KR20190114533A - 유압식 조향실린더 조향시스템 - Google Patents

유압식 조향실린더 조향시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유압식 조향실린더 조향시스템에 관한 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 철도차량의 대차의 선두 휠셋 및 후미 휠셋 각각에 연결되어 길이 변화로 상기 선두 휠셋 및 상기 후미 휠셋의 조향을 제어하는 복수의 조향 실린더; 및 유압 라인을 이용하여 상기 복수의 조향 실린더 각각에 연결되고, 길이 변화로 발생되는 유량의 고정 조향비로 미리 설정된 상기 복수의 조향 실린더의 길이 변화를 발생시키는 복수의 관절 실린더를 포함하되, 상기 선두 휠셋에 연결된 관절 실린더의 위치와, 상기 후미 휠셋에 연결된 관절 실린더의 위치를 가변하여 조향비를 조정하는, 유압식 조향실린더 조향시스템을 제공한다.

Description

유압식 조향실린더 조향시스템{HYDRAULIC STEERING CYLINDER STEERING SYSTEM}
본 발명은 유압식 조향실린더 조향시스템에 관한 관한 것이다.
일반적으로 철도차량의 조향시스템은 수동조향, 자기조향, 능동조향으로 구분할 수 있으며, 외부의 조작력의 유무에 따라 구분된다.
유압식 수동조향 시스템은 차체 사이에 설치된 관절실린더가 곡선 주행시 변형되는 양에 따라 일정 조향비로 사전에 유량 설정이 되어 있는 조향 실린더를 동작시켜 휠셋을 조향하는 시스템이다.
또한, 수동조향 시스템은 별도의 센서 및 제어기, 외부 전원이 불필요한 강건한 시스템이다. 기계식 조향링크와 유사한 특성을 보이지만 유압식 조향 시스템은 작동유 누유 및 오염, 실 마찰들에 의해 조향동작이 끝나고 원점 복원시 오프셋이 발생하는 단점을 가지고 있다.
또한, 일반적으로 적용되는 철도차량 조향방식은 고선반경에 대하여 휠셋을 나란히 배치하는 래디얼 조향(대칭조향)이다. 이러한 래디얼 조향은 바깥쪽 휠셋을 서로 밀어 멀어지게 하고 안쪽 휠셋을 서로 당겨 가까워지게 함으로써 휠셋을 방사 모양으로 배치하여 조향 기능을 구현한다.
만약, 곡선 반경이 작은 경우에는 전후 휠셋을 동시에 조향하는 방사조향을 적용하면 전축이 곡선을 지나지만 후축이 직선에 놓여진 경우에도 후축을 조향하게 되어 후축에 역조향각이 발생함으로써 오히려 주행 성능이 나빠지고 심한 경우 탈선이 발생할 수 있다.
한국등록특허공보 제10-0786668호(2007.12.11)
본 발명은 기존의 조향시스템의 성능을 개선시키기 위해 전후 윤축을 지연조향 또는 개별조향이 가능한 유압식 조향실린더 조향시스템을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은 모드 선택에 따라 수동조향 기능 또는 능동조향 기능을 선택적으로 적용할 수 있는 유압식 조향실린더 조향시스템을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은 오프셋 문제를 해결하기 위하여 파워팩을 추가하여 원점복원 기능을 구현하는 유압식 조향실린더 조향시스템을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은 차량위치, 속도, 곡선반경에 따라 조향모드를 수동 또는 자동으로 적용하는 적응 조향 제어를 적용할 수 있는 유압식 조향실린더 조향시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 철도차량의 대차의 선두 휠셋 및 후미 휠셋 각각에 연결되어 길이 변화로 상기 선두 휠셋 및 상기 후미 휠셋의 조향을 제어하는 복수의 조향 실린더; 및 유압 라인을 이용하여 상기 복수의 조향 실린더 각각에 연결되고, 길이 변화로 발생되는 유량의 고정 조향비로 미리 설정된 상기 복수의 조향 실린더의 길이 변화를 발생시키는 복수의 관절 실린더를 포함하되, 상기 선두 휠셋에 연결된 관절 실린더의 위치와, 상기 후미 휠셋에 연결된 관절 실린더의 위치를 가변하여 조향비를 조정하는, 유압식 조향실린더 조향시스템을 제공한다.
또한, 상기 유압 라인에 설치되어 상기 조향 실린더의 변형과 상기 관절 실린더의 변형 사이에 시간차를 만드는 축압기를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 축압기는 철도차량의 속도와, 상기 선두 휠셋 및 상기 후미 휠셋 사이의 간격에 따라 조향 지연 시간을 설정하도록 조정된 용량 또는 크기를 가질 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 철도차량의 대차의 선두 휠셋 및 후미 휠셋 각각에 연결되어 길이 변화로 상기 선두 휠셋 및 상기 후미 휠셋의 조향을 제어하는 복수의 조향 실린더; 유압 라인을 이용하여 상기 복수의 조향 실린더 각각에 연결되고, 길이 변화로 발생되는 유량의 고정 조향비로 미리 설정된 상기 복수의 조향 실린더의 길이 변화를 발생시키는 복수의 관절 실린더; 및 상기 복수의 조향 실린더 각각을 강제로 이동시키는 파워팩을 포함하는, 유압식 조향실린더 조향시스템을 제공한다.
또한, 상기 복수의 조향 실린더 각각의 내부에 설치되어 실린더 변위 정보를 감지하는 변위 센서; 및 상기 변위 센서로부터 상기 실린더 변위 정보를 수신하여 조향비에 따라 계산된 상기 복수의 조향 실린더 각각의 길이로 강제 조절하는 제어 명령을 상기 파워팩으로 출력하는 제어기를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 유압 라인과 상기 파워팩 사이를 연결하는 유량 제어 밸브를 더 포함하고, 상기 제어기는, 실시간으로 상기 복수의 조향 실린더 각각의 조향 길이를 계산하여 상기 유량 제어 밸브를 제어하여 주행로의 곡선 반경 및 주행 속도에 감응하여 조향비를 실시간으로 변경할 수 있다.
또한, 상기 제어기는 외부로부터 상기 철도차량의 위치 정보 및 속도 정보를 수신하고, 상기 선두 휠셋 및 상기 후미 휠셋 사이의 거리 기준으로 상기 복수의 조향 실린더 각각의 작동 시간을 조절할 수 있다.
또한, 상기 제어기는 상기 속도 정보와 상기 복수의 관절 실린더의 길이 정보를 기반으로 상기 선두 휠셋에 연결된 조향 실런더와, 상기 후미 휠셋에 연결된 조향 실린더 각각을 개별적으로 제어할 수 있다.
또한, 상기 제어기는 상기 선두 휠셋에 연결된 조향 실런더를 이용하여 상기 선두 휠셋만 조향한 후 상기 후미 휠셋에 연결된 조향 실린더를 이용하여 상기 후미 휠셋을 지연 조향하고, 상기 선두 휠셋에 연결된 조향 실린더를 이용하여 상기 선두 휠셋을 복원시킬 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 철도차량의 대차의 선두 휠셋 및 후미 휠셋 각각에 연결되어 길이 변화로 상기 선두 휠셋 및 상기 후미 휠셋의 조향을 제어하는 복수의 조향 실린더; 상기 복수의 조향 실린더 각각을 강제로 이동시키는 파워팩; 상기 선두 휠셋 및 상기 후미 휠셋 각각에 설치되어 상기 선두 휠셋 및 상기 후미 휠셋의 휠셋 각도 정보를 감지하는 자이로 센서; 및 상기 자이로 센서로부터 수신한 상기 휠셋 각도 정보와 좌우 조향 실린더의 길이차를 이용하여 상기 선두 휠셋 및 상기 후미 휠셋을 동시에 제어하여 조향하는 제어기를 포함하는, 유압식 조향실린더 조향시스템을 제공한다.
또한, 상기 제어기는 외부로부터 수신한 상기 대차의 위치 정보와, 주행로의 곡선 정보를 이용하여 상기 선두 휠셋에 연결된 조향 실린더와, 상기 후미 휠셋에 연결된 조향 실린더를 동시에 제어할 수 있다.
또한, 상기 제어기는 상기 대차의 위치 정보를 기반으로 상기 대차 위치의 곡선반경에 대한 공격각을 추정하고, 상기 선두 휠셋 및 상기 후미 휠셋 각각에 설치된 자이로 센서 및 상기 선두 휠셋 및 상기 후미 휠셋 각각의 좌우에 연결된 조향 실린더의 길이차를 이용하여 휠셋 요각을 측정하여 설정된 조향비에 따라 상기 선두 휠셋 및 상기 후미 휠셋의 각도차를 줄이도록 상기 선두 휠셋에 연결된 조향 실린더와 상기 후미 휠셋에 연결된 조향 실린더를 동시에 조향할 수 있다.
또한, 상기 제어기는 외부로부터 수신한 상기 대차의 위치 정보와, 주행로의 곡선 정보를 이용하여 상기 선두 휠셋에 연결된 조향 실린더와, 상기 후미 휠셋에 연결된 조향 실린더를 개별적으로 제어할 수 있다.
또한, 상기 제어기는 상기 대차의 위치 정보를 기반으로 상기 대차 위치의 곡선반경에 대한 공격각을 추정하고, 상기 선두 휠셋 및 상기 후미 휠셋 각각에 설치된 자이로 센서 및 상기 선두 휠셋 및 상기 후미 휠셋 각각의 좌우에 연결된 조향 실린더의 길이차를 이용하여 휠셋 요각을 측정하여 설정된 조향비에 따라 상기 선두 휠셋 및 상기 후미 휠셋의 각도차를 줄이는 조향제어를 수행할 수 있다.
본 발명은 기존의 조향시스템의 성능을 개선시키기 위해 전후 윤축을 지연조향 또는 개별조향이 가능하다.
또한, 본 발명은 모드 선택에 따라 수동조향 기능 또는 능동조향 기능을 선택적으로 적용할 수 있다.
또한, 본 발명은 오프셋 문제를 해결하기 위하여 파워팩을 추가하여 원점복원 기능을 구현할 수 있다.
또한, 본 발명은 차량위치, 속도, 곡선반경에 따라 조향모드를 수동 또는 자동으로 적용하는 적응 조향 제어를 적용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 유압식 조향실린더 조향시스템의 수동 모드 조향을 설명하는 도면이다.
도 2는 수동 모드 조향을 위한 유압식 조향실린더 조향시스템의 연결 상태를 나타내는 도면이다.
도 3은 관절 실린더의 간격 조정에 따른 수동 조향을 나타내는 도면이다.
도 4는 축압기와 관절 실린더의 간격 조정에 따른 수동 조향을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 유압식 조향실린더 조향시스템의 원점 복원 모드를 설명하는 도면이다.
도 6은 원점 복원 모드를 위한 유압식 조향실린더 조향시스템의 연결 상태를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 유압식 조향실린더 조향시스템의 능동 A 모드 조향을 설명하는 도면이다.
도 8은 능동 A 모드 조향을 위한 유압식 조향실린더 조향시스템의 연결 상태를 나타내는 도면이다.
도 9 및 도 10은 유압식 조향실린더 조향시스템의 능동 A 모드 조향 제어 상태를 나타내는 도면들이다.
도 11은 본 발명의 제4 실시예에 따른 유압식 조향실린더 조향시스템의 능동 A2 모드 조향을 설명하는 도면이다.
도 12는 유압식 조향실린더 조향시스템의 능동 A2 모드에서 선두 휠셋의 조향을 나타내는 도면이다.
도 13은 유압식 조향실린더 조향시스템의 능동 A2 모드에서 후미 휠셋의 지연 조향을 나타내는 도면이다.
도 14는 유압식 조향실린더 조향시스템의 능동 A2 모드에서 선두 휠셋의 복원을 나타내는 도면이다.
도 15는 본 발명의 제5 실시예에 따른 유압식 조향실린더 조향시스템의 능동 B 모드 조향을 설명하는 도면이다.
도 16은 능동 B 모드 조향을 위한 유압식 조향실린더 조향시스템의 연결 상태를 나타내는 도면이다.
도 17은 유압식 조향실린더 조향시스템의 능동 B 모드 조향 제어 상태를 나타내는 도면이다.
도 18은 본 발명의 제6 실시예에 따른 유압식 조향실린더 조향시스템의 능동 B2 모드 조향을 설명하는 도면이다.
도 19는 유압식 조향실린더 조향시스템의 능동 B2 모드에서 선두 휠셋의 조향을 나타내는 도면이다.
도 20은 유압식 조향실린더 조향시스템의 능동 B2 모드에서 후미 휠셋의 조향을 나타내는 도면이다.
도 21은 유압식 조향실린더 조향시스템의 능동 B2 모드에서 선두 휠셋의 복원을 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.
본 발명은 종래의 강제조향(자기조향) 및 능동조향 시스템을 개선하기 위하여 지연조향과 개별조향 개념을 도입한다.
특히, 본 발명은 차량 사이에 설치된 관절 실린더의 변화량에 따라 대차의 휠셋을 조향하는 조향 실린더의 변화량을 조절하는 수동식 조향시스템에 접목하여 원점복원 기능을 구현하는 파워팩을 추가한 조향시스템과, 관절 실린더의 변위센서로부터 취득한 변위 정보를 기반으로 조향 실린더를 강제로 제어하는 조향시스템과, 속도, 위치 및 곡선반경 정보 등의 외부정보를 기반으로 측정된 휠셋의 조향각과 이상적인 조향각의 차이를 줄이는 능동조향 제어모드를 구현하기 위한 조향시스템을 제안한다.
구체적으로, 수동모드 조향시스템은 곡선을 통과하는 철도차량 휠셋의 공격각을 줄여 횡압을 낮추고 소음과 마모를 개선하는 조향 기술을 적용하기 위하여 차체 사이에 설치된 관절 실린더가 곡선 통과시 내측 실린더는 줄어들고 외측 실린더는 늘어나는 점을 이용하여 대차에 설치된 조향 실린더 역시 외측 실린더가 늘어나고 내측 실린더가 줄어드도록 유압 라인을 연결하여 동작시킬 수 있다.
이러한 수동모드 조향시스템은 관절 실린더 내측 및 외측 실린더의 변화량을 이용하여 대차의 조향 실린더의 길이를 변화시켜 조향하는 시스템으로써, 기본적으로 래디얼 조향(대칭조향)으로 설정될 수 있다.
래디얼 조향 방식은 급곡선 주행 시 선두 휠셋이 곡선에 위치하고 후미 휠셋이 직선에 위치한 경우에 대칭 조향을 적용하면 후미 휠셋에는 역조향각이 발생하여 오히려 주행성능이 악화될 수 있다.
본 발명에서는 이러한 단점을 극복하기 위하여 관절 실린더의 설치 위치를 가변하여 관절 실린더의 변형과, 대차 실린더의 변형 사이에 시간차를 두게 함으로써 역조향 문제를 해결할 수 있다.
수동모드
도 1 내지 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 유압식 조향실린더 조향시스템의 구성을 나타내는 도면들이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 유압식 조향실린더 조향시스템은 철도차량의 대차의 선두 휠셋(110) 및 후미 휠셋(120) 각각에 연결되어 길이 변화로 선두 휠셋(110) 및 후미 휠셋(120)의 조향을 제어하는 복수의 조향(대차) 실린더(210), 및 유압 라인(310)을 이용하여 복수의 조향 실린더(210) 각각에 연결되고, 길이 변화로 발생되는 유량의 고정 조향비로 미리 설정된 복수의 조향 실린더(210)의 길이 변화를 발생시키는 복수의 관절 실린더(220)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 제1 실시예에서는 관절 실린더(220)의 설치 위치에 따라 조향비를 변경할 수 있다. 이를 위하여, 본 발명의 제1 실시예에서는 수동 모드로 조향하기 위하여 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 복수의 조향 실린더(210)와 복수의 관절 실린더(220) 각각이 유압 라인(310)을 통해 연결될 수 있다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에서는 도 4에 도시된 바와 같이 조향 실린더(210)와 관절 실린더(220) 사이에 축압기(320)를 삽입하여 조향 실린더(210)의 변형 시점과 관절 실린더(220)의 변형 시점 사이에 지연 시간을 조절함으로써 조향 시점을 조절할 수 있다.
특히, 본 발명의 제1 실시예에서는 관절 실린더(220)의 설치 위치(폭) 조정을 통해 선두 휠셋(110)과 후미 휠셋(120)의 조향각을 달리하는 기술과, 조향 실린더(210)와 관절 실린더(220)를 연결하는 유압 라인(310) 사이에 축압기(320)를 설치하고 축압기(320)의 용량에 따라 관절 실린더(220)의 조향 시점을 조절하게 함으로써 수동모드 조향시스템의 후륜 역조향 문제를 해결할 수 있다. 또한, 철도차량의 속도와 선두 휠셋(110) 및 후미 휠셋(120) 사이의 간격에 따라 축압기(320)의 크기를 조정함으로써 조향 지연 시간을 설정할 수 있다.
또한, 철도차량이 한방향 운행을 하는 경우에는 선두 휠셋(110) 및 후미 휠셋(120)에 따라 개별적인 축압기(320)의 용량을 설정할 수 있고, 양방향 운행을 하는 철도차량의 경우 선두 휠셋(110) 및 후미 휠셋(120)이 곡선반경에 놓여진 경우에 조향이 되도록 휠셋 간격 중심을 기준으로 조향시간을 설정하여 축압기(320)의 용량을 설정할 수 있다.
원점 복원 모드
도 5 및 도 6는 본 발명의 제2 실시예에 따른 유압식 조향실린더 조향시스템의 구성을 나타내는 도면들이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 유압식 조향실린더 조향시스템은 철도차량의 대차의 선두 휠셋(110) 및 후미 휠셋(120) 각각에 연결되어 길이 변화로 선두 휠셋(110) 및 후미 휠셋(120)의 조향을 제어하는 복수의 조향 실린더(210), 유압 라인(310)을 이용하여 복수의 조향 실린더 각각에 연결되고, 길이 변화로 발생되는 유량의 고정 조향비로 미리 설정된 복수의 조향 실린더(210)의 길이 변화를 발생시키는 복수의 관절 실린더(220), 및 복수의 조향 실린더(210) 각각을 강제로 원점 이동시키는 파워팩(230)을 포함할 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 제2 실시예에서는 유압실린더의 누유 및 오염 등의 비선형 마찰 특성 등에 기인하여 고선 통과 후 직선 주행 시에도 조향 실린더(210)가 완전히 복원되지 않고 편기 상태로 유지되는 오프셋 현상을 개선하기 위하여 별도의 파워팩(230)을 설치하고 조향 실린더(210) 내부에 변위 센서(LVDT)(410)에서 실린더의 길이 정보를 파악하여 조향 실린더(210)를 강제로 원점으로 이동시키는 원점 복원 모드를 수행할 수 있다
능동 A 모드
도 7 내지 도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 유압식 조향실린더 조향시스템의 구성을 나타내는 도면들이다.
도 7 내지 도 10을 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 유압식 조향실린더 조향시스템은 철도차량의 대차의 선두 휠셋(110) 및 후미 휠셋(120) 각각에 연결되어 길이 변화로 선두 휠셋(110) 및 후미 휠셋(120)의 조향을 제어하는 복수의 조향 실린더(210), 유압 라인(310)을 이용하여 복수의 조향 실린더 각각에 연결되고, 길이 변화로 발생되는 유량의 고정 조향비로 미리 설정된 복수의 조향 실린더(210)의 길이 변화를 발생시키는 복수의 관절 실린더(220), 복수의 조향 실린더(210) 각각을 강제로 원점 이동시키는 파워팩(230), 복수의 관절 실린더 각각의 내부에 설치되어 실린더 변위 정보를 감지하는 변위 센서(410), 변위 센서(410)로부터 실린더 변위 정보를 수신하여 조향비에 따라 계산된 복수의 조향 실린더(210) 각각의 길이로 강제 조절하는 제어 명령을 파워팩(230)으로 출력하는 제어기(240) 및 유압 라인(310)과 파워팩(230) 사이를 연결하는 유량 제어 밸브(330)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 제3 실시예에서는 파워팩(230)을 추가 설치하고 유량 제어 밸브(330)를 제어함과 동시에 수동모드가 자동으로 능동모드로 변경될 수 있다.
여기서, 제어기(240)는 관절 실린더(220)에 설치된 변위 센서(410)로부터 변위 정보를 수신하여 조향비에 따라 계산된 길이로 조향 실린더(210)의 길이를 강제로 조절하는 능동 A 모드를 수행할 수 있다.
또한, 제어기(240)는 능동 A 모드에서 수동 조향과 같이 대칭 조향을 수행할 수 있다. 특히, 능동 A 모드에서는 제어기(240)가 실시간으로 조향 실린더(210)의 조향 길이를 계산하여 유량 제어 밸브(330)를 제어하므로 곡선 반경 및 주행 속도에 감응하여 조향비를 실시간으로 변경할 수 있는 적응형 능동 조형이 가능하다.
능동 A2 모드
도 11 내지 도 14는 본 발명의 제4 실시예에 따른 유압식 조향실린더 조향시스템의 구성을 나타내는 도면들이다.
도 11 내지 도 14를 참조하면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 유압식 조향실린더 조향시스템은 본 발명의 제2 실시예에 따른 유압식 조향실린더 조향시스템와 동일한 구성 요소를 포함할 수 있다.
본 발명의 제2 실시예에 따르면, 능동 A2 모드는 능동 A 모드에서 추가적으로 제어기(240)가 철도차량의 위치 정보 및 속도 정보를 입력받아 휠셋 거리 기준으로 조향 실린더(210)의 작동시간을 조절하는 지연 조향을 수행할 수 있다.
이때, 제어기(240)는 외부로부터 철도차량의 위치 정보 및 속도 정보를 수신하고, 선두 휠셋(110) 및 후미 휠셋(120) 사이의 거리 기준으로 복수의 조향 실린더(210) 각각의 작동 시간을 조절할 수 있다.
이를 위하여, 제어기(240)는 철도차량의 속도 정보와 복수의 관절 실린더(220)의 길이 정보를 기반으로 선두 휠셋(110)에 연결된 조향 실린더(210)와, 후미 휠셋(120)에 연결된 조향 실린더(210) 각각을 개별적으로 제어할 수 있다.
능동 A2 모드에서 제어기(240)는 도 내지 도 를 순차적으로 참조하여 선두 휠셋(110)에 연결된 조향 실린더(210)를 이용하여 선두 휠셋(110)만 조향한 후 후미 휠셋(120)에 연결된 조향 실린더(210)를 이용하여 후미 휠셋(120)을 지연 조향하고, 선두 휠셋(110)에 연결된 조향 실린더를 이용하여 선두 휠셋(110)을 복원시켜 후미 휠셋(120)의 역조향 현상을 줄일 수 있다.
능동 B 모드
도 15 내지 도 17은 본 발명의 제5 실시예에 따른 유압식 조향실린더 조향시스템의 구성을 나타내는 도면들이다.
도 15 내지 도 17을 참조하면, 본 발명의 제5 실시예에 따른 유압식 조향실린더 조향시스템은 철도차량의 대차의 선두 휠셋(110) 및 후미 휠셋(120) 각각에 연결되어 길이 변화로 선두 휠셋(110) 및 후미 휠셋(120)의 조향을 제어하는 복수의 조향 실린더(210), 복수의 조향 실린더(210) 각각을 강제로 이동시키는 파워팩(230), 선두 휠셋(110) 및 후미 휠셋(120) 사이의 요각을 측정하여 설정된 조향비에 따라 선두 휠셋(110) 및 후미 휠셋(120)을 동시에 제어하여 조향하는 제어기(240)를 포함할 수 있다.
본 발명의 제4 실시예에 따른 능동 B 모드는 능동 A 모드에서 관절 실린더에 대한 조향을 배제하고 조향 실린더(210)만을 제어하는 순수한 능동 조향 모드이다. 이러한 능동 B 모드에서는 전후 휠셋을 동시에 제어하는 대칭 조향을 수행할 수 있다.
여기서, 제어기(240)는 외부로부터 수신한 대차의 위치 정보와, 주행로의 곡선 정보를 이용하여 선두 휠셋에 연결된 조향 실린더(210)와, 후미 휠셋(120)에 연결된 조향 실린더를 동시에 제어할 수 있다.
예를 들면, 제어기(240)는 대차의 위치 정보를 기반으로 대차 위치의 곡선반경에 대한 공격각을 추정하고, 선두 휠셋(110) 및 후미 휠셋(120) 각각에 설치된 자이로 센서(420) 및 선두 휠셋(110)과 후미 휠셋(120) 각각의 좌우에 연결된 조향 실린더(210)의 길이차를 이용하여 휠셋 요각을 측정하여 설정된 조향비에 따라 선두 휠셋(110) 및 후미 휠셋(120)의 각도차를 줄이도록 선두 휠셋(110)에 연결된 조향 실린더(210)와 후미 휠셋(120)에 연결된 조향 실린더(210)를 동시에 조향할 수 있다.
이를 통해 능동 B 모드에서는 전후 휠셋의 각도차를 신속하게 줄일 수 있어서 곡선 구간에서 직선 구간으로 진입시 후미 휠셋(120)의 역조향 현상을 줄일 수 있다.
능동 B2 모드
도 18 내지 도 21은 본 발명의 제6 실시예에 따른 유압식 조향실린더 조향시스템의 구성을 나타내는 도면들이다.
도 18 내지 도 21을 참조하면, 본 발명의 제6 실시예에 따른 유압식 조향실린더 조향시스템은 본 발명의 제4 실시예에 따른 유압식 조향실린더 조향시스템와 동일한 구성 요소를 포함할 수 있다.
여기서, 능동 B2 모드는 능동 B 모드에서 선두 휠셋(110)에 연결된 조향 실린더(210)와 후미 휠셋(120)에 연결된 조향 실린더(210)를 개별적으로 조향하는 차이점 이외에는 동일하다.
이처럼 자이로 센서(420) 및 철도차량의 위치 정보에 기반하여 곡선반경을 비교하고 제어하는 능동 B2 모드는 전축과 후축에 해당하는 곡선반경 정보를 개별 제어함으로써 실시간 조향각을 추정하게 되므로 전축과 후축이 개별조향되어 후축(후미 휠셋)의 역조향 문제를 개선할 수 있다.
본 발명은 기존의 조향시스템의 성능을 개선시키기 위해 전후 윤축을 지연조향 또는 개별조향이 가능하다.
또한, 본 발명은 모드 선택에 따라 수동조향 기능 또는 능동조향 기능을 선택적으로 적용할 수 있다.
또한, 본 발명은 오프셋 문제를 해결하기 위하여 파워팩을 추가하여 원점복원 기능을 구현할 수 있다.
또한, 본 발명은 차량위치, 속도, 곡선반경에 따라 조향모드를 수동 또는 자동으로 적용하는 적응 조향 제어를 적용할 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.
110: 선두 휠셋
120: 후미 휠셋
210: 조향 실린더
220: 관절 실린더
230: 파워팩
240: 제어기
310: 유압 라인
320: 축압기
330: 유량 제어 밸브
410: 변위 센서
420: 자이로 센서

Claims (14)

  1. 철도차량의 대차의 선두 휠셋 및 후미 휠셋 각각에 연결되어 길이 변화로 상기 선두 휠셋 및 상기 후미 휠셋의 조향을 제어하는 복수의 조향 실린더; 및
    유압 라인을 이용하여 상기 복수의 조향 실린더 각각에 연결되고, 길이 변화로 발생되는 유량의 고정 조향비로 미리 설정된 상기 복수의 조향 실린더의 길이 변화를 발생시키는 복수의 관절 실린더를 포함하되,
    상기 선두 휠셋에 연결된 관절 실린더의 위치와, 상기 후미 휠셋에 연결된 관절 실린더의 위치를 가변하여 조향비를 조정하는, 유압식 조향실린더 조향시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유압 라인에 설치되어 상기 조향 실린더의 변형과 상기 관절 실린더의 변형 사이에 시간차를 만드는 축압기를 더 포함하는, 유압식 조향실린더 조향시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 축압기는 철도차량의 속도와, 상기 선두 휠셋 및 상기 후미 휠셋 사이의 간격에 따라 조향 지연 시간을 설정하도록 조정된 용량 또는 크기를 갖는, 유압식 조향실린더 조향시스템.
  4. 철도차량의 대차의 선두 휠셋 및 후미 휠셋 각각에 연결되어 길이 변화로 상기 선두 휠셋 및 상기 후미 휠셋의 조향을 제어하는 복수의 조향 실린더;
    유압 라인을 이용하여 상기 복수의 조향 실린더 각각에 연결되고, 길이 변화로 발생되는 유량의 고정 조향비로 미리 설정된 상기 복수의 조향 실린더의 길이 변화를 발생시키는 복수의 관절 실린더; 및
    상기 복수의 조향 실린더 각각을 강제로 이동시키는 파워팩;
    을 포함하는, 유압식 조향실린더 조향시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 복수의 조향 실린더 각각의 내부에 설치되어 실린더 변위 정보를 감지하는 변위 센서; 및
    상기 변위 센서로부터 상기 실린더 변위 정보를 수신하여 조향비에 따라 계산된 상기 복수의 조향 실린더 각각의 길이로 강제 조절하는 제어 명령을 상기 파워팩으로 출력하는 제어기;
    를 더 포함하는, 유압식 조향실린더 조향시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 유압 라인과 상기 파워팩 사이를 연결하는 유량 제어 밸브를 더 포함하고,
    상기 제어기는, 실시간으로 상기 복수의 조향 실린더 각각의 조향 길이를 계산하여 상기 유량 제어 밸브를 제어하여 주행로의 곡선 반경 및 주행 속도에 감응하여 조향비를 실시간으로 변경하는, 유압식 조향실린더 조향시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어기는 외부로부터 상기 철도차량의 위치 정보 및 속도 정보를 수신하고, 상기 선두 휠셋 및 상기 후미 휠셋 사이의 거리 기준으로 상기 복수의 조향 실린더 각각의 작동 시간을 조절하는, 유압식 조향실린더 조향시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 속도 정보와 상기 복수의 관절 실린더의 길이 정보를 기반으로 상기 선두 휠셋에 연결된 조향 실런더와, 상기 후미 휠셋에 연결된 조향 실린더 각각을 개별적으로 제어하는, 유압식 조향실린더 조향시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 선두 휠셋에 연결된 조향 실런더를 이용하여 상기 선두 휠셋만 조향한 후 상기 후미 휠셋에 연결된 조향 실린더를 이용하여 상기 후미 휠셋을 지연 조향하고, 상기 선두 휠셋에 연결된 조향 실린더를 이용하여 상기 선두 휠셋을 복원시키는, 유압식 조향실린더 조향시스템.
  10. 철도차량의 대차의 선두 휠셋 및 후미 휠셋 각각에 연결되어 길이 변화로 상기 선두 휠셋 및 상기 후미 휠셋의 조향을 제어하는 복수의 조향 실린더;
    상기 복수의 조향 실린더 각각을 강제로 이동시키는 파워팩;
    상기 선두 휠셋 및 상기 후미 휠셋 각각에 설치되어 상기 선두 휠셋 및 상기 후미 휠셋의 휠셋 각도 정보를 감지하는 자이로 센서; 및
    상기 자이로 센서로부터 수신한 상기 휠셋 각도 정보와 좌우 조향 실린더의 길이차를 이용하여 상기 선두 휠셋 및 상기 후미 휠셋을 동시에 제어하여 조향하는 제어기;
    를 포함하는, 유압식 조향실린더 조향시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제어기는 외부로부터 수신한 상기 대차의 위치 정보와, 주행로의 곡선 정보를 이용하여 상기 선두 휠셋에 연결된 조향 실린더와, 상기 후미 휠셋에 연결된 조향 실린더를 동시에 제어하는, 유압식 조향실린더 조향시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 대차의 위치 정보를 기반으로 상기 대차 위치의 곡선반경에 대한 공격각을 추정하고, 상기 선두 휠셋 및 상기 후미 휠셋 각각에 설치된 자이로 센서 및 상기 선두 휠셋 및 상기 후미 휠셋 각각의 좌우에 연결된 조향 실린더의 길이차를 이용하여 휠셋 요각을 측정하여 설정된 조향비에 따라 상기 선두 휠셋 및 상기 후미 휠셋의 각도차를 줄이도록 상기 선두 휠셋에 연결된 조향 실린더와 상기 후미 휠셋에 연결된 조향 실린더를 동시에 조향하는, 유압식 조향실린더 조향시스템.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 제어기는 외부로부터 수신한 상기 대차의 위치 정보와, 주행로의 곡선 정보를 이용하여 상기 선두 휠셋에 연결된 조향 실린더와, 상기 후미 휠셋에 연결된 조향 실린더를 개별적으로 제어하는, 유압식 조향실린더 조향시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 대차의 위치 정보를 기반으로 상기 대차 위치의 곡선반경에 대한 공격각을 추정하고, 상기 선두 휠셋 및 상기 후미 휠셋 각각에 설치된 자이로 센서 및 상기 선두 휠셋 및 상기 후미 휠셋 각각의 좌우에 연결된 조향 실린더의 길이차를 이용하여 휠셋 요각을 측정하여 설정된 조향비에 따라 상기 선두 휠셋 및 상기 후미 휠셋의 각도차를 줄이는 조향제어를 수행하는, 유압식 조향실린더 조향시스템.

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