KR100857658B1 - Torque control method of hybrid electric vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 하이브리드 차량의 연비 향상을 위한 토크 결정 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 하이브리드 차량에서 엔진 및 전기모터의 토크 산출 과정에서 차속 및 액셀레이터 페달값을 토대로 운전자 요구토크를 계산하고, 로드 레벨링을 하는 경우와 로드 레벨링을 하지 않는 경우의 효율식에 따라 각각의 효율을 구한 뒤 상기 두 경우의 효율을 비교하여 로드 레벨링의 실시 여부를 결정하되, 로드 레벨링을 실시하는 경우의 효율 계산시에 발전된 에너지가 배터리에 저장되었다 재사용되는 경로상의 효율을 고려하여 계산하고, 이러한 경로상의 효율을 고려하여 로드 레벨링의 실시 여부를 결정하도록 함으로써, 종래에 비해 좀더 정확한 로드 레벨링의 실시가 이루어질 수 있도록 하는 하이브리드 차량의 연비 향상을 위한 토크 결정 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a torque determination method for improving fuel efficiency of a hybrid vehicle, and more particularly, to calculate a driver's required torque based on a vehicle speed and an accelerator pedal value in a torque calculation process of an engine and an electric motor in a hybrid vehicle, and perform road leveling. After determining the respective efficiencies according to the efficiency equations in the case of the load leveling and the non-loading leveling, and comparing the efficiency of the two cases, it is determined whether to perform the load leveling. Is calculated in consideration of the efficiency of the route that has been stored in the battery and determines whether to perform the load leveling in consideration of the efficiency of the route, so that more accurate load leveling can be achieved than in the related art. How to determine torque to improve fuel economy One will.
일반적으로 넓은 의미의 하이브리드 차량은 서로 다른 두 종류 이상의 동력 원을 효율적으로 조합하여 차량을 구동시키는 것을 의미하나, 대부분의 경우는 연료를 사용하여 구동력을 얻는 엔진과 배터리의 전력으로 구동되는 전기모터에 의해 구동력을 얻는 차량을 의미하며, 이를 하이브리드 전기 차량(Hybrid Electric Vehicle, HEV)이라 부르고 있다.In general, a hybrid vehicle in a broad sense means to drive a vehicle by efficiently combining two or more different power sources, but in most cases, an electric motor driven by the power of an engine and a battery that uses fuel to obtain driving power is used. It means a vehicle that obtains a driving force, it is called a hybrid electric vehicle (HEV).
최근 연비를 개선하고 보다 환경친화적인 제품을 개발해야 한다는 시대적 요청에 부응하여 하이브리드 차량에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.In response to the recent demand for improving fuel economy and developing more environmentally friendly products, research on hybrid vehicles is being actively conducted.
하이브리드 차량은 엔진과 전기모터를 동력원으로 하여 다양한 구조를 형성할 수 있는데, 현재까지 연구되고 있는 대부분의 차량은 병렬형이나 직렬형 중에서 하나를 채택하고 있다.Hybrid vehicles can form a variety of structures using engines and electric motors as power sources. Most of the vehicles studied so far employ either parallel or in series.
직렬형은 일반적인 전기 차량과 유사한 구조로서, 직렬형 하이브리드 차량에서는 엔진이 배터리를 충전시키는데 사용되고 배터리의 전력을 사용하여 작동하는 전기모터(구동모터)에 의하여 차량이 구동된다.The tandem type is similar to a general electric vehicle. In the tandem hybrid vehicle, an engine is used to charge a battery, and the vehicle is driven by an electric motor (driving motor) that operates using the power of the battery.
즉, 구동력은 전부 전기모터로부터 얻어지며, 엔진은 주행거리가 짧은 전기 차량의 단점을 보완하기 위한 발전용으로서 탑재될 뿐이다.That is, the driving force is all obtained from the electric motor, and the engine is only mounted for power generation to compensate for the shortcomings of the electric vehicle having a short traveling distance.
상기 직렬형은 병렬형에 비해 상대적으로 구조가 간단하고 제어로직이 간단하다는 장점은 있으나, 엔진으로부터의 기계적 에너지를 배터리에 저장하였다가 다시 전기모터를 이용해 차량을 구동하여야 하기 때문에 에너지 변환시의 효율 측면에서 불리하다는 문제점을 내포하고 있다.Compared with the parallel type, the series type has a simpler structure and a simpler control logic. However, since the mechanical energy from the engine must be stored in a battery and the vehicle must be driven by an electric motor, efficiency of energy conversion is required. There is a disadvantage in that.
이에 비해 병렬형은 엔진이 배터리를 충전시키기도 하지만 전기모터와 함께 차량을 직접 구동시키도록 되어 있는 것으로, 구조가 직렬형보다 상대적으로 복잡 하고 제어로직이 복잡하다는 단점은 있지만, 엔진의 기계적 에너지와 배터리의 전기에너지를 동시에 사용할 수 있어 에너지를 효율적으로 사용할 수 있다는 장점 때문에 승용차 등에 널리 채택되고 있는 구조이다.In contrast, the parallel type allows the engine to charge the battery, but directly drives the vehicle with the electric motor, which has the disadvantage that the structure is relatively more complicated than the serial type and the control logic is more complicated. It can be used at the same time, because it can use the energy efficiently, the structure is widely adopted in passenger cars.
특히 엔진과 전기모터의 최적 작동영역을 이용하므로 구동 시스템 전체의 연비를 향상시킴은 물론 제동시에는 전기모터로 에너지를 회수하므로 효율적인 에너지의 이용이 가능하다. In particular, by using the optimum operating area of the engine and the electric motor, it improves the fuel efficiency of the entire drive system as well as recovers the energy with the electric motor during braking, thereby enabling efficient use of energy.
이상에서 설명한 바와 같이, 하이브리드 차량은 기존의 가솔린 또는 디젤 차량에 비해 향상된 연비로 주목받고 있으며, 하이브리드 차량의 연비를 향상시키는 기술은 다음과 같이 분류할 수 있다.As described above, hybrid vehicles are attracting attention due to improved fuel efficiency compared to conventional gasoline or diesel vehicles, and technologies for improving fuel efficiency of hybrid vehicles can be classified as follows.
1) 차량 정지시 엔진 정지(아이들 스톱)1) Stop the engine when the vehicle is stopped (idle stop)
2) 회생 제동2) regenerative braking
3) 전기모터 회전력만을 이용하는 전기차 주행 및 엔진 회전력을 주동력으로 하고 전기모터 회전력을 보조동력으로 이용하는 모터 동력 보조 주행3) Electric vehicle driving using only electric motor rotational force and motor power assisted driving using engine rotational force as main power and electric motor rotational power as auxiliary power
4) 주행 중 충전 및 저장된 배터리 전력을 전기차 주행 및 모터 동력 보조시에 이용하는 로드 레벨링4) Road leveling that uses charged and stored battery power while driving and assists in electric vehicle driving and motor power
여기서, 4)의 로드 레벨링(Load Leveling)에 대해 설명하면 다음과 같다.Here, the load leveling of 4) is described as follows.
용어 그대로 설명하자면 자동차의 부하(Load)를 조절(Leveling)하는 것을 말한다.In terms of terms, it refers to leveling a vehicle's load.
일반 자동차는 운전자가 액셀레이터 페달을 밟는 만큼, 즉 운전자가 요구하는 만큼의 에너지를 엔진에서 출력해야 하며, 운전자가 요구하는 이하의 에너지를 엔진에서 출력하면 운전자는 차량의 동력성능을 불만족스럽게 느끼게 되고, 반대로 운전자가 요구하는 이상의 에너지를 엔진에서 출력하면 차량의 동력성능을 과도하게 느끼게 된다.In general cars, the engine outputs as much energy as the driver presses the accelerator pedal, that is, as much as the driver requires, and when the engine outputs less energy than the driver requires, the driver feels unsatisfactory in the power performance of the vehicle. On the contrary, if the engine outputs more energy than the driver requires, the vehicle's power performance is excessively felt.
다시 말하면 운전자가 액셀레이터 페달을 밟는 만큼 적정 수준의 엔진 출력이 1:1로 결정되어야만 한다는 뜻이 되며, 따라서 운전자가 페달을 작게 밟을 경우에 엔진 출력은 작아지고, 이때 엔진은 효율이 나쁜 영역에서 운전이 될 수밖에 없다.In other words, as the driver presses the accelerator pedal, an appropriate level of engine power must be determined at 1: 1. Therefore, when the driver presses the pedal small, the engine power is reduced, and the engine operates in an area with poor efficiency. This can only be.
그러나, 하이브리드 차량의 경우에는 전기모터와 배터리를 이용해 엔진 출력을 높이거나 낮출 수 있다. However, in the case of hybrid vehicles, an electric motor and a battery can be used to increase or decrease engine power.
즉, 운전자가 액셀레이터 페달을 작게 밟아 엔진이 효율이 낮은 저출력영역에서 운전될 경우에는 엔진 출력을 효율이 좋은 영역으로 높이고, 또한 차량을 움직이는데 필요한 출력 이외의 필요 이상의 엔진 출력은 전기모터에서 발전하는데 사용하도록 하여 발전된 에너지를 배터리에 충전시킨다. In other words, if the driver presses the accelerator pedal small and the engine is operated in a low power area with low efficiency, the engine power is increased to a high efficiency area, and more engine power than necessary to move the vehicle is used to generate electric motors. Charge the battery with the generated energy.
그 뒤 운전자가 액셀레이터 페달을 크게 밟아서 엔진 출력이 많이 요구될 때는 엔진 출력을 최적 효율 운전조건으로 유지시키고, 엔진으로 부족한 출력은 배터리 전력을 이용해 모터를 구동시켜 '엔진 + 모터'의 출력을 얻도록 하고 있는바, 이를 통해 운전자가 요구하는 만큼의 출력을 만족시키면서 엔진 효율을 좋은 조건으로 운전할 수 있게 된다.Then, when the driver's accelerator pedal is greatly depressed, the engine output is maintained at the optimum efficiency when the engine output is required a lot, and the engine lacks the output by using the battery power to drive the motor to obtain the 'engine + motor' output. As a result, the engine can be operated in good condition while satisfying the power required by the driver.
이러한 개념이 바로 로드 레벨링이고, 이는 하이브리드 차량의 연비 개선 수단의 하나가 된다.This concept is road leveling, which is one of the fuel economy improvement means of hybrid vehicles.
그러나, 이러한 로드 레벨링 기술은 사용하기에 따라 연비를 획기적으로 개선시킬 수도 있고 반대로 연비를 악화시킬 수도 있는 기술이다. However, such a load leveling technique is a technique that can significantly improve fuel economy and, on the contrary, worsen fuel economy according to use.
종래의 하이브리드 차량에 적용된 로드 레벨링 기술은 대체로 엔진의 효율에 초점을 두고 엔진의 효율이 최적인 조건으로 운전하는 것을 그 내용으로 하고 있다. The load leveling technology applied to a conventional hybrid vehicle is mainly focused on the efficiency of the engine and operates under conditions where the engine efficiency is optimal.
그러나, 이러한 개념은 엔진의 효율만을 고려하는 것으로서, 발전에 소요되는 엔진의 기계적인 에너지가 전기에너지로 변환되어 배터리에 저장되었다가 다시 재사용될 때의 효율을 고려하지 않은 방식이다. However, this concept only considers the efficiency of the engine, and does not consider the efficiency when the mechanical energy of the engine for power generation is converted into electrical energy and stored in a battery and reused.
즉, 엔진의 기계적인 에너지가 "모터와 인버터의 발전 효율, 배터리의 충방전 효율, 모터와 인버터의 구동 효율"이라는 경로를 거치면서 일어나는 손실을 고려해야만 로드 레벨링의 정확한 효과와 이득을 예측할 수 있게 되는 것이다.In other words, the mechanical energy of the engine must be taken into account through the paths of "generating efficiency of the motor and inverter, charging and discharging efficiency of the battery, driving efficiency of the motor and inverter", so that the accurate effect and gain of the load leveling can be predicted. Will be.
이에 엔진의 효율을 최적화하는 동시에 발전된 에너지가 배터리에 저장되었다가 재사용되는 경로상의 효율을 고려할 수 있는 로드 레벨링 기술의 개선이 필요하게 되었다. Therefore, it is necessary to improve the load leveling technology to optimize the efficiency of the engine and to consider the efficiency of the path in which the generated energy is stored and reused in the battery.
이에 따라 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 하이브리드 차량에서 엔진 및 전기모터의 토크 산출 과정에서 차속 및 액셀레이터 페달값을 토대로 운전자 요구토크를 계산하고, 로드 레벨링을 하는 경우와 로드 레벨링을 하지 않는 경우의 효율식에 따라 각각의 효율을 구한 뒤 상기 두 경우의 효율을 비교하여 로드 레벨링의 실시 여부를 결정하되, 로드 레벨링을 실시하는 경우의 효율 계산시에 발전된 에너지가 배터리에 저장되었다 재사용되는 경로상의 효율을 고려하여 계산하고, 이러한 경로상의 효율을 고려하여 로드 레벨링의 실시 여부를 결정하도록 함으로써, 종래에 비해 좀더 정확한 로드 레벨링의 실시가 이루어질 수 있도록 하는 하이브리드 차량의 연비 향상을 위한 토크 결정 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been invented to solve the above problems, in the case of calculating the driver's required torque based on the vehicle speed and the accelerator pedal value in the torque calculation process of the engine and electric motor in a hybrid vehicle, the load leveling and the load After determining each efficiency according to the efficiency formula when not leveling, and comparing the efficiency of the two cases to determine whether to perform load leveling, the generated energy is stored in the battery when calculating the efficiency in the case of load leveling Calculation is made in consideration of the efficiency on the route to be reused, and the load leveling is determined in consideration of the efficiency on the route, so that the fuel efficiency of the hybrid vehicle can be more accurately implemented than in the related art. To provide a torque determination method. have.
따라서, 상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 동력원으로 엔진과 모터를 구비한 하이브리드 차량의 토크 결정 방법에 있어서, 차량의 제어기가 차속센서와 페달센서로부터 검출 및 입력되는 현재의 차속과 액셀레이터 페달값으로부터 운전자 요구토크를 계산하는 단계와; 배터리 충전 없이 운전자 요구토크에 따라 엔진 토크 출력이 이루어지면서 로드 레벨링이 수행되지 않는 경우의 효율과, 엔진 토크에서 운전자 요구토크 이외의 엔진 토크 잉여분이 모터에 의한 배터리 충전에 이용 되는 로드 레벨링이 수행될 경우의 효율을 각각 산출하는 단계와; 상기 두 효율을 비교하여, 로드 레벨링이 수행되지 않는 경우의 효율이 로드 레벨링이 수행될 경우의 효율 이하이면, 엔진 토크를 최적 운전점으로 설정된 토크값으로, 모터 토크를 최적 운전점의 엔진 토크와 운전자 요구토크의 차이 값으로 결정하는 단계;를 포함하는 하이브리드 차량의 연비 향상을 위한 토크 결정 방법을 제공한다.Accordingly, in order to achieve the above object, the present invention provides a torque determining method for a hybrid vehicle having an engine and a motor as a power source, wherein the current vehicle speed and accelerator are detected and input from a vehicle speed sensor and a pedal sensor. Calculating driver demand torque from a pedal value; When the engine torque output is made according to the driver's required torque without charging the battery and the load leveling is not performed, the load leveling in which the engine torque surplus other than the driver's required torque in the engine torque is used to charge the battery by the motor is performed. Calculating efficiency in each case; Comparing the above two efficiencies, if the efficiency when no load leveling is performed is less than the efficiency when the load leveling is performed, the engine torque is set to the torque value set as the optimum operating point, and the motor torque is equal to the engine torque at the optimum operating point. And determining the difference value of the driver's required torque.
여기서, 상기 로드 레벨링이 수행되지 않는 경우의 효율은, 배터리 충전 없이 주행할 경우의 연료량 및 연료의 발열량에 대하여 운전자 요구토크에 해당하는 엔진 토크 및 엔진 회전수를 고려하여 계산되는 것을 특징으로 한다.In this case, the efficiency when the load leveling is not performed, characterized in that it is calculated in consideration of the engine torque and the engine speed corresponding to the driver's requested torque with respect to the fuel amount and the heat generation amount of the fuel when driving without battery charging.
바람직하게는, 상기 로드 레벨링이 수행되지 않는 경우의 효율은 하기 식(E1)과 같이 정의되는 것을 특징으로 한다.Preferably, the efficiency when the load leveling is not performed is characterized in that defined by the following formula (E1).
E1: E1:
여기서, :엔진 토크, :엔진 회전수, :충전 없이 주행할 경우의 연료량, LHV : 연료의 발열량임.here, Engine torque, Engine speed, : Fuel amount when driving without charge, LHV: Heat value of fuel.
또한 상기 로드 레벨링이 수행되는 경우의 효율은, 배터리 충전과 주행을 병행할 경우의 연료량 및 연료의 발열량에 대하여 엔진 토크와 모터 토크의 차이값, 그리고 엔진 회전수 및 모터 회전수, 모터에 의해 발전된 전기에너지가 배터리에 저장되었다 모터 구동에 재사용되는 경로상의 효율을 고려하여 계산되는 것을 특징으로 한다.In addition, the efficiency in the case where the load leveling is performed, the difference between the engine torque and the motor torque with respect to the fuel amount and the heat generation amount of the fuel when the battery charging and running at the same time, the engine speed, the motor speed, the power generated by the motor The electrical energy is stored in the battery, characterized in that it is calculated in consideration of the efficiency on the path to reuse the motor drive.
바람직하게는, 상기 로드 레벨링이 수행되는 경우의 효율은 모터에 의해 발전된 전기에너지가 배터리에 저장되었다 모터 구동에 재사용되는 경로상의 효율을 고려한 것으로서, 하기 식(E2)와 같이 정의되는 것을 특징으로 한다.Preferably, the efficiency when the load leveling is performed is to take into account the efficiency on the path that the electrical energy generated by the motor is stored in the battery is reused to drive the motor, characterized in that defined by the following formula (E2) .
E2: E2:
여기서, :엔진 토크, :엔진 회전수, :모터 토크, :모터 회전수, :충전과 주행을 병행할 경우의 연료량, LHV : 연료의 발열량, :모터에 의해 발전된 전기에너지가 배터리에 저장되었다 모터 구동에 재사용되는 경로상의 효율, :모터가 발전할 때의 효율, :배터리의 충방전 효율, :모터가 구동될 때의 효율임.here, Engine torque Engine speed, Motor torque, Motor speed, : Fuel amount when charging and driving at the same time, LHV: Heating value of fuel, The electrical energy generated by the motor is stored in the battery. Efficiency when the motor develops, : Charge and discharge efficiency of the battery, : Efficiency when the motor is driven.
상기한 특징을 갖는 본 발명의 토크 결정 방법에 의하면, 발전된 에너지가 배터리에 저장되었다 재사용되는 경로상의 효율을 고려하여 로드 레벨링의 실시 여부를 결정하므로 종래에 비해 좀더 정확한 로드 레벨링의 실시가 이루어질 수 있게 된다.According to the torque determination method of the present invention having the above characteristics, it is determined whether or not to perform load leveling in consideration of the efficiency on the path that the generated energy is stored in the battery reuse, so that more accurate load leveling can be carried out than in the prior art do.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명은 하이브리드 차량의 연비 향상을 위한 토크 결정 방법에 관한 것으로서, 엔진과 변속기 사이에 전기모터(구동모터)가 장착된 병렬형 하이브리드 차량을 그 적용대상으로 하며, 엔진 효율을 최적화하는 동시에 모터에 의해 발전된 에너지가 배터리에 저장(충전)되었다가 모터 구동에 재사용되는 경로상의 효율을 고려하여 최종적으로 로드 레벨링 전략을 결정하는 기술이다.The present invention relates to a torque determination method for improving fuel efficiency of a hybrid vehicle. The present invention relates to a parallel hybrid vehicle equipped with an electric motor (driving motor) between an engine and a transmission, and optimizes engine efficiency at the same time. It is a technology that finally determines the load leveling strategy in consideration of the efficiency on the path that the energy generated by the battery is stored (charged) and reused for driving the motor.
첨부한 도 1은 하이브리드 차량의 엔진 운전점을 나타내고 있는 도면으로, 로드 레벨링 사용시의 엔진 운전점 이동을 예시하고 있다. 1 is a diagram illustrating an engine driving point of a hybrid vehicle, and illustrates an engine driving point movement when using road leveling.
도 1에 나타낸 바와 같이, 엔진의 부하가 작은 영역, 즉 A 영역에서 차량과 엔진이 운전될 경우에는 엔진의 효율이 매우 낮은 조건이므로 차량 연비 측면에서 불리한 조건이 된다. As shown in FIG. 1, when the vehicle and the engine are operated in a region where the load of the engine is small, that is, the A region, the engine efficiency is very low, which is a disadvantage in terms of vehicle fuel efficiency.
따라서, 이 경우 엔진의 효율이 높은 영역으로 엔진의 운전점을 이동시키기 위해서 엔진 토크를 증가시켜 전기모터를 통해 발전을 하게 되고, 이때 엔진 운전 점은 효율이 높은 영역, 즉 도 1의 B 영역으로 이동하게 된다.Therefore, in this case, in order to move the operating point of the engine to the region of high efficiency of the engine, the engine torque is increased to generate power through the electric motor. In this case, the operating point of the engine is the region of high efficiency, that is, region B of FIG. Will move.
그러나, 이렇게 엔진의 운전점을 이동시키는데 있어서 필수적으로 고려해야 할 사항이 있는데, 엔진 토크를 이용해 발전된 에너지, 즉 그림에서 'B - A'에 해당되는 토크에 의해 발전된 전기에너지가 재사용되는데 있어서의 손실이 존재한다는 것이다.However, there is an essential consideration in moving the operation point of the engine. The loss in reuse of the energy generated by the engine torque, that is, the electrical energy generated by the torque corresponding to 'B-A' in the figure, It exists.
그 경로상의 효율은 다음의 식(1)과 같이 나타낼 수 있다.The efficiency on the path can be expressed by the following equation (1).
(1) (One)
여기서, 은 모터가 발전할 때의 효율이고, 는 배터리의 충방전 효율이며, 는 모터가 구동될 때의 효율이다.here, Is the efficiency when the motor develops, Is the charge and discharge efficiency of the battery, Is the efficiency when the motor is driven.
다시 말하면, 로드 레벨링에 있어서는 엔진 운전점이 효율이 높은 영역으로 이동되어서 얻어지는 이득이 있는 반면 엔진에 의해서 발전되어 배터리에 저장된 에너지가 재사용될 때의 경로상의 손실이 존재하며, 이에 배터리 충전에 소요된 엔진 에너지보다는 작은 에너지를 이용할 수밖에 없다는 단점이 존재한다.In other words, in load leveling, there is a gain obtained by moving the engine operating point to an area of high efficiency, while there is a loss in path when the energy generated by the engine and reused in the battery is reused. The disadvantage is that you have to use less energy than energy.
따라서, 하이브리드 차량의 토크를 제어함에 있어서, 로드 레벨링 개념을 도입하여 차량 주행과 배터리 충전을 병행할 것인지 아니면 충전 없이 엔진으로 차량 주행만을 할 것인지를 결정하기 위해서는 위에서 설명한 이득과 손실을 비교하여 효과가 있는 조건에서 로드 레벨링을 실시함이 타당하다.Therefore, in controlling the torque of the hybrid vehicle, the effect of comparing the gains and losses described above is effective to determine whether to drive the vehicle in parallel with the battery charging or to drive the vehicle only with the engine without charging by introducing a load leveling concept. It is reasonable to carry out load leveling under certain conditions.
본 발명은 로드 레벨링을 실시함에 있어서 충전 효율식을 도입하여, 각각의 운전조건에서 ① 충전 없이 엔진 동력으로 차량 구동을 수행하는 경우, ② 엔진 동력으로 차량 구동 및 배터리 충전을 병행하는 경우의 효율을 비교하여 효율 측면에서 유리한 경우로 운전하는 것을 근간으로 한다.The present invention introduces the charging efficiency formula in performing the load leveling, and in each driving condition, when the vehicle is driven by the engine power without charging, and the vehicle is driven by the engine power and the battery is charged simultaneously. In comparison, it is based on operating in an advantageous case in terms of efficiency.
위 ①, ②의 각 경우의 효율식은 각각 하기 식(2) 및 식(3)과 같다.The efficiency equations in each of the above ①, ② are the same as the following equation (2) and equation (3), respectively.
① 충전 없이 엔진 동력으로 차량 구동을 수행하는 경우(로드 레벨링을 하지 않은 경우)① When driving the vehicle with engine power without charging (without road leveling)
(2) (2)
② 엔진 동력으로 차량 구동 및 배터리 충전을 병행하는 경우(로드 레벨링을 하는 경우)② When driving the vehicle and charging the battery at the same time (load leveling)
(3) (3)
상기 식(2) 및 식(3)에서 사용된 변수들의 설명은 다음과 같다.The description of the variables used in Equations (2) and (3) is as follows.
: 변속기 입력 토크 Transmission input torque
: 변속기 입력 회전수 Transmission input speed
: 엔진 토크 Engine Torque
: 엔진 회전수 : Engine speed
: 모터 토크 : Motor torque
: 모터 회전수 : Motor speed
: 충전 없이 주행할 경우의 연료량 : Fuel amount when driving without charge
: 충전과 주행을 병행할 경우의 연료량 : Fuel amount when charging and running at the same time
LHV : 연료의 발열량LHV: calorific value of fuel
: 발전된 에너지가 거치는 경로상의 효율 : Efficiency in the path through which energy is generated
식(2)에서, 배터리 충전 없이(로드 레벨링을 하지 않음) 모든 엔진 토크가 변속기로 입력되므로, 변속기 입력 토크()는 엔진 토크()가 된다.In equation (2), all engine torque is input to the transmission without battery charging (no load leveling), so the transmission input torque ( ) Is the engine torque ( )
또한 식(3)에서, 엔진 동력으로 차량을 구동하고 전기모터에 의한 배터리 충전이 병행되므로, 차량 구동을 위한 변속기 입력 토크()는 엔진 토크()와 모터 토크()의 차()가 된다.Further, in Equation (3), since the vehicle is driven by engine power and battery charging by the electric motor is performed in parallel, the transmission input torque for driving the vehicle ( ) Is the engine torque ( ) And motor torque ( ) 'S car )
또한 식(2) 및 식(3)에서, 배터리 충전 여부와 상관없이 엔진과 모터, 변속기는 일체로 회전하므로, 변속기 입력 회전수()는 기본적으로 항상 엔진 회전수() 및 모터 회전수()와 같다().In addition, in equations (2) and (3), the engine, the motor, and the transmission rotate integrally regardless of whether the battery is charged or not. ) Always defaults to engine speed ( ) And motor speed ( Is the same as ).
병렬형 하이브리드 차량에서는 엔진에 전기모터를 직결한 형태로 변속기(CVT:Continuously Variable Transmission)를 통해 바퀴에 동력을 전달하며, 운전자가 액셀레이터 페달을 구동하게 되면 스로틀 밸브는 엔진의 OOL(Optimal Operating Line)에 따라 최대한 개방하고 모자라는 토크(Torque)에 대해서는 배터리 전력에 의한 모터의 구동으로 파워를 지원하고 있다.In a parallel hybrid vehicle, an electric motor is directly connected to the engine, and power is transmitted to the wheels through a continuously variable transmission (CVT). When the driver drives the accelerator pedal, the throttle valve is the engine's OOL (Optimal Operating Line). As a result, the motor is powered by battery power for the torque that is maximum open and low.
이러한 병렬형 하이브리드 차량에서는 운전자가 요구하는 토크가 현재의 차속과 액셀레이터 페달값 등의 변수로부터 결정되면 이를 엔진 토크와 모터 토크의 조합으로 토크를 구현해야 한다.In such a parallel hybrid vehicle, when the torque required by the driver is determined from variables such as the current vehicle speed and the accelerator pedal value, the torque must be implemented by a combination of engine torque and motor torque.
이때, 운전자가 요구하는 토크를 전적으로 엔진 토크에 의해서 만족을 시킬 것인지 아니면 운전자가 요구하는 토크보다 더 큰 토크를 엔진에서 출력되도록 하고 그 잉여분의 토크를 모터 발전에 투입하여 배터리에 전기에너지를 저장하였다가 재사용할 것인지를 결정하는 것이 본 발명의 내용이며, 두 가지 경우에서 한 가지를 선택하는 기준이 위에서 설명한 두 가지의 효율식이 된다.At this time, whether the torque required by the driver is satisfied by the engine torque entirely or the torque greater than the torque required by the driver is output from the engine, and the excess torque is put into the motor generation to store electric energy in the battery. It is the content of the present invention to determine whether to reuse, and in two cases the criterion for selecting one becomes the two efficiency equations described above.
본 발명을 수행함에 있어서, 주 입력변수가 운전자 요구 토크라면 주 출력변수가 엔진 토크, 모터 토크이고, 기타 환경변수는 차속, 액셀레이터 페달값, 엔진 회전수 등이 된다.In carrying out the present invention, if the main input variable is the driver's required torque, the main output variable is the engine torque, the motor torque, and other environmental variables are the vehicle speed, the accelerator pedal value, the engine speed, and the like.
이하, 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 토크 제어 과정에 대해 첨부한 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the torque control process of the hybrid vehicle according to the present invention will be described with reference to FIG. 2.
우선, 차량의 상위 제어기인 HCU(Hybrid Control Unit)가 차속센서와 페달센서로부터 검출 및 입력되는 현재의 차속과 액셀레이터 페달값으로부터 운전자 요구토크(Tq_req)를 계산한 뒤, 충전 없이 엔진 동력으로 차량 구동을 수행하는 경우, 즉 로드 레벨링을 하지 않는 경우와, 엔진 동력으로 차량 구동 및 배터리 충전을 병행하는 경우, 즉 로드 레벨링을 하지 않는 경우에 대하여 각각 효율을 상기 식(2)와 식(3)으로부터 구한다.First, the HCU (Hybrid Control Unit), the upper controller of the vehicle, calculates the driver's required torque (Tq_req) from the current vehicle speed and accelerator pedal values detected and input from the vehicle speed sensor and the pedal sensor, and then drives the vehicle with engine power without charging. For the case of performing the operation, that is, the case of not performing the load leveling, and the case of driving the vehicle and charging the battery at the same time, that is, the case of not performing the load leveling, respectively, the efficiency is calculated from the above equations (2) and (3). Obtain
식(2)에서, 엔진 토크()는 로드 레벨링을 하지 않는 경우의 엔진 토크이므로, 엔진 토크()가 곧 운전자 요구토크()가 된다().In equation (2), the engine torque ( ) Is the engine torque when no load leveling, so the engine torque ( ) Is coming soon Becomes ( ).
또한 식(3)에서, 로드 레벨링을 하는 경우를 가정하므로, 엔진 토크()는 최적 운전점에서의 엔진 토크()이고, 모터 토크()는 최적 운전점에서의 엔진 토크()와 운전자 요구토크()의 차가 된다(). In addition, in equation (3), it is assumed that load leveling is performed. ) Is the engine torque ( ) And the motor torque ( ) Is the engine torque ( ) And driver demand torque ( It becomes the difference of () ).
이후, 구해진 두 효율, 즉 로드 레벨링을 하지 않는 경우의 효율과 로드 레 벨링을 하는 경우의 효율을 비교하여 유리한 조건을 선택하는데, 이때 이면 로드 레벨링 및 배터리 충전을 하지 않고 엔진 동력으로 차량 구동을 수행하며, 이때 엔진 토크는 하기 식(4)에서와 같이 운전자 요구토크에 해당하는 토크값으로 결정되는바, 운전자 요구토크만큼 토크를 출력하도록 엔진이 제어된다. 모터 토크는 0이 된다.Thereafter, an advantageous condition is selected by comparing the obtained two efficiencies, that is, the efficiency when the load leveling is not performed and the efficiency when the load leveling is performed. The vehicle is driven by engine power without load leveling and battery charging, and the engine torque is determined by the torque value corresponding to the driver's required torque as shown in Equation (4) below. The engine is controlled. The motor torque is zero.
(4) (4)
반면, 이면 로드 레벨링을 수행하는바, 이때 엔진은 최적 효율로 운전, 즉 최적 운전점의 토크를 출력하도록 운전되며, 최적 운전점의 엔진 토크에서 운전자 요구토크 이외의 엔진 토크 잉여분은 전기모터를 구동시키는데 사용되어 전기모터에 의해 발전된 전기에너지가 배터리에 저장되도록 한다.On the other hand, In this case, the load leveling is performed. At this time, the engine is operated at the optimum efficiency, that is, outputs the torque of the optimum operating point, and an excess of the engine torque other than the required torque of the driver is used to drive the electric motor. The electrical energy generated by the electric motor is stored in the battery.
이때, 하기 식(5)에서와 같이 엔진 토크 및 모터 토크가 결정되고, 결정된 토크에 따라 엔진 및 모터 구동이 제어되는바, 로드 레벨링 수행시에는 엔진 토크에서 운전자 요구토크 이외의 엔진 토크 잉여분이 배터리가 충전될 수 있게 모터에 전달된다. At this time, the engine torque and the motor torque are determined as shown in Equation (5), and the engine and the motor drive are controlled according to the determined torque. Is delivered to the motor to be charged.
(5) (5)
이와 같이 하여, 본 발명에서는 로드 레벨링을 하는 경우와 로드 레벨링을 하지 않는 경우의 효율식에 따라 각각의 효율을 구한 뒤 상기 두 경우의 효율을 비 교하여 로드 레벨링의 실시 여부를 결정하되, 로드 레벨링을 실시하는 경우의 효율 계산시에 발전된 에너지가 배터리에 저장되었다 재사용되는 경로상의 효율을 고려하여 계산하고, 이러한 경로상의 효율을 고려하여 로드 레벨링의 실시 여부를 결정하도록 함으로써, 종래에 비해 좀더 정확한 로드 레벨링의 실시가 이루어질 수 있게 된다.In this way, in the present invention, after determining the respective efficiency according to the efficiency formula in the case of the load leveling and the non-load leveling, it is determined whether to perform the load leveling by comparing the efficiency of the two cases, The energy generated in the calculation of efficiency is stored in the battery and calculated in consideration of the efficiency on the path to be reused, and the load leveling is determined in consideration of the efficiency on the path, thereby making the load more accurate than before. The implementation of leveling can be made.
도 1은 하이브리드 차량의 엔진 운전점을 나타내고 있는 도면,1 is a diagram showing an engine driving point of a hybrid vehicle,
도 2는 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 토크 제어 과정을 나타낸 도면.2 is a view showing a torque control process of a hybrid vehicle according to the present invention.
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