복합형 하이브리드 굴삭기의 연비 향상을 위한 설계 변수 최적화 기법

김학구(Hakgu Kim),최재웅(Jaewoong Choi),이경수(Kyongsu Yi) 대한기계학회 2011 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2011 No.10

This paper presents parameter optimization to increase fuel efficiency of a compound hybrid excavator. The design parameters of the compound hybrid excavator such as an engine assist motor power and capacitance of the super capacitor should be carefully determined because these parameters have strong effects on the development costs and the performance of hybrid drive train. Large motor and enough capacitance of the super capacitor could raise fuel efficiency but cause high development costs and vice versa. The design parameters have been determined based on the fuel efficiency of the compound hybrid excavator using the dynamic programming. The dynamic programming guarantees the global optimality; thereby the optimal design parameters could be determined irrespective of control strategy. The parameter optimization results indicate that the effects of the size of the motor and capacitance have little effects on the fuel efficiency of the compound hybrid excavator. When the development cost is considered, the smallest available size of motor and capacitance would enough for the compound hybrid excavator.

복합형 하이브리드 굴삭기를 위한 동력전달계 제어기법 연구

김학구(Hakgu Kim),최재웅(Jaewoong Choi),유승진(Seungjin Yoo),이경수(Kyoungsu Yi) 대한기계학회 2011 大韓機械學會論文集A Vol.35 No.12

본 논문은 복합형 하이브리드 굴삭기를 위한 동력전달계 제어기법에 대하여 기술하였다. 하이브리드 굴삭기는 기존 굴삭기의 동력전달계를 하이브리드화 하여 연비향상 및 배출가스 저감을 목표로 개발되고 있다. 특히 복합형 하이브리드 굴삭기는 유압시스템의 일부를 전기시스템으로 대체하여 낮은 유압효율로 인한 에너지 손실을 줄일 수 있도록 구성되어 있다. 해당 굴삭기의 하이브리드 동력 제어기는 동력전달계의 동력 흐름을 관리하여 굴삭기의 연비를 향상 시키고, 슈퍼 커패시터의 충전량을 적절한 범위에서 유지하며, 기존 굴삭기에 준하는 성능을 유지하여야 한다. 이를 위하여 본 논문에서는 슈퍼 캐패시터의 충전량 기반의 서모스탯(Thermostat)형 제어기와 실시간 최적해를 이용한 ECMS 제어기를 설계하였으며 시뮬레이션을 통하여 그 성능을 검증하였다. 시뮬레이션 결과, 하이브리드 굴삭기의 연비가 대략 20% 이상 향상될 것으로 기대되며, 특히 등가 연료 개념을 이용한ECMS 제어기의 성능이 서모스탯(Thermostat)형 제어기에 비해 연비 및 슈퍼 커패시터 충전량 관리 측면에서 보다 향상된 것을 확인하였다. This paper presents the power management strategies for a compound hybrid excavator. The compound hybrid excavator has been replaced the hydraulic swing motor to the electric swing motor. This excavator requires a proper control algorithm to regulate the energy flow between the mechanical coupling and the electric devices. The controller should improve fuel economy and maintain the super capacitor voltage within a proper range. A thermostat controller and ECMS controller are designed such that these objectives can be achieved. The thermostat controller regulates the power of the engine-assist motor on the basis of the super capacitor voltage, and the ECMS controller determines it using the real-time fuel minimization strategy based on the concept of equivalent fuel. Simulation results showed that by using the hybrid excavator, the fuel economy becomes about 20% higher than that obtained using the conventional excavator and that the ECMS controller outperforms the thermostat controller.

복합형 하이브리드 굴삭기를 위한 동력전달계 제어기법 연구

김학구(Hakgu Kim),최재웅(Jaewoon Choi),유승진(Seungjin Yoo),이경수(Kyongsu Yi) 대한기계학회 2010 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2010 No.11

This paper presents power management strategies for a compound hybrid excavator. The compound hybrid excavator has been replaced the hydraulic swing motor to the electric swing motor. The compound hybrid excavator requires a proper control algorithm to regulate the energy flow between the mechanical coupling and the electric devices. The controller should improve fuel economy and maintain the super capacitor voltage in a proper range. To achieve these objectives, the thermostat controller and ECMS controller are designed. The thermostat controller regulates engine assist motor power depending on the super capacitor voltage, and the ECMS controller determines it using the real time fuel minimization strategy based on the concept of equivalent fuel. It is revealed in the simulation study that the hybrid excavator can improve fuel economy about 20% compared to the conventional excavator and the ECMS controller outperforms the thermostat strategy.

적응제어기법을 활용한 무인자율주행 차량 속도제어 알고리즘 개발

김학구(Hakgu Kim),김동욱(Dongwook Kim),이경수(Kyongsu Yi) 대한기계학회 2014 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2014 No.4

복합형 하이브리드 굴삭기의 연비 향상을 위한 엔진 설정속도 제어

김학구(Hakgu Kim),최재웅(Jaewoon Choi),유승진(Seungjin Yoo),이경수(Kyongsu Yi) 대한기계학회 2011 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2011 No.5

이 논문은 복합형 하이브리드 굴삭기의 연비 향상을 위한 엔진 설정속도 제어전략에 대하여 기술한 논문이다. 대상 굴삭기는 유압선회전동기를 전기모터로 대체한 복합하여 하이브리드 굴삭기이며, 하이브리드 동력전달계 구성을 위해 엔진 보조전동기와 슈퍼 커패시터를 사용하였다. 기존 굴삭기의 엔진 설정속도는 운전자에 의해 제어되지만, 하이브리드 굴삭기의 경우 엔진 보조전동기로부터 추가 동력을 공급할 수 있기 때문에 엔진설정속도를 제어함으로써 엔진출력을 제한할 수 있다. 주어진 부하 프로파일에 대하여 엔진 보조전동기 출력은 다이나믹 프로그래밍으로 도출하였으며, 시뮬레이션을 통해 다양한 엔진설정속도에서의 도출된 보조전동기 출력에 대한 연료소모량을 비교함으로써 최적 엔진설정속도를 구하였다. 시뮬레이션 결과 최적엔진설정속도는 펌프부하의 영향을 크게 받는 것으로 나타났으며, 엔진설정속도를 제한함으로써 추가적으로 연비를 향상시킬 수 있음을 밝혀내었다. This paper describes an effect of engine set speed regulation for fuel optimization of a compound hybrid excavator that incorporates an engine assist motor, an electric swing motor and a super capacitor in an original drive train. The engine set speed of the conventional excavator generally determined from the driver’s set value, but the compound hybrid excavator can afford to regulate the engine set speed to obtain improved fuel economy because it can use the additional propelling power from the engine assist motor. The optimal engine set speeds over various duty cycles have been obtained using dynamic programming technique(DP algorithm) so as to evaluate the effect of engine set speed regulation. The results indicate that the optimal engine set speed is strongly related to the load conditions of the duty cycles and fuel economy can be significantly improved by regulating the engine set speed.

무인 자율 주행을 위한 속도 제어 알고리즘 개발

김학구(Hakgu Kim),김원균,Kwangsuk Oh,이경수(Kyongsu Yi) 한국자동차공학회 2012 한국자동차공학회 부문종합 학술대회 Vol.2012 No.5

A methodology to design speed controller for autonomous vehicle is presented in this paper. Most of the vehicle parameters of the autonomous vehicle are unknown. Therefore, the speed controller of the autonomous vehicle should determine the throttle and brake inputs without vehicle parameters to follow the desired speed command. To achieve the control objective, the vehicle model has been simplified and few parameters of the simplified vehicle model have been regulated using an adaptation algorithm. Simulation study has been conducted to evaluate the performance of the proposed controller. Although the vehicle parameters are unknown, the control results show that quite good tracking performance. The results also indicate that the speed controller considerably reduce the effects of model uncertainty using the adaptation algorithm.

작업부하 패턴인식기반 하이브리드 굴삭기 통합제어 알고리즘 개발

김학구(Hakgu Kim),유승진(Seungjin Yoo),이경수(Kyongsu Yi) 대한기계학회 2013 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2013 No.12

This paper presents integrated supervisory control algorithm for a compound hybrid excavator based on pattern recognition. The power train of the target hybrid excavator consists of engine assist motor, super capacitor and dc/dc converter and the supervisory control algorithm for hybrid excavator manages energy flow of the power train and regulates engine operating points to improve fuel economy of the target hybrid excavator. The proposed algorithm has been developed based on equivalent fuel minimization strategy(ECMS) and engine speed control algorithm have been designed heuristically considering the engine efficiency and working condition. A pattern recognition algorithm has been integrated to optimize the parameters of the integrated hybrid control algorithm to various working condition. The pattern recognition algorithm automatically changes control variables in integrated supervisory control algorithm depending on working condition. Simulation results show that the proposed algorithm based on pattern recognition improves fuel economy compared to the conventional integrated supervisory control algorithm.

무인 자율 주행을 위한 최단 시간 경로계획 알고리즘 설계

김동욱(Dongwook Kim),김학구(Hakgu Kim),이경수(Kyongsu Yi) 대한기계학회 2013 大韓機械學會論文集A Vol.37 No.5

본 논문은 무인 자율 주행을 위한 최소 시간 경로계획 알고리즘에 대해서 제안하였다. 최소 시간 경로계획 문제는 경로의 기하학적인 형상에 대한 고려뿐만이 아니라 차량 동역학까지 고려해야 하는 최적 문제이다. 경로계획은 후보 경로 생성 알고리즘과 속도 최적화 알고리즘으로 구성된다. 후보 경로 생성 알고리즘은 최단 거리 경로와 최고 속도 경로를 조합하여 후보경로를 생성한다. 속도 최적화 알고리즘은 차량의 주행성능 한계와 타이어 마찰 한계를 고려하여 각 후보 경로의 최고 속도를 계산한다. 이렇게 계산된 경로와 속도를 이용하여 각 후보 경로의 주행 시간을 계산하고 가장 작은 주행 시간의 경로를 최단시간 경로로 도출한다. 그리고 제안한 알고리즘은 CarSim 과 Matlab/Simulink 를 사용한 시뮬레이션을 통해 검증하였다. This paper presents a near-minimum time path planning algorithm for autonomous driving. The problem of near-minimum time path planning is an optimization problem in which it is necessary to take into account not only the geometry of the circuit but also the dynamics of the vehicle. The path planning algorithm consists of a candidate path generation and a velocity optimization algorithm. The candidate path generation algorithm calculates the compromises between the shortest path and the path that allows the highest speeds to be achieved. The velocity optimization algorithm calculates the lap time of each candidate considering the vehicle driving performance and tire friction limit. By using the calculated path and velocity of each candidate, we calculate the lap times and search for a near-minimum time path. The proposed algorithm was evaluated via computer simulation using CarSim and Matlab/Simulink.

차량 주행 성능을 고려한 최적 경로 및 속도 계획 알고리즘 개발

김동욱(Dongwook Kim),김학구(Hakgu Kim),이경수(Kyongsu Yi) 대한기계학회 2012 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2012 No.4

휠로더 동특성 분석을 위한 부하모델 개발

오광석(Kwangseok Oh),김학구(Hakgu Kim),고경은(Kyungeun Ko),김판영(Panyoung Kim),이경수(Kyong su Yi) 대한기계학회 2013 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2013 No.6