KR20080089543A

KR20080089543A - 하이브리드 자동차의 크루즈 제어방법

Info

Publication number: KR20080089543A
Application number: KR1020070030181A
Authority: KR
Inventors: 김상준
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아자동차주식회사
Priority date: 2007-03-28
Filing date: 2007-03-28
Publication date: 2008-10-07

Abstract

본 발명은 하이브리드 자동차의 크루즈 제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 모터, 배터리나 발전기 등의 상태를 고려하여 크루즈를 제어하는 방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 하이브리드 자동차의 크루즈 제어방법은, 토크 지령으로 정속 주행을 수행하는 하이브리드 자동차의 크루즈 제어방법에 있어서;

크루즈 스위치부를 구성하는 서로 다른 스위치가 동시에 눌러졌을 때 각각의 상황에 따른 우선 순위를 부여하여 안전 주행에 유리한 스위치를 인식하는 단계와, 상기 크루즈 스위치 상태뿐만 아니라 모터 온도, 발전기 온도를 고려하여 크루즈 모드의 진입/해제 여부를 결정하는 단계와, 상기 크루즈 스위치 상태와 크루즈 모드의 진입/해제 정보를 입력으로 하여 현재 차속, 목표 속도 온도, 크루즈 상태를 출력하는 단계와, 상기 현재 차속, 목표 속도 온도, 크루즈 상태를 고려하여 목표 속도를 조절함으로써 차량의 급격한 속도 변화를 방지하는 단계와, 상기 현재 차속과 목표 속도를 입력으로 하여 발생하는 에러 범위가 일정 속도 범위 이내로 진입하는 경우에 실제 에러값에 특정 게인을 주어 제어를 수행하는 단계와, 상기 조절된 에러 범위를 입력으로 하여 PI 제어에 의해 토크 온도를 출력하는 단계와, 상기 크루즈 상태와 토크 온도를 입력으로 하여 토크의 변화율을 제한함으로써 토크의 연속성을 얻는 단계와, 목표 SOC와 배터리 SOC 및 배터리 온도에 따른 배터리 가용 파워를 고려해서 모터의 충/방전량을 결정하여 현재 요구 토크를 엔진토크와 모터 토크로 분배하는 단계를 수행하는 것을 특징으로 한다.

하이브리드 자동차, 크루즈, 배터리 SOC, 온도

Description

하이브리드 자동차의 크루즈 제어방법{Cruise Control Method of Hybrid Vehicle}

도 1은 일반적인 하이브리드 자동차의 개략적인 구성도,

도 2는 본 발명에 따른 크루즈 제어방법의 순서도,

도 3은 도 2에 나타낸 과온시의 제어방법을 나타낸 도면,

도 4는 도 2에 나타낸 목표 속도 조절을 나타낸 도면,

도 5는 도 2에 나타낸 에러 조절을 나타낸 도면,

도 6은 도 2에 나타낸 토크 연속성을 나타낸 도면,

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10: 배터리 20: 발전기

30: 엔진 40: 모터

50: CVT 60: 바퀴

일반적으로 하이브리드 자동차는 도 1에 도시된 바와 같이, 가솔린이나 디젤의 연소를 통해 기계적인 동력을 발생하는 엔진(30)의 구동력과, 배터리(10) 전압으로 구동되는 모터(40)의 구동력을 바퀴(60)에 전달하는 CVT(Continuously Variable Transmission)(60)를 직결로 연결한 것으로, 환경 친화적인 미래형 자동차로 개발되고 있다.

이러한 하이브리드 전기자동차의 주행 제어로직은 엔진 시동과 출발모드, 정속모드, 가속모드, 감속모드 및 엔진정지로 구분되는데, 주행중에 가속과 정속에 관계되는 주행 제어모드로는 차량이 정지 상태에서 소정의 속도, 대략 30KPH까지 도달하는 초기 가속모드인 출발모드와, 소정의 속도 이상에서 일정한 속도를 유지하는 정속모드 및 소정의 속도, 대략 30KPH 이상으로 가속하는 가속모드로 구분되어 설정된다.

하이브리드 자동차의 정속 주행을 가능하게 하는 크루즈 제어는 자동변속기나 수동변속기의 크루즈 제어와는 달리 변속에 대한 지령없이 토크 지령으로 모든 경우의 정속 주행을 수행한다.

종래의 정속 주행장치는 크루즈 스위치와 브레이크 스위치, 변속단 위치(Shift Position) 등의 디젤이나 가솔린 자동차에 적용된 것으로서, 배터리, 모터나 발전기와 같은 PE(Power Electric) 부품에 대한 고려없이 제어가 수행되었다.

본 발명은 모터, 발전기, 엔진으로 이루어진 하드타입 하이브리드 자동차의 정속 주행을 위해 안출된 것으로서, 배터리와 발전기의 과온, 배터리의 전력 제한, 배터리의 잔존용량, 크루즈 진입/해제시의 운전용이도(Drivability) 등을 고려해서 크루즈 제어를 수행함으로써 하드타입 하이브리드 자동차를 정속 주행할 수 있도록 하는 하이브리드 자동차의 크루즈 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 하이브리드 자동차의 크루즈 제어방법은, 토크 지령으로 정속 주행을 수행하는 하이브리드 자동차의 크루즈 제어방법에 있어서;

크루즈 스위치부를 구성하는 서로 다른 스위치가 동시에 눌러졌을 때 각각의 상황에 따른 우선 순위를 부여하여 안전 주행에 유리한 스위치를 인식하는 단계와, 상기 크루즈 스위치 상태뿐만 아니라 모터 온도, 발전기 온도를 고려하여 크루즈 모드의 진입/해제 여부를 결정하는 단계와, 상기 크루즈 스위치 상태와 크루즈 모드의 진입/해제 정보를 입력으로 하여 현재 차속, 목표 속도 온도, 크루즈 상태를 출력하는 단계와, 상기 현재 차속, 목표 속도 온도, 크루즈 상태를 고려하여 목표 속도를 조절함으로써 차량의 급격한 속도 변화를 방지하는 단계와, 상기 현재 차속과 목표 속도를 입력으로 하여 발생하는 에러 범위가 일정 속도 범위 이내로 진입하는 경우에 실제 에러값에 특정 게인을 주어 제어를 수행하는 단계와, 상기 조절된 에러 범위를 입력으로 하여 PI 제어에 의해 토크 온도를 출력하는 단계와, 상기 크루즈 상태와 토크 온도를 입력으로 하여 토크의 변화율을 제한함으로써 토크의 연속성을 얻는 단계와, 목표 SOC와 배터리 SOC 및 배터리 온도에 따른 배터리 가용 파워를 고려해서 모터의 충/방전량을 결정하여 현재 요구 토크를 엔진토크와 모터토크로 분배하는 단계를 수행하는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참고로 그 구성 및 작용을 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 크루즈 제어방법의 순서도이다.

크루즈 스위치 인식단계(S202)는 크루즈 스위치부를 구성하는 서로 다른 스위치가 동시에 눌러졌을 때 각각의 상황에 따른 우선 순위를 부여하여 안전 주행에 유리한 스위치를 인식하는 단계이다.

이 크루즈 스위치부는 차실 내에 부착되어 운전자가 조작하는 메인 스위치, 세트/감속 스위치와 복귀/가속 스위치 및 취소 스위치로 이루어진다.

상기 메인 스위치는 차속이 30Km/h 이상에서 작동되고, 메인 스위치를 온시키면 차량을 정속 주행 대기상태로 전환시키고, 오프시키면 정속 주행을 해제하는 스위치이다.

상기 세트/감속 스위치는 상기 메인 스위치가 온되어 있는 상태(정속 주행중인 상태)에서 한번 누르면 세트 스위치가 작동되어 그때의 차량 속도로 정속 주행을 행하도록 세트되고, 정속 주행중인 상태에서 계속 누르고 있으면 감속(Deceleration) 스위치가 작동되어, 단계적으로 정속 주행 차속을 감소시킨다.

상기 복귀/가속 스위치는 정속 주행중인 상태에서 계속 누르고 있으면, 가속(Accelaration) 스위치가 작동되어 정속 주행 차속이 단계적으로 증가하게 되고, 정속 주행이 해제된 상태에서 한번 누르면 복귀(Resume) 스위치가 작동되어 바로 직전의 정속 주행중일 때의 정속 주행 차속으로 복귀된다.

상기 취소 스위치는 한번 누르면 그 직전에 누른 스위치의 누름이 취소된다.

아래의 표 1은 상기 크루즈 스위치 인식단계(S202)에서 스위치에 우선순위를 부여한 예를 보여준다.

상기 표 1에서 메인 스위치 > 취소 스위치 > 세트/감속 스위치, 복귀/가속 스위치 순으로 우선 순위가 부여됨을 알 수 있다.

다음 크루즈 모드 진입/해제단계(S204)는 상기 크루즈 스위치 인식단계(S202)에서 인식한 크루즈 스위치 상태(크루즈, 메인 스위치 오프, 세트, 복귀, 취소, 가속, 감속), 브레이크 스위치, 현재 차속, 목표 속도뿐만 아니라 모터 온도, 발전기 온도를 고려하여 크루즈 모드의 진입/해제 여부를 결정하는 단계이다.

상기 모터 온도와 발전기의 온도를 실시간으로 모니터링 하여 기준 온도보다 높은 경우 즉, 과온시에 과온 알림 플래그(flag)를 보내 모터와 발전기의 동력 사용을 제한한다.

이때 과온 온도의 기준이 되는 기준 온도를 한 포인트의 온도로 제한하면 모터/발전기의 사용이 스위칭 되어 전체 시스템이 불안정하게 될 수 있으므로, 이를 방지하기 위하여 도 3에 도시된 바와 같이 릴레이(70)를 이용하여 기준 온도에 히스테리시스를 준다.

다음 크루즈 상태 및 목표 속도 결정단계(S206)는 상기 크루즈 스위치 인식단계(S202)에서 인식한 크루즈 스위치 상태(크루즈, 메인 스위치 오프, 세트, 복귀, 취소, 가속, 감속)와 크루즈 모드 진입/해제단계(S204)의 진입/해제를 입력으로 하여 현재 차속, 목표 속도 온도, 크루즈 상태를 출력한다.

다음 목표 속도 조절단계(S208)에서 현재 차속, 목표 속도 온도, 크루즈 상태를 고려하여 목표 속도를 조절함으로써 차량의 급격한 속도 변화를 방지한다.

즉, 도 4에 도시된 바와 같이 복귀(Resume) 스위치가 작동되어 바로 직전의 정속 주행중일 때의 정속 주행 차속으로 복귀하는 경우에 현재 차속에 따라 목표 속도를 매핑(Mapping)하여 목표 속도를 변화시킴으로써 차량의 급격한 속도 변화를 방지한다.

에러 조절단계(S210)는 현재 차속과 목표 속도를 입력으로 하여 발생하는 에러 범위가 도 5에 도시된 바와 같이, 일정 속도 범위 이내로 진입하면 실제 에러값에 특정 게인을 주어 정확한 제어를 수행함으로써 속도 제어기의 성능을 향상시키는 단계이다.

PI 제어단계(S212)는 상기 조절된 에러 범위를 입력으로 하여 PI 제어에 의해 토크 온도를 출력하는 단계이다.

상기 PI 제어(Proportional-Integral control)는 기준입력과 제어대상의 피드백량의 오차에 비례게인과 그 오차를 적분하여 적분게인을 곱하고, 그 두 값을 더하여 제어대상의 조작량으로 하는 제어방식이다.

토크율 제한단계(S214)는 상기 크루즈 상태 및 목표 속도 결정단계(S206)에서 얻은 크루즈 상태와, PI 제어단계(S212)에서 토크 온도를 입력으로 하여 토크의 변화율을 제한함으로써 토크의 연속성을 얻는 단계이다.

즉, 도 6에 도시된 바와 같이 크루즈 제어가 수행되는 중에 취소 버튼 인가, 기어 위치 이동, 메인 스위치 오프 등의 이벤트가 일어나면 토크의 단절 현상이 일어날 수 있고, 특히 레퍼런스 토크가 증가하는 방향에서 상기한 이벤트가 발생할 경우에 더 큰 쇼크가 발생할 수 있어 이를 방지하기 위해 토크의 변화율을 제한한다.

시스템 효율을 위해 크루즈 제어시 엔진의 최적효율을 낼 수 있도록 OOL(Optimum Operating Line) 부근에서 운전하도록 엔진의 운전점을 결정하여야 한다.

이를 위해 현재 요구 토크(Cruise Demand Wheel Torque)를 엔진토크와 모터토크로 적절히 분배해야 한다.

이때 시스템의 목표 SOC(State Of Charge)와 배터리 SOC 및 배터리 온도에 따른 배터리 가용 파워를 고려하여 모터의 충/방전량을 결정한다.

엔진 최적 운전점과 모터 운전점 결정단계(S216)는 현재 요구 토크와 현재 차속 뿐만 아니라 목표 SOC, 배터리 SOC, 배터리 온도 및 배터리 전력 제한에 따른 배터리 가용파워를 고려하여 OOL 부근에서 운전하도록 엔진의 운전점을 결정하고 모터의 운전점을 결정하는 단계이다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 의하면, 배터리와 발전기의 과온, 배터리의 전력 제한, 배터리의 잔존용량, 크루즈 진입/해제시의 운전용이도 등을 고려해서 크루즈 제어를 수행함으로써 하드타입 하이브리드 자동차를 정속 주행할 수 있도록 한다.

Claims

토크 지령으로 정속 주행을 수행하는 하이브리드 자동차의 크루즈 제어방법에 있어서;

크루즈 스위치부를 구성하는 서로 다른 스위치가 동시에 눌러졌을 때 각각의 상황에 따른 우선 순위를 부여하여 안전 주행에 유리한 스위치를 인식하는 단계와,

상기 크루즈 스위치 상태뿐만 아니라 모터 온도, 발전기 온도를 고려하여 크루즈 모드의 진입/해제 여부를 결정하는 단계와,

상기 크루즈 스위치 상태와 크루즈 모드의 진입/해제 정보를 입력으로 하여 현재 차속, 목표 속도 온도, 크루즈 상태를 출력하는 단계와,

상기 현재 차속, 목표 속도 온도, 크루즈 상태를 고려하여 목표 속도를 조절함으로써 차량의 급격한 속도 변화를 방지하는 단계와,

상기 현재 차속과 목표 속도를 입력으로 하여 발생하는 에러 범위가 일정 속도 범위 이내로 진입하는 경우에 실제 에러값에 특정 게인을 주어 제어를 수행하는 단계와,

상기 조절된 에러 범위를 입력으로 하여 PI 제어에 의해 토크 온도를 출력하는 단계와,

상기 크루즈 상태와 토크 온도를 입력으로 하여 토크의 변화율을 제한함으로써 토크의 연속성을 얻는 단계와,

목표 SOC와 배터리 SOC 및 배터리 온도에 따른 배터리 가용 파워를 고려해서 모터의 충/방전량을 결정하여 현재 요구 토크를 엔진토크와 모터토크로 분배하는 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차의 크루즈 제어방법.
제 1 항에 있어서,

상기 크루즈 스위치부가 메인 스위치, 세트/감속 스위치, 복귀/가속 스위치, 취소 스위치로 이루어지는 경우에 메인 스위치 > 취소 스위치 > 세트/감속 스위치, 복귀/가속 스위치 순으로 우선 순위가 부여되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차의 크루즈 제어방법.
제 1 항에 있어서,

상기 모터 온도와 발전기의 온도를 실시간으로 모니터링 하여 기준 온도보다 높은 과온시에 과온 알림 플래그(flag)를 보내 모터와 발전기의 동력 사용을 제한하고, 기준 온도에 히스테리시스를 주는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차의 크루즈 제어방법.