KR101329001B1 - 고속 저상 독립차륜형 조향장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고속 저상 독립차륜형 조향장치에 관한 것으로서; 대차프레임에 조향이 가능하게 구비되며 차륜이 설치되는 브라켓과, 상기 브라켓의 일측에 연결되어 액티브 서스펜션 장치에 의해 강성이 조절되어 상기 브라켓을 조향하는 조향바로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 대차프레임에 구비되는 브라켓에 차륜을 설치하고 브라켓에 연결되는 조향바를 액티브 서스팬션 장치를 사용하여 조향함에 따라 차량의 속도에 따라 조향바의 강성 조절이 가능해져 차량의 주행시 안정감을 높이는 효과가 있다.

Description

고속 저상 독립차륜형 조향장치 {INDEPENDENCE ROTATING WHEELS SUSPENSION APPARATUS FOR LOW-FLOOR VEHICLE}

본 발명은 고속 저상 독립차륜형 조향장치에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 대차프레임의 양측에 각각 조향가능한 브라켓을 형성하여 차륜를 설치하고 상기 브라켓에서 연장형성되는 조향바를 제어하는 액티브 서스팬션장치를 구비하여 속도에 따라 강성을 조절함으로써 인버터에서 모터를 회전반경 차이에 따른 속도차이를 각각의 차륜별로 제어함으로써 소음을 줄일 수 있도록 하는 고속 저상 독립차륜형 조향장치에 관한 것이다.

일반적으로 저상 철도차량이 아닌 일반적인 고상 철도차량에서는 양측의 철도차륜이 차축으로 연결되는 일체형 윤축(輪軸)(non-IRW; non Independent Rotating Wheels)을 이용하고 있다. 이때, 차륜은 테이퍼진 단면을 가지고 있어 레일 상을 구르며 주행할 때 한쪽으로 치우친 경우에는 서로 다른 속도 차에 의한 복원력이 작용하여 중앙으로 돌아오게 되어 안정하게 주행한다.

이와 같은 고상 철도차량은 곡선부의 주행에서도 차축이 레일 중심에서 곡선 외부로 약간 치우쳤을 때 이러한 테이퍼 단면에 의해 양측 차륜의 구름 반경의 차이가 생기면서 원활하게 주행할 수 있도록 한다.

그러나, 주행 곡선 반경이 작은 급곡선에서는 안쪽 레일과 바깥쪽 레일의 주행거리 차이가 크므로 앞에서 언급한 차륜의 테이퍼 단면에 의한 곡선통과 성능만으로는 부족하게 되고 미끄러짐이 발생하는 크리프력(creep force)이 작용한다. 이때, 차륜 및 레일에 큰 마모가 발생하게 되고 또한 큰 소음 및 진동이 발생한다.

한편, 바이모달 트램(Bimodal Tram) 등과 같은 철도차량에서 승객의 탑승 시 편리성을 위하여 차량 바닥을 낮춘 저상 차량이 운행되고 있으며, 이와 같은 저상 차량은 윤축의 차축 공간까지 차량 바닥을 넓히기 위하여 차축을 제거한 독립형 차륜(IRW; Independent Rotating Wheels)이 이용되고 있다. 이때, 상기 독립형 차륜을 구비한 저상 차륜의 경우 차축의 제거로 양측 차륜의 회전은 독립적이게 되고 급곡선에서 안쪽과 바깥쪽 차륜이 서로 자유롭게 회전할 수 있으므로 크리프력이 발생하지 않아 원활한 곡선 통과가 가능하다.

그런데, 독립차륜형 대차는 차륜을 지지하는 차축이 없는 관계로 80 km/h 이상의 속도로 주행시 한계가 있어 도시(都市)간 이동과 표정속도가 낮아 노선 설계시 수송량에 제한을 받아 차량을 추가 투입하는 문제가 있고 저상 대차의 특징으로 도시에서 운행해야함으로 곡선반경 25mR에서 운행시에는 스킬 소음이 발생하고 있다.

한편, 종래의 독립차륜의 차륜은 단독으로 작용하고 휠케리어가 양쪽으로 연결하고 있는 구조이다.

그런데, 이와 같은 독립차륜형 대차는 고속주행시 떨림 현상으로 인해 승차감이 현저히 떨어짐은 물론 80 km/h 이상의 속도로 고속 주행시 탈선의 위험이 있어 주행 속도에 한계가 발생한다.

또한, 도심 내에서 운행시 도로와 동일하게 운행되는 특징으로 곡선 반경 통과시 스킬 소음이 발생하여 민원발생의 원인이 된다.

따라서, 본 발명은 이러한 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 차축을 사용하지 않고 차륜을 설치함으로써 저상 차량의 경우 바닥의 높이를 더 낮게 형성할 수 있고 고속주행시 액티브 셔스팬션이 속도에 따라 강성을 달리하여 안전성을 확보할 수 있는 고속 저상 독립차륜형 조향장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 차량의 곡선 주행을 원활히 할 수 있고 곡선 반경 통과시 스킬 소음을 저감할 수 있는 고속 저상 독립차륜형 조향장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

이와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은;

대차프레임에 조향이 가능하게 구비되며 차륜이 설치되는 브라켓과, 상기 브라켓의 일측에 연결되어 액티브 서스펜션 장치에 의해 강성이 조절되어 상기 브라켓을 조향하는 조향바로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고속 저상 독립차륜형 조향장치를 제공한다.

이때, 상기 브라켓은 하부에 저널박스의 상부에 형성되는 제1힌지공에 힌지결합되는 제1힌지축이 형성되고, 상기 브라켓의 상부에는 대차프레임의 하부에 형성되는 제2힌지공에 힌지결합되는 제2힌지축이 형성되는 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 저널박스와 대차 프레임의 사이에는 1차 현가장치가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 1차 현가장치는 강성 스프링이나 유압방식 또는 고무 스프링 중에 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 대차프레임은 차륜을 통해 전달되는 진동이 차체에 전달되는 것을 차단하기 위해 상기 대차프레임과 객차 사이에 2차 현가장치가 구비되는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 2차 현가장치는 강성 스프링이나 유압방식 또는 고무 스프링 중에 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 대차프레임에 구비되는 브라켓에 차륜을 설치하고 브라켓에 연결되는 조향바를 액티브 서스팬션 장치를 사용하여 조향함으로써 차량의 속도에 따라 조향바의 강성 조절이 가능해져 차량의 주행시 안정감을 높이는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면 차륜의 조향으로 인해 스킬 소음 저감의 효과가 우수할 뿐만 아니라 고속주행시 액티브 서스팬션 장치가 속도에 따라 강성을 달리하여 안전성을 확보하고 저속 곡선 주행시 강성이 낮아지고 곡선 주행을 원활히 할 수 있고, 고속주행시 독립차륜이 갖고 있는 단점을 보완하여 주행안전성을 향상시키는 효과도 있다.

도 1은 본 발명에 따른 고속 저상 독립차륜형 조향장치가 설치된 대차의 전방측 차륜의 조향 상태를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 고속 저상 독립차륜형 조향장치가 설치된 대차의 전방측 및 후방측 차륜의 조향 상태를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 고속 저상 독립차륜형 조향장치가 설치된 대차의 후방측 차륜의 조향 상태를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 차륜의 구조를 설명하기 위해 도시한 사시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 차륜의 구조를 설명하기 위해 도시한 단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 차륜의 조향 각도를 설명하기 위해 도시한 도면이다.

본 발명에 따른 고속 저상 독립차륜형 조향장치를 첨부한 도면을 참고로 하여 이하 상세히 기술되는 실시 예에 의하여 그 특징을 이해할 수 있을 것이다.

이때, 도 1 내지 도 3은 본 발명에 따른 고속 저상 독립차륜형 조향장치가 설치된 대차의 차륜 조향 상태들을 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 차륜의 구조를 설명하기 위해 도시한 사시도이고, 도 5는 본 발명에 따른 차륜의 구조를 설명하기 위해 도시한 단면도이며, 도 6은 본 발명에 따른 차륜의 조향 각도를 설명하기 위해 도시한 도면이다.

도 1 내지 도 6에 의하면, 본 발명에 따른 고속 저상 독립차륜형 조향장치가 설치되는 대차는 대차프레임(100)에 차축을 사용하지 않고 차륜(110)을 설치함으로써 대차의 상측에 구비되는 차체(미도시됨) 바닥의 높이를 더 낮게 형성할 수 있다.

이때, 상기 대차를 좀 더 구체적으로 살펴보면, 대차는 차체를 지지하는 대차프레임(100)과, 그 대차프레임(100)의 전방 및 후방 양측에 회전이 자유롭게 차륜(110)이 설치된다.

한편, 상기 대차프레임(100)은 차륜(110)을 통해 전달되는 진동이 차체에 전달되는 것을 차단하기 위해 진동을 흡수하기 위한 1차 및 2차 현가장치(120,130)가 구비된다. 이때, 저상 대차에는 1차 및 2차 현가장치(120,130)를 필수적으로 설치하여 진동을 저감시키고, 제한된 설치공간과 작은 무게 및 유지보수 등을 고려하여 간결하게 설계함이 바람직하다.

이때, 상기 1차 현가장치(120)는 차륜(110)과 대차프레임(100) 사이에 위치하여 차륜의 진동을 차단하여 열차 등이 선로에서 탈선 또는 전복의 위험도를 줄여주기 위한 것으로, 강성 스프링이나 유압방식 또는 고무 스프링을 사용한다.

그리고, 상기 2차 현가장치(130)는 대차프레임(100)과 객차 사이에 위치하여 1차 현가장치(120)가 저감시키지 못한 진동들을 흡수하여 좀더 안락한 승차환경을 제공하기 위한 것으로 스프링을 사용하거나 유압방식 또는 Tube형태의 고무스프링 방식을 사용한다.

이와 같은 대차프레임(100)에는 본 발명에 따른 고속 저상 독립차륜형 조향장치(200)가 구비된다.

상기 조향장치(200)는 대차프레임(100)에는 조향이 가능하게 구비되며 차륜(110)이 설치되는 브라켓(210)과, 상기 브라켓(210)의 일측에 일체로 연결되어 액티브 서스펜션 장치(220)에 의해 강성이 조절되어 상기 브라켓(210)을 조향하는 조향바(230)로 이루어진다.

즉, 상기 차륜(110)의 조향이 원활하도록 하기 위해 대차프레임(100)에는 조향이 가능하게 브라켓(210)이 구비되고, 상기 브라켓(210)에는 차륜(110)이 구비된다.

좀 더 상세하게는 상기 브라켓(210)의 하부에는 저널박스(240)의 상부에 형성되는 제1힌지공(242)에 힌지결합되는 제1힌지축(212)이 형성되고, 상기 브라켓(210)의 상부에는 대차프레임(100)의 하부에 형성되는 제2힌지공(102)에 힌지결합되는 제2힌지축(214)이 형성된다.

이와 같은 구조에 의하면 상기 브라켓(210)은 저널박스(240)와 대차프레임(100)의 사이에 위치하여 제1 및 제2힌지공(242,102)을 중심으로 조향이 가능하다.

한편, 상기 저널박스(240)와 대차 프레임(100)의 사이에는 1차 현가장치(120)가 구비되어 차륜(110)으로부터 전달된 진동을 감쇄시키는 기능을 한다.

그리고, 상기 대차 프레임(100)에는 철도차량이 곡선 주행을 위해 상기 브라켓(210)에는 조향바(230)가 연결되며, 상기 조향바(230)는 액티브 서스펜션 장치(220)에 의해 강성이 조절된다.

한편, 상기 조향장치(200)는 대차프레임(100)의 전방 및 후방 양측 즉, 4곳에 구비되는 것으로 각각의 조향장치(200)를 구성하는 브라켓(210)을 조향하기 위해 조향바(230)가 각각의 브라켓(210)에 개별적으로 구비되어 브라켓(210)의 조향이 이루어지며, 그에 따라 차륜(110)의 조향이 이루어진다.

특히, 대차의 전방측 차륜쌍들은 함께 동일한 방향으로 조향되고, 후방측 차륜쌍 역시 동일한 방향으로 조향되며, 반경 15mR에서의 최소회전각은 7.13°로 하여 조향시 대차프레임(100)과의 간섭이 없도록 함이 바람직하다.

이와 같은 본 발명에 따른 고속 저상 독립차륜형 조향장치는 동력대차(driving bogie)와 종대차(trailing bogie)에 모두 적용할 수 있다.

이상과 같이 대차프레임(100)의 양측에 각각 조향가능한 브라켓(210)을 구비하여 차륜(110)을 설치하고 상기 브라켓(210)에서 연장형성되는 조향바(230)를 제어하는 액티브 서스팬션 장치(220)를 구비하여 속도에 따라 강성을 조절함으로써 인버터에서 모터를 회전반경 차이에 따른 속도차이를 각각의 차륜(110)별로 제어함으로써 소음을 줄일 수 있다.

특히, 본 발명은 대차에 차축을 사용하지 않고 차륜(110)을 설치함으로써, 저상 차량의 경우 바닥의 높이를 더 낮게 형성할 수 있고, 각각의 차륜(110)에 연결되는 조향바(230)를 액티브 서스팬션 장치(220)를 사용하여 조향함으로써 차량의 속도에 따라 조향바(230)의 강성을 조절하게 되어, 차량의 주행시 안정감을 높일 수 있고, 조향으로 인해 발생되는 스킬소음의 저감 효과를 높일 수 있다.

또한, 고속주행시 액티브 셔스팬션 장치(220)가 속도에 따라 강성을 달리하여 안전성을 확보하고 저속 곡선 주행시 강성이 낮아지고 곡선 주행을 원활히 할 수 있다.

특히, 본 발명은 도시내 주행하는 대차의 곡선추종성을 향상시키고 스킬소음을 줄이게 됨으로써 우수하고, 인버터로 곡선 반경 통과시 회전속도 제어가 가능하여 원활한 주행이 가능하며, 고속주행시 독립차륜이 갖고 있는 단점을 보완하여 주행안전성이 향상된다.

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: 대차프레임 102: 제2힌지공
110: 차륜 120: 1차 현가장치
130: 2차 현가장치 200: 조향장치
210: 브라켓 212: 제1힌지축
214: 제2힌지축 220: 액티브 서스펜션 장치
230: 조향바 240: 저널박스
242: 제1힌지공

Claims (6)

1. 대차프레임에 조향이 가능하게 구비되며 차륜이 설치되는 브라켓과, 상기 브라켓의 일측에 연결되어 액티브 서스펜션 장치에 의해 강성이 조절되어 상기 브라켓을 조향하는 조향바로 이루어지되,
   상기 브라켓은 하부에 저널박스의 상부에 형성되는 제1힌지공에 힌지결합되는 제1힌지축이 형성되고, 상기 브라켓의 상부에는 대차프레임의 하부에 형성되는 제2힌지공에 힌지결합되는 제2힌지축이 형성되는 것을 특징으로 하는 고속 저상 독립차륜형 조향장치.
   
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,
   상기 저널박스와 대차 프레임의 사이에는 1차 현가장치가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 고속 저상 독립차륜형 조향장치.
   
4. 제 3항에 있어서,
   상기 1차 현가장치는 강성 스프링이나 유압방식 또는 고무 스프링 중에 어느 하나인 것을 특징으로 하는 고속 저상 독립차륜형 조향장치.
   
5. 제 1항에 있어서,
   상기 대차프레임은 차륜을 통해 전달되는 진동이 차체에 전달되는 것을 차단하기 위해 상기 대차프레임과 객차 사이에 2차 현가장치가 구비되는 것을 특징으로 하는 고속 저상 독립차륜형 조향장치.
   
6. 제 5항에 있어서,
   상기 2차 현가장치는 강성 스프링이나 유압방식 또는 고무 스프링 중에 어느 하나인 것을 특징으로 하는 고속 저상 독립차륜형 조향장치.

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