KR101481288B1 - 하이브리드차량의 운전제어방법 - Google Patents

Abstract

고영역/중영역/저영역의 SOC영역 및 각 SOC영역에 상응하는 엔진목표토크를 구비한 하이브리드차량의 운전제어방법으로서, 현재 SOC로부터 엔진목표토크를 산출하고, 현재 SOC가 일정범위 이상인 경우 엔진목표토크를 감소시키며, SOC가 일정범위 이하인 경우 엔진목표토크를 증가시키는 것을 특징으로 하는 하이브리드차량의 운전제어방법이 소개된다.

Description

하이브리드차량의 운전제어방법 {DRIVING CONTROL METHOD FOR HYBRID VEHICLE}

본 발명은 차속과 경사도를 이용하여 하이브리드 차량의 SOC 관리 방법을 가변적으로 구현하도록 함으로써, 차량의 에너지 활용 능력을 보다 능동적이고 지능화하여 효율적인 에너지 사용으로 차량의 연비를 더욱 향상시킬 수 있도록 한 하이브리드차량의 운전제어방법에 관한 것이다.

병렬형 하이브리드의 컨셉은 엔진과 구동모터 사이에 엔진클러치가 위치해 있어서, 엔진의 동력전달을 휠까지 전달하는 제어가 용이하고, 특히 감속 시에 엔진을 정지시키고 엔진클러치를 해제하여 순수하게 제동에너지를 모터로 흡수하는 회생제동모드로 진입하는 것이 큰 특징이다.

SOC (State Of Charge)는 고전압 배터리 충전 상태 즉, 충전량을 의미한다. 이때 고전압 배터리의 역할은 엔진이 최적 운전 효율점으로 운영되도록 모터의 충방전을 통한 댐퍼 역할한다.

그러나 엔진의 기동과 정지를 여러번 반복하게 될 경우 연비의 저하와 시스템의 부하로 작용하는바, 적절한 제어 입력과 결과를 통해 운전자의 의지를 최대한 반영하며 안정적으로 엔진의 온/오프를 구현할 필요가 있다.

한편, 요즘에는 자동차 연비 향상의 지속적인 요구와 각국의 배출 규제의 강화에 따라 친환경 자동차에 대한 요구가 증가하고 있으며, 이에 대한 현실적인 대안으로 하이브리드 차량이 주목받고 있다.

이러한 하이브리드 차량은 내연기관인 엔진 이외에 전기 에너지를 사용하는 모터를 함께 동력원으로 사용하는 관계로, 전기 에너지의 저장 장치인 배터리의 SOC(State of Charge) 관리가 중요한 의미를 가지게 된다.

따라서, 하이브리드 차량은 SOC의 높고 낮은 상태를 고려하면서 동시에 최적의 연비 수준을 달성할 수 있는 운전 전략을 적용하도록 노력하고 있는바, 종래에는 KR 10-2013-0024413 A와 같은 제어 전략을 사용하고 있다.

이를 참조하면, 배터리의 충전상태인 SOC를 일련의 다수의 영역으로 나누고, 각 SOC영역별로 별도의 동력배분전략을 적용하는바, 각 영역별로 마련된 별도의 운전맵 등과 같은 동력배분전략을 통해 엔진에서 발생시켜야 할 토크와 모터에서 발생시켜야 할 토크 등을 선정할 수 있도록 구성하고, 현재의 SOC가 어느 SOC영역에 속하는지를 판단하여 그에 따라 대응되는 동력배분전략을 따라 차량의 주행이 이루어지도록 하는 것이다.

상기 동력배분전략은 기본적으로 낮은 SOC영역에서는 모터에 발생시키는 토크를 줄여서 SOC의 추가 저하를 억제하고 엔진에서 발생되는 동력으로 차량의 주행 및 배터리의 충전이 이루어지도록 하여 SOC상승을 허용 내지는 유발하고, 또한 SOC가 낮은 경우 엔진의 동력을 이용하여 아이들 충전을 수행하며, 아주 낮은 SOC의 경우에는 배터리를 전자장비와 차단하도록 한다. 그리고 높은 SOC영역에서는 SOC의 저하를 허용 내지는 유발함으로써 모터에서 발생시키는 토크의 비중을 높여서 엔진의 사용을 가급적 억제하여 차량의 연비를 향상시키도록 하는 것이다.

한편, 최근에는 차량에 관련한 IT(information technology)의 급속한 발전에 따라 차량은 당해 차량이 주행하는 도로에 대한 다양한 정보를 비교적 용이하게 입수할 수 있고, 이를 반영하면 차량의 운전 전략을 개선하여 연비의 추가적인 향상 등이 가능할 수 있다.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

KR 10-2013-0024413 A

본 발명은 차속과 경사도를 이용하여 하이브리드 차량의 SOC 관리 방법을 가변적으로 구현하도록 함으로써, 차량의 에너지 활용 능력을 보다 능동적이고 지능화하여 효율적인 에너지 사용으로 차량의 연비를 더욱 향상시킬 수 있도록 한 하이브리드차량의 운전제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 하이브리드차량의 운전제어방법은, 고영역/중영역/저영역의 SOC영역 및 각 SOC영역에 상응하는 엔진목표토크를 구비한 하이브리드차량의 운전제어방법으로서, 현재 SOC로부터 엔진목표토크를 산출하고, 현재 SOC가 일정범위 이상인 경우 엔진목표토크를 감소시키며, SOC가 일정범위 이하인 경우 엔진목표토크를 증가시킨다.

고영역/중영역/저영역의 SOC영역은 차속에 따라 세분화되어 세부영역으로 구분되며, 각 세부영역마다 엔진목표토크가 설정될 수 있다.

엔진목표토크는 현재 SOC와 차속을 함께 고려하여 산출할 수 있다.

주행로가 등판이고 SOC가 일정크기 이상인 경우 엔진목표토크를 감소시키되 경사가 클수록 엔진목표토크의 감소도를 증가시킬 수 있다.

주행로가 강판인 경우 경사가 클수록 엔진의 정지 시점이 빨라지도록 할 수 있다.

악셀페달과 제동페달을 모두 밟지 않은 관성주행의 경우 차속이 증가할수록 모터의 크립토크가 음의 방향으로 증가하도록 할 수 있다.

악셀페달과 제동페달을 모두 밟지 않은 관성주행의 경우 차속이 증가할수록 모터의 크립토크가 음의 방향으로 증가하도록 하되, 주행로가 등판인 경우 평지인 경우보다 완만하게 증가하도록 하고, 주행로가 강판인 경우 평지인 경우보다 급하게 증가하도록 할 수 있다.

악셀페달과 제동페달을 모두 밟지 않은 관성주행의 경우 일정 SOC 이상에서 엔진과 모터 사이의 클러치를 오프하되, 차속이 높을수록 클러치 오프의 기준이 되는 일정 SOC가 점차 낮아지도록 할 수 있다.

악셀페달과 제동페달을 모두 밟지 않은 관성주행의 경우 일정 SOC 이상에서 엔진과 모터 사이의 클러치를 오프하되, 클러치 오프의 기준이 되는 일정 SOC는 주행로가 등판인 경우가 가장 높고 강판인 경우가 가장 낮도록 할 수 있다.

본 발명의 또 다른 하이브리드차량의 운전제어방법은, SOC가 높을수록 엔진목표토크를 감소시키고 SOC가 낮을수록 엔진목표토크를 증가시키되 주행로가 등판인 경우에는 평판이나 강판인 경우보다 엔진목표토크를 더 감소시킬 수 있다.

상술한 바와 같은 구조로 이루어진 하이브리드차량의 주행모드 제어방법에 따르면, 엔진의 잦은 기동/정지를 방지하여 그에 따른 연비절감의 효과가 있다.

또한 엔진과 클러치를 보호할 수 있으며, 배터리 충전량을 유효하게 확보할 수 있게 된다. 그리고 차속이나 경사도에 따라 각기 다른 맵을 가지고 동력제어를 수행하는바, 연비의 향상과 운전질감의 향상 및 차량 내구 안정화를 동시에 이룰 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드차량의 운전제어방법의 블록도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드차량의 운전제어방법의 주행모드를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드차량의 운전제어방법의 또 다른 블록도.
도 4 내지 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드차량의 운전제어방법의 효과를 나타낸 그래프.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 하이브리드차량의 운전제어방법에 대하여 살펴본다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드차량의 운전제어방법의 블록도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드차량의 운전제어방법의 주행모드를 나타낸 도면이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드차량의 운전제어방법의 또 다른 블록도이다.

본 발명에 따른 하이브리드차량의 운전제어방법은, 고영역/중영역/저영역의 SOC영역 및 각 SOC영역에 상응하는 엔진목표토크를 구비한 하이브리드차량의 운전제어방법으로서, 현재 SOC로부터 엔진목표토크를 산출하고, 현재 SOC가 일정범위 이상인 경우 엔진목표토크를 감소시키며, SOC가 일정범위 이하인 경우 엔진목표토크를 증가시킨다.

본 발명의 하이브리드차량의 운전제어방법은 고영역/중영역/저영역의 SOC영역을 구비한다. 그리고 고영역/중영역/저영역의 SOC영역은 차속에 따라 세분화되어 세부영역으로 구분되며, 각 세부영역마다 엔진목표토크가 설정될 수 있다. 도 1의 경우 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드차량의 운전제어방법의 블록도로서, 엔진목표토크맵이 고영역/중영역/저영역의 SOC영역으로 나뉘고, 이는 다시 고고영역(VERY HIGH)/고영역(HIGH)/중고영역(NORMAL HIGH)/중저영역(NORMAL LOW)/저영역(LOW)/저저영역(VERY LOW)으로 구분됨을 알 수 있다. 그리고 각 영역에서는 차속에 따라 다시 세분화(NORMAL, 고속, 도심 등)됨을 알 수 있다.

즉, 엔진목표토크는 현재 SOC와 차속을 함께 고려하여 산출할 수 있는 것으로서, SOC와 차속을 입력으로 하여 각 세부영역에 해당하는 엔진목표토크를 출력으로 하는 데이터맵을 통해 현 상황에서의 최적의 엔진토크를 출력하도록 하는 것이다.

한편, 이와 같이 현재의 SOC와 차속을 고려하고 엔진목표토크맵을 이용하여 엔진의 목표토크를 산출하더라도 세부적으로 조정할 필요가 있는바, 현재 SOC가 일정범위 이상인 경우 엔진목표토크를 감소시키며, SOC가 일정범위 이하인 경우 엔진목표토크를 증가시키는 것이다.

즉, 엔진목표토크를 SOC의 변동에도 불구하고 동일하게 가져갈 경우에는 SOC가 높은 경우에는 미리 최적화된 목표 엔진 토크로 출력되지만 차량의 내구나 운전자의 편차, 운전자 탑승 인원에 따라 주행 부하가 변동하게 되어 보다 높은 High SOC 영역으로 진행될 가능성이 있고, SOC가 낮은 경우에는 고부하 조건에서 차량의 내구나 운전자의 편차, 운전자 탑승 인원에 따라 주행 부하가 과다하게 걸리게 되면 목표 엔진 토크에 비해 과도한 사용으로 인하여 SOC가 현저히 떨어질 가능성이 있는 것이다.

따라서, 평균 차속과 경사각에 의한 주행 부하 조건을 확인하고, SOC 상태에 따라 엔진 토크를 보상하는 가변제어를 수행하여, 현재 SOC가 일정범위 이상인 고 SOC의 경우에는 주행 부하에 따라 엔진 토크를 하향 가변제어 하여 SOC가 충전되지 않도록 조절하고 연비를 향상시킨다. 그리고, 현재 SOC가 일정범위 이하인 저 SOC의 경우에는 주행 부하에 따라 SOC가 Low SOC 영역에 진입하게 되면 선제적으로 엔진 토크를 보상하는 제어를 실시하여 SOC의 급격한 하락을 방지하도록 하는 것이다. 도 4는 이러한 엔진목표토크의 제어를 나타낸 것으로서, SOC 일정범위인 45~70% 이상의 경우 점차 엔진 목표토크를 감소시키고, 이하의 경우에는 점차 엔진목표토크를 증가시키는 것을 나타낸다.

한편, 주행로가 등판이고 SOC가 일정크기 이상인 경우에는 엔진목표토크를 감소시키되 경사가 클수록 엔진목표토크의 감소도를 증가시킬 수 있다. 그리고, 주행로가 강판인 경우 경사가 클수록 엔진의 정지 시점이 빨라지도록 할 수 있다.

이러한 등판이나 강판의 상황은 미리 마련된 주행부하별 주행모드를 참조하여 반영할 수 있다. 구체적으로, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드차량의 운전제어방법의 주행모드를 나타낸 도면으로서, 차속과 주행로의 경사를 고려하여 복수의 세부적인 주행모드를 마련하고, 각각의 우선순위를 정하여두는 것도 가능하다.

즉, 주행모드는 차속에 따라 구분되는 모드와 주행로의 경사에 따라 구분되는 모드로 구성될 수 있다. 차속과 주행로의 경사를 입력으로 하고 주행모드를 출력으로 하는 데이터맵이 구비되며, 데이터맵에는 차속과 경사로 매칭되는 각 경우마다 차속에 따라 구분되는 모드 또는 경사에 따라 구분되는 모드 중 어느 하나를 우선으로 하여 결과로 저장할 수 있다.

도시된 예에서는 차속이 매우 느린 극정체의 경우와 경사가 일반인 평지의 경우 차속에 따라 구분되는 주행모드를 선택하여 제어하게 되고, 그 나머지의 경우는 경사에 따라 구분되는 주행모드를 선택하여 운용할 수 있도록 하는 것이다.

한편, 주행모드의 참조를 통해 경사도를 알 수 있으며, 이를 고려하여, 주행로가 등판이고 SOC가 일정크기 이상인 경우에는 엔진목표토크를 감소시키되 경사가 클수록 엔진목표토크의 감소도를 증가시킬 수 있는 것이다. 도 5의 경우 이러한 제어상황을 나타내는바, SOC 55% 이상의 상황에서는 등판시에는 엔진목표토크를 점차 낮추고, 경사가 증가할 경우 즉, 등판이 심해질수록 엔진목표토크는 더욱더 낮추도록 하는 것이다.

이는 등판 중에 차량 부하가 적은 경우에도 SOC를 충전하는 경우가 발생하고, 등판 이후 만나게 되는 강판시에 SOC 충전을 적게 하여 연비 악화가 발생하는바, 평균 차속과 경사각에 의한 주행 부하 조건을 확인하고, SOC 상태에 따라 엔진 토크를 가변제어하는 것으로서, 등판시 SOC 상태에 따라 엔진토크를 가변제어 하여 향후 강판시 발생할 충전 상황에 대비하여 SOC를 적정수준(55%)으로 유지하도록 제어할 수 있게 된다.

한편, 강판의 경우에는 경사가 클수록 엔진의 정지 시점이 빨라지도록 함으로써 EV모드가 좀 더 빨리 시작될 수 있도록 한다. 종래의 경우 강판시에는 EV를 주행 할 수 있는 여건에서도 EV 진입하지 않는 경우에 엔진 최적 운전점을 목표로 엔진 토크 제어시 연비 악화가 발생(엔진에서는 최적 운전점 이지만 목표 토크가 높아 연료 소모량 많음)되었으나, 이러한 가변제어를 통하여 EV 진입을 빨리 진행하여 불필요한 연비 악화를 방지할 수 있게 된다.

또한, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드차량의 운전제어방법의 또 다른 블록도로서, 악셀페달과 제동페달을 모두 밟지 않은 관성주행의 경우 차속이 증가할수록 모터의 크립토크가 음의 방향으로 증가하도록 할 수 있다.

즉, 악셀페달과 제동페달을 모두 밟지 않은 경우에는 차량이 나아가던 차속에 의한 관성주행을 수행하는데, 이 경우 차속이 높은 상태일수록 모터의 크립토크가 음의 방향으로 증가하도록 하는 것이다. 모터의 크립토크가 음의 방향이라는 것은 회생제동을 통해 감속이되도록 하는 것을 의미하는데, 차속이 높아 관성이 클수록 그 크립토크를 음의 방향으로 증가시켜 회생제동 및 감속이 더 잘 일어나도록 하는 것이다.

도 6과 같이 차속이 더 높은 상황에서 관성주행을 할 경우 모터크립토크를 음의 방향으로 점차 증가시키는데, 특히 주행로가 등판인 경우 평지인 경우보다 완만하게 증가하도록 하고, 주행로가 강판인 경우 평지인 경우보다 급하게 증가하도록 할 수 있다. 이에 따라, 등판 시 모터크립토크의 상대적인 축소가 이루어져 감속과 회생이 덜 일어나게 되고 강판이세는 모터크립토크의 증대로 제동조작이 감소되어 차량 내구에 유리하며 회생과 감속을 더 크게 일으킬 수 있는 것이다. 그에 따라 운전자는 등판과 강판에서 감속 부분에 대한 이질감이 줄어드는 효과도 얻을 수 있다.

한편, 악셀페달과 제동페달을 모두 밟지 않은 관성주행의 경우 일정 SOC 이상에서 엔진과 모터 사이의 클러치를 오프하되, 차속이 높을수록 클러치 오프의 기준이 되는 일정 SOC가 점차 낮아지도록 할 수 있다. 즉, 일반적인 하이브리드 차량의 경우 엔진은 클러치를 통해 모터와 연결되고 모터는 구동축과 직결된다. 그리고 엔진에는 클러치와는 반대측으로 스타트모터/제너레이터(HSG)가 마련되는바, 클러치를 오프하지 않고 관성주행을 하는 경우에는 엔진이 최소한의 구동을 수행하며 모터와 HSG는 동시에 배터리에 회생을 통한 충전을 수행하도록 한다.

따라서, 악셀페달과 제동페달을 모두 밟지 않은 관성주행의 경우 일정 SOC 이상에서만 엔진과 모터 사이의 클러치를 오프하도록 하여 클러치의 잦은 온/오프로 인한 구동손실을 방지하고, 특히 차속이 높을수록 클러치 오프의 기준이 되는 일정 SOC가 점차 낮아지도록 함으로써 차속이 높은 경우에는 클러치가 온 되는 시간을 길게 가져가도록 하는 것이다.

또한, 악셀페달과 제동페달을 모두 밟지 않은 관성주행의 경우 일정 SOC 이상에서 엔진과 모터 사이의 클러치를 오프하되, 클러치 오프의 기준이 되는 일정 SOC는 주행로가 등판인 경우가 가장 높고 강판인 경우가 가장 낮도록 할 수 있다.

이는 도 7의 그래프에 나타나 있는데, 악셀페달과 제동페달을 모두 밟지 않은 관성주행에서 일정 SOC 이상의 경우 즉, 그래프에서 SOC 경계선을 넘는 경우 클러치가 오프된다고 할 수 있다. 그러나 이러한 기준이 되는 SOC 라인은 등판인 경우가 가장 높고 강판인 경우가 가장 낮도록 하며, 차속이 높을수록 낮아지도록 하는 것이다.

이를 통해 잦은 클러치 온오프와 엔진 온오프를 방지하고 HSG를 이용한 충전을 추가적으로 수행함으로써 SOC를 상승시키도록 하는 것이다.

상술한 바와 같은 구조로 이루어진 하이브리드차량의 주행모드 제어방법에 따르면, 엔진의 잦은 기동/정지를 방지하여 그에 따른 연비절감의 효과가 있다.

또한 엔진과 클러치를 보호할 수 있으며, 배터리 충전량을 유효하게 확보할 수 있게 된다. 그리고 차속이나 경사도에 따라 각기 다른 맵을 가지고 동력제어를 수행하는바, 연비의 향상과 운전질감의 향상 및 차량 내구 안정화를 동시에 이룰 수 있게 된다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

Claims (10)

1. 고영역/중영역/저영역의 SOC영역 및 각 SOC영역에 상응하는 엔진목표토크를 구비한 하이브리드차량의 운전제어방법으로서,
   현재 SOC로부터 엔진목표토크를 산출하고, 현재 SOC가 일정범위 이상인 경우 엔진목표토크를 감소시키며, SOC가 일정범위 이하인 경우 엔진목표토크를 증가시키고,
   주행로가 등판이고 SOC가 일정크기 이상인 경우 엔진목표토크를 감소시키되 경사가 클수록 엔진목표토크의 감소도를 증가시키는 것을 특징으로 하는 하이브리드차량의 운전제어방법.
2. 청구항 1에 있어서,
   고영역/중영역/저영역의 SOC영역은 차속에 따라 세분화되어 세부영역으로 구분되며, 각 세부영역마다 엔진목표토크가 설정된 것을 특징으로 하는 하이브리드차량의 운전제어방법.
3. 청구항 2에 있어서,
   엔진목표토크는 현재 SOC와 차속을 함께 고려하여 산출하는 것을 특징으로 하는 하이브리드차량의 운전제어방법.
4. 삭제
5. 청구항 1에 있어서,
   주행로가 강판인 경우 경사가 클수록 엔진의 정지 시점이 빨라지도록 하는 것을 특징으로 하는 하이브리드차량의 운전제어방법.
6. 청구항 1에 있어서,
   악셀페달과 제동페달을 모두 밟지 않은 관성주행의 경우 차속이 증가할수록 모터의 크립토크가 음의 방향으로 증가하도록 하는 것을 특징으로 하는 하이브리드차량의 운전제어방법.
7. 청구항 1에 있어서,
   악셀페달과 제동페달을 모두 밟지 않은 관성주행의 경우 차속이 증가할수록 모터의 크립토크가 음의 방향으로 증가하도록 하되, 주행로가 등판인 경우 평지인 경우보다 완만하게 증가하도록 하고, 주행로가 강판인 경우 평지인 경우보다 급하게 증가하도록 하는 것을 특징으로 하는 하이브리드차량의 운전제어방법.
8. 청구항 1에 있어서,
   악셀페달과 제동페달을 모두 밟지 않은 관성주행의 경우 일정 SOC 이상에서 엔진과 모터 사이의 클러치를 오프하되, 차속이 높을수록 클러치 오프의 기준이 되는 일정 SOC가 점차 낮아지도록 하는 것을 특징으로 하는 하이브리드차량의 운전제어방법.
9. 청구항 1에 있어서,
   악셀페달과 제동페달을 모두 밟지 않은 관성주행의 경우 일정 SOC 이상에서 엔진과 모터 사이의 클러치를 오프하되, 클러치 오프의 기준이 되는 일정 SOC는 주행로가 등판인 경우가 가장 높고 강판인 경우가 가장 낮도록 하는 것을 특징으로 하는 하이브리드차량의 운전제어방법.
10. SOC가 높을수록 엔진목표토크를 감소시키고 SOC가 낮을수록 엔진목표토크를 증가시키되 주행로가 등판인 경우에는 평판이나 강판인 경우보다 엔진목표토크를 더 감소시키는 것을 특징으로 하는 하이브리드차량의 운전제어방법.

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