KR101619668B1 - 하이브리드 자동차의 제어장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 제어장치는 제1구동원으로 운전모드 및 상황에 따라 시동이 온, 오프 제어되는 엔진, 제2구동원으로 인버터에서 공급되는 3상 교류전류에 의해 구동되어 출력토크를 변속기에 전달하고, 감속시 발전기로 동작되어 회생 에너지를 회수하는 모터, 상기 엔진과 모터의 토크 결합을 단속하는 엔진클러치, EV모드 및 HEV모드에서 작동되어 상기 엔진 클러치에 유압을 형성시키는 전동식 오일펌프, EV모드로 주행 중 메인 배터리의 릴레이 오프 상황 발생 시에, 상기 엔진을 작동시키고, 상기 모터의 역기전력으로 상기 전동식 오일펌프에 전기 에너지를 공급하는 하이브리드 제어기를 포함한다.

Description

하이브리드 자동차의 제어장치 {CONTROLLING SYSTEN OF HYBRID VEHICLE}

본 발명은 하이브리드 자동차의 제어장치에 관한 것이다.

차량에 대한 끊임없는 연비 향상의 요구와 각 나라의 배출가스 규제의 강화에 따라 친환경 자동차에 대한 요구가 증가하고 있으며, 이에 대한 현실적인 대안으로 하이브리드 자동차가 제공되고 있다.

하이브리드 자동차는 좁은 의미로, 연료전지 자동차, 전기자동차와 구별될 수 있으나, 본 명세서에서 하이브리드 자동차의 의미는 순수 전기자동차와 연료전지 자동차를 포괄하는 것으로 하나 이상의 배터리가 구비되고, 배터리에 저장된 에너지가 자동차의 구동력으로 사용되는 자동차를 지칭한다.

하이브리드 자동차는 동력원으로 엔진과 모터가 적용되며, 주행상황에 따라 엔진과 모터의 특성을 발휘되어 연비 향상과 배기가스 절감을 제공한다.

하이브리드 자동차는 엔진과 모터로 구성되는 두 개의 동력원으로 주행하는 과정에서 엔진과 모터를 어떻게 조화롭게 동작시키느냐에 따라 추가적인 연비 향상을 도모할 수 있다.

하이브리드 자동차는 운전상황에 따라 엔진의 시동을 자동으로 온시키거나 오프 시키는 HSG(Hybrid Stop and Go)기능이 적용되고 있으며, HSG 기능의 실행으로 주행 중 엔진이 정지하는 경우가 발생한다.

그리고, 모터만의 동력으로 주행하는 전기자동차 모드(EV모드)가 실행되며, 이 상태에서 엔진의 동작이 중지된다.

또한, 하이브리드 자동차에는 부품수를 줄이기 위해서, 엔진의 크랭크 샤프트에 직결되어 엔진의 동력으로 자동변속기에 오일을 공급하는 기계식 오일펌프를 생략하게 된다.

다만, 하이브리드 자동차에서는 전동식 오일펌프가 엔진과는 별개로 동작되어서, 변속기 및 엔진 클러치에 유압을 공급하게 된다.

그러나, EV모드 중에 메인 배터리가 셧다운되는 등의 비상상황이 발생되는 경우, 전기로 작동되는 전동식 오일펌프는 변속기 및 엔진 클러치에 충분한 유압을 공급하지 못하는 문제점이 존재한다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 메인 배터리 릴레이 오프 상황에서 전동식 오일펌프에 안정적으로 전기를 공급하는 하이브리드 자동차의 제어장치를 제공하는 것이다.

상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 제어장치는 제1구동원으로 운전모드 및 상황에 따라 시동이 온, 오프 제어되는 엔진, 제2구동원으로 인버터에서 공급되는 3상 교류전류에 의해 구동되어 출력토크를 변속기에 전달하고, 감속시 발전기로 동작되어 회생 에너지를 회수하는 모터, 상기 엔진과 모터의 토크 결합을 단속하는 엔진클러치, EV모드 및 HEV모드에서 작동되어 상기 엔진 클러치에 유압을 형성시키는 전동식 오일펌프, EV모드로 주행 중 메인 배터리의 릴레이 오프 상황 발생 시에, 상기 엔진을 작동시키고, 상기 모터의 역기전력으로 상기 전동식 오일펌프에 전기 에너지를 공급하는 하이브리드 제어기를 포함한다.

본 발명의 잠금장치에 따르면 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상 있다.

실시예는 메인 배터리 릴레이 오프 상황에서 전동식 오일펌프에 안정적으로 전기를 공급하는 이점이 존재한다.

실시예는 기계식 오일펌프를 생략하더라도 비상상황에서 변속기와 엔진 클러치에 충분한 유압을 공급하는 이점이 존재한다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 제어장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 제어장치의 제어방법을 도시한 순서도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 구성 요소들과 다른 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작 시 구성요소의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 구성요소를 뒤집을 경우, 다른 구성요소의 "아래(below)"또는 "아래(beneath)"로 기술된 구성요소는 다른 구성요소의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 구성요소는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계 및/또는 동작은 하나 이상의 다른 구성요소, 단계 및/또는 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

도면에서 각 구성요소의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기와 면적은 실제크기나 면적을 전적으로 반영하는 것은 아니다.

또한, 실시예의 구조를 설명하는 과정에서 언급하는 각도와 방향은 도면에 기재된 것을 기준으로 한다. 명세서에서 실시예를 이루는 구조에 대한 설명에서, 각도에 대한 기준점과 위치관계를 명확히 언급하지 않은 경우, 관련 도면을 참조하도록 한다.

이하, 본 발명의 실시예들에 의하여 하이브리드 자동차 및 하이브리드 제어장치를 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 제어장치를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예는 엔진(100)과 HSG(110), 엔진 클러치(130), 모터(200), 변속기(300), 전동식 오일펌프(400), 하이브리드 제어기(410), 보조배터리(430), 인버터(440) 및 메인배터리(450)를 포함한다.

또한, 실시예는 오일펌프 제어기(420)를 더 포함한다.

엔진(100)는 하이브리드 자동차에서 제1구동원으로 동작되며, 운전모드 및 운전상황에 따라 시동이 온/오프 제어된다.

상기 엔진(100)은 EV모드에서 시동 오프를 되고, HEV모드에서 시동 온되며, HSG기능이 실행에 따라 시동 온, 오프가 제어된다.

HSG(110)는 HSG기능의 실행에 따라 엔진(100)의 시동 온, 오프를 실행시키며, 엔진(100)이 시동 온을 유지하는 상태에서 잉여 출력이 발생되는 경우 발전기로 동작되어 잉여 출력을 회생 에너지로 회수하여 전압을 발전하며, 발전된 전압을 인버터(440)를 통해 메인 배터리(450)에 충전한다.

엔진 클러치(130)는 엔진(100)과 모터(200)의 사이에 장착되어 엔진(100)과 모터(200)의 동력전달을 단속하며, 통상적으로 습식 클러치로 적용되어 전동식 오일펌프(400)에서 공급되는 유압에 의한 동작된다.

모터(200)는 하이브리드 자동차에서 제2구동원으로 동작되며, 인버터(440)에서 공급되는 3상 교류전류에 의해 구동되어 출력토크를 변속기(300)에 전달하고, 감속시 발전기로 동작되어 회생 에너지를 회수하여 전압을 발전하며, 발전된 전압을 인버터(400)를 통해 메인 배터리(450)에 충전한다.

변속기(300)는 자동변속기 혹은 무단변속기로 적용될 수 있으며, 운전요구 토크와 운전상황에 따라 변속비가 조정되며, 운전모드에 따라 엔진클러치(130)를 통해 합산되어 인가되는 출력토크를 조정된 변속비로 출력하여 구동륜에 전달시켜 주행될 수 있도록 한다.

전동식 오일펌프(400)는 HSG기능의 실행으로 엔진(100)의 시동이 온/오프된 상태나 EV모드로 주행되는 상태에서 작동되어 변속기(300) 및 엔진 클러치(130)에 유압을 형성시킨다.

하이브리드 제어기(410)는 시동 온(운행 개시)이 검출되면 초기 전동식 오일펌프(Electro Oil Pump : 400)의 구동을 최대 파워(전류×전압)로 구동시켜 라인압을 형성시키며, 이때 형성되는 라인압을 학습하여 피드백 제어가 실행될 수 있도록 한다.

또한, 상기 하이브리드 제어기(410)는 운전모드에서의 라인압력의 변경에 따라 필요 예측점도를 계산하고, 전동식 오일펌프(400)의 구동속도를 제어하기 위한 파워(전류×전압)를 'Low power, Middle power, High Power'중 어느 하나로 결정하여 급감속 조건, 크리프 주행조건 등에 대하여 전동식 오일펌프(400)의 구동속도를 능동적으로 가변 제어한다.

상기 하이브리드 제어기(410)는 정지모드 및 운전모드에서의 필요 예측점도 계산은 차속과 입력토크, 변속단, 인히비터 스위치 위치, 라인압 학습값, 실제 구동되는 회전수, 입력전류, 입력전압, 전동식 오일펌프(400)의 온,오프 작동시간, 라인압력 등이 적용될 수 있다.

상기 하이브리드 제어기(410)는 상기 운전 상황에 따라 계산되는 필요 예측점도를 학습하여 전동식 오일펌프(400)의 구동속도를 결정하는 맵 테이블의 변경할 수 있다.

오일펌프 제어기(420)는 하이브리드 제어기(410)의 제어에 따라 전동식 오일펌프(400)를 전력기반으로 동작시켜 라인압력의 조건에 따라 전동식 오일펌프(400)의 속도를 가변 제어한다.

보조 배터리(430)는 하이브리드 자동차에서 전장부하를 담당하며, 각 제어기의 동작에 필요한 전원을 공급한다.

인버터(440)는 하이브리드 제어기(410)에서 인가되는 제어신호에 따라 메인 배터리(450)에서 공급되는 직류전압을 3상 교류 전압으로 변환시켜 모터(200)의 구동토크 및 구동 속도를 조정한다.

상기 인버터(440)는 모터(200)가 발전기로 동작되는 경우 회생 에너지로 회수되는 전압을 메인 배터리(450)에 공급하여 충전시킨다.

메인 배터리(450)는 HEV모드에서 엔진(100)의 출력을 보조하기 위하여 모터(200)에 전원을 공급하고, 모터(200)의 발전 전압을 충전한다.

전술한 바와 같은 기능을 포함하는 본 발명 따른 하이브리드 자동차에서 통상적인 동작은 일반 하이브리드 자동차와 동일 내지 유사하게 실행되므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

본 실시예의 하이브리드 제어기(410)는 차량이 EV모드로 주행 중 메인 배터리의 릴레이 오프 상황 발생을 판단한다. 그리고, 하이브리드 제어기(410)는 메인 배터리의 릴레이 오프 상황 인 경우, 엔진(100)을 작동시키고, 상기 모터(200)의 역기전력으로 상기 전동식 오일펌프(400)에 전기 에너지를 공급하게 제어한다.

여기서, 메인 배터리 릴레이 오프 상황은 EV모드 주행 중 부품의 고장으로 메인 배터리가 셧 다운되거나, 각각의 부품에서 하이브리드 제어기(410)에 메인 배터리 릴레이 오프 신호가 입력된 경우이다.

메인 배터리가 릴레이 오프되는 상황에서, 엔진(100) 동력으로 작동되는 오일 펌프를 생략한 본 실시예에서는 안전을 위해 오일펌프 제어기(420)를 작동시켜야 한다.

바람직하게는, 메인 배터리의 릴레에 오프 전에 엔진(100)의 작동(엔진 온)을 확인한다. 즉, 오일펌프(400)의 유압 유지를 확실히 하기 위해 엔진 온 후 메인 배터리의 릴레이를 오프한다.

따라서, 실시예는 메인 배터리 릴레이 오프 상황에서, 엔진(100)을 작동시키고, 모터(200)에서 발생되는 기전력(역기전력)으로 전동식 오일펌프(400)의 유압을 유지한다.

이 때, 모터(200)와 전동식 오일펌프(400)는 전기적으로 연결된다. 또한, 다른 부품에 사용되는 전원을 충전하기 위해, 모터(200)와 보조배터리(430)가 연결될 수 있다.

또한, 하이브리드 제어기(410)는 EV모드로 주행 중 메인 배터리의 릴레이 오프 상황 발생 시에, 상기 HSG(110)에서 생성된 전압에 의해 상기 전동식 오일펌프(400)에 전기 에너지를 공급한다.

이 때, HSG(110)와 전동식 오일펌프(400)는 전기적으로 연결된다. 또한, 다른 부품에 사용되는 전원을 충전하기 위해, HSG(110)와 보조배터리(430)가 전기적으로 연결될 수 있다.

한편, 하이브리드 제어기(410)는 엔진(100)의 작동 중에 전동식 오일펌프(400)의 작동에 필요한 일정 전압을 유지할 필요가 있다. 따라서, 하이브리드 제어기(410)는 메인 배터리의 릴레이 오프 상황 발생에서 상기 엔진(100)의 RPM을 기준 RPM 이상으로 유지하기 위해 엔진 클러치(130) 또는/및 변속기(300)를 제어한다.

구체적으로, 하이브리드 제어기(410)는 메인 배터리 릴레이 오프 상황에서, 사용자의 브레이킹에 의해 차속이 감소되는 경우, 기준 RPM 보다 높은 엔진(100)RPM에서 엔진 클러치(130)를 락업 상태에서 오픈 상태로 변경한다. 여기서, 기준 RPM은 전동식 오일펌프(400)의 작동에 필요한 최소 전압을 유지하기 위한 엔진(100)의 회전수로써, 실험에 의해 정해진 값이다.

또한, 하이브리드 제어기(410)는 메인 배터리 릴레이 오프 상황에서, 차량이 가속되는 경우, 엔진 클러치(130)를 느린 속도로 락업 상태 변경한다.

또한, 하이브리드 제어기(410)는 메인 배터리 릴레이 오프 상황에서, 차량의 속도가 기설정된 속도 값 이하 인 경우, 변속기(300)를 제어하여서, 업쉬프트를 제한한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 제어장치의 제어방법을 도시한 순서도이다.

도 2를 참조하면, 실시예는 하이브리드 제어기(410)가 차량의 주행모드가 EV모드인지 판단한다(S10).

하이브리드 제어기(410)는 EV모드로 주행 중 이라고 판단되면, 메인 배터리의 릴레이 오프 상황인지 판단한다 (S20).

하이브리드 제어기(410)는 EV모드로 주행 중 이라고 판단되면, 메인 배터리의 릴레이 오프 상황인지 판단한다.

하이브리드 제어기(410)는 메인 배터리 릴레이 오프 상황에서, 엔진(100)을 작동(시동 온을 포함한다)시킨다 (S30).

하이브리드 제어기(410)는 엔진(100)의 작동 후에, 모터(200) 또는/및 HSG(110)에서 발생되는 기전력(역기전력)으로 전동식 오일펌프(400)의 유압을 유지한다 (S40).

엔진(100)의 작동 중에 전동식 오일펌프(400)의 작동에 필요한 일정 전압을 유지할 필요가 있기 때문에, 하이브리드 제어기(410)는 메인 배터리의 릴레이 오프 상황 발생에서 상기 엔진(100)의 RPM을 기준 RPM 이상으로 유지하기 위해 엔진 클러치(130)를 제어한다 (S50).

그리고, 엔진(100)의 작동 중에 전동식 오일펌프(400)의 작동에 필요한 일정 전압을 유지할 필요가 있기 때문에, 하이브리드 제어기(410)는 메인 배터리의 릴레이 오프 상황 발생에서 상기 엔진(100)의 RPM을 기준 RPM 이상으로 유지하기 위해 변속기(300)를 제어한다 (S60).

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.

Claims (6)

1. 제1구동원으로 운전모드 및 상황에 따라 시동이 온, 오프 제어되는 엔진;
   제2구동원으로 인버터에서 공급되는 3상 교류전류에 의해 구동되어 출력토크를 변속기에 전달하고, 감속시 발전기로 동작되어 회생 에너지를 회수하는 모터;
   상기 엔진과 모터의 토크 결합을 단속하는 엔진클러치;
   EV모드 및 HEV모드에서 작동되어 상기 엔진 클러치에 유압을 형성시키는 전동식 오일펌프;
   EV모드로 주행 중 메인 배터리의 릴레이 오프 상황 발생 시에, 상기 엔진을 작동시키고, 상기 모터의 역기전력으로 상기 전동식 오일펌프에 전기 에너지를 공급하는 하이브리드 제어기를 포함하는 하이브리드 자동차의 제어장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 엔진이 시동 온을 유지하는 상태에서 잉여 출력이 발생되는 경우 발전기로 동작되어 잉여 출력을 회생 에너지로 회수하여 전압을 발전하는 HSG를 더 포함하는 하이브리드 자동차의 제어장치.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 하이브리드 제어기는,
   EV모드로 주행 중 메인 배터리의 릴레이 오프 상황 발생 시에, 상기 HSG에서 생성된 전압에 의해 상기 전동식 오일펌프에 전기 에너지를 공급하는 하이브리드 자동차의 제어장치.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 하이브리드 제어기는,
   메인 배터리의 릴레이 오프 상황 발생에서 상기 엔진의 RPM을 기준 RPM 이상으로 유지하기 위해 상기 엔진클러치를 제어하는 하이브리드 자동차의 제어장치.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 엔진과 모터의 출력을 필요한 회전력으로 바꾸어 전달하는 변속기를 더 포함하고,
   상기 전동식 오일펌프는 상기 변속기에 유압을 형성시키는 하이브리드 자동차의 제어장치.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 하이브리드 제어기는,
   메인 배터리의 릴레이 오프 상황 발생에서 상기 엔진의 RPM을 기준 RPM 이상으로 유지하기 위해 상기 변속기를 제어하는 하이브리드 자동차의 제어장치.
   
   

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