메카트로닉 열차 연구동향

초록

최근 KTX 고속열차의 도입으로 더 빠르게, 더 안전하게, 더 편안하게라는 운송수단의 궁극적인 목적에 한 걸음 더 다가서게 되었고, 우리 생활에도 많은 변화를 주고 있다. 하지만 이러한 변화를 얻기 위해 우리는 많은 비용을 지불해야만 했는데, 주된 이유 중 하나는 기존의 열차가 가지고 있는 구조적 성능의 한계 때문이다. 기존의 열차는 조향장치를 갖고 있지 않다. 따라서 고속열차의 경우 선로를 가능한 한 직선으로 만들어야 하며, 이는 바로 수 킬로의 터널을 뚫는다든가 다리를 놓아야만 하는 문제로 봉착된다. 더구나 고속에서의 안정성 및 승차감을 확보하기 위해 현재의 현가장치가 흡수할 수 없는 부분들을 엄격한 선로공사를 통해 해결할 수 밖에 없었다. 이러한 제약 조건들은 곧바로 천문학적 공사비용으로 이어졌다. 일반 지하철의 경우에도 조향장치의 부재로 커브구간에서는 안정성을 확보하기 위해 속도를 줄여야만 할 뿐만 아니라 차륜/레일의 부적합한 접촉으로 인한 차륜/레일의 유지보수비용 문제와 스킬노이즈로 인한 환경소음문제를 안고 있다. 이와 같은 문제점들을 궁극적으로 해결하기 위해 도입된 개념이 메카트로닉열차이다. 메카트로닉 기술은 수동적 기계요소로만 작동함으로서 지니게 되는 구조적 성능의 한계를 전자제어와 결합하여 성능향상, 시스템 및 유지보수 단순화, 그리고 경량화를 통해 에너지를 절감하자는 개념이다. 메카트로닉 기술은 항공기산업에서는 이미 60년대 fly-by-wire 라는 이름으로 처음 도입되어 현재는 완성단계에 있으며, 자동차산업에서도 약 10 여 년 전부터 drive-by-wire라는 이름으로 많은 부분에서 적용 중인 기술이다. 철도산업이 비록 항공기와 자동차에 비해 발전의 속도는 더디지만 이러한 발전의 흐름을 피해 갈 수는 없다고 판단한다. 따라서 본고에서는 철도산업에서의 메카트로닉 기술의 적용성과 선진국가의 적용 예를 살펴봄으로서 앞으로 우리가 나아가야할 연구방향을 짚어보고자 하였으며, 특히 메카트로닉열차(Mechatronic Train)라는 이름으로 유럽에서 개발되고 있는 열차에 대해 소개하고자 하였다.