KR20030050159A - 하이브리드 전기 자동차의 동력 분배 제어방법 - Google Patents

Abstract

배터리 전압에 따른 전기 모터의 최대 토오크를 산출하여 엔진과 전기 모터의 동력 분배가 이상적으로 이루어지도록 함으로써, 운전자가 요구하는 전체 출력이 이루어질 수 있도록 하여 동력성능을 향상시킬 목적으로;

연료를 사용하는 엔진과 전기모터를 동시에 동력원으로 사용하는 하이브리드 전기 자동차에 있어서,

가속페달의 밟힘 정도에 따라 운전자가 요구하는 차량 가속 동력을 산출하고, 현재의 차량이 운전 모드인가 판단하는 제1 단계와;

상기 제1 단계에서 운전 모드로 판정되면, 배터리에서 인가되는 전압을 검출하여 모터 출력 토크 제한치를 산출하는 제2 단계와;

상기 제1 단계와 상기 제2 단계에서 산출된 요구 동력과 모터 출력 토크 제한치를 연산하여 모터 및 엔진의 요구 동력을 산출 분배하는 제3 단계와;

상기 제3 단계에서 분배되는 출력값에 따라 모터와 엔진에서 출력되는 값의 합으로 전체 출력이 운전자의 요구 출력이 되어 구동되는 제4 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 하이브리드 전기 자동차의 동력 분배 제어방법을 제공한다.

Description

하이브리드 전기 자동차의 동력 분배 제어방법{METHOD OF CONTROLLING POWER SPILT FOR HYBRID ELECTRIC VEHICLE}

본 발명은 하이브리드 전기 자동차(Hybrid Electric Vehicle)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 배터리 전압에 따른 전기 모터의 최대 토오크를 산출하여 엔진과 전기 모터의 동력분배가 이상적으로 이루어지도록 함으로써, 운전자가 요구하는 전체 출력이 이루어질 수 있도록 한 하이브리드 전기 자동차의 동력 분배 제어방법에 관한 것이다.

예컨대, 하이브리드 자동차라고 함은 서로 다른 두 종류 이상의 동력원을 효율적으로 조합하여 차량을 구동하는 것을 의미하는 것으로, 대부분의 경우에는 연료를 사용하여 동력을 얻는 엔진과 전기로 구동되는 전기 모터로 구성된 시스템으로서, 일명 하이브리드 전기 자동차라고 일컬어지고 있다.

이러한 하이브리드 전기 자동차 구성의 일예를 살펴보면, 도 1에서와 같이, 엔진(2)의 출력측에 전기모터(4)를 두고 그 후측으로 발진 클러치(6)를 포함하는 무단 변속기(8)를 배치하고, 이의 무단 변속기(8)로부터 출력되는 동력으로 구동륜 (10)을 구동시킬 수 있도록 구성하고 있다.

그리고 상기 전기모터(4)는 모터 컨트롤 유닛(MCU)을 통해 배터리(12)의 전원을 공급받으면서 제어되며, 하이브리드 전기 자동차를 전체적으로 총합 제어하는 하이브리드 제어유닛(HCU)은 엔진제어유닛(ECU)와 트랜스밋션 제어유닛(TCU), 그리고 배터리 관리 시스템(BMS)과 운전자가 직접 조작하는 가속 페달 센서(APS)등과 전기적으로 연결되어 현재의 차량 운전상태를 입력받아 모터 컨트롤 유닛(MCU)을 제어하게 되는 것이다.

이러한 하이브리드 전기 자동차는 시동을 걸때에는 전기모터를 이용하여 초기 연료 소모와 배기가스 발생을 최소화하고, 가속시에는 일정 시속동안 전기모터가 엔진의 동력을 보조하게 되는 것이다.

즉, 저속에서는 전기의 힘으로 중고속에서는 연료로 차가 움직이게 되는 것이며, 일반 주행시에도 일정 속도를 넘으면 연료는 전기에서 가솔린으로 바뀌게 됨으로써, 전기모터의 도움으로 엔진에 걸리는 부하 및 작동조건이 개선되고, 엔진의 배기가스 배출을 크게 줄일 수 있는 장점이 있는 것이다.

상기와 같은 하이브리드 전기 자동차에 있어서, 종래의 엔진과 전기 모터의 동력 분배 제어방법을 살펴보면, 도 3에서와 같이, 운전자가 가속을 위하여 가속페달을 밟으면, 이의 신호가 하이브리드 컨트롤 유닛(HCU)에 의해 검출되고(S300),상기 하이브리드 컨트롤 유닛(HCU)에서는 가속페달 센서(APS)로부터 측정된 값을 이용하여 운전자가 요구하는 차량 가속 동력을 산출하게 된다(S310).

상기 S310 단계에서 차량 가속 동력의 산출은 상기 가속페달 센서(APS)에서 검출되는 신호를 로우패스 필터에 통과시켜 PID 제어기에서 연산하는 과정으로 이루어진다.

그리고 상기 S310 단계에서 요구 출력이 산출되면, 변속기의 시프트 레버와 브레이크 작동여부에 따른 운전모드를 판정하여(S320), 운전 모드로 판정되면, 상기 S310 단계에서 산출된 값에 따라 하이브리드 컨트롤 유닛(HCU)에서 동력 분배를 산출하게 된다(S330).

상기 S330 단계에서 동력 분배값이 산출되면, 상기 모터 컨트롤 유닛(MCU)와 엔진 제어유닛(ECU)로 동력 분배값을 입력시키면, 상기 모터 컨트롤 유닛(MCU)와 엔진 제어유닛(ECU)에서는 상기 동력 분배값을 기준으로 모터와 엔진을 제어하여 각각 출력이 이루어지도록 하며(S340)(S350), 상기 모터와 엔진의 출력이 합쳐져 전체 출력이 되는 것이다(S360).

즉, 운전자가 요구하는 출력을 하이브리드 제어유닛에서 제어하여 필요한 엔진의 출력과 모터의 출력의 지령을 각각 엔진과 모터에 주어 전체 출력을 제어하는 방식인 것이다.

그러나 상기와 같은 제어방법에 있어서는 하이브리드 제어유닛에서 운전자가 요구하는 토크를 미리 입력되어진 프로그램에 따라 엔진과 모터를 제어하게 되는바, 배터리의 전압이 낮아지는 경우, 전압에 의해 출력이 제한되어 요구하는 토크를 출력하지 못한다는 문제점이 있다.

그리고 미리 입력되어진 프로그램에 의하여 제어됨으로써, 전압의 변동값을 전혀 고려하지 못함으로써, 전압에 따른 토크 분배가 능동적으로 이루어지지 않게 된다.

보다 구체적으로는 모터가 지령된 만큼의 토크를 발생시키지 못하는 경우에는 부족한 만큼의 출력을 엔진에서 발생시켜야만 운전자가 요구하는 출력이 이루어지는데, 토크 부족분을 엔진에서 추가시켜 주는 기능이 없는바, 운전자가 요구하는 만큼의 출력이 이루어지지 못한다는 문제점을 내포하고 있는 것이다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 본 발명의 목적은 배터리 전압에 따른 전기 모터의 최대 토오크를 산출하여 엔진과 전기 모터의 동력 분배가 이상적으로 이루어지도록 함으로써, 운전자가 요구하는 전체 출력이 이루어질 수 있도록 하여 동력성능을 향상시킬 수 있도록 한 하이브리드 전기 자동차의 동력 분배 제어방법을 제공함에 있다.

도 1은 본 발명이 적용되는 하이브리드 전기 자동차의 구성 블록도.

도 2는 본 발명에 의한 작동 흐름도.

도 3은 종래에 의한 작동 흐름도이다.

이를 실현하기 위하여 본 발명은, 연료를 사용하는 엔진과 전기모터를 동시에 동력원으로 사용하는 하이브리드 전기 자동차에 있어서,

가속페달의 밟힘 정도에 따라 운전자가 요구하는 차량 가속 동력을 산출하고, 현재의 차량이 운전 모드인가 판단하는 제1 단계와;

상기 제1 단계에서 운전 모드로 판정되면, 배터리에서 인가되는 전압을 검출하여 모터 출력 토크 제한치를 산출하는 제2 단계와;

상기 제1 단계와 상기 제2 단계에서 산출된 요구 동력과 모터 출력 토크 제한치를 연산하여 모터 및 엔진의 요구 동력을 산출 분배하는 제3 단계와;

상기 제3 단계에서 분배되는 출력값에 따라 모터와 엔진에서 출력되는 값의 합으로 전체 출력이 운전자의 요구 출력이 되어 구동되는 제4 단계로 이루어지는 하이브리드 전기 자동차의 동력 분배 제어방법을 제공한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명이 적용되는 하이브리드 전기 자동차에 대한 구성 블록도로서, 상기에서 상세히 설명하고 있는 바, 실시예에서의 상세한 설명은 생략한다.

도 2는 본 발명에 의한 제어방법의 작동 흐름도로서, 운전자가 가속을 위하여 가속페달을 밟으면, 이의 신호가 하이브리드 컨트롤 유닛(HCU)에 의해 검출되고 (S100), 상기 하이브리드 컨트롤 유닛(HCU)에서는 가속페달 센서(APS)로부터 측정된 값을 이용하여 운전자가 요구하는 차량 가속 동력을 산출하게 된다(S110).

상기 S110 단계에서 차량 가속 동력의 산출은 상기 가속페달 센서(APS)에서 검출되는 신호를 로우패스 필터(Law Pass Filter)에 통과시켜 이에 통과된 저주파 영역의 주파수를 고주파 PID 제어기에서 연산하는 과정으로 산출하게 된다.

그리고 상기 S110 단계에서 요구 출력이 산출되면, 변속기의 시프트 레버와 브레이크 작동여부에 따른 운전모드를 판정하여(S120), 운전 모드로 판정되면, 하이브리드 제어유닛(HCU)에서는 배터리 관리 시스템(BMS)로부터 현재 배터리에서 인가되는 전압을 검출하고(S130), 이에 검출된 전압에 따른 모터 출력 토크 제한치를 산출하게 된다(S140).

상기에서 모터 출력 토크 제한치의 산출은 배터리 전압에 따라 미리 입력되어진 프로그램에 의해 연산 처리되어 산출된다.

상기에서 S140 단계에서 모터 출력 토크 제한치가 산출되면, 하이브리드 제어유닛(HCU)에서는 미리 입력되어진 프로그램을 통해 상기 S110 단계에서 산출된 운전자 요구출력과 상기 S140 단계에서 산출된 모터 출력 토크 제한치를 고려하여 동력 분배값을 산출하여(S150), 이의 분배값을 상기 모터 컨트롤 유닛(MCU)와 엔진 제어유닛(ECU)로 각각 입력시킨다(S16)(S170).

그러면 상기 모터 컨트롤 유닛(MCU)과 엔진 제어유닛(ECU)에서는 상기 동력 분배값을 근거로 모터의 출력을 실시함과 동시에 미도시한 엔진의 스로틀 밸브를 제어하여 엔진을 출력을 제어하여 각각 출력이 이루어지도록 하며(S161)(S171), 이들 전기 모터와 엔진의 출력이 합쳐져 전체 출력으로 이루어지게 된다(S180).

즉, 상기와 같이 전기 모터 제어를 실시하는 이유는, 전기모터는 전류, 자기, 힘에 의하여 회전하는 로터에 역기전력이 발생하게 되는데, 이는 모터의 회전을 방해하는 힘이며, 만일 역기전력이 인가하는 전압보다 크게 된다면 모터의 제어는 불가능하게 되므로 역기전력이 배터리의 전압 범위안에 있도록 제어하여야 하는데, 종래의 제어방법에 의하면, 배터리의 전압을 정상적인 고정전압으로 고정시켜 주었기 때문이다.

따라서 본 발명에서는 배터리 출력 전압에 따라 모터를 제어하고 만일 부족한 동력이 있다면 이를 엔진에서 보충할 수 있도록 한 것이다.

이상에서와 같이 본 발명에 의하면, 배터리 전압에 따른 전기 모터의 최대 토오크를 산출하여 엔진과 전기 모터의 동력 분배가 이상적으로 이루어지도록 함으로써, 운전자가 요구하는 전체 출력이 이루어질 수 있도록 하여 동력성능을 향상시킬 수 있는 것이다.

Claims (1)

1. 연료를 사용하는 엔진과 전기모터를 동시에 동력원으로 사용하고, CVT(무단변속기)를 적용하고 있는 하이브리드 전기 자동차에 있어서,

   가속페달의 밟힘 정도에 따라 운전자가 요구하는 차량 가속 동력을 산출하고, 현재의 차량이 운전 모드인가 판단하는 제1 단계와;

   상기 제1 단계에서 운전 모드로 판정되면, 배터리에서 인가되는 전압을 검출하여 모터 출력 토크 제한치를 산출하는 제2 단계와;

   상기 제1 단계와 상기 제2 단계에서 산출된 요구 동력과 모터 출력 토크 제한치를 연산하여 모터 및 엔진의 요구 동력을 산출 분배하는 제3 단계와;

   상기 제3 단계에서 분배되는 출력값에 따라 모터와 엔진에서 출력되는 값의 합으로 전체 출력이 운전자의 요구 출력이 되어 구동되는 제4 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 하이브리드 전기 자동차의 동력 분배 제어방법.