| 3차년도 |
[1세부]ㅇ 경전철 실주행환경에서의 타이어 손상원인 연구ㅇ 차상 상태·안전 정보 전송 시스템의 요구사항 분석ㅇ 국내 경전철 타이어 사용조건 및 기준 분석 연구ㅇ 해외 경전철 타이어 성능 및 제품 분석 연구ㅇ 경전철용 타이어 센서모듈 내구 시험 프로세스 protocol을 위한 표준 규격 분석ㅇ 경전철용 타이어 센서모듈 내구 시험 절차 프로세스 protocol 설계 연구[2세부]ㅇ 경전철 타이어 상태 검지 및 헬스 모니터링을 위한 데이터 수집 ㅇ 헬스 모니터링 알고리즘 개발을 위한 유지보수 최적화 요건 도출ㅇ 경전철 타이어 유지보수 체계 및 시스템 현황 분석ㅇ 헬스 모니터링 및 유지보수 최적화 To-Be 프로세스 설계ㅇ 경전철용 타이어 주행 상태 모니터링 센서 요구 조건 분석 ㅇ 경전철 차상 상태·안전 정보 전송을 위한 센서/게이트웨이 시스템 토포롤지 연구ㅇ 마모예측 알고리즘 개발용 타이어 모델 개발ㅇ 차상 센서 및 차량운행 데이터 분석을 통한 머신러닝 기반 주요인자 도출
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[1세부]ㅇ 경전철 실주행환경에서의 타이어 손상원인 연구 - 경전철 타이어 고장 모드 및 고장 원인 분석 (기 운행중인 경전철 타이어의 이상상태 현황 및 교체주기 조사 포함) - 경전철 타이어 및 주행 상태 측정·분석ㅇ 차상 상태·안전 정보 전송 시스템의 요구사항 분석 - EN규격 등 기존 철도차량 차상 상태·안전 정보 전송 시스템 요구사항 분석ㅇ 해외 경전철 타이어 성능 및 제품 분석 연구 - 해외 경전철 타이어 제원 및 성능 분석 (내구성능, Rolling Resistance, Pass By Noise, Wet Grip 등) - 경전철 타이어 국제 인증 기준 조사(유럽 라벨링(ECE-117) 등) ㅇ 국내 경전철 타이어 사용조건 및 기준 분석 연구ㅇ 경전철용 타이어 센서모듈 내구 시험 프로세스 protocol을 위한 표준 규격 분석 - 내구 시험 프로세스 protocol을 위한 국내외 표준 규격 분석 - 철도차량 전장 부품 관련 시험방법 및 시험조건 등 분석ㅇ 경전철용 타이어 센서모듈 내구 시험 절차 프로세스 protocol 설계 연구 - 관련 규격을 이용한 철도 차량용 타이어의 시험방법 및 시험조건 등 분석 - 경전철 주행 노선 관련 자료 조사 및 분석 - 경전철용 타이어 센서모듈 내구 시험 절차 protocol 설계[2세부]ㅇ 경전철 타이어 상태 검지 및 헬스 모니터링을 위한 데이터 수집장치 구축 - 경전철 타이어 운행데이터 분석을 위한 데이터 인자 요구사항 도출 - 경전철 타이어 인자설계를 위한 요구사항 기반 수집장치 구축ㅇ 경전철 타이어 상태 검지 및 헬스 모니터링을 위한 데이터 수집 - 헬스 모니터링 분석을 위한 차량 운행데이터 수집 - 경전철 타이어 이상상태 검지 및 헬스 모니터링을 위한 운행실측 데이터 수집 - 센서를 통한 운행실측 데이터와 차량운행 데이터 간 동기화ㅇ 헬스 모니터링 알고리즘 개발을 위한 유지보수 최적화 요건 도출 - 유지보수 최적화 구축을 위한 통합관리체계 수립 - 운행실측 데이터 및 차량검수/정비 기준을 통한 유지보수 최적화 요구사항 도출ㅇ 경전철 환경 및 타이어 실환경 측정/분석 - 경전철/타이어 차량구조 환경 측정ㅇ 경전철 타이어 유지보수 체계 및 시스템 현황 분석 - 경전철 타이어 유지보수 체계, 정비절차 현황 및 문제점 분석 - 경전철 타이어 점검 종류 및 주기, 수명 및 교체주기의 현황 분석ㅇ 헬스 모니터링 및 유지보수 최적화 To-Be 프로세스 설계 - 센싱데이터 및 운영/고장 데이터 활용방안 분석 - 센싱데이터 및 운영/고장 데이터 기반의 유지보수 최적화 프로세스 설계ㅇ 경전철용 타이어 주행 상태 모니터링 센서 요구 조건 분석 및 사양 설정 - 경전철 환경 및 타이어 실환경 측정/분석(차량/타이어 구조, 전파 환경) - 타이어 상태 모니티링 센서 기본사양 도출ㅇ 경전철 차상 상태·안전 정보 전송을 위한 센서/게이트웨이 시스템 토폴로지 연구 - 통신 방식 선정 및 네트워크 토폴로지 설계 및 요구사양 도출ㅇ 마모예측 알고리즘 개발용 타이어 모델 개발 - 제작사 제공 도면 기반 유한요소 경전철 타이어 모델 개발 - 타이어 모델 수직 및 횡방향 강성 검증ㅇ 마모예측 알고리즘 개발용 타이어 모델 개발 - 제작사 제공 도면 기반 유한요소 경전철 타이어 모델 개발 - 타이어 모델 수직 및 횡방향 강성 검증ㅇ 차상 센서 및 차량운행 데이터 분석을 통한 머신러닝 기반 주요인자 도출 - (차축 및 림의 가속도/각속도)센서 데이터와 주행데이터 분석기반 주행상태 주요인자 도출
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| 연구성과 |
기술적 기대성과 |
ㅇ 기운행중인 경전철 타이어의 이상상태 현황 및 교체주기 조사서ㅇ 성능 및 제품 분석 보고서 및 규격 분석 보고서ㅇ 경전철 차량 운행 데이터 파일ㅇ To-Be 프로세스 설계서 및 시스템 아키텍처 설계서ㅇ 타이어 상태 모니티링 센서 사양서ㅇ 경전철 타이어 모델 보고서ㅇ 데이터 분석 주요인자 적합성 분석 보고서ㅇ 차상 상태·안전 정보 전송 시스템 설계ㅇ 정량적 성능인자 설계서ㅇ 내구 시험 프로세스 protocol 설계ㅇ 데이터 전처리 분석 보고서ㅇ 유지보수 최적화 로직설계서 및 시제품 설계서ㅇ 경전철 타이어 마모상태 예측 알고리즘 모델 개발 보고서ㅇ 수집장치 설계ㅇ 차상 상태·안전 정보 전송 연동 검증시험 보고서ㅇ 경전철 고성능·고내구 타이어 시제품(TRL7) 개발ㅇ 내구 시험 프로세스 protocol 구축 보고서ㅇ 주행조건 설계ㅇ 헬스모니터링 및 유지보수 최적화 통합관리시스템 시제품(TRL7)ㅇ 타이어 주행상태 센서 모듈 및 차상 상태·안전 정보 전송 시스템 시제품(TRL7) 제작 보고서ㅇ 센싱·머신러닝기반 타이어 이상상태 검지 알고리즘 개발 보고서ㅇ 헬스 모니터링 알고리즘 개발 보고서ㅇ 주행 성능 실증 보고서 (기존 타이어와 정량적 성능 비교 포함)ㅇ 타이어 설계서 및 시제품(TRL7)ㅇ 시제품 및 가속노화수명 예측 및 주행 성능 시험 평가 보고서ㅇ 센서모듈 내구 및 신뢰성 평가 보고서ㅇ 헬스 모니터링 경전철 시범 운행 실증 보고서ㅇ 성능 검증 보고서(S/W 인증서 포함)ㅇ 실노선 성능 검증시험 결과 보고서ㅇ 실노선 타이어 마모상태 예측 모델 알고리즘 검증 보고서ㅇ 타이어 헬스 모니터링 알고리즘 실증 보고서
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| 사회 경제적 파급효과 |
ㅇ 국내 경전철 타이어 이상 마모 현상 및 타이어 균열 발생으로 타이어의 조기 교체 예상 시장 규모 매년 30억원 이상으로, 연구개발 투입비용 대비 실용화 비용이 크며, 경전철의 주행 안전성 향상 효과 또한 매우 큼 * `24년 7개 노선 계획 : 전국 3개 확정 노선 및 서울시 4개 계획 노선 포함, 현재 운행중 1개 노선 4.5억원/년 교체비용 기준ㅇ 해외 수입품 경전철 타이어 사용으로 본 연구개발로 인한 실용화시 매년 30억원 이상의 수입 대체 효과로 경제성이 매우 크며, 해외 고무차륜 경전철 운영 국가에 타이어 및 헬스 모니터링 기술 수출 가능 함ㅇ 매출효과 : 현재 대비 향후 약 3배 이상 증가 및 유지보수 비용 절감 예상됨ㅇ 경전철용 타이어 및 센서모듈 판매량이 해마다 증거하여 2026년 각 600개 수요 예상됨ㅇ 고용효과로 신규인력 채용 및 전문인력 양성 각 20명 창출 효과 예상됨ㅇ 현재는 한국을 제외하고 대부분 고무차륜 경전철에 Michelin 타이어가 공급되고 있으나, 본 과제로 개발되는 타이어로 수출에 성공할 경우 기술성에 대한 검증 뿐만 아니라 수출 증대로 국내 경기 회복에 큰 기여가 예상됨
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| 활용방안 |
ㅇ 경전철 시설에 시범 구축하여 시스템의 실용화 : 타이어 전문기업, 대학/연구기관, 실증운영기관(부산, 광주) 등 유관 기관의 참여 및 시스템을 * 국내 경전철 타이어 예상 시장 규모 매년 30억원 이상 ？ 첨단기술과 연계된 경전철 시설 안전관리 기술을 통하여 국민이 안전한 사회를 구축ㅇ 안전사고에 대한 경전철 시설물 및 이용자에 대한 조기경보 확대ㅇ 국가 자산순위(선진국, 후진국 등)와 상관없이 적용 가능한 경전철 시설 안전 대비기술 확보로 인명 피해 저감ㅇ 국제적 연구 선두그룹과의 협업을 통한 개발 기술의 해외진출ㅇ 안전사고 발생 시 신속한 대응이 가능해지고, 신속한 경전철 인프라에 대한 통제와 해제로 시설물 피해 및 인명 피해 경감ㅇ 센싱·머신러링, IoT와 빅데이터, 인공지능, 4차산업혁명 등이 최근 이슈와 함께 센서 시장은 급속한 성장세에 있으며, 새롭게 개발된 센서의 활용도가 높아짐ㅇ 2017년 기준으로 철도 및 전력 분야의 이상 감지 시스템 구축 비용을 검토해 보면, 약 200억원/년의 시장이 예상ㅇ 고유가 및 저탄소 교통 체계 전환 대비 교통 체계의 적응력이 강화되고 차세대 친환경 에너지를 이용한 저비용 고효율의 초고속 교통 체계가 구축되어 온실 가스 배출 규제 및 원유자원의 고갈에 따른 국가적 교통 대응 능력을 확보에 활용ㅇ 경전철차량 상태 진단 및 예측기술 역량 확보/제고ㅇ 센싱·머신러닝 기반 경전철용 타이어 헬스 예측 및 이상 검지 알고리즘 개발을 통해 타이어별 객관적 유지보수 체계를 적용하여 점검시간 단축 및 최적 유지 보수 시점 적용과 서비스지연 예방을 통해 궁극적으로 차량 가용 성능을 향상ㅇ 경전철 시설물의 상태평가를 효율적으로 수행함으로 경전철 서비스 안전성 보장 및 유지관리 비용 절감ㅇ 타이어 적기 교체 및 유지보수 의사결정 지원을 위해 상태기반 유지관리(CBM)와 신뢰도기반 유지관리(RCM)를 제공하여 타이어가 과잉 정비 또는 수명을 초과하여 운영되지 않도록 최적 유지보수 시점 제시ㅇ 타산업 및 헬스모니터링 인프라 조성에 대한 기술적 파급효과
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