궤도틀림 식별을 위한 틀림지수 제안

초록

궤도틀림(track irregularity)이란 열차의 반복운행 또는 다른 요인에 의해 궤도가 변형하여 열차 주행 면에 부정합이 생기는 것으로 열차 운행 시 진동을 유발시켜 안정성 및 승차감에 큰 영향을 미친다. 특히, 최근 열차의 고속화로 인해 궤도변형이 급속하게 진행되고 있으며 이러한 궤도틀림의 진전은 최악의 경우 열차의 탈선으로 인한 대형사고를 유발할 수 있다. 따라서 궤도구조의 유지,보수를 위한 궤도검측 기술의 중요성이 대두되고 있다. 통상 궤도틀림의 측정은 그 목적에 맞게 구성된 검측차량을 통해 관찰하게 된다. 그러나 검측차량에 의한 직접적인 궤도틀림 판정은 사회적 비용이나 운행의 어려움 등으로 그 정확도에 비해 사용이 제한적일 수밖에 없다. 이러한 단점을 고려하여 본 연구에서는 상시 운행 중인 차량에 부착된 진동계측을 통해 간접적으로 궤도구조의 이상을 탐지하는 연구를 수행하였다. 이를 위해, 등가 SISO(Single Input Single Output) 모델에 의한 정상궤도틀림 상태에서의 대차진동과 궤도틀림을 나타내는 궤도변형의 주파수영역(frequency-domain)에서의 전달함수(transfer function)를 수학적으로 정의하였다. 사전 정의된 전달함수의 역 전달함수로 상시 운행 중인 차량에서 계측한 대차의 가속도 데이터로 궤도변형을 예측하고, 예측된 값과 기준값과의 잔차(residual)의 분산(variance) 비인 틀림지수(Track Irregularity Index, TII)를 사용하여 궤도틀림의 이상을 분석하였다. 제안된 알고리즘의 타당성을 검증하기 위해 3차원 차량모델에 대한 수치예제를 수행하였다.