KR101497161B1 - 하이브리드 구동기를 제어하는 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 하나 이상의 내연기관(2) 및 하나 이상의 전동기(4)를 포함하며, 차량(100)의 전동기(4)와 구동 트레인(6) 사이에 배치된 제1 커플링(5) 및 전동기(4)와 내연 기관(2) 사이에 배치된 제2 커플링(3)을 구비한, 차량(100)의 하이브리드 구동기(1)를 제어하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따라 하이브리드 구동기(1)의 작동 매개 변수는 운전자 요구에 따라 제어된다.
Figure R1020097008174
내연기관, 전동기, 구동 트레인, 제1 커플링, 제2 커플링

Description

하이브리드 구동기를 제어하는 방법 {METHOD FOR CONTROLLING A HYBRID DRIVE}
본 발명은 하나 이상의 내연기관 및 하나 이상의 전동기를 포함하며, 차량의 전동기와 구동 트레인 사이에 배치된 제1 커플링 및 전동기와 내연 기관 사이에 배치된 제2 커플링을 구비한, 차량의 하이브리드 구동기의 제어 방법에 관한 것이다.
본 발명의 카테고리에 따른 하이브리드 구동기는 하나 이상의 내연기관과, 하나 이상의 전동기와, 내연기관과 전동기 사이 및 전동기와 상기 전동기에 접속된 차량 구동 트레인 사이에 각각 배치된 하나 이상의 커플링을 포함한다. 자동차 분야에서 기존의 구동 컨셉을 개선하는 데 있어서, 연료 소비의 최적화, 탄소 배출 감축 및 주관적 주행감의 개선의 관점에서 하이브리드 구동기의 중요성이 점차 증대되고 있다. 상기 하이브리드 구동기는 내연기관 외에도 화석 연료로 구동되지 않는 하나 이상의 추가 구동원을 구비한다. 적절한 구동 전략에 의해, 상이한 구동원들의 장점들은 최적으로 활용되고 단점들은 보완될 수 있다. 대안 구동원으로서 내연기관과 전동기의 조합은 자동차 산업에서 가장 지배적인 버전이다. 일련의 다양한 하이브리드 차량이 이미 양산품 또는 양산품에 가까운 제품으로서 생산되고 있다. 어떤 경우든, 내연기관에 의해 구동되는 종래의 차량들에 비해 연료 소비가 적다는 점은 공통적이다. 연료 절감은, 하이브리드 특유의 장점인 제동 시 에너지 회생 가능성 및 스타트/정지 기능 구현에 기인한다. 하이브리드 구동기는 병렬 하이브리드, 직렬 하이브리드 및 분기 하이브리드로 구별된다. 모두 2개의 에너지 저장 장치, 즉 배터리와 연료 탱크가 사용되는 공통점이 있다. 배터리의 대안으로 커패시터가 에너지 저장 장치로 사용될 수도 있다. 하이브리드 구동기들에서 특징적인 차이점은 전동기의 출력에 있다. 이 경우, 마일드 하이브리드(Mild Hybrid) 버전과 풀 하이브리드(Full Hybrid) 버전으로 나뉘는데, 소위 풀 하이브리드는 적어도 부분적으로 오직 전기 구동 방식으로만 주행하는 차량을 의미한다. 전술한 동력 분기식 하이브리드 구동기는 본 발명에서는 고려 대상에서 제외되는데, 그 이유는 그러한 하이브리드 구동기에서는 스타트 과정이 상이한 방식으로 진행되므로 본 발명에 기초한 문제가 대두되지 않기 때문이다. 그 밖에도 소위 시동 발전기가 공지되어 있다. 그러나 이러한 시동 발전기에서는 전동기가 차량 크랭크축과 고정 연결되어 있어서, 작동 시 동기화의 문제가 대두되지 않는다.
본 발명의 과제는 병렬 하이브리드로서 형성된 하이브리드 구동기를 구비한 차량에서 시동 과정을 개선하는 것이다.
상기 과제는 하나 이상의 내연기관 및 하나 이상의 전동기를 포함하며, 차량의 전동기와 구동 트레인 사이에 배치된 제1 커플링 및 전동기와 내연 기관 사이에 배치된 제2 커플링을 구비한, 차량의 하이브리드 구동기를 제어하는 방법이며, 내연기관의 시동은 제2 커플링의 닫힘을 통해 이루어지고, 하이브리드 구동기의 작동 매개 변수는 운전자 요구에 따라 제어되고, 운전자 요구는 등급으로(제1등급, 제2등급, 제3등급) 분류되며, 상기 등급들은 운전자 요구에 할당된 요구 토크를 통해 구별되고, 운전자 요구는 가속 페달의 위치에 의해 도출되고, 상기 전동기는 회전수 조절 모드로 작동되고, 회전수 조절되는 전동기의 경우 제1등급에서는 전동기의 시동 후 전동기의 회전수 조절을 위해 비교적 긴 시간이 제공되고, 제3등급에서는 비교적 짧은 시간이 제공되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 구동기의 제어 방법에 의해 해결된다.
본 발명을 통해 병렬 하이브리드로서 형성된 하이브리드 구동기가 장착된 차량에서의 시동 과정이 개선될 수 있다. 본 발명에서는 내연기관과 전동기 사이에 비례 커플링으로 형성된 추가 커플링이 제공된다. 이러한 구성을 통해, 상기 추가 커플링이 개방된 상태에서 차량 구동기가 전동기로 구동될 수 있다. 이때, 요구 출력이 더 높은 경우 또는 배터리의 충전 상태가 약화되는 경우에 내연기관이 구동 트레인에 결함을 일으키지 않고 시동되어야 하는 문제가 발생한다. 물론 이러한 경우, 한 편으로는 내연기관이 성공적인 시동에 필요한 속도를 내는 데 충분한 토크가 제공되도록 상기 커플링이 제어되어야 한다. 다른 측면에서는, 내연기관의 가속에 사용되는 토크가 최대한 작아야 하는데, 그 이유는 상기 토크가 전동기에 의해 추가로 제공되어 예비로 비축되어야 하기 때문이다. 본 발명은 내연기관의 시동 시 운전자의 요구가 고려됨으로써, 하이브리드 구동기의 쾌적한 제어를 가능케 한다.
그 밖의 장점들은 상세한 설명, 도면 및 종속 청구항들에 제시된다.
하기에서는 도면을 참고로 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다.
도 1은 하이브리드 구동기를 구비한 차량의 개략도이다.
도 2는 운전자 요구 등급에 따른 가속 페달의 경로 위치를 도시한 도면이다.
도 3은 운전자 요구 등급에 따른 가속 페달의 경로 위치를 도시한 도면이다.
도 4는 운전자 요구 등급에 따른 가속 페달의 경로 위치를 도시한 도면이다.
도 1에는 하이브리드 구동기(1)를 구비한 차량(100)의 개략도가 도시되어 있다. 하이브리드 구동기(1)는 종래 기술에 따른 내연기관(2) 및 전동기(4)를 포함한다. 전동기(4)와 개략적으로 도시된 구동 트레인(6) 사이에 제1 커플링(5)이 배치된다. 내연기관(2)과 전동기(4) 사이에는 제2 커플링(3)이 배치된다. 제2 커플 링은 비례 커플링이다. 차량(100)의 차대는 디퍼렌셜을 구비한 축의 일부와 휠(7)로써 도시되어 있다. 도면부호 "8"은 전동기(4)에 에너지를 공급하는 배터리를 나타낸다. 차량 전기 시스템의 그 외 다른 부품들은 도 1에 도시되어 있지 않다. 도 1에 도시된 하이브리드 구동기(1)는 차량(100)이 전동기(4)를 이용하여 오직 전기식으로만 구동되는 것을 가능케 한다. 차량이 오직 전기식으로만 구동되는 경우, 내연 기관(2)과 전동기(4) 사이에 배치된 제2 커플링(3)이 열린다. 그러나 배터리(8)의 충전 레벨이 급격하게 낮아지거나 더 높은 출력 요구가 있을 경우, 내연기관(2)이 시동되어야 한다. 이는 제2 커플링(3)이 닫혀야 가능하다. 그러나 이로 인해 차량(100)의 구동 트레인(6)에 장애를 유발하는 일은 가급적 없어야 한다. 이를 위해 우선 커플링(5)은 슬립 토크로 구동된다. 따라서, 내연기관(2)의 시동으로 인해 전동기(4) 측에서 발생될 수도 있는 장애는 차량(100)의 구동 트레인(6)으로부터 분리될 수 있다. 더욱이, 커플링(3)은 정해진 슬립 토크로 제어된다. 이 토크를 이용하여 내연기관(2)은 전동기(4)와 동일한 속도에 도달할 때까지 가속된다. 그러면 커플링(3)이 완전히 닫히게 되고, 내연기관(2)은 차량(1)의 구동 트레인(6)으로 토크를 전달할 수 있다. 슬립 단계 동안의 추가 토크(하기에서 슬립 토크라고도 칭함)는 전동기(4)에 의해 제공되어야 한다. 이때 커플링(3)은, 한편으로는 내연기관(2)에 충분한 토크를 전달하여 내연기관(2)이 성공적인 시동에 필요한 속도를 낼 수 있도록 제어되어야 한다. 다른 한편으로는 내연기관(2)의 가속에 필요한 토크가 최대한 낮아야 하는데, 그 이유는 상기 토크가 전동기(4)에 의해 추가로 제공되어 여분으로서 비축되어야 하기 때문이다. 마지막으로 커플링(5)도 재차 닫힌다. 그러나 이 커플링은 해당 작동점에 따라 닫힌다. 따라서, 예를 들어 낮은 회전수일 때는 일반적으로 커플링(5)이 완전히 닫힐 수 없다.
상술된 진행 과정의 경우 시동 쾌적성의 향상을 위한 복수의 방법들이 있다. 그러나 이러한 방법들은 대개 변환 시 시동 시간이 연장된다는 단점도 있다. 본 발명에 따르면, 내연기관의 시동이 운전자 요구 및/또는 주행 상황에 맞춰짐으로써, 항상 최적의 절충안이 얻어진다.
본 발명의 핵심은 운전자 요구 및/또는 주행 상황을 분류하고 우선 순위를 결정하는 데 있다. 후술되는 실시예에서는 예를 들어 3개의 등급으로 분류하는 것이 제공된다.
제1등급은 특별한 요구 토크없이, 예를 들어 차량(100)의 차량 전기 시스템을 통해 개시되는 시동에 적용된다. 상기 경우는 예를 들어 배터리의 충전 상태가 너무 심하게 떨어질 때 발생한다. 상기 시동 상황일 때 현재의 요구 토크는 실질적으로 전동기를 통해 발생된다.
제2등급은 적당한 요구 토크와 연관된 시동 과정에 적용된다. 이 경우 전동기(4)가 제공할 수 있는 것보다 훨씬 더 높은 토크가 요구된다.
제3등급은 매우 높은 요구 토크와 연관된 시동 과정에 적용된다.
시동 과정의 진행은 언급된 등급들을 위해 상이한 최적비로서 결정된다. 제1등급에 따른 특별한 요구 토크가 없는 시동을 위해서는 통상적으로 특별히 긴급을 요하지 않는다. 따라서 모든 매개 변수들이 최대의 쾌적성을 위해 구성될 수 있다.
제3등급에 따른 매우 높은 요구 토크를 갖는 시동 과정의 경우 대개 가능한 한 짧은 반응 시간이 구현되어야 한다. 시동 과정을 통해 작은 저킹(jerking)이 차량(100)의 구동 트레인에서 발생되는 경우, 이는 특별히 위험하지는 않은데, 그 이유는 높은 요구 토크에 의해 비교적 강한 저킹이 어차피 차량의 구동 트레인(6)에서 발생되기 때문이다.
제2등급에 따른 적당한 요구 토크를 갖는 시동 과정을 위해 평균적인 어플리케이션이 선택될 수 있다. 즉, 너무 느리지 않은 진행 과정으로 만족스러운 쾌적성이 이루어질 수 있다.
상술된 분류에 따라 상응하는 등급 분류와 원하는 시동 유형을 실행하기 위해, 본 발명의 제1 변형 실시예에 따라 가속 페달의 위치가 사용될 수 있다. 이 경우, 바람직하게 임계값은 가속 페달(9)의 각도 위치 또는 가속 페달(9)의 최대 경로의 백분율에 할당된다. 이 경우, 제1등급에 따른 시동 과정은 예를 들어 가속 페달(9)의 위치가 가능한 페달 경로의 값(W < 30%)에 상응하게 되면(도 2) 시작된다. 제2등급에 따른 시동 과정은 예를 들어 가속 페달(9)의 위치가 가능한 페달 경로의 30% 내지 60%의 값(W)에 상응하게 되면(도 3) 시작된다. 상기 제3등급에 따른 시동 과정은 가속 페달(9)의 경로가 최대 페달 경로의 약 60%를 초과하는 값(W)에 상응하게 되면(도 4) 시작된다.
본 발명의 대안적인 변형 실시예에 따라, 언급된 등급 분류는 가속 페달(9)의 작동 속도를 고려하여 실행될 수도 있다. 가속 페달 이동의 빠른 변화 속도는 장래의 높은 요구 토크를 암시하므로, 제3등급에 따른 시동 과정이 시작된다. 이 에 상응하게, 더 느린 변화 속도는 제2등급에 따른 시동 과정을 유도하는데, 그 이유는 더 낮은 요구 토크가 취해지기 때문이다. 더욱이 가속 페달 위치의 변화 속도와 가속 페달 위치의 조합도 고려될 수 있다.
본 발명의 추가 변형 실시예에 따라, 운전자의 타입도 인식될 수 있고, 인식된 운전자 타입(스포츠 운전 타입, 쾌적 운전 타입)은 언급된 등급 분류를 위해 사용될 수 있다. 운전자 보조 시스템은 예를 들어 가속 페달, 브레이크 페달 및 조향 장치의 작동 유형으로부터 운전자의 타입을 도출할 수 있다. 언급된 조작 요소들이 특히 다이나믹하게 자주 작동되면, 운전자는 특히 스포츠 타입으로 분류된다.
더욱이 임계값은 자동 변속기의 선택된 전환 프로그램(예를 들어 스포츠 모드 또는 쾌적 모드)에 좌우될 수 있다.
이 경우 일반적으로 복수의 선택 기준 적용시에, 더 높은 요구 토크를 갖는 시동 등급의 인식은 더 낮은 요구 토크를 갖는 시동 등급의 인식보다 우선한다.
하기에는 선택된 등급에 따른 하이브리드 구동기의 제어 효과가 설명된다. 우선 토크 컨버터를 구비한 구동 트레인이 고려된다. 바람직하게 여기서 토크 컨버터 로크업 커플링의 개방 속도는 선택된 등급과, 이에 따라 제공되는 시동 유형에 좌우된다. 제1등급에서는 느린 개방 속도가 제공된다. 이는 과정이 더 오래 지속된다는 단점이 있지만, 차량(100)의 구동 트레인(6)에 거의 장애를 일으키지 않는다는 장점이 있다. 반면, 제3등급에서는 토크 컨버터 로크업 커플링의 개방 속도가 빠르지만, 구동 트레인(6)의 장애를 감수해야 한다.
따라서, 상술된 실시예에서와 같이 커플링(3)이 비례 커플링으로서 형성되는 경우, 바람직하게 시동시 하이브리드 구동기(1)의 내연기관(2)을 가속하는 슬립 토크는 선택된 등급에 좌우될 수 있다. 따라서 제1등급에서 슬립 토크는 정확히 필요한 만큼의 크기로 선택된다. 반면 제3등급에서는 내연기관(2)의 최단 시동 시간을 달성하기 위해 가능한 큰 슬립 토크가 제공된다.
시동 이후 토크 컨버터 로크업 커플링의 닫힘을 위해서도 닫힘 속도뿐 아니라 닫힘 시간은 등급에 따라 선택될 수 있다. 이 경우, 열림 과정에서와 동일한 등급이 필수적인 것은 아닌데, 그 이유는 운전자 요구가 도중에 변화되었을 수 있기 때문이다. 더 유연한 대처를 위해, 운전자 요구의 변화를 통한 등급의 변경은 언제나 실행될 수 있다.
시동 중에, 전동기(4)는 회전수 조절 모드로 작동된다. 내연기관(2)이 전동기(4)의 회전수를 향해 가속된 후, 스스로 토크를 제공하는 즉시 회전수의 오버 슈트가 쉽게 발생할 수 있는데, 경우에 따라 내연기관(2)이 처음부터 너무 높은 토크를 발생시키기 때문이다. 따라서 오버 슈트를 감쇠하기 위해 회전수 조절이 시동 이후에도 얼마 동안 계속 진행되는 것이 바람직하다. 상기 회전수 조절의 후속 조절 시간도 바람직하게 분류 등급에 좌우될 수 있다. 회전수 조절되는 전동기(4)의 경우, 제1등급에서는 전동기(4)의 시동 후 전동기(4)의 회전수 조절을 위해 비교적 긴 시간이 제공되고, 제3등급에서는 비교적 짧은 시간이 제공된다. 제1등급의 경우 오버 슈트가 양호하게 감쇠되면서 비교적 긴 후속 조절 시간이 선택될 수 있다. 제3등급의 경우 신속한 반응과 연관되어 짧은 후속 조절 시간이 선택될 수 있다.
통상적으로 내연기관(2)의 시동시에는 높은 토크에 의한 회전수의 오버 슈트가 발생하지 않도록 스로틀 밸브가 닫힌다. 그러나 제3등급의 경우와 같이 높은 토크에 대한 요구가 존재할 때, 내연기관(2)은 가급적 신속하게 가급적 높은 토크 를 제공해야 한다. 따라서 이와 관련하여, 선택된 등급에 따라 스로틀 밸브를 시동 시작에서부터 상응하게 제어할 수도 있다.

Claims (8)

  1. 하나 이상의 내연기관(2) 및 하나 이상의 전동기(4)를 포함하며, 차량(100)의 전동기(4)와 구동 트레인(6) 사이에 배치된 제1 커플링(5) 및 전동기(4)와 내연 기관(2) 사이에 배치된 제2 커플링(3)을 구비한, 차량(100)의 하이브리드 구동기(1)를 제어하는 방법이며,
    내연기관(2)의 시동은 제2 커플링(3)의 닫힘을 통해 이루어지고,
    하이브리드 구동기(1)의 작동 매개 변수는 운전자 요구에 따라 제어되고,
    운전자 요구는 등급으로(제1등급, 제2등급, 제3등급) 분류되며, 상기 등급들은 운전자 요구에 할당된 요구 토크를 통해 구별되고,
    운전자 요구는 가속 페달(9)의 위치에 의해 도출되고,
    상기 전동기(4)는 회전수 조절 모드로 작동되고,
    회전수 조절되는 전동기(4)의 경우 제1등급에서는 전동기(4)의 시동 후 전동기(4)의 회전수 조절을 위해 비교적 긴 시간이 제공되고, 제3등급에서는 비교적 짧은 시간이 제공되는 것을 특징으로 하는, 하이브리드 구동기의 제어 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 제1등급에는 가속 페달(9)의 최대 위치의 30%까지의 위치가, 제2등급에는 가속 페달(9)의 30% 내지 60%의 위치가, 제3등급에는 가속 페달(9)의 최대 위치의 60%를 초과하는 위치가 상응하는 것을 특징으로 하는, 하이브리드 구동기의 제어 방법.
  5. 제1항에 있어서, 비례 커플링으로 구성된 커플링(3)의 경우, 내연기관(2) 시동 시 제1등급에서는 슬립 토크가 필요한 정도로만 작게 조절되고, 제3등급에서는 가능한 한 짧은 시동 시간을 달성하기 위해 슬립 토크가 훨씬 더 크게 조절되는 것을 특징으로 하는, 하이브리드 구동기의 제어 방법.
  6. 제1항에 있어서, 토크 컨버터를 구비한 하이브리드 구동기(1)에서 토크 컨버터 로크업 커플링은 제1등급에서는 느린 개방 속도로 개방되고, 제3등급에서는 가능한 한 빠른 속도로 개방되는 것을 특징으로 하는, 하이브리드 구동기의 제어 방법.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서, 차량의 스로틀 밸브는 등급에 따라 파일럿 제어되는 것을 특징으로 하는, 하이브리드 구동기의 제어 방법.
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