KR101963383B1 - 철도차량 활주방지 제어시스템 - Google Patents

철도차량 활주방지 제어시스템 Download PDF

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KR101963383B1
KR101963383B1 KR1020170149223A KR20170149223A KR101963383B1 KR 101963383 B1 KR101963383 B1 KR 101963383B1 KR 1020170149223 A KR1020170149223 A KR 1020170149223A KR 20170149223 A KR20170149223 A KR 20170149223A KR 101963383 B1 KR101963383 B1 KR 101963383B1
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김석원
김민수
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한국철도기술연구원
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Abstract

철도차량의 차륜이 레일 상에서 활주(sliding)하는 것을 방지하는 철도차량 활주방지 제어시스템에서, 상기 철도차량 활주방지 제어시스템은 제동 캘리퍼, 덤프 밸브(dump valve), 축하중 구동부, 축하중 제어부 및 WSP 제어부를 포함한다. 상기 제동 캘리퍼는 상기 차륜을 제동시킨다. 상기 덤프 밸브는 상기 제동 캘리퍼로 제공되는 공압을 제어한다. 상기 축하중 구동부는 상기 차륜이 고정되는 차축에 인가되는 하중을 제어한다. 상기 축하중 제어부는 상기 축하중 구동부의 구동을 제어한다. 상기 WSP 제어부는 상기 차륜의 활주가 검지되면, 상기 축하중 제어부에 제어 신호를 인가하여 상기 축하중 구동부에 의해 상기 차축에 인가되는 하중을 증가시킨다.

Description

철도차량 활주방지 제어시스템{WHEEL SLIDING PROTECTION CONTROL SYSTEM FOR A RAILWAY VEHICLE}
본 발명은 철도차량 활주방지 제어시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 철도차량의 활주 발생시, 활주가 발생된 축의 하중을 제어하여 활주방지 성능을 개선하고, 차륜의 속도 회복력을 향상시킨 철도차량 활주방지 제어시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 철도차량의 제동시, 차륜이 레일 상에서 구름운동(rolling motion)하지 않고 활주운동(sliding motion)을 하게 되면, 차륜의 속도가 차량의 속도보다 작아지게 되고 이에 따라 차륜이 마모되는 찰상 현상이 발생하고, 이러한 찰상 현상이 누적되면 특히 고속 주행시 차량 탈선 등의 안전사고가 발생하는 문제가 있었다.
이러한, 찰상을 방지하기 위해, 활주방지(wheel sliding protection: WSP) 시스템이 철도차량에 적용되었으며, 도 1은 종래기술에 의한 철도차량 활주방지 제어시스템을 도시한 모식도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래에는, 철도차량 활주방지 제어시스템에서, 제동전자제어부(13)의 제동제어 신호를 바탕으로 제동제어부(15)는 공압 제공부(14)로부터 제공되는 공압으로 제동 캘리퍼(30)를 동작시켜 제동을 수행하되, 이 경우, 차륜(20)과 레일 사이의 마찰계수가 낮은 상태에서 차륜이 활주(sliding)되는 것을 방지하기 위하여, WSP(wheel sliding protection) 제어부(11)에서는 차륜(20)의 속도신호를 바탕으로 덤프 밸브(dump valve)(12), 즉 활주 방지밸브를 통해 제동 캘리퍼(30)에 작용하는 제동압력을 추가로 제어하는 기술이 적용되었다.
즉, 차륜의 활주가 감지되는 경우, 상기 WSP 제어부(11)는 활주 방지밸브로 인가되는 공기압을 대기로 배출하여 제동 캘리퍼(30)로 제공되는 공기압을 감소시켜 제동력을 완해시키고 이를 통해 활주된 축의 속도를 회복시키게 된다.
그러나, 실제 철도차량에서는 하나의 대차에 두 개의 차륜이 고정되며 실제 주행상황을 고려하면 상기 하나의 대차에 고정된 두 개의 차륜에 서로 다른 축하중이 인가되는 이유로 서로 다른 활주 상황이 발생하게 된다.
이에 따라, 종래 기술에서 단순히 차륜에만 인가되는 제동압력을 제어하는 시스템만으로는 실제 철도차량에서 서로 다른 활주 상황이 발생하는 한 쌍의 차륜의 활주를 효과적으로 제어하기는 어려운 문제가 있다.
대한민국 등록특허 제10-1388167호 대한민국 등록특허 제10-1465525호
이에, 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로 본 발명의 목적은 철도차량의 활주 발생시, 활주가 발생된 축의 하중을 제어하여 활주방지 성능을 개선하고, 차륜의 속도 회복력을 향상시킨 철도차량 활주방지 제어시스템에 관한 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 철도차량 활주바지 제어시스템은 철도차량의 차륜이 레일 상에서 활주(sliding)하는 것을 방지하고, 제동 캘리퍼, 덤프 밸브(dump valve), 축하중 구동부, 축하중 제어부 및 WSP 제어부를 포함한다. 상기 제동 캘리퍼는 상기 차륜을 제동시킨다. 상기 덤프 밸브는 상기 제동 캘리퍼로 제공되는 공압을 제어한다. 상기 축하중 구동부는 상기 차륜이 고정되는 차축에 인가되는 하중을 제어한다. 상기 축하중 제어부는 상기 축하중 구동부의 구동을 제어한다. 상기 WSP 제어부는 상기 차륜의 활주가 검지되면, 상기 축하중 제어부에 제어 신호를 인가하여 상기 축하중 구동부에 의해 상기 차축에 인가되는 하중을 증가시킨다.
일 실시예에서, 상기 WSP 제어부는, 상기 차륜의 활주가 검지되면, 상기 덤프 밸브에 제어 신호를 인가하여 상기 제동 캘리퍼로 제공되는 공압을 감소시킬 수 있다.
일 실시예에서, 상기 차륜의 속도를 센싱하는 센서부를 더 포함하며, 상기 WSP 제어부는 상기 센서부의 센싱된 속도 및 상기 철도차량의 속도를 비교하여, 상기 차륜의 활주를 검지할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 축하중 제어부의 제어 신호를 상기 축하중 구동부로 전달하는 제어라인을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 축하중 구동부는 유압 액츄에이터(actuator)이고, 상기 제어라인은 유압을 제공하는 유압라인이며, 상기 축하중 제어부는 상기 제공되는 유압을 제어하는 유압 제어기일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 차축에 고정되는 차축 고정 프레임, 및 상기 차축 고정 프레임과 상기 철도차량의 대차 프레임 사이에 고정되고, 탄성부 및 댐퍼부를 포함하는 현가장치를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 축하중 구동부는 상기 차축 고정 프레임과 상기 대차 프레임 사이에 고정될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 탄성부는 상기 차축과 상기 대차 프레임 사이에 고정되고, 상기 댐퍼부는 상기 대차 프레임과 상기 차축 고정 프레임의 일 측 사이에 고정되며, 상기 축하중 구동부는 상기 탄성부를 기준으로 상기 댐퍼부의 반대 측에 고정될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 철도 차량의 제동시 제동 신호를 발생하는 제동전자제어부, 상기 제동 신호를 바탕으로 상기 덤프 밸브에 인가되는 공압을 제어하는 제동제어부, 및 상기 제동제어부로 공압을 제공하는 공압 제공부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 철도차량의 차륜이 활주가 발생하는 경우, 종래 덤프 밸브를 제어하여 활주를 방지하는 것에 추가하여, 차륜의 차축에 인가되는 하중을 제어함으로써 보다 효과적으로 활주를 방지할 수 있고, 이를 통해 차륜의 찰상을 방지하여 탈선 등의 사고를 예방할 수 있다.
특히, 일반적인 철도 차량에서는 하나의 대차에 한 쌍의 차륜이 고정되며, 철도 차량의 진행 방향에서 후방에 위치한 차륜에 인가되는 하중이 작으므로 활주가 보다 빈번하게 발생하는데, 본 실시예들을 통해 후방의 차륜에 하중을 추가로 인가함으로써, 후방 차륜에 발생하는 활주를 즉각적으로 회복할 수 있을 뿐 아니라, 전방 및 후방의 차륜에 인가되는 하중을 균형 있게 유지함으로써 후방 차륜의 활주를 방지할 수 있다.
또한, 하중 인가를 유압 액츄에이터를 통해 구현함으로써, 보다 정확하고 신속하게 활주 방지 제어를 수행할 수 있다.
또한, 실제 철도 차량에의 적용시, 차축 고정 프레임에서, 중앙에 고정되는 탄성부를 기준으로 일 측에 위치한 댐퍼부의 반대 측에 축하중 구동부가 고정됨으로써, 축가중 구동부의 구동에 따라 차축에 인가되는 하중이 변화하더라도 댐퍼부 및 탄성부를 통해 철도 차량의 제동 안전성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래기술에 의한 철도차량 활주방지 제어시스템을 도시한 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 철도차량 활주방지 제어시스템을 도시한 모식도이다.
도 3은 도 2의 활주방지 제어시스템이 대차 프레임에 장착된 예에서, 활주가 발생하지 않은 상태를 도시한 모식도이다.
도 4는 도 2의 활주방지 제어시스템이 대차 프레임에 장착된 예에서, 활주가 발생한 상태를 도시한 모식도이다.
도 5는 실제 철도차량의 대차 및 차륜 배치를 도시한 모식도이다.
도 6a는 도 5의 실제 철도차량에서 종래기술에 의한 활주방지 제어시스템이 적용된 경우의 활주 제어상태를 나타낸 그래프이고, 도 6b는 도 5의 실제 철도차량에서 도 2의 활주방지 제어시스템이 적용된 경우 활주 제어상태를 나타낸 그래프이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 실시예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다.
상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "이루어진다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 철도차량 활주방지 제어시스템을 도시한 모식도이다.
도 2를 참조하면, 본 실시예에 의한 철도차량 활주방지 제어시스템(100)은, 제동전자제어부(13), 공압 제공부(14), 제동제어부(15), 철도차량의 차륜부(20)에 고정되는 센서부(16), 제동 캘리퍼(30), WSP(wheel sliding protection) 제어부(110), 덤프 밸브(dump valve)(120), 축하중 제어부(130), 축하중 구동부(140) 및 제어라인(150)을 포함한다.
상기 제동전자제어부(13)는 철도 차량이 제동이 필요한 경우, 제동 신호를 발생하고, 이렇게 발생된 제동 신호를 상기 제동제어부(15)로 제공한다.
상기 공압 제공부(14)는 상기 제동제어부(15)로 공압을 제공하며, 상기 제동제어부(15)는 상기 제동 신호를 바탕으로 상기 제공된 공압을 상기 덤프 밸브(120)로 인가하되, 상기 덤프 밸브(120)로 인가되는 공압을 제어하여 상기 차륜부(20)의 제동을 제어한다.
이 경우, 상기 차륜부(20)에는 상기 제동 캘리퍼(30)가 구비되어, 상기 덤프 밸브(120)를 통해 인가되는 공압에 의해 결정되는 제동압을 통해 상기 차륜부(20)에 마찰력을 인가하여 제동을 수행하게 된다.
한편, 상기 센서부(160)는 상기 차륜부(20)의 차축(상기 차륜부의 중앙축)에 구비되어, 상기 차륜부(20)의 속도 신호를 센싱한다. 이 경우, 상기 센서부(160)는 도 2에서는 비록 상기 차축에 고정되는 것을 예시하였으나 상기 차륜부(20)의 속도 신호를 센싱할 수 있는 위치이면 무관하다.
상기 센서부(160)에서 센싱된 상기 차륜부(20)의 속도신호는 상기 WSP 제어부(110)로 제공된다.
상기 WSP(wheel sliding protection) 제어부(110)는 우선, 상기 센서부(160)에서 제공된 상기 차륜부(20)의 속도신호와, 상기 철도차량의 속도 신호를 비교하여 상기 차륜부(20)가 활주(sliding)하는 상태인지의 여부를 판단한다.
즉, 상기 차륜부(20)가 제동력이 작용함에 따라 구름운동(rolling motion)을 하지 않고 미끄러짐 운동(sliding motion)을 하게 되면, 상기 차륜부(20)의 속도는 상기 철도차량의 속도보다 작아지게 된다. 즉, 상기 차륜부(20)는 활주하는 상태가 된다. 따라서, 상기 WSP 제어부(110)는 상기 차륜부(20)가 이와 같은 활주하는 상태인지의 여부를 감지한다.
그리하여, 상기 차륜부(20)가 활주하는 상태임이 감지되면, 상기 WSP 제어부(110)는 상기 덤프 밸브(dump valve)(120)로는 덤프 밸브 제어신호를 제공하고, 상기 축하중 제어부(130)로는 축하중 제어신호를 제공한다.
상기 덤프 밸브 제어신호가 상기 덤프 밸브(120)로 제공되면, 상기 제동제어부(15)는 상기 덤프 밸브(120)로 제공되는 공압을 부분적으로 배출하여 상기 제동 캘리퍼(30)로 인가되는 공압을 감소시키고 이에 따라 상기 차륜부(20)의 제동력이 감쇠되어 상기 차륜부(20)의 속도를 회복시키게 된다.
나아가, 본 실시예에서는, 상기와 같이 상기 차륜부(20)의 속도를 회복시켜 활주를 방지하는 것에 추가하여, 상기 축하중 제어신호가 상기 축하중 제어부(130)로 제공되면, 상기 축하중 제어부(130)는 상기 축하중 구동부(140)를 구동시키게 된다.
이 경우, 상기 축하중 구동부(140)는 상기 차륜부(20)의 차축에 인가되는 하중을 변화시키는 액츄에이터(actuator)로서, 활주가 발생하는 경우라면 상기 축하중 제어부(130)에 의해 상기 축하중 구동부(140)는 상기 차축에 인가되는 하중을 증가시킨다. 그리하여, 상기 차륜부(20)가 레일에 접촉하는 하중을 증가시킴에 따라 마찰력을 증가시키고 이를 통해 상기 차륜부(20)의 활주를 방지하고 제동력을 회복시킨다.
물론, 상기 축하중 구동부(140)는 별도의 활주가 발생하지 않는 경우라면, 상기 차축에 인가되는 하중을 평소 상태로 유지하고, 인가되었던 하중을 원상 복귀 시킨다.
이상과 같이, 본 실시예에서는, 상기 차륜부(20)의 활주가 발생하는 경우 상기 덤프 밸브(120)를 제어하는 것에 추가하여, 상기 WSP 제어부(110)가 축하중 제어 신호를 추가로 생성하고, 이를 통해 상기 차축에 인가되는 하중을 증가시켜 제동력을 향상시키고 활주를 차단하게 된다.
그리하여, 보다 신속하고 효과적으로 활주를 방지할 수 있다.
한편, 본 실시예에서, 상기 축하중 구동부(140)는 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 차축의 상부에 위치하여 상기 차축으로 직접 하중을 인가하도록 구비될 수 있다.
한편, 상기 제어라인(150)은 상기 축하중 제어부(130)와 상기 축하중 구동부(140) 사이에 연결되어, 상기 축하중 제어부(130)의 제어 신호를 상기 축하중 구동부(140)에 전달한다.
또한, 본 실시예에서, 상기 축하중 구동부(140)는 예를 들어, 유압 액츄에이터(actuator)일 수 있으며, 이에 따라 상기 축하중 제어부(130)는 유압 제어기이고, 상기 WSP 제어부(110)에서 제공되는 제어 신호도 유압 액츄에이터 제어 신호일 수 있다. 또한, 상기 축하중 제어부(130)는 상기 유압 액츄에이터(140)의 구동을 위해 도시하지는 않았으나, 유압펌프, 유압센서, 유압제어 밸브 등의 통상의 유압제어 구성요소를 포함할 수 있다.
나아가, 상기 제어라인(150)은 실제 유압을 공급할 수 있는 유압 라인일 수 있다.
이와 같이, 유압 제어를 통해, 보다 정확하면서도 상대적으로 큰 하중 제공이 가능하여 활주 방지 효과를 향상시킬 수 있다.
도 3은 도 2의 활주방지 제어시스템이 대차 프레임에 장착된 예에서, 활주가 발생하지 않은 상태를 도시한 모식도이다. 도 4는 도 2의 활주방지 제어시스템이 대차 프레임에 장착된 예에서, 활주가 발생한 상태를 도시한 모식도이다.
본 실시예에서의 활주방지 제어시스템은 실제 철도차량에 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 장착될 수도 있다.
즉, 도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 차륜부(20)의 차축(21)에 차축 고정 프레임(25)이 고정되고, 상기 차축 고정 프레임(25)과 상기 철도차량의 대차 프레임(200) 사이에는 현가장치(160)가 고정된다.
이 경우, 상기 차축 고정 프레임(25)은 도시된 바와 같이, 중앙에 상기 차축(21)이 고정된다. 이 경우, 상기 차축 고정 프레임(25)은 예를 들어, 사각 블록 형상을 가질 수 있으며, 사각 블록 형상을 가지는 경우라면 상기 차륜부(20)의 직경 길이 정도의 길이를 가질 수 있다. 이와 달리, 상기 차축 고정 프레임(25)은 사각 블록 외의 다양한 형상을 가질 수도 있다.
또한, 상기 현가장치(160)는 탄성부(161), 즉 스프링과, 댐퍼부(162)를 포함할 수 있으며, 상기 탄성부(161) 및 상기 댐퍼부(162)를 통해, 레일의 불규칙도에 의한 차륜의 진동이 대차 프레임(200)으로 직접 전달되는 것을 억제한다.
한편, 상기 탄성부(161)는 상기 차축(21)의 상측, 즉 상기 차축 고정 프레임(25)의 중앙에서 상기 대차 프레임(200)과 상기 차축 고정 프레임(25)의 사이에 고정한다.
상기 댐퍼부(162)는 상기 탄성부(161)를 기준으로 상기 차축 고정 프레임(25)의 일 측에서 상기 대차 프레임(200)과 상기 차축 고정 프레임(25)의 사이에 고정된다.
또한, 상기 축하중 구동부(140)는 상기 탄성부(161)를 기준으로 상기 차축 고정 프레임(25)의 다른 측, 즉 상기 댐퍼부(162)가 위치한 측과 반대 측에서, 상기 대차 프레임(200)과 상기 차축 고정 프레임(25)의 사이에 고정된다.
그리하여, 상기 차축 고정 프레임(25)은 중앙에 탄성부(161)가 연결되고, 양 측에 각각 댐퍼부(162) 및 축하중 구동부(140)가 연결되어 전체적으로 구조적 안정성이 향상된다.
나아가, 상기 축하중 구동부(140)에 의해 하중이 하부방향, 즉 상기 차축 고정 프레임(25) 방향으로 인가되는 경우에도, 이에 대응되도록 상기 댐퍼부(162)가 동작하게 되므로 상기 차축 고정 프레임(25)은 안정적으로 구동되어 상기 차축(21)에 하중을 인가할 수 있게 된다.
한편, 도 3은, 상기 축하중 구동부(140)에 별도의 하중이 인가되지 않는 상태로, 상기 축하중 구동부(140)가 유압 액츄에이터인 경우라면, 상기 축하중 구동부(140)의 내부로 유압이 제공되지 않은 상태이다. 이에 따라, 상기 축하중 구동부(140)는 상기 현가장치(160)와 함께 상기 차축(21)으로 제공되는 진동 등을 흡수하거나 상기 진동에 대응되어 자유롭게 구동하게 된다.
반면, 도 4는, 상기 축하중 구동부(140)에 하중이 인가되는 상태를 도시한 것으로, 상기 차륜부(20)가 활주하는 경우, 상기 축하중 구동부(140)의 내부로 유압이 제공되어 상기 축하중 구동부(140)는 상기 차축 고정 프레임(25)을 향해 하중을 인가하게 된다. 이에 따라, 상기 현가장치(160)도 상기 차축 고정 프레임(25)이 일 측이 하측으로 이동되는 구동에 대응하여 진동을 흡수하게 되고, 상기 차축 고정 프레임(25)의 이동에 따라 상기 차축(21)도 하부방향으로 하중을 받게된다.
그리하여, 상기 차륜부(20)와 레일 사이의 마찰력은 증가하게 되고, 이를 통해 상기 차륜부(20)의 활주는 방지된다.
한편, 도 3 및 도 4에서는 상기 축하중 구동부(140)만이 예시적으로 상기 차륜부(20)에 고정되는 것을 도시하였을 뿐, 실제 철도 차량에서는 도 2를 참조하여 설명한 철도차량 활주방지 제어시스템의 다른 구성요소들이 추가적으로 구비되는 것은 자명하다.
도 5는 실제 철도차량의 대차 및 차륜 배치를 도시한 모식도이다.
도 5를 참조하면, 실제 철도차량에서는 하나의 차체부(60), 즉 한 량의 차량에 전면 대차(51) 및 후면 대차(52)가 한 쌍으로 구비되며, 각각의 대차들(51, 52)에는 한 쌍의 차륜들이 구비된다. 즉, 전면 대차(51)에는 제1 및 제2 차륜들(21, 22)이 구비되고, 후면 대차(52)에는 제3 및 제4 차륜들(23, 24)이 구비된다.
한편, 실제 철도차량에서 제동이 체결되면, 관성에 의해 상기 차체부(60)의 진행방향(X) 측의 차륜에 하중이 더 많이 인가된다. 즉 제1 및 제3 차륜들(21, 23)에 인가되는 하중이, 제2 및 제4 차륜들(22, 24)에 인가되는 하중보다 크게 된다.
따라서, 차륜과 레일(70) 사이의 마찰력이 적은 조건에서는, 상기 제2 및 제4 차륜들(22, 24)에서 먼저 활주가 발생하게 되며, 활주 회복시간도 더 필요하게 된다.
도 6a는 도 5의 실제 철도차량에서 종래기술에 의한 활주방지 제어시스템이 적용된 경우의 활주 제어상태를 나타낸 그래프이고, 도 6b는 도 5의 실제 철도차량에서 도 2의 활주방지 제어시스템이 적용된 경우 활주 제어상태를 나타낸 그래프이다.
도 6a를 참조하면, 종래 기술에 의한 활주방지 제어시스템에서는, 도시된 바와 같이, 제2 및 제4 차륜들(wheel-2, wheel-4)(22, 24)에서 활주가 먼저 발생하고, 제1 및 제3 차륜들(wheel-1, wheel-4)(21, 23)과 대비하여 활주의 회복도 느린 것을 확인할 수 있다.
반면, 도 6b를 참조하면, 본 실시예에서의 활주방지 제어시스템에서는, 도 6a에서와 동일한 마찰조건에서 활주제어를 수행한 결과, 제2 및 제4 차륜들(wheel-2, wheel-4)(22, 24)에서 활주가 먼저 발생하였으나, 제1 및 제3 차륜들(wheel-1, wheel-4)(21, 23)과 대비하여 활주의 회복이 더 빨리 이루어지는 것을 확인할 수 있다.
이는, 본 실시예에서, 관성으로 인해 하중이 상대적으로 적게 인가되는 제2 및 제4 차륜들(22, 24)에 하중이 추가로 인가됨으로써 차륜들과 레일 사이의 마찰력을 향상시켜 활주를 방지하였기 때문이다.
상기와 같은 본 발명의 실시예들에 의하면, 철도차량의 차륜이 활주가 발생하는 경우, 종래 덤프 밸브를 제어하여 활주를 방지하는 것에 추가하여, 차륜의 차축에 인가되는 하중을 제어함으로써 보다 효과적으로 활주를 방지할 수 있고, 이를 통해 차륜의 찰상을 방지하여 탈선 등의 사고를 예방할 수 있다.
특히, 일반적인 철도 차량에서는 하나의 대차에 한 쌍의 차륜이 고정되며, 철도 차량의 진행 방향에서 후방에 위치한 차륜에 인가되는 하중이 작으므로 활주가 보다 빈번하게 발생하는데, 본 실시예들을 통해 후방의 차륜에 하중을 추가로 인가함으로써, 후방 차륜에 발생하는 활주를 즉각적으로 회복할 수 있을 뿐 아니라, 전방 및 후방의 차륜에 인가되는 하중을 균형 있게 유지함으로써 후방 차륜의 활주를 방지할 수 있다.
또한, 하중 인가를 유압 액츄에이터를 통해 구현함으로써, 보다 정확하고 신속하게 활주 방지 제어를 수행할 수 있다.
또한, 실제 철도 차량에의 적용시, 차축 고정 프레임에서, 중앙에 고정되는 탄성부를 기준으로 일 측에 위치한 댐퍼부의 반대 측에 축하중 구동부가 고정됨으로써, 축가중 구동부의 구동에 따라 차축에 인가되는 하중이 변화하더라도 댐퍼부 및 탄성부를 통해 철도 차량의 제동 안전성을 향상시킬 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 철도차량 활주방지 제어시스템은 철도차량의 제동제어 장치에 사용될 수 있는 산업상 이용 가능성을 갖는다.
100 : 철도차량 활주방지 제어시스템
110 : WSP 제어부 120 : 덤프 밸브
130 : 축하중 제어부 140 : 축하중 구동부
150 : 제어라인 160 : 현가장치

Claims (9)

  1. 철도차량의 차륜이 레일 상에서 활주(sliding)하는 것을 방지하는 철도차량 활주방지 제어시스템에서,
    상기 차륜을 제동시키는 제동 캘리퍼;
    상기 제동 캘리퍼로 제공되는 공압을 제어하는 덤프 밸브(dump valve);
    상기 차륜이 고정되는 차축에 인가되는 하중을 제어하는 축하중 구동부;
    상기 축하중 구동부의 구동을 제어하는 축하중 제어부;
    상기 차륜의 속도를 센싱하는 센서부; 및
    상기 차륜의 활주가 검지되면, 상기 덤프 밸브에 제어 신호를 인가하여 상기 제동 캘리퍼로 제공되는 공압을 감소시키고, 이와 동시에 상기 축하중 제어부에 제어 신호를 인가하여 상기 축하중 구동부에 의해 상기 차축에 인가되는 하중을 증가시키는 WSP 제어부를 포함하고,
    상기 WSP 제어부는 상기 센서부의 센싱된 속도 및 상기 철도차량의 속도를 비교하여, 상기 차륜의 활주를 검지하는 것을 특징으로 하는 철도차량 활주방지 제어시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 축하중 제어부의 제어 신호를 상기 축하중 구동부로 전달하는 제어라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 철도차량 활주방지 제어시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 축하중 구동부는 유압 액츄에이터(actuator)이고,
    상기 제어라인은 유압을 제공하는 유압라인이며, 상기 축하중 제어부는 상기 제공되는 유압을 제어하는 유압 제어기인 것을 특징으로 하는 철도차량 활주방지 제어시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 차축에 고정되는 차축 고정 프레임; 및
    상기 차축 고정 프레임과 상기 철도차량의 대차 프레임 사이에 고정되고, 탄성부 및 댐퍼부를 포함하는 현가장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 철도차량 활주방지 제어시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 축하중 구동부는 상기 차축 고정 프레임과 상기 대차 프레임 사이에 고정되는 것을 특징으로 하는 철도차량 활주방지 제어시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 탄성부는 상기 차축과 상기 대차 프레임 사이에 고정되고,
    상기 댐퍼부는 상기 대차 프레임과 상기 차축 고정 프레임의 일 측 사이에 고정되며,
    상기 축하중 구동부는 상기 탄성부를 기준으로 상기 댐퍼부의 반대 측에 고정되는 것을 특징으로 하는 철도차량 활주방지 제어시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 철도 차량의 제동시 제동 신호를 발생하는 제동전자제어부;
    상기 제동 신호를 바탕으로 상기 덤프 밸브에 인가되는 공압을 제어하는 제동제어부; 및
    상기 제동제어부로 공압을 제공하는 공압 제공부를 더 포함하는 철도차량 활주방지 제어시스템.


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