본 연구는 가속페달에 반력을 생성하여 운전자의 경제운전을 유도하기 위한 에코페달의 설계와 성능 검증을 다룬다. 에코페달의 제어로직은 사전에 설정된 "허용가속도"를 바탕으로 현재 속도에서 허용되는 연료소비량을 정하고 이를 실제 연료소비량과 비교하여 에코페달의 작동을 결정하는 방식을 제안하였다. 폐달 반력은 운전자가 충분히 인지하되 불쾌감을 느끼지 않아야 하며, 차량의 정상 거동에 간섭이 없어야 한다. 스텝형과 램프형 반력 등과 같이 페달 답력이 급속하게 증가하는 형태의 반력은 반력 작동이 멈춘 직 후 운전자의 답력에 의한 급작스러운 가속 현상 때문에 적용이 어렵고, 이러한 문제가 없는 진동형 반력을 채택하였다. 진동형 반력의 주파수, 진폭, 작동시간은 운전자의 주관적 평가와 연비 향상 효과를 고려하여 결정하였다. 본 연구에서 제안된 에코페달을 차량에 장착하여 주행시험을 실시한 결과 고속도로와 시내주행에서 각각 13%와 15%의 연비향상 효과를 보여주었다.
본 연구는 가속페달에 반력을 생성하여 운전자의 경제운전을 유도하기 위한 에코페달의 설계와 성능 검증을 다룬다. 에코페달의 제어로직은 사전에 설정된 "허용가속도"를 바탕으로 현재 속도에서 허용되는 연료소비량을 정하고 이를 실제 연료소비량과 비교하여 에코페달의 작동을 결정하는 방식을 제안하였다. 폐달 반력은 운전자가 충분히 인지하되 불쾌감을 느끼지 않아야 하며, 차량의 정상 거동에 간섭이 없어야 한다. 스텝형과 램프형 반력 등과 같이 페달 답력이 급속하게 증가하는 형태의 반력은 반력 작동이 멈춘 직 후 운전자의 답력에 의한 급작스러운 가속 현상 때문에 적용이 어렵고, 이러한 문제가 없는 진동형 반력을 채택하였다. 진동형 반력의 주파수, 진폭, 작동시간은 운전자의 주관적 평가와 연비 향상 효과를 고려하여 결정하였다. 본 연구에서 제안된 에코페달을 차량에 장착하여 주행시험을 실시한 결과 고속도로와 시내주행에서 각각 13%와 15%의 연비향상 효과를 보여주었다.
This research deals with design and performance validation of eco-pedals that generate tactile pedal force to guide fuel saving driving behavior. For eco-pedal control logic, allowable fuel consumption at given driving speed is calculated based on pre-defined "allowable acceleration", and if the act...
This research deals with design and performance validation of eco-pedals that generate tactile pedal force to guide fuel saving driving behavior. For eco-pedal control logic, allowable fuel consumption at given driving speed is calculated based on pre-defined "allowable acceleration", and if the actual fuel consumption exceeds the allowable fuel consumption, then pedal force is activated. Pedal force should be recognizable to driver while not causing unpleasantness, and should not interfere with normal operation of pedal. Reaction forces that increase pedal stiffness abruptly, such as step and ramp shape, turn out to be not suitable due to pedal overshoot after release of reaction force. With this regards, vibration type reaction force is adopted, and its optimal frequency, magnitude and duration is determined through subjective evaluation with consideration to effect to fuel efficiency. Though highway and city driving test, it is demonstrated that fuel efficiency increase of 13% for highway and 15% for city is achieved.
This research deals with design and performance validation of eco-pedals that generate tactile pedal force to guide fuel saving driving behavior. For eco-pedal control logic, allowable fuel consumption at given driving speed is calculated based on pre-defined "allowable acceleration", and if the actual fuel consumption exceeds the allowable fuel consumption, then pedal force is activated. Pedal force should be recognizable to driver while not causing unpleasantness, and should not interfere with normal operation of pedal. Reaction forces that increase pedal stiffness abruptly, such as step and ramp shape, turn out to be not suitable due to pedal overshoot after release of reaction force. With this regards, vibration type reaction force is adopted, and its optimal frequency, magnitude and duration is determined through subjective evaluation with consideration to effect to fuel efficiency. Though highway and city driving test, it is demonstrated that fuel efficiency increase of 13% for highway and 15% for city is achieved.
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문제 정의
본 논문에서는 운전자가 미리 설정된 한계를 초과하는 가속을 하는 경우 페달에 반력을 생성시키는 촉각형 운전자-페달 인터페이스에 의해서 경제 운전을 유도하는 에코 페달의 설계를 위한 이론과 시제품의 성능 검증을 다룬다. 차량의 주행상태와 노면 경사를 고려하여 반력 작용 여부를 결정하기 위한 제어로직을 제시한다.
본 연구에서는 반력 생성형 에코 페달의 작동을 위한 제어로직, 반력 형태 분석 및 최적화, 실차 주행시험을 통한 에코 페달의 효용성 분석을 실시하여 에코 페달의 설계를 위한 이론적 근거를 제시하였다.
에코 페달을 설계하는데 있어서 우선적으로 결정해야할 것은 에코 페달의 작동시점을 결정하는 것이다. 본 연구에서는 차량에서 제공되는 정보인 속도와 연료소비량(혹은 동일한 개념으로 쓰로틀 개방량)을 이용한 제어로직을 제안하고자 한다.
에코페달의 성능은 반력의 형태에 큰 영향을 받는데, 다양한 형태의 반력에 대한 실험적 분석과 운전자의 주관적 평가를 통하여 연비 향상과 운전자 인지성과 선호도가 최적화된 반력을 제안한다. 에코 페달을 실체 차량에 적용하여 시내와 고속도로 주행 시의 연비향상 효과를 검증하고자 한다.
에코 페달을 장착한 차량을 이용하여 두 가지 주행시험을 실시하였는데, 첫 번째 주행시험의 목적은 에코페달의 작동여부를 판단하는 허용가속도를 결정하기 위해서이다. 시험은 천안시 구성사거리에서 일봉사거리까지 약 3 Km의 거리를 실제 교통상황에 따라서 5-7분에 걸쳐 주행하였다.
제안 방법
36가지의 진동 반력을 이용하여 피시험자가 느끼는 반력의 인지성과 불쾌감에 대해서 주관적인 평가를 실시하였다. 시험은 20대 남성 3인과 여성 3인을 대상으로 하였다.
고속도로와 시내구간 주행시험을 통해서 에코 페달의 연비향상 효과를 분석하였다. 허용가속도를 0.
두 번째 주행시험은 시내와 고속도로의 두 가지 다른 교통 환경에서 비교적 장거리에 걸쳐서 에코페달의 유용성을 검증하였다. 고속도로 주행은 춘천시 강원대학교에서 홍천시외버스터미널까지 중앙고속도로를 경유하는 약 32.
1의 그래프에서 허용 가능 쓰로틀 개방각 θt를 계산하고 이를 측정된 쓰로틀 개방각을 비교하여 에코페달의 작동여부를 결정한다. 속도 30 Km/h 이하에서는 감가속이 빈번하게 발생하므로, 에코 페달이 필요 이상 작동하는 것을 방지하기 위해서 30 Km/h 이상의 속도에서만 에코페달이 작동하도록 설정하였다.
에코 페달의 작동 시점 결정을 위한 제어로직을 결정하기 위해서 운전자에게 허용되는 가속도인 “허용가속도”를 설정하고 현재의 주행속도에서 허용가속도로 가속할 때 요구되는 연료소비량을 계산하고 실제 연료소비량이 이 보다 더 많은 경우 에코 페달이 작동되는 제어로직을 제안하였다.
차량의 주행상태와 노면 경사를 고려하여 반력 작용 여부를 결정하기 위한 제어로직을 제시한다. 에코페달의 성능은 반력의 형태에 큰 영향을 받는데, 다양한 형태의 반력에 대한 실험적 분석과 운전자의 주관적 평가를 통하여 연비 향상과 운전자 인지성과 선호도가 최적화된 반력을 제안한다. 에코 페달을 실체 차량에 적용하여 시내와 고속도로 주행 시의 연비향상 효과를 검증하고자 한다.
우선 차량의 OBD-II 단자로부터 속도, 쓰로틀 개방각 θt와 자이로센서를 이용하여 노면 경사각 α를 구한다.
회전 주파수는 10Hz, 20Hz, 30Hz이고 편심 회전 질량은 10g, 20g, 30g을 사용하였는데, 질량과 회전수에 따라서 페달에 작용하는 토크는 Table 1에 나타나 있다. 진동 지속시간은 1초, 2초, 3초, 그리고 연속신호의 4가지를 선택하였다. 따라서 모두 3×3×4=36개의 시험 조건이 존재한다.
5의 에코페달을 장착한 시뮬레이터를 이용하여 실시하였다. 차량을 직선주행로에서 일정하게 가속하여 허용가속도를 초과하도록 함으로써 에코 페달이 작동하도록 하였고 이때 페달각, 페달 토크, 운전자 발목토크를 측정하였다.
대상 데이터
두 번째 주행시험은 시내와 고속도로의 두 가지 다른 교통 환경에서 비교적 장거리에 걸쳐서 에코페달의 유용성을 검증하였다. 고속도로 주행은 춘천시 강원대학교에서 홍천시외버스터미널까지 중앙고속도로를 경유하는 약 32.4 Km의 경로를 선택하였고, 시내도로 주행은 강원대학교에서 춘천 시내를 통과하여 소양강댐까지의 약 12.6Km구간에서 실시하였다. 에코 페달의 작동을 최소화하기 위해서 허용가속도를 0.
36가지의 진동 반력을 이용하여 피시험자가 느끼는 반력의 인지성과 불쾌감에 대해서 주관적인 평가를 실시하였다. 시험은 20대 남성 3인과 여성 3인을 대상으로 하였다. 인지성이란 신발을 신은 운전자가 페달에 가해지는 반력을 얼마나 잘 인지할 수 있는가를 의미하고, 불쾌감이란 운전자가 페달 반력에 대해서 느끼는 불쾌감의 정도를 의미한다.
에코 페달을 장착한 차량을 이용하여 두 가지 주행시험을 실시하였는데, 첫 번째 주행시험의 목적은 에코페달의 작동여부를 판단하는 허용가속도를 결정하기 위해서이다. 시험은 천안시 구성사거리에서 일봉사거리까지 약 3 Km의 거리를 실제 교통상황에 따라서 5-7분에 걸쳐 주행하였다. 허용가속도 a=0.
시험은 천안시 구성사거리에서 일봉사거리까지 약 3 Km의 거리를 실제 교통상황에 따라서 5-7분에 걸쳐 주행하였다. 허용가속도 a=0.4 m/s2, 0.5 m/s2, 0.8 m/s2, 0.7m/s2, 0.8 m/s2로 설정한 에코페달을 장착하고 주행한 경우와 에코페달이 작동하지 않는 일반 주행을 3인의 운전자를 대상으로 실시하였다. 가능한 동일한 교통 환경을 유지하기 위해서 시험은 동일한 날짜에 오후 2-4시 사이에 한꺼번에 실시되었다.
성능/효과
반력의 형태로는 스텝형, 램프형, 진동형을 고려하였으나 스텝형과 램프형은 페달 강성을 현저히 변화시켜 반력 종료 후 폐달에 오버슈트가 발생하여 차량 속도제어에 부정적인 영향을 미칠 수 있기 때문에 배제하였고, 기존 페달의 특성에 큰 영향을 주지 않는 진동형 반력이 가장 적정하였다. 시뮬레이터를 이용한 가속시험을 통하여 진동형 반력의 주파수와 진폭 그리고 지속시간의 영향을 평가하였고, 주파수나 지속시간 보다 반력의 크기가 운전자의 인지성과 불쾌감에 큰 영향을 미치는 요소임을 밝혔다.
반력의 형태로는 스텝형, 램프형, 진동형을 고려하였으나 스텝형과 램프형은 페달 강성을 현저히 변화시켜 반력 종료 후 폐달에 오버슈트가 발생하여 차량 속도제어에 부정적인 영향을 미칠 수 있기 때문에 배제하였고, 기존 페달의 특성에 큰 영향을 주지 않는 진동형 반력이 가장 적정하였다. 시뮬레이터를 이용한 가속시험을 통하여 진동형 반력의 주파수와 진폭 그리고 지속시간의 영향을 평가하였고, 주파수나 지속시간 보다 반력의 크기가 운전자의 인지성과 불쾌감에 큰 영향을 미치는 요소임을 밝혔다.
또한 스텝형이나 램프형 반력을 적용하는 경우 전체적으로 페달의 회전강성(혹은 페달이 딱딱해짐)이 증가하여 위급상황에 실제로 가속을 해야 하는 경우 운전자가 순간적으로 페달을 제어하는데 어려움이 있다. 이러한 관점에서 페달 반력이 작용하더라도 페달토크 특성에 큰 영향을 주지 않는 진동형 반력이 적합한 것으로 평가되었다.
진동 신호의 지속 시간이 길어질수록 인지하는데 유리하였으며 지속시간은 불쾌감에는 큰 영향이 없음을 알 수 있었다(Fig. 10).
고속도로와 시내구간 주행시험을 통해서 에코 페달의 연비향상 효과를 분석하였다. 허용가속도를 0.8m/s2로 설정한 경우 고속도로와 시내구간주행에서 에코 페달을 사용하지 않은 주행과 비교하여 각각 13%와 15%의 연비절감 효과를 달성할 수 있음을 확인하였다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
에코 페달이란 무엇인가
이러한 유도장치는 비교적 단순하고 큰 비용이 들지 않으므로 비교적 많은 차량에 채택되고 있다. 두 번째 방식은 경제운전 정보만 제공하는 것이 아니라 운전자가 급가속 등 경제운전에 부정적인 영향을 미치는 운전을 할 때 페달에 반력을 생성하여 운전자에게 적극적인 경제운전을 유도하는 방식으로서 이러한 페달을 일반적으로 에코 페달(eco-pedal)이라고 부른다.
에코 페달을 설계하는데 우선적으로 결정해야 할 사항은 무엇인가
에코 페달을 설계하는데 있어서 우선적으로 결정해야할 것은 에코 페달의 작동시점을 결정하는 것이다. 본 연구에서는 차량에서 제공되는 정보인 속도와 연료소비량(혹은 동일한 개념으로 쓰로틀 개방량)을 이용한 제어로직을 제안하고자 한다.
운전자의 운전 습관으로 인한 자동차의 연비 문제를 개선하기 위해 어떠한 장치가 개발되고 있는가
자동차의 연비는 운전자의 운전 습관에 큰 영향을 받는다. 급가속이나 급제동 등 연비에 부정적인 영향을 주는 운전습관을 억제하여 경제운전을 유도하고 위해서 다양한 경제운전 보조 장치가 개발되고 있다. 경제운전 보조 장치는 크게 보아 두 가지로 구분되는데, 첫 번째는 순간연비 또는 일정한 시간 동안 평균 연비, 급가속 회수 등을 측정하고 이를 계량화하여 종합적인 경제운전 지표를 계기판에 표시하거나 시각 및 청각 신호로 전달하여 경제 운전을 유도하는 것이다.
참고문헌 (6)
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Baek, Y. S., Jeon, N. J., Kim, J. H. and Lee, H. C., 2012, "A Study of Vehicle Control Algorithm for Fuel Economy on Roads with Up-Down Slope," Proceedings of Korean Society of Automotive Engineers Annual Conference, pp. 913-920.
Choi, S. C. and Lee, J. H., 2011, "Fuel Economy Improvement Cruise Control Algorithm Using Distance and Altitude Data of GPS in Expressway," Transactions of the KSAE, Vol. 19, No. 6, pp. 68-75.
Sakaguchi, S., Shiomi, M. and Oomori, M. 2010, "Development of Eco-drive Assistance System with Accelerator Pedal Additional Force," Society of Automotive Engineers of Japan, Vol. 41, No. 6, pp. 1285-1290.
Fors, C., Kircher, K. and Ahlstrom, C., 2015, "Interface Design of Eco-driving Support Systems-Truck Drivers' Preferences and Behavioral Compliance," Transportation Research Part C: Emerging Technologies, Vol. 58, Part D, pp. 706-720.
Kim, Y. H., Sin, Y. G., Han, N. G. and Tak, T. O., 2012, "Analysis and Design of the Active Pedal for Improved Fuel Economy," Proceedings of Korean Society of Automotive Engineers Annual Conference, pp. 1020-1024.
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