KR20230083351A - 하이브리드 자동차 및 그를 위한 주행 제어 방법 - Google Patents

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KR20230083351A
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KR
South Korea
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control
torque
catalyst heating
criterion
hybrid vehicle
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KR1020210170652A
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조진겸
양병희
문성욱
김성덕
Original Assignee
현대자동차주식회사
기아 주식회사
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Abstract

본 발명은 엔진의 촉매 가열이 완료되지 않은 상황에서 배기가스 배출을 저감하면서 요구 토크에 대응할 수 있는 하이브리드 자동차 및 그를 위한 주행 제어 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 주행 제어 방법은, 전기 모터를 구동원으로 사용하는 제1 모드로 주행 중, 촉매가열 요청이 있으며 요구 토크가 제1 기준을 넘으면 엔진의 촉매가열 제어에 진입하는 단계; 및 상기 요구 토크가 상기 제1 기준보다 큰 제2 기준을 넘으면 가속감 상승 제어에 진입하는 단계를 포함하되, 상기 제2 기준은, 상기 엔진을 구동원으로 사용하는 제2 모드의 진입 기준이 되는 제3 기준과 상기 제1 기준 사이에 설정될 수 있다.

Description

하이브리드 자동차 및 그를 위한 주행 제어 방법{HYBRID ELECTRIC VEHICLE AND METHOD OF DRIVING CONTROL FOR THE SAME}
본 발명은 엔진의 촉매 가열이 완료되지 않은 상황에서 배기가스 배출을 저감하면서 요구 토크에 대응할 수 있는 하이브리드 자동차 및 그를 위한 주행 제어 방법에 관한 것이다.
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.
이러한 하이브리드 자동차는 엔진과 전기 모터를 주행 환경에 따라 선택적으로 제어하여 우수한 연비를 연비를 달성할 수 있다. 예를 들어, 일반적인 하이브리드 자동차는 차속과 요구토크가 낮을 때에는 전기 모터의 동력만 이용하는 EV(Electric Vehicle) 모드로 주행하고, 요구 토크가 상승하면 EV 모드에서 엔진의 동력을 이용하는 HEV 모드로 주행할 수 있다.
그런데, 하이브리드 자동차라고 하여도 여전히 엔진을 구동함에 있어서는 배기 가스 저감을 위해 본격적으로 엔진의 동력을 이용하기 전에 촉매가열 제어를 마쳐야 한다. 촉매가열 제어는 엔진을 아이들(Idle) 상태로 약 10초간 제어하는 형태로 수행되는 것이 보통이며, 하이브리드 자동차는 요구 토크와 차속의 상승에 따라 HEV 모드 진입에 대비하여 촉매가열 제어를 수행한다. 이를 도 1을 참조하여 설명한다.
도 1은 일반적인 하이브리드 자동차의 촉매가열 제어 진입 조건의 일례를 나타낸다.
도 1을 참조하면, 차속과 요구토크에 따른 맵에서 제어 레벨 1의 기준이 되는 라인(레벨 1)과 제어 레벨 2의 기준이 되는 라인(레벨 2)에 의해 맵은 EV, 아이들 및 패러럴 영역으로 구분될 수 있다.
차속과 요구토크가 레벨 1 라인 이내, 즉, EV 영역에서는 주행 모드가 EV 모드로 제어되며, 촉매가열 제어는 수행되지 않는다.
차속과 요구토크가 레벨 1 라인과 레벨 2 라인 사이의 아이들 영역에서는 주행 모드가 HEV 아이들 모드로 제어되어, 촉매가열이 수행된다. 이때, HEV 아이들 모드에서 엔진은 휠과 단절되어 휠에 구동력을 전달하지는 않으며 Idle 운전으로 제어될 수 있다.
차속과 요구토크가 레벨 2 라인을 상회하는 패러럴 영역에서는 엔진의 동력이 휠에 전달되며 별도의 촉매가열 제어가 수행되지 않는다.
만일, EV 모드에서 주행을 시작하여 차속과 요구토크가 점차 증가함에 따라 EV 영역을 거쳐 아이들 영역까지 진입하면서, 아이들 영역에서 촉매가열 제어에 필요한 시간 이상 머물게 되면 촉매가열 제어가 정상적으로 완료될 수 있다. 그러나, 아이들 영역에서 촉매가열 제어가 완료되기 전에 차속과 요구토크가 패러럴 영역에 진입하게 되면 주행 모드가 HEV 패러럴 모드로 천이하게 되어 문제된다. 이를 도 2를 참조하여 설명한다.
도 2는 일반적인 하이브리드 자동차에서 촉매가열 제어가 완료되지 못하는 상황의 일례를 나타낸다.
도 2를 참조하면, 가로축은 공통적으로 시간이며, 세로축은 위에서 아래 방향으로 요구토크, 촉매가열 요청(on/off), 주행 모드 및 촉매가열 제어(진입/중지)를 각각 나타낸다.
촉매가열이 필요한 상황, 예컨대, 냉간시 또는 마지막 엔진 기동으로부터 상당 시간이 경과되어 촉매 온도가 떨어진 상황에서 촉매가열 요청이 on 상태가 된다. 차량이 출발시에는 EV 모드로 제어되나, 운전자가 점차 가속페달을 깊게 밟는 등 요구 토크가 상승하여 레벨 1 라인을 넘어서는 경우, 촉매가열 요청이 on 상태이므로 HEV 아이들 모드로 진입하여 촉매가열이 시작될 수 있다. 그런데, HEV 아이들 모드에서는 엔진의 동력이 휠에 전달되지 않으므로 운전자의 요구토크 대비 적은 토크가 휠에 전달될 수 있다. 이러한 경우 운전자는 촉매가열이 수행됨을 인지하기 어렵고 가속감이 부족하다고 느껴 가속페달을 더욱 깊게 조작할 수 있다. 그에 따라 요구 토크가 레벨 2 라인을 넘어설 경우 촉매가열 제어가 완료되지 않더라도 주행 모드는 HEV 패러럴 모드로 천이하게 되어 배기 가스가 다량 배출되는 문제가 있다.
본 발명은 엔진의 촉매 가열이 완료되지 않은 상황에서 배기가스 배출을 저감하면서 요구 토크에 대응할 수 있는 하이브리드 자동차 및 그를 위한 주행 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 하이브리드 자동차의 주행 제어 방법은, 전기 모터를 구동원으로 사용하는 제1 모드로 주행 중, 촉매가열 요청이 있으며 요구 토크가 제1 기준을 넘으면 엔진의 촉매가열 제어에 진입하는 단계; 및 상기 요구 토크가 상기 제1 기준보다 큰 제2 기준을 넘으면 가속감 상승 제어에 진입하는 단계를 포함하되, 상기 제2 기준은, 상기 엔진을 구동원으로 사용하는 제2 모드의 진입 기준이 되는 제3 기준과 상기 제1 기준 사이에 설정될 수 있다.
예를 들어, 상기 요구토크가 상기 제3 기준을 상회하는 경우, 상기 방법은 상기 촉매가열 제어의 완료 여부와 무관하게 상기 제2 모드로 진입하는 단계를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 촉매가열 제어에 진입하는 단계는, 상기 촉매가열 제어의 진행도를 나타내는 정보를 출력하는 단계를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 가속감 상승 제어에 진입하는 단계는, 상기 출력되는 정보에 소정의 시각효과를 부여하는 단계를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 진행도를 나타내는 정보는, 상기 촉매가열 제어의 잔여 시간 정보를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 가속감 상승 제어에 진입하는 단계는, 시동발전모터를 통한 충전량을 증대하는 단계; 상기 모터의 최대 토크를 순간정격토크로 상승시키는 단계; 및 저단 변속을 수행하는 단계 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 충전량을 증대하는 단계는, 상기 모터의 출력 토크에서 상기 엔진의 마찰 토크를 제외한 토크로 충전을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 순간정격토크로 상승시키는 단계는, 상기 순간정격토크의 발생 가능 시간이 상기 촉매가열 제어의 잔여시간 이상인 경우 수행될 수 있다.
예를 들어, 상기 저단 변속을 수행하는 단계는, 디폴트 변속맵 대비 저단 변속이 용이한 변속맵을 적용하여 수행될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차는, 전기 모터; 엔진; 및 파워트레인 제어기를 포함하되, 상기 파워트레인 제어기는, 상기 전기 모터를 구동원으로 사용하는 제1 모드로 주행 중, 촉매가열 요청이 있으며 요구 토크가 제1 기준을 넘으면 엔진의 촉매가열 제어에 진입하고, 상기 요구 토크가 상기 제1 기준보다 큰 제2 기준을 넘으면 가속감 상승 제어에 진입하고, 상기 제2 기준은, 상기 엔진을 구동원으로 사용하는 제2 모드의 진입 기준이 되는 제3 기준과 상기 제1 기준 사이에 설정될 수 있다.
예를 들어, 상기 파워트레인 제어기는, 상기 요구토크가 상기 제3 기준을 상회하는 경우, 상기 촉매가열 제어의 완료 여부와 무관하게 상기 제2 모드로 진입할 수 있다.
예를 들어, 상기 파워트레인 제어기는, 상기 촉매가열 제어에 진입하는 함에 따라 상기 촉매가열 제어의 진행도를 나타내는 정보가 디스플레이 장치를 통해 출력되도록 제어할 수 있다.
예를 들어, 상기 파워트레인 제어기는, 상기 가속감 상승 제어에 진입함에 따라 상기 출력되는 정보에 소정의 시각효과가 부여되도록 제어할 수 있다.
예를 들어, 상기 진행도를 나타내는 정보는, 상기 촉매가열 제어의 잔여 시간 정보를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 파워트레인 제어기는, 상기 가속감 상승 제어에서, 시동발전모터를 통한 충전량의 증대, 상기 모터의 최대 토크를 순간정격토크로 상승 및 저단 변속의 수행 중 적어도 하나가 수행되도록 제어할 수 있다.
예를 들어, 상기 파워트레인 제어기는, 상기 모터의 출력 토크에서 상기 엔진의 마찰 토크를 제외한 토크로 충전을 수행하도록 하여 상기 충전량을 증대할 수 있다.
예를 들어, 상기 파워트레인 제어기는, 상기 순간정격토크의 발생 가능 시간이 상기 촉매가열 제어의 잔여시간 이상인 경우 상기 순간정격토크를 상승시킬 수 있다.
예를 들어, 상기 파워트레인 제어기는, 디폴트 변속맵 대비 저단 변속이 용이한 변속맵을 적용하여 상기 저단 변속이 수행되도록 제어할 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 다양한 실시 예에 의해, 엔진의 촉매 가열이 완료되지 않은 상황에서 요구 토크에 따라 가속감을 상승시키는 제어를 통해 촉매가열 제어에 필요한 시간을 확보할 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 촉매가열 제어 진입 조건의 일례를 나타낸다.
도 2는 일반적인 하이브리드 자동차에서 촉매가열 제어가 완료되지 못하는 상황의 일례를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 적용가능한 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 파워 트레인 제어기 구성의 일례를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 촉매가열 제어 레벨 판단을 위한 참조 맵의 일례를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차에서 출력되는 촉매가열 제어 상황에 따른 시각정보의 일례를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차에서 저단 변속에 따른 휠토크 증대 형태의 일례를 나타낸다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 주행 제어 과정의 일례를 나타내는 순서도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 주행 제어에 따른 효과를 설명하기 위한 도면이다.
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 실시예들에 따른 주행 제어 방법을 설명하기 앞서, 실시예들에 적용 가능한 하이브리드 자동차의 구조 및 제어 계통을 먼저 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 적용가능한 하이브리드 자동차의 파워 트레인 구성의 일례를 나타낸다.
도 3을 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, 120)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(170)를 충전하며 이를 제동에너지 회생, 또는 회생 제동이라 한다. 따라서, 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 있다.
일반적으로 변속기(150)는 유단 변속기나 다판클러치, 예컨대 듀얼클러치 변속기(DCT)가 사용될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 제어 계통 구성의 일례를 나타낸다.
도 4를 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 또는 CD-CS 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 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.
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 촉매가열 제어가 필요할 경우, 촉매가열 제어를 수행함에 있어 요구 토크와 차속에 대하여 가속감 상승제어를 수행하는 구간을 두어 촉매가열 제어에 필요한 시간을 확보할 것을 제안한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 파워 트레인 제어기 구성의 일례를 나타낸다.
도 5를 참조하면, 일 실시예에 따른 파워 트레인 제어기(300)는 촉매가열 요청, 요구토크 및 모터 가용 파워를 입력 정보로 가질 수 있으며, 촉매가열 제어의 진행과 관련된 정보, 파워트레인 모드(주행 모드), 모터 토크 지령, 엔진클러치 제어지령, 엔진 제어 지령, 변속(저단 변속) 지령 등을 가질 수 있다.
여기서 촉매가열 요청은 엔진 제어기(210)로부터 전달될 수 있으며, 요구토크는 가속페달 센서(APS: Accelerator pedal Position Sensor) 값을 기반으로 하이브리드 제어기(240)가 판단할 수 있으며, 모터 가용 파워는 모터 제어기(220)나 하이브리드 제어기(240)가 판단할 수 있다.
또한, 촉매가열 제어의 진행과 관련된 정보는 촉매가열 제어의 진행 상황을 시각적으로 나타낸 시각 정보의 출력 제어에 필요한 정보로, 해당 시각 정보의 on/ 점멸 표시/off 여부에 대한 정보와 촉매가열 제어가 완료될 때까지의 제어 잔여 시간에 대한 정보를 포함할 수 있다. 이러한 촉매가열 제어의 진행과 관련된 정보는 헤드업 디스플레이(HUD), 헤드유닛의 디스플레이, 클러스터 등 시각 정보를 출력할 수 있는 출력수단으로 전달될 수 있으나, 이는 예시적인 것으로 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
출력값으로 주행 모드는 하이브리드 제어기(240)에 의해 적용에 필요한 제어가 수행될 수 있으며, 모터 토크는 모터 제어기(220)로, 엔진 클러치 제어지령은 클러치 제어기(230)로, 엔진 제어 지령은 엔진 제어기(210)로, 변속 지령은 변속 제어기(250)로 각각 전달될 수 있다.
아울러, 파워 트레인 제어기(300)는 판단부(310)와 제어부(320)를 포함할 수 있으며, 판단부(310)는 다시 제어진입 판단부(311), 제어유지 판단부(312) 및 제어종료 판단부(313)를 포함할 수 있고, 제어부(320)는 촉매가열 제어부(321), 촉매가열 유지부(322) 및 촉매가열 종료부(323)를 포함할 수 있다.
구현에 있어서, 파워 트레인 제어기(300)는 파워 트레인의 제어에 관련된 출력값을 주로 가지므로, 파워 트레인을 종합적으로 제어하는 상위 제어기로 구현될 수 있다. 예컨대, 도 3 및 도 4를 참조하여 전술한 하이브리드 자동차에 적용될 경우, 파워 트레인 제어기(300)는 하이브리드 제어기(240)로 구현될 수 있으나, 이는 예시적인 것으로 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 다른 예로, 파워 트레인 제어기(300)는 도 4에 도시된 어느 하나의 제어기로 구현되거나, 둘 이상의 제어기에 분산 구현될 수도 있으며, 전술한 제어기들과 상이한 별도 제어기로 구현될 수도 있음은 물론이다.
이하, 파워 트레인 제어기(300)의 각 구성요소를 보다 상세히 설명한다.
먼저, 판단부(310)는 입력 정보들 중 적어도 하나를 기반으로 촉매가열 제어의 형태(on/off/유지) 및 제어 잔여시간을 판단할 수 있다. 이를 위해 판단부(310)는 제어 레벨을 판단하며, 제어 레벨은 적어도 요구 토크를 기반으로 판단될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 촉매가열 제어 레벨 판단을 위한 참조 맵의 일례를 나타낸다.
도 6을 참조하면, 참조 맵에서 일 축은 차속이고, 타 축은 요구토크를 나타내며, 레벨 1 라인, 레벨 2 라인 및 레벨 1 라인과 레벨 2 라인 사이의 레벨 1.5 라인이 설정된다.
레벨 1라인 이내는 EV 영역이 되고, 레벨 1 라인과 레벨 2 라인 이내는 HEV 아이들 영역이 되며, 레벨 2라인 외부는 HEV 패러럴 영역이 된다. 레벨 1.5 라인은 레벨 1 라인과 레벨 2 라이 사이에 위치하므로, HEV 아이들 영역 내에 존재한다. 예를 들어, 레벨 1.5 라인에 해당하는 요구 토크는 레벨 1 라인에 해당하는 요구 토크와 레벨 2 라인에 해당하는 요구 토크의 중간 값으로 결정될 수 있으나, 이는 예시적인 것으로 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
제어진입 판단부(311)는 촉매가열 제어의 진입가능 여부를 판단하고 잔여시간을 연산할 수 있다. 진입가능 여부의 판단에 있어서, 제어진입 판단부(311)는 촉매가열 요청이 있는 상황에서 요구 토크가 레벨 1 라인과 레벨 2 라인 사이인 경우 촉매가열 제어에 진입하는 것으로 판단할 수 있다. 또한, 잔여시간은 엔진(110)의 아이들 운전 상황에서 평균적인 촉매 온도의 상승속도(시험값일 수 있다), 현재 촉매 온도와 목표 온도간의 차이를 기반으로 판단될 수 있다.
제어유지 판단부(312)는 촉매가열 제어에 진입한 경우 촉매가열 제어의 유지 여부를 판단한다. 예를 들어, 제어유지 판단부(312)는 요구 토크가 레벨 2 라인보다는 작고 레벨 1.5 라인보다는 큰 경우 제어 유지를 결정할 수 있다. 이때, 제어유지 판단부(312)는 요구 토크의 지속상승 여부도 고려할 수 있다. 즉, 현재 요구 토크는 레벨 1.5 라인보다 낮지만 일정 시간 내에 레벨 1.5 라인을 상회할 것으로 판단되면 제어 유지를 결정할 수 있다.
여기서, 촉매가열 제어의 유지라 함은, 촉매가열 제어가 수행되는 동안 운전자가 HEV 아이들 모드에서 요구 토크가 만족되지 못함을 체감하여 가속 페달을 조작하여 레벨 2 라인을 상회하는 요구 토크가 발생하지 않도록, 가속감을 향상시키기 위한 파워 트레인 제어를 통해 촉매가열 제어가 유지되도록 함을 의미할 수 있다.
제어종료 판단부(313)는 제어종료 조건에 따라 촉매가열 제어의 종료 여부를 판단한다. 제어종료 조건은 i) 촉매가열 요청이 있고, 요구토크가 레벨 2 라인보다 큰 경우와 ii) 촉매가열 요청이 없는 경우 만족될 수 있다.
다음으로, 제어부(320)는 판단부(310)의 출력 정보를 기반으로 파워트레인 제어기(300)의 출력 정보를 판단 및 출력할 수 있다.
구체적으로, 촉매가열 제어부(321)는 배기가스 저감을 위한 촉매가열 제어를 수행한다. 예를 들어, 촉매가열 제어를 위해 엔진클러치(130)는 오픈된 상태에서 엔진(110)은 크랭킹 이후 약 1100RPM 정도로 유지될 수 있다. 이와 함께, 촉매가열 제어부(321)는 촉매가열 제어의 진행과 관련된 정보를 헤드업 디스플레이(HUD), 헤드유닛의 디스플레이, 클러스터 등 시각 정보를 출력할 수 있는 출력수단을 통해 표시되도록 할 수 있다. 구체적인 출력 정보의 형태는 도 7을 참조하여 설명한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차에서 출력되는 촉매가열 제어 상황에 따른 시각정보의 일례를 나타낸다.
도 7의 참조하면, 촉매가열 제어의 진행과 관련된 정보는 게이지와 잔여 시간의 조합의 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 촉매가열제어가 수행되지 않을 경우에는 게이지가 비어있을 수 있으며, 게이지의 크기는 냉간시 촉매가열 제어에 일반적으로 소요되는 시간(예컨대, 10초)을 기준으로 설정될 수 있으나, 현재의 촉매가열 제어 잔여 시간에 대응되는 크기로 설정되는 등 다양한 변형이 가능할 수 있다.
촉매가열 제어가 수행되고 있을 경우에는 게이지가 진행도에 따라 차오를 수 있으며, 후술할 촉매가열 유지부(323)의 가속감 상승 제어가 수행되는 동안에는 소정의 시각효과(예컨대, 점멸)가 부여될 수도 있다. 또한, 촉매가열 제어가 완료되면 게이지는 가득 찬 상태로 표시될 수 있다.
물론, 도 7의 게이지 형태나 잔여시간 표시 형태는 예시적인 것으로, 다양한 변형이 가능함은 당업자에 자명하다.
다음으로 촉매가열 종료부(322)는 운전자의 요구토크(예컨대, 레벨 2 라인을 상회하는 요구 토크) 만족을 위해 촉매가열 제어를 종료하거나 촉매가열 제어가 완료된 경우(즉, 촉매가열 요청 off)로 운전자 요구토크에 따라 주행 모드가 EV 모드에서 HEV 모드로 천이하도록 할 수 있다.
촉매가열 유지부(323)는 촉매가열 제어유지를 위해 가속감 상승 제어를 수행한다. 가속감 상승 제어는 촉매가열 제어가 수행되는 중에 운전자에게 가속감을 제공하여 운전자의 가속페달 조작으로 인해 촉매가열제어가 중단되는 것을 방지함을 목적으로 한다.
운전자가 HEV 아이들 영역에서 실제적인 가속감 상승을 체감하도록 하기 위해, 촉매가열 유지부(323)는 다음과 같은 제어를 수행할 수 있다.
먼저, 촉매가열 유지부(323)는 차별화된 변속맵을 사용하여 동일 APS 값에서 디폴트 변속맵을 적용할 경우 대비 저단 변속이 수행되도록 할 수 있다. 제어의 형태는 촉매가열 유지부(323)가 별도의 변속맵을 구비하여 차속과 APS를 기반으로 목표 변속단을 판단하여 변속기 제어기(250)에 변속 지령을 전달할 수도 있고, 변속기 제어기(250)에 차별화된 변속맵이 구비되도록 한 상태에서 디폴트 변속맵 대신 저단 변속이 용이하게 발생하도록 설정된 차별화된 변속맵을 참조할 것을 지시하는 형태가 될 수도 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
저단변속에 의한 가속감 증대는 도 8을 참조하여 설명한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차에서 저단 변속에 따른 휠토크 증대 형태의 일례를 나타낸다.
도 8을 참조하면, 변속단마다 차속대별로 최대 휠토크가 제한되며, 동일 차속에서는 저단 변속시 휠토크가 더 높음을 알 수 있다. 따라서, 저단 변속을 통해 순간적으로 차량 휠단의 토크를 증가시켜 운전자가 체감하는 가속감이 증대될 수 있다.
다음으로, 촉매가열 유지부(323)는 요구 토크가 지속상승 시 모터(140)의 토크 상승을 위하여 HSG(120)의 충전 파워를 증가시킬 수 있다. 즉, 일반적인 촉매가열 제어에서는 엔진 아이들 RPM에서 출력되는 토크에서 엔진 구동시 발생하는 마찰토크를 뺀 여유 토크만 HSG(120)가 충전을 수행하나, 가속감 상승 제어시에는 엔진(110)이 보다 큰 토크를 출력하도록 하여 적극적으로 HSG(120)의 충전량을 증대시킬 수 있다. 이를 통해, 배터리의 방전 파워가 증가되고, 결과적으로 모터에 대한 방전 제한값이 상승하여 가용 모터토크가 상승하므로 운전자의 요구 토크를 보다 향상된 모터 토크로 만족시킬 수 있게 된다.
아울러, 촉매가열 유지부(323)는 촉매가열 제어의 잔여시간이 모터의 순간정격토크 발생 시간 이하인 경우, 추가적인 가속감 상승을 위해 모터가 정격 토크를 발생하도록 할 수 있다. 여기서 정격 토크란 모터에 구비된 영구자석의 감자를 방지하기 위해 모터 설계시 정한 성능으로, 일반적으로 전동화 차량에서는 정격 토크보다 낮게 모터의 최대 토크를 제한한다. 또한, 순간정격토크 발생 시간은 정격 토크에서 모터의 감자가 발생하지 않는 최대 가용 시간을 의미한다. 따라서, 본 제어를 통해 일반적인 상황에서의 모터의 최대 토크보다 순간적으로 큰 정격 토크 영역을 사용할 수 있으므로 가속감이 증대된다.
지금까지 설명한 주행 제어 과정을 순서도로 정리하면 도 9와 같다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 주행 제어 과정의 일례를 나타내는 순서도이다.
도 9를 참조하면, 먼저 차량이 EV 모드로 주행을 개시한다(S910).
EV 모드로 주행 중 요구토크가 레벨 1 라인을 넘어가고(S920의 Yes), 촉매가열 요청이 on 상태인 경우(S930의 Yes), 촉매가열 제어에 판단부(310)는 제어 진입을 결정할 수 있다(S940). 제어 진입이 결정됨에 따라, 차량 내 디스플레이 수단을 통해 촉매가열 제어의 진행과 관련된 정보도 출력될 수 있다.
이후 요구토크가 레벨 1.5 라인을 넘어가면(S950의 Yes), 판단부(310)는 촉매가열 제어 유지를 결정하며, 그에 따라 제어부(320)는 가속감 상승 제어 및 촉매가열 제어의 진행과 관련된 정보의 점멸이 수행되도록 할 수 있다(S960).
촉매가열 제어의 유지 결정에 따른 제어가 수행되더라도 요구토크가 레벨 2 라인을 넘어서는 경우(S970의 Yes), 촉매가열 제어의 완료 여부와 무관하게 HEV 패러럴 모드로의 천이가 수행될 수 있으며 촉매가열 제어의 진행과 관련된 정보의 출력도 중단될 수 있다(S980).
만일, S930 단계에서 이미 촉매의 온도가 충분히 높아 촉매가열 요청이 없는 경우(S930의 No)에는 촉매가열 제어 또는 촉매가열 제어의 유지와 무관하게 요구토크에 따라 바로 HEV 패러럴 모드로 천이될 수 있음은 물론이다.
지금까지 설명한 하이브리드 자동차의 주행 제어에 따른 효과를 도 10을 참조하여 설명한다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 주행 제어에 따른 효과를 설명하기 위한 도면이다.
도 10을 참조하면, 촉매가열 요청이 있는 상태에서 요구토크가 레벨 1 라인을 상회하면 시각 정보가 활성화됨과 함께 촉매가열 제어에 진입하게 된다. 이후 요구토크가 레벨 1.5 라인을 상회하면 촉매가열 제어의 유지가 결정되고, 그에 따라 가속감 발생 제어가 수행되며 시각 정보는 점멸되기 시작할 수 있다. 가속감 발생 제어가 수행되는 동안에는 HSG 충전/순간정격토크 발생 등의 모터 토크의 확대와 저단 변속 등으로 디폴트 제어 대비 가속감이 상승되므로 운전자가 APS 대비 토크 부족을 체감할 확률이 감소하며, 시각 정보의 점멸로 촉매 가열 상황을 인지할 수 있음으로 인해 과도한 APS 조작으로 레벨 2 라인을 상회하는 요구 토크의 발생이 저감될 수 있다. 따라서, 촉매가열 시간이 확보되어 촉매가열 제어가 정상 종료될 수 있으며, 그로 인해 배기가스 배출이 저감될 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. 전기 모터를 구동원으로 사용하는 제1 모드로 주행 중, 촉매가열 요청이 있으며 요구 토크가 제1 기준을 넘으면 엔진의 촉매가열 제어에 진입하는 단계; 및
    상기 요구 토크가 상기 제1 기준보다 큰 제2 기준을 넘으면 가속감 상승 제어에 진입하는 단계를 포함하되,
    상기 제2 기준은, 상기 엔진을 구동원으로 사용하는 제2 모드의 진입 기준이 되는 제3 기준과 상기 제1 기준 사이에 설정되는, 하이브리드 자동차의 주행 제어 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 요구토크가 상기 제3 기준을 상회하는 경우,
    상기 촉매가열 제어의 완료 여부와 무관하게 상기 제2 모드로 진입하는 단계를 더 포함하는, 하이브리드 자동차의 주행 제어 방법.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 촉매가열 제어에 진입하는 단계는,
    상기 촉매가열 제어의 진행도를 나타내는 정보를 출력하는 단계를 포함하는, 하이브리드 자동차의 주행 제어 방법.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 가속감 상승 제어에 진입하는 단계는,
    상기 출력되는 정보에 소정의 시각효과를 부여하는 단계를 포함하는, 하이브리드 자동차의 주행 제어 방법.
  5. 제3 항에 있어서,
    상기 진행도를 나타내는 정보는,
    상기 촉매가열 제어의 잔여 시간 정보를 포함하는, 하이브리드 자동차의 주행 제어 방법.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 가속감 상승 제어에 진입하는 단계는,
    시동발전모터를 통한 충전량을 증대하는 단계;
    상기 모터의 최대 토크를 순간정격토크로 상승시키는 단계; 및
    저단 변속을 수행하는 단계 중 적어도 하나를 포함하는, 하이브리드 자동차의 주행 제어 방법.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 충전량을 증대하는 단계는,
    상기 모터의 출력 토크에서 상기 엔진의 마찰 토크를 제외한 토크로 충전을 수행하는 단계를 포함하는, 하이브리드 자동차의 주행 제어 방법.
  8. 제6 항에 있어서,
    상기 순간정격토크로 상승시키는 단계는,
    상기 순간정격토크의 발생 가능 시간이 상기 촉매가열 제어의 잔여시간 이상인 경우 수행되는, 하이브리드 자동차의 주행 제어 방법.
  9. 제6 항에 있어서,
    상기 저단 변속을 수행하는 단계는,
    디폴트 변속맵 대비 저단 변속이 용이한 변속맵을 적용하여 수행되는, 하이브리드 자동차의 주행 제어 방법.
  10. 제1 항 내지 제9 항 중 어느 한 항에 따른 하이브리드 자동차의 주행 제어 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터 해독 가능 기록 매체.
  11. 전기 모터;
    엔진; 및
    파워트레인 제어기를 포함하되,
    상기 파워트레인 제어기는,
    상기 전기 모터를 구동원으로 사용하는 제1 모드로 주행 중, 촉매가열 요청이 있으며 요구 토크가 제1 기준을 넘으면 엔진의 촉매가열 제어에 진입하고, 상기 요구 토크가 상기 제1 기준보다 큰 제2 기준을 넘으면 가속감 상승 제어에 진입하고,
    상기 제2 기준은, 상기 엔진을 구동원으로 사용하는 제2 모드의 진입 기준이 되는 제3 기준과 상기 제1 기준 사이에 설정되는, 하이브리드 자동차.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 파워트레인 제어기는,
    상기 요구토크가 상기 제3 기준을 상회하는 경우,
    상기 촉매가열 제어의 완료 여부와 무관하게 상기 제2 모드로 진입하는, 하이브리드 자동차.
  13. 제11 항에 있어서,
    상기 파워트레인 제어기는,
    상기 촉매가열 제어에 진입하는 함에 따라 상기 촉매가열 제어의 진행도를 나타내는 정보가 디스플레이 장치를 통해 출력되도록 제어하는, 하이브리드 자동차.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 파워트레인 제어기는,
    상기 가속감 상승 제어에 진입함에 따라 상기 출력되는 정보에 소정의 시각효과가 부여되도록 제어하는, 하이브리드 자동차.
  15. 제13 항에 있어서,
    상기 진행도를 나타내는 정보는,
    상기 촉매가열 제어의 잔여 시간 정보를 포함하는, 하이브리드 자동차.
  16. 제11 항에 있어서,
    상기 파워트레인 제어기는, 상기 가속감 상승 제어에서,
    시동발전모터를 통한 충전량의 증대, 상기 모터의 최대 토크를 순간정격토크로 상승 및 저단 변속의 수행 중 적어도 하나가 수행되도록 제어하는, 하이브리드 자동차.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 파워트레인 제어기는,
    상기 모터의 출력 토크에서 상기 엔진의 마찰 토크를 제외한 토크로 충전을 수행하도록 하여 상기 충전량을 증대하는, 하이브리드 자동차.
  18. 제16 항에 있어서,
    상기 파워트레인 제어기는,
    상기 순간정격토크의 발생 가능 시간이 상기 촉매가열 제어의 잔여시간 이상인 경우 상기 순간정격토크를 상승시키는, 하이브리드 자동차.
  19. 제16 항에 있어서,
    상기 파워트레인 제어기는,
    디폴트 변속맵 대비 저단 변속이 용이한 변속맵을 적용하여 상기 저단 변속이 수행되도록 제어하는, 하이브리드 자동차.
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