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과제현황 목록

과제기본정보

전동차용 급곡선 주행 능동조향대차 실용화 기술 개발2년차

사업개요
사업개요에 대한 사업명, 분류코드(기술분류), 과제명, 주관연구기관, 총괄연구 책임자(성명, 소속, 전화번호), 총 연구기간, 당해연도 연구기간 정보제공
사업명 전동차용 급곡선 주행 능동조향대차 실용화 기술 개발 과제번호 22CACB-C163504-02
국가과학표준분류 1순위 기계 | 자동차 철도차량 | 차량운동성능 및 진동 소음저감기술 적용분야 교통/정보통신/기타 기반시설
2순위 기계 | 자동차 철도차량 | 차량지능화기술 실용화대상여부 실용화
3순위 건설 교통 | 철도교통기술 | 철도차량기술 과제유형 개발
과제명 전동차용 급곡선 주행 능동조향대차 실용화 기술 개발
주관연구기관 한국철도기술연구원
총괄연구 책임자 성명 허현무
소속 한국철도기술연구원 직위 수석
기관 대표번호 031-460-5000 FAX 031-460-5814
총 연구기간 2021-04-01 ~ 2024-12-31
당해연도 연구기간 2022-01-01 ~ 2022-12-31

(단위:원)

년도별 정부출연금, 기업부담금, 계 정보제공
년도 정부출연금 기업부담금
현금 현물 소계
2차년도 3,338,000,000 63,400,000 656,238,000 719,638,000 4,057,638,000
과제기본정보의 연구개발개요, 최종목표, 연구내용 및 범위 정보제공
연구개발개요 - 도시철도 지하구간 공기질 악화는 전동차의 분진 발생에 기인. 서울교통사의 경우, 연간 약 42톤 규모로 추정, 분진은 차륜, 제동장치, 집전장치의 접촉 마모로 인하여 발생.
- 공기질 악화 개선을 위해선 분진 발생의 근원적 요인을 저감시키는 기술 개발, 적용이 가장 효율적임. PMSM 속도제어기술 적용, 집전장치 습판제 재질 개선을 통하여 제동, 집전장치 마모는 개선이 가능함.
- 기존 철도차량은 자동차와 달리 조향장치가 없어 급곡선 주행 시 조향기능 부족으로 인한 차륜과 레일 간에 공격각이 발생하게 되어 차륜 주행방향의 종, 횡방향으로 불필요한 힘을 유발하여 마모, 소음 발생의 주 요인이 됨.
- 차륜의 마모는 급곡선 주행 시 대차의 조향기능 미흡에 따른 조향성능 저하에 기인함. 차륜 마모가 심한 차량의 경우, 차량 당 연간 차륜 마모량은 약 약 22kg으로 확인됨. 따라서 전동차의 미흡한 조향성능을 개선하여 차륜 마모 발생을 근원적으로 저감시킬 수 있는 능동조향대차 신기술 적용이 가장 효율적임.
최종목표 ○급곡선 주행 도시철도 전동차의 과도한 차륜 마모, 소음 및 분진 발생을 근원적으로 저감시키기 위한 전동차용 능동조향시스템과 능동조향대차 실용화 모델 개발 및 신뢰성 검증
- 조향각 구현 0.5deg 이상(설계속도 120km/h 이상)
- 차륜 마모 저감 50%(기존차량 대비)
- 차륜 소음 저감 3dB(기존차량 대비)
- 조향시스템 구동부 경량화 10%(기존 1개당 148kg 기준)
- 기존 대차 가격대비 30%이내 상승(상용화 가정 시)
연구내용 및 범위 (구성기술 1) 전동차용 능동조향시스템 및 능동조향대차 실용화 모델 개발
○전동차용 능동조향시스템 및 능동조향대차 개발 요구사항 도출
- 능동조향기술 적용 시험차 구축 시 기존 차량시스템/능동조향대차 간 또는 기존 차량시스템/능동조향대차/능동조향시스템 간 호환성 고려
- 시험차 차체/능동조향대차 간 또는 차체/대차/능동조향시스템 간 인터페이스 검토, 목표 조향성능 검토, 개발 요구사항 도출 등
○능동조향대차 시제 장착용 능동조향시스템 실용화 모델 개발
- 능동조향대차 상용화고려 조향시스템 실용화모델 제작사양 도출
(구동부 추력 5톤 이상, 구동부 경량화 10% 이상, 제어기 경량화 20% 이상, 제어기 부피 20% 이상 저감)
- 원가절감 양산용 능동조향시스템 실용화 모델 설계(센서부, 구동부, 제어부)
- 능동조향시스템 실용화 모델 시제 제작(능동조향대차 시제 장착용)
- 능동조향시스템 실용화 모델 시제 성능 평가

○능동조향대차 실용화 모델 개발
- 능동조향시스템 실용화모델적용 능동조향대차 실용화모델 설계(M-car, T-car용)
- 능동조향대차 실용화 모델 형식승인 기술기준적용 설계적합성 검증
- 시험차 장착용 능동조향대차 시제 제작, 구성품 및 대차조립체 검사 및 시험

○전동차용 능동조향대차 실용화 모델 최종안 제시
- 현차시험 결과 반영 전동차용 능동조향대차 상용화 모델 최종안 도출
- 능동조향대차 적용 시 경제성, 파급효과 분석
- 전동차용 능동조향대차 실용화 계획 제시
- 능동조향대차의 RAM 분석

○능동조향시스템 및 능동조향대차 관련 기존 철도차량 기술기준 개정 필요 여부 검토 및 개정 필요시 개정(안) 제시

○AC, DC 차량 각각에 대한 능동조향대차 적용 가능성 검토

(구성기술 2) 전동차용 능동조향시스템 및 능동조향대차 적용 현차시험
○능동조향시스템 및 능동조향대차 시험차 장착, 현차시험 열차 편성
- 능동조향대차 현차시험 상세계획 수립, 안전 관리 및 협조체계 구축
- 현차시험 열차 선정, 중수선 및 중수선 검사, 시험
- 현차시험 열차의 기존 대차 탈거 및 능동조향대차 장착, 시험차 검사
- 능동조향대차 장착 현차시험 열차 조성(1편성, M-car 1량, T-car 1량 이상)
- 시험차 조향시스템 구축(센서부, 구동부, 통합제어기 등)
- 시험차 조향성능, 동특성 등 계측 통합 모니터링시스템 구축

○현차시험 및 신뢰성 평가
- 능동조향기술을 적용한 현차시험 열차의 통합 조향제어기술 개발(차량간 연계 능동조향제어 알고리즘 개발 및 성능검증 등)
- 능동조향시험차의 누적 주행 현차시험을 통한 신뢰성 검증
※ 현차시험 기간 10개월 이상, 누적주행거리별(5,000km) 동적 성능, 조향 성능, 소음, 차륜마모량 계측 등
- 누적 주행 현차시험에 따른 능동조향시스템 및 능동조향대차의 조향성능 평가, 조향시스템신뢰성, 유지보수성 평가 등
건설기술연구개발사업 주요내용
건설기술연구개발사업 주요내용의 구분, 연구개발목표, 연구개발 내용 및 방법 정보제공
구분 연구개발목표 연구개발 내용 및 방법
2차년도 - 주관연구개발기관(한국철도기술연구원) : 능동조향대차/조향시스템 개발사양 검토 및 설계안 도출
- 공동연구개발기관(에이아이코리아) : 능동조향시스템 실용화모델 시제 제작 및 성능평가
- 공동연구개발기관(다원시스) : 능동조향대차 개발사양 도출, 설계적합성 검토 및 구성품 제작
- 공동연구개발기관(인천교통공사) : 능동조향대차 현차 시운전 상세계획 수립
주관(철도연)
- 능동조향대차/조향시스템 개발사양 검토 및 설계안 도출
-시험차/능동조향대차 interface 검토 및 개발요구사항 검토
-능동조향시스템 실용화모델 개발사양 도출, 설계 및 시제 성능평가
-능동조향시스템 실용화모델 적용 능동조향대차 시제 설계(M-car, T-car용),
-능동조향대차 구성품 개발사양 도출
-능동조향대차 실용화모델 형식승인 기술기준적용 설계적합성 검토
-능동조향대차 시제 제작관련 구성품 및 대차조립체 검사 및 시험
-능동조향시험차 차륜횡압측정용 윤축 제작
-능동조향시스템 및 능동조향대차 관련 기존 철도차량 기술기준 개정 필요 여부 검토
-AC/DC 차량 각각에 대한 능동조향대차 적용 가능성 검토

공동(에이아이코리아)
?능동조향시스템 실용화모델 시제 제작 및 성능평가
-능동조향대차 상용화고려 조향시스템 실용화모델 제작사양 도출 (구동부 추력 5톤 이상, 구동부 경량화 10% 이상, 제어기 경량화 20% 이상, 제어기 부피 20% 이상 저감)
-원가절감 양산용 능동조향시스템 실용화모델 상세설계(센서부, 구동부, 제어부)
-능동조향시스템 실용화모델 시제 제작 및 성능 평가(공인시험)

공동(다원시스)
?능동조향대차 개발사양 도출, 설계적합성 검토 및 구성품 제작
-능동조향대차 실용화 모델 형식승인 기술기준적용 설계적합성 보고서 작성
-능동조향대차 구성품 제작, 검사 및 시험

공동(인천교통공사)
?능동조향대차 현차 시운전 상세계획 수립
-능동조향대차 현차적용 시운전 상세계획 수립
-능동조향대차 개발요구사항 검토

연구성과 기술적 기대성과 - 전동차 차륜 마모, 분진, 소음 발생 근원적 저감을 위한 전동차용 능동조향대차 실용화기술 확보
- 전동차용 능동조향대차 상용화(세계 최초)
- 차륜 마모, 분진 최소 50% 이상 저감, 차륜 소음 3dB 저감, 차륜 수명 최소 2.6배 연장
사회 경제적 파급효과 - 차륜 마모, 분진, 소음 저감 등으로 인한 철도 이용자 편익 제고
- 분진 발생으로 인한 세척비용, 차륜, 레일, 차량부품 유지보수비용 절감
- 능동조향차량 연간 1량당 편익 : 2,800천원/(량ㆍ연), 25년간 7억원/(량ㆍ연)
- 환경 친화적 철도차량 실용화기술 확보
- 공기질 악화의 주 요인인 분진발생 근원적 저감, 도시철도 지하구간 공기질 개선에 기여
- 급곡선 분진, 소음 저감을 통한 철도이용객 쾌적성 확보 및 여객서비스 제고
활용방안 ○ 급곡선 철도차량 신차 개발 시 신조 대차기술로 활용(철도운영기관, 차량제작사)
- 철도운영기관, 차량제작사는 본 사업에 참여하여 시제 대차 제작, 성능시험을 위한 Test-bed 구축을 통한 조향성능 확인, 연구개발 종료 후, 신차 발주 시 구매사양에 능동조향대차 적용, 상용화 추진
- 노후 전동차 교체 수요에 대응한 신조차량 제작 시 능동조향대차 적용 추진
※향후 10년간 노후 전동차 교체수요 약 5,200량 이상
- 국내 상용화 실적을 바탕으로 해외 전동차 수주 시 능동조향대차 적용 추진

○ 기존 대차 곡선부 주행성능 향상 및 소음 저감을 위한 개조 방안으로 활용 가능
- 본 능동조향시스템은 소형, compact한 구조로 기존 대차 개조를 통하여 조향시스템 장착이 용이함
- 국내 전동차 운용 차량 중 능동조향대차 적용성 검토 결과, 볼스터리스형식 센터피봇 적용 공기스프링 구조 차량 적용 가능
핵심어
핵심어의 구분, 핵심어, 핵심어1~핵심어5 정보제공
핵심어 핵심어1 핵심어2 핵심어3 핵심어4 핵심어5
국문 능동조향대차 차륜 마모 급곡선 철도차량
영문 active steering bogie wheel wear severe curve railway vehicle
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