철도차량 능동조향을 위한 곡률 센서 평가

초록

실시간 철도차량 능동조향 제어를 위해서는 주행 중인 곡선선로의 곡률을 실시간으로 인지해야 한다. 선로제표, 검측차 측정값 등 기존의 선로 정보를 이용할 수 있으나, 주행 중 차량의 정확한 위치 검지가 필요해 현재로서는 실시간 활용이 불가하다. 따라서 철도차량의 주행 중 차체/대차간 선회각을 이용하여 곡률을 측정하는 기술이 연구되고 있다. 선회각 측정을 위해서는 차체/대차간 요모션에 의해 발생하는 변위만을 곡률센서로 측정해야 한다. 그러나 실제로는 6 자유도 상대 변위가 발생하므로 높은 정확도를 위해서는 6 축 변위 센서가 필요하다. 반면 철도차량 적용성 측면에서 저비용·단순구조를 위해서는 센서의 축수를 최소화 해야한다. 본 연구에서는 1 축의 곡률 센서장착에 따른 곡률 추정 정확도에 대해 분석하고 평가하였다. 곡선 선로 주행 시 차체/대차간 선회각에 따른 발생 변 위 외에 6 자유도의 모든 차체/대차간 운동은 1 축의 곡률 센서에 의한 곡률 추정의 정확도를 감소시킨다. 차체/대차간 상대 운동 중 높은 주파수의 진동에 의한 성분은 센서 신호의 후처리 과정에서 충분히 제거될 수 있다. 진동 외에 차량의 속력, 선로의 구배 및 캔트 등에 의해 발생하는 오차를 평가하기 위해 복잡한 철도차량 주행 특성을 고려한 동역학 모델을 구축하여 차체/대차 간 기하학적 관계에 대한 정확도를 평가하고, 곡률 추정 오차를 평가하였다. 또한 곡률 센서가 자체 성능 및 설치 위치에 따라 발생하는 정확도를 평가하였다. 마지막으로 곡률 센서를 실제 철도차량에 장착하여 곡선선로 주행 시 곡률 추정 결과를 확인하였다."