경망 회로를 이용한 열차제어시스템을 제공한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 입력되는 변수값에 따라 적절한 제동성능을 발휘하면서 차량의 기울기를 조절하여 승차감을 유지하면서 안전운전하고, 숙련된 기관사와 동일한 수준의 운전이 가능하여 소비전력을 절감시키며, 정위치의 정차와 제한속도를 조절 및 주행시간을 단축하고, 미 숙련자도 운전이 가능하게 되는 효과가 있는 것이다.

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도1은 본 발명에 따른 열차제어시스템의 경사도 및 거리의 측정상태를 도시한개략도이고, 도2는 본 발명에 따른 열차제어시스템의 기울기 측정상태를 도시한개략도이며, 도3은 본 발명에 따른 열차제어시스템을 도시한 블럭도이다.

본 발명은 제어부(100)와 상기 제어부(100)의 제어신호에 의해 동작하는 승차감유지부(200)와 속도조절부(300)로서 이루어 진다.

상기 제어부(100)는, 열차운행에 관한 변수를 입력하는 입력부(110)와 변수에 따른 제어프로그램이 미리 저장되는 마이콤(130)으로 이루어 진다.

그리고, 상기 제어부(100)는, 역사간 거리(L)와 경사도(T) 및 궤도의 기울기(θ)와 외부 온도및 습도등의 환경변수, 코너링의 각도등을 입력하도록 설치된다.

또한, 상기 차량(400)의 차축(401)에 각각 연결되는 에어스프링(210)에 구비되는 제1압력센서(215)에 의해 측정되는 차량중량(W)이 전달되도록 설치된다.

이때, 상기 차량중량(W)은 실시간으로 전달되도록 설치되면서 각 영역별 측 정이 가능토록 설치된다.

즉, 상기 차량(400)을 지지하기 위한 전후방 차축(401)의 양측 부분에 각각 연결되는 에어스프링(210)이 제1압력센서(215)와 연동되도록 설치되고, 각 압력센서에서의 개별측정값과 전체 평균값에 의해 전체적인 중량 및 지역의 중량을 측정하게 된다.

상기 승차감유지부(200)는, 차량(400)의 차축(401)에 각각 복수의 에어스프링(210)으로 이루어지고, 상기 에어스프링(210)에는 외부에서 공압또는 유압을 공급하는 에어실린더(230)가 연결된다.

이때, 상기 에어실린더(230)의 일측에 차량(400)과 차축(401)과의 거리를 측정하는 거리센서(235)가 더 구비된다.

즉, 상기 제1압력센서(215)의 고정시 그 높이에 의해 압력의 공급정도를 측정할 수 있게 된다.

상기 속도조절부(300)는, 상기 제어부(100)에 연결되면서 제동토크를 발생시키는 복수의 제동유니트(310)로 이루어진다.

이때, 상기 제동유니트(310)는, 바퀴 또는 차축(401)에 일체로 연결되는 브레이크패드 및 브레이크라이닝과 이에 유압을 공급하는 유압실린더(315)로서 이루어 진다.

그리고, 상기 유압실린더(315)에는 공급압력을 측정하는 제2압력센서(315-1)가 더 연결되는 구성으로 이루어 진다.

한편, 상기 제어부(100)는, 차량에 더 구비되는 자이로센서(190) 및 엔코더 (미도시)에 의해 역사간에서 측정되는 단위거리당 차량의 기울기와 경사도, 및 코너링각 및 역사간의 거리를 실시간으로 측정한 후 마이콤(130)에 전달하도록 설치된다.

즉, 상기 제어부(100)는, 단위거리에서 측정되는 3차원위치값과 다음의 단위거리에서 측정되는 3차원위치값을 비교하여 각 위치에서의 차량의 기울기와 경사도, 및 코너링각등을 산출하게 된다.

이때, 상기 엔코터는, 각 역사에서 차량이 정위치에 정차될 때 리셋토록 설치된다.

또한, 상기 제어부(100)는, 마이콤(130)에 미리 입력되는 역사간 거리(L)와 경사도(T) 및 궤도의 기울기(θ)와 코너링의 각도를 엔코더나 자이로센서(190)에 의해 실시간으로 측정되는 데이터값으로 보정하도록 설치된다.

더하여, 상기 마이콤(130)은, 상기와 같은 역사간 거리(L)와 경사도(T) 및 궤도의 기울기(θ)와 코너링의 각도등에 의하여 각 단위역사에 정위치 정차하거나 상향경사 궤도 및 하향경사궤도와 기울기 및 코너링각에 따른 제동력의 발생 및 구동력의 부하상승값을 도출하는 프로그램이 미리 입력된다.

그리고, 상기 제어부(100)는, 사령실(400) 또는 각 단위역사(410)와 실시간으로 연결되어 선행 차량의 통과시간등을 체크하여 선행차량과의 간격을 자동조절할 수 있도록 설치된다.

상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 동작을 설명한다.

도1 내지 도3에서 도시한 바와같이, 입력부(110)를 통하여 각 노선별 역사와 역사 사이의 거리와, 각 역사 사이의 지하철 선로가 배치되는 지역의 경사도, 각 위치에서의 선로 기울기, 코너링각도등이 마이콤(130)에 미리 입력되어 있으며, 기관사는 그날의 환경변수만을 입력하면 된다.

그리고, 상기 마이콤(130)은, 지하철 선로가 배치되는 지역의 경사도, 각 위치에서의 선로 기울기등이 미리 입력될 필요없이 제어부(100)에 연결되는 자이로센서(190)를 통하여 실시간으로 전달토록 하여도 된다.

이때, 상기 자이로센서(190)는, 차량의 3차원위치를 측정할 수 있는 센서이면 다양한 센서를 사용할 수 있다.

또한, 상기 마이콤(130)은, 마이콤(130)에 미리 입력되는 역사간 거리(L)와 경사도(T) 및 궤도의 기울기(θ)와 코너링의 각도등이 미리 입력되어 있을 경우 엔코더나 자이로센서(190)에 의해 실시간으로 측정되는 데이터값은 상기의 값을 자동보정하도록 한다.

즉, 상기 엔코더(195)나 자이로센서(190)에 의해 실시간으로 측정되는 최근의 역사간 거리 및 각 위치에서 3차원변위값을 이용하여 제동력이나 구동력을 산출하게 된다.

더하여, 상기 제어부(100)는, 사령실 또는 각 역사와 실시간으로 연결되어 선행 차량과의 간격을 자동조절할 수 있게 된다.

이때, 상기 마이콤(130)은, 바퀴 또는 차축에 설치되는 엔코더등을 통하여 주행거리를 체크하거나, 선로에 설치되는 각각의 신호장치와 송수신을 통하여 이동거리등을 감지할 수 있도록 된다.

즉, 이동거리에 따른 제동력을 조절하여 각 역사에서 정확하게 정차할수 있으며, 경사도에 따라 구동모터의 회전수를 적절하게 조절하여 가속 및 감속할 수 있게 한다.

또한, 상기 환경변수는, 동일한 제동력을 가하여도 습기가 많은 날과 맑은 날의 제동력은 차이가 나게 되므로써 이러한 환경변수를 입력하면 마이콤에서 제동력의 부하를 이에 대응토록 조절하게 된다.

더하여, 상기 선로의 기울기는, 주행중 기울기 차이를 갖는 각 선로에서 에어스프링(210)의 높이를 조절토록 함으로써 차량(400)이 항상 일정한 수평상태를 유지토록 하여 안락함을 제공하게 된다.

이때, 상기 에어스프링(210)의 그 일측에 설치되는 제1압력센서(215)의 동작에 의해 전체중량및 지역중량이 감지됨으로써 승차인원의 밀도에 따라 차이가 나게되는 중량을 통하여 각각의 에어스프링(210) 높낮이를 조절함으로써 코너링이나 경사지역에서 승객의 쏠림을 최소화 하게 된다.

이상과 같이 본 발명은 입력부(110)를 통하여 기울기나 경사도 및 코너링각도가 미리입력되거나 엔코더나 자이로센서등을 통하여 실시간으로 업데이트되는 값에 환경변수(H)를 입력하여 주행을 시작하면 선로를 따라 경사도, 기울기등이 변함에 따라 차량(400)의 속도나 높낮이를 적절하게 조절하여 정위치 정차가 가능토록 되면서 승차감을 상승시키도록 한다.

그리고, 상기 역사간 거리(L)에 따른 경사도(T)를 정확하게 알 수 있도록 되어 상향 경사시 토크를 증가시키고 하향경사시 속도를 저하시켜 경제적인 운전이 가능토록 된다.

또한, 각 역사의 남은 거리를 각 역사간의 통신이나 사령실과의 통신을 통하여 정확하게 알 수 있도록 되어 역사간 속도조절로 정차위치에서의 정확한 제동이 가능하게 된다.

이상과 같은 구성을 통하여 숙련된 기관사가 없이도 자동화에 의한 운전이 가능토록 되고, 정위치의 정차 및 주행여건에 의한 적절한 감속과 가속이 가능토록 되어 승차감의 상승과 안전운전이 가능하게 되는 것이다.

도1은 본 발명에 따른 열차제어시스템의 경사도 및 거리의 측정상태를 도시한개략도이다.

도2는 본 발명에 따른 열차제어시스템의 기울기 측정상태를 도시한개략도이다.

도3은 본 발명에 따른 열차제어시스템을 도시한 블럭도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

100...제어부 110...입력부

130...마이콤 210...에어스프링

235...거리센서 310...제동유니트

410...차축

Claims (9)

1. 열차운행에 관한 변수 및 변수에 따른 제어프로그램이 입력되는 제어부;

   각 차축에 구비되는 에어스프링이 상기 제어부에 연결되어 연동되도록 설치되는 승차감유지부; 및

   상기 차축에 연결되어 제동토크를 발생시키는 복수의 제동유니트가 상기 제어부에 연동되도록 설치되는 속도조절부를 포함하며,

   상기 제어부는 단위 역사와의 상대적 거리와 선로의 경사도 및 기울기, 온도 또는 습도등의 선로주변의 환경변수, 차량중량에 의해 상기 제동유니트 또는 구동모터를 조작하여 주행속도의 감속 또는 가속을 제어하고 현재위치에서의 기울기를 측정하여 차축에서 차량을 지지토록 에어스프링에 공급되는 압력을 조절하여 에어스프링의 높이를 제어하는 것을 특징으로 하는 신경망 회로를 이용한 열차제어시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 제동유니트 또는 구동모터는, 단위역사 및 사령실과 상기 제어부를 통해 연결되어 상기 제어부의 제어에 따라 선행 차량과 간격을 유지토록 감속 또는 가속을 수행하도록 하는 것을 특징으로 하는 신경망 회로를 이용한 열차제어시스템.
3. 제1항에 있어서, 상기 속도조절부는, 단위역사 사이의 경사도에 따른 상기 제어부의 제어에 따라 상기 제동유니트 또는 상기 구동모터에 동력을 전달하여 감속 또는 가속토록 설치되는 것을 특징으로 하는 신경망 회로를 이용한 열차제어시스템.
4. 제1항에 있어서, 상기 제어부는, 열차운행에 관한 변수를 입력하는 입력부와 변수에 따른 제어프로그램이 미리 저장되는 마이콤으로 이루어지며,

   상기 입력부는, 역사간 거리와 경사도 및 궤도의 기울기와 외부 온도 및 습도를 입력하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 신경망 회로를 이용한 열차제어시스템.
5. 제1항에 있어서, 상기 차량중량은, 차축에 각각 연결되는 에어스프링에 구비되는 제1압력센서에 의해 차량중량이 측정되는 것을 특징으로 하는 신경망 회로를 이용한 열차제어시스템.
6. 제1항에 있어서, 상기 에어스프링은, 차량의 차축에 각각 연결되면서 제1 압력센서를 갖는 에어실린더와 연결되며,

   일측에 차량과 차축과의 거리를 측정하는 거리센서가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 신경망 회로를 이용한 열차제어시스템.
7. 제1항에 있어서, 상기 제동유니트는, 바퀴 또는 차축에 연결되는 브레이크패드 및 브레이크라이닝과 이에 유압을 공급하는 유압실린더로서 이루어 지고,

   상기 유압실린더의 공급압력을 측정하는 제2압력센서가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 신경망 회로를 이용한 열차제어시스템.
8. 제1항에 있어서, 상기 제어부는, 자이로센서가 구비되어 현 상태에서 차량의 기울기와 경사도가 실시간으로 측정토록 하는 것을 특징으로 하는 신경망 회로를 이용한 열차제어시스템.
9. 제1항에 있어서, 상기 제어부는, 마이콤에 미리 입력되는 역사간 거리와 경사도 및 궤도의 기울기와 코너링의 각도를 엔코더나 자이로센서에 의해 실시간으로 측정되는 데이터값으로 보정하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 신경망 회로를 이용한 열차제어시스템.

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