도로 및 위치 정보 기반 연비 개선을 위한 그린드라이브 주행 제어 알고리즘 연구

Abstract

내연 기관은 에너지 효율 향상에 한계가 있으며, 동력 전달계 효율 향상에 대한 연구도 더 이상 큰 효과를 기대하기 어렵다. 반면 이종산업기술간 융합기술이 발전함에 따라 자동차 산업에서는 다양한 IT 기술 (에너지효율 기반 전자지도, 도로정보, 실시간 교통정보 등)과 융합된 차량 제어 기술이 접목되어 운전자의 안정성, 편의성을 높이는 서비스들이 다양하게 제공되고 있다. 특히 에너지 절감에 대한 인식이 높아짐에 따라 높은 연비를 얻기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 연비를 최대화하기 위해 감속 상황에서 기계적 제동을 줄이고 관성 주행으로 Fuel Cut 을 통한 연료 소비를 최소화하고 가속 상황에서 급 가속을 지양한다. 또한 일정 속도로 주행하여 연비 향상시키고, 동적 최적화를 위하여 특정한 차량의 가속으로 연료 소비를 줄인다. 본 연구에서는 곡선로 및 경사로에서 연비를 개선하기 위한 알고리즘을 제시하고 이를 바탕으로 에너지 손실을 최소화하는 진입 제한 속도 및 속도 프로파일을 제안하였다. 다양한 시나리오를 통하여 연비 개선 알고리즘의 타당성을 검증하였다. 운전자의 편의성와 안정성을 제공하던 적응 순항 제어 (Adaptive Cruise Control) 기술과 전방 경로 (직선로, 곡선로, 경사로) 및 위치 정보 기술 (GPS)을 융합하여 차량의 속도를 조절함으로써 주행 안정성과 더불어 불필요한 가속 및 제동을 줄여 연비를 향상시키는 알고리즘을 제시하였다. 직선로의 경우 선행 차량 추종 능력과 연료 소모와 직접적인 영향을 미치는 가속의 상반 관계를 최적화기 위하여 추종 에러 (Tracking Error)와 가속 사이의 가중치 (Weight Factor)를 고려하여 LQR (Linear-Quadratic Regulator) 기반 연비 성능 최적화 알고리즘을 설계하였다. 곡선로와 경사로의 경우 제시한 진입 속도를 추종하기 위한 스로틀 및 브레이크 제어를 통하여 다양한 시나리오를 적용해 보고 Cruise 와 Matlab/Simulink 프로그램을 이용한 컴퓨터 시뮬레이션으로 연비를 보였다.