KR20190138069A - 주행중 엔진 제어 방법 - Google Patents

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KR20190138069A
KR20190138069A KR1020180064168A KR20180064168A KR20190138069A KR 20190138069 A KR20190138069 A KR 20190138069A KR 1020180064168 A KR1020180064168 A KR 1020180064168A KR 20180064168 A KR20180064168 A KR 20180064168A KR 20190138069 A KR20190138069 A KR 20190138069A
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허지욱
이준혁
오경철
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현대자동차주식회사
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    • F02D41/0072—Estimating, calculating or determining the EGR rate, amount or flow
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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Abstract

주행중 엔진 제어 장치가 제공된다. 상기 주행중 엔진 제어 장치는, 요구 파워 정보를 입력받는 입력부, 상기 요구 파워 정보에 따라 엔진을 온하는 엔진 온 제어, 엔진 온 상태를 유지하는 엔진 온 유지, 및 엔진을 오프하는 엔진 오프 제어 중 하나를 실행하여 상기 엔진을 구동하는 제어기, 및 상기 제어기의 제어에 따라 방전 또는 충전되는 배터리를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

주행중 엔진 제어 방법{Method for controlling engine for drive}
본 발명은 엔진 제어 기술에 관한 것으로서, 더 상세하게는 엔진의 ON/OFF 시점 및 유지를 판단하여 효율적인 엔진 구동을 가능하게 하는 주행중 엔진 제어 장치 및 방법에 대한 것이다.
일반적으로 CD(Charge Depleting ) 모드에서 운전자 요구파워가 클 경우에도 EV(Electric Vehicle)로 계속 주행하면 효율이 나쁘다. 뿐만 아니라 EV로 주행할 수 있는 거리 및 시간이 급속히 줄어들어 운전자 불만을 발생시킨다. 따라서, 운전자 요구파워가 클 경우 자동으로 CS(Charge Sustaining)로 변환하여 EV를 최소화함으로써 이를 개선하고 있다.
그런데, 자동으로 CD-CS 변환시 연비에 최적화되지 않은 문제점이 있다. 부연하면, 엔진 ON시, 엔진을 구동시킬 경우 충/방전을 고려하지 않아 최적의 제어가 어렵다는 단점이 있다. 또한, 엔진 on을 유지할 수 있는 제어 부재로 엔진 on을 유지하지 못하여 엔진 효율이 저하되는 문제점이 발생한다.
한편, 엔진 OFF시, 일반적으로 엔진 on의 운전자 요구파워가 큰 경우 엔진 off의 운전자 요구파워도 크다는 문제점이 있다. 또한, 운전자의 엑셀 조작이 많은 경우 쉽게 엔진 off 제어가 발생한다. 또한, 쉬운 엔진 off는 재시동 가능성이 높아지기 때문에 엔진 on/off의 반복으로 연비를 악화시키는 요인이 발생한다는 문제점ㅇ이 발생한다.
1.한국공개특허번호 제10-2016-0112993호 2.한국공개특허번호 제10-2013-0090679호
본 발명은 위 배경기술에 따른 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로서, 엔진 on시점의 최적화로 효율적인 엔진 구동이 가능하도록 하는 주행중 엔진 제어 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 엔진 on 유지시 운전자의 일시적인 요구파워 변동으로 인한 엔진 off를 최소화하여 엔진의 재시동을 최소화하는 주행중 엔진 제어 장치 및 방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명은 엔진 off 시점을 엔진 on 시점과 차별화를 둠으로써 엔진 on/off의 반복으로 연비 악화 요인의 발생을 최소화하는 주행중 엔진 제어 장치 및 방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
본 발명은 위에서 제시된 과제를 달성하기 위해 엔진 on 유지시 운전자의 일시적인 요구파워 변동으로 인한 엔진 off를 최소화하여 엔진의 재시동을 최소화하는 주행중 엔진 제어 장치를 제공한다.
상기 주행중 엔진 제어 장치는,
요구 파워 정보를 입력받는 입력부;
상기 요구 파워 정보에 따라 엔진을 온하는 엔진 온 제어, 엔진 온 상태를 유지하는 엔진 온 유지, 및 엔진을 오프하는 엔진 오프 제어 중 하나를 실행하여 상기 엔진을 구동하는 제어기; 및
상기 제어기의 제어에 따라 방전 또는 충전되는 배터리;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 엔진 온 제어는 상기 배터리의 전력을 소모시키는 CD(Charge Depleting) 모드에서 일시적으로 상기 배터리의 전력을 유지시키는 CS(Charge Sustaining) 모드로 전환하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 CS 모드는 상기 배터리의 전력이 저하되지 않도록 풀로드(full load) 영역 제한, 저토크 영역 제한, 및 EGR(exhaust gas recirculation) 최대 사용 영역 운전 중 적어도 하나 이상인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 엔진 온 유지 제어는 가속 입력이 없는 상태에서 재가속을 대비하여 엔진 오프를 지연시켜 상기 엔진 온 상태를 유지시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 엔진 온 유지 제어는 가속 입력, 엔진 오프 요청, 및 감속 입력 중 어느 하나가 없으면 엔진 온 상태가 유지되어 상기 충전이 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 엔진 온 유지 제어는, 상기 엔진이 일정량 이상의 파워를 유지하여 상기 배터리를 충전하면서 엔진 온 상태를 유지하는 엔진 충전 모드 제어, 연료 분사가 없는 상태에서 엔진 온 상태를 유지하는 엔진 퓨얼 컷트(fuel-cut) 제어, 상기 엔진을 영(0) 토크로 하여 엔진 부하를 상쇄시켜 엔진 온 상태를 유지하는 엔진 영 토크 제어, 및 EGR 율(ratio)상 엔진 효율이 가장 좋은 파워로 엔진을 구동시켜 엔진 온 상태를 유지하는 EGR 율 고려 엔진 토크 제어 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 엔진 온 유지 제어는, 엔진 클러치를 접합 상태로 유지하고, 상기 엔진을 EGR 율(ratio)상 높은 운전점으로 구동시키고, 구동 모터로 상기 배터리를 충전하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 엔진 오프 제어는 충/방전량을 적산하여 미리 설정되는 일정 기준 이상이면 엔진을 오프하는 누적 충/방전량 제어, 충전량을 적산하여 미리 설정되는 일정 기준 이상이면 엔진을 오프하는 누적 충전량 제어, 가속 입력이 있는 동안 충전량을 적산하여 미리 설정되는 일정 기준 이상이면 엔진을 오프하는 가속 의지 고려 누적 충전량 제어, 및 감속 입력이 있으면 엔진을 오프하는 운전자 브레이크 페달 조작 제어 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 누적 충/방전량 제어는 엔진 온 상태에서 구동 모터 기준으로 충방전 에너지를 적산하여 상기 배터리의 충전 에너지가 미리 설정되는 일정 기준 이상이면 엔진을 오프하거나 배터리 상태 정보가 미리 설정되는 일정 기준 이상 충전되면 엔진을 오프하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 누적 충전량 제어는 엔진 온 상태에서 구동 모터 기준으로 충전 에너지를 적산하여 구동 모터 충전 적산 에너지가 미리 설정되는 일정 기준 이상이면 엔진을 오프하거나 구동 모터로 충전하는 때에만 배터리 상태 정보를 적산하여 미리 설정되는 일정 기준 이상 충전되면 엔진을 오프하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 가속 의지 고려 누적 충전량 제어는 엔진 온 상태에서 엔진 기준으로 외부 요인에 의한 충전 에너지를 적산하여 충전 적산 에너지가 미리 설정되는 일정 기준 이상이면 엔진을 오프하거나, 엔진으로 충전하는 때에만 배터리 상태 정보를 적산하여 미리 설정되는 일정 기준 이상 충전되면 엔진을 오프하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 엔진 오프는 제네레이터를 이용하여 이루어지며, 상기 제네레이터는 HSG(Hybrid Starter Generator)인 것을 특징으로 한다.
다른 한편으로, 본 발명의 다른 일실시예는, 입력부가 요구 파워 정보를 입력받는 입력 단계; 제어기가 상기 요구 파워 정보에 따라 엔진을 온하는 엔진 온 제어, 엔진 온 상태를 유지하는 엔진 온 유지, 및 엔진을 오프하는 엔진 오프 제어 중 하나를 실행하여 상기 엔진을 구동하는 제어 실행 단계; 및 상기 제어기의 제어에 따라 배터리가 방전 또는 충전되는 충방전 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 주행중 엔진 제어 방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 연비 측면에서 약 4.5%, 유지비 측면에서 15%의 개선 효과가 발생할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 효과로서는 기존의 제어의 경우, 고속 고부하에서 구동 모터로 주행하여 EV(Electric Vehicle) 주행거리가 짧을 뿐만 아니라 EV로 주행하는 시간이 현저히 저하된다는 단점을 극복하여 운전자에게 운전성 및 감성 측면에서 보다 차량를 최대한 활용할 수 있다는 점을 들 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 효과로서는 EV 시간 및 거리가 증가하여 실제 연비 향상 효과 이상의 감성 측면에 연비 개선 효과가 발생하여 상품성 개선이 가능하다는 점을 들 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 효과로서는 충전의 경우 휘발유 보다 저렴하기 때문에 운전자의 유지비 측면에서 이점이 발생한다는 점을 들 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 주행중 엔진 제어 장치의 구성 블럭도이다.
도 2는 도 1에 도시된 제어기의 상세 블럭도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 주행중 엔진의 효율을 최적화하기 위한 엔진 제어 과정을 보여주는 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 엔진 온(on) 제어 과정을 보여주는 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 엔진 온 유지 제어 과정을 보여주는 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 엔진 오프(off) 제어 과정을 보여주는 흐름도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다. 제 1, 제 2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 주행중 엔진 제어 장치 및 방법을 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 주행중 엔진 제어 장치(100)의 구성 블럭도이다. 도 1을 참조하면, 엔진(10), 제어기(110), 배터리(120), 전력 변환기(130), 구동 모터(140), 입력부(150), 제네레이터(160) 등을 포함하여 구성될 수 있다.
제어기(110)는 입력부(150)를 통해 요구 파워 정보를 입력받는다. 또한, 요구 파워 정보에 따라 엔진(10)을 온하는 엔진 온 제어, 엔진 온 상태를 유지하는 엔진 온 유지, 및 엔진을 오프하는 엔진 오프 제어 중 하나를 실행하여 상기 엔진(10)을 구동하는 기능을 수행한다.
제어기(110)는 HCU(Hybrid Control Unit), VCU(Vehicle Control Unit) 등과 연결되어 친환경 차량의 주행 정보, 차속, 브레이크 동작에 따른 회생 제동 정보 등을 획득하게 된다. 물론 제어기(130)는 HCU, VCU 등에 포함되어 구성될 수 있다. 여기서, 친환경 차량은 HEV(Hybrid Electric Vehicle), 연료전지 차량, 연료전지 HEV 등을 들 수 있다.
엔진(10)은 가솔린을 연료로 하는 CVVT(Continuous Variable Valve Timing), DOHC(Double Over Head Camshaft), CVT(Continuous Valve Timing), GDI(Gasoline Direct Injection), MPI(Multi Point Injection) 엔진, 디젤을 연료로하는 CRDI(Common Rail Direct Injection,), HTI(High direction Turbo Intercooler), VGT(Variable Geometry Turbocharge) 엔진, 가스를 연료로하는 LPi(Liquid Propane inj ection) 엔진 등이 될 수 있다.
엔진(10)은 연결 수단(미도시)으로 제네레이터(160)와 연결된다. 이때, 연결 수단은 벨트, 체인이 될 수 있다.
제네레이터(160)는 HSG(Hybrid Starter and Generator)가 될 수 있다. 따라서, 엔진(10)을 시동하거나, 엔진(10)으로부터 회전력은 받아 전력을 생성한다. 부연하면, 제네레이터(160)는 전기 차량 자체를 구동시키는 목적 이외에 차량 감속시 회생제동을 함으로써 차량의 운동 에너지를 전기 에너지로 회수하는 기능을 한다. 즉, 친환경 차량은 제동(braking)시에 제동력의 일부를 발전에 사용하고 발전된 전기에너지를 배터리 충전에 사용한다. 부연하면, 차량 주행속도에 의한 운동 에너지의 일부를 발전기 구동에 필요한 에너지로 사용함으로써 운동 에너지의 저감(즉, 주행속도의 감소) 및 전기 에너지의 발전을 동시에 구현한다. 이러한 방식의 제동방법을 회생제동(Regenerative Braking, RB)이라 한다. 회생제동시 전기 에너지의 생성은 제네레이터(160)를 구동시킴으로써 이루어질 수 있다.
구동 모터(140)는 휠(미도시)을 회전하는 기능을 수행한다. 또한, 구동 모터(140)의 경우에도 위에서 설명한 바와 같이, 전기 에너지를 생산할 수 있다. 도면에서는 구동 모터(140)만을 도시하였으나, 여기에는 MCU(Motor Control Unit)가 포함될 수 있다.
전력 변환기(130)는 인버터 기능을 수행한다. 즉, 구동 모터(140) 및/또는 제네레이터(160) 내에서 발생하는 3상 교류의 발전 전력을 직류로 변환하여 출력하거나, 역으로 배터리(120)로부터 공급받은 직류를 3상 교류로 변환하여 구동 모터(140) 및/또는 제네레이터(160)에 공급함으로써 구동하는 것이 가능하다. 물론, 전력 변환기(130)를 모터(140) 및 제네레이터(160) 내에 구성하는 것도 가능하다.
배터리(120)는 배터리 셀(미도시)이 직렬 및/또는 병렬로 구성되며, 이 배터리 셀은 니켈 메탈 배터리, 리튬 이온 배터리, 리튬 폴리머 배터리, 전고체 배터리 등의 전기 차량용 고전압 배터리가 될 수 있다. 일반적으로 고전압 배터리는 전기 차량을 움직이는 동력원으로 사용하는 배터리로서 100V 이상의 고전압을 말한다. 그러나, 이에 한정되지는 않으며, 저전압 배터리도 가능하다.
배터리 셀은 원통형 셀(cylindrical cell), 각형 셀(prismatic cell), 파우치형 셀 등으로 설계될 수 있다. 파우치형 셀들은 박막으로 구성된 유연한 커버를 포함하고, 상기 커버 내에는 배터리 셀의 전기적 구성 요소들이 배치되어 있다. 하나의 배터리 셀 내에서 최적의 공간 이용을 구현하기 위해서는 특히 파우치형 셀들이 사용된다. 상기 파우치형 셀들은 또한 높은 용량과 더불어 적은 중량을 특징으로 한다.
이러한 전술한 파우치형 셀들의 에지들은 조인트(sealing joint)(미도시)를 포함한다. 부연하면, 상기 조인트는 배터리 셀들의 2개의 박막을 연결하고, 상기 박막들은 그로 인해 형성된 공동부 내에 추가의 부품들을 포함한다.
입력부(150)는 브레이크 페달, 액셀레이터 등에 의해 생성되는 가속 입력, 감속 입력 등의 요구 파워 정보를 처리하는 회로로 구성된다. 물론, 이러한 가속 입력, 감속 입력 등의 신호는 운전자의 직접 입력에 의해 생성될 수도 있다.
도 2는 도 1에 도시된 제어기의 상세 블럭도이다. 도 2를 참조하면, 가속 입력, 감속 입력 등의 요구 파워 정보를 획득하는 정보 획득 모듈(210), 요구 파워 정보를 이용하여 엔진을 온하는 엔진 온 제어, 엔진 온 상태를 유지하는 엔진 온 유지, 및 엔진을 오프하는 엔진 오프 제어 중 어떤 제어를 실행할 지를 판단하는 판단 모듈(220), 제어기(110)의 제어에 따라 해당 제어를 실행하는 제어 모듈(230) 등을 포함하여 구성될 수 있다.
도 2에 기재된 "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 및/또는 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 하드웨어 구현에 있어, 상술한 기능을 수행하기 위해 디자인된 ASIC(application specific integrated circuit), DSP(digital signal processing), PLD(programmable logic device), FPGA(field programmable gate array), 프로세서, 제어기, 마이크로프로세서, 다른 전자 유닛 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 소프트웨어 구현에 있어, 상술한 기능을 수행하는 모듈로 구현될 수 있다. 소프트웨어는 메모리 유닛에 저장될 수 있고, 프로세서에 의해 실행된다. 메모리 유닛이나 프로세서는 당업자에게 잘 알려진 다양한 수단을 채용할 수 있다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 주행중 엔진의 효율을 최적화하기 위한 엔진 제어 과정을 보여주는 흐름도이다. 도 3을 참조하면, 운전자의 요구 파워 정보가 입력되면, 요구 전기를 계산하고, 이에 따른 엔진 최적 운전 영역을 결정한다(단계 S310,S320). 부연하면, 운전자의 가속페달 조작으로부터 운전자의 요구파워를 계산할 수 있다. 따라서, 운전자의 요구파워와 현재 차량의 속도별로 엔진 최적 운전(파워) 영역을 결정(엔진 효율을 고려)한다.
, 엔진(도 1의 10)의 구동 여부를 결정하여 엔진 효율을 고려하여 엔진 온 여부를 판단한다(단계 S330). 부연하면, 요구 파워가 미리 설정되는 기준값(예를 들면, 엔진 파워 + α)보다 큰지를 판단한다. 여기서, 엔진 파워는 엔진(10)이 현재 주행상태에서 출력할 수 있는 파워를 나타내고, α는 미리 설정되는 임의 설정값이다.
단계 S330에서, 요구 파워가 기준값보다 작으면 단계 S310로 진행하고, 이와 달리 기준값보다 크면 엔진 온 제어가 실행된다(단계 S340). 운전자 요구파워 > 엔진파워+α 인 경우 방전 가능 모드로 판단하여 엔진 on으로 판단한다.
이후, 브레이크 온에 따른 감속 입력이 있는지를 판단한다(단계 S350). 만일, 단계 S350에서 감속 입력이 있으면, 엔진 오프 제어가 실행된다(단계 S372).
이와 달리, 단계 S370에서, 브레이크 온이 없으면, 엔진 온 오프 제어가 실행된다. 즉, 제어기(도 1의 110)는 구동 모터(도 1의 140)에 의한 누적 충/방전량을 계산한다. 즉, 실제 배터리 상태 정보를 반영하기 때문에 직관적이며 운전자가 이해하기 편리하다. 배터리 상태 정보로는 SOC(State Of Charge)를 들 수 있다. 물론, 이외에도 SOH(State Of Health),DOD(Depth Of Discharging) 및 SOF(State Of Function) 등이 가능하다. 이하에서는 SOC를 들어 설명하기로 한다.
① 누적 충/방전량 계산 : 엔진 on 시 모터 기준으로 충방전 에너지를 적산하여 충전 에너지가 일정 이상일 경우 엔진 off 제어가 수행된다. 즉, 모터 충방전 적산 에너지 <γ 일 경우 충전을 많이 한것으로 판단한다(단계 S370,S372)
② SOC 차이 계산 : SOC가 일정 이상 충전될 경우 엔진 off 제어를 수행한다. 즉, Delta SOC > δ 일 경우 충전을 많이 한 것으로 판단한다(단계 S380,S390,S372). 여기서, δ는 임의 설정값이다.
도 4를 참조하면, 단계 S390에서, SOC가 일정 이상 충전되지 않으면, 구동 모터를 기준으로 누적 충전 에너지를 이용한 제어를 수행한다. 즉, CD(Charge Depleting) 모드의 경우 엔진으로 충전을 할 경우 플러그(미도시)로부터 충전한 전기 대비 비용 측면에서 분리하므로 충전 에너지만 고려한다.
① 누적 충전 에너지를 계산 : 엔진 on 시 모터 기준으로 충전 에너지를 적산하여 충전량이 일정 이상일 경우 엔진 off 제어가 수행된다. 즉, 모터 충전 적산 에너지 <ε 일 경우 충전을 많이 한 것으로 판단한다(단계 S410,S420,S372). 여기서, ε는 임의 설정값이다.
② SOC 차이 계산 : 구동 모터(도 1의 140)를 통해 충전할 경우에만 SOC를 적산하여 일정 이상 충전될 경우 엔진 off 제어가 수행된다. 즉, 모터 충전 Delta SOC > ζ 일 경우 충전을 많이 한 것으로 판단한다(단계 S430,S440,S372). 여기서, ζ는 임의 설정값이다.
이후, 엔진 파워를 고려한 누적 충전 에너지를 이용한 제어를 실행한다. 즉, 엔진(10)으로부터 충전한 경우에만 충전 에너지로 적산하는 방식으로 회생제동 등 외부 요인에 의한 외부 에너지는 비효율적인 충전이 아니므로 비효율적인 충전 방식인 엔진으로부터 충전된 에너지만 적산한다.
① 엔진 파워를 고려한 누적 충전 에너지를 계산 : 엔진 on 시 엔진 기준으로 충전 에너지를 적산하여 충전량이 일정 이상일 경우 엔진 off 제어가 수행된다. 즉, 엔진 충전 적산 에너지 <η 일 경우 충전을 많이 한 것으로 판단한다(단계 S450,S460,S372). 여기서, η는 임의 설정값이다.
② SOC 차이 계산 : 엔진(10)이 충전을 수행할 경우에만 SOC를 적산하여 일정 이상 충전될 경우 엔진 off 제어가 수행된다. 즉, 엔진 충전 Delta SOC > θ 일 경우 충전을 많이 한 것으로 판단한다(단계 S470,S480,S372). 만일 단계 S480에서 엔진 충전 Delta SOC > θ가 아니면 충전이 많이 이루어진 것으로 볼 수 없으므로 단계 S350 내지 단계 S480이 다시 진행된다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 엔진 온(on) 제어 과정을 보여주는 흐름도이다. 도 5를 참조하면, 엔진 온 제어가 실행되면, CD 모드에서 CS(Charge Sustaining) 모드로 전환된다(단계 S510,S520).
CD 모드에서 일시적으로 CS모드로 전환시키는 영역이기 때문에 배터리 SOC를 높이기 위한 제어를 최소화하여야 연비 극대화가 가능하다. 또한, 엔진 파워는 EGR을 최대한 사용할 수 있고 엔진 효율이 좋은 엔진 파워 영역을 사용한다. 이 엔진 파워 영역은 일반적인 CS 모드에서는 배터리 SOC가 저하되어 연비가 악화되는 것을 방지하기 위해 사용하는 영역이다.
CS 모드에서는 배터리(120)의 전력이 저하되지 않도록 EGR(exhaust gas recirculation) 최대 사용 영역 운전, 풀로드(full load) 영역 제한, 저토크 영역 제한 등이 실행되고, 이에 따라 엔진 운전점이 결정된다(S530,S540,S550,S560).
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 엔진 온 유지 제어 과정을 보여주는 흐름도이다. 도 6을 참조하면, 진 온 유지 제어는 가속 입력이 없는 상태에서 재가속을 대비하여 엔진 오프를 지연시켜 상기 엔진 온 상태를 유지시키는 것을 특징으로 한다. 따라서, 가속 입력, 엔진 오프 요청, 및 감속 입력 등이 없으면 엔진 온 상태가 유지되어 충전이 이루어진다. 엔진 온 유지 제어가 실행되면, 엔진(10)이 일정량 이상의 파워를 유지하여 상기 배터리를 충전하면서 엔진 온 상태를 유지하는 엔진 충전 모드 제어가 실행될지를 판단한다(단계 S620). 이 경우, 엔진 on 유지 시 엔진 파워를 발생시켜 배터리를 충전하는 방법으로 SOC 방어에 유리하며, 잦은 엔진 on/off를 방지할 수 있다는 장점이 있으나, 엔진 효율이 낮아지며, SOC가 충분한 상황에서는 시스템의 효율을 감소시키는 제어이다. 즉, 운전자의 요구 파워는 없거나 거의 없는 경우이지만 엔진 파워를 발생시켜 구동 모터(140)로 에너지를 보내주고, 구동 모터(140)에서 발생된 에너지로 배터리(120)의 충전에 사용한다.
단계 S620에서 엔진 충전 모드 제어이면, 엔진 클러치(미도시)는 접합이고, 엔진(10)은 일정량으로 효율은 좋지 못하지만 엔진 토크를 발생시킬 수 있는 운전점으로 동작되고, 구동 모터(140)는 충전을 실행한다(단계 S621).
이와 달리, 단계 S620에서 엔진 충전 모드 제어가 아니면, 연료 분사가 없는 상태에서 엔진 온 상태를 유지하는 엔진 퓨얼 컷트(fuel-cut) 제어가 실행될지를 판단한다(단계 S630). 엔진 퓨얼 컷트(fuel-cut) 제어는 엔진 on 유지 시 엔진은 Fuel-cut 제어를 통하여 연료를 소비하지 않는 제어로 잦은 엔진 on/off를 방지할 수 있다는 장점이 있으나, 엔진의 마찰 저항이 작용하여 모터가 회생제동으로 회수할 수 있는 에너지를 감소시키는 단점이 존재하며, 운전성이 악화되는 제어라는 특징이 있다. 엔진 퓨얼 컷트(fuel-cut) 제어이면, 엔진 클러치는 접합시킨 상태로 엔진은 켜둔 상태에서 연료를 분사하지 않는 상태로 제어하며, 구동 모터로 충전이 실행되지 않는다(단계 S631).
엔진 퓨얼 컷트(fuel-cut) 제어가 실행되지 않으면, 상기 엔진을 영(0) 토크로 하여 엔진 부하를 상쇄시켜 엔진 온 상태를 유지하는 엔진 영 토크 제어가 실행될지를 판단한다(단계 S640). 엔진 영 토크 제어는 엔진 on 유지 시 엔진은 0토크 제어를 통하여 회생제동과 운전성에 영향을 주지 않으며 잦은 엔진 on/off를 방지할 수 있지만 엔진(10)의 0토크 제어를 위해 엔진을 idle 상태나 Part Load 상태로 연료를 분사해야 하며 이는 엔진 효율을 저하시키는 단점이 존재한다. 엔진 영 토크 제어이면, 엔진 클러치는 접합시킨 상태로 엔진은 켜둔 상태에서 엔진 마찰저항 만큼의 파워를 발생시키며, 구동 모터로 충전이 실행되지 않는다(단계 S641).
단계 S640에서, 엔진 영 토크 제어가 실행되지 않으면, 및 EGR 율(ratio)상 엔진 효율이 가장 좋은 파워로 엔진을 구동시켜 엔진 온 상태를 유지하는 EGR 율 고려 엔진 토크 제어가 실행된다(단계 S650). EGR 율 고려 엔진 토크 제어의 경우, 엔진 on 유지 시 엔진 효율이 좋은 EGR ratio가 높은 영역의 엔진 파워를 발생시켜 배터리를 충전하는 방법으로 SOC 방어에 유리하며, 잦은 엔진 on/off를 방지할 수 있으며 엔진 효율이 매우 좋은 장점이 있다. 그러나, 충방전량이 많아 차량 전체 시스템 측면에서 악화 요인이 발생할 수 있으며, 엔진 부밍이나 노킹, 엔진토크 부정확등 운전성 측면에서 불리한 영역이 존재한다.
따라서, 운전자의 요구 파워는 없거나 거의 없는 경우이지만 엔진 파워를 EGR ratio가 높은 영역에서 운전시키며, 엔진 클러치는 접합한 상태를 유지하여, 구동 모터에서 발생된 에너지를 배터리 충전에 사용한다(단계 S660).
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 엔진 오프(off) 제어 과정을 보여주는 흐름도이다. 도 7을 참조하면, 엔진 오프 제어가 실행되면, HSG(도 1의 160)가 존재하는지를 판단한다(단계 S710,S720).
따라서, HSG가 있는 경우, HSG를 활용하여 엔진 off를 수행하면서 에너지를 충전함으로써 연비에 유리하다(단계 S730)
이와 달리, 단계 S720에서, HSG가 없는 경우, 엔진 자체로 off 제어를 수행하거나 다른 저항 요인을 통해 엔진을 off함으로써 충전하지는 못한다(단계 S721).
또한, 여기에 개시된 실시형태들과 관련하여 설명된 방법 또는 알고리즘의 단계들은, 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 (명령) 코드, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다.
상기 매체에 기록되는 프로그램 (명령) 코드는 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프 등과 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD, 블루레이 등과 같은 광기록 매체(optical media) 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 (명령) 코드를 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 반도체 기억 소자가 포함될 수 있다.
여기서, 프로그램 (명령) 코드의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
100: 주행중 엔진 제어 장치
110: 제어기
120: 배터리
130: 전력 변환기
140: 구동 모터
150: 입력부
160: 제네레이터

Claims (8)

  1. 입력부가 요구 파워 정보를 입력받는 입력 단계;
    제어기가 상기 요구 파워 정보에 따라 엔진을 온하는 엔진 온 제어, 엔진 온 상태를 유지하는 엔진 온 유지, 및 엔진을 오프하는 엔진 오프 제어 중 하나를 실행하여 상기 엔진을 구동하는 제어 실행 단계; 및
    상기 제어기의 제어에 따라 배터리가 방전 또는 충전되는 충방전 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 주행중 엔진 제어 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 엔진 온 제어는 상기 배터리의 전력을 소모시키는 CD(Charge Depleting) 모드에서 일시적으로 상기 배터리의 전력을 유지시키는 CS(Charge Sustaining) 모드로 전환하는 것을 특징으로하는 주행중 엔진 제어 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 CS 모드는 상기 배터리의 전력이 저하되지 않도록 풀로드(full load) 영역 제한, 저토크 영역 제한, 및 EGR(exhaust gas recirculation) 최대 사용 영역 운전 중 적어도 하나 이상인 것을 특징으로 하는 주행중 엔진 제어 방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 엔진 온 유지 제어는 가속 입력이 없는 상태에서 재가속을 대비하여 엔진 오프를 지연시켜 상기 엔진 온 상태를 유지시키는 것을 특징으로 하는 주행중 엔진 제어 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 엔진 온 유지 제어는 가속 입력, 엔진 오프 요청, 및 감속 입력 중 어느 하나가 없으면 엔진 온 상태가 유지되어 상기 충전이 이루어지는 것을 특징으로 하는 주행중 엔진 제어 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 엔진 온 유지 제어는, 상기 엔진이 일정량 이상의 파워를 유지하여 상기 배터리를 충전하면서 엔진 온 상태를 유지하는 엔진 충전 모드 제어, 연료 분사가 없는 상태에서 엔진 온 상태를 유지하는 엔진 퓨얼 컷트(fuel-cut) 제어, 상기 엔진을 영(0) 토크로 하여 엔진 부하를 상쇄시켜 엔진 온 상태를 유지하는 엔진 영 토크 제어, 및 EGR 율(ratio)상 엔진 효율이 가장 좋은 파워로 엔진을 구동시켜 엔진 온 상태를 유지하는 EGR 율 고려 엔진 토크 제어 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 주행중 엔진 제어 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 엔진 온 유지 제어는, 엔진 클러치를 접합 상태로 유지하고, 상기 엔진을 EGR 율(ratio)상 높은 운전점으로 구동시키고, 구동 모터로 상기 배터리를 충전하는 것을 특징으로 하는 주행중 엔진 제어 방법.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 엔진 오프 제어는 충/방전량을 적산하여 미리 설정되는 일정 기준 이상이면 엔진을 오프하는 누적 충/방전량 제어, 충전량을 적산하여 미리 설정되는 일정 기준 이상이면 엔진을 오프하는 누적 충전량 제어, 가속 입력이 있는 동안 충전량을 적산하여 미리 설정되는 일정 기준 이상이면 엔진을 오프하는 가속 의지 고려 누적 충전량 제어, 및 감속 입력이 있으면 엔진을 오프하는 운전자 브레이크 페달 조작 제어 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 주행중 엔진 제어 방법.


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