시내버스 ISG 제어로직 개발 및 연비효과 예측

Abstract

전 세계적으로 환경오염에 대한 관심이 급증하고 에너지 고갈에 따른 위기로 인해 유해배출가스에 대한 규제 강화 및 에너지저감 정책이 대두되고 있다. 이에 발맞춰 자동차 배출가스저감 및 연비개선에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 그 중 ISG(Idle Stop and Go) 시스템은 차량이 운행 중 정차 시 엔진을 껐다가 재출발 시 자동으로 엔진의 시동이 걸리게 하는 기술로 정차구간이 많은 도심주행이나 교통체증이 있는 도로상황에서 공회전 시간을 줄여 정차 시 발생하는 연료소모를 줄일 수 있는 기술이다. 특히 시내버스의 경우 신호대기 및 승객의 승, 하차로 인한 정차에 따른 공회전이 많아 ISG기술이 연비개선에 효과적이다. 시내버스의 수동 및 자동변속기 버스의 전체 운행 중 사용된 연료량과 공회전시 소모되는 연료량을 살펴보면 수동변속기의 경우 10%, 자동변속기의 경우 12%로 높은 비율을 차지고하고 있기 때문에 ISG를 통해 이를 상당부분 줄일 수 있다. 하지만 2017년 기준 국내 전체 시내버스 약 3만 4천대 중 ISG 시스템이 적용된 시내버스는 CNG 하이브리드와 전기버스 270대를 제외하면 없는 실정이다. 국토교통부, “연도별 자동차 등록대수 현황”, 2017. 전국버스운송사업조합연합회, “버스통계편람”, 2017. 따라서 배출가스 저감 및 연비개선을 위해 기존 내연기관 기반 시내버스에 ISG를 적용하기 위한 연구가 필요하다. ISG가 장착되어 양산된 차량과 달리, 기존 내연기관 차량에 ISG 시스템을 적용하기 위해선 별도의 컨트롤러 설치가 요구되며 대상차량에 맞게 개발된 ISG 제어로직이 필요하다. 따라서 본 논문에서는 현재 운행 중인 내연기관 기반 시내버스의 ISG 시스템 적용에 기반을 다지기 위한 연구를 진행했다. 시내버스의 ISG 제어로직에 필요한 인자들 중 배터리 SOC(State of Charge)는 대상차량의 충전거동에 맞게 추정방법을 제시하고 이와 함께 경사도 센서를 이용하여 노면의 구배와 CAN(Controller Area Network)을 통한 차량 주행정보를 바탕으로 ISG 동작여부를 판단하는 제어로직을 개발했다. 이러한 제어로직을 차량 모델에 적용하여 실제 시내버스의 주행환경을 바탕으로 시뮬레이션을 진행한 결과, 약 12%의 연비개선효과를 확인했으며 실차실험을 통해 제어로직대로 ISG가 잘 작동함을 확인했다.