KR102412705B1

KR102412705B1 - 철도차량용 와이퍼 시스템의 성능 시험 장치

Info

Publication number: KR102412705B1
Application number: KR1020200056964A
Authority: KR
Inventors: 김연수; 박성혁
Original assignee: 한국철도기술연구원
Priority date: 2020-05-13
Filing date: 2020-05-13
Publication date: 2022-06-27
Also published as: KR20210138916A

Abstract

본 발명은 철도 차량용 와이퍼 시스템의 성능 시험 장치를 제안한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 철도 차량용 와이퍼 시스템의 성능 시험 장치는 와이퍼 암의 각속도를 측정하여 무선으로 측정데이터를 전송하는 무선 자이로스코프; 와이퍼 암의 스프링에 설치되는 스트레인게이지; 철도 차량의 주행속도와 위치를 측정하는 GPS; 차륜에 설치되어 철도 차량의 주행속도를 측정하는 광학식 타코메타; 및 상기 무선 자이로스코프, 스프레인 게이지, GPS, 및 타코메타로부터 수신된 정보에 기초하여, 철도 차량용 와이퍼 시스템의 성능을 계측하는 제어부를 포함한다.

Description

철도차량용 와이퍼 시스템의 성능 시험 장치{PERFORMANCE TEST APPARATUS FOR WIPER SYSTEM OF RAILWAY VEHICLES}

본 발명은 철도 차량용 와이퍼 시스템의 성능 시험 장치에 관한 것이다.

철도 차량을 포함한 각종 차량에 구비되는 와이퍼는 눈비가 오는 경우에 운전자의 시야 확보를 위해 차량의 전면 유리창에 설치된다. 특히, 철도차량에 구비되는 와이퍼는 단순히 눈비 올 때만 사용하는 것이 아니라, 철도차량의 전면 유리창에 달라붙는 이물질을 제거하는데 사용하여야 할 필요가 있다.

예를 들어, 지하철에 사용되는 철도차량의 경우에는 차량이 지하구간을 주행할 때 지하통로에 부유하고 있는 많은 먼지의 미세한 입자가 차량의 전면유리에 달라붙게 되어 운전자가 전면유리를 통해 전방을 주시할 수 없을 정도로 전면유리가 더러워지게 되고, 와이퍼를 사용하여 전면유리에 부착된 이물질을 제거해 주고 있다.

철도차량은 정해진 운행노선에서 정해진 배차시간에 맞춰 운행된다. 또한, 일반적으로 철도차량은 자동차보다 장시간 동안 장거리를 고속으로 운행하므로 철도차량에 설치되는 각종 부품들은 진동, 충격, 전자파 노출에 대해 높은 신뢰성과 내구성을 갖추어야 한다. 따라서 철도차량에 사용되는 부품들의 성능검증은 실험실에서 실시되는 부품단계의 성능검증도 중요하지만, 실제 철도차량에 설치되어 장시간의 현차설치단계 시험을 통한 성능검증이 매우 중요하다고 할 수 있다.

한국등록특허 제10-1950781호(발명의 명칭: 와이퍼 장착을 위한 시험구동 장치 및 와이퍼 시험구동 방법)

본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 현차설치 단계에서 필요한 와이퍼 성능시험을 신뢰성 높게 실시할 수 있는 철도차량용 와이퍼 시스템의 성능 시험 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

다만, 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 일 실시예에 따른 철도 차량용 와이퍼 시스템의 성능 시험 장치는, 와이퍼 암의 각속도를 측정하여 무선으로 측정데이터를 전송하는 무선 자이로스코프; 와이퍼 암의 스프링에 설치되는 스트레인게이지; 철도 차량의 주행속도와 위치를 측정하는 GPS; 차륜에 설치되어 철도 차량의 주행속도를 측정하는 광학식 타코메타; 및 상기 무선 자이로스코프, 스프레인 게이지, GPS, 및 타코메타로부터 수신된 정보에 기초하여, 철도 차량용 와이퍼 시스템의 성능을 계측하는 제어부를 포함한다.

또한, 상기 제어부는 통신 모듈; 와이퍼 시스템 성능 시험 프로그램이 저장된 메모리; 및 상기 와이퍼 시스템 성능시험 프로그램을 실행하는 프로세서를 포함하되, 상기 와이퍼 시스템 성능 시험 프로그램은 상기 무선 자이로스코프로부터 수신한 각속도 정보에 기초하여, 와이퍼 블레이드의 동작속도 및 동작각도 정보를 산출하고, 상기 스트레인 게이지로부터 수신한 정보에 기초하여, 상기 와이퍼 블레이드와 철도차량의 전면창 사이의 작용력을 산출하고, 상기 철도차량에 설치된 GPS 및 타코메터를 이용하여 상기 철도차량의 주행속도를 산출한다.

전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 와이퍼의 동작속도 및 동작 각도, 와이퍼와 철도차량 전면창 사이의 작용력, 철도 차량의 주행속도를 기초하여 현차설치 단계에서 필요한 와이퍼 성능시험을 신뢰성 높게 실시할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 철도차량용 와이퍼 시스템을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 철도차량용 와이퍼 시스템의 성능 시험 장치를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 와이퍼 암을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 와이퍼 암의 부분 확대도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 와이퍼 스프링에 스트레인게이지가 설치되는 부분의 단면형상을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 와이퍼 암의 상하각도 및 좌우각도에 따른 스트레인 게이지에서 측정되는 측정값을 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 철도 차량의 차륜에 설치되는 광학식 타코미터를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 철도 차량용 와이퍼 시스템의 성능 시험 장치의 제어부의 개략도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 “상에” 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "~(하는) 단계" 또는 "~의 단계"는 "~ 를 위한 단계"를 의미하지 않는다.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 일 실시예를 상세히 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 철도차량용 와이퍼 시스템을 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 철도차량용 와이퍼 시스템의 성능 시험 장치를 도시한 도면이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 와이퍼 암을 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 와이퍼 암의 부분 확대도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 와이퍼 스프링에 스트레인게이지가 설치되는 부분의 단면형상을 도시한 도면이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 와이퍼 암의 상하각도 및 좌우각도에 따른 스트레인게이지에서 측정되는 측정값을 나타내는 그래프이며, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 철도 차량의 차륜에 설치되는 광학식 타코미터를 설명하기 위한 도면이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 철도 차량용 와이퍼 시스템의 성능 시험 장치의 제어부의 개략도이다.

우선, 본 발명의 일 실시예에 따른 철도 차량용 와이퍼 시스템의 성능 시험 장치(200)를 설명하기에 앞서 철도 차량용 와이퍼 시스템(100)에 대해서 간략하게 설명한다.

도 1을 참조하면, 철도 차량용 와이퍼 시스템(100)은 철도 차량(300)의 전면창(310)에 밀착되어 이물질을 닦아내는 와이퍼 블레이드(110), 와이퍼 블레이드(110)를 구동하는 와이퍼 구동장치(130), 와이퍼 구동장치(130)와 와이퍼 블레이드(110)를 연결하는 와이퍼 암(120), 와이퍼 구동장치(130)를 제어하는 와이퍼 제어장치(140), 철도 차량(300)의 전면창(310)에 워셔액을 살포하는 와이퍼 워셔(150), 와이퍼 워셔(150)를 제어하는 워셔 제어장치(160), 및 와이퍼 블레이드(110)의 속도, 모드, 및 워터 펌프의 구동여부를 조작하는 와이퍼 제어 스위치(170)를 포함한다.

와이퍼 블레이드(110)는, 외부 전원으로부터 와이퍼 구동장치(130)에 전원이 인가되고, 와이퍼 구동장치(130)의 회전력이 와이퍼 암(120)을 통해 전달될 경우, 왕복 회전운동을 할 수 있다. 또한, 와이퍼 블레이드(110), 와이퍼 구동장치(130), 와이퍼 암(120)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 각각 2개가 구비될 수 있으나, 이에 한하지는 않고, 각각 1개 또는 3개 이상이 구비될 수도 있다.

또한, 와이퍼 제어장치(140)는 와이퍼 제어 스위치(170)로부터 입력된 목표 속도값에 기초하여 와이퍼 구동장치(130)로 제공되는 전원 전압을 제어할 수 있다.

철도 차량용 와이퍼 시스템(100)은 철도 차량이 실제 운행 속도로 주행하는 조건에서도 와이퍼의 동작단계(통상 1 단~5단)별로 와이퍼 암(120) 및 와이퍼 블레이드(110)가 정해진 동작속도 및 동작각도룰 유지해야 하며, 유효한 세척력의 유지를 위해, 와이퍼 암(120) 및 와이퍼 블레이드(130)가 공기 부상이 발생하지 않고 철도 차량의 전면창(310)과 정해진 작용력을 유지해야 한다. 아울러, 와이퍼 워셔(150)를 작동시킨 후에도 와이퍼 암(120) 및 와이퍼 블레이드(110)는 정해진 동작속도로 동작되어야 한다. 이를 위해, 현차단계에서 철도 차량용 와이퍼 시스템(100)의 성능을 실시간으로 측정할 수 있는 장치가 필요하다.

이하, 도 2 내지 도 8을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 철도 차량용 와이퍼 시스템의 성능 시험 장치(200)에 대해서 상세히 설명한다.

철도차량용 와이퍼 시스템의 성능 시험 장치(200)는 철도 차량(300)의 운행 조건별, 와이퍼의 각 동작 단계 별 와이퍼 암(120)의 동작속도, 동작 각도, 와이퍼 암(120) 및 와이퍼 블레이드(110)와 전면창(310)의 작용력에 기초하여 와이퍼의 성능을 시험할 수 있다.

도 2를 참조하면, 철도차량용 와이퍼 시스템의 성능 시험 장치(200)는 무선 자이로스코프(210), 스트레인게이지(220), GPS(230), 광학식 타코메타(240), 및 제어부(250)를 포함한다.

무선 자이로스코프(210)는 와이퍼 암(120)에 설치되어, 와이퍼 암(120)의 각속도를 측정하여 무선으로 측정데이터를 전송한다. 예시적으로, 무선 자이로스코프(210)는 각속도 측정부, 각속도 측정부에 전원을 공급하는 배터리, 측정값을 무선으로 제어부(250)로 송신하는 무선통신부로 구성될 수 있다.

또한, 무선 자이로스코프(210)는 3축의 각속도를 측정하여 무선으로 측정데이터를 전송한다. 이때, 3축은 철도차량의 주행방향인 X축, 철도 차량의 좌우방향인 Y축, 철도차량의 수직방향인 Z축일 수 있다. 또한, 무선 자이로스코프(210)는 철도차량이 주행하면서 3방향을 중심축으로 하는 각속도를 동시에 측정할 수 있다.

와이퍼 암(120)의 동작속도는 1분당 와이퍼 블레이드(110)의 왕복횟수(cycles/min)로 정의된다. X축을 회전중심으로 환산되는 와이퍼 암(120)의 동작각도는 운전자(기관사)가 보는 와이퍼의 동작각도가 된다.

또한, Y축을 회전중심으로 측정되는 각도는 전면창(310)이 평면인 경우에는 0도가 되며, 전면창(310)이 곡면인 경우 전면창(310)의 곡률만큼의 각도가 측정된다. Y축을 회전중심으로 측정되는 각도가 전면창(310)의 형상에 따른 각도보다 크게 측정되는 경우에는 와이퍼 블레이드(110)가 철도차량의 주행중 공기부상이 발생하는 것으로 판단할 수 있다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 스트레인게이지(220)는 와이퍼 암(120)의 암 스프링(121)에 설치되어, 암 스프링(121)의 변형율을 측정할 수 있다.

예시적으로, 철도차량의 와이퍼 암(120)은 메인 암으로만 구성되는 경우, 메인 암과 보조 암으로 구성되는 경우로 나눌 수 있다. 모든 경우의 와이퍼 암(120)은 전면창(310)과의 작용력을 발생시키기 위해서 와이퍼 암(120)에는 암 스프링(121)이 설치된다.

또한, 스트레인게이지(220)는 암 스프링(121)의 변형율을 측정하기 위해 암 스프링(121)에 설치될 수 있다. 예시적으로, 스트레인게이지(220)는, 도 5를 참조하면, 암 스프링(121)의 단부에 소정의 부분(A)을 제거한 후, 제거된 부분에 연결할 수 있다.

암 스프링(121)에서 발생하는 힘(F)은 아래 수학식 1 및 수학식 2 를 이용하여 구할 수 있다.

F : 암 스프링(121)에 발생하는 힘

E : 암 스프링(121) 재질의 종탄성계수(Young’ Modulus)

ε: 스트레인게이지(220)를 이용하여 측정된 암 스프링(121)의 변형률

d : 암 스프링(121) 소선 직경

θ: 암 스프링(121) 소선에서 스트레인게이지(220) 설치를 위해 제거되는 부분(A) 부채꼴의 중심각

ℓ: 암 스프링(121) 소선에서 스트레인게이지(220) 설치를 위해 제거되는 부분(A)의 길이

[수학식 1]에 의해 환산된 와이퍼 블레이드(110)와 전면창(310) 사이의 작용력을 공기 부상 기준 데이터을 비교하여 와이퍼 블레이드(110)의 공기 부상 여부를 확인할 수 있다.

이때, 공기 부상 기준 데이터는 캘리브레이션 지그에 와이퍼 암(120)을 고정시키고, 와이퍼 암(120)의 좌우각도와 상하각도를 변화시켜가면서 로드셀을 이용하여 와이퍼 암(120)의 작용력을 측정할 수 있다. 이때, 좌우 각도는 현차설치 조건에서 와이퍼 암(120)의 동작각도이며, 상하각도는 와이퍼 암(120)이 공기부상에 의해 부상되는 경우의 각도를 의미한다.

또한, 캘리브레이션 지그에서 로드셀를 이용하여 와이퍼 암(120)의 작용력을 측정할 때, 스트레인게이지(220)에 발생하는 힘이 동시에 측정되므로, 도 6에 도시된 바와 같이 스트레인게이지(220)에 발생하는 힘은 와이퍼 암(120)의 작용력(로드셀에 의해 측정된 값)으로 환산될 수 있다.

이에 따라, 도 6의 그래프를 이용하여, 현차단계에서 암 스프링(121)의 스트레인게이지(220)에서 측정된 힘을 와이퍼 암(120) 및 와이퍼 블레이드(110)와 전면창(310) 사이의 작용력으로 환산할 수 있다.

아울러, 와이퍼 암(120) 및 와이퍼 블레이드(110)의 공기부상 여부는 와이퍼 암(120)의 작용력 및 전면창(310) 기준 와이퍼 암(120)의 수직방향 각도(Y축을 회전중심으로 하는 각도)를 이용하여 판단할 수 있다.

GPS(230)는 철도 차량(300)의 주행속도와 위치를 측정할 수 있으며, 광학식 타코메터(240)는 철도차량(300)의 주행속도를 측정할 수 있다.

다시 말해, 철도차량(300)의 주행속도는 운전실에 설치되는 GPS(230) 및 철도차량(300)의 차륜(320)에 설치되는 광학식 타코메터(240)를 이용하여 측정한다. 일반적으로 광학식 타코메터(240)는, 도 7을 참조하면, 차륜(320)의 옆면에 반사테이프(321)를 붙이고, 광원에서 나와서 반사테이프(321)를 통해 반사되는 빛을 광센서가 측정하여 차륜(320)의 회전속도를 계산하는 방식을 사용할 수 있다.

철도차량(300)의 주행속도는 아래 [수학식 3]을 이용하여 구할 수 있다.

v : 철도차량(300)의 주행속도

D : 차륜(320)의 유효직경

f : 타코미터(240)로 측정되는 차륜(320)의 회전 주파수

n : 차륜(320)에 설치되는 반사테이프(321)의 개수

제어부(250)는 무선 자이로스코프(210), 스프레인 게이지, GPS(230), 및 타코메타(240)로부터 수신된 정보에 기초하여, 철도 차량용 와이퍼 시스템(100)의 성능을 계측한다.

또한, 제어부(250)는 통신 모듈, 와이퍼 시스템(100) 성능 시험 프로그램이 저장된 메모리(252), 및 와이퍼 시스템 성능 시험 프로그램을 실행하는 프로세서(253)를 포함한다.

통신 모듈은 무선 자이로스코프(210)에서 측정된 와이퍼 각속도, 스트레인게이지(220)에서 측정된 값 및 광학식 타코메타(240)에서 측정된 값을 수신할 수 있다. 이때, GPS(230)는 통신모듈(251)을 통해 철도차량의 속도 및 위치 데이터를 전송할 수 있으나, GPS(230)가 프로세서(253)에 직접연결되어 데이터 전송할 수도 있다.

와이퍼 시스템 성능 시험 프로그램은 무선 자이로스코프(210)로부터 수신한 각속도 정보에 기초하여, 와이퍼 암(120)의 동작속도, 동작각도, 및 공기부상 각도를 산출하고, 스트레인게이지(220)로부터 수신한 정보에 기초하여, 와이퍼 암(120)과 철도차량 전면창(310) 사이의 작용력을 산출하고, 철도차량에 설치된 GPS(230) 및 광학식 타코메터(240)를 이용하여 철도차량(300)의 주행속도를 산출할 수 있다.

상술한 바와 같이, 와이퍼 시스템 성능 시험 프로그램은 자이로스코프(210)에서 측정된 3방향의 각속도 측정값을 기초로 하여, 와이퍼 암(120)의 동작 속도, 동작 각도 및 공기부상 각도를 산출할 수 있다. 다시 말해, 철도 차량(300)의 주행방향인 X축을 회전 중심으로 환산되는 각도는 와이퍼 암(120)의 동작 각도이며, X축을 회전 중심으로 1분당 왕복운동하는 횟수는 와이퍼 암(120)의 동작 속도이며, 철도 차량의 좌우방향인 Y축을 회전 중심으로 측정되는 각도는 와이퍼 암(120)의 공기부상 각도이다.

또한, 철도 차량용 와이퍼 시스템의 성능 시험 장치(200)는 철도차량(300)의 주행속도, 위치, 와이퍼의 각 동작단계 및 와이퍼 워셔(150) 작동유무에 따른 와이퍼 블레이드(110) 및 와이퍼 암(120)의 동작속도, 동작각도, 공기부상 여부, 작용력을 산출하여, 산출된 값이 기설정된 값 이내에 있을경우 정상, 기설정된 값을 초과할 경우 불량으로 판정할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예는 컴퓨터에 의해 실행되는 프로그램 모듈과 같은 컴퓨터에 의해 실행 가능한 명령어를 포함하는 기록 매체의 형태로도 구현될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용 매체일수 있고, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다.

또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 저장 매체 및 통신 매체를 모두 포함할 수 있다. 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 통신 매체는 전형적으로 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈, 또는 반송파와 같은 변조된 데이터 신호의 기타 데이터, 또는 기타 전송 메커니즘을 포함하며, 임의의 정보 전달 매체를 포함한다.

전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100 : 철도 차량용 와이퍼 시스템
110 : 와이퍼 블레이드 120 : 와이퍼 암
121 : 와이퍼 스프링
130 : 와이퍼 구동장치 140 : 와이퍼 제어장치
150 : 와이퍼 워셔 160 : 워셔 제어장치
170 : 와이퍼 제어 스위치
200 : 철도 차량용 와이퍼 시스템의 성능 시험 장치
210 : 무선 자이로스코프 220 : 스트레인게이지
230 : GPS 240 : 광학식 타코메터
250 : 제어부
251 : 통신모듈 252 : 메모리
253 : 프로세서
300 : 철도 차량
310 : 전면창 320 : 차륜
321 : 반사테이프

Claims

철도 차량용 와이퍼 시스템의 성능 시험 장치에 있어서,
와이퍼 암의 각속도를 측정하여 무선으로 측정데이터를 전송하는 무선 자이로스코프;
와이퍼 암의 암 스프링에 설치되는 스트레인게이지;
철도 차량의 주행속도와 위치를 측정하는 GPS;
차륜에 설치되어 철도 차량의 주행속도를 측정하는 광학식 타코메타, 및
상기 무선 자이로스코프, 스프레인 게이지, GPS, 및 광학식 타코메타로부터 수신된 정보에 기초하여, 철도 차량용 와이퍼 시스템의 성능을 계측하는 제어부를 포함하는 것인 철도 차량용 와이퍼 시스템의 성능 시험 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어부는
통신 모듈;
와이퍼 시스템 성능 시험 프로그램이 저장된 메모리;
상기 와이퍼 시스템 성능시험 프로그램을 실행하는 프로세서를 포함하되,
상기 와이퍼 시스템 성능 시험 프로그램은
상기 무선 자이로스코프로부터 수신한 각속도 정보에 기초하여, 와이퍼 블레이드의 동작속도, 동작각도, 및 상기 와이퍼 암의 공기부상 각도를 산출하며, 상기 스트레인 게이지로부터 수신한 정보에 기초하여, 상기 와이퍼 암 및 와이퍼 블레이드와 철도차량의 전면창 사이의 작용력을 산출하고, 상기 철도차량에 설치된 GPS 및 광학식 타코메터를 이용하여 상기 철도차량의 주행속도를 산출하는 것인 철도차량용 와이퍼 시스템의 성능 시험 장치.
제2항에 있어서,
상기 무선 자이로스코프는 철도차량의 주행방향인 X축, 철도 차량의 좌우방향인 Y축, 및 철도차량의 수직방향인 Z축의 각속도를 측정하는 것인 철도 차량용 와이퍼 시스템의 성능 시험 장치.
제2항에 있어서,
상기 와이퍼 시스템 성능 시험 프로그램은
산출된 각각의 값이 기설정된 값 이내에 있을 경우 정상, 기설정된 값을 초과할 경우 불량으로 판정하는 것인 철도 차량용 와이퍼 시스템의 성능 시험 장치.
제2항에 있어서,
상기 와이퍼 블레이드와 철도차량의 전면창 사이의 작용력은 아래 [수학식 1] 및 [수학식 2]를 이용하여 산출하는 것인 철도 차량용 와이퍼 시스템의 성능 시험 장치.
[수학식 1]

[수학식 2]

F : 와이퍼 암과 전면창 사이의 작용력
E : 암 스프링의 재질의 종탄성계수
ε: 스트레인게이지를 이용하여 측정된 암 스프링의 변형률
d : 암 스프링 소선 직경
θ: 암 스프링 소선에서 스트레인게이지 설치를 위해 제거되는 부분 부채꼴의 중심각
ℓ: 암 스프링 소선에서 스트레인게이지 설치를 위해 제거되는 부분의 길이
제2항에 있어서,
상기 철도차량의 주행속도는 아래 [수학식 3]을 이용하여 산출하는 것인 철도 차량용 와이퍼 시스템의 성능 시험 장치.
[수학식 3]

v : 철도차량의 주행속도
D : 차륜의 유효직경
f : 타코미터로 측정되는 차륜의 회전 주파수
n : 차륜에 설치되는 반사테이프의 개수
철도 차량용 와이퍼 시스템의 성능 시험 장치에 있어서,
통신 모듈,
와이퍼 시스템 성능 시험 프로그램이 저장된 메모리;
상기 와이퍼 시스템 성능시험 프로그램을 실행하는 프로세서를 포함하되,
상기 와이퍼 시스템 성능 시험 프로그램은 테스트 대상 와이퍼의 와이퍼 암에 설치된 무선 자이로스코프로부터 수신한 각속도 정보에 기초하여, 와이퍼 블레이드의 동작속도, 동작각도, 및 상기 와이퍼 암의 공기부상 각도를 산출하며, 와이퍼 암의 암 스프링에 설치된 스트레인 게이지로부터 수신한 정보에 기초하여, 상기 와이퍼 암 및 와이퍼 블레이드와 철도차량의 전면창 사이의 작용력을 산출하고, 철도차량에 설치된 GPS 및 광학식 타코메터를 이용하여 상기 철도차량의 주행속도를 산출하는 것인 철도차량용 와이퍼 시스템의 성능 시험 장치.
제7항에 있어서,
상기 무선 자이로스코프는 철도차량의 주행방향인 X축, 철도 차량의 좌우방향인 Y축, 및 철도차량의 수직방향인 Z축의 각속도를 측정하는 것인 철도 차량용 와이퍼 시스템의 성능 시험 장치.
제7항에 있어서,
상기 와이퍼 시스템 성능 시험 프로그램은
산출된 각각의 값이 기설정된 값 이내에 있을 경우 정상, 기설정된 값을 초과할 경우 불량으로 판정하는 것인 철도 차량용 와이퍼 시스템의 성능 시험 장치.
제7항에 있어서,
상기 와이퍼 블레이드와 철도차량의 전면창 사이의 작용력은 아래 [수학식 1] 및 [수학식 2]를 이용하여 산출하는 것인 철도 차량용 와이퍼 시스템의 성능 시험 장치.
[수학식 1]

[수학식 2]

F : 와이퍼 암과 전면창 사이의 작용력
E : 암 스프링의 재질의 종탄성계수
ε: 스트레인게이지를 이용하여 측정된 암 스프링의 변형률
d : 암 스프링 소선 직경
θ: 암 스프링 소선에서 스트레인게이지 설치를 위해 제거되는 부분 부채꼴의 중심각
ℓ: 암 스프링 소선에서 스트레인게이지 설치를 위해 제거되는 부분의 길이
제7항에 있어서,
상기 철도차량의 주행속도는 아래 [수학식 3]을 이용하여 산출하는 것인 철도 차량용 와이퍼 시스템의 성능 시험 장치.
[수학식 3]

v : 철도차량의 주행속도
D : 차륜의 유효직경
f : 타코미터로 측정되는 차륜의 회전 주파수
n : 차륜에 설치되는 반사테이프의 개수