KR20220078218A - 하이브리드 자동차 및 그를 위한 촉매 히팅 제어 방법 - Google Patents

하이브리드 자동차 및 그를 위한 촉매 히팅 제어 방법 Download PDF

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KR20220078218A
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engine
catalyst
driving
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이재문
박준영
강지훈
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현대자동차주식회사
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Abstract

본 발명은 보다 효과적인 촉매 히팅 제어 시점의 선정과 선정된 시점에 따른 후속 대응이 가능한 하이브리드 자동차 및 그를 위한 촉매 히팅 제어 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 촉매 가열 제어 방법은, 구동 모터만 구동원으로 사용하는 제1 모드에서 구동축과 엔진이 단절된 상태에서 상기 엔진을 구동하는 제2 모드로 진입하여 상기 엔진의 촉매 가열을 시작하는 단계; 및 상기 촉매 가열이 완료되기 전에 상기 구동 모터의 최대 출력을 상회하는 요구 토크가 발생할 경우, 상기 요구 토크가 상기 최대 출력에 일정 마진을 더한 값을 상회하기 전까지 상기 제2 모드를 유지하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

하이브리드 자동차 및 그를 위한 촉매 히팅 제어 방법{HYBRID VEHICLE AND METHOD OF CATALYST HEATING CONTROL FOR THE SAME}
본 발명은 보다 효과적인 촉매 히팅 제어 시점의 선정과 선정된 시점에 따른 후속 대응이 가능한 하이브리드 자동차 및 그를 위한 촉매 히팅 제어 방법에 관한 것이다.
하이브리드 자동차(HEV: Hybrid Electric Vehicle)는 내연 기관, 즉, 엔진)과 구동 모터를 함께 구비하여 주행 환경에 따라 구동력을 발생시키는 동력원을 선택적으로 제어할 수 있다.
그런데, 엔진은 배기 가스 배출 기준의 만족과 환경 보호를 위해 촉매(Catalyst)의 온도가 활성 혼도 이상이 될 때 동력원으로 사용되는 것이 바람직하다. 예컨대, 촉매 온도는 300℃에서부터 배기 가스 정화 기능을 가지나, 정상 효율을 내기 위해서는 450℃ 이상이 되어야 한다. 그런데, 엔진에는 별도의 촉매 가열(CH: Catalyst Heating) 수단이 마련되지 않고 내연 기관의 운전을 통해 촉매가 가열되는 것이 보통이다. 하이브리드 자동차에서 촉매 가열 시에는 엔진의 아이들(Idle) RPM을 일반적인 공회전 상황 대비 높이며, 점화각을 지연시키고 연료량을 증대(즉, 연료압 상승)시킬 수 있다. 이러한 촉매 가열(CH) 제어는 빠른 온도 상승을 위한 것으로 효율 및 출력을 고려한 일반적인 엔진 제어 형태와는 상이한 것이므로, 촉매 가열 제어의 시작 시점이 대단히 중요하다.
도 1은 촉매 가열 제어가 이상적인 시점에서 시작된 상황의 일례를 나타낸다.
도 1을 참조하면, 처음부터 촉매 온도가 활성 온도보다 낮아 촉매 가열 필요 상황(CH req.)이나, 바로 촉매 가열을 수행하지 않다가 요구 토크가 모드 전환 기준에 도달하는 시점에서 촉매 가열 제어가 종료되도록 CH 제어 시작 시점이 선정된다면 주행 준비와 동시에 엔진을 가동할 필요도 없고 배기 가스 배출 기준도 만족될 수 있다.
그러나, 현실에서는 엔진 사용 시점의 예측이 어렵기 때문에 주행 준비(HEV Ready, 일반 차량의 IG on에 해당) 상태가 됨과 함께 운전자의 요구과 무관하게 엔진에 시동을 걸고 촉매 가열 제어를 즉시 수행한다. 이때, 파워 트레인의 구성에 따라 차이가 있을 수 있으나, 촉매 가열 제어 중 엔진의 출력은 주행 모드의 전환 기준을 초과하는 운전자의 요구 파워가 있기 전까지는 최소화하여 구동축으로 전달되지 않도록 하는 것(예컨대, 병렬형 하이브리드 차량의 Series HEV 모드)이 보통이다.
주행 모드 중에는 EV(Electric Vehicle) 우선 모드라 하여 연비 효율과 무관하게 구동 모터만 이용한 주행을 우선시하는 모드가 있으나, EV 우선 모드와 촉매 가열(CH) 제어가 동시에 발생하면 촉매 가열 제어를 우선 수행하게 된다. 그 이유를 도 2를 참조하여 설명한다.
도 2는 촉매 가열 제어가 늦게 시작된 상황의 일례를 나타낸다.
도 2를 참조하면, EV 우선 모드에서 촉매 가열 제어를 지연시킨 이유 등으로 촉매 가열 제어가 완료되기 전에 운전자 요구 토크가 모터의 최대 토크를 상회한 상황이 도시된다. 이러한 경우, 촉매 온도가 활성 온도에 도달하지 못함에도 엔진을 구동원으로 사용하는 주행 모드(예컨대, 병렬형 하이브리드 자동차의 Parallel HEV 모드)로 전환됨에 따라 저온 촉매 구간에서 엔진이 구동되어 배기 성능이 악화된다.
촉매 가열 제어의 시점에 의한 다른 문제를 도 3 및 도 4를 참조하여 설명한다.
도 3은 구동 모터만 이용한 주행이 길어짐에 따른 촉매 가열 제어로 손실이 발생하는 상황의 일례를, 도 4는 불필요한 시동이 반복되는 현상이 발생하는 상황의 일례를 각각 나타낸다.
도 3을 참조하면, 운전자의 요구토크가 모터 최대 토크(Motor Max Torque) 밑으로만 발생하면, 엔진을 구동원으로 사용할 필요가 없음에도 주기적으로 촉매 가열 제어가 수행됨에 따른 연료 손실이 발생한다.
또한, 도 4를 참조하면, 촉매 가열 제어가 완료됨에 따라 엔진이 꺼지나(EV 모드 전환), 엔진이 꺼지고 조금 후에 다시 요구 토크 증대로 엔진이 켜짐에 따라 시동 반복 현상(Busy On/Off)이 발생한다.
따라서, 불필요한 엔진 시동이나 반복적 엔진 시동을 방지할 수 있는 촉매 가열 제어 방법이 요구된다.
본 발명은 적절한 촉매 가열 시점을 결정할 수 있는 하이브리드 자동차 및 그 촉매 가열 제어 방법을 제공하기 위한 것이다.
특히, 본 발명은 결정된 촉매 가열 시점에 대한 예측이 실패한 경우 효과적인 대응이 가능한 하이브리드 자동차 및 그 촉매 가열 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 하이브리드 자동차의 촉매 가열 제어 방법은, 구동 모터만 구동원으로 사용하는 제1 모드에서 구동축과 엔진이 단절된 상태에서 상기 엔진을 구동하는 제2 모드로 진입하여 상기 엔진의 촉매 가열을 시작하는 단계; 및 상기 촉매 가열이 완료되기 전에 상기 구동 모터의 최대 출력을 상회하는 요구 토크가 발생할 경우, 상기 요구 토크가 상기 최대 출력에 일정 마진을 더한 값을 상회하기 전까지 상기 제2 모드를 유지하는 단계를 포함할 수 있다.
또한 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차는, 구동 모터; 엔진; 및 상기 구동 모터만 구동원으로 사용하는 제1 모드에서 구동축과 상기 엔진이 단절된 상태에서 상기 엔진을 구동하는 제2 모드로 진입하여 상기 엔진의 촉매 가열을 시작되도록 하고, 상기 촉매 가열이 완료되기 전에 상기 구동 모터의 최대 출력을 상회하는 요구 토크가 발생할 경우, 상기 요구 토크가 상기 최대 출력에 일정 마진을 더한 값을 상회하기 전까지 상기 제2 모드를 유지하도록 제어하는 제어기를 포함할 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 관련된 하이브리드 자동차는 HEV 모드의 진입 시점을 예측하여 효과적으로 촉매 가열 제어의 시작 시점을 판단할 수 있다.
또한, 예측된 HEV 모드의 진입 시점이 실제 진입 시점과 상이할 경우 모드 진입 기준의 변경이나 모드 변경 억제를 통하여 불필요한 엔진 시동이나 반복적 엔진 시동을 방지할 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 촉매 가열 제어가 이상적인 시점에서 시작된 상황의 일례를 나타낸다.
도 2는 촉매 가열 제어가 늦게 시작된 상황의 일례를 나타낸다.
도 3은 구동 모터만 이용한 주행이 길어짐에 따른 촉매 가열 제어로 손실이 발생하는 상황의 일례를 나타낸다.
도 4는 불필요한 시동이 반복되는 현상이 발생하는 상황의 일례를 각각 나타낸다.
도 5는 본 발명의 실시예들에 적용될 수 있는 병렬형 하이브리드 자동차의 파워 트레인 구조의 일례를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 실시예들이 적용될 수 있는 하이브리드 자동차의 제어 계통의 일례를 나타내는 블럭도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매 가열 제어 장치 구성의 일례를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매 가열 제어 과정의 일례를 나타내는 순서도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 선진입 대응부의 출력 제어 형태의 일례를 나타낸다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 운전자 알림 표시 형태의 일례를 나타낸다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매 가열 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 실시예에 따른 자동차 및 그 제어 방법을 설명하기 앞서, 실시예들에 적용 가능한 하이브리드 자동차(HEV: Hybrid Electric Vehicle)의 구조 및 제어 계통을 먼저 설명한다.
도 5는 본 발명의 실시예들에 적용될 수 있는 병렬형 하이브리드 자동차의 파워 트레인 구조의 일례를 나타낸다.
도 5를 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 회전속도 차이가 일정 범위 내로 들어오면 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 구조를 바탕으로 하이브리드 자동차의 주행 모드를 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
EV 모드는 저속 및 요구토크가 낮은 상황에서 주로 적용되며, 엔진 클러치(130)를 오픈하고 모터(140)만을 동력원으로 사용하여 토크를 휠에 전달한다.
HEV 모드는 고속 및 요구토크가 높은 상황에서 주로 적용되며, 엔진(110)과 모터(140)를 동력원으로 사용하는데, 본 모드는 다시 HEV 시리즈(Series) 모드와 HEV 패러럴(Parallel) 모드로 구분될 수 있다. HEV 시리즈 모드에서는 엔진 클러치(130)가 오픈되며(즉, 엔진(110)과 구동축 간의 연결이 차단됨), 엔진(110)의 동력은 HSG(120)에서 발전을 위해 사용되고 모터(140)만 직접적으로 구동력을 발생시킨다. 이와 달리, HEV 패러럴 모드에서는 엔진 클러치(130)가 체결(Lock)되어 엔진(110)의 구동력과 모터(140)의 구동력이 함께 휠로 전달된다.
전술한 바와 같이 촉매 가열(CH) 제어가 수행될 경우 HEV Series 모드에서 엔진이 구동될 수 있으며, 촉매 미활성화 영역에서 엔진 출력 최소화를 위해 HSG(120)의 발전 파워(charge power)는 0으로 설정될 수 있다.
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.
예를 들어, 하이브리드 제어기(240)는 차량의 운행 상태에 따라 EV-HEV 모드간 전환 수행 여부를 결정한다. 이를 위해, 하이브리드 제어기는 엔진 클러치(130)의 해제(Open) 시점을 판단하고, 해제시에 유압(습식 엔진 클러치인 경우)제어나 토크 용량 제어(건식 엔진 클러치인 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.
모터 제어기(MCU), 하이브리드 제어기(HCU) 등의 명칭에 포함된 유닛(Unit) 또는 제어 유닛(Control Unit)은 차량 특정 기능을 제어하는 제어 장치(Controller)의 명명에 널리 사용되는 용어일 뿐, 보편적 기능 유닛(Generic function unit)을 의미하는 것은 아니다. 예컨대, 각 제어기는 담당하는 기능의 제어를 위해 다른 제어기나 센서와 통신하는 통신 장치, 운영체제나 로직 명령어와 입출력 정보 등을 저장하는 메모리 및 담당 기능 제어에 필요한 판단, 연산, 결정 등을 수행하는 하나 이상의 프로세서를 포함할 수 있다.
상술한 도 5 및 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 촉매 가열(CH) 제어를 설명한다.
본 발명의 일 실시예에서는 하이브리드 자동차에서 엔진의 구동력이 필요한 시점을 예측하고, 이를 기반으로 촉매 가열을 시작하되, 엔진의 구동력이 필요한 시점의 예측에 실패할 경우, 예측보다 빠른 진입인지 또는 늦은 진입인지 여부에 따라 주행 모드에 대한 제어를 달리할 것을 제안한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매 가열 제어 장치 구성의 일례를 나타낸다.
도 7을 참조하면, 실시예에 따른 촉매 가열 제어 장치(300)는 운전자 요구파워(또는 요구 토크), 전방 정보 및 현재 주행 모드를 입력 정보로 가지며, 판단부(310)와 대응부(320)를 포함할 수 있다.
판단부(310)는 제어 소요 시간 판단부(311)와 제어 시작 판단부(312)를 포함할 수 있으며, 대응부(320)는 후진입 대응부(321)와 선진입 대응부(322)를 포함할 수 있다.
이하, 촉매 가열 제어 장치(300)의 각 구성 요소의 동작을 보다 상세히 설명한다.
먼저, 판단부(310)의 제어 소요 시간 판단부(311)는 촉매 온도가 활성화 영역까지 가열되는데 요구되는 제어 소요 시간(CH_time)을 판단할 수 있다. 일반적으로 촉매 온도는 센서값이 아닌 모델링에 기반한 값이므로, 제어 소요 시간 판단부(311)는 촉매 온도에 대한 모델링을 기반으로 제어 소요 시간을 판단할 수 있다.
예컨대, 제어 소요 시간 판단부(311)는 기 설정된 촉매 온도 모델링 로직을 기반으로 마지막으로 수행된 엔진 기동 시점, 엔진 기동 시간 등을 기반으로 현재 촉매 온도를 예상하고, Series HEV 모드로 엔진을 기동하여 촉매 가열을 수행할 경우 활성 온도까지 도달하는데 소요될 제어 소요 시간을 판단할 수 있다. 다른 예로, 모델링에는 엔진 냉각수온을 참고하여 더욱 정확성을 높일 수도 있다.
제어 시작 판단부(312)는 구동 모터(140)의 상태와 배터리 상태(온도, SOC 등)를 기반으로 EV 모드에서 가능한 모터 최대 출력과, 제어 소요 시간 판단부(311)가 판단한 CH_time 이후 운전자 요구 파워를 예측할 수 있다. 즉, 제어 시작 판단부(312)는 Parallel HEV 모드의 진입 시점을 예측할 수 있다. 만일, CH_time 이후 예측된 운전자 요구 파워가 EV 모드에서 가능한 모터 최대 출력보다 큰 경우, 제어 시작 판단부(312)는 촉매 가열(CH) 개시를 위한 제어 요청을 엔진 제어기(210)에 전달할 수 있다. 또한, 촉매 가열(CH) 개시를 위한 제어 요청은 대응부(320)로도 전달될 수 있다.
운전자 요구 파워의 예측은 현재의 요구 파워 변화 트렌드를 기반으로 수행될 수도 있고, 전방 정보(전방 도로의 구배, 실시간 교통 정보, 신호등 등)를 활용하여 수행될 수도 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
다음으로, 대응부(320)의 후진입 대응부(321)는, 제어 시작 판단부(312)가 예측한 Parallel HEV 모드의 진입 시점이 경과해도 모터 최대 출력을 상회하는 요구 파워가 발생하지 않는 등 보다 실제 Parallel HEV 모드 진입이 예측 대비 느린 경우(즉, 후진입) Parallel HEV 모드 진입을 위한 판단 기준을 변경할 수 있다. 예컨대, 후진입 대응부(321)는 Parallel HEV 모드 진입을 위한 판단 기준 중 변속기(150) 입력 속도(TM In RPM)를 엔진 클러치(130)의 접합이 가능한 최소 엔진 RPM으로 변경하고, 요구 토크 또는 요구 파워 또한 디폴트 값보다 낮은 값으로 하향시킬 수 있다. 또한, 제어 시작 판단부(312)가 예측한 Parallel HEV 모드의 진입 시점(즉, CH 종료 시점)으로부터 일정 시간 이내에 모터 최대 출력을 상회하는 요구 파워(또는 요구 토크)가 발생할 것으로 예측되면, 후진입 대응부(321)는 CH 종료 후에도 Series HEV 모드가 유지되도록 할 수 있다. 이를 통해 엔진(110)의 불필요한 온/오프를 방지할 수 있다.
또한, 선진입 대응부(322)는 제어 시작 판단부(312)가 판단한 Parallel HEV 모드의 진입 시점 이전에 모터 최대 출력을 상회하는 요구 파워가 발생하는 등 실제 Parallel HEV 모드 진입이 예측 대비 빠른 경우(즉, 선진입), 촉매 가열(CH) 제어가 완료될 때까지 Parallel HEV 모드의 진입을 억제할 수 있다. 예를 들어, 선진입 대응부(322)는 모터 최대 출력에서 일정 마진을 더한 값 이상의 요구 파워(또는 요구 토크)가 발생할 때 비로소 Parallel HEV 모드로 진입을 결정할 수 있다. 다만, 이러한 경우 모터 최대 파워와 그에 마진을 더한 값 사이의 요구 파워(또는 요구 토크)는 만족되지 못할 수 있다. 따라서, 선진입 대응부(322)는 촉매 가열로 인해 요구 토크가 CH_time 도달까지 만족되지 못할 수 있음을 운전자에 안내할 수 있다. 마진을 통한 제어와 안내의 구체적인 형태는 도 9 및 도 10을 참조하여 후술하기로 한다.
구현에 있어서, 촉매 가열 제어 장치(300)는 별도의 제어기로 구현될 수도 있고, 기 부여된 기능을 수행하는 제어기의 일 기능으로 구현될 수도 있다. 예컨대, 촉매 가열 제어 장치(300)는 하이브리드 제어기(240)로 구현될 수 있으나, 이는 예시적인 것으로 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
지금까지 설명한 촉매 가열 제어 장치(300)의 촉매 가열 제어 과정을 순서도로 설명하면 도 8과 같다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매 가열 제어 과정의 일례를 나타내는 순서도이다.
도 8을 참조하면, 차량 운행 개시에 따라 EV 모드 주행이 시작될 수 있다(S801). EV 모드 주행 중, 촉매 온도가 활성 온도보다 낮을 경우(S802의 Yes) 판단부(310)는 촉매 가열에 필요한 시간(CH_time)을 예측한다(S803).
또한, 판단부(310)는 CH_time 경과 후 요구 파워를 예측하여(S804), 예측된 요구 파워가 EV 모드에서 모터 최대 출력(EV Max)을 초과하는지 여부를 판단한다(S805). 만일, CH_time 경과 후 요구 파워가 모터 최대 출력(EV Max)을 초과하는 것으로 판단된 경우(S805의 Yes), 판단부(310)는 촉매 가열을 요청하고, 그에 따라 차량은 HEV Series 모드 전환을 통해 촉매 가열을 시작한다(S806).
대응부(320)는 CH_time이 경과하지 않아 촉매 온도가 활성 온도보다 높지 않은 동안은(S807의 No) 선진입 대응을 위해 요구 파워를 모니터링할 수 있다(S808). 모터 최대 출력보다 요구 파워가 높지 않은 동안(S808의 No)은 Series HEV 모드를 통해 CH_time 동안 촉매 가열이 계속 진행될 수 있다. 만일, 모터 최대 출력보다 높은 요구 파워가 발생하면(S808의 Yes), 대응부(320)는 Parallel HEV 모드 진입의 지연을 위해 요구 파워가 모터 최대 출력에 마진을 더한 값을 상회하기 전까지는(S809의 No) 운전자에 촉매 가열로 인해 요구 파워 불만족이 발생할 수 있음을 알리고(S810) 촉매 가열을 이어갈 수 있다. 이와 달리, 요구 파워가 모터 최대 출력에 마진을 더한 값을 넘어서면(S809의 Yes), Parallel HEV 모드 진입을 허용한다(S815).
한편, CH_time 경과로 촉매 온도가 활성 온도를 넘어선 후(S807의 Yes), 대응부(320)는 후진입 상황이 되므로 Parallel HEV 모드 진입을 촉진하기 위해 진입 기준을 낮아지는 방향으로 변경할 수 있다(S811).
이후 요구 파워가 낮아진 진입 기준을 만족하면(S812의 Yes) 대응부(320)는 Parallel HEV 모드 진입을 허용하고(S815), 요구 파워가 낮아진 진입 기준 이하에 머물면(S812의 No) 일정 시간 내에 Parallel HEV 모드 진입의 발생 여부를 예측할 수 있다(S813). 일정 시간 내에 Parallel HEV 모드 진입이 예측되면(S813의 Yes), 대응부(320)는 Series HEV 모드를 유지한채로 요구파워를 모니터링할 수 있다(S812). 이와 달리, 일정 시간 내에 Parallel HEV 모드 진입이 예측되지 않는 경우(S813의 No), 대응부(320)는 EV 모드로 전환을 결정할 수 있다(S814).
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 선진입 대응부의 출력 제어 형태의 일례를 나타낸다.
도 9에 도시된 그래프의 가로축은 운전자 요구 파워를, 세로축은 파워트레인의 실제 출력을 각각 나타낸다. 도 9를 참조하면, 요구 파워가 모터 최대 출력에 도달할 때까지는 실제 출력이 요구 파워에 대응된다. 그러나, 요구 파워가 모터 최대 출력을 넘어선 후 모터 최대 출력에 일정 마진을 더한 영역 사이에서는 실제 출력이 모터 최대 파워로 제한될 수 있으며, 출력 제한이 수행되는 동안 Series HEV 모드가 유지되면서 촉매 가열이 진행될 수 있다. 만일, 모터 최대 파워에서 일정 마진을 더한 값보다 큰 요구 파워가 발생하는 경우에는 Parallel HEV 모드로 전환되어 다시 요구 토크가 만족될 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 운전자 알림 표시 형태의 일례를 나타낸다.
도 10을 참조하면, 출력 제한이 수행되는 동안 차량의 디스플레이, 예컨대, 헤드업 디스플레이(HUD), 클러스터의 디스플레이, AVN(Audio/Video/Navigation) 시스템의 디스플레이 중 적어도 하나에서 촉매 가열에 따른 요구 토크 불만족이 있을 수 있다는 시각 안내 정보가 도시된다. 완료까지 소요되는 시간은 CH_time에서 CH 제어가 시작된 이후 경과 시간으로 구해질 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매 가열 제어의 효과를 설명하기 위한 도면이다.
도 11을 참조하면, EV 모드 주행 중 촉매 온도가 활성 온도보다 낮아 CH_time이 판단되고, CH_time 이후 모터 최대 토크를 상회하는 요구 토크가 발생할 것으로 예측됨에 따라 촉매 가열 제어가 시작된다. 그런데, 요구 토크가 예측된 HEV 모드 전환 시점보다 빨리 모터 최대 토크(즉, 모드 전환 기준)에 도달하는 경우, 종래의 제어에서는 촉매 가열 제어가 종료되지 않음에도 Parallel HEV 모드로 전환되어 저온 촉매 사용 구간이 발생하게 된다. 그러나, 실시예에 따르면 요구 토크가 모터 최대 토크에서 마진을 더한 값을 상회하기 전에는 안내 출력과 함께 Series HEV 모드를 유지하기 때문에, 촉매 가열이 완료된 후 Parallel HEV 모드로 전환이 가능하게 된다.
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. 구동 모터만 구동원으로 사용하는 제1 모드에서 구동축과 엔진이 단절된 상태에서 상기 엔진을 구동하는 제2 모드로 진입하여 상기 엔진의 촉매 가열을 시작하는 단계; 및
    상기 촉매 가열이 완료되기 전에 상기 구동 모터의 최대 출력을 상회하는 요구 토크가 발생할 경우, 상기 요구 토크가 상기 최대 출력에 일정 마진을 더한 값을 상회하기 전까지 상기 제2 모드를 유지하는 단계를 포함하는, 하이브리드 자동차의 촉매 가열 제어 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 촉매 가열을 시작하기 전에, 상기 촉매 가열의 필요 여부를 판단하는 단계; 및
    상기 촉매 가열이 필요한 것으로 판단된 경우, 상기 촉매 가열에 소요되는 시간을 판단하는 단계를 더 포함하는, 하이브리드 자동차의 촉매 가열 제어 방법.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 촉매 가열을 시작하는 단계는,
    상기 소요 시간이 경과된 후의 요구 파워 예측값이 상기 구동 모터의 최대 출력보다 큰 경우 수행되는, 하이브리드 자동차의 촉매 가열 제어 방법.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 모드를 유지하는 단계는,
    상기 요구 토크의 불만족에 대응되는 알림 정보를 출력하는 단계를 포함하는, 하이브리드 자동차의 촉매 가열 제어 방법.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 요구 토크가 상기 최대 출력에 일정 마진을 더한 값을 상회하면 상기 엔진을 구동원으로 사용하는 제3 모드로 전환하는 단계를 더 포함하는, 하이브리드 자동차의 촉매 가열 제어 방법.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 촉매 가열이 완료되면, 상기 엔진을 구동원으로 사용하는 제3 모드로의 진입 기준을 하향 설정하는 단계를 더 포함하는, 하이브리드 자동차의 촉매 가열 제어 방법.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 하향 설정하는 단계 이후 일정 시간 내에 상기 제3 모드로의 진입 여부를 예측하는 단계를 더 포함하는, 하이브리드 자동차의 촉매 가열 제어 방법.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 예측 결과, 상기 일정 시간 내에 상기 제3 모드로 진입이 예측되면, 상기 제2 모드를 유지하는 단계를 더 포함하는, 하이브리드 자동차의 촉매 가열 제어 방법.
  9. 제7 항에 있어서,
    상기 예측 결과, 상기 일정 시간 내에 상기 제3 모드로 진입이 예측되지 않는 경우, 상기 제1 모드로 전환하는 단계를 더 포함하는, 하이브리드 자동차의 촉매 가열 제어 방법.
  10. 제1 항 내지 제9 항 중 어느 한 항에 따른 하이브리드 자동차의 촉매 가열 제어 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터 해독 가능 기록 매체.
  11. 구동 모터;
    엔진; 및
    상기 구동 모터만 구동원으로 사용하는 제1 모드에서 구동축과 상기 엔진이 단절된 상태에서 상기 엔진을 구동하는 제2 모드로 진입하여 상기 엔진의 촉매 가열을 시작되도록 하고, 상기 촉매 가열이 완료되기 전에 상기 구동 모터의 최대 출력을 상회하는 요구 토크가 발생할 경우, 상기 요구 토크가 상기 최대 출력에 일정 마진을 더한 값을 상회하기 전까지 상기 제2 모드를 유지하도록 제어하는 제어기를 포함하는, 하이브리드 자동차.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 촉매 가열을 시작하기 전에, 상기 촉매 가열의 필요 여부를 판단하고, 상기 촉매 가열이 필요한 것으로 판단된 경우, 상기 촉매 가열에 소요되는 시간을 판단하는, 하이브리드 자동차.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 소요 시간이 경과된 후의 요구 파워 예측값이 상기 구동 모터의 최대 출력보다 큰 경우 상기 촉매 가열이 시작되도록 제어하는, 하이브리드 자동차.
  14. 제11 항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 제2 모드의 유지를 결정한 경우 상기 요구 토크의 불만족에 대응되는 알림 정보가 출력되도록 제어하는, 하이브리드 자동차.
  15. 제11 항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 요구 토크가 상기 최대 출력에 일정 마진을 더한 값을 상회하면 상기 엔진을 구동원으로 사용하는 제3 모드로 전환을 결정하는, 하이브리드 자동차.
  16. 제11 항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 촉매 가열이 완료되면, 상기 엔진을 구동원으로 사용하는 제3 모드로의 진입 기준을 하향 설정하는, 하이브리드 자동차.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 하향 설정 이후 일정 시간 내에 상기 제3 모드로의 진입 여부를 예측하는, 하이브리드 자동차.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 예측 결과, 상기 일정 시간 내에 상기 제3 모드로 진입이 예측되면, 상기 제2 모드를 유지하는, 하이브리드 자동차.
  19. 제17 항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 예측 결과, 상기 일정 시간 내에 상기 제3 모드로 진입이 예측되지 않는 경우, 상기 제1 모드로 전환을 결정하는, 하이브리드 자동차.
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