< Previous김경진·신재호·한경희·한현민·인정민·김시우 118 자동차안전학회지:제14권,제4호,2022 Table 3 Ratios of max. force on valve mounting in each model to Model 1 Tank No. Max. force ratio on valve mounting Model 2 (%) Model 3 (%) Model 4 (%) LHRHLHRHLHRH #1 11215187128190265 #2163168120185215291 #3157132127105100149 #4125139197159143336 #5106126121152148241 Fig. 10 Schematic description of side impact test for com- pressed hydrogen storage system 소탱크의 밸브가 연결되는 마운트에 가해지는 하중을 각 모델에서 비교하였다. Table 3은 Model 2-4에서 측면충돌 시 각 수소탱크의 밸브 마운팅에 가해지는 최대 하중을 Model 1의 최대하 중과 비교한 결과이다. LH는 Fig. 5에서 표시한 측면충돌 이 발생하는 수소버스의 좌측면, RH는 수소버스의 우측 면을 나타낸다. 수소탱크의 밸브 체결부 에 가해지는 최대 하중은 Model 1의 최대하중에 비해 Model 2는 112-168 %, Model 3은 87-197%, Model 4는 100-336%의 범위 에 해당된다. Model 2가 Model 1과 가장 유사한 결과를 나타내고 있으며, Model 4의 경우에는 가속도 측정결과 와 마찬가지로 Model 1에서 계산된 하중과의 차이가 큰 것으로 관찰된다. 5. 수소버스 모의측면충돌 시험방법 제안 측면충돌 시 수소버스에 장착된 수소저장시스템의 안 정성 평가를 위해 실차 시험을 대체할 수 있는 방법을 제 안하는 연구를 진행하기 위해 수소저장시스템이 버스 하 부에 장착된 수소버스의 전체 모델과 이를 간략화한 세 가지 유형의 측면충돌 단순모델을 구성하여 충돌해석을 수행하였다. 측면충돌 시 수소저장시스템에 발생하는 가 속도와 밸브의 마운팅에 가해지는 하중을 해석 모델별로 비교 분석하여 수소버스 전체 모델의 측면충돌해석 결과 와의 유사성을 분석하였다. 수소저장시스템 단위로서 수 소버스의 실차 측면충돌을 모사하기 위해서는 수소버스 에 장착된 수소저장시스템 주변의 구조물을 반드시 같이 고려해야 하며, 측면충돌이 발생하는 면의 반대면을 고정 시키는 조건으로 인해 실차 모델에 비해 가속도와 하중 등이 더 크게 발생하는 것으로 판단된다. 따라서 비충돌면 에 충격을 어느 정도는 흡수할 수 있는 방안이 마련되어야 할 것으로 생각된다. 또한 수소저장시스템과 주변 구조물 만을 고려하는 모의 측면충돌 모델은 실제 버스에 비해 무게가 작기 때문에 이동대차의 충돌 속도도 현재의 50 km/h 보다는 작은 속도로 시험하는 것이 적절하다. 이러 한 사항을 고려하여 Fig. 10과 같이 수소버스의 수소저장 시스템의 안전성을 평가할 수 있는 모의 측면충돌 시험방 법을 개략적으로 제안하였다. 6. 결 론 본 연구에서는 유한요소해석을 활용하여 수소버스의 측면충돌 시험방법을 수소저장시스템 단위의 시험으로 대체할 수 있는 모의 측면충돌 시험방법을 개발하기 위해 수소버스 전체 모델과 세 종류의 수소저장시스템 단위의 측면충돌 모델을 구성하여 이동대차를 적용한 측면충돌 해석을 수행하였다. 각 모델에서 수소저장시스템의 주요 위치에서의 가속도 변화, 수소탱크의 밸브 마운팅에 가해 지는 하중을 비교하였고, 이를 바탕으로 하여 수소저장시 스템 단위의 측면충돌 시험의 개략적인 방법을 제안하였 다. 모의 측면충돌 시험을 위한 이동대차의 속도, 비충돌 면의 경계조건 등의 추가 연구를 진행하여 제안한 측면충 돌 시험방법을 구체화할 수 있을 것으로 생각된다. 후 기 본 연구는 국토교통부/국토교통과학기술진흥원의 지 원으로 수행되었음(과제번호 22HBST-C158067-03).수소버스 수소저장용기의 측면충돌 안전성 평가방법 연구 자동차안전학회지:제14권,제4호,2022 119 참고문헌 (1)한국교통안전공단, 2019, “수소버스 안전성 평가기 술 및 장비개발 기획 최종보고서”, 국토교통연구기 획사업 최종보고서, 국토교통부/국토교통과학기술 진흥원. (2)산업통상자원부, 2019, “세계 최고수준의 수소경제 선도국가로 도약, 정부, ｢수소경제 활성화 로드맵｣ 발표”, 산업통상자원부 보도자료. (3)김명환, 2021, “수소전기차 기술 개발 및 보급 정책 동향”, 공업화학 전망, 제24권, 제4호, pp. 22~35. (4)교통사고종합분석센터, 2021, “2021년판(2020년 통계) 교통사고 통계분석”, 도로교통공단. (5)박원일, 2019, “버스 차내 안전사고 감소방안 연구”, 한국운수산업연구원 기본연구 19-1. (6)신재호, 용기중, 2014, “자동차 측면 충돌 안전도 평 가 분석”, 자동차안전학회지, 제6권, 제2호, pp. 12~17. (7)Kahane, Charles Jesse, 1982, “An Evaluation of Side Structure Improvements in Response to Federal Motor Vehicle Safety Standard 214”, National Highway Traffic Safety Administration. (8)윤영한, 1992, “측면 충돌시 승객보호와 차체해석용 모델”, 한국자동차공학회 학술강연초록집, pp. 15~22. (9)김경진, 신재호, 한경희, 인정민, 심소정, 김시우, 2021, “수소버스 측면충돌 시험방법 연구”, 자동차안전학 회지, 제13권, 제4호, pp. 92~98. (10)하영호, 2000, “측면충돌모의시험 방법 개발과 응용”, 한국자동차공학회논문집, 제8권, 제1호, pp. 101~109. (11)최현진, 2004, “모의 측면 충돌 시험 기법 개발 및 응용”, 한국자동차공학회논문집, 제12권, 제1호, pp. 138~144. (12)장규진, 최영민, 안병기, 임태원, 2008, “연료전지자 동차의 고압수소저장시스템 신뢰성 평가”, 한국수소 및 신에너지학회 논문집, 제19권 제4호, pp. 266~ 275. (13)신재호, 강병도, 2019, “휠체어 탑승 개조버스의 안 전도 연구”, 자동차안전학회지, 제11권, 제4호, pp. 63~68. (14)신재호, 한경희, 김경진, 용기중, 강병도, 2018, “휠 체어 탑승 개조버스의 구조안전성능 연구”, 자동차 안전학회지, 제10권 제4호, pp. 54~59. (15)Jaeho Shin, Kyungjin Kim, Kyeonghee Han, Jeong Min In, Hyung-Jin Chang, Sojung Shim, Siwoo Kim, 2022, “Crashworthiness Evalutaion of a Hydrogen Bus Fuel System”, International Journal of Automotive Technology, Vol. 23, No. 5, pp. 1483~1490. (16)이인식, 이현미, 장정아, 이용주, 2021, “K-평균 군 집모형 및 순서형 로짓모형을 이용한 버스 사고 심 각도 유형 분석 측면부 사고를 중심으로”, 자동차안 전학회지, 제13권, 제3호, pp. 69~77. (17)용기중, 이광범, 권해붕, 2014, “수소연료전지자동 차에 대한 안전기준 고찰”, 자동차안전학회지, 제6 권 제2호, pp. 72~77. (18)김영기, 허용정, 2004, “측면 충돌 시험 평가 법규 및 평가결과에 대한 지원 시스템 연구”, 한국산학기 술학회 춘계 학술발표논문집, pp. 47~49. (19)Carhs, 2018, “Safety companion 2018”, Carhs GMbH, http://www.carhs.de/en/ (20)이동준, 최영태, 이광원, 임재문, 2012, “2011 KNCAP 측면충돌 및 기둥측면충돌 시험결과 고찰”, 자동차 안전학회지, 제3권, 제2호, pp. 22~27. (21)국토교통부, 2021, “측면충돌 시 승객보호 기준(제 102조제1항 관련)”, 자동차 및 자동차부품의 성능 과 기준에 관한 규칙 [별표 14의2].120자동차안전학회지:제14권,제4호,2022 □ 해설 / 특집 □ 2022년 국제 대학생 창작자동차 경진대회 자율주행차 부문 참가기 팀 명: 국민대학교 KUUVe 지도교수님: 김종찬 팀 장: 김완희 팀 원: 주행팀 - 안정호(팀장), 박찬우, 송승규, 장민규, 송형준, 서준원, 이대한 VISON팀 - 성채연(팀장), 김주명, 강태욱, 이성열 LiDAR팀 - 유제룡(팀장), 강용하, 정환석 KUUVe란 Kookmin University Unmanned Vehicle의 약자로 자율주행에 관심있는 국민대학교 자동차융합대학 학생들로 이루어진 동아리입니다. VISON팀, LiDAR팀, 주 행팀으로 구성되어 있으며 올해 국제대학생 창작자동차 경 진대회에서 대상(국토교통부 장관상)을 수상하였습니다. 주행, 비전 라이다 세 팀으로, 주행팀에서는 차량제어, Path Planning, VISON팀에서는 객체 인식(딥러닝), LiDAR팀에 서는 장애물 회피 알고리즘 개발을 맡고 있습니다. 1. 2022 국제 대학생 창작자동차 경진대회 개요 2022 국제 대학생 창작자동차 경진대회는 미래 모빌리 티 산업을 이끌어갈 인재를 발굴·육성하기 위해 10월 7일 (금)부터 8일(토)까지, 2일간 자동차안전연구원(경기도 화자동차안전학회지:제14권,제4호,2022 121 성시)에서 개최되었습니다. 2010년 처음 시작해 올해로 13회를 맞이한 이번 대회는 코로나19 이후 역대 최대 규모로 49개 대학, 71개 팀에서 950여명의 대학생이 참가하였습니다. 참가팀들은 창작자동차 제작비 용과 차체를 지원받아 차량을 직접 제작한 후, K-City(자율주행실험도시)에 조성된 경기장에서 경연을 치르며 경진대회는 전기자동차와 자율주행자동차 2개 부문으로 진행됩니다. 저희 KUUVe는 이 중 자율주행자동차 부문에 참가하였습니다. 자율주행자동차부문은 자율주행 기초 로 직을 검증하는 예선전을 거쳐 본선에서는 K-City에서 제한된 시간 내 신호인식 및 주차, 배달 등의 미션을 수행한 시간순으로 순위를 정합니다. 대회 수상자에게는 국토교통부장관상 등을 비롯한 7개의 상과 총 2,610만원의 상금이 수여됩니다. 2. 대회 참가목적 2021 국제 대학생 창작자동차 경진대회에서 불안정한 주행과 부정확한 미션 수행 등 부족한 부분으로 인해 ‘장려상’으로 마무리한 것이 아쉬웠습니다. 그래서 겨울방학 동안 대회 결과에 대한 고찰을 통해 문제 점에 대한 해결방안과 다양한 알고리즘을 생각해 보면서 자율주행 기술을 발전시키기 위해 노력했습니다. 2022 국제 대학생 창작자동차 경진대회를 통해 작년 문제점을 해결하고 발전시킨 새로운 알고리즘에 대해 검증하고 새로운 미션에 대해 다양한 상황에 대한 대처능력을 키우고 싶었습니다. 또한, 팀원 들과의 팀워 크를 바탕으로 대회 중간 과정에서 생기는 문제점들을 다 같이 해결하는 것을 목표로 하였습니다. 모든 주행 미션을 성공하고 완벽하게 주행하는 것을 목표로 이번 대회에 참가하게 되었습니다.122자동차안전학회지:제14권,제4호,2022 3. KUUVe가 생각하는 수상 이유 이번 년도의 저희팀의 가장 큰 초점은 ‘안정성’이였습니다. 우선 다양한 인지 판단 제어 알고리즘을 각각 구현해보았고 오픈소스들을 활용해보았습니다. 그리고 각각의 알고리즘의 성능과 안정성 사이 trade off를 고려하여 최소한의 성능을 만족하면서 최대한의 안정성을 보장하는 알고리즘을 구현하였습니다. 무엇보다 이번 대회에서 안정적인 주행과 성공적인 미션 수행을 할 수 있었던 큰 요인은 많은 테스트와 검증 과정을 거쳤기 때문이라 생각합니다. 대회가 진행되는 시간이 아침 혹은 낮이라는 점을 고려하여 발 생할 수 있는 모든 변수를 고려하고, 이를 기반으로 시험장을 구축하였습니다. 밤에는 테스트를 통해 얻은 결과를 분석하여 문제점을 개선하고 다음날 테스트를 진행할 수 있도록 계획했습니다. 이렇게 아침부터 밤 늦게까지 진행되는 테스트 과정을 수없이 반복하면서 비로소 ‘안정성’이 확보된 자율주행 알고리즘을 구현할 수 있었습니다. 기술 역시 위의 방향성을 가지고 구현하였습니다. 먼저 주행 기술입니다. 저희 팀의 주행 기술은 경로 생성 - 경로에 따른 최적 속도 및 조향각 산출 - 차량 제어로 이루어집니다. waypoint algorithm을 기반으로 한 Global path planner에서 전역 경로를 계획 한 후, 센서에서 받아오는 데이터를 종합하여 미션 구역을 판단합니다. 미션 구역에 따른 local path planner를 통해 필요한 지역경로를 생성한 후에, 현 위치 정보, 경로의 곡률 등을 고려한 최적의 속도와 조향각을 산출합니다. 계산된 속도와 조향각은 플랫폼으로 전달되어, 차량 제어로 이어집니다. 특히 이번 대회의 경우, 가장 대표적인 조향각 산출 알고리즘인 pure pursuit 알고리즘과 stanley 알고리 즘의 장점을 살리고자 둘을 융합한 Hybrid Control 을 구현하였습니다. pure pursuit 알고리즘에서 사용되 는 lookahead distance는 차량의 속도에 맞게 능동적으로 변하도록 구현하여, 안정적인 횡방향 제어를 가 능케 하였습니다. 종방향 제어의 경우 Global path의 곡률에 맞게 능동적으로 속도를 조절하는 Speed 자동차안전학회지:제14권,제4호,2022 123 Control 알고리즘을 구현했습니다. 계산된 조향각을 플랫폼에 전달한 후엔, 플랫폼의 실제 조향각을 받아 와 입력값 대비 출력값 간의 오차를 제어에 반영하는 PID제어를 사용하였습니다. 그리고 구동모터와 브레 이크에도 PID제어기를 적용하여 속도 입력값에 빠르게 반응하도록 구현하였습니다. 다음은 인지 기술입니다. 라이다에서는 정확하게 장애물을 구분하기 위해 DBSCAN과 Euclidean Clustering 방식을 상황에 맞게 사용하였고, SLAM을 통해 gridmap을 작성하였습니다. 장애물의 정확한 좌표값을 알 아내기 위해 LiDAR-GPS 센서퓨전을 이용하였으며, 카메라의 빠른 객체인식과 라이다의 정확한 거리추 정을 합쳐 각 센서의 사각지대 보완을 위해 카메라-LiDAR 센서퓨전을 구현했습니다. 카메라에서는 전년도 주행 중 프레임저하 문제를 확인하고 이번 년도 대회에서는 YOLO V4에서 V5로 모델을 변경하면서 프레임 향상과 함께 하드웨어면에서도 안정성을 확보하였습니다. 또한 배달미션에서 표지판 인지 후 정확한 정차를 위해 카메라-라이다의 센서퓨전을 활용하기 위해 세부 알고리즘을 수정하 고 수많은 주행테스트와 함께 높은 미션 성공률을 확인하였습니다. 이렇게 여러 방면에서 안정성을 대폭 향상시킨 결과 본선에서 감점없이 모든 미션을 성공한 유일팀이라는 기염을 토했습니다.124자동차안전학회지:제14권,제4호,2022 4. 대회 에피소드 사전개방 때 차량이 도랑 밑으로 빠지는 사고로 차량 축이 빠지는 사고가 있었습니다. 팀원들이 다 같이 모여 급하게 차량을 꺼내고, 차량을 수리하였습니다. 얼라이먼트도 크게 틀어져 밤샌 작업이 이어져야 했 고, 최대한의 얼라이먼트를 맞추어 대회에 참가하게 되었습니다. 사전개방 사전 테스트 주행 중 소나기가 내리는 에피소드가 있었습니다. 갑자기 내리는 비에 모든 팀들 이 우왕좌왕하며 차량을 보호하기 위해 뛰어다녔고, 우리 팀은 차량을 보호하기 위해 6명이서 방수포를 펼치고 뛰어갔습니다. 멀리서 보는 이 모습은 영화보다 더 영화같은 장면이었고, 극적으로 ERP 차량을 방 수포로 보호하며 base camp까지 갈 수 있었습니다. 다른 팀의 차량도 방수포로 같이 덮어주며, 기억에 남는 에피소드로 생각됩니다. 5. 마무리 국제대학생 창작자동차경진대회는 학부생이 참가할 수 있는 최고 수준의 자율주행 경진대회이기에 저 희 KUUVe팀의 현 주소를 파악하고 개선점을 찾기 위해 매년 빠지지 않고 참가해왔습니다. 처음부터 입상 을 목표로 참가했던 것은 아니었습니다. 저희가 기술적으로 뛰어나지 않다는 사실을 잘 알고 있었기에 이 대회에 참가하여 쟁쟁한 다른 팀들과 실력을 겨룰 수 있는 것 만으로도 영광이었고 참가 그 자체로 배울 점이 많다고 생각하며 매년 열심히 준비했던 것 같습니다. 몇 년 전부터는 저희 KUUVe팀의 노력이 결실을 맺어가며 은상, 장려상 등의 상들을 수상할 수 있었습 니다. 이러한 결과물들과 함께 모두가 공유한 “하면 된다” 라는 생각은 저희를 흥분시키기에 충분했고, 최자동차안전학회지:제14권,제4호,2022 125 고의 성적을 목표로 앞만보고 달려갈 수 있는 강한 원동력이 되었으며 그 결과 올해 KUUVe 팀의 우승으 로 이어졌다고 생각합니다. 다만 저희의 궁극적인 목표는 대회 우승이 아닌 자율주행 산업 발전에 이바지 하는 것에 있기에 이러한 결과에 만족하며 안주하지 않고 꾸준히 기술을 연구, 개발하고 다양한 대회에 참가하며 선의의 경쟁을 펼칠 것입니다. 마지막으로 좋은 대회, 좋은 경험을 주최, 제공해주신 국토교통부, 한국교통안전공단 관계자분들과 저희 학생들을 믿고 전폭적으로 지원해주신 지도교수님, 혁신공유대학 사업단 관계자분들께 감사드리며 준비기 간동안 경쟁상대로서 서로를 자극하기도, 곤란한 상황에는 서로 돕기도 했던 다른 대학 참가자분들께 수고 하셨다는 말씀을 전하고 싶습니다.126자동차안전학회지:제14권,제4호,2022 □ 해설 / 특집 □ 2022년 국제 대학생 창작자동차 경진대회 전기자동차 부문 참가기 팀 명: 영남대학교 마이브 지도교수님: 이병준 팀 장: 김금재 팀 원: 이재혁, 정세환, 이종일, 이재은, 배정은, 백두현, 박준호, 이승룡, 이정민, 이상연, 구태완, 남가연, 이지민, 허영진 1. 개요 및 참가 목적 전 세계적으로 환경규제가 강화되면서 전기자동차 시장이 더욱 확대되고 있는데, 이러한 동향에 발 빠르 게 맞춰 나가기 위해 마이브에서는 전기 자동차를 연구하고 제작하며 여러 방면의 경험을 쌓고 있다. 마이브는 2011년 창단 이후 환경 친화적이면서 인간 중심적인 엔지니어를 양성하고, 팀원들과 협력하 고 실패를 두려워하지 않으며 꾸준히 도전하는 자세와 적극적으로 소통하는 자세로 다양한 아이디어를 도 출하여 차량을 제작하고 있다. 현재는 기계공학부, 자동차기계공학과, 전자공학과의 학생들이 모여 활동 중이다. 매년 문제점이나 부족한 부분을 개선시키고 해결하면서 끊임없이 발전하고, 동아리 활동을 통해 자신의 진로를 구체화하고 친환경 전기 자동차의 대중화를 이끌 엔지니어 양성을 목표로 하고 있다. 차량 설계에 있어 CATIA 프로그램을 이용하여 차량의 프레임과 대부분의 부품을 설계 및 조합한 뒤 실제로 제작하였다. 이후 설계 파일을 알테어의 simsolid와 inspir e 프로그램을 이용하여 구조해석과 최적화 및 경량화를 진행하였다. 2022 마이브는 설계 부분에서는 차량을 경량화 시키면서 안정성을 확보할 수 있는 설계를 목표로 하였다. 차량을 경량화 하고자 교체할 수 있는 부품의 재료를 Al 6061-T6로 변경하였고, 프레임 파이프를 19.1mm 로 변경한 후 해석을 통하여 안정성을 확인한 후 가공 및 제작하였다. 주행 부분에서는 짐카나 경기의 기록 단축을 위해 초반 가속이 잘 되도록 제작하고자 하였고, 내구 경기에 서는 긴 거리를 빠른 시간 내 완주하기 위하여 기어비를 바꿔가며 주행하여 최적의 기어비를 찾고자 하였다. 작업적인 부분이 용이하도록 지상고를 조절하는 방식을 변경하였고, 차륜 정렬을 위한 휠 얼라인먼트를 맞출 때 이전과 다른 방법을 사용하여 토각, 캠버각을 보다 정확하게 맞춰 주행 성능을 향상시켰다.자동차안전학회지:제14권,제4호,2022 127 2. 2022 국제 대학생 창작자동차 경진대회 관련하여 2.1 영남대학교 마이브 마이브는 영남대학교 기계공학부의 자작 자동차 동아리이다. 조향팀, 파워트레인팀, 제동팀으로 나누어 각자 맡은 분야에 관한 설계방법과 지식 및 제작방식을 공부하여 차량을 제작하였다. 올해 대회는 김금재 팀장, 이재혁(조향팀장), 정세환(1.드라이버, 파워트레인팀장), 이종일(제동팀장), 이재은, 배정은, 백두현(2.드라이버), 박준호, 이승룡, 이정민, 이상연, 구태완, 남가연, 이지민, 허영진 등이 함께 참가했다. 영남대학교 마이브 단체사진 2.2 대회 개요 2022. 10. 7.(금) ~ 8.(토), 한국교통안전공단 자동차안전연구원에서 한국교통안전공단과 한국자동 차 안전학회에서 주최한 ‘2022 국제 대학생 창작자동차 경진대회’가 개최되었다. 전기자동차 부문, 자율전기 차 부문, 자율주행차 부문으로 총 세 부문으로 대회가 진행되었으며, 마이브팀은 전기자동차 부문에 참 가하였다. 대회의 시작과 함께 자동차 및 장비의 확인검사가 이루어지고, 경기는 가속 성능 부문(제동검 사), 짐카나 부문, 주행성능 부문(내구) 순으로 이루어진다. 본 대회는 대회일 기준으로 국내의 모든 대학(교)에 등록 중인 학부생이라면 대회에 참가할 수 있으며, 참가 신청 시 재학 중이었지만, 대회 일에 휴학 및 퇴학 등 재학중이 아닌 인원은 참가자격을 제한한다. 대회참가팀은 참가팀을 지도할 지도교수 1명 이상을 두어야 하며 지도교수 1인당 1팀으로 제한한다.Next >