KR20210077037A - 하이브리드 자동차 및 그를 위한 속도 제한 제어 방법 - Google Patents

하이브리드 자동차 및 그를 위한 속도 제한 제어 방법 Download PDF

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김상준
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현대자동차주식회사
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Abstract

본 발명은 속도 제한 기능이 설정된 상황에서 불필요한 변속을 방지할 수 있는 하이브리드 자동차 및 그를 위한 주행 모드 제어 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 차속 제한 제어 방법은, 차속과 목표 제한 차속 중 작은 값을 가상 차속으로 결정하는 단계; 상기 목표 제한 차속의 정속 주행 부하에 대응되는 제1 APS(Accelerator Position Sensor) 값과 상기 목표 제한 차속의 추종을 위한 제2 APS 값 중 큰 값을 가상 APS 값으로 결정하는 단계; 상기 목표 제한 차속에서 충전 상태(SOC: State Of Charge)를 유지하는 제1 모드와 상기 충전 상태를 소진하는 제2 모드 중 상기 제2 모드로의 천이가 예상되면, 실제 APS 값과 상기 제2 APS 값이 상이해질 때 상기 제2 모드로 천이하는 단계; 및 상기 제2 모드로의 천이 여부에 따라, 상기 제1 모드에 대응되는 제1 변속 패턴과 상기 제2 모드에 대응되는 제2 변속 패턴 중 어느 하나에 상기 가상 차속 및 상기 결정된 가상 APS 값을 적용하여 변속단을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

하이브리드 자동차 및 그를 위한 속도 제한 제어 방법{HYBRID VEHICLE AND METHOD OF CONTROLLING SPEED LIMIT FOR THE SAME}
본 발명은 속도 제한 기능이 설정된 상황에서 불필요한 변속을 방지할 수 있는 하이브리드 자동차 및 그를 위한 주행 모드 제어 방법에 관한 것이다.
속도 제한 장치란 과속을 미연에 방지하기 위한 목적으로 운전자가 기 설정한 제한속도 이상으로 주행속도가 넘지 않도록 가속을 제한해주는 주행안전 시스템을 의미한다. 속도 제한 장치의 대표적 예로 수동 속도제한 보조(MSLA: Manual speed limit assist) 기능을 들 수 있다.
일반적으로 MSLA 기능은 감속을 위한 제동 제어는 하지 않기 때문에 내리막 길 등에서는 설정속도 이상으로 가속될 수도 있으며, 스마트 크루즈 컨트롤(SCC: Smart Cruise Control)과 달리 전방 차량의 상대위치/속도를 고려하지 않기 때문에 운전자가 전방 상황을 주시하여야 한다.
최근에는 전방 카메라를 통해 인식된 속도제한 정보를 이용하는 카메라 기반 SLA(CSLA: Camera-based SLA)이나 네비게이션의 속도제한 정보를 더욱 이용하는 지능형 SLA(ISLA: Intelligent SLA)등의 기능이 개발 및 적용되고 있다.
이러한 속도 제한 장치는 EURO NCAP(The European New Car Assessment Programme)의 평가 항목 중 SAFETY ASSIST - SPEED ASSIST SYSTEM - SPEED CONTROL FUNCTION에 정의되어 있다. 이를 도 1을 참조하여 설명한다.
도 1은 속도 제한 장치의 평가 기준을 설명하기 위한 도면이다.
도 1에서 Vset는 속도 제한 장치의 설정속도를 나타낸다. 또한, Vstab는 속도 제한 장치의 수렴 속도로, 'Vset-10kph' 도달로부터 10초 후부터 20초간의 평균 속도로 정의되며, 'Vset-5 < Vstab < Vset'의 범위를 만족하여야 한다.
한편, 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 가동하는 하이브리드 전기차(HEV) 모드이다. 하이브리드 자동차는 주행 중 조건에 따라 두 모드 간의 전환을 수행한다.
도 2는 병렬형 하이브리드 자동차의 파워 트레인 구조의 일례를 나타낸다.
도 2를 참조하면, 내연기관 엔진(ICE, 110)과 변속기(150) 사이에 구동 모터(140)와 엔진클러치(EC: Engine Clutch, 130)를 장착한 병렬형(Parallel Type) 하이브리드 시스템을 채용한 하이브리드 자동차의 파워 트레인이 도시된다.
이러한 자동차에서는 일반적으로 시동 후 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, 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 차량을 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 자동차에서는 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.
상술한 동력계통에 따른 주행 모드의 구분 외에, 특히 플러그인 하이브리드 자동차(PHEV: Plug-in Hybrid Electric Vehicle)인 경우 배터리의 충전 상태(SOC: State Of Charge)의 변동을 기준으로, 방전(CD: Charge Depleting) 모드와 충전 유지(CS: Charge Sustaining) 모드로 주행 모드를 구분할 수도 있다. 일반적으로 CD 모드에서는 엔진의 동력 없이 배터리의 전력으로 전기 모터를 구동하여 주행하게 되며, CS 모드에서는 배터리 SOC가 더 낮아지지 않도록 엔진의 동력을 이용하게 된다. 설정에 따라 CD 모드와 CS 모드간의 전환은 배터리의 SOC를 기준으로 할 수도 있고, 주행 부하를 기준으로 할 수도 있다.
이러한 하이브리드 자동차에서는 파워트레인(110, 140)의 총괄적인 제어를 위한 상위 제어기로 하이브리드 제어기가 구비되며, 전술한 속도 제한 기능은 하이브리드 제어기의 토크 제어를 통해 구현되는 것이 보통이다. 이를 도 3을 참조하여 설명한다.
도 3은 하이브리드 자동차의 속도 제한 기능 구현을 위한 제어기 구성의 일례를 나타낸다.
도 3을 참조하면, 하이브리드 제어기(HCU: Hybrid Control Unit)은 속도 제한 기능을 위해, 속도 제어부(Speed Controller)에서 설정 제한 속도(Vset)에 대응되는 토크(Tqcontroller)로 변환하고, 가속페달 센서(APS: Accelerator Pedal Sensor 또는 Accelerator Position Sensor) 값을 기 설정된 APS-토크 변환맵(MAP)을 통해 운전자 요구토크(TqAPS)로 변환된다. 하이브리드 제어기는 두 변환된 토크(Tqcontroller, TqAPS) 중 작은 값을 속도 제한 토크(Tqslc)로 결정하여 토크-APS 변환맵(MAP -1 )을 통해 다시 가상 APS(APSvir) 값으로 변환하여 변속기(150)를 제어하는 변속 제어기(TCU: Transmission Control Unit)에 전달한다.
변속 제어기(TCU)는 PHEV인 경우 CD 모드에 대응되는 변속 맵과 CS 모드에 대응되는 변속맵 중 현재 설정된 모드에 대응되는 변속맵에, 가상 APS(APSvir) 값과 현재 차속(V)을 대응시켜 변속단을 결정하게 된다. PHEV에 사용되는 두 변속맵(변속 패턴)을 도 4를 참조하여 설명한다.
도 4는 CS 변속패턴과 CD 변속패턴을 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, CS 모드에서는 엔진(110)의 기동이 상정되므로 CS 변속 패턴은 엔진 효율을 고려하여 낮은 RPM을 유지할 수 있도록 구성되며, CD 모드에서는 모터(140)를 주로 이용하는 바 모터 효율을 고려하여 높은 RPM도 허용하도록 구성된다. 그로 인해, 동일 차속에 동일 APS 값(410)이라도 CS 변속 패턴에서는 3단에 대응되고, CD 변속 패턴에서는 2단에 대응되는 등 현재 모드에 따라 목표 변속단이 상이할 수 있다.
이와 같이 효율 특성이 상이한 두 개의 변속맵을 가변적으로 적용하는 하이브리드 자동차에서는 속도 제한 기능을 적용함에 있어 불리한 점이 있다. 이를 도 5a 및 도 5b를 참조하여 설명한다.
도 5a는 속도 제한 기능 적용시 시간의 흐름에 따른 차속과 APS 값 및 주행모드 변화 형태의 일례를, 도 5b는 도 5a와 같은 상황에서 변속 형태의 일례를 각각 나타낸다.
도 5a를 함께 참조하면, 효율 특성이 상이한 두 개의 변속맵을 가변적으로 적용하는 하이브리드 자동차에서 속도 제한 기능을 적용하는 경우, 설정 제한 속도(Vset)에 이르기 전까지는 가속하게 되므로 비교적 높은 가상 APS 값에 따라 CS 변속 패턴이 적용된다. 이후 설정 제한 속도(Vset)에 근접한 시점(510)부터는 가상 APS 값이 일정 기준이하로 하락함에 따라 CD 모드로 천이되어 CD 변속 패턴이 적용된다. 다만, 전술한 바와 같이 MSLA와 같은 속도 제한 기능은 제동 개입이 없기 때문에 설정 제한 속도(Vset)에 도달함에 따라 가상 APS가 최저값이 되더라도 차속 증가가 발생하며, 다시 설정 제한 속도(Vset)보다 차속이 낮아지면 가상 APS는 증가하면서 차속이 설정 제한 속도(Vset)에 수렴하게 된다.
도 5b에 도시된 바와 같이 변속 관점에서는 모드 전환 시점(510)에 도달하기 전까지는 CS 변속 패턴이 적용되므로 출발 후 1-2단 경계(520)를 넘으면서 2단으로, 2-3단 경계(530)를 넘으면서 3단으로 순차적으로 상단변속된다. 그런데, 모드 전환 시점(510)에서 CD 모드로 전환되면 CD 변속 패턴이 적용되고, CD 변속 패턴의 1-2단 경계(540)와 2-3단 경계 사이에 차속과 가상 APS가 존재하므로 다시 2단으로 하단변속된다. 이후 설정 제한 속도(Vset)를 넘어 가상 APS는 낮아지더라도 차속이 증가함에 따라 2-3단 경계(550)를 넘어 다시 3단으로 상단 변속되고, 차속이 다시 낮아지면 2단으로 하단 변속되므로 불필요한 비지 시프팅(busy shifting)이 발생한다. 뿐만 아니라, 이러한 비지 시프팅으로 인해 요구 토크를 만족하지 못해 가상 APS 값이 튀는 오버슛(Over shoot)까지 발생하며, 제동 개입이 없어 오버슛 발생 후 다시 목표 속도를 추종할 때까지 상당한 시간이 소요되므로 EURO NCAP 등의 요구 조건을 만족시키기 어려운 문제점이 있다.
본 발명은 보다 효율적인 차속 제한 기능을 제공할 수 있는 하이브리드 자동차 및 그 주행 모드 제어 방법을 제공하기 위한 것이다.
특히, 본 발명은 효율 특성이 상이한 두 개의 변속 패턴을 가변적으로 적용하는 하이브리드 자동차에서 차속 제한 기능을 적용함에 있어 목표 제한 속도를 추종하는 과정에서 잦은 변속과 오버슛을 방지할 수 있는 방법을 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 차속 제한 제어 방법은, 차속과 목표 제한 차속 중 작은 값을 가상 차속으로 결정하는 단계; 상기 목표 제한 차속의 정속 주행 부하에 대응되는 제1 APS(Accelerator Position Sensor) 값과 상기 목표 제한 차속의 추종을 위한 제2 APS 값 중 큰 값을 가상 APS 값으로 결정하는 단계; 상기 목표 제한 차속에서 충전 상태(SOC: State Of Charge)를 유지하는 제1 모드와 상기 충전 상태를 소진하는 제2 모드 중 상기 제2 모드로의 천이가 예상되면, 실제 APS 값과 상기 제2 APS 값이 상이해질 때 상기 제2 모드로 천이하는 단계; 및 상기 제2 모드로의 천이 여부에 따라, 상기 제1 모드에 대응되는 제1 변속 패턴과 상기 제2 모드에 대응되는 제2 변속 패턴 중 어느 하나에 상기 가상 차속 및 상기 결정된 가상 APS 값을 적용하여 변속단을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 차속 제한 제어 방법은, 차속이 목표 제한 차속보다 크면 가상 차속을 상기 목표 제한 차속으로 보정하는 단계; 상기 목표 제한 차속의 정속 주행 부하에 대응되는 제1 APS(Accelerator Position Sensor) 값이 상기 목표 제한 차속의 추종을 위한 제2 APS 값보다 작으면, 가상 APS 값을 상기 제1 APS 값으로 보정하는 단계; 상기 목표 제한 차속에서 충전 상태(SOC: State Of Charge)를 유지하는 제1 모드와 상기 충전 상태를 소진하는 제2 모드 중 상기 제2 모드로의 천이가 예상되면, 실제 APS 값과 상기 제2 APS 값이 상이해질 때 상기 제2 모드로 천이하는 단계; 및 상기 제2 모드로의 천이 여부에 따라, 상기 제1 모드에 대응되는 제1 변속 패턴과 상기 제2 모드에 대응되는 제2 변속 패턴 중 어느 하나에 상기 가상 차속 및 상기 가상 APS 값을 적용하여 변속단을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차는, 차속과 목표 제한 차속 중 작은 값을 가상 차속으로 결정하는 차속 보정부와, 상기 목표 제한 차속의 정속 주행 부하에 대응되는 제1 APS(Accelerator Position Sensor) 값과 상기 목표 제한 차속의 추종을 위한 제2 APS 값 중 큰 값을 가상 APS 값으로 결정하는 가상 APS 보정부와, 상기 목표 제한 차속에서 충전 상태(SOC: State Of Charge)를 유지하는 제1 모드와 상기 충전 상태를 소진하는 제2 모드 중 상기 제2 모드로의 천이가 예상되면, 실제 APS 값과 상기 제2 APS 값이 상이해질 때 상기 제2 모드로 천이를 결정하는 모드 보정부를 구비하는 하이브리드 제어기; 및 상기 제2 모드로의 천이 여부에 따라, 상기 제1 모드에 대응되는 제1 변속 패턴과 상기 제2 모드에 대응되는 제2 변속 패턴 중 어느 하나에 상기 가상 차속 및 상기 결정된 가상 APS 값을 적용하여 변속단을 결정하는 변속기 제어기를 포함할 수 있다.
아울러, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차는, 차속이 목표 제한 차속보다 크면 가상 차속을 상기 목표 제한 차속으로 보정하는 차속 보정부와, 상기 목표 제한 차속의 정속 주행 부하에 대응되는 제1 APS(Accelerator Position Sensor) 값이 상기 목표 제한 차속의 추종을 위한 제2 APS 값보다 작으면, 가상 APS 값을 상기 제1 APS 값으로 보정하는 가상 APS 보정부와, 상기 목표 제한 차속에서 충전 상태(SOC: State Of Charge)를 유지하는 제1 모드와 상기 충전 상태를 소진하는 제2 모드 중 상기 제2 모드로의 천이가 예상되면, 실제 APS 값과 상기 제2 APS 값이 상이해질 때 상기 제2 모드로 천이를 결정하는 모드 보정부를 구비하는 하이브리드 제어기; 및 상기 제2 모드로의 천이 여부에 따라, 상기 제1 모드에 대응되는 제1 변속 패턴과 상기 제2 모드에 대응되는 제2 변속 패턴 중 어느 하나에 상기 가상 차속 및 상기 가상 APS 값을 적용하여 변속단을 결정하는 변속기 제어기를 포함할 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 관련된 하이브리드 자동차는 보다 효율적으로 차속 제한 기능을 제공할 수 있다.
특히, 본 발명은 효율 특성이 상이한 두 개의 변속 패턴을 가변적으로 적용하는 하이브리드 자동차에서 차속 제한 기능을 적용함에 있어 목표 제한 속도를 추종하는 과정에서 잦은 변속과 오버슛이 방지되어 효율적이며, 신속히 목표 제한 속도에 안정적으로 도달할 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 속도 제한 장치의 평가 기준을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 병렬형 하이브리드 자동차의 파워 트레인 구조의 일례를 나타낸다.
도 3은 하이브리드 자동차의 속도 제한 기능 구현을 위한 제어기 구성의 일례를 나타낸다.
도 4는 CS 변속패턴과 CD 변속패턴을 설명하기 위한 도면이다.
도 5a는 속도 제한 기능 적용시 시간의 흐름에 따른 차속과 APS 값 및 주행모드 변화 형태의 일례를, 도 5b는 도 5a와 같은 상황에서 변속 형태의 일례를 각각 나타낸다.
도 6은 본 발명의 실시예들이 적용될 수 있는 하이브리드 자동차의 제어 계통의 일례를 나타내는 블럭도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 속도 제한 제어를 수행하는 제어 계통 구성의 일례를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 차속 보정부 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 가상 APS 보정부 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 CD/CS 모드 보정부 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 11a는 본 발명의 일 실시예에 따른 속도 제한 기능 적용시 시간의 흐름에 따른 차속과 가상 APS 값 및 주행모드 변화 형태의 일례를, 도 11b는 도 11a와 같은 상황에서 변속 형태의 일례를 각각 나타낸다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 속도 제한 제어 과정의 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 실시예에 따른 하이브리드 자동차 및 그의 속도 제한 제어 방법을 설명하기 앞서, 실시예들에 적용 가능한 하이브리드 자동차의 제어 계통을 먼저 설명한다.
도 6은 본 발명의 실시예들이 적용될 수 있는 하이브리드 자동차의 제어 계통의 일례를 나타내는 블럭도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예들이 적용될 수 있는 하이브리드 자동차에서 내연기관(110)은 엔진 제어기(210)가 제어하고, 시동발전 모터(120) 및 구동 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.
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 EV-HEV 모드간 또는 CD-CS 모드간 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 엔진 클러치(130)의 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.
상술한 도 6의 구성은 하이브리드 자동차의 일 구성례일 뿐, 실시예에 적용 가능한 하이브리드 자동차는 이러한 구조에 한정되지 아니함은 당업자에 자명하다 할 것이다.
이하, 상술한 하이브리드 자동차의 구성을 바탕으로, 본 발명의 실시예들에 따른 속도 제한 제어를 설명한다.
본 발명의 일 실시예에서는, 차속 보정을 통해 설정 제한 속도 이상에서 차속 변화에 의한 변속을 방지하고, 가상 APS의 최소값을 설정 제한 속도에서 정속 주행시의 APS 값으로 보정하여 오버슛에 의한 변속을 방지하며, 모드 천이가 예상될 때 미리 모드 천이를 수행하여 변속 패턴 변경에 의한 변속을 방지할 것을 제안한다. 이를 위한 제어 계통 구성을 도 7을 참조하여 설명한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 속도 제한 제어를 수행하는 제어 계통 구성의 일례를 나타낸다.
도 7을 참조하면, 실시예에 따른 하이브리드 제어기(240)는 속도 제어부(Speed Controller, 241), APS-토크 변환맵(242), 비교기(243), 토크-APS 변환맵(244), 차속 보정부(245), 가상 APS 보정부(246) 및 CD/CS 모드 보정부(247)를 포함할 수 있다.
여기서, 속도 제어부(Speed Controller, 241), APS-토크 변환맵(242), 비교기(243) 및 토크-APS 변환맵(244)은 도 3의 구성과 유사하므로 중복되는 기재는 생략하기로 한다. 변속기 제어기(250)의 변속맵(shifting MAP, 251) 또한 도 3과 유사하게 CD 변속 패턴과 CS 변속 패턴을 모두 구비한다. 다만, 토크-APS 변환맵(244)은 도 3과 달리 설정 제한 속도(Vset)의 추종을 위한 가상 APS(APSvir) 값을 바로 변속 제어기(250)로 전달하는 대신, 가상 APS 보정부(246)로 전달하는 차이점이 있다.
이하, 하이브리드 제어기(240)의 나머지 구성 요소(245, 246, 247)를 설명한다.
먼저, 차속 보정부(245)를 도 8을 함께 참조하여 설명한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 차속 보정부 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 8을 참조하면, 차속 보정부(245)는 설정 제한 속도(Vset)와 차속(V) 중 낮은 값을 가상 속도(Vvir)로 출력하며, 가상 속도(Vvir)는 변속기 제어기(250)로 기존의 차속(V) 대신 전달된다. 이를 통해, 실제 차속(V)이 설정 제한 속도(Vset)를 넘어가더라도 가상 속도(Vvir)는 설정 제한 속도(Vset)에 머무르기 때문에 차속 증가에 의한 변속이 방지될 수 있다.
다음으로, 가상 APS 보정부(246)를 도 9를 함께 참조하여 설명한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 가상 APS 보정부 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 9를 참조하면, 가상 APS 보정부(246)는 설정 제한 속도(Vset)에 대한 정속 주행 부하를 연산한 후 토크-APS 맵을 통해 해당 토크에 대한 APS 값을 구한다. 이때, 정속 주행 부하 연산은 시험을 통해 기 설정된 맵이나, 차량 구름저항과 공기 저항계수를 통해 연산될 수 있으며, 경사나 노면 정보를 통해 보정될 수 있다. 가상 APS 보정부(246)는 설정 제한 속도(Vset)에 대한 정속 주행을 위한 APS 값과, 토크-APS 맵(244)을 통해 판단된 가상 APS(APSvir) 값 중 큰 값을 보정 가상 APS(APSvir, mody) 값으로 출력하여 변속기 제어기(250)로 기존의 가상 APS(APSvir) 값대신 전달한다. 다시 말해, 변속 제어기(250)로 전달되는 APS 값은 정속 주행 부하에 대응되는 APS(APSSS) 값이 가상 APS(APSvir) 값보다 크면 보정되는 것으로 볼 수 있다.
이를 통해 변속기 제어기(250)로 전달되는 APS(APSvir , mody) 값은 그 최소값이 설정 제한 속도(Vset)에 대한 정속 주행을 위한 APS 값이 되는 바, 오버슛으로 인해 목표 제한 속도를 지난 후 가상 APS(APSvir)이 0이 됨에 따라 다시 정상상태로 회복하는 과정에서의 변속이 방지될 수 있다.
다음으로, CD/CS 모드 보정부(247)를 도 10을 함께 참조하여 설명한다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 CD/CS 모드 보정부 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 10을 참조하면, CD/CS 모드 보정부(247)는 현재 SOC에 따른 CD/CS 모드간 천이의 기준이 되는 기준 파워와, 설정 제한 속도(Vset)에 대한 정속 주행을 위한 주행 부하를 비교하여 CD 모드 천이 여부를 판단할 수 있다. 이는, 가속 중에는 CS 모드일 것이나, 설정 제한 속도(Vset)에서 정속 주행 부하가 기준 파워보다 작으면(즉, '기준 파워 > 정속 주행 부하') 결국 CD 모드로 천이될 것이기 때문이다. 따라서, CD/CS 모드 보정부(247)는 실제 APS 값과 가상 APS(APSvir)값이 상이해지는(즉, 'TqAPS > Tqcontroller') 시점부터 CD 모드로 사전 천이를 결정할 수 있다. 이를 통해, 설정 제한 속도(Vset) 도달시까지 CD 모드의 변속단까지 상향 변속이 수행될 수 있으므로, 비지 시프팅이 방지될 수 있다.
지금까지 설명한 속도 제한 제어의 효과를 도 11a 및 도 11b를 참조하여 설명한다.
도 11a는 본 발명의 일 실시예에 따른 속도 제한 기능 적용시 시간의 흐름에 따른 차속과 가상 APS 값 및 주행모드 변화 형태의 일례를, 도 11b는 도 11a와 같은 상황에서 변속 형태의 일례를 각각 나타낸다.
도 11a를 참조하면, 효율 특성이 상이한 두 개의 변속맵을 가변적으로 적용하는 하이브리드 자동차에서 속도 제한 기능을 적용하는 경우, 설정 제한 속도(Vset)에 이르기 전까지는 가속하게 되므로 비교적 높은 가상 APS 값에 따라 CS 변속 패턴이 적용된다. 다만, 실시예에서는 목표 제한 속도에서의 주행부하가 천이 기준보다 낮을 경우 가상 APS와 운전자 APS가 상이해지는 시점부터 미리 CD 모드로 모드 천이가 발생하며, 가상 APS의 최소값이 목표 제한 속도에서의 정속 주행 부하에 대응되는 APS로 보정되므로 설정 제한 속도(Vset)를 넘어서도 가상 APS가 0이 되지 않으며, 따라서 가상 APS의 변화로 인한 비지 시프팅이 방지될 수 있다.
또한 11b에 도시된 바와 같이 변속 제어기(250)에 입력되는 차속이 설정 제한 속도(Vset)를 넘지 않는 바 설정 제한 속도(Vset) 초과로 인한 변속이 발생하지 않으며, 미리 모드 전환이 수행되므로 설정 제한 속도(Vset) 주변에서 모드 변경으로 인한 변속도 발생하지 않게 된다.
지금까지 설명한 실시예에 따른 속도 제한 제어 과정을 순서도로 설명하면 도 12와 같다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 속도 제한 제어 과정의 일례를 나타낸다. 도 12에서는 속도 제어부(Speed Controller, 241), APS-토크 변환맵(242), 비교기(243) 및 토크-APS 변환맵(244) 각각의 동작 단계를 거쳐 가상 APS(APSvir) 값은 이미 획득되고 있는 상황을 가정한다.
도 12를 참조하면, 하이브리드 제어기(240)의 차속 보정부(245)는 차속(V)이 설정 제한 속도(Vset)보다 크면(S1210의 Yes) 변속기 제어기(250)로 입력될 차속(Vvir)을 차속(V)과 설정 제한 속도(Vset) 중 낮은 값으로 보정한다(S1220).
또한, 하이브리드 제어기(240)의 가상 APS 보정부(246)는 설정 제한 속도(Vset)에 대한 정속 주행 부하에 대응되는 APS(APSSS) 값이 가상 APS(APSvir) 값보다 크면(S1230의 Yes), 변속 제어기(250)로 입력될 가상 APS 값이 정속 주행 부하에 대응되는 APS(APSSS) 값으로 보정(즉, APSvir, mody)될 수 있다(S1240).
아울러, 하이브리드 제어기(240)의 CD/CS 모드 보정부(247)는 설정 제한 속도(Vset)에서 주행모드(MODESS)가 CD 모드인 것으로 예상되면(S1250의 Yes), 실제 APS 값과 가상 APS(APSvir)가 상이해지는 시점에서 CD 모드로 사전 천이할 것을 결정할 수 있다(S1260).
지금까지 설명한 실시예에 따른 속도 제한 제어의 효과는 다음과 같다.
차속 제한 장치는 감속을 위한 제동 토크를 발생시키지 않기 때문에 동작 중 오버슛이 발생할 경우 상당히 오랜 시간 목표 제한 속도를 초과하게 된다. 차속 제한 장치의 특성상 차속을 초과한 상태가 오래 지속 될 경우 상품성에 심각한 하락을 초래할 수 있으며, NCAP 평가에 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 또한 ISLA 등 카메라와 네비게이션을 연동한 속도 제한 장치의 확대 전개로, 실시예에 따른 속도 제한 제어를 통해 비지 시프팅 현상을 예방하여 목표 속도 추종성을 향상시킴으로써 상품성을 향상시킬 수 있다.
한편, 지금까지 설명된 실시예들은 하이브리드 자동차, 특히 PHEV를 중심으로 설명되었으나, CD/CS 모드 보정부(247)의 동작을 제외한 차속 보정부(245)와 가상 APS 보정부(246)의 동작을 일반적인 내연기관 차량에 적용하는 경우 유사한 효과를 얻을 수도 있다.
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 (15)

  1. 차속과 목표 제한 차속 중 작은 값을 가상 차속으로 결정하는 단계;
    상기 목표 제한 차속의 정속 주행 부하에 대응되는 제1 APS(Accelerator Position Sensor) 값과 상기 목표 제한 차속의 추종을 위한 제2 APS 값 중 큰 값을 가상 APS 값으로 결정하는 단계;
    상기 목표 제한 차속에서 충전 상태(SOC: State Of Charge)를 유지하는 제1 모드와 상기 충전 상태를 소진하는 제2 모드 중 상기 제2 모드로의 천이가 예상되면, 실제 APS 값과 상기 제2 APS 값이 상이해질 때 상기 제2 모드로 천이하는 단계; 및
    상기 제2 모드로의 천이 여부에 따라, 상기 제1 모드에 대응되는 제1 변속 패턴과 상기 제2 모드에 대응되는 제2 변속 패턴 중 어느 하나에 상기 가상 차속 및 상기 결정된 가상 APS 값을 적용하여 변속단을 결정하는 단계를 포함하는, 하이브리드 자동차의 차속 제한 제어 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 가상 APS 값으로 결정하는 단계는,
    상기 목표 제한 차속의 정속 주행 부하를 연산하는 단계; 및
    상기 정속 주행 부하를 토크-APS 맵에 적용하여 상기 제1 APS 값을 획득하는 단계를 포함하는, 하이브리드 자동차의 차속 제한 제어 방법.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 천이하는 단계는,
    상기 충전 상태를 기반으로 상기 제1 모드와 상기 제2 모드 간의 천이 기준 파워를 판단하는 단계;
    상기 목표 제한 차속의 정속 주행 부하를 판단하는 단계; 및
    상기 천이 기준 파워가 상기 정속 주행 부하보다 크면 상기 제2 모드로의 천이될 것으로 판단하는 단계를 포함하는, 하이브리드 자동차의 차속 제한 제어 방법.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 모드는 충전 유지(CS) 모드를 포함하고.
    상기 제2 모드는 충전 소진(CD) 모드를 포함하는, 자동차의 차속 제한 제어 방법.
  5. 차속이 목표 제한 차속보다 크면 가상 차속을 상기 목표 제한 차속으로 보정하는 단계;
    상기 목표 제한 차속의 정속 주행 부하에 대응되는 제1 APS(Accelerator Position Sensor) 값이 상기 목표 제한 차속의 추종을 위한 제2 APS 값보다 작으면, 가상 APS 값을 상기 제1 APS 값으로 보정하는 단계;
    상기 목표 제한 차속에서 충전 상태(SOC: State Of Charge)를 유지하는 제1 모드와 상기 충전 상태를 소진하는 제2 모드 중 상기 제2 모드로의 천이가 예상되면, 실제 APS 값과 상기 제2 APS 값이 상이해질 때 상기 제2 모드로 천이하는 단계; 및
    상기 제2 모드로의 천이 여부에 따라, 상기 제1 모드에 대응되는 제1 변속 패턴과 상기 제2 모드에 대응되는 제2 변속 패턴 중 어느 하나에 상기 가상 차속 및 상기 가상 APS 값을 적용하여 변속단을 결정하는 단계를 포함하는, 하이브리드 자동차의 차속 제한 제어 방법.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 가상 APS 값을 보정하는 단계는,
    상기 목표 제한 차속의 정속 주행 부하를 연산하는 단계; 및
    상기 정속 주행 부하를 토크-APS 맵에 적용하여 상기 제1 APS 값을 획득하는 단계를 포함하는, 하이브리드 자동차의 차속 제한 제어 방법.
  7. 제5 항에 있어서,
    상기 천이하는 단계는,
    상기 충전 상태를 기반으로 상기 제1 모드와 상기 제2 모드 간의 천이 기준 파워를 판단하는 단계;
    상기 목표 제한 차속의 정속 주행 부하를 판단하는 단계; 및
    상기 천이 기준 파워가 상기 정속 주행 부하보다 크면 상기 제2 모드로의 천이될 것으로 판단하는 단계를 포함하는, 하이브리드 자동차의 차속 제한 제어 방법.
  8. 제1 항 내지 제7 항 중 어느 한 항에 따른 하이브리드 자동차의 속도 제한 제어 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터 해독 가능 기록 매체.
  9. 차속과 목표 제한 차속 중 작은 값을 가상 차속으로 결정하는 차속 보정부와, 상기 목표 제한 차속의 정속 주행 부하에 대응되는 제1 APS(Accelerator Position Sensor) 값과 상기 목표 제한 차속의 추종을 위한 제2 APS 값 중 큰 값을 가상 APS 값으로 결정하는 가상 APS 보정부와, 상기 목표 제한 차속에서 충전 상태(SOC: State Of Charge)를 유지하는 제1 모드와 상기 충전 상태를 소진하는 제2 모드 중 상기 제2 모드로의 천이가 예상되면, 실제 APS 값과 상기 제2 APS 값이 상이해질 때 상기 제2 모드로 천이를 결정하는 모드 보정부를 구비하는 하이브리드 제어기; 및
    상기 제2 모드로의 천이 여부에 따라, 상기 제1 모드에 대응되는 제1 변속 패턴과 상기 제2 모드에 대응되는 제2 변속 패턴 중 어느 하나에 상기 가상 차속 및 상기 결정된 가상 APS 값을 적용하여 변속단을 결정하는 변속기 제어기를 포함하는, 하이브리드 자동차.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 가상 APS 보정부는,
    상기 목표 제한 차속의 정속 주행 부하를 연산하고, 상기 정속 주행 부하를 토크-APS 맵에 적용하여 상기 제1 APS 값을 획득하는, 하이브리드 자동차.
  11. 제9 항에 있어서,
    상기 모드 보정부는,
    상기 충전 상태를 기반으로 상기 제1 모드와 상기 제2 모드 간의 천이 기준 파워를 판단하고, 상기 목표 제한 차속의 정속 주행 부하를 판단하여, 상기 천이 기준 파워가 상기 정속 주행 부하보다 크면 상기 제2 모드로의 천이될 것으로 판단하는, 하이브리드 자동차.
  12. 제9 항에 있어서,
    상기 제1 모드는 충전 유지(CS) 모드를 포함하고.
    상기 제2 모드는 충전 소진(CD) 모드를 포함하는, 하이브리드 자동차.
  13. 차속이 목표 제한 차속보다 크면 가상 차속을 상기 목표 제한 차속으로 보정하는 차속 보정부와, 상기 목표 제한 차속의 정속 주행 부하에 대응되는 제1 APS(Accelerator Position Sensor) 값이 상기 목표 제한 차속의 추종을 위한 제2 APS 값보다 작으면, 가상 APS 값을 상기 제1 APS 값으로 보정하는 가상 APS 보정부와, 상기 목표 제한 차속에서 충전 상태(SOC: State Of Charge)를 유지하는 제1 모드와 상기 충전 상태를 소진하는 제2 모드 중 상기 제2 모드로의 천이가 예상되면, 실제 APS 값과 상기 제2 APS 값이 상이해질 때 상기 제2 모드로 천이를 결정하는 모드 보정부를 구비하는 하이브리드 제어기; 및
    상기 제2 모드로의 천이 여부에 따라, 상기 제1 모드에 대응되는 제1 변속 패턴과 상기 제2 모드에 대응되는 제2 변속 패턴 중 어느 하나에 상기 가상 차속 및 상기 가상 APS 값을 적용하여 변속단을 결정하는 변속기 제어기를 포함하는, 하이브리드 자동차.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 가상 APS 보정부는,
    상기 목표 제한 차속의 정속 주행 부하를 연산하고, 상기 정속 주행 부하를 토크-APS 맵에 적용하여 상기 제1 APS 값을 획득하는, 하이브리드 자동차.
  15. 제13 항에 있어서,
    상기 모드 보정부는,
    상기 충전 상태를 기반으로 상기 제1 모드와 상기 제2 모드 간의 천이 기준 파워를 판단하고, 상기 목표 제한 차속의 정속 주행 부하를 판단하여, 상기 천이 기준 파워가 상기 정속 주행 부하보다 크면 상기 제2 모드로의 천이될 것으로 판단하는, 하이브리드 자동차.
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