KR20230162844A - 하이브리드 자동차 및 이의 제어 방법 - Google Patents

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KR20230162844A
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KR
South Korea
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motor
engine
torque
amount
efficiency
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KR1020220061526A
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조민균
한훈
송한나
최재영
두광일
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현대자동차주식회사
기아 주식회사
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    • B60K6/48—Parallel type
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    • B60K6/00—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00
    • B60K6/20—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs
    • B60K6/50—Architecture of the driveline characterised by arrangement or kind of transmission units
    • B60K6/54—Transmission for changing ratio
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Abstract

하이브리드 자동차의 제어 방법은, 엔진과 직결된 제1 모터가 변속기 입력단에 직결된 제2 모터와 연결되는 단계; 및 상기 제1 모터의 효율과 상기 제2 모터의 효율을 기반으로, 상기 엔진에 대한 에러 토크량을 상기 제1 모터에 분배할 것인지 또는 상기 제1 모터 및 상기 제2 모터 각각에 분배할 것인지를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

하이브리드 자동차 및 이의 제어 방법{HYBRID ELECTRIC VEHICLE AND METHOD CONTROLLING FOR THE SAME}
본 발명은 엔진에 대한 에러 토크를 복수의 모터를 통해 효율적으로 보상함으로써 전비를 개선할 수 있는 하이브리드 자동차 및 이의 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)나 전기차(EV: Electric Vehicle)를 들 수 있다.
하이브리드 자동차는 엔진과 전기 모터로 구성되는 두 개의 동력원으로 주행하는 과정에서 엔진과 전기 모터를 어떻게 조화롭게 동작시키느냐에 따라 최적의 출력과 토크를 제공할 수 있다.
특히, 엔진과 변속기 사이에 전기 모터와 엔진클러치(EC:Engine Clutch)를 장착한 병렬형(Parallel Type, 또는 TMED: Transmission Mounted Electric Drive 방식) 하이브리드 시스템을 채용한 하이브리드 자동차에서는, 엔진과 전기 모터의 출력이 동시에 구동축으로 전달될 수 있다.
한편, 하이브리드 자동차가 엔진을 구동원으로 하여 차량을 구동할 경우, 엔진에 대한 토크 지령과 출력 토크 간 오차가 실시간으로 발생될 수 있고, 이 오차가 발생될 경우 전기 모터를 통해 효율적으로 보상하여야 한다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
이에 본 발명은 복수의 모터 각각의 효율에 따라 엔진에 대한 에러 토크를 보상할 모터를 선택하고, 선택된 모터에 엔진에 대한 에러 토크량을 분배함으로써, 엔진에 대한 에러 토크를 보상할 경우 발생되는 손실을 최소화하여 전비를 개선할 수 있는 것을 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.
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.
본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 제어 방법은, 엔진과 직결된 제1 모터가 변속기 입력단에 직결된 제2 모터와 연결되는 단계; 및 상기 제1 모터의 효율과 상기 제2 모터의 효율을 기반으로, 상기 엔진에 대한 에러 토크량을 상기 제1 모터에 분배할 것인지 또는 상기 제1 모터 및 상기 제2 모터 각각에 분배할 것인지를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차는, 엔진; 상기 엔진과 직결된 제1 모터; 상기 제1 모터와 선택적으로 연결되는 제2 모터; 입력단이 상기 제2 모터와 직결되는 변속기; 및 상기 제1 모터의 효율 및 상기 제2 모터의 효율을 기반으로, 상기 엔진에 대한 에러 토크량을 상기 제1 모터에 분배할 것인지 또는 상기 제1 모터 및 상기 제2 모터 각각에 분배할 것인지를 결정하는 제어기를 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 복수의 모터 각각의 효율에 따라 엔진에 대한 에러 토크를 보상할 모터를 선택하고, 선택된 모터에 엔진에 대한 에러 토크량을 분배함으로써, 엔진에 대한 에러 토크를 보상할 경우 발생되는 손실을 최소화하여 전비를 개선할 수 있다.
또한, 엔진에 직결된 모터를 통해 엔진에 대한 에러 토크를 보상함으로써, 엔진에 대한 에러 토크를 정밀하게 보상할 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 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 파워 트레인 구성의 일례를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 제어 계통 구성의 일례를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 제어기의 구성을 설명하기 위한 블록도를 나타낸다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차에 구비된 모터의 손실량을 설명하기 위한 그래프들이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 제어 방법을 설명하기 위한 플로우 차트를 나타낸다.
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: Motor Control Unit), 하이브리드 제어기(HCU: Hybrid Control Unit) 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 전동화 차량의 모터 구동 제어 계통 구성 및 모터 구동 제어 방법을 설명하기 앞서, 실시예들에 적용 가능한 전동화 차량의 구조 및 제어 계통을 먼저 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 파워 트레인 구성의 일례를 나타낸다.
도 1을 참조하면, 엔진(ICE: Internal Combustion Engine, 110)과 변속기(150) 사이에 두 개의 모터(120, 140)와 엔진클러치(130)를 장착한 병렬형(Parallel Type) 하이브리드 시스템을 채용한 하이브리드 자동차의 파워 트레인이 도시된다. 이러한 병렬형 하이브리드 시스템은 제2 모터(140)가 변속기(150)의 입력단에 상시 연결되므로 TMED(Transmission Mounted Electric Drive) 하이브리드 시스템이라 칭하기도 한다.
여기서, 두 개의 모터(120, 140) 중 제1 모터(120)는 엔진(110)과 엔진 클러치(130)의 일단 사이에 배치되며, 엔진(110)의 엔진축과 제1 모터(120)의 제1 모터축은 상호 직결되어 상시 함께 회전할 수 있다.
제2 모터(140)의 제2 모터축의 일단은 엔진 클러치(130)의 타단과 연결되며, 제2 모터축의 타단은 변속기(150)의 입력단과 직결될 수 있다. 제2 모터(140)는 주행 모드에 따라 제1 모터(120)와 선택적으로 연결될 수 있다.
제1 모터(120) 대비 제2 모터(140)가 더 큰 출력을 가지며, 제2 모터(140)가 구동 모터의 역할을 수행할 수 있다. 또한, 제1 모터(120)는 엔진(110)의 시동 시에는 엔진(110)을 크랭킹하는 시동 모터의 기능을 수행하며, 엔진 오프시에는 발전을 통해 엔진(110)의 회전 에너지를 회수할 수 있으며, 엔진(110)이 기동 중인 상태에서 엔진(110)의 동력으로 발전을 수행할 수도 있다.
도 1에 도시된 바와 같은 파워트레인을 구비한 하이브리드 자동차에서 시동(예컨대, HEV Ready) 후 운전자가 가속 페달을 밟는 경우, 엔진 클러치(130)가 오픈된 상태에서 먼저 배터리(미도시)의 전력을 이용하여 제2 모터(140)가 구동된다. 그에 따라 제2 모터(140)의 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, 제1 모터(120)가 동작하여 엔진(110)을 크랭킹할 수 있다.
엔진(110)에 시동이 걸린 후 엔진(110)과 제2 모터(140)의 회전속도 차이가 일정 범위 이내가 되면 비로소 엔진 클러치(130)가 맞물려 엔진(110)과 제2 모터(140)가 함께 회전하게 된다(즉, EV 모드에서 HEV 모드 천이). 그에 따라 토크 블렌딩 과정을 거치면서 제2 모터(140)의 출력은 낮아지고, 엔진(110)의 출력은 상승하면서 운전자의 요구 토크를 만족시킬 수 있다. HEV 모드에서는 요구 토크의 대부분을 엔진(110)이 만족시킬 수 있으며, 엔진 토크와 요구 토크의 차분은 제1 모터(120)와 제2 모터(140) 중 적어도 하나를 통해 보상될 수 있다. 예컨대, 엔진(110)의 효율을 고려하여 요구 토크보다 높은 토크를 엔진(110)이 출력할 경우, 제1 모터(120)나 제2 모터(140)가 엔진 토크 잉여분만큼 발전을 하게 되며, 엔진 토크가 요구 토크보다 부족한 경우 제1 모터(120)와 제2 모터(140) 중 적어도 하나가 부족분 토크를 출력할 수 있다.
차량이 감속되는 등 기 설정된 엔진 오프 조건이 만족되면, 엔진 클러치(130)가 오픈되고 엔진(110)은 정지된다(즉, HEV 모드에서 EV 모드 천이). 감속시에는 휠의 구동력을 이용하여 제2 모터(140)를 통해 배터리를 충전하며 이를 제동에너지 회생, 또는 회생 제동이라 한다.
일반적으로 변속기(150)는 유단 변속기나 다판클러치, 예컨대 듀얼클러치 변속기(DCT)가 사용될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 제어 계통 구성의 일례를 나타낸다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예들이 적용될 수 있는 하이브리드 자동차에서 내연기관(110)은 엔진 제어기(210)가 제어하고, 제1 모터(120) 및 제2 모터(140)는 모터 제어기(MCU, 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.
모터 제어기(220)는 각 모터(120, 140)의 모터각, 상전압, 상전류, 요구 토크 등을 기반으로 게이트 구동 유닛(Gate Drive Unit, 미도시)을 펄스폭 변조(PWM) 형태의 제어 신호로 제어할 수 있으며, 게이트 구동 유닛은 그에 따라 각 모터(120, 140)를 구동하는 인버터(미도시)를 제어할 수 있다.
각 제어기는 그 상위 제어기로서 모드 전환 과정을 포함한 파워트레인 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 하이브리드 제어기(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 모드(PHEV의 경우)간 전환 수행 여부를 결정한다. 이를 위해, 하이브리드 제어기(240)는 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 제어기(240)는 엔진 정지 제어를 위해 제1 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 요구 토크를 만족시키기 위해 각 구동원(110, 120, 140)의 상태를 판단하고 그에 따라 각 구동원(110, 120, 140)이 분담할 요구 구동력을 결정하여 각 구동원을 제어하는 제어기(210, 220)에 토크 지령을 전달할 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 1 및 도 2의 구성은 하이브리드 자동차의 일 구성례일 뿐, 실시예에 적용 가능한 하이브리드 자동차는 이러한 구조에 한정되지 아니함은 당업자에 자명하다 할 것이다.
한편, 하이브리드 자동차는 주행 모드가 HEV 모드로 설정될 때, 하이브리드 제어기(240)가 엔진(110)에 분배한 토크와 엔진(110)에서 실제로 출력된 토크의 차분에 해당하는 에러 토크가 발생할 경우, 발생된 에러 토크를 제1 모터(120) 또는 제2 모터(140) 중 적어도 하나를 통해 보상할 필요가 있다.
본 발명의 일 실시예에서는, HEV 모드에서 복수의 모터(120, 140) 각각의 효율에 따라 엔진(110)에 대한 에러 토크를 보상할 모터를 선택하고, 선택된 모터에 엔진(110)에 대한 에러 토크량을 분배함으로써, 엔진(110)에 대한 에러 토크를 보상할 경우 발생되는 손실을 최소화하여 전비를 개선할 수 있는 하이브리드 자동차를 제안한다. 이를 위한 구조가 도 3에 도시된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 제어기(240)의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3을 참조하면, 하이브리드 제어기(240)는 보상 개시 판단부(241), 에러 토크량 판단부(243), 제1 보상 제어부(245), 제2 보상 제어부(247) 및 토크 분배부(249)를 포함할 수 있다.
보상 개시 판단부(241)는 가속 페달 센서 값(APS), 엔진 상태 정보 및 엔진 클러치 상태 정보를 기반으로, 엔진(110)에 대한 에러 토크를 제1 모터(120) 또는 제2 모터(140) 중 적어도 하나를 통해 보상하는 동작에 진입여부를 판단하고, 판단 결과에 따라 보상 개시 신호를 활성화시킬 수 있다.
우선, 보상 개시 판단부(241)는 가속 페달 센서 값(APS)을 기반으로 운전자가 차량의 가속을 요구하는지 여부를 판단할 수 있다. 차량의 가속이 요구되는 것으로 판단할 경우, 보상 개시 판단부(241)는 엔진 상태 정보를 기반으로 엔진(110)의 시동 여부를 판단하고, 엔진 클러치 상태 정보를 기반으로 엔진 클러치(130)의 락업 여부를 판단함으로써, 엔진(110)이 시동되고 엔진 클러치(130)가 락업될 경우 보상 개시 신호를 활성화시킬 수 있다. 즉, 보상 개시 신호는 HEV 모드에서 엔진(110)과 직결된 제1 모터(120)가 엔진 클러치(130)의 체결을 통해 변속기 입력단에 직결된 제2 모터(140)와 연결될 경우, 활성화될 수 있다.
에러 토크량 판단부(243)는 보상 개시 신호가 활성화되면, 엔진(110)에 대한 토크 지령 값과 엔진(110)의 출력 토크 값의 차이를 엔진(110)에 대한 에러 토크량으로 판단할 수 있다. 여기서, 엔진(110)의 출력 토크 값은 엔진(110)에 대한 토크 지령과 엔진(110)의 출력 토크 간의 상관 관계를 모델링한 알고리즘에 의해 도출될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 보상 제어부(245) 및 제2 보상 제어부(247)는 복수의 모터(120, 140) 중 엔진(110)에 대한 에러 토크를 보상할 적어도 하나의 모터를 선택할 수 있다.
복수의 모터(120, 140) 각각은 운전점에 따라 상이한 효율을 가질 수 있다. 좀 더 구체적으로, 제1 모터(120)의 효율은 저출력 운전점 영역에서 제2 모터(140)에 비해 효율이 높고, 제2 모터(140)의 효율은 고출력 운전점 영역에서 제1 모터(120)에 비해 효율이 높을 수 있다. 여기서, 저출력 운전점 영역은 고출력 운전점 영역보다 모터의 출력 토크가 낮은 운전점 영역을 말한다.
제1 모터(120)는 엔진(110)에 직결되므로 엔진(110)에 대한 에러 토크를 정밀하게 보상할 수 있고, 제2 모터(140)에 비해 저출력 운전점 영역에서 효율이 높으므로 실시간으로 변하는 엔진(110)에 대한 에러 토크를 저출력 운전점 영역에서 효율적으로 보상할 수 있다.
그런데, 제1 모터(120)의 운전점이 저출력 운전점 영역에서 고출력 운전점 영역으로 이동될 경우, 제1 모터(120)의 효율은 제2 모터(140)에 비해 낮아지므로, 제1 모터(120)만을 통해 엔진(110)에 대한 에러 토크를 보상할 경우 손실량이 커지는 문제점이 발생할 수 있다.
이 문제점을 해결하기 위해, 제1 모터(120) 및 제2 모터(140)의 효율을 고려하여 제1 모터(120)뿐만 아니라 제2 모터(140)를 통해 엔진(110)에 대한 에러 토크를 보상함으로써, 제1 모터(120)만을 통해 엔진(110)에 대한 에러 토크를 보상할 경우보다 발생되는 손실량을 줄일 수 있다.
이에 따라, 제1 모터(120) 및 제2 모터(140)의 효율을 기반으로 엔진(110)에 대한 에러 토크량을 제1 모터(120)에 분배할지 또는 제1 모터(120) 및 제2 모터(140) 각각에 분배할지를 결정할 필요가 있다. 이를 위한 구조가 제2 보상 제어부(247)에 해당한다.
제2 보상 제어부(247)가 엔진(110)에 대한 에러 토크를 보상할 모터를 결정하기 전에, 제1 보상 제어부(245)는 제2 모터(140)를 통해 엔진(110)에 대한 에러 토크를 보상할 수 있는지를 판단할 수 있다.
좀 더 구체적으로, 제1 보상 제어부(245)는 엔진(110)에 대한 에러 토크량 및 제2 모터(140)의 토크 가용량을 비교함으로써, 제2 모터(140)를 통해 엔진(110)에 대한 에러 토크량을 보상할 수 있는지 여부를 판단할 수 있다. 여기서, 제2 모터(140)의 토크 가용량은 제2 모터(140)의 토크 제한량과 제2 모터(140)의 출력 토크 값의 차이일 수 있다.
우선, 제1 보상 제어부(245)는 엔진(110)에 대한 에러 토크량이 기 설정된 임계값을 초과할 경우, 활성화될 수 있다.
제1 보상 제어부(245)는 활성화된 상태에서 엔진(110)에 대한 에러 토크량이 제2 모터(140)의 토크 가용량을 초과할 경우, 제2 모터(140)를 통해 엔진(110)에 대한 에러 토크량을 보상할 수 없는 것으로 판단할 수 있다. 이 경우, 제1 보상 제어부(245)는 제1 모터(120)만을 통해 엔진(110)에 대한 에러 토크를 보상하도록, 단독 보상 제어 신호를 토크 분배부(249)에 전달할 수 있다.
이와 달리, 제1 보상 제어부(245)는 활성화된 상태에서 엔진(110)에 대한 에러 토크량이 제2 모터(140)의 토크 가용량 이하일 경우, 제2 모터(140)를 통해 엔진(110)에 대한 에러 토크량을 보상할 수 있는 것으로 판단할 수 있다. 이 경우, 제1 보상 제어부(245)는 제2 보상 제어부(247)가 엔진(110)에 대한 에러 토크를 보상할 모터를 결정하도록, 활성화 신호를 제2 보상 제어부(247)에 전달할 수 있다.
제2 보상 제어부(247)는 활성화 신호를 전달받으면, 제1 모터(120)의 효율 및 제2 모터(140)의 효율을 기반으로, 엔진(110)에 대한 에러 토크량을 제1 모터(120)에 분배할 것인지 또는 제1 모터(120) 및 제2 모터(140) 각각에 분배할 것인지를 결정할 수 있다.
우선, 제2 보상 제어부(247)는 제1 모터(120)의 효율을 기반으로 엔진(110)에 대한 에러 토크량을 제1 모터(120)에 분배할 경우 발생되는 제1 손실량을 판단하고, 제1 모터(120)의 효율 및 제2 모터(140)의 효율을 기반으로 엔진(110)에 대한 에러 토크량을 제1 모터(120) 및 제2 모터(140) 각각에 분배할 경우 발생되는 제2 손실량을 판단할 수 있다. 여기서, 제2 보상 제어부(247)는 손실량을 판단하기 위해 RPM(Revolution Per Minute)과 모터 구동 계통에 대한 손실맵을 참조할 수 있다.
그 후, 제2 보상 제어부(247)는 제1 손실량이 제2 손실량 이하일 경우, 엔진(110)에 대한 에러 토크를 제1 모터(120)에 분배하도록, 단독 보상 제어 신호를 토크 분배부(249)에 전달할 수 있다.
이와 달리, 제1 손실량이 제2 손실량을 초과할 경우, 제2 보상 제어부(247)는 엔진(110)에 대한 에러 토크량을 제1 모터(120) 및 제2 모터(140) 각각에 분배하도록, 협조 보상 제어 신호를 토크 분배부(249)에 전달할 수 있다. 여기서, 협조 보상 제어 신호는 모터 구동 계통의 에너지 손실이 최소화되는 제1 모터(120) 및 제2 모터(140) 각각의 최적의 운전점에 대한 정보를 포함할 수 있다.
토크 분배부(249)는 단독 보상 제어 신호를 전달받으면, 엔진(110)에 대한 에러 토크량을 제1 모터(120)에 분배하고, 이를 기반으로 제1 모터 토크 지령을 모터 제어기(220)로 출력할 수 있다. 또한, 토크 분배부(249)는 협조 보상 제어 신호를 전달받으면, 최적의 운전점에 따라 엔진(110)에 대한 에러 토크량을 제1 모터(120) 및 제2 모터(140) 각각에 분배하고, 이를 기반으로 제1 모터 토크 지령 및 제2 모터 토크 지령을 모터 제어기(220)로 출력할 수 있다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차에 구비된 제1 모터(120) 및 제2 모터(140) 각각의 손실량을 설명하기 위한 그래프들이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, RPM과 출력 토크에 따른 제1 모터(120)의 제1 손실량과 제2 모터(140)의 제2 손실량이 각각 도시되어 있다.
저출력 토크 영역('L')에서 RPM이 'X'일 경우, 제1 모터(120)의 제1 손실량('l1')은 제2 모터(140)의 제1 손실량('l2')보다 작으며, 이는 제1 모터(120)가 저출력 운전점 영역에서 제2 모터(140)의 효율보다 높은 효율을 가진다는 것을 의미한다.
고출력 토크 영역('H')에서 RPM이 'X'일 경우, 제2 모터(140)의 제2 손실량('h2')은 제1 모터(120)의 제1 손실량('h1')보다 작으며, 이는 제2 모터(140)가 고출력 운전점 영역에서 제1 모터(120)의 효율보다 높은 효율을 가진다는 것을 의미한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 제어 방법을 설명하기 위한 플로우 차트를 나타낸다.
도 6을 참조하면, 하이브리드 자동차의 제어 방법은, HEV 모드 수행 시 제1 모터(120)가 제2 모터(140)와 연결되는 단계(S100), 엔진(110)에 대한 에러 토크량을 판단하는 단계(S200), 엔진(110)에 대한 에러 토크량이 임계값('A')을 초과하는지 여부를 판단하는 단계(S300), 엔진(110)에 대한 에러 토크량과 제2 모터(140)에 대한 토크 가용량을 비교하는 단계(S400), 엔진(110)에 대한 에러 토크량을 제1 모터(110)를 통해 보상하는 단계(S500) 및 엔진(110)에 대한 에러 토크량을 보상할 모터를 결정하는 단계(S600)를 포함할 수 있다.
주행 모드가 HEV 모드로 설정될 경우, 연결되는 단계(S100)에서, 엔진(110)과 직결된 제1 모터(120)는 엔진 클러치(130)의 체결을 통해 제2 모터(140)와 연결될 수 있다.
엔진(110)에 대한 에러 토크량을 판단하는 단계(S200)에서, 에러 토크량 판단부(243)는 보상 개시 신호가 활성화되면 엔진(110)에 대한 토크 지령 값과 엔진(110)의 출력 토크 값의 차이를 엔진(110)에 대한 에러 토크량으로 판단할 수 있다. 여기서, 보상 개시 신호는 가속 페달 센서 값(APS), 엔진 상태 정보 및 엔진 클러치 상태 정보를 기반으로 보상 개시 판단부(241)에 의해 활성화될 수 있다.
임계값('A')을 초과하는지 여부를 판단하는 단계(S300)는, 제1 보상 제어부(245)에서 엔진(110)에 대한 에러 토크량이 기 설정된 임계값('A')을 초과하는지 여부를 판단하도록 수행될 수 있다. 엔진(110)에 대한 에러 토크량이 임계값('A') 이하일 경우, 엔진(110)에 대한 에러 토크량을 판단하는 단계(S200)가 재수행될 수 있다.
판단하는 단계(S300)에서 엔진(110)에 대한 에러 토크량이 기 설정된 임계값('A')을 초과할 경우, 비교하는 단계(S400)에서 제1 보상 제어부(245)는 엔진(110)에 대한 에러 토크량과 제2 모터(140)에 대한 토크 가용량을 비교함으로써, 제2 모터(140)를 통해 엔진(110)에 대한 에러 토크량을 보상할 수 있는지를 판단할 수 있다.
비교하는 단계(S400)에서 엔진(110)에 대한 에러 토크량이 제2 모터(140)의 토크 가용량을 초과할 경우, 보상하는 단계(S500)에서 제1 보상 제어부(245)는 단독 보상 제어 신호를 토크 분배부(249)에 전달하고, 토크 분배부(249)는 엔진(110)에 대한 에러 토크량을 제1 모터(120)에 분배할 수 있다. 이후, 엔진(110)에 대한 에러 토크량을 판단하는 단계(S200)가 재수행될 수 있다.
비교하는 단계(S400)에서 엔진(110)에 대한 에러 토크량이 제2 모터(140)의 토크 가용량 이하일 경우, 엔진(110)에 대한 에러 토크량을 보상할 모터를 결정하는 단계(S600)가 수행될 수 있다.
엔진(110)에 대한 에러 토크량을 보상할 모터를 결정하는 단계(S600)는, 제2 보상 제어부(247)에 의해 제1 모터(120)의 효율 및 제2 모터(140)의 효율을 기반으로, 엔진(110)에 대한 에러 토크량을 제1 모터(120)에 분배할 것인지 또는 제1 모터(120) 및 제2 모터(140) 각각에 분배할 것인지를 결정하도록 수행될 수 있다.
좀 더 구체적으로, 결정하는 단계(S600)는, 제1 손실량과 제2 손실량을 판단하여 비교하는 단계(S610), 엔진(110)에 대한 에러 토크량을 제1 모터(120)에 분배하는 단계(S620) 및 엔진(110)에 대한 에러 토크량을 제1 모터(120) 및 제2 모터(140) 각각에 분배하는 단계(S630)를 포함할 수 있다.
제1 손실량과 제2 손실량을 판단하여 비교하는 단계(S610)는, 제1 모터(120)의 효율을 기반으로 엔진(110)에 대한 에러 토크량을 제1 모터(120)에 분배할 경우 발생되는 제1 손실량을 판단하는 단계, 제1 모터(120)의 효율 및 제2 모터(140)의 효율을 기반으로 엔진(110)에 대한 에러 토크량을 제1 모터(120) 및 제2 모터(140) 각각에 분배할 경우 발생되는 제2 손실량을 판단하는 단계 및 제1 손실량과 제2 손실량을 비교하는 단계를 포함할 수 있다.
제1 손실량이 제2 손실량 이하일 경우, 제1 모터(120)에 분배하는 단계(S620)에서, 제2 보상 제어부(247)는 단독 보상 제어 신호를 토크 분배부(249)에 전달하고, 토크 분배부(249)는 엔진(110)에 대한 에러 토크량을 제1 모터(120)에 분배할 수 있다. 이후, 엔진(110)에 대한 에러 토크량을 판단하는 단계(S200)가 재수행될 수 있다.
제1 손실량이 제2 손실량을 초과할 경우, 제1 모터(120) 및 제2 모터(140) 각각에 분배하는 단계(S630)에서, 제2 보상 제어부(247)는 협조 보상 제어 신호를 토크 분배부(249)에 전달하고, 토크 분배부(249)는 제1 모터(120) 및 제2 모터(140) 각각에 분배할 수 있다. 이후, 엔진(110)에 대한 에러 토크량을 판단하는 단계(S200)가 재수행될 수 있다.
이상 살펴본 바와 같이, 본 실시예에 다른 하이브리드 자동차는 복수의 모터 각각의 효율에 따라 엔진에 대한 에러 토크를 보상할 모터를 선택하고, 선택된 모터에 엔진에 대한 에러 토크량을 분배함으로써, 엔진에 대한 에러 토크를 보상할 경우 발생되는 손실을 효율적으로 보상하여 전비를 개선할 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.
110: 엔진 120: 제1 모터
130: 엔진클러치 140: 제2 모터
150: 변속기 160: 종감속기
210: 엔진 제어기 220: 모터 제어기
230: 클러치 제어기 240: 하이브리드 제어기
241: 보상 개시 판단부 243: 에러 토크량 판단부
245: 제1 보상 제어부 247: 제2 보상 제어부
249: 토크 분배부 250: 변속기 제어기

Claims (19)

  1. 엔진과 직결된 제1 모터가 변속기 입력단에 직결된 제2 모터와 연결되는 단계; 및
    상기 제1 모터의 효율과 상기 제2 모터의 효율을 기반으로, 상기 엔진에 대한 에러 토크량을 상기 제1 모터에 분배할 것인지 또는 상기 제1 모터 및 상기 제2 모터 각각에 분배할 것인지를 결정하는 단계를 포함하는, 하이브리드 자동차의 제어 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 연결되는 단계는,
    주행 모드가 HEV 모드로 설정될 경우, 상기 제1 모터가 엔진 클러치의 체결을 통해 상기 제2 모터와 연결되도록 수행되는, 하이브리드 자동차의 제어 방법.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 모터의 효율은,
    저출력 운전점 영역에서 상기 제2 모터의 효율보다 높고,
    상기 제2 모터의 효율은,
    고출력 운전점 영역에서 상기 제1 모터의 효율보다 높은, 하이브리드 자동차의 제어 방법.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 엔진에 대한 토크 지령 값과 상기 엔진의 출력 토크 값의 차이를 상기 엔진에 대한 에러 토크량으로 판단하는 단계를 더 포함하는, 하이브리드 자동차의 제어 방법.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 결정하는 단계는,
    상기 엔진에 대한 에러 토크량이 기 설정된 임계값을 초과할 경우 수행되는, 하이브리드 자동차의 제어 방법.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 결정하는 단계는,
    상기 제1 모터의 효율을 기반으로, 상기 엔진에 대한 에러 토크량을 상기 제1 모터에 분배할 경우 발생되는 제1 손실량을 판단하는 단계;
    상기 제1 모터의 효율 및 상기 제2 모터의 효율을 기반으로, 상기 엔진에 대한 에러 토크량을 상기 제1 모터 및 상기 제2 모터 각각에 분배할 경우 발생되는 제2 손실량을 판단하는 단계;
    상기 제1 손실량이 상기 제2 손실량보다 작을 경우, 상기 엔진에 대한 에러 토크량을 상기 제1 모터에 분배하는 단계; 및
    상기 제1 손실량이 상기 제2 손실량보다 클 경우, 상기 엔진에 대한 에러 토크량을 상기 제1 모터 및 상기 제2 모터 각각에 분배하는 단계를 포함하는, 하이브리드 자동차의 제어 방법.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 결정하는 단계는,
    상기 엔진에 대한 에러 토크량이 상기 제2 모터의 토크 가용량 이하일 경우 수행되는, 하이브리드 자동차의 제어 방법.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 제2 모터의 토크 가용량은,
    상기 제2 모터의 토크 제한량 및 상기 제2 모터의 출력 토크 값의 차이인, 하이브리드 자동차의 제어 방법.
  9. 제7 항에 있어서,
    상기 엔진에 대한 에러 토크량이 상기 제2 모터의 토크 가용량을 초과할 경우, 상기 엔진에 대한 에러 토크량을 상기 제1 모터에 분배하는 단계를 더 포함하는, 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. 엔진;
    상기 엔진과 직결된 제1 모터;
    상기 제1 모터와 선택적으로 연결되는 제2 모터;
    입력단이 상기 제2 모터와 직결되는 변속기; 및
    상기 제1 모터의 효율 및 상기 제2 모터의 효율을 기반으로, 상기 엔진에 대한 에러 토크량을 상기 제1 모터에 분배할 것인지 또는 상기 제1 모터 및 상기 제2 모터 각각에 분배할 것인지를 결정하는 제어기를 포함하는, 하이브리드 자동차.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 제1 모터는,
    주행 모드가 HEV 모드로 설정될 경우, 엔진 클러치의 체결을 통해 상기 제2 모터와 연결되는, 하이브리드 자동차.
  13. 제11 항에 있어서,
    상기 제1 모터의 효율은,
    저출력 운전점 영역에서 상기 제2 모터의 효율보다 높고,
    상기 제2 모터의 효율은,
    고출력 운전점 영역에서 상기 제1 모터의 효율보다 높은, 하이브리드 자동차.
  14. 제11 항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 엔진에 대한 토크 지령 값과 상기 엔진의 출력 토크 값의 차이를 상기 엔진에 대한 에러 토크량으로 판단하는, 하이브리드 자동차.
  15. 제11 항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 엔진에 대한 에러 토크량이 기 설정된 임계값을 초과할 경우, 상기 엔진에 대한 에러 토크량을 분배하는, 하이브리드 자동차.
  16. 제11 항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 제1 모터의 효율을 기반으로, 상기 엔진에 대한 에러 토크량을 상기 제1 모터에 분배할 경우 발생되는 제1 손실량을 판단하고,
    상기 제1 모터의 효율 및 상기 제2 모터의 효율을 기반으로, 상기 엔진에 대한 에러 토크량을 상기 제1 모터 및 상기 제2 모터 각각에 분배할 경우 발생되는 제2 손실량을 판단하며,
    상기 제1 손실량이 상기 제2 손실량보다 작을 경우, 상기 엔진에 대한 에러 토크량을 상기 제1 모터에 분배하고,
    상기 제1 손실량이 상기 제2 손실량보다 클 경우, 상기 엔진에 대한 에러 토크량을 상기 제1 모터 및 상기 제2 모터 각각에 분배하는, 하이브리드 자동차.
  17. 제11 항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 엔진에 대한 에러 토크량이 상기 제2 모터의 토크 가용량 이하일 경우, 상기 제1 모터의 효율 및 상기 제2 모터의 효율을 기반으로, 상기 엔진에 대한 에러 토크량을 상기 제1 모터에 분배할 것인지 또는 상기 제1 모터 및 상기 제2 모터 각각에 분배할 것인지를 결정하는, 하이브리드 자동차.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 제2 모터의 토크 가용량은,
    상기 제2 모터의 토크 제한량 및 상기 제2 모터의 출력 토크 값의 차이인, 하이브리드 자동차.
  19. 제17 항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 엔진에 대한 에러 토크량이 상기 제2 모터의 토크 가용량을 초과할 경우, 상기 엔진에 대한 에러 토크량을 상기 제1 모터에 분배하는, 하이브리드 자동차.
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