KR102230595B1 - 무가선 트램의 충전을 위한 정위치 정차 유도 시스템 및 방법 - Google Patents

무가선 트램의 충전을 위한 정위치 정차 유도 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무가선 트램의 충전을 위한 정위치 정차 유도 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 단순한 구성에 의해 무가선 트램의 충전을 위한 정차 위치를 정확하게 안내할 수 있도록 함으로써 충전시 발생 가능한 정렬오차 및 시간 지연을 감소시키고 그에 따라 무가선 트램의 운영 효율을 향상시킬 수 있도록 하는 무가선 트램의 충전을 위한 정위치 정차 유도 시스템 및 방법에 관한 것이다.

Description

무가선 트램의 충전을 위한 정위치 정차 유도 시스템 및 방법{Guide system and method for stopping wireless tram on a defined position for charge}
본 발명은 무가선 트램의 충전을 위한 정위치 정차 유도 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 단순한 구성에 의해 무가선 트램의 충전을 위한 정차 위치를 정확하게 안내할 수 있도록 함으로써 충전시 발생 가능한 정렬오차 및 시간 지연을 감소시키고 그에 따라 무가선 트램의 운영 효율을 향상시킬 수 있도록 하는 무가선 트램의 충전을 위한 정위치 정차 유도 시스템 및 방법에 관한 것이다.
최근 들어, 유가의 급격한 상승, 미세먼지 등의 요인으로 인해 대중교통을 이용하는 승객들이 증가하고 있다.
또한, 전 세계적으로 환경에 대한 관심이 증가하면서, 환경오염을 방지하기 위한 다양한 노력이 시행되고 있는데, 국내에서는 '녹생성장'이라는 슬로건 아래 교통분야에서도 하이브리드 차량을 개발하는 등의 탄소의 발생을 줄이기 위한 노력을 하고 있다.
이러한 노력의 일환으로 최근 무가선 트램에 대한 연구가 활발히 진행되고 있는데, 무가선 트램은 전용궤도를 레일을 따라 주행하는 노면전차로서, 매연이 없고 도시미관의 개선에 유리한 특징이 있다.
이와 같은 무가선 트램은 차량 내에 장착된 배터리의 전원을 이용하여 차량을 구동시킨다.
이러한 무가선 트램의 충전 시스템은 일반적으로 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 선로 연변에 설치되어 계통전력을 트램으로 전달하기 위한 역팬터그래프 기구부를 포함하는 충전장치와, 트램 상부에 설치되어 전력을 배터리로 전달하기 위한 버스바(busbar)로 구성된다.
상기 구성을 이용하여 무가선 트램의 배터리를 충전하기 위한 일반적인 절차는 트램의 충전이 필요한 경우 운전자의 시계 판단에 의해 충전용 정차 위치로 이동하여 정위치 정차를 확인하는 단계, 정위치 확인 후 충전을 개시하면 선로 연변에 설치된 충전장치의 역팬터그래프가 하강하여 트램 상부의 버스바와 접촉하는 단계, 접촉 검지 후 계통의 전력이 역팬터그래프 및 버스바를 통하여 트램 내부의 배터리로 공급되는 단계로 이루어지는데, 이러한 종래의 충전 절차는 단순히 운전자의 시계 판단에 의한 정위치 정차를 가정하여 이후의 충전 절차가 진행되므로, 충전을 위한 무가선 트램의 정차시 정위치를 확보하는데 한계가 있다는 문제점이 있다.
즉, 일반 자동차와는 달리 트램의 길이는 대략 30m 이상으로 길 뿐만 아니라, 트램 상부의 버스바의 위치가 운전자와 일정거리 이상 이격되어 있으므로 충전 정위치에 대한 직접적인 시계 확인이 어렵다.
또한, 트램 상부의 전장품 배치 공간의 제약으로 인해 버스바의 길이가 제한되므로 충전을 위한 정위치 정차의 오차 여유가 부족하고, 그에 따라 단순히 시계(視界)를 기반으로 하는 운전만으로는 정위치에 트램을 정차시키기가 어렵다는 문제점이 있는 것이다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 기술로 비젼 또는 광원 기반의 비접촉 계측 시스템을 이용하여 운전자가 충전을 위한 정위치를 확인할 수 있도록 하는 시스템을 생각해 볼 수 있겠으나, 비젼 또는 광원 기반의 비접촉 계측 시스템의 경우 원거리 측정에는 유리할 수 있겠으나, 실외 환경 요인에 의해 측정 교란이 발생할 가능성이 높으므로 정위치 확인에 오류가 발생될 위험이 높다는 문제점이 있다.
1. 대한민국 등록특허공보 제10-0756269호(2007. 09. 11. 공고) 2. 대한민국 등록특허공보 제10-0966524호(2010. 06. 29. 공고)
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 단순한 구성에 의해 무가선 트램의 충전을 위한 정차 위치를 정확하게 안내할 수 있도록 함으로써 충전시 발생 가능한 정렬오차 및 시간 지연을 감소시킬 수 있도록 하는 무가선 트램의 충전을 위한 정위치 정차 유도 시스템 및 방법을 제공함에 있다.
또한, 본 발명은 초음파를 이용한 거리 연산을 통해 충전을 위한 정위치를 확인할 수 있도록 하여 비젼 혹은 광원 기반의 비접촉 계측 시스템에서 발생할 수 있는 실외 환경 요인에 의한 측정 교란 요인을 저감시킬 수 있고, 연산된 충전 목표위치까지의 거리를 운전자에게 제공함으로써 충전 정위치 정차의 반복성 및 정확성 향상에 기여할 수 있는 무가선 트램의 충전을 위한 정위치 정차 유도 시스템 및 방법을 제공함에 다른 목적이 있다.
상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명은,
선로 연변에 설치되는 충전장치의 역팬터그래프 중심 위치에 설치되는 초음파 발신부와, 무가선 트램의 버스바 전,후 양측으로 위치되도록 하여 일정거리 이격되도록 설치되는 제1 및 제2초음파수신부와, 상기 무가선 트램에 설치되어 초음파 발신부 및 제1,2초음파수신부의 구동을 제어하고, 초음파 신호를 이용하여 무가선 트램의 현재 위치와 충전 정위치 사이의 상대거리를 연산하는 제어수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 충전장치는 초음파 발신부와 기설정된 거리만큼 이격되어 설치되는 제3초음파수신부를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어수단은 무가선 트램이 충전장치에 근접하는 경우 초음파 발신부와, 제1 내지 제3초음파수신부의 시간 신호를 동기화시키는 동기화모듈과, 상기 제1 내지 제3초음파수신부에서의 초음파 수신 시간을 이용하여 무가선 트램의 현재 위치와 충전 정위치 사이의 상대거리를 연산하는 연산모듈을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 무가선 트램의 운전석에 설치되어 제어수단에 의해 연산된 무가선 트램의 충전 정위치와의 상대거리를 현시하는 표시수단을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명에 따른 무가선 트램의 충전을 위한 정위치 정차 유도 방법은,
무가선 트램이 충전장치에 접근한 것을 인지하여 제어수단을 통해 무가선 트램과 충전장치에 설치된 초음파 발신부와 초음파 수신부의 구동을 개시하는 초음파 발신단계와, 상기 초음파 수신부에서의 감지신호를 이용하여 제어수단의 연산모듈을 통해 무가선 트램의 현재 위치와 충전 정위치 사이의 상대거리를 연산하는 연산단계 및 상기 정위치 산출단계의 산출 결과를 이용하여 무가선 트램의 충전 정위치와의 상대거리를 연산하여 표시수단에 현시하는 현시단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 연산단계는, 상기 제어수단의 연산모듈을 통해 무가선 트램의 제1 및 제2초음파 수신부의 신호검출시간을 이용하여 제1 및 제2초음파 수신부와 충전장치의 초음파 발신부 사이의 상대거리를 각각 산출하는 상대거리 산출단계와, 상기 상대거리 산출단계에서 산출된 상대거리와 제1 및 제2초음파 수신부 사이의 거리를 이용한 삼변측량에 의해 제1초음파 수신부와 초음파 발신부 사이의 수평거리를 산출하는 정위치 산출단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 초음파 발신단계 이후에 충전장치에 설치된 초음파 발신부와 제3초음파 수신부 사이의 거리 및 신호검출시간을 이용하여 초음파의 속도계수를 보정하는 속도계수 보정단계를 더 포함하여 구성되고, 상기 상대거리 산출단계에서는 보정된 초음파 속도계수를 이용하여 제1 및 제2초음파 수신부와 충전장치의 초음파 발신부 사이의 상대거리를 각각 산출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 단순한 구성에 의해 무가선 트램의 충전을 위한 정차 위치를 정확하게 안내할 수 있도록 함으로써 충전시 발생 가능한 정렬오차 및 시간 지연을 감소시키고 그에 따라 무가선 트램의 운영 효율을 향상시킬 수 있도록 하는 뛰어난 효과를 갖는다.
또한, 본 발명에 따르면 초음파를 이용한 거리 연산을 통해 충전을 위한 정위치를 확인할 수 있도록 하여 비젼 혹은 광원 기반의 비접촉 계측 시스템에서 발생할 수 있는 실외 환경 요인에 의한 측정 교란 요인을 저감시킬 수 있는 효과를 추가로 갖는다.
도 1 및 도 2는 무가선 트램의 배터리 충전 시스템을 개략적으로 나타낸 도면.
도 3은 본 발명에 따른 무가선 트램의 충전을 위한 정위치 정차 유도 시스템의 구성을 개념적으로 나타낸 도면.
도 4는 도 3에 나타낸 본 발명을 이용한 정위치 산출 방법을 개념적으로 나타낸 도면.
도 5는 본 발명에 따른 무가선 트램의 충전을 위한 정위치 정차 유도 방법을 순차적으로 나타낸 흐름도.
이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명에 따른 무가선 트램의 충전을 위한 정위치 정차 유도 시스템 및 방법의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명에 따른 무가선 트램의 충전을 위한 정위치 정차 유도 시스템의 구성을 개념적으로 나타낸 도면이고, 도 4는 도 3에 나타낸 본 발명을 이용한 정위치 산출 방법을 개념적으로 나타낸 도면이며, 도 5는 본 발명에 따른 무가선 트램의 충전을 위한 정위치 정차 유도 방법을 순차적으로 나타낸 흐름도이다.
본 발명은 단순한 구성에 의해 무가선 트램의 충전을 위한 정차 위치를 정확하게 안내할 수 있도록 함으로써 충전시 발생 가능한 정렬오차 및 시간 지연을 감소시키고 그에 따라 무가선 트램의 운영 효율을 향상시킬 수 있도록 하는 무가선 트램의 충전을 위한 정위치 정차 유도 시스템 및 방법에 관한 것으로, 먼저 본 발명에 따른 무가선 트램의 충전을 위한 정위치 정차 유도 시스템(이하, '정차 유도 시스템'이라 한다)은 무가선 트램(200)과, 충전장치(100)에 다수의 초음파 센서를 설치하여 초음파 신호를 이용한 거리 연산에 의해 무가선 트램(200)의 충전을 위한 충전 정위치를 운전자에게 제공할 수 있도록 하는 시스템이다.
즉, 전술한 바와 같이, 비젼 또는 광원 기반의 비접촉 계측 시스템을 이용하여 운전자가 충전을 위한 정위치를 확인할 수 있도록 하는 경우 실외 환경 요인에 의해 측정 교란이 발생할 위험이 있어 정위치 확인에 오류가 발생될 가능성이 높으므로, 실외 환경 요인에 의한 영향을 거의 받지 않는 초음파를 이용하여 무가선 트램(200)의 충전을 위한 충전 정위치를 확인할 수 있도록 구성한 것이다.
보다 상세히 설명하면, 본 발명에 따른 정차 유도 시스템은 도 3에 나타낸 바와 같이, 초음파 발신부(120), 제1 및 제2초음파 수신부(220,230) 및 제어수단(240)을 포함하여 구성될 수 있는데, 상기 초음파 발신부(120)는 선로 연변에 설치되는 충전장치(100)에 설치되어 거리 측정을 위한 초음파를 발생시키는 역할을 하는 것이다.
또한, 상기 제1 및 제2초음파 수신부(220,230)는 무가선 트램(200)에 설치되어 초음파 발신부(120)로부터 발신된 초음파를 수신하는 역할을 하는 것으로, 무가선 트램(200)의 상단부에 구비되는 버스바(busbar)(210)의 전,후 양측에 각각 위치되도록 설치된다.
즉, 무가선 트램(200)이 충전을 위한 정위치에 정차하였는지를 확인하기 위해서는 충전장치(100)에 구비된 역팬터그래프(110)와 무가선 트램(200)의 버스바(210) 사이의 거리, 즉 무가선 트램(200)의 진행방향으로의 수평거리(이하, '수평거리'라 한다)를 측정하여야 하므로, 무가선 트램(200)에 설치된 제1 및 제2초음파 수신부(220,230)를 통해 검지한 초음파 발신부(120)로부터의 초음파 신호를 이용하여 상기 수평거리를 연산함으로써 무가선 트램(200)의 정위치 정차 여부를 확인할 수 있게 된다.
이를 위해, 상기 초음파 발신부(120)는 도 4에 나타낸 바와 같이, 충전장치(100)에 구비된 역팬터그래프(110)의 중심에 대응되는 위치에 설치되고, 상기 제1 및 제2초음파 수신부(220,230)는 버스바(210)의 전,후 양측으로 일정거리 이격되도록 설치되는데, 제1 및 제2초음파 수신부(220,230) 사이의 거리는 기설정된 값으로, 후술할 수평거리의 연산과정에서 알고 있는 값에 해당된다.
다음, 상기 제어수단(240)은 무가선 트램(200)에 설치되어 초음파 발신부(120) 및 초음파 수신부(220,230,130)의 구동을 제어함과 동시에, 초음파 수신부(220,230,130)에서 수신한 초음파 발신부(120)로부터의 초음파 신호를 이용하여 수평거리, 즉 무가선 트램(200)의 충전 정위치와 무가선 트램(200)의 현재 위치 사이의 상대거리를 연산하는 역할을 하는 것으로, 동기화모듈(242)과 연산모듈(244)을 포함하여 이루어진다.
보다 상세히 설명하면, 상기 동기화모듈(242)은 무가선 트램(200)이 충전장치(100)에 접근하는 경우, 이를 인식하여 초음파 발신부(120)와 초음파 수신부(220,230,130)의 시간 신호를 동기화시키는 역할을 하는 것으로, 상기 초음파 수신부(220,230,130)에는 전술한 제1 및 제2초음파 수신부(220,230)는 물론 후술할 제3초음파 수신부(130)도 포함된다.(이하의 설명에서 사용되는, '초음파 수신부' 또한 제1 내지 제3초음파 수신부(220,230,130)를 모두 포함하는 것이다.)
즉, 후술하겠지만, 본 발명에서는 초음파의 속도와 초음파 수신부(220,230,130)에서 초음파 발신부(120)로부터 발신된 초음파를 수신한 시간과, 초음파 발신부(120)와 초음파 수신부(220,230,130)의 설치 위치에 따른 기하학적 관계를 이용하여 연산모듈(244)에서 거리를 연산하게 되는데, 초음파 발신부(120)와 초음파 수신부(220,230,130)의 시간 신호가 동기화되지 않는 경우, 시간 오차에 의한 연산 거리 오차가 발생될 수 있으므로, 상기 동기화모듈(242)을 이용하여 초음파 발신부(120)를 구동하기 이전에 초음파 발신부(120)와 초음파 수신부(220,230,130)의 시간 신호를 동기화시키는 것이다.
이때, 상기 동기화모듈(242)은 전술한 바와 같이, 무가선 트램(200)이 충전장치(100)에 접근하는 경우 작동하게 되는데, 운전자가 육안으로 확인하여 충전장치(100)와 가까운 적정 시점에 차상에 설치된 버튼(미도시) 등의 수단을 이용하여 동기화모듈(242)을 구동시킬 수도 있고, 무가선 트램(200)의 선로 상에 RF 태그나 차축검지기(axle counter)를 설치하여 상기 제어수단(240)을 통해 RF 태그 또는 차축검지기로부터의 신호를 인식할 수 있도록 함으로써 운전자의 별도 조작없이 자동으로 동기화모듈(242)이 작동되도록 구성할 수도 있다.
또한, 상기 연산모듈(244)은 초음파 수신부(220,230,130)에서의 초음파 수신 시간과, 초음파의 속도를 이용하여 초음파 발신부(120)와 초음파 수신부(220,230,130) 사이의 거리를 연산하고, 연산된 거리와 초음파 발신부(120)와 초음파 수신부(220,230,130) 사이의 기하학적 위치관계를 이용하여 무가선 트램(200)의 현재 위치와 충전 정위치 사이의 상대거리, 즉 수평거리를 연산하는 역할을 하는 것으로, 이에 대한 상세한 설명은 후술하기로 한다.
그리고, 도시하지는 않았지만, 상기 제어수단(240)에는 초음파 발신부(120) 및 초음파 수신부(220,230,130)와의 무선 통신을 위한 무선통신모듈(미도시)이 구비되어 초음파 발신부(120) 및 초음파 수신부(220,230,130)의 제어신호와 동기화 신호 등을 전송하고, 초음파 수신부(220,230,130)로부터의 초음파 감지 신호를 수신할 수 있도록 구성되어 있다.
한편, 상기 충전장치(100)에는 초음파 발신부(120)로부터의 신호를 수신하는 제3초음파 수신부(130)가 설치될 수 있는데, 상기 제3초음파 수신부(130)는 초음파 발신부(120)로부터 기설정된 거리만큼 이격되도록 설치되어 초음파 속도계수를 보정할 수 있도록 하는 역할을 하게 된다.
즉, 충전장치(100)가 설치된 지역에서의 바람이나 온도 등의 영향에 의해 초음파의 속도가 달라질 수 있으므로, 제1 및 제2초음파 수신부(220,230)로부터의 신호를 이용하여 무가선 트램(200)의 충전 정위치를 연산하기 이전에 제3초음파 수신부(130)에서의 검지 신호를 이용하여 초음파의 속도계수를 보정하도록 하는 것이다.
이때, 초음파 속도계수의 보정에는 다음의 (1)식이 사용될 수 있으며,
d = (tt - tr)c ... (1)
여기서, d는 초음파 발신부(120)와 제3초음파 수신부(130) 사이의 거리이고, c는 초음파 속도계수이며, (tt - tr)은 초음파 발신부(120)와 제3초음파 수신부(130)에서의 초음파 검지 시간 차이를 의미한다.
따라서, 후술하겠지만, 상기 제어수단(240)의 연산모듈(244)에서는 상기 (1)식에 의한 연산을 통해 충전 현장의 조건에 의해 보정된 초음파 속도계수를 얻을 수 있고, 이러한 보정된 초음파 속도계수를 이용하여 무가선 트램(200)의 현재 위치와 충전 정위치 사이의 상대거리, 즉 수평거리를 연산하게 된다.
그리고, 본 발명에 따른 정위치 정차 유도 시스템은 무가선 트램(200)의 운전석에 설치되는 표시수단(250)을 더 포함하여 구성될 수 있는데, 상기 표시수단(250)은 제어수단(240)의 연산모듈(244)에 의한 연산 결과를 현시함으로써 운전자가 무가선 트램(200)의 충전 정위치와의 상대거리를 실시간으로 확인할 수 있도록 하는 역할을 하는 것으로 통상의 모니터 등의 디스플레이장치로 구성될 수 있다.
이때, 상기 표시수단(250)에는 초음파 발신부(120)와 초음파 수신부(220,230,130)의 정상 작동 여부가 표시되어 운전자가 확인할 수 있도록 구성되어 있고, 스피커(미도시)가 구비되어 무가선 트램(200)이 충전장치(100)에 인접한 것을 전술한 선로 상에 설치된 RF 태그나 차축검지기에 의해 감지한 경우와, 무가선 트램(200)이 충전 정위치에 위치된 경우 신호음을 발생시킬 수 있도록 구성할 수도 있다.
한편, 본 발명에 따른 무가선 트램의 충전을 위한 정위치 정차 유도 방법은 전술한 정위치 정차 유도 시스템을 이용하여 무가선 트램(200)이 충전 정위치에 정차될 수 있도록 유도하는 방법에 관한 것으로, 그 구성은 도 5에 나타낸 바와 같이, 크게 초음파 발신단계(S10), 속도계수 보정단계(S20), 연산단계(S30) 및 현시단계(S40)를 포함하여 이루어진다.
먼저, 상기 초음파 발신단계(S10)는 제어수단(240)을 이용하여 초음파 발신부(120)와 초음파 수신부의 구동을 개시하는 단계에 관한 것으로, 운전자의 육안 또는 선로에 설치된 RF 태그나 차축검지기에 의해 무가선 트램(200)이 충전장치(100)에 접근한 것을 인지한 경우 무가선 트램(200)에 구비된 제어수단(240)에서는 초음파 발신부(120)와 초음파 수신부(220,230,130)의 구동을 개시한다.
이때, 상기 제어수단(240)의 동기화모듈(242)에서는 초음파 발신부(120)와 초음파 수신부(220,230,130)의 시간 신호를 동기화시킴으로써 초음파 신호 검지에 대한 측정오차가 발생되지 않도록 한다.
다음, 상기 속도계수 보정단계(S20)는 충전장치(100)가 설치된 지역에서의 바람이나 온도 등의 영향에 의한 초음파의 속도 차이를 보정하기 위한 단계에 관한 것으로, 전술한 바와 같이, 상기 제어수단(240)의 연산모듈(244)에서는 충전장치(100)에 설치된 초음파 발신부(120)와 제3초음파 수신부(130) 사이의 거리와 신호검출시간의 차이를 이용하여 상기 (1)식에 의해 초음파 속도계수를 보정하게 된다.
다음, 상기 연산단계(S30)는 초음파 수신부(220,230), 즉 제1 및 제2초음파 수신부(220,230)에서의 감지신호를 이용하여 제어수단(240)의 연산모듈(244)을 통해 무가선 트램(200)의 현재 위치와 충전 정위치 사이의 상대거리, 즉 수평거리를 연산하는 단계에 관한 것으로, 전술한 속도계수 보정단계(S20)에서 보정된 초음파 속도계수를 연산에 사용한다.
보다 상세히 설명하면, 상기 연산단계(S30)는 상대거리 산출단계(S32)와 정위치 산출단계(S34)를 포함하여 이루어지는데, 먼저 상기 상대거리 산출단계(S32)는 제1 및 제2초음파 수신부(220,230)의 신호검출시간을 이용하여 제1 및 제2초음파 수신부(220,230)와 초음파 발신부(120) 사이의 상대거리를 각각 산출하는 단계에 관한 것으로, 도 4에 나타낸 기하학적 관계를 이용한다.
즉, 상기 상대거리 산출단계(S32)에서는 연산모듈(244)을 통해 속도계수 보정단계(S20)에서 연산된 초음파 속도계수 및 제1 및 제2초음파 수신부(220,230)에서의 초음파 검출시간과 초음파 발신부(120)에서의 초음파 발생시간 사이의 차를 이용하여 초음파 발신부(120)와 제1초음파 수신부(220) 사이의 거리(r1)와, 초음파 발신부(120)와 제2초음파 수신부(230) 사이의 거리(r2)를 각각 연산한다.
다음, 상기 정위치 산출단계(S34)는 상대거리 산출단계(S32)에서의 연산 결과를 이용하여 제1초음파 수신부(220)와 초음파 발신부(120) 사이의 수평거리를 연산하는 단계에 관한 것으로, 마찬가지로 도 4에 나타낸 기하학적 관계를 이용한다.
보다 상세히 설명하면, 초음파 발신부(120)와 제1초음파 수신부(220) 사이의 수평거리와 수직거리를 각각 x,y라 하고, 제1초음파 수신부(220)와 제2초음파 수신부(230) 사이의 수평거리를 L이라 할 경우, 삼변측량(三邊測量) 및 피타고라스의 정리를 이용하면 상대거리 산출단계(S32)에서 연산된 초음파 발신부(120)와 제1 및 제2초음파 수신부(220,230) 사이의 거리 r1, r2는 각각 다음의 (2)식과 (3)식으로 나타낼 수 있다.
x2 + y2 = r1 2 ... (2)
(L-x)2 + y2 = r2 2 ... (3)
상기 (2)식과 (3)식을 x에 대해 정리하면, 초음파 발신부(120)와 제1초음파 수신부(220) 사이의 2차원 평면상의 수평거리 x는 다음의 (4)식으로 나타낼 수 있다.
Figure 112019129219637-pat00001
... (4)
상기 (4)식에서 r1, r2는 상대거리 산출단계(S32)에서 연산된 값이고, 제1초음파 수신부(220)와 제2초음파 수신부(230) 사이의 수평거리를 L은 이미 알고 있는 값이므로, 연산모듈(244)에서는 상기 (4)식의 연산을 통해 초음파 발신부(120)와 제1초음파 수신부(220) 사이의 수평거리를 구할 수 있게 된다.
다음, 상기 현시단계(S40)는 정위치 산출단계(S34)의 산출 결과를 이용하여 무가선 트램(200)의 현재 위치와 충전 정위치 사이의 상대거리를 연산하여 표시수단(250)에 현시하는 단계에 관한 것으로, 운전자는 표시수단(250)에 실시간으로 현시되는 거리를 통해 무가선 트램(200)의 정위치 정차 여부를 용이하게 확인할 수 있게 된다.
보다 상세히 설명하면, 무가선 트램(200)의 충전을 위한 정위치는 무가선 트램(200)의 상단에 설치된 버스바(210)의 중심 위치와, 충전장치(100)의 역팬터그래프(110)의 중심 위치, 즉 초음파 발신부(120)의 설치 위치 사이의 수평거리가 0인 지점이라 할 수 있으므로, 버스바(210)의 중심 위치와 제1초음파 수신부(220) 사이의 수평거리를 S라 할 경우, 무가선 트램(200)의 현재 위치와 충전 정위치 사이의 상대적인 수평거리는 'S - x' 와 같이 표시할 수 있으며, 상기 'S - x'의 값이 0이 되는 지점이 무가선 트램(200)의 충전을 위한 정위치에 해당하게 된다.
이때, 상기 버스바(210)의 중심 위치와 제1초음파 수신부(220) 사이의 수평거리 S는 제1초음파 수신부(220)의 설치 위치에 따라 달라질 수 있으나, 제1초음파 수신부(220)의 설치가 완료되는 경우 이미 알고 있는 고정값에 해당하므로 무가선 트램(200)의 현재 위치와 충전 정위치 사이의 상대적인 수평거리를 쉽게 연산할 수 있게 된다.
또한, 상기 'S - x'의 값이 양수로 나타날 경우는 버스바(210)의 중심 위치와 제1초음파 수신부(220) 사이의 수평거리가 초음파 발신부(120)와 제1초음파 수신부(220) 사이의 수평거리 보다 큰 경우에 해당하므로 무가선 트램(200)의 현재 위치가 아직 충전 정위치에 이르지 못한 상태를 의미하고, 반대로 'S - x'의 값이 음수로 나타나는 경우는 무가선 트램(200)의 현재 위치가 충전 정위치를 지나친 상태를 의미하게 된다.
이에 따라, 상기 현시단계(S40)에서는 연산모듈(244)을 통해 연산된 무가선 트램(200)의 현재 위치와 충전 정위치 사이의 상대적인 수평거리를 실시간으로 표시수단(250)에 현시함으로써 운전자가 무가선 트램(200)의 충전 정위치에 대한 현재의 상대적인 위치를 용이하게 파악할 수 있게 된다.
또한, 전술한 바와 같이 상기 표시수단(250)에 구비된 스피커를 통해 무가선 트램(200)의 현재 위치에 따른 신호음을 발생시킴으로써 운전자가 더욱 용이하게 무가선 트램(200)을 충전 정위치에 정차시킬 수 있도록 할 수도 있음은 물론이다.
따라서, 전술한 바와 같은 본 발명에 따른 무가선 트램의 충전을 위한 정위치 정차 유도 시스템 및 방법에 의하면, 단순한 구성에 의해 무가선 트램(200)의 충전을 위한 정차 위치를 정확하게 안내할 수 있도록 함으로써 충전시 발생 가능한 정렬오차 및 시간 지연을 감소시키고 그에 따라 무가선 트램(200)의 운영 효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 초음파를 이용한 거리 연산을 통해 충전을 위한 정위치를 확인할 수 있도록 하여 비젼 혹은 광원 기반의 비접촉 계측 시스템에서 발생할 수 있는 실외 환경 요인에 의한 측정 교란 요인을 저감시킬 수 있는 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 무가선 트램의 충전을 위한 정위치 정차 유도 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 단순한 구성에 의해 무가선 트램의 충전을 위한 정차 위치를 정확하게 안내할 수 있도록 함으로써 충전시 발생 가능한 정렬오차 및 시간 지연을 감소시키고 그에 따라 무가선 트램의 운영 효율을 향상시킬 수 있도록 하는 무가선 트램의 충전을 위한 정위치 정차 유도 시스템 및 방법에 관한 것이다.
100 : 충전장치 110 : 역팬터그래프
120 : 초음파 발신부 130 : 제3초음파 수신부
200 : 무가선 트램 210 : 버스바(busbar)
220 : 제1초음파 수신부 230 : 제2초음파 수신부
240 : 제어수단 242 : 동기화모듈
244 : 연산모듈 250 : 표시수단
S10 : 초음파 발신단계 S20 : 속도계수 보정단계
S30 : 연산단계 S32 : 상대거리 산출단계
S34 : 정위치 산출단계 S40 : 현시단계

Claims (7)

  1. 선로 연변에 설치되는 충전장치의 역팬터그래프 중심 위치에 설치되는 초음파 발신부와,
    무가선 트램의 버스바 전,후 양측으로 위치되도록 하여 일정거리 이격되도록 설치되는 제1 및 제2초음파수신부와,
    상기 초음파 발신부로부터 기설정된 거리만큼 이격되는 충전장치에 설치되고, 초음파 발신부로부터의 신호를 수신하여 초음파 속도계수를 보정할 수 있도록 하는 제3초음파수신부 및
    상기 무가선 트램에 설치되어 초음파 발신부 및 제1 내지 제3초음파수신부의 구동을 제어하고, 초음파 신호를 이용하여 무가선 트램의 현재 위치와 충전 정위치 사이의 상대거리를 연산하는 제어수단을 포함하되,
    상기 제어수단은 무가선 트램이 충전장치에 근접하는 경우 초음파 발신부와, 제1 내지 제3초음파수신부의 시간 신호를 동기화시키는 동기화모듈과,
    상기 제3초음파수신부에서의 초음파 수신 시간을 이용하여 초음파 속도계수를 보정하고, 보정된 초음파 속도계수와 제1 및 제2초음파 수신부의 신호검출시간 및 초음파 발신부와 제1 내지 제3초음파 수신부 사이의 기하학적 위치관계를 이용하여 무가선 트램의 현재 위치와 충전 정위치 사이의 상대거리를 연산하는 연산모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 무가선 트램의 충전을 위한 정위치 정차 유도 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 무가선 트램의 운전석에 설치되어 제어수단에 의해 연산된 무가선 트램의 충전 정위치와의 상대거리를 현시하는 표시수단을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 무가선 트램의 충전을 위한 정위치 정차 유도 시스템.
  5. 무가선 트램이 충전장치에 접근한 것을 인지하여 제어수단을 통해 무가선 트램에 설치되는 제1 및 제2초음파 수신부와 충전장치에 설치된 초음파 발신부 및 제3초음파 수신부의 구동을 개시하는 초음파 발신단계와,
    상기 충전장치에 설치된 초음파 발신부와 제3초음파 수신부 사이의 거리 및 신호검출시간을 이용하여 초음파의 속도계수를 보정하는 속도계수 보정단계와,
    상기 제1 및 제2초음파 수신부에서의 감지신호 및 속도계수 보정단계에서 보정된 초음파 속도계수를 이용하여 제어수단의 연산모듈을 통해 무가선 트램의 현재 위치와 충전 정위치 사이의 상대거리를 연산하는 연산단계 및
    상기 연산모듈을 통해 연산된 무가선 트램의 현재 위치와 충전 정위치 사이의 상대적인 수평거리를 실시간으로 표시수단에 현시하는 현시단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무가선 트램의 충전을 위한 정위치 정차 유도 방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 연산단계는,
    상기 제어수단의 연산모듈을 통해 무가선 트램의 제1 및 제2초음파 수신부의 신호검출시간 및 속도계수 보정단계에서 보정된 초음파 속도계수를 이용하여 제1 및 제2초음파 수신부와 충전장치의 초음파 발신부 사이의 상대거리를 각각 산출하는 상대거리 산출단계와,
    상기 상대거리 산출단계에서 산출된 상대거리와 제1 및 제2초음파 수신부 사이의 거리를 이용한 삼변측량에 의해 제1초음파 수신부와 초음파 발신부 사이의 수평거리를 산출하는 정위치 산출단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무가선 트램의 충전을 위한 정위치 정차 유도 방법.
  7. 삭제
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