KR20060073734A

KR20060073734A - 도시철도 차량의 운행중 진동 시험장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR20060073734A
Application number: KR1020040112119A
Authority: KR
Inventors: 윤성철; 권성태; 이강원
Original assignee: 한국철도기술연구원
Priority date: 2004-12-24
Filing date: 2004-12-24
Publication date: 2006-06-29
Also published as: KR100651187B1

Abstract

본 발명은 도시철도 차량의 운행중 진동 시험장치 및 그 방법에 관한 것으로, 열차의 운행중 시험자에 의해 정해진 구간에서 동력차와 부수차의 상하/좌우 방향에 대한 최대 진폭을 검출하여 그때의 운행속도와 진동량을 측정하고, 이를 기록한 다음 10km/h 속도 단위 마다 진동 가속도를 환산하여 그래프 데이타로 작성한 후 전 구간에서 얻은 최대 진동 가속도 값을 각 속도별로 좌우/상하로 구분하여 정해진 수식을 통해 산술 평균화한 다음 그 결과값을 출력할 수 있어 해당 도시철도 차량의 주행 중 좌우/상하 방향에 대한 진동 가속도 분석을 통해 주행 안전성함으로써 진동 시험장치의 데이타의 신뢰성을 확보할 수 있고, 또 시험 결과에 대한 분석의 일괄 처리를 통하여 진동 시험 결과에 대한 분석 및 평가를 용이하게 실시할 수 있도록 한 것이다.

동력차, 부수차, 진동 가속도센서, 속도센서, 주행 안전성

Description

도시철도 차량의 운행중 진동 시험장치 및 그 방법{Vibration testing system and the method of urban transit vehicles running}

도 1은 본 발명 장치의 블럭 구성도.

도 2는 본 발명 방법을 설명하기 위한 플로우챠트.

도 3의 (a)(b)는 본 발명에서 평가 기준으로 사용되는 각 속도별 상하 및 좌우 진동 가속도에 대한 기준 그래프.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1,2 : 진동 가속도센서 5 : 속도센서

6 : 고주파 필터부 7 : 증폭기

8, 10 : 제 1 및 제 2 A/D 변환기 9 : F/V 변환부

11 : 버퍼 12 : ROM

13 : RAM 14 : 데이타 처리부

15 : 키 입력부 16 : 출력부

100 : 동력차 200 : 부수차

본 발명은 도시철도 차량의 운행중 진동 시험장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 진동 가속도센서와 속도센서를 이용하여 주행중인 도시철도 차량에서 발생되는 좌우/상하 방향의 진동 가속도를 정해진 각 속도별로 측정하여 산술 평균화한 후 그 결과값으로 해당 도시철도 차량의 동력차와 부수차에서 발생되는 주행 중 진동 가속도를 평가하여 주행의 안전성 평가관련 요소로 활용할 수 있도록 발명한 것이다.

일반적으로 도시철도 차량은 선로 위를 대량으로 여객과 화물을 수송하는 교통수단으로써, 점차로 주행 안정성 확보와 함께 다양한 수요자의 요구사항들을 충족시켜야 하는 실정이다.

또, KS 규격에서는 도시철도차량 진동시험과 관련하여 KS R 9160 “철도차량의 진동특성측정방법”에서 6좌표계의 직선운동과 회전운동을 측정하도록 하고 있다. 그러나 회전운동은 주로 틸팅차량에 적용되는 경우가 많으므로 도시철도차량 진동특성이라 할 수 있는 상하방향, 좌우방향의 직선운동과 곡선주행시의 차량의 쏠림을 알 수 있는 좌우방향의 정상가속도를 설정하였다. 철도 차량의 시험과 관련하여 UIC, ISO 등에서 규정은 있으나 KS R 9160 “철도차량의 진동특성측정방법”과 거의 유사하다

그러나 이러한 기존의 시험방법은 각기 다른 측정 시스템을 개별적으로 적용 하여 평가하고 있으므로 분석과 평가 과정에 많은 시간이 소요되어 경비가 많이 들게 될 뿐만 아니라 신뢰성이 저하되는 문제점이 있다.

본 발명은 이와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 도시철도 차량의 동력차와 부수차의 센터 피봇 상부의 차체 바닥에 좌우/상하방향에 대한 진동을 측정할 수 있도록 진동 가속도센서를 설치함과 동시에 속도센서를 설치하여 실제 운행노선에 대해서 실차 시험을 실시하여 주행의 안전성 평가에 따른 시스템의 효율성과 유용성을 대폭 증진시킬 수 있는 도시철도 차량의 운행중 진동 시험장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명 장치의 태양은, 동력차와 부수차의 센터 피봇 상부의 차체 바닥에 각각 설치되어 좌우/상하방향에 대한 진동을 측정하는 좌우/상하 진동 가속도센서와; 상기 동력차에 설치되어 운행속도를 검출하는 속도센서와; 상기 진동 가속도센서들을 통해 검출되는 진동신호에 포함된 고주파를 제거해 주는 고주파 필터부와; 상기 고주파 필터부를 통해 입력되는 동력차 및 부수차의 좌우/상하방향 진동신호를 일정레벨로 증폭시켜 주는 증폭기와; 상기 증폭기를 통해 아날로그신호로 입력되는 동력차 및 부수차의 좌우/상하방향 진동신호를 디지탈신호로 변환시켜 주는 제 1 A/D 변환기와; 상기 속도센서를 통해 주파수의 형태로 검출되는 속도신호를 전압으로 변환시켜 주는 F/V 변환부와; F/V 변환부를 통해 아날로그신호로 입력되는 도시철도 차량의 운행속도를 디지탈신호로 변환시켜 주는 제 2 A/D 변환기와; 상기 제 1 및 2 A/D 변환기를 통해 입력되는 동력차 및 부수차의 좌우/상하방향 진동 데이타 및 속도 데이타를 일시 기억했다가 데이타 처리부에 전달하는 버퍼와; 주행의 안전성 평가에 필요한 프로그램 및 데이타가 기억되는 ROM과; 측정된 데이타들이 일시 저장되었다가 데이타 처리부의 요청시 출력해 주는 RAM과; 측정 프로그램을 통해 주행중인 도시철도 차량의 좌우/상하 방향에 따른 진동 가속도를 검출하여 전 구간에 걸쳐 주행의 안전성을 평가해 주는 데이타 처리부와; 주행중인 도시철도 차량의 시험 구간을 포함하여 측정된 데이타를 시험자가 입력할 수 있는 키 입력부와; 상기 데이타 처리부에 의해 평가된 각종 데이타가 출력되는 출력부로 구성한 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명 방법은 데이타 처리부에서 열차가 운행중인지를 검출하는 단계와; 열차가 운행중이면 시험자가 키 입력부를 통해 정해준 구간에서 동력차와 부수차의 상하/좌우 방향에 대한 최대 진폭을 검출하여 그때의 운행속도와 진동량을 측정하는 단계와; 상기에서 실시간으로 측정되는 진동주파수와 속도를 RAM에 기록하는 단계와; 정해진 속도 단위 마다 진동 가속도를 환산하여 그래프로 작성하는 단계와; 전 구간에서 얻은 최대 진동 가속도 값을 각 속도로 좌우/상하로 구분하여 정해진 수식을 통해 산술 평균화하는 단계와; 상기에서 산술 평균한 결과값을 출력부를 통해 출력해 주는 단계와; 해당 도시철도 차량이 특정 노선에서 주행 중 좌우/상하 방향으로 발생된 진동 가속도 분석을 통해 주행의 안전성을 평가하는 단계;로 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명 장치의 블록 구성도를 나타낸 것이다.

이에 따르면 본 발명 장치는, 동력차(100)와 부수차(200)의 센터 피봇 상부의 차체 바닥에 각각 설치되어 좌우/상하 방향에 대한 진동을 측정하는 좌우/상하 진동 가속도센서(1)(2)와;

상기 동력차(100)에 설치되어 운행속도를 검출하는 속도센서(5)와;

상기 진동 가속도센서(1)(2)들을 통해 검출되는 진동신호에 포함된 고주파를 제거해 주는 고주파 필터부(6)와;

상기 고주파 필터부(6)를 통해 입력되는 동력차 및 부수차의 좌우/상하방향에 대한 진동신호를 일정레벨로 증폭시켜 주는 증폭기(7)와;

상기 증폭기(7)를 통해 아날로그신호로 입력되는 동력차 및 부수차의 좌우/상하방향 진동신호를 디지탈신호로 변환시켜 주는 제 1 A/D 변환기(8)와;

상기 속도센서(5)를 통해 주파수의 형태로 검출되는 속도신호를 전압으로 변환시켜 주는 F/V 변환부(9)와;

F/V 변환부(9)를 통해 아날로그신호로 입력되는 도시철도 차량의 운행속도를 디지탈신호로 변환시켜 주는 제 2 A/D 변환기(10)와;

상기 제 1 및 2 A/D 변환기(8)(10)를 통해 입력되는 동력차 및 부수차의 좌우/상하방향 진동 데이타 및 속도 데이타를 일시 기억했다가 데이타 처리부(14)에 전달하는 버퍼(11)와;

주행의 안전성 평가에 필요한 각종 프로그램을 포함하여 측정된 데이타가 저장되는 ROM(12)과;

측정된 데이타들이 일시 저장되었다가 데이타 처리부(14)의 요청시 출력해 주는 RAM(13)과;

측정 프로그램을 통해 주행중인 도시철도 차량의 좌우/상하 방향에 따른 진동 가속도를 검출하여 전 구간에 걸쳐 데이타를 처리하는 데이타 처리부(14)와;

주행중인 도시철도 차량의 시험 구간을 포함하여 각종 데이타를 시험자가 입력할 수 있는 키 입력부(15)와;

상기 데이타 처리부(14)에 의해 처리된 측정 데이타가 출력되는 출력부(16)로 구성된 것을 특성으로 한다.

또한, 도 2는 본 발명 방법을 설명하기 위한 플로우챠트를 나타낸 것이다.

이에 따르면 본 발명 방법은, 데이타 처리부(14)에서 열차가 운행중인지를 검출하는 단계와;

열차가 운행중이면 시험자가 키 입력부(15)를 통해 정해준 구간에서 동력차(100)와 부수차(200)의 상하/좌우 방향에 대한 진동 가속도의 최대 진폭을 검출하여 그때의 운행속도와 진동량을 측정하는 단계와;

상기에서 실시간으로 측정되는 진동주파수와 속도를 RAM에 기록하는 단계와;

10km/h 마다 진동 가속도를 환산하여 그래프 데이타로 작성하는 단계와;

전 구간에서 얻은 최대 진동 가속도 값을 10km/h 속도 단위로 좌우/상하 방향별로 구분하여 정해진 수식을 통해 산술 평균하여 그래프 데이타로 작성하는 단계와;

상기에서 산술 평균화된 결과값을 출력부(16)를 통해 출력해 주는 단계와;

해당 도시철도 차량이 특정 노선에서 주행 중 좌우/상하 방향으로 발생된 진동 가속도를 통해 주행 안전성을 평가하는 단계;로 이루어진 것을 특징으로 한다.

이와 같은 구성 및 단계로 이루어진 본 발명의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.

먼저, 동력차(100)와 부수차(200)의 좌우/상하방향으로 발생되는 진동을 정확히 측정하기 위하여 각각의 차량 센터 피봇 상부의 차체 바닥에 좌우/상하 진동 가속도센서(1)(2)를 각각 설치한다.

또한, 상기 동력차(100)의 차륜 부분에는 도시철도 차량의 운행속도를 펄스 형태로 검출하는 속도센서(5)를 설치하게 된다.

이 때, 상기 동력차(100) 및 부수차(200)에 각각 설치된 좌우/상하 진동 가속도센서(1)(2)에서 검출되는 진동신호에는 고주파 성분이 포함되어 있으므로 이 고주파 성분을 제거하기 위하여 10Hz 이상의 성분을 제거하는 고주파 필터부(6)를 진동 가속도센서(1)(2)의 출력부에 설치한다.

또한, 상기 고주파 필터부(6)를 통해 입력되는 동력차(100) 및 부수차(200)의 좌우/상하방향에 대한 진동신호는 그 레벨이 비교적 낮으므로 이를 일정레벨로 증폭시켜 주기 위한 증폭기(7)를 상기 고주파 필터부(6)의 출력단에 설치한다.

또, 상기 속도센서(5)를 통해 검출되는 도시철도 차량의 속도 검출신호는 그 속도에 부응하는 주파수의 펄스 형태를 가지므로 이를 전압으로 변환시켜 주기 위해 상기 속도센서(5)의 출력단에는 F/V 변환부(9)를 설치한다.

한편, 상기와 같이 증폭기(7)를 통해 입력되는 동력차(100) 및 부수차(200)의 좌우/상하방향 진동신호나 F/V 변환부(9)를 통해 입력되는 도시철도 차량의 운행속도는 각각 아날로그신호 형태를 가지므로 데이타 처리부(14)에서 인식할 수 있도록 하기 위해 각각의 출력단에 제 1 및 제 2 A/D 변환기(8)(10)를 설치하여 이들 아날로그신호를 각각 디지탈신호로 변환시켜 줄 수 있도록 한다.

상기 제 1 및 제 2 A/D 변환기(8)(10)의 출력단자와 데이타 처리부(14)의 입력단자 사이에는 버퍼(11)를 설치하여 전술한 바와 같이 도시철도 차량의 주행 중 제 1 및 제 2 A/D 변환기(8)(10)를 통해 실시간으로 입력되는 동력차(100) 및 부수차(200)의 좌우/상하 방향 진동 데이타 및 속도 데이타들이 각각 버퍼(11)를 통해 일시 기억되었다가 순차적으로 데이타 처리부(14)에 유실없이 전달되도록 한다.

또한, 상기 데이타 처리부(14)의 입력단자에는 주행의 안전성 평가에 필요한 프로그램을 포함하여 측정된 데이타가 기억되는 ROM(12)과 측정된 데이타들이 일시 저장되었다가 출력해 주는 RAM(13)을 설치함과 동시에 주행중인 도시철도 차량의 시험 구간을 포함하여 각종 데이타를 시험자가 입력할 수 있는 키 입력부(15)를 설치하고, 그의 출력부에는 프로그램을 통해 평가된 각종 데이타를 출력시킬 수 있는 프린터나 모니터 등과 같은 출력부(16)를 설치한다.

물론, 상기 데이타 처리부(14) 자체내에는 주행중인 도시철도 차량의 좌우/상하 방향에 따른 진동 가속도를 검출하여 전 구간에 걸쳐 주행 안전성을 평가할 수 있는 프로그램을 수행할 수 있는 운용 프로그램을 기억한다.

상기와 같은 본 발명 장치가 실장된 도시철도 차량의 운행중 진동 시험은 상,하행선 구간의 각 역간마다 진동 가속도를 측정할 수 있도록 하되, 이 구간에서 왕복 실시하며, 또한 시험 차량의 운행속도는 상업 운행시 정규 운행속도로 실시하는 것을 원칙으로 한다.

한편, 상기 데이타 처리부(14)에서는 열차가 운행을 시작하면 동력차(100) 및 부수차(200)에 각각 설치되어 있는 좌우/상하 진동 가속도센서(1)(2)를 통해 시험자가 키 입력부(15)를 통해 정해준 구간에서의 동력차(100)와 부수차(200)의 상하/좌우 방향에 대한 최대 진폭을 검출하여 그때의 운행속도와 진동을 각각 실시간으로 측정하게 된다.

즉, 시험자에 의해 정해진 측정 구간을 단위로 하여 해당 구간내에서 최대치의 진폭(Peak to Peak)을 취하고, 그 때의 열차 운행속도를 기록하게 된다.

상기와 같이 실시간으로 측정되는 진동 주파수와 속도는 RAM(13)에 일시적으로 기록하고, 정해진 시속 단위(예를들어 10km/h) 마다 진동 가속도(단위는 g로 표시함)를 환산하여 그때 그때의 시속 단위별 진동 가속도를 그래프 데이타로 작성하여 출력하게 되는데, 이와 같은 그레프 데이타 작성은 측정 전 구간에 걸쳐 실시된다.

상기와 같이 특정 도시철도 차량이 정해진 구간을 운행하며 전 구간에서 최 대 진동 가속도가 얻어지면 상기 데이타 처리부(14)에서는 이 값을 각 속도로 좌우/상하로 구분하여 정해진 수식을 통해 산술 평균화한 다음 그 결과값을 출력부(16)를 통해 출력해 주게 된다.

도 3의 (a)는 본 발명에서 평가 기준으로 사용되는 각 속도별 상하 진도 가속도에 대한 기준을 나타낸 그래프이고, (b)는 좌우 진동 가속도에 대한 기준 그래프를 나타낸 것이다.

따라서, 시험자는 상기 출력부(16)를 통해 출력되는 상하/좌우 진동 가속도에 대한 기준 그래프를 보고 해당 도시 철도 차량이 특정 노선에서 운행중의 진동 가속도에 대한 안전성을 평가를 할 수 있다.

한편, 상기에 있어서 ROM(12)과 RAM(13)은 기억장치로써 이에 한정하는 것은 아니고 이와 동일한 기능을 갖는 다른 기억소자 또는 기억장치를 사용하여도 무관하며, 버퍼(11)를 포함하여 ROM(12)과 RAM(13), 데이타 처리부(14), 키입력부(15) 및 출력부(16)는 이들 기능을 모두 구비한 퍼스널 컴퓨터 또는 노트북 컴퓨터로 대치해도 동일한 효과를 가질 수 있다.

본 발명은 그 정신 또는 주요한 특징으로부터 일탈하는 일없이, 다른 여러 가지 형태로 실시할 수 있다. 그 때문에, 전술한 실시예는 모든 점에서 단순한 예시에 지나지 않으며, 한정적으로 해석해서는 안 된다.

본 발명의 범위는 특허청구의 범위에 의해서 나타내는 것으로서, 명세서 본문에 의해서는 아무런 구속도 되지 않고, 다시 특허청구범위의 균등 범위에 속하는 변형이나 변경은, 모두 본 발명의 범위 내의 것이다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 단일 시스템을 이용하여 운행중인 도시철도 차량의 주행에 따른 안전성을 평가할 수 있도록 함으로써 진동 시험장치의 데이타 및 신뢰성을 확보할 수 있고, 또 시험 결과에 대한 분석을 일괄 처리하여 평가 자료를 자동 생성시켜 줌으로써 진동 시험 결과에 대한 분석 및 평가를 용이하게 실시할 수 있는 등 매우 유용한 발명인 것이다.

Claims

동력차와 부수차의 좌우/상하방향에 대한 진동을 측정하는 좌우/상하 진동 가속도센서와;

상기 동력차에 설치되어 운행속도를 검출하는 속도센서와;

상기 진동 가속도센서들을 통해 검출되는 진동신호에 포함된 고주파를 제거해 주는 고주파 필터부와;

상기 고주파 필터부를 통해 입력되는 동력차 및 부수차의 좌우/상하방향에 대한 진동신호를 일정레벨로 증폭시켜 주는 증폭기와;

상기 증폭기를 통해 아날로그신호로 입력되는 동력차 및 부수차의 좌우/상하방향 진동신호를 디지탈신호로 변환시켜 주는 제 1 A/D 변환기와;

상기 속도센서를 통해 주파수의 형태로 검출되는 속도신호를 전압으로 변환시켜 주는 F/V 변환부와;

F/V 변환부를 통해 아날로그신호로 입력되는 도시철도 차량의 운행속도를 디지탈신호로 변환시켜 주는 제 2 A/D 변환기와;

상기 제 1 및 2 A/D 변환기를 통해 입력되는 동력차 및 부수차의 좌우/상하방향 진동 데이타 및 속도 데이타를 일시 기억했다가 데이타 처리부에 전달하는 버퍼와;

주행의 안전성 평가에 필요한 프로그램을 포함하여 측정된 데이타가 기억되는 ROM과;

각종 데이타들이 일시 저장되었다가 데이타 처리부의 요청시 출력해 주는 RAM과;

소정의 프로그램을 통해 주행중인 도시철도 차량의 좌우/상하 방향에 따른 진동 가속도를 검출하여 전 구간에 걸쳐 데이타를 처리하는 데이타 처리부와;

주행중인 도시철도 차량의 시험 구간을 포함하여 각종 데이타를 시험자가 입력할 수 있는 키 입력부와;

상기 데이타 처리부에 의해 평가된 각종 데이타가 출력되는 출력부로 구성된 것을 특성으로 하는 도시철도 차량의 운행중 진동 시험장치.
청구항 1에 있어서,

상기 좌우/상하 진동 가속도센서는 동력차와 부수차의 센터 피봇 상부의 차체 바닥에 각각 설치되는 것을 특성으로 하는 도시철도 차량의 운행중 진동 시험장치.
청구항 1에 있어서,

상기 고주파 필터부는 10hz 이상의 고주파 성분을 필터링시켜 주는 것을 특징으로 하는 도시철도 차량의 운행중 진동 시험장치.
데이타 처리부에서 열차가 운행중인지를 검출하는 단계와;

열차가 운행중이면 시험자가 키 입력부를 통해 정해준 구간에서 동력차와 부수차의 상하/좌우 방향에 대한 최대 진폭을 검출하여 그때의 운행속도와 진동량을 측정하는 단계와;

상기에서 실시간으로 측정되는 진동주파수와 속도를 RAM에 기록하는 단계와;

정해진 속도 단위 마다 진동 가속도를 환산하여 그래프로 작성하는 단계와;

전 구간에서 얻은 최대 진동 가속도 값을 각 속도로 좌우/상하로 구분하여 정해진 수식을 통해 산술 평균화하는 단계와;

상기에서 산술 평균한 결과값을 출력부를 통해 출력해 주는 단계와;

해당 도시철도 차량이 특정 노선에서 주행 중 좌우/상하 방향으로 발생된 진동 가속도 분석을 통해 주행의 안전성을 평가하는 단계;로 이루어진 것을 특징으로 하는 도시철도 차량의 운행중 진동 시험방법.
청구항 4에 있어서,

정해진 속도 단위는 10km/h인 것을 특징으로 하는 도시철도 차량의 운행중 진동 시험방법.