유한요소 해석에 의한 KTX 제동소음 원인규명

초록

철도의 제동소음은 자동차에서와 마찬가지로 이용자 불만사항 중의 하나다. 개인 또는 비교적 소수의 사람이 이용하는 자동차에 비하여 철도차량의 경우에는 이용객이 매우 많으며 차량 자체의 하중이 많이 나가기 때문에 고효율의 대용량 제동장치가 필요하다. 그렇지만 제동이라는 측면에서 보면 결국 자동차나 철도차량 모두 동일한 제동역학을 가지며, 아울러 제동 시 진동과 소음의 특성 또한 유사한 특성을 가진다. 자동차와 마찬가지로 철도차량의 제동소음은 크게 두 가지로 분류되는데, 1kHz 이하의 그론(Groan)과 1kHz 이상의 스킬(Squeal)이 그것이다. 그러나 철도차량의 제동소음에 대한 연구는 자동차의 제동소음에 비하여 현재까지 그렇게 많이 발표되지 않고 있으며, 최근에 우리나라 경부고속철도 차량인 KTX의 제동소음에 대한 불만이 많이 제기됨에 따라 이에 대한 연구가 일부 진행되고 있다. 최근에 이르러 KTX의 원조 격인 프랑스의 TGV의 제동소음에 대한 연구결과가 발표되고 있다.[1],[2],[3] 본 연구에서는 KTX 제동 시의 소음특성을 주파수 측면에서 분석해 보고, 이를 토대로 문제가 되고 있는 제동 스킬소음에 대하여 브레이크 디스크의 고유진동수를 검토해 봄으로써 그 원인을 파악하고자 하였다. 특히, 역사를 통행 또는 역사에서 대기하고 있는 승객들에게 가장 큰 불쾌감을 주는 고주파수에서의 브레이크 스킬소음을 주로 검토하였다. 본 연구를 통하여 향후에는 브레이크 스킬음의 근본 원인이 되는 제동시스템의 불안정성에 대해 연구를 하여 근본적인 제동소음 저감대책을 마련하고자 한다.