병렬형 하이브리드 전기 자동차의 가속 성능 및 연비를 고려한 ECMS 제어 알고리즘에 대한 연구

Abstract

등가 소모량 최소화 전략은 하이브리드 전기 자동차 동력 분배에 널리 적용되는 최적 제어 방안이다. 해당 전략을 활용하면 제어기 개발 비용과 시간을 줄일 수 있다는 장점이 있고, 또한 연비를 포함한 다양한 요소들로 확장될 수 있기에 제어 이론을 접목한 연구 대상으로써 가능성을 갖는다. 한편, 환경에 대한 관심이 전 지구적으로 확대됨에 따라 차량의 전동화는 필수 요소로 자리매김하였다. 본 논문에서 목표로 삼는 고성능 차량들 또한 연비 규제의 대상으로써 근미래에 하이브리드화가 요구된다. 그러나 기존 하이브리드 전기 자동차들은 연비 규제 대응을 주목적으로 하였기 때문에 가속 성능 또는 펀 드라이빙을 위한 연구는 다소 소극적으로 이루어졌다. 특히, 최적 제어 이론을 활용한 가속 성능 개선에 대한 연구는 미진하다. 본 연구에서는 고성능 하이브리드 전기 차량을 대상으로 가속 성능과 연비를 고려한 등가 소모량 최소화 전략을 제안한다. 가속 성능은 파워트레인 부품들의 과도 응답 특성을 반영하여 개선되는데, 이를 위해 엔진과 모터의 토크 과도 응답 거동이 모델링 되었다. 새롭게 설계된 등가 소모량 최소화 전략 알고리즘은 적절한 가정 하에 폰트리아진 최소 원리에 입각하여 도출되었다. 이러한 과정을 위해 하이브리드 전기 자동차의 최적 제어 전략이 해석적, 경험적으로 기술되었다. 시뮬레이션 환경 구축을 위해 Matlab/Simulink 기반 소프트웨어인 Autonomie를 활용하였다. 기존의 등가 소모량 최소화 전략 알고리즘과 제안하는 새로운 알고리즘을 각각 구현한 후 선정된 연비, 가속 성능 평가 방법에 의거하여 시뮬레이션을 수행하였다. 도출된 결과들을 바탕으로 제어 경향성을 비교 분석하였고 제안한 알고리즘이 기존 알고리즘대비 향상된 가속 성능을 발휘함을 확인하였다.