KR101382347B1 - 하이브리드 차량의 엔진 클러치 제어장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 엔진 클러치가 적용되는 하이브리드 차량에서 목표 변속단으로 업/다운 변속이 진행될 때 엔진 클러치를 슬립 제어하는 것이다.

본 발명은 엔진, 엔진의 출력토크를 보조하는 모터, 엔진과 모터의 사이에 배치되는 엔진 클러치, 변속기의 업/다운 변속을 제어하는 TCU를 포함하며, TCU의 요청에 따라 제어량을 결정하여 엔진 클러치를 슬립 제어하는 HCU/MCU를 포함한다.

하이브리드 차량, 업/다운 변속, 엔진 클러치, 슬립 제어

Description

하이브리드 차량의 엔진 클러치 제어장치 및 방법{ENGINE CLUTCH CONTROL SYSTEM FOR HYBRID ELECTRIC VEHICLE AND METHOD THEREOF}

본 발명은 엔진 클러치가 적용되는 하이브리드 차량에 관한 것으로, 더 상세하게는 목표 변속단으로 업/다운 변속이 진행될 때 엔진 클러치를 슬립 제어하여 변속감을 향상시키는 하이브리드 차량의 엔진 클러치 제어장치 및 방법에 관한 것이다.

하이브리드 차량은 주동력원으로 동작되는 엔진과 배터리로 동작되어 주동력원을 보조하는 모터가 적용되어 주행 상황에 따라 연비가 가장 높게 운전된다.

하이브리드 차량은 엔진에 큰 부하가 걸리는 발진/가속 및 등판 주행에서는 하이브리드 모드로 동작되어 모터가 엔진의 출력 토크를 보조한다.

그러나, 정속 주행에서는 엔진모드 혹은 하이브리드 모드로 동작되어 엔진의 출력 토크 혹은 엔진과 모터의 출력토크의 합으로 주행한다.

하이브리드 차량에는 운전의 편의성을 중요시하는 운전자의 요구에 따라 통상적으로 자동변속기(이하, "변속기" 라 한다.)가 장착된다.

하이브리드 차량은 주행 도중에 브레이크 페달에 의한 제동 제어가 실행되면 엔진의 동력을 보조하는 모터는 회생제동 모드(REGENERATION)로 진입되어 발전기로 전환되며, 이에 따라 감속 에너지를 회수하여 배터리를 충전시킨다.

최근 들어 하이브리드 차량에는 원가 절감과 변속기에 전달되는 토크의 손실을 최소화하기 위하여 토크 컨버터 대신에 엔진과 모터의 사이에 엔진의 출력 토크를 단속하는 엔진 클러치가 장착된다.

따라서, 하이브리드 차량이 엔진모드로 동작되면 엔진 + 엔진 클러치 + 변속기 + 구동륜의 동력전달 구조를 갖고, 하이브리드 모드로 동작되면 엔진+엔진 클러치 + 모터 + 변속기 + 구동륜의 동력전달 구조를 갖으며, 모터모드로 동작되면 모터 + 변속기 + 구동륜의 동력전달 구조를 갖는다.

상기한 엔진 클러치가 적용되는 하이브리드 차량은 엔진모드 혹은 하이브리드 모드로 동작되는 상태에서 차속과 스로틀 개도에 따라 업 시프트(Up shift) 혹은 다운 시프트(Down shift)의 변속이 진행될 때 엔진 클러치를 계합한 상태에서 목표 변속단으로의 변속이 실행된다.

따라서, 토크 컨버터에서 흡수 가능하였던 변속 충격이 그대로 차량에 전달되어 변속감을 악화시키고 이에 따라 승차감을 저하시키는 문제점이 발생된다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로, 그 목적은 하이브리드 차량이 엔진모드 혹은 하이브리드 모드로 동작되는 상태에서 업/다운 변속이 발생되면 엔진 클러치를 슬립 제어하여 안정된 변속감 및 승차감을 제공하도록 하는 것이다.

상기한 목적을 실현하기 위한 본 발명의 특징에 따른 하이브리드 차량의 엔진 클러치 제어장치는, 엔진과 엔진의 출력토크를 보조하는 모터; 엔진과 모터의 사이에 배치되는 엔진 클러치; 변속기의 업/다운 변속을 제어하는 TCU를 포함하며,

상기 TCU의 요청에 따라 제어량을 결정하여 엔진 클러치를 슬립 제어하는 HCU/MCU를 포함한다.

또한, 본 발명의 특징에 따른 하이브리드 차량의 엔진 클러치 제어방법은,

엔진모드 혹은 하이브리드 모드에서 TCU는 업/다운 변속 요구가 검출되는지 판단하는 과정;

변속 요구가 검출되면 TCU는 HCU/MCU에 엔진 클러치의 슬립 제어를 요구하는 과정;

HCU/MCU는 목표 유압을 결정하고, TCU에 의해 변속이 진행되는 과정에서 엔진 클러치를 슬립 제어하는 과정을 포함한다.

전술한 구성에 의하여 본 발명은 엔진 클러치가 적용되는 하이브리드 차량의 업/다운 변속에서 안정된 변속감 및 승차감을 제공하여 하이브리드 차량의 상품성을 향상시키는 효과가 기대된다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명 이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.

본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않으며, 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 엔진 클러치 제어장치를 도시한 블록도이다.

하이브리드 차량은 운전요구 검출부(10)와 ECU(20), TCU(30), 배터리(40), BMS(50), HCU/MCU(60), 인버터(70), 엔진(80), 엔진 클러치(90), 모터(100), 변속기(110) 및 구동륜(120)을 포함한다.

운전요구 검출부(10)는 운전자의 주행 요구인 APS(Accel Position Sensor) 변위, 스로틀 밸브의 변위, 브레이크 페달의 변위를 포함하는 운전자의 요구신호를 검출하여 그에 대한 정보를 출력한다.

ECU(20)는 상위 제어기인 HCU/MCU(60)의 요구에 따라 엔진(80)의 제반적인 동작을 제어한다.

TCU(30)는 현재의 차속과 스로틀 밸브의 변위에 따라 업/다운을 위한 목표 변속단을 결정하여 변속기(110)의 변속비를 제어하며, 목표 변속단이 결정되면 상위 제어기인 HCU/MCU(60)에 엔진 클러치(90)의 슬립 제어를 요청한다.

배터리(40)는 하이브리드 모드 및 모터모드에서 모터(100)에 동작 전압을 공급하고, 브레이크 제동에 의한 회생제동 모드에서 모터(100)를 통해 회수되는 회생 에너지를 충전된다.

BMS(50)는 상기 배터리(40)의 전압, 전류, 온도 등의 정보를 종합 검출하여 SOC(State Of Charge) 상태 및 충방전 전류량을 관리 제어한다.

HCU/MCU(60)는 운전자의 주행요구 및 차량의 상태정보에 따라 각 제어기들을 통합 제어하여 엔진(80) 및 모터(100)의 출력 토크를 제어함으로써 차량의 전반적인 거동을 제어한다.

상기 HCU/MCU(60)는 TCU(30)로부터 엔진 클러치(90)의 슬립 제어가 요청되면 목표 슬립 제어를 위한 유압을 결정하고 해당 유압에 상응하는 전류로 엔진 클러치(90)를 단속하는 유압제어 솔레노이드를 작동시켜 엔진 클러치(90)를 슬립시킨다.

인버터(70)는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 스위치 소자로, 상기 HCU/MCU(60)에서 인가되는 PWM(Pulse Width Modulation) 제어신호에 따라 배터리(40)의 직류 전압을 3상 교류 전압으로 변환시켜 모터(100)를 구동시킨다.

엔진(80)은 상위 제어기인 HCU/MCU(60)의 제어를 받는 ECU(20)의 제어에 의해 그 출력이 제어되며, 도시되지 않은 ETC(Electric Throttle Control)를 통해 흡입 공기량이 조정된다.

엔진 클러치(90)는 엔진(80)과 모터(100)의 사이에 배치되어, 하이브리드 모드에서 엔진(80)의 출력토크와 모터(100)의 출력 토크를 합산하여 변속기(110)에 인가한다.

모터(100)는 상기 인버터(70)를 통해 인가되는 배터리(40)의 전압에 의해 구 동된다.

변속기(110)는 상기 TCU(30)의 제어에 따라 변속비가 조정되며, 클러치(90)를 통해 합산되어 인가되는 토크를 동기된 변속단 변속비로 분배하여 구동륜(120)에 전달시켜 자동차가 주행될 수 있도록 한다.

전술한 바와 같은 기능을 포함하여 구성되는 본 발명에 따른 하이브리드 차량에서 일반적인 제어동작은 동일 내지 유사하게 이루어지므로, 이에 대한 동작 설명은 생략한다.

본 발명은 엔진모드 혹은 하이브리드 모드에서 변속 제어시에 변속감을 확보하는 발명인 바, 이에 대해서만 설명한다.

하이브리드 차량이 엔진모드로 운전되면 엔진(80)의 출력 토크는 엔진 클러치(90)를 통해 변속기(110)에 전달되고, 하이브리드 모드로 운전되면 엔진(80)의 출력 토크와 모터(100)의 출력 토크는 엔진 클러치(90)를 통해 합산되어 변속기(110)에 전달된다.

이와 같이 하이브리드 차량이 엔진모드 혹은 하이브리드 모드로 운전되고 최 상위 제어기인 HCU/MCU(60)의 통합 제어에 따라 엔진(80) 및 모터(100)의 출력 토크를 제어되며 임의의 변속단이 계합되어 주행하는 상태에서 TCU(30)는 차속과 스로틀 밸브의 변위를 포함하는 다양한 운전조건에 의한 업/다운 변속 요구가 검출되는지 판단한다.

TCU(30)에 업/다운 변속 요구가 검출되면 목표 변속단을 결정한 다음 변속기(110)에 듀티 제어신호를 출력하여 목표 변속단으로 변속을 실행시킨다.

이때, 상기 TCU(30)는 업/다운 변속을 위한 목표 변속단이 결정되면 엔진 클러치(90)의 슬립 제어를 HCU/MCU(60)에 요청한다.

따라서, 상기 HCU/MCU(60)는 TCU(30)의 요청에 따라 목표 슬립 제어를 위한 유압을 결정하고, TCU(30)에 의해 목표 변속단으로 업/다운 변속이 진행되는 상태에서 상기 결정된 유압에 상응하는 전류를 엔진 클러치(90)를 작동시키는 유압 제어 솔레노이드에 출력한다.

그러므로, TCU(30)에 의해 변속기(110)에 목표 변속단으로 업/다운 변속이 실행되는 과정에서 엔진 클러치(90)의 슬립이 제어되어 업/다운 변속에서 변속 충격이 발생되지 않는 안정된 변속이 실행된다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 업 시프트 조건에서 엔진 클러치의 슬립 제어를 도시한 도면이다.

HCU/MCU(60)에 엔진 클러치(90)의 슬립 요구가 검출되면(SS) 목표 슬립 제어를 위한 유압을 결정하고 설정된 일정시간(t1)이 경과하면 결정된 유압에 상승하는 전류로 유압제어 솔레노이드를 동작시킨다.

이에 따라 엔진 클러치(90)는 결정된 유압에 상응하는 기울기(S1)로 슬립이 일어나며, 엔진(80)의 회전수(N_E)대 변속기(110)의 회전수(N_T)로 결정되는 목표 슬립율(S_tg1)에 도달된다.

엔진 클러치(90)가 목표 슬립율(S_tg1)로 제어되는 상태에서 목표 변속단으로 업 시프트 실행(SB)이 검출되면 설정된 일정시간(t2) 이후에 설정된 기울기(S2)로 엔진 클러치(90)를 슬립 제어하여 변속과정에서 목표 슬립율(S_tgt2)을 유지한다.

따라서, 목표 변속단으로 업 시프트가 진행되는 과정에서 엔진 클러치에 의한 영향이 배제되어 변속 충격이 발생되지 않는 업 시프트가 실행된다.

목표 변속단의 동기점(SYR)에 도달하게 되면 설정된 일정시간(t3) 이후에 설정된 기울기(S3)로 슬립율을 해제하며 변속 완료시점(SF)에서 엔진 클러치(90)를 완전 결합시켜 엔진(80)의 출력 토크가 손실 없이 변속기(110)의 인가되도록 한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 다운 시프트 조건에서 엔진 클러치의 슬립 제어를 도시한 도면이다.

다운 시프트는 업 시프트와는 반대 조건의 변속이나 다운 시프트의 과정에서 목표 유량을 갖고 엔진 클러치를 슬립 제어하는 동작은 전술한 업 시프트의 동작과 동일 내지 유사하게 실행되므로, 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 엔진 클러치 제어장치를 도시한 도면이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량에서 업 시프트 시 엔진 클러치의 제어절차를 도시한 타이밍도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량에서 다운 시프트 시 엔진 클러치의 제어절차를 도시한 타이밍도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

30 : TCU 60 : HCU/MCU

80 : 엔진 90 : 엔진 클러치

Claims (4)

1. 엔진과;

   엔진의 출력토크를 보조하는 모터;

   엔진과 모터의 사이에 배치되는 엔진 클러치;

   변속기의 업/다운 변속을 제어하는 TCU를 포함하며,

   상기 TCU의 요청에 따라 제어량을 결정하여 엔진 클러치를 슬립 제어하는 HCU/MCU를 포함하는 하이브리드 차량의 엔진 클러치 제어장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 HCU/MCU는 목표 슬립량에 따라 엔진 클러치에 구비되는 유압제어 솔레노이드에 인가되는 전류를 제어하여 슬립량을 조절하는 하이브리드 차량의 엔진 클러치 제어장치.
3. 엔진모드 혹은 하이브리드 모드에서 TCU는 업/다운 변속 요구가 검출되는지 판단하는 과정;

   변속 요구가 검출되면 TCU는 HCU/MCU에 엔진 클러치의 슬립 제어를 요구하는 과정;

   HCU/MCU는 목표 유압을 결정하고, TCU에 의해 변속이 진행되는 과정에서 엔진 클러치를 슬립 제어하는 과정;

   을 포함하는 하이브리드 차량의 엔진 클러치 제어방법.
4. 제3항에 있어서,

   상기 엔진 클러치의 슬립 제어는 변속 시작에 따라 목표 슬립율에 도달되도록 설정된 기울기로 제어하고, 변속 동기가 완료되면 설정된 기울기로 슬립율을 해제하며, 변속 완료시점에서 엔진 클러치를 완전 결합시키는 하이브리드 차량의 엔진 클러치 제어방법.

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