KR20220007773A - 하이브리드 자동차 및 그 제어 방법 - Google Patents

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KR20220007773A
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KR
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driving motor
torque
engine
driving
motor
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KR1020200084880A
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조진겸
손희운
이규리
전성배
오성재
김명우
김연복
조영진
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현대자동차주식회사
기아 주식회사
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Abstract

본 발명은 정차중 충전 후 발진시 향상된 운전성을 제공할 수 있는 하이브리드 자동차 및 그 제어 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 변속기 전단에 배치된 엔진과 제1 구동 모터, 그리고 상기 제1 구동 모터와 독립적으로 구동력 인가가 가능한 제2 구동 모터를 구비하는 하이브리드 자동차의 제어 방법은, 주차(P)단으로 정차시 상기 엔진과 상기 제1 구동 모터 사이에 배치된 엔진 클러치를 체결하여 상기 엔진의 동력으로 상기 제1 구동 모터를 통해 충전을 수행하는 단계; 주행(D)단 입력시 상기 엔진의 시동을 오프하고 상기 변속기의 클러치를 오픈 상태로 제어하는 단계; 및 요구토크, 상기 제2 구동 모터의 가용 토크 및 상기 제1 구동모터의 속도 중 적어도 하나를 기반으로 상기 제2 구동 모터를 단독으로, 또는 상기 제2 구동 모터와 함께 상기 제1 구동 모터와 상기 엔진 중 적어도 하나를 추가로 이용하여 발진을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

하이브리드 자동차 및 그 제어 방법{HYBRID VEHICLE AND METHOD OF CONTROLLING THE SAME}
본 발명은 정차중 충전 후 발진시 향상된 운전성을 제공할 수 있는 하이브리드 자동차 및 그 제어 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, 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.
이러한 TMED 시스템의 경우 주차(P)단 정차 시 고전압배터리 충전이 필요할 경우 엔진클러치(130)를 해제(open)하고 엔진(110)에 시동을 걸어 엔진 동력으로 HSG(120)를 통해 충전하거나, 엔진 클러치(130)를 체결(Lock)하고 전기 모터(140)로 고전압 배터리를 충전할 수 있다.
그런데, HSG(120)로 충전을 수행할 경우 전기 모터(140)로 충전할 경우 대비 충전 효율이 떨어지는(약 10%) 문제점이 있다. 반면에, 전기 모터(140)로 충전이 수행될 경우 발진시 운전성이 악화되는 문제점이 있다. 이를 도 2를 참조하여 설명한다.
도 2는 일반적인 병렬형 하이브리드 자동차에서 정차중 전기 모터를 통해 충전을 수행할 경우 발진시 문제점을 설명하기 위한 도면이다.
도 2에서 상단 그래프는 엔진(110)과 전기모터(140)의 속도를, 하단 그래프는 엔진(110)과 전기모터(140)의 출력 토크를 각각 나타내며, 시간을 나타내는 가로축은 상단 그래프와 하단 그래프에 서로 공유된다.
도 2를 참조하면, 정차중 변속기(150) P단 상태에서 엔진 시동 후 엔진 클러치(130)를 체결하여 전기 모터(140)로 충전이 수행된다. 이때, 엔진 클러치(130)가 체결된 상태이므로 엔진(110)과 전기 모터(140)의 속도는 동일하며, 엔진(110)은 기 설정된 아이들(Idle) 충전 속도(예컨대, 1200RPM)로 제어된다.
이러한 상태에서 운전자가 출발을 위해 주행(D)단으로 변경할 경우, 엔진 클러치(130)는 해제되고 아이들 충전 속도로 회전하던 엔진(110)과 전기 모터(140) 각각은 정지 제어로 진입하게 된다. 이때, 엔진(110)은 상대적으로 큰 관성(inertia)으로 인해 신속히 0속으로 제어되나, 전기 모터(140)의 경우 상대적으로 작은 관성으로 인해 0속 수렴까지 시간이 필요하며, 그 과정에서 D단임에도 불구하고 출력토크에 출렁임이 발생하여 발진시 운전성이 악화되는 문제점이 있다.
따라서, 정차중 충전시 높은 충전 효율을 달성하면서도 발진시 운전성을 확보할 방안이 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 보다 정차중 보다 높은 충전 효율과 발진시 운전성을 확보할 수 있는 하이브리드 자동차 및 그 제어 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 변속기 전단에 배치된 엔진과 제1 구동 모터, 그리고 상기 제1 구동 모터와 독립적으로 구동력 인가가 가능한 제2 구동 모터를 구비하는 하이브리드 자동차의 제어 방법은, 주차(P)단으로 정차시 상기 엔진과 상기 제1 구동 모터 사이에 배치된 엔진 클러치를 체결하여 상기 엔진의 동력으로 상기 제1 구동 모터를 통해 충전을 수행하는 단계; 주행(D)단 입력시 상기 엔진의 시동을 오프하고 상기 변속기의 클러치를 오픈 상태로 제어하는 단계; 및 요구토크, 상기 제2 구동 모터의 가용 토크 및 상기 제1 구동모터의 속도 중 적어도 하나를 기반으로 상기 제2 구동 모터를 단독으로, 또는 상기 제2 구동 모터와 함께 상기 제1 구동 모터와 상기 엔진 중 적어도 하나를 추가로 이용하여 발진을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차는, 변속기; 상기 변속기의 전단에 배치된 엔진과 제1 구동 모터; 상기 제1 구동 모터와 독립적으로 구동력 인가가 가능한 제2 구동 모터; 및 주차(P)단으로 정차시 상기 엔진과 상기 제1 구동 모터 사이에 배치된 엔진 클러치를 체결하여 상기 엔진의 동력으로 상기 제1 구동 모터를 통해 충전이 수행되도록 하고, 주행(D)단 입력시 상기 엔진의 시동을 오프하고 상기 변속기의 클러치를 오픈 상태로 제어하며, 요구토크, 상기 제2 구동 모터의 가용 토크 및 상기 제1 구동모터의 속도 중 적어도 하나를 기반으로 상기 제2 구동 모터를 단독으로, 또는 상기 제2 구동 모터와 함께 상기 제1 구동 모터와 상기 엔진 중 적어도 하나를 추가로 이용하여 발진이 수행되도록 제어하는 제어기를 포함할 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 관련된 하이브리드 자동차는 보다 정차중 높은 충전 효율과 발진시 운전성이 확보될 수 있다.
특히, 본 발명은 정차중에는 효율이 높은 모터를 이용하여 엔진 동력으로 충전을 수행하고, 발진시에는 요구토크와 구동원 상태를 기반으로 발진을 위한 주행 모드를 결정함으로써 정차시 충전 효율과 발진시 운전성이 함께 확보될 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 일반적인 병렬형 하이브리드 자동차의 파워 트레인 구조의 일례를 나타낸다.
도 2는 일반적인 병렬형 하이브리드 자동차에서 정차중 전기 모터를 통해 충전을 수행할 경우 발진시 문제점을 설명하기 위한 도면이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 실시예들에 적용될 수 있는 하이브리드 자동차의 파워트레인 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 적용될 수 있는 하이브리드 자동차의 제어 계통의 일례를 나타내는 블럭도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 충전 및 발진 제어 장치 구성의 일례를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 정차중 충전 및 발진을 위한 제어 과정의 일례를 나타내는 순서도이다.
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 정차중 충전 및 발진 제어 방법을 설명하기 앞서, 실시예들에 적용 가능한 하이브리드 자동차의 구조 및 제어 계통을 먼저 설명한다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 실시예들에 적용될 수 있는 하이브리드 자동차의 파워트레인 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 3a 및 도 3b 각각에 도시된 구성 요소 중, 도 1에 도시된 구성 요소에 대응되는 구성 요소는 동일한 도면 부호를 사용하였으며, 명세서의 간명함을 위해 중복되는 구성 요소에 대한 설명은 생략하고 도 1과의 차이점을 위주로 설명하기로 한다.
먼저, 도 3a를 참조하면, 주 구동륜(181)에 구동력을 전달하는 파워 트레인 구성은 도 1과 실질적으로 동일하다. 다만, 도 1 대비 보조 구동륜(182)에 구동력을 전달하는 별도의 전기 모터(171)가 추가로 구비된다. 여기서, 구 구동륜(181)은 전륜이고 보조 구동륜(182)은 후륜일 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 이러한 파워트레인 구성을 e4WD(electric 4 Wheel Drive)라 칭하기도 한다.
다음으로, 도 3b를 참조하면, 도 1 대비 엔진(110)부터 종감속기(160)까지의 구성은 실질적으로 동일하나, 주 구동륜(183) 측에 배치되는 인휠 모터(In-wheel motor, 172)가 추가로 구비된다.
도 3a 및 도 3b에 도시된 파워 트레인 구성은 전기 모터(140)와 독립적으로 차량에 구동력을 인가할 수 있는 별도의 전기 모터(171, 172)가 구비된다는 점이다. 설명의 편의를 위하여, 이하에서 변속기(150)의 입력단 측에 배치된 전기 모터(140)를 '제1 구동 모터'라 칭하고, 제1 구동 모터(140)와 독립적으로 구동력 인가가 가능한 전기 모터(171, 172)를 '제2 구동 모터'라 칭하기로 한다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 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), 제1 구동 모터(140) 및 제2 구동 모터(171, 172)는 모터 제어기(MCU: Motor Control Unit, 220)에 의해 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 제1/제2 구동 모터(140/171, 172) 각각을 위한 모터 제어기가 별도로 구비될 수도 있다. 또한, 클러치 제어기(230)는 노멀 클로즈 타입 건식 엔진 클러치(130)인 경우 HCA를 포함할 수 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 상태(Lock-up, Slip, Open 등), 해제 시점 등을 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.
이하에서 설명되는 실시예들은 도 3a 또는 도 3b에 도시된 파워트레인 구성과 도 4에 도시된 제어기 계통도를 따르는 하이브리드 자동차에 적용되는 것을 가정하여 기술한다. 다만, 이는 설명의 편의를 위한 것으로 실시예에 따른 차량 구조는 실시예와 상충되지 않는 범위 내에서 변경될 수 있음은 당업자에 자명하다.
이하, 상술한 하이브리드 자동차의 구성을 바탕으로, 본 발명의 실시예들에 따른 정차중 충전 빛 발진 제어를 설명한다.
본 발명의 일 실시예에서는 P단 정차중 충전이 필요할 경우, 엔진(110) 동력으로 제1 구동 모터(140)를 통해 충전이 수행되도록 하고, D단 변경시 구동원의 상태와 요구 토크에 따라 복수의 발진 주행 모드 중 하나를 선택적으로 적용할 것을 제안한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 충전 및 발진 제어 장치 구성의 일례를 나타낸다.
도 5를 참조하면, 실시예에 따른 충전 및 발진 제어 장치(300)는 판단부(310)와 제어부(320)를 포함할 수 있다.
판단부(310)는 정차 중 충전 필요성에 따라 충전 여부를 결정하는 충전 판단부(311)와 발진시 구동원의 상태와 요구 토크에 따라 발진 주행 모드를 선택하는 발진전략 판단부(312)를 포함할 수 있다.
또한, 제어부(320)는 정차중 충전 과정을 제어하는 충전 제어부(321), D단 입력에 따라 발진 준비에 필요한 제어를 수행하는 발진준비 제어부(322) 및 발진 주행 모드에 따라 구동원별 출력 토크를 결정하는 발진 제어부(323)를 포함할 수 있다.
구현에 있어서, 충전 및 발진 제어 장치(300)는 하이브리드 제어기(240)의 일 구성 요소나 기능으로 구현될 수 있으나, 도 4에 도시된 제어기들 중 하이브리드 제어기(240)가 아닌 제어기 또는 별도의 제어기로 구현될 수도 있다.
이하, 도 5에 도시된 각 구성요소의 동작을 도 6을 함께 참조하여 상세히 설명한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 정차중 충전 및 발진을 위한 제어 과정의 일례를 나타내는 순서도이다.
먼저, 충전 판단부(311)는 하이브리드 자동차의 운행 준비(즉, HEV Ready, 일반 차량의 IG on에 대응) 상태이고(S601의 Yes) 충전이 필요한 상태에서(S602의 Yes), P단 정차 중인지 여부를 판단할 수 있다(S603). 여기서, 충전이란 메인 배터리 및 보조 배터리(예컨대, 12V 배터리) 중 적어도 하나의 SOC가 일정 값 밑으로 내려간 경우, 전장 부하(예컨대, 에어컨, 히터, 멀티미디어 부하 등) 소모가 있는 경우를 포함할 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 일례로, 운전자가 정차 중 가속 페달을 조작하는 경우도 충전 명령으로 인식될 수 있다.
충전 판단부(311)는 충전이 필요한 상태에서 P단 정차 중이면(S603의 Yes), 충전 제어부(321)로 충전 명령을 전달한다.
그에 따라, 충전 제어부(321)는 엔진(110)의 시동 및 엔진클러치(130)의 체결을 결정하고, 각각에 해당하는 명령(지령)을 출력한다(S604). 또한, 충전 제어부(321)는 엔진의 동력을 이용하여 제1 구동 모터(140)로 충전이 수행되도록 제어할 수 있다(S605). 여기서 엔진(110)의 운전점(토크,RPM)은 엔진 효율 특성에 따라 결정될 수 있다.
한편, 발진전략 판단부(312)는 충전이 수행되던 중 운전자가 D단을 선택하면(S606의 Yes), 발진준비 제어부(322)에 발진준비 명령을 전달하며, 그에 따라 발진준비 제어부(322)는 엔진(110)의 시동을 오프시키고(S607), 변속기(150)의 클러치는 오픈 상태로 제어하는(S608) 발진준비 제어를 수행할 수 있다. 여기서 변속기(150)의 클러치가 오픈되는 이유는 발진시 충전 중단에 따른 제1 구동 모터(140)의 0속 제어 과정에서 발생하는 울컥임이 구동축에 전달되는 것을 방지하기 위함이다. 또한, 발진준비 제어 과정은 엔진 클러치(130)의 해제(open)를 더 포함할 수 있다.
발진준비가 완료됨에 따라, 발진전략 판단부(312)는 운전자 요구토크, 제2 구동 모터(차량 구성에 따라 171 또는 172)의 최대 출력토크 및 제1 구동 모터(140)의 상태를 기반으로 복수의 발진 주행 모드 중 어느 하나를 선택할 수 있다. 이를 위해, 발진전략 판단부(312)는 요구토크와 제2 구동 모터(171 또는 172)의 최대 출력토크를 판단하고(S609), 판단된 요구토크와 최대 출력토크를 비교한다(S610). 여기서, 운전자 요구토크는 크립(Creep) 토크와 가속페달 위치(APS: Accelerator Pedal Position) 값에 기반하여 결정될 수 있다. 또한, 최대 출력토크는 제2 구동 모터(171, 172)의 상태(예컨대, 온도)와 배터리 상태(SOC 등)를 고려할 때 현재 출력 가능한 최대 토크, 즉, 가용 최대 토크를 의미할 수 있다.
요구토크와 제2 구동 모터(171, 172)의 최대토크를 비교하는 이유는 다음과 같다. 전술한 바와 같이, 제2 구동 모터(171, 172)는 제1 구동 모터(140)와 연결된 구동륜을 달리하여 배치되거나(171), 인 휠 모터(172)의 형태로 구비되기 때문에 제1 구동 모터(140)와 독립적으로 차량에 구동력을 인가할 수 있다. 따라서, 제2 구동 모터(171, 172)만으로 요구토크를 온전히 감당할 수 있다면 제1 구동 모터(140)를 해당 구동축에서 연결 해제한 상태로 제2 구동 모터(171, 172)만으로 요구토크를 출력함으로써, 제1 구동 모터(140)가 0속 수렴 전이라도 울컥임 없이 발진이 가능하게 된다. 이러한 발진 주행 모드를 "제1 EV 모드"라 칭할 수 있다.
따라서, 제2 구동 모터(171, 172)의 최대 출력토크가 요구토크보다 큰 경우(S610의 Yes), 발진전략 판단부(312)는 제1 EV 모드를 발진 주행 모드로 결정하여 이를 발진 제어부(323)에 통지하면(즉, EV1 발진명령), 발진 제어부(323)는 제2 구동 모터(171, 172)의 출력 토크를 요구 토크로 하여 토크 지령을 출력할 수 있다(S620).
이와 달리, 제2 구동 모터(171, 172)의 최대 출력토크가 요구토크보다 크지 않은 경우(S610의 No), 발진전략 판단부(312)는 제1 구동모터(140)의 속도가 0에 수렴했는지 판단한다(S611).
발진전략 판단부(312)는 제1 구동모터(140)의 속도가 0에 수렴한 경우(S611의 Yes), 제1 구동모터(140)와 제2 구동모터(171, 172)가 요구토크를 분담하여 출력하는 발진 주행 모드(이하, "제2 EV 모드"라 칭함)를 선택하고, 그렇지 않은 경우(S611의 No) 변속기 클러치를 슬립상태로 제어하면서 엔진(110)에도 요구토크를 일부 분담시키는 발진 주행 모드(이하, "HEV 모드"라 칭함)를 선택한다. HEV 모드는 주로 D단 변속 후 단시간 내에 운전자가 큰 출력으로 차량을 발진시킬 의도가 있을 때 유리하다.
제2 EV 모드를 선택한 경우, 발진전략 판단부(312)는 EV2 발진 명령을 발진 제어부(323)로 전달하며, 그에 따라 발진 제어부(323)는 엔진 클러치(130)를 오픈 상태로 제어하고 변속기(150) 클러치를 체결시킨다(S612).
또한, 발진 제어부(323)는 제1 구동 모터(140)와 제2 구동 모터(171, 172) 각각의 토크 분담률을 결정할 수 있다(S613). 예컨대, 토크 분담률을 α(여기서, 0 < α < 1)라 하면, 제1 구동 모터(140)는 (1-a)에 해당하는 비율의 요구토크를 분담하고 제2 구동 모터(171, 172)는 α 비율의 요구토크를 분담함을 의미할 수 있다. 여기서 a값은 e4WD 타입 차량의 경우 전륜대 후륜의 구동력 분담비에 해당할 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
토크 분담률이 결정되면, 발진 제어부(323)는 요구토크에 구동 모터별 분담률을 적용하여 각 구동 모터에 대한 토크 지령을 출력할 수 있다(S614).
이와 달리, 제1 구동모터의 속도가 0속 수렴되지 않은 경우(S611의 No), 발진전략 판단부(312)는 HEV 발진 명령을 발진 제어부(323)로 전달하며, 그에 따라 발진 제어부(323)는 엔진(110)을 기동하고(S615), 엔진 클러치(130)가 체결되도록 한다(S616).
또한, 발진 제어부(323)는 구동원별 토크 분담률(α, 여기서, 0 < α < 1)을 결정하고(S617), 변속기(150) 클러치를 슬립 상태로 제어하되, 이때 변속기(150) 클러치의 토크전달률(ηslip)도 판단한다(S618). 토크전달률(ηslip)은 오픈시 0의 값을 가지고, 락 상태에서 1의 값을 가질 수 있다. 이때, 엔진클러치(130)가 체결되어 있으므로, 엔진(110)과 제1 구동 모터(140)는 함께 회전하면서 토크 값은 합산된다. 따라서, 제1 엔진(110)과 제1 구동 모터(140)가 함께 분담하는 요구 토크 대 제2 구동 모터(171, 172)가 분담하는 요구 토크 비율은
Figure pat00001
가 된다.
발진 제어부(323)는 요구토크에 구동원별 분담률을 적용하여 각 구동원(110, 140, 171, 172)에 대한 토크 지령을 출력할 수 있다(S619).
전술한 S610 단계 이하의 발진 제어 과정은 차속이 일정 크기(v) 이상이 될 때까지 반복 수행될 수 있다(S621).
지금까지 설명한 실시예에 따른 충전 중 발전 및 발진 제어를 통해, 정차중에는 효율이 높은 모터를 이용하여 엔진 동력으로 충전을 수행하고, 발진시에는 요구토크와 구동원 상태를 기반으로 발진을 위한 주행 모드를 결정함으로써 정차시 충전 효율과 발진시 운전성이 함께 확보될 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 (19)

  1. 변속기 전단에 배치된 엔진과 제1 구동 모터, 그리고 상기 제1 구동 모터와 독립적으로 구동력 인가가 가능한 제2 구동 모터를 구비하는 하이브리드 자동차의 제어 방법에 있어서,
    주차(P)단으로 정차시 상기 엔진과 상기 제1 구동 모터 사이에 배치된 엔진 클러치를 체결하여 상기 엔진의 동력으로 상기 제1 구동 모터를 통해 충전을 수행하는 단계;
    주행(D)단 입력시 상기 엔진의 시동을 오프하고 상기 변속기의 클러치를 오픈 상태로 제어하는 단계; 및
    요구토크, 상기 제2 구동 모터의 가용 토크 및 상기 제1 구동모터의 속도 중 적어도 하나를 기반으로 상기 제2 구동 모터를 단독으로, 또는 상기 제2 구동 모터와 함께 상기 제1 구동 모터와 상기 엔진 중 적어도 하나를 추가로 이용하여 발진을 수행하는 단계를 포함하는, 하이브리드 자동차의 제어 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 구동 모터의 가용 토크가 상기 요구토크보다 큰 경우, 상기 발진을 수행하는 단계는,
    상기 제2 구동 모터로 상기 요구 토크를 출력하는 단계를 포함하는, 하이브리드 자동차의 제어 방법.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 구동 모터의 가용 토크가 상기 요구토크보다 크지 않은 경우, 상기 발진을 수행하는 단계는,
    상기 제1 구동모터의 정지 여부를 판단하는 단계를 포함하는, 하이브리드 자동차의 제어 방법.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제1 구동모터가 정지한 경우, 상기 발진을 수행하는 단계는,
    상기 엔진 클러치를 오픈하고 상기 변속기의 클러치를 체결하는 단계;
    상기 제1 구동모터와 상기 제2 구동모터의 토크 분담률을 결정하는 단계; 및
    상기 토크 분담률에 따라 분배된 요구토크를 상기 제1 구동모터와 상기 제2 구동모터 각각이 출력하는 단계를 더 포함하는, 하이브리드 자동차의 제어 방법.
  5. 제3 항에 있어서,
    상기 제1 구동모터가 정지하지 않은 경우, 상기 발진을 수행하는 단계는,
    상기 엔진을 재기동하고 상기 엔진 클러치를 체결하는 단계;
    상기 제2 구동모터의 요구토크 분담률을 결정하는 단계;
    상기 변속기의 클러치를 슬립상태로 제어하고 상기 슬립상태에서 토크전달률을 판단하는 단계;
    상기 요구토크 분담률 및 상기 토크전달률에 기반하여 상기 요구토크 중 상기 엔진과 상기 제1 구동모터가 분담할 제1 토크와 상기 제2 구동모터가 분담할 제2 토크를 결정하는 단계를 더 포함하는, 하이브리드 자동차의 제어 방법.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 제1 토크와 상기 제2 토크의 비율은,
    Figure pat00002
    (여기서, ηslip은 상기 토크전달률이고, α는 상기 요구토크 분담률)인, 하이브리드 자동차의 제어 방법.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 변속기의 클러치를 오픈 상태로 제어하는 단계는,
    상기 엔진 클러치를 오픈 상태로 제어하는 단계를 포함하는, 하이브리드 자동차의 제어 방법.
  8. 제1 항에 있어서,
    충전 필요성을 판단하는 단계를 더 포함하되,
    상기 충전을 수행하는 단계는, 상기 충전 필요성이 있을 경우 수행되는, 하이브리드 자동차의 제어 방법.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 구동모터는,
    상기 제1 구동모터가 구동력을 전달하는 제1 구동륜과 상이한 제2 구동륜에 구동력을 전달하도록 배치되거나,
    상기 제1 구동륜에 인 휠 모터로 배치되는, 하이브리드 자동차의 제어 방법.
  10. 제1 항 내지 제9 항 중 어느 한 항에 따른 하이브리드 자동차의 제어 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터 해독 가능 기록 매체.
  11. 변속기;
    상기 변속기의 전단에 배치된 엔진과 제1 구동 모터;
    상기 제1 구동 모터와 독립적으로 구동력 인가가 가능한 제2 구동 모터; 및
    주차(P)단으로 정차시 상기 엔진과 상기 제1 구동 모터 사이에 배치된 엔진 클러치를 체결하여 상기 엔진의 동력으로 상기 제1 구동 모터를 통해 충전이 수행되도록 하고, 주행(D)단 입력시 상기 엔진의 시동을 오프하고 상기 변속기의 클러치를 오픈 상태로 제어하며, 요구토크, 상기 제2 구동 모터의 가용 토크 및 상기 제1 구동모터의 속도 중 적어도 하나를 기반으로 상기 제2 구동 모터를 단독으로, 또는 상기 제2 구동 모터와 함께 상기 제1 구동 모터와 상기 엔진 중 적어도 하나를 추가로 이용하여 발진이 수행되도록 제어하는 제어기를 포함하는, 하이브리드 자동차.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 제2 구동 모터의 가용 토크가 상기 요구토크보다 큰 경우, 상기 제2 구동 모터로 상기 요구 토크가 출력되도록 제어하는, 하이브리드 자동차.
  13. 제11 항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 제2 구동 모터의 가용 토크가 상기 요구토크보다 크지 않은 경우, 상기 제1 구동모터의 정지 여부를 판단하는, 하이브리드 자동차.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 제1 구동모터가 정지한 경우, 상기 제어기는,
    상기 엔진 클러치를 오픈하고 상기 변속기의 클러치를 체결하고,
    상기 제1 구동모터와 상기 제2 구동모터의 토크 분담률을 결정하며,
    상기 토크 분담률에 따라 분배된 요구토크를 상기 제1 구동모터와 상기 제2 구동모터 각각이 출력하도록 제어하는, 하이브리드 자동차.
  15. 제13 항에 있어서,
    상기 제1 구동모터가 정지하지 않은 경우, 상기 제어기는,
    상기 엔진을 재기동하고 상기 엔진 클러치가 체결되도록 제어하고,
    상기 제2 구동모터의 요구토크 분담률을 결정하며,
    상기 변속기의 클러치를 슬립상태로 제어하고 상기 슬립상태에서 토크전달률을 판단하며,
    상기 요구토크 분담률 및 상기 토크전달률에 기반하여 상기 요구토크 중 상기 엔진과 상기 제1 구동모터가 분담할 제1 토크와 상기 제2 구동모터가 분담할 제2 토크를 결정하는, 하이브리드 자동차.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 제1 토크와 상기 제2 토크의 비율은,
    Figure pat00003
    (여기서, ηslip은 상기 토크전달률이고, α는 상기 요구토크 분담률)인, 하이브리드 자동차.
  17. 제11 항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 주행(D)단 입력시 상기 엔진 클러치를 오픈 상태로 제어하는, 하이브리드 자동차.
  18. 제11 항에 있어서,
    상기 제어기는,
    충전 필요성을 판단하여 상기 충전 필요성이 있을 경우 상기 충전이 수행되도록 제어하는, 하이브리드 자동차.
  19. 제11 항에 있어서,
    상기 제2 구동모터는,
    상기 제1 구동모터가 구동력을 전달하는 제1 구동륜과 상이한 제2 구동륜에 구동력을 전달하도록 배치되거나,
    상기 제1 구동륜에 인 휠 모터로 배치되는, 하이브리드 자동차.
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