Prof. Myung-Seop Lim

전기차용 2모터 2단변속 파워트레인 시스템의 다목적최적화
2021-11-13 19:41:19 조회수243
Date of Conference: 2021.06
Conference: 2021 한국자동차공학회 춘계학술대회
Authors: 조준형, 권기한, 차경수, 김동민, 임명섭, 민승재
DOI:

전기차의 주행효율과 동력성능을 향상시키는 방법으로 견인모터의 개수를 늘리는 방범과 감속기를 다단화시키는 방법이 있다. 본 연구에서 제시하는 2모터 2단변속 시스템은 각각의 모터에 1단,2단의 기어를 연결함으로써 변속이 필요 없고,두 모터 간의 토크 분배를 통해 변속 역할을 대신한다. 전기 차 감속기의 최적설계에는 효율맵이나 최대토크 같은 모터의 특성들이 큰 영향을 미치므로, 모터 설계 에 따라 차량 전체의 성능이 바뀌고 감속기의 최적기어비도 결정된다. 따라서 차량의 주행효율과 동력 성능을 최대화하기 위해서는 모터와 감속기를 동시에 설계하는 것이 효과적이다. 그러나 대부분의 선 행연구들은 대상 모터를 고정한 채 감속기의 기어비만을 최적화 하였다.
본 연구에서는 기존 감속기를 최적화하는 방법에 모터 설계변수를 추가하여 모터와 감속기를 동시에 최적화하는 프로세스를 제안하였다. 모터 설계변수로는 모터의 효율맵과 최대토크 변화를 잘 나타내는 적충길이,코일의 턴수로 선정하였으며,다단감속기의 설계변수는 각 단의 기어비이다. 참고모델인 1 모터 1단시스템과의 타당한 비교를 위하여 두 모터의 적충길이 합은 참고모멜의 적충길이와 같도록 제 한하고, 슬롯에서 도체가 차지하는 점적율은 상수로,기어비는 다양한 동력성능 조건에 따라 제한된 다. 또한,모터들의 최고출력 합을 제한하며 토크를 제어하는 전략과 함께, 두 모터 사이의 효율 비교 를 통해 최고의 효율을 가지는 토크분배 맵 최적화 프로세스를 제시하였다.
다목적 최적화에 사용되는 목적함수인 배터리 잔존용량의 변화량과 가속시간은 MATLAB/Simulink로 개발된 동적 시스템 모멜의 시뮬레이션을 통해 계산되며, 다목적 최적화 과정은 많은 양의 계산을 요 구하므로, 각 목적함수에 대해 인공신경망으로 구축된 대체모델을 활용하여 계산량을 줄였다. 다목적 최적화 결과로 파레토 최적해를 얻어냈으며, 이는 목적에 따라 다양한 최적 설계안을 제공하여 설계자 의 의사결정에 도움을 줄 것으로 기대가 된다. 또한, 참고모델과의 결과 비교를 통해 주행효율과 동력 성능 모두 향상되었옴을 확인하였다.
     
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