전기구동 트랙터의 감속비 선정을 위한 트랙터의 부하 분석

백승윤(Seung Yun Baek),김태범(Tae Bum Kim),최창현(Chang Hyun Choi),김용주(Yong Joo Kim) 대한기계학회 2019 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2019 No.4

작업부하를 고려한 전기구동 트랙터 출력 및 SOC 시뮬레이션

백승윤 ( Seung-yun Baek ),임류갑 ( Ryu-gap Lim ),최창현 ( Chang-hyun Choi ),김용주 ( Yong-joo Kim ) 한국농업기계학회 2019 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.24 No.1

전 세계적으로 배출가스 규제가 강화됨에 따라, 농업기계에서도 친환경기술에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으며 특히 트랙터의 친환경 동력전달시스템에 대한 연구가 대두되고 있다. 본 연구는 전기구동 트랙터의 동력전달시스템 개발을 위한 기초연구로써, 시뮬레이션 모델을 이용하여 트랙터의 구동 및 농작업 가능시간에 대해 분석하는 것을 목적으로 수행되었다. 본 연구에서는 필드시험을 통해 측정한 작업 부하를 입력 조건으로 하여 전기구동 트랙터의 시뮬레이션 모델을 구성하였으며, 이를 통해 주요 결과 값인 전기 모터 출력과 시간에 따른 배터리의 SOC Level을 해석하였다. 시뮬레이션 결과, 작업 부하데이터 및 기어비를 적용한 모터의 구동 영역은 선정한 모터의 성능 곡선 영역을 만족하는 것으로 나타났으며, 배터리 SOC Level은 50% ~ 80%의 범위에서 충·방전 됨과 동시에 최소 농작업 가능시간을 만족하였다. 따라서, 전기 구동 트랙터는 기존 엔진 구동 트랙터를 대체 가능할 것으로 판단되며, 향후 전기 구동 트랙터의 실차 시험을 통하여 시뮬레이션 모델 검증에 관한 연구를 수행할 예정이다.

전기구동 트랙터의 시뮬레이션 모델 개발 및 검증

백승윤 ( Seung-yun Baek ),한태호 ( Tae-ho Han ),김용주 ( Yong-joo Kim ) 한국농업기계학회 2020 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.25 No.1

본 연구는 120 kW급 전기구동 트랙터의 시뮬레이션 모델을 개발하고, 실차시험을 통해 계측한 데이터와 시뮬레이션 결과를 비교하여 모델을 검증하기 위해 수행되었다. 계측 시스템은 개발된 전기구동 트랙터에 설치하였으며, CAN (Controller Area Network) 통신을 통한 아날로그 데이터(전기 모터의 회전속도 및 전압, 배터리의 SOC level)와 전류 센서를 통한 디지털 데이터(전기 모터 인가 전류)를 계측 가능하도록 구성하였다. 차축 토크는 계측된 데이터와 전기 모터의 전류-토크 곡선을 사용하여 계산하였다. 전기구동 트랙터 시뮬레이션 모델은 상용 소프트웨어인 SimulationX (Ver 4.0, ESI ITI GmbH, Germany)를 통해 구성하였으며, 차축 토크와 차량 속도 데이터를 시뮬레이션 조건으로 선정하였다. 실차시험은 노지 및 포장도로 조건에서 수행하였으며, 주행속도는 10 km/h로 설정하였다. 계측 데이터와 시뮬레이션 결과의 유의성은 통계 소프트웨어인 SPSS (SPSS 25, IBM Corp., USA)를 통해 분석하였다. 전기구동 트랙터의 차축 토크 데이터는 유의한 차이를 보이지 않았으며, 배터리의 SOC level은 유의성 분석결과와 시간에 따른 변화율을 고려하였을 때 높은 신뢰성을 가지는 것으로 판단된다. 전기구동 트랙터의 구동 가능 시간은 시뮬레이션 결과에 따라 약 6시간으로 추정되었으며, 쟁기 작업 가능 시간은 약 2.4 시간으로 추정되었다. 전기구동 트랙터의 배터리는 쟁기 작업을 수행하기에는 용량이 부족한 것으로 판단되나, 배터리 성능은 향후 연구에서 다양한 조건에서의 시뮬레이션을 통한 최적화를 통해 향상될 수 있을 것으로 기대된다.

견인시험을 통한 대형 마력급 전동 플랫폼 성능 평가

백승윤(Seung-Yun Baek),김용주(Yong-Joo Kim) 대한기계학회 2022 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2022 No.5

전기구동 AWD 트랙터 시뮬레이션 모델 개발 및 주행 성능 시험을 통한 검증

백승윤(Seung-Yun Baek),전현호(Hyeon-Ho Jeon),이준호(Jun-Ho Lee),김용주(Yong-Joo Kim) 대한기계학회 2020 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2020 No.7

작업부하에 따른 전기구동 트랙터의 모터 토크 제어를 위한 PID 제어기 개발

백승윤 ( Seung-yun Baek ),최창현 ( Chang-hyun Choi ),김용주 ( Yong-joo Kim ) 한국농업기계학회 2019 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.24 No.2

전기구동 트랙터는 전기 모터를 엔진 출력 보조를 위해 사용하는 병렬형 하이브리드 방식과 전기 모터를 주동력원으로 사용하여 엔진을 대체하는 직렬형 하이브리드 방식으로 구분된다. 본 연구에서 대상으로한 전기구동 트랙터는 직렬형 하이브리드 방식으로, 농작업 시 발생하는 고부하 대응을 위해 고토크 모터를 주동력원으로 사용한다. 본 연구는 작업 시 발생하는 부하에 따른 모터의 적정 토크를 출력 가능한 제어기 개발을 위하여 수행되었다. 전기구동 트랙터 시뮬레이션 모델 및 제어기 모델은 상용 소프트웨어인 Simulation X(Ver 4.0, ESI ITI GmbH, Germany)를 통해 구성하였다. 부하 데이터 계측은 전기구동 트랙터의 정격출력과 동일한 부하 계측용 트랙터를 사용하였으며, 시뮬레이션 입력 조건은 쟁기 작업 중 차축에 발생하는 토크 데이터로 선정하였다. 제어기 모델의 입력 값은 전기 모터 컨트롤러의 토크 지령과 차축에서 발생한 토크이며, PID 제어 방식으로 모터의 적정 토크를 출력하도록 구성하였다. PID 계수는 settling time과 overshoot에 따른 전기구동 트랙터의 배터리 soc level 및 작업 가능 시간을 고려하여 선정하였다. 본 연구를 통해 농작업 중 차축에 발생하는 부하에 따라 적정 토크 출력이 가능한 모터의 PID 제어기를 개발하였으며, 이는 개발 중인 전기구동 트랙터 플랫폼에 적용하여 작업 성능을 향상 시킬 수 있을 것으로 판단된다.

체중이동 운동이 뇌졸중 환자의 다리 Global Synkinesis와 보행에 미치는 영향

백승윤 ( Seung-yun Baek ) 대한물리의학회 2021 대한물리의학회지 Vol.16 No.2

PURPOSE: This study aimed to analyze the factors influencing the improvement of global synkinesis (GS) and gait in stroke patients by the weight shift exercise. METHODS: Twenty stroke patients were randomly assigned to experimental group I (n = 10) and experimental group II (n = 10). In experimental group I, weight shift with upper extremity exercises in a standing position were mediated and in experimental group II, upper extremity exercises in a standing position were mediated. These interventions were conducted in both groups for three sessions per week, 30 minutes per session over four weeks. Before the interventions, leg GS was measured using surface electromyography and the 10m walk test (10MWT). The same parameters were measured four weeks later. RESULTS: The GS and 10MWT of the experimental group I showed that there was a statistically significant difference between dorsiflexion (p < .05) and plantarflexion (p < .01) and 10MWT (p < .01). In experimental group II, there was a statistically significant difference only in 10MWT (p < .01). The comparison between the changes in both groups showed that in the case of GS, there was a statistically significant difference in the dorsiflexion (p < .01) and plantarflexion (p < .05), and in the 10MWT too (p < .05). CONCLUSION: GS of the lower extremities was decreased by improving posture control and enlarging soft tissues due to the symmetrical weight shift in experimental group I, which turned out to be effective in improving the gait speed.

농작업 부하 데이터를 활용한 80 kW급 전기구동 AWD 트랙터의 시뮬레이션 모델 개발

백승윤(Seung Yun Baek),김완수(Wan Soo Kim),김연수(Yeon Soo Kim),김용주(Yong Joo Kim),박철규(Cheol Gyu Park),안수철(Su Cheol An),문희창(Hee Chang Moon),김봉상(Bong Sang Kim) 유공압건설기계학회 2020 드라이브·컨트롤 Vol.17 No.1

The aim of this study is to design a simulation model for an electric All-Wheel-Drive (AWD) tractor to evaluate the performance of the selected component and agricultural work ability. The electric AWD tractor consists of four motors independently for each drive wheel, and each motor is combined with an engine generator, a battery pack, and reducers. The torque data of a 78 kW-class tractor was measured during plow tillage and driving operation to develop a workload cycle. A simulation model was developed by using commercial software, Simulation X, and it used the workload as the simulation condition. As a result of simulation analysis, the drive system, including an electric motor and reducers, was able to cope with high load during plow tillage. The SOC (State of Charge) level was influenced by the output power of the motor, and it was maintained in the range of 50~80%. The fuel consumed by the engine was about 18.23 L during working on a total of 8 fields. The electric AWD tractor was able to perform agricultural work for about 7 hours. In the future study, the electric AWD tractor will be developed reflecting the simulation condition. Research on the comparison between the simulation model and the electric AWD tractor should be performed.

전기구동 AWD 트랙터의 견인 성능 평가

백승윤 ( Seung-yun Baek ),김용주 ( Yong-joo Kim ) 한국농업기계학회 2021 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.26 No.1

This study aims to evaluate the traction performance of an electric AWD (All-Wheel-Drive) tractor based on the power transmission and charging systems. The platform includes the electric motor, helical gear reducer, planetary gear reducer, and wheels. The electric system consists of a battery pack and charging system. An engine-generator and charger are installed to supply electric energy during agricultural operations. The load measurement system consists of analog (current) and digital (battery voltage and rotational speed of the electric motor) components using a controller area network bus. The output torque of the motor is calculated using the current and torque curves provided by the company. The agricultural work performance is verified by comparing the torque and rpm (T-N) curve of the motor with the reduction ratio applied. The traction is calculated using torque and specifications of the wheel, and traction performance is evaluated using tractive efficiency (TE) and dynamic ratio (DR). The electric motor protects itself from damage by limiting output when slip occurs. Results indicate that the proposed electric AWD tractor demonstrates improved traction performance under a high-load condition, based on the output torque of the electric motor, TE, and DR.

67 kW급 농업용 트랙터의 엔진 부하율 분석

백승윤(Seung-Yun Baek),김완수(Wan-Soo Kim),백승민(Seung-Min Baek),전현호(Hyeon-Ho Jeon),박수한(Su-Han Park),김진식(Jin-Sik Kim),유철(Chul Yoo),김용주(Yong-Joo Kim) 대한기계학회 2022 大韓機械學會論文集A Vol.46 No.3

본 연구는 국가 배출량 산정을 위한 기초연구로써 67 kW급 농업용 트랙터의 엔진 부하율을 분석하기 위하여 수행되었다. 엔진 출력은 부하 계측 시스템을 통해 계측한 엔진 CAN(controller area network) 데이터를 통해 계산하였다. 주요 농작업은 주로 중형 마력급 트랙터로 수행되는 플라우 경운, 로터리 경운, 필드 및 도로 주행 작업으로 선정하였으며, 필드시험은 작업 단수 및 초기 엔진 회전속도를 주요 변수로 고려하여 수행하였다. 부하율은 작업 중 발생하는 엔진 출력과 엔진 정격 출력의 비로 계산하였으며, 사용 비율에 따른 가중치(플라우 경운: 35.1%, 로터리 경운: 39.8%, 필드 및 도로 주행: 25.1%)를 적용하였다. 엔진 부하율은 플라우 경운 작업, 로터리 경운 작업, 필드 및 도로 주행 작업 조건에서 각각 평균 0.85, 0.93, 0.32로 나타났으며, 통합 엔진 부하율은 가중치를 적용하여 0.75로 계산되었다. 이는 현행 적용되고 있는 부하율인 0.48 대비 약 1.56배 더 높은 것으로 나타났다. This study aims to analyze the engine load factor of a 67 kW agricultural tractor to calculate national emission. Engine power was calculated using engine CAN data measured by the load measurement system. Plow tillage, rotary tillage and driving (field and road) operations were selected as major agricultural operations, and the field test was conducted considering the gear stage and initial engine rotational speed as major variables. The engine load factor was calculated as the ratio of the engine power during operations and the engine rated power, and a weight factor according to the usage ratio (plow tillage: 35.1%, rotary tillage: 39.8%, driving operation: 25.1%) was applied. The engine load factor was 0.85, 0.93, and 0.32 on average in plow tillage, rotary tillage, and driving operations. The integrated engine load factor was calculated as 0.75. This was found to be about 1.56 times higher than the conventional engine load factor of 0.48.