KR102592829B1 - 하이브리드 자동차 및 그를 위한 주행 제어 방법 - Google Patents

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KR102592829B1
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조진겸
이재문
전성배
손희운
박준영
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Abstract

본 발명은 저속 주행시 우수한 운전성과 가속성능을 제공할 수 있는 하이브리드 자동차 및 그를 위한 주행 제어 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 모터, 엔진 및 상기 모터와 상기 엔진 사이에 배치된 엔진 클러치를 포함하는 하이브리드 자동차의 제어 방법은, 적어도 가속 페달과 관련된 제1 조건과 요구 토크 조건과 관련된 제2 조건에 기반하여, 상기 엔진 클러치의 결합 없이 상기 엔진과 상기 모터를 함께 동작시키는 제1 모드의 진입 여부를 판단하는 단계; 상기 제1 모드로의 진입이 결정된 경우, 적어도 요구 토크를 고려하여 상기 모터의 토크를 결정하는 단계; 및 상기 엔진의 동력으로 상기 모터에 공급할 엔진 발전파워에 기반하여 상기 엔진의 운전점을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

하이브리드 자동차 및 그를 위한 주행 제어 방법{HYBRID VEHICLE AND METHOD OF DRIVING CONTROL FOR THE SAME}
본 발명은 저속 주행시 우수한 운전성과 가속성능을 제공할 수 있는 하이브리드 자동차 및 그를 위한 주행 제어 방법에 관한 것이다.
하이브리드 자동차(HEV: Hybrid Electric Vehicle)란 일반적으로 두 가지 동력원을 함께 사용하는 차를 말하며, 두 가지 동력원은 주로 엔진과 전기모터가 된다. 이러한 하이브리드 자동차는 내연기관만을 구비한 차량에 비해 연비가 우수하고 동력성능이 뛰어날 뿐만 아니라 배기가스 저감에도 유리하기 때문에 최근 많은 개발이 이루어지고 있다.
이러한 하이브리드 자동차는 어떠한 동력계통(Power Train)을 구동하느냐에 따라 두 가지 주행 모드로 동작할 수 있다. 그 중 하나는 전기모터만으로 주행하는 전기차(EV) 모드이고, 다른 하나는 전기모터와 엔진을 함께 가동하는 하이브리드 전기차(HEV) 모드이다. 하이브리드 자동차는 주행 중 조건에 따라 두 모드 간의 전환을 수행한다.
이러한 주행 모드 간 전환은 파워트레인의 효율 특성에 따라, 연비 또는 구동 효율을 최대화하기 위한 목적으로 수행되는 것이 일반적이다.
먼저, 도 1을 참조하여 하이브리드 자동차 구조를 설명한다. 도 1은 일반적인 병렬형 하이브리드 자동차의 파워 트레인 구조의 일례를 나타낸다.
도 1을 참조하면, 내연기관 엔진(ICE, 110)과 변속기(150) 사이에 전기 모터(또는 구동용 모터, 140)와 엔진클러치(EC: Engine Clutch, 130)를 장착한 병렬형(Parallel Type) 하이브리드 시스템을 채용한 하이브리드 자동차의 파워 트레인이 도시된다.
이러한 차량에서는 일반적으로 시동후 운전자가 엑셀레이터를 밟는 경우, 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 회전속도가 동일해 지면 비로소 엔진 클러치(130)가 맞물려 엔진(110)과 모터(140)가 함께, 또는 엔진(110)이 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). 또한, 하이브리드 차량에서는 제동시 휠의 구동력을 전기 에너지로 변환하여 배터리를 충전할 수 있으며, 이를 제동에너지 회생, 또는 회생 제동이라 한다.
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 스타트 제너레이터(HSG: Hybrid Start Generator)"라 칭할 수 있으며, 경우에 따라 "보조 모터"라 칭할 수도 있다.
상술한 구조를 바탕으로 하이브리드 자동차의 주행 모드를 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
EV 모드는 저속 및 요구토크가 낮은 상황에서 주로 적용되며, 엔진 클러치(130)를 오픈하고 모터(140)만을 동력원으로 사용하여 토크를 휠에 전달한다.
HEV 모드는 고속 및 요구토크가 높은 상황에서 주로 적용되며, 엔진(110)과 모터(140)를 동력원으로 사용하는데, 본 모드는 다시 HEV 시리즈(Series) 모드와 HEV 패러럴(Parallel) 모드로 구분될 수 있다. HEV 시리즈 모드에서는 엔진 클러치(130)가 오픈되며, 엔진(110)의 동력은 HSG(120)에서 발전을 위해 사용되고 모터(140)만 직접적으로 구동력을 발생시킨다. 이와 달리, HEV 패러럴 모드에서는 엔진 클러치(130)가 체결(Lock)되어 엔진(110)의 구동력과 모터(140)의 구동력이 함께 휠로 전달된다.
한편, 지금까지의 하이브리드 자동차는 친환경적 특성에 초점이 맞추어져 있었으나, 최근 들어서는 고성능 차량 분야에도 하이브리드 시스템이 접목되고 있는 추세이다. 그런데, 일반적인 하이브리드 자동차에서는 특히 저속 주행시 고성능 차량에서 요구되는 운전성과 가속 성능을 만족시키기 어렵다. 이를 도 2를 참조하여 설명한다.
도 2는 일반적인 하이브리드 자동차에서 저속 주행시 문제점을 설명하기 위한 그래프이다. 도 2에서는 네 개의 그래프가 함께 도시되며, 위에서 아래방향으로 세로축은 출력 토크, 모터와 엔진의 RPM, APS 값 및 주행 모드를 각각 나타내고, 가로축은 네 그래프에서 공통적으로 시간을 나타낸다.
도 2를 참조하면, 하이브리드 자동차가 EV 모드로 저속 주행 중 운전자가 기 설정된 모드 전환 임계 파워(또는 임계 토크)을 상회하는 값으로 가속페달을 조작할 경우, 하이브리드 자동차에서는 요구 파워의 만족을 위해 HEV 모드로의 전환이 결정되어, 엔진에 시동이 걸리고 엔진 클러치가 접합된다. 또한, 운전자가 가속페달에서 발을 뗄 경우, EV 모드로 다시 전환되면서 엔진 클러치 접합이 해제된다.
이러한 과정이 반복되면서 운전자의 요구 토크에 대한 추종은 이루어질 수 있지만, 엔진 클러치의 접합시마다 접합 충격이 발생하여 운전성이 저하된다. 뿐만아니라, 엔진 클러치 접합 전에는 엔진과 전기 모터의 회전수 동기화를 위한 제어로 인해 엔진 RPM의 상승이 지연되며, 이로 인해 운전자는 APS 조작량과 엔진의 RPM 간의 부조화로 인해 이질감을 느낀다.
그 결과로 고성능을 지향하는 하이브리드 자동차임에도 엔진 RPM을 운전자가 원하는 값으로 제어할 수 없어 운전자가 인지하는 엔진 RPM과 가속 페달 간의 직결감, 즉, 가속 반응성(response)이 저하된다. 이는 RPM에 따른 배기음도 토크감도 운전자가 제어할 수 없음을 의미하여 운전자의 스포츠 주행 감각을 만족시킬 수 없다.
물론, 고속 주행 상황에서는 HEV 모드로 유지되고 있을 확률이 높으므로 엔진 클러치의 접합 충격과 접합 전 동기화를 위한 엔진 RPM의 부조화는 다소 완화될 수 있으나, 저속 상황에서는 상술한 문제점이 더욱 두드러지게 나타난다.
본 발명은 보다 향상된 운전성 및 가속 반응성을 제공할 수 있는 하이브리드 자동차 및 그 제어 방법을 제공하기 위한 것이다.
특히, 본 발명은 고성능 하이브리드 차량의 저속 주행시 잦은 엔진 클러치 접합 및 해제를 방지할 수 있는 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.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 모터, 엔진 및 상기 모터와 상기 엔진 사이에 배치된 엔진 클러치를 포함하는 하이브리드 자동차의 제어 방법은, 적어도 가속 페달과 관련된 제1 조건과 요구 토크 조건과 관련된 제2 조건에 기반하여, 상기 엔진 클러치의 결합 없이 상기 엔진과 상기 모터를 함께 동작시키는 제1 모드의 진입 여부를 판단하는 단계; 상기 제1 모드로의 진입이 결정된 경우, 적어도 요구 토크를 고려하여 상기 모터의 토크를 결정하는 단계; 및 상기 엔진의 동력으로 상기 모터에 공급할 엔진 발전파워에 기반하여 상기 엔진의 운전점을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차는, 모터; 엔진; 상기 전기 모터와 상기 엔진 사이에 배치된 엔진 클러치; 및 하이브리드 제어기를 포함하되, 상기 하이브리드 제어기는 적어도 가속 페달과 관련된 제1 조건과 요구 토크 조건과 관련된 제2 조건에 기반하여, 상기 엔진 클러치의 결합 없이 상기 엔진과 상기 모터를 함께 동작시키는 제1 모드의 진입 여부를 판단하는 모드 판단부; 상기 제1 모드로의 진입이 결정된 경우, 적어도 요구 토크를 고려하여 상기 모터의 토크를 결정하는 모터 토크 연산부; 및 상기 엔진의 동력으로 상기 모터에 공급할 엔진 발전파워에 기반하여 상기 엔진의 운전점을 결정하는 엔진 회전수 연산부를 포함할 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 관련된 하이브리드 자동차는 보다 향상된 운전성 및 가속 반응성을 제공할 수 있다.
특히, 본 발명의 실시예들에 의하면, HEV 시리즈 모드에서 발전되는 전력을 통해 전기 모터의 토크를 증대시켜 고성능 하이브리드 차량의 저속 주행시 목표 토크를 만족시킴과 함께 잦은 엔진 클러치 접합 및 해제가 방지될 수 있다.
본 발명에서 얻을 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 병렬형 하이브리드 자동차의 파워 트레인 구조의 일례를 나타낸다.
도 2는 일반적인 하이브리드 자동차에서 저속 주행시 문제점을 설명하기 위한 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시예들이 적용될 수 있는 하이브리드 자동차의 제어 계통의 일례를 나타내는 블럭도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 HEV 시리즈 모드 동작을 패러럴 모드와 비교하여 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 HEV 시리즈 모드에서 토크 부스팅 단계의 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 시리즈 모드 구현을 위한 제어기 구성의 일례를 입출력 정보와 함께 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터의 RPM과 요구 토크에 따른 모드별 영역을 나타낸다.
도 8은 엔진 발전파워와 효율을 고려한 엔진의 운전점 결정을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 HEV 시리즈 모드 제어 과정의 일례를 나타내는 순서도이다.
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 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 의미한다.
본 발명의 실시예에 따른 저속 주행시 운전성과 가속 반응성이 향상된 하이브리드 자동차 및 그 제어 방법을 설명하기 앞서, 실시예들에 적용 가능한 하이브리드 차량의 제어 계통을 먼저 설명한다. 본 발명의 실시예들에 적용될 수 있는 기본적인 하이브리드 차량의 파워트레인 구조는 도 1에 도시된 구조일 수 있다. 이러한 파워 트레인이 적용되는 차량에서 제어기 간의 상호관계가 도 3에 도시된다.
도 3은 본 발명의 실시예들이 적용될 수 있는 하이브리드 자동차의 제어 계통의 일례를 나타내는 블럭도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예들이 적용될 수 있는 하이브리드 자동차에서 내연기관(110)은 엔진 제어기(210)가 제어하고, 시동발전 모터(120) 및 전기 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. 경우에 따라, 시동발전 모터(120)의 제어기와 전기 모터(140) 각각을 위한 제어기가 별도로 구비될 수도 있다.
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.
보다 구체적으로, 하이브리드 제어기(240)는 차량의 운행 상태에 따라 모드 전환 수행 여부를 결정한다. 일례로, 하이브리드 제어기는 엔진 클러치(130)의 해제(Open) 시점을 판단하고, 해제시에 유압(습식 EC인 경우)제어나 토크 용량 제어(건식 EC인 경우)를 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 3의 구성은 하이브리드 자동차의 일 구성례일 뿐, 실시예에 적용 가능한 하이브리드 자동차는 이러한 구조에 한정되지 아니함은 당업자에 자명하다 할 것이다.
본 발명의 일 실시예에서는 운전자가 저속 주행시 가속페달을 조작할 경우, HEV 패러럴 모드로 바로 전환하는 대신, HEV 시리즈 모드로 전환하고 가속 페달 조작에 의해 추가로 출력되어야할 토크는 엔진의 동력을 이용하여 HSG에서 발전된 에너지로 충당되도록 할 것을 제안한다. 이러한 개념을 도 4를 참조하여 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 HEV 시리즈 모드 동작을 패러럴 모드와 비교하여 설명하기 위한 도면이다.
도 4에서 좌측에는 HEV 패러럴 모드에 대응되는 3개의 그래프가, 우측에는 실시예에 따른 시리즈 모드에 대응되는 3개의 그래프가 각각 도시된다. 좌우측 공통으로 위에서 아래 방향으로 세로축은 변속기 입력단 토크, 엔진 토크 및 모터 토크를 각각 나타내며, 가로축은 공통으로 시간을 나타낸다.
도 4의 좌측을 참조하면, 가속 페달 조작에 따라 일반적인 HEV 패러럴 모드가 적용될 경우, EV 모드에서 모드 전환에 의해 엔진 클러치 접합이 발생하며, 그로 인한 변속기 입력단 토크에 충격이 나타난다. 반면에, 도 4의 우측을 참조하면, EV 모드에서 실시예에 따른 HEV 시리즈 모드로 전환되더라도 엔진 클러치 접합이 발생하지 않음으로 인해 엔진 클러치 접합 충격이 발생하지 않을 뿐 아니라, 엔진의 동력으로 발전된 에너지를 이용한 즉각적인 모터 토크의 상승(즉, 시리즈 모드로 인한 모터 토크 추가분)으로 신속한 요구 토크의 추종까지 가능하다.
결국, 이러한 제어가 수행될 경우, 불필요한 엔진 클러치의 접합 충격을 방지할 수 있으며, 엔진 클러치 접합 제어를 위한 엔진의 RPM 상승 저하도 방지될 수 있다. 아울러, HEV 시리즈 모드에서는 엔진 클러치 접합에 의한 엔진의 RPM 상승이 제한되지 않는 바, 가속 페달 조작과 엔진 RPM 상승을 연동시킴으로써 엔진의 RPM과 배기음에 대한 가속 페달 조작과의 직결감이 향상되므로 운전자의 스포츠 운전 감성이 만족될 수 있다.
추가적으로, HEV 시리즈 모드가 적용되는 동안 운전자의 의지에 따라 추가적으로 인가될 부스팅 토크를 결정하는 토크 부스팅 기능이 설정될 수도 있다. 이를 도 5를 참조하여 설명한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 HEV 시리즈 모드에서 토크 부스팅 단계의 개념을 설명하기 위한 도면이다. 도 5에서는 네 개의 그래프가 함께 도시되며, 위에서 아래방향으로 세로축은 출력 토크, 엔진의 RPM, APS 값 및 주행 모드를 각각 나타내고, 가로축은 네 그래프에서 공통적으로 시간을 나타낸다. 또한, 도 5에서는 토크 부스팅 단계는 1단계부터 3단계까지 총 3개의 단계가 존재하며, 높은 단계일수록 동일 APS 값 대비 높은 토크가 출력되는 것으로 가정한다.
도 5를 참조하면, 운전자가 가속 페달을 조작하되, 그에 대응되는 요구 토크가 시리즈 모드에서의 모터 최대 토크를 넘지 않는다면 가속 페달이 조작되는 동안 HEV 시리즈 모드로 전환될 수 있다. 이때, 토크 부스팅이 설정된 경우, 토크 부스팅 단계에 대응하여 동일 APS 값에 대하여 전기 모터는 보다 높은 토크를 출력하며, 엔진은 더 높은 RPM으로 동작할 수 있다. 따라서, 운전자는 하이브리드 자동차를 운전하더라도 부스팅 설정에 따라 더 높은 출력 토크를 체감할 수 있으며, 가속 페달과 엔진 RPM 간의 직결감을 느낄 수 있다.
상술한 토크 부스팅의 단계 설정은 패들 시프트를 통해 +/- 설정이 가능하나, 이러한 조작 수단은 예시적인 것으로 다른 형태의 조작계(예컨대, 드라이브 셀렉터, 터치 버튼, 다이얼 등)를 통해서도 가능함은 당업자에 자명하다.
이하에서는 도 6을 참조하여 실시예에 따른 시리즈 모드 구현을 위한 제어기 구성을 설명한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 시리즈 모드 구현을 위한 제어기 구성의 일례를 입출력 정보와 함께 나타낸 도면이다.
도 6에 도시된 시리즈 모드 제어부(600)는 별도의 제어기 형태로 구현될 수도 있고, 전술한 하이브리드 제어기(240)의 일부(또는 일 기능)로 구현될 수도 있다.
도 6을 참조하면, 실시예에 따른 시리즈 모드 제어부(600)는 모드 판단부(610)와 연산부(620)를 포함할 수 있으며, 연산부(620)는 다시 모터 토크 연산부(621)와 엔진 RPM 연산부(622)를 포함할 수 있다. 또한, 시리즈 모드 제어부(600)는 차속, APS 값, 토크 부스팅 기능 요청, 토크 부스팅 단계, 크립 토크, 가속 토크, 시리즈 모드 시스템 최대 토크 및 배터리 가용 파워 중 적어도 하나를 입력값으로 사용하며, 타겟 모드, 엔진 RPM 및 모터 토크 중 적어도 하나를 출력 정보로 갖는다. 이때, 출력 정보 중 엔진 RPM과 모터 토크는 엔진 제어기(210)와 모터 제어기(220)로 각각 직접 전달될 수도 있고, 하이브리드 제어기(240)를 거쳐 엔진 제어기(210)와 모터 제어기(220)로 각각 전달될 수도 있다.
이하, 각 구성 요소의 세부 동작을 설명한다.
먼저, 모드 판단부(610)에서는 HEV 시리즈 모드 제어의 활성화 여부(On/Off)를 판단하며, 그 기본 조건은 가속 페달 조건과 토크 조건이 된다.
구체적으로, 가속 페달 조건은 APS 값이 기 설정된 값(예컨대, 1%) 이상일 경우 만족될 수 있다. 또한, 토크 조건은 크립토크와 가속 토크의 합이 시리즈 모드 시스템 최대 토크보다 작을 경우 만족될 수 있다.
여기서, 크립 토크는 변속단이 주행(D)단일 때 가속 페달과 브레이크 페달의 조작이 없어도 출력되는 토크로, 차속을 기준으로 결정될 수 있다. 예컨대, 크립 토크는 차속 약 8kph 이하에서는 양의 값을 가질 수 있으며, 이로 인해 차속은 약 8kph까지 증가할 수 있다. 물론, 크립 토크가 양의 값을 갖는 영역은 차량마다 상이할 수 있다.
또한, 가속 토크는 차량 휠 최대 토크 값에 운전자가 입력한 APS 스케일(Scale) 값을 곱해서 결정된다. 예컨대, 차량 휠 최대 토크가 300Nm인 차량의 경우, APS 값이 20%라면 가속 토크는 60Nm이 될 수 있다. 아울러, 시리즈 모드 시스템 최대 토크는 도 1과 같은 구조의 하이브리드 시스템이 HEV 시리즈 모드일 때 모터가 최대로 출력할 수 있는 토크를 의미할 수 있다.
기본 조건 외에, 모드 판단부(610)는 운전자의 토크 부스팅 요청(즉, 설정)이 있는지 여부를 조건으로 적용할 수 있다. 예컨대, 모드 판단부(610)는 운전자의 토크 부스팅 요청이 있을 때 기본 조건(즉, 가속 페달 조건과 토크 조건)의 만족 여부를 판단하도록 구현될 수도 있다.
따라서, 토크 조건이 만족되지 않는 경우, 즉, 크립토크와 가속 토크의 합이 시리즈 모드 시스템 최대 토크보다 큰 경우에는 HEV 패러럴 모드로 결정될 수 있다. 결국, 전술한 토크 조건을 그래프로 표현하면 도 7과 같다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터의 RPM과 요구 토크에 따른 모드별 영역을 나타낸다. 도 7에서 가로축은 모터 RPM을, 세로축은 요구 토크를 나타낸다.
도 7을 참조하면, 가속 페달 조건이 만족되지 않는 상태에서는 모터에서 차속에 대응하여 크립 토크가 출력되며, 이러한 구간에서는 실시예에 따른 하이브리드 차량이 EV 모드로 동작한다. 또한, 가속 페달 조건이 만족되는 시점부터는 HEV 시리즈 모드로 동작하며, 여기에 해당하는 영역이 HEV-시리즈 영역이 된다. HEV-시리즈 모드의 하한점은 가속 페달 조건에 따라 변동할 수 있으며, 상한선은 시리즈 모드 시스템 최대 토크와 시리즈 모드 시스템 최대 파워(즉, 시리즈 모드 시스템 최대 토크에 RPM을 곱한 값)에 의해 제한된다.
이와 달리, 일반적인 하이브리드 자동차에서는 기 설정된 EV 라인(EV line)보다 요구 파워가 작으면 EV 모드로 동작하고, EV 라인을 넘어서는 요구 파워가 필요할 경우 HEV 패러럴 모드로 전환된다. 결국, 본 실시예에 의하면 일반적인 하이브리드 자동차 대비 HEV 모드가 적용되는 영역이 HEV 시리즈 모드에 의해 확장되는 결과가 될 수 있다.
다음으로, 연산부(620)의 동작을 모터 토크 연산부(621)와 엔진 RPM 연산부(622)로 구분하여 설명한다. 공통적으로, 모터 토크 연산부(621)와 엔진 RPM 연산부(622)는 모드 판단부(610)가 HEV 시리즈 모드 활성화(On)를 결정한 경우, 해당 모드에서의 모터 토크와 엔진 RPM을 각각 연산할 수 있다.
먼저, 모터 토크 연산부(621)는 크립 토크, 가속 토크 및 토크 부스팅 단계를 입력값으로 하되, 모터 토크를 출력값으로 가질 수 있다. 예컨대, 모터 토크 연산부(621)는 "모터 토크= func1(크립 토크, 가속 토크, 토크 부스팅 단계)"로 모터 토크를 결정할 수 있다. 보다 구체적으로, 모터 토크는 "크립 토크 + 가속 토크 + (가속 토크 * 토크 부스팅 비율)"로 구해질 수 있다. 이때, 토크 부스팅 비율은 사용자가 설정한 토크 부스팅 단계에 대응되는 값을 가질 수 있으며, 범위는 0에서 1 사이가 될 수 있으며, 토크 부스팅 단계가 높을 수록 큰 값을 가질 수 있다.
다음으로, 엔진 RPM 연산부(622)는 크립 토크, 가속 토크, 배터리 가용파워 및 차속을 입력값으로 하며, 엔진 RPM을 출력값으로 가질 수 있다. 예컨대, 엔진 RPM 연산부(622)는 "엔진 RPM = func2(크립 토크, 가속 토크, 배터리 가용파워, 차속, APS)"로 엔진 RPM을 결정할 수 있다.
보다 상세히, 엔진 RPM을 정하기 위해서는 엔진이 HSG를 통해 발전할 엔진 발전파워를 정해야 한다. 여기서, 엔진 발전파워는 요구 토크를 통해 구한 요구 파워에서 배터리 가용 파워를 뺀 값이다. 즉, 배터리 가용 파워는 시리즈 모드를 통한 발전이 없을 때 모터에서 출력될 수 있는 파워를 의미하므로, 요구 파워를 만족시키기 위해서는 요구 파워 중 배터리 가용 파워로 충당되지 못하는 부분을 엔진(110)의 동력으로 발전하는 HSG(120)가 충당해야 함을 의미한다. 또한, 요구 토크는 가속 토크와 크립 토크의 합이므로, 요구 토크에 모터 RPM을 곱하여 요구 파워가 구해질 수 있다. 아울러, 모터 RPM은 차속과 변속기의 현재 변속단의 기어비를 통해 구해질 수 있다.
결국, 상술한 방법으로 엔진 발전파워가 구해질 수 있으며, 구해진 파워를 만족하는 등파워 선에서 운전자의 가속 페달 조작에 의한 APS 값(스케일)과 엔진 최대 RPM을 곱하여 RPM이 결정될 수 있다. 그에 따라, 엔진 토크는 등파워선 상에서 결정된 엔진 RPM에 대응되는 토크값으로 결정될 수 있다. 이때, 엔진 효율 맵이 이용될 경우, 최적 효율점을 고려하여 엔진 토크와 RPM이 결정될 수 있다. 이를 도 8을 참조하여 설명한다.
도 8은 엔진 발전파워와 효율을 고려한 엔진의 운전점 결정을 설명하기 위한 도면이다. 도 8에서 가로축은 엔진 RPM을, 세로축은 엔진 토크를 나타내며, 복수의 원형 폐곡선이 지나는 각 운전점은 동일한 효율을 의미하되, 원의 중심으로 갈수록 고효율을 의미한다.
도 8을 참조하면, 엔진 발전파워가 구해지면, 해당 파워를 만족하는 등파워 곡선(810)이 구해질 수 있다. 이때, 등파워 곡선(810)이 지나는 운전점 중, 가장 효율이 높은 지점(820)이 최적 효율 운전점이 될 수 있다. 그러나, 본 실시예에 따른 하이브리드 자동차는 효율보다는 성능과 가속 페달 조작에 따른 엔진 RPM의 직결감에 보다 큰 비중을 두기 때문에, 반드시 가장 효율이 높은 지점(820)이 엔진의 운전점으로 선택되어야 하는 것은 아니다. 예컨대, 본 실시예에 따른 엔진 RPM 연산부(622)는 운전자 APS %와 엔진 최대 RPM을 곱하여 구해진 RPM에서 일정 비율 내에서만 등파워선 상에서 보다 효율이 높은 지점으로 이동시킬 수 있다.
지금까지 설명한 실시예에 따른 HEV 시리즈 모드 제어를 순서도로 정리하면 도 9와 같다. 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 HEV 시리즈 모드 제어 과정의 일례를 나타내는 순서도이다.
도 9를 참조하면, 먼저 판단부(610)에서 HEV 시리즈 모드에 진입할지 여부를 결정할 수 있다. 보다 상세히, 판단부(610)는 토크 부스팅 기능이 설정되고(S910), 가속 페달 조건이 만족되며(S920), 토크 조건이 만족될 경우(S930), HEV 시리즈 모드로의 진입을 결정할 수 있다(S940).
만일, 상술한 세 조건들(S910, S920, S930) 중 하나라도 만족되지 않는 경우 기 설정된 요구 파워 조건(예컨대, 도 7의 EV line)에 따라 EV 모드와 HEV 패러럴 모드 사이의 천이를 제어하는 디폴트 제어가 수행될 수 있다. 예컨대, 가속 페달 조건이 만족되지 않을 경우 EV 모드가 유지될 수 있으며, 토크 조건이 만족되지 않을 경우 HEV 패러럴 모드로 진입할 수 있다.
물론, 실시예에 따라 토크 부스팅 기능의 설정 여부는 HEV 시리즈 모드 진입 조건에서 제외될 수도 있다.
판단부(610)가 HEV 시리즈 모드로의 진입을 결정한 경우, 연산부(620)에서 크립 토크, 가속 토크 및 토크 부스팅 단계를 기반으로 모터 토크가 결정되고(S950), 크립 토크, 가속 토크, 배터리 가용파워, 차속 및 APS 값을 기반으로 엔진 RPM이 결정될 수 있다(S960).
모터 토크 및 엔진 RPM의 결정 과정은 전술된 바와 같으므로 중복되는 기재는 생략하기로 한다.
지금까지 설명한 본 발명의 실시예들에 의하면, HEV 시리즈 모드의 확대를 통해 엔진 클러치 접합을 수반하는 모드 천이 시 발생하는 지연 시간을 방지하여 고성능 친환경 차량의 가속 성능이 향상될 수 있다. 또한, 가속 페달과 엔진 속도가 연동되므로 운전자가 체감하는 고성능 친환경 차량의 고성능 감성 만족도가 증대될 수 있다. 아울러, 운전자가 설정한 토크 부스팅 값에 따라 차량 출력 토크가 가변되므로 운전자의 희망에 따른 가변 토크 설정이 가능하다.
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. 모터, 엔진 및 상기 모터와 상기 엔진 사이에 배치된 엔진 클러치를 포함하는 하이브리드 자동차의 제어 방법에 있어서,
    적어도 가속 페달과 관련된 제1 조건과 요구 토크 조건과 관련된 제2 조건에 기반하여, 상기 엔진 클러치의 결합 없이 상기 엔진과 상기 모터를 함께 동작시키는 제1 모드의 진입 여부를 판단하는 단계;
    상기 제1 모드로의 진입이 결정된 경우, 적어도 요구 토크를 고려하여 상기 모터의 토크를 결정하는 단계; 및
    상기 엔진의 동력으로 상기 모터에 공급할 엔진 발전파워에 기반하여 상기 엔진의 운전점을 결정하는 단계를 포함하고,
    상기 제1 모드의 진입 여부를 판단하는 단계는,
    상기 제1 조건이 만족되지 않는 경우, 상기 모터만 가동하는 제2 모드를 유지하는 단계와
    상기 제2 조건이 만족되지 않는 경우, 상기 엔진과 상기 모터를 함께 동작시키되 상기 엔진 클러치를 결합시키는 제3 모드로 진입하는 단계를 포함하는, 하이브리드 자동차의 제어 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 요구 토크는,
    상기 모터에서 출력되는 크립 토크와 상기 가속 페달의 조작량에 따라 결정되는 가속 토크의 합에 해당하는, 하이브리드 자동차의 제어 방법.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 조건은,
    상기 가속 페달의 조작량이 기 설정된 값보다 큰 경우 만족되고,
    상기 제2 조건은,
    상기 제1 모드에서의 모터 최대 토크가 상기 요구 토크보다 큰 경우 만족되는, 하이브리드 자동차의 제어 방법.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 판단하는 단계는,
    복수의 단계를 포함하되, 상기 가속 페달의 조작량에 따라 소정 비율로 토크가 추가되도록 하는 토크 부스팅 기능이 운전자에 의해 설정된 경우 수행되는, 하이브리드 자동차의 제어 방법.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 모터의 토크를 결정하는 단계는,
    상기 요구 토크에 상기 토크 부스팅 기능에서 설정된 단계에 대응되는 부스팅 토크를 합산하는 단계를 포함하는, 하이브리드 자동차의 제어 방법.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 엔진의 운전점을 결정하는 단계는,
    상기 엔진 발전파워를 결정하는 단계; 및
    운전자의 가속 페달 조작량과 엔진 최대 회전수를 기반으로 엔진 회전수를 결정하는 단계;
    상기 결정된 엔진 회전수에서 상기 엔진 발전파워를 만족하도록 엔진 토크를 결정하는 단계를 포함하는, 하이브리드 자동차의 제어 방법.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 엔진 발전파워를 결정하는 단계는,
    상기 요구 토크와 모터 회전수를 기반으로 요구 파워를 결정하는 단계; 및
    상기 결정된 요구 파워에서 배터리 가용 파워를 차감하는 단계를 포함하는, 하이브리드 자동차의 제어 방법.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제1 항 내지 제7 항 중 어느 한 항에 따른 하이브리드 자동차의 제어 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터 해독 가능 기록 매체.
  11. 모터;
    엔진;
    상기 모터와 상기 엔진 사이에 배치된 엔진 클러치; 및
    하이브리드 제어기를 포함하되,
    상기 하이브리드 제어기는,
    적어도 가속 페달과 관련된 제1 조건과 요구 토크 조건과 관련된 제2 조건에 기반하여, 상기 엔진 클러치의 결합 없이 상기 엔진과 상기 모터를 함께 동작시키는 제1 모드의 진입 여부를 판단하는 모드 판단부;
    상기 제1 모드로의 진입이 결정된 경우, 적어도 요구 토크를 고려하여 상기 모터의 토크를 결정하는 모터 토크 연산부; 및
    상기 엔진의 동력으로 상기 모터에 공급할 엔진 발전파워에 기반하여 상기 엔진의 운전점을 결정하는 엔진 회전수 연산부를 포함하고,
    상기 하이브리드 제어기는,
    상기 제1 조건이 만족되지 않는 경우 상기 모터만 가동하는 제2 모드를 유지하고,
    상기 제2 조건이 만족되지 않는 경우 상기 엔진과 상기 모터를 함께 동작시키되 상기 엔진 클러치를 결합시키는 제3 모드로 진입하는, 하이브리드 자동차.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 요구 토크는,
    상기 모터에서 출력되는 크립 토크와 상기 가속 페달의 조작량에 따라 결정되는 가속 토크의 합에 해당하는, 하이브리드 자동차.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 제1 조건은,
    상기 가속 페달의 조작량이 기 설정된 값보다 큰 경우 만족되고,
    상기 제2 조건은,
    상기 제1 모드에서의 모터 최대 토크가 상기 요구 토크보다 큰 경우 만족되는, 하이브리드 자동차.
  14. 제11 항에 있어서,
    상기 모드 판단부는,
    복수의 단계를 포함하되, 상기 가속 페달의 조작량에 따라 소정 비율로 토크가 추가되도록 하는 토크 부스팅 기능이 운전자에 의해 설정된 경우 상기 제1 모드의 진입 여부를 판단하는, 하이브리드 자동차.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 모터 토크 연산부는,
    상기 요구 토크에 상기 토크 부스팅 기능에서 설정된 단계에 대응되는 부스팅 토크를 합산하여 상기 토크를 결정하는, 하이브리드 자동차.
  16. 제11 항에 있어서,
    상기 엔진 회전수 연산부는,
    운전자의 가속 페달 조작량과 엔진 최대 회전수를 기반으로 엔진 회전수를 결정하며, 상기 결정된 엔진 회전수에서 상기 엔진 발전파워를 만족하도록 엔진 토크를 결정하는, 하이브리드 자동차.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 엔진 회전수 연산부는,
    상기 요구 토크와 모터 회전수를 기반으로 요구 파워를 결정하고, 상기 결정된 요구 파워에서 배터리 가용 파워를 차감하여 상기 엔진 발전파워를 결정하는, 하이브리드 자동차.
  18. 삭제
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