소개
전기화는 상업용 트럭 운송 산업을 빠르게 재편하고 있으며, 더 깨끗하고 효율적인 운송 솔루션을 약속하고 있습니다. 새로운 규제에 따라 대형 차량(HDV)과 그 트레일러의 전기화는 화물 물류를 탈탄소화하는 데 필수적입니다.
새롭게 떠오르는 혁신 중 하나는 대형 차량(HDV)과 트레일러에 통합되어 회생 제동과 추가적인 견인력을 제공하는 전기 구동축(e-axle)입니다. 하지만 이 기술을 도입하면 전체 차량의 동적 특성이 근본적으로 변화하여 대형 트럭의 중요한 안전 측면인 차량 안정성에 새로운 도전 과제를 가져올 수 있습니다.
우리의 최근 시뮬레이션 기반 연구는 이러한 도전 과제들을 깊이 탐구하며, 전기 트레일러가 ABS 및 ESP와 같은 기존 차량 제어 시스템과 어떻게 상호작용하는지 분석합니다. 목표는 잭나이프, 흔들림, 전복 등 잠재적인 안정성 위험을 식별하고, 스마트 감독 제어 시스템이 모든 주행 조건에서 안전한 작동을 보장하는 데 어떻게 도움이 될 수 있는지 밝히는 것입니다.
방법론
전자 트레일러 시스템의 복잡한 동역학을 조사하기 위해 Simcenter Amesim을 사용하여 상세한 다체 시뮬레이션 모델을 개발했습니다. Simcenter Amesim은 다중 도메인 시스템 시뮬레이션을 위한 강력한 플랫폼으로, 단일 환경 내에서 기계적, 유압적, 공압적, 열적, 전기적 구성 요소를 모델링할 수 있습니다.
2.1 차량 모델 설명
시뮬레이션된 차량 구성은 3축 관절형 차량으로 구성되어 있습니다: 2축 트랙터 유닛과 1축 세미 트레일러가 결합된 전기 구동 축을 특징으로 합니다. 다체 템플릿 모델 VDCAR22DOF01이 사용되었으며, 이 모델은 관절형 차량의 중요한 안정성 문제를 해결하기 위해 특별히 설계되었습니다:
- 잭나이프: 트랙터와 트레일러 사이에 형성된 예각.
- 흔들림: 차체의 고주파 진동. (트레일러 스윙)
- 전복: 차량 전복으로 이어지는 측면 불안정성.
 |
| 표준 트랙터와 세미 트레일러 조합 |
2.2 제어 시스템
이 모델에는 트랙터와 트레일러 모두에 사실적인 섀시 안정성 컨트롤러가 통합되어 있습니다:
- 트랙터 유닛: ABS(잠금 방지 제동 시스템) 및 ESP(전자 안정성 프로그램) 장착.
- 트레일러 유닛: ABS 및 TCU(트랙션 제어 유닛) 장착.
e-축의 회생 제동 및 전기 트랙션 기능은 특정 블렌딩 전략과 통합되어 있습니다. 이러한 e-축 컨트롤과 기존 섀시 안정성 컨트롤러 간의 상호 작용이 분석의 중심 초점입니다.
 |
| Simcenter Amesim 모델 스케치 |
 |
| 트랙션 블렌딩 "평행" 전략(전자 트레일러 머신 대 트럭 엔진) |
2.3 드라이버 모델
모델 예측 제어(MPC) 기술을 활용한 고급 운전자 모델이 구현되었습니다. 이 강력한 제어 전략은 트레일러의 정확한 경로 추종과 효과적인 흔들림 제어를 보장하여 다양한 기동 중 운전자 입력을 현실적으로 표현합니다.
2.4 테스트 트랙 정의
시뮬레이션은 프랑스 리옹주 크룩스-루즈의 실제 도로 구간을 기반으로 한 가상 테스트 트랙에서 수행되었습니다. 이 도전적인 경로에는 회생 제동 및 견인 단계에서 e-액슬의 성능을 평가하는 데 중요한 상승 및 하강 경사가 포함되어 있습니다. 다양한 경사와 곡선을 통해 다양한 하중 조건과 주행 시나리오에서 차량 안정성을 평가할 수 있습니다.
 |
| 경로 계획 도구를 사용한 도로 경로 선택, 트랙 가져오기 도구 사용 |
결과 및 토론.
Simcenter Amesim 시뮬레이션은 전기 기계 성능, 배터리 충전 상태(SOC) 및 전반적인 차량 동력학에 대한 포괄적인 데이터를 제공했습니다.
 |
| 트레일러 액슬의 전기 기계 토크 및 배터리 충전 상태(SOC) |
3.1 전기 기계 성능 및 배터리 SOC
테스트 트랙의 상승 구간(예: 0~150초) 동안 e-축은 트랙터를 보조하기 위해 상당한 견인 토크가 필요했습니다. 반대로 중요한 하강 구간(예: 250~300초)에서는 e-축이 회생 제동에 효과적으로 참여하여 배터리의 SOC가 눈에 띄게 증가했습니다. 이는 e-트레일러의 에너지 효율성과 마찰 브레이크에 대한 의존도 감소에 대한 잠재력을 보여줍니다. 도로 코너링을 극복하기 전후에 견인에서 재생까지 빠른 토크 사인 스위치가 관찰되어 e-축의 동적 작동을 나타냅니다.
3.2 차량 역학 및 병리학적 상황
시뮬레이션 결과, e-축으로 인한 안정성 문제를 강조하는 몇 가지 중요한 "병리적" 상황이 밝혀졌습니다. 이러한 사례 중 하나는 중요한 운전자 조향 입력과 제동 동작이 결합된 상태에서 발생했으며, 트레일러 휠이 도로와 접촉이 끊길 위기에 처한 것으로 관찰되었습니다. 이 시나리오는 관리되지 않을 경우 전복 사고로 이어질 수 있습니다.
 |
| 궤적, 목표 속도 및 조향각 |
3.3 제어 전략 개발에 대한 시사점
이 연구 결과는 단순히 회생 제동 및 견인을 위한 독립적인 제어 전략과 e-축을 통합하는 것만으로는 충분하지 않다는 점을 강조합니다. 효과적인 통합을 위해서는 e-축의 작동을 기존 섀시 안정성 컨트롤러와 지능적으로 혼합할 수 있는 정교하고 높은 수준의 슈퍼바이저가 필요합니다. 이 슈퍼바이저는 다양한 도로 조건, 운전자 입력 및 e-축 작동 모드에서 전반적인 차량 안정성을 유지하기 위해 모든 축에 걸쳐 토크 분포, 제동력 및 견인력을 동적으로 조정해야 합니다.
 |
| 섀시 컨트롤러 상태(ESP 및 ABS) |
결론
이 연구의 결과는 중요한 시사점을 강조합니다: 전기 트레일러는 큰 가능성을 가지고 있지만 트럭을 안정적이고 안전하게 유지하기 위해서는 새로운 제어 시스템과 기존 제어 시스템 간의 정교한 조정이 필요합니다. 특히 고속도로에서 휠 리프트 및 전복과 같은 위험한 시나리오를 피하기 위해서는 높은 수준의 감독 제어 시스템이 필수적입니다.
차량 설계, 제어 시스템 개발 또는 차량 안전 관리에 관여하는 경우 이 연구는 작업을 안내하는 데 유용한 인사이트를 제공합니다. 전기화 여정에서 앞서간다는 것은 안정성을 우선시하는 통합 솔루션을 수용한다는 것을 의미합니다.
[출처]https://blogs.sw.siemens.com/simcenter/e-trailers-and-truck-stability/
댓글 없음
댓글 쓰기