KR101405206B1 - 하이브리드 차량의 제어 방법 및 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 엔진과 구동모터의 연결을 단속하는 엔진클러치의 스턱(stuck) 고장시 엔진 스톨(stall)을 방지하면서 하이브리드 차량을 주행시킬 수 있는 하이브리드 차량의 제어 방법 및 시스템에 관한 것이다. 이를 위한 본 발명의 실시예는, 엔진과 구동모터의 동력 연결을 단속하는 엔진클러치, 및 상기 구동모터와 변속기의 입력축을 연결하는 변속기 클러치를 구비하는 하이브리드 차량의 제어 방법으로서, 상기 엔진클러치의 스턱(stuck) 고장 발생 유무를 판단하는 단계; 상기 엔진클러치가 스턱 고장이면, 상기 하이브리드 차량의 요구토크에 따라 엔진속도를 목표 아이들 RPM 이상으로 유지하기 위해 상기 엔진 및 상기 변속기 클러치를 제어하는 단계;를 포함할 수 있다.

Description

하이브리드 차량의 제어 방법 및 시스템 {Method and system for controlling hybrid electric vehicle}
본 발명은 하이브리드 차량의 제어 방법 및 시스템에 관한 것으로서, 더 상세하게는 엔진과 구동모터의 연결을 단속하는 엔진클러치의 스턱(stuck) 고장시 엔진 스톨(stall)을 방지하면서 하이브리드 차량을 주행시킬 수 있는 하이브리드 차량의 제어 방법 및 시스템에 관한 것이다.
주지하는 바와 같이 하이브리드 차량(hybrid electric vehicle)은 내연기관 엔진(internal combustion engine)과 배터리 전원을 함께 사용한다. 즉, 하이브리드 차량은 내연기관 엔진의 동력과 구동모터의 동력을 효율적으로 조합하여 사용한다.
상기 하이브리드 차량은 일례로 도 1에 도시한 바와 같이, 엔진(10)과; 구동모터(20); 엔진(10)과 구동모터(20) 사이에서 동력을 단속하는 엔진클러치(30); 변속기(40); 차동기어장치(50); 배터리(60); 상기 엔진(10)를 시동하거나 상기 엔진(10)의 회전력에 의해 발전을 하는 시동 발전기(70); 및 차륜(80)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 하이브리드 차량은, 하이브리드 차량의 전체 동작을 제어하는 하이브리드 제어기(HCU; hybrid control unit)(200); 엔진(10)의 동작을 제어하는 엔진 제어기(ECU; engine control unit)(110); 구동모터(20)의 동작을 제어하는 모터 제어기(MCU; motor control unit)(120); 변속기(40)의 동작을 제어하는 변속 제어기(TCU; transmission control unit)(140); 및 배터리(60)를 제어하고 관리하는 배터리 제어기(BCU; battery control unit)(160);를 포함할 수 있다.
상기 배터리 제어기(160)는 배터리 관리 시스템(BMS; battery management system)으로 호칭될 수 있다. 상기 시동 발전기(70)는 ISG(integrated starter & generator) 또는 HSG(hybrid starter & generator)라 호칭되기도 한다.
상기와 같은 하이브리드 차량은 구동모터(20)의 동력만을 이용하는 순수 하이브리드 차량 모드인 EV 모드(electric vehicle mode); 엔진(10)의 회전력을 주동력으로 하면서 구동모터(20)의 회전력을 보조동력으로 이용하는 HEV 모드(hybrid electric vehicle mode); 차량의 제동 혹은 관성에 의한 주행시 제동 및 관성 에너지를 상기 구동모터(20)의 발전을 통해 회수하여 배터리(60)에 충전하는 회생제동 모드(regenerative braking mode)(RB 모드); 등의 주행모드로 운행할 수 있다.
이와 같이 하이브리드 차량은, 엔진의 기계적 에너지와 배터리의 전기에너지를 함께 이용하고, 엔진과 구동모터의 최적 작동영역을 이용함은 물론 제동 시에는 구동모터로 에너지를 회수하므로 연비 향상 및 효율적인 에너지 이용이 가능해진다.
그런데, 상기와 같은 하이브리드 차량에서, 엔진과 구동모터의 연결을 단속하는 엔진클러치의 스턱(stuck) 고장시 하이브리드 차량의 정상적인 주행이 어려운 문제가 발생할 수 있다.
상기 엔진클러치의 스턱 고장은, 엔진클러치를 동작시키는 동작요소의 고장 또는 엔진클러치의 과열로 엔진클러치의 마찰재가 붙어버려 상시 락업(lock up) 상태를 유지하는 고장이다.
상기 엔진클러치의 스턱 고장시, 엔진과 구동모터는 상시 결합되어 동일 회전수(엔진속도=모터속도)로 회전하기 때문에 엔진 아이들 RPM(revolutions per minute) 이하 영역에서 엔진 스톨(stall)이 발생할 수 있다. 상기 엔진 스톨이 발생하면, 정상적인 주행이 어려워질 수 있다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
따라서, 본 발명이 해결하려는 과제는, 엔진과 구동모터의 연결을 단속하는 엔진클러치의 스턱(stuck) 고장시, 변속기 작동요소(클러치)의 제어를 통해, 엔진 스톨(stall)을 방지하면서 하이브리드 차량을 적절하게 주행시킬 수 있는 하이브리드 차량의 제어 방법 및 시스템을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 제어 방법은, 엔진과 구동모터의 동력 연결을 단속하는 엔진클러치, 및 상기 구동모터와 변속기의 입력축을 연결하는 변속기 클러치를 구비하는 하이브리드 차량의 제어 방법으로서, 상기 엔진클러치의 스턱(stuck) 고장 발생 유무를 판단하는 단계; 상기 엔진클러치가 스턱 고장이면, 상기 하이브리드 차량의 요구토크에 따라 엔진속도를 목표 아이들 RPM(revolutions per minute) 이상으로 유지하기 위해 상기 엔진 및 상기 변속기 클러치를 제어하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 엔진속도를 목표 아이들 RPM 이상으로 유지하기 위해 상기 엔진에 연료를 적정량 상시 분사한다.
상기 제어 단계는, 상기 요구토크가 설정값 미만이고, 상기 엔진속도가 목표 아이들 RPM 미만이면, 상기 변속기 클러치를 오픈(open) 할 수 있다.
상기 제어 단계는, 상기 요구토크가 설정값 미만이고, 상기 엔진속도가 목표 아이들 RPM 이상이면, 상기 변속기 클러치를 락업(lock up) 할 수 있다.
상기 제어 단계는, 상기 요구토크가 설정값 이상이고, 상기 엔진속도가 목표 아이들 RPM 미만이면, 상기 하이브리드 차량의 발진을 위해 상기 변속기 클러치를 슬립(slip) 제어할 수 있다.
상기 제어 단계는, 상기 요구토크가 설정값 이상이고, 상기 엔진속도가 목표 아이들 RPM 이상이면, 상기 변속기 클러치를 락업할 수 있다.
그리고, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 제어 시스템은, 엔진과 구동모터의 동력을 적절히 조합하여 운행되는 하이브리드 차량의 제어 시스템으로서, 상기 엔진과 구동모터의 연결을 단속하는 엔진클러치; 상기 하이브리드 차량의 변속기 내에 설치되어 상기 구동모터와 상기 변속기의 입력축을 연결하는 변속기 클러치; 상기 엔진클러치의 스턱(stuck) 고장시, 상기 하이브리드 차량의 요구토크에 따라 엔진속도를 목표 아이들 RPM 이상으로 유지하기 위해 상기 엔진 및 상기 변속기 클러치를 제어하는 제어기;를 포함하되, 상기 제어기는 상기 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 제어 방법을 수행하기 위한 설정된 프로그램에 의해 동작할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 엔진과 구동모터의 연결을 단속하는 엔진클러치의 스턱(stuck) 고장시, 변속기 클러치의 제어를 통해, 엔진 스톨(stall)을 방지하면서 하이브리드 차량을 적절하게 주행시킬 수 있다.
도 1은 일반적인 하이브리드 차량의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 제어 시스템의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 제어 방법의 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 실시예의 동작을 설명하기 위한 그래프이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 포함한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 의미한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 제어 시스템이 적용되는 하이브리드 차량을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 제어 시스템이 적용되는 하이브리드 차량은, 엔진(10)과; 모터(20); 엔진(10)과 모터(20) 사이에서 동력을 단속하는 엔진클러치(30); 변속기(40); 차동기어장치(50); 배터리(60); 및 상기 엔진(10)를 시동하거나 상기 엔진(10)의 출력에 의해 발전을 하는 시동 발전기(70);를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 제어 시스템이 적용되는 하이브리드 차량은, 하이브리드 차량의 전체 동작을 제어하는 하이브리드 제어기(HCU)(200); 엔진(10)의 동작을 제어하는 엔진 제어기(ECU)(110); 구동모터(20)의 동작을 제어하는 모터 제어기(MCU)(120); 변속기(40)의 동작을 제어하는 변속 제어기(TCU)(140); 및 배터리(60)를 제어하고 관리하는 배터리 제어기(BCU)(160);를 포함할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 제어 시스템을 도시한 블록도이다.
본 발명의 실시예에 따른 제어 시스템은, 엔진클러치의 스턱시 하이브리드 차량의 주행이 가능하도록 변속기 클러치를 제어하는 시스템이다.
이러한 본 발명의 실시예에 따른 제어 시스템은, 엔진(10)과 구동모터(20)의 동력 연결을 단속하는 엔진클러치(30); 변속기(40) 내에 설치되어 구동모터(20)와 변속기(40)의 입력축을 연결하는 변속기 클러치(42); 엔진클러치(30)의 스턱(stuck) 고장시, 상기 하이브리드 차량의 주행 요구토크에 따라 엔진속도를 목표 아이들 RPM 이상으로 유지하기 위해 엔진(10) 및 변속기 클러치(42)를 제어하는 제어기(300);를 포함한다.
상기 엔진(10), 구동모터(20), 엔진클러치(30), 변속기(40) 및 변속기 클러치(42)는 일반적인 하이브리드 차량에 설치되는 것들이므로, 이들에 대한 보다 구체적인 설명은 생략한다.
상기 제어기(300)는, 설정된 프로그램에 의하여 동작하는 하나 이상의 마이크로프로세서 또는 상기 마이크로프로세서를 포함하는 하드웨어로서, 상기 설정된 프로그램은 후술하는 본 발명의 실시예에 따른 제어 방법을 수행하기 위한 일련의 명령으로 형성된다.
본 발명의 실시예에서, 상기 제어기(300)는, 도 1에 도시된 바와 같은 하이브리드 차량의 엔진(10)을 제어하는 엔진 제어기(ECU)와; 구동모터(20)를 제어하는 모터 제어기(MCU); 변속기(40)를 제어하는 변속 제어기(TCU); 하이브리드 차량의 전체 동작을 제어하는 하이브리드 제어기(HCU)를 포함할 수 있다.
후술하는 본 발명의 실시예에 따른 제어 방법에서 그 일부 프로세스는 상기 제어기(300)에 의하여, 다른 일부 프로세스들은 상기 엔진 제어기, 상기 모터 제어기, 상기 변속 제어기 또는 상기 하이브리드 제어기에 의하여 수행되는 것으로 할 수 있다.
그러나 본 발명의 보호범위가 후술하는 실시에에서 설명되는 대로에 한정되는 것으로 이해되어서는 안된다. 본 발명의 실시예에서의 설명과 다른 조합으로 제어기를 구현할 수 있다. 또는 상기 제어기(300), 엔진 제어기, 모터 제어기, 변속 제어기 및 하이브리드 제어기가 실시예에서 설명된 것과는 다른 조합의 프로세스를 수행하는 것으로 할 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 제어 방법을 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 제어 방법을 도시한 흐름도이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 제어기(300)는 엔진클러치(30)의 스턱(stuck) 고장 발생 유무를 판단한다(S110).
제어기(300)는 하이브리드 제어기(200; 도 1)의 송수신 신호를 기초로 엔진클러치(30)의 스턱 고장 발생 유무를 판단할 수 있다. 하이브리드 제어기(200)는 엔진클러치(30)의 제어 및 고장진단과 관련한 각종 신호를 송수신한다.
S110에서 엔진클러치(30)가 정상인 것으로 판단되면, 제어기(300)는 상기 하이브리드 제어기, 엔진 제어기, 모터 제어기 및 변속 제어기 등을 통해 하이브리드 차량을 정상적으로 구동 제어한다(S120).
S110에서 엔진클러치(30)가 스턱 고장인 것으로 판단되면, 제어기(300)는 엔진(10)에 연료를 분사하면서, 상기 하이브리드 차량의 주행 요구토크에 따라 엔진속도를 목표 아이들 RPM 이상으로 유지하기 위해 엔진(10) 및 변속기 클러치(42)를 제어한다(S200).
즉, 제어기(300)는 상기 요구토크가 줄어들어 설정값 미만이고, 현재 엔진속도가 목표 아이들 RPM(예; 1,000 RPM) 미만이면, 변속기 클러치(42)를 오픈(open)한다(S210, S220, S240). 상기 요구토크의 설정값은 발진을 요구하지 않는 토크를 기준으로 설정할 수 있다.
S240에서 제어기(300)가 변속기 클러치(42)를 오픈하면, 구동축으로 전달되던 구동토크가 없어지기 때문에, 제어기(300)는 상기 엔진속도를 목표 아이들 RPM으로 용이하게 유지할 수 있다.
도 4를 참조하면, 상기 요구토크가 줄어들어 차속이 떨어질 경우, 제어기(300)가 엔진속도를 목표 아이들 RPM 이상으로 유지하기 위해 변속기 클러치(42)를 오픈 제어함을 알 수 있다.
그리고, 제어기(300)는 상기 요구토크가 줄어들어 설정값 미만이고, 현재 엔진속도가 목표 아이들 RPM 이상이면, 변속기 클러치(42)를 락업(lock up)으로 유지한다(S210, S220, S250). 이 경우 현재 엔진속도가 엔진 스톨을 일으킬 수 있는 목표 아이들 RPM 미만에 있지 않기 때문에, 제어기(300)는 변속기 클러치(42)를 락업 상태로 유지시키는 것이다.
한편, 제어기(300)는 상기 요구토크가 상기 설정값 이상이고, 현재 엔진속도가 목표 아이들 RPM 미만이면, 상기 하이브리드 차량의 발진을 위해 변속기 클러치(42)를 슬립(slip) 제어한다(S210, S230, S260).
도 4를 참조하면, 상기 발진제어를 위해 제어기(300)가 변속기 클러치(42)를 슬립 제어함을 확인할 수 있다.
상기 요구토크가 상기 설정값 이상인 경우는, 운전자가 하이브리드 차량을 발진시키기 위해 가속페달을 누르는 경우일 수 있다.
즉, 운전자가 가속페달을 누르면, 이에 대응하는 연료분사가 많이 이루어져 엔진 토크가 커지고, 이에 따라 엔진 속도가 올라갈 것이므로 제어기(300)는 발진을 위해 변속기 클러치(42)를 슬립 제어할 수 있다.
또한, 제어기(300)는 상기 요구토크가 설정값 이상이고, 상기 엔진속도가 목표 아이들 RPM 이상이면, 이는 일반적인 주행 상황에 해당하므로, 변속기 클러치(42)를 락업 상태로 유지한다(S210, S230, S270).
이로써, 본 발명의 실시예의 제어 방법에 따르면, 엔진클러치의 스턱 고장시 엔진 스톨을 일으키지 않고 하이브리드 차량을 주행시킬 수 있다.
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 속하는 것이다.
10: 엔진 20: 구동모터
30: 엔진클러치 40: 변속기
42: 변속기 클러치 300: 제어기

Claims (7)

  1. 엔진과 구동모터의 동력 연결을 단속하는 엔진클러치, 및 상기 구동모터와 변속기의 입력축을 연결하는 변속기 클러치를 구비하는 하이브리드 차량의 제어 방법으로서,
    상기 엔진클러치의 스턱(stuck) 고장 발생 유무를 판단하는 단계;
    상기 엔진클러치가 스턱 고장이면, 상기 하이브리드 차량의 요구토크에 따라 엔진속도를 목표 아이들 RPM 이상으로 유지하기 위해 상기 엔진 및 상기 변속기 클러치를 제어하는 단계;
    를 포함하는 하이브리드 차량의 제어 방법.
  2. 제1항에서,
    상기 엔진속도를 목표 아이들 RPM 이상으로 유지하기 위해 상기 엔진에 연료를 분사하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 제어 방법.
  3. 제1항에서,
    상기 제어 단계는,
    상기 요구토크가 설정값 미만이고, 상기 엔진속도가 목표 아이들 RPM 미만이면, 상기 변속기 클러치를 오픈(open) 하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 제어 방법.
  4. 제1항에서,
    상기 제어 단계는,
    상기 요구토크가 설정값 미만이고, 상기 엔진속도가 목표 아이들 RPM 이상이면, 상기 변속기 클러치를 락업(lock up) 하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 제어 방법.
  5. 제1항에서,
    상기 제어 단계는,
    상기 요구토크가 설정값 이상이고, 상기 엔진속도가 목표 아이들 RPM 미만이면, 상기 하이브리드 차량의 발진을 위해 상기 변속기 클러치를 슬립(slip) 제어하는 하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 제어 방법.
  6. 제1항에서,
    상기 제어 단계는,
    상기 요구토크가 설정값 이상이고, 상기 엔진속도가 목표 아이들 RPM 이상이면, 상기 변속기 클러치를 락업하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 제어 방법.
  7. 엔진과 구동모터의 동력을 적절히 조합하여 운행되는 하이브리드 차량의 제어 시스템으로서,
    상기 엔진과 구동모터의 연결을 단속하는 엔진클러치;
    상기 하이브리드 차량의 변속기 내에 설치되어 상기 구동모터와 상기 변속기의 입력축을 연결하는 변속기 클러치;
    상기 엔진클러치의 스턱(stuck) 고장시, 상기 하이브리드 차량의 요구토크에 따라 엔진속도를 목표 아이들 RPM 이상으로 유지하기 위해 상기 엔진 및 상기 변속기 클러치를 제어하는 제어기;를 포함하되,
    상기 제어기는 제1항 내지 제6항 중의 어느 한 항의 방법을 수행하기 위한 설정된 프로그램에 의해 동작하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 제어 시스템.
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