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KR101766092B1 - 하이브리드 차량의 연비 향상을 위한 제어 방법 - Google Patents

하이브리드 차량의 연비 향상을 위한 제어 방법 Download PDF

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KR101766092B1
KR101766092B1 KR1020150178102A KR20150178102A KR101766092B1 KR 101766092 B1 KR101766092 B1 KR 101766092B1 KR 1020150178102 A KR1020150178102 A KR 1020150178102A KR 20150178102 A KR20150178102 A KR 20150178102A KR 101766092 B1 KR101766092 B1 KR 101766092B1
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torque path
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Abstract

본 발명은 엔진 효율을 높이는데 유리한 슬로우 토크 패스 모드를 확대 적용하여 연비 향상을 도모하기 위한 하이브리드 차량의 연비 향상을 위한 제어 방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 엔진 토크를 패스트 토크 패스 모드로 제어하여 엔진 토크 지령에 대해 신속하게 대응 가능하도록 하되, 엔진의 효율적인 제어를 위하여 엔진에 흡입되는 공기량에 기초하여 엔진 토크를 제어하는 슬로우 토크 패스 모드(slow torque path mode)에 진입 가능한 조건에서는 슬로우 토크 패스 모드로 엔진 토크를 제어하여 엔진 효율을 증대하고 연비 향상을 도모할 수 있도록 하는 하이브리드 차량의 연비 향상을 위한 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

Description

하이브리드 차량의 연비 향상을 위한 제어 방법 {Control method of hybrid electric vehicle}
본 발명은 하이브리드 차량의 연비 향상을 위한 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 엔진 효율을 높이는데 유리한 슬로우 토크 패스 모드를 확대 적용하여 연비 향상을 도모하기 위한 하이브리드 차량의 연비 향상을 위한 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로 하이브리드 차량은 엔진과 모터를 동력원으로 채택하여 사용하는 차량으로서, 엔진 또는 모터 동력을 별로도 주행 휠로 전달하거나, 엔진 및 모터 동력을 함께 주행 휠로 전달하도록 되어 있다.
이렇게 엔진과 구동모터에 의한 동력을 이용하는 하이브리드 차량은 엔진 토크의 효율적인 제어를 위하여 엔진의 토크 반응성을 고려하여 점화시기에 기초하여 엔진 토크 제어를 수행하는데, 점화시기를 기반으로 엔진 토크를 제어하는 경우 엔진이 토크 변동에 대해 신속하게 대응하기 위한 패스트 토크 패스 모드(fast torque path mode)로 항상 대기함에 의해 점화각 변경이 상대적으로 잦아지게 되어 엔진 효율이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명은 엔진 토크를 패스트 토크 패스 모드로 제어하여 엔진 토크 지령에 대해 신속하게 대응 가능하도록 하되, 엔진의 효율적인 제어를 위하여 엔진에 흡입되는 공기량에 기초하여 엔진 토크를 제어하는 슬로우 토크 패스 모드(slow torque path mode)에 진입 가능한 조건에서는 슬로우 토크 패스 모드로 엔진 토크를 제어하여 엔진 효율을 증대하고 연비 향상을 도모할 수 있도록 하는 하이브리드 차량의 연비 향상을 위한 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
이에 본 발명에서는, 차량의 변속 여부와 타행 주행 여부 및 엔진클러치의 접합 여부에 기초하여 엔진 토크 제어를 위한 토크 패스 모드를 결정하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 연비 향상을 위한 제어 방법을 제공한다.
구체적으로, 차량이 변속 중이 아니고 엔진클러치가 접합 상태이면, 타행 주행 상태인 경우와 타행 주행 상태가 아닌 경우 모두, 엔진의 토크 패스 모드를 슬로우 토크 패스 모드로서 결정하고,
차량이 변속 중이되 제동을 위한 변속 상태가 아닌 동시에, 엔진클러치가 접합 상태이고, 타행 주행 상태가 아니면, 엔진의 토크 패스 모드를 슬로우 토크 패스 모드로서 결정하고,
차량이 변속 중이되 제동을 위한 변속 상태가 아닌 동시에, 엔진클러치가 접합 상태이고, 타행 주행 상태이면, 엔진의 토크 패스 모드를 패스트 토크 패스 모드로서 결정한다.
아울러, 상기의 제어 방법은 엔진과 모터 사이에 엔진클러치가 설치되고, 타행 주행 시에 상기 엔진에 부착된 HSG(Hybrid Starter Generator)를 통해 모터의 동력원인 배터리의 충전이 가능하도록 된 하이브리드 차량에 적용 가능하다.
본 발명에 따른 하이브리드 차량의 제어 방법에 의하면, 패스트 토크 패스 모드 대비 엔진 토크 지령에 대한 추종성이 떨어지긴 하나 엔진 효율을 증대하는데 유리한 슬로우 토크 패스 모드를 운전성을 저해하지 않는 범위 내에서 적용함으로써 엔진 효율을 높이고 연비 향상을 도모할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 제어 방법을 적용가능한 하이브리드 차량의 동력전달 시스템을 나타낸 예시도
도 2는 슬로우 토크 패스 모드로 엔진 토크 제어시 엔진 토크 지령과 실제 엔진 토크를 나타낸 예시도
도 3은 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도
먼저, 본 발명의 이해를 돕기 위하여, 하이브리드 차량용 동력전달 시스템의 구조를 살펴보도록 한다.
하이브리드 차량은 엔진과 모터를 동력원으로 채택하여 사용하는 차량으로서, 엔진 또는 모터 동력을 별로도 주행 휠로 전달하거나, 엔진 및 모터 동력을 함께 주행 휠로 전달하는 동력전달 시스템이 탑재되어 있다.
하이브리드 차량용 동력전달 시스템의 일례는 첨부한 도 1에 도시된 바와 같이, 서로 직렬로 배열되는 엔진(10) 및 구동모터(12), 엔진(10) 및 구동모터(12) 사이에 배열되어 엔진 동력을 전달 또는 단절시키는 엔진클러치(13)와, 구동모터 또는 구동모터 및 엔진 동력을 주행 휠로 변속하여 출력하는 변속기(14)와, 엔진의 크랭크 풀리와 동력 전달 가능하게 연결되어 엔진시동 및 배터리 충전을 위한 발전을 하는 일종의 모터인 HSG(16, Hybrid Starter Generator)와, 모터 제어 및 발전 제어를 위한 인버터(18)와 구동모터(12) 등에 전력을 제공하도록 인버터와 충방전 가능하게 연결되는 배터리(20) 등을 포함하여 구성된다.
이러한 하이브리드 차량용 동력전달 시스템은 모터가 자동변속기쪽에 붙어 있는 타입으로서, TMED(Transmission Mounted Electric Device) 방식이라 불리우며, 구동모터의 동력만을 이용하는 순수 전기자동차 모드인 EV(electric vehicle)모드와, 엔진을 주동력으로 하면서 구동모터를 보조동력으로 이용하는 HEV(hybrid electric vehicle)모드와, 차량의 제동 혹은 관성에 의한 주행시 차량의 제동 및 관성 에너지를 모터에서 발전을 통하여 회수하여 배터리에 충전하는 회생제동(RB: Regenerative Braking)모드 등의 주행모드를 제공한다.
또한, 하이브리드 차량에는 시스템을 구성하는 각 장치별로 제어기를 구비하고 있는데, 하이브리드 차량의 전반의 제어를 담당하는 하이브리드 제어기(HCU: Hybrid Control Unit)를 비롯하여 엔진 작동의 전반을 제어하는 엔진 제어기(ECU: Engine Control Unit), 구동모터 작동의 전반을 제어하는 모터 제어기(MCU: Motor Control Unit), 변속기를 제어하는 변속기 제어기(TCU: Transmission Control Unit), 배터리 상태를 감시하고 관리하는 배터리 제어기(BMS: Battery Management System) 등이 구비되어 있다.
본 발명에서는 패스트 토크 패스 모드 대비 엔진 토크 지령에 대한 추종 정확도가 떨어지긴 하나 엔진 효율을 증대하는데 유리한 슬로우 토크 패스 모드를 운전성을 저해하지 않는 범위 내에서 적용하기 위하여, 상기 하이브리드 제어기가 제어 주체가 되어 엔진의 토크 패스 모드를 결정함으로써 엔진 효율을 높이고 연비 향상을 도모할 수 있도록 한다.
상기 패스트 토크 패스 모드는 엔진의 점화시기에 기초하여 엔진 토크를 제어하는 토크 패스 모드로서, 점화시기에 기초하여 엔진 토크 지령을 빠르게 추종하여 상대적으로 토크 정확도가 우수한 반면, 엔진 토크 지령을 빠르게 추종하여 토크 변동에 대응하는 과정에서 상대적으로 잦은 점화각 변경이 발생한다.
상기 슬로우 토크 패스 모드는 연소를 위해 엔진에 흡입되는 공기량에 기초하여 엔진 토크를 제어하는 토크 패스 모드로서, 엔진에 흡입되는 공기 유동성 등으로 인해 엔진 토크 지령에 대한 추종이 상대적으로 지연되어 토크 정확도가 저하되는 반면, 토크 변동에 대응하는 과정에서 점화각 변경이 상대적으로 감소되어 엔진 효율을 증대하는데 유리하다.
첨부한 도 2는 슬로우 토크 패스 모드로 엔진 토크 제어시 엔진 토크 지령과 실제 엔진 토크를 나타낸 예시도이다.
도 2를 보면, 엔진 토크가 슬로우 토크 패스 모드로 제어시, 실제 엔진 토크가 엔진 토크 지령을 정확하게 추종하지 못하기 때문에 변속을 수행할 경우 토크 정확도가 떨어져 쉬프트 퀄리티(shift quality)가 악화되며, 엔진클러치의 접합 및 해제 시에도 엔진 토크 지령 대비 실제 엔진 토크가 크게 출력되거나 작게 출력되는 등 차이가 발생하기 때문에 엔진클러치가 접합될 때 운전자 요구토크가 불만족되거나 또는 엔진클러치가 해제될 때 해제 지연이 발생하여 연비 및 운전성에 악영향을 미치게 된다.
이에 본 발명에서는 하이브리드 제어기에서 운전성이 저해되지 않는 범위에서 슬로우 토크 패스 모드의 진입 및 해제 제어 조건을 판단하고, 진입 조건을 만족할 때에만 엔진의 토크 패스 모드를 슬로우 토크 패스 모드로 결정하여 슬로우 토크 패스 모드로 엔진 토크가 제어됨에 의해 토크 정확도가 저하되는 상황에서도 기존과 동등한 수준의 운전성을 확보할 수 있도록 한다.
본 발명에 의하면, TMED 타입의 하이브리드 차량에서 슬로우 토크 패스 모드의 확대 적용을 위해서는, 기본적으로 변속시와 변속 상태가 아닌 경우를 구분하여 엔진의 토크 패스 모드를 결정하여야 운전성(drivability)을 기존 차량(본 발명이 적용되기 전의 차량)과 동등하게 유지할 수 있다.
이에 따라, 차량의 변속 여부와 더불어, 엔진클러치의 접합(혹은 lock up) 여부, 차량의 타행 주행 여부를 기준으로 엔진의 토크 패스 모드를 결정한다.
다시 말해, 차량의 변속 여부를 판단하고, 엔진클러치의 접촉 및 해제 상태를 판단하고, 타행 주행 여부를 판단한 결과에 의해 엔진의 토크 패스 모드를 슬로우 토크 패스 모드 또는 패스트 토크 패스 모드로서 하이브리드 제어기가 결정하고, 상기 하이브리드 제어기에서 결정된 토크 패스 모드 정보를 수신한 엔진 제어기에서는 상기 수신한 정보를 기반으로 엔진 토크 제어를 수행한다.
이렇게 엔진 토크를 제어할 경우 변속 중 슬로우 토크 패스 모드의 적용 범위가 확대 가능하고, 엔진클러치의 접합 및 해제 시에도 슬로우 토크 패스 모드의 적용 범위가 확대 가능하다.
그리고, 드라이버 모드 중 엔진 토크 지령의 변동이 크고 잦은 스포츠 모드 및 매우 낮은 배터리 SOC(State Of Charge)에서의 재가속 발진을 위해서 엔진클러치의 접합을 유지하는데, 엔진클러치가 접합된 상태에서 회생제동이 이루어지거나 회생제동 중 변속이 이루어지는 경우, 또는 엔진 토크 지령 대비 토크 정확도가 떨어진 상황에서 회생제동을 수행하는 경우, 운전성 악화가 발생하게 되므로, 상기와 같이 재가속 발진을 위해 엔진클러치가 접합된 상태에서는 슬로우 토크 패스 모드를 사용하지 않는 것이 유리하다.
첨부한 도 3은 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 슬로우 토크 패스 모드 진입 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3을 보면, 먼저 차량 제동을 위한 변속 중인지 여부를 판단한다.
브레이크 페달을 밟아 제동을 하는 경우, 패스트 토크 패스 모드 시에는 엔진과 모터 사이에 연결된 엔진클러치가 해제 상태가 되어 모터에서 엔진으로 전달되는 토크가 '0'이 되나, 슬로우 토크 패스 모드 시에는 엔진클러치가 해제되지 못하고 접합 상태를 유지하는 경우가 발생하고 이 경우 '0'보다 큰 모터 토크가 엔진으로 전달되어 제동 선형성이 와해된다.
또한, 브레이크 페달을 밟아서 제동하는 경우, 주행 안정성을 확보하기 위하여, 실제 엔진 토크는 엔진 토크 지령에 대한 정확한 토크 추종이 이루어져야 한다.
따라서, 차량 제동을 위한 변속 중인 경우에는 엔진클러치의 접합 여부에 상관없이 즉, 엔진클러치가 접합 상태인 경우와 해제 상태인 경우 모두, 엔진의 토크 패스 모드를 패스트 토크 패스 모드로서 결정한다.
그리고, 차량 제동을 위한 변속 중이 아닌 경우에는, 엔진클러치가 해제 상태이면, 엔진의 토크 패스 모드를 패스트 토크 패스 모드로서 결정하여, 엔진 토크가 패스트 토크 패스 모드로 제어되도록 한다.
본 발명에 의하면, 하이브리드 제어기에서는 기본적으로 엔진의 토크 패스 모드를 패스트 토크 패스 모드로 유지하고, 차량의 변속 여부, 엔진클러치의 접합 여부, 차량의 타행 주행 여부를 기준으로 슬로우 토크 패스 모드로의 진입 조건이 만족될 때에만 엔진의 토크 패스 모드를 슬로우 토크 패스 모드로 결정한다.
그러나, 엔진클러치가 접합해제 상태인 경우에는 일시적으로 엔진 제어기가 주체가 되어 엔진의 토크 패스 모드를 판단하게 되므로, 하이브리드 제어기에서는 기본적인 토크 패스 모드인 패스트 토크 패스 모드를 유지하도록 결정한다.
다음, 엔진클러치가 접합 상태이고 기어단이 변경되는 변속 상태가 아니면, 타행 주행 여부에 상관없이 즉, 타행 주행 상태인 경우와 타행 주행 상태가 아닌 경우 모두, 엔진의 토크 패스 모드를 슬로우 토크 패스 모드로서 결정한다.
엔진클러치가 해제상태인 경우 또는 변속 중인 경우 동력전달 시스템(구체적으로, 엔진의 발생 동력을 전달하는 엔진클러치와 변속기를 포함하는 동력전달장치) 내부에서 유압의 거동이 변경되며, 이러한 유압 변동이 발생하는 경우 엔진 토크의 과도한 변화가 발생하는 트렌젼트(transient) 상황이 맞물리게 되면 변속 중 쉬프트 퀄리티(Shift Quality)가 악화되거나 엔진클러치의 해제에 있어서 운전성이 악화된다.
그러나, 엔진클러치가 접합 상태인 동시에 변속 중이 아닐 때는 상기의 유압 변동이 미발생하므로, 엔진 토크가 변동되는 타행 주행 여부에 상관없이 엔진의 토크 패스 모드를 결정할 수 있으며, 또한 엔진 토크만 변동되는 경우 운전성에 악영향이 미치지 않으므로, 엔진의 토크 패스 모드로서 슬로우 토크 패스 모드를 사용 가능하다.
계속해서, 기어단이 변경되는 변속 상태이긴 하나 차량 제동을 위한 변속 중이 아닌 동시에, 엔진클러치가 접합 상태이고 타행 주행 상태가 아니면, 엔진의 토크 패스 모드를 슬로우 토크 패스 모드로서 결정한다.
변속 상태이긴 하나 차량 제동을 위한 변속 중이 아닌 동시에 타행 주행 상태가 아닌 경우는 운전자 요구에 따른 주행(예를 들어, 가속 또는 정속 주행 등)이 이루어지는 상태이므로, 엔진 토크의 변동이 발생하긴 하나 과도한 변동이 발생하는 트렌젼트 상황이 아니기 때문에, 엔진 토크가 슬로우 토크 패스 모드로 제어되어도 운전성이 악화되지 않는다.
좀더 설명하면, 엔진 토크가 과도하게 변동되는 상황이 아닌 경우, 슬로우 토크 패스 모드로 엔진 토크가 제어되어도 실제 엔진 토크가 엔진 토크 지령을 다소 정확하게 추종하지 못하더라도 운전성이 악화되지 않으므로, 기어단이 변경되는 변속 상태이긴 하나 차량 제동을 위한 변속 중이 아닌 동시에, 엔진클러치가 접합 상태이고 타행 주행 상태가 아니면, 엔진의 토크 패스 모드로서 슬로우 토크 패스 모드를 사용 가능하다.
또한, 기어단이 변경되는 변속 상태이긴 하나 차량 제동을 위한 변속 중이 아닌 동시에, 엔진클러치가 접합 상태이고, 가속 페달을 오프하여 엔진 구동을 중단(즉, 연료 분사를 중단)하고 주행중이던 차속에 의해 주행하는 타행 주행 상태이면, 엔진의 토크 패스 모드를 패스트 토크 패스 모드로서 결정한다.
타행 주행 중에는 엔진 토크가 과도하게 변동되는 트렌젼트 상태에 놓이게 되어 차속 감소에 따른 기어단 변경이 추가 발생할 수 있는데, 슬로우 토크 패스 모드로 엔진 토크가 제어되는 경우 실제 엔진 토크가 엔진 토크 지령을 정확하게 추종하지 못함에 따라 기어단 변경시 토크 정확도가 떨어져 쉬프트 퀄리티가 악화되므로, 엔진의 토크 패스 모드를 패스트 토크 패스 모드로 결정하는 것이 바람직하다.
또한, TMED 타입의 하이브리드 차량은 상기 타행 주행 중에 차륜으로부터 엔진클러치를 통해 전달되는 동력에 의해 엔진에 부착된 HSG(Hybrid Starter Generator)를 이용한 배터리 충전이 수행되는데, 이때 효율적인 배터리 충전을 위하여 엔진 토크 지령을 정확하게 추종할 수 있도록 패스트 토크 패스 모드로 엔진 토크를 제어하는 것이 바람직하다.
이와 같이 본 발명에서는 엔진 토크 지령에 대한 정확한 토크 추종이 필요한 경우에는 패스트 토크 패스 모드로 엔진 토크를 제어할 수 있도록 결정하고, 그 외의 경우에는 슬로우 토크 패스 모드로 엔진 토크를 제어할 수 있도록 결정함으로써, 엔진 토크 지령에 대한 토크 추종 정확도가 떨어지는 슬로우 토크 패스 모드로 엔진 토크를 제어함에도 운전성을 확보할 수 있으며, 슬로우 토크 패스 모드의 적용 범위가 확대되어 엔진 효율 증대에 따른 연비 향상을 도모할 수 있게 된다.
이상으로 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하였는바, 본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.

Claims (6)

  1. 차량의 변속 여부와 타행 주행 여부 및 엔진클러치의 접합 여부를 판단한 결과에 기초하여 엔진 토크 제어를 위한 토크 패스 모드를 결정하여, 엔진의 흡입 공기량에 기초하여 엔진 토크를 제어하는 슬로우 토크 패스 모드에 진입 가능한 조건에서는 슬로우 토크 패스 모드로 엔진 토크를 제어할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 연비 향상을 위한 제어 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    차량이 변속 중이 아니고 엔진클러치가 접합 상태이면, 타행 주행 상태인 경우와 타행 주행 상태가 아닌 경우 모두, 엔진의 토크 패스 모드를 슬로우 토크 패스 모드로서 결정하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 연비 향상을 위한 제어 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    차량이 변속 중이되, 엔진클러치가 접합 상태이고, 타행 주행 상태가 아니면, 엔진의 토크 패스 모드를 슬로우 토크 패스 모드로서 결정하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 연비 향상을 위한 제어 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    차량이 변속 중인 동시에, 엔진클러치가 접합 상태이고, 타행 주행 상태이면, 엔진의 토크 패스 모드를 패스트 토크 패스 모드로서 결정하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 연비 향상을 위한 제어 방법.
  5. 청구항 3 또는 4에 있어서,
    상기 차량은 변속 중이되 제동을 위한 변속 상태가 아닌 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 연비 향상을 위한 제어 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 차량은 엔진과 모터 사이에 엔진클러치가 설치되고, 타행 주행 시에 상기 엔진에 부착된 HSG(Hybrid Starter Generator)를 통해 모터의 동력원인 배터리의 충전이 가능하도록 된 하이브리드 차량인 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 연비 향상을 위한 제어 방법.
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