KR20210077085A - 하이브리드 자동차 및 그를 위한 주행 스케쥴링 방법 - Google Patents

하이브리드 자동차 및 그를 위한 주행 스케쥴링 방법 Download PDF

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KR20210077085A
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Abstract

본 발명은 하이브리드 자동차 및 그를 위한 주행 스케쥴링 방법에 관한 것으로, 보다 상세히는 배기 가스 배출이 제한되는 구역을 고려하여 주행 스케쥴링이 가능한 하이브리드 자동차 및 그 제어방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 외부 충전이 가능한 플러그인 하이브리드 자동차의 주행 스케쥴링 방법은, 주행 시작 전 예상 경로 및 상기 예상 경로 내에 배기 가스 배출 제한 구역을 판단하는 단계; 상기 예상 경로 내에 상기 배기 가스 배출 제한 구역이 적어도 하나 포함된 경우, 상기 예상 경로의 주행 부하와 배터리의 초기 충전 상태(SOC)를 기반으로 상기 적어도 하나의 배기 가스 배출 제한 구역을 EV(Electric Vehicle) 모드로 완주가 불가능한지 여부를 판단하는 단계; 상기 EV 모드로 완주가 불가한 경우, 외부 전력으로 충전이 가능한 지점을 경유하는 충전 경로 또는 상기 적어도 하나의 배기 가스 배출 제한 구역 중 적어도 일부를 우회하는 우회 경로를 포함하도록 상기 예상 경로를 수정하는 단계; 및 상기 수정이 불가한 경우, 상기 적어도 하나의 배기 가스 배출 제한 구역 중 적어도 일부에 대한 주행 요금을 납부하고, 상기 주행 요금이 납부된 배기 가스 배출 제한 구역에서 내연 기관을 동작시키는 단계를 포함할 수 있다.

Description

하이브리드 자동차 및 그를 위한 주행 스케쥴링 방법{HYBRID VEHICLE AND METHOD OF DRIVING SCHEDULING FOR THE SAME}
본 발명은 하이브리드 자동차 및 그를 위한 주행 스케쥴링 방법에 관한 것으로, 보다 상세히는 배기 가스 배출이 제한되는 구역을 고려하여 주행 스케쥴링이 가능한 하이브리드 자동차 및 그 제어방법에 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.
한편, 환경에 대한 관심 증대로 대기 환경의 개선이나 유지가 필요한 구역을 설정하고, 해당 구역 내에서는 배기 가스 배출을 규제하려는 움직임이 활발히 일어나고 있다. 일례로, 영국의 런던에서는 중심지 부근에 초저배출 지역(ULEZ: Ultra Low Emission Zone)을 설정하여 2019년 4월 경부터 보다 엄격한 배기가스 배출 기준을 만족하는 차량만 자유로운 통행을 허용한다. 만일, 해당 기준을 만족하지 못하는 차량이 ULEZ에 진입하고자 할 경우 미리 소정의 일일요금(Daily ULEZ Charge)을 납부해야 하며, 그렇지 못할 경우 부과금의 십수배에 달하는 벌금(Penalty Charge)이 부과된다.
이러한 지역의 운행을 가정할 때, 전기차(EV: Electric Vehicle)는 배기 가스 배출이 없어 상시 문제되지 아니하나, 하이브리드 자동차의 경우 HEV 모드로 주행할 경우 요금이나 벌금 부과가 적절할 것이나, EV 모드로 주행할 경우에는 그러하지 못하다. 그런데, 해당 구역을 관리하는 행정 기관이 개별 차량의 배터리 상태나 운전자의 충전 계획, 해당 지역 주행시 엔진 기동 여부를 일일이 확인하여 요금이나 벌금을 부과할지 여부를 결정하는데는 어려움이 따른다. 또한, 운전자의 입장에서 현재 차량 상태와 주행 경로를 고려할 때 엔진 기동 없이 해당 지역을 완주할 수 있을지 여부를 예측하기 어려워 미리 요금을 결재해야 하는지도 판단하기 어려운 문제가 있다.
본 발명은 배기 가스 배출이 제한되는 지역을 주행함에 있어 미리 해당 지역의 요구 조건을 만족시키거나 우회할 수 있는 하이브리드 자동차 및 그 주행 스케쥴링 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 외부 충전이 가능한 플러그인 하이브리드 자동차의 주행 스케쥴링 방법은, 주행 시작 전 예상 경로 및 상기 예상 경로 내에 배기 가스 배출 제한 구역을 판단하는 단계; 상기 예상 경로 내에 상기 배기 가스 배출 제한 구역이 적어도 하나 포함된 경우, 상기 예상 경로의 주행 부하와 배터리의 초기 충전 상태(SOC)를 기반으로 상기 적어도 하나의 배기 가스 배출 제한 구역을 EV(Electric Vehicle) 모드로 완주가 불가능한지 여부를 판단하는 단계; 상기 EV 모드로 완주가 불가한 경우, 외부 전력으로 충전이 가능한 지점을 경유하는 충전 경로 또는 상기 적어도 하나의 배기 가스 배출 제한 구역 중 적어도 일부를 우회하는 우회 경로를 포함하도록 상기 예상 경로를 수정하는 단계; 및 상기 수정이 불가한 경우, 상기 적어도 하나의 배기 가스 배출 제한 구역 중 적어도 일부에 대한 주행 요금을 납부하고, 상기 주행 요금이 납부된 배기 가스 배출 제한 구역에서 내연 기관을 동작시키는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 외부 충전이 가능한 플러그인 하이브리드 자동차는, 주행 시작 전 예상 경로 및 상기 예상 경로 내에 배기 가스 배출 제한 구역을 판단하는 AVN(Audio/Video/Navigation) 시스템; 상기 예상 경로 내에 상기 배기 가스 배출 제한 구역이 적어도 하나 포함된 경우, 상기 예상 경로의 주행 부하와 배터리의 초기 충전 상태(SOC)를 기반으로 상기 적어도 하나의 배기 가스 배출 제한 구역을 EV(Electric Vehicle) 모드로 완주가 불가능한지 여부를 판단하는 완주 판단부; 및 상기 EV 모드로 완주가 불가한 경우, 외부 전력으로 충전이 가능한 지점을 경유하는 충전 경로 또는 상기 적어도 하나의 배기 가스 배출 제한 구역 중 적어도 일부를 우회하는 우회 경로를 포함하도록 상기 예상 경로를 수정하며, 상기 수정이 불가한 경우, 상기 적어도 하나의 배기 가스 배출 제한 구역 중 적어도 일부에 대한 주행 요금을 납부하고, 상기 주행 요금이 납부된 배기 가스 배출 제한 구역에서 내연 기관을 동작하도록 제어하는 대안 판단부를 포함할 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 관련된 하이브리드 자동차는 배터리 에너지 관리, 충전 계획, 주행모드 판단 및 요금 결제를 포함하는 주행제어 전략을 탑재하여, 환경 기준과 편의성을 모두 만족시킬 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 하이브리드 자동차 구성의 일례를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 주행 스케쥴링 과정의 일례를 나타내는 순서도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차에 적용되는 도로별 클래스 구분 형태의 일례를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 경로를 고려한 주행 스케쥴링 형태의 일례를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차에서 배기 가스 배출 제한 구역을 고려한 주행 스케쥴링에 따른 처리 결과가 출력되는 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 실시예들에서는, 하이브리드 자동차가 배터리 에너지 관리, 충전 계획, 주행모드 판단 및 요금 결제를 포함하는 주행 스케쥴링 제어 기능을 탑재하도록 하여, 환경 기준과 편의성을 모두 만족시키도록 할 것을 제안한다.
본 발명의 실시예들에 따른 주행 스케쥴링을 설명하기 앞서, 실시예들에 적용될 수 있는 배기 가스 배출 제한 지역의 개념을 설명한다.
배기 가스 배출 제한 지역은 ULEZ(Ultra Low Emission Zone), 제로 에미션 존(ZEZ: Zero Emission Zone), 그린 존(Green-Zone) 등으로 칭할 수 있으며, 이하의 기재에서는 편의상 ZEZ라 칭하기로 한다.
ZEZ는 대기환경의 유지/개선 필요 등을 목적으로 배기가스 배출이 규제되는 엔진 기동 억제 지역을 의미할 수 있다. ZEZ는 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, 공원, 드라이브 스루, 병원 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 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 이에 해당할 수 있다.
또한, 배기가스 배출로 인해 영향을 받는 지역은 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 설정례는 예시적인 것으로, 본 발명은 실시예들은 이러한 지역의 설정 기준, 설정 범위, 설정 기간 등에 의해 한정되지 아니한다.
다음으로, 도 1을 참조하여 실시예에 따른 주행 스케쥴링 제어를 수행하기 위한 차량 구성을 설명한다. 도 1을 포함한 이하의 실시예에서는 편의상 플러그인 하이브리드 자동차(PHEV)를 가정하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예들이 적용될 수 있는 하이브리드 자동차 구성의 일례를 나타낸다.
도 1을 참조하면, 실시예에 따른 하이브리드 자동차는 AVN(Audio/Video/Navigation) 시스템(100), 하이브리드 제거이(200), 엔진 제어기(EMS: Engine Management System, 310), 모터 제어기(MCU: Motor Control Unit, 320), 클러스터(330) 및 결제모듈(340)을 포함할 수 있다.
AVN 시스템(100)은 경로 및 일정 관리부(110)와 충전소 정보 관리부(120)를 포함할 수 있다. 경로 및 일정 관리부(110)는 운전자가 AVN 시스템(100)에 직접 입력하거나, AVN 시스템과 연동된 전자 다이어리 어플리케이션 등을 통해 입력된 운전자의 스케쥴 정보를 획득할 수 있다, 또한, 경로 및 일정 관리부(110)는 획득된 스케쥴 정보를 기반으로 운전자가 반드시 들려야 할 중간 경유지를 포함하는 주행 경로를 판단할 수 있다. 이때, 주행 경로의 목적지는 운전자에 의해 명시적으로 입력된 것일 수도 있고, 주행 패턴의 학습을 기반으로 추정된 것일 수도 있다. 만일 중간 경유지가 판단되지 않은 경우, 경로 및 일정 관리부(110)는 기 설정된 경로 설정 알고리즘(연비 우선, 자동차 전용 도로 우선, 최단 거리, 최단 시간 등)에 따라 현재 위치에서 목적지까지의 최적 경로를 판단할 수 있다. 또한, 경로 및 일정 관리부(110)는 일정 정보를 기반으로 중간(필수) 경유지에 대한 예상 체류 시간을 판단할 수도 있다. 이러한 주행 경로의 판단은 주행 시작 전에 수행되는 것이 바람직하다.
또한, 충전소 정보 관리부(120)는 경로 주변의 충전소의 위치, 대기 상황, 충전 요금 등에 대한 정보를 실시간으로 또는 주기적으로 업데이트하여 관리할 수 있다.
하이브리드 제어기(200)는 엔진 제어기(310)와 모터 제어기(320) 등 파워 트레인과 관련된 하위 제어기들에 대한 전반적인 제어를 담당하며, 본 실시예와 관련하여 완주 판단부(210), 대안 판단부(220) 및 스케쥴링부(230)를 포함할 수 있다.
완주 판단부(210)는 현재(초기) 충전상태(SOC: State Of Charge)를 기반으로 ZEZ가 아닌 구간에서 SOC 관리(예컨대, SOC 유지 또는 주행 중 충전 등)를 통해 주행 경로 상에 존재하는 ZEZ를 모두 EV 모드로 주행할 수 있는지 여부를 판단할 수 있다.
대안 판단부(220)는 주행 경로 상에 적어도 하나의 ZEZ가 포함되나, 완주 판단부(210)에서 모든 ZEZ를 EV 모드로 주행할 수 없다고 판단한 경우, 외부 전력을 통한 충전이나 특정 ZEZ를 우회하여 갈 수 있는지 등의 대안 존재 여부를 ZEZ별로 판단할 수 있다. 대안이 존재할 경우, 대안 판단부(220)는 대안 관련 업데이트 정보를 완주 판단부(210)에 제공하며, 이러한 경우 완주 판단부(210)는 업데이트 정보를 기반으로 ZEZ에 대한 EV 모드 완주 가능 여부를 재판단할 수 있다.
예컨대, 외부 전력으로 충전을 대안으로 선택한 경우 대안 판단부(220)는 충전소 경유를 위해 업데이트된 경로 정보와 충전량에 따른 SOC 변화량 정보를 완주 판단부(210)에 제공할 수 있다. 이때, 충전소는 필수 경유지 주변에 위치한 충전소인 것이 바람직하나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 다른 예로, 주행 경로 상에 충전소가 없거나 주행 경로를 일정 범위 이상 벗어나거나, 충전 필요 시간 또는 대기 예상 시간이 스케쥴을 만족할 수 없게 하는 경우에, 필수 경유지를 포함하지 않는 적어도 하나의 ZEZ에 대한 우회 경로를 설정할 수 있다. 이러한 경우, 대안 판단부(220)는 완주 판단부(210)에 우회하는 ZEZ 및 우회 경로에 대한 정보를 제공할 수 있다. 그에 따라, 완주 판단부(210)는 주행 경로에서 우회하는 ZEZ를 제외하고 다시 완주 가능 여부를 판단할 수 있다.
만일, 대안 판단부(220)가 특정 ZEZ가 필수 경우지에 해당하거나 충전소 경유가 부적합하다고 판단한 경우, 결제모듈(340)을 통해 해당 ZEZ에 대한 통과 요금이 결제처리되도록 할 수 있다. 이러한 경우, 대안 판단부(220)는 요금 결제 처리된 ZEZ에 대한 정보를 완주 판단부(210)에 제공하며, 완주 판단부(210)는 해당 ZEZ를 ZEZ가 아닌 구간으로 간주하여 다시 완주 가능 여부를 판단할 수 있다.
스케쥴링부(230)는 완주 판단부(210)가 대안 판단부(220)의 결정에 의해 판단에서 제외시킨(즉, 요금 결제, 우회 등) ZEZ를 제외한 나머지 ZEZ를 EV 모드로 완주할 수 있다고 판단한 경우, 일반 구간에 대한 주행 모드 스케쥴링(충전량 소진, 충전량 유지, 충전 수행 등)을 수행할 수 있다. 이를 위해, 스케쥴링부(230)는 일반 구간에 대한 주행 부하와 엔진 효율을 고려하여 구간별 모드 할당을 수행할 수 있다. 이때, 요금을 결제한 ZEZ에는 충전량을 유지시키는 모드(CS)를 할당하는 것이 바람직하다. 이는 해당 ZEZ에서 EV 모드나 충전 소진(CD) 모드 적용은 불가하나, 적극적 엔진 사용도 ZEZ의 취지에 반하기 때문이다.
엔진 제어기(310)와 모터 제어기(320)는 각각 스케쥴링부(230)에서 결정한 바와 같이 엔진과 모터를 각각 제어할 수 있다. 예컨대, 모터 제어기(320)는 ZEZ에서는 EV 모드로만 주행하도록 전기 모터를 제어하며, 엔진 제어기(310)는 충전 구간이나 충전량 유지 구간 등에서 엔진을 기동시킬 수 있다.
클러스터(330)는 하이브리드 제어기(200)의 제어를 기반으로 기본적인 차량 동작과 관련된 정보 외에 스케쥴링과 관련된 정보(예컨대, 결제 내역, 충전소 경유 필요성 등)를 출력할 수 있다.
결제모듈(340)은 ZEZ 내에서 엔진 기동을 상정한 요금을 실시간으로 납부하는 기능을 수행한다. 이를 위해, 결제모듈(340)은 사용자가 설정한 결제 수단(신용카드, 체크카드, 충전식/후불제 교통 카드, 이체 계좌 정보 등)에 대한 정보를 관리할 수 있으며, 무선 통신을 기반으로 미리 설정된 결제 서버와 통신이 가능하도록 구성될 수 있다. 실시예에 따라, 결제모듈(340)은 AVN 시스템(100) 또는 그와 상이한 제어기에 내장될 수도 있고, 별도의 모듈로 구현될 수도 있다.
지금까지 설명한 차량 구성 요소의 동작을 순서도로 정리하면 도 2와 같다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 주행 스케쥴링 과정의 일례를 나타내는 순서도이다.
도 2를 참조하면, AVN 시스템(100)은 운전자의 일정 정보, 학습 패턴, 입력된 목적지 중 적어도 하나를 기반으로 주행 경로를 판단할 수 있다(S21).
하이브리드 제어기(200)의 완주 판단부(210)는 판단된 주행 경로 내에 적어도 하나의 ZEZ가 존재하는 경우, 현재(초기) SOC를 기반으로 주행 중 SOC 관리 하에 모든 ZEZ를 EV 모드로 주행할 수 있는지 여부를 판단할 수 있다(S22). 다만, 여기서 완주 판단부(210)는 완주 여부를 판단한다고 하나, 실질적으로는 완주 불가능 여부를 판단하는 것으로 볼 수도 있다. 이는, 모든 ZEZ를 EV 모드로 완주 가능할 때 모드 할당이 가능하고, 하나의 ZEZ라도 EV 모드로 주행이 불가하면 외부 충전이나 ZEZ 요금 지불 후 요금 지불된 ZEZ를 EV 모드 주행 대상에서 제외하는 등 EV 모드로 주행 대상이 되는 모든 ZEZ가 EV 모드로 완주가 가능할 때까지 대안을 찾아야 하기 때문이다.
이를 위해, 완주 판단부(210)는 ZEZ 내부 경로의 도로 상태를 파악하여 ZEZ별로 EV 주행에 필요한 에너지(즉, 'ΔSOCzezi'. 여기서, ZEZi는 i번째 ZEZ임)를 판단할 수 있다. 여기서, 도로 상태라 함은 제한속도, 정체도, 경사도, 신호등 상태, 교차로, 곡선 주행로 형태/개수 등을 포함할 수 있으며, 도로 상태에 대한 정보는 AVN 시스템(100)으로부터 획득될 수 있다.
또한, 완주 판단부(210)는 각 ZEZ 도달 전 일반 경로(이하, '세그먼트(Segment)'라 칭함) 내에서 SOC 변화량(즉, 'ΔSOCsi', 여기서, Si는 i번째 세그먼트임)의 범위를 파악할 수 있다. 범위는 최대 SOC 증가량과 최대 SOC 감소량으로 아래 정의될 수 있다. 세그먼트 내의 도로상태에 따른 구분(즉, 클래스) 구간을 모두 HEV 충전(CHG 또는 Pre-charge) 모드로 주행할 경우 SOC 증가량이 최대가 되며, 구분 구간 모두를 EV(또는 CD: Charge Depleting) 모드로 주행할 경우 SOC 감소량이 최대가 된다. 따라서, SOC 변화량(ΔSOCsi)의 범위는 아래 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00001
수학식 1에서 Rdix는 Segi 내부에서 x번째 도로상태에 따른 구분 구간을 의미한다.
또한, Segi 내부에서 x번째 구분 구간에서의 CD 모드 주행에 의한 SOC 변화량(ΣΔSOC@Rdix)은 아래 수학식 2와 같이 구해질 수 있다.
Figure pat00002
또한, Segi 내부에서 x번째 구분 구간에서 CS(Charge Sustaining) 모드 주행에 의한 SOC 변화량은 충전량이 유지되므로 0이 된다.
아울러, Segi 내부에서 x번째 구분 구간에서 충전 모드(CHG) 주행에 의한 SOC 변화량(ΣΔSOC@Rdix)은 아래 수학식 3과 같이 구해질 수 있다.
Figure pat00003
상술한 바와 같이 각 ZEZ 도달 전 일반 경로(이하, '세그먼트(Segment)'라 칭함) 내에서 SOC 변화량(ΔSOCsi) 여기서, Si는 i번째 세그먼트임)의 범위가 구해지면, SOC 변화량(ΔSOCsi)의 범위가 아래 수학식 4와 5의 조건을 만족하는지 여부, 즉, 해당 ZEZi를 EV 모드로 완주할 수 있는지 여부가 판단될 수 있다.
Figure pat00004
수학식 4에서 SOCi -1은 Segi가 시작되기 전의 초기 SOC이고, SOCULmt는 SOC의 최대 허용치를 의미한다. 따라서, 수학식 4의 조건은 i번째 세그먼트(Segi)가 시작되기 전의 SOC에 변동량을 더할 때(즉, ZEZ 이전 충전 수행) SOC 상한을 넘지 않아야 함을 의미한다.
Figure pat00005
수학식 5에서 ΔSOCzezi는 i번째 ZEZ를 EV 모드로 주행할 때의 SOC 변화를 의미하며, SOCLLmt는 SOC의 최저 허용치를 의미한다. 따라서, 수학식 5의 조건은 i번째 ZEZ를 시작할 때의 SOC(즉, SOCi -1 + SOCi)에서 ZEZ를 EV 모드로 주행하면서 소모되는 SOC를 합한 결과가 SOC의 최저 허용치보다 높아야 EV 모드 완주가 가능함을 의미한다. 여기서, ΔSOCzezi는
Figure pat00006
와 같이 구해질 수 있다.
완주 판단부(210)가 상술한 방법으로 ZEZ 완주 여부를 판단한 결과, 완주 가능한 것으로 판단하면(S22의 Yes), 스케쥴링부(230)는 ZEZ 이외의 구간, 즉, 각 세그먼트 내부의 도로상태에 따른 구분 구간별로 모드를 할당할 수 있다(S23).
도로상태에 따른 구분 구간은 도 3을 참조하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차에 적용되는 도로별 클래스 구분 형태의 일례를 나타낸다.
도 3을 참조하면, 제한속도, 정체도, 경사도, 신호등, 교차로, 곡선 주행로 형태/개수 등 도로 상태에 따라 주행 부하가 상이하게 된다. 따라서, 스케쥴링부(230)는 각 세그먼트 내에서 도로 상태가 유사한, 즉, 주행 부하가 유사한 도로를 구분 구간(Rdix)으로 분류하고, 구분 구간별로 도 3에 도시된 바와 같은 기준으로 클래스를 할당할 수 있다. 구체적으로, 도 3에는 엔진이 최대 효율을 보이는 운전점에서의 출력을 기준으로 그보다 평균 주행 부하가 높으면 클래스3을, 그보다 낮으면 주행 부하에 따라 클래스 2 또는 클래스 1을 할당할 수 있다. 즉, 클래스 3은 주행 부하가 엔진 최대 효율보다 높기 때문에 엔진의 동력으로 추가 충전을 수행할 경우 엔진 효율이 나빠져 충전량을 대체로 유지하는 것이 바람직하며, 클래스 1에서는 주행 부하가 엔진 최대 효율보다 낮기 때문에 남는 엔진 출력을 충전에 적극적으로 사용하거나, EV(또는 CD) 모드로 주행하는 것이 효율적이다. 따라서, SOC의 상태에 따른 클래스별 모드 할당 기준은 아래 표 1과 같이 정의될 수 있다.
Rdix SOC SOC SOC SOC SOC
Class 추가충전 충전필요 적정 소진필요 추가소진
1 CHG CHG CD CD CD
2 CHG CHG CHG CD CD
3 CHG CS CS CS CD
표 1에서 CHG는 엔진 동력을 이용하여 모터에서 발전을 수행하여 배터리를 충전함을 의미하며, CD는 충전량 소진, CS는 충전량 유지를 각각 의미할 수 있다. 이때, CHG 모드는 발전을 위해 주행에 필요한 부하보다 엔진의 출력을 높이는 제어를 수반할 수 있다.
물론, 표 1의 기준은 예시적인 것으로, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 다양한 변형이 가능할 수 있다.
지금까지 설정한 용어들의 개념은 도 4를 참조하면 이해가 용이할 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 경로를 고려한 주행 스케쥴링 형태의 일례를 나타낸다.
도 4를 참조하면, 주행 경로 상에 총 3개의 ZEZ가 존재하며, 각 ZEZ 앞에는 세그먼트가 존재한다.
세그먼트 1을 기준으로 보면, SOC0가 세그먼트 1(Seg1)의 초기 SOC에 해당하며, Seg1은 도로 상태에 따라 세 개의 구분 구간(Rd1a 내지 Rd1c)으로 구분된다. 세 개의 모든 구분 구간에서 SOC가 상승하므로, 각 구분 구간은 모두 CHG 모드가 할당됨을 알 수 있으며, Seg1을 주행하면서 변동된 SOC, 즉, ΔSOCs1는 충전에 의해 양의 값을 갖는다. 결국, 첫 번째 ZEZ인 ZEZ1 진입시의 SOC는 'SOC0 + ΔSOCs1'이 되며, SOC의 최대 허용치(SOCULmt)를 넘지 않는다. 이후 ZEZ1 의 EV 모드 주행에 따라 ΔSOCZEZ1 만큼 SOC가 감소하나, ZEZ1 의 종료 시점에서 SOC는 최저 허용치(SOCLLmt)보다 높으며, 이러한 SOC는 Seg2의 시작 SOC, 즉, SOC1에 해당한다.
이후는 Seg1부터 ZEZ1과 유사한 바, 중복되는 기재는 생략하기로 한다.
다시 도 3으로 복귀해서, 만일 완주 판단부(210)가 모든 ZEZ를 EV 모드로 완주할 수 없다고 판단한 경우(S22의 No), 대안 판단부(220)는 대안을 판단한다(S24). 대안의 종류와 판단 방법은 도 2를 참조하여 전술한 바와 같으므로 중복되는 기재는 생략하기로 한다.
대안 판단부(220)의 판단 결과, 대안이 없는 경우(S24의 No) EV 주행이 불가한 ZEZ에 대한 결제가 수행되도록 할 수 있고(S25), 대안이 있는 경우(S24의 Yes) 대안에 따라 외부 전력 충전 지점을 경로에 포함시키거나, 우회 경로를 설정할 수 있다(S26).
또한, 대안 판단부(220)는 판단 결과에 따른 조치(S25, S26)에 대한 정보를 완주 판단부(210)에 제공할 수 있으며, 그를 통해 완주 판단부(210)는 ZEZ 우회나 요금 결제시 해당 ZEZ에 대한 정보를 업데이트하며, 외부 충전시에는 충전량 정보를 업데이트할 수 있다. 예를 들어, EV 모드로 완주 불가한 특정 ZEZ 내에서 외부 충전이 수행될 경우, 해당 ZEZ에 대한 SOC 변화(ΔSOCzezi)는 아래 수학식 6과 같이 구해질 수 있다.
Figure pat00007
수학식 6에서 ΔSOCExtCharging은 외부 충전에 의한 SOC 변화를 의미한다.
또한, 완주 판단부는 요금 결제가 수행된 ZEZ의 SOC 변화(ΔSOCzezi)는 해당 ZEZ 구간에 전술한 바와 같은 CS 모드 할당을 기준으로 '0'으로 설정할 수 있다.
따라서, 완주 판단부(210)은 대안 판단부(220)의 업데이트 정보를 기반으로 완주 여부 판단을 재수행할 수 있다(S22).
한편, 전술한 실시예에 따른 스케쥴링 결과에 대한 정보는 운전자가 인지할 수 있는 형태로 출력될 수 있다. 구체적으로, 실시예에 따른 하이브리드 자동차는 클러스터(330), AVN 시스템(100)의 디스플레이, 헤드업 디스플레이(HUD) 등의 디스플레이 장치를 구비할 수 있다. 이러한 디스플레이 장치에 스케쥴링 결과에 대한 신호가 하이브리드 제어기(240)로부터 수신되면, 해당 정보가 디스플레이 장치를 통해 표시될 수 있다. 이를 도 5를 참조하여 설명한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차에서 배기 가스 배출 제한 구역을 고려한 주행 스케쥴링에 따른 처리 결과가 출력되는 형태의 일례를 나타낸다.
도 5를 참조하면, 실시예에 따른 하이브리드 자동차는 클러스터(330)에서 임의의 텍스트 표시를 허용하는 일 영역(331)에 스케쥴링 결과에 따라 ZEZ 통과를 위한 요금 결제가 수행됨을 나타내는 정보가 텍스트 형태로 출력될 수 있다.
물론, 이러한 표시 형태는 예시적인 것으로, 텍스트는 고정 위치에서 점멸되는 경고등 형태로 대체되거나, 아이콘 형태로 디스플레이되는 등 다양한 변형이 가능함은 당업자에 자명하다.
또한, 표시형태 뿐 아니라 표시되는 위치도 클러스터(330) 내의 다른 위치나 AVN 시스템(100) 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. 외부 충전이 가능한 플러그인 하이브리드 자동차의 주행 스케쥴링 방법에 있어서,
    주행 시작 전 예상 경로 및 상기 예상 경로 내에 배기 가스 배출 제한 구역을 판단하는 단계;
    상기 예상 경로 내에 상기 배기 가스 배출 제한 구역이 적어도 하나 포함된 경우, 상기 예상 경로의 주행 부하와 배터리의 초기 충전 상태(SOC)를 기반으로 상기 적어도 하나의 배기 가스 배출 제한 구역을 EV(Electric Vehicle) 모드로 완주가 불가능한지 여부를 판단하는 단계;
    상기 EV 모드로 완주가 불가한 경우, 외부 전력으로 충전이 가능한 지점을 경유하는 충전 경로 또는 상기 적어도 하나의 배기 가스 배출 제한 구역 중 적어도 일부를 우회하는 우회 경로를 포함하도록 상기 예상 경로를 수정하는 단계; 및
    상기 수정이 불가한 경우, 상기 적어도 하나의 배기 가스 배출 제한 구역 중 적어도 일부에 대한 주행 요금을 납부하고, 상기 주행 요금이 납부된 배기 가스 배출 제한 구역에서 내연 기관을 동작시키는 단계를 포함하는, 플러그인 하이브리드 자동차의 주행 스케쥴링 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 예상 경로가 적어도 하나의 필수 경유지를 포함하는 경우,
    상기 수정하는 단계는,
    상기 적어도 하나의 배기 가스 배출 제한 구역 중 상기 적어도 하나의 필수 경유지를 포함하는 배기 가스 배출 제한 구역은 상기 우회 경로의 설정 대상에서 제외되도록 수행되는, 플러그인 하이브리드 자동차의 주행 스케쥴링 방법.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 수정하는 단계는,
    상기 적어도 하나의 필수 경유지 주변의 충전소 중 어느 하나를 상기 충전 경로로 설정하는 단계를 포함하는, 플러그인 하이브리드 자동차의 주행 스케쥴링 방법.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 예상 경로는
    적어도 하나의 배기 가스 배출 제한 구역 및 상기 적어도 하나의 배기 가스 배출 제한 구역 각각의 전방에 존재하는 적어도 하나의 세그먼트를 포함하되,
    상기 완주가 불가능한지 여부를 판단하는 단계는, 상기 적어도 하나의 세그먼트 각각에 대하여,
    충전 상태 변화의 범위를 판단하는 단계; 및
    상기 충전 상태 변화의 범위가 충전 상태 상한에 대한 제1 조건과 충전 상태 하한에 대한 제2 조건을 만족하면, 상기 완주가 가능한 것으로 판단하는 단계를 포함하는, 플러그인 하이브리드 자동차의 주행 스케쥴링 방법.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 제1 조건은,
    상기 충전 상태 변화의 범위에 해당 세그먼트 시작시의 충전 상태를 더한 값이 상기 충전 상태 상한을 넘지 않을 때 만족되며,
    상기 제2 조건은,
    해당 세그먼트에 이어지는 배기 가스 배출 제한 구역에 도달시 충전 상태에 상기 이어지는 배기 가스 배출 제한 구역을 상기 EV 모드로 주행할 때 소모되는 충전 상태 변화를 적용한 값이 상기 충전 하한 이상인 경우 만족되는, 플러그인 하이브리드 자동차의 주행 스케쥴링 방법.
  6. 제4 항에 있어서,
    상기 완주가 가능한 경우, 상기 적어도 하나의 세그먼트 각각에 대하여,
    도로상태에 따른 적어도 하나의 구분 구간을 설정하는 단계; 및
    상기 적어도 하나의 구분 구간 각각에 주행 모드를 할당하는 단계를 더 포함하는, 플러그인 하이브리드 자동차의 주행 스케쥴링 방법.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 주행 모드는,
    충전 유지(CS) 모드, 충전 소진(CD) 모드 및 엔진 동력을 이용한 주행 중 충전 모드(CHG) 중 적어도 하나를 포함하는, 플러그인 하이브리드 자동차의 주행 스케쥴링 방법.
  8. 제6 항에 있어서,
    상기 주행 모드를 할당하는 단계는,
    상기 도로상태에 따른 평균 주행 부하를 고려하여 수행되는, 플러그인 하이브리드 자동차의 주행 스케쥴링 방법.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 주행 요금이 납부된 배기 가스 배출 제한 구역에서 내연 기관을 동작시키는 단계는,
    충전 유지(CS) 모드로 주행하는 단계를 포함하는, 플러그인 하이브리드 자동차의 주행 스케쥴링 방법.
  10. 제1 항 내지 제9 항 중 어느 한 항에 따른 플러그인 하이브리드 자동차의 주행 스케쥴링 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터 해독 가능 기록 매체.
  11. 외부 충전이 가능한 플러그인 하이브리드 자동차에 있어서,
    주행 시작 전 예상 경로 및 상기 예상 경로 내에 배기 가스 배출 제한 구역을 판단하는 AVN(Audio/Video/Navigation) 시스템;
    상기 예상 경로 내에 상기 배기 가스 배출 제한 구역이 적어도 하나 포함된 경우, 상기 예상 경로의 주행 부하와 배터리의 초기 충전 상태(SOC)를 기반으로 상기 적어도 하나의 배기 가스 배출 제한 구역을 EV(Electric Vehicle) 모드로 완주가 불가능한지 여부를 판단하는 완주 판단부; 및
    상기 EV 모드로 완주가 불가한 경우, 외부 전력으로 충전이 가능한 지점을 경유하는 충전 경로 또는 상기 적어도 하나의 배기 가스 배출 제한 구역 중 적어도 일부를 우회하는 우회 경로를 포함하도록 상기 예상 경로를 수정하며, 상기 수정이 불가한 경우, 상기 적어도 하나의 배기 가스 배출 제한 구역 중 적어도 일부에 대한 주행 요금을 납부하고, 상기 주행 요금이 납부된 배기 가스 배출 제한 구역에서 내연 기관을 동작하도록 제어하는 대안 판단부를 포함하는, 플러그인 하이브리드 자동차.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 예상 경로가 적어도 하나의 필수 경유지를 포함하는 경우,
    상기 대한 판단부는,
    상기 적어도 하나의 배기 가스 배출 제한 구역 중 상기 적어도 하나의 필수 경유지를 포함하는 배기 가스 배출 제한 구역은 상기 우회 경로의 설정 대상에서 제외하는, 플러그인 하이브리드 자동차.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 대한 판단부는,
    상기 적어도 하나의 필수 경유지 주변의 충전소 중 어느 하나를 상기 충전 경로로 설정하는, 플러그인 하이브리드 자동차.
  14. 제11 항에 있어서,
    상기 예상 경로는
    적어도 하나의 배기 가스 배출 제한 구역 및 상기 적어도 하나의 배기 가스 배출 제한 구역 각각의 전방에 존재하는 적어도 하나의 세그먼트를 포함하되,
    상기 완주 판단부는, 상기 적어도 하나의 세그먼트 각각에 대하여,
    충전 상태 변화의 범위를 판단하고, 상기 충전 상태 변화의 범위가 충전 상태 상한에 대한 제1 조건과 충전 상태 하한에 대한 제2 조건을 만족하면, 상기 완주가 가능한 것으로 판단하는, 플러그인 하이브리드 자동차.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 제1 조건은,
    상기 충전 상태 변화의 범위에 해당 세그먼트 시작시의 충전 상태를 더한 값이 상기 충전 상태 상한을 넘지 않을 때 만족되며,
    상기 제2 조건은,
    해당 세그먼트에 이어지는 배기 가스 배출 제한 구역에 도달시 충전 상태에 상기 이어지는 배기 가스 배출 제한 구역을 상기 EV 모드로 주행할 때 소모되는 충전 상태 변화를 적용한 값이 상기 충전 하한 이상인 경우 만족되는, 플러그인 하이브리드 자동차.
  16. 제14 항에 있어서,
    상기 완주가 가능한 경우, 상기 적어도 하나의 세그먼트 각각에 대하여,
    도로상태에 따른 적어도 하나의 구분 구간을 설정하고, 상기 적어도 하나의 구분 구간 각각에 주행 모드를 할당하는 스케쥴링부를 더 포함하는, 플러그인 하이브리드 자동차.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 주행 모드는,
    충전 유지(CS) 모드, 충전 소진(CD) 모드 및 엔진 동력을 이용한 주행 중 충전 모드(CHG) 중 적어도 하나를 포함하는, 플러그인 하이브리드 자동차.
  18. 제16 항에 있어서,
    상기 스케쥴링부는,
    상기 도로상태에 따른 평균 주행 부하를 고려하여 상기 주행 모드를 할당하는, 플러그인 하이브리드 자동차.
  19. 제17 항에 있어서,
    상기 스케쥴링부는,
    상기 주행 요금이 납부된 배기 가스 배출 제한 구역에 상기 충전 유지(CS) 모드를 할당하는, 플러그인 하이브리드 자동차.
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