KR101240435B1 - 하이브리드 자동차의 주행 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하이브리드 자동차의 주행 제어 방법에 관한 것이며, 상세하게는 공회전 자동 엔진 정지/시동(Idle Stop & Start) 기능을 가지는 병렬형 하이브리드 자동차(Parallel Hybrid vehicle)에서 연료차단제어 방법을 개선하여 연비 향상 및 배출가스 저감을 위한 것이다.

본 발명은 연료차단제어 가능 RPM과 해제 RPM을 현재 차량 상태로부터 ECU (Engine Control Unit)가 결정하는 제 1단계와; 현재 차속이 소정속도 이상일 경우 차량 상태가 연료차단제어 진입이 판단하는 제 2단계와; 상기 제 2단계에서 연료차단제어 진입 판단을 한 경우, 그 결과를 HCU(Hybrid Control Unit)에 전달하는 제 3단계와; 운전자에 의하여 가속페달을 놓은 후, 현재 엔진 RPM이 상기 연료차단제어 가능 RPM 이상이면 연료차단제어를 시작하는 제 4단계와; 상기 연료차단제어 이후 엔진 RPM이 연료차단제어 해제 RPM 이하가 되면 상기 HCU로부터 연료차단제어 해제 금지 요구가 있는지를 확인하는 제 5단계와; 연료차단제어 상태를 HCU에 전송하는 제 6단계를 포함하여; 상기 운전자에 의하여 가속페달을 밟지 않고, 상기 5단계에서 연료차단해제 금지 요구가 있을 경우에는 공회전 자동 엔진 정지시까지 연료차단제어를 진행한다.

병렬형 하이브리드 자동차, 주행제어방법, 연료차단제어

Description

하이브리드 자동차의 주행 제어 방법 {TRAVELING CONTROL METHOD OF HYBRID VEHICLE}

도 1은 본 발명에 따른 연료차단제어 방법의 흐름도

도 2는 본 발명에 따른 연료차단제어 금지 요구의 흐름도

도 3은 본 발명에 따른 연료차단제어 해제 금지 요구의 흐름

도 4는 일반차량에서의 연료차단제어 타이밍도

본 발명은 하이브리드 자동차의 주행 제어 방법에 관한 것이며, 상세하게는 공회전 자동 엔진 정지/시동(Idle Stop & Start) 기능을 가지는 병렬형 하이브리드 자동차(Parallel Hybrid vehicle)에서 연료차단제어 방법에 관한 것이다.

일반적으로 하이브리드 자동차란 하나의 엔진을 동력원으로 사용하던 기존의 내연기관 차량과는 엔진과 모터의 두 가지 동력원을 사용하는 자동차를 말한다.

한편, 하이브리드 자동차는 두 가지 형태가 있는데, 하나는 시리즈(Series) 하이브리드 자동차로서, 엔진에 의해서 구동된 발전기의 출력에 의하여 구동되는 모터에 의해서 자동차가 구동되며, 다른 하나는 병렬형 하이브리드 자동차로서 엔 진에 직접 연결된 모터가 구동축을 회전하기 위한 엔진을 보조하면서, 배터리에 충전하기 위한 발전기로서 사용된다.

한편, 병렬형 하이브리드 자동차는 공회전 자동 엔진 정지/시동 기능을 갖고 있는데, 이것은 기존의 내연기관 차량과의 가장 큰 차이점인데 차량이 정차시에 엔진의 공회전 기간 동안 엔진을 정지하고 스타트하는 기능으로 정체구간에서 15% 정도의 연비 향상 효과를 얻을 수 있다고 한다.

병렬형 하이브리드 자동차의 구성을 보면, 최상위에 차량제어기인 HCU(Hyb rid Control Unit)이 있고, 그 하위에 엔진을 제어하는 ECU(Engine Control Unit)와, 변속기를 제어하는 TCU(Transmission Control Unit)와, 모터를 제어하는 MCU (Motor Control Unit)와, 배터리를 제어하는 BMS(Battery Management System)으로 구성된다.

한편, 가솔린 차량의 경우에 주행 중 운전자가 가속의 의지가 없는 경우 일정 차속 및 일정 엔진 RPM 이상에서 차량은 타력에 의한 주행을 하는데, 이때 엔진의 연료 분사를 일시 중지하여 불필요한 동력 발생을 막음으로써 연비를 향상시키는 기능이 있는데 이를 감속연료차단기능(Deceleration Fuel Cut)이라고 한다.

그런데, 가솔린 차량의 연료차단기능의 동작을 도 4를 참조하여 보면, 운전자가 연료차단가능 RPM 이상에서 가속페달을 놓을 경우, ECU는 연료차단에 들어간다. 이후, 연료차단해제 RPM에 도달하면 ECU는 연료차단을 해제하고 공회전이 될 수 있도록 한다.

그러나 종래의 일반 가솔린 차량의 연료차단제어는 일정 차속 이상의 일정 RPM에 진입한 뒤, 일정 RPM 이하인 경우 연료분사를 재개한다. 이때 연료분사가 재개되는 연료차단해제 RPM은 공회전 대비 300~400 RPM이 높은 RPM인데, 만약 그 이하로 RPM이 떨어지면 엔진이 멈출 수 있기 때문이다. 또한, 저속에서는 엔진 멈춤이 예상되어 연료차단기능 진입 자체가 어렵게 되어 있다. 따라서, 가솔린 차량에서의 연료차단제어는 제한적으로 사용되어 질 수밖에 없으며 연료분사 재개시 질소산화물(Nox) 발생 등의 문제점이 발생되었다.

또한, 종래의 일반 가솔린 차량의 연료차단제어의 경우, 일정 차속 이상의 일정 RPM에 진입한 뒤 운전자가 가속페달을 놓으면 바로 연료차단제어로 들어가는데, 무단변속기(CVT : Continuous Variable Transmission)를 사용하는 차량의 운전성 확보를 위하여 HCU에서 연료차단금지 제어를 할 필요가 있는 경우가 있다. 이러한 경우는, 배터리의 SOC(State Of Charge)가 특정 수준 이하인 경우이거나, CVT의 변속비가 언더 드라이브(Under Drive) 조건 등과 같이 하이브리드 배터리의 충전이 필요한 경우나 동력이 요구되어지는 경우나 차량의 운전성을 확보해야 할 필요가 있는 경우 등이다.

본 발명은 상기한 문제점을 시정하여, 연비 향상 및 질소산화물을 저감 할 수 있는 하이브리드 자동차의 주행 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 연료차단제어 가능 RPM과 해제 RPM을 현재 차량 상태로부터 ECU (Engine Control Unit)가 결정하는 제 1단계와; 현재 차속이 소정속도 이상일 경우 차량 상태가 연료차단제어 진입이 판단하는 제 2단계와; 상기 제 2단계에서 연료차단제어 진입 판단을 한 경우, 그 결과를 HCU(Hybrid Control Unit)에 전달하는 제 3단계와; 운전자에 의하여 가속페달을 놓은 후, 현재 엔진 RPM이 상기 연료차단제어 가능 RPM 이상이면 연료차단제어를 시작하는 제 4단계와; 상기 연료차단제어 이후 엔진 RPM이 연료차단제어 해제 RPM 이하가 되면 상기 HCU로부터 연료차단제어 해제 금지 요구가 있는지를 확인하는 제 5단계와; 연료차단제어 상태를 HCU에 전송하는 제 6단계를 포함하여; 상기 운전자에 의하여 가속페달을 밟지 않고, 상기 5단계에서 연료차단해제 금지 요구가 있을 경우에는 공회전 자동 엔진 정지시까지 연료차단제어를 진행한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 병렬형 하이브리드 자동차의 주행 제어 과정은 첨부한 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 스텝 S101에서 냉각수 온도, 기어 단수 및 에어컨 상태 등의 현재 차량의 상태로부터 연료차단제어 해제 RPM을 먼저 결정하고, 연료차단제어 RPM을 ECU(Engine Control Unit)가 결정한다. 이것은 연료차단제어 해제 RPM이 연료차단제어 RPM보다 일정분 높기 때문이다.

다음으로, 현재 차속이 소정속도 이상일 경우 차량 상태가 연료차단제어 진입이 가능한지를 판단(S102)한다. 만약 가능하지 않은 경우에는 연료차단제어 RPM을 소정속도에 해당하는 RPM으로 재결정(S103)한다.

스텝 S102에서 연료차단제어 진입 판단을 한 경우, 그 결과를 HCU(Hybrid Control Unit)에 전달(S104, S105)한다.

다음으로, 운전자에 의하여 가속페달을 놓은 후, 현재 엔진 RPM이 상기 연료차단제어 가능 RPM 이상이면 연료차단제어를 시작한다.

이때, HCU로부터 연료차단제어 금지 요구가 있는지를 확인(S108)한다.

이어서, 상기 연료차단제어 이후 엔진 RPM이 연료차단제어 해제 RPM 이하가 되면 상기 HCU로부터 연료차단제어 해제 금지 요구가 있는지를 확인(S109)한다.

끝으로, 연료차단제어 상태를 HCU에 전송(S110)하여 루틴을 종료한다.

이후, 상기 운전자에 의하여 가속페달을 밟지 않고, 연료차단해제 금지 요구가 있을 경우에는 공회전 자동 엔진 정지시까지 연료차단제어를 진행한다.

이와 같이 연료차단제어를 진행함으로써, 일반차량의 연료차단제어 시간에 비하여 긴 시간동안 연료차단제어를 진행할 수 있어서 연비 향상을 도모할 수 있을 뿐아니라 연료차단제어 도중 연료분사를 재개하면서 발생 될 수 있는 질소산화물 (Nox) 등의 배기가스 발생을 줄일 수 있다.

HCU는 연료차단제어 금지 요구를 함에 있어서, HCU에서 현재 변속비가 언더 드라이브 상태의 변속비인지를 고려하여 결정하는데, 상세하게는 도 2와 같다.

먼저, 상기 HCU가 에어컨의 온/오프 상태를 고려하여 변속비의 히스테리시스 값을 설정한다. 이는 에어컨의 온/오프에 의한 부하에 따라 엔진 RPM의 거동이 틀리기 때문이다.

다음으로, 상기 현재 차량의 변속비가 연료차단제어 금지 대상 변속비 이상인지를 판단하는데, 이때, 앞에서 설정한 변속비의 히스테리시스 값을 포함하여 고 려한다. 그 이유는 차량이 등판 또는 가감속에 따른 변속비 변경에 따라 연료차단과 금지를 반복하게 되면 엔진의 출력 변동이 심해져 운전성을 해치기 때문이다.

상기 히스테리시스 값은 위의 단계에서 (-)의 수로 작용을 하는데 이는 변속비의 경우 언더 드라이브 값이 1.0 이상의 값을 가지고, 오버 드라이브 값이 1.0 이하의 값을 가지기 때문에 설정된 연료차단제어 금지 변속비에서 차감하는 방향을 가지기 때문이다.

이어서, 연료차단제어 금지 플래그를 설정하고 나서, 현재가 연료차단제어 금지 플래그 값이 설정된 상태이고, 상기 연료차단제어 해제 금지 상태가 아니며, 주행상태인 때 실질적인 연료차단제어 금지를 설정하고 이를 상기 ECU로 전송한다.

또한, 변속비가 연료차단제어 금지 설정값 이하로 유지될 경우 즉, 오버 드라이브에 가까운 방향으로 변속 될 경우 연료차단제어 금지 설정을 해제한다. 이후, 현재가 연료차단제어 금지 플래그 값이 설정된 상태이고 앞에서 연료차단제어 해제 금지 상태가 아니며, 주행상태인 경우에는 연료차단제어 금지를 설정하고 이를 ECU에 전송한다.

다음으로, HCU에서 수행하는 연료차단제어 해제 금지 요구에 대해 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

상기 연료차단제어 해제 금지 요구는 HCU가 상기 운전자가 주행 의지를 가지고 있다고 판단한 후, 가속페달이 닫히고 공회전 자동 엔진 정지 상태인지를 확인하고, 상기 배터리의 SOC 값을 확인하는 단계를 거치는데, 주행 의지를 확인하기 위하여 HCU는 기어 상태를 점검하여 포워드(forward) 상태인지 즉 D, 2, L 등의 상 태인지를 확인한다. 또한, 가속페달을 놓은 타력주행 상태인지와 현재 공회전 엔진 자동 정지 상태가 아닌지를 확인한다. 이어서, 배터리의 SOC 값이 설정된 값 이상인지를 확인한다. 그 이유는 엔진이 연료차단제어 상태에 있으면, 엔진의 출력이 없는 상태이므로 모터의 회생제동에 의해 얻을 수 있는 출력이 작아 배터리의 충전이 어려워지기 때문이다.

이와 같은 조건이 만족되면 연료차단제어 해제 금지가 가능한 상태가 되는데, 또한, 공회전 엔진 자동 정지가 가능한 상태인지를 점검한다. 공회전 엔진 자동 정지가 가능한 상태라 함은 엔진 냉각수 온도 및 CVT 오일이 일정온도 이상이고, 주행시간이 차속이 일정속도 이상인 이후 일정한 시간이 경과 된 것이며, 배터리의 SOC가 일정 % 이상이며, 가속페달을 놓은 상태이며, 에어컨 오프 및 블로우워 오프, 기어가 주행상태인 경우이다.

이와 동시에, CVT의 클러치가 잠긴 상태이고, 공회전 자동 엔진 정지가 가능한 상태인지를 판단하는데, 전자의 경우는 연료차단제어가 되면 차량의 관성력에 의해 엔진이 구동되어지는 상태이므로 CVT 클러치가 슬립(slip)하는 상태에서 연료차단제어 해제 금지를 할 경우 엔진이 멈출 가능성이 있기 때문이다.

이상에서 연료차단제어 상태에 있으면 상기 HCU가 상기 ECU에게 상기 연료차단제어 해제 금지 요구를 전송한다.

이상의 설명에서 본 발명은 특정의 실시예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자 라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.

이상과 같이 본 발명은 병렬형 하이브리드 자동차의 주행 제어 방법에 있어서, 연비 향상을 위하여 수행하는 연료차단제어를 공회전 엔진 자동 정지시까지 진행하도록 하여 연비 향상을 더 크게 할 수 있을 뿐아니라 질소산화물(Nox) 등의 배기가스의 저감 효과도 함께 얻을 수 있다. 이는 병렬형 하이브리드 자동차의 경우, 정차시 바로 모터에 의한 재기동이 용이한 구조적 특성을 충분히 살린 것이다.

Claims (6)

1. 연료차단제어 가능 RPM과 해제 RPM을 현재 차량 상태로부터 ECU(Engine Con trol Unit)가 결정하는 제 1단계와;

   현재 차속이 소정속도 이상일 경우 차량 상태가 연료차단제어 진입이 가능한지를 판단하는 제 2단계와;

   상기 제 2단계에서 연료차단제어 진입 판단을 한 경우, 그 결과를 HCU(Hyb rid Control Unit)에 전달하는 제 3단계와;

   운전자에 의하여 가속페달을 놓은 후, 현재 엔진 RPM이 상기 연료차단제어 가능 RPM 이상이면 상기 HCU로부터 연료차단제어 금지 요구가 있는지를 확인하고,상기 연료차단제어 금지 요구는 HCU에서 현재 변속비가 언더 드라이브 상태의 변속비인지를 고려하여 결정하여서 연료차단제어를 시작하는 제 4단계와;

   상기 연료차단제어 이후 엔진 RPM이 연료차단제어 해제 RPM 이하가 되면 상기 HCU로부터 연료차단제어 해제 금지 요구가 있는지를 확인하는 제 5단계와;

   연료차단제어 상태를 HCU에 전송하는 제 6단계를 포함하여;

   상기 운전자에 의하여 가속페달을 밟지 않고, 상기 5단계에서 연료차단해제 금지 요구가 있을 경우에는 공회전 자동 엔진 정지시까지 연료차단제어를 진행하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차의 주행 제어 방법.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서, 상기 연료차단제어 금지 요구는 상기 HCU가 에어컨의 온/오프 상태를 고려하여 변속비의 히스테리시스 값을 설정하는 단계와;

   상기 현재 차량의 변속비가 연료차단제어 금지 대상 변속비 이상인지를 판단하는 단계와;

   연료차단제어 금지 플래그를 설정하는 단계와;

   현재 연료차단제어 금지 플래그 값이 설정된 상태이고, 상기 연료차단제어 해제 금지 상태가 아니며, 주행상태인 때 실질적인 연료차단제어 금지를 설정하고 이를 상기 ECU로 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차의 주행 제어 방법.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 현재 변속비가 연료차단제어 금지 변속비 이하인 경우에는 이후 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차의 주행 제어 방법.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 연료차단제어 해제 금지 요구는 HCU가 상기 운전자가 주행 의지를 가지고 있다고 판단한 후, 가속페달이 닫히고 공회전 자동 엔진 정지 상태인지를 확인하고, 배터리의 SOC 값을 확인하는 단계와;

   위 단계에서 연료차단제어 해제 금지가 가능한 상태이고, CVT의 클러치가 잠긴 상태이고, 공회전 자동 엔진 정지가 가능한 상태이면서 연료차단제어 상태에 있으면 상기 HCU가 상기 ECU에게 상기 연료차단제어 해제 금지 요구를 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차의 주행 제어 방법.

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