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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 이주
- 발행연도
- 2019
- 저작권
- 한양대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수7
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철도차량에서 차륜은 차량 동역학에 영향을 주는 중요한 부품으로 강체윤축차륜과 독립회전차륜 방식으로 양분되어 개발되었다. 강체윤축차륜 방식은 주행 중에 횡 변위 발생시 차륜과 레일의 상호작용에 의해 자가 복원력을 생성한다. 이는 별도의 제어 없이도 주행 안정성 확보에 유리하기 때문에 대부분의 철도차량에 적용되고 있지만, 고속 주행시 사행동이 존재하고 급 곡선 구간 주행이 불가능하다는 단점을 갖는다.
독립회전차륜 방식은 윤축의 제거로 자가 복원력이 사라지기 때문에 직선 구간에서 주행 안전성이 저하된다. 하지만 좌우 휠의 독립 회전을 허용함으로써 급 곡선 주행 성능을 향상할 수 있다. 이 밖에도 축의 제거로 인해서 경량화 및 저상화가 가능해져 승객 탑승에 유리하다는 장점이 있다.
최근 제어 및 전력전자 기술의 발달로 독립회전차륜에도 복원력을 생성할 수 있게 되었다. 하지만 아직은 연구가 활발히 이루어지지 않고 있으며 실용화를 위해서도 많은 장애물이 존재한다.
본 연구에서는 독립회전차륜의 물리적인 특성을 파악하기 위해 동역학 방정식을 유도하였으며, 이를 기반으로 능동제어전략을 제안하였다. 첫 번째로는 다중입출력 시스템을 갖는 독립차륜모델의 비간섭 변환을 제안하였으며 이를 통해 독립적인 제어기를 설계할 수 있었다. 두 번째로는 차륜 속도제어에 기반한 위상제어전략을 제안하였다.
제안된 제어 전략의 제어성능을 평가하기 위한 시험법을 연구하였다. 먼저 독립회전차륜의 HILS 시험법을 제안하였으며, 실시간 차량 모델과 모터-제너레이터 세트를 연동한 주행시험을 통해 복원력 제어 성능을 검증하였다. 이후에는 독립회전차륜이 적용된 무가선 3량 트램과 급 곡선(15mR) 시험 레일을 제작하여 제어 성능을 평가하였다. 제안된 제어 전략을 적용시 급 곡선 구간에서 주행 성능을 향상할 수 있었다.
독립회전차륜 방식은 윤축의 제거로 자가 복원력이 사라지기 때문에 직선 구간에서 주행 안전성이 저하된다. 하지만 좌우 휠의 독립 회전을 허용함으로써 급 곡선 주행 성능을 향상할 수 있다. 이 밖에도 축의 제거로 인해서 경량화 및 저상화가 가능해져 승객 탑승에 유리하다는 장점이 있다.
최근 제어 및 전력전자 기술의 발달로 독립회전차륜에도 복원력을 생성할 수 있게 되었다. 하지만 아직은 연구가 활발히 이루어지지 않고 있으며 실용화를 위해서도 많은 장애물이 존재한다.
본 연구에서는 독립회전차륜의 물리적인 특성을 파악하기 위해 동역학 방정식을 유도하였으며, 이를 기반으로 능동제어전략을 제안하였다. 첫 번째로는 다중입출력 시스템을 갖는 독립차륜모델의 비간섭 변환을 제안하였으며 이를 통해 독립적인 제어기를 설계할 수 있었다. 두 번째로는 차륜 속도제어에 기반한 위상제어전략을 제안하였다.
제안된 제어 전략의 제어성능을 평가하기 위한 시험법을 연구하였다. 먼저 독립회전차륜의 HILS 시험법을 제안하였으며, 실시간 차량 모델과 모터-제너레이터 세트를 연동한 주행시험을 통해 복원력 제어 성능을 검증하였다. 이후에는 독립회전차륜이 적용된 무가선 3량 트램과 급 곡선(15mR) 시험 레일을 제작하여 제어 성능을 평가하였다. 제안된 제어 전략을 적용시 급 곡선 구간에서 주행 성능을 향상할 수 있었다.
목차
제 1장 서 론 1제 1절 연구 배경 및 필요성 1제 2절 연구 내용 및 구성 4제 2장 독립회전차륜 시스템 5제 1절 철도차량 차륜 방식에 따른 특징 6제 1항 차륜의 발달과정 6제 2항 강체윤축차륜 7제 3항 독립회전차륜 9제 2절 구름 접촉 이론[23]-[24] 10제 1항 크립 11제 2항 크립력 12제 3항 강체운동 16제 3절 차량 동역학 모델링 18제 1항 강체윤축차륜 모델 18제 2항 독립회전차륜 모델 19제 4절 독립회전차륜의 대차 방정식 20제 3장 독립회전차륜 능동제어 24제 1절 액츄에이터를 이용한 능동제어 기법 24제 2절 기존 능동제어 방식의 문제점 27제 3절 독립회전차륜의 능동제어 제안 31제 1항 비 간섭 변환을 이용한 제어 기법 31제 2항 차륜 속도 기반 위상제어 기법 36제 4장 HILS 시험을 통한 제어 성능 검증 41제 1절 개요 41제 2절 독립회전차륜의 HILS 시험법 제안 42제 1항 실시간 차량 모델 43제 2항 다이나모 및 제어기의 구성 44제 3항 제안된 HILS 시스템 46제 3절 직선레일 주행성능 (임펄스 외란) 49제 4절 직선구간 주행성능 (레일 불균일) 51제 5절 급 곡선(15mR) 주행 시 주행성능 52제 5장 실차 시험을 통한 제어성능 검증 56제 1절 전기구동 시스템의 구성 56제 1항 배터리 및 컨버터 57제 2항 인버터 58제 3항 견인전동기 60제 2절 시험차 주요 사양 및 구성 61제 3절 주행 레일 및 계측장비 구성 65제 4절 능동제어기법 적용 67제 5절 주행시험 결과 69제 6장 결 론 76참고문헌 78부 록 85ABSTRACT 94감사의 글 96
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