철도차량 승차감 향상을 위한 철도차량용 능동 현가장치 기술
기술의 정의 : 철도차량 주행 시 선로로부터 차체로 전달되는 진동을 능동제어기술
이용하여 저감 시킴 으로서 승차감을 향상시키기 위한 기술
핵심기술내용 (기술적 난이도) :
기술개발 현황
능동 현가기술은 제어기술을 이용하여 차체 진동을 제어함으로서 여객 승차감을
향상시키기 위한 기술이다. 본 기술은 현재 선로 상태가 비교적 취약한 일본, 유럽에서 선로 인프라 개량 없이 차량 고속화를 구현하기 위하여 연구개발이 진행되어 왔으며 최근, 일본 신간센, 스위스 SBB의 중고속 철도차량에 개발, 장착되고 있다. 본 기술은 미래 능동형 철도차량 핵심기술로서 선진국의 기술 이전이 불가하여 산업통상자원부 산업 원천기술개발사업으로 5년간 국내 연구진의 독자기술로 개발되었으며 일본, 봄바르디어사에 이어 세계에서 3번째로 개발되었다.
기술의 구성
본 기술의 구성은 센서, 능동 액추에이터, 파워팩, 제어기로 구성된다. 선로로부터 차체로 전달되는 횡방향 차체 진동을 센서를 이용하여 감지하고 제어기를 통하여 필요한 제어력 을 계산하여 파워팩을 거쳐 대차와 차체 간에 설치된 능동액추에이터를 구동하여 차체 진동을 제어한다. 핵심기술로서 철도차량 능동 현가장치용 액추에이터 기술, 능동 현가장치 파워팩 기술, 능동 현가 제어기술 등이 요구된다
핵심기술 내용
본 능동 현가장치는 능동현가 액추에이터로 전자기 선형모터형식 액추에이터를 독자개발 하여 적용하였으며 파워팩, 제어기를 개발하였다. 구성품에 대한 성능시험을 거쳐 기존 철도용 여객열차를 시험차에 선정, 능동 현가장치를 장착하여 시험선 성능시험을 완료하였다. 시험결과, 기존 철도차량 대비 승객체감 진동 53.% 저감, 승차감으론 6.7dB의 획기적인 승차감 개선 효과를 보였다. 이는 속도로 환산하면 선로 인프라 개량, 보수 없이 최소 50km/h 이상의 속도 향상이 가능함을 의미한다. 이로서 기존 철도차량의 승차감 성능 한계를 극복하고 현재 태동기에 있는 미래 능동형 철도차량 시장을 선점할수 있는 핵심 원천기술을 확보하였다는 데 기술적 의의가 크며 도시철도차량, 기존선 철도차량, 고속철도 차량등 철도차량 전반에 핵심기술로 폭넓은 활용이 기대된다.
파급효과 :
기술적 효과 -
철도차량용 능동 현가시스템 국내 독자 개발(세계 3번째) - 기존 철도차량의 성능 한계를 극복하여 승차감을 혁신적으로 향상시킬 수 있는 미래 철도차량 주행장치 핵심기술로서 현재 태동기에 있는 능동형 철도차량 시장에서 기술 적 우위를 통한 시장 선점 효과가 큼 - 철도 궤도 개량 없이 능동 현가기술 적용시 차량 주행속도 50km/h 증속 효과 - 대용량 전자기 선형 액추에이터 기술은 시스템이 간편하여 철도차량 외 중장비, 산업 기계, 토목, 건축 등 다양한 분야에서 응용이 가능함
경제적 효과 -
승차감 향상으로 인한 속도 약 50km/h 향상 효과 : 승객 시간편익 연간 약 240억원 - 선로 개량비용 절감 약 2조원 (서울-부산 기존선 개량 기준) - 수입대체 및 수출 효과 : 향후 5년간 880억원
주요 기술 개발 실적
- 철도차량용 능동 현가장치 사양도출, 시스템 설계, 성능 해석
- 능동 현가장치용 전자기 선형액추에이터 개발 - 능동 현가장치 구성품 시제 개발,
성능 시험 및 능동현가 제어기 및 제어알고리즘 개발
- 능동 현가장치 장착 시험대차 실궤도 모사 주행시험대 성능 시험
- 능동 현가장치 시험차 구성 및 실선로 성능 검증 : 승차감 6.7dB 향상
- (첨부) 능동 현가장치 기술개발 주요 실적 참조
능동 현가장치 기술개발 주요 실적
○ 철도차량용 능동 현가장치 개요
- 용 도 : 철도차량 차체 승차감 향상을 위한 능동 현가장치
- 구 성 : 전자기식 선형액추에이터(연속추력 10kN, 3kN), 파워팩, 제어기, 센서
- 성 능 : 기존철도차량 대비 승차감 최소 5dB 향상
- 적용 차량 : 철도차량 전반(도시철도차량, 기존선 운용차량, 고속철도차량 등)
- 관련 과제 : 산업통상자원부 국가R&D "철도차량용 능동 현가장치 기술개발(‘10.4 ~’15.5)
대한기계학회 2015 올해의 10대 기술
