에너지 효율 향상을 위한 철도차량의 정차 제동 방법 및 시스템

에너지 효율 향상을 위한 철도차량의 정차 제동 방법 및 시스템 { METHOD AND SYSTEM FOR BRAKING A RAILWAY VEHICLE }

본 발명은 에너지 효율 향상을 위한 철도차량의 정차 제동 방법 및 시스템에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 철도차량의 운행 중 정차시 유압제동을 동작시키기 위하여 소비되는 에너지를 절감시켜 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 철도차량의 정차 제동 방법 및 그와 같은 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 철도차량은 여러 개의 객차를 서로 연결하여 많은 수의 승객을 운송할 수 있다.

이와 같은 철도차량에는 기본적으로 제동장치가 구비되는데, 철도 차량 제동시 에너지 효율 향상을 위하여 회생제동을 통하여 차량에 감가속도를 발생시킨다.

그리고, 이때 발생한 회생 에너지는 가선을 통하여 송부하거나 차상에 배터리가 탑재된 경우 배터리에 에너지를 저장하여 재사용한다.

하지만 철도차량이 저속 운행중인 경우에는 회생제동으로는 차량에서 요구되는 감가속도를 발생시키기 어렵다.

따라서, 도 1에 도시된 바와 같이 철도차량이 일정속도 이하로 운행중인 경우에는 유압제동을 이용하여 차량을 제동시킨다. 그리고 정차 시에도 유압제동을 지속적으로 적용하여 차량이 안정적인 정차상태를 유지하도록 한다.

이때, 유압제동을 위해서는 우선 유압펌프를 동작시켜 유압을 발생시킨다.

그리고, 유압펌프에서 발생한 유압을 이용하여 철도차량의 휠 또는 휠에 부착되어 있는 디스크와 브레이크 패드를 접촉시켜 마찰력을 발생하도록 하여 차량을 제동시킨다.

이때, 유압펌프를 동작시키기 위해서는 전력이 소비되지만, 만약 철도차량이 평지(平地)에 위치한 정거장에 정차할 경우 유압제동이 적용되지 않더라도 차량이 움직이거나 밀릴 위험은 없으며, 오히려 유압을 지속적으로 생성시키기 위하여 동작되는 유압펌프로 인한 에너지 손실이 발생한다.

즉, 도 1에 도시된 바와 같이 차량 정차 구간에서도 제동유압이 생성되기 때문에 철도차량 시스템의 전체의 에너지 효율을 떨어트리는 원인이 된다.

따라서, 본 발명은 이러한 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 철도차량의 에너지 효율을 향상시키기 위한 방안으로 철도차량의 정차시 유압제동을 동작시키기 위하여 소비되는 에너지를 절감하는 철도차량의 정차 제동 방법 및 그와 같은 철도차량의 정차 제동 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

이와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은;

철도차량의 운행을 제어하는 차상제어기의 지령에 따라 철도차량의 주행을 위한 견인력을 제공하는 모터를 회생모드로 동작시키는 제1단계; 상기 속도감지수단에서 측정되는 철도차량의 주행속도가 설정된 유압제동 진입속도를 초과하면 상기 차상제어기는 모터를 회생모드로 동작하여 제동을 수행하고, 철도차량의 주행속도가 설정된 유압제동 진입속도 이하이면 유압펌프를 구동하여 유압제동을 수행하는 제2단계; 및 상기 제2단계를 수행중 속도감지수단에서 측정되는 철도차량의 주행속도가 정지속도인지를 비교하여 정지속도이면 유압펌프의 구동을 정지하는 제3단계;로 구성되는 것을 특징으로 하는 에너지 효율 향상을 위한 철도차량의 정차 제동 방법을 제공한다.

이때, 상기 제3단계 후, 상기 차상제어기는 상기 철도차량이 정지한 상태에서 상기 이동감지수단으로부터 차량이동신호가 입력되면 철도차량의 주행속도가 정지속도에 도달할 때까지 상기 유압펌프를 구동하는 제4단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 이동감지수단은 가속도센서로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은;

철도차량의 주행을 위한 견인력을 제공하는 모터와, 상기 철도차량의 주행속도를 측정하는 속도감지수단과, 상기 철도차량이 유압제동 진입속도에 진입하면 유압을 이용하여 차량을 제동하는 유압펌프와, 차량이동신호를 감지하는 이동감지수단과, 철도차량의 운행을 제어하며 상기 속도감지수단에서 측정되는 철도차량의 주행속도가 설정된 유압제동 진입속도 이하이면 철도차량이 정지하는 정지속도까지 상기 유압펌프를 구동하고 상기 철도차량이 정지한 상태에서 상기 이동감지수단으로부터 차량이동신호가 감지되면 철도차량의 주행속도가 정지속도에 도달할 때까지 상기 유압펌프를 구동하는 차상제어기로 구성되는 것을 특징으로 하는 에너지 효율 향상을 위한 철도차량의 정차 제동 시스템도 제공한다.

물론, 상기 이동감지수단은 가속도센서로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 철도차량이 정차시에 유압펌프의 동작을 중지시킴으로서, 정차구간동안 유압펌프를 동작시키기 위하여 소비되는 전력을 절약할 수 있으며, 이에 따라 차량의 에너지 소비 효율을 향상시키는 효과가 있다.

도 1은 종래 일반적인 철도차량의 정차시 유압제동 상태를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 에너지 효율 향상을 위한 철도차량의 정차 제동 시스템의 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 에너지 효율 향상을 위한 철도차량의 정차시 유압제동 상태를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 에너지 효율 향상을 위한 철도차량의 정차 제동 제어 흐름도이다.

본 발명에 따른 에너지 효율 향상을 위한 철도차량의 정차 제동 방법 및 시스템을 첨부한 도면을 참고로 하여 이하 상세히 기술되는 실시 예에 의하여 그 특징을 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 2 및 도 3에 의하면, 본 발명에 따른 에너지 효율 향상을 위한 철도차량의 정차 제동을 위한 시스템은 철도차량의 정차시 유압제동을 동작시키기 위하여 소비되는 에너지를 절감하여 철도차량의 에너지 소비 효율을 향상시킨다.

이와 같은 본 발명에 따른 에너지 효율 향상을 위한 철도차량의 정차 제동 시스템은 철도차량의 주행을 위한 견인력을 제공하는 모터(110)와, 상기 철도차량의 주행속도를 측정하는 속도감지수단(120)과, 상기 철도차량이 유압제동 진입속도에 진입하면 유압을 이용하여 철도차량의 휠 또는 휠에 부착되어 있는 디스크와 브레이크 패드를 접촉시켜 마찰력을 발생하도록 하여 차량을 제동하는 유압펌프(130)와, 철도차량의 운행을 제어하며 상기 속도감지수단(120)에서 측정되는 철도차량의 주행속도가 설정된 유압제동 진입속도(V _ent ) 이하이면 철도차량이 정지하도록 상기 유압펌프(130)를 제어하는 차상제어기(140)로 구성된다.

이 경우 상기 차상제어기(140)는 상기 속도감지수단(120)에서 측정되는 철도차량의 주행속도가 설정된 유압제동 진입속도(V _ent ) 이하이면 유압펌프(130)를 구동하여 유압제동을 시작하게 되는데, 이때 속도감지수단(120)에서 측정되는 철도차량의 철도차량의 주행속도가 속도가 '0'인 정지속도(V ₀ )가 될 때까지만 작동하도록 제어한다.

그리고, 상기 차상제어기(140)는 이동감지수단(150)으로부터 차량이동신호를 입력받는다. 상기 이동감지수단(150)은 차량이 정지한 경우에도 차량의 움직임을 감지하는 것으로 차량의 기울기와 이동을 감지가능한 가속도 센서로 구성된다.

이하, 본 발명의 각부 구성을 구체적으로 설명한다.

먼저, 상기 모터(110)는 철도차량의 주행을 위한 견인력을 제공하는 것으로, 회생모드로 동작하면 회생에너지를 발생하여 제동을 수행하게 된다.

이 경우 상기 모터(110)가 회생모드로 작동시에도 상기 차상제어기(140)는 상기 속도감지수단(120)에서 측정되는 철도차량의 주행속도가 설정된 유압제동 진입속도(V _ent ) 이하인지를 계속적으로 비교하게 되며 철도차량의 주행속도가 설정된 유압제동 진입속도(V _ent )에 도달하지 않은 경우에는 계속해서 회생모드로 모터(110)를 작동시키게 된다.

한편, 상기 속도감지수단(120)은 철도차량의 주행속도를 측정하는 구성으로, 이는 GPS수신기로 구성되거나 또는 차륜의 시간당 회전량 등을 측정하는 속도계를 이용함도 가능하며 외부 입력을 통하여 철도차량의 주행속도를 측정함도 가능하다.

그리고, 상기 유압펌프(130)는 유압을 이용하여 철도차량의 휠 또는 휠에 부착되어 있는 디스크와 브레이크 패드를 접촉시켜 마찰력이 발생하도록 하여 차량을 제동한다.

이때, 상기 유압펌프(130)는 차상제어기(140)의 제어에 의해 그 구동이 제어되는데, 속도감지수단(120)에서 측정되는 철도차량의 주행속도가 설정된 유압제동 진입속도(V _ent ) 이하이면 철도차량이 정지할 때까지 제어되며, 철도차량이 경사진 곳에 정차한 경우 철도차량의 자중(自重)에 의해 이동할 수 있는데 이 경우 이동감지수단(150)은 차량이동신호를 감지하여 출력한다.

상기 이동감지수단(150)이 가속도센서로 이루어지는 경우 가속도 출력값이 "0"인지를 비교하여 가속도 센서값이 "0"이 아니면 차량이동신호를 발생하여 차상제어기(140)는 이에 따라 철도차량이 움직이고 있다고 판단한다. 그리고 상기 차상제어기(140)는 철도차량의 정지를 위해 상기 유압펌프(130)를 작동시킨다.

이하, 도 2 내지 도 4를 참고로 본 발명에 따른 에너지 효율 향상을 위한 철도차량의 정차 제동 예를 설명한다.

우선 철도차량이 주행중에 열차 제동을 수행하기 위한 차상제어기(140)의 지령에 따라 철도차량의 주행을 위한 견인력을 제공하는 모터(110)를 회생모드로 동작하고 유압펌프를 구동한다.(S100)

즉, 상기 차상제어기(140)는 상기 속도감지수단(120)에서 측정되는 철도차량의 주행속도가 설정된 유압제동 진입속도(V _ent )를 초과하면 모터(110)를 회생모드로 동작하여 제동을 수행하고, 철도차량의 주행속도가 설정된 유압제동 진입속도(V _ent ) 이하이면 유압펌프(130)를 구동하여 유압제동을 수행한다.

상기 단계(S100)를 수행하여 속도감지수단(120)에서 측정되는 철도차량의 주행속도가 정지속도(V ₀ )인 "0" km/h인지를 비교하여 정지속도(V ₀ )가 아니면 상기 단계(S100)를 수행한다.(S110)

이후 상기 단계(S110)를 통해 철도차량의 주행속도가 정지속도(V ₀ )이면 유압펌프(130)의 구동을 정지한다.(S120)

그리고, 상기 차상제어기(140)는 모터(110)의 토크출력이 "0" 이하인지를 비교하여(S130), 모터(110)의 토크출력이 "0" 이하이면 이동감지수단(150)인 가속도센서의 가속도 출력값이 "0"인지를 비교한다.(S140)

상기 단계(S140)를 통해 가속도 센서값이 "0"이 아니면 차상제어기(140)는 철도차량이 움직이고 있다고 판단하여 철도차량의 정지를 위해 상기 유압펌프(130)를 작동시킨다.(S150)

이와 같은 과정을 통해 철도차량이 제동 및 정차 시 에너지 효율 향상을 위하여 철도차량이 완전히 정차된 후 차량이 재가속하기 전까지 유압펌프(130)의 동작을 정지시키며 이로 인하여 철도차량의 에너지 효율 향상을 가져올 수 있다.

만약 철도차량이 경사가 있는 곳에 정차한 경우, 유압제동이 적용되지 않아 철도차량이 의도하지 않게 움직일 경우를 대비하여 철도차량에 이동감지수단(150)인 가속도 센서(차량의 전후방향 기준)를 장착하여 철도차량이 정차하였으나, 모터(110)의 토크 출력이 없는 상태에서 차량의 움직임을 판단했을 경우(가속도 센서의 값이 0이 아닌 경우)에만 제한적으로 유압펌프(130)를 재동작시켜 유압제동을 철도차량에 가하여 철도차량이 정차상태를 유지하도록 한다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 실시 예와 실질적으로 균등한 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리범위가 미치는 것으로 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것이다.

110: 모터 120: 속도감지수단
130: 유압펌프 140: 차상제어기
150: 이동감지수단