KR101204313B1 - 철도차량의 속도 검지 장치 및 방법 - Google Patents

철도차량의 속도 검지 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 철도차량의 속도 검지 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 철도차량의 속도 검지 방법은 상기 철도차량의 제1 차축에 설치된 제1 타코미터를 이용하여 상기 제1 차축에 연결된 차륜의 단위 시간당 회전수에 따른 제1 속도 펄스를 출력하는 제1 속도 펄스 출력단계, 상기 제1 차축과 다른 제2 차축에 설치된 제2 타코미터를 이용하여 상기 제2 차축에 연결된 차륜의 단위 시간당 회전수에 따른 제2 속도 펄스를 출력하는 제2 속도 펄스 출력단계, 상기 철도차량의 저면에 설치된 도플러 레이더를 이용하여 송신전파와 수신전파 간의 주파수 차이에 따른 도플러 신호를 출력하는 도플러 신호 출력단계 및 상기 제1 속도 펄스로부터 제1 속도를 연산하고 상기 제2 속도 펄스로부터 제2 속도를 연산하고, 상기 제1 속도와 상기 제2 속도 중에서 미리 저장되어 이전 속도와의 편차가 작은 속도를 제3 속도로 선택하고, 상기 제3 속도와 상기 이전 속도의 편차가 기 설정되어 저장되어 있는 가감속 한계 범위 내인 경우 상기 제3 속도를 상기 철도차량의 현재 속도로 선택하고, 상기 제3 속도와 상기 이전 속도의 편차가 상기 가감속 한계 범위 밖인 경우 상기 도플러 신호로부터 연산한 제4 속도를 상기 철도차량의 현재 속도로 선택하는 속도 연산 단계를 포함하여 구성된다.
본 발명에 따르면, 2개의 타코미터 중에서 어느 하나에 고장이 발생해도 열차의 속도 검지가 정상적으로 이루어져 열차를 정상 운행할 수 있기 때문에, 열차의 운행 안정성 및 운영 효율성이 향상되는 효과가 있다.

Description

철도차량의 속도 검지 장치 및 방법{MEASURING APPARATUS OF VEHICLE VELOCITY AND METHOD THEREOF}
본 발명은 철도차량의 속도 검지 장치 및 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 본 발명의 속도 검지의 안정성과 정확성을 향상시킬 수 있는 철도차량의 속도 검지 장치 및 방법에 관한 것이다.
철도차량용 차상신호장치의 주요한 기능중 하나는 차량이 선행 차량과의 충돌을 피하기 위하여 선로 내에서 최대 주행 속도를 초과하였을 경우 차량에 제동을 인가하고 차량을 안전하게 보호하는 것이다.
또한, 열차 자동 운전을 수행하는 차량의 경우, 차량의 실제 속도와 차량의 주행 지점에서의 목표 속도와의 차이를 이용하여 제동 및 추진 등의 동작을 수행한다.
이러한 기능을 수행하기 위해서는 안정적이고 정확한 차량 속도 계산은 차상신호장치에 있어서 필수 불가결한 요소이다.
종래의 철도차량의 속도 계산 방식 중의 하나로 타코미터를 이용한 방식이 있다.
이러한 타코미터를 이용한 방식은 차축에 타코미터를 설치하고 차량의 이동에 따라서 이 타코미터에서 발생하는 차축의 회전 속도에 비례하는 속도 펄스를 이용하여 열차의 속도를 연산하는 방식이다.
그러나 이러한 타코미터를 이용한 방식에 따르면, 선로에 접촉된 차륜에 슬립(slip) 또는 슬라이드(slide)가 발생하는 경우, 이를 속도 계산에 반영할 수가 없어서, 속도 계산에 오류가 발생한다는 문제점이 있고, 1개의 타코미터에 고장이 발생하는 경우 열차의 속도 연산이 불가능해진다는 문제점이 있다.
종래의 철도차량의 속도 계산 방식 중의 다른 하나로 타코미터와 도플러 레이더를 이용한 방식이 있다.
도 1은 종래의 타코미터와 도플러 레이더를 이용한 방식은 철도차량의 속도 계산 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 이러한 종래의 타코미터와 도플러 레이더를 이용한 방식은 열차 주행시 차축의 회전에 따라 차축에 설치된 1개의 타코미터로부터 발생되는 펄스 및 도플러 레이더로부터의 신호를 차상신호장치의 속도연산모듈에서 수신하여 열차 속도를 계산하여 슬립 또는 슬라이드로 인한 열차 속도 연산의 오류를 보정하는 방식이다.
그러나 이러한 방식에 따르면, 1개의 타코미터와 도플러 레이더를 조합하여 속도 연산을 수행하기 때문에, 1개 차축의 회전에 따라 출력되는 속도 펄스만을 도플러 레이더가 감지한 신호와 비교하여 속도 연산을 수행하기 때문에, 차량 속도 연산 결과에 대한 신뢰성이 낮다는 문제점이 있다.
차량의 정확하고 안정적인 속도 연산은 승객의 안전 확보를 위하여 필수 불가결하다는 점을 고려하면, 보다 정확하고 안정적인 속도 연산 기법이 요구되는 것이다.
본 발명은 2개의 타코미터 중에서 어느 하나에 고장이 발생해도 열차의 속도 검지를 정상적으로 수행하여 열차를 정상 운행함으로써, 열차의 운행 안정성 및 운영 효율성을 향상시키는 것을 기술적 과제로 한다.
또한, 본 발명은 2개의 타코미터 및 도플러 레이더 신호를 수신하여 CPU가 이중적으로 구성된 속도 연산 모듈을 이용한 안정된 속도연산을 수행함으로써, 열차 운행의 안정성 측면을 향상시킴과 동시에 열차를 이용하는 승객들의 편의와 열차 운용의 효율성을 증대시키는 것을 기술적 과제로 한다.
이러한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 철도차량의 속도 검지 장치는 상기 철도차량의 제1 차축에 설치되어 상기 제1 차축에 연결된 차륜의 단위 시간당 회전수에 따른 제1 속도 펄스를 출력하는 제1 타코미터, 상기 제1 차축과 다른 제2 차축에 설치되어 상기 제2 차축에 연결된 차륜의 단위 시간당 회전수에 따른 제2 속도 펄스를 출력하는 제2 타코미터, 상기 철도차량의 저면에 설치되어 송신전파와 수신전파 간의 주파수 차이에 따른 도플러 신호를 출력하는 도플러 레이더 및 상기 제1 속도 펄스로부터 제1 속도를 연산하고 상기 제2 속도 펄스로부터 제2 속도를 연산하고, 상기 제1 속도와 상기 제2 속도 중에서 미리 저장되어 이전 속도와의 편차가 작은 속도를 제3 속도로 선택하고, 상기 제3 속도와 상기 이전 속도의 편차가 기 설정되어 저장되어 있는 가감속 한계 범위 내인 경우 상기 제3 속도를 상기 철도차량의 현재 속도로 선택하고, 상기 제3 속도와 상기 이전 속도의 편차가 상기 가감속 한계 범위 밖인 경우 상기 도플러 신호로부터 연산한 제4 속도를 상기 철도차량의 현재 속도로 선택하는 속도 연산 모듈을 포함하여 구성된다.
본 발명에 따른 철도차량의 속도 검지 장치에 있어서, 상기 속도 연산 모듈은 제1 속도 연산 모듈 및 제2 속도 연산 모듈을 포함하여 구성되고, 상기 제1 속도 연산 모듈은 상기 제1 속도 펄스로부터 제1 속도를 연산하고, 상기 제2 속도 연산 모듈이 상기 제2 속도 펄스로부터 연산한 제2 속도와 상기 제1 속도 중에서 상기 이전 속도와의 편차가 작은 속도를 제3 속도로 선택하고, 상기 제3 속도와 상기 이전 속도의 편차가 상기 가감속 한계 범위 내인 경우 상기 제3 속도를 상기 철도차량의 현재 속도로 선택하고, 상기 제3 속도와 상기 이전 속도의 편차가 상기 가감속 한계 범위 밖인 경우 상기 도플러 신호로부터 연산한 제4 속도를 상기 철도차량의 현재 속도로 선택하도록 구성되고, 상기 제2 속도 연산 모듈은 상기 제2 속도 펄스로부터 제2 속도를 연산하고, 상기 제1 속도 연산 모듈이 상기 제1 속도 펄스로부터 연산한 제1 속도와 상기 제2 속도 중에서 상기 이전 속도와의 편차가 작은 속도를 제3 속도로 선택하고, 상기 제3 속도와 상기 이전 속도의 편차가 상기 가감속 한계 범위 내인 경우 상기 제3 속도를 상기 철도차량의 현재 속도로 선택하고, 상기 제3 속도와 상기 이전 속도의 편차가 상기 가감속 한계 범위 밖인 경우 상기 도플러 신호로부터 연산한 제4 속도를 상기 철도차량의 현재 속도로 선택하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 철도차량의 속도 검지 장치에 있어서, 상기 제1 속도 연산 모듈과 상기 제2 속도 연산 모듈은 각각 독립적인 CPU로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 철도차량의 속도 검지 방법은 상기 철도차량의 제1 차축에 설치된 제1 타코미터를 이용하여 상기 제1 차축에 연결된 차륜의 단위 시간당 회전수에 따른 제1 속도 펄스를 출력하는 제1 속도 펄스 출력단계, 상기 제1 차축과 다른 제2 차축에 설치된 제2 타코미터를 이용하여 상기 제2 차축에 연결된 차륜의 단위 시간당 회전수에 따른 제2 속도 펄스를 출력하는 제2 속도 펄스 출력단계, 상기 철도차량의 저면에 설치된 도플러 레이더를 이용하여 송신전파와 수신전파 간의 주파수 차이에 따른 도플러 신호를 출력하는 도플러 신호 출력단계 및 상기 제1 속도 펄스로부터 제1 속도를 연산하고 상기 제2 속도 펄스로부터 제2 속도를 연산하고, 상기 제1 속도와 상기 제2 속도 중에서 미리 저장되어 이전 속도와의 편차가 작은 속도를 제3 속도로 선택하고, 상기 제3 속도와 상기 이전 속도의 편차가 기 설정되어 저장되어 있는 가감속 한계 범위 내인 경우 상기 제3 속도를 상기 철도차량의 현재 속도로 선택하고, 상기 제3 속도와 상기 이전 속도의 편차가 상기 가감속 한계 범위 밖인 경우 상기 도플러 신호로부터 연산한 제4 속도를 상기 철도차량의 현재 속도로 선택하는 속도 연산 단계를 포함하여 구성된다.
본 발명에 따른 철도차량의 속도 검지 방법에 있어서, 상기 속도 연산 단계는 제1 속도 연산 단계 및 제2 속도 연산 단계를 포함하여 구성되고, 상기 제1 속도 연산 단계는 상기 제1 속도 펄스로부터 제1 속도를 연산하고, 상기 제2 속도 연산 단계에서 상기 제2 속도 펄스로부터 연산한 제2 속도와 상기 제1 속도 중에서 상기 이전 속도와의 편차가 작은 속도를 제3 속도로 선택하고, 상기 제3 속도와 상기 이전 속도의 편차가 상기 가감속 한계 범위 내인 경우 상기 제3 속도를 상기 철도차량의 현재 속도로 선택하고, 상기 제3 속도와 상기 이전 속도의 편차가 상기 가감속 한계 범위 밖인 경우 상기 도플러 신호로부터 연산한 제4 속도를 상기 철도차량의 현재 속도로 선택하도록 구성되고, 상기 제2 속도 연산 단계는 상기 제2 속도 펄스로부터 제2 속도를 연산하고, 상기 제1 속도 연산 단계에서 상기 제1 속도 펄스로부터 연산한 제1 속도와 상기 제2 속도 중에서 상기 이전 속도와의 편차가 작은 속도를 제3 속도로 선택하고, 상기 제3 속도와 상기 이전 속도의 편차가 상기 가감속 한계 범위 내인 경우 상기 제3 속도를 상기 철도차량의 현재 속도로 선택하고, 상기 제3 속도와 상기 이전 속도의 편차가 상기 가감속 한계 범위 밖인 경우 상기 도플러 신호로부터 연산한 제4 속도를 상기 철도차량의 현재 속도로 선택하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 철도차량의 속도 검지 방법에 있어서, 상기 제1 속도 연산 단계와 상기 제2 속도 연산 단계는 각각 독립적으로 구성된 CPU에 의해 수행되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 2개의 타코미터 중에서 어느 하나에 고장이 발생해도 열차의 속도 검지가 정상적으로 이루어져 열차를 정상 운행할 수 있기 때문에, 열차의 운행 안정성 및 운영 효율성이 향상되는 효과가 있다.
또한, 2개의 타코미터 및 도플러 레이더 신호를 수신하여 속도연산모듈을 이용한 안정된 속도연산은 열차 운행의 안정성 측면이 향상됨과 동시에 정확한 속도의 연산은 열차를 이용하는 승객들의 편의와 열차 운용의 효율성을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 철도차량의 속도 계산 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 철도차량 속도 검지 장치를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 철도차량 속도 검지 방법을 나타낸 도면이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 철도차량 속도 검지 장치를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 철도차량 속도 검지 장치는 제1 타코미터(10), 제2 타코미터(20), 도플러 레이더(30) 및 속도 연산 모듈(40)을 포함하여 구성된다.
제1 타코미터(10)는 철도차량에 구비된 차축들 중의 하나인 제1 차축에 설치되어, 이 제1 차축에 연결된 차륜의 단위 시간당 회전수에 따른 제1 속도 펄스를 출력한다. 제1 속도 펄스는 제1 속도 연산 모듈(41)에 구비된 CPU 1에 의해 제1 속도로 연산된다.
제2 타코미터(20)는 제1 차축과 다른 제2 차축에 설치되어 있으며, 이 제2 차축에 연결된 차륜의 단위 시간당 회전수에 따른 제2 속도 펄스를 출력한다. 제2 속도 펄스는 제2 속도 연산 모듈(42)에 구비된 CPU 2에 의해 제2 속도로 연산된다.
도플러 레이더(30)는 지상을 향하도록 철도차량의 저면에 설치되어 있으며, 송신전파와 수신전파 간의 주파수 차이에 따른 도플러 신호를 출력한다. 이 도플러 신호는 제1 속도 연산 모듈(41)에 구비된 CPU 1과 제2 속도 연산 모듈(42)에 구비된 CPU 2에 의해 각각 제4 속도로 연산된다.
속도 연산 모듈(40)은 제1 속도 펄스로부터 제1 속도를 연산하고 제2 속도 펄스로부터 제2 속도를 연산하고, 제1 속도와 제2 속도 중에서 미리 저장되어 이전 속도와의 편차가 작은 속도를 제3 속도로 선택하고, 제3 속도와 이전 속도의 편차가 기 설정되어 저장되어 있는 가감속 한계 범위 내인 경우 제3 속도를 철도차량의 현재 속도로 선택하고, 제3 속도와 이전 속도의 편차가 가감속 한계 범위 밖인 경우 도플러 신호로부터 연산한 제4 속도를 철도차량의 현재 속도로 선택한다.
이러한 속도 연산 모듈(40)은 각각 독립적인 CPU로 구성된 제1 속도 연산 모듈(41) 및 제2 속도 연산 모듈(42)로 이중화되어 구성되는 것이 바람직하다. 이와 같이 속도 연산 모듈(40)을 독립적으로 이중화하여 구성하면 제1 속도 연산 모듈(41) 및 제2 속도 연산 모듈(42) 중 어느 하나가 고장나는 상황이 발생하여도 속도 검지가 지속적으로 이루어지기 때문에 열차 운행의 안정성이 향상된다.
이하에서는 도 3을 추가적으로 참조하며 제1 속도 연산 모듈(41)과 제2 속도 연산 모듈(42)에 의한 독자적인 속도 검지 알고리즘을 설명한다. 제1 속도 연산 모듈(41)과 제2 속도 연산 모듈(42)에 의한 속도 검지 알고리즘은 상호 독자적으로 수행된다.
먼저 단계 S411에서, 제1 속도 연산 모듈(41)에 구비된 CPU 1은 제1 타코미터(10)로부터 입력받은 제1 속도 펄스로부터 제1 속도를 연산하고, 도플러 레이더(30)로부터 입력받은 도플러 신호로부터 제4 속도를 연산한다.
다음으로 S412에서, 제1 속도 연산 모듈(41)에 구비된 비교 논리소자는 제1 속도와 제2 속도 연산 모듈(42)이 제2 속도 펄스로부터 연산한 제2 속도를 미리 저장되어 있는 철도차량의 이전 속도와 비교하여, 제2 속도와 제1 속도 중에서 이전 속도와의 편차가 작은 속도를 제3 속도로 선택한다.
다음으로 S413에서, 제1 속도 연산 모듈(41)에 구비된 CPU 1이 선택된 제3 속도와 이전 속도의 편차가 가감속 한계 범위 내인지 여부를 판단하는 과정이 수행된다. 단계 S413에서의 판단 결과, 1) 제3 속도와 이전 속도의 편차가 가감속 한계 범위 내인 경우 단계 S414로 전환되고, 2) 제3 속도와 이전 속도의 편차가 가감속 한계 범위 밖인 경우 단계 S415로 전환된다.
단계 S414에서는, 제1 속도 연산 모듈(41)에 구비된 CPU 1이 제3 속도와 이전 속도의 편차가 가감속 한계 범위 내인 경우, 제3 속도를 철도차량의 현재 속도로 선택한다.
단계 S415에서는, 제1 속도 연산 모듈(41)에 구비된 CPU 1이 제3 속도와 이전 속도의 편차가 가감속 한계 범위 밖인 경우, 도플러 신호로부터 연산한 제4 속도를 철도차량의 현재 속도로 선택한다.
즉, 제3 속도와 이전 속도의 편차가 가감속 한계 범위 내인 경우 슬립 또는 슬라이드가 발생하지 않은 것으로 판단하여 타코미터가 검지한 신호를 철도차량의 속도 정보로 채택하고, 제3 속도와 이전 속도의 편차가 가감속 한계 범위 밖인 경우 슬립 또는 슬라이드가 발생한 것으로 판단하여 슬립 또는 슬라이드의 영향을 받지 않는 도플러 레이더(30)가 검지한 신호를 철도차량의 속도 정보로 채택하는 것이다.
이상 설명한 제1 속도 연산 모듈(41)에 의해 수행되는 단계 S411 내지 단계 S415까지의 과정과 후술하는 제2 속도 연산 모듈(42)에 의해 수행되는 단계 S421 내지 단계 S425까지의 과정은 상호 독립되어 병렬적으로 수행된다.
이하에서는 제2 속도 연산 모듈(42)에 의해 수행되는 속도 검지 알고리즘을 설명한다.
먼저 단계 S421에서, 제2 속도 연산 모듈(42)에 구비된 CPU 2는 제2 타코미터(20)로부터 입력받은 제2 속도 펄스로부터 제2 속도를 연산하고, 도플러 레이더(30)로부터 입력받은 도플러 신호로부터 제4 속도를 연산한다.
다음으로 S422에서, 제2 속도 연산 모듈(42)에 구비된 비교 논리소자는 제2 속도와 제1 속도 연산 모듈(41)이 제1 속도 펄스로부터 연산한 제1 속도를 미리 저장되어 있는 철도차량의 이전 속도와 비교하여, 제2 속도와 제1 속도 중에서 이전 속도와의 편차가 작은 속도를 제3 속도로 선택한다.
다음으로 S423에서, 제2 속도 연산 모듈(42)에 구비된 CPU 2가 선택된 제3 속도와 이전 속도의 편차가 가감속 한계 범위 내인지 여부를 판단하는 과정이 수행된다. 단계 S423에서의 판단 결과, 1) 제3 속도와 이전 속도의 편차가 가감속 한계 범위 내인 경우 단계 S424로 전환되고, 2) 제3 속도와 이전 속도의 편차가 가감속 한계 범위 밖인 경우 단계 S425로 전환된다.
단계 S424에서는, 제2 속도 연산 모듈(42)에 구비된 CPU 2가 제3 속도와 이전 속도의 편차가 가감속 한계 범위 내인 경우, 제3 속도를 철도차량의 현재 속도로 선택한다.
단계 S425에서는, 제2 속도 연산 모듈(42)에 구비된 CPU 2가 제3 속도와 이전 속도의 편차가 가감속 한계 범위 밖인 경우, 도플러 신호로부터 연산한 제4 속도를 철도차량의 현재 속도로 선택한다.
이상 설명한 제2 속도 연산 모듈(42)에 의해 수행되는 단계 S421 내지 단계 S425까지의 과정과 제1 속도 연산 모듈(41)에 의해 수행되는 단계 S411 내지 단계 S415까지의 과정은 상호 독립되어 병렬적으로 수행되기 때문에, 제1 타코미터(10)와 제2 타코미터(20) 중에서 어느 하나에 고장이 발생해도, 철도차량의 속도 검지가 지속적으로 수행되기 때문에, 열차 운행의 안정성이 향상된다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 철도차량 속도 검지 방법을 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 철도차량 속도 검지 방법은 제1 속도 펄스 출력단계(S10), 제2 속도 펄스 출력단계(S20), 도플러 신호 출력단계(S30) 및 속도 연산 단계(S40)를 포함하여 구성된다.
<제1 속도 펄스 출력단계(S10)>
제1 속도 펄스 출력단계(S10)에서는, 철도차량의 제1 차축에 설치된 제1 타코미터(10)를 이용하여 제1 차축에 연결된 차륜의 단위 시간당 회전수에 따른 제1 속도 펄스를 출력하는 과정이 수행된다. 이 제1 속도 펄스는 제1 속도 연산 모듈(41)에 구비된 CPU 1으로 입력된다.
<제2 속도 펄스 출력단계(S20)>
제2 속도 펄스 출력단계(S20)에서는, 제1 차축과 다른 제2 차축에 설치된 제2 타코미터(20)를 이용하여 제2 차축에 연결된 차륜의 단위 시간당 회전수에 따른 제2 속도 펄스를 출력하는 과정이 수행된다. 이 제2 속도 펄스는 제2 속도 연산 모듈(42)에 구비된 CPU 2로 입력된다.
<도플러 신호 출력단계(S30)>
도플러 신호 출력단계(S30)에서는, 철도차량의 저면에 설치된 도플러 레이더(30)를 이용하여 송신전파와 수신전파 간의 주파수 차이에 따른 도플러 신호를 출력하는 과정이 수행된다. 이 도플러 신호는 제1 속도 연산 모듈(41)에 구비된 CPU 1과 제2 속도 연산 모듈(42)에 구비된 CPU 2로 각각 입력된다.
<속도 연산 단계(S40)>
속도 연산 단계(S40)에서는, 제1 속도 펄스로부터 제1 속도를 연산하고, 제2 속도 펄스로부터 제2 속도를 연산하고, 제1 속도와 제2 속도 중에서 미리 저장되어 이전 속도와의 편차가 작은 속도를 제3 속도로 선택하고, 제3 속도와 이전 속도의 편차가 기 설정되어 저장되어 있는 가감속 한계 범위 내인 경우 제3 속도를 철도차량의 현재 속도로 선택하고, 제3 속도와 이전 속도의 편차가 가감속 한계 범위 밖인 경우 도플러 신호로부터 연산한 제4 속도를 철도차량의 현재 속도로 선택하는 과정이 수행된다.
이러한 속도 연산 단계(S40)는 상호 독립적으로 이중화되어 수행되는 제1 속도 연산 단계(S41) 및 제2 속도 연산 단계(S42)를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다. 이와 같이 제1 속도 연산 단계(S41) 및 제2 속도 연산 단계(S42)를 각각 독립적인 CPU로 구성된 제1 속도 연산 모듈(41) 및 제2 속도 연산 모듈(42)에 의해 독립적으로 이중화하여 수행하면, 제1 타코미터(10) 및 제2 타코미터(20) 중 어느 하나가 고장나는 상황이 발생하여도 속도 검지가 지속적으로 이루어지기 때문에 열차 운행의 안정성이 향상된다.
<제1 속도 연산 단계(S41)>
제1 속도 연산 단계(S41)는 단계 S411 내지 단계 S415로 구성될 수 있다.
먼저 단계 S411에서, 제1 속도 연산 모듈(41)에 구비된 CPU 1은 제1 타코미터(10)로부터 입력받은 제1 속도 펄스로부터 제1 속도를 연산하고, 도플러 레이더(30)로부터 입력받은 도플러 신호로부터 제4 속도를 연산한다.
다음으로 S412에서, 제1 속도 연산 모듈(41)에 구비된 비교 논리소자는 제1 속도와 제2 속도 연산 모듈(42)이 제2 속도 펄스로부터 연산한 제2 속도를 미리 저장되어 있는 철도차량의 이전 속도와 비교하여, 제2 속도와 제1 속도 중에서 이전 속도와의 편차가 작은 속도를 제3 속도로 선택한다.
다음으로 S413에서, 제1 속도 연산 모듈(41)에 구비된 CPU 1이 선택된 제3 속도와 이전 속도의 편차가 가감속 한계 범위 내인지 여부를 판단하는 과정이 수행된다. 단계 S413에서의 판단 결과, 1) 제3 속도와 이전 속도의 편차가 가감속 한계 범위 내인 경우 단계 S414로 전환되고, 2) 제3 속도와 이전 속도의 편차가 가감속 한계 범위 밖인 경우 단계 S415로 전환된다.
단계 S414에서는, 제1 속도 연산 모듈(41)에 구비된 CPU 1이 제3 속도와 이전 속도의 편차가 가감속 한계 범위 내인 경우, 제3 속도를 철도차량의 현재 속도로 선택한다.
단계 S415에서는, 제1 속도 연산 모듈(41)에 구비된 CPU 1이 제3 속도와 이전 속도의 편차가 가감속 한계 범위 밖인 경우, 도플러 신호로부터 연산한 제4 속도를 철도차량의 현재 속도로 선택한다.
즉, 제3 속도와 이전 속도의 편차가 가감속 한계 범위 내인 경우 슬립 또는 슬라이드가 발생하지 않은 것으로 판단하여 타코미터가 검지한 신호를 철도차량의 속도 정보로 채택하고, 제3 속도와 이전 속도의 편차가 가감속 한계 범위 밖인 경우 슬립 또는 슬라이드가 발생한 것으로 판단하여 슬립 또는 슬라이드의 영향을 받지 않는 도플러 레이더(30)가 검지한 신호를 철도차량의 속도 정보로 채택하는 것이다.
이상 설명한 제1 속도 연산 모듈(41)에 의해 수행되는 단계 S411 내지 단계 S415까지의 제1 속도 연산 단계(S41)와 후술하는 제2 속도 연산 모듈(42)에 의해 수행되는 단계 S421 내지 단계 S425까지의 제2 속도 연산 단계(S42)는 상호 독립되어 병렬적으로 수행된다.
이하에서는 제2 속도 연산 모듈(42)에 의해 수행되는 제2 속도 연산 단계(S42)에서의 속도 검지 알고리즘을 설명한다.
<제2 속도 연산 단계(S42)>
제2 속도 연산 단계(S42)는 단계 S421 내지 단계 S425로 구성될 수 있다.
먼저 단계 S421에서, 제2 속도 연산 모듈(42)에 구비된 CPU 2는 제2 타코미터(20)로부터 입력받은 제2 속도 펄스로부터 제2 속도를 연산하고, 도플러 레이더(30)로부터 입력받은 도플러 신호로부터 제4 속도를 연산한다.
다음으로 S422에서, 제2 속도 연산 모듈(42)에 구비된 비교 논리소자는 제2 속도와 제1 속도 연산 모듈(41)이 제1 속도 펄스로부터 연산한 제1 속도를 미리 저장되어 있는 철도차량의 이전 속도와 비교하여, 제2 속도와 제1 속도 중에서 이전 속도와의 편차가 작은 속도를 제3 속도로 선택한다.
다음으로 S423에서, 제2 속도 연산 모듈(42)에 구비된 CPU 2가 선택된 제3 속도와 이전 속도의 편차가 가감속 한계 범위 내인지 여부를 판단하는 과정이 수행된다. 단계 S423에서의 판단 결과, 1) 제3 속도와 이전 속도의 편차가 가감속 한계 범위 내인 경우 단계 S424로 전환되고, 2) 제3 속도와 이전 속도의 편차가 가감속 한계 범위 밖인 경우 단계 S425로 전환된다.
단계 S424에서는, 제2 속도 연산 모듈(42)에 구비된 CPU 2가 제3 속도와 이전 속도의 편차가 가감속 한계 범위 내인 경우, 제3 속도를 철도차량의 현재 속도로 선택한다.
단계 S425에서는, 제2 속도 연산 모듈(42)에 구비된 CPU 2가 제3 속도와 이전 속도의 편차가 가감속 한계 범위 밖인 경우, 도플러 신호로부터 연산한 제4 속도를 철도차량의 현재 속도로 선택한다.
이상 설명한 제2 속도 연산 모듈(42)에 의해 수행되는 제2 속도 연산 단계(S42)와 제1 속도 연산 모듈(41)에 의해 수행되는 제1 속도 연산 단계(S41)는 상호 독립되어 병렬적으로 수행되기 때문에, 2개의 타코미터 중에서 어느 하나에 고장이 발생해도, 철도차량의 속도 검지가 지속적으로 수행되기 때문에, 열차 운행의 안정성이 향상된다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 2개의 타코미터 중에서 어느 하나에 고장이 발생해도 열차의 속도 검지가 정상적으로 이루어져 열차를 정상 운행할 수 있기 때문에, 열차의 운행 안정성 및 운영 효율성이 향상되는 효과가 있다.
또한, 2개의 타코미터 및 도플러 레이더 신호를 수신하여 속도연산모듈을 이용한 안정된 속도연산은 열차 운행의 안정성 측면이 향상됨과 동시에 정확한 속도의 연산은 열차를 이용하는 승객들의 편의와 열차 운용의 효율성을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 2개의 타코미터로 수집한 열차의 속도값이 서로 다른 경우, 이중화된 CPU 상호 비교에 의해 출력을 차단함으로써 열차에 비상 제동을 체결하여 페일-세이프(Fail-Safe)하게 동작하도록 하여 열차의 안전 운행을 도모할 수 있게 되는 효과가 있다.
또한, 차량에 슬립 발생 시 차량 속도 과다 계산으로 인한 불필요한 제동 인가를 억제하고 보다 안락한 승차감을 제공하여 대승객 서비스의 질을 높일 수 있으며, 제동 인가 횟수의 감소는 차량의 제륜자 마모를 감소시켜서 요지 보수의 효율성을 증대시킬 수 있게 되는 효과가 있다.
또한, 차량에 슬라이드 발생 시 차량 속도 과소 계산은 자동 운전 시에 필요 제동력보다 낮은 제동력을 발생시키고 이는 자동 운전의 정확도를 떨어뜨리는 원인이 되나, 정확한 속도 연산 및 정확한 제동력의 발생을 통해서 자동 운전의 정확도를 향상시킬 수 있으며, 이는 대 승객 서비스 및 운영 효율의 향상을 가져오는 효과가 있다. 또한, 속도의 과소 계산은 열차의 안전을 위하여 제동을 인가해야 하는 시점에 제동이 인가되지 않는 문제점을 가져올 수 있으나, 정확한 속도 연산 및 제동 인가를 통해서 열차의 안전을 확보할 수 있는 효과가 있다.
이상에서 본 발명에 대한 기술 사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
10: 제1 타코미터
20: 제2 타코미터
30: 도플러 레이더
40: 속도 연산 모듈
41: 제1 속도 연산 모듈
42: 제2 속도 연산 모듈
S10: 제1 속도 펄스 출력단계
S20: 제2 속도 펄스 출력단계
S30: 도플러 신호 출력단계
S40: 속도 연산 단계
S41: 제1 속도 연산 단계
S42: 제2 속도 연산 단계

Claims (6)

  1. 철도차량의 속도 검지 장치에 있어서,
    상기 철도차량의 제1 차축에 설치되어 상기 제1 차축에 연결된 차륜의 단위 시간당 회전수에 따른 제1 속도 펄스를 출력하는 제1 타코미터;
    상기 제1 차축과 다른 제2 차축에 설치되어 상기 제2 차축에 연결된 차륜의 단위 시간당 회전수에 따른 제2 속도 펄스를 출력하는 제2 타코미터;
    상기 철도차량의 저면에 설치되어 송신전파와 수신전파 간의 주파수 차이에 따른 도플러 신호를 출력하는 도플러 레이더; 및
    상기 제1 속도 펄스로부터 제1 속도를 연산하고 상기 제2 속도 펄스로부터 제2 속도를 연산하고, 상기 제1 속도와 상기 제2 속도 중에서 미리 저장되어 이전 속도와의 편차가 작은 속도를 제3 속도로 선택하고, 상기 제3 속도와 상기 이전 속도의 편차가 기 설정되어 저장되어 있는 가감속 한계 범위 내인 경우 상기 제3 속도를 상기 철도차량의 현재 속도로 선택하고, 상기 제3 속도와 상기 이전 속도의 편차가 상기 가감속 한계 범위 밖인 경우 상기 도플러 신호로부터 연산한 제4 속도를 상기 철도차량의 현재 속도로 선택하는 속도 연산 모듈을 포함하는, 철도차량의 속도 검지 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 속도 연산 모듈은 제1 속도 연산 모듈 및 제2 속도 연산 모듈을 포함하고,
    상기 제1 속도 연산 모듈은
    상기 제1 속도 펄스로부터 제1 속도를 연산하고, 상기 제2 속도 연산 모듈이 상기 제2 속도 펄스로부터 연산한 제2 속도와 상기 제1 속도 중에서 상기 이전 속도와의 편차가 작은 속도를 제3 속도로 선택하고, 상기 제3 속도와 상기 이전 속도의 편차가 상기 가감속 한계 범위 내인 경우 상기 제3 속도를 상기 철도차량의 현재 속도로 선택하고, 상기 제3 속도와 상기 이전 속도의 편차가 상기 가감속 한계 범위 밖인 경우 상기 도플러 신호로부터 연산한 제4 속도를 상기 철도차량의 현재 속도로 선택하도록 구성되고,
    상기 제2 속도 연산 모듈은
    상기 제2 속도 펄스로부터 제2 속도를 연산하고, 상기 제1 속도 연산 모듈이 상기 제1 속도 펄스로부터 연산한 제1 속도와 상기 제2 속도 중에서 상기 이전 속도와의 편차가 작은 속도를 제3 속도로 선택하고, 상기 제3 속도와 상기 이전 속도의 편차가 상기 가감속 한계 범위 내인 경우 상기 제3 속도를 상기 철도차량의 현재 속도로 선택하고, 상기 제3 속도와 상기 이전 속도의 편차가 상기 가감속 한계 범위 밖인 경우 상기 도플러 신호로부터 연산한 제4 속도를 상기 철도차량의 현재 속도로 선택하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 철도차량의 속도 검지 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 속도 연산 모듈과 상기 제2 속도 연산 모듈은 각각 독립적인 CPU로 구성되는 것을 특징으로 하는, 철도차량의 속도 검지 장치.
  4. 철도차량의 속도 검지 방법에 있어서,
    상기 철도차량의 제1 차축에 설치된 제1 타코미터를 이용하여 상기 제1 차축에 연결된 차륜의 단위 시간당 회전수에 따른 제1 속도 펄스를 출력하는 제1 속도 펄스 출력단계;
    상기 제1 차축과 다른 제2 차축에 설치된 제2 타코미터를 이용하여 상기 제2 차축에 연결된 차륜의 단위 시간당 회전수에 따른 제2 속도 펄스를 출력하는 제2 속도 펄스 출력단계;
    상기 철도차량의 저면에 설치된 도플러 레이더를 이용하여 송신전파와 수신전파 간의 주파수 차이에 따른 도플러 신호를 출력하는 도플러 신호 출력단계; 및
    상기 제1 속도 펄스로부터 제1 속도를 연산하고 상기 제2 속도 펄스로부터 제2 속도를 연산하고, 상기 제1 속도와 상기 제2 속도 중에서 미리 저장되어 이전 속도와의 편차가 작은 속도를 제3 속도로 선택하고, 상기 제3 속도와 상기 이전 속도의 편차가 기 설정되어 저장되어 있는 가감속 한계 범위 내인 경우 상기 제3 속도를 상기 철도차량의 현재 속도로 선택하고, 상기 제3 속도와 상기 이전 속도의 편차가 상기 가감속 한계 범위 밖인 경우 상기 도플러 신호로부터 연산한 제4 속도를 상기 철도차량의 현재 속도로 선택하는 속도 연산 단계를 포함하는, 철도차량의 속도 검지 방법.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 속도 연산 단계는 제1 속도 연산 단계 및 제2 속도 연산 단계를 포함하고,
    상기 제1 속도 연산 단계는
    상기 제1 속도 펄스로부터 제1 속도를 연산하고, 상기 제2 속도 연산 단계에서 상기 제2 속도 펄스로부터 연산한 제2 속도와 상기 제1 속도 중에서 상기 이전 속도와의 편차가 작은 속도를 제3 속도로 선택하고, 상기 제3 속도와 상기 이전 속도의 편차가 상기 가감속 한계 범위 내인 경우 상기 제3 속도를 상기 철도차량의 현재 속도로 선택하고, 상기 제3 속도와 상기 이전 속도의 편차가 상기 가감속 한계 범위 밖인 경우 상기 도플러 신호로부터 연산한 제4 속도를 상기 철도차량의 현재 속도로 선택하도록 구성되고,
    상기 제2 속도 연산 단계는
    상기 제2 속도 펄스로부터 제2 속도를 연산하고, 상기 제1 속도 연산 단계에서 상기 제1 속도 펄스로부터 연산한 제1 속도와 상기 제2 속도 중에서 상기 이전 속도와의 편차가 작은 속도를 제3 속도로 선택하고, 상기 제3 속도와 상기 이전 속도의 편차가 상기 가감속 한계 범위 내인 경우 상기 제3 속도를 상기 철도차량의 현재 속도로 선택하고, 상기 제3 속도와 상기 이전 속도의 편차가 상기 가감속 한계 범위 밖인 경우 상기 도플러 신호로부터 연산한 제4 속도를 상기 철도차량의 현재 속도로 선택하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 철도차량의 속도 검지 방법.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 제1 속도 연산 단계와 상기 제2 속도 연산 단계는 각각 독립적으로 구성된 CPU에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는, 철도차량의 속도 검지 방법.
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