철도차량의 승차감

1. 철도차량 승차감의 요소

승차감을 좌우하는 요소에는 차량의 진동이나 충격을 비롯하여 차내 공간이나 의자의 안락감, 혼잡도, 소음, 환기, 온도, 습도, 풍속, 조명, 색채, 각부의 형상, 촉감 등의 내장 디자인 등 폭넓은 요소들이 있다. 이들 중에서 현재 승객이 가장 영향을 받고 있는 것은 차량의 동요나 충격으로 승객이 받는 좌우·상하·전후 방향의 가속도이다.

 

2. 승차감의 기준

지금까지 승차감의 기준은 차량의 좌우·상하·전후 방향의 진동 가속도의 크기와 주파수에 의하여 승차감을 평가해 왔다. 승객이 느끼는 진동 가속도의 크기는 좌우·상하·전후방향에 따라 다르기 때문에 우선 이 3방향으로 구분하고 있다. 그리고 진동 주파수 대역에 따라 느끼는 가속도가 다르기 때문에 좌우의 경우는 4개의 주파수대로 나누어 각각의 범위마다 진동가속도의 한계치를 정하여 그것을 승차감 계수 1로서, 진동 가속도가 2배, 3배로 됨에 따라 승차감 계수도 2, 3으로 표시하고, 실제의 차량에서의 측정 경험으로「우수」「양호」「보통」「주의」「불량」라는 5단계로 구분하고 있다. 상하·전후의 경우는 주파수 대역이 약간 다르나 거의 같이 구분되고 있다. 승차감 기준이 설정된 후 이것에 노출시간을 고려하게 되었다. 이것은 승객이 받는 수평과 수직 방향의 진동 가속도의 크기와 그 주파수 대역에 따라 피로나 불쾌감의 허용 노출시간을 정하고 있다.

 

3. 곡선 통과 시의 승차감

열차의 고속화에 따라 곡선통과 시에 생기는 좌우 방향의 정상 가속도를 상쇄하는 진자방식이나 차체경사방식이 채용되게 되었다. 그러나 정상 가속도만이라면 횡방향 정상 가속도의 한도치 0.08g 이상에서도 승차감에 폐해가 없다는 것을 알게 되었다. 곡선통과 시에 정상 가속도 0.08g를 초과하여도 진동가속도가 중첩되지 않으면 승차감에 악영향은 없으나, 정상 가속도가 낮아도 진동가속도가 더하여졌을 때는 승차감이 악화하는 것을 실제 주행 중의 차량에서 측정되었다. 곡선 통과 중의 진동 가속도는 곡선 반경의 변화나 곡선 중의 통과 흔들림 등이 주원인이다. 지금까지 곡선의 캔트 부족량은 0.08g를 기준으로 하고 설정하여 왔으나, 최근에는 필요에 따라 캔트 부족량을 0.09g를 넘어서 설정하고 있는 사례도 있다. 틸팅(진자) 방식이나 차체경사방식으로 정상 가속도를 상쇄하여도 가속도에 변화가 생기게 되면 승차감은 변하게 된다. 틸팅 지연이나 완화곡선이 짧은 경우에 발생한다. 따라서 틸팅(진자)각속도(角速度)나 경사 각가속도(角加速度)에 한계치를 마련하고 있다. 이것을 실현하기 위하여 현재는 제어진자방식이 채용되고 있다.

 

4. 승차감 향상 대책

차량에 생기는 가속도는 차량이나 편성열차의 운동 특성, 속도 및 가감 속도에 따라 변화한다. 또 선로의 형상이나 궤도의 정비 수준에 따라 영향을 받는다. 차량에 불필요한 가속도가 생기지 않도록 대차 및 차체의 설계 및 보수를 할 때 고려하고 있다. 우선 주행 안전성을 확보한 후에 승차감 평가에 관여하는 요소를 철저하게 제거하고 있다. 몇 가지 예를 들면 대차의 설계에서는 대차의 경량화나 스프링하질량의 감소를 꾀하고 공기스프링이나 댐퍼를 많이 사용하고 있다. 대차의 보수에서는 차륜답면의 관리, 측수(側受)조정의 엄밀한 시공, 고속 차량에서는 차륜의 회전 밸런스의 조정 등을 하고 있다. 차체 설계에서는 고유진동이 승차감에 영향을 주지 않는 영역을 피해 차체 간을 댐퍼로 연결하고 있다. 최근에는 요잉방지를 위한 댐퍼를 마련하는 일도 있으며 적극적인 진동 방지로써 액티브제어도 시험되고 있다. 가감속 시의 가속도 변화를 제어하는 저크 제어도 인버터제어 등으로 용이하게 할 수 있게 되었다. 선로에서는 곡선 반경을 크게 하고 완화 곡선을 적절한 길이로 하고 있다. 그러나 이것도 한계가 있는 경우는 차량에 진자방식이나 차체경사방식을 채용하고 있다.