하이브리드 자동차 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 본 발명의 하이브리드 자동차의 제어 방법은, EV 모드 진입 조건인 경우, 전방 신호등의 신호 정보와 거리 정보를 포함하는 신호등 정보를 수신하는 단계, 상기 수신된 신호등 정보를 기반으로 상기 EV 모드의 지속 시간을 예측하는 단계; 예측된 EV 모드의 지속 시간에 따라 상기 EV 모드에서의 냉각수 온도를 예측하는 단계, 예측된 냉각수 온도와 자동 온도 제어기(FATC)가 엔진 기동을 요청하는 기준온도를 비교하는 단계; 상기 예측된 냉각수 온도가 상기 기준온도보다 높은 경우 상기 EV 모드로 진입하는 단계를 포함할 수 있다.
기술분야
하이브리드 자동차 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 신호등 정보를 기반으로 EV(Electric Vehicle) 모드의 지속 시간을 예측하고 이에 따른 냉각수온을 추정하여 난방을 위한 시리즈 HEV((Hybrid Electric Vehicle) 모드 진입을 최소화할 수 있도록 제어하는 하이브리드 자동차 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
배경기술
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 엔진과 모터로 구성되는 두 개의 동력을 어떻게 조화롭게 동작시키느냐에 따라 최적의 출력과 토크를 제공할 수 있다. 특히, 엔진과 변속기 사이에 전기모터와 엔진클러치(EC: Engine Clutch)를 장착한 병렬형(Parallel Type, 또는 TMED: Transmission Mounted Electric Device 방식) 하이브리드 시스템을 채용한 하이브리드 자동차에서는, 엔진과 모터의 출력이 동시에 구동축으로 전달될 수 있다.
하이브리드 자동차의 일반적인 상황에서는 초기 가속 시 전기모터만으로 주행하는 전기차(EV) 모드로 동작하고 이후, 주행을 위한 요구 파워가 증가하면 전기모터와 엔진을 함께 가동하여 동력을 얻는 하이브리드 전기차(HEV) 모드로 전환된다. 여기서, 전기모터와 엔진이 함께 가동하는 HEV 모드는 주 동력원에 따라 패러렐(Parallel) HEV 모드와 시리즈(Series) HEV 모드로 나뉘어질 수 있다.
HEV 모드 중 패러렐 HEV 모드에서는 엔진의 동력이 구동력으로 작용하고, 시리즈(Series) HEV 모드에서는 엔진이 저부하로 구동되어 엔진 구동력이 발전에 사용된다. 패러렐 HEV 모드는 시리즈 HEV 모드에 비해 높은 효율을 가진다. 그런데, TMED 하이브리드 자동차는 통상적으로토크 컨버터를 장착하지 않기 때문에, 일반 내연 기관 차량과 다르게 일정 차속 이하에서는 엔진 시동을 유지하기가 어렵다. 이에, 일정 이하의 저속 구간에서는 시리즈 HEV 모드로 주행하게 된다.
한편, 한편, 최근 출시되는 자동차에는 자동 온도 제어기(FATC: Full Automatic Temperature Control)가 공조제어를 담당하는데, 하이브리드 자동차의 경우 필요에 따라 FATC가 엔진의 열로 데워진 엔진 냉각수로 실내 난방이 수행되도록 제어하기도 한다. 이때, FATC가 난방을 위해 필요한 수온보다 엔진냉각 수온이 낮은 경우,FATC는 하이브리드 제어기(HCU)에 엔진 기동을 요청하게 된다. 그에 따라, HCU는 엔진을 기동하게 되는데, 상황에 따라 패러렐 모드와 시리즈 모드 중 어느 하나를 선택하게 된다.
난방이 필요한 주행 조건에서 신호등으로 인한 정차 시 HEV 모드 전환 제어에 따른 문제점을 설명하기 위한 도면이다. 차속의 그래프, 가속 페달 센서(Accelerator Position Sensor, APS) 변화량 그래프, 주행 모드 그래프, 냉각 수온 그래프가 도시된다. 도시된 그래프들의 가로축은 공통적으로 시간을 나타낸다.
1구간은 차량이 패러렐 모드로 주행 가능한 속도로 주행중인 상태를 나타낸다. 패러렐 모드에서는 엔진의 동력이 구동력으로 작용하므로 엔진의 열에 의해 엔진 냉각수의 온도가 상승할 수 있다. 패러렐 모드 주행시간이 증가할 수록 냉각수 온도도 상승하고, 기준 온도 이상의 엔진 냉각수는 난방 시 에너지원으로 사용될 수 있다.
2구간은 신호등의 정지신호, 예컨대, 적색신호에 따라 차량을 정차시키기 위한 차속 감소 구간이다. 감속을 위해 가속 페달의 동작은 멈추고, 속도가 감속됨에 따라 주행 모드가 EV 모드로 전환된다. 이에, 엔진은동작을 멈추므로 냉각수의 온도가 감소하게 된다.
3구간은 차량이 정차, 혹은 저속 주행중인 상태에서 난방을 위해 엔진이 구동되는 상태를 나타낸다. 차량이 정차하거나 저속 주행중인 경우 엔진이 정지되어 냉각수의 온도가 감소된다. 냉각수 온도가 일정 수준 이하일 경우, 운전자가 요구하는 수준의 난방성능을 확보할 수 없다. 이에, FATC는 냉각수 온도가 제1 기준값(FATC On Temp.)까지 냉각되면 HCU로 엔진 구동을 요청하고, FATC의 요청에 따라 HCU는 엔진을 구동하여 냉각수 온도를 높이는 제어를 실시한다. 엔진 기동 시에는 패러렐 모드와 시리즈 모드 중 어느 하나를 선택할 수 있으나, 제 3 구간(S3)은 저속 주행 혹은 정차중인 상태이므로 시리즈 HEV 모드로 진입하게 된다.
4구간은 난방을 위한 시리즈 HEV 모드가 종료되고 신호등의 신호가 주행 신호, 예컨대, 녹색신호로 전환되기까지의 상태를 나타낸다. 시리즈 HEV 모드 수행으로 냉각수 온도가 상승하여 난방이 가능한 제2 기준값(FATC Off Temp.)에 도달하면 FATC는 HCU로 엔진 정지를 요청하고, FATC의 요청에 따라 HCU는 엔진을 정지시켜 시리즈 HEV 모드를 종료한다. 엔진의 동작을 멈추므로 냉각수의 온도가 감소하게 된다.
5구간은 신호등의 주행 신호에 따라 차량 주행이 재개되어 차량이 패러렐 모드로 주행 가능한 속도로 주행중인 상태를 나타낸다.
이상과 같이, 난방이 필요한 주행 조건에서 냉각수 온도가 감소하여 난방을 위해 엔진을 가동시켜야 한다. 난방을 위한 엔진 기동 시에는 패러렐 HEV 모드로 동작하는 것이 연료 효율 면에서 유리하고 냉각수 온도 상승효과도 우수하다. 그러나, 신호등과 같은 이유로 저속 주행 혹은 정차 상태인 경우 패러렐 HEV 모드로 진입 가능한 차속을 만족시키기 어렵기 때문에 시리즈 HEV 모드로 동작해야 한다.
특히, 혹한의 상황에서는 FATC에 의한 엔진 구동 요청이 긴 시간 유지되거나 빈번히 요청된다. 이에 따라 EV 주행이 제한되고, 냉각수 온도 제어를 위한 시리즈 HEV 모드 주행이 발생하여 연비가 저하되는 문제점이 있다.
해결하려는 과제
상술한 배경기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 난방이 필요한 주행 조건에서 난방을 위한 시리즈 HEV 모드 주행을 최소화함으로써 연비 저하를 최소화할 수 있는 하이브리드 자동차 및 그 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
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.
발명의 효과
상기와 같이 구성되는 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 관련된 하이브리드 자동차는 난방이 필요한 주행 조건에서 시리즈 HEV 모드 주행을 최소화함으로써 연비를 향상시킬 수 있다.
특히, 신호등 정보를 이용하여 EV 모드의 지속 시간과 냉각 수온의 변동을 예측하여 패러렐 HEV 모드의 주행 시간을 늘리거나 FATC의 난방 성능을 감소시켜 시리즈 HEV 모드 주행을 최소화할 수 있다.
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.
시스템 및 서비스 구성 정보상세 명세서 세 서
하이브리드 자동차의 제어 방법에 있어서 EV 모드 진입 조건인 경우, 전방 신호등의 신호 정보와 거리 정보를 포함하는 신호등 정보를 수신하는 단계, 상기 수신된 신호등 정보를 기반으로 상기 EV 모드의 지속 시간을 예측하는 단계, 예측된 EV 모드의 지속 시간에 따라 상기 EV 모드에서의 냉각수 온도를 예측하는 단계, 예측된 냉각수 온도와 자동 온도 제어기(FATC)가 엔진 기동을 요청하는 기준온도를 비교하는 단계, 상기 예측된 냉각수 온도가 상기 기준온도보다 높은 경우 상기 EV 모드로 진입하는 단계를 포함하는 하이브리드 자동차의 제어 방법.
제 1 항에 있어서 상기 예측된 냉각수 온도가 상기 기준온도 이하인 경우 엔진 동력을 구동력으로 이용하는 제1 HEV 모드의 진입이 가능한지 여부를 판단하는 단계 상기 제1 HEV 모드의 진입이 가능한 경우 상기 제1 HEV 모드로 진입하는 단계를 더 포함하는 하이브리드 자동차의 제어 방법.
제 2 항에 있어서 상기 제1 HEV 모드의 진입이 불가능한 경우 엔진 동력을 발전에 이용하는 제2 HEV 모드로 진입하는 단계를 더 포함하는 하이브리드 자동차의 제어 방법.
제 3 항에 있어서 상기 제1 HEV 모드는 패러렐 모드를 포함하고 상기 제2 HEV 모드는 시리즈 모드를 포함하는 하이브리드 자동차의 제어 방법.
제 1 항에 있어서 상기 예측된 냉각수 온도가 상기 기준온도 이하인 경우 상기 자동 온도 제어기(FATC)에 상기 기준온도 또는 난방 설정 온도 중 적어도 어느 하나의 하향 조정을 요청하는 단계를 더 포함하는 하이브리드 자동차의 제어 방법.
제 1 항에 있어서상기 신호등 정보를 수신하는 단계는 전방 신호등에 대한 신호 변경 주기, 현재 경로 전방의 현재 표출 신호, 전방 신호등 까지 남은 거리, 현재 표출된 신호의 남은 시간, 다음 신호 현시 정보, 신호등 위치 정보 중 적어도 하나를 포함하는 하이브리드 자동차의 제어 방법.
제 1 항에 있어서 상기 상기 수신된 신호등 정보를 기반으로 상기 EV 모드의 지속 시간을 예측하는 단계는 상기 신호등 정보에 따라 감속을 시작하여 신호등까지 도달하는데 소요되는 시간과 주행 신호가 점등 되기까지의 신호대기 시간을 합산하는 단계를 포함하는 하이브리드 자동차의 제어방법.
제 7 항에 있어서 상기 상기 수신된 신호등 정보를 기반으로 상기 EV 모드의 지속 시간을 예측하는 단계는 현재 신호 및 그 잔여 시간과 다음 신호 및 그 잔여 시간에 따라 신호대기 시간(t2)을 산출하는 단계를 포함하는 하이브리드 자동차의 제어방법.
제1 항에 있어서 상기 상기 EV 모드에서의 냉각수 온도를 예측하는 단계는 엔진 가동 시 기준 냉각수 온도에 상기 EV 모드의 지속 시간 동안 엔진 미가동 시 난방에 의해 저하될 냉각수 온도를 합산하는 단계를 포함하는 하이브리드 자동차의 제어 방법.
제1 항 내지 제9 항 중 어느 한 항에 따른 하이브리드 자동차의 제어 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터 해독 가능 기록 매체, 하이브리드 자동차에 있어서 전방 신호등의 신호 정보와 거리 정보를 포함하는 신호등 정보를 획득하는 제1 제어기 및 상기 수신된 신호등 정보를 기반으로 상기 EV 모드의 지속 시간을 예측하고, 예측된 EV 모드의 지속 시간에 따라 상기 EV 모드에서의 냉각수 온도를 예측하여, 예측된 냉각수 온도와 자동 온도 제어기(FATC)가 엔진 기동을 요청하는 기준온도를 비교한 후, 상기 예측된 냉각수 온도가 상기 기준온도보다 높은 경우 상기 EV 모드로 진입 하도록 제어하는 제2 제어기를 포함하는 하이브리드 자동차.
상기 제2 제어기는 상기 예측된 냉각수 온도가 상기 기준온도 이하인 경우 엔진 동력을 구동력으로 이용하는 제1 HEV 모드의 진입이 가능한지 여부를 판단하고, 상기 제1 HEV 모드의 진입이 가능한 경우 상기 제1 HEV 모드로 진입하도록 제어하는 하이브리드 자동차.
상기 제2 제어기는 상기 제1 HEV 모드의 진입이 불가능한 경우 엔진 동력을 발전에 이용하는 제2 HEV 모드로 진입하도록 제어하는 하이브리드 자동차. 상기 자동 온도 제어기는 상기 냉각수로 실내 난방이 수행되도록 제어하고, 상기 냉각수 온도가 상기 기준온도 이하인 경우 상기 제2 제어기에 엔진 기동을 요청하는 하이브리드 자동차.
상기 제2 제어기는 상기 예측된 냉각수 온도가 상기 기준온도 이하인 경우 상기 자동 온도 제어기(FATC)에 상기 기준온도 또는 난방 설정 온도 중 적어도 어느 하나의 하향 조정을 요청하는 하이브리드 자동차.
상기 신호등 정보는 전방 신호등에 대한 신호 변경 주기, 현재 경로 전방의 현재 표출 신호, 전방 신호등 까지 남은 거리, 현재 표출된 신호의 남은 시간, 다음 신호 현시 정보, 신호등 위치 정보 중 적어도 하나를 포함하는 하이브리드 자동차.
상기 제2 제어기는 상기 신호등 정보에 따라 감속을 시작하여 신호등까지 도달하는데 소요되는 시간과 주행 신호가 점등 되기까지의 신호대기 시간을 합산하여 상기 EV 모드의 지속 시간을 예측하는 하이브리드 자동차.
상기 제2 제어기는 현재 신호 및 그 잔여 시간과 다음 신호 및 그 잔여 시간에 따라 상기 신호대기 시간을 산출하는 하이브리드 자동차.
상기 제2 제어기는, 엔진 가동 시 기준 냉각수 온도에 상기 EV 모드의 지속 시간 동안 엔진 미가동 시 난방에 의해 저하될 냉각수 온도를 합산하여 상기 EV 모드에서의 냉각수 온도를 예측하는 하이브리드 자동차.
하이브리드 자동차 및 그 제어 방법 | 현대자동차 특허에 대하여 정리하였습니다.
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