연료소비율 최소화를 위한 트랙터의 엔진 속도 및 변속기 조정 알고리즘 개발

Abstract

최근 산업전반에 걸쳐 연비 절감과 친환경에 대한 관심이 국제적으로 증가하고 있다. 국내에서는 최근 농업용 기계의 배출가스 규제를 실시한다고 밝혔다. 농업용 기계는 환경문제뿐만 아니라 고유가에 따른 에너지 절감문제에도 직면하고 있다. 이에 따라 선진국들은 에너지 절감을 위한 연구가 지속적으로 이루어져 왔다. 국내의 경우 연구가 미비하였으나 최근 에너지 절감 및 규제가 실시됨에 따라 연구가 활발해지고 있다. 본 연구에서는 Matlab Simulink 프로그램을 이용해 제작한 트랙터 시뮬레이션 모델에 연료소비율 최소화 알고리즘에 따라 제어되는 엔진 및 변속기 모델을 추가한 시뮬레이션을 개발하였다. 시뮬레이션 모델은 작업부하에 따라서 변속단수 및 엔진 회전속도를 조정하여 연료소비율이 최소화되는 지점에서 작업을 실시하도록 모델링하였다. 본 연구의 결과를 요약하면 다음과 같다. 엔진 및 변속기 모델은 연료소비율 최소화 알고리즘을 적용하여 2가지 단계로 나뉘어졌다. 첫 번째 단계는 변속 및 안정화 단계이다. 이 단계는 작업부하가 변화함에 따라 엔진이 작업부하에 대응할 수 있는 변속단수 및 엔진토크를 결정하는 단계이다. 이 단계를 통해서 작업부하에 대응할 수 있는 변속단수 및 엔진토크가 결정되면, 알고리즘은 두 번째 단계로 넘어간다. 두 번째 단계는 연료소비율 최소화 단계로 작업부하가 일정할 때 진행된다. 이 단계에서는 현재 작업상태가 연료소비율이 최소인 지점에서 작업되고 있는지를 판단하고, 연료소비율이 최소가 되는 변속단수 및 엔진속도를 결정한다. 연료소비율 최소화 알고리즘이 포함된 변속기 시뮬레이션 모델은 엔진이 최대한 전부하 출력수준으로 사용될 수 있도록 조정하였으며, 경우에 따라서 19.5% ∼ 54.4%의 연료소비율 차이를 확인할 수 있었다. 실제 농작업을 실시하기 전에 연료소비율 최소화 알고리즘이 포함된 변속기 시뮬레이션 모델을 이용하여 알고리즘을 적용하지 않았을 때와 연료소비율 차이를 비교해 볼 수 있을 것으로 판단된다.