KR20160114370A - 하이브리드 자동차의 제어시스템 및 그 제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일실시예에 따른 하이브리드 자동차의 제어시스템은 차량의 정차시 구동이 정지되는 엔진, 차량의 동력을 보조하며 제 1 배터리를 통해 전력이 공급되는 모터, 실시간 교통정보를 수신하는 교통정보 수신기 및 교통정보를 기초로 엔진의 구동여부 또는 모터의 동력보조량을 제어하는 프로세서를 포함하며, 프로세서는 정체구간에서 신호등까지의 거리에 따라 엔진의 구동여부 및 모터의 동력보조량을 제어하며, 감속구간의 길이에 따라 모터의 동력보조량을 제어한다.

Description

하이브리드 자동차의 제어시스템 및 그 제어방법{Controlling system for Hybrid Electric Vehicle and Controlling method thereof}
본 발명의 일실시예는 하이브리드 자동차의 제어시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.
하이브리드 자동차는 2개의 동력원을 이용하여 구동되는 자동차를 말하며 Hybrid Electric Vehicle(이하 '차량'이라 함.)이라 부르며, 서로 다른 특성을 갖는 동력원이 상호 보완적으로 작동하여 효율을 향상시킬 수 있도록 구성되고, 주로 기존의 내연기관과 전기 모터를 함께 쓰는 방식을 많이 이용하고 있다.
상대적으로 엔진의 효율이 낮은 운전 영역에서 전기 모터를 이용하여 엔진의 출력을 보완하도록 하거나, 전기 모터의 특성이 우수한 저속 주행구간에서는 엔진의 작동 없이 모터의 출력만을 이용하여 차량이 주행하도록 함으로써 전체 차량의 연비를 개선할 수 있다.
본 발명의 일실시예는 현재 그린카용 및 전기자동차의 동력을 제어를 위한 시스템으로서, 제 1 배터리(48V), 제 2 배터리(12V), 인버터(Inverter), 컨버터(DC_DC Converter), 모터(Motor)를 포함하는 마일드 하이브리드(Mild Hybrid Electric Vehicle, 이하 차량이라 함.) 자동차에 관한 것이며, 컨버터(DC_DC Converter)는 12V를 48V로 승압시키는 기능과 48V를 12V로 강압시키는 양방향의 기능을 가지고 있다.
KR 2011-0073638 A
본 발명의 일실시예는 하이브리드 자동차의 제어시스템 및 그 제어방법에 관한 것으로, 자세하게는 실시간 교통정보를 수신하여 각 도로 주행 상황에 맞추어 엔진의 구동상태 또는 모터의 동력보조량을 제어할 수 있는 하이브리드 자동차의 제어시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.
본 발명의 일실시예는 교통정보에 기초하여 하이브리드 자동차를 제어하는 것으로서, 프로세서는 정체구간에서 신호등까지의 거리가 기 설정된 제 1 설정값보다 큰 경우 엔진의 구동상태를 유지하며 모터의 동력보조량이 증가하도록 제어하거나, 감속구간의 길이가 기 설정된 제 2 설정값보다 큰 경우 모터의 동력보조량이 증가하도록 제어함으로써 하이브리드 차량의 연비를 개선할 수 있다.
도 1 은 본 발명의 일실시예에 따른 하이브리드 자동차의 제어시스템에 관한 블록도이다.
도 2 는 본 발명의 일실시예에 따라 제 1 배터리의 SOC의 하한 임계치를 낮춤으로써 나타나는 SOC의 변화량을 도시한 그래프이다.
도 3 은 본 발명의 일실시예에 따른 하이브리드 자동차의 제어방법에 관한 흐름도이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, "일면", "타면", "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 이하, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명인 하이브리드 자동차의 구동회로 및 그 제어방법에 대하여, 실시예를 중심으로 상세히 설명하기로 한다. 이하, 모터(400)의 동력보조량은 차량의 주행을 위해 필요한 동력 중에서 모터(400)가 보조하는 동력의 양을 의미한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 하이브리드 자동차의 제어시스템에 관한 블록도로서, 도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예는 제 1 및 제 2 배터리(420,430), 인버터(410), 컨버터(440), 엔진(300), 모터(400), 프로세서(100) 및 교통정보 수신기(200)를 포함한다.
구체적으로 설명하면, 엔진(300)은 차량의 주행에 필요한 동력을 생산하는 것으로, 차량정차시 구동이 정지되는 아이들 스톱 & 고(Idle Stop &Go,ISG)기능을 수행한다. ISG(Idle Stop &Go)기능은 연비 개선을 위한 것으로, 차량이 정차한 다음 수초 후(예컨대, 차속 신호가 0이고 브레이크 페달을 밟은 후 약 3초 정도 경과한 후)에 자동으로 엔진(300)구동이 정지되고, 운전자의 주행 의지가 감지되는 경우(예컨대, 브레이크 페달에서 발을 떼거나 기어 변속이 이루어지는 경우)에는 자동으로 이그니션 키의 조작 없이 재시동이 이루어지는 시스템이다.
모터(400)는 전기에너지를 이용하여 회전력을 발생시키는 것으로 차량의 주행에 필요한 동력을 보조한다. 구체적으로 모터(400)는 차량의 속도와 엔진(300)의 효율에 따라 전동모드와 발전모드(회생제동모드)로 구동될 수 있다. 상대적으로 자동차 엔진(300)의 효율이 떨어지는 운전영역(예를 들어, 정체구간 또는 감속구간등)에서 상기 엔진(300)의 구동없이 모터(400)의 구동보조량을 증가시키거나 모터(400)의 출력만을 이용하여, 차량이 주행될 수 있다. 여기에서, 모터(400)는 전기모터(400)인 AC 모터 또는 DC 모터일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
제 1 배터리(420)와 제 2 배터리(430)는 모터(400)의 동작모드(전동모드 또는 발전모드)에 따라, 일정한 전압이 충전 또는 방전된다. 제 1 배터리(420)는 인버터(410)를 통해 모터(400)에 전력을 공급하거나 회생제동을 통해 충전되며, 제 2 배터리(430)는 스피커등을 포함한 차량의 전장에 전력을 공급한다. 예를 들어, 제 1 배터리(420)는 리튬(Lithiu)배터리 일 수 있으며, 제 1 배터리(420)와 제 2 배터리(430)의 전압은 각각 48 [V], 12 [V]일 수 있다.
여기서 회생제동은 모터(400)를 발전기로 동작시켜서 운동에너지를 전기에너지로 변환되는 것을 의미한다. 본 발명의 일실시예에서는 차량의 주행 중 브레이크를 통해 감속되는 경우 관성에너지가 모터(400)를 통해 전기에너지로 변환되고 변환된 전기에너지는 제 1 배터리(420)에 저장되게 된다.
인버터(410)는 모터(400)와 제 1 배터리(420) 사이에 직렬로 연결될 수 있다. 모터(400)의 동작모드가 전동모드인 경우에는 제 1 배터리(420)로부터 인가되는 전압을 교류(AC)형태로 전환하여 모터(400)에 전달하며, 발전모드(회생제동모드)인 경우에는 모터(400)로부터 인가되는 전압을 직류(DC)로 전환하여 제 1 배터리(420)에 전달한다.
컨버터(440)는 제 2 배터리(430)와 제 1 배터리(420) 사이에 병렬로 연결될 수 있으며, 모터(400)의 동작모드에 따라, 승압모드(Boost) 또는 강압모드(Buck)로 동작할 수 있다. 즉, 제 2 배터리(430)의 전압을 승압하여, 모터(400)에 전력을 공급하는 승압(BOOST)모드 또는 모터(400)로부터 공급되는 전압을 강압하여, 제 2 배터리(430)에 전력을 공급하는 강압(BUCK)모드로 구동되는 양방향 DC - DC 컨버터(440)일 수 있다.
교통정보 수신기(200)는 실시간으로 교통정보를 수신하여 프로세서(100)에 수신된 교통정보를 전송한다. 여기서 교통정보는 차량의 현재 위치에 기초하여 인접하는 도로의 상태정보(신호등의 위치, 과속방지턱 구간의 길이, 내리막 구간의 길이등)와 교통량(정체구간, 교통흐름)에 대한 정보를 포함할 수 있다. 교통정보 수신기(200)는 하나의 예로서 GPS를 포함한 네비게이션(navigation)이거나 네비게이션 어플리케이션을 탑재한 스마트폰일 수 있으며, 이에 반드시 한정되는 것은 아니다. 또한, 교통정보 수신기(200)는 프로세서(100)와 통신모듈 또는 유선을 통해 교통정보를 전송할 수 있으며, 통신모듈은 블루투스(blutooth), 지그비(zigbee)일 수 있다.
프로세서(100)는 교통정보 수신기(200), 엔진(300) 및 인버터(410) 등과 연결될 수 있으며, 교통정보 수신기(200)를 통해 전송받은 교통정보를 기초로 엔진(300)의 구동여부 또는 모터(400)의 동력보조량을 제어한다.
상세하게 프로세서(100)에 대해 설명하면, 프로세서(100)는 교통정보를 수신하여 차량의 정차구간을 판단한다. 여기서 정차구간이란 교통체증 등에 의하여 차량이 정체되는 정체구간에서 신호대기로 인하여 차량이 정차되는 구간을 의미한다. 차량이 정차구간에 진입하는 경우 ISG기능이 동작하여 엔진(300)의 구동이 정지될 수 있다. 이때 프로세서(100)는 엔진의 구동이 정지된 후 재시동으로 인하여 예상되는 제 1 연료소모량과 정차구간 동안에 엔진(300)의 구동이 유지되어 예상되는 제 2 연료소모량을 비교하여 엔진(300)의 구동유지여부 및 모터(400)의 동력보조량을 제어한다.
프로세서(100)는 비교결과 재시동에 의해 예상되는 제 1 연료소모량이 엔진(300)의 구동유지로 의해 예상되는 제 2 연료소모량보다 큰 경우에는 엔진(300)의 구동을 유지시킴과 동시에 모터(400)의 동력보조량을 증가시키며, 반대로 재시동에 의해 예상되는 제 1 연료소모량이 엔진(300)의 구동유지에 의해 예상되는 제 2 연료소모량보다 작은 경우에는 엔진(300)의 구동을 정지함과 동시에 모터(400)의 동력보조량을 현상태로 유지시키거나 감소시킨다.
프로세서(100)는 정차구간에서 연료소모량을 간접적으로 비교 예상하기 위하여 정체구간에서 신호등까지의 거리가 기 설정된 제 1 설정값보다 긴 경우 엔진(300)의 구동을 유지하며 모터(400)의 동력보조량을 증가시키도록 제어할 수 있다. 예를 들어 설명하면, 차량이 정체구간에 진입하는 경우 교통정보 수신기(200)를 통해 정체구간 진입여부를 인지하고, 현재의 차량의 위치를 중심으로 인접한 신호등까지의 거리를 판단하게 된다. 신호등까지의 거리와 제 1 설정값를 비교하여 신호등까지의 거리가 더 먼 경우 프로세서(100)는 재시동에 의한 제 1 연료소모량이 더 크다고 판단하여 엔진(300)의 구동을 유지시키며 모터(400)의 동력보조량을 증가시킨다.
여기서 제 1 설정값은 차량의 사양을 고려하여 설정될 수 있다. 즉, 제 1 설정값는 엔진(300)의 시동에 소모되는 연료의 양, 엔진(300)의 구동유지에 필요한 연료의 양, 도로정체의 강도 및 신호대기시간에 따른 차량의 평균 정차횟수등이 고려되어 설정될 수 있다. 다만 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 사용자에 의해 제 1 설정값이 변경될 수 있다.
프로세서(100)는 교통정보에 기초하여 감속구간을 판단하며, 감속구간에서의 회생제동을 통해 충전되는 제 1 배터리(420)의 예상충전량이 모터(400)의 동력보조량의 증가로 인해 소모되는 제 1 배터리(420)의 전력소모량보다 크다고 판단하는 경우, 모터(400)의 동력보조량을 증가시키도록 제어한다.
차량이 감속구간에 진입하게 되면 통상적으로 브레이크를 통해 제동이 이루어지기 때문에 회생제동이 이루어지기 용이하다. 따라서 회생제동을 통한 제 1 배터리(420)의 충전량이 증가될 수 있고, 이에 따라 모터(400)의 동력보조량이 증가하여도 제 1 배터리(420)의 방전 가능성이 낮아지게 된다. 그러므로 본 발명의 일실시예는 감속구간에 차량이 진입하는 경우 모터(400)의 동력보조량을 증가시켜 차량의 구동에 필요한 연비를 개선할 수 있다.
교통정보 수신기(200)는 과속 방지 턱 구간, 정체구간, 내리막구간과 같은 감속구간에 차량이 진입하는 경우 프로세서(100)로 감속구간에 대한 정보를 전송하고, 프로세서(100)는 과속방지턱구간, 정체구간, 내리막구간이 기 설정된 제 2 설정값보다 긴 경우 모터(400)의 구동보조량을 증가시키도록 제어한다.
예를 들어 설명하면, 차량이 과속 방지턱 구간에 진입하는 경우 프로세서(100)는 교통정보 수신기(200)를 통해 감속구간에 진입하였음을 판단하고 과속방지턱 구간의 길이와 제 2 설정값를 비교한다. 비교결과 과속방지턱 구간의 길이가 제 2 설정값보다 긴 경우 프로세서(100)는 모터(400)의 동력보조량을 증가시키도록 제어한다.
또한, 과속방지턱 구간에 차량이 많아 정체되고 신호등이 위치하고 있으면, 프로세서(100)는 제 1 설정값과 제 2 설정값을 각각 신호등까지의 거리와 과속방지턱구간의 길이와 비교하게 되고, 엔진(300)의 구동유지 여부와 모터(400)의 동력보조량을 제어한다. 즉, 현재의 차량이 과속방지턱구간에 있으며 신호등까지의 거리가 먼 경우(즉, 제 1 연료소모량이 제 2 연료소모량보다 큰 경우) 엔진(300)의 구동이 유지됨과 동시에 모터(400)의 동력보조량이 증가된다. 또한, 과속방지턱 구간 내에서 차량이 이동하여 신호등까지의 거리가 가까워지는 경우에는 정차시 엔진(300)의 구동이 정지되고 모터(400)의 증가된 동력보조량이 유지된다. 다시 말해, 차량이 정차구간 및 감속구간에 진입하는 경우에는 각각의 기능이 병행하여 실행될 수 있다.
프로세서(100)는 모터(400)의 동력보조량을 증가시키기 위하여 제 1 배터리(420)의 SOC의 하한 임계치를 낮추며, 모터(400)의 동력보조에 대한 토크비율을 증가시킬 수 있다. 또한, 모터(400)의 동력보조를 증가시키는 다른 방법으로 프로세서(100)는 SOC의 하한 임계치를 낮추며 모터(400)의 동력보조가 이루어지는 차량의 허용속도를 높일 수 있다.
SOC는 현재 배터리의 충전량을 표시하는 척도로서, 본 발명의 일실시예에서는 제 1 배터리(420)의 전압을 모니터링함으로써 프로세서(100)는 제 1 배터리(420)의 SOC정보를 알 수 있다. 여기서 일예로, 프로세서(100)는 배터리 관리 시스템(Battery Management System,BMS)을 이용하여 제 1 배터리(420)의 SOC정보를 알 수 있다.
SOC하한 임계치는 배터리 사용량의 허용 범위 중 하한값을 의미한다. 배터리는 지속적으로 충방전이 이루어지게 되며, 배터리가 완전 방전되면(SOC가 0%된 경우) 배터리의 성능 및 내구성이 악화되는 현상이 발생한다. 따라서 이러한 현상을 방지하기 위하여 배터리의 사용량의 허용범위를 설정하여 배터리를 이용한다. 본 발명의 일실시예에서는 제 1 배터리(420)의 SOC하한 임계치를 낮추어 제 1 배터리(420) 사용량의 허용범위가 증가되며, 이로 인하여 모터(400)의 출력을 증가된다. 그리고 그 결과 모터(400)의 동력보조량이 증가된다.
차량의 고속주행시 주로 엔진(300)의 출력만을 이용하다가, 저속으로 주행하는 경우 차량의 동력에 모터(400)의 출력이 보조하여 주행하게 된다. 여기서 차량의 허용속도는 고속주행에서 저속주행으로 변경될 때 모터(400)의 동력보조가 이루어지는 차량의 속도를 의미한다. 따라서 차량의 허용속도를 높이게 되면, 모터(400)의 동력보조가 이루어지는 영역이 증가하게 되고 이로 인하여 모터(400)의 동력보조량도 증가하게 된다.
도 2 는 SOC의 하한임계치를 낮추었을 경우의 그래프를 나타낸 것이며, 하기의 표 1은 SOC의 하한임계치를 낮추고 차량의 허용속도를 높였을 경우의 연비의 변화를 표시한 표이다.
도 2의 ①은 일반모드일 경우의 제 1 배터리(420)의 SOC 변화량을 나타내며, ②는 일반모드일 경우의 SOC의 하한 임계치를 의미한다. 또한, ③은 모터(400)의 동력보조량이 증가되는 경우에 제 1 배터리(420)의 SOC 변화량을 나타내며, ④는 모터(400)의 동력보조량이 증가된 경우의 제 1 배터리(420)의 SOC 하한임계치를 나타낸다.
일반모드 모터(400)의 동력보조량 증가
SOC의 하한임계치 54% 35%
허용속도 18km/h 25km/h
연비 14.27km/l 14.65km/l
연비향상 2.7%
도 2 및 표 1을 참조하면, 제 1 배터리(420)의 SOC 하한임계치를 54%에서 35%로 낮춤과 동시에 차량의 허용속도를 18km/h에서 25km/h로 증가시키는 경우 차량의 연비가 14.27km/l에서 14.65km/l로 개선되는 것을 알 수 있다.
또한, 모터(400)의 토크(torque)비율을 증가시킴으로서 모터(400)의 동력보조량을 증가시킬 수 있다. 여기서 토크비율이란 차량의 주행시 필요한 토크에 있어서 엔진(300)과 모터(400)가 각각 담당하는 비율을 의미하는 것으로 모터(400)의 토크비율이 증가하게 되면 모터(400)의 동력보조량도 같이 증가하게 된다. 표 2는 모터(400)의 동력보조량을 증가하기 위하여 토크비율을 달리하고 SOC의 하한임계치를 낮추었을 때 연비의 변화량을 나타낸 표이다.
일반모드 모터(400)의 동력보조량 증가
SOC의 하한임계치 54% 35%
모터(400)의 토크비율 40% 60%
연비 14.27km/l 14.57km/l
연비향상 2.1%
도 2 및 표 2를 참조하면, 제 1 배터리(420)의 SOC 하한임계치를 54%에서 35%로 낮춤과 동시에 모터(400)의 토크비율을 40%에서 60%로 증가시키는 경우 차량의 연비가 14.27km/l에서 14.57km/l로 개선되는 것을 알 수 있다.
본 발명의 일실시예에서 모터(400)의 동력보조량을 증가시키기 위하여 SOC의 하한임계치를 낮춤과 동시에 동력보조가 이루어지는 차량의 허용속도를 높일 수 있다. 또한, 모터(400)의 동력보조량을 증가시키기 위해 SOC의 하한임계치를 낮춤과 동시에 모터(400)의 토크비율을 높일 수 있다. 다만, 반드시 SOC의 하한임계치를 낮추는 것과 병행하여 허용속도와 토크비율을 제어할 필요는 없으며, 각각 독립적으로 제어함으로 모터(400)의 동력보조량을 증가시킬 수도 있으며, SOC의 하한임계치, 허용속도 및 토크비율을 동시에 제어함으로써 모터(400)의 동력보조량을 증가시킬 수 있다.
프로세서(100)는 도1 에 도시된 바와 같이 메인컨트롤러(110), 엔진컨트롤러(120) 및 모터컨트롤러(130)를 포함할 수 있다. 프로세서(100)는 상기에서 설명한 기능을 수행하기 위하여 하나의 회로 또는 반도체 칩(예를 들면, 반도체칩 또는 응용집적회로(application-specific integrated circuit))을 이용하여 구현되거나 후술할 메인컨트롤러(110), 엔진컨트롤러(120) 및 모터컨트롤러(130)를 포함하여 수행할 수 있다. 또한, 이를 수행하기 위한 알고리즘을 구현하기 위하여 펌웨어, 소프트웨어를 이용할 수 있다.
메인컨트롤러(110)는 교통정보를 기초로 정차구간 또는 감속구간을 판단하며, 정차구간에서 예상되는 연료소비량에 따라 엔진(300)의 구동제어신호 및 모터(400)의 동력보조제어신호를 생성하고, 감속구간에서 예상되는 제 1 배터리(420)의 충전량에 따라 모터(400)의 동력보조제어신호를 생성할 수 있다.
즉, 메인컨트롤러(110)는 교통정보에 기초하여, 정체구간에서 신호등까지의 거리에 따라 상기 엔진(300)의 구동제어신호 및 상기 모터(400)의 동력보조제어신호를 생성하며, 감속구간의 길이에 따라 상기 동력보조제어신호를 생성한다. 이때, 메인컨트롤러(110)는 정체구간에서 신호등까지의 거리를 상술한 제 1 설정값과 비교하며, 감속구간의 길이를 상술한 제 2 설정값과 각각 비교함으로써 정차구간에서 소모되는 연료량과 정차구간에서 충전되는 충전량을 예상할 수 있다.
엔진컨트롤러(120)는 엔진(300)의 구동제어신호에 따라 엔진(300)의 구동여부를 제어하며, 상세하게는 정체구간에서 신호등까지의 거리가 제 1 설정값보다 큰 경우 메인컨트롤러(110)에 의해 생성되는 구동제어신호에 따라 엔진(300)의 구동상태를 유지하도록 제어한다.
모터컨트롤러(130)는 동력보조제어신호에 따라 모터(400)의 동력보조량을 제어할 수 있으며, 이를 위해 인버터(410)에 내장될 수 있다. 모터(400)의 동력보조제어신호에 의해 모터컨트롤러(130)는 제 1 배터리(420)의 SOC하한임계치를 낮추거나 모터(400)의 동력보조가 이루어지는 차량의 허용속도를 높일 수 있다. 또한, 모터(400)의 토크비율을 조정함으로써 모터(400)의 동력보조량을 제어할 수 있다.
이하에서는, 상기한 바와 같은 구성을 포함하는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 제어 방법을 도 3을 참고하여 설명한다. 이하의 설명 중, 상기에서 설명된 내용과 동일하거나 유사한 설명은 생략되거나 또는 간단히 설명된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 하이브리드 자동차 시스템의 제어방법은 실시간 교통정보를 기초로 차량이 정차구간 또는 감속구간에 진입하는지 판단하는 단계, 차량이 정차구간에 진입하는 경우 엔진(300)의 구동정지 후 재시동으로 인하여 소모되는 제 1 연료소모량과 정차구간 동안 엔진(300)의 구동유지로 인하여 소모되는 제 2 연료소모량을 예상하여 엔진(300)의 구동여부 및 모터(400)의 동력보조량을 제어하는 정차구간단계 및 차량이 감속구간에 진입하는 경우 감속구간에서 충전되는 제 1 배터리(420)의 충전량과 모터(400)의 동력보조량증가로 소모되는 제 1 배터리(420)의 전력소모량을 예상하여 모터(400)의 동력보조량을 제어하는 감속구간단계를 포함한다. 이하 각 단계의 구체적인 설명을 후술하도록 한다.
우선적으로 교통정보 수신기(200)를 통하여 교통정보를 전송받아(S100) 차량이 정차구간 또는 감속구간에 진입하였는지 판단한다. 여기서 정차구간은 정체구간에서 신호대기로 인하여 차량이 정차되는 구간을 의미하며, 감속구간은 과속방지턱구간, 정체구간 및 내리막구간등을 의미한다.
차량이 정차구간에 진입한 경우, 정체구간과 신호등의 위치정보를 확인한다(S110). 다음으로 정체구간에서 신호등까지의 거리와 기 설정된 제 1 설정값을 비교하는 단계(S120) 및 정체구간에서 신호등까지의 거리가 제 1 설정값보다 큰 경우 제 1 연료소모량이 제 2 연료소모량보다 크다고 판단하여 상기 엔진(300)의 구동상태를 유지하는 단계(S130)를 실시한다.
여기서 제 1 설정값은 재시동에 의해 소모되는 연료량과 같은 차량의 사양에 의해 기 설정된 것으로, 제 1 연료소모량과 제 2 연료소모량을 간접적으로 비교예상하기 위하여 신호등까지의 거리와 제 1 설정값을 비교하는 것이다.
이때, 엔진(300) 구동상태를 유지시킴과 동시에 모터(400)의 동력보조량을 증가하도록 제어한다. 이를 위해서 제 1 배터리(420) SOC의 하한임계치를 낮추며, 모터(400)의 동력보조가 이루어지는 상기 차량의 허용속도를 높이는 단계를 더 포함하여 실시할 수 있다. 또한, 상술한 차량의 허용속도를 높이는 것을 대신하여, 모터(400)의 동력보조에 대한 토크비율을 증가시키는 단계를 더 포함하여 실시할 수도 있다. 다만, 반드시 SOC 하한임계치를 낮추면서 허용속도를 높이거나 토크비율을 증가시킬 필요는 없으며, 모터(400)의 동력보조량을 증가시키기 위하여 각각 실시할 수 있으며, 혹은 SOC하한임계치, 허용속도 및 토크비율 병행하여 제어할 수 있다.
차량이 감속구간에 진입한 경우, 감속구간의 길이(예를 들어, 과속방지턱구간의 길이, 내리막구간의 길이, 정체구간의 길이)를 확인한다.(S140) 그 후, 감속구간의 거리와 기 설정된 제 2 설정값을 비교한다(S150). 그 후 감속구간의 거리가 제 2 설정값보다 큰 경우, 상기 충전량이 전력소모량보다 크다고 판단하여 상기 모터(400)의 동력보조량이 증가하도록 제어한다(S160).
여기서 제 2 설정값은 회생제동의 효율 또는 제 1 배터리(420)의 사양등에 의해 설정되어지는 것으로, 감속구간에서의 충전량과 전력소모량을 간접적으로 비교 예상하기 위하여 감속구간의 길이와 제 2 설정값을 비교하는 것이다.
감속구간의 길이가 제 2 설정값보다 큰 경우, 앞서 설명한 것과 같이 모터(400)의 동력보조량을 증가하기 위하여 제 1 배터리(420) SOC의 하한임계치를 낮추며, 모터(400)의 동력보조가 이루어지는 차량의 허용속도를 높일 수 있다. 또한, 모터(400)의 동력보조량을 증가하기 위한 다른 방법으로 제 1 배터리(420) SOC의 하한임계치를 낮추며, 모터(400)의 동력보조에 대한 토크비율을 증가시킬 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 하이브리드 자동차의 제어시스템 및 그 제어방법은 교통정보에 기초하여 엔진(300)의 구동상태와 모터(400)의 동력보조량을 제어함으로써 하이브리드 자동차의 연비를 개선할 수 있다.
이상 본 발명을 구제적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명이 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다. 즉, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허 청구 범위에 의하여 명확해질 것이다.
100 : 프로세서 110 : 메인컨트롤러
120 : 엔진컨트롤러 130 : 모터컨트롤러
200 : 교통정보 수신기 300 : 엔진
400 : 모터 410 : 인버터
420 : 제 1 배터리 430 : 제 2 배터리
440 : 컨버터

Claims (17)

  1. 차량의 정차시 구동이 정지되는 엔진;
    상기 차량의 동력을 보조하며 제 1 배터리를 통해 전력이 공급되는 모터;
    실시간 교통정보를 수신하는 교통정보 수신기; 및
    상기 교통정보를 기초로 상기 엔진의 구동여부 또는 상기 모터의 동력보조량을 제어하는 프로세서를 포함하는 하이브리드 자동차의 제어시스템
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 교통정보를 기초로 정차구간을 판단하며, 상기 정차구간에서 상기 엔진의 구동정지 후 재시동으로 인한 제 1 연료소모량이 상기 정차구간 동안 상기 엔진의 구동유지로 인한 제 2 연료소모량보다 크다고 예상되는 경우, 상기 엔진의 구동상태를 유지하며 상기 모터의 동력보조량을 증가시키는 하이브리드 자동차의 제어시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 교통정보 수신기는
    정체구간 및 신호등의 위치정보를 수신하며,
    상기 프로세서는
    상기 정체구간에서 상기 신호등까지의 거리가 기 설정된 제 1 설정값보다 큰 경우, 상기 제 1 연료소모량이 상기 제 2 연료소모량보다 크다고 판단하여 상기 엔진의 구동을 유지하며 상기 모터의 동력보조량을 증가시키는 하이브리드 자동차의 제어시스템.
  4. 청구항 3에 있어서
    상기 프로세서는
    상기 제 1 배터리 전압의 SOC(state of charge)의 하한 임계치를 낮추며, 상기 모터의 동력보조에 대한 토크비율을 증가시킴으로써 상기 모터의 동력보조량이 증가되는 하이브리드 자동차의 제어시스템.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 제 1 배터리 전압의 SOC(state of charge)의 하한 임계치를 낮추며, 상기 모터의 동력보조가 이루어지는 상기 차량의 허용속도를 높임으로써 상기 모터의 동력보조량이 증가되는 하이브리드 자동차의 제어시스템.
  6. 청구항 1 에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 교통정보에 기초하여 감속구간을 판단하며, 상기 감속구간에서 충전되는 상기 제 1 배터리의 충전량이 상기 모터의 동력보조량의 증가로 소모되는 상기 제 1 배터리의 전력소모량보다 크다고 예상되는 경우 상기 모터의 동력보조량을 증가시키는 하이브리드 자동차의 제어시스템
  7. 청구항 6 에 있어서,
    상기 교통정보 수신기는
    과속방지턱 구간, 정체구간 또는 내리막구간에 관한 정보를 수신하며,
    상기 프로세서는
    상기 과속방지턱 구간, 상기 정체구간 또는 상기 내리막구간의 거리가 기 설정된 제 2 설정값보다 큰 경우, 상기 충전량이 상기 전력소모량보다 크다고 예상하여 상기 모터의 동력보조량을 증가시키는 하이브리드 자동차의 제어시스템.
  8. 청구항 7 에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 제 1 배터리 전압의 SOC(state of charge)의 하한 임계치를 낮추며, 상기 모터의 동력보조에 대한 토크비율을 증가시킴으로써 상기 모터의 동력보조량이 증가되는 하이브리드 자동차의 제어시스템.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 제 1 배터리 전압의 SOC(state of charge)의 하한 임계치를 낮추며, 상기 모터의 동력보조가 이루어지는 상기 차량의 허용속도를 높임으로써 상기 모터의 동력보조량이 증가되는 하이브리드 자동차의 제어시스템.
  10. 청구항 1 에 있어서
    상기 프로세서는
    상기 교통정보에 기초하여, 정체구간에서 신호등까지의 거리에 따라 상기 엔진의 구동제어신호 및 상기 모터의 동력보조제어신호를 생성하며, 감속구간의 길이에 따라 상기 동력보조제어신호를 생성하는 메인컨트롤러;
    상기 구동제어신호에 따라 상기 엔진의 구동여부를 제어하는 엔진컨트롤러;및
    상기 동력보조제어신호에 따라 상기 모터의 동력보조량을 제어하는 모터컨트롤러를 포함하는 하이브리드 자동차의 제어시스템.
  11. 실시간 교통정보를 기초로 차량이 정차구간 또는 감속구간에 진입하는지 판단하는 단계;
    상기 차량이 상기 정차구간에 진입하는 경우 엔진의 구동정지 후 재시동으로 인하여 소모되는 제 1 연료소모량과 상기 정차구간 동안 상기 엔진의 구동유지로 인하여 소모되는 제 2 연료소모량을 예상하여 상기 엔진의 구동여부 및 모터의 동력보조량을 제어하는 정차구간단계; 및
    상기 차량이 상기 감속구간에 진입하는 경우 상기 감속구간에서 충전되는 제 1 배터리의 충전량과 상기 모터의 동력보조량의 증가로 소모되는 상기 제 1 배터리 의 전력소모량을 예상하여 상기 모터의 동력보조량을 제어하는 감속구간단계;를 포함하는 하이브리드 자동차 시스템의 제어방법.
  12. 청구항 11에 있어서
    상기 정차구간단계는
    정체구간에서 신호등까지의 거리와 기 설정된 제 1 설정값을 비교하는 단계;및
    상기 정체구간에서 신호등까지의 거리가 상기 제 1 설정값보다 큰 경우 상기 제 1 연료소모량이 상기 제 2 연료소모량보다 크다고 판단하여 상기 엔진의 구동상태를 유지하는 엔진구동유지단계를 포함하는 하이브리드 자동차 시스템의 제어방법.
  13. 청구항 12에 있어서
    상기 엔진구동유지단계는
    상기 모터의 동력보조량을 증가하기 위하여 상기 제 1 배터리 SOC의 하한임계치를 낮추며, 상기 모터의 동력보조가 이루어지는 상기 차량의 허용속도를 높이는 단계를 더 포함하는 하이브리드 자동차 시스템의 제어방법.
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 엔진구동유지단계는
    상기 모터의 동력보조량을 증가하기 위하여 상기 제 1 배터리 SOC의 하한임계치를 낮추며, 상기 모터의 동력보조에 대한 토크비율을 증가시키는 단계를 더 포함하는 하이브리드 자동차 시스템의 제어방법.
  15. 청구항 11에 있어서,
    상기 감속구간단계는
    상기 감속구간의 거리와 기 설정된 제 2 설정값을 비교하는 단계; 및
    상기 감속구간의 거리가 상기 제 2 설정값보다 큰 경우, 상기 충전량이 상기 전력소모량보다 크다고 판단하여 상기 모터의 동력보조량을 증가시키는 동력보조증가단계를 포함하는 하이브리드 자동차 시스템의 제어방법.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 동력보조증가단계는
    상기 모터의 동력보조량을 증가하기 위하여 상기 제 1 배터리 SOC의 하한임계치를 낮추며, 상기 모터의 동력보조가 이루어지는 상기 차량의 허용속도를 높이는 단계를 더 포함하는 하이브리드 자동차 시스템의 제어방법.
  17. 청구항 15에 있어서,
    상기 동력보조증가단계는
    상기 모터의 동력보조량을 증가하기 위하여 상기 제 1 배터리 SOC의 하한임계치를 낮추며, 상기 모터의 동력보조에 대한 토크비율을 증가시키는 단계를 더 포함하는 하이브리드 자동차 시스템의 제어방법.
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