KR102444664B1 - 하이브리드 자동차 및 그를 위한 변속 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 하이브리드 자동차 및 그를 위한 엔진 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세히는 변속 인터벤션에 의한 연비 손실을 최소화할 수 있는 하이브리드 자동차 및 그 제어 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 변속 제어 방법은, 변속 시점의 변속기 입력단 토크를 예측하는 단계; 상기 변속 시점의 모터 회전수(RPM)를 예측하는 단계; 상기 예측된 변속기 입력단 토크 및 상기 예측된 모터 회전수를 이용하여 인터벤션 량을 예측하는 단계; 상기 예측된 인터벤션 량을 이용하여 상기 변속 시점에서 모터만을 이용한 인터벤션의 가능 여부를 판단하는 단계; 및 상기 판단의 결과에 대응되는 변속을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

하이브리드 자동차 및 그를 위한 변속 제어 방법{HYBRID VEHICLE AND METHOD OF CONTROLLING ENGINE}
본 발명은 하이브리드 자동차 및 그를 위한 엔진 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세히는 변속 인터벤션에 의한 연비 손실을 최소화할 수 있는 하이브리드 자동차 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
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 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 하이브리드 자동차 구조를 도 1을 참조하여 설명한다.
도 1은 일반적인 하이브리드 자동차의 파워 트레인 구조의 일례를 나타낸다.
도 1을 참조하면, 내연기관 엔진(ICE, 110)과 변속기(150) 사이에 전기모터(또는 구동용 모터, 140)와 엔진클러치(130)를 장착한 병렬형(Parallel Type) 하이브리드 시스템을 채용한 하이브리드 자동차의 파워 트레인이 도시된다.
이러한 차량에서는 일반적으로 시동후 운전자가 엑셀레이터를 밟는 경우(즉, 가속 페달 센서 on), 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, 20)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 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). 이때 차량은 휠의 구동력을 이용하여 모터(140)를 통해 배터리(170)를 충전하며 이를 제동에너지 회생, 또는 회생 제동이라 한다. 따라서, 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 있다.
일반적으로 변속기(150)는 유단 변속기나 다판클러치, 예컨대 듀얼클러치 변속기(DCT)가 사용될 수 있다. 변속기(150)에서 변속이 수행되는 경우, 특히, 상단 변속 과정에서 원활한 변속과 클러치 보호를 위해 차량은 구동원의 토크를 저감시키는 등 변속기 입력축의 운동 에너지, 즉, 속도를 감소시키는 제어를 하게 되는데, 이러한 제어를 "인터벤션 제어"라 칭할 수 있다. 일반적인 차량에서는 인터벤션 제어를 위해 엔진의 토크를 낮추어야 하는데, 엔진의 토크를 저하시키기 위해서는 공기량 제어와 점화각 제어가 고려될 수 있다. 이하 각 제어에 대하여 설명한다.
먼저, 공기량 제어는 엔진 스로틀 제어를 통해, 현재 유입되는 공기량과 연료량을 조절하여 출력 토크를 제어하는 방식을 의미한다. 본 제어 방식은 현재의 공기량 및 연료량에 상응하는 최적의 점화각 제어를 통해 연소효율 높일 수 있다는 장점이 있으나, 유체 거동 특성상 유입 공기량 및 연료량을 요구 토크 구현에 필요한 양으로 정밀 제어하기가 불가능에 가깝기 때문에, 토크 변화 응답성에는 한계가 있다. 결과적으로, 본 제어 방식은 효율은 좋지만 요구 토크 추종 오차 및 응답 지연을 감수할 필요가 있다.
다음으로, 점화각 제어는 요구 토크 추종을 위해 효율을 희생하는 방식으로, 느린 유체거동을 감안하여 요구 토크 구현을 위해 엔진의 실린더에 필요한 양보다 많은 공기량 및 연료량을 먼저 확보(즉, 토크 리저브)하게 된다. 과다 확보된 공기량 및 연료량에서 필요한 토크를 구현하기 위해 점화 플러그의 점화각을 지연시키는 경우, 효율은 저하되지만 토크 정밀도 및 응답성이 확보될 수 있다.
결국, 변속 인터벤션 제어에서는 엔진 토크 저감의 빠른 응답성을 위해 점화각 제어를 통해 구현되는 것이 일반적이다. 그런데, 전술된 바와 같이, 점화각 제어가 수행되는 경우 정상 제어 대비 연료 분사량은 동일하나 엔진 출력은 감소하므로 연비가 저하되는 문제가 있다. 또한, 엔진 토크 저하를 위한 제어 방식에 무관하게, 변속 인터벤션 제어에 의하여 엔진 토크가 저하되기 때문에 휠토크 또한 저하되어 탑승자는 변속 과정 중 토크 단절감을 느끼게 되는 문제점도 있다.
그런데, 하이브리드 차량의 경우 구동원 토크 저감 수단으로 전기 모터(140)에 역방향 토크가 인가될 수 있는데, 이러한 경우 전기 모터(140)에서 발전이 수행될 수도 있다. 이를 도 2를 참조하여 설명한다.
도 2는 일반적인 하이브리드 차량에서 상단 변속을 위한 인터벤션 과정의 일례를 나타낸다.
도 2를 참조하면, 3개의 그래프가 표시되며, 세로축은 위로부터 아래방향으로 인터벤션, 전기 모터의 토크, 변속기 입력축의 속도를 각각 나타낸다.
변속 과정은 크게 토크 페이즈(Torque Phase)와 관성 페이즈(Inertia Phase)로 구분될 수 있으며, 토크 페이즈에서는 입력축의 속도가 상승하는 페이즈를 의미할 수 있다. 또한, 관성 페이즈는 입력축의 토크가 감소하여 입력축의 속도가 감소하는 페이즈를 의미할 수 있다. 아울러, 전기 모터에 역방향(-) 토크가 인가됨은 발전을 의미한다. 따라서, 전기모터에서 발전을 통해 생산된 전력은 배터리의 충전에 이용될 수 있다.
그런데, 경우에 따라서는 전기 모터만으로 인터벤션 양을 충족시키지 못하는 경우가 있어 문제된다. 이를 도 3을 참조하여 설명한다.
도 3은 일반적인 하이브리드 차량에서 인터벤션 과정에서 발생할 수 있는 문제점의 일례를 나타낸다.
도 3을 참조하면, 전기 모터가 감당할 수 있는 인터벤션 량은 현재 토크와 최대 충전 용량(charge limit)에 해당하는 역토크 값의 합이 되는데, 인터벤션 필요량(상단 그래프)이 전기 모터가 감당할 수 있는 인터벤션 량을 넘어서는 경우, 추가적인 인터벤션량이 엔진을 통해(즉, 점화각 지연) 만족되어야 한다. 그러나, 전술한 바와 같이 점화각 지연은 연비를 악화시키는 문제가 있다.
또한, 인터벤션 량의 예측 실패도 연비 악화를 가져온다. 예컨대, 인터벤션 량이 전기 모터가 감당할 수 없는 것으로 예측되어 점화각 지연 제어가 수행되나 실제로 필요한 인터벤션 량이 전기 모터로 감당할 수 있었던 경우 엔진 효율이 저하된다. 다른 예로, 미리 엔진의 토크를 낮추어 두더라도 전기 모터가 인터벤션 량을 모두 감당하지 못하여 추가적으로 점화각 지연 제어가 수행되는 경우 또한 엔진 효율 저하를 가져온다.
결국, 하이브리드 차량이라 하더라도 상술한 하드웨어적인 한계(예컨대, 전기 모터의 발전 용량 제한)나, 인터벤션 량의 예측에 실패하는 경우에 효율 저하가 문제된다.
본 발명은 하이브리드 자동차에서 보다 효율적으로 변속 인터벤션 제어를 수행할 수 있는 방법 및 그를 수행하는 차량을 제공하기 위한 것이다.
특히, 본 발명은 하이브리드 차량에서 변속 인터벤션 량의 예측 정확도를 높이고, 엔진 인터벤션을 최소할 수 있는 변속 제어 방법 및 그를 수행하는 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 변속 제어 방법은, 변속 시점의 변속기 입력단 토크를 예측하는 단계; 상기 변속 시점의 모터 회전수(RPM)를 예측하는 단계; 상기 예측된 변속기 입력단 토크 및 상기 예측된 모터 회전수를 이용하여 인터벤션 량을 예측하는 단계; 상기 예측된 인터벤션 량을 이용하여 상기 변속 시점에서 모터만을 이용한 인터벤션의 가능 여부를 판단하는 단계; 및 상기 판단의 결과에 대응되는 변속을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차는, 변속 시점의 변속기 입력단 토크 및 모터 회전수(RPM)를 예측하는 제1 제어기; 및 변속기를 제어하되, 상기 예측된 변속기 입력단 토크 및 상기 예측된 모터 회전수를 이용하여 인터벤션 량을 예측하여 상기 제1 제어기로 전달하는 제2 제어기를 포함하되, 상기 제1 제어기는 상기 예측된 인터벤션 량을 이용하여 상기 변속 시점에서 모터만을 이용한 인터벤션의 가능 여부를 판단하고, 상기 판단의 결과에 대응되는 토크 지령을 상기 모터를 제어하는 제3 제어기로 전달할 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 관련된 하이브리드 자동차는 보다 효율적으로 변속 제어를 수행할 수 있다.
특히, 변속 전 인터벤션 량을 보다 정확히 예측하고, 이를 통해 엔진과 모터 토크를 미리 재분배하여 변속 인터벤션에 엔진 개입을 최소화하므로 효율성이 향상된다.
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 일반적인 하이브리드 자동차의 파워 트레인 구조의 일례를 나타낸다.
도 2는 일반적인 하이브리드 차량에서 상단 변속을 위한 인터벤션 과정의 일례를 나타낸다.
도 3은 일반적인 하이브리드 차량에서 인터벤션 과정에서 발생할 수 있는 문제점의 일례를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 적용될 수 있는 하이브리드 자동차의 제어 계통의 일례를 나타내는 블럭도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 토크 재분배 형태의 일례를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 인터벤션 량의 예측 과정의 일례를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 예상 인터벤션 량에 따른 효율적 변속 제어가 수행되는 형태의 일례를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 변속 제어 과정의 일례를 나타내는 순서도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 변속 제어 과정의 일례를 나타낸다.
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 일 실시예에 따른 변속 제어 방법을 설명하기 앞서, 본 실시예에 적용될 수 있는 파워 트레인 제어기 간의 상호관계를 도 4를 참조하여 먼저 설명한다. 도 4의 구성은 전술한 도 1의 파워 트레인 구성을 갖는 하이브리드 차량에 적용될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 적용될 수 있는 하이브리드 자동차의 제어 계통의 일례를 나타내는 블럭도이다.
도 4를 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 하이브리드 제어기(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 엔진 클러치인 경우)제어나 토크 용량 제어(건식 엔진 클러치인 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 과거 주행 데이터를 학습하고, 현재 주행 데이터를 적용하여 배터리 SOC에 따른 DTE 정보를 계산할 수 있다.
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.
이하, 상술한 차량 구성을 바탕으로 본 발명의 일 실시예에 따른 변속 제어 방법을 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 변속 발생 전 인터벤션 량을 예측하여, 예측 결과에 따라 파워트레인에 토크 재분배가 수행되도록 할 것을 제안한다.
이를 위해, 변속기 제어기(250)는 가속페달센서(APS) 및 변속기(150) 입력축의 현재 회전수(RPM)를 이용하여 앞으로 발생할 인터벤션 량을 예측하며, 이를 하이브리드 제어기(240)에 전달할 수 있다. 또한, 하이브리드 제어기(240)는 전달받은 인터벤션 예측량을 기준으로 토크 재분배의 가능 여부를 결정하며, 가능할 경우 재분배 량을 결정하여 모터 제어기(220)와 엔진 제어기(210) 각각에 대응되는 토크 지령을 전송할 수 있다.
토크 재분배가 수행되는 구체적인 형태는 도 5를 참조하여 설명한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 토크 재분배 형태의 일례를 나타낸다. 도 5에서 인터벤션 량은 정확히 예측된 것으로 가정한다.
도 5를 참조하면, 인터벤션 량이 예측되나, 인터벤션 량을 현재 모터의 동작 상태, 즉, 출력 토크를 감안할 때 모터만으로 인터벤션 량을 모두 감당하지 못할 것으로 판단되는 경우, 토크 페이즈에서 미리 전기 모터의 토크를 부족량만큼 상승시키되, 엔진의 토크는 그만큼 저감될 수 있다. 이는 전기 모터의 토크 상승분만큼 엔진 토크를 저감시켜 전체 토크를 유지하기 위함이다. 이때, 엔진의 토크 저감은 토크 페이즈 전체에 걸쳐 수행될 수 있기 때문에 급격한 점화각 지각은 불필요하다. 따라서, 연비 저하가 낮은 방식, 예컨대, 공기량 제어 방식 등이 적용될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
결국, 도 5와 같은 토크 재분배를 통해 관성 페이즈에서 엔진의 토크 저감이 불필요하며, 전기 모터만으로 인터벤션 량이 만족되므로 효율성이 향상된다.
다음으로, 인터벤션 량의 예측 방법을 도 6을 참조하여 설명한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 인터벤션 량의 예측 과정의 일례를 나타낸다.
도 6을 참조하면, P1 내지 P4의 4개의 그래프가 도시된다. 각 그래프는 시간을 나타내는 가로축을 공유하며, P1의 세로축은 실제 인터벤션 량(필요량)을, P2의 세로축은 모터의 RPM을, P3의 세로축은 변속기 입력단의 토크를, P4의 세로축은 차량에서 예상한 인터벤션 량을 각각 나타낸다.
본 실시예에 따르면, 인터벤션 량은 토크 페이즈 진입시의 모터 RPM과 변속기 입력토크에 의해 결정될 수 있다. 따라서, 인터벤션 량을 예측한다고 함은 토크 페이즈 진입시의 모터 RPM과 변속기 입력토크를 예측함을 의미할 수 있다.
P2를 참조하면, 관성 페이즈 진입시 모터의 RPM(n2)은 토크 페이즈 진입시의 RPM(n1)이, 제어 시작시(즉, 토크 페이즈 이전) 기울기(a')를 따라 토크 페이즈에 해당하는 시간(t1, 변속기 제어기가 판단 가능)만큼 상승하는 양으로 볼 수 있다. 따라서, "n2= a'*t1+n1" 또는"n2= f(t1,APS,etc)t1+n1"과 같이 구해질 수 있다.
유사하게, P3에 도시된 바와 같이 입력토크는 APS를 기반으로 예측될 수 있다. 예컨대, 관성 페이즈 진입 시점의 변속기 입력토크는 "f(APS, t1) + 현재 입력토크" 또는 "f(t1.APS,etc)t1 + 현재 입력 토크"와 같이 구해질 수 있다.
결국, 상술한 방법으로 관성 페이즈 진입시의 모터 RPM과 변속기 입력토크가 예측되면, P4와 같이 예상 인터벤션 량(A)이 토크 페이즈 내에서 판단될 수 있다.
도 6을 참조하여 설명한 방법으로 예상된 인터벤션 량에 따른 후속 제어 과정을 도 7을 참조하여 설명한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 예상 인터벤션 량에 따른 효율적 변속 제어가 수행되는 형태의 일례를 나타낸다. 도 7은 도 6에서 후속되는 과정이며, 예상 인터벤션 량 또한 도 6의 "A"와 동일한 것으로 가정한다.
도 7을 참조하면, P5 내지 P7의 3개의 그래프가 도시된다. 각 그래프는 시간을 나타내는 가로축을 공유하며, P5와 P6의 세로축은 모터 토크를, P7의 세로축은 엔진 토크를 각각 나타낸다. 또한, P5와 P6에서 "B"는 변속 제어 진입시 모터가 감당할 수 있는 인터벤션 량을 나타내며, 모터의 출력 토크와 충전 제한 토크 크기의 합에 해당함은 전술한 바와 같다.
P5의 경우와 같이 예상 인터벤션 량(A)이 모터가 감당할 수 있는 인터벤션 량(B)보다 작은 경우에는 관성 페이즈에서 모터의 토크 제어를 통해 인터벤션 량이 모두 만족되어 문제되지 않는다.
이와 달리, P6의 경우와 같이 예상 인터벤션 량(A)이 모터가 감당할 수 있는 인터벤션 량(B)보다 큰 경우에는 토크 페이즈에서 관성 페이즈에 진입하기 전에 두 량의 차분만큼(A-B) 모터 토크를 상승시킬 수 있다. 그에 따라 관성 페이즈에서 실제 전기 모터가 감당할 수 있는 인터벤션 량이 증가하여 모터만으로 인터벤션 량이 모두 충족될 수 있다. 대신, P7과 같이 모터 토크 상승분만큼 엔진 토크는 관성 페이즈에서 저감된다.
상술한 방법을 통해, 인터벤션 량의 예측될 수 있으며, 예측된 인터벤션 량을 모터가 감당할 수 있는 인터벤션 량과 비교하여, 비교 결과에 따라 토크 페이즈에서 토크 재분배가 수행되도록 하여 관성 페이즈에서 엔진의 인터벤션 제어 발생을 방지할 수 있다. 실시 예에 따라, 모터 토크 상승 제어에 따라 엔진 토크 감소가 필요할 때, 감소된 엔진 토크 엔진의 최적 효율 운전점을 일정 수준 이상 벗어날 경우 동력 재분배 과정은 수행되지 않을 수도 있다.
전술한 과정을 순서도로 나타내면 도 8과 같다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 변속 제어 과정의 일례를 나타내는 순서도이다.
도 8을 참조하면, 운전자의 가속 페달 개도량에 따른 APS 값에 기반하여 변속기의 입력단 토크가 예측되고(S810), 모터 RPM의 상승 기울기를 통해 변속시 RPM이 예측될 수 있다(S820). 이때, 입력단 토크의 예측은 하이브리드 제어기에서 수행될 수 있고, 모터 RPM 예측은 하이브리드 제어기나 변속기 제어기에서 수행될 수 있다.
여기서 변속기의 입력 토크와 모터 RPM 각각의 예측값은 관성 페이즈 시작 시점에 해당하는 값일 수 있으며, 구체적인 방법은 도 6을 참조하여 전술한 방법과 같으므로 중복되는 기재는 생략하기로 한다.
변속기 제어기는 예측된 모터 RPM과 변속기 입력 토크를 기반으로 인터벤션 량을 예측할 수 있다(S830). 인터벤션 량의 예측에는 기 설정된 함수를 통한 연산 방식이 사용될 수도 있고, 기 설정된 맵이나 룩업 테이블을 조회하는 방식이 사용될 수도 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
그에 따라, 변속기 제어기는 인터벤션 량 예측값을 하이브리드 제어기에 전달하고, 하이브리드 제어기는 인터벤션 량 예측값과 모터가 감당할 수 있는 인터벤션 량을 비교하여 엔진 인터벤션의 회피 가능 여부를 판단할 수 있다(S840). 판단 결과에 따라, 하이브리드 제어기는 전기 모터만으로 인터벤션이 수행되도록 모터 제어기에 토크 지령을 전달하거나, 토크 페이즈 내에서 동력이 재분배 되도록 분배량을 결정하고 각각에 해당하는 토크 지령을 엔진 제어기와 모터 제어기로 전달할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 의하면, 보다 정확한 변속 시점의 변속기 입력 토크와 모터 RPM 예측을 위해 근미래 예측 보정이 도입될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예는 예측 과정만 전술한 실시예와 상이하고, 관성 페이즈에서의 제어는 전술한 실시예와 동일한 바, 중복되는 설명은 생략하고 차이점을 위주로 설명하기로 한다.
본 발명의 다른 실시예에서는 근미래 예측 보정을 위해, 차량 외부에서 수집된 정보가 추가로 고려될 수 있다. 차량 외부에서 수집된 정보는 텔레매틱스 센터나 별도의 서버로부터 텔레매틱스 모듈이나 AVN 시스템 등 무선 통신 수단을 거쳐 차량에 획득될 수 있다. 차량에 획득되는 외부 정보는 변속의 종류(상단 변속, 하단 변속, 킥다운 변속 등), 현재 차량 주행 상태(속도 변화, 요구 토크 변화, 등/강판 등) 등의 분류 기준에 따른 유사한 변속 케이스의 과거 데이터나 그를 기반으로 한 보정 파라미터를 포함할 수도 있고, 빅데이터 기반의 근미래 예측 모델 함수일 수도 있다. 이러한 정보가 고려되는 예측 과정을 도 9를 참조하여 설명한다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 변속 제어 과정의 일례를 나타낸다.
도 9를 참조하면, 도 6의 경우와 유사하게 P1' 내지 P4'의 4개의 그래프가 도시된다. 각 그래프는 시간을 나타내는 가로축을 공유하며, P1'의 세로축은 실제 인터벤션 량(필요량)을, P2'의 세로축은 모터의 RPM을, P3'의 세로축은 변속기 입력단의 토크를, P4'의 세로축은 차량에서 예상한 인터벤션 량을 각각 나타낸다. 도 6과 비교할 경우, 토크 페이즈에서의 실제 모터 RPM(즉, n2에서 n2'로)과 변속기 입력 토크가 상승하여 실제 인터벤션 량이 도 6의 경우보다 커진 경우를 가정한다.
전술한 본 발명의 일 실시예에서는 인터벤션 량은 토크 페이즈 진입시의 모터 RPM과 변속기 입력토크에 의해 결정되므로 토크 페이즈에서 모터 RPM이나 변속기 입력 토크에 변화가 발생하는 경우 실제 최종 인터벤션 량은 모터 RPM의 변화에 따른 피드백 제어로 결정되므로 인터벤션 량이 예측량과 상이해질 수 있다.
이에 반해, 본 실시예에 따르면 초기 인터벤션 량은 도 6 및 도 8을 참조하여 설명한 방법대로 구하되, 근미래 예측 보정을 수행하여 피드백에 의한 최종 인터벤션 량을 보정하므로 정확도가 향상될 수 있다.
예컨대, 토크 페이즈 시작 시점에서 초기 모터 RPM 예측값과 초기 변속기 입력 토크는 도 6을 참조하여 상술한 방법으로 구하되, 최종 인터벤션 량을 구함에 있어서 "f(예측 RPM, 예측 입력 토크) + f(변속 Case Data, TM Aging)"과 같이, 현재 운전 상황에 대응되는 외부 참조 데이터(case data)와 변속기의 상태정보(예컨대, aging 상태 정보)를 추가로 고려하여 예측 정확도가 향상될 수 있다.
이러한 제어가 수행되는 경우, 도 8의 S830 단계는 다음과 같이 변경될 수 있다. 예컨대, S830 단계에서 변속기 제어기는 예측 입력 토크와 예측 모터 RPM으로 바로 인터벤션 량을 예측하는 대신, 근미래 예측 데이터를 추가로 적용하여 인터벤션 량을 예측하고, 이를 하이브리드 제어기로 전달한다.
여기서, 근미래 예측 데이터는 AVN 시스템이나 텔레매틱스 유닛 등으로부터 미리 수신된 것일 수 있으며, 그 종류로는 기존 비슷한 변속 Case Data 분석을 통해 차량간 편차 및, 동력원 토크 편차, 변속기 유압 특성/유압 시스템 에이징 정도에 따른 보정 데이터 중 적어도 하나를 포함할 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 전환은 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims (19)

  1. 하이브리드 자동차의 변속 제어 방법에 있어서,
    변속 시점의 변속기 입력단 토크를 예측하는 단계;
    상기 변속 시점의 모터 회전수(RPM)를 예측하는 단계;
    상기 예측된 변속기 입력단 토크 및 상기 예측된 모터 회전수를 이용하여 인터벤션 량을 예측하는 단계;
    상기 예측된 인터벤션 량을 이용하여 상기 변속 시점에서 모터만을 이용한 인터벤션의 가능 여부를 판단하는 단계; 및
    상기 판단의 결과에 대응되는 변속을 수행하는 단계를 포함하고,
    상기 모터 회전수(RPM)를 예측하는 단계는,
    상기 모터 회전수가 상승하는 제1 변속 페이즈의 시작 시점에서 수행되고,
    상기 변속 시점은,
    상기 제1 변속 페이즈 다음에 오는 제2 변속 페이즈의 시작 시점에 대응되는,
    하이브리드 자동차의 변속 제어 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 변속기 입력단 토크를 예측하는 단계는,
    가속 페달 센서 값을 이용하여 수행되는, 하이브리드 자동차의 변속 제어 방법.
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 모터 회전수(RPM)를 예측하는 단계는,
    상기 시작 시점 이전의 모터 회전수 상승 기울기, 상기 제1 변속 페이즈의 길이 및 상기 시작 시점의 모터 회전수를 이용하여 수행되는, 하이브리드 자동차의 변속 제어 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 모터만을 이용한 인터벤션의 가능 여부를 판단하는 단계는,
    상기 예측된 인터벤션 량과 상기 모터의 최대 인터벤션 량을 비교하는 단계를 포함하는, 하이브리드 자동차의 변속 제어 방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 변속을 수행하는 단계는,
    상기 모터만을 이용한 인터벤션이 불가한 것으로 판단되는 경우, 상기 제2 변속 페이즈 이전에 상기 모터와 엔진 간의 동력을 재분배하는 단계를 포함하는, 하이브리드 자동차의 변속 제어 방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 재분배하는 단계는,
    상기 예측된 인터벤션 량과 상기 모터의 최대 인터벤션 량의 차분에 해당하는 토크를 상기 제2 변속 페이즈 이전에 상기 모터의 토크에 추가하는 단계; 및
    상기 차분에 해당하는 토크를 상기 제2 변속 페이즈 이전에 상기 엔진의 토크에서 차감하는 단계를 포함하는, 하이브리드 자동차의 변속 제어 방법.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 인터벤션 량을 예측하는 단계는,
    상기 예측된 변속기 입력단 토크 및 상기 예측된 모터 회전수에 근미래 예측 정보를 적용하여 피드백 인터벤션 량을 보정하는 단계를 더 포함하는, 하이브리드 자동차의 변속 제어 방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 근미래 예측 정보는,
    기존 유사한 변속 케이스 데이터 분석을 통해 획득된 차량간 편차, 동력원 토크 편차, 변속기 유압 특성. 유압 시스템 에이징 정도에 따른 보정 데이터 중 적어도 하나를 포함하는, 하이브리드 자동차의 변속 제어 방법.
  10. 삭제
  11. 하이브리드 자동차에 있어서,
    변속 시점의 변속기 입력단 토크 및 모터 회전수(RPM)를 예측하는 제1 제어기; 및
    변속기를 제어하되, 상기 예측된 변속기 입력단 토크 및 상기 예측된 모터 회전수를 이용하여 인터벤션 량을 예측하여 상기 제1 제어기로 전달하는 제2 제어기를 포함하되,
    상기 제1 제어기는,
    상기 예측된 인터벤션 량을 이용하여 상기 변속 시점에서 모터만을 이용한 인터벤션의 가능 여부를 판단하고, 상기 판단의 결과에 대응되는 토크 지령을 상기 모터를 제어하는 제3 제어기로 전달하며,
    상기 제1 제어기는,
    상기 모터 회전수가 상승하는 제1 변속 페이즈의 시작 시점에서 상기 모터 회전수(RPM)를 예측하고,
    상기 변속 시점은,
    상기 제1 변속 페이즈 다음에 오는 제2 변속 페이즈의 시작 시점에 대응되는, 하이브리드 자동차.
    하이브리드 자동차.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 제1 제어기는,
    가속 페달 센서 값을 이용하여 상기 변속기 입력단 토크를 예측하는, 하이브리드 자동차.
  13. 삭제
  14. 제 11항에 있어서,
    상기 제1 제어기는,
    상기 시작 시점 이전의 모터 회전수 상승 기울기, 상기 제1 변속 페이즈의 길이 및 상기 시작 시점의 모터 회전수를 이용하여 상기 모터 회전수(RPM)를 예측하는, 하이브리드 자동차.
  15. 제 11항에 있어서,
    상기 제1 제어기는,
    상기 예측된 인터벤션 량과 상기 모터의 최대 인터벤션 량을 비교하여 상기 모터만을 이용한 인터벤션의 가능 여부를 판단하는, 하이브리드 자동차.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 제1 제어기는,
    상기 모터만을 이용한 인터벤션이 불가한 것으로 판단되는 경우, 상기 제2 변속 페이즈 이전에 상기 모터와 엔진 간의 동력을 재분배하는, 하이브리드 자동차.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 제1 제어기는,
    상기 예측된 인터벤션 량과 상기 모터의 최대 인터벤션 량의 차분에 해당하는 토크를 상기 제2 변속 페이즈 이전에 상기 모터의 토크에 추가하고, 상기 차분에 해당하는 토크를 상기 제2 변속 페이즈 이전에 상기 엔진의 토크에서 차감하는, 하이브리드 자동차.
  18. 제 11항에 있어서,
    상기 제2 제어기는,
    상기 예측된 변속기 입력단 토크 및 상기 예측된 모터 회전수에 근미래 예측 정보를 적용하여 피드백 인터벤션 량을 보정하는, 하이브리드 자동차.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 근미래 예측 정보는,
    기존 유사한 변속 케이스 데이터 분석을 통해 획득된 차량간 편차, 동력원 토크 편차, 변속기 유압 특성. 유압 시스템 에이징 정도에 따른 보정 데이터 중 적어도 하나를 포함하는, 하이브리드 자동차.
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