한국소음진동공학회 1997년도 춘계학술대회논문집; 경주코오롱호텔; 22-23 May 1997
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pp.354-361
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1997
본 연구에서는 우선적으로 수도권 대량운송 수단인 지하철 전동차의 진동을 측정하고 인체에 미치는 영향을 평가하였으며 전동차의 진동특성이 인체 각 부위에 전달되는 형태를 분석.평가함으로써 승객과 승무원의 승차감 및 작업환경 향상은 물론 차후 개발되는 고속전철 및 비접지 차량(zero-ground pressure vehicle) 등의 개발에 필요한 기초자료를 제공하고자 한다.
지하철의 유지보수성, 경제성 등의 문제점을 보완하기 위하여 현재 차세대전동차 시스템 개발연구가 활발히 진행되고 있으며, 이는 지하철의 첨단성, 승객편의성, 시스템 안전성 및 신뢰성확보를 목적으로 하고 있다. 이러한 시점에서 차세대 전동차 개발이 지하철 이용자들에게 미치는 영향에 대한 사전연구가 필요하며, 본 연구에서는 서울시 지하철 1~8호선 이용자를 대상으로 차세대전동차 시스템 도입에 따른 지불의사금액 및 결정요인을 도출하였다. 차세대전동차 시스템 도입에 따른 이용자의 편의성(운행속도, 승차감, 안전성, 쾌적성, 보안성, 정보성)에 대한 지불의사금액 도출을 위하여 Price Sensitivity Method(PSM)를 적용하였으며, 지하철 이용자를 대상으로 차세대전동차 도입시 발생하는 효과에 대한 정의를 상세히 설명하고, 추가지불의사금액(willingness to pay) 및 결정요인을 조사하였다. 분석결과 차세대전동차 시스템 도입에 따른 지불의사금액의 범위는 148원~161원이 도출되었으며, 지불의사금액 결정요인은 지하철 이용자의 "성별", "이용횟수", "쾌적성 만족도", "보안성 만족도"가 영향을 미치는 것으로 분석되었다.
지하철 전동차에는 2 차 현가장치인 공기스프링의 횡강성 저하특성을 보강하기 위해 대차와 차체 사이에 횡댐퍼를 설치하게 되는데, 이 횡댐퍼는 주행 시 차체의 횡진동을 감소시키는 역할을 수행한다. 그러나, 횡댐퍼의 감쇠력이 저하될 경우 전동차의 주행안정성과 승차감이 함께 악화되며, 차체의 횡방향 운동이 증가되는 요인으로 작용하게 된다. 본고에서는 전동차 주행 시 비정상적으로 발생하는 충격에 대하여 그 원인을 살펴보고 해결방안을 마련하고자 횡댐퍼의 감쇠력에 따른 차체의 횡변위를 동역학 시뮬레이션을 통해 검토하였으며, 그에 따라 충격에 의한 이상진동 및 소음의 발생 유무를 파악하였다. 그로부터 충격이 발생되지 않는 적정 감쇠력을 구하고자 하였다.
스마트폰 기반의 추적은 다양한 시나리오에서 널리 연구되어왔다. 그러나 우리가 아는 한, GPS 신호 및 무선 인프라가 항상 이용 가능하지 않는 지하 대중교통 시스템의 추적 문제를 해결한 연구는 극소수에 불과하다. 전동차의 위치를 아는 것은 지하철 승객에게 유용한 서비스를 개발하는데 필요하다. 따라서 지하철 승객을 대상으로 스마트폰 센서를 이용하여 모션 상태 및 정차역을 추정하는 방법이 연구되고 있다. 이 논문에서는 스마트폰의 기압계와 자기 센서를 이용하는 추적 방법을 제안한다. 이 논문에서 제안된 방법은 먼저 기압의 변동 및 자기장의 세기에 따라 전동차가 운행하는지 정차하는지를 추정한다. 그 다음에 고도 값과 자기장 값으로 전동차가 정차하는 정확한 역을 추정한다. 우리는 서울의 지하철 5호선 데이터를 사용하여 제안된 방법을 평가했다. 이전 방법과 비교하여 제안된 방법은 더 높은 정확성을 얻었다.
본 연구에서는 지하철용 전동차의 현가장치를 구성하는 1차 현가장치 및 2차 현가장치의 강성 및 감쇠지수 변화가 전동차의 상하진동에 미치는 영향을 분석하였다. 실제 운행 중인 전동차에 대하여 액슬박스, 대차, 객차에서 측정된 진동 데이터를 바탕으로 대차와 차체로 구성된 2자유도계 해석모델을 생성하였고, 실측된 윤축의 진동을 입력신호로 하여 수치해석을 수행하였다. 1, 2차 현가장치의 강성 및 감쇠지수의 변화에 따른 응답을 고찰한 결과, 차량의 상하진동에 지배적인 영향을 주는 설계변수는 2차 공기스프링의 강성임을 알았다. 또한 이러한 결과는 ADAMS/RAIL 전산해석을 통해서도 검증할 수 있었다.
서로 상관관계가 있는 다입력원 진동계의 진동원을 규명하기 위한 방법을 제안하였다. 다차원 스펙트럼 해석을 이용함으로써 지하철 진동의 가장 중요한 진동원을 발견하였다. 이 분석은 진동의 전 달경로가 매우 복잡할 때 다입력-단일출력으로 모델화 하여 분석하는 방법이다. 또한 레지듀 스펙트럼 분석과 부분기여함수의 개념을 적용하여 지하철 진동이 콘크리트 구조물의 진동에 미치는 영향을 마이 크로 컴퓨터로 계산하였다. 이러한 연구의 결과로 지하철 진동의 다차원 스펙트럼의 오버올레벨을 측정 치와 비교하였다.
본 논문에서는 전압강하 보상 기능을 갖는 직류 지하철 회생 인버터 시스템을 제안하였다. 직류 지하철 시스템의 정류기 사고 및 급전선의 단선사고로 인해 계통으로부터 원활한 전력을 공급받지 못하는 경우 전동차가 운행할 수 없다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 직류 지하철 시스템과 병렬로 연결되어진 회생인버터에 전압강하 보상 기능을 추가 하였다. 본 논문에서 제안하는 전력변환기는 양방향으로 전력 제어가 가능하여 하나의 전력변환기기로 3가지의 기능을 수행한다. 시뮬레이션과 실험을 통해서 제안된 시스템의 타당성을 확인한다.
최근 지하철 운행의 중대에 따른 지하철 각 부의 진동이 주변지반 및 인접 구조물에 큰 영향을 주고 있다. 본 연구에서는 지하철의 주행으로 인해 발생된 인첩 구조물의 진동을 저감하기 위한 새로운 해석방법을 제안하였다. 즉, X, Y, Z 3 축 방향 성분별로 측정된 각 방향별 기여관계와 각 방향별 진동신호를 하나의 구면파 신호로 합친 진동의 기여관계를 비교 분석하여 효과적인 진동 저감대책의 자료를 제시하였다. 이러한 연구의 결과로 지하철 각 부의 진동이 인근 지역 구조물에 미치는 기여순위는 전동차의 진동(특히, 1~2 Hz), 지하철 박스의 진동, 지반의 진동 순으로 됨을 알 수 있었다.
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