전향보상과 능동댐핑 구조에 기반한 병렬형 하이브리드 자동차의 복합형 기동 발전기 속도제어 = Hybrid Starter and Generator Speed Control of Parallel Hybrid Electric Vehicles Structured on Feedforward and Active Damping

국문 초록 (Abstract)

이 논문에서는 구동 시스템의 효율을 향상시키기 위해 토크 컨버터가 삭제된 병렬형 하이브리드 자동차에서 복합형 기동 발전기를 사용하여 엔진과 구동모터의 두 전력원을 빠르게 결합함으로써 차량의 연료 효율과 운전성능을 향상시키기 위한 속도제어 알고리즘을 연구하였다. 제안하는 능동 댐핑 구조를 갖는 영오버슛/영위상오차 속도제어기는 다음의 3가지 특성을 가지고 있다. 첫째, 능동 댐핑 구조를 가지고 있어 엔진 시동 시 발생하는 시동 토크에 의한 부하의 변동에 강인하다. 둘째, 엔진의 최소 회전속도에 따라 계단 지령의 인가에도 속도의 오버슛이 발생하지 않는다. 마지막으로, 차량의 움직임에 의해 발생하는 경사 지령의 인가시에도 정상상태 오차가 발생하지 않는 특성을 가지고 있다. 이러한 특징들은 두 전력원의 속도를 일치시키기 위해 필요한 시간을 단축시킬 수 있어 차량이 움직일 때 발생하는 지연을 줄이고 엔진의 불필요한 회전을 최소화하여 에너지 소모를 줄일 수 있다. 기존의 비례 적분 제어기 (PI), 적분 비례 제어기 (IP), 2 자유도 제어기 (2-DOF), 제어기 등과 비교하여 제안하는 알고리즘이 더 빠른 응답 특성과 더 작은 정상상태 오차를 가지는 것이 시뮬레이션 결과와 차량 시험 결과로 증명되었다. 이 특징들은 또한 두 전력원을 결합하는데 필요한 시간을 단축시켜, 결과적으로 연료효율과 하이브리드 차량의 운전성을 개선할 수 있었다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In this paper, we studied speed control algorithms to improve the fuel economy and driving performance of vehicles by rapidly combining the two power sources—engine and driving motor—using a hybrid starter and generator (HSG) in parallel hybrid vehicles that have improved the drive system efficiency of vehicles by eliminating torque converters. The proposed zero-overshoot and zero-phase-error speed controller with active damping has the following three characteristics. Firstly, it has an active damping structure, resistant to load fluctuations such as the cranking torque fluctuation that occurs when the engine starts. Secondly, there is no speed overshoot for the step command corresponding to the minimum engine running speed. Finally, it has the control characteristic that there is no steady-state error for the ramp command generated by the moving vehicle. These control features reduce the time required to match the speeds of the two power sources, reducing hesitation when the vehicle starts and reducing energy consumption by minimizing unnecessary rotation of the engine. The proposed algorithm was proved faster response characteristics and smaller steady-state errors than conventional control algorithms such as proportional integral (PI), integral proportional (IP) and 2 degree of freedom (DOF) algorithms through simulation results and vehicle test results. This feature also minimizes the time it takes to engage the two power sources, thereby improving fuel economy and drivability of hybrid vehicles.

목차 (Table of Contents)

• 제1장 서론 1
• 제1절 연구배경 및 목적 1
• 제2장 HEV 시스템 및 IPMSM 이론 4
• 제1절 HEV 시스템 4
• 1. HEV 시스템 분류 4
• 2. TMED 시스템의 구조 및 특징 8
• 3. HSG 시스템의 수학적 모델링 10
• 제2절 매입형 영구자석 동기전동기(IPMSM) 이론 14
• 1. 영구자석 동기전동기의 구조 및 특징 14
• 2. 영구자석 동기전동기의 수학적 모델링 17
• 3. 영구자석 동기전동기 제어 이론 23
• 제3장 속도제어기 설계 46
• 제1절 기존 속도제어기 46
• 1. 기존 PI 속도제어기 46
• 2. 기존 IP 속도제어기 47
• 3. 기존 2-DOF 속도제어기 49
• 제2절 제안하는 속도제어기 51
• 1. 제안하는 속도제어기 구조 51
• 2. 제안하는 속도제어기 게인 설계 53
• 제3절 각 제어기별 특징 비교 56
• 1. 주파수 응답특성 비교 60
• 2. 파라미터 변동 강건성 비교 62
• 3. 이산영역 응답특성 비교 65
• 제4장 시뮬레이션 결과 67
• 제1절 시간영역 분석 67
• 제5장 차량 시험결과 70
• 제1절 계단 지령 응답시험 72
• 제2절 경사 지령 응답시험 75
• 제3절 차량 발진 응답시험 77
• 제6장 결론 81
• 참고문헌 82
• 국문초록 88