KR102249586B1 - 하이브리드 차량의 제어 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 하이브리드 차량의 제어 방법 및 장치에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 제어 장치는, 지리 정보 및 교통 정보를 제공하는 내비게이션 장치; 가속 페달의 위치를 검출하는 가속 페달 위치 검출부; 브레이크 페달의 위치를 검출하는 브레이크 페달 위치 검출부; 차속을 검출하는 차속 검출부; 배터리의 SOC를 검출하는 SOC 검출부; 현재 체결되어 있는 변속단을 검출하는 변속단 검출부; 상기 내비게이션 장치, 가속 페달 위치 검출부, 브레이크 페달 위치 검출부, 차속 검출부, SOC 검출부, 및 변속단 검출부의 신호를 기초로 하이브리드 차량을 제어하도록 설정된 프로그램에 의하여 동작하는 제어기를 포함할 수 있다.

Description

하이브리드 차량의 제어 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS OF CONTROLLING HYBRID ELECTRIC VEHICLE}
본 발명은 하이브리드 차량의 제어 방법 및 장치에 관한 것이다.
주지하는 바와 같이 하이브리드 차량(hybrid electric vehicle)은 내연기관(internal combustion engine)과 배터리 전원을 함께 사용한다. 즉, 하이브리드 차량은 내연기관의 동력과 모터의 동력을 효율적으로 조합하여 사용한다.
상기 하이브리드 차량은 엔진, 모터, 엔진과 모터를 선택적으로 연결하는 엔진 클러치, 변속기, 차동기어장치, 배터리, 상기 엔진을 시동하거나 상기 엔진의 출력에 의해 발전하는 HSG(hybrid starter & generator), 및 차륜을 통상적으로 포함한다. 상기 HSG는 시동 발전기(integrated starter & generator; ISG)라 호칭될 수 있다.
상기 하이브리드 차량은 운전자의 가속 페달과 브레이크 페달의 조작에 따른 가감속 의지, 차속, 배터리의 충전 상태(state of charge; SOC) 등에 따라 엔진 클러치를 접합하거나 해제하여, 모터의 동력만을 이용하는 EV 모드(electric vehicle mode); 엔진의 동력만을 이용하는 엔진 모드(engine mode); 엔진의 동력을 주동력으로 하면서 모터의 동력을 보조동력으로 이용하는 HEV 모드(hybrid electric mode); 차량의 제동 혹은 관성에 의한 주행시 제동 및 관성 에너지를 상기 모터의 발전을 통해 회수하여 배터리에 충전하는 회생제동 모드(regenerative braking mode); 등의 주행모드의 운행을 제공한다.
상기 하이브리드 차량은 엔진의 기계적 에너지와 배터리의 전기 에너지를 함께 이용하고, 엔진과 모터의 최적 작동영역을 이용함은 물론 제동시에는 에너지를 회수하므로 연비 향상 및 효율적인 에너지 이용이 가능하다.
종래의 하이브리드 차량의 제어 방법에서는 운전자의 요구 토크를 만족시키기 위해 엔진이 최적 운전점에서 작동하도록 엔진 토크 및 모터 토크가 결정함으로써, 현재 시점에서의 효율적인 주행이 가능하다. 그러나, 종래의 하이브리드 차량의 제어 방법은 주행 에너지의 변화(예를 들어, 도로의 구배도의 변화, 차속 변화 등)를 완전히 반영하지 못하기 때문에, 주행 구간 전체를 고려하면, 비효율적인 문제가 있다. 예를 들어, 오르막 또는 저속 구간 진입시 배터리의 SOC가 낮으면, 가용 모터 토크가 제한되어 운전자의 요구 토크를 만족시키기 위해 과도 제어가 수행되어 운전성이 저하될 수 있다. 또한, 내리막, 또는 고속 구간 진입시 배터리의 SOC가 높으면, 충전 가능 SOC가 부족하여 회생제동 에너지가 낭비될 수 있다.
또한, 종래의 LDC(low voltage DC-DC converter), PTC(positive temperature coefficient) 히터, 컴프레서류, 펌프류와 같은 보조 장치(보기류)의 부하를 제어하는 방법에서는 엔진 또는 모터의 최적 운전점과 무관하게 보조 장치의 요구 부하에 따라 엔진 또는 모터의 운전점을 피드백 제어하거나, 수많은 반복 실험을 통해 결정된 맵을 기반으로 엔진 또는 모터의 운전점에 따라 보조 장치의 요구 부하가 결정된다. 그러나, 종래의 보조 장치의 부하를 제어하는 방법은 주행 에너지의 변화를 완전히 반영하지 못하기 때문에, 주행 구간 전체를 고려하면, 비효율적인 문제가 있다.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 주행 구간 전체에서의 하이브리드 차량의 주행 에너지를 최적화할 수 있는 하이브리드 차량의 제어 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 제어 방법은, 하이브리드 차량의 현재 위치로부터 목적지까지의 경로를 설정하는 단계; 상기 경로의 고도에 대한 정보를 기초로 복수개의 구간을 설정하는 단계; 상기 복수개의 구간에서의 엔진의 누적 일을 최소화하기 위한 SOC 추세선, 구간별 모터의 예상 요구 토크, 상기 복수개의 구간에서의 모터의 누적 일을 결정하는 단계; 구간별 운전자의 예상 요구 토크 및 구간별 모터의 예상 요구 토크를 기초로 구간별 엔진의 예상 요구 토크를 계산하는 단계; 상기 구간별 운전자의 예상 요구 토크, 상기 구간별 엔진의 예상 요구 토크, 및 상기 구간별 모터의 예상 요구 토크를 기초로 하이브리드 차량의 예상 주행 모드를 결정하는 단계; 상기 SOC 추세선을 기초로 제1 임계 라인 및 제2 임계 라인을 결정하는 단계; 및 상기 하이브리드 차량의 예상 주행 모드, 상기 제1 임계 라인, 및 상기 제2 임계 라인을 이용하여 엔진, 모터, 및 보조 장치의 작동을 제어하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 구간별 운전자의 예상 요구 토크는 구간별 예상 구동력 및 구간별 예상 변속단을 기초로 계산될 수 있다.
상기 구간별 예상 구동력은 구간별 거리, 구간별 평균 유효 구배, 구간별 평균 유효 차속을 기초로 계산될 수 있다.
상기 구간별 평균 유효 구배는 상기 경로의 극점들을 추출하여 상기 고도를 선형화함으로써 계산될 수 있다.
상기 구간별 평균 유효 차속은 상기 경로의 제한 차속에 대한 정보 및 교통 차속에 대한 정보를 기초로 계산될 수 있다.
상기 구간별 예상 변속단은 상기 구간별 평균 유효 구배 및 상기 구간별 평균 유효 차속을 기초로 계산될 수 있다.
상기 SOC 추세선, 구간별 모터의 예상 요구 토크, 및 상기 복수개의 구간에서의 모터의 누적 일은 구간별 모터의 가용 토크의 한계 및 구간별 모터의 가용 SOC를 기초로 결정될 수 있다.
상기 구간별 모터의 가용 토크의 한계는 상기 구간별 운전자의 예상 요구 토크 및 구간별 모터의 가용 토크를 기초로 계산될 수 있다.
상기 구간별 모터의 가용 토크는 엔진의 최적 운전점을 기준으로 계산된 구간별 가상 SOC 추세선 및 구간별 변속기의 예상 입력 속도를 기초로 계산될 수 있다.
상기 구간별 가상 SOC 추세선은 엔진의 최적 운전점을 기준으로 계산된 구간별 SOC 게인을 기초로 계산되고, 상기 구간별 SOC 게인은 엔진의 최적 운전점을 기준으로 계산된 구간별 모터의 요구 파워를 기초로 계산될 수 있다.
상기 구간별 SOC 게인은 구간별 방전 SOC 게인 및 구간별 충전 SOC 게인을 포함하고, 상기 엔진의 최적 운전점을 기준으로 계산된 구간별 모터의 요구 토크가 양의 값이면, 상기 구간별 방전 SOC 게인이 구간별 모터의 요구 파워, 모터의 방전 효율, 구간별 거리, 구간별 평균 유효 차속, 및 배터리의 공칭 파워를 기초로 계산되며, 상기 엔진의 최적 운전점을 기준으로 계산된 구간별 모터의 요구 토크가 음의 값이면, 상기 구간별 충전 SOC 게인이 구간별 모터의 요구 파워, 모터의 충전 효율, 구간별 거리, 구간별 평균 유효 차속, 및 배터리의 공칭 파워를 기초로 계산 될 수 있다.
상기 구간별 모터의 가용 토크는 구간별 모터의 방전 가용 토크 및 구간별 모터의 충전 가용 토크를 포함하고, 상기 구간별 모터의 방전 가용 토크는 엔진의 최적 운전점을 기준으로 계산된 구간별 시작점에서의 배터리의 SOC, 배터리의 SOC의 하한값, 구간별 변속기의 예상 입력 속도, 모터의 방전 효율, 구간별 거리, 구간별 평균 유효 차속, 및 배터리의 공칭 파워를 기초로 계산되며, 상기 구간별 모터의 충전 가용 토크는 엔진의 최적 운전점을 기준으로 계산된 구간별 시작점에서의 배터리의 SOC, 배터리의 SOC의 상한값, 구간별 변속기의 예상 입력 속도, 모터의 충전 효율, 구간별 거리, 구간별 평균 유효 차속, 및 배터리의 공칭 파워를 기초로 계산될 수 있다.
상기 구간별 모터의 가용 토크의 한계는 구간별 모터의 방전 가용 토크의 한계 및 구간별 모터의 충전 가용 토크의 한계를 포함하고, 상기 구간별 모터의 방전 가용 토크의 한계는 상기 구간별 모터의 방전 가용 토크 및 상기 구간별 운전자의 예상 요구 토크를 기초로 계산되며, 상기 구간별 모터의 충전 가용 토크의 한계는 상기 구간별 모터의 충전 가용 토크 및 상기 구간별 운전자의 예상 요구 토크를 기초로 계산될 수 있다.
상기 구간별 가용 SOC는 구간별 방전 가용 SOC 및 구간별 충전 가용 SOC를 포함하고, 상기 구간별 방전 가용 SOC는 상기 구간별 모터의 방전 가용 토크의 한계를 기초로 계산되며, 상기 구간별 충전 가용 SOC는 상기 구간별 모터의 충전 가용 토크의 한계를 기초로 계산될 수 있다.
상기 하이브리드 차량의 예상 주행 모드, 상기 제1 임계 라인, 및 상기 제2 임계 라인을 이용하여 엔진, 모터, 및 보조 장치의 작동을 제어하는 단계는, 배터리의 현재 SOC가 배터리의 SOC의 하한값 보다 작으면, 상기 배터리의 현재 SOC와 상기 배터리의 SOC의 하한값 사이의 차이인 제1 델타 SOC를 계산하는 단계; 상기 제1 델타 SOC를 기초로 제1 보정값을 계산하는 단계; 배터리의 현재 SOC가 상기 배터리의 SOC의 하한값 보다 작으면, 보조 장치의 요구 파워를 최소치로 결정하는 단계; 상기 보조 장치의 요구 파워에 따른 보조 장치의 총 소모 파워를 기초로 보조 장치의 소모 토크를 계산하는 단계; 및 상기 제1 보정값 및 상기 보조 장치의 소모 토크를 이용하여 배터리의 방전을 제한하는 방전 제한 제어를 수행하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 제1 보정값 및 상기 보조 장치의 소모 토크를 이용하여 배터리의 방전을 제한하는 방전 제한 제어를 수행하는 단계는, 현재 시점에서의 운전자의 실제 요구 토크와 현재 구간에서의 운전자의 예상 요구 토크 사이의 차이 및 현재 구간에서의 모터의 예상 요구 토크를 기초로 현재 시점에서의 모터의 요구 토크를 계산하는 단계; 상기 현재 시점에서의 모터의 요구 토크, 상기 제1 보정값, 및 상기 보조 장치의 소모 토크를 기초로 현재 시점에서의 모터의 보정된 요구 토크를 계산하는 단계; 상기 현재 시점에서의 운전자의 실제 요구 토크와 상기 모터의 보정된 요구 토크를 기초로 현재 시점에서의 엔진의 보정된 요구 토크를 계산하는 단계; 및 상기 현재 시점에서의 엔진의 보정된 요구 토크와 상기 현재 시점에서의 모터의 보정된 요구 토크에 따라 엔진 및 모터의 작동을 제어하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 하이브리드 차량의 예상 주행 모드, 상기 제1 임계 라인, 및 상기 제2 임계 라인을 이용하여 엔진, 모터, 및 보조 장치의 작동을 제어하는 단계는, 배터리의 현재 SOC가 배터리의 SOC의 하한값과 상기 제1 임계 라인 사이에 있으면, 상기 배터리의 현재 SOC와 상기 제1 임계 라인 사이의 차이인 제2 델타 SOC를 계산하는 단계; 상기 제2 델타 SOC를 기초로 제2 보정값을 계산하는 단계; 배터리의 현재 SOC가 상기 배터리의 SOC의 하한값과 상기 제1 임계 라인 사이에 있으면, 보조 장치의 요구 파워를 상기 제2 델타 SOC에 대응하는 값으로 결정하는 단계; 상기 보조 장치의 요구 파워에 따른 보조 장치의 총 소모 파워를 기초로 보조 장치의 소모 토크를 계산하는 단계; 및 상기 제2 보정값 및 상기 보조 장치의 소모 토크를 이용하여 배터리를 충전시키는 충전 지향 제어를 수행하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 제2 보정값 및 상기 보조 장치의 소모 토크를 이용하여 배터리를 충전시키는 충전 지향 제어를 수행하는 단계는, 현재 시점에서의 운전자의 실제 요구 토크와 현재 구간에서의 운전자의 예상 요구 토크 사이의 차이 및 현재 구간에서의 모터의 예상 요구 토크를 기초로 현재 시점에서의 모터의 요구 토크를 계산하는 단계; 상기 현재 시점에서의 모터의 요구 토크, 상기 제2 보정값, 및 상기 보조 장치의 소모 토크를 기초로 현재 시점에서의 모터의 보정된 요구 토크를 계산하는 단계; 상기 현재 시점에서의 운전자의 실제 요구 토크와 상기 모터의 보정된 요구 토크를 기초로 현재 시점에서의 엔진의 보정된 요구 토크를 계산하는 단계; 및 상기 현재 시점에서의 엔진의 보정된 요구 토크와 상기 현재 시점에서의 모터의 보정된 요구 토크에 따라 엔진 및 모터의 작동을 제어하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 하이브리드 차량의 예상 주행 모드, 상기 제1 임계 라인, 및 상기 제2 임계 라인을 이용하여 엔진, 모터, 및 보조 장치의 작동을 제어하는 단계는, 배터리의 현재 SOC가 상기 제2 임계 라인과 배터리의 SOC의 상한값 사이에 있으면, 상기 배터리의 현재 SOC와 상기 제2 임계 라인 사이의 차이인 제3 델타 SOC를 계산하는 단계; 상기 제3 델타 SOC를 기초로 제3 보정값을 계산하는 단계; 배터리의 현재 SOC가 상기 제2 임계 라인과 상기 배터리의 SOC의 상한값 사이에 있으면, 보조 장치의 요구 파워를 상기 제3 델타 SOC에 대응하는 값으로 결정하는 단계; 상기 보조 장치의 요구 파워에 따른 보조 장치의 총 소모 파워를 기초로 보조 장치의 소모 토크를 계산하는 단계; 및 상기 제3 보정값 및 상기 보조 장치의 소모 토크를 이용하여 배터리를 방전시키는 방전 지향 제어를 수행하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 제3 보정값 및 상기 보조 장치의 소모 토크를 이용하여 배터리를 방전시키는 방전 지향 제어를 수행하는 단계는, 현재 시점에서의 운전자의 실제 요구 토크와 현재 구간에서의 운전자의 예상 요구 토크 사이의 차이 및 현재 구간에서의 모터의 예상 요구 토크를 기초로 현재 시점에서의 모터의 요구 토크를 계산하는 단계; 상기 현재 시점에서의 모터의 요구 토크, 상기 제3 보정값, 및 상기 보조 장치의 소모 토크를 기초로 현재 시점에서의 모터의 보정된 요구 토크를 계산하는 단계; 상기 현재 시점에서의 운전자의 실제 요구 토크와 상기 모터의 보정된 요구 토크를 기초로 현재 시점에서의 엔진의 보정된 요구 토크를 계산하는 단계; 및 상기 현재 시점에서의 엔진의 보정된 요구 토크와 상기 현재 시점에서의 모터의 보정된 요구 토크에 따라 엔진 및 모터의 작동을 제어하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 하이브리드 차량의 예상 주행 모드, 제1 임계 라인, 및 제2 임계 라인을 이용하여 엔진, 모터, 및 보조 장치의 작동을 제어하는 단계는, 배터리의 현재 SOC가 배터리의 SOC의 상한값 보다 크면, 상기 배터리의 현재 SOC와 상기 배터리의 SOC의 상한값 사이의 차이인 제4 델타 SOC를 계산하는 단계; 상기 제4 델타 SOC를 기초로 제4 보정값을 계산하는 단계; 배터리의 현재 SOC가 상기 배터리의 SOC의 상한값 보다 크면, 보조 장치의 요구 파워를 최대치로 결정하는 단계; 상기 보조 장치의 요구 파워에 따른 보조 장치의 총 소모 파워를 기초로 보조 장치의 소모 토크를 계산하는 단계; 및 상기 제4 보정값 및 상기 보조 장치의 소모 토크를 이용하여 배터리의 충전을 제한하는 충전 제한 제어를 수행하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 제4 보정값 및 상기 보조 장치의 소모 토크를 이용하여 배터리의 충전을 제한하는 충전 제한 제어를 수행하는 단계는, 현재 시점에서의 운전자의 실제 요구 토크와 현재 구간에서의 운전자의 예상 요구 토크 사이의 차이 및 현재 구간에서의 모터의 예상 요구 토크를 기초로 현재 시점에서의 모터의 요구 토크를 계산하는 단계; 상기 현재 시점에서의 모터의 요구 토크, 상기 제4 보정값, 및 상기 보조 장치의 소모 토크를 기초로 현재 시점에서의 모터의 보정된 요구 토크를 계산하는 단계; 상기 현재 시점에서의 모터의 보정된 요구 토크, 상기 제4 보정값, 및 상기 보조 장치의 소모 토크를 기초로 현재 시점에서의 모터의 보정된 요구 토크를 계산하는 단계; 상기 현재 시점에서의 운전자의 실제 요구 토크와 상기 모터의 보정된 요구 토크를 기초로 현재 시점에서의 엔진의 보정된 요구 토크를 계산하는 단계; 및 상기 현재 시점에서의 엔진의 보정된 요구 토크와 상기 현재 시점에서의 모터의 보정된 요구 토크에 따라 엔진 및 모터의 작동을 제어하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 하이브리드 차량의 예상 주행 모드, 상기 제1 임계 라인, 및 상기 제2 임계 라인을 이용하여 엔진, 모터, 및 보조 장치의 작동을 제어하는 단계는, 배터리의 현재 SOC가 상기 제1 임계 라인과 상기 제2 임계 라인 사이에 있으면, 현재 시점에서의 운전자의 실제 요구 토크와 현재 구간에서의 운전자의 예상 요구 토크 사이의 차이 및 현재 구간에서의 모터의 예상 요구 토크를 기초로 현재 시점에서의 모터의 요구 토크를 계산하는 단계; 상기 현재 시점에서의 운전자의 실제 요구 토크와 상기 현재 시점에서의 모터의 요구 토크를 기초로 현재 시점에서의 엔진의 요구 토크를 계산하는 단계; 및 상기 현재 시점에서의 엔진의 요구 토크와 상기 현재 시점에서의 모터의 요구 토크에 따라 엔진 및 모터의 작동을 제어하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 제어 장치는, 지리 정보 및 교통 정보를 제공하는 내비게이션 장치; 가속 페달의 위치를 검출하는 가속 페달 위치 검출부; 브레이크 페달의 위치를 검출하는 브레이크 페달 위치 검출부; 차속을 검출하는 차속 검출부; 배터리의 SOC를 검출하는 SOC 검출부; 현재 체결되어 있는 변속단을 검출하는 변속단 검출부; 및 상기 내비게이션 장치, 가속 페달 위치 검출부, 브레이크 페달 위치 검출부, 차속 검출부, SOC 검출부, 및 변속단 검출부의 신호를 기초로 하이브리드 차량을 제어하도록 설정된 프로그램에 의하여 동작하는 제어기;를 포함할 수 있다.
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상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 주행 구간 전체에서의 하이브리드 차량의 주행 에너지를 최적화할 수 있다. 또한, 배터리의 현재 SOC가 설정된 SOC 영역 내에 있는 경우 목표 SOC를 직접 추종하지 않고 예상 주행 모드에 따라 하이브리드 차량을 제어함으로써, 하이브리드 차량의 빈번한 모드 변환을 방지할 수 있다. 또한, 내비게이션 장치와 제어기 사이의 통신 부하 및 제어기의 연산 부하를 줄일 수 있다. 또한, 강판로 주행 또는 감속 주행 시 남는 여유 에너지를 보조 장치를 통해 저장한 후 등판로 주행 또는 가소 주행 시 사용함으로써 연비를 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량을 도시한 블록도이다.
도 2a, 도 2b 및 도 2c는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 제어 방법의 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 구간별 평균 유효 구배 및 구간별 평균 유효 차속을 계산하는 방법을 설명하기 위한 그래프이다.
도 4a는 본 발명의 실시예에 따른 엔진의 최적 운전점을 기준으로 계산된 제1 가상 SOC 추세선, 및 목적 함수와 제한 함수들을 만족하는 제2 가상 SOC 추세선을 도시한 그래프이다.
도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 엔진의 최적 운전점을 기준으로 계산된 모터의 누적 일, 및 목적 함수와 제한 함수들을 만족하는 모터의 누적 일을 도시한 그래프이다.
도 4c는 본 발명의 실시예에 따른 엔진의 최적 운전점을 기준으로 계산된 엔진의 누적 일, 및 목적 함수와 제한 함수들을 만족하는 엔진의 누적 일을 도시한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 제어 방법을 설명하기 위한 그래프이다.
이하에서는 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 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 부여한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성은 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량을 도시한 블록도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량은 엔진(10), 모터(20), 엔진(10)과 모터(20)를 선택적으로 연결하는 엔진 클러치(30), 변속기(40), 배터리(50), HSG(hybrid starter & generator)(60), 차동기어장치(70), 휠(80), 데이터 검출부(90), 제어기(100), 및 보조 장치(110)를 포함할 수 있다.
상기 하이브리드 차량은 모터(20)의 동력만을 이용하는 EV 모드(electric vehicle mode); 엔진(10)의 동력만을 이용하는 엔진 모드(engine mode); 엔진(10)의 동력을 주동력으로 하면서 모터(20)의 동력을 보조동력으로 이용하는 HEV 모드(hybrid electric mode); 차량의 제동 혹은 관성에 의한 주행시 제동 및 관성 에너지를 상기 모터(20)의 발전을 통해 회수하여 배터리(50)에 충전하는 회생제동 모드(regenerative braking mode); 등의 주행모드의 운행을 제공할 수 있다.
엔진(10)은 연료를 연소하여 동력을 생성하는 것으로, 가솔린 엔진, 디젤 엔진, LPI 엔진 등 다양한 엔진이 사용될 수 있다.
하이브리드 차량의 동력 전달은 엔진(10) 및/또는 모터(20)에서 발생된 토크가 변속기(40)의 입력축에 선택적으로 전달되고, 변속기(40)의 출력축으로부터 출력된 토크가 차동기어장치(70)를 경유하여 차축에 전달된다. 차축이 휠(80)을 회전시킴으로써 엔진(10) 및/또는 모터(20)에서 발생된 토크에 의해 하이브리드 차량이 주행하게 된다.
배터리(50)는 EV 모드 및 HEV 모드에서 모터(20)에 전기를 공급하고, 회생제동 모드에서 모터(20)를 통해 회수되는 전기를 통해 충전될 수 있다.
HSG(60)는 엔진(10)을 기동하거나 엔진(10)의 출력에 의해 발전할 수 있다. 상기 HSG(60)는 시동 발전기(ISG; integrated starter & generator)라 호칭될 수 있다.
데이터 검출부(90)는 하이브리드 차량을 제어하기 위한 데이터를 검출하며, 데이터 검출부(90)에서 검출된 데이터는 제어기(100)으로 전달된다.
데이터 검출부(90)는 내비게이션 장치(91), 위성 항법 장치(global positioning system; GPS)(92), 가속 페달 위치 검출부(93), 브레이크 페달 위치 검출부(94), 차속 검출부(95), SOC 검출부(96), 및 변속단 검출부(97)를 포함할 수 있다.
내비게이션 장치(91)는 목적지까지의 경로를 운전자에게 알려주는 장치이다. 상기 내비게이션 장치(91)는 경로 안내에 관한 정보를 입출력하는 입출력부, 하이브리드 차량의 현재 위치에 관한 정보를 검출하는 현재 위치 검출부, 경로 계산에 필요한 지도 데이터와 안내에 필요한 데이터가 저장된 메모리, 및 경로 탐색이나 경로 안내를 실행하기 위한 제어부 등을 포함할 수 있다.
그러나, 본 발명의 실시예에서는, 상기 내비게이션 장치(91)는 제어기(100)에 3D(three-dimensional) 맵 데이터에 포함된 도로의 구배도와 제한 차속에 대한 정보, 및 TPEG(Transport Protocol Expert Group) 데이터에 포함된 교통 차속에 대한 정보를 제공할 수 있으면 충분하다. 따라서, 본 명세서 및 특허청구범위에서 내비게이션 장치(91)에는 제어기(100)에 지리 정보 및 교통 정보를 제공할 수 있는 어떠한 장치도 포함될 수 있음을 이해하여야 할 것이다. 상기 지리 정보는 도로의 구배도에 대한 정보를 포함하고, 상기 교통 정보는 제한 차속에 대한 정보 및 교통 차속에 대한 정보를 포함할 수 있다.
GPS(92)는 GPS 위성으로부터 송신되는 전파를 수신하여 이에 대한 신호를 내비게이션 장치(91)에 전달한다.
가속 페달 위치 검출부(93)는 가속 페달의 위치(즉, 가속 페달이 눌린 정도)를 검출하고 이에 대한 신호를 제어기(100)에 전달한다. 가속 페달이 완전히 눌린 경우 가속 페달의 위치는 100%이고, 가속 페달이 눌리지 않은 경우 가속 페달의 위치는 0%이다.
브레이크 페달 위치 검출부(94)는 브레이크 페달의 위치(즉, 브레이크 페달이 눌린 정도)를 검출하여 이에 대한 신호를 제어기(100)에 전달한다. 브레이크 페달이 완전히 눌린 경우 브레이크 페달의 위치는 100%이고, 브레이크 페달이 눌리지 않은 경우 브레이크 페달의 위치는 0%이다.
차속 검출부(95)는 차속을 검출하고 이에 대한 신호를 제어기(100)에 전달한다. 한편, 제어기(100)는 GPS(92)에서 수신한 GPS 신호를 기초로 차속을 계산할 수도 있다.
SOC 검출부(96)는 배터리(50)의 SOC를 검출하고 이에 대한 신호를 제어기(100)에 전달한다.
변속단 검출부(97)는 현재 체결되어 있는 변속단을 검출하고 이에 대한 신호를 제어기(100)에 전달한다. 변속기(40)의 입력 속도와 출력 속도의 비를 검출하면 현재 체결되어 있는 변속단을 검출할 수 있다. 또한, 현재 작동하고 있는 마찰요소로부터 현재 체결되어 있는 변속단을 검출할 수 있다.
제어기(100)는 설정된 프로그램에 의하여 동작하는 하나 이상의 마이크로프로세서로 구현될 수 있으며, 상기 설정된 프로그램은 후술하는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 제어 방법에 포함된 각 단계를 수행하기 위한 일련의 명령을 포함하는 것으로 할 수 있다.
보조 장치(110)은 LDC(low voltage DC-DC converter), PTC(positive temperature coefficient) 히터, 컴프레서류, 및 펌프류 등을 포함할 수 있다. 상기 보조 장치(110)는 전기 에너지를 사용하는 각종 전장 부하를 포함할 수 있다.
이하, 도 2a 내지 도 5를 참고로, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 제어 방법을 자세히 설명하기로 한다.
도 2a, 도 2b, 및 도 2c는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 제어 방법의 흐름도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 구간별 평균 유효 구배 및 구간별 평균 유효 차속을 계산하는 방법을 설명하기 위한 그래프이며, 도 4a는 본 발명의 실시예에 따른 엔진의 최적 운전점을 기준으로 계산된 제1 가상 SOC 추세선, 및 목적 함수와 제한 함수들을 만족하는 제2 가상 SOC 추세선을 도시한 그래프이고, 도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 엔진의 최적 운전점을 기준으로 계산된 모터의 누적 일, 및 목적 함수와 제한 함수들을 만족하는 모터의 누적 일을 도시한 그래프이며, 도 4c는 본 발명의 실시예에 따른 엔진의 최적 운전점을 기준으로 계산된 엔진의 누적 일, 및 목적 함수와 제한 함수들을 만족하는 엔진의 누적 일을 도시한 그래프이며, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 제어 방법을 설명하기 위한 그래프이다.
도 2a를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 제어 방법은 하이브리드 차량의 현재 위치로부터 목적지까지의 경로를 설정함으로써 시작된다(S100). 사용자(예를 들어, 운전자)가 내비게이션 장치(91)를 통해 목적지를 선택하면, 내비게이션 장치(91)는 상기 지리 정보 및 교통 정보를 기초로 하이브리드 차량의 현재 위치로부터 목적지까지의 경로를 산출할 수 있다. 내비게이션 장치(91)는 상기 경로의 고도에 대한 정보를 제어기(100)에 전달할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 제어기(100)는 상기 경로의 고도에 대한 정보를 기초로 적어도 3개의 구간을 설정할 수 있다(S110). 구체적으로, 제어기(100)는 상기 고도의 극점들을 추출하여 상기 고도를 선형화할 수 있으며, 구간별 거리(즉, 극점들 사이의 거리)를 계산할 수 있다.
제어기(100)는 상기 선형화된 고도를 기초로 구간별 평균 유효 구배를 계산할 수 있다(S120). 또한, 제어기(100)는 상기 경로의 제한 차속에 대한 정보 및 교통 차속에 대한 정보를 기초로 구간별 평균 유효 차속을 계산할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 명세서에서는 전방 3개의 구간(n, n+1, 및 n+2)이 설정된 것을 예시하였으나, 이에 한정되지 않는다. 더 많거나 더 적은 개수의 구간을 설정하는 경우에도 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있다. 전방 3개의 구간이 설정된 경우, 내비게이션 장치(91)으로부터 전달되는 데이터를 최소화함으로써 내비게이션 장치(91)와 제어기(100) 사이의 통신 부하 및 제어기(100)의 연산 부하를 줄일 수 있다.
제어기(100)는 상기 구간별 거리, 구간별 평균 유효 구배, 및 구간별 평균 유효 차속을 기초로 구간별 예상 주행 저항을 계산할 수 있다(S130).
제어기(100)는 아래의 수학식 1을 이용하여 구간별 주행 저항(RRoadoad)을 기초로 구간별 하이브리드 차량의 예상 구동력(FD_est)을 계산할 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112015096776432-pat00001
여기서, Ra은 공기 저항이고, Rg은 구배 저항이며, Rr은 구름 저항이고, Rf은 가속 저항이다.
구체적으로, 제어기(100)는 아래의 수학식 2를 이용하여 상기 구간별 예상 구동력(FD_est)을 계산할 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112015096776432-pat00002
여기서, ρ은 공기밀도이고, νres은 바람의 속도와 구간별 평균 유효 차속의 합이며, CD은 공기 저항 계수이고, A은 하이브리드 차량의 전면의 면적이며, mt은 하이브리드 차량의 총 중량이고, g은 중력 가속도이며, α은 구간별 평균 유효 구배이고, f0와 f1은 계수이며, Δm은 회전부분 상당질량(equivalent mass of rotation)이고, a은 하이브리드 차량의 가속도이다.
상기 공기 저항, 구배 저항, 구름 저항, 및 가속 저항을 직접 계산하는 방법과 달리, 제어기(100)는 상기 구간별 예상 구동력(FD_est)을 아래의 수학식 3을 이용하여 계산할 수도 있다.
[수학식 3]
Figure 112015096776432-pat00003
여기서, C0, C1, 및 C2은 계수들로서 실험을 통해 미리 구할 수 있다.
한편, 제어기(100)는 상기 구간별 평균 유효 구배 및 구간별 평균 유효 차속을 기초로 구간별 예상 변속단을 결정할 수 있다(S140).
제어기(100)는 아래의 수학식 4를 이용하여 상기 구간별 예상 구동력(FD_est) 및 상기 구간별 예상 변속단을 기초로 구간별 운전자의 예상 요구 토크(Tdriver_est)를 계산할 수 있다(S150).
[수학식 4]
Figure 112015096776432-pat00004
여기서, FD_est은 상기 구간별 예상 구동력이고, Rtire은 타이어의 반경이며, RFGR은 최종감속기어의 기어비이고, RGear_est은 상기 구간별 예상 변속단의 기어비이며, ηtm은 변속기(40)의 전달 효율이다.
또한, 제어기(100)는 아래의 수학식 5를 이용하여 상기 구간별 평균 유효 차속 및 구간별 예상 변속단을 기초로 구간별 변속기(40)의 예상 입력 속도(ωdriver_est)를 계산할 수 있다(S160).
[수학식 5]
Figure 112015096776432-pat00005
여기서, ν은 상기 구간별 유효 차속이고, RFGR은 최종감속기어의 기어비이며, RGear_est은 상기 구간별 예상 변속단의 기어비이고, Rtire은 타이어의 반경이다.
상기 구간별 운전자의 예상 요구 토크(Tdriver_est)는 아래의 수학식 6과 같이 구간별 엔진(10)의 예상 토크(Teng_est)와 구간별 모터(20)의 예상 토크(Tmot_est)의 합으로 구현될 수 있다.
[수학식 6]
Figure 112015096776432-pat00006
제어기(100)는 아래의 수학식 7을 이용하여 상기 구간별 운전자의 예상 요구 토크(Tdriver_est) 및 구간별 변속기(40)의 예상 입력 속도(ωdriver_est)를 기초로 3개의 구간에서의 누적 주행 일(
Figure 112015096776432-pat00007
)을 계산할 수 있다(S170).
[수학식 7]
Figure 112015096776432-pat00008
여기서, Tdriver_est은 상기 구간별 운전자의 예상 요구 토크이고, ωdriver_est 은 상기 구간별 변속기(40)의 예상 입력 속도이며, D은 상기 구간별 거리이고, ν은 상기 구간별 평균 유효 차속이다.
상기 3개의 구간에서의 누적 주행 일(
Figure 112015096776432-pat00009
)은 아래의 수학식 8과 같이 3개의 구간에서의 엔진(10)의 누적 일(
Figure 112015096776432-pat00010
)과 3개의 구간에서의 모터(20)의 누적 일(
Figure 112015096776432-pat00011
)의 합으로 구현될 수 있다.
[수학식 8]
Figure 112015096776432-pat00012
상기 3개의 구간에서의 엔진(10)의 누적 일(
Figure 112015096776432-pat00013
)은 아래의 수학식 9와 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 9]
Figure 112015096776432-pat00014
여기서, Teng_est은 상기 구간별 엔진(10)의 예상 토크이고, ωdriver_est은 상기 구간별 변속기(40)의 예상 입력 속도이며, D은 상기 구간별 거리이고, ν은 상기 구간별 평균 유효 차속이다.
상기 3개의 구간에서의 모터(20)의 누적 일(
Figure 112015096776432-pat00015
)은 아래의 수학식 10과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 10]
Figure 112015096776432-pat00016
여기서, Tmot_est은 상기 구간별 모터(20)의 예상 토크이고, ωdriver_est은 상기 구간별 변속기(40)의 예상 입력 속도이며, D은 상기 구간별 거리이고, ν은 상기 구간별 평균 유효 차속이다.
한편, 제어기(100)는 엔진(10)의 최적 운전점을 기준으로 구간별 엔진(10)의 요구 토크(Teng_calculated) 및 구간별 모터(20)의 요구 토크(Tmot_calculated)를 계산할 수 있다(S180). 엔진(10)의 최적 운전점은 운전자의 요구 토크에 따라 미리 설정되어 있다. 즉, 제어기(100)는 엔진(10)의 최적 운전점을 기준으로 상기 구간별 운전자의 예상 요구 토크(Tdriver_est)로부터 구간별 엔진(10)의 요구 토크(Teng_calculated) 및 구간별 모터(20)의 요구 토크(Tmot_calculated)가 계산할 수 있다.
제어기(100)는 아래의 수학식 11을 이용하여 엔진(10)의 최적 운전점을 기준으로 계산된 구간별 모터(20)의 요구 토크(Tmot_calculated) 및 상기 구간별 변속기(40)의 예상 입력 속도(ωdriver_est)를 기초로 구간별 모터(20)의 요구 파워(Pmot_calculated)를 계산할 수 있다(S190).
[수학식 11]
Figure 112015096776432-pat00017
여기서, Tmot _ calculated은 상기 엔진(10)의 최적 운전점을 기준으로 계산된 구간별 모터(20)의 요구 토크이고, ωdriver _ est은 상기 구간별 변속기(40)의 예상 입력 속도이다.
제어기(100)는 상기 엔진(10)의 최적 운전점을 기준으로 계산된 구간별 모터(20)의 요구 파워(Pmot_calculated)를 기초로 구간별 SOC 게인(SOCgain_calculated)을 계산할 수 있다(S200). 상기 구간별 SOC 게인(SOCgain_calculated)은 구간별 방전 SOC 게인(SOCgain_calculated_discharge) 및 구간별 충전 SOC 게인(SOCgain_calculated_charge)을 포함할 수 있다.
상기 엔진(10)의 최적 운전점을 기준으로 계산된 상기 구간별 모터(20)의 요구 토크(Tmot_calculated)가 양의 값이면, 제어기(100)는 아래의 수학식 12를 이용하여 상기 구간별 방전 SOC 게인(SOCgain_calculated_discharge)을 계산할 수 있다.
[수학식 12]
Figure 112015096776432-pat00018
여기서, Pmot_calculated은 상기 구간별 모터(20)의 요구 파워이고, ηdischarge은 모터(20)의 방전 효율이며, D은 상기 구간별 거리이고, ν은 상기 구간별 평균 유효 차속이며, Pbattery_nominal은 배터리(50)의 공칭 파워이다.
상기 엔진(10)의 최적 운전점을 기준으로 계산된 상기 구간별 모터(20)의 요구 토크(Tmot_calculated)가 음의 값이면, 제어기(100)는 아래의 수학식 13을 이용하여 상기 구간별 충전 SOC 게인(SOCgain_calculated_charge)을 계산할 수 있다.
[수학식 13]
Figure 112015096776432-pat00019
여기서, Pmot_calculated은 상기 구간별 모터(20)의 요구 파워이고, ηcharge은 모터(20)의 충전 효율이며, D은 상기 구간별 거리이고, ν은 상기 구간별 평균 유효 차속이며, Pbattery_nominal은 배터리(50)의 공칭 파워이다.
제어기(100)는 상기 엔진(10)의 최적 운전점을 기준으로 계산된 구간별 SOC 게인(SOCgain_calculated)을 기초로 구간별 제1 가상 SOC 추세선(virtual SOC trend line)(SOCcalculated)을 계산할 수 있다(S210). 구체적으로, 제어기(100)는 아래의 수학식 14를 이용하여 상기 구간별 SOC 게인(SOCgain_calculated)을 기초로 구간별 끝점에서의 SOC를 계산할 수 있다.
[수학식 14]
Figure 112015096776432-pat00020
여기서, SOCk_start은 엔진(10)의 최적 운전점을 기준으로 계산된 구간별 시작점에서의 SOC이고, SOCgain_calculated은 엔진(10)의 최적 운전점을 기준으로 계산된 상기 구간별 SOC 게인이며, SOCcurrent은 현재 시점의 SOC이다.
즉, 도 4a에 도시된 바와 같이, 제어기(100)는 상기 현재 시점의 SOC(SOCcurrent) 및 상기 구간별 끝점에서의 SOC를 기초로 상기 구간별 제1 가상 SOC 추세선을 계산할 수 있다.
제어기(100)는 상기 엔진(10)의 최적 운전점을 기준으로 계산된 상기 제1 가상 SOC 추세선 및 상기 구간별 변속기(40)의 예상 입력 속도(ωdriver_est)를 기초로 구간별 모터(20)의 가용 토크(Tmot_available)를 계산할 수 있다(S220). 상기 구간별 모터(20)의 가용 토크(Tmot_available)는 구간별 모터(20)의 방전 가용 토크(Tmot_available_discharge) 및 구간별 모터(20)의 충전 가용 토크(Tmot_available_charge)를 포함할 수 있다.
제어기(100)는 아래의 수학식 15를 이용하여 상기 구간별 모터(20)의 방전 가용 토크(Tmot_available_discharge)를 계산할 수 있다.
[수학식 15]
Figure 112015096776432-pat00021
여기서, SOCk_start은 엔진(10)의 최적 운전점을 기준으로 계산된 구간별 시작점에서의 배터리(50)의 SOC이고, SOCmin_limit은 배터리(50)의 SOC의 하한값이며, ωdriver_est은 상기 구간별 변속기(40)의 예상 입력 속도이고, ηdischarge은 모터(20)의 방전 효율이며, D은 상기 구간별 거리이고, ν은 상기 구간별 평균 유효 차속이며, Pbattery_nominal은 배터리(50)의 공칭 파워이다. 상기 배터리(50)의 SOC의 하한값은 배터리(50)의 성능을 고려하여 당업자가 바람직하다고 판단되는 값으로 설정할 수 있다.
제어기(100)는 아래의 수학식 16을 이용하여 상기 구간별 모터(20)의 충전 가용 토크(Tmot_available_charge)를 계산할 수 있다.
[수학식 16]
Figure 112015096776432-pat00022
여기서, SOCk_start은 엔진(10)의 최적 운전점을 기준으로 계산된 구간별 시작점에서의 배터리(50)의 SOC이고, SOCmax_limit은 배터리(50)의 SOC의 상한값이며, ωdriver_est은 상기 구간별 변속기(40)의 예상 입력 속도이고, ηcharge은 모터(20)의 충전 효율이며, D은 상기 구간별 거리이고, ν은 상기 구간별 평균 유효 차속이며, Pbattery_nominal은 배터리(50)의 공칭 파워이다. 상기 배터리(50)의 SOC의 상한값은 배터리(50)의 성능을 고려하여 당업자가 바람직하다고 판단되는 값으로 설정할 수 있다.
제어기(100)는 상기 구간별 운전자의 예상 요구 토크(Tdriver_est) 및 상기 구간별 모터(20)의 가용 토크(Tmot_available)를 기초로 구간별 모터(20)의 가용 토크의 한계(Tmot_limited)를 계산할 수 있다(S230). 상기 구간별 모터(20)의 가용 토크의 한계(Tmot_limited)는 구간별 모터(20)의 방전 가용 토크의 한계(Tmot_discharge_limited) 및 구간별 모터(20)의 충전 가용 토크의 한계(Tmot_charge_limited)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 구간별 모터(20)의 방전 가용 토크(Tmot_available_discharge)가 상기 구간별 운전자의 예상 요구 토크(Tdriver_est) 이상이면, 상기 구간별 모터(20)의 방전 가용 토크의 한계(Tmot_discharge_limited)는 상기 구간별 운전자의 예상 요구 토크(Tdriver_est)이다. 상기 구간별 모터(20)의 방전 가용 토크(Tmot_available_discharge)가 상기 구간별 운전자의 예상 요구 토크(Tdriver_est) 미만이면, 상기 구간별 모터(20)의 방전 가용 토크의 한계(Tmot_discharge_limited)는 상기 구간별 모터(20)의 방전 가용 토크(Tmot_available_discharge)이다. 또한, 상기 구간별 모터(20)의 충전 가용 토크(Tmot_available_charge)가 상기 구간별 운전자의 예상 요구 토크(Tdriver_est) 이상이면, 상기 구간별 모터(20)의 충전 가용 토크의 한계(Tmot_charge_limited)는 상기 구간별 운전자의 예상 요구 토크(Tdriver_est)이다. 상기 구간별 모터(20)의 충전 가용 토크(Tmot_available_charge)가 상기 구간별 운전자의 예상 요구 토크(Tdriver_est) 미만이면, 상기 구간별 모터(20)의 충전 가용 토크의 한계(Tmot_charge_limited)는 상기 구간별 모터(20)의 충전 가용 토크(Tmot_available_charge)이다.
제어기(100)는 상기 구간별 모터(20)의 가용 토크의 한계(Tmot_limited)를 기초로 구간별 가용 SOC(SOCgain_available)를 계산할 수 있다(S240). 상기 구간별 가용 SOC(SOCgain_available)는 구간별 방전 가용 SOC(SOCgain_available_discharge) 및 구간별 충전 가용 SOC(SOCgain_available_charge)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 제어기(100)는 상기 구간별 모터(20)의 방전 가용 토크의 한계(Tmot_discharge_limited)를 변환하여 구간별 방전 가용 SOC(SOCgain_available_discharge)를 계산할 수 있으며, 상기 구간별 모터(20)의 충전 가용 토크의 한계(Tmot_charge_limited)를 변환하여 구간별 충전 가용 SOC(SOCgain_available_charge)를 계산할 수 있다.
하이브리드 차량의 연비를 극대화시키기 위해서는(즉, 3개의 구간에서의 하이브리드 차량의 주행 에너지를 최적화하기 위해서는) 3개의 구간에서의 엔진(10)의 누적 일(
Figure 112015096776432-pat00023
)을 최소화하는 것으로 가정할 수 있다. 즉, 제어기(100)는 목적 함수(objective function)를 아래의 수학식 17과 같이 설정할 수 있다(S250).
[수학식 17]
Figure 112015096776432-pat00024
즉, 상기 목적 함수는 3개의 구간에서의 하이브리드 차량의 주행 에너지를 최적화하기 위하여 3개의 구간에서의 엔진(10)의 누적 일을 최소화함을 나타낸다.
상기 목적 함수를 계산하기 위하여 제어기(100)는 상기 3개의 구간에서의 엔진(10)의 누적 일을 최소화하기 위한 제2 가상 SOC 추세선(SOCtarget_virtual), 구간별 모터(20)의 예상 요구 토크(Tmot_desired_est), 엔진(10)의 예상 요구 토크(Teng_desired_est), 및 3개의 구간에서의 누적 주행 일(
Figure 112015096776432-pat00025
)의 제한 함수들(constraint functions)을 아래의 수학식 18 내지 21과 같이 설정할 수 있다(S260).
제어기(100)는 상기 구간별 가용 SOC(SOCgain_available)를 기초로 상기 3개의 구간에서의 엔진(10)의 누적 일을 최소화하기 위한 제2 가상 SOC 추세선(SOCtarget_virtual)을 아래의 수학식 18과 같이 설정할 수 있다.
[수학식 18]
Figure 112015096776432-pat00026
여기서, SOCmin_limit은 상기 배터리(50)의 SOC의 하한값이고, SOCgain_available_discharge은 상기 구간별 방전 가용 SOC 이며, SOCgain_available_charge은 상기 구간별 충전 가용 SOC이고, SOCmax_limit은 배터리(50)의 SOC의 상한값이다.
제어기(100)는 상기 구간별 모터(20)의 가용 토크(Tmot_available)를 기초로 상기 구간별 모터(20)의 예상 요구 토크(Tmot_desired_est)를 아래의 수학식 19와 같이 설정할 수 있다.
[수학식 19]
Figure 112015096776432-pat00027
여기서, Tmot_charge_min_limit은 모터(20)가 출력할 수 있는 최소 토크이고, Tmot_charge_limited은 상기 구간별 모터(20)의 충전 가용 토크의 한계이며, Tmot_discharge_limited은 상기 구간별 모터(20)의 방전 가용 토크의 한계이고, Tmot_discharge_max_limited은 모터(20)가 출력할 수 있는 최대 토크이다.
제어기(100)는 엔진(10)의 예상 요구 토크(Teng_desired_est)를 아래의 수학식 20과 같이 설정할 수 있다.
[수학식 20]
Figure 112015096776432-pat00028
여기서, Teng_min_limit은 엔진(10)이 출력할 수 있는 최소 토크이고, Teng_max_limit은 엔진(10)이 출력할 수 있는 최대 토크이다.
제어기(100)는 3개의 구간에서의 누적 주행일(
Figure 112015096776432-pat00029
)을 아래의 수학식 21과 같이 설정할 수 있다.
[수학식 21]
Figure 112015096776432-pat00030
여기서,
Figure 112015096776432-pat00031
은 3개의 구간에서의 엔진(10)의 누적 일이고,
Figure 112015096776432-pat00032
은 3개의 구간에서의 모터(20)의 누적 일이다.
제어기(100)는 상기 목적 함수 및 제한 함수들을 만족하는 설계 인자들(design variables)을 결정할 수 있다(S270). 상기 설계 인자들은 상기 제2 가상 SOC 추세선(SOCtarget_virtual), 상기 구간별 모터(20)의 예상 요구 토크(Tmot_desired_est), 및 3개의 구간에서의 모터(20)의 누적 일
Figure 112015096776432-pat00033
을 포함할 수 있다. 상기 설계 인자들은 아래의 수학식 22 내지 24과 같은 관계를 가질 수 있다.
[수학식 22]
Figure 112015096776432-pat00034
여기서, SOCgain_optimized_est은 구간별 가상 SOC 게인이다.
[수학식 23]
Figure 112015096776432-pat00035
여기서, ωdriver_est은 상기 구간별 변속기(40)의 예상 입력 속도이고, η은 상기 모터(20)의 방전 효율(ηdischarge) 또는 충전 효율(ηcharge)이며, D은 상기 구간별 거리이고, v는 상기 구간별 평균 유효 차속이며, Pbattery_nominal은 배터리(50)의 공칭 파워이다.
[수학식 24]
Figure 112015096776432-pat00036
상기 구간별 가상 SOC 게인(SOCgain_optimized_est)이 음의 값이면, 제어기(100)는 아래의 수학식 25를 이용하여 구간별 모터(20)의 예상 요구 토크(Tmot_desired_est)를 계산할 수 있다. 이 경우, 모터(20)의 예상 요구 토크(Tmot_desired_est)는 양의 값을 가진다.
[수학식 25]
Figure 112015096776432-pat00037
상기 구간별 가상 SOC 게인(SOCgain_optimized_est)이 양의 값이면, 제어기(100)는 아래의 수학식 26을 이용하여 구간별 모터(20)의 예상 요구 토크(Tmot_desired_est)를 계산할 수 있다. 이 경우, 모터(20)의 예상 요구 토크(Tmot_desired_est)는 음의 값을 가진다.
[수학식 26]
Figure 112015096776432-pat00038
도 4b 및 도 4c에 도시된 바와 같이, 상기 엔진(10)의 최적 운전점을 기준으로 계산된 3개의 구간에서의 누적 주행 일과, 상기 하이브리드 차량의 주행 에너지를 최적화하기 위한 3개의 구간에서의 누적 주행 일은 동일하다. 그러나, 상기 목적 함수와 제한 함수들을 만족시키기 위한 설계 인자들을 결정하는 방법의 경우, 엔진(10)의 최적 운전점을 기준으로 SOC 추세선을 계산하는 경우보다 3개의 구간에서의 엔진(10)의 누적 일이 적음을 확인할 수 있다. 이에 따라, 엔진(10)의 최적 운전점을 기준으로만 SOC 추세선을 계산하는 경우 주행 에너지의 손실이 발생할 수 있지만, 상기 목적 함수와 제한 함수들을 만족시키기 위한 설계 인자들을 결정하는 방법의 경우 주행 에너지를 최적화할 수 있다.
제어기(100)는 아래의 수학식 27을 이용하여 상기 구간별 운전자의 예상 요구 토크(Tdriver_est) 및 상기 구간별 모터(20)의 예상 요구 토크(Tmot_desired_est)를 기초로 구간별 엔진(10)의 예상 요구 토크(Teng_desired_est)를 계산할 수 있다(S280).
[수학식 27]
Figure 112015096776432-pat00039
제어기(100)는 상기 구간별 운전자의 예상 요구 토크(Tdriver_est), 상기 구간별 엔진(10)의 예상 요구 토크(Teng_desired_est), 및 상기 구간별 모터(20)의 예상 요구 토크(Tmot_desired_est)를 기초로 하이브리드 차량의 예상 주행 모드를 결정할 수 있다(S290).
구체적으로, 하이브리드 차량의 예상 주행 모드는 아래의 표 1와 같이 결정될 수 있다.
운전자의 예상 요구 토크(Tdriver_est) 엔진의 예상 요구 토크(Teng_desired_est) 모터의 예상 요구 토크(Tmot_desired_est) 예상 주행 모드
Tdriver _ est ≤ 0 Teng _ desired _ est ＞ 0 Tmot _ desired _ est ＜ 0 HEV mode
Teng _ desired _ est = 0 Tmot _ desired _ est ≤ 0 EV mode
Tdriver _ est ＞ 0 Teng _ desired _ est ＞ 0 Tmot _ desired _ est ＜ 0 HEV mode
Teng _ desired _ est ＞ 0 Tmot _ desired _ est = 0 Engine mode
Teng _ desired _ est ＞ 0 Tmot _ desired _ est ＞ 0 HEV mode
Teng _ desired _ est = 0 Tmot _ desired _ est ＞ 0 EV mode
한편, 제어기(100)는 상기 제2 가상 SOC 추세선(SOCtarget_virtual), 구간별 평균 유효 구배, 및 구간별 평균 유효 차속을 기초로 제1 임계 라인(SOCforced_charge_threshold) 및 제2 임계 라인(SOCpassive_charge_threshold)를 결정할 수 있다(S300).
도 5에 도시된 바와 같이, 제어기(100)는 상기 배터리(50)의 SOC의 하한값(SOCmin_limit), 상기 제1 임계 라인(SOCforced_charge_threshold) 및 제2 임계 라인(SOCpassive_charge_threshold), 및 상기 배터리(50)의 SOC 상한값(SOCmax_limit)을 기초로 전체 SOC 영역을 5개의 영역으로 구분할 수 있다. 상기 5개의 영역은 최소 한계 영역(minimum limit area), 강제 충전 영역(forced charging area), 능동 충전 영역(active charging area), 수동 충전 영역(passive charging area), 최대 한계 영역(maximum limit area)을 포함할 수 있다. 상기 최소 한계 영역은 상기 배터리(50)의 SOC의 하한값(SOCmin_limit) 보다 작은 영역이고, 상기 강제 충전 영역은 상기 배터리(50)의 SOC의 하한값(SOCmin_limit)과 상기 제1 임계 라인(SOCforced_charge_threshold) 사이인 영역이며, 상기 능동 충전 영역은 상기 제1 임계 라인(SOCforced_charge_threshold)와 제2 임계 라인(SOCpassive_charge_threshold) 사이인 영역이고, 상기 수동 충전 영역은 상기 제2 임계 라인(SOCpassive_charge_threshold)과 상기 배터리(50)의 SOC의 상한값(SOCmax_limit) 사이인 영역이며, 상기 최대 한계 영역은 상기 배터리(50)의 상한값(SOCmax_limit) 보다 큰 영역이다.
도 2b, 도 2c 및 도 5에 도시된 바와 같이, 제어기(100)는 배터리(50)의 SOC의 하한값(SOCmin_limit), 상기 제1 임계 라인(SOCforced_charge_threshold), 제2 임계 라인(SOCpassive_charge_threshold), 및 배터리(50)의 SOC 상한값(SOCmax_limit)을 이용하여 엔진(10), 모터(20), 및 보조 장치(110)의 작동을 제어할 수 있다.
제어기(100)는 배터리(50)의 현재 SOC(SOCact_current)가 어떤 영역에 있는지 판단할 수 있다(S310).
제어기(100)는 배터리(50)의 현재 SOC(SOCact_current)가 설정된 SOC 영역(제1 임계 라인과 제2 임계 라인 사이) 내에 있는지 판단할 수 있다(S311).
상기 S311 단계에서 상기 배터리(50)의 현재 SOC(SOCact_current)가 상기 설정된 SOC 영역 내에 있으면, 제어기(100)는 상기 예상 주행 모드에 따라 엔진(10) 및 모터(20)의 작동을 제어할 수 있다(S320). 구체적으로, 제어기(100)는 아래의 수학식 28을 이용하여 현재 시점에서의 운전자의 실제 요구 토크(Tdriver_actual_current)와 현재 구간에서의 운전자의 예상 요구 토크(Tdriver_est) 사이의 차이(Tdriver_err_current)를 계산할 수 있다(S321).
[수학식 28]
Figure 112015096776432-pat00040
제어기(100)는 아래의 수학식 29를 이용하여 상기 차이(Tdriver_err_current) 및 현재 구간에서의 모터(20)의 예상 요구 토크(Tmot_desired_est)를 기초로 현재 시점에서의 모터(20)의 요구 토크(Tmot_desired_current)를 계산할 수 있다(S323).
[수학식 29]
Figure 112015096776432-pat00041
제어기(100)는 아래의 수학식 30을 이용하여 상기 현재 시점에서의 운전자의 실제 요구 토크(Tdriver_actual_current)와 상기 현재 시점에서의 상기 모터(20)의 요구 토크(Tmot_desired_current)를 기초로 현재 시점에서의 엔진(10)의 요구 토크(Teng_desired_current)를 계산할 수 있다.
[수학식 30]
Figure 112015096776432-pat00042
제어기(100)는 상기 현재 시점에서의 엔진(10)의 요구 토크(Teng_desired_current)와 상기 현재 시점에서의 모터(20)의 요구 토크(Tmot_desired_current)에 따라 엔진(10)과 모터(20)의 작동을 제어한다. 즉, 배터리(50)의 현재 SOC(SOCact_current)가 상기 제1 임계 라인과 제2 임계 라인 사이에 있으면, 목표 SOC를 직접 추종하지 않고 예상 주행 모드에 따라 하이브리드 차량을 제어함으로써, 하이브리드 차량의 빈번한 모드 변환을 방지할 수 있다. 또한, 배터리(50)의 현재 SOC(SOCact_current)가 상기 제1 임계 라인과 제2 임계 라인 사이에 있으면, 보조 장치(110)는 독립 제어를 실행할 수 있다.
S313 단계 내지 S317 단계에서 배터리(50)의 현재 SOC(SOCact_current)가 상기 배터리(50)의 SOC의 하한값(SOCmin_limit) 보다 작으면, 제어기(100)는 상기 배터리(50)의 현재 SOC(SOCact_current)와 상기 배터리(50)의 SOC의 하한값(SOCmin_limit) 사이의 차이인 제1 델타 SOC(SOCdelta_1)를 계산한다(S331). 상기 제1 델타 SOC(SOCdelta_1)는 음의 값을 가진다.
제어기(100)는 상기 제1 델타 SOC(SOCdelta_1)를 기초로 제1 보정값(Tmin_charge_correction)을 계산할 수 있다(S333). 상기 제1 보정값(Tmin_charge_correction)은 음의 값을 가진다.
배터리(50)의 현재 SOC(SOCact_current)가 상기 배터리(50)의 SOC의 하한값(SOCmin_limit) 보다 작으면, 제어기(100)는 보조 장치(110)의 요구 파워(Paux_request)를 최소치(Paux_min)로 결정할 수 있다(S335).
제어기(100)는 상기 보조 장치(110)의 요구 파워(Paux_request)에 따른 보조 장치(100)의 총 소모 파워(Paux_total)를 기초로 보조 장치(110)의 소모 토크(Taux_est)를 계산할 수 있다(S337).
제어기(100)는 상기 제1 보정값(Tmin_charge_correction) 및 보조 장치(110)의 소모 토크(Taux_est)를 이용하여 배터리(50)의 방전을 제한하는 방전 제한 제어를 수행한다(S339). 구체적으로, 제어기(100)는 아래의 수학식 31을 이용하여 현재 시점에서의 모터(20)의 요구 토크(Tmot_desired_current), 상기 제1 보정값(Tmin_charge_correction), 및 보조 장치(110)의 소모 토크(Taux_est)를 기초로 현재 시점에서의 모터(20)의 보정된 요구 토크(Tmot_desired_corrected)를 계산할 수 있다.
[수학식 31]
Figure 112015096776432-pat00043
제어기(100)는 상기 현재 시점에서의 운전자의 실제 요구 토크(Tdriver_acttual_current)와 상기 현재 시점에서의 상기 모터(20)의 보정된 요구 토크(Tmot_desired_corrected)를 기초로 현재 시점에서의 엔진(10)의 보정된 요구 토크(Teng_desired_corrected)를 계산할 수 있다. 제어기(100)는 상기 현재 시점에서의 엔진(10)의 보정된 요구 토크(Teng_desired_corrected)와 모터(20)의 보정된 요구 토크(Tmot_desired_corrected)에 따라 엔진(10)과 모터(20)의 작동을 제어할 수 있다.
상기 S313 단계 내지 S317 단계에서 배터리(50)의 현재 SOC(SOCact_current)가 상기 배터리(50)의 상기 SOC의 하한값(SOCmin_limit)과 상기 제1 임계 라인(SOCforced_charge_threshold) 사이에 있으면, 제어기(100)는 상기 배터리(50)의 현재 SOC(SOCact_current)와 상기 제1 임계 라인(SOCforced_charge_threshold) 사이의 차이인 제2 델타 SOC(SOCdelta_2)를 계산한다(S341). 상기 제2 델타 SOC(SOCdelta_2)는 음의 값을 가진다.
제어기(100)는 상기 제2 델타 SOC(SOCdelta_2)를 기초로 제2 보정값(Tforced_charge_correction)을 계산할 수 있다(S343). 상기 제2 보정값(Tforced_charge_correction)은 음의 값을 가진다.
배터리(50)의 현재 SOC(SOCact_current)가 상기 배터리(50)의 SOC의 하한값(SOCmin_limit)과 상기 제1 임계 라인(SOCforced_charge_threshold) 사이에 있으면, 제어기(100)는 보조 장치(110)의 요구 파워(Paux_request)를 상기 제2 델타 SOC(SOCdelta_2)에 대응하는 값(Paux_forced)으로 결정할 수 있다(S345). 상기 값(Paux_forced)은 상기 제2 델타 SOC(SOCdelta_2)의 절대값에 반비례하는 값으로 설정될 수 있다.
제어기(100)는 상기 보조 장치(110)의 요구 파워(Paux_request)에 따른 보조 장치(100)의 총 소모 파워(Paux_total)를 기초로 보조 장치(110)의 소모 토크(Taux_est)를 계산할 수 있다(S347).
제어기(100)는 상기 제2 보정값(Tforced_charge_correction) 및 보조 장치(110)의 소모 토크(Taux_est)를 이용하여 배터리(50)를 충전시키는 충전 지향 제어를 수행한다(S349). 구체적으로, 제어기(100)는 아래의 수학식 32를 이용하여 현재 시점에서의 모터(20)의 요구 토크(Tmot_desired_current), 상기 제2 보정값(Tforced_charge_correction), 및 보조 장치(110)의 소모 토크(Taux_est)를 기초로 현재 시점에서의 모터(20)의 보정된 요구 토크(Tmot_desired_corrected)를 계산할 수 있다.
[수학식 32]
Figure 112015096776432-pat00044
제어기(100)는 상기 현재 시점에서의 운전자의 실제 요구 토크(Tdriver_acttual_current)와 상기 현재 시점에서의 상기 모터(20)의 보정된 요구 토크(Tmot_desired_corrected)를 기초로 현재 시점에서의 엔진(10)의 보정된 요구 토크(Teng_desired_corrected)를 계산할 수 있다. 제어기(100)는 상기 현재 시점에서의 엔진(10)의 보정된 요구 토크(Teng_desired_corrected)와 모터(20)의 보정된 요구 토크(Tmot_desired_corrected)에 따라 엔진(10)과 모터(20)의 작동을 제어할 수 있다.
상기 S313 단계 내지 S317 단계에서 배터리(50)의 현재 SOC(SOCact_current)가 상기 제2 임계 라인(SOCpassive_charge_threshold)과 상기 배터리(50)의 SOC 상한값(SOCmax_limit) 사이에 있으면, 제어기(100)는 상기 배터리(50)의 현재 SOC(SOCact_current)와 상기 제2 임계 라인(SOCforced_charge_threshold) 사이의 차이인 제3 델타 SOC(SOCdelta_3)를 계산한다(S351). 상기 제3 델타 SOC(SOCdelta_3)는 양의 값을 가진다.
제어기(100)는 상기 제3 델타 SOC(SOCdelta_3)를 기초로 제3 보정값(Tpassive_charge_correction)을 계산할 수 있다(S353). 상기 제3 보정값(Tpassive_charge_correction)은 양의 값을 가진다.
배터리(50)의 현재 SOC(SOCact_current)가 제2 임계 라인(SOCpassive_charge_threshold)과 상기 배터리(50)의 SOC 상한값(SOCmax_limit) 사이에 있으면, 제어기(100)는 보조 장치(110)의 요구 파워(Paux_request)를 상기 제3 델타 SOC(SOCdelta_3)에 대응하는 값(Paux_passive)으로 결정할 수 있다(S355). 상기 값(Paux_passive)은 상기 제3 델타 SOC(SOCdelta_3)의 절대값에 비례하는 값으로 설정될 수 있다.
제어기(100)는 상기 보조 장치(110)의 요구 파워(Paux_request)에 따른 보조 장치(100)의 총 소모 파워(Paux_total)를 기초로 보조 장치(110)의 소모 토크(Taux_est)를 계산할 수 있다(S357).
제어기(100)는 상기 제3 보정값(Tpassive_charge_correction) 및 보조 장치(110)의 소모 토크(Taux_est)를 이용하여 배터리(50)를 방전시키는 방전 지향 제어를 수행한다(S359). 구체적으로, 제어기(100)는 아래의 수학식 33을 이용하여 현재 시점에서의 모터(20)의 요구 토크(Tmot_desired_current), 상기 제3 보정값(Tpassive_charge_correction), 및 보조 장치(110)의 소모 토크(Taux_est)를 기초로 현재 시점에서의 모터(20)의 보정된 요구 토크(Tmot_desired_corrected)를 계산할 수 있다.
[수학식 33]
Figure 112015096776432-pat00045
제어기(100)는 상기 현재 시점에서의 운전자의 실제 요구 토크(Tdriver_acttual_current)와 상기 현재 시점에서의 상기 모터(20)의 보정된 요구 토크(Tmot_desired_corrected)를 기초로 현재 시점에서의 엔진(10)의 보정된 요구 토크(Teng_desired_corrected)를 계산할 수 있다. 제어기(100)는 상기 현재 시점에서의 엔진(10)의 보정된 요구 토크(Teng_desired_corrected)와 모터(20)의 보정된 요구 토크(Tmot_desired_corrected)에 따라 엔진(10)과 모터(20)의 작동을 제어할 수 있다.
상기 S313 단계 내지 S317 단계에서 배터리(50)의 현재 SOC(SOCact_current)가 상기 배터리(50)의 SOC 상한값(SOCmax_limit) 보다 크면, 제어기(100)는 상기 배터리(50)의 현재 SOC(SOCact_current)와 상기 배터리(50)의 SOC 상한값(SOCmax_limit) 사이의 차이인 제4 델타 SOC(SOCdelta_4)를 계산한다(S361). 상기 제4 델타 SOC(SOCdelta_4)는 양의 값을 가진다.
제어기(100)는 상기 제4 델타 SOC(SOCdelta_4)를 기초로 제4 보정값(Tmax_charge_correction)을 계산할 수 있다(S363). 상기 제4 보정값(Tmax_charge_correction)은 양의 값을 가진다.
배터리(50)의 현재 SOC(SOCact_current)가 상기 배터리(50)의 SOC 상한값(SOCmax_limit) 보다 크면, 제어기(100)는 보조 장치(110)의 요구 파워(Paux_request)를 최대치(Paux_max)로 결정할 수 있다(S365).
제어기(100)는 상기 보조 장치(110)의 요구 파워(Paux_request)에 따른 보조 장치(100)의 총 소모 파워(Paux_total)를 기초로 보조 장치(110)의 소모 토크(Taux_est)를 계산할 수 있다(S367).
제어기(100)는 상기 제4 보정값(Tmax_charge_correction) 및 보조 장치(110)의 소모 토크(Taux_est)를 이용하여 배터리(50)의 충전을 제한하는 충전 제한 제어를 수행한다(S369). 구체적으로, 제어기(100)는 아래의 수학식 34를 이용하여 현재 시점에서의 모터(20)의 요구 토크(Tmot_desired_current), 상기 제4 보정값(Tmax_charge_correction), 및 보조 장치(110)의 소모 토크(Taux_est)를 기초로 현재 시점에서의 모터(20)의 보정된 요구 토크(Tmot_desired_corrected)를 계산할 수 있다.
[수학식 34]
Figure 112015096776432-pat00046
제어기(100)는 상기 현재 시점에서의 운전자의 실제 요구 토크(Tdriver_acttual_current)와 상기 현재 시점에서의 상기 모터(20)의 보정된 요구 토크(Tmot_desired_corrected)를 기초로 현재 시점에서의 엔진(10)의 보정된 요구 토크(Teng_desired_corrected)를 계산할 수 있다. 제어기(100)는 상기 현재 시점에서의 엔진(10)의 보정된 요구 토크(Teng_desired_corrected)와 모터(20)의 보정된 요구 토크(Tmot_desired_corrected)에 따라 엔진(10)과 모터(20)의 작동을 제어할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 주행 구간 전체에서의 하이브리드 차량의 주행 에너지를 최적화할 수 있다. 또한, 배터리(50)의 현재 SOC가 설정된 SOC 영역 내에 있는 경우 목표 SOC를 직접 추종하지 않고 예상 주행 모드에 따라 하이브리드 차량을 제어함으로써, 하이브리드 차량의 빈번한 모드 변환을 방지할 수 있다. 또한, 내비게이션 장치(91)와 제어기(100) 사이의 통신 부하 및 제어기의 연산 부하를 줄일 수 있다. 또한, 강판로 주행 또는 감속 주행 시 남는 여유 에너지를 보조 장치를 통해 저장한 후 등판로 주행 또는 가소 주행 시 사용함으로써 연비를 향상시킬 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.
10: 엔진 20: 모터
30: 엔진 클러치 40: 변속기
50: 배터리 60: HSG
70: 차동기어장치 80: 휠
90: 데이터 검출부 100: 제어기

Claims (24)

  1. 하이브리드 차량의 현재 위치로부터 목적지까지의 경로를 설정하는 단계;
    상기 경로의 고도에 대한 정보를 기초로 복수개의 구간을 설정하는 단계;
    상기 복수개의 구간에서의 엔진의 누적 일을 최소화하기 위한 SOC 추세선, 구간별 모터의 예상 요구 토크, 상기 복수개의 구간에서의 모터의 누적 일을 결정하는 단계;
    구간별 운전자의 예상 요구 토크 및 구간별 모터의 예상 요구 토크를 기초로 구간별 엔진의 예상 요구 토크를 계산하는 단계;
    상기 구간별 운전자의 예상 요구 토크, 상기 구간별 엔진의 예상 요구 토크, 및 상기 구간별 모터의 예상 요구 토크를 기초로 하이브리드 차량의 예상 주행 모드를 결정하는 단계;
    상기 SOC 추세선을 기초로 제1 임계 라인 및 제2 임계 라인을 결정하는 단계; 및
    상기 하이브리드 차량의 예상 주행 모드, 상기 제1 임계 라인, 및 상기 제2 임계 라인을 이용하여 엔진, 모터, 및 보조 장치의 작동을 제어하는 단계;
    를 포함하는 하이브리드 차량의 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 구간별 운전자의 예상 요구 토크는 구간별 예상 구동력 및 구간별 예상 변속단을 기초로 계산되는 하이브리드 차량의 제어 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 구간별 예상 구동력은 구간별 거리, 구간별 평균 유효 구배, 구간별 평균 유효 차속을 기초로 계산되는 하이브리드 차량의 제어 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 구간별 평균 유효 구배는 상기 경로의 극점들을 추출하여 상기 고도를 선형화함으로써 계산되는 하이브리드 차량의 제어 방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 구간별 평균 유효 차속은 상기 경로의 제한 차속에 대한 정보 및 교통 차속에 대한 정보를 기초로 계산되는 하이브리드 차량의 제어 방법.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 구간별 예상 변속단은 상기 구간별 평균 유효 구배 및 상기 구간별 평균 유효 차속을 기초로 계산되는 하이브리드 차량의 제어 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 SOC 추세선, 구간별 모터의 예상 요구 토크, 및 상기 복수개의 구간에서의 모터의 누적 일은 구간별 모터의 가용 토크의 한계 및 구간별 모터의 가용 SOC를 기초로 결정되는 하이브리드 차량의 제어 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 구간별 모터의 가용 토크의 한계는 상기 구간별 운전자의 예상 요구 토크 및 구간별 모터의 가용 토크를 기초로 계산되는 하이브리드 차량의 제어 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 구간별 모터의 가용 토크는 엔진의 최적 운전점을 기준으로 계산된 구간별 가상 SOC 추세선 및 구간별 변속기의 예상 입력 속도를 기초로 계산되는 하이브리드 차량의 제어 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 구간별 가상 SOC 추세선은 엔진의 최적 운전점을 기준으로 계산된 구간별 SOC 게인을 기초로 계산되고,
    상기 구간별 SOC 게인은 엔진의 최적 운전점을 기준으로 계산된 구간별 모터의 요구 파워를 기초로 계산되는 하이브리드 차량의 제어 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 구간별 SOC 게인은 구간별 방전 SOC 게인 및 구간별 충전 SOC 게인을 포함하고,
    상기 엔진의 최적 운전점을 기준으로 계산된 구간별 모터의 요구 토크가 양의 값이면, 상기 구간별 방전 SOC 게인이 구간별 모터의 요구 파워, 모터의 방전 효율, 구간별 거리, 구간별 평균 유효 차속, 및 배터리의 공칭 파워를 기초로 계산되며,
    상기 엔진의 최적 운전점을 기준으로 계산된 구간별 모터의 요구 토크가 음의 값이면, 상기 구간별 충전 SOC 게인이 구간별 모터의 요구 파워, 모터의 충전 효율, 구간별 거리, 구간별 평균 유효 차속, 및 배터리의 공칭 파워를 기초로 계산되는 하이브리드 차량의 제어 방법.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 구간별 모터의 가용 토크는 구간별 모터의 방전 가용 토크 및 구간별 모터의 충전 가용 토크를 포함하고,
    상기 구간별 모터의 방전 가용 토크는 엔진의 최적 운전점을 기준으로 계산된 구간별 시작점에서의 배터리의 SOC, 배터리의 SOC의 하한값, 구간별 변속기의 예상 입력 속도, 모터의 방전 효율, 구간별 거리, 구간별 평균 유효 차속, 및 배터리의 공칭 파워를 기초로 계산되며,
    상기 구간별 모터의 충전 가용 토크는 엔진의 최적 운전점을 기준으로 계산된 구간별 시작점에서의 배터리의 SOC, 배터리의 SOC의 상한값, 구간별 변속기의 예상 입력 속도, 모터의 충전 효율, 구간별 거리, 구간별 평균 유효 차속, 및 배터리의 공칭 파워를 기초로 계산되는 하이브리드 차량의 제어 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 구간별 모터의 가용 토크의 한계는 구간별 모터의 방전 가용 토크의 한계 및 구간별 모터의 충전 가용 토크의 한계를 포함하고,
    상기 구간별 모터의 방전 가용 토크의 한계는 상기 구간별 모터의 방전 가용 토크 및 상기 구간별 운전자의 예상 요구 토크를 기초로 계산되며,
    상기 구간별 모터의 충전 가용 토크의 한계는 상기 구간별 모터의 충전 가용 토크 및 상기 구간별 운전자의 예상 요구 토크를 기초로 계산되는 하이브리드 차량의 제어 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 구간별 가용 SOC는 구간별 방전 가용 SOC 및 구간별 충전 가용 SOC를 포함하고,
    상기 구간별 방전 가용 SOC는 상기 구간별 모터의 방전 가용 토크의 한계를 기초로 계산되며,
    상기 구간별 충전 가용 SOC는 상기 구간별 모터의 충전 가용 토크의 한계를 기초로 계산되는 하이브리드 차량의 제어 방법.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 하이브리드 차량의 예상 주행 모드, 상기 제1 임계 라인, 및 상기 제2 임계 라인을 이용하여 엔진, 모터, 및 보조 장치의 작동을 제어하는 단계는,
    배터리의 현재 SOC가 배터리의 SOC의 하한값 보다 작으면, 상기 배터리의 현재 SOC와 상기 배터리의 SOC의 하한값 사이의 차이인 제1 델타 SOC를 계산하는 단계;
    상기 제1 델타 SOC를 기초로 제1 보정값을 계산하는 단계;
    배터리의 현재 SOC가 상기 배터리의 SOC의 하한값 보다 작으면, 보조 장치의 요구 파워를 최소치로 결정하는 단계;
    상기 보조 장치의 요구 파워에 따른 보조 장치의 총 소모 파워를 기초로 보조 장치의 소모 토크를 계산하는 단계; 및
    상기 제1 보정값 및 상기 보조 장치의 소모 토크를 이용하여 배터리의 방전을 제한하는 방전 제한 제어를 수행하는 단계;
    를 포함하는 하이브리드 차량의 제어 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제1 보정값 및 상기 보조 장치의 소모 토크를 이용하여 배터리의 방전을 제한하는 방전 제한 제어를 수행하는 단계는,
    현재 시점에서의 운전자의 실제 요구 토크와 현재 구간에서의 운전자의 예상 요구 토크 사이의 차이 및 현재 구간에서의 모터의 예상 요구 토크를 기초로 현재 시점에서의 모터의 요구 토크를 계산하는 단계;
    상기 현재 시점에서의 모터의 요구 토크, 상기 제1 보정값, 및 상기 보조 장치의 소모 토크를 기초로 현재 시점에서의 모터의 보정된 요구 토크를 계산하는 단계;
    상기 현재 시점에서의 운전자의 실제 요구 토크와 상기 모터의 보정된 요구 토크를 기초로 현재 시점에서의 엔진의 보정된 요구 토크를 계산하는 단계; 및
    상기 현재 시점에서의 엔진의 보정된 요구 토크와 상기 현재 시점에서의 모터의 보정된 요구 토크에 따라 엔진 및 모터의 작동을 제어하는 단계;
    를 포함하는 하이브리드 차량의 제어 방법.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 하이브리드 차량의 예상 주행 모드, 상기 제1 임계 라인, 및 상기 제2 임계 라인을 이용하여 엔진, 모터, 및 보조 장치의 작동을 제어하는 단계는,
    배터리의 현재 SOC가 배터리의 SOC의 하한값과 상기 제1 임계 라인 사이에 있으면, 상기 배터리의 현재 SOC와 상기 제1 임계 라인 사이의 차이인 제2 델타 SOC를 계산하는 단계;
    상기 제2 델타 SOC를 기초로 제2 보정값을 계산하는 단계;
    배터리의 현재 SOC가 상기 배터리의 SOC의 하한값과 상기 제1 임계 라인 사이에 있으면, 보조 장치의 요구 파워를 상기 제2 델타 SOC에 대응하는 값으로 결정하는 단계;
    상기 보조 장치의 요구 파워에 따른 보조 장치의 총 소모 파워를 기초로 보조 장치의 소모 토크를 계산하는 단계; 및
    상기 제2 보정값 및 상기 보조 장치의 소모 토크를 이용하여 배터리를 충전시키는 충전 지향 제어를 수행하는 단계;
    를 포함하는 하이브리드 차량의 제어 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제2 보정값 및 상기 보조 장치의 소모 토크를 이용하여 배터리를 충전시키는 충전 지향 제어를 수행하는 단계는,
    현재 시점에서의 운전자의 실제 요구 토크와 현재 구간에서의 운전자의 예상 요구 토크 사이의 차이 및 현재 구간에서의 모터의 예상 요구 토크를 기초로 현재 시점에서의 모터의 요구 토크를 계산하는 단계;
    상기 현재 시점에서의 모터의 요구 토크, 상기 제2 보정값, 및 상기 보조 장치의 소모 토크를 기초로 현재 시점에서의 모터의 보정된 요구 토크를 계산하는 단계;
    상기 현재 시점에서의 운전자의 실제 요구 토크와 상기 모터의 보정된 요구 토크를 기초로 현재 시점에서의 엔진의 보정된 요구 토크를 계산하는 단계; 및
    상기 현재 시점에서의 엔진의 보정된 요구 토크와 상기 현재 시점에서의 모터의 보정된 요구 토크에 따라 엔진 및 모터의 작동을 제어하는 단계;
    를 포함하는 하이브리드 차량의 제어 방법.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 하이브리드 차량의 예상 주행 모드, 상기 제1 임계 라인, 및 상기 제2 임계 라인을 이용하여 엔진, 모터, 및 보조 장치의 작동을 제어하는 단계는,
    배터리의 현재 SOC가 상기 제2 임계 라인과 배터리의 SOC의 상한값 사이에 있으면, 상기 배터리의 현재 SOC와 상기 제2 임계 라인 사이의 차이인 제3 델타 SOC를 계산하는 단계;
    상기 제3 델타 SOC를 기초로 제3 보정값을 계산하는 단계;
    배터리의 현재 SOC가 상기 제2 임계 라인과 상기 배터리의 SOC의 상한값 사이에 있으면, 보조 장치의 요구 파워를 상기 제3 델타 SOC에 대응하는 값으로 결정하는 단계;
    상기 보조 장치의 요구 파워에 따른 보조 장치의 총 소모 파워를 기초로 보조 장치의 소모 토크를 계산하는 단계; 및
    상기 제3 보정값 및 상기 보조 장치의 소모 토크를 이용하여 배터리를 방전시키는 방전 지향 제어를 수행하는 단계;
    를 포함하는 하이브리드 차량의 제어 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 제3 보정값 및 상기 보조 장치의 소모 토크를 이용하여 배터리를 방전시키는 방전 지향 제어를 수행하는 단계는,
    현재 시점에서의 운전자의 실제 요구 토크와 현재 구간에서의 운전자의 예상 요구 토크 사이의 차이 및 현재 구간에서의 모터의 예상 요구 토크를 기초로 현재 시점에서의 모터의 요구 토크를 계산하는 단계;
    상기 현재 시점에서의 모터의 요구 토크, 상기 제3 보정값, 및 상기 보조 장치의 소모 토크를 기초로 현재 시점에서의 모터의 보정된 요구 토크를 계산하는 단계;
    상기 현재 시점에서의 운전자의 실제 요구 토크와 상기 모터의 보정된 요구 토크를 기초로 현재 시점에서의 엔진의 보정된 요구 토크를 계산하는 단계; 및
    상기 현재 시점에서의 엔진의 보정된 요구 토크와 상기 현재 시점에서의 모터의 보정된 요구 토크에 따라 엔진 및 모터의 작동을 제어하는 단계;
    를 포함하는 하이브리드 차량의 제어 방법.
  21. 제1항에 있어서,
    상기 하이브리드 차량의 예상 주행 모드, 제1 임계 라인, 및 제2 임계 라인을 이용하여 엔진, 모터, 및 보조 장치의 작동을 제어하는 단계는,
    배터리의 현재 SOC가 배터리의 SOC의 상한값 보다 크면, 상기 배터리의 현재 SOC와 상기 배터리의 SOC의 상한값 사이의 차이인 제4 델타 SOC를 계산하는 단계;
    상기 제4 델타 SOC를 기초로 제4 보정값을 계산하는 단계;
    배터리의 현재 SOC가 상기 배터리의 SOC의 상한값 보다 크면, 보조 장치의 요구 파워를 최대치로 결정하는 단계;
    상기 보조 장치의 요구 파워에 따른 보조 장치의 총 소모 파워를 기초로 보조 장치의 소모 토크를 계산하는 단계; 및
    상기 제4 보정값 및 상기 보조 장치의 소모 토크를 이용하여 배터리의 충전을 제한하는 충전 제한 제어를 수행하는 단계;
    를 포함하는 하이브리드 차량의 제어 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 제4 보정값 및 상기 보조 장치의 소모 토크를 이용하여 배터리의 충전을 제한하는 충전 제한 제어를 수행하는 단계는,
    현재 시점에서의 운전자의 실제 요구 토크와 현재 구간에서의 운전자의 예상 요구 토크 사이의 차이 및 현재 구간에서의 모터의 예상 요구 토크를 기초로 현재 시점에서의 모터의 요구 토크를 계산하는 단계;
    상기 현재 시점에서의 모터의 요구 토크, 상기 제4 보정값, 및 상기 보조 장치의 소모 토크를 기초로 현재 시점에서의 모터의 보정된 요구 토크를 계산하는 단계;
    상기 현재 시점에서의 모터의 보정된 요구 토크, 상기 제4 보정값, 및 상기 보조 장치의 소모 토크를 기초로 현재 시점에서의 모터의 보정된 요구 토크를 계산하는 단계;
    상기 현재 시점에서의 운전자의 실제 요구 토크와 상기 모터의 보정된 요구 토크를 기초로 현재 시점에서의 엔진의 보정된 요구 토크를 계산하는 단계; 및
    상기 현재 시점에서의 엔진의 보정된 요구 토크와 상기 현재 시점에서의 모터의 보정된 요구 토크에 따라 엔진 및 모터의 작동을 제어하는 단계;
    를 포함하는 하이브리드 차량의 제어 방법.
  23. 제1항에 있어서,
    상기 하이브리드 차량의 예상 주행 모드, 상기 제1 임계 라인, 및 상기 제2 임계 라인을 이용하여 엔진, 모터, 및 보조 장치의 작동을 제어하는 단계는,
    배터리의 현재 SOC가 상기 제1 임계 라인과 상기 제2 임계 라인 사이에 있으면, 현재 시점에서의 운전자의 실제 요구 토크와 현재 구간에서의 운전자의 예상 요구 토크 사이의 차이 및 현재 구간에서의 모터의 예상 요구 토크를 기초로 현재 시점에서의 모터의 요구 토크를 계산하는 단계;
    상기 현재 시점에서의 운전자의 실제 요구 토크와 상기 현재 시점에서의 모터의 요구 토크를 기초로 현재 시점에서의 엔진의 요구 토크를 계산하는 단계; 및
    상기 현재 시점에서의 엔진의 요구 토크와 상기 현재 시점에서의 모터의 요구 토크에 따라 엔진 및 모터의 작동을 제어하는 단계;
    를 포함하는 하이브리드 차량의 제어 방법.
  24. 지리 정보 및 교통 정보를 제공하는 내비게이션 장치;
    가속 페달의 위치를 검출하는 가속 페달 위치 검출부;
    브레이크 페달의 위치를 검출하는 브레이크 페달 위치 검출부;
    차속을 검출하는 차속 검출부;
    배터리의 SOC를 검출하는 SOC 검출부;
    현재 체결되어 있는 변속단을 검출하는 변속단 검출부; 및
    상기 내비게이션 장치, 가속 페달 위치 검출부, 브레이크 페달 위치 검출부, 차속 검출부, SOC 검출부, 및 변속단 검출부의 신호를 기초로 하이브리드 차량을 제어하도록 설정된 프로그램에 의하여 동작하는 제어기;
    를 포함하되,
    상기 설정된 프로그램은 제1항 내지 제23항 중 어느 한 항의 방법을 수행하기 위한 일련의 명령을 포함하는 하이브리드 차량의 제어 장치.
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