KR20140146907A - 하이브리드 자동차의 배터리 방전 파워 제한시 주행모드 변환 방법 및 시스템 - Google Patents

하이브리드 자동차의 배터리 방전 파워 제한시 주행모드 변환 방법 및 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 본 발명은 하이브리드 자동차의 배터리 방전 파워가 제한되는 상황에서 주행모드를 변환하는 방법 및 시스템에 관한 것이다. 이를 위한 본 발명의 실시예에 따른 엔진 및 구동모터의 동력으로 운행되는 하이브리드 자동차의 배터리 방전 파워 제한시 주행모드를 변환하는 방법은, 구동모터의 구동 및 배터리의 방전파워의 제한 상태를 확인하는 단계; 상기 구동모터가 구동이고 상기 배터리의 방전파워가 제한되고 있는 상태에서 엔진의 구동이 필요한 주행모드로의 변환이 요구되는지를 확인하는 단계; 상기 엔진의 구동이 필요한 주행모드로의 변환이 요구되면, 상기 배터리의 가용 파워를 시동모터의 구동에 우선적으로 사용하여 구동시키는 단계; 상기 시동모터의 구동에 의해 상기 엔진이 시동 완료되면, 상기 시동모터가 충전 동작을 수행하도록 상기 엔진을 제어하고, 엔진클러치의 동기화를 위해 상기 시동모터를 제어하고, 상기 배터리의 가용 파워 내에서 상기 구동모터를 구동 제어하여 상기 주행모드의 변환을 완료하는 단계;를 포함할 수 있다.

Description

하이브리드 자동차의 배터리 방전 파워 제한시 주행모드 변환 방법 및 시스템 {Method and system for changing drive mode when battery power of hybrid vehicle is limited}
본 발명은 하이브리드 자동차의 배터리 방전 파워가 제한되는 상황에서 주행모드를 변환하는 방법 및 시스템에 관한 것이다.
주지하고 있는 바와 같이, 세계적인 고유가 및 배기 가스 규제로 친환경 정책과 연비 향상이 자동차 개발에서 핵심 과제가 되고 있다. 이에 따라 자동차 메이커들은 친환경 정책에 부응하고, 연비 향상을 위해 연료 절감 및 배기 가스 저감을 위한 기술 개발에 많은 노력을 기울이고 있다.
상기와 같은 배경 하에서 자동차 메이커들은 고 연비 달성을 위하여 엔진과 모터의 동력을 효율적으로 조합하여 사용하는 하이브리드 자동차(HEV; Hybrid Electric Vehicle)의 기술 개발에 많은 관심과 노력을 기울이고 있다.
하이브리드 자동차는 고 연비와 친환경 이미지로 많은 고객들의 구매 요구를 충족시켜 주고 있다.
하이브리드 자동차의 개념적인 구성을 도 1에 나타내 보였다.
도 1을 참조하면, 하이브리드 자동차는, 엔진(10)과; 구동모터(20); 엔진(10)과 구동모터(20) 사이에서 동력을 결합하거나 해제하는 엔진클러치(30); 변속기(40); 차동기어장치(50); 배터리(60); 상기 엔진(10)를 시동하거나 상기 엔진(10)의 출력에 의해 발전을 하는 시동/발전 모터(70); 및 차륜(80)를 포함할 수 있다.
그리고, 하이브리드 자동차는, 엔진클러치(30) 및 하이브리드 자동차의 전체 동작을 제어하는 하이브리드 제어기(HCU; hybrid control unit)(100), 배터리(60)를 관리 및 제어하는 배터리 제어기(BCU; battery control unit)(160)를 포함할 수 있다. 배터리 제어기(160)은 배터리 관리 시스템(BMS; battery management system)으로 호칭될 수 있다.
상기한 하이브리드 자동차의 구성요소들은 당업자에게 자명하므로 더욱 상세한 개시는 생략한다.
상기 시동/발전 모터(70)는 자동차 업계에서 ISG(integrated starter & generator) 또는 HSG(hybrid starter & generator)라 호칭되기도 한다.
이하, 본 명세서에서 상기 시동/발전 모터(70)는 설명의 명확화 및 명칭의 단순화를 위해 시동 모터로 호칭될 수 있다.
상기와 같은 하이브리드 자동차는 구동모터(20)의 동력만을 이용하는 순수 전기자동차 모드인 EV 모드(electric vehicle mode); 엔진(10)의 회전력을 주동력으로 하면서 구동모터(20)의 회전력을 보조동력으로 이용하는 HEV 모드(hybrid electric vehicle mode); 차량의 제동 혹은 관성에 의한 주행시 제동 및 관성 에너지를 상기 구동모터(20)의 발전을 통해 회수하여 배터리(60)에 충전하는 회생제동 모드(regenerative braking mode)(RB 모드); 등의 주행모드로 주행할 수 있다.
이와 같이 하이브리드 자동차에서는 엔진의 기계적 에너지와 배터리의 전기에너지를 함께 이용하고, 엔진과 구동모터의 최적 작동영역을 이용함은 물론 제동 시에는 구동모터로 에너지를 회수하므로 연비 향상 및 효율적인 에너지 이용이 가능해진다.
이러한 하이브리드 자동차는 일반적으로 배터리(60)의 충전상태(SOC; state of charge)에 따라 주행 전략이 구분될 수 있다.
도 2는 하이브리드 자동차의 주행 전략을 위해 구분된 일실시예의 배터리(60)의 SOC 상태를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 하이브리드 자동차의 배터리(60)는, SOC에 따라 임계-과충전 영역(CH; critical high), 과충전 영역(H; high), 정상충전 영역(N; normal), 저충전 영역(L; low), 임계-저충전 영역(CL; critical low)으로 구분될 수 있다. 상기 저충전 영역은 이 영역을 대략 1/2로 구분한 두개의 영역(L1, L2)으로 나눌 수 있다.
하이브리드 자동차의 배터리 제어기(120)는, 배터리(60)의 SOC 유지를 위해 도 2에 도시한 바와 같이, 파트-로드 충전 제어(part-load charge control), 아이들 충전 제어(idle charge control) 및 파워 제한 제어(power limit control)를 수행할 수 있다.
도 2에 도시된 내용을 기준으로 할 때, 상기 파트-로드 충전 제어는, 예를 들어 배터리의 SOC가 상기 정상충전 영역(N)에 있을 때 수행된다. 상기 아이들 충전 제어는, 일반적으로 배터리의 SOC가 상기 저충전 상(上) 영역(L1)에 있을 때 수행된다. 상기 파워 제한 제어는, 배터리의 SOC가 저충전 하(下) 영역(L2) 및 임계 저충전 영역(CL)에 있을 때 수행된다.
상기 파워 제한 제어 시에는, 예를 들어 고전압 파워 모듈 계통의 전장품 등에서 사용되는 전력 등이 제한될 수 있다.
따라서, 상기 파워 제한 제어 시, 예를 들어 구동모터(20)의 속도가 고속인 상황에서 EV 모드에서 HEV 모드로 주행모드를 변환해야 할 때, 엔진 시동을 위해 배터리 파워를 우선적으로 시동/발전 모터(70)를 구동하는데 사용해야 하기 때문에 상대적으로 구동모터(20)의 사용가능 배터리 파워가 부족하게 되어 운전성 및 가속 응답성이 저하될 수 있었다.
즉, 종래기술에서는 배터리가 방전 파워 제한 상태이고, 구동모터가 구동되고 있는 상태에서, 엔진 시동을 위한 시동/발전 모터의 구동이 필요한 주행모드로의 변환이 요구될 때, 도 3에 도시한 바와 같이 배터리의 가용 파워의 일부를 시동/발전 모터의 구동에 할당하여 엔진 시동에 사용하기 때문에 엔진클러치의 접합 시간 동안 가속감 저항 문제가 발생할 수 있었다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
따라서, 본 발명이 해결하려는 과제는, 배터리가 방전 파워 제한 상태이고 구동모터가 구동되고 있는 상태에서 엔진의 구동이 필요한 주행모드로의 변환시, 배터리의 가용파워를 우선적으로 시동/발전 모터를 구동하는데 사용하고, 엔진 시동 완료 후에는 시동/발전 모터는 충전을 수행하고, 엔진은 엔진클러치의 동기화를 위해 토크 증대되도록 제어되고, 구동모터는 시동/발전 모터의 발전전력과 배터리의 가용파워를 모두 사용하여 구동되도록 하는 하이브리드 자동차의 배터리 방전 파워 제한시 주행모드 변환 방법 및 시스템을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 배터리 방전 파워 제한시 주행모드 변환 방법은, 엔진 및 구동모터의 동력으로 운행되는 하이브리드 자동차의 배터리 방전 파워 제한시 주행모드를 변환하는 방법으로서, 구동모터의 구동 및 배터리의 방전파워의 제한 상태를 확인하는 단계; 상기 구동모터가 구동이고 상기 배터리의 방전파워가 제한되고 있는 상태에서 엔진의 구동이 필요한 주행모드로의 변환이 요구되는지를 확인하는 단계; 상기 엔진의 구동이 필요한 주행모드로의 변환이 요구되면, 상기 배터리의 가용 파워를 시동모터의 구동에 우선적으로 사용하여 구동시키는 단계; 상기 시동모터의 구동에 의해 상기 엔진이 시동 완료되면, 상기 시동모터가 충전 동작을 수행하도록 상기 엔진을 제어하고, 엔진클러치의 동기화를 위해 상기 시동모터를 제어하고, 상기 배터리의 가용 파워 내에서 상기 구동모터를 구동 제어하여 상기 주행모드의 변환을 완료하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 주행모드의 변환은 EV(electric vehicle) 모드에서 HEV(hybrid electric vehicle) 모드로의 변환일 수 있다.
상기 시동모터가 충전 동작을 수행하도록 상기 엔진을 제어하기 위해서, 상기 시동모터의 충전가능 토크 한계를 기초로 제1 엔진토크를 결정하는 단계; 상기 엔진의 토크 상승에 요구되는 제2 엔진토크를 결정하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 제1 엔진토크는 상기 시동모터의 충전가능 토크에서 상기 시동모터의 속도제어를 위한 마진값을 차감한 값으로 결정하고, 상기 제2 엔진토크는 상기 엔진클러치의 델타 RPM으로서 상기 시동모터의 목표속도에서 상기 시동모터의 실제속도를 차감한 값을 기초로 결정할 수 있다.
상기 엔진클러치의 동기화를 위한 상기 시동모터의 제어에 있어서, 상기 엔진의 시동 완료 이후 상기 엔진클러치의 동기화를 위한 상기 시동모터의 목표속도를 결정하는 단계; 상기 시동모터의 목표속도를 추종하기 위한 상기 시동모터의 목표토크를 결정하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 시동모터의 목표토크는 상기 목표속도를 추종하기 위한 피드백 제어기의 출력 값으로 할 수 있다.
그리고, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 배터리 방전 파워 제한시 주행모드 변환 시스템은, 엔진 및 구동모터의 동력으로 운행되는 하이브리드 자동차의 배터리 방전 파워 제한시 주행모드를 변환하는 시스템으로서, 상기 엔진과 구동모터의 연결을 단속하는 엔진클러치; 상기 구동모터의 구동에 필요한 전력 및 상기 엔진을 시동하기 위한 시동모터의 구동에 필요한 전력을 제공하는 배터리; 및 상기 구동모터가 구동이고 상기 배터리의 방전파워가 제한되고 있는 상태에서 상기 엔진의 구동이 필요한 주행모드로의 변환이 요구되면, 상기 배터리의 가용 파워를 상기 시동모터의 구동에 우선적으로 제공하여 구동시키고, 상기 시동모터의 구동에 의해 상기 엔진의 시동이 완료되면, 상기 시동모터가 충전 동작을 수행하도록 상기 엔진, 상기 시동모터 및 상기 구동모터를 제어하는 제어기를 포함하되, 상기 제어기는 상기한 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 배터리 방전 파워 제한시 주행모드 변환 방법을 수행하기 위한 설정된 프로그램에 의해 동작할 수 있다.
상기 제어기는 상기 엔진클러치 및 상기 하이브리드 자동차의 전체 동작을 제어하는 하이브리드 제어기(HCU; hybrid control unit)일 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 배터리가 방전 파워 제한 상태이고 구동모터가 구동되고 있는 상태에서 엔진의 구동이 필요한 주행모드로의 변환시, 배터리의 가용파워를 우선적으로 시동/발전 모터를 구동하는데 사용하고, 엔진 시동 완료 후에는 시동/발전 모터는 충전을 수행하고, 엔진은 엔진클러치의 동기화를 위해 토크 증대되도록 제어되고, 구동모터는 시동/발전 모터의 발전전력과 배터리의 가용파워를 모두 사용하여 구동되도록 함으로써 하이브리드 자동차의 운전성 및 가속 응답성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 일반적인 하이브리드 자동차의 개념적인 구성도이다.
도 2는 일반적인 하이브리드 자동차의 주행 전략을 위해 구분된 배터리의 SOC(state of charge)를 나타낸 일실시예의 도면이다.
도 3은 종래기술의 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 배터리 방전 파워 제한시 주행모드 변환 방법의 문제점을 설명하기 위한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 배터리 방전 파워 제한시 주행모드 변환 시스템의 구성도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 배터리 방전 파워 제한시 주행모드 변환 방법의 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 배터리 방전 파워 제한시 주행모드 변환 방법 및 시스템의 동작을 설명하기 위한 개념도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 배터리 방전 파워 제한시 주행모드 변환 방법 및 시스템의 동작을 설명하기 위한 그래프이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 배터리 방전 파워 제한시 주행모드 변환 시스템의 제어 동작을 설명하기 위한 도면이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 그리고, 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 의미한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 배터리 방전 파워 제한시 주행모드 변환 시스템을 도시한 블록도이다.
본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 배터리 방전 파워 제한시 주행모드 변환 시스템은, 배터리가 방전 파워 제한 상태이고 구동모터가 구동되고 있는 상태에서 엔진의 구동이 필요한 주행모드로의 변환시, 배터리의 가용파워를 우선적으로 시동/발전 모터를 구동하는데 사용하고, 엔진 시동 완료 후에는 시동/발전 모터는 충전을 수행하고, 엔진은 엔진클러치의 동기화를 위해 토크 증대되도록 제어되고, 구동모터는 시동/발전 모터의 발전전력과 배터리의 가용파워를 모두 사용하여 구동되도록 하는 시스템이다.
이러한 본 발명의 실시예에 따른 시스템은, 엔진(10)과 구동모터(20)의 연결을 단속하는 엔진클러치(30)와; 상기 구동모터(20)의 구동에 필요한 전력 및 상기 엔진(10)을 시동하기 위한 시동모터(70)의 구동에 필요한 전력을 제공하는 배터리(60); 및 상기 구동모터(20)가 구동이고 상기 배터리(60)의 방전파워가 제한되고 있는 상태에서 상기 엔진(10)의 구동이 필요한 주행모드(예; HEV 모드)로의 변환이 요구되면, 상기 배터리(60)의 가용 파워를 상기 시동모터(70)의 구동에 우선적으로 제공하여 구동시키고, 상기 시동모터(70)의 구동에 의해 상기 엔진(10)의 시동이 완료되면, 상기 시동모터(70)가 충전 동작을 수행하도록 상기 엔진(10), 상기 시동모터(70) 및 상기 구동모터(20)를 제어하는 제어기로서 하이브리드 제어기(HCU; 200)를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 시스템이 적용되는 하이브리드 차량은, 변속기(40); 차동기어장치(50); 엔진(10)의 동작을 제어하는 엔진 제어기(ECU)(110); 구동모터(20)의 동작을 제어하는 모터 제어기(MCU)(120); 변속기(40)의 동작을 제어하는 변속 제어기(TCU)(140); 및 배터리(60)를 제어하고 관리하는 배터리 제어기(BCU)(160);를 포함할 수 있다.
상기 하이브리드 제어기(200)는, 상기 배터리(60)가 방전 파워 제한 상태이고 상기 구동모터(20)가 구동되고 있는 상태에서 상기 엔진(10)의 구동이 필요한 주행모드(HEV 모드)로의 변환시, 엔진(10)의 토크 및/또는 토크지령을 결정하기 위한 엔진토크 결정부(210), 시동모터(70)의 토크 및/또는 토크지령을 결정하기 위한 시동모터 토크 결정부(220) 및 구동모터(20)의 토크 및/또는 토크지령을 결정하기 위한 구동모터 토크 결정부(230)를 포함할 수 있다.
상기 하이브리드 제어기(200)는 설정된 프로그램에 의하여 동작하는 하나 이상의 마이크로프로세서를 구비할 수 있고, 상기 설정된 프로그램은 후술할 본 발명의 실시예에 따른 방법을 수행하기 위한 일련의 명령으로 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에서는, 상기 하이브리드 제어기(200)는, 엔진 제어기(110), 모터 제어기(120 및 배터리 제어기(160)를 통해 엔진(10), 모터(20) 및 배터리(60)를 제어할 수 있다.
상기 하이브리드 제어기(200)는 도 8에 도시한 바와 같이 시동모터(70)의 출력토크를 산출하기 위한 PID(proportional, Integral, Differential) 제어기 및 적분기 등을 포함할 수 있다.
후술하는 본 발명의 실시예에 따른 방법에서, 그 일부 프로세스는 상기 엔진 제어기(110)를 통해서, 다른 일부 프로세스는 상기 모터 제어기(120)를 통해서, 그리고 또 다른 일부 프로세스는 배터리 제어기(160)를 통해서 수행될 수 있다. 그러나, 본 발명의 보호범위가 후술하는 실시예에서 설명되는 대로에 한정되는 것으로 이해되어서는 안된다. 본 발명의 실시예에서의 설명과 다른 조합으로 제어기를 구현할 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 배터리 방전 파워 제한시 주행모드 변환 방법을 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 배터리 방전 파워 제한시 주행모드 변환 방법을 도시한 흐름도이다.
도 5에 도시한 바와 같이 하이브리드 제어기(200)는 주행 중에 주행모드 및 배터리(60)의 상태를 확인한다.
예를 들어, 하이브리드 제어기(200)는 하이브리드 차량이 EV 모드로 주행되고 있는지(S110), 및 배터리(60)의 방전파워가 제한 상태에 있는지를 확인한다(S120).
상기 하이브리드 제어기(200)는 자체적으로, 또는 상기 모터 제어기(120) 및/또는 상기 엔진 제어기(110)를 통해서 상기 EV 모드를 확인할 수 있다.
상기 하이브리드 제어기(200)는 상기 배터리(60)의 방전파워 제한 상태를 상기 배터리 제어기(160)를 통해서 확인할 수 있다.
또한, 상기 하이브리드 제어기(200)는 상기 EV 모드에 따른 상기 구동모터(20)가 구동이고, 상기 배터리(60)의 방전파워가 제한되고 있는 상태에서 상기 엔진(10)의 구동이 필요한 주행모드(HEV 모드)로의 변환이 요구되는지를 확인한다(S130).
S130 단계에서, 상기 엔진(10)의 구동이 필요한 주행모드(HEV 모드)로의 변환이 요구되면, 상기 하이브리드 제어기(200)는 상기 엔진(10)을 시동하기 위해 상기 배터리(60)의 가용 파워를 시동모터(70)의 구동에 우선적으로 제공하여 상기 시동모터(70)를 구동시킨다(S140).
상기와 같이 상기 배터리(60)의 가용 파워가 상기 시동모터(70)에 우선적으로 제공되면, 도 7에 도시한 바와 같이 구동모터(20)의 실제 토크는 순간적으로 떨어지게 되고, 시동모터(70)의 토크는 엔진 시동을 위한 토크 값으로 상승한다.
상기와 같이 시동모터(70)의 구동에 의해 상기 엔진(10)이 시동 완료되면(S150), 상기 하이브리드 제어기(200)는 도 6 및 도 7에 도시한 바와 같이 상기 시동모터(70)가 충전 동작을 수행하도록 상기 엔진을 제어하고(S160), 엔진클러치(30)의 동기화를 위해 상기 시동모터(70)를 제어하고(S170), 상기 배터리(60)의 가용 파워 내에서 상기 구동모터(20)를 구동 제어하여 상기 EV 모드에서 HEV 모드로의 주행모드 변환을 완료하는 단계(S180, S190);을 수행한다.
상기 엔진클러치(30)의 동기화는, 도 7에 도시한 바와 같이 엔진(10)의 속도와 구동모터(20)의 속도를 일치시키는 것이다.
상기 하이브리드 제어기(200)는, S160 단계에서 상기 시동모터(70)가 충전 동작을 수행하도록 상기 엔진(10)을 제어하기 위해서, 엔진토크 결정부(210)를 통해 상기 시동모터(70)의 충전가능 토크 한계를 기초로 제1 엔진토크를 결정하고, 상기 엔진(10)의 토크 상승에 요구되는 제2 엔진토크를 결정할 수 있다.
예를 들어, 하이브리드 제어기(200)는, 상기 제1 엔진토크를 상기 시동모터(70)의 충전가능 토크에서 상기 시동모터의 속도제어를 위한 마진값을 차감한 값으로 결정하고, 상기 제2 엔진토크를 상기 엔진클러치(30)의 델타 RPM으로서 상기 시동모터(70)의 목표속도에서 상기 시동모터(70)의 실제속도를 차감한 값을 기초로 결정하여, 이들 값을 토대로 상기 엔진(10) 및 시동모터(70)를 제어하여 도 7에 도시한 바와 같이 상기 시동모터(70)에서 충전 전력이 발생하도록 할 수 있다.
그리고, 하이브리드 제어기(200)는, S170 단계에서 상기 엔진클러치(30)의 동기화를 위한 상기 시동모터(70)의 제어에 있어서, 시동모터 토크 결정부(220)를 통해 상기 엔진(10)의 시동 완료 이후 상기 엔진클러치(30)의 동기화를 위한 상기 시동모터(70)의 목표속도를 결정하고, 상기 시동모터(70)의 목표속도를 추종하기 위한 상기 시동모터(70)의 목표토크를 결정할 수 있다.
상기 하이브리드 제어기(200)는 상기 시동모터(70)의 목표토크를 도 8에 도시한 바와 같이 상기 목표속도를 추종하기 위한 피드백 제어기의 출력 값으로 할 수 있다. 이때 상기 피드백 제어기는 피드포워드 텀(feed-forward term)을 사용할 수 있다.
도 6 내지 도 8을 참조하면, 상기 시동모터(70)는 속도제어와 동시에 충전을 진행하게 되며, 이때 충전을 위한 부하는 엔진(10)이 내는 토크가 되며, 이 토크의 역 방향의 토크에 해당하는 값이 시동모터(70)가 내야 하는 값임을 알 수 있다.
도 8에서 엔진 토크가 입력되는 기호에 표시된 "-1"은 엔진(10)과 시동모터(70)의 기어비가 1일때를 가정해서 표시한 것이다. 따라서, 상기 기어비의 숫자가 시동모터(70)의 피드포워드 텀이 된다.
하이브리드 제어기(200)는, S180 단계에서 상기 배터리(60)의 가용 파워 내에서 요구토크 만족을 위한 구동모터(20)의 제어시, 구동모터 토크 결정부(230)를 통해 구동모터(20)의 요구 토크와 구동모터(20)의 출력가능 토크 중에서 작은 값을 구동모터 토크지령으로 할 수 있고, 이때 상기 구동모터(20)의 출력가능 토크는 상기 배터리 방전제한 파워에서 상기 시동모터(70)의 파워를 차감한 값으로 설정할 수 있다.
즉, 하이브리드 제어기(200)는 예를 들어 구동모터 토크지령을 아래 공식에 따라 설정할 수 있다.
구동모터 토크지령 = min (구동모터 요구토크, (배터리 방전제한파워 - 시동모터파워)에 따른 구동모터 출력가능토크)
상기 공식에서 배터리 방전제한파워는 현재 배터리(60)의 상태에서 방전이 가능한 파워이다. 본 발명의 실시예에서는 전술한 바와 같이 시동모터(70)가 속도제어를 하면서 충전을 수행하므로, 시동모터(70)의 파워는 음의 값이 되어, 구동모터(20)가 사용 가능한 총 파워는 배터리 방전제한파워(양)에서 시동모터파워(음)를 뺀 값이 된다. 따라서, 배터리 방전파워제한으로 인해 배터리의 방전파워가 줄어들더라도 시동모터(70)가 충전하는 만큼 구동모터(20)의 사용가능 파워가 확보되게 된다. 구동모터(20)의 출력 가능 토크는 구동모터(20)의 사용 가능 파워를 바탕으로 현재의 구동모터(20) 속도에서 확인 가능하기 때문에 상기 구동모터 출력가능토크와 구동모터 요구토크 중 작은 값을 구동모터(20)가 최종적으로 내야 하는 토크로 설정할 수 있다.
한편, S150 단계에서 상기 엔진(10)의 시동 완료 전이면, 상기 하이브리드 제어기(200)는, 상기 엔진(10)을 마찰토크로 인한 부하로 인식하고(S155); 상기 엔진(10)의 시동이 완료되도록 상기 시동모터(70)를 정해진 목표속도로 제어를 수행하고; 상기 시동모터(70)를 상기 목표속도로 구동하는데 제공하고 남은 상기 배터리(60)의 가용파워 내에서 요구토크를 만족하도록 상기 구동모터(20)를 제어한다(S175).
이로써, 본 발명의 실시예에 따르면, 배터리가 방전 파워 제한 상태이고 구동모터가 구동되고 있는 상태에서 엔진의 구동이 필요한 주행모드로의 변환시, 배터리의 가용파워를 우선적으로 시동/발전 모터를 구동하는데 사용하고, 엔진 시동 완료 후에는 시동/발전 모터는 충전을 수행하고, 엔진은 엔진클러치의 동기화를 위해 토크 증대되도록 제어되고, 구동모터는 시동/발전 모터의 발전전력과 배터리의 가용파워를 모두 사용하여 구동되도록 함으로써 하이브리드 자동차의 운전성 및 가속 응답성을 향상시킬 수 있다
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
10: 엔진 20: 구동모터
30: 엔진클러치 60: 배터리
70: ISG(시동모터) 200: 하이브리드 제어기(HCU)

Claims (8)

  1. 엔진 및 구동모터의 동력으로 운행되는 하이브리드 자동차의 배터리 방전 파워 제한시 주행모드를 변환하는 방법으로서,
    구동모터의 구동 및 배터리의 방전파워의 제한 상태를 확인하는 단계;
    상기 구동모터가 구동이고 상기 배터리의 방전파워가 제한되고 있는 상태에서 엔진의 구동이 필요한 주행모드로의 변환이 요구되는지를 확인하는 단계;
    상기 엔진의 구동이 필요한 주행모드로의 변환이 요구되면, 상기 배터리의 가용 파워를 시동모터의 구동에 우선적으로 사용하여 구동시키는 단계;
    상기 시동모터의 구동에 의해 상기 엔진이 시동 완료되면, 상기 시동모터가 충전 동작을 수행하도록 상기 엔진을 제어하고, 엔진클러치의 동기화를 위해 상기 시동모터를 제어하고, 상기 배터리의 가용 파워 내에서 상기 구동모터를 구동 제어하여 상기 주행모드의 변환을 완료하는 단계;
    를 포함하는 하이브리드 자동차의 배터리 방전 파워 제한시 주행모드 변환 방법.
  2. 제1항에서,
    상기 주행모드의 변환은 EV(electric vehicle) 모드에서 HEV(hybrid electric vehicle) 모드로의 변환인 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차의 배터리 방전 파워 제한시 주행모드 변환 방법.
  3. 제2항에서,
    상기 시동모터가 충전 동작을 수행하도록 상기 엔진을 제어하기 위해서,
    상기 시동모터의 충전가능 토크 한계를 기초로 제1 엔진토크를 결정하는 단계;
    상기 엔진의 토크 상승에 요구되는 제2 엔진토크를 결정하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차의 배터리 방전 파워 제한시 주행모드 변환 방법.
  4. 제3항에서,
    상기 제1 엔진토크는 상기 시동모터의 충전가능 토크에서 상기 시동모터의 속도제어를 위한 마진값을 차감한 값으로 결정하고,
    상기 제2 엔진토크는 상기 엔진클러치의 델타 RPM으로서 상기 시동모터의 목표속도에서 상기 시동모터의 실제속도를 차감한 값을 기초로 결정하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차의 배터리 방전 파워 제한시 주행모드 변환 방법.
  5. 제2항에서,
    상기 엔진클러치의 동기화를 위한 상기 시동모터의 제어에 있어서,
    상기 엔진의 시동 완료 이후 상기 엔진클러치의 동기화를 위한 상기 시동모터의 목표속도를 결정하는 단계;
    상기 시동모터의 목표속도를 추종하기 위한 상기 시동모터의 목표토크를 결정하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차의 배터리 방전 파워 제한시 주행모드 변환 방법.
  6. 제5항에서,
    상기 시동모터의 목표토크는 상기 목표속도를 추종하기 위한 피드백 제어기의 출력 값으로 하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차의 배터리 방전 파워 제한시 주행모드 변환 방법.
  7. 엔진 및 구동모터의 동력으로 운행되는 하이브리드 자동차의 배터리 방전 파워 제한시 주행모드를 변환하는 시스템으로서,
    상기 엔진과 구동모터의 연결을 단속하는 엔진클러치;
    상기 구동모터의 구동에 필요한 전력 및 상기 엔진을 시동하기 위한 시동모터의 구동에 필요한 전력을 제공하는 배터리; 및
    상기 구동모터가 구동이고 상기 배터리의 방전파워가 제한되고 있는 상태에서 상기 엔진의 구동이 필요한 주행모드로의 변환이 요구되면, 상기 배터리의 가용 파워를 상기 시동모터의 구동에 우선적으로 제공하여 구동시키고, 상기 시동모터의 구동에 의해 상기 엔진의 시동이 완료되면, 상기 시동모터가 충전 동작을 수행하도록 상기 엔진, 상기 시동모터 및 상기 구동모터를 제어하는 제어기를 포함하되,
    상기 제어기는 제1항 내지 제6항 중의 어느 한 항의 방법을 수행하기 위한 설정된 프로그램에 의해 동작하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차의 배터리 방전 파워 제한시 주행모드 변환 시스템.
  8. 제7항에서,
    상기 제어기는 상기 엔진클러치 및 상기 하이브리드 자동차의 전체 동작을 제어하는 하이브리드 제어기(HCU; hybrid control unit)인 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차의 배터리 방전 파워 제한시 주행모드 변환 시스템.
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