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자율주행 자동차의 가상 예견 지점을 이용하는 스키드 조향 기반 차선 변경을 위한 휠 속도 제어 알고리즘 개발
김학주(Hakjoo Kim),오세찬(Sechan Oh),오광석(Kwangseok Oh) 한국자동차공학회 2021 한국자동차공학회 부문종합 학술대회 Vol.2021 No.6
자율주행 자동차는 사용자의 편리와 안전을 위해 완전 자율주행 (Level 5)을 목표로 지속적인 연구가 진행되고 있다. 자율주행 자동차는 환경 센서인 카메라 및 레이더 그리고 라이다를 기반으로 설계된 주행 경로와 차량의 횡방향 위치 및 각도 오차를 이용하여 횡방향 제어가 수행된다. 횡방향 제어 기반 자율주행 자동차의 안정성을 확보하기 위해 차선 유지 보조 시스템인 LKAS(Lane Keeping Assistance System)와 차선 변경 시스템인 LCS(Lane Change System) 등 다양한 연구들이 진행되었다. Jianjun Hu<sup>1)</sup>등은 모델 예측 제어기 기반 자율주행 자동차의 차선 감지 및 경로 추종 제어의 정확성과 안정성을 확보하였다. Wonbin NA<sup>2)</sup> 등은 차선 변경 시스템을 위한 충돌 위험 지표인 TTC(Time To collision)를 고려한 최적 제어전략을 제안하였다. 본 연구에서는 스키드 조향(Skid steer) 기반 자율주행 자동차의 차선 변경을 위한 가상 예견 지점을 이용하는 3차 함수 기반 경로생성 알고리즘 및 목표 휠 속도 도출 알고리즘을 제안한다. 카메라 또는 GPS를 이용해 자 차량과 목표 경로와의 상대 위치를 획득할 수 있다고 가정하였고, 획득된 위치 정보와 요 각도를 이용하여 차선 변경을 위한 3차 다항식 기반 주행 경로를 설계하였다. 설계된 주행 경로를 기반으로 차량의 질량 중심 기준 순간 회전 중심의 반경을 도출하였고 스키드 조향 기반 차선 변경을 구현하기 위해 기하학적 해석을 이용하여 각 휠의 요구 속도를 도출하였다. 도출된 각 휠의 요구 속도를 기반으로 PID 제어기를 이용해 차선 변경을 위한 휠 속도 제어가 수행되었다. 개발된 알고리즘은 CarMaker와 Matlab/Simulink 환경을 연동하여 성능평가가 수행되었다. 향후 제어 성능 고도화를 위한 적응형 휠 속도 제어 기법 개발 및 다양한 주행 조건에서의 고장 허용 차선 변경 알고리즘 개발을 계획하고 있다.
바이오메탄 분해 수소생산을 위한 태양열이용 반응기 개발 및 실험
김하늘(Haneol Kim),이상남(Sangnam Lee),김학주(Hakjoo Kim),김종규(Jongkyu Kim) 한국신재생에너지학회 2021 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2021 No.7
본 연구에서는 태양열을 이용하여 바이오 가스 내의 메탄을 수소와 카본 블랙으로 분해하기 위해 단계적으로 반응기를 개발하고 실험을 수행하였다. 초기 쿼츠가 장착된 직접가열식 반응기를 개발하였으나 카본 침착에 따른 쿼츠 파손이 발생하였다. 이에 단계적 개선을 통해 최종적으로 컴팩트 캐비티가 적용된 원통형의 간접가열식 반응기를 개발하였다. 메탄 분해 시 반응 온도 및 활성화 에너지를 낮추기 위해 두께 9.5 mm인 NiCrAl 메달 폼 지지체에 바인더를 통해 카본 파우더가 코팅된 촉매를 사용하였다. 집광된 태양열을 반응기에 공급하기 위해 헬리오스타트, 블라인드, 접시형 집광기로 구성된 한국에너지기술연구원의 40 kWth 태양로를 사용하였다. 반응기를 이용한 실험을 통해 메탄 유량이 20L/min, 40 L/min일 때 각각 평균 96.7%, 89.0%의 메탄-수소 전환율을 달성하였다.