KR102228875B1 - 무정차 방지 장치가 구비된 수동운전 전동차량의 제동 시스템 및 방법 - Google Patents

무정차 방지 장치가 구비된 수동운전 전동차량의 제동 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 무정차 방지 장치가 구비된 수동운전 전동차량의 제동 시스템은 전동차량에 탑재되어 종착역과 정차역 정보가 저장되어 복수회의 제동경보와 제동신호를 출력하는 TCMS; 상기 TCMS로부터 제동경보를 수신하여 기관사에 의해 수동으로 제동이 이루어지도록 하는 제동핸들; 상기 제동핸들에 의한 기관사의 수동제동을 감지하여 전동차량과 정차역 간에 반드시 필요한 거리가 유지되도록 제동력을 보정하기 위한 무정차 방지 장치; 상기 제동핸들에 의하 수동조작 또는 상기 무정차 방지 장치에 의한 자동 조작에 따라 전동차량을 제동하는 전자제동제어장치; 및 감속구간 마다 상기 전동차량과 정차역까지의 거리, 전동차량의 속도, 제동핸들 또는 상기 무정차 방지 장치의 제동개입에 의한 속도저감을 표시하는 헤드업 디스플레이부;를 포함하여 졸음, 착각, 실념, 또는 주의분산 등으로 인한 휴먼에러에 의해 제동이 이루어지지 않거나, 또는 제동이 이루어 지더라도 정확하게 이루어지지 않아 전동차량이 정차역을 지나치거나, 반대로 정차역에 도달하지 못하는 상황이 발생하여 전동차량을 정확한 위치에 정차시키기 위해 기관사가 번거롭게 전동차량을 반복적으로 후진 및 전진 주행하는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Description

무정차 방지 장치가 구비된 수동운전 전동차량의 제동 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR BRAKING CONTROL OF ELECTRIC RAILCAR HAVING NON-STOP PREVENTER}
본 발명은 무정차 방지 장치가 구비된 수동운전 전동차량의 제동 시스템에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 수동운전 전동차량을 운전하는 기관사가 실수로 정차해야 되는 역을 정차하지 않고 통과하는 것을 방지하기 위하여, TGIS(Train Genaral information system), TCMS(Train Control and Monitoring System: 열차 종합 관리장치)에서 출력되는 복수회의 경고신호에 대해 기관사의 제동개입이 없는 경우 또는 제동개입이 있다고 해도 적절한 정도의 제동개입이 아닌 경우 자신의 속도를 측정하여 정확한 제동이 이루어질 수 있도록 하는 무정차 방지 장치가 구비된 수동운전 전동차량의 제동 시스템에 관한 것이다.
수동으로 운전되는 전동차량의 경우 운행구간의 모든 역을 정차하는 일반차량과 운행구간의 특정 역만을 정차하는 급행차량이 있는데, 전동차량의 기관사가 수동으로 전동차량을 운전하다 보니 일반차량과 급행차량의 운행구간을 혼동하거나, 졸음, 착각, 실념, 또는 주의분산 등으로 인해 휴먼에러가 발생하여 정차해야 할 역을 정차하지 않고 그냥 지나치거나 정차해야 할 역에 정확하게 도달하지 못하는 문제점이 있다.
또한, 수동운전 전동차량은 상술한 휴먼에러가 발생한 경우가 아니더라도 제동에 개입하는 기관사가 사람이다 보니 제동력이 낮게 작용하여 전동차량의 출입문이 승객이 출입하는 플랫폼을 지나칠 수 있고, 반대로 제동력이 높게 작용하여 출입문이 플랫폼에 도달하지 못하는 경우와 같이 정확한 위치에 정착하지 못하는 경우가 발생할 수 있다는 문제점이 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-0126280호(1997.10.14)
상술한 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 TCMS(Train Control and Monitoring System:열차 종합 관리장치)에서 출력되어 기관실의 기관사에게 전달되던 제동개입 경고를 자기 속도를 측정하고 이동거리를 산출하는 무정차 방지 장치에도 전달되도록 하여, 출력되는 복수회의 경고신호에 대해 기관사의 제동개입이 없는 경우 또는 제동개입이 있다고 해도 적절한 정도의 제동개입이 아닌 경우 해당 무정차 방지 장치가 자신의 속도를 측정하여 제동 개입하여 전동차량의 정확한 제동이 이루어질 수 있도록 한 무정차 방지 장치가 구비된 수동운전 전동차량의 제동 시스템을 제공하는데 목적이 있다.
상술한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 무정차 방지 장치가 구비된 수동운전 전동차량의 제동 시스템은 전동차량에 탑재되어 종착역과 정차역 정보가 저장되어 복수회의 제동경보와 제동신호를 출력하는 TCMS; 상기 TCMS로부터 제동경보를 수신하여 기관사에 의해 수동으로 제동이 이루어지도록 하는 제동핸들; 상기 제동핸들에 의한 기관사의 수동제동을 감지하여 전동차량과 정차역 간에 반드시 필요한 거리가 유지되도록 제동력을 보정하기 위한 무정차 방지 장치; 상기 제동핸들에 의한 수동조작 또는 상기 무정차 방지 장치에 의한 자동 조작에 따라 전동차량을 제동하는 전자제동제어장치; 및 감속구간 마다 상기 전동차량과 정차역 까지의 거리, 전동차량의 속도, 제동핸들 또는 상기 무정차 방지 장치의 제동개입에 의한 속도저감을 표시하는 헤드업 디스플레이부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상술한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 무정차 방지 장치가 구비된 수동운전 전동차량의 제동 시스템은 무정차 방지 장치는 상기 전동차량의 속도를 감지하는 자이로 센서; 상기 TCMS에서 전달되는 아날로그 형태의 제동신호를 디지털로 변환하는 A/D 컨버터; 상기 자이로 센서가 감지한 속도와 정차역까지 남은 거리를 가지고 상기 제동신호 수신시점에 상기 전동차량이 유지해야 하는 속도를 계산하여 제동개입 신호를 출력하는 주제어부; 및 상기 주제어부가 출력하는 디지털의 제동개입 신호를 아날로그로 변환하는 D/A 컨버터;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 무정차 방지 장치가 구비된 수동운전 전동차량의 제동 시스템은 졸음, 착각, 실념, 또는 주의분산 등으로 인한 휴먼에러에 의해 제동이 이루어지지 않거나, 또는 제동이 이루어 지더라도 정확하게 이루어지지 않아 전동차량이 정차역을 지나치거나, 반대로 정차역에 도달하지 못하는 상황이 발생하여 전동차량을 정확한 위치에 정차시키기 위해 기관사가 번거롭게 전동차량을 반복적으로 후진 및 전진 주행하는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 무정차 방지 장치가 구비된 수동운전 전동차량의 제동 시스템은 전동차량을 정확한 위치에 정차시키기 위해 기관사가 번거롭게 전동차량을 반복적으로 후진 및 전진 주행하는 것을 방지함으로써 전동차량의 운행이 지연되는 것을 방지하여 원활하게 운행될 수 있도록 하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 무정차 방지 장치가 구비된 수동운전 전동차량의 제동 시스템의 블록도 이다.
도 2는 본 발명에 따른 무정차 방지 장치가 구비된 수동운전 전동차량의 제동 시스템의 제동 블록도 이다.
도 3은 본 발명에 따른 무정차 방지 장치가 구비된 수동운전 전동차량의 제동 시스템의 헤드업 디스플레이부에 현시되는 화면을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 무정차 방지 장치가 구비된 수동운전 전동차량의 제동 시스템의 제동개입에 따른 상용제동곡선과 속도제어곡선과의 관계 그래프 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 무정차 방지 장치가 구비된 수동운전 전동차량의 제동 방법의 플로우 차트이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가 장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 무정차 방지 장치가 구비된 수동운전 전동차량의 제동 시스템에 관해 상세하게 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 무정차 방지 장치가 구비된 수동운전 전동차량의 제동 시스템은 TCMS(100), 무정차 방지 장치(NSP<Non-Stop Preventer>:200), 및 헤드업 디스플레이부(300)를 포함한다.
상기 TCMS(100)는 전동차량에 탑재되어 해당 전동차량이 어디 행 차량이고 종착지까지 운행하면서 정차하는 중간 정차역이 어디 어디인지에 대한 열차운행 정보가 저장되어 있다.
상술한 바와 같이 열차운행 정보가 저장된 TCMS(100)는 운행하는 전동차량이 열차운행 정보에 따라 정차역을 진입하는 경우 1차 제동개입을 수행하라는 경고를 LED 램프와 같은 방식의 시각적인 방법으로 기관실의 기관사에게 보낸다.
이때, 상기 TCMS(100)는 1차 제동개입 신호를 상기 무정차 방지 장치(200)에도 전달하는 것이 바람직하다.
상기 TCMS(100)는 상술한 바와 같이 1차 제동개입 경고에도 불구하고 제동개입이 이루어 지지 않는 경우 전동차량이 정착역으로 더 가까워짐에 따라 시각적인 방법에 경각심이 고취되도록 청각적인 방법을 더 추가하여 2차 제동개입을 수행하라는 경고를 기관실의 기관사에게 보낸다.
이때에도 상기 TCMS(100)는 상기 2차 제동개입 신호를 상기 무정차 방지 장치(200)로 전달하는 것이 바람직하다.
상기 2차 제동개입 신호의 전달 후, 소정의 시간(3초)이 경과했는데도 제동개입이 없는 경우, 상기 무정차 방지 장치(200)가 전동차량의 제동개입을 수행한다.
상기 무정차 방지 장치(200)는 자이로 센서(210), A/D 컨버터(220), D/A 컨버터(230), 및 주제어부(240)을 포함한다.
상기 자이로 센서(210)는 상기 무정차 방지 장치(200)에 포함되어 운행하는 전동차량의 속도를 감지한다.
상기 A/D 컨버터(220)는 상기 TCMS(100)에서 전달되는 아날로그 형태의 1차 제동개입 신호, 2차 제동개입 신호를 디지털로 변환하여 상기 주제어부(240)로 전달한다.
상기 D/A 컨버터(230)는 상기 주제어부(240)에 출력되는 디지털 형태의 제동개입신호를 아날로그로 변환한다.
한편, 상기 주제어부(240)는 상기 자이로 센서(210)가 감지한 속도 이용하여 전동차량의 속도가 높아지면 주파수가 높아지고, 속도가 줄어들면 주파수가 낮아지는 메커니즘으로 전동차량이 몇 미터를 갔는지 산출한다.
상기 헤드업 디스플레이부(300)는 1단계 감속구간, 2단계 감속구간, 3단계 감속구간, 4단계 감속구간, 및 정지구간과 해당구간에 따른 전동차량의 속도정보 등 전동차량 제어에 필요한 사항을 그래프 형태로 도 4에 도시된 바와 같이 표시한다.
상술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 무정차 방지 장치가 구비된 수동운전 전동차량의 제동 시스템에 의한 전동차량의 제동과정에 대해 도 2 또는 도 3을 참조하여 좀더 상세하게 설명한다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 상기 전동차량은 상기 TCMS(100)에 저장된 열차운행 정보에 따라 특정 역을 출발하여 정상주행을 시작한다.
이후, 정상 주행하던 상기 전동차량은 중간 정차역들 중 어느 하나의 정차역에 가까워지는 경우 상황판단을 시작한다.
보다 구체적으로, 상기 전동차량은 정차역까지 남은 거리가 250M에 가까워지는 경우 상기 TCMS(100)에서 제동개입 1차 경고를 시각적으로 기관실의 기관사에게 전달한다.
상기 기관사는 기관실에 구비된 운전자 제동핸들을 조작하여 현재위치에서 정차역까지의 거리에서 취해야 하는 1 내지 7단의 제동모드 중 어느 하나의 제동모드로 제동을 수행할 수 있다.
동시에 상기 전동차량의 무정차 방지 장치(200)는 제동개입 1차 신호를 수신하여 휴먼에러에 의해 제동이 이루어지지 않거나, 또는 제동이 이루어 지더라도 현 지점에서 반드시 이루어져야 하는 정도의 제동(임계치 제동)이 이루어지지 않은 경우 상이한 제동력의 제동모드로 전동차량을 제동한다.
이하, 상기 무정차 방지 장치(200)는 아래의 2차 및 3차 경고에 대해서도 기관사에 의한 제동이 이루어지지 않거나, 이루어져도 반드시 이루어져야 하는 정도의 제동(임계치 제동)이 이루어지지 않은 경우 제동 개입한다.
상기 제동개입 1차 경고에도 불구하고 제동개입이 이루어지지 않아 전동차량이 정차역의 200M 내로 진입하는 경우, 상기 TCMS(100)는 전동차량의 제동이 이루어지도록 제동개입 2차 경고를 시 각 적인 상태에 청각적인 상태를 추가하여 기관실의 기관사에게 전달한다.
또한, 동시에 상기 전동차량의 무정차 방지 장치(200)는 제동개입 2차 신호를 수신한다.
상기 제동개입 2차 경고에도 불구하고 제동개입이 이루어지지 않아 전동차량이 정차역에 상당한 근거리로 진입하는 경우, 상기 TCMS(100)는 전동차량의 제동이 이루어지도록 제동개입 3차 경고를 기관실의 기관사에게 전달한다.
이때도 상기 전동차량의 무정차 방지 장치(200)는 상기 TCMS(100)로부터 제동개입 3차 신호 형태로 수신한다.
상술한 바와 같이 1차 내지 3차 경고에 따라 운전자의 제동핸들 조작에 따라 1 내지 7단의 제동모드 중, 기관사에 의해 1단의 제동모드로 제동이 이루어지는 경우 전동차량의 속도와 정차역까지 남은 거리를 감안하여 정확한 위치의 제동이 불가능 할 것으로 판단되는 경우 상기 무정차 방지 장치(200)는 1단 보다 제동력이 높은 단계의 제동모드로 전동차량의 제동이 이루어지도록 제동 개입한다.
또한, 1차 내지 3차 경고에 따라 운전자의 제동핸들 조작에 따라 1 내지 7단의 제동모드 중, 기관사에 의해 7단의 제동모드로 제동이 이루어지는 경우 전동차량의 속도와 정차역까지 남은 거리를 감안하여 정확한 위치의 제동이 불가능 할 것으로 판단되는 경우 상기 무정차 방지 장치(200)는 7단 보다 제동력이 낮은 단계의 제동모드로 전동차량의 제동이 이루어지도록 제동 개입한다.
운전자 제동핸들 및 상기 무정차 방지 장치(200)의 상술한 바와 같은 제동개입에 따라, 해당 운전자 제동핸들 및 무정차 방지 장치(200)와 연결된 전자제동 제어장치(400)가 전동차량의 바퀴를 제동함으로써 결과적으로 상기 전동차의 제동이 이루어지도록 제동한다.
참고로, 상기 전자제동 제어장치(400)는 상기 무정차 방지 장치(200)와 별도로 구비될 수도 있고, 상기 무정차 방지 장치(200)에 포함될 수도 있다.
상술한 바와 같이 제동제어 메커니즘에 따라 도 4에 도시된 바와 같이 열차속도와 거리, 그리고 중력가속도를 병산하여 산출한 상용제동곡선을 보면 상기 전동차량은 정차역으로부터 250M전까지는 등속도로 주행을 하다가 250M 내로 진입한 경우 TCMS(100)의 1차 경고신호를 받아 감속이 이루어지고, 200M 지점에서 2차 경고신호를 받아 더욱 감속이 이루어지며, 150M 지점에서 3차 경고신호를 받아 정차위치에 정확하게 정차하게 된다.
도 4에 도시된 바와 같이 상기 상용제동곡선과 그에 따른 전동차량의 속도제어 곡선이 유사한 커브를 가지는 것을 알 수 있다.
다른 실시예로써, 도 5를 참조하여 본 발명에 따른 무정차 방지 장치가 구비된 수동운전 전동차량의 제동방법에 대해 설명한다.
먼저, 상기 TCMS(100)는 전동차량이 정착역으로 진입하여 정차를 해야하는 경우 1차 제동경고를 램프와 같은 시각적인 방법으로 기관실에 출력하는 단계를 수행한다(S100).
상기 S100 단계에서 상기 TCMS(100)는 상기 기관실의 기관사의 휴먼에러에 의해 정확한 제동이 이루어지지 않은 경우 이를 보정하기 위해 1차 제동신호를 무정차 방지 장치(200)에 전달하는 단계를 더 수행한다.
상기 1차 제동경고가 전달된 기관실의 기관사는 제동핸들을 조작하여 전동차량에 제동을 시도하는 단계를 수행한다(S200).
상기 무정차 방지 장치(200)는 상기 S200단계에서 상기 기관사에 의한 수동제동이 제대로 이루어졌는지 판단하는 단계를 수행한다(S300).
상기 S300단계에서 제동취급이 제대로 이루어지지 않은 경우 상기 무정차 방지 장치(200)는 제동개입 하는 단계를 수행한다(S400).
즉, 상기 S200단계에서 휴먼에러에 의해 제동이 이루어지지 않거나, 또는 제동이 이루어 지더라도 1차 제동신호가 수신되는 지점에서 반드시 이루어져야 하는 정도의 제동(임계치 제동)이 이루어지지 않은 경우 상기 S400단계에서 상기 무정차 방지 장치(200)는 자기속도와 정차역까지의 거리를 고려하여 현 지점에서 꼭 필요한 정도로 전동차량을 제동한다.
상기 S300단계에서 상기 기관사에 의한 수동제동이 제대로 이루어졌거나, 상기 S400단계 이후, 상기 TCMS(100)는 전동차량이 정착역으로 진입하여 정차를 해야 하는 경우 2차 제동경고를 램프와 같은 시각적인 방법에 소리와 같은 청각적인 방법을 추가하여 기관실에 출력하는 단계를 수행한다(S500).
상기 2차 제동경고가 전달된 기관실의 기관사는 제동핸들을 조작하여 전동차량에 제동을 시도하는 단계를 수행한다(S600).
상기 무정차 방지 장치(200)는 상기 S600단계에서 상기 기관사에 의한 수동제동이 제대로 이루어졌는지 판단하는 단계를 수행한다(S700).
상기 S700단계에서 제동취급이 제대로 이루어지지 않은 경우 상기 무정차 방지 장치(200)는 제동개입 하는 단계를 수행한다(800).
즉, 상기 S600단계에서 휴먼에러에 의해 제동이 이루어지지 않거나, 또는 제동이 이루어 지더라도 2차 제동신호가 수신되는 지점에서 반드시 이루어져야 하는 정도의 제동(임계치 제동)이 이루어지지 않은 경우 상기 S800단계에서 상기 무정차 방지 장치(200)는 자기속도와 정차역까지의 거리를 고려하여 현 지점에서 꼭 필요한 정도로 전동차량을 제동한다.
상기 S700단계에서 상기 기관사에 의한 수동제동이 제대로 이루어졌거나, 상기 S800단계 이후, 상기 TCMS(100)는 전동차량이 정착역으로 진입하여 정차를 해야 하는 경우 3차 제동경고와 신호를 기관실과 무정차 방지 장치(200)에 출력하는 상기 S500단계 이후의 단계를 반복 수행한다.
상기 3차 제동경고와 신호를 기관실과 무정차 방지 장치(200)에 출력하여 수동제동이 이루어진 후, 자동제동으로 제동력이 보정되어 정확한 제동이 이루어짐으로써 전동차량이 정차역의 정확한 위치에 정차하게 된다.
이상에서는 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
100 : TCMS(Train Control and Monitoring System)
200 : 무정차 방지 장치(NSP<Non-Stop Preventer>)
210 : 자이로 센서
220 : A/D 컨버터
230 : D/A 컨버터
240 : 주제어부
300 : 헤드업 디스플레이부
400 : 전자제동제어장치

Claims (5)

  1. 전동차량에 탑재되며 종착역과 정차역 정보가 저장되어 복수회의 제동경보와 제동신호를 출력하는 TCMS;
    상기 TCMS로부터 제동경보를 수신하여 기관사에 의해 수동으로 제동이 이루어지도록 하는 제동핸들;
    상기 제동핸들에 의한 기관사의 수동제동을 감지하여 전동차량과 정차역 간에 반드시 필요한 거리가 유지되도록 제동력을 보정하기 위한 무정차 방지 장치;
    상기 제동핸들에 의한 수동조작 또는 상기 무정차 방지 장치에 의한 자동 조작에 따라 전동차량을 제동하는 전자제동제어장치; 및
    감속구간마다 상기 전동차량과 정차역까지의 거리, 전동차량의 속도, 제동핸들 또는 상기 무정차 방지 장치의 제동개입에 의한 속도저감을 표시하는 헤드업 디스플레이부;를 포함하되,
    상기 무정차 방지 장치는
    상기 전동차량의 속도를 감지하는 자이로 센서;
    상기 TCMS에서 전달되는 아날로그 형태의 제동신호를 디지털로 변환하는 A/D 컨버터;
    상기 자이로 센서가 감지한 속도와 정차역까지 남은 거리를 가지고 상기 제동신호의 수신시점에 상기 전동차량이 유지해야 하는 속도를 계산하여 제동개입 신호를 출력하는 주제어부; 및
    상기 주제어부가 출력하는 디지털의 제동개입 신호를 아날로그로 변환하는 D/A 컨버터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무정차 방지 장치가 구비된 수동운전 전동차량의 제동 시스템.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 TCMS는
    복수회의 감속구간마다 상기 제동경보를 기관실에 전달하고, 상기 제동신호를 상기 무정차 방지 장치에 전달하는 것을 특징으로 하는 무정차 방지 장치가 구비된 수동운전 전동차량의 제동 시스템.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 무정차 방지 장치는
    상기 제동경보가 기관실로 전달된 후, 기관사에 의한 제동이 이루어지지 않거나, 이루어진 경우에도 반드시 이루어져야 하는 정도의 제동이 이루어지지 않은 경우 제동개입하는 것을 특징으로 하는 무정차 방지 장치가 구비된 수동운전 전동차량의 제동 시스템.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 무정차 방지 장치는
    상기 제동핸들 조작에 따라 높은 제동모드가 적용되어 전동차량이 정차역에 도달하지 못할 것으로 판단되는 경우 낮은 단계의 제동모드로 보정하고, 상기 제동핸들 조작에 따라 낮은 제동모드가 적용되어 전동차량이 정차역을 지나칠 것으로 판단되는 경우 높은 단계의 제동모드로 보정하여 제동개입하는 것을 특징으로 하는 무정차 방지 장치가 구비된 수동운전 전동차량의 제동 시스템.
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