KR101198661B1 - 하이브리드 통합제어기를 이용한 엔진 노킹 보상 제어방법 - Google Patents

하이브리드 통합제어기를 이용한 엔진 노킹 보상 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하이브리드 통합제어기를 이용한 엔진 노킹 보상 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 ECU와 HCU를 통합한 통합제어기를 통해 하이브리드 차량의 엔진 노킹 보상을 제어하는 방법에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은, 노크 센서에서 감지된 엔진 노킹 발생 신호에 대하여, (a) 노크 센서로부터 엔진 노킹 발생 신호를 수신하는 단계; (b) 상기 엔진 노킹 발생 신호에 대하여 엔진의 점화각을 지각시키는 단계; (c) 지각된 점화각을 기초로 엔진토크 보상값을 산출하는 단계; (d) 모터토크 기준값과 상기 엔진토크 보상값을 합산한 모터토크값을 MCU(Motor Control Unit)에 전송하는 단계; 및 (e) 상기 전송된 모터토크값에 따라 MCU가 모터토크를 발생하는 단계; 를 포함하며, 상기 (a) 내지 (d) 단계는 하이브리드 통합제어기 상에서 수행되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 통합제어기를 이용한 엔진 노킹 보상 제어방법을 제공한다.

Description

하이브리드 통합제어기를 이용한 엔진 노킹 보상 제어방법{Control Method for Compensating Engine Knocking Using Integrated Hybrid Controller}
본 발명은 하이브리드 통합제어기를 이용한 엔진 노킹 보상 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 ECU와 HCU를 통합한 통합제어기를 통해 하이브리드 차량의 엔진 노킹 보상을 제어하는 방법에 관한 것이다.
가솔린엔진은 휘발유와 공기를 엔진 실린더에서 최대로 압축한 뒤 점화플러그의 불꽃 점화로 폭발시켜 동력을 얻는다. 이때 휘발유는 비교적 낮은 온도에서 착화가 가능하기 때문에 연소과정에서 혼합기가 일찍 폭발하거나 비정상적인 점화가 일어나는 경우가 있다. 이같은 불완전 연소를 노킹(Knocking) 현상이라고 한다.
즉, 노킹이란 가솔린과 공기를 실린더내에서 압축시켰을 때 적정 폭발시점에 이르기 전의 어떤 점에서 조기 폭발하여 발생하는 현상으로서, 금속성 소음이나 자동차의 출력 저하, 엔진부품의 손상을 초래할 수 있다. 따라서 가솔린엔진에서 이러한 노킹 현상을 방지하는 것은 엔진 수명 및 출력 효율을 위해 중요한 기술적 과제에 해당한다.
한편, 최근 관심의 대상이 되고 있는 하이브리드 차량은 두 개 이상의 동력원에 의해 차체가 구동되는 차량으로서, 상기 가솔린엔진과 함께 전기 모터를 동력원으로 사용하는 하이브리드 차량이 대표적이다. 상기 하이브리드 차량은 하이브리드 제어기(HCU: Hybrid Control Unit)에서 운전자의 가속의지에 따라 엔진 토크 및 모터 토크를 제어하여 차량 가ㆍ감속을 수행한다. 상기 HCU는 별도의 엔진 제어기(ECU: Engine Control Unit) 및 모터 제어기(MCU: Motor Control Unit)와 CAN(Controller Area Network) 통신을 통해 정보를 전달하여 엔진 및 모터의 구동을 제어하였다. 이러한 하이브리드 차량 역시 가솔린엔진을 동력의 일부로 사용하기 때문에, 가솔린엔진의 구동시 발생할 수 있는 노킹 제어가 중요한 기술적 과제라 할 수 있다.
종래의 가솔린 차량 및 하이브리드 차량은 엔진을 제어하는 ECU가 노킹 현상에 대한 제어를 수행하였다. 즉, 상기 ECU는 노크 센서(Knock Sensor)를 통해 노킹 발생을 감지하고, 이에 대하여 엔진 점화시기를 지각(retard) 시켜 노킹 발생을 방지한다. 이후, 상기 ECU는 다음 사이클에서 순차적으로 점화시기를 진각(advance) 시키면서 노크 센서 입력(ADC 값)을 통해 노킹 지속/해소 유무를 살핀다.
한편, 이러한 노킹 현상 제어에 따른 엔진 점화시기의 지각이 이루어지면, 엔진의 최대 출력을 얻을 수 없게 되므로 엔진 출력 저하의 원인이 되었다. 따라서 단순한 엔진 점화시기의 진각/지각 제어뿐만 아니라, 노킹 발생 상황에 있어서 차량의 출력을 일정하게 유지할 수 있는 제어방법이 필요하다.
따라서 본 발명은 전술한 바와 같은 기술적 과제를 해결하는데 그 목적이 있는 발명으로서, ECU와 HCU를 통합시킨 통합 제어기를 통해 노킹 발생시 엔진 출력 부족분을 연산하고 이를 모터 토크로 보상하도록 제어함으로 하이브리드 차량의 출력을 안정화할 수 있는 엔진 노킹 보상 제어방법을 제공하고자 하는 목적을 가지고 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 하이브리드 통합제어기를 이용한 엔진 노킹 보상 제어방법은, 노크 센서에서 감지된 엔진 노킹 발생 신호에 대하여, (a) 노크 센서로부터 엔진 노킹 발생 신호를 수신하는 단계; (b) 상기 엔진 노킹 발생 신호에 대하여 엔진의 점화각을 지각시키는 단계; (c) 지각된 점화각을 기초로 엔진토크 보상값을 산출하는 단계; (d) 모터토크 기준값과 상기 엔진토크 보상값을 합산한 모터토크값을 MCU(Motor Control Unit)에 전송하는 단계; 및 (e) 상기 전송된 모터토크값에 따라 MCU가 모터토크를 발생하는 단계; 를 포함하며, 상기 (a) 내지 (d) 단계는 하이브리드 통합제어기 상에서 수행되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 (c) 단계는 (c1) 지각된 점화각을 기초로 엔진토크 추정값을 산출하는 단계; (c2) 운전자의 요구토크를 연산하여 엔진토크 기준값 및 모터토크 기준값을 산출하는 단계; 및 (c3) 상기 엔진토크 기준값 및 엔진토크 추정값을 기초로 엔진토크 보상값을 산출하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 (c1) 단계는 지각된 점화각을 기초로 엔진토크 인가시간값을 추정하는 단계를 더 포함하며, 상기 (c3) 단계는 엔진토크 기준값, 엔진토크 인가시간값 및 엔진토크 추정값을 기초로 엔진토크 보상값을 산출하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 (c3) 단계는 엔진토크 기준값, 엔진토크 인가시간값 및 엔진토크 추정값을 기초로한 엔진토크 보상값에 대한 맵 데이터를 적용하여 엔진토크 보상값을 산출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 하이브리드 통합제어기를 이용한 엔진 노킹 보상 제어방법에 의하면, 하이브리드 차량의 가솔린엔진의 노킹 현상으로 인해 발생하는 엔진 토크 부족분에 대하여 모터를 통해 보상이 이루어지도록 함으로, 노킹 발생에 있어서도 하이브리드 차량의 안정된 출력을 보장할 수 있다.
특히, ECU와 HCU가 통합된 통합제어기를 사용하여 엔진 노킹 보상 제어를 수행함으로 ECU와 HCU간의 CAN 통신으로 인한 시간 지연을 극복할 수 있으며, 빠른 시간 안에 운전자가 원하는 가속 토크만큼의 구동력을 확보할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면 기존의 ECU에 의해 수행되던 엔진 점화시기의 진각/지각 각도 예측을 위한 각종 변수들을 통합제어기가 인지하게 되어, MCU로의 모터 토크 전송에 따른 토크 불연속값을 선 보상하는 피드포워드(Feedforward) 제어를 수행할 수 있으며, 근본적으로 노킹 발생에 따른 휠(Wheel) 토크 부족을 해결할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 통합제어기의 구성을 나타내는 구성도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 통합제어기를 이용한 엔진 노킹 보상 제어방법을 나타내는 순서도.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 다른 하이브리드 통합제어기(10)의 구성을 나타내고 있다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 하이브리드 통합제어기(10)는 엔진(1)을 제어하는 ECU(12)와 하이브리드 차량의 HCU(14)를 하나의 제어부 상에 통합시킨 제어기로서, 엔진 노킹 발생시 엔진 출력 부족분을 연산하여 이를 모터 토크로 보상하도록 제어한다.
즉, 본 발명의 하이브리드 통합제어기(10)는, 노크 센서(미도시)를 통해 감지되는 엔진 노킹에 대하여 기존의 ECU(12)가 기능하는 엔진 점화각 지각 제어를 수행하며, 이러한 엔진 점화각 지각에 따른 엔진 토크 부족분을 고려하여 모터토크를 산출하고 이를 MCU(20)로 전송할 수 있다. 이때, 상기 하이브리드 통합제어기(10)와 MCU(20) 간에는 CAN 통신을 통해 정보를 전달할 수 있다.
상기 하이브리드 통합제어기(10)는 하나의 제어부 상에 ECU(12) 기능과 HCU(14) 기능이 통합된 구성으로서, 이들간의 CAN 통신 없이 하나의 제어기 상에서 제어가 수행될 수 있으므로 정보 전달을 위한 시간 지연을 단축시킬 수 있게 되며, 엔진 노킹 발생 상황에서도 빠른 시간 안에 운전자가 원하는 가속 토크만큼의 구동력을 확보할 수 있게 된다.
첨부된 도 2는 본 발명에 따른 상기 하이브리드 통합제어기(10)를 이용한 엔진 노킹 보상 제어방법을 나타내고 있다.
도 2에서 S110 내지 S128은 본 발명의 하이브리드 통합제어기 상에서 수행될 수 있으며, S130 및 S132는 MCU 상에서 수행될 수 있다. 이때, S110 내지 S118의 단계는 하이브리드 통합제어기 내의 ECU 기능에 해당하며, S120 내지 S128의 단계는 하이브리드 통합제어기 내의 HCU 기능에 해당한다.
본 발명의 실시예에 따라 하이브리드 통합제어기는 노크 센서를 통해 센서값을 수신하여(S110), 엔진 노킹이 발생하였는지 확인할 수 있다(S112). 상기 노크 센서는 피에조 압력센서로 이상 연소시 발생하는 노킹진동압력을 전압 신호로 변환하여 출력할 수 있다. 본 발명의 하이브리드 통합제어기는 상기 전압 신호를 통해 노킹 발생 여부를 확인할 수 있다.
상기 과정을 통해 엔진 노킹 발생이 확인될 경우, 점화각의 지각 제어를 수행한다(S114). 즉, 본 발명의 하이브리드 통합제어기는 엔진의 점화각을 지각시켜 엔진 노킹 발생을 방지할 수 있다.
상기 하이브리드 통합제어기는 지각된 점화각에 따라 엔진 점화를 수행하며, 이와 함께 지각된 점화각을 기초로 한 엔진토크값 및 엔진토크 인가시간값을 추정할 수 있다(S116). 즉, 노킹 발생에 따라 점화각이 지각되면 엔진토크 값이 감소하고 엔진토크 인가 시점은 빨라지게 되는데, 본 발명에 따른 하이브리드 통합제어기는 지각된 점화각에 따른 엔진토크 값을 추정하고, 점화각의 지각에 따라 변화된 엔진토크 인가 시점(엔진토크 인가시간값)을 추정한다. 이때, 엔진에서는 변경된 엔진토크 인가 시점에서 엔진토크가 발생하게 된다(S118).
한편, 본 발명의 하이브리드 통합제어기는 APS(Accel pedal Position Sensor), BPS(Break pedal Position Sensor) 및 차속 등을 통해 운전자의 요구토크를 연산한다(S122). 또한, 상기 운전자 요구토크를 분배하여 엔진토크 기준값과 모터토크 기준값을 연산한다(S124). 상기 엔진토크 기준값과 모터토크 기준값은 운전자 요구토크를 분배하기 위한 이론적인 토크 기준값으로서, 이들을 합산하여 운전자 요구토크를 만족시킬 수 있다. 즉, 본 발명의 하이브리드 통합제어기는 기존의 HCU가 기능하는 운전자 요구토크에 대한 엔진토크와 모터토크의 분배를 수행할 수 있다.
그러나 본 발명의 실시예에 따라 엔진 노킹이 발생하여 엔진 점화각의 지각제어가 이루어지게 되면, 실제 발생하는 엔진토크는 상기 엔진토크 기준값에 미치지 못하게 된다. 따라서 엔진토크 기준값과 실제 엔진토크값 간의 차이에 해당하는 엔진토크 보상값을 모터토크를 통해 보상해 주어야 한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 엔진토크 보상값은 본 발명의 하이브리드 통합제어기의 ECU 기능에서 엔진 점화각의 지각 제어를 고려하여 추정한 엔진토크 추정값과 HCU 기능에서 연산한 엔진토크 기준값을 기초로 하여 산출할 수 있다(S126). 즉, 엔진토크 기준값과 엔진토크 추정값 간의 차이를 이용하여 엔진토크 보상값을 산출할 수 있다. 한편, 본 발명의 실시예에 있어서 엔진 노킹이 발생하지 않을 경우, 상기 S126 단계에서 산출되는 엔진토크 보상값은 0이 될 수 있다.
상기 산출된 엔진토크 보상값은 모터토크 기준값과 합산되어 모터 구동 출력에 해당하는 모터토크값이 될 수 있으며, 상기 모터토크값을 CAN 통신을 통해 MCU로 전송할 수 있다(S128). 이때, MCU는 하이브리드 통합제어기로부터 모터토크값을 수신하며(S130), 전송된 모터토크값에 따라 모터를 구동하여 모터토크를 발생할 수 있다(S132).
한편, 본 발명의 실시예에 따라 엔진 및 모터가 구동될 때, 하이브리드 통합제어기 상에서 모터토크를 산출하는 시점과 실제 MCU의 제어에 의해 모터토크가 발생하는 시점간에는 시간적 지연이 발생할 수 있다. 즉, 본 발명의 하이브리드 통합제어기에서 산출된 모터토크에 대하여 이를 CAN 통신을 통하여 MCU에 전송하는 과정에서는 약 10ms의 시간적 지연이 발생하게 되며, 이에 따라 엔진토크 발생 시점과 모터토크 발생 시점의 불일치로 인해 하이브리드 차량의 토크 발생이 불연속적으로 이루어질 수 있다.
따라서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 엔진토크 보상값을 산출하는 단계는 엔진토크 기준값 및 엔진토크 추정값에 엔진토크 인가시간값을 더 포함하여 이를 기초로 엔진토크 보상값을 산출할 수 있다(S126). 즉, 본 발명의 하이브리드 통합제어기는 ECU 기능을 통해 추정한 엔진토크 인가시간값을 기초로 하여 상기 엔진토크 보상값을 적절히 보정할 수 있으며, 모터토크의 MCU 전송에 따른 토크 불연속값을 선 보상하는 피드포워드(Feedforward) 제어를 수행할 수 있게 된다. 한편, 본 발명의 실시예에 있어서 엔진 노킹이 발생하지 않는 경우에는 상기 S126 단계에서 산출되는 엔진토크 보상값이 0이 될 수 있음은 전술한 바와 같다.
이와 같은 실시예에 따라 상기 하이브리드 통합제어기에서 산출되는 엔진토크 보상값은 엔진토크 기준값, 엔진토크 인가시간값 및 엔진토크 추정값에 대한 함수가 될 수 있으며, 본 발명의 하이브리드 통합제어기는 이에 대한 맵 데이터를 통해 상기 엔진토크 보상값을 산출할 수 있다.
전술한 바와 같이, 상기 과정을 통해 산출된 엔진토크 보상값은 모터토크 기준값과 합산되어 MCU로 전송될 수 있으며(S128), MCU는 하이브리드 통합제어기로부터 모터토크를 전송 받아(S130) 이에 따라 모터토크를 발생시킬 수 있다(S132).
이상에서는 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 설명하였으나, 당업자라면 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않고 수정, 변경을 할 수 있다. 따라서 본 발명의 상세한 설명 및 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술분야에 속한 사람이 용이하게 유추할 수 있는 것은 본 발명의 권리범위에 속하는 것으로 해석된다.
1 : 엔진 2 : 모터
10 : 하이브리드 통합제어기 20 : MCU

Claims (4)

  1. 노크 센서에서 감지된 엔진 노킹 발생 신호에 대하여,
    (a) 노크 센서로부터 엔진 노킹 발생 신호를 수신하는 단계;
    (b) 상기 엔진 노킹 발생 신호에 대하여 엔진의 점화각을 지각시키는 단계;
    (c) 지각된 점화각을 기초로 엔진토크 보상값을 산출하는 단계;
    (d) 모터토크 기준값과 상기 엔진토크 보상값을 합산한 모터토크값을 MCU(Motor Control Unit)에 전송하는 단계; 및
    (e) 상기 전송된 모터토크값에 따라 MCU가 모터토크를 발생하는 단계;
    를 포함하며, 상기 (a) 내지 (d) 단계는 하이브리드 통합제어기 상에서 수행되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 통합제어기를 이용한 엔진 노킹 보상 제어방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 (c) 단계는
    (c1) 지각된 점화각을 기초로 엔진토크 추정값을 산출하는 단계;
    (c2) 운전자의 요구토크를 연산하여 엔진토크 기준값 및 모터토크 기준값을 산출하는 단계; 및
    (c3) 상기 엔진토크 기준값 및 엔진토크 추정값을 기초로 엔진토크 보상값을 산출하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 통합제어기를 이용한 엔진 노킹 보상 제어방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 (c1) 단계는 지각된 점화각을 기초로 엔진토크 인가시간값을 추정하는 단계를 더 포함하며,
    상기 (c3) 단계는 엔진토크 기준값, 엔진토크 인가시간값 및 엔진토크 추정값을 기초로 엔진토크 보상값을 산출하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 통합제어기를 이용한 엔진 노킹 보상 제어방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 (c3) 단계는 엔진토크 기준값, 엔진토크 인가시간값 및 엔진토크 추정값을 기초로한 엔진토크 보상값에 대한 맵 데이터를 적용하여 엔진토크 보상값을 산출하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 통합제어기를 이용한 엔진 노킹 보상 제어방법.
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