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KR20040021879A - 하이브리드 전기자동차의 엔진 제어 시스템 및 제어방법 - Google Patents

하이브리드 전기자동차의 엔진 제어 시스템 및 제어방법 Download PDF

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KR20040021879A
KR20040021879A KR1020020053528A KR20020053528A KR20040021879A KR 20040021879 A KR20040021879 A KR 20040021879A KR 1020020053528 A KR1020020053528 A KR 1020020053528A KR 20020053528 A KR20020053528 A KR 20020053528A KR 20040021879 A KR20040021879 A KR 20040021879A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
idle stop
engine
hybrid electric
state
electric vehicle
Prior art date
Application number
KR1020020053528A
Other languages
English (en)
Inventor
임한승
Original Assignee
현대자동차주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 현대자동차주식회사 filed Critical 현대자동차주식회사
Priority to KR1020020053528A priority Critical patent/KR20040021879A/ko
Priority to US10/326,013 priority patent/US6885113B2/en
Priority to JP2002375474A priority patent/JP2004100680A/ja
Publication of KR20040021879A publication Critical patent/KR20040021879A/ko

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Abstract

본 발명에 의한 하이브리드 전기자동차의 엔진 제어 시스템은
엔진; 상기 엔진의 일측에 결합되는 모터; 및 차량 작동 조건을 나타내는 하나 이상의 신호를 입력받아 그에 기초하여 상기 엔진과 모터의 작동을 제어하는 제어부를 포함하며, 상기 제어부는
상기 하나 이상의 신호를 기초로 하여 설정된 아이들 스탑 조건이 만족되는지를 판단하는 단계;
상기 설정된 아이들 스탑 조건이 만족된 것으로 판단되면, 아이들 스탑 상태로 진입하는 단계; 및
상기 아이들 스탑 상태에서 리버스 레인지 온 신호가 검출되는 경우에, 상기 리버스 레인지 온 신호가 설정된 시간 동안 지속되면 아이들 스탑 상태를 해제하는 단계
를 포함하는 제어로직을 수행하도록 프로그램 되는 것을 특징으로 한다.

Description

하이브리드 전기자동차의 엔진 제어 시스템 및 제어방법{ENGINE CONTROL SYSTEM AND METHOD FOR HYBRID ELECTRIC VEHICLE}
본 발명은 하이브리드 전기자동차의 엔진 제어방법 및 그 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연료절감을 위해 설정된 운전 조건에서는 아이들 스탑 해제를 배제하는 제어방법 및 그 시스템에 관한 것이다.
오늘날 대부분의 차량은 동력원을 제공하는 내연기관(internal combustion engine)을 구비하며, 이러한 내연기관은 높은 회전수에서 최적으로 작동하는 것이 일반적이다. 그 결과 엔진 회전수가 낮은 영역에서는 엔진이 최적 상태로 작동되지 아니하여 다량의 배기가스가 방출된다.
이러한 문제를 해결하기 위해 모든 작동 조건에서 효과적으로 작동하는 동력시스템이 개발되고 있으며, 그러한 노력의 하나로 하이브리드 전기자동차가 다양하게 개발되고 있다.
일반적으로, 하이브리드 전기자동차는 차량을 구동하기 위한 동력원으로 엔진과 더불어 모터를 구비한다.
이와 같은 하이브리드 전기자동차는 모터와 엔진의 구동력을 적절히 사용함으로써, 하이브리드 전기자동차의 엔진은 높은 연비 및 적은 배기가스 배출량을 달성할 수 있는 엔진 회전수 영역에서 작동할 수 있게 된다. 즉, 하이브리드 전기자동차는 기존의 자동차에 비해 연료 저감 및 배기가스 저감을 동시에 달성할 수 있다.
상기한 바와 같은 하이브리드 전기자동차는 설정된 운전 조건 하에서는 엔진의 작동이 정지(이하에서, "아이들 스탑"이라고 함)되도록 고안되는데, 이를 통해 연료 소비량을 더욱 저감할 수 있게 된다.
차속, 엔진 온도, 브레이크 페달 답입상태, 및 가속 페달 답입상태 등을 고려하여 차량 운전조건이 설정된 조건(아이들 스탑 조건)을 만족하는 경우에, 아이들 스탑 상태가 되도록 제어하여 연료절감을 도모한다.
통상의 하이브리드 전기자동차의 엔진 제어방법에 있어서, 현재의 변속 레인지가 리버스 레인지(이하에서 "R 레인지"라고 함)인 경우에 아이들 스탑 상태에서 해제되도록 제어하는 것이 일반적이다.
이와 같이, 항상 R 레인지에서 아이들 스탑 상태에서 해제되도록 제어하는 경우에, 아이들 스탑 상태에서 변속 레인지를 주행 레인지(이하에서 "D 레인지"라고 함)로부터 파킹 레인지(이하에서 "P 레인지"라고 함)로 변환하고자 하는 경우에, R 레인지를 거치게 되므로, 아이들 스탑 상태에서 해제되게 된다. 그 반대의 경우도 마찬가지이다.
즉, 통상의 자동변속기의 경우에 P 레인지와 D 레인지 사이에 R 레인지가 위치하기 때문에, 아이들 스탑 조건이 만족된 상태에서 P 레인지와 D 레인지 사이의 전환이 일어나는 경우에 아이들 스탑 해제 후 다시 아이들 스탑으로 복귀하는 과정을 거치게 된다.
그러나, 이와 같은 경우에는 아이들 스탑 상태를 유지하는 것이 바람직함에도 불구하고, 순간적으로 아이들 스탑 상태에서 해제되도록 제어함으로써 불필요한 연료 소모가 발생한다.
본 발명은 상기 전술한 바와 같은 문제점들을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 하이브리드 전기자동차의 아이들 스탑 상태에서 R 레인지 신호가 검출되는 경우에도 일정한 경우에는 아이들 스탑 상태를 유지하는 하이브리드 전기자동차의 엔진 제어방법에 관한 것이다.
도1은 본 발명에 의한 하이브리드 전기자동차의 엔진 제어 시스템을 간략히 보여주는 구성도이다.
도2는 본 발명에 의한 하이브리드 전기자동차의 엔진 제어방법을 보여주는 순서도이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 하이브리드 전기자동차 엔진 제어방법은
설정된 아이들 스탑 조건이 만족된 경우에 아이들 스탑 상태로 진입하는 단계;
아이들 스탑 상태에서 리버스 레인지 온인가 판단하는 단계;
아이들 스탑 상태에서 리버스 레인지가 온된 경우에, 리버스 레인지 온 상태가 설정된 시간 동안 지속되었는지를 판단하는 지속시간 판단단계;
리버스 레인지 온 상태가 설정된 시간 동안 지속된 경우에, 아이들 스탑 상태를 해제하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 설정된 아이들 스탑 조건은
1) 이그니션 키가 온(on) 일 것, 2) 하이브리드 제어 유닛의 제어준비 완료, 3) 엔진 온도가 설정된 온도 이상일 것, 4) 차속이 설정된 속도 이하일 것, 5) 차량이 설정된 차속 이상으로 설정된 시간 이상을 주행한 후 일 것, 6) 브레이크 부스터의 압력 저하가 없을 것, 7) 메인 배터리가 모터 시동 가능 상태를 유지할 것, 8) 변속 레인지가 리버스 레인지가 아닐 것, 9) 브레이크 페달이 온(on) 일 것, 및 10) 가속 페달이 오프(off) 일 것
을 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의한 엔진 제어방법은
상기 지속시간 판단단계에서 리버스 레인지 온 상태가 상기 설정된 시간동안 지속되지 아니한 경우에, 상기 설정된 아이들 스탑 조건 중 변속 레인지가 리버스 레인지가 아닐 것을 제외한 아이들 스탑 조건 중 어느 하나라도 만족되지 아니하면 아이들 스탑 상태를 해제하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의한 하이브리드 전기자동차의 엔진 제어 시스템은
엔진;
상기 엔진의 일측에 결합되는 모터; 및
차량 작동 조건을 나타내는 하나 이상의 신호를 입력받아 그에 기초하여 상기 엔진과 모터의 작동을 제어하는 제어부
를 포함하되,
상기 제어부는
상기 하나 이상의 신호를 기초로 하여 설정된 아이들 스탑 조건이 만족되는지를 판단하는 단계;
상기 설정된 아이들 스탑 조건이 만족된 것으로 판단되면, 아이들 스탑 상태로 진입하는 단계; 및
상기 아이들 스탑 상태에서 리버스 레인지 온 신호가 검출되는 경우에, 상기 리버스 레인지 온 신호가 설정된 시간 동안 지속되면 아이들 스탑 상태를 해제하는 단계
를 포함하는 제어로직을 수행하도록 프로그램 되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 하이브리드 전기자동차의 엔진 제어 시스템에서
상기 제어부는
상기 지속시간 판단단계에서 리버스 레인지 온 상태가 상기 설정된 시간동안 지속되지 아니한 경우에, 상기 설정된 아이들 스탑 조건 중 변속 레인지가 리버스 레인지가 아닐 것을 제외한 아이들 스탑 조건 중 어느 하나라도 만족되지 아니하면 아이들 스탑 상태를 해제하는 단계를 더 포함하는 제어로직을 수행하도록 프로그램되는 것이 바람직하다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하이브리드 전기자동차의 엔진 제어방법 및 그 시스템을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 의한 하이브리드 전기자동차 엔진 제어 시스템은 연료를 연소시켜 회전력을 발생하는 엔진(12), 상기 엔진(12)의 일측에 결합되며 전기 에너지를 이용하여 회전력을 발생시키는 모터(14), 및 상기 엔진(12)과 모터의 회전력을 휠(16)로 전달하는 변속기(18)를 포함한다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 하이브리드 전기자동차 엔진 제어 시스템은 상기 모터(14)를 구동하기 위한 전기에너지를 공급하는 배터리(20), 배터리(20)로 입력되거나 배터리로부터 출력되는 DC 전원의 레벨을 변환시키는 DC/DC 컨버터(22), 및 DC/DC 컨버터(22)와 모터(14) 사이에 배치되는 인버터(24)를 포함한다.
인버터(24)는 스타트-업 모드 시에는 DC/DC 컨버터(22)의 AC 전원을 DC 전원으로 변환하여 모터(14)로 공급하고, 리제너레이션 모드 시에는 모터(14)로부터 공급되는 AC 전원을 DC 전원으로 변환하여 DC/DC 컨버터(22)로 공급한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 의한 하이브리드 전기자동차의 엔진 제어 시스템은 차량의 운전 조건을 검출하여 해당하는 신호를 출력하는 복수개의 센서 및 스위치(26)로부터 신호를 입력받아 이를 기초로 하여 엔진을 제어하기 위한 제어신호를 출력하는 하이브리드 제어 유닛(Hybrid Control Unit, 28; 이하에서 "HCU"라 함)을 포함한다.
상기 HCU(28)는 복수개의 센서 및 스위치(26) 신호를 기초로 하위 제어수단인 엔진 제어 유닛(Engine Control Unit, 30; 이하에서 "ECU"라 함), 모터 제어 유닛(Motor Control Unit, 32; 이하에서 "MCU"라 함), 배터리 관리 시스템(Battery Management System, 34; 이하에서 "BMS"라 함), 및 변속기 제어 유닛(Transmission Control Unit, 36; 이하에서 "TCU"라 함)을 제어하는 제어신호를 생성한다.
ECU(30)는 연료량 제어 수단, 점화시기 제어수단 등을 제어하는 제어신호를 통하여 엔진(12)의 작동을 제어하며, MCU(32)와 BMS(34)는 각각 모터(14)와 배터리(20)의 작동을 제어한다. TCU(36)는 변속기의 작동을 제어한다.
상기 복수개의 센서 및 스위치(26)는 본 발명에 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 고안할 수 있는 것으로, 엔진 냉각수온을 검출하는 엔진 냉각수온 센서, 차속을 검출하는 차속 센서, 브레이크 압력을 검출하는 브레이크 압력 센서, 배터리 전압을 검출하는 배터리 전압 센서, 가속 페달의 답입량을 검출하는 가속 페달 센서, 브레이크 페달의 답입량을 검출하는 브레이크 페달 센서, 현재의 변속레인지를 검출하는 인히비터 스위치 등을 포함할 수 있다. 또한, 다른 필요한 센서가 본 발명의 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 고안될 수 있음은 물론이다.
상기 HCU(28), ECU(30), MCU(32), BMS(34), TCU(36), 및 복수개의 센서 및 스위치(26)는 통상의 프로토콜(protocol)에 의해서 서로 통신하도록 본 발명의 기술분야의 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 구성할 수 있다.
상기 HCU(28)와 ECU(30)는 각각 마이크로프로세서와 관련된 하드웨어를 포함하며, 이하에서 기술할 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 하이브리드 전기자동차 엔진 제어방법을 수행하도록 프로그램될 수 있음은 물론이다.
도2를 참고로 하여, 본 발명에 의한 하이브리드 전기자동차 엔진 제어방법에 대해서 설명하기로 한다.
우선, HCU(28)는 아이들 스탑 조건이 만족되는지를 판단한다 (S201 단계).
여기서, 아이들 스탑 조건이란 1) 이그니션 키가 온(on) 일 것, 2) HCU(28)의 제어 준비 완료 상태일 것, 3) 엔진 냉각수 온도가 설정된 온도 이상일 것, 4) 차량이 설정된 차속 이상으로 설정된 시간 이상을 주행한 후 일 것, 5) 차속이 설정된 속도 이하일 것, 6) 브레이크 부스터(brake booster)의 압력 저하가 없을 것, 7) 메인 배터리(예를 들어, 144V)가 모터 시동 가능 상태를 유지할 것, 8) 변속 레인지가 리버스 레인지(reverse range, 이하에서 "R 레인지"라고 함)가 아닐 것, 9) 브레이크 페달이 온(on) 일 것, 및 10) 가속 페달이 오프(off) 일 것을 포함한다.
아이들 스탑이란 설정된 조건하에서 엔진에 작동을 정지시키는 것을 의미하며, 연료분사의 중지 및 점화중지 등을 통해서 엔진의 작동을 정지시킨다.
HCU(28)의 제어준비 완료 상태라 함은 하위 제어부인 MCU(32)과 BMS(34)가 각각 모터(14)와 배터리(20)를 제어할 수 있는 상태임을 의미한다. 즉, MCU(32)와 BMS(34)로부터 각각 모터(14)와 배터리(20)를 제어 가능함을 나타내는 신호가 HCU(28)로 입력되면, HCU(28)는 이를 기초로 제어준비 완료 상태임을 판단한다.
엔진 냉각수 온도가 지나치게 낮은 경우에는 모터(14)가 제대로 작동되지 아니하는 경우가 발생할 수 있으므로, 엔진 냉각수 온도가 설정 온도 이상일 것을 아이들 스탑의 한 조건으로 하는 것이다. 일례로, 설정된 온도는 70℃로 설정할 수 있다.
차량이 설정된 차속 이상으로 설정된 시간 이상을 주행한 후를 아이들 스탑의 한 조건으로 한 것은 차량이 어느 정도 운행한 후에 아이들 스탑 상태로 진입하게 하여 너무 자주 아이들 스탑 상태로 진입하는 것을 방지하고 함이다. 예를 들어, 12㎞/h 이상의 속도로 7초 이상을 주행한 후로 설정할 수 있다.
차속이 설정된 속도 이하일 것은 차량이 거의 정지상태라고 할 수 있는 정도의 속도인 것을 의미하여, 일례로 설정된 속도는 0.3㎞/h가 될 수 있다.
브레이크 부스터의 압력 저하가 없을 것이라고 함은 브레이크를 장시간 밟은 상태가 유지되어 브레이크를 충분히 구동할 수 없는 경우를 배제하기 위함이다.
메인 배터리가 모터 시동 가능상태를 유지한다고 함은, 메인 배터리의 현재 충전상태에서 모터 시동이 가능할 것을 의미한다.
상기 조건이 모두 만족된 경우에, HCU(28)는 아이들 스탑 조건이 만족된 것으로 판단하여, 엔진 작동을 정지하도록 하는 제어신호를 출력한다.
엔진 아이들 스탑 조건이 만족된 것으로 판단되면, HCU(28)는 엔진이 아이들 스탑 상태가 되도록 제어한다 (S202 단계).
그리고 나서 HCU(28)는 R 레인지 신호가 온(on) 인지를 판단한다 (S203 단계).
상기 S203 단계에서 R 레인지 신호가 온(on) 인 것으로 판단되면, 카운터 값을 증가시킨 후에, 카운터 값이 설정된 값보다 큰지를 판단한다 (S205 단계 및S207 단계).
상기 S207 단계에서 카운터 값이 상기 설정된 값보다 큰 것으로 판단되면, 아이들 스탑 상태를 해제한다 (S209 단계). 즉, 엔진으로의 연료 공급을 차단 및 점화중지를 통하여 엔진 작동을 중단시킨다.
카운터 값이 설정된 값보다 크다고 함은 R 레인지 신호 온 상태가 설정된 시간 이상 지속된 것을 의미한다. 이때, 설정된 시간은 0.2초로 할 수 있다.
한편, 상기 S203 단계에서 R 레인지 신호가 온이 아닌 것으로 판단되거나, 상기 S207 단계에서 카운터 값이 상기 설정된 값보다 크지 아니한 것으로 판단되면, 아이들 스탑 조건이 만족되는지를 판단한다 (S211 단계).
아이들 스탑 해제가 필요한지 여부는 상기한 아이들 스탑 조건에 기초하여 수행되는데, 상기한 아이들 스탑 조건 중 변속 레인지가 리버스 레인지일 것을 제외한 조건이 만족되는지를 판단한다.
판단한 결과, 변속 레인지가 리버스 레인지일 것을 제외한 조건 중 어느 하나라도 만족되지 아니하는 경우에는 S209 단계로 진행하여 아이들 스탑 상태를 해제한다. 반면, 변속 레인지가 리버스 레인지일 것을 제외한 조건이 모두 만족되는 것으로 판단되는 경우에는 S203 단계로 진행한다.
본 발명에 의한 하이브리드 전기자동차의 엔진 제어방법에 의하면, 아이들 스탑 상태에서 R 레인지 신호가 설정된 시간 미만 동안 검출되는 경우에는 아이들 스탑을 해제하지 아니함으로써 운전자의 운전의지를 보다 정확히 반영하여 운전의편의성을 향상시킴과 아울러 불필요한 아이들 스탑 해제를 배제하여 연비를 향상시킬 수 있게 된다.

Claims (6)

  1. 설정된 아이들 스탑 조건이 만족된 경우에 아이들 스탑 상태로 진입하는 단계;
    아이들 스탑 상태에서 리버스 레인지 온인가 판단하는 단계;
    아이들 스탑 상태에서 리버스 레인지가 온된 경우에, 리버스 레인지 온 상태가 설정된 시간 동안 지속되었는지를 판단하는 지속시간 판단단계;
    리버스 레인지 온 상태가 설정된 시간 동안 지속된 경우에, 아이들 스탑 상태를 해제하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기자동차 엔진 제어방법.
  2. 제1항에서,
    상기 설정된 아이들 스탑 조건은
    1) 이그니션 키가 온(on) 일 것, 2) 하이브리드 제어 유닛의 제어준비 완료, 3) 엔진 온도가 설정된 온도 이상일 것, 4) 차속이 설정된 속도 이하일 것, 5) 차량이 설정된 차속 이상으로 설정된 시간 이상을 주행한 후 일 것, 6) 브레이크 부스터의 압력 저하가 없을 것, 7) 메인 배터리가 모터 시동 가능 상태를 유지할 것, 8) 변속 레인지가 리버스 레인지가 아닐 것, 9) 브레이크 페달이 온(on) 일 것, 및 10) 가속 페달이 오프(off) 일 것
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기자동차의 엔진 제어방법.
  3. 제2항에서,
    상기 지속시간 판단단계에서 리버스 레인지 온 상태가 상기 설정된 시간동안 지속되지 아니한 경우에, 상기 설정된 아이들 스탑 조건 중 변속 레인지가 리버스 레인지가 아닐 것을 제외한 아이들 스탑 조건 중 어느 하나라도 만족되지 아니하면 아이들 스탑 상태를 해제하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기자동차 엔진 제어방법.
  4. 엔진;
    상기 엔진의 일측에 결합되는 모터; 및
    차량 작동 조건을 나타내는 하나 이상의 신호를 입력받아 그에 기초하여 상기 엔진과 모터의 작동을 제어하는 제어부
    를 포함하는 하이브리드 전기자동차 엔진 제어 시스템에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 하나 이상의 신호를 기초로 하여 설정된 아이들 스탑 조건이 만족되는지를 판단하는 단계;
    상기 설정된 아이들 스탑 조건이 만족된 것으로 판단되면, 아이들 스탑 상태로 진입하는 단계; 및
    상기 아이들 스탑 상태에서 리버스 레인지 온 신호가 검출되는 경우에, 상기 리버스 레인지 온 신호가 설정된 시간 동안 지속되면 아이들 스탑 상태를 해제하는단계
    를 포함하는 제어로직을 수행하도록 프로그램 되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기자동차 엔진 제어 시스템.
  5. 제4항에서,
    상기 설정된 아이들 스탑 조건은
    1) 이그니션 키가 온(on) 일 것, 2) 하이브리드 제어 유닛의 제어준비 완료, 3) 엔진 온도가 설정된 온도 이상일 것, 4) 차속이 설정된 속도 이하일 것, 5) 차량이 설정된 차속 이상으로 설정된 시간 이상을 주행한 후 일 것, 6) 브레이크 부스터의 압력 저하가 없을 것, 7) 메인 배터리가 모터 시동 가능 상태를 유지할 것, 8) 변속 레인지가 리버스 레인지가 아닐 것, 9) 브레이크 페달이 온(on) 일 것, 및 10) 가속 페달이 오프(off) 일 것
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기자동차의 엔진 제어 시스템.
  6. 제5항에서,
    상기 제어부는
    상기 지속시간 판단단계에서 리버스 레인지 온 상태가 상기 설정된 시간동안 지속되지 아니한 경우에, 상기 설정된 아이들 스탑 조건 중 변속 레인지가 리버스 레인지가 아닐 것을 제외한 아이들 스탑 조건 중 어느 하나라도 만족되지 아니하면아이들 스탑 상태를 해제하는 단계를 더 포함하는 제어로직을 수행하도록 프로그램 되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기자동차의 엔진 제어 시스템.
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