KR101080769B1 - 하이브리드 차량의 급경사 구배로 발진 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 하이브리드 차량의 급경사 구배로 발진 방법에 관한 것으로서, 병렬형 하이브리드 차량의 급경사 구배로 발진시에 차량 발진 불가나 후방 밀림 발생, 인버터 온도의 급상승, 모터 토크 제한 등과 같은 종래의 문제점을 해결할 수 있는 방법에 관한 것이다. 상기한 목적을 달성하기 위해, a) 차량 경사각 검출부로부터 입력되는 차량 경사각을 토대로 현재의 도로 상태가 설정치를 초과하는 급경사 구배로인지를 판정하는 단계와; b) 급경사 구배로임을 판정한 상태에서 운전자의 출발 요구에 대한 신호를 운전요구 검출부로부터 입력받게 되면 엔진을 시동하는 단계와; c) 엔진 시동 후 엔진클러치로 유압을 인가하여 차량 구동축으로의 엔진 토크 전달을 위한 엔진클러치 작동을 제어하는 단계와; d) 엔진 토크가 전달되는 상태에서 구동모터를 구동하여 상기 차량 구동축에 모터 토크를 추가로 인가함으로써 차량 발진을 완료하는 단계;를 포함하는 하이브리드 차량의 급경사 구배로 발진 방법이 개시된다.
하이브리드 차량, 급경사, 구배로 발진, 밀림 방지, 엔진, 클러치, 모터

Description

하이브리드 차량의 급경사 구배로 발진 방법{Method for starting hybrid electric vehicle in high inclined road}
본 발명은 하이브리드 차량의 급경사 구배로 발진 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 급경사 구배로에서 엔진과 모터의 동력을 함께 이용하여 차량을 발진함으로써 차량 발진 불가나 후방 밀림 발생, 인버터 온도의 급상승, 모터 토크 제한 등과 같은 종래의 문제점을 해결할 수 있는 하이브리드 차량의 발진 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 연비향상을 도모하는 미래형 차량으로, 연비를 개선하고 환 경친화적인 제품을 개발해야 한다는 시대적 요청에 부응하여 더욱 활발한 연구가 진행되고 있다.
이러한 하이브리드 차량은 전기모터(구동모터)의 동력만을 이용하는 순수 전기자동차 모드인 EV(Electric Vehicle) 모드, 엔진의 회전력을 주동력으로 하면서 구동모터의 회전력을 보조동력으로 이용하는 HEV(Hybrid Electric Vehicle) 모드, 또는 차량의 제동 혹은 관성에 의한 주행시 제동 및 관성 에너지를 상기 구동모터의 발전을 통해 회수하여 배터리에 충전하는 회생제동(Regenerative Braking, RB) 모드 등의 주행모드로 주행할 수 있다.
상기와 같이 하이브리드 차량에서는 엔진의 기계적 에너지와 배터리의 전기에너지를 함께 이용하고 엔진과 구동모터의 최적 작동영역을 이용함은 물론 제동시에는 구동모터로 에너지를 회수하므로 연비 향상 및 효율적인 에너지 이용이 가능하다.
통상적으로 2개 이상의 동력원을 사용하는 하이브리드 차량은 엔진과 구동모터를 동력원으로 하여 다양한 동력전달 구조를 구성할 수 있으며, 현재 하이브리드 차량의 대부분은 병렬형이나 직렬형의 동력전달 구성 중 하나를 채택하고 있다.
직렬형은 엔진과 모터가 직결된 형태로서 병렬형에 비해 상대적으로 구조가 간단하고 제어로직이 간단하다는 장점은 있으나, 엔진으로부터의 기계적 에너지를 배터리에 저장하였다가 다시 모터를 이용하여 차량을 구동하여야 하기 때문에 에너지 변환시의 효율 측면에서 불리하다는 문제점이 있다.
반면에 병렬형 구조는 직렬형보다 상대적으로 복잡하고 제어로직이 복잡하다 는 단점은 있지만, 엔진의 기계적 에너지와 배터리의 전기에너지를 동시에 사용할 수 있어 효율적인 에너지 사용이 가능하기 때문에 승용차 등에 널리 채택되고 있는 추세에 있다.
첨부한 도 1은 엔진클러치와 구동모터를 적용하여 EV 모드 주행이 가능한 병렬형(Parallel Type) 하이브리드 차량의 구성을 나타낸 도면으로, 도시된 바와 같이 엔진(10), 구동모터(20), 자동변속기(30)가 일렬로 배열되는 레이아웃을 가진다. 특히, 엔진(10)과 구동모터(20)는 토션댐퍼(11)와 엔진클러치(12)를 개재한 상태로 동력 전달 가능하게 연결되고, 구동모터(20)와 자동변속기(30)는 서로 직결된다. 또한 시동시 엔진으로 회전력을 제공하는(즉, 크랭킹 토크를 출력하는) 통합형 시동발전기, 즉 ISG(Integrated Starter & Generator)(40)가 상기 엔진(10)에 연결되어 구비된다.
엔진클러치(12)가 오픈(Open)되어 있으면 구동모터(20)에 의해 차량 구동축(50)이 구동되고, 엔진클러치(12)가 락(Lock)되어 있으면 엔진(10)과 구동모터(20)에 의해 차량 구동축(50)이 구동된다.
첨부한 도 2는 하이브리드 차량의 엔진클러치를 도시한 단면도로서, 엔진클러치(12)와 그 주변에 배치되는 구동모터(20), 엔진측 부분을 도시한 것이다.
상기한 병렬형 하이브리드 차량에서는 차량 출발시나 저속 주행시에 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 후 에는 ISG가 엔진을 기동하여 엔진 출력과 모터 출력을 동시에 이용할 수 있도록 한다.
또한 종래에는 25 ~ 35 %의 급경사 구배로에서도 차량 발진시에 먼저 구동모터를 이용하여 차량을 출발시킨 뒤 모터의 회전수가 엔진의 아이들 회전수(rpm) 이상으로 근접하면 엔진을 기동하게 된다. 또한 엔진과 구동모터의 회전수가 근접하면 엔진클러치를 결합(Lock)시켜 엔진의 동력을 차량에 전달하게 된다.
그러나, 상기와 같이 급경사 구배로 발진시에 구동모터의 힘으로만 차량을 발진하게 되면, 모터를 제어하는 인버터의 온도가 급상승하게 되고, 이러한 인버터 온도의 급상승으로 인해 모터 토크가 제한을 받게 된다. 결국, 급경사 구배로에서 아예 차량의 발진이 불가능하거나 제한을 받게 되는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 병렬형 하이브리드 차량의 급경사 구배로 발진시에 차량 발진 불가나 후방 밀림 발생, 인버터 온도의 급상승, 모터 토크 제한 등과 같은 종래의 문제점을 해결할 수 있는 방법을 제공하는데 그 목적이 있는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, a) 차량 경사각 검출부로부터 입 력되는 차량 경사각을 토대로 현재의 도로 상태가 설정치를 초과하는 급경사 구배로인지를 판정하는 단계와; b) 급경사 구배로임을 판정한 상태에서 운전자의 출발 요구에 대한 신호를 운전요구 검출부로부터 입력받게 되면 엔진을 시동하는 단계와; c) 엔진 시동 후 엔진클러치로 유압을 인가하여 차량 구동축으로의 엔진 토크 전달을 위한 엔진클러치 작동을 제어하는 단계와; d) 엔진 토크가 전달되는 상태에서 구동모터를 구동하여 상기 차량 구동축에 모터 토크를 추가로 인가함으로써 차량 발진을 완료하는 단계;를 포함하는 하이브리드 차량의 급경사 구배로 발진 방법을 제공한다.
그리고, 상기 b) 단계에서, 상기 운전요구 검출부로서 APS(Accel Position Sensor)의 신호를 토대로 가속페달의 작동량이 설정치를 초과하는 경우에 엔진을 시동하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 d) 단계에서, 엔진 토크가 전달되는 상태로 차량 속도가 설정속도를 초과하는지 여부를 판정하고, 설정차속을 초과하면 구동모터를 구동하는 것을 특징으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 급경사 구배로 발진 방법에서는, 급경사 구배로에서 운전자의 차량 발진 조작이 있게 되면, 엔진을 우선 기동하여 엔진의 토크 출력이 이루어지도록 하고, 이어 엔진클러치를 슬립시켜 차량 구동축에 엔진 토크 전달이 이루어지도록 한 뒤, 일정 차속 이상으 로 차량이 움직일 때 구동모터를 구동시켜 상기 차량 구동축에 모터 토크를 추가로 인가함으로써 차량을 발진하는 바, 종래와 같이 급경사 구배로에서 차량 발진이 아예 불가능하거나 차량이 후방으로 밀리는 문제점이 해소될 수 있고, 또한 구동모터의 힘으로만 차량을 발진하게 될 때의 문제점, 즉 인버터 온도 급상승 및 모터 토크 제한 등의 문제점이 해소될 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 대해 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 하이브리드 차량의 급경사 구배로 발진 방법에 관한 것으로서, 병렬형 하이브리드 차량의 급경사 구배로 발진시에 우선 엔진을 기동하고 엔진클러치를 슬립시켜 차량 구동축에 엔진 토크를 전달한 뒤 구동모터의 동력을 추가로 인가하여 차량을 발진시키는 것에 주된 특징이 있는 것이다.
첨부한 도 3은 본 발명에 따른 급경사 구배로 발진 방법을 나타낸 순서도이다.
본 발명이 적용된 하이브리드 차량에서는 기본적으로 차량 출발시나 저속 주행시 구동모터를 사용하여 차량을 구동하고, 또한 차량 경사각이 설정치 이하인 완경사 구배로에서의 차량 발진시에서도 엔진보다 효율이 좋은 구동모터를 사용하여 차량을 발진시킨다.
다만 도 3에 도시된 바와 같이 차량 경사각이 설정치를 초과하는 경우에는 현재의 도로 상태가 급경사 구배로임을 판단하여 본 발명의 발진 방법을 적용하게 된다.
본 발명에 따른 발진 과정에서 엔진 및 구동모터 제어, 엔진 기동을 위한 ISG 제어, 클러치 제어(유압 제어) 등은 최상위 제어기인 하이브리드 제어기(Hybrid Control Unit, 이하 HCU라 함)가 각 제어기들과 협조 제어를 수행하여 이루어진다.
구체적인 제어기의 예를 들면, 엔진 작동의 전반을 제어하는 엔진 제어기(Engine Control Unit, 이하 ECU라 함), 구동모터 작동의 전반을 제어하는 모터 제어기(인버터 포함)(Motor Control Unit, 이하 MCU라 함), ISG 구동을 제어하는 ISG 제어기, 변속기(CVT) 작동을 제어하는 변속기 제어기(Transmission Control Unit, 이하 TCU라 함)들이 상기 하이브리드 제어기를 중심으로 고속 CAN 통신라인을 통해 상호간 정보를 주고받으면서 엔진과 구동모터, ISG 등의 구동 제어를 수행하게 된다.
이하, 본 발명의 발진 과정에 대해 상세히 설명하기로 한다.
우선, HCU가 차량 경사각 검출부(예, 경사각 센서, 가속도 센서)로부터 입력되는 차량 경사각을 토대로 현재의 도로 상태가 급경사 구배로인지를 판정한다(S11).
여기서, 차량 경사각 검출부는 차량의 경사각을 감지하여 이를 전기적 신호로 출력하며, HCU가 차량 경사각 검출부의 전기적 신호로부터 얻은 차량 경사각을 설정치(예, 25%)와 비교하여, 감지된 차량 경사각이 미리 설정된 설정치를 초과하 는 경우에 현재의 도로 상태가 급경사 구배로임을 판정하게 된다.
이어 급경사 구배로임을 판정한 상태에서 HCU는 운전요구 검출부로부터 운전자의 출발 요구에 대한 신호를 입력받게 되면 엔진 시동을 위한 명령을 출력한다(S12,S13).
상기 운전요구 검출부는 운전자의 차량 운행 요구를 검출하는 것으로, 차량 출발을 위한 운전자의 가속페달 조작 상태를 검출하는 센서, 예컨대 APS(Accel Position Sensor)가 될 수 있다.
즉, 운전자가 가속페달을 밟아 차량을 출발시키게 되면, HCU가 APS로부터 가속페달의 작동량에 따른 전기적 신호를 입력받게 되며, APS의 전기적 신호로부터 가속페달의 작동량이 설정치(예, 10%)를 초과하는 경우에 HCU는 차량 출발을 위한 운전자의 가속페달 조작이 있는 것으로 판정하게 된다.
상기와 같이 차량 출발을 위한 운전자의 운전 조작이 있게 되면, HCU는 ISG 제어기와 엔진 제어기로 명령을 전달하여 엔진을 시동하며, 엔진 시동 후 소정의 엔진 회전수 범위(예, 1500 ~ 3000 rpm)에 도달한 상태에서 차량 구동축으로의 엔진 토크 전달을 위한 엔진클러치 작동을 제어하게 된다(S14).
이때 HCU는 클러치 유압을 제어하여 엔진클러치를 슬립시킴으로써 차량 구동축으로의 엔진 토크 전달이 이루어지도록 하고, 이로써 차량이 출발하도록 한다(S15).
통상 엔진클러치의 유압 제어는 HCU의 명령을 전달받은 TCU가 오일펌프의 구동을 제어하여 엔진클러치에 인가되는 유압을 제어함으로써 이루어진다.
이후 상기와 같이 차량이 출발하게 되면 HCU는 소정의 차속이 발생한 상태에서 MCU로 토크 명령을 인가하고, 이에 MCU가 HCU의 토크 명령에 따라 구동모터를 구동시켜 차량을 발진시킨다(S15,S16,S17).
이때 HCU는 차속 검출부의 신호로부터 차량 속도가 설정속도(예, 3KPH)를 초과하는지 여부를 판정하고, 설정차속을 초과하게 되면 MCU를 통해 구동모터를 구동시켜 구배로에서 차량을 발진시키게 된다.
이와 같이 본 발명에서는 급경사 구배로에서 운전자의 차량 발진 조작이 있게 되면, 엔진을 우선 기동하여 엔진의 토크 출력이 이루어지도록 하고, 이어 엔진클러치를 슬립시켜 차량 구동축에 엔진 토크 전달이 이루어지도록 한 뒤, 일정 차속 이상으로 차량이 움직일 때 구동모터를 구동시켜 상기 차량 구동축에 모터 토크를 추가로 인가함으로써 차량을 발진시키게 된다.
이러한 본 발명의 차량 발진 과정에 의하면, 종래와 같이 급경사 구배로에서 차량 발진이 아예 불가능하거나 차량이 후방으로 밀리는 현상이 방지될 수 있고, 또한 구동모터의 힘으로만 차량을 발진하게 될 때의 문제점, 즉 인버터 온도 급상승 및 모터 토크 제한 등의 문제점이 해소될 수 있게 된다.
도 1은 엔진클러치와 구동모터를 적용하여 EV 모드 주행이 가능한 병렬형 하이브리드 차량의 구성을 나타낸 도면,
도 2는 하이브리드 차량의 엔진클러치를 도시한 단면도,
도 3은 본 발명에 따른 급경사 구배로 발진 방법을 나타낸 순서도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 엔진 11 : 토션댐퍼
12 : 엔진클러치 20 : 구동모터
30 : 자동변속기 40 : ISG

Claims (3)

  1. a) 차량 경사각 검출부로부터 입력되는 차량 경사각을 토대로 현재의 도로 상태가 설정치를 초과하는 급경사 구배로인지를 판정하는 단계와;
    b) 급경사 구배로임을 판정한 상태에서 운전자의 출발 요구에 대한 신호를 운전요구 검출부로부터 입력받게 되면 엔진을 시동하는 단계와;
    c) 엔진 시동 후 엔진클러치로 유압을 인가하여 차량 구동축으로의 엔진 토크 전달을 위한 엔진클러치 작동을 제어하는 단계와;
    d) 엔진 토크가 전달되는 상태에서 구동모터를 구동하여 상기 차량 구동축에 모터 토크를 추가로 인가함으로써 차량 발진을 완료하는 단계;
    를 포함하며,
    상기 d) 단계에서, 엔진 토크가 전달되는 상태로 차량 속도가 설정속도를 초과하는지 여부를 판정하고, 설정차속을 초과하면 구동모터를 구동하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 급경사 구배로 발진 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 b) 단계에서, 상기 운전요구 검출부로서 APS(Accel Position Sensor)의 신호를 토대로 가속페달의 작동량이 설정치를 초과하는 경우에 엔진을 시동하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 급경사 구배로 발진 방법.
  3. 삭제
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