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1 2012 년 10 월 24 일 Railroad Rolling Stock Division R&D Center

브레이크개발로철도차량의 속도혁명을일으킨발명가 ( 창업주 ) 1909 년 Westinghouse 사화차용 K 삼동밸브개발

2 제동의역사 1833 년증기제동 (Stephenson) 1844 년진공제동 1867 년공기제동기개발 1869 년웨스팅하우스공기제동기회사설립 1893 년에미국의모든열차에의무적으로공기제동기를 설치하도록철도안전장치규정화, 브레이크개발로철도차량의 속도혁명을일으킨발명가 ( 창업주 ) 1909 년 Westinghouse 사화차용 K 삼동밸브개발 자동으로이완작용, 브레이크작용, 압력조절작용을하는자동 공기브레이크장치의기초가되는압력제어밸브. 자동공기 브레이크장치의기초가되는밸브. George Westinghouse 2

½mv 2 m F 매개체에따라제동장치분류 유체 : 공기제동, 유압제동, 증기제동, 진공제동 전기 / 전자 : 발전제동, 회생제동,

3 제동의정의및제동장치분류 제동 ( 制動,braking) 운동하는물체의에너지를다른에너지 ( 전기, 마찰, 열 ) 로변환하여 발생한열차의움직임에반발하거나열차를정지상태로유지하기 위해어떤힘이생성되는과정. ½mv 2 m F 매개체에따라제동장치분류 유체 : 공기제동, 유압제동, 증기제동, 진공제동 전기 / 전자 : 발전제동, 회생제동, 와전류제동 기계 : 수용 (Hand) 제동 제동방식 상대운동을하는두물체간에미끌 어지지않는상태를점착 ( 粘着, Adhesion) 이라고하며, 차륜과의 점착력을이용하는방식과점착력에 의존하지않는비점착방식이있다. 3

4 전기제동 (Electric Brake) 운동에너지를전기에너지로변환 회생제동 모터를발전기로구동하여발생전력을다른차량또는집전설비에흐르게해 회전저항을일으켜제동력을얻음. 발전제동 모터를발전기로구동하여발생전력을차량내부의저항기에흐르게해발열 소비시켜모터에회전저항을일으켜제동력을얻음 Electrical traction Dynamic braking Regenerative braking Pantograph Pantograph Pantograph Traction motor Main resistor (rheostat) Power generator (Traction motor) Power generator (Traction motor) M1 M2 M3 M4 M1 M2 M3 M4 M1 M2 M3 M4 (Current direction) (Current direction) (Current direction) 4

5 기계제동 (Mechanical Brake) 운동에너지를마찰 ( 열 ) 에너지로변환 답면제동 디스크제동 5

6 와전류제동 (Eddy Current Brake) 점착력을고려하지않고전자석을이용하여레일과의자기장을형성하여제동을얻음 6

7 풍압브레이크 (Wind Pressure Brake) 레일의점착력을고려하지않고공기저항만을이용한제동 비상제동거리향상 ( 디스크, 패드성능포함 ) 275km/h -> 0km/h ; 4,000m 360km/h -> 0km/h ; 7,000m 360km/h -> 0km/h ; 4,000m 7

8 제동시스템의구성 8

9 제동시스템의구성품 공기제동시스템 압축공기시스템 공기압축기공기건조기유분리기공기필터 공기제어시스템자동공기제동제동밸브 분배밸브 AR,CR 공기탱크 제동작용장치 전자제어유니트 E/P 전자제어밸브 응하중밸브 대차장치 차륜제동장치 디스크제동장치 디스크 / 마찰재 현가장치 공기스프링 레밸링밸브 차압밸브 9

10 제동시스템의구성품 구동기어 판토그래프 도어엔진 대차제동부품 활주방지시스템 전두연결기 중간연결기 압축공기시스템 제동제어장치 보안제동장치 현가장치시스템 10

11 제동시스템의구성품 제동시스템구성품공압기호의예 전공변환밸브중계밸브응하중밸브활주방지밸브 차단콕크 보안제동전자밸브 자동배수밸브 PIPING DIAGRAM: ISO 규정에의한공압기호를 사용하여시스템기능구성 공기건조기 11

12 제동시스템의구성품 CAB EQUIPMENT A1 A2 A3 A4 Duplex Air Gage(MR and BC) Gage Union Stud with Choke(MR) Gage Union Stud(BC) Pressure Transducer for MR(PET-MR) 운전실운전자정보용압력게이지및압력센서 출력특성 전류용 ( 운전실 ): 0 ~ 10bar 4 ~ 20mA 전압용 ( 제동장치용 ): 0 ~ 10bar 1 ~ 5V, 0 ~ 6bar 1 ~ 5V 12

1 1: Test fitting unit E 1: Compulsory release valve F 1: Security brake valve G 1: Double check valve H 1: Mean pressure valve I 2: Anti-skid

13 제동시스템의구성품 BRAKE OPERATING EQUIPMENT B1 1 BRAKE OPERATING UNIT 1: Box complete A 1: Electronic control unit (ECU) B.1 1: Pressure sensor unit C 1: Main brake valve D.1 1: Test fitting unit E 1: Compulsory release valve F 1: Security brake valve G 1: Double check valve H 1: Mean pressure valve I 2: Anti-skid control valve J 1: Heater(AC100V 100W) B2 4 Cut-out cock B5 2 Cut-out cock with side vent and electric switch 제동작용장치 (brake operating unit, B1) 의모든주요구성품은단일회로판에설치되는모듈형식의설계로개별구성품의교체가용이한유지보수성이고려된다. 제동작용장치는대차제어용과차량제어용으로구분되고, 구동대차용제동장치는제동블랜딩관련인터페이스가추가되므로각각구동차와부수차용으로구분한다. 13

14 제동시스템의구성품 SUPPLY RESERVOIR EQUIPMENT C1 Cut-out cock C2 Air filter with drain cock, 12mm C3 Check valve C4 Air reservoir (SR), 100L C5 Drain cock and silencer, 12mm C6 Cut-out cock with side vent 제동작용을위한압축공기가주공기배관으로부터 차단장치 (cut out cock, C1) 와공기여과기 (C2) 를통과하여연결된다. 공기여과기는주공기배관 의압축공기의불순물을정화하고배수밸브는공 기여과기바닥에고인침전물을배기하려고사용 된다. 공급공기통 (C4) 은에너지저장용기로서역 지밸브 (check valve, C3) 를통과한압축공기를저 장한다. 공기통하부에배수밸브 (C5) 가설치된다. 14

15 제동시스템의구성품 SECURITY RESERVOIR EQUIPMENT D1 Check valve D2 Air reservoir for security brake(sbr) D3 Drain cock and silencer D4 Cut-out cock with side vent 보안제동장치는공급공기통장치와독립된주공기배관으로부터연결되고역지밸브 (D4) 를통과한압축공기 는보안제동공기통 (50 리터,D2) 에저장된다. 수동배수장치 (D3) 는공기통하부에설치된다. 15

16 제동시스템의구성품 WHEEL SLIDE PROTECTION EQUIPMENT E1 Anti-skid control valve with heater jacket E2 E3 Test Fitting Speed sensor 제동시스템은공기작용의마찰제동을위한차륜활주보호시스템을고려한다. 활주방지장치는활주방지밸브, 속도센서와제어시스템으로구성되며, 제어시스템은제동전자제어유니트 (ECU) 의내장시스템 (on-board system) 형과독립된장치로구분이된다. 초기속도에서마찰제동이작용할때, 대차의저널에설치되는속도 센서 (speed sensor) 로부터차량의각축속도를검지하여활주가검지되면, 제어장치는활주방지밸브를통 해보정한다. 16

17 제동시스템의구성품 FUNDAMENTAL BRAKE EQUIPMENT F1.A F1.C F3 F4 F1.A F1.B F1.C F1.D F1.E F1.F F3 F4 F1.A F1.C F1.D F1.E F3 F4 Tread Brake Unit (TBU) Brake Block Air Hose Air Hose Brake Cylinder Unit Brake Cylinder Unit with Spring-Actuated Parking Brake Brake Pad(LH) Brake Pad(RH) Axle-Mounted Disk Brake Set Brake Link Assembly Manual Pulling Device for Parking Release Air Hose Air Hose Brake Cylinder Unit Brake Pad(LH) Brake Pad(RH) Wheel-Mounted Disk Brake Set Brake Link Assembly Air Hose Air Hose 기초제동장치 (fundamental brake equipment) 는제동작용장치 (BOU) 로부터공급된제동작용압력을마찰제동 으로변환하여움직이는열차를감속또는정지시키거나, 열차를정지상태로유지하는장치이다. 17

제동시스템의구성품 PARKING BRAKE EQUIPMENT G1 Cut

Valve G3 Cut Out Cock with Side Vent and

complete 1: Pipe bracket A 1: Parking brake

magnet valve(pimv) C 2: Test fitting D 1:

18 제동시스템의구성품 PARKING BRAKE EQUIPMENT G1 Cut Out Cock with Side Vent G2 Double Check Valve G3 Cut Out Cock with Side Vent and Choke Fitting G4 Air Hose G5 Air Hose G6.1 Parking Brake Switch Unit including components as follows for G6: 1: Box complete 1: Pipe bracket A 1: Parking brake pressure switch(pbps) B 1: Parking impulse magnet valve(pimv) C 2: Test fitting D 1: Main reservoir pressure switch(mrps) E 1: Heater(AC220V 60W) 주차제동장치는차량에압축공기가없는상태에서전동차를정지상태로유지하고자필요한제동이므로일반적으로기초제동장치의출력개념과반대로공기압력에의한완해, 스프링힘에의한체결방식의주차제동유니트를구성한다. 또한주차제동이체결상태로차량이주행하는사고를예방하기위해주차제동공기배관에압력스위치를설치하여추진회로와연동하고스위치표시상태를차량에서감시하여안전운행을고려한다. 18

Check valve J6 Safety valve 기로전동차의정상운행이가능하도록충분한용량이선 J7 Air reservoir for main(mr), 200

19 제동시스템의구성품 AIR SUPPLY EQUIPMENT J1.B Main air compressor unit, Oil-free piston type 공기공급시스템은제동장치와기타공기소모장치로압 J2 Flexible air hose 축공기를공급한다. 일반적으로공기압축기는편성에서 J3.A Water Separator with Automatic Drain J4 Twin tower air dryer 공기압축기 1 대고장이발생하더라도나머지공기압축 J5 Check valve J6 Safety valve 기로전동차의정상운행이가능하도록충분한용량이선 J7 Air reservoir for main(mr), 200 liters 정된다. 따라서모든공기소모장치로공기공급이가능한 J8 Drain cock and silencer, 12mm J9 Automatic drain valve with heater 상태를유지한다. J10 Cut-out cock with side vent J11 Air filter (strainer) J12 Pressure Switch Unit J13 Cut-out cock 19

제동시스템의구성품 AIR SUSPENSION EQUIPMENT L1 L2 L3 L4 Overflow

Leveling valve Pressure Differential valve with pipe bracket

설치되어있는높이조정밸브 (L3) 및차압밸브 (L4) 의작용후더미 공기통 (dummy reservoir)

전대차 (front bogie) 의공기스프링 (AS1, AS2) 작용 압력은전대차의제동작용장치 (BOU)

20 제동시스템의구성품 AIR SUSPENSION EQUIPMENT L1 L2 L3 L4 Overflow valve Cut-out cock with side vent and electric switch Leveling valve Pressure Differential valve with pipe bracket 주공기배관으로부터공기현가시스템으로입력되는 압축공기는오버플로우밸브 (L1) 를지나차량대차에 설치되어있는높이조정밸브 (L3) 및차압밸브 (L4) 의작용후더미 공기통 (dummy reservoir) 에저장되고공기스프링 (air spring) 으 로들어간다. 전대차 (front bogie) 의공기스프링 (AS1, AS2) 작용 압력은전대차의제동작용장치 (BOU) 내압력센서유니트 (PSU) 에 서압력신호로변환된후제동전자제어유니트 (ECU) 로전송되고 또한응하중밸브로연결된다. 마찬가지로후대차의공기스프링 압력 (AS3, AS4) 은후대차의제동작용장치로입력된다. 20

제동시스템의구성품 AUXILIARY AIR SUPPLY EQUIPMENT M1 A B C M2 A B C D E F G AUXILIARY AIR COMPRESSOR UNIT 1: Box complete 1: Auxiliary air compressor

PRESSURE SWITCH UNIT 1: Box complete 1: Auxiliary compressor-motor set governor (PS-ACMG) 3: Test fitting 2: Cut-out cock with side vent 1:

valve for pantograph operation (PANMV) M3 Check valve M4 Cut-out cock M5 Air reservoir (PR), 25L M6 Drain cock, 6mm M7 Air filter(strainer)

21 제동시스템의구성품 AUXILIARY AIR SUPPLY EQUIPMENT M1 A B C M2 A B C D E F G AUXILIARY AIR COMPRESSOR UNIT 1: Box complete 1: Auxiliary air compressor set 1: Safety valve 1: Test fitting AUX. PRESSURE SWITCH UNIT 1: Box complete 1: Auxiliary compressor-motor set governor (PS-ACMG) 3: Test fitting 2: Cut-out cock with side vent 1: Pressure regulating valve 1: Magnet valve for EGS (MV-EGS) 1: Heater(AC100V 60W) 1: Pantograph operation pressure switch (PANPS) I 1: Magnet valve for pantograph operation (PANMV) M3 Check valve M4 Cut-out cock M5 Air reservoir (PR), 25L M6 Drain cock, 6mm M7 Air filter(strainer) M8 Cut-out cock with side vent M9 Air reservoir (AR), 15L 주공기배관의공기압력은역지밸브 (M2) 를통과하여보조공기압 축기용공기통 (25 리터 ) 에공급된다. 압축공기는보조공기압축 기 (M1.A) 에의하여생성된다. 압축기작동으로흡입공기가압축 된후, 판토용공기통 (15 리터 ) 에저장되기전에압축공기는역지 밸브와공기필를통과하고보조공기압축기및판토그래프스위 치유니트의압력조정밸브에서제어압력으로조정된다. 21

제동시스템의구성품 UNCOUPLING OPERATION EQUIPMENT N1 Cut Out

including components as follows for N2: 1: Box

uncoupling operation B 1: Uncoupling operation

Heater(AC220V 60W) 압축공기는차단배기밸브를지나서주공기배관으로연결된다.

22 제동시스템의구성품 UNCOUPLING OPERATION EQUIPMENT N1 Cut Out Cock with Side Vent N2 COUPLER CONTROL UNIT(CCU) including components as follows for N2: 1: Box complete 1: Pipe bracket A 1: Magnet valve for uncoupling operation B 1: Uncoupling operation pressure switch C 1: Test Fitting D 1: Heater(AC220V 60W) 압축공기는차단배기밸브를지나서주공기배관으로연결된다. 운전실에서수동조작이가능한장치에의하 여자동연결해제활성화가요구되면, 연결해제용전자밸브에서입력상태로있는주공기배관의압축공기가 연결해제를위한작용압력으로공급된다. 22

제동시스템의구성품 RESCUE OPERATING EQUIPMENT O1 A B C D E F G H O2 O3 O4 O5 O6 O7 O8 BRAKE TRANSLATING UNIT 1: Box complete 1: Brake

Pneumatic-electric tranducer 1: Brake pipe pressure switch (PS-BP) 1: Relay panel 1: Heater(AC100V 60W) Check valve Cut-out

side vent 1: Box complete 제동변환장치 (brake translating unit, O1) 는전기지령식제동시 스템열차로부터상용제동디지털전기지령, 비상제동상시여자전기지령과,

23 제동시스템의구성품 RESCUE OPERATING EQUIPMENT O1 A B C D E F G H O2 O3 O4 O5 O6 O7 O8 BRAKE TRANSLATING UNIT 1: Box complete 1: Brake translating device(btd) 1: Magnet valve for vent 1: Magnet valve for supply 1: Magnet valve for rapid vent 2: Pneumatic-electric tranducer 1: Brake pipe pressure switch (PS-BP) 1: Relay panel 1: Heater(AC100V 60W) Check valve Cut-out cock with side vent Cut-out cock with side vent Cut-out cock with side vent Test Fitting Air filter Angle cut-out cock with side vent 1: Box complete 제동변환장치 (brake translating unit, O1) 는전기지령식제동시 스템열차로부터상용제동디지털전기지령, 비상제동상시여자전기지령과, 자동비상제동기능과함께전공직통공기제동을갖는열차로부터상용제동용직통공기관 (SAP) 공기압력지령, 비상제동용제동관 (BP) 지령사이에제동지령을변환하는기능을갖는다. 디젤기관차의제동관 (BP) 압력을상용 / 비상디지털전기신호로변환하고디젤기관차에의해열차를구원할때상용또는비상제동을체결하고완해할수있다. 23

24 제동시스템의구성품 제동제어유니트의변천과정 전류제어방식 센서피드백제어방식 보안제동모듈화 콤팩트화 강제완해밸브추가 24

25 제동시스템의주요기능 제동의종류 1. 상용제동 (1) 일괄교차제어방식 (Cross Blending) 에의한혼합제동. 주간제어기조작및 ATC 에의해제어됨. 동력차 (M) 의차륜 / 레일간점착력을최대로이용하여생성된회생제동력으로동력차의공기제동력과 부수차 (T) 공기제동력의일부또는전부를분담하는방식 (2) 응하중제어 (4 개또는 2 개의공기스프링압력검출방식 ) 승차감향상, 차륜마모방지, 회생제동실효시에도각차량별독자적인기능확보, 정밀제어성능향상을 위해동력차 (M), 부수차 (T) 의응하중압력신호를이용함. Cross-Blending 시에도동력차 (M), 부수차 (T) 의응하중압력신호를이용하여정밀제어를함. (3) 져크제한기능 2. 비상제동 제동력의급격한상승을방지하여승차감을향상시킴. (1) MASCON 의비상위치, 비상제동스위치작동, ATC 비상제동지령, 주공기압력부족, 열차분리및 비상제동제어회로이상시공기제동으로자동체결되며활주방지기능이이루어짐. (2) 비상제동은작동시자동으로완해되지않음 ( 단, 비상제동스위치작동, 주공기압력부족에의한비상제동은 비상제동스위치완해작동이나, 주공기압력이설정치이상으로상승하면완해됨 ) 25

26 제동시스템의주요기능 제동의종류 3. 주차제동 스프링작용식공기완해방식의주차제동실린더유니트를운전실측대차에축당한개씩설치. 기지에주차시 전동차의전동방지기능을목적으로하는것으로, 주차제동은상용, 비상제동과동시에체결되지않도록하였 고역행회로와는인터록되었으며제동체결유무가종합제어장치 (TCMS) 에전송됨. 주차제동은주공기통압력이완전배기되었거나, 공급되지아니할때도제동을완해할수있도록제동통에 수동완해장치를설치하여작은힘으로도간단하고신속히완해할수있음. 4. 정차제동 열차가역에진입하여정차하면자동으로체결되어정차시트랙상태에따라차량의후진및전진, 전동현상 을방지하고역행회로와인터록되어완해됨 ( 차량안전운행및정차시승차감향상 ) 5. 보안제동 보안제동은특히, 제동작용보증을위하여상용제동과비상제동보다상위수준의시스템무결성 (integrity) 을 달성하려는제동이다. 그러나제동성능은비상제동또는상용제동에서달성하는성능보다더낮은수준으로 정의될수있다. 시스템구성은상용제동또는비상제동과분리된다. 즉, 별도의공기공급원, 일련의공압장 치와배관으로구성한다. 26

27 제동시스템의주요기능 제동의종류 제동의종류출력제동력기본제어방식 제어기능적용 활주제어 Jerk 제어응하중제어감속도제어 3 선디지털지령 상용제동 회생제동 + 공기제동 PWM 지령 RS485 통신 MVB 통신 5 선디지털지령 정차제동공기제동인통선디지털지령 - 공기제동 인통선디지털지령 비상제동 회생제동 + 공기제동 인통선디지털지령 + RS485 통신 - 보안제동공기제동인통선디지털지령 주차제동 스프링제동 / 공기완해 인통선디지털지령수동밸브절환자동배기

28 제동시스템의주요기능 상용제동모드의작용도 Main Reservoir Service Brake Emergency Brake Air Spring Pressure C D A B E H J K F G CV AC1 AC2 EX. MR BC EX. AS1 AS3 28

29 제동시스템의주요기능 비상제동모드의작용도 Main Reservoir Service Brake Emergency Brake Air Spring Pressure C D A B E H J K F G CV AC1 AC2 EX. MR BC EX. AS1 AS3 29

30 제동시스템의주요기능 전자제어유니트의주요구성 제어측감시 제동불완해검지 강제완해검지 제동부족검지 제어이상감시 제동제어와디지털신호송 / 수신 제동제어 열차버스통신 상용제동요구신호수신 응하중연산 제동압력연산 제동밸브구동 제동블랜딩연산 강제완해밸브제어 제동블랜딩 열차버스통신 추진인버터 (VVVF) 열차종합제어장치 (TCMS) 제동제어와활주정보송 / 수신 활주방지제어 차량속도계산 설정조건에의한활주검지 활주방지밸브제어 30

31 제동시스템의주요기능 승객하중검지및전송 만차한계 (M) 공전회로 공전회로 아날로그전압수신 평균 만차한계 (T) 응하중신호발생 (T) 공차하중보증 (T) 응하중신호발생 (M) 공차하중보증 (M) 평균 조정 제동패턴발생 (M) 으로제동패턴발생 (T) 으로아날로그신호전송회로로 ( 추진회로용응하중지령 ) 공기스프링이파손되거나공전변환회로의출력이공차의신호보다적을때적어도소요공기제동력이공차의 80% 에상당하는제동력이확보될수있도록, 공전변환회로의출력이만차신호보다많을때도소요공기제동력이최대한으로만차의 120% 에상당하는제동력이생성되어질수있도록이회로는구성되어있다. 또한, 이기능은응하중신호를견인전자제어장치 (PE) 에보낸다. 31

제동시스템의주요기능 져크제어 (Jerk Control) 상용제동지령 최대제동 제동패턴 TU

(Ramp Pattern) 으로절환시킨다. 예로, 상용최대규정감속도가 3.5km/h/s(0.

32 제동시스템의주요기능 져크제어 (Jerk Control) 상용제동지령 최대제동 제동패턴 TU 최소제동 T D 가속도의시간변화율을지정하는 vector, 변위의시간에관한 3 차미분으로, 가속도및감속도의변화율이다. 승객의승차감을확보하기위하여공기제동의스텝패턴 (Step Pattern) 을공기제동의램프패턴 (Ramp Pattern) 으로절환시킨다. 예로, 상용최대규정감속도가 3.5km/h/s(0.97m/s / 2 ) 이고, 저크제한 0.8m/s 3 이라면, 0.97m/s 2 / 0.8m/s 3 = s, 제동지령입력후 s 동안제어장치가 출력을제한하면서목표치를연산한다. 32

33 제동시스템의주요기능 히스테리시스 (hysteresis) 보정 BC BC 압력 압력 0 0 N Bmax 제동지령단계히스테리시스보정이없는경우 N Bmax 제동지령단계히스테리시스보정이있는경우 히스테리시스보정의유무에따른 BC 압력의전형적인예 BC압력히스테리시스보정은전공변환중계밸브의상용제동전자제어밸브 (SBV) 와중계밸브 (RV) 에의해생성되는 BC압력의상승, 하강시의제동압력편차를보증한다. 또한, 제동지령에대한히스테리시스도적용되므로 PWM 제동지령일경우 Noise에대한대책이필요하며, 디지털지령일경우는제동핸들의조작에의하여히스테리시스보정에의한제동압력변화가발생할수있다. 33

34 제동시스템의주요기능 인쇼트압력 (Inshot Pressure) 이기능은제동통 (BC) 의복귀스프링힘에의한감소된제동력과회생제동이소멸될때, 제동통 (BC) 행정으로인한공기제동체결의지연을극복한다. 제동모드 모터전류유효신호 파워링위한모터전류 회생제동력달성 제동실린더압력 인쇼트압력이있을때 인쇼트압력이없을때 제동실린더압력 인쇼트압력이있을때 인쇼트압력이없을때 시간 인쇼트압력의유무에따른 BC 압력의전형적인예 시간 34

35 제동시스템의주요기능 제동패턴발생및클로스블랜딩 EMU 의제동력 M M+ T M EMU의제동력종래차량의점착한계 M M+ T M T VVVF 차량의점착한계 T T M 0 B1 Bm 0 B1 B2 Bm 제동지령단계 제동지령단계 제동력분담의전형적인예 기본유니트를한쌍의동력차와부수차 (M-T) 로한다. 회생제동전류유효신호 (BCV) 가여자되고, 모터전류유효신호 (MCV) 가소자되면 M 차와 T 차의응하중신호가 상용제동지령에더해지고, 각제동패턴이관성계수를포함하여발생된다. 35

36 제동시스템의주요기능 제동블렌딩구성 BED(Regenerative Brake Effort Demand): 회생제동력요구신호 BEA(Regenerative Brake Effort Achieved): 회생제동력달성신호 BCV(Regenerative Brake Current Valid): 회생제동유효신호 FO(Fade Out): 회생제동소멸신호 ARBC(Air Reducing Brake Command): 공기제동감쇄신호 36

37 제동시스템의주요기능 전자제어유니트의감시기능 1. 제동불완해 압력센서에의하여제동압력을향시감시하고있고있으며, 제동명령이없고, 차량으로부터제동불완해감지 지령선 (NRB) 이입력되면, 5.0 초가경과했을때도 BC 압력이설정치를초과했을경우제동불완해로판단하여 열차종합제어관리장치 (TCMS) 에제동불완해신호를전송한다. 2. 강제완해 ( 원격또는자동 ) 제동불완해가발생된상태에서운전자의강제완해스위치조작에의하여강제완해지령에의한강제완해밸브 를작동시켜완해시키는방법과제동장치가자동강제완해를판단하여강제완해밸브를구동하는방식이있다. 강제완해는제동불완해발생차량에한하여이루어지며, 제동시에는제동으로자동복귀된다. 3. 제동력부족검지 최대상용제동 (FSB) 체결에의하여차량으로부터제동력부족검지신호가제동전자제어유니트 (ECU) 또는 공전전환기 (PEC) 에입력되면, 압력센서에의하여감시하던압력이 3.5 초과경과하여도설정치이하를유지할 경우차량으로부터회생제동유효신호가없으면제동력부족을검지하여제동력부족검지신호 (ISBD) 를 TCMS 에 출력하고, 해당차량에한하여비상제동 (Back-up) 이자동체결된다. 37

38 제동시스템의주요기능 활주방지제어시스템구성 대차제어장치의활주방지시스템구성으로속도센서는자기대차와인접대차를적용하여활주를검지하며, 활주제어는활주축에대한자기대차밸브만제어를한다. 38

39 제동시스템의주요기능 활주방지제어 감지공극 0.4 ~ 1.4( mm ) 출력신호는정지시항상 12V 가출력된다. 39

40 제동시스템의주요기능 활주의정의및발생원인 활주의정의는 1. 차륜 - 슬립 (Wheel-Slip) 축속도가차량속도보다빠를때모터링시에발생하며, 견인전자제어장치 (PE) 에의하여보정된다. 2. 차륜 - 스핀 (Wheel-Spin) 견인전자제어장치 (PE) 에의해만들어진보정에따른차륜- 슬립의극한상태이다 3. 차륜 - 슬라이드 (Wheel-Slide) 축속도가차량속도보다빠를때의제동시에발생하며, 견인전자제어장치 (PE) 에의하여보정된다. 4. 차륜- 스키드 (Wheel-Skid) 공기제동장치에의하여만들어지고보정되는차륜 - 슬라이드의극한상태이다. 차륜활주현상은다음과같은원인에의하여발생한다. 제동력이한계점착력보다커질경우 차륜과레일간의점착력을이용하는마찰제동력은차량의중량에비례하는점착계수한계를고려하여 제동력을설정하며, 점착한계를벗어날경우활주가발생하게된다. 제동력은일정하나레일면의환경및상태변화로점착계수가감소될경우 차륜답면의플랫 (flat) 상태에따라오물, 녹, 쇳가루등이차륜에달라붙어점착력저하로활주가발생하는 경우저속에서는차륜찰상이발생할수있으며특히, 젖은낙엽의경우점착계수는극도로낮아질수있다. 제동력과점착력은일정하나윤중의변화가발생하는경우 40

41 제동시스템의주요기능 활주제어의기능 1. 스키드감지와재점착제어기능 1) 스키드감지 (1) 감속도감지 : 각차축의감속도가설정치보다높아질때스키드가발생하는것으로판단 (2) 유효한감속도감지의속도차 : (1) 항의감속도감지와 AND 조건에의한검지수준 (3) 모든차축의동시스키드발생에대한감속도검지수준 (4) 속도차감지 : 기준속도와비교하여얻어진속도차가설정치보다많아질때스키드가발생하는것으로판단 2) 재점착감지차축가속도율이주어진값 ( 슬립정지의진전 ) 을초과할때재점착발생을감지하고, BC 압력을유지하면서슬립이일어난차축의가속도에따라 BC압력공급패턴을선택하고이를제동통에공급한다. 3) 완전재점착감지슬립이일어난차축의속도와기준속도와의속도차가설정치보다작아진것을감지하여정상적인압력공급 4) 안전연동 시한지연안전연동기능 (Time Delay Interlocking) 에의하여완전재점착감지에걸리는시간이정상적인 지정시간보다초과하는경우에는열차가정지상태가될때까지제어를차단한다. 2. 차륜경보정기능 모든차축 ( 정상차축 ) 의속도가 30 km/h 이상일것. 모든차축에스키드가없을것. 위의두조건이 2.5초이상유지되는상황일것. 41

42 제동시스템의주요기능 활주제어의기능 3. 자체시험기능 ( 정지상태에서만가능 ) 4. 자기진단기능 1) 최초단계에서의체크 안티스키드제어유니트 (ASCU) 는전원이공급될때압력제어밸브 (PCV) 출력회로의동작을체크한다. 2) 상시체크 (1) 제어에러 ( 프로그램폭주 ) 이것은감시타이머 (Watchdog Timer) 의재셋팅에의해회복된다. (2) 속도센서신호에러 ( 배선의단선감지 ) 만일어떤차축이기준속도가발생되기시작한이후로속도 0Km/h 인상태를 10 초이상유지할 (3) 출력에러 ( 출력불일치의감지 ) 압력제어밸브의동작지령과출력피이드백사이의불일치를감지하고압력제어밸브의출력을정지한다. 42

제동시스템의주요기능 활주제어의인터페이스 가상의제 5 축사용 전축동시스키드검지 2.

43 제동시스템의주요기능 활주제어의인터페이스 가상의제 5 축사용 전축동시스키드검지 2.78m/s 2 을일반적으로적용하나해외에서는 4.0m/s 2 을적용한사례도있다. 감속도검지조건의설정치를낮게하면제동을빈번하게늦추는결과가되고특히, 보안제동의경우일정한 압력으로제동력이제어가되므로공차에서는약 1.95m/s 2 의감속도를얻을수있어 ~ 2.5m/s 2 이한계 일수도있다. 활주발생시 ATC 축에는열차의정확한속도를파악하기위하여 ATC 축에 Free Axle 을적용또는활주방지밸브 를계속여자하여 ATC 축에는제동이체결되지않도록제어하는방법 차륜슬라이드검지 (WSD, Wheel Slide Detected) 신호에의하여슬라이드보정시공기제동의유지또는 회생제동의감소및차단하는방법 43

44 제동시스템의주요기능 정차제동기능 44

45 제동시스템의주요기능 비상회생제동 주간제어기에의한비상제동체결시차량으로부터수신되는정보들을바탕으로제동장치는주간제어기에의한비상제동이라는로직을구현하여비상수준상용제동 (service brake with emergency level) 이적용된다. 따라서전기 + 공기제동블렌딩의상호작용을통하여공기제동을보충하고비상감속도수준의제동성능을달성한다. 45

46 제동시스템의주요기능 등가응답시간 Speed S Speed v 0 S S 2 1 v 0 t e 제동거리 = S3 S1 정지거리 = S 3 v 0 a 0 a e S 3 t e t 등가응답시간 (equivalent response time) 은이론적인응답시간으로서정지거리를계산하고자사용된다. 이시간동안, te라부르며, 이론적인감속은 영 (0) 과같다. 이시간이후, 감속은 a e 와같다. 이시간은실제의제동성능으로부터계산될수있다. Deceleration 100% 90% build-up time=t90-t10 10% a e 2 0 v 2(S v t Time t10 =delay time t 90 =response time t e t10 (t 90 t10 ) e ) 46

47 제동거리기준 철도차량안전기준에관한지침열차의비상제동거리세부기준 ( 제 9 조관련 ) 구분속도제동거리비고 고속철도차량 300km/h 3,300m 부하 ( 負荷 ) 기준 200km/h 1,600m 부하 ( 負荷 ) 기준 180km/h 1,400m 부하 ( 負荷 ) 기준 일반철도차량 160km/h 1,000m 부하 ( 負荷 ) 기준 110km/h 600m 부하 ( 負荷 ) 기준 일본동력분산식신칸센의제동거리기준 47

48 제동거리기준 TSI(Technical Specification of Interoperability, 상호운용성기술사양 ) 의제동거리기준 표 6. 최소제동성능수준 (ii (minimum braking performance levels) l Braking mode te (s) Minimum mean deceleration measured between end of te and reaching the target speed (m/s²) 350~ ~ ~ ~0 (km/h) (km/h) (km/h) (km/h) Case A Emergency braking with specific equipment isolated Case B Emergency braking with specific equipment isolated and unfavorable climatic conditions 표 7. 최대정지거리 (maximum stopping distance) Braking mode te (s) Minimum mean deceleration measured between end of te and reaching the target speed (m/s²) 350~0 (km/h) 300~0 (km/h) 250~0 km/h) 200~0 (km/h) Case A Emergency braking with specific equipment isolated Case B Emergency braking with specific equipment isolated and unfavorable climatic conditions 3 5,360 3,650 2,430 1, ,820 4,690 3,130 1,940 48

49 제동거리구배보상 구배에따른감속도변화 구배조건에따른제동거리보정은아래의수식 (EN _2003) 2003) 에따른다. 단, 이수식은최대 10 이내에서만사용가능하다는언급이있으므로 10 이상적용하는경우다소오차가발생할수있다는점 을고려하여야한다. S r corrected distance, in m; S 0 measured distance, in m; Vr V 0 target speed, in m/s; speed measured at application of braking, in m/s; t e equivalent response time measured during static testing, in s; M s static mass, in t; M d dynamic mass, in t; g i gravity, in m/s²; gradient, in m/m: rising gradient is positive (e.g. for a gradient of 5 = m/m) 49

50 제동거리구배보상 구배에따른감속도변화 아래표와같이레일건조조건에서구배에따른제동거리변화를보면, 60km/h 에서비상제동요구감속도 4.5km/h/s 를체결할경우구배보상수식에의하면감속도는 3.47km/h/s 로제동거리는 33m 가길어지게 된다. 구분 수평및직선선로 구배보상 (-32 ) S_r 133 m m/s² 166 m m/s² S_0 133 m 133 m 133 m 133 m V_r m/s 60 km/h m/s 60 km/h V_ m/s 60 km/h m/s 60 km/h S1_r m m S1_ m m te 1.30 sec 1.30 sec Ms ton ton Md ton ton g m/s² m/s² i 0 m/m m/m -32 beta_ m/s² 4.50 km/h/s 1.25 m/s² 4.50 km/h/s beta_r 1.25 m/s² 4.50 km/h/s / 0.96 m/s² 3.47 km/h/s / 50

51 감사합니다. 51

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E010 CYLINDER BLOCK GROUP (0 01) 75 E010 CYLINDER BLOCK GROUP (0 01) 76 E020 PISTON, CRANKSHAFT GROUP (0 02) 77 E030 CYLINDER HEAD GROUP (0 03) 78 E040 ROCKER ARM GROUP (0 04) 79 E050 TIMING CASE GROUP