KR102094105B1 - 다수 개의 매개변수에 의한 철도 차량의 진단 시스템 및 그에 의한 철도 차량의 안전 진단 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다수 개의 매개변수에 의한 철도 차량의 진단 시스템 및 그에 의한 철도 차량의 안전 진단 방법에 관한 것이고, 철도 차량의 진단 시스템은 다수 개의 매개변수의 측정을 위한 탐지 모듈(11); 탐지 모듈(11)로부터 전송된 정보를 변환하는 컨버터(12); 컨버터(12)로부터 전송된 다수 개의 탐지 정보 사이의 상관성 맵을 생성하는 상관 맵 유닛(13); 및 상관 맵 유닛(13)에 의하여 생성된 상관성에 기초하여 다수 개의 매개변수를 분석하는 매개변수 분석 유닛(16)을 포함한다.

Description

다수 개의 매개변수에 의한 철도 차량의 진단 시스템 및 그에 의한 철도 차량의 안전 진단 방법{A System for Diagnosing a Rail Train Based on a Plural of Parameters and a Method for Diagnosing the Same}
본 발명은 다수 개의 매개변수에 의한 철도 차량의 진단 시스템 및 그에 의한 철도 차량의 안전 진단 방법에 관한 것이고, 구체적으로 다수 개의 매개변수 사이의 상관성에 기초하여 차륜, 차축 또는 베어링의 안전 상태를 진단하는 다수 개의 매개변수에 의한 철도 차량의 진단 시스템 및 그에 의한 철도 차량의 안전 진단 방법에 관한 것이다.
철도 차량은 다양한 속도로 운행될 수 있고, 철도 차량의 구조적 결함은 차량의 운행 과정에서 탐지되는 것이 유리하다. 그러나 운행 중 차축 베어링과 같은 장치의 탐지는 탐지 상황의 다양성, 탐지 모듈 배치의 어려움 또는 이와 유사한 탐지 조건 설정이 어려우면서 탐지 정보의 처리가 어렵다는 문제를 가진다. 예를 들어 250 km/h 이상의 속도로 운행될 수 있도록 설계된 고속철도의 경우 하나의 매개변수에 의하여 차축, 베어링 또는 차륜의 상태가 탐지되는 경우 해당 매개변수에 영향을 미치는 외부 인자에 의하여 탐지 정보 자체에 오류가 발생될 수 있다. 그러므로 다양한 매개변수에 기초하여 철도 차량의 안전이 진단되는 것이 유리하다.
철도 차량의 장치 또는 운행의 감시와 관련된 다양한 기술이 개발되었고 특허공개번호 제10-2001-0111905호 철도의 대차 감시 시스템은 철도 차량의 대차를 감시하는 시스템에 대하여 개시하고 있다. 철도 차량의 감시와 관련된 다른 선행기술로 특허공개번호 제10-2006-0077593호 전기철도차량의 전동기 진동 가속도 측정 시스템은 차륜의 회전수에 대응되는 펄스 신호를 발생시키는 속도 센서에 의하여 가동 가속도를 측정하는 시스템에 대하여 개시한다. 그리고 특허공개번호 제10-2010-0021327호는 상하 또는 좌우 진동 센서에 의하여 궤도의 뒤틀림을 실시간으로 감시하는 감시 시스템에 대하여 개시한다.
상기 선행기술은 철도 차량의 운행을 감시하기 위한 매개변수의 탐지 또는 외부 인자에 대하여 개시하지만 다수 개의 매개변수에 의한 운행 감시 방법 또는 다수 개의 매개변수 사이의 상관성에 기초하여 운행 감시 또는 안전을 진단할 수 있는 방법에 대하여 개시하지 않는다.
본 발명은 선행기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로 아래와 같은 목적을 가진다.
선행기술 1: 특허공개번호 제10-2001-0111905호(주식회사 케이티이, 2001년12월20일 공개) 철도의 대차 감시시스템 및 그 감시방법 선행기술 2: 특허공개번호 제10-2006-0077593호(한국철도기술연구원, 2006년07월05일 공개) 전기철도차량의 전동기 진동 가속도 측정시스템 선행기술 3: 특허공개번호 제10-2010-0021327호(금천씨스템(주), 2010년02월24일 공개) 궤도틀림실시간 감시시스템
본 발명의 목적은 차축, 차륜 또는 베어링의 상태 탐지가 가능하도록 하는 다수 개의 매개변수를 선택하여 차량의 운행 상태를 탐지하는 것에 의하여 진단의 효율성 및 정확성이 향상되도록 하는 다수 개의 매개변수에 의한 철도 차량의 진단 시스템 및 그에 의한 철도 차량의 안전 진단 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 다수 개의 매개변수에 의한 철도 차량의 진단 시스템 및 그에 의한 철도 차량의 안전 진단 방법은 다수 개의 매개변수의 측정을 위한 탐지 모듈; 탐지 모듈로부터 전송된 정보를 변환하는 컨버터; 컨버터로부터 전송된 다수 개의 탐지 정보 사이의 상관성 맵을 생성하는 상관 맵 유닛; 및 상관 맵 유닛에 의하여 생성된 상관성에 기초하여 다수 개의 매개변수를 분석하는 매개변수 분석 유닛을 포함한다.
본 발명의 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 상관 데이터의 상관성에 기초하여 상관 매개변수의 변동 폭을 결정하는 상관 매개변수 변동 폭 결정 유닛을 더 포함한다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 차륜, 차축 또는 베어링의 상태를 탐지하는 다수 개의 매개변수가 선택되는 단계; 운행 과정에서 레일의 서로 다른 위치 또는 서로 다른 시간에 탐지된 다수 개의 매개변수의 각각에 대한 매개변수 변화 곡선을 획득하는 단계; 상기 변화 곡선에 기초하여 매개변수 사이에 상관도가 결정되는 단계; 매개변수의 사이의 상관도에 영향을 미치는 보정 인자가 선택되는 단계; 매개변수 사이의 상관도 및 보정 인자에 의하여 매개변수의 변동 폭이 결정되는 단계; 선택된 매개변수가 추적되는 단계; 추적된 매개변수가 허용범위에 있는지 여부가 판단되는 단계; 및 판단 결과에 따라 각각의 차륜, 차축 또는 베어링의 안정 등급이 결정되는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 진단 시스템은 다수 개의 매개변수에 기초하여 차륜, 차축 또는 베어링의 운행 상태를 탐지하는 것에 의하여 상태 진단의 정확성이 향상되도록 한다. 본 발명에 따른 진단 시스템은 다수 개의 매개변수의 상관성에 기초하여 차륜, 차축 또는 베어링의 상태를 진단하는 것에 의하여 외부 인자에 의하여 하나의 매개변수에 탐지 오류가 발생되어 전체 진단 결과가 왜곡되는 것이 방지되도록 한다. 본 발명에 따른 진단 방법은 지속적으로 위험 요소를 가진 매개변수를 추적하는 것에 의하여 진단의 확실성이 향상되도록 하면서 이와 동시에 철도 차량의 부품의 교체 시기가 결정될 수 있도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 진단 시스템의 구조에 대한 실시 예를 블록 다이어그램으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 진단 시스템에서 다수 개의 매개변수의 측정을 위한 탐지 모듈의 실시 예를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 진단 시스템의 작동 구조의 실시 예를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 진단 방법의 실시 예를 도시한 것이다.
아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 실시 예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 아래의 설명에서 서로 다른 도면에서 동일한 도면 부호를 가지는 구성요소는 유사한 기능을 가지므로 발명의 이해를 위하여 필요하지 않는다면 반복하여 설명이 되지 않으며 공지의 구성요소는 간략하게 설명이 되거나 생략이 되지만 본 발명의 실시 예에서 제외되는 것으로 이해되지 않아야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 진단 시스템의 구조에 대한 실시 예를 블록 다이어그램으로 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 다수 개의 매개변수에 의한 철도 차량의 진단 시스템은 다수 개의 매개변수의 측정을 위한 탐지 모듈(11); 탐지 모듈(11)로부터 전송된 정보를 변환하는 컨버터(12); 컨버터(12)로부터 전송된 다수 개의 탐지 정보 사이의 상관성 맵을 생성하는 상관 맵 유닛(13); 및 상관 맵 유닛(13)에 의하여 생성된 상관성에 기초하여 다수 개의 매개변수를 분석하는 매개변수 분석 유닛(16)을 포함한다.
탐지 모듈(11)은 예를 들어 차축, 베어링 하우징 또는 이와 유사한 위치에 배치될 수 있고, 다수 개의 탐지 유닛이 배치된 칩 형태로 만들어질 수 있다. 탐지 모듈(11)은 예를 들어 진동 센서(111), 응력 센서(112) 및 온도 센서(113)와 같은 것을 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다.
철도 차량은 다수 개의 객차 또는 화차로 이루어질 수 있고, 각각의 객차 또는 화차에 다수 개의 차축, 차륜 또는 베어링이 배치될 수 있다. 탐지 모듈(11)은 각각의 베어링을 기준으로 설치될 수 있고, 하나의 객차 또는 화차에 다수 개의 탐지 모듈(11)이 배치될 수 있고, 탐지된 측정 정보는 예를 들어 컨버터(12)를 경유하여 컬렉터로 전송될 수 있다.
탐지 모듈(11)은 하나의 칩에 다수 개의 탐지 유닛이 배치된 구조가 되거나, 어느 하나의 탐지 유닛이 독립적으로 설치된 구조로 만들어질 수 있다.
탐지 모듈(11)에서 탐지된 정보는 컨버터(12)로 전송되어 통신 유닛에 의하여 처리 가능한 신호로 만들어질 수 있다. 그리고 상관 맵 유닛(13)에서 탐지된 다수 개의 매개변수 사이의 상관성에 기초하는 상관 데이터가 생성될 수 있다. 상관 데이터는 각각의 매개변수의 변화 추이에 기초하여 서로 다른 매개변수 사이에 상관도를 결정할 수 있고, 서로 다른 매개변수 사이의 상관도에 기초하여 상관 데이터가 생성될 수 있다. 그리고 상관 데이터는 외부 인자 유닛(14)에 의하여 선택된 보정 데이터에 의하여 보정될 수 있다. 보정 데이터는 예를 들어 외부 온도, 습도, 레일 상태 또는 풍속과 같은 것이 될 수 있다. 이와 같은 보정 데이터에 의하여 보정 상관 데이터가 생성되면 매개변수 분석 유닛(16)으로 전송될 수 있다. 그리고 상관도에 기초하여 탐지 정보가 분석될 수 있고, 분석 결과가 매개변수 탐지 데이터베이스(17)에 저장될 수 있다. 필요에 따라 디스플레이 유닛(15)이 배치되어 보정 상관 데이터의 현재 값 및 변화 추이가 표시될 수 있다.
본 발명에 따른 진단 시스템은 다양한 작동 구조를 가질 수 있고 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.
도 2는 본 발명에 따른 진단 시스템에서 다수 개의 매개변수의 측정을 위한 탐지 모듈의 실시 예를 도시한 것이다.
도 2를 참조하면, 탐지 모듈(11)은 차축의 끝 부분에 배치될 수 있지만 이에 제한되지 않는다.
탐지 모듈(11)은 차축 끝 부분, 베어링(24) 또는 차축(21)에 배치될 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 예를 들어 탐지 모듈(11)은 베어링 하우징(23)에 설치되거나 기어 박스와 같은 곳에 배치될 수 있다. 탐지 모듈(11)은 칩 형태로 만들어질 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 예를 들어 탐지 모듈(11)은 광섬유 스트링 또는 멤스 소자 형태로 만들어질 수 있고, 각각 스트링 또는 소자가 칩에 연결될 수 있다. 그리고 탐지 모듈(11)에 의하여 레일(RL), 차륜(WL), 베어링(32) 또는 차축(21)으로부터 발생되는 다양한 물리적 현상에 따른 매개변수 값이 탐지될 수 있다.
도 2의 (다)를 참조하면, 차축(21) 끝 부분에 고정 홈(25)이 형성될 수 있고, 고정 홈(25)에 탐지 모듈(11)이 분리 가능하도록 배치될 수 있다. 고정 홈(25)의 위쪽에 분리 가능하면서 고정 홈(25)을 밀폐시키는 윈도우(27)가 형성될 수 있고, 윈도우(27)는 볼트 또는 스크루와 같은 고정 수단(28)에 의하여 고정될 수 있다. 고정 홈(25)의 바닥 면의 측면에 탄성 고정 틈(26a, 26b)이 형성될 수 있고, 탄성 고정 틈(26a, 26b)의 내부에 탄성 수단이 배치될 수 있다.
고정 홈(25)에 분리 가능하도록 고정되는 탐지 모듈(11)은 고정 기판(291); 고정 기판(291)의 위쪽에 결합되는 부착 유닛(292); 부착 유닛(292)의 위쪽에 접착 및 충격 흡수 기능을 가지는 접착 층(293); 및 접착 층(293)에 부착 및 고정되는 탐지 칩(DC)으로 이루어질 수 있다.
고정 기판(291)은 탄성 고정 틈(26a, 26b)에 삽입되어 고정되는 삽입 돌출 부분(291a)을 포함할 수 있고, 부착 유닛(292)은 예를 들어 자석과 같은 것이 될 수 있다. 또한 접착 층(293)은 신축성을 가진 합성수지 접착제가 될 수 있고, 탐지 칩(DC)은 기판 형상의 칩이 될 수 있다. 탐지 모듈(11)은 다수 개의 탐지 유닛을 포함할 수 있고, 차축 또는 차륜과 함께 회전될 수 있다. 서로 다른 차축 또는 베어링에 각각 탐지 모듈(11)이 배치되어 베어링 또는 차축의 진동, 온도 변화 또는 응력을 탐지할 수 있다.
탐지 모듈(11)은 서로 분리된 위치에 배치될 수 있고, 예를 들어 탐지 모듈(11)을 형성하는 응력 센서(112) 또는 소음 센서(115)는 탐지 칩(DC)과 분리되어 독립적으로 설치될 수 있다. 예를 들어 응력 센서(112)는 광섬유 센서와 같은 것이 될 수 있고, 고정 홈(25)에 인접하여 차축(21)의 길이 방향을 따라 배치될 수 있다. 또한 소음 센서(115)는 차축(21) 끝 부분의 단면을 따라 배치될 수 있다. 응력 센서(112)와 소음 센서(115)로부터 획득된 값의 처리를 위하여 고정 홈(25)의 벽면에 연결 전극(251)이 형성될 수 있다. 탐지 모듈(11)은 다양한 구조로 만들어져 적절한 위치에 배치될 수 있고 본 발명은 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.
도 3은 본 발명에 따른 진단 시스템의 작동 구조의 실시 예를 도시한 것이다.
도 3을 참조하면, 각각의 매개변수의 변화를 추적 또는 분석하기 위한 진동 주파수 유닛(311); 온도 변화 탐지 유닛(312); 및 응력 변화 탐지 유닛(313)이 각각의 탐지 유닛에 연결될 수 있다. 매개변수의 변화 값은 상관도 결정 유닛(32)으로 전송될 수 있다. 상관도 결정 유닛(32)은 서로 다른 시각 또는 서로 다른 위치에서 탐지된 매개변수의 변화 값에 기초하여 서로 다른 매개변수 사이의 상관도를 결정하고, 상관 값을 부여할 수 있다. 보정 인자 유닛(33)에 의하여 보정 인자가 선택될 수 있고, 선택된 보정 인자가 영향을 미치는 매개변수가 결정될 수 있다. 상관도 결정 유닛(32)에 의하여 보정 상관 데이터가 생성될 수 있고, 보정 상관 데이터가 상관 매개변수 변동 폭 결정 유닛(34)으로 전송할 수 있다. 상관 매개변수 변동 폭 결정 유닛(34)에 의하여 각각의 매개변수에 대한 안정 변동 폭이 결정될 수 있다. 그리고 안정 변동 폭에 기초하여 각각의 매개변수가 추적 유닛(35)에 의하여 추적될 수 있다. 이후 추적 결과에 따라 안정 등급 결정 유닛(36)에 의하여 시각의 경과에 따른 각각의 매개변수에 대한 안정 등급이 결정될 수 있다.
본 발명에 따른 진단 시스템은 다양한 작동 구조를 가질 수 있고 본 발명은 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.
도 4는 본 발명에 따른 진단 방법의 실시 예를 도시한 것이다.
도 4를 참조하면, 다수 개의 매개변수에 기초하는 철도 차량의 진단 방법은 차륜, 차축 또는 베어링의 상태를 탐지하는 다수 개의 매개변수가 선택되는 단계(P41); 운행 과정에서 레일의 서로 다른 위치 또는 서로 다른 시간에 탐지된 다수 개의 매개변수의 각각에 대한 매개변수 변화 곡선을 획득하는 단계(P42); 상기 변화 곡선에 기초하여 매개변수 사이에 상관도가 결정되는 단계(P43); 매개변수의 사이의 상관도에 영향을 미치는 보정 인자가 선택되는 단계(P44); 매개변수 사이의 상관도 및 보정 인자에 의하여 매개변수의 변동 폭이 결정되는 단계(P45); 선택된 매개변수가 추적되는 단계(P46); 추적된 매개변수가 허용범위에 있는지 여부가 판단되는 단계(P47); 및 판단 결과에 따라 각각의 차륜, 차축 또는 베어링의 안정 등급이 결정되는 단계(P48)를 포함한다.
다수 개의 탐지 매개변수가 선택될 수 있고, 다수 개의 탐지 매개변수의 측정이 가능한 탐지 모듈이 준비되어 차축, 베어링, 베어링 하우징 또는 기어 박스와 같은 곳에 배치될 수 있다(P41). 그리고 탐지 모듈로부터 선택된 매개변수에 대한 값이 측정되어 제어 모듈이 설치된 관리 서버로 전송될 수 있다. 관리 서버는 각각의 탐지 모듈로부터 전송된 탐지 값을 위치 및 시간을 축으로 매개변수에 대한 상관도를 결정할 수 있다(P43). 서로 다른 매개변수에 대한 상관도가 결정될 수 있고, 매개변수의 상관도는 값으로 표시될 수 있다. 그리고 적어도 하나의 매개변수가 보정 인자로 선택될 수 있다(P44). 보정 인자는 예를 들어 다른 매개변수에 대한 상관도가 낮은 매개변수가 선택될 수 있고, 예를 들어 환경 온도가 보정 인자로 선택될 수 있다. 보정 인자를 제외한 매개변수의 각각에 대한 변동 폭이 결정될 수 있고, 변동 폭은 매개변수 변동 폭과 상관도 변동 폭을 포함할 수 있다(P45).
각각의 매개변수에 대한 시간 및 위치에 기초하여 추적이 되고(P46), 변동 폭이 미리 결정된 범위 내에 있는지 여부가 판단될 수 있다(P47). 판단 결과에 따라 만약 허용 범위를 벗어나는 횟수가 미리 결정된 횟수를 벗어난다면(NO), 해당 매개변수에 대한 안정등급이 결정될 수 있다(P48). 이에 비하여 허용 범위 내에 있다면, 다른 탐지 모듈에 대한 매개변수가 추적이 되고 허용 범위 내에 있는지 여부가 판단될 수 있다.
본 발명에 따른 안전 진단 방법은 다양한 방법으로 이루어질 수 있고 본 발명은 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.
본 발명에 따른 진단 시스템은 다수 개의 매개변수에 기초하여 차륜, 차축 또는 베어링의 운행 상태를 탐지하는 것에 의하여 상태 진단의 정확성이 향상되도록 한다. 본 발명에 따른 진단 시스템은 다수 개의 매개변수의 상관성에 기초하여 차륜, 차축 또는 베어링의 상태를 진단하는 것에 의하여 외부 인자에 의하여 하나의 매개변수에 탐지 오류가 발생되어 전체 진단 결과가 왜곡되는 것이 방지되도록 한다. 본 발명에 따른 진단 방법은 지속적으로 위험 요소를 가진 매개변수를 추적하는 것에 의하여 진단의 확실성이 향상되도록 하면서 이와 동시에 철도 차량의 부품의 교체 시기가 결정될 수 있도록 한다.
위에서 본 발명은 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시 예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으며 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다.
11: 탐지 모듈 12: 컨버터
13: 상관 맵 유닛 14: 외부 인자 유닛
15: 디스플레이 유닛 16: 매개변수 분석 유닛
17: 매개변수 탐지 데이터베이스 21: 차축
23: 베어링 하우징 24: 베어링
25: 고정 홈 26a, 26b: 탄성 고정 틈
27: 윈도우 28: 고정 수단
32: 상관도 결정 유닛 33: 보정 인자 유닛
34: 상관 매개변수 변동 폭 결정 유닛
35: 추적 유닛 36: 안정 등급 결정 유닛
111: 진동 센서 112: 응력 센서
113: 온도 센서 115: 소음 센서
251: 연결 전극 291: 고정 기판
291a: 삽입 돌출 부분 292: 부착 유닛
293: 접착 층 311: 진동 주파수 유닛
312: 온도 변화 탐지 유닛 313: 응력 변화 탐지 유닛
DC: 탐지 칩 RL: 레일
WL: 차륜

Claims (2)

  1. 다수 개의 매개변수의 측정을 위한 탐지 모듈(11);
    탐지 모듈(11)로부터 전송된 정보를 변환하는 컨버터(12);
    컨버터(12)로부터 전송된 다수 개의 탐지 정보 사이의 상관성 맵을 생성하는 상관 맵 유닛(13);
    상관 맵 유닛(13)에 의하여 생성된 상관성에 기초하여 다수 개의 매개변수를 분석하는 매개변수 분석 유닛(16); 및
    서로 다른 매개변수 사이의 상관도에 기초하여 생성된 상관 데이터를 보정하기 위한 외부 온도, 습도, 레일 상태 또는 풍속을 포함하는 보정 데이터를 선택하는 외부 인자 유닛(14)을 포함하고,
    상관 데이터의 상관성에 기초하여 상관 매개변수의 변동 폭을 결정하는 상관 매개변수 변동 폭 결정 유닛(34)을 더 포함하고,
    다수 개의 탐지 유닛을 포함하는 탐지 모듈(11)은 차축(21)의 끝 부분에 형성된 고정 홈(25)에 분리 가능하도록 결합되어 차축과 함께 회전되고, 고정 홈(25)의 바닥 면의 측면에 형성되고 내부에 탄성 수단이 배치된 탄성 고정 틈(26a, 26b)에 탐지 모듈(11)의 고정 기판(291)의 삽입 돌출 부분(291a)이 삽입되어 고정되는 것을 특징으로 하는 다수 개의 매개변수에 의한 철도 차량의 진단 시스템.
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