KR20120000952A - 하이브리드 차량의 제어장치 및 방법 - Google Patents

하이브리드 차량의 제어장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하이브리드 차량의 환경에 따라 운전점이 능동적으로 제어되도록 하여 안정된 출력 토크가 유지되도록 하는 것이다.
본 발명은 차량이 운행되는 지역의 환경조건을 검출하는 과정, 환경조건을 맵에 적용하여 배터리의 충전 필요량을 결정하는 요소값을 추출하는 과정, 추출된 요소값의 총합에 비례하는 배터리 충전 필요량을 결정하는 과정, 충전 필요량에 따라 모터의 발전량을 증대시키고, 엔진의 시동 온/오프 파워를 낮추어 시동 온 유지시간을 연장시키며, 배터리의 기준 충전상태를 상향으로 조정하여 배터리 충전상태를 높게 유지시키는 과정을 포함한다.

Description

하이브리드 차량의 제어장치 및 방법{ADAPTIVE CONTROL SYSTEM AND METHOD FOR HYBRID VEHICLE}
본 발명은 하이브리드 차량에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차량의 환경에 따라 운전점이 능동적으로 제어되도록 하는 하이브리드 차량의 제어장치 및 방법에 관한 것이다.
차량에 대한 끊임없는 연비 향상의 요구와 각 나라의 배출가스 규제의 강화에 따라 친환경 자동차에 대한 요구가 증가하고 있으며, 이에 대한 현실적인 대안으로 하이브리드 차량이 주목받고 있다.
하이브리드 차량은 동력원으로 엔진과 모터가 적용되며, 주행 상황에 따라 엔진과 모터의 특성을 발휘되어 에너지 효율과 배기가스 절감을 제공한다.
하이브리드 차량은 상황에 따라 엔진만의 동작으로 주행을 실행하는 엔진모드와 배터리 동력에 의한 모터의 동작으로 주행이 실행되는 모터모드(EV모드) 및 엔진과 모터의 동력원이 동시에 작동되는 하이브리드 모드(HEV모드)로 동작된다.
따라서, 하이브리드 차량은 엔진과 모터라는 두 개의 동력원을 어떻게 조화롭게 동작시키느냐에 따라 추가적인 연비 향상을 도모할 수 있다.
하이브리드 차량은 원가절감을 위해 모터의 용량을 줄이고 있는데, 이에 따라 상대적으로 작은 충전 용량을 발생시키므로 주행 환경에 적합하게 충전량을 가변해주어야 하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 운행과정에서 충전을 많이 필요로 하는 상황을 파악하고, 상황에 따라 운전점을 능동적으로 제어하여 안정된 운전성이 제공되도록 하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따르면, 제1동력원인 엔진; 제2동력원인 모터; 모터에 전압을 공급하는 배터리를 포함하는 하이브리드 차량에 있어서, 운행에 따른 환경조건을 검출하여 네트워크를 통해 전송하는 환경검출부; 상기 환경조건에 따라 배터리의 충전 요구량을 결정하여 엔진과 모터의 운전점을 제어하는 하이브리드 제어기를 포함하는 하이브리드 차량의 제어장치를 제공한다.
상기 환경검출부는 경사로 주행, 탑승인원, 화물적재량에 따른 차량부하정보, 운행지역의 대기압 정보, 운행지역의 외기온 정보를 검출하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 제어장치를 제공한다.
상기 하이브리드 제어기는 차량부하에 따라 요소값을 결정하는 제1맵; 대기압에 따라 요소값을 결정하는 제2맵; 외기온에 따라 요소값을 결정하는 제3맵이 설정되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 제어장치를 제공한다.
또한, 상기 하이브리드 제어기는 차량부하와 운행되는 지역의 대기압, 외기온을 포함하는 환경조건을 적용하여 전압의 사용량을 예측하고, 배터리의 충전 필요정도를 결정하며, 충전 필요정도에 따라 충전 목표량을 늘려서 사전충전을 유도 및 실행하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 시동제어장치를 제공한다.
또한, 상기 하이브리드 제어기는 결정된 충전 필요정도에 따라 엔진의 시동 온/오프 요구 파워를 낮추어서 엔진이 정상 상태보다 빨리 시동 온 되고, 늦게 시동 오프되어 엔진의 시동 온 유지시간을 연장시켜 배터리 충전시간을 연장시키는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 제어장치를 제공한다.
그리고, 상기 하이브리드 제어기는 환경에 따른 충전 필요정도에 따라 배터리의 목표 충전상태를 조정하여 정상 보다 높은 충전 상태로 유지시키는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 제어장치를 제공한다.
또한, 상기 하이브리드 제어기는 환경에 따른 충전 필요정도에 따라 모터의 발전량을 증대시키는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 제어장치를 제공한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 차량이 운행되는 지역의 환경조건을 검출하는 과정; 환경조건을 맵에 적용하여 배터리의 충전 필요량을 결정하는 요소값을 추출하는 과정; 추출된 요소값의 총합에 비례하는 배터리 충전 필요량을 결정하는 과정; 충전 필요량에 따라 모터의 발전량을 증대시키고, 엔진의 시동 온/오프 파워를 낮추어 시동 온 유지시간을 연장시키며, 배터리의 기준 충전상태를 상향으로 조정하여 배터리 충전상태를 높게 유지시키는 과정을 포함하는 하이브리드 차량의 제어방법을 제공한다.
또한, 상기 환경조건은 차량부하 정보, 대기압 정보, 외기온 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 제어방법을 제공한다.
본 발명의 실시예에 따르는 하이브리드 차량은 차량의 환경에 따라 배터리 충전요구가 필요한 수준을 결정하여 능동적인 제어를 실행함으로써, 운행에 안정성과 신뢰성을 제공한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 제어장치를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 제어절차를 도시한 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않으며, 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략하였다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 시동제어장치를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명은 환경검출부(101)와 ECU(Engine Control Unit : 102), TCU(Transmission Control Unit : 103), HCU(Hybrid Control Unit : 104), BMS(Battery Management System : 105), 표시부(106), PCU(Power Control Unit : 107), 배터리(108), CCU(Clutch Control Unit :109), 보호장치(110), 엔진(200), 오일탱크(201), 오일온도센서(202), 솔레노이드 밸브(203), 클러치(210), 모터(300), 변속기(400)를 포함한다.
환경검출부(101)는 하이브리드 차량이 운행되는 지역의 대기압, 외기온 등의 환경조건과 차량부하를 검출하여 네트워크를 통해 최상위 제어기인 HCU(104)에 제공한다.
ECU(102)는 네트워크를 통해 HCU(104)에서 제어신호에 따라 엔진(200)의 제반적인 동작을 제어한다.
TCU(103)는 상기 HCU(104)와 네트워크를 통해 상호 통신하며, 현재의 차속과 기어비, 유온, 운전요구 등의 정보를 종합하여 변속기(400)의 변속단(변속비)을 조절한다.
HCU(104)는 최상위 제어기로, 네트워크로 연결되는 하위 제어기들을 통합 제어하고, 각 하위 제어기들의 정보를 수집 분석하여 하이브리드 차량의 전반적인 거동을 제어한다.
HCU(104)는 운전모드에 따라 클러치(210)를 작동시켜 엔진(200)과 모터(300)간의 동력을 연결하거나 차단시키는 동작을 실행하여 상황에 따라 적절한 출력토크가 제공되도록 한다.
상기 HCU(104)는 차량의 부하와 운행되는 지역의 대기압, 외기온 등의 환경조건에 따라 배터리(108)의 충전요구가 필요한 수준을 결정하여 엔진(200)과 모터(300)의 운전점을 능동적으로 제어한다.
상기 HCU(104)에는 차량부하에 따라 요소값을 결정하는 맵(M1)과 대기압에 따라 요소값을 결정하는 맵(M2), 외기온에 따라 요소값을 결정하는 맵(M3)이 설정된다.
상기 HCU(104)는 차량부하와 운행되는 지역의 대기압, 외기온 등의 환경조건을 적용하여 배터리(108) 전압의 사용량을 예측하고, 그에 따라 배터리(108)의 충전 필요정도를 결정하며, 결정된 충전 필요 정도에 따라 충전 목표량을 늘려서 충전이 가능한 순간에 미리미리 충전되도록 유도한다.
상기 HCU(104)는 결정된 충전 필요정도에 따라 엔진(200)의 시동 온 요구 파워를 낮추어서 엔진(200)이 정상 상태보다 빨리 시동 온이 될 수 있도록 유도하고, 엔진(200)의 시동 오프 파워를 낮추어서 엔진(200)의 시동 오프가 쉽게 일어나지 않도록 하여 실질적으로 엔진(200)의 시동이 유지되는 시간이 연장되도록 함으로서, 배터리(108)의 충전이 가능시간을 확장한다.
또한, HCU(104)는 결정된 충전 필요정도에 따라 배터리(108)의 목표 충전상태를 조정하여 정상 상태 보다 높은 충전 상태로 유지한다.
BMS(105)는 동력원이 저장되는 배터리(108)의 전압, 전류, 온도 등의 정보를 종합 검출하여 배터리(108)의 충전상태를 관리 제어하며, 배터리(108)의 충방전 전류량을 제어하여 한계전압 이하로 과방전되거나 한계전압 이상으로 과충전되지 않도록 한다.
표시부(106)는 클러스터에 구비되는 표시수단으로 운행에 따른 차량의 제반적인 상태정보를 설정된 방식으로 표시한다.
PCU(107)는 MCU(Motor Control Unit)와 복수개의 전력 스위칭소자로 구성되는 인버터를 포함하며, 상기 HCU(104)에서 인가되는 제어신호에 따라 배터리(108)에서 공급되는 직류전압을 3상 교류전압으로 변환시켜 모터(300)를 구동시킨다.
또한, 상기 모터(300)를 발전기로 구동시켜 배터리(108)를 충전한다.
상기 전력 스위칭소자는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor), MOSFET, 트랜지스터 중 어느 하나로 구성되며, 예를 들어 IGBT로 구성된다.
배터리(108)는 엔진(200)의 출력을 보조하기 위하여 모터(300)에 전압을 공급하고, 모터(300)에서 발전되는 전압을 충전시킨다.
CCU(109)는 HCU(104)의 제어에 따라 솔레노이드 밸브(203)를 온/오프 동작시켜 클러치(210)에 공급되는 유체의 압력을 조정한다.
보호장치(110)는 PCU(107)와 배터리(108)의 사이에 장착되어 구동전원의 흐름을 감시하고, 차량의 추돌이나 충돌, 벼락 노출 등 다양한 원인에 의해 구동전원에 과전압, 과전류가 유입되는 경우 구동전원을 분산 혹은 차단시켜 하이브리드 자동차내의 제반 시스템을 보호한다.
엔진(200)은 ECU(102)의 제어에 따라 최적의 운전점으로 구동된다.
클러치(210)는 CCU(109)의 제어에 따라 동작되어 엔진(200)과 모터(300)간의 동력을 연결하거나 차단 혹은 슬립되어 적절한 출력토크를 유지시킨다.
오일탱크(201)는 클러치(210)와 변속기(400)를 작동시키는 유체가 저장된다.
오일온도센서(202)는 오일탱크(201)에 장착되어 유체의 온도를 검출하여 CCU(109)에 제공한다.
솔레노이드 밸브(203)는 상기 CCU(109)에서 인가되는 제어신호에 따라 온/오프 동작되어 클러치(210)에 공급되는 유체량을 조정한다.
모터(300)는 PCU(107)의 제어에 따라 3상 교류전압으로 구동되어 엔진(200)의 출력토크를 지원하고, 엔진(200)의 출력에 잉여 토크가 있는 경우나 제동시 발전기로 동작된다.
변속기(400)는 상기 TCU(103)의 제어에 따라 변속비가 조정되며, 운전모드에 따라 클러치(210)를 통해 합산되어 인가되는 출력토크를 조정되는 변속비로 분배하여 구동륜(500)에 전달시켜 자동차가 주행될 수 있도록 한다.
상기 변속기(400)는 TCU(103)의 제어에 따라 클러치(210) 슬립에 의한 엔진 시동시 특정 이상으로 변속이 실행된다.
상기 변속기(400)는 통상적으로 자동변속기 혹은 무단변속기로 적용된다.
상기한 기능을 포함하는 본 발명에 따른 하이브리드 차량에서 통상적인 동작은 종래의 하이브리드 자동차와 동일 내지 유사하게 실행되므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
본 발명에서는 차량의 환경조건에 따라 운전점을 최적으로 제어하는 발명이므로, 이에 대한 동작에 대해서만 구체적으로 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 제어절차를 도시한 흐름도이다.
본 발명이 적용되는 하이브리드 차량이 운행되면 최상위 제어기인 HCU(104)는 환경검출부(100)에서 네트워크를 통해 제공되는 정보를 분석하여(S101) 현재 운행 환경에서의 차량부하와 대기압 및 외기온를 추출한다(S100).
예를 들어, 경사로의 등판 주행이거나 적재화물이나 탑승인원이 많은 경우 모터(300)의 동력 지원이 많이 필요한 상황이므로, 배터리(108)의 전압이 많이 요구되는 상황이다.
그리고, 고도가 높아져서 대기압이 낮아지면 엔진(200)의 토크가 줄어들기 때문에 모터(300)의 동력 지원이 필요한 상황이 많이 발생되므로, 배터리(108)의 전압이 많이 요구되는 상황이다.
또한, 외기온이 높은 경우 엔진(200)의 토크가 줄어들고 배터리(108)의 성능이 떨어지며, 에어컨의 작동으로 인하여 전원의 소비가 많이 발생되므로, 배터리(108)의 전압이 많이 요구되는 상황이다.
따라서, 상기와 같이 차량부하와 대기압 및 외기온이 추출되면 각각을 맵에 적용하여 각각의 요소가 얼마의 전압이 더 필요한지, 즉 배터리(108)의 충전요구가 얼마나 필요한지를 결정하는 차량부하 요소값과 대기압 요소값 및 외기온 요소값을 결정한다(S200).
이후, 상기 결정된 각각의 요소값을 합산하여 총합에 비례하는 배터리(108)의 충전요구가 필요한 수준을 결정한다(S300).
상기 S300에서 배터리(108)의 충전요구가 필요한 수준이 결정되면 PCU(107)를 통해 모터(300)의 발전량을 증대시키고(S400), 엔진(200)을 시동 온 시키는 기준파워를 낮추고, 엔진(200)의 시동을 오프 시키는 기준파워 낮추어 엔진(200)의 시동이 쉽게 온 되도록 하며 엔진(200)의 시동이 온 되면 쉽게 오프되지 않도록 하여 배터리(108)의 충전 가능시간을 최대로 확장하여 준다(S500).
그리고, 배터리(108)의 충전상태(SOC) 기준값을 상향으로 조정하여 정상적인 상태보다 더 높은 충전상태(SOC)가 유지될 수 있도록 한다(S600).
예를 들어, 배터리(108)의 충전상태가 55%를 유지하는 것이 표준이라면 충전요구 필요수준에 따라 65%를 유지하도록 기준값을 상향조정한다.
이상에서는 본 발명의 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 구성요소의 부가, 변경, 추가, 삭제 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 포함된다고 할 것이다.
101 : 환경검출부 102 : ECU
103 : TCU 104 : HCU
107 : PCU 108 : 배터리
109 : CCU 110 : 보호장치
200 : 엔진 203 : 솔레노이드 밸브
300 : 모터 400 : 변속기

Claims (9)

  1. 제1동력원인 엔진; 제2동력원인 모터; 모터에 전압을 공급하는 배터리를 포함하는 하이브리드 차량에 있어서,
    운행에 따른 환경조건을 검출하여 네트워크를 통해 전송하는 환경검출부;
    상기 환경조건에 따라 배터리의 충전 요구량을 결정하여 엔진과 모터의 운전점을 제어하는 하이브리드 제어기;
    를 포함하는 하이브리드 차량의 제어장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 환경검출부는 경사로 주행, 탑승인원, 화물적재량에 따른 차량부하정보, 운행지역의 대기압 정보, 운행지역의 외기온 정보를 검출하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 제어장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 하이브리드 제어기는 차량부하에 따라 요소값을 결정하는 제1맵;
    대기압에 따라 요소값을 결정하는 제2맵;
    외기온에 따라 요소값을 결정하는 제3맵;
    이 설정되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 제어장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 하이브리드 제어기는 차량부하와 운행되는 지역의 대기압, 외기온을 포함하는 환경조건을 적용하여 전압의 사용량을 예측하고, 배터리의 충전 필요정도를 결정하며, 충전 필요정도에 따라 충전 목표량을 늘려서 사전충전을 유도 및 실행하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 시동제어장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 하이브리드 제어기는 결정된 충전 필요정도에 따라 엔진의 시동 온/오프 요구 파워를 낮추어서 엔진이 정상 상태보다 빨리 시동 온 되고, 늦게 시동 오프되어 엔진의 시동 온 유지시간을 연장시켜 배터리 충전시간을 연장시키는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 제어장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 하이브리드 제어기는 환경에 따른 충전 필요정도에 따라 배터리의 목표 충전상태를 조정하여 정상 보다 높은 충전 상태로 유지시키는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 제어장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 하이브리드 제어기는 환경에 따른 충전 필요정도에 따라 모터의 발전량을 증대시키는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 제어장치.
  8. 차량이 운행되는 지역의 환경조건을 검출하는 과정;
    환경조건을 맵에 적용하여 배터리의 충전 필요량을 결정하는 요소값을 추출하는 과정;
    추출된 요소값의 총합에 비례하는 배터리 충전 필요량을 결정하는 과정;
    충전 필요량에 따라 모터의 발전량을 증대시키고, 엔진의 시동 온/오프 파워를 낮추어 시동 온 유지시간을 연장시키며, 배터리의 기준 충전상태를 상향으로 조정하여 배터리 충전상태를 높게 유지시키는 과정;
    을 포함하는 하이브리드 차량의 제어방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 환경조건은 차량부하 정보, 대기압 정보, 외기온 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 제어방법.
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