KR101465525B1 - 철도차량의 활주제어 연계시스템 및 방법 - Google Patents

철도차량의 활주제어 연계시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 철도차량의 활주제어 연계시스템 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 제동장치에 의한 활주 제어시 차상신호장치와 상호 인터페이스함으로써 상용전제동 및 비상제동과 같은 시스템 페일(Fail)을 줄일 수 있는 철도차량의 활주제어 연계시스템 및 방법에 관한 것이다.
본 발명은 철도차량의 활주제어 연계시스템은 철도차량의 객차에 설치되어 열차 운행중 슬립/슬라이드 발생시 대차의 활주제어를 명령하는 VCU와, 상기 VCU의 활주제어 명령에 따라 활주방지 로직을 수행하여 해당 대차를 활주제어하는 제동장치와, 운전실에 설치되어 차량의 상태진단 및 제어를 담당하고, 상기 VCU와 상호 인터페이스되는 CCU, 및 상기 CCU와 상호 인터페이스되어 제동장치의 활주제어를 모니터링하고, 제동장치의 활주제어에 의한 해당 대차의 제동력 감소를 고려해서 제동력을 조정하여 ATO 운행하는 차상신호장치를 포함하여 구성된다.

Description

철도차량의 활주제어 연계시스템 및 방법 {Linking system for anti-skid control of railway vehicle and method}
본 발명은 철도차량의 활주제어 연계시스템 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 제동장치에 의한 활주 제어시 차상신호장치와 상호 인터페이스함으로써 상용전제동(Full Service Brake) 및 비상제동(Emergency Brake)과 같은 시스템 페일(Fail)을 줄일 수 있는 철도차량의 활주제어 연계시스템 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 철도차량은 4개의 축에 차륜(wheel)이 장착되어 있어서 주행중에 제동브레이크를 작동시키면, 4개의 축에 각각 설치되어 있는 차륜에 일정하게 제동용 압축공기가 공급되지 않는 경우가 종종 발생하며, 또한 차의 속도는 빠르나 차륜은 천천히 돌아갈 경우가 발생한다.
이에 따라, 나머지 3축 또는 2축에 설치된 차륜은 구동되고 있음에도, 압축공기가 과도하게 공급된 차륜은 제동력이 강하게 작동하여 차륜이 회전되지 못하고 끌려가는 활주현상이 발생한다.
또한, 철도차량은 강재(steel)로 이루어진 레일의 상부를 강재로 만들어진 차륜이 이동하는 형태로 되어 있기 때문에 레일과 차륜간의 마찰계수가 작다.
따라서, 철도차량의 제동시에 철도차량의 기계적인 제동력이 레일과 차륜간의 마찰력보다 크다면 차륜이 정지된 상태에서 레일 위를 미끄러지는 활주(Skid)현상이 발생하게 되고, 이에 따라 차륜의 일부가 손상되는 찰상이 일어나게 된다.
이로 인해 차륜의 일측이 레일과 마찰하여 편마모가 발생할 뿐만 아니라, 활주시에 차륜과 레일의 마찰력에 의해 소음이 발생하며, 또한 상기 차륜의 편마모에 의해 차륜의 수명을 단축하는 등의 여러 가지 문제점이 발생한다.
또한, 차륜이 편마모되면 진동의 발생에 따라 분진이 발생하여 탑승자들의 건강을 해침과 동시에 승객의 승차감을 비롯하여 심지어는 철도차량의 안전성에도 문제점을 야기할 우려가 있다.
이러한 활주현상을 방지하기 위하여 제동전자제어유니트(ECU)에서 활주제어(Anti-Skid Control)를 수행한다.
도 1은 종래 활주제어 시스템의 블록도로서, 제동전자제어유니트(ECU), 안티스키드덤프밸브(Anti-Skid Dump Valve)(12) 및 속도센서(10)를 포함하여 구성된다.
속도센서(10)는 철도차량의 저어널에 설치되어 네 차축의 속도를 감지하여 펄스신호를 제동전자제어유닛(ECU)에 전송한다.
상기 제동전자제어유닛(ECU)은 펄스신호를 여러 번 변환하는 과정을 거쳐 회전속도를 연산하는데 사용하고, 네 차축 속도의 변화율(감속도)를 계산하여 활주인지 아닌지를 판단한다.
또한, 활주로 판단한 경우에 전두대차와 후미대차의 안티스키드덤프밸브(12)를 제어하여 활주제어를 수행한다.
상기 안티스키드덤프밸브(12)는 공기제동작용시 제동전자제어유니트(ECU)에서 발생된 제동완해 신호 및 제동신호를 수신하고, 제동 압력공기 공급의 개폐 및 배기를 행하며, 차륜의 찰상 발생방지 및 제동거리 신장억제를 도모한다.
철도차량 활주 및 비활주 시에 따라 작동모드가 분류되며, 활주 시 완해, 중립, 제동(활주 소멸) 등 세 가지 작용을 한다.
이때 제동 시에는 제동압력이 제동통으로 전달되고, 완해 시에는 제동통의 공기가 완해 측을 통해 배기된다.
위에서 살펴본 바와 같이 종래 활주제어 시스템은 차상신호장치와 인터페이스를 하지 않는다,
즉, 열차운행을 주관하는 차상신호장치인 ATO 장치는 활주 제어시, 활주를 검지한 대차의 제동력의 정보가 없으므로 인해 정상적인 ATO 로직에 의해 제동노치(brake notch)를 가해도 그에 합당한 제동 응답(response)을 얻을 수 없다.
따라서 과속(overspeed)의 열차운행에 의한 FSB(Full Service Brake) 체결 또는 EB(Emergency Brake) 체결로 인해 열차 운행을 지속할 수 없다.
여기서 상기 열차자동운전(ATO) 장치는 열차가 정거장을 출발해서 정차할 때까지의 가속, 감속, 정위치 정차 등을 자동으로 수행하는 장치이다.
상기 EB는 운행중 비상상황 발생시, Mas-con Lever 비상위치, 비상스위치 신호, ATC/ATS/Vigilance/Speed Limit 장치 등의 비상제동 요구신호에 따른 논리회로의 제어신호에 의한 것으로, 상용 제동시보다 제동력을 1.4 ~ 1.5배 증가시켜 제동거리를 단축한다.
상기 FSB는 정상운전시 사용되는 제동에서 작용가능한 최대상용제동이다.
한편, 최근 양산되는 철도차량은 수동운전에서 자동운전이나 무인운전으로 변화하는 추세이다.
이러한 철도차량은 열차에 기관사 탑승하여 스위치 버튼에 의한 자동운전이나 열차 제어가 원격으로 시행되는 무인운전을 가능하게 한다.
그런데 전술한 바와 같이 철도차량의 슬립(slip)이나 슬라이드(slide)가 발생시 차륜경 마모 방지를 위해서 제동장치는 활주방지 로직을 수행하지만, 열차운행을 주관하는 차상신호장치는 제동장치의 활주방지 로직에 대응하여 적절한 열차 제어를 하지 못하였다.
따라서 자동운전이나 무인운전 차량의 경우에 활주현상이 발생하기 때문에 열차 정위치 정차가 정확하게 이루어지지 않아 승객의 불편함이 따르고 열차 FSB나 EB같은 시스템 페일이 일어나는 문제점이 있었다.
대한민국 특허등록 제20-0267461호(공고일자 2002년03월09일)
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 제동장치의 활주제어시 차상신호장치에서 이를 모니터링하고 별도의 소프트웨어 로직으로 제동력을 조정하여 열차 운행중 과속에 의한 FSB 또는 EB 상황을 방지하여 정상적인 운행을 지속할 수 있는 철도차량의 활주제어 연계시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 철도차량의 활주제어 연계시스템은 철도차량의 객차에 설치되어 열차 운행중 슬립/슬라이드 발생시 대차의 활주제어를 명령하는 VCU;
상기 VCU의 활주제어 명령에 따라 활주방지 로직을 수행하여 해당 대차를 활주제어하는 제동장치;
운전실에 설치되어 차량의 상태진단 및 제어를 담당하고, 상기 VCU와 상호 인터페이스되는 CCU; 및
상기 CCU와 상호 인터페이스되어 제동장치의 활주제어를 모니터링하고, 제동장치의 활주제어에 의한 해당 대차의 제동력 감소를 고려해서 제동력을 조정하여 ATO 운행하는 차상신호장치; 를 포함하여 구성된다.
여기서 상기 VCU와 CCU는 WTB(Wire Train Bus) 통신으로 상호 인터페이스 되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 CCU와 차상신호장치는 MVB(Multifunction Vehicle Bus)나 RS-485 통신으로 상호 인터페이스 되는 것을 특징으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 철도차량의 활주제어 연계방법은 철도차량의 차량마다 구비된 네 차축의 속도를 감지하여 펄스신호를 출력하는 단계;
상기 펄스신호를 변환하여 회전속도를 연산하고, 네 차축 속도의 변화율을 계산하는 단계;
상기 네 차축 속도의 변화율로 활주인지 아닌지를 판단하는 단계;
상기 활주로 판단한 경우에 제동장치에서 해당 대차의 활주제어를 수행하는 단계; 및
차상신호장치에서 상기 제동장치의 활주제어를 모니터링하여 해당 대차의 제동력 감소를 고려해서 제동력을 조정하여 ATO 운행하는 단계; 를 포함하여 구성된다.
제동장치의 활주제어시 차상신호장치에서 이를 모니터링하고 별도의 소프트웨어 로직으로 제동력을 조정하여 열차 운행중 과속에 의한 FSB 또는 EB 상황을 방지하여 정상적인 운행을 지속할 수 있고, 열차 정위치 정차가 정확하게 이루어져 승객의 불편함을 해소할 수 있다.
도 1은 종래 활주제어 시스템의 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 활주제어 연계시스템의 열차 설치 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 활주제어 연계방법의 순서도이다.
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 2는 본 발명에 따른 활주제어 연계시스템의 열차 설치 구성도이다.
도 2에 도시된 바와 같이 활주제어 연계시스템은 차상신호장치(30), 신호변환장치(28a,28b), CCU(26), VCU(24) 및 제동장치(20)를 포함하여 구성된다.
VCU(Vehicle Control Unit)(24)는 객차(M1,M2)에 설치되어 그 객차(M1,M2)의 상태진단 및 제어를 담당하고 특히 철도차량 운행중 열차의 슬립/슬라이드 발생시 제동장치(20)에 활주제어를 명령하고, 제동장치(20)는 이 명령에 의해 활주방지 로직을 수행하여 차륜경 마모를 방지한다.
즉, 제동력을 감소시켜 차륜의 회전속도를 차량의 주행속도로 신속하게 되돌려 재점착을 시킨 후 소정의 제동력을 재차 작용시킨다.
TCMS(Train Control and Monitoring System)의 CCU(Central Control Unit)(26)는 제어차(Tc) 운전실에 설치되어 차량의 상태진단 및 제어를 담당하는 장치이다.
운행 중인 열차 내에 설치되어 있는 각종 센서들을 통해 감지된 데이터와 운전자에 의해 입력된 데이터들은 일단 운전실에 설치된 상기 CCU(26)에 전송되고, 이들 정보는 CCU(26)에 연결되어 있는 무선전송장치에서 수집 저장된 후, 예컨대 미리 정해진 정차역에 열차가 정차 중에 작업자에 의하여, 무선안테나를 통해 CDMA와 같은 이동통신망 또는 Wi-Fi와 같은 무선인터넷망을 통해 외부의 지상에 설치되어 있는 관제센터 내의 지상서버로 전송된다.
이와 같이 제동장치(20)의 활주제어를 명령하는 VCU(24)와 TCMS의 CCU(26) 장치는 WTB(Wire Train Bus) 통신방식을 통해 상호 인터페이스 하여 제동장치의 활주제어를 통신을 통해 TCMS에서 모니터링할 수 있다.
또한, 열차 운행의 전반적인 제어를 담당하는 차상신호장치(30)는 상기 TCMS의 CCU(26)와 MVB(Multifunction Vehicle Bus)/RS-485 통신과 신호변환장치(28a,28b)를 통해 상호 인터페이스하여 차상신호장치(30)에서도 제동장치(20)의 활주제어 정보를 제공받는다.
이에 상기 차상신호장치(30)는 제동장치(20)의 활주제어를 모니터링하여 제동장치(20)와는 별도의 소프트웨어 로직으로 제동력을 조정하여 정상적인 ATO(Automatic Train Operation) 로직을 수행한다.
여기서 미설명 부호 32는 디스플레이 유닛이고, 22는 추진장치이다.
도 3은 본 발명에 따른 활주제어 연계방법의 순서도이다.
철도차량의 저어널에 설치되는 속도센서는 네 차축의 속도를 감지하여 펄스신호를 제동전자제어유닛에 전송한다(S302).
제동전자제어유닛은 상기 펄스신호를 여러 번 변환하는 과정을 거쳐 회전속도를 연산하는데 사용하고, 네 차축 속도의 변화율(감속도)를 계산하여(S304) 활주인지 아닌지를 판단한다(S306).
상기 활주로 판단한 경우에 전두대차와 후미대차의 안티스키드덤프밸브를 제어하여 제동장치(20)에서 해당 대차의 활주제어를 수행하고(S308), 활주가 아니라고 판단한 경우에 활주제어를 수행하지 않고 정상적인 제어를 수행한다(S314).
차상신호장치(30)는 이와 같은 제동장치(20)의 활주제어를 인터페이스를 통해 모니터링하여(S310) 해당 대차의 제동력 감소를 고려한 별도의 로직으로 제동력을 조정하여 ATO 운행을 수행한다(S312).
자동 또는 무인 운전시, 활주제어 상황에서 종래에는 제동력 부족으로 열차의 과속에 의한 FSB/EB 상황을 초래하고, EB 상황에서는 해당 모드가 해제되고 기관사의 조치를 통해서만 열차 운행을 재개할 수 있으며, 특히 기관사가 없는 무인운전 상황인 경우 활주제어로 인해 정상 열차 운행까지 많은 시간이 걸리게 되어 승객의 불편함을 초래하였으나, 본 발명에서처럼 차상신호장치(30)에서 제동장치(20)의 활주제어에 의한 해당 대차의 제동력 감소를 고려한 별도의 로직으로 제동력을 조정하여 ATO 운행함으로써 이러한 문제를 해결할 수 있다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
10: 차속센서 12: 안티스키드덤프밸브
20: 제동장치 22: 추진장치
24: VCU 26: CCU
28: 신호변환장치 30: 차상신호장치
32: DU ECU: 제동전자제어유닛

Claims (5)

  1. 철도차량의 객차에 설치되어 열차 운행중 슬립/슬라이드 발생시 제동장치에 대차의 활주제어를 명령하는 VCU;
    상기 VCU의 활주제어 명령에 따라 활주방지 로직을 수행하여 해당 대차를 활주제어하는 제동장치;
    운전실에 설치되어 차량의 상태진단 및 제어를 담당하고, 상기 VCU와 상호 인터페이스되어 제동장치의 활주제어를 모니터링하는 CCU; 및
    상기 CCU와 상호 인터페이스되어 제동장치의 활주제어를 모니터링하고, 상기 제동장치의 활주제어시 제동장치의 활주제어에 의한 해당 대차의 제동력 감소를 고려해서 제동력을 조정하여 ATO 운행하는 차상신호장치; 를 포함하는 철도차량의 활주제어 연계시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 VCU와 CCU는 WTB(Wire Train Bus) 통신으로 상호 인터페이스 되는 것을 특징으로 하는 철도차량의 활주제어 연계시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 CCU와 차상신호장치는 MVB(Multifunction Vehicle Bus)나 RS-485 통신으로 상호 인터페이스 되는 것을 특징으로 하는 철도차량의 활주제어 연계시스템.
  4. 삭제
  5. 속도센서에서 철도차량의 차량마다 구비된 네 차축의 속도를 감지하여 펄스신호를 출력하는 단계;
    제동전자제어유닛에서 상기 펄스신호를 변환하여 회전속도를 연산하고, 네 차축 속도의 변화율을 계산하는 단계;
    상기 제동전자제어유닛에서 상기 네 차축 속도의 변화율로 활주인지 아닌지를 판단하는 단계;
    상기 제동전자제어유닛에서 상기 활주로 판단한 경우에 제동장치에서 해당 대차의 활주제어를 수행하고, 활주가 아니라고 판단한 경우에 활주제어를 수행하지 않고 정상적인 제어를 수행하는 단계; 및
    차상신호장치에서 상기 제동장치의 활주제어를 모니터링하여 활주제어를 수행한 경우에 해당 대차의 제동력 감소를 고려해서 제동력을 조정하여 ATO 운행하는 단계를 포함하는 철도차량의 활주제어 연계방법.
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