KR101159551B1 - 디지털 데이터버스를 갖춘 철로 차량용 브레이크 시스템 - Google Patents

Abstract

철로 차량(10)용 브레이크 시스템으로서, 차량의 차축(3, 6)에 각각의 차축의 회전 속도를 측정하도록 구성된 차축 속도 센서(1,2,4,5)가 제공되는 브레이크 시스템이 개시된다. 차축 속도 센서의 출력이 데이터 처리 장치(7)에 제공되어, 각각의 차축 또는 이와 달리 각각의 전향차 또는 차량에 대한 브레이크 압력의 개별적인 제어를 허용하기 위한 로컬 인텔리전스가 제공된다. 데이터 처리 장치(7)는 데이터버스(18)를 통해 브레이크 제어 장치와 통신하며, 센서 출력은 데이터가 데이터 처리 장치(7)와 추가의 데이터 처리 장치 간에 통신될 수 있도록 처리되며, 추가의 데이터 처리 장치는 추가의 차축 또는 전향차에 대한 센서 출력을 처리하도록 구성된다.

로컬 인텔리전스, 전향차, 속도 센서, 차량 대지속도, 용장도

Description

디지털 데이터버스를 갖춘 철로 차량용 브레이크 시스템{BRAKE SYSTEM FOR A RAILWAY VEHICLE WITH DIGITAL DATABUS}

본 발명은 철로 차량용 브레이크 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 바퀴 습동 및/또는 바퀴 스핀 보호를 통합한 브레이크 시스템에 관한 것이다.

최근 수년 동안에 바퀴 습동 제어 및 바퀴 스핀 제어를 통합한 철로 차량 브레이크 시스템이 개발되었다. 바퀴 습동(wheel slide) 및 바퀴 스핀(wheel spin) 모두는 낮은 바퀴-레일 접착에 의해 발생된다. 바퀴 습동은 통상적으로 철로 차량을 제동할 때에 발생하며, 바퀴 스핀은 차량이 가속될 때에 발생한다.

통상적인 바퀴 습동 제어 시스템은 각각의 바퀴 차축 상에 복수의 센서를 포함하며, 이 센서는 차축의 회전 속도를 측정하도록 구성되어 있다. 센서는 개별적으로 배선되어 중앙의 차량 브레이크 제어 장치에 연결된다. 사용시, 센서의 출력은 브레이크 제어 장치에 제공되며, 브레이크 제어 장치는 이 값을 인접한 차축의 값과 비교하고, 그 차가 소정 한계치를 초과하는 경우에는 속도가 수용 가능한 한계 이내로 떨어질 때까지 브레이크 압력의 해제 및 재인가를 반복한다.

이 시스템은 자신이 실용적이라는 것을 입증하였으며, 브레이크 성능을 향상시키고 바퀴와 트랙에 대한 손상의 가능성을 감소시킨다. 그러나, 공지의 솔루션 은 통상적으로 차량 구동 장치 상에 위치되는 브레이크 제어 장치로 되돌려 보내기 까지 10㎳의 샘플링 사이클을 사용하여, 상당한 양의 리소스를 요구한다.

본 발명에 따르면, 철로 차량용의 브레이크 시스템으로서, 상기 철로 차량은 복수의 전향차(bogie)를 포함하며, 상기 복수의 전향차의 각각은 적어도 하나의 차축을 가지며, 상기 차축의 적어도 일부는 각각의 차축의 회전 속도를 측정하도록 구성된 차축 속도 센서가 제공되며, 상기 차축 속도 센서의 출력이 데이터 처리 장치에 제공되며, 상기 데이터 처리 장치는 각각의 차축 또는 전향차나 차량 상의 브레이크 압력의 개별적인 제어를 허용하기 위해 로컬 인텔리전스(local intelligence)가 제공되며, 상기 데이터 처리 장치는 데이터버스를 통해 브레이크 제어 장치와 통신하도록 구성되며, 상기 센서 출력은 데이터가 상기 데이터 처리 장치와 추가의 데이터 처리 장치 간에 통신될 수 있도록 처리되며, 상기 추가의 데이터 처리 장치는 추가의 차축 또는 전향차 상의 센서 출력을 처리하도록 구성되는 브레이크 시스템이 제공된다. 상기 차축의 각각은 적어도 하나의 차축 속도 센서가 제공되는 것이 바람직하다. 상기 데이터버스는 네트워크 케이블 또는 무선 링크를 포함하는 것이 바람직하다. 차량당 적어도 하나의 전향차는 그 전향차 상의 차축에 대한 바퀴 스핀 및/또는 바퀴 습동 제어를 제공하도록 구성된 브레이크 제어 장치가 제공되는 것이 바람직하다. 차량당 각각의 전향차는 그 전향차 상의 차축에 대한 바퀴 스핀 및/또는 바퀴 습동 제어를 제공하도록 구성된 브레이크 제어 장치가 제공되는 것이 바람직하다.

바람직한 실시예에서, 브레이크 시스템은 복수의 차량을 따라 연장하는 데이터버스를 갖는 상기 복수의 차량을 포함하는 철로 차량에 설치되며, 상기 복수의 차량당 하나의 차축 상의 브레이크 압력은 차량의 대지속도의 결정을 허용하기 위해 강제적으로 해제되는 것이 바람직하다. 대지속도를 결정하기 위해 2개의 차축 상의 브레이크 압력이 강제적으로 해제되는 것이 바람직하다. 용장도(redundancy)를 제공하기 위해 제1 데이터버스와 평행하게 추가의 데이터버스가 제공되는 것이 바람직하다.

본 발명의 일례의 실시예가 다음의 첨부 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명될 것이다.

도 1은 철로 차량 브레이크 시스템의 개략도이다.

도 2는 제1 브레이크 시스템 아키텍쳐를 도시하는 도면이다.

도 3은 제2 브레이크 시스템 아키텍쳐를 도시하는 도면이다.

도 4는 제3 브레이크 시스템 아키텍쳐를 도시하는 도면이다.

도 5는 제4 브레이크 시스템 아키텍쳐를 도시하는 도면이다.

도 1은 차축(3)의 속도를 측정하도록 구성된 제1 및 제2 차축 속도 센서(1, 2)와, 차축(3)과 동일한 전향차(bogie) 상의 제2 차축(6)의 속도를 측정하도록 구성된 제3 및 제4 속도 센서(4, 5)를 포함하는 철로 차량(10)용의 브레이크 시스템의 개략도를 도시하고 있다. 차축 속도 센서의 출력은 그 후 데이터 처리 장치(7) 에 제공되며, 이 데이터 처리 장치에서 신호가 처리된다. 데이터 처리 장치는 속도 센서 출력에 대한 신호 처리를 수행하고, 브레이크 액츄에이터에 논리 명령을 제공할 수 있다.

철로 차량(10)의 제2 전향차 또한 차축(13)의 속도를 측정하도록 구성된 제1 및 제2 차축 속도 센서(11, 12)와, 차축(13)과 동일한 전향차 상의 제2 차축(16)의 속도를 측정하도록 구성된 제3 및 제4 속도 센서(14, 15)를 포함한다. 차축 속도 센서의 출력은 그 후 추가의 데이터 처리 장치(17)에 제공되며, 이 처리 장치에서 신호가 처리된다. 처리된 신호는 차량내 버스(18)를 통해 데이터 처리 장치(7)에 제공된다.

데이터 처리 장치(7)는 차량의 전체 길이를 따라 연장하는 트레인 버스(train bus : 19)에 연결된다. 안전성을 위해 용장성의(redundant) 긴급상황 루프(20)가 제공되어 있다. 트레인은 트레인 버스(19) 및 긴급상황 루프(20)에 연결되어 있는 메인 브레이크 제어 장치(25)가 제공되며, 사용시 메인 브레이크 작동 신호를 데이터 처리 장치(7, 17)에 제공한다. 데이터 처리 장치(7, 17)는 브레이크 시스템에 걸쳐 분산 제어를 허용하기 위해 로컬 인텔리전스(local intelligence)가 제공된다. 분산 제어 시스템 하에서는, 브레이크 압력이 종래의 브레이크 시스템에서와 같이 차량 단위로 인가되지 않고 전향차를 단위로 인가된다.

브레이크의 제어가 국부적으로 결정되어 차축 속도 센서가 중앙 데이터 처리 장치에 신호를 제공할 필요가 없을 때, 브레이크 시스템에 공기역학적 신호를 인가하여야 한다. 이러한 신호가 전송될 수 있는 속도로 인해, 종래의 시스템에서는 차축 습동 보호가 효력을 발휘하도록 하기 위해 차축 속도가 통상적으로 10㎳ 간격으로 샘플링된다. 브레이크 압력의 국부적인 또는 분산된 제어의 도입에 의하여 훨씬 더 느린 사이클 시간이 사용될 수 있게 되었고, 한 자리수 정도 더 긴 사이클을 사용하여 바퀴 습동 보호의 성능을 매치시키는 것이 가능하게 되었다.

국부적 지능형 브레이크 밸브와 데이터 처리 장치(7, 17) 간의 통신을 가능하게 하기 위해, 차량은 트레인 버스(19)를 이용하여 효율적으로 네트워크 연결된다. 트레인 버스(19)에 대한 대안으로서 무선 링크를 사용하는 것도 가능하다.

브레이크 장치의 고장의 경우, 네트워크 내에서의 브레이크 압력의 국부적인 제어는 지능형 고장 관리가 가능하게 된다는 추가의 장점을 갖는다. 표준 브레이크 시스템에서, 인가되는 브레이크 압력은 중앙에서 결정되며, 차축에 개별적으로 인가된 압력이 일부 시스템에서 변화할 수도 있어 더 원활한 브레이크 성능이 가능하게 되기는 하지만, 이것은 사전 결정된 방식으로 발생한다. 고장의 발생시, 성능의 손실이 야기된다. 국부적인 제어를 이용하면, 장애가 검출될 때, 비동작 상태의 장치의 손실 브레이크 성능을 고려하여 한 차축 또는 한 전향차에서의 브레이크 압력의 손실을 보상하기 위해 인접한 전향차 상의 브레이크 압력을 증가시키는 것이 가능하게 된다.

이동 트레인의 차량 대지속도(ground spped)를 결정하는 표준 방법은 차량당 한 차축의 강제 해제에 의한 실제 차축 속도를 측정하는 것이며, 이 때에는 한 차축에서의 브레이크 압력을 해제한 후 차축을 실제 차량 속도로 가속한다. 실체 차량 속도는 가속이 소정 레벨에 도달한 후에 결정될 수 있다. 복수 유닛의 트레인 에 대하여, 이것은 차량당 하나 이상의 차축이 해제된다면 브레이크 효력이 축소될 것이라는 점에서 상당한 단점을 갖는다. 복수 유닛에서와 같이, 데이터버스는 차량의 전체를 따라 전반적으로 연장할 것이며, 차량당 하나의 차축만이 해제될 것이다. 분산형 지능이 성능의 손실을 보상할 수는 있지만, 한 차축에서의 브레이크 압력의 일시적인 손실은 성능에 과도하게 영향을 주지 않을 것이다. 일부 경우, 단일 차축의 강제 해제는 잘못된 신호를 제공할 수 있다. 안전성을 이유로, 데이터버스 세그먼트당 2개의 차축을 해제하는 것이 더욱 정확한 내용을 제공할 것이다.

도 2 내지 도 5는 브레이크 시스템 아키텍쳐에 대한 여러 가지의 변형을 개략적으로 도시하고 있으며, 전술한 설명에서의 부분과 유사한 부분에는 유사한 도면 부호가 부여되어 있다.

도 2는 각각의 데이터 처리 장치(7)가 각각의 차축과 각각 관련되는 2개의 센서(1,2 ; 4,5)를 갖는 2개의 차축에 대한 관련 바퀴 습동 보호 제어 장치에 제공되는 아키텍쳐를 도시하고 있다. 센서(1, 2)의 출력은 데이터 처리 장치(7)에 제공된다. 데이터 처리 장치(7)는 센서 출력을 적합한 디지털 포맷으로 변환하고, 이 신호를 바퀴 습동 보호 제어 장치(30)에 제공한다. 바퀴 습동 보호 제어 장치(30)는 또한 바퀴 스핀 제어를 제공하도록 구성되지만, 일부 예에서는 바퀴 스핀 제어가 다른 수단에 의해 제공될 수도 있다. 센서(4, 5)의 출력은 추가의 데이터 처리 장치(17)에 제공되며, 이 데이터 처리 장치는 자신의 바퀴 습동 및 스핀 제어 장치에 제공된다. 이와 같이 연결된 데이터 처리 장치와 바퀴 습동 제어 장치는 브레이크 제어 장치로서 기능하며, 이 브레이크 제어 장치는 사용시에 메인 브레이크 제어 장치(25)와는 별개로 브레이크 압력을 제어할 수 있다. 바퀴 습동/스핀 제어 장치는 디지털 데이터버스에 연결되며, 그에 따라서 사용시에 차량 상의 다른 전향차와 연관된 다른 브레이크 제어 장치와 통신한다. 따라서, 이 시스템은 분산된 브레이크 제어를 제공한다.

도 3은 마찬가지로 차량당 하나의 센서가 제공되는 4개의 센서(1,2,4,5)를 포함하는 2개의 전향차 차량에 대한 아키텍쳐를 도시하고 있다. 차량당 2개의 센서를 갖는 것도 가능할 것이다. 이 경우, 센서 1 및 2는 신호를 데이터 처리 장치(7)에 출력하고, 센서 4 및 5는 신호를 제2 데이터 처리 장치(17)에 출력한다. 데이터 처리 장치(7, 17)는 각각의 전향차에 인접하여 공간적으로 위치되어, 필요한 케이블 연결을 감소시킨다. 데이터 처리 장치(7, 17)의 처리된 출력은 데이터버스(18)에 전송된다. 바퀴 습동 보호 제어 장치(30)는 또한 데이터버스(18)에 접속되어, 브레이크 시스템을 제어하도록 구성된다.

도 4는 2개의 전향차와, 인접 차량으로부터 추가의 전향차에 대한 아키텍쳐를 도시하고 있다. 이러한 변형예에서, 바퀴 습동 보호 제어 장치(30)는 자신이 물리적으로 위치되어 있는 차량뿐만 아니라 인접한 차량에 대한 바퀴 습동 보호를 제어하도록 구성된다. 이것은 성능을 감소시키지 않고서도 재료비와 중량 절감에 있어서 어느 정도의 이점을 갖는다.

도 5는 데이터 처리 장치(7)에 연결한 4개의 센서(1,2,4,5)를 갖는 단일의 전향차에 대한 가장 간략한 아키텍쳐를 도시하는 도면이다. 데이터 처리 장치(7) 는 센서 출력을 적합한 디지털 포맷으로 변환하고, 이 신호를 데이터버스(18)를 통해 바퀴 스핀 및/또는 습동 보호 제어 장치(30)에 제공한다.

도 6은 차량당 단지 하나의 데이터 처리 장치(7)와 바퀴 습동 제어 장치(30)가 제공되는 다른 실시예를 도시하고 있다. 차축당 또는 전향차당 4개의 차축 속도 센서(1,2,4,5)가 제공되며, 센서의 출력은 데이터 처리 장치(7)에 피드백되며, 이 데이터 처리 장치(7)가 신호를 데이터버스(18)에 제공한다.

현재의 철로 시스템에서의 가장 일반적인 형태의 전향차가 바퀴/차축와 차량의 몸체 간의 서스펜션(suspension)을 제공하는 지지대 상에 장착된 복수의 차축을 포함하지만, 전향차라는 용어는 단일 차축이 전향차를 통해 몸체에 연결되어 있고 이 전향차가 서스펜션처럼 차축과 몸체 간의 연결부가 되는 단일 차축 시스템을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

Claims (9)

1. 철로 차량(10) 용의 브레이크 시스템에 있어서,

   상기 철로 차량(10)은 복수의 전향차를 포함하며, 각각의 상기 전향차는 적어도 하나의 차축(3, 4)을 가지며, 상기 차축(3,4)의 적어도 일부는 각각의 차축(3, 4)의 회전 속도를 측정하도록 구성된 차축 속도 센서(1, 2, 4, 5)가 제공되며, 상기 차축 속도 센서(1, 2, 4, 5)의 센서 출력이 데이터 처리 장치(7)에 제공되며, 상기 데이터 처리 장치(7)는 각각의 차축 또는 전향차 또는 차량에 대한 브레이크 압력의 개별적인 제어를 허용하기 위한 로컬 인텔리전스(local intelligence)를 가지며,

   상기 브레이크 시스템은 추가의 데이터 프로세서(17)를 더 포함하고, 상기 추가의 데이터 프로세서(17)는 추가의 차축 또는 전향차 또는 차량 각각에 대한 브레이크 압력의 개별적인 제어를 허용하기 위한 로컬 인텔리전스를 가지고,

   상기 데이터 처리 장치(7)는 데이터버스(19)를 통해 메인 브레이크 제어 장치(25)와 통신하도록 구성되며, 상기 센서 출력은 그 데이터가 상기 데이터 프로세서(7)와 상기 추가의 데이터 프로세서(17) 간에 통신될 수 있도록 처리되며, 상기 추가의 데이터 프로세서(17)는 추가의 차축 또는 전향차의 센서 출력을 처리하도록 구성되는,

   상기 데이터 프로세서(7)에 바퀴 습동 제어 장치(30)가 구비되고, 상기 데이터 프로세서와 상기 바퀴 습동 제어 장치는 사용시에 브레이크 제어 장치로서 기능할 수 있으며, 상기 브레이크 제어 장치는 사용시에 메인 브레이크 제어 유닛의 브레이크 압력을 독립적으로 제어할 수 있고, 상기 바퀴 습동 제어 장치는 사용시에 데이터버스에 연결되어 상기 철로 차량의 다른 전향차에 연결된 다른 브레이크 제어 장치와 통신할 수 있도록 되어 있는,

   브레이크 시스템.
2. 제1항에 있어서,

   고장이 검출된 때, 인접한 전향차 상의 브레이크 압력이 증가되어, 비동작 상태의 장치로 인한 손실된 브레이크 성능에 따라 한 차축 또는 한 전향차에서의 브레이크 압력의 손실을 보상하는, 브레이크 시스템.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   각각의 상기 차축(3, 4)에는 적어도 하나의 차축 속도 센서(1, 2, 4, 5)가 구비되는, 브레이크 시스템.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 데이터버스(19)는 네트워크 케이블 또는 무선 링크를 포함하는, 브레이크 시스템.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   차량당 하나 이상의 전향차에는, 해당 전향차 상의 차축에 대한 바퀴 스핀 제어 및 바퀴 습동 제어 중 하나 이상을 제공하도록 구성된 브레이크 제어 장치(30)가 구비되는, 브레이크 시스템.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   차량당 각 전향차에는, 해당 전향차 상의 차축에 대한 바퀴 스핀 제어 및 바퀴 습동 제어 중 하나 이상을 제공하도록 구성된 브레이크 제어 장치(30)가 구비되는, 브레이크 시스템.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 브레이크 시스템은 다수의 차량을 가진 철도 차량(10) 내에 설치되고, 상기 다수의 차량을 따라 데이터버스가 실질적으로 연장되며, 다수의 단위 차량당 하나의 차축 상의 브레이크 압력은, 차량의 대지 속도를 결정할 수 있도록 강제적으로 해제되는, 브레이크 시스템.
8. 제7항에 있어서,

   대지속도를 결정하기 위해 2개의 차축 상의 브레이크 압력이 강제적으로 해제되는 것을 특징으로 하는 브레이크 시스템.
9. 제1항에 있어서,

   용장도(redundancy)를 제공하기 위해 상기 데이터버스와 나란히 추가의 데이터버스가 제공되는, 브레이크 시스템.

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