압부력센서를 적용한 철도차량용 전기기계식 제동장치의 제동 성능평가

초록

최근 해외 철도차량 제동시스템 제작업체는 순수 전기구동장치를 적용한 전기기계식 제동장치(Electro-mechanical Brake, EMB) 개발완료를 통한 2022년 도시철도차량 적용 계획을 알렸다. EMB는 철도차량의 에어리스트레인(Airless Train)을 목표로 기존의 공압식제동장치에서 사용되는 공기압축기, 공기통 및 복잡한 배관구조와 유지보수 등의 문제를 해결하기 위한 대안으로 개발되었다. EMB는 공압식제동장치의 공기압을 이용한 단순한 개루프(Open Loop) 제어와는 달리 3상 매입형 영구자석 동기전동기(Interior Permanent Magnet Synchronous Motor, IPMSM)를 적용하여 벡터제어를 통한 위치제어, 속도제어 및 전류제어의 복잡한 구조의 제어를 필요로 하며, 다양한 추가적인 제어 기법에 대한 연구를 통하여 EMB 성능개선을 위한 연구가 수행 중이다. 그러나 많은 연구결과에도 불구하고 동적제동 동작 시 발생하는 마찰면의 열번화로 인한 EMB의 제동압부력 성능저하를 개선하기 위한 연구결과는 수행되지 않았다. 본 논문에서는 이러한 EMB의 제동압부력의 성능저하를 개선하기 위해 압부력센서를 적용하여 기존의 추정제어 기법을 보완하는 EMB 캘리퍼의 압부력 제어 방법을 제안하였다. 제안된 제어기법은 기존의 추정제어 알고리즘을 적용한 EMB 의 제동압부력 제어성능과 비교하여 압부력 출력의 오차범위 측면에서 약 5%이상 개선되었다. 제안된 제어방법을 적용한 EMB의 제어성능평가는 제동시험장치를 통해 가용성을 보였다.