KR20230024721A - 영상기반 상부급전형 자율충전 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 영상기반 상부급전형 자율충전 시스템 및 방법에 관한 것으로, 영상 기반으로 무가선 트램에 설치된 부스바의 외형 및 오염상태를 판단하고 충전을 위한 목표 정위치를 수정하여 상부급전을 수행하여 무가선 트램 등의 차량에 구비되는 대용량 배터리를 충전할 수 있고 특히 차량에 설치된 부스바의 외형 및 오염상태를 영상기반으로 변형, 크랙, 마모된 부위를 확인 및 회피하여 역팬터그래프가 접촉하도록 하여 충전효율을 향상시키고 안전사고도 방지할 수 있는 자율충전 시스템 및 방법을 제공한다.

Description

영상기반 상부급전형 자율충전 시스템 및 방법 {Image-based upper feeding type autonomous charging system and method}
본 발명은 영상기반 상부급전형 자율충전 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 영상 기반으로 트램과 같은 차량 부스바의 외형 및 오염상태를 판단하고 충전을 위한 목표 정위치를 수정하여 상부급전을 수행하여 무가선 트램의 대용량 배터리를 충전하는 자율충전 시스템 및 방법에 관한 것이다.
최근 에너지 고갈과 지구 온난화 문제로 온실가스 감축이 커다란 현안으로 대두되고, 이에 따라 수송시스템 분야에서도 배기가스 저감 뿐만 아니라 에너지 효율을 높이기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다.
이와 더불어 대중교통을 이용하는 승객들이 증가하고 있고, 고령화 사회로 진입하면서 교통약자의 배려 및 도시 미관의 향상 또한 중요한 요소로 자리잡고 있다.
따라서, 상기와 같은 요소들을 고려한 보다 효율적인 대중교통 수단, 즉 배기가스의 배출이 없는 친환경적인 새로운 개념의 대중교통수단에 대한 필요성이 대두되고 있다. 일 예로 무가선 트램은 전용궤도를 레일을 따라 주행하는 노면전차로서, 매연이 없고 도시미관의 개선에 유리하다. 이러한 무가선 트램은 가선 구간에서는 급전선을 통하여 전원을 공급받아 차량을 구동시키고, 무가선 구간에서는 차량내에 장착된 배터리의 전원을 이용하여 차량을 구동시킨다.
한편, 무가선 교통시스템에 관한 선행기술로 대한민국 등록특허공보 제10-0993159호(참고문헌 1)에는 무가선 교통 시스템 및 그 충전 방법이 개시되어 있다.
상기 참고문헌 1의 주요 기술적 구성은 차량에 축전 장치를 탑재하고 전력을 사용하여 정해진 경로를 주행시키고, 그 경로에 설치된 충전기로부터 차량의 축전 장치에 충전하는 무가선 교통 시스템의 충전 방법에 있어서, 차량의 정지시에 지상에 설치된 충전기에 접속된 급전부와 차량에 형성된 수전부를 서로 접촉시키는 접촉식 충전을 실시하고, 그 충전기 및 그 충전기의 충전 제어 장치에 의해 상용 전력을 축전 장치에 그대로 충전할 수 있는 전압을 갖는 직류 전력으로 변환시킴과 함께, 그 직류 전력을 상기 전압을 유지한 상태에서 전류값을 제어하면서 그 급전부 및 수전부를 통하여 그 축전장치에 급속 충전하도록 한 것에 특징이 있다.
이러한 종래 무가선 교통 시스템은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 선로연변에 설치되어 계통전력을 차량으로 전달하기 위한 지상 충전기(1)의 역팬터그래프(1a) 기구부와 차량(2) 상부에 설치되어 전력을 차량(2)의 배터리로 전달하기 위한 부스바(busbar)(2a)로 구성된다.
이와 같은 종래 무가선 교통 시스템은 충전시스템이 상부(TOP)에 설치되어 있어 운전자가 감각으로 충전 위치를 잡기에는 상당한 시간 소요와 사고의 우려가 있고, 또한 충전을 위한 정위치 정차 오차허용 범위가 적어 약 30cm이하의 위치 오차 이내의 정확성이 있어야 함에 따라 숙련된 운전자의 차량 운전이 필요하다.
그리고, 이러한 종래의 차량(2)의 충전을 위한 절차를 살펴보면, 우선 차량(2)의 충전이 필요한 경우 운전자의 노하우로 차량(2)을 충전위치로 이동하여 정위치 정차를 확인하고, 차량의 충전을 개시하면 선로연변에 설치된 역팬터그래프(1a)가 하강하여 차량(2) 상부의 부스바(2a)와 접촉하며, 접촉 검지후 계통의 전력이 역팬터그래프(1a) 및 부스바(2a)를 통하여 차량 내 배터리로 공급하게 된다.
그런데, 이상의 종래 충전 시스템은 도 3 및 도 4를 참고하면 상부급전기구인 역팬터그래프(1a)가 부스바(2a)의 중앙에 위치하도록 고정위치에 정차 후 충전을 하기 때문에 부스바(2a)의 일정한 종방향 위치에 접촉부(C)에 하중이 집중됨에 따라 해당 접촉부 위치는 변형, 크랙, 마모 등에 취약하게 될 가능성이 높다.
또한, 이상의 종래 충전 시스템은 역팬터그래프(1a)와 부스바(2a)의 접촉부(C)의 접촉면은 오염 및 거칠기 등에 따른 접촉저항 증가로 인해 과전류를 유발하여 안정적인 충전을 방해하는 요인이 될 수도 있다.
참고문헌 1: 대한민국 등록특허공보 제10-0993159호
따라서, 본 발명은 이러한 문제점들을 해결하기 위한 것으로서 본 발명은 영상 기반으로 무가선 트램에 설치된 부스바의 외형 및 오염상태를 판단하고 충전을 위한 목표 정위치를 수정하여 상부급전을 수행하여 무가선 트램 등의 차량에 구비되는 대용량 배터리를 충전하는 자율충전 시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
특히, 본 발명은 차량에 설치된 부스바의 외형 및 오염상태를 영상기반으로 변형, 크랙, 마모된 부위를 확인 및 회피하여 역팬터그래프가 접촉하도록 하여 충전효율을 향상시키고 안전사고도 방지할 수 있는 자율충전 시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
이와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은;
지상의 선로연변에 설치되어 지상의 충전 전력을 차량으로 전달하는 역팬터그래프를 포함하는 지상 충전장치와, 차량에 설치되어 상기 지상 충전장치로부터 제공되는 충전 전력을 수신하는 부스바와 배터리를 포함하는 차상 장치로 구성되며; 상기 지상 충전장치는 상기 부스바의 표면을 촬영하는 영상촬영수단과, 충전 전력을 상기 차량의 부스바로 전달하는 역팬터그래프와, 상기 역팬터그래프을 승강하는 승강수단과, 상기 영상촬영수단으로부터 상기 부스바의 표면영상을 취득하고 분석하여 차량이 정차해야 하는 목표위치를 산출하는 지상제어부와, 차량의 상기 지상제어부에서 산출한 정차 목표위치를 상기 차상 장치로 전송하는 지상통신부를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상기반 상부급전형 자율충전 시스템을 제공한다.
이때, 상기 영상촬영수단은 차량의 부스바 표면을 촬영하기 위한 것으로, 지상 충전장치의 포스트 상단에 설치되는 카메라로 구성되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 지상제어부는 상기 차상 장치로부터 촬영시점을 알려주는 트리거 신호가 지상통신부를 통해 수신되면 상기 영상촬영수단으로부터 상기 부스바의 표면영상을 취득하고 분석하여 차량이 정차해야 하는 목표위치를 산출하여 지상통신부를 통해 상기 차상 장치로 전송하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 지상제어부는 상기 과정을 통해 확인된 이상징후 발생위치의 오프셋 정보를 이용하여 충전 정차 목표위치를 산출하여 지상통신부를 통해 상기 차상 장치로 전송하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 차상 장치는 상기 지상 충전장치의 역팬터그래프로부터 충전 전력을 수신하는 부스바와, 상기 부스바를 통해 유입되는 충전 전원을 충전하는 배터리와, 상기 영상촬영수단의 촬영시점을 알려주는 트리거 신호를 감지하는 촬영시점 감지수단과, 상기 지상 충전장치로부터 정차 목표위치 데이터를 수신하는 차상통신부와, 상기 촬영시점 감지수단에서 감지되는 트리거 신호를 상기 지상 충전장치로 송신하도록 상기 차상통신부로 출력하고 상기 지상 충전장치로부터 수신된 정차 목표위치 데이터에 따라 차량의 운전을 제어하는 차량제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 차량제어부는 지상 충전장치로부터 정차 목표위치 데이터가 수신되면 전달된 목표값에 따라 위치 수정량을 계산하고 이를 반영한 주행 프로파일을 갱신하여 목표위치에 정차하도록 차량을 제어하고 목표위치에 정차하면 충전개시명령을 차상통신부를 통해 지상 충전장치에 전송하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 차상 장치는 상기 지상 충전장치로 트리거 신호를 전송시 차량 고유정보를 포함하여 전송하며, 상기 지상 충전장치는 상기 트리거 신호 및 차량고유정보가 수신되면 영상촬영수단을 동작하여 영상을 취득하고 별도의 스케쥴러에 기록된 차량별 충전이력 정보에 따른 목표 접촉점을 결정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은;
차량이 충전을 위해 접근하여 차상 장치의 촬영시점 감지수단을 통해 촬영시점을 의미하는 트리거 신호가 입력되는지 대기하는 제1단계; 상기 트리거 신호와 차량 고유정보가 입력되면 영상촬영수단을 구동하여 차량의 부스바 표면영상을 취득하는 제2단계; 및 상기 부스바 표면영상의 이상여부를 분석하여 차량의 충전 목표위치를 산출하여 충전 목표위치에 정차하도록 차량에 구비되는 차상 장치로 무선 전송하는 제3단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상기반 상부급전형 자율충전 방법도 제공한다.
이때, 상기 차상 장치는 차상통신부를 통해 충전 목표위치 데이터가 입력되면 전송받은 목표값인 충전 목표위치를 차량제어부의 초기 목표치와 비교하고 차이에 대해서 보정할 수 있도록 목표위치 수정량을 계산하고, 차량의 주행 기준궤적을 갱신하여 충전 목표위치에 정차시키는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 제3단계 이후에 차상 장치로부터 충전개시명령이 수신되면 충전 목표위치에 정차한 것으로 판단하여 차량 배터리를 충전하기 위해 역팬터그래프를 하강시켜 부스바에 접촉하도록 승강수단을 제어하는 제4단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 영상기반으로 배터리 충전을 위해 차량에 구비되는 부스바 표면의 외형상태를 판단하고 차량의 충전 목표 정위치를 수정함으로써 고정위치 집전에서 발생할 수 있는 접촉부의 변형, 크랙, 마모 등에 대한 사전대응 및 예지정비가 가능하다.
아울러, 본 발명에 따르면 차량에 구비되는 부스바 표면의 오염, 낙하물 등을 판단하고 충전 목표 정위치를 수정함으로써 안전사고를 미연에 방지할 수 있을 뿐만 아니라 스케쥴 기반으로 충전 목표 정위치를 수정함으로써 부스바의 유지보수 주기 향상 및 경제성 제고에 유용하다.
도 1은 일반적인 무가선 트램의 배터리 충전시스템을 정면에서 도시한 구성도이다.
도 2는 일반적인 무가선 트램의 배터리 충전시스템을 측면에서 도시한 구성도이다.
도 3은 일반적인 무가선 트램의 배터리 충전시스템의 역팬터그래프와 부스바의 접촉부를 설명하기 위해 도시한 사시도이다.
도 4는 일반적인 무가선 트램의 배터리 충전시스템의 역팬터그래프와 부스바의 접촉부 편마모 사례를 설명하기 위해 촬영한 사진이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 영상기반 상부급전형 자율충전 시스템의 전체 구성도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 영상기반 상부급전형 자율충전 시스템의 제어 구성도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 부스바 영상에서 오프셋 산출예를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 영상기반 상부급전형 자율충전 제어 흐름도이다.
이하, 본 발명에 따른 영상기반 상부급전형 자율충전 시스템 및 방법을 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 기술되는 실시 예에 의하여 그 특징들을 이해할 수 있을 것이다.
이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들은 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 일 실시 예를 설명하기 위해 도시한 도면들이다. 이에 의하면, 본 발명에 따른 영상기반 상부급전형 자율충전 시스템은 무가선 트램의 충전을 안정적으로 수행할 수 있도록 하는 시스템으로서, 지상 충전장치(100)에서 충전하기 위한 무가선 트램(이하, '차량'이라 한다.)(20)의 충전 위치를 영상기반으로 확인하여 충전을 위한 목표위치를 산출하여 차량(20)에 구비되는 차상 장치(200)에 전달하여 충전 목표위치에 정차하도록 유도하는 시스템이다.
이러한 본 발명의 시스템은 차량(20)의 대용량 배터리를 충전하기 위한 상부급전 방식을 채용하는 것으로, 지상의 선로연변에 설치되어 지상의 충전 전력을 차량(20)으로 전달하는 역팬터그래프(110)를 포함하는 지상 충전장치(100)와, 차량(20)에 설치되어 상기 지상 충전장치(100)로부터 제공되는 충전 전력을 수신하는 부스바(210)와 배터리(220)를 포함하는 차상 장치(200)로 구성된다.
특히, 본 발명은 영상기반으로 이러한 부스바(210)의 외형 및 오염상태를 판단하고 충전을 위해 정차해야 하는 목표위치를 수정하여 차량(20)에 전달하여 차량(20)을 충전 가능한 목표위치에 정차하도록 한 후 충전하도록 유도한다.
이하, 본 발명의 각부 구성을 구체적으로 설명한다.
우선 상기 지상 충전장치(100)는 상기 부스바(210)의 표면을 촬영하는 영상촬영수단(120)과, 충전 전력을 상기 차량(20)의 부스바(210)로 전달하는 역팬터그래프(110)와, 상기 역팬터그래프(110)를 승강하는 승강수단(130)과, 상기 영상촬영수단(120)으로부터 상기 부스바(busbar)의 표면영상을 취득하고 분석하여 차량(20)이 정차해야 하는 목표위치를 산출하는 지상제어부(140)와, 차량(20)의 상기 지상제어부(140)에서 산출한 정차 목표위치를 상기 차상 장치(200)로 전송하는 지상통신부(150)를 포함한다.
이때, 상기 영상촬영수단(120)은 차량(20)의 부스바(210) 표면을 촬영하기 위한 것으로, 지상 충전장치(100)의 포스트(10) 상단에 설치되는 카메라로 구성될 수 있다.
이러한 영상촬영수단(120)은 지상제어부(140)에 의해 구동이 제어되며, 상기 영상촬영수단(120)에 의해 차량(20)의 부스바(210) 표면을 촬영한 부스바 표면영상은 지상제어부(140)로 입력된다.
그리고, 상기 지상 충전장치(100)의 충전포스트(10) 상측에는 역팬터그래프(110)가 승강수단(130)에 의해 승강가능하게 구비된다. 이때, 상기 승강수단(130)은 리니어 액츄에이터 등으로 구성될 수 있으며, 상기 지상제어부(140)는 충전을 하기 위해서는 상기 승강수단(130)을 제어하여 역팬터그래프(110)를 하강시켜 부스바(210)에 접촉시키고, 상기 지상제어부(140)는 충전을 하지 않는 경우에는 상기 승강수단(130)을 제어하여 역팬터그래프(110)를 상승시켜 부스바(210)에서 분리시킨다.
또한, 상기 지상제어부(140)는 상기 산출한 정차 목표위치 데이터를 지상통신부(150)를 통해 상기 차상 장치(200)로 전송한다.
이때, 상기 지상통신부(150)는 무선으로 정차 목표위치를 상기 차상 장치(200)로 전송하고, 차상 장치(200)로부터 촬영시점을 알려주는 트리거 신호를 수신한다.
이에 상기 지상제어부(140)는 트리거 신호가 수신되면 상기 영상촬영수단(120)을 구동하여 부스바(210)의 표면영상을 취득하며, 이렇게 취득한 부스바(210)의 표면영상을 분석하여 오염, 마모, 크랙 등의 이상징후 여부와 발생위치를 검출하여 안정적인 충전이 이루어질 수 있는 충전 목표위치를 산출한다.
이때, 도 7을 참고하면 부스바의 표면영상 내 부스바(210)의 종방향 양 끝단을 인식하고 부스바(210)의 알려진 길이 정보를 이용하여 비례관계에 의해 오프셋을 산출하거나 인접위치에 보조패턴을 설치하고 이를 이용하여 오프셋을 산출한다. 도 7에서 부스바(210)의 전체 길이를 L, 스캔 영역의 y방향 오프셋을 Y1, 보조패턴의 x방향 전체 폭을 XL, 보조패턴의 스캔 영역 x방향 음영 폭을 X1이라고 하면 다음의 식(1)과 같은 선형관계에 의해 스캔 영역의 오프셋 Y1을 구할 수 있다.
Figure pat00001
(1)
그리고, 상기 지상제어부(140)는 상기 과정을 통해 확인된 이상징후 발생위치의 오프셋 정보를 이용하여 충전 정차 목표위치를 산출하고 차량(20)의 차상 장치(200)에 전달한다.
한편, 차량(20)의 상기 지상제어부(140)에서 산출한 정차 목표위치를 상기 차상 장치(200)로 전송하는 지상통신부(150)는 무선 통신모듈로 이루어짐이 바람직하며, 이는 근거리 통신망을 이용할 수 있다.
또한, 상기 차상 장치(200)는 상기 지상 충전장치(100)의 역팬터그래프(110)로부터 충전 전력을 수신하는 부스바(210)와, 상기 부스바(210)를 통해 유입되는 충전 전원을 충전하는 배터리(220)와, 상기 영상촬영수단(120)의 촬영시점을 알려주는 트리거 신호를 감지하는 촬영시점 감지수단(230)과, 상기 지상 충전장치(100)로부터 정차 목표위치 데이터를 수신하는 차상통신부(240)와, 차량의 운전을 제어하는 차량제어부(250)를 포함한다.
이때, 상기 차량제어부(250)는 상기 촬영시점 감지수단(230)으로부터 트리거 신호가 입력되면 상기 지상 충전장치(100)로 전송하고, 상기 지상 충전장치(100)로부터 정차 목표위치 데이터가 수신되면 차량(20)을 충전 가능한 정차 목표에 정차시킨다.
좀 더 구체적으로 설명하면 상기 촬영시점 감지수단(230)은 상기 지상 충전장치(100)의 영상촬영수단(120)이 부스바(210)의 표면 영상을 촬영해야 하는 시작 시점인 촬영시점을 의미하는 트리거 신호를 감지하기 위한 것으로 다양한 방식으로 이루어질 수 있다.
이러한 촬영시점 감지수단(230)은 일 예로 RF신호를 송출하는 RFID 태그(tag) 또는 차륜을 감지하는 차륜감지기(axle counter) 등을 지상에 설치 구성될 수 있다.
이 경우 상기 차량제어부(250)는 촬영시점 감지수단(230)에서 발생되는 트리거 신호가 수신되면 차상통신부(240)를 통해 지상 충전장치(100)의 지상통신부(150)로 전송하고, 이에 지상 충전장치(100)의 지상제어부(140)는 영상촬영수단(120)을 활성화하여 영상을 취득한다.
상기 촬영시점 감지수단(230)은 RFID 태그(tag) 방식으로 구성하는 경우, RFID 태그(tag)는 선로연변 또는 지상 충전장치(100)와 인접한 선로에 구비하고 RFID 리더는 차량(20)에 구비하여 차량(20)에서 RFID 리더에서 지상의 RFID 태그(tag)로부터 송출되는 촬영시점 감지신호를 수신하여 지상 충전장치(100)로 전송할 수 있다.
물론, 상기 촬영시점 감지수단(230)은 차량의 측위정보를 감지할 수 있는 GPS수신기 등으로 구성되거나, 차량과 통신을 수행하는 관제센터 등으로부터 측위정보를 수신할 수도 있다.
따라서, 본 발명의 촬영시점 감지수단(230)은 트리거 신호를 검출 또는 입력받을 수 있는 다양한 수단으로 구성될 수 있으며, 이러한 다양한 수단을 통한 촬영시점 검출 또는 추출방식은 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
이에 차상 장치(200)의 차량제어부(250)는 지상 충전장치(100)로부터 정차 목표위치 데이터가 수신되면 전달된 목표값에 따라 위치 수정량을 계산하고 이를 반영한 주행 프로파일을 갱신하여 목표위치에 정차하도록 한다.
그리고, 차량제어부(250)는 목표위치에 정차한 것이 확인되면 충전개시명령을 차상통신부(240)를 통해 지상 충전장치(100)에 전달하여 충전절차가 수행되도록 한다.
아울러, 상기 지상 충전장치(100)의 지상통신부(150)와 데이터 통신을 수행하는 차상통신부(240) 역시 무선 통신모듈로 이루어짐이 바람직하며, 이 역시 근거리 통신망을 이용할 수 있다.
한편, 차량(20)이 충전을 위해 지상 충전장치(100)로 접근하고 있음을 근거리 통신망 등을 이용하여 차상 장치(200)에서 지상 충전장치(100)로 트리거 신호를 전송시 차량 고유정보를 포함하여 지상 충전장치(100)에 전송하며, 지상 충전장치(100)의 지상제어부(140)는 전달된 트리거 신호 및 차량고유정보에 따라 지상 충전장치(100)의 영상촬영수단(120)을 동작하여 영상을 취득하고 별도의 스케쥴러에 기록된 차량별 충전이력 정보에 따른 목표 접촉점을 결정(ex. a 위치에서 충전이력이 N회 이상이면 b 위치로 이동)할 수 있다.
아울러, 지상 충전장치(100)의 지상제어부(140)는 해당 영상의 목표 접촉점 근방을 분석하여 부스바(210) 표면의 이상여부를 판단하고, 이상점 발견시 인접 영역을 순차적으로 스캔하여 충전 목표위치를 산출하여 차상 장치(200)로 전송한다.
또한, 상기 차상 장치(200)의 차량제어부(250)는 전송받은 충전 목표위치 데이터를 차량제어부(250)의 초기 목표치와 비교하고 차이에 대해서 보정할 수 있도록 기준궤적(프로파일)을 갱신하며 이에 갱신된 기준궤적 추종제어를 통해 충전 목표위치 정차 후 충전개시되도록 충전개시명령을 차상통신부(240)를 통해 지상 충전장치(100)에 전달한다.
물론, 지상 충전장치(100)의 지상제어부(140)는 상기 충전개시명령에 따라 별도의 스케쥴러에 해당 차량의 충전위치별 충전회수를 기록함도 바람직하다.
이하에서는 도 5 내지 도 8을 참고로 본 발명에 따른 영상기반 상부급전형 자율충전 시스템의 작동 과정을 설명한다.
우선 지상 충전장치(100)는 차량의 근접하고 있는지를 대기한다.(S1)
이후 지상 충전장치(100)의 지상제어부(140)는 지상통신부(150)를 통해 차상 장치(200)의 촬영시점 감지수단(230)을 통해 촬영시점을 의미하는 트리거 신호가 입력되는지를 지속적으로 감시한다.(S2) 이 경우 트리거 신호가 입력되지 않으면 단계(S1)로 분기하여 대기한다.
이때, 상기 단계(S2)를 수행 중 차량(20)이 충전을 위해 접근하여 차상 장치(200)의 촬영시점 감지수단(230)을 통해 촬영시점을 의미하는 트리거 신호가 입력되면 차량제어부(250)는 트리거 신호와 차량 고유정보를 차상통신부(240)를 통해 무선 송출하며, 이에 지상 충전장치(100)는 지상통신부(150)를 통해 수신한다.
상기 단계(S2)를 통해 지상 충전장치(100)의 지상제어부(140)에 트리거 신호와 차량 고유정보가 입력되면, 상기 지상제어부(140)는 영상촬영수단(120)을 구동하여 상기 영상촬영수단(120)에 의해 촬영하는 차량(20)의 부스바(210) 표면영상을 취득한다.(S3)
그리고, 지상 충전장치(100)의 지상제어부(140)는 상기 단계(S3)를 통해 취득한 부스바(210) 표면영상을 분석한다.(S4)
이와같은 지상 충전장치(100)의 지상제어부(140)는 해당 영상의 목표 접촉점 근방을 분석하여 부스바(210) 표면의 오염, 마모, 크랙 등 이상여부를 분석 및 판단(S4)하고, 이상점을 발견시 인접 영역을 순차적으로 스캔하여 충전 목표위치를 산출하여 지상통신부(150)를 통해 차상 장치(200)로 무선 전송한다.(S5)
한편, 상기 차상 장치(200)의 차량제어부(250)는 차상통신부(240)를 통해 충전 목표위치 데이터가 입력되면 전송받은 목표값인 충전 목표위치를 차량제어부(250)의 초기 목표치와 비교하고 차이에 대해서 보정할 수 있도록 목표위치 수정량을 계산하고(S6), 이후 차량의 주행 기준궤적(프로파일)을 갱신한다.(S7) 이후 상기 차상 장치(200)의 차량제어부(250)는 갱신된 기준궤적 추종제어를 통해 충전 목표위치에 정차한다.(S8)
이후 차량제어부(250)는 목표위치에 정차한 것이 확인되면 충전개시명령을 차상통신부(240)를 통해 지상 충전장치(100)에 전달하여 충전절차가 수행되도록 한다.(S9)
이 경우 상기 지상 충전장치(100)는 지상통신부(150)를 통해 차상 장치(200)의 충전개시명령이 입력되면 충전 목표위치에 정차한 것으로 판단하여 승강수단(130)을 제어하여 역팬터그래프(110)를 하강시켜 부스바(210)에 접촉시켜 차량 배터리(220)를 충전한다.
위에서 살펴본 영상기반 상부급전형 자율충전 방법을 정리하면, 차량(20)이 충전을 위해 접근하여 차상 장치(200)의 촬영시점 감지수단(230)을 통해 촬영시점을 의미하는 트리거 신호가 입력되는지 대기하는 제1단계와, 상기 트리거 신호와 차량 고유정보가 입력되면 영상촬영수단(120)을 구동하여 차량(20)의 부스바(210) 표면영상을 취득하는 제2단계 및 상기 부스바(210) 표면영상의 이상여부를 분석하여 차량(20)의 충전 목표위치를 산출하여 충전 목표위치에 정차하도록 차량(20)에 구비되는 차상 장치(200)로 무선 전송하는 제3단계를 포함하여 이루어지게 된다.
여기서, 상기 차상 장치(200)는 차상통신부(240)를 통해 충전 목표위치 데이터가 입력되면 전송받은 목표값인 충전 목표위치를 차량제어부(250)의 초기 목표치와 비교하고 차이에 대해서 보정할 수 있도록 목표위치 수정량을 계산하고, 차량(20)의 주행 기준궤적을 갱신하여 충전 목표위치에 정차시킬 수 있다.
그리고, 상기 제3단계 이후에 차상 장치로(200)부터 충전개시명령이 수신되면 충전 목표위치에 정차한 것으로 판단하여 차량 배터리(220)를 충전하기 위해 역팬터그래프(110)를 하강시켜 부스바(210)에 접촉하도록 승강수단(130)을 제어하는 제4단계를 더 포함할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형 가능한 것으로, 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 포스트 20: 차량
100: 지상 충전장치 110: 역팬터그래프
120: 영상촬영수단 130: 승강수단
140: 지상제어부 150: 지상통신부
200: 차상 장치 210: 부스바
220: 배터리 230: 촬영시점 감지수단
240: 차상통신부 250: 차량제어부

Claims (10)

  1. 지상의 선로연변에 설치되어 지상의 충전 전력을 차량으로 전달하는 역팬터그래프를 포함하는 지상 충전장치와, 차량에 설치되어 상기 지상 충전장치로부터 제공되는 충전 전력을 수신하는 부스바와 배터리를 포함하는 차상 장치로 구성되며;
    상기 지상 충전장치는 상기 부스바의 표면을 촬영하는 영상촬영수단과, 충전 전력을 상기 차량의 부스바로 전달하는 역팬터그래프와, 상기 역팬터그래프을 승강하는 승강수단과, 상기 영상촬영수단으로부터 상기 부스바의 표면영상을 취득하고 분석하여 차량이 정차해야 하는 목표위치를 산출하는 지상제어부와, 차량의 상기 지상제어부에서 산출한 정차 목표위치를 상기 차상 장치로 전송하는 지상통신부를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상기반 상부급전형 자율충전 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 영상촬영수단은 차량의 부스바 표면을 촬영하기 위한 것으로, 지상 충전장치의 포스트 상단에 설치되는 카메라로 구성되는 것을 특징으로 하는 영상기반 상부급전형 자율충전 시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 지상제어부는 상기 차상 장치로부터 촬영시점을 알려주는 트리거 신호가 지상통신부를 통해 수신되면 상기 영상촬영수단으로부터 상기 부스바의 표면영상을 취득하고 분석하여 차량이 정차해야 하는 목표위치를 산출하여 지상통신부를 통해 상기 차상 장치로 전송하는 것을 특징으로 하는 영상기반 상부급전형 자율충전 시스템.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 지상제어부는 상기 과정을 통해 확인된 이상징후 발생위치의 오프셋 정보를 이용하여 충전 정차 목표위치를 산출하여 지상통신부를 통해 상기 차상 장치로 전송하는 것을 특징으로 하는 영상기반 상부급전형 자율충전 시스템.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 차상 장치는 상기 지상 충전장치의 역팬터그래프로부터 충전 전력을 수신하는 부스바와, 상기 부스바를 통해 유입되는 충전 전원을 충전하는 배터리와, 상기 영상촬영수단의 촬영시점을 알려주는 트리거 신호를 감지하는 촬영시점 감지수단과, 상기 지상 충전장치로부터 정차 목표위치 데이터를 수신하는 차상통신부와, 상기 촬영시점 감지수단에서 감지되는 트리거 신호를 상기 지상 충전장치로 송신하도록 상기 차상통신부로 출력하고 상기 지상 충전장치로부터 수신된 정차 목표위치 데이터에 따라 차량의 운전을 제어하는 차량제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상기반 상부급전형 자율충전 시스템.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 차량제어부는 지상 충전장치로부터 정차 목표위치 데이터가 수신되면 전달된 목표값에 따라 위치 수정량을 계산하고 이를 반영한 주행 프로파일을 갱신하여 목표위치에 정차하도록 차량을 제어하고 목표위치에 정차하면 충전개시명령을 차상통신부를 통해 지상 충전장치에 전송하는 것을 특징으로 하는 영상기반 상부급전형 자율충전 시스템.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 차상 장치는 상기 지상 충전장치로 트리거 신호를 전송시 차량 고유정보를 포함하여 전송하며,
    상기 지상 충전장치는 상기 트리거 신호 및 차량고유정보가 수신되면 영상촬영수단을 동작하여 영상을 취득하고 별도의 스케쥴러에 기록된 차량별 충전이력 정보에 따른 목표 접촉점을 결정하는 것을 특징으로 하는 영상기반 상부급전형 자율충전 시스템.
  8. 차량이 충전을 위해 접근하여 차상 장치의 촬영시점 감지수단을 통해 촬영시점을 의미하는 트리거 신호가 입력되는지 대기하는 제1단계;
    상기 트리거 신호와 차량 고유정보가 입력되면 영상촬영수단을 구동하여 차량의 부스바 표면영상을 취득하는 제2단계; 및
    상기 부스바 표면영상의 이상여부를 분석하여 차량의 충전 목표위치를 산출하여 충전 목표위치에 정차하도록 차량에 구비되는 차상 장치로 무선 전송하는 제3단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상기반 상부급전형 자율충전 방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 차상 장치는 차상통신부를 통해 충전 목표위치 데이터가 입력되면 전송받은 목표값인 충전 목표위치를 차량제어부의 초기 목표치와 비교하고 차이에 대해서 보정할 수 있도록 목표위치 수정량을 계산하고, 차량의 주행 기준궤적을 갱신하여 충전 목표위치에 정차시키는 것을 특징으로 하는 영상기반 상부급전형 자율충전 방법.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 제3단계 이후에 차상 장치로부터 충전개시명령이 수신되면 충전 목표위치에 정차한 것으로 판단하여 차량 배터리를 충전하기 위해 역팬터그래프를 하강시켜 부스바에 접촉하도록 승강수단을 제어하는 제4단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영상기반 상부급전형 자율충전 방법.
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