KR101090808B1

KR101090808B1 - 하이브리드 차량의 산소센서 모니터링장치 및 방법

Info

Publication number: KR101090808B1
Application number: KR1020090118727A
Authority: KR
Inventors: 박금진; 이영대; 이상훈
Original assignee: 기아자동차주식회사; 현대자동차주식회사
Priority date: 2009-12-02
Filing date: 2009-12-02
Publication date: 2011-12-08
Also published as: KR20110062135A

Abstract

본 발명은 하이브리드 차량에서 배터리에 충전되는 모터의 회생제동에너지에 영향을 주지 않는 상태에서 산소센서의 모니터링이 제공되도록 하는 것이다.

본 발명은 하이브리드 차량의 감속 주행중에 운전정보가 설정된 제1조건을 만족하는지 판단하는 과정, 제1조건을 만족하면 모터의 회생제동에너지를 검출하여 배터리의 충전 제한치를 초과하는지 판단하는 과정, 모터의 회생제동에너지가 배터리의 충전 제한치를 초과하면 엔진이 웜업이 완료된 상태인지 판단하는 과정, 엔진의 웜업이 완료된 상태이면 모터의 회생제동에너지에서 충전 제한치를 초과하는 에너지로 HGS를 작동시켜 엔진을 특정 회전수로 동작시키는 과정, 연료차단제어의 효과가 제공되는 엔진 동작상태에서 산소센서의 OBD 모니터링을 실행하는 과정을 포함한다.

하이브리드 차량, 엔진 클러치, 산소센서 모니터, 연료차단제어, HSG

Description

하이브리드 차량의 산소센서 모니터링장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR MONITORING OXYGEN SENSOR OF HYBRID VEHICLE}

본 발명은 하이브리드 차량에 관한 것으로, 보다 상세하게는 회생 제동량에 영향을 주지 않는 상태에서 산소센서의 모니터링이 제공되도록 하는 하이브리드 차량의 산소센서 모니터링장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 가솔린 차량에는 캘리포니아 환경 규제인 CARB(Califnia Air Resource Board) OBD(On Board Diagnostics) 법규에 따라 촉매의 후단에 장착되는 산소센서의 모니터링 조건이 적용되어 있다.

산소센서의 모니터링은 연료차단조건에서 재분사의 실행에 따라 공연비 희박에서 공연비 농후로의 전환에 따른 모니터링과 정상적인 분사에서 연료차단조건으로 전환에 따라 공연비 농후에서 공연비 희박으로 전환에 따른 모니터링이 있다.

상기 공연비 농후에서 공연비 희박으로의 전환에 따른 모니터링 조건은 FTP 모드(Federal Test Procedure)의 주행중에 실시되는 것으로 보여주어야 하며, 산소센서의 진단이 RBM(Rate Base Monitoring)조건을 만족하여야 한다.

현재 가솔린 차량의 경우 FTP 2nd Hill에서 감속 중에 엔진의 연료차단제어 가 실행되고, 정차중인 상태에서는 아이들 운전이 실행되므로 RBM조건을 만족시키는 산소센서 모니터링이 제공된다.

그러나, 하이브리드 차량의 경우 엔진을 끄기 위한 조건에서만 연료차단제어가 실행되고, 정차시에는 아이들 운전 상태가 제공되지 않으므로 산소센서의 모니터링이 실행되지 못하는 단점이 있다

하이브리드 차량이 엔진의 시동을 오프한 상태에서 모터모드(EV)의 주행을 실행하다 하이브리드모드(HEV)로 천이하는 조건에서는 산소센서의 모니터링이 가능할 수 있으나, 엔진이 연료차단제어가 실행된 상태에서 3~10초 이상 회전이 실행되지 못하므로, 하이브리드 차량에서는 산소센서의 모니터링이 제공되고 못한다.

만약, 하이브리드 차량에서 산소센서의 모니터링 조건중 공연비 희박에서 농후로의 천이에 따른 모니터링을 실행하기 위해서는 FTP 모드의 감속 구간에서 엔진클러치를 결합하고 엔진의 연료분사 명령을 오프하면 가능하나, 하이브리드 차량에서는 회생제동 에너지를 극대화하기 위해서 보통의 경우에는 엔진클러치를 오프하여 엔진의 마찰력에 의한 회생 제동량 감소를 회피하도록 하고 있다.

만일 엔진클러치를 결합하고 엔진의 연료분사 명령을 오프하면 회생제동량의 감소로 차량 연비가 떨어지게 되고 이에 따라 차량의 상품성을 저하시키는 문제점을 발생시킨다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로, 그 목적은 하이 브리드 차량의 감속조건에서 회생제동 에너지로 HSG(Hybrid Starter Generator)의 작동시켜 엔진을 특정 RPM으로 회전시킴으로써, 연료차단제어와 동일한 조건을 형성하여 회생 제동량이 감소되어 연비가 악화되는 조건을 회피하고 배터리에 충전되는 회생 제동량은 동일하게 유지하는 조건에서 산소센서의 모니터링이 제공되도록 하는 것이다.

상기한 목적을 실현하기 위한 본 발명은 엔진을 크랭킹시키는 HSG와 하이브리드 차량의 전반적인 거동을 제어하는 하이브리드 제어기를 포함하는 하이브리드 차량에 있어서,

상기 하이브리드 제어기는 설정된 조건을 만족하면 HSG로 엔진을 회전시켜 산소센서 모니터링 조건을 제공하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 특징에 따른 하이브리드 차량의 산소센서 모니터링방법은, 하이브리드 차량의 감속 주행중에 운전정보가 설정된 제1조건을 만족하는지 판단하는 과정; 상기 제1조건을 만족하면 모터의 회생제동에너지를 검출하여 배터리의 충전 제한치를 초과하는지 판단하는 과정; 모터의 회생제동에너지가 배터리의 충전 제한치를 초과하면 엔진이 웜업이 완료된 상태인지 판단하는 과정; 엔진의 웜업이 완료된 상태이면 모터의 회생제동에너지에서 충전 제한치를 초과하는 에너지로 HGS를 작동시켜 엔진을 특정 회전수로 동작시키는 과정; 연료차단제어의 효과가 제공되는 엔진 동작상태에서 산소센서의 OBD 모니터링을 실행하는 과정을 포함한다.

전술한 구성에 의하여 본 발명은 하이브리드 차량에서 연비악화를 회피하고, 배터리를 충전하는 회생 제동량은 동일하게 유지하는 조건에서 산소센서의 모니터링이 실행되어 하이브리드 차량의 상품성이 향상되는 효과가 있다.

아래에서는 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.

본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않으며, 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략하였다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 산소센서 모니터링장치를 개략적으로 도시한 도면이다.

본 발명은 운전요구 검출부(10)와 HCU(Hybrid Control Unit:20), ECU(Engine Control Unit:30), TCU(Transmission Control Unit:40), BMS(Battery Management System:50), 배터리(60), MCU(Motor Control Unit:70), 엔진(80), HSG(Hybrid Starter Generator:85), 엔진 클러치(90), 모터(100) 및 변속기(110)를 포함한다.

운전요구검출부(10)는 발진, 가속, 킥다운 변속을 위한 APS(Accel Position Sensor)의 변위, 브레이크 페달의 작동여부 등의 정보를 검출하여 네트워크를 통해 상위 제어기인 HCU(20)에 제공한다.

HCU(20)는 운전자의 운전요구 및 차량의 상태정보에 따라 네트워크를 통해 각 제어기들을 통합 제어하여 엔진(80) 및 모터(100)의 출력 토크를 제어함으로써 차량의 전반적인 거동을 제어한다.

상기 HCU(20)는 주행 중에서 설정된 조건을 만족하는 감속 상태인 경우 회생제동 에너지로 HSG(85)를 작동시켜, 엔진(80)을 특정 RPM으로 회전시킴으로써 연료차단제어의 조건과 동일한 효과를 제공하여 산소센서의 모니터링이 실행될 수 있도록 한다.

상기 설정된 조건은, 가속페달의 팁 아웃에 따른 APS=0, 브레이크 페달의 온, 엔진 클러치 해제, 모터(100)가 회생제동실행, 모터(100)의 회생제동 에너지가 배터리(60)의 충전 제한치 초과, 엔진의 냉각수온이 설정된 기준온도를 초과하여 웜업이 이루어진 상태이고 엔진오일의 온도가 설정된 기준온도를 초과하여 엔진의 마찰 손실이 적은 조건이며, 차속이 설정 차속이고, 주행거리가 설정거리 이상인 조건 모두를 만족하는 상태이다.

상기 HSG(85)를 작동시키는 회생제동 에너지는 배터리(60)의 충전 제한치를 초과하는 전압으로 동작되므로, 배터리(85)에 충전되는 회생제동량은 감소됨이 없이 동일한 충전량을 유지하여 연비 향상을 제공하여 준다.

예를 들어, 배터리(60)의 충전 제한치가 26KW 이상인 경우 모터(100)의 회생제동 에너지가 충전 제한치인 26KW 이상의 회생제동량을 발생시키는 경우 26KW를 초과하는 회생제동 에너지는 그대로 손실되므로, 이 손실되는 회생제동 에너지로 HSG(85)를 작동시켜 엔진(80)을 설정된 회전수, 대략 1000RPM으로 회전시킨다.

ECU(30)는 네트워크를 통해 상위 제어기인 HCU(20)에서 인가되는 제어신호에 따라 엔진(80)의 제반적인 동작을 제어한다..

TCU(40)는 현재의 차속과 스로틀 밸브의 변위에 따라 목표 변속단을 결정하여 변속기(110)의 변속비를 제어한다.

BMS(50)는 상기 배터리(60)의 전압, 전류, 온도 등의 정보를 종합 검출하여 SOC(State Of Charge) 상태 및 충방전 전류량을 관리 제어하며, 그에 대한 정보를 네트워크를 통해 HCU(20)에 제공한다.

배터리(60)는 대용량 고전압 배터리로 모터(100)에 전원을 공급하고, 브레이크 제동에 의한 회생제동 모드에서 모터(100)의 회생 제동 에너지로 충전된다.

MCU(70)는 인버터를 포함하며, 네트워크를 통해 HCU(20)에서 인가되는 제어신호에 따라 모터(100) 및 HSG(85)의 구동을 제어한다.

엔진(80)은 HCU(20)의 제어를 받는 ECU(30)의 제어에 의해 시동 온/오프 및 출력토크가 제어된다.

HSG(85)는 MCU(70)의 제어에 따라 크랭킹되어 엔진(80)을 시동 온시키고, 산소센서의 모니터링을 위해 차량이 감속되는 조건에서 회생제동 에너지를 사용하여 동작되며, 엔진(80)을 설정된 RPM(예를 들어 1000RPM)으로 회전시켜 연료차단제어와 동일한 효과가 제공되도록 한다.

엔진 클러치(90)는 엔진(80)과 모터(100)의 사이에 배치되어, 운전모드에 따라 결합 및 해제되어 엔진(80)과 모터(100)의 출력토크 합으로 변속기(110)에 제공한다.

상기 엔진 클러치(90)가 결합될 때에는 엔진(80)의 모터(100)의 속도가 일치 된 조건에서 결합되어 쇼크가 발생되지 않는다.

모터(100)는 상기 MCU(70)의 제어에 따라 구동되어 출력토크가 조절되며, 감속시에 결정되는 회생제동량으로 회생제동을 실행한다.

변속기(110)는 상기 TCU(30)의 제어에 따라 변속비를 조정하여 하이브리드 차량이 주행될 수 있도록 한다.

전술한 바와 같은 기능을 포함하여 구성되는 본 발명에 따른 하이브리드 차량에서 일반적인 제어동작은 동일 내지 유사하게 이루어지므로 이에 대한 동작 설명은 생략하고, 산소센서의 모니터링 동작에 대해서만 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 산소센서 모니터링 절차를 도시한 흐름도이다.

본 발명에 따른 하이브리드 차량이 엔진모드나 모터모터(EV) 혹은 하이브리드 모드(HEV)로 주행하는 상태에서(S101) HCU(20)는 네트워크를 통해 제공되는 운전요구검출부(10)의 정보를 포함하여 하이브리드 차량의 제반적인 제어정보를 검출한다(S102).

이후, 검출되는 운전요구 및 제어정보가 산소센서 모니터링 조건을 제공하기 위한 설정된 제1조건을 만족하는지 판단한다(S103).

상기 제1조건은 가속페달의 팁 아웃에 따른 APS가 "0"으로 검출되고, 브레이크 페달의 온으로 검출되며, 엔진 클러치(90)의 해제된 상태이며, 모터(100)의 회생제동이 실행되는 상태이다.

상기 S103에서 제1조건을 만족하지 않으면 상기 S102의 과정으로 리턴하고, 제1조건을 만족하면 모터(100)의 회생제동에너지를 검출하여(S104) 배터리(60)의 충전 제한치, 예를 들어 26KW를 초과하는 회생제동에너지가 생성되는지를 판단한다(S105).

상기 S105의 판단에서 모터(100)의 회생제동에너지가 배터리(60)의 충전 제한치 이하로 생성되면, 상기 S104의 과정으로 리턴되고, 충전 제한치 이상으로 생성되면 엔진(80)의 냉각수 온도와 오일의 온도를 검출하여(S106) 설정값 이상으로 마찰력이 발생되지 않은 상태로의 충분한 웜업이 이루어졌는지를 판단한다(S107).

상기 S107에서 엔진(80)이 충분하게 웜업되지 않은 것으로 판단되면 상기 S106의 과정으로 리턴되고, 엔진(80)이 충분하게 웜업되었으면 차속 및 주행시간을 검출하여(S108) 산소센서 모니터링 실행 조건으로 설정된 기준값을 초과하였는지 판단한다(S109).

상기 S109의 판단에서 차속 및 주행시간이 설정된 기준값을 초과하지 않았으면 상기 S108의 과정으로 리턴되고, 기준값을 초과하였으면 배터리(60)의 충전 제한치를 초과하는 회생제동 에너지로 HSG(85)를 작동시켜 엔진(80)을 특정 RPM, 바람직하게는 1000RPM으로 회전시킴으로써, 연료차단제어의 효과를 제공하며(S110) 촉매의 후단에 장착되는 산소센서의 OBD 모니터링이 가능하도록 한다(S111).

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것이 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 산소센서 모니터링절차를 도시한 흐름도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 운전요구 검출부 20 : HCU

30 : ECU 40 : TCU

50 : BMS 60 : 배터리

70 : MCU 80 : 엔진

85 : HSG 90 : 엔진 클러치

100 : 모터 110 : 변속기

Claims

엔진을 크랭킹시키는 HSG와 하이브리드 차량의 전반적인 거동을 제어하는 하이브리드 제어기를 포함하는 하이브리드 차량에 있어서,

상기 하이브리드 제어기는 배터리 충전 제한치를 초과하는 모터의 회생제동 에너지로 HSG를 작동시켜 엔진을 특정 RPM으로 회전시키고, HSG에 의한 엔진의 회전으로 연료차단제어와 동일한 상태의 산소센서 모니터링 조건을 제공하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 산소센서 모니터링장치.
제1항에 있어서,

상기 하이브리드 제어기는 가속페달 팁 아웃(APS=0), 브레이크 페달 온, 엔진 클러치 해제, 모터의 회생제동실행, 회생제동에너지가 배터리 충전 제한치 초과, 엔진의 웜업 완료, 차속 및 주행시간이 설정값 이상인 조건 모두를 만족하는 경우에 한하여 산소센서 모니터링 조건을 제공하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 산소센서 모니터링장치.
삭제
제1항에 있어서,

상기 하이브리드 제어기는 HSG를 통한 엔진의 회전으로 감속시의 연료차단제어 효과를 제공하는 하이브리드 차량의 산소센서 모니터링장치.
하이브리드 차량의 감속 주행중에 운전정보가 설정된 제1조건을 만족하는지 판단하는 과정;

상기 제1조건을 만족하면 모터의 회생제동에너지를 검출하여 배터리의 충전 제한치를 초과하는지 판단하는 과정;

모터의 회생제동에너지가 배터리의 충전 제한치를 초과하면 엔진이 웜업이 완료된 상태인지 판단하는 과정;

엔진의 웜업이 완료된 상태이면 모터의 회생제동에너지에서 충전 제한치를 초과하는 에너지로 HGS를 작동시켜 엔진을 특정 회전수로 동작시키는 과정;

연료차단제어의 효과가 제공되는 엔진 동작상태에서 산소센서의 OBD 모니터링을 실행하는 과정;

을 포함하는 하이브리드 차량의 산소센서 모니터링방법.
제5항에 있어서,

상기 제1조건은 가속페달이 팁 오프이고, 브레이크 페달 온이며, 엔진 클러치가 해제된 상태이고, 모터의 회생제동이 실행되는 조건으로 설정되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 산소센서 모니터링방법.