KR101262002B1 - 하이브리드 차량의 엔진 시동 시 변속 제어 시스템 및 방법 - Google Patents

하이브리드 차량의 엔진 시동 시 변속 제어 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하이브리드 차량의 엔진 시동중 변속 충격이 발생되는 현상을 방지할 수 있도록 한 하이브리드 차량의 엔진 시동중 변속 제어 시스템 및 방법에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 엔진과, 엔진 크랭킹 및 엔진 속도를 변속제어하는 제1모터와, 차축에 토크를 직접 전달하는 트랙션 모터인 제2모터와, 엔진과 제1모터간을 연결하는 제1유성기어셋트와, 엔진과 제2모터간을 연결하는 제2유성기어셋트를 포함하는 하이브리드 차량의 파워트레인 구성에 있어서, 제2유성기어셋트의 링기어에 대한 목표속도 추종을 위한 제2모터의 목표속도를 입력받아 제2모터의 목표속도에 해당하는 토크를 계산하는 동시에 계산된 토크를 제2모터에 지령하는 PI 제어부와; 엔진 시동 중, 제2모터로 전달되는 반력에 해당되는 토크를 피드포워드 텀(Feedforward term) 제어 방식으로 PI 제어부에 입력하는 엔진 마찰 토크 피드포워드부; 를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 엔진 시동중 변속 제어 시스템 및 방법을 제공한다.

Description

하이브리드 차량의 엔진 시동 시 변속 제어 시스템 및 방법{System and method for transmission while engine starting of hybrid vehicle}
본 발명은 하이브리드 차량의 엔진 시동 시 변속 제어 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 하이브리드 차량의 엔진 시동중 변속 충격이 발생되는 현상을 방지할 수 있도록 한 하이브리드 차량의 엔진 시동 시 변속 제어 시스템 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 하이브리드 차량은 엔진 뿐만 아니라 모터 구동원을 보조 동력원으로 채택하여, 배기가스 저감 및 연비 향상을 도모할 수 있는 미래형 차량을 말한다.
이러한 하이브리드 차량의 동력전달을 위한 파워트레인 구성의 일례를 첨부한 도 1을 참조로 살펴보면 다음과 같다.
첨부한 도 1의 하이브리드 차량용 파워트레인의 경우, 엔진(10)과, 엔진 크랭킹 및 엔진 속도를 변속제어하는 제1모터(MG1)와, 차축에 토크를 직접 전달하는 트랙션 모터인 제2모터(MG2), 그리고 한 쌍의 유성기어셋트(20,22)를 포함하여 구성된다.
상기 엔진(10)의 출력축이 제1유성기어셋트(20)의 캐리어(C1)와 연결되는 동시에 제2클러치(CL2)를 매개로 제2유성기어셋트(22)의 제2선기어(S2)와 연결된다.
상기 제1모터(MG1)의 출력축은 제1유성기어셋트(20)의 선기어(S1)와 직결되고, 제2모터(MG2)의 출력축은 제2유성기어셋트(20)의 제2선기어(S2)에 직결된다.
이때, 상기 제1유성기어셋트(20)의 링기어(R1)와 제2유성기어셋트(22)의 캐리어(C2)가 연결되고, 이 제2유성기어셋트(22)의 캐리어(C2)는 최종 출력축과 연결된다.
또한, 상기 제1유성기어셋트(20)의 캐리어(C1) 출력측과 제2유성기어셋트(22)의 링기어(R2)가 제1클러치(CL1)를 매개로 연결된다.
또한, 상기 제1모터(MG1)와 제1유성기어셋트(20)의 선기어(S1)간의 연결축에는 제1브레이크(BK1)가 장착되고, 제1유성기어셋트(20)의 캐리어(C1) 출력측과 제2유성기어셋트(22)의 링기어(R2)를 연결하는 축에는 제2브레이크(BK2)가 장착된다.
이러한 하이브리드 차량의 파워트레인 구조에 있어서, 제1모터(MG1)는 엔진 크랭킹을 위한 토크를 발생시키고 엔진 속도를 변속제어하는 역할을 하고, 제2모터(MG2)는 차축에 토크를 직접 전달하는 트랙션 모터 기능을 수행하는 동시에 주행 상황에 따라 제2유성기어셋트(22)의 링기어(R2)가 목표속도를 추종하도록 링기어의 속도제어 기능도 수행한다.
상기와 같은 하이브리드 차량의 파워트레인 시스템에 있어서, 중립 기어단(P 또는 N) 유지 시, 유압 제어에 의하여 클러치(Clutch) 및 브레이크(Brake)를 포함하는 모든 작동 요소가 작동 해제된다.
특히, 중립 기어단(P 또는 N)에서 주행기어단(R 또는 D)로 전환이 용이하게 이루어지도록 함에 있어서, 제2유성기어셋트(22)의 링기어(R2)의 속도를 제2브레이크(Brake2)와 결합하기 쉽게 0으로 유지되게 제어하거나, 제2유성기어셋트(22)의 링기어(R2)의 속도를 제1클러치(Clutch1)와의 결합이 쉽게 되도록 제1유성기어셋트(20)의 캐리어(C1)의 속도와 같도록 제어한다.
따라서, 일반적 주행 상황(엔진 시동 후)에서는 제2유성기어셋트(22)의 링기어(R2)의 속도가 목표속도를 유지하고 있기 때문에, N단에서 D단, 또는 N단에서 R단으로의 정적 변속(Static shift) 시, 쇼크(Shock)가 발생하지 않으나, 엔진 시동 중 정적 변속(Static Shift) 이루어지면 쇼크 현상이 발생되는 문제점이 있다.
즉, 링기어(R2)의 목표속도 추종을 위하여, 제2모터(MG2)의 속도에 대하여 PI 제어부를 이용한 피드백(feedback) 제어를 수행하나, 피드백 제어시의 응답도(Transient Response, 출력이 정상상태가 되기까지의 응답)가 떨어져 링기어(R2)는 목표속도로 유지되지 않게 되어, 제2유성기어셋트의 작동요소 결합 시 쇼크 현상이 발생하는 문제점이 있다.
이렇게, 엔진 시동 중 P단 또는 N단에서 D단 또는 R단으로의 정적 변속(Static Shift)가 일어나게 되면, 시동 중 엔진 마찰력(friction)에 상당하는 반력이 제2모터(MG2)의 출력축 쪽에 작용하게 되어, 제2모터(MG2)의 속도 저하(Drop)가 순간적으로 발생하게 되고, 이로 인해 중립 기어단(P 또는 N)에서 주행기어단(R 또는 D)로의 전환시 작동하는 제2유성기어셋트(22)의 링기어(R2)가 순간적으로 목표속도를 벗어나면서 쇼크 현상이 발생할 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 엔진 시동 중 P단 또는 N단에서 D단 또는 R단으로의 정적 변속(Static Shift)이 일어나더라도, 피드포워드 제어를 이용하여 엔진 마찰력에 상당하는 반력 만큼의 토크를 제2모터에 인가하여, 제2모터의 속도가 저하되는 것을 방지하는 동시에 링기어의 속도 변화를 방지함으로써, 엔진 시동 시 중립 상태에서 D 또는 R단 변속할 때 쇼크가 발생하는 것을 용이하게 방지할 수 있는 하이브리드 차량의 엔진 시동 시 변속 제어 시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 구현예는: 엔진과, 엔진 크랭킹 및 엔진 속도를 변속제어하는 제1모터와, 차축에 토크를 직접 전달하는 트랙션 모터인 제2모터와, 엔진과 제1모터간을 연결하는 제1유성기어셋트와, 엔진과 제2모터간을 연결하는 제2유성기어셋트를 포함하는 하이브리드 차량의 엔진 시동중 변속 제어 시스템에 있어서, 상기 제2유성기어셋트의 링기어에 대한 목표속도 추종을 위한 제2모터의 목표속도를 입력받아 제2모터의 목표속도에 해당하는 토크를 계산하는 동시에 계산된 토크를 제2모터에 지령하는 PI 제어부와; 엔진 시동 중, 제2모터로 전달되는 반력에 해당되는 토크를 피드포워드 텀(Feedforward term) 제어 방식으로 PI 제어부에 입력하는 엔진 마찰 토크 피드포워드부; 를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 엔진 시동중 변속 제어 시스템을 제공한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 구현예는: 변속단이 P단 또는 N단에서 엔진 시동 중, 제2유성기어셋트의 링기어에 대한 목표속도 추종을 위한 제2모터의 출력토크를 피드백 제어하여 산출하는 단계와; 피드포워드 텀에 해당하는 토크와, 엔진에서 제2모터로 전달되는 반력에 해당되는 토크를 합한 최종 토크를 제2모터에 지령하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 엔진 시동중 변속 제어 방법을 제공한다.
바람직하게는, 엔진에서 제2모터로 전달되는 반력에 해당되는 토크는 피드포워드 텀(Feedforward term) 제어에 따른 피드포워드 텀으로 설정되어, 피드백 제어를 통해 산출된 출력토크와 합해지는 것을 특징으로 한다.
상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.
본 발명에 따르면, 엔진 시동 중 P단 또는 N단에서 D단 또는 R단으로 변속될 때, 피드포워드 제어를 이용하여 엔진 마찰력에 상당하는 반력 만큼의 토크를 제2모터에 인가하여, 제2모터의 속도가 저하되는 것을 방지하는 동시에 링기어의 속도 변화를 방지함으로써, 엔진 시동 시 중립 상태에서 D 또는 R단 변속할 때 쇼크가 발생하는 것을 용이하게 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 엔진 시동중 변속 제어 시스템 및 방법이 적용되는 파워트레인 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 엔진 시동중 변속 제어 시스템을 나타내는 제어블록도,
도 3은 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 엔진 시동중 변속 제어 방법을 설명하는 속도선도,
도 4는 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 엔진 시동중 변속 제어 방법을 설명하는 순서도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 하이브리드 차량의 엔진 시동중 변속 제어 시스템 및 방법은 도 1을 참조로 설명된 바와 같이, 엔진(10)과, 엔진 크랭킹 및 엔진 속도를 변속제어하는 제1모터(MG1)와, 차축에 토크를 직접 전달하는 트랙션 모터인 제2모터(MG2), 그리고 한 쌍의 유성기어셋트(20,22)가 포함된 구성에 적용된다.
특히, 상기 제1모터(MG1)는 엔진 크랭킹을 위한 토크를 발생시키고 엔진 속도를 변속제어하는 역할을 하고, 제2모터(MG2)는 차축에 토크를 직접 전달하는 트랙션 모터 기능을 수행하는 동시에 주행 상황에 따라 제2유성기어셋트(22)의 링기어(R2)가 목표속도를 추종하도록 링기어의 속도제어 기능도 수행한다.
본 발명은 엔진 시동 중 P단 또는 N단에서 D단 또는 R단으로의 변속이 일어나는 경우, 피드포워드 제어를 이용하여 엔진 마찰력에 상당하는 반력 만큼의 토크를 제2모터에 추가로 인가하여, 제2모터의 속도가 저하되는 것을 방지하는 동시에 링기어의 속도 변화를 방지함으로써, 엔진 시동 시 중립 상태에서 D 또는 R단 변속할 때 쇼크가 발생하는 것을 방지할 수 있도록 한 점에 주안점이 있다.
전술한 바와 같이, 종래에는 엔진 시동후, 평상시 주행 상황에서는 링기어(R2)의 속도가 목표속도를 유지하게 되므로, 변속시(P단 또는 N단에서 D단 또는 R단으로) 쇼크(Shock)가 발생하지 않으나, 엔진 시동 시 변속이 이루어지면 엔진 마찰력(friction)에 상당하는 반력이 제2모터(MG2)의 출력축 쪽에 작용하게 됨으로써, 제2모터(MG2) 속도가 떨어지는 현상이 발생되는 동시에 이와 연동하여 링기어(R2)가 순간적으로 목표속도를 벗어나게 되어, 제2유성기어셋트의 작동요소 결합 시 쇼크 현상이 발생하는 문제점이 있다.
다시 말해서, 중립 기어단(P 또는 N)에서 제2유성기어셋트(22)의 링기어(R2)의 속도는 제1브레이크(Brake2)와 결합하기 쉽게 0으로 유지되거나, 제1클러치(Clutch1)와의 결합이 쉽게 되도록 제1유성기어셋트(20)의 캐리어(C1)의 속도와 같게 제어하지만, 엔진 시동과 동시에 N단에서 D단, 또는 N단에서 R단으로의 변속 시, 엔진 마찰력(friction)에 상당하는 반력이 링기어의 속도를 제어하는 제2모터(MG2)에 작용하는 동시에 링기어(R2)가 순간적으로 목표속도를 벗어나게 되어, 링기어(R2)가 작동요소와 결합될 때, 캐리어(C1)와 결합을 위한 클러치(Clutch1)가 결합되거나, 제1브레이크가 결합될 때, 쇼크(Shock)가 발생하게 된다.
본 발명은 상기한 쇼크 발생 문제점을 해결하고자, 엔진 시동 시 링기어(R2)의 속도 변화를 방지하여 중립 상태에서 D단 또는 R단으로의 변속 시 쇼크 현상이 발생되는 것을 방지하고자 한 것이다.
이를 위해, 본 발명의 하이브리드 차량용 엔진 시동시 변속 제어 시스템은 첨부한 도 2에 도시된 바와 같이, 제2유성기어셋트(22)의 링기어(R2)에 대한 목표속도 추종을 위한 제2모터(MG2)의 목표속도를 입력받아, 제2모터(MG2)의 목표속도에 해당하는 토크를 계산하는 동시에 계산된 토크를 제2모터(MG2)에 지령하는 PI 제어부(40)와, 엔진 시동 시, 제2모터(MG2)로 전달되는 반력에 해당되는 토크를 피드포워드 텀(Feedforward term) 제어 방식으로 PI 제어부(40)에 입력하는 엔진 마찰 토크 피드포워드부(30)로 구성된다.
이러한 시스템 구성을 기반으로 하는 본 발명의 하이브리드 차량용 엔진 시동중 변속 제어 방법을 첨부한 도 2 내지 도 4를 참조로 설명하면 다음과 같다.
변속단 P단 또는 N단에서 엔진 시동 시, 제2유성기어셋트(22)의 링기어(R2)에 대한 목표속도 추종을 위한 제2모터(MG2)의 목표속도가 PI 제어부(40)로 입력되면, PI 제어부(24)에서 제2모터(MG2)의 목표속도를 기반으로 제2모터에 대한 토크를 계산하고, 계산된 토크를 제2모터(MG2)에 지령하게 되며, 이에 제2모터(MG1)의 목표속도에 추종하도록 제2유성기어셋트(22)의 링기어(R2)의 속도를 제어하는 상태가 된다.
이때, 제2모터(MG2)에 지령되는 최종 토크는 PI 제어부(40)에서 피드백 제어하여 산출된 토크외에, 엔진(10)에서 제2모터(MG2)로 전달되는 반력에 해당되는 토크가 더 인가된다.
즉, 제1모터(MG1)에 의한 크랭킹 토크에 의한 엔진 시동 시, 제2모터(MG2)로 전달되는 반력에 해당되는 토크를 엔진 마찰 토크 피드포워드부(30)에서 피드포워드 텀(Feedforward term) 제어 방식으로 PI 제어부(40)에 입력함으로써, 엔진(10)에서 제2모터(MG2)로 전달되는 반력에 해당되는 토크가 피드포워드 텀(Feedforward term) 제어에 따른 피드포워드 텀으로 설정되어, 결국 PI 제어기(40)에서 피드백 제어를 통해 산출된 출력토크와 합해지게 되고, 이 합해진 최종 토크가 제2모터(MG2)에 출력된다.
따라서, 엔진 시동 시 P단 또는 N단에서 D단 또는 R단으로 변속이 일어날 때, 엔진 마찰력(friction)에 상당하는 반력이 제2모터(MG2)의 출력축 쪽에 작용하더라도, 그 반력에 해당하는 토크가 제2모터(MG2)에 인가된 상태이므로, 제2모터(MG2)의 속도 저하(Drop)가 발생하지 않게 되고, 또한 제2유성기어셋트(22)의 링기어(R2)도 목표속도를 벗어나지 않게 되므로, 링기어와 작동 요소간의 결합시 쇼크 현상이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
10 : 엔진
20 : 제1유성기어셋트
22 : 제2유성기어셋트
30 : 엔진 마찰 토크 피드포워드부
40 : PI 제어부
MG1 : 제1모터
MG2 : 제2모터

Claims (3)

  1. 엔진(10)과, 엔진 크랭킹 및 엔진 속도를 변속제어하는 제1모터(MG1)와, 차축에 토크를 직접 전달하는 트랙션 모터인 제2모터(MG2)와, 엔진과 제1모터간을 연결하는 제1유성기어셋트(20)와, 엔진과 제2모터간을 연결하는 제2유성기어셋트(22)가 포함하는 하이브리드 차량의 엔진 시동중 변속 제어 시스템에 있어서,
    엔진 시동 시, 상기 제2유성기어셋트(22)의 링기어(R2)에 대한 목표속도 추종을 위한 제2모터(MG2)의 목표속도를 입력받아 제2모터(MG2)의 목표속도에 해당하는 토크를 계산하는 동시에 계산된 토크를 제2모터(MG2)에 지령하는 PI 제어부와;
    엔진 시동 시, 제2모터(MG2)로 전달되는 반력에 해당되는 토크를 피드포워드 텀(Feedforward term) 제어 방식으로 PI 제어부(40)에 입력하는 엔진 마찰 토크 피드포워드부(30);
    를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 엔진 시동 시 변속 제어 시스템.
  2. 엔진(10)과, 엔진 크랭킹 및 엔진 속도를 변속제어하는 제1모터(MG1)와, 차축에 토크를 직접 전달하는 트랙션 모터인 제2모터(MG2)와, 엔진과 제1모터간을 연결하는 제1유성기어셋트(20)와, 엔진과 제2모터간을 연결하는 제2유성기어셋트(22)를 포함하며, 상기 제2유성기어셋트(22)의 링기어(R2)가 제1클러치(CL1)를 매개로 제1유성기어셋트(20)의 캐리어(C1)측과 연결되어 있는 하이브리드 차량의 엔진 시동중 변속 제어 시스템을 제어하는 방법에 있어서,
    변속단 P단 또는 N단에서 엔진 시동 중, 제2유성기어셋트(22)의 링기어(R2)에 대한 목표속도 추종을 위한 제2모터(MG2)의 출력토크를 피드백 제어하여 산출하는 단계와;
    엔진 시동 시, 엔진(10)에서 제2모터(MG2)로 전달되는 반력에 해당되는 토크와, 피드백 제어를 통해 산출된 출력토크를 합한 최종 토크를 제2모터(MG2)에 지령하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 엔진 시동 시 변속 제어 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    엔진(10)에서 제2모터(MG2)로 전달되는 반력에 해당되는 토크는 피드포워드 텀(Feedforward term) 제어에 따른 피드포워드 텀으로 설정되어, 피드백 제어를 통해 산출된 출력토크와 합해지는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 엔진 시동 시 변속 제어 방법.
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