KR100623748B1 - 4륜 하이브리드 전기자동차의 아이들 발전 토크 제어방법 - Google Patents

4륜 하이브리드 전기자동차의 아이들 발전 토크 제어방법 Download PDF

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Abstract

환경 차량이 아이들 발전 제어 상태에서 증가되는 토크량과 계산된 발전 토크 지령값이 가변되는 조건과 아이들 발전 제어가 해제되는 조건에 따라 아이들 발전 토크량을 제어하도록 하는 것으로,
엔진의 시동 온 상태에서 아이들 발전 모드에 진입되면 에어컨이 온을 유지하는지 판단하며, 에어컨이 온을 유지하는 상태이면 아이들 발전 토크 지령값을 결정하고, 1스텝 당 증가시키거나 감소시킬 발전 토크량을 결정하는 과정과, 결정된 아이들 발전 토크 지령값과 1스텝 이전의 실제 토크 지령값을 비교하여 발전 토크 모드를 결정하는 과정과, 결정되는 발전 토크 모드에 따라 최종 발전 토크 지령값을 결정하여 전동기 시스템의 아이들 발전 토크를 제어하는 과정과, 상기 결정된 최종 발전 토크 지령값으로 아이들 발전 토크를 제어하는 상태에서 운전자의 출발 의지에 의한 아이들 토크 제어 해제 조건이 검출되는지 판단하는 과정과, 해제 조건이 검출되면 엔진의 RPM, 온도, 전동기 시스템의 온도 정보를 기반으로 아이들 발전 해제시 감소시킬 발전 토크량을 결정하는 과정과, 1스텝 이전의 실제 토크값과 상기 결정되는 아이들 발전 해제시 감소시킬 발전 토크량을 더하여 산출되는 값과 아이들 발전 토크 지령값 중에서 작은값을 취하여 최종 발전 토크 지령값을 결정하여 전동기 시스템의 아이들 발전 토크를 제어하는 과정을 포함한다.
하이브리드 전기자동차, 아이들 발전 토크 제어,

Description

4륜 하이브리드 전기자동차의 아이들 발전 토크 제어방법{IDLE GENERATION TORQUE CONTROL METHOD OF 4 WHEEL DRIVE HYBRID ELECTRIC VEHICLE}
도 1은 본 발명에 따른 4륜 하이브리드 전기자동차의 시스템 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 4륜 하이브리드 전기자동차에서 아이들 발전 모드 제어에 대한 타이밍도.
도 3은 본 발명에 따른 4륜 하이브리드 전기자동차에서 아이들 발전 토크 제어 실행에 대한 흐름도.
본 발명은 4륜 하이브리드 전기자동차에 관한 것으로, 더 상세하게는 아이들 발전 제어 상태에서 증가되는 토크량과 계산된 발전 토크 지령값이 가변되는 조건과 아이들 발전 제어가 해제되는 조건에서 발전 토크를 제어하도록 하는 4륜 하이브리드 전기자동차의 아이들 발전 토크 제어방법에 관한 것이다.
4륜 하이브리드 전기자동차는 주행 및 정차중에 상시 엔진이 켜지 있지 않은 경우가 많음에 따라 알터네이터(Alternator)가 장착되지 않는다.
그러나, 엔진의 시동이 온을 유지하는 아이들(Idle) 상태에서는 알터네이터가 장착된 일반차량과 같이 일반 전장 시스템의 부하에 동작 전원을 공급하기 위해 전동기 시스템을 통해 발전하며, 발전된 전압을 인버터와 DC/DC 컨버터를 통해 보조 배터리에 충전 전압으로 공급하는 아이들 발전을 실행한다.
엔진의 아이들 시 발전 가능한 토크량은 엔진의 출력 토크와 전동기 시스템의 발전 가능 토크량에 의해 정해지는데 ETC(Electric Throttle Control)가 아닌 기계식 스로틀 시스템에서는 발전 토크량을 키우기 위해 스로틀 벨브를 자동으로 더 크게 열 수 없음으로 일정 값 이상으로 발전을 제어하게 되면 엔진 스톨(Stall)의 가능성이 있어 일정한 값 이상 발전 할 수 없는 한계성이 있다.
또한, 최종 발전 토크 지령 값으로 상승하는 토크 지령값의 변화 시간 또한 매우 중요하다.
아이들 발전 상태에서 발전 토크값을 급격하게 상승하게 되면 전동기 시스템에 의한 발전 토크는 엔진의 부하로 작용하게 되므로, 엔진 속도값의 변화량이 커져서 운전감을 저하시키게 된다.
특히, 아이들 발전 제어의 상태에서 운전자의 출발 의지가 검출되는 경우 초기 출발 시 전동기 시스템은 차량의 가속을 보조해야 하므로 엔진이 발전 토크와 구동토크 모두를 부담하기에는 역부족이기 때문에, 가능한 빠르게 발전 토크 해제 모드로 전환하고 발전 토크량을 제로(Zero)로 제어하여야 하나, 이에 대한 능동적인 제어가 수행되지 못하고 있다.
따라서, 발전 토크량이 상승 또는 감소하는 과정과 아이들 발전모드 해재시 발전 토크를 제로로 만드는 과정에서 엔진 속도가 변화하게 되어 운전자의 승차감을 저해시키는 문제점이 발생한다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로, 그 목적은 아이들 발전 제어 상태에서 발전 토크량의 증가 및 감소에 따른 발전 토크의 제어를 능동적으로 수행하고, 운전자의 출발 의지에 따른 발전 토크의 해제시에 이를 능동적으로 제어하여, 엔진 속도의 변화가 수반되지 않도록 함으로써, 운전성을 향상시키도록 한 것이다.
상기와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은 하이브리드 전기자동차에 있어서,
엔진 시동이 온을 유지하는 상태에서 아이들 발전 모드에 진입되면 에어컨이 온을 유지하는 조건에서 아이들 발전 토크 지령값을 결정하고, 1스텝 당 증가시키거나 감소시킬 발전 토크량을 결정하는 과정과; 상기 결정된 아이들 발전 토크 지령값과 1스텝 이전의 실제 토크 지령값을 비교하여 발전 토크 모드를 결정하는 과정과; 상기 결정되는 발전 토크 모드에 따라 최종 발전 토크 지령값을 결정하여 전동기 시스템의 아이들 발전 토크를 제어하는 과정과; 상기 결정된 최종 발전 토크 지령값으로 아이들 발전 토크를 제어하는 상태에서 운전자의 출발 의지에 의한 아이들 토크 제어 해제 조건이 검출되는지 판단하는 과정과; 해제 조건이 검출되면 엔진의 RPM, 온도, 전동기 시스템의 온도 정보를 기반으로 아이들 발전 해제시 감소시킬 발전 토크량을 결정하는 과정과; 1스텝 이전의 실제 토크값과 상기 결정되는 아이들 발전 해제시 감소시킬 발전 토크량을 더하여 산출되는 값과 아이들 발전 토크 지령값 중에서 작은값을 취하여 최종 발전 토크 지령값을 결정하여 전동기 시스템의 아이들 발전 토크를 제어하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 4륜 하이브리드 전기자동차의 아이들 발전 토크 제어방법을 제공한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 일 실시예로 본 발명이 적용되는 4륜 하이브리드 전기자동차의 시스템 구성도로, 운전정보 검출부(10)와, ECU(Electric Control Unit ; 20), TCU(Torque Control Unit ; 30), HCU(Hybrid Control Unit ; 40), 메인 배터리(Main Batter ; 50), BMS(Battery Management System ; 60), MCU(Motor Control Unit ; 70), 엔진(80), 제1인버터(90), 제2인버터(100), 제1모터 시스템(110), 제2모터 시스템(120), 감속기(130), DC/DC 컨버터(140) 및 보조 배터리(150)를 포함하여 구성된다.
운전정보 검출부(10)는 운전자의 출발 및 가속 요구에 대한 APS(Accel Position Sensor) 신호와 제동 제어하는 브레이크 페달 신호, 변속단 선택에 대한 인히비터 스위치의 신호, 에어컨 시스템의 구동을 선택하는 정보 등 운전자의 운전 요구신호를 검출한다.
ECU(20)는 운전자의 운행 요구 신호와 냉각수온, 엔진 토크 등의 엔진 상태 정보 및 상위 제어기인 HCU(40)의 제어에 따라 엔진(80)의 아이들 발전 토크을 제 어한다.
TCU(30)는 현재의 차속, 기어비, 클러치 상태 등의 정보를 검출하여 상위 제어기인 HCU(40)의 제어에 따라 감속기(130)의 출력 토크 조절에 대한 전반적인 동작을 제어한다.
HCU(40)는 상위 제어기로 각 제어기들을 통합 제어하며, 차량이 조건이 엔진(80)에 의한 발전 제어의 모드인지, 차량의 제동 제어에 의한 희생 제동 발전모드인지를 판단하고, 엔진(80)의 아이들 발전 제어의 모드로 판단되면, 제1모터 시스템(110)에서 발전되는 전압을 제1인버터(90)와 DC/DC 컨버터(140)를 통해 전장 시스템의 부하 전원을 담당하는 보조 배터리(150)에 충전 제어한다.
또한, 아이들 발전 제어의 모드에서 에어컨 시스템의 작동여부에 따라 발전 토크량의 증가 및 감소량을 결정 제어하고, 운전자의 출발 의지가 검출되는 경우 차량의 가속을 보조하기 위하여 신속하게 발전 토크를 해제 제어한다.
메인 배터리(50)는 제1모터 시스템(110) 및 제2모터 시스템(120)에 구동 전압을 공급하는 고용량 고전압이 배터리로 구성되며, 제동 제어시 발생되는 회생 발전 에너지 및 엔진(80)의 동작에 의한 발전으로 충전된다.
BMS(60)는 상기 메인 배터리(50)의 전압, 전류, 온도 등의 정보를 종합 검출하여 배터리의 SOC 상태를 관리 제어하며, 출력되는 전류량을 제어한다.
MCU(70)는 상위 제어기인 HCU(40)의 제어에 따라 제1모터 시스템(110) 및 제2모터 시스템(120)의 동력을 배분하여 그에 따른 토크를 제어하며, 4륜 구동모드에서 전륜 및 후륜간의 슬립 변화율 및 슬립 에러의 크기에 따라 제1모터 시스템 (110) 및 제2모터 시스템(120)에 공급되는 전류량을 제한 제어한다.
엔진(80)은 상기 ECU(20)의 제어에 의해 동작되며, 출력 샤프트가 제1모터 시스템(110)를 통해 감속기(130)에 직결된다.
제1인버터(90)는 MCU(70)의 제어에 따라 메인 배터리(50)에서 인가되는 직류 상태의 고전압을 스위칭 수단인 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)를 통해 교류 3상 전압으로 변환하여 엔진(80)의 출력 샤프트에 직결되는 제1모터 시스템(110)을 구동시킨다.
제2인버터(100)는 MCU(70)의 제어에 따라 메인 배터리(50)에서 인가되는 직류 상태의 고전압을 스위칭 수단인 IGBT를 통해 교류 3상 전압으로 변환하여 제2모터 시스템(120)을 구동시킨다.
제1모터 시스템(110)은 엔진(80)의 출력 샤프트와 직결됨에 따라 정지상태에서 엔진(80)의 시동이 온되어 아이들 상태를 유지하는 경우 상기 HCU(40)에서 결정되어 제1인버터(90)를 통해 제어되는 발전 토크값으로 전장 시스템 전원 공급을 위한 아이들 발전을 실행한다.
DC/DC컨버터(140)는 저전압을 저장하고 있는 보조 배터리(150)의 충전을 위한 장치로, 상기 상위 제어기인 HCU(40)에서 인가되는 제어신호에 따라 스위칭 온/오프되어 보조 배터리(150)에 충전 전압을 공급한다.
전술한 바와 같은 기능을 포함하는 본 발명의 일 실시예에서, 아이들 발전 토크 제어 동작을 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한다.
엔진(80)의 시동이 온을 유지하고 있는 정지 상태의 도 2에 도시된 바와 같이 t1시간 이후의 아이들 발전 모드에 진입하면(S101) HCU(40)는 운전정보 검출부(10)을 통해 에어컨 시스템이 작동 온으로 검출되는지를 판단한다(S102).
상기에서 에어컨 시스템이 작동 온으로 검출되지 않으면, 현재의 부하 조건에 따른 아이들 발전 토크 지령값을 산출하여 MCU(70)를 통한 제1인버터(90)의 제어로 제1모터 시스템(110)의 아이들 발전 토크를 제어한다.
그러나, 에어컨 시스템의 작동 온이 검출되면 HCU(40)는 엔진(80)의 출력 가능 토크와 제1모터 시스템(110)의 능력을 감안하여, 기준 발전 토크 지령값에 블로워 모터의 동작에 따른 부하 변동 발전 토크 지령값을 적용하여 아이들 발전 토크 지령값(TRQREF)를 결정하고, 발전 토크의 증가 혹은 감소시를 위하여 1스텝 당 증가시킬 발전 토크량(DTRQUP)과 1스텝 당 감소시킬 발전 토크량(DTRQDN)을 계산한다(S103).
이후, 상기 결정된 아이들 발전 토크 지령값(TRQREF)과 1스텝 이전의 실제 토크값(TRQREAL)을 비교하여 차이가 있는지를 판단하며, 판단되는 차이값에 따라 발전 토크량의 증가 또는 감소 모드를 결정한다(S104).
상기에서 발전 토크량의 증가 모드로 결정되면 실제 토크값(TRQREAL)과 1스텝 증가시킬 발전 토크량(DTRQUP)의 합으로 산출되는 값과 결정된 아이들 발전 토크 지령값(TRQREAL)중에서 작은 값을 취하여 최종 발전 토크 지령값(TRQREFFNL)으로 결정한다(S105).
그리고, 상기에서 발전 토크량의 감소 모드로 결정되면 1스텝 이전의 실제 토크값(TRQREAL)과 감소시킬 발전 토크량(DTRQDM)의 합으로 산출되는 값과 결정된 아이들 발전 토크 지령값(TRQREF)중에서 큰 값을 취하여 최종 발전 토크 지령값(TRQREFFNL)으로 결정한다(S106).
상기와 같이 모드의 결정에 따라 최종 발전 토크 지령값(TRQREFFNL)이 결정되면 이를 임시 저장(TRQTEMP = TRQREFFNL)하고, 이 값을 적용하여 제1인버터(90)를 통한 제1모터 시스템(110)의 제어로 전장 시스템의 부하 전원을 담당하는 보조 배터리(150)를 충전 제어한다(S107).
이와 같이 결정된 최종 발전 토크 지령값(TRQREFFNL)으로 아이들 발전 토크를 제어하는 상태에서 도 2에 도시된 바와 같이, 운전자의 출발 의지에 따른 아이들 발전 토크 해제의 조건이 설정되는지를 판단한다(S108).
상기에서 아이들 발전 토크의 해제 조건이 설정되면, 엔진(80)의 RPM과 엔진 온도, 제1모터 시스템(110)의 온도 조건으로 결정되는 아이들 발전 해제시 감소시킬 발전 토크량을 산출한다(S110),
그리고, 1스텝 이전의 실제 토크값(TRQREAL)과 아이들 발전 해제시 감소시킬 발전 토크량(DTRQRLS)을 더하여 산출되는 값과 아이들 발전 토크 지령값 중에서 작은값을 취하여 최종 발전 토크 지령값(TRQREFFNL)으로 설정한 후(S109) 제1인버터(90)를 통한 제1모터 시스템(110)의 제어로 전장 시스템의 부하 전원을 담당하는 보조 배터리(150)의 충전을 제어한다(S112)(S113)
상기에서 아이들 발전 토크의 해제 조건이 설정되지 않은 상태이면 상기 S106에서 임시 저장된 최종 발전 토크 지령값(TRQREFFNL)으로 아이들 발전 토크를 제어한다(S111-S113).
따라서, 아이들 발전 모드에서 증가되는 토크량과 발전 토크 지령값이 가변적인 경우 한 스텝간 증가 혹은 감소되는 토크 지령값을 결정하여 실제 발전 토크 지령값에 더하거나 빼가는 과정으로 최종 발전 토크 지령값을 결정 제어함으로써, 아이들 발전 토크의 제어에 안정성을 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 엔진의 시동이 온을 유지하는 아이들 발전 모드에서 아이들 발전 토크량을 안정되게 제어함으로써, 출발시 가속 성능이 향상되고 엔진 RPM이 안정되어 운전성이 향상된다.

Claims (4)

  1. 하이브리드 전기자동차에 있어서,
    엔진의 시동 온 상태에서 아이들 발전 모드에 진입되면 에어컨이 온을 유지하는지 판단하며, 에어컨이 온을 유지하는 상태이면 아이들 발전 토크 지령값을 결정하고, 1스텝 당 증가시키거나 감소시킬 발전 토크량을 결정하는 과정과;
    상기 결정된 아이들 발전 토크 지령값과 1스텝 이전의 실제 토크 지령값을 비교하여 발전 토크 모드를 결정하는 과정과;
    상기 결정되는 발전 토크 모드에 따라 최종 발전 토크 지령값을 결정하여 전동기 시스템의 아이들 발전 토크를 제어하는 과정과;
    상기 결정된 최종 발전 토크 지령값으로 아이들 발전 토크를 제어하는 상태에서 운전자의 출발 의지에 의한 아이들 토크 제어 해제 조건이 검출되는지 판단하는 과정과;
    해제 조건이 검출되면 엔진의 RPM, 온도, 전동기 시스템의 온도 정보를 기반으로 아이들 발전 해제시 감소시킬 발전 토크량을 결정하는 과정과;
    1스텝 이전의 실제 토크값과 상기 결정되는 아이들 발전 해제시 감소시킬 발전 토크량을 더하여 산출되는 값과 아이들 발전 토크 지령값 중에서 작은값을 취하여 최종 발전 토크 지령값을 결정하여 전동기 시스템의 아이들 발전 토크를 제어하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 4륜 하이브리드 전기자동차의 아이들 발전 토크 제어방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 아이들 발전 토크 지령값은 엔진의 출력 가능 토크와 전동기 시스템의 능력을 기반으로 결정되는 것을 특징으로 하는 4륜 하이브리드 전기자동차의 아이들 발전 토크 제어방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기에서 결정되는 발전 토크 모드가 발전 토크량 증가모드이면 실제 토크 지령값과 1스텝 증가시킬 발전 토크량의 합으로 산출되는 값과 아이들 발전 토크 지령값중에서 작은 값을 취하여 최종 발전 토크 지령값를 결정하는 것을 특징으로 하는 4륜 하이브리드 전기자동차의 아이들 발전 토크 제어방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기에서 결정되는 발전 토크 모드가 발전 토크량의 감소 모드로 결정되면 1스텝 이전의 실제 토크값과 감소시킬 발전 토크량의 합으로 산출되는 값과 아이들 발전 토크 지령값중에서 큰 값을 취하여 최종 발전 토크 지령값을 결정하는 것을 특징으로 하는 4륜 하이브리드 전기자동차의 아이들 발전 토크 제어방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2001057707A (ja) 1999-08-10 2001-02-27 Honda Motor Co Ltd ハイブリッド車両の発電制御装置
JP2001157306A (ja) 1999-11-26 2001-06-08 Nissan Motor Co Ltd ハイブリッド車両の制御装置
JP2001263124A (ja) 2000-03-17 2001-09-26 Tcm Corp 産業用車両

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