현대로템, '15m 반경' 급곡선 주행 열차시스템 세계 최초 개발

- 열차 곡선반경 감소로 복잡한 도심지역 자유롭게 운행가능

급곡선 주행장치 시험용 도시철도차량[사진=현대로템 제공]

현대로템이 세계 최초로 복잡하고 굴곡진 도심지역에서도 열차가 다닐 수 있는 주행시스템을 개발했다.

현대로템은 19일 세계 최초로 곡선 반경이 15m에서 운행이 가능한 저상형 주행장치를 개발에 성공했다고 밝혔다. 주행장치란 열차의 차체를 지지하고 차량의 주행을 담당하는 주요장치로 열차의 바퀴에 해당하는 차륜과 차축 등으로 구성돼있다.

현대로템이 개발한 기술은 국가연구과제인‘저심도 도시철도시스템 기술개발’의 일환으로 지난 2014년부터 2018년까지 5년 동안 노력해 얻어낸 결과다. 저심도 도시철도시스템 기술개발은 기존 지하철의 건설 및 운영비가 많이 발생하는 문제점을 해결하고자 저심도에서 운영이 가능한 차량과 인프라 핵심기술을 개발하는 국가연구과제다.

기존에 사용된 주행장치는 열차의 곡선 반경이 25m이상에서만 주행이 가능해 도심 밀집지역이나 유동인구가 많은 지역의 철도 노선 계획 수립에 많은 불편함이 있었다. 이로 인해 기존 노선들은 곡선반경이 좁은 곳에서는 철로 신설이 어려웠다.

급곡선 주행장치 운영 곡선 반경 비교[이미지=현대로템 제공]

그러나 이번에 현대로템이 개발한 주행장치는 최소 곡선 반경이 15m로 줄어들면서 복잡한 도심 내에서도 일반도로와 동일하게 열차 주행이 가능하고 건설비도 절감할 수 있게 됐다. 특히 일반 도로 위에서 운행되는 트램에 설치 시 자유로운 선로 구축이 가능하다는 게 현대로템 측 설명이다.

아울러 현대로템이 개발한 급곡선 주행장치는 차륜과 선로가 맞닿는 압력을 기존 장치 대비 30% 이상 줄여 소음 감소와 차륜과 선로의 수명 연장이 가능하다. 이를 통해 운영사는 유지보수 비용을 줄일 수 있으며 이 주행장치는 열차의 차체 높이를 낮춰 인도와 탑승구가 동일한 높이에 위치하는 저상화 모델로 개발돼 교통약자의 승하차에도 용이하다는 장점이 있다.

이번에 개발된 주행장치의 핵심기술로는 개별모터 토크제어 기술과 개별제동 제어기술, 능동 유압 조향 기술 등이 있다.

개별모터 토크제어기술과 개별제동 제어기술은 주행장치의 각 차륜마다 모터와 제동장치를 설치해 센서에서 획득한 열차 정보를 기반으로 각 모터의 속도와 제동능력을 제어하는 기술이다. 이를 통해 이번에 개발된 주행장치는 기존에 비해 조향능력이 우수하고 곡선에서의 압력과 마모가 줄어 부드러운 주행이 가능하게 됐다.

또 능동유압 조향기술은 기존 선로를 따라 움직이는 기계식 조향 방법을 벗어나 축의 변동 정보를 입력 받아 전·후 축의 조향을 유압을 통해 동시 또는 개별 조작할 수 있는 기술로 기계식 조향 방법에 비해 차륜의 마모가 저감돼 소음 개선과 유지보수 비용을 절감할 수 있다.

이번 신기술 개발 바탕에는 현대로템이 글로벌 철도 업계 최초로 도입한 HILS(Hardware-In-the-Loop Simulation)가 큰 역할을 했다. HILS는 사용자가 원하는 환경을 그대로 구현해 실내에서도 가상 시뮬레이션을 통해 다양한 테스트가 가능한 시스템이다. 현대로템은 HILS를 통해 실차 테스트에서는 검증하기 어려운 가혹조건에서 수천번의 시험을 거쳐 충분한 성능 검증과 안정성을 입증했으며 비용과 시간을 크게 단축시킬 수 있었다.

현대로템은 이번에 개발된 주행장치의 시뮬레이션 시험을 거쳐 최근 창원공장에서 시험용 트램에 직접 설치해 성능검증시험까지 완료했다.

현대로템이 개발한 주행장치에 적용된 개별모터 토크제어기술과 능동유압 조향기술은 2016년와 2017년에 각각 한국철도학회가 선정한 대한민국을 대표하는 철도 10대 기술로 선정됐으며 2016년에는 두 가지 기술 모두 특허 등록을 마쳤다.

현대로템은 지속적으로 연구개발을 통해 기술력을 확보해 나가고 있으며 최근 5년간 1년에 평균 약 86회의 특허를 등록하는 등 신기술개발에 적극적인 모습을 보이고 있다. 현대로템의 지난해 R&D 투자금액은 1015억원으로 2016년(890억)보다 14%가 늘었으며 매출액 대비 연구개발비 비율도 2016년 3.3%에서 4.3%로 증가했다. 전체 제조업 평균인 2.1%보다 높은 수치다. 또 같은 기간 연구소 개발 인력도 650명에서 710명으로 10% 가까이 늘려 미래 기술 확보에 박차를 가하고 있다.

특히 현대로템은 에너지 저감 기술과 시스템 통합기술, 소음·진동 저감 기술확보에 R&D 역량을 집중하고 있다. 이번에 개발된 급곡선 주행장치 기술 및 MR 댐퍼 기술, 열차풍 측정기술, 열차 주요 소음원 예측 기술, 스마트트레인 기술 등이 대표적 예다.

뿐만 아니라 지난 2016년 개통된 인천공항 자기부상열차를 비롯해 친환경 저상 트램, 동력 분산식 고속열차, 2층 고속열차 등 신성장동력 확보를 위한 새로운 열차 개발에도 열을 올리고 있다.

현대로템 관계자는 “이번 연구성과는 소음과 분진을 줄이고 급격한 곡선에서도 운영이 가능해 트램과 같은 도시철도에 기술을 적용할 수 있을 것으로 보인다”며 “신기술과 더불어 앞서 축적한 기술력과 노하우를 바탕으로 해외 전동차 및 고속차량 수출을 위해 지속적인 노력을 기울일 계획”이라고 말했다. 이어 “단기적인 이익 증가에 몰두하지 않고 미래 준비에 역점을 두겠다”라고 덧붙였다.