KR101234652B1

KR101234652B1 - 하이브리드 차량의 가속 토크 제어 방법 및 장치

Info

Publication number: KR101234652B1
Application number: KR1020100122240A
Authority: KR
Inventors: 박태욱; 김정은
Original assignee: 기아자동차주식회사; 현대자동차주식회사
Priority date: 2010-12-02
Filing date: 2010-12-02
Publication date: 2013-02-19
Anticipated expiration: 2030-12-02
Also published as: KR20120060637A; US20120143416A1; JP2012116457A; DE102011078446A1; US9168916B2

Abstract

본 발명은 차량의 최대 토크를 환경 변수에 따라 변경함으로써 배터리에 부담을 주지 않으면서 충분한 가속감을 얻을 수 있는 하이브리드 차량의 가속 토크 제어 방법 및 장치에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 가속 토크 제어 방법은 크립 토크(creep torque)를 최소 토크로 설정하는 단계; 엔진 환경 변수를 고려하여 엔진에서 출력 가능한 최대 토크를 계산하는 단계; 모터 환경 변수를 고려하여 모터에서 출력 가능한 최대 토크를 계산하는 단계; 엔진에서 출력 가능한 최대 토크와 모터에서 출력 가능한 최대 토크를 합하여 차량의 최대 토크를 계산하는 단계; 그리고 가속 페달의 위치, 상기 최소 토크, 그리고 상기 차량의 최대 토크를 이용하여 가속 토크를 계산하는 단계;를 포함할 수 있다.

Description

하이브리드 차량의 가속 토크 제어 방법 및 장치{METHOD AND SYSTEM FOR CONTROLLNG ACCELERATION TORQUE OF HYBRID VEHICLE}

본 발명은 하이브리드 차량의 가속 토크 제어 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차량의 최대 토크를 환경 변수에 따라 변경함으로써 배터리에 부담을 주지 않으면서 충분한 가속감을 얻을 수 있는 하이브리드 차량의 가속 토크 제어 방법 및 장치에 관한 것이다.

최근에는 차량의 연비 향상을 위하여 전기 차량 또는 하이브리드 차량이 개발되어 주목을 받고 있다. 전기 차량은 모터 만에 의하여 차량의 구동 토크를 생성하는 차량을 말하고, 하이브리드 차량은 엔진과 모터에 의하여 차량의 구동 토크를 생성하는 차량을 말한다.

하이브리드 차량은 그 운전 조건에 따라 다양한 모드(예를 들어, 전기차 모드, 하이브리드 모드, 엔진 모드 등)에서 운행된다. 전기차 모드는 모터에 의하여만 구동 토크가 발생되는 모드이고, 하이브리드 모드는 모터와 엔진에 의하여 구동 토크가 발생되는 모드이며, 엔진 모드는 엔진에 의하여만 구동 토크가 발생되는 모드이다.

하이브리드 모드에서는 모터와 엔진이 모두 작동하므로 연비 향상 및 충분한 가속감을 위하여 토크 분담이 매우 중요하다. 통상적으로 가속 토크가 정해지면 설정된 비율에 따라 상기 가속 토크를 엔진과 모터에 분담시키게 된다.

종래의 가속 토크를 계산하는 과정을 도 4를 참조하여 설명한다.

도 4는 종래의 가속 토크를 계산하는 과정을 설명하기 위한 그래프이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 제어부에는 최소 토크 라인과 최대 토크 라인이 저장되어 있다. 최소 토크 라인은 차량이 크립 주행(creep driving)(가속 페달을 밟지 않고 D 레인지에서 주행)을 할 수 있도록 차속에 따른 크립 토크(creep torque)로 설정되어 있다. 최대 토크 라인은 차속에 따른 엔진의 최대 토크와 모터의 최대 토크의 합으로 설정되어 있다. 상기 최소 토크 라인과 최대 토크 라인은 변화하지 않는다.

만일 차속이 60km/h이면 최대 토크는 200Nm이고, 최소 토크는 -60Nm이다. 이 상태에서, 운전자가 가속 페달을 밟아 가속 페달의 위치값이 50%로 검출되면, 가속 토크는 다음과 같이 계산된다.

가속 토크 = (최대 토크 + 최소 토크) * 가속 페달의 위치값

= (200 - 60) * 0.5 = 70Nm

그런데, 환경 변수에 따라 엔진 및 모터에서 출력 가능한 최대 토크는 변화하게 된다. 종래의 가속 토크 계산 방법에 따르면, 가속 토크 계산에 환경 변수의 영향을 고려하지 않았다. 예를 들어, 차량이 고지대에서 운행중인 때에는 엔진이 출력할 수 있는 최대 토크는 설정된 엔진의 최대 토크의 50%에 불과하다. 따라서, 종래의 가속 토크 계산 방법으로 계산된 가속 토크를 엔진과 모터에 분담시키는 경우, 배터리의 SOC(state of charge)를 유지하기가 힘든 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 엔진 환경 변수와 모터 환경 변수의 영향을 차량의 가속 토크를 계산할 때 고려함으로써 배터리의 SOC를 효율적으로 관리할 수 있는 하이브리드 차량의 가속 토크 제어 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 가속 토크 제어 방법은 크립 토크(creep torque)를 최소 토크로 설정하는 단계; 엔진 환경 변수를 고려하여 엔진에서 출력 가능한 최대 토크를 계산하는 단계; 모터 환경 변수를 고려하여 모터에서 출력 가능한 최대 토크를 계산하는 단계; 엔진에서 출력 가능한 최대 토크와 모터에서 출력 가능한 최대 토크를 합하여 차량의 최대 토크를 계산하는 단계; 그리고 가속 페달의 위치, 상기 최소 토크, 그리고 상기 차량의 최대 토크를 이용하여 가속 토크를 계산하는 단계;를 포함할 수 있다.

상기 엔진 환경 변수는 현재 주행중인 차량의 고도, 엔진 마찰 토크, 그리고 엔진 오일 온도를 포함할 수 있다.

상기 모터 환경 변수는 모터의 온도 및 배터리의 SOC(state of charge)를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 하이브리드 차량의 가속 토크 제어 장치는 가속 페달의 위치를 검출하는 가속 페달 위치 검출부; 차속을 검출하는 차속 검출부; 배터리의 SOC를 검출하는 SOC 검출부; 엔진 환경 변수와 모터 환경 변수를 검출하는 환경 변수 검출부; 그리고 크립 토크를 최소 토크로 설정하고, 엔진 환경 변수와 모터 환경 변수에 따른 차량의 최대 토크를 계산하며, 상기 가속 페달의 위치, 상기 최소 토크, 그리고 상기 차량의 최대 토크를 이용하여 가속 토크를 계산하는 제어부;를 포함할 수 있다.

상기 제어부는 엔진 환경 변수를 고려하여 엔진에서 출력 가능한 최대 토크를 계산하고, 모터 환경 변수를 고려하여 모터에서 출력 가능한 최대 토크를 계산하며, 상기 엔진에서 출력 가능한 최대 토크와 상기 모터에서 출력 가능한 최대 토크를 합하여 차량의 최대 토크를 계산할 수 있다.

상기 제어부는 계산된 가속 토크를 상기 엔진에서 출력 가능한 최대 토크와 상기 모터에서 출력 가능한 최대 토크의 비율에 따라 엔진과 모터에 분할할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 엔진 환경 변수와 모터 환경 변수의 영향을 차량의 가속 토크를 계산할 때 고려함으로써 배터리의 SOC를 효율적으로 관리할 수 있다.

또한, 가속 토크가 터무니없이 크게 계산되는 것을 방지함으로써 연비를 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 가속 토크 제어 장치의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 가속 토크 제어 방법의 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 가속 토크를 계산하는 과정을 설명하기 위한 그래프이다.
도 4는 종래의 가속 토크를 계산하는 과정을 설명하기 위한 그래프이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 가속 토크 제어 장치의 블록도이다.

본 발명의 실시예가 적용되는 하이브리드 차량은 적어도 하나의 엔진(60)과 적어도 하나의 모터(70)를 포함한다. 또한, 상기 하이브리드 차량은 엔진(60)과 모터(70)가 동시에 작동하는 하이브리드 모드를 제공한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 가속 토크 제어 장치는 가속 페달 위치 검출부(10), 차속 검출부(20), SOC 검출부(30), 환경 변수 검출부(40), 그리고 제어부(50)를 포함한다.

가속 페달 위치 검출부(10)는 가속 페달의 위치값(가속 페달이 눌린 정도)을 측정하여 이에 대한 신호를 상기 제어부(50)에 전달한다. 가속 페달이 완전히 눌린 경우에는 가속 페달의 위치값이 100%이고, 가속 페달이 눌리지 않은 경우에는 가속 페달의 위치값이 0%이다. 가속 페달 위치 센서(10)를 사용하는 대신 흡기 통로에 장착된 스로틀 밸브 개도 센서를 사용할 수 있다. 따라서, 본 명세서 및 특허청구범위에서 가속 페달 위치 검출부(10)는 스로틀 밸브 개도 센서를 포함하고 가속 페달의 위치값은 스로틀 밸브의 개도를 포함하는 것으로 보아야 할 것이다.

차속 검출부(20)는 차량의 휠 등에 장착되어 차속을 검출하고 이에 대한 신호를 상기 제어부(50)에 전달한다.

SOC 검출부(30)는 배터리의 SOC를 검출하고 이에 대한 신호를 상기 제어부(50)에 전달한다. 배터리의 SOC를 직접 검출하는 대신 배터리의 전류 및 전압을 측정하고 이로부터 배터리의 SOC를 예측할 수도 있다.

환경 변수 검출부(40)는 엔진 환경 변수와 모터 환경 변수를 측정하고 이에 대한 신호를 제어부(50)에 전달한다. 엔진 환경 변수에는 현재 주행중인 차량의 고도, 엔진(60)의 마찰 토크, 그리고 엔진 오일의 온도를 포함할 수 있다.

현재 주행중인 차량의 고도는 한 사이클에서 엔진에 흡입되는 공기의 양 및 밀도, 그리고 주변 온도(ambient temperature)와 관련되어 있다. 한 사이클에서 엔진에 흡입되는 공기의 양과 밀도에 따라 엔진의 출력이 달라진다는 것은 당업자에게 자명하다.

또한, 엔진(60)의 마찰 토크는 엔진(60)의 출력 토크, 주변 온도, 냉각수 온도, 그리고 엔진 오일 온도 등에 따라 달라지게 되며, 수 많은 실험으로부터 얻어진 설정된 맵에 저장되어 있다.

엔진 오일의 온도는 주변 온도와 관련되어 있다. 따라서, 엔진 오일의 온도를 측정하는 대신 주변 온도를 사용할 수도 있다.

모터 환경 변수는 모터(70)의 온도 및 배터리의 SOC를 포함한다. 모터(70)의 출력은 모터(70)에 인가되는 전류와 기계적인 마찰과 관련되어 있다. 모터(70)에 인가되는 전류는 배터리의 SOC로부터 계산될 수 있고, 기계적인 마찰은 배터리의 SOC와 모터(70)의 온도로부터 계산될 수 있다.

제어부(50)에는 엔진(60)이 출력 가능한 최대 토크와 모터(70)가 출력 가능한 최대 토크가 저장되어 있으며, 차량의 크립 운행이 가능하도록 하는 크립 토크(엔진 토크와 모터 토크의 합)가 저장되어 있다. 제어부(50)는 상기 크립 토크를 최소 토크로 설정한다.

또한, 제어부(50)는 상기 검출부(10, 20, 30, 40)로부터 인가되는 신호를 수신하여 현재의 주행 상태에서 엔진(60)이 출력 가능한 최대 토크와 모터(70)가 출력 가능한 최대 토크를 계산하고, 엔진(60)이 출력 가능한 최대 토크와 모터(70)가 출력 가능한 최대 토크를 합하여 차량의 최대 토크를 계산한다.

또한, 제어부(50)는 가속 페달의 위치, 상기 최소 토크, 그리고 상기 차량의 최대 토크를 이용하여 가속 토크를 계산하고, 엔진(70)과 모터(60)가 부담하여야 할 엔진 부담 토크와 모터 부담 토크를 계산한다.

엔진(60)과 모터(70)는 상기 제어부(50)에서 계산된 엔진 부담 토크와 모터 부담 토크에 따라 작동된다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 가속 토크 제어 방법의 흐름도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 가속 토크 제어 방법은 차량이 시동된 상태(S210)에서 시작된다. 차량이 시동되면, 제어부(50)는 저장되어 있던 크립 토크를 최소 토크로 설정한다(S220). 크립 토크는 D 레인지에서 운전자가 가속 페달을 밟지 않고도(즉, 가속 페달의 위치값이 0%) 차량이 운행되기 위하여 필요한 토크를 말한다.

이 상태에서, SOC 검출부(30)는 배터리의 SOC를 검출하고 환경 변수 검출부(40)는 엔진 환경 변수와 모터 환경 변수를 검출한다. 상기 배터리의 SOC에 관한 신호 및 엔진 환경 변수와 모터 환경 변수에 관한 신호는 제어부(50)에 전달된다.

제어부(50)는 엔진 환경 변수를 고려하여 엔진(60)에서 출력 가능한 최대 토크를 계산한다(S230). 앞에서 언급한 바와 같이, 상기 엔진 환경 변수는 현재 운행되고 있는 차량의 고도, 엔진 마찰 토크, 그리고 엔진 오일 온도(주변 온도)를 포함한다.

상기 S230 단계는 차량의 고도에 따른 계수, 엔진 마찰 토크에 따른 계수, 그리고 엔진 오일 온도에 따른 계수를 계산하고, 정상 상태에서 엔진(60)에서 출력 가능한 최대 토크에 상기 계수들을 곱함으로써 엔진 환경 변수를 고려한 엔진(60)에서 출력 가능한 최대 토크가 계산된다.

또한, 제어부(50)는 모터 환경 변수를 고려하여 모터(70)에서 출력 가능한 최대 토크를 계산한다(S240). 앞에서 언급한 바와 같이, 모터 환경 변수는 모터(70)의 온도와 배터리의 SOC를 포함할 수 있다.

상기 S240 단계는 모터의 온도에 따른 계수와 배터리의 SOC에 따른 계수를 계산하고, 정상 상태에서 모터(70)에서 출력 가능한 최대 토크에 상기 계수들을 곱함으로써 모터 환경 변수를 고려한 모터(70)에서 출력 가능한 최대 토크가 계산된다.

그 후, 제어부(50)는 엔진(60)에서 출력 가능한 최대 토크와 모터(70)에서 출력 가능한 최대 토크를 합하여 차량의 최대 토크를 계산한다(S250).

그 후, 가속 페달 위치 검출부(10)는 운전자가 누르고 있는 가속 페달의 위치를 검출한다(S260). 그러면, 제어부(50)는 상기 가속 페달의 위치, 최소 토크, 그리고 차량의 최대 토크를 이용하여 가속 토크를 계산한다(S270).

본 발명의 실시예에 따른 가속 토크의 결정을 도 3을 참조로 보다 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따라 가속 토크를 계산하는 과정을 설명하기 위한 그래프이다.

도 3에서 가장 윗쪽의 점선은 종래의 방법에 따라 결정된 차량의 최대 토크 라인을 나타낸다. 그러나, 본 발명의 실시예에 따르면, 차량의 최대 토크가 환경 변수들에 따라서 감소하게 되며 윗쪽의 실선에 의하여 표시된다.

한편, 종래의 방법과 본 발명의 실시예에서 크립 토크가 최소 토크로 설정된다. 상기 최소 토크는 아랫쪽의 실선에 의하여 표시된다.

앞에서 언급한 바와 같이, 차속이 60km/h일 때 종래의 방법에 따른 가속 토크는 70Nm였다.

본 발명의 실시예에 따르면, 환경 변수를 고려하여 최소 토크는 -60Nm로 종래 방법의 최소 토크와 동일하나, 최대 토크는 환경 변수에 의하여 120Nm이다. 즉, 환경 변수에 의하여 차량의 최대 토크가 감소하게 된다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따르면 차량의 가속 토크는 다음과 같이 구해진다. 여기에서, 가속 페달의 위치값은 50%로 가정하자.

가속 토크 = (최대 토크 + 최소 토크) * 가속 페달의 위치값

= (120 - 60) * 0.5 = 30Nm

본 발명의 실시예에 따르면, 종래의 방법과 동일한 조건 하에서 차량의 가속 토크가 30Nm로 계산된다. 따라서, 환경 변수에 따라 가속 토크가 줄어들게 된다.

종래 방법에 따르면, 차량의 최대 토크가 변화하지 않으므로 차량의 가속 토크가 매우 높게 나타났다. 따라서, 모터(70)에 분담되는 토크 역시 높아 배터리의 SOC를 최적으로 유지하기가 매우 어려웠다.

그러나, 본 발명의 실시예에 따르면, 환경 변수를 고려하여 차량의 최대 토크가 변화되므로 모터(70)에 분담되는 토크가 최적으로 결정된다. 따라서, 배터리의 SOC를 최적으로 관리할 수 있다.

상기와 같이 차량의 가속 토크가 계산되면, 제어부(50)는 상기 가속 토크를 엔진(60)과 모터(70)에 부담시킨다. 엔진(60)에서 출력 가능한 최대 토크를 Tm,eng라 하고, 모터(70)에서 출력 가능한 최대 토크를 Tm,mot라 하면, 엔진(60)에 부담되는 토크(Teng)와 모터(70)에 부담되는 토크(Tmot)는 다음의 식에 따라 계산될 수 있다.

Teng = T * Tm,eng / (Tm,eng + Tm,mot)

Tmot = T * Tm,mot / (Tm,eng + Tm,mot)

여기서, T는 차량의 가속 토크를 나타낸다.

이와 같이, 엔진(60) 및 모터(70)에 부담되는 토크가 결정되면, 제어부(50)는 이 값을 기초로 엔진(60) 및 모터(70)를 제어하게 된다.

이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.

Claims

크립 토크(creep torque)를 최소 토크로 설정하는 단계;
엔진 환경 변수를 고려하여 엔진에서 출력 가능한 최대 토크를 계산하는 단계;
모터 환경 변수를 고려하여 모터에서 출력 가능한 최대 토크를 계산하는 단계;
엔진에서 출력 가능한 최대 토크와 모터에서 출력 가능한 최대 토크를 합하여 차량의 최대 토크를 계산하는 단계; 그리고
가속 페달의 위치, 상기 최소 토크, 그리고 상기 차량의 최대 토크를 이용하여 가속 토크를 계산하는 단계;
를 포함하며, 상기 엔진 환경 변수는 현재 주행중인 차량의 고도, 엔진 마찰 토크, 그리고 엔진 오일 온도를 포함하는 하이브리드 차량의 가속 토크 제어 방법.
삭제
제1항에 있어서,
상기 모터 환경 변수는 모터의 온도 및 배터리의 SOC(state of charge)를 포함하는 하이브리드 차량의 가속 토크 제어 방법.
가속 페달의 위치를 검출하는 가속 페달 위치 검출부;
차속을 검출하는 차속 검출부;
배터리의 SOC를 검출하는 SOC 검출부;
엔진 환경 변수와 모터 환경 변수를 검출하는 환경 변수 검출부; 그리고
크립 토크를 최소 토크로 설정하고, 엔진 환경 변수와 모터 환경 변수에 따른 차량의 최대 토크를 계산하며, 상기 가속 페달의 위치, 상기 최소 토크, 그리고 상기 차량의 최대 토크를 이용하여 가속 토크를 계산하는 제어부;
를 포함하며, 상기 엔진 환경 변수는 현재 주행중인 차량의 고도, 엔진 마찰 토크, 그리고 엔진 오일 온도를 포함하는 하이브리드 차량의 가속 토크 제어 장치.
제4항에 있어서,
상기 제어부는 엔진 환경 변수를 고려하여 엔진에서 출력 가능한 최대 토크를 계산하고, 모터 환경 변수를 고려하여 모터에서 출력 가능한 최대 토크를 계산하며, 상기 엔진에서 출력 가능한 최대 토크와 상기 모터에서 출력 가능한 최대 토크를 합하여 차량의 최대 토크를 계산하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 가속 토크 제어 장치.
삭제
제4항에 있어서,
상기 모터 환경 변수는 모터의 온도 및 배터리의 SOC(state of charge)를 포함하는 하이브리드 차량의 가속 토크 제어 장치.
제4항에 있어서,
상기 제어부는 계산된 가속 토크를 상기 엔진에서 출력 가능한 최대 토크와 상기 모터에서 출력 가능한 최대 토크의 비율에 따라 엔진과 모터에 분할하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 가속 토크 제어 장치.