캡슐 차량 비선형 특성을 고려한 차체의 강체운동 최적 자유도 연구

국문 초록 (Abstract)

하이퍼루프용 캡슐 차량은 일반 고속철도차량과 마찬가지로 15 자유도의 동역학 모델로 표현될 수 있다. 그러나 캡슐 차량의 1차 현가장치에 해당하는 부상 및 안내 현가장치는 자기장에 의한 부상력 및 안내력의 특성이 반영되어 비선형 특성을 가지게 되기 때문에 동특성 파악을 위한 시뮬레이션에 있어서 일반 철도차량보다 복잡하고 많은 시간이 소요된다. 따라서 15 자유도의 동역학 모델도 중요하지만, 캡슐 차량의 동특성에 큰 영향을 미치지 않도록 자유도를 축소하여, 좀 더 간단한 수학식을 구현함과 동시에 시뮬레이션 시간을 단축하는 것이 필요하다. 이를 위하여 본 연구에서는 11 자유도 및 9 자유도의 캡슐 차량 동역학 모델을 제안하였으며, 이들에 대한 시뮬레이션 결과들을 15 자유도의 시뮬레이션 결과와 비교하여 어느 정도 오차가 발생하는지 확인하였다. 한편, 1차 현가장치가 비선형으로 표현되는 캡슐 차량 동특성의 수학적 모델은 비선형 부분공간 식별(Nonlinear Subspace Identification) 방법의 원리를 사용하여 전개하였다. 시뮬레이션 결과로부터 캡슐 차량 차체의 수직 및 횡 방향 운동에 거의 영향을 미치지 않는 11 자유도의 캡슐 차량을 제안하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Capsule vehicles for hyperloops, like conventional high-speed rail vehicles, can be expressed as a dynamics model with 15-DOF. On the other hand, the levitation and guidance suspension systems, which are the primary suspension systems of the capsule vehicle, have nonlinear characteristics by reflecting the characteristics of the levitation force and guidance force caused by the magnetic field, so the computer simulation for understanding the dynamic characteristics of capsule vehicle is more complicated and requires more effort and time than conventional high-speed rail vehicles. Therefore, although a dynamic model with 15-DOF is important, it is necessary to implement simpler mathematical equations by reducing the degrees of freedom to have no significant effects on the dynamic characteristics of the capsule vehicle and simultaneously shorten the simulation time. Hence, the capsule vehicle dynamics models with 11-DOF and 9-DOF were proposed, and the simulation results for these were compared with the simulation results with 15-DOF to find out the differences between them. A mathematical model of the dynamic characteristics of a capsule vehicle in which the primary suspension is expressed nonlinearly was developed using the nonlinear subspace identification method. From the simulation results, this study proposed a capsule vehicle with 11-DOF that has little effect on the vertical and lateral motions of the capsule vehicle body.

목차 (Table of Contents)

• 요약
• Abstract
• 1. 서론
• 2. 본론
• 3. 캡슐 차량의 비선형 동역학 모델
• 4. 결과 및 고찰
• 5. 결론
• References