제동에너지 관점에서의 최적 디스크 제동력 패턴 설정

초록

고속철도차량의 제동시스템은 전기제동장치, 디스크제동장치, 답면제동장치 등 다양한 제동장치들의 조합으로 구성되며 요구되는 제동성능을 충족하는 범위 내에서 에너지의 효율적인 활용과 마찰재의 경제성을 고려하여 각 제동장치에 대한 제동블랜딩 제어 기능을 포함하고 있다. 일반적으로 요구제동거리를 만족하기 위한 열차 전체에 대한 제동력 패턴을 설정하여 전기제동을 최우선적으로 투입하고 부족한 부분에 대하여 기계제동으로 부족한 부분을 보상하는 방법을 사용하고 있다[1, 2]. 디스크제동력은 디스크와 패드 사이의 마찰에너지를 이용하는 것으로 고속영역에서 사용하는 경우 에너지의 증가량에 비하여 패드 마모량은 급격히 증가하게 되어 패드의 교환 주기를 단축시킬 뿐만 아니라 제동 초기 과정에서 온도의 상승으로 인한 제동효율의 저하를 가져오는 단점이 있어 가능한 제동력의 투입을 억제하는 것이 유리한다. 본 논문에서는 제동거리, 감속도, 감속도 변화율 등 요구되는 제동성능을 만족시키는 범위내에서 제동초기에서부터 정지할 때까지의 디스크제동에너지의 분산을 목적함수로 하여 이를 최소로 하는 최적화 방법을 제안하고, 한국형 고속열차를 바탕으로 10량으로 편성되는 열차를 대상차량으로 하여 최적화된 디스크 제동력 패턴과 기존의 제동력 패턴에 대한 비교를 수행하여 새로운 패턴의 장점을 확인하였으며, 철도 운영 측면의 경제성을 고려한 디스크 제동력 패턴 설정에 대한 하나의 방법론을 제시하였다.