KR101221477B1 - 주행시험대를 이용한 철도차량의 승차감 시험장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 주행시험대를 이용한 철도차량의 승차감 시험장치에 관한 것으로; 승차감 시험을 위한 시험대차에 대한 주행을 모사할 수 있는 주행시험대와, 상기 시험대차에 연결되어 승차감을 평가받기 위한 시험차체와, 상기 시험차체의 후방에 진동특성을 모사하는 진동모사수단으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 시험차체의 후측에 후방대차의 진동특성을 모사함으로 인해 차체로 전달되는 진동을 실제 선로와 매우 유사하게 모사할 수 있어, 신규 철도차량 개발시의 시제차량 및 노후차량의 승차감 성능시험을 실제 선로에서 주행하지 않고서도 실내에서 가능하게 하여 승차감 시험을 위한 시간과 비용 등을 절감할 수 있는 장점이 있다.

Description

주행시험대를 이용한 철도차량의 승차감 시험장치 {Apparatus for testing the ride comfort of the railway vehicles using the drive testing stand}

본 발명은 주행시험대를 이용한 철도차량의 승차감 시험장치에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 신규철도차량의 개발 중에 발생하는 시제차량의 성능 검증 또는 상용차의 노후화에 따른 성능 검증을 위하여 활용되는 주행시험대 상에서 철도차량의 승차감을 시험하고 평가하기 위한 승차감 시험장치에 관한 것이다.

일반적으로 철도차량은 대형수송수단으로서 점진적으로 그 이용인원이 증가함에 따라 그 중요성이 확대되고 있으며, 전국적인 연결망을 갖도록 건설 또는 운영되고 있는바, 이와 같은 철도의 양적팽창에 따라 철도의 이용자는 성능, 안정성, 쾌적성 및 기술력 확보 등 질적 서비스의 향상을 요구하고 있는 실정이다.

한편, 철도차량에서의 승차감이란 운행중인 열차에서 승객이 느끼는 쾌적함의 정도를 말하며, 보다 넓은 의미에서는 진동, 소음, 온도, 습도, 조도, 개인 공간, 좌석의 질감, 천장의 높이, 전망, 통풍 등 승객이 느끼는 모든 인자들을 고려된 것을 의미하지만 이들 모든 인자를 고려한 승차감의 평가는 실제적으로는 거의 불가능하다.

따라서, 열차의 차체에서 측정되는 진동이나 가속도신호만을 이용하는 좁은 의미의 승차감 평가방법이 사용되고 있는 것이 현실이다.

이와 같은 철도차량의 실제 차체의 승차감 시험을 위해서는 전방대차와 후방대차의 진동특성을 모두 고려하여 시험해야함에도 불구하고 종래에는 하나의 대차를 주행시험대 상에 설치하고 진동을 가해 시험하지만 후방대차 또는 차체의 후방의 진동특성이 모사되지 않아 정확한 승차감 시험이 불가능한 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 이러한 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 그 목적은 대차를 주행시험대 상에 설치하고 진동을 가해 시험하되 후방대차 또는 차체 후방의 진동특성이 모사되어 실제와 유사한 승차감 성능시험을 할 수 있는 주행시험대를 이용한 철도차량의 승차감 시험장치를 제공하는데 있다.

특히, 본 발명은 차량 1대를 시험할 수 있는 1량 방식의 주행시험대가 아닌 대차 1대를 시험하는 일대차 방식의 주행시험대를 이용한 철도차량의 승차감 시험장치을 제공하는데 그 목적이 있다.

이와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은; 승차감 시험을 위한 시험대차의 하부에 설치되고, 진동발생을 위한 다수의 가진 액추에이터가 구비되어 시험대차에 대한 주행을 모사할 수 있는 주행시험대와; 상기 시험대차에 연결되어 승차감을 평가받기 위한 시험차체와; 상면에 시험차체의 후방과 조립되는 2차현가장치가 구비되어 상기 시험차체의 후방이 고정되는 진동대와, 상기 진동대를 수평 및 수직방향으로 진동시키기 위한 진동 액추에이터로 이루어져 시험차체 후방의 진동특성을 모사하는 진동모사수단과; 상기 시험대차에 연결 설치되어 시험대차의 진동특성을 계측하는 계측시스템과; 상기 계측시스템에 연결 설치되어 시험대차의 진동특성과 시험대차의 주행속도정보를 전달받아 진동모사수단을 제어하는 제어기를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 주행시험대는 상측에 철도차량의 주행을 모사하기 위한 궤조륜이 더 구비되는 것을 특징으로 한다.

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이때, 상기 진동 액추에이터는; 상기 진동대를 진동시키기 위한 3개의 수직진동 액추에이터와, 2개의 수평진동 액추에이터로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 수직진동 및 수평진동 액추에이터의 일단부는 지면 또는 반력벽에 제1구형조인트를 통해 지지되고, 수직진동 및 수평진동 액추에이터의 타단부는 제2구형조인트를 통해 진동대의 하부면 및 측면에 각각 연결되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 수직진동 액추에이터는 상기 진동대와 경사지게 연결되는 것을 특징으로 한다.

삭제

한편, 상기 시험차체의 후단에 연결 설치되어 시험차체의 주행방향 거동을 구속하기 위한 주행방향 구속수단이 더 구비되는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 주행방향 구속수단은 상기 시험차체의 주행방향 거동을 구속하기 위해 지면 또는 벽체에 설치되는 주행방향 구속용 지그와, 상기 시험차체의 후단에 연결되는 주행방향 구속 봉과, 상기 주행방향 구속용 지그와 주행방향 구속 봉을 연결하는 구형조인트로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 시험차체의 후방에는 후방대차가 구비되고, 상기 후방대차의 하부에 상기 진동모사수단이 장착되는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 진동모사수단은 후방대차의 전방윤축과 후방윤축을 각각 지지하도록 2개가 구비되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 시험차체의 후방에는 후방대차가 구비되되, 상기 후방대차의 전방윤축과 후방윤축을 탈거한 상태의 윤축 부위에 상기 진동모사수단이 장착되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 시험차체의 후측에 후방대차의 진동특성을 모사함으로 인해 차체로 전달되는 진동을 실제 선로와 매우 유사하게 모사할 수 있어, 신규 철도차량 개발시의 시제차량 및 노후차량의 승차감 성능시험을 실제 선로에서 주행하지 않고서도 실내에서 가능하게 하여 승차감 시험을 위한 시간과 비용 등을 절감할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 주행시험대를 이용한 철도차량의 승차감 시험장치를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 진동 모사수단을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 주행시험대를 이용한 철도차량의 승차감 시험장치의 제어 구성도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 진동 모사수단을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 진동 모사수단을 도시한 도면이다.

본 발명에 따른 주행시험대를 이용한 철도차량의 승차감 시험장치를 첨부한 도면을 참고로 하여 이하 상세히 기술되는 실시 예에 의하여 그 특징들을 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 주행시험대를 이용한 철도차량의 승차감 시험장치를 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 진동 모사수단을 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명에 따른 주행시험대를 이용한 철도차량의 승차감 시험장치의 제어 구성도이다.

도 1 내지 도 3에 의하면, 본 발명에 따른 주행시험대를 이용한 철도차량의 승차감 시험장치는 신규철도차량의 개발 중에 발생하는 시제 차량의 승차감 성능 검증에 이용하거나 또는 상용차의 노후화에 따른 성능 검증을 위하여 활용된다.

이와 같은 본 발명에 따른 주행시험대를 이용한 철도차량의 승차감 시험장치는 하나의 진동특성을 평가받기 위한 시험대차(100)에 대한 주행을 모사할 수 있는 주행시험대(110)와, 상기 시험대차(100)에 센터피봇과 이차현가장치로 연결되어 승차감을 평가받기 위한 시험차체(120)와, 상기 시험차체(120)의 후방에 2차현가장치(130)로 연결되어 후방대차의 진동특성을 모사하는 진동모사수단(140)과, 시험차체(120)의 주행방향 거동을 구속하기 위한 주행방향 구속수단(150)으로 이루어진다.

이하, 본 발명의 각부 구성을 구체적으로 설명한다.

먼저, 승차감 시험을 위해서는 시험대차(100)를 주행시험대(110) 상에 설치하게 된다. 이때, 상기 주행시험대(110)는 상측에 궤조륜(112)을 구비하고 있으며, 상기 궤조륜(112)의 회전을 철도차량의 주행방향{즉, 시험차체(120)의 주행방향}과 일치하는 방향으로 회전을 시키면 철도차량의 주행이 모사된다.

그리고, 상기 주행시험대(110)는 진동발생을 위한 다수의 가진 액추에이터(114)를 구비하고 있으며, 가진 액추에이터(114)는 실제 선로의 검측결과로부터 획득한 실제 레일의 거칠기·궤도 틀림 등의 정보를 지령으로 하여 주행시험대(110) 상의 궤조륜(112)을 가진하게 된다.

이 경우 상기 가진 액추에이터(114)는 주행시험대(110)를 수직 또는 수평방향으로 가진하기 위해 주행시험대(110)의 측면 및 하측에 설치된다.

이때, 상기 가진 액추에이터(114)의 작동에 의해 상기 궤조륜(112)이 가진되면, 궤조륜(112)에 안착되어 회전하는 시험대차(100)의 윤축(102)도 가진되고 이는 시험대차(100)의 1차현가장치(103)를 통해 대차프레임(104)에 진동을 발생시킨다.

한편, 상기 진동모사수단(140)은 시험차체(120)의 후방에 설치되어 후방대차의 진동특성을 모사하는 것으로, 이는 상기 시험차체(120)의 후방이 고정되는 진동대(142)와, 상기 진동대(142)를 수평 및 수직방향으로 진동시키기 위한 진동 액추에이터(144,145)로 이루어진다.

이때, 상기 진동 액추에이터(144,145)는 3개의 수직진동 액추에이터(144)와, 2개의 수평진동 액추에이터(145)로 이루어지며, 상기 진동대(142)의 상면에는 2차현가장치(130)가 더 구비되어 시험차체(120)의 후방과 조립된다.

그리고, 상기 수직진동 및 수평진동 액추에이터들(144,145)의 일단부는 지면 또는 반력벽에 제1구형조인트(144a,145a)를 통해 지지되고, 수직진동 및 수평진동 액추에이터들(144,145)의 타단부는 제2구형조인트(144b,145b)를 통해 진동대(142)의 하부면 및 측면에 각각 연결된다.

이와 같은 수직진동 및 수평진동 액추에이터들(144,145)은 제어기(160)의 지령에 따라 진동대(142)를 횡·수직·요(yaw)·피치(pitch)·롤(roll) 방향으로 진동시킬 수 있다.

상기 진동대(142)는 주행방향 거동을 제외한 나머지 횡·수직·요·피치·롤 방향 운동이 가능하도록 하기 위해 적어도 5개의 진동 액추에이터(144,145)를 구비하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 수직진동 액추에이터(144)는 진동대(142)와 수직으로 연결되지 않고 적절하게 경사진 각도(예를 들어 지면에서 60 ~ 80°사이의 각도)를 가지고 기울어서 연결되는 것이 바람직하다.

상기 수직진동 및 수평진동 액추에이터들(144,145)은 제어기(160)의 지령에 따라 진동대(142)를 진동시키게 되는데, 상기 진동대(142)의 수직, 피치, 롤 운동은 3개의 수직진동 액추에이터(144)의 구동을 통해 구현되며 상기 진동대(142)의 횡, 요 운동은 2개의 수평 액추에이터(145)의 구동을 통해 구현한다.

한편, 상기 주행방향 구속수단(150)은 시험차체(120)의 주행방향 거동을 구속하기 위한 것으로, 지면 또는 벽체에 설치되는 주행방향 구속용 지그(152)와, 상기 시험차체(120)의 후단에 차량연결기(153)에 의해 연결되는 주행방향 구속 봉(154)과, 상기 주행방향 구속용 지그(152)와 주행방향 구속 봉(154)을 연결하는 구형조인트(156)로 이루어진다.

이때, 상기 구형조인트(156)로 연결되어 주행방향 구속 봉(154)이 시험차체(120)의 거동을 저해하지 않게 된다.

이하, 도 1 내지 도 3을 참고로 본 발명에 따른 주행시험대를 이용한 철도차량의 승차감 시험장치의 작동 예를 설명한다.

시험대차(100)의 대차프레임(104)의 진동 특성은 도 3에 도시된 바와 같은 계측 시스템(162)을 통해 계측되어 진동모사수단(140)을 구동하기 위한 제어기(160)의 지령정보로 활용된다.

이때, 상기 진동모사수단(140)을 제어하는 제어기(160)는 상기 시험대차(100)의 주행속도 정보도 함께 동시에 획득하며, 상기 제어기(160)로 입력된 시험대차(100)의 주행속도 정보는 진동모사수단(140)의 시간지연 정보로 활용된다.

즉, 궤도의 불규칙에 의한 외란(外亂)은 주행시험대(110)의 가진 액추에이터(114)에 의해 시험대차(100)에 먼저 작용하고, 일정시간 지연 후에 상기 진동모사수단(140)을 통해 시험차체(120)의 후방이 가진 된다. 이는 일 예로 자동차가 과속방지턱이 있는 도로를 주행할 때 앞바퀴가 먼저 넘어가고 뒷바퀴가 일정한 시간 후에 넘어가는 것과 같은 원리이다.

한편, 상기 주행시험대(110)의 가진 액추에이터(114)의 가진 시작시간과 진동모사수단(140)의 진동 모사 시작시간 사이에는 "(시험대차와 진동모사 장치 중심간 거리)/(주행속도)" 만큼의 시간지연이 존재하게 된다. 따라서, 상기 제어기(160)는 시간지연 연산을 통해 상기 진동모사수단(140)의 모사 시작시간을 제어하게 된다.

그리고, 상기 시험대차(100)의 횡·수직·요·피치·롤 변위정보는 제어기(160)에서 순기구학/역기구학 연산을 통해 진동모사수단(140)의 진동 액추에이터(144,145) 지령으로 작용하여 진동모사수단(140)의 진동대(142)는 가상의 후방대차의 대차프레임과 같은 진동특성을 시험차체(120)에 전달한다.

따라서, 상기 진동모사수단(140)의 진동대(142) 위에 시험대차(100)의 2차현가장치와 같은 특성의 2차현가장치(130)를 이용하여 시험차체(120)를 취부하면 시험차체(120)는 두 대의 대차(시험대차와 후행대차)로 이루어진 철도차량이 실제선로를 주행하는 것과 같은 진동특성을 나타내게 된다.

한편, 도 4 및 도 5는 본 발명의 다양한 실시 예를 도시한 도면들로서, 특히진동모사수단의 변형 예들이다.

먼저, 도 4에 의하면, 일대차 방식의 주행시험대 상에서 철도차량의 승차감을 시험하기 위해, 시험차체(120)의 후방대차(170)를 탈거하지 않고, 후방대차(170)의 하부에 진동모사수단(140)을 장착하여 승차감 시험을 할 수 있다.

이 경우 진동모사수단(140)은 후방대차(170)의 전방윤축(172)과 후방윤축(174)을 각각 지지하도록 2기의 진동모사수단(140)을 구비하여 작동한다.

물론, 상기 2기의 진동모사수단(140)은 동일한 구조로서 상기 전방윤축(172)과 후방윤축(174)이 지지되는 진동대(142)와, 상기 진동대(142)를 사선방향 및 수직방향으로 진동시키기 위한 횡방향 진동 액추에이터(147)와 수직진동 액추에이터(149)로 이루어진다.

또한, 도 5에 의하면, 이는 시험차체(120)의 후측에 구비되는 후방대차(170)를 탈거하지 않고 사용하되, 후방대차(170)의 전방윤축(172)과 후방윤축(174)을 탈거한 상태로 진동대(142)를 각 윤축 부위에 장착한다.

이 경우 진동모사수단(140)은 후방대차(170)의 전방윤축(172)과 후방윤축(174)을 각각 지지하도록 2개의 진동모사수단(140)을 구비하여 작동한다.

또한, 각각의 진동대(142)에 진동 액추에이터(147,149)를 구비하여 각 진동대가 수직, 횡, 롤 운동이 가능하도록 하는 방법으로 변형 가능하며 이때에는 시험대차(100)의 횡, 수직, 롤, 피치, 요 운동 정보를 사용하지 않고 시험대차 각 윤축의 횡, 수직, 롤 운동 정보를 주행모사수단의 진동 액추에이터 지령으로 활용한다.

이때, 상기 진동 액추에이터(147,149)는 3대로 이루어지는데, 횡방향 진동 액추에이터(147)는 1대를 적용하고, 수직진동 액추에이터(149)는 2대를 적용함이 바람직하다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 실시 예와 실질적으로 균등한 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리범위가 미치는 것으로 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것이다.

100: 시험대차 110: 주행시험대
112: 궤조륜 114: 가진 액추에이터
120: 시험차체 130: 2차현가장치
140: 진동모사수단 142: 진동대
144,145: 진동 액추에이터 150: 주행방향 구속수단
152: 주행방향 구속용 지그 154: 주행방향 구속 봉
156: 구형조인트

Claims (13)

1. 승차감 시험을 위한 시험대차의 하부에 설치되고, 진동발생을 위한 다수의 가진 액추에이터가 구비되어 시험대차에 대한 주행을 모사할 수 있는 주행시험대와;
   상기 시험대차에 연결되어 승차감을 평가받기 위한 시험차체와;
   상면에 시험차체의 후방과 조립되는 2차현가장치가 구비되어 상기 시험차체의 후방이 고정되는 진동대와, 상기 진동대를 수평 및 수직방향으로 진동시키기 위한 진동 액추에이터로 이루어져 시험차체 후방의 진동특성을 모사하는 진동모사수단과;
   상기 시험대차에 연결 설치되어 시험대차의 진동특성을 계측하는 계측시스템과;
   상기 계측시스템에 연결 설치되어 시험대차의 진동특성과 시험대차의 주행속도정보를 전달받아 진동모사수단을 제어하는 제어기를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 주행시험대를 이용한 철도차량의 승차감 시험장치.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 주행시험대는 상측에 철도차량의 주행을 모사하기 위한 궤조륜이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 주행시험대를 이용한 철도차량의 승차감 시험장치.
   
3. 삭제
4. 삭제
5. 제 1항에 있어서, 상기 진동 액추에이터는;
   상기 진동대를 진동시키기 위한 3개의 수직진동 액추에이터와, 2개의 수평진동 액추에이터로 이루어지는 것을 특징으로 하는 주행시험대를 이용한 철도차량의 승차감 시험장치.
   
6. 제 5항에 있어서,
   상기 수직진동 및 수평진동 액추에이터의 일단부는 지면 또는 반력벽에 제1구형조인트를 통해 지지되고, 수직진동 및 수평진동 액추에이터의 타단부는 제2구형조인트를 통해 진동대의 하부면 및 측면에 각각 연결되는 것을 특징으로 하는 주행시험대를 이용한 철도차량의 승차감 시험장치.
   
7. 제 6항에 있어서,
   상기 수직진동 액추에이터는 상기 진동대와 경사지게 연결되는 것을 특징으로 하는 주행시험대를 이용한 철도차량의 승차감 시험장치.
   
8. 삭제
9. 제 1항에 있어서,
   상기 시험차체의 후단에 연결 설치되어 시험차체의 주행방향 거동을 구속하기 위한 주행방향 구속수단이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 주행시험대를 이용한 철도차량의 승차감 시험장치.
   
10. 제 9항에 있어서,
    상기 주행방향 구속수단은 상기 시험차체의 주행방향 거동을 구속하기 위해 지면 또는 벽체에 설치되는 주행방향 구속용 지그와, 상기 시험차체의 후단에 연결되는 주행방향 구속 봉과, 상기 주행방향 구속용 지그와 주행방향 구속 봉을 연결하는 구형조인트로 이루어지는 것을 특징으로 하는 주행시험대를 이용한 철도차량의 승차감 시험장치.
    
11. 제 1항에 있어서,
    상기 시험차체의 후방에는 후방대차가 구비되고, 상기 후방대차의 하부에 상기 진동모사수단이 장착되는 것을 특징으로 하는 주행시험대를 이용한 철도차량의 승차감 시험장치.
    
12. 제 11항에 있어서,
    상기 진동모사수단은 후방대차의 전방윤축과 후방윤축을 각각 지지하도록 2개가 구비되는 것을 특징으로 하는 주행시험대를 이용한 철도차량의 승차감 시험장치.
    
13. 제 1항에 있어서,
    상기 시험차체의 후방에는 후방대차가 구비되되, 상기 후방대차의 전방윤축과 후방윤축을 탈거한 상태의 윤축 부위에 상기 진동모사수단이 장착되는 것을 특징으로 하는 주행시험대를 이용한 철도차량의 승차감 시험장치.
    

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