가속도센서를 이용한 열차 곡선부 승차감향상 제어기술 연구

초록

틸팅은 곡선부 주행시 차체를 Fig. 1에서와 같이 곡선의 안쪽으로 기울이게 하는 기술로써 곡선부를 주행함으로써 발생하는 원심가속도()의 횡방향 성분()을 중력가속도(g)의 횡방향 성분()으로 감쇄시켜 결과적으로 승객이 느끼는 횡가속도를 저감시키는 기술이다. 차량에 이와 같은 틸팅 기술을 적용하면 승차감의 향상뿐만 아니라 곡선부 통과속도를 증가시킬 수 있게 되므로 운행시간이 단축되며, 곡선부 통과시의 가 감속 빈도도 줄어들어 그 만큼의 에너지 소비도 줄일 수 있게 된다. 틸팅은 곡선부에서 약 30%정도의 속도향상을 가능하게 해준다. 일반적으로 곡선부의 속도제한은 궤도여건이나 차량의 성능에 따른 제한보다는 승차감의 저하를 방지하기 위해 규정지어진 것이다. 즉, 곡선부 주행시 승객이 느끼는 횡가속도가 일정 값(국내의 경우는 0.08g)을 초과하지 않도록 제한되어진 것이다. 틸팅열차는 틸팅의 원리에 따라, 틸팅차량은 노선에 곡선부가 많을수록 그 위력을 많이 발휘하는 반면, 고속신선과 같이 곡선부가 거의 없는 노선에서는 그 유용성이 많이 저감된다. 틸팅차량은 곡선부를 일반차량보다 높은 속도로 주행하고 이에 따라 원심력이 속도의 제곱에 비례하여 증가되기 때문에 전복에 대한 위험도가 상대적으로 높아진다. 또한 틸팅 방법에 따라서 차체틸팅에 의해 무게중심이 곡선부 외측으로 이동되기 때문에 일반 차량에 비해 전복에 대한 복원 모멘트가 상대적으로 저하되기도 한다.따라서 틸팅 차량의 설계 개발에 있어 전복에 대한 안전도는 면밀하게 검토되어야 한다. 차량전복은 곡선 통과시에 원심력 및 횡진동 가속도와 측면에서 부는 강한 바람에 의한 힘이 차량 중량에 의한 복원 모멘트보다 클 경우 발생하게 된다. 전복을 방지하는 복원 모멘트는 차량의 무게중심이 궤도중심에서 횡방향으로 옮겨감에 따라 현저히 감소된다. 차량중심의 횡방향 편기량은 차륜/레일간 유간, 1차 및 2차 현수장치의 횡방향 변위량, 대차 및 차체의 롤(roll)각, 차체 틸팅에 의한 변위 등의 함수이다.