KR20190090264A - 지상 차량 작동 탐지 정보 처리 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 지상 차량 작동 탐지 정보 처리 시스템에 관한 것이고, 구체적으로 이동하는 철도 차량의 차륜 또는 차축 베어링으로부터 작동에 따라 발생되는 다양한 물리 특성과 관련된 정보를 처리하여 차량 부품의 정상 상태 여부를 탐지하는 지상 차량 작동 탐지 정보 처리 시스템에 관한 것이다. 지상 차량 작동 탐지 정보 처리 시스템은 이동하는 차량에 대한 일반 정보 및 차량의 운행에 발생되는 정보를 획득하는 차량 정보 획득 모듈(11); 차량 정보 획득 모듈(11)로부터 탐지된 정보를 처리 가능한 디지털 신호로 변환하는 데이터 처리 중계 모듈(12); 데이터 중계 처리 모듈(12)로부터 미리 결정된 정보의 적정성 여부를 판단하는 기본 진단 모듈(13); 데이터 처리 중계 모듈(12)로부터 전송된 정보를 수신하여 처리하는 차량 데이터 처리 서버(14); 차량 데이터 처리 서버(14)에서 처리된 정보를 분류 및 분석하여 정상 여부를 판단하는 분류/진단 분석 유닛(15); 및 차량 데이터 처리 서버(14)로부터 전송된 정보를 저장하는 차량 진단 데이터베이스(16)를 포함하고, 상기 간접 센서 모듈(112) 또는 비-접촉 센서 모듈(113)은 미리 결정된 작동 개시 신호에 의하여 작동이 되고, 동기화 모듈(17)에 의하여 작동 개시 신호의 발생이 조절된다.
Description
본 발명은 지상 차량 작동 탐지 정보 처리 시스템에 관한 것이고, 구체적으로 이동하는 철도 차량의 차륜 또는 차축 베어링으로부터 작동에 따라 발생되는 다양한 물리 특성과 관련된 정보를 처리하여 차량 부품의 정상 상태 여부를 탐지하는 지상 차량 작동 탐지 정보 처리 시스템에 관한 것이다.
화물 또는 여객의 수송을 위한 철도 차량의 경우 수송 규모로 인하여 다양한 방법으로 사고 발생 가능성을 탐색하고 이에 따른 대책이 만들어질 필요가 있다. 철도 차량은 레일을 따라 운행이 되므로 철도 사고는 부품의 노후화 또는 결함으로 인하여 발생될 수 있다. 이를 위하여 철도 차량의 부품의 결함 또는 노후화가 미리 탐지되어 진단되고, 그에 기초하여 교체 시기가 결정될 필요가 있다.
철도 차량의 부품의 탐지 및 진단과 관련된 선행기술로 미국특허등록번호 US 6,951,132는 철도 차량의 진입 속도 및 진동 주파수를 탐지하여 철도 차량의 결함을 탐지하는 기술에 대하여 개시한다. 또한 미국특허공개번호 US 20170210401은 철도 차량 및 노선에 설치된 센서를 통하여 차체별 차량의 이상 상태를 탐지하면서 관리 시스템과 무선 통신이 가능한 기술에 대하여 개시한다.
철도 차량의 부품에 대한 결함은 다양한 형상으로 발생될 수 있고, 선로 또는 주변 환경에 따라 결함에 따른 작동 상태가 변할 수 있으므로 다양한 매개변수에 기초하여 탐지될 필요가 있다. 또한 필요에 따라 접촉 방식으로 물리적인 결함 또는 내부 결함이 탐지될 필요가 있다. 그러나 선행기술 또는 공지기술은 이와 같은 방법에 대하여 개시하지 않는다.
본 발명은 선행기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로 아래와 같은 목적을 가진다.
본 발명의 목적은 주행하는 철도 차량이 선로를 통과하는 과정에서 발생되는 선로 진동, 초음파 및 발열과 같은 파라미터를 측정하여 차륜 또는 차축 베어링의 마모 수준 및 작동 상태를 실시간으로 탐지하여 정상 작동 상태 및 교체 시기의 실시간 탐지가 가능하도록 하는 지상 차량 작동 탐지 정보 처리 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 지상 차량 작동 탐지 정보 처리 시스템은 이동하는 차량에 대한 일반 정보 및 차량의 운행에 발생되는 정보를 획득하는 차량 정보 획득 모듈; 차량 정보 획득 모듈로부터 탐지된 정보를 처리 가능한 디지털 신호로 변환하는 데이터 처리 중계 모듈; 데이터 중계 처리 모듈로부터 미리 결정된 정보의 적정성 여부를 판단하는 기본 진단 모듈; 데이터 처리 중계 모듈로부터 전송된 정보를 수신하여 처리하는 차량 데이터 처리 서버; 차량 데이터 처리 서버에서 처리된 정보를 분류 및 분석하여 정상 여부를 판단하는 분류/진단 분석 유닛; 및 차량 데이터 처리 서버로부터 전송된 정보를 저장하는 차량 진단 데이터베이스를 포함하고, 상기 간접 센서 모듈 또는 비-접촉 센서 모듈은 미리 결정된 작동 개시 신호에 의하여 작동이 되고, 동기화 모듈에 의하여 작동 개시 신호의 발생이 조절된다.
본 발명의 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 차량 정보 획득 모듈은 철도 차량의 종류, 구조 또는 이와 유사한 차량 일반에 관련된 정보를 다양한 경로를 통하여 획득하는 기본 정보 획득 모듈; 차량의 소음, 차륜 또는 베어링의 온도 또는 차륜 또는 베어링의 손상을 탐지하는 간접 센서 모듈; 및 차륜 또는 베어링에서 발생되는 진동 또는 하중을 탐지하는 비-접촉 센서 모듈을 포함한다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 차량 정보 획득 모듈은 진동 탐지를 위한 진동 탐지 모듈을 포함하고, 진동 탐지 모듈은 선로에 결합되는 고정 부재; 고정 부재에 의하여 선로에 고정되는 센서 프레임; 및 센서 프레임에 결합되는 진동 센서로 이루어진다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 진동 탐지 모듈에서 탐지된 탐지 정보를 다수 개의 주파수 대역으로 서로 분리시키는 주파수 대역 분리 유닛을 더 포함한다.
본 발명에 따른 정보 처리 시스템은 선로의 내/외부에 설치된 센서가 철도 차량의 작동 상태 및 외부 상태를 측정할 수 있도록 한다. 본 발명에 따른 처리 시스템은 데이터 처리 유닛에 의하여 데이터의 종류에 따라 분류되고, 추후 이용 가능한 데이터로 변환되어 진단 데이터베이스에 저장되거나, 현재 차량의 상태를 진단하기 위한 데이터로 이용될 수 있도록 한다. 또한 본 발명에 따른 정보 처리 시스템의 진단 데이터베이스에 선로 또는 차축 베어링, 차륜의 작동 상태, 외부 환경에 대한 기본 데이터가 저장되어 있고, 철도 차량의 진행과정에서 측정된 데이터가 수집되어 저장될 수 있도록 한다. 이에 의하여 데이터베이스의 자료는 철도 차량의 상태 진단 또는 운행을 위한 참조자료로 이용될 수 있고, 데이터 분석에 의하여 철도 차량의 이상 여부를 판단하는 인자로 사용될 수 있도록 한다. 본 발명에 따른 차량 부품 탐지 시스템은 철도 차량의 이동 과정에서 예를 들어 차륜, 차축, 베어링 또는 이와 유사한 철도 차량 부품의 작동 상태를 탐지하는 것에 의하여 부품에 대한 정확한 탐지 및 진단이 가능하도록 한다. 본 발명에 따른 차량 부품 탐지 시스템은 다양한 매개변수에 기초하여 부품의 결함을 탐지하고 이에 기초하여 부품 상태를 진단하는 것에 의하여 부품의 교체 시기가 결정될 수 있도록 한다. 이에 따라 철도 차량의 각각의 부품이 적절한 시기에 교체되도록 하는 것에 의하여 안전사고의 방지가 가능하면서 이와 동시에 유지 및 보수비용이 감소되도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 지상 차량 작동 탐지 정보 처리 시스템의 실시 예를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 정보 처리 시스템이 철도 차량에 적용된 실시 예를 도시한 것이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 정보 처리 시스템에 적용되는 진동 탐지 모듈의 실시 예를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 정보 처리 시스템에서 탐지 정보가 처리되는 과정의 실시 예를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 정보 처리 시스템이 철도 차량에 적용된 실시 예를 도시한 것이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 정보 처리 시스템에 적용되는 진동 탐지 모듈의 실시 예를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 정보 처리 시스템에서 탐지 정보가 처리되는 과정의 실시 예를 도시한 것이다.
아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 실시 예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 아래의 설명에서 서로 다른 도면에서 동일한 도면 부호를 가지는 구성요소는 유사한 기능을 가지므로 발명의 이해를 위하여 필요하지 않는다면 반복하여 설명이 되지 않으며 공지의 구성요소는 간략하게 설명이 되거나 생략이 되지만 본 발명의 실시 예에서 제외되는 것으로 이해되지 않아야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 지상 차량 작동 탐지 정보 처리 시스템의 실시 예를 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 지상 차량 작동 탐지 정보 처리 시스템은 이동하는 차량에 대한 일반 정보 및 차량의 운행에 발생되는 정보를 획득하는 차량 정보 획득 모듈(11); 차량 정보 획득 모듈(11)로부터 탐지된 정보를 처리 가능한 디지털 신호로 변환하는 데이터 처리 중계 모듈(12); 데이터 중계 처리 모듈(12)로부터 미리 결정된 정보의 적정성 여부를 판단하는 기본 진단 모듈(13); 데이터 처리 중계 모듈(12)로부터 전송된 정보를 수신하여 처리하는 차량 데이터 처리 서버(14); 차량 데이터 처리 서버(14)에서 처리된 정보를 분류 및 분석하여 정상 여부를 판단하는 분류/진단 분석 유닛(15); 및 차량 데이터 처리 서버(14)로부터 전송된 정보를 저장하는 차량 진단 데이터베이스(16)를 포함하고, 상기 간접 센서 모듈(112) 또는 비-접촉 센서 모듈(113)은 미리 결정된 작동 개시 신호에 의하여 작동이 되고, 동기화 모듈(17)에 의하여 작동 개시 신호의 발생이 조절된다.
정보 처리 시스템은 예를 들어 운행을 마치고 열차의 차량 정비 또는 대기를 위하여 차고로 이동되는 열차의 다양한 부품의 상태를 탐지할 수 있다. 차고로 이동되는 차량은 예를 들어 5 내지 30 km/h의 저속으로 이동이 되므로 측정이 용이하다는 이점을 가진다. 또한 열차의 정비 과정이 진행되기 이전에 미리 열차의 다양한 부품에 대한 진단이 이루어질 수 있다는 장점을 가진다. 탐지 대상이 되는 부품은 차륜, 차축, 차축 베어링, 대차 또는 이와 유사한 부품이 될 수 있지만 이에 제한되지 않는다.
탐지 모듈은 선로에 설치되거나, 선로 주변에 설치될 수 있고, 예를 들어 진동 탐지를 위한 모듈은 선로에 배치될 수 있다. 또한 차륜 또는 베어링의 온도를 탐지하는 온도 탐지 모듈에 해당하는 적외선 모듈은 선로 주변에 설치될 수 있다. 또한 예를 들어 차량의 속도를 탐지하는 장치는 차량 자체로부터 획득되거나, 선로의 외부에 설치될 수 있다. 이와 같이 차량 부품의 상태를 탐지하는 탐지 모듈은 측정 매개변수 또는 측정 대상에 따라 다양한 위치에 배치될 수 있고 본 발명은 이와 같은 탐지 모듈의 배치 위치에 의하여 제한되지 않는다.
차량 정보 획득 모듈(11)은 철도 차량의 종류, 구조 또는 이와 유사한 차량 일반에 관련된 정보를 다양한 경로를 통하여 획득하는 기본 정보 획득 모듈(111); 차량의 소음, 차륜 또는 베어링의 온도 또는 차륜 또는 베어링의 손상을 탐지하면서 차량 또는 부품과 직접 접촉되지 않는 간접 센서 모듈(112); 및 차륜 또는 베어링에서 발생되는 진동 또는 하중을 탐지하기 위하여 선로에 설치되어 차량과 접촉하는 비-접촉 센서 모듈(113)을 포함할 수 있다.
기본 정보 획득 모듈(111)에 의하여 차량의 기본 정보가 획득될 수 있고, 예를 들어 차량 식별을 위한 차량 식별 코드, 차량의 종류, 차량의 구조 또는 이와 유사한 정보가 획득될 수 있다. 기본 정보 획득 모듈(111)은 차량의 번호를 식별하는 카메라와 같은 비전 유닛, 바코드 식별 유닛, RF 식별 유닛 또는 이와 유사한 유닛을 포함할 수 있다. 또한 기본 정보 획득 모듈(111)은 차량 식별 정보에 기초하여 차량에 배치된 각각의 차륜 또는 베어링에 하여 부품 식별 코드를 부여하는 기능을 가질 수 있다. 그리고 부여된 부품 식별 코드에 기초하여 각각의 부품을 식별하고, 각각의 부품에 대한 탐지 정보를 저장할 수 있다. 이와 같이 기본 정보 획득 모듈(111)은 차량의 고유한 정보를 탐지하거나, 차량에 배치된 각각의 부품을 식별하는 코드를 부여하는 기능을 가질 수 있다.
간접 센서 모듈(112)은 이와 같이 식별 코드가 부여된 각각의 부품에 대한 상태 탐지를 위한 환경 정보를 탐지하는 기능을 가질 수 있다. 예를 들어 간접 센서 모듈(112)은 차량의 속도를 탐지하는 속도 탐지 유닛, 차량 또는 부품의 온도를 탐지하는 적외선 센서와 같은 온도 탐지 유닛을 포함할 수 있다. 그리고 비-접촉 센서 모듈(113)은 차량 또는 차륜과 직접 접촉하여 부품의 상태를 탐지하는 가속도 센서, 진동 센서, 스트레인 센서 또는 하중 센서를 포함할 수 있다.
차량 정보 획득 모듈(11)은 차량 또는 부품의 식별, 탐지 환경 정보 또는 부품 상태 정보를 획득하는 다양한 탐지 유닛을 포함할 수 있고 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.
간접 센서 모듈(112) 또는 비-접촉 센서 모듈(113)에 의하여 측정되는 탐지 정보를 위한 매개변수가 설정될 수 있다. 매개변수는 예를 들어 차축 베어링 및 차륜 베어링에서 발생되는 진동, 선로에서 발생되는 진동, 차축 베어링 및 차륜의 발열, 선로의 온도, 외부 환경 대기 온도, 차륜의 회전 속도, 차륜 및 차축 베어링에서 발생되는 소음, 선로와 차륜의 마찰로 인한 소음 또는 선로의 이음매에서 발생되는 소음을 포함할 수 있다. 또한 매개변수는 차축 베어링, 차륜 및 선로로부터 반사된 적외선 스펙트럼, 차륜의 하중에 따른 선로 접촉점의 변위, 철도 차량의 차륜에 의하여 궤도에 가해지는 힘 또는 철도 차량의 측정 구간 진입 속도와 같은 것을 포함할 수 있다.
다양한 탐지 유닛에 의하여 매개변수에 기초하여 탐지된 정보가 데이터 처리 중계 모듈(12)로 전송될 수 있다. 차량 정보 획득 모듈(11)은 탐지 정보의 처리를 위한 프로세서 및 데이터 처리 중계 모듈(12)과 유선 또는 무선으로 통신하기 위한 통신 수단을 포함할 수 있다. 차량 정보 획득 모듈(11)은 각각의 차량을 식별하면서 각각의 차량에 배치된 부품에 대한 식별 코드를 부여하여 관련 탐지 정보를 처리 및 분류하여 데이터 처리 중계 모듈(12)로 전송할 수 있다. 또한 차량 정보 획득 모듈(11)은 또한 저장 수단에 탐지 정보를 저장할 수 있고, 저장 매체에 접근할 수 있는 접근 수단을 가질 수 있다. 이와 같이 차량 정보 획득 모듈(11)은 독립적으로 작동하는 모듈 구조로 만들어질 수 있고, 각각의 탐지 유닛의 작동을 제어하면서 탐지 정보를 획득하여 처리하고, 필요에 따라 저장 또는 전송을 할 수 있다.
데이터 처리 중계 모듈(12)은 전송된 정보를 분류하고, 전송된 정보로부터 차량 부품에 대한 기본 진단을 수행하는 기능을 가질 수 있다. 기본 진단은 탐지 매개변수로부터 손상 가능성이 높은 것으로 판단되고 이로 인하여 신속히 정비가 되어야 하는 부품이 있는지 여부를 판단하는 것을 말한다. 비-접촉 센서 모듈(113)로부터 탐지된 각각의 매개변수 값은 정상 범위, 결함 발생 가능 범위 및 위험 범위로 나누어질 수 있고, 식별 코드가 부여된 각각의 부품이 매개변수 값의 위험 범위에 속하면 신속 정비 대상이 된다. 데이터 처리 중계 모듈(12)은 각각의 부품이 이와 같은 위험 범위에 속하는지 여부를 진단할 수 있고, 각각의 매개변수 값의 분류 기준이 기본 진단 모듈(13)에 저장될 수 있다. 기본 진단 모듈(13)에 전기적으로 접근 가능한 USB 포트와 같은 통신 접속 수단을 포함할 수 있고, 이에 의하여 기본 진단 모듈(13)에 저장된 분류 기준 데이터가 갱신될 수 있다. 그리고 데이터 처리 중계 모듈(12)은 기본 진단 모듈(13)에 저장된 분류 기준 데이터에 기초하여 각각의 부품에 대한 기본 진단을 진행할 수 있다.
데이터 처리 중계 모듈(12)은 유선 또는 무선으로 차량 데이터 처리 서버(14)와 연결될 수 있고, 차량 데이터 처리 서버(14)는 열차의 차고지에 위치하는 관리 서버가 될 수 있다. 차량 데이터 처리 서버(14)는 차량의 운행 또는 정비를 관리하는 기능을 가질 수 있고, 데이터 처리 중계 모듈(12)로부터 전송된 정보를 분류/진단 분석 유닛(15)으로 전송할 수 있다. 분류/진단 분석 유닛(15)은 탐지 매개변수의 상관도, 변화 추이 또는 환경에 기초하여 부품의 상태를 분석하여 진단하는 기능을 가질 수 있다. 분류/진단 분석 유닛(15)은 각각의 부품의 상태 분석, 상태 분석에 따른 정비 시기의 결정 및 교체 시기의 결정 작업을 진행할 수 있다. 각각의 부품에 대한 이와 같은 작업이 차량 데이터 처리 서버(14)로 전송될 수 있고, 그에 따라 차고지에서 차량 부품의 정비 또는 교체 작업이 이루어질 수 있다. 그리고 분류/진단의 결과가 차량 진단 데이터베이스(16)에 저장될 수 있다. 차량 진단 데이터베이스(16)는 또한 데이터 처리 중계 모듈(12)과 연결되어 각각의 부품에 대한 탐지 정보를 저장할 수 있다.
위에서 설명이 된 것처럼, 차량 정보 획득 모듈(11)은 선로에 또는 선로 주변에 설치되고, 탐지 정보는 차량의 주행 과정에서 획득될 수 있다. 그리고 다수 개의 동일 부품이 차량의 서로 다른 위치에 배치될 수 있다. 그러므로 각각의 부품에 대한 탐지 정보의 획득 시간이 동기화가 되는 것이 유리하다. 그러므로 간접 센서 모듈(112) 또는 비-접촉 센서 모듈(113)은 미리 결정된 작동 개시 신호에 의하여 작동이 되고, 동기화 모듈(17)에 의하여 작동 개시 신호의 발생이 조절되는 것이 유리하다.
동기화 모듈(17)은 차량 정보 획득 모듈(11)이 설치된 위치를 기준으로 미리 결정된 탐지 설정 위치를 결정할 수 있다. 그리고 탐지 설정 위치로부터 각각의 탐지 유닛의 위치를 저장하고, 차량이 탐지 설정 위치에 도달하면 차량의 속력에 따른 각각의 탐지 유닛의 작동 개시 시각을 산출할 수 있다. 이후 산출된 작동 개시 시각을 포함하는 작동 개시 신호가 각각의 탐지 유닛으로 전송될 수 있고, 각각의 탐지 유닛은 전송된 작동 개시 신호에 따라 작동될 수 있다. 또한 동기화 모듈(17)은 탐지가 완료된 차량이 도달하는 위치를 보정 위치로 결정하고 차량이 보정 위치에 도달하는 시각을 탐지할 수 있다. 그리고 탐지된 도달 시각에 기초하여 각각의 탐지 유닛의 작동 시각을 산출하여 정해진 시각에 각각의 탐지 유닛이 작동되었는지 여부를 확인할 수 있다. 이와 같이 동기화 모듈(17)에 의하여 각각의 부품에 대한 탐지 정보가 획득되는 조건이 균일하게 만들어지는 것에 의하여 진단의 효율성이 향상될 수 있다.
정보 처리 시스템은 다양한 탐지 구조를 가질 수 있고 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.
도 2는 본 발명에 따른 정보 처리 시스템이 철도 차량에 적용된 실시 예를 도시한 것이다.
도 2를 참조하면, 운행 영역이 서로 분리되어 서로 다른 탐지 영역으로 설정될 수 있고, 예를 들어 진동 탐지 모듈(21); 간접 정보 탐지 영역(22); 및 비-접촉 정보 탐지 영역(23)으로 설정될 수 있다. 그리고 각각의 영역에 기본 탐지 모듈(24); 간접 탐지 모듈(25); 및 비-접촉 탐지 모듈(26)이 배치될 수 있다. 도 1에 제시된 실시 예의 경우 탐지 유닛이 비-접촉 센서 모듈과 간접 센서 모듈로 분류되었지만 도 2에 제시되는 실시 예에서 탐지 유닛은 간접 탐지 모듈(25)과 비-접촉 탐지 모듈(26)로 분류된다. 이와 같이 탐지 모듈은 다양한 기준에 따라 분류될 수 있고 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.
철도 차량(P)이 선로(R)를 따라 이동이 되면서 각각의 부품(E)에 대한 탐지 정보가 획득될 수 있다. 철도 차량(P)은 예를 들어 5 내지 50 km/sec의 속력으로 차고지로 이동될 수 있고, 탐지 정보는 차고지에 도달하기 전에 탐지되어 차량 정비를 위한 정보로 사용될 수 있다.
기본 탐지 모듈(24)에 의하여 차량 식별이 될 수 있고, 예를 들어 비전 카메라(S1)에 의하여 차량 번호가 식별이 될 수 있다. 차량 번호가 식별이 되면, 차량에 배치된 부품(E)에 대한 식별 코드가 부여되고, 간접 탐지 모듈(25) 및 비-접촉 탐지 모듈(26)은 부품 식별 코드에 기초하여 각각의 부품에 대한 탐지 정보를 획득할 수 있다. 또한 기본 탐지 모듈(24)에 의하여 차량 진입 속도가 측정될 수 있다. 위에서 설명이 된 동기화 모듈은 차량 식별이 되어 부품 식별 코드가 부여된 위치를 기준 위치로 설정할 수 있고, 속도 센서(S2, S3)에 의하여 측정된 차량 진입 속도에 따라 작동 개시 시각을 결정할 수 있다.
기본 탐지 모듈(24)에 의하여 철도 차량(P)에 대한 기본 정보가 획득되고, 철도 차량(P)이 선로(R)를 따라 간접 정보 탐지 영역(22)으로 진입하면, 간접 탐지 모듈(25)이 작동될 수 있다. 간접 탐지 모듈(25)은 선로(R)에 설치될 수 있고, 예를 들어 가속도 센서, 진동 센서, 로드 셀과 같은 것을 포함할 수 있다. 간접 탐지 모듈(25)에 의하여 차륜, 차축 또는 베어링에 대한 매개변수가 탐지될 수 있다. 예를 들어 가속도 센서에 의하여 차륜의 기울기 또는 차축이 기울기가 측정되고, 진동 센서에 의하여 차륜, 차축 또는 베어링의 진동이 측정될 수 있다. 또한 로드 셀에 의하여 서로 마주보는 선로에 가해지는 하중이 측정되어 차축의 편심이 측정될 수 있다. 이와 같이 간접 탐지 모듈(25)에 의하여 각각의 부품(E)에 대한 미리 결정된 매개변수 값이 측정되면, 철도 차량(P)이 비-접촉 정보 탐지 영역(23)으로 진입할 수 있고, 이에 따라 비-접촉 탐지 모듈(26)이 작동될 수 있다.
비-접촉 탐지 모듈(26)은 예를 들어 적외선 센서, 레이저 센서, 초음파 센서, 마이크로폰 또는 온도 센서를 포함할 수 있다. 적외선 센서에 의하여 차륜 또는 차축의 온도가 측정될 수 있고, 레이저 센서에 의하여 차륜의 편심 또는 차축의 기울기가 측정될 수 있다. 또한 초음파 센서에 의하여 내부 균열이 탐지될 수 있고, 마이크로폰에 의하여 예를 들어 선로(R)의 이음매에서 발생되는 소음이 탐지될 수 있다. 또한 온도 센서에 의하여 환경 온도가 측정될 수 있다. 이와 같은 방법으로 각각의 부품에 대한 탐지가 완료되면 철도 차량(P)이 차고지로 입고될 수 있다. 기본 탐지 모듈(24), 간접 탐지 모듈(25) 또는 비-접촉 탐지 모듈(26)은 각각 독립되어 작동되는 모듈 구조로 만들어질 수 있고, 각각의 모듈(24, 25, 26)에 엔코더가 설치되어 탐지 정보 획득 과정이 저장될 수 있다. 또한 각각의 모듈(24, 25, 26)에 신호 처리 프로세서 및 통신 유닛이 배치될 수 있다. 엔코더에 의하여 기록된 탐지 기록 및 각각의 탐지 유닛에 의하여 탐지된 탐지 정보가 데이터 처리 중계 모듈(12)로 전송될 수 있다. 데이터 처리 중계 모듈(12)에서 기본 진단이 이루어지고 이후 탐지 정보는 차량 데이터 처리 서버(14)로 전송되어 부품 관리 정보로 사용 및 저장될 수 있다.
본 발명에 따른 처리 시스템은 다양한 철도 차량(P)의 관리에 적용될 수 있고 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 정보 처리 시스템에 적용되는 진동 탐지 모듈의 실시 예를 도시한 것이다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 진동 탐지 모듈(21)은 선로(R)에 결합되는 고정 부재(FM); 고정 부재(FM)에 의하여 선로(R)에 고정되는 센서 프레임(30); 및 센서 프레임(30)에 결합되는 진동 센서(SC)로 이루어진다.
진동 탐지 모듈(21)은 철도 차량의 차륜과 선로(R)의 접촉에 따른 진동을 측정할 수 있고, 진동은 차량 자체의 진동, 차축으로부터 발생하는 진동, 차륜의 진동, 베어링의 진동, 레일 자체의 진동 또는 다양한 잡음 진동을 포함할 수 있다. 진동 탐지 모듈(21)에서 탐지된 이와 같은 다양한 형태의 진동이 진동 분석 모듈로 전송되어 주파수 분석 또는 다른 적절한 분석을 통하여 각각의 부품에 대한 진동으로 분리될 수 있다. 그리고 각각의 부품에 대한 진동 분석을 통하여 차륜, 차축 또는 베어링에 대한 상태 진단이 이루어질 수 있다.
진동 탐지 모듈(21)은 선로(R)의 한쪽 또는 양쪽에 설치될 수 있고, 철도 차량이 선로(R)를 따라 이동하는 과정에서 진동이 측정될 수 있다. 예를 들어 철도 차량이 3 내지 50 km/sec의 속력으로 차고지로 이동할 수 있고 진동 탐지 모듈(21)은 차량의 이동 과정에서 발생되는 진동을 탐지할 수 있다. 적어도 하나의 진동 탐지 모듈(21)이 선로(R)의 서로 다른 위치에 설치될 수 있고, 각각의 차륜의 접촉에 따른 진동이 진동 탐지 모듈(21)에 의하여 탐지될 수 있다
센서 프레임(30)의 한쪽 부분에 선로(R)가 결합되고, 다른 부분에 진동 센서(SC)가 고정될 수 있다. 그리고 센서 프레임(30)의 아래쪽에 선형으로 연장되는 한 쌍의 고정 부재(FM)가 결합되어 센서 프레임(30)이 선로(R)에 안정적으로 고정되도록 하면서 진동이 효과적으로 전달되도록 한다. 이와 같은 구조에서 진동 센서(SC)가 결합된 센서 프레임(30)은 자유로운 끝을 형성할 수 있다.
한 쌍의 고정 부재(FM)는 서로 마주보면서 평행하게 배치될 수 있고, 진동 탐지 모듈(21)이 안정적으로 선로(R)에 고정되도록 하면서 이와 동시에 차량의 접촉에 따른 선로(R)의 진동이 진동 센서(SC)로 전달되는 것을 제한하는 기능을 가질 수 있다. 구체적으로 한 쌍의 고정 부재(FM)의 각각은 스테인리스 스틸 또는 이와 유사한 금속 소재로 이루어지면서 선형으로 연장되는 선형 연장 구조를 가질 수 있다. 그리고 이와 같은 선형 연장 구조에 의하여 각각의 고정 부재(FM)는 한쪽 끝을 기준으로 탄성 진동이 가능한 구조가 될 수 있다. 각각의 고정 부재(FM)의 양쪽 끝은 직선 형태로 연장되는 중간 부분에 대하여 꺾인 형상이 되면서 선로(R) 및 센서 프레임(30)의 끝 부분을 예를 들어 역-L자 형상 또는 이와 유사한 형상이 될 수 있다. 그리고 전체적으로 각각의 고정 부재(FM)는 아래쪽에서 진동 탐지 모듈(21)을 받치는 구조로 배치될 수 있다. 이와 같은 고정 부재(FM)의 배치 구조는 진동 센서(SC)가 고정 부재(FM)의 자유로운 끝 부분의 상하 진동에 따라 진동을 하도록 한다. 이에 의하여 차륜과 선로(R)의 접촉에 따라 발생하는 선로(R)의 상하 진동이 진동 센서(SC)로 전달되는 것을 제한하는 기능을 가질 수 있다.
선로(R)의 연장 방향에 대하여 수직이 되는 한 쌍의 프레임 부재(33a, 33b)가 형성될 수 있고, 한 쌍의 프레임 부재(33a, 33b)는 서로 마주보도록 배치되면서 전체적으로 사각형 단면을 가지면서 연장될 수 있다. 그리고 각각의 프레임 부재(33a, 33b)의 한쪽 끝에 보호 블록(32a, 32b)이 형성되거나, 결합될 수 있다. 한 쌍의 프레임 부재(33a 33b)는 선로(R)로 전달되는 차륜, 차축 또는 베어링과 같은 부품의 진동이 진동 센서(SC)로 전달되도록 하면서 선로(R)의 잡음 진동의 전달을 차단하는 기능을 가진다. 한 쌍의 프레임 부재(33a, 33b)의 각각의 한쪽 끝은 선로(R)에 접촉될 수 있고, 고정 부재(FM)에 의하여 선로(R)에 고정될 수 있다. 프레임 부재(33a, 33b)는 레일의 연장 방향에 대하여 수직으로 연장될 수 있고, 각각의 프레임 부재(33a, 33b)의 다른 끝은 자유로운 끝 부분을 형성할 수 있다. 그리고 각각의 자유로운 끝 부분에 보호 블록(32a, 32b)이 형성되고, 보호 블록(32a, 32b)의 사이에 진동 센서(SC)가 고정될 수 있다.
프레임 부재(33a, 33b)가 선로(R)와 접촉하는 양쪽 끝에 선로(R)와 평행한 방향으로 연장되는 안정 블록(34)이 결합되어 진동 탐지 모듈(21)이 안정적으로 선로(R)에 고정되도록 한다. 이에 의하여 프레임 부재(33a, 33b)의 자유로운 끝이 선로(R)가 상하 진동에 따라 진동이 되면서 진동 센서(SC)로 레일 진동이 전달되는 것이 방지되도록 한다. 프레임 부재(33a, 33b)의 각각의 자유로운 끝 부분에 형성되는 보호 블록(32a, 32b)은 전체적으로 박스 형상이 되면서 위쪽으로 돌출되는 형상이 될 수 있고, 두 개의 보호 블록(32a, 32b) 사이에 진동 센서(SC)가 고정될 수 있다. 진동 센서(SC)는 케이싱의 내부에 탐지 신호의 처리를 위한 제어 회로 기판 또는 통신 유닛과 함께 배치될 수 있다. 케이싱은 박스 형상이 될 수 있고, 평면 형상이 되는 보호 블록(32a, 32b)의 서로 마주보는 면에 접촉되어 고정될 수 있는 적절한 구조를 가질 수 있다. 보호 블록(32a, 32b)은 프레임 부재(33a, 33b)와 일체로 결합되거나, 조립 방식으로 결합되는 구조를 가질 수 있고, 고정 부재(FM)의 끝 부분에 의하여 안정적으로 프레임 부재(33a, 33b)에 고정될 수 있다. 필요에 따라 서로 마주보는 보호 블록(32a, 32b)을 연결하는 배치 기판에 설치되고, 배치 기판에 케이싱이 고정될 수 있다. 진동 센서(SC)가 설치된 케이싱은 보호 블록(32a, 32b)에 의하여 클램프 방식 또는 조임 방식으로 고정될 수 있다. 필요에 따라 보호 블록(32a, 32b)과 케이싱의 접촉면에 진동 흡수 패드가 배치되거나, 보호 블록(32a, 32b)이 진동 흡수 구조로 만들어질 수 있다.
진동 센서(SC) 또는 보호 블록(32a, 32b)은 프레임 부재(33a, 33b)로부터 분리 가능한 구조로 만들어질 수 있고, 필요에 따라 시간에 따라 측정된 탐지 진동이 저장되는 저장 매체를 포함할 수 있다. 또한 측정된 진동을 처리 모듈로 전송하기 위한 통신 수단을 포함할 수 있다.
진동 탐지 모듈(21)은 프레임 부재(33a, 33b)에 형성되어 잡음 진동의 전달을 제한하는 차단 목(36a, 36b)을 포함할 수 있다.
진동 탐지 모듈(21)은 부품의 진동을 효과적으로 탐지하면서 이와 동시에 잡음 진동을 차단할 수 있는 구조를 가지는 것이 유리하다. 이를 위하여 프레임 부재(33a, 33b)와 보호 블록(32a, 32b)은 탐지되어야 하는 진동이 전달되도록 하면서 잡음에 해당하는 진동의 전달이 제한되도록 하는 구조를 가질 수 있다. 프레임 부재(33a, 33b)는 레일의 아래쪽 면에 접촉될 수 있고, 보호 블록(32a, 32b)은 선로의 앞쪽 측면에 접촉될 수 있다. 그리고 안정 블록(34)은 레일의 뒤쪽 측면에 접촉될 수 있다. 보호 블록(32a, 32b)은 프레임 부재(33a, 33b)와 일체로 형성되면서 레일에 부착될 수 있고, 안정 블록(34)은 분리 가능하도록 프레임 부재(33a, 33b)에 결합되면서 이와 동시에 프레임 부재(33a, 33b)의 위쪽 면을 따라 이동 가능하도록 결합될 수 있다. 안정 블록(34)을 뒤쪽 측면에 밀착시키는 것에 의하여 프레임 부재(33a, 33b) 및 보호 블록(32a, 32b)이 레일의 아래쪽 면 및 앞쪽 측면에 견고하게 밀착되면서 고정될 수 있다. 대안으로 진동 탐지 모듈(21)이 레일의 아래쪽 면으로부터 강제 끼움 방식으로 결합될 수 있도록 만들어질 수 있다. 이와 같은 구조에서 보호 블록(32a, 32b)과 안정 블록(34)은 좌우로 탄성을 가질 수 있고, 이에 의하여 레일에 강제 끼움이 될 수 있다.
보호 블록(32a, 32b)의 아래쪽 및 프레임 부재(33a, 33b)의 뒷부분에 체결 부분(321a, 321b, 331a)이 형성될 수 있고, 체결 부분(321a, 321b, 331a)에 고정 부재(FM)의 양쪽 끝 부분이 결합되는 것에 의하여 진동 탐지 모듈(21)이 안정적으로 레일에 고정될 수 있다. 프레임 부재(33a, 33b)와 안정 블록(34)이 선로의 아래쪽 면과 뒤쪽 측면에 접촉된 상태가 되므로 차량의 주행 과정에서 레일에 발생시키는 다양한 형태의 외부 진동이 프레임 부재(33a, 33b)를 통하여 진동 센서(SC)로 전달될 수 있다. 이를 방지하기 위하여 프레임 부재(33a, 33b)의 길이 방향으로 중간 부분에 차단 목(36a, 36b)이 형성될 수 있다. 차단 목(36a, 36b)은 상대적으로 작은 단면적을 가지는 진동 전달 소재로 이루어질 수 있다. 차단 목(36a, 36b)은 예를 들어 전체 프레임 부재(33a, 33b)의 연장 길이의 1/100 내지 1/2의 길이가 될 수 있고, 또한 차단 목(36a, 36b)은 프레임 부재(33a, 33b) 단면적의 1/100 내지 1/2이 되면서 일정한 단면적을 가지면서 연장될 수 있다. 차단 목(36a, 36b)은 길목 또는 다리 구조를 가질 수 있고, 차단 목(36a, 36b)에 의하여 잡음 진동의 전달이 차단되면서 진동 탐지 모듈(21)이 안정적으로 선로에 고정되도록 한다.
진동 센서(SC)로 전달되는 진동은 진동 전달 부재를 통하여 이루어질 수 있다. 진동 전달 부재는 프레임 부재(33a, 33b), 보호 블록(32a, 32b) 및 안정 블록(34)에 비하여 상대적으로 진동 전달 효율이 큰 소재로 만들어질 수 있고, 예를 들어 큰 경도를 가지거나 또는 밀도가 높은 소재로 만들어지면서 균일 물성을 가진 소재로 만들어질 수 있다. 진동 전달 소재는 선형 소재 구조가 되면서 안정 블록(34)으로부터 보호 블록(32a, 32b)을 경유하여 케이싱의 내부에 배치된 진동 센서(SC)와 연결되도록 설치될 수 있다. 설계 구조에 따라 차단 목(36a, 36b)이 진동 전달 소재의 일부가 될 수 있다.
진동 탐지 모듈(21)은 다양한 구조에 의하여 레일에 부착될 수 있고 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.
도 4는 본 발명에 따른 정보 처리 시스템에서 탐지 정보가 처리되는 과정의 실시 예를 도시한 것이다.
도 4를 참조하면, 진동 센서 모듈(41)로부터 진동 정보는 필터 유닛(42)에 의하여 필터링이 될 수 있다. 필터링이 된 정보는 주파수 대역 분리 유닛(43)에 의하여 주파수 대역별로 분리가 될 수 있고, 각각의 주파수 대역이 주파수 진단 유닛(44)에 의하여 진단될 수 있다. 그리고 진단 결과가 작동 진단 유닛(46)으로 전송되어 교체 시기 또는 정비 시기가 결정되도록 한다. 진단 정보는 진단 데이터베이스 유닛(47)으로 전송되어 저장될 수 있고, 독립적으로 배치된 주파수 데이터베이스(45)에 저장될 수 있다.
주파수 대역 분리 유닛(43)은 차륜, 차축 또는 베어링에 의하여 발생되는 진동을 추출하고, 추출된 진동을 저 주파수 대역, 중 주파수 대역 또는 고 주파수 대역으로 분리할 수 있다. 각각의 주파수 대역에서 각각이 부품으로 발생되는 진동 주파수가 추출될 수 있고, 이를 위하여 각각의 부품에 대한 기본 주파수 데이터가 저장될 수 있다. 또한 주파수 대역 분리 유닛(43)은 예를 들어 선로의 이음매에서 발생되는 충격 진동을 추출할 수 있고, 충격 진동을 주파수 대역으로 분리할 수 있고, 주파수 진단 유닛(44)에 의하여 충격 주파수 대역에 따른 부품의 결함 발생 여부가 진단될 수 있다.
진동 매개변수는 다양한 매개변수가 제시된 실시 예와 유사한 방법으로 처리될 수 있고, 제시된 방법은 매개변수의 종류에 의하여 제한되지 않는다.
본 발명에 따른 정보 처리 시스템은 선로의 내/외부에 설치된 센서가 철도 차량의 작동 상태 및 외부 상태를 측정할 수 있도록 한다. 본 발명에 따른 처리 시스템은 데이터 처리 유닛에 의하여 데이터의 종류에 따라 분류되고, 추후 이용 가능한 데이터로 변환되어 진단 데이터베이스에 저장되거나, 현재 차량의 상태를 진단하기 위한 데이터로 이용될 수 있도록 한다. 또한 본 발명에 따른 정보 처리 시스템의 진단 데이터베이스에 선로 또는 차축 베어링, 차륜의 작동 상태, 외부 환경에 대한 기본 데이터가 저장되어 있고, 철도 차량의 진행과정에서 측정된 데이터가 수집되어 저장될 수 있도록 한다. 이에 의하여 데이터베이스의 자료는 철도 차량의 상태 진단 또는 운행을 위한 참조자료로 이용될 수 있고, 데이터 분석에 의하여 철도 차량의 이상 여부를 판단하는 인자로 사용될 수 있도록 한다. 본 발명에 따른 차량 부품 탐지 시스템은 철도 차량의 이동 과정에서 예를 들어 차륜, 차축, 베어링 또는 이와 유사한 철도 차량 부품의 작동 상태를 탐지하는 것에 의하여 부품에 대한 정확한 탐지 및 진단이 가능하도록 한다. 본 발명에 따른 차량 부품 탐지 시스템은 다양한 매개변수에 기초하여 부품의 결함을 탐지하고 이에 기초하여 부품 상태를 진단하는 것에 의하여 부품의 교체 시기가 결정될 수 있도록 한다. 이에 따라 철도 차량의 각각의 부품이 적절한 시기에 교체되도록 하는 것에 의하여 안전사고의 방지가 가능하면서 이와 동시에 유지 및 보수비용이 감소되도록 한다.
위에서 본 발명은 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시 예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으며 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다.
11: 차량 정보 획득 모듈 12: 데이터 처리 중계 모듈
13: 기본 진단 모듈 14: 차량 데이터 처리 서버
15: 분류/진단 분석 유닛 16: 차량 진단 데이터베이스
17: 동기화 모듈 21: 진동 탐지 모듈
22: 간접 정보 탐지 영역 23: 비-접촉 정보 탐지 영역
24: 기본 탐지 모듈 25: 간접 탐지 모듈
26: 비-접촉 탐지 모듈 30: 센서 프레임
32a, 32b: 보호 블록 33a, 33b: 프레임 부재
34: 안정 블록 36a, 36b: 차단 목
41: 진동 센서 모듈 42: 필터 유닛
43: 주파수 대역 분리 유닛 44: 주파수 진단 유닛
45: 주파수 데이터베이스 46: 작동 진단 유닛
47: 진단 데이터베이스 유닛 111: 기본 정보 획득 모듈
112: 간접 센서 모듈 113: 비-접촉 센서 모듈
321a, 321b, 331a: 체결 부분
E: 부품 FM: 고정 부재
P: 철도 차량 R: 선로
S1: 비전 카메라 S2, S3: 속도 센서
SC: 진동 센서
13: 기본 진단 모듈 14: 차량 데이터 처리 서버
15: 분류/진단 분석 유닛 16: 차량 진단 데이터베이스
17: 동기화 모듈 21: 진동 탐지 모듈
22: 간접 정보 탐지 영역 23: 비-접촉 정보 탐지 영역
24: 기본 탐지 모듈 25: 간접 탐지 모듈
26: 비-접촉 탐지 모듈 30: 센서 프레임
32a, 32b: 보호 블록 33a, 33b: 프레임 부재
34: 안정 블록 36a, 36b: 차단 목
41: 진동 센서 모듈 42: 필터 유닛
43: 주파수 대역 분리 유닛 44: 주파수 진단 유닛
45: 주파수 데이터베이스 46: 작동 진단 유닛
47: 진단 데이터베이스 유닛 111: 기본 정보 획득 모듈
112: 간접 센서 모듈 113: 비-접촉 센서 모듈
321a, 321b, 331a: 체결 부분
E: 부품 FM: 고정 부재
P: 철도 차량 R: 선로
S1: 비전 카메라 S2, S3: 속도 센서
SC: 진동 센서
Claims (4)
- 이동하는 차량에 대한 일반 정보 및 차량의 운행에 발생되는 정보를 획득하는 차량 정보 획득 모듈(11);
차량 정보 획득 모듈(11)로부터 탐지된 정보를 처리 가능한 디지털 신호로 변환하는 데이터 처리 중계 모듈(12);
데이터 중계 처리 모듈(12)로부터 미리 결정된 정보의 적정성 여부를 판단하는 기본 진단 모듈(13);
데이터 처리 중계 모듈(12)로부터 전송된 정보를 수신하여 처리하는 차량 데이터 처리 서버(14);
차량 데이터 처리 서버(14)에서 처리된 정보를 분류 및 분석하여 정상 여부를 판단하는 분류/진단 분석 유닛(15); 및
차량 데이터 처리 서버(14)로부터 전송된 정보를 저장하는 차량 진단 데이터베이스(16)를 포함하고,
상기 간접 센서 모듈(112) 또는 비-접촉 센서 모듈(113)은 미리 결정된 작동 개시 신호에 의하여 작동이 되고, 동기화 모듈(17)에 의하여 작동 개시 신호의 발생이 조절되는 것을 특징으로 하는 지상 차량 작동 탐지 정보 처리 시스템. - 청구항 1에 있어서, 차량 정보 획득 모듈(11)은 철도 차량의 종류, 구조 또는 이와 유사한 차량 일반에 관련된 정보를 다양한 경로를 통하여 획득하는 기본 정보 획득 모듈(111); 차량의 소음, 차륜 또는 베어링의 온도 또는 차륜 또는 베어링의 손상을 탐지하는 간접 센서 모듈(112); 및 차륜 또는 베어링에서 발생되는 진동 또는 하중을 탐지하는 비-접촉 센서 모듈(113)을 포함하는 지상 차량 작동 탐지 정보 처리 시스템.
- 청구항 1에 있어서, 차량 정보 획득 모듈(11)은 진동 탐지를 위한 진동 탐지 모듈(21)을 포함하고, 진동 탐지 모듈(21)은 선로(R)에 결합되는 고정 부재(FM); 고정 부재(FM)에 의하여 선로(R)에 고정되는 센서 프레임(30); 및 센서 프레임(30)에 결합되는 진동 센서(SC)로 이루어지는 지상 차량 작동 탐지 정보 처리 시스템.
- 청구항 3에 있어서, 진동 탐지 모듈(21)에서 탐지된 탐지 정보를 다수 개의 주파수 대역으로 서로 분리시키는 주파수 대역 분리 유닛(43)을 더 포함하는 지상 차량 작동 탐지 정보 처리 시스템.
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|---|---|---|---|
| KR1020180008925A KR102140365B1 (ko) | 2018-01-24 | 2018-01-24 | 지상 차량 작동 탐지 정보 처리 시스템 |
Applications Claiming Priority (1)
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| KR1020180008925A KR102140365B1 (ko) | 2018-01-24 | 2018-01-24 | 지상 차량 작동 탐지 정보 처리 시스템 |
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ID=67615838
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR102140365B1 (ko) | 2020-07-31 |
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