KR20180019195A

KR20180019195A - 하이브리드 자동차의 에너지 등가 계수를 제어하는 방법

Info

Publication number: KR20180019195A
Application number: KR1020187001510A
Authority: KR
Inventors: 압델말렉 마로움
Original assignee: 르노 에스.아.에스.
Priority date: 2015-06-25
Filing date: 2016-06-20
Publication date: 2018-02-23
Also published as: CN107850876B; US20180304880A1; KR102025827B1; EP3314337B1; FR3038081A1; CN107850876A; US10576961B2; FR3038081B1; JP6622821B2; JP2018527229A; WO2016207528A1; EP3314337A1

Abstract

본 발명은 열 엔진 및 축전지에 의해 전력이 공급되는 적어도 하나의 전기 모터를 포함하는 자동차의 에너지 등가 계수(K)를 제어하는 방법(1)에 관한 것으로, 상기 방법은, 차이(σ)가 임계값(ε_soe, -ε_soe)보다 낮을 때 소정의 최대값(K^max)에 비례하고 또는 차이(σ)가 상기 임계값(ε_soe, -ε_soe)보다 높을 때 소정의 최소값(K^min)에 비례하는 에너지 등가 계수(K)의 값(K^calc)을 추정하는 단계를 포함한다.

Description

하이브리드 자동차의 에너지 등가 계수를 제어하는 방법

본 발명은 하이브리드 자동차용 에너지 등가 계수를 제어하는 방법에 관한 것이다.

본 발명은 자동차 차량의 하이브리드 구동 트레인에서의 에너지 흐름들의 분포를 관리하는 것에 관한 것이다.

보다 정확하게는, 본 발명의 사상은 열 에너지의 공급과 전기 에너지의 공급 사이에 적용되는 가중을 나타내는 에너지 등가 계수의 결정에 관한 것이며, 열 엔진 및 배터리에 의해 구동되는 적어도 하나의 전기 모터를 포함하는 유형의 자동차 차량의 하이브리드 구동 트레인의 전체 에너지 소비를 하나의 동작 점에서 최소화하기 위한 것이다.

하이브리드 추진 또는 구동을 갖는 자동차 차량을 위한 구동 파워 트레인은 차량에 탑재 운반되는 적어도 하나의 배터리에 의해 구동되는 하나 이상의 전기 기계 및 열 엔진을 포함한다.

하이브리드 구동 파워 트레인들의 제어 시스템은 연료 소비를 제한하고 오염 입자의 배출을 최소화하기 위해 운전 조건에 따라 다양한 모터의 작동 및 동기화를 관리하도록 설계된다.

'열 및 전기 에너지 흐름 관리'는 열 에너지 흐름과 전기 에너지 흐름 사이의 전력 공유를 최적화하기 위해 제어 시스템에 구현된 구동 전략을 표시하는데 특히 사용된다. 최상의 작동 점을 선택하기 위해 구현되는 원리는 가중치 또는 등가 계수로 전기 에너지를 가중함으로써 전기 소비량과 열 소비량의 합을 최소화하는 것으로 구성된다.

이 요소는 전기 에너지를 열에너지로 가중시키는데, 다시 말해 배터리에 저장된 특정 양의 전기 에너지를 재충전하는데 필요한 양의 연료를 제공하고, 반대로 배터리에서 나오는 일정량의 에너지를 사용함으로써 절약할 수 있는 양의 연료를 제공하도록 한다.

본 출원인에 의해 출원된 특허 출원 FR2988674는 PI 조절(PI regulation)이라고도 하는 비례-적분 제어를 구현하는 등가 계수를 제어하는 방법을 개시하는 것으로 특히 공지되어 있다.

그러나, 최적의 방식으로 작동하기 위해, 그러한 PI 조절 제어는, 시스템의 동적 특성과 함께 조절 대상 시스템에 대한 사전 지식이 필요하다. 기술적인 측면에서 볼 때, 이것은 PI 조절기의 비례-적분 이득들을 교정하는 단계이다. 이 보정 단계는 상대적으로 길기 때문에 제어 방법을 구현하기 전에 수행되어야 한다.

또한, 이 교정은, 시스템의 동적 특성이 당연히 교정 당시에는 알려져 있지 않기 때문에 상대적으로 복잡하며, 특히 비례 이들의 교정의 경우 매우 복잡하다.

더욱이, 비례 이득의 교정은 고려되지 않은 외부 효과들, 특히 예를 들어 온보드 멀티미디어 시스템, 자동차 차량의 공기 조잘, 데이터 프로세서 등과 같이, 자동차 차량의 보조 요소들에 의해 소비되는 전력을 보상할 수 없다.

이러한 이유 때문에, 교정 단계가 길어지고 조절 제어(regulation control)가 다른 차량 모델에 적용될 때마다 수행되어야 한다.

이는 이 제어 방법이 자동차 차량의 다양한 모델에 적응하는데 상대적으로 비용이 많이 든다는 것을 의미한다.

따라서, 자동차 차량들의 다양한 모델에 적용하기에 보다 간편한 에너지 등가 계수를 제어하는 방법이 필요하다.

하나의 동작점에서, 열 엔진 및 전기 축전지에 의해 동력을 공급 받는 적어도 하나의 전기 모터를 포함하는 자동차 차량을 위한 하이브리드 구동 트레인의 전체 에너지 소비를 최소화하기 위해, 열 에너지 공급과 전기 에너지 공급 사이에 적용된 가중치에 대응하는 에너지 등가 계수를 제어하는 방법이 제공된다.

상기 방법은 상기 전기 축전지의 에너지 상태의 순간값과 상기 전기 축전지의 에너지 상태의 목표값 사이의 차이의 함수로서 상기 에너지 등가 계수의 값을 추정하는 단계를 포함한다.

상기 추정 단계는,

- 상기 차이를 적어도 하나의 양의 임계값 및 적어도 하나의 음의 임계값과 비교하는 단계, 및

- 에너지 등가 계수의 추정값을 계산하는 단계를 포함하고, 상기 추정값은:

* 상기 차이가 상기 음의 임계값보다 작은 경우, 소정의 최대값에 비례하고, 또는

* 상기 차이가 상기 양의 임계값보다 큰 경우, 소정의 최소값에 비례하며, 또는

* 상기 차이가 상기 음의 임계값과 상기 양의 임계값 사이의 범위인 경우, 상기 소정의 최소값 및 최대값 및 상기 음의 임계값과 상기 양의 임계값의 상기 차이의 함수이다.

따라서, 추정 단계는 시스템의 파라미터, 특히 자동차 차량의 주행 조건 및 동적 파라미터와 독립적이다. 즉, 이 방법은 강건(robust)하다.

또한, 상기 시스템은 추정 단계가 에너지 등가 계수의 추정값을 평가하기 전에 전기적 축전기의 에너지 상태의 순간값과 전기 축전기의 에너지 상태의 목표값 사이의 '오차(error)'라고도 지칭되는 차이를 고려한다는 점에서 적응적이다. 다시 말하면, 제어 대상 시스템은 작동(acting) 전에 파악(studied)된다.

이러한 방식으로, 이 방법은 다른 자동차 차량들에 적응하기가 상대적으로 간단하다. 또한, 자동차 차량의 운전 조건들을 알 필요 없이 사용될 수 있다.

상기 차이를 적어도 하나의 양의 임계값 및 적어도 하나의 음의 임계값과 비교하기 위한 단계를 사용하여, 에너지 등가 계수가 전기 축전기의 충전 및 방전 모드들에서 제어될 수 있다. 실제로, 차이의 부호(sign)는, 일반적으로, 방법의 실행 시 전기 축전기의 동작 모드에 의존한다.

상기 차이가 음의 임계값과 양의 임계값 사이의 범위에 있을 때, 상기 에너지 등가 계수의 추정값은 상기 오차가 상기 2개의 암걔값들 사이의 범위에 있을 때; 즉, 오차가 작은 경우 제어될 수 있다. 따라서, 시스템은 자동차 차량의 전체 에너지 동작을 최적화하는 방식으로 안정화된다.

또한, 이 제어 방법은 비례-적분 조절 제어에 비해 상대적으로 높은 응답 시간을 얻을 수 있게 한다.

바람직하게 그리고 비-제한적인 방식에서, 상기 양의 임계값과 음의 임계값은 반대이다. 따라서, 이 방법의 동작, 특히 그 실행 속도는, 임계값들의 절대값들에 대한 비교를 수행함으로써 최적화될 수 있다.

바람직하게 그리고 비-제한적인 방식에서, 상기 제어 방법은 상기 등가 계수의 상기 추정값이 상기 음의 임계값과 양의 임계값 사이의 범위에 있을 때 적분 단계를 포함하고, 상기 적분 단계는 상기 추정값에 더해지도록 의도된 적분 텀을 정의한다.

특히, 적분 텀은 '오차'라고도 지칭되는 상기 차이의 함수일 수 있다.

특히, 적분 텀은 오차의 적분값에 비례할 수 있다.

따라서, 전기 축전기의 에너지 상태의 순간값과 전기 축전기의 에너지 상태의 목표값 사이의 차이가 상대적으로 작은 경우, 특히 에너지 등가 계수의 변동들이 평탄화될 수 있다.

바람직하게 그리고 비-제한적인 방식에서, 상기 제어 방법은 상기 추정값이 상기 소정의 최소값에 의해 그리고 상기 소정의 최대값에 의해 정의된 경계들에 의해 제한되는 동안 에너지 등가 계수의 상기 추정값을 제한하는 단계를 포함할 수 있다.

여기에서 추정값은, 이전에 기술된 것과 같은 적분 텀에 의해 합산되었거나, 합산되지 않은, 그리고 수정된 것 모두를 참조하는 것으로 이해될 것이다.

따라서, 에너지 등가 계수가 항상 에너지 등가 계수의 허용 가능한 동작 한계들 사이의 범위 내에 있음을 보장하면서 자동차 차량의 정확한 동작이 보장된다. 이 제한 단계는 또한 에너지 등가 계수의 추정된 값을 포화시키는 단계로 간주될 수 있다.

특히, 전기 축전기의 열화 또는 조기 마모의 위험들이 그에 따라 제한될 수 있다.

본 발명은, 하나의 동작점에서, 열 엔진 및 전기 축전지에 의해 동력을 공급받는 적어도 하나의 전기 모터를 포함하는 자동차 차량을 위한 하이브리드 구동 트레인의 전체 에너지 소비를 최소화하기 위해, 열 에너지 공급과 전기 에너지 공급 사이에 적용된 가중치에 대응하는 에너지 등가 계수를 제어하는 장치와도 관련되며, 상기 장치는 다음을 포함한다:

- 상기 전기 축전지의 에너지 상태의 순간값을 수신하는 수단, 예를 들어 전기 축전기의 센서, 또는 전기 축전기의 동작 모델을 구현하는 프로세서, DSP, 마이크로프로세서, 또는 센서로부터 오는 데이터의 전송 버스, 또는 임의의 다른 적절한 수단,

- 상기 전기 축전지의 에너지 상태의 순간값과 상기 전기 축전지의 에너지 상태의 목표값 사이의 차이를 계산하는 수단, 예를 들어 프로세서, DSP, 마이크로프로세서 또는 임의의 다른 적절한 수단,

- 상기 차이를 적어도 하나의 양의 임계값 및 적어도 하나의 음의 임계값과 비교하는 수단, 예를 들어 프로세서, DSP, 마이크로프로세서 또는 임의의 다른 적절한 수단으로서, 상기 차이를 계산하는 수단과 동일할 수도 있고 동일하지 않을 수도 있음,

상기 에너지 등가 계수의 추정값을 계산하는 수단, 예를 들어 프로세서, DSP, 마이크로프로세서 또는 임의의 다른 적절한 수단으로서, 상기 차이를 계산하는 수단 및/또는 상기 차이를 상기 적어도 하나의 임계값과 비교하는 수단과 동일할 수도 있고 동일하지 않을 수도 있음,

상기 추정값은:

본 발명은 또한 전술한 바와 같은 에너지 등가 계수를 제어하기 위한 장치를 포함하는 자동차 차량에 관한 것이다.

본 발명의 다른 특징 및 이점은, 비 제한적인 예로서 주어진 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 등가 계수를 제어하는 방법의 기능적 흐름도를 도시하는 도 1을 참조하여, 이하에 제공되는 본 발명의 하나의 특정 실시예에 대한 설명을 읽음으로써 명백해질 것이다.

도 1을 참조하면, 하이브리드 자동차의 에너지 등가 계수의 제어를 제공하는 제어 방법(1)은 에너지 등가 계수(K)의 값(

)을 추정하는 단계(2)를 포함한다.

추정 단계(2)는 우선, 오차(σ)를 추정하기 위한 제1 단계(5)를 포함하는데, 여기서 추정은, 일반적으로 오차(σ)로도 지칭되는, 전기 축전지의 에너지 상태의 순간값(

)과 전기 축전지의 에너지 상태의 목표값(

) 사이의 차이값(σ)에 대해 수행된다.

오차(σ)의 추정은 에너지 상태의 순간값(

)으로부터 목표값(

)을 뺀 값(

)에 의해 수행된다.

오차(σ)는 양 또는 음의 값일 수 있다.

일반적으로, 목표값(

)이 작을 때, 예를 들어 전기 축전지의 에너지 상태의 최대값의 0% 내지 10% 사이일 때, 오차(σ)는 음의 값을 갖는다. 이 경우 제어는 전기 축전기를 방전하여 전기 에너지 소비를 촉진하는 것을 목표로 한다.

반대의 경우, 목표값(

)이 클 때, 예를 들어 전기 축전지의 에너지 상태의 최대값의 90% 내지 100% 사이일 때, 오차(σ)는 양의 값을 갖는다. 이 경우 제어는 전기 축전기를 충전하는 것을 목표로 한다.

오차 추정 단계(5) 후에, 오차(σ)와 2개의 임계값들(

,

) 사이의 비교(6)를 위한 단계가 수행된다.

여기서, 오차(σ)는 2개의 임계값, 양의 임계값(

) 및 음의 임계값(

)과 비교된다.

2개의 임계값들은 반대이다. 즉, 2개의 임계값들(

,

)은 절대값이 동일하다.

일 대안에 따르면, 2개의 임계값들은 상이한 절대값들을 가질 수 있다.

바람직하게, 임계값들(

,

)은 절대값이 0에 가깝고, 예를 들어 0과 1 사이의 범위에 있다.

비교 단계(6)는 3가지의 경우들을 구분한다.

- 오차(σ)가 음의 임계값(

)보다 작은 경우

- 오차(σ)가 양의 임계값(

)보다 큰 경우

- 오차(σ)가 음의 임계값(

)과 양의 임계값(

) 사이의 범위에 있는 경우.

비교 단계(6)의 결과에 따라, 에너지 등가 계수(K)의 추정값(

)을 계산하기 위한 단계(7)가 수행된다.

오차(σ)가 음의 임계값(

)보다 작으면, 추정값(

)은 다음의 계산에 의해 결정된다:

[수학식 1]

여기서

는 등가 계수의 최대 허용값이며, α는 1보다 큰 사전 설정된 값이다.

값 α는 미리-교정되고 일정한 값이다.

오차(σ)가 양의 임계값(

)보다 크면, 추정값(

)은 다음의 계산에 의해 결정된다:

[수학식 2]

여기서

은 등가 계수의 최소 허용값이다.

에너지 등가 계수의 최대 허용값

및 최소 허용값

은 전기 축전지에 따라 미리 결정된다. 즉, 이 값들은 전기 축전기의 동작 상수들이다.

오차(σ)가 양의 임계값(

)과 음의 임계값(

) 사이의 범위에 있다면, 추정값

은 다음 계산에 의해 결정된다:

[수학식 3]

일 대안에 따라, 오차(σ)는 예를 들어 0에 가까운 값, 0보다 작거나 큰 값, 또는 0과 같은, 단일 임계값(

)과 비교될 수 있다.

이 대안에서, 비교 단계(6) 및 계산 단계(7)는 2개의 임계값들에 대해 이전에 설명된 것과 유사할 것이며, 다만 비교(6)는 오차(σ)가 단일 임계값(

)보다 크거나 작은 경우만을 고려할 것이고; 계산 단계(7)는 음의 값 및 양의 값을 단일 임계값으로 간단히 대체함으로써 이전에 기술된 처음 2개의 계산들(수학식 1 및 2)만을 고려할 것이고, 제3 계산(수학식 3)은 2개의 임계값들이 고려되는 경우에만 적합하다.

따라서, 에너지 등가 계수의 추정값(

)은 견고한 추정 단계(2)에 의해 얻어진다.

다시 말해, 에너지 등가 계수의 값은 자동차 차량의 운전 조건 또는 자동차 차량의 물리적 파라미터와 독립적으로 추정된다.

결과적으로 이 추정 단계(2)는 다양한 시스템들에 적응하기가 상대적으로 간단하고 기능을 수행하기 위해 임의의 복잡하고 값비싼 보정을 필요로 하지 않는다.

또한, 추정 단계(2)는 적응적이다. 이는, 이 단계 동안, 오차(σ)가 추정값(

)을 평가하기 전에 추정되기 때문이다. 즉, 본 방법은 작동(acting) 전에 시스템을 파악(study)한다.

이러한 방식으로, 에너지 등가 계수의 값(

)은 견고하고 적응적인 방식으로 추정될 수 있다.

추정 단계(2) 동안, 에너지 등가 계수 K의 값(

)을 추정한 후, 상기 방법은 적분 단계(3)을 수행한다.

적분 단계(3) 동안, 적분 텀(integrted term)(8)은 오차(σ)의 함수로서 결정된다:

- 오차(σ)가 음의 임계값(

)과 양의 임계값(

) 사이의 범위에 있다면, 적분 텀(8)은 미리 정의된 이득(

)의 함수이다. 다시 말해, 적분 텀(8)은, 라플라스 변환 후,

의 함수에 해당한다; 및

- 오차(σ)가 음의 임계값(

)보다 작거나 오차(σ)가 양의 임계값(

)보다 큰 경우, 적분 텀(8)은 0과 같다.

적분 텀(8)을 결정한 후에, 전술한 바와 같이, 오차(σ)의 값의 함수로서, 적분 단계(3)을 합산하기 위한 단계(9) 동안 그것은 추정값(

)에 더해진다.

적분 단계(3)는 전기 축전기의 에너지 상태의 순간값(

)이 목표 에너지 상태(

)에 비교적 가까울 때 에너지 등가 계수 K의 변화가 평탄화되도록 한다. 적분 단계의 끝에서, 추정값(

)의 평탄화된 값(

)이 얻어진다.

실제로, 양의 임계값들(

) 및 음의 임계값들(

)은 비교적 0에 가까운 값들이고, 오차(σ)가 작은 것으로 간주되는 임계값들을 정의한다. 그렇다면 아이디어는 전체 에너지 소비를 최적화하기 위해 에너지 등가 계수 K의 변화를 안정화하는 것이다.

적분 단계(3) 이후, 제한 단계(4)가 수행되며, 그 동안 평탄화된 값(

)이 에너지 등가 계수의 최대 허용값(

)과 최소 허용값(

) 사이의 범위에 있음이 검증된다. 평탄화된 값(

)이 이들 제한들을 벗어나면, 가장 가까운 최대값 또는 최소값으로 되돌려진다.

다시 말해, 평탄화된 값(

)의 포화(4)는 에너지 등가 계수의 최대 허용값(

)과 최소 허용값(

) 사이에서 그들을 유지하기 위해 수행된다. 이는 특히 전기 축전지의 열화에 대한 여하의 위험을 야기하지 않는 방식으로, 작동 중 시스템의 정확한 동작이 항상 보장되도록 한다.

제한 단계(4) 이후에 얻어진 값은 방법에 의해 제어되는 에너지 등가 계수 K의 값에 대응한다.

본 발명은 설명된 실시예에 결코 제한되지 않는다.

특히, 적분 단계(3) 및 제한 단계(4)는 선택적인 단계들로서, 서로 독립적으로, 그리고 구현된 제어 방법(1)과 서로 독립적으로 존재할 수도 있고 존재하지 않을 수도 있다.

Claims

하나의 동작점에서, 열 엔진 및 전기 축전지에 의해 동력을 공급 받는 적어도 하나의 전기 모터를 포함하는 자동차 차량을 위한 하이브리드 구동 트레인의 전체 에너지 소비를 최소화하기 위해, 열 에너지 공급과 전기 에너지 공급 사이에 적용된 가중치에 대응하는 에너지 등가 계수(K)를 제어하는 방법(1)으로서,
상기 전기 축전지의 에너지 상태의 순간값(
)과 상기 전기 축전지의 에너지 상태의 목표값(
) 사이의 차이(σ)의 함수로서 상기 에너지 등가 계수(K)의 값을 추정하는 단계(2)를 포함하고,
상기 추정 단계(2)는,
- 상기 차이(σ)를 적어도 하나의 양의 임계값(
) 및 적어도 하나의 음의 임계값(
)과 비교하는 단계(6), 및
- 에너지 등가 계수(K)의 추정값(
)을 계산하는 단계(7)를 포함하고, 상기 추정값(
)은:
* 상기 차이(σ)가 상기 음의 임계값(
)보다 작은 경우, 소정의 최대값(
)에 비례하고, 또는
* 상기 차이(σ)가 상기 양의 임계값(
)보다 큰 경우, 소정의 최소값(
)에 비례하며, 또는
* 상기 차이(σ)가 상기 음의 임계값(
)과 상기 양의 임계값(
) 사이의 범위인 경우, 상기 소정의 최소값 및 최대값(
) 및 상기 음의 임계값(
)과 상기 양의 임계값(
)의 상기 차이(σ)의 함수인, 제어 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 양의 임계값(
)과 음의 임계값(
)은 반대인, 제어 방법.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 등가 계수(K)의 상기 추정값(
)이 상기 음의 임계값(
)과 양의 임계값(
) 사이의 범위에 있을 때 적분 단계(3)를 포함하고, 상기 적분 단계(3)는 상기 추정값(
)에 더해지도록 의도된 적분 텀(integrated term)(8)을 정의하는, 제어 방법.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 추정값(
)이 상기 소정의 최소값(
) 및 상기 소정의 최대값(
)에 의해 정의된 경계에 의해 제한되는 동안 에너지 등가 계수(K)의 상기 추정값(
)을 제한하는 단계(4)를 포함하는, 제어 방법.
하나의 동작점에서, 열 엔진 및 전기 축전지에 의해 동력을 공급 받는 적어도 하나의 전기 모터를 포함하는 자동차 차량을 위한 하이브리드 구동 트레인의 전체 에너지 소비를 최소화하기 위해, 열 에너지 공급과 전기 에너지 공급 사이에 적용된 가중치에 대응하는 에너지 등가 계수(K)를 제어하는 장치로서,
상기 전기 축전지의 에너지 상태의 순간값(
)을 수신하는 수단,
상기 전기 축전지의 에너지 상태의 순간값(
)과 상기 전기 축전지의 에너지 상태의 목표값(
) 사이의 차이(σ)를 계산하는 수단,
상기 차이(σ)를 적어도 하나의 양의 임계값(
) 및 적어도 하나의 음의 임계값(
)과 비교하는 수단, 및
상기 에너지 등가 계수(K)의 추정값(
)을 계산하는 수단을 포함하고,
상기 추정값(
)은:
* 상기 차이(σ)가 상기 음의 임계값(
)보다 작은 경우, 소정의 최대값(
)에 비례하고, 또는
* 상기 차이(σ)가 상기 양의 임계값(
)보다 큰 경우, 소정의 최소값(
)에 비례하며, 또는
* 상기 차이(σ)가 상기 음의 임계값(
)과 상기 양의 임계값(
) 사이의 범위인 경우, 상기 소정의 최소값 및 최대값(
) 및 상기 음의 임계값(
)과 상기 양의 임계값(
)의 상기 차이(σ)의 함수인, 장치.
청구항 5의 에너지 등가 계수(K)를 제어하는 장치를 포함하는 자동차 차량.