KR101491357B1 - 하이브리드 차량용 변속기의 브레이크 제어 장치 및 방법 - Google Patents

하이브리드 차량용 변속기의 브레이크 제어 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하이브리드 차량용 변속기의 브레이크 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 두 개의 모터 및 엔진의 동력을 이용하는 하이브리드 차량용 변속기의 브레이크 제어 방법에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 두 개의 모터 및 엔진의 동력을 변속하는 하이브리드 차량용 변속기의 브레이크 중, 엔진 및 캐리어를 구속하는 브레이크의 작동을 최소화시켜서, 변속효율을 보다 향상시킬 수 있도록 한 하이브리드 차량용 변속기의 브레이크 제어 방법을 제공하고자 한 것이다.

Description

하이브리드 차량용 변속기의 브레이크 제어 장치 및 방법{Device and method for controlling brake for transmission of hybrid vehicle}
본 발명은 하이브리드 차량용 변속기의 브레이크 제어 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 두 개의 모터 및 엔진의 동력을 이용하는 하이브리드 차량용 변속기의 브레이크 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
하이브리드 자동차는 일종의 친환경 차량으로서, 엔진과 모터를 동력원으로 하여 다양한 동력 전달 구조를 구성할 수 있고, 대개 병렬형 또는 직렬형의 동력전달 구성중 하나를 채택하고 있다.
이러한 하이브리드 차량의 주행모드는 대개 모터의 구동력만으로 주행하는 EV 모드를 비롯하여 엔진 및 모터의 구동력을 함께 이용하여 주행하는 HEV 모드를 포함하고, 또한 EV 모드시 엔진의 구동력은 발전을 위해서만 사용되는 모드를 포함한다.
첨부한 도 1은 하이브리드 차량의 파워 스프릿/병렬형 동력전달장치(Power Split/Parallel)를 나타내는 동력전달계통도이다.
도 1에서, 도면부호 MG1은 발전을 주목적으로 하는 제1모터이고, 도면부호 MG2는 주행을 주목적으로 하는 제2모터를 나타낸다.
상기 제1모터(MG1) 및 제2모터(MG2)의 구동력은 하나의 유성기어로 이루어진 변속기(20)를 통하여 주행을 위한 프론트 휠(30)로 출력된다.
이를 위해, 상기 제1모터(MG1)의 출력축은 변속기(20)의 선기어(S)에 연결되고, 링기어(R)는 제2평기어(22)를 매개로 프론트 휠 출력기어(23)와 연결되며, 상기 제2모터(MG2)는 제1평기어(21)를 매개로 프론트 휠 출력기어(23)와 연결된다.
이때, 상기 제1평기어(21)와 제2평기어(22), 그리고 프론트 휠에 동력을 인가하는 프론트 휠 출력기어(23)는 동축으로 연결된다.
참고로, 상기 제2모터(MG2)의 출력축과 링기어(R)가 프론트 휠쪽과 각각 제1 및 제2평기어(21,22)를 매개로 연결된 이유는 제2모터(MG2)의 회전력을 감속시키기 위함에 있다.
한편, 상기 파워 스프릿/병렬형 동력전달장치 즉, 파워 스프릿/병렬형 변속기의 구성 중, 유성기어의 캐리어(C)는 엔진의 출력축(24)과 제1브레이크(B1)에 직결되는 바, 이 제1브레이크(B1)는 EV 모드시 제1모터(MG1) 및 제2모터(MG2)를 동시에 구동하기 위해 엔진을 구속시키는 브레이크이다.
또한, 상기 선기어(S)에는 제1모터(MG1)의 출력축과 함께 제2브레이크(B2)가 직결되는 바, 이 제2브레이크(B2)는 고속주행시 OD기어비를 구성하기 위한 것이다.
따라서, 제2모터(MG2)의 구동력만을 이용하여 주행하는 경우, 제2모터(MG2)의 동력이 제1평기어(21) 및 프론트 휠 출력기어(23)를 통해 감속되어 프론트 휠(30)에 출력되고, 동시에 엔진 동력은 엔진의 출력축(24)을 통하여 캐리어(C)로 전달된 후, 캐리어(C)로 전달된 회전력이 선기어(S)를 통해 속도 조절되며 제1모터(MG1)로 입력되어, 결국 제1모터(MG1)는 배터리 충전을 위한 발전을 하게 된다.
반면, 제2모터(MG2)외에 제1모터(MG2)의 구동력을 주행을 위한 동력으로 사용하는 경우, 상기 제1브레이크(B1)가 작동하여 엔진의 출력축(24)이 구속되는 동시에 엔진의 출력축(24)에 연결된 캐리어(c)가 구속되고, 동시에 제1모터(MG1)의 출력 작동에 따른 구동력이 선기어(S)를 통하여 링기어(R)로 전달된 후, 링기어(R)와 연결된 제2평기어(22) 및 프론트 휠 출력기어(23)를 통해 감속되어 프론트 휠(30)에 출력됨으로써, EV 모드시 제2모터(MG2)만 구동력으로 이용하는 것에 비해 제1모터(MG1)의 동력까지 사용할 수 있어 EV 구동력을 증가시키는 장점을 제공하게 된다.
그러나, 제1모터(MG1)와 제2모터(MG2)의 구동력을 동시에 이용하는 주행시, 제1브레이크(B1)가 작동되어 캐리어(C)와 엔진을 움직이지 못하도록 구속할 때, 제1브레이크(B1)를 작동시키기 위한 작동유압이 필요하므로, 제1브레이크에 잦은 작동유압이 인가되면 그 만큼의 유압 손실이 발생하여 변속기의 변속 효율을 떨어뜨리는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 두 개의 모터 및 엔진의 동력을 변속하는 하이브리드 차량용 변속기의 브레이크 중, 엔진 및 캐리어를 구속하는 브레이크의 작동을 최소화시켜서, 변속효율을 보다 향상시킬 수 있도록 한 하이브리드 차량용 변속기의 브레이크 제어 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 구현예는: 발전을 주목적으로 하는 제1모터(MG1)와 연결되는 선기어(S)와, 엔진의 출력축과 함께 제1브레이크(B1)에 연결되는 캐리어(C)와, 프론트 휠쪽에 출력 가능하게 연결되는 링기어(R)를 포함하는 변속기와; 주행을 주목적으로 하도록 프론트 휠쪽에 바로 출력 가능하게 연결되는 제2모터(MG2)를 포함하는 하이브리드 차량용 변속기의 브레이크 제어 장치에 있어서, 상기 제2모터(MG2)의 현재 출력파워와 운전자 요구파워를 비교하여 제1브레이크(B1)의 작동 여부를 결정하는 운전자 요구파워 판단부와; 운전자 요구파워가 제2모터(MG2)의 현재 출력파워보다 크다면 상기 제1모터(MG1)의 출력이 프론트 휠로 전달되도록 제1브레이크(B1)를 작동시키고, 운전자 요구파워가 제2모터(MG2)의 현재 출력파워보다 작다면 상기 제1모터(MG1)가 엔진 동력을 받아 발전을 하도록 제1브레이크(B1)를 작동 해제시키는 브레이크 제어부; 를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 변속기 제어 장치를 제공한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 구현예는: 발전을 주목적으로 하는 제1모터(MG1)와 연결되는 선기어(S)와, 엔진의 출력축과 함께 제1브레이크(B1)에 연결되는 캐리어(C)와, 프론트 휠쪽에 출력 가능하게 연결되는 링기어(R)를 포함하는 변속기와; 주행을 주목적으로 하도록 프론트 휠쪽에 바로 출력 가능하게 연결되는 제2모터(MG2)를 포함하여 구성된 하이브리드 차량용 변속기의 브레이크 제어 방법에 있어서, 상기 제2모터(MG2)의 현재 출력파워와 운전자 요구파워를 비교하여 제1브레이크(B1)의 작동 여부를 결정하는 단계와; 운전자 요구파워가 제2모터(MG2)의 현재 출력파워보다 크다면 상기 제1모터(MG1)의 출력이 프론트 휠로 전달되도록 제1브레이크(B1)를 작동시키는 단계와; 운전자 요구파워가 제2모터(MG2)의 현재 출력파워보다 작다면 상기 제1모터(MG1)가 엔진 동력을 받아 발전을 하도록 제1브레이크(B1)를 작동 해제시키는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 변속기의 브레이크 제어 방법을 제공한다.
상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.
본 발명에 따르면, 운전자의 요구파워(토크)가 제2모터(MG2)의 현재 출력파워보다 작다면 제1브레이크(B1)를 작동시키지 않고, 반면 제2모터(MG2)의 현재 출력파워보다 클 경우에만 제1브레이크(B1)를 작동시켜 제2모터(MG2)외에 제1모터(MG1)의 동력을 함께 이용할 수 있도록 함으로써, 변속기의 브레이크의 작동을 최소화시켜 유압 손실을 방지하는 동시에 변속기의 변속 효율 향상을 도모할 수 있다.
또한, 본 발명은 두 개의 모터 중 어느 하나가 엔진과 연결되는 동시에 브레이크에 연결되는 변속기 구조에 모두 적용 가능하여, 전반적인 하이브리드 차량의 변속 효율 향상을 도모할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 하이브리드 차량용 변속기의 브레이크 제어 방법이 적용되는 동력전달계통도,
도 2는 본 발명에 따른 하이브리드 차량용 변속기의 브레이크 제어 장치를 나타낸 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 하이브리드 차량용 변속기의 브레이크 제어 방법을 나타낸 순서도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.
첨부한 도 1을 참조하면, 제1모터(MG1)와 제2모터(MG2)의 구동력을 동시에 이용하는 주행시, 제1브레이크(B1)가 작동되어 캐리어(C)와 엔진의 출력축(24)이 움직이지 않게 구속된다.
따라서, 제1모터(MG1)의 작동에 따른 구동력이 제1모터(MG1)의 출력축과 연결된 선기어(S)를 통하여 링기어(R)로 전달된 후, 링기어(R)와 연결된 제2평기어(22) 및 프론트 휠 출력기어(23)를 통해 감속되어 프론트 휠(30)에 출력된다.
이때, 제2모터(MG2)의 작동에 따른 구동력은 제1평기어(21) 및 프론트 휠 출력기어(23)를 통해 감속되어 프론트 휠(30)에 출력된다.
이렇게 EV 모드시 제2모터(MG2)만 구동력으로 이용하는 것에 비해 제1모터(MG1)의 동력까지 사용할 수 있으므로, EV 구동력을 증가시키는 장점을 제공할 수 있지만, 제1브레이크(B1)에 잦은 작동유압이 인가되어 유압 손실 및 변속기의 변속 효율을 저하될 수 있다.
이에, 본 발명은 운전자의 요구파워(토크)가 제2모터(MG2)의 파워보다 작다면 제1브레이크(B1)를 작동시키지 않고, 반면 제2모터(MG2)의 파워보다 클 경우에만 제1브레이크(B1)를 작동시켜 제2모터(MG2)외에 제1모터(MG1)의 동력을 함께 이용할 수 있도록 함으로써, 제1브레이크(B1)의 작동을 최소화시켜 유압 손실을 방지하는 동시에 변속기의 변속 효율을 향상시킬 수 있도록 한 점에 주안점이 있다.
첨부한 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 변속기 제어 장치는 상기 제2모터(MG2)의 출력파워와 운전자 요구파워를 비교하여 제1브레이크(B1)의 작동 여부를 결정하는 운전자 요구파워 판단부(40)를 포함한다.
또한, 본 발명의 변속기 제어 장치는 상기 운전자 요구 파워 판단부(40)에서 운전자 요구파워가 제2모터(MG2)의 출력파워보다 큰 것으로 판정되면 상기 제1모터(MG1)의 출력이 프론트 휠로 전달되도록 제1브레이크(B1)를 작동시키는 제어를 하고, 운전자 요구파워가 제2모터(MG2)의 출력파워보다 작은 것으로 판정되면 상기 제1모터(MG1)가 엔진 동력을 받아 발전을 하도록 제1브레이크(B1)를 작동 해제시키는 제어를 하는 브레이크 제어부(42)를 포함한다.
또한, 본 발명의 변속기 제어 장치는 상기 제1브레이크(B1)의 작동 해제 전, 제1모터(MG1)의 출력파워가 제로(0)인지를 판단하여, 제로가 아니면 차량의 가속도 변화가 발생되지 않도록 제2모터(MG2)의 출력파워를 증가 제어시키는 모터파워 제어부(44)를 포함한다.
여기서, 상기한 구성을 기반으로 하는 본 발명의 하이브리드 차량용 변속기 제어 방법을 첨부한 도 3을 참조로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 차량이 EV 모드로 주행중인지 여부를 판단한다(S101).
위의 EV 모드는 제2모터(MG2)의 구동력만을 이용하여 주행하는 경우이다.
즉, 제2모터(MG2)의 동력이 제1평기어(21) 및 프론트 휠 출력기어(23)를 통해 감속되어 프론트 휠(30)에 출력되고, 동시에 엔진 동력은 엔진의 출력축(24)을 통하여 캐리어(C)로 전달된 후, 캐리어(C)로 전달된 회전력이 선기어(S)를 통해 속도 조절되며 제1모터(MG1)로 입력되어, 결국 제1모터(MG1)는 배터리 충전을 위한 발전을 하게 된다.
물론, EV 모드가 아니면, 제1브레이크(B1)가 작동하고 있는지 판단하고 제1브레이크(B1)를 해제한다.
다음으로, 운전자 요구파워 판단부(40)에서 운전자 요구 파워에 따라 제2모터(MG2)외에 제1모터(MG1)가 주행 보조를 위한 출력을 할 수 있도록 제1브레이크(B1)의 작동 여부를 결정한다.
이를 위해, 상기 제2모터(MG2)의 현재 출력파워와 운전자 요구파워를 비교하여 제1브레이크(B1)의 작동 여부를 결정한다(S102).
즉, 운전자 요구파워를 제2모터(MG2)에서 전부 출력할 수 있는지 판단하되, 제2모터(MG2)의 온도, 인버터의 온도 등을 고려하여 제2모터(MG2)의 출력가능 파워를 모니터링하고, 그에 따라 운전자 요구파워와 비교하는 과정을 거친다.
이때, 상기 운전자 요구파워가 제2모터(MG2)의 현재 출력파워보다 크다면 상기 브레이크 제어부(42)의 제어에 의하여 제1모터(MG1)의 출력이 프론트 휠로 전달되도록 제1브레이크(B1)를 작동시키는 단계가 진행된다(S103).
따라서, 상기 제1브레이크(B1)가 작동하여 엔진의 출력축(24)이 구속되는 동시에 엔진의 출력축(24)에 연결된 캐리어(c)가 구속되고, 동시에 제1모터(MG1)의 출력 작동에 따른 구동력이 선기어(S)를 통하여 링기어(R)로 전달된 후, 링기어(R)와 연결된 제2평기어(22) 및 프론트 휠 출력기어(23)를 통해 감속되어 프론트 휠(30)에 출력됨으로써, 제2모터(MG2)만 구동력으로 이용하는 것에 비해 제1모터(MG1)의 동력까지 사용할 수 있어 EV 모드시 주행 구동력을 증가시킬 수 있다.
반면, 상기 운전자 요구파워가 제2모터(MG2)의 현재 출력파워보다 작다면 상기 제1모터(MG1)가 엔진 동력을 받아 발전을 하도록 제1브레이크(B1)를 작동 해제시키는 단계가 진행된다.
이를 위해, 제1브레이크(B1)가 작동하고 있는지 판단하여(S104), 제1브레이크(B1)의 해제 전, 모터파워 제어부(44)에서 제1모터(MG1)의 현재 출력파워가 제로(0)인지를 판단한다(S105).
상기 제1모터(MG1)의 현재 출력파워가 제로이면, 제1브레이크(B1)의 작동을 해제한다(S107).
반면, 제1모터(MG1)의 현재 출력파워가 제로가 아니면 모터파워 제어부(44)에서 제1모터(MG1)의 현재 출력파워 만큼 제2모터(MG2)의 출력파워를 증가시키는 제어를 하고, 제1모터(MG1)의 출력파워를 제로로 제어하게 된다(S106).
이렇게 제1브레이크(B1)의 작동 중 제1모터(MG1)의 현재 출력파워가 제로인지를 판단하여 제로로 만들어주는 이유는, 제로가 아니라면 제1브레이크(B1)를 해제했을 때 제1모터(MG1)의 출력파워(제로가 아닌 상태)가 선기어(R)에서 캐리어(C)로 전달되어 엔진의 출력축(24)이 회전할 수도 있기 때문에 엔진의 구동에 부하로 작용함을 방지하기 위함이다.
특히, 상기 제1브레이크(B1)의 작동 중 제1모터(MG1)의 현재 출력파워가 제로인지를 판단하여 제로가 아니면 제1모터(MG1)의 현재 출력파워 만큼 제2모터(MG2)의 출력파워를 증가시키는 이유는, 제1모터(MG1)의 주행 보조를 위한 출력이 중단됨에 따른 차량의 가속도 변화를 방지하기 위함에 있다.
이에, 제1모터(MG1)의 현재 출력(제로가 아닌 상태) 만큼 제2모터(MG2)의 출력파워를 높여줌으로써, 차량의 가속도 변화를 방지할 수 있다.
이와 같이, 운전자의 요구파워(토크)가 제2모터(MG2)의 현재 출력파워보다 큰 경우에만 제2모터(MG2)외에 제1모터(MG1)의 동력을 함께 이용할 수 있도록 제1브레이크를 작동시킴으로써, 변속기의 브레이크의 작동을 최소화시켜 유압 손실을 방지하는 동시에 변속기의 변속 효율 향상을 도모할 수 있다.
MG1 : 제1모터
MG2 : 제2모터
S : 선기어
C : 캐리어
R : 링기어
B1 : 제1브레이크
20 : 변속기
21 : 제1평기어
22 : 제2평기어
23 : 프론트 휠 출력기어
24 : 엔진의 출력축
30 : 프론트 휠
40 : 운전자 요구파워 판단부
42 : 브레이크 제어부
44 : 모터파워 제어부

Claims (5)

  1. 발전을 주목적으로 하는 제1모터(MG1)와 연결되는 선기어(S)와, 엔진의 출력축과 함께 제1브레이크(B1)에 연결되는 캐리어(C)와, 프론트 휠쪽에 출력 가능하게 연결되는 링기어(R)를 포함하는 변속기(20)와; 주행을 주목적으로 하도록 프론트 휠쪽에 바로 출력 가능하게 연결되는 제2모터(MG2)를 포함하는 하이브리드 차량용 변속기의 브레이크 제어 장치에 있어서,
    상기 제2모터(MG2)의 현재 출력파워와 운전자 요구파워를 비교하여 제1브레이크(B1)의 작동 여부를 결정하는 운전자 요구파워 판단부(40)와;
    운전자 요구파워가 제2모터(MG2)의 현재 출력파워보다 크다면 상기 제1모터(MG1)의 출력이 프론트 휠로 전달되도록 제1브레이크(B1)를 작동시키고, 운전자 요구파워가 제2모터(MG2)의 현재 출력파워보다 작다면 상기 제1모터(MG1)가 엔진 동력을 받아 발전을 하도록 제1브레이크(B1)를 작동 해제시키는 브레이크 제어부(42);
    를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 변속기의 브레이크 제어 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1브레이크(B1)의 작동 해제 전, 제1모터(MG1)의 현재 출력파워가 제로(0)인지를 판단하여, 제로가 아니면 제2모터(MG2)의 현재 출력파워를 증가 제어시키는 모터파워 제어부(44)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 변속기의 브레이크 제어 장치.
  3. 발전을 주목적으로 하는 제1모터(MG1)와 연결되는 선기어(S)와, 엔진의 출력축과 함께 제1브레이크(B1)에 연결되는 캐리어(C)와, 프론트 휠쪽에 출력 가능하게 연결되는 링기어(R)를 포함하는 변속기(20)와; 주행을 주목적으로 하도록 프론트 휠쪽에 바로 출력 가능하게 연결되는 제2모터(MG2)를 포함하여 구성된 하이브리드 차량용 변속기의 브레이크 제어 방법에 있어서,
    상기 제2모터(MG2)의 현재 출력파워와 운전자 요구파워를 비교하여 제1브레이크(B1)의 작동 여부를 결정하는 단계와;
    운전자 요구파워가 제2모터(MG2)의 현재 출력파워보다 크다면 상기 제1모터(MG1)의 출력이 프론트 휠로 전달되도록 제1브레이크(B1)를 작동시키는 단계와;
    운전자 요구파워가 제2모터(MG2)의 현재 출력파워보다 작다면 상기 제1모터(MG1)가 엔진 동력을 받아 발전을 하도록 제1브레이크(B1)를 작동 해제시키는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 변속기의 브레이크 제어 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제1브레이크(B1)의 작동 해제 전, 제1모터(MG1)의 현재 출력파워가 제로(0)인지를 판단하여, 제로가 아니면 제1모터(MG1)의 현재 출력파워 만큼 제2모터(MG2)의 현재 출력파워를 증가시키는 제어 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 변속기의 브레이크 제어 방법.
  5. 청구항 3 또는 청구항 4에 있어서,
    상기 제1브레이크(B1)는 제1모터(MG1)의 현재 출력파워가 제로가 될 때, 작동 해제되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 변속기의 브레이크 제어 방법.
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KR20040001776A (ko) * 2002-06-28 2004-01-07 현대자동차주식회사 연료전지 하이브리드 전기자동차의 동력분배 제어시스템및 제어방법
JP2005039923A (ja) 2003-07-18 2005-02-10 Toyota Motor Corp ハイブリッド車輌の制御装置
KR20100035265A (ko) * 2008-09-26 2010-04-05 한국철도기술연구원 플라이휠을 이용한 직렬형 하이브리드 추진시스템 및 구동방법

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