사륜 인 휠 모터 전동화 차량의 에너지 효율 토크 벡터링을 위한 모델 예측 제어
저자
발행사항
인천 : 인하대학교 대학원, 2022
학위논문사항
학위논문(석사)-- 인하대학교 대학원 : 전기컴퓨터공학과 2022. 2
발행연도
2022
작성언어
한국어
주제어
발행국(도시)
인천
기타서명
Model Predictive Control for Energy-efficient Torque Vectoring of Electric Vehicles with Four In-wheel Motors
형태사항
vii, 101 p. : 26 cm
일반주기명
인하대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
지도교수:김광기
참고문헌: p.96-101
UCI식별코드
I804:23009-200000594961
소장기관
본 논문은 주행 안정성이 보장된 인 휠 모터 차량의 에너지 효율을 향상 시 키는 토크 벡터링에 대해 고려한다. 전동화 차량의 개발에 있어서 가장 이슈가 되는 것은 최대 주행 거리이다. 최적의 에너지 효율을 도출하기 위해서 다양한 방법으로 파워 트레인을 구성되고 있으며 그에 따라 순수 전기차, 수소차 등 다양한 종류의 파워 트레인이 있다. 다양한 종류의 파워 트레인 중에서 현재 전 동화 차량의 궁극의 형태라 할 수 있는 인 휠 모터 전동화 차량이 있다. 인 휠 모터 전동화 차량은 모터가 바퀴에 직접 탑재가 되며, 바퀴 안에 있는 모터에서 직접적으로 동력이 전달되기 때문에 그에 따른 동력 손실을 줄일 수 있다. 또 한, 별도의 구동 축이 필요가 없으며 그에 따라 내부 공간을 확보할 수 있다는 장점이 있다. 인 휠 모터 차량의 장점을 극대화할 수 있는 방법 중 하나는 토크 벡터링 시스템의 적용이다. 토크 벡터링이란 각 4개의 바퀴에 독립적인 토크 를 인가함으로써 그에 따라 에너지 효율 향상, 주행 안정성 향상 등의 효과를 기대할 수 있다. 초기에는 디퍼렌셜에 의해서 토크 인가를 하여 토크 벡터링 시 스템을 적용했지만, 현재는 4개의 독립적인 바퀴에 직접 토크를 인가함으로써 토크 벡터링 시스템을 적용할 수 있다.
본 논문에서는 모델 예측 제어 기법이라는 최적 제어 알고리즘을 토크 벡터 링 시스템에 적용함으로써, 주행 안정성 향상 및 에너지 효율 향상을 도출한다. 제어 시스템의 입력으로써 각 4개 바퀴의 토크로 설정하고 상태변수로써 요 율 (Yaw Rate) 사이드 슬립 각 (Side Slip Angle), 속도를 고려하며 이는 Over- Actuated 시스템이 된다. 본 논문에서는 인 휠 모터 전동화 차량의 토크 벡터링 을 위한 방법으로써, 2개의 다중 목적함수 모델 예측 제어 기법을 제안한다. 최 적 제어 문제를 정의하는데 있어서 차량의 비선형 횡 방향 동역학 모델과 이를
선형화한 선형 횡 방향 동역학 모델을 사용한 모델 예측 제어 기법을 제안한다. 에너지 효율 향상을 위해서 모터 효율 맵, 모터의 기계적 토크를 목적함수로써 고려하고 주행 안정성 향상을 위해서 요 율과 사이드 슬립 각의 추종(Tracking) 문제로 고려한다. 이는 Bi-objective function으로써 가중치의 설정이 필요하며 가중치를 결정 하는데 있어서 차량의 동작에 의해 결정되도록 고려한다. 두 가 지의 모델 예측 제어 기법을 결정하는 데 있어서 한 가지는 선형 모델을 활용하 여 속도의 변화를 고려하는 Linear Parameter Varying-Model Predictive Control 문제로 고려하고, 비선형 모델을 활용한 Nonlinear Model Predictive Control 문 제로 고려한다.
본 논문에서는 이러한 모델 예측 제어 기법으로 설계한 토크 벡터링 시스템 제어기의 성능을 검증하기 위해서 MATLAB/Simulink 와 IPG CarMaker와의 Co-simulation을 진행한다. 또한 모델 예측 기법 알고리즘을 Simulink S-function 으로 설계한 후 IPG CarMaker의 Simulink 환경에서 시뮬레이션을 진행한다. 결 과로써, CarMaker 내에 있는 IPG Driver의 주행에 비해서 주행 안정성이 보장 되며, 2-3%의 전비 상승을 보인다.
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