하이브리드 자동차의 부밍 소음/진동 저감을 위한 모터 토크 보상 제어

Abstract

최근 자동차 산업에서는 자동차의 연비향상이 매우 중요한 요점이며, 이를 위해 친환경 자동차에 대한 많은 연구가 이루어지고 있다. 하이브리드 자동차는 기존 내연기관에 전동화를 구현하여 연비를 획기적으로 향상시킨 친환경차량이다. 그러나 전동화를 위한 각종 부품 증가로 인한 중량 증가, 변속기 전달 효율을 높이기 위한 토크컨버터 삭제, 엔진 최적점 운전으로 빈번한 고출력 상황 등으로 인해 부밍 소음 및 진동이 발생하는 상황이 내연기관에 비해 증가하였다. 이제까지 여러 가지 방법으로 부밍을 저감하고자 하는 노력이 있었으나 새로운 부품 또는 시스템의 추가로 원가 상승, 중량 증가, 연비 하락이라는 문제점을 내포하고 있었다. 본 논문에서는 기존의 하이브리드 시스템에서 일체의 하드웨어 변경 및 추가 없이 저속 직결 락업 부밍을 저감하고자 하는 방법을 제안한다. 기존 모터 제어기에서 수신하던 2개의 모터 속도 정보를 이용하여 적응 필터 특성과 주파수 응답 특성을 이용하여 구동계로 전달되는 엔진 가진력을 파악하고 이에 역위상 보상 토크를 인가하여 상쇄시키는 방법을 제안한다. 본 논문은 부밍 소음 및 진동의 원인을 제거했다는 점과 기존 하이브리드 시스템에서 HW 변경 일절 없이 성능 개선을 이루어 냈다는 점에서 기존 연구들과 본질적으로 상당한 차이가 있다. 제안한 방법의 유효성을 검증하기 위해 실제 차량에서 평가를 진행하였고 그 결과 8dB(c)의 운전석 부밍 소음 개선과 9dB의 플로워 진동 개선, 4dB의 스티어링 휠 진동 개선이 이루어졌음을 확인하였다. 그리고 차간 편차와 부품 열화에 대한 성능을 확인하기 위해 다양한 환경에서 시험중인 다수의 테스트용 차량에서 평가를 진행하였고 평균 9dB(c)의 앞좌석 부밍 소음이 개선됨을 확인하여 제안한 제어 알고리즘의 강건성도 확인할 수 있었다.; Pressure variation during engine combustion generates torque fluctuation that is delivered through the driveline. Torque fluctuation delivered to the tire shakes the vehicle body and causes the body components to vibrate, resulting in booming noise. HKMC (Hyundai Kia Motor Company)’s TMED(Transmission Mounted Electric Device) type generates booming noises due to increased weight from the addition of customized hybrid parts and the absence of a torque converter. Some of the improvements needed to overcome this weakness include reducing the torsion-damper stiffness, adding dynamic dampers, and moving the operation point of the engine fromthe optimized point. These modifications have some potential negative impacts such as increased cost and sacrificed fuel economy. Here, we introduce a method of reducing lock-up booming noise in an HEV at low engine speed. Generating a torque profile via the propulsion motor, which has the anti-phase profile of the driveline vibration, can therefore suppress driveline fluctuation. Engine vibration extracted from the HSG (Hybrid Starter Generator) is used for the desired input signal. The generated signal, based upon the rotation angle of the driving motor, is used as a reference input for the RLS adaptive filter. The filter updates its coefficients to minimize the phase difference between the reference signal and the desired input signal. Frequency response characteristics of the powertrain driveline components are used to generate the anti-phase vibration profile of the point causing booming. Effectiveness was verified with simulation model and developed vehicles under various conditions. The results show an 8dB(C) improvement in booming noise, and 9dB and 4dB improvements in floor panel vibration and steering wheel vibration, respectively.