초록 ▼

연구의 목적 및 내용
철도차량기술은 특성상 공개되지 않는 경향이 있기 때문에, 서양에서 수백년에 걸쳐 축적된 기초기술을 우리 스스로 빠른 시일내에 충분히 이해하고 발전시켜나가야 세계 무대로 나갈 수 있다.
본 연구에서는 불확실한 레일환경 및 차량환경에 대해, 차량의 활주를 신속히 감지하고 이를 효과적으로 방지할 수 있는 활주방지제어모델을 제시하고 이를 HILS 시스템을 이용하여 검증하되, 30 km/h 이하에서 0.4초 이하의 휠록을, 그리고 120 km/h 미만에서 는 30 km/h 이하의 활주발생이 3초 이하, 120

연구의 목적 및 내용
철도차량기술은 특성상 공개되지 않는 경향이 있기 때문에, 서양에서 수백년에 걸쳐 축적된 기초기술을 우리 스스로 빠른 시일내에 충분히 이해하고 발전시켜나가야 세계 무대로 나갈 수 있다.
본 연구에서는 불확실한 레일환경 및 차량환경에 대해, 차량의 활주를 신속히 감지하고 이를 효과적으로 방지할 수 있는 활주방지제어모델을 제시하고 이를 HILS 시스템을 이용하여 검증하되, 30 km/h 이하에서 0.4초 이하의 휠록을, 그리고 120 km/h 미만에서 는 30 km/h 이하의 활주발생이 3초 이하, 120 km/h 이상에서는 속력의 25% 이하의 활주발생이 3초 이하가 됨을 목표로 한다.
본 연구에서는 철도차량 제동 HILS 시스템을 국내 최초로 개발하여, 이를 이용한 활주방지제어를 연구하였다.

연구결과
위 연구목표를 위해 다음과 같은 내용의 연구를 연차별로 수행하였다.
1차년도: 활주 미시크리피지 메커니즘 규명 및 활주방지제어로직 연구
(i) 크리피지와 활주방지에 대한 기존 문헌을 연구하고 분석하였다.
(ii) 차량의 활주를 일으키는 크리피지 메커니즘을 해석하였다.
(iii) 활주 메커니즘을 수학적으로 formulation하고 이를 시뮬레이션으로 검증하였다.
(iv) 활주방지를 위한 기본제어로직을 제시하였다.
(v) 동적 힘제어 로직을 개발하여 실제 시스템에 적용하였다.
2차년도: 크리피지 기반 곡선부 차량 동역학 모델 구축 및 시뮬레이션 연구
(i) 크리피지 기반 동역학 차량 모델을 구하고 이를 시뮬레이션으로 검증하였다.
(ii) 수학적 공압제동모델을 포함한 제동시스템의 수학적 모델을 구축하고 검증하였다.
(iii) 활주동특성을 포함한 전체 시뮬레이션 모듈을 개발하고 검증하였다.
3차년도: HILS 시스템 구축 및 불확실 환경하에서 활주방지제어로직 검증
(i) 실차실험의 한계를 극복하기 위한 HILS 시스템을 개발하였다.
(ii) 불확실환경하에서 제동 및 활주특성을 규명하고 활주방지제어로직을 제시하였다.
(iii) 불확실환경하에서 활주방지제어성능을 HILS를 이용하여 시험하고 검증하였다.
(iv) 잔류진동을 억제하는 입력성형제어로직을 연구하고 실제 시스템에 적용하였다.
(v) 활주방지제어시스템의 설계 가이드라인을 제시하였다.

연구결과의 활용계획
본 연구의 결과는 고속철, 일반철도, 지하철, 경전철 등의 제동제어/활주방지제어장치 개발에 기술자료를 활용될 수 있을 것이다. 이들의 운행속도가 다르지만 기본 로직을 같이 가져갈 수 있고, 이는 파라미터 값을 달리함으로써 가능하다. 외국에서 수입된 기존 ASCU가 여전히 찰상의 문제점을 해결해 주기 못하는 상황에서, 본 연구의 결과를 통해 찰상 문제의 해결방안을 찾는데 활용될 것이다. 또한 산업현장에서는 이 결과를 바탕으로 활주방지 성능이 개선된 새로운 국산화 ASCU를 개발해 볼 수 있을 것이다.
본 연구에서 개발된 제동 HILS 시스템에 대해 국내 대표적인 철도차량회사 제동장치회사인 현대로템(주)와 유진기공(주)에서 관심을 가지고 있으며, 현재 현대로템과는 활주방지제어로직 시험과 관련한 단기과제 수행을 위한 계약을 진행 중이다.

Abstract ▼

Purpose & contents
Rolling stock technology is not open to public in general, and so we should understand fundamental technologies on a brake system certainly and quickly by ourselves, and should improve them in order to solve current problems and to go out to overseas.
This research is suppos

Purpose & contents
Rolling stock technology is not open to public in general, and so we should understand fundamental technologies on a brake system certainly and quickly by ourselves, and should improve them in order to solve current problems and to go out to overseas.
This research is supposed to develop an anti-skid control system used in uncertain environments and uncertain rail conditions, and to verify it using a HILS (hardware-in-the-loop simulation) system. Target goal is that wheel locks below 30 km/h shall not last longer than 0.4 s, and skids shall not exceed 25% of the speed if it is faster than 120 km/h, and 30 km/h if it is less than 120 km/h for more than 3s.
In this research, we developed a brake HILS system for the first time domestically, and did a research on wheel-slide protection using the developed HILS system.

Result
In order to achieve the above research goal, the following researches were conducted.
1st year:
(i) Literature survey for creepage and anti-skid control unit (ASCU) logic.
(ii) Microscopic creepage mechanism study causing skid.
(iii) Mathematical formulation and simulation for skid mechanism.
(iv) Basic anti-skid control logic proposition.
(v) Development of dynamic force control and application to a real system.
2nd year:
(i) Dynamic modeling and simulation for a rolling stock.
(ii) Mathematical modeling for pneumatic brake system and simulations
(iii) Real-time simulation for the whole brake system including ASCU.
3rd year:
(i) Development of a brake HILS system.
(ii) Anti-skid control logic study under uncertain environments.
(iii) Anti-skid control performance test using a HILS system.
(iv) Improving input shaping control logic and applying to an actual system.
(v) Design guidelines for effective anti-skid control system.

Expected Contribution
Results of this research can be applied to development of braking control/anti-skid control units of high-speed train, normal train, subway, transit, etc. as basic technology data.
The logic algorithm will be similar for various rolling stocks, and only parameter values can be different. This research will supply basic logic and parameters for improvement of the existing brake systems, and will help exports of rolling stocks abroad. Furthermore, this research will give the clue for resolving flat problems reported currently from field services.
Hyunda Rotem Co. and Yujin Co. are very interested in our research, and currently we are on the process of short period research contraction on the research of the ASCU test using the developed HILS system.

목차 Contents

• 핵심연구사업 최종보고서(평가용) ... 1
• 목 차 ... 2
• 연구계획 요약문 ... 3
• 연구결과 요약문 ... 4
• 한글요약문 ... 4
• SUMMARY ... 5
• 연구내용 및 결과 ... 6
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 6
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 7
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 10
• 4. 목표달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 98
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 100
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 100
• 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 101
• 8. 참고문헌 ... 102
• 9. 연구성과 ... 107
• 10. 기타사항 ... 112
• 끝페이지 ... 126