실도로 주행패턴을 반영한 차대동력계 연비 시험 모드 개발 - 위규성 (The Graduate School, Ajou University, 2013)
상용 차량의 경우 국내 도로 조건 및 주행 패턴을 고려한 연비시험 주행모드가 없기 때문에 주행모드가 있는 승용 차량과는 실도로 운행을 통하여 연비를 측정하고 있다. 자동차의 연비(단위연료 당 주행거리 km/l)는 차량 자체의 특성, 차량 관리상태, 도로상태, 교통량 및 교통관제 시스템, 운전자의 운전습관, 기상상태 등 여러 요인에 의해 영향을 받는다. 이러한 차이로 인해 큰 연비 차이를 보이며, 시간과 경비의 소요 또한 크다. 실도로 주행은 운전자, 도로조건 및 주행구간 등에 의해 큰 영향을 받기 때문에 매 시험마다 측정연비의 차이를 보인다. 따라서 다수의 반복 시험을 통하여 측정오차를 줄여야 하므로 시간과 경비의 소요가 매우 커지는 문제가 발행한다. 본 연구에서는 시간 및 경비절감뿐만 아니라 국내 도로의 주행패턴을 고려한 상용차량의 연비시험 주행 모드에 그 목적이 있다. 이에 따라 트랙터의 연비 개선을 위한 정확한 연비의 측정이 필요한 실정이다. 본 연구에서 제안하는 트랙터의 차대동력계 연비 주행 모드는 실도로 주행 패턴을 적극적으로 반영한다. 즉 실도로 주행을 통해 획득한 연비 영향 인자의 확률분포를 동일하게 유지하면서 주어진 주행 시간 내에 속도와 경사도를 재배치하여 모드를 완성한다. 이 때 고려되는 주 영향 인자로는 속도, 가속도, 경사도, 공회전 비율, 감속제동 비율 등이며 각각의 확률분포 외에도 인자 간 연동효과(correlation effect)까지 고려하여 모드에 반영한다. 이를 위해 실도로 주행 시험이 선행되어야 하며 이 때 연비 영향 인자들을 실시간으로 저장하여야 한다. 한편 속도 측정과 달리 경사도 측정은 현재 사용되는 GPS센서의 데이터를 활용하였다. 실도로 주행 패턴으로부터 먼저 속도, 가속도, 공회전 비율 및 상호 연동효과를 고려한 모드 속도 분포를 도출한다. 그 다음 실도로 경사도 분포 및 속도와의 연동효과를 반영한 모드 경사도 분포를 생성한다. 데이터 분석을 통하여 도출된 주행 모드는 시뮬레이션을 통하여 운전성 및 연비 검증을 수행한다. 즉 도출된 주행 모드가 실 차량에서 운전 가능여부와 실도로 주행 연비와 얼마나 유사한지를 시뮬레이션을 통하여 예측한다. 연비 시뮬레이션을 수행하기 위해 엔진, 동력전달계 및 보기류를 포함한 차량 각부의 모델링이 선행되어야 한다. 이를 위해 현대차의 협조를 얻어 엔진시험 및 차량시험을 수행한다. 엔진시험을 통하여 속도와 부하에 따른 연료소모 특성 및 마찰특성을 파악하고 차량시험을 통하여 동력전달계 및 보기류의 소모동력을 측정한다. 이러한 과정을 거쳐 차량 모델이 완성되면 먼저 실도로 주행 시뮬레이션을 통하여 연비 비교를 통한 모델 검증 및 보완을 수행한다. 완성된 차량 모델을 이용 주행 모드에 대한 연비 예측을 수행하여 실도로 연비와 3% 이내의 연비 차이를 보일 때까지 주행 모드를 수정 보완한다. 시뮬레이션을 통하여 검증된 주행모드를 이용하여 차대동력계 상에서 실차 검증 시험을 수행한다. 이 때 실도로에서와 마찬가지로 연비 영향 인자를 실시간으로 취득하여 각 인자의 특성을 실도로와 비교 분석하여 최종적으로 주행모드를 수정 보완한다. 차대동력계 주행 시험을 반복하여 최종 주행 모드를 완성한다.
학위논문(석사)아주대학교 일반대학원 :기계공학과,2013. 8
Keywords: 연비; 주행; 대형 상용차량