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표제지

목차

논문요약 10

제1장 서론 11

1.1. 연구 배경 11

1.1.1. 석유고갈 및 환경오염 11

1.1.2. 이륜차의 시장 동향 및 교통사고 현황 14

1.1.3. 전기에너지차량의 연비 제한 20

1.2. 기존 연구 21

1.2.1. 전기스쿠터의 부품 사양 21

1.2.2. 전기스쿠터 국·내외 관련 기술 동향 24

1.2.3. 고안전 제동 장치 기술 30

1.3. 연구 목적 및 내용 31

제2장 전기스쿠터 성능 시뮬레이터 개발 33

2.1. 전기스쿠터의 부품 모델링 구성 33

2.1.1. 배터리 36

2.1.2. 모터 42

2.1.3. 차량동역학 모델 45

2.1.4. 운전자 모델 47

2.1.5. Main 제어기 49

2.2. 시뮬레이터의 타당성 검증을 위한 시뮬레이션 결과 51

제3장 전기스쿠터 성능 향상을 위한 제어 알고리즘 개발 53

3.1. 변속모드 제어 알고리즘 55

3.1.1. 스포츠 모드 56

3.1.2. 안전 모드 57

3.2. 연비 향상 제어 알고리즘 61

3.2.1. 회생제동 제어 62

3.2.2. 회생제동 제어 알고리즘의 모델링 68

제4장 실차 시험을 통하여 시뮬레이터 검증 70

4.1. 실험 장치 70

4.1.1. 실험용 차량 플랫폼 70

4.1.2. 실험 데이터를 수신하는 CAN 통신 장비 73

4.2. 실험 환경 및 방법 77

4.2.1. 가속 성능 실험 77

4.2.2. 도로 주행 실험 84

4.3. 실차 실험을 통하여 시뮬레이터 검증 85

제5장 결론 90

참고문헌 92

ABSTRACT 95

표목차

표 1.1. 주요국 친환경자동차 지원동향 13

표 1.2. 전기이륜차와 내연기관 이륜차의 평균 연비 비교 15

표 1.3. 2010년 자동차 종류별 교통사고 발생현황 18

표 2.1. 실험용 차량 플랫폼의 재원 51

표 3.1. 제한 속도에 따른 모터 효율 67

표 4.1. 실험용 차량 플랫폼의 재원(내용없음) 9

표 4.2. CAN통신의 속도와 거리 74

그림목차

그림 1.1. 에너지 소비 증가로 인해 자원 고갈과 대기오염 13

그림 1.2. 전기이륜차의 경제성 15

그림 1.3. 전 세계적인 전기스쿠터의 사장 16

그림 1.4. 2010년 자동차 종류별 교통사고 발생현황 18

그림 1.5. 여성 운전자 사고 및 전체 사고 중 점유율 추세(2000-2010년) 19

그림 1.6. 전기스쿠터의 부품 구조 22

그림 1.7. 허보 내장형 3단 변속기 (국내 M사) 25

그림 1.8. 국·내외 전기 모터의 개발 현상 25

그림 1.9. 이륜차용 전기구동 모터 예시도 26

그림 1.10. 배터리의 기술 동향 28

그림 1.11. 배터리의 주요성능 비교(1) 28

그림 1.12. 배터리의 주요성능 비교(2) 29

그림 2.1. 전기스쿠터 동력시스템 구성도 35

그림 2.2. 전기스쿠터 성능 시뮬레이터 전체 구성도 35

그림 2.3. 배터리 SOC에 따른 기전력과 내부저항 38

그림 2.4. 배터리의 시뮬레이터 모델 41

그림 2.5. 전기 모터의 토크 곡선 43

그림 2.6. 전기 모터의 효율 맵 43

그림 2.7. 전기모터의 시뮬레이터 모델 44

그림 2.8. 차량 동역학 시뮬레이터 모델 46

그림 2.9. 운전자 시뮬레이터 모델 48

그림 2.10. 전기스쿠터 제어기 모델 50

그림 2.11. 차량의 요구속도와 실제속도 52

그림 2.12. 모터의 토크 변화량 52

그림 2.13. 배터리 SOC의 변화량 52

그림 3.1. 차량의 주행성능을 향상하는 제어 구성도 54

그림 3.2. 이륜차와 승용차의 일반적인 출발가속도 패턴 55

그림 3.3. 전기 모터의 토크 특성 곡선 56

그림 3.4. 스포츠 모드의 시뮬레이션 입출력 관계도 57

그림 3.5. 안전 모드의 시뮬레이션 입출력 관계도 58

그림 3.6. 차량이 가속 동안에 액셀 페달 곡선 58

그림 3.7. 스포츠 모드의 가속 곡선 59

그림 3.8. 안전 모드의 가속 곡선 59

그림 3.9. 주행 사이클 60

그림 3.10. 변속 모드에 따른 SOC 소모량 60

그림 3.11. 2011 China Electric Vehicle Survey 61

그림 3.12. 회생제동 알고리즘 구성도 63

그림 3.13. 이상 효율과 실제 효율 66

그림 3.14. 회생제동 제어 알고리즘 모델링 69

그림 4.1. 실험용 차량 플랫폼 71

그림 4.2. 차량 플랫폼의 구성도 72

그림 4.3. CAN통신의 속도에 따른 거리 74

그림 4.4. 실험을 데이터를 수집한 화면 76

그림 4.5. 실험 장비를 연결하는 화면 76

그림 4.6. 차량 가속 성능 실험 장소 77

그림 4.7. 남성 가속 실험 결과(A) 79

그림 4.8. 남성 가속 실험 결과(B) 79

그림 4.9. 남성 가속 실험 결과(C) 79

그림 4.10. 남성 가속 실험 결과(D) 80

그림 4.11. 남성 가속 실험 결과(E) 80

그림 4.12. 여성 가속 실험 결과(A) 81

그림 4.13. 여성 가속 실험 결과(B) 81

그림 4.14. 여성 가속 실험 결과(C) 81

그림 4.15. 여성 가속 실험 결과(D) 82

그림 4.16. 여성 가속 실험 결과(E) 82

그림 4.17. 남성의 가속 특성 83

그림 4.18. 여성의 가속 특성 83

그림 4.19. 주행 테스트 환경 84

그림 4.20. 주행 사이클 85

그림 4.21. 스포츠 모드의 시뮬레이션 결과와 실험 결과 86

그림 4.22. 안전 모드의 시뮬레이션 결과와 실험 결과 86

그림 4.23. 차량의 요구 속도와 실제 속도 88

그림 4.24. 배터리SOC의 변화량 88

그림 4.25. 전기 모터의 토크 변화 88

그림 4.26. 전기 모터의 RPM 89

그림 4.27. 주행 모드에 따른 주행거리 89

그림 4.28. 전기스쿠터의 일충전 주행거리 89

초록보기

 석유에너지의 고갈과 환경오염 등이 사회적인 이슈로 대두됨에 따라 기존의 내연기관을 사용하던 운송수단은 전기기관으로 대체되고 있다. 전기기관은 전기에너지를 근원으로 전기모터를 구동하여 동력원을 얻는 기관으로써 자동차나 스쿠터 등에 적용되어 개발 및 양산되고 있다. 전기기관은 전기에너지만 사용하여 배출가스가 없으며 소음도 거의 없는 장점을 가지고 있다. 이러한 장점 때문에 전기기관을 이용하여 출퇴근하는 사람들이 날로 늘어나고 있지만 해결해야 할 문제점이 아직 많이 남아있다. 전기스쿠터의 경우 예기치 못한 스로틀 조작으로 급가속이 발생하여 이로 인한 교통 사고량도 증가하고 있으며, 교통체증 등으로 인하여 발생되는 빈번한 가속과 제동은 주행 효율을 떨어뜨려 일충전 주행거리를 감소시킨다. 본 논문에서는 전기 스쿠터의 주행 효율을 높여 일충전 주행거리를 늘리고 주행시 안전을 확보하기 위하여 후륜에 인휠 모터를 장착한 전기스쿠터를 바탕으로 성능 시뮬레이터를 구축하고 변속모드 제어 알고리즘과 회생제동 알고리즘을 개발하여 다양한 시뮬레이션 환경에서 주행하면서 차량의 안전성과 효율 향상을 위한 연구를 수행하였다. 본 연구에서는 MATLAB/Simulink를 이용하여 전기스쿠터의 핵심 부품을 모델링하고 이러한 부품 모델링을 기반으로 성능 시뮬레이터를 구성하였다. 또한 구성된 시뮬레이터에 적합한 제어 알고리즘을 개발하고 최종적으로 성능 시뮬레이터에 탑재하여 시뮬레이션을 수행하고 실차 실험 결과와 비교하면서 검증한다.

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