전기 자전거의 회생제동 성능 측정 및 안정성 해석 :The regenerative braking performance measurement and stability analysis for E-bike

김대규

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자료유형: 학위논문

저자정보: 김대규 (강원대학교, 강원대학교 대학원)

지도교수: 탁태오

발행연도: 2017

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

2018

전기자전거 회생제동 성능평가 및 동적 안정성해석

김대규 , 최성준 , 김동욱 외 4명 대한기계학회 논문집 A권 2018.06 학술저널

2017

전기 자전거의 회생제동 성능 측정 및 안정성 해석

김대규 융합시스템공 2017.01 학위논문

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많은 자전거의 발전에 작은 힘을 가지고 멀리 주행을 할 수 있도록 도와주는 전기 자전거가 개발되고 있다. 이 전기 자전거는 내장된 배터리의 에너지를 이용하여 모터를 구동시키는 방식으로 작동된다. 내장된 배터리의 용량에 따라 자전거의 속도 및 이동거리가 제한적이다. 이를 보안하고자 전기자동차 및 하이브리드 자동차에 많이 사용되는 회생제동을 이용하여 배터리의 용량을 더욱 많이 사용하는 자전거의 회생제동의 성능을 알아보고자 한다. 또한 제어 되지 않는 자전거는 별도의 외력이 작용하지 않으면 스스로 불안정해지는 경향이 나타나는데 자전거의 설계변수에 대해 특정한 주행속도 구간에서는 특별한 제어 없이도 스스로 안정화가 될 수 있다. 제어 되지 않는 자전거의 안정성에 회생제동이 추가 되었을 때 자전거의 안정성의 변화를 알아 보고자 한다.
우선 자전거의 회생제동 성능을 측정하고자 자전거가 주행하였을 때 걸리는 주행저항을 Coast down실험으로 측정하고, 회생제동의 특성을 알아보기 위하여 Coast down실험을 통하여 회생제동토크를 추정하며 회생제동 토크에 따라 배터리에 충전되는 에너지를 측정한다. 그리고 감속도의 크기에 따르는 회생제동 에너지의 양을 측정하여 회생제동특성을 알아본다. 그리고 도로에 따라 회생제동 효율을 측정하여 회생제동의 효율을 확인한다.
자전거의 파라미터를 측정하여 자전거 수학적 모델에 적용하여 제어되지 않는 자전거의 안정성을 확인하고 롤각과 조향각에 대한 운동방정식에 회생제동의 수식을 추가하여 회생제동이 자전거의 안정성에 미치는 영향을 연구 하였다. 자전거 안정성을 높일 수 있는 회생제동 토크를 연구하고 자전거의 안정성 및 회생제동 에너지의 양을 높일 수 있는 회생제동 토크를 제안하였다.
일반적으로 자전거는 사람에 의해 제어 되며 이동하는 수단으로써 제어가 필수적으로 사용된다. 자전거의 제어방법으로는 조향각과 운전자의 상체 기울기가 있다. 이에 조향각과 자전거의 롤각에 대한 전달함수를 구하고 이를 바탕으로 adams 모델과 제어 설계가 가능한 matlab의 simulink를 연동하는 코시뮬레이션을 이용하여 PID제어를 사용하여 자전거 제어를 연구하였다.

Electric bicycles have been developed to help people travel a lot with little power in the development of many bicycles. The electric bicycle is operated by driving the motor using the energy of the built-in battery. Depending on the capacity of the built-in battery, the speed and travel distance of the bicycle is limited. The purpose of this study is to investigate the performance of regenerative braking of a bicycle using more capacity of battery by using regenerative braking which is widely used in electric vehicles and hybrid vehicles. Uncontrolled bicycles tend to become unstable themselves if no external force is applied. The bicycle design variables can be stabilized on their own without any special control in a specific speed range. We will investigate the change of bicycle stability when regenerative braking is added to the stability of uncontrolled bicycle.
First, we measure the running resistance when the bicycle is driven to measure the regenerative braking performance of the bicycle by the Coast down test. In order to investigate the characteristics of regenerative braking, we estimate the regenerative braking torque through the coast down experiment and measure the energy charged in the battery according to the regenerative braking torque. Then, the regenerative braking characteristics are measured by measuring the amount of regenerative braking energy according to the magnitude of deceleration. The efficiency of regenerative braking is verified by measuring the regenerative braking efficiency according to the road.
The parameters of the bicycle are measured and applied to the bicycle mathematical model to confirm the stability of the uncontrolled bicycle. The effect of regenerative braking on the stability of bicycle was investigated by adding the regenerative braking equation to the equation of motion for roll angle and steering angle. We have proposed a regenerative braking torque that can increase the stability of the bicycle and regenerative braking energy of the bicycle.
In general, bicycles are a means of transportation where control by man is essential. The control method of the bicycle is the steering angle and the driver''s upper body slope. The transfer function of the steering angle and the roll angle of the bicycle is obtained and the bicycle control is studied by using the PID control using the adams model and the nasal simulation which is related to the simulink of matlab capable of control design.

#전기 자전거 #회생제동 #안정성

목 차
목차 i
그림 목차………………………………………………………………………………………… ii
표 목차 …………………………………………………………………………………………… ⅳ
Ⅰ 서론
1. 연구 배경……………………………………………………………………………… 1
2. 문헌 연구……………………………………………………………………………… 3
3. 연구 목적 및 내용…………………………………………………………………… 4
Ⅱ 전기 자전거 회생제동 성능 측정
1. 시험 장치 구성………………………………………………………………………… 5
2. 주행저항 측정………………………………………………………………………… 7
3. 회생제동 토크 측정…………………………………………………………………… 9
4. 회생제동 에너지 측정………………………………………………………………… 13
5. 회생제동 효율 측정…………………………………………………………………… 17
Ⅲ 안정성 해석
1. 자전거 동역학………………………………………………………………………… 20
2. 회생제동 자전거의 안정성 해석…………………………………………………… 25
3. 전기 자전거의 회생제동 토크 제안………………………………………………… 29
Ⅳ 자전거 제어
1. MATLAB-ADAMS 코시뮬레이션………………………………………………… 34
2. 자전거 조향각 PID 제어 …………………………………………………………… 37
Ⅴ 결 론 41
참고문헌 ………………………………………………………………………………… 43

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