KR101294054B1 - 하이브리드 차량의 연료 차단 방법 - Google Patents

하이브리드 차량의 연료 차단 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하이브리드 차량의 연료 차단 방법에 관한 것으로, 엔진과 제1모터/제너레이터 및 제2모터/제너레이터를 동력원으로 사용하는 하이브리드 차량에서 상기 엔진과 상기 제1,2 모터/제너레이터로부터 출력되는 동력을 이용하는 하이브리드 차량의 연료 차단 방법에 있어서, 에이피에스(APS)의 온/오프를 확인하는 단계; 상기 APS 오프시 배터리의 충전 제한의 유무를 확인하는 단계; 배터리 충전 제한 상태인 경우에는 변속모드에 따른 마진토크를 설정하는 단계; 및 엔진토크가 상기 설정된 마진토크와 기설정된 엔진 마찰토크의 합과 같아지는 시점에서 연료를 차단하는 단계;를 포함하는 하이브리드 차량의 연료 차단 방법을 제공한다.

Description

하이브리드 차량의 연료 차단 방법{FUEL CUT MEHOD OF HYBRID VEHICLE}
본 발명은 하이브리드 차량의 연료 차단 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 코스팅 주행 진입시 연료를 차단하는 시점을 변속모드에 따라 달리하는 연료 차단 방법에 관한 것이다.
일반적으로 하이브리드 차량은 서로 다른 두 종류 이상의 동력원을 효율적으로 조합하여 차량을 구동시키는 것을 의미한다. 그러나, 대부분의 경우는 연료를 연소시켜 회전력을 얻는 엔진과 배터리 전력으로 회전력을 얻는 모터에 의해 구동하는 차량을 의미한다.
이러한 하이브리드 차량은 엔진뿐만 아니라 전기모터를 보조동력원으로 사용하여 배기가스 저감 및 연비향상을 도모하는 차량으로, 연비를 개선하고 환경친화적인 제품을 개발해야 한다는 시대적 요청에 부응하여 더욱 활발한 연구가 진행되고 있다.
하이브리드 차량은 전기모터의 동력만을 이용하는 순수 전기자동차 모드인 EV(Electric Vehicle) 모드, 엔진의 회전력을 주동력으로 하면서 모터의 회전력을 보조동력으로 이용하는 HEV(Hybrid Electric Vehicle) 모드, 차량의 제동 혹은 관성에 의한 주행시 제동 및 관성 에너지로 상기 모터를 발전시킴으로써 에너지를 회수하여 배터리에 충전하는 회생제동(Regenerative Braking, RB) 모드 등의 주행모드로 주행이 가능하다.
이와 같이 하이브리드 차량에서는 엔진의 기계적 에너지와 배터리의 전기 에너지를 함께 이용하고 엔진과 모터의 최적 작동영역을 이용함은 물론 제동시에는 모터로 에너지를 회수하므로 연비 향상 및 효율적인 에너지 이용이 가능해진다.
도 1은 하이브리드 차량에 적용된 변속기 시스템(Flexible Hybrid Systen, FHS)의 개략도인데, 유성기어세트 2개(20, 30), 클러치 2개(61, 62) 및 브레이크 2개(41, 42)를 사용하여 전진 주행단일 경우 2개의 EVT(Electrical Variable Transmission)모드와 3개의 FG(Fixed Gear) 변속모드를 실현할 수 있다.
도 1의 변속기 시스템에서는 차량 출발시나 저속 주행시에는 모터/제너레이터(51, 52)에 의해서만 구동력을 얻게 되는데, 초기 출발시에는 엔진 효율이 모터/제너레이터(51, 52)의 효율에 비해 떨어지기 때문에 엔진(10)보다는 효율이 좋은 모터/제너레이터(51, 52)를 사용하여 차량의 초기 출발(차량 발진)을 시작하는 것이 차량의 연비 측면에서 유리하다. 차량 출발 후에는 ISG(미도시)가 엔진(10)을 시동하여 엔진 출력과 모터/제너레이터(51, 52)의 출력을 동시에 이용할 수 있도록 한다.
한편, 하이브리드 차량은 앞서 설명한 바와 같이 주행 중 제동을 할 경우에 회생제동 모드로 진입하는데, 도 3에 도시된 바와 같이, 제2모터/제너레이터(52)는 회전방향의 역방향 토크(충전토크)를 발생시키며, 이로 인하여 전기 에너지의 발전이 일어난다. 즉, 제2모터/제너레이터(52)가 차량의 회생 에너지 등을 이용해 발전을 수행하여 고전압 배터리(70)를 충전시키며, 이 경우에 모터는 충전토크가 인가된 상태로 회전을 하게 된다.
상기 충전토크는 제2모터/제너레이터(52)가 차량의 진행방향과 반대방향의 토크를 가하는 것을 의미한다.
도 2는 APS(accel-pedal position sensor) 오프(off)시 차속과 토크의 관계를 나타낸 그래프로서, 도 1의 변속기 시스템의 각 변속모드 별로 코스팅(coasting) 주행시 토크를 나타낸 것이다. 주행 중 운전자가 가속페달을 밟지 않는 코스팅 주행을 할 경우 일반 가솔린 차량은 엔진의 관성력을 이용해 차량을 구동하고 엔진(10)에는 관성토크(coasting 토크)가 작용하게 된다.
그러나, 도 1의 변속기 시스템의 경우에는 코스팅 주행시 차량의 구동력을 이용하여 배터리(70)를 충전하기 위해 엔진(10)을 정지시키고, 가솔린과 동일한 감속감을 주기 위해 제2모터/제너레이터(52)로 관성토크에 상응하는 충전토크를 발생시키게 된다. 그러나, 배터리(70)를 충전할 수 없는 배터리 충전제한과 같은 제약상황이 발생하여 제2모터/제너레이터(52)가 더 이상 충전토크를 못 내게 되면 관성토크를 만족시킬 수 없게 되는 문제가 있다.
본 발명의 실시예들은 하이브리드 차량의 변속모드에 따라 코스팅 주행시 연료를 차단하는 시점을 차별화하는 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예들은 하이브리드 차량의 배터리를 충전할 수 없는 경우에 패시브 런으로 엔진을 제어하는 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예들은 하이브리드 차량의 변속모드에서 코스팅 주행시 엔진토크가 운전성에 미치는 영향에 따라 연료를 차단하는 시점을 차별화하는 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예들은 엔진토크가 엔진 마찰토크와 변속모드별 마진토크의 합보다 작은 경우에 연료를 차단하는 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서는 엔진과 제1모터/제너레이터 및 제2모터/제너레이터를 동력원으로 사용하는 하이브리드 차량에서 상기 엔진과 상기 제1,2 모터/제너레이터로부터 출력되는 동력을 이용하는 하이브리드 차량의 연료 차단 방법에 있어서, 에이피에스(APS)의 온/오프를 확인하는 단계; 상기 APS 오프시 배터리의 충전 제한의 유무를 확인하는 단계; 배터리 충전 제한 상태인 경우에는 변속모드에 따른 마진토크를 설정하는 단계; 및 엔진토크가 상기 설정된 마진토크와 기설정된 엔진 마찰토크의 합과 같아지는 시점에서 연료를 차단하는 단계;를 포함하는 하이브리드 차량의 연료 차단 방법이 제공될 수 있다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서는 상기 마진토크는 엔진토크가 출력토크에 미치는 영향에 따라 결정될 수 있다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서는 상기 마진토크는 엔진토크가 출력토크에 미치는 영향에 반비례하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서는 상기 출력토크에 미치는 영향은 변속모드의 기어비에 따라 달라질 수 있다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서는 상기 제1모터/제너레이터에 의해 방전토크를 발생시켜 엔진을 구동시키고, 제2모터/제너레이터에 의해 충전토크를 발생시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서는 상기 제1모터/제너레이터의 방전토크에 의해 제2모터/제너레이터가 충전되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서는 배터리의 충전이 가능한 경우에는 엔진을 정지시키고, 제2모터/제너레이터로 코스팅(coasting) 토크에 상응하는 충전토크를 발생시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서는 상기 엔진토크가 상기 설정된 마진토크와 엔진 마찰토크의 합보다 큰 경우에는 연료를 계속 분사하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 엔진토크가 엔진 마찰토크와 마진토크의 합보다 작아지는 시점에서 연료를 차단함으로써 연료의 소모를 줄일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 마진토크를 변속모드별로 차별화하여 변속모드에 맞는 연료 차단 시점을 달리함으로써 연비를 향상시킬 수 있다.
도 1은 일반적인 변속기 시스템의 개념도이다.
도 2는 APS 오프시 차속과 토크의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 3은 도 1의 EVT1 모드에서의 코스팅 주행시의 레버선도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 EVT1, EVT2 모드에서의 코스팅 주행시의 레버선도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 FG모드에서의 코스팅 주행시의 레버선도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 변속모드별 연료 차단 시점을 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 연료 차단 시점을 나타내는 순서도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 위주로 설명하되, 종래기술에서와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 사용한다.
이러한 실시예는 본 발명에 따른 일실시예로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현할 수 있으므로, 본 발명의 권리범위는 이하에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다 할 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면 속도가 어느 정도 높은 상태에서(30km/h이상) 브레이크 페달과 액셀 페달을 모두 밟지 않은 상태로 둘 경우, 차량이 서서히 감속하게 되는 코스팅(coasting) 주행시 차량의 구동력을 이용하여 배터리(70)를 충전하기 위하여 엔진(10)을 제어함으로써 코스팅 토크(관성토크)를 만족시키는 방법이 제공된다. 즉, 패시브 런(passive run)에 의해 제어함으로써 상기 제1모터/제너레이터(51)의 구동력(즉, 배터리에 의한 방전토크)을 이용하여 연료를 소모하지 않고 엔진(10)을 구동시키고, 그에 따라 엔진(10)에 마찰토크를 발생시켜 이를 구동축에 전달함으로써 코스팅 토크를 만족시킨다.
이 때, 제2모터/제너레이터(52)는 상기 제1모터/제너레이터(51)의 방전토크에 상응하는 충전토크를 발생시켜 결과적으로는 배터리(70)와 연료를 소모하지 않고 코스팅 주행시와 동일한 토크가 구동축에 전달되게 되는 것이다.
상기와 같은 코스팅 주행에서는 연료를 분사하는 타모드에서 코스팅 주행으로 진입시 연료를 차단하는 시점이 중요한데, 그 이유는 연료를 차단하는 시점이 운전성에 영향을 미치기 때문이다.
이를 위하여 본 발명의 실시예에서는 먼저 APS(accel-pedal position sensor)가 on상태인지 off상태인지를 확인해야 한다. 이는 본 발명의 실시예가 APS가 off상태인 경우에 적용되는 방법이기 때문이다.
상기 APS가 off상태라면 배터리(70)의 충전이 가능한 상태인지를 확인해야 한다. 배터리(70)의 충전이 가능한 상태라면 제2모터/제너레이터(52)에서 충전토크를 발생시키면 되기 때문이다. 그러나, 배터리(70)를 충전할 수 없는 상태라면 변속모드별로 마진토크를 설정한다.
종래에는 엔진토크가 엔진의 마찰토크만큼 떨어진 시점에서 연료를 차단하였다. 이는 엔진토크가 마찰토크보다 클 때 연료를 차단하게 되면 쇼크(shock)가 발생하여 운전성에 나쁜 영향을 미치기 때문이다.
그러나, 본 발명의 실시예에 따르면 운전성에 영향을 미치지 않는 토크 범위인 마진토크(margin torque)와 마찰토크를 고려하여 연료를 차단하는 시점을 변속모드별로 차별화하도록 하였다. 즉, 엔진토크가 상기 설정된 마진토크와 기설정된 엔진 마찰토크와의 합과 같아지는 시점에서 연료를 차단하여 연료의 소모를 줄일 수 있도록 하였다.
이 때, 변속기 시스템에서의 변속모드에 따라 엔진토크가 구동축으로 출력되는 토크에 미치는 영향이 달라지는데, 이는 각각의 변속모드의 기어비(R1 또는 R2)에 따라 엔진토크가 운전성에 미치는 영향이 다르기 때문이다.
보다 구체적으로는 상기 마진토크는 엔진토크가 출력토크에 미치는 영향에 반비례한다.
이하에서는, 도 1의 변속기 시스템에서의 변속모드에 따른 마진토크에 대하여 설명한다. 도 1의 변속기 시스템에서는 제2브레이크(41)만 체결된 상태인 EVT1 모드, 제2클러치(62)만 체결된 상태인 EVT2 모드, 제2브레이크(41)와 제1클러치(61)가 체결된 상태인 FG1 모드, 제1클러치(61)와 제2클러치(62)가 체결된 상태인 FG2 모드, 제2클러치(62)와 제1브레이크(40)가 체결된 상태인 FG3 모드가 수행될 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 다른 고정기어 모드(FG1, FG2, FG3)의 레버선도이다.
도 5의 a는 FG1 모드의 경우인데, 출력토크(Tout)와 엔진토크(Teng)와의 관계식은 다음과 같다.
(1 + R2)Teng = Tout ---------(1)
이 때, 1+R2는 엔진토크가 출력토크에 미치는 영향을 의미하는데, 출력토크는 엔진토크보다 더 커짐을 알 수 있다.
마진토크란 운전성에 미치지 않는 토크의 범위를 말하는데 다음과 같이 표현될 수 있다.
마진토크 = (1/엔진토크의 영향)*마진토크 기준치 -----(2)
상기 마진토크는 운전성에 영향을 미치지 않도록 하는 토크이므로 엔진토크가 출력토크에 미치는 영향이 클수록 마진토크는 작아진다. 즉, 마진토크는 엔진토크의 영향에 반비례하게 되어 출력토크에 대한 엔진토크의 영향이 클수록 운전성에 미치는 영향도 커지기 때문에 마진토크의 크기는 작아지나, 출력토크에 대한 엔진토크의 영향이 작을수록 운전성에 미치는 영향이 작아지므로 마진토크의 크기는 커지게 된다.
결국, 도 5의 a의 경우의 마진토크는 {1/(1+R2)}*마진토크 기준치가 된다. 이 때, 상기 마진토크 기준치는 변속기 시스템에 따라 결정되는 값이다.
이에 반해, 도 5의 b는 FG2 모드의 레버선도로 토크 관계식이 Teng = Tout 이므로 마진토크는 마진토크 기준치와 동일한 값을 갖는다. 즉, FG2 모드에서는 엔진토크가 출력토크에 미치는 영향은 1이 되는 것이다. 이는 엔진토크가 그대로 출력으로 변환됨을 의미한다.
또한, 도 5의 c는 FG3 모드의 레버선도로 토크 관계식이 ((1+R2)/(1+R1+R2))Teng = Tout 이므로 마진토크는 {(1+R1+R2)/(1+R2)}*마진토크 기준치가 된다. 즉, 이 때의 엔진토크가 출력토크에 미치는 영향은 (1+R2)/(1+R1+R2)이다. 이 때는 출력토크가 엔진토크보다 더 작아지게 된다.
도 4의 a, b는 각각 본 발명의 실시예에 따른 EVT1, EVT2 모드에서의 코스팅 주행시의 레버선도인데, EVT1 모드에서의 토크 관계식은 {(1+R2)/(1+R1)} Teng = Tout이다. 따라서, 이 때의 마진토크는 {(1+R1)/(1+R2)}*마진토크 기준치가 된다.
그러나, EVT2 모드에서는 브레이크가 체결되어 있지 않아, 제1,2모터/제너레이터에 인가되는 값에 따라 엔진토크의 영향이 달라지므로, 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
상기에서 알 수 있듯이 변속모드별로 마진토크의 값이 달라지므로 운전성에 영향을 미치지 않으면서 연료를 차단하는 시점을 차별화할 수 있는 것이다. 이에 대해서는 도 6에서 설명한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 변속모드별 연료 차단 시점을 차별화한 것을 나타낸 그래프인데, 엔진토크의 값이 엔진 마찰토크와 동일한 값인 경우에 연료를 차단하던 종래의 방식과는 달리 엔진 마찰토크에 변속모드별 마진토크의 합과 같아지는 시점에서 연료를 차단하게 되어 연료를 보다 먼저 차단하게 된다. 즉, 변속모드에 따라 마진토크의 값이 달라지므로 변속모드에 따라 연료를 차단하는 시점이 달라지게 되는 것이다. 그리고, 마진토크의 크기만큼 먼저 연료를 차단하게 된다.
상기와 같이, 변속모드별로 연료를 차단하는 시점을 달리 함으로써 연료 소모를 줄일 수 있어 연비를 향상시킬 수가 있다. 다만, 마진토크의 값은 소정의 값(마진토크 최대값)보다는 작도록 설정된다. 즉, 설정된 마진토크의 값에 따라 항상 연료를 차단하는 시점을 앞당길 수 있는 것이 아니라, 운전성에 영향을 미치지 않는 한도인 마진토크 최대값에 의해 적용되는 마진토크의 값이 제한된다.
이 때, 제1모터/제너레이터(51)에서는 마찰토크를 발생시켜 엔진을 구동시키고, 제2모터/제너레이터(52)에서는 충전토크를 발생시키는데, 상기 마찰토크와 충전토크의 크기는 동일하도록 한다.
상기에서 설명한 것은 코스팅(coasting) 주행시 배터리의 충전이 제한되는 경우에 대한 것인데, 만약 배터리의 충전이 가능한 상태라면 엔진(10)을 정지시키고 제2모터/제너레이터(52)로 코스팅 토크에 상응하는 충전토크를 발생시키면 된다.
또한, 엔진토크 이 상기 설정된 마진토크와 엔진 마찰토크의 합보다 큰 경우에는 연료를 계속하여 분사하여 엔진이 정지되는 것을 방지한다. 연료를 계속 분사하다가 엔진토크 이 마진토크와 엔진 마찰토크의 합과 같아지는 시점에서 연료를 차단한다.
이하에서는, 도 7을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 연료 차단하는 방법에 대하여 설명한다.
먼저, 하이브리드 차량에서의 변속모드에 따른 마진토크를 상기와 같은 방법에 의하여 결정(S10)하고, 코스팅 주행시 제2모터/제너레이터(52)의 충전이 제한되는 상태인지를 판단하여 엔진 제어 모드인 패시브 런(passive run)으로 진입할 것인지를 판단(S20)한다.
이 때, 패시브 런(passive run)으로의 진입은 제2모터/제너레이터(52)의 충전이 제한되는 경우에 한한다. 상기의 패시브 런으로 제어하는 경우에는 엔진토크의 지령값과 마찰토크 및 마진토크의 합과 비교(S30)한다. 상기 패시브 런이란 제1모터/제너레이터(51)의 구동력을 이용하여 연료소모 없이 엔진(10)을 구동시키고, 그에 따라 엔진에 마찰토크를 발생시켜 이를 구동축에 전달함으로써 코스팅 토크를 만족시키는 엔진 제어 방식이다.
상기 비교에 의하여 엔진토크의 값이 마찰토크와 마진토크의 합과 같아지는 시점에서 연료를 차단한다.(S40)
상기 엔진토크의 값이 마찰토크 및 마진토크의 합보다 큰 경우에는 계속하여 연료를 주입하여 엔진(10)이 정지되지 않도록 한다.
상기에서는 도 1의 변속기 시스템을 위주로 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 모터/제너레이터가 두 개 이상인 모든 하이브리드 차량에 적용가능하다.
또한, 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.
10: 엔진
20: 제1유성기어세트
30: 제2유성기어세트
40: 제1브레이크
41: 제2브레이크
51: 제1모터/제너레이터
52: 제2모터/제너레이터
61: 제1클러치
62: 제2클러치
70: 배터리
80: 출력토크

Claims (8)

  1. 엔진과 제1모터/제너레이터 및 제2모터/제너레이터를 동력원으로 사용하는 하이브리드 차량에서 상기 엔진과 상기 제1,2 모터/제너레이터로부터 출력되는 동력을 이용하는 하이브리드 차량의 연료 차단 방법에 있어서,
    에이피에스(APS)의 온/오프를 확인하는 단계;
    상기 APS 오프시 배터리의 충전 제한의 유무를 확인하는 단계;
    배터리 충전 제한 상태인 경우에는 변속모드에 따른 마진토크를 설정하는 단계; 및
    엔진토크가 상기 설정된 마진토크와 기설정된 엔진 마찰토크의 합과 같아지는 시점에서 연료를 차단하는 단계;
    를 포함하는 하이브리드 차량의 연료 차단 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 마진토크는 엔진토크가 출력토크에 미치는 영향에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 연료 차단 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 마진토크는 엔진토크가 출력토크에 미치는 영향에 반비례하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 연료 차단 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 출력토크에 미치는 영향은 변속모드의 기어비에 따라 달라지는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 연료 차단 방법.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 제1모터/제너레이터에 의해 방전토크를 발생시켜 엔진을 구동시키고, 제2모터/제너레이터에 의해 충전토크를 발생시키는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 연료 차단 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1모터/제너레이터의 방전토크에 의해 제2모터/제너레이터가 충전되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 연료 차단 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    배터리의 충전이 가능한 경우에는 엔진을 정지시키고, 제2모터/제너레이터로 코스팅(coasting) 토크에 상응하는 충전토크를 발생시키는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 연료 차단 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 엔진토크가 상기 설정된 마진토크와 엔진 마찰토크의 합보다 큰 경우에는 연료를 계속 분사하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 연료 차단 방법.
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