KR20210077088A - 하이브리드 자동차 및 그를 위한 엔진 기동 제어 방법 - Google Patents

하이브리드 자동차 및 그를 위한 엔진 기동 제어 방법 Download PDF

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KR20210077088A
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박준영
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Abstract

본 발명은 하이브리드 자동차 및 그를 위한 엔진 기동 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세히는 엔진의 출력이 필요한 시점 이전에 엔진 예열 또는 촉매 히팅을 수행할 수 있는 하이브리드 자동차 및 그 제어방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 엔진 기동 제어 방법은, 엔진에 대한 승온 제어의 필요성을 판단하는 단계; 상기 판단 결과, 필요시 상기 승온 제어에 소요되는 승온 제어 필요 시간을 판단하는 단계; 전방 일정 범위의 주행 조건을 예측하는 단계; 상기 예측된 주행 조건에서 상기 엔진의 구동력이 필요한 시점 또는 지점을 판단하는 단계; 상기 판단된 상기 엔진의 구동력이 필요한 시점 또는 지점에 도달하기 전에 상기 승온 제어가 완료되도록 하는 제어 시작 시점 또는 제어 시작 지점을 상기 승온 제어 필요 시간을 기반으로 결정하는 단계; 및 상기 제어 시작 시점 또는 제어 시작 지점 도래시에 상기 승온 제어를 개시하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

하이브리드 자동차 및 그를 위한 엔진 기동 제어 방법{HYBRID VEHICLE AND METHOD OF CONTROLLING ENGINE OPERATION FOR THE SAME}
본 발명은 하이브리드 자동차 및 그를 위한 엔진 기동 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세히는 엔진의 출력이 필요한 시점 이전에 엔진 예열 또는 촉매 히팅을 수행할 수 있는 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.
일반적인 하이브리드 차량에서는 HEV 모드 전환시 엔진 시동 초기 배기가스 저감을 위해 엔진 예열이나 촉매 히팅을 위한 제어를 수행한다. 촉매 히팅은 엔진의 연소열을 이용하고, 차량이 일정 시간 이상 주차 상태로 있는 경우 엔진은 상온으로 유지되기 때문에 운전자가 시동 버튼을 누르는 경우 촉매 히팅을 위해 엔진이 기동된다. 보다 상세히, 촉매 히팅과 엔진 예열을 위해서는 엔진을 저부하(일정 속도, 일정 토크 이하)로 운전해야 적절한 승온 제어가 가능하다. 따라서, 요구파워가 작은 상황에서는 엔진을 저부하로 운전하고, 전기 모터로 나머지 구동력을 감당하여 적절한 시스템 효율과 배터리의 충전 상태(SOC:State Of Charge)를 유지할 수 있다. 그러나, 승온 제어가 완료되지 않은 상황에서 요구 파워가 클 경우, 구동력 만족과 시스템 효율을 위해서는 엔진 동력의 적극적 사용이 불가피하므로 배기 성능이 악화된다.
만일, 차량이 주차된 곳이 실내, 특히 좁은 차고일 경우 배기가스 정화를 위한 촉매가 가열될 때까지는 비교적 오염물질 함량이 큰 배기가스가 배출되므로, 운전자는 불쾌함을 느끼게 된다. 이러한 상황은 EV 모드로 전환되면 해소될 수 있으나, 모드 전환을 위해서는 운전자가 직접 EV 모드 전환을 위한 조작을 수행해야 하는 불편함이 있다. 또한, 일반적인 하이브리드 차량에서는 촉매 히팅 여부에 대해 운전자가 인지하기 어렵고, 원하지 않는 상황에서 촉매가 히팅될 때마다 수동으로 EV 모드 전환을 위한 조작을 수행함은 번거로운 일이다.
특히, 보행자 대기환경 개선이 필요한 학교, 병원, 주거지역 등 배기가스 배출이 규제되는 엔진 기동 억제 지역(이하, 편의상 '그린존'이라 칭함) 내에서 촉매 히팅이 수행되는 것은 더욱 바람직하지 않다. 이를 이하 상세히 설명한다.
그린존 내에서 하이브리드 자동차의 주행 전략은, 엔진 기동 방지를 위해 그린존 진입 전에 미리 엔진 기동 기준을 낮추어 배터리를 충전함으로써 그린존 내에서 전기모터만으로 주행 가능한 거리를 확보해두고, 그린존 진입 후에는 엔진 기동 기준을 높여 그린존 내에서의 엔진 기동을 억제하기도 한다.
그러나, 그린존 내에서 하이브리드 자동차가 시동을 거는 경우, 배출 가스 저감을 위해 엔진 예열이나 촉매 히팅이 필요하면서도 엔진 기동 자체가 바람직하지 않은 문제가 있다. 이를 도 1을 참조하여 설명한다.
도 1은 그린존 내에서 차량 운행이 시작될 경우 문제점을 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 도 1의 상단을 참조하면 그린존(Green Zone) 내에서 시동을 걸 경우, 바로 촉매 히팅(CH: Catalyst Heating)이나 엔진 예열(Wup: Warm up) 등의 승온 제어가 수행되는 경우, 그린존을 벗어나 위치하는 EV 한계부하(즉, 모터만으로 감당할 수 있는 주행 부하)를 넘어서는 지역에서는 엔진의 정상 운전이 가능하다. 그러나, 그린존 내에서 출발과 함께 배기 가스를 배출하는 것은 바람직하지 않다.
그렇다고 하여 그린존 내에서 출발시 촉매 히팅이나 엔진 예열 자체를 금지할 경우, 도 1의 하단과 같이 그린존을 벗어나자마자 주행 부하가 EV 한계 부하를 넘어서는 지역이 있을 경우 촉매 히팅이나 엔진 예열이 되지 않은 상황에서 적극적인 엔진 운전으로 인해 과다한 배기 가스를 배출하게 되는 문제점이 있다.
따라서, 배기가스 배출로 인한 부작용을 최소화하도록 적절한 시점에 촉매 히팅과 엔진 예열이 수행될 필요가 있다.
본 발명은 주행 상황을 고려하여 엔진 기동 준비를 수행할 수 있는 방법 및 그를 수행하는 하이브리드 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 엔진 기동 제어 방법은, 엔진에 대한 승온 제어의 필요성을 판단하는 단계; 상기 판단 결과, 필요시 상기 승온 제어에 소요되는 승온 제어 필요 시간을 판단하는 단계; 전방 일정 범위의 주행 조건을 예측하는 단계; 상기 예측된 주행 조건에서 상기 엔진의 구동력이 필요한 시점 또는 지점을 판단하는 단계; 상기 판단된 상기 엔진의 구동력이 필요한 시점 또는 지점에 도달하기 전에 상기 승온 제어가 완료되도록 하는 제어 시작 시점 또는 제어 시작 지점을 상기 승온 제어 필요 시간을 기반으로 결정하는 단계; 및 상기 제어 시작 시점 또는 제어 시작 지점 도래시에 상기 승온 제어를 개시하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 엔진 기동 제어 방법은, 엔진에 대한 승온 제어의 필요성을 판단하는 단계; 상기 판단 결과, 필요시 현재 위치가 특정 지역 내에 해당하는지 여부를 판단하는 단계; 상기 현재 위치가 상기 특정 지역 내인 경우, 상기 특정 지역을 벗어날 때까지 상기 엔진의 구동력이 필요한지 여부를 판단하는 단계; 상기 특정 지역 내에서 상기 엔진의 구동력이 필요하지 않은 경우 상기 특정 지역을 벗어난 후 상기 승온 제어를 수행하는 단계; 및 상기 특정 지역 내에서 상기 엔진의 구동력이 필요한 경우 상기 엔진의 구동력이 필요한 시점 또는 지점에 도달하기 전에 상기 승온 제어를 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차는, 엔진에 대한 승온 제어가 필요한 경우, 상기 승온 제어에 소요되는 승온 제어 필요 시간을 판단하는 엔진 제어기; 전방 일정 범위의 주행 조건을 예측하는 운전 패턴 저장부; 상기 예측된 주행 조건에서 상기 엔진의 구동력이 필요한 시점 또는 지점을 판단하고, 상기 판단된 상기 엔진의 구동력이 필요한 시점 또는 지점에 도달하기 전에 상기 승온 제어가 완료되도록 하는 제어 시작 시점 또는 제어 시작 지점을 상기 승온 제어 필요 시간을 기반으로 결정하며, 상기 제어 시작 시점 또는 제어 시작 지점 도래시에 상기 승온 제어를 수행되도록 제어하는 하이브리드 제어기를 포함할 수 있다.
아울러, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차는, 엔진에 대한 승온 제어의 필요성을 판단하는 엔진 제어기; 및 상기 승온 제어가 필요한 경우 현재 위치가 특정 지역 내에 해당하는지 여부를 판단하고, 상기 현재 위치가 상기 특정 지역 내인 경우, 상기 특정 지역을 벗어날 때까지 상기 엔진의 구동력이 필요한지 여부를 판단하여, 상기 특정 지역 내에서 상기 엔진의 구동력이 필요하지 않은 경우 상기 특정 지역을 벗어난 후 상기 승온 제어가 수행되도록 제어하고, 상기 특정 지역 내에서 상기 엔진의 구동력이 필요한 경우 상기 엔진의 구동력이 필요한 시점 또는 지점에 도달하기 전에 상기 승온 제어가 수행되도록 제어하는 하이브리드 제어기를 포함할 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 관련된 하이브리드 자동차는 주변 상황을 고려하여 촉매 히팅이나 엔진 예열과 같은 엔진 기동 준비를 수행할 수 있다.
특히, 현재 차량의 위치가 특정 지역에 속하는지, 예측된 주행 조건에서 엔진 구동력이 필요한 시점이 언제인지, 엔진 기동 준비에 필요한 시간이 얼마인지 등의 조건을 고려하여 엔진 구동력이 필요한 시점 이전에 효과적으로 엔진 기동 준비를 수행할 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 그린존 내에서 차량 운행이 시작될 경우 문제점을 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 엔진 기동 제어를 수행하기 위한 차량 구조의 일례를 나타낸 블럭도이다.
도 5a 내지 도 5e는 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진 기동 제어 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진 기동 제어를 수행하는 과정의 일례를 나타낸 순서도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진 기동 제어의 효과를 설명하기 위한 도면이다.
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, 주행 예상 경로의 주행 부하를 기반으로 엔진의 적극적 사용이 필요한 지점이나 시점을 판단하고, 해당 지점이나 시점에 도달하기 전에 승온제어가 완료될 수 있도록 할 것을 제안한다.
본 발명의 실시예에 따른 엔진 기동 제어 방법을 설명하기 앞서, 실시예들에 하이브리드 차량의 구조와 제어 계통, 그리고 배기가스 배출로 인해 영향을 받는 지역의 개념을 먼저 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 엔진 클러치인 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 후술할 본 발명의 실시예들에 따른 엔진 기동 제어 및 모드 전환 제어를 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.
다음으로, 그린존(Green Zone)의 개념을 설명한다.
그린존은 보행자 대기환경 개선 필요 등을 목적으로 배기가스 배출이 규제되는 엔진 기동 억제 지역을 의미할 수 있다. 그린존은 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 4를 참조하여 실시예에 따른 엔진 기동 제어를 수행하기 위한 차량 구성을 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진 기동 제어를 수행하기 위한 차량 구조의 일례를 나타낸 블럭도이다.
도 4를 참조하면, 실시예에 따른 엔진 기동 제어를 위해 하이브리드 자동차는 엔진 제어기(210), 하이브리드 제어기(240), 네비게이션 시스템(260) 및 운전패턴 저장부(270)를 포함할 수 있다. 물론, 도 4에 도시된 구성은 엔진 기동 제어에 관여하는 구성 요소를 위주로 나타낸 것인 바, 실제 차량의 구현에 있어서는 도 2와 도 3에 도시된 구성 요소 등을 더 포함할 수 있음은 당업자에 자명하다. 이하, 각 구성요소들의 동작을 상세히 설명하되, 필요에 따라 도 5a 내지 도 5e를 함께 참조하기로 한다. 도 5a 내지 도 5e는 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진 기동 제어 과정을 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 엔진 제어기(210)는 승온 제어 관련 특성에 대한 모델링을 통해 승온 제어, 즉, 촉매 히팅(CH)과 예열(Wup)에 필요한 시간을 예측할 수 있다. 이를 위해, 엔진 제어기(210)는 외기온, 냉각수온, 오일온도, 배치촉매 온도, 소킹 타임(Soaking Time) 등 적어도 하나의 온도 상승과 관련된 상태 인자를 이용할 수 있다. 예를 들어, 냉각 수온을 참조할 경우, 엔진 제어기(210)는 도 5a와 같이 냉각수온에 따른 촉매 히팅 시간(CH Time) 그래프 또는 이에 상응하는 테이블 등을 이용할 수 있다.
운전패턴 저장부(270)는 시동이 걸린 후 예상 경로를 예측할 수 있다. 예상 경로는 도 5b에 도시된 바와 같이, 출발지점을 기점으로 일정 거리 이내의 분기점을 파악하고, 출발일자/시간대/운전자별 통계 데이터, 운전자가 설정한 경로, 디지털 다이어리 기반 스케쥴 정보 등을 활용하여 예상 경로 후보를 결정할 수 있다. 만일, 경로 예측에 필요한 정보가 없거나 부족한 경우, 모든 경로 분기점을 경로 후보로 설정할 수도 있다.
또한, 운전패턴 저장부(270)는 도 5c와 같이 도로종류, 제한속도, 정체도 등의 도로 정보를 기반으로 평균속도와 가속도에 따라 주행 경로를 복수의 클래스로 분류하고, 클래스별로 운전자의 성향에 따른 속도/가속도에 적용될 보정치를 저장할 수 있다. 다시 말해, 운전패턴 저장부(270)는 해당 운전자가 특정 클래스에 해당하는 경로를 주행하면서 나타나는 보정치를 누적적으로 학습할 수 있다.
하이브리드 제어기(240)는 경로상 요구부하 예측부(241), 엔진 승온 제어 시점 결정부(242) 및 주행 모드 판단부(243)를 포함할 수 있다.
먼저 경로상 요구부하 예측부(241)는 예상 경로 후보 각각에 대하여, 네비게이션 시스템(260)의 지도 정보와 교통 정보를 기반으로 평균부하에 운전패턴 저장부(270)의 운전자 보정치를 반영하여 도 5d와 같이 주행 부하 프로파일을 예측할 수 있다. 이때, 도 5d에 도시된 바와 같이 경로 1과 경로 2가 분기점 2 이전의 경로가 동일할 경우, 하나의 경로에 대하여(즉, 경로1) 먼저 예상부하가 계산된 중복되는 부분에 대해서는 다음 경로부터 계산이 생략될 수 있다.
엔진 승온 제어 시점 결정부(242)는 엔진 제어기(210)에서 예상한 승온에 필요한 시간을 예상 경로 후보 각각의 예상 차속(즉, 엔진의 구동력이 필요한 시점 또는 지점까지의 평균 속력)을 기반으로 거리로 환산하고, 각 경로별 예상 부하가 엔진 기동이 필요한 부하(즉, EV 한계 부하)에 도달하기 직전에 승온 제어가 완료될 수 있도록 승온 제어 구간을 설정할 수 있다. 여기서 직전이라고 함은, 승온 제어가 완료된 지점/시점으로부터 엔진 기동이 필요한 지점/시점까지 거리나 시간 간격이 기 설정된 거리나 시간 이내(예컨대, 100m 또는 10초 등)임을 의미할 수 있다.
이때, 예상 경로별로 승온 제어 구간의 시작 시점/지점이 서로 상이한 경우, 가장 먼저 도래하는 승온 제어 구간을 기준으로 승온 제어 실시를 결정할 수 있다. 이는 도 5e를 참조하여 설명한다.
도 5e를 참조하면, 경로 1의 EV 한계부하 지점(530) 대비 경로 2의 EV 한계부하 지점(520)이 먼저 도래하며, 그에 따라 경로 2의 승온 제어 구간이 먼저 시작된다. 이러한 경우 엔진 승온 제어 시점 결정부(242)는 경로 2의 EV 한계부하 지점(520)으로부터 승온 제어에 필요한 거리만큼 앞선 지점(510), 즉, 경로 2의 승온 제어 구간 시작 지점(510)을 기준으로 승온 제어 실시를 결정할 수 있다.
이후 네비게이션 시스템(260)을 참조하여 승온 제어 시작 지점/시점에 도달하면, 엔진 승온 제어 시점 결정부(242)는 주행 모드 판단부(243)에 HEV 모드 전환을 통지하고, 엔진 제어기(210)에 승온 제어 허용을 통지할 수 있다. 그에 따라, 엔진 제어기(210)는 엔진(110)을 아이들(idle) 제어 등으로 승온시킬 수 있다.
지금까지 설명한 실시예에 따른 엔진 기동 제어 과정을 순서도로 정리하면 도 6과 같다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진 기동 제어를 수행하는 과정의 일례를 나타낸 순서도이다.
도 6을 참조하면, 엔진 제어기(210)는 냉각수온, 오일온드 등을 기반으로 엔진 승온의 필요 여부를 판단하고(S610), 엔진 승온이 필요한 경우 엔진 모델링을 기반으로 승온 필요 시간을 추정할 수 있다(S620).
운전 패턴 저장부(270)는 예상 경로와 그에 따른 운전 성향 정보를 하이브리드 제어기(240)에 제공하며, 하이브리드 제어기(240)는 예상 경로, 운전 성향 정보, 교통 정보 등 전방 주행 조건을 기반으로 예상 경로별 요구부하를 예측하여 엔진 구동력이 필요한 시점 또는 지점을 예측할 수 있다(S630). 이때, 전방 주행 조건은 출발 지점(또는 현재 위치)으로부터 일정 소요 시간 또는 일정 거리 내의 예상 경로를 포함하는 개념이다. 또한, 교통 정보는 도로종류, 제한속도, 경사도, 정체도 등을 포함하는 개념일 수 있다. 구현에 따라, 운전 패턴 저장부(270)는 하이브리드 제어기(240) 내에서 일 기능이나 모듈의 형태로 구현될 수도 있고, 클라우드 서버 등 차량 외부에서 구현될 수도 있으며, 해당 기능을 위한 별도의 제어기 형태로 구현될 수도 있다.
또한, 하이브리드 제어기(240)는 예상 경로별로, 엔진 구동력이 필요한 지점에서 엔진 승온 필요 시간을 고려하여 엔진 구동력이 필요한 시점 이전에 승온 제어의 완료가 가능한 승온 제어 시작 시점을 판단하고, 이 중 가장 빨리 도래하는 제어 시작 시점/지점을 최종 승온 제어 시작 시점/지점으로 결정할 수 있다(S640).
이후 하이브리드 제어기(240)는 현재 위치를 확인하여(S650) 결정된 승온 제어 시작 지점에 도래하기 전까지는 EV 모드를 유지하며(S670), 결정된 승온 제어 시작 지점에 도래하면 HEV 모드로 전환하고 승온 제어를 허용할 수 있다(S660).
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진 기동 제어의 효과를 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하면, 그린존에서 일반적인 하이브리드 자동차가 출발할 경우, 시동과 함께 바로 시동시 승온 제어(710)가 수행되며, 시동시 승온 제어(710)로 상승한 촉매 온도가 다시 승온 실시 기준 이하로 떨어지면 2차 승온 제어(720)를 수행한다. 결국, 그린존을 벗어나기도 전에 두 번이나 승온 제어(710, 720)를 하게 되며, 정작 EV 한계부하를 넘어서는 주행부하를 갖는 지역에 도착할 때에는 2차 승온 제어(720)로 상승한 온도도 자연냉각으로 떨어진 상태가 될 수 있어 효율적으로나 배기가스 배출 측면으로도 바람직하지 못하다. 그러나, 실시예에 의하면 EV 한계부하를 넘어서는 지점이 도래하기 전에 엔진 승온 제어(730)를 한 번 실시하게 되므로 시동과 함께 무조건적인 승온 제어가 수행되거나, 중복적인 승온 제어가 수행되는 상황을 피할 수 있게 된다.
한편, 전술한 실시예들에서는 승온 제어 시점이나 지점이 예상 경로 상의 엔진 기동 필요 시점/지점을 기반으로 판단되었으나 엔진 기동 필요 지점이 그린존 내에 있는지 여부로 승온 제어 여부가 결정될 수도 있다. 예컨대, 하이브리드 제어기(240)는 현재 위치가 그린존 이내이면, 그린존을 벗어날 때까지의 예상 경로 내에서 엔진 기동 필요 지점이 있는지 여부를 판단하며, 엔진 기동 필요 지점이 존재하지 않으면 그린존을 벗어난 후 승온 제어 실시를 결정할 수 있다. 이와 달리, 그린존 내에 엔진 기동 필요 지점이 있으면, 전술한 실시예에 따른 엔진 기동 제어 방법을 따를 수 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 (20)

  1. 엔진에 대한 승온 제어의 필요성을 판단하는 단계;
    상기 판단 결과, 필요시 상기 승온 제어에 소요되는 승온 제어 필요 시간을 판단하는 단계;
    전방 일정 범위의 주행 조건을 예측하는 단계;
    상기 예측된 주행 조건에서 상기 엔진의 구동력이 필요한 시점 또는 지점을 판단하는 단계;
    상기 판단된 상기 엔진의 구동력이 필요한 시점 또는 지점에 도달하기 전에 상기 승온 제어가 완료되도록 하는 제어 시작 시점 또는 제어 시작 지점을 상기 승온 제어 필요 시간을 기반으로 결정하는 단계; 및
    상기 제어 시작 시점 또는 제어 시작 지점 도래시에 상기 승온 제어를 개시하는 단계를 포함하는, 하이브리드 자동차의 엔진 기동 제어 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제어 시작 시점 또는 제어 시작 지점 이전까지는 상기 엔진을 정지하고 모터로만 주행하는 단계를 더 포함하는, 하이브리드 자동차의 엔진 기동 제어 방법.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 주행 조건을 예측하는 단계는,
    출발일자, 시간대, 운전자별 주행통계 데이터, 네비게이션 설정 경로, 전자 다이어리 기반 스케쥴 정보 중 적어도 하나를 이용하여 추정된 적어도 하나의 예상 경로에 기반하여 수행되는, 하이브리드 자동차의 엔진 기동 제어 방법.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 주행 조건을 예측하는 단계는,
    상기 적어도 하나의 상기 예상 경로 각각의 도로종류, 제한속도, 경사도, 정체도 및 운전자 특성에 의한 평균속도와 가속도 보정치 중 적어도 하나를 기반으로 수행되는, 하이브리드 자동차의 엔진 기동 제어 방법.
  5. 제3 항에 있어서,
    상기 제어 시작 시점 또는 제어 시작 지점을 결정하는 단계는,
    상기 적어도 하나의 예상 경로가 복수개인 경우, 상기 복수의 예상 경로 각각에 대한 제어 시작 시점 또는 제어 시작 지점을 결정하는 단계; 및
    상기 복수의 예상 경로 각각에 대한 제어 시작 시점 또는 제어 시작 지점 중 가장 빨리 도래하는 제어 시작 시점 또는 제어 시작 지점을 선택하는 단계를 포함하는, 하이브리드 자동차의 엔진 기동 제어 방법.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 제어 시작 시점 또는 제어 시작 지점을 결정하는 단계는,
    상기 승온 제어 필요 시간을 상기 엔진의 구동력이 필요한 시점 또는 지점까지의 평균 속력을 기반으로 승온 제어 필요 거리로 환산하는 단계; 및
    상기 엔진의 구동력이 필요한 지점에서 상기 승온 제어 필요 거리만큼 앞선 지점을 상기 제어 시작 지점으로 결정하는 단계를 포함하는, 하이브리드 자동차의 엔진 기동 제어 방법.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 엔진의 구동력이 필요한 시점 또는 지점을 판단하는 단계는,
    모터의 한계부하를 고려하여 수행되는, 하이브리드 자동차의 엔진 기동 제어 방법.
  8. 엔진에 대한 승온 제어의 필요성을 판단하는 단계;
    상기 판단 결과, 필요시 현재 위치가 특정 지역 내에 해당하는지 여부를 판단하는 단계;
    상기 현재 위치가 상기 특정 지역 내인 경우, 상기 특정 지역을 벗어날 때까지 상기 엔진의 구동력이 필요한지 여부를 판단하는 단계;
    상기 특정 지역 내에서 상기 엔진의 구동력이 필요하지 않은 경우 상기 특정 지역을 벗어난 후 상기 승온 제어를 수행하는 단계; 및
    상기 특정 지역 내에서 상기 엔진의 구동력이 필요한 경우 상기 엔진의 구동력이 필요한 시점 또는 지점에 도달하기 전에 상기 승온 제어를 수행하는 단계를 포함하는, 하이브리드 자동차의 엔진 기동 제어 방법.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 특정 지역은,
    상기 배기가스 배출 저감이 강제 또는 권장되는 지역을 포함하는, 하이브리드 자동차의 엔진 기동 제어 방법.
  10. 제1 항 내지 제9 항 중 어느 한 항에 따른 하이브리드 자동차의 엔진 기동 제어 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터 해독 가능 기록 매체.
  11. 엔진에 대한 승온 제어가 필요한 경우, 상기 승온 제어에 소요되는 승온 제어 필요 시간을 판단하는 엔진 제어기;
    전방 일정 범위의 주행 조건을 예측하는 운전 패턴 저장부;
    상기 예측된 주행 조건에서 상기 엔진의 구동력이 필요한 시점 또는 지점을 판단하고, 상기 판단된 상기 엔진의 구동력이 필요한 시점 또는 지점에 도달하기 전에 상기 승온 제어가 완료되도록 하는 제어 시작 시점 또는 제어 시작 지점을 상기 승온 제어 필요 시간을 기반으로 결정하며, 상기 제어 시작 시점 또는 제어 시작 지점 도래시에 상기 승온 제어를 수행되도록 제어하는 하이브리드 제어기를 포함하는, 하이브리드 자동차.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 하이브리드 제어기는,
    상기 제어 시작 시점 또는 제어 시작 지점 이전까지는 상기 엔진을 정지하고 모터로만 주행하도록 제어하는, 하이브리드 자동차.
  13. 제11 항에 있어서,
    상기 운전 패턴 저장부는,
    출발일자, 시간대, 운전자별 주행통계 데이터, 네비게이션 설정 경로, 전자 다이어리 기반 스케쥴 정보 중 적어도 하나를 이용하여 추정된 적어도 하나의 예상 경로에 기반하여 상기 주행 조건을 예측하는, 하이브리드 자동차.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 운전 패턴 저장부는,
    상기 적어도 하나의 상기 예상 경로 각각의 도로종류, 제한속도, 경사도, 정체도 및 운전자 특성에 의한 평균속도와 가속도 보정치 중 적어도 하나를 기반으로 상기 주행 조건을 예측하는, 하이브리드 자동차.
  15. 제13 항에 있어서,
    상기 하이브리드 제어기는,
    상기 적어도 하나의 예상 경로가 복수개인 경우, 상기 복수의 예상 경로 각각에 대한 제어 시작 시점 또는 제어 시작 지점을 결정하고, 상기 복수의 예상 경로 각각에 대한 제어 시작 시점 또는 제어 시작 지점 중 가장 빨리 도래하는 제어 시작 시점 또는 제어 시작 지점을 선택하는, 하이브리드 자동차.
  16. 제11 항에 있어서,
    상기 하이브리드 제어기는,
    상기 승온 제어 필요 시간을 상기 엔진의 구동력이 필요한 시점 또는 지점까지의 평균 속력을 기반으로 승온 제어 필요 거리로 환산하고, 상기 엔진의 구동력이 필요한 지점에서 상기 승온 제어 필요 거리만큼 앞선 지점을 상기 제어 시작 지점으로 결정하는, 하이브리드 자동차.
  17. 제11 항에 있어서,
    상기 하이브리드 제어기는,
    모터의 한계부하를 고려하여 상기 엔진의 구동력이 필요한 시점 또는 지점을 판단하는, 하이브리드 자동차.
  18. 엔진에 대한 승온 제어의 필요성을 판단하는 엔진 제어기; 및
    상기 승온 제어가 필요한 경우 현재 위치가 특정 지역 내에 해당하는지 여부를 판단하고, 상기 현재 위치가 상기 특정 지역 내인 경우, 상기 특정 지역을 벗어날 때까지 상기 엔진의 구동력이 필요한지 여부를 판단하여, 상기 특정 지역 내에서 상기 엔진의 구동력이 필요하지 않은 경우 상기 특정 지역을 벗어난 후 상기 승온 제어가 수행되도록 제어하고, 상기 특정 지역 내에서 상기 엔진의 구동력이 필요한 경우 상기 엔진의 구동력이 필요한 시점 또는 지점에 도달하기 전에 상기 승온 제어가 수행되도록 제어하는 하이브리드 제어기를 포함하는, 하이브리드 자동차.
  19. 제18 항에 있어서,
    상기 특정 지역은,
    상기 배기가스 배출 저감이 강제 또는 권장되는 지역을 포함하는, 하이브리드 자동차.
  20. 제1 항에 있어서,
    상기 승온 제어는 상기 엔진의 냉각수온도, 오일온도, 배치촉매 온도 중 적어도 하나의 온도 상승과 관련된 특징을 갖는, 하이브리드 자동차의 엔진 기동 제어 방법.
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