고속버스 연비개선을 위한 열관리시스템 융합제어에 관한 연구

Abstract

자동차에서 연비문제는 차량 개발 시 고려되는 여러 가지 주요 항목 중 하나이다. 차량의 연비 개선을 위해서는 차량 구성품 들의 개발에 있어 마찰 저감, 효율 개선 등과 함께 시스템적인 차원에서의 접근이 필요하다. 또한 각 시스템에 대한 상호 보완적인 제어를 통해서만이 목적하는 결과를 도출할 수 있다. 차량 연비에 큰 영향을 미치는 자동차 열관리시스템은 화석에너지 고갈과 함께 그 중요성이 더욱 커지고 있다. 이와 함께 전동식 물펌프, 전자제어 냉각팬, 수냉식 인터쿨러, 2단 EGR 쿨러 등 열관리시스템과 관련된 여러 연구들이 수행되고 있다. 하지만 기존의 연구는 각 냉각시스템 구성 요소들에 대한 연구에 국한되어 있으며 시스템적인 접근에서의 연구가 필요한 실정이다. 본 연구에서는 냉각수 제어, 엔진 및 구동계 오일 온도 제어, 흡기 온도제어를 포함한 열관리시스템의 융합제어 방법을 제안하였다. 본 연구에서는 열관리시스템을 냉각수, 오일, 흡기의 세 부분으로 분류 하였고, 각각의 서브시스템을 구성하였다. 각 서브시스템의 제어용 파트를 제안, 기존의 차량에 설치하였으며, 각각의 연비 개선 정도를 실험을 통하여 비교 평가하였다. 이를 통하여 각 항목별 제어 방법을 제안하였으며, 연비 개선율을 측정하였다. 각 시스템의 연비 개선율은 주로 단품상태에서 이루어진 기존의 연구에 비하여 상대적으로 작게 나왔으며, 이는 자동차 연비에 대한 단품에서의 접근이 시스템적 접근과 크게 다르다는 것을 말한다. 따라서 시스템적 차원에서의 접근 방법이 요구되며, 본 논문에서는 각 서브시스템의 상호 보완적인 관계를 고려하여 융합제어 방법론을 제안하였고, 이를 실험을 통하여 검증하였다. 실험을 통한 검증은 시스템의 구성 및 실험 시간 등의 이유로 특정 조건에서만 그 효과를 파악할 수 있다. 시뮬레이션을 통한 시스템 해석은 이러한 점에서 각 요소에 대한 변인 통제는 물론, 외부 환경 변화에 따른 효과 파악에 유용하게 사용될 수 있다. 따라서 본 연구에서는 실험 차량에 대한 시뮬레이션 모델을 구성하였으며, 이를 통하여 외부 환경 변화에 따른 제어 전략 수립 및 연비 개선 효과에 대한 분석을 수행하였다. 이를 통하여 연간 3~7%, 우리나라의 연평균 기온인 14oC에서 약 5%의 연비개선 결과를 얻을 수 있었다. 본 연구를 통하여 얻어진 열관리시스템은 향후 차량 개발에 있어 냉각계 설계 및 제어에 활용할 수 있으며, 시뮬레이션은 예상 효과 파악, 제원 결정 및 최적화에 활용할 수 있을 것으로 판단된다.