KR100921547B1 - 철도차량용 대차의 피로도 감시장치 및 이를 이용한철도차량 보호방법 - Google Patents

철도차량용 대차의 피로도 감시장치 및 이를 이용한철도차량 보호방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 철도차량용 대차의 피로도 감시장치 및 이를 이용한 철도차량 보호방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 철도차량의 대차 프레임의 각 구성요소에 가속도계를 장착하여 대차의 각 부분별 진동특성을 측정하여 대차의 피로도를 측정함으로써 실시간으로 대차의 이상유무를 검지할 수 있고, 이러한 이상검지신호를 열차자동보호장치와 연결하여 철도차량을 보호할 수 있도록 하는 철도차량용 대차의 피로도 감시장치 및 이를 이용한 철도차량 보호방법에 관한 것이다.
본 발명은 철도차량용 대차의 각 구성요소에 설치되는 다수 개의 가속도 센서와, 상기 가속도 센서에서 측정된 가속도 값을 디지털화하는 입력신호 변환부와, 상기 입력신호 변환부에서 디지털화된 가속도 값을 주파수영역의 진동특성으로 변환하는 디지털 신호 처리부와, 상기 디지털 신호 처리부를 통해 입력된 진동특성을 분석하는 마이크로프로세서를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
Figure R1020070137152
철도차량, 대차, 피로도, 이상검지, 가속도계, 실시간

Description

철도차량용 대차의 피로도 감시장치 및 이를 이용한 철도차량 보호방법 {The Fatigue Monitoring System For Railway Vehicle Bogie and Method For Protecting Railway Vehicle Using The Fatigue Monitoring System}
본 발명은 철도차량용 대차의 피로도 감시장치 및 이를 이용한 철도차량 보호방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 철도차량의 대차 프레임의 각 구성요소에 가속도계를 장착하여 대차의 각 부분별 진동특성을 측정하여 대차의 피로도를 측정함으로써 실시간으로 대차의 이상유무를 검지할 수 있고, 이러한 이상검지신호를 열차자동보호장치와 연결하여 철도차량을 보호할 수 있도록 하는 철도차량용 대차의 피로도 감시장치 및 이를 이용한 철도차량 보호방법에 관한 것이다.
일반적으로 철도차량용 대차는 철도차량이 레일 위를 주행할 수 있도록 차체 전체를 받쳐 직접 주행하는 장치의 구성체로, 다시 말하면, 윤축에 의해 지지되어 차체의 중량을 윤축에 전달함과 동시에 주행 및 제동 기능을 갖춘 장치이다.
이러한 철도차량용 대차는 차체의 중량을 윤축을 개입하여 레일에 전달함으 로써 차체를 지지하고, 차륜의 회전에 의한 추진력 및 제동시의 제동력을 차체에 전달하며, 곡선 주로에서 레일로부터 차륜에 전해진 횡압을 차체에 전달함과 동시에 차륜이 커브를 추종하도록 대차 자신을 회전가능하게 할 뿐만 아니라, 주행시에 선로로부터 전해지는 진동이나 충격이 가능한 한 차체까지 도달하지 않도록 감쇠시키고, 선로의 높이 차이를 보상하여 차륜이 레일로부터 부상하지 않도록 하는 등의 역할을 하고 있다.
따라서, 상기와 같은 다양한 역할을 수행하는 철도차량용 대차는 철도차량의 안전 운행에 가장 큰 영향을 미치는 밀접한 연관성을 갖는 부분으로 대차부의 이상 발생시에는 안전사고로의 발전이 가능하다.
하지만, 현재 철도차량용 대차부에 대한 점검은 차량기지에서의 점검을 통해서만 이루어지고 있고, 실시간으로는 이루어지고 있지 않아 주행중의 대차부에 발생되는 문제점들을 발견하기 어렵다는 문제점이 있다.
즉, 철도차량의 대차부는 철도차량이 레일 위를 주행할 수 있도록 차체 전체를 받쳐 직접 주행하는 장치의 구성체로서 주행 중인 열차의 대차부에 이상 발생시 탈선 등의 열차사고의 전개가 가능하여 철도차량의 안전에 큰 영향을 미치게 되는데, 현재 대차부에 대한 점검은 차량기지에서만 이루어지고 있어 철도차량 운행 중의 실시간 대차상태 감시 및 감시정보를 사용한 열차보호기능으로의 확장이 필요한 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 철도차량 운행상의 안전을 확보하기 위하여 대차부의 피로도 측정을 통한 실시간 이상검지가 가능하도록 하고, 이상검지신호를 열차 자동 보호장치와 연결하여 철도차량 보호기능으로의 확장이 가능한 철도차량용 대차의 피로도 감시장치 및 이를 이용한 철도차량 보호방법을 제공함에 있다.
또한, 본 발명은 철도차량용 대차의 실시간 피로도 정보를 기록 및 분석하여 철도차량용 대차 및 선로 등의 유지보수에 활용하고 대차의 예방점검주기 최적화에 활용이 가능한 철도차량용 대차의 피로도 감시장치 및 이를 이용한 철도차량 보호방법을 제공함에 다른 목적이 있다.
상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명은 철도차량용 대차의 각 구성요소에 설치되는 다수 개의 가속도 센서와, 상기 가속도 센서에서 측정된 가속도 값을 디지털화하는 입력신호 변환부와, 상기 입력신호 변환부에서 디지털화된 가속도 값을 주파수영역의 진동특성으로 변환하는 디지털 신호 처리부와, 상기 디지털 신호 처리부를 통해 입력된 진동특성을 분석하는 마이크로프로세서를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 마이크로프로세서를 통해 분석된 진동특성에 이상이 있을 경우, 대차의 이상상태를 표시하는 대차이상 경고 표출부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 대차이상 경고 표출부는 대차 이상 발생시 각 대차별 이상상태를 표시하는 이상상태 표시부와, 대차 이상 발생시 경고음을 송출하는 경고음 송출부와, 대차의 현재 상태를 표시하는 대차 이상 표시램프, 대차 정상 표시램프 및 상기 경고음 송출부에서 발생되는 경고음을 중단시키는 운전자 확인 버튼으로 구성된 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 마이크로프로세서에는 설계 및 제작시 측정된 대차의 각 구성요소별 진동특성이 기록된 대차 구성요소별 설계 진동특성 데이터베이스가 연결 설치된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 마이크로프로세서에는 대차의 이상신호 감지시, 철도차량의 위치를 측정할 수 있는 위치측정장치가 연결 설치된 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 위치측정장치는 철도차량의 위치를 추적하는 위성항법수신기(Global Navigation Satellite System Receiver)와, 철도차량의 주행거리를 측정하는 주행거리계(Odometer)로 구성된 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 마이크로프로세서에는 대차의 이상신호 감지시 상기 위치측정장치로부터 측정된 철도차량의 위치 정보와 상기 위치에서의 대차진동특성을 기록하는 대차 진동특성 기록장치가 연결 설치된 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 철도차량용 대차의 피로도 감시장치에는 자동열차방호(ATP)장치가 인터페이스 가능하도록 연계되는 것을 특징으로 한다.
또는, 상기 철도차량용 대차의 피로도 감시장치에는 자동열차정지(ATS)장치가 인터페이스 가능하도록 연계되는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명에 따른 철도차량용 대차의 피로도 감시장치를 이용한 철도차량 보호방법은 철도차량용 대차의 각 구성요소에 가속도 센서를 설치하여 구성 요소별 가속도를 측정하는 단계와; 측정된 가속도 값을 입력신호 변환부를 통해 디지털화하는 단계와; 상기 디지털화된 가속도 값을 디지털 신호 처리부를 통해 주파수 영역의 진동특성으로 변환하는 단계와; 상기 디지털 신호 처리부에서 입력된 각 구성요소별 실제 진동 특성을 마이크로 프로세서에서 설계 및 제작시 측정된 구성요소별 기준 진동특성과 비교하는 단계와; 상기 실제 진동 특성이 상기 기준 진동 특성을 초과하는 경우 대차이상 경고 표출부를 통해 대차의 이상 상태를 표시하는 단계; 및 대차의 이상 상태를 나타내는 경고를 자동열차방호장치 또는 자동열차정지장치에서 수신하여 철도차량을 비상 정지시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 대차의 이상 상태를 표시하는 단계는, 이상상태 표시부를 통해 이상이 발생된 대차를 표시하고, 경고음 송출부를 통해 경고음을 송출하며, 대차이상 표시램프를 점등하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 실제 진동 특성이 상기 기준 진동 특성을 초과하는 경우, 위성항법수신기와 주행거리계 기반의 위치측정장치를 통해 철도차량의 위치를 측정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 위치측정장치를 통해 측정된 철도차량의 위치 정보와 상기 위치 정보에서의 철도차량용 대차의 진동특성을 대차 진동특성 기록장치에 기록하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 철도차량용 대차의 피로도 감시장치 및 이를 이용한 철도차량 보호방법은 실시간으로 대차부의 이상 여부를 감시할 수 있도록 하여, 이상 발생시 운전자에게 경고하고, 자동열차방호(ATP)장치 또는 자동열차정지(ATS)장치와의 연계를 통해 열차를 정지시킴으로서 탈선 등의 열차안전사고 방지가 가능하다는 효과를 갖는다.
또한, 본 발명에 따르면, 철도차량용 대차부의 유지보수시, 피로도 감시장치 내부에 저장된 피로도 정보를 분석, 활용함으로써 최초 운영시부터 현재 운영상태까지에 대한 대차부 피로도의 확인이 용이하고, 대차부의 수명주기 예측 및 유지보수주기의 최적화가 가능하다는 효과를 추가로 갖는다.
또한, 본 발명에 따르면, 피로도 감시장치를 철도차량의 복수에 대차에 설치하여 선로 상의 결손 확인이 가능하고, 위성항법수신기와 주행거리계 기반의 열차위치측정장치로부터의 열차위치정보와 연계하여 효율적인 선로유지보수 활동이 가능하고, 선로이상상태를 사전 점검함으로써 탈선 등의 열차안전사고의 방지가 가능한 효과를 추가로 갖는다.
이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명에 따른 철도차량용 대차의 피로도 감시장치 및 이를 이용한 철도차량 보호방법의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 철도차량용 대차의 피로도 감시장치의 구성 및 자동열차방호(ATP)장치와의 인터페이스를 나타낸 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 철도차량용 대차의 피로도 감시장치의 구성 및 자동열차정지(ATS)장치와의 인터페이스를 나타낸 구성도이며, 도 3은 도 1 및 도 2에 나타낸 본 발명 중 대차이상표출부의 화면 구성을 나타낸 도면이다.
본 발명은 철도차량의 대차 프레임의 각 구성요소에 가속도계를 장착하여 대차의 각 부분별 진동특성을 측정하여 대차의 피로도를 측정함으로써 실시간으로 대차의 이상유무를 검지할 수 있고, 이러한 이상검지신호를 열차자동보호장치와 연결하여 철도차량을 보호할 수 있도록 하는 철도차량용 대차의 피로도 감시장치 및 이를 이용한 철도차량 보호방법에 관한 것으로, 우선 본 발명에 따른 철도차량용 대차의 피로도 감시장치(100)는 도 1에 나타낸 바와 같이, 크게 가속도 센서(110), 입력신호 변환부(120), 디지털 신호 처리부(130), 마이크로 프로세서(140)를 포함하여 구성되어 있다.
먼저, 상기 가속도 센서(110)는 철도차량의 대차프레임내 각 구성요소에 설치되어 구성요소별 가속도를 측정하기 위한 것으로, 복수의 대차에 다수 개가 설치된다.
상기 가속도 센서(110)에서 측정된 가속도값들은 입력신호 변환부(120)로 입력되는데, 상기 입력신호 변환부(120)에서는 아날로그값인 입력된 가속도값들을 후술할 마이크로 프로세서(140)에서 읽어들일 수 있도록 디지털화 시키는 것으로 A/D 변환부 등이 사용될 수 있다.
한편, 상기 입력신호 변환부(120)에는 디지털 신호 처리부(130)가 연계되어 있는데, 상기 디지털 신호 처리부(130)는 대차의 피로도 특성 파악이 용이하도록 하기 위하여 상기 입력신호 변환부(120)에서 디지털화된 가속도값을 주파수 영역의 진동특성으로 변환시키는 역할을 한다.
상기 디지털 신호 처리부(130)에는 마이크로 프로세서(140)가 연결 설치되어 상기 디지털 신호 처리부(130)를 통해 입력된 진동특성을 분석하게 된다.
그리고, 상기 마이크로 프로세서(140)에는 대차 구성요소별 설계 진동특성 데이터베이스(160)가 연결 설치되는데, 상기 대차 구성요소별 설계 진동특성 데이터베이스(160)는 대차의 각 구성요소들을 설계 또는 제작할 때의 진동특성들을 기록하여 둔 것이다.
따라서, 상기 마이크로 프로세서(140)에서는 상기 디지털 신호 처리부(130)를 통해 입력된 각 구성요소별 진동특성들을 상기 대차 구성요소별 설계 진동특성 데이터베이스(160)에 설계 및 제작시에 측정된 대차의 각 구성요소별 기준진동특성과 비교하여 실제 측정된 진동특성을 설계시 입력된 기준(허용)진동특성과 비교하는 것이다.
또한, 상기 마이크로 프로세서(140)에는 대차이상 경고 표출부(150)가 연결 설치되는데, 상기 대차이상 경고 표출부(150)는 마이크로 프로세서(140)를 통해 분석된 진동특성에 이상이 있을 경우, 즉, 실제 측정된 진동특성이 설계시 대차 구성요소별 설계 진동특성 데이터베이스(160)에 입력된 기준(허용)진동특성을 초과하는 경우 대차이상상태를 표시하기 위한 것이다.
보다 상세히 설명하면, 상기 대차이상 경고 표출부(150)는 도 3에 나타낸 바와 같이, 마이크로 프로세서(140)에서의 분석 결과, 대차에 이상이 발생하였을 경우 각 대차별 이상상태를 표시하는 이상상태 표시부(152)와, 철도차량용 대차에 이상이 발생하였을 경우 경고음을 송출시키는 경고음 송출부(154)와, 대차의 현재 상태를 표시해주는 대차 이상 표시램프(155)와 대차 정상 표시램프(156) 및 상기 경고음 송출부(154)에서 경고음이 송출되면 운전자가 확인하고 경고음 송출을 멈출 수 있도록 하는 운전자 확인 버튼(158)으로 구성되어 있다. 즉, 상기 마이크로 프로세서(140)에서 대차의 각 구성요소별 진동특성을 분석한 결과, 이상이 발생되었다고 판단되면 경고음 송출부(154)에서 경고음이 송출됨과 동시에 대차 이상 표시램프(155)가 점등되고, 이상상태 표시부(152)에서는 이상이 발생된 대차에 해당하는 램프(152a)가 점등되어, 운전자가 곧바로 이상상태를 지각하고 이상이 발생된 대차를 확인할 수 있도록 하는 것이다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 철도차량용 대차의 피로도 감시장치(100)는 철도차량용 대차의 각 구성요소에 가속도 센서(110)를 모두 장착하여 대차의 진동특성을 측정하는 것을 기본원리로 하고 있다. 따라서, 정상상태의 선로를 정상상태의 대차가 주행할 시에는 일정한 진동특성을 가지는 반면 대차에 이상이 발생하 거나 선로 이상 시에는 대차의 진동특성이 상이해 진다. 이러한 경우, 철도차량 대차 중 특정 대차의 진동특성이 이상을 나타내는 경우에는 대차에 이상이 있는 것으로 판단할 수 있지만, 주행시 다수의 대차에서 진동상태가 기준 진동상태를 초과하는 진동상태를 나타낼 경우에는 해당 선로구간에 대한 결손이 발생된 것으로 판단되어진다.
따라서, 다수의 대차에서 진동상태가 이상을 나타내는 경우에는 주행하고 있는 철도차량의 현 위치를 파악할 수 있어야 하는데, 이러한 이유로 하여 상기 마이크로 프로세서(140)에는 위치측정장치(170)가 연결 설치될 수도 있다.
즉, 상기 위치측정장치(170)는 대차의 이상신호 발생시, 이상이 발생된 곳에서의 철도차량의 위치를 측정할 수 있도록 하기 위한 것으로, 그 구성은 위성항법수신기(Global Navigation Satellite System Receiver)(미도시)와 주행거리계(Odometer)(미도시)로 이루어져 있다.
상기 위성항법수신기는 인공위성 네트워크를 이용하여 주행중인 철도차량의 위치를 정확하게 추적하기 위한 것이고, 상기 주행거리계는 철도차량의 주행거리를 측정하기 위한 것으로, 상기 위치측정장치(170)는 상기 위성항법수신기와 주행거리계에서 측정된 자료를 조합하여 선로 이상이 확인된 지점에서의 철도차량의 위치정보를 정확히 측정할 수 있는 것이다.
한편, 상기 마이크로 프로세서(140)에는 대차 진동특성 기록장치(180)가 연결 설치될 수도 있는데, 상기 대차 진동특성 기록장치(180)는 상기 위치측정장치(170)에서 측정된 철도차량의 위치 정보, 즉 선로 이상이 확인된 지점에서의 철 도차량의 위치 정보와 그 위치에서의 대차진동특성을 기록하여 기록된 정보를 선로 유지보수 작업에 활용할 수 있도록 하기 위한 것이다.
또한, 전술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 철도차량용 대차의 피로도 감시장치(100)에는 자동열차방호(ATP: Automatic Train Protection)장치(200) 또는 자동열차정지(ATS: Automatic Train Stop)장치(300)가 서로 인터페이스 가능하도록 연계될 수 있는데, 상기 자동열차방호장치(200) 또는 자동열차정지장치(300)는 본 발명에 따른 대차의 피로도 감시장치(100) 중 대차이상 경고 표출부(150)에서 발생되는 대차이상 경고 신호를 수신하여 자동열차방호장치(200) 또는 자동열차정지장치(300)의 내부에 설치되는 열차비상정지논리처리부(210,310)에 추가적인 비상정지상태입력으로 처리함으로써 철도차량을 비상정지시킬 수 있도록 하여 철도차량의 보호기능을 수행하기 위한 것이다.
다음으로, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명에 따른 철도차량용 대차의 피로도 감시장치를 이용한 철도차량 보호방법에 대해 상세히 설명하기로 한다.
우선, 철도차량용 대차의 각 구성요소에 가속도 센서(110)를 설치하여 주행중 실시간으로 각 구성요소별 가속도를 측정한다. 이때, 상기 가속도 센서(110)는 어느 한 대차에만 설치하는 것이 아니라, 철도차량의 전 대차에 모두 설치하여 이상이 발생된 대차를 정확하게 파악함과 동시에 대차에 이상이 발생하였는지 선로 상에 문제가 발생하였는지를 알 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
다음, 측정된 가속도값들을 입력신호 변환부(120)로 전달하여 디지털화 시킨 다. 상기 가속도 센서(110)를 이용하여 측정된 값들은 아날로그 특성을 나타내므로 후술할 마이크로 프로세서(140)에서 읽어들일 수 있도록 디지털화 시키는 것이다.
다음, 상기와 같이 입력신호 변환부(120)에서 디지털화된 가속도 값들을 대차의 피로도 특성 파악이 용이하도록 하기 위하여 디지털 신호 처리부(130)를 이용하여 주파수 영역의 진동특성으로 변환시킨다.
상기와 같이, 디지털 신호 처리부(130)에서 변환된 실시간으로 측정되는 실제 진동 특성은 마이크로 프로세서(140)에 입력되어 기준 진동 특성과 비교되는데, 상기 기준 진동 특성은 상기 마이크로 프로세서(140)에 연결 설치된 대차 구성요소별 설계 진동특성 데이터베이스(160)에 저장된 값으로, 대차의 각 구성요소들의 설계 및 제작시에 측정된 진동특성을 의미한다.
이때, 상기 실제 진동 특성이 기준 진동 특성보다 크게 나타나는 경우에는 대차이상 경고 표출부(150)를 통해 대차의 이상 상태를 표시하게 되는데, 대차의 이상 상태를 표시하는 방법으로는 철도차량이 표시된 이상상태 표시부(152)의 각 대차들이 해당하는 위치에 설치된 램프(152a)를 점등시켜 운전자가 이상이 발생된 대차의 위치를 확인할 수 있도록 하는 방법과, 경고음 송출부(154)를 통해 경고음을 발생시키는 방법 및 대차이상 표시램프(155)를 점등시키는 방법 등이 사용될 수가 있다. 또한, 실제 진동 특성이 기준 진동 특성보다 작게 나타나거나 유사하게 나타나는 경우에는 대차정상 표시램프(156)가 점등되도록 하여 운전자가 용이하게 대차의 상태를 식별할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
다음, 상기와 같이 실제 진동 특성이 기준 진동 특성보다 크게 나타나게 되 어 대차이상 경고 표출부(150)를 통해 경고 신호가 발생되면 이 신호들을 자동열차방호(ATP)장치(200) 또는 자동열차정지(ATS)장치(300)로 송출하여 운행 중인 철도차량이 비상정지할 수 있도록 한다.
보다 상세히 설명하면, 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 상기 대차이상 경고 표출부(150)를 자동열차방호장치(200) 또는 자동열차정지장치(300)와 서로 인터페이스 가능하도록 연계하여, 대차이상 경고 표출부(150)로부터 발생한 대차이상 경고 신호를 자동열차방호장치(200) 또는 자동열차정지장치(300)에서 수신할 수 있도록 함으로써 상기 자동열차방호장치(200) 또는 자동열차정지장치(300)의 내부에 설치된 열차 비상정지 논리처리부(210,310)에서 대차이상 경고 신호를 비상정지상태입력으로 처리하도록 함으로써 운행중인 철도차량을 비상정지 시키도록 하는 것이다.
한편, 실제 진동 특성이 기준 진동 특성보다 크게 나타나게 되어 대차이상 경고 표출부(150)를 통해 경고 신호가 발생되는 경우에는 두 가지가 있을 수 있는데, 그 중 하나는 대차에 이상이 발생한 경우이고, 다른 하나는 선로에 이상이 발생한 경우이다. 따라서, 철도차량용 대차 중 특정 대차의 진동특성이 이상을 나타내는 경우, 즉 특정 대차에 해당하는 램프(152a)에만 점등된 경우에는 해당 대차에 이상이 있는 것으로 판단할 수 있지만, 주행시 다수의 대차에서 진동상태가 기준 진동상태를 초과하는 진동상태를 나타낼 경우, 즉 다수 개의 대차에 해당하는 램프(152a)에 점등이 된 경우에는 해당 선로구간에 대한 결손이 발생된 것으로 판단할 수 있다.
따라서, 다수의 대차에서 진동상태가 이상을 나타내는 경우에는 주행하고 있는 그 구간의 선로에 이상이 있는 것이므로 철도차량의 현 위치를 파악할 수 있어야 하는데, 상기와 같이 선로에 이상이 발생된 구간을 정확히 파악하기 위하여 상기 마이크로 프로세서(140)에 위치측정장치(170)를 연결 설치하여 철도차량의 위치를 파악하는 단계가 더 포함될 수도 있다.
즉, 상기 위치측정장치(170)는 대차의 이상신호 발생시, 선로에 이상이 있는 것으로 판단되면 이상이 발생된 곳에서의 철도차량의 위치를 측정할 수 있도록 하기 위한 것으로, 그 구성은 위성항법수신기(Global Navigation Satellite System Receiver)와 주행거리계(Odometer)로 이루어져 있다.
상기 위성항법수신기(미도시)는 GPS와 같은 항법위성 네트워크를 이용하여 주행중인 철도차량의 위치를 정확하게 추적하기 위한 것이고, 상기 주행거리계(미도시)는 철도차량의 주행거리를 측정하기 위한 것으로, 상기 위치측정장치(170)는 상기 위성항법수신기와 주행거리계에서 측정된 자료를 조합하여 선로 이상이 확인된 지점에서의 철도차량의 위치정보를 정확히 측정할 수 있는 것이다.
또한, 상기 마이크로 프로세서(140)에는 대차 진동특성 기록장치(180)를 연결 설치하여 상기 위치측정장치(170)에서 측정된 철도차량의 위치 정보, 즉 선로 이상이 확인된 지점에서의 철도차량의 위치 정보와 그 위치에서의 대차진동특성을 기록하는 단계를 추가함으로써 기록된 정보를 선로 유지보수 작업에 활용할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
따라서, 본 발명에 따른 철도차량용 대차의 피로도 감시장치 및 이를 이용한 철도차량 보호방법에 의하면 운행중인 철도차량 대차부 각 요소에서 측정한 진동특성을 주파수영역으로의 변환 및 대차의 기준(설계)진동특성과 비교함으로써 대차부의 피로도 감시 및 이상검지를 실시간으로 할 수 있을 뿐만 아니라, 선로상의 결손 확인이 가능하고 이를 자동열차방호장치(200) 또는 자동열차정지장치(300)와 연계하여 비상상황 발생시 열차를 정지시킴으로써 탈선 등의 열차안전사고 방지가 가능하며, 피로도 감시장치(100) 내부에 저장된 피로도 정보를 분석, 활용함으로써 대차부 피로도의 확인과 수명주기 예측 및 유지보수주기의 최적화 등이 가능하여 철도차량을 보호할 수도 있는 것이다.
전술한 실시예들은 본 발명의 가장 바람직한 예에 대하여 설명한 것이지만, 상기 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다는 것은 당업자에게 있어서 명백한 것이다.
본 발명은 철도차량용 대차의 피로도 감시장치 및 이를 이용한 철도차량 보호방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 철도차량의 대차 프레임의 각 구성요소에 가속도계를 장착하여 대차의 각 부분별 진동특성을 측정하여 대차의 피로도를 측정함으로써 실시간으로 대차의 이상유무를 검지할 수 있고, 이러한 이상검지신호를 열차자동보호장치와 연결하여 철도차량을 보호할 수 있도록 하는 철도차량용 대차의 피로도 감시장치 및 이를 이용한 철도차량 보호방법에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 철도차량용 대차의 피로도 감시장치의 구성 및 자동열차방호(ATP)장치와의 인터페이스를 나타낸 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 철도차량용 대차의 피로도 감시장치의 구성 및 자동열차정지(ATS)장치와의 인터페이스를 나타낸 구성도.
도 3은 도 1 및 도 2에 나타낸 본 발명 중 대차이상표출부의 화면 구성을 나타낸 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호 설명 *
100 : 피로도 감시장치 110 : 가속도 센서
120 : 입력신호 변환부 130 : 디지털 신호 처리부
140 : 마이크로 프로세서 150 : 대차이상 경고 표출부
152 : 이상상태 표시부 152a : 램프
154 : 경고음 송출부 155 : 대차이상 표시램프
156 : 대차정상 표시램프 158 : 운전자 확인버튼
160 : 대차 구성요소별 설계 진동특성 데이터베이스
170 : 위치측정장치 180 : 대차 진동특성 기록장치
200 : 자동열차방호장치(ATP) 300 : 자동열차정지장치(ATS)
210, 310 : 열차 비상정지 논리처리부

Claims (13)

  1. 철도차량용 대차의 각 구성요소에 설치되는 다수 개의 가속도 센서와,
    상기 가속도 센서에서 측정된 가속도 값을 디지털화하는 입력신호 변환부와,
    상기 입력신호 변환부에서 디지털화된 가속도 값을 주파수영역의 진동특성으로 변환하는 디지털 신호 처리부와,
    상기 디지털 신호 처리부를 통해 입력된 진동특성을 분석하는 마이크로프로세서와,
    상기 마이크로프로세서를 통해 분석된 진동특성에 이상이 있을 경우, 대차의 이상상태를 표시하는 대차이상 경고 표출부를 포함하여 구성되되,
    상기 마이크로프로세서에는 철도차량의 위치를 추적하는 위성항법수신기와, 철도차량의 주행거리를 측정하는 주행거리계로 구성되어 대차의 이상신호 감지시, 철도차량의 위치를 측정할 수 있는 위치측정장치와,
    대차의 이상신호 감지시 상기 위치측정장치로부터 측정된 철도차량의 위치 정보와 상기 위치에서의 대차진동특성을 기록하는 대차 진동특성 기록장치가 연결 설치되고,
    상기 대차이상 경고 표출부는 대차 이상 발생시 각 대차별 이상상태를 표시하는 이상상태 표시부와, 대차 이상 발생시 경고음을 송출하는 경고음 송출부와, 대차의 현재 상태를 표시하는 대차 이상 표시램프, 대차 정상 표시램프 및 상기 경고음 송출부에서 발생되는 경고음을 중단시키는 운전자 확인 버튼으로 구성되며,
    상기 대차이상 경고 표출부는 내부에 열차 비상정지 논리처리부가 구비된 자동열차방호(ATP)장치 또는 자동열차정지(ATS)장치와 서로 인터페이스 가능하도록 연계된 것을 특징으로 하는 철도차량용 대차의 피로도 감시장치.
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  4. 제 1항에 있어서,
    상기 마이크로프로세서에는 설계 및 제작시 측정된 대차의 각 구성요소별 진동특성이 기록된 대차 구성요소별 설계 진동특성 데이터베이스가 연결 설치된 것을 특징으로 하는 철도차량용 대차의 피로도 감시장치.
  5. 삭제
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  10. 철도차량용 대차의 각 구성요소에 가속도 센서를 설치하여 구성 요소별 가속도를 측정하는 단계와;
    측정된 가속도 값을 입력신호 변환부를 통해 디지털화하는 단계와;
    상기 디지털화된 가속도 값을 디지털 신호 처리부를 통해 주파수 영역의 진동특성으로 변환하는 단계와;
    상기 디지털 신호 처리부에서 입력된 각 구성요소별 실제 진동 특성을 마이크로 프로세서에서 설계 및 제작시 측정된 구성요소별 기준 진동특성과 비교하는 단계와;
    상기 실제 진동 특성이 상기 기준 진동 특성을 초과하는 경우 대차이상 경고 표출부를 통해 대차의 이상상태를 표시하는 단계와;
    상기 실제 진동 특성이 상기 기준 진동 특성을 초과하는 경우, 위성항법수신기와 주행거리계 기반의 위치측정장치를 통해 철도차량의 위치를 측정하는 단계와;
    상기 위치측정장치를 통해 측정된 철도차량의 위치 정보와 상기 위치 정보에서의 철도차량용 대차의 진동특성을 대차 진동특성 기록장치에 기록하는 단계; 및
    대차의 이상 상태를 나타내는 경고를 자동열차방호장치 또는 자동열차정지장치에서 수신하여 철도차량을 비상 정지시키는 단계;를 포함하여 구성되되,
    상기 대차의 이상 상태를 표시하는 단계는,
    이상상태 표시부를 통해 이상이 발생된 대차를 표시하고, 경고음 송출부를 통해 경고음을 송출하며, 대차이상 표시램프를 점등하는 것을 특징으로 하는 철도차량용 대차의 피로도 감시장치를 이용한 철도차량 보호방법.
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