KR20160126137A

KR20160126137A - Sensor system for estimating a radius of curvature for active steering control of railway vehicles

Info

Publication number: KR20160126137A
Application number: KR1020150056517A
Authority: KR
Inventors: 허현무; 안다훈; 서정원
Original assignee: 한국철도기술연구원
Priority date: 2015-04-22
Filing date: 2015-04-22
Publication date: 2016-11-02

Abstract

본 발명은 철도차량용 능동 조향 제어를 위한 곡률반경 센싱을 위한 센서 시스템에 관한 것으로; 철도차량의 차체에 고정되는 외통과, 상기 내통에 실린더구조로 삽입 안내되며 대차프레임에 고정되는 내통과, 상기 내통의 내부에 장착되는 반사판과, 상기 외통의 내부에 구비되어 상기 반사판과의 상대변위를 측정하는 변위센서와, 상기 내통과 외통 간의 접촉부위에 구비되는 LM블럭 및 LM가이드로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 철도차량용 능동 조향 제어를 위한 곡률반경 센싱을 위한 센서 시스템의 측정센서가 내통과 외통 내부에 설치되어 내외통의 양단부를 차체와 대차프레임에 간단히 설치할 수 있고, 터널 등의 구간에서도 철도차량의 종방향 상대변위 측정 및 능동 조향 제어를 위한 곡률반경의 추정을 안정적으로 수행할 수 있으며, 장기간 사용하여도 내외통간 마모 및 소음 발생 등을 방지할 수 있어 유지보수성이 우수하여 반영구적 사용할 수 있다.The present invention relates to a sensor system for curvature radius sensing for active steering control for a railway vehicle, An outer tube fixed to the vehicle body of the railway vehicle, an inner passage inserted and guided into the inner tube in a cylinder structure and fixed to the truck frame, a reflection plate mounted inside the inner tube, and a relative displacement And an LM block and an LM guide provided at a contact portion between the inner and outer sheaths.
According to the present invention, the sensor of the sensor system for curvature radius sensing for active steering control for a railway vehicle can be installed inside the inner passage core, and both ends of the inner and outer cylinder can be easily installed in the vehicle body and the bogie frame. It is possible to stably measure the longitudinal relative displacement of the railway vehicle and to estimate the radius of curvature for the active steering control and to prevent wear and noise from occurring both inside and outside of the vehicle even when used for a long time, have.

Description

Technical Field [0001] The present invention relates to a sensor system for curvature radius sensing for active steering control of a railway vehicle,

본 발명은 철도차량용 능동 조향 제어를 위한 곡률반경 센싱을 위한 센서 시스템에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 곡선 구간을 주행 중인 철도차량을 원활하게 조향하고 곡선 구간과 윤축 사이에 존재하는 공격각(angle of attack)을 대폭 줄일 수 있도록 선로의 곡률 반경을 추정하기 위해 철도차량의 종방향 상대변위를 실시간으로 측정할 수 있는 철도차량용 능동 조향 제어를 위한 곡률반경 센싱을 위한 센서 시스템에 관한 것이다.
The present invention relates to a sensor system for curvature radius sensing for active steering control for a railway vehicle, and more particularly, to a sensor system for smoothly steering a railway vehicle in a curved section, the present invention relates to a sensor system for curvature radius sensing for active steering control for a railway vehicle capable of real-time measurement of the longitudinal relative displacement of a railway vehicle in order to estimate a curvature radius of the railway so as to greatly reduce the attack.

종래에는 철도차량 곡선부 주행 시에는 도 1에 도시된 바와 같이 레일과 윤축 간에는 공격각(angle of attack)이 존재하는데, 이 공격각은 차량의 원활한 곡선 주행에 악영향을 미쳐 곡선 주행시에 차륜의 플랜지와 레일 측면간의 마찰로 높은 소음을 유발할 뿐만 아니라 이로 인하여 차륜과 레일의 마모를 가속시키게 되고, 심할 경우에는 차륜과 레일의 파손으로 이어지게 되어 열차가 탈선하는 대형사고가 발생할 수 있는 문제점도 있다.Conventionally, there is an angle of attack between the rail and the wheel axle during the running of the curved portion of the railway car, as shown in FIG. 1. This attack angle adversely affects the smooth curve running of the vehicle, The friction between the rail and the rail side causes high noise and accelerates the wear of the wheel and the rail. In severe cases, the wheel and the rail are damaged, and a train accidentally derails.

따라서, 이러한 문제점을 해결하기 위한 방안으로 곡선부 주행시 곡률반경과의 원활한 적응을 도모하기 위한 능동조향(active steering) 시스템이 제시되었다.Accordingly, an active steering system has been proposed to solve such a problem in order to smoothly adapt to the radius of curvature of the curved portion.

이러한 능동조향(active steering) 시스템의 일 예로 본 출원인은 등록특허 제10-1084157호를 제안한바 있다.As an example of such an active steering system, the present applicant has proposed Patent Registration No. 10-1084157.

이는 철도차량용 능동 조향 제어 장치에 관한 것으로, 주행 중인 철도차량의 주행 데이터를 측정하는 측정부와, 상기 측정부에서 측정된 데이터를 이용하여 철도차량이 주행하는 곡선선로의 곡률반경을 추정하는 추정부와, 상기 추정부에서 추정된 곡률반경을 이용하여 주행 중인 철도차량의 윤축 조향각의 목표치를 설정하는 계산부와, 상기 계산부에서 설정된 윤축 조향각의 목표치와 실제 윤축 조향각을 비교하여 윤축에 조향제어신호를 발생시키는 제어부 및 상기 제어부의 조향신호에 의해 윤축을 조향하는 액츄에이터를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.The present invention relates to an active steering control apparatus for a railway vehicle, and more particularly, to an active steering control apparatus for a railway vehicle, which comprises a measuring unit for measuring running data of a running railway vehicle, and an estimating unit for estimating a radius of curvature of a curved line, A calculation unit configured to set a target value of a steering axis of a running railway vehicle using a radius of curvature estimated by the estimating unit, and a control unit that compares the target value of the steering axis set in the calculating unit with the actual steering axis, And an actuator for steering the wheel shaft by the steering signal of the control unit.

이때, 상기 측정부는, 대차의 일측면에 설치되어 차체와 전/후부 대차간 길이방향 상대변위와, 차체와 전/후부 대차 사이의 상대각을 측정하는 상대변위 및 상대각 측정장치 또는 차체의 전부 대차 중심에 설치되는 지피에스(GPS, Global Positioning System)로 구성된다.At this time, the measuring unit may include a relative displacement measuring unit that is installed on one side of the vehicle and measures a relative displacement between the vehicle body and the front / rear vehicle and a relative angle between the vehicle body and the front / rear vehicle, And a GPS (Global Positioning System) installed at the center of the truck.

하지만, 상기 상대변위 측정장치는 다양한 형태의 변위센서를 통해 차체와 전/후부 대차간 길이방향 상대변위를 측정 가능하지만 그 구체적인 구성이 제안되어 있지 않아 단순 센서 형태의 것을 적용하는 경우, 철도차량의 주행 시 외부의 먼지, 간섭 등의 영향으로 차체와 대차 간에 발생하는 상대변위를 안정적으로 계측할 수 없다.However, the relative displacement measuring device can measure the relative displacement in the longitudinal direction between the vehicle body and the front / rear vehicle through various types of displacement sensors. However, the concrete configuration of the relative displacement measuring device is not proposed, It is not possible to stably measure the relative displacement occurring between the vehicle body and the bogie due to external dust or interference during driving.

따라서, 철도차량에 적합한 형태의 상대변위 측정장치가 필요한 상황이다.
Therefore, there is a need for a relative displacement measuring apparatus suitable for a railway vehicle.

참고문헌 : 등록특허 제10-1084157호Reference literature: Patent No. 10-1084157

따라서, 본 발명은 이러한 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 철도차량에 간단히 설치할 수 있고, 터널 등의 구간에서도 그 곡선구간의 곡률 반경을 추정하기 위한 철도차량의 종방향 상대변위를 안정적으로 측정할 수 있는 철도차량용 능동 조향 제어를 위한 곡률반경 센싱을 위한 센서 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above problems and it is an object of the present invention to provide a railway vehicle which can be installed simply in a railway vehicle and stably measures a longitudinal relative displacement of a railway vehicle for estimating a radius of curvature of a curved section, And to provide a sensor system for curvature radius sensing for active steering control for a railway vehicle.

특히, 본 발명은 철도차량에 설치 운용 시 비, 먼지, 그리고 기타 오물과 같은 외란에 대하여 센서를 안전하게 보호하여 안정적인 기능을 구현할 수 있는 구조로 이루어지고, 장기간 사용에 따른 접촉부 마모와 소음 등의 발생을 저감하여 장기간 안정적으로 사용할 수 있어 유지 보수에 유리한 철도차량용 능동 조향 제어를 위한 곡률반경 센싱을 위한 센서 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
In particular, the present invention provides a structure that can safely protect the sensor against disturbance such as rain, dust, and other dirt when installed and operated in a railway vehicle, thereby realizing a stable function. And to provide a sensor system for curvature radius sensing for active steering control for a railway car which is advantageous for maintenance.

이와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은; In order to solve such a technical problem,

철도차량의 차체에 고정되는 외통과, 상기 내통에 실린더구조로 삽입 안내되며 대차프레임에 고정되는 내통과, 상기 내통의 내부에 장착되는 반사판과, 상기 외통의 내부에 구비되어 상기 반사판과의 상대변위를 측정하는 변위센서와, 상기 내통과 외통 간의 접촉부위에 구비되는 LM블럭 및 LM가이드로 이루어지는 것을 특징으로 하는 철도차량용 능동 조향 제어를 위한 곡률반경 센싱을 위한 센서 시스템을 제공한다.An outer tube fixed to the vehicle body of the railway vehicle, an inner passage inserted and guided into the inner tube in a cylinder structure and fixed to the truck frame, a reflection plate mounted inside the inner tube, and a relative displacement And an LM block and an LM guide provided at a contact portion between the inner and outer sheaths, and a sensor system for curvature radius sensing for active steering control for a railway vehicle.

이때, 상기 내통과 외통은 사각형 실린더 구조로 이루어지며, 상기 내통의 외부면에 LM블록이 고정 설치되고, 상기 외통의 내부면에 상기 LM블록이 삽입 안내되는 LM가이드가 고정 설치된 것을 특징으로 한다.Here, the LM block is fixed to the outer surface of the inner cylinder, and the LM guide is inserted and guided on the inner surface of the outer cylinder.

그리고, 상기 내통과 외통은 사각형 실린더 구조로 이루어지며, 상기 외통의 내부면에 LM블록이 고정 설치되고, 상기 내통의 외부면에 상기 LM블록이 삽입 안내되는 LM가이드가 고정 설치된 것을 특징으로 한다.The LM block is fixed to the inner surface of the outer cylinder, and the LM guide is inserted and guided on the outer surface of the inner cylinder.

아울러, 상기 변위센서는 비접촉센서인 것을 특징으로 한다.Further, the displacement sensor is a non-contact sensor.

이때, 상기 비접촉센서는 레이저센서 또는 초음파 센서인 것을 특징으로 한다.Here, the non-contact sensor may be a laser sensor or an ultrasonic sensor.

그리고, 상기 내통이 삽입 안내되는 외통의 개구부에 마감 커버가 장착되는 것을 특징으로 한다.A finishing cover is mounted on an opening of the outer cylinder to which the inner cylinder is inserted and guided.

또한, 상기 외통의 일단부에는 제1볼조인트가 구비되어 차체에 연결되고, 상기 내통의 일단부에는 제2볼조인트가 연결되어 대차프레임에 연결되는 것을 특징으로 한다.A first ball joint is connected to the vehicle body at one end of the outer cylinder, and a second ball joint is connected to the one end of the inner cylinder to be connected to the truck frame.

그리고, 상기 내통은 단부에 형성되는 개구부가 "

" 형상인 것을 특징으로 한다.
The inner tube has an opening formed in the end portion thereof,

Quot; shape.

본 발명에 따르면, 곡률반경 센싱을 위한 센서 시스템의 측정센서가 내통과 외통 내부에 설치되어 내외통의 양단부를 차체와 대차프레임에 간단히 설치할 수 있고, 터널 등의 구간에서도 철도차량의 종방향 상대변위를 안정적으로 측정할 수 있으며, 이를 통해 철도차량용 능동 조향 제어를 위한 곡률반경의 추정을 안정적으로 수행할 수 있다.According to the present invention, the measurement sensor of the sensor system for radii of curvature radii is installed inside the inner passage core so that both ends of the inner and outer cylinders can be easily installed in the vehicle body and the bogie frame. It is possible to stably estimate the radius of curvature for the active steering control for the railway vehicle.

특히, 본 발명에 따른 곡률반경 센싱을 위한 센서 시스템은 장기간 사용하여도 내외통간 마모 및 소음 발생 등을 방지할 수 있는 구조로 유지보수성이 우수하여 반영구적 사용할 수 있다.
In particular, the sensor system for curvature radius sensing according to the present invention has a structure capable of preventing abrasion and noise generation in the inside and outside of the vehicle even when it is used for a long period of time.

도 1 내지 도 3은 철도차량의 곡선구간 주행시의 모습을 개략적으로 나타낸 평면도들이다.
도 4는 본 발명에 따른 철도차량용 능동 조향 제어 장치의 제어 구성도이다.
도 5는 본 발명에 따른 철도차량용 능동 조향 제어를 위한 곡률반경 센싱을 위한 센서 시스템의 취부도이다.
도 6은 본 발명에 따른 철도차량용 능동 조향 제어를 위한 곡률반경 센싱을 위한 센서 시스템의 일 실시 예를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 철도차량용 능동 조향 제어를 위한 곡률반경 센싱을 위한 센서 시스템의 다른 실시 예를 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명에 철도차량용 능동 조향 제어를 위한 곡률반경 센싱을 위한 센서 시스템을 이용한 곡률반경의 추정 예를 도시한 시험 그래프이다.FIGS. 1 to 3 are plan views schematically showing a state of a railway car during a curved section.
4 is a control block diagram of an active steering control apparatus for a railway vehicle according to the present invention.
5 is a view illustrating a sensor system for curvature radius sensing for active steering control for a railway vehicle according to the present invention.
6 is a view showing an embodiment of a sensor system for curvature radius sensing for active steering control for a railway vehicle according to the present invention.
7 is a view showing another embodiment of a sensor system for curvature radius sensing for active steering control for a railway vehicle according to the present invention.
8 is a test graph showing an example of estimation of a radius of curvature using a sensor system for curvature radius sensing for active steering control for a railway vehicle according to the present invention.

이하, 본 발명에 따른 철도차량용 능동 조향 제어를 위한 곡률반경 센싱을 위한 센서 시스템을 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 기술되는 실시 예에 의하여 그 특징들을 이해할 수 있을 것이다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT Hereinafter, a sensor system for radial curvature sensing for active steering control of a railway vehicle according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

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.Prior to this, terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary terms, and the inventor should appropriately interpret the concepts of the terms appropriately It should be construed in accordance with the meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that it can be defined.

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.
Therefore, the embodiments described in the present specification and the configurations shown in the drawings are only the most preferred embodiments of the present invention, and not all of the technical ideas of the present invention are described. Therefore, It should be understood that various equivalents and modifications may be present.

도 1 내지 도 4를 참고하면, 본 발명에 따른 철도차량용 능동 조향 제어를 위한 곡률반경 센싱을 위한 센서 시스템(100)은 철도차량용 능동 조향 제어 장치에 구비된다.1 to 4, a sensor system 100 for curvature radius sensing for active steering control for a railway vehicle according to the present invention is provided in an active steering control apparatus for a railway vehicle.

이때, 상기 철도차량용 능동 조향 제어 장치는 주행 중인 철도차량의 주행 데이터를 측정하는 측정부(10)와, 상기 측정부(10)에서 측정된 데이터를 이용하여 철도차량이 주행하는 곡선선로의 곡률반경을 추정하는 추정부(20)와, 상기 추정부(20)에서 추정된 곡률반경을 이용하여 주행 중인 철도차량의 윤축 조향각의 목표치를 설정하는 계산부(30)와, 상기 계산부(30)에서 설정된 윤축 조향각의 목표치와 실제 윤축 조향각을 비교하여 윤축에 조향제어신호를 발생시키는 제어부(40)와, 상기 제어부(40)의 조향 신호에 의해 윤축을 조향하는 액츄에이터(50)를 포함하여 구성된다.
The active steering control apparatus for a railway vehicle includes a measuring unit 10 for measuring running data of a running railway vehicle and a control unit 10 for controlling the radius of curvature of the curved road running by the railway vehicle A calculation unit 30 that sets a target value of a steering axis of a running railway vehicle using a radius of curvature estimated by the estimation unit 20, A control unit 40 for generating a steering control signal on the yaw axis by comparing the target value of the set yaw steering angle with the actual yaw axis steering angle and an actuator 50 for steering the yaw axis by the steering signal of the control unit 40.

이때, 상기 측정부(10)는 주행 중인 철도차량의 주행 데이터를 측정하기 위한 것으로, 특히 윤축의 조향각(δ)이 발생하는 곡선 구간에서의 주행 데이터를 측정하게 된다.At this time, the measurement unit 10 is for measuring the running data of the running railway vehicle, and particularly measures the running data in the curve section in which the steering angle? Of the wheel axis occurs.

이와 같은 상기 측정부(10)는 철도차량이 곡선구간을 주행하는 경우 차체(1)와 전부 및 후부 대차(2,3) 사이에 상대각(θ₁,θ₂)과 길이방향 상대변위(Δ₁,Δ₂)를 측정하기 위한 것으로, 선로의 곡률(C)에 따라 변화되는 차체(1)와 전부 및 후부 대차(2,3)간 길이방향 상대 변위(Δ₁,Δ₂)를 측정하는 상대변위 측정 장치(100)와, 곡선선로에서 차체와 전/후부대차가 이루는 상대각(θ₁,θ₂)을 측정하는 상대각 측정장치(12)를 포함하여 구성된다.The measurement unit 10 measures the relative angles? ₁ and? ₂ between the vehicle body 1 and the front and rear trucks 2 and 3 when the railway vehicle runs in a curved section, ₁ and? ₂ ) of the vehicle body 1 and the longitudinal relative displacements? ₁ and? ₂ between the vehicle body 1 and the front and rear trucks 2 and 3 which change according to the curvature C of the track A relative displacement measuring device 100 and a relative angle measuring device 12 for measuring relative angles? ₁ and? ₂ formed by a vehicle body and a front / rear vehicle on a curved line.

이때, 상기 상대변위 측정 장치(100) 및 상대각 측정장치(12)에 의해 측정된 상대 변위(Δ₁,Δ₂) 및 상대각(θ₁,θ₂)은 철도차량이 주행하는 곡선구간의 곡률반경(R)을 실시간으로 추정하는데 사용된다.At this time, the relative displacements (Δ ₁ , Δ ₂ ) and relative angles (θ ₁ , θ ₂ ) measured by the relative displacement measuring device (100) and the relative angle measuring device (12) Is used to estimate the radius of curvature (R) in real time.

또한, 상기 측정부(10)는 위치정보를 수신하기 위한 지피에스(13)를 더 포함한다. 지피에스(13)는 전부 대차의 중심에 설치되어 일정시간 간격으로 전부대차(2)의 중심위치를 측정하는 역할을 하는 것으로, 상기 지피에스(13)의 측정 데이터는 철도차량이 주행하는 곡선구간의 곡률반경(R)을 추정하는데 사용된다.In addition, the measuring unit 10 further includes a paper sheet 13 for receiving position information. The measurement data of the above-mentioned paper discharge sensor 13 is obtained by measuring the curvature of the curved section of the railway car running by the railway car 13, Is used to estimate the radius (R).

한편, 상기 측정부(10)로는 조향각 측정장치(14)가 더 포함되어 구성될 수도 있는데, 상기 조향각 측정장치(14)는 상기 지피에스(13) 또는 상대변위 측정장치(100) 및 상대각 측정장치(12)에 의해 측정된 측정 데이터를 통해 추정된 곡선구간의 곡률반경(R)을 이용하여 계산되는 윤축 조향각의 목표치(δdesire)와의 비교를 위한 윤축 조향각(δ)의 추정치, 즉 액츄에이터(50)의 구동에 의해 실제로 조향되는 윤축 조향각(δ)의 추정치를 얻을 수 있도록 하는 역할을 하는 것으로, 액츄에이터(50)의 구동 변위를 측정함으로써 액츄에이터(50)의 작동에 의한 윤축 조향각(δ)의 추정치를 얻을 수 있도록 하는 역할을 한다.The steering angle measuring device 14 may include a steering angle measuring device 14 or a relative displacement measuring device 100 and a relative angle measuring device 14, Which is calculated by using the curvature radius R of the curved section estimated through the measurement data measured by the actuator 12 and the target value? Desire of the axle steering angle, that is, the estimated value of the axle steering angle? Axis steering angle? That is actually steered by the driving of the actuator 50. By measuring the drive displacement of the actuator 50, an estimated value of the axle steering angle? By the operation of the actuator 50 can be obtained It is a role to play.

이때, 상기 액츄에이터(50)의 구동 변위를 측정하여 액츄에이터(50)의 구동에 따른 윤축의 조향각(δ)을 추정하는 과정은 액츄에이터(50)의 설치 위치에 따라 구동 변위와 윤축 조향각(δ) 사이의 상관관계가 달라질 수 있다.The process of measuring the driving displacement of the actuator 50 and estimating the steering angle delta of the wheel axis according to the driving of the actuator 50 may be performed between the driving displacement and the wheel axis steering angle? Can be changed.

또한, 상기 조향각 측정장치(14)를 윤축(4)에 직접 설치하여 실제로 구동되는 윤축의 조향각(δ)을 실시간으로 측정할 수도 있음은 물론이다.It goes without saying that the steering angle measuring device 14 may be provided directly on the yaw shaft 4 to measure the steering angle? Of the yaw shaft actually driven in real time.

한편, 상기 추정부(20)는 상기 측정부(10)에서 측정된 주행 중인 철도차량의 주행 데이터를 이용하여 철도차량이 주행하는 곡선선로의 곡률반경(R)을 추정하는 역할을 하는 것으로, 전술한 바와 같이 상대변위 측정장치(100) 및 상대각 측정장치(12)에서 측정된 상대 변위(Δ₁,Δ₂) 및 상대각(θ₁,θ₂)을 이용해 곡률반경을 추정하거나, 지피에스(13)에서 측정된 전부대차(2)의 중심위치를 이용해 곡률반경을 추정할 수 있다.The estimating unit 20 estimates the radius of curvature R of the curved line traveled by the railway vehicle using the traveling data of the traveling railway car measured by the measuring unit 10, The curvature radius is estimated by using the relative displacements (Δ ₁ , Δ ₂ ) and relative angles (θ ₁ , θ ₂ ) measured by the relative displacement measuring apparatus 100 and the relative angle measuring apparatus 12, The radius of curvature can be estimated by using the center position of the front bogie 2 measured at 13).

다음, 상기 계산부(30)는 상기 추정부(20)에서 추정된 곡률반경(R)을 이용하여 주행 중인 철도차량의 윤축 조향각 목표치(δdesire)를 계산하는 역할을 하는 것으로, 추정된 곡률반경을 이용하여 얻어진 곡률의 추정치를 이용해 윤축 조향각의 목표치(δdesire)를 구할 수 있게 된다.Next, the calculation unit 30 calculates a wheel axis steering angle target value? Desire of the on-railway vehicle on the basis of the radius of curvature R estimated by the estimation unit 20, and calculates the estimated radius of curvature It is possible to obtain the target value? Desire of the axle steering angle by using the estimated value of the curvature obtained by using the estimated value.

한편, 상기 제어부(40)는 계산부(30)에서 설정된 윤축 조향각의 목표치(δdesire)를 실제로 구동되는 윤축의 조향각(δ)과 비교하여 윤축(4)에 연결 설치되는 액츄에이터(50)로 조향제어신호를 발생시키는 역할을 하는 것으로, 비교부(42)와 신호발생부(44)를 포함하여 구성된다.The control unit 40 compares the target value? Desire of the axle steering angle set in the calculation unit 30 with the steering angle? Of the actually driven yaw axis and controls the actuator 50 connected to the yaw axis 4, And includes a comparator 42 and a signal generator 44. The comparator 42 generates a signal.

이때, 상기 비교부(42)는 계산부(30)에서 설정된 윤축 조향각의 목표치(δdesire)를 실제로 구동되는 윤축의 조향각(δ)과 비교하는 역할을 하는 것으로, 이때 실제로 구동되는 윤축의 조향각(δ)은 조향각 측정장치(14)에서 측정되는 액츄에이터(50)의 구동변위를 통해 추정되는 윤축의 조향각(δ)을 이용하여 계산한다.At this time, the comparator 42 compares the target value? Desire of the steering angle set in the calculating section 30 with the steering angle? Of the actually driven yaw axis. At this time, the steering angle? Is calculated by using the steering angle? Of the yaw axis estimated through the driving displacement of the actuator 50 measured by the steering angle measuring device 14.

또한, 상기 신호발생부(44)는 비교부(42)에서 비교된 윤축 조향각의 목표치(δdesire)와 실제로 구동되는 윤축의 조향각(δ)의 비교 결과를 이용하여 액츄에이터(50)에 그 오차에 해당되는 만큼의 윤축 조향신호를 발생시키는 역할을 하는 것으로, 이와 같은 윤축 조향신호는 상기 비교부(42)에서 비교된 오차가 '0'이 되는 시점까지, 즉 윤축 조향각의 목표치(δdesire)가 실제로 구동되는 윤축의 조향각(δ)과 일치될 때까지 지속적으로 발생된다.The signal generating unit 44 generates a signal corresponding to the error in the actuator 50 using the comparison result of the target value? Desire of the wheel-axis steering angle compared with the steering angle? Axis steering signal is generated until the time when the compared error is '0' at the comparator 42, that is, the target value? Desire of the wheel-shaft steering angle is actually driven Until it coincides with the steering angle [delta] of the yaw axis.

그리고, 상기 액츄에이터(50)는 철도차량의 윤축(4)에 연결 설치되어 제어부(40)의 제어신호에 의해 윤축(4)을 조향하는 역할을 수행한다.The actuator 50 is connected to the wheel shaft 4 of the railway car and serves to steer the wheel shaft 4 by a control signal from the controller 40.

이상의 철도차량용 능동 조향 제어 장치의 전체적인 구성은 본 출원인이 출원하여 등록받은 등록특허 제10-1084157호에 상세히 기술되어 있는바, 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
The overall structure of the active steering control system for a railway vehicle is described in detail in Korean Patent Registration No. 10-1084157 filed and filed by the present applicant, and a detailed description thereof will be omitted.

한편, 철도차량용 능동 조향 제어 장치를 구성하며 주행 중인 철도차량의 주행 데이터를 측정하는 측정부(10)를 구성하는 본 발명에 따른 철도차량용 능동 조향 제어를 위한 곡률반경 센싱을 위한 센서 시스템(100)은 도 5에 도시된 바와 같이 철도차량이 곡선구간 통과시 발생하는 차체(1)와 대차(2) 간의 종방향 상대변위를 측정하기 위해 차체(1)와 대차(2)의 대차프레임(2a) 간에 종방향으로 장착된다.
A sensor system 100 for curvature radius sensing for active steering control for a railway vehicle according to the present invention, which constitutes a measurement unit 10 for measuring the running data of a running railway vehicle constituting an active steering control apparatus for a railway vehicle, As shown in Fig. 5, the vehicle body 1 and the bogie frame 2a of the bogie 2 are arranged to measure longitudinal relative displacement between the vehicle body 1 and the bogie 2, which occurs when the railway vehicle passes through the curve section. Respectively.

이와 같은 본 발명에 따른 철도차량용 능동 조향 제어를 위한 곡률반경 센싱을 위한 센서 시스템(100)은 도 6에 비접촉 변위 방식의 측정 장치만을 도시하였지만, 접촉 변위 방식의 장치로 구성함도 가능하다.
The sensor system 100 for curvature radius sensing for active steering control of a railway vehicle according to the present invention is shown in FIG. 6 as a non-contact displacement type measurement device, but it may also be configured as a contact displacement type device.

먼저, 도 6에 의하면 본 발명에 따른 철도차량용 능동 조향 제어를 위한 곡률반경 센싱을 위한 센서 시스템(100)은 철도차량의 대차프레임(2a)측에 고정되는 내통(110)과, 상기 내통(110)이 실린더구조로 삽입 안내되며 차체(1)측에 고정되는 외통(120)과, 상기 내통(110)의 내부에 장착되는 반사판(130)과, 상기 외통(120)의 내부에 구비되어 상기 반사판(130)과의 상대변위(x)를 측정하는 변위센서(140)로 이루어진다.6, the sensor system 100 for curvature radius sensing for active steering control of a railway vehicle according to the present invention comprises an inner cylinder 110 fixed to a side of a railway car frame 2a, An outer cylinder 120 inserted into and guided into the cylinder structure and fixed to a side of the vehicle body 1, a reflector 130 mounted inside the inner cylinder 110, And a displacement sensor 140 for measuring a relative displacement x with respect to the object 130.

이때, 외통(120)의 일단부는 차체(1)에 고정되고, 상기 내통(1120)의 일단부는 대차프레임(2a), 특히 사이드 프레임에 고정된다.At this time, one end of the outer cylinder 120 is fixed to the vehicle body 1, and one end of the inner cylinder 1120 is fixed to the truck frame 2a, particularly, the side frame.

이와 같은 센서 시스템(100)은 곡률반경 측정을 위한 기능에는 문제가 없으나 내통(110)과 외통(120)의 삽입운동에 의한 접촉으로 내통(110)과 외통(120)간 마모, 분진과 소음이 발생할 우려가 있어 이를 방지하기 위해 상기 내통(110)과 외통(120)간의 접촉부위에 LM블럭(150) 및 LM가이드(150)를 구비하여 내통(110)이 외통(120) 내에서 부드럽게 슬라이딩되도록 한다. 이에 따라 검수시 내통(110)과 외통(120)의 마모로 인한 교체로 인한 유지보수 비용을 저감할 수 있고, 분진 및 소음 역시 저감시킬 수 있다.
Such a sensor system 100 has no problem in the function of measuring the radius of curvature. However, since the sensor system 100 is in contact with the inner tube 110 and the outer tube 120 by the insertion movement, wear, dust, and noise between the inner tube 110 and the outer tube 120 The LM block 150 and the LM guide 150 are provided at a contact area between the inner cylinder 110 and the outer cylinder 120 to prevent the inner cylinder 110 from sliding smoothly in the outer cylinder 120 do. Accordingly, the maintenance cost due to the replacement of the inner tube 110 and the outer tube 120 due to the wear of the inner tube 110 and the outer tube 120 can be reduced, and dust and noise can be reduced.

이하, 본 발명의 각부 구성을 좀더 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the constituent parts of the present invention will be described in more detail.

상기 내통(110)과 외통(120)은 다양한 형상으로 이루어질 수 있지만, 사각형 실린더 구조로 이루어지는 것으로 내통(110)의 개구부가 외통(120)의 개구부로 삽입되어 외통(120) 내주면을 따라 내통(110)이 상대적으로 삽입 운동이 가능한 구조이다.The inner cylinder 110 is inserted into the opening of the outer cylinder 120 and is inserted into the inner cylinder 110 along the inner circumferential face of the outer cylinder 120. The inner cylinder 110 and the outer cylinder 120 may have various shapes, ) Is a structure capable of relative insertion motion.

이와 같은 내통(110)과 외통(120) 간에는 마찰을 저감시키기 위해 LM블록(150) 및 LM가이드(160)가 구비된다.Between the inner cylinder 110 and the outer cylinder 120, an LM block 150 and an LM guide 160 are provided to reduce friction.

즉, 도 6에 도시된 바와 같이 상기 내통(110)의 외부면에 LM블록(150)이 고정 설치되고, 상기 외통(120)의 내부면에 상기 LM블록(150)이 삽입 안내되는 LM가이드(160)가 고정 설치된다. 6, the LM block 150 is fixed to the outer surface of the inner cylinder 110 and the LM block 150 is inserted and guided on the inner surface of the outer cylinder 120 160 are fixedly installed.

좀 더 상세하게 설명하면 상기 내통(110)의 외부면 상부 및 하부에 LM블록(150)이 고정 설치되고, 상기 외통(120)의 내부면 상부 및 하부에 상기 LM블록(150)이 삽입 안내되는 LM가이드(160)가 고정 설치된다. More specifically, the LM block 150 is fixed to the upper and lower outer surfaces of the inner tube 110, and the LM block 150 is inserted and guided to the upper and lower portions of the inner surface of the outer tube 120 The LM guide 160 is fixedly installed.

물론, 도 7에 도시된 바와 같이 외통(120)의 내부면에 LM블록(150)이 고정 설치되고, 상기 내통(110)의 외부면에 상기 LM블록(150)이 삽입 안내되는 LM가이드(160)가 고정 설치될 수 있다. 7, the LM block 150 is fixed to the inner surface of the outer cylinder 120 and the LM guide 160 (see FIG. 7) in which the LM block 150 is inserted and guided on the outer surface of the inner cylinder 110 Can be fixedly installed.

좀 더 상세하게 설명하면 상기 외통(120)의 내부면 상부 및 하부에 LM블록(150)이 고정 설치되고, 상기 내통(110)의 외부면 상부 및 하부에 상기 LM블록(150)이 삽입 안내되는 LM가이드(160)가 고정 설치된다.
More specifically, the LM block 150 is fixedly installed on the upper and lower surfaces of the inner surface of the outer cylinder 120, and the LM block 150 is inserted and guided to the upper and lower portions of the outer surface of the inner cylinder 110 The LM guide 160 is fixedly installed.

한편, 상기 내통(110)과 외통(120)은 전후진 왕복 운동을 반복적으로 수행하므로 철도차량의 주행 중 먼지 등과 같은 이물질이 내통(110)과 외통(120) 내부로 유입될 수 있으므로 이를 차단하기 위해 상기 내통(110)이 삽입 안내되는 외통(120)의 개구부에 마감 커버(122)가 장착되어 외통(120)과 내통(110)간의 간극으로 먼지, 물 등과 같은 이물질이 유입되는 것을 방지한다.Since the inner cylinder 110 and the outer cylinder 120 repeatedly reciprocate in the forward and backward directions, foreign substances such as dust may flow into the inner cylinder 110 and the outer cylinder 120 during the running of the railway vehicle, A finishing cover 122 is attached to the opening of the outer cylinder 120 to which the inner cylinder 110 is inserted and guided to prevent foreign substances such as dust and water from flowing into the gap between the outer cylinder 120 and the inner cylinder 110.

그리고, 상기 내통(110)의 내부에는 반사판(130)이 장착된다. 상기 반사판(130)은 상기 외통(120)의 내측에 구비되는 변위센서(140)에서 상대변위(x)를 측정할 수 있도록 한다. A reflection plate 130 is mounted in the inner tube 110. The reflection plate 130 can measure a relative displacement x at a displacement sensor 140 provided inside the outer tube 120.

물론, 상기 외통(120)의 내부에 반사판(130)을 구비하고, 상기 내통(110)의 내측에 변위센서(140)를 구비하여 상대변위(x)를 측정할 수 있다. Of course, a reflection plate 130 may be provided in the outer cylinder 120, and a displacement sensor 140 may be provided inside the inner cylinder 110 to measure a relative displacement x.

이때, 상기 내통(110)이 외통(120) 내부로 삽입시 외통(120)에 대하여 내통(110)이 최대로 삽입될 때 변위센서(140)와의 간섭을 피하기 위하여 내통(110)의 단부에 개구부(111)가 형성되고, 상기 개구부(111)는 "

" 형상으로 형성된다.In order to avoid interference with the displacement sensor 140 when the inner cylinder 110 is inserted into the outer cylinder 120 at the maximum when the inner cylinder 110 is inserted into the outer cylinder 120 at this time, (111) is formed, and the opening (111)

Quot; shape.

이와 같은 변위센서(140)는 레이저센서 또는 초음파 센서와 같은 비접촉센서로 구성되어 변위센서(140)와 반사판(130) 사이의 상대변위(x)를 측정할 수 있다.The displacement sensor 140 may be a non-contact sensor such as a laser sensor or an ultrasonic sensor to measure a relative displacement x between the displacement sensor 140 and the reflection plate 130.

한편, 상기 내통(110)의 일단부는 대차프레임(2a)에 고정되고, 상기 외통(120)의 일단부는 차체(1)에 고정된다.One end of the inner cylinder 110 is fixed to the truck frame 2a and one end of the outer cylinder 120 is fixed to the vehicle body 1. [

이 경우 상대변위(x)의 측정은 철도차량이 곡선구간을 주행시 그 곡선구간의 곡률 반경을 추정하기 위해 필요한 철도차량의 종방향 상대변위를 안정적으로 측정하기 위한 것으로, 철도차량이 곡선구간을 주행시 차체(1)와 대차프레임(2a) 간 요(yaw) 운동시에도 센서 시스템(100)의 내통(110) 및 외통(120)의 파손을 방지할 수 있도록 외통(120)의 일단부에는 제1볼조인트(170)가 구비되어 차체(1)에 연결되고, 상기 내통(110)의 일단부에는 제2볼조인트(180)가 연결되어 대차프레임(2a)에 고정된다.In this case, the measurement of the relative displacement (x) is intended to stably measure the longitudinal relative displacement of the railway vehicle necessary for estimating the radius of curvature of the curved section when the railway vehicle is traveling in the curved section, In order to prevent damage to the inner cylinder 110 and the outer cylinder 120 of the sensor system 100 during yaw movement between the vehicle body 1 and the bogie frame 2a, A ball joint 170 is connected to the vehicle body 1 and a second ball joint 180 is connected to one end of the inner cylinder 110 to be fixed to the truck frame 2a.

이 경우 상기 센서 시스템(100)의 양단부가 안정적인 고정 상태를 유지할 수 있도록 하기 위해 상기 제1볼조인트(170)의 하우징(171)에는 차체(1)에 연결되는 제1브라켓(172)이 구비되고, 상기 제2볼조인트(180)의 하우징(181)에는 대차프레임(2a)에 고정되는 제2브라켓(182)가 구비된다.The first bracket 172 connected to the vehicle body 1 is provided on the housing 171 of the first ball joint 170 so that the both ends of the sensor system 100 can be stably fixed And a second bracket 182 fixed to the bogie frame 2a is provided on the housing 181 of the second ball joint 180.

이를 통해 철도차량의 곡선구간 주행시 발생하는 롤/피치/요방향의 힘을 최소화시키고 내통(110)과 외통(120)간의 마찰력을 최소화할 수 있다.Accordingly, it is possible to minimize the roll / pitch / yaw direction forces generated during the running of the curved section of the railway car and to minimize the friction between the inner cylinder 110 and the outer cylinder 120.

한편, 본 발명에 따른 철도차량용 능동 조향 제어를 위한 곡률반경 센싱을 위한 센서 시스템(100)은 외통(110)의 내부에 구비되는 변위센서(140)를 레이저센서나 초음파 센서와 같은 비접촉센서를 적용하여 반사판(130)간의 상대변위(x)를 측정할 수 있지만, LVDT(linear Variable Differential Transformer)와 같은 접촉변위센서를 변위센서(140)로 사용하여 상대변위를 측정할 수도 있다.
Meanwhile, the sensor system 100 for curvature radius sensing for active steering control for a railway vehicle according to the present invention includes a displacement sensor 140 provided inside the outer cylinder 110 and a non-contact sensor such as a laser sensor or an ultrasonic sensor A relative displacement x between the reflection plates 130 can be measured. However, a relative displacement can be measured using a contact displacement sensor such as a linear variable differential transformer (LVDT) as the displacement sensor 140.

이하, 도 1 내지 도 7을 참고로 본 발명에 따른 철도차량용 능동 조향 제어를 위한 곡률반경 센싱을 위한 센서 시스템을 이용한 곡률반경 추정 예를 설명한다.Hereinafter, a curvature radius estimation example using a sensor system for curvature radius sensing for active steering control for a railway vehicle according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 7. FIG.

센서 시스템(100)이 설치된 철도차량이 곡선 구간에 진입하게 되면, 차체(1)와 대차(2)간 요(yaw) 운동이 발생하게 되며 그에 따라 제1 및 제2볼조인트(170,180)에 의해 양단이 고정된 상태의 외통(120) 및 내통(110)은 피스톤 방식으로 직선 운동을 하게 된다.When the railway vehicle in which the sensor system 100 is installed enters the curve section, a yaw motion is generated between the vehicle body 1 and the truck 2 and thereby the first and second ball joints 170 and 180 The outer cylinder 120 and the inner cylinder 110, both ends of which are fixed, perform a linear motion in a piston manner.

이에 따라 변위센서(140)는 상대변위(x)를 측정하게 되며, 이와 같이 측정된 상대변위는 측정부(10)로 입력되어 철도차량이 주행하는 곡선선로의 곡률반경(R)을 추정하는데 사용된다.The relative displacement x measured by the displacement sensor 140 is input to the measuring unit 10 and used to estimate the radius of curvature R of the curved line running on the railway vehicle do.

이후, 상기 계산부(30)에서는 추정부(20)에서 추정된 곡률반경을 이용하여 주행 중인 철도차량의 윤축 조향각의 목표치를 설정하게 되며, 제어부(40)에서는 상기 계산부(30)에서 설정된 윤축 조향각의 목표치와 실제 윤축 조향각을 비교하여 윤축의 조향제어신호를 발생시켜 액츄에이터(50)를 구동하여 철도차량의 윤축(4)을 조향한다.Then, the calculation unit 30 sets the target value of the steering angle of the railway vehicle during running using the radius of curvature estimated by the estimation unit 20, and the control unit 40 controls the yaw axis The target value of the steering angle is compared with the actual wheel axis steering angle to generate the steering control signal of the wheel axis to drive the actuator 50 to steer the wheel axis 4 of the railroad car.

아울러, 이 같은 방식에 의한 곡률반경 추출 시험결과는 도 8에 도시된 바와 같이 실제와 거의 유사하게 곡률반경(R)이 추정됨을 알 수 있다.
In addition, it can be seen that the curvature radius R is estimated to be almost similar to the actual curvature radius test result as shown in FIG.

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.
It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention. The scope of protection of the present invention should be construed under the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents thereof should be construed as being included in the scope of the present invention.

1: 차체 2: 대차
2a: 대차프레임 4: 윤축
10: 측정부 20: 추정부
30: 계산부 40: 제어부
50: 액츄에이터 100: 센서 시스템
110: 내통 120: 외통
130: 반사판 140: 변위센서
150: LM블록 160: LM가이드
170: 제1볼조인트 180: 제2볼조인트1: Body 2: Truck
2a: Balance frame 4:
10: measuring section 20:
30: calculation unit 40: control unit
50: Actuator 100: Sensor system
110: inner tube 120: outer tube
130: reflection plate 140: displacement sensor
150: LM block 160: LM guide
170: first ball joint 180: second ball joint

Claims

An outer tube fixed to the vehicle body of the railway vehicle, an inner passage inserted and guided into the inner tube in a cylinder structure and fixed to the truck frame, a reflection plate mounted inside the inner tube, and a relative displacement And an LM block and an LM guide provided at a contact portion between the inner and outer sheaths, and a sensor system for curvature radius sensing for active steering control for a railway vehicle.

The method according to claim 1,
Wherein the LM block is fixed to the outer surface of the inner cylinder and the LM guide is inserted and guided on the inner surface of the outer cylinder. Sensor System for Curvature Radius Sensing for Steering Control.

The method according to claim 1,
Wherein the LM block is fixed to the inner surface of the outer cylinder and the LM guide is inserted and guided on the outer surface of the inner cylinder. Sensor System for Curvature Radius Sensing for Steering Control.

The method according to claim 1,
Wherein the displacement sensor is a non-contact sensor. 2. A sensor system for curvature radius sensing for active steering control for a railway vehicle.

5. The method of claim 4,
Wherein the non-contact sensor is a laser sensor or an ultrasonic sensor. 2. A sensor system for curvature radius sensing for active steering control for a railway vehicle.

The method according to claim 1,
And a finishing cover is mounted on the opening of the outer cylinder through which the inner cylinder is inserted and guided. 2. The sensor system for curvature radius sensing for active steering control for a railway car according to claim 1,

The method according to claim 1,
Wherein the first ball joint is connected to the vehicle body at one end of the outer cylinder and the second ball joint is connected to the one end of the inner cylinder to be connected to the truck frame. Sensor system for.

The method according to claim 1,
The inner tube has an opening formed in the end portion thereof,

&Lt; / RTI > and the sensor system for curvature radius sensing for active steering control for a railway car.