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KR102537877B1 - 하이브리드 자동차 및 그를 위한 주행 제어 방법 - Google Patents

하이브리드 자동차 및 그를 위한 주행 제어 방법 Download PDF

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KR102537877B1
KR102537877B1 KR1020180132801A KR20180132801A KR102537877B1 KR 102537877 B1 KR102537877 B1 KR 102537877B1 KR 1020180132801 A KR1020180132801 A KR 1020180132801A KR 20180132801 A KR20180132801 A KR 20180132801A KR 102537877 B1 KR102537877 B1 KR 102537877B1
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이경택
허지욱
신동준
심재윤
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현대자동차주식회사
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Abstract

본 발명은 내연 기관의 배기 가스를 정화하는 수단을 구비하는 하이브리드 자동차 및 그를 위한 배기 가스 정화 수단의 가동 제어 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 모터, 배기 가스 정화 수단을 구비한 엔진 및 상기 전기 모터와 상기 엔진 사이에 배치되는 엔진 클러치를 포함하는 하이브리드 자동차의 제어 방법은, 상기 배기 가스 정화 수단의 가동 요청이 있는 경우, 적어도 주행 부하와 관련된 제1 조건을 포함하는 주행 환경 조건을 판단하는 단계; 상기 판단의 결과에 따라 상기 배기 가스 정화 수단의 가동시 상기 엔진 클러치의 상태 및 상기 배기 가스 정화 수단의 가동 조건을 결정하는 단계; 및 상기 결정된 가동 조건이 만족되는 동안, 상기 결정된 상기 엔진 클러치의 상태를 유지하면서 상기 배기 가스 정화 수단을 가동시키는 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 내연 기관의 배기 가스를 정화하는 수단을 구비하는 하이브리드 자동차 및 그를 위한 배기 가스 정화 수단의 가동 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 가동하여 동력을 얻는 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.
한편, 연비가 중요시되는 HEV/PHEV(Plug-in Hybrid Electric Vehicle)의 경우 엔진(110)은 연비 극대화를 위하여 일반적으로 사용되는 오토 사이클 대신 애킨슨 사이클 방식이 선호된다. 그러나, 애킨슨 사이클 방식은 오토 사이클 대비 출력이 떨어지는 경향이 있어 가솔린 직분사(GDI) 엔진 및 터보 가솔린 직분사(T-GDI) 방식도 적용되고 있는 추세이다.
그러나, GDI 엔진은 다중점 분사(MPI) 엔진 대비 그을음(soot)이 많이 발생하는 특징이 있다. 그런데, 그을음과 같은 배기가스에 포함되는 유해 물질 저감에 민감한 유럽 등의 국가를 시작으로 GDI 엔진의 배기가스 규제도 강화되는 추세이다. 이러한 배기가스 규제에 대응하기 위하여 배기 가스 정화 수단, 예컨대, 가솔린 미립자 필터(GPF : Gasoline Particulate Filter)의 적용이 고려될 수 있다. GPF는 연소 시 발생하는 그을음을 내부에 저장해두었다가 일정 조건이 만족되면 이를 연소처리하는 방식으로 그을음을 저감시키는 장치이며, GPF 재생이란 축적된 그을음을 태워 처리함을 의미한다. 일반적인 HEV/PHEV의 경우 GPF재생 시 엔진클러치(130)를 해제 후 HSG(120)를 통해 엔진을 구동한다. 이를 도 2를 참조하여 설명한다.
도 2는 일반적인 하이브리드 자동차에서 GPF 재생이 수행되는 형태의 일례를 나타낸다. 도 2를 참조하면, GPF 재생은 온도가 가장 중요한 조건이 되는데, GPF 온도가 미리 설정된 GPF 재생 진입온도에 도달할 경우, 엔진 제어기(EMS: Engine Manegement System)에서 GPF 재생 요청을 수행한다. 그에 따라, 상위 제어기(예컨대, HCU: Hybrid Control Unit)는 GPF 재생을 위해 엔진클러치(130)를 해제시키고, HSG(120)를 통해 엔진을 구동하며, 이때 엔진은 연료 분사 중단(Fuel Cut) 상태가 된다. GPF 재생이 완료되면, 다시 엔진클러치(130)가 결합될 수 있다.
그런데, GPF 재생 진입온도를 상회하기 위해서는 엔진(110)의 구동이 필수적이나, HEV/PHEV의 경우 엔진(110)이 오프되는 경우가 잦아 문제된다. 즉, GPF 재생이 가능한 온도에 도달하더라도, EV 모드에 진입하면 엔진(110) 가동이 중단되어 GPF 온도가 급격히 떨어져 필요한 시점에 즉시 GPF 재생을 수행하기 어렵게 된다.
뿐만 아니라, GPF 재생의 문제점은 등판 주행에서도 나타난다. 등판주행 시에도 이러한 방식이 적용될 수 있으나, 엔진 On/Off 전략이 평지주행과는 상이한 것이 보통이므로, 차별화된 GPF재생 전략이 필요하다. 이를 도 3을 참조하여 설명한다.
도 3은 일반적인 하이브리드 자동차에서 등판 주행시와 강판 주행시 엔진 클러치 상태를 설명하기 위한 도면이다. 도 3의 (a)에는 등판 주행시 엔진과 가속페달 조작 상태가, 도 3의 (b)에는 강판 주행시 엔진과 가속 페달 조작 상태가 각각 도시된다.
먼저, 도 3의 (a)를 참조하면, 등판 주행 중에는 가속 페달 조작량이 많은 것이 일반적이므로 요구 파워가 높아 엔진 클러치는 결합 상태로 유지되는 빈도가 높다. 이와 달리, 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이, 강판 주행 중에는 경사도에 의해 차량이 가속되므로 가속 페달 센서(APS)가 오프되는 경우가 빈번하며, 그에 따라 엔진 오프로 인한 엔진 클러치의 해제도 빈번하게 발생한다.
따라서, 등판 주행시에는 간헐적으로 APS 오프가 발생하더라도 바로 APS 온되는 경우가 많기 때문에, APS 값에 따른 잦은 엔진 온/오프 및 엔진 클러치 결합/해제가 발생하는 경우 GPF 재생을 위한 온도나 시간 확보가 어렵다.
따라서, 등판 상황과 강판 상황을 고려한 차별화된 GPF 재생 제어 방법이 요구된다.
본 발명은 보다 효율적으로 GPF 재생을 수행할 수 있는 하이브리드 자동차 및 그 제어 방법을 제공하기 위한 것이다.
특히, 본 발명은 등판 상황을 고려하여 GPF 재생을 수행할 수 있는 하이브리드 자동차 및 그 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 전기 모터, 배기 가스 정화 수단을 구비한 엔진 및 상기 전기 모터와 상기 엔진 사이에 배치되는 엔진 클러치를 포함하는 하이브리드 자동차의 제어 방법은, 상기 배기 가스 정화 수단의 가동 요청이 있는 경우, 적어도 주행 부하와 관련된 제1 조건을 포함하는 주행 환경 조건을 판단하는 단계; 상기 판단의 결과에 따라 상기 배기 가스 정화 수단의 가동시 상기 엔진 클러치의 상태 및 상기 배기 가스 정화 수단의 가동 조건을 결정하는 단계; 및 상기 결정된 가동 조건이 만족되는 동안, 상기 결정된 상기 엔진 클러치의 상태를 유지하면서 상기 배기 가스 정화 수단을 가동시키는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 모터, 배기 가스 정화 수단을 구비한 엔진 및 상기 전기 모터와 상기 엔진 사이에 배치되는 엔진 클러치를 포함하는 하이브리드 자동차는, 상기 엔진을 제어하며, 상기 배기 가스 정화 수단의 가동을 요청하는 제1 제어기; 및 상기 요청이 있는 경우, 적어도 주행 부하와 관련된 제1 조건을 포함하는 주행 환경 조건을 판단하고, 상기 판단의 결과에 따라 상기 배기 가스 정화 수단의 가동시 상기 엔진 클러치의 상태 및 상기 배기 가스 정화 수단의 가동 조건을 결정하며, 상기 결정된 가동 조건이 만족되는 동안, 상기 결정된 상기 엔진 클러치의 상태를 유지하면서 상기 배기 가스 정화 수단이 가동되도록 제어하는 제2 제어기를 포함할 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 관련된 하이브리드 자동차는 GPF 재생을 보다 효율적으로 수행할 수 있다.
특히, 경사도, 포집된 그을음의 양, 외기온 등 다양한 인자가 고려되어 엔진 클러치와 요구 파워에 따른 GPF 재생이 제어되므로 효율적이다.
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 본 발명의 실시예들이 적용될 수 있는 하이브리드 자동차의 파워 트레인 구조의 일례를 나타낸다.
도 2는 일반적인 하이브리드 자동차에서 GPF 재생이 수행되는 형태의 일례를 나타낸다.
도 3은 일반적인 하이브리드 자동차에서 등판 주행시와 강판 주행시 엔진 클러치 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예들이 적용될 수 있는 하이브리드 자동차의 제어 계통의 일례를 나타내는 블럭도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 주행 환경 조건과 GPF 재생 진입 비율의 관계의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 6은 GPF 재생 진입비율에 따른 GPF 재생 최종 진입 여부가 판단되는 형태를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 GPF 재생 제어 과정의 일례를 나타낸다.
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 GPF 재생 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 4에 도시된다.
도 4는 본 발명의 실시예들이 적용될 수 있는 하이브리드 자동차의 제어 계통의 일례를 나타내는 블럭도이다.
도 4 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 EC의 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 4의 구성은 하이브리드 자동차의 일 구성례일 뿐, 실시예에 적용 가능한 하이브리드 자동차는 이러한 구조에 한정되지 아니함은 당업자에 자명하다 할 것이다.
한편, 전술된 바와 같이, 일반적인 하이브리드 자동차에서는 엔진 제어기(210)에서 GPF 재생 요청을 하면 하이브리드 제어기(240)에서 GPF 재생 진입여부를 결정하며, 엔진클러치(130)가 해제된 이후 연료 분사 중단 상태에서 HSG(120)를 이용하여 엔진(110)을 회전시켜 GPF 재생이 수행된다. 그런데, HEV/PHEV 차량의 경우 내연 기관만 구비한 차량과는 다르게 엔진(110)의 온/오프가 빈번하기 때문에 엔진 오프시 시 GPF온도가 급격히 내려가서 엔진 제어기(210)의 GPF 재생 요청에 하이브리드 제어기(240)가 즉각적으로 응답하기 어렵다. 뿐만 아니라, 일반적인 하이브리드 차량은 등/강판주행 시 별도의 차별화된 GPS 재생 전략이 없기 때문에, 등판과 같은 고부하 영역에서는 엔진클러치(130) 결합을 유지하고 주행하는 빈도가 높은 상황에서는 GPF재생 요청이 있더라도 엔진클러치(130) 결합으로 HSG(120)를 이용한 GPF 재생 진입이 어렵다. 강판과 같은 저부하 영역에서는 엔진 클러치(130)가 해제되는 빈도는 높으나, 이러한 상태의 유지가 보장되는 것도 아니다.
따라서, 본 발명의 실시예들에서는, 효율적인 GPF 재생 제어를 위해, GPF 재생에 영향을 미치는 다양한 인자를 고려하여 GPF 재생의 진입 조건이 가변적으로 설정되도록 할 것을 제안한다.
본 실시예의 일 양상에 의하면, GPF 재생에 영향을 미치는 인자로 그을음 퇴적량, 외기온도 및 경사도를 들 수 있다. 이는 그을음 퇴적량이 높으면 엔진 제어기(210)가 하이브리드 제어기(240)에 잦은 GPF 재생 요청을 전달하게 되며, 외기온도가 낮으면 GPF 재생 진입을 위한 최소 온도 조건의 만족이 어려우며, 경사도는 엔진 클러치 해제 여부에 영향을 주기 때문이다. 여기서, 각 정보는 하이브리드 제어기에서 취합될 수 있는데, 경사도 정보는 경사도 센서에 의해 획득될 수 있으며, 외기온도는 외기 센서에 의해, GPF의 그을음 퇴적량은 엔진 제어기로부터 하이브리드 제어기에 획득될 수 있다.
본 실시예의 일 양상에 의하면, GPF 재생 제어 과정은 GPF 재생 요청이 있을 경우 주행 환경 조건을 고려하여 그을음을 연소시킬 때 엔진 클러치를 해제 상태로 둘 것인지, 결합 상태로 둘 것인지 여부가 결정하는 과정을 포함할 수 있다. 여기서 주행 환경 조건은 상술한 GPF 재생에 영향을 미치는 인자의 개별 상태를 의미할 수 있다.
엔진 클러치를 해제 상태로 둘 경우, 차량은 EV 모드 주행 상태가 되며, HSG를 통해 엔진을 회전시키게 됨은 전술한 바와 같다. 이와 달리, 엔진 클러치를 결합시킬 경우, 엔진은 연료 분사 중단 상태가 되며 엔진은 전기 모터의 구동력과 휠의 회전 관성에 의해 함께 회전하게 되면서 GPF 재생이 수행될 수 있다.
주행 환경 조건 중 경사도 조건은 다음과 같이 고려될 수 있다.
본 실시예에서는 등판 주행과 같은 고부하 영역에서 엔진 클러치를 결합한 상태로 GPF 재생이 수행될 수 있는데, 이는 등판 상황에서 APS 오프가 간헐적으로 발생하더라도 곧 APS 온을 통한 재가속 발생확률이 높으므로, GPF 재생 요청시 엔진 클러치 결합을 강제로 유지하고 GPF 재생을 수행하는 것이 추가적인 엔진 클러치 해제/재결합 반복을 방지하여 경로 손실을 최소화할 수 있기 때문이다. 이와 달리, 강판주행과 같은 저부하영역에서는 엔진클러치 해제상태를 유지하고 주행하는 빈도가 높기 때문에 GPF 재생 요청 시 엔진클러치 해제 상태를 강제로 유지하고 HSG를 통한 GPF재생을 실시하여 빠르게 재생을 완료시킬 수 있다.
다음으로, 주행 환경 조건 중 그을음 퇴적향과 외기온은 다음과 같이 고려될 수 있다.
GPF 재생을 하지 못하여 그을음이 GPF 내에 계속 쌓이게 되면 GPF 재생을 위한 지속적인 엔진 가동을 엔진제어기에서 요청하기 때문에 연비가 악화될 가능성이 크다. 따라서, 그을음 퇴적량을 클 경우 빠른 GPF 재생이 가능하도록 GPF 재생의 진입조건을 변동시킬 수 있다. 또한, 외기온도가 낮을 경우 GPF재생을 위한 최소 온도에 도달하기 어렵기 때문에, 주행 중 온도조건이 만족되면 신속히 GPF 재생에 진입할 수 있도록 진입조건을 변동시킬 수 있다.
상술한 바와 같은 주행 환경 조건을 고려한 GPF 재생의 진입 조건 변동을 그래프로 정리하면 도 5와 같다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 주행 환경 조건과 GPF 재생 진입 비율의 관계의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 5를 참조하면, 경사도가 급한 강판에 가까울수록 엔진클러치 해제중 재생 형태로 GPF 재생에 진입하는 비율이 높게 설정되고, 급한 등판에 가까울수록 엔진 클러치 결합중 재생 형태로 GPF 재생에 진입하는 비율이 높게 설정될 수 있다.
또한, 외기온이 낮을 수록(cold) 외기온이 높은 경우(warm)보다 GPF 재생에 진입하는 비율이 높으며, 그을음 퇴적량이 클수록(soot large) 그렇지 않은 경우(soot small)보다 GPF 재생에 진입하는 비율이 높게 설정될 수 있다.
결국, 경사도가 증가할수록, 그을음 퇴적량이 클수록, 외기온이 낮을수록 GPF 재생의 진입비율이 증가하되, GPF 재생 방식에 있어서는 강판 주행일 경우 엔진 클러치 해제중 GPF 재생이 수행되고, 등판 주행일 경우 엔진 클러치 결합중 GPF 재생이 수행되게 된다. 물론, 등판과 강판 여부에 따른 GPF 재생 방식의 결정은, 등/강판 여부 대신 주행 부하로 대체될 수 있다.
아울러, 엔진 클러치 결합 중 GPF 재생 진입비율은 "α"라 칭할 수 있고, 엔진 클러치 해제 중 GPF 재생 진입비율은 "β"라 칭할 수 있다. 즉, 경사도에 따라 GPF 재생 진입비율이 "α"인지 또는 "β"인지 여부가 결정되며, "α" 또는 "β"의 크기는 외기온, 그을음 퇴적량 및 경사도의 크기가 함께 고려되어 결정된다.
도 5의 그래프는 아래 표 1 내지 표 3과 같은 참조표(Look-up Table) 형태로 대체될 수도 있다.
항목 경사도
강판 평지 등판
그을음 많음 a b c
포집량 보통 d e f
적음 g h i
항목 외기온
낮음 보통 높음
factor j k l
표 1을 참조하면, 경사도와 그을음 포집량 정도에 대한 제1 팩터가 정의되고, 표 2에서 외기온에 대한 제2 팩터가 정의될 수 있다. 이러한 제1 팩터 및 제2 팩터는 다시 아래 표 3을 참조하여 최종적인 "α" 또는 "β"의 값이 결정될 수 있다.
주행조건 항목 경사도
그을음 포집량
외기온
진입비율 α β
"α" 또는 "β"의 값이 결정되면, 각 값은 파워의 단위, 즉, 진입비율 "α"는 파워를 나타내는 "α'"로, 진입비율 "β"는 파워를 나타내는 "β'"로 각각 환산될 수 있다. 이때, 진입비율과 파워의 교환비는 파워 트레인 구성이나 GPF의 효율/그을음 퇴적용량 등을 고려하여 차량마다 상이하게 설정될 수 있음은 당업자에 자명하다. 다만, α 또는 β 값이 클수록 GPF 재생 진입은 빠르고 GPF 재생 가능시간은 증가하는 것으로 볼 수 있다.
진입비율이 파워로 환산되면, 전기 모터의 출력 가능 파워에 환산된 파워가 합산되어 GPF 재생 진입 여부가 최종 결정될 수 있다. 이를 도 6을 참조하여 설명한다.
도 6은 GPF 재생 진입비율에 따른 GPF 재생 최종 진입 여부가 판단되는 형태를 설명하기 위한 도면이다. 도 6의 (a)는 엔진 클러치 결합 유지 상태로 GPF 재생이 수행될 경우 α'의 영향을, 도 6의 (b)는 엔진 클러치 해제 유지 상태로 GPF 재생이 수행될 경우 β'의 영향을 각각 나타낸다.
먼저 도 6의 (a)를 참조하면, 운전자의 가속 페달 조작(APS)에 따른 요구 파워가 전기 모터의 출력 가능 파워와 α'의 합보다 작은 경우, 엔진클러치 결합이 유지된 상태로 GPF 재생에 진입할 수 있으며, 적어도 GFP 재생이 수행되는 동안은 엔진클러치 결합 상태가 유지되는 것이 바람직하다.
다음으로, 도 6의 (b)를 참조하면, 운전자의 가속 페달 조작(APS)에 따른 요구 파워가 전기 모터의 출력 가능 파워와 β'의 합보다 작은 경우, 엔진클러치 결합이 해제된 상태로 GPF 재생에 진입할 수 있으며, 적어도 GFP 재생이 수행되는 동안은 엔진클러치 해제 상태가 유지되는 것이 바람직하다.
여기서, 전기 모터의 출력 가능 파워는 소정의 마진이 고려된 값일 수 있다. 예컨대, 전기 모터의 출력 가능 파워는 현재 전기 모터의 출력에 영향을 미치는 인자(예컨대, 모터 온도, 배터리 SOC 등)를 고려할 때 전기 모터가 현재 낼 수 있는 최대 파워에서 안정적인 출력을 위해 소정의 마진을 차감한 값일 수 있다. 여기서, 소정의 마진은 모터 온도나 배터리 SOC 등에 따라 유동적으로 설정될 수도 있고, 고정된 값일 수도 있으며, α' 또는 β'의 최대값에 해당하는 값일 수도 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 도 6의 (a) 및 (b)에서 공통적으로 현재 요구 파워가, 전기 모터의 출력 가능 파워와 α' 또는 β'의 합보다 커지는 경우에는 GPF 재생이 중단될 수 있다. 즉, GPF 재생은 전기 모터의 출력 가능 파워와 α' 또는 β'의 합이 요구 파워보다 작은 동안 수행될 수 있다.
지금까지 설명한 GPF 재생 제어 과정을 순서도로 정리하면 도 7과 같다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 GPF 재생 제어 과정의 일례를 나타낸다.
도 7을 참조하면, 먼저 엔진 제어기(210)로부터 GPF 재생 요청이 있는 경우(S710), 하이브리드 제어기(240)는 주행 환경 조건을 판단할 수 있다.
구체적으로, 먼저 하이브리드 제어기(240)는 경사도 조건을 판단하여(S720), 등판 조건(또는 고부하 주행 상황)일 경우 엔진클러치(130) 결합 중 GPF 재생을 선택하며(S730A), 경사도에 그을음(Soot) 퇴적량과 외기온을 더욱 고려하여 GPF 재생 진입 비율(α)을 결정할 수 있다(S740A). 하이브리드 제어기(240)는 모터가 출력 가능한 파워에 진입비율(α)을 파워로 환산한 값(α')을 합산한 값이 현재 요구파워보다 큰 경우(S750A의 Yes), 엔진 클러치(130)의 결합을 유지한 상태로 GPF 재생을 수행할 수 있다(S760A). S750A 단계는 GPF 재생이 완료될 때까지 반복적으로 수행될 수 있으며, 요구파워가 더 커지는 경우(S750A의 No)에는 GPF 재생은 중단되며, 하이브리드 제어기(240)는 다시 엔진 제어기(210)로부터의 GPF 재생 요청을 대기하게 된다.
한편, 하이브리드 제어기(240)가 경사도 조건을 판단한 결과(S720), 강판 조건(또는 저부하 주행 상황)일 경우 엔진클러치(130) 해제 중 GPF 재생을 선택하며(S730B), 경사도에 그을음(Soot) 퇴적량과 외기온을 더욱 고려하여 GPF 재생 진입 비율(β)을 결정할 수 있다(S740B). 하이브리드 제어기(240)는 모터가 출력 가능한 파워에 진입비율(β)을 파워로 환산한 값(β')을 합산한 값이 현재 요구파워보다 큰 경우(S750B의 Yes), 엔진 클러치(130)의 결합을 해제한 상태로 GPF 재생을 수행할 수 있다(S760B). S750B 단계는 GPF 재생이 완료될 때까지 반복적으로 수행될 수 있으며, 요구파워가 더 커지는 경우(S750B의 No)에는 GPF 재생은 중단되며, 하이브리드 제어기(240)는 다시 엔진 제어기(210)로부터의 GPF 재생 요청을 대기하게 된다.
여기서, 하이브리드 제어기(240) GPF의 재생 진입을 결정하면, 엔진 제어기(210)에 GPF 재생 지령을 전달할 수 있으며, 요구파워가 더 커지는 경우(S750A 또는 S750B의 No)에는 엔진 제어기(210)에 GPF 재생 중단 지령을 전달할 수 있다.
지금까지 설명한 실시예들에서는 내연 기관(110)이 GDI 엔진인 것을 가정하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 아니하고 T-GDI 엔진은 물론, DPF(디젤 미립자 필터)를 구비한 디젤 엔진에도 적용될 수 있음은 물론이다.
또한, 주행 환경 조건의 판단에 있어서, 경사도 대신 주행 부하를 적용할 경우, 주행 부하는 차량 가속도, 연료량, APS 값, 타이어 압력 센서(TPMS), SOC 소모량, 요구 토크, 요구 파워 중 적어도 하나를 통해 계산될 수 있다.
또한, 주행 환경 조건의 판단에 있어서, 온도 조건 판단시 외기온 센서를 이용하는 대신, GPF의 자체 온도, 엔진 냉각수온, 엔진오일 온도, 엔진 촉매온도, 변속기 온도, 배터리 온도 등 외기온을 유추할 수 있는 다른 정보가 사용될 수도 있다.
아울러, 최종적인 GPF 재생 진입 조건의 판단에 있어서 전술한 실시예들에서는 현재 요구파워, 모터의 출력 가능 파워 등 파워가 기준이 되었으나, 파워 대신 요구 토크, 모터의 출력 가능 토크 등 토크가 기준이 될 수도 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 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims (19)

  1. 전기 모터, 배기 가스 정화 수단을 구비한 엔진 및 상기 전기 모터와 상기 엔진 사이에 배치되는 엔진 클러치를 포함하는 하이브리드 자동차의 제어 방법에 있어서,
    상기 배기 가스 정화 수단의 가동 요청이 있는 경우, 적어도 주행 부하와 관련된 제1 조건을 포함하는 주행 환경 조건을 판단하는 단계;
    상기 판단의 결과에 따라 상기 배기 가스 정화 수단의 가동시 상기 엔진 클러치의 상태 및 상기 배기 가스 정화 수단의 가동 조건을 결정하는 단계; 및
    상기 결정된 가동 조건이 만족되는 동안, 상기 결정된 상기 엔진 클러치의 상태를 유지하면서 상기 배기 가스 정화 수단을 가동시키는 단계를 포함하고,
    상기 제1 조건은 경사도를 포함하고,
    상기 결정하는 단계는,
    상기 경사도가 강판에 해당할 경우 상기 엔진 클러치의 상태를 해제 상태로 결정하고,
    상기 경사도가 등판에 해당할 경우 상기 엔진 클러치의 상태를 결합 상태로 결정하는 단계를 포함하는, 하이브리드 자동차의 제어 방법.
  2. 삭제
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 결정하는 단계는,
    상기 경사도가 강판에 해당할 경우 제1 진입비율을 결정하는 단계; 및
    상기 경사도가 등판에 해당할 경우 제2 진입비율을 결정하는 단계를 더 포함하는, 하이브리드 자동차의 제어 방법.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 주행 환경 조건은,
    외기온에 관련된 제2 조건 및 상기 배기 가스 정화 수단의 그을음 퇴적량에 관련된 제3 조건을 더 포함하는, 하이브리드 자동차의 제어 방법.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 제1 진입 비율 및 상기 제2 진입 비율의 결정에는 상기 제2 조건 및 상기 제3 조건이 더 고려되는, 하이브리드 자동차의 제어 방법.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 제1 진입 비율은,
    상기 경사도가 낮을수록, 상기 외기온이 낮을수록, 상기 퇴적량이 높을수록 커지고,
    상기 제2 진입 비율은,
    상기 경사도가 낮을수록, 상기 외기온이 낮을수록, 상기 퇴적량이 높을수록 커지는, 하이브리드 자동차의 제어 방법.
  7. 제3 항에 있어서,
    상기 배기 가스 정화 수단의 가동 조건을 결정하는 단계는,
    상기 제1 진입 비율 또는 상기 제2 진입 비율을 파워로 환산하는 단계를 포함하는, 하이브리드 자동차의 제어 방법.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 가동시키는 단계는,
    상기 환산된 파워와 상기 전기 모터의 출력 가능 파워의 합을 요구 파워와 비교하는 단계를 포함하되,
    상기 결정된 가동 조건은, 상기 환산된 파워와 상기 전기 모터의 출력 가능 파워의 합이 상기 요구 파워보다 큰 동안 만족되는, 하이브리드 자동차의 제어 방법.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 배기 가스 정화 수단은,
    상기 엔진이 가솔린 직분사 엔진 또는 터보 가솔린 직분사 엔진일 경우 가솔린 미립자 필터(GPF)를 포함하고,
    상기 엔진이 디젤 엔진일 경우 디젤 미립자 필터(DPF)를 포함하는, 하이브리드 자동차의 제어 방법.
  10. 삭제
  11. 전기 모터, 배기 가스 정화 수단을 구비한 엔진 및 상기 전기 모터와 상기 엔진 사이에 배치되는 엔진 클러치를 포함하는 하이브리드 자동차에 있어서,
    상기 엔진을 제어하며, 상기 배기 가스 정화 수단의 가동을 요청하는 제1 제어기; 및
    상기 요청이 있는 경우, 적어도 주행 부하와 관련된 제1 조건을 포함하는 주행 환경 조건을 판단하고, 상기 판단의 결과에 따라 상기 배기 가스 정화 수단의 가동시 상기 엔진 클러치의 상태 및 상기 배기 가스 정화 수단의 가동 조건을 결정하며, 상기 결정된 가동 조건이 만족되는 동안, 상기 결정된 상기 엔진 클러치의 상태를 유지하면서 상기 배기 가스 정화 수단이 가동되도록 제어하는 제2 제어기를 포함하고,
    상기 제1 조건은 경사도를 포함하고,
    상기 제2 제어기는,
    상기 경사도가 강판에 해당할 경우 상기 엔진 클러치의 상태를 해제 상태로 결정하고, 상기 경사도가 등판에 해당할 경우 상기 엔진 클러치의 상태를 결합 상태로 결정하는, 하이브리드 자동차.
  12. 삭제
  13. 제11 항에 있어서,
    상기 제2 제어기는,
    상기 경사도가 강판에 해당할 경우 제1 진입비율을 결정하고, 상기 경사도가 등판에 해당할 경우 제2 진입비율을 결정하는, 하이브리드 자동차.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 주행 환경 조건은,
    외기온에 관련된 제2 조건 및 상기 배기 가스 정화 수단의 그을음 퇴적량에 관련된 제3 조건을 더 포함하는, 하이브리드 자동차.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 제2 제어기는,
    상기 제2 조건 및 상기 제3 조건을 더 고려하여 상기 제1 진입 비율 및 상기 제2 진입 비율을 결정하는, 하이브리드 자동차.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 제1 진입 비율은,
    상기 경사도가 낮을수록, 상기 외기온이 낮을수록, 상기 퇴적량이 높을수록 커지고,
    상기 제2 진입 비율은,
    상기 경사도가 낮을수록, 상기 외기온이 낮을수록, 상기 퇴적량이 높을수록 커지는, 하이브리드 자동차.
  17. 제13 항에 있어서,
    상기 제2 제어기는,
    상기 제1 진입 비율 또는 상기 제2 진입 비율을 파워로 환산하는, 하이브리드 자동차.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 제2 제어기는,
    상기 환산된 파워와 상기 전기 모터의 출력 가능 파워의 합을 요구 파워와 비교하여, 상기 환산된 파워와 상기 전기 모터의 출력 가능 파워의 합이 상기 요구 파워보다 큰 동안 상기 결정된 가동 조건이 만족되는 것으로 판단하는, 하이브리드 자동차.
  19. 제11 항에 있어서,
    상기 배기 가스 정화 수단은,
    상기 엔진이 가솔린 직분사 엔진 또는 터보 가솔린 직분사 엔진일 경우 가솔린 미립자 필터(GPF)를 포함하고,
    상기 엔진이 디젤 엔진일 경우 디젤 미립자 필터(DPF)를 포함하는, 하이브리드 자동차.
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