KR101588790B1 - 하이브리드 차량의 변속 제어 장치 - Google Patents

하이브리드 차량의 변속 제어 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 변속 제어 장치는 연료를 연소시켜 동력을 발생시키는 엔진; 상기 엔진의 동력을 보조하고 제동시 발전기로 작동하여 전기 에너지를 생성하고 생성된 전기 에너지는 배터리에 저장하는 모터; 상기 엔진에서 발생하는 동력을 속도에 따라 필요한 회전력으로 바꾸어 휠로 전달하고 상기 모터와 직렬 연결되는 변속기; 및 상기 모터의 회생 제동 중일 때, 상기 모터의 정파워 구간에서 변속이 이루어지도록 상기 변속기를 제어하는 제어부;를 포함한다.
상기한 바와 같은 본 발명의 실시예에 의한 하이브리드 차량의 변속 제어 장치에 의하면, 하이브리드 차량의 회생 제동시에 모터의 정파워 구간에서 변속이 이루어지도록 함으로써, 운전자가 느끼는 이질감을 최소화할 수 있다.

Description

하이브리드 차량의 변속 제어 장치 {VEHICLE CONTROL SYSTEM HAVING MOTOR}
본 발명은 하이브리드 차량의 변속 제어 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 모터의 정파워 영역에서 변속이 이루어지도록 함으로써, 회생 제동 토크를 균일하게 할 수 있는 하이브리드 차량의 변속 제어 장치에 관한 것이다.
하이브리드 자동차는 두 가지 이상의 동력원을 사용하는 자동차로써, 일반적으로 엔진과 모터를 사용하여 구동된다.
하이브리드 자동차는 엔진과 모터로 구성되는 두 가지 이상의 동력원을 사용하여 다양한 구조로 형성될 수 있다. 하이브리드 자동차에 구비되는 모터는 가속시 또는 등판 주행 시에 엔진의 동력을 보조하는 역할을 한다.
이러한 하이브리드 자동차에 구비된 모터는 차량의 제동시에는 발전기로 작동하여 제동시에 발생하는 운동 에너지를 전기 에너지로 변환시켜 제동력을 발생시킨다. 그리고 변환된 전기 에너지는 배터리에 충전된다.
이와 같이, 차량의 제동시에 발생하는 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하여 회수하는 시스템을 회생 제동 시스템이라고 한다.
도 1은 일반적인 하이브리드 차량에 적용되는 모터의 특성을 도시한 그래프이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 하이브리드 차량에 적용되는 모터는 모터의 회전 속도에 따라 정토크 영역과 정파워 영역으로 구분된다.
도 1 (a)에 도시된 바와 같이, 모터의 회전 속도가 임계 속도보다 작을 때는 모터의 토크가 일정하게 유지되다가, 모터의 회전 속도가 임계 속도 이상이면 모터의 토크가 지수적으로 감소한다. 여기서 모터의 토크가 일정하게 유지되는 구간을 정토크 구간이라고 한다.
도 1 (b)에 도시된 바와 같이, 모터의 회전 속도가 임계 속도보다 작을 때는 모터의 파워가 선형적으로 증가하다가, 모터의 회전 속도가 임계 속도 이상이면 모터의 파워가 일정하게 유지된다. 여기서 모터의 파워가 일정하게 유지되는 구간을 정파워 구간이라고 한다.
그리고 도 2에 도시된 바와 같이, 하이브리드 차량의 총 제동 토크(도 2 (c) 참조)는 유압 제동 시스템에 의한 유압 제동 토크(도 2 (b) 참조)과 회생 제동 토크(도 2 (a) 참조)의 합에 의해 제동된다. 이때, 회생 제동 토크가 감소하면 유압 제동 토크를 증가시켜 요구 제동 토크를 만족시켜야 한다.
그러나 일반적인 유압 제동 시스템은 모터에 비해 응답 속도가 느리다. 따라서 모터의 회생 제동 토크가 급변하는 구간에서 유압 제동 시스템의 제동 토크가 모터의 회생 제동 토크를 보상하는 시점이 늦어져 운전자가 이질감을 느끼게 된다.
특히, 하이브리드 차량의 속도가 감소하다가 모터의 정파워 구간에서 정토크 구간으로 변경하는 임계 속도에서 회생 제동 토크가 급변하는 현상이 두드러지게 발생한다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 하이브리드 차량의 회생 제동시에 운전자가 느끼는 이질감을 감소시킬 수 있는 하이브리드 차량에 제어 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 하이브리드 차량의 회생 제동시에 변속기의 변속 시점을 조절하여 제동 안정성을 향상시킬 수 있는 하이브리드 차량의 변속 제어 장치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량에 제어 시스템은, 연료를 연소시켜 동력을 발생시키는 엔진; 상기 엔진의 동력을 보조하고 제동시 발전기로 작동하여 전기 에너지를 생성하고 생성된 전기 에너지는 배터리에 저장하는 모터; 상기 엔진에서 발생하는 동력을 속도에 따라 필요한 회전력으로 바꾸어 휠로 전달하고 상기 모터와 직렬 연결되는 변속기; 및 상기 모터의 회생 제동 중일 때, 상기 모터의 정파워 구간에서 변속이 이루어지도록 상기 변속기를 제어하는 제어부;를 포함할 수 있다.
상기 제어부는 현재 차속과 최종 변속 속도를 비교하여 현재 차속이 최종 변속 속도 이하이면 상기 변속기의 변속단을 변속할 수 있다.
상기 최종 변속 속도는 상기 변속기의 현재 변속단과 차속으로부터 계산되는 변속 속도와, 상기 변속기의 현재 변속단과 상기 배터리의 가용 파워로부터 계산되는 상기 모터의 임계 속도에 여유 마진을 더한 값 중에서 큰 값으로 설정될 수 있다.
상기 모터의 임계 속도는 상기 모터의 회전 속도가 정파워 구간에서 정토크 구간으로 변경될 때의 속도일 수 있다.
상기 모터의 임계 속도는 현재 변속단과 상기 배터리의 가용 파워와의 관계로부터 맵 데이터 형식으로 상기 제어부에 저장될 수 있다.
상기 변속 속도는 현재 변속단과 차속과의 관계로부터 맵 데이터 형식으로 상기 제어부에 저장될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의한 하이브리드 차량의 변속 제어 방법은, 엔진의 동력과 상기 엔진의 동력을 보조하는 모터의 동력으로 구동하는 하이브리드 차량의 변속 제어 방법에 있어서, 차속, 변속기의 변속단, 배터리의 가용 파워를 감지하는 단계; 상기 모터가 회생 제동 중일 때, 차속 및 현재 변속단, 및 상기 배터리의 가용 파워로부터 상기 모터의 정파워 구간에서 상기 변속기의 변속단을 변속하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 변속단을 변속하는 단계는, 차속 및 현재 변속단으로부터 변속 속도를 계산하는 단계; 차속 및 상기 배터리의 가용 파워로부터 상기 모터의 임계 속도를 계산하는 단계; 상기 변속 속도와 상기 임계 속도로부터 최종 변속 속도를 계산하는 단계; 상기 최종 변속 속도와 차속을 비교하는 단계; 차속이 상기 최종 변속 속도 이하이면 상기 변속기의 변속단을 변경하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 임계 속도는 상기 모터의 회전 속도가 정파워 구간에서 정토크 구간으로 변경될 때의 속도일 수 있다.
상기 최종 변속 속도는 상기 변속기의 현재 변속단과 차속으로부터 계산되는 변속 속도와, 상기 변속기의 현재 변속단과 상기 배터리의 가용 파워로부터 계산되는 상기 모터의 임계 속도에 여유 마진을 더한 값 중에서 큰 값으로 설정될 수 있다.
상기 모터의 임계 속도는 상기 모터의 회전 속도가 정파워 구간에서 정토크 구간으로 변경될 때의 속도일 수 있다.
상기한 바와 같은 본 발명의 실시예에 의한 하이브리드 차량에 제어 시스템에 의하면, 하이브리드 차량의 회생 제동시에 모터의 정파워 구간에서 변속이 이루어지도록 함으로써, 운전자가 느끼는 이질감을 최소화할 수 있다.
이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 일반적인 하이브리드 차량에 적용되는 모터의 특성을 도시한 그래프이다.
도 2는 시간에 따른 총 제동 토크, 유압 제동 토크, 및 회생 제동 토크를 도시한 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 하이브리드 차량의 변속 제어 장치의 구성을 도시한 개념도이다.
도 4는 배터리의 가용 파워에 따라 임계 속도의 변화를 도시한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 하이브리드 차량의 변속 제어 방법을 도시한 순서도이다.
도 6은 하이브리드 차량의 변속 제어 과정의 실시예를 도시한 그래프이다.
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 3은 본 발명의 실시예에 의한 하이브리드 차량의 변속 제어 장치의 구성을 도시한 개념도이다.
도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 의한 하이브리드 차량의 변속 제어 장치는, 연료를 연소시켜 동력을 발생시키는 엔진(10), 상기 엔진(10)의 동력을 보조하고 제동시 발전기로 작동하여 전기 에너지를 생성하고 생성된 전기 에너지는 배터리(40)에 저장하는 모터(30), 상기 엔진(10)에서 발생하는 동력을 속도에 따라 필요한 회전력으로 바꾸어 휠로 전달하고 상기 모터(30)와 직렬 연결되는 변속기(50), 및 상기 모터(30)의 회생 제동시 상기 모터(30)의 정파워 구간에서 변속이 이루어지도록 상기 변속기(50)를 제어하는 제어부(60)를 포함하여 구성된다.
상기 제어부(60)는 설정된 프로그램에 의하여 작동하는 하나 이상의 프로세서로 구비될 수 있으며, 상기 설정된 프로그램은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 변속 제어 방법의 각 단계를 수행하도록 되어 있다.
상기 제어부(60)는 상기 모터(30)의 회생 제동시 정파워 영역에서 변속이 이루어지도록 하기 위해, 현재 차속과 최종 변속 속도를 비교하여 현재 차속이 최종 변속 속도 이하이면 상기 변속기(50)의 변속단을 저단으로 변속한다.
여기서 상기 모터(30)와 상기 변속기(50)가 직렬로 연결되어 있기 때문에, 상기 모터(30)의 출력축의 속도와 변속기(50)의 변속단이 정해지면, 현재 차속을 구할 수 있다.
상기 최종 변속 속도는 상기 변속기(50)의 현재 변속단과 차속으로부터 계산되는 변속 속도와, 상기 변속기(50)의 현재 변속단과 상기 배터리(40)의 가용 파워로부터 계산되는 상기 모터(30)의 임계 속도에 여유 마진을 더한 값 중에서 큰 값으로 설정된다.
여기서, 임계 속도에 여유 마진을 더하는 것은 임계 속도에서 변속을 하는 경우, 상기 변속기(50)를 변속할 때 일정 시간이 소요되기 때문에, 상기 변속기(50)를 변속할 때 소요되는 시간을 확보하기 위한 것이다.
상기 모터(30)의 임계 속도는 상기 모터(30)의 회전 속도가 정파워 구간에서 정토크 구간으로 변경될 때의 속도를 의미하며, 현재 변속단과 상기 배터리(40)의 가용 파워와의 관계로부터 맵 데이터 형식으로 상기 제어부(60)에 저장된다.
상기 임계 속도는 현재 변속단과 상기 배터리(40)의 가용 파워에 따라 변화하기 때문에 변속단과 배터리(40)의 가용 파워에 따른 임계 속도를 맵 데이터 형식으로 저장하여 활용한다.
즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 배터리의 가용 파워가 감소하면 상기 임계 속도가 감소하고, 배터리의 가용 파워가 증가하면 상기 임계 속도가 증가한다. 따라서 배터리의 가용 파워에 따른 임계 속도를 반영함으로써 변속 시점을 정확하게 산출할 수 있다.
여기서, 상기 배터리(40)의 가용 파워는 단위 시간당 상기 배터리(40)에서 출력 가능한 전류량을 의미한다.
그리고 상기 변속 속도는 현재 변속단과 차속과의 관계로부터 맵 데이터 형식으로 저장 상기 제어부(60)에 저장된다. 즉, 현재 변속단과 차속에 따른 변속 속도를 맵 데이터 형식으로 저장하여 활용한다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 의한 하이브리드 차량의 변속 제어 방법에 대해 구체적으로 설명한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 하이브리드 차량의 변속 제어 방법을 도시한 순서도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제어부(60)는 차속, 변속기(50)의 변속단, 배터리(40)의 가용 파워에 관한 정보를 수집한다(S10).
즉, 모터(30)의 출력 속도와 변속기(50)의 변속단에 관한 정보는 상기 제어부(60)로 공급되고, 상기 배터리(40)의 가용 파워에 관한 정보도 상기 제어부(60)로 공급된다.
이때, 차속은 모터(30)의 출력 속도와 변속기(50)의 변속단으로부터 결정되기 때문에, 상기 모터(30)의 출력 속도와 변속단을 감지하면 차속을 계산할 수 있다.
상기 제어부(60)는 차속, 현재 변속단, 및 상기 배터리(40)의 가용 파워로부터 상기 모터(30)의 정파워 구간에서 상기 변속기(50)의 변속단을 변속한다. 이때, 상기 모터(30)가 회생 제동 중이기 때문에 변속단은 고단에서 저단으로 변속된다.
구체적으로, 상기 제어부(60)는 차속 및 현재 변속단으로부터 변속 속도를 계산한다(S20). 이때, 상기 변속 속도는 맵 데이터 형식으로 상기 제어부(60)에 저장된 정보를 활용한다.
상기 제어부(60)는 차속 및 상기 배터리(40)의 가용 파워로부터 상기 배터리(40)의 임계 속도를 계산한다(S30). 이때, 상기 임계 속도는 맵 데이터 형식으로 상기 제어부(60)에 저장된 정보를 활용한다.
상기 제어부(60)는 상기 변속 속도와 상기 임계 속도로부터 최종 변속 속도를 계산한다(S40). 이때, 상기 최종 변속 속도는 상기 변속 속도와 상기 임계 속도에서 여유 마진을 더한 값 중에서 큰 값으로 설정된다.
상기 제어부(60)는 차속과 상기 최종 변속 속도를 비교하여(S50) 차속이 상기 최종 변속 속도 이하이면 상기 변속기(50)의 변속단을 저단으로 변경한다(S60).
이하에서는 도 6을 참조하여 본 발명의 실시예에 의한 하이브리드 차량의 변속 제어 과정과 종래 기술에 의한 변속 제어 과정을 비교하여 설명한다.
도 6 (a)는 종래 기술에 의한 하이브리드 차량의 변속 제어 방법의 실시예를 도시한 그래프이다. 그리고 도 6 (b)는 본 발명의 실시예에 의한 하이브리드 차량의 변속 제어 방법의 실시예를 도시한 그래프이다.
도 6 (a) 및 도 6 (b)에서 점선은 변속단이 2단일 때 모터의 토크를 도시한 것이고, 일점쇄선은 변속단이 1단일 때 모터의 토크를 도시한 것이다. 그리고 화살표가 표시된 실선은 회생 제동이 이루어지는 경로를 도시한 것이다.
도 6 (a)를 참조하면, 종래 기술에 의하면, 상기 변속 속도가 상기 임계 속도보다 작은 경우에 변속이 이루어질 수 있기 때문에, 정파워 영역이 아닌 정토크 영역에서 회생 제동이 이루어질 수 있다. 따라서 임계 속도 부근에서 회생 제동 토크가 급격하여 변화하기 때문에 제동시에 운전자가 이질감을 느끼게 된다.
도 6 (b)를 참조하면, 현재 차속이 70kph(kilometer per hour)이고 변속단은 2단이라고 가정한다. 이때, 상기 모터(30)는 정파워 영역에서 회생 제동이 이루어지고 있다.
그리고 상기 변속 속도가 40kph로 계산되고, 상기 임계 속도가 50kph로 계산되었다고 가정한다. 이때, 상기 임계 속도 50kph에 여유 마진 5kph를 더한 55kph가 변속 속도(40kph)보다 크기 때문에, 상기 최종 변속 속도는 55kph가 된다.
상기 모터(30)는 회생 제동 중이기 때문에 차속은 점차 감소하게 된다. 따라서, 상기 제어부(60)는 현재 차속이 70kph에서 점차 감소하다가 55kph보다 같거나 작아지면 변속단을 저단으로 변속한다.
이와 같이, 정파워 영역에서 정토크 영역으로 변경되기 전에 변속단을 저단으로 변속하기 때문에, 상기 모터(30)의 회생 제동은 정파워 영역에서만 이루어진다. 따라서, 회생 제동 토크를 일정하게 유지할 수 있고, 운전자가 느끼는 제동감을 향상시킬 수 있다.
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
20: 클러치
30: 모터
40: 배터리
50: 변속기
60: 제어부

Claims (11)

  1. 연료를 연소시켜 동력을 발생시키는 엔진;
    상기 엔진의 동력을 보조하고 제동시 발전기로 작동하여 전기 에너지를 생성하고 생성된 전기 에너지는 배터리에 저장하는 모터;
    상기 엔진에서 발생하는 동력을 속도에 따라 필요한 회전력으로 바꾸어 휠로 전달하고 상기 모터와 직렬 연결되는 변속기; 및
    상기 모터가 회생 제동 중일 때, 상기 모터의 정파워 구간에서 변속이 이루어지도록 상기 변속기를 제어하는 제어부;
    를 포함하고,
    상기 제어부는 현재 차속과 최종 변속 속도를 비교하여 현재 차속이 최종 변속 속도 이하이면 상기 변속기의 변속단을 변속하며,
    상기 최종 변속 속도는 상기 변속기의 현재 변속단과 차속으로부터 계산되는 변속 속도와, 상기 변속기의 현재 변속단과 상기 배터리의 가용 파워로부터 계산되는 상기 모터의 임계 속도에 여유 마진을 더한 값 중에서 큰 값으로 설정되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 변속 제어 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 모터의 임계 속도는
    상기 모터의 회전 속도가 정파워 구간에서 정토크 구간으로 변경될 때의 속도인 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 변속 제어 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 모터의 임계 속도는
    현재 변속단과 상기 배터리의 가용 파워와의 관계로부터 맵 데이터 형식으로 상기 제어부에 저장되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 변속 제어 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 변속 속도는 현재 변속단과 차속과의 관계로부터 맵 데이터 형식으로 상기 제어부에 저장되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 변속 제어 장치.
  7. 엔진의 동력과 상기 엔진의 동력을 보조하는 모터의 동력으로 구동하는 하이브리드 차량의 변속 제어 방법에 있어서,
    차속, 변속기의 변속단, 배터리의 가용 파워를 감지하는 단계;
    상기 모터가 회생 제동 중일 때, 차속 및 현재 변속단, 및 상기 배터리의 가용 파워로부터 상기 모터의 정파워 구간에서 상기 변속기의 변속단을 변속하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 변속단을 변속하는 단계는,
    차속 및 현재 변속단으로부터 변속 속도를 계산하는 단계;
    차속 및 상기 배터리의 가용 파워로부터 상기 모터의 임계 속도를 계산하는 단계;
    상기 변속 속도와 상기 임계 속도로부터 최종 변속 속도를 계산하는 단계;
    상기 최종 변속 속도와 차속을 비교하는 단계; 및
    차속이 상기 최종 변속 속도 이하이면 상기 변속기의 변속단을 변경하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 변속 제어 방법.
  8. 삭제
  9. 제7항에 있어서,
    상기 임계 속도는
    상기 모터의 회전 속도가 정파워 구간에서 정토크 구간으로 변경될 때의 속도인 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 변속 제어 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 최종 변속 속도는
    상기 변속기의 현재 변속단과 차속으로부터 계산되는 변속 속도와, 상기 변속기의 현재 변속단과 상기 배터리의 가용 파워로부터 계산되는 상기 모터의 임계 속도에 여유 마진을 더한 값 중에서 큰 값으로 설정되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 변속 제어 방법.
  11. 삭제
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