KR20190069772A - 하이브리드 자동차 및 그를 위한 경로 탐색 방법 - Google Patents

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KR20190069772A
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손희운
박준영
이재문
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현대자동차주식회사
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Abstract

본 발명은 하이브리드 자동차 및 그를 위한 경로 탐색 방법에 관한 것으로, 보다 상세히는 하이브리드 자동차의 파워 트레인 특성을 고려하여 효율 기반의 경로 탐색을 수행할 수 있는 하이브리드 자동차 및 그 제어 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 경로 탐색 방법은, 주행 환경 정보를 획득하는 단계; 목적지와 출발지 사이의 적어도 하나의 경로 각각을 구성하는 복수의 구간별로 주행 부하를 판단하는 단계; 상기 판단된 주행 부하를 기반으로 상기 복수의 구간별 출력 에너지 및 제동 에너지를 판단하는 단계; 상기 구간별 출력 에너지 및 제동 에너지를 기반으로 구간별 소모 에너지 및 회생 에너지를 판단하는 단계; 상기 구간별 소모 에너지 및 회생 에너지를 합산하여 상기 적어도 하나의 경로 각각에 대한 에너지 소모량을 판단하는 단계; 및 상기 판단된 적어도 하나의 경로 각각에 대한 에너지 소모량을 비교하여 에너지 최소화 경로를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

하이브리드 자동차 및 그를 위한 경로 탐색 방법{HYBRID VEHICLE AND METHOD OF SEARCHING FOR EFFICIENT PATH THEREOF}
본 발명은 하이브리드 자동차 및 그를 위한 경로 탐색 방법에 관한 것으로, 보다 상세히는 하이브리드 자동차의 파워 트레인 특성을 고려하여 효율 기반의 경로 탐색을 수행할 수 있는 하이브리드 자동차 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
최근, 네비게이션 시스템의 발달로 단순히 최단거리 경로나 실시간 교통 상황을 반영한 경로 안내는 물론, 연료 소모량을 고려한 경로 안내 방법도 연구되고 있다. 예컨대, 연료 소모량이 적은 경로를 탐색하기 위해 교통정보, 신호등 수, 회전 턴 수 및 도로 경사도 등을 고려하여 경로를 탐색하는 방안이 고려될 수 있다. 구체적으로, 목적지에 도달할 수 있는 복수의 경로 각각에 대하여, 도로의 특성과 교통 상황을 고려하여 자동차의 주행 부하가 산출될 수 있다.
예컨대, 자동차의 주행 부하(Fload)는 "Fload = ma + Faero + FR .R. + mgsinθ"와 같이 계산될 수 있는데, 여기서 m은 자동차 중량, a는 자동차의 가속도, Faero는 공기 저항, FR .R.은 자동차의 구름 저항을 각각 나타내며, θ는 현재 주행도로의 경사도를 나타낸다. 여기서, θ는 네비게이션 정보를 통해 획득될 수 있고, 구름 저항과 자동차 중량은 실질적으로 상수로 볼 수 있으며, Faero 는 날씨 정보(예컨대, 기온, 풍향, 풍속, 습도 등)와 차속을 통해 계산될 수 있다.
주행 부하가 산출되면, 이를 에너지 소모량, 즉, 연료 소모량으로 환산하고, 복수의 경로별로 총 연료 소모량을 비교하여 연료 소모량이 가장 적은 경로를 선택하는 방안이 고려될 수 있다. 이를 도 1을 참조하여 설명한다.
도 1은 일반적인 주행 경로를 고려한 에너지 소모량을 산출하는 형태의 일례를 나타낸다. 도 1을 참조하면, 에너지 소모량이 계산되는 경로는 평지 구간, 등판 구간 및 강판 구간을 포함한다. 각 구간의 에너지 소모량(Eoutput1,Eoutput2,Eoutput3) 은 주행 부하에 구간 거리를 곱하는 방식으로 일반적으로 산출되나, 강판 구간은 운전자가 별도로 가속을 하지 않는 이상 소모 에너지가 0(즉, Eoutput3=0)인 것으로 볼 수 있다. 결국 해당 경로의 에너지 총 소모량(Esum)은 "Eoutput1+Eoutput3+Eoutput3"으로 구해질 수 있다.
한편, 자동차에 대한 끊임없는 연비 향상의 요구와 각 나라의 배출가스 규제의 강화에 따라 친환경 자동차에 대한 요구가 증가하고 있으며, 이에 대한 현실적인 대안으로 하이브리드 자동차(Hybrid Electric Vehicle/Plug-in Hybrid Electric Vehicle, HEV/PHEV)가 제공되고 있다.
이러한 하이브리드 자동차는 엔진과 모터로 구성되는 두 개의 동력원으로 주행하는 과정에서 엔진과 모터를 어떻게 조화롭게 동작시키느냐에 따라 최적의 출력과 토크를 제공할 수 있다. 특히, 엔진과 변속기 사이에 전기모터와 엔진클러치(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.
하이브리드 자동차의 일반적인 상황에서는 초기 가속 시 전기에너지를 이용한다(즉, EV 모드). 하지만, 전기에너지만으로는 운전자의 요구 파워를 충족시키는데 한계가 있기 때문에 결국 엔진을 주동력원으로 사용(즉, HEV 모드)해야 하는 순간이 발생한다. 이러한 경우, 하이브리드 자동차에서는 모터의 회전수와 엔진의 회전수 차이가 소정 범위 이내일 때 엔진클러치를 결합시켜 모터와 엔진이 함께 회전하도록 한다.
그런데, 도 1을 참조하여 상술한 에너지 소모량 산출 방식은 내연 기관의 관점에서만 기술되어, 하이브리드 자동차 등 친환경 자동차에 적용될 경우 최적의 에너지 효율을 보장할 수 없다. 특히, 내연기관 자동차에게 비효율적인 경로이더라도 하이브리드 자동차에게는 회생제동을 통해 에너지 회수가 가능하기 때문에 효율적일 수 있다. 예를 들어, 등강판이나 감속 이벤트가 많은 경로는 내연기관의 연료 소모 관점에서 비효율적이지만, 회생 제동이 가능한 하이브리드 자동차에게는 최적의 경로가 될 수 있다. 물론, 이러한 회생 제동은 배터리 상태(즉, SOC: State Of Charge)에 영향을 받기 때문에 언제나 회생 제동이 가능한 것도 아니며 전기 모터의 구동력만을 이용하는 것이 효율적인 상황이라도 SOC가 낮은 경우 전기 모터의 출력이 제한되어 엔진의 동력을 사용해야 한다. 결국, 높은 SOC에서는 회생량이 제한되기 때문에 등판 후 강판 경로가 효율적이며, 낮은 SOC에서는 엔진 소모 파워가 증가하기 때문에 강판 후 등판 경로가 효율적일 수 있다. 이러한 특징들로 인하여 기존에 일반 내연기관 자동차에 적용된 연료 소모를 최소화하는 경로 탐색 방법으로는 친환경 자동차에 적합한 경로 탐색에 한계가 있다.
본 발명은 친환경 자동차의 특성을 고려하여 효율성에 기반한 경로 탐색을 수행할 수 있는 방법 및 그를 수행하는 자동차을 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 하이브리드 자동차의 경로 탐색 방법은, 주행 환경 정보를 획득하는 단계; 목적지와 출발지 사이의 적어도 하나의 경로 각각을 구성하는 복수의 구간별로 주행 부하를 판단하는 단계; 상기 판단된 주행 부하를 기반으로 상기 복수의 구간별 출력 에너지 및 제동 에너지를 판단하는 단계; 상기 구간별 출력 에너지 및 제동 에너지를 기반으로 구간별 소모 에너지 및 회생 에너지를 판단하는 단계; 상기 구간별 소모 에너지 및 회생 에너지를 합산하여 상기 적어도 하나의 경로 각각에 대한 에너지 소모량을 판단하는 단계; 및 상기 판단된 적어도 하나의 경로 각각에 대한 에너지 소모량을 비교하여 에너지 최소화 경로를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차는, 주행 환경 정보를 획득하는 제1 제어기; 및 상기 주행 환경 정보를 이용하여 에너지 최소화 경로를 결정하고, 상기 결정된 에너지 최소화 경로에 대한 정보를 상기 제1 제어기로 전달하는 제2 제어기를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 제2 제어기는 상기 제1 제어기로부터 수신하여 목적지와 출발지 사이의 적어도 하나의 경로 각각을 구성하는 복수의 구간별로 주행 부하를 판단하는 주행 부하 연산부; 상기 판단된 주행 부하를 기반으로 상기 복수의 구간별 출력 에너지 및 제동 에너지를 판단하는 출력/제동 에너지 연산부; 상기 구간별 출력 에너지 및 제동 에너지를 기반으로 구간별 소모 에너지 및 회생 에너지를 산출하는 소모/회생 에너지 연산부; 및 상기 구간별 소모 에너지 및 회생 에너지를 합산하여 상기 적어도 하나의 경로 각각에 대한 에너지 소모량을 판단하여 상기 판단된 적어도 하나의 경로 각각에 대한 에너지 소모량을 비교하여 상기 에너지 최소화 경로를 결정하는 경로 판단부를 포함할 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 관련된 하이브리드 자동차는 보다 효율적인 경로 탐색이 가능하다.
따라서, 실도로 연비의 향상 및 그로 인한 환경 보호 효과가 기대될 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 주행 경로를 고려한 에너지 소모량을 산출하는 형태의 일례를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 적용될 수 있는 하이브리드 자동차의 파워 트레인 구조의 일례를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 적용될 수 있는 하이브리드 자동차의 제어 계통의 일례를 나타내는 블럭도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 경로 탐색을 수행하는 하이브리드 제어기 구조의 일례를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 주행 환경 정보가 주행 부하 연산에 적용되는 형태의 일례를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 연산이 수행되는 형태의 일례를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 SOC 연산 및 보정이 수행되는 형태의 일례를 나타낸다.
도 8은 본 발며의 일 실시예에 따른 경로 탐색이 수행되는 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 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 경로 탐색 방법을 설명하기 앞서, 본 실시예에 적용될 수 있는 하이브리드 자동차의 구조 및 파워 트레인 제어기 간의 상호관계를 도 2 및 도 3을 각각 참조하여 먼저 설명한다.
도 2는 일반적인 하이브리드 자동차의 파워 트레인 구조의 일례를 나타낸다.
도 2를 참조하면, 내연기관 엔진(ICE, 10)과 변속기(50) 사이에 전기모터(또는 구동용 모터, 40)와 엔진클러치(30)를 장착한 병렬형(Parallel Type) 하이브리드 시스템을 채용한 하이브리드 자동차의 파워 트레인이 도시된다.
이러한 자동차에서는 일반적으로 시동후 운전자가 엑셀레이터를 밟는 경우(즉, 가속 페달 센서 on), 엔진 클러치(30)가 오픈된 상태에서 먼저 배터리의 전력을 이용하여 모터(40)가 구동되고, 모터의 동력이 변속기(50) 및 종감속기(FD: Final Drive, 16)를 거쳐 바퀴가 움직이게 된다(즉, EV 모드). 자동차가 서서히 가속되면서 점차 더 큰 구동력이 필요하게 되면, 보조 모터(또는, 시동발전 모터, 20)가 동작하여 엔진(10)을 구동할 수 있다.
그에 따라 엔진(10)과 모터(40)의 회전속도가 동일해 지면 비로소 엔진 클러치(30)가 맞물려 엔진(10)과 모터(40)가 함께 자동차를 구동하게 된다(즉, EV 모드에서 HEV 모드 천이). 자동차가 감속되는 등 기 설정된 엔진 오프 조건이 만족되면, 엔진 클러치(30)가 오픈되고 엔진(10)은 정지된다(즉, HEV 모드에서 EV 모드 천이). 이때 자동차는 휠의 구동력을 이용하여 모터(40)를 통해 배터리(70)를 충전하며 이를 제동에너지 회생, 또는 회생 제동이라 한다. 따라서, 시동발전 모터(12)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 있다.
일반적으로 변속기(50)는 유단 변속기나 다판클러치, 예컨대 듀얼클러치 변속기(DCT)가 사용될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 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 자동차의 운행 상태에 따라 모드 전환 수행 여부를 결정한다. 일례로, 하이브리드 제어기는 엔진 클러치(130)의 해제(Open) 시점을 판단하고, 해제시에 유압(습식 엔진클러치인 경우)제어나 토크 용량 제어(건식 엔진클러치인 경우)를 수행한다. 또한, 하이브리드 제어기(240)는 엔진클러치의 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 APS 값과 BPS 값을 이용하여 운전자의 현재 요구 토크를 연산할 수 있으며, 속도 제한 장치가 활성화될 경우 가상 APS에 따른 요구 토크를 연산할 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.
이하, 상술한 자동차 구성을 바탕으로 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 경로 탐색 방법을 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 교통 정보, 지형 정보 및 기상 정보 중 적어도 하나를 이용하여 친환경 차량의 주행 부하를 연산하되, 친환경 차량의 특성을 고려하여 출발지에서 목적지 사이의 구간별 최소 에너지 사용량을 산출하는 방법으로 사용 에너지를 최소화하는 경로 탐색 방법이 제공된다.
여기서, 친환경 차량의 특성은 주행 부하, 차속, SOC에 따른 구동 에너지와 회생 에너지 중 적어도 하나를 포함하는 개념이다.
이하, 이러한 경로 탐색을 수행하기 위한 제어기 구조를 설명하되, 편의상 하이브리드 제어기(240)에서 경로 탐색이 수행되는 것으로 가정한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 경로 탐색을 수행하는 하이브리드 제어기 구조의 일례를 나타낸다.
도 4를 참조하면, 하이브리드 제어기(240)는 주행 부하 연산부(241), 출력/제동 에너지 연산부(243), 소모/회생 에너지 및 SOC 연산부(245), 경로 판단부(247)를 포함할 수 있다. 물론, 도 4에서 일반적인 하이브리드 제어기(240)의 기능을 수행하기 위한 구성 요소는 그 도시가 생략되었다.
먼저 주행 부하 연산부(241)로 입력되는 정보는, 출발지와 목적지 사이에 위치하는 적어도 하나의 경로 각각을 주행함에 따른 에너지 변화에 영향을 줄 수 있는 주행 환경 정보일 수 있다. 예컨대, 주행 환경 정보는 교통 정보, 지형 정보 및 기상 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
교통 정보는 신호등 주기, 구간별 평균 속도, 구간별 가/감속도 정보, 구간별 정체도/교통량 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 지형 정보는 각 구간의 구배 정보, 구간 길이 정보 등이 포함될 수 있다. 기상 정보는 주행 부하를 연산하는데 요구되는 풍속, 풍향, 강우, 강설, 습도 정보 등이 포함될 수 있다.
도 4에서 정보 입력의 주체와 결과 출력의 목적지는 네비게이션 기능을 제공하는 장치, 예컨대, AVN(Audio/Video/Navigation) 시스템일 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 소정의 통신 수단을 통해 획득하거나 미리 저장된 주행 환경 정보를 제공할 수 있다면 어떠한 형태의 장치에도 적용될 수 있다.
이하, 도 5 내지 도 7을 참조하여 하이브리드 제어기(240)의 각 구성 요소에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
먼저, 도 5를 참조하여 주행 부하 연산부(241)의 동작을 설명한다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 주행 환경 정보가 주행 부하 연산에 적용되는 형태의 일례를 나타낸다. 도 5의 (a)를 참조하면 주행 환경 정보를 통해 동일 거리를 주행하더라도 구간별로 평균 속도에 따라 서로 다른 주행 부하가 산출될 수 있으며, 신호등 주기 정보가 참조될 경우 전방의 정지 신호 변경에 따라 타력 주행으로 파워트레인의 출력이 없는 구간이 판단될 수도 있다.
또한, 주행 부하를 판단함에 있어 공기 저항(Faero)은 "Faero=1/2ρCdAf(Vx+Vwind)2"와 같이 구해질 수 있는데, 여기서 ρ는 공기밀도, Cd는 공기 저항 계수, Vx는 차량 속도, Vwind는 풍속, Af는 차량의 전방 면적을 각각 나타낸다. 차량에 따라 상수 값을 갖거나 차량이 직접 알 수 있는 차량 속도 등의 정보를 제외한 정보, 예컨대 공기 밀도와 풍속은 기상 정보를 통해 직/간접적으로 유추될 수 있다. 이와 같이 공기 저항을 고려함으로써 최단거리를 바람을 안고 주행하는 경로보다 주행거리가 길어지더라도 강풍을 등지고 가는 경로가 선택될 수도 있다.
아울러, 주행 부하 연산부(241)는 주행 부하를 판단함에 있어 도 5의 (b)와 같이 구배 정보를 활용하여 주행 부하를 판단할 수 있음은 물론이다.
주행 부하 연산부(241)는 상술한 바와 같이 주행 환경 정보를 이용하여 출발지에서 목적지까지의 하나 이상의 경로 각각을 구성하는 복수의 구간들별로 주행 부하를 연산할 수 있다.
다음으로, 출력/제동 에너지 연산부(243), 소모/회생 에너지 및 SOC 연산부(245)의 동작을 도 6 및 도 7을 참조하여 설명한다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 연산이 수행되는 형태의 일례를 나타내고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 SOC 연산 및 보정이 수행되는 형태의 일례를 나타낸다. 도 6과 도 7에서는 공통적으로 하나의 경로가 구배에 따라 3개의 구간으로 구분되는 상황을 가정한다. 구체적으로, 첫 구간은 평지이고, 중간 구간은 그보다 짧은 등판로이며, 마지막 구간은 상대적으로 긴 강판로이다.
먼저 도 6을 참조하면, 출력/제동 에너지 연산부(243)에서 각 구간별로 주행 부하에 따른 출력 에너지(Eoutput)과 제동 에너지(Ebrake)가 판단될 수 있다. 예를 들어, 첫 구간에서는 평지 주행에 대응되는 출력 에너지(Eoutput1)가 요구되며, 제동 요소가 없어 제동 에너지(Ebrake1)는 0으로 판단될 수 있다. 또한, 중간 구간에서는 등판 주행에 대응되는 출력 에너지(Eoutput2)가 요구되며, 제동 요소가 없어 제동 에너지(Ebrake2)는 0으로 판단될 수 있다. 마지막 구간에서는 강판 주행에 출력 에너지(Eoutput3)가 불필요하여 0으로 판단되고, 강판에 따른 가속 방지를 위한 제동 에너지(Ebrake3)가 산출될 수 있다.
구간별 출력 에너지와 제동 에너지가 판단되면, 소모/회생 에너지 및 SOC 연산부(245)는 출력 에너지와 제동 에너지에 출력 효율과 회생 효율을 각각 적용하여 소모 에너지와 회생 에너지를 판단할 수 있다. 예컨대, 소모 에너지(Econsumption)는 차량이 보유한 에너지원이 휠 구동력으로 변환될 때의 출력 효율 팩터(η1,η1<1)를 적용하므로, "Econsumption = Eoutput/η1"와 같이 구해질 수 있다. 또한, 회생 에너지(Eregeneration)는 제동 에너지가 발전되어 배터리에 충전될 때의 효율 팩터(η2,η2<1)가 적용되어 "Eregeneration = Ebrake*η2"와 같이 구해질 수 있다.
결국, 도 6의 경우 첫 구간과 중간 구간에서는 출력 에너지만 있으므로 소모 에너지(Econsumption1, Econsumption2)가 산출되고, 마지막 구간에서는 제동 에너지만 있으므로 회생 에너지(Eregeneration3)가 산출된다.
소모/회생 에너지 및 SOC 연산부(245)는 소모 에너지와 회생 에너지를 적용하여 SOC 연산을 수행할 수 있다. SOC 연산을 함에 있어서는, 소모 에너지 중 연료 소모와 배터리 소모의 비율이 판단되어야 하며(즉, Econsumption = Econsumption , engine + Econsumption, motor), 소모 에너지의 비율은 예상 SOC와 주행부하, 주행부하 변동량에 따라 시험적 맵 데이터를 기반으로 판단될 수 있다. 소모 에너지 비율이 판단되면, 구간별로 구간 시작시 SOC 값에서 주행에 필요한 에너지가 차감되거나 회생 에너지가 합산될 수 있다. 예를 들어, 도 7의 (a)와 같이 첫 구간 진입 전의 SOC가 SOC1, 중간 구간 진입시 SOC가 SOC2, 마지막 구간 진입시 SOC를 SOC3이라 각각 가정하면, 각 SOC는 다음과 같이 구해질 수 있다.
SOC2 = SOC1 Econsumption1 , motor
SOC3 = SOC2 Econsumption2 , motor
SOC4 = SOC3 + Eregeneration3
그러나, 이러한 단순 계산은 실제 HEV 차량에서 SOC가 관리되는 형태와 부합하지 않을 수 있다. 예컨대, SOC가 최대 설정값(SOCmax)에 도달하면 더이상 SOC는 상승하지 못하며, SOC가 최소 설정값(SOCmin)에 도달하면 전기 모터의 구동이 불가하다. 따라서, 구간별 소모 에너지와 회생 에너지를 통해 SOC 변동량을 구하고, 해당 구간의 SOC 시작 값에 SOC 변동량을 적용하여 최대/최소 설정값에 따른 범위를 넘어서는지 여부에 따라 보정이 수행될 수 있다. 즉, 소모/회생 에너지 및 SOC 연산부(245)는 "SOC < SOCmin "인 경우 에너지 소모는 엔진에서만 발생하는 것으로 보정하며(즉, Econsumption = Econsumption , engine / Econsumption, motor = 0), "SOC > SOCmax"인 경우 회생 에너지를 0으로 보정한다(Eregeneration = 0).
결국, 도 7의 (b)에서와 같이 중간 구간에서 소모될 수 있는 최대 배터리 소모 에너지(Econsumption2 , motor)는 "SOC2 - SOCmin"가 되고, 마지막 구간에서 최대 회생 에너지는 "SOCmax - SOCmin"에 해당하므로, 실제 SOC는 다음과 같이 보정될 수 있다.
SOC2 = SOC1 Econsumption1 , motor
SOC3 = SOC2 Econsumption2 , motor = SOCmin, Econsumption2 , motor = SOC2 - SOCmin
SOC4 = SOC3 + Eregeneration3 = SOCmax , Eregeneration = SOCmax - SOCmin
소모/회생 에너지 및 SOC 연산부(245)가 SOC까지 고려하여 구간별 소모 에너지와 회생 에너지를 판단하면, 경로 판단부(247)는 경로별로 구간별 소모 에너지를 합산하여 경로별 에너지 소모량을 판단하고, 이를 서로 비교하여 가장 에너지 소모가 낮은 경로를 결정할 수 있다. 결정된 경로 정보는 외부(예컨대, 네비게이션 시스템)로 출력된다.
이하에서는 상술한 과정을 도 8을 참조하여 순서대로 설명한다. 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 경로 탐색이 수행되는 과정의 일례를 나타내는 순서도이다.
도 8을 참조하면, 에너지 최소화 경로 탐색 이벤트가 발생함에 따라 주행 환경 정보가 하이브리드 제어기에 수신될 수 있다(S810).
주행 환경 정보를 통해 구간별로 주행 부하(Fload)가 연산(예컨대, Fload = ma + Faero + FR .R. + mgsinθ)될 수 있으며(S820), 이를 기반으로 구간별 출력/제동 에너지가 연산되며(S830), 출력/제동 에너지를 기반으로 구간별 소모/회생 에너지가 연산될 수 있다(S840). 구간별 소모/회생 에너지, 주행 부하에 따른 연료/배터리 소모 비율과 최대/최소 SOC를 고려하여 구간별 SOC가 연산될 수 있다(S850).
S820 내지 S850 단계의 구체적인 수행 형태는 도 5 내지 도 7을 참조하여 상술한 바와 같으므로 명세서의 간명함을 위해 중복되는 기재는 생략하기로 한다.
SOC를 고려한 구간별 소모 에너지와 회생 에너지가 결정되면, 경로별로 구간별 소모 에너지를 합산하여 경로별 에너지 소모량이 연산될 수 있으며(S860), 경로별 에너지 소모량을 서로 비교하여 가장 에너지 소모가 낮은 경로가 결정될 수 있다(S870).
결정된 경로 정보는 외부(예컨대, 네비게이션 시스템)로 출력되어, 에너지 소모를 최소화하는 경로의 안내가 운전자에 제공될 수 있다.
상술한 경로 탐색 방법을 통해, 내연기관과 모터를 함께 사용하는 하이브리드 자동차의 특징(ISG, 회생제동, 효율특성 등)과 다양한 정보(정밀교통신호, 구배, 기상 등)를 활용하여 시간과 거리에 상관없이 목적지까지 도달하는데 소모되는 에너지를 최소화하고자 하는 운전자에게 최적의 경로가 제공될 수 있다.
예컨대, 신호등 및 정체 구간 등의 정차 상황이 지속되는 구간이더라도 에너지를 효율적으로 사용할 수 있는 구간을 선택함으로써 소요시간은 다소 길어지더라도 사용 에너지가 최소화될 수 있다.
또한, 회생 효율을 고려하기 때문에 강판도가 높은 경로가 탐색되므로 회생 에너지가 최대화될 수 있다. 구체적으로, SOC가 높은 구간에서는 회생량에 한계를 고려하여 강판 후 등판보다는 등판 후 강판 위주 경로가 탐색되며, SOC가 낮은 구간에서는 SOC 확보를 위해 등판 후 강판보다는 강판 후 등판 위주의 경로가 탐색될 수 있다.
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 전환은 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims (19)

  1. 주행 환경 정보를 획득하는 단계;
    목적지와 출발지 사이의 적어도 하나의 경로 각각을 구성하는 복수의 구간별로 주행 부하를 판단하는 단계;
    상기 판단된 주행 부하를 기반으로 상기 복수의 구간별 출력 에너지 및 제동 에너지를 판단하는 단계;
    상기 구간별 출력 에너지 및 제동 에너지를 기반으로 구간별 소모 에너지 및 회생 에너지를 판단하는 단계;
    상기 구간별 소모 에너지 및 회생 에너지를 합산하여 상기 적어도 하나의 경로 각각에 대한 에너지 소모량을 판단하는 단계; 및
    상기 판단된 적어도 하나의 경로 각각에 대한 에너지 소모량을 비교하여 에너지 최소화 경로를 결정하는 단계를 포함하는, 하이브리드 자동차의 경로 탐색 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 주행 환경 정보는,
    교통 정보, 지형 정보 및 기상 정보를 포함하는, 하이브리드 자동차의 경로 탐색 방법.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 구간별 소모 에너지 및 회생 에너지를 판단하는 단계는,
    상기 소모 에너지를 출력 효율 팩터로 나누어 상기 소모 에너지를 판단하는 단계; 및
    상기 회생 에너지에 회생 효율 팩터를 곱하여 상기 회생 에너지를 판단하는 단계를 포함하는, 하이브리드 자동차의 경로 탐색 방법.
  4. 제1 항에 있어서,
    구간별 배터리의 충전 상태(SOC)를 판단하는 단계;
    상기 판단된 충전 상태에 따라 상기 구간별 소모 에너지 및 회생 에너지를 보정하는 단계를 더 포함하되,
    상기 에너지 소모량을 판단하는 단계는, 상기 보정된 구간별 소모 에너지 및 회생 에너지를 기반으로 수행되는, 하이브리드 자동차의 경로 탐색 방법.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 변동을 판단하는 단계는,
    연료에 의한 소모 에너지와 배터리에 의한 소모 에너지의 비율을 판단하는 단계;
    상기 구간별 소모 에너지에 상기 판단된 비율을 적용하여 상기 배터리에 의한 소모 에너지를 판단하는 단계; 및
    상기 판단된 배터리에 의한 소모 에너지 및 상기 회생 에너지를 구간별로 반영하여 상기 충전 상태(SOC)의 변동을 판단하는 단계를 포함하는, 하이브리드 자동차의 경로 탐색 방법.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 충전 상태를 판단하는 단계는,
    상기 판단된 배터리에 의한 소모 에너지 및 상기 회생 에너지에 따른 구간별 충전 상태 변동량을 판단하는 단계;
    상기 판단된 충전 상태 변동량에 의해 상기 충전 상태가 기 설정된 최소 충전 상태값과 최대 충전 상태값의 범위를 넘어서는지 여부를 구간별로 판단하는 단계를 포함하는, 하이브리드 자동차의 경로 탐색 방법.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 보정하는 단계는,
    상기 판단된 충전 상태 변동량에 의해 상기 충전 상태가 상기 최소 충전 상태값과 상기 최대 충전 상태값의 범위를 넘어서는 구간에 대하여 수행되는, 하이브리드 자동차의 경로 탐색 방법.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 보정하는 단계는,
    상기 판단된 충전 상태 변동량에 의해 상기 충전 상태가 상기 최소 충전 상태값보다 작은 경우, 해당 구간에 대한 배터리에 의한 소모 에너지는 0으로 보정하는 단계; 및
    상기 해당 구간에 대응되는 소모 에너지 전체를 연료에 의한 소모 에너지로 보정하는 단계를 포함하는, 하이브리드 자동차의 경로 탐색 방법.
  9. 제7 항에 있어서,
    상기 보정하는 단계는,
    상기 판단된 충전 상태 변동량에 의해 상기 충전 상태가 상기 최대 충전 상태값보다 큰 경우, 해당 구간에 대한 상기 충전 상태를 상기 기 설정된 최대 충전 상태값으로 설정하는 단계를 포함하는, 하이브리드 자동차의 경로 탐색 방법.
  10. 제1 항 내지 제9 항 중 어느 한 항에 따른 하이브리드 자동차의 경로 탐색 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터 해독 가능 기록 매체.
  11. 주행 환경 정보를 획득하는 제1 제어기; 및
    상기 주행 환경 정보를 이용하여 에너지 최소화 경로를 결정하고, 상기 결정된 에너지 최소화 경로에 대한 정보를 상기 제1 제어기로 전달하는 제2 제어기를 포함하되,
    상기 제2 제어기는,
    상기 제1 제어기로부터 수신하여 목적지와 출발지 사이의 적어도 하나의 경로 각각을 구성하는 복수의 구간별로 주행 부하를 판단하는 주행 부하 연산부;
    상기 판단된 주행 부하를 기반으로 상기 복수의 구간별 출력 에너지 및 제동 에너지를 판단하는 출력/제동 에너지 연산부;
    상기 구간별 출력 에너지 및 제동 에너지를 기반으로 구간별 소모 에너지 및 회생 에너지를 산출하는 소모/회생 에너지 연산부; 및
    상기 구간별 소모 에너지 및 회생 에너지를 합산하여 상기 적어도 하나의 경로 각각에 대한 에너지 소모량을 판단하여 상기 판단된 적어도 하나의 경로 각각에 대한 에너지 소모량을 비교하여 상기 에너지 최소화 경로를 결정하는 경로 판단부를 포함하는, 하이브리드 자동차.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 주행 환경 정보는,
    교통 정보, 지형 정보 및 기상 정보를 포함하는, 하이브리드 자동차.
  13. 제11 항에 있어서,
    상기 소모/회생 에너지 연산부는,
    상기 소모 에너지를 출력 효율 팩터로 나누어 상기 소모 에너지를 판단하고, 상기 회생 에너지에 회생 효율 팩터를 곱하여 상기 회생 에너지를 판단하는, 하이브리드 자동차.
  14. 제11 항에 있어서,
    상기 소모/회생 에너지 연산부는,
    구간별 배터리의 충전 상태(SOC)를 판단하고, 상기 판단된 충전 상태에 따라 상기 구간별 소모 에너지 및 회생 에너지를 보정하되, 상기 보정된 구간별 소모 에너지 및 회생 에너지를 기반으로 상기 적어도 하나의 경로 각각에 대한 에너지 소모량을 판단하는, 하이브리드 자동차.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 소모/회생 에너지 연산부는,
    연료에 의한 소모 에너지와 배터리에 의한 소모 에너지의 비율을 판단하고, 상기 구간별 소모 에너지에 상기 판단된 비율을 적용하여 상기 배터리에 의한 소모 에너지를 판단하며, 상기 판단된 배터리에 의한 소모 에너지 및 상기 회생 에너지를 구간별로 반영하여 상기 충전 상태(SOC)의 변동을 판단하는, 하이브리드 자동차.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 소모/회생 에너지 연산부는,
    상기 판단된 배터리에 의한 소모 에너지 및 상기 회생 에너지에 따른 구간별 충전 상태 변동량을 판단하고, 상기 판단된 충전 상태 변동량에 의해 상기 충전 상태가 기 설정된 최소 충전 상태값과 최대 충전 상태값의 범위를 넘어서는지 여부를 구간별로 판단하는, 하이브리드 자동차.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 소모/회생 에너지 연산부는,
    상기 판단된 충전 상태 변동량에 의해 상기 충전 상태가 상기 최소 충전 상태값과 상기 최대 충전 상태값의 범위를 넘어서는 구간에 대하여 상기 보정을 수행하는, 하이브리드 자동차.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 소모/회생 에너지 연산부는,
    상기 판단된 충전 상태 변동량에 의해 상기 충전 상태가 상기 최소 충전 상태값보다 작은 경우, 해당 구간에 대한 배터리에 의한 소모 에너지는 0으로 보정하고, 상기 해당 구간에 대응되는 소모 에너지 전체를 연료에 의한 소모 에너지로 보정하는, 하이브리드 자동차.
  19. 제17 항에 있어서,
    상기 소모/회생 에너지 연산부는,
    상기 판단된 충전 상태 변동량에 의해 상기 충전 상태가 상기 최대 충전 상태값보다 큰 경우, 해당 구간에 대한 상기 충전 상태를 상기 최대 충전 상태값으로 설정하는, 하이브리드 자동차.
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