틸팅 열차

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1. 개요

틸팅 열차는 곡선 주행 시 원심력을 상쇄하기 위해 차체를 기울이는 기술을 적용한 열차이다. 틸팅 기술은 선로 개량 없이 고속 주행을 가능하게 하며, 승차감 개선을 목적으로 한다. 틸팅 열차는 제어 방식(자연 틸팅식, 강제 틸팅식)과 틸팅 메커니즘(공기 스프링식, 링크식, 베어링식)에 따라 구분된다. 틸팅 기술은 다양한 국가에서 개발되어 사용되었으며, 특히 유럽, 일본 등에서 활발하게 도입되었다. 대한민국에서는 한국형 틸팅열차(TTX)가 개발되었으나, 양산되지는 않았다.

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틸팅 열차
개요
유형	열차
작동 원리	곡선 구간에서 차체를 기울여 승차감을 개선하는 기술
주요 목적	곡선 통과 속도 향상 및 승객 불편 최소화
기술적 분류
방식	수동 틸팅: 운전자가 수동으로 틸팅 각도 조절 자연 틸팅: 원심력에 의해 자동 틸팅 (피봇 볼스터 방식) 강제 틸팅: 전자 제어 시스템으로 틸팅 각도 조절 (제어식)
구동 방식	기계식 틸팅: 유압 액추에이터 또는 공압 시스템 사용 전자식 틸팅: 센서 및 제어 시스템으로 정밀 제어
작동 메커니즘
자연 틸팅	차량 하부에 설치된 피봇 볼스터가 원심력에 반응 차량 중심을 이동시켜 틸팅 효과 발생
강제 틸팅	차체에 장착된 센서가 곡선 정보를 감지 컴퓨터 제어 시스템이 액추에이터를 구동하여 차체 기울임
제어 시스템	곡선 정보, 속도, GPS 데이터 등을 활용 최적의 틸팅 각도를 계산하여 액추에이터 제어
장점 및 단점
장점	곡선 구간 통과 속도 향상 승객의 승차감 개선 (원심력 감소) 기존 선로의 활용도 증대 (선로 개량 비용 절감)
단점	초기 도입 비용 및 유지 보수 비용 증가 틸팅 시스템의 복잡성으로 인한 고장 위험 증가 멀미 유발 가능성 (일부 승객)
역사
초기 개발	1960년대 (스페인 탈고 열차 등)
상용화	1970년대 (일본, 이탈리아 등)
주요 개발 국가	일본 이탈리아 스페인 독일 스위스 대한민국
대한민국	한국철도공사 210000호대 (2007년)
주요 틸팅 열차 모델
일본	381계 키하 181계 키하 185계 키하 283계 883계 885계 N700계
유럽	ETR 401 ETR 450 ETR 460 SBB RABDe 500 AVE Class 102 AVE Class 103 체코 철도 680 영국 철도 370
참고
관련 용어	원심력 자이로스코프 관성 항법 장치
관련 기술	능동 현가 장치 진동 제어
관련 연구	고속철도 기술 동향, 한국철도기술연구원

2. 이론적 배경

철도 차량은 곡선을 주행할 때 원심력의 영향으로 바깥쪽으로 기울어지려는 경향이 있다. 열차의 통과 속도를 높일수록 이러한 경향은 커지며, 한계를 넘으면 차량이 넘어지거나 탈선할 수 있다. 이를 방지하기 위해 궤도를 곡선 안쪽으로 기울이는 캔트를 설치하여 원심력을 상쇄한다.^[66]

하지만 열차 속도를 높이기 위해 캔트를 무작정 높일 수는 없다. 저속 열차가 운행하거나 신호 등의 이유로 정지 또는 서행할 경우, 높은 캔트는 오히려 열차를 곡선 안쪽으로 넘어지게 할 위험이 있으며 승차감에도 좋지 않은 영향을 미치기 때문이다. 따라서 실제 캔트량은 일정 수준 이상으로 높이기 어렵다.

틸팅 열차는 이러한 캔트량 부족 문제를 해결하기 위해 개발되었다. 차체를 인위적으로 기울여 부족한 캔트 효과를 보충함으로써, 선로를 대대적으로 개량하지 않고도 곡선 구간에서 더 높은 속도로 주행할 수 있게 한다.

일반적으로 틸팅 기술이 차량에 가해지는 원심력 자체를 줄이는 것으로 알려져 있기도 하지만, 이는 사실과 차이가 있다. 틸팅의 주된 목적은 차량에 가해지는 원심력으로 인해 승객이 느끼는 불쾌감을 줄여 승차감을 개선하는 것이다.^[67]^[68] 선로 자체의 통과 속도를 높이거나 탈선을 예방하는 것은 주로 대차 부분의 개선(예: 자기조타식 대차 등)을 통해 이루어진다.^[69]

즉, 차체 경사(틸팅) 기능은 승차감을 유지하면서 속도를 높이기 위한 장치이지, 궤도나 차량에 가해지는 물리적인 힘을 줄이는 기술은 아니다. 따라서 틸팅 열차를 이용해 고속화를 추진할 경우에는 곡선 구간에서 증가하는 원심력으로 인한 레일 측면 압력 증가 등에 대비하기 위해 궤도를 강화하는 작업이 필요하다.^[70] 만약 궤도 강화가 이루어지지 않은 구간에서는 속도를 높일 수 없으므로 캔트 부족 현상이 발생하지 않아, 틸팅 기능을 정지시키고 운행하는 경우도 있다.^[71] 결국 틸팅 시스템만으로는 곡선 구간의 고속화를 달성할 수 없으며, 차량의 무게중심을 낮추는 설계와 궤도 강화가 함께 이루어져야 진정한 의미의 고속화가 가능하다.

한편, 승객 전원이 착석하는 것을 전제로 하거나 다른 이유로 승차감 저하를 어느 정도 감수한다면, 틸팅 기능을 탑재하지 않거나 기존보다 간소화된 틸팅 장치를 사용하는 선택지도 고려될 수 있다.^[72]

3. 구분

틸팅 열차는 구현 방식에 따라 여러 기준으로 나눌 수 있다. 주로 열차가 곡선을 어떻게 인식하고 차체를 기울이는지에 따른 제어 방식과, 차체를 기울이는 구체적인 구조인 틸팅 메커니즘으로 구분한다.

제어 방식으로는 곡선 주행 시 발생하는 원심력을 이용하는 자연 틸팅식과 센서 및 제어 장치를 통해 능동적으로 차체를 기울이는 강제 틸팅식이 있다.

틸팅 메커니즘으로는 회전 중심을 높게 설정하여 진자처럼 움직이는 자연 진자식, 유압이나 링크 구조 등으로 강제로 기울이는 강제 차체 경사식, 공기 스프링의 압력 변화를 이용하는 공기 스프링 식, 그리고 이들을 조합한 복합 차체 경사식 등이 있다. 각 방식은 구조, 성능, 비용 등에서 차이가 있다.

3. 1. 제어 방식

틸팅 열차의 제어 방식은 열차가 곡선 구간을 어떻게 따라가는지에 따라 구분된다. 크게 자연 틸팅식과 강제 틸팅식으로 나눌 수 있다.

강제 차체 경사식은 곡선 통과 시 링크 등으로 구성된 차체 경사 기구를 유압 등을 이용해 능동적으로 기울이는 방식이다.^[92] 이 방식은 주로 유럽과 미국에서 보급되었으며^[92], 일반적으로 최대 경사각은 자연 틸팅식보다 크다. 예를 들어 이탈리아의 펜돌리노는 8~10도, 스웨덴의 X2000은 6.5도까지 기울일 수 있다.^[95] 강제 차체 경사식은 곡선 진입 감지 방식과 제어 기술의 발전에 따라 초기 차량 단위 제어에서 현재는 편성 단위 제어 및 피드포워드 제어 방식으로 발전해왔다.^[93]^[94]

3. 1. 1. 자연 틸팅식

자연 틸팅식은 차체의 회전축과 무게중심점을 의도적으로 어긋나게 배치하여, 열차가 곡선 구간을 주행할 때 발생하는 원심력에 의해 차체가 자연스럽게 안쪽으로 기울어지도록 하는 방식이다. 별도의 제어 장치가 필요 없어 기술적으로 간단하고, 제어기기 고장에 따른 운행 차질이나 사고 위험이 없다는 장점이 있다. 하지만 횡방향(좌우) 흔들림이 잘 제어되지 않고, 실제 발생하는 원심력과 차체가 기울어지는 정도가 정확히 일치하지 않는 경우가 많아 승차감이 나빠지는 문제가 있다. 이러한 단점 때문에 현재 자연 틸팅식은 거의 사용되지 않고 있다.

'''자연 진자식'''은 자연 틸팅식의 대표적인 방식으로, 차체가 기울어지는 회전 중심을 실제 무게 중심보다 높은 위치에 설정한다. 이렇게 하면 곡선 통과 시 발생하는 초과 원심력(차체를 바깥쪽으로 밀어내는 힘)을 이용하여 마치 진자처럼 차체가 수동적으로 안쪽으로 기울게 된다. 차체와 대차(바퀴가 달린 부분)를 연결하는 링크 기구나, 대차 위에 설치된 롤러 또는 베어링을 통해 차체를 지지하고 기울이는 방식을 주로 사용한다^[73]. 이러한 기구를 통해 차체 기울기의 가상 회전 중심을 설정하여 기울임 동작이 원활하게 이루어지도록 설계하는 경우가 많다. 하지만 스페인의 탈고 펜듈러처럼 별도 기구 없이 공기 용수철을 차체 천장 가까이에 배치하여 회전 중심을 높게 설정하는 방식으로 자연 진자를 구현한 사례도 있다^[74]. 일본에서 처음 차체 기울임 방식을 시험했던 오다큐 전철의 차량 역시 좌우 높은 위치의 공기 용수철을 연결하여 원심력으로 수동적으로 기울어지게 하는 방식이었다^[75].

자연 진자식은 비교적 간단한 구조로 큰 효과를 얻을 수 있어, 일본국유철도(국철)는 1973년 국철 381계 전동차를 통해 영업 운전을 시작했다^[76]. 그러나 곡선, 특히 곡선 시작과 끝 부분의 완화 곡선을 통과할 때 '진자 지연'이나 '흔들림 되돌림'이라 불리는 진동이 발생하여 승차감을 해치는 문제가 있었다. 이는 승객에게 불쾌감을 주거나 멀미를 유발하는 원인이 되기도 한다. 이러한 현상은 기울임 장치의 마찰 등으로 인해 일정 수준 이상의 원심력이 작용해야 차체가 움직이기 시작하고, 원심력이 일정 수준 이하로 떨어져야 원래 상태로 돌아오기 때문에 발생한다^[77]. 또한, 차체가 기울어지면서 무게 중심이 곡선 바깥쪽으로 이동하기 때문에, 고속 주행에 영향이 없도록 무게 중심을 낮추는 설계가 필요하다.

381계 전동차 대차의 진자 기구는 대차 프레임 위에 회전 가능한 판(회전 바)을 놓고, 그 위에 롤러를 설치하여 차체를 지지하는 침목 바를 올리는 구조이다. 차체는 공기 용수철을 통해 침목 바 위에 놓이며, 볼스터 앵커가 차체와 회전 바를 연결하여 앞뒤 방향의 힘을 전달한다. 차체가 기울면 볼스터 앵커도 기울어져 길이가 변하는데, 이 변화는 공기 용수철이 앞뒤로 변형되면서 흡수한다. 롤러에는 플랜지(테두리)가 있어 앞뒤 힘에 의해 미끄러지는 것을 방지한다. 롤러는 니들 베어링으로 지지되지만, 볼스터 앵커 길이 변화에 따른 공기 용수철의 비틀림 등이 진자 운동에 저항을 발생시켜 승차감을 저해하는 요인이 되었다. 일본의 진자식 차량은 최대 5~6도까지 기울어진다^[78].

'''제어식 자연 진자식'''은 자연 진자식의 단점을 보완하기 위해 개발된 방식이다. 기본적인 구조는 자연 진자식과 같지만, 공기압 등을 이용한 능동적인 기울임 제어 장치를 추가하여 '진자 지연'이나 '흔들림 되돌림' 현상을 줄인다. 곡선 정보를 미리 파악하여 차체 기울기를 제어하는 장치가 필요하며, 만약 제어 장치가 작동하지 않더라도 자연 진자식으로 동작하여 안전성을 확보할 수 있다.

국철은 자연 진자식의 문제점을 해결하기 위해 1981년부터 1982년까지 TR906, TR907, TR908 등 3종류의 시험용 대차를 개발했다. 이 과정에서 액티브 차체 진동 제어 장치 등과 함께 제어식 자연 진자식이 개발되었다. 1985년에는 양산을 염두에 둔 개량형 대차(DT51X, TR236X)도 설계되었으나 국철 시대에는 양산되지 못했다.

TR908 대차는 기존 381계와 달리 회전 바가 없고, 대차 틀 위에 콜로(작은 롤러)와 캠 팔로워를 통해 진자 보(차체를 지지하는 부품)가 직접 놓이는 구조이다. 콜로는 원통형을 사용하고 앞뒤 움직임을 억제하기 위해 캠 팔로워를 배치했다. 고속 주행 시 사행동(좌우로 불안정하게 흔들리는 현상)을 억제하기 위해 진자 보와 차체 사이에 요 댐퍼(좌우 회전 진동을 줄이는 장치)를 설치했다^[79]. TR908 대차는 시험에서 우수한 성능을 보였지만, 콜로 장치의 방진 문제 등이 있어 이를 개량한 TR908A 대차가 개발되어 이후 진자 대차에 널리 채용되었다^[80]. 콜로식 진자 대차는 윤활이 필요한 부품이 밀봉되어 있어 유지보수가 쉽고, 고속 주행 안정성이 우수하다는 장점이 있다. 반면, 직선 주행 시 콜로와 받침대가 같은 지점에서 계속 접촉하여 마모가 발생할 수 있다는 단점도 있다.

한편, 디젤 엔진으로 구동하는 기동차의 경우, 엔진과 대차를 연결하는 추진축의 신축 저항이 차체 기울기에 영향을 미쳐 진자식 도입이 어려웠다. 그러나 국철 분할 민영화 이후 1988년 5월, 철도 종합 기술 연구소가 키하 58계의 대차를 개조하여 시험한 결과 만족스러운 성능을 확인했고^[81], 이를 바탕으로 1989년 JR 시코쿠 2000계 기동차가 설계되어 처음으로 진자식 기동차가 실용화되었다^[82]. 이 성공 이후 JR 그룹 모든 여객 회사가 제어식 자연 진자식 기동차를 도입하게 되었다.

실용화된 제어식 자연 진자식은 주로 피드 포워드 방식으로 제어된다^[83]. 선로의 곡선 정보(위치, 반경, 캔트 등)를 미리 차량의 제어 장치에 저장해 둔다. 열차가 주행하면서 ATS 지상자(地上子, 지상 장치)를 통해 현재 위치를 파악하고, 속도계 정보를 바탕으로 곡선 진입 전 완화 곡선 구간에서 공기 실린더 액추에이터를 이용해 미리 차체를 서서히 기울인다. 곡선을 통과한 후 완화 곡선 구간에서도 같은 방식으로 차체를 원래대로 복원시킨다. 이를 통해 완화 곡선 구간에서 발생하는 과도한 진동을 억제한다. 만약 제어 장치가 고장 나더라도 원심력에 의해 자연스럽게 차체가 기울기 때문에 안전성은 확보된다^[84]. 다만, ATS 지상자와 곡선 입구 사이의 거리에서 바퀴가 헛돌거나 미끄러지면 위치 오차가 발생하여 기울임 타이밍이 어긋날 수 있고, 공사 등으로 지상자 위치가 변경되면 차량의 데이터베이스를 갱신해야 하는 과제가 있다^[85]^[86].

일본의 제어식 자연 진자식 기구에는 콜로식과 베어링 가이드식이 있다^[87]. 초기 381계는 콜로식을 사용했지만, 진자 중심을 낮추기 어렵고 장치가 커지며 방진 구조가 복잡하다는 단점이 있었다. 이를 개선하기 위해 베어링 가이드식이 개발되어, 진자 운동 시 마찰 저항 감소, 장치 소형화, 방진 구조 간소화 등을 달성했다. 이 방식은 JR 시코쿠 8000계 전동차나 JR 홋카이도 281계 기동차 시제차 등에 채용되었다^[88].

1990년대에는 JR 그룹뿐 아니라 토사 구로시오 철도, 지즈 급행 등 제3섹터 철도 회사에서도 제어식 자연 진자식 차량을 도입하며 크게 늘어났다. 그러나 2000년대 들어서는 구조가 더 간단하면서 비슷한 효과를 얻을 수 있는 공기 용수철 차체 경사 방식이 주류가 되었다. 자연 진자식 차량은 2001년 등장한 JR 서일본 키하 187계 기동차와 JR 규슈 883계 전동차의 일부 증비 차량, 개발이 중단된 JR 홋카이도 키하 285계 기동차를 마지막으로 신규 제작이 한동안 중단되었다.

하지만 2017년, 시코쿠 여객철도(JR 시코쿠)는 노후된 2000계 기동차를 대체하기 위해 공기 용수철 방식을 적용한 2600계 기동차를 시험 제작했다. 그러나 곡선이 매우 많은 도산선(土讃線) 운행 시험 결과, 공기 용수철 제어에 필요한 공기 용량 확보에 어려움이 있어 양산을 보류했다. 대신 2600계를 기반으로 제어식 자연 진자 방식을 채용한 2700계 기동차를 2019년부터 도입했다^[89]^[90]. 이는 키하 187계 이후 18년 만에 등장한 새로운 형식의 제어식 자연 진자식 차량이었다. 이후 서일본 여객철도(JR 서일본)와 도카이 여객철도(JR 도카이)도 각각 노후 차량 대체를 위해 제어식 자연 진자 방식을 채용한 신형 차량(273계, 385계) 도입 계획을 발표하면서^[140]^[91], 공기 용수철 방식 적용이 어려운 노선에서는 여전히 제어식 자연 진자식이 유효한 선택지로 고려되고 있다.

3. 1. 2. 강제 틸팅식

강제 틸팅식 열차는 자연 틸팅식 열차의 문제점을 보완하기 위해 개발된 방식이다. 이 방식은 선로의 조건에 따라 최적의 기울임 각도를 컴퓨터를 통해 계산하고, 계산된 값에 따라 액추에이터를 사용하여 능동적으로 차체를 기울인다. 이를 통해 곡선 구간 주행 시 발생하는 요동을 줄여 승차감을 개선하는 장점이 있다. 하지만 제어 시스템이 고장 날 경우 사고로 이어지거나 안전을 위해 감속 운행해야 하는 문제가 발생할 수 있다. 이러한 위험에 대비하기 위해 대부분의 강제 틸팅식 열차는 설계 단계에서부터 페일 세이프(Fail-safe) 개념을 적용하여 안전성을 확보하고 있다.

3. 2. 틸팅 메커니즘

틸팅 메커니즘은 어떤 구조로 차체를 기울이는지에 따라 구분된다. 크게 원심력을 이용하는 자연 진자식과 동력으로 강제로 기울이는 강제 차체 경사식으로 나눌 수 있다.

'''자연 진자식'''은 차체의 회전 중심을 무게 중심보다 높은 곳에 두어, 곡선 구간을 지날 때 발생하는 원심력을 이용해 자연스럽게 차체를 안쪽으로 기울이는 방식이다.^[73] 차체와 대차를 연결하는 링크 기구나 롤러/베어링 등을 이용해 회전 중심을 설정하는 경우가 많지만^[73], 스페인의 탈고 펜듈러처럼 별도 기구 없이 공기 용수철 위치 조정만으로 구현한 예도 있다.^[74] 구조가 비교적 간단하지만, 곡선 진입 시 기울어짐이 약간 늦거나(진자 지연) 불필요한 흔들림이 발생하여 승차감을 해칠 수 있다는 단점이 있다.^[77] 이는 기울임 장치의 마찰 등 때문에 일정 수준 이상의 원심력이 작용해야 움직이기 시작하고, 원심력이 줄어도 바로 원래 상태로 돌아오지 않기 때문이다.^[77] 일본국유철도(국철)의 381계 전동차(1973년 도입)가 대표적인 예시다.^[76] 일본의 자연 진자식 차량은 보통 최대 5~6도까지 기울어진다.^[78] 최근에는 자이로 센서와 위치 정보 등을 이용해 곡선 정보를 미리 파악하고 최적의 타이밍에 차체를 기울이는 '''제어 부가 자연 진자식'''도 개발되어, 273계 등에 적용되었다.^[86]

'''강제 차체 경사식'''은 유압 실린더나 전동기 등의 동력을 이용해 능동적으로 차체를 기울이는 방식으로, '강제 진자식'이라고도 불린다.^[92] 원심력에 의존하지 않으므로 기울임 제어가 더 정확하지만, 자이로스코프나 가속도계 같은 센서와 제어 장치가 필요해 구조가 복잡해진다. 초기에는 각 차량별 센서로 곡선을 감지하여 기울이는 방식(피드백 제어)이 많았으나, 기울임 지연 문제가 있었다. 이후 전자 공학 발달로 편성 전체를 통합 제어하거나, 노선 데이터를 미리 입력해 곡선 진입 전에 미리 기울이는 방식(피드포워드 제어)이 개발되어^[93]^[94] 기울임 지연 문제를 개선했다. 주로 유럽과 미국에서 많이 사용되며,^[92] 이탈리아의 펜돌리노(최대 8~10도)나 스웨덴의 X2000(최대 6.5도)처럼 자연 진자식보다 더 큰 각도로 기울일 수 있는 경우가 많다.^[95] 공기 스프링의 공기압 조절로 차체를 기울이는 방식(공기 스프링 식)이나 링크 구조를 이용하는 방식(링크식) 등이 강제 차체 경사식에 포함된다.

'''복합 차체 경사식'''은 자연 진자식과 다른 방식(주로 공기 스프링식)을 조합하여 더 큰 기울기 각도를 얻는 방식이다. 홋카이도 여객철도(JR홋카이도)는 철도종합기술연구소, 가와사키중공업과 함께 제어식 자연 진자(6도)와 공기 스프링(2도)을 결합하여 총 8도의 기울기를 구현하는 시스템을 개발했다.^[107] 이를 통해 곡선 통과 속도를 더 높이면서도 승차감을 개선할 것으로 기대되었으나,^[107] 키하285계 시제차 제작 직후인 2014년 개발이 중단되었다.^[109]

틸팅 시스템을 탑재한 차량은 공통적으로 몇 가지 기술적 고려 사항이 있다. 틸팅 시 차체가 선로 주변 구조물과 부딪히지 않도록 일반 차량보다 차체 폭이 좁게 설계되는 경우가 많다. 전동차의 경우, 차체가 기울어져도 팬터그래프가 가선에서 벗어나지 않도록 와이어나 별도의 지지대를 이용해 팬터그래프의 위치를 고정하는 장치가 필요하다.^[110] 스위스의 ICN처럼 팬터그래프 자체를 능동적으로 기울이는 방식도 있다.^[111] 기동차의 경우, 엔진에서 바퀴로 동력을 전달하는 추진축의 회전 토크가 차체 기울임에 영향을 줄 수 있어, 엔진 2개를 서로 반대 방향으로 회전시켜 토크를 상쇄하는 등의 방법을 사용하기도 한다.^[112]^[113] 또한, 일반 기동차보다 더 큰 움직임을 흡수해야 하는 전달계 조인트 설계도 중요하다.

유럽에서는 1940년대부터 틸팅 기술 개발이 시작되었다. 이탈리아의 피아트(현 알스톰)나 스웨덴의 아세아(현 봄바디어 트랜스포테이션) 등이 유압 실린더를 이용한 강제 차체 틸팅 방식을 개발하여 유럽 각국에 보급했다. 유럽의 강제 틸팅 방식은 일본의 자연 진자식과 달리 바닥 부근을 축으로 차체 상부가 기울어지는 경우가 많아, 차체 단면이 아래쪽이 좁아지는 사다리꼴 형태를 띠는 것이 특징이다.

특히 이탈리아는 산악 지형이 많아 곡선 구간이 많기 때문에 일찍부터 틸팅 열차 개발에 적극적이었다.^[114] 1971년 피아트가 개발한 시제차 Y-0160은 이후 펜돌리노의 기반이 되었고,^[115] 1975년에는 최초의 영업용 틸팅 열차인 ETR401이 등장했다.^[116] 이탈리아는 자체 기술에 더해 영국 철도청이 개발했던 APT의 기술을 도입하여 펜돌리노 시리즈를 발전시켰다. 펜돌리노는 고속철도 노선뿐만 아니라 기존 노선의 고속화에도 효과적이어서 이탈리아 외 여러 국가에 수출되었다. 대표적인 모델로는 ETR450, ETR460, ETR470, ETR480, ETR600, ETR610 등이 있다.

3. 2. 1. 공기 스프링 식

차체를 지탱하는 공기 스프링의 신축 차이를 이용하여 차체를 기울이는 방식이다.^[96] '''공기 스프링 스트로크식 차체 틸팅''', '''공기 스프링식 차체 틸팅''', '''간이 펜듈럼 방식''', 또는 '''간이 차체 틸팅''' 등 다양한 명칭으로 불리며^[96], 강제 틸팅 방식의 한 종류로 분류된다.^[92] 이 방식은 특별한 틸팅 장치를 추가하지 않고 대차 좌우에 설치된 공기 스프링의 압력을 제어하여 차체를 기울인다.

본격적인 틸팅 차량은 도입 비용이 높고 궤도 강화나 가선 개량 등 지상 설비 투자가 필요하며, 차량 중량과 유지보수 비용 면에서도 불리한 점이 있다. 이에 대한 대안으로 공기 스프링식 틸팅 방식이 개발되었다.^[97] 기존의 공기 스프링 대차 설계를 약간 변경하고 제어 장치를 추가하는 것만으로 구현할 수 있어, 경량화와 저비용화가 가능하다는 장점이 있다.^[103] 최대 틸팅 각도는 다른 방식에 비해 작은 2도 정도지만, 이 각도에서도 곡선 통과 속도를 기본 속도 대비 시속 25km 정도 향상시킬 수 있어(예: JR 홋카이도 키하 261계 기동차, R 600m 이상 구간) 비용 대비 효과가 충분하다. 또한, 차체 바닥면의 좌우 이동이나 수직 하중 변화가 적어 승차감에 위화감이 적다는 장점도 있다.

하지만 몇 가지 기술적 과제와 단점도 존재한다. 틸팅 회전 중심이 공기 스프링과 같은 높이에 있어 틸팅 시 차량한계를 벗어나기 쉬우므로, 일본의 영업 차량에서는 최대 틸팅 각도가 2도 정도로 제한된다.^[98]^[99]^[100] 또한, 곡선 진입 및 진출 시 차체를 정밀하게 기울이고 복원하기 위해 공기 스프링 내 공기의 급배기를 정밀하게 제어해야 하며, 공기 스프링의 반응 시간 지연 문제도 고려해야 한다. 공기를 빠르게 팽창, 수축시키면서 압축 공기 소모량이 많아지는데, 특히 커브가 많은 산악 구간에서는 대용량 컴프레서와 공기 탱크가 필요하며 컴프레서 가동률도 높아진다. 이는 상시 전력 공급이 가능한 전동차보다 엔진 출력의 일부를 컴프레서 구동에 할애해야 하고 보조 기기 장착 공간이 제한적인 기동차에서 더 큰 제약이 된다. 실제로 JR 시코쿠는 공기 스프링식을 채용한 2600계 기동차의 양산을 포기하고, 제어 펜듈럼 방식을 채용한 2700계 기동차를 도입했다.^[104]^[105] JR 서일본 역시 273계 전동차 개발 당시 공기 스프링식을 검토했으나 최종적으로 제어 펜듈럼 방식을 채택했다. 이 외에도 초과 원심력에 의해 차체가 좌우로 흔들리며 스토퍼에 부딪혀 승차감이 나빠지는 문제('''좌우 이동 스토퍼 충돌''')도 있다.

공기 스프링을 이용한 틸팅 시스템은 1960년대부터 구상되었으며, 1973년 당시 서독의 서독 국철이 시험 제작한 403형 고속 열차에 처음 적용되었다. 이 차량은 볼스터리스 대차에 최대 틸팅 각도 2도의 틸팅 장치를 탑재했으나, 시험 운행에 그치고 양산되지는 않았다. 하지만 이 방식을 통해 기본적인 구조가 확립되었고, 저비용 틸팅 기술로 주목받게 되었다.

현재 이 방식은 스페인의 탈고 객차와 일본의 N700계, N700S계, E5계/H5계, E6계 등 신칸센 차량과 여러 JR 여객 회사의 재래선 특급 차량, 일부 사철 및 제3섹터 철도 차량에 채용되고 있다.

3. 2. 2. 링크식

대차의 접속부에 링크 구조와 액튜에이터를 설치하여 차체를 기울이는 방식이다. 영국의 APT, 이탈리아의 ETR계 틸팅 차량, 펜돌리노 등, 주로 유럽계 차량과 여기에 영향을 받은 차량에 채용되고 있다. 대한민국의 TTX는 펜돌리노의 구조에 영향을 받아 이 방식을 채택하고 있다.

3. 2. 3. 베어링 식

차체와 대차 사이에 베어링과 구동면을 두어, 슬라이딩하게 만드는 방식이다.^[73] 이는 자연 진자식의 한 형태로 볼 수 있으며, 일본의 재래선 틸팅 차량 다수가 이 방식을 채택하고 있다.

자연 진자식은 차체 기울기 회전 중심을 무게 중심보다 높게 설정하고, 곡선 통과 시 발생하는 초과 원심력을 이용하여 수동적으로 차체를 기울이는 방식이다. 이때, 대차 프레임 위에 설치된 롤러 또는 베어링과 진자 바^[73]를 통해 차체를 지지하고 기울게 하여 회전 중심을 설정하고 기울임 동작을 원활하게 한다.

대표적인 예로 일본국유철도(국철)가 1973년에 영업 운전을 시작한 국철 381계 전동차가 있다.^[76] 381계 대차의 진자 기구를 예로 들면, 대차 프레임 위에 회전 바가 놓이고, 그 위에 좌우로 롤러가 설치된다. 이 롤러 위에 진자 운동을 하는 침목 바가 놓이며, 차체는 공기 용수철을 통해 침목 바 위에 얹힌다. 롤러는 니들 베어링으로 지지된다.^[77]

하지만 자연 진자식, 특히 롤러/베어링을 이용하는 방식은 곡선(특히 완화 곡선) 통과 시 '진자 지연'이나 '흔들림'이라 불리는 진동이 발생하여 승차감을 해칠 수 있다. 이는 기울임 장치의 마찰 등으로 인해 일정 이상의 원심력이 작용해야 차체가 움직이고, 원심력이 줄어도 즉시 복원되지 않기 때문에 발생한다.^[77] 381계의 경우, 차체와 회전 바를 연결하는 볼스터 앵커의 기울어짐과 공기 용수철의 비틀림 등이 진자 저항을 키워 승차감을 저해하는 요인이 되기도 했다.^[77] 또한, 진자 운동으로 차체 무게 중심이 곡선 바깥쪽으로 이동하므로, 고속 주행에 영향이 없도록 차체 무게 중심을 낮게 설계한다.

일본의 진자식 차량은 최대 기울기 각도가 5~6도 정도이다.^[78]

4. 디자인

ICE T(DB 411)가 곡선을 빠져나가며 차량이 서로 다른 각도로 기울어진 모습을 보여준다.

철도 차량은 곡선을 주행할 때 원심력의 영향으로 바깥쪽으로 기울어지려는 힘을 받는다. 열차 속도가 빠를수록 이 힘은 커져 전복이나 탈선의 위험이 높아진다. 이를 방지하기 위해 곡선 구간의 궤도는 안쪽으로 기울어진 캔트가 설치되어 원심력을 상쇄한다.^[66]

그러나 캔트량을 무작정 늘릴 수는 없다. 고속 열차에 맞춘 높은 캔트는 같은 선로를 이용하는 저속 열차나 정차한 열차에게 오히려 안쪽으로 넘어질 위험을 초래하며, 승차감에도 부정적인 영향을 준다.^[6]^[67] 따라서 실제 적용되는 캔트량에는 한계가 있다.

틸팅 열차는 이러한 캔트의 한계를 보완하기 위해 개발되었다. 열차 차체를 곡선 안쪽으로 능동적으로 기울여 부족한 캔트 효과를 보충함으로써, 선로의 대대적인 개량 없이 곡선 구간의 주행 속도를 높일 수 있게 한다. 틸팅 기술이 차량에 가해지는 원심력 자체를 줄이는 것은 아니며, 주된 목적은 원심력으로 인해 승객이 느끼는 불쾌한 측면 가속도를 줄여 승차감을 개선하는 데 있다. 실제 선로 통과 속도 향상이나 탈선 방지 효과는 대차 개선(예: 자기조타대차) 등 다른 기술과 병행하여 이루어진다.

비행기나 자전거와 달리 스스로 기울어질 수 없는 기차의 특성상, 특히 무게중심이 높은 차량이 고속으로 급커브를 돌 때 전복 위험이 크다. 철도의 캔트는 이러한 위험을 줄이고 승객이 느끼는 측면 쏠림을 완화하기 위한 인위적인 기울기이다.^[4]^[5]

초기 "수동 틸팅" 방식은 기계적 구조로 차체를 기울였으나, 외부 힘과 정확히 균형을 맞추기 어려워 승객에게 멀미를 유발하는 경우가 많았다. 특히 최대 속도와 기울기 상태에서 창밖 풍경은 기울어져 있는데 몸으로 느껴지는 측면 힘은 없어 불안감을 줄 수 있었다.

이 문제를 해결하기 위해 "능동 틸팅" 또는 "강제 틸팅" 방식이 등장했다. 컴퓨터가 선로 정보(열차 내 저장 데이터, 센서, ATS 비콘 등)를 바탕으로 유압 장치 등을 이용해 차체를 강제로 기울인다. 곡선 시작 지점에서 미리 기울이면 멀미가 거의 발생하지 않으며^[12], 틸팅 각도를 실제 측면 가속도의 80% 정도만 보상하도록 제한하면 승객이 더 안정감을 느낀다는 연구 결과도 있다. 이를 통해 틸팅 열차의 멀미 문제는 상당 부분 해결되었다.^[13]^[14]

'제어된 수동 틸팅' 방식은 수동 틸팅처럼 관성으로 기울기 시작하지만, 컴퓨터가 ATS 비콘 등으로 얻은 위치 정보와 선로 데이터를 이용해 기울기 각도를 제어하여 능동 틸팅과 유사한 효과를 낸다.^[37]

강제 차체 경사식은 주로 링크 구조와 유압 장치를 사용해 차체를 능동적으로 기울이는 방식이다.^[92] 이 방식은 원심력을 직접 이용하지 않으므로 회전 중심을 반드시 무게 중심보다 높게 둘 필요는 없으나, 실제로는 원심력의 영향을 최소화하기 위해 무게 중심과 같거나 높게 설계하는 경우가 많다. 제어 장치가 자연 진자식보다 복잡하지만, 더 큰 각도(예: 펜돌리노 8~10도, X2000 6.5도)로 기울일 수 있다.^[95] 초기에는 각 차량 센서로 곡선을 감지해 반응 지연 문제가 있었으나, 현재는 편성 전체를 단위로 제어하고 선두 차량 감지 정보를 후속 차량에 전달하거나, 저장된 선로 데이터로 예측 제어(피드포워드)하는 방식이 사용된다.^[93]^[94] 스페인 CAF의 SIBI 시스템은 피드백과 피드포워드 제어를 결합했다.^[93]

홋카이도 여객철도(JR홋카이도)는 제어식 자연 진자(6도)와 공기 스프링 차체 기울기(2도)를 조합한 '하이브리드 틸팅'(총 8도) 시스템을 개발했으나^[107], 2014년 개발이 중단되었다.^[109]

틸팅 시스템은 승차감 개선을 통한 속도 향상이 목적이며, 궤도나 차량에 가해지는 물리적 힘을 줄이는 것은 아니다. 따라서 틸팅 열차 운행 시에도 곡선 구간 제한 속도 준수는 필수적이며^[69], 고속화를 위해서는 차량의 저중심화와 함께 궤도 강화가 병행되어야 한다.^[70] 궤도 강화가 미비한 구간에서는 틸팅 기능을 사용하지 않기도 한다.^[71]

4. 1. 고속 열차

'''고속 틸팅 열차'''는 고속철도 기준에 부합하는 속도로 운행되는 틸팅 열차를 의미한다. 일반적으로 유럽 연합에서는 개량된 기존 선로에서는 200km/h 이상, 새로 건설된 고속선에서는 250km/h 이상으로 운행하는 경우로 정의한다.^[15]

개량된 선로에서 200km/h 이상으로 운행하는 대표적인 고속 틸팅 열차로는 미국의 Acela,^[16] 스웨덴의 X 2000,^[17] 영국의 펜돌리노와 슈퍼 보야저,^[2]^[18] 그리고 디젤 동력 방식인 독일의 ICE TD 등이 있다.^[19]

일부 오래된 고속선은 비교적 낮은 속도(약 230km/h 이하)로 건설되었지만, 최신 틸팅 열차는 이러한 선로에서도 더 높은 속도를 유지할 수 있다. 예를 들어, 일본의 N700계 신칸센은 도카이도 신칸센 구간에서 최대 1도까지 차체를 기울여, 기존에는 최고 속도가 255km/h로 제한되었던 반경 2500m의 곡선 구간에서도 270km/h의 속도를 유지하며 운행할 수 있다.^[20]^[21]

이탈리아는 산악 지형으로 인해 곡선 구간이 많아 일찍부터 틸팅 열차 개발에 적극적이었다.^[114] 피아트가 개발한 펜돌리노 계열은 이러한 배경 속에서 탄생했으며, 고속선뿐만 아니라 기존 선로에서도 효과적으로 속도를 향상시킬 수 있어 여러 국가에 도입되었다.^[115]^[116] ETR450은 펜돌리노의 초기 양산 모델이다.^[115]

스웨덴 역시 곡선 구간이 많은 철도 환경 때문에 1970년대부터 스웨덴 국철(SJ)과 아세아(현 ABB)가 협력하여 X 2000을 개발했다.^[117] X 2000은 푸시풀 방식으로, 기관차를 제외한 객차에만 유압식 틸팅 기능을 적용하여 기존 선로에서 200km/h 운행을 가능하게 했다.^[117]

많은 고속 틸팅 열차는 전용 고속선과 기존 선로를 모두 운행하도록 설계되었다. 일반적으로 고속선에서는 틸팅 기능을 사용하지 않고 250km/h 이상으로 운행하며, 기존 선로 구간에 진입하면 틸팅 기능을 활성화하여 일반 열차보다 높은 속도로 곡선 구간을 통과한다. 이를 통해 전체 운행 시간을 단축하는 효과를 얻는다.

5. 역사

381계는 일본 최초의 영업용 차체 틸팅 열차로, 자연 진자 방식을 사용했다.

틸팅 열차는 철도 노선의 곡선 구간에서 열차 차체를 기울여 승객이 느끼는 원심력을 줄임으로써, 선로 개량 없이 더 빠른 속도로 운행할 수 있도록 개발된 열차이다. 초기에는 펜듈럼 차량과 같이 원심력을 이용해 자연스럽게 차체가 기울어지는 수동 틸팅(자연 진자식) 방식이 시도되었으나, 실제 운행에는 기술적 한계가 있었다. 이후 컴퓨터 제어를 통해 강제로 차체를 기울이는 능동 틸팅(강제 차체 경사식) 방식과, 대차의 공기 스프링 압력을 조절하여 차체를 기울이는 공기 용수철식 등 다양한 기술이 개발되었다.

세계 각국은 자국의 철도 환경에 맞춰 다양한 방식의 틸팅 열차를 개발하고 도입해왔다.

스페인: 초기에는 이탈리아 기술을 도입하려 했으나, 1980년 탈고(Talgo)사가 독자적인 자연 진자식 객차(탈고 펜둘라)를 개발하면서 오랫동안 자연 진자식이 주류를 이루었다. 대표적으로 최고 속도 200km/h의 "TALGO Pendular 200"과 최고 속도 250km/h의 탈고 250 (및 하이브리드 버전 탈고 250H)가 있다. 이탈리아 기반의 렌페 490계도 있었으나 대차 균열 문제로 운행이 중단되었다. 최근에는 CAF사가 개발한 강제 차체 틸팅 시스템(SIBI)^[93]을 탑재한 TRD (렌페 594계 기동차)나 R-598 기동차 등 강제식 틸팅 열차도 증가하고 있다.
독일: 1973년 403형에 틸팅 기능을 탑재했으나 영업 운전에는 사용하지 못했다. 이후 이탈리아 기술(3세대 펜돌리노 유압식)을 도입한 610형 기동차("펜돌리노" 애칭)를 시작으로, 자체 개발한 전기식 틸팅 시스템(아드란츠/지멘스)을 적용한 611형, 612형 기동차를 개발했으나 초기 기술적 문제를 겪었다. 고속 열차로는 ICE T(411형, 415형)와 ICE TD(605형)가 개발되었지만, 특히 디젤 동력의 ICE TD는 잦은 고장으로 2017년 모든 운행이 종료되었다.
영국: 1970년대 영국 국철 연구부 주도로 야심 찬 APT(Advanced Passenger Train) 프로젝트를 추진했다. 가스터빈 동차 APT-E(1972년)와 전기 동차 APT-P(1978년)^[118]가 개발되었으나, 기술적 문제와 내부 갈등 등으로 인해 1986년 프로젝트가 폐기되었다.^[118]^[119] 이후 봄바디어가 제작한 슈퍼 보이드저나 이탈리아 기술 기반의 펜돌리노가 도입되어 웨스트 코스트 본선 등에서 운행 중이다.
호주: 퀸즐랜드 철도(QR)는 1998년부터 노스 코스트 선에서 일본 기술 기반의 틸팅 열차를 운행하고 있다. JR 시코쿠 8000계 전동차를 기반으로 한 틸트 열차(전동차)는 브리즈번-록햄프턴 구간을 운행하며, 객차형 틸트 열차는 브리즈번-케언즈 구간을 운행한다.
미국/캐나다: 1968년 UAC 터보트레인이 양국에서 운행을 시작했다. 캐나다에서는 이후 LRC(Light, Rapid, Comfortable) 열차가 개발되어 비아 레일에서 운용되었다. 암트랙은 보스턴-워싱턴 D.C. 구간에 아셀라 익스프레스(LRC 기반 객차)를, 서부 해안의 카스케이즈 열차(유진-밴쿠버)에 스페인 탈고 객차를 도입하여 운용하고 있다.
스위스: 산악 국가임에도 불구하고 틸팅 열차 도입이 비교적 늦어, 2000년대 들어 SIG사(현 알스톰)의 강제 차체 틸팅 기술을 적용한 ICN(RABDe 500형)을 운행하기 시작했다. 봄바르디아가 개발한 2층 틸팅 열차 TWINDEXX Swiss Express는 기술 문제로 틸팅 시스템 탑재가 보류되었다.
프랑스: 고속 신선(TGV) 건설을 우선시하여, TGV 펜듈레어 시험 제작 외에는 틸팅 열차를 적극적으로 도입하지 않았다.
일본: 협궤와 산악 지형이라는 특성 때문에 일찍부터 틸팅 기술 개발에 적극적이었다. 1960년대 오다큐 전철 등의 초기 연구를 거쳐 국철이 591계 시험차 개발에 성공, 1973년 일본 최초의 영업용 틸팅 열차인 자연 진자식 381계를 도입했다. 국철 분할 민영화 이후 JR 시코쿠가 세계 최초의 제어식 자연 진자식 차량인 2000계를 개발하면서 기술이 크게 발전했다. 이후 키하281계, E351계, 383계, 883계, 283계, 키하187계 등 각 JR 회사들이 다양한 제어식 자연 진자식 열차를 도입했다. 2024년에는 차상형 제어식 자연 진자를 탑재한 273계가 등장했다. 1990년대 후반부터는 구조가 간단하고 비용 효율적인 공기 용수철식 차체 틸팅 방식도 개발되어 키하201계, 키하261계(초기형), E353계, 8600계, 2600계, 나고야 철도의 2000계, 오다큐 전철의 50000형 VSE 등에 적용되었다. 신칸센에서는 N700계를 시작으로 E5/H5계, E6계 등에도 공기 용수철식 틸팅 기술이 적용되었다. 일본의 틸팅 기술은 호주 퀸즐랜드 철도의 틸트 열차나 대만 TEMU1000형("타이루거호"), TEMU2000형("푸유마호") 개발에도 영향을 주었다.
포르투갈: 이탈리아 ETR460 기반의 알파 펜둘라르를 리스본-포르투 구간에서 운행한다.
슬로베니아: 이탈리아 ETR460 기반의 ICS(310형 전동차)를 운행한다.
체코: 이탈리아 ETR460 기반의 Integral(680형 전동차)을 SC(SuperCity) 등급으로 운행한다.
핀란드: 이탈리아 ETR460 기반의 S220(VRSm3 전동차)를 운행한다. (틸팅 기능 사용 여부는 불명확)
노르웨이: 스웨덴 X2000 기반의 시그나튜어(BM73형 전동차)와 탈렌트 기반의 BM93형 기동차를 운행한다.
크로아티아: 독일 612형(RegioSwinger) 기반의 ICN(InterCity Nagibni) 열차를 자그레브-스플리트 구간에서 운행한다.
대만: 히타치 제작소가 JR 규슈 885계를 기반으로 제작한 TEMU1000형("타이루거호")과 일본 차량제조가 제작한 공기 용수철식 틸팅 방식의 TEMU2000형("푸유마호")을 동부 간선 등에서 운행한다.
대한민국: 한국철도기술연구원 주도로 2007년 시제차 TTX(Hanbit 200)를 개발하여 시험 운행을 성공적으로 마쳤으나, 기존선 개량 등 다른 방식이 경제성 측면에서 더 유리하다는 판단 하에 상용화되지는 못했다.
중국: 스웨덴 X2000 열차를 임대하여 광선철로에서 "신스속(신시속)"이라는 이름으로 잠시 운용했으나 2007년 운행을 종료하고 스웨덴으로 반환했다.^[146]

이처럼 틸팅 열차는 각국의 지리적, 경제적 여건에 따라 다양한 형태로 발전하고 운용되어 왔으며, 기존 노선에서의 속도 향상과 승차감 개선에 기여하고 있다.

5. 1. 펜듈럼 차량

CBQ 6000호, 1940년대 밴쿠버에서 촬영된 3대의 실험용 펜듈럼 차량 중 하나

최초의 실험적인 틸팅 열차 컨셉은 퍼시픽 철도 장비 회사(Pacific Railway Equipment Company)가 설계한 펜듈럼 현가식 "의자" 차량이었다. 1937년에 첫 프로토타입이 제작되었으며, 이 차량은 관절식 대차 시스템을 갖추고 그 해 아치슨, 토피카 & 산타페 철도에서 시험 운행되었다.

1939년에는 회사가 좀 더 전통적인 방식의 전후방 대차를 사용하여 3대의 사전 제작 모델을 추가로 만들었다. 이 차량들은 특히 ''샌디에간'' 노선 등에서 운행되었다. 차량은 높은 위치에 스프링을 장착하여, 곡선 구간을 지날 때 열차가 안쪽으로 자연스럽게 기울어지도록 설계되었다. 이는 열차가 받는 원심력을 이용하여 캔트 부족 현상을 상쇄하려는 시도였다.

그러나 제2차 세계 대전이 발발하면서 즉각적인 추가 주문으로 이어지지 못했고, 이 펜듈럼 차량 컨셉은 전쟁 이후 시대에 다시 주목받지 못하고 사라졌다.

5. 2. SNCF 실험

1956년, SNCF는 원심력을 이용하는 자력 추진식 펜듈럼 객차 실험을 진행했다. 이 실험은 객차 차체를 기울이기 위한 능동형 현가 장치의 필요성을 보여주었다.

5. 3. Talgo Pendular

스페인의 탈고(Talgo)사는 각 차량이 양쪽에 자체 대차를 갖는 대신, 하나의 대차를 사용하여 차량을 종단 간에 연결하는 공용 대차 시스템을 도입하여 널리 성공을 거두었다. 이 설계는 무게를 줄이고 레일 마모를 감소시키는 장점이 있다.

1950년대 초, 스페인 국철 렌페(Renfe)는 탈고 대차와 새로운 수동 틸팅 시스템을 결합한 여객차량을 실험했다.^[2] 이 시스템은 차량 높이만큼 높은 대차 중앙에 연결된 큰 A자형 프레임을 사용했다. A자의 상단에는 차량이 부착되는 베어링 시스템과 움직임을 부드럽게 하는 스프링 및 댐핑 시스템이 있었다. 차량이 이 높은 지점에서 연결되어 있었기 때문에, 곡선 구간에서 베어링 축을 중심으로 자연스럽게 바깥쪽으로 기울어지는 진자 운동(pendular motion)이 가능했다.

미국에서는 1957년부터 1958년까지 뉴욕, 뉴헤이븐 & 하트포드 철도(New York, New Haven & Hartford Railroad)가 페어뱅크스-모스(Fairbanks-Morse) P-12-42 기관차를 장착한 ''존 퀸시 아담스'' 열차로 탈고 시스템을 시험했다.^[22] 그러나 기술적 문제와 철도 회사의 재정 불안정으로 인해 이 열차는 운행되지 못했다. 이후 이 아이디어는 체서피크 & 오하이오 철도(Chesapeake & Ohio Railway)의 관심을 끌어 UAC 터보트레인(UAC TurboTrain) 개발로 이어졌고, 터보트레인은 1968년 미국과 캐나다에서 운행을 시작했다.

유럽에서는 1970년대에 탈고가 수동 틸트를 사용하여 경량 고속 열차로 개발된 스페인의 탈고였다. 렌페는 이 시스템을 널리 채택했지만, 초기에는 이베리아 반도 내에서만 운행되었다.

수동 틸팅 열차의 첫 번째 완전 상업적 적용은 1980년대 초에 탈고 펜둘라가 등장하면서 이루어졌다.^[23] 탈고는 현재 21세대 생산에 이르렀다. 탈고 열차는 유럽의 여러 지역에서 운행 중이며, 라틴 아메리카와 아시아에서 면허 하에 생산되고 있다. 북미에서는 암트랙(Amtrak)이 북서부의 ''캐스케이드'' 노선에서 탈고 열차를 사용한다.^[24]

첫 번째 탈고 틸팅 시리즈는 400 시리즈부터 시작된 "펜둘라" 시리즈였다.

5. 4. UAC TurboTrain

북미에서 정기 운행을 시작한 최초의 틸팅 열차는 1968년 캐나다 국철에서 사용한 UAC 터보트레인이었다.^[25] 일부 자료에서는 이를 세계 최초의 틸팅 열차로 간주하기도 한다. 이 열차는 몬트리올과 토론토 사이를 시속 160km/h의 속도로 매일 운행했으며, 1982년 봄바디어 LRC 열차로 대체될 때까지 캐나다 시험 운행에서 최고 속도 225km/h를 기록했다.^[26]^[27] 터보트레인은 또한 보스턴과 뉴욕 사이의 암트랙에서도 운행되었다.^[28]^[29] UAC 터보는 4절 링크 배열을 기반으로 한 수동 틸트 메커니즘을 갖추었으며, 이는 2세대 탈고 열차에 영감을 주었다.

5. 5. Pendolino

이탈리아에서 틸팅 열차 연구는 1960년대 중반 시작되었으며, 이 개념은 1967년 피아트(Fiat) 철도 자재 엔지니어인 프랑코 디 마이오(Franco di Maio)와 루이지 산타네라(Luigi Santanera)에 의해 특허를 받았다. ALn 668 디젤 동차 기반의 차량을 포함한 여러 프로토타입이 제작 및 시험되었다. 특히 ALn 668 1999 디젤 차량에는 능동형 틸팅 기술의 효과를 시험하기 위해 틸팅 좌석이 장착되었다. 차체 틸팅 방식을 사용한 최초의 작동 프로토타입은 1969년 피아트(FIAT)에서 제작한 전기 구동 차량인 ETR Y 0160이었다. 이 차량이 처음으로 '펜돌리노'(Pendolino)라는 이름을 사용했다.

이 설계를 바탕으로 1975년 피아트(FIAT)는 2편성의 완전한 EMU인 ETR 401을 제작했다. 이 중 한 편성은 1976년 7월 2일 이탈리아 국영 철도에 의해 로마-안코나 노선(이후 리미니까지 연장)에서 공공 서비스에 투입되었다. ETR 401은 로마와 안코나 사이(295km)를 2시간 50분 만에 주파했는데, 이는 일반 열차의 3시간 30분보다 훨씬 빠른 속도였다. 4량으로 구성된 이 열차는 새로운 기술을 위한 이동 실험실로 여겨졌다. 초기 계획은 ETR 401을 4편성 시리즈의 첫 모델로 삼는 것이었으나, 정부의 재정 문제로 프로젝트에 대한 관심이 줄어들면서 1983년 운행이 중단되고 프로젝트는 일시적으로 멈췄다. 이후 이 열차는 독일, 스위스, 체코슬로바키아, 유고슬라비아 등 해외 시연에 활용되었다. 두 번째 편성은 1977년 스페인 Renfe의 광궤 노선용으로 제작되어 "플라타니토"(Platanito)라는 별명을 얻었으나, 스페인 선로 문제로 인해 거의 사용되지 못하고 서비스는 오래 지속되지 못했다.

1980년대 중반, 이탈리아 정부가 프로젝트에 다시 관심을 보이면서 새로운 기술이 도입되었다. 전자 시스템을 갖춘 ETR 401의 개선된 형태로 프로젝트가 수정되었고, 이는 세계 최초로 정기 운행에 투입된 펜돌리노인 ETR 450의 도입으로 이어졌다. 8량으로 구성된 ETR 450은 안전과 편의를 위해 최대 틸팅 각도가 ETR 401의 10°에서 8°로 줄어들었다. 이 열차는 로마-밀라노 노선을 최고 속도 250km/h 이하로 4시간 이내에 주행할 수 있었다. 승객 수는 1988년 22만 명에서 1993년 220만 명으로 크게 증가했다.

1989년, ETR 450의 일부 기술적 한계와 새로운 견인 기술의 등장으로 차세대 펜돌리노 개발이 시작되었다. 그 결과 조르제토 주지아로가 디자인한 ETR 460이 1996년에 운행을 시작했다. ETR 460은 기술적 문제도 있었지만, 더 강력한 AC 비동기 모터와 같은 여러 혁신을 도입했다. 틸팅 작동을 위한 피스톤은 차체 측면이 아닌 대차에 배치되어 객실 공간 확보와 승차감 향상에 기여했다. 대차와 차체의 연결 구조는 단순화되어 제작 및 유지보수가 용이해졌다.

ETR 460은 축중을 14.5톤/축으로 매우 낮게 유지하여 일반적인 기관차 견인 인터시티 열차보다 곡선 구간을 최대 35% 더 빠르게 통과할 수 있었다. 대형 알루미늄 압출 기술을 활용한 차체는 모듈성이 뛰어나고 안전 기준을 충족하면서도 낮은 축중을 유지하며, 다양한 적재 한계(loading gauge)에 맞춰 공간을 최적으로 활용할 수 있도록 설계되었다.

ETR 460은 총 10편성만 제작되었다. 개선된 파생 모델로는 이탈리아-스위스 간 치살피노(Cisalpino) 운행을 위한 ETR 470^[30], 밀라노-리옹 노선에 투입된 ETR 460의 프랑스 모델(후에 ETR 463으로 명칭 변경), 그리고 Trenitalia가 AC 전력 기반 이탈리아 고속선에서 사용하는 ETR 480이 있다. FS(이탈리아 국영 철도)를 위해 ETR 460/470/480 시리즈는 총 34편성의 EMU가 제작되었다.

펜돌리노 기술 개발은 알스톰의 이탈리아 공장에서 계속되었고, 차세대 모델인 뉴 펜돌리노는 2006년부터 ETR 600 및 ETR 610으로 트레니탈리아(Trenitalia)와 치살피노(Cisalpino)에 인도되었다.^[31]^[32]

이탈리아 펜돌리노와 그 파생 모델들은 여전히 여객 열차에서 능동형 틸팅 기술의 가장 대중적인 솔루션 중 하나로 평가받는다. 현재 사용되는 기술은 1960~70년대 피아트 페로비아리아(Fiat Ferroviaria)에서 개발된 기술에 기반하고 있다.

영국 버전의 펜돌리노인 영국 철도 클래스 390은 Avanti West Coast에서 운행하는 최고 속도 225km/h의 전기 틸팅 열차이다.^[33] 이 열차는 웨스트 코스트 메인 라인(런던 유스턴에서 글래스고 센트럴, 리버풀 라임 스트리트, 맨체스터 픽카딜리 구간)에서 운행된다. 클래스 390은 2001년에 운행을 시작했으며, 한 차례의 주요 탈선 사고가 있었다.^[34] 신호 시스템의 제약으로 인해 클래스 390은 정규 운행에서 최고 속도가 201km/h로 제한된다.^[35]

5. 6. 일본의 디자인

일본은 협궤 철도망이 많고 노선에 굴곡이 심한 특성 때문에, 일찍부터 틸팅 열차를 도입하여 혼잡한 간선 노선에서 열차 운행 속도를 높이는 데 활용해왔다.

=== 초기 연구 개발 ===

일본에서의 차체 틸팅 연구는 1961년 오다큐 전철과 스미토모금속공업의 공동 연구에 의한, 공기 용수철식 자연 진자 시스템의 FS30X형 시험용 연접 대차의 개발에서 시작되었다.^[121] 이후 1960년대에 오다큐 전철은 미쓰비시 전기와 함께 대차 좌우의 공기 용수철 압력차를 이용한 차체 틸팅 장치(공기 용수철 스트로크식)의 실용화 시험을 했으나, 당시 제어 기술의 한계로 실용화에는 이르지 못했다. 이 방식은 1996년 키하 201계에서 실용화되었다.

당시 일본국유철도(국철) 역시 틸팅 기술 개발에 착수했다. 1968년 카츠 실험선에서 T링크식 자연 진자 시스템 대차(TR96형)를 화차에 장착하여 시험했지만, 마찰 저항에 의한 동작 지연 및 불량 문제가 확인되었다.^[122] 이후 1969년, 링크식보다 확실하게 동작하는 롤러 베어링 지지 방식의 자연 진자식을 채용한 591계 시험 전동차를 개발하여 성공적인 데이터를 확보했다.

=== 자연 진자식 열차의 등장 ===

591계 시험 전동차의 성공을 바탕으로, 국철은 1973년 일본 최초이자 아시아 최초의 상업 운행용 틸팅 열차인 381계 전동차를 개발했다. 381계는 자연 진자 방식을 채택했으며, 산악 지형인 주오 본선의 특급 시나노에 처음 투입되었다. 이후 키세이 본선, 하쿠비선 등 전철화된 노선에 순차적으로 도입되었다. 381계는 2024년 6월 특급 ''야쿠모''를 마지막으로 정기 운행을 종료했다.^[37] 초기 자연 진자식인 381계는 반경 600m 곡선에서 최고 110 km/h로 통과 가능했다.^[125]

=== 제어식 자연 진자식의 개발과 확산 ===

국철 말기에는 기계식 조절 수동 틸트, 즉 컴퓨터로 제어되는 '제어식 수동 틸트'(制御付き自然振子式|제어부 자연진자식^일본어) 기술에 대한 실험이 진행되었다. 이 기술은 국철 분할 민영화 이후 시코쿠 여객철도(JR 시코쿠)가 철도 종합 기술 연구소와 함께 개발한 2000계 디젤 동차에서 세계 최초로 실용화되었다. 1990년 특급 ''시오카제''와 ''난푸''에 투입된 2000계는 기존 자연 진자식의 단점이었던 승차 시 멀미 문제와 선로 마모 문제를 개선하면서 케이프 궤간(1,067mm) 철도에서의 틸팅 열차의 장점을 입증했다.^[37]

이후 제어식 자연 진자 방식은 일본 전역의 특급 열차에 널리 채택되었다. 대표적인 차량으로는 JR 홋카이도의 KiHa 281계, JR 동일본의 E351계, JR 도카이의 383계, JR 시코쿠의 8000계, JR 규슈의 885계 등이 있다. 이 방식은 곡선 통과 속도를 본칙 대비 최대 35km/h까지 향상시킬 수 있었다 (반경 600m 곡선 기준, 최고 125 km/h).^[126]

=== 해외 기술 영향 ===

일본의 제어식 자연 진자 틸팅 기술은 해외에도 영향을 미쳤다. JR 시코쿠 8000계는 퀸즐랜드 철도의 케이프 궤간용 전기 틸트 열차 개발의 기반이 되었고,^[38] 히타치의 A-train 제품군인 JR 규슈 885계는 대만의 TEMU1000계 틸팅 열차(타이루거 익스프레스)의 기초가 되었다.^[39] 또한, 885계의 기술은 영국 철도 395형 및 801형과 같은 비틸팅 고속열차에도 적용되었다.^[40]

=== 공기 스프링식 차체 틸팅 ===

KiHa 201계 디젤 동차, 통근 열차에 능동 현가 장치 기술을 적용한 사례

특별한 틸팅 장치 없이 대차의 공기 스프링 압력을 제어하여 차체를 기울이는 공기 스프링식 차체 틸팅 방식은 구조가 간단하고 기존 공기 스프링 대차 설계를 일부 변경하고 제어 장치를 추가하는 것만으로 구현 가능하여, 경량화와 저비용화에 유리하다. 다만, 틸팅 회전 중심 높이 문제로 최대 틸팅 각도는 1~2도 정도로 제한된다. 그럼에도 불구하고 틸팅각 2도만으로도 곡선 통과 속도를 기본 속도 대비 약 25km/h 정도 향상시킬 수 있어(반경 600m 곡선 기준, 최고 120 km/h)^[127] 비용 대비 효과가 충분하다.

일본에서는 1996년 키하201계에서 처음 실용화되었다. 이후 기술 발전을 거듭하여, 1995년 시험 차량 300X의 데이터를 바탕으로 2007년 신칸센 최초의 상업 운행 틸팅 열차인 N700계가 등장했다. N700계는 최대 틸팅각 1도로 도카이도 신칸센의 반경 2,500m 곡선을 기존 255 km/h에서 270 km/h로 통과할 수 있게 하여, 속도 향상뿐 아니라 승차감 개선, 선로 마모 감소 효과를 가져왔다. 이후 개량형인 N700A, N700S 및 E5/H5계(최대 1.5도), E6계(최대 1.5도) 등 후속 신칸센 차량에도 공기 스프링식 틸팅 기술이 적용되었다. E954형, E955형, E956형 시험 차량에서는 최대 2도의 틸팅각을 구현하기도 했다.

이 기술의 단순성과 경제성 덕분에 사철에서도 도입이 이루어졌다. 오다큐 전철의 50000형 VSE 로망스카는 속도 향상보다는 승차감 개선을 목적으로 이 기술을 채택했으며(최대 2도), JR 홋카이도의 키하201계는 통근형 디젤 동차에 적용되어 삿포로 교외 노선의 속도와 운행 빈도를 개선하는 데 기여했다.^[41]^[42] 이는 틸팅 기술이 일반 통근 열차에 적용된 드문 사례 중 하나이다. 이 외에도 E353계(최대 1.5도), 8600계(최대 2도), 2600계(최대 2도), 나고야 철도의 2000계(최대 2도) 등 다양한 특급 열차에 공기 스프링식 틸팅 방식이 채택되었다. 나고야 철도의 1600계 1편성에도 시험 목적으로 탑재되었으나 영업 운전에는 사용되지 않았다.

=== 복합 틸팅 시스템 개발 시도 ===

홋카이도 여객철도(JR 홋카이도)는 철도 종합 기술 연구소, 가와사키 중공업과 공동으로 제어식 자연 진자식(6도)과 공기 스프링식(2도)을 결합하여 총 8도의 틸팅각을 구현하는 복합 틸팅 시스템을 개발했다.^[107] 이 시스템은 더 높은 곡선 통과 속도와 승차감 향상을 목표로 했으며, 2006년 개발 성공 발표 후 시험이 진행되었다.^[107]^[108] 차세대 특급 차량인 키하285계에 적용될 예정이었으나, JR 홋카이도를 둘러싼 여러 문제와 정책 변화로 인해 시제차 완성 직후인 2014년 9월 개발이 중단되었다.^[109]

=== 주요 공기 스프링식 틸팅 차량 목록 ===

운영사	차량 형식	최대 틸팅각	주요 운용 노선/열차명	비고
JR 홋카이도	키하201계	2도	삿포로 근교 (쾌속/보통)	통근형 디젤 동차, 731계와 협조 운전 가능
JR 홋카이도	키하261계 (초기형)	2도	특급 "소야", "사로베츠", "토카치", "호쿠토", "오조라"	2014년 8월 이후 틸팅 기능 사용 중지, 2015년 이후 증비차는 미탑재^[142]
JR 동일본	E353계	1.5도	특급 "아즈사", "카이지", "후지카이유", "하치오지·오메"	E351계 대체, 유량 비례 밸브 방식 채용^[143]^[144]
JR 시코쿠	8600계	2도	특급 "시오카제", "이시즈치"	요산선 2000계 대체 목적
JR 시코쿠	2600계	2도	특급 "우즈시오"	2000계 대체 목적, 도산선 연속 커브 구간 문제로 양산 중단^[145]
나고야 철도	1600계 (1601F)	-	(영업 미사용)	시험 목적으로만 탑재, 1700계 개조 시 철거
나고야 철도	2000계	2도	특급 "뮤 스카이"	주부 국제 공항 연락 특급
오다큐 전철	50000형 (VSE)	1.8도 ~ 2도	로망스카	승차감 향상 목적, 2022년 정기 운행 종료
JR 도카이 / JR 서일본	N700계, N700A, N700S	1도	도카이도 신칸센, 산요 신칸센	신칸센 최초 틸팅 도입, 속도 향상 및 승차감 개선
JR 동일본 / JR 홋카이도	E5계·H5계	1.5도	도호쿠 신칸센, 홋카이도 신칸센	320 km/h 운전 대응
JR 동일본	E6계	1.5도	아키타 신칸센 ("코마치"), 도호쿠 신칸센	미니 신칸센 최초 틸팅 도입, 320 km/h 운전 대응

5. 7. 독일의 디자인

독일 연방 철도(Deutsche Bundesbahn)는 1967년 일부 624형 동력분산식 열차(DMU)에 수동 틸팅 시스템을 장착하며 독일 내 틸팅 열차 시험을 시작했다. 그러나 승객들이 멀미를 호소하면서 틸팅 기능은 비활성화되었고 이후 제거되었다. 이 시험은 다음 614형 열차의 시제품 제작으로 이어졌으나, 결과가 만족스럽지 않아 양산형 모델에는 틸팅 시스템이 적용되지 않았다.

틸팅 기술을 적용한 또 다른 초기 열차는 독일 연방 철도의 403형 고속 전기 동차였다(현재 이 번호는 ICE 3에 사용됨). 이 열차는 1979년까지 인터시티(InterCity) 서비스를 제공했으며, 뒤셀도르프와 프랑크푸르트 간 공항 환승 서비스(에어레일 서비스)에도 투입되었다. 403형은 이론적으로 4°까지 기울 수 있었지만, 고정된 팬터그래프 때문에 실제 틸팅 각도는 2°로 제한되었다.^[43] 운행 시작 직후, 많은 승객들이 피봇 지점이 너무 낮아 멀미를 느낀다고 하여 틸팅 기능은 비활성화되었다.

이후 시도는 동력분산식 열차(DMU)와 검증된 이탈리아의 유압식 액티브 틸팅 시스템을 통해 이루어졌다. 1988년부터 1990년까지 독일 연방 철도는 20대의 610형 열차를 고속 지방 교통에 투입했다.^[44] 이 시도는 상당히 성공적이어서 운행 시간을 눈에 띄게 단축할 수 있었다. 610형의 뒤를 이어, 비슷한 목적(굴곡이 많고 비전철화된 노선에서 최고 160km/h의 고속 지방 교통)으로 611형이 개발되었다. 611형의 틸팅 시스템은 레오파드 1 전차의 군사 기술을 기반으로 한 전기식이었으며 최대 8°까지 기울 수 있었다. 1996년에 운행을 시작한 50대의 611형 열차는 새로 개발된 틸팅 시스템뿐만 아니라 섀시와 차축에서도 문제가 발생하여 실패작으로 평가받았다. 틸팅 시스템은 강화된 차축 교체와 시스템 업데이트를 통해 2006년에야 문제가 해결되어 운행이 재개되었다. 이러한 문제점을 고려하여 독일 연방 철도는 전면적인 재설계를 지시했고, 그 결과 612형(레기오스윙어)이 개발되었다. 1998년부터 총 192대의 612형 열차가 독일 연방 철도에 의해 투입되었다. 틸팅 시스템은 안정적인 성능을 보였으나, 2004년에 일부 바퀴 세트에서 균열이 발견되어 다시 바퀴와 차축을 교체해야 했다. 현재 612형은 다시 틸팅 기능을 사용하여 운행 중이며, 비전철화 노선에서 독일 연방 철도의 고속 지역 서비스의 핵심 역할을 담당하고 있다. 일부 열차는 크로아티아에 판매되어 인터시티 서비스에 사용되고 있다.

1999년, 독일 연방 철도는 인터시티익스프레스(ICE) 서비스에도 틸팅 기술을 도입했다. 411형 및 415형 전기 고속 틸팅 열차가 투입되면서 가능해진 일이다. 기존의 401형부터 403형까지의 ICE 열차(틸팅 기술 없음)가 새로 건설되거나 개량된 고속선에서 최대 300km/h(ICE 3 403형 기준)로 운행하도록 설계된 반면, 최고 속도 230km/h의 411형과 415형은 오래되고 굴곡이 심한 주요 노선을 위해 설계되었다. 지금까지 총 60대의 411형과 11대의 415형(단축형)이 제작되었다. 두 모델 모두 2008년 말까지는 안정적으로 운행되었으나, 정기 점검 중 차축에서 균열이 발견되었다.^[45] 이로 인해 2008년 10월 23일부터 틸팅 메커니즘 사용이 중단되었고,^[46] 유지 보수 간격이 대폭 단축되어 주요 운행에 차질이 발생했다.^[47]

ICE T의 기술적 설계 상당 부분은 ICE 3에서 가져왔다. 오스트리아의 ÖBB는 2007년에 3대의 ICE T를 구매하여 독일-오스트리아 간 노선에서 독일 연방 철도와 공동으로 운영하고 있다. 독일 연방 철도는 411/415형에 'ICE-T'라는 이름을 붙였는데, 원래 'T'는 '틸팅(tilting)'이 아닌 'Triebwagen'(동차)을 의미했다. 이는 당시 마케팅 부서에서 이 열차의 최고 속도가 인터시티익스프레스 브랜드 기준에 비해 낮다고 판단하여 'IC-T'(인터시티-동차)로 부르려 했기 때문이다.

411/415형을 기반으로 디젤 동력 방식에 맞게 개조한 605형(ICE-TD)도 개발되었으나, 성공적이지 못했다. 2001년, 총 20대가 드레스덴-뮌헨 노선에 투입되었지만, 이 열차는 운행 초기부터 문제를 겪었다. 2002년에는 차축이 부러지는 사고가 발생하여 남아있던 19대(1대는 작업 중 추락)의 운행이 중단되었다. 1년 후 운행 허가를 다시 받았지만, 독일 연방 철도는 운영 비용이 지나치게 높다고 판단했다. 2006년부터는 증편 열차로 간간이 사용되었고, 2008년부터 2017년까지는 함부르크-코펜하겐 노선에서 운행되었다. 2018년부터 2021년까지는 2대의 열차가 advanced TrainLab 테스트 열차로 활용되었다.

5. 8. Light, Rapid, Comfortable (LRC)

1966년, 캐나다의 여러 산업 기업들이 모인 컨소시엄은 터보트레인과 경쟁할 수 있는 기존 동력 방식의 열차 개발을 검토하기 시작했다. 그 결과 1970년대 초 LRC(Light, Rapid, Comfortable)가 등장했다. 이 열차 역시 능동형 틸팅 시스템을 사용했지만, 영국의 APT와는 상당히 다른 방식을 채택했다. 객차는 대차 위에 설치된 두 개의 C자형 채널 위를 움직였고, 유압 램(ram)이 객차 측면 하부를 좌우로 밀어내며 차체를 기울였다.^[48]^[49]

미국의 암트랙은 1980년에 LRC를 시험 운행했으나, 7년 만에 운행을 중단했다. 반면 캐나다에서는 1981년부터 비아 레일이 LRC를 운행하기 시작했다. 이는 영국의 APT보다 먼저 상업 운행에 투입된 사례로, 실제로 운영된 최초의 능동형 틸팅 시스템으로 기록되었다. LRC 객차는 현재까지도 사용되고 있지만, 무게를 줄이고 유지보수 비용을 절감하기 위해 틸팅 장치는 점차 제거되고 있다.^[50]

이후 봄바디어는 LRC 객차의 설계를 개량하여 암트랙의 아셀라, 독일 틸팅 ICE 3세대, 영국의 신형 고속 열차(슈퍼 보이저), 실험적인 제트트레인 등에 적용했다.

5. 9. Advanced Passenger Train (APT)

고속 여객 열차(Advanced Passenger Train, APT)는 영국 국철(British Rail)이 주도한 실험적인 고속 열차 프로젝트였다.^[14] 이 프로젝트는 1970년대와 1980년대에 걸쳐 진행되었으며, 구불구불한 빅토리아 시대에 건설된 영국의 철도 노선에서도 고속 운행이 가능한 열차를 개발하는 것을 목표로 삼았다. 기존 열차는 선로의 곡선 구간 때문에 속도를 내기 어려웠기 때문이다. APT는 이전의 수동 틸팅 열차보다 더 빠른 속도로 좁은 곡선 구간을 통과하기 위해 능동 틸팅 기술을 선구적으로 도입했다.

1964년에 설립된 영국 국철 연구부 소속 엔지니어들이 차량 동역학에 대한 기초 연구를 수행하며 APT 개발을 주도했다. 이 과정에서 알루미늄 차체, 터빈 엔진, 새로운 서스펜션 및 대차 시스템, 차내 신호 시스템, 자동 열차 보호 장치, 그리고 핵심 기술인 능동 틸팅 등 다양한 실험이 이루어졌다. 그러나 이 새로운 프로젝트는 기존의 수석 기계 및 전기 기술자 부서의 참여 없이 진행되어 내부 갈등을 유발하기도 했다.

개발 초기에는 가스 터빈으로 구동되는 실험용 모델인 APT-E가 제작되었고, 이후 전기로 구동되는 프로토타입 모델인 APT-P가 개발되었다.^[14] 틸팅 기능이 없는 초기 버전은 영국 철도 최고 속도 기록 경신을 목표로 개발되기도 했다. 수동 틸팅 기술 자체는 새로운 것이 아니었지만, 널리 보급되지는 않았다. 연구부 엔지니어들은 더 빠른 속도로 곡선을 주파하기 위해서는 능동 틸팅이 필수적이라고 판단했다. APT는 유압식 브레이크와 가벼운 관절형 차체를 특징으로 했으며, 열차 중앙에 두 대의 동력차를 배치하는 구조를 가졌다.

프로토타입 제작과 시험 운행이 성공적으로 이루어진 후, 개발을 주도했던 엔지니어링 팀은 해체되었고, 열차의 양산 준비는 영국 국철의 자체 엔지니어링 부서로 이관되었다. 이 과정에서 개발에 직접 참여하지 않았던 영국 국철 엔지니어들이 일부 중요한 기술적 사양을 변경했는데, 대표적으로 잘 개발되고 검증된 유압식 능동 틸팅 메커니즘을 공압식으로 바꾼 것을 들 수 있다.^[14]

APT는 1981년 12월에 제한적으로 상업 운행을 시작했으나, 거의 즉시 운행이 중단되었다. 초기 운행 중 일부 승객들이 틸팅 동작으로 인해 메스꺼움을 느끼는 문제가 발생했기 때문이다. 이후 연구를 통해 틸팅 각도를 약간 줄여 승객이 코너링을 어느 정도 인지하도록 하면 이 문제를 예방할 수 있다는 사실이 밝혀졌다. 문제점을 개선한 APT-P 열차는 1984년 중반에 다시 운행을 재개하여 1년 동안 비교적 안정적으로 정기 운행되었다.

하지만 기술적인 문제들이 해결되었음에도 불구하고, 프로젝트는 결국 성공하지 못하고 폐기되었다. 개발 과정에서 소외되었던 영국 국철 내부 엔지니어링 관리 부서는 프로젝트에 적극적인 의지를 보이지 않았고, 계획되었던 APT-S 양산형 모델 제작은 이루어지지 않았다. 결국 APT 프로젝트는 기술적 성과에도 불구하고, 정치적·관리적 이유로 1986년 영국 국철에 의해 최종 폐기되었다.^[51]^[14]

비록 APT 자체는 실패했지만, 개발 과정에서 축적된 기술 중 상당수는 이후 인터시티 225 열차, 특히 클래스 91 기관차와 마크 4 객차에 적용되었다. 이 객차들은 틸팅 장비를 장착할 수 있도록 설계되었으며, 런던과 리즈, 에든버러를 잇는 이스트 코스트 메인 라인 노선에서 운행되었다.^[52]^[53]

5. 10. X 2000

1990년, 스웨덴 철도(SJ)는 X 2000이라는 고속 열차 서비스를 도입했다.^[54] 이 열차는 스웨덴 국내의 곡선이 많은 철도 노선 환경을 고려하여 1970년대부터 스웨덴 국철(SJ AB)과 ASEA에 의해 개발이 시작되었다.^[117] X 2000은 칼마르 베르크스타드, 스웨덴 철도, 그리고 ASEA가 공동으로 개발한 프로젝트의 결과물이며, 실용화는 이탈리아의 펜돌리노보다 늦은 1989년에 이루어졌다.

X 2000은 ASEA가 개발한 푸시풀 방식의 열차이다.^[117] 열차 앞뒤의 기관차는 틸팅 기능이 없지만, 중간의 객차에는 유압을 이용한 능동형 틸팅 시스템, 즉 '''강제 차체 경사식'''(강제 진자식) 기술이 적용되어 있다.^[117]^[92] 이 시스템은 곡선 구간을 통과할 때 차체를 최대 6.5도까지 능동적으로 기울여 승차감을 유지하면서 더 빠른 속도로 주행할 수 있게 한다.^[95] 덕분에 고속철도 전용 선로를 새로 건설하지 않고도 기존 선로에서 최고 200km/h의 속도를 낼 수 있게 되었다.^[54]^[117] 설계상 최고 속도는 250km/h까지 가능하다.^[117] 또한, 각 객차의 대차에는 곡선 구간 주행 성능을 향상시키는 자기 조타 기능도 갖추고 있다.^[117]

X 2000은 노르웨이와 덴마크에서도 운행되었으나, 이후 노르웨이에서는 운행이 중단되었다. 또한, 기술력을 인정받아 미국, 캐나다, 오스트레일리아, 중국 등 해외 여러 국가에서 시험 운행을 거치기도 했다.^[55]^[56]^[57]

5. 11. TGV Pendulaire

1998년, 프랑스 국유 철도(SNCF)는 시험적인 TGV 펜듈레어(TGV Pendulaire)를 투입했다. 이는 틸팅 열차가 TGV 전용 고속선 네트워크에 실질적인 위협이 될 수 있다는 정치적 압력에 따른 것이었다.^[58] 이 열차는 객차만 틸팅되고, 두 대의 무거운 동력차는 틸팅되지 않는 대차를 유지했다. 시험 프로그램이 끝난 후, 이 열차는 다시 TGV-PSE 열차로 개조되었다.

5. 12. InterCity Neigezug

스위스는 2000년 5월 28일에 자국 영토에서 최초의 틸팅 열차를 도입했다 (1996년에 스위스에 들어온 치살피노 제외).^[59] 이 열차는 ICN(InterCity Neigezug, 인터시티 틸팅 열차)으로 불린다. 봄바디어에서 제작했으며, SIG (현재 알스톰에 인수됨)가 설계한 틸팅 시스템을 포함한다.^[59]

ICN은 "Intercity Neigezug"라는 애칭을 가지고 있으며, 이탈리아의 ETR 500 디자인으로 유명한 피닌파리나가 디자인했다. SIG (철도 부문은 알스톰에 인수됨)가 개발한 콜로식 차체 틸팅 기구를 사용한 소형 전동식 강제 차체 틸팅 대차를 갖추고 있다. 또한, SIG사가 개발한 "Navigator"라고 부르는 반강제 조향 기구도 채용하고 있다. 팬터그래프 역시 전동식 위치 보정 기구를 통해 차체를 관통하는 구조물 없이 작동하도록 설계되었다.

ICN은 제네바에서 비엘/비엔과 취리히를 거쳐 장크트갈렌까지 운행했으며, 스위스 국가 박람회인 Expo.02에서 주요 운송 수단으로 활용되었다.^[59]

5. 13. Bombardier Super Voyager

44대의 디젤 전기 동력 221형 ''슈퍼 보야저'' 열차는 원래 버진 크로스컨트리가 웨스트 코스트 메인 라인과 옥스퍼드에서 밴버리 구간에서 틸트 모드로 운행하기 위해 주문한 것이다. 하지만 2007년에 이 차량들이 아리바 크로스컨트리와 버진 트레인스 웨스트 코스트로 나뉘면서 상황이 달라졌다. 아리바 크로스컨트리는 틸팅 장비를 사용하지 않도록 비활성화했고, 버진 트레인스 웨스트 코스트는 나중에 221형에서 틸팅 장비를 아예 제거했다.^[60]^[61]

5. 14. 틸팅 열차 익스프레스 (TTX)

틸팅 열차 익스프레스(Tilting Train Express, TTX) 또는 한빛 200은 대한민국에서 개발 및 제작된 6량 편성의 프로토타입 틸팅 열차이다.^[62] 이탈리아의 펜돌리노와 유사하게, 대차 접속부에 링크 구조와 액튜에이터를 설치하여 차체를 강제로 기울이는 강제 차체 경사식 방식을 채택하였다. 이는 대한민국에서 개발된 최초이자 현재까지 유일한 틸팅 열차 실험 차량이다.

2007년에 공개되었으며,^[62] 시험 운행에서 최고 속도 223km/h를 기록하는 등 기술적 성과를 보였다.^[62] 그러나 상용화 단계에는 이르지 못했는데, 이는 새로운 틸팅 열차를 도입하는 대신 기존 선로를 개량하고 레일에 캔트를 주는 것이 더 경제적이라는 판단 때문이었다.^[62] 기술 개발의 결실에도 불구하고 경제성을 이유로 양산되지 못한 점은 아쉬움으로 남는다. TTX는 이후 2014년에 LTE-R 시스템 시험을 위한 시험 운행에 활용되기도 하였다.^[62]

6. 기술

비행기나 자전거는 코너를 돌 때 안쪽으로 기울어지지만, 자동차와 기차는 스스로 기울어질 수 없다. 높은 무게중심을 가진 차량이 빠른 속도로 급커브를 돌면 전복될 위험이 있다. 이를 방지하고 회전을 용이하게 하기 위해 도로나 철도의 곡선 구간에서는 바깥쪽을 더 높게 만드는데, 이를 캔트(cant) 또는 뱅크(bank)라고 한다. 이 기울기와 원심력의 조합은 차량 바닥에 수직 방향으로 힘이 작용하도록 유도하여, 승객이 느끼는 수평 방향의 힘(횡가속도)을 줄이거나 없애준다.^[4]^[5]

캔트는 특정 속도에 맞춰 설계되므로, 해당 속도보다 빠르거나 느린 열차가 운행할 경우 문제가 발생한다. 특히 고속 열차 운행을 위해 캔트를 크게 설정하면, 같은 선로를 이용하는 저속 여객열차나 화물열차는 과도하게 기울어지는 문제가 생긴다.^[6] 1960년대 일본의 신칸센이나 이후 프랑스의 TGV는 고속 운행을 위한 전용 선로를 새로 건설하여 이 문제를 해결했지만^[7]^[8], 기존 선로를 활용해야 하는 많은 국가에서는 열차 자체를 기울이는 틸팅 기술이 필요하게 되었다. 스페인의 렌페는 자국 기술인 탈고를 활용했고^[9], 영국 철도는 기존 노선 한계 극복을 위해 틸팅 기술에 투자했으며^[10], 이탈리아의 트레니탈리아와 일본국유철도는 산악 지형의 기존선에서 급행열차 속도를 높이기 위해 틸팅 기술을 도입했다.^[11]

틸팅 열차는 곡선 주행 시 승객이 느끼는 원심력을 줄여 승차감을 개선하는 것이 목적이지만, 초기 '수동식'(자연 진자식) 틸팅 열차는 외부 힘과의 균형을 완벽하게 맞추기 어려워 오히려 멀미를 유발하기도 했다. 이는 기울어진 차창 밖 풍경과 실제 몸이 느끼는 힘의 방향이 불일치하여 승객에게 불안감을 주기 때문이다. 특히 기울기 각도가 최대에 달했을 때 이러한 현상이 두드러졌다.

이러한 문제를 해결하기 위해 '능동식' 또는 '강제 차체 경사식' 틸팅 기술이 개발되었다. 이 방식은 컴퓨터가 열차의 위치, 속도, 선로의 곡률 등 다양한 정보를 바탕으로 최적의 기울기 각도를 계산하고, 유압이나 전기 모터 등을 사용하여 차체를 강제로 기울인다. 선로 정보는 미리 열차 내 컴퓨터에 저장해두거나, 선로에 설치된 자동 열차 정지 장치(ATS) 비콘 또는 열차 전두부의 센서를 통해 실시간으로 감지할 수 있다. 초기 강제식 틸팅 시스템은 각 차량에 탑재된 자이로스코프나 가속도계 센서로 곡선을 감지한 후 차체를 기울이는 피드백 제어 방식을 사용했으나, 센서 감지 및 작동에 시간이 걸려 기울임이 한 박자 늦는 '지연 틸팅' 문제가 발생했다.^[92] 이후 전자 공학 기술의 발달로, 선두 차량이 곡선 진입을 감지하면 편성 전체의 차량이 순차적으로 최적의 타이밍에 기울도록 제어하는 방식이 개발되어 지연 틸팅 문제를 개선했다. 더 나아가, 저장된 선로 데이터와 위치 정보를 이용해 곡선 진입 '전'에 미리 차체를 기울이기 시작하는 피드포워드 제어 방식도 실용화되었다.^[93]^[94] 연구에 따르면, 실제 원심력을 100% 상쇄하는 것보다 약 80% 정도만 상쇄하도록 기울기를 제어하고, 곡선 진입 및 진출 시 기울이는 타이밍을 정밀하게 조절하면 승객이 느끼는 멀미를 거의 없앨 수 있다.^[12]^[13]^[14]

1993년 미국 투어 중 시카고 유니온 역에서 촬영된 X 2000 열차. 이 합성 이미지는 열차가 양쪽으로 기울어질 수 있는 정도를 보여준다.

'제어된 수동 틸트' 방식은 수동식(자연 진자식)과 강제식의 절충안으로, 기본적인 기울임은 자연적인 원심력에 의해 이루어지지만, 컴퓨터가 ATS 비콘 등으로 위치를 파악하고 선로 데이터에 맞춰 최대 기울기 각도를 제어하는 방식이다.^[37]

초기 틸팅 열차의 멀미 문제는 서보 시스템의 반응 지연과 관련이 깊었다. 피아트의 초기 모델 ETR 401은 각 객차의 자이로스코프를 사용해 지연이 있었지만 멀미가 큰 문제는 아니었다. 영국의 APT는 열차 양 끝의 자이로스코프로 전체 열차의 기울기를 제어하려 했으나 당시 기술적 한계로 어려움을 겪었다.

현대 틸트 열차는 전방 선로를 감지하고 개별 객차에 대한 최적의 제어 신호를 예측할 수 있는 최첨단 신호 처리를 통해 이점을 얻고 있으며, 멀미에 대한 불만은 대체로 과거의 일이 되었다.

전동 틸트 열차(ETT). 1999년, ETT는 시속 210km/h의 호주 속도 기록을 세웠다.

틸팅 기술은 표준궤뿐만 아니라 협궤 철도에서도 활용된다. 산악 지형이 많아 곡선 구간이 많은 일본의 협궤 노선에서 틸팅 열차가 활발히 운행되고 있다. 호주의 QR 틸트 열차는 브리즈번과 케언스 사이의 협궤 노선을 시속 160km/h로 운행한다. 전동 틸트 열차(Electric Tilt Train) 또한 최고 시험 속도 210km/h로 가장 빠른 협궤 열차 기록을 보유하고 있다.^[63]

틸팅 전동차의 경우, 차체가 기울어져도 팬터그래프가 전차선에 안정적으로 접촉해야 하는 기술적 과제가 있다. 이를 해결하기 위해, 차체 기울기와 반대 방향으로 팬터그래프를 능동적으로 제어하는 방식(예: 영국 390형)이나, 팬터그래프를 기울어지지 않는 별도의 프레임 위에 설치하는 방식(예: ICE T(411형 및 415형)) 등이 사용된다.

틸팅 방식은 크게 강제 차체 경사식(능동식)과 자연 진자식(수동식)으로 나눌 수 있다.

강제 차체 경사식: 유압이나 공압 실린더, 전동 액추에이터 등을 사용하여 컴퓨터 제어 하에 차체를 능동적으로 기울이는 방식이다. 곡선 통과 시 발생하는 원심력을 직접 이용하는 것이 아니므로 '강제식'이라고 불린다.^[92] 제어 시스템은 복잡하지만, 정밀한 제어가 가능하고 일반적으로 자연 진자식보다 더 큰 각도(최대 8~10도)로 기울일 수 있다. 이탈리아의 펜돌리노 계열 열차와 스웨덴의 X2000(최대 6.5도)이 대표적이다.^[95] 스페인의 CAF사가 개발한 SIBI 시스템^[93] 등도 이 방식에 속한다.
자연 진자식: 원심력에 의해 차체가 진자처럼 자연스럽게 기울어지도록 설계된 방식이다. 구조가 비교적 간단하지만, 기울임 각도나 반응 속도 제어에는 한계가 있을 수 있다. 스페인의 탈고 열차가 대표적인 자연 진자식 틸팅 기술을 사용한다.

=== 이탈리아 ===

산악 국가 특성상 선로의 선형이 좋지 않은 구간이 많아 일찍부터 차체 틸팅식 차량 개발에 적극적이었다.^[114] 1971년 피아트는 펜돌리노의 원형이 되는 시제차 Y-0160을 완성했고^[115], 1975년 첫 영업용 틸팅 열차인 ETR 401을 선보였다.^[116] 피아트는 영국의 APT 기술도 도입하여 펜돌리노 기술을 발전시켰다. 펜돌리노는 디레티시마(고속 신선) 주행도 가능하지만, 기존선에서도 저렴하게 고속화를 실현할 수 있어 이탈리아 외 여러 국가에 수출되었다.

ETR 401: 1976년 영업 운전을 시작한 1세대 펜돌리노. 시제 1편성만 제작되었으나 기술적 성공을 거두었다.^[116]
ETR450: 최초로 양산된 2세대 펜돌리노. 최고 속도 250km/h (직류 전용).^[115]
ETR460: 3세대 펜돌리노. 최고 속도 250km/h (직류 전용).
ETR470: ETR460 기반의 교직류(AC 15kV/DC) 전동차. 스위스 연방 철도, 독일 연방 철도 직통 운행용. 치살피노 소유. 최고 속도 200km/h.
ETR480: ETR460 기반의 교직류(AC 25kV/DC) 전동차. 프랑스 국철 직통 운행용. 최고 속도 250km/h.
ETR600: 4세대 펜돌리노. 중국 CRH5의 기반 모델.
ETR610: 치살피노 소유의 틸팅 전동차 "Cisalpino 2". 2008년 12월부터 운행.

=== 스페인 ===

초기에는 이탈리아 방식의 틸팅 열차를 고려했으나, 1980년 탈고사가 자연 진자식 객차를 개발한 이후 오랫동안 자연 진자식이 주류를 이루었다. 최근에는 강제 차체 틸팅식도 도입되고 있다.

탈고 펜듈러(Talgo Pendular): 공기 스프링을 이용한 자연 진자식 저상 연결 객차. Talgo IV 이후 세대에 해당하며 궤간 가변 기능도 갖추었다. 최고 속도 200km/h 대응 모델도 있다.
탈고 250 (렌페 130계): 최고 속도 250km/h의 자연 진자식 탈고 객차 편성(기관차 2량 + 객차 11량). 궤간 가변 기능 보유.
탈고 250 하이브리드 (렌페 730계): 탈고 250 기반에 디젤 발전차 2량을 추가하여 비전철 구간 운행이 가능한 하이브리드 열차 (객차 9량). 최고 속도 240km/h.
렌페 490계 (아라리스, Aralis): 이탈리아 ETR460 기반의 강제 틸팅식 전동차 (이베리아 광궤). 마드리드-발렌시아 노선 등에 투입되었으나 대차 균열 문제로 운행 중단.
TRD (렌페 594계): 덴마크 IC3 기반의 디젤 동차. 2001년 도입된 2차분부터 CAF의 강제 차체 틸팅 시스템(SIBI) 탑재.^[93]
R-598 (렌페 598계): CAF가 제작한 3량 편성의 강제 차체 틸팅식 디젤 동차. SIBI 시스템 탑재.

7. 세계의 틸팅 열차

아반티 웨스트 코스트의 클래스 390 알스톰 펜돌리노는 웨스트 코스트 메인 라인의 주력 열차이다.

틸팅 열차는 곡선 구간이 많은 노선에서 속도 향상을 위해 세계 여러 나라에서 개발되고 운용되고 있다. 틸팅 방식에 따라 다음과 같이 분류할 수 있다.

'''관성력에 의한 틸팅 (수동 틸트) 열차:'''

탈고 XXI (스페인)
UAC 터보트레인 (미국, 캐나다)
JNR 381계 (일본): 1973년 구 일본국철이 도입했다. 현재 JR 서일본에서 특급 ''야쿠모'' 운행에 사용된다.

'''관성력으로 틸팅을 시작하지만 컴퓨터로 제어하는 열차:'''

TRA TEMU1000계 (대만, 2007): 타로코 익스프레스에 사용되며, JR 큐슈 885계를 기반으로 한다.
틸트 열차 (QR, 호주): 디젤 및 전기 틸팅 트래블레인으로, 브리즈번과 케언스 사이에서 운행된다. 전기 틸트 열차는 JR 시코쿠 8000계를 기반으로 한다.
일본에서는 이 방식의 틸팅 열차가 다수 개발되어 운용 중이다.

'''가속도계 정보를 이용해 제어되는 능동 틸트 열차:'''

LRC (캐나다): 봄바디어에 인수되기 전 MLW에서 설계했다.

'''컴퓨터로 제어되는 틸팅 열차:'''

아셀라 (미국): 봄바디어 운송에서 제작한 고속 틸팅 열차로 보스턴과 워싱턴 D.C. 사이에서 운행된다.
첨단 여객 열차 (영국): 1980년대 영국 철도가 추진했던 고속 광역 틸팅 열차 프로젝트이다.
영국 철도 클래스 390 "펜돌리노" (영국): 아반티 웨스트 코스트가 런던 유스턴에서 리버풀/맨체스터/글래스고/버밍엄 등지로 운행하는 고속 열차이다.
알파 펜둘라르 (포르투갈)
ElettroTreno (이탈리아)
ICE-T (독일): ICE의 틸팅 버전이다.
ICN (스위스): 봄바디어 운송에서 제작한 고속 틸팅 열차로 취리히와 제네바 사이에서 운행된다.
제트트레인 (북미): 봄바디어의 실험적인 비전기 고속 열차이다.
NSB 클래스 73 (노르웨이)
NSB 클래스 93 (노르웨이): 노르웨이 북부 비전철화 구간의 지역 서비스에 사용된다.
SŽ 시리즈 310 (인터시티슬로베니아, 슬로베니아): 류블랴나, 마리보르, 코페르 사이에서 운행되는 고속 틸팅 열차이다.
레지오스윙어 (독일, 크로아티아): 디젤 지역 틸팅 열차이다. 크로아티아(크로아티아 철도)에서는 인터시티 나기비 (ICN)라는 이름으로 운행한다.
펜돌리노 (이탈리아, 핀란드, 영국, 체코 등): 알스톰 (구 피아트)에서 제작했다. 영국 철도 클래스 390, 핀란드 VR 클래스 Sm3 등이 있다.
슈퍼 보이저 (영국): 봄바디어 운송에서 제작한 고속 틸팅 열차이다.
X2 (스웨덴): ABB의 틸팅 메커니즘을 갖추고 있다. 중국에서도 ''Xīnshísù''라는 이름으로 사용된 적이 있다.
TTX (대한민국, 2007): '한빛 200'으로도 불렸으며, 최고 속도 200km/h, 운행 속도 180km/h를 목표로 한 한국형 틸팅 열차의 실험적 시제차량이다. 양산되지는 않았다.
일본에서는 이 방식의 틸팅 열차 및 신칸센 차량이 다수 개발되어 운용 중이다.

=== 일본 ===

일본은 국토의 많은 부분이 산지이고 철도 노선에 곡선 구간이 많아 일찍부터 틸팅 열차 개발에 적극적이었다. 국철 시절인 1973년 381계를 시작으로, JR 그룹 각 회사와 사철 회사들이 다양한 방식의 틸팅 열차를 도입하여 운용하고 있다. 특히 신칸센에도 틸팅 기술이 적용되어 고속 운행에 기여하고 있다.

일본의 주요 틸팅 열차
도입 연도	운영사	차량 계열	틸팅 방식	주요 사용 노선/열차
1973	JNR (JR 서일본)	381계	자연 진자 (수동)	특급 야쿠모
1989	JR 시코쿠	2000계/N2000계	제어형 자연 진자	특급 아시즈리, 이시즈치, 난푸, 시만토, 시오카제, 우와카이, 우즈시오 (세계 최초 틸팅 DMU)
1992	JR 홋카이도	키하 281계	제어형 자연 진자	특급 슈퍼 호쿠토
1992	JR 시코쿠	8000계	제어형 자연 진자	특급 이시즈치, 시오카제 (요산선)
1993	JR 동일본	E351계	제어형 자연 진자	(이전) 특급 슈퍼 아즈사
1994	지즈 익스프레스	HOT7000계	제어형 자연 진자	특급 슈퍼 하쿠토
1994	JR 도카이	383계	제어형 자연 진자	특급 와이드 뷰 시나노
1994	JR 큐슈	883계	제어형 자연 진자	특급 니치린, 하우스텐보스, 카모메
1995	JR 홋카이도	키하 283계	제어형 자연 진자	특급 슈퍼 호쿠토, 슈퍼 오조라, 슈퍼 토카치
1996	JR 서일본	283계	제어형 자연 진자	특급 구로시오
1996	JR 홋카이도	키하 201계	강제 틸팅	삿포로 근교 통근/급행 열차
1999	JR 큐슈	885계	제어형 자연 진자	특급 카모메, 소닉
1999	JR 홋카이도	키하 261계	강제 틸팅	특급 슈퍼 소야
1999	메이테츠	1600계	강제 틸팅	메이테츠 니시오선 특급 열차
2001	JR 서일본	키하 187계	제어형 자연 진자	특급 슈퍼 이나바, 슈퍼 마쓰카제, 슈퍼 오키
2004	메이테츠	2000계 μ-스카이	강제 틸팅	나고야-주부 센트레아 국제공항 특급 열차
2005	오다큐	50000계 VSE	강제 틸팅	특급 로망스카
2007	JR 도카이, JR 서일본	N700계 신칸센 (N700-7000/8000계 제외)	강제 틸팅	도카이도 신칸센, 산요 신칸센
2011	JR 동일본	E5계 신칸센	강제 틸팅	도호쿠 신칸센, 홋카이도 신칸센
2013	JR 동일본	E6계 신칸센	강제 틸팅	도호쿠 신칸센, 아키타 신칸센
2014	JR 홋카이도	H5계 신칸센	강제 틸팅	도호쿠 신칸센, 홋카이도 신칸센
2014	JR 시코쿠	8600계	강제 틸팅 (공기 스프링)	특급 시오카제, 이시즈치
2015	JR 동일본	E353계	강제 틸팅 (공기 스프링)	특급 아즈사, 카이지
2017	JR 시코쿠	2600계	강제 틸팅 (공기 스프링)	특급 우즈시오, 시만토
2019	JR 시코쿠	2700계	제어형 자연 진자	특급 아시즈리, 난푸, 시만토, 우즈시오

=== 스페인 ===

스페인은 초기에 이탈리아의 기술을 참고하여 차체 틸팅 차량을 개발했으나, 1980년 탈고사가 독자적인 자연 진자식 객차를 개발한 이후 오랫동안 이 방식이 주류를 이루었다. 최근에는 강제 차체 틸팅 방식의 차량도 증가하고 있다.

'''탈고 펜듈러''' (TALGO Pendular): 탈고 고유의 저상 연결식 객차 기술을 기반으로 개발된 자연 진자식 객차이다. 공기 스프링을 이용하며, 세대적으로는 Talgo IV 이후에 해당한다. 궤간 가변 기능도 갖추고 있다. 최고 속도 200km/h 대응의 "TALGO Pendular 200"도 있다.
'''탈고 250''': 최고 속도 250km/h의 자연 진자식 탈고 객차를 사용하는 고속 열차이다. 전기 기관차 2량과 객차 11량으로 구성되며, 궤간 가변 기능도 갖추고 있다.
'''탈고 250 하이브리드''': 탈고 250을 기반으로 디젤 발전 차량 2량을 추가하고 객차를 9량으로 줄여, 전철화 및 비전철화 구간 모두를 운행할 수 있는 하이브리드 열차이다. 최고 속도는 240km/h이다.
'''렌페 490계''' ("아라리스"): 이탈리아 ETR 460형 전동차를 기반으로 제작되었으나, 궤간은 1668mm의 이베리아 궤간이다. 주로 마드리드와 발렌시아 구간에서 운행되었으나, 대차 균열 문제로 운행이 중단되었다.
'''TRD (렌페 594계 기동차)''': 덴마크 IC3를 기반으로 한 2량 편성 디젤 동차이다. 2001년 이후 생산된 차량은 CAF사가 개발한 강제 차체 틸팅 시스템 'SIBI'^[93]를 탑재하고 있다.
'''R-598 (렌페 598계 기동차)''': CAF사가 제조한 3량 편성의 강제 차체 틸팅식 디젤 동차이다. TRD와 마찬가지로 SIBI 시스템을 탑재하고 있다.

=== 스웨덴 ===

스웨덴은 국내 철도 노선에 곡선 구간이 많아 1970년대부터 스웨덴 국철(SJ AB)과 아세아(현 ABB)가 협력하여 차체 틸팅 차량을 개발했다^[117]. 실용화는 1989년으로, 이탈리아의 펜돌리노보다는 다소 늦었다.

'''SJ2000''' (X2): 아세아(ABB)가 개발한 푸시풀 방식의 차체 틸팅 열차이다^[117]. 기관차는 틸팅 기능이 없고, 객차에만 유압식 차체 틸팅 대차가 장착되어 있다^[117]. 고속 신선을 건설하지 않고 기존선에서 최고 200km/h 운행을 가능하게 했으며, 설계 최고 속도는 250km/h이다^[117]. 각 대차에는 자기 조타 기능도 갖추고 있다^[117]. 미국, 오스트레일리아, 중국 등에서 시험 운행된 바 있다.

8. 대한민국

한국형 틸팅열차(TTX) : 실험차량으로, 대한민국에서 개발된 최초이자 현재까지 유일한 틸팅 열차이다.

참조

_[1] 서적 プロトタイプの世界 - Prototype World Kōtsū Shimbunsha 2005-12
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_[67] 문서 日本国有鉄道の場合、乗り心地上許容される車体床面における水平方向の加速度を0.08G（地表方向の重力の約1/12）以下を限度としていた。この数値は、テーブルの上のコップが横に動くか動かないかという程度の遠心力の強さである。
_[68] 문서 許容可能な超過遠心力＝許容カント不足量([[:en:Cant_deficiency|Cant deficiency]])として規定される。
_[69] 문서 ただし、振り子式車両は概して重心が低いためそもそも脱線しにくい。同じ車両で比べた場合に、車体傾斜機構によって脱線を防ぐことはできないということである。
_[70] 문서 側圧増大を抑制するために車体傾斜システムとともに[[鉄道車両の台車#輪軸操舵機構（操舵台車）|操舵台車]]を搭載する車両もあるが、軌道が強化されなければ安定した高速走行そのものが困難である。
_[71] 문서 逆に幹線区間で半径の小さな曲線がなく、通過速度に対して充分なカント量がある場合も、車体傾斜を動作させる必要はない。
_[72] 문서 車体傾斜装置を装備しない[[JR西日本681系電車|681系]]・[[JR西日本683系電車|683系]]等で曲線通過速度を高めているのはこの例である。
_[73] 문서 枕ばり（ボルスタ）の下部を円形にして回転できるようにしたもの。
_[74] 문서 風戸2011、p.15
_[75] 문서 タルゴ・ペンデュラーも小田急の試験車両もともに車体端より外に[[連接台車]]の中心があり、ボギー車に比べれば空気ばねを高く設置しやすい。小田急の場合、約2000 mmの高さであった。
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_[96] 문서 JR北海道のように単に「車体傾斜」と呼ぶ鉄道会社もある。また「簡易振り子」とは呼ばれても自然振り子式や制御付き自然振り子式を元に簡易構造としたものではない。
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_[101] 문서 先頭車両に搭載した[[ジャイロスコープ|ジャイロセンサー（角速度センサー）]]のデータにより曲線を検知して、その後に各車両に搭載された車体傾斜[[電磁弁]]により、台車の外軌側の空気ばね内圧を高めて車体を傾斜させる方式。
_[102] 문서 予め線路上の曲線部ごとのカント等のすべての情報をあらかじめ車上装置へ組み込まれた[[マイクロコンピュータ|マイコン]]に記録しておき、そこで記録された曲線情報に速度発電機と地上にある[[自動列車停止装置|ATS]]地上子（新幹線の場合はトランスポンダ地上子を使用する）を使用して得られる絶対位置情報、[[速度発電機]]の検出で得られる速度情報、空気ばねの高さの情報を元に、車体傾斜制御装置が傾斜角を計算して各車両に搭載されている車体傾斜電磁弁装置に指令を送り内軌側の空気ばね内圧を低め、外軌側の空気ばね内圧を高めて、車体を傾斜させる方式。
_[103] 문서 この場合には、空気ばねの高さの数値も計算に入れる。
_[104] 문서 先行して投入した[[JR四国8600系電車|8600系電車]]でも、量産先行車での試験の結果空気タンクの増設が必要とされ、量産車では空気タンクを増設した。だが、こちらは電車であり電動車は2〜3両に1両のみ艤装スペースに余裕があったため、増設への対応が容易であった。
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