철도차량의 공전/활주 저감을 위한 제어시스템 최적화에 관한 연구

Abstract

철도시스템이 비약적으로 발전하여 전동차에서는 자동운전 및 무인운전이 일반화 되었고 이에 따라 신호시스템에 대한 절대적인 안정성은 더욱더 절실히 요구되고 있는 실정이다. 철도차량은 도로 위를 달리는 고무차륜에 비해 낮은 마찰력으로 인해 상대적으로 적은 추진력으로 대량수송을 달성하여 에너지 효율을 극대화 한 반면 제동 시에는 차륜이 미끄러지는 슬라이딩 현상이 발생하고 정상적인 제동거리를 확보할 수 없게 되어 제한지점 과주방지를 위한 열차방호에 위협을 받게 된다. 본 연구는 목표거리운행 제어방식의 ATC장치를 사용하는 철도차량을 기반으로 제동 시의 차륜 슬라이딩 현상을 고찰하고 제어시스템 개선을 통해 슬라이딩에 의한 비상제동체결을 최소화하여 열차운행의 절대적인 안전성을 보장하기 위함이다. 제어시스템을 개선하기 위해 ATC제어시스템에서는 제동출력 저감과 위치확인오류기준 조정 그리고 특정구간에서 주행속도 조정을 하였고, 제동제어시스템에서는 안티스키드 장치의 보호동작주기 조정을 통해 슬라이딩 발생이 최소화되도록 최적화 과정을 수행하였다. 추가적으로 제어시스템 개선방향으로 제동 시 열차하중의 이동에 따른 대차단위 제동력 배분장치의 도입과 ATC시스템의 슬라이딩 판단기준을 분석하여 개선방향을 시뮬레이션 하였고 오도미터축의 Brake Free Axle 적용을 대안으로 제언하였다. 슬라이딩을 최소화하는 제어시스템 최적화 방안을 증명하기 위해 열차운영과 관련된 국내외 열차제어시스템 기술문서를 활용한 설계사항 문헌적 접근방법과 열차시험 및 결과분석을 이용한 실험적인 접근방법을 적용하였다.