KR101393543B1

KR101393543B1 - 하이브리드 자동차의 엔진 기동 제어 방법 및 시스템

Info

Publication number: KR101393543B1
Application number: KR1020120110933A
Authority: KR
Inventors: 박태욱; 최용각; 박일권
Original assignee: 기아자동차 주식회사; 현대자동차 주식회사
Priority date: 2012-10-05
Filing date: 2012-10-05
Publication date: 2014-05-09
Also published as: KR20140044675A; CN103707879B; CN103707879A; US9145134B2; US20140100730A1; DE102012224435A1

Abstract

본 발명은 하이브리드 자동차에서 엔진 기동을 운전자의 가속 요구 파워에 근거해서 제어할 수 있는 하이브리드 자동차의 엔진 기동 제어 방법 및 시스템에 관한 것이다. 이를 위한 본 발명의 일실시예는, 전기모터 동력만을 사용하는 EV(Electric Vehicle) 모드, 또는 상기 전기모터와 엔진의 동력을 함께 사용하는 HEV(Hybrid Electric Vehicle) 모드로 운행하는 하이브리드 자동차에서 엔진의 기동을 제어하는 방법에 있어서, 운전자의 가속요구를 반영하는 가속 페달의 조작을 감지하는 가속 페달 센서(APS; Accelerator Pedal Sensor)의 출력신호 변화량을 계산하는 단계; 상기 가속 페달 센서의 출력신호 변화량이 설정시간 당 플러스(+)로 증가된 플러스(+) 임계값이면, 상기 변화량이 양인 구간에서 상기 가속 페달 센서의 출력신호에 대응하는 가속 요구 파워를 계산하여 누적하는 단계; 상기 누적된 가속 요구 파워를 설정된 파워 값과 비교하여, 상기 누적된 가속 요구 파워가 상기 설정 파워 값 이상이면, 엔진 기동을 수행하여 EV 모드를 HEV 모드로 전환하는 단계;를 포함할 수 있다.

Description

하이브리드 자동차의 엔진 기동 제어 방법 및 시스템 {Method and system for controlling engine start of hybrid vehicle}

본 발명은 하이브리드 자동차에서 엔진 기동을 운전자의 가속 요구 파워에 근거해서 제어할 수 있는 하이브리드 자동차의 엔진 기동 제어 방법 및 시스템에 관한 것이다.

세계적인 고유가 및 배기 가스 규제로 친환경 정책과 연비 향상이 자동차 개발에서 핵심 과제가 되고 있다. 이에 따라 자동차 메이커들은 친환경 정책에 부응하고, 연비 향상을 위해 연료 절감 및 배기 가스 저감을 위한 기술 개발에 많은 노력을 기울이고 있다.

상기와 같은 배경 하에서 자동차 메이커들은 고 연비 달성을 위하여 엔진 동력과 모터 동력을 병용 및/또는 조합하여 사용하는 하이브리드 자동차(HEV; Hybrid Electric Vehicle)의 기술 개발에 많은 관심과 노력을 기울이고 있다.

하이브리드 자동차는 고 연비와 친환경 이미지로 많은 고객들의 구매 요구를 충족시켜 주고 있다.

하이브리드 자동차의 개념적인 구성을 도 1에 나타내 보였다.

도 1을 참조하면, 하이브리드 자동차(HEV)는, 구동축(12)과 휠축(14)의 속도비를 변경 및 결정해 주는 변속장치(22); 전기 에너지를 이용하여 구동축(12)으로 동력을 전달할 수 있고, 자동차 관성을 이용해 에너지 회생이 가능한 전기모터(24); 연료를 이용하여 동력을 발생하는 엔진(26); 엔진(26)의 동력을 구동축(12)으로 전달 및 단절 가능하게 해주는 엔진측 클러치(28); 엔진(26)의 시동 및 정지를 위한 엔진 시동/정지 모터(32)를 포함할 수 있다.

엔진 시동/정지 모터(32)는 자동차 업계에서 ISG(Idle Stop & Go) 또는 HSG(Hybrid Starter & Generator)이라 호칭되기도 한다.

상기와 같은 하이브리드 자동차는, 엔진(26) 및/또는 전기모터(24)의 동력을 적절히 병용 및/또는 조합하면서 주행할 수 있다.

즉, 하이브리드 자동차는 고속도로와 같이 속도를 많이 낼 수 있는 도로에서는 엔진(26)의 동력을 사용하여 주행하고, 정체가 많거나 속도를 낼 수 없는 도로에서는 전기모터(24)의 동력을 사용하여 주행할 수 있다.

결국, 하이브리드 자동차는 운행 중, 작은 토크 또는 파워를 필요로 하는 주행을 할 때는 전기모터만 사용하는 EV(Electric Vehicle) 모드로 주행을 하고, 큰 토크 또는 파워를 필요로 하는 주행을 할 때는 전기모터와 엔진을 함께 사용하는 HEV(Hybrid Electric Vehicle) 모드로 주행을 할 수 있다.

하이브리드 자동차는 특성상, EV 모드와 HEV 모드를 주행 상황에 따라 적절하게 전환하면서 주행을 하게 된다.

EV 모드에서 HEV 모드로 전환하는 조건들을 예를 들어 살펴보면, (1)운전자의 구동요구 파워(또는 가속요구 파워)가 배터리의 방전허용 최대값을 초과할 때; (2)운전자의 구동요구 파워가 모터가 낼 수 있는 최대 파워를 초과할 때; (3)운전자의 구동요구 파워가 미리 설정된 고출력 구동요구 파워값을 초과할 때; 및 (4)운전자의 구동요구 파워가 미리설정된 저출력 구동요구 파워를 일정시간 이상 지속하여 초과할 때;를 포함할 수 있다.

상기 (1) 내지 (3) 조건시의 운전자의 구동요구 파워는, (4) 조건시의 운전자의 구동요구 파워 보다 상당히 작을 것이라는 것은 당업자에게 자명할 것이다.

상기한 운전자의 구동요구 파워는 다양하게 감지할 수 있다. 예를 들어 운전자의 기속페달 조작에 따른 가속 페달 센서(APS; Accelerator Pedal Sensor)의 출력값 변화량(또는 변화율)을 통해 운전자의 구동요구 파워를 감지할 수 있다.

상기한 EV 모드에서 HEV 모드로 전환하는 조건들에서 (1) 내지 (3) 조건들은 당업자들에게 일반적이고 당연한 모드 전환 조건들이지만, (4) 조건은 선택적인 모드 전환 조건일 수 있다. (4) 조건의 모든 전환 조건을 설정하는 이유는 다음과 같을 수 있다. 즉, 주행 상황은 EV 모드로 충분히 가능한 상황이지만, 향후의 배터리 SOC 관리(충전/방전 관리)를 위하여 EV 모드 구간을 다소 축소하여 HEV 모드로 좀 더 빨리 전환할 필요가 있기 때문이다. 또는, 하이브리드 자동차에서 운전자가 가속 페달을 밝기 시작한 후(또는, 운전자의 구동요구 파워가 미리 설정된 저출력 구동요구 파워를 넘기기 시작한 후), 일정 시간(예; 2.5초, 도 2)이 경과하면 HEV 모드로 진입시킴으로써 엔진 동력의 여유분으로 배터리 충전을 하여 SOC 관리를 효과적으로 할 필요가 있기 때문이다.

그런데, (4) 조건을 모드 전환 조건으로 하이브리드 자동차에 적용하는 경우, EV 모드에서 HEV모드로 빈번한 전환이 있을 수 있어 바람직하지 않은 문제를 일으킬 여지가 있다. 이는 주지하는 바와 같이 EV 모드에서 HEV 모드로 전환 시에는 엔진을 기동해야 하기 때문이다.

상기와 같은 (4) 모드 전환 조건에서 빈번한 모드 전환을 일으킬 수 있는 예시적인 상황을 살펴보면 다음과 같다.

예를 들어, 주행시 운전자의 가속페달 조작 특성을 가속 페달 센서(APS; Accelerator Pedal Sensor)의 동작 특성을 통해 분석해 보면, 도 2에 도시한 바와 같은 특성을 보일 수 있다.

도 2를 참조하면, APS의 (a) 구간은 운전자가 가속을 위해 가속 페달을 깊게 밟아 APS의 출력 값이 상승하는 구간이고; APS의 (b) 구간은 운전자가 정속 주행을 위해 가속 페달을 일정하게 밟아 APS의 출력 값이 일정하게 유지되는 구간이고; APS의 (c) 구간은 운전가가 감속 주행을 위해 가속 페달에서 힘을 뺌으로써 APS의 출력 값이 하강하는 구간이다.

그런데, 종래 기술에서는 아래와 같은 이유로, APS의 (c) 구간에서 APS의 출력 값이 하강하기 때문에 주행모드가 EV 모드에 있어야 함에도 불구하고, 운전자가 가속 페달을 밝기 시작-(즉, 운전자의 구동요구 파워가 미리설정된 저출력 구동요구 파워를 넘기기 시작)-한 후 일정 시간(예; 2.5초, 도 2)이 경과하면, HEV 모드로의 전환을 위해 엔진을 기동시키는 상황이 발생하여 하이브리드 자동차의 고 연비 실현 및 SOC(State Of Charge) 관리에 악영향을 미칠 수 있었다.

상기와 같이 도 2의 APS의 (c) 구간에서 APS의 출력 값이 하강하기 때문에 주행모드가 EV 모드에 있어야 함에도 불구하고, HEV 모드로의 전환을 위해 엔진을 기동시키는 이유는 상기한 (4) 모드 전환 조건 때문이고, (4) 모드 전환 조건이 있는 이유는 전술한 바와 같기 때문이다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 가속 페달 센서의 변화량이 플러스(+) 임계값 - 운전자 조작에 의한 가속 페달 센서의 변화량이 설정 시간당 플러스(+)로 증가된 값 - 인 경우 가속 요구 파워(출력)를 계산하여 누적하고, 누적된 가속 요구 파워량이 설정값 이상인 경우에 엔진을 기동 제어하여 HEV 모드로 전환함으로써 고 연비 및 SOC 관리를 효율적으로 할 수 있는 하이브리드 자동차의 엔진 기동 제어 방법 및 시스템을 제공하는 데 있다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 엔진 기동 제어 방법은, 전기모터 동력만을 사용하는 EV(Electric Vehicle) 모드, 또는 상기 전기모터와 엔진의 동력을 함께 사용하는 HEV(Hybrid Electric Vehicle) 모드로 운행하는 하이브리드 자동차에서 엔진의 기동을 제어하는 방법에 있어서, 운전자의 가속요구를 반영하는 가속 페달의 조작을 감지하는 가속 페달 센서(APS; Accelerator Pedal Sensor)의 출력신호 변화량을 계산하는 단계; 상기 가속 페달 센서의 출력신호 변화량이 설정시간 당 플러스(+)로 증가된 플러스(+) 임계값이면, 상기 변화량이 양인 구간에서 상기 가속 페달 센서의 출력신호에 대응하는 가속 요구 파워를 계산하여 누적하는 단계; 상기 누적된 가속 요구 파워를 설정된 파워 값과 비교하여, 상기 누적된 가속 요구 파워가 상기 설정 파워 값 이상이면, 엔진 기동을 수행하여 EV 모드를 HEV 모드로 전환하는 단계;를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 상기 설정 파워 값은 상기 전기모터에 전원을 공급하는 배터리의 방전 허용 최대값에 대응하는 파워 값 보다 작게 설정할 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 상기 설정 파워 값은 상기 전기모터가 출력할 수 있는 최대 출력 값 보다 작게 설정할 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 상기 가속 요구 파워는 상기 가속 페달 센서의 맵핑(mapping)에 따른 토크와 차속을 통해 연산될 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 상기 누적된 가속 요구 파워는 상기 엔진 기동 후에 리셋(reset) 될 수 있다.

그리고, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 엔진 기동 제어 시스템은, 전기모터 동력만을 사용하는 EV(Electric Vehicle) 모드, 또는 상기 전기모터와 엔진의 동력을 함께 사용하는 HEV(Hybrid Electric Vehicle) 모드로 운행하는 하이브리드 자동차에서 엔진의 기동을 제어하는 시스템에 있어서, 운전자의 가속요구를 검출하는 가속요구 검출기; 상기 EV 모드를 상기 HEV 모드로 전환시 엔진을 기동하는 엔진기동모터; 및 상기 가속요구 검출기의 신호를 기초로 상기 엔진기동모터를 제어하여 상기 엔진을 기동하는 제어유닛;을 포함하되, 상기 제어 유닛은 설정된 프로그램에 의하여 동작하는 하나 이상의 마이크로프로세서로서, 상기 프로그램은 상기한 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 엔진 기동 제어 방법을 수행하기 위한 일련의 명령일 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 상기 제어 유닛은, 하이브리드 자동차의 배터리를 관리하는 배터리 관리 시스템(BMS; Battery Management System)과; 상기 엔진을 제어하는 엔진 제어 유닛(ECU; Engine Control Unit); 상기 전기모터를 제어하는 모터 제어 유닛(MCU; Motor Control Unit); 상기 엔진의 동력 및 상기 전기모터의 동력을 조합하여 제어하는 하이브리드 제어 유닛(HCU; Hybrid Control Unit);을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 상기 하이브리드 제어 유닛은, 상기 가속 페달 센서의 출력신호를 수신하는 가속 페달 센서 신호 수신부; 상기 가속 페달 센서 신호 수신부에 수신된 값의 변화량을 계산하고 계산된 변화량의 값이 양의 값인지 판단하는 변화량 계산 판단부; 상기 변화량의 값이 양이면, 상기 변화량의 값이 양인 구간에서 상기 가속 페달 센서의 출력신호에 대응하는 가속 요구 파워를 계산하여 이를 누적하는 가속 요구 파워 계산 누적부; 상기 누적된 가속 요구 파워가 설정된 파워 값 이상인지를 판단하여 그 이상이면 엔진 기동을 위한 신호를 출력하는 엔진 기동 신호 출력부;를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 상기 엔진 기동을 위한 신호가 출력되면, 상기 누적된 가속 요구 파워를 리셋(reset) 시키는 가속 요구 파워 리셋부;를 더 포함할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 가속 페달 센서의 변화량이 플러스(+) 임계값인 경우 가속 요구 파워(출력)를 계산하여 누적하고, 누적된 가속 요구 파워가 설정 값 이상인 경우에 엔진을 기동 제어하여 HEV 모드가 되게 함으로써 고 연비 및 SOC 관리를 효율적으로 할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 불필요한 엔진 기동을 제한할 수 있으므로 연료소모를 줄일 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 불필요한 엔진 정지/시동 모터의 구동을 제한할 수 있으므로 불필요한 전력의 낭비를 줄일 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 불필요한 엔진 기동 및 HEV 모드의 진입을 제한할 수 있으므로, 엔진 클러치 접합/해지 중에 발생할 수 있는 충격(shock) 및 저크(jerk)를 방지할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 불필요한 엔진 기동을 제한할 수 있으므로 NVH(Noise Vibration Harshness) 성능을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 저속 EV 모드 주행 구간을 확대할 수 있으므로 하이브리드 자동차의 상품성을 향상시킬 수 있고, 관련 부품들의 내구성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 일반적인 하이브리드 자동차의 개념도이다.
도 2는 종래기술의 문제점을 설명하기 위한 예시적인 설명도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 하이브리드 자동차의 엔진 기동 제어 시스템의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 하이브리드 제어 유닛의 상세 블록 구성도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 하이브리드 자동차의 엔진 기동 제어 방법의 제어 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 하이브리드 자동차의 엔진 기동 제어 방법을 설명하기 위한 예시적인 그래프 도면이다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 엔진 기동 제어 시스템이 적용되는 하이브리드 자동차를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 엔진 기동 제어 시스템이 적용되는 하이브리드 자동차는, 구동축(12)과 휠축(14)의 속도비를 변경 및 결정해 주는 변속장치(22); 전기 에너지를 이용하여 구동축(12)으로 동력을 전달할 수 있고, 자동차 관성을 이용해 에너지 회생이 가능한 전기모터(24); 연료를 이용하여 동력을 발생하는 엔진(26); 엔진(26)의 동력을 구동축(12)으로 전달 및 단절 가능하게 해주는 엔진측 클러치(28); 엔진(26)의 시동 및 정지를 위한 엔진 시동/정지 모터(32)를 포함할 수 있다.

상기 하이브리드 자동차에서 전기모터(24) 및 엔진 시동/정지 모터(32)는 필요에 따라 발전기로 동작하여 배터리를 충전한다는 것은 공지된 사실이므로 본 명세서에서 이에 대한 상세한 설명의 개시는 생략한다.

도 3 및 4는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 엔진 기동 제어 시스템을 도시한 구성도이다.

본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 엔진 기동 제어 시스템은, 전기모터(24) 동력만을 사용하는 EV(Electric Vehicle) 모드 또는 전기모터(24)와 엔진(26)의 동력을 함께 사용하는 HEV(Hybrid Electric Vehicle) 모드로 운행하는 하이브리드 자동차에서 엔진(26)의 기동을 제어하는 엔진 기동 제어 시스템이다.

이러한 본 발명의 실시예에 따른 엔진 기동 제어 시스템은, 운전자의 가속요구를 검출하는 가속요구 검출기와; 상기 EV 모드를 상기 HEV 모드로 전환시 엔진을 기동하는 엔진기동모터로서 엔진 시동/정지 모터(32); 및 상기 가속요구 검출기의 신호를 기초로 상기 엔진기동모터를 제어하여 상기 엔진을 기동하는 제어유닛;을 포함한다.

상기 가속요구 검출기는 본 발명의 실시예에서는 일예로 가속 페달(10)의 조작(가속페달의 개도)을 감지하여 가속페달(10)의 개도에 연동하여 출력값이 변화하는 가속 페달 센서(APS; 20)로 형성될 수 있으나, 본 발명의 보호범위가 반드시 이에 한정된 것으로 이해되어서는 안된다. 이와 다른 구성이라고 하더라도 실질적인 운전자의 가속요구에 상응하는 값을 검출 가능하게 하는 구성이라면 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있다.

상기 제어유닛은 설정된 프로그램에 의하여 동작하는 하나 이상의 마이크로프로세서로서, 상기 설정된 프로그램은 후술할 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 엔진 기동 제어 방법을 수행하기 위한 일련의 명령으로 형성된다.

본 발명의 실시예에서는, 상기 제어유닛은, 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 하이브리드 자동차의 구동 전원을 공급하는 배터리(450)를 관리하는 배터리 관리 시스템(BMS; 400); 엔진(26)의 동작을 제어하는 엔진 제어 유닛(ECU; 200); 전기모터(24) 및/또는 엔진 시동/정지 모터(32)의 동작을 제어하는 모터 제어 유닛(MCU; 300); 엔진(26)의 동력 및 모터(24)의 동력을 조합하여 하이브리드 자동차의 전체 동작을 제어하는 하이브리드 제어 유닛(HCU;100);을 포함할 수 있다.

후술하는 본 발명의 실시예에 따른 엔진 기동 제어 방법의 그 일부 프로세스는 HCU (100)에 의하여, 다른 일부 프로세스는 MCU (300)에 의하여, 또 다른 일부 프로세스는 ECU(200)에 의해 수행되는 것으로 할 수 있다. 그러나 본 발명의 보호범위가 후술하는 실시예에서 설명되는 대로에 한정되는 것으로 이해되어서는 안된다. 본 발명의 실시예에서의 설명과 다른 조합으로 제어유닛을 구현할 수 있다. 또는 상기 HCU(100)와, ECU(200) 및 MCU(300)가 실시예에서 설명된 것과는 다른 조합의 프로세스를 수행하는 것으로 할 수 있다.

본 발명의 실시예에서 가속 페달(10), 가속 페달 센서(20), BMS(400), ECU(200) 및 MCU(300)는 기존에 사용하는 것을 그대로 사용할 수 있으므로 본 명세서에서 이들에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

HCU(100)은, 도 5에 도시한 바와 같은 본 발명의 일실시예에 따른 하이브리드 자동차의 엔진 기동 제어 방법을 수행하기 위한 명령을 실질적으로 실행할 수 있다.

이를 위해 HCU(100)는 도 4에 도시한 바와 같이, APS(20)의 출력신호를 수신하는 가속 페달 센서 신호 수신부(110)와; 가속 페달 센서 신호 수신부(110)에 수신된 값의 변화량을 계산하고 계산된 변화량의 값이 양의 값인지 판단하는 변화량 계산 판단부(120); 변화량 계산 판단부(120)에서 계산된 변화량의 값이 양이면, 상기 변화량의 값이 양인 구간에서 APS(20)의 출력신호에 대응하는 가속 요구 파워를 계산하여 이를 누적하는 가속 요구 파워 계산 누적부(130); 상기 누적된 가속 요구 파워가 설정된 파워 값 이상인지를 판단하여 그 이상이면 엔진 기동을 위한 신호를 출력하는 엔진 기동 신호 출력부(140);를 포함할 수 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 일실시예에 따른 하이브리드 자동차의 엔진 기동 제어 시스템에 의해 구현되는 방법은 다음과 같이 이루어질 수 있다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 하이브리드 자동차의 엔진 기동 제어 방법은, 가속 페달(10)의 조작(또는 가속 페달의 개도)을 감지하는 APS(20)의 출력신호를 수신하여(S100), 이 출력신호의 변화량을 계산하는 단계(S200); 계산된 APS(20)의 출력신호 변화량이 설정시간 당 플러스(+)로 증가된 플러스(+) 임계값이면(S300), 상기 변화량이 양인 구간에서 APS(20)의 출력신호에 대응하는 가속 요구 파워를 계산하여 누적하는 단계(S400); 상기 누적된 가속 요구 파워를 설정된 파워 값과 비교하여(S500), 상기 누적된 가속 요구 파워가 상기 설정 파워 값 이상이면, 엔진 기동을 수행하고 상기 누적된 가속 요구 파워의 값을 리셋시키는 단계(S600);를 포함할 수 있다.

상기 플러스(+) 임계값은, 운전자 조작에 의한 APS(20)의 변화량이 설정 시간당 플러스(+)로 증가된 값을 플러스(+) 임계값이라고 한다. 따라서, 예를 들면 운전자가 가속을 위해 가속 페달(10)을 증가시킬 때, [가속 페달 센서값 변화량]/[설정 시간(ms)]을 기준으로 증가된 량이 플러스(+)인 경우, 즉 플러스(+) 임계값인 경우, 운전자가 가속 의지가 있는 것으로 판단한다.

상기 설정 파워 값은, 전기모터(24)에 전원을 공급하는 배터리(450)의 방전 허용 최대값에 대응하는 파워 값 보다 작게 설정하거나, 전기모터(24)가 출력할 수 있는 최대 출력 값 보다 작게 설정한다. 예를 들면, 전기모터(24)에 전원을 공급하는 배터리(450)의 방전 허용 최대값을 100으로 했을 때, 상기 설정 파워 값은 10-30으로 할 수 있다. 그러나, 본 발명의 보호범위가 이에 한정되는 것으로 이해되어서는 안된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 일실시예에 따른 하이브리드 자동차의 엔진 기동 제어 방법 및 시스템의 동작 및 작용을 도 3 내지 도 6을 참조하여 설명한다.

본 발명의 실시예는, 종래 운전자가 가속 페달을 밟기 시작한 후 일정 시간(예를 들면, 2.5초 또는 3초)이 경과하면, EV 모드를 HEV 모드로 전환하기 위해 엔진을 기동함으로써 발생하였던 문제를 해소할 수 있다.

운전자는 주행 중에 차량을 가속, 정속 또는 감속을 위해 가속 페달(10)을 조작한다. 운전자가 가속 페달(10)을 조작하면, 가속 페달(10)의 조작 상태에 따라 가속 페달 센서(20)의 출력신호가 도 6의 (A) 또는 도 2에 도시한 바와 같이 변화할 수 있다.

가속 페달(10)의 조작에 따라 변화하는 APS(20)의 출력신호는 HCU(100)의 가속 페달 센서 신호 수신부(110)에 입력된다(S100).

가속 페달 센서 신호 수신부(110)에 APS(20)의 출력신호가 입력되면, 가속 페달 센서 신호 수신부(110)는 입력된 APS(20)의 출력신호를 변화량 계산 판단부(120)에 전송한다.

변화량 계산 판단부(120)가, 가속 페달 센서 신호 수신부(110)에서 전송된 APS(20)의 출력신호를 수신했으면, 설정된 매 시간(예; 50ms) 당 APS 출력신호의 변화량 및/또는 변화율을 계산한다(S200).

APS 출력신호의 변화량이 양의 값이면, 가속 페달을 밟은 깊이가 이전 보다 더 큰 것이므로, 운전자는 가속 의지를 갖고 있는 것으로 판단할 수 있다.

APS 출력신호의 변화량이 제로(0)이면, 가속 페달의 조작 변화가 없는 상태이므로, 운전자는 정속 주행 의지를 갖고 있는 것으로 판단할 수 있다.

APS 출력신호의 변화량이 음의 값이면, 가속 페달의 깊이가 이전보다 줄어든 것이므로, 운전자는 감속 의지를 갖고 있는 것으로 판단할 수 있다.

변화량 계산 판단부(120)는 설정된 매 시간 당 APS 출력신호의 변화량 및/또는 변화율을 계산하여 도 6의 (B)에 도시한 바와 같이 운전자가 가속 의지를 갖고 있는 경우에는 플러스(+) 임계값을 갖는 APS 출력신호 변화량을 출력한다.

그리고, 변화량 계산 판단부(120)는, 운전가가 정속 주행 의지를 갖고 있는 경우에는 제로(0) 값을 갖는 APS 출력신호 변화량을 출력하고; 운전자가 감속 주행 의지를 갖고 있는 경우에는 음(-)의 값을 갖는 APS 출력신호 변화량을 출력한다.

본 발명의 실시예에서 하이브리드 자동차가 EV 모드로 주행 중에 HEV 모드로 전환할 필요가 있는 경우는, 운전자가 가속 의지를 갖고 있는 경우, 즉 변화량 계산 판단부(120)에서 출력되는 APS 출력신호의 변화량이 양인 경우에 해당한다.

따라서, 변화량 계산 판단부(120)에서 계산 결과 APS 출력신호의 변화량이 플러스(+) 임계값인 경우에 변화량 계산 판단부(120)는 이 사실을 가속 요구 파워 계산 누적부(130)에 전송한다(S300).

변화량 계산 판단부(120)에서 APS 출력신호의 변화량이 양인 것이 전송되면, 가속 요구 파워 계산 누적부(130)는 상기 APS 출력신호의 변화량이 양인 구간에서 APS(20)의 맵핑에 따른 토크와 차속을 통해 운전자가 요구하는 가속 요구 파워 또는 가속 요구 에너지를 계산하고 이를 이전에 계산된 값에 누적시킨다(S400).

가속 요구 파워 계산 누적부(130)는 상기 APS 출력신호의 변화량이 양인 구간에서 가속 요구 파워를 적분하여 계산하고, 누적할 수 있다. 즉, 가속 요구 파워 계산 누적부(130)는 도 6 (D)에 도시한 바와 같이 그래프의 해당 면적을 계산하여 누적할 수 있다.

상기한 APS의 맵핑에 따른 토크와 차속을 통해 파워 또는 에너지를 계산하는 것과 적분을 통해 파워 또는 에너지를 계산하는 것은 자동차 관련 분야에 공지된 파워 계산 방법 또는 에너지 계산 방법을 통해 당업자라면 용이하게 구할 수 있는 것이므로 본 명세서에서 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

가속 요구 파워 계산 누적부(130)에서 계산되어 누적된 가속 요구 파워(량)은 엔진기동 제어신호 출력부(140)에 입력된다.

누적된 가속 요구 파워량이 엔진기동 제어신호 출력부(140)에 입력되면, 엔진기동 제어신호 출력부(140)는 입력된 상기 누적 요구 파워량이, EV 모드를 HEV 모드로 전환하기 위해 설정된 파워 값 이상인지를 판단한다(S500).

상기 누적 요구 파워량이 상기 설정된 파워 값 이상이면, 엔진 기동 제어신호 출력부(140)는 엔진 기동 제어 신호를 ECU(200)에 출력하여 ECU(200)로 하여금 엔진(26)을 기동할 수 있게 한다(S600).

이로써, 본 발명의 실시예는 운전자가 실질적으로 가속 주행을 요구하는 시점에서 EV모드를 HEV 모드로 전환할 수 있게 한다.

또한, 본 발명의 실시예는 누적된 가속 요구 파워량이 설정된 파워 값 이상이어야만 HEV 모드로 전환하도록, 즉 HEV 모드로의 전환을 램덤(random)하게 하기 때문에 운전자가 HEV 모드로 전환되는 시점을 예측할 수 없다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따르면, 운전자가 HEV 모드로의 전환 시점을 예측함으로써 운전자가 모드 전환을 임의로 변경함으로써 하이브리드 자동차의 최적 제어를 방해하는 것을 방지할 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.

10: 가속 페달 20: 가속 페달 센서(APS)
24: 전기모터 26: 엔진
100: HCU 110: 가속 페달 센서 신호 수신부
120: 변화량 계산 판단부 130: 가속 요구 파워 계산 누적부
140: 엔진 기동 제어신호 출력부

Claims

전기모터 동력만을 사용하는 EV(Electric Vehicle) 모드, 또는 상기 전기모터와 엔진의 동력을 함께 사용하는 HEV(Hybrid Electric Vehicle) 모드로 운행하는 하이브리드 자동차에서 엔진의 기동을 제어하는 방법에 있어서,
운전자의 가속요구를 반영하는 가속 페달의 조작을 감지하는 가속 페달 센서(APS; Accelerator Pedal Sensor)의 출력신호 변화량을 계산하는 단계;
상기 가속 페달 센서의 출력신호 변화량이 설정 시간당 플러스(+)로 증가된 플러스(+) 임계값이면, 상기 변화량이 양인 구간에서 상기 가속 페달 센서의 출력신호에 대응하는 가속 요구 파워를 계산하여 누적하는 단계;
상기 누적된 가속 요구 파워를 설정된 파워 값과 비교하여, 상기 누적된 가속 요구 파워가 상기 설정 파워 값 이상이면, 엔진 기동을 수행하여 EV 모드를 HEV 모드로 전환하는 단계;
를 포함하는 하이브리드 자동차의 엔진 기동 제어 방법.
제1항에서,
상기 설정 파워 값은 상기 전기모터에 전원을 공급하는 배터리의 방전 허용 최대값에 대응하는 파워 값 보다 작게 설정하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차의 엔진 기동 제어 방법.
제1항에서,
상기 설정 파워 값은 상기 전기모터가 출력할 수 있는 최대 출력 값 보다 작게 설정하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차의 엔진 기동 제어 방법.
제1항에서,
상기 가속 요구 파워는 상기 가속 페달 센서의 맵핑(mapping)에 따른 토크와 차속을 통해 연산되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차의 엔진 기동 제어 방법.
제1항에서,
상기 누적된 가속 요구 파워는 상기 엔진 기동 후에 리셋(reset) 되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차의 엔진 기동 제어 방법.
전기모터 동력만을 사용하는 EV(Electric Vehicle) 모드, 또는 상기 전기모터와 엔진의 동력을 함께 사용하는 HEV(Hybrid Electric Vehicle) 모드로 운행하는 하이브리드 자동차에서 엔진의 기동을 제어하는 시스템에 있어서,
운전자의 가속요구를 검출하는 가속요구 검출기;
상기 EV 모드를 상기 HEV 모드로 전환시 엔진을 기동하는 엔진기동모터; 및상기 가속요구 검출기의 신호를 기초로 상기 엔진기동모터를 제어하여 상기 엔진을 기동하는 제어유닛;을 포함하되,
상기 제어 유닛은 설정된 프로그램에 의하여 동작하는 하나 이상의 마이크로프로세서로서, 상기 프로그램은 상기 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 방법을 수행하기 위한 일련의 명령인 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차의 엔진 기동 제어 시스템.
제6항에서,
상기 제어 유닛은, 하이브리드 자동차의 배터리를 관리하는 배터리 관리 시스템(BMS; Battery Management System)과; 상기 엔진을 제어하는 엔진 제어 유닛(ECU; Engine Control Unit); 상기 전기모터를 제어하는 모터 제어 유닛(MCU; Motor Control Unit); 상기 엔진의 동력 및 상기 전기모터의 동력을 조합하여 제어하는 하이브리드 제어 유닛(HCU; Hybrid Control Unit);을 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차의 엔진 기동 제어 시스템.
제7항에서,
상기 하이브리드 제어 유닛은,
상기 가속 페달 센서의 출력신호를 수신하는 가속 페달 센서 신호 수신부;
상기 가속 페달 센서 신호 수신부에 수신된 값의 변화량을 계산하고 계산된 변화량의 값이 양의 값인지 판단하는 변화량 계산 판단부;
상기 변화량의 값이 양이면, 상기 변화량의 값이 양인 구간에서 상기 가속 페달 센서의 출력신호에 대응하는 가속 요구 파워를 계산하여 이를 누적하는 가속 요구 파워 계산 누적부;
상기 누적된 가속 요구 파워가 설정된 파워 값 이상인지를 판단하여 그 이상이면 엔진 기동을 위한 제어 신호를 출력하는 엔진 기동 제어 신호 출력부;
를 포함하는 하이브리드 자동차의 엔진 기동 제어 시스템.
제8항에서
상기 엔진 기동을 위한 신호가 출력되면, 상기 누적된 가속 요구 파워를 리셋(reset) 시키는 가속 요구 파워 리셋부;
를 더 포함하는 하이브리드 자동차의 엔진 기동 제어 시스템.