하이브리드 자동차 및 그를 위한 주행 모드 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세히는 목적지까지의 경로 정보를 이용하여 배터리의 충전량 변동에 관련된 주행 모드 변경을 수행할 수 있는 하이브리드 자동차 및 그 제어방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 모드 전환 제어 방법은, 주행 경로 도상에 배기가스 배출과 관련된 적어도 하나의 특정 지역이 존재하는 경우입니다.
적어도 하나의 특정 지역을 제1주행모드로 주행하는데 소요되는 제1 에너지를 산출하는 단계; 상기 산출된 제1 에너지를 이용하여 상기 적어도 하나의 특정 지역을 배터리의 충전 상태 변동에 따라 제1 주행모드로 주행이 가능한지 여부를 판단하는 단계
상기 제1 주행모드로 주행이 가능한 경우 상기 제1 에너지를 고려하여 상기 주행 경로를 제1 주행 모드 또는 제2 주행모드로 주행하는 단계; 및 상기 판단 결과, 상기 제1 주행모드로 주행이 불가한 경우 적어도 하나의 충전 구간을 설정하는 단계를 포함할 수 있다.
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 내연기관만을 구비한 차량에 비해 연비가 우수하고 동력성능이 뛰어날 뿐만 아니라 배기가스 저감에도 유리하기 때문에 최근 많은 개발이 이루어 지고 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.
상술한 동력계통에 따른 주행 모드의 구분 외에, 특히 플러그인 하이브리드 자동차(PHEV)의 경우 배터리의 충전상태(SOC: State Of Charge)의 변동을 기준으로, 방전(CD: Charge Depleting) 모드와 충전 유지(CS: Charge Sustaining) 모드로 주행 모드를 구분할 수도 있다. 일반적으로 CD 모드에서는 배터리의 전력으로 전기 모터를 구동하여 주행하게 되며, CS 모드에서는 배터리 SOC가 더 낮아지지 않도록 엔진의 동력을 주로 이용하게 된다.
일반적인 PHEV의 경우 주행 부하, 충전 가능 여부, 목적지까지의 거리 등 주행조건과 무관하게 CD 모드로 주행한 후 SOC 소진에 따라 CS 모드로 전환을 수행한다. 이를 도 1을 참조하여 설명한다.
일반적인 플러그인 하이브리드 차량의 모드 전환이 수행되는 형태의 일례를 나타낸다. 가로축은 거리를, 상단 그래프의 세로축은 PHEV의 배터리 충전 상태(SOC)를, 하단 그래프의 세로축은 주행 부하를 각각 나타낸다.
하단 그래프를 먼저 참조하면, 출발지와 목적지 사이에 도심, 국도, 고속도로 구간이 혼재하며, 고속도로-국도-도심 순으로 주행부하가 상대적으로 낮은 경로가 나타나 있다. 이러한 경로를 주행함에 있어 일반적인 PHEV는 주행 부하의 변동에 대한 고려 없이 출발시에는 CD 모드로 시작하여, SOC가 기 설정된 기준 밑으로 떨어지는 경우 CS 모드로의 전환을 수행한다.
그런데, CD 모드는 저속/저부하 주행시에, CS 모드는 고속/고부하 주행시에 상대적으로 유리한 효율을 보인다.
따라서, 상술한 바와 같이 SOC 값에만 기반하여 모드 전환을 수행하게 되는 경우, 주행 부하와 하이브리드 파워트레인의 에너지 효율 특성이 고려되지 않기 때문에 경로에 따라 효율이 크게 떨어질 수 있다. 이러한 하이브리드 파워 트레인의 에너지 효율 특성을 도 2를 참조하여 설명한다.
일반적인 하이브리드 차량의 파워트레인 에너지 효율 특성을 설명하기 위한 도면이다. 가로축은 파워트레인의 출력(POWER)을, 세로축은 파워트레인의 시스템 효율을 각각 나타낸다.
출력이 낮은 구간에서는 전기 모터를 이용한 EV 모드 주행이 효과적이나, EV 모드의 효율과 HEV 모드의 효율이 서로 교차되는 지점(A) 이후로는 HEV 모드 주행이 더 효과적이다. 또한, 일반적으로 전기 모터는 엔진보다 최대 출력 지점(C)에 먼저 도달하게 된다.
따라서, (A) 지점이 CS 모드에서 엔진 기동의 기준이 될 수 있으며, HEV 모드의 효율이 최대가 되는 지점(B)이 CD 모드에서 엔진 기동의 기준이 될 수 있다.
상술한 효율 문제를 개선하기 위해 적응형 모드 전환(Adaptice CD/CS) 방식이 고려될 수 있다. 적응형 모드 전환 방식은 전기 모터만으로 주행 가능한 거리(AER: All Electric Range) 보다 장거리를 주행 하는 경우에 다음 충전 전까지의 주행거리(DUC: Distance Until Charge)와 EV 모드 주행가능거리(DTE: Drive To Empty) 및 주행 조건 등을 이용하여 CD/CS모드를 최적 효율에 따라 자동 전환하는 제어 방식이다.
예컨대, 적응형 모드 전환 방식이 적용되는 경우, 차량은 주행 조건에 기반하여 현재의 주행부하가 일정값 이상인 경우 CS 모드로 주행하고, 주행 부하가 낮을 경우 CD 모드로 주행할 수 있다. 물론, 차량은 주행 부하가 큰 구간이라도 DUC≤DTE인 경우, CD 주행으로 SOC를 소진하여 DUC 내에서 SOC를 소진하도록 유도할 수도 있다. 이러한 적응형 모드 전환 방식을 도 3을 참조하여 설명한다.
일반적인 플러그인 하이브리드 차량에서 적응형 모드 전환 방식이 적용된 경우 모드 전환이 수행되는 형태의 일례를 나타낸다. 도 3에서 가로축과 세로축의 의미 및 경로 구성은 도 1과 동일한 것으로 가정한다.
처음 주행은 CD 모드로 시작되나, 기 설정된 주행 부하를 넘는 구간(여기서는 고속도로)에 진입하는 경우 SOC가 일정 값 이상이라도 CS 모드로 전환하게 되며, DUC≤DTE인 구간에서 다시 CD 모드로 전환되어 효율적인 주행이 가능하다.
다만, 상술한 제어 방식들은 친환경 차량의 운용에 있어서 효율성에만 치중한 것으로, 친환경 차량이 앞으로 나아가야 할 궁극적인 목표와는 거리가 있다. 예컨대, 효율성을 만족하면서도 법규, 환경, 안전, 보행자 밀도 등의 이유로 배출가스의 저감이 바람직한 지역에서 엔진 가동을 최소화할 수 있는 방안이 요구된다.
해결하려는 과 제
효율적으로 모드 전환 제어를 수행하는 방법 및 그를 수행하는 하이브리드 차량을 제공하기 위해 특히, 본 발명은 친환경 차량의 운행에 있어서 특정 지역에서 엔진 가동을 최소화할 수 있는 방법 및 그를 수행하는 차량을 제공하기 위한 것이다.
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.
과제의 해결수단
하이브리드 자동차의 모드 전환 제어 방법은, 주행 경로 상에 배기가스 배출과 관련된 적어도 하나의 특정 지역이 존재하는 경우, 상기 적어도 하나의 특정 지역을 제1 주행모드로 주행하는데 소요되는 제1 에너지를 산출하는 단계; 상기 산출된 제1 에너지를 이용하여 상기 적어도 하나의 특정 지역을 배터리의 충전 상태 변동에 따라 제1 주행모드로 주행이 가능한지 여부를 판단하는 단계; 상기 판단 결과, 상기 제1 주행모드로 주행이 가능한 경우 상기 제1 에너지를 고려하여 상기 주행 경로를 제1 주행모드 또는 제2 주행모드로 주행하는 단계; 및 상기 판단 결과, 상기 제1 주행모드로 주행이 불가한 경우 적어도 하나의 충전 구간을 설정하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차는, 주행 경로 상에 배기가스 배출과 관련된 적어도 하나의 특정 지역이 존재하는 경우, 상기 적어도 하나의 특정 지역을 포함한 상기 주행 경로에 대한 정보를 획득하는 제1 제어기; 및 상기 제1 제어기로부터 전달된 상기 정보를 이용하여 상기 적어도 하나의 특정 지역을 제1주행모드로 주행하는데 소요되는 제1 에너지를 산출하고, 상기 산출된 제1 에너지를 이용하여 상기 적어도 하나의 특정 지역을 배터리의 충전 상태 변동에 따라 제1 주행모드로 주행이 가능한지 여부를 판단하며, 상기 판단 결과 제1 주행모드로 주행이 가능한 경우 상기 제1 에너지를 고려하여 상기 주행 경로를 제1 주행모드 또는 제2 주행모드로 주행하도록 제어하고, 상기 제1 주행모드로 주행이 불가한 경우 적어도 하나의 충전 구간을 설정하는 제2 제어기를 포함할 수 있다.
발명의 효과
하이브리드 자동차는 보다 효율적으로 모드 전환 제어를 수행할 수 있다. 특히, 운행 경로에 특정 지역이 포함된 경우, 해당 지역에서 CD 모드 주행이 최대한 수행되도록 운행 모드가 결정되기 때문에 특정 지역에서 엔진 가동을 최소화할 수 있다.
시스템 및 서비스 구성 정보상세 명세서
하이브리드 자동차의 모드 전환 제어 방법에 있어서, 주행 경로 상에 배기가스 배출과 관련된 적어도 하나의 특정 지역이 존재하는 경우, 상기 적어도 하나의 특정지역을 제1 주행모드로 주행하는데 소요되는 제1 에너지를 산출하는 단계, 상기 산출된 제1 에너지를 이용하여 상기 적어도 하나의 특정 지역을 배터리의 충전 상태 변동에 따라 제1 주행모드로 주행이 가능한지 여부를 판단하는 단계, 상기 판단 결과, 상기 제1 주행모드로 주행이 가능한 경우 상기 제1 에너지를 고려하여 상기 주행 경로를 제1 주행모드 또는 제2 주행모드로 주행하는 단계, 상기 판단 결과, 상기 제1 주행모드로 주행이 불가한 경우 적어도 하나의 충전 구간을 설정하는 단계를 포함하는, 하이브리드 자동차의 모드 전환 제어 방법.
상기 판단하는 단계는, 상기 배터리에 현재 저장된 에너지 중 상기 제1 주행모드에 이용할 수 있는 총 에너지인 제2 에너지와 상기 제1 에너지를 비교하는 단계, 상기 비교 결과, 상기 제2 에너지가 상기 제1 에너지 이상이면 상기 제1 주행모드로 주행이 가능한 것으로 판단하는 단계, 상기 비교 결과, 상기 제1 에너지가 상기 제2 에너지보다 크면 상기 제1 주행모드로 주행이 불가한 것으로 판단하는 단계를 포함하는, 하이브리드 자동차의 모드 전환 제어 방법.
상기 제2 에너지는, 상기 현재 저장된 에너지에서 상기 제2 주행모드로의 기 설정된 전환 기준이 되는 에너지를 차감하여 구해지는, 하이브리드 자동차의 모드 전환 제어 방법.
상기 적어도 하나의 특정 지역에 진입하는 경우, 이전 주행모드와 무관하게 상기 제1 주행모드로 주행하는 단계를 더 포함하는, 하이브리드 자동차의 모드 전환 제어 방법.
상기 제1 주행모드 또는 제2 주행모드로 주행하는 단계는, 상기 제2 주행모드로의 기 설정된 전환 기준이 되는 에너지에 상기 제1 에너지를 추가하여 상기 제2 주행모드로의 전환 기준을 설정하는 단계를 포함하는, 하이브리드 자동차의 모드 전환 제어 방법.
상기 적어도 하나의 충전 구간을 설정하는 단계는, 상기 주행 경로에서 평균 주행 부하 및 시스템 최적효율파워를 고려하여 제1 충전 구간을 설정하는 단계, 상기 제1 충전 구간의 구간 거리를 이용하여 상기 제1 충전 구간에서의 구간 예상 충전에너지를 산출하는 단계 상기 제2 에너지, 상기 구간 예상 충전에너지 및 상기 제1 에너지를 이용하여 적어도 하나의 제2 충전 구간의추가 필요성을 판단하는 단계를 포함하는, 하이브리드 자동차의 모드 전환 제어 방법.
상기 제1 에너지를 산출하는 단계는, 상기 적어도 하나의 특정 지역 각각의 평균차속, 경사도, 정체도 및 도로 종류 중 적어도 하나를 이용하여 수행되는, 하이브리드 자동차의 모드 전환 제어 방법.
상기 제 1 모드는 방전(CD) 모드를 포함하고,상기 제 2 모드는 충전 유지(CS) 모드를 포함하는, 하이브리드 자동차의 모드 전환 제어 방법.
상기 배기가스 배출 저감이 강제 또는 권장되는 지역을 포함하는, 하이브리드 자동차의 모드 전환 제어 방법.제1 항 내지 제9 항 중 어느 한 항에 따른 하이브리드 자동차의 모드 전환 제어 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터 해독 가능 기록 매체.
하이브리드 자동차에 있어서, 주행 경로 상에 배기가스 배출과 관련된 적어도 하나의 특정 지역이 존재하는 경우, 상기 적어도 하나의 특정 지역을 포함한 상기 주행 경로에 대한 정보를 획득하는 제1 제어기 및 상기 제1 제어기로부터 전달된 상기 정보를 이용하여 상기 적어도 하나의 특정 지역을 제1 주행모드로 주행하는데 소요되는 제1 에너지를 산출하고, 상기 산출된 제1 에너지를 이용하여 상기 적어도 하나의 특정 지역을 배터리의 충전 상태 변동에 따라 제1 주행모드로 주행이 가능한지 여부를 판단하며, 상기 판단 결과, 상기 제1 주행모드로 주행이 가능한 경우 상기 제1 에너지를 고려하여 상기 주행 경로를 제1 주행모드 또는 제2 주행모드로 주행하도록 제어하고, 상기 제1 주행모드로 주행이 불가한 경우 적어도 하나의 충전 구간을 설정하는 제2 제어기를 포함하는, 하이브리드 자동차.
상기 제2 제어기는, 상기 배터리에 현재 저장된 에너지 중 상기 제1 주행모드에 이용할 수 있는 총 에너지인 제2 에너지와 상기 제1에너지를 비교하고, 상기 비교 결과, 상기 제2 에너지가 상기 제1 에너지 이상이면 상기 제1 주행모드로 주행이 가능한 것으로 판단하며, 상기 제1 에너지가 상기 제2 에너지보다 크면 상기 제1 주행모드로 주행이 불가한 것으로 판단하는, 하이브리드 자동차.
제12 항에 있어서, 상기 제2 에너지는, 상기 현재 저장된 에너지에서 상기 제2 주행모드로의 기 설정된 전환 기준이 되는 에너지를 차감하여 구해지는, 하이브리드 자동차.
제11 항에 있어서, 상기 제2 제어기는 상기 적어도 하나의 특정 지역에 진입하는 경우, 이전 주행모드와 무관하게 상기 제1 주행모드로 주행하도록 제어하는, 하이브리드 자동차 상기 제2 주행모드로의 기 설정된 전환 기준이 되는 에너지에 상기 제1 에너지를 추가하여 상기 제2 주행모드로 의 전환 기준을 설정하는, 하이브리드 자동차.
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