철도 차량 전공 제동 시스템{ELECTRO-PNEUMATIC BRAKING SYSTEM FOR A RAILWAY VEHICLE}
본 발명은 철도 차량(a railway vehicle)용 전공 (電空) 제동 시스템(an electro-pneumatic braking system)에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 공압 공급 파이프(a pneumatic pressure supply pipe), 차량 부하(vehicle load) 또는 가중 신호(weight signals)를 발생시키는 발전기 수단(generator means), 가중 신호의 함수로서 제한되는 최대 제동 압력을 규정하는 가중 공압을 공급하도록 설계된 가중 수단(weighting means), 및 가중 수단에 연결되고, 적어도 하나의 브레이크 실린더(brake cylinder)와 파이프 사이에 연결되는 릴레이 밸브(a relay valve)를 포함하여, 가중 공압보다 같거나 적은 제어 가능한 제동 압력이 실린더에 인가되도록 하는 제동 제어 수단(braking control means)을 포함하는 전공 제동 시스템에 관한 것이다.
이러한 유형의 전공 제동 시스템은 잘 알려져 있으며, 예를 들면 특허 출원 EP 0 958 980 A 및 WO 2013/144543 A에 기술되어있다. 이러한 제동 시스템의 크기 및 전체 치수의 감소에 대한 일반적이고 일정한 경향이 있다. 특히 빠르고 간단한 유지 보수를 위해 LRU (Line Replaceable Unit) 형태로 이러한 시스템을 구성하는 경향이 있다. 이러한 목표는 다소 무겁고 부피가 큰 기존의 공압 부품 대신에 전자 및 전공 시스템의 사용 증가를 의미한다. 전술한 유형의 전공 제동 시스템에서, 예를 들어 제동 시스템이 차량 별로(a vehicle-by-vehicle basis) 또는 보기차 별로(a vehicle-by-vehicle basis) 브레이크를 가하도록 의도되는지 여부에 따라 전체 차량 또는 그 일부의 하중 또는 중량을 나타내는 가중 신호가 발생된다. 가중 수단 및 서비스 제동 제어 수단(service braking control means)에 추가하여, 이러한 유형의 전공 제동 시스템은 보통 액압(fluid pressure)을 차단 한 후 감소시키기 위해 설계된 안티 휠 슬립(anti-wheel-slip) 기능을 제어하는 ??수단을 포함하고, 바퀴 잠금 및 미끄러짐 상황을 해결하기 위해 바퀴와 연결된 속도 센서에 의해 제공되는 정보의 함수로서 브레이크 실린더에 재사용된다. 일부의 경우, 제동 제어 수단 및 안티 휠 슬립 제어 수단은 단일 전자 제어 유닛에 구현된다.
본 발명의 목적은 철도 차량을 위한 전공 제동 시스템을 제공하는 데에 있고, 이 시스템은 크기, 중량 및 전체 치수가 대폭 감소되고, 작동 신뢰성이 높고 비용이 낮다.
이들 목적 및 다른 목적은 첨부된 청구항 제1항에 정의된 주요 특징인 전공 제동 시스템에 대한 본 발명으로 달성된다. 본 발명에 따른 제동 시스템에서, 가중 수단은 압력 공급 파이프와 릴레이 밸브의 구동 입구(drive inlet) 사이에 배치되고, 압력 및 전력 제한기를 통해 파이프에 연결되는 전공 구동 어셈블리(electro-pneumatic drive assembly) 및 부하 신호의 함수로서 구동 어셈블리를 제어하여, 릴레이 밸브의 구동 입구에서 소정의 방식으로 압력을 변조하도록 하는 전자 가중 제어 유닛(electronic weighting control unit)을 포함한다. 이러한 특성의 결과로, 가중 수단은 통로 단면적이 작은 공압 장치(솔레노이드 밸브)의 수단으로서 "가공(processed)"할 수 있는 저전력 "공압 신호(pneumatic signal)"로 작동한다. 따라서, 이러한 공압 장치는 종래 기술의 솔루션보다 현저히 작은 크기 및 중량으로 제조 될 수 있다. 본 발명에 따른 제동 시스템에서, 제동 제어 수단은 릴레이 밸브의 전공 구동 어셈블리와 릴레이 밸브의 구동 입구 사이에 배치된 전공 제어 어셈블리(electro-pneumatic control assembly)와, 서비스 또는 안전 제동 요청 신호의 기능으로서 전공 제어 어셈블리를 구동하도록 설계된 전자 제동 제어 유닛(electronic braking control unit)을 포함한다. 전공 제동 제어 어셈블리(electro-pneumatic braking control assembly)는 전공 구동 어셈블리와 릴레이 밸브의 구동 입구 사이의 연결을 제어하는 ??제1 솔레노이드 밸브(a first solenoid valve) 또는 입구 밸브, 공기와 릴레이 밸브의 구동 입구 사이에 배출 연결을 제어하는 제2 솔레노이드 밸브 또는 배출 밸브, 및 제1 및 제2 솔레노이드 밸브 사이에 배치되고 릴레이 밸브의 구동 입구에 연결되는 원격 제어 제동 릴리즈용 제3 솔레노이드 밸브를 적합하게 포함한다. 바로 앞에 언급된 솔루션과 관련하여, 비록 첨부된 청구 범위에서 청구항 제1항 내지 제3항에 정의 된 특성이 존재하는 것으로 나타내지만, 해당 기술 분야의 통상의 기술자에게는 청구항 제1항 내지 제3항에 정의된 특성이 부재인 경우에도 적합하게 적용될 수 있는 것이 분명할 것이다. 본 발명의 다른 특징 및 이점은 첨부된 도면을 참조하여 순전히 비제한적인 예로서 주어진 다음의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 철도 차량 전공 제동 시스템의 부분적으로 블록 형태인 전기-공압 다이어그램(electro-pneumatic diagram)이다.
도 2는 도 1에 도시 된 것과 유사한 부분 전기-공압 다이어그램이며, 제1 변형 실시예를 도시한다.
도 3은 이전의 도면에 도시된 것과 유사한 전기-공압 다이어그램이며, 본 발명에 따른 전공 제동 시스템의 또 다른 변형 실시예를 도시한다.
도면에서, 번호 1은 공지된 유형의 철도 차량을 위한 본 발명에 따른 전공 제동 시스템의 전체를 나타낸다. 도시된 실시예에서, 제동 시스템 1은 철도 차량의 대응 휠(corresponding wheels) 또는 차축(axles)과 관련된 복수의 브레이크 실린더(BC1, ... BCN)를 포함한다. 각각의 브레이크 실린더(BC1, ... BCN)는 각각의 제동 제어 장치(BCA1, ... BCAN)와 관련된다. 제동 제어 장치(BCA1, ... BCAN)는 전체적으로 WA로 표시된 가중 장치와 관련된다. 가중 장치(WA)는 전체적으로 EPDA로 표시된 전공 구동 어셈블리를 제어하는 전자 가중 제어 유닛(electronic weighting control unit)(WCU)을 포함한다. 각 제동 제어 장치(BCA1, ... BCAN)는 관련 전공 제어 어셈블리(EPCA)를 제어하는 ??각각의 전자 유닛(electronic unit)(BCU)을 포함한다. 도 1의 번호 2는 가중 장치(WA)의 전자 유닛(WCU) 및 제동 제어 장치(BCA1, ... BCAN)의 전자 유닛(BCU)에 연결된 차량(또는 보기차(bogie)와 같은 부분)의 부하 또는 가중을 나타내는 신호를 생성하는 장치를 나타낸다. 전자 장치(WCU 및 BCU)는 독립된 전자 유닛의 형태로 만들어질 수 있거나, 필요에 따라 단일 전자 제어 유닛에 서로 통합될 수 있다. 기호 MBP 는 ??메인 공압 공급 파이프("메인 브레이크 파이프"라고 함)를 나타낸다. 각각의 전공 제어 어셈블리(EPCA)에서, 공압 파이프(MBP)는 릴레이 밸브(RV)의 입구에 연결되고, 출구는 관련된 브레이크 실린더(BC1, ... BCN)에 연결된다. 릴레이 밸브(RV)는 "전력(Power)"밸브이다. 전공 가중 어셈블리(EPDA)는 압력 공급 파이프(MBP)와 전자 공압 제어 어셈블리(EPCA) 각각의 i로 표시된 공압 "신호(signal)" 입구 사이에 공압식으로 배치된다. 다음의 설명으로부터 명백해지는 바와 같이, 가중 장치(WA)는 제동 제어 장치(BCA1, ... BCAN)의 릴레이 밸브(RV)의 구동 입구(d)에 공압"신호(signal)"를 공급하도록 설계되고, 최대 제동 압력을 규정하는 "가중된(weighted)" 공압으로 구성된 이 신호는 센서 2에 공급되는 부하 신호의 함수로서 제한되고 브레이크 실린더(BC1, ... BCN)에 적용이 가능하다. 한편, 각각의 제동 제어 장치(BCA1, ... BCAN)는 장치에 관련된 적어도 하나의 브레이크 실린더(BC1, ... BCN)에 가중 압력을 초과하지 않는 제동 압력을 인가하도록 설계되고, 일반적으로 요청 된 서비스 제동 요구, 또는 각기 a 및 b로 표시된 입력에서 각각의 전자 유닛(BCU)에 도달하는 안전 제동 요구의 레벨의 함수로서 변할 수 있다. 편리하게도, 각 제동 제어 장치(BCA1, ... BCAN)의 유닛(BCU)은 또한 c 로 누적적으로 표시되는 입력에 공급되는 휠 회전 속도 신호가 복수의 휠의 잠금 상태를 가능하게 하는 때, 안티 휠 슬립 동작을 제공하는 방법으로 전공 어셈블리(EPCA)와 연관된 릴레이 밸브(RV)를 구동하도록 설계된다. 도 1을 참조하면, 전공 구동 어셈블리(EPDA)는 공압 제한기 밸브(3)를 통해 공압 공급 파이프 (MBP), 대립하는 스프링을 갖는 유형의 릴레이 밸브(4)의 공급 입구에 연결되는 출구 및 작동 시에 가중 제어 유닛(WCU)에 의해 구동되는 솔레노이드 입구 밸브(5)의 입구에 연결된다. 솔레노이드 밸브(5)는 작은 저장소(reservoir)(6)에 연결되고 마찬가지로, 릴레이 밸브(4)의 구동 입구 및 작동시에 또한 가중 제어 유닛(WCU)에 의해 구동되는 솔레노이드 출구 밸브(7)에 연결되는 출구를 갖는다. 도시된 일실시예에서, 솔레노이드 밸브(5, 7)는 일반적으로 폐쇄되는 3방향 2위치(three-way two-position) 밸브이다. 릴레이 밸브(4)의 출구는 각각의 수축부(8)를 통해 제동 제어 장치(BCA1, ... BCAN)의 전공 제어 어셈블리(EPCA)의 입구(i)에 연결된다. 가중 장치(WA)의 전공 구동 어셈블리(EPDA)는 전기 압력 센서 또는 전공 제동 제어 어셈블리(EPCA)의 입구(i)에 릴레이 밸브(4)의 출구를 연결하는 파이프에 연결되는 변환기(9)를 더 포함한다. 센서 또는 변환기(9)의 전기적 출력은 작동 시에 릴레이 밸브(4)의 출구에서의 압력을 지시하는 가중 제어 유닛(WCU)의 대응하는 입구에 연결된다. 저장소(6)는 작동 시에 차량 또는 그 일부의 무게에 상응하는 압력이 저장되는 "공압 저장 장치(pneumatic storage unit)"로서 작용한다. 도 1 내지 도 3을 참조하면, 도시된 일실시예에서, 각각의 전공 제동 제어 어셈블리(EPCA)는 작동 시에 대응하는 제동 제어 유닛(BCU)에 의해 구동되는 솔레노이드 입구 밸브(10)를 포함한다. 도시된 일실시예에서의 솔레노이드 밸브(10)는 일반적으로 개방형인 3 방향 2 위치이며, 추가 솔레노이드 밸브(20)에 연결되는 출구를 갖는다. 출구는 릴레이 밸브(RV)의 구동 입구(d)에 연결된다. 솔레노이드 밸브(20)의 출구는 또한 작은 저장소(11) 및 솔레노이드 출구 또는 배출 밸브(12)의 입구에 연결되고, 또한 전자 제동 제어 유닛(BCU)에 의해 작동 중에 제어된다. 솔레노이드 밸브(20)는 일반적으로 개방형인 3 방향 2 위치이며, 솔레노이드 밸브(12)는 일반적으로 폐쇄형인 3 방향 2 위치이다. 다음의 본문으로부터 더욱 명백해 질 수 있는 것으로, 솔레노이드 밸브(20)는 통전될 때, 관련된 브레이크 실린더(BC1, ... BCN)에 의한 제동의 릴리즈를 유발하도록 의도된다. 압력 센서 또는 변환기(13)는 작동 시에 전자 제동 제어 유닛(BCU)에 상응하는 릴레이 밸브(RV)의 출구의 압력을 나타내는 전기 신호를 공급하기 위하여 릴레이 밸브(RV)의 출구와 관련 브레이크 실린더(BC1, ... BCN) 사이에서 공압식으로 연결된다. 도 1을 참조하여 전술 한 전공 제동 시스템은 본질적으로 다음과 같은 방식으로 작동한다. 전자 가중 제어 유닛(WCU)은 장치 2로부터 제동 시스템1이 “차량 별(vehicle-by-vehicle)” 제동 또는 “보기차 별(bogie-by-bogie)” 제동을 제공하도록 설계되는 지의 여부에 상응하는, 철도 차량 또는 그 일부(예를 들어, 보기차(bogie))의 무게를 나타내는 신호를 수신한다. 가중 제어 유닛(WCU)은 복수의 솔레노이드 밸브가 비통전될 때, 제1 밸브(5)는 압력 조절기(3)의 출구로부터 저장소(6)의 연결을 차단하고, 제2 밸브(7)는 저장소(6)가 대기로 방전되는 것을 방지하는 방향으로 솔레노이드 입구 밸브(5) 및 관련된 솔레노이드 출구 밸브(7)를 제어한다. 저장소(6)는 편리하게는 릴레이 밸브(4)의 구동 챔버(drive chamber) 및 솔레노이드 밸브(5 및 7)를 릴레이 밸브에 연결하는 파이프의 체적에 본질적으로 상응하는 용량을 갖는다. 솔레노이드 입구 밸브(5)가 통전되면, 압력 제한기(3)의 출구로 저장소(6)를 연결한다. 솔레노이드 출구 또는 배출 밸브(7)가 통전되면, 저장소(6) 및 릴레이 밸브(4)의 구동 챔버에 미리 축적된 압력이 대기 중으로 배출되게 한다. 압력 센서 또는 변환기(9)는 릴레이 밸브(4)의 출구에 순간적으로 존재하는 압력을 나타내는 전기 신호를 전자 가중 제어 유닛(WCU)에 공급한다. 압력 센서 또는 변환기(9) 및 솔레노이드 입구 밸브(5)와 솔레노이드 출구 또는 배출 밸브(7)를 구동하는 것에 의해 공급된 신호에 기초하여, 제어 유닛(WCU)은 브레이크 실린더(BC1, ... BCN)로 응용할 수 있는 제동 압력의 최대 값을 규정하는 가중 공압이 릴레이 밸브(4)의 출구에 존재하는 방법으로 동작한다. 이 제동 압력의 최대 값은 장치(2)에 의해 공급되는 신호에 의해 표시된 부하 값의 함수로서 제한된다. 입구 압력 제한기 장치(inlet pressure limiter device)(3)는 솔레노이드 밸브(5) 및 릴레이 밸브(4)의 입구에서의 압력이 소정의 최대 값을 초과하는 것으로부터 방지함으로써, 공압이 릴레이 밸브(4)의 출구에 도달할 수 있게 하는 최대값을 고정시킨다. 릴레이 밸브(4)의 출구에서의, 즉 전공 구동 어셈블리(EPDA)의 출구에서의 압력은 다양한 브레이크 실린더(BC1, ... BCN.)와 관련된 전공 제동 제어 어셈블리(EPCA)의 입구(i)에 도달한다. 각각의 전공 제동 제어 어셈블리(EPCA)에서, 솔레노이드 밸브(10, 20, 12)가 비통전될 때, 즉 도 1에 도시된 상태에서, 릴레이 밸브(4)로부터 수신된 공압이 솔레노이드 밸브(10 및 20)를 통해 저장소(11) 및 릴레이 밸브(RV)의 구동 챔버에 도달한다. 솔레노이드 배출 밸브(12)가 폐쇄되어 있기 때문에, 저장소(11) 및 릴레이 밸브(RV)의 구동 챔버는 대기로부터 차단된다. 저장소(11)의 체적은 릴레이 밸브(RV)의 구동 챔버의 전체 체적 및 저장소와 솔레노이드 밸브(20, 12) 및 릴레이 밸브(RV)의 구동 입구(d)를 연결하는 파이프의 체적에 상응한다. 작동 시, 각각의 제동 제어 유닛(BCU)은 장치(2)로부터 부하 또는 무게 정보, 관련 센서 또는 변환기(13)로부터 대응하는 릴레이 밸브(RV)의 출구에서의 압력에 대한 정보 요소 및 임의의 서비스 또는 입력 a 및 b에서 비상 제동 요구에 관한 정보 및 입력 c 에서 차량의 휠의 회전속도에 관한 정보를 수신한다. 철도 차량의 정상 주행 동안, 각각의 제동 제어 유닛(BCU)은 압력이 전공 구동 어셈블리(EPDA)의 릴레이 밸브(4)에 의해 입구(d)로 보내지는 가중된 구동 압력에 비례하는 방식으로 릴레이 밸브 (RV)의 출구에서의 압력 값을 제어하고, 유닛(BCU)의 입력(a)에 인가된 서비스 제동 요구 신호에 비례한다. 제동 제어 유닛(BCU)의 입력(b)에 도착하는 안전 또는 비상 제동 요구가 있는 경우, 복수의 유닛은 관련된 솔레노이드 입구 밸브(10)가 비통전되는 것을 유발하여, 릴레이 밸브(4)가 릴레이 밸브(4) 또는 가중 장치(WA)의 전공 구동 어셈블리(EPDA)의 출구 압력에서의 흐름을 통해 저장소(11)를 채우도록 한다. 솔레노이드 방출 밸브(12)는 공기 중으로의 저장소(11)의 배출을 방지한다. 결과적으로, 안전 제동 요구가 있을 때, 릴레이 밸브(RV)는 전술한 바와 같이 전공 구동 어셈블리(EPDA)에 의해 결정된 가중된 압력에 대응하는 압력의 유체의 흐름을 관련된 브레이크 실린더에 공급한다. 제동 제어 유닛(BCU)이 입력(c)에 공급되는 차량의 휠의 회전 속도에 관한 신호에 기초하여 휠 슬립 상태를 검출할 때, 이는 슬립 조건이 해소될 때까지 솔레노이드 입구 밸브(10)에 전압을 가하고 솔레노이드 출구 밸브(12)를 비통전시킴으로써 관련된 브레이크 실린더에서 제동 압력의 감소를 야기한다. 솔레노이드 밸브(20)는 원격 제동 릴리즈 제어 신호(원격 해제 신호)(RR)에 의해 통전될 수 있다. 한 방향으로의 솔레노이드 밸브(20)의 통전은 솔레노이드 입구 밸브(10)가 릴레이 밸브(4)로부터 수용된, 가압된 유체로 저장소(11)를 채우는 것을 방지한다. 대신에, 이는 저장소(11) 및 릴레이 밸브(RV)의 구동 챔버가 대기로 배출하는 것을 야기한다. 결과적으로, 솔레노이드 밸브(20)가 통전될 때, 릴레이 밸브(20)는 관련 브레이크 실린더에서 제동 압력을 감소시켜, 이 실린더가 지체 작용을 일으키는 것을 방지한다. 솔레노이드 입구 밸브(10)와 출구 밸브(12) 사이에서 브레이크 릴리즈가 제어되는 것을 가능하게 하는 솔레노이드 밸브(20)의 위치 설정은 릴레이 밸브(RV)의 구동 챔버와 솔레노이드 배출 밸브(12) 사이에 공기 흐름의 속도에 영향을 미치지 않는다. 이러한 솔레노이드 밸브(20)의 위치 설정은 안티 휠 슬립 제동 과정에서 속도가 느려지는 것으로부터, 릴레이 밸브(RV)의 저장 챔버가 비워지는 것을 방지한다. 도 2는 제1 변형 실시예의 부분도이다. 이 도면에서 이전에 설명한 부분 및 요소에는 이전에 사용된 것과 동일한 영숫자 참조가 다시 제공되었다. 도 2에 따른 변형 예는 도 1에 따른 제동 시스템과 달리, 가중 장치(WA)의 전공 구동 어셈블리 (EPDA)의 릴레이 밸브(4)에서 본질적으로 복귀 스프링(return spring)을 갖지 않는 타입이고, 이 릴레이 밸브의 구동 입구와 감압기(pressure reducer)(3)의 출구 사이에 추가 압력 제한기(14)가 배치되어있다. 그 존재에 의해, 감압기(14)는 저장소(6) 내의 압력을 소정의 최소값으로 유발하고, 따라서 전공 구동 어셈블리(EPDA)의 출구에서 전달 가능한 공압의 최소값을 안정화시킨다. 도 3은 또 다른 변형 실시예의 부분도이다. 이 도면에서도, 앞서 설명한 부분 및 요소와 동일하거나 대응하는 부분 및 요소는 이전에 사용한 것과 동일한 영숫자 참조가 다시 제공되었다. 도 2에 도시된 변형 예와 대조적으로, 도 3에 따른 해결 방법에서, 가중 장치(WA)의 전공 구동 어셈블리(EPDA)는 더 이상 릴레이 밸브를 구비하지 않는다. 이 전공 어셈블리(EPDA)의 출구는 작동 시에 유럽 특허 EP 0 958 980 B1에 공지된 해결책과 비슷한 조건에서 차량의 중량에 상응하는 압력이 저장되는 "공압식 저장" 저장소로서 동작하는 저장소(6)로 이동된다. 하지만 이는 브레이크 실린더에 직접 압력을 공급하는 또 다른 릴레이 밸브의 사용을 제공한다. 작동 시, 가중 제어 유닛(WCU)은 서비스 제동 및 비상 안티 휠 슬립 제동 모두에서 전공 제동 제어 어셈블리(EPCA)의 릴레이 밸브(RV)의 구동 챔버 안에서 압력 변동이 존재할 때 저장소(6)에서 공압의 연속적인 조절을 제공한다. 도 3에 따른 실시예에서, 저장소(6)의 체적은 "소프트(soft)"제어를 제공하기 위해, 릴레이 밸브 (RV)의 구동 체적의 합계의 적어도 10배인 것이 편리하다. 저장소(6) 내의 압력은 예를 들어 다음의 수학식들에 기초하여, 소정의 알고리즘에 기초하여 제어될 수 있다.
또는
Po 및 Vo는 저장소(6)의 공압 및 부피이며, t는 시간, PSB는 적용되는 비상 또는 안전 압력이며, P i 및 V i (i = 1,2, ... N)는 제동 제어 장치(BCA i )의 복수의 전공 어셈블리(EPCA)의 저장소(11)의 압력 및 체적이다. 비상 제동의 경우, 제어 유닛(WCA)은 저장소(6)에 저장된 공기의 일부를 "소비(consumes)"하지만, 이후에 사전 알고리즘에 따라 그 내부의 소비된 공기량을 대체하고, 상술한 바와 같이, 회로 및 공압 부품의 (알려진)체적에 기초하여 이들 회로를 구성하며, 정적 공압에 기초하여 센서 또는 변환기(9, 13)의 수단에 의해 검출된다. 도 3의 다이어그램에서, 저장소(11)는 반드시 실제의 "물리적"저장소를 나타내는 것은 아니지만 단순히 릴레이 밸브(RV)의 구동 챔버 및 릴레이 밸브와 밸브(10, 20 및 12)사이의 연결부의 체적을 나타낼 수 있다 도 3에 따른 해결책은 가중 장치(WA)의 전공 구동 어셈블리(EPDA)에서 릴레이 밸브를 더 이상 사용할 필요가 없으므로 두드러지게 경제적이다. 당연히, 첨부된 청구 범위에서 정의된 바와 같은 본 발명의 범위로부터 구별되는 것 없이 이는 순전히 비제한적인 예로서 제공되는 동일하게 유지되는 본 발명의 원리, 실시예의 형태 및 구성의 세부 사항은 설명되고 도시된 것에 관해 광범위하게 변화될 수 있다. |
