KR101683461B1

KR101683461B1 - 비접촉식 철도 차량간 정보 전송 장치

Info

Publication number: KR101683461B1
Application number: KR1020140192602A
Authority: KR
Inventors: 이강미; 황현철; 최돈범
Original assignee: 한국철도기술연구원
Priority date: 2014-12-29
Filing date: 2014-12-29
Publication date: 2016-12-07
Also published as: KR20160080884A

Abstract

비접촉식 철도 차량간 정보 전송 장치가 제공된다. 비접촉식 철도 차량간 정보 전송 장치는 열차 종합 정보 장치에 연결되어 다른 철도 차량과 정보를 전송하기 위한 통신부; 다른 철도 차량과 연결을 위한 연결기의 결합 상태를 감지하여 통신부를 활성화시키는 감지부; 및 통신부에 연결되어 다른 철도 차량으로 무선으로 정보를 전송하는 안테나를 포함한다. 상기와 같은 구성에 의해 본 발명은 철도 차량의 분리결합시 인터페이스 구축을 위한 운영 요원의 필요 없고, 철도 차량의 분리결합을 위한 소요 시간을 단축할 수 있으며, 복합 연결기를 구비하지 않은 기존의 철도 차량에도 적용할 수 있고, 선로의 단차 또는 접속 케이블의 탈거 등에 의한 전기 통신선의 접촉 오류를 방지할 수 있어, 통신 장애를 감소시킬 수 있다.

Description

비접촉식 철도 차량간 정보 전송 장치{Contactless information transfer apparatus for railway vehicle}

본 발명은 비접촉식 철도 차량간 정보 전송 장치에 관한 것으로, 특히, 철도 차량의 분리 결합을 통한 운영시 편성간 정보 전송 장치에 관한 것이다.

철도 차량의 효율적인 운행을 위해, KTX 산천, 누리로, ITX 새마을 등은 중련 운전을 수행하고 있다. 이러한 경우, 전기적 연결 기능과 물리적 연결 기능이 복합적으로 구성된 자동 복합 연결기를 이용하여 자동으로 편성간 연결 및 분리를 수행하고 있다.

또한, 운행하는 철도 차량의 고장시, 이를 구원하기 위한 구원 운전을 수행하고 있다. 다시 말하면, 특정 철도 차량의 고장시, 이를 구원하기 위해 구원 차량이 투입된다. 이와 같은 구원 운전시, 철도 차량의 물리적 연결을 수행하고, 차량의 최소 정보 전송을 위해 점퍼 케이블을 통하여 차량을 구원하기 위한 전기적인 인터페이스를 구성한다.

또 다른 예로서, 철도 차량의 조성 변경 및 선로 변경을 위한 입환 운행을 수행하고 있다. 즉, 열차의 조성 변경 및 선로 변경을 위한 입환시, 고장 철도 차량을 구원하기 위하여 구원 차량이 투입되고, 철도 차량의 물리적 연결 후에 철도 차량 사이의 최소 정보 전송을 위한 점퍼 케이블을 연결하여 차량을 구원하기 위한 전기 인터페이스를 구성한다.

마지막으로, 편성내 철도 차량의 고장 혹은 유지 보수를 위해 조성을 변경하여 운행하고 있다. 이때, 종래의 철도 차량 편성 내의 정보의 전송은 철도 차량 사이의 점퍼 케이블로 고정 연결되어 있어, 철도 차량의 새로운 조성이 필요한 경우, 연결 단자를 해체하고, 재조정하여 편성을 조성해야 한다.

이와 같은 철도 차량의 분리 결합을 위한 통합 운영시, 즉, 중련 운전, 입환 운전, 또는 구원 운전시, 철도 차량 사이의 물리적 연결은 철도 차량의 전면에 형성된 연결기에 의해 자동으로 이루어지며, 철도 차량 사이의 정보 전송을 위한 전기적 연결은 점퍼 케이블로 이루어진다.

이때, 점퍼 케이블의 연결 작업은 작업자에 의해 이루어지고 있기 때문에, 작업 소요 시간이 증가하고, 이는 철도 차량의 운행 지연의 요인이 된다. 더욱이, 이와 같은 전기적 연결시 작업자의 실수 또는 부적합한 작업에 의해 연결 상태가 양호하지 못하여 통신 장애의 위험이 존재하는 문제점이 있다.

최근에는 물리적 연결 기능과 전기적 연결 기능이 함께 구성된 자동 복합 연결기가 도입되어 철도 차량 사이의 물리적 연결과 동시에 전기적 연결이 동시에 이루어지지만, 이러한 자동 복합 연결기는 신규 철도 차량의 일부에만 적용되어 있기 때문에, 기존의 철도 차량의 분리 결합 운행(중련 운행)에는 적용이 곤란하다.

또한, 종래의 정보 전송을 위한 점퍼 케이블 또는 자동 복합 연결기는 유선에 의한 접점 형태로 구성되기 때문에, 선로의 단차 등에 의해 접촉의 불일치가 발생함으로써 접촉 오류가 발생하여 통신 연결의 실패의 원인이 되고 있다.

KR

0610641

B

상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예는 철도 차량의 분리결합시 철도 차량 사이의 정보 전송 인터페이스를 자동으로 구축할 수 있는 비접촉식 철도 차량간 정보 전송 장치를 제공하고자 한다.

위와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 비접촉식 철도 차량간 정보 전송 장치가 제공된다. 상기 비접촉식 철도 차량간 정보 전송 장치는 열차 종합 정보 장치에 연결되어 다른 철도 차량과 정보를 전송하기 위한 통신부; 다른 철도 차량과 연결을 위한 연결기의 결합 상태를 감지하여 상기 통신부를 활성화시키는 감지부; 및 상기 통신부에 연결되어 상기 다른 철도 차량으로 무선으로 정보를 전송하는 안테나를 포함한다.

일 실시예에서, 상기 안테나는 철도 차량의 전면 유리창에 장착되는 안테나일 수 있다.

일 실시예에서, 상기 안테나는 코일 안테나 및 나선형 안테나를 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 안테나는 상기 철도 차량의 전면부의 상기 연결기 부근에 배치되는 옴니 안테나일 수 있다.

일 실시예에서, 상기 옴니 안테나는 상하, 좌우로 틸팅 기능을 구비할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 감지부는 상기 연결기 내의 공기관의 연결 상태를 감지할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 통신부는 대기 모드에서 상기 안테나로부터 수신되는 신호의 강도를 모니터링하여 상기 수신되는 신호의 강도가 일정 크기 이상인 경우, 활성화 모드로 전환될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉식 철도 차량간 정보 전송 장치는 철도 차량 사이의 정보 전송 인터페이스를 자동으로 구축하여 철도 차량의 분리결합시 인터페이스 구축을 위한 작업자가 필요 없고, 철도 차량의 분리결합을 위한 소요 시간을 단축할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉식 철도 차량간 정보 전송 장치는 비접촉식 정보 전송 인터페이스의 구성에 의해 복합 연결기를 구비하지 않은 기존의 철도 차량에도 적용할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉식 철도 차량간 정보 전송 장치는 선로의 단차 또는 접속 케이블의 탈거 등에 의한 전기 통신선의 접촉 오류를 방지할 수 있어, 통신 장애를 감소시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉식 철도 차량간 정보 전송 장치의 개략적 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉식 철도 차량간 정보 전송 장치의 안테나의 일 예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉식 철도 차량간 정보 전송 장치의 안테나의 다른 예를 개략적으로 나타낸 도면이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉식 철도 차량간 정보 전송 장치의 개략적 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉식 철도 차량간 정보 전송 장치의 안테나의 일 예를 개략적으로 나타낸 도면이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉식 철도 차량간 정보 전송 장치의 안테나의 다른 예를 개략적으로 나타낸 도면이다. 이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉식 철도 차량간 정보 전송 장치를 보다 상세히 설명하도록 한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉식 철도 차량간 정보 전송 장치(100, 200)는 철도 차량(10) 및 철도 차량(20)에 각각 설치되며, 열차 종합 정보 장치(110, 210), 통신부(120, 220), 안테나(130, 230), 감지부(140, 240)를 각각 포함한다.

철도 차량(10) 및 철도 차량(20)은 예를 들면, 구원 운전, 중련 운전, 또는 입환 운전 등과 같은 철도 차량 결합을 위한 철도 차량일 수 있다. 여기서, 선두의 철도 차량(10)과 후미의 철도 차량(20)은 연결기(12, 22)를 이용하여 물리적으로 결합되며, 이때, 압축 공기를 이용한 제동 장치를 위한 공기관이 연결될 수 있다.

열차 종합 정보 장치(110, 210)는 철도 차량(10, 20)의 제어 및 주요 운행과 관련된 정보가 수집 및 제어되는 장치로서, 구원 운전, 중련 운전 또는 입환 운전시 철도 차량(10, 20)의 결합에 의한 정보를 상호 교환하여 공유할 수 있다.

이러한 열차 종합 정보 장치(110, 210)는 통신부(120, 220)의 활성화에 따라 상대방 철도 차량(10, 20)을 인식한 후 상호 필요한 정보를 요청하거나 제어 정보를 전송하여 철도 차량(10, 20)의 결합에 필요한 정보를 공유할 수 있다.

통신부(120, 220)는 열차 종합 정보 장치(110, 210)에 연결되어 철도 차량(10, 20) 사이의 정보를 전송하기 위한 통신을 수행할 수 있으며, 예를 들면, 근거리 무선 통신 방식으로 통신을 수행할 수 있다.

이러한 통신부(120, 220)는 안테나(130, 230)의 구성에 따라 사용 주파수 대역이 결정될 수 있다. 예를 들면, 통신부(120, 220)는 가시성이 보장되는 철도 차량(10, 20)의 전면 유리창을 통하여 LOS(Line of Sight)를 확보할 수 있도록 철도 차량(10, 20)의 전면 유리창에 안테나(130, 230)를 설치하는 경우에는 2.2~2.6 ㎓ 대역과 같은 상대적으로 저주파수 대역을 사용하고, 철도 차량(10, 20) 사이에 옴니 안테나를 이용하여 통신하는 경우에는, 40 ~ 70 ㎓ 대역과 같은 상대적으로 고주파 대역을 사용할 수 있다.

이와 같은 통신부(120, 220)는 철도 차량(10, 20)이 결합되기 전에는 비활성 상태로 대기 모드로 동작하며, 철도 차량(10, 20)이 결합되는 동시에 활성화되어 각각의 철도 차량(10, 20) 내의 열차 종합 정보 장치(110, 210) 사이의 정보 전송을 위한 인터페이스 형성하도록 통신을 수행할 수 있다.

선택적으로, 통신부(120, 220)는 대기 모드(최소 전력 사용 모드인 것이 유리함)에서 안테나(130, 230)로부터 수신되는 신호의 강도를 모니터링하고, 안테나(130, 230)로부터 수신되는 신호의 강도가 일정 크기 이상인 경우, 활성화 모드로 전환될 수 있다. 즉, 통신부(120, 220)는 철도 차량(10, 20)의 결합에 의해 그 사이의 간격이 수 m 이내로 되면, 철도 차량(10, 20)이 근접한 것으로 인지하고, 활성화 모드로 전환될 수 있다. 이러한 통신부(120, 220)의 활성화는 감지부(140, 240)에 의한 연결기(12, 22)의 결합 감지와 함께 또는 선택적으로 이루어질 수 있다.

또한, 통신부(120, 220)는 철도 차량(10, 20) 사이의 통신 안정성을 보장하기 위해 이원화로 구성될 수 있다. 여기서, 이원화는 통신 방식의 이원화 및 통신 채널의 이원화를 포함할 수 있다. 예를 들면, 통신부(120, 220)는 LED를 이용한 가시광 등을 이용한 포토 커플러 통신 수단 또는 서로 이격 정렬된 광 케이블쌍의 개방된 말단들에 의한 광 무선 통신부로 구성되거나 이러한 통신부와 통합된 통신부로 구성될 수 있다. 또한, 통신부(120, 220)는 후술하는 안테나(130, 230)를 이중으로 배치하고 서로 다른 주파수 대역을 이용함으로써 채널의 이중화로 구성될 수 있다.

상술한 이원화 방식을 이용하여 활성화 모드 전환 동작의 정확성을 높일 수 있다. 설명의 편의를 위해, 제1 통신 수단 및 제2 통신 수단을 이용하여 철도 차량간 정보 전송을 수행하는 이원화 방식의 실시예를 가정하겠다.

예컨대, 상기 제1 통신 수단 및 제2 통신 수단 모두 대기 모드로 동작시키다가, 통신하려는 철도 차량들의 상호 접근에 따라 상기 제1 통신 수단에서 수신되는 신호의 강도가 제1 기준값 이상이고 제2 통신 수단에서 수신되는 신호의 강도가 제2 기준값 이상인 경우에 제1 통신 수단 및/또는 제2 통신 수단을 활성화 모드로 전환시킬 수 있다.

또는, 상기 제1 통신 수단만을 대기 모드로 동작시키다가(제2 통신 수단은 OFF), 통신하려는 철도 차량들의 상호 접근에 따라 상기 제1 통신 수단에서 수신되는 신호의 강도가 제1 기준값 이상이면, 상기 제2 통신 수단을 대기 모드로 동작시키고, 상기 제2 통신 수단에서 수신되는 신호의 강도가 제2 기준값 이상이면 제1 통신 수단 및/또는 제2 통신 수단을 활성화 모드로 전환시킬 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 통신 수단이 근거리 RF 무선 통신 수단이고, 상기 제2 통신 수단이 광 무선 통신 수단인 경우, 인접 레일에 위치한 철도 차량이나, 간섭되는 다른 무선 통신 수단에 의해, 상기 제1 통신 수단의 수신 신호 강도가 제1 기준값을 넘는 경우에도, 동일 레일 방향에서 수신되는 광만을 수신할 수 있는 제2 통신 수단에 의해 부정확한 활성화 모드 전환을 방지할 수 있는 이점이 있다.

안테나(130, 230)는 통신부(120, 220)에 연결되어 상대방 철도 차량(10, 20)으로 무선으로 정보를 전송할 수 있다. 이러한 안테나(130, 230)는 통신부(120, 220)의 통신 방식, 주파수 대역에 따라 다양한 형태로 구성될 수 있으며, 특히, 철도 차량(10, 20) 사이의 LOS를 보장할 수 있도록 배치 및 구성될 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 안테나(130, 230)는 철도 차량(10, 20)의 전면 유리창에 장착되는 안테나일 수 있다. 여기서, 안테나(130, 230)는 철도 차량(10, 20)의 전면 유리창에 고정 지지하기 위한 지지 고정부(132) 및 지지 고정부(132)로부터 연장 형성된 안테나 몸체(134)를 포함할 수 있다.

이러한 안테나(130, 230)는 예를 들면, 글라스 안테나, 코일 안테나 및 나선형 안테나를 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않고, 철도 차량(10, 20) 사이의 LOS를 보장할 수 있는 다양한 구조로 이루어질 수 있다. 여기서, 안테나(130, 230)가 글라스 안테나인 경우에는, 철도 차량(10, 20)의 전면 유리창의 일부 영역에 걸쳐 루프(loop) 형상으로 배치될 수 있다.

또한, 글라스 안테나로 구현된 상기 안테나(130, 230)는 통신부(120, 220)와의 연결 배선에 따라 철도 차량(10, 20)의 전면 유리창 내부면 또는 외부면에 배치될 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 안테나(130')는 수평 방향으로 무지향의 방사 패턴을 형성하는 옴니 안테나일 수 있다. 여기서, 옴니 안테나(130')는 철도 차량(10, 20)의 전면부에 배치되며, 바람직하게는 연결기(12, 22) 부근에 배치될 수 있다.

이러한 옴니 안테나(130')는 통신부(120, 220)로부터 고주파 RF신호를 수신하는 안테나 연결부(136) 및 RF 신호를 방사하는 소자를 갖는 안테나 몸체(138)를 포함할 수 있다. 여기서, 옴니 안테나(130')는 RF 신호를 일정 각도의 방사각으로 방사하는 소자를 포함할 수 있다.

이러한 옴니 안테나(130')는 철도 차량(10, 20)의 곡선 구간에서의 LOS를 보장하기 위해 상하, 좌우로 틸팅 기능을 구비할 수 있다. 이 경우, 진행하려는 구간의 시야를 방해하지 않도록 상기 옴니 안테나(130')의 위치를 변경시키는 기계적 수단을 구비할 수 있다.

또는, 상기 옴니 안테나(130')는 급전 방식에 따라, 즉, 복수의 위상 가변 신호들에 따라 RF 신호를 방사하는 소자로부터 전자적인 빔 틸트를 수행할 수 있는 전자주사 어레이 안테나로 구현될 수 있다.

감지부(140, 240)는 철도 차량(10, 20)의 연결을 위한 연결기(12, 22)의 결합 상태를 감지하여 통신부(120, 220)를 활성화시킬 수 있다. 이러한 감지부(140, 240)는 연결기(12, 22) 내의 공기관의 연결 상태를 감지할 수 있다.

예를 들면, 감지부(140, 240)는 연결기(12, 22) 내에서 공기관의 연결 상태를 감지할 수 있도록 연결기(12, 22) 내부 또는 그 부근에 배치되고, 연결기(12, 22)의 결합 상태가 확인되면, 철도 차량(10, 20) 사이의 정보 전송 인터페이스를 구성하도록 통신부(120, 220)를 활성화할 수 있다.

이와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 비접촉식 철도 차량간 정보 전송 장치의 동작을 설명한다.

구원 운전, 중련 운전 또는 입환 운전시, 먼저, 철도 차량(10, 20)의 결합을 위해 연결기(12, 22)가 물리적으로 결합된다. 이와 같은 연결기(12, 22)의 물리적 결합에 의해 연결기(12, 22) 내의 공기관의 결합도 이루어진다.

이때, 연결기(12, 22)의 결합 또는 연결기(12, 22) 내의 공기관의 결합여부를 감지부(140, 240)가 감지한다. 이때, 감지부(140, 240)가 연결기(12, 22) 또는 연결기(12, 22) 내의 공기관의 연결을 감지하면, 통신부(120, 220)를 자동으로 활성화시킬 수 있다. 예컨대, 상기 감지부(140, 240)는 상기 공기관의 결합에 따라 변경되는 저항을 측정하는 방식의 감지기로 구현되거나, 상기 공기관의 결합에 따른 광 출사/반사 경로의 변경을 감지하는 포토 커플러 방식의 감지기로 구현될 수 있다.

통신부(120, 220)는 철도 차량(10, 20) 사이의 LOS를 보장하는 안테나(130, 230)를 통하여 상호 통신 채널을 구축할 수 있다.

이때, 통신부(120, 220)가 다수의 통신 방식으로 이원화된 경우에는 양호한 통신 상태를 제공하는 통신 방식을 선택하여 통신 채널을 구축할 수 있다.

또한, 통신부(120, 220)가 상이한 주파수 대역을 이용하여 통신 채널을 이중화한 경우에는, 양호한 통신 채널을 선택하여 철도 차량(10, 20) 사이의 통신을 수행할 수 있다.

이와 같은 통신부(120, 220)에 의한 통신 채널 구축에 따라 열차 종합 정보 장치(110, 210)는 서로 정보를 교환하여 주요 정보를 교환할 수 있다.

이와 같은 구성에 의해, 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉식 철도 차량간 정보 전송 장치는 철도 차량의 분리결합시 인터페이스 구축을 위한 작업자가 필요 없고, 철도 차량의 분리결합을 위한 소요 시간을 단축할 수 있으며, 복합 연결기를 구비하지 않은 기존의 철도 차량에도 적용할 수 있고, 선로의 단차 또는 접속 케이블의 탈거 등에 의한 전기 통신선의 접촉 오류를 방지할 수 있어, 통신 장애를 감소시킬 수 있다.

이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.

10, 20 : 철도 차량
12, 22 : 연결기
100, 200 : 비접촉식 철도 차량간 정보 전송 장치
110, 210 : 열차 종합 정보 장치
120, 220 : 통신부
130, 130', 230 : 안테나
132 : 지지 고정부
134, 138 : 안테나 몸체
136 : 안테나 연결부
140, 240 : 감지부

Claims

열차 종합 정보 장치에 연결되어 다른 철도 차량과 정보를 전송하기 위한 통신부;
다른 철도 차량과 연결을 위한 연결기의 결합 상태를 감지하여 상기 통신부를 활성화시키는 감지부; 및
상기 통신부에 연결되어 상기 다른 철도 차량으로 무선으로 정보를 전송하는 안테나를 포함하고,
상기 통신부는 근거리 RF 무선 통신 수단인 제1 통신 수단 및 광 무선 통신 수단이 제2 통신 수단을 포함하고,
상기 제1 통신 수단은 대기모드이고 상기 제2 통신 수단은 차단(OFF)된 상태에서, 통신하려는 철도 차량들이 상호 접근함에 따라 상기 제1 통신 수단에서 수신되는 신호의 강도가 제1 기준값 이상이면 상기 제2 통신 수단을 대기 모드로 동작시키고, 상기 제2 통신 수단에서 수신되는 신호의 강도가 제2 기준값 이상이면 제1 및 제2 통신 수단들 모드를 활성화 모드로 전환시키는 것을 특징으로 하는 비접촉식 철도 차량간 정보 전송 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 안테나는 철도 차량의 전면 유리창에 장착되는 안테나인, 비접촉식 철도 차량간 정보 전송 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 안테나는 글라스 안테나, 코일 안테나 및 나선형 안테나 중 적어도 하나 이상을 포함하는, 비접촉식 철도 차량간 정보 전송 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 안테나는 상기 철도 차량의 전면부의 상기 연결기 부근에 배치되는 옴니 안테나인, 비접촉식 철도 차량간 정보 전송 장치.
제 4 항에 있어서,
상기 옴니 안테나는 상하, 좌우로 틸팅 기능을 구비하는, 비접촉식 철도 차량간 정보 전송 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 감지부는 상기 연결기 내의 공기관의 연결 상태를 감지하는, 비접촉식 철도 차량간 정보 전송 장치.
삭제