초록 ▼

최종목표
1단계 EURO-VI 배기가스규제를 만족하는 청정연료(CNG) 엔진을 적용한 패러렐 및 시리즈 하이브리드 버스와 2단계 고효율 디젤엔진을 적용한 시리즈 플러그인 하이브리드 버스의 통합제어 핵심기술을 개발하여 기존 동급버스 대비 연비를 30%이상 향상시키고, CO2를 23%이상 저감시킨 친환경 하이브리드 시내버스 원천기술을 개발함

개발내용 및 결과
■ 1세부(자일대우버스)
○ 시리즈 PHEV 시내버스 개발
o PHEV 차량의 선진제품 벤치마킹을 통한 개발 목표 선정
o 시내버스 노선 조

최종목표
1단계 EURO-VI 배기가스규제를 만족하는 청정연료(CNG) 엔진을 적용한 패러렐 및 시리즈 하이브리드 버스와 2단계 고효율 디젤엔진을 적용한 시리즈 플러그인 하이브리드 버스의 통합제어 핵심기술을 개발하여 기존 동급버스 대비 연비를 30%이상 향상시키고, CO2를 23%이상 저감시킨 친환경 하이브리드 시내버스 원천기술을 개발함

개발내용 및 결과
■ 1세부(자일대우버스)
○ 시리즈 PHEV 시내버스 개발
o PHEV 차량의 선진제품 벤치마킹을 통한 개발 목표 선정
o 시내버스 노선 조사를 통한 운전모드 선정
- 서울시내 주행모드 선정 및 분석
o PHEV 시스템 개발 목표 사양 확정
o 차량 시스템 및 개발품의 3D 모델 및 도면
o PHEV 통합제어기술 사양서 작성
- 차량인터페이스, CAN, 기본 제어전략 수립, 시스템 사양
o 통합제어기 개발
- SIL/HILS 시스템 구축
o PHEV 차량 시스템 설계도면 및 3D 모델
o PHEV 시제차량 제작
o 시뮬레이션 기반 PHEV 차량 성능분석 및 평가
o HCU HILS 기반 통합 제어로직 개발
o PHEV 통합제어기술 기술문서 작성
o 엔진발전시스템 제작
o 실차 시험을 통한 문제점 보완 및 개선 설계
o 통합 제어로직 최적화
- 등판, 가속, 회생, 제동, Fail-safety, 주행전략
o 최종 개선품 탑재 후 동력성능/연비 시험 및 평가
o 정량적 목표 성능평가(정량적 목표 달성 : 100%)
○ 시리즈 PHEV 버스용 발전기 및 구동모터 개발
o PMSG 특성식 연구 및 d,q축 모델링
o PMSG 사양 검토 및 설계 특성 도출
o PMSG 특성 해석 / 감자 해석 / 온도상승 해석
o PMSG 개선 설계
o SPMSG 시제품 제작
o SPMSG 역기전력 / 효율 / 온도상승 / 특성시험
o IPMSG 사양 검토 및 설계
o IPMSG 최적화 설계
o IPMSG 속도별 특성 해석
o IPMSG 효율 맵 / 제어정수 도출
o IPMSG 시제품 제작
o 고전압 차량용 다이나모 설계 / 제작
o IPMSG 자체시험 및 공인기관시험(성적서 발급)
o 개발품 전시회 참가(소개/홍보)
○ 시리즈 PHEV 버스용 에너지 저장장치 기술개발
o 배터리팩 밴치마킹/분석 및 사양정립
o BMS 설계 및 시제품 제작 완료
- Sub BMS와 Main BMS 설계
- CAN통신을 통한 UI 설계
- 운영로직 및 제어로직 설계
o 기능 시험 완료
- Battery 전압/전류/온도 측정기능 시험
o 배터리팩(81kWh) 설계 보완 및 개선품 제작
o 배터리팩 PHEV 버스 장착 및 운전동작 시험
o 성능 시험 완료
- Battery Pack 충전/방전 시험
- BMS 온도 오차시험
o BMS 최적설계 및 최종 시제품 제작 완료
- Module BMS와 Main BMS 절연 설계
- Module BMS 저 전압설계(330V->59.2V)
o BMS SOC 계산 알고리즘통한 개발(SOC 정확도 2.1%)
o BMS 온도 오차 (온도 오차 3℃)
o Pack(81kWh) 최종 시제 설계 / 제작 완료 / 버스장착 및 주행 평가
o BMS 전자파(EMC) 시험 완료
o 성능 평가 및 시험 완료
- Battery Pack 용량 시험
- Battery Pack Load Profile 시험
○ 시리즈 PHEV 버스의 용량매칭과 최적주행기술 개발
o Backward 시뮬레이터 개발 및 동력원 용량매칭
o 차량 AER(All-Electric Range) 거리 도출
- 시리즈 PHEV 버스 동력원 용량 선정 및 AER 도출 프로세스 개발
o Forward시뮬레이션 프로그램 개발 및 연비/구동성능 평가
o 주행 조건에 따른 OOL 분석을 통한 AER 성능 평가 및 개발
- DP 결과 적용 규칙 기반 Power-Follower 및 Thermostat 제어 전략 개발, 최적 제어 선도 분석 및 AER 도출 프로세스 개발
o 시리즈 PHEV 버스 동력원 용량 매칭 최적화
o 규칙기반 동력분배 제어전략 최적화 및 최적제어기반 제어전략 개발
- DP 기반 시리즈 PHEV 버스 연비 시뮬레이션 프로그램 개발 및 동력원 최적 용량 선정, 온도 조건을 고려한 규칙 기반 동력분배 제어전략 최적화 및 최적제어이론 기반 제어전략 가능성 검토
■ 2세부(자동차부품연구원)
○ 기초 문헌조사 및 자료 분석
o 시리즈 플러그인 하이브리드 시스템 관련 자료 확보 및 분석
- 시리즈 PHEV 관련 기술자료 조사 및 분석
- 시리즈 PHEV 제어기법 및 성능평가 기술 조사 및 분석
- 시뮬레이터 단품 모델링 컨셉 및 모듈화 구조 조사 및 분석
○ 개발 차량시스템 전용 HCU SIL/HIL 시뮬레이터 설계 및 개선
o PHEV 전용 HCU SIL/HIL 시뮬레이터 개발 및 인터페이스 동조화
- Autonomie기반 SIL 시뮬레이터 개발환경 개발
- AVL Cruise/TruckMaker 기반 SIL 시뮬레이터 환경 개발
- Vector社VTsystem 및 VNsystem기반 HIL 시뮬레이터 환경 개발
- 수요자 맞춤형 시뮬레이터 개발을 위해 1세부와 SIL/HIL 시뮬레이터 개발환경 및 CAN 네트워크 개발 및 검증
○ HCU-SIL/HIL 시뮬레이션기반 평가기법 및 해석모델
o 대형 하이브리드 HILS 평가방법 및 동향 분석
- WP. 29 표준 모델 상세 분석 결과
- WP. 29 표준 모델 국내 적용성 검토 결과
- HCU HILS기반 성능평가방법 개정안 분석 결과
o HCU SIL/HILS 기반 성능평가 절차서 작성
○ SIL/HIL 시뮬레이터용 핵심 요소 부품 및 차량모델 개발
o 세부 간 기술협의를 통한 차량 및 핵심부품 사양 최종안 도출
- 초기 사양 중심 핵심요소 모델 확보
○ 모델성능 검증용 HCU 기본 모델 개발
o Matlab Simulink기반 SIL/HILS용 HCU 기본 모델 확보
- Matlab Stateflow 기반 PHEV HCU 통합 제어 시스템 모델링
○ HCU SIL/HIL 시뮬레이터 자체 성능검증 및 최적화
o MILS기반 요소모델 및 모듈 자체 성능분석
- 대상 부품 : 엔진, 발전기, 구동시스템, 배터리 등
o HCU SIL/HIL 시뮬레이터 성능 최적화
- 시험기반 요소부품 모델 튜닝을 통한 시뮬레이터 정확도 확보
- 고성능 Real-Time HIL 시뮬레이션 인터페이스 최적화
○ HCU SIL/HIL 시뮬레이터를 활용한 HCU 제어로직 성능분석
o Real-HCU 기반 제어로직 검토용 HCU HIL 시뮬레이터 개발
- SIL/HIL Simulator : AVL Cruise, Matlab Simulink
- Real-HCU : 대상 차량(PHEV)용 HCU
- VTsystem : CAPL기반 VT1004, VT2004, VT2516
- VN8900 : CAN 통신 모듈
o OOL기반 최적효율 제어 검증 및 에너지 소비율 개선 효과 분석결과
- 에너지소비율 개선 → 47.5 %[기존 차량 대비]
- CO2 저감 → 32.61 %[기존 차량 대비]
※ 주행모드 : KATECH G 기준(CS 구간)
○ 서울시 하이브리드 시내버스 주행모드 개선 및 가상 시내버스 주행 시나리오 개발
o 차량 시뮬레이션 기반 기 확보 주행 데이터 DB 및 주행모드 개선
- 실차 데이터 분석 및 처리기법 기반 도로모델 및 가상 시내버스 주행 시나리오 개발
- 서울시 HEV 주행모드 최종안 도출(총 5종)
- 기존 주행 시나리오 활용 및 가상 주행 시나리오 개발 및 검증
- 가상 주행 시나리오별 모델/모듈 검증 완료
○ 서울시 시리즈 플러그인 하이브리드 시내버스 최적 주행노선 분석
- 서울시 시내버스 노선 분석 결과
- 최적 주행노선 분석 프로세스 확립
- 가상 주행 시나리오 기반 PHEV 버스 최적 주행노선 분석
○ 핵심부품 성능평가 플랫폼 확장 인터페이스 개발
o 핵심부품 성능평가 시스템 확장 인터페이스 개발
- 단품(엔진, 발전기, 모터) 성능평가 시스템 인터페이스 개발
- 연계형 결합(엔진+발전시스템) 성능평가 시스템 인터페이스 개발
o 핵심부품 기반 실차모사 성능평가를 위한 인터페이스 개발
- 실차 모사 성능평가 프로세스 정립
- CAN 통신 네트워크 기반 실차 모사 성능평가 Test-Bed HILS 인터페이스 개발 완료
○ 핵심부품 기본 성능평가 및 결과 분석
o 핵심부품 성능평가 기술지원 및 인터페이스 매칭 및 확장 완료
- 디젤엔진(단품) 시험 및 결과 분석 완료
- 발전기시스템/인버터(단품) 튜닝 시험 및 결과 분석 완료
- 전기구동시스템 성능 분석 및 파라메터 튜닝 완료(실차 적용)
- 시험 결과 기반 엔진/발전시스템 모델 수립(차량 시뮬레이션 적용)
- 동력계기반 시험 결과 분석을 통한 PHEV SIL/HILS 모델튜닝
- 시험 결과/분석 기반 엔진발전시스템 최적 효율 모델 개발 완료(차량 시뮬레이션 적용)
○ 핵심부품 기반 실차모사 성능평가 및 결과 분석
o 엔진발전시스템 기본 및 과도 성능 평가 프로세스 개발 및 결과분석
- 엔진발전시스템 기반 실차모사 성능 평가안 및 플랫폼 분석 완료
- 엔진발전시스템 전용 시험지그 개선
- 실차모사 시험 기반 엔진발전시스템 성능(연비/배출가스) 분석 결과 도출
o 주행 시나리오별 플러그인 하이브리드 버스 HCU 알고리즘 최적화 및 안전성 분석
- 시리즈 플러그인 하이브리드 시스템의 주행 시나리오 개발
- 주행 시나리오별 PHEV HCU 최적 제어 전략 도출
- 주행 시나리오별 PHEV HCU 주행 안전성 확보 전략 도출
○ 대형 차대동력계기반 개발 플러그인 하이브리드 버스 성능평가 및 결과 분석
o 대형 차대동력계를 활용한 개발차량 실차 성능 분석
- PHEV 성능평가기법 및 규정(SAE J1711) 검토 완료
: PHEV 시험 절차 수립
- 시험 규격 기반 연비 및 배기가스 산정 플랫폼 구축
- 실도로 주행모드 기반 PHEV 동력 및 연비 평가 플랫폼 개발
- 기본 성능 검증을 위한 실차 튜닝 수행
- 차대동력계 성능평가 수행 및 결과 도출
→ 대상 차량(총 2종) : PHEV BUS, 기존 디젤 버스(성능 비교용)
→ 개발 대상 차량 성능 분석 : AER, 연비, CO2 개선율
○ PHEV BUS HCU SIL/HIL 시뮬레이터 실차상관성 및 신뢰성 검증
o 최종 개발 시리즈 플러그인 하이브리드 버스 실차 및 HCU HILS기반 성능 검증
- 시리즈 플러그인 하이브리드 버스 HCU SIL/HILS 동력 및 연비 성능 실차 상관성 분석

기술개발 배경
- 강화되는 배기가스 규제, 지구온난화, 석유자원 고갈 등의 글로벌 문제에 대응하기 위한 고효율 친환경적인 차량기술 개발이 절실히 요구되고 있으며, 특히 에너지 다소비 분야인 상용차부문에서 대중교통의 수단으로 가장 대표적인 하이브리드 시내버스는 높은 공익성과 기술력 확보 필요성이 타 상용차에 비해 매우 높음.
- 국내외 친환경 버스시장이 급격히 증가하고 있는 추세이며, 조속한 상용차의 글로벌 경쟁력 제고로 수출 증대, 수입 대체를 할 수 있는 차세대 성장 동력 기술개발의 일환으로 하이브리드 시내버스 개발이 가속화 되고 있음
- 자동차산업의 한 단계 도약을 위한 모멘텀을 마련하고 녹색성장과 녹색 소비문화를 선도하기 위하여 친환경 대중교통 기술개발 필요

핵심개발 기술의 의의
- 시리즈 하이브리드 버스의 핵심 시스템 및 제어로직은 국내기술로 자체개발하고 있으며, 해외에서도 소수의 업체만이 양산을 시작한 첨단기술로 기술적으로 복잡하고 난이도가 높아 기술개발이 어려우나 성공적인 기술개발 완료시 대형 하이브리드 시스템 핵심기술 및 기반 확보가 가능함.
- 통합제어기술을 통한 버스용 플러그인 하이브리드 시스템의 최적화 통합제어기술 보유로 차량 운행조건에 따라 PHEV, 하이브리드, 전기버스 시스템 구성 변경이 가능하여 경쟁력 확보를 통한 국내시내버스 시장뿐만 아니라 해외수출도 대응 가능.
- 핵심기술 및 통합제어기술을 바탕으로 시장 및 경쟁력을 확보한 제품 및 기반기술 개발로 외국제품에 대한 국내 시장 방어 및 나아가 해외 시장 개척을 기대할 수 있으며, 이를 통하여 국내 기술개발, 관련 부품업체 육성 및 산업 인프라 구축 등으로 신규 고용창출 등의 높은 산업적 기대효과가 예상됨.

적용 분야
○ 중대형 버스 및 트럭을 포함하는 대형 하이브리드 시스템, 군용 및 철도차량 등에 확대적용 가능

(출처 : 기술개발사업 최종보고서 초록)

목차 Contents

• 표지 ... 1제 출 문 ... 2기술개발사업 최종보고서 초록 ... 3기술개발사업 주요 연구성과 ... 16목차 ... 23그림목차 ... 24표목차 ... 25제 1 장 서론 ... 26 제 1 절 과제의 개요 ... 26제 2 장 기술개발 내용 및 방법 ... 38 제 1 절 최종 목표 및 평가방법 ... 38 제 2 절 단계 목표 및 평가방법 ... 46 제 3 절 연차별 개발 내용 및 개발 범위 ... 50 제 4 절 수행 결과의 보안등급 ... 60 제 5 절 유형적 발생품(연구시설, 연구장비 등) 구입 및 관리현황 ... 61제 3 장 결과 및 사업화 계획 ... 62 제 1 절 연구개발 최종 결과 ... 62 1. 연구개발 추진 일정 ... 62 2. 연구개발 추진 실적 ... 68 3. 기술개발 결과(유형 및 무형 성과) ... 78 제 2 절 연구개발 추진 전략 및 체계 ... 90 1. 기술개발 추진 전략 ... 90 2. 2단계 추진체계 ... 92 제 3 절 시장 현황 및 사업화 전망 ... 93 제 4 절 고용 창출 효과 ... 96 제 5 절 자체보안관리진단표 ... 97끝페이지 ... 98