[논문]고속도로에서 GPS데이터를 이용한 연비 향상 방안

최성철; 이원호; 문병구; 김영일; 한영민

고속도로에서 GPS데이터를 이용한 연비 향상 방안
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최성철 (아주자동차대학 자동차계열) , 이원호 (아주자동차대학 자동차계열) , 문병구 (아주자동차대학 자동차계열) , 김영일 (아주자동차대학 자동차계열) , 한영민 (아주자동차대학 자동차계열)

최근의 차량 연비는 엔진, 파워트레인 등 차량의 구성품들을 성능 개선하여 많이 향상 되었으나 연비 측정은 현재도 주어진 모드(LA-4, FTP-75 등)에서 컴퓨터 모의시험 및 다이나모에서 수행한다. 본 논문에서는 차량에 미리 장착된 지리정보데이터와 현재 주행하면서 수신되는 GPS 데이터를 이용하여 약 213Km 영동고속도로를 주행하면서 실제 도로의 연비 향상 방안을 도출한다. 지리정보데이터와 주행하면서 수신한 GPS 데이터 중에서 거리와 고도 데이터를 추출하여 각 구간의 경사도, 주행저항을 계산, 연비향상 알고리즘에 따른 속도 프로파일을 영동고속도로 전 구간에 대해서 완성하고 이 속도 프로파일로 컴퓨터를 이용한 AVL사의 CRUISE 프로그램으로 모의 주행하여 연비를 산출하고 연비 향상 방안을 제안한다.

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 논문에서는 실제 고속도로인 경사가 심한 영동고속도로 주행 시 연비 향상방안을 제안하고자 한다. 이를 위해 GPS를 장착한 차량에 영동고속도로의 거리와 고도 데이터를 포함한 지리정보데이터를 차량의 ECU에 미리 저장한다.

제안 방법

이제 차량을 주행하면서 수신된 현재 위치의 거리, 고도 데이터와 ECU에 저장되어있는 다음 지점의 거리, 고도 데이터를 이용하여 경사각, 차량의 속도, 이에 따른 주행저항을 계산, 예측하여 213Km의 영동고속도로의 속도 프로파일을 생성하고, 연비 향상을 위한 알고리즘으로 모의 주행하였다. 모의실험은 소나타NF 차량을 모델링하여 AVL사의 CRUISE 프로그램에 입력하여 실행하였다.
이를 위해 GPS를 장착한 차량에 영동고속도로의 거리와 고도 데이터를 포함한 지리정보데이터를 차량의 ECU에 미리 저장한다. 이제 차량을 주행하면서 수신된 현재 위치의 거리, 고도 데이터와 ECU에 저장되어있는 다음 지점의 거리, 고도 데이터를 이용하여 경사각, 차량의 속도, 이에 따른 주행저항을 계산, 예측하여 213Km의 영동고속도로의 속도 프로파일을 생성하고, 연비 향상을 위한 알고리즘으로 모의 주행하였다. 모의실험은 소나타NF 차량을 모델링하여 AVL사의 CRUISE 프로그램에 입력하여 실행하였다.
제안하는 알고리즘은 경사각 Θ가 ① Θ<-Θe 일 때 가속되어 최종적으로 최고속도까지 증가하고, ② Θ ≧ -Θe일 때 점차 감속되어 최저속도까지 감소하여 주행한다.
제안하는 알고리즘은 경사각 Θ가 ① Θ<-Θe 일 때 가속되어 최종적으로 최고속도까지 증가하고, ②-Θe ≦ Θ < Θe 일 때 점차 가/감속되어 경제속도로 주행하며, ③ Θ ≧ Θe 일 때 점차 감속되어 최저속도로 주행한다.

대상 데이터

또한 모의 실험하여 그 결과를 표 1에 정리 하였다. 모의실험에 사용된 차량은 소나타NF 2,359cc를 사용하였다.

성능/효과

LOWVEL 알고리즘이 UPVEL 알고리즘보다 우수한 연비 개선 성능을 보여준다. 특히, LOWVEL -10%의 경우가 평균시속 90.
그 결과로 표 1에서 평균속도는 UPVEL이 빠르지만 연비 향상을 보면 LOWVEL 알고리즘이 UPVEL 알고리즘 보다 연비가 우수하다.
3%의 개선 효과를 보였다. 따라서 LOWVEL -10%인 경우 시간은 많이 걸리지만 연비 개선 효과가 6.6%로 우수하여 연비 향상 방안으로 제안한다.
본 논문에서는 연비 향상을 위한 주행 방안에 관한 것이므로 평지를 주행할 때 가능하면 정속을 유지하여 가속 저항을 가능하면 줄인다. 다만 하강 경사의 등판저항 절대 값이 구름저항과 공기저항의 합보다 큰 경우에는 가속도가 발생하므로 가속저항을 고려한다.

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