KR20130072708A - 하이브리드 전기차의 작동특성 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 엑셀 페달 궤도를 계속 모니터링하여 페달 궤도의 변화가 작아 운전자의 정속 또는 완가속의 의지임이 인식되는 경우 Down-Shift가 이루어진 이후에는 각 기어 단수간 Step Ratio를 고려하여 엔진 출력 요구치(Demand Value)를 떨어뜨려 급작스러운 가속상황이 발생되지 않도록 하는 하이브리드 전기차의 작동특성 제어방법에 관한 것이다.

Description

하이브리드 전기차의 작동특성 제어방법{METHOD FOR CONTROLLING THE OPERATING CHARACTERISTIC OF A HYBRID ELECTRIC VEHICLE}

본 발명은 하이브리드 전기차의 작동특성 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 엑셀 페달 궤도를 계속 모니터링하여 페달 궤도의 변화가 작아 운전자의 정속 또는 완가속의 의지임이 인식되는 경우 다운 시프트(Down-Shift)가 이루어진 이후에는 각 기어 단수 간 Step Ratio를 고려하여 엔진 출력 요구치(Demand Value)를 떨어뜨려 급작스러운 가속상황이 발생되지 않도록 하는 하이브리드 전기차의 작동특성 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로, 승용차에 많이 적용되고 있는 Auto TM(이하 ATM)의 업/다운 시프트(Up/Down Shift RPM)는 엑셀 궤도와 RPM을 이용하여 결정된다.

즉, 2~3%의 완만한 언덕길에서 1300~2000RPM의 낮은 속도영역에서 10~30%의 엑셀 궤도로서 완가속이나 정속 운행을 하는데, 도로 경사가 5~6% 수준으로 갑자기 바뀔 때, 또는 평지에서 1300~2000RPM의 낮은 속도영역에서 10% 수준의 엑셀 궤도로 완가속이나 정속 운행을 하는데, 갑자기 도로 경사가 2~4% 수준으로 바뀔 때 도로 경사에 의한 구배저항이 갑자기 증가하는 상황에는 다운 시프트(Down-Shift)를 실시한다.

위 상황에서와 같이 운전자는 완가속이나 정속 운행을 원하나 구배저항의 갑작스런 증가로 인하여 다운 시프트가 발생하는 경우는 다운 시프트로 인한 급작스런 차량 가속이 발생하게 되며, 운전자는 순간적으로 엑셀 페달을 떼어 차량 가속을 줄여야 하는 불편함이 발생하게 된다.

예를 들어 6단 ATM의 기어 단수간 Step Ratio가 1.4 정도라고 가정을 하면, 단순 계산을 하여도 차량의 구동력이 1.4배 정도 증가한다는 것을 알 수 있다. 물론 엑셀 페달 궤도에 따른 엔진 맵(Map)에 따라 구동력의 증가량은 1.4배는 아닐 것이지만, 이해를 위하여 1.4배라고 한다.

첨부 도면 도 1의 그래프는 6단 ATM 차량의 4&5단 구동력 선도를 임의로 표시한 것이다.

차량이 3%의 구배로를 30%의 엑셀궤도로 78KPH의 속도를 운행할 때의 구동력 위치는 “A”라고 하자. 이때에는 여유구동력이 없는 상태로 거의 정속에 가깝다.

갑자기 도로 구배가 5%로 변하면 구동저항이 구동력보다 증가하는 상황이 되므로 TCU(Transaxle control unit)는 다운 시프트 명령을 내리게 되고, 5단에서 4단으로 다운 시프트가 이루어진다.

그래프에서 알 수 있듯이 여유구동력은 0 kgf 수준에서의 갑자기 40kgf로 변하게 되고, 이 여유 구동력에 의하여 차량은 갑자기 가속이 되고, 운전자는 갑작스러운 가속에 놀라게 된다.

만약 운전자가 78KPH를 원한다면 엑셀 페달을 떼어야만 하며, 차량이 밀착된 상태에서 운행을 하는 상황이면 접촉사고의 가능성도 있다.

다운 시프트가 발생한 시점에서의 속도 변화추이를 도 2를 통해 설명하면 운전자가 원하는 속도로 운행(A)하는 도중 도로 구배가 중가되면 속도가 떨어지게 되나, 운전자는 엑셀 궤도 유지(B)를 하게 된다.

그러면 다운 시프트 및 RPM(Revolution Per Minute)이 증가하게 되고 급 가속된다. 그리고 갑자기 변속되어 엑셀 페달은 유지(C)된다.

그 이후 다운 시프트 및 RPM 증가되고 급 가속되고 갑자기 변속되어 엑셀페달 유지된다. 그러면 운전자는 급가속을 느끼고 엑셀페달로부터 발을 떼어 속도를 Down 시킨다(D). 이때 기어 변속은 없다. 그러면 그 이후 운전자가 원하는 속도가 이루어지고 그 속도 유지되며 엑셀 페달 또한 본 궤도를 유지한다(E).

즉 도 3에 도시된 바와 같이 운전자가 특정 단으로 주행(S100)을 하게 되는 경우 메인컨트롤러는 RPM을 지속적으로 체크(S110)하고, 엑셀궤도를 체크(S120)한다.

그리고 상기 S110 단계의 체크 결과 RPM이 미리 정해진 설정값보다 작은지를판단(S130)하고, 판단 결과 RPM이 미리 설정된 값보다 작으면 다운 시프트 모드를 실행시킨다(S140). 만약에 상기 S130 단계의 판단 결과 RPM이 미리 설정된 값보다 크면 상기 S100 단계부터 반복 수행한다.

상기와 같은 현상은 실제 운행 중에 자주 발생하여 경험할 수 있는 상황으로서 RPM 증가로 인한 연비소실 및 갑작스러운 가속으로 인해 사고 위험과 운전자 놀람으로 인한 상품성 저하 등을 유발시키는 문제점이 있다.

또한 이러한 현상은 고마력 및 다단 TM 적용으로 기어 단수가 Step Ratio가 작아지면서 더 자주 발생하게 된다는 문제점이 있다.

본 발명은 종래 기술의 문제점을 해소시키기 위해 안출된 것으로, 본 발명은 엑셀 페달 궤도를 계속 모니터링하여 페달 궤도의 변화가 작아 운전자의 정속 또는 완가속의 의지임이 인식되는 경우 다운 시프트가 이루어진 이후에는 각 기어 단수간 Step Ratio를 고려하여 엔진 출력 요구치(Demand Value)를 떨어뜨려 급작스러운 가속상황이 발생되지 않도록 하는 하이브리드 전기차의 작동특성 제어방법을 제공하는데, 그 목적이 있다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 전기차의 작동특성 제어방법은 (1) 운전자가 특정 단으로 주행하는 경우 현재의 RPM을 체크하는 단계 (2) 현재의 엑셀궤도 평균값을 체크하는 단계 (3) 상기 체크한 RPM이 미리 설정되어 있는 RPM 값 미만인지를 판단하는 단계 (4) 상기 체크한 엑셀궤도 평균값을 기초로 하여 엑셀궤도 변화량이 기 설정된 기준치 미만인지를 판단하는 단계 및 (5) 상기 엑셀궤도 변화량이 상기 기준치 미만인 경우 현재 모드를 스마트 다운 시프트(Smart Down-Shift) 모드를 실행시키는 단계를 포함한다.

바람직하게는, 스마트 다운 시프트(Smart Down-Shift) 모드를 수행한 후 다시 다운 시프트(Down-Shift) 모드로 전환되면, 상기 엑셀궤도 변화량이 상기 기준치 미만인지를 다시 한번 판단하는 단계 및 상기 엑셀궤도 변화량이 상기 기준치 미만인 경우 현재 모드를 스마트 다운 시프트 모드로 재전환되도록 하는 단계를 더 포함한다.

바람직하게는, 상기 엑셀궤도 변화량이 상기 기준치 이상인 경우 스마트 다운 시프트 모드를 해제하고 출력을 복귀시켜 운전자에 의해 설정된 특정단으로 차량이 운행되도록 제어하는 단계를 더 포함한다.

바람직하게는, 스마트 다운 시프트는 TCU(Transaxle control unit)의 연료 요구 값(Fuel Demand Value)의 패턴을 변화시켜 구현될 수 있다.

바람직하게는, 스마트 다운 시프트는 페달(Pedal) 궤도에 따른 출력을 변화시켜 구현될 수 있다.

바람직하게는, 스마트 다운 시프트는 페달(Pedal)-연료맵(Fuel Map)을 변화시켜 구현될 수 있다.

본 발명은 도로 구배 및 주행저항의 증가되었으나 스마트 다운 시프트(Smart Down-Shift) 기능이 적용되어 속도&RPM 급상승 및 엑셀궤도 변화없이 그대로 운행이 가능하며, 운전자가 엑셀 페달을 밟아 가속의지를 나타내면서 출력도 원복되고, 현사양 Map 대로 운행될 뿐만 아니라 엑셀페달 궤도 변화량이 작을 때에는 Smart Down Shift 기능이 적용되지만 운전자가 엑셀을 밟아 가속의지를 TCU가 인식하면, 현사양 Map을 기준으로 환원되어 주행되는 효과가 있다.

또한 운전자가 가속을 하지 않고자 할 때 Down-Shift가 발생하지 않도록 하고, 갑작스럽게 RPM이 증가되는 것을 방지할 수 있으며, 언덕길 또한 편안하게 운행할 수 있으며, 연비를 증대시킬 수 있도록 하는 효과가 있다.

도 1은 기존의 하이브리드 전기차에 적용된 언덕길 구동량 선도 그래프.
도 2는 기존의 하이브리드 전기차에 적용된 Down-Shift 모드를 설명하기 위한 챠트.
도 3은 기존의 하이브리드 전기차의 작동특성 제어방법을 설명하기 위한 순서도.
도 4는 본 발명에 따른 하이브리드 전기차의 작동특성 제어방법을 설명하기 위한 순서도.
도 5 내지 도 7은 본 발명에 적용된 Smart Down Shift 모드를 구현하는 방안을 설명하기 위한 도면.
도 8은 Smart Down Shift 모드와 운전자가 가속할 때의 차이점을 설명하기 위한 그래프.
도 9는 엑셀 궤도 출력을 설명하기 위한 그래프.

이하, 본 발명에 따른 하이브리드 전기차의 작동특성 제어방법에 대하여 설명하면 다음과 같다.

도 4 내지 도 9에 도시된 바와 같이 차량의 메인컨트롤러(미도시)는 운전자가 특정 단으로 주행하는 경우 현재의 RPM(Revolutions Per Minute)을 체크(S200)하고, 다음에 현재의 엑셀 궤도를 체크(S210)한 후 엑셀궤도 평균값을 체크(S220)한다.

메인컨트롤러는 먼저 체크한 RPM이 미리 설정되어 있는 RPM 값 미만인지를 판단(S230)한 후 상기 체크한 엑셀궤도 평균값을 기초로 하여 엑셀궤도 변화량이 0.1V 미만인지를 판단(S240)한다.

상기 S240단계의 판단 결과, 상기 엑셀궤도 변화량이 0.1V 미만인 경우 메인콘트롤러는 현재 모드를 스마트 다운 시프트(Smart Down-Shift) 모드를 실행시켜, 현재 하이브리드 전기차량이 스마트 다운 시프트 모드로 주행되도록 한다(S250).

그리고 상기 메인컨트롤러는 스마트 다운 시프트 모드가 종료되면 다시 하이브리드 전기차가 다운 시프트(Down-Shift) 모드로 주행되도록 전환(S260)시킨 후 상기 엑셀궤도 변화량이 0.1V 미만인지를 다시 한번 판단(S270)한다.

상기 S270 단계의 판단 결과 상기 엑셀궤도 변화량이 0.1V 미만인 경우 상기 메인컨트롤러는 현재 모드를 다운 시프트 모드에서 다시 스마트 다운 시프트 모드로 전환시켜 하이브리드 전기차가 스마트 다운 시프트 모드에서 주행되도록 유지(S280)시킨다.

상기 S270 단계의 판단 결과 상기 엑셀궤도 변화량이 0.1V 이상인 경우 상기 메인컨트롤러는 스마트 다운 시프트 모드를 해제하고 출력을 복귀(S290)시켜 운전자에 의해 설정된 특정단으로 차량이 운행되도록 전체 시스템을 제어한다. 이때 메인컨트롤러는 출력이 99% 이상으로 복귀되었는지를 판단(S295)하고, 출력복귀가 99% 이상으로 이루어진 경우 상기 S200 단계부터 반복 수행하여 운전자가 미리 설정한 특정단으로 하이브리드 전기차가 주행되도록 한다.

도 8의 그래프를 참조하여 스마트 다운 시프트 기능 적용시와 운전자가 가속할 때의 차이점을 비교하면서 설명하면, 도로 구배 및 주행저항이 증가되는 경우에도 본 발명인 스마트 다운 시프트 기능이 적용됨으로써 속도 및 RPM이 급상승하고 엑셀궤도 변화 없이 그대로 운행이 가능(A)되고, 운전자가 엑셀 페달을 밞아 가속 의지를 나타내면서 출력도 원래대로 복귀되고 현사양의 맵(MAP)대로 운행(B)된다. 즉, 엑셀페달 궤도 변화량이 작을 때에는 스마트 다운 시프트 기능이 적용되지만 운전자가 엑셀을 밟아 가속의지를 TCU(Transaxle control unit)가 인식하면, 현사양 MAP을 기준으로 환원되어 주행된다.

이때, 메인컨트롤러에 의해 구현되는 스마트 다운 시프트 모드 구현방식은 도 5 내지 도 7을 통해 나타낸 3가지 방식 있다.

첫번째 스마트 다운 시프트 모드 구현방식은 도 5에 도시된 바와 같이 TCU의 연료 요구 값(Fuel Demand Value)의 패턴을 변화시키는 방식으로 기존의 연료 요구 값(Fuel Demand Value)을 100%에서 기어 단수간 Step Ratio가 1.4에 해당되는 량인 71%로 변화시키는 방식이다. 이때 이 값은 튜닝에 의하여 결정된다.

두번째 스마트 다운 시프트 모드 구현방식은 도 6에 도시된 바와 같이 페달(Pedal) 궤도에 따른 출력을 변화시키는 방식으로, 기존의 페달 궤도에 따른 출력값을 기어 단수간 Step Ratio가 1.4에 해당되는 량만큼 일률적으로 떨어뜨린 값으로 설정되도록 하는 방식이다. 이때 도 6의 값은 기어 단수간 Step Ratio가 1.4에 해당되는 량만큼 일률적으로 떨어뜨린 값의 임의의 값이며. 전압(Volt)은 임의의 숫자이며, 페달 궤도를 나타내는 어떤 값도 가능하다.

세번째 스마트 다운 시프트 모드 구현방식은 도 7에 도시된 바와 같이 페달(Pedal)-연료맵(Fuel Map)을 변화시키는 방식으로, 페달(Pedal)-연료맵에서의 연료량을 변화시키는 방식이다. 이때 도 7의 연료 변화량 값은 기어 단수간 Step Ratio가 1.4에 해당되는 량만큼 일률적으로 떨어뜨린 값의 임의의 값이며, 연료 분사량은 임의의 숫자이다.

본 발명에 적용된 엑셀 궤도 출력에 대해서 도 9를 참조하여 간단히 설명하면 1초 시점에 1초전 이후부터의 전압 평균값(Volt 평균 1)과 측정시점의 전압 체크값(Volt CHK 1)과의 차이를 비교하며, 1.1초 시점에서는 Volt 평균 1.1)과 Volt CHK 1.1과 비교를 함과 동시에 Volt 평균 1과 Volt CHK 1은 기억에서 지워버린다. 이런 방식으로 계속 페달궤도를 비교하여 엑셀 궤도 변화량을 판단한다. 이때 엑셀 궤도 변화량은 (체크값-평균값)의 절대값이며, 운전자의 가감속/정속 의지 판단. 변화량의 크고작음을 판단하는 값은 평가로서 정하여지며, 여기서는 임의로 2 Volt의 5%인 0.1 Volt로 한다. 여기서 평균값은 1초(임의값) 동안의 엑셀페달 출력(Output)을 평균한 값이며, 체크(CHK) 직전의 운전자의 가감속 및 정속 의지를 판단하는 기준으로 이용하고, 체크 값은 TCU가 엑셀 페달 출력(Output)을 인식하는 값이고, 평균값과의 차이로 운전자의 의지를 판단한다.

또한 본 발명에 적용된 스마트 다운 시프트 모드에 대해서 간단히 설명하면, ① 엑셀 페달 궤도의 변화를 지속적으로 인식하여 운전자의 가속의지가 없음을 인식하고 있으며, ② 완만한 구배저항의 증가 등으로 주행저항이 갑자기 증가하여 TCU가 다운 시프트 명령을 내릴 때, ③ 다운 시프트 된 이후에 엔진 출력을 본 고안의 3 페이지에 있는 3가지 방식으로 엔진 출력을 제어하는 것으로, ④ 엑셀페달의 궤도가 계속 유지될 때에는 본 기능이 계속 적용이 되지만, ⑤ 엑셀페달 궤도 변화가 있어서 운전자의 가감속 의지를 판단하였을 때에는 현사양 TCU Map으로 복귀하는 모드이다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세히 기술하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 사람이라면, 첨부된 청구 범위에 정의된 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명을 여러 가지로 변형 또는, 변경하여 실시할 수 있을 것이지만, 이는 첨부된 청구항에서 포함되는 본 발명의 취지와 범위에 포함된다.

Claims (6)

1. (1) 운전자가 특정 단으로 주행하는 경우 현재의 RPM(Revolution Per Minute)을 체크하는 단계;
   (2) 현재의 엑셀궤도 평균값을 체크하는 단계;
   (3) 상기 체크한 RPM이 미리 설정되어 있는 RPM 값 미만인지를 판단하는 단계;
   (5) 상기 체크한 엑셀궤도 평균값을 기초로 하여 엑셀궤도 변화량이 기 설정된 기준치 미만인지를 판단하는 단계; 및
   (6) 상기 엑셀궤도 변화량이 상기 기준치 미만인 경우 현재 모드를 스마트 다운 시프트(Smart Down-Shift) 모드를 실행시키는 단계를 포함하는 하이브리드 전기차의 작동특성 제어방법.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 스마트 다운 시프트 모드를 수행한 후 다시 다운 시프트(Down-Shift) 모드로 전환되면 상기 엑셀궤도 변화량이 상기 기준치 미만인지를 다시 한번 판단하는 단계; 및
   상기 엑셀궤도 변화량이 상기 기준치 미만인 경우 현재 모드를 스마트 다운 시프트 모드로 재전환되도록 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기차의 작동특성 제어방법.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 엑셀궤도 변화량이 상기 기준치 이상인 경우, 스마트 다운 시프트 모드를 해제하고 출력을 복귀시켜 운전자에 의해 설정된 특정단으로 차량이 운행되도록 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기차의 작동특성 제어방법.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 스마트 다운 시프트 모드는 TCU(Transaxle control unit)의 연료 요구 값(Fuel Demand Value)의 패턴을 변화시켜 구현되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기차의 작동특성 제어방법.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 스마트 다운 시프트 모드는 페달(Pedal) 궤도에 따른 출력을 변화시켜 구현되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기차의 작동특성 제어방법.
   
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 스마트 다운 시프트 모드는 페달(Pedal)-연료맵(Fuel Map)을 변화시켜 구현되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기차의 작동특성 제어방법.
   

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