KR100906897B1 - 하이브리드 자동차 시스템에서의 모터 역회전 방지 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하이브리드 자동차 시스템에서의 모터 역회전 방지 제어 방법에 대한 것으로서, 더욱 상세하게는 기어비와 변속기 출력 속도를 이용하여 연산한 목표 변속기 입력 속도와 현재 변속기 입력 속도를 비교하여 모터의 역회전 문제 발생 가능성을 판단하고, 모터의 역회전 가능성이 있다고 판단되는 경우 모터 토크를 적절히 제어하여 모터의 역회전을 방지함으로써, 변속기의 내구성을 증가시키고 보다 안정적인 하이브리드 자동차 시스템을 구축할 수 있는 모터 역회전 방지 제어 방법에 관한 것이다.

이를 위해,

(a) 현재의 기어단과 목표 기어단 중 높은 기어단을 선택하는 단계;

(b) 현재 변속기 출력 RPM을 상기 높은 기어단의 기어비를 이용하여 목표 변속기 입력 RPM을 역 연산하는 단계;

(c) 상기 목표 변속기 입력 속도와 현재의 변속기 입력 속도를 비교하는 단계;

(d) 상기 목표 변속기 입력 속도가 현재의 변속기 입력 속도보다 소정값 이상 더 큰 경우, 모터 토크를 제어하여 모터의 역회전을 방지하는 단계;

를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차 시스템에서의 모터 역회전 방지 제어 방법을 제공한다.

하이브리드, 엔진, 변속기, 모터 역회전, 클러치, 윤활유, 뱅 뱅 제어.

Description

하이브리드 자동차 시스템에서의 모터 역회전 방지 제어 방법 {Prevention Control Method Of Motor Backlashing In Hybrid Electric Vehicle System}

본 발명은 하이브리드 자동차 시스템에서의 모터 제어와 대한 것이며, 특히 모터의 역회전을 방지하기 위한 기술에 대한 것이다.

일반적으로, 종래의 차량은 도 1에 도시된 바와 같이 엔진(engine)(100)과 클러치(clutch) 또는 토크 컨버터(torque converter)(120), 변속기(transmission) (110)를 포함하여 구성되며, 상기 엔진(100)은 하나의 방향(102)으로만 회전하고, 전진(114) 및 후진(116) 주행은 변속기(110) 내부의 역회전 기어(112)를 이용하여 결정된다. 따라서 변속기(110)의 입력부의 회전 방향은 언제나 하나의 방향(122)이며, 변속기(110)는 이처럼 하나의 회전 방향(122)만을 입력받는 가정 하에 설계되어 있다.

한편, 하이브리드 자동차 시스템(Hybrid Electric Vehicle System)은 도 2에 도시된 바와 같이 동력을 발생시키는 엔진(200), ISG(210), 클러치(220), 변속 기(240), FD(250), 바퀴(wheel)(260)를 포함하여 구성되며, 특히 클러치(220)와 변속기(240) 사이에 양방향 회전이 가능한 모터(230)를 더 포함하여 구성된다.

상기 모터(230)는 차량의 회생 에너지 등을 이용하여 내부에 장착된 고전압 배터리를 충전시키는 역할을 하며, 상기와 같은 경우 모터에는 도 3에 도시된 바와 같이 역방향의 토크(232)가 인가된 상태로 정방향 회전(234)을 하게 된다.

이처럼 역방향 토크(232)가 인가된 상태에서 변속기(240)가 변속을 수행하게 되면, 변속기 내부의 클러치(242)의 전달력이 저하되고, 이때 모터의 역방향 토크(232)가 변속기 내부의 클러치 전달력보다 강할 경우, 변속기의 입력축이 역방향으로 회전(236)하는 경우가 발생하게 된다.

상기와 같은 변속기 입력축의 역방향 회전(236)은 변속기 설계시 일반적으로 고려되지 않는 사항으로서, 이러한 역회전으로 인해 변속기 내부의 베이링(Bearing) 류 및 윤활유에 문제가 발생할 수 있으며, 이는 곧 변속기의 내구 저하 및 하드웨어적 손상으로 귀결된다.

특히, 원 웨이 클러치(one way clutch)를 사용하고 있는 변속기의 경우, 변속기 입력 RPM(revolution per minute)이 음수가 되는 경우(역회전의 경우), 이를 다시 양수(정회전)로 원상 복귀시킬 장치가 없어 심각한 변속기 손상이 야기된다.

또한, 모터가 역회전하지 않더라도 변속기가 다운쉬프트(downshift)하는 경우, 모터 토크의 역방향 값이 커서 변소기 입력 RPM이 낮아지게 되면, 변속기 내부의 클러치 슬립(slip)량이 증가함으로 인해 내구성이 단축되는 문제점이 있다.

예를 들어, 4단에서 3단 변속 시, 변속기 입력 RPM이 1000rpm에서 2000rpm으 로 상승하게 되는데, 모터 토크의 음수값으로 인해 변속기 입력 RPM이 변속 중 1000rpm에서 500rpm을 거쳐 2000rpm으로 진행된다면, 변속기 내부의 클러치 슬립이 1000rpm에서 2000rpm으로가 아니라 500rpm에서 2000rpm으로 증가하게 되어, 변속기의 내구성이 단축되는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 기어비와 변속기 출력 속도를 이용하여 연산한 목표 변속기 입력 속도와 현재 변속기 입력 속도를 비교하여 모터의 역회전 문제 발생 가능성을 판단하고, 상기 결과로 모터의 역회전 가능성이 있다고 판단되는 경우 모터 토크를 적절히 제어하여 모터의 역회전을 방지함으로써, 변속기의 내구성을 증가시키고 보다 안정적인 하이브리드 자동차 시스템을 구축할 수 모터 역회전 방지 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 본 발명 하이브리드 자동차 시스템에서의 모터 역회전 방지 제어 방법은,

(a) 현재의 기어단과 목표 기어단 중 높은 기어단을 선택하는 단계;

(b) 현재 변속기 출력 RPM을 상기 높은 기어단의 기어비를 이용하여 목표 변속기 입력 RPM을 역 연산하는 단계;

(c) 상기 목표 변속기 입력 속도와 현재의 변속기 입력 속도를 비교하는 단계;

(d) 상기 목표 변속기 입력 속도가 현재의 변속기 입력 속도보다 소정값 이상 더 큰 경우, 모터 토크를 제어하여 모터의 역회전을 방지하는 단계;

를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 (d) 단계의 모터 토크 제어 방법은, 모터 토크의 최저치를 소정의 양수값으로 설정하여, 상기 최저치 이하의 지령이 오면 최종 모터 토크는 상기 최저치를 출력하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 (d) 단계의 모터 토크 제어는,

변속기 입력 속도가 음수인 경우에도 수행되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 하이브리드 자동차 시스템에서의 모터 역회전 방지 제어 방법에 의하면,

첫째, 변속이 내부의 베어링 류, 윤활 공급 부품 등에 미치는 악영향을 차단하여 변속기 내구성을 보존하고 하드웨어적 손상을 방지할 수 있으며,

둘째, 원 웨이 클러치를 사용하고 있는 변속기에서도 변속기 입력 RPM이 음수로 되는 것을 방지하여 문제 발생을 방지할 수 있고,

셋째, 변속기가 다운쉬프트하는 경우에도 클러치 슬립량의 증가를 방지하여 변속기의 내구성 향상이 가능하므로, 상당한 상업적·경제적 효과가 기대된다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 내용에 대하여 상세하게 설명한다.

본 발명에 따른 모터 역회전 방지 제어 방법은 ⅰ) 모터의 역회전이 발생하 여 변속기에 문제를 일으킬 수 있는 가능성을 판단하는 단계 및 ⅱ) 상기 단계에서 문제 발생 가능성이 있다고 판단되는 경우 모터의 토크를 제어하여 변속기의 손상을 방지하는 단계를 포함하여 크게 두 단계로 구분된다.

이하, 도 4 및 도 5를 참조하여, 상기 각 단계에 대하여 보다 상세하게 설명한다.

먼저, 상기의 ⅰ) 모터의 역회전이 발생하여 변속기에 문제를 일으킬 수 있는 가능성이 있는 경우는, 모터의 속도, 즉 변속기 입력 속도가 음수인 경우이거나(S402), 또는 연산된 목표 변속기 입력 속도가 현재 변속기 입력 속도보다 소정값 이상으로 큰 경우(S408)이며, 이러한 경우에는 모터 토크를 제어하여 모터의 역회전을 방지한다(S410).

상기 목표 변속기 입력 속도는 현재 변속기 출력 RPM을 높은 단의 기어비(gear ratio)를 이용하여 역 연산한 값으로서, 다음과 같은 과정을 통해 연산된다.

먼저, 현재의 기어단과 목표 기어단 중 높은 기어단을 선택한다(S404). 예를 들어 2단에서 3단으로 변속 중이라면, 높은 단인 3단이 선택된다. 다음으로, 현재 변속기 출력 속도를 높은 단(예를 들어, 3단)의 기어비를 이용하여 역 연산함으로써 목표 변속기 입력 속도를 산출한다(S406).

상기 연산된 목표 변속기 입력 속도가 현재 변속기 입력 속도보다 소정값(예를 들어, 100rpm) 이상으로 큰 경우(S408), 모터 토크 제어를 수행하여 모터의 역회전을 방지한다(S410).

상기 모터 토크 제어(S410)는 모터 토크의 최저치를 소정의 양수값으로 설정함을 통해 수행된다. 예를 들어, 모터 토크 제어를 통해 모터 토크의 최저치를 5Nm으로 설정한 경우, 제어부에서 -10Nm이 지령으로 오더라도 모터 토크값은 최저치인 5Nm을 출력한다. 또한, 상기와 같은 상황에서 제어부에서 10Nm이 지령으로 오면 10Nm은 최저치인 5Nm 이상이므로 10Nm을 그대로 출력한다.

이후 모터의 속도, 즉 현재 변속기 입력 속도가 연산된 목표 변속기 입력 속도 보다 커지면 모터 토크 제어를 종료하고 모터의 토크 최저치를 복구한다(S414). 이때 복구되는 모터 토크의 최저치는 현재 배터리의 상태 및 모터의 상태를 고려하여 적절한 값으로 결정된다.

도 5는 3단에서 2단으로 기어변경 시 상기 제어와 같은 제어 상황을 시간 다이어그램으로 나타낸 것이다. 현재 변속기 입력 속도가 3단에서의 목표 시간 입력 속도에서 소정값(100rpm)을 뺀 값보다 작아지는 경우, 모터 토크 최저치는 소정의 양수값으로 설정됨을 알 수 있다. 이후 현재 변속기 입력 속도가 3단에서의 목표 시간 입력 속도보다 커지는 경우, 모터 토크 최저치는 현재 배터리의 상태 및 모터의 상태를 고려하여 이전값으로 복구가 된다.

비록 본 발명의 몇몇 실시예들이 도시되고 설명되었지만, 본 발명의 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 원칙이나 정신에서 벗어나지 않으면서 본 실시예를 변형할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 발명의 범위는 첨부된 청구항과 그 균등물에 의해 정해질 것이다.

도 1은 종래의 일반 차량의 엔진과 변속기의 구성을 나타낸 도면,

도 2는 하이브리드 차량의 일반적인 구성을 나타낸 도면,

도 3은 하이브리드 차량에서 엔진과 변속기의 구성을 나타낸 도면,

도 4는 본 발명에 따른 모터 토크 제어방법을 나타낸 순서도,

도 5는 기어 3단에서 2단으로 변환시의 모터 토크 제어방법을 나타낸 시간 다이어그램이다.

<도면의 주요부호에 대한 설명>

100 : 엔진 110 : 변속기

200 : 엔진 220 : 메인 클러치

230 : 모터 240 : 클러치

242 : 클러치 내부 변속기 250 : FD

260 : 휠

Claims (3)

1. (a) 현재의 기어단과 목표 기어단 중 높은 기어단을 선택하는 단계;

   (b) 현재 변속기 출력 RPM을 상기 높은 기어단의 기어비를 이용하여 목표 변속기 입력 RPM을 역 연산하는 단계;

   (c) 상기 목표 변속기 입력 속도와 현재의 변속기 입력 속도를 비교하는 단계;

   (d) 상기 목표 변속기 입력 속도가 현재의 변속기 입력 속도보다 소정값 이상 더 큰 경우, 모터 토크를 제어하여 모터의 역회전을 방지하는 단계;

   를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차 시스템에서의 모터 역회전 방지 제어 방법.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 (d) 단계의 모터 토크 제어 방법은, 모터 토크의 최저치를 소정의 양수값으로 설정하여, 상기 최저치 이하의 지령이 오면 최종 모터 토크는 상기 최저치를 출력하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차 시스템에서의 모터 역회전 방지 제어 방법.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 (d) 단계의 모터 토크 제어는,

   변속기 입력 속도가 음수인 경우에도 수행되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차 시스템에서의 모터 역회전 방지 제어 방법.

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