알아두면 쓸데있는 열차 승차감 상식

우리는 일반적으로 열차를 이용할 때 다른 교통수단보다 '쾌적하다'고 느낍니다. 열차는 빠른 속도에 비해 소음이나 진동, 급제동이 적어 승차감이 좋은 편인데요. 실제로 버스 등의 대중교통에서 차멀미를 하던 사람도 열차에서는 멀미를 거의 경험하지 않는다고 합니다. 

그런데 여기서 '승차감'이란 구체적으로 무엇을 의미하는 걸까요? 승차감은 승객이 철도차량을 이용할 때 느끼는 정도로서, 열차 내의 쾌적성에서 진동까지 광범위한 내용을 포괄합니다. 오늘 현대로템 블로그에서는 승차감에 영향을 주는 요인과 승차감을 높이기 위한 철도차량 제작 기술력에 대해 살펴보겠습니다.

열차의 승차감을 결정하는 요인

▲진동, 소음, 온도 등 정량적 요소에서부터 기분과 분위기 등 주관적 요소까지 승차감에 영향을 미친다

‘탈것에 탔을 때의 느낌’을 의미하는 승차감. 승차감을 정의하는 요소는 무척 다양하며 그 범위 또한 주관적으로 분류되는 경우가 많습니다. 개개인의 감각 차이가 존재하여 정량적으로 평가하기도 어려운 개념이기도 하죠. 하지만 진동이 승차감을 결정하는 주 요인인 만큼, 진동의 크기와 성질을 척도로 승차감과의 관계를 나타낸 ‘승차감 계수’라는 개념이 있습니다. 

▲승차감 계수 기준표(출처: 철재차륜형 경전철 승차감 특성에 관한 고찰, 2012년도 한국철도학회 추계학술대회)

승차감 계수(Riding quaility coefficient)란 차량의 진동에 의한 승객 승차감의 안락도를 나타낸 수치로서, 총 5단계로 구분되는 승차감 계수는 진동가속도를 기준으로 정해지는데요. 기준선상의 진동을 1로 나타내고 각 진동수에서의 가속도가 2배가 되면 승차감 계수도 2로 나타냅니다. 승차감 계수 1 이하는 승차감이 매우 양호하며, 4가 넘어가면 나쁜 것으로 볼 수 있습니다. 승차감 계수는 궤도의 구조와 정비상태, 열차속도, 열차의 종류와 정비상태 등에 의해 밀접하게 영향을 받습니다. 

▲알아두면 쓸데있는 열차 진동 상식!

▲ 현대로템 창원공장에서 제작 중인 대차의 모습

한편, 철도차량의 여러 장치와 부품 중에서는 대차가 승차감에 가장 큰 영향을 줍니다. 차체를 지지하고 레일 위를 주행하는 대차는 바퀴와 레일의 마찰에서 발생하는 충격을 흡수하는 역할을 합니다. 대차의 완충장치는 1차 코일스프링과 2차 공기스프링으로 이루어져 급곡선 구간에서 충격과 레일간 틈(겨울철>여름철)에서 발생하는 충격을 흡수하여 승차감을 향상시킵니다. 최근에는 대차의 완충장치의 설계 기술이 향상 및 개발되어 승차감이 우수하고 안전성이 높은 기차여행이 가능해졌습니다.

▲알아두면 쓸데있는 대차 상식

▲철도 기술의 혁신! 급곡선 주행 열차시스템 개발자 인터뷰

▲ EMU-250 열차의 특실 내부 콘셉트

실내 환경 역시 승차감에 영향을 주는 요인입니다. 승객이 직접 느끼는 내부 온도와 조명, 좌석의 질감은 철도차량의 쾌적함을 한 단계 끌어올릴 수 있죠. 그래서 철도차량 제작사는 냉난방기와 좌석 간격, 안락함 등 고객의 전반적인 승차 경험을 높이기 위해 많은 노력을 기울입니다. 승객이 역방향을 선호하지 않는다는 점을 고려해 현대로템이 개발한 회전식 좌석(KTX-산천, SRT 등에 적용)이 대표적인 사례입니다. 

▲알아두면 쓸데있는 신기한 고속열차 상식

승차감을 높이는 철도 기술

이번에는 승차감과 관련해 주목받고 있는 MR 댐퍼와 영속도 회생제동 기술을 살펴보겠습니다. 먼저 댐퍼란 진동 에너지를 흡수해 안정성을 높이는 부품을 말하는데요. 철도차량의 진동을 감소시키는 현수장치에 장착된 댐퍼가 진동을 감쇄하고 승차감을 높이는 것입니다. 현대로템은 여기서 한 단계 더 나아가 차량의 주행정보를 센서로 감지해 적극적으로 진동을 줄이는 능동현수장치를 개발하기도 했습니다.

▲ MR 댐퍼에 활용된 유체가 자기장에 반응하는 실험 장면

이러한 현대로템의 댐퍼 기술 개발은 방산 차량의 승차감을 높이기 위해 시작되었는데요. 현대로템은 2008년 MR 댐퍼를 적용한 차륜형장갑차의 주행성능 시험에 성공했고, 2014년에는 핵심소재와 관련 기술의 국산화에 성공한 바 있습니다. 이 MR 댐퍼에 사용되는 MR 유체는 자기장에 따라 점도가 변하는 유체로, 빠른 반응속도와 넓은 온도 범위가 특징입니다. 현대로템은 MR 댐퍼 기술을 방산 차량은 물론 전기차, 철도차량에도 적용하기 위한 연구를 진행하고 있습니다. 

▲ 영속도 회생제동 기술이 적용된 서울 2호선 전동차의 모습

지난 2019년 6월, 현대로템은 국내 최초로 영속도 회생제동(Zero Speed: 열차가 멈출 때 정차시점까지 회생제동을 지속적으로 사용하는 전기제동 방식) 기술 개발에 성공했습니다. 회생제동은 열차 제동 시 발생하는 전기에너지를 가선으로 보내 에너지를 절약하는데, 기존의 전동차는 저속에서 전기제동 제어가 어려워 공기제동과 혼합하여 많이 사용했습니다. 

현대로템의 영속도 회생제동은 마찰 소음과 미세먼지 등 승차감을 저하하는 공기제동 대신 회생제동을 낮은 속도까지 사용할 수 있는 기술입니다. 이후 열차를 100% 정위치에 정차시켜 운행 효율을 높이는 것은 물론, 미세먼지와 소음 저감을 통해 승객의 승차환경을 향상시킬 것으로 기대됩니다.

‘승차감 최상’ 자기부상열차

▲ 세계 두 번째로 상용화된 인천공항 자기부상열차

이번에는 승차감이 가장 좋다고 알려진 자기부상열차를 소개해 드리겠습니다. 자기부상열차는 자석의 힘으로 선로 위에 떠서 움직이는 열차로, 철로와의 마찰이 없는 만큼 소음이나 진동이 적습니다. 전자석을 이용하기 때문에 가ㆍ감속이 효율적이고 분진이 발생하지 않아 친환경적이라는 장점도 있죠. 단, 전자기력이 열차에 작용하기 때문에 약간의 진동은 발생합니다.

현재 우리나라의 자기부상열차는 대전(국립중앙과학관)과 인천(인천공항)에서 운행하고 있으며, 일반 전동차보다 승차감이 부드럽고 소음 역시 매우 낮다는 평가를 받고 있습니다. 

▲원리에서 개발 동향까지! 현대로템의 자기부상열차 기술력

오늘 현대로템 블로그에서는 열차의 승차감과 관련된 철도 상식들을 소개해 드렸습니다. 철도차량의 목표는 승객을 빠르고 ‘편안하게’ 목적지까지 이동시키는 것입니다. 전세계의 철도차량 제작사들이 소음, 진동 저감 기술 개발에 공을 들이는 것도 이 때문이죠. 초고속 자기부상열차인 튜브트레인 등 미래 이동수단에 대한 연구도 계속되고 있습니다. 

편안하면서도 빠르고 조용한 기차여행! 그 뒤에 수많은 철도 기술과 부품의 활약이 있다는 점도 기억해 주세요!

참고 자료

▲ 철재차륜형 경전철 승차감 특성에 관한 고찰(2012, 한국철도학회)