KR101729074B1 - 철도차량용 능동현가장치 및 이를 포함하는 능동현가시스템 - Google Patents

Abstract

철도차량의 차체 및 대차에 결합하며, Y축을 따라 가로지르며 형성되는 제1 및 제2 가로빔들 및 상기 제1 및 제2 가로빔들 사이에 형성되는 중심피봇을 포함하는 능동현가장치 및 이를 포함하는 능동현가시스템에 있어서, 상기 능동현가장치는 센서부, 피봇블록 및 액추에이터(actuator)를 포함한다. 상기 센서부는 상기 차체 및 대차에 결합하여 주행 중 선로의 구조 및 발생되는 진동을 감지하고, 상기 피봇블록은 양측면이 상기 제1 및 제2 가로빔들과 각각 결합하고, 일단은 Y축에 수직으로 형성된 Z축을 따라 돌출되며, 상기 액추에이터는 상기 피봇블록의 일단과 상기 중심피봇 사이에 형성되어 상기 센서부의 감지신호에 따라 구동하여 상기 발생되는 진동을 저감시킨다.

Description

철도차량용 능동현가장치 및 이를 포함하는 능동현가시스템 {ACTIVE SUSPENSION DEVICE FOR TRAIN AND ACTIVE SUSPENSION SYSTEM INCLUDING THE SAME}

본 발명은 철도 차량용 능동현가시스템 및 이를 위한 능동현가장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차량에서 발생하는 진동을 감지하고 분석하여 진동을 저감시키는 철도차량용 능동현가장치 및 이를 포함하는 능동현가시스템에 관한 것이다.

기존의 철도차량의 대차 구조는 일반적인 철도차량 구조로써 수동형 시스템으로 형성되며, 상기 수동형 시스템은 주행 시 대차로부터 전달되는 차체의 횡방향 진동을 일정 부분은 저감시키는 장점이 잇지만 양질의 승차감을 확보할 수 있을 만큼 저감시키기에는 한계가 있다.

이 때문에 철도 차량의 고속 주행 시 과도한 진동의 전달로 차량의 주행 안정성이 저하되고 더불어 승차감을 약화시키기 때문에 다양한 상황에서 발생하는 진동의 크기에 따라서 진동을 효과적으로 저감할 수 있는 발명이 필요하다.

이와 관련하여 일본 특허등록 제5017287호는 공기용수철, 탄성스토퍼 및 탄성용수철을 통해 충격을 완화하는 발명을 개시하고 있고, 한국 특허등록 10-0980162호는 제1 및 제2 서스펜션들, 횡방향 서스펜션 및/또는 횡방향 댐핑장치로 횡방향 진동을 저감시키는 발명을 개시하고 있으나, 자동으로 진동을 감지하여 진동을 저감시키는 발명은 개시하지 않고 있다.

따라서, 다양한 주행 상황에서 발생하는 진동에 따른 효율적인 진동 저감이 가능한 기술의 필요성이 증가하고 있다.

이에, 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로 본 발명의 목적은 철도차량의 주행 중 발생하는 진동을 효율적으로 저감시키는 철도차량용 능동현가장치 및 이를 포함하는 능동현가시스템을 제공하는 것이다.

상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 철도차량의 차체 및 대차에 결합하며, Y축을 따라 가로지르며 형성되는 제1 및 제2 가로빔들 및 상기 제1 및 제2 가로빔들 사이에 형성되는 중심피봇을 포함하는 능동현가장치에 있어서, 상기 능동현가장치는 센서부, 피봇블록 및 액추에이터(actuator)를 포함한다. 상기 센서부는 상기 차체 및 대차에 결합하여 주행 중 선로의 구조 및 발생되는 진동을 감지하고, 상기 피봇블록은 양측면이 상기 제1 및 제2 가로빔들과 각각 결합하고, 일단은 Y축에 수직으로 형성된 Z축을 따라 돌출되며, 상기 액추에이터는 상기 피봇블록의 일단과 상기 중심피봇 사이에 형성되어 상기 센서부의 감지신호에 따라 구동하여 상기 발생되는 진동을 저감시킨다.

일 실시예에서, 상기 액추에이터는 일단은 상기 피봇블록의 일단과 결합하고 Y축을 따라 연장되어 타단이 상기 중심피봇과 결합하며 상기 피봇블록과 상기 액추에이터 사이에 공간을 형성할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 피봇블록은 일단이 Z축을 따라 상부 또는 하부로 연장되어 형성되는 수직연장부를 포함하고, 상기 액추에이터의 일단은 상기 수직연장부와 결합하고, 상기 액추에이터의 타단은 상기 중심피봇에 결합할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 피봇블록은 블록 및 연장부를 더 포함하고, 상기 블록은 양측면이 상기 제1 및 제2 가로빔들과 결합하며, 상기 연장부는 상기 블록에서 Y축을 따라 연장되어 상기 수직연장부와 결합할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 수직연장부는 지지대들 및 가로지지대를 포함하고, 상기 지지대들은 상기 연장부에서 Z축을 따라 서로 대칭하여 연장되고, 상기 가로지지대는 상기 지지대들 사이에 형성될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 가로지지대는 양 끝단은 바(bar) 형상을 하고 중앙은 원통형 구조의 조인트 브라켓(joint bracket)을 사이에 두고 상기 액추에이터와 결합할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 중심피봇은 바디 및 제1 및 제2 돌출부들을 포함하고, 상기 바디는 Z축을 따라 연장되어 형성되고, 상기 제1 및 제2 돌출부들은 서로 대칭되어 표면에 형성될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 제1 및 제2 돌출부들은 각각의 끝단을 연결하는 조인트 브라켓(joint bracket)을 사이에 두고 상기 액추에이터의 타단과 결합할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 센서부는 차체진동센서 및 곡률반경센서를 포함하고, 상기 차체진동센서는 상기 차체의 진동을 감지하고, 상기 곡률반경센서는 상기 철도차량의 직선 또는 곡선 주행 여부를 감지할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 곡률반경센서는 곡률반경을 실시간으로 측정하고 분석하여 상기 철도차량의 직선 또는 곡선주행 여부를 감지하고, 상기 곡률반경은 R=2Lx/ㅿ에 의해 추정될 수 있다.

일 실시예에서, 일단은 상기 피봇블록에 결합하고 타단은 상기 중심피봇에 결합하여 상기 액추에이터에서 발생하는 고주파 진동을 상쇄시키는 수동 댐퍼를 더 포함할 수 있다.

상기한 본 발명의 다른 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 능동현가시스템은 대차, 센서부, 피봇블록, 액추에이터, 제어부 및 인버터를 포함하고, 상기 대차는 철도 차량을 지지하고 운반하고, 상기 센서부는 상기 철도차량의 차체 및 상기 대차에 결합하여 주행 중 선로의 구조 및 발생되는 진동을 감지하며, 상기 피봇블록은 양측면이 Y축을 따라 가로지르며 형성되는 제1 및 제2 가로빔들과 각각 결합하고, 일단은 Y축에 수직으로 형성된 Z축을 따라 돌출되며, 상기 액추에이터는 상기 제1 및 제2 가로빔들 사이에 형성되는 중심피봇과 상기 피봇블록의 일단 사이에 형성되어 상기 센서부의 감지신호에 따라 구동하여 상기 발생되는 진동을 저감시키며, 상기 제어부는 상기 차체에 형성되어 상기 곡률반경센서 및 상기 차체진동센서의 감지신호를 수신하면 제어신호를 발생시키며, 상기 인버터는 상기 제어신호를 수신하여 상기 액추에이터를 구동시킬 수 있다.

일 실시예에서, 상기 차체는 복수의 대차들 및 열차제어장치(Train control management system: TCMS)를 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 TCMS는 서로 연결된 다른 차체들과 통신이 가능할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 제어부는 상기 대차들 각각에 발생하는 진동들에 따라 다른 상기 제어신호를 전송할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 제어부는 상기 TCMS를 통해 상기 다른 차체들의 제어부들과 연동하여 상기 차체들 또는 상기 대차들에 발생하는 진동에 대한 정보를 공유할 수 있다.

본 발명의 능동현가장치 및 이를 포함하는 능동현가시스템은 차체진동센서 및 곡률반경센서를 통해 대차 및 차체에서 발생하는 진동 및 철도차량의 직선 또는 곡선구간의 주행 여부를 감지하여 상황에 따라 발생하는 진동에 대응하여 액추에이터(actuator)를 구동시키므로 효율적으로 상기 진동을 저감시킬 수 있는 장점이 있다.

또한, 액추에이터가 대차 및 차체가 발생시키는 다양한 방향의 진동을 직접적으로 전달받지 않고, 액추에이터가 구동하면서 발생시키는 상쇄진동이 피봇블록과 중심피봇을 통해 효과적으로 대차 및 차체에 전달되어 진동의 저감효과가 높아져 전반적인 진동의 저감효과가 증가하는 장점이 있다.

또한, 액추에이터는 제1 및 제2 가로빔들과 직접적으로 접촉하지 않으므로 차체 및 대차에서 발생하는 진동이 구동부에 전달되지 않으므로 구동부가 구동하며 발생시키는 상쇄진동을 방해하지 않으며, 상쇄진동이 액추에이터의 일단 및 타단에 집중적으로 전달되어 대차에 발생하는 진동을 효과적으로 저감시키는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 능동현가시스템을 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1의 곡률반경센서의 곡률반경 측정방법을 나타내는 모식도이다.
도 3은 도 1의 능동현가장치를 나타내는 모식도이다.
도 4는 도 1의 능동현가장치를 나타내는 사시도이다.
도 5는 도 4의 A-A' 선을 따라 절단된 면을 나타내는 사시도이다.
도 6은 도 1의 능동현가장치의 다른 방향에서 보는 구조를 나타내는 사시도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 의한 능동현가장치를 나타내는 사시도이다.
도 8은 도 7의 능동현가장치의 다른 방향에서 보는 구조를 나타내는 사시도이다.
도 9a는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 능동현가장치를 나타내는 사시도이다.
도 9b는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 능동현가장치를 나타내는 사시도이다.
도 10은 기존 철도 차량의 차체 진동 측정결과를 나타내는 그래프이다.
도 11은 능동현가장치를 포함하는 철도차량의 차체 진동 측정결과를 나타내는 그래프이다.
도 12는 기존 철도 차량과 능동현가장치를 포함하는 철도차량의 차체 진동 주파수를 분석한 결과를 나타내는 그래프이다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 철도차량용 능동현가장치 및 이를 포함하는 능동현가시스템에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 실시예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "이루어진다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 능동현가시스템을 나타내는 사시도이다. 도 2는 도 1의 곡률반경센서의 곡률반경 측정방법을 나타내는 모식도이다.

도 1 및 2를 참조하면, 본 실시예에 의한 상기 능동현가시스템(10)은 철도차량의 대차(110) 및 차체와 결합하고, 제어부(12), 인버터(13) 및 능동현가장치(100)를 포함하고, 상기 능동현가장치(100)는 차체진동센서(210), 곡률반경센서(220), 액추에이터(actuator)(300) 및 피봇블록(400)을 포함한다.

상기 능동현가시스템(10)은 철도차량이 주행 중 발생시키는 진동을 기존의 수동적 진동저감방식이 아닌 상기 차체진동센서(210) 및 상기 곡률반경센서(220)를 통해 자동으로 주행 상황에 맞게 효과적으로 진동을 저감시킬 수 있고, 특히 상기 대차(110) 사이에 발생하는 횡방향 진동을 상기 액추에이터(300)의 구동을 통해 저감할 수 있다.

상기 능동현가장치(100)는 상기 대차(110) 및 상기 차체에 결합하고, 상기 차체진동센서(210)는 상기 차체에 결합하여 상기 차체에서 발생하는 진동을 감지하고, 상기 진동이 감지되면 감지신호를 상기 제어부(12)로 전송한다. 상기 곡률반경센서(220)는 상기 대차(110)에 결합되어 상기 철도차량이 주행 중에 직선구간을 이동하는지 아니면 곡선구간을 이동하는지의 여부를 감지하며, 상기 직선구간 또는 곡선구간의 여부를 감지하면 감지신호를 상기 제어부(12)로 전송한다.

상기 곡률반경센서(220)는 내부에 GPS(Global positioning system)을 포함하여 상기 대차(110)의 위치를 실시간으로 파악할 수 있으며, 하기 [수학식 1]을 통해 상기 철도차량이 주행하는 곡선구간의 곡률반경(21)을 구하여 상기 철도차량의 직선구간 또는 곡선구간 주행 여부를 판단할 수 있다.

[수학식 1]

{R: 곡률반경, 2L: 전부 대차와 후부 대차의 중심사이의 거리 x: 제1 거리, ㅿ: 차체와 전, 후부 대차 사이의 길이방향 상대변위(ㅿ1, ㅿ2)의 합}

먼저 상기 철도차량의 전부대차(22) 및 후부대차(21)가 곡선구간(20)을 주행하는 경우 측정될 수 있는 제1 및 제2 상대변위들(23, 24)과 제1 및 제2 상대각들(25, 26)을 측정한다. 이 때, 상기 제1 및 제2 상대변위들(23, 24)은 대상물의 물리 변화량을 다양한 소자로 검지하여 그 변화량을 거리로 환산함으로써 센서에서 대상물의 거리를 계측하고 상기 철도차량에 결합되는 상기 곡률반경센서(220)를 사용하여 측정할 수 있다.

상기 곡률반경센서(220)를 통해 상기 제1 및 제2 상대변위들(23, 24)을 측정한 후 측정 데이터를 이용하여 상기 제1 및 제2 상대각들(25, 26)을 측정하고, 도 2의 삼각형 Aab와 삼각형 OPA는 닮음이고, 삼각형 OPB와 삼각형Bef는 닮음이므로, 상기 곡률반경센서(220)를 이용하여 측정되는 상기 전부대차(22) 및 후부대차(21) 사이의 상기 제1 및 제2 상대변위들(23, 24)과 삼각함수의 원리에 의해 상기 제1 및 제2 상대각들(25, 26)을 측정할 수 있고, 상기 수학식 1과 같이 상기 곡률반경(28)을 구할 수 있다.

따라서, 상기 곡률반경센서(220)와 대차 중심 사이의 거리인 제1 거리(29)(x)와 상기 전부대차(22)와 상기 후부대차(21)의 중심들 사이거리인 제2 거리(30)(2L), 및 상기 제1 상대변위(23)와 상기 제2 상대변위(24)의 합(ㅿ)을 상기 수학식 1에 대입하여 상기 곡률반경(28)을 실시간으로 측정할 수 있고, 상기 곡률반경(28)의 변화를 통해 상기 곡률반경센서(220)는 상기 철도차량이 곡선구간을 주행하는지 아니면 직선구간을 주행하는 지 여부를 감지할 수 있다.

상기 제어부(12)는 상기 차체 또는 상기 대차(110)에 형성되고, 상기 감지신호를 수신하면 상기 인버터(13)로 제어신호를 전송하고, 상기 인버터(13)는 상기 제어신호를 상기 액추에이터(300)를 구동시키기에 적합한 출력으로 변환시킨다.

상기 인버터(13)는 상기 제어신호를 수신하면 상기 제어신호의 출력을 변환시켜 상기 액추에이터(300)로 상기 제어신호를 전송하고, 상기 액추에이터(300)는 상기 제어신호를 수신하면 상기 제어신호에 따라 다른 수준의 진동 저감 구동을 할 수 있다.

한편, 상기 감지신호는 상기 진동의 크기나 상기 곡선구간의 휘어짐에 따라 강도가 달라지고, 이에 따라 상기 감지신호가 전달하는 상기 진동의 수준은 다양하게 변화될 수 있다. 예를 들어, 상기 차체의 진동이 평소보다 큰 경우 상기 감지신호의 크기가 커지고 상기 제어부(12)는 상기 감지신호의 정도에 따라 상기 제어신호를 달리하여 상기 인버터(13)를 통해 상기 액추에이터(300)에 전송하고, 상기 액추에이터(300)는 상기 제어신호를 통해 높아진 상기 진동의 강도를 인지하고 출력을 높여 상황에 따른 상기 진동의 저감이 가능하다.

도 3은 도 1의 능동현가장치를 나타내는 모식도이다. 도 4는 도 1의 능동현가장치를 나타내는 사시도이다. 도 5는 도 4의 A-A' 선을 따라 절단된 면을 나타내는 사시도이다. 도 6은 도 1의 능동현가장치의 다른 방향에서 보는 구조를 나타내는 사시도이다.

도 3 내지 6을 참조하면, 상기 능동현가장치(100)는 센서부(200), 액추에이터(300) 및 제1 피봇블록(400)을 포함하고, 대차(110)는 프레임부(130), 휠(140), 구동축(150), 가로지지부(160) 및 제1 중심피봇(170) 포함한다.

상기 센서부(200)는 차체진동센서(210) 및 곡률반경센서(220)를 포함하고, 상기 액추에이터(300)는 구동부(310), 제1 결합부(320) 및 제2 결합부(330)를 포함하며, 상기 제1 피봇블록(400)은 제1 블록(410), 제1 연장부(420), 제1 수직연장부(430) 및 제2 조인트 브라켓(joint bracket)(440)을 포함하며, 상기 프레임부(130)는 제1 측면프레임(131) 및 제2 측면프레임(132)을 포함하며, 상기 가로지지부(160)는 제1 가로빔(161) 및 제2 가로빔(162)을 포함하며, 상기 제1 중심피봇(170)은 제1 바디(171), 제1 돌출부(172), 제2 돌출부(173) 및 제1 조인트 브라켓(174)을 포함한다.

상기 제1 연장부(420)는 제1 평행판(421), 제1 지지대(422) 및 제2 지지대(423)를 포함하고, 상기 제1 수직연장부(430)는 제3 지지대(431), 제4 지지대(432) 및 제1 가로지지대(433)를 포함한다.

상기 능동현가장치(100)는 철도차량의 하부에 형성되는 상기 대차(110)와 상기 대차(110)의 상부에 위치하는 차체(180)에 결합되고, 상기 전동차량이 주행 중 발생시키는 진동을 상기 센서부(200)를 통해 능동적으로 감지하여 상기 진동의 수준에 따라 상기 액추에이터(300)의 구동 강도를 달리하여, 불규칙적으로 발생하는 상기 진동을 효과적으로 저감할 수 있다.

상기 차체진동센서(210)는 상기 차체(180)에 형성되어 상기 차체(180)에서 발생하는 진동을 감지하고, 상기 곡률반경센서(220)는 상기 대차(110)에 결합하여 상기 철도차량이 주행하고 있는 선로가 직선 또는 곡선구간인지의 여부를 감지할 수 있다.

구체적으로는, 상기 곡률반경센서(220)는 상기 차체(180)와 상기 프레임부(130) 사이에 형성되고, 상기 곡률반경센서(220)의 일단은 상기 차체(180)의 하부에 돌출되는 돌출부와 결합하고, 타단은 상기 프레임부(130)에서 돌출된 부분과 결합한다.

상기 곡률반경센서(220)는 상기 제1 측면프레임(131) 및 상기 제2 측면프레임(132)상에 각각 형성되고, 상기 철도차량이 곡선구간을 주행하는 경우 상기 차체(180)와 상기 대차(110)가 각각 비틀어지면서 발생하는 도 2의 상기 곡률반경(28)의 변화를 감지할 수 있다.

따라서, 상기 차체진동센서(210)는 상기 차체(180)에서 발생하는 불규칙적인 진동을 감지하면 상기 액추에이터(300)가 구동하여 상기 진동을 저감시키고, 상기 곡률반경센서(220)가 곡선구간을 감지하면, 상기 액추에이터(300)가 구동하여 상기 차체(180)가 한 쪽으로 쏠리면서 발생시키는 진동 또는 쏠림에 의한 충격으로 나타날 수 있는 진동을 저감할 수 있다.

상기 프레임부(130)는 Y축을 따라 형성되어 상기 대차(110)의 골격을 형성하고, 상기 휠(140)은 상기 프레임부(130)의 전부 및 후부에 한 쌍으로 회전이 가능하도록 결합되고, 상기 구동축(150)은 상기 휠(140) 사이에 회전이 가능하도록 결합된다. 상기 가로지지부(160)는 상기 제1 가로빔(161) 및 상기 제2 가로빔(162) 각각이 상기 대차(110)의 중앙을 상기 Y축과 수직으로 형성되는 X축을 따라 가로지르며 형성되고, 상기 제1 가로빔(161) 및 상기 제2 가로빔(162)의 사이에는 상기 액추에이터(300)가 상기 제1 중심피봇(170) 및 상기 제1 피봇블록(400)과 결합하여 형성된다.

상기 제1 중심피봇(170)은 상기 대차(110)의 중앙의 상기 제1 가로빔(161) 및 상기 제2 가로빔(162)의 사이에 배치되고, 상기 제1 중심피봇(170) 및 상기 제1 피봇블록(400)의 양쪽측면들 각각은 상기 제1 및 제2 가로빔들(161, 162)과 결합되고, 동시에 상기 제1 피봇블록(400)의 타단은 상기 제1 중심피봇(170)과 소정의 간격을 형성하며 이격되어 상기 제1 가로빔(161)과 결합된다.

상기 제1 중심피봇(170)의 중앙에는 상기 제1 바디(171)가 Z축을 따라 연장되어 형성되고, 상기 제1 및 제2 돌출부들(172, 173)이 X축을 향해 돌출되어 형성된다. 상기 제1 및 제2 돌출부들(172, 173)의 일단은 상기 제1 바디(171)와 결합되고 타단은 상기 제1 조인트 브라켓(174)이 결합하여 상기 제1 돌출부(172)와 상기 제2 돌출부(173)를 연결한다.

한편, 상기 제1 조인트 브라켓(174) 및 상기 제2 조인트 브라켓(440)의 양끝단은 바(bar)의 형태로 형성되고, 중앙은 실린더 형상과 유사한 원통형으로 형성된다. 상기 액추에이터(300)의 일단 및 타단에 각각 형성되는 상기 제1 결합부(320) 및 상기 제2 결합부(330)는 상기 제1 조인트 브라켓(174) 및 상기 제2 조인트 브라켓(440)의 중앙에 형성된 원통형의 부분을 감싸면서 결합된다.

상기 제1 피봇블록(400)은 중앙에 상기 제1 블록(410)이 직육면체 구조로 형성되고, 상기 제1 연장부(420)는 상기 Y축과 수직으로 형성되는 X축을 따라 연장되며, 상기 제1 수직연장부(430)는 상기 제1 연장부(420)에서 Z축을 따라 다시 연장되어 형성된다.

구체적으로, 상기 제1 연장부(420)는 상기 제1 및 제2 지지대들(422, 423)이 서로 대칭적으로 X축을 따라 연장되어 형성되고, 한 쪽이 사선으로 연장되어 삼각형의 측면구조를 형성한다. 상기 제1 평행판(421)은 상기 제1 및 제2 지지대들(422, 423)의 사이에 결합되어 형성되고, 상기 제1 수직연장부(430)가 상기 제1 평행판(421)에서 Z축을 따라 연장되어 형성된다.

또한, 상기 제1 수직연장부(430)는 상기 제3 및 제4 지지대들(431, 432)이 Z축 방향으로 서로 대칭적으로 연장되어 형성되고, Z축방향으로 모서리가 향하는 삼각형의 대칭적인 측면구조를 형성한다. 상기 제3 및 제4 지지대들(431, 432) 사이에는 상기 제1 가로지지대(433)가 결합되고, 상기 제1 가로지지대(433)의 상부 중앙에는 홈이 형성된다.

상기 제2 조인트 브라켓(440)은 상기 제1 가로지지대(433)에 형성되는 홈을 가로지르며 상기 제1 가로지지대(433)와 결합하며, 상기 제2 조인트 브라켓(440)은 상기 액추에이터(300)의 일단에 형성되는 상기 제1 결합부(320)와 결합한다.

상기 제2 조인트 브라켓(440)은 상기 제1 결합부(320)와 직접적으로 결합하고 상기 제1 가로지지대(433)는 간접적으로 상기 제1 결합부(320)와 결합하므로, 상기 진동에 의해 발생할 수 있는 상기 제1 가로지지대(433)의 파손은 최소화하고 교체하기 용이한 상기 제2 조인트 브라켓(440)을 사용하여 정비비용을 감축할 수 있는 장점이 있다.

상기 액추에이터(300)는 중앙에 상기 진동을 저감시키기 위한 구동을 하는 상기 구동부(310)가 형성되고 일단은 상기 제1 수직연장부(430)와 결합하는 제1 결합부(320)가 형성되며, 타단은 상기 제2 결합부(330)가 상기 제1 중심피봇(170)과 결합한다.

한편, 상기 제1 블록(410)은 상기 제1 중심피봇(170)과 결합하고, 상기 제1 및 제2 돌출부들(172, 173)은 상기 제1 조인트 브라켓(174)을 통해 서로 연결되고, 상기 제1 조인트 브라켓(174)이 상기 제2 결합부(330)와 결합하며, 상기 제1 블록(410)과 상기 제2 결합부(330)는 각각 Z축을 따라 소정의 공간을 두고 상기 제1 중심피봇(170)과 결합된다.

따라서, 상기 액추에이터(300)의 타단은 상기 제1 중심피봇(170)과 결합하고, 상기 액추에이터(300)의 일단 및 상기 제1 피봇블록(400)의 Z방향으로 연장된 일단이 상기 액추에이터(300)의 일단과 결합하면서, 상기 제1 중심피봇(170), 상기 액추에이터(300) 및 상기 제1 피봇블록(400)이 Y축을 따라 형성되는 소정의 공간을 가지며 서로 연결된다.

상기 공간의 형성을 통해 상기 액추에이터(300)는 매달려있는 상태에서 상기 대차(110) 및 상기 차체(180)의 직접적인 다양한 방향을 향하는 진동의 영향을 받지 않고 상기 제1 피봇블록(400) 및 상기 제1 중심피봇(170)에서 전달하는 횡방향 진동만을 수용할 수 있고 그에 따른 저감을 위한 구동을 하여 효과적으로 상기 횡방향 진동을 저감할 수 있는 장점이 있다.

구체적으로는, 상기 제1 피봇블록(400)은 상기 제1 및 제2 가로빔들(161, 162)과 직접적으로 결합하여 상기 대차(110) 및 상기 차체(180)에서 발생하는 진동을 상기 제1 연장부(420) 및 상기 제1 수직연장부(430)를 통해 X축으로 향하는 진동을 상기 액추에이터(300)의 일단에 전달하고, 상기 제1 중심피봇(170)은 상기 제1 및 제2 가로빔들(161, 162)과 직접적으로 결합하여 상기 대차(110) 및 상기 차체(180)에서 발생하는 상기 진동을 상기 제1 및 제2 돌출부들(172, 173)을 통해 X축으로 향하는 진동을 상기 액추에이터(300)의 타단에 전달하여, 상기 구동부(310)가 상기 제1 가로빔(161)에 접촉하여 측면에서 상기 진동을 수용할 필요 없이 일단 및 타단에서 수용하는 X축을 따라 발생하는 진동만을 수용하고 이를 효과적으로 저감시킬 수 있다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 의한 능동현가장치를 나타내는 사시도이다. 도 8은 도 7의 능동현가장치의 다른 방향에서 보는 구조를 나타내는 사시도이다.

본 실시예에 의한 능동현가장치(120)는 제2 중심피봇(500) 및 제2 피봇블록(600)을 제외하고는 도 3을 참조하여 설명한 상기 능동현가장치(100)와 동일하므로 동일한 참조번호를 사용하고 중복되는 설명은 이를 생략한다.

도 7 및 도 8을 참조하면, 상기 능동현가장치(120)는 제2 중심피봇(500) 및 제2 피봇블록(600)을 포함하고, 상기 액추에이터(300)는 상기 제2 피봇블록(600)의 하부에 형성된다.

상기 제2 중심피봇(500)은 제2 바디(510), 제3 돌출부(520), 제4 돌출부(530) 및 제3 조인트 브라켓(540)을 포함하고, 상기 제2 피봇블록(600)은 제2 블록(610), 제2 연장부(620), 제2 수직연장부(630)를 포함하며, 상기 제2 연장부(620)는 제2 평행판(621), 제5 지지대(622) 및 제6 지지대(623)를 포함하며, 상기 제2 수직연장부(630)는 제7 지지대(631), 제8 지지대(632), 제2 가로지지대(633) 및 제4 조인트 브라켓(640)을 포함한다.

상기 제2 중심피봇(500)의 전체적인 구조는 상기 제1 중심피봇(170)과 동일하고, 상기 제1 중심피봇(170)과 달리 하부에 상기 제3 및 제4 돌출부들(520, 530)이 형성되어 상기 액추에이터(300)의 타단과 결합한다. 상기 제3 및 제4 돌출부들(520, 530)은 X축을 향해 소정의 길이로 연장되고 다시 Z축을 따라 하부를 향해 수직으로 굽혀지고 연장된다. 상기 제3 및 제4 돌출부들(520, 530)은 각각이 전체적으로 'ㄱ'형태를 형성하고 상기 제3 및 제4 돌출부들(520, 530)에서 Z축으로 연장된 부분들의 끝단들은 상기 제3 조인트 브라켓(540)의 일단 및 타단과 결합하여 상기 제3 및 제4 돌출부들(520, 530)은 상기 제3 조인트 브라켓(540)을 통해 서로 연결된다.

상기 액추에이터(300)의 타단은 상기 제3 조인트 브라켓(540)과 연결되고 상기 제3 조인트 브라켓(540)을 원형으로 감싸는 형태로 상기 제3 조인트 브라켓(540)과 결합된다. 구체적으로, 상기 제2 결합부(330)는 원형의 고리형상을 하고 상기 제3 및 제4 돌출부들(520, 530) 사이에 형성되는 공간을 가로지르는 상기 제3 조인트 브라켓(540)의 중앙 부분에 상기 제2 결합부(330)가 결합되어 상기 제2 중심피봇(500)에서 발생하는 진동은 상기 제3 및 제4 돌출부들(520, 530)을 통해 상기 제3 조인트 브라켓(540)으로 전달되고, 상기 제3 조인트 브라켓(540)에 전달된 상기 진동은 상기 제3 조인트 브라켓(540)의 중앙부를 통해 상기 액추에이터(300)로 전달된다.

상기 제2 피봇블록(600)은 상기 제1 피봇블록(400)과 전체적인 형상은 유사하나 상기 제2 수직연장부(630)가 Z축을 따라 하단을 향해 연장되는 점에서 다르다. 그리고 상기 제2 수직연장부(630)가 하단을 향해 연장되어 상기 액추에이터(300) 또한 상기 제2 피봇블록(600)의 하단에 형성된다.

상기 제2 피봇블록(600)의 타단은 상기 제2 블록(610)이 형성되고 상기 제2 중심피봇(500)과 근접한 부분의 중앙부는 오목하게 곡선을 이루며 함몰되고, 다시 곡면을 이루며 폭이 연장되어 상기 제2 블록(610)이 상기 제2 중심피봇(500)으로 향하는 부분은 넓어지게 된다.

즉, 상기 제2 블록(610)이 상기 제2 중심피봇(500)으로 향하는 부분은 넓게 형성되고 Y축 방향을 따라 오목하게 곡선을 이루며 함몰되어 폭이 줄어들고 다시 폭이 늘어나며 연장되어 상기 제2 블록(610)의 중앙부는 오목하게 곡면을 이루며 파여진 형태를 나타낼 수 있다.

또한, 상기 제2 연장부(620)는 상기 제2 블록(610)에서 상기 제2 피봇블록(600)의 일단을 향해 Y축을 따라 연장되어 형성되고, 상기 제2 수직연장부(630)는 상기 제2 연장부(620)에서 Z축을 따라 하단으로 연장되어 형성된다.

상기 제5 지지대(622) 및 상기 제6 지지대(623)는 상기 제2 블록(610)의 양쪽 측면에서 서로 대칭적으로 Y축을 따라 연장되고 상기 제5 지지대(622)와 상기 제6 지지대(623)의 사이에는 소정의 공간이 형성될 수 있다. 상기 제2 평행판(621)은 상기 제5 지지대(622) 및 상기 제6 지지대(623)를 연결하며 하단에 결합되고, 상기 제2 수직연장부(630)는 상기 제6 지지대(623)에서 Z축을 따라 하단으로 연장되어 형성된다.

상기 제7 지지대(631) 및 상기 제8 지지대(632)는 상기 제2 평행판(621)에서 Z축을 따라 하단으로 서로 대칭적으로 연장되어 형성되고, 상기 제2 가로지지대(633)는 상기 제7 지지대(631)와 상기 제8 지지대(632)의 사이를 가로지르며 형성된다.

상기 제7 및 제8 지지대들(631, 632)은 모서리가 하부를 향하는 삼각형의 형상을 가질 수 있고, 하단의 상기 모서리는 상기 제4 조인트 브라켓(640)이 결합되고 상기 제4 조인트 브라켓(640)을 통해 상기 액추에이터(300)의 일단이 결합한다.

구체적으로, 상기 제2 가로지지대(633)의 하부에는 소정의 공간을 형성하는 홈이 형성되고, 상기 제4 조인트 브라켓(640)의 일단 및 타단은 X축을 따라 형성되고 상기 홈을 가로지르며 상기 제2 가로지지대(633)와 결합한다.

상기 제2 가로지지대(633)의 상기 홈을 가로지르며 결합하는 상기 제4 조인트 브라켓(640)의 중앙부는 상기 제2 가로지지대(633)와 직접적으로 접촉하지 않고, 상기 제1 결합부(320)가 고리형상으로 상기 제4 조인트 브라켓(640)의 중앙부와 결합하게 되며, 이로 인해 상기 제1 결합부(320)는 상기 제2 가로지지대(633)와 접촉하지 않고 상기 제2 피봇블록(600)에서 발생하는 진동은 상기 제4 조인트 브라켓(640)을 통해 상기 제1 결합부(320)로 간접적으로 전달된다.

이처럼, 상기 액추에이터(300)가 상기 제2 피봇블록(600)의 하부에 형성되고 상기 차체(180)와의 거리가 멀어지게 되면, 상기 액추에이터(300)에서 구동하면서 상기 진동을 상쇄시키기 위해 발생한 진동은 늘어난 거리만큼 상기 차체(180)에 가해지는 상쇄력이 커지게 되고 상기 능동현가장치(100)에서의 상기 액추에이터(300)보다 더 낮은 구동출력으로도 상기 차체(180)에 발생하는 진동을 효과적으로 저감시킬 수 있다.

도 9a는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 능동현가장치를 나타내는 사시도이다.

본 실시예에 의한 능동현가장치(200)는 제1 수동 댐퍼들(damper)(230)을 제외하고는 도 3을 참조하여 설명한 상기 능동현가장치(100)와 동일하므로 동일한 참조번호를 사용하고 중복되는 설명은 이를 생략한다.

도 9a를 참조하면, 상기 능동현가장치(200)는 제1 수동 댐퍼들(damper)(230)을 더 포함한다.

상기 제1 수동 댐퍼들(230)은 제1 수동댐퍼(231), 제2 수동댐퍼(232) 및 제3 수동댐퍼(233)를 포함한다.

상기 제1 수동 댐퍼들(230) 각각은 독립적으로 또는 상기 제1 내지 제3 수동댐퍼들(231, 232, 233)이 한 그룹으로 동시에 상기 능동현가장치(200)에 결합하여 상기 액추에이터(300)에서 발생하는 고주파 진동을 저감시킬 수 있다.

상기 제1 수동댐퍼(231)의 위치는 상기 제1 중심피봇(170)을 사이에 두고 상기 액추에이터(300)와 대칭되어 형성된다. 상기 제1 수동댐퍼(231)의 일단은 Z축을 따라 연장되어 상기 제1 피봇블록(400)과 결합하고, 상기 제1 수동댐퍼(231)의 타단은 상기 제1 중심피봇(170)과 결합한다.

상기 제1 수동댐퍼(231)의 일단은 상기 액추에이터(300)와 함께 상기 제1 피봇블록(400)에 결합되어 상기 액추에이터(300)가 구동하면서 발생하는 고주파 진동을 상기 제1 피봇블록(400)을 통해 저감시킬 수 있다.

상기 제2 수동댐퍼(232)는 상기 제1 중심피봇(170)의 하부에 타단이 결합하고, 일단은 도면에 도시되어 있지 않지만 상기 제1 피봇블록(400)과 상기 제1 중심피봇(170)을 사이에 두고 대칭으로 형성되는 피봇블록에 결합한다.

상기 제2 수동댐퍼(232)는 상기 액추에이터(300)가 구동하면, 상기 액추에이터(300)에서 발생하여 상기 제1 중심피봇(170)을 통해 전달되는 고주파 진동을 상쇄시키기 위해 작동한다.

제3 수동댐퍼(233)는 일단은 상기 피봇블록에 결합하고 타단은 상기 제1 중심피봇(170)의 상단에 결합한다. 상기 제3 수동댐퍼(233) 역시 상기 액추에이터(300)가 구동하면, 상기 액추에이터(300)에서 발생하여 상기 제1 중심피봇(170)을 통해 전달되는 고주파 진동을 상쇄시킬 수 있다.

상기 제1 내지 제3 수동댐퍼들(231, 232, 233)은 각각이 독립적으로 상기 능동현가장치(200)에 결합하고 작동하여 상기 액추에이터(300)에서 발생하는 고주파 진동을 저감시킬 수 있으며, 그룹을 형성하여 상기 액추에이터(300)에서 발생하는 고주파 진동을 더 효과적으로 저감시킬 수 있다.

도 9b는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 능동현가장치를 나타내는 사시도이다.

본 실시예에 의한 능동현가장치(250)는 제2 수동 댐퍼들(260)을 제외하고는 도 3을 참조하여 설명한 상기 능동현가장치(120)와 동일하므로 동일한 참조번호를 사용하고 중복되는 설명은 이를 생략한다.

도 9b를 참조하면, 상기 능동현가장치(250)는 제4 수동댐퍼(261), 제5 수동댐퍼(262) 및 제6 수동댐퍼(263)를 포함한다.

상기 제2 수동 댐퍼들(260)은 상기 제1 수동댐퍼들(230)과 동일한 기능으로 상기 액추에이터(300)에서 발생하는 고주파 진동을 저감시킬 수 있다.

상기 제4 수동댐퍼(261)의 일단은 상기 제1 피봇블록(400)과 결합하고 타단은 상기 제1 중심피봇(170)과 결합한 상태에서 상기 제1 피봇블록(400)을 통해 상기 액추에이터(300)에서 발생하는 고주파 진동을 전달받게 되고, 상기 제4 수동댐퍼(261)가 구동하면 상기 고주파 진동을 상쇄시키게 된다.

상기 제5 수동댐퍼(262)의 일단은 상기 제1 중심피봇(170)을 중심으로 상기 제1 피봇블록(400)과 대칭되어 형성되는 피봇블록에 결합하고, 타단은 상기 제1 중심피봇(170)의 하부에 결합하여 상기 액추에이터(300)에서 발생하는 고주파 진동을 상기 제1 중심피봇(170)을 통해 전달받으면 구동하여 상기 고주파 진동을 상쇄시킨다.

상기 제6 수동댐퍼(263)의 일단은 상기 제1 중심피봇(170)을 중심으로 상기 제1 피봇블록(400)과 대칭되어 형성되는 상기 피봇블록에 결합하고, 타단은 상기 제1 중심피봇(170)의 상단에 결합하여 상기 액추에이터(300)에서 발생하는 고주파 진동을 상기 제1 중심피봇(170)을 통해 전달받으면 구동하여 상기 고주파 진동을 상쇄시킨다.

상기 제4 내지 제6 수동댐퍼들(261, 262, 263)은 각각이 독립적으로 상기 능동현가장치(250)에 결합하고 작동하여 상기 액추에이터(300)에서 발생하는 고주파 진동을 저감시킬 수 있으며, 그룹을 형성하여 상기 액추에이터(300)에서 발생하는 고주파 진동을 더 효과적으로 저감시킬 수 있다.

따라서, 도 9a 및 9b의 상기 능동현가장치들(200, 250)은 상기 제1 및 제2 수동 댐퍼들(230, 260)을 통해 상기 고주파 진동을 감소시켜 상기 철도차량의 진동을 최대한으로 저감할 수 있으며, 상기 고주파 진동으로 발생할 수 있는 소음을 크게 줄일 수 있어 상기 철도차량에 탑승하는 승객들 및 상기 철도차량이 주행하는 철로 근처에 거주하거나 일하는 사람들의 편의성을 증가시킬 수 있는 장점이 있다.

도 10은 기존 철도 차량의 차체 진동 측정결과를 나타내는 그래프이다. 도 11은 능동현가장치를 포함하는 철도차량의 차체 진동 측정결과를 나타내는 그래프이다. 도 12는 기존 철도 차량과 능동현가장치를 포함하는 철도차량의 차체 진동 주파수를 분석한 결과를 나타내는 그래프이다.

도 10 및 도 11을 참조하면, 도 10 및 도 11은 철도차량의 주행 중 횡진동의 시간당 크기를 측정한 것을 나타내고, 도 11의 철도차량의 시간당 횡진동의 분포는 도 10의 시간당 횡진동의 분포보다 좁고 그 수직폭이 전체적으로 얇은 것을 확인할 수 있다.

또한, 도 11의 전반적인 주파수 영역에서의 상기 능동현가장치(100, 120, 200, 250)를 포함하는 철도차량의 진동의 크기는 기존 철도차량의 진동보다 전반적으로 낮은 것을 나타낸다.

특히, 1Hz 대역에서의 상기 능동현가장치(100, 120, 200, 250)를 포함하는 진동의 크기는 기존 철도차량에서 발생하는 1Hz 대역의 진동보다 현저히 저감되는 것을 확인할 수 있다.

따라서, 상기 액추에이터(300)가 상기 대차(110) 및 상기 차체(180)가 발생시키는 진동을 직접적으로 전달받지 않고, 상기 액추에이터(300)가 구동하면서 발생시키는 상쇄진동이 상기 제1 및 제2 피봇블록들(400, 600)과 상기 제1 및 제2 중심피봇들(170, 500)을 통해 효과적으로 상기 대차(110) 및 상기 차체(180)에 전달되어 상기 진동의 저감효과가 높아져 전반적인 진동의 저감효과가 증가하는 장점이 있다.

한편, 상기 철도차량의 각각의 차체들에는 열차제어장치(Train control management system: TCMS)가 형성되고 상기 TCMS를 이용한 통신에 의해 상기 능동현가장치(100, 120)를 작동시키거나 작동을 중지시킬 수 있고, 상기 능동현가장치(100, 120)의 작동 상태를 모니터링할 수 있다. 또한, 상기 능동현가장치(100, 120)의 작동의 오류가 발생하는 경우 비상모드로 전환할 수 있다.

그리고, 상기 제어부(12)는 상기 TCMS를 통해 상기 철도차량의 각각의 차체들에 형성되는 제어부들과 연동하여 곡선구간 또는 직선구간과 같은 다른 진동을 유발하는 구역이나 철로 자체와 화물 등 다른 요소들에 의해 각각의 차체들마다 다르게 발생하는 진동에 대한 정보를 공유하여 상기 액추에이터(300)를 발생시켜 상기 진동을 저감시킬 수 있다.

예를 들어, 상기 철도차량의 전면부에 위치하는 차체가 곡선구간으로 진입하여 발생하는 진동을 감지하면, 상기 전면부 차체에 형성되는 액추에이터를 구동시켜 상기 진동을 저감시킴과 동시에 상기 TCMS를 통해 상기 곡선구간으로 차례대로 진입하는 다른 차체들의 액추에이터를 차례대로 작동시켜 상기 철도차량 전체에 발생하는 진동을 효율적으로 저감할 수 있는 장점이 있다.

또한, 도면에 도시되어 있지 않지만, 상기 차체는 복수의 대차를 포함할 수 있고, 상기 제어부(12)는 상기 차체에 결합되는 상기 복수의 대차들을 제어할 수 있으며, 상기 복수의 대차들 각각에 형성되는 상기 액추에이터(300)를 개별적으로 제어할 수 있다.

상기와 같은 본 발명의 실시예들에 의하면, 상기 능동현가장치 및 이를 포함하는 상기 능동현가시스템(10)은 상기 차체진동센서(210) 및 상기 곡률반경센서(220)를 통해 상기 대차(110) 및 상기 차체(180)에서 발생하는 진동 및 상기 철도차량의 직선 또는 곡선구간의 주행 여부를 감지하여 상황에 따라 발생하는 진동에 대응하여 상기 액추에이터(300)를 구동시키므로 효율적으로 상기 진동을 저감시킬 수 있는 장점이 있다.

또한, 상기 액추에이터(300)가 상기 대차(110) 및 상기 차체(180)가 발생시키는 다양한 방향으로 발생하는 진동을 직접적으로 전달받지 않고, 상기 액추에이터(300)가 구동하면서 발생시키는 상쇄진동이 상기 제1 및 제2 피봇블록들(400, 600)과 상기 제1 및 제2 중심피봇들(170, 500)을 통해 효과적으로 상기 대차(110) 및 상기 차체(180)에 전달되어 상기 진동의 저감효과가 높아져 전반적인 진동의 감소효과가 증가하는 장점이 있다.

또한, 상기 액추에이터(300)는 상기 제1 및 제2 가로빔들(161, 162)과 직접적으로 접촉하지 않으므로 상기 차체(180) 및 상기 대차(110)에서 발생하는 상기 진동이 상기 구동부(310)에 전달되지 않으므로 상기 구동부(310)가 구동하며 발생시키는 상쇄진동을 방해하지 않으며, 상기 상쇄진동이 상기 액추에이터(300)의 일단 및 타단에 집중적으로 전달되어 상기 대차(110)에 발생하는 진동을 효과적으로 저감시키는 장점이 있다.

또한, 상기 제1 내지 제4 조인트 브라켓들(174, 440, 540, 640)은 상기 액추에이터(300)의 일단 및 타단과 직접적으로 결합하면서 상기 액추에이터(300)에서 발생하는 상쇄진동이 간접적으로 상기 제1 및 제2 중심피봇들(170, 500)과 상기 제1 및 제2 피봇블록들(400, 600)에 상기 상쇄진동을 그대로 전달할 수 있고, 상기 진동에 의해 손상되는 경우 손쉽게 교체가 가능하므로 정비의 용이성이 증가하는 장점이 있다.

또한, 상기 능동현가장치(120)는 상기 액추에이터(300)가 상기 제2 피봇블록(600)의 하단에 결합되어 상기 차체(180)와의 거리가 증가하며, 상기 거리가 증가하면서, 상기 액추에이터(300)의 구동출력이 낮은 경우에도 상기 차체(180)에 전달되는 상쇄진동의 크기 및 영향이 증가하여 상기 차체(180)에서 발생하는 진동을 효율적으로 저감할 수 있는 장점이 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

본 발명에 따른 철도차량용 능동현가장치 및 이를 포함하는 능동현가시스템은 철도를 포함하는 차량에서 사용될 수 있는 산업상 이용 가능성을 갖는다.

10: 능동현가시스템 12: 제어부
13: 인버터 20: 곡선구간
21: 후부대차 22: 전부대차
23: 제1 상대변위 24: 제2 상대변위
25: 제1 상대각 26: 제2 상대각
27: 곡률반경중심 28: 곡률반경
29: 제1 거리 30: 제2 거리
100, 120, 200, 250: 능동현가장치 110: 대차
130: 프레임부 131: 제1 측면프레임
132: 제2 측면프레임 140: 휠
150: 구동축 160: 가로지지부
161: 제1 가로빔 162: 제2 가로빔
170: 제1 중심피봇 171: 제1 바디
172: 제1 돌출부 173: 제2 돌출부
174: 제1 조인트 브라켓 180: 차체
300: 액추에이터 310: 구동부
320: 제1 결합부 330: 제2 결합부
400: 제1 피봇블록 410: 제1 블록
420: 제1 연장부 430: 제1 수직연장부
431: 제3 지지대 432: 제4 지지대
433: 제1 가로지지대 440: 제2 조인트 브라켓
500: 제2 중심피봇 510: 제2 바디
520: 제3 돌출부 530: 제4 돌출부
540: 제3 조인트 브라켓 600: 제2 피봇블록
610: 제2 블록 620: 제2 연장부
621: 제2 평행판 622: 제5 지지대
623: 제6 지지대 630: 제2 수직연장부
631: 제7 지지대 632: 제8 지지대
633: 제2 가로지지대 640: 제4 조인트 브라켓

Claims (16)

1. 철도차량의 차체 및 대차에 결합하며, Y축을 따라 가로지르며 형성되는 제1 및 제2 가로빔들 및 상기 제1 및 제2 가로빔들 사이에 형성되는 중심피봇을 포함하는 능동현가장치에 있어서,
   상기 차체 및 대차에 결합하여 주행 중 선로의 구조 및 발생되는 진동을 감지하는 차체진동센서 및 상기 철도차량의 직선 또는 곡선 주행 여부를 감지하고 곡률반경을 실시간으로 측정하고 분석하여 상기 철도차량의 직선 또는 곡선주행 여부를 감지하는 곡률반경센서를 포함하는 센서부;
   양측면이 상기 제1 및 제2 가로빔들과 각각 결합하고, 일단은 Y축에 수직으로 형성된 Z축을 따라 돌출되는 피봇블록;
   상기 피봇블록의 일단과 상기 중심피봇 사이에 형성되어 Y축을 따라 형성되는 소정의 공간을 가지며 일단은 상기 피봇블록의 수직연장부와 결합하고 타단은 상기 중심피봇과 결합하며 상기 센서부의 감지신호에 따라 구동하여 상기 발생되는 진동을 저감시키는 액추에이터(actuator); 및
   상기 액추에이터에서 발생하는 고주파 진동을 저감시키는 수동 댐퍼들을 포함하며,
   상기 곡률반경은 R=2Lx/ㅿ에 의해 추정되고,
   상기 수동 댐퍼들 각각은 하나의 그룹을 형성하여 결합되는 것을 특징으로 하는 능동현가장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 피봇블록은,
   일단이 Z축을 따라 상부 또는 하부로 연장되어 형성되는 수직연장부를 포함하고,
   상기 액추에이터의 일단은 상기 수직연장부와 결합하고, 상기 액추에이터의 타단은 상기 중심피봇에 결합하는 것을 특징으로 하는 능동현가장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 피봇블록은,
   양측면이 상기 제1 및 제2 가로빔들과 결합하는 블록; 및
   상기 블록에서 Y축을 따라 연장되어 상기 수직연장부와 결합하는 연장부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 능동현가장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 수직연장부는,
   상기 연장부에서 Z축을 따라 서로 대칭하여 연장되는 지지대들; 및
   상기 지지대들 사이에 형성되는 가로지지대를 포함하는 것을 특징으로 하는 능동현가장치.
6. 제5항에 있어서, 상기 가로지지대는,
   양 끝단은 바(bar) 형상을 하고 중앙은 원통형 구조의 조인트 브라켓(joint bracket)을 사이에 두고 상기 액추에이터와 결합하는 것을 특징으로 하는 능동현가장치.
7. 제1항에 있어서, 상기 중심피봇은,
   Z축을 따라 연장되어 형성되는 바디; 및
   서로 대칭되어 표면에 형성되는 제1 및 제2 돌출부들을 포함하는 것을 특징으로 하는 능동현가장치.
8. 제7항에 있어서, 상기 제1 및 제2 돌출부들은,
   각각의 끝단을 연결하는 조인트 브라켓(joint bracket)을 사이에 두고 상기 액추에이터의 타단과 결합하는 것을 특징으로 하는 능동현가장치.
9. 삭제
10. 삭제
11. 삭제
12. 철도 차량을 지지하고 운반하는 대차;
    상기 철도차량의 차체 및 상기 대차에 결합하여 주행 중 선로의 구조 및 발생되는 진동을 감지하는 차체진동센서 및 상기 철도차량의 직선 또는 곡선 주행 여부를 감지하고 곡률반경을 실시간으로 측정하고 분석하여 상기 철도차량의 직선 또는 곡선주행 여부를 감지하는 곡률반경센서를 포함하는 센서부;
    양측면이 Y축을 따라 가로지르며 형성되는 제1 및 제2 가로빔들과 각각 결합하고, 일단은 Y축에 수직으로 형성된 Z축을 따라 돌출되는 피봇블록;
    상기 제1 및 제2 가로빔들 사이에 형성되어 Y축을 따라 형성되는 소정의 공간을 가지며 일단은 상기 피봇블록의 수직연장부와 결합하고 타단은 중심피봇과 결합하며 상기 센서부의 감지신호에 따라 구동하여 상기 발생되는 진동을 저감시키는 액추에이터;
    상기 차체에 형성되어 상기 곡률반경센서 및 상기 차체진동센서의 감지신호를 수신하면 제어신호를 발생시키는 제어부; 및
    상기 제어신호를 수신하여 상기 액추에이터를 구동시키는 인버터를 포함하되,
    상기 차체는, 복수의 상기 대차들 및 열차제어장치(Train control management system: TCMS)를 포함하고,
    상기 TCMS는 서로 연결된 다른 TCMS 및 복수의 상기 대차들과 통신이 가능하고, 작동상태를 모니터링 하여 작동의 오류가 발생하는 경우 비상모드로 전환시키며,
    상기 TCMS를 통해 다른 차체들의 제어부들과 연동하여 상기 다른 차체들 또는 상기 대차들에 발생하는 진동에 대한 정보를 공유하는 것을 특징으로 하는 능동현가시스템.
13. 삭제
14. 삭제
15. 삭제
16. 삭제

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