KR102479992B1 - 폐색 구간별 열차의 주행속도 제어를 위한 열차 제어 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선로별 특성을 고려하여 폐색 구간별 열차의 주행속도 제어를 위한 열차 제어 시스템에 관한 것으로, 주행로의 선로를 따라 지정 간격으로 설치되어 폐색구간의 시점과 종점을 이루며, 상기 폐색구간에 지정된 구간코드를 통행 중인 열차의 차상장치에 발신하는 복수 개의 폐색발리스, 상기 열차에 설치되어 상기 폐색발리스 및 분기발리스와, 제동제어기와 통신하는 차상안테나, 상기 차상안테나를 통해 구간코드와 위치정보와 자세상태와 제동신호를 수신해 확인하고, 상기 자세상태에 대응하는 명령신호를 발신하고, 상기 구간코드에 해당하는 폐색구간별 허용속도를 확인하여 열차가 허용속도에 상응하는 주행속도로 주행하도록 열차의 제동장치를 제어하고, 상기 차상안테나에 수신된 구간코드를 다른 열차가 수신하도록 무선 발신하고, 자체 열차가 상기 폐색발리스로부터 수신한 구간코드와 전방 열차로부터 수신한 구간코드를 비교해서 폐색구간 간의 간격이 기준 구간 간격 이내이면 자체 열차의 제동장치를 제어하는 한편, 상기 제동신호에 따라 열차가 정차하도록 제동장치를 제어하는 차상장치, 상기 제동장치의 제동 동작과 제동 이유에 대한 경고멘트를 음성으로 출력하도록 구간코드별 경고멘트를 저장하고, 상기 차상장치로부터 수신한 구간코드에 대응하는 경고멘트를 검색해서 출력하는 경고장치, 선로의 분기구간에서 교차점을 기준으로 열차의 주행로를 변경하도록, 철도레일의 고정레일부와 탈착하는 이동단부를, 열차의 명령신호에 포함된 변경방향 정보에 대응하는 제어신호에 따라 강제 이동시키는 전환장치; 상기 전환장치에 의한 이동단부의 이동 횟수를 계수해서 계수정보를 발신하는 계수기; 상기 분기구간의 교차점을 통과하는 열차의 통행시 발생하는 유도기전력을 인식해서 인식정보를 발신하는 열차감지기;를 갖춘 선로전환기, 및 상기 열차의 명령신호에 대응한 제어신호를 전환장치에 발신하는 스위치; 상기 전환장치의 자세상태를 인식하는 상태인식기; 상기 분기구간의 교차점을 중심으로 각 주행로 별로 설치되며, 상기 선로전환기의 위치정보와 전환장치의 자세상태를 통행 중인 열차의 차상장치에 발신하는 분기발리스; 표면이 절연된 다수의 압전소자가 상기 고정레일부와 이동단부 사이에서 압력을 받도록 레일을 따라 배치되어 발전하고, 발전한 상기 압전소자를 분류해서 리스트로 통지하는 전환검증기; 상기 분기발리스와 선로전환기 사이에 배치되어서 제동신호를 발신하는 제동제어기; 임의 주행로에 설치된 분기발리스의 발신 동작 인식 이후 열차감지기로부터의 인식정보 수신 여부에 따라 열차의 현재 위치를 추적하되, 상기 인식정보가 미수신되면 명령신호에 포함된 변경방향 정보에 대응하는 제어신호를 발신하도록 스위치를 제어하며 다른 주행로에 설치된 제동제어기가 제동신호를 발신하도록 제어하고, 상기 인식정보의 수신 이후 지정시간이 경과하면 다른 주행로의 열차의 명령신호에 대응한 제어신호를 발신하도록 스위치를 제어하고, 임의 주행로의 열차의 명령신호에 대응한 제어신호 발신 이후 상기 상태인식기가 인식한 자세상태에서의 발전 압전소자 리스트와 전환검증기가 통지한 발전 압전소자 리스트가 불일치하면 해당 주행로에 설치된 제동제어기가 제동신호를 발신하도록 제어하며, 상기 계수정보의 이동 횟수가 기준계수를 초과하면 경고신호를 발신하도록 제어하는 컨트롤러;를 갖춘 지상장치를 포함한다.

Description

폐색 구간별 열차의 주행속도 제어를 위한 열차 제어 시스템{TRAIN CONTROL SYSTEM FOR TRAVEL SPEED BY BLOCK SECTION}

본 발명은 선로별 특성을 고려하여 폐색 구간별 열차의 주행속도 제어를 위한 열차 제어 시스템에 관한 것이다.

열차가 통행하는 철도 주변, 즉 선로 주변에는 선로의 특성과 열차의 안전한 주행을 위해 다양한 종류의 선로변 장치가 설치되고, 통행하는 열차와 지속적으로 통신하며 지정된 기능을 수행한다. 또한, 선행 열차와 후속 열차 또는 역주행하는 열차 간의 안전을 위해 1 열차 이외의 타 열차 진입이 제한되는 폐색 구간이 구성된다. 결국, 선로변 장치의 종류와 기능에 따라 폐색 구간별로 열차의 주행속도가 제한되어야 한다.

종래에는 폐색 구간별로 열차의 주행속도 제어는 열차의 운전기사에 의해 수동으로 이루어졌고, 이를 보조하기 위해서 중앙관제와 실시간으로 연락하며 주행속도에 대한 알람이 이루어졌다. 하지만, 중앙관제를 위한 통신망이 불량하거나 열차의 통행이 상대적으로 적은 저밀도 구간에서는 운전기사의 전적인 책임하에 열차의 운행이 이루어질 수밖에 없었다. 결국, 열차 사고의 발생 가능성이 증가했고, 이로 인한 인명 및 재산상의 피해 또한 증가했다.

한편, 선로변 장치 중에는 대표적으로 전환기를 포함한다. 전환기는 주지된 바와 같이 분기구간을 주행중인 열차가 현재 주행선로에서 다른 선로로 주행로를 변경할 수 있도록 선로의 레일을 조정하는 장치이다. 좀 더 설명하면, 선로전환기는 궤도회로 점유정보와 계전기 로직 또는 컴퓨터 소프트웨어에 의한 각 역의 기기실에 설치된 연동장치와 선로변 현장의 선로전환기에 제어신호를 전송하는 컴퓨터로 이루어진 선로변 제어장치(TFM : Trackside Functional Module, 이하 TFM이라 한다)에 의해 제어된다. 즉 선로전환기는 역의 관제실 또는 중앙 관제실로부터 진로제어 명령을 수신받아 역 구내의 궤도회로에 의한 열차의 점유정보를 바탕으로 안전한 진로 구성이 될 수 있도록 연동장치에 의해 선로전환기를 제어하고 있다. 이는 선로전환기가 사용되는 역 구내의 경우 많은 분기선로가 있어 안전한 진로확보를 위해 필수적으로 연동장치와 TFM 같은 고가의 지상 제어장치들을 필요로 한다.

하지만, 열차의 통행이 빈번하지 않은 저밀도 구간에 경우에까지 고가의 전자연동장치를 설치하는 것을 경제적인 면에서나 관리의 효율성에 있어 불합리하므로, 이를 대체할 수 있는 선로전환기 기술(특허공개번호 제10-2011-0000839호)이 제시되었다.

그런데 상기 저밀도 구간 중에도 상행열차과 하행열차이 통행할 경우가 있고, 이때 종래의 선로전환기는 중앙 관제가 이루어지지 못하므로 유사시 상행열차과 하행열차이 충돌할 수 있었다. 결국, 이러한 문제를 직시하고 종래의 선로전환기 기술은 실용화되지 못하고 여전히 고가의 전자연동장치가 중앙 관제하에 설치 운용되고 있었다.

선행기술문헌 1. 특허공개번호 제10-2011-0000839호(2011.01.06 공개)

이에 본 발명은 상기의 문제를 해소하기 위한 것으로, 중앙관제 없이도 자체적으로 열차의 주행속도를 조정해서 열차의 운행사고 발생률을 낮추고 열차 근접시 유효한 진로로 선로 방향을 전환할 수 있으며 상행열차과 하행열차 간의 충돌 없이 안전한 선로전환을 수행할 수 있도록 하는 폐색 구간별 열차의 주행속도 제어를 위한 열차 제어 시스템의 제공을 해결하고자 하는 과제로 한다.

상기의 과제를 달성하기 위하여 본 발명은,

주행로의 선로를 따라 지정 간격으로 설치되어 폐색구간의 시점과 종점을 이루며, 상기 폐색구간에 지정된 구간코드를 통행 중인 열차의 차상장치에 발신하는 복수 개의 폐색발리스,

상기 열차에 설치되어 상기 폐색발리스 및 분기발리스와, 제동제어기와 통신하는 차상안테나,

상기 차상안테나를 통해 구간코드와 위치정보와 자세상태와 제동신호를 수신해 확인하고, 상기 자세상태에 대응하는 명령신호를 발신하고, 상기 구간코드에 해당하는 폐색구간별 허용속도를 확인하여 열차가 허용속도에 상응하는 주행속도로 주행하도록 열차의 제동장치를 제어하고, 상기 차상안테나에 수신된 구간코드를 다른 열차가 수신하도록 무선 발신하고, 자체 열차가 상기 폐색발리스로부터 수신한 구간코드와 전방 열차로부터 수신한 구간코드를 비교해서 폐색구간 간의 간격이 기준 구간 간격 이내이면 자체 열차의 제동장치를 제어하는 한편, 상기 제동신호에 따라 열차가 정차하도록 제동장치를 제어하는 차상장치,

상기 제동장치의 제동 동작과 제동 이유에 대한 경고멘트를 음성으로 출력하도록 구간코드별 경고멘트를 저장하고, 상기 차상장치로부터 수신한 구간코드에 대응하는 경고멘트를 검색해서 출력하는 경고장치,

선로의 분기구간에서 교차점을 기준으로 열차의 주행로를 변경하도록, 철도레일의 고정레일부와 탈착하는 이동단부를, 열차의 명령신호에 포함된 변경방향 정보에 대응하는 제어신호에 따라 강제 이동시키는 전환장치; 상기 전환장치에 의한 이동단부의 이동 횟수를 계수해서 계수정보를 발신하는 계수기; 상기 분기구간의 교차점을 통과하는 열차의 통행시 발생하는 유도기전력을 인식해서 인식정보를 발신하는 열차감지기;를 갖춘 선로전환기, 및

상기 열차의 명령신호에 대응한 제어신호를 전환장치에 발신하는 스위치; 상기 전환장치의 자세상태를 인식하는 상태인식기; 상기 분기구간의 교차점을 중심으로 각 주행로 별로 설치되며, 상기 선로전환기의 위치정보와 전환장치의 자세상태를 통행 중인 열차의 차상장치에 발신하는 분기발리스; 표면이 절연된 다수의 압전소자가 상기 고정레일부와 이동단부 사이에서 압력을 받도록 레일을 따라 배치되어 발전하고, 발전한 상기 압전소자를 분류해서 리스트로 통지하는 전환검증기; 상기 분기발리스와 선로전환기 사이에 배치되어서 제동신호를 발신하는 제동제어기; 임의 주행로에 설치된 분기발리스의 발신 동작 인식 이후 열차감지기로부터의 인식정보 수신 여부에 따라 열차의 현재 위치를 추적하되, 상기 인식정보가 미수신되면 명령신호에 포함된 변경방향 정보에 대응하는 제어신호를 발신하도록 스위치를 제어하며 다른 주행로에 설치된 제동제어기가 제동신호를 발신하도록 제어하고, 상기 인식정보의 수신 이후 지정시간이 경과하면 다른 주행로의 열차의 명령신호에 대응한 제어신호를 발신하도록 스위치를 제어하고, 임의 주행로의 열차의 명령신호에 대응한 제어신호 발신 이후 상기 상태인식기가 인식한 자세상태에서의 발전 압전소자 리스트와 전환검증기가 통지한 발전 압전소자 리스트가 불일치하면 해당 주행로에 설치된 제동제어기가 제동신호를 발신하도록 제어하며, 상기 계수정보의 이동 횟수가 기준계수를 초과하면 경고신호를 발신하도록 제어하는 컨트롤러;를 갖춘 지상장치

를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐색 구간별 열차의 주행속도 제어를 위한 열차 제어 시스템.

상기의 본 발명은, 중앙관제 없이도 자체적으로 열차의 주행속도를 조정해서 열차의 운행사고 발생률을 낮추고 열차 근접시 유효한 진로로 선로 방향을 전환하여 상행열차과 하행열차 간의 충돌 없이 안전한 주행을 지속할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 열차 제어 시스템의 폐색구간 모습을 개략적으로 도시한 도면이고,
도 2는 본 발명에 따른 열차 제어 시스템가 설치된 분기구간의 모습을 개략적으로 도시한 도면이고,
도 3은 본 발명에 따른 열차 제어 시스템가 설치된 분기구간의 선로 형태를 도시한 평면도이고,
도 4는 도 3의 "A" 부분을 확대 도시한 도면이고,
도 5는 본 발명에 따른 열차 제어 시스템에 구성된 선로전환기와 지상장치의 구성 모습을 도시한 블록도이고,
도 6은 본 발명에 따른 열차 제어 시스템의 동작 순서를 도시한 플로차트이고,
도 7과 도 8은 본 발명에 따른 열차 제어 시스템가 열차의 차상장치와 통신하며 이동하는 모습을 개략적으로 도시한 도면이고,
도 9는 본 발명에 따른 열차 제어 시스템가 열차의 통행을 관제하는 모습을 개략적으로 도시한 도면이고,
도 10은 본 발명에 따른 열차 제어 시스템의 전환검증기가 분기구간의 선로 전환 여부를 체크하는 모습을 개략적으로 도시한 도면이고,
도 11은 상기 전환검증기에 구성된 압전소자의 단면 모습을 개략적으로 도시한 도면이다.

실시 예들에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.

명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.

이하, 본 발명을 구체적인 내용이 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 열차 제어 시스템의 폐색구간 모습을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 열차 제어 시스템가 설치된 분기구간의 모습을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 1과 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 열차 제어 시스템은 주행로의 선로를 따라 지정 간격으로 폐색발리스(401 내지 405)가 설치되고, 폐색발리스(401 내지 405)를 기준으로 폐색구간(BZ1 내지 BZ9)이 구획된다. 즉, 폐색발리스(401 내지 405)는 폐색구간의 시점과 종점을 이루는 기준점인 것이다. 폐색구간(BZ1 내지 BZ9)에는 둘 이상의 열차(BT, OT, FT)가 존재할 수 없으므로, 열차(BT, OT, FT)의 차상장치(330; 도 5 참조)는 폐색발리스(401 내지 405)로부터 구간코드를 수신해서 현재 위치한 폐색구간(BZ1 내지 BZ9)을 확인하고, 전방 열차(FT)로부터 최근 수신한 폐색구간(BZ1 내지 BZ9)의 구간코드를 수신해서 전방 열차(FT)가 현재 위치한 폐색구간(BZ1 내지 BZ9)을 확인한다.

차상장치(330)는 전방 열차(FT)가 위치한 폐색구간(BZ1 내지 BZ9)이 자체 열차(OT)가 위치한 폐색구간(BZ1 내지 BZ9)과 동일하거나 지정된 구간 개수 이내(이하 '기준 구간 간격')의 폐색구간(BZ1 내지 BZ9)이면 제동장치(340)를 제어해서 정차하고, 전방 열차(FT)의 폐색구간(BZ1 내지 BZ9)이 기준 구간 간격을 벗어나면 자체 열차(OT)의 운행을 시작한다.

폐색구간(BZ1 내지 BZ9)별 열차 운행에 관해 좀 더 구체적으로 설명하면, 폐색발리스(401 내지 405)는 각각 고유한 구간코드가 지정되며, 폐색발리스(401 내지 405)를 통과하는 열차(BT, OT, FT)에 상기 구간코드를 발신한다. 폐색발리스(401 내지 405)는 선로의 발생 진동에 의한 유도기전력으로 활성화되어 상기 구간코드를 차상안테나(310; 도 5 참조)를 통해 차상장치(330)에 전송한다.

폐색구간(BZ1 내지 BZ9)별 열차의 주행속도 제어에 관한 기술을 실시 예를 통해 좀 더 구체적으로 설명한다.

도 1과 같이 제1 폐색발리스(401)로부터 구간코드를 수신하는 후방 열차(BT)는 제1 폐색구간(BZ1)에 진입한 것으로 간주하고, 제2 폐색발리스(402)로부터 구간코드를 수신하는 자체 열차(OT)는 제2 폐색구간(BZ3)에 진입한 것으로 간주하고, 제5 폐색발리스(405)로부터 구간코드를 수신하는 전방 열차(BT)는 제5 폐색구간(미도시함)에 진입한 것으로 간주한다. 이때, 후방 열차(BT)와 자체 열차(TO)와 전방 열차(FT)는 해당하는 폐색발리스(401, 402, 405)의 구간코드를 무선통신기(270)를 통해 발신해서 뒤따라오는 열차가 수신하게 한다. 이를 바탕으로 후방 열차(BT)는 제1 폐색발리스(401)의 구간코드를 확인하고 차상장치(330)는 상기 구간코드에 대응하는 주행속도로 주행을 지속한다. 그런데 전방에 위치한 자체 열차(OT)로부터 수신한 구간코드가 제2 폐색발리스(402)의 구간코드이므로, 기준 구간 간격 이내에 해당되어 후방 열차(BT)의 차상장치(330)는 제동장치(340)를 제어해서 정차한다. 또한, 후방 열차(BT)의 경고장치(360)는 차상장치(330)의 제어에 따라 제동장치(340)의 제동 동작과 제동 이유에 대한 경고멘트를 음성으로 출력한다. 즉, 후방 열차(BT)가 자체 열차(OT)와 기준 구간 간격 이내인 경우 경고장치(360)는 이를 인식해서 "앞선 열차와 인접하여 감속 또는 정차 운행합니다."라는 경고멘트를 운전기사에게 출력하는 것이다. 이외에도 경고장치(360)는 구간코드 인식을 통해 서행 구간의 폐색구간에 열차가 진입한 것으로 확인하면, "열차가 분기구간에 진입하여 서행 운행합니다."라는 경고멘트를 운전기사에게 출력한다. 따라서, 경고장치(330)는 구간코드별로 경고멘트를 저장하고, 차상장치(330)로부터 수신한 구간코드에 대응하는 경고멘트를 검색해서 출력한다.

자체 열차(OT)는 제2 폐색발리스(402)의 구간코드를 확인하고 차상장치(330)는 상기 구간코드에 대응하는 주행속도로 주행을 지속한다. 그런데 전방에 위치한 전방 열차(FT)로부터 수신한 구간코드가 제5 폐색발리스(405)의 구간코드이므로, 기준 구간 간격 이내에 해당하지 않아 자체 열차(OT)의 차상장치(330)는 정차 없이 운행을 지속한다.

도 2와 같이 폐색구간(BZ5 내지 BZ9)은 분기구간(Z)과 겹칠 수 있다. 따라서, 차상장치(330)는 폐색발리스에서 발신한 구간코드와, 분기발리스(230, 230', 230") 및 제동제어기(250, 250')에서 발신한 위치정보와 자세상태와 제동신호를 동시에 수신해서 확인한다. 차상장치(330)는 구간코드에 의한 제동 프로세스보다 제동제어기(250, 250')에서 발신한 제동신호에 의한 제동 프로세스가 우선해 동작하므로, 차상장치(330)는 제동신호를 수신하면 구간코드에 의한 제동 프로세스에 상관없이 열차(T11, T11', T12, T13, T2)가 정차하도록 제동장치(340)를 제어한다.

도 3은 본 발명에 따른 열차 제어 시스템가 설치된 분기구간의 선로 형태를 도시한 평면도이고, 도 4는 도 3의 "A" 부분을 확대 도시한 도면이고, 도 5는 본 발명에 따른 열차 제어 시스템에 구성된 선로전환기와 지상장치의 구성 모습을 도시한 블록도이다.

도 2 내지 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 열차 제어 시스템는, 분기구간(Z)에서 선로의 주행 경로를 물리적으로 전환하는 선로전환기(100)와, 열차(T11, T12, T13, T2; 이하 T1, T2)에 설치된 차상장치(330, 330')와 통신하며 선로전환기(100)의 동작을 제어하는 지상장치(200)로 구성된다.

선로전환기(100)는, 분기구간(Z)에서 선로를 구성하는 고정레일부(RF1, RF2)와 이동단부(RC1, RC2) 중 이동단부(RC1, RC2)를 수평으로 이동시키는 전환장치(110)와, 계수기(120)와, 열차(T1, T2)의 통행을 인식하는 열차감지기(130)로 구성된다. 선로전환기(100)에 관해 좀 더 구체적으로 설명하면, 전환장치(110)는 분기구간(Z)에서 교차점을 기준으로 열차(T1, T2)의 주행로(R1, R2, R3)를 변경하도록, 철도레일(T1, T2)의 고정레일부(RF1, RF2)와 탈착하는 이동단부(RC1, RC2)를 열차(T1, T2)가 발신하는 철도신호의 일종인 명령신호에 포함된 변경방향 정보에 대응하는 제어신호에 따라 강제 이동시킨다. 상기 교차점은 분기구간(Z)에서 고정레일부(RF1, RF2)와 이동단부(RC1, RC2)가 서로 겹쳐지는 지점이다. 참고로, 본 실시 예에서 분기구간(Z)은 제1 주행로(R1)가 제2 주행로(R2)와 제3 주행로(R3)로 2 분할되는 구간이고, 한 쌍의 고정레일부(RF1, RF2)는 도 4과 같이 외측의 레일을 이루며, 이동단부(RC1, RC2)는 한 쌍의 고정레일부(RF1, RF2) 사이에서 내측의 레일을 이룬다. 또한, 이동단부(RC1, RC2)는 선로전환기(100)에 구성된 전환장치(110)의 동력을 받아 이동하며 제1 이동단부(RC1)는 제1 고정레일부(RF1)에 탈착하고, 제2 이동단부(RC2)는 제1 이동단부(RC1)와는 반대로 제2 고정레일부(RF2)에 탈착한다. 도 4의 (a)도면과 같이 전환장치(110)는 제1,2 이동단부(RC1, RC2)를 우측으로 이동시켜서 제1 이동단부(RC1)가 제1 고정레일부(RF1)로부터 이격하고 제2 이동단부(RC2)가 제2 고정레일부(RF1)에 밀착한다. 결국, 도 4의 (a)도면은 제1 주행로(R1)와 제2 주행로(R2)를 주행 경로로 연결해서 제1 주행로(R1)를 주행하는 열차(T11)가 제2 주행로(R2)로 주행하도록 한다. 한편, 도 4의 (b)도면과 같이 전환장치(110)는 제1,2 이동단부(RC1, RC2)를 좌측으로 이동시켜서 제1 이동단부(RC1)가 제1 고정레일부(RF1)에 밀착하고 제2 이동단부(RC2)가 제2 고정레일부(RF1)로부터 이격하게 한다. 결국, 도 4의 (b)도면은 제1 주행로(R1)와 제3 주행로(R3)를 주행 경로로 연결해서 제1 주행로(R1)를 주행하는 열차(T11)가 제3 주행로(R3)로 주행하도록 한다. 전환장치(110)의 동작 방식과 종류 및 기타 어셈블리는 이미 공지의 기술이므로, 전환장치(110)에 관한 하드웨어적인 구조의 설명은 생략한다.

계수기(120)는 전환장치(110)에 의한 이동단부(RC1, RC2)의 이동 횟수를 계수해서 계수정보를 발신한다. 이동단부(RC1, RC2)는 열차(T1, T2)를 지지하기 위한 강성과 내구성을 갖는 철근으로 제작된다. 그런데 이동단부(RC1, RC2)는 전환장치(110)의 외력을 받아 빈번한 변형이 이루어지므로, 외력에 의한 변형 횟수가 지나칠 경우 내구성을 상실해서 열차(T1, T2)를 지탱하지 못하고 사고로 이어질 수 있다. 따라서 이동단부(RC1, RC2)의 변형 횟수, 즉 이동 횟수가 기준계수 이상이면 이동단부(RC1, RC2)의 내구성이 상실한 것으로 간주하고 이동단부(RC1, RC2)를 교체한다. 이를 위해 계수기(120)는 이동단부(RC1, RC2)의 이동 횟수를 계수하여 계수정보를 발신한다.

열차감지기(130)는 분기구간(Z)의 교차점을 통과하는 열차(T12)에 의한 유도기전력을 인식해서 인식정보를 발신한다. 이를 위해 열차감지기(130)는 선로전환기(100)에 내장되거나, 선로의 교차점에 매설되고, 열차(T12)의 통행시 발생하는 진동에 의한 유도기전력을 감지한다. 참고로, 열차감지기(130)는 전술한 바와 같이 진동에 의해 유도되는 기전력을 감지하므로, 기전력의 세기가 클수록 열차(T12)가 근접한 것으로 인식하며, 상기 기전력이 최고점에 이르면 열차(T12)가 현재 교차점을 통과하는 것으로 간주한다.

본 발명에 따른 지상장치(200)는 스위치(210)와 상태인식기(220)와 분기발리스(230, 230')와 전환검증기(240)와 제동제어기(250, 250')와 컨트롤러(260)와 무선통신기(270)로 구성된다. 지상장치(200)에 관해 좀 더 구체적으로 설명하면, 스위치(210)는 열차(T1, T2)의 명령신호에 대응한 제어신호를 전환장치에 발신한다. 즉, 스위치(210)는 전환장치(110)에 제어신호를 발신하고, 전환장치(110)는 상기 제어신호에 따라 이동단부(RC1, RC2)가 고정레일부(RF1, RF2)에 탈착하도록 이동시키는 것이다. 참고로, 상기 제어신호에는 명령신호에 포함된 변경방향 정보가 구성되므로, 상기 변경방향 정보에 대응하는 방향으로 전환장치(110)는 이동단부(RC1, RC2)를 이동시킨다.

상태인식기(220)는 전환장치(110)의 자세상태를 인식한다. 상태인식기(220)는 어떤 이동단부(RC1, RC2)가 어떤 고정레일부(RF1, RF2)와 이격되거나 밀착했는지가 아닌 전환장치(110)의 하드웨어적인 동작 자세를 확인해서 이동단부(RC1, RC2)의 자세상태를 추적한다. 즉, 전환장치(110)에서 이동단부(RC1, RC2)와 연결되어 동력을 가하는 쇄정간(미도시함)의 위치를 상태인식기(220)가 확인해서 전환장치(110)의 자세상태를 인식하는 것이다. 결국, 상기 쇄정간이 우측으로 이동했다면 도 4의 (a)도면과 같이 제1 이동단부(RC1)는 제1 고정레일부(RF1)와 이격하고, 제2 이동단부(RC2)는 제2 고정레일부(RF2)와 밀착한 것으로 인식한다. 또한, 상기 쇄정간이 좌측으로 이동했다면 도 4의 (b)도면과 같이 제1 이동단부(RC1)는 제2 고정레일부(RF1)와 밀착하고, 제2 이동단부(RC2)는 제2 고정레일부(RF2)와 이격한 것으로 인식한다.

분기발리스(230, 230')는 분기구간(Z)의 교차점을 중심으로 각 주행로(R1, R2, R3) 별로 설치되며, 선로전환기(100)의 위치정보와 전환장치(110)의 자세상태를 통행 중인 열차(T1, T11, T2)의 차상장치(330, 330')에 발신한다. 공지된 바와 같이 분기발리스(230, 230')는 선로전환기(100)로부터 충분한 거리에 이격되어 있어서, 열차(T1, T11, T2)가 분기발리스(230, 230')로부터 선로전환기(100)의 거리를 인식하면 유사시 급제동할 수 있고, 상기 급제동을 통해 선로전환기(100)에 도착 이전에 정차할 수 있다. 분기발리스(230, 230')는 선로전환기(100)와의 거리, 즉 위치정보를 수신함은 물론 전환장치(110)의 자세상태를 인식해서 열차(T1, T11, T2)가 현재 주행로(R1)에서 지정 주행로(R2, R3)로 연속해 주행할 수 있는지 여부를 판단하도록 한다. 분기발리스(230, 230')는 열차감지기(130)와 같이 선로의 발생 진동에 의한 유도기전력으로 활성화되어 상기 위치정보와 자세상태를 차상안테나(310)를 통해 차상장치(330)에 전송한다. 이후 차상장치(330)는 상기 위치정보와 자세상태를 확인해서 열차(T1, T2)의 제동장치(340)를 제어하거나 전환장치(110)가 주행 경로가 전환되도록 무선통신기(320, 320')를 통해 전환장치(110)에 명령신호를 발신한다. 상기 명령신호는 변경방향 정보를 포함한다.

전환검증기(240)는 표면이 절연된 다수의 압전소자(241; 도 10 및 도 11 참고)가 고정레일부(RF1, RF2)와 이동단부(RC1, RC2) 사이에서 레일을 따라 압력을 받도록 배치되어 발전하고, 발전한 압전소자(241)를 분류해서 리스트로 통지한다. 열차(T1, T2)는 선로를 따라 방향의 전환이 이루어지므로, 분기구간(Z)의 교차점에서는 열차(T1, T2)의 바퀴가 걸림 없이 통행할 수 있도록 레일부(RF1, RF2)와 이동단부(RC1, RC2) 간에 긴밀한 밀착이 이루어지거나, 열차(T1, T2)의 바퀴가 걸림 없이 통행할 수 있도록 레일부(RF1, RF2)와 이동단부(RC1, RC2) 간에 충분한 이격이 이루어져야 한다. 그런데 레일부(RF1, RF2)와 이동단부(RC1, RC2)가 서로 밀착되어야 함에도 불구하고 레일부(RF1, RF2)와 이동단부(RC1, RC2) 간에 밀착이 이루어지지 못하고 전체가 이격하거나 일부 구간이 이격할 경우에는 열차(T1, T2)가 주행로(R2, R3)를 변경하지 못하고 탈선하는 문제가 있을 수 있다. 따라서 레일부(RF1, RF2)와 이동단부(RC1, RC2)가 밀착되어야 함에도 복수 개의 압전소자(241) 중 일부가 압력을 받지 못해 발전하지 않을 경우에는 전환검증기(240)는 발전한 압전소자를 분류해서 리스트로 통지한다. 도 10와 도 11을 참조하면, 본 발명에 따른 압전소자(241)는 가압을 받아 발전하는 압전부(241a)와, 압전부(241a)의 외면을 감싸 절연하는 절연부(241b)로 구성되고, 압전부(241a)는 전환검증기(240)의 프로세싱 모듈이 발전 전류를 인지하도록 전류를 통전하는 전선(242)과 전기적으로 연결된다. 참고로, 절연부(241b)는 이동단부(RC1)의 가압이 압전부(241a)에 미치도록 탄성률이 낮은 비전도성 합성수지로 제작된다.

제동제어기(250, 250')는 분기발리스(230, 230')와 선로전환기(100) 사이에 배치되어서 제동신호를 발신한다. 상기 제동신호는 분기발리스(230)와 같이 열차(T1, T2)의 차상안테나(310, 310')를 통해 차상장치(330, 330')에 전송되고, 차상장치(330, 330')는 상기 제동신호를 수신하는 즉시 제동장치(340, 340')를 제어해서 열차(T1, T2)가 정차하도록 한다. 제동제어기(250, 250')는 선로의 교차점과 충분한 거리에 배치되어서 열차(T1, T2)가 교차점 이전에 정차할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

컨트롤러(260)는 임의 주행로(R1, R2, R3)에 설치된 분기발리스(230, 230')의 발신 동작 인식 이후 열차감지기(130)로부터의 인식정보 수신 여부에 따라 열차(T1, T2)의 현재 위치를 추적하되, 상기 인식정보가 미수신되면 명령신호에 포함된 변경방향 정보에 대응하는 제어신호를 발신하도록 스위치(210)를 제어한다. 또한, 다른 주행로(R1, R2, R3)에 설치된 제동제어기(250, 250')가 제동신호를 발신하도록 제어하고, 상기 인식정보의 수신 이후 지정시간이 경과하면 다른 주행로(R1, R2, R3)의 열차(T1, T2)의 명령신호에 대응한 제어신호를 발신하도록 스위치(210)를 제어한다. 임의 주행로(R1, R2, R3)의 열차(T1, T2)의 명령신호에 대응한 제어신호 발신 이후 상태인식기(220)가 인식한 자세상태에서의 발전 압전소자(241) 리스트와 전환검증기(240)가 통지한 발전 압전소자(241)의 리스트가 불일치하면 해당 주행로(R1, R2, R3)에 설치된 제동제어기(250, 250')가 제동신호를 발신하도록 제어한다. 상기 계수정보의 이동 횟수가 기준계수를 초과하면 경고신호를 발신하도록 제어한다. 컨트롤러(260)의 구동에 관한 내용은 아래에서 좀 더 상세히 설명한다.

미설명 인출부호인 "270"은 지상장치(200)의 "무선통신기"이며, 열차(T1, T2)의 무선통신기(320)에서 발신한 명령신호를 수신해서 컨트롤러(260)에 전달한다.

도 6은 본 발명에 따른 열차 제어 시스템의 동작 순서를 도시한 플로차트이고, 도 7과 도 8은 본 발명에 따른 열차 제어 시스템가 열차의 차상장치와 통신하며 이동하는 모습을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 2와 도 5 내지 도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 열차 제어 시스템는 아래와 같이 동작한다.

S11; 분기발리스 통신 단계

지상장치(200)의 상태인식기(220)는 전환장치(110)의 하드웨어적인 동작 자세를 확인해서 고정레일부(RF1, RF2)에 대한 이동단부(RC1, RC2)의 자세상태를 추적하고, 컨트롤러(260)는 도 2과 같이 상기 자세상태를 제1 내지 제3 주행로(R1, R2, R3)에 설치된 제1 내지 제3 분기발리스(230, 230', 230")에 전달한다.

본 실시 예에서 도 7과 같이 제1 주행로(R1)를 주행하는 제1 열차(T1)가 제1 분기발리스(230)에 접근하면, 제1 열차(T1)는 분기구간(Z)에 진입하고 제1 분기발리스(230)는 선로전환기(100)의 위치정보와 전환장치(110)의 자세상태를 제1 열차(T1)의 차상안테나(310)를 통해 차상장치(330)에 전달한다.

S12; 선로전환기 구동 단계

제1 열차(T1)의 차상장치(330)는 주행 전방에 선로전환기(100) 및 분기구간(Z)의 교차점이 있음을 확인하고, 선로 전환을 위한 명령신호를 발신한다. 지상장치(200)의 컨트롤러(260)는 명령신호에 대응한 제어신호를 선로전환기(100)의 전환장치(110)에 전달하고, 전환장치(110)는 명령신호에 포함된 번경방향 정보에 따라 제1 이동단부(RC1)와 제2 이동단부(RC2)를 이동시킨다.

한편, 계수기(120)는 전환장치(110)에 의한 이동단부(RC1, RC2)의 이동 횟수를 계수해서 계수정보를 지상장치(200)에 발신한다. 컨트롤러(260)는 상기 계수정보의 이동 횟수가 기준계수를 초과하면 경고신호를 발신하도록 제어한다. 상기 경고신호는 인터넷을 통해 관할 서버에 발송할 수도 있고, 관리자 또는 제1 열차(T1)의 운전기사가 인지할 수 있도록 신호등 또는 스피커에 발송할 수도 있다.

S13; 전환 검증 단계

컨트롤러(260)가 명령신호를 수신하면, 전환검증기(240)는 분기구간(Z)의 교차점에 위치한 고정레일부(RF1, RF2)와 이동단부(RC1, RC2) 사이의 복수 압전소자(241)의 발전 여부를 체크해서 발전 압전소자(241) 리스트를 생성하고, 컨트롤러(260)에 통지한다.

컨트롤러(260)는 상태인식기(220)가 인식한 자세상태에서의 발전 압전소자(241) 리스트와, 전환검증기(240)가 통지한 발전 압전소자(241)의 리스트를 비교해서 불일치 여부를 확인한다.

상태인식기(220)가 인식한 자세상태에서의 발전 압전소자(241) 리스트와, 전환검증기(240)가 통지한 발전 압전소자(241)의 리스트가 일치한 것으로 확인되면, 컨트롤러(260)는 전환 검증에 관한 프로세스를 종료한다. 따라서 제1 주행로(R1)에 위치한 제1 제동제어기(250) 또한 전환 검증과 관련한 구동 대기는 종료한다.

S14; 전환 검증에 따른 제동 단계

상태인식기(220)가 인식한 자세상태에서의 발전 압전소자(241) 리스트와, 전환검증기(240)가 통지한 발전 압전소자(241)의 리스트가 불일치한 것으로 확인되면, 컨트롤러(260)는 제1 주행로(R1)에 위치한 제1 제동제어기(250)가 제동신호를 발신하도록 제어한다.

제1 열차(T1)의 차상장치(330)는 제1 제동제어기(250)의 제동신호를 수신하고, 제1 열차(T1)가 정차하도록 제동장치(340)를 제어한다.

S15; 열차 감지 단계

도 8과 같이 제1 열차(T1)가 교차점에 배치된 선로전환기(100)의 열차감지기(130)에 접근하면, 열차감지기(130)는 제1 열차(T1)를 인식해서 인식정보를 지상장치(200)의 컨트롤러(260)에 전송한다. 결국, 컨트롤러(260)는 제1 열차(T1)가 분기구간(Z)의 교차점을 통과하는 것으로 확인한다.

컨트롤러(260)는 제1 분기발리스(230)의 발신 동작을 인식해서 제1 열차(T1)가 분기구간(Z)에 진입한 것을 확인하되, 컨트롤러(260)는 상기 인식정보를 미수신하면 제1 열차(T1)인 분기구간(Z)에 진입 이후 교차점까지는 진입하지 않은 것으로 확인하고, 상기 인식정보를 수신하면 제1 열차(T1)가 교차점을 통과하는 중인 것으로 확인하며, 상기 인식정보의 수신 이후 지정시간이 경과하면 제1 열차(T1)는 교차점을 완전히 통과한 것으로 확인한다.

도 9는 본 발명에 따른 열차 제어 시스템가 열차의 통행을 관제하는 모습을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 2과 도 5 내지 도 9를 참조하면, 본 발명에 따른 열차 제어 시스템는 아래와 같이 동작한다.

S16; 열차의 통행 위치에 따른 제동 단계

제1 열차(T1)의 분기구간(Z) 진입 이후 제2 열차(T2)의 분기구간(Z) 진입이 제2 주행로(R2)의 제2 분기발리스(230')의 발신 동작 인식을 통해 컨트롤러(260)가 확인하고, 제1 열차(T1)에 대한 열차감지기(130)의 인식정보 발신 전 또는 인식정보 발신 중에는, 컨트롤러(260)가 제2 주행로(R2)의 제2 제동제어기(250')를 제어해서 제동신호를 발신하도록 한다. 제2 제동제어기(250')로부터 제동신호를 수신한 제2 열차(T2)의 차상장치(330')는 제동장치(240')를 동작시켜서 제2 열차(T2)를 정차시킨다.

제2 열차(T2)는 제2 제동제어기(250')에 의한 정차 이후 전환장치(110)에 의한 선로가 전환되면 주행을 속행한다.

S17; 선로 전환 단계

제1 열차(T1)의 분기구간(Z) 진입 이후 제2 열차(T2)의 분기구간(Z) 진입이 제2 주행로(R2)의 제2 분기발리스(230')의 발신 동작 인식을 통해 컨트롤러(260)가 확인하고, 상기 인식정보의 수신 이후 지정시간이 경과하면, 컨트롤러(260)는 선로 전환을 위해서 제2 열차(T2)의 명령신호에 대응한 제어신호를 스위치(210)를 통해 전환장치(110)에 발신하고, 전환장치(110)는 제2 주행로(R2)의 제2 열차(T2)가 제1 주행로(R1)로 진입하도록 이동단부(RC1, RC2)를 이동시킨다.

결국, 제2 주행로(R2)를 통해 분기구간(Z)으로 진입한 제2 열차(T2)는 정차없이 교차점을 통과한다.

앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예들을 참조해 설명했지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 선로변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

100; 선로전환기 200; 지상장치
241; 압전소자 241a; 압전부
241b; 절연부 242; 전선
BT; 후방 열차 BZ; 폐색구간
FT; 전방 열차 OT; 자체 열차
R1, R2, R3; 주행로 RC1, RC2; 이동단자
RF1, RF2; 고정레일부 T1, T11, T12, T13, T2; 열차
Z; 분기구간

Claims (1)

1. 주행로의 선로를 따라 지정 간격으로 설치되어 폐색구간의 시점과 종점을 이루며, 상기 폐색구간에 지정된 구간코드를 통행 중인 열차의 차상장치에 발신하는 복수 개의 폐색발리스,
   상기 열차에 설치되어 상기 폐색발리스 및 분기발리스와, 제동제어기와 통신하는 차상안테나,
   상기 차상안테나를 통해 구간코드와 위치정보와 자세상태와 제동신호를 수신해 확인하고, 상기 자세상태에 대응하는 명령신호를 발신하고, 상기 구간코드에 해당하는 폐색구간별 허용속도를 확인하여 열차가 허용속도에 상응하는 주행속도로 주행하도록 열차의 제동장치를 제어하고, 상기 차상안테나에 수신된 구간코드를 다른 열차가 수신하도록 무선 발신하고, 자체 열차가 상기 폐색발리스로부터 수신한 구간코드와 전방 열차로부터 수신한 구간코드를 비교해서 폐색구간 간의 간격이 기준 구간 간격 이내이면 자체 열차의 제동장치를 제어하는 한편, 상기 제동신호에 따라 열차가 정차하도록 제동장치를 제어하는 차상장치,
   상기 제동장치의 제동 동작과 제동 이유에 대한 경고멘트를 음성으로 출력하도록 구간코드별 경고멘트를 저장하고, 상기 차상장치로부터 수신한 구간코드에 대응하는 경고멘트를 검색해서 출력하는 경고장치,
   선로의 분기구간에서 교차점을 기준으로 열차의 주행로를 변경하도록, 철도레일의 고정레일부와 탈착하는 이동단부를, 열차의 명령신호에 포함된 변경방향 정보에 대응하는 제어신호에 따라 강제 이동시키는 전환장치; 상기 전환장치에 의한 이동단부의 이동 횟수를 계수해서 계수정보를 발신하는 계수기; 상기 분기구간의 교차점을 통과하는 열차의 통행시 발생하는 유도기전력을 인식해서 인식정보를 발신하는 열차감지기;를 갖춘 선로전환기, 및
   상기 열차의 명령신호에 대응한 제어신호를 전환장치에 발신하는 스위치; 상기 전환장치의 자세상태를 인식하는 상태인식기; 상기 분기구간의 교차점을 중심으로 각 주행로 별로 설치되며, 상기 선로전환기의 위치정보와 전환장치의 자세상태를 통행 중인 열차의 차상장치에 발신하는 분기발리스; 표면이 절연된 다수의 압전소자가 상기 고정레일부와 이동단부 사이에서 압력을 받도록 레일을 따라 배치되어 발전하고, 발전한 상기 압전소자를 분류해서 리스트로 통지하는 전환검증기; 상기 분기발리스와 선로전환기 사이에 배치되어서 제동신호를 발신하는 제동제어기; 임의 주행로에 설치된 분기발리스의 발신 동작 인식 이후 열차감지기로부터의 인식정보 수신 여부에 따라 열차의 현재 위치를 추적하되, 상기 인식정보가 미수신되면 명령신호에 포함된 변경방향 정보에 대응하는 제어신호를 발신하도록 스위치를 제어하며 다른 주행로에 설치된 제동제어기가 제동신호를 발신하도록 제어하고, 상기 인식정보의 수신 이후 지정시간이 경과하면 다른 주행로의 열차의 명령신호에 대응한 제어신호를 발신하도록 스위치를 제어하고, 임의 주행로의 열차의 명령신호에 대응한 제어신호 발신 이후 상기 상태인식기가 인식한 자세상태에서의 발전 압전소자 리스트와 전환검증기가 통지한 발전 압전소자 리스트가 불일치하면 해당 주행로에 설치된 제동제어기가 제동신호를 발신하도록 제어하며, 상기 계수정보의 이동 횟수가 기준계수를 초과하면 경고신호를 발신하도록 제어하는 컨트롤러;를 갖춘 지상장치
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐색 구간별 열차의 주행속도 제어를 위한 열차 제어 시스템.

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