[논문]자동차 트랜스미션 스타터-제너레이터의 수학적 모델 개발

장봉춘

자동차 트랜스미션 스타터-제너레이터의 수학적 모델 개발
A Mathematical Model Development of Automotive Transmission Starter-Generator 원문보기

한국자동차공학회논문집 = Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers, v.14 no.1, 2006년, pp.123 - 128

Abstract ▼ AI-Helper

The proposed mathematical model of the starter-generator system incorporates the motor speed, battery voltage and the desired current to estimate the moment generation capabilities of the starter-generator and the actual current of the battery system. The fundamentals for this mathematical modeling are the simulated results of the experimental data. These pertinent data are used in establishing the governing equations for the determination of motor moments, actual battery currents and efficiencies of the system's operation at different loading characteristics and speed regions. The derived equations will be used into simulation programs to predict the fuel efficiency, vehicle characteristics of a hybrid electric vehicle equipped with a transmission starter-generator which will be developed.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

본 연구에서는Fig. 1과 7에서 보여지는 시스템의 실험 데이터를 바탕으로 수학적 모델을 구하는데 목적이 있다. 모터 속도(w)에 대해 배터리전압(Ug)과 원하는 전류값이 입력으로 주어졌고, 모터 모멘트(M)와 실제 배터리 전류0)를 계산하고자 한다.
본 연구에 나타난 42볼트 배터리 시스템과 TSG의 수학적 모델은 모터의 속도, 배터리 전압, 발생된 모터 모멘트와 실제 배터리 전류를 평가하기 위해 요구되는 전류로 표현된다. 본 연구의 목적은 다임러크라이슬러의 가솔린 엔진과 트랜스미션 사이에 설치될 Sachs의 시동기 제너레이터 시스템(TSG)의 결합 후 다임러크라이슬러의 실험 결과를 바탕으로 curve fitting 기법을 이용하여 수학적 모델을 유도하고자 한다. 이러한 개발될 수학적 모델은 기존의 초저온시동 능력 예측을 위한 연구8)에서 실험 데이터가 도표로서 시뮬레이션에 사용되었으나, 간단한 수학적 모델을 이용함으로서 시뮬레이션 시 간단축에 도움이 될 것이다.

제안 방법

1과 7에서 보여지는 시스템의 실험 데이터를 바탕으로 수학적 모델을 구하는데 목적이 있다. 모터 속도(w)에 대해 배터리전압(Ug)과 원하는 전류값이 입력으로 주어졌고, 모터 모멘트(M)와 실제 배터리 전류0)를 계산하고자 한다. 이렇게 개발된 수학적 모델은 파워를 제어할 알고리즘에 의해 Icurrent보다 적거나 같은 값으로 제어될 것이다.
5V, 30V, 36V의 세 가지 다른 전압의 배터리 시스템을 사용하면서 다임러크라이슬러에 의해 상당한 양의 실험데이터가 수집9)되었다. 실험에서는 Table 1의 사양을 가지고 다이나모미터를 이용하여 V8 프로토타입 엔진에 스타터-제너레이터가 장착되어 TSG의 모멘트 발생 가용능력, 모터 속도, 배터리 전류 등이 측정되었다.

대상 데이터

Fig. 1과 같은 프로토타입의 시스템이 다임러크 라이슬러에 의해 개발되었고, 25.5V, 30V, 36V의 세 가지 다른 전압의 배터리 시스템을 사용하면서 다임러크라이슬러에 의해 상당한 양의 실험데이터가 수집9)되었다. 실험에서는 Table 1의 사양을 가지고 다이나모미터를 이용하여 V8 프로토타입 엔진에 스타터-제너레이터가 장착되어 TSG의 모멘트 발생 가용능력, 모터 속도, 배터리 전류 등이 측정되었다.

이론/모형

본 연구에서 필요한 식들을 유도하기 위하여 curve fitting 기법을 이용하였다. 이러한 기본적인 플롯은 Fig.

성능/효과

저속영역에서 효율은 선형적으로 증가하고 반면 고속영역에서는 거의 일정한 값을 갖는다. 또한, 작동온도의 영향은 무시할만 하고, 시스템 전압은 현저한 효과를 나타낸다. 저중속영역 인 3000rpm 부근이 가장 효율이 좋은 것으로 나타나 있고, 고전압일수록 더 좋은 시스템 효율을 제공한다.
10은 n1 이하에서는 일정효율선들이 거의 직선적으로 증가하고, 대략 식 (10)에 일치한다. 반면 n>% 일 때, 효율은 실제적으로 상수는 아니나 일정 한 값을 유지하다 전압의 차이에 따라서 다시 감소하는 경향을 알 수 있었다. 본 연구에서는 5000rpm 이상에서는 많이 변하지 않는다고 하여 상수처럼 모델을 유도하여서 Fig.
개발된 TSG시스템을 전체 차량의 시뮬레이션에 적용하기 위해서 먼저 TSG 시스템의 작동 파라미 터 들을 잘 묘사할 수 있는 수학적 모델의 개발을 요구한다. 본 연구에 나타난 42볼트 배터리 시스템과 TSG의 수학적 모델은 모터의 속도, 배터리 전압, 발생된 모터 모멘트와 실제 배터리 전류를 평가하기 위해 요구되는 전류로 표현된다. 본 연구의 목적은 다임러크라이슬러의 가솔린 엔진과 트랜스미션 사이에 설치될 Sachs의 시동기 제너레이터 시스템(TSG)의 결합 후 다임러크라이슬러의 실험 결과를 바탕으로 curve fitting 기법을 이용하여 수학적 모델을 유도하고자 한다.
실험 데이터의 시뮬레이션된 결과들은 M0, I0, w0, k 등의 파라미터들 값을 결정할 수 있었고, 경계(cutoff) 속도를 찾아내었다. 이러한 파라미터들은 다른 하중 특성 및 모터 운전의 속도영역 상에서 모멘트와 효율을 계산하기 위한 지배방정식의 유도를 위하여 사용되었다;25.5V, 30V, 36V 배터리 시스템의 실험데이터를 바탕으로 수학적 모델이 유도되었고, 이는 42V 배터리 시스템에 적용하여 모멘트가용능력, 배터리 전류, 효율 등을 예측할 수 있었다.

후속연구

개발된 TSG시스템을 전체 차량의 시뮬레이션에 적용하기 위해서 먼저 TSG 시스템의 작동 파라미 터 들을 잘 묘사할 수 있는 수학적 모델의 개발을 요구한다. 본 연구에 나타난 42볼트 배터리 시스템과 TSG의 수학적 모델은 모터의 속도, 배터리 전압, 발생된 모터 모멘트와 실제 배터리 전류를 평가하기 위해 요구되는 전류로 표현된다.
또한 고속영역에서도 상당히 빠른 속도로 단순한 계산을 거쳐 모멘트를 계산한다. 본 연구에서 모터의 각기 다른 운전조건에서 제안된 모델링을 위하여 유도된 식들은 전체 차량 등의 시뮬레이 션 적용을 가능하게 할 수 있을 것으로 사료된다
본 연구의 목적은 다임러크라이슬러의 가솔린 엔진과 트랜스미션 사이에 설치될 Sachs의 시동기 제너레이터 시스템(TSG)의 결합 후 다임러크라이슬러의 실험 결과를 바탕으로 curve fitting 기법을 이용하여 수학적 모델을 유도하고자 한다. 이러한 개발될 수학적 모델은 기존의 초저온시동 능력 예측을 위한 연구8)에서 실험 데이터가 도표로서 시뮬레이션에 사용되었으나, 간단한 수학적 모델을 이용함으로서 시뮬레이션 시 간단축에 도움이 될 것이다.

참고문헌 (9)

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M. Krauss, Daimler Chrysler Technical Note TN-FT2/L-1999.014, 1999

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