KR20240079224A - 철도차량의 공전,활주 적응 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 철도차량의 공전, 활주 적응 제어방법에 관한 것으로서, 특히 재 점착 제어 후 기존 토크 대비 공전, 활주를 검지한 회수 만큼 회복 토크를 감소하는 적응 제어를 함으로써, 안전한 운행과 차륜과 레일의 이상 마모 발생을 방지하는 철도차량의 공전,활주 적응 제어방법에 관한 것이다. 구성은 철도차량의 공전, 활주 적응 제어방법에 있어서, (a) 철도차량의 차륜에 발생하는 공전이나 활주를 검지하는 단계와; (b) 상기 철도차량의 차륜에 공전이나 활주를 검지할 경우 재 점착 제어를 위해 견인, 제동 토크를 감소하는 단계와; (c) 견인, 제동 토크를 감소시켜 재 점착 제어가 완료되면 추진제어시스템의 기존 토크 대비 공전이나 활주를 검지한 회수만큼 회복 토크를 감소시키는 단계와; (d) 회복 토크의 감소로 철도차량이 운행 구간을 적응 제어 운행하도록 하는 단계와; (e) 상기 적응 제어 운행은 철도차량이 정차하거나 견인/제동 명령이 해제되면 적응 제어 운행도 해제되는 단계; 로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

철도차량의 공전,활주 적응 제어방법{SLIP AND SKID ADAPTIVE CONTROL METHOD OF RAILWAY VEHICLE}

본 발명은 철도차량의 공전, 활주 적응 제어방법에 관한 것으로서, 특히 재 점착 제어 후 기존 토크 대비 공전, 활주를 검지한 회수 만큼 회복 토크를 감소하는 적응 제어를 함으로써, 안전한 운행과 차륜과 레일의 이상 마모 발생을 방지하는 철도차량의 공전,활주 적응 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 바퀴식 구동장치를 이용하여 추진하는 자동차나 철도차량 등은 추진 및 제동시 필연적으로 공전 및 활주 현상이 발생한다.

즉, 자동차나 철도차량은 차륜 및 노면 또는 차륜 및 레일과 같은 마찰면 사이의 최대 점착력 이상의 구동력이 가해지면 과도한 공전(차바퀴나 기관이 헛돌면서 바퀴만 고속으로 회전하는 일 또는 출발시나 가속시 등에 있어서 인장력이 차량의 점착력보다 클 때에 생기는 차륜과 레일과의 사이의 미끄럼)이 발생하고, 최대 점착력 이하의 제동력에서는 과도한 활주(skid : 제동시에 제동력이 차량의 점착력보다 클 때에 생기는 차륜과 레일과의 사이의 미끄럼)현상이 발생한다.

이러한 과도한 공전이나 활주현상은 구동 시스템의 제어특성을 불안정하게 만들고, 차륜 및 레일과 같은 접촉 부위의 비정상적인 마모를 형성한다.

뿐만 아니라, 과도한 공전이나 활주현상은 자동차나 철도차량의 안전한 운행을 방해한다.

이에 따라, 공전, 활주가 발생할 경우 철도차량의 안전한 운행과 차륜과 레일의 이상 마모 발생을 방지하기 위해 철도차량의 공전,활주 적응 제어방법이 사용되고 있다.

그러나, 종래 철도차량의 공전,활주 적응 제어방법은 도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, (a) 철도차량이 점착 계수가 낮은 구간을 견인 또는 제동 조건으로 통과할 경우 차륜에 공전, 활주가 발생시 이를 검지하는 단계와; (b) 공전, 활주를 검지할 경우 재 점착 제어를 위해 견인, 제동 토크를 감소하는 단계와; te(c) 재 점착 제어가 완료되면 기존의 토크로 회복하고 공전, 활주 제어를 완료하는 단계; 로 이루어지기 때문에 철도차량이 점착 계수가 낮은 구간에서 계속 운행 할 경우 추진제어시스템은 공전, 활주를 반복하여 검지하게 되는 문제점이 있었다.

또, 이로 인해 재 점착 제어와 토크 회복을 반복하여 수행하게 되므로 철도차량의 안전한 운행 영향을 미치고 차륜과 레일의 이상 마모를 증가 시킬 수 있는 문제점이 있었다.

등록특허 10-0696982

이에, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 기존 토크 대비 공전이나 활주를 검지한 회수 만큼 회복 토크를 감소시켜 적응 제어를 이루도록 함으로써, 철도차량의 안전한 운행과 차륜과 레일을 이상 마모 발생을 예방하는 철도차량의 공전, 활주 적응 제어방법을 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 철도차량의 공전, 활주 적응 제어방법에 있어서, (a) 철도차량의 차륜에 발생하는 공전이나 활주를 검지하는 단계와; (b) 상기 철도차량의 차륜에 공전이나 활주를 검지할 경우 재 점착 제어를 위해 견인, 제동 토크를 감소하는 단계와; (c) 견인, 제동 토크를 감소시켜 재 점착 제어가 완료되면 추진제어시스템의 기존 토크 대비 공전이나 활주를 검지한 회수만큼 회복 토크를 감소시키는 단계와; (d) 회복 토크의 감소로 철도차량이 운행 구간을 적응 제어 운행하도록 하는 단계와; (e) 상기 적응 제어 운행은 철도차량이 정차하거나 견인, 제동 명령이 해제되면 적응 제어 운행도 해제되는 단계; 로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 철도차량의 공전, 활주 적응 제어방법에 있어서, 상기 (a) 단계에서, 철도차량의 공전이나 활주 검지는 추진제어장치에 의해 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 철도차량의 공전, 활주 적응 제어방법에 있어서, 상기 (c) 단계에서, 토크의 회복은 추진제어시스템 기존의 토크 대비 공전이나 활주를 검지 한 회수만큼 회복 토크를 5% ∼ 10% 범위 내에서 감소시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 철도차량의 공전, 활주 적응 제어방법에 있어서, 상기 (d) 단계에서, 회복 토크 감소에 따라 철도차량은 운행 구간 운행시 점착 계수를 적응해 가며 운행하게 되는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 철도차량의 공전, 활주 적응 제어방법에 있어서, 상기 추진제어장치는 구동전동기의 가속도 변화를 분석하여 철도차량의 차륜에 대한 공전, 활주 여부를 검지하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 공전, 활주 적응 제어방법에 의해 운행되는 철도차량을 더 제공할 수 있다.

이상에서와 같은 본 발명은 기존 토크 대비 공전이나 활주를 검지한 회수 만큼 회복 토크를 감소시켜 적응 제어를 통해 철도차량의 운행 구간의 점착 계수를 적응하여 운행되도록 함으로써 철도차량의 안전운행을 이루는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 운행 구간의 점착 계수에 적응하여 운행되도록 함으로써, 철도차량의 차륜과 레일의 이상 마모를 방지하는 효과가 있다.

도 1은 종래 철도차량의 공전,활주 적응 제어방법에 대한 개략적인 순서도이다.
도 2는 종래 철도차량의 견인 중 공전 적응 제어를 미적용한 상태의 그래프이다.
도 3은 종래 철도차량의 제동 중 활주 적응 제어를 미적용한 상태의 그래프이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 철도차량의 공전, 활주 적응 제어방법에 대한 순서도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 철도차량의 견인 중 공전 적응 제어를 적용한 상태의 그래프이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 철도차량의 제동 중 활주 적응 제어를 적용한 상태의 그래프이다.
도 7은 종래 철도차량의 견인 중 공전 적응 제어를 미적용하여 공전 제어 시험한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 철도차량의 견인 중 공전 적응 제어를 적용하여 공전 제어 시험한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 9는 종래 철도차량의 제동 중 활주 적응 제어를 미적용하여 활주 제어 시험한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 철도차량의 제동 중 활주 적응 제어를 적용하여 활주 제어 시험한 결과를 나타낸 그래프이다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 보다 구체적으로 설명한다.

여기서, 하기의 모든 도면에서 동일한 기능을 갖는 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 반복적인 설명은 생략하며, 아울러 후술 되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 것으로서, 이것은 고유의 통용되는 의미로 해석되어야 함을 명시한다.

도 4에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 철도차량의 공전, 활주 적응 제어방법은, (a) 철도차량의 차륜에 발생하는 공전이나 활주를 검지하는 단계(S10)와; (b) 상기 철도차량의 차륜에 공전이나 활주를 검지할 경우 재 점착 제어를 위해 견인, 제동 토크를 감소하는 단계(S20)와; (c) 견인, 제동 토크를 감소시켜 재 점착 제어가 완료되면 추진제어시스템의 기존 토크 대비 공전이나 활주를 검지한 회수만큼 회복 토크를 감소시키는 단계(S30)와; (d) 회복 토크의 감소로 철도차량이 운행 구간을 적응 제어 운행하도록 하는 단계(S40)와; (e) 상기 적응 제어 운행은 철도차량이 정차하거나 견인/제동 명령이 해제되면 적응 제어 운행도 해제되는 단계(S50); 로 대별되어 이루어진다.

상기 (a) 단계는, 철도차량의 차륜에 발생하는 공전이나 활주를 검지한다.(S10)

즉, 철도차량이 점착 계수가 낮은 레일 구간을 견인 또는 제동 조건으로 통과(주행)하는 경우, 철도차량의 차륜에는 공전이나 활주가 발생하게 된다.

이때, 철도차량의 추진제어장치(미도시)는 공전이나 활주를 검지하게 된다.

좀 더 구체적으로는, 추진제어장치는 철도차량이 움직이기 시작하면 재점착제어 과정을 시작하게 된다.

상기 재점착제어 과정을 살펴보면, 먼저 추진제어장치의 구동전동기들의 속도를 감지하는 속도센서(미도시)들로부터 각 구동전동기들의 속도가 측정된다.

그리고, 추진제어장치의 PGI(Pulse Generator Input)보드(미도시)를 통해 각 구동전동기들의 속도로부터 각 구동전동기들의 가속도가 계산된다.

또한, 추진제어장치의 DSP(Digital Signal Processor)보드(미도시)를 통해 각 구동전동기의 가속도 변화를 분석하여 철도차량의 각 차륜들에 대한 공전, 활주 여부가 검지된다.

상기 (b) 단계는, 철도차량의 차륜에 공전이나 활주를 검지할 경우 재 점착 제어를 위해 견인, 제동 토크를 감소한다.(S20)

도 5는 견인 중 철도차량 차륜에 공전이 발생할 때 적응 제어가 적용된 상태를 나타낸 그래프이고, 도 6은 제동 중 활주가 발생할 때 적응 제어가 적용된 상태를 나타낸 그래프이다.

도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 최초 토크 상태로 등속도 운행하던 철도차량의 차륜이 공전이나 활주를 시작하게 되면 차륜을 구동시키는 구동전동기의 가속도가 (+)상태가 되면서 구동전동기의 속도가 올라가게 된다.

이때, 추진제어장치에서 속도가 빨라진 구동전동기의 가속도를 분석하여 구동전동기에 의해 구동되는 차륜에 공전이나 활주가 발생하고 있음을 검지하게 되면 구동전동기에 대한 재점착제어를 시작하게 된다.

이에 따라, 구동전동기의 속도와 가속도가 원상태로 복귀되어 공전이나 활주가 없어지는 시점까지 구동전동기에 대한 전류량을 제어하여 견인, 제동토크를 저감하게 된다.

그리고, 차륜들 중 한 차륜도 공전이나 활주가 발생하지 않았다면 상기 추진제어장치는 각 구동전동기들이 현재의 토크를 그대로 유지하고 운행을 하도록 한다.

상기 (c) 단계는, 견인, 제동 토크를 감소시켜 재 점착 제어가 완료되면 추진제어시스템의 기존 토크 대비 공전이나 활주를 검지한 회수만큼 회복 토크를 감소시킨다.(S30)

즉, 구동전동기의 토크가 저감된 상태가 유지되는 일정시간 동안 철도차량의 차륜에 공전이나 활주가 검지되지 않으면 일정시간 동안 구동전동기에 대한 전류량을 증가시켜 구동전동기의 토크를 회복시킨다.

여기서, 상기 토크의 회복은 추진제어시스템 기존의 토크 대비 공전이나 활주를 검지 한 회수만큼 회복 토크를 5% ∼10% 범위 내에서 감소시키는 것이 바람직하다.

좀 더 구체적으로는 회복 토크를 5% ∼ 10% 범위 내에서 감소시키는 이유는, 회복 토크가 5% 이하로 복귀할 경우 회복 이후 공전, 활주가 재 발생할 확률이 높아지게 된다.

그리고, 회복 토크를 10% 이상으로 감소 시킬 경우 차량의 최대 가속도, 감속도가 급격하게 감소되기 때문에 전동차의 운행 시격 등에 영향을 줄 수 있다.

따라서, 회복 토크의 감소는 5% ∼10% 범위 내에서 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.

상기 (d) 단계는, 회복 토크의 감소로 철도차량이 운행 구간을 적응 제어 운행하도록 한다.(S40)

즉, 회복 토크 감소에 따라 철도차량은 운행 구간의 점착 계수를 적응해 가며 운행하게 된다.

예컨대, 도 7 내지 도 10에 도시된 바와 같이 철도차량의 회복 토크를 전류 지령치로 공전이나 활주 속도, 가속도에 비례하여 감소시키면 미끄러짐 상태에 있는 차륜이, 레일·차륜 사이의 점착력이 높아지든지 제동력 또는 구동력이 감소하여, 철도차량 속도와 같은 속도로 복귀하는 재점착(readhesion)이 이루어지므로, 철도차량은 운행 구간을 적응 제어로 운행하게 된다.

이와 같이, 철도차량의 재점착이 검지되면 전류지령치를 추정 점착력에 의한 전류값의 80％까지 증가시킨다.

이때, 재공전이나 활주가 발생되지 않으면 추정 점착력의 값이 적절하게 선정된 것으로 확인된다.

상기 (e) 단계는, 적응 제어 운행 중 철도차량이 정차하거나 견인, 제동 명령이 해제되면 적응 제어 운행도 해제된다.(S50)

즉, 철도차량의 적응 제어 운행은 철도차량이 정차하거나 견인, 제동 명령이 해제되면 적응 제어도 해제된다.

이에 따라, 철도차량의 견인, 제동 토크는 다시 100%로 복귀된다.

한편, 본 발명은 상기 공전, 활주 적응 제어방법에 의해 운행되는 철도차량을 더 제공할 수 있다.

따라서, 본 발명은 이와 같은 동작을 지속적으로 반복함으로써 점착 계수가 낮은 구간을 견인 또는 제동 조건으로 주행(통과)하는 철도차량의 차륜에 발생하는 공전이나 활주로 인한 차륜과 레일의 이상 마모를 예방할 수 있는 것이다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 치환, 변형 및 균등한 타 실시예로의 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.

Claims (6)

1. 철도차량의 공전, 활주 적응 제어방법에 있어서,
   (a) 철도차량의 차륜에 발생하는 공전이나 활주를 검지하는 단계와;
   (b) 상기 철도차량의 차륜에 공전이나 활주를 검지할 경우 재 점착 제어를 위해 견인, 제동 토크를 감소하는 단계와;
   (c) 견인, 제동 토크를 감소시켜 재 점착 제어가 완료되면 추진제어시스템의 기존 토크 대비 공전이나 활주를 검지한 회수만큼 회복 토크를 감소시키는 단계와;
   (d) 회복 토크의 감소로 철도차량이 운행 구간을 적응 제어 운행하도록 하는 단계와;
   (e) 상기 적응 제어 운행은 철도차량이 정차하거나 견인/제동 명령이 해제되면 적응 제어 운행도 해제되는 단계; 로 이루어지는 것을 특징으로 하는 철도차량의 공전, 활주 적응 제어방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 (a) 단계에서, 철도차량의 공전이나 활주 검지는 추진제어장치에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 철도차량의 공전, 활주 적응 제어방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 (c) 단계에서, 토크의 회복은 추진제어시스템 기존의 토크 대비 공전이나 활주를 검지 한 회수만큼 회복 토크를 5% ∼ 10% 범위 내에서 감소시키는 것을 특징으로 하는 철도차량의 공전, 활주 적응 제어방법.
4. 제1항에 있어서,
   상기 (d) 단계에서, 회복 토크 감소에 따라 철도차량은 운행 구간 운행시 점착 계수를 적응해 가며 운행하게 되는 것을 특징으로 하는 철도차량의 공전, 활주 적응 제어방법.
5. 제2항에 있어서,
   상기 추진제어장치는 구동전동기의 가속도 변화를 분석하여 철도차량의 차륜에 대한 공전, 활주 여부를 검지하는 것을 특징으로 하는 철도차량의 공전, 활주 적응 제어방법.
6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 공전, 활주 적응 제어방법에 의해 운행되는 철도차량.