KR101304885B1

KR101304885B1 - 하이브리드 차량의 제어 방법

Info

Publication number: KR101304885B1
Application number: KR1020110088248A
Authority: KR
Inventors: 정상현; 송상록; 이학성; 공승기
Original assignee: 기아자동차주식회사; 현대자동차주식회사
Priority date: 2011-09-01
Filing date: 2011-09-01
Publication date: 2013-09-06
Also published as: KR20130025014A

Abstract

본 발명은 하이브리드 차량의 제어 방법에 관한 것으로서, EOP의 구동을 제어하는 펌프 제어기의 고장 및 CAN 통신 불능 상태, 릴레이 고장 등 OPU의 고장이 발생한 경우 클러치 및 브레이크 등 변속기 부품의 손상을 방지하면서 차량을 림프 홈 모드로 주행시킬 수 있는 하이브리드 차량의 제어 방법을 제공하는데 주된 목적이 있는 것이다. 상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 전동식 오일펌프, 펌프 제어기, 펌프 릴레이를 포함하는 오일 펌프 유닛을 구비한 하이브리드 차량의 제어 방법에 있어서, a) 상기 오일 펌프 유닛의 고장 여부를 검출하는 단계와; b) 상기 오일 펌프 유닛의 고장이 검출되는 경우, 변속기에서 발생하는 슬립량과 변속기 입력 토크로부터 변속기의 슬립에너지를 일정 주기로 산출하는 단계와; c) 각 주기마다 산출된 슬립에너지가 설정된 한계에너지에 도달하면, 요구 토크를 설정된 토크값으로 제한하여 엔진과 모터의 구동에 필요한 토크 지령을 산출하는 단계와; d) 산출된 토크 지령에 따라 엔진 토크 및 모터 토크를 제어하여 림프 홈 모드로 차량을 주행시키는 단계;를 포함하는 하이브리드 차량의 제어 방법을 제공한다.

Description

하이브리드 차량의 제어 방법{Control method of hybrid electric vehicle}

본 발명은 하이브리드 차량의 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 펌프 및 펌프 제어기, 릴레이를 포함하는 전동식 오일 펌프 유닛(OPU)의 고장이 발생한 경우 클러치 및 브레이크 등 변속기 부품의 손상을 방지하면서 차량을 림프 홈(limp home) 모드로 주행시킬 수 있는 하이브리드 차량의 제어 방법에 관한 것이다.

하이브리드 차량은 엔진 및 모터를 구동원으로 사용하여 배기가스 저감 및 연비 향상을 도모할 수 있는 차량으로서, 차량 주행을 위한 구동원이 되는 엔진 및 구동모터와 더불어, 엔진과 구동모터 사이에 개재되는 엔진클러치, 구동모터의 출력 측에 연결되어 구동축으로 동력을 전달하는 변속기, 구동모터의 동력원(전력원)이 되는 배터리, 구동모터의 구동을 제어하기 위한 인버터 등을 구비한다.

또한 하이브리드 차량에는 차량을 전반적으로 제어하는 차량 제어기(Hybrid Control Unit, 이하 "HCU"라 함)가 탑재되고, 그 밖에 차량의 각 장치를 제어하기 위한 다양한 제어기들이 구비된다.

예를 들어, 엔진의 작동을 제어하는 엔진 제어기(Engine Control Unit, 이하 "ECU"라 함), 구동모터의 작동을 제어하는 모터 제어기(Motor Control Unit, 이하 "MCU"라 함), 변속기의 작동을 제어하는 변속기 제어기(Transmission Control Unit, 이하 "TCU"라 함), 배터리의 상태를 감시하면서 배터리의 작동을 제어하는 배터리 제어기(Battery Management System, 이하 "BMS"라 함), 및 차량의 실내 온도를 제어하는 온도 제어기(Full Auto Temperature Controller, 이하 "FATC"라 함) 등을 구비한다.

그리고 최상위 제어기인 HCU와 각 장치를 제어하기 위한 ECU, MCU, TCU, BMS, FATC 등의 제어기들은 CAN 통신을 통해 상호 간에 정보를 주고받으면서 협조 제어를 수행하는데, 상위 제어기가 하위 제어기들로부터 각종 정보를 수집하면서 제어신호 등과 같은 명령을 하위 제어기에 전달하게 된다.

또한 하이브리드 차량은 엔진클러치 및 변속기를 구동하기 위해 필요로 하는 작동유를 공급하는 전동식의 오일펌프(Electric Oil Pump, 이하 "EOP"라 칭함), EOP의 작동을 제어하기 위한 펌프 제어기, EOP의 전력 공급을 단속하기 위한 릴레이 등을 포함하는 오일 펌프 유닛(Oil Pump Unit, 이하 "OPU")을 구비한다.

OPU의 펌프 제어기는 상위 제어기인 TCU와 CAN 통신을 통해 정보를 송수신하도록 구비되며, TCU에서 인가되는 제어신호에 의해 EOP의 동작을 전자적으로 제어한다.

그러나 펌프 제어기에 CAN 통신이 불가능한 고장 등이 발생하거나, TCU와 펌프 제어기 사이의 CAN 통신상에 문제가 발생하는 경우, 또는 펌프 릴레이 등의 부품에서 고장이 발생하는 경우, TCU에서 송신하는 제어신호를 펌프 제어기에서 수신하지 못할 뿐만 아니라 EOP의 작동이 제어될 수 없으므로, EOP가 엔진클러치 및 변속기에 작동유를 공급할 수 없게 된다.

일반 엔진 차량의 경우 엔진 축에 직결된 기계식 오일펌프의 고장 발생 빈도가 낮아 별도의 대응 기술을 적용하고 있지 않다.

하지만 EOP가 적용된 하이브리드 차량에서는, EOP가 전기식으로 제어되므로, 펌프 제어기의 고장이나 CAN 통신 불능 상태, 릴레이 고장 등과 같은 OPU 고장이 발생한 상태에서 차량을 그대로 주행하게 되면 변속기 어셈블리의 부품들, 특히 변속기 내에 장착된 클러치나 브레이크의 손상이 발생할 수 있고, 이에 클러치나 브레이크의 손상을 방지하기 위한 보호 로직이 필요하다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, OPU의 고장이 발생한 경우 클러치 및 브레이크 등 변속기 부품의 손상을 방지하면서 차량을 림프 홈(limp home) 모드로 주행시킬 수 있는 하이브리드 차량의 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 전동식 오일펌프, 펌프 제어기, 펌프 릴레이를 포함하는 오일 펌프 유닛을 구비한 하이브리드 차량의 제어 방법에 있어서, a) 상기 오일 펌프 유닛의 고장 여부를 검출하는 단계와; b) 상기 오일 펌프 유닛의 고장이 검출되는 경우, 변속기에서 발생하는 슬립량과 변속기 입력 토크로부터 변속기의 슬립에너지를 일정 주기로 산출하는 단계와; c) 각 주기마다 산출된 슬립에너지가 설정된 한계에너지에 도달하면, 요구 토크를 설정된 토크값으로 제한하여 엔진과 모터의 구동에 필요한 토크 지령을 산출하는 단계와; d) 산출된 토크 지령에 따라 엔진 토크 및 모터 토크를 제어하여 림프 홈 모드로 차량을 주행시키는 단계;를 포함하는 하이브리드 차량의 제어 방법을 제공한다.

여기서, 상기 슬립에너지는 설정된 각 주기의 시간 동안 발생하는 슬립량과 변속기 입력 토크로부터 계산되고, 상기 슬립량은 변속기의 입력속도와 출력속도의 차이 또는 모터 속도와 휠 속도의 차이로부터 계산되는 것을 특징으로 한다.

또한 변속기 입력속도 센서와 출력속도 센서의 정상 동작 여부를 확인하여 상기 두 센서의 정상 동작시 변속기 입력속도 센서와 변속기 출력속도 센서의 검출값으로부터 슬립량을 산출하고, 상기 두 센서 중 어느 하나라도 정상 동작하지 않을 경우 모터 속도 센서와 휠 속도 센서의 검출값으로부터 슬립량을 산출하도록 설정되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 b) 단계에서 차속검출부로부터 입력되는 현재의 차속이 오일펌프를 작동시키는 설정 차속 이하인지를 확인하고, 오일 펌프 유닛의 고장이 검출된 상태에서 현재의 차속이 설정 차속 이하인 경우에만 상기 b), c), d) 단계의 제어 과정을 수행하는 것을 특징으로 한다.

이에 따라 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 제어 방법에 의하면, EOP가 적용된 하이브리드 차량에서 OPU의 고장 발생시 슬립에너지가 미리 설정된 한계에너지를 넘지 않도록 운전자 요구 토크를 제한하는 림프 홈 모드로 차량을 주행시킴으로써 클러치 및 브레이크 등 변속기 부품의 손상을 방지하면서 차량을 이동시킬 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
도 2는 본 발명에 따른 제어 방법에 의거 요구 토크량 제한이 이루어지는 상태를 나타내는 도면이다.

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

본 발명은 하이브리드 차량의 제어 방법에 관한 것으로서, EOP가 적용된 하이브리드 차량에서 펌프 제어기의 고장이나 CAN 통신 불능 상태, 릴레이 고장과 같은 OPU의 고장이 발생한 경우에 운전자 요구 토크를 제한하여 클러치 및 브레이크 등 변속기 부품의 손상을 방지하면서 차량을 림프 홈(limp home) 모드로 주행시키고자 하는 것에 주안점이 있는 것이다.

여기서, 펌프 릴레이는 EOP로 공급되는 배터리 전력을 단속하기 위한 릴레이로서, 펌프 릴레이의 고장은 펌프 제어기에 의해 배터리 전력이 EPO로 공급되도록 릴레이가 온(on) 제어되는 상황에서도 온 되지 않는 경우 등을 예로 들 수 있다.

이러한 본 발명의 제어 과정은 하이브리드 차량에 구비되는 여러 제어기들 간 협조 제어에 의해 수행될 수 있는데, 예컨대 최상위 제어기인 HCU, 엔진의 작동 전반을 제어하는 ECU, 구동모터의 작동 전반을 제어하는 MCU, 변속기의 작동 전반을 제어하는 TCU 등이 이용될 수 있다.

통상의 경우, HCU는 APS(Accel Position Sensor) 신호에 기초하여 운전자가 가속페달을 밟는 양에 따라 운전자 요구 토크를 계산하고, 운전자 요구 토크로부터 최대 효율 계산을 바탕으로 엔진과 모터가 내야할 토크, 즉 최적 엔진 토크와 최적 모터 토크를 계산한 뒤 그에 따른 토크 지령을 ECU와 MCU에 전달하게 된다.

이에 ECU와 MCU는 HCU의 토크 지령에 상응하는 토크가 출력되도록 엔진과 구동모터를 제어하여 운전자 요구 토크를 충족시키는데, 본 발명의 제어 방법은, OPU의 고장이 발생한 특정 조건에서, HCU 내 토크 지령 산출시 실제 가속페달 가압량에 따른 운전자 요구 토크 입력을 차단하는 과정을 포함하며, 변속기 부품의 내구성능을 보증할 수 있는 제한된 요구 토크량으로 엔진 및 구동모터의 토크가 제어될 수 있도록 한다.

이와 같이 제한된 요구 토크량에 따라 엔진 및 구동모터의 토크를 제어할 경우, 클러치 및 브레이크 등 변속기 부품의 손상을 방지하면서, 정비공장이나 카센터 등으로 이동시키기 위한 최소한의 주행 상태인 림프 홈 모드로 차량을 주행시킬 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 제어 방법을 나타내는 순서도로서, 먼저 TCU가 OPU의 고장 여부를 확인하게 되는데(S11,S12), 통상 OPU의 펌프 제어기에서는 자체 진단 로직을 통해 OPU의 고장을 검출하며, 오일펌프나 릴레이의 고장 등 OPU의 고장 상태를 진단한 뒤 진단 결과에 따른 신호를 TCU로 송신하고 있는바, 이에 의해 TCU가 OPU의 고장 상태를 판별할 수 있게 된다.

또한 TCU는 펌프 제어기와 CAN 통신을 통해 상호 통신하여 펌프 제어기로부터 응답이 없는 경우 펌프 제어기의 고장이나 CAN 통신 불능 상태인 것으로 판정할 수 있다.

이와 같이 OPU의 고장이 발생하면 EOP를 통해 변속기 내 오일 공급이 불가하기 때문에 TCU는 OPU의 고장 여부를 상시 모니터링하여 확인하도록 구비된다.

여기서, OPU의 고장 상태가 검출되면, TCU는 CAN 통신을 통해 차량의 림프 홈 주행을 위한 신호를 HCU, ECU, MCU 등의 각 제어기에 송신하게 되며(S13), 이어 차량 내 클러스터 등 운전석 일측에 운전자 확인이 가능하도록 구비된 경고등을 점등시키게 된다(S14).

이어 EOP가 특정 차속 이하에서만 동작하므로, 상기 TCU는 차속검출부의 검출값인 현재의 차속을 모니터링하여 OPU의 고장 상태임을 확인한 뒤 차속검출부에서 입력되는 현재의 차속이 오일펌프를 작동시키는 설정 차속 이하인 경우 변속기 내 클러치 및 브레이크의 슬립에너지량을 일정 시간 주기로 계산하는 과정을 수행한다(S15~S18).

이때 슬립에너지량은 각 주기의 설정된 시간(T) 동안 변속기 입력축과 출력축 간에 발생하는 슬립량(ΔRPM)과 변속기 입력 토크(Tq_input)로부터 계산되는데, 이러한 슬립에너지는 하기 식(1)로부터 계산될 수 있다.

슬립에너지 = 슬립량(ΔRPM) × 시간(T) × 입력 토크(Tq_input) (1)

상기 슬립량은 변속기의 입력속도와 출력속도의 차이 또는 모터 속도와 휠 속도의 차이로부터 계산될 수 있으며, 상기 입력 토크는 ECU에 의해 제어되는 엔진 토크값과, MCU에 의해 제어되는 모터 토크값의 합으로 계산될 수 있다.

여기서, TCU는 변속기 입력속도 센서와 출력속도 센서의 검출값을 입력받아 그로부터 슬립량을 산출하거나, 또는 모터 속도 센서와 휠 속도 센서의 검출값을 입력받아 그로부터 슬립량을 산출할 수 있는바, 도 1에 나타낸 바와 같이 상기 슬립에너지량을 계산하는 과정 이전에 TCU가 각 센서의 정상 동작 여부를 확인하는 과정(S16,S16')을 거치도록 하는 것이 바람직하다.

이때 TCU가 변속기 입력속도 센서와 출력속도 센서가 모두 정상 작동하는 경우 그 검출값인 변속기 입력속도와 변속기 출력속도로부터 슬립량을 산출하며, 만약 변속기 입력속도 센서와 출력속도 센서 중 어느 하나라도 정상 동작하지 않을 경우 모터 속도 센서와 휠 속도 센서의 검출값인 모터 속도와 휠 속도로부터 슬립량을 산출하도록 설정될 수 있다.

상기 변속기 입력속도 센서와 출력속도 센서의 정상 동작 여부는 통상 TCU에서 소정의 센서 진단 로직을 통해 수행하고 있으며, 모터 속도 센서와 휠 속도 센서에 대해서는 ABS ECU(Electronic Control Unit)에서 소정의 센서 진단 로직을 통해 수행하고 있다.

이에 모터 속도 센서와 휠 속도 센서에 대해서는 TCU가 ABS ECU와 통신하여 센서의 정상 동작 여부를 확인하게 된다.

센서들이 정상적으로 검출 동작을 수행하고 있는지를 판정하는 과정은 관련 제어기에서 센서 출력을 모니터링하여 확인하는 진단 로직을 통해 통상 수행되고 있는 과정이므로 이에 대한 더 이상의 상세한 설명은 생략하기로 한다.

한편, 센서 정상 상태에서 상기와 같이 클러치 및 브레이크의 슬립에너지가 주기적으로 산출되는 동안 TCU는 각 주기마다 현재의 슬립에너지를 미리 설정된 한계에너지와 비교하게 된다(S19).

여기서 슬립에너지가 한계에너지 미만인 경우, TCU가 HCU로 별도 신호를 출력하지 않으므로, HCU가 정상적으로 운전자 요구 토크에 따르는 엔진 토크 지령 및 모터 토크 지령을 산출하여 출력하게 되고, 이에 운전자 요구 토크가 반영된 HCU의 토크 지령에 따라 ECU 및 MCU가 엔진 및 모터 토크 제어를 수행하여 정상적인 차량 주행이 이루어진다.

그러나 현재의 슬립에너지가 한계에너지에 도달하거나 그 이상이 될 경우, 클러치 및 브레이크의 내구 성능을 보증하기 위해 TCU가 HCU로 운전자 요구 토크 입력을 차단하기 위한 신호를 출력하게 된다.

이에 HCU는 HCU 내 토크 산출부로의 운전자 요구 토크 입력을 차단함과 동시에 산출되는 요구 토크량을 미리 설정된 토크 값으로 제한하게 된다(S20,S21).

즉, 슬립에너지가 한계에너지를 넘지 않도록 차량 주행에 필요한 요구 토크량을 운전자 요구 토크가 반영되지 않은 일정 토크값으로 제한하여 차량을 림프 홈 모드로 주행시키는 것이다.

이때 운전자가 가속페달을 가압하여 가속페달 가압에 따른 운전자 요구 토크가 발생하더라도, HCU에서 운전자 요구 토크 입력을 차단함과 동시에 요구 토크량을 미리 설정된 토크값으로 일정하게 제한하므로, 가속페달 조작과는 무관하게 설정된 토크값에 따르는 엔진 토크 지령 및 모터 토크 지령을 산출 및 출력하게 된다.

이에 따라 ECU 및 MCU가 상기 설정된 토크값에 기초한 HCU의 토크 지령값(림프 홈 모드의 설정된 토크 지령값)으로 엔진 및 모터의 토크 제어를 수행하여 차량의 림프 홈 주행이 이루어지며, 이를 통해 슬립에너지가 한계에너지 미만인 상태로 유지되도록 한다.

물론, 상기 슬립량 계산, 슬립에너지량 계산, 슬립에너지량과 한계에너지량의 비교, 운전자 요구토크 차단 및 요구 토크량 제한의 과정은 차량의 주행 동안 주기적으로 반복 수행되는바, 슬립에너지가 항상 한계에너지 미만인 상태로 차량이 주행될 수 있게 된다.

이와 같이 본 발명에서는 현재의 슬립에너지를 계산한 뒤 현재의 슬립에너지가 한계에너지를 넘지 않도록 요구 토크량을 제한하는 림프 홈 모드로 차량을 주행시키는바, 이를 통해 변속기 내 클러치 및 브레이크의 손상을 방지하면서 차량을 정비가 가능한 장소로 임시로 이동시킬 수 있게 된다.

도 2는 본 발명에 따른 제어 방법에 의거 요구 토크량 제한이 이루어지는 상태를 나타내는 도면으로, 도시된 바와 같이 속도 검출값으로부터 산출된 슬립에너지가 미리 설정된 한계에너지에 도달한 경우 운전자가 가속페달을 가압하더라도(APS 신호값 참조) 요구 토크량이 일정 값으로 제어됨을 나타내고 있다.

상기 한계에너지는 동일 차량 조건에서 선행 테스트를 통해 실험적으로 구해지는 값으로, 변속기 내 부품인 클러치와 브레이크의 손상이 발생하지 않으면서 내구 성능을 보증할 수 있는 최대 슬립에너지량을 실험적으로 구하여 설정할 수 있다.

이상으로 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하였는바, 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.

Claims

전동식 오일펌프, 펌프 제어기, 펌프 릴레이를 포함하는 오일 펌프 유닛을 구비한 하이브리드 차량의 제어 방법에 있어서,
a) 상기 오일 펌프 유닛의 고장 여부를 검출하는 단계와;
b) 상기 오일 펌프 유닛의 고장이 검출되는 경우, 변속기에서 발생하는 슬립량과 변속기 입력 토크로부터 변속기의 슬립에너지를 일정 시간 주기로 산출하는 단계와;
c) 각 주기마다 산출된 슬립에너지가 설정된 한계에너지에 도달하면, 요구 토크를 설정된 토크값으로 제한하여 엔진과 모터의 구동에 필요한 토크 지령을 산출하는 단계와;
d) 산출된 토크 지령에 따라 엔진 토크 및 모터 토크를 제어하여 림프 홈 모드로 차량을 주행시키는 단계;
를 포함하고,
상기 슬립에너지는 각 주기의 설정된 시간 동안 발생하는 슬립량과 변속기 입력 토크로부터 계산되고, 상기 슬립량은 변속기의 입력속도와 출력속도의 차이 또는 모터 속도와 휠 속도의 차이로부터 계산되며,
변속기 입력속도 센서와 출력속도 센서의 정상 동작 여부를 확인하여 상기 두 센서의 정상 동작시 변속기 입력속도 센서와 변속기 출력속도 센서의 검출값으로부터 슬립량을 산출하고, 상기 두 센서 중 어느 하나라도 정상 동작하지 않을 경우 모터 속도 센서와 휠 속도 센서의 검출값으로부터 슬립량을 산출하도록 설정되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 제어 방법.
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청구항 1에 있어서,
상기 b) 단계에서 차속검출부로부터 입력되는 현재의 차속이 오일펌프를 작동시키는 설정 차속 이하인지를 확인하고, 오일 펌프 유닛의 고장이 검출된 상태에서 현재의 차속이 설정 차속 이하인 경우에만 상기 b), c), d) 단계의 제어 과정을 수행하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 제어 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 오일 펌프 유닛의 고장은 전동식 오일펌프의 고장, 펌프 제어기의 고장, 펌프 릴레이의 고장, 및 펌프 제어기의 CAN 통신 불능 상태 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 제어 방법.