KR101566742B1

KR101566742B1 - 자동차 및 자동차의 운행 제어 방법

Info

Publication number: KR101566742B1
Application number: KR1020130156693A
Authority: KR
Inventors: 김준호
Original assignee: 현대자동차 주식회사
Priority date: 2013-12-16
Filing date: 2013-12-16
Publication date: 2015-11-06
Also published as: KR20150069939A

Abstract

자동차는, 전기 부하에 연결되어 출력 전류를 생성하는 알터네이터, 상기 전기 부하 및 상기 알터네이터에 전기적으로 연결되어 충방전되는 배터리, 목적지까지의 경로에 대한 실시간 교통 정보로부터 원할 구간의 거리와 상기 원할 구간에서의 예상 평균 속도를 산출하는 네비게이션, 및 상기 출력 전류, 상기 배터리의 SOC, 상기 배터리의 전류, 상기 원할 구간의 거리, 및 상기 예상 평균 속도를 이용하여, 엔진의 ISG(Idle Stop & Go) 동작을 제어하는ECU(engine control unit)를 포함한다.

Description

자동차 및 자동차의 운행 제어 방법{VEHICLE AND CONTROLLING METHOD OF DRIVING THE VEHICLE}

실시 예는 자동차 및 자동차의 운행 제어 방법에 관한 것이다.

자동차의 연비를 개선하기 위하여 공회전시 엔진을 정지시키는 ISG(Idle Stop & Go)가 적용되고 있다. ISG 시스템을 제어하는 여러 가지 조건 중에서 배터리의 충전율(state of charge, SOC)이 일정 이하이면 ISG 시스템은 작동 하지 않는다.

그러나, 자동차의 운행 경로에서 정체구간 이후에 원할한 구간이 있으면 재충전이 가능함에도, 종래기술은 정해진 기준 이하의 SOC에서는 ISG가 작동하지 않는다.

운행 경로에 따라 ISG의 동작을 제어할 수 있는 자동차 및 자동차의 운행 제어 방법을 제공하고자 한다.

실시 예에 따른 자동차는, 전기 부하에 연결되어 출력 전류를 생성하는 알터네이터, 상기 전기 부하 및 상기 알터네이터에 전기적으로 연결되어 충방전되는 배터리, 목적지까지의 경로에 대한 실시간 교통 정보로부터 원할 구간의 거리와 상기 원할 구간에서의 예상 평균 속도를 산출하는 네비게이션, 및 상기 출력 전류, 상기 배터리의 SOC, 상기 배터리의 전류, 상기 원할 구간의 거리, 및 상기 예상 평균 속도를 이용하여, 엔진의 ISG(Idle Stop & Go) 동작을 제어하는ECU(engine control unit)를 포함한다.

상기 원할 구간은 상기 엔진의 회전수가 소정의 임계 회전수 이상일 것으로 예상되는 구간이고, 상기 원할 구간에서 상기 알터네이터는 최대 출력 전력을 공급할 수 있다.

상기 ECU는, 상기 원할 구간의 거리를 상기 예상 평균 속도로 나누어 원할 주행 시간을 산출하고, 상기 알터네이터의 출력 전류에서 상기 배터리 전류를 차감하여 현재 소비 전류를 산출하며, 상기 원할 주행 시간 및 상기 현재 소비 전류를 이용하여 재충전 가능 SOC를 산출한다.

상기 ECU는, 상기 알터네이터의 최대 출력 전류에서 상기 현재 소비 전류를 차감한 결과에 상기 원할 주행 시간을 곱하고, 곱한 결과를 상기 배터리의 정격 용략으로 나눈 후 백분율로 환산하여 상기 재충전 가능 SOC를 산출한다.

상기 ECU는, 소정의 임계 SOC에서 상기 재충전 가능 SOC를 차감한 보상 임계 SOC와 상기 배터리의 현재 SOC를 비교한 결과를 기초로, 엔진의 ISG(Idle Stop & Go) 동작을 제어한다.

상기 ECU는 상기 현재 SOC가 보상 임계 SOC 이상이면, ISG 인에이블 모드로 상기 엔진을 제어하고, 상기 현재 SOC가 보상 임계 SOC보다 작으면, ISG 디스에이블 모드로 상기 엔진을 제어한다.

실시 예에 따른 배터리 및 알터네이터를 포함하는 자동차 운행 제어 방법은, 현재 위치로부터 목적지까지의 경로를 설정하고, 설정된 경로의 교통 정보를 수신하는 단계, 상기 수신된 교통 정보로부터 원할 구간의 거리 및 예상 평균 속도를 검출하여, 원할 주행 시간 및 현재 소비 전류를 산출하는 단계, 상기 원할 주행 시간 및 상기 현재 소비 전류를 이용하여 재충전 가능 SOC를 산출하는 단계, 소정의 임계 SOC에서 상기 재충전 가능 SOC를 뺀 보상 임계 SOC와 상기 배터리의 현재 SOC를 이용하여 ISG 인에이블 모드 및 ISG 디스에이블 모드 중 하나를 결정하는 단계를 포함한다.

상기 자동차의 운행 제어 방법은, 상기 목적지 설정이 되었는지 판단하는 단계를 더 포함하고, 상기 목적지가 설정되지 않으면, 상기 재충전 가능 SOC는 0%로 설정되고 상기 상기 ISG 인에이블 모드 및 상기 ISG 디스에이블 모드 중 하나를 결정하는 단계를 진행한다.

상기 ISG 인에이블 모드 및 상기 ISG 디스에이블 모드 중 하나를 결정하는 단계는, 상기 현재 SOC가 상기 보상 임계 SOC 보다 작은지 판단하는 단계, 및 상기 현재 SOC가 상기 보상 임계 SOC보다 작지 않으면, 상기 ISG 인에이블 모드로 결정하는 단계를 포함한다.

상기 ISG 인에이블 모드 및 상기 ISG 디스에이블 모드 중 하나를 결정하는 단계는, 상기 현재 SOC가 상기 보상 임계 SOC 이상인지 판단하는 단계, 및 상기 현재 SOC가 상기 보상 임계 SOC 이상이면, 상기 ISG 디스에이블 모드로 결정하는 단계를 포함한다.

상기 원할 주행 시간 및 상기 현재 소비 전류를 산출하는 단계는, 상기 원할 구간의 거리를 상기 예상 평균 속도로 나누어 원할 주행 시간을 산출하고, 상기 알터네이터의 출력 전류에서 상기 배터리 전류를 차감하여 현재 소비 전류를 산출한다.

상기 재충전 가능 SOC를 산출하는 단계는, 상기 알터네이터의 최대 출력 전류에서 상기 현재 소비 전류를 차감한 결과에 상기 원할 주행 시간을 곱하고, 곱한 결과를 상기 배터리의 정격 용략으로 나눈 후 백분율로 환산하여 상기 재충전 가능 SOC를 산출하는 단계를 포함한다.

운행 경로에 따라 ISG의 인에이블/디스에이블을 제어하여, ISG의 작동 빈도를 향상시켜 연비를 개선할 수 있다.

도 1은 실시 예에 따른 자동차의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 실시 예에 따른 ISG 제어 방법을 나타낸 순서도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

실시 예에 따른 자동차 운행 방법은, 네비게이션의 실시간 교통정보를 이용하여 원할한 구간을 검색하고, 검색된 구간에서 재충전 할 수 있는 SOC를 추정한 후, ISG의 동작 정지 기준을 완화한다. 그러면, ISG 시스템의 작동 빈도를 증가되어 자동차의 연비가 개선될 수 있다.

도 1은 실시 예에 따른 자동차의 구성을 나타낸 도면이다.

자동차(1)은 알터네이터(10), 배터리(20), 전류 센서(11), 배터리 센서(21), ECU(engine control unit)(30), 엔진(40), 및 네비게이션(50)을 포함한다.

알터네이터(10)는 전기 부하(60)에 연결되어 있고, 전기 부하(60)에 전력을 공급한다. 알터네이터(10)로부터 출력되는 전력 중 전기 부하(60)에 공급되는 전력을 뺀 전력은 배터리(20)에 공급될 수 있다. 예를 들어, 알터네이터(10)의 출력 전류에서 전기 부하(60)에 공급되는 전류를 뺀 나머지 전류가 배터리(20)의 충전에 이용될 수 있다. 이하, 전기 부하(60)에 공급되는 전류를 소비 전류라 한다.

배터리(20)는 전기 부하(60)에 연결되어 있고, 전기 부하(60)에 전력을 공급하고, 알터네이터(10)에 의해 충전된다. 또한, 전기 부하(60)가 모터인 경우 회생 제동에 의해 배터리(20)가 충전될 수 있다.

전류 센서(11)는 알터네이터(10)의 출력 전류를 감지한다.

배터리 센서(21)는 배터리(20)를 구성하는 복수의 셀(도시하지 않음) 각각의 셀 전압, 배터리(20)에 흐르는 충전 전류 및 방전 전류(이하, 배터리 전류)를 측정하며, 배터리(20)의 SOC를 예측할 수 있다. 배터리 센서(21)는 측정된 복수의 셀 전압을 기초로 OCV(open circuit voltage)를 산출할 수 있다. 배터리 센서(21)는 OCV, 배터리(20)의 온도, 및 충전 전류와 방전 전류를 이용하여 SOC를 예측할 수 있다.

전류 센서(11)로부터 측정된 출력 전류와 배터리 센서(21)에 의해 예측된 SOC 및 배터리 전류는ECU(engine control unit)(30)로 전달된다.

네비게이션(50)은 설정된 목적지까지의 경로에 대한 실시간 교통 정보를 교통 정보 센터(도시하지 않음)로부터 수신할 수 있다. 네비게이션(50)은 목적지까지의 경로 중 교통 흐름이 원할한 구간(원할 구간)의 거리와 예상 평균 속도를 교통 정보로부터 산출하여 ECU(30)로 송신한다.

이 때, 원할 구간은 엔진(40)의 회전수가 소정의 임계 회전수 이상일 것으로 예상되는 구간을 의미한다. 예를 들어, 임계 회전수는 알터네이터(10)로부터 생성되는 전력이 전기 부하(60)의 필요 전력을 초과하는 회전수로 설정될 수 있다.

즉, 실시 예에서는, 필요 전력보다 많은 전력이 알터네이터(10)로부터 생성될 때의 회전수를 근거로 임계 회전수를 설정할 수 있다. 원할 구간에서 필요 전력을 초과하는 전력으로 배터리(20)가 충전된다.

구체적으로, 자동차의 속도가 60km/h 이상일 때, 엔진의 회전수가 2000rpm 이상이 되어 알터네이터(10)는 최대 출력 전력을 공급할 수 있다. 임계 회전수는 2000rpm으로 설정되고, 자동차의 속도가 60km/h 이상인 구간을 원할 구간으로 설정할 수 있다.

엔진(40)은 ECU(30)의 제어에 따라 동작한다. 예를 들어, ECU(30)는 배터리(20)의 SOC가 임계 SOC보다 작을 때, ISG 디스에이블 모드로 엔진(40)을 제어하고, SOC가 임계 SOC보다 클 때, ISG 인에이블 모드로 엔진(40)을 제어한다.

ISG 인에이블 모드에서는 공회전시 엔진(40)은 ECU(30)의 제어에 따라 정지되고, ISG 디스에이블 모드에서는 공회전시에도 ECU(30)는 엔진(40)을 정지시키기 않는다.

ECU(30)는 원할 구간의 주행 시간(dh)(이하, 원할 주행 시간)을 계산한다. 예를 들어, 네비게이션(50)으로부터 수신한 원할 구간의 거리와 예상 평균 속도를 이용하여 원할 주행 시간(dh)를 게산할 수 있다. 주행 시간(dh)는 아래 수학식 1과 같다.

[수학시1]

원할 주행 시간(dh) = 원할 구간의 거리 / 예상 평균 속도

예상 속도는 원할 구간에서의 예상 평균 속도이다.

ECU(30)는 현재의 소비 전류(CA)(이하, 현재 소비 전류)를 계산한다. 예를 들어, ECU(30)는 알터네이터(10)의 현재 출력 전류와 배터리(20)에 흐르는 현재 배터리 전류를 이용하여 현재 소비 전류(CA)를 계산한다. 현재 소비 전류(CA)는 아래 수학식 2와 같다.

[수학식 2]

현재 소비 전류(CA) = 현재 출력 전류 - 현재 배터리 전류

전기부하(60)의 소비전류 보다 알터네이터(10)의 출력이 큰 경우, 자동차의 전기부하(60)는 알터네이터(10)에서 출력되는 전류를 우선 소비한다. 배터리(20)가 방전되어 있는 경우 소비전류를 초과하는 알터네이터 출력 전류는 배터리(20)에 공급되어 배터리(20)를 충전시킨다. 이 때, 배터리 전류는 양의 값으로 설정한다.

만약, 배터리(20)가 만충전 상태에서는 전기 부하(60)의 소비 전류 만큼만 알터네이터(10)의 출력 전류를 제어할 수도 있다.

전기 부하(60)의 소비전류가 알터네이터(10)의 출력 전류보다 큰 경우, 알터네이터(10)의 출력 전류 전기 부하(60)의 소비 전류 간의 부족한 전류는 배터리(20)로부터 공급된다. 이 때, 배터리 전류는 음의 값으로 설정한다.

따라서 수학식 2와 같이, 전기 부하(60)의 소비 전류는 알터네이터(10)의 출력 전류에서 배터리(20)의 전류를 차감하여 산출할 수 있다.

ECU(30)는 원할 주행 시간(dh) 및 현재 소비 전류(CA)를 이용하여 재충전 가능 SOC(RSOC)를 산출한다. 예를 들어, ECU(30)는 아래 수학식 3을 이용하여 재충전 가능 SOC(RSOC)를 산출할 수 있다.

[수학식 3]

재충전 가능 SOC(RSOC)[%] = [{(알터네이터 최대 출력 전류-현재 소비 전류(CA)) * 원할 주행시간(dh)}/배터리 정격 용량]*100

알터네이터 최대 출력 전류는 알터네이터(10)로부터 생성되는 최대 출력 조건에서의 전류를 의미한다. 알터네이터 최대 출력 전류에서 현재 소비 전류를 차감하면, 배터리(20)에 공급될 수 있는 최대 전류가 산출된다.

여기에 주행시간(dh)를 곱하면, 배터리(20)에 공급될 수 있는 총 전하량이 되고, 이를 배터리 정격 용량으로 나누면 충전 비율이 산출되며, 100을 곱해 SOC의 단위인 %로 환산된다.

ECU(30)는 임계 SOC에서 재충전 가능 SOC를 차감하여 보상 임계 SOC를 산출한다. ECU(30)는 배터리 센서(21)로부터 수신된 현재 SOC가 보상 임계 SOC 이상이면, ISG 인에이블 모드로 엔진(40)을 제어한다. ECU(30)는 현재 SOC가 보상 임계 SOC보다 작으면, ISG 디스에이블 모드로 엔진(40)을 제어한다.

예를 들어, ECU(30)는 엔진(40)으로 ISG enable 신호를 생성하여 출력한다. ISG 인에이블 모드인 경우 ISG enable 신호는 논리 1이고, ISG 디스에이블 모드인 경우 ISG enable 신호는 논리 0이다.

도 2는 실시 예에 따른 ISG 제어 방법을 나타낸 순서도이다.

먼저, 목적지 설정이 되었는지 판단한다(S10).

단계 S10에서, 목적지가 설정되면, 현재 위치로부터 목적지까지의 경로를 설정하고, 설정된 경로의 교통 정보를 수신한다(S20).

단계 S10에서, 목적지가 설정되지 않으면, 재충전 가능 SOC(RSOC)는 0%로 설정되고(S40), ISG 인에이블/디스에이블 판단 단계가 진행된다.

단계 S20에서 수신된 교통 정보로부터 원할 구간 및 예상 평균 속도를 검출하여, 원할 주행 시간 및 현재 소비 전류를 산출한다(S30). 그리고 재충전 가능 SOC(RSOC)를 산출한다(S50).

기본적으로 ISG enable 신호는 '1'로 설정된다(S60).

현재 SOC가 보상 임계 SOC(TSOC-RSOC) 보다 작은지 판단한다(S70). TSOC[%]는 임계 SOC[%]를 의미한다.

단계 S70에서, 현재 SOC가 보상 임계 SOC보다 작지 않으면, ISG enable 신호는 '1'로 유지된다(S60). 단계 S70에서, 현재 SOC가 보상 임계 SOC보다 작으면, ISG enable 신호는 '0'으로 변경된다(S80).

ISG 디스에이블 모드에서, 현재 SOC가 보상 임계 SOC 이상인지 판단한다(S90). 단계 S90에서, 현재 SOC가 보상 임계 SOC 이상이면, ISG enable 신호는 '1'로 변경된다(S60). 단계 S90에서, 현재 SOC가 보상 임계 SOC보다 작으면, ISG enable 신호는 '0'으로 유지된다(S80).

이와 같이, 운행 경로에 따라 ISG의 인에이블/디스에이블을 제어하여, ISG의 작동 빈도를 향상시켜 연비를 개선할 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

1: 자동차
10: 알터네이터
20: 배터리
11: 전류 센서
21: 배터리 센서
30: ECU(engine control unit)
40: 엔진
50: 네비게이션

Claims

전기 부하에 연결되어 출력 전류를 생성하는 알터네이터,
상기 전기 부하 및 상기 알터네이터에 전기적으로 연결되어 충방전되는 배터리,
목적지까지의 경로에 대한 실시간 교통 정보로부터 원할 구간의 거리와 상기 원할 구간에서의 예상 평균 속도를 산출하는 네비게이션, 및
상기 출력 전류, 상기 배터리의 SOC, 상기 배터리의 전류, 상기 원할 구간의 거리, 및 상기 예상 평균 속도를 이용하여, 엔진의 ISG(Idle Stop & Go) 동작을 제어하는 ECU(engine control unit)를 포함하고,
상기 ECU는,
상기 원할 구간의 거리를 상기 예상 평균 속도로 나누어 원할 주행 시간을 산출하고, 상기 알터네이터의 출력 전류에서 상기 배터리 전류를 차감하여 현재 소비 전류를 산출하며, 상기 원할 주행 시간 및 상기 현재 소비 전류를 이용하여 재충전 가능 SOC를 산출하는 자동차.
제1항에 있어서,
상기 원할 구간은 상기 엔진의 회전수가 소정의 임계 회전수 이상일 것으로 예상되는 구간이고, 상기 원할 구간에서 상기 알터네이터는 최대 출력 전력을 공급할 수 있는 자동차.
삭제
제1항에 있어서,
상기 ECU는,
상기 알터네이터의 최대 출력 전류에서 상기 현재 소비 전류를 차감한 결과에 상기 원할 주행 시간을 곱하고, 곱한 결과를 상기 배터리의 정격 용략으로 나눈 후 백분율로 환산하여 상기 재충전 가능 SOC를 산출하는 자동차.
제4항에 있어서,
상기 ECU는,
소정의 임계 SOC에서 상기 재충전 가능 SOC를 차감한 보상 임계 SOC와 상기 배터리의 현재 SOC를 비교한 결과를 기초로, 엔진의 ISG(Idle Stop & Go) 동작을 제어하는 자동차.
제5항에 있어서,
상기 ECU는 상기 현재 SOC가 보상 임계 SOC 이상이면, ISG 인에이블 모드로 상기 엔진을 제어하고, 상기 현재 SOC가 보상 임계 SOC보다 작으면, ISG 디스에이블 모드로 상기 엔진을 제어하는 자동차.
배터리 및 알터네이터를 포함하는 자동차의 운행 제어에 있어서,
현재 위치로부터 목적지까지의 경로를 설정하고, 설정된 경로의 교통 정보를 수신하는 단계,
상기 수신된 교통 정보로부터 원할 구간의 거리 및 예상 평균 속도를 검출하여, 원할 주행 시간 및 현재 소비 전류를 산출하는 단계,
상기 원할 주행 시간 및 상기 현재 소비 전류를 이용하여 재충전 가능 SOC를 산출하는 단계,
소정의 임계 SOC에서 상기 재충전 가능 SOC를 뺀 보상 임계 SOC와 상기 배터리의 현재 SOC를 이용하여 ISG 인에이블 모드 및 ISG 디스에이블 모드 중 하나를 결정하는 단계를 포함하는 자동차의 운행 제어 방법.
제7항에 있어서,
상기 원할 구간은 엔진의 회전수가 소정의 임계 회전수 이상일 것으로 예상되는 구간이고, 상기 원할 구간에서 상기 알터네이터는 최대 출력 전력을 공급할 수 있는 자동차의 운행 제어 방법.
제7항에 있어서,
상기 목적지 설정이 되었는지 판단하는 단계를 더 포함하고,
상기 목적지가 설정되지 않으면, 상기 재충전 가능 SOC는 0%로 설정되고 상기 상기 ISG 인에이블 모드 및 상기 ISG 디스에이블 모드 중 하나를 결정하는 단계를 진행하는 자동차의 운행 제어 방법.
제7항에 있어서,
상기 ISG 인에이블 모드 및 상기 ISG 디스에이블 모드 중 하나를 결정하는 단계는,
상기 현재 SOC가 상기 보상 임계 SOC 보다 작은지 판단하는 단계, 및
상기 현재 SOC가 상기 보상 임계 SOC보다 작지 않으면, 상기 ISG 인에이블 모드로 결정하는 단계를 포함하는 자동차의 운행 제어 방법.
제7항에 있어서,
상기 ISG 인에이블 모드 및 상기 ISG 디스에이블 모드 중 하나를 결정하는 단계는,
상기 현재 SOC가 상기 보상 임계 SOC 이상인지 판단하는 단계, 및
상기 현재 SOC가 상기 보상 임계 SOC 이상이면, 상기 ISG 디스에이블 모드로 결정하는 단계를 포함하는 자동차의 운행 제어 방법.
제7항에 있어서,
상기 원할 주행 시간 및 상기 현재 소비 전류를 산출하는 단계는,
상기 원할 구간의 거리를 상기 예상 평균 속도로 나누어 원할 주행 시간을 산출하는 단계, 및
상기 알터네이터의 출력 전류에서 상기 배터리 전류를 차감하여 현재 소비 전류를 산출하는 단계를 포함하는 자동차의 운행 제어 방법.
제12항에 있어서,
상기 재충전 가능 SOC를 산출하는 단계는,
상기 알터네이터의 최대 출력 전류에서 상기 현재 소비 전류를 차감한 결과에 상기 원할 주행 시간을 곱하고, 곱한 결과를 상기 배터리의 정격 용략으로 나눈 후 백분율로 환산하여 상기 재충전 가능 SOC를 산출하는 단계를 포함하는 자동차의 운행 제어 방법.