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Title Page

Contents

Abstract 11

Chapter 1. Introduction 13

1.1. Background and necessity of study 13

1.2. Objectives 16

Chapter 2. Development of Powertrain Model of TMED type Parallel HEVs 17

2.1. Transmission 19

2.1.1. 4-speed AT 19

2.1.2. 6-speed AT 24

2.1.3. 8-speed AT 28

2.1.4. CVT 32

2.2. Component models and specifications 35

2.2.1. Demanded wheel torque and speed 35

2.2.2. Engine 36

2.2.3. Motor-generator 38

2.2.4. Battery 40

2.2.5. Electric oil pump 41

2.2.6. Specifications 44

Chapter 3. Evaluation of Maximum Fuel Economy Potential of Parallel HEVs 45

3.1. Development of backward simulators 46

3.1.1. Local optimization 47

3.1.2. Global optimization 56

3.2. Comparative analysis of the maximum fuel economy potential of parallel HEVs for the number of gear steps 61

3.2.1. Comparison without considering transmission efficiency and EOP loss 61

3.2.2. Comparison considering transmission efficiency and EOP loss 77

3.2.3. Summary 88

Chapter 4. Comparison of Fuel Economy Potential for Parallel HEV and Power Split type HEV 92

4.1. Target power split type HEV 93

4.2. Comparison analysis of power split type HEV and parallel HEV 100

4.2.1. City cycle (UDDS) 100

4.2.2. Highway cycle (HWFET) 104

4.2.3. Summary 108

Chapter 5. Conclusions 109

References 111

초록 115

Table 2.1. Engagement state of friction elements for the 4-speed AT 20

Table 2.2. Engagement state of friction elements for the 6-speed AT 25

Table 2.3. Engagement state of friction elements for the 8-speed AT 29

Table 2.4. Leakage flow rates 43

Table 2.5. Specifications of TMED type parallel HEV 44

Table 3.1. Engine energy and efficiency, battery energy, power electronics system loss, and... 62

Table 3.2. Operation time according to modes and gear step without considering transmission... 66

Table 3.3. NTotal for various transmissions[이미지참조] 66

Table 3.4. Engine energy and efficiency, battery energy, power electronics system loss, and... 71

Table 3.5. Operation time according to modes and gear step without considering transmission... 75

Table 3.6. Engine energy and efficiency, transmission efficiency, battery energy, power... 78

Table 3.7. Operation time according to modes and gear steps considering transmission... 81

Table 3.8. Engine energy and efficiency, transmission efficiency, battery energy, power... 84

Table 3.9. Operation time according to modes and gear steps considering transmission... 87

Table 4.1. Autonomie simulation results for acceleration performance 97

Table 4.2. Drivetrain component loss of power split type HEV 98

Table 4.3. Specifications of power split type HEV 99

Table 4.4. Engine energy and efficiency, battery energy, power electronics system loss,... 101

Table 4.5. Operation time with respect to each driving mode for UDDS 102

Table 4.6. Engine energy and efficiency, battery energy, power electronics system loss,... 105

Table 4.7. Operation time with respect to each driving mode for HWFET 106

Fig. 2.1. Schematic diagram of TMED type parallel HEV 18

Fig. 2.2. Schematic diagram of the 4-speed AT 20

Fig. 2.3. Lever analysis of the 1st gear step for the 4-speed AT[이미지참조] 21

Fig. 2.4. Transmission efficiency of 4-speed AT in the 1st gearstep[이미지참조] 23

Fig. 2.5. Schematic diagram of the 6-speed AT 25

Fig. 2.6. Lever analysis of the 1st gear step for the 6-speed AT[이미지참조] 26

Fig. 2.7. Transmission efficiency of the 6-speed AT in the 1st gear step[이미지참조] 27

Fig. 2.8. Schematic diagram of the 8-speed AT 29

Fig. 2.9. Lever analysis of the 1st gear step for the 8-speed AT[이미지참조] 30

Fig. 2.10. Transmission efficiency of the 8-speed AT in the 1st gear step[이미지참조] 31

Fig. 2.11. Schematic diagram of CVT 33

Fig. 2.12. Mechanical efficiency map of CVT 34

Fig. 2.13. Engine characteristic map 37

Fig. 2.14. Motor-generator efficiency map 39

Fig. 2.15. Schematic diagram of hydraulic system for TMED type parallel HEV 42

Fig. 2.16. Pressure profile of clutch control 42

Fig. 3.1. Power flow of the target HEV for each mode 48

Fig. 3.2. Flow chart for obtaining the transmission efficiency 50

Fig. 3.3. Local optimization resultsfor Twheel＝192Nm, ωwheel＝393rpm at t＝100sec of UDDS[이미지참조] 54

Fig. 3.4. Global optimization 57

Fig. 3.5. Global optimization results of TMED type 4-seed AT HEV for UDDS 59

Fig. 3.6. Flow chart of backward simulator algorithm 60

Fig. 3.7. Vehicle speed of UDDS 63

Fig. 3.8. Engine operating points without considering transmission efficiency and EOP loss for UDDS 65

Fig. 3.9. Engine and motor power with respect to the number of gear steps... 67

Fig. 3.10. Vehicle speed of HWFET 72

Fig. 3.11. Engine operating points without considering transmission efficiency and EOP loss for HWFET 74

Fig. 3.12. Engine operating points considering transmission efficiency and EOP loss for UDDS 79

Fig. 3.13. Engine operating points considering transmission efficiency and EOP loss for HWFET 85

Fig. 3.14. Schematic diagram of engine operation by dynamic programming for target transmissions 89

Fig. 3.15. Relative fuel economy with respect to number of gearstepsfor city cycle 90

Fig. 3.16. Relative fuel economy with respect to number of gearstep for highway cycle 90

Fig. 4.1. Schematic diagram of THS HEV 94

Fig. 4.2. Power flow of power split type HEV for each mode 96

Fig. 4.3. Mode shift map for UDDS 103

Fig. 4.4. Mode shift map for HWFET 107

초록보기

하이브리드 자동차는 기존 변속기 기술을 사용하는 방식과 전용 변속기 (dedicated hybrid transmission, DHT) 를 사용하는 방식으로 개발되고 있다. 이 연구에서는 두 방식의 대표적인 예인 TMED (transmission mounted electric device) 병렬형과 동력분기형 하이브리드 자동차의 최대 연비 포텐셜을 도심과 고속주행 시 동적 계획법을 사용하여 평가하였다. 먼저, 변속기의 변속 단 수에 따른 TMED 병렬형 하이브리드 자동차의 연비 포텐셜을 비교하였다. 대상 변속기는 4 속, 6 속, 8 속 자동 변속기와 무단변속기로 선정하였으며 구동계와 전장계 손실을 고려하여 동적 계획법 기반의 후방향 시뮬레이터를 개발하였다. 시뮬레이션 결과를 통하여 변속 단 수가 증가할수록 모터 로드 레벨링 되는 파워의 크기가 줄어들어 전장계 손실을 감소함을 알 수 있다. 반면에, 전동식 오일 펌프 (EOP) 의 손실을 포함한 구동계 손실은 증가하였다. 그 결과 다단화 자동 변속기가 부착된 하이브리드 자동차의 연비는 변속 단 수가 증가할수록 향상되었으며, 이 때 연비의 향상도는 변속 단 수가 4 속에서 6 속으로 증가할 때 가장 크고 다단화 될수록 감소하였다. 무단 변속기가 장착된 하이브리드 자동차의 연비는 도심주행 시 오히려 감소하고, 고속주행 시 8 속 자동 변속기 타입과 거의 유사하였다. 이는 무단 변속비를 구현하여 전장계 손실이 감소하였음에도 불구하고 큰 EOP 손실이 발생하였기 때문이다. 병렬형 구조의 특성을 동력분기형과 비교하였다. 동력분기형은 두 개의 큰 용량 모터-제너레이터를 사용하기 때문에 병렬형과 비교하여 약 두 배의 전장계 손실이 발생하였다. 하지만 상대적으로 간단한 구조로 인하여 구동계와 EOP 에 의한 손실은 훨씬 작았다. 이 연구에서 동적 계획법을 사용하여 평가한 병렬형과 동력분기형 하이브리드 자동차의 특성은 하이브리드 자동차 계발 시 참고 자료로 사용될 수 있을 것이다.

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