[국방과학기술연구소] 유·무인 복합 자주포의 운용형태 및 임무유형을 고려한 분석모델 연구, A Study on Analysis Model Considering Operation Mode Summary & Mission Profile of Manned & Unmanned Self-Propelled Howitzer System Technologies, 2024.04~2026.12

[한화에어로스페이스] 전동화 시스템 모델 개발 및 제어, Electrified Vehicle Model and Control - 2023.07~2026.06

한화에어로스페이스와 한양대학교의 공동 연구를 통해 3차년도에 걸쳐 시스템 해석 및 전동화 시스템 성능 해석 기술 개발을 진행함. 장갑차 구동 시스템 모델 개발을 위한 전동화 파워트레인 요소 정의 및 수학적/물리적 개념 기반의 성능 해석 모델 라이브러리 구축을 통해 차세대 장갑차 적용을 위한 전동화 파워트레인 구성 요소 모델 개발함. 장갑차 주행 성능 및 효율 향상을 위한 시스템 제어 기법 개발과 다양한 주행 목적의 특성을 고려한 기동 성능 추종 제어 방안 연구를 통한 전동화 시스템 운용 전략 및 제어 기법 개발함. 이후, 파라미터 탐색 기법 기반의 시스템 설계 최적화 프로세스 구축 및 차세대 직렬형 하이브리드 추진 시스템의 최적 용량 도출과 모델 기반 성능 해석 및 평가 환경 고도화 진행함.

[LS엠트론] 전기트랙터 성능 해석 모델 및 제어기 개발, Development of a Vehicle Control Unit for an Electric Tractor – 2023. 05~2024. 05

환경 문제로 인해 자동차 뿐만 아니라 중장비까지 전동화 시대로 접어들면서 트랙터 또한 전동화에 힘쓰고 있음. 기존 엔진 기반 트랙터의 작업(밭 갈기 등 PTO이용하여 작업하는 농업 일) 및 편의 기능은 유지하면서 엔진 대신 모터 동력원으로 교체 하고자 한다.

 이에 LS엠트론과 한양대, 단국대가 협업하여 모터 동력원에 적합한 제어기를 구성한다. 먼저 테스트 데이터를 바탕으로 전기 트랙터 모델을 구성 하여 비교 검증을 수행한다. 이후 검증이 완료된 전기 트랙터 모델을 바탕으로 실제 제어기를 구성하여 기존 트랙터 기능들 뿐만 아니라 모터 동력원에 대한 기능들까지 검증을 진행해본다. 이렇게 검증된 기능들을 실제 전기 트랙터에 넣어보고 기능들이 잘 동작하는지 확인해본다.

[과학기술정보통신부] 도시 기후변화 영향 피해 완충 기능성 소재 및 능동 이용 시스템 개발, Development of Buffer Functional Materials and Active Utilization System for Urban Climate Change, 2023.05 ~ 2025.12

[과학기술정보통신부] (우수신진연구) 미래기술 적용 차량이 혼재된 주행 공간의 에너지 저감을 위한 협력게임이론 기반의 차속 제어 기법 연구, A Study on Vehicle Speed Control Based on Cooperative Game Theory for Energy Saving In a Traffic Network with Vehicles of Future Technology – 2020. 03~2024. 02

운전자의 주행 의지가 배제될 수 있는 대규모의 커넥티드 자율주행 차량이 혼재되어 운행되는 교통 공간 속에서, 전체 차량이 소모하는 에너지를 최소화할 수 있도록 개별 차량이 구현할 수 있는 최적의 주행 제어 전략을 도출하는 것이 본 연구의 핵심 내용임. 이를 위해, 교통 공간 속의 에너지 성능을 평가하는 정밀도 높은 연동 해석 플랫폼을 구축하는 것이 목표임. 교통 네트워크 모델(Vissim)을 활용하여 네트워크 속에서 개별 차량 간의 움직임을 해석하고, 이를 대규모 차량 에너지 성능 해석을 통해 평가하면서 전체 시스템의 에너지의 최적화를 구현할 수 있는 이론적인 개념을 연구함. 이러한 연동 해석 플랫폼 개발을 위해, 기존 클라우드 기반의 대규모 해석(Large-scale simulation) 성능을 대폭 개선하며, 협력적 게임이론을 활용하여 각 자율주행 차량의 개별 제어 전략의 최적화할 수 있는 전략을 개발함.

[산업통상자원부] 다중 모터 기반 400kW 급 고출력 다단 전기구동시스템 수소전기트럭 적용기술 개발, Development of Application Technologies for Heavy-duty Fuel Cell Electric Trucks using Multi-input Motor based 400kW Class Multi-speed Electrified Powertrain System, 2020. 04~2023. 12

본 연구는 수소연료전지 기반 동력전달시스템을 장착한 수소트럭 적용기술을 개발하는 연구로 한국자동차연구원이 총괄을 맡아 모터, 다단 변속시스템, 수소트럭의 성능 해석 플랫폼 및 제어 기법을 개발하며, 현대자동차, 현대트랜시스, 현대로템이 수요기업으로 참여하여, 수소트럭 실차를 개발함. 한양대학교는 Autonomie 와 TruckMaker 를 연계하여 수소트럭 실차의 디지털 트윈(가상 시뮬레이션 해석 환경)을 구축하고, 곡률, 구배, 교통 환경 등에서 얻어진 정보를 바탕으로 미래 주행 상황을 예측하고, 이를 바탕으로 연료전지 운용 최적화 알고리즘을 개발하여 수소트럭에 적용하는 것이 목적임. 이를 위해 검증된 모델을 활용한 모델 기반 성능 해석 기법을 활용함.

[현대트랜시스] 변속 성능 제어 파라미터의 모델 기반 최적화 프로세스 개발, Development of Model-based Optimization Process of Shifting Performance Control Parameters – 2021. 08~2023. 08

차량 자동 변속기는 주행 상황에 따라 주행에 필요한 요구 동력을 효율적으로 전달하기 위한 변속 제어 장치로서, 변속시 다른 속도로 회전하고 있는 구동축의 동력을 순간적으로 해제하고 결합하는 과정에서 짧은 순간동안 변속으로 인한 충격 등이 발생할 수 있음. 본 연구에서는 변속으로 인해 발생하는 충격 및 변속감 평가 항목 등 변속 성능을 수치화하여 다양한 주행 상황에서 부드러운 변속이 이루어질 수 있도록 액츄에이터 제어 파라미터를 최적화할 수 있는 프로세스를 개발하게 되며, Simulink 기반 가상 환경에서 구축된 상세 변속 모델을 바탕으로 실차 변속 제어 파라미터 최적화 프로세스에 적용하기 위한 개발을 진행함.

[환경부] 전기자동차 주행거리 시험방법 및 성능검증 방안 도출에 관한 연구(II), Studies on the derivation of electric vehicle mileage test method and performance verification method(II) – 2022. 05~2023. 01

 1차년도에 개발된 전기자동차 주행거리 성능 해석 소프트웨어의 기능을 보완하고 사용자 편의성을 확보하여 인증기관 및 사전 성능 해석을 필요로 하는 기관에서 활용할 수 있도록 프로그램의 성능 개선을 수행함. 전기자동차의 차대 동력 시험을 수행하여 데이터 수집, 분석 및 모델 기반 해석을 통한 주행거리 인증 프로세스를 구축하고, 제작사 제출 인증 결과 값의 검증 신뢰성을 확보하기 위한 필요조건을 제시함. 국내외 무공해자동차(전기자동차) 1회 충전주행거리, 성능요건 등과 관련된 정책 및 기술 자료를 조사, 분석하여 하위 법령 개정을 위한 자료(인증기준, 성능요건, 보증기간, 인증 신청 등)를 제시함.

[테너지] 전기자동차 열관리 모델 개발 및 열관리 제어 최적화 기법 개발, Model Development for Thermal Management Systems of Battery Electric Vehicles – 2021. 10~2022. 09

외부 온도에 따라 전기자동차의 주행성능에 미치는 영향을 분석하기 위한 배터리, 모터 및 차량 실내에 해당하는 각 요소에서의 상세 열관리 모델을 개발하고 전기 히터, chiller, 히트 펌프 등을 포함하여 이들 사이에서 일어나는 열흐름과 외부로의 열교환과정을 이해할 수 있는 상세 시스템 개발 및 내부 온도를 적절히 유지하면서도 주행성능을 최대한 끌어올릴 수 있는 열관리 최적 제어 기법을 개발함.

[현대자동차] 전동화 시스템 최적화 모델 기반 룰베이스 제어로직 생성 통합프로그램 개발, Development of a Software for Generating Rule-based Control Strategies based on Optimal Control Results for Electrified Vehicles – 2020. 05~2021. 05

하이브리드 자동차와 같은 전동화 기반 차량의 경우, 엔진과 모터를 동시에 동력원으로 활용할 수 있기 때문에 동력원의 작동점을 최적화 함으로써 차량의 작동 효율을 향상시킬 수 있음. 세계 최고의 연비를 보여주는 아이오닉 하이브리드(2017, 2018, 2019, 미국 EPA 기준) 등, 하이브리드 전용 플랫폼을 개발 중인 현대 자동차는 새로운 하이브리드 파워트레인 시스템에 대한 연구 개발을 지속하고 있음. 본 연구는 다양한 하이브리드 시스템의 구조의 성능 평가를 위해, 시스템 일반화 기법을 개발하여 적용하여 최적 제어 알고리즘을 적용, 시스템 최대 성능을 도출하고, 확보된 제어 기법을 활용하여 예측 제어 기반의 전방향 제어 기법을 개발함.

[삼성SDI] 실차 시험 기반 PHEV 배터리 제어 성능 분석 및 BMS의 차량 성능 영향도 분석, Analysis of Performance and Effects of Battery Management System for PHEV based on Real-world Driving Test  - 2019. 07~2021. 05

본 연구는 Toyota Prius Plugin 의 시험 성능을 분석하여 정밀한 모델을 개발하고 해당 차량의 배터리 관리 전략 분석을 통해, 배터리 제어 개선 전략을 개발하는 것을 목표로 하고 있음. 한국자동차연구원과 한국에너지공단의 자동차연비센터에서 진행하는 실차 테스트는 -7C, 25C, 35C 의 온도에서 진행되어 차량의 열관리 제어 성능도 평가함. 시험 결과 분석을 통해 검증된 PHEV 차량 및 제어기 모델을 개발하여 배터리 에너지 관리 전략이 배터리 성능과 차량 성능에 미치는 영향도를 평가함. 온도 등의 주행 환경 조건을 고려한 실차 성능 시험 결과를 토대로 해당 차량의 제어 전략 방향성을 분석하고 이를 기반으로 배터리 에너지 관리 전략에 따른 배터리의 성능 및 수명과 차량 시스템 성능과의 상관관계를 도출함으로써 성능 향상을 위한 제어 전략을 개발하고 기존 차량 성능과의 비교 분석을 진행함.

[현대자동차] 추정 요구동력 활용 변속판정 최적화 모델 개발, Control Optimization of Shifting Algorithm Using Predicted Demand Power - 2019. 06~2020. 05

본 연구는 강화학습 알고리즘을 활용하여 커넥티드 카의 변속 성능을 최적화 시키는 것이 목적임. 예측 기반의 강화학습과 최적화 알고리즘을 융합하고 예측된 미래 주행 정보의 확률이 낮은 경우에도 대응할 수 있는 강건한 변속 제어 알고리즘을 개발함. 검증된 시뮬레이션 해석 모델을 기반으로 기존의 변속 패턴과 개발된 변속 알고리즘의 성능을 비교 평가가 요구됨. 개발되는 변속 제어 알고리즘을 활용하여 향후 커넥티드 환경에서 미래 주행정보와 운전자의 주행 패턴이 주어질 경우 최적의 연비를 도출하면서 운전자의 요구에 대응할 수 있는 변속 제어 전략이 개발될 수 있을 것으로 기대됨.

[현대자동차] Fuel cell stack & battery 사양 및 운영 방안 최적화, Specification and System Optimization of Fuel cell stack and Battery for FCHEV – 2019. 10~2020. 03

연료전지 자동차는 수소를 연료로 사용하여 물을 배출하는 청정 자동차로 대부분의 경우 배터리를 활용하여 연료 전지의 사용량을 조절하고 회생 제동에서 발생하는 에너지를 재사용함으로써 효율을 극대화시킬 수 있음. 배터리와 연료전지의 용량을 최적화 시킴으로써 비용, 무게, 부피 대비 가장 우수한 성능을 내는 시스템을 조합할 수 있으므로 모델 기반 해석을 통해 이러한 최적의 조합을 찾아내는 것이 본 연구의 주요 목표임.

[현대자동차] 전동화 시스템 성능 시뮬레이션 기술, Simulation Based Evaluation Techniques for Performances of Electrified Systems, - 2019. 10 ~ 2019. 12

전동화 변속 시스템이 적용된 하이브리드 시스템의 경우 시스템의 성능을 비교 평가하기 위해 시스템의 최대 성능 간의 비교를 수행해야 함. 이 과정에서 배터리의 에너지 관리 전략이 시스템의 성능에 영향을 미치게 되므로 해당 전략을 최적화하지 않을 경우 엄밀한 비교 평가를 하기 어려움. 이를 극복하기 위해 ECMS 기반의 최적 제어 기법을 새로운 하이브리드 시스템에 적용하였음.

[현대자동차] 상용 실도로 EM 및 연비 규제 대응 차량 모델 구축(모델 기반 상용차량 연비 최적 기술 평가), Development of a Vehicle Model for Evaluating Fuel Efficiency of Heavy Duty Vehicles, Applicable to Hardware-in-the-loop Simulation - 2017. 04~2019. 09

상용디젤(대형)차량의 연비규제에 대응하기 위해 연비향상 기술 들의 영향도 비교평가 할 수 있는 환경 구축이 목표. 초기 단계는 차량의 주요 요소 성능 모델및 기본적인 제어기 개발을 통합하여 연비 해석 모델을 개발하고, 모델을 기반으로 Eco-innovation 기술을 적용할 때 연비 저감 효과를 정밀하게 평가하고 그 영향도를 분석하는 연비 평가 프로세스 개발을 본 연구의 목표임.

[테너지, 두산인프라코어] 중장비 차량을 위한 48V 기반 전동화 엔진 시스템의 구조별 성능 평가, Performance Evaluation of Engine Efficiencies with 48V Battery System for Heavy-Duty Hybrid Vehicle, - 2018. 09 ~ 2019. 02

엔진의 작동 효율을 높이기 위해 중장비 차량에 48V 시스템을 추가하는 노력이 진행되고 있음. Full hybrid 시스템에 비해 48V 시스템은 비용 대비 성능 향상이 우수하므로 초기 개발 비용을 줄이고 강화되고 있는 중장비 차량의 연비 규제에 대응할 수 있는 효과적인 전략이라고 볼 수 있음. 본 연구에서 다양한 조합의 엔진 하이브리드 시스템을 평가하여 최적의 조합을 탐색하였음.

[국토교통부] 자율주행 및 군집주행 기반의 차세대 차량 기술이 교통 흐름 및 에너지 소모에 미치는 영향도를 분석하기 위한 교통 시뮬레이션 해석 플랫폼 개발, Energy Impact for Autonomous Vehicles Based on Large-scale Traffic Flow Simulations - 2016.07~2018.06

미래 차량 기술(자율주행차량 및 군집주행 등)과 다양한 동력 전달계 구성(내연기관 차량, 하이브리드 차량, 전기차 등)을 차량에 적용하여 대단위 교통 시뮬레이션 상에서 개별 차량의 주행 상활을 구현하고, 이에 따른 교통 흐름 및 시스템의 에너지 소모량 평가를 가능하게 하는 교통 시스템 성능 해석 플랫폼을 개발하는 것이 본 연구의 목표임.

[현대자동차] 모터 적용 변속기의 성능 선행 해석 모델 개발 (PMP기반 하이브리드 최적 제어기 개발), Development of a Simulation Model for Evaluating Performance of a Transmission Utilizing Electric Motors - 2017.04~2018.02 

하이브리드 파워트레인은 기존 내연기관 시스템에 모터를 추가함으로써 엔진이 비효율적으로 작동하는 영역에서 모터로 차량이 구동될 수 있도록 제어를 수행함. 본 연구에서는 모터 적용 변속기(하이브리드 변속 시스템) 모델을 바탕으로 하이브리드 차량의 연비를 평가하고 이를 최적 제어 기반의 동력 분배 전략을 통해 최적의 연비를 도출할 수 있는 제어기를 개발하는 것임. 폰트리아진 최소 원리에 기반한 최적 제어기는 기본 룰 베이스 제어기에 비해 우수한 성능을 나타내며 시스템이 도출할 수 있는 최대 성능에 근접한 연비 성능을 구현함. 

[(미)아르곤 국립연구소] GM Voltec 2세대 파워트레인 해석 모델 개발, Development of Powertrain Model for GM Voltec 2nd Generation - (미)아르곤 국립 연구소 - 2016.10~2017.03

미국 아르곤 연구소와의 국제 공동 연구를 통해 GM 사의 대표적인 최신 하이브리드 및 플러그인 하이브리드 자동차 모델을 개발하여 Autonomie에 탑재. 대상 차종은 GM VOLT II (2세대), Malibu Hybrid, 그리고 Cadillac CT6 Hybrid. 차량의 구동 특성을 이해하고 이를 바탕으로 물리적/수학적 모델을 구성하여 차량 시스템에 통합하였음. 

[한양대학교] 친환경 자동차의 성능 해석 및 주행 패턴 최적화, Optimal Control for Hybrid Electric Vehicles - 한양대학교 - 2015. 09~2016. 08

하이브리드 자동차의 경우 엔진과 모터의 동력을 어떻게 분배하느냐가 차량의 연비를 결정하는 주요 전략이 됨. 그러나 문제는 현재의 동력 분배 전략이 미래의 주행 상황에 의해 다르게 평가될 수 있다는 점 때문에 기존 내연기관의 변속처럼 순간적인 최적화는 불가능한 상황임. 이러한 문제를 해결하기 위해 다양한 주행 제어 전략을 연구하고 폰트리아긴 최소 원리(Pontryagin's Minimum Principle)에 기반한 주행 최적화 전략을 개발함.