KR101248715B1 - 철도 차량용 제어 유닛 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 제어 명령을 브레이크 액추에이터로 출력하기 위한 전자 브레이크 제어 장치를 가진 브레이크 유닛, 및/또는 미끄럼 방지 센서(10)에 의해 전자 미끄럼 방지 제어 장치(8)에 전달되는 하나 이상의 회전 속도 신호에 따라, 하나 이상의 차축(14)의 휠들(12)의 휠 슬립을 조절하는 미끄럼 방지 장치(1)를 포함하는 철도 차량(2)용 제어 유닛에 관한 것이다. 상기 철도 차량용 제어 유닛은 또한 회전 속도 신호의 형태로 적어도 몇몇의 휠들의 회전 속도를 검출하기 위한 하나 이상의 롤 모니터링 센서 및 전자 롤 모니터링 제어 장치를 구비한 롤 모니터링 유닛을 포함하고, 롤링 기어의 임계 상태 및 손상, 예컨대 탈선, 과열된 베어링, 불안정한 동작 등을 모니터링 및/또는 진단하기 위한 롤링 기어 모니터링 유닛(36)을 포함한다. 상기 롤링 기어 모니터링 유닛(36)은 전자 롤링 기어 모니터링 제어 장치(34)를 갖는다. 본 발명에 따라, 상기 전자 롤링 기어 모니터링 제어 장치 및/또는 전자 미끄럼 방지 제어 장치(8) 및/또는 전자 브레이크 제어 장치 및/또는 전자 롤 모니터링 제어 장치는 결합하여 하나의 구조적 유닛(38)을 형성한다.

Description

철도 차량용 제어 유닛{CONTROL UNIT FOR A RAIL VEHICLE}
본 발명은 청구항 1의 전제부에 따른, 제어 명령을 브레이크 액추에이터로 출력하기 위한 전자 브레이크 제어 장치를 가진 브레이크 제어 유닛, 및/또는 미끄럼 방지 센서에 의해 전자 미끄럼 방지 제어 장치에 전달되는 하나 이상의 회전 속도 신호에 따라, 하나 이상의 차축의 휠들의 휠 슬립을 조절하는 미끄럼 방지 장치, 및/또는 회전 속도 신호의 형태로 적어도 몇몇의 휠들의 회전 속도를 검출하기 위한 하나 이상의 롤 모니터링 센서 및 전자 롤 모니터링 제어 장치를 구비한 롤 모니터링 유닛, 및 롤링 기어의 임계 상태 및 손상, 예컨대 탈선, 과열된 베어링, 불안정한 동작 등을 모니터링 및/또는 진단하기 위한 롤링 기어 모니터링 유닛을 포함하고, 상기 롤링 기어 모니터링 유닛은 전자 롤링 기어 모니터링 제어 장치를 포함하는 철도 차량용 제어 유닛에 관한 것이다.
미끄럼 방지 장치들은 UIC-시트 541-05에 따라 R 방식의 고출력 브레이크를 가진 모든 철도 차량에 대해 규정된다. 이 경우, 각각의 보우기는 별도로 모니터링되어야 한다. 이러한 미끄럼 방지 장치에 의해 제동 시에 휠 세트의 록킹이 방지되고, 휠과 철도 사이의 이용 가능한 마찰이 최적으로 이용된다. 이로 인해, 휠들에서 플랫 스포트(flat spot)가 방지되고 제동 거리가 단축된다. 이를 위해, 차 량 유닛의 모든 차축의 회전 속도가 속도 센서에 의해 검출된다. 이로부터, 전자 미끄럼 방지 제어 장치의 마이크로 프로세서는 실제 차량 속도를 계산하고, 브레이크 제어에 의해 미리 주어진 브레이크 실린더 압력을 전자 공기식 미끄럼 방지 밸브에 의해 차축마다 또는 보우기마다 감소시킨다. 이러한 전자 미끄럼 방지 제어 장치는 통상 각각의 객차에 배치된다.
200 ㎞/h 이상의 고속 차량의 경우, UIC 541-05는 미끄럼 방지 장치와 더불어, 추가로 롤 모니터링 유닛를 규정한다. 상기 롤 모니터링 유닛은 휠들의 회전 장애 또는 휠들의 비회전을 검출하고, 적합한 통보 신호를 출력한다. 이러한 롤 모니터링 유닛은 차량 유닛의 휠들의 회전 속도를 검출하여 적합한 신호를 롤 모니터링 제어 장치에 출력하는 속도 센서를 포함한다.
또한, 최근에는 철도 차량 교통에서 롤링 기어 모니터링 유닛이 점점 더 중요해지고 있다. 안전성의 이유로, 상기 모니터링 시스템은 표준화된다. 이에 대한 예는 고속 열차에 대한 유럽 연합의 공문서의 상호 운용성(TSI)을 위한 기술적 명세를 기초로 요구되는 하기 시스템이다:
- 탈선 검출을 위한 온-보드 시스템,
- 과열 베어링 검출 또는 베어링 손상 검출을 위한 온-보드 시스템,
- 불안정한 동작 또는 결함을 가진 댐퍼의 검출을 위한 온-보드 시스템.
이러한 롤링 기어 모니터링 시스템들은 이미 사용되고 있다. 예컨대 실제 ICE에는 불안정한 동작을 검출하기 위한 시스템이 사용되고, 최신 자동 주행 지하철에는 탈선 검출 시스템이 사용된다. 이러한 시스템들은 기능적으로 독립형 시스 템으로 구성되고 그 자체가 독자적으로 작용한다는 것이 공통점이다.
별도로 구성된 시스템(독립형 시스템)으로서 이러한 롤링 기어 모니터링 유닛의 문제점은 그 실시 비용이 비교적 높다는 것이다. 왜냐하면 이러한 시스템의 조립은 추가의 부품, 센서, 케이블 설치 및 조립 공간을 필요로 한다. 또한, 기술적 설치의 복잡성이 커지고, 이는 신뢰도에 부정적으로 작용한다.
본 발명의 목적은 상기 단점을 회피하는 전술한 방식의 제어 유닛을 제공하는 것이다.
상기 목적은 본 발명에 따라 청구항 1의 특징에 의해 달성된다.
본 발명에 따라 전자 롤링 기어 모니터링 제어 장치, 전자 미끄럼 방지 제어 장치 및/또는 전자 브레이크 제어 장치 및/또는 롤 모니터링 제어 장치는 결합하여 하나의 구조적 유닛을 형성한다.
롤링 기어 모니터링 제어 장치는 모니터링 기능을 실시하기 위해, 특히 차축들 또는 휠들의 회전 속도 신호들을 필요로 한다. 롤링 기어 모니터링 제어 장치, 미끄럼 방지 제어 장치 및/또는 브레이크 제어 장치 및/또는 롤 모니터링 제어 장치가 결합하여 하나의 유닛 또는 통합된 구성을 형성하면, 상기 신호들이 저렴한 비용으로 내부에서 전달될 수 있다. 또한, 실제 브레이크 상태 및 주행 상태에 대한 여러 가지 상태 신호들은 모니터링 제어 장치에서 실시되는 모니터링 알고리즘에 직접 제공되고 보다 효과적인 진단을 가능하게 한다.
롤링 기어 모니터링 제어 장치 및 미끄럼 방지 제어 장치 및/또는 롤 모니터링 제어 장치 및/또는 브레이크 제어 장치로 이루어진 구조적 유닛은 또한 특정 시스템 부품, 예컨대 공통 파워 서플라이, 조작자와의 통신을 위한 공통 인터페이스 및 차량 제어 시스템과의 통신을 위한 공통 인터페이스를 공통으로 사용할 수 있는 가능성을 제공한다. 이는 장치 비용을 감소시킨다. 고성능 컴퓨터 유닛의 사용시, 미끄럼 방지 알고리즘, 롤 모니터링 알고리즘 및 롤링 기어 모니터링 알고리즘의 병렬 처리가 가능하다.
부품의 손상, 임계적 상태 또는 그 밖의 에러의 진단 및 조기 검출, 예컨대 휠에서의 플랫 스포트의 검출 또는 베어링 손상의 조기 검출을 위한 롤링 기어 모니터링 유닛의 사용은, 조기에 상태에 따라 유지 관리를 할 수 있게 한다. 이 경우, 더 짧은 정지 시간, 부품의 보다 양호한 이용 및 그에 따라 비용 절감이 목적이다.
종속 청구항에 제시된 조치에 의해 독립 청구항에 제시된 본 발명의 바람직한 실시 및 개선이 가능하다.
롤링 기어 모니터링 제어 장치가 롤 모니터링 센서 및/또는 미끄럼 방지 센서의 회전 속도 신호를 평가하는 것이 특히 바람직하다. 차축- 및/또는 휠 회전 속도 신호를 동시에 롤링 기어 모니터링 유닛 및/또는 미끄럼 방지 장치 및/또는 롤 모니터링 유닛 및/또는 브레이크 제어 유닛에 제공하는 센서들의 사용은 센서 조립 비용 및 케이블 설치 비용을 감소시킨다. 롤링 기어 모니터링 유닛에 의해 차축들 또는 휠들의 회전 속도로부터 가능한 손상이 추정될 수 있다.
전자 롤링 기어 모니터링 제어 장치의 하우징 및/또는 전자 미끄럼 방지 제어 장치의 하우징 및/또는 전자 브레이크 제어 장치의 하우징 및/또는 롤 모니터링 제어 장치의 하우징이 서로 플랜징되는 것이 특히 바람직하다. 대안으로서, 전자 롤링 기어 모니터링 제어 장치 및/또는 전자 미끄럼 방지 제어 장치 및/또는 롤 모니터링 제어 장치 및/또는 전자 브레이크 제어 장치의 적어도 일부가 하나의 공통 하우징 내에 수용될 수 있다.
실시예에 따르면, 롤링 기어 모니터링 유닛 및/또는 미끄럼 방지 장치 및/또는 브레이크 제어 유닛 및/또는 롤 모니터링 유닛이 하나 이상의 공통 파워 서플라이 및/또는 조작자와 통신하기 위한 공통 인터페이스 및/또는 차량 제어 시스템과 통신하기 위한 공통 인터페이스를 갖는다. 이로 인해, 상이한 장치의 어셈블리들이 저렴하게 공통으로 사용된다. 차량 제어 시스템과 통신하기 위한 공통 인터페이스는 특히 차량 버스에 접속되어, 예컨대 롤링 기어 모니터링 유닛에 의해 검출된 임계적 상태를 디스플레이 장치에 통보한다.
원래 미끄럼 방지 장치 및/또는 롤링 기어 모니터링 유닛에만 할당 배치된, 처음에는 회전 속도 측정을 위해서만 제공된 속도 센서는 예컨대 조합 센서로 구성되어, 휠- 또는 차축 회전 속도에 대한 신호 외에 휠 세트 베어링의 온도에 대한 신호 및/또는 휠 세트 베어링에서의 진동에 대한 진동 신호를 출력할 수 있다. 이 경우, 조합 센서는 바람직하게는 모니터링될 휠 세트 베어링에 직접 배치되거나 또는 휠 세트 베어링의 바로 근처에 배치된다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참고로 상세히 설명한다.
도 1은 바람직한 실시예에 따른 객차의 미끄럼 방지 장치의 개략도.
도 2는 미끄럼 방지 장치에 사용되는 도 1의 미끄럼 방지 센서의 개략적인 횡단면도.
도 1에는 예컨대 200 ㎞/h까지의 속도에 대해 설계된 2개의 2축 보우기(4, 6)를 가진 객차(2)의 미끄럼 방지 장치(1)의 개략적인 구성이 도시된다.
미끄럼 방지 장치(1)는 전자 미끄럼 방지 제어 장치(8) 및 센서(10)를 갖는다. 상기 센서는 예컨대 보우기(4, 6)의 차축(14)의 각각의 휠(12)에 배치되며, 각각의 차축 또는 각각의 휠의 순간 회전 속도를 검출할 수 있다. 도 1에는 명확성을 위해 하나의 차축 측면에만 상기와 같은 센서(10)가 도시된다. 공지된 방식으로 전자 미끄럼 방지 제어 장치(8)의 마이크로 프로세서는 실제 차량 속도를 계산하며, 도시되지 않은 운전자 차량 내에 배치된 브레이크 제어 유닛에 의해 미리 주어진, 브레이크 실린더(15) 내의 브레이크 실린더 압력을 전자 공기식 미끄럼 방지 밸브(16)에 의해 차축마다 감소시킨다. 차축들(14)은 각각 2개의 휠에 가까운 휠 세트 베어링(18)을 통해 각각의 보우기(4, 6)에 회전 가능하게 지지되지만, 도 1에는 차축(14) 마다 휠 세트 베어링(18) 중 하나 만이 도시되어 있다.
하나의 차축(14)의 하나의 휠 세트 베어링(18) 마다 도 2에 도시된 미끄럼 방지 센서(10)가 할당 배치되고, 상기 미끄럼 방지 센서에 의해 관련 차축(14) 또는 관련 휠(12)의 순간 회전 속도, 관련 휠 세트 베어링(18)의 순간 온도 및 관련 휠 세트 베어링(18)의 하나 이상의 종방향 가속도가 측정될 수 있다.
특히 바람직한 실시예에 따라, 휠 축에 대해 횡으로 연장되는, 미끄럼 방지 센서(10)의 하우징(20) 내에 홀 센서(22), 온도 센서(24), 가속도 센서(26), 및 회전 속도 신호, 온도 신호 및 하나 이상의 가속도 신호를 형성 및 출력하기 위한 전자 평가 장치(28)가 배치된다. 각각의 차축(14) 또는 각각의 휠(12)과 함께 회전하는 극 휠(30)이 홀 센서(22)에 마주 놓이며, 상기 극 휠의 회전에 의해 각각의 차축(14) 또는 각각의 휠(12)의 순간 회전 속도 신호에 대한 신호가 발생된다. 하우징(20)은 바람직하게는 외부 플랜지(32)를 가지며, 상기 외부 플랜지를 통해 미끄럼 방지 센서(10)가 직접 관련 휠 세트 베어링(18)에 분리 가능하게 고정될 수 있다. 이로 인해, 휠 세트 베어링(18)에 작용하는 고체 전달 음(solid-borne sound)이 미끄럼 방지 센서(10)의 하우징(20)으로 전달된 다음, 가속도 센서(26)에 의해 검출될 수 있다. 상기 고체 전달음은 예컨대 차축(14)의 휠(12)에서의 플랫 스포트에 의해 또는 결함을 가진 휠 세트 베어링(18)에 의해 야기된다. 상기 가속도 센서는 바람직하게는 총 3개의 입체 축에서 종방향 진동을 측정하기 위해 형성되지만, 더 적은 측정 방향도 표시될 수 있다. 동일한 방식으로 관련 휠 세트 베어링(18) 내의 온도가 온도 센서(24)에 의해 측정될 수 있다.
상기 신호들은 전자 평가 장치(28)에 의해 특히 하기 모니터링 기능을 실행하는, 롤링 기어 모니터링 유닛의 롤링 기어 모니터링 제어 장치(34)로 출력된다:
- 휠 세트 베어링(18)의 온도 모니터링에 의한 각각의 휠 세트 베어링(18)의 과열 작동 검출;
- 적합한 진동 신호들에 의한 각각의 휠 세트 베어링(18)의 손상 검출;
- 적합한 진동 신호들에 의한 롤링 기어 내의 불안정한 동작 또는 결함을 가진 댐퍼의 검출;
- 탈선 검출;
- 적합한 진동 신호들에 의한 플랫 스포트 및 둥글지 않은 휠들(12)의 검출.
탈선 검출, 과열 작동 검출 및 불안정한 동작 상태의 검출은 고속 열차에 대한 TSI의 요구 또는 추천 사항이다. 미끄럼 방지 센서(10)의 온도 신호, 회전 속도 신호 및 가속도 신호는 추가로 결함을 가진 부품 또는 철도의 구간 부분을 조기 검출하기 위한 진단 데이터로서 사용될 수 있다.
롤링 기어 모니터링 제어 장치(34)는 미끄럼 방지 제어 장치(8)와 결합하여 하나의 유닛(38)을 형성한다. 이는 예컨대 전자 롤링 기어 모니터링 제어 장치(34)의 하우징 및 전자 미끄럼 방지 제어 장치(8)의 하우징이 서로 플랜징됨으로써 실현될 수 있다. 그러나, 전자 롤링 기어 모니터링 제어 장치(34)와 전자 미끄럼 방지 제어 장치(8)가 하나의 공통 하우징(40) 내에 수용되는 것이 바람직하다.
롤링 기어 모니터링 유닛(36)과 미끄럼 방지 장치(1)는 하나 이상의 공통 파워 서플라이(41), 조작자와의 통신을 위한 공통 인터페이스(42) 및 차량 제어 시스템과의 통신을 위한 공통 인터페이스(44)를 포함할 수 있다. 차량 제어 시스템과의 통신을 위한 공통 인터페이스(44)는 예컨대 롤링 기어 모니터링 유닛(36)이 검출한 임계적 상태를 디스플레이 장치에 통보하기 위해 차량 버스(46)에 접속된다.
관련 철도 차량이 객차(2)가 아니고, 철도 차량 연결체의 운전자 차량인 경우, 이것 내에는 브레이크 제어 유닛의 중앙 전자 브레이크 제어 장치가 배치되며, 상기 중앙 전자 브레이크 제어 장치는 전체 철도 차량 연결체의 브레이크 과정을 제어 및 조절한다.
객차 또는 운전자 차량이 200 ㎞/h 이상의 속도에 대해 설계되면, 미끄럼 방지 장치(1) 이외에도, 전자 롤 모니터링 제어 장치를 가진 롤 모니터링 유닛이 추가로 마련되며, 상기 롤 모니터링 제어 장치는 미끄럼 방지 센서(10)의 회전 속도 신호를 수신하고 그것으로부터 철도 차량의 휠의 롤- 또는 회전 장애가 있는지의 여부를 검출한다.
철도 차량의 디자인 및 방식에 따라 전자 롤링 기어 모니터링 제어 장치, 전자 미끄럼 방지 제어 장치 및/또는 전자 브레이크 제어 장치 및/또는 롤 모니터링 제어 장치가 결합하여 하나의 구조적 유닛을 형성한다.

Claims (10)

  1. 철도 차량(2)용 제어 유닛으로서, 제어 명령을 브레이크 액추에이터로 출력하기 위한 전자 브레이크 제어 장치를 가진 브레이크 제어 유닛 또는 미끄럼 방지 센서(10)에 의해 전자 미끄럼 방지 제어 장치(8)에 전달되는 하나 이상의 회전 속도 신호에 따라, 하나 이상의 차축(14)의 휠들(12)의 휠 슬립을 조절하는 미끄럼 방지 장치(1), 또는 회전 속도 신호의 형태로 적어도 몇몇의 휠들의 회전 속도를 검출하기 위한 하나 이상의 롤 모니터링 센서와 전자 롤 모니터링 제어 장치를 구비한 롤 모니터링 유닛, 및 탈선, 과열된 베어링 및 불안정한 동작을 포함하는 롤링 기어의 임계 상태 및 손상을 모니터링하거나 진단하기 위한 롤링 기어 모니터링 유닛(36)을 포함하고, 상기 롤링 기어 모니터링 유닛은 전자 롤링 기어 모니터링 제어 장치를 포함하는 것인 철도 차량(2)용 제어 유닛에 있어서,
    상기 전자 롤링 기어 모니터링 제어 장치(34)는 전자 미끄럼 방지 제어 장치(8), 전자 브레이크 제어 장치, 또는 전자 롤 모니터링 제어 장치와 결합하여 하나의 구조적 유닛(38)을 형성하고,
    상기 롤링 기어 모니터링 제어 장치(34)는 상기 롤 모니터링 센서 또는 상기 미끄럼 방지 센서(10)의 회전 속도 신호를 평가하고,
    상기 롤링 기어 모니터링 유닛(36), 상기 미끄럼 방지 장치(1), 상기 브레이크 제어 유닛, 또는 롤 모니터링 유닛은 하나 이상의 공통 파워 서플라이(41), 또는 조작자와의 통신을 위한 공통 인터페이스(42)나 차량 제어 시스템과의 통신을 위한 공통 인터페이스(44)를 포함하는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 제어 유닛.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 전자 롤링 기어 모니터링 제어 장치의 하우징, 상기 전자 미끄럼 방지 제어 장치의 하우징, 상기 전자 브레이크 제어 장치의 하우징, 또는 상기 롤 모니터링 제어 장치의 하우징은 서로 플랜징되는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 제어 유닛.
  4. 제1항에 있어서, 상기 전자 롤링 기어 모니터링 제어 장치(34), 상기 전자 미끄럼 방지 제어 장치(8), 상기 전자 브레이크 제어 장치, 또는 상기 롤 모니터링 제어 장치의 적어도 일부가 하나의 공통 하우징(40) 내에 수용되는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 제어 유닛.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서, 차량 제어 시스템과의 통신을 위한 상기 공통 인터페이스(44)는 차량 버스(46)에 접속되는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 제어 유닛.
  7. 제6항에 있어서, 상기 차량 제어 시스템은 상기 롤링 기어 모니터링 유닛(36)이 검출한 임계 상태를 통보하기 위한 디스플레이 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 제어 유닛.
  8. 제1항에 있어서, 상기 롤 모니터링 센서 또는 상기 미끄럼 방지 센서는 하나 이상의 휠 또는 차축의 회전 속도에 대한 상기 신호 외에 휠 세트 베어링(18)의 온도에 대한 신호 또는 상기 휠 세트 베어링(18)에서의 진동에 대한 진동 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 제어 유닛.
  9. 제8항에 있어서, 상기 미끄럼 방지 센서(10)는 상기 휠 세트 베어링(18)에 직접 배치되거나 또는 상기 휠 세트 베어링(18)의 바로 근처에 배치되는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 제어 유닛.
  10. 제1항에 따른 철도 차량용 제어 유닛을 포함하는 철도 차량.
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