KR101526813B1 - 하이브리드 차량의 코스팅 토크 제어 방법 - Google Patents

하이브리드 차량의 코스팅 토크 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하이브리드 차량의 코스팅 토크 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 자동변속기 수동모드이면서 브레이크 및 액셀 페달을 떼는 코스팅 모드 진입시의 코스팅 토크를 연비 향상 및 운전성 향상을 도모하는 수준으로 제어할 수 있도록 한 하이브리드 차량의 코스팅 토크 제어 방법에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 코스팅 모드에서의 코스팅 토크량을 엔진이 가지는 기어별 엔진 마찰(Friction)토크에 고전압 배터리(Main Battery) SOC 제어를 위한 토크와, 차량 전장 부하를 고려한 토크와, 도로 구배에 따른 코스팅 토크를 더한 최종 코스팅 토크로 적용함으로써, 운전자의 요구토크를 충족시켜 운전성을 향상시키는 동시에 고전압 배터리 SOC 상태를 충전 지향으로 보존하여 연비 향상을 도모할 수 있도록 한 하이브리드 차량의 코스팅 토크 제어 방법을 제공하고자 한 것이다.

Description

하이브리드 차량의 코스팅 토크 제어 방법{Method for controlling coasting torque of hybrid vehicle}
본 발명은 하이브리드 차량의 코스팅 토크 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 자동변속기 수동모드이면서 브레이크 및 액셀 페달을 떼는 코스팅 모드 진입시의 코스팅 토크를 연비 향상 및 운전성 향상을 도모하는 수준으로 제어할 수 있도록 한 하이브리드 차량의 코스팅 토크 제어 방법에 관한 것이다.
하이브리드 차량용 동력전달 시스템은 그 일례로서, 첨부한 도 1에 도시된 바와 같이 서로 직렬로 배열되는 엔진(10) 및 모터(12), 엔진(10) 및 모터(12) 사이에 배열되어 엔진 동력을 전달 또는 단절시키는 엔진클러치(13)와, 모터 또는 모터 및 엔진 동력을 주행 휠로 변속하여 출력하는 자동변속기(14)와, 엔진의 크랭크 풀리와 동력 전달 가능하게 연결되어 엔진시동 및 발전을 하는 일종의 모터인 HSG(16, Hybrid Starter Generator)와, 모터 제어 및 발전 제어를 위한 인버터(18)와, 모터(12) 등에 전력을 제공하도록 인버터와 충방전 가능하게 연결되는 고전압 배터리(20) 등을 포함하여 구성되어 있다.
이러한 하이브리드 차량용 동력전달 시스템은 모터가 자동변속기쪽에 붙어 있는 타입으로서, TMED(Transmission Mounted Electric Device) 방식이라 불리우며, 모터 동력만을 이용하는 순수 전기자동차 모드인 EV(electric vehicle)모드와, 엔진을 주동력으로 하면서 모터를 보조동력으로 이용하는 HEV(hybrid electric vehicle)모드와, 차량의 제동 혹은 관성에 의한 주행시 차량의 제동 및 관성 에너지를 상기 모터에서 발전을 통하여 회수하여 배터리에 충전하는 회생제동(RB: Regenerative Braking)모드 등의 주행모드를 제공한다.
상기 HEV 모드시에는 엔진클러치의 접합(lock-up)과 동시에 엔진과 모터 출력토크의 합으로 차량이 주행하고, EV 모드시에는 엔진클러치의 접합 해제(open)와 동시에 모터의 출력토크에 의해서만 차량의 주행이 이루어진다.
상기의 각 주행모드 중, EV 및 HEV 주행모드는 엑셀 온(Accel On) 및 브레이크 오프(Brake Off) 상태를 말하는 정상 모드(Normal Mode)에서 이루어지고, 회생제동모드는 엑셀 오프(Accel Off) 및 브레이크 온(Brake On) 상태에서 이루어진다.
이때, 상기 정상모드 및 회생제동 모드 이외에 엑셀 오프(Accel Off) 및 브레이크 오프(Brake Off) 상태를 말하는 코스팅 모드(Coasting Mode)를 포함하고, 이 코스팅 모드에서 자동변속기의 수동 기어변속(shift)에 따른 코스팅 주행(coasting = 타행 주행)과 함께 엔진 브레이킹과 같은 제동이 이루어진다.
종래의 코스팅 모드는 엔진클러치가 엔진 및 모터 속도를 동기화시키며 결합된 상태에서 운전자가 기어 수동 변속 조작을 하면, 모터에서 코스팅 주행을 위한 코스팅 토크량(=제동 토크량)을 제어하는 방식으로 이루어진다.
예를 들어, 도 2에서 보듯이 액셀 페달 릴리즈 상태에서 변속 기어 단수별에 따라 감속을 위한 제동토크를 달리 설정하고, 모터로 제동 토크량을 제어하는 방식으로 이루어진다.
이렇게 코스팅 모드에서 엑셀 페달 및 브레이크 페달을 모두 떼면, 코스팅 주행(coasting = 타행 주행)이 이루어지고, 이때 운전자가 수동 기어변속을 하면 모터에서 코스팅 토크량을 조절하여 마치 가솔린 엔진의 엔진 브레이킹이 이루어지는 효과를 얻을 수 있다.
그러나, 종래의 코스팅 모드에서의 코스팅 토크 제어는 고전압 배터리의 SOC 상태, 전장 부하의 사용 상태, 도로 구배 상태 등을 전혀 고려하지 않고 단순히 수동 기어변속단별로 모터에서 코스팅 토크량을 결정하기 때문에, 고전압 배터리의 방전 및 전장 부하의 전류 소비에 따른 연비 저하 원인이 될 수 있고, 도로 구배 상태를 고려하지 않음에 따라 차량 운전성이 저하될 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 코스팅 모드에서의 코스팅 토크량(제동 토크량)을 엔진이 가지는 기어별 엔진 마찰(Friction)토크에 고전압 배터리(Main Battery)의 충전상태(SOC, State Of Charge) 보존을 위한 토크와, 차량 전장 부하를 고려한 토크와, 도로 구배에 따른 코스팅 토크를 더한 최종 코스팅 토크로 적용함으로써, 운전자의 요구토크를 충족시켜 운전성을 향상시키는 동시에 고전압 배터리 SOC 상태를 충전 지향으로 보존하여 연비 향상을 도모할 수 있도록 한 하이브리드 차량의 코스팅 토크 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은: 하이브리드 차량의 코스팅 모드 진입시 코스팅 주행을 위한 코스팅 토크량이 수동 기어 변속단별 엔진 마찰(Friction)토크에 고전압 배터리의 SOC 보존을 위한 보상토크와, 차량 전장 부하를 고려한 보상토크와, 도로 구배에 따른 코스팅 보상토크를 합하여 산출된 최종 코스팅 토크로 적용되도록 한 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 코스팅 토크 제어 방법을 제공한다.
바람직하게는, 상기 고전압 배터리의 SOC 보존을 위한 보상토크와, 차량 전장 부하를 고려한 보상토크와, 도로 구배에 따른 코스팅 보상토크는 실험을 통하여 구축된 맵 데이터로부터 추출되는 것을 특징으로 한다.
상기 고전압 배터리의 SOC 보존을 위한 보상토크는 모터토크로서 고전압 배터리의 SOC 상태가 저 SOC 상태이면 증가 적용되고, 고 SOC 상태이면 감소 적용되는 것을 특징으로 한다.
상기 차량 전장 부하를 고려한 보상토크는 모터토크로서 전장 부하가 증가할수록 증가 적용되는 것을 특징으로 한다.
상기 도로 구배에 따른 코스팅 보상토크는 모터토크로서 강판 주행시 증가 적용되고, 평지로 갈수록 감소 적용되는 것임을 특징으로 한다.
상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.
하이브리드 차량의 HEV 모드 주행 중, 엑셀 오프 및 브레이크 오프 상태를 말하는 코스팅 모드 진입시, 코스팅 주행을 위한 코스팅 토크(제동 토크량)을 수동 기어단수별 엔진 마찰토크에 고전압 배터리 SOC 보존을 위한 보상토크와, 차량 전장 부하를 고려한 보상토크와, 도로 구배에 따른 코스팅 토크를 합한 최종 코스팅 토크로 적용함으로써, 고전압 배터리 SOC 상태를 충전 지향으로 보존하여 연비 향상을 도모할 수 있고, 도로 구배에 따른 코스팅 토크 보상으로 인하여 운전자의 요구토크를 충족시켜 운전성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 하이브리드 차량용 동력전달 시스템 구성을 나타낸 개략도,
도 2는 종래의 코스팅 모드 진입시 코스팅 토크 제어예를 나타낸 그래프,
도 3은 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 코스팅 토크 제어 방법을 나타낸 개념도,
도 4는 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 코스팅 토크 제어시, 각 기어단수별 최종 코스팅 토크를 나타낸 그래프,
도 5는 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 코스팅 토크 제어 방법을 나타낸 순서도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.
전술한 바와 같이, 하이브리드 차량의 코스팅 모드(Coasting Mode)는 EV 및 HEV 주행모드 중 엑셀 오프(Accel Off) 및 브레이크 오프(Brake Off)가 되면서 코스팅 주행(coasting = 타행 주행)이 이루어지는 것을 말하고, 코스팅 주행시 엔진 브레이크와 같은 제동이 이루어진다.
본 발명은 위와 같은 코스팅 모드시 코스팅 주행을 위한 코스팅 토크(제동 토크량)를 엔진 마찰토크(엔진 브레이킹 토크)에 고전압 배터리의 충전량을 의미하는 SOC를 보존하기 위한 보상토크와, 차량 전장 부하를 고려한 보상토크와, 도로 구배에 따른 코스팅 보상토크를 합하여 산출된 최종 코스팅 토크로 제어하는 점에 특징이 있다.
첨부한 도 3은 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 코스팅 토크 제어 방법을 나타낸 개념도이고, 도 5는 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 코스팅 토크 제어 방법을 나타낸 순서도이다.
하이브리드 차량의 코스팅 모드 진입시 운전자가 직접 자동변속기를 수동모드(스포츠 모드)로 변환하여 수동 기어와 같이 변속을 할 수 있고, 이에 도 3에서 보듯이 수동 기어 변속단별로 엔진 마찰(Friction)토크가 달라지게 되고, 엔진 마찰토크(엔진 브레이킹 토크)에 의하여 차량의 제동이 이루어지게 된다.
물론, 도 1의 동력전달 계통도에서 보듯이 엔진(10) 및 모터(12) 사이에 배열된 엔진클러치(13)가 결합되어, 엔진 및 모터 동력이 자동변속기(14)를 통하여 주행 휠로 전달되는 상태에서 운전자가 수동 기어와 같이 변속을 할 때, 수동 기어 변속단별로 엔진 마찰토크가 달라지게 된다.
이때, 위와 같은 수동 기어 변속단별 엔진 마찰토크에 고전압 배터리의 SOC 상태와, 전장 부하의 사용량과, 도로 구배 상황 등을 고려한 보상토크를 합하여 코스팅 주행을 위한 코스팅 토크로 적용하도록 한다.
보다 상세하게는, 코스팅 모드 진입시 수동 기어 변속단별 엔진 마찰토크(엔진 브레이킹 토크)에 고전압 배터리의 충전량을 의미하는 SOC를 보존하기 위한 보상토크와, 차량 전장 부하를 고려한 보상토크와, 도로 구배에 따른 코스팅 보상토크를 합하여 산출된 최종 코스팅 토크를 코스팅 주행시 제동 토크로 사용되도록 한다.
바람직하게는, 상기 고전압 배터리의 SOC 보존을 위한 보상토크와, 차량 전장 부하를 고려한 보상토크와, 도로 구배에 따른 코스팅 보상토크는 실험을 통하여 구축된 맵 데이터로부터 추출될 수 있다.
이렇게 맵 데이터로부터 추출된 고전압 배터리의 SOC를 보존하기 위한 보상토크와, 차량 전장 부하를 고려한 보상토크와, 도로 구배에 따른 코스팅 보상토크를 엔진 마찰토크(엔진 브레이킹 토크)에 합하면, 도 4에서 보듯이 각 기어 단수별 엔진 마찰토크에 각 보상토크가 더해진 최종 코스팅 토크(최종 제동토크량)이 정해지게 된다.
도 3에서 보듯이, 상기 고전압 배터리의 SOC 보존을 위한 보상토크는 모터토크로서 고전압 배터리의 SOC 상태가 저 SOC 상태이면 증가 적용되고, 고 SOC 상태이면 감소 적용되도록 한다.
즉, 상기 고전압 배터리의 SOC 상태가 저 SOC 상태이면 고전압 배터리의 SOC 보존을 위한 보상토크(모터토크)를 충전 지향을 위하여 증가시킨 수준으로 적용하고, 고 SOC 상태이면 배터리 충전량 보존을 위하여 보상토크(모터토크)를 감소시킨 수준으로 적용한다.
또한, 상기 차량 전장 부하를 고려한 보상토크는 모터토크로서, 전장 부하(예를 들어, AC 파워를 포함하는 AUX 등)가 증가할수록 고전압 배터리에 대한 모터의 충전 지향을 위하여 증가시키는 수준으로 적용한다.
즉, 상기 전장 부하(예를 들어, AC 파워를 포함하는 AUX 등)가 증가할수록 고전압 배터리의 SOC 량이 줄어들게 되므로, 고전압 배터리의 SOC 보존을 위하여 차량 전장 부하를 고려한 보상토크인 모터토크를 고전압 배터리에 대한 충전 동작을 하도록 증가시키는 수준으로 적용한다.
또한, 상기 도로 구배에 따른 코스팅 보상토크는 모터토크로서 강판 주행시 증가 적용되고, 평지로 갈수록 감소 적용된다.
이에, 코스팅 모드 진입과 함께 강판 주행시, 코스팅 보상토크를 증가시켜서 운전자 요구토크에 맞게 보다 원활한 강판 주행이 이루어질 수 있다.
이상에서 본 바와 같이, 하이브리드 차량의 HEV 모드 주행 중, 엑셀 오프 및 브레이크 오프 상태를 말하는 코스팅 모드 진입시, 코스팅 주행을 위한 코스팅 토크(제동 토크량)를 수동 기어단수별 엔진 마찰토크에 고전압 배터리 SOC 제어를 위한 보상토크와, 차량 전장 부하를 고려한 보상토크를 합하여 인가함으로써, 고전압 배터리 SOC 상태를 충전 지향으로 보존하여 연비 향상을 도모할 수 있고, 게다가 도로 구배에 따른 코스팅 토크를 더 합하여 최종 코스팅 토크를 인가함으로써, 도로 구배 상황에 맞게 운전자의 요구토크를 충족시켜 운전성을 향상시킬 수 있다.
10 : 엔진
12 : 모터
13 : 엔진클러치
14 : 자동변속기
16 : HSG
18 : 인버터
20 : 배터리

Claims (5)

  1. 하이브리드 차량의 코스팅 모드 진입시 코스팅 주행을 위한 코스팅 토크량이 수동 기어 변속단별 엔진 마찰토크에 고전압 배터리의 SOC 보존을 위한 보상토크와, 차량 전장 부하를 고려한 보상토크와, 도로 구배에 따른 코스팅 보상토크를 합하여 산출된 최종 코스팅 토크로 적용되도록 한 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 코스팅 토크 제어 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 고전압 배터리의 SOC 보존을 위한 보상토크와, 차량 전장 부하를 고려한 보상토크와, 도로 구배에 따른 코스팅 보상토크는 실험을 통하여 구축된 맵 데이터로부터 추출되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 코스팅 토크 제어 방법.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 고전압 배터리의 SOC 보존을 위한 보상토크는 모터토크로서 고전압 배터리의 SOC 상태가 저 SOC 상태이면 증가 적용되고, 고 SOC 상태이면 감소 적용되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 코스팅 토크 제어 방법.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 차량 전장 부하를 고려한 보상토크는 모터토크로서 전장 부하가 증가할수록 증가 적용되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 코스팅 토크 제어 방법.
  5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 도로 구배에 따른 코스팅 보상토크는 모터토크로서 강판 주행시 증가 적용되고, 평지로 갈수록 감소 적용되는 것임을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 코스팅 토크 제어 방법.
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