KR20190051490A - 하이브리드 자동차 및 그를 위한 모터 제어 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 하이브리드 자동차 및 그를 위한 모터 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세히는 목적지까지의 경로 정보를 이용하여 특정 지역 통과시 엔진 기동 없이 전기 모터의 출력만으로 주행할 경우 전기 모터의 과온을 방지할 수 있는 하이브리드 자동차 및 그 모터 제어 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 모터 냉각 제어 방법에 있어서, 주행 경로 상에 배기가스 배출과 관련된 특정 지역이 존재하는 경우, 상기 특정 지역에 진입할 때 도달해야 할 모터 온도인 목표 모터 온도를 결정하는 단계; 상기 목표 모터 온도에 도달하기 위한 냉각 거리를 결정하는 단계; 상기 결정된 냉각 거리를 이용하여 냉각 제어 시작 시점을 결정하는 단계; 및 상기 냉각 제어 시작 시점부터 상기 특정 지역에 진입할 때까지 모터 가동폭을 제한하는 단계를 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 하이브리드 자동차 및 그를 위한 모터 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세히는 목적지까지의 경로 정보를 이용하여 특정 지역 통과시 엔진 기동 없이 전기 모터의 출력만으로 주행할 경우 전기 모터의 과온을 방지할 수 있는 하이브리드 자동차 및 그 모터 제어 방법에 관한 것이다.
하이브리드 자동차(HEV: Hybrid Electric Vehicle)란 일반적으로 두 가지 동력원을 함께 사용하는 차를 말하며, 두 가지 동력원은 주로 엔진과 전기모터가 된다. 이러한 하이브리드 자동차는 내연기관만을 구비한 차량에 비해 연비가 우수하고 동력성능이 뛰어날 뿐만 아니라 배기가스 저감에도 유리하기 때문에 최근 많은 개발이 이루어지고 있다.
이러한 하이브리드 자동차는 어떠한 동력계통(Power Train)을 구동하느냐에 따라 두 가지 주행 모드로 동작할 수 있다. 그 중 하나는 전기모터만으로 주행하는 전기차(EV) 모드이고, 다른 하나는 전기모터와 엔진을 함께 가동하여 동력을 얻는 하이브리드 전기차(HEV) 모드이다. 하이브리드 자동차는 주행 중 조건에 따라 두 모드 간의 전환을 수행한다.
이전까지의 하이브리드 자동차는 효율성에만 초점을 맞춘 주행 제어가 수행되었으나, 최근에는 단순히 주행과정에서의 고연비 달성만이 아닌 특정 지역에서 주행으로 인한 환경 오염의 방지까지 요구받고 있다. 예컨대, 쾌적한 환경에 대한 요구와 규제가 더욱 커지면서 법규, 환경, 안전, 보행자 밀도 등의 이유로 배출가스의 저감이 요구되는 지역이 명시적/암시적으로 설정되고 있는 추세이다. 이러한 지역에서 차량을 운행하기 위해서는 엔진의 가동이 수반되지 않는 EV 모드 주행이 바람직하다고 할 수 있다.
그런데, 이러한 엔진 가동이 부적합한 환경에서 전기 모터에 과온이 발생하는 경우 EV 모드 주행을 지속할 수 없고 전기 모터 냉각을 위해서 엔진이 사용되어야 하는 문제점이 있다.
본 발명은 보다 환경 요구 상황에 적합하도록 전기 모터의 제어를 수행하는 방법 및 그를 수행하는 하이브리드 차량을 제공하기 위한 것이다.
특히, 본 발명은 특정 지역에서 주행시 전기 모터의 과온을 방지하여 엔진 가동을 최소화할 수 있는 방법 및 그를 수행하는 차량을 제공하기 위한 것이다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 모터 냉각 제어 방법에 있어서, 주행 경로 상에 배기가스 배출과 관련된 특정 지역이 존재하는 경우, 상기 특정 지역에 진입할 때 도달해야 할 모터 온도인 목표 모터 온도를 결정하는 단계; 상기 목표 모터 온도에 도달하기 위한 냉각 거리를 결정하는 단계; 상기 결정된 냉각 거리를 이용하여 냉각 제어 시작 시점을 결정하는 단계; 및 상기 냉각 제어 시작 시점부터 상기 특정 지역에 진입할 때까지 모터 가동폭을 제한하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차는, 주행 경로 상에 배기가스 배출과 관련된 적어도 하나의 특정 지역이 존재하는 경우, 상기 적어도 하나의 특정 지역을 포함한 상기 주행 경로에 대한 정보를 획득하는 제1 제어기; 및 적어도 상기 제1 제어기로부터 전달된 상기 정보를 이용하여 상기 특정 지역에 진입할 때 도달해야 할 모터 온도인 목표 모터 온도 및 상기 목표 모터 온도에 도달하기 위한 냉각 거리를 결정하고, 상기 결정된 냉각 거리에 기반하여 냉각 제어 시작 시점을 결정하면, 상기 냉각 제어 시작 시점부터 상기 특정 지역에 진입할 때까지 모터 가동폭이 제한되도록 제어하는 제2 제어기를 포함할 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 관련된 하이브리드 자동차는 특정 지역에서 주행함에 있어서 전기 모터의 과온을 방지할 수 있다.
특히, 운행 경로에 특정 지역이 포함된 경우, 특정 지역 진입 전에 미리 모터 온도를 저하시켜 특정 지역에서 주행중 모터 과온에 의한 엔진 기동을 억제할 수 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예들이 적용될 수 있는 특정 지역의 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예들이 적용될 수 있는 하이브리드 자동차의 파워 트레인 구조의 일례를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시예들이 적용될 수 있는 하이브리드 자동차의 제어 계통의 일례를 나타내는 블럭도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 냉각 제어를 위한 제어 로직 구조의 일례를, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 냉각 제어 시점을 결정하는 방법을 각각 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 제어시 높은 요구 토크에 의해 엔진 운전점이 보정되는 형태의 일례를, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 제어시 낮은 요구 토크에 의해 엔진 운전점이 보정되는 형태의 일례를 각각 나타낸다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 차량의 모터 냉각 제어 과정의 일례를 나타내는 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시예들이 적용될 수 있는 하이브리드 자동차의 파워 트레인 구조의 일례를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시예들이 적용될 수 있는 하이브리드 자동차의 제어 계통의 일례를 나타내는 블럭도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 냉각 제어를 위한 제어 로직 구조의 일례를, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 냉각 제어 시점을 결정하는 방법을 각각 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 제어시 높은 요구 토크에 의해 엔진 운전점이 보정되는 형태의 일례를, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 제어시 낮은 요구 토크에 의해 엔진 운전점이 보정되는 형태의 일례를 각각 나타낸다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 차량의 모터 냉각 제어 과정의 일례를 나타내는 순서도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 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 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 의미한다.
본 발명의 실시예에 따른 모터 제어 방법을 설명하기 앞서, 도 1을 참조하여 엔진 가동이 억제되어야 하는 지역의 개념을 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예들이 적용될 수 있는 특정 지역의 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예들에서는 목적지(10)와 도착지(20) 사이에 배기 가스 저감 또는 배출 금지가 요구되는 특정 지역(30)이 존재하는 경우를 가정한다. 이러한 특정 지역(30)은 미리 설정되어 있는 지역일 수도 있고, 현재/최근 상황에 따라 가변적으로 설정되는 것일 수도 있다. 여기서, 미리 설정되는 경우라 함은, 법규나 정부 정책 등에 의해 설정된 지역(예컨대, 런던이나 서울 등의 배출가스 관리 지역)일 수도 있고, 지역 특성에 의해 배출가스 저감이 필요한 지역(예컨대, 어린이 보호 구역, 실내 주차장, 주거지역 등) 등이 이에 해당할 수 있다. 또한, 가변적으로 설정되는 지역이라 함은, 텔레매틱스 등의 무선 정보를 통해 현재 설정 여부를 확인할 수 있는 지역, 차량에 구비된 화상(Vision) 정보 획득장치(ADAS 시스템 등)를 통해 판단된 보행자 밀집지역, 실내환경, 인식된 표지판 지시 지역 등이 이에 해당할 수 있다. 구체적으로, 대기 환경 정보의 참조에 따른 특정 지역의 대기 상황이 악화된 경우, 스마트폰의 위치 정보를 활용한 빅데이터 기반으로 보행자가 밀집한 지역으로 판단된 경우, 텔레매틱스 서비스 등을 통해 수집된 차량 평균속도와 통행량을 기반으로 배출가스가 다량 발생할 것으로 추정되는 경우 등에 해당 지역이 특정 지역(30)으로 설정될 수 있다.
특정 지역(30)은 임의의 행정 구역 단위로 설정될 수도 있고, 경계점이 되는 복수의 좌표들을 잇는 구역으로 설정될 수도 있으며, 특정 시설 자체/일부 또는 특정 시설/좌표로부터 일정 반경 거리 내의 구역으로 설정될 수도 있다.
물론, 상술한 특정 지역의 설정례는 예시적인 것으로, 본 발명은 실시예들은 이러한 특정 지역의 설정 기준, 설정 범위, 설정 기간 등에 의해 한정되지 아니한다. 또한, 특정 지역(30)은 출발지(10)와 목적지(20) 사이에 위치함을 상정하나, 반드시 목적지(20)가 AVN(Audio/Video/Navigation) 시스템의 네비게이션 기능 상에서 명시적으로 사용자에 의해 설정될 것이 요구되는 것은 아니다. 예컨대, 목적지(20)는 운전자의 운행 패턴이나 미리 설정된 운행 조건(시간, 지역 등)에 따라 차량에서 임의로 설정한 것일 수도 있다. 다만, 이러한 특정 지역(30)의 경로 내 존재 여부 및 규모는 모드 분배를 위해 적어도 해당 지역에 진입하기 전에 차량에 획득되는 것이 바람직하다.
이하의 기재에서는 편의상 배기 가스 저감/배출 금지가 요구되는 특정 지역을 "그린존(Green Zone)"이라 칭하기로 한다.
다음으로, 도 2를 참조하여 본 발명의 실시예들이 적용될 수 있는 하이브리드 자동차 구조를 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예들이 적용될 수 있는 하이브리드 자동차의 파워 트레인 구조의 일례를 나타낸다.
도 2를 참조하면, 내연기관 엔진(ICE, 110)과 변속기(150) 사이에 전기 모터(또는 구동용 모터, 140)와 엔진클러치(EC: Engine Clutch, 130)를 장착한 병렬형(Parallel Type) 하이브리드 시스템을 채용한 하이브리드 자동차의 파워 트레인이 도시된다.
이러한 차량에서는 일반적으로 시동후 운전자가 엑셀레이터를 밟는 경우, 엔진 클러치(130)가 오픈된 상태에서 먼저 배터리의 전력을 이용하여 모터(140)가 구동되고, 모터의 동력이 변속기(150) 및 종감속기(FD: Final Drive, 160)를 거쳐 바퀴가 움직이게 된다(즉, EV 모드). 차량이 서서히 가속되면서 점차 더 큰 구동력이 필요하게 되면, 보조 모터(또는, 시동발전 모터, 120)가 동작하여 엔진(110)을 구동할 수 있다.
그에 따라 엔진(110)과 모터(140)의 회전속도가 동일해 지면 비로소 엔진 클러치(130)가 맞물려 엔진(110)과 모터(140)가 함께, 또는 엔진(110)이 차량를 구동하게 된다(즉, EV 모드에서 HEV 모드 천이). 차량이 감속되는 등 기 설정된 엔진 오프 조건이 만족되면, 엔진 클러치(130)가 오픈되고 엔진(110)은 정지된다(즉, HEV 모드에서 EV 모드 천이). 또한, 하이브리드 차량에서는 제동시 휠의 구동력을 전기 에너지로 변환하여 배터리를 충전할 수 있으며, 이를 제동에너지 회생, 또는 회생 제동이라 한다.
시동발전 모터(120)는 엔진에 시동이 걸릴 때에는 스타트 모터의 역할을 수행하며, 시동이 걸린 후 또는 시동 오프시 엔진의 회전 에너지 회수시에는 발전기로 동작하기 때문에 "하이브리드 스타트 제너레이터(HSG: Hybrid Start Generator)"라 칭할 수 있으며, 경우에 따라 "보조 모터"라 칭할 수도 있다.
상술한 파워 트레인이 적용되는 차량에서 제어기 간의 상호관계가 도 3에 도시된다.
도 3은 본 발명의 실시예들이 적용될 수 있는 하이브리드 자동차의 제어 계통의 일례를 나타내는 블럭도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예들이 적용될 수 있는 하이브리드 자동차에서 내연기관(110)은 엔진 제어기(210)가 제어하고, 시동발전 모터(120) 및 전기 모터(140)는 모터 제어기(MCU: Motor Control Unit, 220)에 의해 토크가 제어될 수 있으며, 엔진 클러치(130)는 클러치 제어기(230)가 각각 제어할 수 있다. 여기서 엔진 제어기(210)는 엔진 제어 시스템(EMS: Engine Management System)이라도 한다. 또한, 변속기(150)는 변속기 제어기(250)가 제어하게 된다. 경우에 따라, 시동발전 모터(120)의 제어기와 전기 모터(140) 각각을 위한 제어기가 별도로 구비될 수도 있다.
각 제어기는 그 상위 제어기로서 모드 전환 과정 전반을 제어하는 하이브리드 제어기(HCU: Hybrid Controller Unit, 240)와 연결되어, 하이브리드 제어기(240)의 제어에 따라 주행 모드 변경, 기어 변속시 엔진 클러치 제어에 필요한 정보, 및/또는 엔진 정지 제어에 필요한 정보를 그(240)에 제공하거나 제어 신호에 따른 동작을 수행할 수 있다.
보다 구체적으로, 하이브리드 제어기(240)는 차량의 운행 상태에 따라 모드 전환 수행 여부를 결정한다. 일례로, 하이브리드 제어기는 엔진 클러치(130)의 해제(Open) 시점을 판단하고, 해제시에 유압(습식 EC인 경우)제어나 토크 용량 제어(건식 EC인 경우)를 수행한다. 또한, 하이브리드 제어기(240)는 EC의 상태(Lock-up, Slip, Open 등)를 판단하고, 엔진(110)의 연료분사 중단 시점을 제어할 수 있다. 또한, 하이브리드 제어기는 엔진 정지 제어를 위해 시동발전 모터(120)의 토크를 제어하기 위한 토크 지령을 모터 제어기(220)로 전달하여 엔진 회전 에너지 회수를 제어할 수 있다. 아울러, 하이브리드 제어기(240)는 후술할 본 발명의 실시예들에 따른 적응형 모드 전환 제어시 모드 전환 조건의 판단 및 전환을 위한 하위 제어기의 제어가 가능하다.
물론, 상술한 제어기간 연결관계 및 각 제어기의 기능/구분은 예시적인 것으로 그 명칭에도 제한되지 아니함은 당업자에 자명하다. 예를 들어, 하이브리드 제어기(240)는 그를 제외한 다른 제어기들 중 어느 하나에서 해당 기능이 대체되어 제공되도록 구현될 수도 있고, 다른 제어기들 중 둘 이상에서 해당 기능이 분산되어 제공될 수도 있다. 아울러, 도 2 및 도 3에서는 TMED 방식의 병렬형 하이브리드 차량을 기준으로 설명되었으나, 이는 예시적인 것으로 본 발명의 실시예들은 하이브리드 차량의 형식에 한정되지 아니한다. 즉, 본 발명의 실시예들은 엔진 가동으로 인해 발생하는 열을 활용하여 난방을 수행한다면, 어떠한 방식의 하이브리드 차량에도 적용이 가능하다.
이하에서는 상술한 차량 구조를 바탕으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 보다 효율적인 난방 제어 방법을 설명한다.
본 발명의 일 실시예에서는 주행 경로 정보를 이용하여, 경로 상에 그린존이 존재하는 경우, 그린존 내에서 전기 모터를 이용한 EV 모드 주행으로 인한 모터 과온을 방지하기 위하여 그린존에 진입하기 전에 미리 그린존 구간 동안 주행에 의하여 상승할 모터 온도를 냉각해둘 것을 제안한다.
이를 위해, 본 실시예의 일 양상에 의하면, 목표 모터 온도를 먼저 결정하고, 목표 모터 온도를 기반으로 모터 냉각 제어 시점이 결정되도록 할 수 있다. 여기서, 목표 모터 온도는 그린존 구간 진입전에 도달해야할 모터 온도를 의미할 수 있다. 모터 냉각 제어 시점은 현재 그린존 진입까지 남은 거리가 목표 모터 온도에 도달하는데 필요한 주행거리(이하, 편의상 "냉각거리"라 칭함)에 상응하는 시점을 의미할 수 있다.
또한, 본 실시예의 일 양상에 의하면, 주행 경로 정보는 네비게이션 정보일 수 있다. 여기서, 네비게이션 정보라 함은 그린존 여부, 도로의 종류, 경사도, 평균차속, 정체도(실시간 교통 정보) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 일반적으로 네비게이션 시스템, 즉, AVN(Audio/Video/Navigation) 시스템을 통해 획득될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 네비게이션 정보는 텔레매틱스 모뎀을 통해 텔레매틱스 센터로부터 획득되거나, 무선통신 모듈을 이용한 데이터 센터/서버/클라우드 접속을 통해 획득될 수도 있으며, 차속 정보 등은 차량 내의 다양한 센서를 통해 획득될 수도 있다.
이하, 도 4 및 도 5를 참조하여 목표 난방 성능의 결정과 승온 제어 시점이 결정되는 형태를 구체적으로 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진 기동 요청을 위한 제어 로직 구조의 일례를, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 제어 시점을 결정하는 방법을 각각 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 제어 로직(400)은 목표 모터 온도 결정부(410)와 냉각 제어 시점 결정부(420)를 포함할 수 있다.
먼저, 목표 모터 온도 결정부(410)는 그린존 구간에 대한 정보, 모터 과온 기준 온도 및 시간당 모터 온도 상승율 중 적어도 하나의 정보를 이용하여 목표 모터 온도를 결정할 수 있다. 여기서 그린존 구간에 대한 정보는 그린존 구간의 길이, 제한 차속, 교통량, 신호 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 이들은 네비게이션 정보를 통해 획득될 수 있다. 또한, 모터 과온 기준 온도는 전기 모터의 보호를 위해 가동을 중단해야하는 온도를 의미할 수 있으며, 본 값은 기 설정된 값일 수도 있고, 전기 모터의 종류마다 상이하게 설정될 수 있다. 아울러, 시간당 모터 온도 상승율은 모터 기동시 모터 온도가 시간에 따라 상승하는 정도를 나타내며, 그린존 내에서의 주행부하와 평균 차속을 고려하여 결정될 수 있다. 일례로, 등판 주행을 고속으로 하는 경우 모터 온도는 빠르게 상승하며, 반대의 경우 모터 온도는 비교적 서서히 상승하게 된다.
상술한 정보를 바탕으로 목표 모터 온도를 결정하는 구체적인 방법은 다음과 같다.
목표 모터 온도(T_Target)은 시간당 모터 온도 변화율(△T), 그린존 주행 시간(t) 및 모터 과온 기준 온도(T_OverHeat)로 아래 수학식 1과 같이 결정된다.
즉, 목표 모터 온도는 모터 과온 기준온도에서 그린존 구간동안 모터 기동으로 인해 상승할 모터 온도를 차감한 값이 된다. 모터 과온 기준 온도(T_OverHeat)가 미리 결정된 경우, 결국 목표 모터 온도는 실질적으로 시간당 모터 온도 변화율(△T)과 그린존 주행 시간(t)에 의해 결정된다. 시간당 모터 온도 변화율은 상술한 바와 같으며, 그린존 주행 시간(t)은 그린존의 길이와 주행 차속에 의해 결정될 수 있다. 여기서 그린존의 길이는 그린존의 설정 상태에 의해 종속되는 값이며, 주행 차속은 그린존 내의 제한 차속 기준으로 교통량, 신호 정보등을 통해 결정될 수 있다.
목표 모터 온도 결정부(410)에서 상술한 바와 같이 결정된 목표 모터 온도는 냉각 제어 시점 결정부(420)로 전달된다. 냉각 제어 시점 결정부(420)는 모터 냉각 제어 시점을 결정함에 있어서 그린존 진입 전에 목표 모터 온도로 모터를 냉각하되, 냉각 제어로 인한 효율저하를 최소화하기 위해 불필요한 냉각 제어는 억제시켜야 한다.
따라서, 모터 온도를 목표 모터 온도까지 도달시키는데 필요한 거리인 냉각 거리를 정확히 추정할 필요가 있다.
냉각 거리는 아래 수학식 2와 같이 구해질 수 있다.
수학식 2에 의하면, 냉각 거리(D_Down)는 냉각 온도(T_Down =목표 모터 온도 - 현재 모터 온도), 그린존까지의 평균 차속(V_Mean) 및 단위 온도당 냉각 시간(K)의 곱으로 표현될 수 있다.
따라서, 냉각 온도가 높으면 긴 냉각 거리가 필요하고 낮으면 짧은 냉각 거리가 필요하다. 또한, 그린존까지의 평균 차속(V_Mean)은 그린존까지 제한 차속 기준으로 교통량, 신호 정보등을 고려하여 결정될 수 있다. 아울러, 단위 온도당 냉각 시간(K)은 모터 가동폭에 따른 냉각 제어시 단위 시간당 모터 온도 하락율의 역수로, 기본적으로 전기 모터과 냉각계통의 특성에 따라 상이할 수 있으며, 모터 사용 제한 파워를 기준으로 실험 또는 열전달 식을 이용하여 결정될 수 있다.
위와 같이 냉각 거리가 정해지면, 냉각 제어 시점 결정부(420)는 불필요한 냉각 제어를 방지하기 위하여 도 5에 도시된 바와 같이, 그린존 진입까지 남은 거리가 냉각 거리와 같거나 작아지는 시점에 냉각 제어를 시작하도록 결정할 수 있다.
본 실시예의 일 양상에 의하면, 제어 로직(400)구현에 있어서, 목표 모터 온도 결정부(410)와 냉각 제어 시점 결정부(420)는 서로 동일한 제어기에서 구현될 수도 있고 상이한 제어기에서 구현될 수도 있다. 일례로, 목표 모터 온도 결정부(410)와 냉각 제어 시점 결정부(420)의 기능은 하이브리드 제어기에서 수행되도록 구현될 수 있다. 이러한 경우 하이브리드 제어기는 그린존 구간 정보는 AVN 시스템으로부터 획득하고, 모터 과온 기준 온도는 모터 제어기로부터 획득하거나 내부 메모리에 미리 저장해둘 수 있다.
아울러, 현재 모터 온도 정보는 엔진 제어기로부터 획득할 수 있으며, 모터 냉각 제어 요청은 모터 제어기에 모터 온도가 하락하는 범위 내의 토크 지령을 전달하는 형태로 수행될 수 있다. 본 실시예의 다른 양상에 의하면 전술한 제어 로직의 기능은 모터 제어기가 수행할 수도 있으며 이러한 경우 모터 냉각 제어 요청은 하이브리드 제어기로 전달될 수 있다. 이와 달리 본 로직의 수행을 위해 별도로 제어기가 구비될 수 있음은 물론이다.
일반적으로, 하이브리드 제어기는 운전자 요구 파워가 기 설정된 요구 파워(예컨대, 전장 부하를 고려한 모터의 최대 출력 등)를 상회하지 않으면 EV 모드 주행 제어를 수행하고, 반대의 경우 HEV 모드로 주행 모드를 천이한다. HEV 모드에서는 엔진의 최적 운전점을 기준으로 운전자 요구 파워와의 차이를 전기 모터의 최대 출력 범위 내에서 전기 모터의 충방전을 통해 조절하며, 운전자 요구 파워와의 차이가 전기 모터의 최대 출력 범위를 초과하면 운전점을 보정하는 것이 보통이다.
그런데, 본 실시예에 의하면 하이브리드 제어기에서는 모터 냉각 제어가 시작될 경우 모터 사용량을 제한하게 된다. 이를 위해, 하이브리드 제어기는 엔진 기동 여부 및 엔진의 운전점을 가변제어할 수 있다.
이를 도 6 및 도 7을 참조하여 설명한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 제어시 높은 요구 토크에 의해 엔진 운전점이 보정되는 형태의 일례를, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 제어시 낮은 요구 토크에 의해 엔진 운전점이 보정되는 형태의 일례를 각각 나타낸다. 도 6과 도 7에서는 공통적으로 모터의 충전 토크와 방전 토크에 기 설정된 제한폭 내에서 모터를 기동하는 것으로 가정하며, 이러한 제한폭 내에서의 모터 기동은 모터 냉각을 방해하지 않는 것으로 가정한다.
먼저, 도 6을 참조하면, 운전자 요구 토크(★)가 최적 시스템 효율에 따른 엔진 운전점(×)보다 높은 경우, 일반적인 제어방식에서는 운전자 요구 토크와 최적 시스템 효율에 따른 엔진 운전점(×)의 차분이 모터 최대 방전 토크 이하라면 엔진 운전점은 최적 시스템 효율에 따른다. 그러나, 본 실시예에 따른 모터 냉각 제어가 수행되는 경우 전기 모터의 기동은 방전 제한폭을 넘지 않는 수준으로 제한된다. 따라서, 냉각 제어시에는 모터의 냉각을 위해 다소 효율이 떨어지더라도 엔진의 운전점을 높은 토크가 발생하는 지점(ㅇ)으로 변경시킬 수 있다.
다음으로, 도 7과 같이 운전자 요구 토크(★)가 최적 시스템 효율에 따른 엔진 운전점(×)보다 낮은 경우, 일반적인 제어방식에서는 운전자 요구 토크와 최적 시스템 효율에 따른 엔진 운전점(×)의 차분이 모터 최대 충전 토크 이하라면 엔진 운전점은 최적 시스템 효율에 따른다. 그러나, 본 실시예에 따른 모터 냉각 제어가 수행되는 경우 전기 모터의 기동은 충전 제한폭을 넘지 않는 수준으로 제한된다. 따라서, 냉각 제어시에는 모터의 냉각을 위해 다소 효율이 떨어지더라도 엔진의 운전점을 낮은 토크가 발생하는 지점(ㅇ)으로 변경시킬 수 있다.
요약하면, 냉각 제어 시작 시점부터 그린존 진입 전까지, 엔진 운전점은 운전자 요구 토크에서 모터 가동폭 이내의 토크를 차감한 토크(즉, 모터 방전 제한폭 > 차감 토크 > 모터 충전 제한폭)가 엔진 토크로 만족되도록 변경 제어될 수 있다. 일 구현예에 있어서, 하이브리드 제어기는 전기 모터의 토크가 충/방전 가동폭 이내이되, 엔진 토크와 합산할 때 운전자 요구 토크가 만족되도록 모터와 엔진 토크를 각각 결정하고, 그에 대응되는 토크 지령을 모터 제어기와 엔진 제어기에 각각 전달할 수 있다.
지금까지 설명한 본 실시예에 따른 제어 로직을 순서도로 다시 정리하면 도 8과 같다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 차량의 모터 냉각 제어 과정의 일례를 나타내는 순서도이다.
도 8을 참조하면, 먼저 주행 경로상의 그린존이 파악될 수 있다(S810). 여기서 파악된다고 함은, 경로 상에 적어도 하나의 그린존의 존재 여부, 존재하는 경우 각 그린존에 대한 구간 정보가 획득됨을 의미할 수 있다.
주행 경로상의 그린존이 파악되면, 목표 모터 온도가 결정될 수 있다(S820). 목표 모터 온도를 구하는 방법은 도 4를 참조하여 전술한 바와 같으므로 명세서의 간명함을 위해 중복되는 기재는 생략하기로 한다.
목표 모터 온도가 결정되면, 현재 모터 온도와 비교가 수행될 수 있다(S830). 비교 결과, 현재 모터 온도가 목표 모터 온도보다 높은 경우(즉, 모터 냉각이 필요한 경우) 냉각 거리가 결정될 수 있다(S840). 냉각 거리를 결정하는 방법 또한 도 4를 참조하여 전술한 바와 같으므로 중복되는 기재를 생략하기로 한다.
냉각 거리가 결정되면, 이를 그린존까지의 잔존 거리와 비교하여(S850), 냉각 거리가 그린존까지의 잔존거리 이상이 되면 냉각 제어가 시작(즉, 제한적 모터 가동)될 수 있다(S860).
이후 그린존 진입시까지 냉각 제어가 수행되며, 그린존에 진입한 것으로 판단되면(S870) 냉각 제어가 종료되고 EV 모드 주행이 수행될 수 있다(S880).
만일, 경로상에 복수의 그린존이 존재하는 경우, 상술한 제어 과정은 하나의 그린존 단위로 반복 수행될 수 있음은 물론이다.
전술한 본 발명은, 프로그램이 기록된 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체는, 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체의 예로는, HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Disk), SDD(Silicon Disk Drive), ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있다.
따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
Claims (19)
- 하이브리드 자동차의 모터 냉각 제어 방법에 있어서,
주행 경로 상에 배기가스 배출과 관련된 특정 지역이 존재하는 경우, 상기 특정 지역에 진입할 때 도달해야 할 모터 온도인 목표 모터 온도를 결정하는 단계;
상기 목표 모터 온도에 도달하기 위한 냉각 거리를 결정하는 단계;
상기 결정된 냉각 거리를 이용하여 냉각 제어 시작 시점을 결정하는 단계; 및
상기 냉각 제어 시작 시점부터 상기 특정 지역에 진입할 때까지 모터 가동폭을 제한하는 단계를 포함하는, 하이브리드 자동차의 모터 냉각 제어 방법. - 제1 항에 있어서,
상기 목표 모터 온도를 결정하는 단계는,
모터 과온 기준 온도에서 상기 특정 지역을 통과하는 동안 모터 기동에 의해 상승될 모터 온도를 차감하는 단계를 포함하는, 하이브리드 자동차의 모터 냉각 제어 방법. - 제2 항에 있어서,
상기 목표 모터 온도를 결정하는 단계는,
시간당 모터 온도 변화율을 결정하는 단계;
상기 특정 지역의 예상 주행 시간을 결정하는 단계; 및
상기 시간당 모터 온도 변화율 및 상기 예상 주행 시간을 이용하여 상기 상승될 모터 온도를 결정하는 단계를 더 포함하는, 하이브리드 자동차의 모터 냉각 제어 방법. - 제3 항에 있어서,
상기 시간당 모터 온도 변화율은 상기 특정 지역에서의 주행부하 및 평균차속 중 적어도 하나를 이용하여 결정되고,
상기 예상 주행 시간은 상기 특정 지역의 길이, 제한 차속, 교통량 및 신호 정보 중 적어도 하나를 이용하여 결정되는, 하이브리드 자동차의 모터 냉각 제어 방법. - 제1 항에 있어서,
상기 냉각 거리를 결정하는 단계는,
냉각 온도, 상기 특정 지역의 평균 차속 및 모터 가동폭에 따라 결정된 단위 온도당 냉각 시간을 이용하여 수행되는, 하이브리드 자동차의 모터 냉각 제어 방법. - 제5 항에 있어서,
상기 냉각 온도는 상기 목표 모터 온도와 현재 모터 온도의 차분에 대응되는, 하이브리드 자동차의 모터 냉각 제어 방법. - 제1 항에 있어서,
상기 냉각 제어 시작 시점을 결정하는 단계는,
상기 냉각 거리가 상기 특정 지역까지의 잔존 거리 이상이 되는 시점을 기준으로 상기 냉각 제어 시작 시점을 결정하는 단계를 포함하는, 하이브리드 자동차의 모터 냉각 제어 방법. - 제1 항에 있어서,
상기 모터 가동폭을 제한하는 단계는,
운전자 요구 토크에서 상기 모터 가동폭 이내의 토크를 차감한 토크가 엔진 토크로 만족되도록 엔진 운전점을 변경하는 단계를 포함하는, 하이브리드 자동차의 모터 냉각 제어 방법. - 제1 항에 있어서,
상기 특정 지역은,
상기 배기가스 배출 저감이 강제 또는 권장되는 지역을 포함하는, 하이브리드 자동차의 모터 냉각 제어 방법. - 제1 항 내지 제9 항 중 어느 한 항에 따른 하이브리드 자동차의 모터 냉각 제어 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터 해독 가능 기록 매체.
- 하이브리드 자동차에 있어서,
주행 경로 상에 배기가스 배출과 관련된 적어도 하나의 특정 지역이 존재하는 경우, 상기 적어도 하나의 특정 지역을 포함한 상기 주행 경로에 대한 정보를 획득하는 제1 제어기; 및
적어도 상기 제1 제어기로부터 전달된 상기 정보를 이용하여 상기 특정 지역에 진입할 때 도달해야 할 모터 온도인 목표 모터 온도 및 상기 목표 모터 온도에 도달하기 위한 냉각 거리를 결정하고, 상기 결정된 냉각 거리에 기반하여 냉각 제어 시작 시점을 결정하면, 상기 냉각 제어 시작 시점부터 상기 특정 지역에 진입할 때까지 모터 가동폭이 제한되도록 제어하는 제2 제어기를 포함하는, 하이브리드 자동차. - 제11 항에 있어서,
상기 제2 제어기는,
모터 과온 기준 온도에서 상기 특정 지역을 통과하는 동안 모터 기동에 의해 상승될 모터 온도를 차감하여 상기 목표 모터 온도를 결정하는, 하이브리드 자동차. - 제12 항에 있어서,
상기 제2 제어기는,
상기 시간당 모터 온도 변화율 및 상기 예상 주행 시간을 이용하여 상기 상승될 모터 온도를 결정하는, 하이브리드 자동차. - 제13 항에 있어서,
상기 시간당 모터 온도 변화율은 상기 특정 지역에서의 주행부하 및 평균차속 중 적어도 하나를 이용하여 결정되고,
상기 예상 주행 시간은 상기 특정 지역의 길이, 제한 차속, 교통량 및 신호 정보 중 적어도 하나를 이용하여 결정되는, 하이브리드 자동차. - 제11 항에 있어서,
상기 제2 제어기는,
냉각 온도, 상기 특정 지역의 평균 차속 및 모터 가동폭에 따라 결정된 단위 온도당 냉각 시간을 이용하여 상기 냉각 거리를 결정하는, 하이브리드 자동차. - 제15 항에 있어서,
상기 냉각 온도는 상기 목표 모터 온도와 현재 모터 온도의 차분에 대응되는, 하이브리드 자동차. - 제11 항에 있어서,
상기 제2 제어기는,
상기 냉각 거리가 상기 특정 지역까지의 잔존 거리 이상이 되는 시점을 기준으로 상기 냉각 제어 시작 시점을 결정하는, 하이브리드 자동차. - 제11 항에 있어서,
상기 제2 제어기는,
상기 냉각 제어 시작 시점부터 상기 특정 지역에 진입할 때까지 운전자 요구 토크에서 상기 모터 가동폭 이내의 토크를 차감한 토크가 엔진 토크로 만족되도록 엔진 운전점을 변경 제어하는, 하이브리드 자동차. - 제11 항에 있어서,
상기 특정 지역은,
상기 배기가스 배출 저감이 강제 또는 권장되는 지역을 포함하는, 하이브리드 자동차.
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