[논문]1인용 전기자동차 프로토타입 제작 및 평가

이정황; 정진현; 김호겸; 안정민; 최경식; 최명문

1인용 전기자동차 프로토타입 제작 및 평가
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이정황 (인하대학교) , 정진현 (인하대학교) , 김호겸 (인하대학교) , 안정민 (인하대학교) , 최경식 (인하대학교) , 최명문 (인하대학교)

전기자동차가 급증하는 시대에 대학생 자작차 대회 EV부분에 참가함으로써 1인용 전기자동차의 특징과 창의성을 본 논문에 의해서 보여주고자 한다. 전기자동차의 베터리 문제를 해결하기 위하여 회생제동을 사용하였고, 다른 조향장치를 사용함으로써 회전반경을 효율적으로 하였다. 본 논문을 통해서 회생제동과 1인용 전기자동차의 기계적 특징을 나타내었다.

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문제 정의

3가지 주행실험(45km,250m최고속도,슬라럼)에서 슈퍼캐패시터(회생제동)있을 때와 없을 때를 비교를 통해 회생제동의 효과와 기계적 설계의 장점을 나타내고자 한다.
전기자동차는 내연기관을 동력으로 하는 자동차에 비해 출력이 제한된다. 따라서 차량의 연비를 높이기 위해 차체의 경량화와 슬라럼에 대비한 조향의 안정을 위해 소형화를 목표로 삼고 설계를 했다.

제안 방법

2개의 차량용 클러치 실린더(clutch cylinder)와 메쉬 호스(mesh-hose), 그리고 오토바이용 브레이크 캘리퍼(brakecalliper) 4개를 사용하여 유압식 제동장치를 설계 및 제작하였다. 각 바퀴 모두 독립적인 브레이크 디스크(brake disk)와 캘리퍼를 가지며 전륜, 후륜이 독립적인 실린더와 연결되어있다.
너클 암의 최적의 위치를 찾기 위해 프로토 타입을 제작하여 위치를 조절 할 수 있도록 만들었다. 그 후 위치를 맞추고 너클 암을 다시 제작하였으며 제작한 너클 암에도 위치 변경이 가능할 수 있도록 제작하였다.
차량의 소형화를 중점으로 프론트 암을 설계하는데 문제점으로 인식한 부분은 더블 위시본 방식에서는 타이로드와 쇽업쇼버가 서로 간섭이 심하다는 점이었다. 그래서 더블 위시본과 맥퍼슨 스트럿을 결합한 방식으로 설계하게 되었다.
너클 암의 최적의 위치를 찾기 위해 프로토 타입을 제작하여 위치를 조절 할 수 있도록 만들었다. 그 후 위치를 맞추고 너클 암을 다시 제작하였으며 제작한 너클 암에도 위치 변경이 가능할 수 있도록 제작하였다.
이에 오토바이 엑셀을 개조하여 유압식 브레이크와 전자식 브레이크를 결합한 페달을 만들었다. 또한 강도 개선을 위해 내부구조를 파이프와 철판으로 보강하였다.
리어 암 제작 시 인휠모터를 고정하기 위해 볼트 3개를 이용하여 ㄷ 자 형태로 용접하여 고정장치를 만들었다. 인휠모터의 축 위로 ㄷ 자 고정장치를 암에 관통시켜 끼우고 밑에서 너트를 조여 고정하는 방식이다.
본 논문의 차량은 운동성능 조향성능의 향상에 초점을 두어 구조를 설계하였다. 여기서 축거(wheel base)와 윤거(wheel track)를 최소화 시키는 설계 이외에도 벨크랭크(Bell Crank)의 이용, 서스펜션(suspension)의 선정과 체결 위치(hard point), 휠 얼라이먼트(alignment) 세팅을 통해 이를 실현하고자 하였다.
본 논문의 차량은 운동성능 조향성능의 향상에 초점을 두어 구조를 설계하였다. 여기서 축거(wheel base)와 윤거(wheel track)를 최소화 시키는 설계 이외에도 벨크랭크(Bell Crank)의 이용, 서스펜션(suspension)의 선정과 체결 위치(hard point), 휠 얼라이먼트(alignment) 세팅을 통해 이를 실현하고자 하였다.
운전자가 좁은 공간에서 쉽게 탈출할 수 있게 하기 위해 핸들을 전후 방향으로 움직일 수 있는 장치와 그 고정 장치를 제작 및 시도 하였으나 안전성이 충분치 않아 기존 방식으로 복귀 하였다.추후에 안정성을 조금 더 보완한다면 충분히 효율적으로 사용 가능 할 것이라 판단된다.
이 부분에 대한 해결책으로 인휠 모터의 사용, 기계적설계 및 슈퍼 캐퍼시터를 이용한 회생제동으로 인한 효율 상승을 채택하였다.
기존의 브레이크에 유압식 제동장치와 더불어 전자식 회생 제동 시스템이 추가 되면서 전자식 브레이크 제작이 요구되었다. 이에 오토바이 엑셀을 개조하여 유압식 브레이크와 전자식 브레이크를 결합한 페달을 만들었다. 또한 강도 개선을 위해 내부구조를 파이프와 철판으로 보강하였다.

대상 데이터

우리 전기자동차는 2015년 5월 그린카 경진대회, 8월 KSAE 대학생 자작자동차 대회에 맞춰 전기자동차를 제작하였다. 전기자동차의 특징을 기계적 구조설계부분과 전기적 부품에 나눠 설명할 것이다.

성능/효과

공간의 활용도를 높여서 들어가는 프레임을 최소화 하였다. 실 예로 드라이버의 위치를 따로 제작하지 않고, 메인루프에 드라이버를 장착함으로써 드라이버 공간제작에 필요한 프레임을 줄였다.

후속연구

운전자가 좁은 공간에서 쉽게 탈출할 수 있게 하기 위해 핸들을 전후 방향으로 움직일 수 있는 장치와 그 고정 장치를 제작 및 시도 하였으나 안전성이 충분치 않아 기존 방식으로 복귀 하였다.추후에 안정성을 조금 더 보완한다면 충분히 효율적으로 사용 가능 할 것이라 판단된다.

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