Development of Novel Powertrain Control Algorithm considering Power Electronic System Voltage for a Plug-in Hybrid Electric Vehicle : 전력전자시스템 구동 전압을 고려한 동력분기형 플러그인 하이브리드 자동차 파워트레인 제어 알고리즘 개발 :

박선영

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자료유형: 학위논문

저자정보: 박선영 (성균관대학교, 성균관대학교 일반대학원)

지도교수: 김현수

발행연도: 2016

저작권: 성균관대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

2016

전력 전자 시스템 구동 전압을 고려한 PHEV 파워트레인 제어 알고리즘 개발

박선영 , 손한호 , 김영은 외 3명 한국자동차공학회 춘계학술대회 2016.05 학술대회자료

Development of Novel Powertrain Control Algorithm considering Power Electronic System Voltage for a Plug-in Hybrid Electric Vehicle : 전력전자시스템 구동 전압을 고려한 동력분기형 플러그인 하이브리드 자동차 파워트레인 제어 알고리즘 개발

박선영 기계공학과 2016.01 학위논문

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이 연구에서는 동력 분기 형 플러그인 하이브리드 자동차의 연비 향상을 위해 전력전자(PE) 시스템 구동전압을 고려한 새로운 파워트레인 제어 알고리즘을 개발하였다. 이를 위해 먼저 연구 대상 차량의 파워트레인 모델(엔진, 모터/제너레이터, 동력 분기 장치, 고전압 DC/DC 컨버터, 배터리, 차량)을 개발하고, 시험데이터를 분석하여 주요 제어 알고리즘(엔진, 모터/제너레이터, 고전압 DC/DC 컨버터)을 도출하였다. 고전압 DC/DC 컨버터의 경우 5 단계로 승압을 수행한다고 가정하고, 각 전압 단계의 control region limit을 도출하여 승압 제어 알고리즘을 구현하였다. 파워트레인 모델과 제어 알고리즘을 기반으로 차량 성능 시뮬레이터를 개발하고, 시험데이터와 비교하여 타당성을 검증하였다.
연구대상 차량의 엔진, MG1, MG2, 고전압 DC/DC 컨버터, 배터리 효율을 고려하여 새로운 파워트레인 제어 알고리즘(NPC)을 다음과 같이 제시하였다: 차량 요구 속도, 토크, 배터리 SOC에 대해 엔진 파워가 결정되면, 해당 파워를 만족하는 엔진 속도 및 토크 조합을 도출하고, 운전점 조합과 차량 주행 조건을 이용해 레버 해석을 수행하여, MG1과 MG2의 운전점 조합을 도출한다. 엔진, MG1, MG2의 운전점 조합에 5 단계의 PE 시스템 전압을 적용하고, 모든 경우에 대한 등가 연료 소모량을 계산하여 등가 연료 소모량을 최소화하는 엔진, MG1, MG2의 운전점을 파워트레인 시스템 제어에 적용한다.
연구 대상 차량 성능 시뮬레이터에 NPC를 적용하여, NPC 적용 시 차량 성능을 기존 엔진 OOL 제어 적용 시 차량 성능과 비교하였다. NPC는 엔진 효율을 최대화하는 엔진 OOL 제어와는 다르게 차량 전체 시스템 효율을 최대화 하기 때문에, 엔진 연료소모량은 증가시키지만, 차량 전체 시스템 효율은 향상시켰다. 결과적으로, NPC를 적용하면, 엔진 OOL 제어 대비 차량 연비를 0.23%~0.45% 향상을 얻을 수 있다.

In this study, a novel powertrain control algorithm considering power electronic system voltage for a plug-in hybrid electric vehicle was developed to improve the fuel economy. Powertrain models of the target PHEV(engine, motor/generator, power split device, high voltage DC/DC converter, battery, vehicle) were developed. The control algorithm of engine, motor/generator and high voltage DC/DC converter was derived by analyzing the vehicle test data. It was assumed that the high voltage DC/DC converter boosts the battery nominal voltage in 5 steps. The control region limits for each voltage step were derived to develop the voltage boosting algorithm. Using the powertrain models and control algorithm, the vehicle performance simulator was developed and it was validated with the test data.
Novel powertrain control algorithm(NPC) considering the efficiencies of engine, MG1, MG2, high voltage DC/DC converter and battery was developed as follows: Using the vehicle demanded speed, vehicle demanded torque and battery SOC, the engine demanded power was determined. For the given engine power, combinations between the engine speed and torque which satisfy the engine power were derived. By performing the lever analysis using the engine speed, engine torque, vehicle speed and wheel demanded torque, the matrix of speed and torque of MG1 and MG2 can be determined. The battery power for each voltage step was calculated. The total equivalent fuel consumption rate was obtained as the sum of the equivalent fuel consumption rate of the battery and fuel consumption rate of the engine. Finally, the operating points of engine, MG1 and MG2 which minimize the total equivalent fuel consumption rate are chosen.
The vehicle performance of the NPC was evaluated and compared with that of engine OOL control. Since the NPC maximizes the vehicle system efficiency, engine fuel consumption was increased and vehicle system efficiency was improved. Finally, the vehicle fuel economy of NPC can be improved 0.23%~0.45% compared to that of engine OOL control.

#플러그인 하이브리드 자동차 #제어 알고리즘 #파워트레인 #전력전자 시스템

Abstract 1
Chapter 1. Introduction 2
1.1 Background 3
1.2 Problem description 11
1.3 Objectives 13
Chapter 2. Development of Powertrain Models of the Target PHEV 14
2.1 Vehicle structure 14
2.2 Powertrain models 18
1) Engine 19
2) Motor/Generator 21
3) Power split device 24
4) High voltage DC/DC converter 29
5) Battery 35
6) Vehicle 37
Chapter 3. Development of Control Algorithm and Performance Simulator of the Target PHEV 39
3.1 Control algorithm 40
1) Engine 43
2) Motor/Generator 49
3) High voltage DC/DC converter 53
3.2 Validation with vehicle test data 64
1) Vehicle performance simulator 64
2) PE system voltage 71
Chapter 4. Development of a Novel Powertrain Control Algorithm Considering the PE System Voltage 74
4.1 Development of a novel powertrain control algorithm 74
4.2 Performance evaluation of proposed algorithm 83
Chapter 5. Conclusions 95
References 97
Abstract 101

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