KR101567691B1 - 하이브리드 차량의 제어방법 - Google Patents

하이브리드 차량의 제어방법 Download PDF

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KR101567691B1 KR1020140056673A KR20140056673A KR101567691B1 KR 101567691 B1 KR101567691 B1 KR 101567691B1 KR 1020140056673 A KR1020140056673 A KR 1020140056673A KR 20140056673 A KR20140056673 A KR 20140056673A KR 101567691 B1 KR101567691 B1 KR 101567691B1
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최금림
김백유
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현대자동차주식회사
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Abstract

본 발명은 브레이크와 함께 유성기어의 한 요소에 연결된 제너레이터 및 엔진의 역회전을 방지하는 클러치를 포함하는 하이브리드 차량에 있어서, 엔진이 구동상태에서 정지상태로 변화하는지 판단하는 정지상태판단단계; 엔진이 정지상태로 변화하는 경우, 엔진의 회전관성을 상쇄시키는 제너레이터토크가 제1 최대토크제한범위 내에 형성되는지 판단하고, 휠 토크를 일정하게 유지시키는 모터토크가 제2 최대토크제한범위 내에 형성되는지 판단하는 토크제어판단단계; 토크제어판단단계 수행결과, 제너레이터토크 및 모터토크가 각각의 최대토크제한범위 내에 형성된 경우, 제너레이터 및 모터로 엔진속도제어를 수행하는 제1 엔진속도제어단계;를 포함할 수 있다.

Description

하이브리드 차량의 제어방법 {Control method for hybrid vehicle}
본 발명은 하이브리드 차량의 클러치 파손을 방지시키지 위한 하이브리드 차량의 제어방법에 관한 것이다.
엔진과 모터제너레이터를 사용하는 하이브리드 차량은 저속에서는 상대적으로 저속토크특성이 우수한 모터제너레이터로부터의 동력을 구동력으로 이용하도록 하고, 고속에서는 상대적으로 고속토크특성이 우수한 엔진으로부터의 동력으로 차량이 구동되도록 함으로써 연비를 개선하는 것을 목적으로 한다.
하이브리드 차량은 고속으로 주행하다가 차속을 줄이게되면 모터와 엔진을 이용하여 구동하는 하이브리드 모드에서, 모터만을 이용하여 주행하는 전기자동차 모드로 변환된다. 이때 엔진의 회전관성에 의해 엔진이 역회전을 한 후에 정지하기도 하는데, 이러한 역회전을 방지하기 위해 일반적으로 클러치가 연결된다.
하지만 엔진의 회전관성에 의한 역회전 힘이 클러치에 전부 가해지기 때문에, 이 충격으로 인하여 클러치가 파손될 수 있다는 문제점이 있다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 10-2011-0052147 A
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 하이브리드 차량이 하이브리드 모드에서 전기자동차 모드로 변환하게 될 시 유성기어의 선기어와 연결된 브레이크 및 제너레이터로 엔진의 속도를 제어함으로써 클러치로 가해지는 부하를 줄여 클러치의 파손을 방지하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 제어방법은 브레이크와 함께 유성기어의 한 요소에 연결된 제너레이터 및 엔진의 역회전을 방지하는 클러치를 포함하는 하이브리드 차량에 있어서, 엔진이 구동상태에서 정지상태로 변화하는지 판단하는 정지상태판단단계; 상기 엔진이 정지상태로 변화하는 경우, 엔진의 회전관성을 상쇄시키는 제너레이터토크가 제1 최대토크제한범위 내에 형성되는지 판단하고, 휠 토크를 일정하게 유지시키는 모터토크가 제2 최대토크제한범위 내에 형성되는지 판단하는 토크제어판단단계; 상기 토크제어판단단계 수행결과, 상기 제너레이터토크 및 모터토크가 각각의 최대토크제한범위 내에 형성된 경우, 상기 제너레이터 및 모터로 엔진속도제어를 수행하는 제1 엔진속도제어단계;를 포함할 수 있다.
상기 정지상태판단단계는 차량주행가능파워보다 운전자요구파워가 작아지는 경우 구동상태에서 정지상태로 변화한다고 판단하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 정지상태판단단계 수행결과, 상기 엔진이 정지상태로 변화하는 경우, 제너레이터토크 및 모터토크의 계산을 수행하는 토크계산단계;를 더 포함하고, 상기 토크계산단계는 토크제어판단단계 전에 수행되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 제1 최대토크제한범위는 유성기어에 의한 제너레이터의 최대토크제한범위이고, 상기 제2 최대토크제한범위는 모터의 최대토크제한범위인 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 토크제어판단단계 수행결과, 상기 모터토크가 제2 최대토크제한범위를 초과하는 경우, 본 제어를 종료하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 제1 엔진속도제어단계는 상기 제너레이터로부터 제너레이터토크를 공급하고, 상기 모터로부터 모터토크를 공급함으로써 엔진의 회전을 정지시키는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 토크제어판단단계 수행결과, 상기 제너레이터토크가 제1 최대토크제한범위를 초과하는 경우, 상기 브레이크로 엔진속도제어를 수행하는 제2 엔진속도제어단계를 더 포함할 수 있다.
상기 제2 엔진속도제어단계는 상기 브레이크의 유압을 증가시켜 엔진의 회전을 정지시키는 것을 특징으로 할 수 있다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 하이브리드 차량의 제어방법에 따르면, 하이브리드 차량의 잦은 모드변경에도 엔진의 역회전을 방지하는 클러치를 보호할 수 있다.
또한, 전기부품의 사용 제한 등으로 제너레이터를 이용하여 엔진의 속도를 제어하지 못하는 경우에도 브레이크를 사용함으로써 엔진의 속도를 제어하여 클러치를 보호할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 차량의 제어방법을 도시한 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 차량의 변속기 구조를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 모드일 때의 하이브리드 차량 변속기의 토크 전달을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차 모드일 때의 하이브리드 차량 변속기의 토크 전달을 도시한 도면이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 하이브리드 차량의 제어방법에 대하여 살펴본다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 차량의 제어방법을 도시한 순서도이다. 또한, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 차량의 변속기 구조를 간략히 도시한 도면이다. 또한, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 모드일 때의 하이브리드 차량 변속기의 토크 전달을 간략히 도시한 도면이다. 또한, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차 모드일 때의 하이브리드 차량 변속기의 토크 전달을 간략히 도시한 도면이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 하이브리드 차량의 제어방법은 브레이크(220)와 함께 유성기어(200)의 한 요소에 연결된 제너레이터(210) 및 엔진(250)의 역회전을 방지하는 클러치(260)를 포함하는 하이브리드 차량에 있어서, 엔진(250)이 구동상태에서 정지상태로 변화하는지 판단하는 정지상태판단단계(S100); 상기 엔진(250)이 정지상태로 변화하는 경우, 엔진(250)의 회전관성을 상쇄시키는 제너레이터토크가 제1 최대토크제한범위 내에 형성되는지 판단하고(S120), 휠(260) 토크를 일정하게 유지시키는 모터토크가 제2 최대토크제한범위 내에 형성되는지 판단하는 토크제어판단단계(S110); 상기 토크제어판단단계 수행결과, 상기 제너레이터토크 및 모터토크가 각각의 최대토크제한범위 내에 형성된 경우, 상기 제너레이터(210) 및 모터(230)로 엔진속도제어를 수행하는 제1 제어단계(S130);를 포함할 수 있다.
본 발명의 하이브리드 차량 변속기의 구조에 관하여, 도 2를 참조하면 유성기어(200)의 선기어는 브레이크(220) 및 제너레이터(210), 캐리어는 엔진(250) 및 클러치(240), 링기어는 변속기의 중간축을 거쳐 휠(260) 축과 연결되고, 모터(230)는 변속기의 또 다른 중간축을 거쳐 휠(260) 축과 연결되도록 구성된다. 여기서, 브레이크(220)는 제너레이터(210)와 함께 유성기어(200)의 한 요소인 선기어와 연결되고, 클러치(240)는 엔진(250)과 유성기어(200)의 캐리어 사이에 연결되어 엔진(250)이 역회전될 경우 상기 엔진(250)의 역회전을 방지하는 역할을 수행한다.
도 3은 클러치(240)를 동작하지 않았을 때의 변속기의 토크 전달을 간략히 도시한 것으로 토크가 제너레이터(210), 모터(230) 및 엔진(250)으로부터 휠(260) 축으로 모두 전달되는 하이브리드 주행모드를 표현한 것임을 알 수 있다. 도 4는 클러치(240)를 동작하였을 때의 변속기의 토크 전달을 간략히 도시한 것으로 캐리어에 공급되는 엔진(250)의 회전이 클러치(240)에 의해 차단되어 모터(230)의 토크만이 휠(260) 축으로 전달되는 전기자동차 주행모드를 표현한 것임을 알 수 있다.
본 발명은 차량의 주행모드가 하이브리드 모드에서 전기자동차 모드로 변화함으로 엔진(250)이 구동상태에서 정지상태로 변화하는 경우, 상기 클러치(240)를 통해 엔진(250)의 역회전을 방지하되, 브레이크(220) 또는 제너레이터(210)로 엔진(250)의 회전을 제어함으로써 상기 클러치(240)에 작용하는 부하의 크기를 줄여 클러치(240)의 파손을 방지하는 것을 목적으로 한다.
먼저, 차량 주행 시 주행모드가 하이브리드 모드에서 전기자동차 모드로 변화하여 엔진(250)이 구동상태에서 정지상태로 변화하는지 판단한다(S100).
이러한 정지상태판단단계(S100) 시, 차량주행가능파워보다 운전자요구파워가 작아지는 경우 엔진(250)이 구동상태에서 정지상태로 변화한다고 판단하는 것을 특징으로 할 수 있다.
여기서, 상기 차량주행가능파워는 전기자동차 모드로 차량 주행이 가능한 파워로서 모터(230), 배터리 또는 인버터 중 적어도 하나의 상태에 따라 계산되는 것을 특징으로 하고, 상기 운전자요구파워는 가속페달센서 또는 차속 중 적어도 하나에 따라 계산되는 값인 것을 특징으로 한다. 일예로, 모터(230)의 토크보다 가속페달센서의 센싱값이 작은 경우, 상기 차량주행가능파워보다 운전자요구파워가 작은 경우로 엔진(250)이 구동상태에서 정지상태로 변화한다고 판단하여 모터토크 및 제너레이터토크의 계산을 수행한다(S103). 반면 모터(230)의 토크보다 가속페달센서의 센싱값이 큰 경우, 상기 차량주행가능파워보다 운전자요구파워가 큰 경우로서 엔진(250)이 계속 구동상태라고 판단하여 정지상태판단단계(S100)를 수행한다.
또한, 본 발명은 정지상태판단단계(S100) 수행결과, 상기 엔진(250)이 정지상태로 변화하는 경우, 엔진(250)의 회전관성을 상쇄시키는 제너레이터토크 및 휠토크를 일정하게 유지시키는 모터토크의 계산을 제어기(미도시)로 수행하는 토크계산단계(S103);를 더 포함할 수 있다.
이러한 제너레이터토크 및 모터토크는 유성기어(200)의 토크관계식에 의해 계산될 수 있다. 유성기어(200)의 토크관계식은 아래와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112014044433366-pat00001
,
Figure 112014044433366-pat00002
여기서, rr=링기어반지름, rs=선기어반지름, Ts=선기어토크, Tr=링기어토크로 표현할 수 있다.
구체적으로, 제너레이터(210)로 엔진속도제어를 수행한다면, 제어기(미도시)는 엔진(250)의 회전속도를 상쇄시키는 토크를 제너레이터토크로 계산한 후 상기 토크관계식의 선기어토크에 제너레이터토크를 대입하여 링기어토크로 표현되는 모터토크를 계산할 수 있다(S103).
이러한 토크계산단계(S103)는 토크제어판단단계(S110) 전에 수행되는 것을 특징으로 할 수 있다. 즉, 토크계산단계(S103) 수행 후 토크제어판단단계(S110, S120)를 수행한다.
본 발명의 토크제어판단단계(S110, S120)는 상기 모터토크가 제2 최대토크제한범위 내에 형성되는지 판단한 후(S110), 상기 모터토크가 제2 최대토크제한범위 내에 형성된 경우, 제너레이터토크가 제1 최대토크제한범위 내에 형성되는지 판단한다(S120). 여기서, 상기 제1 최대토크제한범위는 유성기어(200)에 의한 제너레이터(210)의 최대토크제한범위이고, 상기 제2 최대토크제한범위는 모터(230)의 최대토크제한범위인 것을 특징으로 할 수 있다.
토크제어판단단계(S110, S120) 수행결과, 상기 모터토크가 제2 최대토크제한범위를 초과하는 경우, 본 제어를 종료하는 것을 특징으로 할 수 있다. 왜냐하면, 휠(260) 토크를 일정하게 유지시키기 위한 모터토크가 유성기어에 의해 제한되면 휠(260) 토크가 일정하지 못하게 되어 차량에 충격을 주는바, 충격에 의한 차량의 운전성 저하를 막기 위해 본 제어를 종료한다. 반면, 토크제어판단단계(S110) 수행결과, 상기 모터토크가 제2 최대토크제한범위 내에 포함되는 경우, 제너레이터토크에 대한 토크제어판단단계를 계속 수행한다(S120).
한편, 토크제어판단단계(S110, S120) 수행결과, 제너레이터토크가 제1 최대토크제한범위 내에 포함되는 경우, 상기 제1 엔진속도제어단계를 수행한다(S130).
여기서, 제1 엔진속도제어단계는 상기 제너레이터(210)로부터 제너레이터토크를 공급하고, 상기 모터(230)로부터 모터토크를 공급함으로써 엔진속도제어를 수행한다. 이때, 엔진속도제어는 제너레이터(210)로부터 제너레이터토크를 공급함으로써 일정시간동안 엔진(250)의 회전속도를 점진적으로 감소시켜 제거하고, 또한, 모터(230)로부터 모터토크를 공급함으로써 휠(260) 토크를 일정하게 유지시키는 제어인 것을 특징으로 할 수 있다.
반면, 본 발명은 토크제어판단단계(S110, S120) 수행결과, 상기 제너레이터토크가 제1 최대토크제한범위를 초과하는 경우, 상기 브레이크(220)로 엔진속도제어를 수행하는 제2 엔진속도제어단계(S140);를 더 포함할 수 있다.
여기서, 제2 엔진속도제어단계는 상기 브레이크(220)의 유압을 증가시켜 엔진의 회전을 정지시키는 것을 특징으로 할 수 있다. 이때 상기 엔진속도제어는 제어기(미도시)에 의해 계산된 모터토크에 상응하는 유압을 브레이크(220)에 작용시킴으로써 엔진(250)의 회전속도가 일정시간동안 점진적으로 감소하여 제거되도록 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 하이브리드 차량의 제어방법에 따르면, 하이브리드 차량의 잦은 모드변경에도 엔진(250)의 역회전을 방지하는 클러치(240)를 보호할 수 있다.
또한, 전기부품의 사용 제한 등으로 제너레이터(210)를 이용하여 엔진(250)의 속도를 제어하지 못하는 경우에도 브레이크(220)를 사용함으로써 엔진(250)의 속도를 제어하여 클러치(240)를 보호할 수 있다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
200 : 유성기어 210 : 제너레이터
220 : 브레이크 230 : 모터
240 : 클러치 250 : 엔진
260 : 휠

Claims (8)

  1. 브레이크와 제너레이터에 연결된 선기어, 엔진에 연결된 캐리어, 변속기의 중간축을 거쳐 휠 축과 연결된 링기어를 포함하는 유성기어; 상기 변속기의 또 다른 중간축을 거쳐 휠 축과 연결되는 모터; 및 상기 엔진과 캐리어 사이에 연결되어 엔진의 역회전을 방지하는 클러치;를 포함하는 하이브리드 차량에 있어서,
    엔진이 구동상태에서 정지상태로 변화하는지 판단하는 정지상태판단단계;
    상기 엔진이 정지상태로 변화하는 경우, 엔진의 회전관성을 상쇄시키는 제너레이터토크가 제1 최대토크제한범위 내에 형성되는지 판단하고,
    휠 토크를 일정하게 유지시키는 모터토크가 제2 최대토크제한범위 내에 형성되는지 판단하는 토크제어판단단계;
    상기 토크제어판단단계 수행결과, 상기 제너레이터토크 및 모터토크가 각각의 최대토크제한범위 내에 형성된 경우, 상기 제너레이터 및 모터로 엔진속도제어를 수행하는 제1 엔진속도제어단계;를 포함하는 하이브리드 차량의 제어방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 정지상태판단단계는 차량주행가능파워보다 운전자요구파워가 작아지는 경우 상기 엔진이 구동상태에서 정지상태로 변화한다고 판단하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 제어방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 정지상태판단단계 수행결과, 상기 엔진이 정지상태로 변화하는 경우, 제너레이터토크 및 모터토크의 계산을 수행하는 토크계산단계;를 더 포함하고,
    상기 토크계산단계는 토크제어판단단계 전에 수행되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 제어방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 최대토크제한범위는 유성기어에 의한 제너레이터의 최대토크제한범위이고, 상기 제2 최대토크제한범위는 모터의 최대토크제한범위인 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 제어방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 토크제어판단단계 수행결과, 상기 모터토크가 제2 최대토크제한범위를 초과하는 경우, 본 제어를 종료하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 제어방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 엔진속도제어단계는 상기 제너레이터로부터 제너레이터토크를 공급하고, 상기 모터로부터 모터토크를 공급함으로써 엔진의 회전을 정지시키는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 제어방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 토크제어판단단계 수행결과, 상기 제너레이터토크가 제1 최대토크제한범위를 초과하는 경우, 상기 브레이크로 엔진속도제어를 수행하는 제2 엔진속도제어단계를 더 포함하는 하이브리드 차량의 제어방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제2 엔진속도제어단계는 상기 브레이크의 유압을 증가시켜 엔진의 회전을 정지시키는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 제어방법.
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