마찰 특성 모델에 기초한 열차 비상제동 제어 시뮬레이션

Abstract

철도는 현대인들에게 주요한 교통수단으로써, 현재 도시의 인구 집중으로 더욱 신속하고 고밀한 운행을 요구받는 상황에 직면해있어 열차의 안전 확보는 승객의 안전에 필수적인 요소라 할 수 있다. 비상제동은 열차의 안전을 보장하기 위해 중요한 기능으로, 비상제동은 열차의 안전성과 승객의 보호를 위해 핵심적인 기능이다. 감속 동작과 동시에 발생하는 급제동으로 인한 차량의 흔들림은 열차와 승객에게 부정적인 영향을 미칠 수 있고 열차 간 충돌 방지를 위해 마찰 제동 특성을 예측하는 것은 중요하다. 기존의 제동시스템 설계는 평균 마찰 특성만을 고려하여 설계되어왔다. 그러나 실제 운전 환경에서는 제동장치의 온도, 제동력이 변화하여 순간적으로 마찰계수의 변동이 발생한다. 이러한 다양한 조건에 따른 순간마찰계수의 변동성을 충분히 반영하지 못하는 한계가 있다. <br> 이에 본 논문에서는 기존 제동 모델링의 한계였던 순간 마찰계수의 영향을 반영하여 열차 3량 3편성의 운행 조건에 따른 제동 동특성을 정량적으로 예측하였다. 기존 마찰 동역학에서의 마모 메커니즘을 반영한 이론식을 바탕으로 모델링을 수행하였다. 실차 제동을 모사한 다이나모 시험기에서 제동마찰재 시험을 다양한 조건에서 반복 수행하여 모델을 제안하였다. <br> 다음으로, 제안된 마찰모델을 기초하여 제동 제어 알고리즘의 성능을 평가하기 위해 MATLAB Simulink를 사용하여 시뮬레이션을 수행하였다. 제안된 모델은 다양한 운전 조건과 마찰 특성을 고려하여 시뮬레이션 되었으며, 열차의 정지 거리, 정지 시간 등의 제동 성능을 평가하였다. 시뮬레이션 결과, 제안된 비상제동 시스템은 기존의 일반적인 마찰 특성을 고려한 제동시스템보다 제동거리와 제동 속도의 예측 가능성을 보여주었다. <br> 다양한 운전 환경에서의 마찰 특성을 고려한 제동 알고리즘은 차량의 정량적인 성능 평가와 승차감 개선에 활용될 수 있을 것으로 판단된다. 이러한 연구 결과는 실제 열차 제동시스템의 설계와 개선에 활용될 수 있을 것으로 기대한다.