KR20110130073A - 차축 가속도의 상관관계를 이용한 철도차량 속도 측정 시스템 및 속도 측정 방법 - Google Patents

차축 가속도의 상관관계를 이용한 철도차량 속도 측정 시스템 및 속도 측정 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차축 가속도의 상관관계를 이용한 철도차량 속도 측정 시스템 및 속도 측정 방법에 관한 것으로, 철도차량의 내부, 대차 또는 축상 등의 위치에 차량의 진행방향으로 적정한 간격을 두고 설치되어 2개의 진동 데이터(y1(t), y2(t))를 측정하는 2개의 가속도계와 2개의 가속도계로부터 들어오는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력하는 A/D 컨버터를 구비하는 측정장치; 및 상기 측정장치로부터 2개의 진동 데이터(y1(t), y2(t))를 입력 받아 연산된 상관함수(ρ12)가 최대값을 갖는 지연시간(Δt)를 찾아 속도를 계산하는 분석장치; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 차축 가속도의 상관관계를 이용한 철도차량 속도 측정 시스템을 제공한다.
본 발명에 따른 철도차량에서 차륜의 회전수를 측정하지 않고 두 개의 가속도계를 이용하여 측정한 차량의 진동 데이터만으로 속도를 산출함으로써 주행 중인 열차의 속도를 정확하게 측정할 수 있다.

Description

차축 가속도의 상관관계를 이용한 철도차량 속도 측정 시스템 및 속도 측정 방법{Speed Measurement System and Method Thereof for Railroad Cars Using Correlation of Two Acceleration Data}
본 발명은 차축 가속도의 상관관계를 이용한 철도차량 속도 측정 시스템 및 속도 측정 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 철도 차량에 설치된 2개의 가속도계를 이용하여 차량의 진동 데이터를 측정하고, 두 진동 신호의 상관관계를 이용하여 지연시간을 정확히 산출하여 주행 중인 열차의 속도를 정확하게 측정할 수 있도록 하는 차축 가속도의 상관관계를 이용한 철도차량 속도 측정 시스템 및 속도 측정 방법에 관한 것이다.
잘 알려진 바와 같이, 고속철도차량은 시속 300Km 이상의 고속으로 주행하는 열차로서, 객차대차ㆍ동력대차ㆍ동력객차대차를 포함한다.
그리고, 이들 각 대차에는 제동장치, 현가장치, 차륜 등이 장착되는 2개의 윤축이 설치되며, 이 윤축이 회전함에 따라 차량이 움직이게 된다. 이때, 고속철도차량의 주행속도를 측정하기 위해 각 대차에는 속도측정모듈이 설치되는데, 이를테면 관절대차의 경우에는 윤축에 포니휠이 장착되어 그 회전수를 계측하도록 되어 있고, 동력대차나 혹은 동력객차대차의 경우에는 동력이 전달되는 감속기에서 기어 이빨의 회전을 계측하도록 속도센서를 구비하거나 혹은 미끄럼 및 윤축의 회전상태를 파악하기 위해 각 축당 속도검출시스템이 구성되어 있다.
이러한 회전속도계는 차축 회전 당 신호수를 측정하여 속도를 산출하기 때문에 저속에서 속도신호의 정확성이 떨어지게 되며, 계산에 사용되는 차륜의 지름이 정확하지 않으면 오차가 발생하게 된다.
본 발명은 상기의 종래 기술상의 제반 사정을 감안하여 이를 해결하기 위한 것으로, 철도 차량에 설치된 2개의 가속도계를 이용하여 차량의 진동 데이터를 측정하고, 두 진동 신호의 상관관계를 이용하여 지연시간을 정확히 산출하여 주행 중인 열차의 속도를 정확하게 측정할 수 있도록 하는 차축 가속도의 상관관계를 이용한 철도차량 속도 측정 시스템 및 속도 측정 방법을 제공하고자 함에 발명의 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 차축 가속도의 상관관계를 이용한 철도차량 속도 측정 시스템은, 철도차량의 내부, 대차 또는 축상 등의 위치에 차량의 진행방향으로 적정한 간격을 두고 설치되어 2개의 진동 데이터(y1(t), y2(t))를 측정하는 2개의 가속도계와 2개의 가속도계로부터 들어오는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력하는 A/D 컨버터를 구비하는 측정장치; 및 상기 측정장치로부터 2개의 진동 데이터(y1(t), y2(t))를 입력 받아 연산된 상관함수(ρ12)가 최대값을 갖는 지연시간(Δt)를 찾아 속도를 계산하는 분석장치; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 상관함수(ρ12)는
Figure pat00001
인 것을 특징으로 한다.
한편 본 발명의 일 실시 예에 차축 가속도의 상관관계를 이용한 철도차량 속도 측정 방법은 진동데이터(y1(t), y2(t))를 측정하는 단계; 지연시간(Δt)를 가정하여 y1(t)와 y2(t)의 상관함수(ρ12)가 최대값을 갖는 지연시간(Δt)를 찾는 단계; 및 상관함수(ρ12)가 최대값을 갖는 지연시간(Δt)를 이용하여 속도를 계산하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 차축 가속도의 상관관계를 이용한 철도차량 속도 측정 시스템 및 속도 측정 방법에 의하면, 철도차량에서 차륜의 회전수를 측정하지 않고 두 개의 가속도계를 이용하여 측정한 차량의 진동 데이터만으로 속도를 산출함으로써 주행 중인 열차의 속도를 정확하게 측정할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 차축 가속도의 상관관계를 이용한 철도차량 속도 측정 시스템의 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 차축 가속도의 상관관계를 이용한 철도차량 속도 측정 방법의 순서도.
이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 차축 가속도의 상관관계를 이용한 철도차량 속도 측정 시스템의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명은 철도차량의 내부, 대차 또는 축상 등의 위치에 설치되는 측정장치(10)와 측정장치로부터 입력되는 데이터를 분석하여 속도를 계산하는 분석장치(20)로 구성된다.
상기 측정장치(10)는 차량의 진행방향으로 적정한 간격으로 설치되는 2개의 가속도계(11, 12)와 2개의 가속도계(11, 12)로부터 입력되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 컨버터(13)로 구성되며, 상기 분석장치(20)는 측정장치(10)의 A/D 컨버터(13)에서 변환된 디지털 신호를 입력 받아 지연시간Δt를 계산하고 2개의 가속도계(11, 12)사이의 거리 값을 이용하여 철도차량의 속도를 계산하게 된다.
도 2는 본 발명에 따른 차축 가속도의 상관관계를 이용한 철도차량 속도 측정 방법의 순서도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명은 2개의 가속도계를 설치하여 진동데이터(y1(t), y2(t))를 측정한다. 지연시간Δt를 가정하고 y1(t)와 y2(t)의 상관함수(ρ12)를 계산하여 상관함수(ρ12)가 최대값을 갖는 지연시간Δt를 구한다.
지연시간Δt를 구하게 되면 2개의 가속도계 사이의 거리(ds)를 이용하여 속도(v)를 구할 수 있다.
철도차량의 윤축, 대차, 차체 등에서 측정된 진동 가속도에는 차량 자체의 진동특성과 함께 차륜과 궤도의 접촉에 의한 영향이 나타난다. 후자의 예로 침목위치에서의 레일 강성 변화에 따라 가진 되는 성분이 있는데, 이 진동 성분은 두 개의 가속도계에서 속도에 반비례하는 시간 지연을 가지고 측정된다. 두 개의 가속도계에서 측정한 진동 신호의 시간 지연을 정확하게 산출하는 것이 중요하다.
먼저 두 개의 가속도계로 측정한 진동 신호 y1(t)와 y2(t)를 저장한다. 다음으로 임의의 지연시간Δt를 가정하고 식(1)과 같은 상관함수를 계산한다.
Figure pat00002
(1)
두 신호 y1(t)와 y2(t)는 유사한 운동학적 특징을 가지기 때문에 지연시간Δt가 정확하면 상관함수(ρ12)가 최대값을 가지게 된다. 도 2의 순서도와 같이 ρ12 가 국부 최대값을 갖는 지연시간Δt를 찾아 속도(v = ds /Δt)를 계산한다. 연속적으로 측정한 데이터에 대하여 상기의 알고리즘을 적용하면 운행 속도를 구할 수 있다.
본 발명에 따르면, 철도차량에서 차륜의 회전수를 측정하지 않고 두 개의 가속도계를 이용하여 측정한 차량의 진동 데이터만으로 속도를 산출함으로써 주행 중인 열차의 속도를 정확하게 측정할 수 있다.
본 발명은 상기한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 되는 것임은 자명하다.
10: 측정장치, 11,12: 가속도계
13: A/D 컨버터, 20: 분석장치

Claims (3)

  1. 철도차량의 내부, 대차 또는 축상 등의 위치에 차량의 진행방향으로 적정한 간격을 두고 설치되어 2개의 진동 데이터(y1(t), y2(t))를 측정하는 2개의 가속도계와 2개의 가속도계로부터 들어오는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력하는 A/D 컨버터를 구비하는 측정장치; 및
    상기 측정장치로부터 2개의 진동 데이터(y1(t), y2(t))를 입력 받아 연산된 상관함수(ρ12)가 최대값을 갖는 지연시간(Δt)를 찾아 속도를 계산하는 분석장치; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 차축 가속도의 상관관계를 이용한 철도차량 속도 측정 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 상관함수(ρ12)는
    Figure pat00003

    인 것을 특징으로 하는 차축 가속도의 상관관계를 이용한 철도차량 속도 측정 시스템.
  3. 진동데이터(y1(t), y2(t))를 측정하는 단계;
    지연시간(Δt)를 가정하여 y1(t)와 y2(t)의 상관함수(ρ12)가 최대값을 갖는 지연시간(Δt)를 찾는 단계; 및
    상관함수(ρ12)가 최대값을 갖는 지연시간(Δt)를 이용하여 속도를 계산하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 차축 가속도의 상관관계를 이용한 철도차량 속도 측정 방법.
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