KR100836292B1 - 사륜구동 하이브리드 차량의 구동력 제어방법 - Google Patents

사륜구동 하이브리드 차량의 구동력 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전륜과 후륜에 각각 별도의 구동모터에 의한 구동력이 제공될 수 있도록 구현된 하이브리드 차량에서, 차량의 주행 상황에 따라 능동적으로 전륜과 후륜의 구동력을 적절히 배분하여 제어할 수 있도록 함으로써, 차량의 선회성능 및 조향 안정성을 향상시킬 수 있도록 하며, 엔진은 항상 최적의 연비를 구현할 수 있는 상태에서 운전되도록 하면서 전후륜 구동모터의 적절한 구동력 배분에 의해, 차량의 구동효율향상 및 연비 향상을 이룰 수 있도록 한다.

Description

사륜구동 하이브리드 차량의 구동력 제어방법{driving force control method for a four wheel drive hybrid vehicle}
도 1은 본 발명에 따른 사륜구동 하이브리드 차량의 구동력 제어방법을 설명한 순서도,
도 2는 본 발명의 제어로직을 간략화한 블록다이어그램,
도 3은 목표요레이트 계산을 위한 2자유도 차량모델의 해석도,
도 4는 요레이트에 의해 언더스티어와 오버스티어를 판정하는 방법을 설명한 도면,
도 5는 차속에 따른 요레이트기준값의 변화를 예시한 그래프,
도 6은 언더스티어 현상이 발생하였을 때 본 발명에 따른 제어에 의해 언더스티어 현상이 해소되는 상태를 설명한 도면,
도 7은 오버스티어 현상이 발생하였을 때 본 발명에 따른 제어에 의해 오버스티어 현상이 해소되는 상태를 설명한 도면이다.
본 발명은 사륜구동 하이브리드 차량의 구동력 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전륜측과 후륜측의 구동력을 배분하는 제어 기술에 관한 것이다.
차량의 여러 가지 특성 중 차량의 운전특성, 특히 구동력, 가속력 및 횡방향 동특성 등은 차량의 네 바퀴에 전달되는 구동력에 의해 크게 좌우된다. 따라서 이들 네 바퀴에 전달되는 구동력을 적절히 배분하여 차량의 구동력이나 가속력을 높이고 조향특성을 좋게 하는 것은 차량의 개발에 있어서 매우 중요한 과제이다.
하이브리드 차량이 아닌 기존의 차량에는 상기와 같은 구동력 제어를 위해 비교적 복잡한 추가적인 하드웨어가 요구되며, 하이브리드 차량의 경우에는 이와 같은 구동력 제어를 고려하지 않고 있거나, 하이브리드 차량의 핵심 부품인 구동모터와 고전압배터리의 상태를 고려치 않고 단순히 전후륜의 슬립량의 절대값만을 고려하여 이를 줄이는 데에만 목표를 두는 기본적인 구동력 제어만이 이루어지고 있는 상황이다.
본 발명은 전륜과 후륜에 각각 별도의 구동모터에 의한 구동력이 제공될 수 있도록 구현된 하이브리드 차량에서, 차량의 주행 상황에 따라 능동적으로 전륜과 후륜의 구동력을 적절히 배분하여 제어할 수 있도록 함으로써, 차량의 선회성능 및 조향 안정성을 향상시킬 수 있도록 하며, 엔진은 항상 최적의 연비를 구현할 수 있는 상태에서 운전되도록 하면서 전후륜 구동모터의 적절한 구동력 배분에 의해, 차량의 구동효율향상 및 연비 향상을 이룰 수 있도록 한 사륜구동 하이브리드 차량의 구동력 제어방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 사륜구동 하이브리드 차량의 구동력 제어방법은
엔진 및 전후륜 구동모터의 토크, 차속, 조향각 및 요레이트를 측정하는 측정단계와;
상기 측정된 차속과 조향각을 이용하여 목표요레이트를 계산하는 단계와;
상기 목표요레이트와 상기 실측된 요레이트와의 차이를 구하여 요레이트에러를 계산하는 단계와;
상기 요레이트에러를 요레이트기준값과 비교하는 단계와;
상기 요레이트에러가 요레이트기준값보다 크면, 언더스티어 상태인지 오버스티어 상태인지 판단하는 단계와;
언더스티어인 경우, 상기 측정된 엔진 및 후륜 구동모터의 토크를 이용하여 모터토크여유를 계산하고, 고전압배터리의 충전상태가 후륜 구동모터를 구동 가능한 충전상태보다 크고, 상기 계산된 모터토크여유가 토크여유기준값보다 크면 후륜 구동모터의 토크를 증가시키고, 그렇지 않으면 전륜 구동모터의 토크를 감소시키는 단계와;
오버스티어인 경우, 상기 측정된 엔진 및 전륜 구동모터의 토크를 이용하여 모터토크여유를 계산하고, 고전압배터리의 충전상태가 전륜 구동모터를 구동 가능한 충전상태보다 크고, 상기 계산된 모터토크여유가 토크여유기준값보다 크면 전륜 구동모터의 토크를 증가시키고, 그렇지 않으면 후륜 구동모터의 토크를 감소시키는 단계를 포함하고;
상기 모터토크여유는 운전자의 요구 토크에서 엔진토크를 빼서 모터요구토크를 구하고, 구동모터가 낼 수 있는 최대토크인 모터최대토크에서 상기 모터요구토크를 빼서 구하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.
도 1과 도 2를 참조하면, 본 발명 실시예는 엔진 및 전후륜 구동모터의 토크, 차속, 조향각 및 요레이트를 측정하는 측정단계와; 상기 측정된 차속과 조향각을 이용하여 목표요레이트를 계산하는 단계와; 상기 목표요레이트와 상기 실측된 요레이트와의 차이를 구하여 요레이트에러를 계산하는 단계와; 상기 요레이트에러를 요레이트기준값과 비교하는 단계와; 상기 요레이트에러가 요레이트기준값보다 크면, 언더스티어 상태인지 오버스티어 상태인지 판단하는 단계와; 언더스티어인 경우, 상기 측정된 엔진 및 후륜 구동모터의 토크를 이용하여 모터토크여유를 계산하고, 고전압배터리의 충전상태가 후륜 구동모터를 구동 가능한 충전상태보다 크고, 상기 계산된 모터토크여유가 토크여유기준값보다 크면 후륜 구동모터의 토크를 증가시키고, 그렇지 않으면 전륜 구동모터의 토크를 감소시키는 단계와; 오버스티어인 경우, 상기 측정된 엔진 및 전륜 구동모터의 토크를 이용하여 모터토크여유를 계산하고, 고전압배터리의 충전상태가 전륜 구동모터를 구동 가능한 충전상태보다 크고, 상기 계산된 모터토크여유가 토크여유기준값보다 크면 전륜 구동모터의 토크를 증가시키고, 그렇지 않으면 후륜 구동모터의 토크를 감소시키는 단계를 포함하여 구성된다.
상기 목표요레이트를 계산하는 단계는 도 3에 도시된 바와 같은 2자유도 차 량모델의 해석에 의하여 수행되는 바, 다음의 수학식 1에 의해 계산된다.
Figure 112008006051767-pat00016
여기서,
Figure 112006090974324-pat00002
는 목표요레이트, m은 차량질량, Kf는 전륜코너링강성, Kr은 후륜코너링강성, V는 차속,
Figure 112006090974324-pat00003
는 조향각이다.
상기 요레이트에러를 계산하는 것은 다음의 수학식 2에 의해 이루어진다.
Figure 112008006051767-pat00017
여기서,
Figure 112006090974324-pat00005
는 요레이트에러,
Figure 112006090974324-pat00006
는 요레이트센서에 의해 실측된 요레이트,
Figure 112006090974324-pat00007
는 차량의 회전방향 부호로서, 도 4와 같이 본 실시예에서는 좌회전의 경우 +, 우회전의 경우 - 이다.
상기 모터토크여유는 현재의 차속와 가속페달의 조작상태 등으로부터 운전자의 요구 토크를 계산하고, 이 운전자요구토크에서 엔진토크를 빼서 모터요구토크를 구하고, 각 구동모터가 낼 수 있는 최대토크인 모터최대토크에서 상기 모터요구토크를 빼서 실질적으로 현재 모터가 낼 수 있는 추가적인 토크량을 구하는 것이다.
상기 요레이트기준값은 도 5에 도시된 바와 같이 차속이 증가함에 따라 감소하도록 미리 설정된 차속에 따른 함수값이다.
상기 요레이트기준값에 대해 상기 요레이트에러를 비교하는 이유는, 요레이트에러를 감소시키기 위해 전후 구동력 배분 제어를 실시할 때, 목표요레이트의 계산지연이나 요레이트 값의 노이즈 등에 의해 구동력 배분 제어의 시작 시점이 지속적으로 변화하게 되면, 운전자에게 좋지 않은 느낌을 주게 되므로, 요레이트에러가 요레이트기준값 이상일 경우에만 구동력 배분 제어를 실시하도록 하기 위한 것이다.
상기 요레이트기준값은 각 차속에서 요레이트에러를 빨리 감소시킬 수 있는 값으로 정해져야 하는 바, 본 실시예에서는 차속이 증가함에 따라 도 5에 도시된 바와 같이 감소하는 특성을 갖도록 하여, 차속이 클수록 구동력 배분 제어를 시작하는 시점이 빨라지게 함으로써, 고속에서의 안정성을 확보할 수 있도록 한 것이다.
상기 요레이트에러가 요레이트기준값보다 크면, 언더스티어 상태인지 오버스티어 상태인지 판단하는데, 이는 차량의 회전방향 부호 와 목표요레이트에서 실측요레이트를 뺀 것의 곱에 의해 나타나는 부호에 의해 판단될 수 있고 이는 도 4의 표에 정리되어 있다.
상기 판단결과, 언더스티어인 경우, 상기 모터토크여유는 후륜 구동모터에 대하여 구하는 바, 현재의 차속와 가속페달의 조작상태 등으로부터 운전자의 요구 토크를 계산하고, 이 운전자요구토크에서 엔진토크를 빼서 모터요구토크를 구하고, 후륜 구동모터가 낼 수 있는 최대토크인 모터최대토크에서 상기 모터요구토크를 빼서 실질적으로 현재 후륜 구동모터가 낼 수 있는 추가적인 토크량을 구하는 것이다.
이후, 고전압배터리의 충전상태가 후륜 구동모터를 구동 가능한 충전상태보다 크고, 상기 계산된 모터토크여유가 토크여유기준값보다 크면 후륜 구동모터의 토크를 증가시키고, 그렇지 않으면 전륜 구동모터의 토크를 감소시킨다.
즉, 도 6과 같이 처음에 정상상태의 기본적인 전후 구동력 배분 상태로 진입한 차량이 언더스티어가 발생하면, 상기와 같이 고전압배터리의 충전상태와 모터토크여유를 고려하여, 후륜 구동모터의 토크를 증가시키는 것이 가능하면 후륜 구동모터의 토크를 증가시켜서 언더스티어 현상을 해소함으로써, 요레이트에러가 요레이트기준값 이하로 줄어들도록 하는 것이다.
반대로, 고전압배터리의 충전상태와 모터토크여유가 후륜 구동모터의 토크를 증가시키기에 부적합한 경우에는 전륜 구동모터의 토크를 감소시킴으로써, 언더스티어 현상이 해소되도록 한다.
물론, 상기와 같은 언더스티어 현상이 해소되면, 전륜 구동모터 또는 후륜 구동모터의 토크는 다시 일반적인 정상상태의 기본적인 구동력 배분 상태로 복귀시키도록 한다.
여기서, 상기 모터토크여유를 판단하는 기준인 상기 토크여유기준값은 0로 설정하거나, 0을 기준으로 약간의 여유 값을 줄 수 있을 것이다.
한편, 상기 언더스티어인지 오버스티어인지 판단한 결과 오버스티어인 경우, 상기 모터토크여유는 전륜 구동모터에 대하여 구하는 바, 현재의 차속와 가속페달의 조작상태 등으로부터 운전자의 요구 토크를 계산하고, 이 운전자요구토크에서 엔진토크를 빼서 모터요구토크를 구하고, 전륜 구동모터가 낼 수 있는 최대토크인 모터최대토크에서 상기 모터요구토크를 빼서 실질적으로 현재 전륜 구동모터가 낼 수 있는 추가적인 토크량을 구하는 것이다.
이후, 고전압배터리의 충전상태가 전륜 구동모터를 구동 가능한 충전상태보다 크고, 상기 계산된 모터토크여유가 토크여유기준값보다 크면 전륜 구동모터의 토크를 증가시키고, 그렇지 않으면 후륜 구동모터의 토크를 감소시킨다.
즉, 도 7과 같이 처음에 정상상태의 기본적인 전후 구동력 배분 상태로 진입한 차량이 오버스티어가 발생하면, 상기와 같이 고전압배터리의 충전상태와 모터토크여유를 고려하여, 전륜 구동모터의 토크를 증가시키는 것이 가능하면 전륜 구동모터의 토크를 증가시켜서 오버스티어 현상을 해소함으로써, 요레이트에러가 요레이트기준값 이하로 줄어들도록 하는 것이다.
반대로, 고전압배터리의 충전상태와 모터토크여유가 전륜 구동모터의 토크 를 증가시키기에 부적합한 경우에는 후륜 구동모터의 토크를 감소시킴으로써, 오버스티어 현상이 해소되도록 하는 것이다.
물론, 이 경우에도 상기와 같은 오버스티어 현상이 해소되면, 전륜 구동모터 또는 후륜 구동모터의 토크는 다시 일반적인 정상상태의 제어 수준으로 복귀시키도록 한다.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 차량의 주행 상황에 따라 능동적으로 전륜과 후륜의 구동력을 적절히 배분하여 제어할 수 있도록 함으로써, 차량의 선회성능 및 조향 안정성을 향상시킬 수 있도록 하며, 엔진은 항상 최적의 연비를 구현할 수 있는 상태에서 운전되도록 하면서 전후륜 구동모터의 적절한 구동력 배분에 의해, 차량의 구동효율향상 및 연비 향상을 이룰 수 있도록 한다.

Claims (4)

  1. 엔진 및 전후륜 구동모터의 토크, 차속, 조향각 및 요레이트를 측정하는 측정단계와;
    상기 측정된 차속과 조향각을 이용하여 목표요레이트를 계산하는 단계와;
    상기 목표요레이트와 상기 실측된 요레이트와의 차이를 구하여 요레이트에러를 계산하는 단계와;
    상기 요레이트에러를 요레이트기준값과 비교하는 단계와;
    상기 요레이트에러가 요레이트기준값보다 크면, 언더스티어 상태인지 오버스티어 상태인지 판단하는 단계와;
    언더스티어인 경우, 상기 측정된 엔진 및 후륜 구동모터의 토크를 이용하여 모터토크여유를 계산하고, 고전압배터리의 충전상태가 후륜 구동모터를 구동 가능한 충전상태보다 크고, 상기 계산된 모터토크여유가 토크여유기준값보다 크면 후륜 구동모터의 토크를 증가시키고, 그렇지 않으면 전륜 구동모터의 토크를 감소시키는 단계와;
    오버스티어인 경우, 상기 측정된 엔진 및 전륜 구동모터의 토크를 이용하여 모터토크여유를 계산하고, 고전압배터리의 충전상태가 전륜 구동모터를 구동 가능한 충전상태보다 크고, 상기 계산된 모터토크여유가 토크여유기준값보다 크면 전륜 구동모터의 토크를 증가시키고, 그렇지 않으면 후륜 구동모터의 토크를 감소시키는 단계를 포함하고;
    상기 모터토크여유는 운전자의 요구 토크에서 엔진토크를 빼서 모터요구토크를 구하고, 구동모터가 낼 수 있는 최대토크인 모터최대토크에서 상기 모터요구토크를 빼서 구하는 것을 특징으로 하는 사륜구동 하이브리드 차량의 구동력 제어방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 목표요레이트를 계산하는 단계는 2자유도 차량모델의 해석에 의하여 수행되는 것을 특징으로 하는 사륜구동 하이브리드 차량의 구동력 제어방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 요레이트기준값은 차속이 증가함에 따라 감소하도록 미리 설정된 차속에 따른 함수값인 것을 특징으로 하는 사륜구동 하이브리드 차량의 구동력 제어방법.
  4. 삭제
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