[논문자료]가변 유압 펌프/모터를 이용한 에너지 절감 유압 회생 시스템에 관한 연구

출처: 픽사베이

가변 유압 펌프/모터를 이용한 에너지 절감 유압 회생 시스템에 관한 연구

 

화석 연료의 고갈로 인한 연비 향상 및 차량의 배기 가스에 의한 지구 온난화문제가 심각하게 대두되고 있다. 따라서 화석 연료 대체 에너지의 이용이나 기존의 차량에 비해 연료 효율이 높고 지구 온난화의 주범인 CO2가스 저감, 즉 고효율화 및 저공해화가 요구되고 있다. 이런 문제점을 해결하기 위하여 공해 감소와 에너지 절약을 위한 대체 에너지 자동차와 에너지 회생의 하이브리드 자동차의 개발이 진행되고 있다. 가변 펌프/모터를 사용한 플라이 휠 하이브리드 차량 (Flywheel Hybrid vehicle)은 기존의 축적 배터리(Battery)에 의한 하이브리드 시스템 대신에 하나의 가능성 있는 하이브리드 시스템으로서 제안 되었다. 제안된 플라이 휠 하이브리드 차량은 에너지 발전과 저장원으로 어큐뮬레이터 또는 플라이 휠 그리고 에너지 전환 장치로서의 가변 유압 펌프/모터로 구성된다. 에너지 저장원으로 쓰이는 플라이 휠은 에너지 밀도가 높고 에너지의 흡수와 방출이 쉬운 특성을 갖고 있다. 본 논문에서는 정압력원을 이용한 플라이 휠 하이브리드 차량의 에너지 절감 효과를 시뮬레이션을 통하여 검증하고자 한다. 우선, 제안된 플라이 휠 하이브리드차량에 대한 수학적 모델을 수립하고, Matlab/Simulink를 이용하여 시뮬레이션 실시한다. 시뮬레이션에서는 3가지 주행패턴, 플라이 휠 펌프/모터의 2가지 압력보상 방법에 대하여 연비 계산 시뮬레이션을 실시했다. 그 결과 플라이 휠 펌프/모터의 압력 보상기로서 ON/OFF제어 방법과 가변 압력 설정을 채택한 경우에 있어서 기존의 차량에 비해 연비 절감 효과가 있음을 확인할 수 있었다. 기존의 정압력원 시스템이 가지고 있었던 문제점을 개량한 새로운 CPS시스템을 제안하였다. 또한 제안한 CPS 시스템의 에너지 절감 효과를 실험적으로 검토하기 위하여 유압 벤치 테스트를 설계, 제작 하였다. 그리고 에너지 회생 효율을 높이기 위한 기초 특성 실험으로, 드라이브와 플라이 휠 펌프/모터의 용적, 고압 및 저압 라인의 릴리프 밸브의 압력 설정 그리고 에너지 회수용 플라이 휠의 초기 회전 속도 등 각각의 설계 변수들이 에너지 회수 효율에 미치는 영향에 대해 실험적으로 검토하였다. 특히, 본 시스템의 주요한 설계 변수인 드라이브 및 플라이 휠 펌프/모터의 용적이 에너지 회생 효율에 미치는 영향을 검토하기 위하여 비례제어기를 적용하여 실험을 실시하였다. 실 차량 주행을 모사한 CPS 시스템의 주행 실험으로 다양한 외부 환경의 변화에 상관없이 항상 일정한 속도 제어 성능을 얻기 위하여, LVQNN을 이용하여 외란 상태를 인식하여 최적의 제어 파라미터를 자동적으로 스위칭하는 알고리즘을 적용하였으며, 실험 결과로부터 외부 환경의 변화에도 효과적인 제어 성능을 낼 수 있음을 확인할 수 있었다.

 

It is strongly requested to reduce fuel consumption because of high oil price and exhaust gases of road vehicles for environmental preservation. To solve these problems, several types of hybrid vehicles have been developed. Among them, flywheel hybrid vehicle using variable displacement pump/motor was already proposed as one of the feasible hybrid systems in place of hybrid vehicle by the conventional storage battery. The proposed flywheel hybrid vehicle is to keep constant pressure of high pressure line by control of swash plate angle of flywheel pump/motor as pressure compensator. The efficiency of the overall system depends severely on the efficiency of hydraulic pump/motor in the energy saving hydraulic control system. According to the control methods of swash plate angle of piston pump/motor, there remain several problems to be solved. In this paper, firstly, the effectiveness of the energy-saving of the proposed flywheel hybrid vehicle is verified by simulation using Matlab/Simulink. Analytical modeling and simulations for the flywheel hybrid vehicle are presented and the energy-savings are investigated in simulation. Simulations were performed based on the experimental efficiency data of a variable pump/motor. The result of the simulation shows that it is possible to improve fuel economy in city driving patterns. Secondly, a switching type closed loop CPS is newly proposed in order to improve the energy efficiency and working condition of hydraulic pump/motor. Next, Stationary bench test machine was fabricated. Newly proposed switching type CPS is a closed loop system and switches the high pressure line according to the operating conditions of the vehicle. The proposed switching type closed loop CPS was verified experimentally to be effective in the energy saving and reduction of pressure fluctuations in the high pressure line, particularly between acceleration and deceleration. Finally, to obtain velocity control in spite of the external load in this system, a switching algorithm for control parameters using a learning vector quantization neural network (LVQNN) has newly proposed, which classifies the external load of this system. It is shown by experiment that improved speed control can be obtained with the proposed algorithm in spite of different external loads.

 

출처: https://scienceon.kisti.re.kr/srch/selectPORSrchArticle.do?cn=DIKO0011892797 

 

▼논문 바로가기

가변 유압 펌프/모터를 이용한 에너지 절감 유압 회생 시스템에 관한 연구

---