KR20040017671A

KR20040017671A - 하이브리드 전기 차량의 구동 모드 제어장치 및 방법

Info

Publication number: KR20040017671A
Application number: KR1020020050090A
Authority: KR
Inventors: 이충섭
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2002-08-23
Filing date: 2002-08-23
Publication date: 2004-02-27
Also published as: KR100482565B1

Abstract

본 발명은 하이브리드 전기 차량의 주행 모드에 따라 차량의 출력을 조절하여 연비의 향상 및 배기가스를 저감시킬 수 있는 하이브리드 전기 차량의 구동 모드 제어장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명은 하이브리드 전기 차량의 구동 모드 제어장치에 있어서, 상기 하이브리드 전기 차량의 구동상태에 관련된 데이터 신호를 검출하는 차량 구동상태 검출부와; 상기 차량 구동상태 검출부를 통해 입력되는 신호를 분석하여 상기 하이브리드 전기 차량의 구동상태에 따라 아이들(Idle)&크리프(Creep) 모드, 가속(Acceleration) 모드, 정상 주행(Normal Drive) 모드, 감속 (Deceleration) 모드에 해당되는 구동 모드 제어신호를 발생하는 제어부와; 상기 제어부로부터 발생하는 각각의 구동 모드 제어신호의 입력에 따라 상기 하이브리드 전기 차량의 동력을 공급하는 동력 공급부와; 상기 동력 공급부로부터 동력을 전달받아 설정된 변속비로 출력하는 변속부와; 상기 동력 공급부와 변속부의 사이에 장착되어 상기 동력 공급부로부터 변속부로 전달되는 동력을 단속하는 전기 모터를 포함하여 구성한다.

Description

하이브리드 전기 차량의 구동 모드 제어장치 및 방법{DRIVE MODE CONTROLLING DEVICE OF HYBRID ELECTRICAL VEHICLE AND METHOD THEREOF}

본 발명은 하이브리드 전기 차량에 관한 것으로서, 특히 하이브리드 전기 차량의 구동 모드 제어장치 및 방법에 관한 것이다.

통상적으로, 하이브리드 전기 차량은 엔진과 전기 모터, 배터리의 구성으로 이루어지며, 가속시 전기 모터에 의한 동력보조로 엔진의 운전점을 연료 소모율이 최소인 최적의 동작 라인(OOL ; Optimal Operating Line) 가까운 곳으로 보내 연비 향상을 꾀한다.

하이브리드 전기 차량은 엔진으로 발전기를 구동, 그 전력으로 전기 모터를 돌리는 직렬형 하이브리드 전기 차량과, 엔진을 전기 모터로 보조하여 엔진의 부담을 경감시키는 병렬형 하이브리드 전기 차량으로 구분된다.

여기서, 본 발명과 관련된 병렬형 하이브리드 전기 차량을 예를 들어 설명한다.

병렬형 하이브리드 전기 차량은 엔진에 연결된 발전기와 구동력을 전달해 주는 구동축이 항상 연결되어 있으므로 차량 출발 시와 같은 저속 운행 모드에서도 엔진이 구동되어 효율이 저하되는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 하이브리드 전기 차량의 주행 모드에 따라 차량의 출력을 조절하여 연비의 향상 및 배기가스를 저감시킬 수 있는 하이브리드 전기 차량의 구동 모드 제어장치 및 방법을 제공하는데 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전기 차량의 구동 모드 제어장치 구성을 도시한 도면.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전기 차량의 구동 모드 제어방법을 도시한 흐름도.

도 3은 본 발명의 실시예에서 하이브리드 전기 차량의 구동 모드 제어동작시 동력 전달 경로를 도시한 도면.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 하이브리드 전기 차량의 구동 모드 제어장치에 있어서, 상기 하이브리드 전기 차량의 구동상태에 관련된 데이터 신호를 검출하는 차량 구동상태 검출부와; 상기 차량 구동상태 검출부를 통해 입력되는 신호를 분석하여 상기 하이브리드 전기 차량의 구동상태에 따라 아이들(Idle)&크리프(Creep) 모드, 가속(Acceleration) 모드, 정상 주행(Normal Drive) 모드, 감속(Deceleration) 모드에 해당되는 구동 모드 제어신호를 발생하는 제어부와; 상기 제어부로부터 발생하는 각각의 구동 모드 제어신호의 입력에 따라상기 하이브리드 전기 차량의 동력을 공급하는 동력 공급부와; 상기 동력 공급부로부터 동력을 전달받아 설정된 변속비로 출력하는 변속부와; 상기 동력 공급부와 변속부의 사이에 장착되어 상기 동력 공급부로부터 변속부로 전달되는 동력을 단속하는 전기 모터를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 하이브리드 전기 차량의 구동 모드 제어방법에 있어서, 상기 하이브리드 전기 차량의 구동상태에 관련된 데이터 신호를 검출하는 단계와; 상기 검출된 하이브리드 전기 차량의 구동상태에 따라 아이들(Idle)&크리프(Creep) 모드, 가속(Acceleration) 모드, 정상 주행(Normal Drive) 모드, 감속(Deceleration) 모드에 해당되는 구동 모드 제어동작을 수행하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명 및 첨부 도면과 같은 많은 특정 상세들이 본 발명의 보다 전반적인 이해를 제공하기 위해 나타나 있으나, 이들 특정 상세들은 본 발명의 설명을 위해 예시한 것으로 본 발명이 그들에 한정됨을 의미하는 것은 아니다. 그리고 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 1을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전기 차량의 구동 모드 제어장치 구성을 설명한다.

본 발명의 실시예는 단일 모터 구동방식 등으로 구조가 간단화되고 모드별 제어가 가능한 구성을 갖는다.

본 발명의 실시예에 따른 구성 요소는 도 1에 도시된 바와 같이 차량 구동상태 검출부, 제어부(100), 동력 공급부(110, 112), 변속부(120), 전기 모터(130) 등을 포함한다.

차량 구동상태 검출부(도시되지 않음)는 하이브리드 전기 차량의 구동상태에 관련된 데이터 신호를 검출하여 제어부(100)로 공급하는 기능을 한다.

차량 구동상태 검출부는 점화 키(Ignition Key)의 스위칭 상태를 검출하는 키 스위치, 엔진 회전수를 검출하는 엔진 회전수 검출센서, 가속 페달의 답입 상태를 검출하는 가속 페달 답입량 검출센서, 브레이크 페달의 답입 상태를 검출하는 브레이크 페달 답입량 검출센서 등을 포함한다.

제어부(100)는 엔진 제어부(102)(ECU), 변속 제어부(104)(TCU), 배터리 관리 시스템(106)(BMS), 하이브리드 모터 제어부(108)(HMCU)를 포함한다.

제어부(100)를 구성하는 각각의 엔진 제어부(102) 및 변속 제어부(104)를 포함한 배터리 관리 시스템(106), 하이브리드 모터 제어부(108)는 하이브리드 전기 차량의 구동에 관련된 데이터 정보를 캔(CAN ; Controller Area Network) 통신을 통해 공유한다.

제어부(100)는 차량 구동상태 검출부를 통해 입력되는 신호를 분석하여 하이브리드 전기 차량의 구동상태에 따라 아이들(Idle)&크리프(Creep) 모드, 가속(Acceleration) 모드, 정상 주행(Normal Drive) 모드, 감속(Deceleration) 모드에 해당되는 구동 모드 제어신호를 발생한다.

예를 들어, 제어부(100)로부터 발생되는 구동 모드 제어신호는 차량의 아이들/스톱(Idle/Stop)을 이용한 연비개선동작을 수행하도록 발생하는 아이들(Idle)&크리프(Creep) 모드 제어신호와; 차량의 가속시 전기 모터(130)를 이용한 차량 동력 보조동작을 수행하도록 발생하는 가속(Acceleration) 모드 제어신호와; 차량의 주행시 엔진(110)/무단 변속기(CVT) 최적제어를 통한 차량 연비개선동작을 수행하도록 발생하는 정상 주행(Normal Drive) 모드 제어신호와; 차량의 감속시 전기 모터(130)를 이용한 에너지 회생동작을 수행하도록 발생하는 감속(Deceleration) 모드 제어신호로 구분된다.

상기와 같은 제어부(100)의 제어동작에 따라 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전기 차량의 구동 모드 제어 방법은 차량의 발진시 모터에 의한 구동력을 보조(Motor Assist)하며, 브레이킹(Braking) 에너지를 회생하고, 아이들 스톱(Idle Stop) 기능으로 정차시 엔진(110) 정지로 연비를 향상시키는 것을 특징으로 한다.

동력 공급부(110, 112)는 제어부(100)로부터 발생하는 각각의 구동 모드 제어신호의 입력에 따라 하이브리드 전기 차량의 동력을 공급하는 엔진(110)과 배터리(112)로 구성한다.

변속부(120)는 동력 공급부(110, 112)로부터 동력을 전달받아 설정된 변속비로 출력하는 무단 변속기(CVT)로 구성한다.

전기 모터(130)(EM ; Electric Motor)는 도 1에 도시된 바와 같이 동력 공급부(110, 112)와 변속부(120)의 사이에 장착되어 동력 공급부(110, 112)로부터 변속부(120)로 전달되는 동력을 단속한다.

도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전기 차량의 구동 모드 제어방법을 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전기 차량의 구동 모드 제어방법을 도시한 흐름도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에서 하이브리드 전기 차량의 구동 모드 제어동작시 동력 전달 경로를 도시한 도면이다.

본 발명에 따른 하이브리드 전기 차량 시스템 제어 방법에서는 현재 차량의 주행상태에 따라서 구분되는 운전 모드를 체크한다.

본 발명에서는 운전 모드를 총 4개의 모드, 즉 아이들 & 크립 모드(Idle & Creep Mode), 가속 모드(Acceleration Mode), 정상 주행 모드(Normal Mode), 감속 모드(Deceleration Mode)로 구분한다.

여기서, 운전 모드는 필요에 따라서 그 수를 증감할 수 있음에 유의해야 한다.

상기와 같이 운전 모드를 체크한 결과에 따라서 본 발명에 따른 하이브리드 전기 차량 구동 시스템은 각 모드별로 다음과 같이 작동한다.

먼저, 제어부(100)는 도 2의 (S210)에서 키 스위치를 통해 입력되는 점화 키의 스위칭 상태를 검출한다.

만약, 점화 키가 온(ON)된 상태이면, 제어부(100)는 (S212)으로 진행하여 가속 센서로부터 입력되는 신호를 통해 가속 페달 답입량을 검출한다.

이어서, 제어부(100)는 (S212)에서 검출된 가속 페달 답입량(θ)과 별도로 구성되는 메모리부(도시되지 않음)에 저장된 설정값(3%)을 비교한다.

여기서, 가속 페달 답입량(θ)은 가속 페달이 답입되어 움직이는 각도를 말하며, 설정값(3%)은 가속 페달의 전체 움직임 각도를 백분율로 나눈 상태에서 일정범위를 설정한 것이다.

예를 들어, 본 발명의 실시예에서는 가속 페달 답입량(θ)이 3%를 초과하면 정상 주행상태로 판단하며, 가속 페달 답입량(θ)이 3%를 초과하지 않으면 브레이크 페달 답입상태에 따라 아이들 & 크립 모드 또는 감속 모드 상태로 판단한다.

전술한 (S212)에서 비교된 가속 페달 답입량과 메모리부에 저장된 설정값의 크기에 따라 차량의 주행상태에 관련된 정보를 얻을 수 있다.

제어부(100)는 (S212)에서 비교된 가속 페달 답입량이 설정값보다 크면 (S214)으로 진행하여 가속 페달 답입 변화량(dθ)이 설정값(1%/ms)을 초과한 가속상태인가를 검출한다.

만약, 전술한 (S214)에서 가속 상태가 아니라고 판단되면, 제어부(100)는 (S216)으로 진행하여 정상 주행 모드 제어동작을 수행한다.

즉, 정상 주행(Normal Drive) 모드 제어동작은 점화키가 온된 상태이고, 가속 페달 답입량이 설정값 보다 큰 상태이며, 가속 페달 답입 변화량이 설정값을 초과하지 않은 상태에서 이루어진다.

도 3의 ③을 참조하여 정상 주행 모드 시 동력전달 상태를 설명한다.

정상 주행 모드 시에는 차량이 일정 속도에 도달하면 발전기를 모터링 영역에서 작동시키며, 엔진(110)의 회전력을 발생시키면 이때부터 엔진 제어부(102)(ECU)가 엔진(110)을 제어한다.

이때 엔진(110)의 회전 및 토크 출력은 효율이 가장 좋은 영역에서 제어하는것이 바람직하다.

엔진(110)이 구동하면 발전기에서 전기를 발전하며, 이 전원을 전기 모터(130)의 전기 에너지원으로 사용하므로 배터리(112) 전원은 차단된다.

따라서, 차량의 구동력이 전기 모터(130)와 엔진(110)에 의해 양분되어 제어되며 전기 모터(130)의 출력 파워가 발전기의 발전 전력 파워를 초과하지 않는 범위에서 운전하는 것이 바람직하다.

한편, 정상 주행 모드로 운전중 충전 시에는 정상 주행 모드 시보다 엔진(110)의 출력을 증가시켜 전기 모터(130)의 출력 보다 큰 전기 에너지를 발전기로부터 발전시키며, 일부를 전기 모터(130) 구동원으로 사용하고 여분의 전기 에너지를 배터리(112)에 충전한다.

한편, 전술한 (S214)에서 가속 상태라고 판단되면, 제어부(100)는 (S218)으로 진행하여 가속 모드 제어동작을 수행한다.

즉, 가속(Acceleration) 모드 제어동작은 점화키가 온된 상태이고, 가속 페달 답입량이 설정값 보다 큰 상태이며, 가속 페달 답입 변화량이 설정값을 초과한 가속상태에서 이루어진다.

가속 모드 시에는 가속 시에 도 3의 ②에 도시된 바와 같이 전기 모터(130)의 출력이 더 큰 파워를 요구할 경우가 발생하므로 부족한 파워를 배터리(112)로부터 공급받는다.

한편, 전술한 (S210)에서 점화 키가 온(ON)된 상태가 아니면, 제어부(100)는 (S220)으로 진행하여 키 스위치를 통해 점화 키의 오프(OFF)상태를 검출한다.

여기서, 검출된 점화 키가 오프(OFF)된 상태이면, 제어부(100)는 (S222)으로 진행하여 정지 모드 제어동작을 수행한다.

참고적으로, 정지 모드 시에는 엔진(110)과 전기 모터(130)가 모두 정지된다.

이때는 모든 동력원과 동력 전달 장치 및 각 시스템들의 제어부(100)가 오프 상태로 된다.

만약, 전술한 (S220)에서 검출된 점화 키가 오프(OFF)된 상태가 아니면, 제어부(100)는 (S224)으로 진행하여 브레이크 페달 답입량 검출센서를 통해 브레이크 페달 답입상태를 검출한다.

여기서, 검출된 브레이크 페달이 답입된 상태이면, 제어부(100)는 (S226)으로 진행하여 크랭킹 모드 제어동작을 수행한다.

한편, 전술한 (S212)에서 비교된 가속 페달 답입량이 설정값보다 작으면 제어부(100)는 (S230)으로 진행하여 브레이크 페달 답입량 검출센서를 통해 브레이크 페달 답입상태를 검출한다.

여기서, 검출된 브레이크 페달이 답입된 상태이면, 제어부(100)는 (S232)으로 진행하여 감속 모드 제어동작을 수행한다.

즉, 감속(Deceleration) 모드 제어동작은 점화키가 온된 상태이고, 가속 페달 답입량이 설정값 보다 작은 상태이며, 브레이크가 답입된 상태에서 이루어진다.

도 3의 ④를 참조하여 감속 모드 시 동력전달 상태를 설명한다.

정상 주행 모드 시(일정 속도 이상)와 가속 모드 및 정상 주행중 충전 시(일정속도 이상)에 발전기의 스피드를 제어하여 차량의 속도를 조절하는 도중에 운전 모드가 감속 모드로 바뀌면 본 발명에 따른 하이브리드 전기 차량 구동 시스템의 발전기는 무부하로 제어되고 전기 모터(130)는 재생 영역에서 구동된다.

이때는 엔진(110)이 정지되고 발전기에 부하가 걸리지 않도록 제어되며, 전기 모터(130)가 재생 영역에서 동작하므로 전기 모터(130)에 의해 발전된 전기 에너지는 배터리(112)에 저장된다.

따라서, 발전기에 의해 전기를 발전하여 사용하지 않는다.

이와는 반대로, 전술한 (S230)에서 검출된 브레이크 페달이 답입되지 않은 상태이면, 제어부(100)는 (S234)으로 진행하여 아이들 & 크립 모드 제어동작을 수행한다.

즉, 아이들(Idle)&크리프(Creep) 모드 제어동작은 점화키가 온된 상태이고, 가속 페달 답입량이 설정값 보다 작은 상태이며, 브레이크가 답입되지 않은 상태에서 이루어진다.

아이들 & 크립 모드 시에는 도 3의 ①에 도시된 바와 같이 전기 모터(130)로만 차량을 구동한다.

이때는 엔진(110) 효율이 나쁜 발진, 저속 주행시 엔진(110)을 정지시키고 전기 모터(130)로만 차량을 구동한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 하이브리드 전기 차량의 구동 모드 제어장치 및 방법은 엔진/무단 변속기(CVT) 최적제어를 통한 차량의 연비를 개선할 수 있으며, 감속시 전기 모터(EM ; Electric Motor)를 이용한 에너지 회생, 가속시 전기 모터를 이용한 차량 동력 보조, 차량 정지시 아이들/스톱(Idle/Stop)을 이용한 연비 개선의 효과가 있다.

Claims

하이브리드 전기 차량의 구동 모드 제어장치에 있어서,

상기 하이브리드 전기 차량의 구동상태에 관련된 데이터 신호를 검출하는 차량 구동상태 검출부와;

상기 차량 구동상태 검출부를 통해 입력되는 신호를 분석하여 상기 하이브리드 전기 차량의 구동상태에 따라 아이들(Idle)&크리프(Creep) 모드, 가속 (Acceleration) 모드, 정상 주행(Normal Drive) 모드, 감속(Deceleration) 모드에 해당되는 구동 모드 제어신호를 발생하는 제어부와;

상기 제어부로부터 발생하는 각각의 구동 모드 제어신호의 입력에 따라 상기 하이브리드 전기 차량의 동력을 공급하는 동력 공급부와;

상기 동력 공급부로부터 동력을 전달받아 설정된 변속비로 출력하는 변속부와;

상기 동력 공급부와 변속부의 사이에 장착되어 상기 동력 공급부로부터 변속부로 전달되는 동력을 단속하는 전기 모터를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기 차량의 구동 모드 제어장치.
제1항에 있어서, 상기 제어부로부터 발생되는 구동 모드 제어신호는

상기 차량의 아이들/스톱(Idle/Stop)을 이용한 연비개선동작을 수행하도록 발생하는 아이들(Idle)&크리프(Creep) 모드 제어신호와;

상기 차량의 가속시 전기 모터를 이용한 차량 동력 보조동작을 수행하도록 발생하는 가속(Acceleration) 모드 제어신호와;

상기 차량의 주행시 엔진/무단 변속기(CVT) 최적제어를 통한 차량 연비개선동작을 수행하도록 발생하는 정상 주행(Normal Drive) 모드 제어신호와;

상기 차량의 감속시 전기 모터를 이용한 에너지 회생동작을 수행하도록 발생하는 감속(Deceleration) 모드 제어신호로 구분되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기 차량의 구동 모드 제어장치.
하이브리드 전기 차량의 구동 모드 제어방법에 있어서,

상기 하이브리드 전기 차량의 구동상태에 관련된 데이터 신호를 검출하는 단계와;

상기 검출된 하이브리드 전기 차량의 구동상태에 따라 아이들(Idle) &크리프(Creep) 모드, 가속(Acceleration) 모드, 정상 주행(Normal Drive) 모드, 감속(Deceleration) 모드에 해당되는 구동 모드 제어동작을 수행하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기 차량의 구동 모드 제어방법.
제3항에 있어서, 상기 아이들(Idle)&크리프(Creep) 모드 제어동작을 수행하는 단계는

점화키가 온된 상태이고, 가속 페달 답입량이 설정값 보다 작은 상태이며, 브레이크가 답입되지 않은 상태에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기 차량의 구동 모드 제어방법.
제3항에 있어서, 상기 가속(Acceleration) 모드 제어동작을 수행하는 단계는

점화키가 온된 상태이고, 가속 페달 답입량이 설정값 보다 큰 상태이며, 가속 페달 답입 변화량이 설정값을 초과한 가속상태에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기 차량의 구동 모드 제어방법.
제3항에 있어서, 상기 정상 주행(Normal Drive) 모드 제어동작을 수행하는 단계는

점화키가 온된 상태이고, 가속 페달 답입량이 설정값 보다 큰 상태이며, 가속 페달 답입 변화량이 설정값을 초과하지 않은 상태에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기 차량의 구동 모드 제어방법.
제3항에 있어서, 상기 감속(Deceleration) 모드 제어동작을 수행하는 단계는

점화키가 온된 상태이고, 가속 페달 답입량이 설정값 보다 작은 상태이며, 브레이크가 답입된 상태에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기 차량의 구동 모드 제어방법.