KR102358852B1 - Cvvd 엔진 마일드 하이브리드 차량의 회생 제동 제어 방법 및 장치 - Google Patents

Cvvd 엔진 마일드 하이브리드 차량의 회생 제동 제어 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

CVVD 엔진 마일드 하이브리드 차량의 회생 제동 제어 방법 및 장치가 개시된다. 본 발명에 따른 CVVD 엔진 마일드 하이브리드 차량의 회생 제동 제어 방법은, 차량의 현재 상태가 코스팅(Coasting) 회생 제동 요건을 충족하는지 판단하고, 현재 차량의 상태가 코스팅 회생 제동 요건을 충족하면, 코스팅 회생 제동 모드에 진입하여 회생 제동을 수행하되, 코스팅 회생 제동 모드에 진입하면, 엔진 흡입 공기량이 최대가 되도록 스로틀 밸브(Throttle valve)를 완전 개방하고, CVVD 목표 듀레이션(Target Duration)을 최대값으로 제어하여 흡기밸브의 닫힘 시기를 압축행정 개시 점 이후로 지각(LIVC, Late Intake Valve Closure)시킴으로써 엔진 펌핑손실(Pump loss)를 감소시키는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 따르면, 코스팅(Coasting) 상황에서의 CVVD 제어를 통해 엔진의 펌핑손실(Pump loss)가 감소되면, 차량의 감속도에 영향을 주지 않고 펌핑손실이 감소된 만큼 모터(BDM, Belt Driven Motor)의 발전 토크가 증대되므로, 별도의 기계장치 추가 없이 모터 발전에 의하여 회수되는 에너지량을 증대시킬 수 있다.

Description

CVVD 엔진 마일드 하이브리드 차량의 회생 제동 제어 방법 및 장치{Coasting regeneration control method and device of CVVD engine with MHEV}
본 발명은 마일드 하이브리드 차량의 회생 제동 제어 방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 CVVD(Continuously Variable Valve Duration) 엔진이 적용된 마일드 하이브리드 차량의 회생 제동 제어 방법 및 장치에 관한 것이다.
대기 환경 개선을 위해 차량의 배기가스 규제(Exhaust gas regulation)를 날로 강화하는 추세에 있다. 그러나 가솔린 엔진을 기반으로 하는 기존의 파워 트레인으로는 강화된 배기가스 규제를 충족시키는데 한계가 있다. 이에 날로 강화되는 배기가스 규제를 충족시키기 위한 새로운 파워 트레인 시스템에 대한 연구 및 개발이 활발히 진행되고 있다.
날로 강화되고 있는 배기가스 배출 기준을 충족시키기 위한 여러 기술 중 하나가 벨트 구동 모터(Belt driven motor, 이하 'BDM'이라 함)가 엔진 출력을 보조할 수 있도록 구성된 마일드 하이브리드(Mild Hybrid Electric Vehicle, 이하, 'MHEV'라 함) 시스템이다. BDM이 장착된 MHEV 시스템은 풀 하이브리드 시스템과 달리 비용 측면에서 이점이 있다.
이는 기존 내연기관 엔진의 알터네이터(발전기)를 BDM으로 대체한 것만으로 시스템의 큰 변화 없이 하이브리드 시스템을 구현할 수 있고 파워 트레인의 연료 효율을 높일 수 있기 때문이다.
그러나 이러한 MHEV 시스템은 벨트를 통해 모터(BDM)가 엔진 크랭크 축에 상시 연결되어 있기 때문에, 회생 제동 시 엔진이 오히려 저항체(엔진의 마찰저항과 부하 등)로 작용하는 문제가 있으며, 이 때문에 다른 하이브리드 차량에 비해 회생제동 효율이 떨어진다는 단점이 있다.
일반적인 하이브리드 시스템은 회생제동 시 모터가 엔진과 분리되어 모터 단독으로 발전 제어를 통해 회생제동을 수행한다. 이때 엔진은 정지 상태에 있기 때문에 주행에 어떠한 영향도 주지 않는다. 반면, MHEV는 BDM이 엔진 크랭크 축에 연결되어 있기 때문에, 회생제동 시 엔진의 마찰토크와 부하가 동시에 작용하여 회생제동 효율을 올리는데 한계가 있다.
더욱이 코스팅 회생 제동(Coasting regeneration, 가속페달과 브레이크 페달을 모두 밟지 않은 상태로 타력 주행을 하면서 모터 발전 수행) 상황에서는, BDM에 의한 발전토크와 엔진의 드래그 토크가 동시에 동력축에 가해지기 때문에, BDM의 발전토크를 크게 할 경우 운전자는 일반 내연기관 차량 대비 상대적으로 큰 감속도에 의한 주행 이질감을 느끼게 된다.
또한, 유럽의 UN ECE(, 유럽경제위원회) 규정이나 대한민국의 자동차 관리법에서는 차량의 감속도가 1.3m/s2 이상 발생할 경우 제동등을 점등하도록 규정하고 있기 때문에, 회생 제동 상황에서 BDM의 발전량을 늘리는데 한계가 있으며, 결국 코스팅 회생 제동 상황에서 에너지 회수율이 낮을 수 밖에 없다는 시스템 상의 문제가 있다.
한국공개특허 제2019-0062975호(공개일 2019.06.07)
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 코스팅 회생 제동(Coasting regeneration) 시 엔진 드래그 토크가 차량의 감속도에 미치는 영향을 줄이고, 이를 통해 별도의 기계장치 추가 없이도 모터 발전에 의하여 회수되는 에너지량을 증대시킬 수 있는 CVVD 엔진 마일드 하이브리드 차량의 회생 제동 제어 방법 및 장치를 제공하고자 하는 것이다.
과제의 해결 수단으로서 본 발명의 일 측면에 따르면,
CVVD(Continuously Variable Valve Duration) 엔진이 적용된 마일드 하이브리드 차량의 회생 제동을 제어하는 방법으로서,
(a) 차량의 현재 상태가 코스팅(Coasting) 회생 제동 요건을 충족하는지 판단하는 단계; 및
(b) 현재 차량의 상태가 코스팅 회생 제동 요건을 충족하면, 코스팅 회생 제동 모드에 진입하여 회생 제동을 수행하는 단계;를 포함하되,
상기 코스팅 회생 제동 모드에 진입하면,
엔진 흡입 공기량이 최대가 되도록 스로틀 밸브(Throttle valve)를 완전 개방하고, CVVD 목표 듀레이션(Target Duration)을 최대값으로 제어해 모터(BDM, Belt Driven Motor)의 발전 토크를 증대시키는 CVVD 엔진 마일드 하이브리드 차량의 회생 제동 제어 방법을 제공한다.
여기서, 상기 (a) 단계에서는 현재 차량의 상태가 오버런(Over-run) 상태이면 상기 코스팅 회생 제동 요건을 충족하는 것으로 판단할 수 있다.
바람직하게는, APS(Accelerator Position Sensor) 및 BPS(Brake Position Sensor)가 제로(0)이고, 차속(Vehicle Speed)과 엔진 회전수(RPM)가 대응되는 설정 차속과 설정 회전수 이상이면, 현재 차량의 상태가 오버런(Over-run) 상태인 것으로 판단할 수 있다.
더욱 바람직하게는, 상기 오버런(Over run) 상태에는 변속레버가 D단에 위치하는 요건을 더 포함할 수 있다.
또한 상기 (b) 단계에서는, 배기밸브와 흡기밸브가 동시에 열려 있는 밸브 오버랩(Valve overlap)은 제어 가능한 범위 내에서 최대가 되도록 제어하고, 흡기밸브의 닫힘 시기는 압축행정 개시 점 이후로 지각(LIVC, Late Intake Valve Closure)시켜 엔진 펌핑손실(Pump loss)를 감소시킴으로써 상기 모터(BDM, Belt Driven Motor)의 발전 토크를 증대시킬 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 CVVD 엔진 마일드 하이브리드 차량의 회생 제동 제어 방법은 또한,
(c) 코스팅 회생 제동 모드로 주행 중 코스팅 회생 제동 요건의 충족 여부를 지속적으로 모니터링 하는 단계; 및
(d) 모니터링 결과 코스팅 회생 제동 요건인 오버런(Over-run) 상태가 해제되면, 상기 코스팅 회생 제동 모드를 종료하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
과제의 해결 수단으로서 본 발명의 다른 측면에 따르면,
CVVD(Continuously Variable Valve Duration) 엔진이 적용된 마일드 하이브리드 차량의 회생 제동을 제어하는 장치로서,
코스팅 회생 제동 모드 진입 여부 판단에 있어 필요한 정보를 실시간 검출하는 데이터 검출부;
상기 데이터 검출부로부터 제공된 정보를 분석하여 코스팅 회생 제동 모드 진입을 결정하는 ECU; 및
상기 ECU 통제에 따라 코스팅 회생 제동 모드에서 밸브 듀레이션을 제어하는 CVVD 제어부;를 포함하며,
상기 데이터 검출부로부터 제공된 정보 분석 결과, 현재 차량의 상태가 코스팅 회생 제동 요건에 충족되면, 상기 ECU 통제로 코스팅 회생 제동 모드에 진입하되,
상기 코스팅 회생 제동 모드에서는 상기 ECU 통제로 엔진 흡입 공기량이 최대가 되도록 스로틀 밸브(Throttle valve)가 완전 개방되고, CVVD 제어부가 CVVD 목표 듀레이션(Target Duration)을 최대값으로 제어해 모터(BDM, Belt Driven Motor)의 발전 토크를 증대시키는 CVVD 엔진 마일드 하이브리드 차량의 회생 제동 제어 장치를 제공한다.
여기서, 상기 데이터 검출부가 검출하는 코스팅 회생 제동 모드 진입에 필요한 정보는, APS(Accelerator Position Sensor) 정보, BPS(Brake Position Sensor) 정보, 차속(Vehicle Speed) 및 엔진 회전수(RPM) 정보, 변속단 정보 중 일부 또는 전부를 포함할 수 있다.
바람직하게는, APS(Accelerator Position Sensor) 및 BPS(Brake Position Sensor)가 제로(0)이고, 차속(Vehicle Speed)과 엔진 회전수(RPM)가 대응되는 설정 차속과 설정 회전수 이상인 오버런(Over-run) 상태이면, 상기 ECU는 현재 차량의 상태가 상기 코스팅 회생 제동 요건을 충족하는 것으로 판단할 수 있다.
또한, 코스팅 회생 제동 모드에 진입했을 때 상기 CVVD 제어부는, 배기밸브와 흡기밸브가 동시에 열려 있는 밸브 오버랩(Valve overlap)은 제어 가능한 범위 내에서 최대가 되도록 제어하고, 흡기밸브의 닫힘 시기는 압축행정 개시 점 이후로 지각(LIVC, Late Intake Valve Closure)시켜 엔진 펌핑손실(Pump loss)를 감소시킴으로써 상기 모터(BDM, Belt Driven Motor)의 발전 토크를 증대시킬 수 있다.
또한, 상기 ECU는 CVVD 제어부를 통해 CVVD 목표 듀레이션(Target Duration)을 최대값으로 제어하는 중에 상기 데이터 검출부가 실시간 제공하는 정보를 바탕으로 코스팅 회생 제동 요건의 충족 여부를 지속적으로 모니터링 하고, 모니터링 결과 코스팅 회생 제동 요건인 오버런(Over-run) 상태가 해제되면, 상기 ECU 통제로 CVVD 제어부는 흡기밸브의 밸브 듀레이션을 현재 차량의 운전 상태에 따라 맵핑 데이터가 출력하는 목표값에 추종시키는 제어를 수행할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 CVVD 엔진 마일드 하이브리드 차량의 회생 제동 제어 방법 및 장치에 의하면, 코스팅 회생 제동(Coasting regeneration) 시 밸브 듀레이션 제어를 통해 펌핑손실(Pumping loss)을 줄임으로써 엔진의 드래그 토크를 감소시킬 수 있으며, 감소된 드래그 토크만큼 BDM의 발전량을 늘릴 수 있어 연비 이득을 취할 수 있다.
즉 본 발명은 코스팅 회생 제동 상황에서 밸브 듀레이션(Valve Duration) 제어를 통해 펌핑손실(Pumping loss)을 저감시킴으로써 회생 제동 시 엔진 드래그 토크가 차량의 감속도에 미치는 영향을 줄이면서도, 별도의 기계장치 추가 없이 모터 발전에 의하여 회수되는 에너지량을 증대시킬 수 있다. 즉 별도의 기계장치 추가 없이도 차량의 연비를 크게 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 CVVD 엔진 마일드 하이브리드 차량의 회생 제동 제어 장치의 개략 구성도.
도 2는 코스팅 회생 제동 모드 진입 시 흡기밸브의 변화를 나타낸 그래프.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 CVVD 엔진 마일드 하이브리드 차량의 회생 제동 제어 방법을 나타내는 흐름도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
본 발명을 설명함에 있어 이하 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
또한, 본 명세서에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
더하여, 명세서에 기재된 "…부", "…유닛", "…모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일한 구성 요소에 대해서는 동일도면 참조부호를 부여하기로 하며 동일 구성에 대한 중복된 설명은 생략하기로 한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 CVVD 엔진 마일드 하이브리드 차량의 회생 제동 제어 장치의 개략 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 회생 제동 제어 장치는, CVVD 시스템 및 엔진과 동력을 주고 받을 수 있도록 상기 엔진의 출력축에 밸트로 연결된 모터(Belt Driven Motor, 이하 'BDM'이라 한다)를 포함하는 CVVD 엔진 마일드 하이브리드 차량에 적용되는 것으로, 데이터 검출부(10)와 ECU(20), 그리고 CVVD 제어부(30)를 포함한다.
데이터 검출부(10)는 코스팅 회생 제동 모드 진입 여부를 판단함에 있어 필요한 정보를 실시간 검출한다. 데이터 검출부(10)가 검출하는 코스팅 회생 제동 모드 진입 여부를 판단함에 있어 필요한 정보는, APS(Accelerator Position Sensor) 정보, BPS(Brake Position Sensor) 정보, 차속(Vehicle Speed) 및 엔진 회전수(RPM) 정보, 변속단 정보 중 일부 또는 전부를 포함할 수 있다.
데이터 검출부(10)를 통해 검출된 정보는 상기 ECU(20)에 제공되며, ECU(20)는 데이터 검출부(10)로부터 제공 받은 정보를 분석한다. 구체적으로는, 데이터 검출부(10)가 제공하는 정보를 분석하여 코스팅 회생 제동 모드 진입을 결정하되, 데이터 검출부(10)가 보내온 정보로부터 파악되는 차량 현재 상태가 오버런(Over-run) 상태이면 코스팅 회생 제동 모드 진입을 결정한다.
오버런(Over-run)은 가속 페달 및 브레이크 조작이 없는 상황에서 차량의 주행 관성만으로 차량이 주행하는 상황(차량 바퀴가 엔진을 구동시키는 상황)을 가리킨다. 좀 더 구체적으로, 오버런(Over-run)은 APS 및 BPS 출력이 제로(0)이고, 차속(Vehicle Speed)과 엔진 회전수(RPM)가 대응되는 설정 차속과 설정 회전수 이상인 타력 주행(Coasting Drive) 상황일 수 있다.
경우에 따라, 오버런(Over run) 상태에는 변속레버가 D단에 위치하는 요건도 포함될 수 있으나, 코스팅 회생 제동 모드 진입을 위한 판단 조건이 위에 열거된 조건에 국한되는 것은 아니다. 차량 사양에 따라서는 위에 열거된 조건에 더하여 새로운 조건이 더 부가되거나, 경우에 따라서는 위에 열거된 조건 중 일부가 배제될 수 있기 때문이다.
CVVD 제어부(30)는 상기 ECU(20) 통제에 따라 밸브 듀레이션을 제어한다. CVVD 제어부(30)는 ECU(20) 통제에 따라 밸브 듀레이션 조절에 적절한 회전력을 발생시켜 출력하는 구동 모터와, 구동 모터의 구동에 따라 캠 샤프트의 회전 중심을 가변 시키도록 작동되는 가변 제어기로 구성될 수 있다. 이와 같은 CVVD 제어부(30)는 공지된 구성이므로 자세한 구성 설명은 생략한다.
참고로, CVVD(Continuous Variable Valve Duration)는 흡기밸브가 열려 있는 시간(Duration)을 자유롭게 조절하여 엔진의 종합적인 성능을 높여주는 기술이다. 다시 말해 CVVD는 밸브가 열려 있는 시간을 엔진의 동작 상태에 따라 가변시키는 기술로서, 캠 샤프트의 회전 중심이 이동된 때의 캠이 밸브를 누르는 속도 차이를 이용하여 밸브가 열려 있는 시간을 조절한다.
ECU(20)는 앞서 언급한 바와 같이, 데이터 검출부(10)가 제공하는 검출 정보를 토대로 코스팅 회생 제동 모드 진입을 결정한다. 바람직하게는, 차량 상태가 앞서 설명한 오버런 상태이면 코스팅 회생 제동 요건을 충족하는 것으로 판단함으로써 코스팅 회생 제동 모드 진입을 결정하고 코스팅 회생 제동을 위한 일련의 제어를 실행한다.
코스팅 회생 제동 모드에서 ECU에 의해 행해지는 일련의 제어는 BDM의 발전 토크를 증대시키기 위한 제어로서, 엔진 스로틀 밸브 제어와 CVVD 제어부를 통한 밸브 듀레이션 제어가 포함된다. 이를 위해 코스팅 회생 제동 모드 진입과 동시에 ECU는 엔진 스로틀 밸브와 CVVD 제어부 각각에, 회생 제동 과정에서 BDM의 발전 토크를 증대시키는 방향으로 전환되도록 제어 신호를 보낸다.
좀 더 구체적으로, 코스팅 회생 제동 모드 진입과 동시에 ECU는 엔진 흡입 공기량이 최대가 되도록 스로틀 밸브(Throttle valve)를 완전 개방시킨다. 또한 CVVD 제어부를 구성하는 상기 가변 제어기(부호 생략)에 CVVD 목표 듀레이션(Target Duration)을 허용 듀레이션 범위 내에서 최대값이 되도록 제어하기 위한 명령을 출력한다.
이를 위해 ECU(20)는 설정된 프로그램에 의하여 동작하는 하나 이상의 프로세서를 탑재할 수 있다. 좀 더 구체적으로는, 후술하게 될 본 발명의 실시 예에 따른 CVVD 엔진 마일드 하이브리드 차량의 회생 제동 방법의 각 단계를 수행하도록 프로그래밍 된 프로그램에 의해 동작하는 하나 이상의 프로세서를 탑재할 수 있다.
CVVD 제어부(30)는 코스팅 회생 제동 모드 진입 시 ECU(20)의 지령에 따라 흡기밸브의 닫힘 시기를 압축행정 개시 점 이후로 지각(LIVC, Late Intake Valve Closure)시킨다. 또한 배기밸브와 흡기밸브가 동시에 열려 있는 밸브 오버랩(Valve overlap)은 제어 가능한 범위 내에서 최대가 되도록 제어한다(도 2의 ①번 커브와 같은 형태로 제어).
이에 대해서는 도 2를 참조하여 살펴본다.
도 2는 코스팅 회생 제어 모드 진입 시 흡기밸브의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 코스팅 회생 제어 모드 진입과 동시에 ECU(20) 지령에 따라 CVVD 제어부(30)는, 배기밸브와 흡기밸브가 동시에 열려 있는 밸브 오버랩(Valve overlap, 타원으로 표시된 영역)은 제어 가능한 범위 내에서 최대가 되도록 제어한다(①번 커브 참조). 동시에 흡기밸브의 닫힘 시기를 압축행정 개시 점(통상은 BDC에 해당) 이후로 지각시킨다.
참고로, 밸브 오버랩(Valve overlap)은 배기밸브와 흡기밸브가 동시에 열려 있는 상태를 말하는 것으로, 이와 같은 밸브 오버랩에 의하면 엔진이 고속으로 회전하는 영역에서 흡/배기 효율을 향상되므로 엔진 부조가 방지될 수 있다. 즉 밸브 오버랩에 의해 엔진은 고속 회전 영역에서 무리 없이 동작하여 고출력을 낼 수 있다.
흡기밸브 닫힘 시기가 도 2와 같이 압축행정 개시 점 이후로 지각되면, 흡입행정에서 연소실로 유입된 흡입 공기의 일부가 압축행정에서 다시 연소실 밖으로 강제 배출되기 때문에 약간의 출력 저하는 불가피 하지만, 유효 압축 시작점이 그만큼 늦어져 압축비 대비 팽창비가 커져 연소 열이 더 많은 일을 하며, 압축행정에서의 음의 일이 줄어 펌핑손실(Pumping loss)이 감소한다.
코스팅 회생 제동(Coasting regeneration, 가속페달과 브레이크 페달을 모두 밟지 않은 상태로 타력 주행 상황에서의 BDM 발전) 상황에서의 동력축에 인가되는 제동 토크는 BDM의 발전 토크와 엔진 드래그 토크(Drag Torque)의 합이 된다. 때문에 엔진의 드래그 토크를 감소시키면, 그 감소시킨 토크만큼 BDM의 발전 토크를 늘려도 차량의 감속도는 동일하게 유지될 수 있다.
엔진의 드래그 토크는 엔진의 마찰토크와 펌핑손실(Pumping loss)로 이루어진다. 여기서 펌핑손실은 엔진의 흡기 매니폴드에 형성되는 부압에 의한 압력 손실로서, 전술한 바와 같은 흡기밸브의 듀레이션(배기밸브와 흡기밸브가 동시에 열려 있는 기간과 흡기밸브가 열림량을 증대시킴) 제어로서 그 손실을 감소시킬 수 있다.
배기밸브와 흡기밸브가 동시에 열려 있는 기간과 흡기밸브 열림량이 증대되면, 실린더 내부에 공기가 유입되는 공기량이 많아져 실린더 내부 압력이 상승하고 흡기 매니폴드와 배기 매니폴드 사이의 압력차가 줄어 들어 펌핑손실이 감소하게 된다. 결과적으로 엔진 드래그 토크(엔진에 작용하는 부하)를 적극적으로 감소시킬 수 있게 된다.
본 발명은 이처럼 CVVD 제어를 통해 엔진 드래그 토크를 제어할 수 있다는 점에 착안한 것으로, 코스팅 회생 제동(Coasting regeneration) 모드에 진입하면, ECU(20)로 CVVD 제어부(30)를 통제하여 흡기밸브를 Long duration 방향으로 제어하고, 이를 통해 펌핑손실(Pumping loss)을 줄여 엔진의 드래그 토크를 감소시킴으로써 BDM의 발전량을 늘리고자 한 것이다.
이처럼 흡기밸브를 Long duration 방향으로 제어하여 실린더 내부에 유입되는 공기량을 증대시킬 경우, 엔진 스로틀 밸브(Throttle valve)가 조금이라도 닫혀 있으면 흡입 공기의 유동이 원활하지 못해 밸브 듀레이션 제어에 영향을 줄 수 있다. 이에 흡입 공기가 밸브 듀레이션 제어에 영향을 미치지 않도록 코스팅 회생 제동 모드 진입과 동시에 스로틀 밸브를 완전 개방시키는 것이다.
참고로, 도 2에서 ①번 커브가 본 발명이 제안하는 코스팅 회생 제동 모드진입 시 흡기밸브의 변화를 예시한 커브이며, 나머지 커브(흡기밸브 측 커브)는 차량의 운전 상태에 따라 나타날 수 있는 여러 형태의 흡기밸브 변화를 예시한 커브이다. 이때 각 커브의 시작점과 끝점 사이의 폭(도면상 좌우 폭)이 클수록 밸브가 열려있는 시간이 길어짐을 의미한다.
한편, ECU(20)는 CVVD 제어부(30)를 통해 CVVD 목표 듀레이션을 최대값으로 제어(흡기밸브를 Long duration 방향으로 제어)하는 중에도 상기 데이터 검출부(10)가 실시간 제공하는 정보를 바탕으로 코스팅 회생 제동 요건의 충족 여부를 지속적으로 모니터링 하며, 그 결과 코스팅 회생 제동 요건인 오버런(Over-run) 상태가 해제된 것으로 판단되면, CVVD를 정상 제어 모드로 전환시킨다.
예를 들어, 코스팅 회생 제동 모드(스로틀 밸브 완전 개방 및 CVVD 목표 듀레이션의 최대값 제어)로 주행 중 가속페달 조작이 검출되거나 브레이크 조작이 검출되면(APS≠0 이거나 BPS≠0인 경우), ECU는 CVVD 제어부에 지령을 내려 흡기밸브의 밸브 듀레이션을 현재 차량의 운전 상태에 따라 맵핑 데이터가 출력하는 목표값에 추종시키는 정상적인 CVVD 제어 모드로 전환시킨다.
이와는 달리, 코스팅 회생 제동 요건인 오버런(Over-run) 상태가 여전히 지속되는 것으로 판단되면, CVVD 목표 듀레이션을 최대값으로 제어하여 펌핑손실(Pumping loss)을 줄임으로써 BDM의 발전량을 늘리는 코스팅 회생 제동 모드를 계속해서 유지시킨다.
이하, 도 3을 참조하여 전술한 본 발명의 실시 예에 따른 CVVD 엔진 마일드 하이브리드 차량의 회생 제동 제어 장치에 의해 수행되는 회생 제동 제어 방법에 대해 살펴보기로 한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 CVVD 엔진 마일드 하이브리드 차량의 회생 제동 제어 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 CVVD 엔진 마일드 하이브리드 차량의 회생 제동 제어 방법은 크게, 차량의 현재 상태가 코스팅(Coasting) 회생 제동 요건을 충족하는지 판단하는 단계(S100)와, 현재 차량의 상태가 코스팅 회생 제동 요건을 충족하는 경우 코스팅 회생 제동 모드에 진입하여 회생 제동을 수행하는 단계(S200)로 구성될 수 있다.
S100 단계에서는 현재 차량의 상태가 오버런(Over-run) 상태이면 상기 코스팅 회생 제동 요건을 충족하는 것으로 판단할 수 있다. 여기서 오버런(Over-run) 상태라 함은 APS(Accelerator Position Sensor) 및 BPS(Brake Position Sensor)가 제로(0)이고, 차속(Vehicle Speed)과 엔진 회전수(RPM)가 대응되는 설정 차속과 설정 회전수 이상인 상태를 의미한다.
경우에 따라, 상기 오버런(Over run) 상태에는 변속레버가 D단에 위치하는 요건도 포함될 수 있으나, 코스팅 회생 제동 모드 진입을 위한 판단 조건이 위에 열거된 조건에 국한되는 것은 아니다. 차량 사양에 따라서는 위에 열거된 조건에 더하여 새로운 조건이 더 부가되거나, 경우에 따라서는 위에 열거된 조건 중 일부가 배제될 수 있기 때문이다.
S200 단계에서 현재 차량의 상태가 코스팅 회생 제동 요건을 충족해 코스팅 회생 제동 모드에 진입하면, 엔진 흡입 공기량이 최대가 되도록 스로틀 밸브(Throttle valve)를 완전히 개방하는 동시에, CVVD 목표 듀레이션(Target Duration)을 최대값으로 제어해 모터(BDM, Belt Driven Motor)의 발전 토크를 증대시키는 제어가 행해진다.
여기서 CVVD 목표 듀레이션(Target Duration)을 최대값으로 제어한다는 것은, 배기밸브와 흡기밸브가 동시에 열려 있는 밸브 오버랩(Valve overlap)은 제어 가능한 범위 내에서 최대가 되도록 제어하고, 흡기밸브의 닫힘 시기는 압축행정 개시 점 이후로 지각(LIVC, Late Intake Valve Closure)시킴으로써 엔진 펌핑손실(Pump loss)를 감소시키는 것을 의미한다.
앞서도 언급했듯이, 코스팅 회생 제동(Coasting regeneration, 가속페달과 브레이크 페달을 모두 밟지 않은 상태로 타력 주행 상황에서의 BDM 발전) 상황에서의 동력축에 인가되는 제동 토크는 BDM의 발전 토크와 엔진 드래그 토크의 합이 된다. 때문에 엔진의 드래그 토크를 감소시키면, 그 감소시킨 토크만큼 BDM의 발전 토크를 늘려도 차량의 감속도는 동일하게 유지될 수 있다.
엔진의 드래그 토크는 다시, 엔진의 마찰토크와 펌핑손실(Pumping loss)로 이루어진다. 여기서 펌핑손실은 엔진의 흡기 매니폴드에 형성되는 부압에 의한 압력 손실로서, 전술한 바와 같은 흡기밸브의 듀레이션(배기밸브와 흡기밸브가 동시에 열려 있는 기간과 흡기밸브가 열림량을 증대시킴) 제어로서 그 손실을 감소시킬 수 있다.
배기밸브와 흡기밸브가 동시에 열려 있는 기간과 흡기밸브 열림량이 증대되면, 실린더 내부에 공기가 유입되는 공기량이 많아져 실린더 내부 압력이 상승하고 흡기 매니폴드와 배기 매니폴드 사이의 압력차가 줄어 들어 펌핑손실이 감소하게 되는 것이며, 결과적으로 엔진 드래그 토크(엔진에 작용하는 부하)를 적극적으로 감소시킬 수 있게 된다.
이처럼 CVVD 제어를 통해 엔진 드래그 토크를 제어할 수 있다는 점에 착안하여, 본 발명은 코스팅 회생 제동(Coasting regeneration) 모드에 진입하면, ECU로 CVVD 제어부를 통제하여 흡기밸브를 Long duration 방향으로 제어하고, 이를 통해 펌핑손실(Pumping loss)을 줄여 엔진의 드래그 토크를 감소시킴으로써 BDM의 발전량을 늘리는 것이다.
흡기밸브를 Long duration 방향으로 제어하여 실린더 내부에 유입되는 공기량을 증대시킬 경우, 엔진 스로틀 밸브(Throttle valve)가 조금이라도 닫혀 있으면 흡입 공기의 유동이 원활하지 못해 밸브 듀레이션 제어에 영향을 줄 수 있다. 이에 흡입 공기가 밸브 듀레이션 제어에 영향을 미치지 않도록 코스팅 회생 제동 모드 진입과 동시에 스로틀 밸브를 완전 개방시키는 것이다.
한편, 본 발명의 제어 방법은 코스팅 회생 제동 모드로 주행 중 코스팅 회생 제동 요건의 충족 여부를 지속적으로 모니터링 한다(S300). 모니터링 결과 코스팅 회생 제동 요건인 오버런(Over-run) 상태가 해제된 것으로 판단되면, 상기 코스팅 회생 제동 모드를 종료하고 CVVD 제어 모드를 정상 제어 모드로 전환시킨다(S400).
예를 들어, 코스팅 회생 제동 모드(스로틀 밸브 완전 개방 및 CVVD 목표 듀레이션의 최대값 제어)로 주행 중 가속페달 조작이 검출되거나 브레이크 조작이 검출되면(APS≠0 이거나 BPS≠0인 경우), 흡기밸브의 밸브 듀레이션을 현재 차량의 운전 상태에 따라 맵핑 데이터가 출력하는 목표값에 추종시키는 정상적인 CVVD 제어 모드로 전환시킨다.
이와는 달리, 코스팅 회생 제동 요건인 오버런(Over-run) 상태가 여전히 지속되는 것으로 판단되면, CVVD 목표 듀레이션을 최대값으로 제어하여 펌핑손실(Pumping loss)을 줄임으로써 BDM의 발전량을 늘리는 코스팅 회생 제동 모드를 계속해서 유지시킨다.
일반적으로 MHEV(Mild Hybrid Electric Vehicle) 시스템은 모터가 벨트를 통해 엔진 크랭크축에 연결되어 있어서 코스팅 회생 제동 시 모터의 동력축이 엔진과 분리될 수 없다. 때문에 모터에 의한 발전토크와 엔진의 드래그 토크가 동시에 동력축에 가해져, 모터의 발전토크를 크게 할 경우 그만큼 감속 폭이 커져 운전자는 이질감을 느낄 수 있다.
이와 같은 이유에서 종래 MHEV(Mild Hybrid Electric Vehicle) 시스템에서는 코스팅 회생 제동 시 모터 발전량이 제한적일 수 밖에 없었으나, 본 발명은 코스팅 회생 제동(Coasting regeneration) 시 밸브 듀레이션 제어를 통해 펌핑손실(Pumping loss)을 줄임으로써 엔진의 드래그 토크를 감소시킬 수 있으며, 감소된 드래그 토크만큼 BDM의 발전량을 늘릴 수 있어 연비 이득을 취할 수 있다.
즉 본 발명은 코스팅 회생 제동 상황에서 밸브 듀레이션(Valve Duration) 제어를 통해 펌핑손실(Pumping loss)을 저감시킴으로써 회생 제동 시 엔진 드래그 토크가 차량의 감속도에 미치는 영향을 줄이면서도, 별도의 기계장치 추가 없이 모터 발전에 의하여 회수되는 에너지량을 증대시킬 수 있다. 즉 별도의 기계장치 추가 없이도 차량의 연비를 크게 향상시킬 수 있다.
이상의 본 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시 예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
10 : 데이터 검출부
20 : ECU
30 : CVVD 제어부

Claims (11)

  1. CVVD(Continuously Variable Valve Duration) 엔진이 적용된 마일드 하이브리드 차량의 회생 제동을 제어하는 방법으로서,
    (a) 차량의 현재 상태가 코스팅(Coasting) 회생 제동 요건을 충족하는지 판단하는 단계; 및
    (b) 현재 차량의 상태가 코스팅 회생 제동 요건을 충족하면, 코스팅 회생 제동 모드에 진입하여 회생 제동을 수행하는 단계;를 포함하되,
    상기 코스팅 회생 제동 모드에 진입하면,
    엔진 흡입 공기량이 최대가 되도록 스로틀 밸브(Throttle valve)를 완전 개방하고, 흡기밸브에 대한 CVVD 목표 듀레이션(Target Duration)을 최대값으로 제어해 모터(BDM, Belt Driven Motor)의 발전 토크를 증대시키는 CVVD 엔진 마일드 하이브리드 차량의 회생 제동 제어 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    현재 차량의 상태가 오버런(Over-run) 상태이면 상기 코스팅 회생 제동 요건을 충족하는 것으로 판단하는 CVVD 엔진 마일드 하이브리드 차량의 회생 제동 제어 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    APS(Accelerator Position Sensor) 및 BPS(Brake Position Sensor)가 제로(0)이고, 차속(Vehicle Speed)과 엔진 회전수(RPM)가 대응되는 설정 차속과 설정 회전수 이상이면, 현재 차량의 상태가 오버런(Over-run) 상태인 것으로 판단하는 CVVD 엔진 마일드 하이브리드 차량의 회생 제동 제어 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 오버런(Over run) 상태에는 변속레버가 D단에 위치하는 요건을 더 포함하는 CVVD 엔진 마일드 하이브리드 차량의 회생 제동 제어 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 (b) 단계에서는,
    배기밸브와 흡기밸브가 동시에 열려 있는 밸브 오버랩(Valve overlap)은 제어 가능한 범위 내에서 최대가 되도록 제어하고, 흡기밸브의 닫힘 시기는 압축행정 개시 점 이후로 지각(LIVC, Late Intake Valve Closure)시켜 엔진 펌핑손실(Pump loss)를 감소시킴으로써 모터(BDM, Belt Driven Motor)의 발전 토크를 증대시키는 CVVD 엔진 마일드 하이브리드 차량의 회생 제동 제어 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    (c) 코스팅 회생 제동 모드로 주행 중 코스팅 회생 제동 요건의 충족 여부를 지속적으로 모니터링 하는 단계; 및
    (d) 모니터링 결과 코스팅 회생 제동 요건인 오버런(Over-run) 상태가 해제되면, 상기 코스팅 회생 제동 모드를 종료하는 단계;를 더 포함하는 CVVD 엔진 마일드 하이브리드 차량의 회생 제동 제어 방법.
  7. CVVD(Continuously Variable Valve Duration) 엔진이 적용된 마일드 하이브리드 차량의 회생 제동을 제어하는 장치로서,
    코스팅 회생 제동 모드 진입 여부 판단에 있어 필요한 정보를 실시간 검출하는 데이터 검출부;
    상기 데이터 검출부로부터 제공된 정보를 분석하여 코스팅 회생 제동 모드 진입을 결정하는 ECU; 및
    상기 ECU 통제에 따라 코스팅 회생 제동 모드에서 밸브 듀레이션을 제어하는 CVVD 제어부;를 포함하며,
    상기 데이터 검출부로부터 제공된 정보 분석 결과, 현재 차량의 상태가 코스팅 회생 제동 요건에 충족되면, 상기 ECU 통제로 코스팅 회생 제동 모드에 진입하되,
    상기 코스팅 회생 제동 모드에서는 상기 ECU 통제로 엔진 흡입 공기량이 최대가 되도록 스로틀 밸브(Throttle valve)가 완전 개방되고, CVVD 제어부가 흡기밸브에 대한 CVVD 목표 듀레이션(Target Duration)을 최대값으로 제어해 모터(BDM, Belt Driven Motor)의 발전 토크를 증대시키는 CVVD 엔진 마일드 하이브리드 차량의 회생 제동 제어 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 데이터 검출부가 검출하는 코스팅 회생 제동 모드 진입에 필요한 정보는,
    APS(Accelerator Position Sensor) 정보, BPS(Brake Position Sensor) 정보, 차속(Vehicle Speed) 및 엔진 회전수(RPM) 정보, 변속단 정보 중 일부 또는 전부를 포함하는 CVVD 엔진 마일드 하이브리드 차량의 회생 제동 제어 장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    APS(Accelerator Position Sensor) 및 BPS(Brake Position Sensor)가 제로(0)이고, 차속(Vehicle Speed)과 엔진 회전수(RPM)가 대응되는 설정 차속과 설정 회전수 이상인 오버런(Over-run) 상태이면, 상기 ECU는 현재 차량의 상태가 상기 코스팅 회생 제동 요건을 충족하는 것으로 판단하는 CVVD 엔진 마일드 하이브리드 차량의 회생 제동 제어 장치.
  10. 제 7 항에 있어서,
    코스팅 회생 제동 모드에 진입한 경우 상기 CVVD 제어부는,
    배기밸브와 흡기밸브가 동시에 열려 있는 밸브 오버랩(Valve overlap)은 제어 가능한 범위 내에서 최대가 되도록 제어하고, 흡기밸브의 닫힘 시기는 압축행정 개시 점 이후로 지각(LIVC, Late Intake Valve Closure)시켜 엔진 펌핑손실(Pump loss)를 감소시킴으로써 상기 모터(BDM, Belt Driven Motor)의 발전 토크를 증대시키는 CVVD 엔진 마일드 하이브리드 차량의 회생 제동 제어 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 ECU는 CVVD 제어부를 통해 CVVD 목표 듀레이션(Target Duration)을 최대값으로 제어하는 중에 상기 데이터 검출부가 실시간 제공하는 정보를 바탕으로 코스팅 회생 제동 요건의 충족 여부를 지속적으로 모니터링 하고,
    모니터링 결과 코스팅 회생 제동 요건인 오버런(Over-run) 상태가 해제되면, 상기 ECU 통제로 CVVD 제어부는 흡기밸브의 밸브 듀레이션을 현재 차량의 운전 상태에 따라 맵핑 데이터가 출력하는 목표값에 추종시키는 제어를 수행하는 CVVD 엔진 마일드 하이브리드 차량의 회생 제동 제어 장치.

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