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전기 트랙터 파워트레인 구조에 따른 시뮬레이션 모델 개발
안다빈 ( Da-vin Ahn ),권도엽 ( Doyeop Kwon ),김경대 ( Kyeong-dae Kim ),김원균 ( Won-gun Kim ),김영주 ( Young-joo Kim ),조승제 ( Seung-je Cho ),박영준 ( Young-jun Park ) 한국농업기계학회 2023 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.28 No.2
농업기계 분야에서 환경규제에 대응하기 위한 방안으로 농업기계의 전동화를 제안하였으며, 전기트랙터는 친환경적인 농업기계의 대표적인 사례라고 할 수 있다. 전기트랙터 개발 시 전기트랙터 타겟 용량에 대한 농작업에 대하여 높은 효율 및 원활한 작업성능이 요구된다. 이를 만족시키기 위해 타겟 용량에 대한 전기트랙터 파워트레인의 최적 구조를 선정하는 것이 중요하다. 본 연구에서는 파워트레인 구조별 전기트랙터 시뮬레이션 모델을 개발한 후 동일한 작업 부하를 각각의 시뮬레이션 모델에 인가하여 농작업 특성을 분석하였다. 전기트랙터 파워트레인 구조는 모터 하나만 사용하는 싱글 모터 파워트레인 구조와 모터 두 개를 사용하는 듀얼 모터 파워트레인 구조로 구분할 수 있다. 듀얼 모터 파워트레인 구조는 동력이 합쳐지는 위치에 따라 토크 커플링, 트랙션 커플링, 스피드 커플링 구조로 구분할 수 있다. 전기트랙터 시뮬레이션 모델은 파워트레인 구조별로 각각 개발하였다. 시뮬레이션 모델은 각각의 서브 모듈로 구성되어 있으며, 서브 모듈은 드라이버, 차량 컨트롤 유닛, 전기 모터, 파워트레인, 차량 모듈이 있다. 각각의 시뮬레이션 모델에 동일한 작업 부하를 인가하여 전기트랙터 파워트레인 구조에 따른 농작업 특성을 분석하였다.
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농작업 부하 데이터 기반 전기구동 트랙터 파워트레인 설계를 위한 파라미터 최적화 방법
안다빈 ( Da-vin Ahn ),한규하 ( Gyu-ha Han ),김경대 ( Kyeong-dae Kim ),조승제 ( Seung-je Cho ),박영준 ( Young-jun Park ) 한국농업기계학회 2023 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.28 No.1
본 연구에서는 40kW급 전기구동 트랙터 파워트레인 설계를 위한 시스템 요구사항을 결정하는 프로세스에 대하여 분석하였다. 전기구동 트랙터 시스템은 유성 기어가 사용된 듀얼 모터 타입의 파워트레인 구조를 가진다. 듀얼 모터는 주 모터와 보조 모터로 구성되어 있으며 유성 기어에 의해 동력 분배, 동력 순환, 동력 보조 특성이 나타나며 유성 기어 기계적인 특성에 의하여 토크 제한이 발생할 수 있다. 시스템 요구사항은 트랙터가 요구되는 부하를 반영하여 시스템 파워 엔밸로프 (power envelope) 선도를 결정하였다. 농작업 부하 조건은 쟁기 작업과 로터리 작업, 주행작업으로 설정하였다. 농작업 부하 데이터는 같은 용량의 40kW급 엔진 트랙터를 이용하여 부하를 계측하였다. 결정된 시스템 파워 엔밸로프 선도 기반으로 파워트레인 설계 파라미터를 결정하였다. 파워트레인 설계 파라미터는 유전알고리즘을 활용하여 최적화하였으며, 목적 함수(object function)는 파워트레인 설계 파라미터에 의하여 계산된 파워 엔밸로프 선도와 시스템 파워 엔밸로프 선도의 차이로 결정하였다.
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동력 결합 방식에 따른 듀얼 모터 타입 전기 트랙터의 동력 특성 분석
권도엽 ( Doyeop Kwon ),안다빈 ( Da-vin Ahn ),김원균 ( Won-gun Kim ),김영주 ( Young-joo Kim ),조승제 ( Seung-je Cho ),박영준 ( Young-jun Park ) 한국농업기계학회 2023 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.28 No.2
온실가스 및 탄소 배출 저감을 위해 농업 기계 전동화의 연구 필요성이 증가하고 있다. 특히, 일반적으로 널리 사용되는 농업 기계 중 하나인 트랙터의 전동화에 대한 연구가 많이 진행되고 있다. 전기 트랙터의 경우 동력원인 모터가 엔진과는 다른 특성을 보이기에, 모터의 특성을 고려한 전기 트랙터 파워트레인 구조 설계가 필요하다. 본 연구에서는 듀얼 모터 타입 전기 트랙터의 다양한 파워트레인 구조에 대해 작동 영역과 동력전달효율을 비교 분석하였다. 분석 대상 파워트레인은 다음과 같다: 전ㆍ후륜에 각각 모터가 장착된 트랙션 커플링, 두 모터의 동력을 유성기어가 매개하는 스피드 커플링, 두 모터의 동력을 평행축 기어가 매개하는 토크 커플링. 파워트레인의 작동 영역과 동력전달효율을 도출하는 모델은 MATLAB 코드 기반으로 제작하였다. 구조를 제외한 모든 패러미터는 모두 동일하게 설정하였고, 전기 트랙터 시스템이 만족해야 하는 타겟 파워 엔벨로프는 실제 40kW 트랙터의 작업 부하 데이터를 이용하여 도출하였다. 이후 모델을 통해 각 구조별 작동 영역과 동력전달효율을 구하였다. 우선 각 구조의 작동 영역이 타겟 파워 엔벨로프를 만족하는지 확인하였고, 작동점의 분포를 비교 분석하였다. 또한 각각의 작동 영역에서 동력전달효율의 값과 분포를 분석하였다.
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김성종(Sungjong Kim),이상권(Sangkwon Lee) 한국자동차공학회 2009 한국자동차공학회 학술대회 및 전시회 Vol.2009 No.11
The objective of this paper is to estimate the excitation force at the mount brackets of powertrain. The powertrain excitation force on mount bracket is used for the prediction of the vehicle interior noise induced by hybrid transfer path analysis. In order to do this research, a powertrain geometry model must be based on the real powertrain model, and its finite element model is made by meshing software. The multibody dyncamic model is based on the EMA(experimental modal analysis) and FEA(finite element analysis). The experimental modal analysis and operational deflection shape for powertrain are experimentally implemented. After the MBD model is assembled with vibration characteristic properties both EMA and FEA result. Then, the MBD model of ADAMS resemble the vibrational property of real powertrain. Consequently. ADAMS result of powertrain excitation forece is compared and verified with measured values.
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듀얼 모터 기반 전기 트랙터 파워트레인 시스템 구조 해석
안다빈 ( Da-vin Ahn ),한규하 ( Gyuha Han ),김경대 ( Kyeong-dae Kim ),조승제 ( Seung-je Cho ),박영준 ( Young-jun Park ) 한국농업기계학회 2022 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.27 No.2
전 세계적으로 배기가스 규제 및 저탄소 환경을 위한 정책이 시행됨에 따라 전기 트랙터는 농업 분야에서 해당 정책을 위한 트랙터 트렌드라고 할 수 있다. 해외 선진사의 경우 시제품이 개발된 상태이나 상용화 단계까지는 진행 되지 않았으며, 공통적인 문제로는 짧은 작업 시간이다. 이를 개선하기 위해 배터리 제어 및 동력전달계 최적화에 대한 연구가 진행 중이나, 체계적인 연구가 부족한 상황이다. 본 연구에서는 유성 기어가 사용된 듀얼 모터 타입의 파워트레인 구조를 구동 모드에 따른 동력 전달 흐름을 분석하였다. 듀얼 모터는 주 모터와 보조 모터로 구성되어 있으며, 유성 기어를 사용하여 주 모터와 보조모터의 동력분배가 가능하다. 구동 모드는 주 모터만 사용하는 모드와 주 모터와 보조 모터를 모두 사용하는 모드로 구분되며, 부하가 큰 작업이 필요한 경우 주 모터와 보조 모터가 모두 사용된다. 듀얼 모터 타입 파워트레인 시스템 구조 해석은 MATLAB/Simulink 상에서 모델링 하였으며 시뮬레이션 조건은 작업 모드, 타겟차량 속도, 트레일러 부하 등을 고려하였다. 시뮬레이션 해석은 주 모터와 보조 모토의 토크, 속도에 따른 유성 기어의 동력 분배, 동력 순환, 동력 보조 특성을 확인하여 해당 파워트레인 구조 사용시 요구되는 설계 파라미터를 선정하였다.
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듀얼 모터 타입 전기 트랙터의 파워트레인 동력 특성 분석
안다빈 ( Da-vin Ahn ),한규하 ( Gyu-ha Han ),김경대 ( Kyeong-dae Kim ),조승제 ( Seung-je Cho ),박영준 ( Young-jun Park ) 한국농업기계학회 2023 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.28 No.1
환경 규제가 강화되고, 농촌 인구 고령화 및 에너지 자원 부족 등에 따른 대내외적인 환경 변화로 농업 기계에 대한 전기 구동 트랙터 개발의 필요성이 커지고 있다. 전기구동 트랙터 개발을 위해서는 농작업 환경에 따른 작업 부하를 고려한 용량 선정, 동력 전달 시스템 설계 및 제어 알고리즘 개발이 필요하며, 작업 안정성 및 효율(작업 및 주행 효율)을 높이는 것이 중요하다. 본 연구에서는 듀얼 모터 타입의 파워트레인 구조의 전기구동 트랙터에 대하여 작업 효율 및 동력 특성을 비교 분석하였다. 전기구동 트랙터 시스템은 듀얼 모터 타입의 파워트레인 구조이며 2단 변속기로 구성되어 있다. 듀얼 모터는 주 모터(30kW)와 보조 모터(10kW)로 구성되며, 구동 모드에 따라 주 모터만 사용하는 모드와 주 모터와 보조 모터 모두 사용하는 모드가 있다. 각 구동 모드에 따른 작동 영역 분석하여 모드별 사용 가능 영역을 정의하였다. 또한 작업 부하에 따른 작동점(operating point)과 파워트레인 효율 맵을 비교하여 에너지 효율 특성을 분석하였다. 추후 연구에서는 작업 조건에 따른 동력 소모가 최소화되는 작업 제어 알고리즘을 개발 및 검증을 진행할 것이다.
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자동차 파워트레인 샤프트 가공용 8축 복합가공기 베드의 유한요소 해석에 관한 연구
조준현,문동주,이종찬 한국기계가공학회 2015 한국기계가공학회지 Vol.14 No.1
To build a high precision machine tool and increase its productivity, structural analysis needs to be carried out for vibration and stiffness of the machine tools before any detailed design. Therefore, in this paper, static and dynamic analysis is carried out to evaluate 8-axis multi tasking machining beds for automotive power train shafts; then, selection of an appropriate device is made for application to bed design. The results of structural and modal analysis confirmed the structural characteristics of the 8-axis multi tasking machine for automotive power train shaft beds: and the second shape bed is the safest is considered secure.
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파워트레인 마운트 단품 시험 효율 및 정확도를 높이기 위한 다축 동시 인가 블록 사이클 시험법 개발
박희욱(Heeuck Park),곽진형(Jinhyeong Kwak),이운형(Woonhyeong Lee) 한국자동차공학회 2019 한국자동차공학회 학술대회 및 전시회 Vol.2019 No.11
There have been two types of powertrain mounting component test. They are single axis block cycle test and multi-axial real time test. In case of single axis block cycle test, the test schedule is short and simple test rig set up but the correlation between the vehicle test or the subsystem module test is not so good. In case of multi axial real time test, the correlation is better than single axis test but the test schedule is longer than single axis test. It is needed to develop new test method for the short test schedule with the better correlation. This study shows new test method(multi axial block cycle test) can have similar failure mode and test result with current test method.
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파워트레인 다이나모를 이용한 디스커넥트 4WD 시스템의 연비 평가
이호섭(Hosub Lee),안성범(Sungbum Ahn),장인혁(Inhyuk Jang) 한국자동차공학회 2020 한국자동차공학회 학술대회 및 전시회 Vol.2020 No.11
4WD 차량은 트랙션 및 주행 안전성 측면에서 2WD 차량에 비해 우수하지만 부가적인 구동장치로 인해 중량 및 동력손실이 증가하면서 차량의 연비저하가 발생하게 된다. 이러한 4WD 차량의 연비저하 단점을 보완하기 위해 현대위아에서는 디스커넥트 4WD 시스템을 개발하였다. 디스커넥트 4WD 는 기존 기계식 PTU(Power Transfer Unit)에 클러치 액츄에이터를 장착하여 프로펠러 샤프트로 전달되는 동력을 차단할 수 있다. 따라서 기존의 4WD 차량과 달리 4WD 사용과 상관없이 항상 회전하는 프로펠러 샤프트를 완전히 정지시킬 수 있으며 이에 따른 동력손실 차단하여 연비향상을 가져올 수 있다. 또한 현대위아에서는 이러한 차량의 연비향상이 가능한 신제품 평가를 통해 4WD 차량의 연비 인자에 대해 보다 효율적인 분석 및 연비 개선방안의 신뢰성 검증이 가능한 4WD powertrain dynamo(이하 PT 다이나모)를 구축하였다. PT 다이나모는 차량의 엔진, 변속기, 디스커넥트 4WD 시스템 및 디퍼런셜 기어 등 실제 차량의 구동계 대부분을 포함하고 있으며 실시간으로 차량의 주행 부하 및 타이어 노면간의 마찰 모델에 대한 시뮬레이션이 가능하도록 고안되었다. 본 연구에서는 PT 다이나모를 사용하여 디스커넥트 시스템의 연비 특성을 평가하였으며 디스커넥트 시스템의 연비향상인자를 분석하여 보다 효율적인 제품 개발 및 검증 프로세스를 도출하고자 하였다.
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