KR101376515B1

KR101376515B1 - 고속철도차량의 추진제동 명령 전달장치 및 그 고속철도차량

Info

Publication number: KR101376515B1
Application number: KR1020130021266A
Authority: KR
Inventors: 신명준
Original assignee: 현대로템 주식회사
Priority date: 2013-02-27
Filing date: 2013-02-27
Publication date: 2014-03-20

Abstract

본 발명은 고속철도차량의 추진제동 명령 전달장치 및 그 고속철도차량에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고속철도차량의 기관사가 주간제어기를 조작하여 차량을 가속 또는 감속하고자 할 때 주간제어기의 추진제동 명령을 추진장치나 제동장치에 전달하는 장치 및 그 추진제동 명령 전달장치를 구비한 고속철도차량에 관한 것이다.
본 발명에 따른 고속철도차량의 추진제동 명령 전달장치는, 기관사의 조작에 따라 아날로그 추진제동 명령을 출력하는 주간제어기와, 상기 추진제동 명령에 따라 차량을 가속하는 추진장치와, 상기 추진제동 명령에 따라 차량을 감속하는 제동장치와, 상기 주간제어기의 아날로그 추진제동 명령을 입력받아 디지털로 변환하여 기존 제1통신라인을 통해 객차의 제2컨트롤러에 전달하며, 기존 제2통신라인을 통해 자동력차의 추진장치 또는 제동장치에 전달하는 제1컨트롤러, 및 디지털 추진제동 명령을 입력받아 기존 제1통신라인을 통해 다른 객차의 제2컨트롤러에 전달하며 기존 제2통신라인을 통해 자객차의 추진장치 또는 제동라인에 전달하는 제2컨트롤러를 포함하여 구성된다.

Description

고속철도차량의 추진제동 명령 전달장치 및 그 고속철도차량 {COMMAND TRANSFER DEVICE FOR PROPULSION BRAKING OF HIGH-SPEED RAILWAY VEHICLE AND THE HIGH-SPEED RAILWAY VEHICLE}

본 발명은 고속철도차량의 추진제동 명령 전달장치 및 그 고속철도차량에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고속철도차량의 기관사가 주간제어기를 조작하여 차량을 가속 또는 감속하고자 할 때 주간제어기의 추진제동 명령을 추진장치나 제동장치에 전달하는 장치 및 그 추진제동 명령 전달장치를 구비한 고속철도차량에 관한 것이다.

일반적으로 철도차량은 바퀴식 구동장치를 이용하여 추진하는 차량으로, 차륜과 레일 간의 마찰력인 점착력에 의해 추진력 및 제동력을 얻는다.

상기 철도차량은 소정 수량의 차량으로 구성된 단일편성 또는 이 단일편성이 연결된 중련 편성으로 운행된다.

즉, 철도차량의 전동차는 한번에 많은 인원을 정해진 시간 내에 수송하기 위해 도입된 것으로, 전동차는 오래전부터 대부분 10량 또는 8량으로 구성된 단일편성 시스템으로 구성된다.

또한, 최근에 운행되거나 추진중인 도시 철도차량은 에너지 절감과 전동차 구매 및 운용비용을 줄이기 위해 4량 또는 6량 단일편성으로 구성하기도 한다.

그리고 출퇴근 또는 각종 큰 행사에 따른 많은 인원을 수송하기 위해 전동차의 중련운전의 필요성이 대두하고 있으며, 이는 또한 세계적인 추세이다.

한편, 국내에는 시속 350Km/h 이상의 속도로 고속주행하는 고속철도차량이 운행되고 있으며, 이러한 고속철도차량은 차량을 견인하는 동력차와 승객들이 탑승하는 객차로 이루어진다.

주간제어기(Master Controller)는 단일편성 또는 중련편성된 고속철도차량의 동력차 운전실에 설치되는 장비로 기관사에 의해 조작된다.

기관사가 차량의 추진이나 제동을 위해 조작한 주간제어기의 추진제동 명령은 각 차량에 구비된 추진장치나 제동장치에 전달되며 이를 통해 차량이 동작하게 된다.

종래에는 주간제어기의 추진제동 명령이 일반적인 통신라인과 별도로 설치된 하드와이어나 PWM 신호에 의해 추진장치나 제동장치에 전달되어 유지보수 및 비용측면에서 불리하며, 유지보수 및 비용절감 측면에서 차량에 설치되는 케이블의 수를 감소시키는 철도차량의 설계 추세에 반하게 되는 문제점이 있었다.

이러한 종래 기술을 첨부된 도면 도 1과 도 2를 참고로 설명하면 다음과 같다.

도 1은 종래 고속철도차량의 추진제동 명령 전달구조의 일 예를 나타내는 도면으로서, 일반적인 통신라인을 통하지 않고 PWM신호 전달 방식에 의해 추진제동 명령이 전달되는 것을 보여준다.

도 1에 도시된 바와 같이 양쪽 동력차 운전실에서 기관사가 조작한 주간제어기(MasCon)의 추진제동 명령은 아날로그 출력으로 PWM(Pulse Width Modulation) 생성기(10)에 입력된다.

상기 PWM 생성기(10)는 입력된 아날로그 전압을 펄스폭변조(PWM) 형태로 변조하여 통해 추진제동 명령을 각 차량의 추진장치(20) 및 제동장치(30)에 전달하는 구조이다.

그런데 이와 같은 종래 PWM신호 전달 방식은 양쪽 동력차에 PWM 생성기(10)가 함께 설치되어야 하기 때문에 유지보수와 비용측면에서 효율적이지 못하며 차량의 길이가 길어지는 경우 전압 강하 등의 문제가 발생할 수 있다.

도 2는 종래 고속철도차량의 추진제동 전달구조의 다른 예를 나타내는 도면으로서, 일반적인 통신라인을 통하지 않고 하드와이어 케이블을 통해 추진제동 명령이 전달되는 것을 보여준다.

도 2에 도시된 바와 같이 주간제어기(MasCon)의 추진제동 명령을 PWM 생성기 없이 아날로그 전압을 그대로 차량배선을 통해 추진장치(20)나 제동장치(30)로 직접 입력되는 구조를 갖는다.

이 경우 주간제어기(MasCon)의 추진제동 명령 전달을 위해 차량 내부와 차량간 전용 하드와이어 케이블(40)이 설치되어야 한다.

또한, KTX-산천과 같이 주간제어기(MasCon) 명령뿐만 아니라 보조제동 레버명령을 전달해야 하는 경우 별도의 명령 전달용 하드와이어 케이블이 여러 가닥 설치되어야 한다.

또한, 고압 및 교류 전류의 영향 등의 외란(disturbance)에 의해 각 차량에 전달되는 전압값에 왜곡(distortion)이 생길 수 있다.

이와 같이 종래에는 일반적인 통신라인을 거치지 않고 별도의 하드와이어 케이블(40)이나 PWM 생성기(10)를 통해 추진제동 명령을 추진장치(20)나 제동장치(30)에 전달하였기 때문에 구조가 복잡하고 유지보수 및 비용 측면에서 효율적이지 못한 문제점이 있었다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 주간제어기의 추진제동 명령을 차량에 기설치된 통신라인을 통해 추진장치나 제동장치에 전달함으로써 차량에 설치되는 케이블의 수를 최소화하여 구조를 단순화하고, 이를 통해 유지보수 및 비용을 절감할 수 있는 고속철도차량의 추진제동 명령 전달장치 및 그 고속철도차량에 관한 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 고속철도차량의 추진제동 명령 전달장치는 동력차의 운전실에 설치되어 기관사의 조작에 따라 아날로그 추진제동 명령을 출력하는 주간제어기;

동력차나 객차의 하부에 설치되어 상기 추진제동 명령에 따라 차량을 가속하는 추진장치;

상기 동력차나 객차의 하부에 설치되어 상기 추진제동 명령에 따라 차량을 감속하는 제동장치;

상기 동력차에 설치되고 주간제어기의 아날로그 추진제동 명령을 입력받아 디지털로 변환하여 기존 제1통신라인을 통해 객차의 제2컨트롤러에 전달하며 기존 제2통신라인을 통해 자동력차의 추진장치 또는 제동장치에 전달하는 제1컨트롤러; 및

상기 객차에 설치되고 디지털 추진제동 명령을 입력받아 기존 제1통신라인을 통해 다른 객차의 제2컨트롤러에 전달하며 기존 제2통신라인을 통해 자객차의 추진장치 또는 제동라인에 전달하는 제2컨트롤러; 를 포함하여 구성된다.

또한, 상기 제1컨트롤러는 중앙제어장치(CCU: Central Control Unit)로서 백업 구조를 위해 2개가 구비되고, 제2컨트롤러는 차량제어장치(VCU: Vehicle Control Unit)인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1통신라인과 제2통신라인은 Arcnet, LonWorks, Ethernet 또는 TCN 방식을 적용하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 TCN 방식을 적용하는 경우 제1통신라인은 TCN-WTB이고, 제2통신라인은 TCN-MVB인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 주간제어기의 아날로그 추진제동 명령을 동력차와 객차의 추진장치나 제동장치에 전달하는 하드와이어의 백업라인이 더 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 동력차의 운전실에 설치되어 기관사의 조작에 따라 아날로그 보조추진제동 명령을 상기 제1컨트롤러와 백업라인에 출력하는 보조추진제동 레버가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 고속철도차량은 상술한 추진제동 명령 전달장치 중 어느 하나를 포함하여 구성된다.

상술한 과제의 해결수단에 의하면, 주간제어기의 추진제동 명령을 차량에 기설치된 통신라인을 통해 추진장치나 제동장치에 전달함으로써 차량에 설치되는 케이블의 수를 최소화하여 구조를 단순화하고, 이를 통해 유지보수 및 비용을 절감할 수 있다.

도 1은 종래 고속철도차량의 추진제동 명령 전달구조의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 2는 종래 고속철도차량의 추진제동 명령 전달구조의 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 고속철도차량의 추진제동 명령 전달장치를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 고속철도차량의 추진제동 명령 전달장치를 나타내는 도면이다.

이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참고로 그 구성 및 작용을 설명하기로 한다.

도면들 중 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호 및 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다.

하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.

또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 고속철도차량의 추진제동 명령 전달장치를 나타내는 도면이다.

도 3에 도시된 바와 같이 주간제어기(MasCon), 제1컨트롤러(50a), 제2컨트롤러(50b), 제1통신라인(L1), 제2통신라인(L2), 추진장치(20) 및 제동장치(30)를 포함하여 구성된다.

상기 주간제어기(MasCon)는 고속철도차량의 양쪽 동력차 운전실에 설치되는 장비로 기관사에 의해 조작되어 아날로그 추진제동 명령을 출력한다.

제1컨트롤러(50a)는 상기 양쪽 동력차에 구비되는 것으로 주간제어기(MasCon)로부터의 아날로그 추진제동 명령을 입력받아 디지털로 전환한 후 제1통신라인(L1)을 통해 타차량(객차)의 제2컨트롤러(50b)에 전달하고, 제2통신라인(L2)을 통해 자차량(동력차)의 추진장치(20)나 제동장치(30)에 전달한다.

상기 제2컨트롤러(50b)는 양쪽 동력차 사이의 객차에 설치되는 것으로, 상기 제1컨트롤러(50a)로부터 상기 제1통신라인(L1)을 통해 추진제동 명령을 제1통신라인(L1)을 통해 타차량(객차)의 제2컨트롤러(50b)에 디지털 전달하고, 제2통신라인(L2)을 통해 자차량(객차)의 추진장치(20)나 제동장치(30)에 전달한다.

추진장치(20)나 제동장치(30)는 동력차와 객차에 구비되는 것으로, 제1컨트롤러(50a)나 제2컨트롤러(50b)부터 제2통신라인(L2)을 통해 추진제동 명령을 입력받아 차량을 가속하거나 감속하고, 또한 제2통신라인(L2)을 통해 제1컨트롤러(50a)나 제2컨트롤러(50b)에 각 장치의 상태를 나타내는 신호를 전달한다.

이때 통신라인(L1,L2)은 철도차량에 쓰이는 통신방식인 Arcnet, LonWorks, Ethernet, TCN을 적용할 수 있고, 특히 차량간 즉, 컨트롤러(50a,50b)간 통신라인은 TCN-WTB이고, 차량 내부 간의 통신 즉, 컨트롤러(50a,50b)와 추진장치(20)나 제동장치(30) 간의 통신라인은 TCN-MVB일 수 있다.

여기서 디지털화된 각종 정보를 전달하는 상기 TCN(Train Communication Network)은 1999년에 국제 표준 IEC-61375로 채택된 기술로서, TCN-WTB(Wired Train Bus)는 컨트롤러(50a,50b)간 제1통신라인(L1)으로, TCN-MVB(Multifunction Vehicle Bus)는 차량 내의 컨트롤러(50a,50b)와 추진장치(20)나 제동장치(30)간 제2통신라인(L2)으로 채택된다.

또한, 상기 제1컨트롤러(50a)는 예를 들어 동력차에 장착되는 중앙제어장치(CCU: Central Control Unit)로 백업(Back Up) 구조를 위해 2개(CCU1,CCU2)가 구비될 수 있으며, 제2컨트롤러(50b)는 예를 들어 객차에 장착되는 차량제어장치(VCU: Vehicle Control Unit)가 될 수 있다.

상술한 구성에서 주간제어기(MasCon)의 아날로그 추진제동 명령은 제1컨트롤러(50a)에 입력되어 디지털로 변환된 후 기존 제1통신라인(L1)을 통해 제2컨트롤러(50b)에, 기존 제2통신라인(L2)을 통해 자차량의 추진장치(20)나 제동장치(30)에 전달하고, 제2컨트롤러(50b)는 전달받은 추진제동 명령을 기존 제1통신라인(L1)을 통해 또 다른 제2컨트롤러(50b)에, 기존 제2통신라인(L2)을 자차량의 추진장치(20)나 제동장치(30)에 전달한다.

이와 같은 방식으로 기존 제1통신라인(50a)을 통해 추진제동 명령이 마지막 객차의 제2컨트롤러(50b)에 전달되며, 마지막 객차의 제2컨트롤러(50b)는 기존 제2통신라인(L2)을 통해 추진장치(20)나 제동장치(30)에 추진제동 명령을 전달하게 된다.

상기 동력차와 객차의 추진장치(20)나 제동장치(30)에 주간제어기(MasCon)의 추진제동 명령이 전달되면, 상기 추진장치(20)나 제동장치(30)의 작동에 의해 고속철도차량이 가속하거나 감속하게 된다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 고속철도차량의 추진제동 명령 전달장치를 나타내는 도면이다.

도 4에 도시된 바와 같이 주간제어기(MasCon), 제1컨트롤러(50a), 제2컨트롤러(50b), 제1통신라인(L1), 제2통신라인(L2), 추진장치(20) 및 제동장치(30) 이외에 보조추진제동 레버(60)와 백업라인(70)이 더 구비된다.

이때 통신라인(L1,L2)은 철도차량에 쓰이는 통신방식인 Arcnet, LonWorks, Ethernet, TCN을 적용할 수 있고, 특히 차량간 즉, 컨트롤러(50a,50b)간 통신라인은 TCN-WTB이고, 차량 내부 간의 통신 즉, 컨트롤러(50a,50b))와 추진장치(20)나 제동장치(30) 간의 통신라인은 TCN-MVB일 수 있다.

또한, 상기 추진장치(20)나 제동장치(30)는 주간제어기(MasCon)의 아날로그 추진제동 명령을 백업라인(70)을 통해 입력받아 차량을 가속하거나 감속한다.

이때 백업라인(70)은 하드와이어 케이블일 수 있다.

또한, 상기 제1컨트롤러(50a)는 예를 들어 동력차에 장착되는 중앙제어장치(CCU)로 백업(Back Up) 구조를 위해 2개(CCU1,CCU2)가 구비될 수 있으며, 제2컨트롤러(50b)는 예를 들어 객차에 장착되는 차량제어장치(VCU: Vehicle Control Unit)가 될 수 있다.

보조추진제동 레버(60)는 고속철도차량의 양쪽 동력차 운전실에 설치되는 장비로 기관사에 의해 조작되어 아날로그 보조추진제동 명령을 출력한다.

상기 아날로그 보조추진제동 명령은 제1컨트롤러(50a)에 입력된 후 디지털로 변환되어 기존 제1통신라인(L1)을 통해 제2컨트롤러(50b)에 전달된 다음 제1,2컨트롤러(50a,50b)부터 기존 제2통신라인(L2)을 통해 추진장치(20)나 제동장치(30)에 입력될 수 있고, 또는 상기 백업라인(70)을 통해 추진장치(20)나 제동장치(30)에 입력되어 차량이 가속되거나 감속된다.

상술한 구성에서 주간제어기(MasCon)의 아날로그 추진제동 명령이나 보조추진제동 레버(60)의 아날로그 보조추진제동 명령은 제1컨트롤러(50a)에 입력되어 디지털로 변환된 후 기존 제1통신라인(L1)을 통해 제2컨트롤러(50b)에, 기존 제2통신라인(L2)을 통해 자차량의 추진장치(20)나 제동장치(30)에 전달하고, 제2컨트롤러(50b)는 전달받은 추진제동 명령이나 보조추진제동 명령을 기존 제1통신라인(L1)을 통해 또 다른 제2컨트롤러(50b)에, 기존 제2통신라인(L2)을 자차량의 추진장치(20)나 제동장치(30)에 전달한다.

이와 같은 방식으로 기존 제1통신라인(50a)을 통해 추진제동 명령이나 보조추진제동 명령이 마지막 객차의 제2컨트롤러(50b)에 전달되며, 마지막 객차의 제2컨트롤러(50b)는 기존 제2통신라인(L2)을 통해 추진장치(20)나 제동장치(30)에 추진제동 명령이나 보조추진제동 명령을 전달하게 된다.

또한, 주간제어기(MasCon)의 아날로그 추진제동 명령이나 보조추진제동 레버(60)의 아날로그 보조추진제동 명령은 하드와이어 케이블의 백업라인(70)을 통해 추진장치(20)나 제동장치(30)에 전달된다.

상기 동력차와 객차의 추진장치(20)나 제동장치(30)에 주간제어기(MasCon)의 추진제동 명령이나 보조추진제동 레버(60)의 아날로그 보조추진제동 명령이 전달되면, 상기 추진장치(20)나 제동장치(30)의 작동에 의해 고속철도차량이 가속하거나 감속하게 된다.

이와 같은 본 발명의 추진제동 명령 전달방식은 기존의 통신라인(예를 들어 TCN)을 통해 각 차량의 추진장치나 제동장치에 추진제동 명령이 전달되고 소프트웨어를 이용한 제어방식이기 때문에 구조가 간단하고 유지보수가 용이하다.

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.

20: 추진장치 30: 제동장치
50a,50b: 컨트롤러 60: 보조추진제동 레버
70: 백업라인 L1,L2: 통신라인
MasCon: 주간제어기

Claims

동력차의 운전실에 설치되어 기관사의 조작에 따라 아날로그 추진제동 명령을 출력하는 주간제어기;
동력차나 객차의 하부에 설치되어 상기 추진제동 명령에 따라 차량을 가속하는 추진장치;
상기 동력차나 객차의 하부에 설치되어 상기 추진제동 명령에 따라 차량을 감속하는 제동장치;
상기 동력차에 설치되고 주간제어기의 아날로그 추진제동 명령을 입력받아 디지털로 변환하여 기존 제1통신라인을 통해 객차의 제2컨트롤러에 전달하며 기존 제2통신라인을 통해 자동력차의 추진장치 또는 제동장치에 전달하는 제1컨트롤러; 및
상기 객차에 설치되고 디지털 추진제동 명령을 입력받아 기존 제1통신라인을 통해 다른 객차의 제2컨트롤러에 전달하며 기존 제2통신라인을 통해 자객차의 추진장치 또는 제동라인에 전달하는 제2컨트롤러; 를 포함하는 고속철도차량의 추진제동 명령 전달장치.
제1항에 있어서,
상기 제1컨트롤러는 중앙제어장치(CCU: Central Control Unit)로서 백업 구조를 위해 2개가 구비되고, 제2컨트롤러는 차량제어장치(VCU: Vehicle Control Unit)인 것을 특징으로 하는 고속철도차량의 추진제동 명령 전달장치.
제1항에 있어서,
상기 제1통신라인과 제2통신라인은 Arcnet, LonWorks, Ethernet 또는 TCN 방식을 적용하는 것을 특징으로 하는 고속철도차량의 추진제동 명령 전달장치.
제3항에 있어서,
상기 TCN 방식을 적용하는 경우 제1통신라인은 TCN-WTB이고, 제2통신라인은 TCN-MVB인 것을 특징으로 하는 고속철도차량의 추진제동 명령 전달장치.
제1항에 있어서,
상기 주간제어기의 아날로그 추진제동 명령을 동력차와 객차의 추진장치나 제동장치에 전달하는 하드와이어의 백업라인이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 고속철도차량의 추진제동 명령 전달장치.
제5항에 있어서,
상기 동력차의 운전실에 설치되어 기관사의 조작에 따라 아날로그 보조추진제동 명령을 상기 제1컨트롤러와 백업라인에 출력하는 보조추진제동 레버가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 고속철도차량의 추진제동 명령 전달장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 추진제동 명령 전달장치를 포함하는 고속철도차량.