KR100906869B1 - 하이브리드 차량의 크리프 발진시 쇼크 저감 방법 - Google Patents

하이브리드 차량의 크리프 발진시 쇼크 저감 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하이브리드 차량의 크리프 발진시 쇼크 저감 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 일정 크기의 구형파(Square Wave)를 모터 크리프(Creep) 토크에 더해주는 로직으로, 모터의 RPM 변화 크기를 저감시킴으로써, 크리프(Creep) 발진시 쇼크 및 저크 현상을 감소시킬 수 있는 하이브리드 차량의 크리프 발진시 쇼크 저감 방법에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 하이브리드 차량의 정차 상태에서 차속은 제로(0)이고, 브레이크가 오프(OFF)되는 순간에 크리프 발진시 갖는 본래의 가속 요구 토크에 구형파 형태의 토크를 생성하여, 상기 가속 요구 토크에 더해주어 최종 제어 토크를 출력하도록 함으로써, 모터의 RPM 변화 크기를 저감시킬 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 크리프 발진시 쇼크 저감 방법을 제공한다.
하이브리드, 크리프 발진, 쇼크, 감소, 구형파 토크, 모터 RPM,

Description

하이브리드 차량의 크리프 발진시 쇼크 저감 방법{Method for reducing Shock and Jerk of HEV}
본 발명은 하이브리드 차량의 크리프 발진시 쇼크 저감 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 일정 크기의 구형파(Square Wave)를 모터 크리프(Creep) 토크에 더해주는 로직으로, 모터의 RPM 변화 크기를 저감시킴으로써, 크리프(Creep) 발진시 쇼크 및 저크 현상을 감소시킬 수 있는 하이브리드 차량의 크리프 발진시 쇼크 저감 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 하이브리드 전기자동차는 엔진과 모터로 이루어지는 동력원이 구비되며, 전륜에 상기의 동력원을 적절히 조합한 구조를 적용하여 차량의 출발시나 가속시에 배터리의 전압에 의해 동작되는 모터의 동력 지원으로 연비 향상을 도모하고자 한 차량으로서, 차세대 친환경 차량으로 신기술이 접목되어 기존의 일반적인 차량보다 연비나 성능 면에서 많은 부분이 향상된 미래형 자동차라는 인식이 확대되고 있다.
이러한 하이브리드 차량의 제어기는 엔진을 제어하는 엔진 컨트롤 유니트(ECU)와, 모터를 제어하는 모터 컨트롤 유니트(MCU)와, 변속기를 제어하는 변속기 컨트롤 유니트(TCU)와, 배터리 상태를 감시하고 관리하는 배터리 컨트롤 유니트(BMS)로 구성됨과 아울러, 상기와 같은 각 컨트롤 유니트의 상위 개념으로서 하이브리드 운전 모드 설정 및 차량 전체를 전반적으로 제어하는 하이브리드 차량 컨트롤 유니트(HCU)로 구성된다.
한편, 상기 하이브리드 차량에서는, 예를 들어, 차량 초기 출발 시 모터를 이용하여 엔진 시동을 걸고, 이후 정속 시 엔진의 동력을 이용하며, 조건에 따라 모터를 구동 및 발전시켜 배터리 충전량을 관리하게 된다.
또한, 상기 하이브리드 차량에서는, 중속 또는 고속 주행 시 차량 구동이 엔진 동력과 모터의 동력으로 이루어지는 데, 예를 들어 급가속 시에는, 배터리 동력까지 차량 구동으로 사용하게 된다.
반면, 감속 시에는 모터를 발전시켜 차량의 관성 에너지를 배터리에 저장하는 충전 동작을 수행하게 되며, 정지시에는 불필요한 연료 소모를 줄이기 위하여 엔진을 정지시키고, 운전자가 출발하려는 의지를 보이면 모터를 이용하여 엔진을 시동하는 아이들 스톱(Idle Stop) 동작을 수행하게 된다.
그리고, 상기 하이브리드 차량에서는 운전자가 요구하는 출력이 주어져 있을 때, 무단 변속기(CVT: Continuously Variable Transmission) 제어를 통해 엔진이 운전되는 속도를 제어하고, 모터 제어에 의해 엔진 출력을 결정하여 엔진의 운전 점을 적절히 제어하게 된다.
한편, 상기 엔진 컨트롤 유니트(ECU)는, 차량의 최적 안정성을 위해 기어위치 혹은 주행 상태에 따라, 서로 다른 부하로 엔진을 제어하게 되는 데, 예를 들어, 냉간 및 상온 시동 후, 기어가 N 단에서 D단 또는 R단으로 전환될 때, 동일한 량의 엔진 토크를 출력하더라도, 차량 상태에 따라 무단 변속기(CVT) 유온의 차이가 발생하게 된다.
그리고, 상기 CVT 유온에 따라 유체의 점성이 달라지므로, 차량의 부하가 달라져서, 결국 차량의 아이들(IDLE) 안정성이 나빠지는 데, 예를 들어 정차와 서행(Creep) 반복 시 요구되는 크리프(Creep) 토크 량은 작음에도 불구하고, 상기 엔진 컨트롤 유니트(ECU)에서는, 일정한 크리프(Creep) 토크 량을 계속 출력하기 때문에 불필요한 토크의 발생으로 인해, 토크 낭비와 연비 악화를 초래하게 되는 문제점이 있다.
특히, 자동변속기가 사용된 하이브리드 전기자동차(HEV)의 크리프(Creep) 발진 및 저속 팁-인(Tip-in)시, 쇼크 및 저크(Shock & Jerk: 순간적인 급격한 움직임) 현상이 발생되어 승차감 및 운전성 저하를 초래하는 문제점이 있다.
즉, 상기 쇼크 및 저크(Shock & Jerk) 현상은 변속기 기어들의 백래시(Backlash) 누적에 의하여 크리프(Creep) 발진시 주로 발생하는 바, 이러한 크리프 발진시 발생생하는 쇼크 및 저크 현상은 차세대 친환경 차량이라는 소비자들의 이미지에 반하여 차량의 운전성 전반에 매우 좋지 않은 영향을 미치게 된다.
이에, 하이브리드 차량의 특성을 부각시키고, 소비자의 기대치를 만족시키기 위해서는 연비와 더불어 운전성 측면에서도 기존의 차량들과 비교하여 그 만족도가 향상되어야 하며, 그러므로 하이브리드 차량의 운전성과 직접적으로 연관되는 차량의 발진 및 주행시 발생되는 쇼크(Shock) 저감에 대한 연구는 하이브리드 차량의 개발에서 주된 항목이라 하겠다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 구형파(Square Wave)를 이용한 쇼크 및 저크 감소 로직을 제안하는 것으로서, 일정 크기의 구형파(Square Wave) 즉, 크기 및 주파수 성분의 조정(Calibration)이 이루어진 구형파를 모터 크리프(Creep) 토크에 더해주어서, 모터의 RPM 변화 크기를 저감시킴으로써, 크리프(Creep) 발진시 가솔린 차량과 유사한 발진성을 가지면서도 쇼크 및 저크 현상을 감소시킬 수 있는 하이브리드 차량의 크리프 발진시 쇼크 저감 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은: 하이브리드 차량의 정차 상태에서 차속은 제로(0)이고, 브레이크가 오프(OFF)되는 순간에 크리프 발진시 갖는 본래의 가속 요구 토크에 구형파 형태의 토크를 생성하여, 상기 가속 요구 토크에 더해주어 최종 제어 토크를 출력하도록 함으로써, 모터의 RPM 변화 크기를 저감시킬 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 크리프 발진시 쇼크 저감 방법을 제공한다.
바람직하게는, 상기 구형파 형태의 토크는 ±5Nm 크기에 20ms 주기를 가지도록 조정(Calibration)된 것을 특징으로 한다.
상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공할 수 있다.
차속 제로 및 브레이크 오프 순간, 일정 크기의 구형파(Square Wave) 즉, 크기 및 주파수 성분의 조정(Calibration)이 이루어진 구형파를 모터 크리프(Creep) 토크에 더해주는 로직을 통하여, 모터의 RPM 변화 크기를 저감시킬 수 있고, 그에 따라 크리프(Creep) 발진시 가솔린 차량과 유사한 발진성을 가지면서도 쇼크 및 저크 현상을 감소시킬 수 있으며, 결국 쇼크 및 저크 저감으로 만족스러운 운전성 및 승차감을 갖는 하이브리드 차량을 구현할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명은 크리프(Creep) 발진시 발생하는 쇼크 및 저크(Shock & Jerk) 현상을 최소화하여 하이브리드 차량의 운전성 향상을 도모하고자 한 것이다.
본 발명의 쇼크 저감 로직을 설명하기 전에 기존에 크리프 발진시 쇼크 및 저크 현상이 발생되는 과정을 살펴보기로 한다.
하이브리드 차량에 채택된 자동변속기는 주지된 바와 같이 많은 기어들의 조합으로 구성되어 있으며, 이러한 기어의 치(齒)와 치(齒) 사이에는 공간이 발생할 수 밖에 없으며, 이 공간의 누적에 의하여 백래시(Backlash) 현상이 발생하게 된다.
첨부한 도 1은 변속기 백래시에 의하여 하이브리드 차량의 크리프 발진시 쇼크 및 저크 현상이 발생되는 것을 설명하는 그래프이다.
도 1에서 보듯이, 차속이 제로(zero)인 상황에서 크리프 토크(Creep Torque) 인가 후, 모터 RPM 떨림 현상이 나타나는 바, 이것은 구동축을 통해 쇼크 및 저크 현상으로 나타나게 되며, 이러한 쇼크 및 저크 현상은 모터 RPM이 떨리는 상황에서 차속은 제로(zero) 를 유지하고 있는 것으로 보아, 변속기의 백래시 누적에 의한 영향으로 판단할 수 있다.
이에, 쇼크 및 저크를 개선하기 위하여, 크리프 토크(Creep Torque)의 크기 및 기울기를 줄이면, 모터 RPM 떨림 변화량은 줄어드나, 떨림 자체는 여전히 발생하고 크리프(Creep) 발진성이 나빠지는 부작용이 발생한다.
한편, 종래에 백래시 정렬 방법으로서, 정차 중 브레이크 온(Brake On) 시, 일정한 크기의 모터 토크를 인가하여 변속기 기어의 백래시를 정렬하는 방법이 제안되기도 하였지만, 주행에 불필요한 모터의 에너지 사용으로 인하여 연비에 좋지 않은 영향을 미치는 단점이 있어, 그 적용에 어려움이 있다.
따라서, 본 발명은 구형파(Square Wave)를 이용한 쇼크 및 저크 발생을 ㅇ어 억제할 수 있는 로직(logic)을 제공하고자 한 것으로서, 일정 크기의 구형파(Square Wave) 즉, 크기 및 주파수 성분의 조정(Calibration)이 이루어진 구형파를 모터 크리프(Creep) 토크에 더해주어서, 모터의 RPM 변화 크기를 저감시킬 수 있도록 함으로써, 크리프(Creep) 발진시 가솔린 차량과 유사한 발진성을 가지면서도 쇼크 및 저크 현상을 감소시킬 수 있도록 한 점에 주안점이 있다.
본 발명에 따른 하이브리드 차량의 크리프 발진시 쇼크 저감 방법은 차량의 정차 중 강제로 모터토크를 인가하여 변속기 기어 백래시(Backlash) 정렬된 상태에서 발진하는 종래 방법과 달리, 크리프(Creep) 구동 토크에 고주파의 고형파(Square Wave)를 더해 주어, 변속기의 백래시를 정렬하면서 발진하는 방법을 제공하고자 한 것으로서, 불필요하게 모터 토크가 인가되는 것을 방지하여 모터의 불필요한 에너지 사용을 방지할 수 있고, 연비 향상에도 일정 부분 기여할 수 있다.
여기서, 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 크리프 발진시 쇼크 저감 방법에 대하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
첨부한 도 2는 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 크리프 발진시 쇼크 저감 방법을 설명하는 로직 순서도이고, 도 3은 본 발명의 로직 적용시 모터 RPM, 크리프 토크, 가속도값(G값)을 대비하여 나타낸 그래프이다.
도 2에서, 가속 요구 토크는 기본적인 차량이 가지는 크리프(Creep) 토크로 브레이크 오프(OFF) 시에 차량이 항상 가지는 값이다.
여기에, 차속과 브레이크 페달의 동작 조건에 따라서 작동되는 펑션(Function)을 추가하여 기본 가속 요구 토크로 발진시 발생되는 쇼크 및 저크 현 상을 최소화시키게 된다.
즉, 본 발명의 주된 특징으로서, 추가된 펑션(Function)은 정차중 출발하는 상태를 고려하여 차속은 제로(0)이고, 브레이크가 오프(OFF)되는 순간에 구형파 형태의 토크를 생성하여, 가속 요구 토크에 더해지는 방식으로 구성된다.
그리고, 구형파 형태의 토크는 그 크기 및 주파수 성분을 조정(Calibration) 가능하도록 설정하며, 바람직하게는 구형파 형태의 토크는 ±5Nm 크기에 20ms 주기를 가지도록 조정(Calibration)된다.
이렇게 차속은 제로(0)이고, 브레이크가 오프(OFF)되는 순간에 구형파 형태의 토크를 생성하여, 기본 가속 요구 토크(크리프 토크)에 더해주는 연산 로직을 실행한 후, 최종 제어 토크를 출력하도록 함으로써, 크리프 발진시 쇼크 및 저크 현상을 최소화시킬 수 있다.
이때, 상기 구형파 형태의 토크를 기본 가속 요구 토크(크리프 토크)에 더해주는 연산 로직 및 그 최종 제어 토크를 출력하는 제어는 엔진 ECU 또는 하이브리드 차량의 상위 개념 제어기로서 하이브리드 운전 모드 설정 및 차량 전체를 전반적으로 제어하는 하이브리드 차량 컨트롤 유니트(HCU)에서 이루어질 수 있다.
이와 같이, 브레이크가 오프(OFF)되는 순간에 구형파 형태의 토크를 생성하여, 기본 가속 요구 토크(크리프 토크)에 더해주는 연산 로직을 적용하여, 실제 차량에서 시험하였는 바, 그 결과는 첨부한 도 3의 그래프에 나타낸 바와 같다.
도 3에서 보듯이, 본 발명에서 제안된 로직을 적용하여 시험한 결과, 기존의 로직 결과를 나타내는 도 1과 비교하면, 크리프 발진시(즉, 구형파 토크가 본래 크 리프 발진시 가속 요구 토크에 더해진 상태) 모터 RPM의 떨림은 현저히 감소하였으며, 결국 모터 RPM 떨림에 의한 차량에서 발생되는 쇼크 및 저크 현상을 감소시킬 수 있고, 그 감소 수준은 차량의 상품성에 문제가 되지 않는 수준임을 확인 할 수 있었다.
도 1은 종래에 변속기 백래시에 의하여 하이브리드 차량의 크리프 발진시 쇼크 및 저크 현상이 발생되는 것을 설명하는 그래프,
도 2는 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 크리프 발진시 쇼크 저감 방법을 설명하는 로직 순서도,
도 3은 본 발명의 로직 적용시 모터 RPM, 크리프 토크, 가속도값(G값)을 대비하여 나타낸 그래프.

Claims (2)

  1. 하이브리드 차량의 정차 상태에서 차속은 제로(0)이고, 브레이크가 오프(OFF)되는 순간에 크리프 발진시 갖는 본래의 가속 요구 토크에 구형파 형태의 토크를 생성하여, 상기 가속 요구 토크에 더해주어 최종 제어 토크를 출력하도록 함으로써, 모터의 RPM 변화 크기를 저감시킬 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 크리프 발진시 쇼크 저감 방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 구형파 형태의 토크는 ±5Nm 크기에 20ms 주기를 가지도록 조정(Calibration)된 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 크리프 발진시 쇼크 저감 방법.
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