플러그인 하이브리드 차량의 모드변환에 따른 엔진클러치 접합 제어알고리즘 연구 A Study on the Control Algorithm for Engine Clutch Engagement During Mode Change of Plug-in Hybrid Electric Vehicles원문보기
플러그인 하이브리드 전기자동차는 내연기관과 전기모터를 동력원으로 사용하며 주행 상황에 따라 다양한 주행 모드을 갖는다. 주행 모드에는 전기모터로만 주행하는 EV 모드(전기주행), 내연기관으로 주행하는 엔진 운전 모드, 두 개의 동력원을 이용하는 HEV 모드(하이브리드 주행)가 있다. 특히 병렬형 구조를 갖는 하이브리드 전기자동차는 모드변환에 따라 엔진 클러지가 접합되거나 해제되는데, 클러치 접합 시 나타나는 충격은 차량의 승차감에 영향을 주기 때문에 중요하다. 본 논문에서는 플러그인 하이브리드 전기자동차의 성능 시뮬레이터를 MATLAB/Simulink를 이용하여 개발하고, 시뮬레이션 결과를 통해 엔진 클러치 접합 시 나타나는 충격 특성을 분석하였다.
플러그인 하이브리드 전기자동차는 내연기관과 전기모터를 동력원으로 사용하며 주행 상황에 따라 다양한 주행 모드을 갖는다. 주행 모드에는 전기모터로만 주행하는 EV 모드(전기주행), 내연기관으로 주행하는 엔진 운전 모드, 두 개의 동력원을 이용하는 HEV 모드(하이브리드 주행)가 있다. 특히 병렬형 구조를 갖는 하이브리드 전기자동차는 모드변환에 따라 엔진 클러지가 접합되거나 해제되는데, 클러치 접합 시 나타나는 충격은 차량의 승차감에 영향을 주기 때문에 중요하다. 본 논문에서는 플러그인 하이브리드 전기자동차의 성능 시뮬레이터를 MATLAB/Simulink를 이용하여 개발하고, 시뮬레이션 결과를 통해 엔진 클러치 접합 시 나타나는 충격 특성을 분석하였다.
In this paper, engine clutch engagement shock is analyzed during the mode change of plug-in hybrid electric vehicles. Multi-driving mode includes the EV (electric vehicle) mode, HEV (hybrid electric vehicle) mode, and engine operating mode. Depending on the mode change, the engine clutch is either e...
In this paper, engine clutch engagement shock is analyzed during the mode change of plug-in hybrid electric vehicles. Multi-driving mode includes the EV (electric vehicle) mode, HEV (hybrid electric vehicle) mode, and engine operating mode. Depending on the mode change, the engine clutch is either engaged or disengaged. The magnitude of shock during clutch engagement is very important because it impacts vehicle acceleration and clutch synchronization speed, which affects ride comfort substantially. The performance simulator of plug-in hybrid electric vehicles was developed using MATLAB/Simulink. The simulation results show that the mode change control algorithm is necessary for minimizing shock during clutch engagement.
In this paper, engine clutch engagement shock is analyzed during the mode change of plug-in hybrid electric vehicles. Multi-driving mode includes the EV (electric vehicle) mode, HEV (hybrid electric vehicle) mode, and engine operating mode. Depending on the mode change, the engine clutch is either engaged or disengaged. The magnitude of shock during clutch engagement is very important because it impacts vehicle acceleration and clutch synchronization speed, which affects ride comfort substantially. The performance simulator of plug-in hybrid electric vehicles was developed using MATLAB/Simulink. The simulation results show that the mode change control algorithm is necessary for minimizing shock during clutch engagement.
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문제 정의
본 논문에서는 병렬형 플러그인 하이브리드차량에 모드변환 제어 알고리즘을 적용한 성능 시뮬레이터를 개발하였으며, 모드변환 시 엔진 토크 제어에 따른 클러치 접합 충격 특성을 분석하였다.
가설 설정
성능을 평가하기 위한 시뮬레이션 주행 사이클은 WLTP(world harmonized light vehicles test procedure)level 2를 주행하였으며, 배터리를 소량의 임의값으로 시작하여 모드 변환이 이루어질 수 있도록 상황을 가정하였다. 배터리 state of charge (SOC)가일정 이하로 감소하면 플러그인 하이브리드 차량은 EV 모드에서 HEV 모드 혹은 엔진으로만 주행하는 엔진 모드로 모드변환하여 주행하게 된다.
제안 방법
8과 같으며, 클러치의 속력 차에 의한 PI 제어를 적용하였다. 기존 요구 토크( Tdemand )에 보상 토크( Tcomp )를 더해 모드변환이 신속히 수행되도록 하였다. 비례 게인은 Kp이고 적분 게인은 Ki이다.
플러그인 하이브리드 차량 성능 시뮬레이터를 개발하고 모드변환 제어알고리즘을 통해 클러치 접합 시의 충격 특성을 파악하였다. 신속한 클러치의 속도 동기화를 위해 엔진토크를 제어하였으며, 클러치 접합 시 나타나는 모드변환 충격량과 소요시간을 분석하였다. 모드변환 시 주행감에 있어서 충격량과 소요시간은 trade-off 관계를 나타내며 따라서 적절한 제어알고리즘 개발이 필요하다.
크랭킹 구간 이후에 엔진 토크의 제어하면서 클러치가 접합하며 발생하는 충격 특성을 살펴보았다. 시뮬레이션 결과는 Table 2와 같다.
플러그인 하이브리드 차량 성능 시뮬레이터를 개발하고 모드변환 제어알고리즘을 통해 클러치 접합 시의 충격 특성을 파악하였다. 신속한 클러치의 속도 동기화를 위해 엔진토크를 제어하였으며, 클러치 접합 시 나타나는 모드변환 충격량과 소요시간을 분석하였다.
대상 데이터
본 연구의 플러그인 하이브리드 차량 구조는 엔진의 동력을 엔진 클러치로 전달하는 병렬형 하이브리드 구조이며 Fig. 1과 같다. 엔진과 모터 사이에 클러치가 존재하며 클러치 해제 시 모터로만 주행가능한 구조이고, 클러치 접합 시 엔진과 모터의 두 동력원으로 구동되는 하이브리드 차량이다.
기존 요구 토크( Tdemand )에 보상 토크( Tcomp )를 더해 모드변환이 신속히 수행되도록 하였다. 비례 게인은 Kp이고 적분 게인은 Ki이다.
플러그인 하이브리드 차량의 성능 시뮬레이터는 하이브리드 차량을 제어하는 HCU와 각 동력원 및 동력전달 요소들로 구성된 차량 모델로 이루어져있다. 차량 모델에는 배터리, ISG, 엔진, 엔진 클러치, 모터, 변속기, 최종감속기어 등으로 구성되어있다. MATLAB/Simulink로 구성하였으며 Fig.
차량 모델은 종방향 차량동역학 모델로 구성하였다. 차량의 구동력, Ftraction 에 따른 공기저항력, Fdrag 과 구름마찰력, Froll 을 고려한 모델이다.
후속연구
특히 병렬형 하이브리드 자동차의 경우 엔진 클러치를 이용하여 모드변환이 이루어지는데, 이에 따른 클러치 접합 시 충격으로 주행성(drivability)을 떨어뜨릴 수 있다. 따라서 병렬형 하이브리드 자동차의 모드변환 시 특성을 파악하고 제어하고자 하는 연구가 필요하다. 선행 연구로 EV 모드에서 HEV 모드로 모드변환 시의 과도 응답 특성을 파악하기 위한 제어 알고리즘을 개발하고 토크 교란(torque fluctuation)을 줄이기 위한 클러치 슬립 제어(clutch slip control)을 제안하였다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
병렬형 하이브리드 자동차의 경우 엔진 클러치를 이용한 모드변환에 따라 어떤 문제가 발생하는가?
하지만 전기 모드와 하이브리드모드 등 빈번한 모드변환은 운전자가 이질감을 느낄 수 있다. 특히 병렬형 하이브리드 자동차의 경우 엔진 클러치를 이용하여 모드변환이 이루어지는데, 이에 따른 클러치 접합 시 충격으로 주행성(drivability)을 떨어뜨릴 수 있다. 따라서 병렬형 하이브리드 자동차의 모드변환 시 특성을 파악하고 제어하고자 하는 연구가 필요하다.
플러그인 하이브리드 자동차의 연비는 무엇에 영향을 받는가?
플러그인 하이브리드 자동차는 기존 하이브리드 자동차와 달리 배터리의 용량이 크고 순수 전기 자동차(electric vehicle, EV)와 같이 외부 전원으로 배터리를 충전할 수 있어 전기 동력원의 활용도가 더 크다. 따라서 주행 중에 화석연료와 전기에너지를 어떻게 활용하느냐에 따라 연비가 크게 달라질 수 있다. 하지만 전기 모드와 하이브리드모드 등 빈번한 모드변환은 운전자가 이질감을 느낄 수 있다.
플러그인 하이브리드 자동차의 특징은 무엇인가?
하이브리드 자동차(hybrid electric vehicle, HEV)는1997년 일본 도요타의 시작으로 지속적으로 판매가 증가하고 있으며, 특히 최근 세계 자동차 업체들이 플러그인 하이브리드 자동차(plug-in hybrid electric vehicle, PHEV) 출시에 박차를 가하면서 더욱 주목받고 있다. 플러그인 하이브리드 자동차는 기존 하이브리드 자동차와 달리 배터리의 용량이 크고 순수 전기 자동차(electric vehicle, EV)와 같이 외부 전원으로 배터리를 충전할 수 있어 전기 동력원의 활용도가 더 크다. 따라서 주행 중에 화석연료와 전기에너지를 어떻게 활용하느냐에 따라 연비가 크게 달라질 수 있다.
참고문헌 (10)
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