KR102261537B1 - 친환경 차량의 주행 제어 방법 - Google Patents

친환경 차량의 주행 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 친환경 차량의 주행 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 일종의 양방향 컨버터인 HDC의 출력 제한시 차량의 감속도를 최대한 억제할 수 있도록 한 친환경 차량의 주행 제어 방법에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 EV 주행모드에서 HEV 주행모드로의 전환을 위하여 HDC의 승압 동작시, 제2모터의 출력을 HDC 승압 동작시 출력제한값 이상으로 늘릴 수 있도록 함으로써, 가속 지연 문제가 발생하는 것을 억제할 수 있는 친환경 차량의 주행 제어 방법을 제공하고자 한 것이다.

Description

친환경 차량의 주행 제어 방법{Method for controlling driving of hybrid vehicle}
본 발명은 친환경 차량의 주행 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 일종의 양방향 컨버터인 HDC의 출력 제한시 차량의 감속도를 최대한 억제할 수 있도록 한 친환경 차량의 주행 제어 방법에 관한 것이다.
하이브리드 및 전기자동차 등과 같은 친환경 차량에는 고전압 배터리의 전압을 승압하여 주행을 위한 구동모터로 인가하는 HDC(High side DC/DC Convertor)가 탑재되고 있고, 이 HDC는 구동모터의 작동전압을 승압시키기 위한 장치로서 여러 종류의 반도체 소자로 구성되어 있다.
첨부한 도 1은 하이브리드 차량의 전력부품 연결도에 대한 일례를 나타낸다.
도 1에서 보듯이, 두 개의 모터(MG1, MG2)와 엔진(18)을 이용하여 주행하는 하이브리드 차량의 전력부품은 고전압 배터리(10)와, 고전압 배터리(10)와 충방전 가능하게 연결되어 전압을 승압 또는 강압하는 일종의 양방향 DC-DC컨버터인 HDC(12)와, HDC(12)와 연결되어 각 모터에 대한 구동제어 및 충방전 제어를 하는 모터제어기(14, 인버터) 등을 포함하여 구성된다.
상기 HDC(12)는 기본적으로 모터제어기(14) 및 각 모터(MG1,MG2)의 효율을 높이기 위하여 고전압 배터리(10)와 모터제어기(14) 사이에 위치하여, 모터구동시 고전압 배터리의 전압을 승압시키는 동작을 하고, 회생 제동시에는 모터로부터 발생한 전력을 감압동작을 통해 고전압 배터리로 충전하는 역할을 한다.
이때, 상기 HDC(12)의 전압 승압 여부에 따라, 아래의 표 1에 기재된 예와 같이 HDC(12)의 최대출력이 달라지고, 또한 HDC(12)로부터 모터제어기를 통해 인가되는 전압에 따라 각 모터(MG1,MG2)의 최대출력도 달라지게 된다.
참고로, HDC의 최대출력은 HDC의 출력전압과 HDC의 입력전류의 곱으로 산출되는 바, HDC 승압 동작시 배터리 입력전류가 낮아지게 되어, HDC 승압 동작시 최대출력은 승압 동작을 하지 않을 때의 HDC 최대출력에 비하여 낮아지게 된다.
Figure 112015119942354-pat00001
통상 HDC에서 전압을 승압하지 않고 고전압 배터리의 전압을 그대로 사용하는 경우 HDC의 최대출력은 약 66kW이고, HDC에서 전압을 승압하면 HDC의 최대출력은 약 53kW가 된다.
예를 들어, 하이브리드 차량의 EV 주행모드에 필요한 HDC의 출력이 약 60kW 이상이고, 운전자 요구출력이 HDC의 최대출력 66kW 보다 작을 경우에는 HDC는 승압 동작을 하지 않게 되고, 이에 고전압 배터리의 전압이 모터제어기를 통해 각 모터로 인가되어 사용된다.
반면, 운전자 요구출력이 66kW를 초과하면 HEV 주행모드로 주행해야 하므로, 각 모터(MG1,MG2)의 최대출력을 증가시키기 위하여 HDC는 승압 동작을 하게 되고, 이때 HDC의 최대출력은 약 53kW가 된다.
이때, 엔진이 시동되기 전까지 HDC의 출력으로만 차량이 구동되므로, HDC의 출력이 66kW에서 53kW로 순간 감소하여 차량에 감속도가 발생하는 문제점이 있다.
여기서, 위와 같은 차량의 감속도가 발생하는 문제점을 도 2를 참조로 좀 더 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
첨부한 도 2는 하이브리드 차량의 EV 모드에서 HEV 모드로의 전환시 제어도를 나타낸다.
먼저, 운전자 요구출력이 승압하지 않은 HDC 최대출력(66kW)보다 커지면, HEV 주행을 실시해야 하므로, HDC에서 출력 전압을 승압한다.
다음으로, 엔진의 크랭킹 가능 속도를 위하여, 엔진 크랭킹을 위한 제1모터(MG1)의 토크를 상승시키고(예, 도 2에서 보듯이 -37Nm에서 60Nm로 상승), 동시에 제2모터(MG2)의 토크도 상승시킨다(예, 도 2의 확대도에서 보듯이 52Nm에서 107Nm로 상승).
이때, 상기 제1모터(MG1)의 토크가 상승하여 (-) 토크에서 (+) 토크가 되고, 제1모터(MG1)의 속도(RPM)가 0(제로) RPM보다 작을 때는 제1모터(MG1)가 발전을 하므로, 해당 발전량 만큼 제2모터(MG2)에서 구동력을 낼 수 있다.
따라서, 상기 제2모터(MG2)의 출력은 HDC의 승압 동작시 HDC의 최대출력인 53kW 보다 큰 80kW 이상이 된다.
이때, 상기 제1모터(MG1)의 구동에 의하여 엔진을 목표 속도로 제어함에 따라, 제1모터(MG1)의 속도가 엔진이 목표속도에 도달할 때까지 증가하게 된다.
이에, 상기 제1모터(MG1)의 구동력이 엔진 목표속도 제어에 사용되면 제1모터(MG1)의 발전량은 감소하기 때문에 제2모터(MG2)는 HDC의 최대출력(53kW)에 제한되어 토크 제한이 걸리게 된다.
다시 말해서, 상기 제1모터(MG1)가 발전을 할 때, 해당 발전량 만큼 제2모터(MG2)에서 구동력을 낼 수 있었지만, 제1모터(MG1)의 구동력이 엔진 목표속도 제어에 사용되면서 제1모터(MG1)의 발전량이 감소함에 따라 제2모터(MG2)의 출력이 감소하게 되고, 결국 제2모터(MG2)의 출력은 HDC 출력제한값(HDC 승압 동작시 최대출력인 53kW) 수준으로 제한된다.
따라서, HDC가 승압 동작을 하지 않을 때의 HDC 최대출력 66kW 이상인 제2모터의 출력을 이용하여 주행하고 있던 차량이 HDC 승압 동작시 출력제한값인 53kW 수준으로 주행하기 때문에 차량의 가속도가 순간 줄어드는 가속 지연 문제(도 2에 약 -0.08G로 표시됨)가 발생한다.
이어서, 상기 엔진이 크랭킹이 가능한 속도(RPM) 이상이 되면, 엔진에 대한 연료 분사가 이루어져 엔진 구동이 이루어지고, 이후 상기 제1모터(MG1)가 목표속도에 도달하면 엔진의 토크를 제1모터(MG1)에서 발전하고, 발전량 만큼 제2모터(MG2)의 출력을 증가시켜 가속할 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, EV 주행모드에서 HEV 주행모드로의 전환을 위하여 HDC의 승압 동작시, 제2모터의 출력을 HDC 승압 동작시 출력제한값 이상으로 늘릴 수 있도록 함으로써, 가속 지연 문제가 발생하는 것을 억제할 수 있는 친환경 차량의 주행 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은: ⅰ) EV 주행모드에서 HEV 주행모드로 변환이 필요할 때, HDC의 출력 전압을 승압하는 단계; ⅱ) 상기 HDC의 출력 전압을 승압시킴과 함께 제1모터(MG1)의 (-) 토크를 제로(0) 수준까지 최대한 빠르게 상승시키는 토크 제어 단계; ⅲ) 상기 제1모터(MG1)의 토크가 제로(0)보다 큰지 여부를 판단하는 단계; ⅳ) 상기 제1모터(MG1) 토크가 제로(0)보다 커지면, 제1모터(MG1)의 토크를 엔진 시동에 따른 쇽을 방지하기 위한 수준으로 제어하는 단계; 및 ⅴ) 상기 제1모터의 토크에 의한 엔진속도가 연료분사를 통해 엔진 시동이 가능한 속도가 되면, 연료분사에 의한 엔진 시동이 이루어지는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 차량의 주행 제어 방법을 제공한다.
바람직하게는, 상기 HDC의 출력 전압을 승압하는 단계는 HDC의 현재 출력이 HDC의 승압 동작에 따른 HDC의 최대출력보다 크면 이루어지는 것을 특징으로 한다.
특히, 상기 ⅱ) 단계에서 제1모터(MG1)에 대한 토크 제어시, 제1모터(MG1)의 (-) 토크를 제로(0) 수준까지 최대한 빠르게 상승시킬 수 있는 제1토크 기울기가 적용되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 ⅳ) 단계에서 제1모터(MG1)에 대한 토크 제어시 엔진 시동에 따른 쇽을 방지하기 위해서 최대한 완만한 제2토크 기울기가 적용되는 것을 특징으로 한다.
이에, 상기 제2토크 기울기로 제어되는 제1모터(MG1)의 토크가 (+)가 되고, RPM이 (-)이면, 제1모터(MG1)는 발전을 하고 이 발전량 만큼이 제2모터(MG2)로 공급되어 제2모터(MG2)의 출력이 증가되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 엔진 시동후, 엔진 토크를 이용하여 제1모터(MG1)에서 발전을 실시하고, 발전된 출력을 제2모터(MG2)에서 차량 구동을 위해 사용하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.
첫째, EV 주행모드에서 HEV 주행모드로의 전환을 위하여 HDC의 승압 동작시, 제2모터의 출력을 HDC 승압 동작시 출력제한값 이상으로 늘릴 수 있도록 함으로써, 가속 지연 문제가 발생하는 것을 억제할 수 있다.
둘째, 제1모터의 토크가 (+) 또는 (-) 여부에 따라 토크 기울기를 달리 제어함으로써, 엔진 시동이 빨라지는 등의 차량 응답성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 하이브리드 차량의 전력부품 연결도,
도 2는 하이브리드 차량의 EV 모드에서 HEV 모드로의 전환시 각 구성요소들의 제어 파형도,
도 3은 본 발명에 따른 친환경 차량의 주행 제어 방법을 나타낸 순서도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.
첨부한 도 3은 본 발명에 따른 친환경 차량의 주행 제어 방법을 나타낸 순서도이다.
먼저, 하이브리드 차량이 EV 주행모드에서 HEV 주행모드로 변환이 필요한지 여부를 판단한다.
예를 들어, 운전자 요구출력(파워)와 배터리 SOC 등을 참고하여, 운전자 요구출력이 EV 주행 가능 출력보다 크면, HEV 주행모드로의 변환이 필요한 것으로 판정할 수 있다.
이에, 운전자 요구출력이 승압하지 않은 HDC 최대출력(66kW)보다 커지면, HEV 주행을 실시해야 하므로, HDC에서 출력 전압을 승압한다.
이때, 상기 HDC의 현재 출력(예, 승압전 사용 출력으로서, HDC가 승압 동작을 하지 않았을 때의 최대출력)이 HDC의 승압 동작에 따른 HDC의 최대출력보다 큰지 여부를 확인한다.
예를 들어, HDC의 승압전 사용 출력이 66kW이고, 승압 후에 HDC의 최대출력이 53kW 라면 참이라고 판단한다.
이어서, 상기 HDC의 출력 전압을 승압시키고, 제1모터(MG1) 및 제2모터(MG2)의 토크를 증가시키는 단계가 진행되며, 그 이유는 HDC의 출력 전압을 승압해야 제1 및 제2모터(MG1,MG2)의 최대 출력이 상승되고, 운전자 요구출력을 만족시킬 수 있기 때문이다.
예를 들어, 첨부한 도 2 및 표 1을 참조로 전술한 바와 같이, 운전자 요구출력이 66kW에서 80kW로 증가되면, HDC의 승압 이전엔 제1 및 제2모터(MG1,MG2)는 최대 출력을 각각 37,40kW 수준으로 낼 수 있게 제어되기 때문에 운전자 요구출력인 80kW를 만족시킬 수 없다.
반면, HEV 주행을 실시하고자 HDC에서 출력 전압을 승압하면, HDC의 승압 동작에 따른 HDC의 최대 출력이 53kW이고, 제2모터(MG2)는 최대 출력을 85kW 수준까지 낼 수 있게 제어된다.
예를 들어, 상기 제2모터(MG2)가 최대 출력을 85kW 수준까지 낼 수 있도록 상기 HDC의 승압 동작에 따른 HDC의 최대출력(53kW)이 HDC→ 모터제어기→ 제2모터(MG2)로 출력됨과 함께, 부족한 27kW는 엔진의 출력을 제1모터(MG1)에서 발전하여 제2모터(MG2)로 보내면 운전자 요구출력을 만족시킬 수 있다.
이에, 엔진 출력을 제1모터에서 발전으로 이용하고자 제1모터(MG1)에 대한 토크를 엔진 크랭킹을 위하여 증가시키지만, 이때 제1모터(MG1)에서 차량 주행 구동에 참여하던 출력이 사라지게 되므로, 사라진 출력만큼 제2모터(MG2)의 토크를 증가시켜 차량의 필요한 출력을 유지해야 한다.
따라서, 위와 같이 제1모터(MG1)에서 제2모터(MG2)로의 출력 이동을 빨리하면 할수록 차량응답성이 향상되므로, 제1모터(MG1)의 (-)토크를 매우 빠르게 제로(0)수준까지 상승시키더라도, 차량에 쇽(shock)을 전달할 반력요소가 없으므로, 우선 제1모터(MG1)의 (-) 토크를 제로(0) 수준까지 최대한 빠르게 상승시키도록 한다.
이를 위해, 제1모터(MG1)의 (-) 토크를 제로(0) 수준까지 상승시키는 토크 제어시, 제1모터(MG1)의 (-) 토크를 제로(0) 수준까지 최대한 빠르게 상승시킬 수 있는 제1토크 기울기로 적용함으로써, 기존에 비해 더 빠르게 제1모터(MG1)의 토크를 상승시킬 수 있고, 그에 따라 엔진 시동이 빨라지고 차량 응답성이 향상될 수 있다.
물론, 상기 제1모터(MG1)의 토크가 제로 상태에서는 제1모터의 동력이 엔진 시동을 위한 크랭킹 동력으로 전달되지 않는다.
다음으로, 상기 제1모터(MG1)의 토크가 점차 증가하여 제로(0)보다 큰지 여부를 판단한다.
이때, 상기 제1모터(MG1) 토크가 제로(0)보다 커지면, 제1모터(MG1)의 토크가 엔진으로 전달되어 시동을 위한 엔진속도가 발생하기 때문에, 엔진 시동 등에 따른 쇽등을 방지하기 위해서 위의 제1토크 기울기와 다르게 최대한 완만한 제2토크 기울기를 제1모터(MG1)의 토크 제어에 적용해야 한다.
따라서, 상기 제1모터(MG1)의 토크 제어를 제로(0) 수준에서 최대한 완만한 제2토크 기울기로 제어하여, 제1모터(MG1)의 RPM이 (-), 토크가 (+)가 되면, 제1모터는 발전을 하게 되므로, 이때의 발전량 만큼을 제2모터(MG2)로 공급하여 제2모터(MG2)의 출력을 늘릴 수 있고, 결국 차량은 HDC의 출력 제한치인 53kW가 넘는 구동력을 이용하여 주행하게 되므로, 차량의 가속도 변화가 최소화될 수 있다.
예를 들어, 상기 제2모터(MG2)가 최대 출력을 85kW 수준까지 낼 수 있도록 상기 HDC의 승압 동작에 따른 HDC의 최대출력(53kW)이 HDC→ 모터제어기→ 제2모터(MG2)로 출력됨과 함께, 부족한 27kW는 제1모터(MG1)의 발전량을 이용함으로써, 제2모터(MG2)의 출력은 운전자 요구출력(예, 80kW)을 만족시킬 수 있고, 결국 차량은 HDC의 출력 제한치인 53kW가 넘는 구동력을 이용하여 주행하게 되므로, 차량의 가속도 변화가 최소화될 수 있다.
계속해서, 상기 제1 및 제2모터(MG1,2) 토크를 증가시키는 토크 제어가 이루어지되, 위에서 설명한 것과 같이 엔진 시동 쇽을 방지하기 위해 최대한 완만한 제2토크 기울기를 이용하여 제1 및 제2모터(MG1,2) 토크를 상승시키는 제어가 이루어지고, 엔진 시동 이전까지 제1모터(MG1)에서 발전되는 출력은 제2모터(MG2)의 구동에 사용되도록 한다.
다음으로, 상기 제1모터(MG1)의 토크가 제2토크 기울기를 가지면서 계속 증가함과 함께 제1모터의 토크에 의하여 회전하는 엔진 속도(RPM)가 연료분사를 통해 엔진 시동이 이루어질 정도로 충분한지 판단한다.
이어서, 엔진 속도(RPM)가 연료분사를 통해 엔진 시동이 이루어질 정도로 충분하면, 연료분사를 해서 엔진을 시동하고, 출력되는 엔진토크를 이용하여 엔진을 목표속도까지 속도제어한다.
이와 동시에, 상기 엔진 토크를 이용하여 제1모터(MG1)에서 발전을 실시하고, 발전된 출력을 제2모터(MG2)에서 차량 구동을 위해 사용하도록 한다.
이와 같이, 기존에 엔진 속도제어가 끝날때까지 HDC의 최대출력인 53kW 만큼만 차량을 구동할 수 있었던 것에 비하여, 제1모터(MG1)의 토크를 (-) 또는 (+) 여부에 따라 서로 다른 토크 기울기로 제어하여 제1모터의 발전량이 제2모터(MG2)에서 차량 구동을 위해 사용되도록 함으로써, EV 주행모드가 HEV 주행모드로 전환될 때 엔진 시동 전까지 제2모터(MG2)의 출력은 운전자 요구출력을 만족시킬 수 있고, 결국 차량은 HDC의 출력 제한치인 53kW가 넘는 구동력을 이용하여 주행하게 되므로, 차량의 가속도 변화가 최소화될 수 있다.
10 : 고전압 배터리
12 : HDC
14 : 모터제어기
18 : 엔진
MG1 : 제1모터
MG2 : 제2모터

Claims (6)

  1. ⅰ) EV 주행모드에서 HEV 주행모드로 변환이 필요할 때, HDC의 출력 전압을 승압하는 단계;
    ⅱ) 상기 HDC(High side DC/DC Convertor)의 출력 전압을 승압시킴과 함께 제1모터(MG1)의 (-) 토크를 제로(0) 수준까지 최대한 빠르게 상승시키는 토크 제어 단계;
    ⅲ) 상기 제1모터(MG1)의 토크가 제로(0)보다 큰지 여부를 판단하는 단계;
    ⅳ) 상기 제1모터(MG1)의 토크가 제로(0)보다 커지면, 제1모터(MG1)의 토크를 엔진 시동에 따른 쇽을 방지하기 위한 수준으로 제어하는 단계; 및
    ⅴ) 상기 제1모터의 토크에 의한 엔진속도가 연료분사를 통해 엔진 시동이 가능한 속도가 되면, 연료분사에 의한 엔진 시동이 이루어지는 단계;
    를 포함하고,
    상기 ⅳ) 단계에서 제1모터(MG1)에 대한 토크 제어시 엔진 시동에 따른 쇽을 방지하기 위해서 최대한 완만한 제2토크 기울기가 적용되되,
    상기 제2토크 기울기로 제어되는 제1모터(MG1)의 토크가 (+)가 되고, RPM이 (-)이면, 제1모터(MG1)는 발전을 하고 이 발전량 만큼을 제2모터(MG2)로 공급되어 제2모터(MG2)의 출력이 증가되는 것을 특징으로 하는 친환경 차량의 주행 제어 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 HDC의 출력 전압을 승압하는 단계는 HDC의 현재 출력이 HDC의 승압 동작에 따른 HDC의 최대출력보다 크면 이루어지는 것을 특징으로 하는 친환경 차량의 주행 제어 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 ⅱ) 단계에서 제1모터(MG1)에 대한 토크 제어시, 제1모터(MG1)의 (-) 토크를 제로(0) 수준까지 최대한 빠르게 상승시킬 수 있는 제1토크 기울기가 적용되는 것을 특징으로 하는 친환경 차량의 주행 제어 방법.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 엔진 시동후, 엔진 토크를 이용하여 제1모터(MG1)에서 발전을 실시하고, 발전된 출력을 제2모터(MG2)에서 차량 구동을 위해 사용하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 차량의 주행 제어 방법.
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