KR20030017810A - 하이브리드 전기 자동차의 가속 제어방법 - Google Patents

Abstract

CVT 변속 응답을 빠르게 하여 구동 토오크가 빠르게 증가함으로써, 운전자의 가속감과 차량의 가속 성능을 향상시킬 수 있도록 한 하이브리드 전기 자동차의 가속 제어방법을 제공할 목적으로;

전기 모터의 출력 토크 보상값을 적용하여 입력토크를 증가시키고, CVT 변속비 보상값을 적용하여 CVT 변속비의 하향 변속량을 증가시킴으로써, 구동축 토크 증대시킬 수 있도록 한 하이브리드 전기 자동차의 가속 제어방법을 제공한다.

Description

하이브리드 전기 자동차의 가속 제어방법{METHOD OF CONTROLLING ACCELERATION FOR HYBRID ELETRIC VEHICLES}

본 발명은 하이브리드 전기 자동차(Hybrid Electric Vehicle)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전기 모터를 이용한 동력 보조와 동시에 무단 변속비 제어를 통한 엔진의 최적 운전을 수행하되, 빠른 구동 토오크 증가로 가속성능을 향상시킬 수 있도록 한 하이브리드 전기 자동차의 가속 제어방법에 관한 것이다.

예컨대, 하이브리드 자동차라고 함은 서로 다른 두 종류 이상의 동력원을 효율적으로 조합하여 차량을 구동하는 것을 의미하는 것으로, 대부분의 경우에에는연료를 사용하여 동력을 얻는 엔진과 전기로 구동되는 전기 모터로 구성된 시스템으로서, 일명 하이브리드 전기 자동차라고 일컬어지고 있다.

이러한 하이브리드 전기 자동차 구성의 일예를 살펴보면, 도 1에서와 같이, 엔진(2)의 출력측에 전기모터(4)를 두고 그 후측으로 발진 클러치(6)를 포함하는 무단 변속기(8)를 배치하고, 이의 무단 변속기(8)로부터 출력되는 동력으로 구동륜(10)을 구동시킬 수 있도록 구성하고 있다.

그리고 상기 전기모터(4)는 모터 컨트롤 유닛(MCU)을 통해 배터리(12)의 전원을 공급받으면서 제어되며, 하이브리드 전기 자동차를 전체적으로 총합 제어하는 하이브리드 제어유닛(HCU)은 엔진제어유닛(ECU)와 트랜스밋션 제어유닛(TCU), 그리고 배터리 관리 시스템(BMS)과 운전자가 직접 조작하는 가속 페달 센서(APS)등과 전기적으로 연결되어 현재의 차량 운전상태를 입력받아 모터 컨트롤 유닛(MCU)을 제어하게 제어하게 되는 것이다.

이러한 하이브리드 전기 자동차는 시동을 걸때에는 전기모터를 이용하여 초기 연료 소모와 배기가스 발생을 최소화하고, 가속시에는 일정 시속동안 전기모터가 엔진의 동력을 보조하게 되는 것이다.

즉, 저속에서는 전기의 힘으로 중고속에서는 연료로 차가 움직이게 되는 것이며, 일반 주행시에도 일정 속도를 넘으면 연료는 전기에서 가솔린으로 바뀌게 됨으로써, 전기모터의 도움으로 엔진에 걸리는 부하 및 작동조건이 개선되고, 엔진의 배기가스 배출을 크게 줄일 수 있는 장점이 있는 것이다.

상기와 같은 하이브리드 전기 자동차의 가속 제어과정을 발펴보면, 종래에는도 4에서와 같이, 운전자가 가속을 위하여 가속페달을 밟으면, 이의 신호가 하이브리드 컨트롤 유닛(HCU)으로 전달되며, 이 하이브리드 컨트롤 유닛(HCU)에서는 가속페달 센서(APS)로부터 측정된 값을 이용하여 운전자가 요구하는 차량 가속 동력(Pdrive)을 계산하게 된다(S200).

상기 S200 단계에서 차량 가속 동력(Pdrive)을 계산한 후에는 동력 보조량(Pm,reg)과 전기모터 출력토크(Tm_ref)를 계산하게 되는데(S210), 상기 동력 보조량(Pm,reg)은 차량의 속도와 배터리의 출력상태를 고려하여 계산되며, 이에 계산된 동력 보조량(Pm,reg)으로부터 모터 컨트롤 유닛(MCU)에서는 현재의 모터 속도(Wmoter)를 기준으로 모터 토크(Tm_ref = Pm,reg / Wmoter)를 출력함으로써, 보조 동력을 발생시키게 된다.

상기 S210 단계가 완료되면, 엔진 동력(Pe,reg)을 계산하게 되는데(S220), 이의 엔진동력(Pe,reg)은 차량의 동력(Pdrive)과 전기 모터의 보조동력(Pm,reg)의 차로 결정되며, 엔진 동력이 결정되면, 이를 출력하기 위한 엔진의 운전점을 결정하게 된다(S230).

상기 엔진 운전점은 요구되는 동력을 출력시키면서 동시에 연료소비량이 제일 적은 한점으로 결정하게 되는데, 이의 운전점 결정은 도5에서와 같이 결정된다.

즉, 가솔린 엔진에서 일정한 동력을 출력하는 경우(iso - power curve) 연료 소비량은 BSFC(Brake Specific Fuel Consumption)가 가장 작은 점에서 최소가 된다.

이에따라 최적 운전곡선(OOL, Optimal Operating Line)은 이와같은 점들을연결한 곡선으로 엔진에서 특정한 동력이 요구되는 경우, 등동력선도와 OOL이 교차하는 곳에서 엔진을 운전시키면 요구되는 동력을 출력할 수 있을 뿐만 아니라 연료 소비량도 최소화할 수 있게 된다.

이와같이 엔진의 운전점이 결정되면, 이점에 해당하는 유일한 엔진 토크(Optimal Engine Torque)와 엔진 속도(Optimal Engine Speed)가 결정된다.

이러한 상태에서 엔진 최적 운전점의 엔진 토오크(Tengine) 출력을 위한 스로틀 개도(Thref)를 계산하고(S240), 엔진 최적 운전점의 엔진 속도(Wengine) 유지를 위한 CVT 변속비(SRref)를 계산한다(S250).

상기에서 CVT 변속비(SRref)는 엔진 최적 운전점의 엔진 속도(Wengine)/{(휠 회전속도(Wvehicle) * 종감속 기어비(FGR)}로 구해진다.

상기 과정을 거쳐 제어값이 결정되면, 이의 제어값 즉, 모터 토오크 (Tm_ref), 스로틀 개도(Thref), CVT 변속비(SRref)를 출력한 후(S260) 가속 모드를 종료하게 되는 것이다.

그러나 상기와 같은 제어방법에 있어서는 도 6에서와 같이, 가속시 CVT 변속비가 S250 단계에서 계산된 변속비 기준값(SRref)과 실제 CVT 변속비 값이 차이가 발생되면서 변속 응답성이 지연되어 입력토크가 증가하여도 구동 토크가 빠르게 증가되지 않기 때문에 운전자의 가속감과 차량의 가속 성능 저하를 유발한다는 문제점을 내포하고 있다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된것으로서,본 발명의 목적은 전기 모터를 이용한 동력 보조와 동시에 무단 변속비 제어를 통한 엔진의 최적 운전을 수행할 수 있도록 하되, CVT 변속 응답을 빠르게 하여 구동 토오크가 빠르게 증가함으로써, 운전자의 가속감과 차량의 가속 성능을 향상시킬 수 있도록 한 하이브리드 전기 자동차의 가속 제어방법을 제공하려는 것이다.

도 1은 본 발명이 적용되는 하이브리드 전기 자동차의 구성 블록도.

도2는 본 발명에 의한 작동 흐름도.

도 3의 (A)(B)(C)(D)는 본 발명의 작용효과를 설명하기 위한 그래프 선도.

도 4는 종래에 의한 작동 흐름도.

도 5는 종래 문제점을 설명하기 위한 도면.

도 6은 최적 곡선 및 최적 운전점을 설명하기 위한 도면이다.

이를 실현하기 위하여 본 발명은, 연료를 사용하는 엔진과 전기모터를 동시에 동력원으로 사용하고, CVT(무단변속기)를 적용하고 있는 하이브리드 전기 자동차에 있어서,

가속 페달 센서로부터 전달되는 신호에 의한 요구 차량 가속 동력(Pdrive)과, 차량의 속도와 배터리의 출력 상태에 의한 전기모터의 동력 보조량(Pm,reg)과, 상기 동력 보조량(Pm,reg)과 현재 모터 속도(Wmoter)에 의한 모터 토크(Tm_ref)를 계산하는 제1 단계와;

CVT 변속비 응답지연을 고려한 전기 모터의 출력 보상값(Tm_ref1)을 계산하는 제2 단계와;

상기 2 단계의 완료후 요구되는 엔진 동력과, 이 요구되는 엔진 동력에 따라 최적의 운전점을 계산하는 제3 단계와;

상기 최적 운전점의 엔진 토크 출력을 위한 스로틀 개도를 계산하고, 상기 최적 운전점의 엔진속도 유지를 위한 CVT 변속비를 계산하는 제4 단계와;

상기 CVT 변속비와 CVT 변속비 기준값을 근거로 하여 CVT 변속비 보상값을 계산하는 제 5단계와;

상기 단계에서 구하여진 모터 토크 보상값(Tm_ref1), 스로틀 개도(Thref), CVT 변속비 보상값(SRref1)을 출력한 후 종료하는 제6단계로 이루어짐을 특징으로 하는 하이브리드 전기 자동차의 가속 제어방법을 제공한다.

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

도 1은 본 발명이 적용되는 하이브리드 전기 자동차에 대한 구성 블록도로서, 상기에서 상세히 설명하고 있는 바, 실시예에서의 상세한 설명은 생략한다.

도 2는 본 발명에 의한 제어방법의 작동 흐름도로서, 운전자가 가속을 위하여 가속페달을 밟으면, 이의 신호가 하이브리드 컨트롤 유닛(HCU)으로 전달된다.

그러면 하이브리드 컨트롤 유닛(HCU)에서는 이에 전달된 가속페달 센서(APS)로부터 측정된 값을 이용하여 운전자가 요구하는 차량 가속 동력(Pdrive)을 계산하게 된다(S100).

상기 S100 단계에서 차량 가속 동력(Pdrive)을 계산한 후에는 동력 보조량(Pm,reg)과 전기모터 출력토크(Tm_ref)를 계산하게 되는데(S110), 상기 동력 보조량(Pm,reg)은 차량의 속도와 배터리의 출력상태를 고려하여 계산되며, 이에 계산된 동력 보조량(Pm,reg)으로부터 모터 컨트롤 유닛(MCU)에서는 현재의 모터 속도(Wmoter)를 기준으로 모터 토크(Tm_ref = Pm,reg / Wmoter)를 계산하게 된다.

그리고 CVT 변속비 응답지연을 고려하여 전기 모터의 출력 보상을 실시하게 되는데(S120), 이때에는 전기 모터의 출력 보상값(Tm_ref1)은 상기 S110 단계에서 산출된 모터 토크(Tm_ref) * {CVT 변속비(SRref) / CVT 변속비 기준값(SR)}로 계산된다.

상기 S120 단계에서 전기모터 출력 보상값을 계산하는 것은 입력 토크 중 전기 모터 토크를 증가시키면 구동축 토크의 증대를 가져오기 때문이다.

상기 S120 단계가 완료되면, 엔진 동력(Pe,reg)을 계산하게 되는데(S130), 이의 엔진동력(Pe,reg)은 {차량의 동력(Pdrive) - 전기 모터의 동력 보조량 (Pm,reg)}으로 계산되며, 이와같이 엔진 동력이 결정되면, 이를 출력하기 위한 엔진의 운전점을 결정하게 된다(S140).

상기 엔진 운전점은 요구되는 동력을 출력시키면서 동시에 연료소비량이 제일 적은 한점으로 결정하게 되는데, 이의 운전점 결정은 종래와 마찬가지로 도6 에서와 같이 결정된다.

즉, 가솔린 엔진에서 일정한 동력을 출력하는 경우(iso - power curve) 연료 소비량은 BSFC(Brake Specific Fuel Consumption)가 가장 작은 점에서 최소가 된다.

이에따라 최적 운전곡선(OOL, Optimal Operating Line)은 이와같은 점들을 연결한 곡선으로 엔진에서 특정한 동력이 요구되는 경우, 등동력선도와 OOL이 교차하는 곳에서 엔진을 운전시키면 요구되는 동력을 출력할 수 있을 뿐만 아니라 연료 소비량도 최소화할 수 있게 된다.

이와같이 엔진의 운전점이 결정되면, 이점에 해당하는 유일한 엔진 토크 (Optimal Engine Torque)와 엔진 속도(Optimal Engine Speed)가 결정된다.

이러한 상태에서 엔진 최적 운전점의 엔진 토오크(Tengine) 출력을 위한 스로틀 개도(Thref)를 계산하고(S150), 엔진 최적 운전점의 엔진 속도(Wengine) 유지를 위한 CVT 변속비(SRref)를 계산한다(S160).

상기에서 CVT 변속비(SRref)는 엔진 최적 운전점의 엔진 속도(Wengine)/{(휠 회전속도(Wvehicle) * 종감속 기어비(FGR)}로 구해진다.

상기 S160 단계를 완료한 후에는 CVT 변속비 보상값(SRref1)을 계산하게 되는데(S170), 이의 CVT 변속비 보상값(SRref1)은 CVT 변속비(SRref) * {CVT 변속비(SRref) / CVT 변속비 기준값(SR)}로 구한다.

상기 S170 단계에서 CVT 변속비 보상값을 구하는 것은, CVT 변속 지연은 CVT 변속비 제어시 기준값과 실제값과의 차이를 의미하게 되는 바, CVT 변속비 제어시 변속비 응답 지연을 고려하여 변속비 기준값을 증가시키면 CVT 변속비의 하향 변속량이 증가되어 구동축 토크 증대를 가져 올 수 있기 때문이다.

상기 과정을 거쳐 보정값이 결정되면, 이의 보정값 즉, 모터 토크 보상값(Tm_ref1), 스로틀 개도(Thref), CVT 변속비 보상값(SRref1)을 출력한 후(S180), 가속 모드를 종료하게 된다.

상기와 같이 가속 제어를 실시하는 경우, 엔진 토크는 도 3의 (A)에서와 같이 기존 제어와 본 발명 제어가 동일한 양상을 보이지만, 모터 토크는 (B)에서와 같이 증가되고, CVT 변속비는 (C)에서와 같이 기준값이 보다 크게 출력됨으로써, 실제 변속비 역시 기존 제어 보다 하향 변속됨을 알 수 있다.

그리고 본 발명을 적용한 경우 전기 모터 토크 및 CVT 변속비 하향 변속량 증가에 의하여 구동축 토크 및 CVT 변속비 하향 변속량 증가에 의한 구동축 토크가도3의 (D)에서와 같이 기존 제어보다 크게 증가되어 가속감과 차량 가속성을 향상시킬 수 있게 되는 것이다.

이상에서와 같이 본 발명에 의하면, 전기 모터를 이용한 동력 보조와 동시에 무단 변속비 제어를 통한 엔진의 최적 운전을 수행할 수 있도록 하되, 전기 모터 토크 및 CVT 변속비 하향 변속량 증가에 의한 구동축 토크 및 CVT 변속비 하향 변속량 증가에 의하여 구동축 토크가 증가되면서 운전자의 가속감과 차량의 가속 성능을 향상시킬 수 있는 발명인 것이다.

Claims (3)

1. 연료를 사용하는 엔진과 전기모터를 동시에 동력원으로 사용하고, CVT(무단변속기)를 적용하고 있는 하이브리드 전기 자동차에 있어서,

   가속 페달 센서로부터 전달되는 신호에 의한 요구 차량 가속 동력(Pdrive)과, 차량의 속도와 배터리의 출력 상태에 의한 전기모터의 동력 보조량(Pm,reg)과, 상기 동력 보조량(Pm,reg)과 현재 모터 속도(Wmoter)에 의한 모터 토크(Tm_ref)를 계산하는 제1 단계와;

   CVT 변속비 응답지연을 고려한 전기 모터의 출력 보상값(Tm_ref1)을 계산하는 제2 단계와;

   상기 2 단계의 완료후 요구되는 엔진 동력과, 이 요구되는 엔진 동력에 따라 최적의 운전점을 계산하는 제3 단계와;

   상기 최적 운전점의 엔진 토크 출력을 위한 스로틀 개도를 계산하고, 상기 최적 운전점의 엔진속도 유지를 위한 CVT 변속비를 계산하는 제4 단계와;

   상기 CVT 변속비와 CVT 변속비 기준값을 근거로 하여 CVT 변속비 보상값을 계산하는 제 5단계와;

   상기 단계에서 구하여진 모터 토크 보상값(Tm_ref1), 스로틀 개도(Thref), CVT 변속비 보상값(SRref1)을 출력한 후 종료하는 제6단계로 이루어짐을 특징으로 하는 하이브리드 전기 자동차의 가속 제어방법.
2. 제1항에 있어서, 제2 단계의 전기 모터 출력 보상값(Tm_ref1)은 모터 토크(Tm_ref) * {CVT 변속비(SRref) / CVT 변속비 기준값(SR)}로 산출함을 특징으로 하는 하이브리드 전기 자동차의 가속 제어방법.
3. 제1항에 있어서, CVT 변속비 보상값(SRref1)은 CVT 변속비(SRref) * {CVT 변속비(SRref) / CVT 변속비 기준값(SR)}로 산출됨을 특징으로 하는 하이브리드 전기 자동차의 가속 제어방법.