KR101360051B1

KR101360051B1 - 친환경 자동차의 토크 중재장치 및 방법

Info

Publication number: KR101360051B1
Application number: KR1020120073074A
Authority: KR
Inventors: 정상현; 안철민; 공승기
Original assignee: 기아자동차주식회사; 현대자동차주식회사
Priority date: 2012-07-04
Filing date: 2012-07-04
Publication date: 2014-02-25
Also published as: KR20140005545A

Abstract

본 발명은 회생 발전이 실행되는 상태에서 변속 제어가 실행되는 경우 토크 중재를 제어하여 변속 이질감이 발생되지 않도록 하는 친환경 자동차의 토크 중재방법이 개시된다.
본 발명은 (A) 엔진 클러치가 결합된 HEV모드에서 감속이 검출되면 회생 제동량을 결정하여 모터의 회생 토크를 제어하는 과정; (B) A과정이 실행되는 상태에서 변속 요구가 검출되면 엔진에 직결된 HSG의 구동으로 배터리 충전이 제공되는 상태인지 판단하는 과정; (C) B과정에서 HSG의 구동으로 배터리 충전이 제공되는 상태이면 HSG의 충전 토크를 보상하여 변속기의 입력토크를 중재하는 과정을 포함한다.

Description

친환경 자동차의 토크 중재장치 및 방법{TORQUE INTERVENTION SYSTEM FOR GREEN CAR AND METHOD THEREOF}

본 발명은 친환경 자동차에 관한 것으로, 보다 상세하게는 회생 발전이 실행되는 상태에서 변속 제어가 실행되는 경우 토크 중재를 제어하여 변속 이질감이 발생되지 않도록 하는 친환경 자동차의 토크 중재장치 및 방법에 관한 것이다.

최근들어, 연비 향상의 요구와 강화되는 배출가스 규제에 따라 친환경 자동차가 제공되고 있다.

친환경 자동차는 하이브리드 자동차, 연료전지 자동차, 전기자동차, 플러그인 전기자동차를 포괄하는 것으로 하나 이상의 모터와 엔진이 구비되고, 모터를 구동시키는 배터리, 배터리의 직류 전압을 교류전압으로 변환시키는 인버터, 엔진 시동과 발전을 실행하는 HSG(Hybrid Starter Generator), 엔진과 모터 사이에 장착되어 EV모드 혹은 HEV모드를 제공하는 엔진 클러치가 장착된다.

친환경 자동차는 가속페달과 브레이크 페달의 조작에 따른 가감속 의지, 도로의 구배도, 배터리 및 모터의 조건에 따라 모터만의 작동으로 주행을 제공하는 EV모드, 엔진 클러치로 엔진과 모터를 결합하여 엔진과 모터의 효율이 가장 좋은 영역으로 주행을 제공하는 HEV모드가 제공된다.

친환경 자동차는 가속페달을 팁 인(Tip in)하여 EV모드 혹은 HEV모드로 주행하는 상태에서 팁 아웃(Tip out)이 발생되면 회생 제동량을 결정하고 모터의 회생 토크를 제어하여 배터리 충전을 제공한다.

일반적인 내연기관 자동차에 적용되는 자동변속기의 변속제어는 엔진의 역토크가 작용하는 동안에는 변속제어가 실행되지 않는다.

그러나, 친환경 자동차는 엔진과 모터의 사이에 엔진 클러치가 장착되고 엔진의 출력을 활용하여 충전하는 별도의 충전장치가 적용되므로, 배터리를 충전할 때 충전 효율을 높이기 위해 엔진 클러치를 결합한 상태에서 변속제어를 수행한다.

이와 같이 엔진 클러치의 결합에 따라 엔진토크와 부하토크, 모터토크의 합이 변속기의 입력토크로 작용하기 때문에 회생 토크가 제어되는 상태에서 변속 제어가 실행되고, 엔진토크로 별도의 충전장치를 구동시켜 배터리 충전을 제공하는 경우 변속기에 입력되는 토크 보상이 제공되어야만 변속 이질감을 제거할 수 있다.

종래의 친환경 자동차는 HEV모드의 주행에서 회생 토크가 제어될 때 변속이 실행되는 경우 엔진 클러치를 해제한 다음 변속기에 입력되는 모터의 회생 제동토크를 제어하였다.

따라서, 첨부된 도 4에서 알 수 있는 바와 같이, 엔진 클러치가 결합된 HEV모드의 주행에서 엔진의 출력으로 HSG를 구동시켜 배터리 충전을 제공하는 상태(a)에서 N단에서 N-1단으로 변속이 실행되는 경우 토크 중재가 적용되지 않아 모터 토크는 'b'의 상태가 된다.

이와 같이 HSG의 충전이 실행되는 상태에서 변속이 진행되면 HSG의 충전에 따라 엔진의 토크 손실이 발생되므로, 변속기에는 마이너스(-) 토크가 입력되어 유압 제어 가능영역을 이탈하므로 'c' 영역과 같이 변속단이 풀리는 런 다운(Run Down)현상이 발생하여 변속 충격 및 운전성 악화를 유발시키게 된다.

그리고, 이러한 현상이 지속적으로 반복되는 경우 변속기 내부의 마찰 요소인 클러치와 브레이크의 열화를 가중시켜 내구 성능에 영향을 미칠 수 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 개선하기 위한 것으로 해결하고자 하는 과제는 엔진 클러치를 결합한 HEV모드에서 감속으로 모터의 회생 토크가 제어되고, 엔진에 직결된 HSG의 구동으로 배터리 충전을 제공할 때 변속이 실행되는 경우 HSG의 충전토크를 보상하여 엔진과 모터토크의 합으로 입력되는 변속기의 입력토크를 안정되게 유지함으로써, 변속감(Shift Quality) 향상을 제공하고자 한다.

본 발명의 실시예에 따르는 특징은 엔진과 모터를 동력원으로 갖는 친환경 자동차에 있어서, 엔진과 모터의 사이에 장착되어 EV모드/HEV모드를 실행하는 엔진 클러치; 감가속 요구를 검출하는 가속페달 및 브레이크 검출기; 엔진과 직결되어 시동 온을 실행하고, 시동 온 상태에서 제너레이터로 동작되어 배터리 충전을 제공하는 HSG; 가감속의지와 제동의지, 배터리 충전상태, 배터리 온도, 모터 온도, 도로 구배도를 포함하는 운전조건에 따라 제어기들을 통합 제어하여 출력 토크를 제어하고 엔진 클러치를 작동시켜 HEV모드와 EV모드를 제어하는 하이브리드 제어기를 포함하고,

상기 하이브리드 제어기는 HEV모드에서 감속에 따라 모터의 회생 토크가 제어되는 상태에서 변속이 실행되는 경우 HSG의 충전 토크를 보상하여 엔진 토크와 모터 토크의 합으로 변속기의 입력 토크를 중재하는 것을 특징으로 하는 친환경 자동차의 토크 중재장치가 제공된다.

상기 하이브리드 제어기는 HSG의 충전 토크를 감소 제어하여 엔진 토크를 안정화시키고,변속 시점에서 엔진 토크와 모터 토크의 합으로 결정되는 변속기 입력토크를 안정화시킬 수 있다.

상기 하이브리드 제어기는 변속이 완료되면 HSG의 충전 토크를 복원할 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르는 특징은 (A) 엔진 클러치가 결합된 HEV모드에서 감속이 검출되면 회생 제동량을 결정하여 모터의 회생 토크를 제어하는 과정; (B) 상기 A과정이 실행되는 상태에서 변속 요구가 검출되면 엔진에 직결된 HSG의 구동으로 배터리 충전이 제공되는 상태인지 판단하는 과정; (C) 상기 B과정에서 HSG의 구동으로 배터리 충전이 제공되는 상태이면 HSG의 충전 토크를 보상하여 변속기의 입력토크를 중재하는 과정을 포함하는 친환경 자동차의 토크 중재방법이 제공된다.

상기 (C)과정에서 HSG의 충전 토크 보상은 변속이 진행되는 과정에서 충전 토크를 감소시키고, 변속이 완료되면 충전 토크를 복원시킬 수 있다.

이와 같이 본 발명에 따른 친환경 자동차는 변속이 진행되는 순간에 응답 속도가 빠른 HSG의 충전토크를 보상하여 토크 중재를 실행함으로써 변속기의 입력토크를 안정화시켜 최적의 변속감을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 친환경 자동차의 토크 중재장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 친환경 자동차의 토크 중재절차를 개략적으로 도시한 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 친환경 자동차의 토크 중재 결과를 도시한 도면이다.
도 4는 종래의 친환경 자동차에서 변속중 발생되는 런 다운 현상을 도시한 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 부여한다.

또한, 도면에서 나타난 각 구성은 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않는다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 친환경 자동차의 토크 중재장치를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예는 APS(Acceleration Pedal Position Sensor : 101)와 BPS(Brake Position Sensor : 102), 하이브리드 제어기(103), 인버터(104), 배터리(105), 배터리 관리기(106), 엔진 제어기(107), 모터(108), 엔진(109), HSG(Hybrid Starter Generator : 110), 엔진클러치(111), 변속기(112)를 포함한다.

APS(101)는 운전자의 가감속 의지인 가속페달의 팁 인(Tip in)/팁 아웃(Tip out)과 가속페달의 위치를 검출하여 그에 대한 정보를 전기적 신호로 하이브리드 제어기(103)에 제공한다.

BPS(102)는 운전자의 제동의지인 브레이크 페달의 온/오프와 브레이크 페달이 밟히는 깊이인 답력을 검출하여 그에 대한 정보를 전기적 신호로 하이브리드 제어기(103)에 제공한다.

하이브리드 제어기(103)는 APS(101)와 BPS(102)에서 검출되는 운전자의 가감속의지와 제동의지, 배터리의 충전상태(SOC ; State Of Charge), 배터리의 온도, 모터 온도, 도로의 구배도 등을 포함하는 운행조건에 따라 네트워크를 통해 각 제어기들을 통합 제어하여 출력 토크를 제어하고 엔진클러치(111)를 결합 혹은 해제시켜 HEV모드와 EV모드의 운행을 제공한다.

하이브리드 제어기(103)는 엔진 클러치(111)를 결합하고 있는 HEV모드에서 APS(101) 및 BPS(102)로부터 제공되는 정보가 감속으로 판정되면 배터리(105) 충전을 실행하고 감속 효과를 높이기 위한 회생 제동량을 결정한 다음 인버터(104)를 통해 모터(108)의 회생 토크를 제어한다.

상기 감속 판정은 APS(101)로부터 팁 아웃이 검출되거나 BPS(102)로부터 브레이크 페달의 작동 온이 검출되는 상태이다.

상기 하이브리드 제어기(103)는 감속에 따라 모터(108)의 회생 토크를 제어하는 상태에서 변속이 실행이 판단되면 엔진(109)에 직결된 HSG(110)의 구동으로 배터리(105) 충전이 실행되는 상태인지를 판단한다.

상기와 같이 하이브리드 제어기(103)는 엔진 클러치(111)를 결합한 HEV모드에서 감속에 따라 모터(108)의 회생 토크가 제어되고, 모터(108)의 회생 토크가 제어되는 상태에서 변속이 실행되며, 엔진(109)에 직결된 HSG(110)의 구동으로 배터리(105)의 충전이 실행되는 상태이면 HSG(110)의 충전 토크를 보상하여 엔진(109)의 토크 손실을 보상함으로써 변속기(112)에 입력되는 토크를 안정화시켜 변속감 향상을 제공한다.

인버터(104)는 하이브리드 제어기(103)로부터 네트워크로 제공되는 제어신호에 따라 배터리(105)의 직류전압을 3상 교류전압 변환시켜 운전자의 요구출력에 따라 모터(108)의 출력토크 및 속도를 제어한다.

상기 인버터(104)는 복수개의 전력 스위칭 소자로 구성되며, 전력 스위칭 소자는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor), MOSFET, 트랜지스터 중 어느 하나로 구성될 수 있다.

인버터(104)는 엔진(109)에 직결된 HSG(110)가 구동되어 충전 전압을 출력하는 경우 출력되는 전압을 DC/DC컨버팅을 통해 승압시켜 배터리(105)에 충전전압으로 공급한다.

또한, 인버터(104)는 브레이크 혹은 리젠조건에서 모터(108)의 회생 토크로 발생되는 발전 전압을 DC/DC컨버팅을 통해 승압시켜 배터리(105)에 충전전압으로 공급한다.

배터리(105)는 다수개의 단위 셀로 이루어지며, 모터(108)에 구동전압을 제공하기 위한 고전압, 예를 들어 직류 350V 내지 450V의 전압이 저장된다.

배터리 관리기(106)는 배터리(105)의 작동 영역내에서 각 셀들의 전류, 전압, 온도 등을 검출하여 충전상태(SOC : State Of Charge)를 관리하며, 배터리(105)의 충방전 전압을 제어하여 한계전압 이하로 과방전되거나 한계전압 이상으로 과충되어 수명이 단축되는 것을 방지한다.

엔진제어기(107)는 하이브리드 제어기(103)로부터 네트워크를 통해 인가되는 제어신호에 따라 엔진(109)의 모든 동작을 제어한다.

모터(108)는 인버터(104)에서 인가되는 3상 교류전압에 의해 동작되어 토크를 발생시키며, 제동시 회생 토크가 제어되어 배터리(105)의 충전을 제공한다.

엔진(109)은 엔진제어기(107)의 제어에 의해 엔진의 시동 온/오프와 출력이 제어되며, 미도시된 ETC(Electric Throttle Control)를 통해 흡입 공기량이 조정된다.

HSG(110)는 스타터 및 제너레이터로 동작되며, 하이브리드 제어기(103)에서 인가되는 제어신호에 따라 엔진(109)의 시동 온을 실행하고, 엔진(109)이 시동온 유지하는 상태에서 제너레이터로 동작되어 전압을 발전시키며 발전 전압을 인버터(104)를 통해 배터리(105)에 충전 전압으로 제공한다.

엔진 클러치(111)는 엔진(109)과 모터(108)의 사이에 배치되어 운전모드에 따라 엔진(109)과 모터(108)의 동력 연결을 단속한다.

변속기(112)는 하이브리드 제어기(103)와 네트워크로 연결되는 목표 변속단을 결합한다.

전술한 바와 같은 기능을 포함하여 구성되는 본 발명에 따른 친환경 자동차의 토크 중재절차를 설명하면 다음과 같다.

본 발명이 적용되는 친환경 자동차가 엔진 클러치(111)를 결합하여 HEV모드로 운행하는 상태에서(S101) 하이브리드 제어기(103)는 APS(101) 및 BPS(102)로부터 제공되는 운전정보를 검출하여(S102) 감속이 요구되는지 판단한다(S103).

상기 감속 요구의 판정은 APS(101)로부터 팁 아웃이 검출되거나 BPS(102)로부터 브레이크 페달의 작동 온이 검출되는 상태이다.

상기 S103에서 하이브리드 제어기(103)는 감속 요구가 판정되면 배터리(105) 충전과 감속 효과를 제공하기 위해 회생 제동량을 결정하고(S104), 인버터(104)를 통해 모터(108)의 회생 토크를 제어하여 배터리(105)의 충전을 실행한다(S105).

상기와 같이 하이브리드 제어기(103)는 감속에 따라 모터(108)의 회생 토크를 제어하여 배터리(105) 충전을 제공하는 상태에서 변속이 발생되는지를 판단한다(S106).

상기 S106에서 하이브리드 제어기(103)는 변속이 발생됨이 판단되면 엔진(109)에 직결된 HSG(110)의 구동으로 배터리(105)의 충전 제어가 실행되는 상태인지를 판단한다(S107).

상기 S107에서 하이브리드 제어기(103)는 엔진(109)에 직결된 HSG(110)의 구동으로 배터리(105)의 충전 제어가 실행되고 있는 상태로 판단되면 HSG(110)의 충전 토크를 보상하여 (S108) 엔진(109)의 토크 손실이 최소화될 수 있도록 하는 토크 중재를 실행함으로써(S109) 변속기(112)에 입력되는 토크를 안정화시켜 변속감향상을 제공한다(S110).

상기 S108에서 엔진(109)에 직결된 HSG(110)의 토크 보상은 도 3에서 알 수 있는 바와 같이 HSG(110)의 충전 토크를 단계적으로 감소(A)시켜 엔진(109)의 출력토크를 안정화시킴으로써 변속 시점에서 모터의 토크 상승을 유도하고(B), 이에 따라 변속감을 안정화시킨다.

그리고, 변속이 완료되면 감소시킨 HSG(110)의 충전 토크를 단계적으로 증가시켜 초기 HSG(110)의 충전 토크로 복원하여 준다.

상기와 같이 본 발명에 따른 친환경 자동차에서 하이브리드 제어기(103)는 엔진 클러치(111)를 결합한 HEV모드에서 감속에 따라 모터(108)의 회생 토크가 제어되고, 모터(108)의 회생 토크가 제어되는 상태에서 변속이 실행되며, 엔진(109)에 직결된 HSG(110)의 구동으로 배터리(105)의 충전이 실행되는 상태이면 HSG(110)의 충전 토크를 보상하여 엔진(109)의 토크 손실을 보상함으로써 변속기(112)에 입력되는 토크를 안정화시켜 변속감 향상을 제공한다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

101 : APS 102 : TPS
103 : 하이브리드 제어기 104 : 인버터
105 : 배터리 106 : 배터리 관리기
107 : 엔진제어기 108 : 모터
109 : 엔진 110 : HSG
111 : 엔진클러치

Claims

엔진과 모터를 동력원으로 갖는 친환경 자동차에 있어서,
엔진과 모터의 사이에 장착되어 EV모드/HEV모드를 실행하는 엔진 클러치;
감가속 요구를 검출하는 가속페달 및 브레이크 검출기;
엔진과 직결되어 시동 온을 실행하고, 시동 온 상태에서 제너레이터로 동작되어 배터리 충전을 제공하는 HSG;
가감속의지와 제동의지, 배터리 충전상태, 배터리 온도, 모터 온도, 도로 구배도를 포함하는 운전조건에 따라 제어기들을 통합 제어하여 출력 토크를 제어하고 엔진 클러치를 작동시켜 HEV모드와 EV모드를 제어하는 하이브리드 제어기;
를 포함하고,
상기 하이브리드 제어기는 HEV모드에서 감속에 따라 모터의 회생 토크가 제어되는 상태에서 변속이 실행되는 경우 HSG의 충전 토크를 보상하여 엔진 토크와 모터 토크의 합으로 변속기의 입력 토크를 중재하는 것을 특징으로 하는 친환경 자동차의 토크 중재장치.
제1항에 있어서,
상기 하이브리드 제어기는 HSG의 충전 토크를 감소 제어하여 엔진 토크를 안정화시키고,변속 시점에서 엔진 토크와 모터 토크의 합으로 결정되는 변속기 입력토크를 안정화시키는 것을 특징으로 하는 친환경 자동차의 토크 중재장치.
제1항에 있어서,
상기 하이브리드 제어기는 변속이 완료되면 HSG 충전 토크를 복원하는 것을 특징으로 하는 친환경 자동차의 토크 중재장치.
친환경 자동차의 제어방법에 있어서,
(A) 엔진 클러치가 결합된 HEV모드에서 감속이 검출되면 회생 제동량을 결정하여 모터의 회생 토크를 제어하는 과정;
(B) 상기 A과정이 실행되는 상태에서 변속 요구가 검출되면 엔진에 직결된 HSG의 구동으로 배터리 충전이 제공되는 상태인지 판단하는 과정;
(C) 상기 B과정에서 HSG의 구동으로 배터리 충전이 제공되는 상태이면 HSG의 충전 토크를 보상하여 변속기의 입력토크를 중재하는 과정;
을 포함하는 친환경 자동차의 토크 중재방법.
제4항에 있어서,
상기 (C)과정에서 HSG의 충전 토크 보상은 변속이 진행되는 과정에서 충전 토크를 감소시키고, 변속이 완료되면 충전 토크를 복원시키는 것을 특징으로 하는 친환경 자동차의 토크 중재방법.