KR101082764B1 - 철도차량의 사전 틸팅 제어 시스템 및 방법 - Google Patents

철도차량의 사전 틸팅 제어 시스템 및 방법 Download PDF

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이남호
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Abstract

본 발명은 곡선부 진입 전에 틸팅 각도를 산출하여 곡선부 진입과 동시에 물리적인 시간 지연 없이 틸팅 구동을 함으로써, 완화곡선이 부족하고 선로 품질이 불량하여도, 안정적으로 곡선로에서 철도차량을 틸팅하는 제어 시스템 및 방법에 관한 것이다.
본 발명은, GPS, 횡가속도 센서, 속도센서, 곡선로 DB 및 사전틸팅 제어부; 를 포함하는 철도차량의 사전 틸팅 제어 시스템에 있어서, GPS는 철도 차량의 위치정보를 검출하고, 횡가속도 센서는 철도 차량의 횡가속도 정보를 검출하며, 속도센서는 철도 차량의 속도 정보를 검출하고, 사전틸팅 제어부는 상기 위치정보, 상기 횡가속도 정보 및 상기 속도정보와, 곡선로 DB에 포함된 곡선로 정보를 이용하여 곡선로에서의 틸팅 각도를 산출하는 것을 특징으로 하는 철도차량의 사전 틸팅 제어 시스템에 관한 것이다.

Description

철도차량의 사전 틸팅 제어 시스템 및 방법{A CONTROL SYSTEM AND METHOD FOR PRE-TILTING RAIL VEHICLE}
본 발명은 곡선부 진입 전에 틸팅 각도를 산출하여 곡선부 진입과 동시에 물리적인 시간 지연 없이 틸팅 구동을 함으로써, 완화곡선이 부족하고 선로 품질이 불량하여도, 안정적으로 곡선로에서 철도차량을 틸팅하는 제어 시스템 및 방법에 관한 것이다.
본 발명은, GPS, 횡가속도 센서, 속도센서, 곡선로 DB 및 사전틸팅 제어부; 를 포함하는 철도차량의 사전 틸팅 제어 시스템에 있어서, GPS는 철도 차량의 위치정보를 검출하고, 횡가속도 센서는 철도차량의 횡가속도 정보를 검출하며, 속도센서는 철도차량의 속도 정보를 검출하고, 사전틸팅 제어부는 상기 위치정보, 상기 횡가속도 정보 및 상기 속도정보와, 곡선로 DB에 포함된 곡선로 정보를 이용하여 곡선로에서의 틸팅 각도를 산출하는 것을 특징으로 하는 철도차량의 사전 틸팅 제어 시스템에 관한 것이다.
철도차량이 직선이 아닌 곡선에서 운행할 때에는 원심력에 의해 곡선 궤도에서 이탈되는 방향의 힘을 받게 되며, 이에 따라 철도차량의 곡선 철로 주행 속도는 제한을 받게 됨은 물론 승객의 승차감이 저하되고 전체 운행 시간도 길어질 수 밖에 없게 된다.
따라서 곡선 철로를 주행할 때 고속 주행을 함은 물론 승객의 승차감도 향상시키기 위해, 차체를 곡선 안쪽으로 기울임으로써 원심력 방향의 힘을 감소시키는 틸팅(Tilting) 열차가 연구되어 왔다.
도 1은 틸팅 열차의 동작 원리를 서술하기 위하여 개략적으로 도시한 도면으로서, 도 1(a)는 틸팅을 수행하지 않은 경우를, 도 1(b)는 틸팅을 수행한 경우를 나타낸다.
도 1(a)를 참조해보면, 안쪽 레일을 기준으로 바깥쪽 레일을 높게 부설하여 형성된 캔트(Cant) 각을
Figure 112011031692603-pat00001
라고 하고, 중력가속도는 g, 차량의 원심가속도를
Figure 112011031692603-pat00002
라고 할 때, 승객이 느끼는 횡방향 가속도를
Figure 112011031692603-pat00003
라고 하면,
Figure 112011031692603-pat00004
라고 할 수 있다.
여기에서, 도 1(b)와 같이 틸팅을 함으로써 틸팅각도
Figure 112011031692603-pat00005
가 형성되면, 승객이 느끼는 횡방향 가속도는
Figure 112011031692603-pat00006
가 된다.
즉 철도차량을 틸팅하여 틸팅각도 만큼의 횡방향 가속도가 감쇄됨으로써, 안정적으로 고속 주행이 가능해짐은 물론 승차감을 더욱 향상시키게 된다.
다시 말해, 틸팅각도를 시간 지연 없이 제어하는 것이 열차의 주행속도 및 승차감 향상에 결정적인 요인이 됨을 알 수 있다.
도 2는 종래기술에 따른 철도차량의 틸팅 방법을 서술하기 위하여 개략적으로 도시한 도면이다.
종래의 틸팅 제어 기술은, 대차(Borgie) 프레임에 설치된 횡가속도 센서가 횡가속도값을 검출하고, 틸팅각도 산출부가 전송된 횡가속도값을 이용하여 틸팅각도를 산출한 후에, 틸팅구동부가 철도차량 및 판토그래프를 기울어지도록 구동한다.
개략적으로 보면, 6량 1편성의 기준으로 볼 때, 횡가속도 센서를 선두 차량 및 마지막 차량의 대차 프레임에 설치하고, 횡가속도 센서에서 측정되는 바퀴 축 방향의 횡축 가속도를 이용하여 곡선부를 검지함으로써, 차체와 판토그래프(Pantograph)를 틸팅 제어하게 된다.
여기에서, 틸팅 제어하는 과정을 보면, 선두차량에 설치된 센서를 통해 곡선부를 검지하고, 틸팅각도를 연산하여 각 차량별로 틸팅 구동 명령을 전달하여 틸팅을 제어하게 되는데, 이 때 물리적 시간 지연이 0.5~0.8초가 발생된다.
이로 인해, 선두차량은 정확한 틸팅 위치를 다소 지나친 뒤 틸팅 구동을 하게 됨으로써, 정확한 틸팅이 수행되지 않음은 물론 다른 차량에 비해 승차감이 떨어지게 된다.
더욱이 우리나라는 산악지형이 많아 철도 노선의 직선화에 한계가 있음은 물론 기존 곡선로에도 완화곡선(Transition curve)이 부족한 실정이므로, 종래의 틸팅 제어기술로 주행속도 및 승차감을 향상시키기에는 한계가 있다 하겠다.
따라서 곡선부 진입 전에 틸팅량을 예측하여 곡선부 진입과 동시에 물리적인 시간 지연 없이 틸팅 구동을 함으로써, 완화곡선이 부족하고 선로 품질이 불량하여도, 안정적으로 곡선로에서 철도차량을 틸팅하는 제어 시스템 및 방법이 절실하다 하겠다.
이하에서 철도차량의 틸팅과 관련한 종래기술에 대하여 검토해 본다.
먼저, 대한민국 등록특허공보 제10-0512305호는 고속주행용 철도차량의 곡선주로 틸팅장치에 관한 것으로서, 차체의 횡가속도를 감쇄시키기 위한 차체의 경사장치를 형성하지 않고, 차체의 바닥판을 회동가능하게 형성한 것을 특징으로 하고 있다.
이는 틸팅실린더, 힌지연결 및 인장링크 등의 기계적인 구성을 이용한 것에 특징이 있는 것으로서, 차량의 틸팅을 제어하는 기술에 대해서는 기재되어 있지 않다.
두 번째로, 대한민국 등록특허공보 제10-0540164호는 판토그래프 틸팅장치에 관한 것으로서, 차량의 틸팅 반대방향으로 판토그래프를 틸팅시키는 것을 특징으로 하고 있다.
이는 판토그래프의 틸팅을 위한 슬라이딩 운반체, 위치복원장치 및 구동수단 등의 기계적인 수단에 특징이 있는 것으로서, 차량의 틸팅을 제어하는 기술에 대해서는 기재되어 있지 않다.
세 번째로, 대한민국 등록특허공보 제10-0320122호는 횡방향 가속도 센서 및 경사제어장치를 구비한 경사제어시스템에 관한 것이다.
이는 센서, 특성요소 및 저역필터를 이용하여 횡방향 가속도를 제어하는 기술에 특징이 있는 것으로서, 차량의 틸팅값을 미리 예측하여 시간지연 없이 틸팅을 제어하는 것에 대해서는 기재되어 있지 않다.
본 발명의 목적은, 곡선부 진입 전에 틸팅 각도를 산출하여 곡선부 진입과 동시에 물리적인 시간 지연 없이 틸팅 구동을 함으로써, 완화곡선이 부족하고 선로 품질이 불량하여도, 안정적으로 곡선로에서 철도차량을 틸팅하는 제어 시스템 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명은, GPS, 횡가속도 센서, 속도센서, 곡선로 DB 및 사전틸팅 제어부; 를 포함하는 철도차량의 사전 틸팅 제어 시스템에 있어서, GPS는 철도 차량의 위치정보를 검출하고, 횡가속도 센서는 철도 차량의 횡가속도 정보를 검출하며, 속도센서는 철도 차량의 속도 정보를 검출하고, 사전틸팅 제어부는 상기 위치정보, 상기 횡가속도 정보 및 상기 속도정보와, 곡선로 DB에 포함된 곡선로 정보를 이용하여 곡선로에서의 틸팅 각도를 산출하는 것을 특징으로 하는, 철도차량의 사전 틸팅 제어 시스템을 제공함으로써, 기술적 과제를 해결하고자 한다.
본 발명은, 철로를 운행중인 철도 차량의 GPS 위치 정보, 속도 정보 및 횡가속도 정보를 검출하는 단계, 곡선로 DB에서 다음 곡선로 정보를 검출하는 단계, 상기 GPS 위치 정보, 속도 정보, 횡가속도 정보 및 곡선로 정보를 이용하여 틸팅 각도를 산출하는 단계를 포함하는 철도차량의 사전 틸팅 제어 방법을 제공함으로써, 기술적 과제를 해결하고자 한다.
본 발명인 철도차량의 사전 틸팅 제어 시스템 및 방법은, 곡선부 진입 전에 틸팅량을 예측하여 곡선부 진입과 동시에 물리적인 시간 지연 없이 틸팅 구동을 함으로써, 완화곡선이 부족하고 선로 품질이 불량하여도, 안정적으로 곡선로에서 철도차량을 틸팅할 수 있는 현저한 효과를 보유하고 있다.
본 발명인 철도차량의 사전 틸팅 제어 시스템 및 방법은, 곡선부 진입 전에 틸팅량을 예측하여 곡선부 진입과 동시에 물리적인 시간 지연 없이 틸팅 구동을 함으로써, 선두차량에서 마지막 차량까지 정확한 틸팅이 수행되어 모든 차량의 승차감을 향상시킬 수 있는 현저한 효과를 보유하고 있다.
도 1은 틸팅 열차의 동작 원리를 서술하기 위하여 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 종래기술에 따른 철도차량의 틸팅 방법을 서술하기 위하여 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 철도차량의 사전 틸팅 제어 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 철도차량의 사전 틸팅 제어 시스템의 주요 구성도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 철도차량의 사전 틸팅 제어 시스템이 수행하는 제어 방법의 일예를 서술하기 위하여 곡선로를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 철도차량의 사전 틸팅 제어 시스템이 수행하는 제어 방법에서 틸팅 각도를 산출하는 방법의 일예를 흐름도로 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 철도차량의 사전 틸팅 제어 시스템이 수행하는 제어 방법에서 GPS 품질을 판단하는 방법의 일예를 흐름도로 나타낸 도면이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성 및 방법은 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 도면을 참조하여 설명하기에 앞서, 본 발명의 요지를 드러내기 위해서 필요하지 않은 사항 즉 통상의 지식을 가진 당업자가 자명하게 부가할 수 있는 공지 구성에 대해서는 도시하지 않거나, 구체적으로 기술하지 않았음을 밝혀둔다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 철도차량의 사전 틸팅 제어 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
횡가속도 센서는 대차(Borgie) 프레임에 설치되어 바퀴 축 방향의 횡축 가속도를 측정하여 곡선부를 검지하는 기능을 수행하는 센서로서, 횡가속도 정보를 사전틸팅 제어부 및 틸팅구동 제어부로 전송한다.
GPS는 철도차량의 위치를 지속적으로 추적한 위치정보를 지속적으로 사전틸팅 제어부로 전송한다.
속도센서는 철도차량의 속도 정보를 검출하여 지속적으로 사전틸팅 제어부로 전송한다.
사전틸팅 제어부는 속도센서가 전송된 속도정보를 이용하여 거리를 산출하되, 틸팅 시작 위치 전방의 GPS 품질판단 위치 및 기타 미리 설정된 위치에서 속도센서를 이용한 거리가 리셋되도록 동작한다.
사전틸팅 제어부는 속도센서를 이용한 거리를 리셋함으로써, 리셋 지점(예, GPS 품질판단 위치)으로부터의 이동거리를 산출하고, 이를 이용하여 틸팅의 지속거리 및 틸팅 구간의 변화 위치 등을 판단할 때 활용한다.
일예로, 속도센서는 철도차량에 일반적으로 설치되는 타코미터(TM, Tachometer)가 채용될 수 있으며 또는 별도의 속도센서를 채용할 수도 있다.
차체틸팅 구동부는 철도차량의 차체를 틸팅하기 위한 구성으로서, 모터, 액추에이터 및 포지션센서를 포함하도록 구성될 수 있다.
판토그래프 틸팅부는 판토그래프를 철도차량의 틸팅 방향과 역방향으로 틸팅하기 위한 구성으로서, 모터, 액츄에이터 및 포지션센서를 포함하도록 구성될 수 있다.
TCMS(Train Control Management System, 철도 제어 관리 시스템)은 지속적으로 차량의 속도 정보를 사전틸팅 제어부로 전송한다.
설계조건에 따라서는, 속도센서를 추가하여 이로부터 차량의 속도 정보를 사전틸팅 제어부로 전송하도록 설계될 수 있음은 상술한 바와 같다.
바람직하게, TCMS는 사전틸팅 제어부와 열차운행정보, 속도정보 및 틸팅 정보 등을 상호간에 공유하도록 설계된다.
사전틸팅 제어부는 시간 지연 없이 틸팅을 수행하기 위해, 곡선로 진입 전에 철도차량의 위치, 속도 및 횡가속도 등의 정보를 취합하여 틸팅 각도를 산출한 후에, 이를 틸팅구동 제어부로 전송하는 기능을 수행한다.
또한 곡선로 진입 후에도 실시간으로 틸팅 각도를 산출하여 이를 틸팅구동 제어부로 전송하게 된다.
틸팅구동 제어부는 기본적으로 사전틸팅 제어부에서 전송된 틸팅각도를 이용하여 판토그래프 틸팅부 및 차체틸팅 구동부를 구동하여 판토그래프 및 차체가 틸팅되도록 한다.
바람직하게, 틸팅구동 제어부는 판토그래프 틸팅부 및 차체틸팅 구동부의 모터를 구동하기 위해, 모터제어 구성이 포함되도록 설계된다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 철도차량의 사전 틸팅 제어 시스템의 주요 구성도이다.
먼저, 도 3을 이용하여 이미 서술한 구성수단에 대해서는 중복하여 서술하지 않았음을 밝혀둔다.
본 발명의 일실시예에 따른 사전 틸팅 제어 시스템은 GPS(100), 속도센서(200), 횡가속도 센서(300), 사전틸팅 제어부(400) 및 틸팅구동 제어부(500)으로 구성된다.
설계조건에 따라, 속도센서(200)는 별도로 추가되지 않고 TCMS로부터 속도값을 전송받을 수 있도록 설계될 수 있음은 물론이다.
사전틸팅 제어부(400)는 곡선로 진입 전에 틸팅 각도를 미리 산출하는 기능을 수행하는 수단으로서, 틸팅조건판단모듈, 곡선로DB, GPS품질판단모듈, 틸팅위치판단모듈 및 틸팅각도산출모듈을 포함한다.
먼저, 틸팅조건판단모듈은 속도센서(200) 또는 TCMS에서 전송된 속도 정보를 이용하여 틸팅조건을 판단한다.
또한 GPS(100)에서 전송된 열차의 위치정보와 곡선로 DB를 참조하여 다음 곡선로 정보를 검출한다.
여기에서, 틸팅조건은 철도차량의 틸팅을 수행하기 위한 조건으로서, 틸팅임계속도 조건를 포함한다.
틸팅임계속도 조건은 철도차량이 틸팅임계속도 이상으로 운행하는지 여부를 의미하는 것으로서, 열차가 곡선로에 진입하더라도 틸팅임계속도 이상으로 운행하지 않는다면 틸팅을 수행할 필요가 없기 때문이다.
바람직하게, 틸팅임계속도의 기준은 70km/h로 결정될 수 있으며, 곡선로의 조건 등 여러 설계조건에 따라 기준값은 변동할 수 있음은 물론이다.
곡선로 DB는 틸팅 열차가 운행하는 전체 노선의 곡선로 정보를 포함하는 데이터베이스이다.
곡선로 DB는 곡선 시작 및 종료 위치 좌표, 곡선반경, 곡선길이, 캔트(CANT)량, 완화곡선(Transition curve) 정보를 포함한다.
여기에서, 완화곡선 정보는 본 곡선로에 진입하기 전의 완화곡선의 길이, 시작 및 종료 위치, 본 곡선로에서 빠져 나온 후의 완화곡선의 길이, 시작 및 종료 위치를 포함한다.
설계조건에 따라, 곡선로 DB에는 상기 열거한 정보 이외에 곡선로에 관련된 다른 정보를 포함하도록 할 수 있음은 물론이다.
GPS 품질판단모듈은 틸팅 목표 위치에 열차가 진입하기 전에, GPS 수신상태를 점검하여, GPS 수신위치가 오차한계 이내인지 여부를 판단하는 기능을 수행한다.
바람직하게, GPS 품질판단모듈은 지속적으로 GPS 품질을 판단하도록 설계되며, 특정 위치에서만 GPS 품질판단을 실시하는 것은 아니다.
설계조건에 따라서, 만약 GPS(100)에서 전송된 위치정보가 오차한계를 벗어난다면 위치정보에 근거하여 틸팅을 수행하지 않고, 틸팅구동 제어부(500)에서 사전틸팅 제어부(400)가 전송한 틸팅 각도를 일부 조정하여 틸팅을 수행하도록 설계할 수 있다.
설계조건에 따라서, GPS(100)에서 전송된 위치정보가 오차한계를 벗어난다면 틸팅을 아예 수행하지 않도록 제어될 수 있음은 물론이다.
여기에서, GPS 품질을 판단하는 것에 대한 구체적인 내용은 본 실시예가 수행하는 제어 방법의 일예를 서술하기 위한 도 5 내지 도 7을 이용하여 후술한다.
틸팅위치판단모듈은 틸팅 시작 위치를 정확하게 판단하고, 또한 곡선의 틸팅 구간에 적합한 틸팅제어명령을 송출하는 기능을 수행하는 모듈로서, 주요하게 틸팅의 시작점과 틸팅이 진행되는 동안 곡선선로의 틸팅 구간 변화점을 판단하는 기능을 수행한다.
일예로, 틸팅의 시작점 판단은 틸팅 목표 위치에 열차가 진입하는 가를 GPS 수신을 통하여 곡선로 DB와 비교하여 오차한계 이내인지 여부를 판단하는 기능을 수행한다.
설계조건에 따라서, 만약 GPS(100)에서 전송된 위치정보가 오차한계를 벗어난다면 GPS 품질판단모듈에서 설명한 바에 근거하여 제어된다.
또한 일예로, 틸팅 구간 변화점 판단은 틸팅 시작 이후 속도센서를 이용하여 철도차량의 이동거리를 산출하여 곡선의 틸팅구간에서 변화되는 위치를 판단하는 기능을 수행한다.
여기에서, 사전틸팅 제어에 있어서 틸팅의 시작점 및 각각의 틸팅구간 변화점이 중요한 이유에 대해 살펴본다.
하나의 곡선로는 세 개의 틸팅 구간으로 나뉘어질 수 있으며, 이는 완화곡선 시작점 ~ 본곡선 시작점 구간, 본곡선 시작점 ~ 본곡선 끝지점 구간, 본곡선 끝지점 ~ 완화곡선 끝지점 구간이다.
완화곡선 시작점 ~ 본곡선 시작점 구간은 점차적으로 틸팅량이 증가하는 제어의 특성을 가지고 있으며, 본곡선 시작점 ~ 본곡선 끝지점 구간은 최대 틸팅량을 유지하는 특성이며, 본곡선 끝지점 ~ 완화곡선 끝지점 구간은 최대 틸팅량에서 점차적으로 감소하는 일반적인 특성을 가지고 있다.
여기에서, 구간에 따른 틸팅제어 특성은 속도의 변화에 따라 변화될 수 있음은 물론이다.
따라서 틸팅위치판단모듈은 미리 설정한 위치, 틸팅 시작점 및 틸팅구간 시작점 등에서 속도센서를 이용한 거리를 리셋하여, 리셋 지점부터의 이동거리를 산출함으로써, 이러한 틸팅제어 특성이 변화되는 위치를 판단하고 해당 구간에 적합한 틸팅제어명령을 송출하는 기능을 수행한다.
또한 틸팅위치판단모듈은 곡선로 DB의 정보 또는 GPS 위치정보를 선택적으로 조합하여 활용할 수 있도록 설계될 수 있음은 물론이다.
틸팅각도산출모듈은 GPS(100)에서 전송된 열차의 위치정보, 곡선로 DB, 속도센서(200) 또는 TCMS의 속도값, 횡가속도 센서(300)의 횡가속도 정보, 틸팅위치판단모듈의 틸팅제어명령 등을 이용하여 곡선로에 진입하기 전에 틸팅각도를 산출하는 것은 물론 곡선로에 진입한 후에는 실시간으로 틸팅각도를 산출하는 기능을 수행한다.
바람직하게, 틸팅각도산출모듈에서 실시간으로 산출한 틸팅각도는 실시간 또는 기준시간 간격마다 틸팅구동 제어부(500)로 전송된다.
틸팅구동 제어부(500)는 기본적으로 사전틸팅 제어부(400)에서 전송된 틸팅 각도를 이용하여 판토그래프틸팅부 및 차체틸팅부를 구동하여 틸팅을 수행하는 기능을 수행하며, 틸팅구동제어모듈 및 틸팅각도조정모듈을 포함한다.
틸팅구동제어모듈은 사전틸팅 제어부(400)에서 전송된 틸팅 각도를 이용하여 차체틸팅 구동부 및 판토그래프 틸팅부를 제어하여 틸팅이 수행되도록 한다.
틸팅각도조정모듈은 횡가속도 센서의 횡가속도 정보, 차체틸팅 구동부 및 판토그래프 틸팅부의 정보 등을 취합하여, 틸팅 각도를 일부 조정하는 기능을 수행한다.
즉 GPS 오차한계를 초과하게 되면 사전틸팅 제어부(400)의 틸팅각도산출모듈이 산출한 틸팅각도를 이용하되, 횡가속도 정보 등을 부가적으로 이용하여 틸팅각도를 일부 조정하는 기능을 수행하게 된다.
또한 설계조건에 따라서는, 틸팅각도조정모듈은 횡가속도 정보만을 이용하여 틸팅각도를 산출하도록 구축될 수도 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 철도차량의 사전 틸팅 제어 시스템이 수행하는 제어 방법의 일예를 서술하기 위하여 곡선로를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5를 참조해보면, 곡선로는 본곡선 및 두 개의 완화곡선으로 나눌 수 있으며, 또한 미리 설정되어 있는 첫 번째 및 두 번째 GPS 품질판단 위치가 도시되어 있다.
설계조건에 따라서, 두 번째 품질판단 위치는 없거나 또는 또 다른 품질판단 위치를 추가할 수 있음은 물론이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 철도차량의 사전 틸팅 제어 시스템이 수행하는 제어 방법에서 틸팅 각도를 산출하는 방법의 일예를 흐름도로 나타낸 도면이다.
S100 단계에서는, GPS(100), 속도센서(200) 또는 TCMS의 속도 정보, 횡가속도 센서(300)를 이용하여 현재의 GPS 위치정보, 속도정보 및 횡가속도 정보를 지속적으로 검출한다.
S200 단계에서는, S100 단계에서 검출된 정보와 곡선로 DB의 정보를 이용하여, 다음 곡선로 정보를 검출한다.
다음 곡선로 정보는 곡선 시작 및 종료 위치 좌표, 곡선반경, 곡선길이, 캔트(CANT)량, 완화곡선(Transition curve) 정보를 포함한다.
일예로, 도 5에 도시된 바와 같이, 철도 차량이 곡선로에 진입하기 전 및 후의 완화곡선에 대한 정보와, 진입하기 전의 완화곡선 시작위치인 틸팅 시작점에 대한 정보 등을 포함한다.
S300 단계에서는, GPS 위치정보, 속도정보, 횡가속도 정보 및 곡선로 DB 를 이용하여 사전 틸팅 각도를 산출하게 된다.
바람직하게, 본 발명에서는 틸팅조건이나 품질관리 조건에 관계없이 지속적으로 틸팅 각도를 산출하도록 설계된다.
S400 단계에서는, 곡선로 진입 후에 실시간으로 틸팅 각도를 산출하게 되며, 이를 실시간 또는 기준시간 간격마다 전송하게 된다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 철도차량의 사전 틸팅 제어 시스템이 수행하는 제어 방법에서 GPS 품질을 판단하는 방법의 일예를 흐름도로 나타낸 도면이다.
S100 단계에서는, 틸팅조건을 판단하여 틸팅준비를 시작하는 단계로서, 틸팅 조건이 만족되지 않으면 S200 단계인 정상 운행으로 차량을 구동한다.
틸팅조건의 일예로서의 틸팅임계속도 기준은 70km/h임을 서술한 바 있다.
S300 단계에서는, 미리 설정한 틸팅 준비 위치에 도달해서 첫 번째 GPS 품질판단을 수행하게 된다.
즉 GPS 수신좌표가 오차한계 이내인지를 판단함으로써 철도 차량의 현재 위치 정보에 기반한 틸팅이 완벽히 수행될 수 있는지를 체크하게 된다.
설계조건에 따라서, 만약 GPS 수신좌표가 오차한계를 벗어난다면 S600 단계로 진행하여, 틸팅구동 제어부(500)가 틸팅 각도를 일부 조정하여 틸팅을 수행하거나 틸팅을 수행하지 않게 된다.
S300 단계에서는, GPS 수신좌표가 오차한계 이내를 판단함과 동시에 속도센서를 이용한 거리를 리셋하게 된다.
여기에서, 거리를 리셋하는 이유는 두 번째GPS 품질판단 위치까지의 이동거리를 산출하기 위함이다.
S400 단계에서, 첫 번째 품질판단 위치에서 두 번째 위치까지의 운행거리 및 곡선로 DB등을 이용하여 두 번째 GPS 품질판단을 수행함과 동시에 속도센서를 이용한 거리를 리셋하게 된다.
설계조건에 따라서, 두 번째 품질판단 위치에서는 GPS 위치정보를 활용하도록 할 수 있음은 물론이다.
만약 S300 및 S400 단계의 품질판단을 모두 통과하였다면, S500 단계에서는 산출된 틸팅 각도로 틸팅을 수행하게 된다.
또한 틸팅 시작점에서는 다시 속도센서를 이용한 거리를 리셋하게 된다.
설계조건에 따라서는, S300 단계를 통과하고 S400 단계를 통과하지 못 하였다 하더라도, 두 번째 위치에서 틸팅 시작점까지의 거리가 너무 가까우면 산출된 틸팅 각도를 그대로 이용하거나 일부 조정하여 이용할 수 있음은 물론이다.
여기에서, 두 번의 GPS 품질판단을 수행하는 것을 예로 들었으나, 설계조건에 따라서는 한 번의 품질판단을 수행하도록 하거나 또는 세 번 이상이 되도록 구축될 수 있음은 물론이다.
S400 단계의 품질판단이 만족되지 못하였다면, 설계조건에 따라서, S600 단계로 진행될 수 있다.
여기에서, S400, S500 단계에서 속도센서를 이용한 거리를 리셋하는 것은, 시간이 흐를수록 누적거리 오차가 커지는 특성이 있으므로, 철도차량이 곡선부에 진입 전 최단 거리에서 리셋하여 틸팅 시작 이후 틸팅구간의 변화 위치를 정확히 판단하기 위함이다.
여기에서, 틸팅구동 제어부(500)가 틸팅 각도를 조정하는 것은, GPS오차한계를 만족시키지 못한 정도에 비례하여 산출된 사전틸팅 각도의 가중치를 작게 하되, 주요하게는 횡가속도 정보를 주로 이용하는 방식으로 설계될 수 있다.
한편, 상기에서 도 1 내지 도 7을 이용하여 서술한 것은, 본 발명의 주요 사항만을 서술한 것으로, 그 기술적 범위 내에서 다양한 설계가 가능한 만큼, 본 발명이 도 1 내지 도 7의 구성 및 기능에 한정되는 것이 아님은 자명하다.
100: GPS
200: 속도센서
300: 횡가속도 센서
400: 사전틸팅 제어부
500: 틸팅구동 제어부

Claims (6)

  1. GPS; 횡가속도 센서; 속도센서; 곡선로 DB; 사전틸팅 제어부; 를 포함하는 철도차량의 사전 틸팅 제어 시스템에 있어서,
    GPS는 철도 차량의 위치정보를 검출하고;
    횡가속도 센서는 철도 차량의 횡가속도 정보를 검출하며;
    속도센서는 철도 차량의 속도 정보를 검출하고;
    사전틸팅 제어부는 상기 위치정보, 상기 횡가속도 정보 및 상기 속도정보와, 곡선로 DB에 포함된 곡선로 정보를 이용하여 곡선로에서의 틸팅 각도를 산출하며,
    또한 곡선로의 시작 이전에 미리 설정된 위치에서, 상기 GPS 위치정보가 오차 한계 이내 인지를 판단하는 것을 특징으로 하는, 철도 차량의 사전 틸팅 제어 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 곡선로 DB에 포함된 곡선로 정보는 곡선로의 시작 및 종료 위치 좌표, 곡선반경, 곡선길이, 캔트(CANT)량, 완화곡선(Transition curve) 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는, 철도 차량의 사전 틸팅 제어 시스템.
  3. 삭제
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 사전틸팅 제어부는 상기 속도센서를 이용한 거리를 리셋하여 이동거리를 산출함으로써, 틸팅 지속거리 및 틸팅구간의 변화 위치를 판단하는 것을 특징으로 하는, 철도 차량의 사전 틸팅 제어 시스템.
  5. 철로를 운행중인 철도 차량의 GPS 위치 정보, 속도 정보 및 횡가속도 정보를 검출하는 단계;
    곡선로 DB에서 다음 곡선로 정보를 검출하는 단계;
    상기 GPS 위치 정보, 속도 정보, 횡가속도 정보 및 곡선로 정보를 이용하여 틸팅 각도를 산출하는 단계;
    곡선로 시작 전의 미리 설정된 위치에서 상기 GPS 위치정보가 오차한계 인지를 판단하는 단계;
    오차한계 이내이면 상기 산출된 틸팅 각도로 틸팅을 수행하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 철도 차량의 사전 틸팅 제어 방법.
  6. 삭제
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