KR101684542B1 - 하이브리드 차량의 엔진 정지 제어 시스템 및 그 방법 - Google Patents

하이브리드 차량의 엔진 정지 제어 시스템 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

하이브리드 차량의 엔진 정지 제어 시스템 및 그 방법이 개시된다.
본 발명의 실시 예에 따른 HEV 모드로 운행 중 EV 모드로 진입하는 하이브리드 차량의 엔진 정지 제어 시스템은, 운전자가 요구하는 감가속의 정보 및 도로의 경사도를 검출하는 운전정보 검출부; 엔진의 기동이 정지되면 엔진 회전 속도를 정지시키기 위한 충전토크를 가하는제2모터; 복수의 전력 스위칭소자로 구성되어 인가되는 제어신호에 따라 배터리에서 공급되는 직류전압을 3상 교류전압으로 변환하여 제1모터 및 제2모터를 제어하는 모터 제어기; 및 상기 제2모터의 속도에 따라 최대 충전파워가 되는 충전토크지령을 설정하는 하이브리드 제어기를 포함하되, 상기 하이브리드 제어기는 제1모터의 가용 토크 및 내리막 경사도의 변수 인자를 고려하여 맵핑된 값으로 상기 충전토크지령을 재설정하여 최종 제2모터 충전토크지령을 생성하고 이를 상기 모터 제어기를 통해 제2모터로 인가한다.

Description

하이브리드 차량의 엔진 정지 제어 시스템 및 그 방법{SYSTEM AND METHOD FOR ENGINE STOP CONTROL OF HYBRID VEHICLE}
본 발명은 하이브리드 차량의 엔진 정지 제어 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 하이브리드 차량의 엔진 정지 후 운전자의 요구에 따른 재 가속 응답성을 향상시키는 하이브리드 차량의 엔진 정지 제어 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로 하이브리드 차량(Hybrid Electric Vehicle/Plug-in Hybrid Electric Vehicle, HEV/PHEV)은 서로 다른 두 종류 이상의 동력원을 사용하는 자동차로써, 연료를 연소시켜 구동력을 얻는 엔진과 배터리 전력으로 구동력을 얻는 모터에 의해 구동되는 차량을 의미한다.
기존 내연기관 차량에서 브레이크는 제동이라는 가장 중요한 역할을 수행하지만 역설적으로 브레이크를 밟아서 정차 혹은 감속하게 되면 다시 일정 속도를 회복하기 위해 재가속을 해야 하므로 많은 연료가 소모된다. 통상 고속도로에 비해 브레이크를 자주 밟게 되는 시내 정체구간에서 연비가 낮게 측정되는 것이 바로 이 때문이다.
이에 비해 하이브리드 차량은 엔진이 비효율적인 주행 환경일 때 모터에 의한 배터리의 충방전으로 효율성을 높이고, 정차 혹은 감속 시 발생하는 운동에너지를 배터리에 저장하여 다시 사용할 수 있기 때문에 연비절감에 유리한 것으로 알려져 있다.
한편, 도 1은 종래의 하이브리드 차량의 시스템을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
첨부된 도 1을 참조하면, 종래의 하이브리드 차량은 엔진, 클러치, 제1모터와 변속기(Automatic Transmission, AT)가 구동축으로 직렬 연결되어 있는 TMED(Transmission Mounted Electric Device) 방식의 동력 전달장치(Power Train)이 사용되고 있다.
이러한 하이브리드 차량에서는 일반 가솔린 차량과 달리 엔진 시동을 위한 스타터 모터 대신 제2모터가 장착되어 엔진 시동뿐만 아니라 EV(Electric Vehicle)모드 및 장등판 상황에서의 배터리 충전기능을 담당하고 있다.
하이브리드 차량의 경우에는 운전자 요구 및 주행 환경에 따른 엔진 기동과 클러치 연결을 통한 HEV 모드 및 엔진 정지와 클러치 해제를 통한 EV 모드의 전환이 빈번하게 일어난다.
특히, 하이브리드 차량은 기동 중이던 엔진의 정지하는 경우 엔진 공진영역의 빠른 회피를 위해 엔진과 연결되어 있는 제2모터를 이용해 역토크를 가하여 엔진의 빠른 정지를 통한 진동저감을 수행한다.
그러나, 제2모터를 이용하여 역토크를 빠르게 가하게 될 경우 엔진 회전속도가 빠르게 하강하게 되며, 이때 운전자의 재가속 요구가 발생하면 엔진을 구동축에 연결하기 위한 클러치 접합을 위해 엔진 회전속도를 다시 끌어올려야 하는데 시간 지연이 발생하여 재 가속 성능이 저하되는 문제점이 있다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
특허문헌 1 : 한국등록특허 제1091223호 (2011.12.07. 공고)
본 발명의 실시 예는 하이브리드 차량의 엔진 정지 시 제2모터에 의한 충전 제어로 인해 발생할 수 있는 재 가속 발진 지연을 개선할 수 있는 하이브리드 차량의 엔진 정지 제어 시스템 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, HEV 모드로 운행 중 EV 모드로 진입하는 하이브리드 차량의 엔진 정지 제어 시스템은, 운전자가 요구하는 감가속의 정보 및 도로의 경사도를 검출하는 운전정보 검출부; 엔진의 기동이 정지되면 엔진 회전 속도를 정지시키기 위한 충전토크를 가하는 제2모터; 복수의 전력 스위칭소자로 구성되어 인가되는 제어신호에 따라 배터리에서 공급되는 직류전압을 3상 교류전압으로 변환하여 제1모터 및 제2모터를 제어하는 모터 제어기; 및 상기 제2모터의 속도에 따라 최대 충전파워가 되는 충전토크지령을 설정하는 하이브리드 제어기를 포함하되, 상기 하이브리드 제어기는 제1모터의 가용 토크 및 내리막 경사도의 변수 인자를 고려하여 맵핑된 값으로 상기 충전토크지령을 재설정하여 최종 제2모터 충전토크지령을 생성하고 이를 상기 모터 제어기를 통해 제2모터로 인가한다.
또한, 상기 하이브리드 제어기는, 상기 제1모터의 성능 곡선을 참조하여 일정 기준 속도 미만의 낮은 RPM 영역에 있고 상기 배터리의 가용파워가 일정 SOC 이상이면 상기 제1모터의 가속성능이 확보된 것으로 판단할 수 있다.
또한, 상기 하이브리드 제어기는, 상기 하이브리드 차량이 주행저항이 작은 내리막 도로를 주행하는 경우 상기 도로 경사도에 따른 가속성능이 확보된 것으로 판단할 수 있다.
또한, 상기 주행저항은, 구름저항, 공기저항 및 내리막 도로에서 차량을 가속시키는 경사저항을 포함할 수 있다.
또한, 상기 하이브리드 제어기는, 스포티하고 빠른 발진 응답이 요구되는 스포츠 모드이면 상기 제2모터에 충전토크를 인가지 않을 수 있다.
또한, 상기 최종 제2모터 충전토크지령은, 상기 가용 토크가 클수록 상기 충전토크지령에 가깝게 재설정하고, 상기 가용 토크가 작을수록 0에 가깝게 재설정할 수 있다.
또한, 상기 최종 제2모터 충전토크지령은, 내리막 도로 경사도가 클수록 상기 충전토크지령에 가깝게 재설정하고, 상기 내리막 도로의 경사도가 작을수록 0에 가깝게 재설정할 수 있다.
또한, 상기 최종 제2모터 충전토크지령은, 상기 제1모터의 가용 토크에 맵핑된 값과 도로 경사도에 맵핑된 값을 합산한 값으로 재설정할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 측면에 따른, HEV 모드로 운행 중 EV 모드로 진입하는 하이브리드 차량의 엔진 정지 제어 방법은, a) 엔진 기동이 정지되고 엔진과 구동축의 연결이 해제되는 단계; b) 제2모터의 속도에 따라 최대 충전파워가 되는 충전토크지령을 설정하는 단계; c) 상기 충전토크지령에 제1모터의 가용 토크 및 도로 경사도의 각 변수 인자에 맵핑된 값을 적용하여 최종 제2모터 충전토크지령으로 재설정하는 단계; 및 d) 상기 최종 제2모터 충전토크지령을 상기 제2모터에 인가하여 엔진을 정지시키고 발전된 에너지를 회수하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 a) 단계와 b) 단계 사이에, 상기 하이브리드 차량이 스포티하고 빠른 발진 응답이 요구되는 스포츠 모드이면 상기 제2모터에 충전토크를 인가하지 않을 수 있다.
또한, 상기 c) 단계는, 상기 가용 토크가 클수록 상기 충전토크지령에 가깝게 재설정하고, 상기 가용 토크가 작을수록 0에 가깝게 재설정할 수 있다.
또한, 상기 c) 단계는, 내리막 도로의 경사도가 클수록 상기 충전토크지령에 가깝게 재설정하고, 상기 내리막 도로의 경사도가 작을수록 0에 가깝게 재설정할 수 있다.
또한, 상기 c) 단계는, 상기 제1모터의 가용 토크에 맵핑된 값과 도로 경사도에 맵핑된 값을 합산한 값으로 재설정할 수 있다.
또한, 상기 d) 단계 이후에, 운전자의 재가속 요구가 발생되면 제1모터의 가용 토크를 이용하여 재가속 발진을 수행하는 동안 상기 제2모터를 통해 엔진 속도를 끌어올려 구동축에 연결할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 하이브리드 차량의 엔진 정지 시 제1모터의 가동 토크 및 주행 경사도를 모니터링 하여 가속 성능을 파악하고 그에 따라 조정된 제2모터 충전토크를 제어함으로써 운전자의 재가속 요구에 따른 발진 응답성을 향상시킬 수 있다.
또한, 엔진이 정지된 상태에서도 제1모터의 가속 성능이 큰 경우 에너지 회수율이 최대가 되도록 제2모터의 충전토크를 제어함으로써 재가속 응답성을 확보함과 동시에 연비를 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래의 하이브리드 차량의 시스템을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 차량의 엔진 정지 제어 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸다.
도 3 및 도 4는 일반적인 엔진 정시 시 재가속 지연이 발생하는 것을 설명하기 위한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 재가속 응답을 고려한 모터 제어 로직을 나타낸다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 차량의 엔진 정지 제어 방법을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.
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 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 의미한다.
본 명세서에서 사용된 "차량", "차", "차량의", "자동차" 또는 다른 유사한 용어들은 스포츠 실용차(sports utility vehicles, SUV), 버스, 트럭, 다양한 상용차를 포함하는 승용차, 다양한 종류의 보트나 선박을 포함하는 배, 항공기 및 이와 유사한 것을 포함하는 자동차를 포함하며, 하이브리드 차량, 전기 차량, 플러그 인 하이브리드 전기 차량, 수소연료 차량 및 다른 대체 연료(예를 들어, 석유 외의 자원으로부터 얻어지는 연료) 차량을 포함한다.
추가적으로, 몇몇 방법들은 적어도 하나의 제어기에 의하여 실행될 수 있다. 제어기라는 용어는 메모리와, 알고리즘 구조로 해석되는 하나 이상의 단계들을 실행하도록 된 프로세서를 포함하는 하드웨어 장치를 언급한다. 상기 메모리는 알고리즘 단계들을 저장하도록 되어 있고, 프로세서는 아래에서 기재하는 하나 이상의 프로세스들을 수행하기 위하여 상기 알고리즘 단계들을 특별히 실행하도록 되어 있다.
더 나아가, 본 발명의 제어 로직은 프로세서, 제어기 또는 이와 유사한 것에 의하여 실행되는 실행 가능한 프로그램 명령들을 포함하는 컴퓨터가 읽을 수 있는 수단 상의 일시적이지 않고 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체로 구현될 수 있다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 수단의 예들은, 이에 한정되지는 않지만, ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 플래쉬 드라이브, 스마트 카드 및 광학 데이터 저장 장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 재생 매체는 네트웍으로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 예를 들어 텔레매틱스 서버나 CAN(Controller Area Network)에 의하여 분산 방식으로 저장되고 실행될 수 있다.
이제 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 차량의 엔진 정지 제어 시스템 및 그 방법에 대하여 도면을 참조로 하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 차량의 엔진 정지 제어 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸다.
첨부된 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 차량의 엔진 정지 제어 시스템(100)은 운전정보 검출부(101), 하이브리드 제어기(102), 모터 제어기(103), 배터리(104), 배터리 관리부(105), 엔진 제어기(106), 제1모터(107), 엔진(108), 제2모터(109), 클러치(110), 변속기(111) 및 변속기 제어기(112)를 포함한다.
운전정보 검출부(101)는 운전자가 요구하는 감가속의 정보를 검출하고, 검출한 정보를 하이브리드 제어기(102)에 제공한다.
운전정보 검출부(101)는 브레이크 페달의 작동 변위를 검출하는 BPS(Brake Pedal Sensor), 가속 페달의 작동 변위를 검출하는 APS(Accelerator Pedal Sensor), 차량의 속도를 검출하는 차속 센서, 차량의 가속도를 검출하는 가속도 센서, 현재 체결되어 있는 변속단을 검출하는 변속단 센서, 엔진(108)의 회전수를 검출하는 RPM(Revolutions Per Minute) 센서, 제1모터(107)의 속도 및 회전자 각도를 검출하는 레졸버(Resolver) 및 도로의 경사를 측정하는 경사도 센서 중 적어도 하나로부터 차량의 운행에 따른 운전정보를 수집할 수 있다.
하이브리드 제어기(102)는 하이브리드 차량의 최상위 제어기이며 네트워크로 연결되는 각 제어기들을 통합 제어한다.
하이브리드 제어기(102)는 각 제어기들과 고속 CAN 통신라인으로 연결하여 상호간의 정보를 주고 받으며, 협조 제어를 실행하여 엔진(108)과 제1모터(107)의 출력 토크를 제어한다.
하이브리드 제어기(102)는 차량의 시동 후 EV 모드로 운행되는 상태에서 운전정보 검출부(101)에서 제공되는 운전자 요구토크와 배터리 관리부(105)에서 제공되는 배터리(104)의 충전상태(State Of Charge, SOC)를 체크하여 HEV 모드로의 전환이 요구되면 엔진시동을 결정한다. 그리고, 엔진(108)과 제1모터(107)의 사이에 장착되는 클러치(110)를 결합시켜 HEV 모드의 운전을 제어할 수 있다.
하이브리드 제어기(102)는 엑셀 페달을 밟는 운전자의 답력에 의한 APS 변위 값으로 운전자 요구토크를 계산한다. 또한, 하이브리드 제어기(102)는 차량이 등판로를 주행중인 경우 등판 경사도를 더 반영하여 운전자 요구토크를 계산할 수 있다.
그리고, 하이브리드 제어기(102)는 계산된 운전자 요구토크가 HEV 모드 진입에 필요한 임계 토크 크기를 초과할 경우 HEV모드로 전환을 위한 엔진시동을 결정할 수 있다.
또한, 하이브리드 제어기(102)는 EV 주행에 따른 배터리의 SOC 크기가 줄어들어 엔진에 의한 발전이 필요한 임계 SOC 크기 미만으로 내려가는 경우에도 HEV 모드로 전환을 위한 엔진시동을 결정할 수 있다.
모터 제어기(103)는 복수개의 전력 스위칭소자로 구성되고, 상기 하이브리드 제어기(102)에서 인가되는 제어신호에 따라 배터리(104)에서 공급되는 직류전압을 3상 교류전압으로 변환시켜 제1모터(107) 및 제2모터(109)를 제어한다.
모터 제어기(103)를 구성하는 전력 스위칭 소자는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor), MOSFET, 트랜지스터, 릴레이 중 어느 하나로 구성될 수 있다.
배터리(104)는 다수개의 단위 셀로 이루어지며, 제1모터(107)에 전압을 제공하기 위한 고전압, 예컨대 직류 400V 내지 450V의 전압이 저장될 수 있다.
배터리 관리부(105)는 배터리(104)의 작동 영역 내에서 각 셀들의 전류, 전압, 온도 등을 검출하여 충전상태(SOC)를 관리하며, 배터리(104)의 충방전 전압을 제어하여 한계전압 이하로 과방전되거나 한계전압 이상으로 과충전되어 수명이 단축되는 것을 방지한다.
엔진 제어기(106)는 하이브리드 제어기(102)의 명령에 따라 엔진(108)을 제어하고, 엔진(108)의 동작상태(예; 엔진 rpm, 엔진 토크)를 모니터링 하여 하이브리드 제어기(102)로 전달한다.
제1모터(107)는 하이브리드 차량의 주행 모터로써 모터 제어기(103)에서 인가되는 3상 교류전압에 의해 동작되어 구동 토크를 발생시키고, 타행 주행에서는 발전기로 동작되어 회생에너지를 배터리(104)에 공급한다.
엔진(108)은 동력원으로 시동 온 상태에서의 엔진 동력을 출력한다.
제2모터(109)는 스타터 및 제너레이터로 동작되며, 하이브리드 제어기(102)에서 인가되는 제어신호에 따라 엔진(108)의 시동 온을 실행하고, 시동 완료에 따른 엔진 시동 비트(bit)를 하이브리드 제어기(102)로 전달한다.
제2모터(109)는 EV 모드의 진입으로 엔진(108)의 기동이 정지되면 엔진 속도(rpm)를 줄이는 충전토크를 가하는 제너레이터로 동작하여 에너지를 회수한다.
또한, 제2모터(109)는 엔진(108)이 시동 온 유지하는 상태에서 제너레이터로 동작되어 전압을 발전시키며 발전 전압을 모터 제어기(103)를 통해 배터리(104)에 충전 전압으로 제공한다.
제2모터(109)는 도 2와 같이 엔진(108)과 벨트로 연결되거나 샤프트 등으로 직결될 수 있다.
클러치(110)는 엔진(108)과 제1모터(107)의 사이에 배치되어 EV 모드와 HEV모드의 운행이 제공될 수 있도록 한다.
클러치(110)는 EV 모드에서는 엔진(108)과 구동축의 연결을 해제하고, 운전자의 재가속 요구로 인한 HEV 모드의 전환 시 엔진(108)과 구동축을 연결하여 엔진의 구동력을 전달한다.
변속기(111)는 자동 변속기(AT) 또는 DCT(Dual Clutch Transmission)로 구성될 수 있으며, 하이브리드 제어기(102)의 제어에 따라 변속비가 조정된다.
변속기 제어기(Transmission Control Unit, TCU)(112)는 차속, 스로틀 개도, 입력토크 등의 조건에 따라 결정된 변속기(111)의 목표 변속단을 자동으로 제어하여 현재의 운전조건에 적합한 차속을 유지한다.
한편, 도 3 및 도 4는 일반적인 엔진 정시 시 재가속 지연이 발생하는 것을 설명하기 위한 그래프이다.
하이브리드 차량이 운전자 요구에 의해 EV 모드로 진입하여 엔진이 구동축과 분리된 클러치 해제 상태로 엔진 정지 제어를 수행하는 경우, 운전자가 재가속을 위해 엑셀 페달을 밟으면 다시 HEV 모드로 진입해야 한다.
이 때, 하이브리드 차량은 엔진측의 클러치를 다시 구동축과 연결해야 하는데 클러치 연결을 위해서는 엔진 속도를 제1모터의 속도와 동기 되는 클러치 연결점까지 끌어올려야 한다.
그러나, 도 3의 경우 제2모터의 충전토크 제어로 연비에 유리하만 엔진의 속도가 빠르게 떨어진 상태이므로 엔진 속도를 다시 끌어 올리는데 많은 시간이 소요되어 가속지연이 과다하게 발생되는 단점이 있다.
또한, 도 4는 엔진 속도를 끌어내리기 위한 충전토크를 가하지 않는 경우로 도 3의 엔진 속도를 끌어내린 경우에 비해 가속지연이 감소하지만, 연비에서는 불리한 차이가 있다.
특히, 하이브리드 차량의 재가속 지연은 제1모터 특성 상 고속에서 재가속 지연이 심화되는데, 그 이유는 고속에서는 제1모터의 가용 토크(방전 가능한 토크)가 작기 때문이다. 다시 말하면, 하이브리드 차량의 고속 주행 시에는 제1모터의 가용 토크 한계로 인해 엔진의 구동력을 더해야지만 그 재가속 응답성을 확보할 수 있다.
이러한 내용으로 볼 때 미래에 벌어질 일에 대하여 정확히 판단 할 수 없지만, 만약 하이브리드 차량이 EV 모드로 진입한 이후에 재가속을 하지 않는 다면 제2모터에 충전토크를 많이 가하여 엔진 속도를 떨어뜨리는 것이 연비에 유리하다. 예를 들면, 고속주행조건이 아닌 상황에서 제1모터의 가용토크 만으로도 재가속이 충분한 경우나 지속적인 내리막 구간에서 관성주행을 하는 경우를 들 수 있다.
또한, 재가속 응답성은 엔진(108)의 구동력을 빠르게 구동축에 연결하여 엔진의 구동력을 구동축으로 빠르게 전달하는데 있다. 그러나, 본 발명의 실시 예에서는 엔진의 구동력 외에도 현재 제1모터(107)의 가용토크가 큰 경우 제1모터(107)에 의한 가속 응답 확보가 가능한 점에 주목한다.
이러한 점을 고려하여, 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 제어기(102)는 엔진 정지 상태에서의 제1모터(107)의 가용 토크 및 주행 경사도를 모니터링 하고 그에 따른 제2모터(109)의 충전토크를 가공하여 재가속 성능과 에너지 회수율 측면에서 유리한 엔진 정지 제어를 수행 할 수 있다.
먼저, 하이브리드 제어기(102)는 운전자가 선택한 운전모드가 스포티하고 빠른 응답을 요구하는 스포츠 모드(Sports mode, 다이나믹 모드라고도 함)인 경우 제2모터(109)에 충전토크를 인가하지 않도록 설정한다.
반면, 하이브리드 제어기(102)는 노멀 모드(Normal mode)나 연비지향 운전을 위한 에코 모드(ECO mode)인 경우 최대한 에너지 회수율이 높은 방향으로 설정할 수 있다.
하이브리드 제어기(102)는 엔진 정지로 인한 엔진 동력 미연결(클러치 해제) 시 제1모터(107)의 성능곡선을 참조하여 제1모터(107)의 가속 응답성 확보 여부를 모니터링 한다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 제1모터의 성능곡선을 나타낸다.
첨부된 도 5를 참조하면, 하드웨어 성능에 따른 제1모터(107)의 성능 곡선을 나타내며, 이는 배터리(104)의 가용파워에 따라 최대 토크가 달라질 수 있다.
하이브리드 제어기(102)는 상기 성능 곡선을 참조하여 제1모터(107)가 일정 기준 속도 미만의 낮은 RPM 영역에 있고 배터리(104)의 가용파워가 일정 SOC 이상이면 제1모터(107)의 가속성능이 확보된 것으로 판단한다.
또한, 하이브리드 제어기(102)는 도로의 경사도를 측정하여 차량 주행저항이 작은 내리막 도로를 주행하는 경우 제1모터(107)의 가용토크가 작더라도 운전자가 느끼는 가속감이 커지므로 도로 경사도에 따른 가속성능이 확보된 것으로 판단할 수 있다.
여기서, 상기 차량 주행저항은 구름저항, 공기저항 및 경사저항을 포함하며, 내리막의 경우 상기 경사저항이 차량을 가속시키는 저항으로 작용한다.
이처럼, 하이브리드 제어기(102)는 배터리(104)와 모터 제어기(103)의 상태에 따른 제1모터(107)의 가용 토크(방전 가능 토크) 및 차량의 경사도의 상관관계를 통해 엔진(108) 정지시 모터 제어기(103)를 통해 제2모터(109)에 인가되는 충전토크지령 변수 인자를 설정한다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 재가속 응답을 고려한 모터 제어 로직을 나타낸다.
첨부된 도 6을 참조하면, 하이브리드 제어기(102)는 엔진(108)이 정지된 상태에서 제2모터(109)의 속도가 입력되면 미리 설정된 충전토크 기본 맵에 따른 제2모터 속도 별 최대 충전파워가 되는 지점의 제2모터 충전토크지령을 생성한다.
여기서, 상기 충전토크 기본 맵은 제2모터(109)의 속도에 따른 에너지 회수율이 최대가 되도록 제2모터(109)에 충전토크를 인가하도록 설정된 맵이다.
이 때, 하이브리드 제어기(102)는 제1모터(107)의 가용 토크 및 내리막 경사도의 변수 인자를 고려하여 맵핑된 값으로 상기 제2모터 충전토크지령을 재설정하여 최종 제2모터 충전토크지령을 생성하고 이를 모터 제어기(103)를 통해 제2모터(109)로 인가할 수 있다.
예컨대, 하이브리드 제어기(102)는 제1모터(107)의 가용 토크가 일정 범위에서 클수록 에너지 회수율이 최대가 되는 상기 충전토크지령에 가깝게 최종 제2모터 충전토크지령을 재설정하고, 가용 토크가 작을 수록 0에 가깝게 최종 제2모터 충전토크지령을 재설정 할 수 있다.
또한, 하이브리드 제어기(102)는 내리막 경사도가 클수록 상기 에너지 회수율이 최대가 되는 상기 충전토크지령에 가깝게 최종 제2모터 충전토크지령을 재설정하고, 내리막 경사도가 작을수록 0에 가깝게 최종 제2모터 충전토크지령을 재설정할 수 있다.
예컨대, 하이브리드 제어기(102)는 상기 가용 토크 또는 내리막 경사도의 변수 인자가 0 ~ 10 레벨로 설정된 경우, 10 레벨이면 상기 충전토크지령과 동일하게 최종 제2모터 충전토크지령을 최대로 인가하고, 0 레벨이면 제2모터(109)에 충전토크지령을 인가하지 않을 수 있다.
이처럼, 하이브리드 제어기(102)는 모터의 가용 토크 및 내리막 경사도 주행에 따른 가속 응답성이 확보된 정도에 따른 제2모터(109)의 충전토크를 제어하여 에너지를 회수할 수 있다.
그리고, 하이브리드 제어기(102)는 운전자의 재가속 요구가 발생하면 확보된 제1모터(107)의 가용 토크를 이용하여 재가속 발진을 수행하는 동안에 제2모터(109)를 통해 엔진(108) 속도를 끌어올려 구동축에 연결함으로써 가속 지연 없는 재가속 응답성을 확보할 수 있다.
한편, 전술한 하이브리드 차량의 엔진 정지 제어 시스템(100)의 구성을 바탕으로 하는 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 차량의 엔진 정지 제어 방법을 설명한다.
후술하는 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 차량의 엔진 정지 제어 방법의 프로세스는 각 제어기들에 의하여 세분화되거나 통합되어 수행될 수 있다. 따라서 본 발명의 실시 예에서는 해당 구성의 명칭에 구애 받지 아니하고, 상술한 기능을 수행하는 주체를 엔진 정지 제어 시스템(100)으로 하여 설명한다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 차량의 엔진 정지 제어 방법을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.
첨부된 도 7을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 차량의 엔진 정지 제어 시스템(100)은 하이브리드 차량이 HEV 모드에서 EV 모드로 진입하면 엔진(108)이 정지되고 구동축과의 연결이 해제된다(S101).
엔진 정지 제어 시스템(100)은 차량이 스포티하고 빠른 발진 응답이 요구되는 스포츠 모드(Sports mode)이면(S102; 예), 제2모터(109)에 충전토크를 인가하지 않도록 한다.
반면, 엔진 정지 제어 시스템(100)은 차량이 스포츠 모드가 아닌 노멀 모드나 에코 모드이면(S102; 아니오) 후술되는 재가속 응답을 고려한 엔진 정지 제어를 수행한다.
엔진 정지 제어 시스템(100)은 설정된 충전토크 기본 맵을 참조하여 제2모터(109)의 속도에 따라 최대 충전파워가 되는 제2모터 충전토크지령을 설정한다(S103).
엔진 정지 제어 시스템(100)은 상기 제2모터 충전토크지령에 제1모터(107)의 가용 토크 및 도로 경사도의 각 변수 인자에 맵핑된 값을 적용하여 최종 제2모터 충전토크지령으로 재설정한다(S104). 그리고, 엔진 정지 제어 시스템(100)은 엔진(108) 정지를 위한 최종 제2모터 충전토크지령을 제2모터(109)에 인가하여 에너지를 회수한다(S105)
이 때, 상기 최종 제2모터 충전토크지령은 상기 가용 토크가 클수록 상기 충전토크지령에 가깝게 재설정하고, 상기 가용 토크가 작을수록 0에 가깝게 재설정할 수 있다.
또한, 상기 최종 제2모터 충전토크지령은 내리막 도로의 경사도가 클수록 상기 충전토크지령에 가깝게 재설정하고, 상기 내리막 도로의 경사도가 작을수록 0에 가깝게 재설정할 수 있다.
또한, 상기 최종 제2모터 충전토크지령은 제1모터(107)의 가용 토크에 맵핑된 값과 도로 경사도에 맵핑된 값을 합산한 값으로 재설정할 수 있다.
예컨대, 상기 가용 토크에 매핑된 값이 5인이고 내리막 경사도에 맵핑된 값이 5인경우 두 맵핑된 값을 합산하면 10이 되므로 최대 충전파워가 되는 상기 충전토크지령을 최종 제2모터 충전토크지령으로 인가할 수 있다. 이는, 차량이 제1모터의 가용토크가 어느 정도 확보된 상태에서 내리막 경사도를 주행하고 있으므로 두 인자의 가속 응답성이 더해져 증가하기 때문이다.
한편, 엔진 정지 제어 시스템(100)은 엔진(108) 또는 제2모터(109) 속도가 소정 기준속도 이상이면(S105; 아니오), 상기 S103 단계로 돌아가 엔진 정지 제어를 계속한다.
반면, 엔진 정지 제어 시스템(100)은 엔진(108) 또는 제2모터(109) 속도가 소정 기준속도 미만이면(S105; 예), 엔진 정지 제어를 종료한다.
여기서, 상기 기준속도는 엔진 역회전이 발생하지 않는 범위 내에서 설정될 수 있다.
이와 같이 본 발명의 실시 예에 따르면, 하이브리드 차량의 엔진 정지 시 제1모터의 가동 토크 및 주행 경사도를 모니터링 하여 가속 성능을 파악하고 그에 따라 조정된 제2모터 충전토크를 제어함으로써 운전자의 재가속 요구에 따른 발진 응답성을 향상시킬 수 있다.
또한, 엔진이 정지된 상태에서도 제1모터의 가속 성능이 큰 경우 에너지 회수율이 최대가 되도록 제2모터의 충전토크를 제어함으로써 재가속 응답성을 확보함과 동시에 연비를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 실시 예는 이상에서 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시 예의 구성에 대응하는 기능을 실현하기 위한 프로그램, 그 프로그램이 기록된 기록 매체 등을 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시 예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100: 엔진 정지 제어 시스템 101: 운전정보 검출부
102: 하이브리드 제어기(HCU) 103: 모터 제어기
104: 배터리 105: 배터리 관리부
106: 엔진 제어기 107: 제1모터제1모터
108: 엔진 109: 제2모터
110: 클러치 111: 변속기
112: 변속기 제어기

Claims (14)

  1. HEV 모드로 운행 중 EV 모드로 진입하는 하이브리드 차량의 엔진 정지 제어 시스템에 있어서,
    운전자가 요구하는 감가속의 정보 및 도로의 경사도를 검출하는 운전정보 검출부;
    하이브리드 차량의 주행 모터로써 배터리 전압에 의한 구동 토크를 발생하는 제1모터;
    엔진의 기동이 정지되면 엔진 회전 속도를 정지시키기 위한 충전토크를 가하는 제2모터;
    복수의 전력 스위칭소자로 구성되어 인가되는 제어신호에 따라 배터리에서 공급되는 직류전압을 3상 교류전압으로 변환하여 상기 제1모터 및 제2모터를 제어하는 모터 제어기; 및
    상기 제2모터의 속도에 따라 최대 충전파워가 되는 충전토크지령을 설정하는 하이브리드 제어기를 포함하되,
    상기 하이브리드 제어기는 상기 제1모터의 가용 토크 및 내리막 경사도 중 적어도 하나의 변수 인자를 고려하여 맵핑된 값으로 상기 충전토크지령을 재설정하여 최종 제2모터 충전토크지령을 생성하고 이를 상기 모터 제어기를 통해 상기 제2모터로 인가하는 하이브리드 차량의 엔진 정지 제어 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 하이브리드 제어기는,
    상기 제1모터의 성능 곡선을 참조하여 일정 기준 속도 미만의 낮은 RPM 영역에 있고 상기 배터리의 가용파워가 일정 SOC 이상이면 상기 제1모터의 가속성능이 확보된 것으로 판단하는 하이브리드 차량의 엔진 정지 제어 시스템.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 하이브리드 제어기는,
    상기 하이브리드 차량이 주행저항이 작은 내리막 도로를 주행하는 경우 상기 도로 경사도에 따른 가속성능이 확보된 것으로 판단하는 하이브리드 차량의 엔진 정지 제어 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 주행저항은,
    구름저항, 공기저항 및 내리막 도로에서 차량을 가속시키는 경사저항을 포함하는 하이브리드 차량의 엔진 정지 제어 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 하이브리드 제어기는,
    스포티하고 빠른 발진 응답이 요구되는 스포츠 모드이면 상기 제2모터에 충전토크를 인가지 않는 하이브리드 차량의 엔진 정지 제어 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 최종 제2모터 충전토크지령은,
    상기 가용 토크가 클수록 상기 충전토크지령에 가깝게 재설정하고, 상기 가용 토크가 작을수록 0에 가깝게 재설정하는 하이브리드 차량의 엔진 정지 제어 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 최종 제2모터 충전토크지령은,
    내리막 도로 경사도가 클수록 상기 충전토크지령에 가깝게 재설정하고, 상기 내리막 도로의 경사도가 작을수록 0에 가깝게 재설정하는 하이브리드 차량의 엔진 정지 제어 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 최종 제2모터 충전토크지령은,
    상기 제1모터의 가용 토크에 맵핑된 값과 도로 경사도에 맵핑된 값을 합산한 값으로 재설정하는 하이브리드 차량의 엔진 정지 제어 시스템.
  9. HEV 모드로 운행 중 EV 모드로 진입하는 하이브리드 차량의 엔진 정지 제어 방법에 있어서,
    a) 엔진 기동이 정지되고 엔진과 구동축의 연결이 해제되는 단계;
    b)제2모터의 속도에 따라 최대 충전파워가 되는 충전토크지령을 설정하는 단계;
    c) 상기 충전토크지령에 하이브리드 차량의 주행 모터로써 배터리 전압에 의한 구동 토크를 발생하는 제1모터의 가용 토크 및 도로 경사도 중 적어도 하나의 변수 인자에 맵핑된 값을 적용하여 최종 제2모터 충전토크지령으로 재설정하는 단계; 및
    d) 상기 최종 제2모터 충전토크지령을 상기 제2모터에 인가하여 엔진을 정지시키고 발전된 에너지를 회수하는 단계
    를 포함하는 하이브리드 차량의 엔진 정지 제어 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 a) 단계와 b) 단계 사이에,
    상기 하이브리드 차량이 스포티하고 빠른 발진 응답이 요구되는 스포츠 모드이면 상기 제2모터에 충전토크를 인가하지 않는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 엔진 정지 제어 방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 c) 단계는,
    상기 가용 토크가 클수록 상기 충전토크지령에 가깝게 재설정하고, 상기 가용 토크가 작을수록 0에 가깝게 재설정하는 하이브리드 차량의 엔진 정지 제어 방법.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 c) 단계는,
    내리막 도로의 경사도가 클수록 상기 충전토크지령에 가깝게 재설정하고, 상기 내리막 도로의 경사도가 작을수록 0에 가깝게 재설정하는 하이브리드 차량의 엔진 정지 제어 방법.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 c) 단계는,
    상기 제1모터의 가용 토크에 맵핑된 값과 도로 경사도에 맵핑된 값을 합산한 값으로 재설정하는 하이브리드 차량의 엔진 정지 제어 방법.
  14. 제 9 항에 있어서,
    상기 d) 단계 이후에,
    운전자의 재가속 요구가 발생되면 제1모터의 가용 토크를 이용하여 재가속 발진을 수행하는 동안 상기 제2모터를 통해 엔진 속도를 끌어올려 구동축에 연결하는 하이브리드 차량의 엔진 정지 제어 방법.


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