KR101845339B1 - 실시간 곡선감지를 통한 철도차량 주행안전성 분석 시스템 및 방법 - Google Patents

실시간 곡선감지를 통한 철도차량 주행안전성 분석 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 실시간 곡선감지를 통한 철도차량 주행안전성 분석 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 UIC 518 OR 시험규격에 의한 철도차량 주행안전성 평가를 위한 시운전 시, 직선 또는 곡선 구간의 인지 및 곡률반경 추출이 용이하도록 하여 분석시간을 단축시킬 수 있도록 함과 동시에 분석 작업의 신뢰성을 제고시킬 수 있도록 하는 실시간 곡선감지를 통한 철도차량 주행안전성 분석 시스템 및 방법에 관한 것이다.

Description

실시간 곡선감지를 통한 철도차량 주행안전성 분석 시스템 및 방법{Analysis system and method for driving safety of the railway vehicles through a real time curve detection}
본 발명은 실시간 곡선감지를 통한 철도차량 주행안전성 분석 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 UIC 518 OR 시험규격에 의한 철도차량 주행안전성 평가를 위한 시운전 시, 직선 또는 곡선 구간의 인지 및 곡률반경 추출이 용이하도록 하여 분석시간을 단축시킬 수 있도록 함과 동시에 분석 작업의 신뢰성을 제고시킬 수 있도록 하는 실시간 곡선감지를 통한 철도차량 주행안전성 분석 시스템 및 방법에 관한 것이다.
철도차량의 주행안전성 평가를 위하여 통상적으로 적용되고 있는 국제적 시험 규격으로 UIC 518 OR "Testing and approval of railway vehicles from the point of view of their dynamic behavior - Safety - Track fatigue -Running behavior", 4th Edition, September, 2009, International Union of Railways(이하, 'UIC 518 OR 시험규격'이라 함)이 적용되고 있다.
상기 UIC 518 OR 시험규격에 의하면, 철도차량의 시운전 구간을 직선구간(tangent track), 매우 큰 곡선구간(very large radius curve), 큰 곡선 구간(large radius curve), 중간곡선구간(medium radius curve, 600m < R ≤ 900m), 소곡선구간(small radius curve, 400m < R ≤ 600m), 급곡선구간(very small radius curve, 250m < R ≤ 400m)과 같이 5개의 분석구간으로 분류하여 주행안전성을 분석하게 된다.
상기와 같이 구분된 시운전 구간의 주행안전성을 분석하기 위해서는 각각의 곡선 시작점과 종점에 대한 위치와, 곡선의 곡률반경에 대한 정확한 정보가 확보되어야 하는데, 실제 철도차량의 시운전 시에는 곡선에 대한 정확한 시종점 위치정보를 파악하기 어려우므로 정확한 곡선위치의 감지가 불가능하다는 문제점이 있다.
즉, 종전에는 직선 및 곡선구간의 인지를 위하여 선로제표나 거리정보 데이터와 함께 분석구간을 일일이 설정하는 수작업에 의존하여 분석시간에 많은 소요시간이 소요될 뿐만 아니라, 분석구간의 정확도도 저하되는 문제점이 있었다.
따라서, 철도차량의 시운전 시 주행안전성 분석방법의 신뢰성 확보를 위하여 보다 정확하면서도 신속한 곡선 위치 검지를 통한 주행안전성 평가 방법에 대한 개발이 요구되고 있는 실정이다.
1. 대한민국 등록특허공보 제10-1131777호(2012.04.06. 공고) 2. 대한민국 등록특허공보 제10-1259088호(2013.04.30. 공고)
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 UIC 518 OR 시험규격에 의한 철도차량의 주행안전성 평가를 위한 시운전 시, 실시간으로 곡선을 감지할 수 있도록 함으로써 주행안전성을 보다 신속하고 효율적으로 분석할 수 있도록 하는 실시간 곡선감지를 통한 철도차량 주행안전성 분석 시스템 및 방법을 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은,
시운전차량의 대차와 차체 사이에 설치되어 곡선구간을 검지하는 곡선검지부와, 시운전차량의 속도를 측정하는 속도측정부와, 상기 시운전차량에 설치되어 시운전차량의 진동가속도를 측정하는 진동가속도 측정부와, 상기 시운전차량의 윤축과 레일 사이에 작용하는 차륜 작용력을 측정하는 차륜작용력 측정부 및 상기 곡선검지부, 속도측정부, 진동가속도 측정부 및 차륜작용력 측정부로부터 입력된 신호를 이용하여 시운전차량의 주행안전성을 분석하는 주행안전성 분석부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 진동가속도측정부는 시운전차량의 차체에 설치되어 차체의 진동가속도를 측정하는 차체진동가속도센서와, 대차에 설치되어 대차의 진동가속도를 측정하는 대차진동가속도센서를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 곡선검지부는 시운전 차량의 주행 중 직선구간과 곡선구간을 분류하고, 곡선구간의 시점과 종점 및 곡률반경을 계측 및 분석하여 주행안전성 분석부로 제공하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 주행안전성 분석부는 입력된 신호에 대한 필터링 및 신호처리를 통해 직선 및 곡선구간별 주행안전성 분석을 수행하여 대푯값을 추출하고, 구간별 분석결과를 저장부에 입력하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명에 따른 실시간 곡선감지를 통한 철도차량 주행안전성 분석 방법은,
시운전 차량에 설치된 곡선검지부, 속도측정부, 진동가속도 측정부 및 차륜작용력 측정부를 이용하여 시운전시 발생되는 신호를 계측하는 신호계측단계와, 상기 신호계측단계에서 계측된 신호를 주행안전성 분석부로 입력하는 신호입력단계와, 상기 주행안전성 분석부를 이용하여 입력된 신호에 대한 필터링 및 신호처리를 통해 직선 및 곡선구간의 구간별 주행안전성 분석을 수행하는 주행안전성 분석단계와, 상기 주행안전성 분석단계에서 분석된 구간별 주행안전성 분석결과의 대푯값을 추출하여 저장부에 저장하는 분석결과 저장단계 및 상기 주행안전성 분석부를 이용하여 구간별 주행안전성 분석결과를 그룹별로 취합하고, 각 그룹별 추정최대값을 구하는 최종결과 도출단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 신호계측단계에서 곡선검지부는 곡선구간의 시점과 종점 및 곡률반경을 계측 및 분석하여 직선구간과 곡선구간을 분류하고, 상기 신호입력단계에서 곡선구간을 매우 큰 곡선구간, 큰 곡선구간, 중간 곡선구간, 소곡선구간 및 급곡선구간의 다섯 그룹으로 분류하여 계측 및 연산된 데이터와 함께 주행안전성 분석부로 입력하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, UIC 518 OR 시험규격에 의한 철도차량 주행안전성 평가를 위한 시운전 시, 직선 또는 곡선 구간의 인지 및 곡률반경 추출이 용이하도록 하여 주행안전성의 분석시간을 단축시킬 수 있도록 함과 동시에 곡선구간의 곡률반경을 실시간으로 정확히 인지함으로써 주행안전성 분석 작업의 신뢰성을 제고시킬 수 있도록 하는 뛰어난 효과를 갖는다.
또한, 본 발명에 따르면, 향후 철도차량에 대한 시운전 시 매우 유용하게 활용될 수 있을 뿐만 아니라, 주행안전성 분석작업의 효율성을 향상시킬 수 있도록 하는 효과를 추가로 갖는다.
도 1은 본 발명에 따른 실시간 곡선감지를 통한 철도차량 주행안전성 분석 시스템의 설치상태를 개략적으로 나타낸 도면.
도 2는 도 1에 나타낸 본 발명 중 곡선검지부의 설치상태를 나타낸 도면.
도 3은 도 1에 나타낸 본 발명 중 주행안전성 분석부의 설치상태를 나타낸 도면.
도 4는 본 발명에 따른 실시간 곡선감지를 통한 철도차량 주행안전성 분석 시스템 및 방법을 개략적으로 나타낸 흐름도.
도 5는 도 4에 나타낸 본 발명 중 곡선검지부에 의해 감지되어 분류된 분석구간을 나타낸 그래프.
도 6의 (a),(b)는 도 4에 나타낸 본 발명 중 주행안전성 분석부에 의해 분류된 소구간별 분석데이터의 일실시예를 나타낸 그래프.
도 7은 도 4에 나타낸 본 발명 중 주행안전성 분석부에 의해 분류된 소곡선구간의 구간별 곡률반경 일실시예를 나타낸 그래프.
도 8은 도 4에 나타낸 본 발명 중 주행안전성 분석부에 의해 분석된 추정최대값의 일실시예를 나타낸 그래프.
도 9 및 도 10은 본 발명에 의해 수행된 곡선구간 그룹별 주행안전성 분석 결과의 일실시예를 나타낸 도면.
이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명에 따른 실시간 곡선감지를 통한 철도차량 주행안전성 분석 시스템 및 방법의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 실시간 곡선감지를 통한 철도차량 주행안전성 분석 시스템의 설치상태를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 2는 도 1에 나타낸 본 발명 중 곡선검지부의 설치상태를 나타낸 도면이며, 도 3은 도 1에 나타낸 본 발명 중 주행안전성 분석부의 설치상태를 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 실시간 곡선감지를 통한 철도차량 주행안전성 분석 시스템 및 방법을 개략적으로 나타낸 흐름도이며, 도 5는 도 4에 나타낸 본 발명 중 곡선검지부에 의해 감지되어 분류된 분석구간을 나타낸 그래프이고, 도 6의 (a),(b)는 도 4에 나타낸 본 발명 중 주행안전성 분석부에 의해 분류된 소구간별 분석데이터의 일실시예를 나타낸 그래프이며, 도 7은 도 4에 나타낸 본 발명 중 주행안전성 분석부에 의해 분류된 소곡선구간의 구간별 곡률반경 일실시예를 나타낸 그래프이고, 도 8은 도 4에 나타낸 본 발명 중 주행안전성 분석부에 의해 분석된 추정최대값의 일실시예를 나타낸 그래프이며, 도 9 및 도 10은 본 발명에 의해 수행된 곡선구간 그룹별 주행안전성 분석 결과의 일실시예를 나타낸 도면이다.
본 발명은 UIC 518 OR 시험규격에 의한 철도차량 주행안전성 평가를 위한 시운전 시, 직선 또는 곡선 구간의 인지 및 곡률반경 추출이 용이하도록 하여 분석시간을 단축시킬 수 있도록 함과 동시에 분석 작업의 신뢰성을 제고시킬 수 있도록 하는 실시간 곡선감지를 통한 철도차량 주행안전성 분석 시스템 및 방법에 관한 것으로, 먼저 본 발명에 따른 실시간 곡선감지를 통한 철도차량 주행안전성 분석 시스템은 도 1 내지 도 4에 나타낸 바와 같이, 곡선검지부(10), 속도측정부(20), 진동가속도 측정부(30), 차륜작용력 측정부(40) 및 주행안전성 분석부(50)를 포함하여 이루어진다.
보다 상세히 설명하면, 상기 곡선검지부(10)는 시운전차량의 대차(4)와 차체(2) 사이에 설치되어 시운전차량의 주행경로 중 곡선구간을 검지하여 주행안전성 분석부(50)에 전송하는 역할을 하는 것으로, 곡선검지부(10)에 의해 주행경로가 직선구간과 곡선구간으로 분류될 수 있게 된다.
이때, 상기 곡선검지부(10)는 곡선구간의 시점과 종점 및 곡률반경 정보를 측정 및 분석할 수 있게 되는데, 이는 본 출원인의 등록특허번호 제10-1131777호에 기재된 철도차량의 곡선구간 곡률반경 추정방법을 활용한다.
즉, 상기 곡선검지부(10)는 변위센서 또는 GPS를 포함하여 구성되어 차체(2)와 대차(4) 사이의 길이방향 상대변위 또는 대차(4)의 중심위치를 측정하고, 이를 이용한 연산에 의해 곡률반경을 구할 수 있도록 구성된 것이다.
보다 상세히 설명하면, 상기 변위센서는 차체(2)와 대차(4) 사이의 길이 방향 상대변위를 측정하기 위한 것으로, 시운전차량이 직선구간을 주행하는 경우에는 차체(2)와 대차(4) 사이의 길이 방향 상대변위가 발생되지 않으므로 상기와 같은 상대변위 측정에 의해 곡선구간 여부는 물론, 곡선구간의 시점과 종점을 검지할 수 있게 되고, 곡선검지부(10)에 구비된 연산부(미도시)에서는 등록특허번호 제10-1131777호에 기재된 철도차량의 곡선구간 곡률반경 추정방법에 의한 연산에 의해 곡선구간의 곡률반경을 구할 수 있게 되는 것이다.
또한, 상기 GPS는 시운전차량의 주행 중 대차(4)의 중심 위치를 실시간으로 측정하는 역할을 하는 것으로, 마찬가지로 GPS에 의해 측정된 대차(4)의 중심 위치의 변화에 의해 곡선구간 여부는 물론, 곡선구간의 시점과 종점을 검지할 수 있게 되고, 곡선검지부(10)에 구비된 연산부(미도시)에서는 등록특허번호 제10-1131777호에 기재된 철도차량의 곡선구간 곡률반경 추정방법에 의한 연산에 의해 곡선구간의 곡률반경을 구할 수 있게 된다.
그리고, 상기와 같은 두 가지 방법에 의해 곡선구간을 감지하고, 곡률반경을 연산하는 곡률센서를 곡선검지부(10)에 장착하여 곡선구간을 실시간으로 인지하도록 구성할 수도 있는데, 이때 상기 곡률센서는 변위센서와 연산부 또는 GPS와 연산부를 포함하여 구성되거나, 변위센서와, GPS 및 연산부를 모두 포함하여 구성될 수 있다.
한편, 상기 곡선검지부(10)에서는 검지된 곡선구간을 연산된 곡률반경에 따라 다시 매우 큰 곡선구간(very large radius curve), 큰 곡선 구간(large radius curve), 중간곡선구간(medium radius curve, 600m < R ≤ 900m), 소곡선구간(small radius curve, 400m < R ≤ 600m), 급곡선구간(very small radius curve, 250m < R ≤ 400m)과 같이 5개의 그룹으로 분류하여 측정 및 연산된 데이터 즉, 곡선구간의 시점과 종점 및 곡률반경과 함께 주행안전성 분석부(50)로 입력하게 된다.
상기와 같은 방법에 의해 곡선검지부(10)를 통해 주행안전성 분석부(50)로 입력된 결과를 도 5에 나타내었다.
다음, 상기 속도측정부(20)는 시운전차량의 차체(2) 또는 대차(4)에 설치되어 시운전차량의 속도를 측정하는 역할을 하는 것으로, 측정된 속도는 적분에 의해 주행거리로 산출되어 시운전차량의 속도와 이동거리 정보가 주행안전성 분석부(50)로 입력된다.
다음, 상기 진동가속도 측정부(30)는 시운전차량의 주행안전성 분석에 사용되는 진동가속도를 측정하는 역할을 하는 것으로, 도 1에 나타낸 바와 같이, 시운전차량의 차체(2)에 설치되어 차체(2)의 진동가속도를 측정하는 차체진동가속도 센서(32)와, 시운전차량의 대차(4)에 설치되어 대차(4)의 진동가속도를 측정하는 대차진동가속도 센서(34)를 포함하여 구성된다.
이때, 상기 진동가속도 측정부(30)에서는 차체(2) 및 대차(4)의 횡방향 진동가속도와 종방향 진동가속도를 각각 측정하여 측정된 데이터를 주행안전성 분석부(50)로 입력하도록 구성되어 있다.
다음, 상기 차륜작용력 측정부(40)는 시운전 차량의 주행 중 윤축과 레일 사이에 작용하는 윤중, 횡압과 같은 차륜 작용력을 측정하여 주행안전성 분석부(50)로 입력하는 역할을 하는 것으로, 시운전 차량의 윤축에 윤중 및 횡압을 측정하기 위한 센서를 각각 설치할 수도 있으나, 별도로 제작된 차륜작용력 측정용 윤축(42)을 시운전 차량에 설치하여 측정할 수도 있다.
다음, 상기 주행안전성 분석부(50)는 전술한 곡선검지부(10), 속도측정부(20), 진동가속도 측정부(30) 및 차륜작용력 측정부(40)로부터 입력되는 신호를 이용하여 시운전차량의 주행안전성을 분석하는 역할을 하는 것으로, 차체(2)의 운전석 등에 설치되는 컴퓨터, 모니터, 입력수단 등으로 구성될 수 있다.
즉, 상기 주행안전성 분석부(50)는 곡선검지부(10)로부터 제공되는 신호에 의해 직선구간과 곡선구간을 구분하고, UIC 518 OR 시험규격에 의거하여 입력된 신호에 대한 필터링 및 신호처리를 통하여 직선 및 곡선구간별 데이터 즉, 차체(2) 및 대차(4)의 진동가속도와 차륜작용력 등을 분석함으로써 주행안전성을 분석할 수 있도록 구성된 것이다.
이때, 상기 주행안전성 분석부(50)에서는 보다 정확하고 효율적인 주행안전성 분석을 위해 아래의 표1에 나타낸 바와 같이, 곡선검지부(10)에서 검지된 직선구간과, 곡률반경에 따라 구분된 5개 그룹의 곡선구간에 대한 분석구간을 다시 길이 L인 소구간으로 분류하게 된다.
선로영역(Track Zone) 각 구간의 길이(Length of each section)(L)
직선구간
매우 큰 곡선구간		 L = 250m, 제한속도≤220km/h 인 경우
L = 500m, 제한속도≥220km/h 인 경우
큰 곡선구간 L = 100m, 제한속도≤140km/h 인 경우
L = 250m, 140km/h≤제한속도≤220km/h 인 경우
L = 500m, 제한속도≥220km/h 인 경우
중간 곡선구간 L = 250m
소곡선구간 L = 100m
급곡선구간 L = 70m
즉, 상기 주행안전성 분석부(50)에서는 직선구간과 5개 그룹의 곡선구간을 상기 표1에서와 같은 소구간으로 다시 분류하고, 분류된 구간별로 입력된 데이터들의 최대값, 최소값 등의 대푯값을 추출하게 된다.
도 6의 (a),(b)는 각각 직선구간과 곡선구간에서 입력된 진동가속도 데이터들을 주행안전성 분석부(50)에서 소구간 구간별로 분류하여 분석한 결과를 나타낸 것이다.
한편, 본 발명에 따른 실시간 곡선감지를 통한 철도차량 주행안전성 분석 시스템은 저장부(60)를 더 포함하여 구성될 수 있는데, 상기 저장부(60)는 주행안전성 분석부(50)에서 분석된 구간별 대푯값들을 저장하는 역할을 하는 것이다.
상기와 같은 신호 계측 및 분석과정은 시운전이 종료될 때까지 반복되어 지속적으로 이루어지며, 시운전이 종료되면 주행안전성 분석부(50)에서는 저장부(60)에 저장된 구간별 분석결과 즉, 대푯값들에 대한 통계적 처리를 통해 주행안전성 분석의 최종결과를 출력하게 된다.
이때, 상기 주행안전성 분석부(50)에서는 저장부(60)에 저장된 구간별 분석결과를 분석구간 그룹별, 즉 직선구간과 5개의 곡선구간별로 취합한 후 각 그룹별로 주행안전성 분석의 최종결과인 추정최대값(estimated maximum value)을 구하게 되는데, 상기 추정최대값(
Figure 112016094761323-pat00001
)은 다음의 식에 의하여 연산된다.
Figure 112017111257256-pat00016
... (1)
상기 (1)식에서
Figure 112016094761323-pat00003
는 분석구간 구간별 대푯값에 대한 평균을 의미하고,
Figure 112016094761323-pat00004
는 분석구간 구간별 대푯값에 대한 표준편차를 의미하며,
Figure 112016094761323-pat00005
는 비례상수 3이다.
상기와 같은 과정에 의해 얻어진 차체 횡방향 진동가속도에 대한 그룹별 추정최대값의 일실시예를 도 8에 나타내었다. UIC 518 OR 시험규격에 의한 차체 횡방향 진동가속도에 대한 주행안정성 한계값(limit value)은 3.00 임에 비해, 본 발명에 의해 측정 및 분석된 추정최대값은 0.70으로 나타나 허용 기준을 충족하고 있음을 나타내는 일실시예이다.
한편, 본 발명에 따른 실시간 곡선감지를 통한 철도차량 주행안전성 분석 방법은 전술한 시스템을 이용하여 시운전차량의 주행안전성을 분석하기 위한 방법에 관한 것으로, 그 구성은 크게 신호계측단계, 신호입력단계, 주행안전성 분석단계, 분석결과 저장단계 및 최종결과 도출단계를 포함하여 이루어진다.
보다 상세히 설명하면, 상기 신호계측단계는 시운전차량에 설치되는 곡선검지부(10), 속도측정부(20), 진동가속도 측정부(30) 및 차륜작용력 측정부(40)를 이용하여 시운전시 발생되는 신호 즉, 직선구간과 곡선구간의 여부, 곡선구간의 시점과 종점 및 곡률반경, 시운전차량의 속도와 이동거리, 차체(2) 및 대차(4)의 진동가속도, 윤중과 횡압을 포함하는 차륜작용력을 계측하는 단계에 관한 것이다.
다음, 상기 신호입력단계는 신호계측단계에서 계측된 신호들을 주행안전성 분석부(50)로 입력하는 단계에 관한 것으로, 이때 상기 곡선검지부(10)는 측정 및 연산된 신호 즉, 곡선구간의 시점과 종점 및 곡률반경을 기초로 하여 분류된 곡선구간을 전술한 5개의 그룹으로 분류하여 입력하게 된다.
다음, 상기 주행안전성 분석단계는 주행안전성 분석부(50)를 이용하여 신호입력단계에서 입력된 신호들에 대한 필터링 및 신호처리를 통해 직선 및 곡선구간의 구간별 주행안전성 분석을 수행하는 단계에 관한 것으로, 전술한 바와 같이, 곡선검지부(10)를 통해 직선구간과 5개의 그룹으로 분류된 곡선구간을 상기 표 1에 기재된 바와 같이 소구간으로 구간별로 다시 분류하여 각 구간별 주행안전성 분석을 수행하게 된다.
이때, 각 구간별 이동거리는 속도측정부(20)에서 측정된 시운전차량의 속도에 대한 적분을 통해 획득될 수 있으며, 각 구간에 해당되는 대차(4) 및 차체(2)의 횡방향 및 종방향 진동가속도와 차륜작용력측정용 윤축(42)에 의해 측정된 윤축과 레일 사이에 작용되는 윤중 및 횡압 등을 고려하여 구간별 주행안전성 분석을 수행한다.
다음, 상기 분석결과 저장단계는 주행안전성 분석단계에서 분석된 구간별 주행안전성 분석결과에서 최대값, 최소값 등의 대푯값을 추출하여 저장부(60)에 저장하는 단계에 관한 것으로, 전술한 대차(4) 및 차체(2)의 횡방향 및 종방향 진동가속도, 윤중 및 횡압 등의 구간별 대푯값들이 저장부(60)에 저장된다.
다음, 상기 최종결과 도출단계는 시운전차량의 시운전이 종료된 후 주행안전성에 대한 최종 분석결과를 도출하는 단계에 관한 것으로, 전술한 신호계측단계로부터 분석결과 저장단계까지의 과정은 시운전차량의 시운전이 종료될 때까지 반복되어 수행된다.
상기 최종결과 도출단계는 주행안전성 분석부(50)에 의해 수행되는 것으로, 저장부(60)에 저장된 구간별 대푯값들을 분석구간 그룹별, 즉 직선구간과 5개의 곡선구간별로 취합한 후 각 그룹별로 주행안전성 분석의 최종결과인 추정최대값을 상기 (1)식에 의해 구하는 과정에 의해 이루어진다.
즉, 상기 (1)식에 의해 얻어진 대차(4) 및 차체(2)의 횡방향 및 종방향 진동가속도, 윤중 및 횡압 등에 대한 각 그룹별 추정최대값들을 UIC 518 OR 시험규격에 규정된 한계값들과 비교함으로써 주행안전성을 만족하는지 여부를 확인할 수 있게 되는 것이다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 실시간 곡선감지를 통한 철도차량 주행안전성 분석 시스템 및 방법의 타당성을 검증하기 위하여 도시철도차량인 전동차를 대상으로 시운전을 실시하여 얻어진 주행안전성 분석결과의 일실시예를 도 9 내지 도 10에 나타내었다.
도 7은 곡선검지부(10)에 의해 검지된 곡선구간 중 소곡선구간(400m < R ≤ 600m)을 주행안전성 분석부(50)에서 구간별로 추출한 것을 나타낸 것이고, 도 9 및 도 10은 곡선구간의 5개 그룹 중 소곡선구간 및 급곡선구간에 대해 수행한 그룹별 주행안전성 분석결과의 일실시예를 나타낸 것으로 모든 그룹에서 추정최대값들이 UIC 518 OR 시험규격에 의한 한계값 보다 낮은 값을 보여 주행안전성 조건을 만족하는 것을 확인할 수 있다.
따라서, 전술한 바와 같은 본 발명에 따른 시간 곡선감지를 통한 철도차량 주행안전성 분석 시스템 및 방법에 의하면, UIC 518 OR 시험규격에 의한 철도차량 주행안전성 평가를 위한 시운전 시, 직선 또는 곡선 구간의 인지 및 곡률반경 추출이 용이하도록 하여 주행안전성의 분석시간을 단축시킬 수 있도록 함과 동시에 분석 작업의 신뢰성을 제고시킬 수 있고, 향후 철도차량에 대한 시운전 시 매우 유용하게 활용될 수 있을 뿐만 아니라, 주행안전성 분석작업의 효율성을 향상시킬 수 있도록 하는 등의 다양한 장점을 갖는 것이다.
전술한 실시예들은 본 발명의 가장 바람직한 예에 대하여 설명한 것이지만, 상기 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다는 것은 당업자에게 있어서 명백한 것이다.
본 발명은 실시간 곡선감지를 통한 철도차량 주행안전성 분석 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 UIC 518 OR 시험규격에 의한 철도차량 주행안전성 평가를 위한 시운전 시, 직선 또는 곡선 구간의 인지 및 곡률반경 추출이 용이하도록 하여 분석시간을 단축시킬 수 있도록 함과 동시에 분석 작업의 신뢰성을 제고시킬 수 있도록 하는 실시간 곡선감지를 통한 철도차량 주행안전성 분석 시스템 및 방법에 관한 것이다.
2: 차체 4 : 대차
10 : 곡선검지부 20 : 속도측정부
30 : 진동가속도 측정부 32 : 차체진동가속도 센서
34 : 대차진동가속도 센서 40 : 차륜작용력 측정부
42 : 차륜 작용력측정용 윤축 50 : 주행안전성 분석부
60 : 저장부

Claims (6)

  1. 시운전차량의 대차와 차체 사이에 설치되어 곡선구간을 검지하는 곡선검지부와,
    시운전차량의 속도를 측정하는 속도측정부와,
    상기 시운전차량에 설치되어 시운전차량의 진동가속도를 측정하는 진동가속도 측정부와,
    상기 시운전차량의 윤축과 레일 사이에 작용하는 차륜 작용력을 측정하는 차륜작용력 측정부 및
    상기 곡선검지부, 속도측정부, 진동가속도 측정부 및 차륜작용력 측정부로부터 입력된 신호들을 이용하여 시운전차량의 주행안전성을 분석하는 주행안전성 분석부를 포함하여 구성되되,
    상기 곡선검지부는 시운전 차량의 주행 중 직선구간과 곡선구간을 분류하고, 곡선구간의 시점과 종점 및 곡률반경을 계측 및 분석한 후 곡선구간을 매우 큰 곡선구간, 큰 곡선구간, 중간 곡선구간, 소곡선구간 및 급곡선구간의 다섯 그룹으로 분류하여 주행안전성 분석부로 제공하고,
    상기 주행안전성 분석부에서는 곡선검지부로부터 제공되는 직선구간과, 다섯 그룹의 곡선구간을 다시 소구간으로 분류하여 상기 입력된 신호들에 대한 필터링 및 신호처리를 통해 분류된 구간별로 대푯값을 추출하는 것을 특징으로 하는 실시간 곡선감지를 통한 철도차량 주행안전성 분석 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 진동가속도측정부는 시운전차량의 차체에 설치되어 차체의 진동가속도를 측정하는 차체진동가속도센서와, 대차에 설치되어 대차의 진동가속도를 측정하는 대차진동가속도센서를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 실시간 곡선감지를 통한 철도차량 주행안전성 분석 시스템.
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 주행안전성 분석부에서 분석된 구간별 대푯값들을 저장하는 저장부를 더 포함하여 구성되고,
    상기 주행안전성 분석부는 시운전 종료 후 저장부에 저장된 구간별 분석결과를 직선구간과 5개의 곡선구간별로 취합한 후 각 그룹별로 추정최대값(
    Figure 112017111257256-pat00017
    )을
    Figure 112017111257256-pat00018
    식에 의해 연산하는 것을 특징으로 하는 실시간 곡선감지를 통한 철도차량 주행안전성 분석 시스템.
    (여기서,
    Figure 112017111257256-pat00019
    는 분석구간 구간별 대푯값에 대한 평균, s는 분석구간 구간별 대푯값에 대한 표준편차, k는 비례상수 3을 의미하는 것임)
  5. 시운전 차량에 설치된 곡선검지부, 속도측정부, 진동가속도 측정부 및 차륜작용력 측정부를 이용하여 시운전시 발생되는 신호를 계측하는 신호계측단계와,
    상기 신호계측단계에서 계측된 신호를 주행안전성 분석부로 입력하는 신호입력단계와,
    상기 주행안전성 분석부를 이용하여 입력된 신호에 대한 필터링 및 신호처리를 통해 직선 및 곡선구간의 구간별 주행안전성 분석을 수행하는 주행안전성 분석단계와,
    상기 주행안전성 분석단계에서 분석된 구간별 주행안전성 분석결과의 대푯값을 추출하여 저장부에 저장하는 분석결과 저장단계 및
    상기 주행안전성 분석부를 이용하여 구간별 주행안전성 분석결과를 그룹별로 취합하고, 각 그룹별 추정최대값(
    Figure 112017111257256-pat00020
    )을 구하는 최종결과 도출단계를 포함하여 구성되되,
    상기 추정최대값(
    Figure 112017111257256-pat00021
    )은
    Figure 112017111257256-pat00022
    식에 의해 연산되는 것을 특징으로 하는 실시간 곡선감지를 통한 철도차량 주행안전성 분석 방법.
    (여기서,
    Figure 112017111257256-pat00023
    는 분석구간 구간별 대푯값에 대한 평균, s는 분석구간 구간별 대푯값에 대한 표준편차, k는 비례상수 3을 의미하는 것임)
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 신호계측단계에서 곡선검지부는 곡선구간의 시점과 종점 및 곡률반경을 계측 및 분석하여 직선구간과 곡선구간을 분류하고,
    상기 신호입력단계에서 곡선구간을 매우 큰 곡선구간, 큰 곡선구간, 중간 곡선구간, 소곡선구간 및 급곡선구간의 다섯 그룹으로 분류하여 계측 및 연산된 데이터와 함께 주행안전성 분석부로 입력하는 것을 특징으로 하는 실시간 곡선감지를 통한 철도차량 주행안전성 분석 방법.
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