KR20150075628A - 하이브리드 차량의 전부하 모드 제어 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 하이브리드 차량의 주행 모드를 고려하여 모터 방전 가능 토크를 최적으로 확보함으로써, 전부하 진입 가능성을 낮춰 연비를 개선하고 운전성을 향상시키는 하이브리드 차량의 전부하 모드 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 전부하 모드 제어 방법은 운전자의 요구토크가 발생하면, 운전자 요구토크를 계산하는 단계; 현재 하이브리드 차량의 주행 모드를 판단하는 단계; 상기 주행 모드에 따른 모터 방전 가능 토크를 계산하는 단계; 엔진 부분 부하 최대 출력 토크를 계산하는 단계; 그리고 상기 모터 방전 가능 토크와 상기 엔진 부분 부하 최대 출력 토크를 기초로 전부하 모드 진입 여부를 결정하는 단계;를 포함할 수 있다.

Description

하이브리드 차량의 전부하 모드 제어 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING FULL LOAD MODE OF HYBIRD VEHICLE}
본 발명은 하이브리드 차량의 전부하 모드 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 하이브리드 차량의 주행 모드를 고려하여 모터 방전 가능 토크를 최적으로 확보함으로써, 전부하 진입 가능성을 낮춰 연비를 개선하고 운전성을 향상시키는 하이브리드 차량의 전부하 모드 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 자동차의 운행 상태를 부하별로 분류하면, 공회전 상태(Idle), 부분부하 상태(Part load), 전(완전)부하 상태(Full load)로 나눌 수 있고, 이러한 부하 상태는 엔진에 공급되는 혼합기량을 조절하는 쓰로틀 밸브(Throttle valve)의 개도 각도로 판단하는 것이 보통이다.
즉, 종래에는 운전자가 가속 페달을 밟아 쓰로틀 밸브의 개도 각도가 일정 각도 이상이 되면 자동차가 전부하 상태에 있는 것으로 인식하게 되는바, 이는 주로 자동차가 급가속하거나 고속 주행하는 경우에 해당한다.
이와 같이 가솔린 차량에서 가속 페달은 쓰로틀 밸브 센서(TPS: Throttle Valve Sensor)와 연결되어 그 각도에 따라서 선형적으로 쓰로틀 밸브가 열리고 닫히게 되는바, 가속 페달이 일정치 이상이면 항상 엔진 전부하를 나타낸다고 볼 수 있다.
한편, 하이브리드 차량은 서로 다른 두 종류 이상의 동력원을 효율적으로 조합하여 차량을 구동시키는 것을 의미하나, 대부분의 경우는 연료(가솔린 등 화석연료)를 연소시켜 회전력은 얻는 엔진과 배터리 전력으로 회전력을 얻는 전기모터에 의해 구동하는 차량을 의미한다. 상기 하이브리드 차량의 경우에는 가솔린 차량과 달리 가속 페달의 기능이 다르다.
즉, 하이브리드 차량의 가속 페달은 운전자 의지를 나타내며 차속에 따른 운전자의 요구토크에 따라 모터, 엔진 등 각 제어기에 운전점(속도, 토크) 형태로 전달된다. 따라서 하이브리드 차량에서는 가속 페달과 엔진의 쓰로틀 개도와는 선형적이 될 수 없고, 하이브리드 차량에서 엔진의 전부하 모드 진입은 운전자의 요구토크 형태로 제어된다.
이 때, 운전자 요구토크는 하이브리드 차량의 엔진 토크와 모터 토크의 합으로 충족되므로, 운전자 요구토크가 엔진의 부분 부하 최대 출력 토크(Part load mas torque)와 모터의 방전(assist) 가능 토크의 합보다 큰 경우에는 하이브리드 차량이 전부하 모드에 진입하게 된다.
그런데, 종래 하이브리드 차량의 전부하 진입 방법에 의하면 하이브리드 차량의 주행 상태를 고려하지 않고 모터 방전 가능 토크의 마진을 크게 잡은 값을 매핑(mapping)하여 설정된 맵(map)에 저장한다. 따라서 모터를 통한 구동 파워를 확보하기 어렵고, 전부하 모드 진입 가능성이 높아져 연비에 불리하다.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 하이브리드 차량의 주행 모드를 고려하여 모터 방전 가능 토크를 최적으로 확보함으로써, 전부하 진입 가능성을 낮춰 연비를 개선하고 운전성을 향상시키는 하이브리드 차량의 전부하 모드 제어 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 전부하 모드 제어 방법은 운전자의 요구토크가 발생하면, 운전자 요구토크를 계산하는 단계; 현재 하이브리드 차량의 주행 모드를 판단하는 단계; 상기 주행 모드에 따른 모터 방전 가능 토크를 계산하는 단계; 엔진 부분 부하 최대 출력 토크를 계산하는 단계; 그리고 상기 모터 방전 가능 토크와 상기 엔진 부분 부하 최대 출력 토크를 기초로 전부하 모드 진입 여부를 결정하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 모터 방전 가능 토크는 하이브리드 차량이 EV 모드로 주행 중인 경우에는 엔진 기동에 따른 마진을 고려할 수 있고, HEV 모드로 주행 중인 경우에는 엔진 기동에 따른 마진을 고려하지 않을 수 있다.
상기 모터 방전 가능 토크는 배터리 SOC와 모터 속도에 의해 결정될 수 있다.
상기 운전자의 요구토크가 상기 모터 방전 가능 토크와 상기 엔진 부분 부하 최대 출력 토크의 합보다 큰 경우 전부하 모드로 진입할 수 있다.
상기 운전자의 요구토크는 가속 페달의 위치값, 차속 및 엔진 속도를 기초로 계산될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 모터와 엔진을 동력원으로 가지는 하이브리드 차량의 전부하 모드 제어 장치는 하이브리드 차량의 현재 주행 상태를 검출하는 운전정보 검출부; 및 상기 운전정보 검출부로부터 정보를 입력 받아, 상기 모터와 상기 엔진의 작동을 제어하는 제어기;를 포함할 수 있고, 상기 제어기는 운전자 요구토크가 있으면, 하이브리드 차량의 현재 주행 모드에 따른 모터 방전 가능 토크와 엔진 부분 부하 최대 출력 토크를 계산하여 전부하 모드 진입 여부를 결정할 수 있다.
상기 운전정보 검출부는 가속 페달 위치 센서 및 차속 센서를 포함할 수 있다.
상기 제어기는 상기 가속 페달 위치 센서의 검출값과 및 차속 센서의 검출값을 기초로 운전자 요구토크를 계산할 수 있다.
상기 제어기는 하이브리드 차량의 현재 주행 모드가 EV 모드이면 엔진 기동에 따른 마진을 고려하고, HEV 모드이면 엔진 기동에 따른 마진을 고려하지 않고 모터 방전 가능 토크를 계산할 수 있다.
상기 제어기는 배터리 SOC와 모터 속도에 따라 상기 모터 방전 가능 토크를 계산할 수 있다.
상기 제어기는 상기 운전자의 요구토크가 상기 모터 방전 가능 토크와 상기 엔진 부분 부하 최대 출력 토크의 합보다 큰 경우 전부하 모드로 진입하도록 할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 하이브리드 차량의 주행 모드를 고려하여 모터 방전 가능 토크를 최적으로 확보함으로써, 전부하 진입 가능성을 낮춰 모드 천이시 발생되는 이질감을 개선하여 운전성 및 연비를 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 전부하 모드 제어 방법이 적용되는 일반적인 하이브리드 시스템을 개략적으로 나타내는 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 전부하 모드 제어 장치를 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 전부하 모드 제어 방법을 나타내는 흐름도이다.
아래에서는 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 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
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.
명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 의미한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 전부하 모드 진입 방법이 적용되는 일반적인 하이브리드 시스템을 개략적으로 나타내는 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예가 적용되는 하이브리드 시스템은 ECU(Engine Control Unit)(10), HCU(Hybrid Control Unit)(20), MCU(Motor Control Unit)(30), TCU(Transmission Control Unit)(40), 엔진(50), 엔진클러치(60), 모터(70), 변속기(80), HSG(Hybrid Starter and Generator)(90), 그리고 배터리(100)를 포함한다.
ECU(10)는 운전자의 요구토크 신호와 냉각수온 및 엔진 토크 등의 엔진 상태 정보에 따라 엔진(50)의 전반적인 동작을 제어한다.
HCU(20)는 다른 제어기들의 구동 제어 및 하이브리드 운전모드 설정, 그리고 하이브리드 차량의 전반적인 동작을 제어하는 최상위 제어기로, 각 제어기들을 고속 CAN 통신라인으로 연결하여 상호간의 정보를 주고 받으며, 협조 제어를 실행하여 엔진(50)과 모터(70)의 출력 토크를 제어한다.
MCU(30)는 운전자의 요구토크 신호와 하이브리드 차량의 운행 모드 및 배터리(100)의 SOC 상태에 따라 모터(80)의 전반적인 동작을 제어한다.
TCU(40)는 ECU(20)와 MCU(30)의 각 출력 토크에 따라 변속비를 제어하고 회생 제동량을 결정하는 등 변속기(80)의 전반적인 동작을 제어한다.
HSG(90)는 는 모터로 동작되어 엔진(50)을 시동시키거나, 상기 엔진(50)이 시동 온을 유지하는 상태에서 잉여 출력이 발생되는 경우 제너레이터로 작동되어 배터리(100)을 충전한다.
배터리(100)는 HEV 모드에서 엔진(50)의 출력을 보조하기 위하여 모터(70)에 전원을 공급하고, 회생제동 제어로 발전되는 전압을 충전한다. 그리고 EV 모드에서 모터(70)에 구동전원을 공급하여 주행이 실행될 수 있도록 한다.
상기에 언급된 것을 비롯한 하이브리드 시스템은 일반적으로 당업자에게 널리 알려진 것이므로 각 구성에 대한 자세한 설명은 생략하도록 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 전부하 모드 제어 장치를 나타내는 블록도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 전부하 모드 제어 장치는 운전정보 검출부(120) 및 제어기(140)를 포함한다.
본 발명의 실시예에서 특별한 언급이 없는 한, ECU(10), HCU(20), MCU(30) 및 TCU(40)는 이를 제어기(140)로 지칭하도록 한다.
운전정보 검출부(120)는 가속 페달 센서(APS: Accel pedal Position Sensor)(122)와 차속 센서(124)를 포함한다.
가속 페달 센서(122)는 가속 페달의 위치값(가속 페달이 눌린 정도)을 지속적으로 측정하여 그 모니터링한 신호를 제어기(140)에 전달한다. 가속 페달이 완전히 눌린 경우에는 가속 페달의 위치값이 100%이고, 가속 페달이 눌리지 않은 경우에는 페달의 위치값이 0%일 수 있다.
가속 페달의 위치값이 0%보다 크면, 운전자가 가속하고자 하는 의지가 있는 것으로 판단하여, 제어기(140)는 운전자의 요구토크를 산출하는 계산을 하게 된다. 반면, 가속 페달의 위치값이 0%이면, 운전자 최소 요구토크는 차속에 따른 최소 토크인 크리프(Creep) 토크로 판단하게 되는데, 이 크리프 토크는 차량이 크리프 주행시(정차 후 서행할 때) 필요로 하는 운전자 요구토크이다.
상기 가속 페달 위치 센서(122)는 APS 대신에 흡기 통로에 장착된 스로틀 밸브 개도 센서(TPS: Throttle Position Sensor)를 사용할 수도 있다. 따라서, 본 명세서 및 특허청구범위에서 가속 페달 위치 센서(122)는 스로틀 밸브 개도 센서를 포함하고, 가속 페달의 위치값은 스로틀 밸브의 개도를 포함하는 것으로 보아야 할 것이다.
차속 센서(124)는 차량의 휠 등에 장착되어 차속을 지속적으로 검출하여 그 모니터링한 신호를 제어부(140)에 전달한다.
제어기(140)는 상기 가속 페달 위치 센서(122) 및 차속 센서(124)로부터 해당 출력 신호를 입력 받아 엔진(50), 엔진클러치(60), 및 모터(70)의 작동을 제어한다. 상기 제어기(140)는 엔진(50)과 모터(70)의 작동을 제어하기 위해 엔진(50)의 속도와 모터(70)의 속도를 확인할 수 있다.
상기 제어기(140)는 운전자 요구토크가 있으면, 하이브리드 차량의 현재 주행 모드에 따른 모터 방전 가능 토크와 엔진 부분 부하 최대 출력 토크를 계산하여 전부하 모드 진입 여부를 결정한다. 이러한 목적을 위하여 상기 제어기(140)는 설정된 프로그램에 의해 동작하는 하나 이상의 프로세서로 구현될 수 있으며, 상기 설정된 프로그램은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전부하 모드 제어 방법의 각 단계를 수행하도록 프로그래밍 된 것일 수 있다.
이하 도 3을 참고로, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전부하 모드 제어 방법에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 전부하 모드 제어 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 전부하 모드 제어 방법은 APS(122)가 운전자의 요구토크가 있었는지를 판단함으로써 시작한다(S100).
상기 운전자의 요구토크는 APS(122)가 가속 페달의 위치값을 모니터링하여 가속 페달의 위치값이 0%보다 크면, 운전자가 가속하고자 하는 의지가 있는 것으로 판단하고, 그 신호를 제어기(140)로 전송한다.
이 때, 가속 페달의 위치값이 0%이면, 앞에서 기재된 바와 같이 운전자 최소 요구토크는 차속에 따른 최소 토크인 크리프 토크로 판단하게 되는데, 이 경우에는 운전자의 가속 의지가 없는 것으로 판단하여 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 전부하 모드 제어 방법은 종료한다.
상기 S100 단계에서 운전자의 요구토크가 발생하면, 제어기(140)는 운전자의 요구토크를 계산한다(S110).
상기 운전자의 요구토크는 제어기(140)가 운전자의 최소 요구토크를 0Nm으로 인식하고, 차속과 가속 페달 위치값에 따라 계산될 수 있다.
상기 S110 단계에서 운전자의 요구토크를 계산하면, 제어기(140)는 현재 하이브리드 차량의 주행모드를 판단한다(S120).
하이브리드 차량에서 주행 모드는 모터의 동력만을 이용하는 순수 전기자동차 모드인 EV(Electric Vehicle) 모드와, 엔진의 회전력을 주동력으로 하면서 상기 모터의 회전력을 보조 동력으로 이용하는 HEV(Hybrid Electric Vehicle) 모드, 그리고 차량의 제동 혹은 관성에 의한 주행시 차량의 제동 및 관성에너지를 회수하여 배터리에 충전하는 회생제동(RB: Regenerative Braking) 모드로 구분할 수 있는데, 본 발명의 실시예에는 EV 모드와 HEV 모드에 적용될 수 있다. 따라서, 설명의 편의 상 본 명세서 및 특허청구범위에서는 하이브리드 차량에서 주행 모드를 EV 모드와 HEV 모드로만 구분하기로 한다.
상기 S120 단계에서 현재 하이브리드 차량의 주행 모드를 판단하면, 상기 주행 모드에 따라 제어기(140)는 모터의 방전(assist) 가능 토크를 계산한다(S130).
상기 모터의 방전 가능 토크는 배터리의 SOC와 모터 속도를 기초로 계산될 수 있다. 상기 배터리의 SOC는 배터리의 전압, 전류 및 온도에 따라 결정될 수 있다. 상기 모터 속도는 배터리의 충전 전류량 및 방전 전류량에 따라 결정될 수 있다.
상기 모터의 방전 가능 토크는 하이브리드 차량의 현재 주행 모드가 EV 모드이면 엔진 기동 파워 마진을 고려한다. 반면, 상기 엔진 기동 파워 마진은 EV 모드로 주행 중에 엔진을 기동하기 위한 파워 제한이므로 HEV 모드로 주행 중인 경우에는 불필요하기 때문에 고려하지 않는다.
상기 S130 단계에서 주행 모드에 따른 모터의 방전 가능 토크를 계산하면, 제어기(140)는 엔진 부분 부하(part load) 최대 출력 토크를 계산한다(S140).
상기 엔진의 부분 부하 최대 출력은 보조 부하 사용에 따른 요구 파워를 반영할 수 있다. 상기 보조 부하는 에어컨 컴프레셔의 구동, 오일 펌프의 구동 브레이크 부압 형성 등 차량에서 엔진의 기계적 에너지를 사용하는 경우뿐만 아니라 차량에 장착된 램프류 및 각종 전장품, 차량 난방용 히터 등의 전장 부하에 의한 LDC(Low Voltage DC/CD Converter)에서 변환되는 전기적 에너지를 포함할 수 있다.
상기 S130 단계와 상기 S140 단계에서 주행 모드에 따른 모터 방전 가능 토크와 엔진 부분 부화 최대 출력 토크가 계산되면 제어기(140)는 전부하 모드로의 진입 여부를 결정한다(S150).
상기 제어기(140)는 상기 S110 단계에서 계산된 운전자의 요구토크가 모터 방전 가능 토크와 엔진 부분 부하 최대 출력 토크의 합보다 큰 경우에 엔진(50)이 전부하 모드에 진입하도록 제어한다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 전부하 모드 제어 방법에 의하면 엔진의 부분 부하 모드와 전부하 모드의 천이를 줄여서 모드 천이시 발생되는 이질감을 개선하고 운전성을 향상시킬 수 있다.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.

Claims (11)

  1. 운전자의 요구토크가 발생하면, 운전자 요구토크를 계산하는 단계;
    현재 하이브리드 차량의 주행 모드를 판단하는 단계;
    상기 주행 모드에 따른 모터 방전 가능 토크를 계산하는 단계;
    엔진 부분 부하 최대 출력 토크를 계산하는 단계; 그리고
    상기 모터 방전 가능 토크와 상기 엔진 부분 부하 최대 출력 토크를 기초로 전부하 모드 진입 여부를 결정하는 단계;
    를 포함하는 하이브리드 차량의 전부하 모드 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 모터 방전 가능 토크는 하이브리드 차량이 EV 모드로 주행 중인 경우에는 엔진 기동에 따른 마진을 고려하고, HEV 모드로 주행 중인 경우에는 엔진 기동에 따른 마진을 고려하지 않는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 전부하 모드 제어 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 모터 방전 가능 토크는 배터리 SOC와 모터 속도에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 전부하 모드 제어 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 운전자의 요구토크가 상기 모터 방전 가능 토크와 상기 엔진 부분 부하 최대 출력 토크의 합보다 큰 경우 전부하 모드로 진입하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 전부하 모드 제어 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 운전자의 요구토크는 가속 페달의 위치값, 차속 및 엔진 속도를 기초로 계산되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 전부하 모드 제어 방법.
  6. 모터와 엔진을 동력원으로 가지는 하이브리드 차량의 전부하 모드 제어 장치에 있어서,
    하이브리드 차량의 현재 주행 상태를 검출하는 운전정보 검출부; 및
    상기 운전정보 검출부로부터 정보를 입력 받아, 상기 모터와 상기 엔진의 작동을 제어하는 제어기;
    를 포함하되,
    상기 제어기는 운전자 요구토크가 있으면, 하이브리드 차량의 현재 주행 모드에 따른 모터 방전 가능 토크와 엔진 부분 부하 최대 출력 토크를 계산하여 전부하 모드 진입 여부를 결정하는 하이브리드 차량의 전부하 모드 제어 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 운전정보 검출부는 가속 페달 위치 센서 및 차속 센서를 포함하는 하이브리드 차량의 전부하 모드 제어 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 가속 페달 위치 센서의 검출값과 및 차속 센서의 검출값을 기초로 운전자 요구토크를 계산하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 전부하 모드 제어 장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 제어기는 하이브리드 차량의 현재 주행 모드가 EV 모드이면 엔진 기동에 따른 마진을 고려하고, HEV 모드이면 엔진 기동에 따른 마진을 고려하지 않고 모터 방전 가능 토크를 계산하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 전부하 모드 제어 장치.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 제어기는 배터리 SOC와 모터 속도에 따라 상기 모터 방전 가능 토크를 계산하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 전부하 모드 제어 장치.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 운전자의 요구토크가 상기 모터 방전 가능 토크와 상기 엔진 부분 부하 최대 출력 토크의 합보다 큰 경우 전부하 모드로 진입하도록 하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 전부하 모드 제어 장치.
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