KR20230055427A - 하이브리드 자동차 및 그를 위한 모터 제어 방법 - Google Patents

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박성익
나승찬
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현대자동차주식회사
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Abstract

본 발명은 엔진의 전부하 운전 진입을 저감할 수 있는 하이브리드 자동차 및 그를 위한 엔진 제어 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 엔진 제어 방법은, 가속 페달 조작량(APS)이 엔진의 전부하 운전으로의 진입 조건으로 설정된 기준 이상인지 판단하는 단계; 상기 가속 페달 조작량이 상기 기준 이상인 경우, 상기 엔진의 부분부하 운전 시 최대 토크에 해당하는 부분부하 토크 및 모터의 최대 토크에 해당하는 모터 토크를 판단하는 단계; 상기 부분부하 토크 및 상기 모터 토크의 합과 운전자 요구 토크를 비교하는 단계; 및 상기 비교의 결과에 따라 상기 엔진을 상기 전부하 운전 또는 상기 부분부하 운전으로 제어하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

하이브리드 자동차 및 그를 위한 모터 제어 방법{HYBRID ELECTRIC VEHICLE AND METHOD OF MOTOR CONTROL FOR THE SAME}
본 발명은 보다 향상된 가속감을 제공할 수 있는 하이브리드 자동차 및 그를 위한 엔진 제어 방법에 관한 것이다.
한편, 최근 환경에 대한 관심이 높아짐과 함께, 전기 모터를 동력원으로 구비한 친환경 차량이 증가하는 추세이다. 친환경 차량은 전동화 차량이라고도 하며, 대표적인 예로 하이브리드 자동차(HEV: Hybrid Electric Vehicle)를 들 수 있다.
하이브리드 자동차는 주행 상황에 따라 전기 모터와 엔진을 선택적으로 구동하여 배기 가스 배출은 저감하고 연비를 향상시킬 수 있다.
도 1은 일반적인 하이브리드 자동차의 파워 트레인 구조의 일례를 나타낸다.
도 1을 참조하면, 내연기관 엔진(ICE, 110)과 변속기(150) 사이에 전기 모터(또는 구동 모터, 140)와 엔진클러치(130)를 장착한 병렬형(Parallel Type) 하이브리드 시스템을 채용한 하이브리드 자동차의 파워 트레인이 도시된다.
이러한 차량에서는 일반적으로 시동후 운전자가 엑셀레이터를 밟는 경우(즉, 가속 페달 센서 on), 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, 121)가 동작하여 엔진(110)을 구동할 수 있다.
그에 따라 엔진(110)과 모터(140)의 회전속도 차이가 일정 범위 이내가 되면 비로소 엔진 클러치(130)가 맞물려 엔진(110)과 모터(140)가 함께 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). 이때 차량은 휠의 구동력을 이용하여 모터(140)를 통해 배터리(미도시)를 충전하며 이를 제동에너지 회생, 또는 회생 제동이라 한다. 따라서, 시동발전 모터(121)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 있다.
일반적으로 변속기(150)는 유단 변속기나 다판클러치, 예컨대 듀얼클러치 변속기(DCT) 등 다단 변속기가 사용될 수 있다.
다단 변속기를 구비한 하이브리드 자동차가 정지 상태에서 가속할 경우, 1단에서 2단으로, 다시 2단에서 3단으로 순차적으로 상단 변속이 이루어진다. 이러한 가속에 의한 상단 변속 형태는 정구동상향변속(Power On Upshift)이라 칭할 수 있다.
변속시에는 구동원과 휠 사이의 동력 전달이 일시적으로 차단되는 순간이 발생하므로, 정구동상향변속 상황에서 가속도 손실(G-loss)이 발생하게 된다. 이러한 가속도 손실을 저감하기 위해, 비교적 낮은 가속 페달 센서(APS: Accelerator Position Sensor) 값에 의해 가속될 경우 상단 변속시 토크 페이즈(torque phase)에서 변속기의 입력단 토크를 상향하는 방식으로 가속도 손실(G-loss)의 저감이 가능하다. 그러나, 높은 APS 값에 의해 급가속할 경우에는 가속도 손실 저감이 어렵다. 이를 도 2를 참조하여 설명한다.
도 2는 일반적인 하이브리드 자동차의 급가속 과정의 일례를 나타낸다.
도 2를 참조하면, 하이브리드 자동차가 급가속할 경우, 가속 초반에는 모터(140)의 구동력을 이용하며, HSG(121)를 통한 엔진(110)의 크랭킹이 완료되어 엔진 클러치(130)가 접합된 후에는 엔진(110)과 모터(140)의 합산 토크에 의해 가속이 이루어진다. 그런데, HSG(121)는 엔진 크랭킹 이후에는 토크를 출력하지 않는 것이 보통이며, 이미 구동원인 모터(140)와 엔진(110)이 높은 APS 값에 의해 최대 토크를 출력하고 있을 것이므로 가속도 손실 저감을 위해 해당 구동원에서 추가로 토크를 내기 어렵다. 물론, HSG(121)가 구동력을 발생시키도록 하는 방안을 고려해볼 수도 있겠으나, HSG(121)는 보통 엔진(110)과 풀리로 연결되며, 풀리비만큼 엔진(110)보다 RPM이 높다. 따라서, 급가속 상황에서는 엔진이 높은 RPM으로 동작할 것이고, 그로 인해 풀리비만큼 더 높은 RPM으로 동작해야 하는 상황에서는 HSG(121)가 정상적인 출력을 내기 어려워 가속도 손실 저감에 이용되기 어렵다.
결국, 일반적인 하이브리드 자동차에서는 급가속시 가속도 손실을 저감하기 어려운 문제가 있다.
본 발명의 목적은 보다 가속감이 우수한 하이브리드 자동차 및 그를 위한 모터 제어 방법을 제공하기 위한 것이다.
특히, 본 발명은 모터를 이용하여 급가속 상황에서 상단 변속시 가속도 손실을 저감할 수 있는 하이브리드 자동차 및 그를 위한 모터 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.
상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진과 직결된 제1 모터와 변속기의 입력단에 배치된 제2 모터를 구비하는 하이브리드 자동차의 모터 제어 방법은, 요구 토크를 판단하는 단계; 상기 요구 토크, 상기 제2 모터의 토크, 상기 엔진의 토크 및 변속 정보를 기반으로 변속시 가속도 손실을 보상하기 위한 보상 토크를 판단하는 단계; 상기 제1 모터의 가용 토크를 판단하는 단계; 및 상기 보상 토크와 상기 가용 토크를 기반으로 상기 제1 모터의 최종 토크를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 최종 토크를 판단하는 단계는 상기 보상 토크와 상기 가용 토크 중 작은 값을 상기 최종 토크로 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 보상 토크를 판단하는 단계는 상기 요구 토크에서 상기 제2 모터의 토크와 상기 엔진의 토크를 차감하는 단계를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 차감하는 단계는 정구동상향변속 상황의 토크 페이즈에 대하여 수행될 수 있다.
예를 들어, 상기 변속 정보는 변속 클래스, 변속 페이즈, 현재 변속단, 목표 변속단, 변속진행률 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 가용 토크를 판단하는 단계는 배터리 방전제한 및 상기 제2 모터의 소모 파워를 기반으로 상기 제1 모터의 가용 파워를 판단하는 단계; 및 상기 가용 파워, 상기 제1 모터의 온도 및 상기 제1 모터의 속도를 기반으로 상기 가용 토크를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 가용 파워, 상기 제1 모터의 온도 및 상기 제1 모터의 속도를 기반으로 상기 가용 토크를 판단하는 단계는, 미리 설정된 최대 토크 맵을 기반으로 수행될 수 있다.
예를 들어, 기 설정된 차속 조건 또는 상기 제1 모터의 온도 조건이 만족되지 않는 경우, 상기 방법은 상기 제1 모터의 최종 토크를 0으로 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 방법은 상기 판단된 최종 토크가 상기 제1 모터에서 출력되는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차는 엔진과 직결된 제1 모터; 변속기의 입력단에 배치된 제2 모터; 및 요구 토크, 상기 제2 모터의 토크, 상기 엔진의 토크 및 변속 정보를 기반으로 변속시 가속도 손실을 보상하기 위한 보상 토크를 판단하고, 상기 제1 모터의 가용 토크를 판단하여, 상기 보상 토크와 상기 가용 토크를 기반으로 상기 제1 모터의 최종 토크를 판단하는 제1 제어기를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 제어기는 상기 보상 토크와 상기 가용 토크 중 작은 값을 상기 최종 토크로 판단할 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 제어기는 상기 요구 토크에서 상기 제2 모터의 토크와 상기 엔진의 토크를 차감하여 상기 보상 토크를 판단할 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 제어기는 정구동상향변속 상황의 토크 페이즈에 대하여 상기 보상 토크를 판단할 수 있다.
예를 들어, 상기 변속 정보는 변속 클래스, 변속 페이즈, 현재 변속단, 목표 변속단, 변속진행률 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 제어기는 배터리 방전제한 및 상기 제2 모터의 소모 파워를 기반으로 상기 제1 모터의 가용 파워를 판단하고, 상기 가용 파워, 상기 제1 모터의 온도 및 상기 제1 모터의 속도를 기반으로 상기 가용 토크를 판단할 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 제어기는 미리 설정된 최대 토크 맵을 참조하여 상기 가용 토크를 판단할 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 제어기는 기 설정된 차속 조건 또는 상기 제1 모터의 온도 조건이 만족되지 않는 경우, 상기 제1 모터의 최종 토크를 0으로 판단할 수 있다.
예를 들어, 상기 하이브리드 자동차는 상기 최종 토크에 대응되는 토크 지령을 기반으로 상기 제1 모터를 제어하는 제2 제어기를 더 포함할 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 다양한 실시 예에 의해, 하이브리드 자동차에서 보다 우수한 가속감이 제공될 수 있다.
특히, 본 발명은 정구동상향변속시 제1 모터를 이용하여 가속도 손실 저감을 위한 보상 토크가 출력되도록 함으로써 가속감이 향상될 수 있다.
본 발명에서 얻은 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 일반적인 하이브리드 자동차의 파워 트레인 구성의 일례를 나타낸다.
도 2는 일반적인 하이브리드 자동차의 급가속 과정의 일례를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 적용될 수 있는 하이브리드 자동차의 파워 트레인 구성의 일례를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 제어 계통 구성의 일례를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 변속시 가속도 손실 저감 제어를 위한 제어기 구성의 일례를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차에서 가속도 손실 저감 제어가 적용된 급가속 과정의 일례를 나타낸다.
도 7은 모터의 제한 토크 형태의 일례를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 변속시 가속도 손실 저감을 위한 모터 제어 과정의 일례를 나타내는 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 명세서에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 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.
본 발명의 실시예에 따른 변속시 가속도 손실 저감을 위한 모터 제어 방법을 설명하기 앞서, 실시예들에 적용 가능한 하이브리드 자동차의 구조 및 제어 계통을 먼저 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 적용될 수 있는 하이브리드 자동차의 파워 트레인 구조의 일례를 나타낸다.
실시예들에 적용될 수 있는 하이브리드 자동차의 파워 트레인 구조는 도 1에 도시된 병렬형 하이브리드 시스템 구조와 상당 부분 유사하므로, 차이점을 위주로 설명하기로 한다.
도 1에서는 HSG(121)가 엔진(110)과 풀리로 연결되어 있었다. 이와 달리, 도 3에 도시된 파워 트레인에서는 HSG(121)에 대응되는 모터(122)가 엔진 클러치(130)와 엔진(110) 사이에서 엔진(110)에 직결되도록 배치된다. 모터(122)와 엔진(110)이 직결됨으로 인해 모터(122)의 토크 제어 성능이 향상되며, 풀리비에 따른 RPM 상승이 없기 때문에 엔진(110)이 고 RPM으로 동작하더라도 해당 영역에서 모터(122)의 출력 발생이 가능한 장점이 있다.
편의상, 이하의 기재에서 엔진(110)에 직결된 모터(122)를 "제1 모터"라 칭하고, 변속기(150)의 입력단에 연결된 구동 모터(140)를 "제2 모터"라 칭하기로 한다.
엔진 클러치(130)부터 휠 사이의 각 구성요소는 도 1을 참조하여 전술한 바와 유사하므로 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 4는 본 발명의 실시예들이 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, 제1 모터(122) 및 제2 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 변속, 엔진 클러치 제어 등에 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 유압제어를 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 제1 모터(122)의 토크를 제어하기 위한 토크 지령을 모터 제어기(220)로 전달하여 엔진 회전 에너지 회수를 제어할 수 있다. 특히, 본 발명의 실시예들과 관련하여 하이브리드 제어기(240)는 정구동상향변속시 가속도 손실 저감을 위한 제1 모터(122)의 출력 토크를 판단할 수 있다.
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 3 및 도 4의 구성은 하이브리드 자동차의 일 구성례일 뿐, 실시예에 적용 가능한 하이브리드 자동차는 이러한 구조에 한정되지 아니함은 당업자에 자명하다 할 것이다.
본 발명의 일 실시예에서는, 정지 상태에서 일정값 이상의 가속 페달 조작량에 의해 하이브리드 자동차를 가속시킬 경우, 제1 모터의 토크를 제어하여 가속도 손실을 보상함으로써 가속성능 및 가속감을 향상시킬 것을 제안한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 변속시 가속도 손실 저감 제어를 위한 제어기 구성의 일례를 나타낸다.
도 5를 참조하면, 변속시 가속도 손실 저감 제어를 위해 하이브리드 제어기(240)가 다양한 입력 정보를 기반으로 제1 모터의 토크를 판단하고, 판단된 토크에 대응되는 토크 지령을 모터 제어기(220)로 전달하며, 모터 제어기(220)는 토크 지령을 기반으로 제1 모터(122)를 제어할 수 있다.
이를 위해, 하이브리드 제어기(240)는 배터리 방전제한량, 배터리 충전 상태(SOC: State Of Charge), 차속, APS, 브레이크 페달 센서(BPS: Brake pedal Position Sensor) 값, 엔진 클러치 상태, 엔진 토크, 제2 모터 토크, 변속 클래스/페이즈, 목표 변속단, 현재 변속단, 변속 진행률, 제2 모터 소모 파워, 제1 모터 온도, 제1 모터 속도 등을 입력 정보로 가질 수 있다.
배터리 방전제한량과 SOC에 대한 정보는 배터리 제어기(BMS: Battery Management System)로부터 획득될 수 있으며, 차속은 차속 센서로부터, APS 값과 BPS 값은 해당 센서로부터 획득될 수 있다. 또한, 엔진 클러치 상태는 클러치 제어기(230)로부터 획득될 수 있고, 엔진 토크는 엔진 제어기(110)로부터 획득될 수 있으며, 변속 클래스/페이즈, 목표 변속단, 현재 변속단, 변속 진행률에 대한 정보는 변속기 제어기(250)로부터 획득될 수 있다. 아울러, 제2 모터 토크, 제2 모터 소모 파워, 제1 모터 온도, 제1 모터 속도 등에 대한 정보는 모터 제어기(220)로부터 획득될 수 있다. 물론, 상술한 정보의 소스는 예시적인 것으로 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 센서 정보가 다른 제어기를 경유하거나 가공되어 전달될 수도 있다.
또한, 하이브리드 제어기(240)는 요구토크 연산부(241), 가속도 손실(G-loss) 연산부(242), 제1 모터 가용 출력 연산부(243) 및 제1 모터 토크 연산부(244)를 포함할 수 있다.
요구토크 연산부(241)는 APS, BPS, 차속, 배터리방전제한 및 배터리 SOC 등을 기반으로 운전자의 요구토크를 판단할 수 있다.
가속도 손실 연산부(242)는 운전자 요구토크와 변속 클래스/페이즈, 현재 변속단, 목표 변속단, 변속 진행률, 엔진토크, 제2 모터 토크 정보등을 기반으로 변속시 가속도 손실을 보상하기 위한 제1 모터(140)의 베이스(base) 목표 토크를 연산할 수 있다.
가속도 손실 연산부(242)의 동작은 도 6을 함께 참조하여 설명한다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차에서 가속도 손실 저감 제어가 적용된 급가속 과정의 일례를 나타낸다.
도 6을 참조하면, 변속시 가속도 손실(upshift G-loss)을 보상하기 위한 보상 토크는 엔진 토크와 제2 모터 토크의 합이 운전자 요구 토크를 만족시키지 못하는 양으로 정의될 수 있다. 즉, 보상 토크는 운전자 요구 토크에서 엔진 토크와 제2 모터 토크를 차감한 값이 될 수 있다. 따라서, 가속도 손실 연산부(242)는 변속기 관련 정보를 기반으로 현재 변속이 정구동상향변속이며, 토크 페이즈에 해당할 경우 보상 토크를 판단하여 이를 제1 모터(140)의 베이스(base) 토크로 결정할 수 있다.
제1 모터 가용 출력 연산부(243)는 배터리 방전제한과 제2 모터 소모 파워 및 제1 모터 온도와 제1 모터 속도 등의 정보를 기반으로 제1 모터의 가용 출력(토크)을 판단할 수 있다. 구체적으로, 제1 모터 가용 출력 연산부(243)는 배터리 방전제한에서 제2 모터 소모 파워를 차감하여 제1 모터(122)에 공급 가능한 가용 파워인 제1 모터 가용 파워를 판단한다. 제1 모터 가용 파워 내에서 제1 모터 속도와 제1 모터 온도 상황 하에서 가능한 최대 토크가 제1 모터의 가용 토크가 될 수 있다.
예컨대, 최대 토크는 도 7과 같은 맵이 참조될 수 있다. 도 7은 모터의 제한 토크 형태의 일례를 나타낸다. 도 7을 참조하면, 제1 모터(122)의 최대 토크는 동작 형태별로 RPM 대역에 대하여 미리 설정될 수 있다. 여기서 동작 형태는 일시 동작과 연속 동작을 포함할 수 있는데, 본 발명의 실시예들에서는 제1 모터(122)가 연속적으로 동작하는 것이 아닌 변속시 토크 페이즈에서 가속도 손실을 보상하기 위해 일시적으로 동작하는 형태가 되므로, 제1 모터 가용 출력 연산부(243)는 일시 동작 기준 최대 토크(max torque)선을 참조할 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 모터 토크 연산부(244)는 제1 모터의 베이스 토크와 제1 모터의 가용 토크를 기반으로 제1 모터(122)의 최종 토크를 판단하고, 판단된 토크에 대응되는 토크 지령을 모터 제어기(220)로 출력할 수 있다. 예를 들어, 제1 모터(122)의 최종 토크는 베이스 토크와 가용 토크 중 작은 값으로 결정될 수 있다.
지금까지 설명한 제어 과정을 순서도로 정리하면 도 8과 같다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 변속시 가속도 손실 저감을 위한 모터 제어 과정의 일례를 나타내는 순서도이다.
도 8을 참조하면, 먼저 하이브리드 제어기(240)의 요구토크 연산부(241)에서 APS, BPS, 차속, 배터리방전제한 및 배터리 SOC 등을 기반으로 운전자의 요구토크가 판단될 수 있다(S810).
또한, 하이브리드 제어기(240)는 기 설정된 차속 조건(S820)과 제1 모터 온도 조건(S830)을 판단하여 모두 만족되면(S830의 Yes), 변속시 가속도 손실 저감을 위한 모터 제어에 진입할 수 있다. 여기서 차속 조건은 차속이 기 설정된 범위 내에 있을 경우 만족되며, 제1 모터 온도 조건은 제1 모터(122)의 온도가 기 설정된 온도 이하인 경우 만족될 수 있다.
차속 조건의 이유는 충분히 느린 속도에서는 일반적인 1-2 upshift와 같은 상향 변속이 일어나지 않으며 일반 구동원, 즉, 엔진(110)과 제2 모터(140)의 여유 토크가 비교적 충분하고, 어느 정도 가속이 된 상황(예컨대, 4단 이상)에서는 상단 변속에 의한 가속도 변동이 크지 않기 때문이다.
또한, 제1 모터의 온도를 조건으로 두는 이유는 제1 모터(122)가 과온 상태인 경우 배터리의 방전제한이 넉넉하더라도 제1 모터(122)가 충분한 토크를 출력하기 어렵기 때문이다.
구체적인 차속 조건과 제1 모터 온도 조건의 수치는 차량마다 시험을 통해 결정될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
차속 조건(S820)과 제1 모터 온도 조건(S830)을 판단하여 모두 만족됨에 따라(S830의 Yes), 가속도 손실 연산부(242)와 제1 모터 가용 출력 연산부(243)는 각각 제1 모터 베이스 토크와 제1 모터 가용 토크를 판단할 수 있다.
구체적으로, 가속도 손실 연산부(242)는 운전자 요구토크와 변속 클래스/페이즈, 현재 변속단, 목표 변속단, 변속 진행률, 엔진 토크, 제2 모터 토크 정보 등을 기반으로 변속시 가속도 손실을 보상하기 위한 보상 토크를 판단하고(S840A), 판단된 보상 토크를 제1 모터 베이스 토크로 결정할 수 있다(S850A).
또한, 제1 모터 가용 출력 연산부(243)는 배터리 방전제한에서 제2 모터 소모 파워를 차감하여 제1 모터(122)에 공급 가능한 가용 파워인 제1 모터 가용 파워를 판단한다(S840B). 제1 모터 가용 출력 연산부(243)는 제1 모터 가용 파워 내에서 제1 모터 속도와 제1 모터 온도 상황 하에서 가능한 최대 토크를 제1 모터의 가용 토크로 판단할 수 있다(S850B).
제1 모터 토크 연산부(244)는 가속도 손실 연산부(242)에서 결정한 베이스 토크와 제1 모터 가용 출력 연산부(243)에서 판단한 가용 토크 중 작은 값을 제1 모터의 토크로 결정할 수 있다.
만일, 차속 조건이 만족되지 않거나(S820의 No), 제1 모터 온도 조건이 만족되지 않는 경우(S830의 No), 제1 모터 토크 연산부(244)는 제1 모터의 토크를 0으로 결정할 수 있다(S870).
제1 모터 토크 연산부(244)는 결정된 제1 모터의 토크에 대응되는 토크 지령을 모터 제어기(220)로 전달하며, 모터 제어기(220)는 토크 지령에 해당하는 토크가 제1 모터(122)에서 출력되도록 제1 모터(122)를 제어할 수 있다(S880).
지금까지 설명한 본 발명의 실시예들에 의하면, 다단 변속기가 적용된 하이브리드 시스템에서 높은 APS 값에 의해 차량이 급가속되더라도 제1 모터의 토크 제어를 통해 가속도 손실이 저감될 수 있어 변속시 가속감이 개선될 수 있다.
한편, 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. 엔진과 직결된 제1 모터와 변속기의 입력단에 배치된 제2 모터를 구비하는 하이브리드 자동차의 모터 제어 방법에 있어서,
    요구 토크를 판단하는 단계;
    상기 요구 토크, 상기 제2 모터의 토크, 상기 엔진의 토크 및 변속 정보를 기반으로 변속시 가속도 손실을 보상하기 위한 보상 토크를 판단하는 단계;
    상기 제1 모터의 가용 토크를 판단하는 단계; 및
    상기 보상 토크와 상기 가용 토크를 기반으로 상기 제1 모터의 최종 토크를 판단하는 단계를 포함하는, 하이브리드 자동차의 모터 제어 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 최종 토크를 판단하는 단계는,
    상기 보상 토크와 상기 가용 토크 중 작은 값을 상기 최종 토크로 판단하는 단계를 포함하는, 하이브리드 자동차의 모터 제어 방법.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 보상 토크를 판단하는 단계는,
    상기 요구 토크에서 상기 제2 모터의 토크와 상기 엔진의 토크를 차감하는 단계를 포함하는, 하이브리드 자동차의 모터 제어 방법.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 차감하는 단계는,
    정구동상향변속 상황의 토크 페이즈에 대하여 수행되는, 하이브리드 자동차의 모터 제어 방법.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 변속 정보는,
    변속 클래스, 변속 페이즈, 현재 변속단, 목표 변속단, 변속진행률 중 적어도 하나를 포함하는, 하이브리드 자동차의 모터 제어 방법.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 가용 토크를 판단하는 단계는,
    배터리 방전제한 및 상기 제2 모터의 소모 파워를 기반으로 상기 제1 모터의 가용 파워를 판단하는 단계; 및
    상기 가용 파워, 상기 제1 모터의 온도 및 상기 제1 모터의 속도를 기반으로 상기 가용 토크를 판단하는 단계를 포함하는, 하이브리드 자동차의 모터 제어 방법.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 가용 파워, 상기 제1 모터의 온도 및 상기 제1 모터의 속도를 기반으로 상기 가용 토크를 판단하는 단계는,
    미리 설정된 최대 토크 맵을 기반으로 수행되는, 하이브리드 자동차의 모터 제어 방법.
  8. 제1 항에 있어서,
    기 설정된 차속 조건 또는 상기 제1 모터의 온도 조건이 만족되지 않는 경우, 상기 제1 모터의 최종 토크를 0으로 판단하는 단계를 더 포함하는, 하이브리드 자동차의 모터 제어 방법.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 판단된 최종 토크가 상기 제1 모터에서 출력되는 단계를 더 포함하는, 하이브리드 자동차의 모터 제어 방법.
  10. 제1 항 내지 제9 항 중 어느 한 항에 따른 하이브리드 자동차의 모터 제어 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터 해독 가능 기록 매체.
  11. 엔진과 직결된 제1 모터;
    변속기의 입력단에 배치된 제2 모터; 및
    요구 토크, 상기 제2 모터의 토크, 상기 엔진의 토크 및 변속 정보를 기반으로 변속시 가속도 손실을 보상하기 위한 보상 토크를 판단하고, 상기 제1 모터의 가용 토크를 판단하여, 상기 보상 토크와 상기 가용 토크를 기반으로 상기 제1 모터의 최종 토크를 판단하는 제1 제어기를 포함하는, 하이브리드 자동차.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 제1 제어기는,
    상기 보상 토크와 상기 가용 토크 중 작은 값을 상기 최종 토크로 판단하는, 하이브리드 자동차.
  13. 제11 항에 있어서,
    상기 제1 제어기는,
    상기 요구 토크에서 상기 제2 모터의 토크와 상기 엔진의 토크를 차감하여 상기 보상 토크를 판단하는, 하이브리드 자동차.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 제1 제어기는,
    정구동상향변속 상황의 토크 페이즈에 대하여 상기 보상 토크를 판단하는, 하이브리드 자동차.
  15. 제11 항에 있어서,
    상기 변속 정보는,
    변속 클래스, 변속 페이즈, 현재 변속단, 목표 변속단, 변속진행률 중 적어도 하나를 포함하는, 하이브리드 자동차.
  16. 제11 항에 있어서,
    상기 제1 제어기는,
    배터리 방전제한 및 상기 제2 모터의 소모 파워를 기반으로 상기 제1 모터의 가용 파워를 판단하고, 상기 가용 파워, 상기 제1 모터의 온도 및 상기 제1 모터의 속도를 기반으로 상기 가용 토크를 판단하는, 하이브리드 자동차.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 제1 제어기는,
    미리 설정된 최대 토크 맵을 참조하여 상기 가용 토크를 판단하는, 하이브리드 자동차.
  18. 제11 항에 있어서,
    상기 제1 제어기는,
    기 설정된 차속 조건 또는 상기 제1 모터의 온도 조건이 만족되지 않는 경우, 상기 제1 모터의 최종 토크를 0으로 판단하는, 하이브리드 자동차.
  19. 제11 항에 있어서,
    상기 최종 토크에 대응되는 토크 지령을 기반으로 상기 제1 모터를 제어하는 제2 제어기를 더 포함하는, 하이브리드 자동차.
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