초록 ▼

□ 연구개발 목표 및 내용
◼ 최종 목표
경전철용 고성능·고내구 타이어 개발 및 안전성 강화 헬스 모니터링 기술 개발을 통해 경전철 안전 향상, 운영비용 절감 및 운행지연 예방에 기여

◼ 전체 내용
[2과제] 센싱·머신러닝 기반의 경전철용 타이어 안전성 강화 헬스 모니터링 기술과 유지보수 최적화 시스템 개발 및 실증을 통한 개발 기술 검증
- 타이어 주행상태 센싱 기술개발 : 데이터 요구사항 도출 및 데이터 수집장치 개발을 통한 실주행 데이터 취득
- 안전성 강화 헬스모니터링 알고리즘 및 시스

□ 연구개발 목표 및 내용
◼ 최종 목표
경전철용 고성능·고내구 타이어 개발 및 안전성 강화 헬스 모니터링 기술 개발을 통해 경전철 안전 향상, 운영비용 절감 및 운행지연 예방에 기여

◼ 전체 내용
[2과제] 센싱·머신러닝 기반의 경전철용 타이어 안전성 강화 헬스 모니터링 기술과 유지보수 최적화 시스템 개발 및 실증을 통한 개발 기술 검증
- 타이어 주행상태 센싱 기술개발 : 데이터 요구사항 도출 및 데이터 수집장치 개발을 통한 실주행 데이터 취득
- 안전성 강화 헬스모니터링 알고리즘 및 시스템 개발 : 머신러닝 학습용 DATA 수집 및 타이어 헬스모니터링 알고리즘 개발
- 타이어 유지보수 최적화 기술 및 시스템 개발 : 마모 예측 및 타이어 잔존수명 예측 알고리즘 개발을 통한 유지보수 최적화 시스템 개발
- 타이어 안전성 강화 헬스 모니터링 기술의 검증 : 성능평가 및 최적화 수행

◼ 1단계
❏ 목표
ㅇ 경전철 타이어 상태 검지 및 헬스모니터링을 위한 데이터 수집
ㅇ 헬스모니터링 및 유지보수 최적화 시스템의 To-Be 프로세스 설계
ㅇ 차상 상태·안전 정보 전송을 위한 센서/게이트웨이 시스템 토포롤지 연구
ㅇ 마모예측 로직 개발용 타이어 모델 개발
ㅇ 차상 센서 및 차량운행 데이터의 머신러닝 기반 분석을 통한 타이어 헬스모니터링의 영향인자 분석 연구
❏ 내용
ㅇ 경전철 전동차 타이어 관련 수집 장치 구축 및 데이터 수집, 유지 보수 최적화 요구사항 도출
ㅇ 유지보수 체계 및 정비절차 및 데이터 활용방안 분석, 운영/고장 데이터 기반 헬스모니터링 시스템 및 유지보수 시스템 To-Be 프로세스 설계
ㅇ 타이어 실환경 측정/분석 및 센서 기본사양 도출, 게이트웨이 간 통신 네트워크 토폴로지 기초 연구
ㅇ 제작사 제공 도면 기반 유한요소 타이어 모델 개발 및 수직/횡강성 검증
ㅇ 머신러닝 기반 분석을 통한 타이어 헬스모니터링 영향인자 분석

◼ 2단계
❏ 목표
ㅇ 경전철 타이어 운행실측 데이터 및 차량 운행데이터 전처리 분석, 헬스모니터링 및 유지보수 최적화 설계 적합성 검증
ㅇ 헬스모니터링 시스템 및 유지보수 최적화 시스템의 아키텍처, 알고리즘 개발 및 시스템 설계
ㅇ 경전철용 타이어 주행 상태 모니터링 센서 설계 및 제작, 게이트웨이 설계, 타이어 이상 상태 판단 로직 개발
ㅇ 타이어 마모예측 로직 개발용 타이어 모델 검증 및 해석 기반 마모 상태 예측 로직 개발
ㅇ 머신러닝 기반 타이어 헬스모니터링 알고리즘 개발 및 주요인자 분석 검증
❏ 내용
ㅇ 기관별 데이터 요구조건 기반 데이터 수집 및 전처리
ㅇ 헬스모니터링 및 유지보수 최적화 기본 설계 적합성 검증
ㅇ 정비시점 기반 최적 유지보수 최적화 기술 목표 제시 및 센싱데이터 수집 인터페이스 설계, 헬스모니터링 및 유지보수 시스템 화면/데이터베이스 설계
ㅇ 상태 모니터링 센서 설계 제작, 성능시험, 차상 상태 안전 정보 시스템 간 통신 프로토콜 설정
ㅇ 경전철 타이어 실환경/시험기 측정, 분석(계속) 및 주행 차량 동특성 분석, 타이어 상태(정상/주의/경보) 판별 로직 개발
ㅇ 다양한 마모 상태 타이어 모델 개발 및 주행 해석
ㅇ 타이어 주행 측정 가속도 신호 분석
ㅇ 타이어 온도, 압력, 마모 등의 계측 및 시뮬레이션 기반 영향성 분석, 머신러닝을 통한 주요인자 데이터 검증
ㅇ 머신러닝 기반 타이어 헬스모니터링 알고리즘 개발(샘플데이터 기준 타이어 상태인식 정확도 80% 이상)

◼ 3단계
❏ 목표
ㅇ 경전철 타이어 헬스모니터링 및 유지보수 시스템 성능평가 방안 도출, 경전철 타이어 안전성 강화 헬스모니터링 기준 개발
ㅇ 경전철 타이어 헬스모니터링 및 유지보수 최적화 시스템 구현
ㅇ 경전철용 타이어 주행 상태 모니터링을 위한 센서 및 데이터 수집용 Multi-protocol 게이트웨이 시작품 설계 제작, 성능 테스트 검증
ㅇ 주행데이터 기반 타이어 마모상태 예측 로직 개발
ㅇ 타이어 헬스모니터링을 위한 머신러닝 알고리즘 개발
ㅇ 헬스모니터링 및 유지보수 시스템 검증 시나리오 설계 및 실증시험
ㅇ 헬스모니터링 시스템 및 유지보수 시스템 검증을 위한 Test-Be 구축 검증, 공인 시험인증기관의 GS 인증 획득
ㅇ 경전철용 타이어 주행 상태 모니터링을 위한 센서 및 데이터 수집용 Multi-protocol 게이트웨이 시제품 제작 및 설치/운영/실노선 검증
ㅇ 실노선 시험을 통한 경전철 타이어 헬스모니터링 알고리즘 성능검증
❏ 내용
ㅇ 헬스모니터링 및 유지보수 시스템 성능평가, 공정 관리를 통한 Test-bed 운영계획 수립
ㅇ 경전철 타이어 헬스모니터링 시스템 및 유지보수 시스템 구현
ㅇ 경전철용 타이어 센서 모듈 시제품 제작
ㅇ 실차 조건에서의 타이어 이상 상태 판별 테스트 및 성능 검증
ㅇ 타이어 이상상태 판별 로직 개발
ㅇ 주행 시험 기반 타이어 마모상태 예측 로직 개발 및 검증
ㅇ 타이어 헬스모니터링 알고리즘 개발
ㅇ 타이어 상태 데이터셋과 수집된 검증데이터를 적용한 헬스모니터링 알고리즘 Lab Test 및 최적화(분류정확도 90%이상)
ㅇ 헬스모니터링 및 유지보수 시스템 검증 시나리오 설계/실증시험(부산 4호선)
ㅇ 헬스모니터링 및 유지보수 시스템 검증
ㅇ 일반적인 유지보수 알고리즘 비교를 통해 유지보수 최적화 알고리즘의 성능 검증 (RMSE 값 비교 검증)
ㅇ 경전철용 타이어 센서 모듈 실노선 검증
ㅇ 통합시스템의 실노선 실증 및 타이어 이상상태(편마모, 파손, 공기압 등) 진단 엔진 운영 테스트
ㅇ 경전철 차량 주행시험을 통한 마모예측치와 마모실측치 비교 및 타이어 마모예측 로직 신뢰성 검증
ㅇ 운영기관 및 전문가 자문평가단 구성을 통한 경전철의 타이어 헬스 모니터링 실노선 성능검증 및 개선

□ 연구개발성과

□ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과
1. 활용계획
경전철 시설에 시범 구축하여 시스템의 실용화 : 타이어 전문기업, 대학/연구기관, 실증 운영기관 등 유관 기관의 참여 및 시스템을 연계하여 기술개발 및 실용화에 적극적인 참여 활용계획 마련
* 국내 경전철 타이어 예상 시장 규모 매년 30억원 이상
(참고[`24년 7개 노선 계획]: 전국 3개 확정 노선 및 서울시 4개 계획 노선 포함, 운행 중 1개 노선 4.5억원/년 교체비용 기준)
2. 기대효과
경전철용 타이어 국산화 기술 확보를 통해 해외 경쟁력 및 고성능·고내구 타이어 기술 확보를 통한 안정적 제품 제공으로 철도차량 사고 예방 등 안전성 향상
해외 수입품 경전철 타이어 사용 대비 본 연구개발로 인한 실용화 시 매년 약 30억원의 수입 대체 효과 기대로 경제성이 매우 크며, 해외 고무차륜 경전철 운영 국가에 대한 타이어 및 헬스모니터링 기술 수출 가능
현재 대비 향후 약 3배 이상 증가 및 유지보수 비용 절감 예상됨

(출처 : 요약문 3p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 요 약 문 ... 3
• 목차 ... 6
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 7
• 1) 연구개발과제의 최종 목표 ... 7
• 2) 연구개발과제의 단계별 목표 ... 7
• 3) 연구개발과제의 해당 연차 목표 ... 9
• 2. 연구개발과제 수행과정 및 수행 내용 ... 10
• 1) 1단계(전체 1차년도) 연구개발내용 및 범위 ... 10
• 2) 2단계(전체 2차년도) 연구개발내용 및 범위 ... 11
• 3) 3단계(전체 3차년도) 연구개발내용 및 범위 ... 12
• 4) 3단계(전체 4차년도) 연구개발내용 및 범위 ... 42
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 정도 ... 105
• 1) 연구수행 결과 ... 105
• 2) 목표 달성 수준 ... 124
• 4. 목표 미달 시 원인분석 ... 129
• 5. 연구개발성과 및 관련 분야에 대한 기여 정도 ... 129
• 6. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 131
• 1) 연구성과 총괄 ... 131
• 2) 연구개발성과의 향후 5년간(활용보고서 제출기간) 성과활용 목표·계획 ... 137
• 끝페이지 ... 208