전동화 차량의 속도제어 성능 향상을 위한 구동력 제어 알고리즘에 대한 연구

Abstract

본 논문에서는 전동화 차량의 속도제어 성능 향상을 위한 구동력 제어 알고리즘을 제안하고자 한다. 최근 자동차 산업계에서는 차량 배기 및 연비 규제를 극복하기 위한 방안으로 기존 내연기관 모터를 추가한 전동화 차량에 대한 많은 연구가 진행되고 있다. 또한 운전자의 편의 향상을 위해 운전자가 직접 엑셀페달과 브레이크 페달을 조작하지 않아도 차량 속도 제어가 가능하도록 하는 스마트 크루즈, 패들 시프트 및 관성주행안내 기능이 추가되고 있다. 이로 인해 전동화 차량의 속도제어 성능은 차량 평가에 있어서 매우 중요한 지표로 간주되고 있다. 정밀한 차량 속도제어를 위해서는 추종 차속에 따른 정확한 구동력 제어가 필요하다. 전동화 차량은 기존 내연기관과 대비하여 보다 정확한 구동력 제어가 가능하다. 이는 모터 토크제어를 통해 ICE(Internal Combustion Engine)과 유압 브레이크에 비하여 빠르고 정확한 구동력 제어가 가능하기 때문이다. 하지만 전동화 차량의 경우에는 모터 가용 토크에 한계가 있다. 이를 극복하기 위해 전동화 차량은 추진력 제어에서 EV/HEV 모드천이 제어를 수행하고 제동력 제어에서는 모터와 유압브레이크 간 협조제어를 수행해야 한다. 추가적으로 차량 속도제어의 재연성 향상을 위해서는 차량 외부에서 발생하는 외란(공기저항, 노면마찰, 노면 기울기)에 대한 강건성도 확보해야 한다. 본 논문에서는 전동화 차량의 동역학 모델을 고려한 LQR(Linear Quadratic Regulator)제어기를 설계하였다. 또한 DOB(Disturbance Observer)를 추가하여 차량 외부에서 발생하는 외란에 대한 강건성을 확보하였다. 차량 모델은 TMED(Transmission Mounted Electric Device) 시스템의 하이브리드 차량 모델을 사용하였다. LQR+DOB 차량 속도제어기와 차량 모델은 Carsim과 Matlab/Simulink의 Co-Simulation 환경을 통해 구현하였다. 시뮬레이션은 평지도로, 장파형도로 그리고 등판도로에서 수행하여 TMED 전동화 차량모델을 검증하고 LQR+DOB 차량 속도제어기 성능을 확인하였다.