학문 목적 한국어 학습자를 위한 내용 중심 한국어 어휘 교육 연구 : 자동차공학 전공을 중심으로

김선영 경희사이버대학교 문화창조대학원 2015 국내석사

학문 목적 한국어 학습자를 위한 내용 중심 한국어 어휘 교육 연구 -자동차공학 전공을 중심으로- 본 연구는 국내 대학에서 자동차공학을 전공하는 외국인 유학생을 대상으로 하여 전공과목의 이해와 학습에 도움이 되는 어휘를 선정하고, CBI중 병존언어교수 모형을 적용한 어휘 교육 방안을 모색하는 것을 목적으로 한다. 본 연구에서는 학문목적 자동차공학 전공어휘를 ‘자동차공학 전공기본어휘’, ‘자동차공학 전공심화어휘’, ‘자동차공학 전공중복어휘’로 분류하였다. 자동차공학 전공어휘 선정은, A대학교 자동차공학과에서 사용하는 전공 교재 7권으로 말뭉치를 구축한 후, ‘똘망새 2.5’를 활용하여 총 266,652개의 어절을 확인하였다. 1차 선정 단계로 ‘단어 빈도(Word Frequency)’를 활용하여 객관적으로 추출한 어절들 중 불필요한 부분들을 제거한 후 명사만을 남기도록 하여 총 12,211개의 명사 어휘가 나타났다. 이를 빈도순으로 구분하여 텍스트 내에서 18회 이상 사용된 명사 어휘가 1,949개 나왔다. 2차 선정 단계에서는 3차에 걸친 어휘평정 작업을 거쳐서 ‘자동차공학 전공기본어휘’ 600개, ‘자동차공학 전공심화어휘’ 216개가 최종 결과물로 도출되었다. 이중 한국어 교사와 전공 교수가 공통으로 선정한 ‘자동차공학 전공중복어휘’어휘는 60개이며 자동차전공 성격의 특성상 중요한 어휘이므로 한국어 교사와 전공 교수가 각각 가르치는 것이 효과적일 것이다. 석사 이상의 한국어 교사 7인과 자동차공학 전공 교수 3인이 어휘평정 작업에 참여하였다. 3차 선정 단계에서「한국어 학습용 기본어휘」 등급 A, B, C와 중복되는 어휘 81개를 추출하였다. 이 어휘들은 일반 목적 한국어 학습용 어휘이지만 자동차의 개념을 설명하거나 비교하는 데 꼭 필요한 어휘로 구분하여 자동차공학 전공 어휘에 포함시켰다. <자동차공학 한국어>개설 방안을 제시하였으며, 선정한 어휘 목록으로 병존언어교수(adjunct language instruction)모형을 적용하여 자동차공학 전공 학습자들에게 유의미한 어휘 교육 자료를 제시하였다. 교육 자료는 첫째, 그림 자료를 활용, 둘째, 한국어-유의어 대응, 셋째, 한국어·외래어·한자어-중국어 대응, 넷째, 한자어-한자어 대응의 교육 자료이다. 한국어 교사는 이 자료들을 활용한 어휘 교육을 실시해 자동차공학 전공기본어휘와 자동차공학 전공중복어휘를 교수하게 된다. 학습자들은 전공 어휘의 최소한의 의미와 구조를 배우고 난 후 전공 수업에서 심층적인 내용을 배우게 된다. 전공 교수는 한국어 교사와 협력하여 자동차공학 전공심화어휘와 자동차공학 전공중복어휘, 그에 따른 전공 내용을 교수한다. 마지막으로 <자동차 도장>과목의 전공 수업자료를 가지고 수업 모형을 제시하였다. 본 연구는 이공계열 학습자의 수가 증가하고 있으나 대다수의 이공계열 학습자들이 대학 전공 이수 과정에서 어려움을 겪고 있다는 실태에 주목하여, 자동차공학이라는 한국어 교육 분야의 새로운 방향을 모색했다는 점에서 의의를 갖는다.

일반선형모델 기반의 통계적 모델링 기법을 응용한 가상운전자 감각수용 및 지각과정 구현

나종관 한양대학교 대학원 2011 국내박사

This study describes a new approach to develop computational driver models in vehicle simulations for evaluating intelligent driving support systems (IDSSs). As IDSSs become more intelligent and provide active safety controls, more comprehensive understanding of a driver’s cognitive processes is required as well as vehicle dynamics. That means, the driver-centered evaluation tools implementing the driver's cognitive characteristics and limits are needed for assessing such intelligent subsystems beyond traditional function-oriented computational driver models used in computer-based vehicle simulations. In these circumstances, a new design paradigm for the computational driver models was introduced based on the driver's cognitive architecture: the entire driver's cognitive information processing stages were divided into four independent but functionally interrelated modules, i.e., sensory-perception, cognition-projection, response selection, and execution processes. Moreover, according to the pertinent literature, nineteen driver's human factors that can induce significant changes in the results of simulations were identified and classified into five groups (i.e., fundamental human factors, individual backgrounds, medical condition, on-the-driving condition, and socio-psychological factors). In order to differentiate the conventional function-oriented driver models into the driver-centered computational driver models in accordance with the specified driver's generic human factors, a set of cognitive empirical structures was defined as the sensory-perception process of the cognitive architecture. One hundred thirty drivers participated in a psychophysical experiment of velocity estimation at 71 checkpoints on a road section. The perceived velocity, as a dependent variable, was modeled based on general linear modeling approach with respect to the driver’s fundamental human factors (i.e., age, gender, and driving experience) as independent variables. As a result, eight different perceived velocity models (alpha=0.05; adjusted R-square=0.5013) were defined as a part of the cognitive processes with quantitative covariates in different modalities (i.e., radius of road, level of interior noise, as well as vehicle velocity). To observe differential effects of the revised sensory-perception processes, i.e., driver's perceived models, 1) eight different driver models equipped with the heterogeneous perceptual modules were developed based on a well-known lateral vehicle control model (i.e., optimal finite preview control [OFPC] model) using Matlab/Simulink software package; 2) double lane change [DLC] test track for passenger cars was selected as a driving scenario for simulation purposes; and 3) a full-scale vehicle model was implemented with physical/dynamic parameters of the experimental vehicle in this study based on a computer-based vehicle dynamic model (i.e., CarSim). The driver models implemented with different perceptual processes exhibited considerable changes in the results of vehicle simulations on DLC maneuvers. The results presented in this study suggested that defining the perceptual processes of different groups of drivers was an efficient and essential process of developing vehicle simulation environments for evaluating driver-centered intelligent driving support systems. Consequently, the results from this study may ultimately provide meaningful data for early stages of the advanced safety vehicle design. 이 연구는 점차 지능화되고 폭 넓은 능동적 제어를 수행하는 지능형 운전 보조 시스템 (Intelligent Driving Support System [IDSS])의 개발 과정에 활용할 수 있는 새로운 개념의 컴퓨터 기반 통합 차량 시뮬레이션 환경을 제안하였다. 특히, 컴퓨터 기반 차량 동역학 모델 (e.g., CarSim)과 연동하여 작동하는 가상 운전자 모델 구축 방법론에 초점을 맞추어 차량 동역학 모델로 실현되는 ‘가상 차량 모델’을 제어하는 역할을 하는 ‘가상 운전자 모델’에 대한 새로운 개념을 정의하였다. 즉, 기존의 컴퓨터 기반 차량 시뮬레이션 환경에서의 운전자 모델이 완벽한 정보 수용과 완벽한 차량 제어를 가정하고 미리 정의된 주행 시나리오를 수행하는 기능 중심 제어 모델이라 한다면, 본 연구의 운전자 모델은 인간의 감각수용 및 지각 특성을 고려한 운전자 중심의 인지적 정보처리 모델이라 할 수 있으며, 인간의 인지적 정보처리과정 전반을 네개의 독립적인 단계 (i.e., 감각수용 및 지각 과정, 인지 및 예측 과정, 반응 선택 과정, 그리고 제어 실행 과정)로 구분하고, 각 독립적 정보처리 단계 구현에 적합한 방법론을 적용하여 개발한 후 서로를 연동하여 하나의 정보처리 시스템으로 운용할 수 있는 방법론을 제안하였다. 또한, 운전자 인간공학 요인별로 차별화된 운전자 모델을 개발하기 위해, 먼저, 문헌 연구를 기반으로 차량 제어에 영향을 미칠 수 있는 인간공학 요인을 선별하였으며, 인지적 정보처리 단계 별 영향을 정리하였다. 이와 같은 차별화된 운전자 모델의 필요성 타진과, 실질적 운전자 모델 구현을 위한 첫 번째 단계로서 운전자 감각수용 및 지각과정 특성을 알아보기 위한 일련의 정신물리학 실험을 진행하였으며, 그 결과를 바탕으로 일반 선형모델 (i.e., general linear model) 기반 통계적 모델링 과정을 수행하였다. 모두 130명의 운전자를 대상으로 실제 도로 상 71개 측정지점에서 진행된 챠량 속도 추정 실험은 운전자의 인간공학 요인 (i.e., 연령, 성별, 운전 경력)을 정성적 독립변수로 선정하고, 체감속도를 종속변수로 정의하였으며, 차량의 실제 속도와 도로 곡률 반경, 그리고 차량의 실내 소음 수준을 정량적 공변인으로서 모델에 추가하여 각각의 주효과 및 교호작용 효과에 대한 통계적 유의성을 검토하였다. 분석 결과, 세 가지 정량적 공변인은 모두 운전자 체감속도에 통계적으로 유의한 수준 이상 영향을 미침을 알 수 있었다. 차량의 실제 속도는 물론 실내 소음 수준의 경우 운전자 체감속도와 양의 상관관계를 나타내며 다중 감각요소 상호 상승효과 (i.e., crossmodal enhancement effect)를 가짐을 알 수 있었다. 반면, 도로 곡률반경은 모든 인간공학 요인 수준에 관계 없이 음의 상관 관계가 있음을 알았다. 또한, 공변인과 인간공학 요인 사이에 존재하는 교호작용 효과 역시 통계적 유의성을 나타내어, 서로 다른 인간공학 요인을 가지는 운전자가 서로 다른 형태와 차별화된 수준의 공변인 효과를 받는 것을 알 수 있었다. 이러한 결과를 토대로, 운전자 인간공학 요인 수준 조합 별 여덟 가지 운전자 체감속도 모델 (성별, 연령, 그리고 운전 경력 각각 2수준으로 정의함)이 도출되었다. 차별화된 운전자 감각수용 및 지각과정의 실질적 효과를 검증하기위해 기존의 차량 성능 평가 등에 널리 활용되고 있는 기능 중심 횡적 제어 모델인 최적 예견제어 모델 (i.e., optimal finite preview control model)을 기준 운전자 모델로 선정하여 본 연구에서 정의한 운전자 체감속도 모델을 바탕으로 수정하여 새로운 여덟 가지 운전자 모델을 구현하였다. 즉, 운전자 체감속도가 차량의 실제 속도보다 상대적으로 높게 혹은 낮게 형성되는 정도에 따라 가상 차량에 대한 운전자 모델의 제어 시점에 차이를 발생시켜 그 제어 결과를 관찰 할 수 있도록 구성하였다. 가상운전자 모델 구현을 위해서는 Matlab/Simulink 소프트웨어 패키지를 이용하였고, 차량 동역학 모델로는 CarSim을 이용하였다. 이중 차선 변경 환경 (i.e., double lane change maneuver)에서 이루어진 컴퓨터 기반 통합 차량 시뮬레이션을 통해 각 운전자 모델의 감각수용 및 지각과정 특성 효과를 관찰할 수 있었으며, 기존의 기능 중심 제어 알고리즘으로 정의된 가상 운전자 모델이 제공할 수 없었던 인간공학 요인 수준 조합 별 차별화된 정보를 얻을 수 있었다. 운전자 감각수용 및 지각 특성을 적용한 컴퓨터 기반 차량 시뮬레이션을 통해 나타난 시뮬레이션 결과의 인간공학 요인 별 차별화와 정보량 확대는 향후 인지 및 예측, 반응 선택, 실행과정에 대한 운전자 중심 설계를 위한 연구가 반드시 필요하며 더욱 다양한 결과 및 정보를 창출할 수 있는 가능성을 보여주는 매우 중요한 결과라 할 수 있다. 결론적으로, 이와 같은 연구 결과로부터 보다 지능화되고있는 IDSS의 개발 및 평가과정에서 폭 넓게 활용될 수 있는 컴퓨터 기반의 통합 차량 시뮬레이션 환경 구축 과정에는 인간공학 요인 별 차별화된 운전자 모델 개발이 필수적임을 설명할 수 있었으며, 본 연구에서 개발한 방법론이 운전자 감각수용 지각과정 특성 구현 과정에 효과적으로 활용될 수 있음을 알 수 있었다. 향후 본 연구에서 제안한 운전자 모델링 방법론을 기초로 나머지 인지 정보처리과정의 개발로 더욱 확장시킨다면 궁극적으로 첨단 안전 차량의 설계 및 평가과정에서 효율적으로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

자동차용 양방향 DC-DC 컨버터의 회로특성에 관한 연구

김민조 한양대학교 대학원 2007 국내석사

최근 자원고갈 및 환경문제 등과 더불어 자동차 관련 기술에 대한 수요자들의 인지도나 요구 사항은 늘어가고 있다. 특히 디지털 산업의 발달로 차량내에 DMB, 지리정보, 인터넷 서비스 기능과 관련된 각종 전자장비가 설치되기 시작하였다. 즉, 기존의 12V 전원 시스템에 큰 부하가 연결되기 시작한 것이다. 90년대 초 자동차의 전기 장치는 조명, 엔진 시동 및 점화 정도였지만 최근에는 안전한 자동차를 위한 갖가지 장치들이 추가됨으로서 차량내 전기에너지의 소모는 90년대 초에 비하여 그 수요가 10배가량 증가하였다. 따라서 기존의 12V 전원 시스템으로 높은 전력이 요구되는 현재의 자동차에 적용하기 어렵게 되었다. 이로 인하여 요구되는 것이 42V 전원 시스템이다. 또한 최첨단의 안전성과 디지털 기기의 장착으로 사용전력이 증가되었으므로, 이를 보완하여 자동차에 적용하여야 한다. 이 시스템은 환경 규제와 연비에 대한 규제가 대폭 강화 되면서 그 필요성이 더욱 강조되고 있다. 오는 2010년까지 북미ㆍ유럽ㆍ일본 등지에서 생산되는 경차의 25~30%정도가 42V 전력 시스템을 적용할 것으로 예측된다. 이 시스템이 본격적으로 시장에 도입되면 대전류 입ㆍ출력이 빈번히 발생할 것으로 예상된다. 따라서 이들 에너지를 효율적으로 저장하고 관리 하는 에너지관리장치 또한 필요하게 되었다. 이러한 시스템에는 Ultra-Capacitor와 Battery 사이의 원활한 에너지 순환을 위해서 양방향으로 에너지를 전달할 수 있는 Buck-boost 시스템이 가장 적용 가능하다는 것을 여러 회로를 통해 입증하고 이를 토대로 본 논문에서는 자동차용 42V 전원시스템에 적용 가능한 양방향 Buck-Boost DC-DC 컨버터의 응용 회로를 실험하였다. Recently General interest in the environment has been increasing well before the start of the 21 century. Lower fuel consumption and fewer exhaust emissions are strongly in demand. and automotive industry today is faced with ever-increasing electrical power demands that are stretching the capabilities of present high power supplies. The use of electrical and electronic features to enhance customer comfort, convenience and safety, such as DMB, Navigation system, Antilock breaks, Lighting system, Communication system, Steering system, contribute to exponential growth in power demand and also to size and complexity of the wiring harnesses as well. Therefore We need high power system. This paper presents a study on circuit characteristic of 42V Bi-directional DC-DC converter. Experiment results of 42V Bi-directional DC-DC converter addressed in this paper.

자율주행자동차 사고의 법적 책임과 보험제도

김주표 전주대학교 일반대학원 2018 국내박사

The technology evolution from human driving vehicle to high-tech autonomous vehicle is rapidly progressing. Autonomous vehicle commercialization is an important point of the Fourth Industrial Revolution that artificial intelligence and robot science is incorporated into a part of our life. Autonomous vehicle is defined that vehicle could drive by itself to the given destination by recognizing geographic feature on the road surrounding it, deciding traffic condition, and controlling itself automatically. The most serious problem related with autonomous vehicle operation is liability for accident by autonomous vehicle. Car accidents could occur great damage and the loss of life and property so that penal responsibility and civil liability for damages are issued mainly. In addition, other problems such as administrative liability and government compensation insurance system are also related. It is expected that autonomous vehicle might reduce effectiveness of traffic flow and traffic accident rate in the future. However, it is always existed that mechanical equipment of autonomous vehicle and fault or system malfunction of autonomous driving program could occur car accidents. It might be difficult to create absolutely perfect and flawless mechanical equipment and software program for the meantime. When operating autonomous vehicle, autonomous vehicle related car accident could occur and same liability might become problems eventually. Therefore, study for compensation of victim’s human damage occurred by autonomous vehicle driving should be conducted. Currently, autonomous vehicle has been developing for complete autonomous driving but autonomous vehicle for commercialization in the future could be possible to convert into human-driving mode when unexpected situation occurs. Therefore, insurance should be applied very carefully. Above all, there is difference to apply the Automobile Accident Compensation Security Law between autonomous driving mode and human-driving mode. The accident occurring when vehicle owner is driving by human-driving mode could be handled by existing legal principles and precedent. However, accident occurring during autonomous driving mode could be interpreted by applying driver’s sense of responsibility to remedy driver’s advantage and control of driving suggested for acknowledge as a driver. It is also closely connected with an acknowledge of autonomous vehicle owner as others. Moreover, sense of driving obligation by one driver between co-drivers might be acknowledge with denying admitted as others and the other driver could be acknowledge as others for victim’s protection by the Automobile Accident Compensation Security Law when car accident occurs. In case of autonomous vehicle accident, it could occur by manufacturing defects and design defect so that it could be a problem that how product liability law could be applied. In addition, when car accident occurs while driving autonomous vehicle, it could be difficult to shift blame for accident on the driver who is not intervention to drive. It means that relief of victim might make a blank by reducing driver’s liability for damages. The introduction of No-fault Insurance System which is kind of social insurance to reduce the blank is needed and current insurance system should be reviewed completely. In addition, specialized insurance development for autonomous vehicle is necessary. According to the current Automobile Accident Compensation Security Law, vehicle owner should have compulsory liability insurance(Act 5). However, in case of actual autonomous vehicle, it should be enforced that manufacturers might have compulsory liability insurance based on the principle of equity. Recently sudden unintended acceleration is at issue but burden of proof by consumer is still remained. The related precedents have suggested that there is common point that autonomous vehicle is operated by electronic control unit or computer system so that the obligation of product-liability insurance should be considered from the point of victim’s relief of responsibility for proof and victim protection.To apply insurance smoothly, system improvement in accordance with new concept of automobile insurance handling should be established and when function improvement of autonomous driving applied administrative law and insurance law is improved, autonomous vehicle could be safer than human-driving and damage relief could be also enough.

상용자동차용 재제조 EUI의 성능평가기술에 관한 연구

손민호 한양대학교 대학원 2021 국내석사

디젤 엔진 시스템(Diesel engine system)은 가솔린 엔진 시스템(Gasoline engine system) 대비 낮은 rpm에서 최대 토크 출력이 가능하고 효율적인 연비를 가져 중량물을 운반하는 버스나 트럭, 중장비 등 대형 상용자동차에 주로 사용되고 있다. 상용자동차는 운행 특성상 승용자동차 대비 주행거리(영업용 화물자동차의 경우, 연평균 약 49,530 km)가 길어 부품 교체 빈도수가 약 2.5배 이상 높다. 또한, 디젤 엔진 시스템을 구성하는 부품들의 가격이 가솔린 대비 높아 상용자동차를 운용하는 자영업자 또는 소비자들의 경제적 부담을 가중시키는 실정이다. 이에 대한 해결안으로서 신품과 동등한 품질을 가지며 절반의 가격으로 구매할 수 있는 보수용 부품인 재제조 제품의 보급이 절실하지만 국내 재제조 산업의 기술력 부족으로 인해 재제조 제품에 요구되는 품질을 확보하기 어려운 실정이다. 이에 따라 상용자동차용 EUI 재제조 제품의 성능 검증에 대한 연구는 재제조 업체뿐만 아니라 소비자들에게도 요구도가 높으며 개발 기술이 가지는 경제적, 사회적 파급 효과는 재제조 산업 활성화에 기여도가 높을 것이라고 판단된다. 본 연구에서는 제 기능을 상실한 EUI 즉, 중고 및 고장 EUI를 분해, 세척, 검사, 보수・조정, 재조립 등의 5단계 공정을 거쳐 재제조된 EUI에 대하여 제품 적합성 여부를 실험적으로 검증함으로써 품질 신뢰성을 확보할 수 있는 재제조 제품 평가 기술에 대해 연구하였다. 연구 방법으로서 주행 과정의 EUI에 대한 FMEA를 수행하여 부품 성능 복원 공정의 적합성을 확인하였으며 KS 규격에 의거한 재제조 EUI 동적 유량 특성 평가를 수행하여 분사 성능의 복원 적합성을 확인하였다. 나아가 재제조 EUI에 적합한 내구 평가 모드를 개발하기 위해 상용자동차 연비 및 배기가스 모드인 WHVC모드에서 차량의 속도, 엔진 rpm의 분포 등을 분석하고 인젝터 분사횟수를 도출하여 차량 주행 거리 20,000 km에 상응하는 EUI 내구 시험 모드를 개발하였다. 또한, 개발된 EUI 내구 시험 모드에 따라 EUI 신품과 재제조 제품을 비교 평가함으로써 재제조 EUI의 성능 복원을 검증하였다. 연구결과에 따르면 재제조 EUI에 대하여 동적유량특성 시험을 통해 재제조 전·후 비교 평가를 수행하였고 총 4개 평가 구간에 대해서 재제조 제품의 성능이 원제조사의 평가 기준을 만족함으로써 신품과 동등한 수준으로 복원되었음을 실험적으로 검증하였다. 또한, WHVC 모드 분석을 통해 개발된 20,000 km내구 시험 결과, 신품과 재제조 제품 모두 각 평가 구간에 대하여 10 % 이내의 변화량을 기록함에 따라 재제조 EUI의 내구 성능 및 복원 적합성을 검증하였다.

경유 자동차의 배출가스 정밀검사 방법 개선에 대한 연구

전상현 한양대학교 공학대학원 2010 국내석사

경유 자동차의 배출가스 정밀검사 방법 개선에 대한 연구 본 연구에서는 Lug-down3 모드와 KD-147 부하검사 방법의 소음과 매연에 대한 발생정도를 실차로 계측 하여 그 차이점을 분석하였으며, 도로주행의 패턴 반영 특성에 대하여 연구하였다.

마일드 하이브리드 전기자동차용 복합형 에너지 저장시스템의 효율 및 수명 개선에 관한 연구

이백행 漢陽大學校 大學院 2009 국내박사

고유가 시대의 도래와 기후변화 협약에 따른 온실가스 저감 노력 등의 일환으로 화석연료의 소비를 줄일 수 있는 대표적인 환경 친화적 자동차인 하이브리드 자동차의 도입이 미국, 일본 등을 중심으로 꾸준히 증가하고 있다. 1997년 일본 도요다 자동차에서 최초로 하이브리드 자동차를 시장에 선보인 이후, 세계적인 환경규제 및 환경친화적인 자동차에 대한 시장의 요구에 효과적으로 대응하기 위하여 다양한 형태의 하이브리드 전기자동차에 대한 개발이 진행되어 왔다. 이 중 가격대비 성능 측면에서 상대적인 강점을 가지는 마일드 타입의 하이브리드 시스템은 Idle Stop-start, Launch Assist 또는 Power Boost, 회생제동 (Regenerative Braking) 등의 기능을 채용하여, 2002년 일본 도요타에서 Crown 3.0 모델에 세계 최초로 적용되어 판매되기 시작하였다. 이어서 2004년 미국에서 GM이 Sierra와 Silverado 모델에 마일드 하이브리드 시스템이 적용되었고, 2006년에는 Saturn VUE 모델로 확대 적용되어 판매되었다. 하이브리드 전기자동차는 구동 동력원으로 내연기관과 함께 배터리의 전기에너지 사용하는 구조를 갖고 있으며, 이에 따라 보다 효율적인 차량 운용 및 연비 개선을 위해서는 구동장치에 전기에너지를 공급하거나 혹은 발전장치로부터 생성된 에너지의 저장을 담당하는 에너지 저장시스템을 적절히 구성되는 것이 중요하게 되었다. 즉, 하이브리드 전기자동차의 연비 및 주행 성능은 에너지 저장장치의 성능 및 효율과 직접적인 상관관계가 있기 때문에 구성된 하이브리드 시스템에 적합한 에너지 저장장치의 선정과 구성이 요구된다. 따라서 Idle Stop-start, Launch Assist, 회생제동 등의 기능을 갖는 마일드 하이브리드 전기자동차에서도 우수한 출력 및 효율 특성을 가지며, 빈번한 대 전류 충•방전 조건 하에서도 사이클 수명 및 사용기간을 보장할 수 있는 에너지 저장장치가 요구되고 있다. 현재 시장에 판매되고 있는 하이브리드 전기자동차의 에너지 저장장치에는 대부분 니켈-금속수소화물 배터리 (Ni-MH Battery, Nickel-Metal Hydride Battery)가 사용되고 있으나, 마일드 하이브리드 시스템의 경우는 상대적으로 가격 경쟁력이 있고 안정성이 우수한 납산 배터리 (Lead-acid Battery)가 활용되고 있다. 마일드 하이브리드 시스템은 초기 차량 비용 상승을 최소화하면서도 Idle Stop-start 나 회생제동과 같이 상대적으로 연비개선에 기여하는 효과가 큰 기능을 주로 수행하도록 설계된 시스템이기 때문에, 에너지 저장장치로 경제성이 우수한 납산 배터리가 채용되고 있는 것이다. 그러나 납산 배터리는 대전류 충•방전에 따른 수명 저하 문제, 낮은 운용 효율 및 저온시동 능력 등에 대해 개선될 필요성이 꾸준히 제기되어 왔다. 이러한 납산 배터리 사용에 따른 문제들을 해결하기 위한 다양한 방안이 지속적으로 연구되어 왔으며, 특히 밀폐형 납산 배터리 (VRLA, Valve Regulated Lead Acid)의 수명 특성 개선에 대한 연구와 울트라커패시터를 활용하여 에너지 저장의 수명 및 효율을 개선하는 방안들에 대한 연구들이 꾸준히 진행되고 있다. 본 논문에서는 마일드 하이브리드 전기자동차에 적용 가능한 에너지 저장장치로 밀폐형 납산 배터리와 울트라커패시터 모듈을 사용하고, 차량의 운행 상황이나 배터리와 울트라커패시터 모듈의 상태 등에 따라 두 에너지 저장장치를 선택적으로 사용할 수 있는 구조의 복합형 에너지 저장시스템을 구성하였다. 또한 제안된 복합형 에너지 저장시스템이 기존 에너지 저장장치가 지녔던 성능 및 수명 특성, 저온 시동 특성 등의 문제를 개선할 수 있도록 성능개선을 위한 최적 알고리즘을 제안하였다. 제안된 성능개선 알고리즘이 적용된 에너지 관리장치를 개발하여 복합형 에너지 저장시스템에 적용하였으며, 실제 차량의 운행 상황을 모사할 수 있는 충방전 평가 벤치를 구축하고 정립된 절차에 따른 성능평가 시험을 수행하였다. 수행한 성능평가 결과로부터 제안한 성능개선 알고리즘을 갖는 복합형 에너지 저장시스템이 마일드 하이브리드 전기자동차의 에너지 저장장치로 적용 시, 수명 및 효율 특성 등에 개선 효과가 있음을 확인하였다.

직-병렬 하이브리드 전기 자동차의 운전제어 전략

박준영 한양대학교 대학원 2008 국내박사

하이브리드 전기 자동차에서 연비 이득을 얻고 고전압 배터리의 충전상태를 유지하기 위해서는 하이브리드 전기 자동차가 지닌 복수의 동력원에 적절한 목표 운전점을 지령하는 운전제어 전략이 필수적이다. 통상적으로 매 순간에 등가연료를 최소화 하거나 시스템 효율을 최대화 하는 등의 순시 최적화에 의해 하이브리드 전기 자동차를 제어하려는 노력이 시도되지만, 이러한 과정에는 몇 가지 해결해야 할 문제들이 있다. 첫째, 순시 최적화에 필요한 계산량은 차량 제어기에서 실시간으로 처리하기에는 부적절하며, 특히, 직-병렬 하이브리드 전기 자동차와 같이 구조가 복잡한 시스템에서는 필요한 계산량이 더욱 증가한다. 둘째, 실제 차량의 주행 중에는 최적화에 필요한 제한조건이 가변되기 때문에 offline 최적화 결과를 control map에 저장하여 사용하는 방법도 적용하기 힘들다는 문제가 있다. 셋째, 하이브리드 전기 자동차가 에너지 저장요소인 배터리를 포함하기 때문에, 순시 최적 운전점의 집합이 전체 주행 사이클 관점에서의 최적 운전점과 일치하지는 않는 문제가 있다. 따라서, 본 연구에서는 직-병렬 하이브리드 전기 자동차를 순시 최적화에 기반하여 제어하는 데에 있어, 실시간 제어성능을 확보하기 위한 제어 구조와 그 제어 전략을 목표 운전 사이클에 최적화하는 방법을 소개하고자 한다. 제안된 방법에서는 하이브리드 전기 자동차의 정량적 제어 기준으로 순시 시스템 효율을 정의하고 이 시스템 효율을 최대화하는 운전점을 찾는 과정을 충전 및 방전량 결정과 변속비 결정의 두 단계로 분리하였다. 이렇게 분리된 각각의 과정을 미리 계산한 후, control map으로 구성함으로써 실시간 제어 성능을 확보하는 동시에, 두 제어 단계 사이에 운전 중 변화하는 제한조건인 배터리 충전 및 방전 제한치를 효과적으로 반영할 수 있다. 또한, 하이브리드 전기 자동차의 시스템 효율에 배터리의 전력을 연료 또는 구동력과 등가화하는 계수를 도입하고, 이 계수를 목표 주행 사이클 전반에 걸쳐 최대의 연비 절감 및 배터리 충전량 유지 효과를 내는 값으로 최적화하였다. 이 최적화 과정에서 등가화 계수와 같은 제어 parameter에 따른 연비와 충전상태의 변화는 차량의 과도 상태 특성에 대한 반영 없이는 추정이 불가능하다. 이러한 이유로, 본 연구에서는 직-병렬 HEV에 대한 과도 상태 모델과 실제 차량제어 모델로 구성된 시뮬레이션 환경을 목표 함수로 취하는 모델 기반 최적화를 수행하였다. 그리고, 목표 연비 모드에 대한 일련의 시뮬레이션과 차량 시험결과에 대한 분석을 토대로 제안된 제어 전략의 우수성, 차량 모델의 정확성, 최적화 결과의 유효성 등을 확인할 수 있었다. Given the complexity and high degree of control flexibility of a series-parallel hybrid electric vehicle(HEV), advanced supervisory control strategies are required to successfully manage the power distribution and operation of all the various components. HEV control strategies aim to reduce overall fuel consumptions and emissions, while sustaining battery’s state of charge. Among all the various control strategies that have been proposed to date, an instantaneous system efficiency based strategy is one of effective approaches to achieve the objectives. However, heavy computational requirements and variable constraints in finding the most efficient operating point make it difficult to build real-time control strategy. This study suggests the supervisory control strategy which employs control maps to ensure real-time control performance. In the control structure, the process to derive the most efficient operating point is divided into load leveling and gear ratio control to deal with the most significant variable constraint; battery power. In this study, the control strategy was also optimized to the target driving cycle by finding the proper value of the control parameters which are critical in improving fuel economy. The HEV simulation model to represent the effect of the parameter change was developed and the optimal control parameter set was discovered using genetic algorithm which evaluates its population member using the simulation model. A series of simulations and vehicle tests were carried out to verify the effectiveness of the suggested strategy and the results show a distinct improvement in fuel economy.

도심자율주행을 위한 도로정보모델기반 통합운전계획 시스템에 관한 연구

김준수 한양대학교 대학원 2015 국내박사

최근 자동차 연구분야에 있어서 차량 안전도 및 탑승자 편의향상을 위해 자율주행 자동차관련 기술실현이 핵심 이슈로 자리잡고 있다. 이와 같은 목적을 달성하기 위한 자율주행 자동차는 주행환경을 인지하고 운전자의 개입 없이 스스로 주행할 수 있어야 한다. 이러한 자율주행 자동차의 개발에 있어서 위치추정, 환경인지, 운전계획, 차량제어 및 시스템 운영관련 등의 최신 기술들은 필수적인 요소이다. 이 최신 기술 중에서 운전계획은 자율주행 자동차의 안전한 주행을 위한 전반적인 거동 및 주행전략을 결정짓는 핵심이라 말할 수 있다. 이 논문은 도심주행환경에서 자율주행자동차의 안정적인 주행전략을 제공하기 위한 운전계획 알고리즘에 대해 제안한다. 제안한 알고리즘은 복잡한 도심도로환경을 분석하고 상황에 맞는 운전경로를 제공하기 위한 도로정보모델기반 통합운전계획 시스템으로써 총 3가지 서브 시스템(전역경로 계획시스템, 행동 계획시스템, 지역경로 계획시스템)으로 구성된다. 첫째로, 전역경로 계획시스템은 출발지에서 목적지까지의 경로를 검색할 뿐만 아니라 Open Street Map (OSM) 데이터 모델을 사용하여 구축한 지도 데이터베이스로부터 도로정보모델을 생성한다. 생성된 도로정보모델을 바탕으로 행동 계획시스템은 주행상황판단 및 규칙기반 결정 프로세스를 통해 자율주행차량의 전반적인 거동을 결정한다. 최종적으로 지역경로 계획시스템은 안정적인 자율주행을 위한 장애물 회피 경로를 탐색한다. 제안한 통합운전계획 시스템을 구현 및 검증하기 위해, A1 및 H-CAB의 두 자율주행 자동차를 개발하였다. 이 두 자율주행차량의 구현을 위해, 네트워크기반 분산시스템 플랫폼 및 AUTOSAR 방법론 기반 개발 프로세스가 적용되었다. 이를 통해 연구개발한 자율주행자동차 및 운전계획 알고리즘에 대한 평가를 다양한 실험을 통해 수행할 수 있었다. 결과적으로 제안한 통합운전계획 시스템이 자율주행차량의 최적경로를 검색할 뿐만 아니라 연산효율측면에 있어서도 우수한 성능을 보임을 확인할 수 있었다. Realization of autonomous vehicle is one of key issues in automotive research areas for improving vehicle safety and passenger comfort. For achieving these objectives, autonomous vehicles should perceive road environments and drive by itself without human intervention. The development of autonomous vehicle requires the state-of-the-art technologies in localization, perception, planning, control, and system management. Among these core technologies, the planning is the key element which determines the behavior and motion of the autonomous vehicle for safe vehicle navigation. This dissertation presents the planning algorithms that provide reliable navigation capability to the autonomous vehicle under urban environments. In order to analyze the complex urban road situations and decide appropriate vehicle motion, a road information model-based integrated motion planning system is proposed in this dissertation. The proposed integrated motion planning system is composed of three subcomponents: global path planning system, behavior planning system, and local trajectory planning system. The global path planning system finds a global route from a start point to a destination, and it derives a road information model from a developed road map database using Open Street Map (OSM) data model. Based on the road information model, the behavior planning system determines overall maneuvers of the autonomous vehicle through situation assessment and rule-based decision process. Finally, the local trajectory planning system finds a collision-free and smooth trajectory for safe and reliable autonomous driving. In order to implement and validate the proposed integrated motion planning system, the two autonomous vehicles were developed: A1 and H-CAB. For the implementation of both autonomous vehicles, in-vehicle network (IVN)-based distributed system platform and AUTOSAR methodology-based development process were applied. Using the system platform and development process, intensive experimental studies were performed for evaluation of the developed autonomous vehicles and planning algorithms. From the experimental results, the proposed integrated motion planning system was validated to find an optimal motion of vehicle as well as to show excellent computational efficiency for urban autonomous driving.

대형경유자동차 배출가스 검사방법 개선에 관한 연구

정영달 아주대학교 2015 국내석사

우리나라에서는 대형 경유자동차의 대기환경을 위해 엔진정격회전수방식 Lug-down3모드를 이용한 배출가스 정밀검사를 2005년부터 시행하고 있다. 그러나, 일부 검사자는 검사과정에서 가속페달을 임의로 조정하여 합격시키는 등 검사의 실효성이 떨어지고, 가속페달을 최대로 밟음으로 인해 타이밍벨트, 라디에이터 등 차량손상이 지속적으로 발생하는 등 여러 가지 문제가 대두되어 새로운 배출가스 정밀검사방법 개선이 필요한 실정이다. 따라서, 본 연구를 통해 미국에서 현재 시행하고 있는 차량속도방식 Lug-down3모드를 한국 실정에 맞게 예열모드, 모드구현 조건, 매연 배출허용기준 등을 설정하여 현행 대형 경유자동차 검사방법(엔진회전수방식 Lug-down3모드)을 개선할 새로운 한국형 차량속도방식 Lug-down3모드를 국내 최초로 개발하였다. 차량속도방식 Lug-down3모드는 예열모드를 수행한 다음 검사모드를 수행하도록 구성되어 있으며, 예열모드는 차대동력계 상에서 엔진정격출력의 30%를 부여한 상태에서 차량을 50km/h로 40초 동안 예열하는 것을 말한다. 이후 예열모드를 완료한 다음 검사모드는 가속페달을 점차 가속한 상태에서 80km/h까지 도달되면 1모드를 수행하고, 차대동력계 상에서 점차 부하를 증가하여 70km/h에 도달되면 2모드, 60km/h에 도달되면 3모드를 형성하여 각 모드에서 매연, 최대출력 등 검사하는 방법이다.