독립구동방식 철도차량의 주행성능 개선을 위한 능동제어전략 비교연구

조연호(Yonho Cho),이원상(Wonsang Lee),곽재호(Jaeho Kwak) 한국철도학회 2016 한국철도학회 학술발표대회논문집 Vol.2016 No.5

독립 차륜형 차량의 동적 성능을 예측하기 위한 새로운 운동방정식을 이용하여 횡변위 제어를 통한 주행성능 개선 능동제어전략에 대한 비교연구를 수행하였다. 제어방법으로는 횡 방향 횡력제어, 요 방향 토크제어, 좌우 토크차에 의한 요 모멘트 제어와 요각을 줄이는 요토크 제어를 비교 분석하였고, 제어알고리즘으로는 PID, LQR, SMC, H∞제어기법을 적용하여 성능을 비교하고 제어알고리즘간 장단점 분석을 통한 최적의 제어알고리즘을 선정하였다. 횡변위제어를 위해 휠토크제어가 가장 우수함을 입증하였고 외란이 없는 일반트랙에서는 PID제어가 우수하지만, 궤도불규칙도와 같은 외란이 있는 경우 SMC와 H∞와 같은 강인제어가 제어성능 확보에 유리함을 확인하였다. 최적제어전략으로 확인된 휠토크제어 성능은 1/5 축소형 주행시험대를 이용하여 제어전략의 유용성을 확인하였다. A comparative study of active control strategies to improve running performance by control lateral displacement with new dynamic equation which predicted the dynamic performance of railway vehicle with independently rotating wheels were accomplished. Control strategies which applied with lateral force control, yaw torque control, yaw moment control using left and right torque difference and yaw torque control with yaw angle are used to comparative study and control algorithms are PID, LQR, SMC, H∞. The wheel torque control is evaluated to best strategy to improve lateral displacement control. The PID control has good performance on normal track without disturbance, but robust control like SMC, H∞ have better performance on track with disturbance like track irregularities. The control performance of wheel torque control which verified to best control strategy evaluated on 1/5 small scale roller-rig.

저심도 도시철도용 급곡선 주행시스템 성능검증용 HILS를 위한 해석모델 개발

조연호(Yonho Cho),이원상(Wonsang Lee),강광호(Gwangho Kang),엄경수(Kyongsu Eom) 한국철도학회 2016 한국철도학회 학술발표대회논문집 Vol.2016 No.5

저심도 도시철도용 주행시스템은 최소곡선 15mR을 빈번하게 주행하게 된다. 급곡선 주행조건에서 철도차량은 과도한 마모와 소음 및 횡압이 발생하고 승차감 저하뿐 아니라 탈선에 이르는 경우도 발생한다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 조 향기구나 안내기구의 적용이 요구된다. 구동대차는 조향시스템 적용이 어려워 개별모터 제어에 의한 토크제어를 통한 횡변위와 요각제어를 수행하고 부수대차에는 유압식 조향 링크를 설치하여 차체간 회전각을 이용한 조향 기능이 구현되는 시스템을 개발하여 시험을 준비 중이다. 시험차량 제작 전 HILS를 이용하여 개발시스템의 성능을 검증하고자 한다. 본 논문에서는 HILS를 이용한 개발시스템의 성능검증을 위해서 실시간 해석시간과 정확도를 확보할 수 있는 3편성 시험차량의 해석모델 개발에 대한 연구내용을 기술하였다. The running system for near surface transit running on the sharp curve with 15mR frequently. The railway vehicle which run on sharp curve build severe wear and noise, and generate huge lateral force then reduce ride quality and reach to the derail condition. The steering device and guide mechanisms are demanded to improve this problems. The motorized bogie hard to adopt this system, so lateral displacement and yaw angle control with individual motor torque control. The trailing bogie equipped with hydraulic steering link which convert relative rotate angle between carbody to bogie rotate angle. These two systems are developed and ready to test. The performance of this steering system evaluated with HILS before build test vehicle. This paper describes about development of an analytical model of test vehicle with 3 car modules which secure the precision and real time calculate time.

능동현가 시스템 대차 설계를 위한 설계 해석자용 구조 해석 기법 개발

조연호(Yonho Cho),김형준(Hyeongjun Kim),강광호(Kwangho Kang),박성태(Sungtae Park),이원상(Wonsang Lee) 한국철도학회 2012 한국철도학회 학술발표대회논문집 Vol.2012 No.5

철도 차량의 횡 방향 주행 동특성 향상을 위해 개발되고 있는 능동형 현가 시스템은 선형 액추에이터를 이용한 능동형 현가 시스템과 MR(Magneto Rheological)댐퍼를 이용한 반능동형 현가 시스템으로 구성되어 있다. 개발된 능동형 현가장치를 탑재하여 성능 향상의 검증을 수행하기 위해 능동형 현가 시스템용 대차를 개발하고 있으며, 이를 위해 프레임의 형상과 능동형 현가 시스템의 브래킷 설계 최적화를 위한 설계자용 해석 및 설계기법을 개발하요 능동형 현가 시스템용 대차 개발에 적용하였다. 설계해석자용 해석 프로그램의 도입을 통해 설계자는 설계에 사용되는 동일한 플랫폼(CATIA환경)상에서 초기설계 모델에 대한 구조 해석과 최적화를 수행함으로써 개발 시간의 단축과 강건한 설계가 가능해 졌다. Active suspension system which develop to improve lateral running perfromance of railway vehicle is consist of active suspension with linear actuator and semi-active suspension with MR(Magneto Rheological) damper. The bogie frame is developed to apply active suspension system and this system will be verified. The analysis and design method for optimization of frame shape and brackets for active suspension are developed, and this methods applied to design the active suspension bogie frame. Design analysists save the developing time and cost and make robust bogie frame design using structural analysis and optimization method on the same design platform like CATIA V5.

급제동 시 발생하는 연결기의 충격력 해석 모델링

조연호(Yonho Cho),곽재호(Jaeho Kwak),권태수(Taesoo Kwon) 한국자동차공학회 2007 한국자동차공학회 춘 추계 학술대회 논문집 Vol.- No.-

A simple impact analysis model for the rolling stocks is proposed using Simulink. In this model, each vehicle is represented by a 1D model. Main object of this model is define factors which make damage to coupler on special operation condition like emergency breaking. After simulation this model calculate impact force on coupler, and we can figure out damage or fracture of coupler by comparing to standard allowance criteria. The validation of this analysis model was proven by comparing the investigate report on real accident of train.

ITC와 HSC가 적용된 급곡선 주행시스템 성능검증을 위한 동역학 해석

조연호(Yonho Cho),오형식(Hyeongsik Oh),강광호(Gwangho Kang),엄경수(Kyongsu Eom) 한국철도학회 2017 한국철도학회 학술발표대회논문집 Vol.2017 No.05

저심도 도시철도시스템을 위해 개발중인 급곡선 주행시스템은 15mR급곡선 구간 주행 시 횡압을 30%이상 저감하기 위한 개별모터토크제어(ITC: Individual Torque Control) 기술과 유압식 조향실린더 제어(HSC: Hydraulic Steering-cylinder Control) 기술을 적용하고 있다. 본 논문은 ITC와 HSC가 적용된 급곡선 주행시스템의 성능검증을 위해 Simpack을 이용한 동역학 해석을 수행하였으며, Simpack에 내장된 PID제어 함수를 이용하여 횡변위와 요 각 제어 수행한 결과를 비교하여 분석하였다. 실제 시험차량을 통한 성능시험을 준비 중에 있으며 시험결과와의 비교를 통해 동역학 해석모델의 정확성을 검증할 예정이다. The sharp curve running system which develop for NST(Near Surface Transit) to reduce the lateral force more than 30% during run on the 15mR sharp curve section adopt the ITC(Individual Torque Control) and HSC(Hydraulic Steering-cylinder Control) technology. This paper describe the dynamic analysis results by Simpack software to evaluate the performance of sharp curve running bogie with ITC ad HSC and comparative study results with lateral displacement control and yaw angle control by internal PID control function of Simpack. The running test with real train is prepared. The accuracy of dynamic analysis results is to verify by compare with the running test results.

철도차량 MR댐퍼 성능검증용 HILS를 위한 실시간 해석모델 개발

조연호(Yonho Cho),오형식 (Hyeongsik Oh),이강운(Kangwun Lee) 한국철도학회 2017 한국철도학회 학술발표대회논문집 Vol.2017 No.05

철도차량에 대한 고속화와 고급화에 대한 수요증대에 따라 최근에는 다양한 형태의 능동형 현가장치가 적용된 철도차량이 보급되고 있다. 국내에서도 철도차량에 능동형 현가시스템을 적용하기 위한 다양한 연구가 진행되었다. 현대로템은 방산분야에서 개발된 MR댐퍼를 철도차량에 적용하기 위한 연구를 지속적으로 수행해 왔으며 현재 실차 주행시험을 준비 중이다. 실차 주행시험 전 충분한 안정성 확보를 위해 해석 및 성능 평가가 필요하다. 현대로템은 실차 주행시험 전 HILS를 통한 성능검증을 통해 안정성을 확보할 계획이며, 이러한 HILS시스템의 정확도와 신뢰성 확보를 위한 실시간 해석모델 개발이 필요하다. 본 논문에서는 14자유도 모델과 17자유도 모델로 개발된 실시간 해석모델을 Vi-Rail해석 결과와 비교하여 신뢰성 높은 실시간 해석모델 개발 과정에 대하여 기술하였다. The railway vehicles with various active suspension are provided to meet the needs for high speed and high quality. On the domestic market variety researches are accomplishing to adopt the active suspension to railway vehicle. Hyundai-Rotem continuously researches to apply MR damper which developed by defense industries sector on railway vehicle. These days running test with real train is preparing to evaluate MR damper’s performance. The analysis and verification performance of parts are necessary to secure the enough stability before running test. Hyundai-Rotem has the plan to secure the stability through the evaluate performance by HILS before running test. A development of real-time simulation model to have the accuracy and reliability is needed. This paper describes the process of developing the reliable 14 dof and 17 dof real time model by comparative study with Vi-Rail analysis results.

Development Status and Direction of Hydrogen Fuel Cell Tram

Yonho Cho(조연호),Wonsang Lee(이원상),Kyoungsoo Eom(엄경수),Gwangho Kang(강광호),Myounghan Kim(김명한) 한국신재생에너지학회 2019 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2019 No.11

설계해석자를 위한 위상최적화 솔루션 HyperShape를 이용한 KTX 살사브라켓 최적설계

조연호(Cho yonho),윤우혁(Yoon woohyuck),이원상(Lee wonsang),홍상렬(Hong sangryel) 한국철도학회 2013 한국철도학회 학술발표대회논문집 Vol.2013 No.5

최근에는 설계 해석자를 위한 각종 솔루션들이 제공되고 있어 설계단계에서 완성도가 높은 설계가 가능해지고 있다. 본 논문에서 적용한 위상최적화 솔루션 HyperShape는 초기 설계 단계부터 최적 설계에 대한 방향성을 제시해 주고 있어 현업에서 매우 유용하게 적용될 것으로 기대되고 있다. 위상 최적화를 초기 설계 단계에서 적용하기 위한 대상으로 KTX에 장착된 살사 브라켓을 선택하였다. 살사 브라켓의 강도 문제와 결합상의 단점을 개선하기 위해 수 차례의 시행착오를 통한 설계변경을 거치며 최적화 되었던 모델을 대상으로 HyperShape를 적용한 최적 설계를 수행하였다. 살사 브라켓의 최적 설계안을 도출하여 중량을 줄이고 강도를 향상시킨 설계안을 도출하였으며, 경험적으로 설계된 최적모델과 비교 평가를 통해 설계 단계에서의 위상 최적화 솔루션 적용의 가능성을 확인하였다. Recently, due to the powerful engineering software for design-analysist, highly performed design is available at the preliminary design stage. In this paper, the topology optimizes solution; HyperShape shows the directions about optimal design to field engineers. This method is expected for high performance of design maturity. Sand spray bracket of KTX is subjected to apply the topology optimize method using HyperShape at the preliminary design stage. Design optimize is accomplished by several try and error to improve the strength and assemble problems. HyperShape make the optimal design which reduced weight and reinforced strength. A comparative study about analytic model and empirical model shows the efficiency and availability of topology optimal method using HyperShape at the beginning stage of design.

능동형 커플러를 이용한 독립 구동 방식 저상형 노면전차의 주행 성능개선

조연호(Yonho Cho),이남진(Namjin Lee),강광호(Kwangho Kang),이원상(Wonsang Lee) 한국자동차공학회 2011 한국자동차공학회 학술대회 및 전시회 Vol.2011 No.11

The recently developed trams adopt IRWs (Independently Rotating Wheels) for the low floor structure. IRWs were introduced to improve the hunting stability and curving performance on the sharp curve of the conventional bogie. Those configurations reducing the longitudinal creepages by allowing the two wheels on the same axle to rotate independently from each other. but, IRWs have several inherent problems including insufficient guiding and excessive wear. Generally, IRWs are known to be more stable and have small lateral force and less wear in addition to prominent steering performance in a small curve section than conventional wheelset, they do not have hunting motion arising from longitudinal creepages. To meet the both running performances in tangent track and curve section several proposals were developed. Those are soft coupling using magnetic couplers, clutch systems and asymmetric bogie configurations. In this paper, the noval control architecture to meet the performance of both sectioins.-Tangent line and sharp cuuve. The active coupler is adopted to IRWs bogie system. and this active coupler working by onoff control. This active contol systems is verified by simulation using Vi-rail and matlab co-simulation technique

윤축 모델을 이용한 독립 구동 차륜 모델 적용에 관한 연구

조연호(Cho Yonho),곽재호(Kwak Jaeho) 한국철도학회 2009 한국철도학회 학술발표대회논문집 Vol.2009 No.11월

Recently, the interest on a TRAM to be high for convenience and environmental reason. The latest TRAM has a low floor structure to support convenience for the mobility handicapped. For this reason, generally the bogies with independently rotating wheels (IRWs) are adopted in this TRAM. The bogie with IRW has no hunting motion because it does not have a self centering force, and has an excellent curving performance due to independently rotate left and right wheel. However it has a tendency to lean on one side of rail. Wear, noise and derailment problems could be occured by this tendency. This paper describes the dynamic behaviors of IRWs and rigid wheelset, and the advantages of IRWs are described. Three DOF numerical dynamic model of IRWs adding new DOF of velocity difference of left and right wheels on two DOF numerical model of conventional rigid wheelset is developed. Dynamic analysis are accomplished using Matlab/Simulink with this numerical model. The difference dynamic characteristics of IRWs and rigid wheelset, and the strength of IRWs are reported.