크리깅 메타모델을 이용한 자동차용 밴트 밸브 최적 설계

Abstract

연료 시스템(Fuel system)에서의 밴트 밸브(Vent Valve)는 연료의 주유량을 결정하고 차량 전복 시 증발가스(Vapor)의 통로를 밀폐시켜 연료 탱크(Fuel Tank)로부터 연료 누출 방지 및 연료 탱크 내의 증발가스를 해소시키는 주요 부품으로서 설계에서 실험까지 많은 시간이 소요되고 실험 후 요구되는 성능 을 만족하지 못하면 다시 설계에서 실험까지 상당한 시간을 소요하게 된다. 이와 같이 소요되는 시간과 비용이 크고 설계 오차가 발생하기 때문에 시뮬레이션 모델 사용이 요구되고 있다. 하지만 복잡한 시스템 모델의 경우 시뮬레이션 모델을 직접 최적화에 적용하기에는 많은 제약이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 복잡한 시스템 모델을 어느 정도 정확도가 보장된 근사모델을 이용한 최적설계가 요구된다. 본 논문에서는 기존의 실험에만 의존한 시행착오적 설계를 가지고 있는 단점을 극복하고자 실험계획법에 의하여 수행한 실험 결과를 사용하여 도출된 크리깅 메타모델(Kriging metamodel)을 이용한 최적설계를 수행하였다. 이를 위하여 먼저 12개의 설계 요구사항과 6개의 설계 변수로 구성된 최적설계 문제를 정식화하였다. 6개의 설계변수를 위한 L 36 직교 배열표(Orthogonal array) 에 의하여 실험을 수행하고 이를 사용하여 12개의 설계요구사항에 대한 크리깅 메타모델을 생성하였다. 그리고 생성된 메타모델로 구성된 최적화 문제에 유전자 알고리즘(GA)을 적용하여 최적 해를 구하였다. 그 결과 구속조건을 만족하면서 목적함수인 누유량을 240% 감소시킬 수 있었다.; Vent valve in fuel system determines the refueling amount, and closes the passage way of evaporated gas from fuel tank at vehicle overturning. It requires much time from design to experiment, and the risk of failed design should be minimized. Therefore, simulation modeling has been applied. However, there are many restrictions for the application of simulation modeling in complex system. To solve these problems, optimal design with approximate modeling in guaranteed precision should be implemented. In this paper, Kriging meta-model form DOE method is utilized for the optimal design to overcome the shortcoming of trial and error design. First of all, 12 design requirements and 6 design parameters are derived. By the orthogonal array of L36 for 6 design parameters, Kriging metamodel is generated for 12 design requirements. Using created metamodel, genetic algorithm(GA) is applied to deduce optimal solution. As a result, carry-over amount, objective function, can be reduced up to 240% while satisfies boundary condition.