KR20210041653A - 하이브리드 자동차 및 그를 위한 주행 방향 보정 방법 - Google Patents

하이브리드 자동차 및 그를 위한 주행 방향 보정 방법 Download PDF

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KR20210041653A
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KR
South Korea
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vehicle
driving direction
hybrid vehicle
controller
sensor
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Application number
KR1020190123668A
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조진겸
문성욱
전성배
손희운
박준영
이재문
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현대자동차주식회사
기아 주식회사
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Abstract

본 발명은 하이브리드 자동차 및 그를 위한 주행 방향 보정 방법에 관한 것으로, 보다 상세히는 후진(R) 단이 생략된 변속기를 구비한 하이브리드 자동차에서 모터의 속도 센서 이상으로 모터의 회전 방향을 알 수 없는 상황에 대처할 수 있는 하이브리드 자동차 및 그 주행 방향 보정 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 후진단이 삭제된 변속기를 구비하는 하이브리드 자동차의 주행 방향 보정 방법은, 모터 속도 센서의 이상이 감지되면, 일정 시간 동안 센서정보를 기반으로 연산된 제1 이동 거리 및 출력토크를 기반으로 연산된 제2 이동거리 중 적어도 하나와 출력 토크를 제어하는 제어기가 차속 기반으로 연산한 제3 이동 거리의 차분을 구하는 단계; 상기 차분의 절대값이 기 설정된 오차 기준보다 큰 경우, 상기 제어기가 인식한 주행 방향을 반전시키는 단계; 및 변속기 레버 상태에 대응하여 파워 트레인을 제어하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

하이브리드 자동차 및 그를 위한 주행 방향 보정 방법{HYBRID VEHICLE AND METHOD OF CALIBRATING DRIVING DIRECTION FOR THE SAME}
본 발명은 하이브리드 자동차 및 그를 위한 주행 방향 보정 방법에 관한 것으로, 보다 상세히는 후진(R) 단이 생략된 변속기를 구비한 하이브리드 자동차에서 모터의 속도 센서 이상으로 모터의 회전 방향을 알 수 없는 상황에 대처할 수 있는 하이브리드 자동차 및 그 주행 방향 보정 방법에 관한 것이다.
최근 환경에 대한 관심이 높아지면서 친환경 자동차의 개발도 활발하게 이루어지고 있다. 친환경 자동차의 대표적인 예로는 전기차(EV: Electric Vehicle)와 하이브리드 자동차(HEV: Hybrid Electric Vehicle)를 들 수 있다.
하이브리드 자동차(HEV)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. 이러한 주행 모드 간 전환은 파워트레인의 효율 특성에 따라, 연비 또는 구동 효율을 최대화하기 위한 목적으로 수행되는 것이 일반적이다.
도 1은 일반적인 하이브리드 자동차의 파워 트레인 구조의 일례를 나타낸다.
도 1에서는 병렬형(Parallel Type 또는 TMED: Transmission Mounted Electric Drive) 방식이 적용된 하이브리드 자동차의 파워 트레인 구조가 도시된다.
도 1을 참조하면, 내연기관 엔진(ICE, 110)과 변속기(150) 사이에 전기 모터(또는 구동용 모터, 140)와 엔진클러치(EC: Engine Clutch, 130)가 배치된다.
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 스타터 제너레이터(HSG: Hybrid Starter Generator)"라 칭할 수 있으며, 경우에 따라 "보조 모터"라 칭할 수도 있다.
그런데, 엔진(110)과 달리 모터(140)는 회전 방향의 전환이 가능하기 때문에 후진이 필요할 경우 변속기(150)에 후진(R) 단 없이도 구동축의 역회전이 가능하다. 이를 도 2를 참조하여 설명한다.
도 2는 후진단이 삭제된 변속기가 적용될 때 하이브리드 자동차가 후진하는 형태를 설명하기 위한 도면이다. 도 2의 (a)와 (b)에서는 엔진 클러치가 오픈된 상태에서 하이브리드 자동차가 후진하는 경우를 가정한다.
먼저 도 2의 (a)를 참조하면, 변속기(150)에 R단이 구현된 경우에는 모터(140)가 정방향(즉, 엔진의 회전 방향과 동일한 방향)으로 회전하면, 변속기(150)가 R단에서 회전 방향을 역방향으로 전환하여 변속기(R)의 출력단은 역방향으로 회전하게 된다.
이와 달리, 도 2의 (b)와 같이 변속기(150')에 R단이 생략된 경우에는 모터가(140)가 역방향으로 회전하면, 변속기(150')는 1단 상태에서 입력단과 출력단 모두 역방향으로 회전하게 된다. 따라서, 변속기에 R단이 삭제되더라도 병렬형 하이브리드 차량에서는 후진이 가능하며, 단순한 변속기(150') 구조로 내구성와 연비가 향상되는 효과도 기대될 수 있다.
한편, 하이브리드 자동차(HEV/PHEV)에서는 차량속도를 결정하기 위해 휠센서 또는 변속기 속도센서 값에 휠반경을 곱하여 을 사용하는데, 휠센서나 변속기 속도센서는 회전 속도의 감지는 가능하나 회전 방향의 감지는 불가하다. 이는 일반적인 내연 기관 차량에서는 엔진의 회전 방향이 고정되어 있었으며, 엔진의 회전 방향과 차량의 주행 방향이 달라지는 경우가 변속기 R단 상태 뿐이었기 때문이다. 그러나, R단이 삭제된 변속기가 하이브리드 자동차에 적용되면, 엔진의 구동력이 구동축에 전달되지 않는 상황에서는 모터(140)의 회전 방향이 곧 주행 방향이 되므로 모터(140)에 구비된 속도센서를 통해 주행 방향을 감지하게 된다. 결국, 이러한 하이브리드 자동차에서는 모터(140)에 구비된 속도센서에 고장이 발생한 경우 차량의 주행 방향을 판단할 기준 신호가 부재하게 되는 문제점이 있다.
이러한 문제는 특히 초기 발진시 이상 가속 현상을 야기할 수 있다. 이를 도 3을 참조하여 설명한다.
도 3은 모터의 속도 센서 고장시 주행 방향 오인식으로 인한 크립 토크 과다 출력 형태의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 도 3의 (a)를 참조하면, 하이브리드 자동차는 페달 조작이 없는 상황에서 내연 기관 차량의 크립 토크와 엔진 드래그를 모사하기 위해, 특정 차속(여기서는 8kph) 이전까지는 양의 크립 토크가 점차 감소하도록 제어되며, 특정 차속 이후부터는 음의 토크가 출력되도록 제어된다. 결국, 페달 조작이 없는 한 특정 차속으로 차속이 수렴하게 된다.
이러한 토크 제어가 수행될 때, 하이브리드 자동차가 실제로는 변속기 D 단에서 전방으로 발진하였으나, 차량 구동력을 연산하는 제어기에서 모터의 속도센서 이상으로 주행방향을 오인식하여 도 3의 (b)와 같이 차속을 마이너스 값으로 인식할 수 있다. 이로 인해 차량에서 출력하는 크립 토크는 D단 상황에서 마이너스 차속에 대응되는 값이 되며, 이러한 값은 전진 상황대비 비교적 큰 값에 해당하므로 가속 페달 조작이 없어도 차량은 8Kph를 넘어 계속 가속하게 되는 문제점이 있다.
본 발명은 후진단이 생략된 변속기를 구비하는 하이브리드 자동차에서 모터의 속도 센서 이상이 발생하더라도 주행 방향의 결정이 가능한 주행 방향 보정 방법 및 그를 수행하는 하이브리드 자동차를 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 후진단이 삭제된 변속기를 구비하는 하이브리드 자동차의 주행 방향 보정 방법은, 모터 속도 센서의 이상이 감지되면, 일정 시간 동안 센서정보를 기반으로 연산된 제1 이동 거리 및 출력토크를 기반으로 연산된 제2 이동거리 중 적어도 하나와 출력 토크를 제어하는 제어기가 차속 기반으로 연산한 제3 이동 거리의 차분을 구하는 단계; 상기 차분의 절대값이 기 설정된 오차 기준보다 큰 경우, 상기 제어기가 인식한 주행 방향을 반전시키는 단계; 및 변속기 레버 상태에 대응하여 파워 트레인을 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차는, 후진단이 삭제된 변속기; 속도 센서를 구비하는 구동 모터; 및 상기 속도 센서의 이상이 감지되면 출력 토크를 제어하는 제1 제어기에 인식된 주행 방향을 보정하는 제2 제어기를 포함하되, 상기 제2 제어기는, 일정 시간 동안 센서정보를 기반으로 연산된 제1 이동 거리 및 출력토크를 기반으로 연산된 제2 이동거리 중 적어도 하나와 출력 토크를 제어하는 제어기가 차속 기반으로 연산한 제3 이동 거리의 차분을 구하여 상기 차분의 절대값이 기 설정된 오차 기준보다 큰 경우, 상기 제1 제어기가 인식한 상기 주행 방향을 반전시키는 주행 방향 판단부; 및 변속기 레버 상태에 대응하여 파워 트레인을 제어하는 안전모드 제어부를 포함할 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 관련된 후진단이 생략된 변속기를 구비하는 하이브리드 자동차는 모터의 속도 센서에 이상이 발생하더라도 주행 방향의 보정이 가능하다.
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 하이브리드 자동차의 파워 트레인 구조의 일례를 나타낸다.
도 2는 후진단이 삭제된 변속기가 적용될 때 하이브리드 자동차가 후진하는 형태를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 모터의 속도 센서 고장시 주행 방향 오인식으로 인한 크립 토크 과다 출력 형태의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예들이 적용될 수 있는 하이브리드 자동차의 제어 계통의 일례를 나타내는 블럭도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 주행 방향 보정을 수행하는 제어기 구성의 일례를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차에서 주행 방향을 보정하는 과정의 일례를 나타내는 순서도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 속도 센서 이상에 따른 보정 제어 및 안전 제어가 수행됨을 출력하는 형태의 일례를 나타낸다.
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 실시예들에 따른 주행 방향 보정 방법을 설명하기 앞서, 도 4를 참조하여 실시예들에 적용될 수 있는 하이브리드 자동차의 제어기 간의 상호관계를 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시예들이 적용될 수 있는 하이브리드 자동차의 제어 계통의 일례를 나타내는 블럭도이다.
도 4를 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 주행 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.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 후진단이 생략된 변속기가 적용된 하이브리드 자동차에서 모터의 속도 센서에 이상이 발생한 경우, 차량의 출력 토크를 연산하는 제어기가 판단한 이동 거리와 차량 주변을 감지하는 센서를 기반으로 판단된 이동 거리를 비교하여 주행 방향 오인식 여부를 판단하도록 할 것을 제안한다. 또한, 주행 방향 오인식이 발생한 것으로 판단된 경우, 차량의 출력 토크를 연산하는 제어기가 인식한 주행 방향을 반전시키고, 파워트레인 파손 방지를 위한 제어가 현재 변속기 단에 따라 수행되도록 할 것을 제안한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 주행 방향 보정을 수행하는 제어기 구성의 일례를 나타내고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차에서 주행 방향을 보정하는 과정의 일례를 나타내는 순서도이다.
먼저, 도 5을 참조하면, 실시예에 따른 주행 방향을 보정하는 제어기(500)는 모터의 속도 센서에 이상이 있을 경우 주행 방향의 오인식 여부를 판단하는 주행 방향 판단부(510)와, 주행 방향 오인식 판정시 현재 변속단, 즉, 기어 레버의 위치에 따라 안전모드 제어를 수행하는 안전모드 제어부(520)를 포함할 수 있다.
주행 방향 판단부(510)는 다시 차량 외부 또는 차량 주변의 물체와의 거리를 감지하는 센서들로부터 수집된 정보를 기반으로 일정 시간 동안의 이동 거리를 판단하는 센서 정보 기반 판단부(511)와, 출력 토크를 기반으로 일정 시간 동안의 이동 거리를 판단하는 출력토크 기반 판단부(513)를 포함할 수 있다.
또한, 안전모드 제어부(520)는 기어 레버의 위치에 따라, D단 제어부(521), R단 제어부(523) 및 P,N단 제어부(525)를 포함할 수 있다.
한편, 실시예에 따른 주행 방향을 보정하는 제어기(500)는 입력 정보로 외부 감지 센서 정보, 차량 출력 토크 정보, 차량 속도 정보 및 모터의 속도 센서 정보를 가질 수 있으며, 출력값으로 모터 속도 추정 값, 엔진 클러치 상태 값 및 엔진 토크/속도 값을 가질 수 있다. 여기서, 외부 감지 센서 정보는 차량 외부 또는 주변의 물체와의 거리를 감지할 수 있는 하나 이상의 센서로부터 획득되는 정보를 의미할 수 있다. 예를 들어, 외부 감지 센서 정보는 레이더, 초음파 센서, 비전 센서(카메라) 중 적어도 하나를 통해 감지된 외부 물체와의 거리에 대한 정보를 포함할 수 있다. 차량 출력 토크는 하이브리드 제어기(240)로부터 획득될 수 있으며, 차량 속도 정보는 차속 센서(휠 센서)나 GPS(Global Positioning System)로부터 획득될 수도 있다. 아울러, 모터 속도 센서 정보는 모터(140)에 구비된 센서 값이 모터 제어기(220)로 전달되면, 모터 제어기(220)로부터 또는 하이브리드 제어기(240)를 경유하여 획득될 수 있다. 물론, 상술한 각 정보의 종류와 출처는 예시적인 것으로, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
제어기(500)는 모터(120)의 정보와 차량의 출력 토크 정보를 필요로 하고, 안전 모드에서는 파워 트레인의 제어도 수반하므로 하이브리드 제어기(240)의 일 기능으로 구현되는 것이 바람직하다. 다만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 별도의 제어기로 구현될 수도 있고, 엔진 제어기(210) 등 다른 제어기에 포함되는 형태로 구현될 수도 있다.
이하, 도 5와 함께 도 6을 더욱 참조하여 실시예에 따른 주행 방향 보정 방법 및 그를 수행하는 제어기(500)의 동작을 상세히 설명한다.
먼저, 주행 방향 판단부(510)는 모터속도 센서 정보 이상 여부를 모니터링하고(S601), 이상 발생시(S601의 Yes) 센서정보 기반 판단부(511)에서 차량 외부를 감지하는 외부 감지 센서 정보를 기반으로 이동 거리를 연산할 수 있다(S602).
구체적으로, 센서정보 기반 이동 거리(Di)는 max(Dic, Dir, Diu, Dig,...)와 같이 각종 센서로부터 획득된 정지물체로부터의 T1(측정 시작 시간)에서 T2(측정 종료 시간) 사이의 이동 거리 중 가장 큰 거리로 구해질 수 있다. 측정 기간(T2-T1)은 다양하게 설정될 수 있으며 특정 값으로 한정되는 것은 아니다.
예컨대, Dic는 카메라를 통해 촬영된 이미지에서 해당 시간 동안 정지한 것으로 인식된 물체를 기반으로 한 기동 거리를 의미하며, Dir은 레이더를 통해 인식된 정지 물체를 기준으로 차량이 이동한 거리를 의미한다. 또한, Diu는 초음파 센서를 통해 인식된 정지 물체를 기준으로, Dig GPS 기반의 이동 거리를 의미한다. 예컨대, 센서가 차량 외부 중 전방을 감지한다면 정지한 것으로 인식된 물체와의 거리가 좁혀지는 경우 해당 거리만큼 차량이 전방으로 이동한 것으로 판단될 수 있다.
실시예에 따라, 각 센서를 통해 감지된 이동 거리 중 가장 큰 값 대신 평균 값이나 가장 작은 값이 사용될 수도 있음은 물론이다.
센서정보 기반 판단부(511)는 센서정보 기반 이동 거리(Di)를 차량 출력토크를 연산하는 제어기에서 인식한 이동거리(Dt)와 비교하여, 차분이 기 설정된 오차 기준(예컨대, 1m)을 초과하는지 여부를 판단할 수 있다(S603). 여기서, 차량 출력토크를 연산하는 제어기는 하이브리드 제어기(240)일 수 있으며, 인식한 이동거리(Dt)는 "차속*(T2-T1)"과 같이 구해질 수 있다. 이때의 차속은 휠 센서 등 일반적인 차속 센서로부터 획득될 수 있으며, T2-T1 사이의 평균 차속일 수도 있다.
만일, 차분(|Di-Dt|)이 오차 기준보다 큰 경우(S603의 Yes), 주행 방향 판단부(510)는 차량 주행 방향에 오인식이 발생한 것으로 판단할 수 있다(S606).
이와 달리, 차분(|Di-Dt|)이 오차 기준 이하인 경우(S603의 No), 출력토크 기반 판단부(513)에서 다시 오인식 여부를 판정하게 된다. 이를 위해, 출력토크 기반 판단부(513)는 출력토크를 기반으로 차량 이동거리(Dtq)를 연산할 수 있다(S604). 출력토크 기반 차량 이동거리(Dtq)는 Vavg*(T2-T1)과 같이 구해질 수 있으며, Vavg는 T1에서 T2 사이의 평균 차속이며, 아래 수학식 1과 같이 출력토크를 기반으로 구해질 수 있다.
Figure pat00001
수학식 1에서 Ft는 차량 추진토크를, Fd는 차량 저항토크를 각각 의미하며, 둘의 차분(Ft-Fd)가 차량의 최종 출력토크에 해당한다.
차량 추진토크는 아래 수학식 2와 같이, 차량 저항토크는 아래 수학식 3과 같이 각각 구해질 수 있다.
Figure pat00002
Figure pat00003
수학식 2 및 3의 각 기호의 의미는 아래 표 1과 같다.
Figure pat00004
출력토크 기반 판단부(513) 수학식 1 내지 3을 통해 산출된 출력토크 기반 차량 이동거리(Dtq)를 차량 출력토크를 연산하는 제어기에서 인식한 이동거리(Dt)와 비교하여, 차분이 기 설정된 오차 기준(예컨대, 1m)을 초과하는지 여부를 판단할 수 있다(S605). 여기서, 인식한 이동거리(Dt)는 전술한 센서정보 기반 판단부(511)에서 사용한 이동거리(Dt)와 동일하다.
만일, 차분(|Dtq-Dt|)이 오차 기준보다 큰 경우(S605의 Yes), 주행 방향 판단부(510)는 차량 출력토크를 연산하는 제어기에 주행 방향에 오인식이 발생한 것으로 판단할 수 있다(S606).
주행 방향 판단부(510)는 오인식 발생을 판단하면, 차량 출력토크를 연산하는 제어기에 주행 방향(즉, 차량 속도 방향) 오인식 발생을 통지하고, 그에 따라 차량 출력토크를 연산하는 제어기는 주행 방향을 반전시켜 보정할 수 있다(S607).
한편, 안전 모드 제어부(520)는 주행 방향 판단부(510)가 오인식 발생을 판정함에 따라 현재 기어 레버 위치를 판정하고(S608A 내지 S608C), D단 제어부(521), R단 제어부(523) 및 P,N단 제어부(525) 중 판정된 현재 기어 레버 위치에 대응되는 제어부를 통해 안전 모드 제어를 수행할 수 있다(S609A, S609B, S609C)
각 단 제어부(521, 523, 525)는 해당 변속단의 특성에 따라 파워 트레인의 파손 방지를 위한 제어와 함께, 파워 트레인의 상태 추정 및 동작 제어를 수행할 수 있다.
구체적으로, D단 제어부(521)는 다음과 같이 안전 모드 제어를 수행할 수 있다.
1) 엔진클러치(130)의 오픈 상태 유지
- 모터(140) 오동작에 의한 엔진클러치(130)와 엔진(110)의 파손 방지를 위함이다.
2) 엔진(110) 기동을 통한 고전압 배터리 충전
- 모터 주행을 위한 배터리의 충전 상태(SOC: State of Charge)를 유지하기 위함이다. 이때의 엔진 토크와 RPM은 아이들 상태(예컨대, 1000RPM)로 제어될 수 있으나, SOC에 따라 이와 상이한 제어도 가능하다.
3) 모터 속도를 변속기 속도에 기어 비를 나눈 값으로 추정
- 변속기가 락 상태이면 현재 기어 단수의 변속기 출력단 속도를 해당 단수의 기어비로 나누어 모터 속도를 추정할 수 있다. 만일, 변속기가 슬립 상태(예컨대, 변속 중)일 경우, 현재 기어 단수와 목표 단수의 중간 기어비 값이 모터 속도 추정에 적용될 수 있다. 추정된 모터 속도는 차량 출력토크를 연산하는 제어기에 제공될 수 있다.
또한, R단 제어부(523)는 기본적으로 D단 제어부(521)의 안전 모드 제어와 유사하되, 모터 속도 추정에 있어 기어비는 R단의 기어비가 고정으로 적용될 수 있으며 속도의 부호가 반대가 될 수 있다.
아울러, P,N단 제어부(525)는 엔진 클러치(130)를 오픈 상태로 제어하며, SOC가 충분할 경우 엔진 기동에 의한 배터리 충전은 수행되지 않도록 제어할 수 있다.
전술한 제어 과정은 시동이 꺼질 때까지(S610) 반복 수행될 수 있다.
도 6에서는 센서정보 기반 판단부(511)와 출력토크 기반 판단부(513)가 순차적으로 차량 출력토크를 연산하는 제어기의 오인식 여부를 판단하도록 도시되었으나, 이는 예시적인 것으로 센서정보 기반 판단부(511)와 출력토크 기반 판단부(513)의 판단 순서가 서로 바뀌거나, 서로의 판단 결과와 무관하게 독립적으로 이동 거리 차분을 계산하도록 구성될 수도 있다. 독립적 계산이 수행될 경우, 주행 방향 판단부(510)는 어느 하나의 판단부(511, 513)만 이동 거리 차분이 오차 기준을 넘어서도 오인식 상태를 판정할 수 있다.
한편, 전술한 변속맵의 결정 결과는 운전자가 인지할 수 있는 형태로 출력될 수 있다. 구체적으로, 실시예에 따른 하이브리드 자동차는 클러스터, 헤드유닛이나 AVN(Audio/Video/Navigation) 시스템의 디스플레이, 헤드업 디스플레이(HUD) 등의 디스플레이 장치를 구비할 수 있다. 이러한 디스플레이 장치에 모터 속도 센서 이상에 의한 안전 제어 여부 대한 신호가 수신되면, 해당 정보가 디스플레이 장치를 통해 표시될 수 있다. 이를 도 7을 참조하여 설명한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 속도 센서 이상에 따른 보정 제어 및 안전 제어가 수행됨을 출력하는 형태의 일례를 나타낸다.
도 7을 참조하면, 실시예에 따른 하이브리드 자동차는 클러스터(700)에서 임의의 텍스트 표시를 허용하는 일 영역(710)에 모터 속도 센서 이상에 따른 안전 제어 수행 여부가 결과가 텍스트 형태로 출력될 수 있다.
물론, 이러한 표시 형태는 예시적인 것으로, 텍스트는 고정 위치에서 점멸되는 경고등 형태로 대체되거나, 아이콘 형태로 디스플레이될 수도 있다.
또한, 표시형태 뿐 아니라 표시되는 위치도 클러스터 내의 다른 위치나 AVN 시스템 또는 헤드유닛의 디스플레이, 헤드업 디스플레이 등으로 변경될 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)

  1. 후진단이 삭제된 변속기를 구비하는 하이브리드 자동차의 주행 방향 보정 방법에 있어서,
    모터 속도 센서의 이상이 감지되면, 일정 시간 동안 센서정보를 기반으로 연산된 제1 이동 거리 및 출력토크를 기반으로 연산된 제2 이동거리 중 적어도 하나와 출력 토크를 제어하는 제어기가 차속 기반으로 연산한 제3 이동 거리의 차분을 구하는 단계;
    상기 차분의 절대값이 기 설정된 오차 기준보다 큰 경우, 상기 제어기가 인식한 주행 방향을 반전시키는 단계; 및
    변속기 레버 상태에 대응하여 파워 트레인을 제어하는 단계를 포함하는, 하이브리드 자동차의 주행 방향 보정 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 이동 거리는,
    적어도 차량 외부의 물체를 감지하는 적어도 하나의 센서 각각으로부터 획득된 정보로부터 외부의 고정된 물체로부터 상기 일정 시간 동안의 거리 변화를 이용하여 구해지는, 하이브리드 자동차의 주행 방향 보정 방법.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 센서는,
    카메라, 레이더, 초음파 센서 중 적어도 하나를 포함하되,
    상기 제1 이동 거리는 상기 적어도 하나의 센서 각각의 배치 위치를 고려하여 구해지는, 하이브리드 자동차의 주행 방향 보정 방법.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 이동 거리는,
    평균 차속에 상기 일정 시간의 길이를 곱하여 구해지되,
    상기 평균 차속은 차량 추친토크와 차량 저항토크의 차분을 차량 질량으로 나눈 값을 상기 일정 시간에 대하여 적분하여 구해지는, 하이브리드 자동차의 주행 방향 보정 방법.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 제3 이동 거리는,
    상기 일정 시간 동안 휠 센서를 기반으로 획득된 차속에 상기 일정 시간의 길이를 곱하여 구해지는, 하이브리드 자동차의 주행 방향 보정 방법.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 하이브리드 자동차는 엔진과 구동 모터 사이에 엔진 클러치가 배치된 병렬형 하이브리드 자동차를 포함하고,
    상기 파워 트레인을 제어하는 단계는,
    상기 엔진 클러치를 오픈 상태로 유지시키는 단계를 포함하는, 하이브리드 자동차의 주행 방향 보정 방법.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 변속기 레버 상태가 D단 또는 R단인 경우, 상기 파워 트레인을 제어하는 단계는,
    상기 엔진에 연결된 시동 발전 모터로 상기 구동 모터에 전력을 공급하는 배터리를 충전시키는 단계; 및
    변속기 출력단 속도 및 기어비를 기반으로 상기 구동 모터의 속도를 추정하는 단계를 포함하는, 하이브리드 자동차의 주행 방향 보정 방법.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 변속기 레버 상태가 D단인 경우, 상기 추정하는 단계는,
    상기 변속기가 슬립 상태일 경우 현재 단수의 기어비와 목표 단수의 기어비의 중간 값을 기반으로 상기 구동 모터의 속도를 추정하는 단계를 포함하는, 하이브리드 자동차의 주행 방향 보정 방법.
  9. 제1 항 내지 제8 항 중 어느 한 항에 따른 하이브리드 자동차의 주행 방향 보정 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터 해독 가능 기록 매체.
  10. 후진단이 삭제된 변속기;
    속도 센서를 구비하는 구동 모터; 및
    상기 속도 센서의 이상이 감지되면 출력 토크를 제어하는 제1 제어기에 인식된 주행 방향을 보정하는 제2 제어기를 포함하되,
    상기 제2 제어기는,
    일정 시간 동안 센서정보를 기반으로 연산된 제1 이동 거리 및 출력토크를 기반으로 연산된 제2 이동거리 중 적어도 하나와 출력 토크를 제어하는 제어기가 차속 기반으로 연산한 제3 이동 거리의 차분을 구하여 상기 차분의 절대값이 기 설정된 오차 기준보다 큰 경우, 상기 제1 제어기가 인식한 상기 주행 방향을 반전시키는 주행 방향 판단부; 및
    변속기 레버 상태에 대응하여 파워 트레인을 제어하는 안전모드 제어부를 포함하는, 하이브리드 자동차.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 주행 방향 판단부는,
    적어도 차량 외부의 물체를 감지하는 적어도 하나의 센서 각각으로부터 획득된 정보로부터 외부의 고정된 물체로부터 상기 일정 시간 동안의 거리 변화를 이용하여 상기 제1 이동 거리를 구하는 센서정보 기반 판단부를 포함하는, 하이브리드 자동차.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 센서는,
    카메라, 레이더, 초음파 센서 중 적어도 하나를 포함하되,
    상기 센서정보 기반 판단부는,
    상기 적어도 하나의 센서 각각의 배치 위치를 고려하여 상기 제1 이동 거리를 구하는, 하이브리드 자동차.
  13. 제10 항에 있어서,
    상기 주행 방향 판단부는,
    평균 차속에 상기 일정 시간의 길이를 곱하여 상기 제2 이동 거리를 구하는 출력토크 기반 판단부를 포함하되,
    상기 출력토크 기반 판단부는,
    차량 추친토크와 차량 저항토크의 차분을 차량 질량으로 나눈 값을 상기 일정 시간에 대하여 적분하여 상기 평균 차속을 구하는, 하이브리드 자동차.
  14. 제10 항에 있어서,
    상기 제3 이동 거리는,
    상기 일정 시간 동안 휠 센서를 기반으로 획득된 차속에 상기 일정 시간의 길이를 곱하여 구해지는, 하이브리드 자동차.
  15. 제10 항에 있어서,
    엔진; 및
    상기 엔진과 상기 구동 모터 사이에 배치되는 엔진 클러치를 더 포함하되,
    상기 안전모드 제어부는,
    상기 차분의 절대값이 상기 오차 기준보다 큰 경우 상기 엔진 클러치를 오픈 상태로 유지시키는, 하이브리드 자동차.
  16. 제10 항에 있어서,
    상기 변속기 레버 상태가 D단 또는 R단인 경우, 상기 안전모드 제어부는,
    상기 엔진에 연결된 시동 발전 모터로 상기 구동 모터에 전력을 공급하는 배터리를 충전시키고, 변속기 출력단 속도 및 기어비를 기반으로 상기 구동 모터의 속도를 추정하는, 하이브리드 자동차.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 변속기 레버 상태가 D단인 경우, 상기 안전모드 제어부는,
    상기 변속기가 슬립 상태일 경우 현재 단수의 기어비와 목표 단수의 기어비의 중간 값을 기반으로 상기 구동 모터의 속도를 추정하는 단계를 포함하는, 하이브리드 자동차.
  18. 제10 항에 있어서,
    상기 제1 제어기와 상기 제2 제어기는 동일한 제어기인, 하이브리드 자동차.
  19. 제10 항에 있어서,
    상기 속도 센서의 이상에 따른 상기 안전모드 제어부의 상기 파워 트레인 제어가 수행됨을 나타내는 정보가 출력되는 디스플레이를 더 포함하는, 하이브리드 자동차.
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