KR101518900B1

KR101518900B1 - 하이브리드 자동차의 모드 제어 장치 및 제어 방법

Info

Publication number: KR101518900B1
Application number: KR1020140017692A
Authority: KR
Inventors: 박준영; 김태우; 박송일
Original assignee: 현대자동차 주식회사; 기아자동차 주식회사
Priority date: 2014-02-17
Filing date: 2014-02-17
Publication date: 2015-05-11
Also published as: CN104842998A; DE102014225265A1; US20150232080A1; US9862369B2; CN104842998B

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 모드 제어 장치는, 동력을 발생시키는 엔진과 모터의 사이에 구비되는 엔진 클러치; 상기 모터와 변속기 사이에 구비되는 듀얼 클러치; 및 상기 엔진 클러치와 듀얼 클러치의 결합 및 해제를 제어하는 제어부를 포함하고, 변속기 입력속도가 엔진의 최저 속도보다 작은 상태에서 EV 모드에서 HEV 모드로 전환이 요구되는 경우, 상기 제어부는 상기 듀얼 클러치의 결합력을 감소시켜 슬립이 발생하도록 하고, 상기 엔진을 시동시켜 엔진 속도를 모터의 속도와 동기화한 후에 상기 엔진 클러치를 결합하며, 상기 변속기의 입력 속도와 최소 엔진 속도보다 크면 상기 듀얼 클러치가 슬립이 발생하지 않고 완전 결합하도록 제어한다.
상기한 바와 같은 본 발명의 실시예에 의한 하이브리드 자동차의 모드 제어 장치에 의하면, 하이브리드 자동차의 주행 모드를 EV 모드에서 HEV 모드로 전환시에 듀얼 클러치의 슬립을 통해 모드를 전환할 수 있는 효과를 가진다.

Description

하이브리드 자동차의 모드 제어 장치 및 제어 방법 {MODE CONTROL APPARATUS OF HYBRID VEHICLE AND CONTROL METHOD THEREOF}

본 발명은 하이브리드 자동차의 모드 제어 장치에 관한 것으로, 더욱 구체적으로 하이브리드 자동차의 주행 모드를 EV 모드에서 HEV 모드로 전환할 때, 듀얼 클러치의 슬립을 이용하여 모드 전환함으로써, 엔진 클러치를 건식클러치로 설계할 수 있어 자동차의 제조원가를 절감할 수 있도록 하는 자동차의 모드 제어 장치 및 제어 방법에 관한 것이다.

하이브리드 자동차는 두 가지 이상의 동력원을 사용하는 자동차로써, 일반적으로 엔진과 모터를 사용하여 구동되는 하이브리드 전기 자동차를 말한다.

하이브리드 전기 자동차는 엔진과 모터로 구성되는 두 가지 이상의 동력원을 사용하여 다양한 구조를 형성할 수 있는데, 도 1에는 병렬형 하이브리드 자동차의 시스템 구조가 개략적으로 도시되어 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 병렬형 하이브리드 자동차는, 엔진(10)과 모터(30)가 엔진(10)클러치에 의해 연결되고, 엔진(10)과 모터(30)의 축에는 듀얼 클러치(40)(Dual Clutch Transmission: DCT)가 연결되어 있으며, 상기 듀얼 클러치(40)에는 변속기(50)가 연결된다. 그리고 상기 엔진(10)에는 하이브리드 스타트 제너레이터(HSG(12): Hybrid Start Generator)가 구비된다.

하이브리드 자동차의 주요 주행 모드는, 모터(30)의 동력만을 이용하여 순수 전기자동차 모드인 EV(Electric Vehicle) 모드와, 엔진(10)의 회전력을 주 동력원으로 하고 상기 모터(30)의 동력을 보조 동력으로 이용하는 HEV(Hybrid Electric Vehicle) 모드, 그리고 자동차의 제동 혹은 관성에 의한 주행시 자동차의 제동 및 관성 에너지를 상기 모터(30)에서의 발전을 통하여 회수하여 배터리에 충전하는 회생 제동(RB: Regenerative Braking) 모드로 이루어진다.

EV 모드와 HEV 모드 사이의 변환은 하이브리드 자동차의 주요한 기능 중의 하나로, 하이브리드 자동차의 운전 성능, 연비 및 동력 성능에 영향을 미친다.

일반적으로 하이브리드 자동차가 초기 시동시에 배터리에 충전된 전원을 이용하여 모터(30)를 구동하고, 모터(30)에서 발생한 구동력에 의해 듀얼 클러치(40)가 완전 결합(lockup)되어 구동축(60)으로 동력을 전달한다.

그러나 하이브리드 자동차가 EV 모드에서 주행 중에, 상기 모터(30)가 엔진(10)의 최소 속도보다 낮아 모터(30)의 속도와 엔진 속도를 동기화할 수 없는 저속 영역에서 HEV 모드로 전환할 필요가 있다. 예를 들면, 평지에서 EV 모드로 주행 중에 급격한 경사 구간을 지나야 하는 경우, 또는 오르막 경사로의 구간이 긴 경우, 또는 최초 자동차의 출발시에는 EV 모드 주행이 가능했으나 모터(30)의 엔진(10) 동기화 가능 속도에 도달하기 전 엔진(10)의 동력이 필요한 경우에는 도 2에 도시된 바와 같은 모드 전환이 이루어진다.

도 2는 종래 기술에 의한 하이브리드 자동차의 모드 전환 과정을 도시한 구성도이다. 그리고 도 3은 종래 기술에 의한 하이브리드 자동차의 모드 전환시 시간에 따른 속도와 토크, 그리고 클러치 결합력의 관계를 도시한 그래프이다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, EV 모드에서 모터(30)와 듀얼 클러치(40)가 결합한 상태에서 모터(30)의 동력으로 자동차가 주행 중(도 1(a) 구간 참조)에, HEV 모드로의 전환이 필요하면 엔진 클러치(20)의 슬립(slip)을 통해 엔진(10)에서 발생한 동력을 구동축(60)에 전달한다(도 1(b) 구간 참조). 그리고 상기 모터(30)의 속도가 최소 엔진 속도에 도달하면, 엔진 클러치(20)가 완전 결합(이하에서는 클러치가 슬립되는 상태와 구별하기 위해 클러치가 결합하여 동력을 완전히 전달하는 상태를 완전 결합이라고 칭한다)되어 HEV 모드로 전환이 이루어진다(도 1(c) 구간 참조). 최소 엔진 속도는 엔진(10)이 시동되어 동작은 하지만, 토크를 전달할 수 없는 정도의 속도를 말하는데, 일반적으로 600~1000RPM 정도의 수준이다.

그러나 상기한 바와 같은 종래 기술에 의한 모드 전환 방법에 의하면, 엔진 클러치(20)의 슬립을 통해 엔진(10)의 동력을 전달하기 때문에 엔진 클러치(20)에 과다한 발열이 발생한다. 따라서 상기 엔진 클러치(20)를 건식 클러치로 설계할 수 없고 습식 클러치로 설계해야 한다. 이와 같이, 엔진 클러치(20)를 습식 클러치로 설계하면 제조원가가 상승하고 연비가 저하되는 문제가 발생한다.

또한, 엔진 클러치(20)의 슬립을 통해 모드 전환이 이루어지기 때문에, 엔진 클러치(20)의 슬립 용량을 증가시켜야 한다. 이로 인해, 엔진 클러치(20)의 마찰면 매수를 증가시키거나 마찰 면적을 크게 설계해야 하므로, 각 부품의 레이 아웃을 자유롭게 설계할 수 없어 설계 자유도가 나빠지는 문제가 발생한다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 하이브리드 자동차의 주행 모드를 EV 모드에서 HEV 모드로 전환시에 듀얼 클러치의 슬립을 통해 모드를 전환할 수 있는 하이브리드 자동차의 모드 제어 장치 및 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 모드 제어 장치는, 동력을 발생시키는 엔진과 모터의 사이에 구비되는 제1 클러치; 상기 모터와 변속기 사이에 구비되는 제2 클러치; 및 상기 제1 클러치와 제2 클러치의 결합 및 해제를 제어하는 제어부를 포함하고, EV 모드에서 HEV 모드로 전환이 요구되는 소정의 경우, 상기 제어부는 상기 제2 클러치의 슬립을 발생시켜 상기 모터와 상기 엔진의 속도를 동기화하도록 제어하고, 상기 EV 모드는 상기 제1 클러치를 개방하고 상기 제2 클러치를 결합하여 상기 모터의 구동력을 이용하여 차량을 구동시키는 모드이고, 상기 HEV 모드는 상기 제1 클러치와 상기 제2 클러치를 결합하여 상기 엔진과 상기 모터의 구동력을 이용하여 차량을 구동시키는 모드일 수 있다.
변속기 입력속도가 엔진의 최저 속도보다 작은 상태에서 EV 모드에서 HEV 모드로 전환이 요구되는 경우, 상기 제어부는 상기 제2 클러치의 결합력을 감소시켜 슬립이 발생하도록 하고, 상기 엔진을 시동시켜 엔진 속도를 모터의 속도와 동기화한 후에 상기 제1 클러치를 결합하며, 상기 변속기의 입력 속도가 최소 엔진 속도보다 커지면 상기 제2 클러치가 슬립이 발생하지 않고 완전 결합하도록 제어할 수 있다.
상기 모터의 사용이 불가능한 상태에서 EV 모드에서 HEV 모드로 전환이 요구되는 경우, 상기 제어부는 상기 제2 클러치의 결합을 해제하고, 상기 제1 클러치를 결합하며, 상기 제2 클러치의 결합력을 증가시켜 슬립이 발생하도록 하며, 상기 변속기의 입력 속도가 최소 엔진 속도보다 크면 상기 제2 클러치가 슬립이 발생하지 않고 완전 결합하도록 제어할 수 있다.
상기 변속기 입력속도가 엔진의 최저 속도보다 큰 상태에서 EV 모드에서 HEV 모드로 전환이 요구되는 경우, 상기 제어부는 제2 클러치의 결합을 유지한 상태에서 엔진을 시동시키고, 엔진 속도와 모터 속도를 동기화 한 후에 제1 클러치를 결합할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 모드 제어 방법은 EV 모드에서 HEV 모드로 전환을 요구하는지 판단하는 단계; 변속기의 입력 속도가 영인지 여부를 판단하는 단계; 변속기의 입력 속도가 영이 아니면, 변속기의 입력 속도가 최소 엔진 속도보다 큰지 여부를 판단하는 단계; 변속기의 입력 속도가 최소 엔진 속도 이하이면, 제2 클러치의 결합력을 감소시켜 슬립이 발생하도록 하고, 엔진 시동 후 아이들 주행하는 단계; 엔진 속도와 모터 속도가 동기화되었는지 여부를 판단하는 단계; 엔진 속도와 모터 속도가 동기화되면, 제1 클러치를 결합하는 단계; 및 변속기 입력 속도가 최소 엔진 속도보다 커지면 제2 클러치가 슬립이 발생하지 않도록 완전 결합하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 변속기의 입력 속도가 영인 경우, 상기 제2 클러치의 결합력을 감소시켜 상기 제2 클러치를 해제하고, 상기 제1 클러치를 결합하며, 상기 모터 또는 시동 모터를 통해 상기 엔진을 시동시키고, 상기 제2 클러치의 결합력을 증가시켜 상기 제2 클러치의 슬립을 발생시키는 단계; 상기 변속기의 입력 속도가 최소 엔진 속도보다 큰지 여부를 판단하는 단계; 및 상기 변속기의 입력 속도가 최소 엔진 속도보다 크면 상기 제2 클러치가 슬립이 발생하지 않도록 완전 결합하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 변속기의 입력 속도가 영이 아니고 상기 변속기의 변속기의 입력 속도가 최소 엔진 속도보다 크면, 상기 제2 클러치의 결합을 유지한 상태에서 엔진 시동 후 엔진 속도와 모터 속도를 동기화 시키는 단계; 및 상기 엔진 속도와 모터 속도가 동기화되면 제1 클러치를 결합하는 단계를 포함할 수 있다.

삭제

상기한 바와 같은 본 발명의 실시예에 의한 하이브리드 자동차의 모드 제어 장치 및 제어 방법에 의하면, 하이브리드 자동차의 주행 모드를 EV 모드에서 HEV 모드로 전환시에 듀얼 클러치의 슬립을 통해 모드를 전환할 수 있는 효과를 가진다.

또한, 듀얼 클러치의 슬립을 이용하여 모드 전환을 수행하기 때문에, 엔진 클러치를 건식 클러치로 대체하는 것이 가능하므로, 자동차의 제조원가를 절감하고 연비가 향상되는 효과를 가진다.

그리고 엔진 클러치를 건식 클러치로 대체할 수 있어 자동차내에 구비되는 각 부품의 설계 자유도가 높아지는 효과를 가진다.

이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 일반적인 하이브리드 자동차의 시스템 구성도이다.
도 2는 종래 기술에 의한 하이브리드 자동차의 모드 전환 과정을 도시한 구성도이다.
도 3은 종래 기술에 의한 하이브리드 자동차의 모드 전환시 시간에 따른 속도와 토크, 그리고 클러치 결합력의 관계를 도시한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 하이브리드 자동차가 정상 상태에서의 모드 전환 과정을 도시한 구성도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 하이브리드 자동차가 정상 상태에서의 모드 전환 과정시의 시간에 따른 속도와 토크, 그리고 클러치 결합력의 관계를 도시한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 의한 하이브리드 자동차가 모터 사용이 불가능한 경우 모드 전환 과정을 도시한 구성도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 의한 하이브리드 자동차가 모터 사용이 불가능한 경우 자동차 발진시의 시간에 따른 속도와 토크, 그리고 클러치 결합력의 관계를 도시한 그래프이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 의한 하이브리드 자동차가 저속 주행 중 모드 전환 과정을 도시한 구성도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 의한 하이브리드 자동차가 저속 주행 중 모드 전환시의 시간에 따른 속도와 토크, 그리고 클러치 결합력의 관계를 도시한 그래프이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 의한 하이브리드 자동차의 발진 제어 방법을 도시한 순서도이다

이하, 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 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 붙이도록 한다.

또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.

도 4는 본 발명의 실시예에 의한 하이브리드 자동차가 정상 상태에서의 모드 전환 과정을 도시한 구성도이다. 그리고 도 5는 본 발명의 실시예에 의한 하이브리드 자동차가 정상 상태에서의 모드 전환 과정시의 시간에 따른 속도와 토크, 그리고 클러치 결합력의 관계를 도시한 그래프이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 하이브리드 자동차는, 동력을 발생시키는 엔진(10)과 모터(30)의 사이에 구비되는 엔진 클러치(20)와, 상기 모터(30)와 변속기(50) 사이에 구비되는 듀얼 클러치(40)(DCT: Dual Clutch Transmission), 그리고 상기 엔진 클러치(20)와 듀얼 클러치(40)의 결합 및 해제를 제어하는 제어부(70)를 포함하여 구성된다.

상기 제어부는 설정된 프로그램에 의하여 작동하는 하나 이상의 프로세서로 구비될 수 있으며, 상기 설정된 프로그램은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 모드 제어 방법의 각 단계를 수행하도록 되어 있다.

상기 듀얼 클러치(40)는 모터(30)로부터 입력되는 동력의 두 개의 클러치를 이용하여 상기 변속기(50)의 입력축에 선택적으로 전달하고, 두 개의 입력축의 변속비를 조절하여 구동축(60)으로 동력을 전달한다.

그리고 상기 엔진(10)에는 엔진(10)내에 구비된 실린더의 연료를 점화하기 위한 하이브리드 스타드 제너레이터(12) (HSG: Hybrid Start Generator)가 연결된다. 상기 모터(30)는 자동차의 주행 시 엔진(10) 동력을 보조하며, 회생 제동 시에는 배터리를 충전시키는 역할을 한다.

도 4를 참조하여, 본 발명의 실시예에 의한 하이브리드 자동차의 모드 전환 방법에 대해 설명하도록 한다.

먼저, 도 4(a)에 도시된 바와 같이, 상기 듀얼 클러치(40)의 결합을 유지한 상태에서, 모터(30)의 토크를 이용하여 자동차를 발진시킨다. 즉, 하이브리드 자동차의 EV 모드로 자동차의 주행을 시작한다.

그리고 HEV 모드로 변환이 필요한 경우에는, 도 4(b)에 도시된 바와 같이, 엔진(10)을 시동시킨 후 최소 엔진 속도 이상에서 엔진 속도와 모터 속도를 동기화한다. 엔진 속도와 모터 속도가 동기화되면 상기 엔진 클러치(20)를 완전 결합하여 엔진(10)의 동력을 자동차의 구동축(60)에 전달한다. 즉, 하이브리드 자동차는 HEV 모드로 주행하게 된다.

그리고 도 5에 도시된 바와 같이, 하이브리드 자동차가 EV 모드로 주행 중인 (a) 구간에서는, 모터(30)의 속도가 점차적으로 증가하고, 모터(30) 토크 또한 점차적으로 증가한다. 그리고 EV 모드에서 듀얼 클러치(40)의 결합력은 최대로 높아진다.

모터 속도와 엔진 속도를 동기화하는 (b) 구간에서는 엔진(10)의 시동에 의해 엔진 속도가 급격하게 높아지다가 최소 엔진 속도 이상에서 엔진 속도는 모터 속도와 동기화된다. 그리고 (b) 구간에서는 아직 엔진 클러치(20)가 결합되지 않는 상태이기 때문에, 모터 토크는 일정하게 유지하지만, 엔진(10)에 의한 토크는 구동축(60)에 전달되지 않는다.

하이브리드 자동차의 HEV 모드 구간((c) 구간 참조)에서는, 모터 속도와 엔진 속도가 동기화되어 모터 속도와 엔진 속도가 상승한다. 그리고 엔진 클러치(20)가 결합된 상태이므로, 구동축(60)에 전달되는 엔진 토크는 급격하게 증가하고, 엔진 클러치(20)의 결합력 또한 급격하게 증가한다.

다음으로, 하이브리드 자동차에서 배터리의 충전량(SOC: State Of Charge)가 고갈되거나, 극저온 상태에서 배터리 출력이 제한되는 경우, 또는 모터(30) 과열 등의 원인으로 인해 모터(30)의 구동 토크를 이용할 수 없는 경우의 모드 전환 방법에 대해 설명하도록 한다.

도 6은 본 발명의 실시예에 의한 하이브리드 자동차가 모터 사용이 불가능한 경우 모드 전환 과정을 도시한 구성도이다. 그리고 도 7은 본 발명의 실시예에 의한 하이브리드 자동차가 모터 사용이 불가능한 경우 자동차 발진시의 시간에 따른 속도와 토크, 그리고 클러치 결합력의 관계를 도시한 그래프이다.

도 6(a)에 도시된 바와 같이, 엔진 클러치(20)가 결합한 상태에서 모터(30) 또는 HSG(12)를 통해 엔진(10)을 시동시킨다.

그리고 도 6(b)에 도시된 바와 같이, 상기 듀얼 클러치(40)의 슬립을 통해 엔진(10)에서 발생한 토크를 구동축(60)으로 전달한다. 즉, 최초 엔진(10)을 시동시킨 상태에서는 엔진의 속도가 최소 엔진 속도보다 작기 때문에 엔진(10)에서 충분한 토크가 발생하지 않는다. 따라서 상기 듀얼 클러치(40)의 슬립을 통해 엔진(10) 토크를 구동축(60)에 전달한다.

그리고 도 6(c)에 도시된 바와 같이, 변속기(50)의 입력 속도가 최소 엔진 속도 이상으로 증가하면, 엔진(10)에서 충분한 토크가 발생하게 된다. 이때, 듀얼 클러치(40)를 완전 결합시켜 엔진(10)에서 발생한 토크를 구동축(60)에 전달한다.

그리고 도 7에 도시된 바와 같이, 하이브리드 자동차의 엔진(10) 시동 구간(a)에서는 엔진 클러치(20)만 연결되어 있기 때문에 엔진 속도와 모터 속도는 같이 증가한다.

상기 듀얼 클러치(40) 슬립 구간 (b)에서는 듀얼 클러치(40)에서 발생하는 슬립에 의해 변속기(50) 입력 속도가 점차적으로 증가한다. 그리고 엔진(10) 토크와 듀얼 클러치(40) 결합력도 점차로 증가하다가 일정하게 유지된다.

HEV 구간(c)에서는 듀얼 클러치(40)가 완전 결합되기 때문에, 변속기(50) 입력 속도와 엔진 토크, 그리고 듀얼 클러치(40)의 결합력이 증가하게 된다.

하이브리드 자동차 EV 모드에서 주행 중에, 모터(30)가 최소 엔진 속도보다 낮아 모터(30)의 속도와 엔진 속도를 동기화할 수 없는 저속 영역에서 HEV 모드로 전환하는 방법에 대해 설명한다. 예를 들면, 평지에서 EV 모드로 주행 중에 급격한 경사 구간을 지나야 하는 경우, 또는 오르막 경사로의 구간이 긴 경우, 또는 최초 자동차의 출발시에는 EV 모드 주행이 가능했으나 모터(30)의 엔진(10) 동기화 가능 속도에 도달하기 전 엔진(10)의 동력이 필요한 경우에 적용이 가능하다.

도 8은 본 발명의 실시예에 의한 하이브리드 자동차가 저속 주행 중 모드 전환 과정을 도시한 구성도이다. 그리고 도 9는 본 발명의 실시예에 의한 하이브리드 자동차가 저속 주행 중 모드 전환시의 시간에 따른 속도와 토크, 그리고 클러치 결합력의 관계를 도시한 그래프이다.

도 8(a)에 도시된 바와 같이, 하이브리드 자동차가 듀얼 클러치(40)가 결합한 상태인 EV 모드로 주행 중에 엔진(10) 동력이 필요하면 HSG(12)를 통해 엔진(10)을 시동시킨다. 그리고 엔진(10)은 아이들 상태를 유지한다.

그리고 도 8(b)에 도시된 바와 같이, 듀얼 클러치(40)의 결합력을 감소시켜 듀얼 클러치(40)에서 슬립을 발생시킨다.

그리고 도 8(c)에 도시된 바와 같이, 엔진 속도와 모터 속도가 동기화되도록 엔진 클러치(20)를 결합한다. 이때, 엔진 토크가 증가하면서 듀얼 클러치(40)의 결합력이 증가한다.

다음으로 도 8(d)에 도시된 바와 같이, 엔진 속도와 모터 속도가 동기화되면 듀얼 클러치(40)를 완전 결합시킨다.

도 9에 도시된 바와 같이, 하이브리드 자동차가 EV 모드에서 주행 중인 (a) 구간에서는 모터 속도와 모터 토크가 약간 증가한다. 그리고 엔진의 시동에 의해 엔진 토크는 급격하게 증가하고, 듀얼 클러치의 결합력은 일정하게 유지된다.

상기 듀얼 클러치(40)가 슬립하는 (b)구간에서는 엔진 속도는 일정하게 유지되고, 상기 듀얼 클러치(40)의 슬립에 의해 모터의 속도는 증가한다. 상기 엔진 클러치(20)는 결합하기 전이므로 엔진 토크는 구동축(60)으로 전달되지 않고, 상기 듀얼 클러치(40)의 결합력은 슬립에 의해 작아진다.

상기 듀얼 클러치(40)가 슬립하고 엔진 클러치(20)가 결합하는 (c) 구간에서는, 엔진 속도와 모터 속도가 동기화되면서, 변속기(50) 입력속도는 점차로 증가한다. 그리고 모터 토크와 엔진 토크는 일정하게 유지되고, 상기 엔진 클러치(20)의 결합력은 증가한다.

상기 듀얼 클러치(40)가 완전 결합 되는 (d) 구간에서는, 엔진 속도와 모터 속도가 동기화 되어 증가하면서 변속기(50)의 입력 속도 또한 증가한다. 그리고 엔진 토크 또한 증가하고 상기 듀얼 클러치(40)의 완전 결합에 의해 듀얼 클러치(40)의 결합력이 증가한다.

이하에서는 본 발명의 실시예에 의한 하이브리드 자동차의 발진 제어 방법에 대해, 도 10을 참조하여 설명하도록 한다. 도 10은 본 발명의 실시예에 의한 하이브리드 자동차의 발진 제어 방법을 도시한 순서도이다

도 10에 도시된 바와 같이, EV 모드에서 HEV 모드로 전환 요구가 있는지 여부를 판단한다(S10).

상기 S10 단계에서 EV 모드에서 HEV 모드로 전환 요구를 감지하면, 변속기(50)의 입력 속도가 영(zero)인지 여부를 판단한다(S20). 여기서 상기 변속기(50)의 입력 속도가 영인 경우는, 앞에서 설명한 하이브리드 자동차의 모터 사용이 불가능한 경우를 의미한다.

상기 S20 단계에서, 변속기(50)의 입력 속도가 영이면, 듀얼 클러치(40)의 결합을 해제하고 슬립이 발생되도록 한다. 그리고 모터(30) 또는 HSG(12)를 통해 엔진(10)을 시동시킨다(S31).

그리고 변속기(50)의 입력 속도가 최소 엔진 속도보다 큰지 여부를 판단한다(S33). 만약, 변속기(50)의 입력 속도가 최소 엔진 속도보다 크면, 상기 듀얼 클러치(40)를 결합하여 구동축에 동력을 전달한다(S35).

만약, 상기 S20 단계에서, 변속기(50)의 입력 속도가 영이 아니면, 변속기(50)의 입력 속도가 최소 엔진 속도보다 큰지 여부를 판단한다(S51).

이때, 변속기(50)의 입력 속도가 최소 엔진 속도보다 크면(이 상태는 앞에서 설명한 정상 상태에서 EV 모드에서 HEV 모드로 전환 상태를 의미한다), 듀얼 클러치(40)의 결합을 유지한 상태에서 엔진(10)을 시동시킨다. 그리고 엔진 속도를 모터 속도와 동기화 시킨다(S53).

엔진 속도와 모터 속도를 확인하여, 엔진 속도가 모터 속도와 동기화 되었는지 여부를 판단한다(S55). 만약, 상기 S55 단계에서, 엔진 속도가 모터 속도와 동기화된 것으로 확인되면, 엔진 클러치(20)를 결합한다.

그리고 상기 S51 단계에서 변속기(50)의 입력 속도가 최소 엔진 속도 이하이면, 듀얼 클러치(40)의 결합력을 감소시켜 듀얼 클러치(40)가 슬립이 발생하도록 한다. 그리고 엔진(10)을 시동시킨 후 아이들 상태를 유지한다(S71).

엔진 속도가 모터 속도와 동기화 되었는지 여부를 판단한다(S73). 만약, 엔진 속도와 모터 속도가 동기화되었으면, 엔진 클러치(20)를 결합하여 차속을 증가시킨다(S75).

그리고 변속기(50)의 입력 속도와 최소 엔진 속도를 비교하여(S77), 변속기(50)의 입력 속도가 최소 엔진 속도 크면, 듀얼 클러치(40)가 슬립이 일어나지 않도록 완전 결합하여 구동축(60)으로 토크가 전달되도록 한다(S79).

상기한 바와 같은 본 발명의 실시예에 의한 하이브리드 자동차의 모드 제어 장치 및 제어 방법의 기술적 특징은, 엔진 클러치(20)의 슬립을 사용하지 않고 듀얼 클러치(40)의 슬립을 이용하여 모드 전환을 수행하는 것이다.

따라서, 엔진 클러치(20)를 건식 클러치로 설계하는 것이 가능해 진다. 이로 인해, 자동차의 제조원가가 절감되고 자동차의 연비가 향상된다. 또한, 엔진 클러치(20)를 건식 클러치로 대체함으로써 각 부품 배치를 위한 설계 자유도가 높아지는 효과를 가진다.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

10: 엔진
12: HSG
20: 엔진 클러치
30: 모터
40: 듀얼 클러치
50: 변속기
60: 구동축
70: 제어부

Claims

동력을 발생시키는 엔진과 모터의 사이에 구비되는 제1 클러치;
상기 모터와 변속기 사이에 구비되는 제2 클러치; 및
상기 제1 클러치와 제2 클러치의 결합 및 해제를 제어하는 제어부를 포함하고,
EV 모드에서 HEV 모드로 전환이 요구되는 소정의 경우, 상기 제어부는 상기 제2 클러치의 슬립을 발생시켜 상기 모터와 상기 엔진의 속도를 동기화하도록 제어하고,
상기 EV 모드는 상기 제1 클러치를 개방하고 상기 제2 클러치를 결합하여 상기 모터의 구동력을 이용하여 차량을 구동시키는 모드이고, 상기 HEV 모드는 상기 제1 클러치와 상기 제2 클러치를 결합하여 상기 엔진과 상기 모터의 구동력을 이용하여 차량을 구동시키는 모드이며,
변속기 입력속도가 엔진의 최저 속도보다 작은 상태에서 EV 모드에서 HEV 모드로 전환이 요구되는 경우,
상기 제어부는 상기 제2 클러치의 결합력을 감소시켜 슬립이 발생하도록 하고, 상기 엔진을 시동시켜 엔진 속도를 모터의 속도와 동기화한 후에 상기 제1 클러치를 결합하며, 상기 변속기의 입력 속도가 최소 엔진 속도보다 커지면 상기 제2 클러치가 슬립이 발생하지 않고 완전 결합하도록 제어하는 하이브리드 자동차의 모드 제어 장치.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 모터의 사용이 불가능한 상태에서 EV 모드에서 HEV 모드로 전환이 요구되는 경우,
상기 제어부는 상기 제2 클러치의 결합을 해제하고, 상기 제1 클러치를 결합하며, 상기 제2 클러치의 결합력을 증가시켜 슬립이 발생하도록 하며, 상기 변속기의 입력 속도가 최소 엔진 속도보다 크면 상기 제2 클러치가 슬립이 발생하지 않고 완전 결합하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차의 모드 제어 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 변속기 입력속도가 엔진의 최저 속도보다 큰 상태에서 EV 모드에서 HEV 모드로 전환이 요구되는 경우,
상기 제어부는 제2 클러치의 결합을 유지한 상태에서 엔진을 시동시키고, 엔진 속도와 모터 속도를 동기화 한 후에 제1 클러치를 결합하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차의 모드 제어 장치.
EV 모드에서 HEV 모드로 전환을 요구하는지 판단하는 단계;
변속기의 입력 속도가 영인지 여부를 판단하는 단계;
변속기의 입력 속도가 영이 아니면, 변속기의 입력 속도가 최소 엔진 속도보다 큰지 여부를 판단하는 단계;
변속기의 입력 속도가 최소 엔진 속도 이하이면, 제2 클러치의 결합력을 감소시켜 슬립이 발생하도록 하고, 엔진 시동 후 아이들 주행하는 단계;
엔진 속도와 모터 속도가 동기화되었는지 여부를 판단하는 단계;
엔진 속도와 모터 속도가 동기화되면, 제1 클러치를 결합하는 단계; 및
변속기 입력 속도가 최소 엔진 속도보다 커지면 제2 클러치가 슬립이 발생하지 않도록 완전 결합하는 단계를 포함하는 하이브리드 자동차의 발진 제어 방법.
제 5 항에 있어서,
상기 변속기의 입력 속도가 영인 경우, 상기 제2 클러치의 결합력을 감소시켜 상기 제2 클러치를 해제하고, 상기 제1 클러치를 결합하며, 상기 모터 또는 시동 모터를 통해 상기 엔진을 시동시키고, 상기 제2 클러치의 결합력을 증가시켜 상기 제2 클러치의 슬립을 발생시키는 단계;
상기 변속기의 입력 속도가 최소 엔진 속도보다 큰지 여부를 판단하는 단계; 및
상기 변속기의 입력 속도가 최소 엔진 속도보다 크면 상기 제2 클러치가 슬립이 발생하지 않도록 완전 결합하는 단계를 포함하는 하이브리드 자동차의 모드 제어 방법.
제 5 항에 있어서,
상기 변속기의 입력 속도가 영이 아니고 상기 변속기의 변속기의 입력 속도가 최소 엔진 속도보다 크면, 상기 제2 클러치의 결합을 유지한 상태에서 엔진 시동 후 엔진 속도와 모터 속도를 동기화 시키는 단계; 및
상기 엔진 속도와 모터 속도가 동기화되면 제1 클러치를 결합하는 단계를 포함하는 하이브리드 자동차의 모드 제어 방법.