KR101684545B1 - 하이브리드 자동차의 토크 제어 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 하이브리드 자동차의 토크 제어 장치에 관한 것으로, 구체적으로 제1 모터 및 제2 모터를 제어하기 위한 토크를 이원화하여 결정하는 하이브리드 자동차의 토크 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명의 일 실시 예에 따른 하이브리드 자동차의 토크 제어 장치는 토크 제어를 수행하기 위한 운전 데이터를 검출하는 데이터 검출부, 동력원인 엔진, 제1 및 제2 모터를 포함하는 변속기 및 상기 운전 데이터를 기반으로 운전자 요구 토크를 확인하고, 목표 엔진 속도를 기반으로 제1 모터의 제1 구동 제어 토크를 결정하고, 상기 운전자 요구 토크를 기반으로 제2 모터의 제2 구동 제어 토크를 결정하는 차량 제어기를 포함한다.

Description

하이브리드 자동차의 토크 제어 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING TORQUE OF HYBRID VEHICLE}
본 발명은 하이브리드 자동차의 토크 제어 장치에 관한 것으로, 구체적으로 제1 모터 및 제2 모터를 제어하기 위한 토크를 이원화하여 결정하는 하이브리드 자동차의 토크 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
자동차에 대한 끊임없는 연비 향상의 요구와 각 나라의 배기가스 규제에 강화에 따라 친환경 자동차에 대한 요구가 증가하고 있으며, 이에 대한 현실적인 대안으로 하이브리드 자동차 (Hybrid Electric Vehicle: HEV)가 제공되고 있다.
하이브리드 자동차는 좁은 의미로 연료전지 자동차, 전기자동차와 구별될 수 있으나, 본 명세서에서 하이브리드 자동차의 의미는 순수 전기 자동차(Electric Vehicle: EV)와 연료전지 자동차(Fuel Cell Electric Vehicle: FCEV)를 포괄하는 것이다.
하이브리드 자동차는 2개 이상의 동력원(Power Source)을 사용하는 자동차로서, 여러 가지 방식으로 조합될 수 있다. 이때, 동력원으로는 기존의 화석 연료를 사용하는 가솔린 엔진 또는 디젤 엔진 및 전기 에너지에 의해 구동되는 모터가 혼합되어 사용된다. 하이브리드 자동차는 주행 상황에 따라 엔진과 모터를 어떻게 조화롭게 동작시키느냐에 따라 최적의 출력 토크가 제공될 수 있다.
하이브리드 자동차는 AT(Automatic Transmission) 혹은 DCT(Dual Clutch Transmission)가 장착되는 TMED(Transmission Mounted Electric Device), FMED(Frywheel Mounted Electric Device)방식이 적용될 수 있다.
종래의 경우에는 엔지니어가 설정한 토크 기울기 또는 RPM 기울기를 이용하여 하이브리드 자동차를 제어하기 위한 토크를 결정하였다. 그러나, 종래와 같이 토크를 결정할 경우에는 엔진 속도 제어에서 지연이 발생하고, 엔진 운전점이 목표 운전점에 늦게 도달하게 되어 연비 손실이 발생하게 된다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예는 제1 모터 및 제2 모터를 제어하기 위한 토크를 이원화하여 결정하는 하이브리드 자동차의 토크 제어 장치 및 방법을 제공한다.
그리고, 본 발명의 실시 예는 제1 모터를 제어하기 위한 속도 제어 토크 및 엔진 출력 토크에 대한 엔진 반력 토크를 이원화하여 결정하고, 제2 모터를 제어하기 위한 운전자의 요구 토크에 모터 토크 및 속도 제어 토크에 대한 속도 반력 토크를 이원화하여 결정하는 하이브리드 자동차의 토크 제어 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에서는 토크 제어를 수행하기 위한 운전 데이터를 검출하는 데이터 검출부; 동력원인 엔진; 제1 및 제2 모터를 포함하는 변속기; 및 상기 운전 데이터를 기반으로 운전자 요구 토크를 확인하고, 목표 엔진 속도를 기반으로 제1 모터의 제1 구동 제어 토크를 결정하고, 상기 운전자 요구 토크를 기반으로 제2 모터의 제2 구동 제어 토크를 결정하는 차량 제어기를 포함하는 하이브리드 자동차의 토크 제어 장치를 제공할 수 있다.
또한, 상기 차량 제어기는 상기 목표 엔진 속도 및 엔진 출력 토크를 기반으로 상기 제1 모터를 제어하기 위한 제1 구동 제어 토크를 결정하는 제1 제어부; 및 상기 운전자 요구 토크를 기반으로 상기 제2 모터를 제어하기 위한 제2 구동 제어 토크를 결정하는 제2 제어부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 제어부는 상기 목표 엔진 속도로 엔진을 구동하기 위한 속도 제어 토크를 결정하는 속도 토크 결정부; 상기 속도 토크 결정부에서 결정한 속도 제어 토크의 기울기를 제한하는 제1 기울기 제한부; 상기 제1 기울기 제한부를 통해 기울기를 제한한 속도 제어 토크에서 설정 주파수 영역을 출력하는 제1 저역 필터; 상기 엔진에서 출력되는 엔진 출력 토크를 확인하고, 상기 엔진 출력 토크에 대한 엔진 출력 반력 토크를 결정하는 엔진 반력 토크 결정부; 상기 엔진 반력 토크 결정부에서 결정한 상기 엔진 출력 반력 토크의 기울기를 제한하는 제2 기울기 제한부; 및 상기 제2 기울기 제한부를 통해 기울기를 제한한 엔진 출력 반력 토크에서 설정 주파수 영역을 출력하는 제2 저역 필터를 포함할 수 있다.
또한, 상기 엔진 반력 토크 결정부는 상기 엔진 출력 토크 및 유성 기어비를 기반으로 엔진 출력 반력 토크를 결정할 수 있다.
또한, 상기 제2 제어부는 상기 속도 제어 토크에 대한 속도 반력 토크를 결정하는 속도 반력 토크 결정부; 상기 속도 반력 토크 결정부에서 결정한 상기 속도 반력 토크의 기울기를 제한하는 제3 기울기 제한부; 상기 제3 기울기 제한부를 통해 기울기를 제한한 속도 반력 토크에서 설정 주파수 영역을 출력하는 제3 저역 필터; 상기 운전자 요구 토크를 구동하기 위한 모터 요구 토크를 결정하는 요구 토크 결정부; 상기 요구 토크 결정부에서 결정한 모터 요구 토크의 기울기를 제한하는 제4 기울기 제한부; 및 상기 제4 기울기 제한부를 통해 기울기를 제한한 모터 요구 토크에서 설정 주파수 영역을 출력하는 제4 저역 필터를 포함할 수 있다.
또한, 상기 요구 토크 결정부는 상기 운전자 요구 토크, 유성 기어비, 엔진 출력 토크 중 적어도 하나를 기반으로 모터 요구 토크를 결정할 수 있다.
또한, 상기 차량 제어기는 상기 속도 제어 토크 및 상기 엔진 출력 반력 토크를 이용하여 제1 구동 제어 토크를 결정하고, 상기 속도 반력 토크 및 모터 요구 토크를 이용하여 제2 구동 제어 토크를 결정하며, 상기 제1 구동 제어 토크 및 제2 구동 제어 토크 중 적어도 하나를 기반으로 최종 구동 제어 토크를 결정하는 연산부를 더 포함할 수 있다.
그리고 본 발명의 다른 실시 예에서는 자동차의 운전 상태 및 운전자의 의도를 나타내는 운전 데이터를 검출하는 단계; EVT(Electrically Variable Transmission) 모드인지를 판단하는 단계; 상기 EVT 모드이면 목표 엔진 속도를 기반으로 제1 모터의 제1 구동 제어 토크를 결정하는 단계; 상기 운전 데이터를 기반으로 운전자 요구 토크를 확인하고, 상기 운전자 요구 토크를 기반으로 제2 모터의 제2 구동 제어 토크를 결정하는 단계; 및 상기 제1 구동 제어 토크 및 상기 제2 구동 제어 토크를 기반으로 상기 제1 모터 및 제2 모터를 제어하는 단계를 포함하는 하이브리드 자동차의 토크 제어 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 실시 예는 엔진의 속도 제어 시 설정 시간 단축으로 엔진 운전점을 최적 운전점으로 빠르게 이동시킬 수 있으므로 연비가 향상되며, 엔진의 속도 제어를 위한 토크 지령의 지연을 방지할 수 있으므로 속도 제어의 안정성을 확보할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예는 제2 모터를 제어하기 위한 운전자의 요구 토크에 모터 토크 및 속도 제어 토크에 대한 속도 반력 토크를 이원화하여 결정할 수 있으므로 차량의 운전성을 확보할 수 있다.
그 외에 본 발명의 실시 예로 인해 얻을 수 있거나 예측되는 효과에 대해서는 본 발명의 실시 예에 대한 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시하도록 한다. 즉 본 발명의 실시 예에 따라 예측되는 다양한 효과에 대해서는 후술될 상세한 설명 내에서 개시될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 하이브리드 자동차의 토크 제어 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 차량 제어기를 구체적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 제1 제어부를 구체적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 도 2에 도시된 제2 제어부를 구체적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 하이브리드 자동차에서 토크를 제어하는 방법을 나타낸 순서도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 제2 모터 구동 토크를 설명하기 위한 예시도이다.
이하 첨부된 도면과 설명을 참조하여 본 발명에 따른 하이브리드 자동차의 토크 제어 장치 및 방법의 실시 예에 대한 동작 원리를 상세히 설명한다. 다만, 하기에 도시되는 도면과 후술되는 상세한 설명은 본 발명의 특징을 효과적으로 설명하기 위한 여러 가지 실시 예들 중에서 바람직한 하나의 실시 예에 관한 것이다. 따라서, 본 발명이 하기의 도면과 설명에만 한정되어서는 아니 될 것이다.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 발명에서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
또한, 이하 실시 예는 본 발명의 핵심적인 기술적 특징을 효율적으로 설명하기 위해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 명백하게 이해할 수 있도록 용어를 적절하게 변형, 또는 통합, 또는 분리하여 사용할 것이나, 이에 의해 본 발명이 한정되는 것은 결코 아니다.
이하, 본 발명의 일 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 하이브리드 자동차의 토크 제어 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 하이브리드 자동차의 토크 제어 장치(100)는 데이터 검출부(50), 엔진(110), 변속기(120), 배터리(150) 및 차량 제어기(200)를 포함한다.
데이터 검출부(50)는 토크 제어를 위한 데이터를 검출하며, 데이터 검출부(50)에서 검출된 운전 데이터는 차량 제어기(200)로 전달될 수 있다.
이러한 데이터 검출부(50)는 액셀 페달 위치 센서(Accelerator Position Sensor: APS, 60) 및 브레이크 페달 위치 센서(Brake Position Sensor: BPS, 70)를 포함한다.
APS(60)는 운전자가 가속 페달을 누른 정도를 측정한다. 즉, APS(60)는 가속 페달의 위치값(가속 페달이 눌린 정도)을 측정하여 이에 대한 신호를 차량 제어기(200)에 전달한다. 가속 페달이 완전히 눌린 경우에는 가속 페달의 위치값이 100%이고, 가속 페달이 눌리지 않은 경우에는 가속 페달의 위치값이 0%이다.
APS(60)를 사용하는 대신 흡기 통로에 장착된 스로틀 밸브 개도 검출부를 사용할 수 있다. 따라서, 본 명세서 및 특허청구범위에서 APS(60)는 스로틀 밸브 개도 검출부를 포함하는 것으로 보아야 할 것이다.
BPS(70)는 운전자가 브레이크 페달을 누른 정도를 측정한다. 즉, BPS(70)는 브레이크 페달의 위치값(브레이크 페달이 눌린 정도)을 측정하여 이에 대한 차량 제어기(200)에 전달한다. BPS(70)가 완전히 눌린 경우에는 브레이크 페달의 위치값이 100%이고, 브레이크 페달이 눌리지 않은 경우에는 브레이크 페달의 위치값이 0%일 수 있다.
엔진(110)은 연료를 연소시켜 동력을 발생시킨다. 즉, 엔진(110)은 기존의 화석연료를 사용하는 가솔린 엔진 또는 디젤 엔진 등의 공지된 각종 엔진(110)이 이용될 수 있다. 엔진(110)에서 발생된 회전 동력은 변속기(120) 측으로 전달된다.
변속기(120)는 차량 제어기(200)의 제어에 따라 변속비가 조정되며, 엔진(110)으로부터 인가되는 출력 토크를 변속비로 분배하여 구동휠에 전달시켜 하이브리드 자동차가 주행될 수 있도록 한다.
변속기(120)는 제1 모터(130) 및 제2 모터(140)를 포함한다.
제1 모터(130)는 엔진(110)을 시동시키거나, 엔진(110)이 시동된 상태에서 제너레이터(Generator)로 작동하여 전기 에너지를 생성하는 시동 발전기일 수 있다. 이때, 제1 모터(130)는 HSG(Hybrid Starter & Generator)일 수 있다.
제2 모터(140)는 차량 제어기(200)에서 인가되는 3상 교류전압에 의해 동작되어 토크를 발생시킨다. 제2 모터(140)는 타행 주행 또는 회생 제동 시 발전기로 동작되어 전압을 배터리(150)에 공급한다.
변속기(120)는 유성기어세트(도시하지 않음)를 포함한다.
유성기어세트는 싱글 피니언 유성기어세트와 더블 피니언 유성기어세트와 같은 단순 유성기어세트로 이루어질 수 있다. 유성기어세트는 선기어(S), 링기어(R), 선기어(S)와 링기어(R) 사이에 치합되는 다수의 피니언을 지지하는 유성캐리어(C)를 포함한다.
배터리(150)는 다수개의 단위 셀로 이루어지며, 제1 모터(130) 및 제2 모터(140)에 구동 전압을 제공하기 위한 고전압이 저장된다. 배터리(150)는 구동 모드에 따라 제1 모터(130) 및 제2 모터(140)에 구동 전압을 공급하고, 회생 제동 시 모터에서 발전되는 전압으로 충전된다.
배터리(150)는 상용 전원이 플러그 인 접속되는 경우에 충전 장치를 통해 공급되는 전압 및 전류에 의해 충전될 수도 있다.
차량 제어기(200)는 데이터 검출부(50), 엔진(110), 변속기(120), 제1 모터(130), 제2 모터(140) 및 배터리(150)를 포함하는 하이브리드 자동차의 구성 요소를 제어한다.
이러한 차량 제어기(200)는 도 2 내지 도 4를 참조하여 더욱 구체적으로 설명하기로 한다.
차량 제어기(200)는 설정된 프로그램에 의하여 동작하는 하나 이상의 마이크로프로세서로 구현될 수 있으며, 설정된 프로그램은 후술하는 본 발명의 일 실시 예에 따른 하이브리드 자동차의 토크 제어 방법에 포함된 각 단계를 수행하기 위한 일련의 명령을 포함하는 것으로 할 수 있다.
후술하는 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 자동차의 토크 제어 방법의 일부 프로세서는 모터를 제어하는 모터 제어기(Motor Control Unit: MCU), 다른 일부 프로세서는 하이브리드 자동차의 전체적인 동작을 제어하는 하이브리드 제어기(Hybrid Control Unit: HCU)에 의하여 수행될 수도 있다. 즉, 본 발명에서는 차량 제어기(200)가 토크 제어를 수행하는 것을 예를 들어 설명하지만 이에 한정되지 않으며, 상황에 따라 MCU에서 토크 제어를 수행할 수도 있고, HCU에서 토크 제어를 수행할 수도 있다.
상기한 기능을 포함하는 본 발명의 따른 하이브리드 자동차에서 통상적인 동작은 종래의 하이브리드 자동차와 동일 내지 유사하게 실행되므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 2는 도 1에 도시된 차량 제어기를 구체적으로 나타낸 도면이며, 도 3은 도 2에 도시된 제1 제어부를 구체적으로 나타낸 도면이고, 도 4는 도 2에 도시된 제2 제어부를 구체적으로 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 차량 제어기(200)는 확인부(210), 제1 제어부(230), 제2 제어부(260) 및 연산부(290)를 포함한다.
확인부(210)는 데이터 검출부(50)로부터 운전 데이터를 수신한다. 이때, 운전 데이터는 가속 페달의 위치값 및 브레이크 페달의 위치값을 포함할 수 있다. 확인부(210)는 운전 데이터를 기반으로 운전자 요구 토크를 확인한다.
또한, 확인부(210)는 운전 데이터 및 차량을 운전하기 위한 요소들을 이용하여 엔진(110)에 요구되는 파워를 결정하고, 그 파워를 결정하기 위한 운전점 중 가장 좋은 엔진 운전점을 결정한다. 즉, 확인부(210)는 가장 좋은 엔진 운전점인 목표 엔진 속도를 결정한다.
제1 제어부(230)는 제1 모터(130)를 제어하기 위한 제1 구동 제어 토크를 결정한다. 이를 위해, 제1 제어부(230)는 도 3에 도시된 바와 같이 속도 토크 결정부(241), 제1 기울기 제한부(243), 제1 저역 필터(245), 엔진 반력 토크 결정부(251), 제2 기울기 제한부(253) 및 제2 저역 필터(255)를 포함한다.
속도 토크 결정부(241)는 목표 엔진 속도로 엔진(110)을 구동하기 위한 속도 제어 토크를 결정한다. 즉, 속도 토크 결정부(241)는 목표 엔진 속도와 현재 엔진 속도의 차이를 기반으로 PI(Proportional Integral)제어를 통해 속도 제어 토크를 결정할 수 있다.
제1 기울기 제한부(243)는 속도 제어 토크의 기울기를 제한한다. 다시 말하면, 제1 기울기 제한부(243)는 속도 토크 결정부(241)로부터 속도 제어 토크를 수신하고, 속도 제어 토크의 기울기를 제한한다. 이때, 제1 기울기 제한부(243)는 속도 토크 결정부(241)에서 수신한 속도 제어 토크와 하나 샘플링 타임(sampling time) 이전의 값에 기울기 제한값을 더한 값을 비교하여 작은 값을 출력할 수 있다. 예를 들어, 속도 제어 토크가 20이고, 이전 속도 제어 토크가 10이라고 가정하며, 기울기 제한값이 3이면, 제1 기울기 제한부(243)는 이전 속도 제어 토크 10과 기울기 제한값 3의 더한 값인 13과 속도 제어 토크 20을 비교하여 작은 값인 13을 출력할 수 있다. 여기서, 기울기 제한값은 미리 설정된 값이며, 엔진(110)에 따라 상이하게 설정될 수 있다.
제1 저역 필터(245)는 제1 기울기 제한부(243)를 통해 기울기가 제한된 속도 제어 토크에서 설정 주파수 영역을 출력한다. 즉, 제1 저역 필터(245)는 속도 제어 토크에서 설정 주파수 영역만 출력하고, 나머지 주파수 영역에 대해서는 상쇄시킬 수 있다. 이때, 설정 주파수 영역은 엔진(110)을 제어할 수 있는 주파수 영역을 나타내며, 미리 설정된 값이고, 엔진(110)의 성능에 따라 상이하게 설정될 수 있다.
제1 저역 필터(245)는 설정 주파수 영역에 대한 속도 제어 토크를 연산부(290)로 출력한다.
엔진 반력 토크 결정부(251)는 엔진(110)에서 출력되는 엔진 출력 토크를 확인하고, 엔진 출력 토크에 대한 엔진 출력 반력 토크를 결정한다. 즉, 엔진 반력 토크 결정부(251)는 엔진 출력 토크 및 유서 기어비를 기반으로 엔진 출력 반력 토크를 결정할 수 있다.
제2 기울기 제한부(253)는 엔진 반력 토크 결정부(251)에서 결정한 엔진 출력 반력 토크의 기울기를 제한한다. 즉, 제2 기울기 제한부(253)는 엔진 출력 반력 토크와 하나 샘플링 타임 이전의 값에 기울기 제한값을 더한 값을 비교하여 작은 값을 출력할 수 있다.
제2 저역 필터(255)는 제2 기울기 제한부(253)를 통해 기울기를 제한한 엔진 출력 반력 토크에서 설정 주파수 영역을 출력한다. 이때, 제2 저역 필터(255)는 설정 주파수 영역에 대한 엔진 출력 반력 토크를 연산부(290)로 출력할 수 있다.
제2 제어부(260)는 제2 모터(140)를 제어하기 위한 제2 구동 제어 토크를 결정한다. 이를 위해, 제2 제어부(260)는 도 4에 도시된 바와 같이 속도 반력 토크 결정부(271), 제3 기울기 제한부(273), 제3 저역 필터(275), 요구 토크 결정부(281), 제4 기울기 제한부(283) 및 제4 저역 필터(285)를 포함한다.
속도 반력 토크 결정부(271)는 제1 제어부(230)에서 결정한 제1 모터(130)의 속도 제어 토크에 대한 반력 토크인 속도 반력 토크를 결정한다.
제3 기울기 제한부(273)는 속도 반력 토크 결정부(271)에서 결정한 속도 반력 토크의 기울기를 제한한다. 제3 기울기 제한부(273)는 속도 반력 토크와 하나 샘플링 타임 이전의 값에 기울기 제한값을 더한 값을 비교하여 작은 값을 출력할 수 있다.
제3 저역 필터(275)는 제3 기울기 제한부(273)를 통해 기울기를 제한한 속도 반력 토크에서 설정 주파수 영역을 출력한다. 이때, 제3 저역 필터(275)는 연산부(290)로 속도 반력 토크를 출력할 수 있다.
요구 토크 결정부(281)는 운전자 요구 토크를 구동하기 위한 모터 요구 토크를 결정한다. 이때, 요구 토크 결정부(281)는 운전자 요구 토크, 유성 기어비 및 엔진 출력 토크를 기반으로 모터 요구 토크를 결정할 수 있다.
제4 기울기 제한부(283)는 요구 토크 결정부(281)에서 결정한 모터 요구 토크의 기울기를 제한다. 즉, 제4 기울기 제한부(283)는 모터 요구 토크와 하나 샘플링 타임 이전의 값에 기울기 제한값을 더하기 한 값을 비교하여 작은 값을 출력할 수 있다. 예를 들어, 모터 요구 토크의 기울기가 -20이고, 이전 모터 요구 토크의 기울기가 -10이며, 기울기 제한값이 -3이면, 제4 기울기 제한부(283)는 이전 모터 요구 토크의 기울기 -10과 기울기 제한값 -3을 더하기 한 값인 -13과 모터 요구 토크의 기울기인 -20을 비교하여 작은 값인 -13을 출력할 수 있다.
제4 저역 필터(285)는 제4 기울기 제한부(283)를 통해 기울기를 제한한 모터 요구 토크에서 설정 주파수 영역을 연산부(290)로 출력한다.
연산부(290)는 제1 구동 제어 토크 및 제2 구동 제어 토크를 기반으로 최종 구동 제어 토크를 결정한다. 구체적으로, 연산부(290)는 제1 제어부(230)의 제1 저역 필터(245)로부터 속도 제어 토크를 수신하고, 제2 저역 필터(255)로부터 엔진 출력 반력 토크를 수신한다. 연산부(290)는 속도 제어 토크 및 엔진 출력 토크를 이용하여 제1 구동 제어 토크를 결정한다.
연산부(290)는 제3 저역 필터(275)로부터 속도 반력 토크를 수신하고, 제4 저역 필터(285)로부터 모터 요구 토크를 수신한다. 연산부(290)는 속도 반력 토크 및 모터 요구 토크를 이용하여 제2 구동 제어 토크를 결정한다.
연산부(290)는 제1 구동 제어 토크 및 제2 구동 제어 토크를 기반으로 최종 구동 제어 토크를 결정한다. 연산부(290)는 제1 구동 제어 토크를 기반으로 제1 모터(130)를 제어하고, 제2 구동 제어 토크를 기반으로 제2 모터(140)를 제어한다.
이에 따라, 본 발명의 일 실시 예에 따른 하이브리드 자동차의 토크 제어 장치는 속도 제어 토크와 엔진 출력 토크에 대한 엔진 반력 토크를 각각 이원화하여 제어하고, 운전자 요구 토크에 대한 모터 요구 토크와 속도 반력 토크를 각각 이원화하여 제어할 수 있으므로 속도 제어 안정성을 향상시킬 수 있으며, 기울기 제한부 및 저역 필터를 각각 사용하므로 시간 지연 문제를 해결할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 하이브리드 자동차에서 토크를 제어하는 방법을 나타낸 순서도이다. 앞서, 도 2 내지 도 4를 참조하여 설명한 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량 제어기(200)의 구성 요소들은 통합되거나 또는 세분화될 수 있는 바, 해당 명칭에 구애받지 아니하고, 상술한 기능을 수행한 차량 제어기(200)의 구성 요소들은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량 제어기(200)의 구성이 될 수 있음을 명확히 한다. 따라서, 이하 본 발명의 일 실시 예에 따른 하이브리드 자동차의 토크 제어 방법을 설명함에 있어서, 각 단계의 주체는 차량 제어기(200)의 구성 요소들이 아닌 차량 제어기(200)를 주체로 설명하기로 한다.
도 5를 참조하면, 차량 제어기(200)는 운전 데이터를 검출한다(S510). 즉, 차량 제어기(200)는 가속 페달의 위치값, 브레이크 페달의 위치값 등을 포함하는 운전 데이터를 검출하고, 운전 데이터를 기반으로 운전자 요구 토크를 확인한다.
차량 제어기(200)는 EVT(Electrically Variable Transmission) 모드인지를 판단한다(S515). 즉, 차량 제어기(200)는 차속, 모터 속도, 엔진 속도, 변속단 위치, 가속 페달의 위치값, 브레이크 페달의 위치값 등을 기반으로 EVT 모드인지를 판단할 수 있다.
차량 제어기(200)는 EVT 모드이면 제1 모터(130)를 제어하기 위한 속도 제어 토크를 결정한다(S520). 다시 말하면, 차량 제어기(200)는 EVT 모드이면 목표 엔진 속도로 엔진(110)을 구동하기 위한 속도 제어 토크를 결정한다. 차량 제어기(200)는 속도 제어 토크의 기울기를 제한하고, 일정 주파수 영역 만을 출력한다. 이렇게 기울기를 제한하고, 일정 주파수 영역만을 출력시키는 이유는 엔진(110)이 과도하게 운전하게 되면 엔진(110)이 구동할 수 없고, 파손되는 등의 문제가 발생하므로 이를 방지하기 위함이다.
차량 제어기(200)는 엔진(110)에서 출력되는 엔진 출력 토크에 대한 엔진 출력 반력 토크를 결정한다(S525). 구체적으로, 차량 제어기(200)는 유성 기어비 및 엔진 출력 토크를 기반으로 엔진 출력 반력 토크를 결정한다.
즉, 차량 제어기(200)는 하기의 [수학식 1]을 통하여 엔진 출력 반력 토크를 결정할 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112015064991379-pat00001
여기서, TR은 엔진 출력 반력 토크이고, R은 유성 기어비이며, TEngine은 엔진 출력 토크이다. 유성 기어비는 링기어 대 선 기어비를 나타낼 수 있다.
차량 제어기(200)는 결정한 엔진 출력 반력 토크의 기울기를 제한하고, 기울기를 제한 엔진 출력 반력 토크에서 설정 주파수 영역만을 출력시킨다.
차량 제어기(200)는 속도 제어 토크 및 엔진 출력 반력 토크를 기반으로 제1 구동 제어 토크를 결정한다(S530). 즉, 차량 제어기(200)는 단계 S520 및 단계 S525 각각에서 기울기를 제한하고, 설정 주파수 영역만을 출력시킨 속도 제어 토크와 엔진 출력 반력 토크를 더하기 연산하여 제1 구동 제어 토크를 결정할 수 있다.
차량 제어기(200)는 제1 모터(130)의 속도 제어 토크에 대한 속도 반력 토크를 결정한다(S535). 이렇게 제1 모터(130)의 속도 제어 토크에 대한 속도 반력 토크를 제2 모터(140)의 구동에 사용하는 이유는 제1 모터(130)의 속도 제어 응답성과 동일해야 하기 위함이다.
차량 제어기(200)는 속도 반력 토크의 기울기를 제한하고, 일정 주파수 영역을 출력한다.
차량 제어기(200)는 운전자 요구 토크를 구동하기 위한 모터 요구 토크를 결정한다(S540). 다시 말하면, 차량 제어기(200)는 운전자 요구 토크, 유성 기어비, 엔진 출력 토크를 기반으로 모터 요구 토크를 결정한다.
즉, 차량 제어기(200)는 [수학식 2]를 이용하여 모터 요구 토크를 결정할 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112015064991379-pat00002
여기서, TMD는 모터 요구 토크이고, ρ는 FGR(Final Gear Ratio) 및 제2 모터(140)에서 링기어까지 기어비를 고려한 값이며, Twhl은 운전자 요구 토크이고, R은 유성 기어비이며, TEngine은 엔진 출력 토크이다.
차량 제어기(200)는 모터 요구 토크의 기울기를 제한하고, 설정 주파수 영역을 출력한다. 이렇게 운전자 요구 토크를 제2 모터(140)의 구동에 사용하는 이유는 운전자 요구 토크를 맞추기 위해 엔진(110)의 응답성과 동일해야 하기 위함이다.
차량 제어기(200)는 속도 반력 토크 및 모터 요구 토크를 기반으로 제2 구동 제어 토크를 결정한다(S545). 즉, 차량 제어기(200)는 단계 S535 및 단계 S540 각각에서 기울기를 제한하고, 설정 주파수 영역만을 출력시킨 속도 반력 토크 및 모터 요구 토크를 더하기 연산하여 제2 구동 제어 토크를 결정할 수 있다.
이러한, 제2 구동 제어 토크는 운전자 요구 토크와 링기어로 전달되는 엔진 출력 토크의 차이로 결정되는 토크를 나타낼 수 있다. 즉, 운전자 요구 토크에 의한 토크와 제1 모터(130)가 엔진 속도를 제어를 하게 되면 유성기어 특성으로 인해 링기어로 영향을 미치게 되는데 이를 상쇄시킬 토크로 구성될 수 있다. 제1 모터(130)의 속도 제어 토크에 의해 링기어에 영향을 미치는 토크는 도 6에 도시된 그래프를 통해 확인할 수 있다. 즉, 도면 부호 610은 제1 모터(130)의 속도 제어 토크에 의해 링기어로 전달되는 토크를 나타내며, 도면부호 620은 제1 모터(130)의 속도 제어 토크에 의해 링기어로 전달되는 토크의 상쇄 토크를 나타낼 수 있다.
차량 제어기(200)는 제1 구동 제어 토크 및 제2 구동 제어 토크를 기반으로 최종 구동 제어 토크를 결정한다(S550).
한편, 차량 제어기(200)는 EVT 모드가 아니면 제2 모터(140)를 제어하기 위한 운전자 요구 토크에 대한 모터 요구 토크를 결정한다(S555). 즉, 차량 제어기(200)는 OD(Over Drive) 모드이거나, EV 모드일 경우에 운전자 요구 토크, 유성 기어비 및 엔진 출력 토크를 기반으로 모터 요구 토크를 결정할 수 있다.
차량 제어기(200)는 단계 S555에서 결정한 모터 요구 토크를 최종 구동 제어 토크로 결정한다(S560). 이후, 차량 제어기(200)는 결정한 최종 구동 제어 토크를 기반으로 제2 토크를 제어할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
50: 데이터 검출부
100: 하이브리드 자동차의 토크 제어 장치
110: 엔진
120: 변속기
130: 제1 모터
140: 제2 모터
150: 배터리
200: 차량 제어기
210: 확인부
230: 제1 제어부
260: 제2 제어부
290: 연산부

Claims (17)

  1. 토크 제어를 수행하기 위한 운전 데이터를 검출하는 데이터 검출부;
    동력원인 엔진;
    제1 및 제2 모터를 포함하는 변속기; 및
    상기 운전 데이터를 기반으로 운전자 요구 토크를 확인하고, 목표 엔진 속도를 기반으로 제1 모터의 제1 구동 제어 토크를 결정하고, 상기 운전자 요구 토크를 기반으로 제2 모터의 제2 구동 제어 토크를 결정하는 차량 제어기;
    를 포함하되,
    상기 차량 제어기는
    상기 목표 엔진 속도 및 엔진 출력 토크를 기반으로 상기 제1 모터를 제어하기 위한 제1 구동 제어 토크를 결정하는 제1 제어부; 및
    상기 운전자 요구 토크를 기반으로 상기 제2 모터를 제어하기 위한 제2 구동 제어 토크를 결정하는 제2 제어부;
    를 포함하고,
    상기 제1 제어부는
    상기 목표 엔진 속도로 엔진을 구동하기 위한 속도 제어 토크를 결정하는 속도 토크 결정부;
    상기 속도 토크 결정부에서 결정한 속도 제어 토크의 기울기를 제한하는 제1 기울기 제한부;
    상기 제1 기울기 제한부를 통해 기울기를 제한한 속도 제어 토크에서 설정 주파수 영역을 출력하는 제1 저역 필터;
    상기 엔진에서 출력되는 엔진 출력 토크를 확인하고, 상기 엔진 출력 토크에 대한 엔진 출력 반력 토크를 결정하는 엔진 반력 토크 결정부;
    상기 엔진 반력 토크 결정부에서 결정한 상기 엔진 출력 반력 토크의 기울기를 제한하는 제2 기울기 제한부; 및
    상기 제2 기울기 제한부를 통해 기울기를 제한한 엔진 출력 반력 토크에서 설정 주파수 영역을 출력하는 제2 저역 필터;
    를 포함하는 하이브리드 자동차의 토크 제어 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 엔진 반력 토크 결정부는
    상기 엔진 출력 토크 및 유성 기어비를 기반으로 엔진 출력 반력 토크를 결정하는 하이브리드 자동차의 토크 제어 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 제어부는
    상기 속도 제어 토크에 대한 속도 반력 토크를 결정하는 속도 반력 토크 결정부;
    상기 속도 반력 토크 결정부에서 결정한 상기 속도 반력 토크의 기울기를 제한하는 제3 기울기 제한부;
    상기 제3 기울기 제한부를 통해 기울기를 제한한 속도 반력 토크에서 설정 주파수 영역을 출력하는 제3 저역 필터;
    상기 운전자 요구 토크를 구동하기 위한 모터 요구 토크를 결정하는 요구 토크 결정부;
    상기 요구 토크 결정부에서 결정한 모터 요구 토크의 기울기를 제한하는 제4 기울기 제한부; 및
    상기 제4 기울기 제한부를 통해 기울기를 제한한 모터 요구 토크에서 설정 주파수 영역을 출력하는 제4 저역 필터;
    를 포함하는 하이브리드 자동차의 토크 제어 장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 요구 토크 결정부는
    상기 운전자 요구 토크, 유성 기어비, 엔진 출력 토크 중 적어도 하나를 기반으로 모터 요구 토크를 결정하는 하이브리드 자동차의 토크 제어 장치.
  7. 제5 항에 있어서,
    상기 차량 제어기는
    상기 속도 제어 토크 및 상기 엔진 출력 반력 토크를 이용하여 제1 구동 제어 토크를 결정하고, 상기 속도 반력 토크 및 모터 요구 토크를 이용하여 제2 구동 제어 토크를 결정하며, 상기 제1 구동 제어 토크 및 제2 구동 제어 토크 중 적어도 하나를 기반으로 최종 구동 제어 토크를 결정하는 연산부;
    를 더 포함하는 하이브리드 자동차의 토크 제어 장치.
  8. 자동차의 운전 상태 및 운전자의 의도를 나타내는 운전 데이터를 검출하는 단계;
    EVT(Electrically Variable Transmission) 모드인지를 판단하는 단계;
    상기 EVT 모드이면 목표 엔진 속도를 기반으로 제1 모터의 제1 구동 제어 토크를 결정하는 단계;
    상기 운전 데이터를 기반으로 운전자 요구 토크를 확인하고, 상기 운전자 요구 토크를 기반으로 제2 모터의 제2 구동 제어 토크를 결정하는 단계; 및
    상기 제1 구동 제어 토크 및 상기 제2 구동 제어 토크를 기반으로 상기 제1 모터 및 제2 모터를 제어하는 단계;
    를 포함하되,
    상기 제1 구동 제어 토크를 결정하는 단계는
    상기 목표 엔진 속도로 엔진을 구동하기 위한 속도 제어 토크를 결정하는 단계;
    상기 엔진에서 출력되는 엔진 출력 토크에 대한 엔진 출력 반력 토크를 결정하는 단계; 및
    상기 속도 제어 토크와 엔진 출력 반력 토크를 더하기 연산하여 상기 제1 구동 제어 토크를 결정하는 단계;
    를 포함하는 하이브리드 자동차의 토크 제어 방법.
  9. 삭제
  10. 제8 항에 있어서,
    상기 속도 제어 토크를 결정하는 단계는
    상기 속도 제어 토크의 기울기를 제한하는 단계; 및
    상기 기울기를 제한한 속도 제어 토크에서 설정 주파수 영역을 출력하는 단계;
    를 포함하는 하이브리드 자동차의 토크 제어 방법.
  11. 제8 항에 있어서,
    상기 엔진 출력 반력 토크는 수학식 1에 의해 연산되는 하이브리드 자동차의 토크 제어 방법.
    여기서, 상기 수학식 1은
    Figure 112016106179274-pat00003

    이고,
    상기 TR은 엔진 출력 반력 토크이고, 상기 R은 유성 기어비이며, 상기 TEngine은 엔진 출력 토크임.
  12. 제8 항에 있어서,
    상기 엔진 출력 반력 토크를 결정하는 단계는
    상기 엔진 출력 반력 토크의 기울기를 제한하는 단계; 및
    상기 기울기를 제한한 엔진 출력 반력 토크에서 설정 주파수 영역을 출력하는 단계;
    를 포함하는 하이브리드 자동차의 토크 제어 방법.
  13. 제8 항에 있어서,
    상기 제2 구동 제어 토크를 결정하는 단계는
    상기 속도 제어 토크에 대한 속도 반력 토크를 결정하는 단계;
    상기 운전자 요구 토크를 구동하기 위한 모터 요구 토크를 결정하는 단계; 및
    상기 속도 반력 토크와 상기 모터 요구 토크를 더하기 연산하여 상기 제2 구동 제어 토크를 결정하는 단계;
    를 포함하는 하이브리드 자동차의 토크 제어 방법.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 모터 요구 토크는 수학식 2에 의해 연산되는 하이브리드 자동차의 토크 제어 방법.
    여기서, 상기 수학식 2는
    Figure 112015064991379-pat00004

    상기 TMD는 모터 요구 토크이고, 상기 ρ는 FGR(Final Gear Ratio) 및 제2 모터에서 유성 기어까지 기어비를 고려한 값이며, 상기 Twhl은 운전자 요구 토크이고, 상기 R은 유성 기어비이며, 상기 TEngine은 엔진 출력 토크임.
  15. 제13 항에 있어서,
    상기 속도 반력 토크를 결정하는 단계는
    상기 속도 반력 토크의 기울기를 제한하는 단계; 및
    상기 기울기를 제한한 속도 반력 토크에서 설정 주파수 영역을 출력하는 단계;
    를 포함하는 하이브리드 자동차의 토크 제어 방법.
  16. 제13 항에 있어서,
    상기 모터 요구 토크를 결정하는 단계는
    상기 모터 요구 토크의 기울기를 제한하는 단계; 및
    상기 기울기를 제한한 모터 요구 토크에서 설정 주파수 영역을 출력하는 단계;
    를 포함하는 하이브리드 자동차의 토크 제어 방법.
  17. 제8 항에 있어서,
    상기 EVT 모드가 아니면 운전자 요구 토크를 기반으로 상기 제2 모터를 제어하기 위한 제2 구동 제어 토크를 결정하는 단계; 및
    상기 제2 구동 제어 토크를 기반으로 상기 제2 모터를 제어하는 단계;
    를 포함하는 하이브리드 자동차의 토크 제어 방법.
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