KR20160058260A - 고속용 속도 지시 장치 - Google Patents

Abstract

고속용 속도 지시 장치가 제공된다.
고속용 속도 지시 장치는 차량의 속도센서 데이터에 근거하여 디지털화된 현재의 속도 정보를 연산하는 연산부와, 상기 속도 정보에 기초하여 현재 속도와 현재 그 근방의 주위 속도에 상응하는 눈금들과 상기 눈금들의 각각에 상응하는 속도를 표시하기 위한 속도 표시 데이터를 생성하는 표시 제어부와, 전체 속도 범위에서 일부만을 LED 도트 매트릭스(dot matrix)의 디지털화된 형태로 디스플레이하고, 상기 속도 표시 데이터에 따라 상기 현재 속도 및 상기 주위 속도와 아울러서 상기 속도들에 상응하는 눈금으로 표시하며, 상기 속도의 증감 변화율에 따라 상기 눈금의 이동 변화율이 변동되는 표시부 및 상기 연산부를 통해 상기 표시 제어부와 상기 표시부에 전원을 공급하는 전원부를 포함한다.

Description

고속용 속도 지시 장치 {DEVICE OF DISPLAYING VELOCITY FOR HIGH SPEED}

본 발명은 고속용 속도 지시 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 초고속 열차 등의 초고속 교통수단에 탑재되는 속도 지시 장치에 관한 것이다.

모든 교통 수단은 운행자가 원하는 속도로 운행되는지를 확인하기 위하여 속도 지시 장치를 탑재하고 있다. 이러한 속도 지시 장치는 저속의 교통 수단보다 고속의 교통 수단에서 더 정확한 속도를 측정함이 요구되며, 더욱이 고속의 교통 수단에 있어서는 가변가능한 속도 범위가 매우 광범위하여 속도 측정의 정확성이 필수적일 뿐만 아니라, 운행자가 단시간에 가변되는 속도의 변화를 세밀하게 파악하기 위해서는 속도 지시 장치에서 표시되는 속도의 증감량에 대한 양호한 시현성을 갖도록 설계되어야 한다.

초고속의 교통 수단으로 지상에서는 270km/h 이상의 고속 열차가 있을 수 있으며, 지상이 아닌 부분에서는 700km/h 이상의 항공기가 있을 수 있다. 그 중, 현재 고속 열차에 탑재된 속도 지시 장치는 300여 km까지의 속도를 운행자에게 표시하기 위해서, 고속 열차의 주행 중에 획득한 아날로그 속도 데이터에 근거하여 서보 모터를 구동하며, 이러한 구동에 의해 전체 속도 범위를 수용한 속도표시용 띠(strip)를 아날로그 식으로 회전시켜 현재의 속도를 운행자에게 제공한다. 구체적으로, 속도표시용 띠는 300여 km/h의 거리를 일정한 간격의 눈금으로 분할하여 창을 통해 운행자에게 현재의 속도를 시현한다.

현재 고속 열차에서 이용되는 속도 지시 장치는 아날로그 방식을 이용하여 속도표시용 띠를 회전하여 구현하고 있으므로, 서보 모터의 빈번한 불량 및 속도표시용 띠의 단기 수명으로 인하여 속도 표시 장치에서 잦은 고장이 발생한다. 특히 아날로그 방식의 속도 표시 장치는 평균 48 개월 이내에 지속적으로 불량을 야기하는 실정이다. 현재 고속 열차에서 속도 지시 장치의 불량이 발생하는 경우, 운행 계기판에 속도 지시계의 오류를 통지하나, 이는 고속 열차의 정시 운행을 저해하는 원인으로 작용한다.

이에 따라, 고속 열차의 정시 운행 뿐만 아니라, 대규모의 사고 방지를 위해, 불량 발생율이 저감될 뿐만 아니라, 운행자에게 단시간에 급변하는 속도에 대해서도 면밀하게 파악할 수 있는 양호한 시현성을 확보하기 위한 고속용 속도 지시 장치에 대한 다양한 시도가 이루어지고 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 낮은 불량 발생율을 발휘하면서, 운행자에게 단시간에 급변하는 속도에 대해서도 면밀하게 파악할 수 있는 양호한 시현성을 확보할 수 있는 고속용 속도 지시 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 목적은 이상에서 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 일 양태에 따르면, 고속용 속도 지시 장치는 차량의 속도센서 데이터에 근거하여 디지털화된 현재의 속도 정보를 연산하는 연산부와, 상기 속도 정보에 기초하여 현재 속도와 현재 그 근방의 주위 속도에 상응하는 눈금들과 상기 눈금들의 각각에 상응하는 속도를 표시하기 위한 속도 표시 데이터를 생성하는 표시 제어부와, 전체 속도 범위에서 일부만을 LED 도트 매트릭스(dot matrix)의 디지털화된 형태로 디스플레이하고, 상기 속도 표시 데이터에 따라 상기 현재 속도 및 상기 주위 속도와 아울러서 상기 속도들에 상응하는 눈금으로 표시하며, 상기 속도의 증감 변화율에 따라 상기 눈금의 이동 변화율이 변동되는 표시부 및 상기 연산부를 통해 상기 표시 제어부와 상기 표시부에 전원을 공급하는 전원부를 포함한다.

다른 실시예에서, 상기 표시부는 상기 현재 속도만 나타내는 현재 속도 표시부와, 차량의 급가속, 급정차, 상기 속도 정보와 상기 속도 표시 데이터 간의 이상 오차 및 상기 전원부의 전원 이상을 통지하는 이상 표시부를 더 포함할 수 있고, 상기 눈금의 간격은 3mm 이상으로 표시되도록 제어될 수 있다.

또 다른 실시예에서, 차량의 급가속, 급정차, 상기 속도 정보와 상기 속도 표시 데이터 간의 이상 오차 및 상기 전원부의 전원 이상을 감지하는 진단부를 더 포함할 수 있다. 이에 더하여, 상기 차량의 속도센서 데이터에 근거하여 디지털화된 현재의 속도 정보를 상기 연산부에 대체하여 연산하는 예비 연산부와, 상기 예비 연산부를 통해 상기 표시 제어부와 상기 표시부에 전원을 상기 전원부에 대체하여 공급하는 예비 전원부를 더 포함할 수 있다. 이 경우에, 상기 진단부에서 상기 속도 정보와 상기 속도 표시 데이터 간의 이상 오차 및 상기 전원부의 전원 이상 중 적어도 하나를 감지하는 경우에, 상기 진단부는 상기 예비 연산부 및 상기 예비 전원부를 선택하여 스위칭할 수 있다.

또 다른 실시예에서, 상기 연산부는 상기 속도센서 데이터인 제 1 차축의 제 1속도센서 데이터를 수신하여 노이즈 제거된 제 1 센서 데이터를 출력하는 제 1 필터부와, 상기 제 1 센서 데이터에 근거하여 상기 속도에 상응하도록 변조된 주파수를 갖는 제 1 변조 펄스 데이터를 생성하는 제 1 펄스 생성부와, 상기 제 1 변조 펄스 데이터로부터 소정 주파수 이상의 제 1 고주파 펼스 데이터를 생성하는 제 1 고주파 필터부와, 상기 제 1 고주파 펄스 데이터의 펄스 듀티(pulse duty)를 보정하여 산출된 제 1 보정 펄스 데이터의 펄스수를 계수하는 듀티 설정/펄스 카운트부, 및 상기 제 1 보정 펄스 데이터로부터 계수된 펄스수로부터 상기 속도 정보를 생성하는 프로세스부를 포함할 수 있다.

이에 더하여, 상기 연산부는 상기 제 1 차축과 다른 위치의 제 2 차축의 제 2 속도센서 데이터를 수신하여 노이즈 제거된 제 2 센서 데이터를 출력하는 제 2 필터부와, 상기 제 2 센서 데이터에 근거하여 상기 속도에 상응하도록 변조된 주파수를 갖는 제 2 변조 펄스 데이터를 생성하는 제 2 펄스 생성부와, 상기 제 2 변조 펄스 데이터로부터 소정 주파수 이상의 제 2 고주파 펼스 데이터를 생성하는 제 2 고주파 필터부, 및 상기 제 2 고주파 펄스 데이터의 펄스 듀티(pulse duty)를 보정하여 산출된 제 2 보정 펄스 데이터의 펄스수를 계수하고, 상기 제 2 보정 펄스 데이터를 전압값으로 변환환 전압 변환 데이터를 생성하는 주파수 전압 변환부를 더 포함할 수 있다.

여기서, 상기 프로세스부는 상기 제 1 및 제 2 보정 펄스 데이터의 펄스수 간의 차이가 소정의 임계값 이하인 경우에, 상기 제 1 보정 펄스 데이터에 근거하여 상기 속도 정보를 생성하거나, 상기 제 1 및 제 2 보정 펄스 데이터의 평균에 근거하여 상기 속도 정보를 생성할 수 있다.

아울러, 상기 제 1 및 제 2 속도센서 데이터는 각각 상기 제 1 및 제 2 차축에 설치된 타코미터로부터 산출될 수 있다.

또한, 상기 속도 정보와 상기 속도 표시 데이터 간의 이상 오차를 감지하는 진단부를 더 포함하고, 상기 속도 정보는 상기 제 2 보정 펄스 데이터를 전압값으로 변환환 전압 변환 데이터를 이용하고, 상기 전압 변환 데이터와 상기 속도 표시 데이터 간의 오차가 허용 오차에 속하는지 여부를 판단할 수 있다.

또 다른 실시예에서, 상기 전원부는 외부 전압을 인가받아 상기 외부 전압의 노이즈를 제거하는 노이즈 필터부와, 상기 노이즈 제거된 외부 전압에서 리플(ripple) 전압을 제거하는 트랙션 필터(traction fiter), 및 상기 리플 전압이 제거된 외부 전압을 상기 연산부, 상기 표시 제어부 및 상기 표시부에 공급되는 전압으로 조정하여 작동 전압을 생성하는 전압 변환부를 포함할 수 있다. 이에 더하여, 상기 전원부의 전원 이상을 감지하는 진단부를 더 포함하고, 상기 진단부는 상기 노이즈 제거된 외부 전압과 상기 리플 전압이 제거된 외부 전압이 전압의 허용 범위에 속하는지 여부를 판정하여 전원 이상을 감지할 수 있다.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

본 발명에 따르면, LED 도트 매트릭스(dot matrix)의 디지털화된 형태로 디스플레이하는 표시부에 의해, 속도표시용 띠를 채용하는 종래의 아날로그 방식의 속도 지시 장치에 비해, 낮은 불량 발생율을 발휘하고, 표시부가 전체 속도 범위에서 일부만을 표시하도록, 현재 속도 및 그 근방의 주위 속도와 아울러서 이 속도들에 상응하는 눈금으로 표시하며, 속도의 증감 변화율에 따라 상기 눈금의 이동 변화율이 변동됨으로써, 운행자에게 단시간에 급변하는 속도에 대해서도 면밀하게 파악할 수 있는 양호한 시현성을 확보할 수 있다.

또한, 본 발명은 진단부를 통해 속도 정보와 속도 표시 데이터 간의 이상 오차 및 전원부의 전원 이상을 감지하고, 그 결과에 따라, 평상시에 사용하는 연산부와 전원부로부터 예비 연산부와 예비 전원부로 스위칭하여 속도 정보와 전원을 제공함으로써, 예상치 않는 고장에 대비하여 고장 발생 및 사고 위험을 감소시킬 수 있다.

서로 다른 차축으로부터 획득된 제 1 및 제 2 속도센서 데이터로부터 각각 산출된 펄스 데이터들 간의 차이가 소정의 임계값 이하인 경우에, 펄스 데이터들 중 하나에 근거하여 속도 정보를 생성하거나, 양 펄스 데이터들의 평균에 근거하여 속도 정보를 생성함으로써, 고속 열차 등이 운행되는 레일의 상태에 따른 슬립(slip) 또는 급제동으로 인한 차축이 잠김으로 인한 각 차축마다 슬라이드 현상까지 감안하여 속도 산출에 보다 정확한 속도를 산출할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고속용 속도 지시 장치의 블록도이다.
도 2는 제 1 및 제 2 속도센서 데이터를 산출하는 타코미터의 예시적인 구성도이다.
도 3은 연산부의 블록도이다.
도 4은 전원부의 블록도이다.
도 5는 표시 제어부의 블록도이다.

이하, 첨부한 도면들 및 후술되어 있는 내용을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급되지 않는 한 복수형도 포함된다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)"및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자가 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

이하, 도 1 내지 도 5를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 고속용 속도 지시 장치에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고속용 속도 지시 장치의 블록도이다. 도 2는 제 1 및 제 2 속도센서 데이터를 산출하는 타코미터의 예시적인 구성도이고, 도 3은 연산부의 블록도이다. 도 4은 전원부의 블록도이고, 도 5는 표시 제어부의 블록도이다.

고속용 속도 지시 장치(100)는 도 2에 도시된 고속 열차에 적용가능한 속도 표시 장치로서, 차량(고속 열차)의 제 1 및 제 2 속도센서 데이터에 근거하여 디지털화된 현재의 속도 정보를 연산하는 연산부(110), 표시 제어부(140), 표시부(150), 및 연산부(110)를 통해 표시 제어부(140)와 표시부(150)에 전원을 공급하는 전원부(120)를 포함한다. 아울러, 고속용 속도 지시 장치(100)는 선택부(130), 진단부(160), 예비 연산부(170) 및 예비 전원부(180)를 더 포함할 수 있다.

제 1 및 제 2 속도센서 데이터는 각각 서로 다른 제 1 및 제 2 차축에 설치된 타코미터들(190, 192)로부터 산출될 수 있다. 타코미터들(190, 192)은 고속 철도에서 출력가능한 최대 속도까지의 펄스 신호를 생성하고, 펄스 신호는 예컨대 기본 주파수인 80Hz에 1Km의 속도당 10Hz를 비례하여 합산함으로써 생성될 수 있고, 최대 속도에 해당하는 주파수는 3880Hz일 수 있다.

타코미터들(190, 192)이 설치되는 제 1 및 제 2 차축은 전부 동력을 직접 받는 차륜일 수도 있고, 이와는 달리 제 1 및 제 2 차축 중 하나에만 동력을 직접 받는 차륜이고, 다른 차축은 동력을 받지 않는 종동 차륜일 수 있다. 속도 정보를 산출하기 위한 기초 데이터인 제 1 및 제 2 속도센서 데이터를 별도로 획득하는 이유에 대해 설명하면, 우천 또는 기타의 사유로 타코미터(190, 192)가 설치된 차축에 슬립 등의 비정상적인 상황이 발생하는 경우에는 정확한 속도 연산을 수행하는데 제한이 있다. 보다 구체적으로, 레일 상에 형성된 습기 등으로 유발된 차축의 공회전으로 슬립 현상이 발생하는 경우, 차량의 실제 속도보다 빠른 속도가 측정되기도 한다. 또한, 차량의 운행 중에 제동 동작 등에 의해 차축이 잠김으로 인한 슬라이드 현상이 발생하는 경우, 차량의 실제 속도보다 느린 속도가 측정된다. 이와 같은 차량의 실제 속도와 측정 속도 간의 오차는 고속 열차의 자동 운행시 정위치 정차의 정확도 저하 등을 유발하여 안전 운행에 위험요소로 작용된다. 따라서, 실제 속도에 근접한 속도를 측정하기 위해 별도의 차축에서 각각의 속도센서 데이터를 획득함이 바람직하다.

연산부(110)는 도 3을 참조하면, 제 1 필터부(111), 제 1 펄스 생성부(112), 제 1 고주파 필터부(113) 및 듀티(duty) 설정/펄스 카운트부(114)를 구비할 수 있다.

제 1 필터부(111)는 제 1 속도센서 데이터를 수신하여 노이즈 제거된 제 1 센서 데이터를 출력한다. 구체적으로, 제 1 속도센서 데이터는 제 1 차축의 순시적인 속도 변화를 그대로 반영함으로써 속도 연산에 불필요한 노이즈가 포함될 수 있으므로, 이러한 불필요한 노이즈를 제거하기 위함이다.

제 1 펄스 생성부(112)는 제 1 센서 데이터에 근거하여 실시간 속도에 상응하도록 변조된 주파수를 갖는 제 1 변조 펄스 데이터를 생성한다. 제 1 센서 데이터는 제 1 속도센서 데이터의 주파수 범위인 3880Hz의 펄스 신호로 생성되어, 후속 모듈에서 데이터의 디지털화를 위한 가공 처리에 적합한 고주파로 변조하여 제 1 변조 펄스 데이터를 생성한다.

제 1 고주파 필터부(113)는 제 1 변조 펄스 데이터로부터 소정 주파수 이상의 제 1 고주파 펼스 데이터를 생성한다. 제 1 변조 펄스 데이터는 디지털 처리에 적합한 형태로 고주파 신호이기는 하나, 유효한 주파수에 해당하는 제 1 고주파 펄스 데이터를 생성하는 것은 실시간으로 큰 폭으로 급변하는 속도에서 여전히 잔존하는 일시적인 저주파 신호를 제거하기 위해서이다.

듀티 설정/펄스 카운트부(114)는 제 1 고주파 펄스 데이터의 펄스 듀티(pulse duty)를 보정하여 산출된 제 1 보정 펄스 데이터의 펄스수를 계수한다. 제 1 고주파 펄스 데이터의 각 펄스폭인 펄스 듀티를 동일한 속도에서 동일한 폭으로 최종적으로 조정하여 제 1 보정 펄스 데이터를 생성함으로써, 펄스수의 계수시에 정확한 속도 정보를 측정하도록 기여한다.

또한, 연산부(110)는 제 2 속도센서 데이터를 수신하여 노이즈 제거된 제 2 센서 데이터를 출력하는 제 2 필터부(115), 제 2 센서 데이터에 근거하여 실시간 속도에 상응하도록 변조된 주파수를 갖는 제 2 변조 펄스 데이터를 생성하는 제 2 펄스 생성부(116), 및 제 2 변조 펄스 데이터로부터 제 1 고주파 필터부(113)에서 적용되고 있는 소정 주파수 이상의 제 2 고주파 펼스 데이터를 생성하는 제 2 고주파 필터부(117)를 구비할 수 있다. 제 2 필터부(115), 제 2 펄스 생성부(116), 제 2 고주파 필터부(117)의 기능 및 동작은 상술한 제 1 필터부(111), 제 1 펄스 생성부(112), 제 1 고주파 필터부(113)와 실질적으로 동일하다.

연산부(110)는 제 2 고주파 펄스 데이터의 펄스 듀티(pulse duty)를 보정하여 산출된 제 2 보정 펄스 데이터의 펄스수를 계수하는 주파수 전압 변환부(160)를 구비할 수 있으며, 이 기능 및 동작은 제 1 듀티 설정/펄스 카운트부(114)와 동일하다. 이에 더하여, 주파수 전압 변환부(160)는 제 2 보정 펄스 데이터를 전압값으로 변환환 전압 변환 데이터를 생성하여, 표시부(150)로 전달되는 속도 표시 데이터와 비교할 수 있도록, 전압 변환 데이터를 진단부(160)에 제공한다.

연산부(110)는 제 1 및 제 2 보정 펄스 데이터의 펄스수 간의 차이가 소정의 임계값 이하인 경우에, 제 1 보정 펄스 데이터에 근거하여 디지털화된 현재의 속도 정보를 생성하거나, 제 1 및 제 2 보정 펄스 데이터의 평균에 근거하여 디지털화된 현재의 속도 정보를 생성하여 선택부(130)를 통해 표시 제어부(140)에 전송할 수 있다.

본 실시예에서와 같이, 서로 다른 차축으로부터 획득된 제 1 및 제 2 속도센서 데이터로부터 각각 산출된 펄스 데이터들 간의 차이가 소정의 임계값 이하인 경우에, 제 1 보정 펄스 데이터에 근거하여 속도 정보를 생성하거나, 제 1 및 제 2 보정 펄스 데이터의 평균에 근거하여 속도 정보를 생성함으로써, 고속 열차 등이 운행되는 레일의 상태에 따른 슬립(slip) 또는 급제동으로 인한 차축이 잠김으로 인한 각 차축마다 슬라이드 현상까지 감안하여 보다 정확한 속도를 산출할 수 있다.

전원부(120)는 도 4를 참조하면, 연산부(110)를 통해 표시 제어부(140)와 표시부(150)에 전원을 공급하고, 노이즈 필터부(122), 트랙션 필터(traction fiter; 124), 전압 변환부(126) 및 전압 변환부(126)로부터 출력된 작동 전압을 재처리하여 연산부(110), 표시 제어부(140) 및 표시부(150)에 분배하는 트리거링 필터(triggering filter; 128)를 포함할 수 있다.

노이즈 필터부(122)는 외부 전압, 예컨대 76V의 직류 전압을 인가받아 외부 전압의 노이즈를 제거한다. 고속 열차의 경우, 열차와 이격된 상부 전력 공급선과 레일로부터 공급되는 전압이 다소 불균일하여, 노이즈 필터부(122)에 의해 불균일한 성분의 전압을 제거하여 정격 전압을 유지할 수 있다.

트랙션 필터(124)는 레일 중간의 절단된 이격 부분에서 차륜이 레일로 다시 진입하는 경우에, 순간적인 리플(ripple) 전압이 존재할 수 있고, 이러한 리플 전압은 고속용 속도 지시 장치(100)의 모듈에 치명적인 악영향을 끼칠 수 있으므로, 노이즈 제거된 외부 전압에서 리플(ripple) 전압을 제거한다.

전압 변환부(126)는 리플 전압이 제거된 외부 전압을 연산부(110), 표시 제어부(140) 및 표시부(150)에 공급되는 전압으로 조정하여 작동 전압을 생성하고, 예컨대 5V, 12V, 24V의 작동 전압을 생성할 수 있다.

표시 제어부(140)는 도 5를 참조하면, 연산부(110)와의 통신 프로토콜을 위한 인터페이스(142), 시프트 레지스터(144) 및 구동 유닛부(146)를 포함할 수 있다.

시프트 레지스터(144)는 연산부(110)로부터 출력된 속도 정보에 기초하여 현재 속도와 현재 그 근방의 주위 속도에 상응하는 눈금들과 이들의 각각에 상응하는 속도를 표시하기 위한 속도 표시 데이터를 실시간으로 생성한다. 연산부(110)는 단순히 실시간의 현재 속도만을 산출하므로, 시프트 레지스터(144)가 표시부(150)에서 주위 속도까지 표시하기 위해, 표시부(150)의 속도 표시창(152)에 표시가능한 범위까지의 현재 및 주위 속도를 표시하기 위한 데이터를 생성한다. 아울러, 시프트 레지스터(144)는 속도의 증감 변화율에 따라 속도 표시창(152)의 눈금의 이동을 연동하기 위해, 점진적으로 빠르거나 느린 눈금의 이동 형태를 표시부(150)에 나타내기 위한 데이터를 실시간으로 생성한다.

구동 유닛부(146)는 속도 표시창(152)의 도트 매트릭스 사이즈에 적합한 형태로 속도 표시 데이터를 재가공하여, 동작 클록 주파수에 맞춰 재가공된 속도 표시 데이터를 표시부(150)에 제공한다.

표시부(150)는 속도 표시창(152), 현재 속도 표시부(154) 및 이상 표시부(156)를 포함할 수 있다.

속도 표시창(152)은 전체 속도 범위에서 일부만을 LED 도트 매트릭스(dot matrix)의 디지털화된 형태로 디스플레이하고, 속도 표시 데이터에 따라 현재 속도 및 주위 속도와 아울러서 이 속도들에 상응하는 눈금으로 표시하며, 시프트 레지스터(144)에 의해 속도의 증감 변화율에 따라 눈금의 이동 변화율이 변동된다.

속도 표시창(152)은 운행자가 속도가 급변하는 경우에도 속도의 변화율을 육안으로 정확히 파악할 수 있도록, 150mm의 공간에 300여 Km/h의 눈금을 3mm 이상으로 표시하도록 하고, LED 도트 매트릭스는 20X20개 이상의 LED 도트로 구성될 수 있다.

현재 속도 표시부(154)는 현재 속도만을 숫자로만 나타내고, 이상 표시부(156)는 차량의 급가속, 급정차, 속도 정보와 속도 표시 데이터 간의 이상 오차 및 전원부(120)의 전원 이상을 통지할 수 있다.

본 실시예에서와 같이, LED 도트 매트릭스(dot matrix)의 디지털화된 형태로 디스플레이하는 속도 표시창(152)에 의해, 속도표시용 띠를 채용하는 종래의 아날로그 방식에 비해, 낮은 불량 발생율을 발휘하고, 속도 표시창(152)이 전술한 구성, 동작 및 기능을 구현함으로써, 현재 속도 표시부(154)만이 탑재된 경우에 비해, 운행자에게 단시간에 급변하는 속도에 대해서도 면밀하게 파악할 수 있는 양호한 시현성을 확보할 수 있다.

도 1을 다시 참조하면, 진단부(160)는 차량의 급가속, 급정차, 연산부(110)의 속도 정보와 표시 제어부(140)의 속도 표시 데이터 간의 이상 오차 및 전원부(120)의 전원 이상을 감지하여, 운행자에게 이상 표시창(156)에 통지하여 비정상적 상황에 대처할 수 있도록 할 뿐만 아니라, 비정상적 상황에서도 고속용 속도 지시 장치(100)가 정상 동작을 유지시키도록 하여 열차 지연 방지 및 안전 운행에 기여한다.

또한, 진단부(160)가 이상을 감지하여, 선택부(130)에 의해 연산부(110), 전원부(120)에서 스위칭되어 표시 제어부(140)와 접속되는 예비 연산부(170) 및 예비 전원부(180)가 제공된다.

예비 연산부(170)는 차량의 제 1 및 제 2 속도센서 데이터에 근거하여 디지털화된 현재의 속도 정보를 연산부(110)에 대체하여 연산하고, 예비 전원부(180)는 예비 연산부(170)를 통해 표시 제어부(140)와 표시부(150)에 전원을 전원부(120)에 대체하여 공급할 수 있다. 예비 연산부(170)와 예비 전원부(180)는 전술한 연산부(110)와 전원부(120)의 구성과 실질적으로 동일하게 설계된다.

진단부(160)가 속도 정보와 속도 표시 데이터 간의 이상 오차를 감지하기 위해서, 속도 정보는 주파수 전압 변환부(118)로부터 출력된 전압 변환 데이터, 보다 상세히는 제 2 보정 펄스 데이터를 전압값으로 변환환 전압 변환 데이터이다. 진단부(160)는 이러한 전압 변환 데이터와 속도 표시 데이터에 속한 현재 속도 간의 오차가 허용 오차에 속하는지 여부를 판단할 수 있다.

판단 결과 허용 오차를 초과하는 경우, 진단부(160)는 스위칭 신호를 선택부(130)에 전송하여 예비 연산부(170)와 예비 전원부(180)를 표시 제어부(140)로 접속시킨다.

또한, 진단부(160)가 전원부(120)의 전원 이상을 감지하기 위해, 노이즈 필터부(122)로부터 노이즈 제거된 외부 전압과 트랙션 필터(124)로부터 리플 전압이 제거된 외부 전압이 전압의 허용 범위에 속하는지 여부를 판정하여 전원 이상을 감지할 수 있다.

판단 결과 전원 이상인 경우, 진단부(160)는 스위칭 신호를 선택부(130)에 전송하여 예비 연산부(170)와 예비 전원부(180)를 표시 제어부(140)로 접속시킨다.

본 실시예는 속도 정보와 속도 표시 데이터 간의 이상 오차 및 전원부의 전원 이상 중 적어도 하나를 감지하는 경우에, 진단부(160)가 예비 연산부(170) 및 예비 전원부(180)로 자동 스위칭하는 것을 예시하고 있으나, 진단부(160)가 이상 표시창(156)을 통해 이상 감지를 통지하여, 운행자가 추가 버튼의 조작으로도 예비 연산부(170)와 예비 전원부(180) 중 적어도 하나를 상황에 맞춰 활성화시킬 수 있다.

본 실시예에서는, 진단부(160)를 통해, 실제 속도와 표시되는 속도 간의 이상 오차 및 전원 이상을 감지한 결과에 따라, 예비 연산부(170)와 예비 전원부(180)로 스위칭하여 속도 정보와 전원을 제공함으로써, 예상치 않는 고장에 대비하여 고장 발생 및 사고 위험을 감소시킬 수 있다.

한편, 본 실시예에서는 고속 열차에 적용되는 속도 지시 장치를 위주로 설명하였으나, 광범위한 범위를 속도를 측정하기 위한 고속 교통 수단, 예컨대 항공기 등에서도 본 실시예가 물론 적용될 수 있다.

도 1 내지 도 5에 도시된 고속용 속도 지시 장치(100)를 구성하는 구성요소 또는 는 그 기능을 실현시키는 프로그램의 형태로 컴퓨터 판독가능한 기록 매체에 기록될 수 있다. 여기에서, 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체란, 데이터나 프로그램 등의 정보를 전기적, 자기적, 광학적, 기계적, 또는 화학적 작용에 의해 축적하고, 컴퓨터에서 판독할 수 있는 기록 매체를 말한다. 이러한 기록 매체 중 컴퓨터로부터 분리 가능한 것으로서는, 예를 들면, 플렉시블 디스크, 광자기 디스크, CD-ROM, CD-R/W, DVD, DAT, 메모리 카드 등이 있다. 또한, 컴퓨터에 고정된 기록 매체로서 하드디스크나 ROM 등이 있다.

이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태에 의하여 정해져야 한다.

100: 고속 속도 지시 장치 110: 연산부
120: 전원부 130: 선택부
140: 표시 제어부 150: 표시부
160: 진단부 170: 예비 연산부
180: 예비 전원부

Claims (10)

1. 차량의 속도센서 데이터에 근거하여 디지털화된 현재의 속도 정보를 연산하는 연산부;
   상기 속도 정보에 기초하여 현재 속도와 현재 그 근방의 주위 속도에 상응하는 눈금들과 상기 눈금들의 각각에 상응하는 속도를 표시하기 위한 속도 표시 데이터를 생성하는 표시 제어부;
   전체 속도 범위에서 일부만을 LED 도트 매트릭스(dot matrix)의 디지털화된 형태로 디스플레이하고, 상기 속도 표시 데이터에 따라 상기 현재 속도 및 상기 주위 속도와 아울러서 상기 속도들에 상응하는 눈금으로 표시하며, 상기 속도의 증감 변화율에 따라 상기 눈금의 이동 변화율이 변동되는 표시부; 및
   상기 연산부를 통해 상기 표시 제어부와 상기 표시부에 전원을 공급하는 전원부를 포함하는 고속용 속도 지시 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 표시부는 상기 현재 속도만 나타내는 현재 속도 표시부; 및
   차량의 급가속, 급정차, 상기 속도 정보와 상기 속도 표시 데이터 간의 이상 오차 및 상기 전원부의 전원 이상을 통지하는 이상 표시부를 더 포함하고,
   상기 눈금의 간격은 3mm 이상으로 표시되도록 제어되는 고속용 속도 지시 장치.
3. 제 1 항에 있어서,
   차량의 급가속, 급정차, 상기 속도 정보와 상기 속도 표시 데이터 간의 이상 오차 및 상기 전원부의 전원 이상을 감지하는 진단부를 더 포함하는 고속용 속도 지시 장치.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 차량의 속도센서 데이터에 근거하여 디지털화된 현재의 속도 정보를 상기 연산부에 대체하여 연산하는 예비 연산부; 및
   상기 예비 연산부를 통해 상기 표시 제어부와 상기 표시부에 전원을 상기 전원부에 대체하여 공급하는 예비 전원부를 더 포함하고,
   상기 진단부에서 상기 속도 정보와 상기 속도 표시 데이터 간의 이상 오차 및 상기 전원부의 전원 이상 중 적어도 하나를 감지하는 경우에, 상기 진단부는 상기 예비 연산부 및 상기 예비 전원부를 선택하여 스위칭하는 고속용 속도 지시 장치.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 연산부는 상기 속도센서 데이터인 제 1 차축의 제 1속도센서 데이터를 수신하여 노이즈 제거된 제 1 센서 데이터를 출력하는 제 1 필터부;
   상기 제 1 센서 데이터에 근거하여 상기 속도에 상응하도록 변조된 주파수를 갖는 제 1 변조 펄스 데이터를 생성하는 제 1 펄스 생성부;
   상기 제 1 변조 펄스 데이터로부터 소정 주파수 이상의 제 1 고주파 펼스 데이터를 생성하는 제 1 고주파 필터부;
   상기 제 1 고주파 펄스 데이터의 펄스 듀티(pulse duty)를 보정하여 산출된 제 1 보정 펄스 데이터의 펄스수를 계수하는 듀티 설정/펄스 카운트부; 및
   상기 제 1 보정 펄스 데이터로부터 계수된 펄스수로부터 상기 속도 정보를 생성하는 프로세스부를 포함하는 고속용 속도 지시 장치.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 연산부는 상기 제 1 차축과 다른 위치의 제 2 차축의 제 2 속도센서 데이터를 수신하여 노이즈 제거된 제 2 센서 데이터를 출력하는 제 2 필터부;
   상기 제 2 센서 데이터에 근거하여 상기 속도에 상응하도록 변조된 주파수를 갖는 제 2 변조 펄스 데이터를 생성하는 제 2 펄스 생성부;
   상기 제 2 변조 펄스 데이터로부터 소정 주파수 이상의 제 2 고주파 펼스 데이터를 생성하는 제 2 고주파 필터부; 및
   상기 제 2 고주파 펄스 데이터의 펄스 듀티(pulse duty)를 보정하여 산출된 제 2 보정 펄스 데이터의 펄스수를 계수하고, 상기 제 2 보정 펄스 데이터를 전압값으로 변환환 전압 변환 데이터를 생성하는 주파수 전압 변환부를 더 포함하고,
   상기 프로세스부는 상기 제 1 및 제 2 보정 펄스 데이터의 펄스수 간의 차이가 소정의 임계값 이하인 경우에, 상기 제 1 보정 펄스 데이터에 근거하여 상기 속도 정보를 생성하거나, 상기 제 1 및 제 2 보정 펄스 데이터의 평균에 근거하여 상기 속도 정보를 생성하는 고속용 속도 지시 장치.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 제 1 및 제 2 속도센서 데이터는 각각 상기 제 1 및 제 2 차축에 설치된 타코미터로부터 산출되는 고속용 속도 지시 장치.
8. 제 6 항에 있어서,
   상기 속도 정보와 상기 속도 표시 데이터 간의 이상 오차를 감지하는 진단부를 더 포함하고,
   상기 속도 정보는 상기 제 2 보정 펄스 데이터를 전압값으로 변환환 전압 변환 데이터를 이용하고, 상기 전압 변환 데이터와 상기 속도 표시 데이터 간의 오차가 허용 오차에 속하는지 여부를 판단하는 고속용 속도 지시 장치.
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 전원부는 외부 전압을 인가받아 상기 외부 전압의 노이즈를 제거하는 노이즈 필터부;
   상기 노이즈 제거된 외부 전압에서 리플(ripple) 전압을 제거하는 트랙션 필터(traction fiter); 및
   상기 리플 전압이 제거된 외부 전압을 상기 연산부, 상기 표시 제어부 및 상기 표시부에 공급되는 전압으로 조정하여 작동 전압을 생성하는 전압 변환부를 포함하는 고속용 속도 지시 장치.
10. 상기 전원부의 전원 이상을 감지하는 진단부를 더 포함하고,
    상기 진단부는 상기 노이즈 제거된 외부 전압과 상기 리플 전압이 제거된 외부 전압이 전압의 허용 범위에 속하는지 여부를 판정하여 전원 이상을 감지하는 고속용 속도 지시 장치.

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