KR101284345B1 - 하이브리드 차량의 엔진 토크 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 엔진 대상 시험에 기준이 된 흡기온도와 대기압 보정요소를 포함한 매핑 정보를 입력 받는 단계와, 상기 매핑 정보에 현재 엔진에서 계산한 흡기온도와 대기압 보정요소를 고려하여 상기 엔진의 현재 가용 토크를 계산하는 단계 및 상기 엔진의 현재 가용 토크에 상기 엔진 대상 시험에서의 RPM별 최적운전곡선의 비율을 적용하여 현재 엔진에서 최적운전곡선(OOL) 토크를 산출하는 단계를 포함하 하는 하이브리드 차량의 엔진 토크 제어 방법에 관한 것으로서 본 발명에 의하면 현재 하이브리드 차량의 외부 상황을 반영하여 최적 토크로 엔진을 제어함으로써 연비를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

하이브리드 차량의 엔진 토크 제어 방법{METHOD FOR CONTROLLING TORQUE OF ENGINE}
본 발명은 하이브리드 차량의 엔진 토크 제어 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 엔진의 토크를 제어함으로써 차량의 연비를 개선하는 하이브리드 차량의 엔진 토크 제어 방법에 관한 것이다.
최근 석유 자원의 고갈과 환경 문제 등으로 인하여 자동차의 연료 소비 절감이 중요한 과제로 대두되고 있다. 이러한 연료 소비의 감소를 위한 방안으로는 크게 차량의 경량화, 배기가스 절감 및 연비의 향상 등의 방법이 있다.
특히, 연비 향상의 경우 엔진이 최저 연비 상태에서 운전되도록 제어할 수 있도록 제어한다면 연비효율 향상을 도모할 수 있다.
이와 관련해서 종래 하이브리드 차량(Hibrid Electric Vehicle, HEV)의 경우 일반적으로 설정된 엔진 RPM에서 최적운전점(Optimal Operating Line, OOL)으로 운전하도록 엔진의 토크를 제어하고 있고, HCU(Hibrid Control Unit)은 엔진의 최적운전점 조건에서 모터의 적절한 토크 분배를 통하여 엔진의 연비 효율 향상을 도모하고 있다.
도 1은 하이브리드 차량 엔진의 연료소비율(SFC) 맵(Map)의 실시예를 도시한 도면이다.
도 1 (a)에 도시된 바와 같이 하이브리드 차량의 경우 엔진의 연료소비율(Specific Fuel Consumption, SFC)이 낮은 영역(예, 1500~2500RPM, 600kPa 영역)에서 운전하는 것이 유리하므로, 종래기술의 HCU는 동일한 파워를 출력하는데 있어서, SFC가 낮은 영역에서 운전하도록 엔진에 토크 지령치를 주게 된다.
그러나 HCU에서 HEV 차량의 연비 향상을 위하여 도 1 (a)에 도시된 맵의 데이터를 이용하게 되면 문제가 발생한다. 도 1 (a)에 도시된 SFC 맵 데이터는 엔진 대상 시험을 통해 얻은 데이터로서 엔진 대상 시험시에는 정적인 조건만 고려하게 되므로, 실제 차량 시험 조건과는 달라지게 되므로 실제 차량에 적용할 경우에는 차이가 발생함으로써 연비 효율이 저하되는 문제가 발생한다.
예를 들어, 상기 도 1 (a)의 SFC 맵 데이터는 엔진 대상 시험시에 냉각수온(TCO)과 오일온(TOIL)은 엔진이 풀웜업(Full Warm-up) 된 90도 근방에서의 시험 결과로서 냉각수온과 오일온도가 풀웜업(Full Warm-up) 되어 엔진 자체의 토크 손실(Loss)은 가장 작게 된 상태에서 시험한 데이터이다.
그러나 실제 차량에서는 FTP시험시 25도에서 시작하여 엔진 풀웜업(Full Warm-up)까지는 10 분 이상의 시간이 소요되며, 특히 HEV의 경우 빈번한 엔진 온/오프(On/Off)로 인해 풀웜업(Full Warm-up) 상태를 계속 유지 하기도 어렵다.
도 1 (b)의 맵 데이터는 실제 차량 운전 상황의 일 실시예로서, 엔진이 풀웜업 되지 않아서 엔진 자체 손실이 10Nm 증가된 상태의 SFC 맵이다. 이를 도 1 (a)의 맵 데이터와 비교하게 되면 SFC가 낮은 영역의 위치가 서로 차이가 있음을 알 수 있다.
따라서, 종래기술의 HCU는 도 1 (a)과 같은 엔진 대상 시험 데이터만을 이용하게 되므로 도 1 (b)와 같은 다양한 실제 차량 운전시의 상황을 고려할 수 없는 문제가 있다. 따라서, 종래기술에 따르면 실제 차량 운전에 있어서, 최적의 효율로서 차량을 운행할 수 없게 되어 연비가 저하되는 문제가 발생된다.
본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 실제 차량 운전시의 상황을 고려하여 최적의 효율로 엔진의 토크를 제어함으로써 차량의 연비를 개선할 수 있는 하이브리드 차량의 엔진 토크 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 과제를 해결하기 위한 수단으로서 본 발명의 실시예에서는 하이브리드 차량의 엔진 토크 제어 방법을 제공한다. 몇몇 실시예에서, 상기 하이브리드 차량의 엔진 토크 제어 방법은 엔진 대상 시험에 기준이 된 흡기온도와 대기압 보정요소를 포함한 매핑 정보를 입력 받는 단계; 상기 매핑 정보에 현재 엔진에서 계산한 흡기온도와 대기압 보정요소를 고려하여 상기 엔진의 현재 가용 토크를 계산하는 단계; 및 상기 엔진의 현재 가용 토크에 상기 엔진 대상 시험에서의 RPM별 최적운전곡선의 비율을 적용하여 현재 엔진에서 최적운전곡선(OOL) 토크를 산출하는 단계; 를 포함하고, 상기 엔진 대상 시험은 연료소비율(SFC) 맵을 생성하기 위하여 특정 조건 하에서 실시되는 시험인 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 엔진의 현재 가용 토크(A)는 하기의 수학식1에 의해 계산하는 것을 특징으로 할 수 있다.
<수학식1>
A = (B + C) * D / E
(상기 수학식1에서 상기 B는 엔진 대상 시험시 엔진 RPM별 최대 토크이며, 상기 C는 엔진 대상 시험시 손실 토크이고, 상기 D는 상기 현재 엔진에서 계산한 흡기온도와 대기압 보정치이고, 상기 E는 상기 엔진 대상 시험에서 계산한 흡기온도와 대기압 보정치이다.)
상기 현재 엔진에서 최적운전곡선(OOL) 토크(T)는 하기의 수학식2에 의해 계산하할 수 있다.
<수학식2>
T = A * R - L
(수학식2에서 A는 상기 엔진의 현재 가용 토크이고, R은 상기 엔진 대상 시험에서의 RPM별 최적운전곡선(OOL) 비율이며, L은 현재 엔진 조건에서의 토크 손실이다.)
상기 매핑 정보는 상기 엔진 대상 시험에서 기준이 된 대기압, 엔진의 RPM별 최대 토크 및 손실 토크 정보를 포함할 수 있다.
상기 현재 엔진의 흡기온도와 대기압 보정요소는 흡기온도 센서 및 대기압 센서에서 측정된 정보를 이용하여 계산할 수 있다.
상기 흡기온도와 대기압 보정요소를 포함한 매핑 정보는 HCU(Hybrid Control Unit) 내에 테이블로 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 엔진 제어 방법에 따르면 SFC 맵을 생성함에 있어서 HCU가 현재 엔진의 외부조건(흡기온도, 대기압 등)을 고려하여 최적운전곡선(OOL) 토크를 산출할 수 있게 되므로 다양한 외부 상황을 반영하여 최적의 연비로 차량을 운행할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 하이브리드 차량 엔진의 연료소비율(SFC) 맵(Map)의 실시예를 도시한 도면이다
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 엔진 제어 방법의 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 엔진 제어 방법의 로직을 도시한 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 엔진 토크 제어 방법의 흐름도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 엔진 토크 제어 방법의 로직을 도시한 도면이다.
도 2 내지 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 엔진 토크 제어 방법의 경우 엔진 대상 시험에 기준이 된 흡기온도와 대기압 보정요소를 포함한 매핑 정보를 입력 받는 단계(S10)와, 상기 매핑 정보에 현재 엔진에서 계산한 흡기온도와 대기압 보정요소를 고려하여 상기 엔진의 현재 가용 토크를 계산하는 단계(S20) 및 상기 엔진의 현재 가용 토크에 상기 엔진 대상 시험에서의 RPM별 최적운전곡선의 비율을 적용하여 현재 엔진에서 최적운전곡선(OOL) 토크를 산출하는 단계(S30)를 포함한다.
상기 S10 단계는 엔진 대상 시험에서 기준으로 계산된 흡기온도와 대기압 보정요소(Factor)를 포함한 매핑 정보를 입력 받는 단계이다(S10).
상기 엔진 대상 시험은 도 1 (a)에 실시예로 도시된 바와 같은 연료소비율(Specific Fuel Consumption, SFC) 맵을 생성하기 위하여 특정 조건 하에서 실시되는 시험으로서 하이브리드 차량의 HCU는 동일한 파워를 출력하는데 있어서, SFC가 낮은 영역에서 운전하도록 엔진에 토크 지령치를 주게 된다.
그러나, 상기 엔진 대상 시험은 특정 조건 하에서 실시되는 시험으로서 현재 차량의 조건은 반영되지 않는 시험이다. 예를 들어, 엔진 대상 시험은 냉각수온도(TCO)와 오일온도(TOIL)가 엔진이 풀웜업(Full Warm-up)된 상태의 90℃ 정도이고, 대기압과 흡기온도도 소정 범위 내에 속하는 상태에서 실시되는 시험이므로 현재 주행 중이거나 주, 정차 중인 하이브리드 차량의 다양한 외부 상황은 전혀 반영되지 않는다.
하나 또는 다수의 실시예에서 상기 매핑 정보는 흡기온도와 대기압 보정요소, 대기압, 엔진의 RPM별 최대 토크 및 손실 토크 정보를 포함할 수 있다.
그리고 상기 흡기온도와 대기압 보정요소, 엔진의 RPM별 최대 토크 및 손실 토크 정보를 포함한 매핑 정보는 HCU(Hybrid Control Unit) 내에 테이블로 구성될 수 있다.
연료소비율(Specific Fuel Consumption, SFC)은 엔진이 일을 할 때 얼마나 효과적으로 연료를 사용하는가를 나타내는 척도로 연료의 유량을 출력으로 나누어 나타낸다. 엔진의 경제성을 나타내는 척도로서, 단위 시간에 단위 출력당 얼마만큼의 연료를 소비하는가로 표시된다.
엔진 성능곡선에 축 출력, 축 토크와 함께 도시되며 엔진의 성능(level)을 비교할수 있는 요소(Factor)이다.
본 발명의 실시예에 따르면 현재 차량의 상황을 반영 하기 위하여 도 2에 도시된 바와 같이 상기 매핑 정보에 현재 엔진에서 계산한 흡기온도와 대기압 보정요소를 고려하여 상기 엔진의 현재 가용 토크(A)를 계산한다(S20).
상기 엔진의 현재 가용 토크(A)는 현재의 환경 조건에서 엔진이 출력 가능한 토크로서 현재 엔진에 장착된 흡기온도 센서와 대기압 센서로부터 수신된 정보를 이용하여 계산할 수 있다.
하나 또는 다수의 실시예에서 상기 엔진의 현재 가용 토크(A)는 하기의 수학식1에 의해 계산할 수 있다.
Figure 112011097669698-pat00001
상기 수학식1에서 상기 B는 엔진 대상 시험시 엔진 RPM별 최대 토크이며, 상기 C는 엔진 대상 시험시 손실 토크이고, 상기 D는 상기 현재 엔진에서 계산한 흡기온도와 대기압 보정치이고, 상기 E는 상기 엔진 대상 시험에서 계산한 흡기온도와 대기압 보정치이다.
상기 S30 단계에서는 도 2에 도시된 바와 같이 상기 엔진의 현재 가용 토크에 상기 엔진 대상 시험에서의 RPM별 최적운전곡선의 비율을 적용하여 현재 엔진에서 최적운전곡선(OOL)의 토크를 산출한다(S30).
하나 또는 다수의 실시예에서 상기 엔진의 현재 가용 토크를 확인한 후 엔진의 자체 손실 토크를 제외시킴으로서 현재 환경 조건에서의 엔진의 최대 토크를 알 수 있다.
엔진의 최대 토크와 최적운전곡선(Optimal Operating Line, OOL) 토크는 상호간에 몇 %라는 매핑 값을 가지므로, HCU에서 이를 이용하여 상기 현재 환경 조건에서의 엔진 최대 토크로부터 현재 환경 조건에서의 최적운전곡선(Optimal Operating Line, OOL) 토크를 자동적으로 계산할 수 있다.
현재 환경 조건에서의 최적운전곡선(Optimal Operating Line, OOL) 토크(T)를 산출하게 되면, HCU에서 이를 이용하여 토크를 분배하게 된다.
하나 또는 다수의 실시예에서 상기 현재 엔진에서 최적운전곡선(OOL) 토크(T)는 하기의 수학식2에 의해 계산하는 것을 특징으로 할 수 있다.
Figure 112011097669698-pat00002
상기 수학식2에서 A는 상기 엔진의 현재 가용 토크이고, R은 상기 엔진 대상 시험에서의 RPM별 최적운전곡선(OOL) 비율이며, L은 현재 엔진 조건에서의 토크 손실이다.
다른 하나 또는 다수의 실시예에서는 상기 수학식2를 변형하여 수학식3을 이용하여 상기 현재 엔진에서 최적운전곡선(OOL) 토크(T)를 계산할 수도 있다.
Figure 112011097669698-pat00003
상기 수학식2에서 A는 상기 엔진의 현재 가용 토크이고, R은 상기 엔진 대상 시험에서의 RPM별 최적운전곡선(OOL) 비율이며, L은 현재 엔진 조건에서의 토크 손실이다.
수학식2와 수학식3은 현재 엔진 조건에서의 토크 손실(L)을 제외하는 순서에서 차이가 있다.
상기 수학식2는 엔진 대상 시험에서의 RPM별 최적운전곡선(OOL) 비율(R)을 엔진의 현재 가용 토크(A)에 적용한 후 현재 엔진 조건에서의 토크 손실(L) 값을 제외시키고, 상기 수학식 3은 엔진의 현재 가용 토크(A)에서 현재 엔진 조건에서의 토크 손실(L)을 제외시킨 이후에 상기 엔진 대상 시험에서의 RPM별 최적운전곡선(OOL) 비율(R)을 적용시킨다.
하이브리드 차량의 성능이나 구조 또는 외부환경을 고려하여 상기 수학식2와 상기 수학식3 중에서 선택하여 적용할 수 있을 것이다.
상기와 같은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 엔진 제어 방법에 따르면 SFC 맵을 생성함에 있어서 HCU가 현재 엔진의 외부조건(흡기온도, 대기압 등)을 고려하여 최적운전곡선(OOL) 토크를 산출할 수 있게 되므로 다양한 외부 상황을 반영하여 최적의 연비로 차량을 운행할 수 있게 된다.
또한, 상기와 같이 HCU가 엔진의 외부조건을 고려한 운전점 전략을 구성하게 되면 엔진 자체 특성을 고려한 로직 개발도 가능하게 된다. 엔진의 경우 엔진 대상 시험시 엔진 RPM/토크에 따라 엔진의 부분부하(Part Load) / 전부하(Full Load) 설정하게 되고, 일반적으로 부분부하(Part Load)는 배기가스 우선으로 매핑하고, 전부하(Full Load)는 동력성능을 우선으로 매핑하게 된다. 따라서, 배기가스 인증 시험시에는 차량의 배출가스가 적게 나오는 엔진 부분부하(Part Load) 이하에서 엔진 운전점을 결정하도록 하고, 가속성능 시험시에는 엔진이 전부하(Full Load)가 되도록 할 수 있다. 이를 결정하기 위해서는 HCU에서 엔진의 부분부하와 전부하의 경계를 알아야 하며 이 경계 또한 엔진의 외부 조건에 따라 변하므로 HCU에서 본 발명의 실시예에 따른 엔진 제어 방법을 적용하여 엔진의 외부조건을 고려한 운전점 결정 로직을 개발하게 되면 엔진에게 요구하는 토크를 배기 우선/동력 우선으로 결정 할 수 있다.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
A: 엔진의 현재 가용 토크
B: 엔진 대상 시험시 엔진 RPM별 최대 토크
C: 엔진 대상 시험시 손실 토크
D: 현재 엔진에서 계산한 흡기온도와 대기압 보정치
E: 엔진 대상 시험에서 계산한 흡기온도와 대기압 보정치
T: 엔진에서 최적운전곡선(OOL) 토크
R: 엔진 대상 시험에서의 RPM별 최적운전곡선(OOL) 비율
L: 현재 엔진 조건에서의 토크 손실

Claims (6)

  1. 하이브리드 차량의 엔진 토크 제어 방법에 있어서,
    엔진 대상 시험에 기준이 된 흡기온도와 대기압 보정요소를 포함한 매핑 정보를 입력 받는 단계;
    상기 매핑 정보에 현재 엔진에서 계산한 흡기온도와 대기압 보정요소를 고려하여 상기 엔진의 현재 가용 토크를 계산하는 단계; 및
    상기 엔진의 현재 가용 토크에 상기 엔진 대상 시험에서의 RPM별 최적운전곡선의 비율을 적용하여 현재 엔진에서 최적운전곡선(OOL) 토크를 산출하는 단계;
    를 포함하고, 상기 엔진 대상 시험은 연료소비율(SFC) 맵을 생성하기 위하여 특정 조건 하에서 실시되는 시험인 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 엔진 토크 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 엔진의 현재 가용 토크(A)는 하기의 수학식1에 의해 계산하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 엔진 토크 제어 방법.
    <수학식1>
    A = (B + C) * D / E
    (상기 수학식1에서 상기 B는 엔진 대상 시험시 엔진 RPM별 최대 토크이며, 상기 C는 엔진 대상 시험시 손실 토크이고, 상기 D는 상기 현재 엔진에서 계산한 흡기온도와 대기압 보정치이고, 상기 E는 상기 엔진 대상 시험에서 계산한 흡기온도와 대기압 보정치이다.)
  3. 제2항에 있어서,
    상기 현재 엔진에서 최적운전곡선(OOL) 토크(T)는 하기의 수학식2에 의해 계산하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 엔진 토크 제어 방법.
    <수학식2>
    T = A * R - L
    (수학식2에서 A는 상기 엔진의 현재 가용 토크이고, R은 상기 엔진 대상 시험에서의 RPM별 최적운전곡선(OOL) 비율이며, L은 현재 엔진 조건에서의 토크 손실이다.)
  4. 제1항에 있어서,
    상기 매핑 정보는 상기 엔진 대상 시험에서 기준이 된 대기압, 엔진의 RPM별 최대 토크 및 손실 토크 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 엔진 토크 제어 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 현재 엔진의 흡기온도와 대기압 보정요소는 흡기온도 센서 및 대기압 센서에서 측정된 정보를 이용하여 계산하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 엔진 토크 제어 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 흡기온도와 대기압 보정요소를 포함한 매핑 정보는 HCU(Hybrid Control Unit) 내에 테이블로 구성되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 엔진 토크 제어 방법.
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