KR20190090171A

KR20190090171A - Ato 운영 차량용 제어 시스템, 이를 포함하는 철도차량 및 그 제어 방법

Info

Publication number: KR20190090171A
Application number: KR1020180008692A
Authority: KR
Inventors: 공태연; 김경식; 박성호
Original assignee: 현대로템 주식회사
Priority date: 2018-01-24
Filing date: 2018-01-24
Publication date: 2019-08-01
Also published as: KR102185222B1

Abstract

본 발명은 ATO 운영 차량용 제어 시스템, 이를 포함하는 철도차량 및 그 제어 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 지상신호시스템에서 명령된 ATO 프로파일 패턴 명령을 수신하여 하기 열차종합제어장치로 전송하는 차상신호장치, 상기 차상신호장치로부터 전송받은 상기 ATO 프로파일 패턴 명령을 하기 추진제어장치에 전송하고 하기 추진제어장치로부터 수신한 구간별 실시간 제어패턴 명령을 상기 차상신호장치로 전송하는 열차종합제어장치, 및 수신한 상기 구간별 실시간 제어패턴 명령에 따라 최적의 운행패턴을 연산하고, 상기 최적의 운행패턴에 따른 ATO 구간별 실시간 제어패턴 명령을 송신하는 추진제어장치를 포함하는, ATO 운영 차량용 제어 시스템을 제공한다.

Description

ATO 운영 차량용 제어 시스템, 이를 포함하는 철도차량 및 그 제어 방법{CONTROL SYSTEM FOR ATO OPERATION TRAIN AND RAILWAY TRAIN HAVING THE SAME AND CONTROL METHOD THEREOF}

본 발명은 ATO 운영 차량용 제어 시스템, 이를 포함하는 철도차량 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 본 발명은 최적화된 에너지 절약 프로파일로 철도차량의 운행을 제어하는 ATO 운영 차량용 제어 시스템, 이를 포함하는 철도차량 및 그 제어 방법에 관한 것이다.

종래, 차상신호장치가 자체적으로 생성한 열차자동방호장치(Automatic Train Protection: 이하, ATO) 프로파일에 따라서 역간 추진 및 제동이 고려되는 시스템은 실시간으로 소모되는 철도차량의 최적 에너지 절약 요소를 고려하지 않고 신호시스템의 자체적인 최적화 알고리즘에 따라서 제어되었다.

그러나, 회생제동에 따른 가선전압 변화, 개별 차량 전력 소비량 등의 철도차량 운행 조건을 고려하지 않아 효율성이 떨어지며, 이에 따라 종래기술을 보완할 수 있는 기술 개발의 필요성이 대두되었다.

한국등록특허공보 제10-1079903호(2011.11.04.)

본 발명은 추진제어장치가 실시간으로 최적의 ATO 운행 프로파일을 신호장치에 제공하고 차상신호장치는 ATO 운행 프로파일을 추종하는 ATO 운행 패턴을 다이나믹하게 생성하여 운행에 사용하는 ATO 운영 차량용 제어 시스템, 이를 포함하는 철도차량 및 그 제어 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 지상신호시스템에서 명령된 ATO 프로파일 패턴 명령을 수신하여 하기 열차종합제어장치로 전송하는 차상신호장치, 상기 차상신호장치로부터 전송받은 상기 ATO 프로파일 패턴 명령을 하기 추진제어장치에 전송하고 하기 추진제어장치로부터 수신한 구간별 실시간 제어패턴 명령을 상기 차상신호장치로 전송하는 열차종합제어장치, 및 수신한 상기 구간별 실시간 제어패턴 명령에 따라 최적의 운행패턴을 연산하고, 상기 최적의 운행패턴에 따른 ATO 구간별 실시간 제어패턴 명령을 송신하는 추진제어장치를 포함하는, ATO 운영 차량용 제어 시스템을 제공한다.

또한, 상기 차상신호장치는 상기 추진제어장치로부터 수신한 ATO 구간별 실시간 제어패턴 명령에 따라 ATO 추종패턴을 재생성하고, 재생성된 ATO 추종패턴에 따라 철도차량을 제어할 수 있다.

또한, 상기 ATO 구간은 거리에 따른 속도 변화로 인한 가속 구간, 정속 제어 구간, 제동 구간으로 구분될 수 있다.

또한, 상기 최적의 운행패턴은 최적의 전력소모를 판단하는 요소에 따라 연산될 수 있다.

또한, 상기 최적의 전력소모를 판단하는 요소는 가속 구간에서의 추진 제어율과, 타행과 추진을 반복하는 정속 제어 구간에서의 최대 타행목표속도, 및 제동구간에서의 회생제동 가용능력으로 구분될 수 있다.

또한, 상기 추진 제어율은 추진제어명령 최대치를 기준으로 제어되는 추진력의 정도를 백분율 단위로 나타낼 수 있다.

또한, 상기 최대 타행목표속도는 상기 정속 제어 구간에서 타행으로 인하여 가능한 열차의 최저 속도로 정의할 수 있다.

또한, 상기 ATO 실시간 제어패턴 명령은 상기 추진제어장치가 과도한 회생에너지 생성에 따른 임계점 이내의 가선전압 상승을 모니터링하거나 철도차량의 개별 소비전력량의 효율이 높을 경우 최대의 추진력을 발휘하도록 상기 차상신호장치에 전달하는 제1 명령과, 상기 추진제어장치가 회생에너지 임계점을 초과하거나 철도차량의 개별 소비전력량의 효율이 낮을 경우 최소의 추진력을 발휘하도록 상기 차상신호장치에 전달하는 제2 명령을 포함할 수 있다.

또한, 상기 차상신호장치는 재생성된 ATO 추종패턴에 따라 철도차량을 제어하지 못할 경우 논바이탈 알람을 상기 열차종합제어장치로 전달할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상술한 ATO 운영 차량용 제어 시스템을 포함하는 철도차량을 제공한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 지상신호시스템에서 명령된 ATO 프로파일 패턴 명령을 수신하여 하기 열차종합제어장치로 전송하는 단계, 상기 차상신호장치로부터 전송받은 상기 ATO 프로파일 패턴 명령을 하기 추진제어장치에 전송하고 하기 추진제어장치로부터 수신한 구간별 실시간 제어패턴 명령을 상기 차상신호장치로 전송하는 단계, 및 수신한 상기 구간별 실시간 제어패턴 명령에 따라 최적의 운행패턴을 연산하고, 상기 최적의 운행패턴에 따른 ATO 구간별 실시간 제어패턴 명령을 송신하는 단계를 포함하는 ATO 운영 차량용 제어 방법을 제공한다.

본 발명은 추진제어장치가 실시간으로 최적의 ATO 운행 프로파일을 신호장치에 제공하고 차상신호장치는 ATO 운행 프로파일을 추종하는 ATO 운행 패턴을 다이나믹하게 생성하여 운행에 사용함으로써 최적의 에너지 절약 효과를 창출할 수 있다.

또한, 본 발명은 실시간으로 소모되는 에너지 절약 요소를 차량장치가 고려하고 최적의 패턴 정보를 신호장치에 전달하여 이를 추종하는 패턴을 생성함으로써 종래의 신호장치 단독 제어로 이루어졌던 ATO 프로파일 패턴 제어를 개선할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 ATO 운영 차량용 제어 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 ATO 프로파일 제어 시퀀스를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2의 시퀀스 번호 별로 설정된 통신 프로토콜을 나타내는 도면이다.
도 4는 ATO 주행패턴을 나타내는 도면이다.

이하에서는, 본 발명의 바람직한 실시예에 기초하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 그러나, 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 일 예에 불과한 것으로 이에 의해 본 발명의 권리범위가 축소되거나 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 ATO 운영 차량용 제어 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 ATO 운영 차량용 제어 시스템은 차상신호장치(100), 열차종합제어장치(200), 추진제어장치(300)를 포함할 수 있다.

여기서는, 도 2를 더 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 ATO 운영 차량용 제어 시스템에서 ATO 프로파일 제어 시퀀스 별 동작도 함께 설명한다.

차상신호장치(100)는 철도차량(10) 내에 설치되어 지상신호시스템(20)과 통신할 수 있다. 또한, 차상신호장치(100)는 지상신호시스템(20)에서 명령된 ATO 프로파일 패턴 명령(번호)을 수신하여 열차종합제어장치(200)로 전송할 수 있다. 또한, 차상신호장치(100)는 지상신호시스템에서 명령된 ATO 프로파일 패턴 명령(번호)을 열차종합제어장치(200)을 통하여 추진제어장치(300)에게 전송할 수 있다.

여기서, ATO 프로파일 패턴 명령(번호)은 ATO 프로파일 패턴에 매칭되며, ATO 프로파일 패턴 명령은 미리 차상신호장치(100)에 의하여 미리 정의되거나 설정될 수 있다.

열차종합제어장치(200)는 차상신호장치(100)로부터 전송받은 프로파일 패턴 명령(번호)을 추진제어장치(300)에 전송할 수 있다. 또한, 열차종합제어장치(200)는 추진제어장치(300)로부터 수신한 ATO 구간별 실시간 제어패턴 명령을 차상신호장치(100)로 전송할 수 있다.

추진제어장치(300)는 열차종합제어장치(200)로부터 수신한 ATO 프로파일 운행 패턴에 따라 최적의 운행패턴을 연산할 수 있다. 또한, 추진제어장치(300)는 ATO 주행패턴의 각 제어구간별로 실시간으로 최적의 운행패턴을 연산하여 차상신호장치(100)가 연산된 최적의 운행패턴을 추종하도록 해당 정보를 열차종합제어장치(200)로 전송할 수 있다. 이때, 추진제어장치(300)는 최적의 운행패턴에 대한 연산 결과로 ATO 구간별 실시간 제어패턴 명령을 열차종합제어장치(200)로 전송할 수 있다. 여기서, ATO 구간은 거리에 따른 속도 변화로 인한 가속 구간, 정속 구간, 제동 구간으로 구분될 수 있다.

한편, ATO 구간별 실시간 제어패턴 명령을 수신한 차상신호장치(100)는 ATO 추종패턴을 재생성하고, 재생성된 ATO 추종패턴에 따라 철도차량을 제어할 수 있다. 또한, 차상신호장치(100)는 추종상태정보를 열차종합제어장치(200)로 전송할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 ATO 운영 차량용 제어 시스템에서 ATO 프로파일 제어 시퀀스에 따라 설정된 통신 프로토콜에 대하여 설명한다.

도 2에 도시된 ATO 프로파일 제어 시퀀스 별로 설정된 통신 프로토콜은 도 3과 같이 설정될 수 있다.

추진제어장치(300)는 차상신호장치(100)로부터 전송받은 프로파일 패턴에 따라 제어구간 별로 최적의 운행패턴을 연산하여 열차종합제어장치(200)로 전송할 수 있다. 이때, 최적의 운행패턴은 최적의 전력소모를 판단하는 요소에 따라 연산될 수 있다.

구체적으로, 최적의 전력소모를 판단하는 요소는 가속구간에서의 추진 제어율과, 타행과 추진을 반복하는 정속 제어 구간에서의 최대 타행목표속도, 및 제동구간에서의 회생제동 가용능력으로 구분될 수 있다.

이때, 각 요소를 살펴보면, 추진 제어율은 추진제어명령 최대치를 기준으로 제어되는 추진력의 정도를 백분율(%) 단위로 나타내는 것으로 정의될 수 있다. 또한, 최대 타행목표속도는 정속 제어 구간에서 타행으로 인하여 최대한으로 낮아질 수 있는 열차의 속도로 정의될 수 있다. 또한, 회생제동 가용능력은 제동제어 시 회생제동을 최대한 활용할 수 있는 능력으로 정의될 수 있다.

이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 ATO 운영 차량용 제어 시스템이 도 4에 도시된 ATO 주행패턴에서 전력 소모를 판단하는 요소 각각을 제어하는 것에 대하여 설명한다.

가속구간에서의 추진 제어율 제어

실시간 제어패턴 명령(2 bit)을 추진제어장치→열차종합제어장치→차상신호장치 순서로 통신 프로토콜에 정의하여 해당 비트의 조합에 따라 다음과 같이 제어할 수 있다.

제1 명령 -"10": 추진제어장치가 과도한 회생에너지 생성에 따른 임계점 이내의 가선전압 상승을 모니터링하거나, 철도차량의 개별 소비전력량의 효율이 높을 경우 최대의 추진력을 발휘하도록 차상신호장치에 전달할 수 있다.

제2 명령 -"01": 추진제어장치가 회생에너지 임계점을 초과하거나, 차량의 개별 소비전력량의 효율이 낮을 경우 최소의 추진력을 발휘하여 정속구간에 도달하는 시간을 늦추도록 차상신호장치에 전달할 수 있다.

제3 명령 -?00" 또는 ?00": 해당사항 없음(N/A)

정속구간에서의 최대 타행목표 제어

에너지 절약 측면에서는 타행의 비율이 클수록 유리하지만 이는 순수 신호장치의 ATO 제어에 종속되어 제어될 수 있다.

회생제동 가용능력

회생제동량이 많을수록 에너지 절약 측면에서는 유리할 수 있다. 따라서, 제동구간에서는 공기제동이 개입되는 구간을 최소화시키고 최대한 높은 속도를 유지하면서 서서히 제동하는 것이 유리할 수 있다.

이를 위하여, "Blending Delay"라는 1bit를 추진제어장치→열차종합제어장치→차상신호장치 순서로 통신 프로토콜에 정의하여 다음과 같이 제어할 수 있다.

제4 명령 - "1": 추진제어장치가 가선전압의 상태를 모니터링하여 회생제동의 증량이 필요하다고 판단될 경우 "Blending Delay" 비트를 1로 설정할 수 있다.

제5 명령 - "0": 추진제어장치가 가선전압의 상태를 모니터링하여 회생제동의 증량을 최소화해야 한다고 판단될 경우 "Blending Delay" 비트를 0으로 설정할 수 있다.

도 3의 시퀀스 2)에서 정의된 ATO 구간별 실시간 제어패턴 명령에 따라, 차상신호장치(100)는 ATO 운행패턴을 실시간으로 재생성하여 제어할 수 있다.

다만, 모든 구간에서의 신호장치 제어는 운전 시격, 평균주행속도 등을 고려하여 차상신호장치(100)가 판단하고 제어하며, 추진제어장치(300)가 제공한 패턴을 추종하지 못할 경우 논바이탈 알람(Non-Vital Alarm)을 차량의 열차종합제어장치(200)로 전달하여 기록할 수 있다.

이상에서 본 발명에 대한 기술 사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

10: 철도차량
20: 지상신호시스템
100: 차상신호장치
200: 열차종합제어장치
300: 추진제어장치

Claims

지상신호시스템에서 명령된 ATO 프로파일 패턴 명령을 수신하여 하기 열차종합제어장치로 전송하는 차상신호장치;
상기 차상신호장치로부터 전송받은 상기 ATO 프로파일 패턴 명령을 하기 추진제어장치에 전송하고 하기 추진제어장치로부터 수신한 구간별 실시간 제어패턴 명령을 상기 차상신호장치로 전송하는 열차종합제어장치; 및
수신한 상기 구간별 실시간 제어패턴 명령에 따라 최적의 운행패턴을 연산하고, 상기 최적의 운행패턴에 따른 ATO 구간별 실시간 제어패턴 명령을 송신하는 추진제어장치;
를 포함하는, ATO 운영 차량용 제어 시스템.
제1항에 있어서,
상기 차상신호장치는 상기 추진제어장치로부터 수신한 ATO 구간별 실시간 제어패턴 명령에 따라 ATO 추종패턴을 재생성하고, 재생성된 ATO 추종패턴에 따라 철도차량을 제어하는, ATO 운영 차량용 제어 시스템.
제1항에 있어서,
상기 ATO 구간은 거리에 따른 속도 변화로 인한 가속 구간, 정속 제어 구간, 제동 구간으로 구분되는, ATO 운영 차량용 제어 시스템.
제3항에 있어서,
상기 최적의 운행패턴은 최적의 전력소모를 판단하는 요소에 따라 연산되는, ATO 운영 차량용 제어 시스템.
제4항에 있어서,
상기 최적의 전력소모를 판단하는 요소는 가속 구간에서의 추진 제어율과, 타행과 추진을 반복하는 정속 제어 구간에서의 최대 타행목표속도, 및 제동구간에서의 회생제동 가용능력으로 구분되는, ATO 운영 차량용 제어 시스템.
제5항에 있어서,
상기 추진 제어율은 추진제어명령 최대치를 기준으로 제어되는 추진력의 정도를 백분율 단위로 나타내는, ATO 운영 차량용 제어 시스템.
제5항에 있어서,
상기 최대 타행목표속도는 상기 정속 제어 구간에서 타행으로 인하여 가능한 열차의 최저 속도로 정의되는, ATO 운영 차량용 제어 시스템.
제5항에 있어서,
상기 ATO 실시간 제어패턴 명령은,
상기 추진제어장치가 과도한 회생에너지 생성에 따른 임계점 이내의 가선전압 상승을 모니터링하거나 철도차량의 개별 소비전력량의 효율이 높을 경우 최대의 추진력을 발휘하도록 상기 차상신호장치에 전달하는 제1 명령과,
상기 추진제어장치가 회생에너지 임계점을 초과하거나 철도차량의 개별 소비전력량의 효율이 낮을 경우 최소의 추진력을 발휘하도록 상기 차상신호장치에 전달하는 제2 명령을 포함하는, ATO 운영 차량용 제어 시스템.
제2항에 있어서,
상기 차상신호장치는 재생성된 ATO 추종패턴에 따라 철도차량을 제어하지 못할 경우 논바이탈 알람을 상기 열차종합제어장치로 전달하는, ATO 운영 차량용 제어 시스템.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 ATO 운영 차량용 제어 시스템을 포함하는, 철도차량.
지상신호시스템에서 명령된 ATO 프로파일 패턴 명령을 수신하여 하기 열차종합제어장치로 전송하는 단계;
상기 차상신호장치로부터 전송받은 상기 ATO 프로파일 패턴 명령을 하기 추진제어장치에 전송하고 하기 추진제어장치로부터 수신한 구간별 실시간 제어패턴 명령을 상기 차상신호장치로 전송하는 단계; 및
수신한 상기 구간별 실시간 제어패턴 명령에 따라 최적의 운행패턴을 연산하고, 상기 최적의 운행패턴에 따른 ATO 구간별 실시간 제어패턴 명령을 송신하는 단계;
를 포함하는, ATO 운영 차량용 제어 방법.