KR20240032517A - 하이브리드 자동차 및 그의 출력 제어 방법 - Google Patents

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송한나
최재영
조민균
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현대자동차주식회사
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Abstract

차량의 엔진 부하 영역을 판단하는 단계; 차량에 구비된 모터 중 상기 엔진 부하 영역에 대응되는 적어도 하나의 모터의 발전량을 기반으로 엔진의 실제 토크를 학습하는 단계; 및 상기 모터를 통해 학습된 상기 엔진의 실제 토크를 기반으로 엔진 모델링 토크를 보상하는 단계;를 포함하는 하이브리드 자동차 및 그의 출력 제어 방법이 소개된다.

Description

하이브리드 자동차 및 그의 출력 제어 방법{HYBRID ELECTRIC VEHICLE AND METHOD OF POWER CONTROL FOR THE SAME}
본 발명은 엔진과 상시 연결된 제1 모터와 엔진과 선택적으로 연결되는 제2 모터를 포함하는 하이브리드 자동차에 있어서, 제1 모터와 제2 모터를 이용하여 엔진의 모델링 토크를 보정할 수 있는 하이브리드 자동차의 출력 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.
전동화 차량은 종래의 일반적인 내연기관 차량과 달리 모터가 구비되어 있어, 모터를 통해 주행에 필요한 동력을 얻을 수 있다. 그리고, 하이브리드 자동차는 엔진과 모터로 구성되는 두 개의 동력원을 이용하여 주행하는 과정에서 엔진과 모터를 어떻게 조화롭게 동작시키느냐에 따라 최적의 출력과 토크를 제공할 수 있다.
특히, 엔진과 변속기 사이에 모터와 엔진 클러치(EC : Engine Clutch)를 장착한 병렬형(Parallel Type, 또는 TMED : Transmission Mounted Electric Drive 방식) 하이브리드 시스템을 채용한 하이브리드 자동차에서는, 엔진과 모터의 출력이 동시에 구동축으로 전달될 수 있다.
한편, 하이브리드 자동차가 엔진을 구동원으로 하여 구동할 경우, 엔진의 스펙과 내구상태에 따라 엔진에 대한 토크 지령과 출력 토크 간 오차가 발생하는 문제가 있다. 또한, 이 오차로 인해 토크를 이용한 하이브리드 자동차의 출력 제어를 수행함에 있어서 제어의 정확도가 떨어지는 문제가 있다.
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.
KR 10-2010-0003392 A
본 발명은 엔진과 상시 연결된 제1 모터와 엔진과 선택적으로 연결되는 제2 모터를 포함하는 하이브리드 자동차에 있어서, 제1 모터와 제2 모터를 통한 엔진의 실제 토크를 학습하여 엔진 모델링 토크를 보정할 수 있는 하이브리드 자동차의 출력 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 출력 제어 방법은, 차량의 엔진 부하 영역을 판단하는 단계; 차량에 구비된 모터 중 상기 엔진 부하 영역에 대응되는 적어도 하나의 모터의 발전량을 기반으로 엔진의 실제 토크를 학습하는 단계; 및 상기 모터를 통해 학습된 상기 엔진의 실제 토크를 기반으로 엔진 모델링 토크를 보상하는 단계;를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 엔진 부하 영역을 판단하는 단계는 차량의 누적 주행거리가 기준 주행거리를 초과하거나 또는 운전자가 차량에 구비된 명령 입력 장치를 조작한 경우 수행될 수 있다.
예를 들어, 상기 엔진 부하 영역을 판단하는 단계는 상기 차량의 누적 주행거리가 제1 기준 주행거리를 초과하면 제1 부하 영역으로 판단하고, 제1 기준 주행거리보다 작은 제2 기준 주행거리를 초과하면 상기 제1 부하 영역보다 낮은 부하에 대응되는 제2 부하 영역으로 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 엔진의 출력을 학습하는 단계는 상기 엔진 부하 영역이 제1 부하 영역인 경우, 상기 엔진과 상시 연결된 제1 모터와 상기 엔진과 선택적으로 연결되는 제2 모터를 함께 이용하여 엔진의 실제 토크를 학습하는 단계를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 모터는 상기 엔진과 엔진 클러치 사이에 위치한 모터이고, 상기 제2 모터는 상기 엔진 클러치와 변속기 사이에 위치한 모터일 수 있다.
예를 들어, 상기 엔진의 출력을 학습하는 단계는 상기 엔진 부하 영역이 제1 부하 영역이고, 차량의 변속기가 P단 및 배터리의 SOC가 기준 SOC 미만인 경우 상기 제1 모터와 상기 제2 모터를 함께 이용하여 엔진의 실제 토크를 학습하는 단계를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 엔진의 출력을 학습하는 단계는 상기 엔진 부하 영역이 제2 부하 영역인 경우, 엔진과 상시 연결된 제1 모터를 이용하여 엔진의 실제 토크를 학습하는 단계를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 엔진의 출력을 학습하는 단계는 상기 엔진 부하 영역이 제2 부하 영역이고, 배터리의 SOC가 기준 SOC 미만인 경우 상기 제1 모터를 이용하여 엔진의 실제 토크를 학습하는 단계를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 엔진의 모델링 토크를 보상하는 단계는 상기 모터를 통해 학습된 상기 엔진의 실제 토크를 기반으로 엔진 토크 보상량을 판단하는 단계; 및 상기 판단된 보상량을 기반으로 상기 엔진 모델링 토크를 보상하는 단계;를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 엔진 토크 보상량은 상기 학습된 엔진의 실제 토크와 상기 엔진 모델링 토크의 차이값일 수 있다.
또한, 상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차는, 엔진; 엔진과 상시 연결된 제1 모터; 엔진과 선택적으로 연결되는 제2 모터; 및 차량의 엔진 부하 영역을 판단하고, 차량에 구비된 모터 중 상기 엔진 부하 영역에 대응되는 적어도 하나의 모터의 발전량을 기반으로 엔진의 실제 토크를 학습하며, 상기 모터를 통해 학습된 상기 엔진의 실제 토크를 기반으로 엔진의 모델링 토크를 보상하는 제어기;를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 제어기는 차량의 누적 주행거리가 기준 주행거리를 초과하거나 또는 운전자가 차량에 구비된 명령 입력 장치를 조작한 경우 엔진 부하 영역을 판단할 수 있다.
예를 들어, 상기 제어기는 상기 차량의 누적 주행거리가 제1 기준 주행거리를 초과하면 제1 부하 영역으로 판단하고, 제1 기준 주행거리보다 작은 제2 기준 주행거리를 초과하면 상기 제1 부하 영역보다 낮은 부하에 대응되는 제2 부하 영역으로 판단할 수 있다.
예를 들어, 상기 제어기는 상기 엔진 부하 영역이 제1 부하 영역인 경우, 상기 엔진과 상시 연결된 제1 모터와 상기 엔진과 선택적으로 연결되는 제2 모터를 함께 이용하여 엔진의 실제 토크를 학습할 수 있다.
예를 들어, 상기 제어기는 상기 엔진 부하 영역이 제1 부하 영역이고, 차량의 변속기가 P단 및 배터리의 SOC가 기준 SOC 미만인 경우 상기 제1 모터와 상기 제2 모터를 함께 이용하여 엔진의 실제 토크를 학습할 수 있다.
예를 들어, 상기 제어기는 상기 엔진 부하 영역이 제2 부하 영역인 경우, 엔진과 상시 연결된 제1 모터를 이용하여 엔진의 실제 토크를 학습할 수 있다.
예를 들어, 상기 제어기는 상기 엔진 부하 영역이 제2 부하 영역이고, 배터리의 SOC가 기준 SOC 미만인 경우 상기 제1 모터를 이용하여 엔진의 실제 토크를 학습할 수 있다.
예를 들어, 상기 제어기는 상기 모터를 통해 학습된 상기 엔진의 실제 토크를 기반으로 엔진 토크 보상량을 판단하고, 상기 판단된 보상량을 기반으로 상기 엔진의 모델링 토크를 보상할 수 있다.
본 발명의 하이브리드 자동차 및 그의 출력 제어 방법에 따르면, 제1 모터와 제2 모터를 통한 엔진의 실제 토크를 학습하고, 학습된 엔진의 실제 토크를 기반으로 엔진 모델링 토크를 보상해줌으로써 엔진 토크를 기반으로 한 차량의 출력 제어 수행시 발생하는 오차를 줄일 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 자동차의 출력 제어를 수행하는 제어기의 블럭도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 출력 제어 방법의 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: 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 하이브리드 자동차(100)의 출력 제어 방법을 설명하기 앞서, 실시예들에 적용 가능한 하이브리드 자동차(100)의 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 자동차(100)의 파워 트레인이 도시된다. 이러한 병렬형 하이브리드 시스템은 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 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 자동차(100)에서 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 배터리(미도시)를 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 자동차(100)에서 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(130) 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 자동차(100)의 일 구성례일 뿐, 실시예에 적용 가능한 하이브리드 자동차(100)는 이러한 구조에 한정되지 아니함은 당업자에 자명하다 할 것이다.
한편, 하이브리드 자동차(100)의 엔진(110)에 있어서, 운전자가 차량 주행을 위해 요구하는 지령 토크가 엔진(110)에 전달되면, 엔진 제어기(EMS, 210)는 입력된 지령 토크를 바탕으로 엔진(110)이 지령 토크만큼 출력을 낼 수 있도록 제어할 수 있다. 이때, 엔진 제어기(210)를 통해 엔진(110)이 출력을 내도록 제어하는 토크를 모델링 토크라고 할 수 있다. 그리고, 엔진 제어기(210)를 통해 출력을 입력받아 엔진(110)에서 실제로 발생하는 토크를 엔진(110)의 실제 토크 또는 실측 토크라고 할 수 있다. 즉, 운전자가 지령 토크를 입력하면 엔진 제어기(210)는 지령 토크를 만족하기 위하여 엔진(110)에 모델링 토크를 입력하여 기동하도록 제어하고, 엔진(110)은 입력받은 모델링 토크를 바탕으로 실제 토크를 출력할 수 있다.
그러나, 이런 일련의 과정에 있어서, 지령 토크와 모델링 토크 사이 또는 모델링 토크와 실제 토크 사이의 오차가 발생할 수 있다. 이에 엔진(110)의 경우에는 차량에 장착되기 전, 단품시험을 통해 지령 토크와 모델링 토크 또는 모델링 토크와 실제 토크 사이의 오차를 줄이고자 하였다. 그러나 엔진(110)과 엔진 제어기(210)의 특성상 오차 허용 범위가 존재할 수 있다. 예를 들어, 지령 토크와 모델링 토크 사이 및 모델링 토크와 실제 토크 사이의 오차 허용 범위가 5N이라고 한다면, 지령 토크와 실제 토크 사이에는 최대 10N의 허용 오차가 발생할 수 있다. 이는 운전자가 요구하는 출력을 엔진을 통해 충분히 만족시키지 못하는 문제로 이어질 수 있다.
종래에는 엔진 제어기(210) 내부에 지령 토크와 모델링 토크 사이의 보상 로직을 마련하여 오차를 줄이고자 하였으나, 이는 지령 토크와 모델링 토크 간의 보상 로직에 불과할 뿐, 지령 토크 또는 모델링 토크와 엔진(110)의 실제 토크 사이에는 여전히 오차가 발생하는 문제가 있다. 이에, 엔진(110)의 실제 토크를 측정하고, 측정된 엔진(110)의 실제 토크를 바탕으로 지령 토크 또는 모델링 토크와 엔진(110)의 실제 토크 사이에 발생하는 오차를 줄일 수 있겠으나, 엔진(110)의 토크를 측정하는 센서의 부존재로 인해 엔진(110)의 실제 토크를 측정하는데 어려움이 있다.
그러나 엔진(110)의 토크는 그와 연결된 제1 모터(120)로 전달될 수 있고, 엔진 클러치(130)가 연결됨으로써 제1 모터(120) 및 제2 모터(140)로 전달될 수 있다. 즉, 엔진(110)의 실제 토크를 직접적으로 측정하지 않더라도 제1 모터(120)와 제2 모터(140)에 각각 전달된 토크 또는 발전량을 측정함으로써 엔진(110)의 실제 토크를 추정할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에서는 차량의 엔진 부하 영역을 판단하고, 차량에 구비된 모터(120, 140) 중 엔진 부하 영역에 대응되는 적어도 하나의 모터의 발전량을 기반으로 엔진(110)의 실제 토크를 학습하며, 학습된 엔진(110)의 실제 토크를 기반으로 엔진(110)의 해당 부하 영역에 대한 모델링 토크를 보상할 것을 제안한다. 이러한 엔진(110)의 실제 토크를 학습하고, 이를 기반으로 엔진 모델링 토크를 보상하도록 하는 제어기(300)의 구성을 도 3을 참조하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 출력 제어를 수행하는 제어기의 블럭도이다.
도 3을 참조하면, 일 실시예에 따른 제어기(300)는 차량의 엔진 부하 영역을 판단하고, 차량에 구비된 모터(120, 140) 중 엔진 부하 영역에 대응되는 적어도 하나의 모터의 발전량을 기반으로 엔진(110)의 실제 토크를 학습하며, 모터를 통해 학습된 엔진(110)의 실제 토크를 기반으로 엔진 모델링 토크를 보상하도록 할 수 있다. 이를 위해, 제어기(300)는 판단부(310), 학습부(320) 및 보상제어부(330)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 판단부(310)는 차량의 엔진 부하 영역을 판단할 수 있다. 예를 들어, 차량의 엔진 부하 영역은 제1 부하 영역과 제1 부하 영역보다 낮은 부하에 대응되는 제2 부하 영역으로 나뉠 수 있다. 이는 예시적인 것으로 엔진(110)의 부하 영역은 제1 부하 영역과 제2 부하 영역으로 한정되지 않고, 제1 부하 영역 및 제2 부하 영역 이외의 복수의 영역으로 구성될 수도 있다. 판단부(310)는 현재 차량의 엔진 부하 영역이 제1 부하 영역과 제2 부하 영역 중 어느 부하 영역에 해당하는지 판단할 수 있다. 특히, 판단부(310)는 차량의 누적 주행거리가 기준 주행거리를 초과하거나 또는 운전자가 차량에 구비된 명령 입력 장치를 조작한 경우 엔진 부하 영역을 판단할 수 있다. 다만, 각 부하 영역은 해당 부하 영역에 대응되는 모터의 최대 허용 토크 범위 이내인 것이 바람직하다. 예컨대, 제1 부하 영역보다 낮은 부하에 대응되는 제2 부하 영역은, 제1 모터(120)의 최대 허용 토크 이내의 토크 범위로 설정되는 것이 바람직하다.
그리고, 학습부(320)는 판단부(310)에서 판단된 엔진 부하 영역에 따라 엔진(110)의 실제 토크를 학습할 수 있다. 특히, 학습부(320)는 엔진 부하 영역에 따라 차량에 구비된 복수의 모터(120, 140) 중 어느 하나 이상을 이용하여 엔진(110)의 실제 토크를 학습할 수 있다. 예를 들어, 엔진 부하 영역이 제1 부하 영역인 경우, 학습부(320)는 제1 모터(120)와 제2 모터(140)를 함께 이용하여 엔진(110)의 실제 토크를 학습할 수 있다. 그리고, 엔진 부하 영역이 제2 부하 영역인 경우, 학습부(320)는 제1 모터(120)를 이용하여 엔진(110)의 실제 토크를 학습할 수 있다. 따라서, 엔진(110)의 실제 토크는 복수의 모터(120, 140) 중 어느 하나 이상의 발전량에 대응되는 토크 또는 복수의 모터(120, 140) 중 어느 하나 이상의 모터를 이용하여 배터리 충전시 충전되는 충전량에 대응되는 토크를 의미할 수 있다. 본 발명에서는, 일 실시예로써, 학습부(320)는 복수의 모터(120, 140) 중 어느 하나 이상의 모터를 이용하여 배터리 충전시 충전되는 충전량에 대응되는 토크를 엔진(110)의 실제 토크로 학습할 수 있다.
아울러, 보상제어부(330)는 학습부(320)에서 학습된 엔진(110)의 실제 토크를 기반으로 엔진 모델링 토크의 보상값을 도출할 수 있다. 구체적으로, 보상제어부(330)는 각 부하 영역에 따라 모터를 통해 학습된 엔진(110)의 실제 토크와 엔진 제어기(210)에 기 설정된 엔진 모델링 토크의 차이를 엔진 모델링 토크의 보상값으로 도출할 수 있다. 엔진 모델링 토크는 각 부하 영역에서 운전자의 요구 출력 입력시 엔진 제어기(210)에서 엔진(110)으로 지령을 내림으로써 엔진(110)에서 출력될 것으로 예상되는 토크를 의미할 수 있다. 따라서, 보상제어부(330)는 엔진(110)의 실제 토크와 출력될 것으로 예상되는 토크와의 차이를 판단하고, 그 차이만큼 엔진 제어기(210)에 기 설정된 엔진 모델링 토크를 보상하도록 엔진 제어기(210)에 보상값을 제공할 수 있다.
이하에서는, 도 1 내지 3에서 상술한 하이브리드 자동차(100)의 구성을 바탕으로 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차(100)의 출력 제어 방법을 도 4를 참조하여 설명한다. 도 4에서는 설명의 편의를 위해 도 3의 제어기(300)가 하이브리드 제어기(HCU, 240)로 구현된 경우를 가정한다. 그리고 하이브리드 제어기(240)는 도 3의 보상제어부(330)에서 도출된 엔진 모델링 토크의 보상값을 엔진 제어기(EMS, 210)에 전달할 수 있다. 이에, 엔진 제어기(210)가 보상값만큼 기 존재한 엔진 모델링 토크를 보상해줌으로써 엔진 토크를 이용한 차량 제어시 오차를 줄이고 정확성을 높일 수 있다. 이는 예시적인 것으로, 본 발명에서 언급한 방식으로 엔진 제어기(210)와 하이브리드 제어기(240)간의 제어가 한정되어 수행되지 않음은 물론이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 출력 제어 방법의 순서도이다.
먼저, 도 4를 참조하면, 하이브리드 제어기(240)는 차량의 엔진 부하 영역을 판단할 수 있다(S410). 예를 들어, 차량의 엔진 부하 영역을 판단하는 것은 차량의 누적 주행거리가 기준 주행거리를 초과하거나 또는 운전자가 차량에 구비된 명령 입력 장치를 조작한 경우 하이브리드 제어기(240)에서 수행될 수 있다.
차량의 누적 주행거리를 기준으로 차량의 엔진 부하 영역을 판단함에 있어서, 하이브리드 제어기(240)는 차량의 누적 주행거리가 제1 기준 주행거리를 초과하면 제1 부하 영역으로 판단할 수 있다. 또한, 차량의 누적 주행거리가 제1 기준 주행거리보다 작은 제2 기준 주행거리를 초과하면 제1 부하 영역보다 낮은 부하에 대응되는 제2 부하 영역으로 판단할 수 있다. 만약, 차량의 누적 주행거리가 아닌 운전자가 차량에 구비된 명령 입력 장치를 조작한 경우에는 하이브리드 제어기(240)는 명령 입력 장치의 단독 또는 조합 시그널에 의해 엔진 부하 영역을 제1 부하 영역 또는 제2 부하 영역으로 판단할 수 있다. 이는 예시적인 것으로, 반드시 본 발명에서 언급된 방식으로 한정되지 않음은 물론이다.
하이브리드 제어기(240)는 판단된 엔진 부하 영역이 제1 부하 영역인 경우(S420의 Yes), 제1 부하 영역에서의 학습을 수행하기 위한 전제 조건의 만족 여부를 판단할 수 있다(S430, S440).
구체적으로, 제1 부하 영역은 제1 모터(120)와 제2 모터(140)를 함께 사용하므로, 엔진 클러치(130)가 체결될 필요가 있으며, 학습을 위한 엔진 토크 제어를 위해서는 차량이 정지되어 있는 것이 바람직하다. 엔진 클러치(130)가 연결되면, 엔진(110)의 토크가 제1 모터(120)와 제2 모터(140) 뿐만 아니라 변속기(150) 후단에 연결된 종변속기(160) 또는 휠과 연결된 모터(미도시)에도 전달될 수 있다. 이 경우, 엔진(110)의 실제 토크를 제1 모터(120)와 제2 모터(140)로 학습하기에는 오차가 발생하여 정확도가 낮아질 수 있다. 따라서, 변속기는 P단 상태인 것이 바람직할 수 있다.
그리고, 제1 부하 영역에서 제1 모터(120)와 제2 모터(140)가 발전을 수행함으로써 에너지가 발생할 수 있고, 발생된 에너지는 차량에 구비된 배터리(미도시)를 충전하는데 사용될 수 있다. 따라서, 제1 모터(120)와 제2 모터(140)가 발전을 수행해야 하므로 배터리(미도시)는 충전 가능한 상태 즉, 배터리의 충전량(SOC)이기준 충전량(SOC) 미만인 것이 바람직할 수 있다.
따라서, 하이브리드 제어기(240)는 변속기(150)가 P단인지 확인하고(S430), 배터리(미도시)의 충전량(SOC)이 기준 충전량(SOC) 미만인지 확인하여(S440) 전제 조건이 만족된 경우(S430의 Yes 및 S440의 Yes)에 제1 부하 영역에서의 엔진(110)의 실제 토크 학습이 수행될 수 있다(S450). 엔진(110)의 실제 토크 학습 수행은 전술한 도 3의 학습부(320)에서 설명하고 있으므로 생략하기로 한다.
한편, 하이브리드 제어기(240)는 판단된 엔진 부하 영역이 제2 부하 영역인 경우(S410의 No), 제2 부하 영역에서의 학습을 수행하기 위한 전제 조건의 만족 여부를 판단할 수 있다(S460).
제2 부하 영역에서는 엔진 클러치(130)가 연결되지 않고, 엔진(110)의 토크가 제1 모터(120)로만 전달됨으로써 변속기(150)가 P단 상태인지 확인할 필요는 없다. 즉, 이는 제2 부하 영역에서는 엔진(110)의 토크가 제1 모터(120)의 허용 토크 범위를 만족한다면, 차량의 주행 중에도 학습이 가능한 것을 의미할 수 있다. 그러나, 제2 부하 영역에서 제1 모터(120)가 발전을 수행함으로써 에너지가 발생할 수 있고, 이는 제1 부하 영역에서 전술한 바와 같이 배터리를 충전하는데 사용될 수 있다. 따라서, 하이브리드 제어기(240)는 배터리(미도시)의 충전량(SOC)이 기준 충전량(SOC) 미만인지 확인하여(S460) 제2 부하 영역에서의 학습을 수행할 수 있다.
하이브리드 제어기(240)는 배터리의 충전량(SOC)이 기준 충전량(SOC) 미만인 경우(S460의 Yes), 제2 부하 영역에서의 엔진(110)의 실제 토크 학습이 수행될 수 있다(S470).
이후, 하이브리드 제어기(240)는 제1 부하 영역 또는 제2 부하 영역에서의 엔진(110)의 실제 토크 학습이 수행됨에 따라 엔진 토크 보상량을 판단할 수 있다(S480). 예를 들어, 제1 부하 영역인 경우, 제1 모터(120)와 제2 모터(140)를 함께 구동함으로써 배터리에 충전되는 충전량에 대응되는 엔진(110)의 실제 토크와 엔진 제어기(210)에 기 설정된 엔진 모델링 토크와의 차이를 산출하고, 그 차이를 엔진 토크 보상량으로써 판단할 수 있다. 또한, 제2 부하 영역인 경우에는 제1 모터(120)를 구동함으로써 배터리에 충전되는 충전량에 대응되는 엔진(110)의 실제 토크와 엔진 제어기(210)에 기 설정된 엔진 모델링 토크와의 차이를 엔진 토크 보상량으로 판단할 수 있다.
하이브리드 제어기(240)는 판단된 엔진 토크 보상량을 엔진 제어기(210)에 전달하고, 엔진 제어기(210)는 하이브리드 제어기(240)에서 전달받은 엔진 토크 보상량을 기반으로 엔진(110)에 지령하는 엔진 모델링 토크를 보상할 수 있다(S490). 구체적으로, 엔진 제어기(210)는 기 설정된 엔진 모델링 토크에 엔진 토크 보상량을 반영하여 엔진 모델링 토크를 보상해줄 수 있다. 이로써, 엔진 모델링 토크와 엔진(110)의 실제 토크 사이의 오차를 줄일 수 있고, 차량에 요구되는 출력에 따른 엔진 토크 제어시 제어의 정확도를 높일 수 있다.
비록, 도 4에서 제1 부하 영역에서의 엔진(110)의 실제 토크를 학습하기 위한 전제 조건 단계(S430, S440)가 순차적으로 기재되어 있으나, 두 단계는 반드시 선후 관계로써 존재하는 것은 아니며 학습 진입(S450)을 위해 함께 만족되어야 할 조건에 해당하는 것이다. 따라서, 본 발명의 도 4에 도시된 것은 하나의 실시예일 뿐, 두 단계의 순서가 바뀌거나 동시에 수행될 수 있음은 물론이다.
본 발명의 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
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.
100 : 하이브리드 자동차
110 : 엔진(ICE)
120 : 제1모터
130 : 엔진 클러치
140 : 제2모터
150 : 변속기
160 : 종감속기(FD)
210 : 엔진 제어기
220 : 모터 제어기
230 : 클러치 제어기
240 : 하이브리드 제어기
250 : 변속기 제어기
300 : 제어기
310 : 판단부
320 : 학습부
330 : 보상제어부

Claims (18)

  1. 차량의 엔진 부하 영역을 판단하는 단계;
    차량에 구비된 모터 중 상기 엔진 부하 영역에 대응되는 적어도 하나의 모터의 발전량을 기반으로 엔진의 실제 토크를 학습하는 단계; 및
    상기 모터를 통해 학습된 상기 엔진의 실제 토크를 기반으로 엔진 모델링 토크를 보상하는 단계;를 포함하는 하이브리드 자동차의 출력 제어 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 엔진 부하 영역을 판단하는 단계는
    차량의 누적 주행거리가 기준 주행거리를 초과하거나 또는 운전자가 차량에 구비된 명령 입력 장치를 조작한 경우 수행되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차의 출력 제어 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 엔진 부하 영역을 판단하는 단계는
    상기 차량의 누적 주행거리가 제1 기준 주행거리를 초과하면 제1 부하 영역으로 판단하고, 제1 기준 주행거리보다 작은 제2 기준 주행거리를 초과하면 상기 제1 부하 영역보다 낮은 부하에 대응되는 제2 부하 영역으로 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차의 출력 제어 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 엔진의 출력을 학습하는 단계는
    상기 엔진 부하 영역이 제1 부하 영역인 경우, 상기 엔진과 상시 연결된 제1 모터와 상기 엔진과 선택적으로 연결되는 제2 모터를 함께 이용하여 엔진의 실제 토크를 학습하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차의 출력 제어 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제1 모터는 상기 엔진과 엔진 클러치 사이에 위치한 모터이고, 상기 제2 모터는 상기 엔진 클러치와 변속기 사이에 위치한 모터인 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차의 출력 제어 방법.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 엔진의 출력을 학습하는 단계는
    상기 엔진 부하 영역이 제1 부하 영역이고, 차량의 변속기가 P단 및 배터리의 SOC가 기준 SOC 미만인 경우 상기 제1 모터와 상기 제2 모터를 함께 이용하여 엔진의 실제 토크를 학습하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차의 출력 제어 방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 엔진의 출력을 학습하는 단계는
    상기 엔진 부하 영역이 제2 부하 영역인 경우, 엔진과 상시 연결된 제1 모터를 이용하여 엔진의 실제 토크를 학습하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차의 출력 제어 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 엔진의 출력을 학습하는 단계는
    상기 엔진 부하 영역이 제2 부하 영역이고, 배터리의 SOC가 기준 SOC 미만인 경우 상기 제1 모터를 이용하여 엔진의 실제 토크를 학습하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차의 출력 제어 방법.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 엔진 모델링 토크를 보상하는 단계는
    상기 모터를 통해 학습된 상기 엔진의 실제 토크를 기반으로 엔진 토크 보상량을 판단하는 단계; 및
    상기 판단된 보상량을 기반으로 상기 엔진 모델링 토크를 보상하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차의 출력 제어 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 엔진 토크 보상량은 상기 학습된 엔진의 실제 토크와 상기 엔진 모델링 토크의 차이값인 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차의 출력 제어 방법.
  11. 엔진;
    엔진과 상시 연결된 제1 모터;
    엔진과 선택적으로 연결되는 제2 모터; 및
    차량의 엔진 부하 영역을 판단하고, 차량에 구비된 모터 중 상기 엔진 부하 영역에 대응되는 적어도 하나의 모터의 발전량을 기반으로 엔진의 실제 토크를 학습하며, 상기 모터를 통해 학습된 상기 엔진의 실제 토크를 기반으로 엔진 모델링 토크를 보상하는 제어기;를 포함하는 하이브리드 자동차.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 제어기는 차량의 누적 주행거리가 기준 주행거리를 초과하거나 또는 운전자가 차량에 구비된 명령 입력 장치를 조작한 경우 엔진 부하 영역을 판단하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 제어기는 상기 차량의 누적 주행거리가 제1 기준 주행거리를 초과하면 제1 부하 영역으로 판단하고, 제1 기준 주행거리보다 작은 제2 기준 주행거리를 초과하면 상기 제1 부하 영역보다 낮은 부하에 대응되는 제2 부하 영역으로 판단하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차.
  14. 청구항 11에 있어서,
    상기 제어기는 상기 엔진 부하 영역이 제1 부하 영역인 경우, 상기 엔진과 상시 연결된 제1 모터와 상기 엔진과 선택적으로 연결되는 제2 모터를 함께 이용하여 엔진의 실제 토크를 학습하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 제어기는 상기 엔진 부하 영역이 제1 부하 영역이고, 차량의 변속기가 P단 및 배터리의 SOC가 기준 SOC 미만인 경우 상기 제1 모터와 상기 제2 모터를 함께 이용하여 엔진의 실제 토크를 학습하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차.
  16. 청구항 11에 있어서,
    상기 제어기는 상기 엔진 부하 영역이 제2 부하 영역인 경우, 엔진과 상시 연결된 제1 모터를 이용하여 엔진의 실제 토크를 학습하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 제어기는 상기 엔진 부하 영역이 제2 부하 영역이고, 배터리의 SOC가 기준 SOC 미만인 경우 상기 제1 모터를 이용하여 엔진의 실제 토크를 학습하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차.
  18. 청구항 11에 있어서,
    상기 제어기는 상기 모터를 통해 학습된 상기 엔진의 실제 토크를 기반으로 엔진 토크 보상량을 판단하고, 상기 판단된 보상량을 기반으로 상기 엔진 모델링 토크를 보상하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차.
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