KR101173049B1 - 전동식 오일펌프의 구동 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전동식 오일펌프에 관한 것으로서, 차량에서 변속기 및 클러치 등의 작동 유압을 형성하기 위한 전동식 오일펌프의 구동을 제어하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 이러한 본 발명은 펌프의 구동을 제어함에 있어서 오일의 상태를 반영하기 위해 오일의 온도를 계측하여 사용하는 방식에서 탈피하여, 오일의 현 상태를 정확히 반영할 수 있으면서 정확한 펌프 제어를 수행할 수 있는 전동식 오일펌프의 구동 제어 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다. 이를 위해, 온도센서가 아닌 점도센서를 통해 계측되는 오일의 실제 점도값을 사용하도록 구성됨으로써 오일의 현 상태를 정확히 반영한 펌프 제어를 수행하는 장치 및 방법이 개시된다.

하이브리드 차량, 전동식 오일펌프, 오일, ATF, 변속기, 점도센서

Description

전동식 오일펌프의 구동 제어 방법{Drive control apparatus and method for electric oil pump}

본 발명은 전동식 오일펌프에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 차량에서 변속기 및 클러치 등의 작동 유압을 형성하기 위한 전동식 오일펌프의 구동을 제어하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

하이브리드 차량은 엔진뿐만 아니라 모터를 보조동력원으로 채택하여 배기가스 저감 및 연비 향상을 도모할 수 있는 미래형 차량으로서, 도 1에 나타낸 바와 같이, 차량 주행을 위한 동력원으로 엔진(10) 및 구동모터(30)를 구비하고, 엔진과 구동모터를 연결하는 엔진클러치(20)를 포함하며, 또한 엔진 및 구동모터의 동작을 위한 ISG(Integrated Starter & Generator)(11), 고전압배터리(High Voltage Battery)(31), 인버터(32) 등을 포함한다.

아울러, 구동모터(30)의 출력측에는 구동축(1)으로 동력을 전달하는 변속기(40)가 연결되고, 엔진클러치(20) 및 변속기(40) 등의 작동 유압을 제공하기 위 한 전동식 오일펌프(Electric Oil Pump,EOP)(71)와 기계식 오일펌프(Mechanical Oil Pump,MOP)(75)가 구비되며, 전동식 오일펌프의 구동 전력을 제공하기 위한 보조배터리(Auxiliary Battery)(74)가 구비된다.

또한 각 구성부의 제어수단으로 미도시되었지만 HCU(Hybrid Control Unit), MCU(Motor Control Unit), BMS(Battery Management System) 등이 구비되고, 변속기를 제어하는 TCU(Transmission Control Unit)(61)와 전동식 오일펌프(71)의 구동을 직접적으로 제어하기 위한 OPU(Electric Oil Pump Unit)(62)가 구비된다.

이러한 구성에서 구동모터(30)의 동력을 변속기(40)로 전달하여 구동모터의 동력만을 이용하는 순수 전기자동차 모드인 EV(Electric Vehicle) 모드와, 클러치(20)를 연결하여 주동력인 엔진(10)의 동력과 보조동력인 구동모터(30)의 동력을 변속기(40)로 구동축(1)에 전달하여 엔진과 구동모터의 동력을 함께 이용하는 HEV(Hybrid Electric Vehicle) 모드가 구현될 수 있다.

하이브리드 차량에서 보조배터리(74)로부터 구동 전력을 받아 TCU(61) 및 OPU(62)의 제어하에 구동하는 전동식 오일펌프(71)와, 구동모터(30)의 구동축에 직결되어 기계적 에너지에 의해 구동하는 기계식 오일펌프(75)는, 운전자의 시동 요구시 변속기(40) 및 클러치(20) 등의 제어밸브에 작동유를 공급하여 유압을 형성하는 역할을 한다.

도 2는 변속기 및 클러치 작동에 사용되는 오일(Auto Transmission Fluid, ATF)의 경로를 나타낸 것으로, 전동식 오일펌프(71)와 기계식 오일펌프(75)가 구동하여 오일탱크(51)에 저장된 오일을 유압라인(52)을 통해 밸브바디(53)에 공급하는 경로를 보여주고 있다.

통상 EV 모드에서는 전동식 오일펌프(71)가 유압라인(52)에 유압을 제공하고, HEV 모드(엔진 구동, 엔진클러치 연결)에서는 기계식 오일펌프(75)와 전동식 오일펌프(71)의 복합된 구동으로 유압라인(52)에 유압을 제공한다.

도 3은 통상의 전동식 오일펌프 구동모드를 나타내는 도면으로서, 전동식 오일펌프의 구동모드는, 도시된 바와 같이, 차량 상태에 따라 다양한 구동모드로 제어되는데, 펌프 초기구동 조건으로서 유압 응답성 확보를 위해 시동시(IG, START ON) 등에 수초 동안의 짧은 시간 동안 고속으로 구동 제어되는 고속제어모드, 차량이 정차한 상태의 아이들 조건(차속=0 및 브레이크 온 또는 변속단 N, P단 등)에서 전력 소모를 최소화하기 위해 저속으로 구동 제어되는 저속제어모드, 일반 주행 중 작동 조건으로서 중속으로 구동 제어되는 중속제어모드, 구동이 정지되는 비제어모드(EOP Off/MOP On)로 구분될 수 있다.

여기서, 고속제어모드는 미리 설정된 시간 동안 순간적으로 고압의 펌핑력으로 유압라인에 유압을 제공하여 유압 응답성을 확보하는 모드이며, 중속제어모드는 통상의 차량 주행시 수행되는 모드이다.

상기 중속제어모드와 비제어모드로의 진입은 기계식 오일펌프의 회전수 및 변속기 입력토크 등에 따라 결정되며, 비제어모드에서는 전동식 오일펌프의 구동이 정지되므로 기계식 오일펌프로만 유압회로에 유압을 제공하게 된다.

한편, 전동식 오일펌프의 구동을 제어함에 있어서, 변속기 및 클러치 내 필요한 라인 압력을 형성하기 위해서는 최적의 모터 회전수로 펌프를 구동해야 하는 데, 통상적으로 각 구동모드에서 오일(ATF)의 온도에 따라 미리 설정된 목표 회전수로 펌프를 제어하게 된다.

이때, TCU가 오일 온도에 따른 목표 회전수(RPM)를 각 구동모드에 대한 저장 데이터로부터 추출하여 CAN 통신을 통해 OPU로 전송하고, 이에 OPU가 TCU에서 지령된 목표 회전수값에 따라 전동식 오일펌프의 모터를 구동 제어하는 동시에 TCU에는 제어 결과를 피드백하게 된다.

도 4는 오일의 온도에 따라 펌프의 모터 회전수가 제어되는 예를 나타내는 도면으로서, 오일의 점도에 따라 부하 토크가 틀려지기 때문에 점도와 상관관계가 있는 오일의 온도를 사용하여 모터의 회전수를 제어하고 있다. 도 4를 참조하면, 오일의 온도가 높을수록 오일의 점도가 낮아지고 오일의 점도가 낮을수록 유압라인 내 규정된 압력을 형성하기 위해 펌프의 모터 회전수를 증가시키게 된다.

그러나, 상기와 같이 오일의 점도를 반영한 값으로서 온도센서에 의해 계측되는 오일의 온도를 제어변수로 사용하고 있는데, 변속기 등의 사용이 계속되면서 오일의 점도 특성이 변하게 되고, 신품과 달리 내구가 진행됨에 따라 오일 점도의 특성이 변경되어 실제 부하 토크를 정확히 변경 예측하는 것이 불가능하다.

이에 따라, 펌프의 회전수 제어시 오일의 점도를 반영하기 위해 종래와 같이 오일의 온도를 계측하여 사용하는 경우, 신품의 초기 오일 특성 조건에서 튜닝된 온도-회전수 맵 데이터를 그대로 사용하게 되면서, 내구가 어느 정도 진행된 후에는 실제 오일 상태를 정확히 반영한 제어가 어려운 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 펌프의 구동을 제어함에 있어서 오일의 상태를 반영하기 위해 오일의 온도를 계측하여 사용하는 방식에서 탈피하여, 오일의 현 상태를 정확히 반영할 수 있으면서 정확한 펌프 제어를 수행할 수 있는 전동식 오일펌프의 구동 제어 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 오일의 점도를 실시간 검출하는 점도센서와; 상기 점도센서의 검출값으로부터 목표 회전수를 산출하고 상기 목표 회전수를 토대로 펌프의 모터 구동을 제어하는 제어기;를 포함하는 전동식 오일펌프의 구동 제어 장치를 제공한다.

또한 본 발명은, 점도센서를 통해 오일의 점도를 실시간 검출하는 단계와; 상기 점도센서를 통해 검출되는 오일의 점도로부터 목표 회전수를 산출하는 단계와; 산출된 목표 회전수를 토대로 펌프의 모터 구동을 제어하는 단계;를 포함하는 전동식 오일펌프의 구동 제어 방법을 제공한다.

이에 따라, 본 발명에 따른 전동식 오일펌프의 구동 제어 장치 및 방법에 의 하면, 온도센서가 아닌 점도센서를 통해 계측되는 오일의 실제 점도값을 사용하도록 구성됨으로써 오일의 현 상태를 정확히 반영한 펌프 제어를 수행할 수 있게 된다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.

본 발명은 하이브리드 차량에서 변속기 및 클러치 등의 작동 유압을 형성하기 위한 전동식 오일펌프의 구동을 제어하는 장치 및 방법에 관한 것으로서, 오일의 실제 점도 특성을 정확히 반영할 수 있으면서 정확한 펌프 제어를 수행할 수 있는 전동식 오일펌프의 구동 제어 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있는 것이다.

종래의 겨우, 펌프의 구동 제어를 위해 온도센서를 통해 오일의 온도를 계측하고 온도-회전수 맵 데이터를 사용하여 계측된 온도로부터 목표 회전수를 추출한 뒤 펌프의 모터 회전수를 제어하였으나, 신품의 초기 오일 특성 조건에서 튜닝된 온도-회전수 맵 데이터, 즉 고정된 데이터를 그대로 사용하게 되면서 오일의 현 상태가 반영된 제어가 불가능하였다.

이러한 문제점을 해결하기 위해서는 현재의 실제 오일 점도를 제어에 정확히 반영하는 것이 필요하며, 이에 본 발명에서는 온도 계측이 아닌 점도센서를 통해 계측되는 현재의 실제 점도값으로 실시간 제어를 수행하는 것에 주된 특징이 있는 것이다.

도 5는 본 발명에 따른 구동 제어 장치의 구성을 나타내는 블록도이고, 도 6은 본 발명에 따른 구동 제어 과정을 나타내는 순서도이며, 도 7은 본 발명의 제어 과정에서 사용되는 점도-회전수 맵의 일례를 나타내는 도면이다.

본 발명의 제어 과정은 통상의 경우와 같이 변속기 제어기(TCU)와 오일펌프 제어기(OPU)의 제어 하에 수행될 수 있으며, 이때 변속기 제어기가 점도 계측값을 사용하여 목표 회전수를 산출한 뒤 지령값을 전송하고 이에 오일펌프 제어기가 전송된 지령값을 참조하여 펌프의 모터 회전수를 제어하는 방식이 가능하다.

여기서, 오일펌프 제어기는 변속기 제어기로부터 CAN 통신을 통해 지령값을 전송받고 제어 결과를 피드백하는 제어부와, 상기 제어부의 제어신호에 따라 전원을 상 변환하여 펌프의 모터를 구동시키는 인버터를 포함하는 것으로 이해될 수 있다.

상기한 변속기 제어기와 오일펌프 제어기는 하나의 통합된 제어주체로 하여 본 발명의 설명이 가능한 바, 본 명세서에서는 변속기 제어기와 오일펌프 제어기의 구분 없이 점도 계측값으로부터 목표 회전수를 산출하고 산출된 목표 회전수에 따라 펌프의 모터를 제어하는 제어기(도 5에서 도면부호 60임)로 통칭하여 설명하기로 한다.

우선, 본 발명에 따른 오일펌프의 제어 과정에서 오일 상태에 따른 모터의 회전수 제어는 차량 상태에 따른 구동모드, 즉 고속제어(High Speed Control)모드, 저속제어(Low Speed Control)모드, 중속제어(Middle Speed Control)모드를 구분하여 수행되며, 각 모드 진입상태에서 설정된 맵 데이터를 사용하여 목표 회전수를 산출하고 그 목표 회전수에 따라 펌프의 모터를 제어하는 점은 종래와 차이가 없다.

즉, 도 6에 나타낸 바와 같이, 차량이 시동되면, 전동식 오일펌프가 미리 설정된 수초 동안의 짧은 시간 동안 유압 응답성을 확보하기 위한 고속제어모드로 구동되는데, 순간적으로 오일을 고압 펌핑하여 유압라인 내 유압을 규정된 압력으로 상승시키게 된다.

이렇게 유압 확보 후 고속제어모드에서 저속제어모드로 모드 변환되어 차량 주행이 가능한 상태가 된다.

차량이 정지된 상태에서는 저속제어모드로, 이후 차량 주행상태에서는 중속제어모드로 제어되나, 차속, 변속기 입력토크, 변속단 위치, 구동모터의 회전수 등의 차량 상태에 따라 적절히 모드 변환이 이루어지고, 기계식 오일펌프의 회전수 및 변속기 입력토크 등의 변수에 따라 전동식 오일펌프의 온/오프가 결정되어 제어된다. 물론, 기계식 오일펌프의 회전수 및 변속기 입력토크 등을 통해 기계식 오일펌프만으로 충분히 라인 압력 형성이 가능한 상태라면 전동식 오일펌프의 구동은 중지된다.

이러한 제어 과정에서, 본 발명에서는 각 구동모드 별로, 온도센서의 검출값이 아닌, 점도센서에 의해 검출되는 오일의 실제 점도값을 기초로 하여 구동모드에 따른 목표 회전수를 산출한 뒤 이를 토대로 모터의 회전수를 제어하게 된다.

이를 위해 본 발명에 따른 전동식 오일펌프의 구동 제어 장치는, 오일의 점도를 실시간 검출하는 점도센서(54)와, 상기 점도센서(54)의 검출값으로부터 구동모드에 따른 목표 회전수를 산출하여 펌프의 모터 구동을 제어하는 제어기(60)를 포함하여 구성된다.

여기서, 점도센서(54)는 오일의 점도를 검출할 수 있는 위치, 즉 유압라인 등의 오일 경로에 설치될 수 있으며, 검출값에 따른 전기적인 신호를 제어기(60)로 입력하게 된다.

제어기(60)는 실시간으로 검출되는 점도값을 이용하여 각 구동모드에 대한 점도(cSt)-회전수(RPM) 맵 데이터로부터 목표 회전수를 추출하고, 추출된 목표 회전수를 토대로 모터의 구동을 제어하게 된다.

이를 위해 제어기(60)는 목표 회전수 산출을 위해 각 구동모드에 대한 점도-회전수 맵 데이터를 저장하고 있어야 하는 바, 이는 선행 테스트를 통해 구해질 수 있다.

제어기(60)를 변속기 제어기와 오일펌프 제어기로 구분하여 설명하면, 일 예로서, 오일펌프 제어기가 점도센서로부터 검출되는 오일의 점도를 변속기 제어기에 전송하고, 변속기 제어기는 목표 회전수를 산출하여 오일펌프 제어기로 전송하며, 이에 오일펌프 제어기가 변속기 제어기로부터 전송된 회전수 지령값에 따라 모터의 3상 구동을 제어하게 된다. 물론, 점도센서(54)가 검출값을 입력하도록 변속기 제어기에 직접 연결될 수도 있다.

도 7을 참조하면, 각 구동모드에 대한 점도-회전수 맵의 예를 볼 수 있는데, 오일의 점도가 높을수록 제어되는 모터의 회전수를 낮출 수 있게 되고, 오일의 점도가 낮으면 유압라인 내 규정 압력 도달을 위해 모터의 회전수를 높여야 한다.

한편, 본 발명의 제어 과정에서는 도 8에 나타낸 바와 같이 비제어모드, 즉 전동식 오일펌프의 정지상태에서 중속제어모드 또는 저속제어모드로 모드 변환될 때 고속제어모드를 거친 뒤 모드 변환이 이루어지도록 한다.

또한 저속제어모드에서 중속제어모드로 변환시에도 고속제어모드를 거친 뒤 모드 변환이 이루어지도록 한다.

이는 고속제어모드를 거치지 않고 바로 모드 변환될 때의 문제점을 해소하기 위한 것으로, 모드 변환시 미리 설정된 짧은 시간 동안 순간적으로 오일을 고압 펌핑하는 고속제어모드를 거치도록 하여, 유압라인 내 유압이 보다 신속히 규정 압력상태가 되도록 한다.

이와 같이 하여, 본 발명에서는, 오일의 상태를 반영한 전동식 오일펌프의 구동 제어에 있어서, 종래와 같은 온도센서의 계측값이 아닌, 점도센서의 계측값을 사용하여 오일펌프의 회전수를 제어하는 방식을 적용함으로써, 보다 정확한 오일펌프의 제어가 가능해진다.

이상으로 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하였는 바, 본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.

도 1은 통상의 하이브리드 시스템을 나타내는 구성도이다.

도 2는 변속기 및 클러치 작동에 사용되는 오일(ATF)의 경로를 나타내는 도면이다.

도 3은 통상의 전동식 오일펌프 구동모드를 나타내는 도면이다.

도 4는 종래 오일의 온도에 따라 펌프의 모터 회전수가 제어되는 예를 나타내는 도면이다.

도 5는 본 발명에 따른 구동 제어 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.

도 6은 본 발명에 따른 구동 제어 과정을 나타내는 순서도이다.

도 7은 본 발명의 제어 과정에서 사용되는 점도-회전수 맵의 일례를 나타내는 도면이다.

도 8은 본 발명의 제어 과정에서 모드 변환상태의 예를 나타내는 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

40 : 변속기 52 : 유압라인

53 : 밸브바디 54 : 점도센서

60 : 제어기 61 : 변속기 제어기

62 : 오일펌프 제어기 71 : 전동식 오일펌프

72 : 모터 74 : 보조배터리

75 : 기계식 오일펌프

Claims (8)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 오일펌프 제어기가 점도센서를 통해 오일의 점도를 실시간 검출하여 변속기 제어기에 전송하는 단계와;

   상기 변속기 제어기에서 점도센서를 통해 검출되는 오일의 점도로부터 목표 회전수를 산출하되, 펌프의 설정된 각 구동모드별 점도-회전수 맵으로부터 목표 회전수를 산출하는 단계와;

   상기 변속기 제어기에서 산출된 목표 회전수를 오일펌프 제어기로 전송하는 단계와;

   상기 변속기 제어기로부터 전송된 회전수 지령값에 따라 오일펌프 제어기에서 펌프의 모터 3상 구동을 제어하는 단계;

   를 포함하되,

   상기 구동모드는, 설정된 시간 동안 순간적인 고압 펌핑력을 제공하여 유압라인 내 유압을 상승시키기 위한 고속제어모드, 차량 정차상태에서 수행되는 저속제어모드, 및 차량 주행상태에서 수행되는 중속제어모드를 포함하되,

   펌프의 정지상태에서 상기 중속제어모드 또는 저속제어모드로의 모드 변환시 고속제어모드 수행 후 모드 변환이 이루어지고, 상기 저속제어모드에서 중속제어모드로 변환시 고속제어모드의 수행 후 모드 변환이 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는 전동식 오일펌프의 구동 제어 방법.
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제

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