KR100792893B1

KR100792893B1 - 하이브리드 전기차량의 운전점 제어 방법

Info

Publication number: KR100792893B1
Application number: KR1020060126014A
Authority: KR
Inventors: 박준영; 오종한
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2006-12-12
Filing date: 2006-12-12
Publication date: 2008-01-08

Abstract

본 발명은 하이브리드 전기차량의 운전점 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 HEV 모드에서 엔진 운전점을 최적으로 산출하고, 충방전효율을 비교하여 기어단수를 선택하며, 배터리 SOC 관리 및 모터 온도 조절하는 등의 제어를 포함시켜, 하이브리드 전기차량의 효율적 운전을 통한 연비향상, 운전점 선택시 최소한의 효율 연산을 통한 실시간 제어 능력 확보, 변속 빈도의 제어를 통한 운전성 향상, PE 부품의 보호를 통한 시스템 안정성 확보 등을 실현할 수 있도록 한 하이브리드 전기차량의 운전점 제어 방법에 관한 것이다.

이를 위해, 본 발명은 가속페달위치, 차속, 배터리 충전 상태, 엔진속도, 모터속도, 현기어단, 모터온도가 주제어기(HCU)에 입력되는 단계와; 운전자 요구토크의 계산 단계와; 배터리 충전상태(SOC) 보호를 위한 배터리의 충전 및 방전 제한치를 계산하는 단계와; 유효 변속단 개수 및 변속비의 계산 단계와; 최적 시스템 효율을 제로로 초기화시키는 단계와; 변속후 엔진 및 모터 속도를 계산하는 단계와; 변속후 변속기 입력단 요구토크를 계산하는 단계와; 상기 배터리 충전 및 방전 제한치에 따른 모터 가용 범위를 계산하는 단계와; 모터 온도에 따른 최대 모터 토크를 계산하는 단계와; 최종 모터 가용 토크 범위를 계산하는 단계와; 상기 요구토크를 만족시키기 위한 엔진토크 범위를 계산하는 단계와; 엔진의 최적 운전점을 계산하여, 이때의 엔진토크를 산출하는 단계와; 상기 요구토크와, 상기 엔진의 최적 운전점에 해당하는 엔진토크를 비교하여, 요구토크가 크거나 작음에 따른 최적 운전점 출력을 위한 과정을 다르게 계산하는 단계와; 최적 엔진토크, 최적 모터 토크를 출력하는 최적 운전점 출력단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기차량의 운전점 제어 방법을 제공한다.

하이브리드, 전기 차량, 운전점, 시스템 효율, 배터리, 변속단, 모터, 토크

Description

하이브리드 전기차량의 운전점 제어 방법{Method for control power generating point for HEV}

도 1은 하이브리드 전기 차량의 시스템 구성도,

도 2는 하이브리드 전기 차량에 있어서, 엔진 동력만으로 운전 가능한 영역을 나타내는 그래프,

도 3은 하이브리드 전기 차량에 있어서, 모터의 회전력을 보조 동력으로 이용하는 HEV 모드시 운전영역을 나타내는 그래프,

도 4는 하이브리드 전기 차량에 있어서, 변속단별 OOL(엔진 최적 운전점)곡선을 나타내는 그래프,

도 5는 하이브리드 전기 차량에 있어서, HEV 모드시 변속단별 OOL 운전 가능 영역을 나타내는 그래프,

도 6은 본 발명에 따른 하이브리드 전기차량의 운전점 제어 방법중 배터리 충방전 제한치를 설명하는 그래프,

도 7은 본 발명에 따른 하이브리드 전기차량의 운전점 제어 방법중 운전 영역별 유효 기어단수를 선택하는 방법을 설명하는 그래프,

도 8은 본 발명에 따른 하이브리드 전기차량의 운전점 제어 방법중 모터 토 크 대비 제한 팩터로서 모터 온도 상승시 모터 토크를 제한하는 것을 설명하는 그래프,

도 9는 본 발명에 따른 하이브리드 전기차량의 운전점 제어 방법중 가용 모터 토크 범위를 산출하는 과정을 설명하는 모식도,

도 10은 본 발명에 따른 하이브리드 전기차량의 운전점 제어 방법중 유효 엔진 토크를 계산하는 방법을 설명하는 그래프,

도 11은 본 발명에 따른 하이브리드 전기차량의 운전점 제어 방법중 엔진 운전점 및 변속단수 선택 방법의 일례를 설명하는 그래프,

도 12는 본 발명에 따른 하이브리드 전기차량의 운전점 제어 방법을 위한 제어 구조도,

도 13은 본 발명에 따른 하이브리드 전기차량의 운전점 제어 방법을 설명하는 순서도.

본 발명은 하이브리드 전기차량의 운전점 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 HEV 모드에서 엔진 운전점을 최적으로 산출하고, 충방전효율을 비교하여 기어단수를 선택하며, 배터리 SOC 관리 및 모터 온도 조절하는 등의 제어를 포함시켜, 하이브리드 전기차량의 효율적 운전을 통한 연비향상, 운전점 선택시 최소 한의 효율 연산을 통한 실시간 제어 능력 확보, 변속 빈도의 제어를 통한 운전성 향상, PE 부품의 보호를 통한 시스템 안정성 확보 등을 실현할 수 있도록 한 하이브리드 전기차량의 운전점 제어 방법에 관한 것이다.

통상적으로서, 2개 이상의 동력원을 사용하는 하이브리드 전기 자동차는 엔진과 모터를 동력원으로 하여 다양한 동력 전달 구조를 구성할 수 있으며, 현재 하이브리드 차량의 대부분은 병렬형이나 직렬형의 동력전달 구성중 하나를 채택하고 있다.

직렬형은 엔진과 모터가 직결된 형태로서 병렬형에 비하여 상대적으로 구조가 간단하고, 제어로직이 간단하다는 장점은 있으나, 엔진으로부터의 기계적 에너지를 배터리에 저장하였다 다시 모터를 이용하여 차량을 구동하여야 하기 때문에 에너지 변환시의 효율 측면에서 불리하다는 문제점이 있으며, 반면에 병렬형 구조가 직렬형보다 상대적으로 복잡하고, 제어로직이 복잡하다는 단점은 있지만, 엔진의 기계적 에너지와 배터리의 전기 에너지를 동시에 사용할 수 있어 에너지를 효율적 사용할 수 있다는 장점이 있기 때문에 승용차등에 채택되고 있는 추세에 있다.

병렬형 하이브리드 전기 차량의 시스템 구성은 그 일례로서, 첨부한 도 1에 도시된 바와 같이 엔진과 모터가 엔진클러치에 의하여 연결되고, 엔진 및 모터의 축에는 자동변속기가 연결되어 있으며, 또한 모터에는 충전을 위한 배터리가 연결되고, 엔진에는 일체형 스타트 제너레이터(Integrated Start Generator : ISG)가 부착된 것으로 되어 있다.

하이브리드 전기 차량용의 주요 주행모드는 주지된 바와 같이, 모터 동력만 을 이용하는 순수 전기자동차 모드인 EV(electric vehicle)모드와, 엔진의 회전력을 주동력으로 하면서 상기 모터의 회전력을 보조 동력으로 이용하는 보조모드인 HEV(hybrid electric vehicle)모드와, 차량의 제동 혹은 관성에 의한 주행시 차량의 제동 및 관성 에너지를 상기 모터에서 발전을 통하여 회수하여 배터리에 충전하는 회생제동(RB: Regenerative Braking)모드로 이루어진다.

하이브리드 전기 차량의 시스템 운전 영역은 6속 자동변속기로 가정시, 엔진 동력만을 사용하는 엔진모드의 경우에는 첨부한 도 2와 같은 속도선도가 표출되는 바, 이는 엔진동력만으로 운전 가능한 영역이 변속비에 따라 변화함을 나타내고 있다.

반면에, 엔진과 모터를 함께 사용하는 HEV모드시에는 첨부한 도 3과 같은 속도선도가 표출되는 바, HEV모드는 모터 동력을 보조 동력으로 사용하기 때문에 모터 동력만큼 그 운전영역이 확대된다.

하이브리드 전기 차량의 운전점 조정 자유도 측면에서, 변속단별 엔진 최적 운전점(OOL)이 고려될 수 있는데, 변속단별 엔진최적 운전 곡선(OOL)은 첨부한 도 4에 도시된 바와 같고, HEV모드에서는 변속비 외에 모터가 +/- 토크를 발생시키기 때문에 엔진의 운전점을 추가로 조절할 수 있으며, 이때 모터를 20kW급으로 가정하면 엔진 최적 운전점으로 운전 가능한 주행 영역은 첨부한 도 5에 도시된 바와 같이 확대될 수 있다.

한편, 하이브리드 전기 차량의 최적 운전점 측면에서, 다음와 같은 하이브리드 전기 차량의 시스템 효율 고려 사항이 필요하다.

첫째, 엔진의 효율만을 고려하여, 모터의 동력보조로 엔진 최적 운전점으로 운전하는 것은 효율적이지 않은 점,

둘째, 모터의 동력보조는 배터리의 충방전을 수반하므로, 모터 효율과 배터리 효율로 인해 동력의 손실(loss)이 생기는 점,

셋째, 모터가 발생하는 동력이 클수록 동력 손실(loss)량이 커지고, 이는 시스템 효율의 저하로 이어진다는 점.

따라서, 엔진의 효율과 충방전 효율을 동시에 고려한 최적 운전점 선택이 필요하다.

또한, 하이브리드 전기 차량의 최적 운전점 측면에서, 변속+모터 동력보조로 최적 운전점 운전을 위해 기존의 변속을 통한 엔진 운전점(토크, 속도) 변경과 더불어 모터의 가감 토크에 의해 제어 자유도가 추가로 고려되어야 하고, 모터의 동력보조는 배터리의 사용을 수반하므로 운전점 결정에는 엔진효율과 배터리의 충/방전 효율이 모두 고려되어야 한다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 연구된 결과물로서, HEV 모드에서 엔진 운전점을 최적으로 산출하고, 충방전시 시스템 효율을 비교하여 기어단수를 선택하며, 배터리 SOC 관리 및 모터 온도 조절하는 등의 제어를 포함시켜, 하이브리드 전기차량의 효율적 운전을 통한 연비향상, 운전점 선택시 최소한의 효율 연산을 통한 실시간 제어 능력 확보, 변속 빈도의 제어를 통한 운전성 향상, PE 부품의 보 호를 통한 시스템 안정성 확보 등을 실현할 수 있도록 한 하이브리드 전기차량의 운전점 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은: 가속페달위치, 차속, 배터리 충전 상태, 엔진속도, 모터속도, 현기어단, 모터온도가 주제어기(HCU)에 입력되는 단계와; 운전자 요구토크의 계산 단계와; 배터리 충전상태(SOC) 보호를 위한 배터리의 충전 및 방전 제한치를 계산하는 단계와; 유효 변속단 개수 및 변속비의 계산 단계와; 최적 시스템 효율을 제로로 초기화시키는 단계와; 변속후 엔진 및 모터 속도를 계산하는 단계와; 변속후 변속기 입력단 요구토크를 계산하는 단계와; 상기 배터리 충전 및 방전 제한치에 따른 모터 가용 범위를 계산하는 단계와; 모터 온도에 따른 최대 모터 토크를 계산하는 단계와; 최종 모터 가용 토크 범위를 계산하는 단계와; 상기 요구토크를 만족시키기 위한 엔진토크 범위를 계산하는 단계와; 엔진의 최적 운전점을 계산하여, 이때의 엔진토크를 산출하는 단계와; 상기 요구토크와, 상기 엔진의 최적 운전점에 해당하는 엔진토크를 비교하여, 요구토크가 크거나 작음에 따른 최적 운전점 출력을 위한 과정을 다르게 계산하는 단계와; 최적 엔진토크, 최적 모터 토크를 출력하는 최적 운전점 출력단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기차량의 운전점 제어 방법을 제공한다.

바람직한 일 구현예로서, 상기 요구토크와, 상기 엔진의 최적 운전점에 해당하는 엔진토크를 비교하여 상기 요구토크가 크면, 유효 엔진 토크 범위를 계산하는 단계와; 최소 엔진 토크 및 모터 토크의 계산 단계와; 배터리의 방전에 따른 시스템 효율 계산 단계와; 현재 기어단이 변속되었는지를 판단하여, 상기 배터리 방전시 시스템 효율에 변속 가중치를 더하여 시스템 효율을 다시 계산하는 단계와; 변속 가중치를 더하여 계산된 최종 시스템 효율이 최적 시스템 효율인가를 판단하여 저장되는 단계와; 엔진토크가 최대 엔진 토크와 비교하여, 크거나 같으면 최적 운전점으로 출력되고, 작으면 엔진토크 증분을 더하여 배터리의 방전에 따른 시스템 효율 계산 단계로 리턴되는 단계가 진행되는 것을 특징으로 한다.

바람직한 다른 구현예로서, 상기 요구토크와, 상기 엔진의 최적 운전점에 해당하는 엔진토크를 비교하여 상기 요구토크가 작으면, 유효 엔진 토크 범위를 계산하는 단계와; 최소 엔진 토크 및 모터 토크의 계산 단계와; 배터리의 충전에 따른 시스템 효율 계산 단계와; 현재 기어단이 변속되었는지를 판단하여, 상기 배터리 충전시 시스템 효율에 변속 가중치를 더하여 시스템 효율을 다시 계산하는 단계와; 변속 가중치를 더하여 계산된 최종 시스템 효율이 최적 시스템 효율인가를 판단하여 저장되는 단계와; 엔진토크가 최대 엔진 토크와 비교하여, 크거나 같으면 최적 운전점으로 출력되고, 작으면 엔진토크 증분을 더하여 배터리의 충전에 따른 시스템 효율 계산 단계로 리턴되는 단계가 진행되는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 하이브리드 전기 차량의 운전점 제어는 주 제어기(HCU: Hybrid Control Unit)를 중심으로 모터제어기(MCU: Motor Control Unit), 엔진제어기(EMS: Engine Management System) 등 각 세부 제어기에 대해 CAN 통신을 통해 속도 및 토크 정보를 주고 받으며 이루어진다.

상기 주 제어기는 하이브리드 전기자동차에서 전반적인 동작을 총괄 제어하는 상위 제어기로서, 하위 제어기인 상기 모터 제어기와 소정의 방식으로 통신하여 구동원인 모터의 토크를 제어하고, 주 동력원으로 구동 및 발전을 위한 동력을 발생하는 엔진을 제어하는 ECU(Engine Control Unit)와 통신하여 토크 제어 및 고장 진단을 수행한다(엔진 시동은 MCU가 ISG, Integrated Starter Generator를 제어하여 구현한다).

또한, 상기 주 제어기는 보조 동력원인 배터리의 온도, 전압, 전류, SOC(State Of Charge) 등을 검출하여 배터리의 제반적인 상태를 관리하는 BMS(Battery Management System)와 통신하여 SOC의 상태에 따라 모터 토크를 제어하고, 차속과 운전자의 주행요구에 따라 변속비를 결정 제어하는 TCU(Transmission Control Unit)와 통신하여 엔진 및 모터의 속도를 제어한다(변속비 변경으로 차속이 변화된다기 보다는 변속기 입력단의 엔진 및 모터의 속도가 변함. 차속은 운전자가 직접 제어함, HCU는 운전자 요구토크만 만족시킴).

이때, 상기 상위 제어기인 주 제어기와 하위 제어기들간의 통신은 CAN 통신을 통해 수행되어 상호간 정보의 교환과 제어신호를 송수신한다.

이러한 주제어기 및 하위 제어기에 의하여 이루어지는 본 발명의 운전점 제어 방법을 순서대로 설명하면 다음과 같다.

첨부한 도 는 본 발명에 따른 제어도이고, 도 는 순서도이다.

먼저, 가속페달위치(APS), 차속(Naxl), 배터리 충전 상태(SOC), 엔진속도(Ne), 모터속도(Nm), 현기어단(Rcur), 모터온도(TEm)가 주제어기(HCU)에 입력되는 단계(S101)가 진행된다.

다음으로, 운전자 요구토크의 계산(Taxl*=f1(APS, Naxl) 단계(S102)가 진행되며, 이때의 요구토크는 가속페달위치 감지센서의 검출값과 차속센서의 검출값에 따라 결정된다.

이어서, 배터리 충전상태(SOC) 보호를 위한 배터리의 충전 제한치(Pb_MxChg) 를 계산(Pb_MxChg=f2(SOC))하는 단계(S103) 및 배터리의 방전 제한치(Pb_MxDch)를 계산(Pb_MxDch=f3(SOC))하는 단계(S103)가 진행된다.

배터리 SOC가 통상 사용범위 내에 있을 경우, 시스템 효율에 따라 충방전을 선택하게 되는 바, 시스템이 최적화된 목표 주행 사이클과 상이한 조건으로 운전시, SOC가 통상의 사용범위를 벗어날 우려가 있으며, 이에 첨부한 도 6에 도시된 바와 같이 SOC가 통상의 사용범위를 벗어남에 따라 충전 또는 방전 제한치를 통해 모터의 토크를 제한하게 된다.

다음으로, 유효 변속단 개수 및 변속비의 계산 단계(S104)가 진행된다.

운전성을 고려하여 기어는 순차적으로 변속되어야 하기 때문에 첨부한 도 7에 도시된 바와 같이, 현재 기어단수와 인접 기어단에서만 시스템 효율 계산에 적용되며, 최적 운전점은 요구토크와 변속단별 엔진 최적 운전점(OOL) 사이에 존재하므로, 요구토크와 인접한 엔진 최적 운전점을 갖는 2개의 기어단만이 시스템 효율 계산에 적용된다.

이어서, 최적 시스템 효율을 제로로 초기화시키는 단계(S105)가 진행된다.

다음으로, 변속후 엔진속도(Ne*)의 계산(Ne*=Ri×Naxl) 및 모터속도(Nm*)의 계산(Nm*=Ri×Naxl) 단계(S106)가 진행된 후, 변속후 변속기 입력단 요구토크(Tdem*)를 계산(Tdem*=Taxl/Ri*)하는 단계(S107)가 진행된다.

이어서, 상기 배터리 충전 제한치 및 방전 제한치에 따른 모터 가용 범위(Tm_MxChg<Tm<Tm_MxDch)를 계산하는 단계(S108)가 진행되며, f6 및 f7은 모터의 충/방전 효율 맵에 따른 함수이며, 이때, 상기 배터리 충전 제한치에 따른 최대 모터 토크(Tm_MxChg=f6(Nm*,Pb_MxChg)) 및 배터리 방전 제한치에 따른 최대 모터 토크(Tm_MxDch=f7(Nm*,Pb_MxDch))가 계산된다.

다음으로, 모터 온도에 따른 최대 모터 토크를 계산(Tm_Mx=f8(Nm*,TEm))하는 단계(S109)가 진행된다.

첨부한 도 8에 도시된 바와 같이, 모터를 연속 정격 이상으로 사용시, 모터의 온도가 상승하게 되는 바, 모터 온도의 보호를 위하여 계속적인 온도 상승시 모터 토크를 제한한다.

다음으로, 최종 모터 가용 토크 범위(Tm_MxChg<Tm<Tm_MxDch)를 계산하는 단계(S110)가 진행되며, 이때 상기 배터리 충전 제한치에 따른 최대 모터 토크(Tm_MxChg=MAX(Tm_MxChg,-Tm_Mx)) 및 배터리 방전 제한치에 따른 최대 모터 토크(Tm_MxDch=MIN(Tm_MxDch,Tm_Mx))가 계산된다.

첨부한 9에 도시된 바와 같이, 가용 모터 토크 범위의 산출은 충/방전 제한 치를 기반으로 모터 효율을 계산하고, 출력축 속도 및 변속비를 기반으로 모터 최대곡선을 추출하며, 모터 온도에 따른 모터 토크 제한 팩터를 추출하여, 배터리 충/방전에 따른 최대 모터 토크를 산출하게 된다.

이어서, 상기 요구토크를 만족시키기 위한 엔진토크 범위(Te_Mn<Te<Te_Mx)를 계산하는 단계(S111)가 진행되며, 이는 최소 엔진토크(Te_Mn=MAX(Tdem*-Tm_MxDch),0) 및 최대 엔진토크(Te_Mx=MIN(Tdem-Tm_MxChg),EngMxTq(Ne*))의 계산으로 이루어진다.

다음으로, 엔진 단품의 최적 운전점 계산 단계, 즉 엔진의 최적 운전점(Te_OOL=EngOOL(Ne*))을 계산하여, 이때의 엔진토크를 산출하는 단계(S112)가 진행된다.

상기 요구토크(Tdem*)와, 상기 엔진의 최적 운전점에 해당하는 엔진토크(Te_OOL)를 비교하는 단계(S113)를 통하여, 요구토크(Tdem*)가 크거나 작음에 따른 최적 운전점 출력을 위한 과정으로서, 배터리 충전에 따른 시스템 효율 및 방전에 따른 시스템 효율을 별도로 계산하게 된다.

여기서, 상기 요구토크와, 상기 엔진의 최적 운전점에 해당하는 엔진토크를 비교하여 상기 요구토크가 크면, 유효 엔진 토크 범위(Te_Mn<Te<Te_Mx)를 계산하는 단계(S114)가 진행되되, 이는 최소 엔진 토크(Te_Mn=MAX(Te_Mn,Te_OOL))와 최대 엔진 토크(Te_Mx=MIN(Te_Mx,Tdem*))의 계산으로 이루어진다.

한 기어단에서의 최적 운전점은 요구토크와 엔진의 OOL에 해당하는 토크 사이에 결정되는 바, 이는 OOL이 멀어질수록 엔진 효율 감소, 요구토크에서 멀어질수 록 충방전 손실이 증가하기 때문이다.

따라서, 첨부한 도 10에 도시된 엔진 토크에 따른 시스템 효율 곡선에서 보는 바와 같이, 전체 계산 범위가 아닌 유효 계산범위로서, 모터 최대 토크 및 배터리 충방전 한계 범위에서 계산할 필요없이 요구토크와 OOL범위만 계산하면 된다.

다음으로, 최소 엔진 토크(Te*=Te_Mn) 및 모터 토크(Tm*=Taxl*/Ri*-Te*)의 획득하는 단계(S115)후, 배터리의 방전에 따른 시스템 효율 계산(Eff_sys_dch=f9(Taxl,Naxl,B,Tm*,Nm*,Te*,Ne*) 단계(S116)가 진행된다.

상기 배터리 방전에 따른 시스템 효율은 다음식으로 정의될 수 있다.

: 출력축 동력(=출력축 요구토크*출력축 속도(=차속*FGR))

: 모터 동력(=모터토크*모터속도)

: 엔진 동력(=엔진토크*엔진속도)

: 모터 효율(모터속도와 모터토크에 대한 맵 데이타)

: 배터리 효율(상수로 가정)

: 엔진효율(엔진속도와 엔진토크에 대한 맵 데이타)

: 엔진 및 모터속도는 출력축 속도*변속비

: 출력축 요구토크는 (엔진+모터 토크)*변속비

: 연료와 배터리 파워의 보정계수로 목표 주행 사이클에 최적화된 값

이때, 주행조건 Taxl, Waxl이 주어진 시점에서

이고,

주어진 요구토크와 차속에서 시스템 효율은 변속비와 엔진 토크에 따라 변화된다.

다음으로, 현재 기어단이 변속되었는지를 판단(S117)하여, 상기 배터리 방전시 시스템 효율에 변속 가중치를 더하여 시스템 효율을 다시 계산(Eff_sys_dch=Eff_sys_dch+Anti_shift_gain)하는 단계(S118)가 진행된다.

즉, 효율계산에 의한 변속비 선택시 임계점에서 잦은 변속이 우려되므로, 현재 기어단의 효율에 가중치(Anti_shift_gain)를 더해 잦은 변속을 제한한다.

이어서, 변속 가중치를 더하여 계산된 최종 시스템 효율이 최적 시스템 효율인가를 판단하여 저장되는 단계(S119)가 진행된 후, 엔진토크가 최대 엔진 토크와 비교하여(S120), 크거나 같으면 최적 운전점으로 출력되고(S130), 작으면 엔진토크 증분을 더하여 배터리의 방전에 따른 시스템 효율 계산 단계로 리턴되는 단계(S121)가 진행되어진다.

엔진 운전점 및 변속단수의 선택에 대항 예를 첨부한 도 11을 참조로 설명하면, 주어진 주행조건이 B지점이고, 2단 운전 중일 경우, 2단 기어에서의 OOL A운전점과 B 사이에 대해 효율 계산하여 최적운전점 검색(충전영역)하고, 3단 기어에서의 OOL C운전점과 B 사이에 대해 효율 계산하여 최적운전점 검색(방전영역)한다.

이어서, 2단의 최대 충전 효율과 3단의 최대 방전효율을 비교하여, 충전 효율이 클 경우 모터와 엔진 토크 분배하여 2단에서 운전제어하고, 방전 효율이 클 경우 변속 후 모터와 엔진 토크 분배하여 3단에서 운전제어한다.

여기서, 상기 요구토크와, 상기 엔진의 최적 운전점에 해당하는 엔진토크를 비교하여 상기 요구토크가 작으면, 유효 엔진 토크 범위(Te_Mn<Te<Te_Mx)를 계산하는 단계(S126)가 진행되되, 이는 최소 엔진 토크(Te_Mn=MAX(Te_Mn,Tdem*))와 최대 엔진 토크(Te_Mx=MIN(Te_Mx,Te_OOL))의 계산으로 이루어진다.

전술한 바와 같이, 한 기어단에서의 최적 운전점은 요구토크와 엔진의 OOL에 해당하는 토크 사이에 결정되는 바, 이는 OOL이 멀어질수록 엔진 효율 감소, 요구토크에서 멀어질수록 충방전 손실이 증가하기 때문이며, 따라서 첨부한 도 10에 도시된 엔진 토크에 따른 시스템 효율 곡선에서 보는 바와 같이, 전체 계산 범위가 아닌 유효 계산범위로서, 모터 최대 토크 및 배터리 충방전 한계 범위에서 계산할 필요없이 요구토크와 OOL범위만 계산하면 된다.

다음으로, 최소 엔진 토크(Te*=Te_Mn) 및 모터 토크(Tm*=Taxl*/Ri*-Te*)의 획득하는 단계(S123)후, 배터리의 충전에 따른 시스템 효율 계산(Eff_sys_chg=f10(Taxl*,Naxl,B,Tm*,Nm*,Te*,Ne*) 단계(S124)가 진행된다.

이때, 상기 배터리 충전에 따른 시스템 효율은 다음식으로 정의될 수 있다.

다음으로, 현재 기어단이 변속되었는지를 판단(S125)하여, 상기 배터리 충전시 시스템 효율에 변속 가중치를 더하여 시스템 효율을 다시 계산(Eff_sys_chg=Eff_sys_chg+Anti_shift_gain)하는 단계(S126)가 진행된다.

이어서, 변속 가중치를 더하여 계산된 최종 시스템 효율이 최적 시스템 효율인가를 판단하여 저장되는 단계(S127)가 진행된 후, 엔진토크가 최대 엔진 토크와 비교하여(S128), 크거나 같으면 최적 운전점으로 출력되고(S130), 작으면 엔진토크 증분을 더하여 배터리의 충전에 따른 시스템 효율 계산 단계로 리턴되는 단계(S129)가 진행되어진다.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 하이브리드 전기차량의 운전점 제어 방법HEV 모드에서 엔진 운전점을 최적으로 산출하고, 충방전효율을 비교하여 기어단수를 선택하며, 배터리 SOC 관리 및 모터 온도 조절하는 등의 제어를 포함시킴으로써, 하이브리드 전기차량의 효율적 운전을 통한 연비향상, 운전점 선택시 최소한의 효율 연산을 통한 실시간 제어 능력 확보, 변속 빈도의 제어를 통한 운전성 향상, PE 부품의 보호를 통한 시스템 안정성 확보 등을 실현할 수 있다.

Claims

가속페달위치, 차속, 배터리 충전 상태, 엔진속도, 모터속도, 현기어단, 모터온도가 주제어기(HCU)에 입력되는 단계와;

운전자 요구토크의 계산 단계와;

배터리 충전상태(SOC) 보호를 위한 배터리의 충전 및 방전 제한치를 계산하는 단계와;

유효 변속단 개수 및 변속비의 계산 단계와;

최적 시스템 효율을 제로로 초기화시키는 단계와;

변속후 엔진 및 모터 속도를 계산하는 단계와;

변속후 변속기 입력단 요구토크를 계산하는 단계와;

상기 배터리 충전 및 방전 제한치에 따른 모터 가용 범위를 계산하는 단계와;

모터 온도에 따른 최대 모터 토크를 계산하는 단계와;

최종 모터 가용 토크 범위를 계산하는 단계와;

상기 요구토크를 만족시키기 위한 엔진토크 범위를 계산하는 단계와;

엔진의 최적 운전점을 계산하여, 이때의 엔진토크를 산출하는 단계와;

상기 요구토크와, 상기 엔진의 최적 운전점에 해당하는 엔진토크를 비교하여, 요구토크가 크거나 작음에 따른 최적 운전점 출력을 위한 과정을 다르게 계산하는 단계와;

최적 엔진토크, 최적 모터 토크를 출력하는 최적 운전점 출력단계;

를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기차량의 운전점 제어 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 요구토크와, 상기 엔진의 최적 운전점에 해당하는 엔진토크를 비교하여 상기 요구토크가 크면,

유효 엔진 토크 범위를 계산하는 단계와;

최소 엔진 토크 및 모터 토크의 계산 단계와;

배터리의 방전에 따른 시스템 효율 계산 단계와;

현재 기어단이 변속되었는지를 판단하여, 상기 배터리 방전시 시스템 효율에 변속 가중치를 더하여 시스템 효율을 다시 계산하는 단계와;

변속 가중치를 더하여 계산된 최종 시스템 효율이 최적 시스템 효율인가를 판단하여 저장되는 단계와;

엔진토크가 최대 엔진 토크와 비교하여, 크거나 같으면 최적 운전점으로 출력되고, 작으면 엔진토크 증분을 더하여 배터리의 방전에 따른 시스템 효율 계산 단계로 리턴되는 단계가 진행되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기차량의 운전점 제어 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 요구토크와, 상기 엔진의 최적 운전점에 해당하는 엔진토크를 비교하여 상기 요구토크가 작으면,

유효 엔진 토크 범위를 계산하는 단계와;

최소 엔진 토크 및 모터 토크의 계산 단계와;

배터리의 충전에 따른 시스템 효율 계산 단계와;

현재 기어단이 변속되었는지를 판단하여, 상기 배터리 충전시 시스템 효율에 변속 가중치를 더하여 시스템 효율을 다시 계산하는 단계와;

변속 가중치를 더하여 계산된 최종 시스템 효율이 최적 시스템 효율인가를 판단하여 저장되는 단계와;

엔진토크가 최대 엔진 토크와 비교하여, 크거나 같으면 최적 운전점으로 출력되고, 작으면 엔진토크 증분을 더하여 배터리의 충전에 따른 시스템 효율 계산 단계로 리턴되는 단계가 진행되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기차량의 운전점 제어 방법.