KR101694022B1

KR101694022B1 - 하이브리드 차량용 주행 제어방법

Info

Publication number: KR101694022B1
Application number: KR1020150092333A
Authority: KR
Inventors: 조진국
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2015-06-29
Filing date: 2015-06-29
Publication date: 2017-01-06

Abstract

본 발명은 EV모드 주행시, 고전압 배터리에 요구되는 파워를 예측하여 주행모드를 결정하는 하이브리드 차량용 주행 제어방법에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명에서는, 운전자의 요구파워를 입력받는 입력단계; 제1,2모터제너레이터 중 한 개의 모터제너레이터만을 구동하여 주행하는 EV1모드에서 운전자의 요구파워를 만족시키기 위한 배터리 요구파워를 확보하고, 제1,2모터제너레이터를 함께 구동하여 주행하는 EV2모드에서 운전자의 요구파워를 만족시키기 위한 배터리 요구파워를 확보하는 요구파워 확보단계; 및 연산된 결과 중 배터리 요구파워가 가장 작은 주행모드를 목표 주행모드로 결정하는 결정단계;를 포함하여 구성되는 하이브리드 차량용 주행 제어방법이 소개된다.

Description

하이브리드 차량용 주행 제어방법{METHOD FOR CONTROLLING DRIVING OF HYBRID VEHICLES}

본 발명은 하이브리드 차량용 주행 제어기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 EV모드 주행시, 고전압 배터리에 요구되는 파워를 예측하여 주행모드를 결정하는 하이브리드 차량용 주행 제어방법에 관한 것이다.

파워스플릿 타입(Power Split - Parallel)의 파워트레인을 장착한 하이브리드 차량은, 엔진을 이용한 엔진모드 및 HEV모드의 주행 뿐만 아니라, 전동기만을 구동하여 주행하는 EV모드로의 주행이 가능하다. 이때에, EV모드는 하나의 전동기만을 구동하여 주행하는 EV1모드와, 두 개의 전동기를 함께 구동하여 주행하는 EV2모드로 구분할 수 있다.

예컨대, 파워스플릿 패러럴 시스템은 하나의 유성기어에 엔진과 제1모터제너레이터 및 제2모터제너레이터가 각각 연결되어 있는 구조로서, EV1모드시 엔진은 정지되어 있고, 제1모터제너레이터는 제2모터제너레이터가 구동함에 따라 회전을 하게 된다.

다만, 이 경우 제1모터제너레이터는 토크를 발생하지 않는 상태에서 제2모터제너레이터의 회전속도에 기어비를 고려한 속도로 회전하게 되는데, 이때에 기계적인 마찰 등이 존재하는바, 도 1의 좌측 속도선도와 같이 제2모터제너레이터(MG1)가 구동하는데 저항요소로 작용하는 무부하 손실이 발생하게 되고, 결국 EV1모드시에 구동 효율을 저하시키는 요인으로 작용하게 된다.

하지만, EV1모드에서 발생하는 무부하 손실은, 도 1의 우측 속도선도와 같이 제1모터제너레이터(MG1)가 제2모터제너레이터(MG2)와 함께 구동에 참여하는 EV2모드에서는 발생하지 않는다.

다만, 2개의 모터제너레이터가 함께 구동하는 EV2모드의 경우에도, 2개의 모터제너레이터가 모두 최대 효율점에서 구동할 수는 없기 때문에 EV2모드가 EV1모드보다 모든 영역에서 구동 효율이 좋다고 할 수는 없다.

따라서, 차량의 연비향상을 위해서는 모터만을 구동하여 주행하는 EV모드에서 EV1모드와 EV2모드 중 구동 효율이 좋은 주행모드를 선택하여 구동을 할 필요가 있다.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

KR 10-2008-0038802 A

본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 파워스플릿-패러럴 타입의 하이브리드 차량에서 토크 간섭 요청시 운전성에 영향을 미치지 않으면서 토크 간섭 제어를 수행하도록 한 하이브리드 차량용 토크 간섭 제어방법을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 운전자의 요구파워를 입력받는 입력단계; 제1,2모터제너레이터 중 한 개의 모터제너레이터만을 구동하여 주행하는 EV1모드에서 운전자의 요구파워를 만족시키기 위한 배터리 요구파워를 확보하고, 제1,2모터제너레이터를 함께 구동하여 주행하는 EV2모드에서 운전자의 요구파워를 만족시키기 위한 배터리 요구파워를 확보하는 요구파워 확보단계; 및 연산된 결과 중 배터리 요구파워가 가장 작은 주행모드를 목표 주행모드로 결정하는 결정단계;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 요구파워 확보단계에서, EV2모드는, 제1모터제너레이터를 최대 효율점에서 구동하여 주행하는 주행모드에서의 배터리 요구파워와, 제2모터제너레이터를 최대 효율점에서 구동하여 주행하는 주행모드에서의 배터리 요구파워를 각각 연산할 수 있다.

본 발명의 다른 구성은, 제1,2,3회전요소를 갖는 유성기어세트를 포함하되, 제1회전요소는 선택적인 고정요소로 작동하면서 제1모터제너레이터와 연결되고, 제2회전요소는 엔진과 연결되면서 일방향 회전만을 허용하며, 제3회전요소는 제2모터제너레이터와 연결되면서 출력축에 연결된 하이브리드 차량의 제어방법으로서, 운전자의 요구파워를 입력받는 입력단계; 제2모터제너레이터만을 구동하여 주행하는 EV1모드에서 운전자의 요구파워를 만족시키기 위한 배터리 요구파워를 확보하고, 제1,2모터제너레이터를 함께 구동하여 주행하는 EV2모드에서 운전자의 요구파워를 만족시키기 위한 배터리 요구파워를 확보하는 요구파워 확보단계; 및 확보된 결과 중 배터리 요구파워가 가장 작은 주행모드를 목표 주행모드로 결정하는 결정단계;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 요구파워 확보단계에서, EV1모드는, 휠에 전달되는 출력과, 제1모터제너레이터의 무부하손실출력과, 유성기어세트에서 유성기어의 효율과, 제2모터제너레이터에서 휠측으로 연결된 외접기어짝의 효율과, 유성기어세트에서 휠측으로 연결된 외접기어짝의 효율과, 제2모터제너레이터의 효율에 대한 배터리 요구파워의 관계로 결정되는 함수를 이용하여 배터리 요구파워를 연산할 수 있다.

상기 요구파워 확보단계에서, EV2모드 중 제2모터제너레이터를 최대 효율점에서 구동하여 주행하는 주행모드의 경우, 휠에 전달되는 출력과, 제2모터제너레이터의 배터리 사용출력과, 제2모터제너레이터의 효율과, 제1모터제너레이터의 효율과, 유성기어세트에서 유성기어의 효율과, 제2모터제너레이터에서 휠측으로 연결된 외접기어짝의 효율과, 유성기어세트에서 휠측으로 연결된 외접기어짝의 효율에 대한 배터리 요구파워의 관계로 결정되는 함수를 이용하여 요구파워를 연산할 수 있다.

상기 요구파워 확보단계에서, EV2모드 중 제1모터제너레이터를 최대 효율점에서 구동하여 주행하는 주행모드의 경우, 휠에 전달되는 출력과, 제1모터제너레이터의 배터리 사용출력과, 제1모터제너레이터의 효율과, 제2모터제너레이터의 효율과, 유성기어세트에서 유성기어의 효율과, 제2모터제너레이터에서 휠측으로 연결된 외접기어짝의 효율과, 유성기어세트에서 휠측으로 연결된 외접기어짝의 효율에 대한 배터리 요구파워의 관계로 결정되는 함수를 이용하여 요구파워를 연산할 수 있다.

상기한 과제 해결수단을 통해 본 발명은, 파워스플릿-패러럴 타입의 하이브리드 차량에서 EV모드로 주행시, 운전자 요구파워에 상응하는 고전압 배터리의 요구파워를 EV1모드 및 EV2모드에 대해 각각 예측한 후, 고전압 배터리의 요구파워가 가장 낮은 EV모드로 주행하도록 제어함으로써, 보다 향상된 연비 주행이 가능한 효과가 있다.

도 1은 파워스플릿-패러럴 타입의 하이브리드 차량에서 EV1모드 및 EV2모드시의 속도선도와 함께, 무부하손실 발생작용을 설명하기 위한 도면.
도 2는 본 발명에 의한 하이브리드 차량의 주행 제어방법의 제어 흐름을 설명하기 위한 도면.
도 3은 본 발명에 의한 하이브리드 차량의 시스템에서 EV1모드시의 동력 흐름을 나타낸 도면.
도 4는 본 발명에 의한 하이브리드 차량의 시스템에서 EV2모드시의 동력 흐름을 나타낸 도면.

본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 하이브리드 차량용 주행 제어방법은, 입력단계(S10)와, 요구파워 확보단계(S20) 및, 결정단계(S30)를 포함하여 구성할 수 있다.

도 2를 참조하여, 본 발명을 구체적으로 살펴보면, 먼저 입력단계(S10)에서는, 운전자의 요구파워를 입력받는다.

예컨대, 운전자의 요구파워는 운전자가 가속페달과 브레이크페달을 조작하는 답입량과, 휠속도를 이용하여 연산 및 입력받을 수 있다.

다음으로, 요구파워 확보단계(S20)에서는, 제1,2모터제너레이터 중 한 개의 모터제너레이터만을 구동하여 주행하는 EV1모드에서 운전자의 요구파워를 만족시키기 위한 배터리 요구파워를 연산할 수 있다. 예컨대, EV1모드는 제2모터제너레이터(MG2)만을 구동하여 주행하는 주행모드일 수 있다.

또한, 제1,2모터제너레이터를 함께 구동하여 주행하는 EV2모드에서 운전자의 요구파워를 만족시키기 위한 배터리 요구파워를 연산할 수 있다.

즉, EV1모드로 주행하는 경우에 운전자의 요구파워를 만족시키기 위해 필요한 배터리 요구파워를 연산하고, 더불어 EV2모드로 주행하는 경우에 운전자의 요구파워를 만족시키기 위해 필요한 배터리 요구파워를 연산하는 것이다. 이는 각 EV모드 구동에 대한 효율맵 구성을 통해 구현할 수도 있다.

이때에, 상기 요구파워 확보단계(S20)에서, EV2모드의 경우는, 제1모터제너레이트와 제2모터제너레이터(MG2)를 함께 구동하여 주행하기 때문에, 제1모터제너레이터(MG1)를 최대 효율점에서 구동하여 주행하는 주행모드에서의 배터리 요구파워를 연산하고, 이와 함께 제2모터제너레이터(MG2)를 최대 효율점에서 구동하여 주행하는 주행모드에서의 배터리 요구파워를 연산할 수 있다.

그리고, 결정단계(S30)에서는, 상기 요구파워 확보단계(S20)에서 연산된 결과 중 배터리 요구파워가 가장 작은 주행모드를 확보하고, 확보된 주행모드를 목표 주행모드로 결정하여 차량의 주행모드를 제어하게 된다.

한편, 도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명의 주행 제어가 가능한 하이브리드 차량의 시스템 구조에 대해 간단하게 살펴보면, 제1,2,3회전요소가 함께 회전 가능하게 구성된 유성기어세트(PG)를 포함하되, 제1회전요소는 선택적인 고정요소로 작동하면서 제1모터제너레이터(MG1)와 연결된 제1선기어(S)일 수 있다. 이때에, 선택적인 고정요소로 작동되는 마찰요소는 변속기케이스(CS)에 연결된 브레이크(B)일 수 있다.

그리고, 제2회전요소는 엔진(E)과 연결되면서 일방향으로만 회전하는 캐리어(C)일 수 있다. 예컨대, 캐리어(C)의 일방향 회전만 허용하도록 엔진(E)과 캐리어(C)는 원웨이클러치(OWC)를 매개로 변속기케이스(CS)에 연결될 수 있다.

또한, 제3회전요소는 제2모터제너레이터(MG2)와 연결되면서 출력축에 연결된 링기어(R)일 수 있다.

아울러, 상기 링기어(R)와 휠 사이는 소정의 기어비를 갖고 치합 결합된 외접기어짝을 통해서 연결될 수 있고, 또한 제2모터제너레이터(MG2)와 휠 사이 역시 소정의 기어비를 갖고 치합 결합된 외접기어짝에 의해 연결될 수 있다.

즉, 파워 스플릿-패러럴 타입의 하이브리드 차량은 외접기어와 유성기어의 조합으로 구성이 될 수 있는바, 배터리에서 요구되는 파워를 계산하는 경우, 제1모터제너레이터(MG1) 및 제2모터제너레이터(MG2)의 구동 효율 뿐만 아니라, 외접기어와 유성기어의 효율을 함께 고려하는 것이 바람직하다.

이에, 본 발명의 상기 요구파워 확보단계(S20)에서는, EV1모드의 경우, 휠에 전달되는 출력(P_wheel)과, 제1모터제너레이터(MG1)의 무부하손실출력(P_{MG1noloadloss})과, 유성기어세트(PG)에서 선기어(S)와 링기어(R)에 의한 유성기어(C)의 효율(ε_planetary _gear)과, 제2모터제너레이터(MG2)에서 휠측으로 연결된 외접기어짝의 효율(ε_fixed _{gear C})과, 유성기어세트(PG)에서 휠측으로 연결된 외접기어짝의 효율(ε_fixed _{gear A}, ε_fixed _{gear B})과, 제2모터제너레이터(MG2)의 효율(ε_MG2)에 대한 배터리 요구파워(P_BAT)의 관계로 결정되는 함수를 이용하여 배터리에서 요구되는 파워를 연산할 수 있다.

이는 하기의 수식으로 표현할 수 있다.

그리고, 상기 요구파워 확보단계(S20)에서, EV2모드 중 제2모터제너레이터(MG2)를 최대 효율점에서 구동하여 주행하는 주행모드의 경우, 휠에 전달되는 출력(P_wheel)과, 제2모터제너레이터(MG2)의 배터리 사용출력(P_BAT _{_MG2})과, 제2모터제너레이터(MG2)의 효율(ε_MG2)과, 제1모터제너레이터(MG1)의 효율(ε_MG1)과, 유성기어세트(PG)에서 선기어(S)와 링기어(R)에 의한 유성기어(C)의 효율(ε_planetary _gear)과, 제2모터제너레이터(MG2)에서 휠측으로 연결된 외접기어짝의 효율(ε_fixed _{gear C})과, 유성기어세트(PG)에서 휠측으로 연결된 외접기어짝의 효율(ε_fixed _{gear A}, ε_{fixed gear B})에 대한 배터리 요구파워(P_BAT)의 관계로 결정되는 함수를 이용하여 배터리에서 요구되는 파워를 연산할 수 있다.

이는 하기의 수식으로 표현할 수 있다.

또한, 상기 요구파워 확보단계(S20)에서, EV2모드 중 제1모터제너레이터(MG1)를 최대 효율점에서 구동하여 주행하는 주행모드의 경우, 휠에 전달되는 출력(P_wheel)과, 제1모터제너레이터(MG1)의 배터리 사용출력(P_BAT _{_MG1})과, 제1모터제너레이터(MG1)의 효율(ε_MG1)과, 제2모터제너레이터(MG2)의 효율(ε_MG2)과, 유성기어세트(PG)에서 선기어(S)와 링기어(R)에 의한 유성기어(C)의 효율(ε_planetary _gear), 제2모터제너레이터(MG2)에서 휠측으로 연결된 외접기어짝의 효율(ε_fixed _{gear C})과, 유성기어세트(PG)에서 휠측으로 연결된 외접기어짝의 효율(ε_fixed _{gear A}, ε_{fixed gear B})에 대한 배터리 요구파워(P_BAT)의 관계로 결정되는 함수를 이용하여 배터리에서 요구되는 파워를 연산할 수 있다.

이는 하기의 수식으로 표현할 수 있다.

도 2를 참조하여, 본 발명의 하이브리드 차량용 주행 제어방법의 제어 흐름을 살펴보기로 한다.

EV모드로 주행시, 운전자가 요구하는 파워가 입력되면, EV1모드를 통해 운전자 요구파워를 만족시킬 수 있는 배터리 요구파워를 연산하고, 또한 EV2모드 중에서 제1모터제너레이터(MG1)가 최대 효율일 때의 운전자 요구파워를 만족시킬 수 있는 배터리 요구파워와, EV2모드 중에서 제2모터제너레이터(MG2)가 최대 효율일 때의 운전자 요구파워를 만족시킬 수 있는 배터리 요구파워를 각각 연산한다.

이어서, 연산된 배터리 요구파워 중에서 배터리 요구파워가 가장 낮은 EV주행모드를 현재 주행모드로 결정하여, 결정된 주행모드로 차량을 주행하도록 제어한다.

예컨대, EV1모드로 연산된 배터리 요구파워가 가장 낮은 경우, 현재 주행모드를 EV1모드로 결정하여, 차량을 주행할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 파워스플릿-패러럴 타입의 하이브리드 차량에서 EV모드로 주행시, 운전자 요구파워에 상응하는 고전압 배터리의 요구파워를 EV1모드 및 EV2모드에 대해 각각 예측하여, 고전압 배터리의 요구파워가 가장 낮은 EV모드로 주행하도록 제어함으로써, 보다 향상된 연비 주행이 가능하다.

한편, 본 발명은 상기한 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

E : 엔진 MG1 : 제1모터제너레이터
MG2 : 제2모터제너레이터 PG : 유성기어세트
S10 : 입력단계 S20 : 요구파워 확보단계
S30 : 결정단계

Claims

삭제
삭제
제1,2,3회전요소를 갖는 유성기어세트를 포함하되, 제1회전요소는 선택적인 고정요소로 작동하면서 제1모터제너레이터와 연결되고, 제2회전요소는 엔진과 연결되면서 일방향 회전만을 허용하며, 제3회전요소는 제2모터제너레이터와 연결되면서 출력축에 연결된 하이브리드 차량의 제어방법으로서,
운전자의 요구파워를 입력받는 입력단계;
제2모터제너레이터만을 구동하여 주행하는 EV1모드에서 운전자의 요구파워를 만족시키기 위한 배터리 요구파워를 확보하고, 제1,2모터제너레이터를 함께 구동하여 주행하는 EV2모드에서 운전자의 요구파워를 만족시키기 위한 배터리 요구파워를 확보하는 요구파워 확보단계; 및
확보된 결과 중 배터리 요구파워가 가장 작은 주행모드를 목표 주행모드로 결정하는 결정단계;를 포함하고,
상기 요구파워 확보단계에서,
EV1모드는, 휠에 전달되는 출력과, 제1모터제너레이터의 무부하손실출력과, 유성기어세트에서 유성기어의 효율과, 제2모터제너레이터에서 휠측으로 연결된 외접기어짝의 효율과, 유성기어세트에서 휠측으로 연결된 외접기어짝의 효율과, 제2모터제너레이터의 효율에 대한 배터리 요구파워의 관계로 결정되는 함수를 이용하여 배터리 요구파워를 연산하는 것을 특징으로 하는 차량용 주행 제어방법.
삭제
청구항 3에 있어서,
상기 요구파워 확보단계에서,
EV2모드 중 제2모터제너레이터를 최대 효율점에서 구동하여 주행하는 주행모드의 경우, 휠에 전달되는 출력과, 제2모터제너레이터의 배터리 사용출력과, 제2모터제너레이터의 효율과, 제1모터제너레이터의 효율과, 유성기어세트에서 유성기어의 효율과, 제2모터제너레이터에서 휠측으로 연결된 외접기어짝의 효율과, 유성기어세트에서 휠측으로 연결된 외접기어짝의 효율에 대한 배터리 요구파워의 관계로 결정되는 함수를 이용하여 요구파워를 연산하는 것을 특징으로 하는 차량용 주행 제어방법.
청구항 3에 있어서,
상기 요구파워 확보단계에서,
EV2모드 중 제1모터제너레이터를 최대 효율점에서 구동하여 주행하는 주행모드의 경우, 휠에 전달되는 출력과, 제1모터제너레이터의 배터리 사용출력과, 제1모터제너레이터의 효율과, 제2모터제너레이터의 효율과, 유성기어세트에서 유성기어의 효율과, 제2모터제너레이터에서 휠측으로 연결된 외접기어짝의 효율과, 유성기어세트에서 휠측으로 연결된 외접기어짝의 효율에 대한 배터리 요구파워의 관계로 결정되는 함수를 이용하여 요구파워를 연산하는 것을 특징으로 하는 차량용 주행 제어방법.