KR102378942B1 - 하이브리드 자동차 및 그를 위한 공조 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하이브리드 자동차 및 그를 위한 공조 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세히는 주행 부하를 고려하여 효율적인 냉방을 수행할 수 있는 하이브리드 자동차 및 그를 위한 공조 제어 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 공조 제어 방법은, 주행 부하를 판단하는 단계; 상기 판단된 주행 부하에 대응하여, 적어도 냉매의 온도 조절과 관련된 제1 냉방 제어 수단 및 상기 제1 냉방 제어 수단을 통해 온도 제어된 공기를 실내로 유입시키는 제2 냉방 제어 수단 중 우선 제어 대상을 선정하는 단계; 및 상기 제1 냉방 제어 수단 및 상기 제2 냉방 제어 수단 중 상기 선정된 우선 제어 대상의 작동 영역 및 나머지 제어 대상의 작동 영역을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

하이브리드 자동차 및 그를 위한 공조 제어 방법{HYBRID VEHICLE AND METHOD OF CONTROLLING AIR CONDITIONING FOR THE SAME}

본 발명은 하이브리드 자동차 및 그를 위한 공조 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세히는 주행 부하를 고려하여 효율적인 냉방을 수행할 수 있는 하이브리드 자동차 및 그를 위한 공조 제어 방법에 관한 것이다.

차량 기술분야에 있어서 공조 제어란 히터, 에어컨 등 열 교환기를 포함하는 공조 시스템을 제어하여 운전자에게 원하는 실내 온도를 제공하는 기술을 의미한다. 공조 제어는 열의 이용이 수반되기 때문에, 효율성과 밀접하게 연관된다.

최근 출시되는 차량에는 자동 온도 제어기(FATC: Full Automatic Temperature Control)가 공조 제어를 담당하고 있는데, 일반적인 내연기관을 탑재한 차량에서는 차량의 주행 부하나 엔진 효율에 무관하게 운전자의 설정 온도에 따라 공조 제어가 수행되어 비효율적인 공조 제어가 종종 수행되는 경우가 있다. 특히, 일반적인 내연기관을 탑재한 차량의 실내 온도를 낮추기 위한 냉방에 있어서는 증발기 가동을 위한 내연 기관의 기동이 필수적이므로 공조 제어를 위해 현재 주행 상황에 불필요한 파워트레인을 기동하게 되기도 한다. 예컨대, 최근 연비 향상을 위해 정차시 엔진 가동을 출발시까지 일시적으로 중지하는 ISG(Ignition Stop & Go) 기술을 적용한 차량에서는 정차시 엔진이 정지되더라도 운전자의 냉방 요구를 만족시키기 위해 정차중이라도 엔진을 켜야 하는 경우가 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 증발기에 보다 많은 냉기를 축적하기 위한 축냉 물질을 구비하도록 한 축냉 증발기를 도입하여 엔진 정지 시간을 연장하려는 노력도 있었다.

한편, 차량에 대한 끊임없는 연비 향상의 요구와 각 나라의 배출가스 규제의 강화에 따라 친환경 차량에 대한 요구가 증가하고 있으며, 이에 대한 현실적인 대안으로 하이브리드 차량(Hybrid Electric Vehicle/Plug-in Hybrid Electric Vehicle, HEV/PHEV)이 제공되고 있다.

이러한 하이브리드 차량은 엔진과 모터로 구성되는 두 개의 동력원으로 주행하는 과정에서 엔진과 모터를 어떻게 조화롭게 동작시키느냐에 따라 최적의 출력과 토크를 제공할 수 있다. 특히, 엔진과 변속기 사이에 전기모터와 엔진클러치(EC: Engine Clutch)를 장착한 병렬형(Parallel Type, 또는 TMED: Transmission Mounted Electric Device 방식) 하이브리드 시스템을 채용한 하이브리드 자동차에서는, 엔진과 모터의 출력이 동시에 구동축으로 전달될 수 있다.

하이브리드 차량의 일반적인 상황에서는 초기 가속 시 전기에너지를 이용한다(즉, EV 모드). 하지만, 전기에너지만으로는 운전자의 요구 파워를 충족시키는데 한계가 있기 때문에 결국 엔진을 주동력원으로 함께 사용(즉, HEV 모드)해야 하는 순간이 발생한다. 이러한 경우, 하이브리드 차량에서는 모터의 회전수와 엔진의 회전수 차이가 소정 범위 이내일 때 엔진클러치를 결합시켜 모터와 엔진이 함께 회전하도록 한다.

이러한 친환경 차량의 경우 EV 모드 주행을 위하여 전동식 공조 압축기(A/C Comp)를 사용하는데, 전동식 공조 압축기를 탑재한 차량에서도 보다 효율적인 냉방이 가능한 공조 제어 방법 및 이를 수행할 수 있는 차량이 요구되고 있는 실정이다.

본 발명은 보다 효율적인 공조 제어 방법 및 그를 수행하는 하이브리드 차량을 제공하기 위한 것이다.

특히, 본 발명은 냉방 부하의 조절에 있어 주행 상황을 반영할 수 있는 공조 제어 방법 및 그를 수행하는 하이브리드 차량을 제공하기 위한 것이다.

본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 공조 제어 방법은, 주행 부하를 판단하는 단계; 상기 판단된 주행 부하에 대응하여, 적어도 냉매의 온도 조절과 관련된 제1 냉방 제어 수단 및 상기 제1 냉방 제어 수단을 통해 온도 제어된 공기를 실내로 유입시키는 제2 냉방 제어 수단 중 우선 제어 대상을 선정하는 단계; 및 상기 제1 냉방 제어 수단 및 상기 제2 냉방 제어 수단 중 상기 선정된 우선 제어 대상의 작동 영역 및 나머지 제어 대상의 작동 영역을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차는, 공조 시스템; 및 상기 공조 시스템을 제어하는 냉방 제어기를 포함하되, 상기 공조 시스템은 적어도 냉매의 온도 조절과 관련된 제1 냉방 제어 수단 및 상기 제1 냉방 제어 수단을 통해 온도 제어된 공기를 실내로 유입시키는 제2 냉방 제어 수단을 포함하고, 상기 냉방 제어기는 주행 부하를 판단하는 주행 부하 판단부; 상기 판단된 주행 부하에 대응하여, 상기 제1 냉방 제어 수단 및 상기 제2 냉방 제어 수단 중 우선 제어 대상을 선정하는 제어 대상 선정부; 및 상기 제1 냉방 제어 수단 및 상기 제2 냉방 제어 수단 중 상기 선정된 우선 제어 대상의 작동 영역 및 나머지 제어 대상의 작동 영역을 결정하는 작동 영역 설정부를 포함할 수 있다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 관련된 하이브리드 자동차는 보다 효율적으로 공조 제어를 수행할 수 있다.

특히, 주행 부하에 따른 엔진과 전기 모터의 동작 상황을 고려하여 압축기와 송풍기의 작동 영역을 선택하므로 높은 효율성을 얻을 수 있다.

본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예들이 적용될 수 있는 하이브리드 자동차의 파워 트레인 구조의 일례를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시예들이 적용될 수 있는 하이브리드 자동차의 제어 계통의 일례를 나타내는 블럭도이다.
도 3은 실시예에 따른 하이브리드 차량의 HEV 모드별 운전점과 효율 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 구배 및 차속에 따른 주행 부하 곡선의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉방 제어 과정의 일례를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 차량의 HEV 모드에서의 에너지 흐름을, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 차량의 EV 모드에서의 에너지 흐름을 각각 나타낸다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 주행 부하 레벨을 결정하는 과정의 일례를, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 주행 부하 레벨에 따른 냉방 제어 과정의 일례를 각각 나타낸다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 주행 부하 인자에 따른 우선 제어 결과의 일례를 나타낸다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 주행 상황에 따른 우선 제어 결과의 일례를 나타낸다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 주행 구간의 변화에 따른 압축기와 블로워의 동작 상태를 비교하기 위한 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉방 제어 장치 구조의 일례를 나타내는 블럭도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 의미한다.

본 발명의 실시예에 따른 엔진 제어 방법을 설명하기 앞서, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 실시예들에 적용될 수 있는 하이브리드 차량의 구조를 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예들이 적용될 수 있는 하이브리드 자동차의 파워 트레인 구조의 일례를 나타낸다.

도 1을 참조하면, 내연기관 엔진(ICE, 110)과 변속기(150) 사이에 전기 모터(또는 구동용 모터, 140)와 엔진클러치(EC: Engine Clutch, 130)를 장착한 병렬형(Parallel Type) 하이브리드 시스템을 채용한 하이브리드 자동차의 파워 트레인이 도시된다.

이러한 차량에서는 일반적으로 시동후 운전자가 엑셀레이터를 밟는 경우, 엔진 클러치(130)가 오픈된 상태에서 먼저 배터리의 전력을 이용하여 모터(140)가 구동되고, 모터의 동력이 변속기(150) 및 종감속기(FD: Final Drive, 160)를 거쳐 바퀴가 움직이게 된다(즉, EV 모드). 차량이 서서히 가속되면서 점차 더 큰 구동력이 필요하게 되면, 보조 모터(또는, 시동발전 모터, 120)가 동작하여 엔진(110)을 구동할 수 있다.

그에 따라 엔진(110)과 모터(140)의 회전속도가 동일해 지면 비로소 엔진 클러치(130)가 맞물려 엔진(110)과 모터(140)가 함께, 또는 엔진(110)이 차량를 구동하게 된다(즉, EV 모드에서 HEV 모드 천이). 차량이 감속되는 등 기 설정된 엔진 오프 조건이 만족되면, 엔진 클러치(130)가 오픈되고 엔진(110)은 정지된다(즉, HEV 모드에서 EV 모드 천이). 또한, 하이브리드 차량에서는 제동시 휠의 구동력을 전기 에너지로 변환하여 배터리를 충전할 수 있으며, 이를 제동에너지 회생, 또는 회생 제동이라 한다.

시동발전 모터(120)는 엔진에 시동이 걸릴 때에는 스타트 모터의 역할을 수행하며, 시동이 걸린 후 또는 시동 오프시 엔진의 회전 에너지 회수시에는 발전기로 동작하기 때문에 "하이브리드 스타트 제너레이터(HSG: Hybrid Start Generator)"라 칭할 수 있으며, 경우에 따라 "보조 모터"라 칭할 수도 있다.

상술한 파워 트레인이 적용되는 차량에서 제어기 간의 상호관계가 도 2에 도시된다.

도 2는 본 발명의 실시예들이 적용될 수 있는 하이브리드 자동차의 제어 계통의 일례를 나타내는 블럭도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예들이 적용될 수 있는 하이브리드 자동차에서 내연기관(110)은 엔진 제어기(210)가 제어하고, 시동발전 모터(120) 및 전기 모터(140)는 모터 제어기(MCU: Motor Control Unit, 220)에 의해 토크가 제어될 수 있으며, 엔진 클러치(130)는 클러치 제어기(230)가 각각 제어할 수 있다. 여기서 엔진 제어기(210)는 엔진 제어 시스템(EMS: Engine Management System)이라도 한다. 또한, 변속기(150)는 변속기 제어기(250)가 제어하게 된다. 경우에 따라, 시동발전 모터(120)의 제어기와 전기 모터(140) 각각을 위한 제어기가 별도로 구비될 수도 있다.

각 제어기는 그 상위 제어기로서 모드 전환 과정 전반을 제어하는 하이브리드 제어기(HCU: Hybrid Controller Unit, 240)와 연결되어, 하이브리드 제어기(240)의 제어에 따라 주행 모드 변경, 기어 변속시 엔진 클러치 제어에 필요한 정보, 및/또는 엔진 정지 제어에 필요한 정보를 그(240)에 제공하거나 제어 신호에 따른 동작을 수행할 수 있다.

보다 구체적으로, 하이브리드 제어기(240)는 차량의 운행 상태에 따라 모드 전환 수행 여부를 결정한다. 일례로, 하이브리드 제어기는 엔진 클러치(130)의 해제(Open) 시점을 판단하고, 해제시에 유압(습식 EC인 경우)제어나 토크 용량 제어(건식 EC인 경우)를 수행한다. 또한, 하이브리드 제어기(240)는 EC의 상태(Lock-up, Slip, Open 등)를 판단하고, 엔진(110)의 연료분사 중단 시점을 제어할 수 있다. 또한, 하이브리드 제어기는 엔진 정지 제어를 위해 시동발전 모터(120)의 토크를 제어하기 위한 토크 지령을 모터 제어기(220)로 전달하여 엔진 회전 에너지 회수를 제어할 수 있다. 아울러, 하이브리드 제어기(240)는 주행 모드 전환 조건의 판단 및 전환을 위한 하위 제어기의 제어가 가능하다.

물론, 상술한 제어기간 연결관계 및 각 제어기의 기능/구분은 예시적인 것으로 그 명칭에도 제한되지 아니함은 당업자에 자명하다. 예를 들어, 하이브리드 제어기(240)는 그를 제외한 다른 제어기들 중 어느 하나에서 해당 기능이 대체되어 제공되도록 구현될 수도 있고, 다른 제어기들 중 둘 이상에서 해당 기능이 분산되어 제공될 수도 있다. 아울러, 도 1 및 도 2에서는 TMED 방식의 병렬형 하이브리드 차량을 기준으로 설명되었으나, 이는 예시적인 것으로 본 발명의 실시예들은 하이브리드 차량의 형식에 한정되지 아니한다. 즉, 본 발명의 실시예들은 효율적인 엔진 기동 시점을 제어할 수 있다면, 어떠한 방식의 하이브리드 차량에도 적용이 가능하다.

이하에서는 하이브리드 차량의 주행 모드 및 그에 따른 파워 트레인의 운전점을 설명한다.

전술된 바와 같이, 하이브리드 차량의 주행 모드는 전기 모터를 구동원으로 사용하는 EV 모드와 엔진을 주 구동원으로 사용하는 HEV 모드를 포함한다. 그런데, HEV 모드라고 하더라도 반드시 엔진이 주동력원으로 사용되는 것은 아니다. 예컨대, HEV 모드 중 패러럴(Pararell) 모드에서는 엔진의 동력이 구동력으로 작용하나, 시리즈(Series) HEV 모드에서는 엔진이 저부하로 구동되어 엔진 구동력이 발전에 사용된다.

도 3은 일반적인 하이브리드 차량의 HEV 모드별 운전점과 효율 관계를 설명하기 위한 도면이다.

도 3에 도시된 그래프는 엔진 효율을 나타내는 BSFC(Brake specific fuel consumption) 그래프로, 가로축은 엔진 RPM을 나타내고, 세로축은 차속을 나타내며, 대체로 원형을 갖는 등효율선의 중심으로 갈수록 효율이 높다.

도시된 바와 같이, 페러럴 운전 영역(10)은 상대적으로 효율이 높은 영역에 설정된다. 반면에, 시리즈 엔진 운전 영역(20)은 진동과 노이즈(NVH), 그리고 발전을 수행할 모터(예컨대, HSG: Hybrid Starter Generator)의 출력을 고려하여 낮은 RPM 영역(1100~1300)에 설정되는 것이 일반적이다.

그런데, 고부하 주행시와 같이 패러럴 운전 영역(10)에서 HEV 모드 주행이 수행되는 경우, 엔진 출력을 최적점으로 제어한다면 주행 상황에 따라 주행에 사용되지 않는 잉여 출력분이 발생할 수 있다. 반대로, 주행 부하가 낮아 EV 모드 주행이 수행되는 경우, 전기 모터의 가동을 위한 배터리 방전이 발생하는 상황에서 냉방 부하까지 적극적으로 가동하게 되면 비효율적인 배터리 방전이 발생할 수 있게 된다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에서는 일정 수준의 냉방 부하를 공급하는 상황에서 하이브리드 파워트레인의 시스템 효율이 최적화되도록, 주행 상황을 고려하여 냉방 부하를 가동하는 공조 제어 방법을 제안한다.

여기서, 일정 수준의 냉방 부하를 공급하는 상황이라 함은, 소정의 방식으로 설정된 목표 온도를 유지하는 상황을 의미할 수 있다. 예컨대, 일정 수준의 냉방 부하를 공급하는 상황은 운전자가 FATC 등을 통해 목표 실내 온도를 설정한 상황을 의미할 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

또한, 주행 상황이라 함은 동적 주행 부하를 의미할 수 있다. 보다 상세히, 주행 부하는 타이어의 구름 저항, 차체의 공기 저항 계수, 차량의 중량과 같이 주행 중에 변화하지 않는 요소와, 차속 및 구배와 같이 주행 상황에 따라 변하는 변수의 영향을 받는다. 이때, 주행 중에 변화하지 않는 요소가 주행 부하에 미치는 영향은 일정한 바, 본 발명의 실시예들에서 언급되는 주행 상황은 차속과 구배의 변화를 의미할 수 있다. 물론, 차속과 구배 외에 주행 상황에 따라 주행 부하에 영향을 주는 동적 변수가 추가로 고려될 수 있음은 물론이다.

먼저, 도 4를 참조하여 구배 및 차속에 따른 주행 부하의 관계를 설명한다.

도 4는 구배 및 차속에 따른 주행 부하 곡선의 일례를 나타내는 그래프이다.

도 4를 참조하면, 구배 증가에 따라 등판 저항에 의한 주행 부하(주행 저항)가 상승한다. 또한, 구배가 일정하다고 가정할 때 차속이 증가함에 따라 공기 저항이 커지므로 주행 저항도 증가한다. 결국, 주행 저항은 등판 저항과 공기 저항의 합으로 볼 수 있다.

차속은 일반적으로 도로의 종류와 정체도의 영향을 받으므로, 고속도로 > 국도 > 도심 > 극정체 순으로 차속이 빠를 것으로 가정하여 차속 부하 레벨이 설정될 수 있다. 유사하게, 구배도 또한 일정 각도 범위 단위로 등판 부하 레벨(또는 구배 부하 레벨)이 설정될 수 있다. 따라서, 차속 부하 레벨과 등판 부하 레벨을 조합하여 (총) 주행 부하 레벨이 결정될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서는 이러한 주행 부하 레벨을 이용하여, 냉방을 위해 전자식 압축기(A/C comp)를 가동하는 차량에서 냉방이 수행될 때 최적의 효율을 위한 제어 대상과 작동 영역이 설정될 수 있다.

여기서, 제어 대상은 실내로 냉기를 공급하는 블로워(송풍기)와 냉매 압축을 통해 냉매의 온도를 하락시키는 전자식 압축기(A/C comp)가 될 수 있다. 즉, 전자식 압축기(A/C comp)가 냉기를 만들면 블로워가 이를 실내로 유입시키는 역할을 하는데, 동일한 냉방 부하의 만족을 위해서 둘의 동작 비율을 달리할 수 있다. 예컨대, 전자식 압축기를 약하게 동작시키면서 블로워를 강하게 동작시키는 경우와 전자식 압축기를 강하게 동작시키면서 블로워를 약하게 동작시키는 경우, 각각의 동작 비율에 따라 유사한 냉방 효과를 볼 수 있다. 한편, 일반적으로 블로워는 전자식 압축기보다 전력 소모가 훨씬 작기 때문에 압축기 대비 낮은 전력 부하를 가지므로 냉방에 할애될 수 있는 전력이 충분한 경우 압축기를 적극적으로 동작시키고, 반대의 경우 블로워를 압축기보다 적극적으로 동작시키는 것이 바람직하다.

상술한 본 실시예의 제어 원리를 정리하면 도 5와 같다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉방 제어 과정의 일례를 나타낸다.

도 5를 참조하면, 먼저 차속에 따른 차속 부하 레벨과 경사도에 따른 등판 부하 레벨이 결정될 수 있다(S510A 내지 S520A 및 S510B 내지 S520B). 구체적으로, 차속 부하 레벨의 결정(S520A)을 위해 차속 정보가 이용되되, 이를 위해 일정 시간/거리 단위로 평균 차속이 계산될 수 있다(S510A). 차속 정보는 차속 센서나 GPS를 통해 획득될 수 있다. 또한, 등판 부하 레벨의 결정(S520B)을 위해 경사도 정보가 이용되되, 이를 위해 일정 시간/거리 단위로 평균 경사도를 계산하는 등 신호 가공이 수행될 수 있다(S510A). 경사도 정보는 차량에 구비된 기울기 센서나 네비게이션 정보를 통해 획득될 수 있다.

또한, 각 부하 레벨의 결정에 있어서 지나치게 잦은 부하 레벨 변동을 방지하기 위하여 레벨 간에 진입/이탈시 소정의 히스테리시스가 설정될 수도 있다.

각 부하 레벨이 결정되면, 이들을 함께 이용하여 주행 부하 레벨이 결정될 수 있다(S530). 주행 부하 레벨의 결정을 위해, 각 부하 레벨은 단순 합산될 수도 있고, 각 부하 레벨별로 상이한 가중치가 적용된 후 합산될 수도 있다.

주행 부하 레벨이 결정되면, 이를 고려하여 우선 제어 대상이 선정될 수 있다(S540). 이때, 주행 부하 레벨과 함께 일반적인 FATC에서 공조 제어에 참조하는 제어 입력 신호가 함께 고려될 수 있다. 이러한 제어 입력 신호로는 운전자가 설정한 목표 온도나 그에 따른 목표 냉방 부하 등을 들 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

전술된 바와 같이 우선 제어 대상은 블로워와 압축기 중에서 선정될 수 있으며, 선정 결과에 따라 블로워와 압축기별로 작동 영역이 각각 설정될 수 있다(S550).

이하에서는 도 5를 참조하여 상술한 제어 방법을, 도 6 및 도 7을 더욱 참조하여 하이브리드 차량의 파워트레인 동작에 따른 효율성과 함께 설명한다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 차량의 HEV 모드에서의 에너지 흐름을, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 차량의 EV 모드에서의 에너지 흐름을 각각 나타낸다.

먼저 도 6을 참조하면, 하이브리드 차량이 HEV 모드(특히, 패러럴 모드)로 동작하는 경우 최적 효율 운전점에서 엔진(110)이 기동되므로 엔진(110)이 실제 주행에 필요한 요구 파워보다 더 큰 출력을 내는 경우가 많다. 따라서, 엔진 출력에서 요구 파워를 제외한 잉여 파워는 모터(140)를 통해 전기 에너지로 전환(즉, 발전)될 수 있다. 전환된 전기 에너지는 배터리(170)를 충전하는 방식으로 회수될 수도 있으나, 이러한 전기 에너지를 배터리 충전 없이 바로 압축기(180)에 공급하는 경우 경로 손실을 최소화하면서도 냉방 부하 만족을 위해 압축기(180)를 적극적으로 가동할 수 있게 된다. 결국, 하이브리드 차량은 일반적으로 주행 부하가 높은 경우 HEV 모드로 동작하기 때문에 주행 부하가 높은 경우(즉, 주행 부하 레벨이 높은 경우) 압축기(180)가 우선 제어 대상으로 선정될 수 있는 것이다.

다음으로 도 7을 참조하면, 하이브리드 차량이 EV 모드로 동작하는 경우 배터리(170)가 모터(140)에 전력을 공급한다. 물론, 회생 제동을 통해 모터(140)에서 전기 에너지 회수가 발생할 수도 있으나 배터리(170)는 주로 방전 모드로 동작한다. 따라서, EV 모드에서 적극적으로 압축기(180)를 가동시키는 경우 배터리(170)의 급격한 SOC 소모를 야기할 수 있으며, 충전 에너지를 이용하더라도 경로 손실이 크다. 결국, 하이브리드 차량은 일반적으로 주행 부하가 낮은 경우 EV 모드로 동작하기 때문에 주행 부하가 낮은 경우(즉, 주행 부하 레벨이 낮은 경우) 블로워가 우선 제어 대상으로 선정될 수 있는 것이다.

이하에서는 도 8 및 도 9를 참조하여 전술한 도 5에 도시된 과정을 보다 구체적인 예를 통해 설명한다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 주행 부하 레벨을 결정하는 과정의 일례를, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 주행 부하 레벨에 따른 냉방 제어 과정의 일례를 각각 나타낸다.

먼저, 도 8을 참조하면, 평균 차속을 복수의 속도 구간별 기준값과 비교하는 과정(S811A 내지 S814A)을 통해 차속 부하가 결정되며(S821A 내지 S825A), 차속 부하에 대응하여 차속 부하 레벨이 결정된다(S830A). 유사하게, 평균 구배를 복수의 강판 구간별 기준값과 비교하는 과정(S811B 내지 S814B)을 통해 구배 부하가 결정되며(S821B 내지 S825B), 구배 부하에 대응하여 구배 부하 레벨이 결정된다(S830B).

구배 부하 레벨과 차속 부하 레벨을 합산하는 방법으로 최종적인 주행 부하 레벨(S840)이 결정될 수 있다.

다음으로 도 9를 참조하면, 주행 부하 레벨이 소정의 기준 레벨(여기서는 2로 가정한다)과 비교될 수 있다(S910). 비교 결과, 주행 부하 레벨이 기준 레벨 이하인 경우(no), 블로워가 우선 제어 대상으로 결정된다(S920A). 그에 따라 블로워의 동작 범위가 1스텝 상향 제어될 수 있다(S930A). 블로워가 적극적으로 동작하므로, 상대적으로 압축기가 약하게 가동된다. 예컨대, 증발기 제어 온도가 기존보다 1스텝(여기서는 2도) 상향 제어될 수 있다(S940A).

반대로, S910 단계의 비교 결과, 주행 부하 레벨이 기준 레벨을 초과하는 경우(yes), 압축기가 우선 제어 대상으로 결정된다(S920B). 그에 따라 블로워의 동작 범위가 1스텝 하향 제어될 수 있다(S930B). 블로워가 소극적으로 동작하므로, 상대적으로 압축기가 강하게 가동된다. 예컨대, 증발기 제어 온도가 기존보다 1스텝(여기서는 2도) 하향 제어될 수 있다(S940B).

각 대상의 우선 제어 과정(S920A 내지 S940A 또는 S920B 내지 S940B)은 목표 냉방 부하에 도달할 때까지 반복적으로 수행될 수 있다(S950A, S950B).

한편, 주행 부하 레벨의 비교 대상이 되는 기준 레벨은 EV-HEV 모드간 전환 기준이 되는 주행 부하에 대응될 수도 있고, 이와 상이하게 설정될 수도 있다.

이하에서는 전술한 냉방 제어가 수행됨에 따른 구체적인 냉방 형태를 도 10 내지 도 12를 참조하여 설명한다.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 주행 부하 인자에 따른 우선 제어 결과의 일례를 나타낸다.

도 10을 참조하면, 차속이 낮을수록, 구배가 고강판일수록 주행 부하가 낮아 블로워 우선 제어가 수행되며, 차속이 높을수록, 구배가 저강판일수록 주행 부하가 높아 압축기 우선 제어가 수행됨을 알 수 있다.

이러한 주행 부하를 도로 종류에 대응시키면 도 11과 같다. 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 주행 상황에 따른 우선 제어 결과의 일례를 나타낸다.

도 11을 참조하면, 고속도로에서 국도, 도심, 극정체 구간으로 갈수록 압축기는 소극적으로 동작하고, 블로워는 적극적으로 동작하므로 압축기 부하는 낮아지고 풍량은 커지는 경향을 보이게 된다.

고속도로 구간과 도심 구간을 가정하여 압축기와 블로워의 동작 상태를 비교하면 도 12와 같다. 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 주행 구간의 변화에 따른 압축기와 블로워의 동작 상태를 비교하기 위한 도면이다.

도 12에서 압축기의 동작 부하는 증발기 온도로 유추할 수 있다. 즉, 압축기의 동작 부하가 높으면 증발기 온도가 낮아지며, 반대의 경우 증발기 온도가 높아진다. 도 12를 참조하면, 고속도로 구간에서는 주행 부하가 크므로 압축기를 적극적으로 동작시켜 증발기 온도가 일반적인 경우보다 낮게 설정되며, 상대적으로 블로워는 낮은 스텝에서 동작한다. 반대로, 도심 구간에서는 주행 부하가 낮으므로 블로워를 높은 스텝에서 동작시키며, 압축기 부하는 낮아져 상대적으로 증발기 온도는 일반적인 경우보다 높게 설정될 수 있다.

다음으로, 도 13을 참조하여 본 실시예에 따른 냉방 제어 장치의 구조를 설명한다. 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉방 제어 장치 구조의 일례를 나타내는 블럭도이다.

도 13을 참조하면, 실시 예에 따른 냉방 제어 장치(600)는 도 5, 도 8 및 도 9에 도시된 과정의 적어도 일부를 수행하기 위하여 차속 부하 레벨 판단부(610), 등판 부하 레벨 판단부(620), 주행 부하 레벨 판단부(630), 제어 대상 선정부(640) 및 작동 영역 설정부(650)를 포함할 수 있다. 이러한 냉방 제어 장치(600)는 FATC에 내장되는 형태, FATC의 적어도 일부를 구성하도록 구현될 수도 있고, FATC와 별도의 독립된 제어기 형태로 구현될 수도 있으며, FATC가 아닌 다른 기존 제어기에 내장되는 형태로 구현될 수도 있다. 이하, 각 구성요소의 기능을 설명한다.

차속 부하 레벨 판단부(610)는 차속 획득, 평균 차속 산출, 평균 차속과 기준값 비교를 통한 차속 부하 레벨의 판단 중 적어도 하나를 수행할 수 있다.

등판 부하 레벨 판단부(620)는 구배 정보 획득, 평균 구배 산출, 평균 구배와 기준값 비교를 통한 등판 부하 레벨의 판단 중 적어도 하나를 수행할 수 있다.

주행 부하 레벨 판단부(630)는, 차속 부하 레벨 판단부(610)가 판단한 차속 부하 레벨과 등판 부하 레벨 판단부(620)가 판단한 등판 부하 레벨을 이용하여 최종적인 주행 부하 레벨을 결정할 수 있다.

상술한 차속 부하 레벨 판단부(610), 등판 부하 레벨 판단부(620) 및 주행 부하 레벨 판단부(630)를 통칭하여 주행 부하 판단부라 칭할 수도 있다.

제어 대상 선정부(640)는 주행 부하 레벨 판단부(630)의 주행 부하 레벨 결정에 대응하여 블로워와 압축기 중 우선 제어, 즉, 상대적으로 적극적으로 가동시킬 대상을 결정할 수 있다.

작동 영역 설정부(650)는 제어 대상 선정부(640)의 선정 결과에 따라 블러워와 압축기 각각의 동작 부하나 스텝 등을 결정할 수 있다.

전술한 본 발명은, 프로그램이 기록된 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체는, 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체의 예로는, HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Disk), SDD(Silicon Disk Drive), ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있다.

따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims (20)

1. 하이브리드 자동차의 공조 제어 방법에 있어서,
   주행 부하를 판단하는 단계;
   상기 판단된 주행 부하에 대응하여, 적어도 냉매의 온도 조절과 관련된 제1 냉방 제어 수단 및 상기 제1 냉방 제어 수단을 통해 온도 제어된 공기를 실내로 유입시키는 제2 냉방 제어 수단 중 우선 제어 대상을 선정하는 단계; 및
   상기 제1 냉방 제어 수단 및 상기 제2 냉방 제어 수단 중 상기 선정된 우선 제어 대상의 작동 영역 및 나머지 제어 대상의 작동 영역을 결정하는 단계를 포함하는, 하이브리드 자동차의 공조 제어 방법.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 선정하는 단계는,
   상기 판단된 주행 부하가 소정 기준보다 높은 경우 상기 제1 냉방 제어 수단을 우선 제어 대상으로 선정하는 단계; 또는
   상기 판단된 주행 부하가 소정 기준보다 낮은 경우 상기 제2 냉방 제어 수단을 우선 제어 대상으로 선정하는 단계를 포함하는, 하이브리드 자동차의 공조 제어 방법.
3. 제2 항에 있어서,
   상기 판단된 주행 부하가 상기 소정 기준보다 높은 경우 상기 하이브리드 자동차는 HEV 모드로 주행하고, 상기 주행 부하가 상기 소정 기준보다 낮은 경우 상기 하이브리드 자동차는 EV 모드로 주행하는, 하이브리드 자동차의 공조 제어 방법.
4. 제3 항에 있어서,
   상기 HEV 모드에서 상기 하이브리드 자동차의 엔진은 기 설정된 최적 효율 운전점을 따라 가동되며,
   상기 제1 냉방 제어 수단은,
   상기 최적 효율 운전점에 따라 가동되는 엔진의 잉여 출력이 전기 모터에서 전환된 전기 에너지의 적어도 일부를 이용하여 가동되는, 하이브리드 자동차의 공조 제어 방법.
5. 제4 항에 있어서,
   상기 전기 모터에서 전환된 전기 에너지는,
   배터리를 거치지 않고 상기 제1 냉방 제어 수단으로 직접 공급되는, 하이브리드 자동차의 공조 제어 방법.
6. 제1 항에 있어서,
   상기 주행 부하를 판단하는 단계는,
   차속 부하 레벨을 결정하는 단계;
   등판 부하 레벨을 결정하는 단계; 및
   상기 차속 부하 레벨 및 상기 등판 부하 레벨을 이용하여 주행 부하 레벨을 결정하는 단계를 포함하는, 하이브리드 자동차의 공조 제어 방법.
7. 제6 항에 있어서,
   상기 주행 부하 레벨을 결정하는 단계는,
   상기 차속 부하 레벨 및 상기 등판 부하 레벨을 합산하는 단계를 포함하는, 하이브리드 자동차의 공조 제어 방법.
8. 제6 항에 있어서,
   상기 차속 부하 레벨을 결정하는 단계는, 평균 차속을 산출하는 단계; 및 상기 평균 차속을 기 설정된 복수의 구간 기준과 비교하는 단계를 포함하는, 하이브리드 자동차의 공조 제어 방법.
9. 제1 항에 있어서,
   상기 제1 냉방 제어 수단은 전동식 압축기를 포함하고, 상기 제2 냉방 제어 수단은 블로워를 포함하는, 하이브리드 자동차의 공조 제어 방법.
10. 제1 항 내지 제9 항 중 어느 한 항에 따른 하이브리드 자동차의 공조 제어 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터 해독 가능 기록 매체.
11. 하이브리드 자동차에 있어서,
    공조 시스템; 및
    상기 공조 시스템을 제어하는 냉방 제어기를 포함하되,
    상기 공조 시스템은 적어도 냉매의 온도 조절과 관련된 제1 냉방 제어 수단 및 상기 제1 냉방 제어 수단을 통해 온도 제어된 공기를 실내로 유입시키는 제2 냉방 제어 수단을 포함하고,
    상기 냉방 제어기는,
    주행 부하를 판단하는 주행 부하 판단부;
    상기 판단된 주행 부하에 대응하여, 상기 제1 냉방 제어 수단 및 상기 제2 냉방 제어 수단 중 우선 제어 대상을 선정하는 제어 대상 선정부; 및
    상기 제1 냉방 제어 수단 및 상기 제2 냉방 제어 수단 중 상기 선정된 우선 제어 대상의 작동 영역 및 나머지 제어 대상의 작동 영역을 결정하는 작동 영역 설정부를 포함하는, 하이브리드 자동차.
12. 제11 항에 있어서,
    상기 제어 대상 선정부는,
    상기 판단된 주행 부하가 소정 기준보다 높은 경우 상기 제1 냉방 제어 수단을 우선 제어 대상으로 선정하고, 상기 판단된 주행 부하가 소정 기준보다 낮은 경우 상기 제2 냉방 제어 수단을 우선 제어 대상으로 선정하는, 하이브리드 자동차.
13. 제12 항에 있어서,
    상기 판단된 주행 부하가 상기 소정 기준보다 높은 경우 상기 하이브리드 자동차는 HEV 모드로 주행하고, 상기 주행 부하가 상기 소정 기준보다 낮은 경우 상기 하이브리드 자동차는 EV 모드로 주행하는, 하이브리드 자동차.
14. 제13 항에 있어서,
    상기 HEV 모드에서 상기 하이브리드 자동차의 엔진은 기 설정된 최적 효율 운전점을 따라 가동되며,
    상기 제1 냉방 제어 수단은,
    상기 최적 효율 운전점에 따라 가동되는 엔진의 잉여 출력이 전기 모터에서 전환된 전기 에너지의 적어도 일부를 이용하여 가동되는, 하이브리드 자동차.
15. 제14 항에 있어서,
    상기 전기 모터에서 전환된 전기 에너지는,
    배터리를 거치지 않고 상기 제1 냉방 제어 수단으로 직접 공급되는, 하이브리드 자동차.
16. 제11 항에 있어서,
    상기 주행 부하 판단부는,
    차속 부하 레벨을 결정하는 차속 부하 레벨 판단부;
    등판 부하 레벨을 결정하는 등판 부하 레벨 판단부; 및
    상기 차속 부하 레벨 및 상기 등판 부하 레벨을 이용하여 주행 부하 레벨을 결정하는 주행 부하 레벨 판단부를 포함하는, 하이브리드 자동차.
17. 제16 항에 있어서,
    주행 부하 레벨 판단부는,
    상기 차속 부하 레벨 및 상기 등판 부하 레벨을 합산하는, 하이브리드 자동차.
18. 제16 항에 있어서,
    상기 차속 부하 레벨 판단부는,
    평균 차속을 산출하고, 상기 산출된 평균 차속을 기 설정된 복수의 구간 기준과 비교하여 상기 차속 부하 레벨을 판단하는, 하이브리드 자동차.
19. 제11 항에 있어서,
    상기 제1 냉방 제어 수단은 전동식 압축기를 포함하고, 상기 제2 냉방 제어 수단은 블로워를 포함하는, 하이브리드 자동차.
20. 제11 항에 있어서,
    상기 냉방 제어기는 자동 온도 조절 장치(FATC)를 포함하는, 하이브리드 자동차.

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