KR20160055635A - 하이브리드 차량의 구동 제어 장치 - Google Patents

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Abstract

본 기술은 하이브리드 차량의 구동 제어 장치에 관한 것으로, 본 기술의 일 실시예에 따른 하이브리드 차량의 구동 제어 장치는 차량의 주행 속도를 검출하고 검출된 주행 속도에 대한 정보를 출력하는 차속 산출부, 상기 차량이 운행 중인 도로의 경사도를 검출하고 검출된 경사도에 대한 정보를 출력하는 경사도 감지부 및 상기 주행 속도 및 상기 경사도에 따른 차량의 주행 부하를 판단하고 상기 주행 부하의 크기에 따라 차량의 구동 모드를 제어하는 모드 천이 제어부를 포함할 수 있다.

Description

하이브리드 차량의 구동 제어 장치{DRIVING CONTROL APPRATUS FOR HYBRID VEHICLE}
본 발명은 하이브리드 차량에 관한 것으로, 보다 상세하게는 하이브리드 차량에서 특정 조건이 만족되는 경우 HEV 모드와 EV 모드 간의 천이를 금지시킴으로써 연비를 개선할 수 있는 하이브리드 차량의 구동 제어 장치에 관한 것이다.
하이브리드 차량은 서로 다른 두 종류 이상의 동력원을 효율적으로 조합하여 차량을 구동시키는 것을 의미하나, 대부분의 경우는 연료(가솔린 등 화석연료)를 연소시켜 회전력을 얻는 엔진과 배터리 전력으로 회전력을 얻는 전기모터에 의해 구동하는 차량을 의미한다.
이러한 하이브리드 차량은 엔진뿐만 아니라 전기모터를 보조동력원으로 채택하여 배기가스 저감 및 연비 향상을 도모할 수 있는 미래형 차량으로, 연비를 개선하고 환경친화적인 제품을 개발해야 한다는 시대적 요청에 부응하여 더욱 활발한 연구가 진행되고 있다.
하이브리드 차량은 차량 출발시나 저속 주행시에는 구동모터에 의해서만 구동력을 얻게 되는데, 초기 출발시에는 엔진 효율이 모터 효율에 비해 떨어지기 때문에 엔진보다는 효율이 좋은 구동모터를 사용하여 차량의 초기 출발(차량 발진)을 시작하는 것이 차량의 연비 측면에서 유리하기 때문이다. 차량 출발 후에는 엔진으로 회전력을 제공하는(즉, 크랭킹 토크를 출력하는) 시동발전기 즉 HSG(Hybrid Starter & Generator)가 엔진을 시동하여 엔진 출력과 모터 출력을 동시에 이용할 수 있도록 한다.
이와 같이 하이브리드 차량은 구동을 위해 구동모터의 회전력만을 이용하는 순수 전기자동차 모드인 EV(Electric Vehicle) 모드 및 엔진의 회전력을 주동력으로 하면서 구동모터의 회전력을 보조동력으로 이용하는 HEV(Hybrid Electric Vehicle) 모드 등의 운전모드로 주행하며, ISG에 의한 엔진의 시동으로 EV 모드에서 HEV 모드로의 모드 변환이 이루어진다.
한편, 하이브리드 차량에서 EV 모드와 HEV 모드 간의 모드 변환은 주요한 기능 중의 하나로서, 하이브리드 차량의 운전성, 연비, 동력성능에 영향을 끼치는 요소로서, 풀(Full) 하이브리드 방식의 차량은 엔진 ON/OFF(HEV/EV 모드)를 최적 제어함으로써 연료 소모량을 저감할 수 있다.
하지만, 주행 저항이 증가하는 경우 예컨대 오르막 경사, 공기 저항이 증가하는 고속 주행 또는 짐을 많이 싣거나 견인 등에 의해 구동을 위한 파워가 많이 필요한 경우에는 통상적인 주행 조건에서 주행하면서 발생하는 HEV/EV 모드 천이 제어가 적합하지 않다. 예컨대, 고부하 조건 주행시에는 빈번한 모드 천이로 인해 시스템 효율 저하가 발생할 수 있다.
따라서 주행 저항이 증가하는 고부하 조건의 주행시에 적합한 차별화된 구동 제어 방법이 필요한 실정이다.
본 발명은 하이브리드 차량에서 특정 조건이 만족되는 경우에 HEV 모드와 EV 모드 간의 천이를 금지시킴으로써 연비를 개선할 수 있는 하이브리드 차량의 구동 제어 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 차량의 구동 제어 장치는 차량의 주행 속도를 검출하고 검출된 주행 속도에 대한 정보를 출력하는 차속 산출부, 상기 차량이 운행 중인 도로의 경사도를 검출하고 검출된 경사도에 대한 정보를 출력하는 경사도 감지부 및 상기 주행 속도 및 상기 경사도에 따른 차량의 주행 부하를 판단하고 상기 주행 부하의 크기에 따라 차량의 구동 모드를 제어하는 모드 천이 제어부를 포함할 수 있다.
본 발명은 하이브리드 차량에서 특정 조건(주행 저항이 증가하는 조건)에서는 HEV 모드와 EV 모드 간의 천이를 금지시킴으로써 연비를 개선할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 차량의 구동 제어 장치의 구성을 나타내는 구성도.
도 2는 차량의 주행 속도와 도로의 경사(구배) 정도에 따라 차량의 주행 부하 영역을 예시적으로 구분하여 나타낸 도면.
도 3은 차량이 기존의 모드 천이 제어 방법에 따라 주행할 때와 본 발명에 따른 엔진 Only 모드를 적용하여 주행할 때의 엔진효율과 경로효율을 비교한 시뮬레이션 결과를 보여주는 도면.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 차량의 구동 제어 장치의 구성을 나타내는 구성도이다.
도 1의 구동 제어 장치는 차속 산출부(10), 경사도 감지부(20) 및 모드 천이 제어부(30)를 포함한다.
차속 산출부(10)는 차량에 부착된 센서들을 이용하여 차량의 주행 속도를 검출하고 검출된 주행 속도에 대한 정보를 차량 제어기(30)에 전송한다. 예컨대, 차속 산출부(10)는 변속기의 출력축 회전수 또는 각 차륜의 휠속으로 주행 속도를 검출하고 그에 대한 정보를 전기적 신호로 변환하여 모드 천이 제어부(30)에 제공한다. 차량이 정속 주행을 하지 않는 경우, 차속 산출부(10)는 기 설정된 일정 시간 단위로 차속의 평균치(평균 속도)를 산출하여 그 결과를 주행 속도로서 제공한다.
경사도 감지부(20)는 경사각 센서를 포함할 수 있으며, 차량이 운행 중인 도로의 경사도(구배도)를 검출하여 그에 대한 정보를 모드 천이 제어부(30)에 제공한다.
모드 천이 제어부(30)는 차량의 주행 부하에 따라 차량의 구동 모드를 제어한다. 예컨대, 모드 천이 제어부(30)는 차속 산출부(10)로부터 제공받은 차량의 주행 속도에 대한 정보 및 경사도 감지부(20)로부터 제공받은 도로의 경사도에 대한 정보를 이용하여 차량의 구동 모드를 제어할 수 있다. 이를 위해, 모드 천이 제어부(30)는 차량의 주행 속도 및 도로의 경사도를 이용하여 차량의 주행 부하를 계산하고, 주행 부하에 따라 종래와 같이 EV 모드와 HEV 모드 간의 천이가 이루어지도록 구동 모드를 제어하거나 그러한 천이가 발생되지 않도록 천이를 금지시키는 모드(엔진 Only 모드)로 주행하도록 제어할 수 있다. 예컨대, 모드 천이 제어부(30)는 HEV 모드로 주행 중인 차량의 주행 부하가 기 설정된 조건에 부합되는 경우, HEV 모드에서 EV 모드로 절환하라는 제어명령 대신에 엔진 Only 모드로 주행하도록 제어하는 명령을 발생시킨다. 즉, 모드 천이 제어부(30)는 HEV 모드 상태에서 차량의 주행 부하에 따라 EV 모드 또는 엔진 Only 모드 중 어느 하나를 결정하여 해당 모드로 차량이 구동되도록 제어한다. 이때, 모드 천이 제어부(30)는 경사도를 이용하여 주행 부하를 판단할 때 평지 주행 및 등판 주행에 따른 경사도만을 고려하고 내리막길에 의한 경사는 제외한다.
도 2는 차량의 차속(주행 속도)과 도로의 구배(경사) 정도에 따라 차량의 주행 부하 영역을 예시적으로 구분하여 나타낸 도면이다.
본 실시예에서는 주행 중인 도로의 경사도에 따라 차량의 주행 상황을 평지 주행 단계와 적어도 하나의 등판 주행 단계들(등판(小), 등판(中), 등판(大))로 구분하였다. 그리고 주행 속도(차속)에 따라 차량의 주행 상황을 예컨대 5개 단계들(극저속, 저속, 중속, 고속, 초고속)로 구분하였다. 이때, 경사도에 따른 각 단계들과 차속에 따른 각 단계들을 구분하기 위한 기준값은 시스템 설계시 미리 설정될 수 있다.
모드 천이 제어부(30)는 차속과 경사도를 도 2와 같은 테이블 형태로 메모리에 저장하고, 차속 산출부(10)로부터 제공받은 차량의 주행 속도에 대한 정보 및 경사도 감지부(20)로부터 제공받은 도로의 경사도에 대한 정보를 도 2의 테이블과 비교하여 현재 차량의 주행 상태가 도 2에 도시된 표의 어느 상태에 해당하는지를 판단하여 그에 대응되게 차량의 구동 모드를 제어한다.
예컨대, 모드 천이 제어부(30)는 먼저 차량의 경사도가 도 2의 어느 단계에 해당하는지 여부를 판단하고, 다음에 차량의 주행 속도가 도 2의 어느 단계에 해당하는지 여부를 판단하여 두 조건(경사도 및 차속)을 모두 만족하는 구동 모드를 찾아낸 후 해당 모드로 차량이 구동되도록 제어할 수 있다. 물론, 모드 천이 제어부(30)는 주행 속도를 먼저 판단한 후 경사도를 판단하여 대응되는 구동 모드를 찾아낼 수도 있다.
도 3은 차량이 기존의 모드 천이 제어 방법에 따라 주행할 때와 본 발명에 따른 엔진 Only 모드를 적용하여 주행할 때의 엔진효율과 경로효율을 비교한 시뮬레이션 결과를 보여주는 도면이다. 도 3은 구부하 주행을 대표하기 위해 120 km/h 정속 주행 측정 데이터를 이용하여 비교 분석한 결과이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 엔진 Only 모드로 주행시 기존에 비해 엔진효율은 0.6% 정도 낮아졌으나 경로효율은 1% 정도 상승함을 알 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 엔진 Only 모드를 적용하는 경우 차량의 전체적인 시스템 효율이 0.4% (1% ?? 0.6%) 정도 개선될 수 있음을 알 수 있다.
상술한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위한 것으로, 당업자라면 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상과 범위를 통해 다양한 수정, 변경, 대체 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
10 : 차속 산출부
20 : 경사도 감지부
30 : 모드 천이 제어부

Claims (6)

  1. 차량의 주행 속도를 검출하고 검출된 주행 속도에 대한 정보를 출력하는 차속 산출부;
    상기 차량이 운행 중인 도로의 경사도를 검출하고 검출된 경사도에 대한 정보를 출력하는 경사도 감지부; 및
    상기 주행 속도 및 상기 경사도에 따른 차량의 주행 부하를 판단하고 상기 주행 부하의 크기에 따라 차량의 구동 모드를 제어하는 모드 천이 제어부를 포함하는 하이브리드 차량의 구동 제어 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 차속 산출부는
    차량이 정속 주행을 하지 않는 경우, 기 설정된 일정 시간 단위로 평균 속도를 산출하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 구동 제어 장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 모드 천이 제어부는
    상기 주행 부하가 기 설정된 조건을 부합되는 경우, EV 모드와 HEV 모드 간의 천이를 금지시키는 엔진 Only 모드로 구동시키는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 구동 제어 장치.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 모드 천이 제어부는
    상기 경사도에 따라 차량의 주행 상황을 평지 주행 및 적어도 하나의 등판 주행 상황으로 구분하고 상기 주행 속도에 따라 차량의 주행 상황을 복수의 차속 단계들로 구분하여 기 설정된 차속 단계와 경사도 단계에서는 상기 엔진 Only 모드로 구동시키는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 구동 제어 장치.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 모드 천이 제어부는
    상기 차속이 기 설정된 초고속에 해당하는 경우, 상기 경사도와 상관없이 상기 엔진 Only 모드로 구동시키는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 구동 제어 장치.
  6. 제 3항에 있어서, 상기 모드 천이 제어부는
    상기 경사도가 기 설정된 등판 단계에 해당하는 경우, 상기 차속과 상관없이 상기 엔진 Only 모드로 구동시키는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 구동 제어 장치.
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