KR101684500B1 - 하이브리드 차량의 엔진 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 하이브리드 차량의 엔진 오프(Off) 상태에서 출력 요구파워를 계속적으로 탐지하여 상기 요구파워가 기설정된 엔진 지연시동 파워를 초과하는지 판단하는 단계와, 상기 요구파워가 기설정된 엔진 무지연시동 파워를 초과하는지 여부를 판단하는 단계 및 상기 요구파워가 상기 엔진 지연시동 파워를 초과한 이후 제1설정시간 이내에 상기 엔진 무지연시동 파워를 초과하는 경우 상기 엔진을 시동시키는 단계를 포함하는 하이브리드 차량의 엔진 제어 방법에 관한 것으로서 본 발명에 의하면 하이브리드 차량의 연비와 출력 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

하이브리드 차량의 엔진 제어 방법{METHOD FOR CONTROLLING ENGING OF HYBRID ELECTRIC VEHICLE}
본 발명은 하이브리드 차량의 엔진 제어 방법에 관한 것으로서 보다 상세하게는 엔진의 시동 시점을 제어함으로써 차량의 출력 효율 및 연비를 향상시킬 수 있는 하이브리드 차량의 엔진 제어 방법에 관한 것이다.
하이브리드차량은 모터와 엔진의 두가지 동력원으로 주행을 하게 되는데 일반적으로 저속과 같은 운전자 요구파워(엑셀 페달 깊이)가 낮은 영역은 모터로 구동되고 고속 주행, 가속 구간, 등판 주행 등 운전자의 요구 파워가 높은 구간은 엔진이 기동되어 엔진과 모터가 동시에 주행 파워를 출력 하게 된다.
주행 구간 중 엔진을 어느 시점에서 on하고 off함 따라 차량의 에너지 효율이 변하게 되고 효과적으로 엔진 on시점을 결정함으로서 차량의 연비를 향상 시킬수 있다
종래 하이브리드차량은 도 1에 도시된 바와 같이 운전자의 엑셀 페달조작에 따라 요구 파워가 낮은 영역은 모터로 주행 하는 EV(Electric Vehicle)모드로 주행이 되고 운전자 요구 파워가 높아져 일정 기준(P2) 이상 일 경우에는 엔진을 기동 시켜 엔진과 모터를 동시에 구동 시키는 하이브리드 모드로 주행이 된다. 다시 운전자의 요구 파워가 일정 히스테리시스(P1)이하에 도달 하면 엔진을 off 시켜 EV 모드로 주행이 된다
도심 주행과 같은 정체 구간 주행 시 운전자가 엑셀페달을 빈번하게 조작 하게 되면 도 1에 도시된 바와 같이 엔진 on/off 횟수가 빈번히 일어나게 된다.
엔진을 기동시켜 부드럽게 차량 주행에 엔진 파워를 전달하기 위해서는 수초의 시간이 걸리는데 이 시간 전에 바로 엔진을 off 시키면 엔진의 파워가 실제 차량의 주행에 기여 하지 못하는 문제가 발생한다.
따라서, 엔진을 기동 시킬 때 필요한 연료와 기동 모터의 에너지 그리고 엔진을 off 시킬 때 필요한 모터의 에너지가 차량 주행과 상관없이 낭비 되어 실제 도심 주행의 연비가 낮아지는 문제가 발생한다.
또한, 엔진을 한번 시동시키면 운전자가 바로 엑셀 페달을 완전히 off 했다 하더라도 운전성 측면이나 재 가속을 대비 하기 위해 수초간 엔진을 아이들로 시동을 켜놓게 됨으로 이때도 연료 소모가 발생하여 연비를 악화시키게 되는 문제가 발생한다.
본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 불필요한 엔진의 온/오프에 의한 연료 소모 및 전기 에너지 낭비를 방지하여 차량의 연비를 향상시킬 수 있고, 유해가스의 발생량을 줄일 수 있으며, 차량의 출력 효율을 향상시킬 수 있는 하이브리드 차량의 엔진 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 과제를 해결하기 위한 수단으로서 본 발명의 실시예에서는 하이브리드 차량의 엔진 제어 방법을 제공한다. 몇몇 실시예에서, 상기 하이브리드 차량의 엔진 제어 방법은 (a) 상기 차량의 엔진 오프(Off) 상태에서 출력 요구파워를 계속적으로 탐지하여 상기 요구파워가 기설정된 엔진 지연시동 파워를 초과하는지 판단하는 단계; (b) 상기 요구파워가 기설정된 엔진 무지연시동 파워를 초과하는지 여부를 판단하는 단계; 및 (c) 상기 요구파워가 상기 엔진 지연시동 파워를 초과한 이후 제1설정시간 이내에 상기 엔진 무지연시동 파워를 초과하는 경우 상기 엔진을 시동시키는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 요구파워가 상기 엔진 지연시동 파워 보다 크고 상기 엔진 무지연시동 파워 보다 작은 경우 상기 제1설정시간 경과 후 상기 엔진을 시동하는 것을 특징으로 할 수 있다.
(d) 상기 제1설정시간 경과 시점에서 시간에 대한 요구파워 변화량(기울기)을 계산하고 이를 이용하여 상기 엔진의 시동 여부를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 요구파워 변화량이 0 보다 큰 경우 상기 엔진을 시동하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 요구파워 변화량이 0인 경우 제2설정시간 경과 후에 상기 엔진을 시동하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 요구파워 변화량이 0 보다 작은 겨우 상기 엔진의 시동을 오프(Off)로 유지하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 제1설정시간 이후 상기 제2설정시간이 경과하기 전에 요구파워가 증가하여 상기 엔진 무지연시동 파워를 초과하면 상기 엔진을 시동하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 제1설정시간 경과 후 상기 제2설정시간이 경과하기 전에 상기 요구파워 변화량이 0 보다 작아지게 되면 상기 제2설정시간을 O으로 리셋하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 제2설정시간이 0으로 리셋된 이후에 상기 요구파워가 상기 엔진 지연시동 파워 이하로 되면 상기 제1설정시간과 상기 제2설정시간을 O으로 리셋하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 제2설정시간이 0으로 리셋된 이후에 상기 요구파워가 상기 엔진 지연시동 파워를 초과하면 상기 (d) 단계로 복귀하는 것을 특징으로 할 수 있다.
(e) 상기 엔진의 시동 이후 상기 요구파워가 기설정된 엔진 오프(Off) 파워를 초과하면 상기 엔진의 시동을 유지하고, 그 이하이면 상기 엔진의 시동을 오프(Off)하도록 제어하는 단계를 더 포함 할 수 있다.
본 발명의 하이브리드 차량용 엔진 제어 방법에 의하면 요구파워의 크기에 따라 엔진 시동 시간을 유동적으로 제어함으로써 불필요한 엔진의 온/오프에 의한 연료 소모 및 전기 에너지 낭비를 방지하여 차량의 연비를 향상시킬 수 있다.
또한 본 발명에 의하면 불필요한 엔진의 온/오프를 방지하여 유해가스의 발생량을 줄일 수 있으며, 차량의 출력 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래기술에 따른 엔진 제어를 도시한 그래프이다.
도 2는 본 발명에 적용되는 하이브리드 시스템의 실시예를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량용 엔진 제어 방법의 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 엔진 제어 방법의 그래프이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 엔진 제어 방법의 그래프이다.
도 6은 본 발명과 종래기술의 제어 그래프를 비교하여 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 엔진 제어 방법을 실제로 적용하여 실험한 그래프이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 엔전 제어 방법이 적용되는 하이브리드 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2의 하이브리드 시스템은 설명의 편의를 위하여 실시예로 도시한 것이다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 엔진 제어 방법은 도 2의 하이브리드 시스템뿐만 아니라 다른 모든 하이브리드 시스템에도 적용될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이 본 발명이 적용되는 하이브리드 시스템은 운전요구 검출부(10)와 ECU(Engine Control Unit: 20), 배터리(40), BMS(Battery Management System: 50), HCU(Hybrid Control Unit: 60), MCU(Motor Control Unit: 70), 모터(80), 엔진(90), 변속기(100) 및 구동륜(110)을 포함할 수 있다.
운전요구 검출부(10)는 운전자의 자동차 운행 요구(요구파워)를 검출하는 것으로, 출발 및 가속 요구에 대한 APS(Accel Position Sensor) 신호, 브레이크 페달 신호, 시프트 레버로 선택되는 변속단 정보(P/R/N/D/E/L) 등을 검출하여 그에 대한 정보를 출력한다. 이하에서는 상기 APS를 위주로 요구파워에 대해 설명한다.
ECU(20)는 상기 운전요구 검출부(10)로부터의 운행 요구(요구파워) 신호와 냉각수온 및 엔진 토크 등의 엔진 상태 정보에 따라 엔진(90)의 제반적인 동작을 제어한다.
배터리(40)는 하이브리드 모드에서 모터(80)에 전압을 공급하고, 감속시에 회생제동 에너지를 회수하여 충전된다.
BMS(50)는 상기 배터리(40)의 전압, 전류, 온도 등의 정보를 종합 검출하여 배터리(40)의 SOC 상태를 관리 제어하며, 모터(80)의 출력토크에 따라 공급되는 전류량을 제어한다.
HCU(60)는 하이브리드 차량의 전반적인 동작을 제어하는 상위 제어기로, 각 장치별로 제어기를 네트워크로 연결하여 상호간의 정보를 주고받으며, 협조 제어를 실행하여 엔진(90)과 모터(80)의 출력 토크를 제어하고, 목표 기어비를 제어하여 주행을 유지한다.
상기와 같은 하이브리드 시스템은 일반적으로 당업자에게 널리 알려진 것이므로 각 구성에 대한 자세한 설명은 생략한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 엔진 제어 방법의 흐름도이고, 도 4 및 도 5는 시간에 따른 엔진 요구파워 변화를 도시한 그래프이다.
도 3 내지 도 4에 도시된 바와 같이 전기차(EV) 주행 모드와 같이 엔진(90)의 시동이 오프(Off)된 상태에서 차량 ECU(20) 또는 HCU(60)에서 차량의 출력 요구파워를 계속적으로 탐지하여(S1), 상기 요구파워가 기설정된 엔진 지연시동 파워(P2)를 초과하는지 여부를 판단한다(S10).
하나 또는 다수의 실시예에서 상기 엔진의 요구파워는 운전자기 엑셀의 페달을 밟는 정도를 운전요구 검출부(10)에서 센싱한 신호(APS)를 통해 파악할 수 있다.
그리고 상기 요구파워가 상기 엔진 지연시동 파워(P2)를 초과하는 경우 도 3에 도시된 바와 같이 제1시간 카운트를 개시한다(S11).
한편, 차량 ECU(20) 또는 HCU(60)에서는 상기 요구파워가 기설정된 엔진 무지연시동 파워(P3)를 초과하는지 여부도 판단한다(S20). 도4 내지 도 5에 도시된 바와 같이 엔진 무지연시동 파워(P3)는 상기 엔진 지연시동 파워(P2) 보다 큰 값으로 설정된다. 그리고 엔진 오프 파워(P1)은 엔진 지연시동 파워(P2) 보다 작은 값으로 설정된다.
종래기술의 경우 엔진 지연시동 파워(P2)와 엔진 오프 파워(P1)만으로 구성되어 있었으나, 본 발명의 경우에는 이에 더하여 엔진 무지연시동 파워(P3)를 포함한다.
상기 요구파워가 상기 엔진 지연시동 파워(P2) 초과한 이후 제1설정시간 이내에 상기 엔진 무지연시동 파워(P3)를 초과하는 경우 차량 ECU(20) 또는 HCU(60)에서 상기 엔진을 즉시 시동시키도록 제어 한다(S30). 즉, 도 4의 요구파워 라인(L)에서 F2 지점이 이에 해당한다. F2 지점에서 요구파워는 엔진 지연시동 파워(P2) 및 엔진 무지연시동 파워(P3) 보다 커지게 되고 이 지점(F2)에서 엔진(90)이 즉시 시동되어 RPM이 E2와 같이 발생한다.
한편, 상기 요구파워가 상기 엔진 지연시동 파워(P2) 보다 크고 상기 엔진 무지연시동 파워(P3) 보다 작은 경우에는 차량 ECU(20) 또는 HCU(60)에서 상기 카운트된 제1시간이 제1설정시간(T1)를 초과하는지 여부를 판단한다(S21).
하나 또는 다수의 실시예에서 상기 카운트된 제1시간이 제1설정시간(T1)를 초과하는 경우 차량 ECU(20) 또는 HCU(60)에서 상기 엔진(90)을 즉시 시동시킨다. 도 4에 도시된 F1 지점이 이 경우에 해당된다. 즉, 본 발명의 실시예에 따르면 APS 등에 의해 파악되는 운전자의 요구파워가 상기 엔진 지연시동 파워(P2)만을 초과한 경우에는 즉시 엔진(90)을 시동하지 않고, 소정의 제1설정시간(T1)을 딜레이 시킨 이후에 엔진(90)을 시동시킨다. 따라서, 운전자의 요구파워의 피크치를 흡수시켜 빈번한 엔진(90) 온/오프를 방지함으로써 차량의 연비를 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 다른 하나 또는 다수의 실시예에서는 도 3에 도시된 바와 같이 S21 단계 이후에 차량 ECU(20) 또는 HCU(60)에서 요구파워 변화량을 고려할 수도 있다(S40/S41). 즉, 상기 제1설정시간 경과 시점에서 시간에 대한 요구파워의 변화량(도 4에서 요구파워의 기울기)을 차량 ECU(20) 또는 HCU(60)에서 계산하고 이를 이용하여 상기 엔진(90)의 시동 여부를 결정한다(S40). 요구파워 변화량은 요구파워가 시간별로 변화하는 기울기로서, APS 값의 경우 엑셀 페달 변화의 기울기가 된다.
만약, 상기 요구파워 변화량 즉, 요구파워의 기울기가 0 보다 큰 양의 값을 가지게 되면(S41), 요구파워가 증가하고 있는 상태이므로 이 경우에는 차량 ECU(20) 또는 HCU(60)에서 엔진(90)을 즉시 시동시킨다. 이는 도 5에서 케이스1(Case1)의 경우로서 K1 지점에서의 기울기가 양의 값이므로 즉시 엔진(90)을 시동함으로써 엔진(90)의 RPM이 M1과 같이 나타난다.
반면에, 상기 상기 요구파워 변화량 즉, 도 4의 요구파워(L)의 기울기가 0의 값을 가지거나 그 보다 작은 값을 가지게 되면(S42), 엔진(90)을 즉시 시동하지는 않는다.
이 경우에는 차량 ECU(20) 또는 HCU(60)에서 제2시간을 카운트하며(S43) 두 경우로 나누어서 판단한다.
요구파워의 변화량(기울기)가 0인 경우는 상기 요구파워의 크기가 유지되고 있으므로 카운트된 제2시간이 제2설정시간(T2)의 경과하면(S44)에 차량 ECU(20) 또는 HCU(60)에서 엔진(90)을 시동시킨다. 이는 도 5에 도시된 케이스(Case) 중 케이스2(Case2)의 경우로서, 도 5에 도시된 바와 같이 제2설정시간(T2) 만큼 딜레이한 이후 시점(K2)에서 엔진(90)을 시동시킨다. 따라서, 이 경우 M2 지점에서 엔진(90)의 RPM이 나타나게 된다.
그리고, 요구파워의 변화량(기울기)가 0 보다 작은 경우는 상기 요구파워의 크기가 감소되고 있는 상태를 나타내므로 이 경우에는 차량 ECU(20) 또는 HCU(60)에서 상기 카운트된 제2시간을 O으로 리셋(Reset)한다(S45).
이 경우 도 5에 도시된 케이스3(Case3)가 될 수 있다. 케이스3의 경우 제1설정시간(T1) 경과 시점(K1)에서 기울기가 음의 값을 가지므로 제2시간 카운트가 0으로 리셋된다(S45). 따라서 제2설정시간(T2)이 경과되어도 엔진(90)이 시동되지 않는다(M3).
한편, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 제2설정시간이 0으로 리셋된 이후에 상기 요구파워가 상기 엔진 지연시동 파워(P2) 이하로 되는지 여부를 차량 ECU(20) 또는 HCU(60)에서 판단한다(S46).
이 판단에서 상기 요구파워가 엔진 지연시동 파워 이하로 판단되면 상기 제1설정시간과 상기 제2설정시간을 모두 O으로 리셋하고 S10 단계로 복귀하게 된다(S47).
상기 판단에서 요구파워가 엔진 지연시동 파워(P2)를 초과하면(S48), S40 단계로 복귀하여 요구파워 변화율이 양의 값을 가지는지 판단하게 된다.
도 5에 케이스3(Case3)의 경우는 요구파워가 엔진 지연시동 파워(P2) 보다도 작은 경우 이므로 상기 S46 단계의 판단을 통해 상기 S47 단계로 진행하게 된다.
한편, 차량 ECU(20) 또는 HCU(60)에서는 상기 S30, S41, S44 단계 등을 통해 상기 엔진(90)이 시동된 이후에 상기 요구파워가 기설정된 엔진 오프(Off) 파워(P1)를 초과하는지 여부를 판단한다(S50).
차량 ECU(20) 또는 HCU(60)에서는 요구파워가 기설정된 엔진 오프(Off) 파워(P1)를 초과하는 경우에는 상기 엔진(90)의 시동을 유지하고, 요구파워가 상기 엔진 오프 파워(P1) 이하가 되면 상기 엔진(90)의 시동을 오프(Off)하도록 제어한다(S50).
상기와 같은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 엔진 제어 방법에 의하면, 요구파워가 P3를 넘어서면 엔진을 즉시 시동시켜 딜레이 없이 즉시 고 파워의 엔진을 구동시킴으로써 원하는 출력 성능을 제공할 수 있다.
그리고, 도 6에 도시된 바와 같이 운전자의 요구파워가 P2와 P3 사이에 있으면 소정 시간(T1)을 딜레이 한 후 엔진이 시동되도록 함으로서 종래기술에 비해 불필요한 엔진 온/오프를 방지하여 차량의 연비를 향상시킬 수 있다.
한편, 운전자의 요구파워가 P2와 P3 사이에 존재하는 경우 이를 보다 세분화하여, 요구파워의 변화량에 따라 엔진의 시동을 제어함으로써 보다 정밀하게 불필요한 엔진의 온/오프 횟수를 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
즉 도 7에 도시된 바와 같이 요구파워가 P2와 P3 사이에 있으면 소정 시간을 딜레이 한 후 요구파워의 변화량(기울기)을 판단하여 기울기가 음의 값을 가지면 불필요한 엔진 시동(On)을 방지함으로써 차량의 연비 향상에 기여한다.
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.
P1: 엔진 오프 파워
P2: 엔진 지연시동 파워
P3: 엔진 무지연시동 파워
T1: 제1설정시간
T2: 제2설정시간

Claims (11)

  1. 하이브리드 차량의 엔진 제어 방법에 있어서,
    (a) 상기 차량의 엔진 오프(Off) 상태에서 출력 요구파워를 계속적으로 탐지하여 상기 요구파워가 기설정된 엔진 지연시동 파워를 초과하는지 판단하는 단계;
    (b) 상기 요구파워가 기설정된 엔진 무지연시동 파워를 초과하는지 여부를 판단하는 단계; 및
    (c) 상기 요구파워가 상기 엔진 지연시동 파워를 초과한 이후 제1설정시간 이내에 상기 엔진 무지연시동 파워를 초과하는 경우 상기 엔진을 시동시키는 단계;
    를 포함하고, 상기 엔진 무지연시동 파워는 상기 엔진 지연시동 파워 보다 큰 값으로 설정되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 엔진 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 요구파워가 상기 엔진 지연시동 파워 보다 크고 상기 엔진 무지연시동 파워 보다 작은 경우 상기 제1설정시간 경과 후 상기 엔진을 시동하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 엔진 제어 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    (d) 상기 제1설정시간 경과 시점에서 시간에 대한 요구파워 변화량(기울기)을 계산하고 이를 이용하여 상기 엔진의 시동 여부를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 엔진 제어 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 요구파워 변화량이 0 보다 큰 경우 상기 엔진을 시동하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 엔진 제어 방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 요구파워 변화량이 0인 경우 제2설정시간 경과 후에 상기 엔진을 시동하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 엔진 제어 방법.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 요구파워 변화량이 0 보다 작은 겨우 상기 엔진의 시동을 오프(Off)로 유지하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 엔진 제어 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제1설정시간 이후 상기 제2설정시간이 경과하기 전에 요구파워가 증가하여 상기 엔진 무지연시동 파워를 초과하면 상기 엔진을 시동하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 엔진 제어 방법.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 제1설정시간 경과 후 상기 제2설정시간이 경과하기 전에 상기 요구파워 변화량이 0 보다 작아지게 되면 상기 제2설정시간을 O으로 리셋하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 엔진 제어 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제2설정시간이 0으로 리셋된 이후에 상기 요구파워가 상기 엔진 지연시동 파워 이하로 되면 상기 제1설정시간과 상기 제2설정시간을 O으로 리셋하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 엔진 제어 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제2설정시간이 0으로 리셋된 이후에 상기 요구파워가 상기 엔진 지연시동 파워를 초과하면 상기 (d) 단계로 복귀하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 엔진 제어 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    (e) 상기 엔진의 시동 이후 상기 요구파워가 기설정된 엔진 오프(Off) 파워를 초과하면 상기 엔진의 시동을 유지하고, 그 이하이면 상기 엔진의 시동을 오프(Off)하도록 제어하는 단계를 더 포함하는 하이브리드 차량의 엔진 제어 방법.
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