Manual transmission based diesel engine system have been mainly applied to commercial vehicle such as a truck, which have outstanding fuel economy, power transfer efficiency and lower cost compared to vehicle using automatic transmission. However, annual tightening of fuel economy and emissions regulations has required dramatic fuel economy and emissions performance improvements. And prior studies proposed energy management strategies considered only fuel consumption and exhaust emissions from the engine without considering the transient effects and shift characteristics of manual transmission. As a result, the exhaust emission reduction considering the transient emission characteristics for dynamic engine load change was not properly evaluated, thus, causing errors in the exhaust emission reduction evaluation and the energy management strategy of the actual vehicle. Furthermore, in the case of diesel trucks, which employ manual transmissions, a control strategy considering driver’s gear shift characteristics is required. Yet, to the best of the author’s knowledge, none of the prior studies considered this feature in their developed control strategies.
This paper proposes a powertrain model that considers transient emission characteristics due to frequent engine on/off and dynamic engine load changes and driver’s gear shift characteristics of parallel hybrid diesel-electric vehicles using manual transmissions. Based on the powertrain model, we developed an optimal control strategy that considers driver’s gear shift characteristics and transient emission reduction and fuel economy using an optimization technique such as dynamic programming. A systematic methodology to derive powertrain energy management strategies for diesel-electric vehicles was developed. Mode selections and power split ratio calculations were considered, and a control strategy considering the driver’s gear shift characteristics and transient PM emission of diesel engine is extracted from the optimal control results obtained using dynamic programming, which is then applied to powertrain control algorithm of diesel hybrid electric vehicle.
수동변속기 기반 디젤 엔진 시스템은 높은 연비와 전달 효율, 그리고 자동변속기 대비 낮은 비용으로 상용 차량에 주로 적용되어 왔으나 매년 강화되는 연비 및 배기가스 규제로 인해 전동화를 통한 극적인 연비 및 배기가스 성능 향상이 요구되게 되었다. 그러나 기존 연구에서는 운전자의 기어 변속 특성이나 급격한 엔진 부하 변화에 따른 미세먼지 배출을 고려하지 못하여 수동변속기 기반 디젤-전기 하이브리드 파워트레인의 최적 연비 및 배기가스 성능을 달성할 수 있는 최적 제어 전략 개발이 부재하였다.
그렇기에, 본 논문에서는 수동변속기 기반 병렬형 디젤-전기 하이브리드 파워트레인의 운전자 기어 변속 특성과 엔진 부하 변화에 따른 미세먼지 배출 특성을 고려한 파워트레인 모델을 개발하고자 한다. 그리고 이를 바탕으로 tail-pipe emission 및 연비를 고려한 최적 제어 전략을 동적 계획법과 같은 최적화 기법을 사용하여 개발 후 최적 제어 결과를 바탕으로 엔진 On/Off 시동 조건과 동력 분배 비율 결정 등과 같은 실차에 적용 가능한 수동변속기 사용 디젤 전동화 하이브리드 파워트레인 제어 전략을 도출할 수 있는 체계적인 방법론에 대해 연구를 수행하였다.
