KR101518958B1 - 하이브리드 전기 자동차용 엔진 제어 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전기 자동차용 엔진 제어 장치는, 동력을 발생시키는 엔진; 상기 엔진을 시동시키고 선택적으로 발전기로 동작하는 HSG; 상기 엔진의 동력을 보조하고 회생 제동시 발전기로 동작하는 모터; 상기 엔진과 모터의 사이에 구비되는 클러치; 차량의 운전 정보를 검출하는 운전정보검출부; 및 상기 운전정보검출부로부터 제공된 차량의 정보를 이용하여 차량이 타력 주행 중일 때, 클러치 결합 조건을 만족하면 상기 클러치를 결합하여 상기 HSG를 회생 제동시키는 제어부;를 포함한다.
상기한 바와 같은 본 발명의 실시예에 의하면, 하이브리드 전기 자동차가 경사 구간을 타력 주행할 때, 일정 조건하에서 클러치를 결합하여 엔진 브레이크를 사용할 수 있도록 하여, 유압 브레이크의 잦은 사용에 따른 브레이크 장치에 고장이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

Description

하이브리드 전기 자동차용 엔진 제어 장치 및 방법 {Engine Control Apparatus for Hybrid Electric Vehicle and Method Thereof}

본 발명은 전기 자동차용 엔진 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전기 자동차가 경사진 도로를 타력 주행할 때 잦은 브레이크의 사용으로 인해 브레이크 시스템이 파손되는 것을 방지하기 위한 전기 자동차용 엔진 제어 장치 및 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 있다.

하이브리드 전기 자동차에 구비되는 모터는 차량의 주행시 엔진의 동력을 보조하고, 회생 제동시에는 발전기로 동작한다.

일반적으로 종래 기술에 의한 하이브리드 전기 자동차가 타력 주행할 때는, 엔진과 모터의 사이에 구비된 클러치의 결합이 해제되면서, 상기 엔진은 동작하지 않는다. 그리고 상기 모터는 발전기로 동작하여 배터리를 충전시킨다.

즉, 차량이 타력 주행 중일 때는, 상기 클러치의 결합이 해제되기 때문에, 엔진 브레이크를 사용할 수 없고, 차량에 구비된 유압 브레이크를 사용하여 차량을 제동시켜야 한다.

그러나 차량이 급경사 구간을 장시간 주행 중일 때는, 엔진 브레이크를 사용하지 못하고, 유압 브레이크만을 사용하여 차량을 제동시켜야 하기 때문에, 잦은 유압 브레이크의 사용으로 인해, 브레이크 장치에 고장이 발생하는 문제가 발생한다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 하이브리드 전기 자동차가 경사 구간을 타력 주행할 때, 유압 브레이크의 과도한 사용으로 인해 브레이크 장치에 고장이 발생하는 것을 방지하는 것을 목적으로 한다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전기 자동차용 엔진 제어 장치는, 동력을 발생시키는 엔진; 상기 엔진을 시동시키고 선택적으로 발전기로 동작하는 HSG; 상기 엔진의 동력을 보조하고 회생 제동시 발전기로 동작하는 모터; 상기 엔진과 모터의 사이에 구비되는 클러치; 차량의 운전 정보를 검출하는 운전정보검출부; 및 상기 운전정보검출부로부터 제공된 차량의 정보를 이용하여 차량이 타력 주행 중일 때, 클러치 결합 조건을 만족하면 상기 클러치를 결합하여 상기 HSG를 회생 제동시키는 제어부;를 포함할 수 있다.

상기 클러치 결합 조건은, 상기 모터의 발전 용량을 초과하고, 브레이크의 작동 시간이 일정 시간 이상이며, 차량의 가속도가 영 이상일 수 있다.

상기 제어부는, 자동차가 타력 주행 중이고 상기 클러치의 결합에 의해 엔진 오버런 구동 중일 때, 엔진의 연소실에 연료를 분사하는 인젝터 및 상기 엔진의 연소실로 유입되는 공기량을 감지하는 공기 유량 센서를 보정할 수 있다.

상기 제어부는, 상기 엔진에서 발생하는 동력을 전달받아 회전하는 크랭크의 각속도를 측정하여 상기 인젝터에 의한 연료 분사량을 보정할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 하이브리드 전기 자동차용 엔진 제어 방법은, 운전정보검출부에 의해 차량의 운전 정보를 감지하는 단계; 상기 운전정보검출부에 의해 감지된 운전 정보를 통해 자동차가 타력 주행 중인 것으로 판단되면, 제어부는 엔진과 모터의 사이에 구비되는 클러치의 결합을 해제하여 모터를 회생 제동시키는 단계; 및 상기 제어부는 상기 클러치의 결합 조건을 만족하면, 상기 클러치를 결합하여 HSG를 회생 제동 시키는 단계;를 포함할 수 있다.

상기 클러치의 결합 조건은, 상기 모터의 회생 제동시 상기 모터의 발전 용량을 초과하고, 브레이크의 작동 시간이 설정값 이상이며, 차량의 가속도가 영 보다 큰 경우일 수 있다.

상기 운전정보검출부에 의해 감지된 운전 정보를 통해 자동차가 타력 주행 중이고 상기 클러치의 결합 조건을 만족하는 것으로 판단되면, 상기 제어부는 상기 엔진에서 발생하는 동력을 전달받아 회전하는 크랭크의 각속도를 측정하여 상기 인젝터에 의한 연료 분사량을 보정하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 운전정보검출부에 의해 감지된 운전 정보를 통해 자동차가 타력 주행 중이고 상기 클러치의 결합 조건을 만족하는 것으로 판단되면, 상기 제어부는 상기 연소실로 유입되는 공기량을 감지하는 공기 유량 센서의 값과, 모델 기반 계산 공기량을 비교하여 상기 공기 유량 센서를 보정하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기한 바와 같은 본 발명의 실시예에 의한 하이브리드 전기 자동차의 엔진 제어 장치에 의하면, 하이브리드 전기 자동차가 경사 구간을 타력 주행할 때, 일정 조건하에서 클러치를 결합하여 엔진 브레이크를 사용할 수 있도록 하여, 유압 브레이크의 잦은 사용에 따른 브레이크 장치에 고장이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

또한, 하이브리드 전기 자동차가 경사 구간을 타력 주행할 때, 클러치를 결합하여 HSG를 회생 제동시킴으로써, 차량의 제동력을 높일 수 있다.

그리고 하이브리드 전기 자동차가 타력 주행 중일 때, 인젝터의 연료 분사량과 공기 유량 센서를 보정할 수 있다.

이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전기 자동차의 엔진 제어 장치의 구성을 보인 개념도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전기 자동차의 엔진 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 1은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전기 자동차의 엔진 제어 장치의 구성을 보인 개념도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전기 자동차(이하에서는 '자동차'라 칭합니다)는, 동력을 발생시키는 엔진(10)과, 상기 엔진(10)의 동력을 보조하는 모터(30), 상기 엔진(10)과 모터(30)의 사이에 구비되는 클러치(20), 차량의 운전 정보를 검출하는 운전정보검출부(90), 및 상기 운전정보검출부(90)에서 검출된 정보를 이용하여 상기 엔진(10)과 모터(30) 및 클러치(20)를 제어하는 제어부(70)를 포함한다.

그리고 상기 엔진(10)에는 상기 엔진내에 구비된 실린더의 연료를 점화하기 위한 하이브리드 스타드 제너레이터(HSG: Hybrid Start Generator)가 연결된다. 상기 HSG(12)는 스타터 및 제너레이터로 동작되며, 상기 제어부(70)에서 인가되는 제어신호에 따라 엔진(10)의 시동 온을 실행하고, 엔진(10))이 시동 온을 유지하는 상태에서 제너레이터로 동작되어 전압을 발전시키며 발전 전압을 인버터를 통해 배터리에 충전 전압으로 제공한다.

상기 모터(30)는 상기 하이브리드 차량의 주행 엔진(10)의 동력을 보조하며, 회생 제동시에는 제너레이터로 동작되어 전압을 발전시키며 발전 전압을 인버터를 통해 배터리에 충전 전압으로 제공한다.

상기 운전정보검출부(90)는, 차량의 속도, 엑셀포지션센서(APS: Acceleration Position Sensor)의 개도량, 상기 모터(30)의 발전 용량 등을 지속적으로 검출하여 상기 제어부(70)로 전송한다. 또한, 상기 운전정보검출부(90)는 인젝터에 의해 엔진(10)의 연소실에 분사되는 연료량과 공기 유량 센서를 통해 상기 연소실에 유입되는 공기량을 지속적으로 검출하여 상기 제어부(70)로 전송한다.

상기 제어부(70)는 설정된 프로그램에 의하여 작동하는 하나 이상의 프로세서로 구비될 수 있으며, 상기 설정된 프로그램은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전기 자동차의 제어 방법의 각 단계를 수행하도록 되어 있다.

상기 제어부(70)는, 상기 운전정보검출부(90)로부터 제공된 자동차의 정보를 이용하여 자동차가 타력 주행 중인지 여부를 판단한다. 그리고 자동차가 타력 주행 중일 때, 클러치의 결합 조건을 만족하면, 상기 클러치(20)를 결합하여 상기 엔진(10)을 오버런 구동시키고 상기 HSG(12)를 회생 제동시킨다.

이와 같이, 자동차가 타력 주행 중일 때, 클러치 결합 조건을 만족하는 경우 상기 클러치를 결합하여 엔진과 동력축을 연결함으로써 엔진 브레이크가 작동될 수 있게 한다. 따라서 브레이크의 잦은 사용으로 인해 브레이크 장치가 파손되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 상기 제어부(70)는, 자동차의 엔진(10)이 오버런 구동 중일 때, 엔진(10)의 연소실에 연료를 분사하는 인젝터 및 상기 엔진(10)의 연소실로 유입되는 공기량을 감지하는 공기 유량 센서를 보정한다.

구체적으로, 엔진(10)이 오버런 구동시에 상기 인젝터를 통해 연소실로 미세량의 연료를 분사한다. 이때, 상기 엔진(10)에서 발생하는 동력을 전달받아 회전하는 크랭크의 각속도를 측정하여, 상기 인젝터에 의해 분사되는 연료량이 설정값과 차이가 있는지 여부를 판단한다. 그리고 상기 인젝터에 의해 분사되는 연료량이 설정값과 차이가 있으면, 상기 인젝터에 의해 분사되는 연료량을 보정한다.

즉, 상기 인젝터를 지속적으로 사용하게 되면, 상기 인젝터가 노후화되어 연소실에 분사되는 연료량이 정상일 때와 비교하여 차이가 발생한다. 자동차가 일반 주행을 하는 경우에는, 상기 인젝터에 의해 분사되는 연료량이 정상인지 여부를 판단할 수 없다. 따라서 자동차가 타력 주행 중일 때, 상기 인젝터에 의해 분사되는 연료량을 보정한다.

그리고 상기 제어부(70)는 엔진(10)의 연소실로 유입되는 공기량을 감지하는 공기 유량 센서에서 감지된 값과 모델 계산값을 비교하여 상기 공기 유량 센서를 보정한다.

상기 모델 계산값은 인테이크 매니폴드 및 배기 매니폴드에 구비된 온도 센서와 압력 센서에서 감지된 값고, 엔진 배기량, 엔진 회전수, 연소실에 시간당 유입되는 최대 공기량, 터보차저의 가압 압력, 터보 차저의 과급량 조절 밸브의 개도량, 배기가스 재순환 장치의 밸브 개도량 등의 인자를 이용하여 계산되는 값이다.

즉, 자동차의 지속적인 운행으로 인해, 상기 공기 유량 센서가 노후화되어 상기 공기 유량 센서의 정확도가 떨어진다. 자동차가 일반 주행을 하는 경우에는, 상기 공기 유량 센서에서 감지되는 값이 정상인지 여부를 판단할 수 없다. 따라서 자동차가 타력 주행 중이면서, 엔진(10)의 오버런 구동 중일 때, 상기 공기 유량 센서를 보정한다.

이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전기 자동차용 엔진 제어 방법에 대해 구체적으로 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전기 자동차의 엔진 제어 방법을 도시한 순서도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 운전정보검출부(90)를 통해 자동차의 주행 정보를 감지한다(S10). 이때, 감지되는 주행 정보는, 차량의 속도, 엑셀포지션센서(APS: Acceleration Position Sensor)의 개도량, 상기 모터의 발전 용량, 인젝터에 의해 엔진(10)의 연소실에 분사되는 연료량, 공기 유량 센서를 통해 상기 연소실에 유입되는 공기량을 포함한다. 상기 운전정보검출부(90)에서 검출된 자동차의 주행 정보는 상기 제어부(70)로 제공된다.

그리고 상기 제어부(70)는 상기 운전정보검출부(90)로부터 제공된 자동차의 정보를 이용하여 자동차가 타력 주행 중인지 여부를 판단한다(S20). 이때, 자동차의 속도가 영보다 크고 엑셀포지션센서의 개도량이 영이면 자동차가 타력 주행 중인 것으로 판단한다.

자동차가 타력 주행 중이면, 상기 제어부(70)는 상기 클러치(20)의 결합을 해제하여 상기 모터(30)를 회생 제동시킨다(S30). 즉, 상기 모터(30)가 제너레이터로 동작하면서 전기를 발전하고, 발전된 전기는 인버터를 통해 배터리에 충전된다.

그리고 상기 제어부(70)는 상기 클러치 결합 조건을 충족하는지 여부를 판단한다(S40). 이때, 상기 클러치 결합 조건은, 자동차가 타력 주행시 상기 모터의 발전 용량을 초과하고, 브레이크의 작동 시간이 일정 시간 이상이며, 자동차의 가속도가 영 이상인 것을 의미한다.

상기 클러치 결합 조건을 충족하면, 상기 클러치(20)를 결합하고 엔진(10)을 오버런 구동시키고 상기 HSG(12)를 회생 제동시킨다(S50). 즉, 상기 HSG(12)가 제너레이터로 동작하면서 전기를 발전하고, 발전된 전기는 인버터를 통해 배터리에 충전된다.

자동차가 타력 주행하면서 엔진(10)이 오버런 구동 중일 때, 상기 제어부(70)는 인젝터에 의해 연소실로 분사되는 연료량과, 엔진(10)의 연소실로 유입되는 공기량을 감지하는 공기 유량 센서를 보정한다(S60).

이때, 상기 인젝터에 의해 연소실로 분사되는 연료량은 크랭크의 각속도를 측정하여, 상기 인젝터에 의해 분사되는 연료량이 설정값과 차이가 발생하는지를 통해 판단한다.

그리고 상기 공기 유량 센서에서 감지된 값과 모델 계산값을 비교하여 상기 공기 유량 센서를 보정한다.

다음으로, 상기 클러치(20)의 결합을 유지할 것인지 여부를 판단한다(S70). 즉, 자동차가 주행할 때 엔진(10)의 구동력을 필요로 하는지를 판단하는데, 엑셀포지션센서의 개도량이 영보다 큰 경우 상기 클러치(20)의 결합을 유지하도록 한다.

만약, 상기 엑셀포지션센서의 개도량이 영보다 크면 상기 인젝터와 공기 유량 센서의 보정을 중지하고, 상기 클러치(20)의 결합을 유지한다(S80).

그러나 상기 엑셀포지션센서의 개도량이 영이면, 클러치(20)의 결합을 유지하고 상기 S10 단계로 회귀한다(S90).

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: 클러치
30: 모터
50: 변속기
60: 동력축
70: 제어부
90: 운전정보검출부

Claims (8)

1. 동력을 발생시키는 엔진;
   상기 엔진을 시동시키고 선택적으로 발전기로 동작하는 HSG;
   상기 엔진의 동력을 보조하고 회생 제동시 발전기로 동작하는 모터;
   상기 엔진과 모터의 사이에 구비되는 클러치;
   차량의 운전 정보를 검출하는 운전정보검출부; 및
   상기 운전정보검출부로부터 제공된 차량의 정보를 이용하여 차량이 타력 주행 중일 때, 클러치 결합 조건을 만족하면 상기 클러치를 결합하여 상기 HSG를 회생 제동시키는 제어부;
   를 포함하고,
   상기 제어부는,
   자동차가 타력 주행 중이고 상기 클러치의 결합에 의해 엔진 오버런 구동 중일 때, 엔진의 연소실에 연료를 분사하는 인젝터 및 상기 엔진의 연소실로 유입되는 공기량을 감지하는 공기 유량 센서를 보정하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 엔진 제어 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 클러치 결합 조건은,
   상기 모터의 발전 용량을 초과하고, 브레이크의 작동 시간이 일정 시간 이상이며, 차량의 가속도가 영 이상인 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 엔진 제어 장치.
   
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 제어부는,
   상기 엔진에서 발생하는 동력을 전달받아 회전하는 크랭크의 각속도를 측정하여 상기 인젝터에 의한 연료 분사량을 보정하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 엔진 제어 장치.
   
5. 운전정보검출부에 의해 차량의 운전 정보를 감지하는 단계;
   상기 운전정보검출부에 의해 감지된 운전 정보를 통해 자동차가 타력 주행 중인 것으로 판단되면, 제어부는 엔진과 모터의 사이에 구비되는 클러치의 결합을 해제하여 모터를 회생 제동시키는 단계; 및
   상기 제어부는 상기 클러치의 결합 조건을 만족하면, 상기 클러치를 결합하여 HSG를 회생 제동 시키는 단계;
   를 포함하고,
   상기 운전정보검출부에 의해 감지된 운전 정보를 통해 자동차가 타력 주행 중이고 상기 클러치의 결합 조건을 만족하는 것으로 판단되면,
   상기 제어부는 연소실로 유입되는 공기량을 감지하는 공기 유량 센서의 값과, 모델 기반 계산 공기량을 비교하여 상기 공기 유량 센서를 보정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 엔진 제어 방법.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 클러치의 결합 조건은,
   상기 모터의 회생 제동시 상기 모터의 발전 용량을 초과하고, 브레이크의 작동 시간이 설정값 이상이며, 차량의 가속도가 영 보다 큰 경우인 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 엔진 제어 방법.
   
7. 제5항에 있어서,
   상기 운전정보검출부에 의해 감지된 운전 정보를 통해 자동차가 타력 주행 중이고 상기 클러치의 결합 조건을 만족하는 것으로 판단되면,
   상기 제어부는 상기 엔진에서 발생하는 동력을 전달받아 회전하는 크랭크의 각속도를 측정하여 인젝터에 의한 연료 분사량을 보정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 엔진 제어 방법.
   
8. 삭제

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