병렬 하이브리드 차량의 과도응답 특성 구현을 위한 동력 시스템 모델링에 관한 연구

Abstract

병렬 하이브리드 자동차는 엔진, 전기모터, 트랜스미션 등으로 구성되어 있으며 동력 발생 장치들이 클러치를 중심으로 단일 축 상에 연결되어 있다. 따라서 과도 상태에서의 토크 응답 특성이 승차감 등에 미치는 영향이 매우 크며, 이는 연비 개선만큼이나 중요하다. 그런데 하이브리드 차량은 제어 응답 특성이 매우 복잡한 시스템을 거쳐 출력되므로 단순한 시험 기반 모델을 이용할 경우 실제 응답과의 차이를 줄이기 어렵다. 이를 해결하기 위해 물리 기반 동력 시스템 모델을 제작하여 차량의 시험 결과와 유사한 과도 응답 특성을 표현할 수 있는 병렬 하이브리드 자동차의 동렬 시스템 시뮬레이터를 구성하였다. 본 논문에서는 AMESim과 Matlab/Simulink를 기반으로 엔진의 공압 시스템, 연소실, 동역학 시스템의 모델과 전기 시스템의 모델을 설계하였다. 이러한 시뮬레이터는 하이브리드 자동차의 상/하위 제어기 설계 과정뿐만 아니라 양산 차량의 사양 최적화에 관한 연구에도 적용될 수 있다. 마지막으로 본 논문에서 설계한 모델의 시뮬레이션 결과와 시험 결과와의 비교를 통해 과도 응답의 정성적 특성을 유사하게 구현할 수 있음을 보였다.; The parallel HEV is composed of the engine, the electronic motor, the transmission, and the driveline, which are connected with clutch-centered double shaft. Because of this composition of the powertrain, the characteristic of a toque response in the transient state has a strong influence on the vehicle ride. This is why the analysis of a transient response is important as much as a improvement of the fuel efficiency. However, in case of using a steady state model or a mean-value model, a real response and simulated response have a discrepancy and it is hard to be reduced in all cases; because the response of a supervisory control of the parallel HEV is outputted through very complicated system. Therefore, the powertrain simulator of a parallel HEV is consisted of physical models to represent a transient response similar to a vehicle test in this paper. The system such as the air induction system, the combustion chamber, the crankshaft dynamics, and the electronic system are modeled by AMESim and Matlab/Simulink. This simulator is applied not only a lower and an upper controller design of the Parallel HEV; but also the optimization of a mass-production vehicle specification. Finally, the comparison of the simulation results between the vehicle test and the represented model in this paper shows that the qualitative characteristic of transient response is implemented similarly.