KR101220347B1

KR101220347B1 - 하이브리드 차량용 동력전달장치의 시동방법

Info

Publication number: KR101220347B1
Application number: KR1020060054864A
Authority: KR
Inventors: 황경원
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2006-06-19
Filing date: 2006-06-19
Publication date: 2013-01-09
Also published as: KR20070120293A

Abstract

본 발명은 D 레인지에서 차량이 정차한 후, 배터리 충전상태(SOC) 부족으로 엔진을 재 시동하는 경우에, 모터 제어를 통하여 모터와 연결되는 링기어가 기어류의 백래쉬를 흡수하는 쪽으로 구동력이 작용하도록 하여 기어류들의 누적된 백래쉬(Backlash)에 의한 미세 회전을 방지하여 그 타음 발생을 방지할 수 있도록 하는 하이브리드 차량용 동력전달장치의 시동방법을 제공한다.

하이브리드 차량, 동력전달장치, 유성기어셋트, 시동 최적화

Description

하이브리드 차량용 동력전달장치의 시동방법{A STARTING METHOD OF TRANSMISSION FOR HYBRID VEHICLES}

도 1은 일반적인 하이브리드 차량용 동력전달장치의 전체 구성 단면도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량용 동력전달장치의 시동방법을 도시한 흐름도이다.

본 발명은 하이브리드 차량용 동력전달장치의 시동방법에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 D 레인지에서 차량이 정차한 후, 배터리 충전상태(SOC) 부족으로 엔진을 재 시동하는 경우에, 모터 제어를 통하여 모터와 연결되는 링기어를 제어적으로 구속함으로써, 제2축과 제3축 상의 기어류들의 누적된 백래쉬(Backlash)에 의한 미세 회전을 차단하여 그 타음 발생을 방지할 수 있도록 하는 하이브리드 차량용 동력전달장치의 시동방법에 관한 것이다.

주지하는 바와 같이, 하이브리드 차량은 두 가지 이상의 동력원을 사용하는 차량으로써, 일반적으로는 엔진과 모터를 사용하여 구동되는 하이브리드 전기 자동차를 말한다.

이러한 하이브리드 차량은 엔진에 의한 동력을 주 동력원으로 사용하고, 모터에 의한 동력을 보조적인 동력으로 사용하기 때문에 기계적인 에너지를 전기적인 에너지로 변환하는 비율이 적고, 동력전달 효율이 높다는 장점을 가지고 있다.

이러한 하이브리드 차량에 적용되는 동력전달장치는, 도 1에서 도시한 바와 같이, 엔진으로부터 동력을 전달받는 제1축(입력축: 2)상에 동력분배수단인 유성기어셋트(PG)가 배치되고, 이의 유성기어셋트(PG)의 전후측에는 제네레이터(G)와 모터(M)가 각각 배치되며, 상기 유성기어셋트(PG)의 링기어(R)로부터 출력되는 동력은 제2,3축(카운트 샤프트:4, 6)에 형성된 기어를 통해 감속된 상태에서 다시 최종적으로 감속되어 디프렌셜(8)을 통해 미도시한 휠로 최종 동력을 전달하는 구동계를 형성하고 있다.

보다 구체적으로는 상기에서 제1축(2)상의 유성기어셋트(PG)는 유성 캐리어(PC)가 제1축(2)을 통하여 엔진과 연결되고, 선기어(S)가 제네레이터(G)와 연결되며, 링기어(R)는 모터(M)와 연결됨과 동시에 드라이브 스프로켓(10)과 연결된다.

상기 드라이브 스프로켓(10)은 제2축(4)상의 드리븐 스프로켓(12)과 체인(14)으로 연결되어 제2축(4)으로 동력을 전달하고, 제2축(4)의 카운터 드라이브 기어(16)는 제3축(6)의 카운터 드리븐 기어(18)와 치합되어 기어전동으로 동력을 전달하며, 제3축(6)의 파이널 기어(20)는 디프렌셜 기어(22)와 치합되어 최종적으로 감속이 이루어지면서 디프렌셜(8)을 통해 최종 동력이 드라이브 샤프트인 제4축(24)에 전달하도록 구성하고 있다.

이러한 하이브리드 차량용 동력전달장치는 정차 시에(즉, D 레인지에서 브레 이크 동작에 의해 차량이 정지되는 상태) 엔진이 정지하도록 제어되는데, 이 후 각종 보기류의 동작에 의해서 배터리의 충전상태(SOC))가 충전부족 상태인 경우, 엔진을 재 시동하여 제너레이터를 통해 배터리를 충전하도록 한다.

즉, 상기 하이브리드 차량은 D 레인지에서 차량 정차 시, 최적의 연비를 위해서 D 레인지 임에도 불구하고 엔진은 정지되며(SOC 40%이상), 이후 차량 출발 시에 모터에 의해서 엔진구동 없이 가속이 이루어지며, 제어로직 상에서 정의되는 일정 속도 이상에서 엔진이 시동되어 구동력을 발생하게 된다. 그러나 상기 D 레인지에서 차량 정차 시, 배터리 충전부족 현상이 발생하게 되면, 정차 시임에도 불구하고 정지된 엔진이 다시 시동되어 제너레이터를 통하여 발전을 이루게 되는 것이다.

상기 D 레인지 정차 상태에서의 엔진의 시동은 브레이크의 작동에 의해 상기 링기어는 고정요소로 작동하게 되며, 전기에너지가 제너레이터에 공급되어 제너레이터와 연결된 선기어를 구동하면, 상기 선기어는 캐리어를 구동하여 엔진을 시동하는 방식으로 이루어진다.

그런데, 여기서 정지된 엔진이 제너레이터에 의해서 시동될 때 기어류들의 백래쉬에 의해서 제1축을 비롯한 제2,3,4축에서 소음 및 타음이 발생되어 승차감 및 상품성 저하를 초래할 수 있다.

즉, 제4축은 브레이크에 의해 고정이 되어 있는 구조를 가지며, 현재 상태는 D 레인지에서의 정지상태로 모터, 제너레이터, 엔진 모두 정지하고 있는 상태가 된다. 이러한 상태에서 각종 보기류 등의 동작에 의해서 배터리 충전상태(SOC)가 급격히 떨어지게 되면, 엔진이 시동하여 제너레이터를 통하여 발전을 하도록 제어되 는데, 상기 제4축만이 브레이크에 의해 고정되어 있을 뿐, 제1축과 제2,3축이 완전 구속되어 있는 구조가 아니므로, 각각의 축에 연결된 기어류이 백래쉬에 의해서 누적된 백래쉬만큼 회전움직임이 발생하게 되는 것이다.

이러한 기어류의 누적된 백래쉬에 의한 타음은 변속기 전체에 진동과 소음을 유발하는 원인이 되며, 특히, D 레인지에서의 차량 정차 중, 배터리 충전부족에 따른 엔진 시동이 시작될 때 소음에 의한 불쾌감을 주는 단점을 내포하고 있다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 단점을 해소하기 위하여 발명된 것으로써, 본 발명의 목적은 D 레인지에서 차량이 정차한 후, 배터리 충전상태(SOC) 부족으로 엔진을 재 시동하는 경우에, 모터 제어를 통하여 모터와 연결되는 링기어가 기어류의 백래쉬를 흡수하는 쪽으로 구동력이 작용하도록 하여 기어류들의 누적된 백래쉬(Backlash)에 의한 미세 회전을 방지하여 그 타음 발생을 방지할 수 있도록 하는 하이브리드 차량용 동력전달장치의 시동방법을 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명의 하이브리드 차량용 동력전달장치의 시동방법은 엔진으로부터 동력을 전달받는 제1축상에 유성기어셋트가 배치되고, 상기 유성기어셋트의 전후측에는 제네레이터(G)와 모터(M)가 각각 배치되며, 상기 유성기어셋트의 링기어로부터 출력되는 동력은 링기어와 연결되는 제1축상의 드라이브 스프로켓과 제2축상의 드리븐 스프로켓에 연결된 체인을 통하여 제2축으로 전달되며, 상기 동력은 제2축과 제3축에 형성된 기어를 통해 최종적으로 감속되어 제4축상의 디프렌셜을 통해 휠로 전달하는 하이브리드 차량용 동력전달장치의 시동방법에 있어서,

D 레인지 상태에서, 운전자의 조작에 의해 브레이크를 동작하여 차량을 정지시켜 엔진을 정지하도록 제어하는 제1단계; 상기 제1단계에 이어, 차속과 배터리 충전상태(SOC)를 검출하는 제2단계; 상기 제2단계에서 검출된 차속이 "0" (km/h)인가를 판단하는 제3단계; 상기 제3단계에서 차속이 "0"(km/h)이 아닌 경우에는 상위 단계로 리턴되며, 차속이 "0" (km/h)인 경우에는 상기 제2단계에서 검출된 배터리 충전상태(SOC)가 설정치보다 큰가를 판단하는 제4단계; 상기 제4단계에서, 조건을 만족하면, 상기 제1단계에서의 엔진 정지 상태를 유지하는 제5단계; 상기 제4단계에서, 조건을 만족하지 않으면, 모터 구동제어를 통하여 유성기어셋트의 링기어를 최저출력조건으로 일방향 회전시켜 제1,2,3축 상의 각 기어류의 백래쉬를 흡수하는 제6단계; 상기 제6단계에 이어, 제너레이터에 구동 전기신호를 입력하여 제너레이터를 구동시킴으로써 엔진을 스타트시키는 제7단계; 상기 제7단계에서 스타트된 엔진의 구동력을 이용하여 제너레이터의 발전을 이루어 메인 배터리를 충전하는 제8단계; 상기 제8단계와 동시에, 상기 제6단계에서의 모터 구동제어를 해제하는 제9단계;로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 배터리 충전상태(SOC)의 설정치는 40% 인 것을 특징으로 한다.

상기 제6단계에서, 모터 구동제어의 최저출력조건은 외력이 없는 상태에서만 기어를 회전시킬 수 있는 정도의 최소출력을 생성하기 위한 제어조건인 것을 특징 으로 한다.

상기 제6단계에서, 상기 링기어의 회전방향은 유성기어셋트의 캐리어에 연결되는 유성기어들로부터 전달되는 회전력의 방향에 대향하는 방향을 상기 일방향으로 하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.

도 1은 일반적인 하이브리드 차량용 동력전달장치의 전체 구성 단면도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량용 동력전달장치의 시동방법을 도시한 흐름도이다.

본 발명의 실시예에 따른 시동방법이 적용되는 일반적인 하이브리드 차량용 동력전달장치의 구성을 먼저 살펴보면, 상기 도 1에서 도시한 바와 같이, 엔진으로부터 동력을 전달받는 제1축(입력축: 2)상에 동력분배수단인 유성기어셋트(PG)가 배치되고, 이의 유성기어셋트(PG)의 전후측에는 제네레이터(G)와 모터(M)가 각각 배치되며, 상기 유성기어셋트(PG)의 링기어(R)로부터 출력되는 동력은 제2,3축(카운트 샤프트:4, 6)에 형성된 기어를 통해 감속된 상태에서 다시 최종적으로 감속되어 디프렌셜(8)을 통해 미도시한 휠로 최종 동력을 전달하는 구동계를 형성하고 있다.

상기에서 제1축(2)상의 유성기어셋트(PG)는 유성 캐리어(PC)가 제1축(2)을 통하여 엔진과 연결되고, 선기어(S)가 제네레이터(G)와 연결되며, 링기어(R)는 모터(M)와 연결됨과 동시에 드라이브 스프로켓(10)과 연결된다.

이러한 구성의 하이브리드 차량이 정차 시에(즉, D 레인지에서 브레이크 동작에 의해 차량이 정지되는 상태) 엔진이 정지하도록 제어되는데, 이 후 각종 보기류의 동작에 의해서 배터리의 충전상태(SOC))가 충전부족 상태인 경우, 엔진을 재 시동하여 제너레이터(G)를 통해 배터리(미도시)를 충전하도록 하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 시동방법은, 도 2에서 도시한 바와 같이, 먼저, D 레인지 상태에서, 운전자의 조작에 의해 브레이크를 동작하여 차량을 정지시켜 엔진이 정지하도록 제어한다.(S1)

상기 단계(S1)에 이어서 제어기(미도시)는 미도시된 차속센서와 배터리부터 차량의 차속과 배터리 충전상태(SOC)를 검출한다.(S2)

이어서, 제어기는 상기 검출된 차속이 "0" (km/h)인가를 판단하는데,(S3) 이 단계(S3)에서 차속이 "0"(km/h)이 아닌 경우에는 상위 단계(S2)로 리턴되며, 차속이 "0" (km/h)인 경우에는 상위 단계(S2)에서 검출된 배터리 충전상태(SOC)가 설정치보다 큰가를 판단한다.(S4)

여기서, 상기 배터리 충전상태(SOC)의 설정치는 40% 로 하는 것이 바람직하 며, 이러한 수치는 경험에 의한 임의의 값이다.

상기 단계(S4)에서, 배터리 충전상태의 조건을 만족하면, 상기 단계(S1)에서의 엔진 정지 상태를 그대로 유지하게 되며, 상기 단계(S4)에서, 배터리 충전상태(SOC)의 조건을 만족하지 않으면, 제어기는 모터 구동제어를 통하여 유성기어셋트(PG)의 링기어(R)를 최저출력조건으로 일방향 회전시켜 제1,2,3축(2,4,6) 상의 각 기어류의 백래쉬를 흡수하도록 제어하게 된다.

여기서, 상기 모터 구동제어의 최저출력조건은 외력이 없는 상태에서만 기어를 회전시킬 수 있는 정도의 최소출력을 생성하기 위한 제어조건을 말하며, 상기 링기어(R)의 회전방향은 유성기어셋트(PG)의 캐리어(PC)에 연결되는 유성기어들로부터 전달되는 회전력의 방향에 대향하는 방향을 상기 일방향으로 정의한다.

상기 단계(S6)에 이어서, 제어기는 제너레이터(G)에 배터리의 구동 전기신호를 입력하여 제너레이터(G)를 구동시킴으로써 엔진을 스타트시키게 된다.(S7)

이때의 엔진의 시동은 브레이크의 작동에 의해 상기 링기어(R)는 고정요소로 작동하게 되며, 전기에너지가 제너레이터(G)에 공급되어 제너레이터(G)와 연결된 선기어(S)를 구동하면, 상기 선기어(S)는 캐리어(PC)를 구동하여 엔진을 시동하는 방식으로 이루어진다.

즉, 단계(S6)에서 상기 링기어(R)는 상기 브레이크의 작동에 의해 실제로 일방향으로 회전하지는 않으며, 제1,2,3축(2,4,6) 상의 각 기어류의 백래쉬만을 흡수하는 정도만 미세 회전하게 된다.

상기 단계(S7)에서 스타트된 엔진의 구동력을 이용하여 제너레이터(G)는 발 전을 이루게 되며, 이러한 제너레이터(G)의 발전을 통하여 메인 배터리를 충전하게 된다.

그리고 상기 단계(S8)와 동시에, 상위 단계(S6)에서의 모터 구동제어를 해제하게 된다.(S9)

즉, 본 발명의 하이브리드 차량용 동력전달장치의 시동방법은 하이브리드 차량이 D 레인지에서 차량 정차 시, 최적의 연비를 위해서 D 레인지 임에도 불구하고 엔진은 정지되며(SOC 40%이상), 상기 D 레인지에서 차량 정차 시, 배터리 충전부족 현상이 발생하게 되면, 정차 시임에도 불구하고 정지된 엔진이 다시 시동되어 제너레이터(G)를 통하여 발전을 이루기 위한 것으로, 이때, 정지된 엔진이 제너레이터에 의해서 시동될 때 기어류들의 백래쉬에 의한 소음 및 타음의 발생을 방지해 주게 된다.

따라서 본 발명의 하이브리드 차량용 동력전달장치의 시동방법에 의하면, D 레인지에서 차량이 정차한 후, 배터리 충전상태(SOC) 부족으로 엔진을 재 시동하는 경우에, 모터 제어를 통하여 모터와 연결되는 링기어가 기어류의 백래쉬를 흡수하는 쪽으로 구동력이 작용하도록 하여 기어류들의 누적된 백래쉬(Backlash)에 의한 미세 회전을 방지하여 그 타음 발생을 방지하는 효과가 있다.

또한, 기어류의 누적된 백래쉬에 의한 타음을 방지함에 따른 변속기 전체의 진동과 소음을 유발하는 원인을 제거하며, 특히, D 레인지에서의 차량 정차 중, 배터리 충전부족에 따른 엔진 시동이 시작될 때 정숙성을 제공하며, 이로 인한 상품 성을 높이는 효과가 있다.

Claims

엔진으로부터 동력을 전달받는 제1축상에 유성기어셋트가 배치되고, 상기 유성기어셋트의 전후측에는 제네레이터(G)와 모터(M)가 각각 배치되며, 상기 유성기어셋트의 링기어로부터 출력되는 동력은 링기어와 연결되는 제1축상의 드라이브 스프로켓과 제2축상의 드리븐 스프로켓에 연결된 체인을 통하여 제2축으로 전달되며, 상기 동력은 제2축과 제3축에 형성된 기어를 통해 최종적으로 감속되어 제4축상의 디프렌셜을 통해 휠로 전달하는 하이브리드 차량용 동력전달장치의 시동방법에 있어서,

D 레인지 상태에서, 운전자의 조작에 의해 브레이크를 동작하여 차량을 정지시켜 엔진을 정지하도록 제어하는 제1단계; 상기 제1단계에 이어, 차속과 배터리 충전상태(SOC)를 검출하는 제2단계; 상기 제2단계에서 검출된 차속이 "0" (km/h)인가를 판단하는 제3단계; 상기 제3단계에서 차속이 "0"(km/h)이 아닌 경우에는 상위 단계로 리턴되며, 차속이 "0" (km/h)인 경우에는 상기 제2단계에서 검출된 배터리 충전상태(SOC)가 설정치보다 큰가를 판단하는 제4단계; 상기 제4단계에서, 조건을 만족하면, 상기 제1단계에서의 엔진 정지 상태를 유지하는 제5단계; 상기 제4단계에서, 조건을 만족하지 않으면, 모터 구동제어를 통하여 유성기어셋트의 링기어를 최저출력조건으로 일방향 회전시켜 제1,2,3축 상의 각 기어류의 백래쉬를 흡수하는 제6단계; 상기 제6단계에 이어, 제너레이터에 구동 전기신호를 입력하여 제너레이터를 구동시킴으로써 엔진을 스타트시키는 제7단계; 상기 제7단계에서 스타트된 엔진의 구동력을 이용하여 제너레이터의 발전을 이루어 메인 배터리를 충전하는 제8단계; 상기 제8단계와 동시에, 상기 제6단계에서의 모터 구동제어를 해제하는 제9단계를 포함하되,

상기 제6단계에서, 모터 구동제어의 최저출력조건은 외력이 없는 상태에서만 기어를 회전시킬 수 있는 정도의 최소출력을 생성하기 위한 제어조건인 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 동력전달장치의 시동방법.
제1항에 있어서,

상기 제4단계에서, 상기 배터리 충전상태(SOC)의 설정치는 40% 인 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 동력전달장치의 시동방법.
삭제
제1항에 있어서,

상기 제6단계에서, 상기 링기어의 회전방향은 유성기어셋트의 캐리어에 연결 되는 유성기어들로부터 전달되는 회전력의 방향에 대향하는 방향을 상기 일방향으로 하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 동력전달장치의 시동방법.