철도차량 승차감 향상을 위한 철도차량용 능동현가장치 기술
기술의 정의 : 철도차량 주행 시 선로로부터 차체로 전달되는 진동을 능동제어기술
이용하여 저감시킴 으로서 승차감을 향상시키기 위한 기술
핵심기술내용 (기술적 난이도) :
기술개발 현황
능동현가기술은 제어기술을 이용하여 차체 진동을 제어함으로서 여객 승차감을 향상시키 기 위한 기술이다. 본 기술은 현재 선로 상태가 비교적 취약한 일본, 유럽에서 선로 인프 라 개량 없이 차량 고속화를 구현하기 위하여 연구개발이 진행되어 왔으며 최근, 일본 신 간선, 스위스 SBB의 중고속 철도차량에 개발, 장착되고 있다. 본 기술은 미래 능동형 철 도차량 핵심기술로서 선진국의 기술 이전이 불가하여 산업통상자원부 산업원천기술개발사 업으로 5년간 국내 연구진의 독자기술로 개발되었으며 일본, 봄바르디어사에 이어 세계에 서 3번째로 개발되었다.
기술의 구성
본기술의 구성은 센서, 능동액추에이터, 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 진 동을 제어한다. 핵심기술로서 철도차량 능동현가장치용 액추에이터 기술, 능동현가장치 파 워팩 기술, 능동현가 제어기술 등이 요구된다
핵심기술 내용
본 능동현가장치는 능동현가 액추에이터로 전자기 선형모터형식 액추에이터를 독자 개 발하여 적용하였으며 파워팩, 제어기를 개발하였다. 구성품에 대한 성능시험을 거쳐 기존 철도용 여객열차를 시험차에 선정, 능동현가장치를 장착하여 시험선 성능시험을 완료하였 다. 시험결과, 기존 철도차량 대비 승객체감 진동 53.% 저감, 승차감으론 6.7dB의 획기적 인 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 한 계를 극복하고 현재 태동기에 있는 미래 능동형 철도차량 시장을 선점할 수 있는 핵심원 천기술을 확보하였다는 데 기술적 의의가 크며 도시철도차량, 기존선 철도차량, 고속철도 차량 등 철도차량 전반에 핵심기술로 폭 넓은 활용이 기대된다.
파급효과 :
기술적 효과 -
철도차량용 능동현가시스템 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 능동현가기술 적용 시 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 능동현가장치 사양도출, 시스템 설계, 성능 해석
- 능동현가장치용 전자기 선형액추에이터 개발 - 능동현가장치 구성품 시제 개발,
성능 시험 및 능동현가 제어기 및 제어알고리즘 개발
- 능동현가장치 장착 시험대차 실궤도 모사 주행시험대 성능 시험
- 능동현가장치 시험차 구성 및 실선로 성능 검증 : 승차감 6.7dB 향상
- (첨부) 능동현가장치 기술개발 주요 실적 참조
능동현가장치 기술개발 주요 실적
○ 철도차량용 능동현가장치 개요
- 용 도 : 철도차량 차체 승차감 향상을 위한 능동현가장치
- 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 능동현가장치 기술개발(‘10.4 ~’15.5)
대한기계학회 2015
鉄道車乗り心地向上のための鉄道車用能動現価装置技術
技術の正義 : 鉄道車走行市線路から車体で伝達する震動を能動制御技術
利用して低減させとして乗り心地を進めるための技術
核心技術内容 (技術的難易度) :
技術開発現況
能動現価技術は制御技術を利用して車体震動を制御することで旅客乗り心地を進めるための技術だ. 見た技術は現在線路状態が比較的脆弱な日本, ヨーロッパで線路インプだと改良なしに車高速化を具現するために研究開発が進行されて来たし最近, 日本神さま幹線, スイス SBBの中古の中鉄道車に開発, 装着されている. 見た技術は未来能動型物心ドチァリャング核心技術として先進国の技術移転が不可能で産業通常資源部産業源泉技術開発社業に 5年間国内研究陣の独自技術で開発されたし日本, ボムバルデ−オサに引き続き世界に立って 3番目に開発された.
技術の構成
本技術の構成はセンサー, 能動アクチュエーター, パワーパック, 制御機で構成される. 線路から車体で伝達する横方向車体震動をセンサーを利用して感知と制御機を通じて必要な制御力を計算してパワーパックを経って貸借と車体の間に設置された能動アクチュエーターを駆動して車体チン洞を制御する. 核心技術として鉄道車能動懸架装置用アクチュエーター技術, 能動現価装置なが葱ウォペック記述, 能動現価制御技術などが要求される
核心技術内容
見た能動現価装置は能動現価アクチュエーターで電磁気扇形モーター形式アクチュエーターを読者開発して適用したしパワーパック, 制御機を開発した. 構成品に対する性能試験を経って既存鉄道用旅客列車を試験のために選定, 能動現価装置を装着して試験では性能試験を完了した. 試験結果, 既存鉄道車備え乗客体感震動 53.% 低減, 乗り心地をもっては 6.7dBの画期的な乗り心地改善效果を見せた. これは速度に換算すれば線路インフラ改良, 補修なしに最小 50km/h 以上の速度向上が可能であることを意味する. これとして既存鉄道車の乗り心地性能一係を乗り越えて現在胎動期にいる未来能動型鉄道車市場を先行獲得することができる核心院チォンギスルを確保したというところ技術的意義が大きくて都市鉄道車, 既存では鉄道車, 高速鉄道車など鉄道車全般に核心技術で幅広い活用が期待される.
波及効果 :
技術的效果 -
鉄道車用能動現価システム国内読者開発(世界 3番目) - 既存鉄道車の性能限界を乗り越えて乗り心地を革新的に進めることができる未来鉄道車走行装置核心技術として現在胎動期にある能動型鉄道車市場で技術敵優位を通じる市場先行獲得效果が大きさ - 鉄道軌道改良なしに能動現価技術適用時車走行の中も 50km/h 増速效果 - 大容量電磁気扇形アクチュエーター技術はシステムが簡便で鉄道車外重装備, 産業機械, 土木, 建築など多様な分野で応用ができる
経済的効果 -
乗り心地向上による速度約 50km/h 向上效果 : 乗客時間便益年間約 240億ウォン - 線路改良費用節減約 2兆ウォン (ソウル-釜山既存では改良基準) - 収入代替及び輸出效果 : 今後の 5年間 880億ウォン
主要技術開発実績
- 鉄道車用能動現価装置遠慮導出, システム設計, 性能解釈
- 能動懸架装置用電磁気扇形アクチュエーター開発 - 能動現価装置構成品時制開発,
性能試験 及び能動現価制御機及び制御アルゴリズム開発
- 能動現価装置装着試験貸借実軌道毛糸走行試験台性能試験
- 能動現価装置試験のため構成及び実線路性能検証 : 乗り心地 6.7dB 向上
- (添付) 能動現価装置技術開発主要実績参照
能動現価装置技術開発主要実績
○ 鉄道車用能動現価装置概要
- 用途 : 鉄道車車体乗り心地向上のための能動現価装置
- 構成 : 電子気息扇形アクチュエーター(連続推進力 10kN, 3kN), パワーパック, 制御機, センサー
- 性能 : 既存鉄道車備え乗り心地最小 5dB 向上
- 適用車 : 鉄道車全般(都市鉄道車, 既存では運用車, 高速鉄道車など)
- 関連課題 : 産業通常資源部国家R&D 鉄道車用能動現価装置技術開発(‘10.4 ‾’15.5)
大韓機械学会 2015