KR100387499B1 - A driving system of hybrid electric vehicle - Google Patents
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Abstract
병렬형 하이브리드 전기 자동차에서 모터를 이용하여 엔진의 토크 리플을 능동적으로 보상하여 구동 시스템에서 발생되는 진동 및 소음을 저감시키도록 한 것으로, 동력원으로 엔진과 모터가 구비되고, 엔진의 크랭크 샤프트와 모터의 회전축이 일체로 연결되는 병렬형 하이브리드 전기 자동차에 있어서, 상기 엔진이 동력원으로 작동하는 정지상태에서 엔진이 아이들 속도로 제어되는 경우 엔진 토크의 기본파 주파수를 계산한 후, 엔진 토크의 주파수와 동일하고 위상이 180°인 토크가 발생하도록 하는 제어신호를 출력하는 제어부와; 상기 제어부의 제어신호에 따라 상기 모터를 통해 크랭크 샤프트에 엔진 토크의 주파수와 동일하고 위상이 180°인 토크가 인가되도록 모터의 구동을 제어하는 모터 구동부를 포함한다.In the parallel hybrid electric vehicle, by using the motor to actively compensate for the torque ripple of the engine to reduce the vibration and noise generated in the drive system, the power source is provided with the engine and the motor, the engine's crankshaft and In a parallel hybrid electric vehicle in which a rotating shaft is integrally connected, when the engine is controlled at an idle speed while the engine is operated as a power source, the fundamental wave frequency of the engine torque is calculated, and then the frequency of the engine torque is the same. A control unit for outputting a control signal for generating a torque having a phase of 180 °; According to the control signal of the control unit includes a motor driving unit for controlling the drive of the motor to apply a torque equal to the frequency of the engine torque and a phase of 180 ° to the crankshaft through the motor.
따라서, 엔진의 토크 리플을 능동적으로 보상할 수 있기 때문에 구동 시스템이 발생시키는 진동 또는 소음을 저감시킬 수 있다.Therefore, the torque ripple of the engine can be actively compensated, thereby reducing the vibration or noise generated by the drive system.
Description
본 발명은 하이브리드 전기 자동차(HYBRID ELECTRIC VEHICLE)의 구동 시스템에 관한 것으로서, 특히 병렬형 하이브리드 전기 자동차에서 모터를 이용하여 엔진의 토크 리플을 능동적으로 보상하여 구동 시스템에서 발생되는 진동 및 소음을 저감시키도록 한 하이브리드 전기 자동차의 구동 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a drive system of a hybrid electric vehicle (HYBRID ELECTRIC VEHICLE), in particular to parallelly reduce the vibration and noise generated in the drive system by actively compensating the torque ripple of the engine using a motor in a hybrid hybrid electric vehicle. It relates to a drive system of a hybrid electric vehicle.
내연기관(가솔린 엔진, 디젤 및 LPG 엔진 포함)에서는 실린더 내부의 폭발에 의해 생성되는 압력이 피스톤의 상하 직선운동에 작용하는 힘으로 변환되고, 이 힘이 커넥팅 로드로 전달되어 크랭크 샤프트를 회전시키는 토크로 변환되고, 이 변환된 토크에 의해 엔진이 구동된다. 이와 같은 가솔린 엔진의 구동 메카니즘의 특성으로 인하여 엔진 크랭크 샤프트의 축 토크는 도1에 도시한 바와 같이 매우 큰 리플 성분을 갖게 된다. 이 토크 리플의 크기는 엔진의 평균 발생 토크의 약 3∼10배에 해당하며 그 기본파의 주파수는 속도에 따라 변하며 다음의 수학식 1과 같다.In internal combustion engines (including gasoline engines, diesel and LPG engines), the pressure generated by the explosion inside the cylinder is converted into a force acting on the linear motion of the piston, which is transmitted to the connecting rod to rotate the crankshaft. Is converted to and the engine is driven by the converted torque. Due to the characteristics of the driving mechanism of the gasoline engine, the shaft torque of the engine crankshaft has a very large ripple component as shown in FIG. The magnitude of the torque ripple corresponds to about 3 to 10 times the average generated torque of the engine, and the frequency of the fundamental wave varies depending on the speed and is expressed by Equation 1 below.
여기서, frip은 토크 리플의 기본파 주파수를 나타내며, m은 엔진의 실린더 수(기통수), RPM은 엔진의 회전속도를 나타낸다.Here, f rip represents the fundamental frequency of the torque ripple, m represents the number of cylinders (cylinders) of the engine, and RPM represents the rotational speed of the engine.
이러한 내연기관에서의 토크 리플은 차량 전체의 소음 및 진동의 주된 원인으로 작용하였다. 종래의 가솔린 엔진에서는 이 토클 리플을 제거하기 위해 엔진 크랭크 샤프트에 플라이 휠을 부착하는 방법을 사용하였다. 그러나, 플라이 휠을 사용하는 리플 제거방법에는 한계가 있었으며, 리플 제거 효과를 높이기 위해서는 더 큰 플라이 휠을 사용해야 한다는 문제점이 있었다.The torque ripple in the internal combustion engine acted as a major cause of noise and vibration of the entire vehicle. Conventional gasoline engines have used a method of attaching a flywheel to the engine crankshaft to remove this tockle ripple. However, the ripple removal method using the flywheel had a limit, and there was a problem in that a larger flywheel should be used to increase the ripple removal effect.
본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 구동원으로 엔진과 모터가 구비되는 병렬형 하이브리드 전기 자동차에서 구동원인 모터를 이용하여 엔진의 토크 리플을 능동적으로 보상함으로써 구동 시스템이 발생시키는 진동 또는 소음을 저감시키기 위한 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is to solve such a conventional problem, a drive system by actively compensating the torque ripple of the engine by using a motor as a drive source in a parallel hybrid electric vehicle equipped with an engine and a motor as a drive source This is to reduce the vibration or noise generated.
도1은 종래 가솔린 엔진 구동에서 발생하는 엔진 토크 리플을 나타내는 도면이다.1 is a diagram showing an engine torque ripple generated in a conventional gasoline engine drive.
도2는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전기 자동차의 구동 시스템을 나타내는 도면이다.2 is a view showing a drive system of a hybrid electric vehicle according to an embodiment of the present invention.
도3은 본 발명의 실시예에 따른 모터의 토크를 나타내는 도면이다.3 is a diagram showing a torque of a motor according to an embodiment of the present invention.
도4는 본 발명의 실시예에 따라 보정된 토크를 나타내는 도면이다.4 is a diagram illustrating torque corrected according to an embodiment of the present invention.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하이브리드 전기 자동차 구동 시스템은 동력원으로 엔진과 모터가 구비되고, 엔진의 크랭크 샤프트와 모터의 회전축이 일체로 연결되는 병렬형 하이브리드 전기 자동차에 있어서, 상기 엔진이 동력원으로 작동하는 정지상태에서 엔진이 아이들 속도로 제어되는 경우 엔진 토크의 기본파 주파수를 계산한 후, 엔진 토크의 주파수와 동일하고 위상이 180°인 토크가 발생하도록 하는 제어신호를 출력하는 제어부와; 상기 제어부의 제어신호에 따라 상기 모터를 통해 크랭크 샤프트에 엔진 토크의 주파수와 동일하고 위상이 180°인 토크가 인가되도록 모터의 구동을 제어하는 모터 구동부를 포함한다.The hybrid electric vehicle drive system of the present invention for achieving the above object is provided with an engine and a motor as a power source, in a parallel hybrid electric vehicle in which the crankshaft of the engine and the rotating shaft of the motor is integrally connected, the engine is a power source A control unit for calculating a fundamental wave frequency of the engine torque when the engine is controlled at an idling speed in a stationary state, and outputting a control signal for generating a torque equal to the frequency of the engine torque and having a phase of 180 °; According to the control signal of the control unit includes a motor driving unit for controlling the drive of the motor to apply a torque equal to the frequency of the engine torque and a phase of 180 ° to the crankshaft through the motor.
여기서 상기 모터 토크는 상기 엔진 토크의 기본 주파수와 동일 주파수이며, 위상이 180°인 것이 바람직하다.Here, the motor torque is the same frequency as the fundamental frequency of the engine torque, it is preferable that the phase is 180 °.
상기 엔진 토크의 기본 주파수 frip는The fundamental frequency f rip of the engine torque is
(여기서, m은 엔진의 실린더 수, RPM은 엔진의 회전속도)로 결정될 수 있다. Where m is the number of cylinders in the engine and RPM is the rotational speed of the engine.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the drawings will be described an embodiment of the present invention;
도2는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전기 자동차의 구동 시스템을 나타낸 도면이다.2 is a view showing a drive system of a hybrid electric vehicle according to an embodiment of the present invention.
도2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 다른 병렬형 하이브리드 전기 자동차의 구동 시스템은 엔진(10)과, 이 엔진(10)과 모터(30)의 회전축이 연결되는 크랭크 샤프트(20), 엔진(10)이 정지된 상태에서 아이들 속도로 제어되는 경우 크랭크 샤프트(20)에서 발생되는 엔진 토크 리플을 저감시키기 위해 토크 리플과 역방향의 토크를 상기 크랭크 샤프트(20)에 인가하는 모터(30), 모터(30)가 구동원으로 작동되는 상태에서 모터(30)의 거동을 제어하고, 엔진(10)이 동력원으로 작동되는 상태에서 크랭크 샤프트(20)에 역방향의 토크가 인가되도록 하는 모터 구동부(40), 상기 모터(40)의 동작을 제어하는 제어부(50) 및 병렬형 하이브리드 전기 자동차의 정지 여부를 검출하기 위한 차속센서(60)를 포함한다.As shown in Fig. 2, a drive system for a parallel hybrid electric vehicle according to an embodiment of the present invention includes a crank shaft 20 to which an engine 10 and a rotation shaft of the engine 10 and the motor 30 are connected. In order to reduce the engine torque ripple generated in the crankshaft 20 when the engine 10 is controlled at the idling speed while the engine 10 is stopped, the motor 30 which applies torque in the opposite direction to the crankshaft 20 is applied. And a motor driving unit for controlling the behavior of the motor 30 in a state in which the motor 30 is operated as a driving source, and applying torque in a reverse direction to the crankshaft 20 in a state in which the engine 10 is operated as a power source ( 40, a controller 50 for controlling the operation of the motor 40 and a vehicle speed sensor 60 for detecting whether the parallel hybrid electric vehicle is stopped.
본 발명의 실시예에 따른 병렬형 하이브리드 전기 자동차는 도2에 도시한 바와 같이 구동원으로서 엔진(10)과 모터(30)가 구비된다. 모터(30)는 모터 구동부(40)에 의해 구동되는데, 이 모터 구동부(40)는 제어부(50)의 제어신호에 의해 제어된다.Parallel hybrid electric vehicle according to an embodiment of the present invention is provided with an engine 10 and a motor 30 as a drive source as shown in FIG. The motor 30 is driven by the motor driver 40, which is controlled by the control signal of the controller 50.
본 발명의 실시예의 병렬형 하이브리드 전기 자동차에 따르면, 엔진(10)이 동력원으로 작동되는 정지한 상태에서 아이들 속도로 제어될 경우 모터(30)를 이용하여 도3과 같이 엔진 토크 리플(A)과 역방향의 모터 토크(B)(즉, 엔진 토크 리플과 위상이 180°차이나는 토크)를 발생시켜 크랭크 샤프트(20)에서 발생되는 엔진 토크 리플이 상쇄되도록 한다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따르면 구동 시스템 전체적으로 바라보았을 때 차량에 미치는 보정된 토크는 도4의 (C)에 도시한 바와 같이 저감될 수 있다.According to the parallel hybrid electric vehicle according to the embodiment of the present invention, when the engine 10 is controlled at an idle speed in a stopped state operated by a power source, the engine torque ripple A and the engine torque ripple A as shown in FIG. Motor torque B in the reverse direction (i.e., a torque 180 degrees out of phase with the engine torque ripple) is generated so that the engine torque ripple generated in the crankshaft 20 is offset. Therefore, according to the embodiment of the present invention, the corrected torque applied to the vehicle when viewed as a whole of the drive system can be reduced as shown in Fig. 4C.
본 발명의 실시예에 따르면, 엔진 토크에 180°의 위상을 가지는 모터 토크는 다음과 같은 방법에 의해 생성될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a motor torque having a phase of 180 ° in the engine torque may be generated by the following method.
엔진 토크의 주기와 모터 토크의 주기는 일치하는 것이 바람직하다. 이를 위해서는 엔진 토크의 기본파 주파수를 정확히 계산해야 한다. 앞에서 설명한 바와 같이, 엔진 토크의 기본파 주파수는 수학식1에 의해 결정된다. 본 발명의 실시예에서는 차속센서(60)가 차량의 주행 여부를 감지한 후, 감지된 정보를 제어부(50)로 출력한다. 제어부(50)는 수학식 1에 기초하여 엔진 토크 리플의 기본파 주파수를 계산한 후, 엔진 토크 리플의 주파수와 동일하고 위상이 180°인 토크가 발생하도록 하는 제어신호를 모터 구동부(40)로 출력한다. 모터 구동부(40)는 이 제어신호에 따라 모터의 회전을 제어한다.It is preferable that the period of the engine torque and the period of the motor torque coincide. This requires accurate calculation of the fundamental frequency of the engine torque. As described above, the fundamental wave frequency of the engine torque is determined by Equation (1). In the exemplary embodiment of the present invention, after the vehicle speed sensor 60 detects whether the vehicle is driven, the vehicle speed sensor 60 outputs the detected information to the controller 50. The controller 50 calculates a fundamental frequency of the engine torque ripple based on Equation 1, and then transmits a control signal to the motor driver 40 to generate a torque having a phase equal to the engine torque ripple and having a phase of 180 °. Output The motor driver 40 controls the rotation of the motor in accordance with this control signal.
한편, 본 발명의 실시예에 따르면 전기 모터의 용량 및 제어 성능 등의 한계에 의하여 엔진 토크 리플을 완전히 상쇄시킬 수는 없으나, 적어도 기본파 성분은 제거할 수 있기 때문에 상당한 효과를 볼 수 있다. 또한 상쇄되지 못한 고주파수 성분은 종래 보다 작은 기계적 필터링 시스템(예컨대, 플라이 휠)을 통해 쉽게 저감시킬 수 있다.On the other hand, according to the embodiment of the present invention, the engine torque ripple cannot be completely canceled due to limitations of the capacity and control performance of the electric motor, but at least the fundamental wave component can be removed, and thus, a significant effect can be obtained. High frequency components that are not canceled can also be easily reduced through smaller mechanical filtering systems (eg, flywheels) than conventional ones.
이상에서는 본 발명의 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에만 한정되는 것은 아니며 그 외의 다양한 변형이나 변경이 가능하다.As mentioned above, although the Example of this invention was described, this invention is not limited only to the above-mentioned Example, A various other deformation | transformation and a change are possible.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면 병렬형 하이브리드 전기 자동차에서 모터를 이용하여 엔진의 토크 리플의 기본 주파수와 동일 주파수이며 위상이 180°인 토크를 발생시킴으로써 엔진의 토크 리플을 능동적으로 보상할 수 있기 때문에 구동 시스템이 발생시키는 진동 또는 소음을 저감시킬 수 있다.As described above, according to the present invention, the torque ripple of the engine can be actively compensated by generating a torque having a frequency equal to the fundamental frequency of the torque ripple of the engine and having a phase of 180 ° using a motor in a parallel hybrid electric vehicle. Therefore, vibration or noise generated by the drive system can be reduced.
또한, 본 발명에서 완전히 상쇄되지 못한 고주파수 성분도 종래 보다 작은 기계적 필터링 시스템을 사용하여 쉽게 저감시킬 수 있다.In addition, high frequency components not completely canceled in the present invention can be easily reduced by using a smaller mechanical filtering system than conventional ones.
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