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수소 연료전지 자동차의 충돌 및 화재안전성 관련 연구동향
임재문(Jae Moon Lim),장형진(Hyung Jin Chang),김규현(Gyuhyun Kim) 한국자동차공학회 2008 한국자동차공학회 춘 추계 학술대회 논문집 Vol.- No.-
환경문제에 따른 배기가스 배출저감 및 자원고갈에 따른 대안으로 향후 수소 연료전지 자동차의 본격적인 시장진입이 예상되고 있다. 자동차 제작사 및 세계 각국의 정부 등은 수소 연료 전지 자동차가 기존의 내연기관 자동차와 동등 이상의 안전성을 확보할 수 있는 부품기술, 자동차 제작기술 및 이와 관련된 안전기준을 개발하기 위하여 많은 노력을 기울이고 있다. 독일과 미국은 이미 수소 연료전지 자동차에 관한 안전기준을 제정한 일본과 협력하여 세계기술기준(GTR)을 제정하고자 시도하고 있으며, 우리나라도 이러한 주변 상황에 대응하기 위하여 수소ㆍ연료전지 자동차의 안전성 평가기술 개발에 관한 5개년 연구 과제를 2007년말부터 착수하였다. 이 연구는 수소 연료전지 자동차에 관한 제도 및 정책 연구, 수소 안전성 기술, 수소 연료전지 자동차 운행 안전성 기술 및 전기 안전성 기술에 관한 연구를 망라하고 있으며, 안전기준 및 안전성 평가기술을 개발하여 수소 연료전지 자동차관리정책에 반영하는 것을 목표로 하고 있다. 수소 연료전지 자동차 및 수소저장탱크를 포함한 연료시스템의 충돌 및 화재안전성에 관한 평가방법 및 안전기준 등을 도출하기 위해서는 정면/측면/후면충돌 및 전복 등과 같은 다양한 환경에서 실차시험을 수행하고, 이로부터 도출된 실제 결과를 반영하여야 할 것이지만, 수소 연료전지 자동차를 제작하는 비용이 매우 고가이므로 충돌시험으로부터 구할 수 있는 실제 데이터는 상대적으로 많은 제한이 있을 것으로 예상되고 있다. 이러한 점을 극복할 수 있도록 충분한 검토가 이루어져야 하며, 이에 따른 방안도 수립될 수 있어야 할 것으로 판단된다. The researches on the crash and the fire safety of hydrogen fuel cell vehicles (HFCV) have been progressing worldwide. Japan has already established and adopted a regulation to evaluate the performance of a HFCV. The National Highway Traffic Safety Administration (NHTSA) of the U.S. has been leading the hydrogen safety research program since 2004. The SAE FCV Safety Working Group has been addressing fuel cell vehicle (FCV) safety for over 8 years. The recommended practice for general fuel cell vehicle safety (SAE J2578) was published in 2002. The SAE Working Group is now developing a new recommended practice on vehicular hydrogen systems (SAE J2579). To develop a global technical regulation (GTR) concerning hydrogen/fuel cell vehicles, Germany, Japan and the U.S. submitted the proposal to United Nations World Forum for the Harmonization of Vehicle Regulations. Korea has started the research program on the development of safety evaluation techniques for hydrogen fuel cell vehicles in 2007. This paper explores research issues related to the crash and fire safety of HFCV.
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상용자동차 자동차안정성제어장치(ESC) 성능평가 방법에 대한 비교 연구
김성섭(SungSub Kim),임재환(JaeHwan Lim),전영돈(YoungDon Jeon),강병도(ByungDo Kang) 한국자동차공학회 2013 한국자동차공학회 부문종합 학술대회 Vol.2013 No.5
자동차의 사고예방을 위한 능동안전장치 보급에 발맞추어, 사고회피를 위한 자동차안정성제어장치가 승용자동차를 대상으로 의무적 장착이 세계적으로 확대되고 있다. 자동차의 제동장치 및 동력전달장치가 다양하여 개발 보급이 다소 늦은 상용자동차에 대해서도 제조사의 개발 및 평가가 활발하게 진행되고 있으며, 세계적으로 평가방법 및 기준에 대한 도입의 움직임이 나타나고 있으나, 국내 시험환경 및 성능평가 방법에 대한 연구는 부족한 실정이다. 전세계적으로 상용자동차의 조종안정성에 대한 다양한 평가방법이 알려져 있으나, 상용자동차의 특징과 방향성 제어능력과 롤전복 제어능력 평가를 위한 거동을 잘 나타내는 조향입력에 대한 비교연구는 부족한 실정이다. 이 논문에서는 국내외 상용자동차 자동차안정성제어장치 평가와 관련한 시험방법에 대한 조사와 함께, 해외 상용자동차용 ESC의 건조노면 작동조건 확인 시험 및 방향성 제어능력과 롤전복 제어능력 평가에 효과적인 시험방법을 선정하기 위한 사전연구로서, 자동차안정성제어장치의 성능평가를 위한 주요 시험방법에 대한 비교와 함께 예비시험을 통하여 상용자동차 대표적 특성인 롤전복 제어 거동 경향을 확인하였다.
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염광욱(Kwangwook Youm) 한국자동차공학회 2021 한국자동차공학회 부문종합 학술대회 Vol.2021 No.6
전 세계적으로 지구온난화와 환경적인 문제 및 자원의 고갈로 인하여 친환경자동차에 대한 보급이 확대되고 있다. 그 중 모터를 동력원으로 하는 전기자동차를 중심으로 연구가 진행되고 있다. 이러한 전기자동차는 현재 승용자동차 중심으로 자동차의 구동력을 확보하기 위한 감속기의 개발이 진행 중이다. 하지만 환경적인 문제를 고려할 때 화물차와 같은 상용자동차로의 연구 확대 및 개발의 진행이 필요하다. 상용자동차의 경우 화물의 적재 등으로 인해 중량이 증대되고 그로인해 큰 구동력이 필요로 한다. 상용 전기자동차에서는 모터의 부하를 조절하여 감속 및 토크증대가 가능하지만 잦은 모터의 출력 변화는 모터의 수명을 단축시키는 요소가 될 수 있다. 따라서 본 연구에서는 저단과 고단으로 구분하여 평상시 일반적인 감속형태로 주행이 가능하고 적재시 추가적인 감속을 통해 구동력을 확보할 수 있도록 다양한 감속비를 적용하여 최적의 감속비를 토출하였다. 또한 2단 변속형태의 감속 메커니즘 설계를 위하여 다양한 형태의 감속방법을 적용하여 중량과 부피를 최소할 수 있는 변속형태를 설계하였다. 상용 전기자동차에 적합한 150Kw의 모터를 기준으로 2단 변속을 실현하기 위하여 유성기어 2세트를 기반으로 설계를 진행하였다. 선기어의 잇수가 증대되면 전체적인 감속기의 부피가 증대되기 때문에 감속기의 부피를 고려하여 선기어의 잇수를 10개로 동일하게 선정하였다. 다양한 감속비의 적용을 통해 저단의 유성기어 잇수 48개, 링기어 잇수 68개, 고단의 유성기어 잇수, 14개, 링기어 잇수 28개로 유성기어 저단에서 7.8, 고단에서 3.8의 감속비를 설정하였다. 이때 동력전달의 안전성을 위하여 모듈값을 2로 설정하여 설계를 진행하였다. 유성기어의 변속을 위해 감속되는 유성기어의 단속을 위하여 자동변속기에 적용되는 다판 유체클러치를 선정하여 수식을 통하여 클러치 토크를 고려하여 클러치 매수에 따른 클러치 작동유압을 설정하였다.
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수소 자동차의 냉각시스템에 적용 가능한 Vortex Tube HILS 적용 연구
윤상현(Sanghyun Yun),한재영(Jaeyoung Han),윤진원(Jinwon Yun) 한국자동차공학회 2021 한국자동차공학회 부문종합 학술대회 Vol.2021 No.6
현재 환경 문제와 함께 자원고갈의 문제점에서 큰 비중을 차지하고 있는 자동차산업에서 기존의 내연기관 자동차를 대체할 만한 친환경자동차의 연구가 세계적으로 활발히 이루어지고 있다. 특히, 수소 연료전지 자동차는 타 친환경 자동차에 비해 짧은 충전시간, 긴 주행거리 등에서 큰 주목을 받고 있다. 하지만 수소자동차는 기존의 내연기관 자동차에 비해 작동온도가 현저히 낮기 때문에 기존의 냉각장치보다 더 높은 열전달율을 요구한다. 그 결과 수소 자동차에 적용되는 냉각장치는 내연기관의 냉각장치와 매우 유사하지만, 열용량 측면에서는 상당히 불리하여 소모 전력이 문제가 되고 있다. 이에 본 연구에서는 신개념 냉각장치인 Vortex Tube를 적용하여 현재 수소 자동차의 냉각장치의 문제점들을 개선하는 연구를 수행하였다. Vortex Tube는 추가적인 전력을 필요로 하지 않으며 고압의 공기를 주입함과 함께 빠른 응답성으로 저온과 고온공기를 얻을 수 있는 장치이다. 이에 본 연구에서 Vortex Tube 저온 출구 공기를 적용하여 냉각효율을 확인하였다. 또한 수소 자동차 실차를 활용한 실험에 한계가 있어 연료전지모델로 대체하였으며, 에뮬레이터로 실험 장치를 구성하여 PXI 장치를 통하여 Host PC와 통신하였다. 연료전지 모델에 적용된 독립적인 제어기는 PXI에 적용하였으며, 수소 자동차 모델, Vortex Tube 및 제어기 간의 HILS 통신을 이용하여 차량 부하 변화에 따른 열전달 및 냉각 효율을 평가하였다. 결과적으로 실험장치의 Radiator를 통한 차량으로 유입되는 램에어 및 실제 차량 주행 환경에 따른 냉각 효율도 확인하였다.
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전기 자동차의 에너지 시뮬레이션을 통한 Driving Range 향상을 위한 민감도 분석에 관한 연구
조재훈(Jaehoon Cho),최진호(Jinho Choi) 한국자동차공학회 2010 한국자동차공학회 학술대회 및 전시회 Vol.2010 No.11
전기자동차란 자동차의 구동 에너지를 기존의 자동차와 같이 화석 연료의 연소로부터가 아닌 전기에너지로부터 동력을 얻는 자동차이다. 배터리에 축적된 전기로 모터를 회전시켜서 자동차를 구동시키는 전기자동차는 1873년 가솔린 자동차보다 먼저 제작되었으나, 배터리의 무거운 중량, 충전에 걸리는 시간 등의 문제 때문에 실용화되지 못하다가 환경문제가 최근 심각해지면서 1990년대부터 다시 관심을 가지며 개발되기 시작하였다. 현대의 전기자동차 기술은 배터리기술의 발전과 함께 발전하고 있으며, 가장 큰 이슈 중의 하나는 배터리를 한번 충전하여 얼마나 멀리 갈수 있느냐 하는 것이다. 본 논문은 이와 같은 배터리 전기자동차의 Driving Range 향상을 위하여 에너지 효율 분석 및 민감도 분석을 다룬다. 이를 위하여 본 논문에서는 우선 에너지 효율 분석을 위한 시뮬레이션 모델을 (BEV Unified Model) 구성하였고, 구성된 Simulation 모델을 바탕으로 Driving Range 향상을 위한 해석 및 민감도 분석을 경소형 배터리 전기자동차에 적용하였다. An Electric vehicle (EV) uses the accumulated electric power in the battery to drive, which is the main difference from the conventional vehicle using the fossil fuel. The first electric vehicle was developed in 1873 before the gasoline car. But the vehicle was not commercialized due to the heavy weight and performance of the battery including long time to charge. Since the 1990s, EVs have extensively being re-developed with the increased concern over the environmental issues with petroleum. The modern electric vehicles have being developed with the enhancement of battery technology. One of the key issues for these EVs is how to increase the driving range and how to reduce the time to re-charge. This paper focus on a study on sensitivity analysis for improving the driving range based on energy simulation of a battery electrical vehicle (BEV). For the study, we made up the BEV energy simulation model using Unified Model (GM internal energy simulation codes) and implemented the driving range and performance simulation using the model. The sensitivity analysis is performed to find the dominant and efficient enablers for improving the driving range of a battery electrical vehicle.
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