KR101000424B1

KR101000424B1 - 하이브리드 차량의 클러치 학습 제어 방법

Info

Publication number: KR101000424B1
Application number: KR1020080115966A
Authority: KR
Inventors: 박지열
Original assignee: 기아자동차주식회사; 현대자동차주식회사
Priority date: 2008-11-20
Filing date: 2008-11-20
Publication date: 2010-12-13
Also published as: KR20100056943A

Abstract

본 발명은 하이브리드 차량의 클러치 학습 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 클러치 유압 시스템의 단품 편차를 보상하여 일정 결합 시간의 유지 및 결합 충격의 회피가 가능하도록 해주는 하이브리드 차량의 클러치 학습 제어 방법에 관한 것이다. 이러한 본 발명의 학습 제어 방법은, 학습 조건을 만족하는지를 여부를 판단하는 단계; 학습 조건 만족시 유압 프로파일에 따라 클러치 유압 제어를 수행하고, 엔진 회전이 감지되면 유압 인가를 종료하는 단계; 초기 충전 개시 후 엔진 속도가 발생하는 시점까지의 시간을 측정하고, 측정된 시간을 미리 설정된 목표 시간와 비교하여 그 시간차에 따라 보정유압을 산출한 뒤, 산출된 보정유압만큼을 초기 유압 학습량에서 가감하여 갱신 저장하는 단계; 및 초기 유압 기본량에 갱신된 상기 초기 유압 학습량을 더하여 초기 유압을 계산한 뒤 갱신 저장하고, 이후 클러치 결합시에 상기 초기 유압을 인가하는 클러치 유압 제어를 수행하는 단계;를 포함한다.

하이브리드, 클러치, 학습 제어, 단품 편차 보상, 초기 충전, 초기 유압

Description

하이브리드 차량의 클러치 학습 제어 방법{Method for conrolling clutch of hybrid electric vehicle}

본 발명은 하이브리드 차량의 클러치 학습 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 클러치 유압 시스템의 단품 편차를 보상하여 일정 결합 시간의 유지 및 결합 충격의 회피가 가능하도록 해주는 하이브리드 차량의 클러치 학습 제어 방법에 관한 것이다.

하이브리드 차량은 서로 다른 두 종류 이상의 동력원을 효율적으로 조합하여 차량을 구동시키는 것을 의미하나, 대부분의 경우는 연료(가솔린 등 화석연료)를 연소시켜 회전력을 얻는 엔진과 배터리 전력으로 회전력을 얻는 전기모터에 의해 구동하는 차량을 의미한다.

이러한 하이브리드 차량은 엔진뿐만 아니라 전기모터를 보조동력원으로 채택하여 배기가스 저감 및 연비 향상을 도모할 수 있는 미래형 차량으로, 연비를 개선하고 환경친화적인 제품을 개발해야 한다는 시대적 요청에 부응하여 더욱 활발한 연구가 진행되고 있다.

하이브리드 차량에서는, 도 1에 도시된 바와 같이, 엔진(10), 전기모터(구동모터)(20), 자동변속기(30)가 일렬로 배열되는 레이아웃을 가진다. 특히, 엔진(10)과 구동모터(20)는 엔진 클러치(50)를 개재한 상태로 동력 전달 가능하게 연결되고, 구동모터(20)와 자동변속기(30)는 서로 직결된다. 또한 시동시 엔진(10)으로 회전력을 제공하는(즉, 크랭킹 토크를 출력하는) 통합형 시동발전기, 즉 ISG(Integrated Starter & Generator)(40)가 상기 엔진(10)에 연결되어 구비된다.

이러한 구성에서 엔진 클러치(50)가 오픈(Open)되어 있으면 구동모터(20)에 의해 구동축이 구동되고, 엔진 클러치(50)가 락(Lock)되어 있으면 엔진(10)과 구동모터(20)에 의해 구동축이 구동한다.

차량 출발시나 저속 주행시에는 구동모터에 의해서만 구동력을 얻게 되는데, 초기 출발시에는 엔진 효율이 모터 효율에 비해 떨어지기 때문에 엔진보다는 효율이 좋은 구동모터를 사용하여 차량의 초기 출발(차량 발진)을 시작하는 것이 차량의 연비 측면에서 유리하다. 차량 출발 후에는 ISG가 엔진을 시동하여 엔진 출력과 모터 출력을 동시에 이용할 수 있도록 한다.

이와 같이 하이브리드 차량은 구동을 위해 구동모터의 회전력만을 이용하는 순수 전기자동차 모드인 EV(Electric Vehicle) 모드, 및 엔진의 회전력을 주동력으로 하면서 구동모터의 회전력을 보조동력으로 이용하는 HEV(Hybrid Electric Vehicle) 모드 등의 운전모드로 주행하며, ISG에 의한 엔진의 시동(Cranking)으로 EV 모드에서 HEV 모드로의 모드 변환이 이루어진다.

하이브리드 차량에서 EV 모드와 HEV 모드 간의 모드 변환은 주요한 기능 중의 하나로서, 하이브리드 차량의 운전성, 연비, 동력성능에 영향을 끼치는 요소이다. 특히, 엔진, 구동모터, 자동변속기, ISG, 클러치가 포함된 하이브리드 시스템에서는 보다 정교한 모드 변환 제어가 필수적이며, 주행 상황에 맞는 최적의 모드 변환 알고리즘이 필요하다.

상기한 시스템의 모드 변환 제어는 클러치 제어가 주요한 요소이다. 예컨대, EV 모드에서 HEV 모드로의 변환시에 엔진 클러치의 슬립 및 동기화 등의 제어가 필요하며, 엔진 클러치의 정확한 제어는 하이브리드 차량의 운전성과 동력성능을 크게 좌우한다.

상기와 같이 클러치의 정확한 제어를 위해서는 현재의 클러치 상태를 정확히 감지하는 것이 무엇보다 중요하다. 수동변속기 차량의 경우에는 부하 판정을 위해 EMS(Engine Management System)에서 클러치 페달의 열림/닫힘 정도를 판단하고 있고, 슬립 상황은 운전자에 의해 임의로 만들어지는 상황이므로 제어기 자체의 판단은 필요 없다.

그러나, 자동변속기 차량의 경우에는 오픈(Open), 슬립(Slip), 락-업(Lock-up) 등 현재의 클러치 상태를 정확히 판정해야만 슬립 및 동기화 제어 등 클러치의 정확한 제어가 가능해진다.

한편, EV 모드 주행 중 운전자 요구토크가 EV 주행 가능 영역을 초과하거나, 배터리의 SOC가 높아서 EV 주행으로는 감속이 불가한 경우 등 필요에 따라 엔진 클러치를 결합시켜야 하는 경우가 있다.

첨부한 도 2의 그래프는 EV 모드 주행 중에 운전자 요구토크가 커서 엔진을 기동시키고 엔진 클러치를 결합시키는 과정을 나타낸 것이다. 클러치 결합시 목표 유압은 그래프와 같이 A ~ E까지 5단계로 제어된다. A 단계는 클러치 오픈 상태, B 단계는 속도 제어 상태, C 단계는 슬립 제어 상태, D 단계는 최대 압력 제어 상태, E 단계는 풀 락-업(Full Lock-up) 상태를 각각 나타내고, 그래프에서 a는 초기 충전(Initial Fill) 제어의 종료 시점을, b는 슬립 제어의 시작 시점을 각각 나타낸다.

도시된 바와 같이, 클러치 결합 초기에는 비어 있는 클러치 유압 시스템에 오일을 채우기 위해 초기 충전 제어를 수행한다. 또한 클러치 슬립 전까지 클러치 내 작동기구인 리턴 스프링의 반력을 상쇄시키는 유압을 주게 되는데, 이를 초기 유압이라 한다. 즉, 초기 충전과 초기 유압을 줌으로써 클러치 슬립 직전 상태를 만들어 놓는 것이다.

초기 충전 구간은 초기 클러치 피스톤의 빈 공간을 채우기 위해 최대 유압을 인가하는 제어 구간으로서, 최대 유압을 인가하나 클러치 면의 접촉은 일어나지 않는다. 초기 충전은 클러치가 오픈된 상태로 일정시간이 경과할 때 작동 유체가 구석구석 채워져 있지 않은 상태가 되는 것을 방지하여, 유압을 조금만 더 가하면 클러치가 마찰하기 시작하는 상태로 만드는 역할을 한다.

통상 클러치 유압 제어에 있어서 엔진 시동 동안 클러치 결합 요구 판단시에 클러치 제어기[또는 변속기 제어기(TCU)]가 클러치의 빈 간격에 작동 유체를 적절히 채워넣는 초기 충전 제어를 수행한 뒤, 클러치 유압을 리턴 스프링 반력(Return Spring Force)만큼 유지시킨다(클러치가 토크를 전달하기 직전인 리턴 스프링의 반력만큼의 클러치 유압을 유지). 리턴 스프링의 반력까지 압력을 인가하지 않는 경우에는 클러치 면 접촉이 일어나지 않는다.

이후 클러치 양단의 속도차가 일정 범위 내로 들어오면 유압 피드백으로 슬립 제어를 하여 클러치 양단의 속도를 동기화시키고, 속도차가 거의 없어지면 최대 유압을 가하여 클러치를 락(Lock) 상태로 만든다.

한편, 동일한 목표 유압에 대해 클러치 유압 시스템의 단품 편차가 있을 수 있으며, 이러한 단품 편차에 의해 실제 유압이 차이가 날 수 있다. 따라서, 한 차량에 대해 최적으로 초기 유압(리턴 스프링의 반력을 상쇄시키는 베이스 압력)을 맞췄다고 해도 다른 차량에서는 최적이 아닐 수 있다. 이러한 경우 클러치 결합이 늦어지거나 또는 클러치 결합 충격이 발생할 수 있게 된다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 클러치 유압 시스템의 단품 편차를 보상하여 일정 결합 시간의 유지 및 결합 충격의 회피가 가능하도록 해주는 하이브리드 차량의 클러치 학습 제어 방법을 제공하는데 주된 목적이 있는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에서는, 학습 조건을 만족하는지를 여부를 판단하는 단계; 학습 조건 만족시 유압 프로파일에 따라 클러치 유압 제어를 수행하고, 엔진 회전이 감지되면 유압 인가를 종료하는 단계; 초기 충전 개시 후 엔진 속도가 발생하는 시점까지의 시간을 측정하고, 측정된 시간을 미리 설정된 목표 시간와 비교하여 그 시간차에 따라 보정유압을 산출한 뒤, 산출된 보정유압만큼을 초기 유압 학습량에서 가감하여 갱신 저장하는 단계; 및 초기 유압 기본량에 갱신된 상기 초기 유압 학습량을 더하여 초기 유압을 계산한 뒤 갱신 저장하고, 이후 클러치 결합시에 상기 초기 유압을 인가하는 클러치 유압 제어를 수행하는 단계;를 포함하는 하이브리드 차량의 클러치 학습 제어 방법을 제공한다.

여기서, 클러치 오픈 상태의 EV 모드로 차량 감속 중이면 학습 조건을 만족하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예에서, 엔진 냉각수온이 설정온도를 초과하고 엔진 클러치의 오픈 상태, 엔진 속도 0rpm, APS 오프 상태이며, 차속이 설정차속을 초과하면서 모터 속도가 설정범위 이내일 때 학습 조건을 만족하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 학습 조건 만족시 유압 프로파일에 따라 클러치 유압 시스템의 초기 충전 제어와 초기 유압 인가를 수행하고 이어 유압을 일정 기울기로 증가시켜 엔진 회전이 감지되면 유압 인가를 종료하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 시간차로부터 보정유압을 검색하여 산출한 뒤 이를 유온에 따른 값으로 결정된 초기 유압 학습량에 가감하여 초기 유압 학습량을 갱신하는 것을 특징으로 한다.

이에 따라, 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 클러치 학습 제어 방법에 의하면, 클러치 유압 시스템의 단품 편차 및 시간에 따른 열화 영향을 학습 제어를 통해 보상함으로써, 일정 결합 시간의 유지 및 결합 충격의 회피가 가능해진다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 대해 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 하이브리드 차량의 엔진 클러치 학습 제어를 통하여 클러치 유압 시스템의 단품 편차를 보상하고자 한다. 본 발명에서는 초기 유압(리턴 스 프링 반력을 상쇄시키는 베이스 압력)을 학습 대상으로 하고, 학습 시기로서 EV 감속(클러치 오픈 상태)시에 학습 제어를 실시하게 된다.

첨부한 도 3은 본 발명에 따른 엔진 클러치 학습 제어 방법을 나타내는 순서도이다.

우선, 학습 조건을 만족하는지를 판단하는데(S11), 본 발명에서 학습이 이루어지는 조건은 EV 상태(클러치 오픈 상태)로 감속 중일 때로 한다.

본 발명에서 학습 조건의 구체적인 예를 들면 다음과 같다.

1) 엔진 냉각수온 > 80℃

2) 클러치 오픈 상태(3초 이상 유지)

3) 엔진 속도 = 0rpm

4) APS = Off

5) 차속 > 30kph

6) 1100rpm < 모터 속도 < 1500rpm

상기와 같이 엔진 냉각수온이 설정온도를 초과하면서 엔진 클러치의 오픈 상태, 엔진 속도 0rpm, APS 오프 상태이고, 또한 차속이 설정차속을 초과하면서 모터 속도가 설정범위 내에 들어 있을 때, 본 발명에 따른 학습이 수행된다.

첨부한 도 4는 엔진 클러치의 오픈 상태를 도시한 도면으로, 이러한 상태로 상기와 같은 학습 조건을 만족하면, 도 5에 나타낸 바와 같이, 특정 유압 프로파일에 따라 클러치 유압 시스템의 초기 충전과 초기 유압 인가를 포함한 유압 제어를 수행하고(도 5의 유압 프로파일과 같이 초기 충전 및 초기 유압 인가 후 일정 기울 기로 유압을 증가시킴)(S12), 이때 엔진 회전이 감지되면 유압 인가를 종료한다.

상기와 같이 초기 충전 및 초기 유압을 인가하여 유압 제어를 수행하면 엔진은 0rpm에서 클러치의 결합으로 강제 회전되는데, 이러한 엔진 회전이 감지되면 유압 인가를 종료하게 된다(S13).

이때, 유압 인가시부터 엔진 회전시까지의 시간, 즉 초기 충전 개시 후 엔진 속도(또는 ISG 속도)가 발생하는 시점까지의 시간을 측정하며(S14), 이 시간을 t_a라 한다면, 상기 시간 t_a를 미리 설정된 목표 시간 t_ai와 비교하여 그 차이 Δt에 따라 보정유압 ΔP_BL을 산출하고, 산출된 보정유압 ΔP_BL만큼을 초기 유압 학습량 P_BL에서 가감한다(S15, S16).

즉, Δt에 따라 보정유압 ΔP_BL을 테이블로부터 검색하여 구한 뒤 초기 유압 학습량을 P_BL←P_BL+ΔP_BL(초기 P_BL=0)의 형태로 갱신하여 저장하는 것이다. 첨부한 도 6은 본 발명에서 시간 Δt에 따라 설정된 보정유압 ΔP_BL를 나타낸 도면이다.

바람직한 실시예에서, 유온에 따른 특성을 반영하기 위해 유온에 따른 값으로 초기 유압 학습량 P_BL이 구해지도록 할 수 있는 바, 유온에 따른 초기 유압 학습량이 구해지면 여기에 보정유압 ΔP_BL을 가감하여 최종의 초기 유압 학습량으로 갱신된다.

이때, 소정 간격의 온도별로 P_BL이 저장되어 있다면, 특정 유온에 대해 내삽 하여 P_BL을 구하는데, 예컨대 -5℃, 20℃, 50℃, 80℃, 110℃ 마다 특정 P_BL 값이 저장되어 있다고 할 때 유온이 상기 온도 사이의 온도인 경우 내삽하여 해당 유온에 따른 P_BL 값을 구하는 것이다.

결국, 상기와 같이 구해진 P_BL 값에 Δt에 따른 보정유압 ΔP_BL을 가감함으로써 새로운 P_BL 값을 갱신 저장하며, 초기 유압 P_B는 유온에 따라 구해진 초기 유압 기본량 P_B0에 상기 초기 유압 학습량 P_BL을 더하여 갱신 저장한다(P_B = P_B0 + P_BL)(S17).

상기 초기 유압 학습량 P_BL은 양수 또는 음수로 구해질 수 있는 바, 바람직한 실시예에서 학습량의 한계치를 설정해둘 수 있다. 즉, a(a<0) < P_BL < b로 한계치를 설정하여 구해진 P_BL 값이 실제 a 이하이면 a를, b 이상이면 b를 적용하는 것이다.

이후 엔진 클러치의 결합시에 상기와 같이 업데이트된 초기 유압 P_B을 적용하여 클러치 유압 제어를 수행하게 된다.

첨부한 도 7은 클러치 유압 시스템의 단품 편차에 따라 클러치 유압 인가시 엔진 반응 상태를 나타낸 도면으로, 초기 충전 및 초기 유압 인가 후 클러치 유압을 일정 기울기로 올려줄 경우 클러치 면의 접촉에 따라 엔진이 회전하게 되고, 일정 수준의 엔진 속도(약 20rmp)가 감지되면 유압 인가를 종류한다.

(a)에 나타낸 바와 같이, 클러치 작용 시점이 목표 범위 이내에 있는 경우(Clutch pressure normal in target range)(Δt=t_a-t_ai, ｜Δt｜≤α), 학습에 의한 초기 유압 보정을 하지 않는다.

반면, (b)에 나타낸 바와 같이, 클러치 작용 시점이 목표 범위보다 빠를 경우(Clutch pressure too much)(Δt < -α), 학습에 의해 초기 유압을 낮추게 된다.

또한 (c)에 나타낸 바와 같이, 클러치 작용 시점이 목표 범위보다 늦을 경우Clutch pressure too low)(Δt >α), 학습에 의해 초기 유압을 높여주게 된다.

이와 같이 하여, 본 발명에서는 클러치 유압 시스템의 단품 편차 및 시간에 따른 열화 영향을 학습 제어를 통해 보상함으로써, 일정 결합 시간의 유지 및 결합 충격의 회피가 가능해진다.

도 1은 하이브리드 차량의 구성을 설명하는 개략도,

도 2는 EV 모드 주행 중 운전자 요구토크가 커서 엔진을 기동시키고 엔진 클러치를 결합시키는 과정을 나타낸 그래프,

도 3은 본 발명에 따른 엔진 클러치 학습 제어 방법을 나타내는 순서도,

도 4는 엔진 클러치의 오픈 상태를 도시한 도면,

도 5는 본 발명에 따른 엔진 클러치 학습 과정에서 유압 프로파일과 클러치 결합 상태를 나타낸 도면,

도 6은 본 발명에서 시간 Δt에 따른 보정유압 ΔP_BL의 설정예를 나타낸 도면,

도 7은 클러치 유압 시스템의 단품 편차에 따라 클러치 유압 인가시 엔진 반응 상태를 나타낸 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 엔진 20 : 구동모터

30 : 자동변속기 40 : ISG

50 : 엔진 클러치

Claims

학습 조건을 만족하는지를 여부를 판단하는 단계;

학습 조건 만족시 유압 프로파일에 따라 클러치 유압 제어를 수행하고, 엔진 회전이 감지되면 유압 인가를 종료하는 단계와;

초기 충전 개시 후 엔진 속도가 발생하는 시점까지의 시간을 측정하고, 측정된 시간을 미리 설정된 목표 시간와 비교하여 그 시간차에 따라 보정유압을 산출한 뒤, 산출된 보정유압만큼을 초기 유압 학습량에서 가감하여 갱신 저장하는 단계와;

초기 유압 기본량에 갱신된 상기 초기 유압 학습량을 더하여 초기 유압을 계산한 뒤 갱신 저장하고, 이후 클러치 결합시에 상기 초기 유압을 인가하는 클러치 유압 제어를 수행하는 단계;

를 포함하는 하이브리드 차량의 클러치 학습 제어 방법.
청구항 1에 있어서,

클러치 오픈 상태의 EV 모드로 차량 감속 중이면 학습 조건을 만족하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 클러치 학습 제어 방법.
청구항 2에 있어서,

엔진 냉각수온이 설정온도를 초과하고 엔진 클러치의 오픈 상태, 엔진 속도 0rpm, APS 오프 상태이며, 차속이 설정차속을 초과하면서 모터 속도가 설정범위 이내일 때 학습 조건을 만족하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 클러치 학습 제어 방법.
청구항 1에 있어서,

상기 학습 조건 만족시 유압 프로파일에 따라 클러치 유압 시스템의 초기 충전 제어와 초기 유압 인가를 수행하고 이어 유압을 일정 기울기로 증가시켜 엔진 회전이 감지되면 유압 인가를 종료하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 클러치 학습 제어 방법.
청구항 1에 있어서,

상기 시간차로부터 보정유압을 검색하여 산출한 뒤 이를 유온에 따른 값으로 결정된 초기 유압 학습량에 가감하여 초기 유압 학습량을 갱신하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 클러치 학습 제어 방법.