KR101684543B1

KR101684543B1 - 하이브리드 차량의 운전 모드 제어 시스템 및 그 방법

Info

Publication number: KR101684543B1
Application number: KR1020150087555A
Authority: KR
Inventors: 김상준; 박준영
Original assignee: 현대자동차 주식회사
Priority date: 2015-06-19
Filing date: 2015-06-19
Publication date: 2016-12-20
Also published as: CN106256637A; US20160368479A1; CN106256637B

Abstract

하이브리드 차량의 운전 모드 제어 시스템 및 그 방법이 개시된다.
본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 차량의 운전 모드 제어 시스템은, 하이브리드 차량 운행에 따른 운전자 엑셀페달 조작정보와 전장부하의 작동상태를 검출하는 운전정보 검출부; 주행상태를 HEV(Hybrid Electric Vehicle) 모드로 변환하는 제어신호에 따라 시동토크를 발생하여 엔진을 시동시키는 모터2; 및 상기 엑셀 페달 조작정보에 의한 매핑 값으로 계산된 운전자 요구파워와 상기 전장부하의 작동상태에 따른 전장부하 요구파워의 합으로 시스템 요구파워를 산출하여 소정 기준치 설정에 따른 엔진 동력 연결시점을 판단하는 하이브리드 제어기를 포함하되, 상기 하이브리드 제어기는 상기 시스템 요구파워가 설정된 상한 파워 기준치(P-Threshold 1)를 초과하는 경우는 HEV 모드로 변환하고, 상기 시스템 요구파워가 하한 파워 기준치(P-Threshold 2)를 초과하는 낮은 파워요구 상태에서는 상기 시스템 요구파워를 누적한 누적 요구 에너지가 소정 에너지 기준치(E-Threshold)를 초과하는 경우 HEV 모드로 변환하도록 제어한다.

Description

하이브리드 차량의 운전 모드 제어 시스템 및 그 방법{SYSTEM AND METHOD FOR DRIVING MODE CONTROL OF HYBRID VEHICLE}

본 발명은 하이브리드 차량의 운전 모드 제어 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로 차량에 대한 끊임없는 연비 향상의 요구와 각 나라의 배출가스 규제의 강화에 따라 친환경 차량에 대한 요구가 증가하고 있으며, 이에 대한 현실적인 대안으로 하이브리드 차량(Hybrid Electric Vehicle/Plug-in Hybrid Electric Vehicle, HEV/PHEV)이 제공되고 있다.

이러한 하이브리드 차량은 엔진과 모터로 구성되는 두 개의 동력원으로 주행하는 과정에서 엔진과 모터를 어떻게 조화롭게 동작시키느냐에 따라 최적의 출력 토크를 제공할 수 있다.

즉, 하이브리드 차량의 운전방식에는 전기동력에 의한 EV(Electric Vehicle) 모드와 엔진과 전기동력 등의 두 가지 이상의 동력을 사용하여 차량을 구동하는 HEV 모드가 적용된다. 그리고, 하이브리드 차량에 있어서 EV 모드에서 HEV 모드로의 변환하는 시점을 판단하는 것은 차량의 운전성 및 연비 향상을 위해 상당히 중요한 요소로 작용된다.

한편, 다음의 도 1 및 도 2를 통하여 종래의 하이브리드 차량 운전모드 변환 방법과 그 문제점을 살펴본다.

도 1은 종래의 제1 실시 예에 따른 EV-HEV 모드 변환 판단 시점을 나타낸 그래프이다.

첨부된 도 1을 참조하면, 종래의 제1 실시 예의 경우 EV-HEV 모드 판단을 위해 운전자의 요구 토크를 모니터링 또는 연산하여 운전자의 요구가 설정된 토크 기준치(threshold) 이상으로 넘는 경우 HEV 모드로 천이하여 엔진 동력이 구동축에 연결되도록 한다. 즉, 종래의 제1 실시 예에서는, EV 모드에서 운전자의 요구가 일정 토크 기준치(threshold)를 넘는 경우에 한하여 HEV 모드 변환을 수행하고 있다.

그러나, 종래의 제1 실시 예와 같이 단일 운전모드 변환 기준치를 사용하는 경우에는 낮은 운전자 요구로 지속적인 운전이 이루어지는 경우 배터리의 과방전이 발생되는 문제점이 있다.

도 2는 종래의 제2 실시 예에 따른 EV-HEV 모드 변환 판단 시점을 나타낸 그래프이다.

첨부된 도 2를 참조하면, 종래의 제2 실시 예의 경우, 운전자의 요구 토크를 높은 제1 토크 기준치(threshold 1)와 낮은 제2 토크 기준치(threshold 2)의 두 가지로 정의하여 두 단계의 모드 변환을 수행하고 있다.

먼저, 하이브리드 차량은 운전자의 요구토크가 높은 제1 토크 기준치를 넘는 경우는 바로 HEV 모드로 변환을 수행하여 엔진 동력을 연결할 수 있다.

또한, 하이브리드 차량은 운전자의 요구토크가 낮은 제2 토크 기준치를 넘는 경우에는 상기 제2 토크 기준치를 넘은 상태로 일정 시간(t1)이 흐른 이후에 엔진을 구동할 수 있다.

그러나, 종래의 제2 실시 예의 경우에서는 EV 모드에 의한 주행 에너지를 정확히 반영하지 못하여 상기 일정 시간(t1)을 정하기가 어렵고, 토크를 이용하여 기준치를 결정하므로 고전압 배터리 관리에 효과적이지 않은 문제점이 있다.

본 발명의 실시 예는 운전자 요구파워와 차량의 전장부하 시스템의 요구파워를 고려한 시스템 요구 파워를 이용하여 하이브리드 차량의 엔진 동력 연결을 위한 EV 모드에서 HEV 모드로의 변환제어를 하는 하이브리드 차량의 운전 모드 제어 시스템 및 그 방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 하이브리드 차량의 운전 모드 제어 시스템은, 하이브리드 차량 운행에 따른 운전자 엑셀페달 조작정보와 전장부하의 작동상태를 검출하는 운전정보 검출부; 주행상태를 HEV(Hybrid Electric Vehicle) 모드로 변환하는 제어신호에 따라 시동토크를 발생하여 엔진을 시동시키는 모터2; 및 상기 엑셀 페달 조작정보에 의한 매핑 값으로 계산된 운전자 요구파워와 상기 전장부하의 작동상태에 따른 전장부하 요구파워의 합으로 시스템 요구파워를 산출하여 소정 기준치 설정에 따른 엔진 동력 연결시점을 판단하는 하이브리드 제어기를 포함하되, 상기 하이브리드 제어기는 상기 시스템 요구파워가 설정된 상한 파워 기준치(P-Threshold 1)를 초과하는 경우는 HEV 모드로 변환하고, 상기 시스템 요구파워가 하한 파워 기준치(P-Threshold 2)를 초과하는 낮은 파워요구 상태에서는 상기 시스템 요구파워를 누적한 누적 요구 에너지가 소정 에너지 기준치(E-Threshold)를 초과하는 경우 HEV 모드로 변환하도록 제어한다.

또한, 하이브리드 차량의 운전 모드 제어 시스템은, 배터리에서 공급되는 직류전압을 교류전압으로 변환시켜 구동 토크를 발생하는 모터1 및 모터2를 구동하는 인버터; 배터리의 충전상태(SOC)를 관리하는 배터리 관리부; 및 상기 하이브리드 제어기의 명령에 따라 상기 엔진 토크를 제어하고, 상기 엔진의 동작상태를 모니터링 하여 상기 하이브리드 제어기로 전달하는 엔진 제어기를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 하이브리드 제어기는, 차량이 크루즈 컨트롤에 의해 피드백 제어되는 경우 자동항법 제어를 위해 입력되는 요구토크와 구동축의 회전속도를 고려하여 상기 운전자 요구파워를 산출할 수 있다.

또한, 상기 하이브리드 제어기는, 에어컨, 히터, AVN, LDC 중 적어도 하나를 포함하는 차량 내 전자장비의 소모파워에 배터리의 충전상태(SOC) 별 보정 인자를 곱하여 상기 전장부하 요구파워를 연산할 수 있다.

또한, 상기 배터리의 충전상태(SOC) 별 보정 인자는, 상기 배터리의 충전상태(SOC)가 낮은 경우 시스템 요구파워가 낮아지도록 하고, 상기 충전상태(SOC)가 높은 경우 시스템 요구파워가 높아지도록 상기 시스템 요구파워를 가변하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 하이브리드 제어기는, 배터리의 충전상태(SOC), 배터리의 최대 가용파워 및 모터1의 가용파워를 고려하여 각각 상한 파워기준치를 설정하고, 각각의 상한 파워 기준치들 중 최소값으로 최종 상한 파워 기준치(P-Threshold 1)를 결정할 수 있다.

또한, 상기 하이브리드 제어기는, 상기 배터리의 SOC를 고려한 상한 파워 기준치를 설정 시 현재 SOC 상태가 낮을 수록 기준치를 낮게 설정하고, SOC가 높을수록 기준치를 높게 가변 설정할 수 있다.

또한, 상기 배터리의 가용파워는 배터리 하드웨어 스펙에 따른 배터리 온도, SOC 및 배터리 보호를 위한 마진을 고려하여 설정하고, 상기 모터1의 가용파워는 모터1의 하드웨어 스펙에 따른 모터 인버터 온도 및 모터1의 보호를 위한 마진을 고려하여 설정할 수 있다.

또한, 상기 하한 파워 기준치는, 배터리의 SOC에 따라 그 설정 값을 가변하여 설정하되, 상기 SOC를 고려한 상한 파워 기준치에 비해 낮은 값으로 설정할 수 있다.

또한, 상기 하한 파워 기준치는, 엑셀 페달을 LTI(Light Tip In)의 소정 각도 미만으로 밟은 것을 기준으로 설정할 수 있다.

또한, 상기 누적 요구 에너지는, 상기 시스템 요구파워가 하한 파워 기준치(P-Threshold 2)를 초과한 시점에서부터 그 초과된 상태를 유지하는 동안 누적된 값일 수 있다.

또한, 상기 에너지 기준치는, 배터리의 SOC가 작은 경우 그 설정 기준치를 작게 하고, SOC가 높은 경우 그 설정 기준치를 높게 가변 하여 설정할 수 있다.

한편, 본 발명의 일 측면에 따른, 엔진 기동을 위한 기준 값을 상한 파워 기준치(P-Threshold 1)와 하한 파워 기준치(P-Threshold 2)의 두 단계로 설정하고 EV(Electric Vehicle) 모드로 주행 중인 하이브리드 차량의 운전 모드 제어 방법은, a) 운전자의 엑셀 페달 조작정보에 의한 매핑 값으로 계산된 운전자 요구파워와 상기 전장부하의 작동상태에 따른 전장부하 요구파워의 합으로 시스템 요구파워를 산출하는 단계; b) 상기 시스템 요구파워가 상기 상한 파워 기준치(P-Threshold 1)를 초과하면 HEV(Hybrid Electric Vehicle) 모드로 변환하도록 제어하는 단계; 또는 c) 상기 시스템 요구 파워가 상기 상한 파워 기준치 미만이지만 상기 하한 파워 기준치(P-Threshold 2)를 초과하는 낮은 파워요구 상태에서 상기 시스템 요구파워를 누적하는 단계; 및 d) 상기 시스템 요구 파워가 누적된 누적 요구 에너지가 소정 에너지 기준치(E-Threshold)를 초과하면 HEV 모드로 변환하도록 제어하는 단계를 포함한다.

또한, 상기 a) 단계 이전에, 배터리의 충전상태(SOC)에 따라 설정된 제1 상한 파워 기준치(P-Threshold a), 배터리 시스템의 최대 가용파워에 따라 설정된 제2 상한 파워 기준치(P-Threshold b) 및 모터1의 최대 가용파워에 따라 설정된 제3 상한 파워 기준치(P-Threshold c) 중 최소값을 최종 상한 파워 기준치(P-Threshold 1)로 결정하는 단계; 및 배터리의 SOC에 따라 상기 하한 파워 기준치를 설정하되, 상기 SOC를 고려한 제1 상한 파워 기준치에 비해 낮은 값으로 설정하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 하이브리드 차량이 낮은 운전자 요구 조건에서 지속적으로 운전되는 경우 시스템 요구파워의 누적에 따른 HEV 모드로 변환함으로써 고전압 배터리의 과방전을 예방할 수 있다.

또한, 종래와 같이 단순히 낮은 요구 토크가 일정 기준 시간을 넘는 것으로 으로 판단하는 것과 다르게 실제 요구 에너지의 양을 기준으로 엔진기동을 판단함으로써 고전압 배터리의 SOC 밸런싱에 유리한 효과가 있다.

도 1은 종래의 제1 실시 예에 따른 EV-HEV 모드 변환 판단 시점을 나타낸 그래프이다.
도 2는 종래의 제2 실시 예에 따른 EV-HEV 모드 변환 판단 시점을 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시 에에 따른 하이브리드 차량 운전모드 제어 시스템을 개략적으로 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 시스템 요구파워를 산출하는 방법을 나타낸다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 EV-HEV 모드 변환 시점을 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 상한 파워 기준치를 설정하는 방법을 나타낸다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 하한 파워 기준치를 설정하는 방법을 나타낸다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 차량의 운점모드 제어 방법을 나타낸 흐름도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 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 실시 예에 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 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. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

이제 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 차량의 운전 모드 제어 시스템 및 그 방법에 대하여 도면을 참조로 하여 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명의 실시 에에 따른 하이브리드 차량 운전모드 제어 시스템을 개략적으로 나타낸다.

첨부된 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 차량 운전모드 제어 시스템은 운전정보검출부(101), 하이브리드 제어기(102), 인버터(103), 배터리(104), 배터리 관리기(105), 엔진 제어기(106), 모터1(107), 엔진(108), 모터2(109), 엔진클러치(110), 변속기(111)를 포함한다.

운전정보검출부(101)는 하이브리드 차량의 운행에서 차속, 변속단, 가속페달의 변위(APS), 브레이크 페달의 변위(BPS), 전장부하들의 작동상태 등을 포함하는 하이브리드 차량 운행에 따른 정보를 검출하여 하이브리드 제어기(102)에 제공한다.

하이브리드 제어기(102)는 하이브리드 차량의 최상위 제어기로, 네트워크로 연결되는 제어기들을 통합 제어하며, EV-HEV 모드 변환 판단 및 토크제어를 수행한다.

특히, 하이브리드 제어기(102)는 운전자 요구파워와 에어컨, 히터, AVN, LDC 등을 포함하는 차량 내 전장부하 시스템 요구파워(이하, 전장부하 요구파워라 명명함)와의 합으로 시스템 요구파워를 산출하여 엔진동력 연결시점에 활용하며, 이와 관련된 설명은 뒤에서 자세히 설명 한다.

인버터(103)는 복수개의 전력 스위칭소자로 구성되고, 상기 하이브리드 제어기(102)에서 인가되는 제어신호에 따라 배터리(104)에서 공급되는 직류전압을 3상 교류전압으로 변환시켜 모터1(107) 및 모터2(109)를 구동한다.

인버터(103)를 구성하는 전력 스위칭 소자는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor), MOSFET, 트랜지스터, 릴레이 중 어느 하나로 구성될 수 있다.

배터리(104)는 다수개의 단위 셀로 이루어지며, 모터1(107)에 전압을 제공하기 위한 고전압, 예컨대 직류 400V 내지 450V의 전압이 저장될 수 있다..

배터리 관리기(105)는 배터리(104)의 작동 영역내에서 각 셀들의 전류, 전압, 온도 등을 검출하여 충전상태(SOC)를 관리하며, 배터리(104)의 충방전 전압을 제어하여 한계전압 이하로 과방전되거나 한계전압 이상으로 과충전되어 수명이 단축되는 것을 방지한다.

엔진 제어기(106)는 하이브리드 제어기(102)의 명령에 따라 엔진(108)의 토크를 제어하고, 엔진의 동작상황을 모터링 하여 하이브리드 제어기(102)로 전달한다.

모터1(107)은 인버터(103)에서 인가되는 3상 교류전압에 의해 동작되어 구동 토크를 발생시키고, 타행 주행에서 발전기로 동작되어 회생에너지를 배터리(104)에 공급한다.

엔진(108)은 동력원으로 시동 온 상태에서의 엔진 동력을 출력한다.

모터2(109)는 HSG(Hybrid Starter and Generator)라고도 불리는 전기모터로 하이브리드 차량의 스타터 및 제너레이터로 동작한다.

모터2(109)는 하이브리드 제어기(102)에서 인가되는 제어신호에 따라 엔진(108)의 시동 온을 실행하고, 엔진(108)이 시동 온 유지하는 상태에서 제너레이터로 동작되어 전압을 발전시키며 발전 전압을 인버터(103)를 통해 배터리(104)에 충전 전압으로 제공한다.

모터2(109)는 차량의 EV 모드에서 HEV 모드로 변환되는 제어신호에 따라 시동토크를 발생하여 엔진을 시동시킬 수 있다.

엔진클러치(110)는 엔진(108)과 모터1(107)의 사이에 배치되어 EV모드와 HEV모드의 운행이 제공될 수 있도록 한다.

변속기(111)는 자동변속기(AT) 혹은 DCT 등의 다단변속기로 구성되며, 엔진클러치(110) 제어에 따른 유압의 작동으로 결합요소 및 해방요소가 동작되어 목표 변속단을 결합한다.

상술한 바와 같이 하이브리드 차량은 운전자의 요구동력을 만족시키기 위해 엔진(108)과 모터1(107)의 동력 결합을 필요로 하며, 이 과정에서의 운전성 및 연비 향상을 위해서는 EV 모드에서 HEV 모드로의 변환하는 시점을 판단하는 것이 매우 중요하다.

따라서, 이하 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 제어기(102)가 운전자 요구파워와 차량 내 전장부하 요구파워의 합으로 시스템 요구파워를 산출하여 최적화된 엔진동력 연결시점을 판단하는 방법을 자세히 설명한다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 시스템 요구파워를 산출하는 방법을 나타낸다.

첨부된 도 4를 참조하면, 하이브리드 제어기(102)는 EV모드로 운행되는 상태에서 엑셀 페달을 밟는 운전자의 답력에 의한 APS 변위 매핑 값으로 운전자 요구 파워를 연산한다(S101).

이 때, 하이브리드 제어기(102)는 엑셀 페달 답력에 의한 운전자 요구토크와 구동축의 회전속도를 고려하여 운전자 요구파워를 산출할 수 있다.

또한, 하이브리드 제어기(102)는 차량이 운전자의 답력이 아닌 크루즈 컨트롤(Cruse Control)이나 어드밴스드 스마트 크루즈 컨트롤(Advanced Smart Cruse Control)과 같은 피드백 제어기(미도시)에 의해 제어될 때에는 자동항법 제어를 위해 입력되는 요구토크와 구동축의 회전속도를 고려하여 운전자 요구파워를 산출할 수 있다.

하이브리드 제어기(102)는 LDC, 에어컨, 히터, AVN 등의 전장부하 소모파워에 배터리(104)의 충전상태(SOC) 별 보정 인자(Weighting Factor)를 곱하여 상기 전장부하 요구파워를 연산한다(S102). 여기서, 상기 충전상태(SOC) 별 보정 인자(Weighting Factor)는 현재 충전상태(SOC)가 낮은 경우 시스템 요구파워가 낮아지도록 하고, 현재 충전상태(SOC)가 높은 경우 시스템 요구파워가 높아지도록 시스템 요구파워를 가변 할 수 있다.

하이브리드 제어기(102)는 엑셀 페달 조작정보에 의한 매핑 값으로 계산된 운전자 요구파워와 전장부하 요구파워의 합으로 시스템 요구파워를 산출한다(S103). 이렇게 산출된 시스템 요구파워는 엔진 동력 연결 판단에 사용된다.

한편, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 EV-HEV 모드 변환 시점을 나타낸 그래프이다.

첨부된 도 5를 참조하면, 하이브리드 제어기(102)는 엔진 기동을 위한 기준 값을 상한 파워기준치(P-Threshold 1)와 하한 파워 기준치(P-Threshold 2)의 두 단계로 설정하고 상기 시스템 요구 파워와 비교하여 엔진 동력 연결 시점을 판단한다.

하이브리드 제어기(102)는 시스템 요구파워가 설정된 상기 상한 파워 기준치(P-Threshold 1)를 초과하는 경우는 바로 EV 모드에서 HEV 모드로 천이하도록 제어한다. 이 때, 하이브리드 제어기(102)는 차량이 EV 모드에서 HEV 모드로 변환하는 제어신호를 모터2(109)로 전달하여 엔진 시동을 개시할 수 있다.

또한, 하이브리드 제어기(102)는 상기 시스템 요구파워가 설정된 상기 하한 파워 기준치(P-Threshold 2)를 초과하는 낮은 파워요구 상태에서는 상기 시스템 요구파워를 누적하여 누적 요구 에너지 산출한다. 그리고, 하이브리드 제어기(102)는 산출된 누적 요구 에너지가 소정 에너지 기준치(E-Threshold)를 초과하는 경우 HEV 모드로 천이하도록 제어할 수 있다.

한편, 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 상한 파워 기준치를 설정하는 방법을 나타낸다.

첨부된 도 6을 참조하면, 하이브리드 제어기(102)는 배터리(104)의 SOC를 고려하여 상한 파워 기준치(P-Threshold a)를 설정한다(S201).

이 때, 상기 상한 파워 기준치(P-Threshold a)는 배터리(104)의 SOC를 고려하여 현재 SOC 상태가 낮을 수록 기준치를 낮게 설정하고, SOC가 높을수록 기준치를 높게 가변 설정할 수 있다.

즉, 하이브리드 제어기(102)는 배터리(104)의 SOC가 낮을수록 HEV 모드로의 천이 기준을 낮게 설정하여 SOC가 보통일 때에 비해 작은 시스템 요구파워에도 엔진 동력을 연결할 수 있다.

또한, 하이브리드 제어기(102)는 배터리 시스템의 최대 가용파워를 고려하여 상한 파워 기준치(P-Threshold b)를 설정하고(S202), 모터1의 최대 가용파워를 고려하여 상한 파워 기준치(P-Threshold c)를 설정한다(S203).

이 때, 배터리(104)의 가용 파워는 배터리 하드웨어 스펙에 따른 배터리 온도, SOC 및 배터리 보호를 위한 마진을 고려하여 설정할 수 있다.

또한, 모터1(107)의 가용 파워는 모터1의 하드웨어 스펙에 따른 모터 인버터 온도 및 모터1의 보호를 위한 마진을 고려하여 설정할 수 있다.

하이브리드 제어기(102)는 배터리의 SOC에 따라 설정된 상한 파워 기준치(P-Threshold a), 배터리 시스템의 최대 가용파워에 따라 설정된 상한 파워 기준치(P-Threshold b) 및 모터 시스템의 최대 가용파워에 따라 설정된 상한 파워 기준치(P-Threshold c) 중에서의 최소값을 최종 상한 파워 기준치(P-Threshold 1)로 결정한다(S204).

한편, 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 하한 파워 기준치를 설정하는 방법을 나타낸다.

첨부된 도 7을 참조하면, 하이브리드 제어기(102)는 위와 마찬가지로 배터리의 SOC에 따른 하한 파워 기준치(P-Threshold a')를 설정하고, 현재 SOC 상태에 따라 그 설정 값을 가변할 수 있다(S301). 다만, 배터리의 SOC에 따른 하한 파워 기준치(P-Threshold a')는 SOC 상태를 고려한 상기 상한 파워 기준치(P-Threshold a)에 비해 낮은 값으로 설정된다. 예컨대, 하한 파워 기준치(P-Threshold a')는 주로 LTI(Light Tip In)과 같이 엑셀 페달을 소정 각도 미만으로 작게 밟았을 때를 기준으로 설정될 수 있다.

하이브리드 제어기(102)는 배터리의 SOC에 따른 하한 파워 기준치(P-Threshold a')를 최종 하한 파워 기준치(P-Threshold 2)로 결정한다(S302).

한편, 하이브리드 제어기(102)는 배터리(104)의 SOC를 고려하여 에너지 기준치(E-Threshold)를 설정할 수 있으며, 이것도 마찬가지로 배터리(104)의 SOC가 작은 경우 그 설정 기준치를 작게하고, 높은 경우 설정 기준치를 높게 가변 하여 설정할 수 있다.

한편, 전술한 하이브리드 차량의 운전 모드 제어 시스템의 구성을 바탕으로 하는 EV-HEV 모드 변환 제어 방법을 다음의 도 8을 통해 설명한다.

도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 차량의 운점모드 제어 방법을 나타낸 흐름도이다.

첨부된 도 8을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 제어기(102)가 엔진 기동을 위한 기준 값을 상한 파워 기준치(P-Threshold 1)와 하한 파워 기준치(P-Threshold 2)의 두 단계로 설정하고 EV 모드로 주행 중인 것을 가정한다.

먼저, 하이브리드 제어기(102)는 운전자 요구파워와 전장부하 요구파워의 합으로 시스템 요구파워를 산출하여 상한 파워 기준치(P-Threshold 1)와 비교한다.

이 때, 하이브리드 제어기(102)는 시스템 요구파워가 상기 상한 파워 기준치(P-Threshold 1)를 초과하면(S401; 예), 바로 엔진동력 전달을 위해 EV 모드에서 HEV 모드로 변환하도록 제어한다(S406).

반면, 하이브리드 제어기(102)는 시스템 요구파워가 상한 파워 기준치(P-Threshold 1) 미만이지만(S401; 아니오), 상기 하한 파워 기준치(P-Threshold 2)를 초과한 상태이면(S402; 예), 상기 시스템 요구파워를 누적하여 누적 요구 에너지를 산출한다(S403).

하이브리드 제어기(102)는 상기 하한 파워 기준치(P-Threshold 2)를 초과한 상태에서 시스템 요구파워가 지속적으로 누적된 누적 요구 에너지가 소정 에너지 기준치(E-Threshold)를 초과하면(S404; 예), 엔진동력 전달을 위해 EV 모드에서 HEV 모드로 변환하도록 제어한다(S406).

반면, 하이브리드 제어기(102)는 상기 S402 단계에서, 시스템 요구파워가 상기 하한 파워 기준치(P-Threshold 2) 미만이면(S402; 아니오), 현재 상태인 EV 모드 주행을 유지한다(S405).

또한, 하이브리드 제어기(102)는 상기 S404 단계에서, 누적 요구 에너지가 상기 에너지 기준치(E-Threshold) 미만이면(S404; 아니오), 현재 상태인 EV 모드 주행을 유지한다(S405).

이와 같이, 본 발명의 실시 예에 따르면, 하이브리드 차량이 낮은 운전자 요구 조건에서 지속적으로 운전되는 경우 시스템 요구파워의 누적에 따른 HEV 모드로 변환함으로써 고전압 배터리의 과방전을 예방할 수 있는 효과가 있다.

또한, 종래와 같이 단순히 낮은 요구 토크가 일정 기준 시간(시간 개념만 있을 뿐 에너지 관점의 정확한 값은 반영이 안됨)을 넘는 것으로 판단하는 것과 다르게 실제 요구 에너지의 양을 기준으로 엔진기동을 판단함으로써 고전압 배터리의 SOC 밸런싱에 유리한 장점이 있다.

본 발명의 실시 예는 이상에서 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시 예의 구성에 대응하는 기능을 실현하기 위한 프로그램, 그 프로그램이 기록된 기록 매체 등을 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시 예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.

이상에서 본 발명의 실시 예에 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.

101 : 운전정보검출부 102 : 하이브리드 제어기
103 : 인버터 104 : 배터리
105 : 배터리 관리기 106 : 엔진 제어기
107 : 모터1 108 : 엔진
109 : 모터2 110 : 엔진클러치

Claims

하이브리드 차량 운행에 따른 운전자 엑셀페달 조작정보와 전장부하의 작동상태를 검출하는 운전정보 검출부;
주행상태를 HEV(Hybrid Electric Vehicle) 모드로 변환하는 제어신호에 따라 시동토크를 발생하여 엔진을 시동시키는 모터2; 및
상기 엑셀 페달 조작정보에 의한 매핑 값으로 계산된 운전자 요구파워와 상기 전장부하의 작동상태에 따른 전장부하 요구파워의 합으로 시스템 요구파워를 산출하여 소정 기준치 설정에 따른 엔진 동력 연결시점을 판단하는 하이브리드 제어기를 포함하되,
상기 하이브리드 제어기는 상기 시스템 요구파워가 설정된 상한 파워 기준치(P-Threshold 1)를 초과하는 경우는 HEV 모드로 변환하고, 상기 시스템 요구파워가 하한 파워 기준치(P-Threshold 2)를 초과하는 낮은 파워요구 상태에서는 상기 시스템 요구파워를 누적한 누적 요구 에너지가 소정 에너지 기준치(E-Threshold)를 초과하는 경우 HEV 모드로 변환하도록 제어하는 하이브리드 차량의 운전 모드 제어 시스템.
제 1 항에 있어서,
배터리에서 공급되는 직류전압을 교류전압으로 변환시켜 구동 토크를 발생하는 모터1 및 상기 모터2를 구동하는 인버터;
상기 배터리의 충전상태(SOC)를 관리하는 배터리 관리부; 및
상기 하이브리드 제어기의 명령에 따라 엔진 토크를 제어하고, 상기 엔진의 동작상태를 모니터링 하여 상기 하이브리드 제어기로 전달하는 엔진 제어기
를 더 포함하는 하이브리드 차량의 운전 모드 제어 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 하이브리드 제어기는,
차량이 크루즈 컨트롤에 의해 피드백 제어되는 경우 자동항법 제어를 위해 입력되는 요구토크와 구동축의 회전속도를 고려하여 상기 운전자 요구파워를 산출하는 하이브리드 차량의 운전 모드 제어 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 하이브리드 제어기는,
에어컨, 히터, AVN, LDC 중 적어도 하나를 포함하는 차량 내 전자장비의 소모파워에 배터리의 충전상태(SOC) 별 보정 인자를 곱하여 상기 전장부하 요구파워를 연산하는 하이브리드 차량의 운전 모드 제어 시스템.
제 4 항에 있어서,
상기 배터리의 충전상태(SOC) 별 보정 인자는,
상기 배터리의 충전상태(SOC)가 낮은 경우 시스템 요구파워가 낮아지도록 하고, 상기 충전상태(SOC)가 높은 경우 시스템 요구파워가 높아지도록 상기 시스템 요구파워를 가변하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 운전 모드 제어 시스템.
제 2 항에 있어서,
상기 하이브리드 제어기는,
상기 배터리의 충전상태(SOC), 상기 배터리의 최대 가용파워 및 상기 모터1의 가용파워를 고려하여 각각 상한 파워기준치를 설정하고, 각각의 상한 파워 기준치들 중 최소값으로 최종 상한 파워 기준치(P-Threshold 1)를 결정하는 하이브리드 차량의 운전 모드 제어 시스템.
제 6 항에 있어서,
상기 하이브리드 제어기는,
상기 배터리의 SOC를 고려한 상한 파워 기준치를 설정 시 현재 SOC 상태가 낮을 수록 기준치를 낮게 설정하고, SOC가 높을수록 기준치를 높게 가변 설정하는 하이브리드 차량의 운전 모드 제어 시스템.
제 6 항에 있어서,
상기 배터리의 가용파워는 배터리 하드웨어 스펙에 따른 배터리 온도, SOC 및 배터리 보호를 위한 마진을 고려하여 설정하고,
상기 모터1의 가용파워는 모터1의 하드웨어 스펙에 따른 모터 인버터 온도 및 모터1의 보호를 위한 마진을 고려하여 설정하는 하이브리드 차량의 운전 모드 제어 시스템.
제 6 항에 있어서,
상기 하한 파워 기준치는,
배터리의 SOC에 따라 그 설정 값을 가변하여 설정하되, 상기 SOC를 고려한 상한 파워 기준치에 비해 낮은 값으로 설정하는 하이브리드 차량의 운전 모드 제어 시스템.
제 6 항에 있어서,
상기 하한 파워 기준치는,
엑셀 페달을 LTI(Light Tip In)의 소정 각도 미만으로 밟은 것을 기준으로 설정하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 운전 모드 제어 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 누적 요구 에너지는,
상기 시스템 요구파워가 하한 파워 기준치(P-Threshold 2)를 초과한 시점에서부터 그 초과된 상태를 유지하는 동안 누적된 값인 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 운전 모드 제어 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 에너지 기준치는,
배터리의 SOC가 작은 경우 그 설정 기준치를 작게 하고, 상기 SOC가 높은 경우 그 설정 기준치를 높게 가변 하여 설정하는 하이브리드 차량의 운전 모드 제어 시스템.
엔진 기동을 위한 기준 값을 상한 파워 기준치(P-Threshold 1)와 하한 파워 기준치(P-Threshold 2)의 두 단계로 설정하고 EV(Electric Vehicle) 모드로 주행 중인 하이브리드 차량의 운전 모드 제어 방법에 있어서,
a) 운전자의 엑셀 페달 조작정보에 의한 매핑 값으로 계산된 운전자 요구파워와 전장부하의 작동상태에 따른 전장부하 요구파워의 합으로 시스템 요구파워를 산출하는 단계;
b) 상기 시스템 요구파워가 상기 상한 파워 기준치(P-Threshold 1)를 초과하면 HEV(Hybrid Electric Vehicle) 모드로 변환하도록 제어하는 단계; 또는
c) 상기 시스템 요구 파워가 상기 상한 파워 기준치 미만이지만 상기 하한 파워 기준치(P-Threshold 2)를 초과하는 낮은 파워요구 상태에서 상기 시스템 요구파워를 누적하는 단계; 및
d) 상기 시스템 요구 파워가 누적된 누적 요구 에너지가 소정 에너지 기준치(E-Threshold)를 초과하면 HEV 모드로 변환하도록 제어하는 단계
를 포함하는 하이브리드 차량의 운전 모드 제어 방법.
제 13 항에 있어서,
상기 a) 단계 이전에,
배터리의 충전상태(SOC)에 따라 설정된 제1 상한 파워 기준치(P-Threshold a), 배터리 시스템의 최대 가용파워에 따라 설정된 제2 상한 파워 기준치(P-Threshold b) 및 모터1의 최대 가용파워에 따라 설정된 제3 상한 파워 기준치(P-Threshold c) 중 최소값으로 최종 상한 파워 기준치(P-Threshold 1)를 결정하는 단계; 및
배터리의 SOC에 따라 상기 하한 파워 기준치를 설정하되, 상기 SOC를 고려한 제1 상한 파워 기준치에 비해 낮은 값으로 설정하는 단계
를 더 포함하는 하이브리드 차량의 운전 모드 제어 방법.