KR20100070495A - 차량 속도 측정 장치 및 그 방법 - Google Patents

차량 속도 측정 장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 정확도가 향상된 차량 속도 측정 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 차량 속도 측정 장치는 차축에 설치되어 차륜의 단위 시간당 회전수에 따른 제1 속도 정보를 출력하는 타코미터부, 차량 저면에 설치되어 전자기파의 주파수 변화에 따른 제2 속도 정보를 출력하는 레이더부 및 상기 제1 속도 정보를 기 저장된 이전 속도 및 기 설정된 한계치와 비교하여 상기 제1 및 제2 속도 정보 중 하나를 선택함으로써 상기 차량의 현재 속도를 연산하는 현재 속도 연산부를 포함한다.
본 발명에 따르면, 차량의 실제 운행 속도가 정확히 측정되고, 차량의 운행 안정성이 향상되는 등의 효과가 있다.
타코미터, 레이더, 비교/선택, 가속 한계치, 감속 한계치

Description

차량 속도 측정 장치 및 그 방법{MEASURING APPARATUS OF VEHICLE VELOCITY AND METHOD THEREOF}
본 발명은 정확도가 향상된 차량 속도 측정 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로 철도차량용 차상신호장치의 주요한 기능 중 하나는 차량이 선행 차량과의 충돌을 피하기 위하여 선로 내에서 허용되는 최대 주행 속도를 초과하였을 경우 차량에 제동을 인가하고 차량을 안전하게 보호하는 것이다. 또한 열차 자동 운전을 수행하는 경우 차량의 실제 속도와 이미 설정되어있는 차량의 주행 지점에서의 목표 속도와의 차이를 이용하여 제동 및 추진 등이 동작을 수행한다. 이러한 기능을 수행하기 위해서 차량의 정확한 속도 연산은 차상신호장치에 있어서 필수 불가결한 요소이다.
현재 철도 차량에 설치되어 열차의 안전을 확보하는 차상신호장치는 대부분의 차축에 티코미터(Tachometer)를 설치하고 차량의 이동에 따라 이 타코미터에서 발생하는 차축의 회전속도에 비례하는 속도 펄스를 이용하여 열차의 속도를 연산하고 있다. 도 1에 타코미터를 이용한 종래의 차량 속도 측정 장치가 개념적으로 나타나 있다. 이 방식은 통상적인 차량의 운행시 속도를 검지하기 위해서 좋은 방법 이지만, 우천 또는 기타의 사유로 타코미터가 설치된 차축에 슬립(Slip), 슬라이드(Slide) 등의 비정상적인 상황이 발생하는 경우에는 정확한 속도 연산을 할 수 없는 문제점이 있다. 보다 구체적으로, 레일(Rail) 상에 형성된 습기 등으로 유발된 차륜의 공회전으로 인한 슬립 현상이 발생하는 경우, 차량의 실제 속도보다 빠른 속도가 측정된다. 또한, 차량의 운행 중에 제동 동작 등에 의해 차축이 잠김으로 인한 슬라이드 현상이 발생하는 경우, 차량의 실제 속도보다 느린 속도가 측정된다. 이와 같은 차량의 실제 속도와 측정 속도와 오차는 특히 차량의 자동 운행시 정위치 정차의 정확도 저하 등을 유발하여, 전체적인 안전 운행에 대한 위협 요소가 되는 것이다.
본 발명은 차량의 실제 운행 속도를 정확히 측정함으로써, 차량의 운행 안정성을 향상시키는 하는 것을 기술적 과제로 한다.
이러한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량 속도 측정 장치는 차축에 설치되어 차륜의 단위 시간당 회전수에 따른 제1 속도 정보를 출력하는 타코미터부, 차량 저면에 설치되어 전자기파의 주파수 변화에 따른 제2 속도 정보를 출력하는 레이더부 및 상기 제1 속도 정보를 기 저장된 이전 속도 및 기 설정된 한계치와 비교하여 상기 제1 및 제2 속도 정보 중 하나를 선택함으로써 상기 차량의 현재 속도를 연산하는 현재 속도 연산부를 포함하여 구성된다.
상기 현재 속도 연산부는 상기 제1 속도 정보로부터 제1 속도를 연산하는 제1 속도 연산부, 상기 제2 속도 정보로부터 제2 속도를 연산하는 제2 속도 연산부 및 상기 제1 속도와 상기 이전 속도의 차이가 기 설정된 가속 한계치보다 큰 경우와 상기 제1 속도와 상기 이전 속도의 차이가 기 설정된 감속 한계치보다 작은 경우 상기 차량의 현재 속도를 상기 제2 속도로 선택하고, 상기 제1 속도와 상기 이전 속도의 차이가 기 설정된 가속 한계치보다 작은 경우와 상기 제1 속도와 상기 이전 속도의 차이가 기 설정된 감속 한계치보다 큰 경우 상기 차량의 현재 속도를 상기 제1 속도로 선택하는 비교/선택부를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
상기 이전 속도를 상기 현재 속도로 치환하여 이전 속도를 갱신하는 이전 속도 갱신부를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 차량 속도 측정 방법은 차축에 설치된 타코미터를 이용하여 차륜의 단위 시간당 회전수에 따른 제1 속도 정보를 검출하는 제1 속도 정보 검출단계, 차량 저면에 설치된 레이더를 이용하여 전자기파의 주파수 변화에 따른 제2 속도 정보를 검출하는 제2 속도 정보 검출단계 및 상기 제1 속도 정보를 기 저장된 이전 속도 및 기 설정된 한계치와 비교하여 상기 제1 및 제2 속도 정보 중 하나를 선택하여 상기 차량의 현재 속도를 연산하는 현재 속도 연산단계를 포함하여 구성된다.
상기 현재 속도 연산단계는 상기 제1 속도 정보로부터 제1 속도를 연산하는 제1 속도 연산단계, 상기 제2 속도 정보로부터 제2 속도를 연산하는 제2 속도 연산단계 및 상기 제1 속도와 상기 이전 속도의 차이가 기 설정된 가속 한계치보다 큰 경우와 상기 제1 속도와 상기 이전 속도의 차이가 기 설정된 감속 한계치보다 작은 경우 상기 차량의 현재 속도를 상기 제2 속도로 선택하고, 상기 제1 속도와 상기 이전 속도의 차이가 기 설정된 가속 한계치보다 작은 경우와 상기 제1 속도와 상기 이전 속도의 차이가 기 설정된 감속 한계치보다 큰 경우 상기 차량의 현재 속도를 상기 제1 속도로 선택하는 비교/선택단계를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
상기 이전 속도를 상기 현재 속도로 치환하여 이전 속도를 갱신하는 이전 속도 갱신단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 차량의 실제 운행 속도가 정확히 측정되고, 차량의 운행 안정성이 향상되고, 열차를 이용하는 승객들의 편의와 열차 운용의 효율성이 증대되는 효과가 있다.
구체적으로, 차량에 슬립 발생 시의 차량 속도 과다 계상으로 인한 불필요한 제동 인가를 억제하고 보다 안락한 승차감을 제공하여 대승객 서비스의 질을 높일 수 있다.
또한, 불필요한 제동 인가 횟수를 감소시킴으로써 차량의 제륜자 마모를 감소시켜서 유지 보수의 효율성을 증대시킬 수 있다.
또한 종래의 경우 차량에 슬라이드 발생 시의 차량 속도 과소 계상은 자동 운전 시에 필요 제동력보다 낮은 제동력을 발생시키고 이는 자동 운전의 정확도를 떨어뜨리는 원인이 되나, 본 발명에 따르면 정확한 속도 연산 및 정확한 제동력의 발생을 통해서 자동 운전의 정확성을 향상시킬 수 있으며 이는 대 승객 서비스 및 운영 효율의 향상을 가져온다.
또한 종래의 경우 속도의 과소 계상은 열차의 안전을 위해서 제동을 인가해야 하는 시점에 제동 인가가 되지 않는 문제점을 가져올 수 있으나, 본 발명에 따르면 정확한 속도 연산 및 제동 인가를 통해서 열차의 안전을 확보할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하기 전에 명세서 전반에 사용되는 용어 의 정의를 한다.
슬립 현상은 레일(Rail) 상에 형성된 습기 등으로 유발되는 차륜의 공회전으로 인한 현상이고, 이 경우 타코미터만을 사용하여 차량의 속도를 측정하면, 차량의 실제 속도보다 빠른 속도가 측정된다.
슬라이드 현상은 차량의 운행 중에 제동 동작 등에 의해 차축이 잠김으로 인한 현상이고, 이 경우 타코미터만을 사용하여 차량의 속도를 측정하면, 차량의 실제 속도보다 느린 속도가 측정된다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량 속도 측정 장치를 개념적으로 나타낸 도면이고, 도 3은 이에 대한 블록도이다.　　　
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량 속도 측정 장치는 타코미터부(10), 레이더부(20) 및 현재 속도 연산부(30)를 포함하여 구성된다.
타코미터부(10)는 차축에 설치되어 차륜의 단위 시간당 회전수를 측정하고, 이를 반영하는 제1 속도 정보를 출력한다. 제1 속도 정보는 펄스 형태로 구성되어 후술할 현재 속도 연산부(30)로 직접 입력된다.
레이더부(20)는 차량 저면에 설치되어 전자기파의 주파수 변화에 따른 제2 속도 정보를 출력한다. 보다 구체적으로, 레이더부(20)는 차량의 운행 중에 일정한 시간 간격으로 차량 저면 아래의 바닥을 향하여 전자기파를 발사하고, 바닥에서 반 사된 전자기파의 주파수 변화량을 측정함으로써 차량의 현재 속도를 반영하는 제2 속도 정보를 획득한다. 따라서 제2 속도 정보는 슬립 현상 또는 슬라이드 현상의 영향을 받지 않고 차량의 현재 속도를 반영하게 된다. 이러한 제2 속도 정보는 통신 데이터의 형태로 후술할 현재 속도 연산부(30)로 입력된다. 현재 속도 연산부(30)에는 제2 속도 정보를 인지하기 위한 별도의 직렬 통신 단자가 구비되어 있다.
현재 속도 연산부(30)는 타코미터부(10)를 이용하여 도출한 제1 속도 정보를 메모리에 기 저장된 이전 속도 및 기 설정된 한계치와 비교하여 제1 속도 정보와 제2 속도 정보 중 하나를 선택함으로써, 차량의 현재 속도를 연산한다.
종래의 경우와 비교하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량 속도 측정 장치에 포함된 현재 속도 연산부(30)에는 타코미터부(10)에서 획득된 제1 속도 정보 및 레이더부(20)에서 획득된 제2 속도 정보가 동시에 입력된다. 현재 속도 연산부(30)는 차량의 정상 운행 시 즉, 슬립 또는 슬라이드가 없는 상태에서 타코미터부(10)로부터 수신한 제1 속도 정보를 사용하여 차량의 현재 속도를 연산한다. 이와 동시에, 현재 속도 연산부(30)는 타코미터부(10)가 출력하는 제1 속도 정보의 비정상적인 급격한 증가 또는 감소가 있는지 여부를 검사한다. 보다 구체적으로, 현재 속도 연산부(30)는 타코미터부(10)가 출력하는 제1 속도 정보로부터 연산된 차량의 속도가 정상적인 가감속 한계속도를 초과하는 지 여부를 검사하고, 그 결과에 따라 타코미터부(10)와 레이더부(20) 중 어느 것을 사용하여 차량의 현재 속도를 판단할 것인 지를 결정한다.
이러한 현재 속도 연산부(30)는 제1 속도 연산부(32), 제2 속도 연산부(34) 및 비교/선택부(36)를 포함하여 구성될 수 있다.
제1 속도 연산부(32)는 펄스 형태로 입력된 제1 속도 정보로부터 제1 속도를 연산한다.
제2 속도 연산부(34)는 데이터의 형태로 입력된 제2 속도 정보로부터 제2 속도를 연산한다.
비교/선택부(36)는 제1 속도와 이전 속도의 차이가 기 설정된 가속 한계치보다 큰 경우와 제1 속도와 이전 속도의 차이가 기 설정된 감속 한계치보다 작은 경우 차량의 현재 속도를 제2 속도로 선택하고, 제1 속도와 이전 속도의 차이가 기 설정된 가속 한계치보다 작은 경우와 제1 속도와 이전 속도의 차이가 기 설정된 감속 한계치보다 큰 경우 차량의 현재 속도를 제1 속도로 선택한다. 즉, 1) 제1 속도 - 이전 속도 > 가속 한계치이면, 현재 속도 = 제2 속도이고, 2) 제1 속도 - 이전 속도 < 감속 한계치이면, 현재 속도 = 제2 속도이다.
예를 들어, 제1 속도가 200, 이전 속도가 100, 가속 한계치가 50, 제2 속도가 140인 경우, 제1 속도와 이전 속도의 차는 100이고 이는 가속 한계치인 50보다 크다. 따라서 비교/선택부(36)는 차량의 현재 속도를 제2 속도인 140으로 선택한다.
또 하나의 예로, 제1 속도가 80, 이전 속도가 150, 감속 한계치가 -50, 제2 속도가 130인 경우, 제1 속도와 이전 속도의 차는 -70이고 이는 감속 한계치인 -50보다 작다. 따라서 비교/선택부(36)는 차량의 현재 속도를 제2 속도인 130으로 선 택한다.
이전 속도를 현재 속도로 치환하여 이전 속도를 갱신하는 이전 속도 갱신부(38)를 더 포함하는 것이 바람직하다. 이와 같이, 차량의 현재 속도를 한번 연산하고, 연산된 현재 속도를 메모리의 이전 속도 저장 영역에 저장하고, 다음 연산 단계에서 이 값을 이용함으로써, 차량의 현재 속도 연산의 정확성이 향상된다.
예를 들어, 메모리의 이전 속도 저장 영역에 저장된 이전 속도가 100이고, 연산된 현재 속도가 140인 경우, 이전 속도 갱신부(38)는 메모리의 이전 속도 저장 영역의 값을 140으로 재입력하는 것이다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 차량의 운행 중에 슬립 현상 또는 슬라이드 현상이 발생하는 경우에도 차량의 현재 속도를 정학하게 측정할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량 속도 측정 방법을 나타낸 도면이다
도 2 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량 속도 측정 방법은 차축에 설치된 타코미터를 이용하여 차륜의 단위 시간당 회전수에 따른 제1 속도 정보를 검출하는 제1 속도 정보 검출단계(S10), 차량 저면에 설치된 레이더를 이용하여 전자기파의 주파수 변화에 따른 제2 속도 정보를 검출하는 제2 속도 정보 검출단계(S20) 및 제1 속도 정보를 기 저장된 이전 속도 및 기 설정된 한계치와 비교하여 제1 및 제2 속도 정보 중 하나를 선택하여 차량의 현재 속도를 연산하는 현 재 속도 연산단계(S30)를 포함한다.
현재 속도 연산단계(S30)는 제1 속도 정보로부터 제1 속도를 연산하는 제1 속도 연산단계(S32), 제2 속도 정보로부터 제2 속도를 연산하는 제2 속도 연산단계(S34) 및 제1 속도와 이전 속도의 차이가 기 설정된 가속 한계치보다 큰 경우와 제1 속도와 이전 속도의 차이가 기 설정된 감속 한계치보다 작은 경우 차량의 현재 속도를 제2 속도로 선택하고, 제1 속도와 이전 속도의 차이가 기 설정된 가속 한계치보다 작은 경우와 제1 속도와 이전 속도의 차이가 기 설정된 감속 한계치보다 큰 경우 차량의 현재 속도를 제1 속도로 선택하는 비교/선택단계(S36)를 포함하여 구성될 수 있다.
이전 속도를 현재 속도로 치환하여 이전 속도를 갱신하는 이전 속도 갱신단계(S38)를 더 포함하는 것이 바람직하다.
이러한 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량 속도 측정 방법은 앞서 상세히 설명한 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량 속도 측정 장치와 비교하여 발명의 카테고리는 다르지만 그 작동원리가 실질적으로 동일하다. 따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량 속도 측정 방법에 대한 상세한 설명은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량 속도 측정 장치에 대한 상세한 설명으로 대체한다.
이상에서 본 발명에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술사 상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
도 1은 타코미터를 이용한 종래의 차량 속도 측정 장치를 개념적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량 속도 측정 장치를 개념적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량 속도 측정 장치를 나타낸 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량 속도 측정 방법을 나타낸 도면이다.
***** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *****
10: 타코미터부 20: 레이더부
30: 현재 속도 연산부 32: 제1 속도 연산부
34: 제2 속도 연산부 36: 비교/선택부
38: 이전 속도 갱신부 S10: 제1 속도 정보 검출단계
S20: 제2 속도 정보 검출단계 S30: 현재 속도 연산단계
S32: 제1 속도 연산단계 S34: 제2 속도 연산단계
S36: 비교/선택단계 S38: 이전 속도 갱신단계

Claims (6)

  1. 차축에 설치되어 차륜의 단위 시간당 회전수에 따른 제1 속도 정보를 출력하는 타코미터부;
    차량 저면에 설치되어 전자기파의 주파수 변화에 따른 제2 속도 정보를 출력하는 레이더부; 및
    상기 제1 속도 정보를 기 저장된 이전 속도 및 기 설정된 한계치와 비교하여 상기 제1 및 제2 속도 정보 중 하나를 선택함으로써 상기 차량의 현재 속도를 연산하는 현재 속도 연산부를 포함하는, 차량 속도 측정 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 현재 속도 연산부는
    상기 제1 속도 정보로부터 제1 속도를 연산하는 제1 속도 연산부;
    상기 제2 속도 정보로부터 제2 속도를 연산하는 제2 속도 연산부; 및
    상기 제1 속도와 상기 이전 속도의 차이가 기 설정된 가속 한계치보다 큰 경우와 상기 제1 속도와 상기 이전 속도의 차이가 기 설정된 감속 한계치보다 작은 경우 상기 차량의 현재 속도를 상기 제2 속도로 선택하고, 상기 제1 속도와 상기 이전 속도의 차이가 기 설정된 가속 한계치보다 작은 경우와 상기 제1 속도와 상기 이전 속도의 차이가 기 설정된 감속 한계치보다 큰 경우 상기 차량의 현재 속도를 상기 제1 속도로 선택하는 비교/선택부를 포함하는, 차량 속도 측정 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 이전 속도를 상기 현재 속도로 치환하여 이전 속도를 갱신하는 이전 속도 갱신부를 더 포함하는, 차량 속도 측정 장치.
  4. 차축에 설치된 타코미터를 이용하여 차륜의 단위 시간당 회전수에 따른 제1 속도 정보를 검출하는 제1 속도 정보 검출단계;
    차량 저면에 설치된 레이더를 이용하여 전자기파의 주파수 변화에 따른 제2 속도 정보를 검출하는 제2 속도 정보 검출단계; 및
    상기 제1 속도 정보를 기 저장된 이전 속도 및 기 설정된 한계치와 비교하여 상기 제1 및 제2 속도 정보 중 하나를 선택하여 상기 차량의 현재 속도를 연산하는 현재 속도 연산단계를 포함하는, 차량 속도 측정 방법.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 현재 속도 연산단계는
    상기 제1 속도 정보로부터 제1 속도를 연산하는 제1 속도 연산단계;
    상기 제2 속도 정보로부터 제2 속도를 연산하는 제2 속도 연산단계; 및
    상기 제1 속도와 상기 이전 속도의 차이가 기 설정된 가속 한계치보다 큰 경우와 상기 제1 속도와 상기 이전 속도의 차이가 기 설정된 감속 한계치보다 작은 경우 상기 차량의 현재 속도를 상기 제2 속도로 선택하고, 상기 제1 속도와 상기 이전 속도의 차이가 기 설정된 가속 한계치보다 작은 경우와 상기 제1 속도와 상기 이전 속도의 차이가 기 설정된 감속 한계치보다 큰 경우 상기 차량의 현재 속도를 상기 제1 속도로 선택하는 비교/선택단계를 포함하는, 차량 속도 측정 방법.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 이전 속도를 상기 현재 속도로 치환하여 이전 속도를 갱신하는 이전 속도 갱신단계를 더 포함하는, 차량 속도 측정 방법.
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