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문제 정의
- 하이브리드 차량의 개념은 오래전부터 있어왔지 만 실제 양산을 목표로 개발되었던 차량의 체작과 실험이 본격적으로 시작되었던 것은 미 에너지국 (DOE : Department of Energy)에 의해 1978년부터 1984년까지 주도된 하이브리드 차량 개발 프로젝트이다. 이는 제트 추진 연구소(JPL : Jet Propulsion Laboratory), JPL/General Electric 사 그리고 Aerospace사가 참여한 과제로 차량의 모든 거동과 관련된 컴퓨터 시뮬레이션을 포함하여 매우 다양한 하이브리드 차량들의 설계 기법과 성능들을 연구하였다. 이러한 연구 결과 그 당시의 기존 엔진 차량과 순수 전기 자동차에 비하여 하이브리드 차량의 기동 성능이 가장 우수하다고 발표하였으며, 엔진으로 가동되는 발전기 (Generator)를 장착한 직렬 형 하이브리드보다 엔진과 전동기를 동시에 동력원으로 사용하는 병렬형 하이브리드가 더욱 경량, 소형 그리고 저 가의 동력 전달계를 구성할 수 있으므로, 병렬형이 상대적으로 고성능 하이브리드 차량을 위하여 적합하다고 결론지었다.
- 그러나 배기가스 특성 실험에서는 1980년 당시의 배기가스 배출기준은 만족하였으나, 1990년 대의 캘리포니아 배기가스 규제인 ULEV는 만족시 키지 못하였다. 또한 이 과제에서는 내연기관 차량, 전기자동차 그리고 하이브리드 차량 등의 주행 성능과 에너지 소비량들을 해석할 수 있는 차량 성능 해석 프로그램인 JANUS를 개발하였다. 그리고 이를 위하여 동력전달계 각 구성 요소들에 대한 간략화된 성능 모델들을 소개하였고, 개발된 프로그램을 이용하여 1981년 발표된 ETV-1 (Electric Test Vehicle) 차량에 대해 그 시뮬레이션을 수행하였다.
- Pettit 등은 하이브리드 차량에 대하여 전체 시스템 효율을 극대화하기 위한 최적 제어 전략(Control Strategy)을 개발 시 반드시 고려해야 될 여러 요소들과 그 설계 방안을 제시하였다. 특히 이들 요소중 직렬형 하이브리드 차량에 있어서는 보조 동력 장치 (APU : Auxiliary Power Unit)라고 할 수 있는 엔진의 출력이 배터리 시스템의 원활한 작동을 보장해주는 범위 내에서 연비 효율과 배기가스 특성을 최적화하도록 엔진과 배터리 그리고 전동기 사이의 동력 흐름을 균형있게 제어하는 것이 하이브리드 제어 전략의 기본 목표이다. 그러나 이러한 하이브리드 차량의 동력전달계 요소들과 최적 제어 전략을 설계시에는 반드시 트레이드-오프 (Trade-off)가 존재하게 되며, 따라서 효율적인 최적화 과정을 수행시에는 시스템의 모든 측면들을 균 형있게 조화시켜야 한다.
- 그러나 이러한 하이브리드 차량의 동력전달계 요소들과 최적 제어 전략을 설계시에는 반드시 트레이드-오프 (Trade-off)가 존재하게 되며, 따라서 효율적인 최적화 과정을 수행시에는 시스템의 모든 측면들을 균 형있게 조화시켜야 한다. 본 연구에서는 APU와 배터리의 특성이 전체 시스템과 어떻게 연관되는가를 알아보고, 최적의 하이브리드 동력전달계와 이것에 적용되는 제어 알고리듬의 설계 과정에 대하여 제안하였다.
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