KR101713727B1 - 하이브리드 차량 및 하이브리드 차량의 제어 방법 - Google Patents

하이브리드 차량 및 하이브리드 차량의 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하이브리드 차량 및 하이브리드 차량의 제어 방법에 관한 것이다. 본 발명은 다단 변속기, 다단 변속기와 연결된 모터, 엔진, 모터와 엔진 사이에 장착된 엔진 클러치, 엔진에 연결되고, 엔진의 기동 및 발전을 수행하는 시동 발전기, 모터 및 시동 발전기와 전기적으로 연결된 배터리, 및 엔진 클러치의 결합 및 해제를 제어하여 엔진과 상기 모터로 주행하는 HEV 모드 및 모터로 주행하는 EV 모드를 실행하는 하이브리드 제어기를 포함하고, 하이브리드 제어기는 HEV 모드에서 EV 모드로의 주행 모드 변환이 요구되고, 동시에 업 시프트 변속이 요구되는 경우 주행 모드 변환을 수행한 후, 시동 발전기에 충전 토크를 인가하여 배터리를 충전하고, 업 시프트 변속을 수행한다.

Description

하이브리드 차량 및 하이브리드 차량의 제어 방법{HYBRID VEHICLE AND CONTROL MEHTOD FOR THE SAME}
본 발명은 하이브리드 차량 및 하이브리드 차량의 제어 방법에 관한 기술이다.
최근에는 차량의 연비 향상을 위하여 하이브리드 차량이 개발되어 주목을 받고 있다. 하이브리드 차량은 엔진과 모터를 동력원으로 사용하는 차량이다. 변속기에 모터가 부착되어 있고, 변속기와 엔진 사이에 습식 클러치(엔진 클러치)가 삽입된 TMED HEV(Transmission Mounted Electric Device Hybrid Electric Vehicle)는 엔진 클러치의 단절과 연결을 이용하여 EV(Electric Vehicle) 모드와 HEV(Hybrid Electric Vehicle) 모드를 구현할 수 있다.
이러한 TMED 시스템에서는 운전자의 요구 토크가 높으면 EV →HEV 모드의 변환이 발생하고, 이때 HEV 모드에서는 엔진과 모터의 동력을 이용하여 차량을 구동한다. 반대로, 운전자의 요구 토크가 낮으면 HEV → EV 모드의 변환이 발생하고, 이때 EV 모드에서는 모터의 동력만으로 차량을 구동한다. EV 모드에서는 엔진의 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하기 위해 모터로 충전 토크를 인가하여 배터리를 충전시킬 수 있다.
본 발명의 실시 예는 HEV 모드에서 EV 모드로의 변환과 업 시프트 변속 요구가 동시에 일어날 경우 EV 모드로 변환을 먼저 수행한 후, 업 시프트 변속을 수행함으로써 엔진에 연결된 시동 발전기를 통해 배터리를 충전시킬 수 있는 전기 에너지를 극대화시킴으로써 연비를 향상시킬 수 있는 하이브리드 차량 및 하이브리드 차량의 제어 방법을 제공한다.
본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 차량은 다단 변속기; 상기 다단 변속기와 연결된 모터; 엔진; 상기 모터와 상기 엔진 사이에 장착된 엔진 클러치; 상기 엔진에 연결되고, 상기 엔진의 기동 및 발전을 수행하는 시동 발전기; 상기 모터 및 상기 시동 발전기와 전기적으로 연결된 배터리; 및 상기 엔진 클러치의 결합 및 해제를 제어하여 상기 엔진과 상기 모터로 주행하는 HEV 모드 및 상기 모터로 주행하는 EV 모드를 실행하는 하이브리드 제어기를 포함하고, 상기 하이브리드 제어기는 상기 HEV 모드에서 상기 EV 모드로의 주행 모드 변환이 요구되고, 동시에 업 시프트 변속이 요구되는 경우 상기 주행 모드 변환을 수행한 후, 상기 시동 발전기에 충전 토크를 인가하여 상기 배터리를 충전하고, 상기 업 시프트 변속을 수행한다.
여기서, 상기 하이브리드 제어기는 상기 주행 모드 변환 시 상기 다단 변속기의 변속단을 현재의 변속단으로 유지시킨다. 그리고, 상기 하이브리드 제어기는상기 주행 모드 변환 시 상기 엔진 클러치를 단절시키고, 상기 엔진의 연료 분사를 중지시킨다.
상기 하이브리드 제어기는 상기 업 시프트 변속 시 상기 다단 변속기의 변속단을 상기 현재의 변속단보다 한 단계 높은 변속단으로 변속시킨다. 또한, 상기 하이브리드 제어기는 가속 페달의 개도량 및 차속을 기초로 상기 업 시프트 변속 요구를 검출한다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 다단 변속기와 연결된 모터, 상기 모터와 엔진 클러치를 통해 선택적으로 연결되는 엔진, 상기 엔진에 연결되고, 상기 엔진의 기동 및 발전을 수행하는 시동 발전기, 및 상기 모터 및 상기 시동 발전기와 전기적으로 연결된 배터리를 포함하는 하이브리드 차량의 제어 방법은 상기 모터 및 상기 엔진으로 주행하는 HEV 모드에서 상기 모터로 주행하는 EV 모드로의 주행 모드 변환 요구가 있는지 여부를 판단하는 단계; 상기 주행 모드 변환 요구가 있는 경우 업 시프트 변속 요구가 있는지 여부를 판단하는 단계; 상기 업 시프트 변속 요구가 있는 경우 상기 HEV 모드에서 상기 EV 모드로 변환하는 단계; 및 상기 시동 발전기에 충전 토크를 인가하여 상기 배터리를 충전하고, 상기 업 시프트 변속을 수행하는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 HEV 모드에서 상기 EV 모드로 변환하는 단계는 상기 다단 변속기의 현재 변속단을 유지시키는 단계; 상기 엔진 클러치를 해제시키는 단계; 및 상기 엔진의 연료 분사를 중지시키는 단계를 포함한다. 또한, 상기 업 시프트 변속을 수행하는 단계는 상기 다단 변속기의 현재 변속단보다 한 단계 높은 변속단으로 변속하는 단계를 포함한다. 그리고, 상기 업 시프트 변속 요구가 있는지 여부를 판단하는 단계는 가속 페달의 개도량 및 차속을 검출하는 단계를 포함한다.
본 발명은 HEV 모드에서 EV 모드로의 변환과 업 시프트 변속 요구가 동시에 일어날 경우 EV 모드로 변환을 먼저 수행한 후, 업 시프트 변속을 수행함으로써 엔진에 연결된 시동 발전기를 통해 배터리를 충전시킬 수 있는 전기 에너지를 극대화시킴으로써 연비를 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 차량의 구성도.
도 2는 변속 패턴 맵을 도시한 도면.
도 3 및 도 4는 주행 모드 변환 및 업 시프트 변속에 따른 엔진(10)의 회전수, APS 출력 값, HSG의 충전 토크 값 및 배터리(80)에 충전되는 충전 에너지를 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 차량의 제어 방법을 도시한 순서도.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 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 실시 예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 실시 예를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 차량의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 차량은 엔진(10), 모터(20), 엔진 클러치(30), 다단 변속기(40), 차륜(50), 시동 발전기(HSG; Hybrid Starter and Generator)(60), 인버터(70) 및 배터리(80)을 포함한다.
또한, 하이브리드 차량은 엔진 제어기(ECU; Engine Control Unit)(90), 모터 제어기(MCU; Motor Control Unit)(100), 변속 제어기(TCU; Transmission Control Unit)(110), 배터리 제어기(BCU; Battery Control Unit)(120) 및 하이브리드 제어기(HCU; Hybrid Control Unit)(130) 및 운전 정보 검출부(140)를 포함한다.
엔진(10)은 엔진 제어기(90)의 제어에 의해 출력이 제어되고, 엔진(10)에서 출력되는 회전력은 엔진 클러치(30), 모터(20) 및 다단 변속기(40)를 거쳐 차륜(50)에 전달된다. 모터(20)는 인버터(70)를 통해 배터리(80)로부터 전기 에너지를 전달받아 구동된다. 또한, 모터(20)는 차륜(50) 또는 엔진(10)에서 전달되는 회전력을 전기 에너지로 변환하여 인버터(70)를 통해 배터리(80)를 충전시킨다.
엔진 클러치(30)는 주행 모드에 따라 결합 또는 해제되어 엔진(10)의 회전력을 모터(20)에 전달한다. 그리고, 다단 변속기(40)는 AT(AUTOMATIC TRANSMISSION), DCT(DOUBLE CLUTCH TRANSMISSION), 수동 변속기 등 다수의 변속단을 구현할 수 있는 변속기를 모두 포함한다.
시동 발전기(60)는 인버터(70)를 통해 배터리(80)로부터 전기 에너지를 공급받아 엔진(10)을 기동시키거나, 엔진(70)의 회전수를 제어하거나, 또는 엔진(10)에 의해 발전하여 전기 에너지를 생성하는 발전기로 동작한다. 시동 발전기(60)로부터 생성된 전기 에너지는 인버터(70)를 통해 배터리(80)에 충전된다.
엔진 제어기(90)는 하이브리드 제어기(130)와 연동하여 엔진(10)의 전반적인 동작을 제어하며, 엔진(10)의 동작 상태 정보를 하이브리드 제어기(130)에 제공한다. 모터 제어기(100)는 하이브리드 제어기(130)와 연동하여 모터(20)의 전반적인 동작을 제어하며, 모터(20)의 동작 상태 정보를 하이브리드 제어기(130)에 제공한다.
변속 제어기(110)는 하이브리드 제어기(130)의 제어에 따라 다단 변속기(40)를 제어하여 목표 변속단으로 변속시킨다. 배터리 제어기(120)는 배터리(80)의 전압, 전류, 온도 등의 정보를 종합 검출하여 충전상태를 관리 제어하며, 배터리(80)의 충방전 전류량을 제어하여 한계전압 이하로 과방전되거나 한계전압 이상으로 과충전되지 않도록 한다.
하이브리드 제어기(130)는 하이브리드 차량의 전체 동작을 관리하는 최상위 제어기로, 엔진 제어기(90), 모터 제어기(100), 변속 제어기(110) 및 배터리 제어기(120)를 통합 관리한다. 또한, 하이브리드 제어기(130)는 주행 모드에 따라 엔진 클러치(30)의 결합 및 해제를 제어하여 HEV 모드 및 EV 모드를 실행한다. 그리고, 하이브리드 제어기(130)는 운전 정보 검출부(140)로부터 운전 정보를 전달받아 업 시프트 변속 요구를 검출한다.
본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 제어기(130)는 HEV 모드에서 EV 모드로의 주행 모드 변환이 요구되고, 동시에 업 시프트 변속 요구가 검출되는 경우 주행 모드 변환을 먼저 수행한 후, 업 시프트 변속을 수행한다.
이를 위해, 하이브리드 제어기(130)는 변속 제어기(110)를 통해 다단 변속기(40)의 변속단을 현재의 변속단으로 유지시키고, 엔진 클러치(30)를 단절시킨다. 또한, 하이브리드 제어기(130)는 엔진(10)의 연료 분사를 중지시키고, 시동 발전기(60)에 충전 토크를 인가하여 배터리(80)의 충전 및 엔진(10)을 정지시킨다.
여기서, 하이브리드 제어기(130)는 배터리(80)의 최대 충전 파워를 기초로 엔진(10)의 회전수 별 시동 발전기(60)의 충전 토크를 산출하여 시동 발전기(60)에 인가할 수 있다.
그리고, 운전 정보 검출부(140)는 가속 페달의 개도량 및 차속을 감지하여 운전 정보를 생성한다. 이를 위해, 운전 정보 검출부(140)는 가속 페달 센서(APS; Acceleration Position Sensor) 및 차속 센서를 포함할 수 있다.
도 2는 변속 패턴 맵을 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, (A)만큼 가속 페달을 밟다가 발을 떼는(B) 리프트 풋 업(Lift Foot Up)이 발생할 때 n+1단에서 n+2단으로 업 시프트 변속이 발생한다. 업 시프트 변속시 다단 변속기(40)의 입력 축에 대한 회전수(rpm)는 변속 전에 비해 낮아진다. 따라서, 업 시프트 변속 이후에는 엔진(10)의 회전수(rpm)가 낮아진다.
이로 인해, HEV 모드에서 EV 모드로의 변환 요구와 업 시프트 변속 요구가 동시에 일어나는 경우 엔진 클러치(30)의 단절 및 업 시프트 변속 순서에 따라 시동 발전기(60)를 통해 배터리(80)를 충전할 수 있는 전기 에너지가 달라질 수 있다.
도 3 및 도 4는 주행 모드 변환 및 업 시프트 변속에 따른 엔진(10)의 회전수, APS 출력 값, HSG의 충전 토크 값 및 배터리(80)에 충전되는 충전 에너지를 나타낸 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 업 시프트 변속(a)을 먼저 수행하고, HEV 모드에서 EV 모드로의 변환(b)을 수행하는 경우 엔진(10)은 업 시프트 변속을 수행하기 이전보다 낮은 회전 수에서 정지한다. 반면, 도 4에 도시된 바와 같이, HEV 모드에서 EV 모드로의 변환(a)을 먼저 수행하고, 업 시프트 변속(b)을 수행하는 경우 엔진(10)은 도 3에 비해 높은 회전 수에서 정지한다.
일반적으로 엔진(10)의 정지로 인한 자유 낙하 시 운동 에너지는 아래의 [수학식 1]과 같이 정의될 수 있다.
Figure 112015065917187-pat00001
즉, 엔진(10)의 회전수가 높을수록 운동 에너지가 증가하므로, 본 발명의 실시 예와 같이, HEV 모드에서 EV 모드로의 변환을 먼저 수행한 후 업 시프트 변속을 수행하면 엔진(10)의 운동 에너지가 도 3에 비해 증가한다. 이로 인해, 시동 발전기(60)의 충전 토크가 커져 배터리(80)로 회수할 수 있는 전기 에너지가 증가한다. 따라서, 차량의 연비가 개선될 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 차량의 제어 방법을 도시한 순서도이다.
도 5를 참조하면, 먼저 하이브리드 제어기(130)는 HEV 모드에서 EV 모드로의 주행 모드 변환 요구가 있는지 여부를 판단한다(S1 단계). 판단 결과, HEV 모드에서 EV 모드로의 변환이 요구된 경우 하이브리드 제어기(130)는 운전 정보 검출부(140)로부터 운전 정보를 전달받아 업 시프트 변속 요구가 있는지 여부를 판단한다(S2 단계).
판단 결과, 업 시프트 변속 요구가 있는 경우 하이브리드 제어기(130)는 업시프트 변속 요구를 무시하고, 변속 제어기(110)를 통해 다단 변속기(40)의 현재 변속단을 유지시킨다(S3 단계).
그 다음, 하이브리드 제어기(130)는 엔진 클러치(30)를 해제시키고, 엔진(10)의 연료 분사를 중지시킨다. 이에 따라, 엔진(10)의 동력이 모터(20)와 단절된 EV 모드로 진입한다(S4 단계).
그 다음, 하이브리드 제어기(130)는 시동 모터(60)에 충전 토크를 인가하여 엔진(10)의 운동 에너지를 전기 에너지로 변환시키고, 인버터(70)를 통해 배터리(80)를 충전시킨다. 이와 동시에, 하이브리드 제어기(130)는 변속 제어기(110)를 통해 다단 변속기(40)의 변속단을 업 시프트시켜 업 시프트 변속을 수행한다(S5 단계).
한편, S2 단계에서 업 시프트 변속 요구가 없는 경우 하이브리드 제어기(130)는 엔진 클러치(30)를 해제시키고, 엔진(10)의 연료 분사를 중지시켜 EV 모드로 진입한다(S6 단계).
그 다음, 하이브리드 제어기(130)는 시동 모터(60)에 충전 토크를 인가하여 엔진(10)의 운동 에너지를 전기 에너지로 변환시키고, 인버터(70)를 통해 배터리(80)를 충전시킨다(S7 단계).
또한, S1 단계에서 HEV 모드에서 EV 모드로의 변환 요구가 없는 경우 하이브리드 제어기(130)는 업 시프트 변속 요구가 있는지 여부를 판단한다(S8 단계). 판단 결과, 업 시프트 변속 요구가 있는 경우 하이브리드 제어기(130)는 변속 제어기(110)를 통해 다단 변속기(40)의 변속단을 업 시프트시켜 업 시프트 변속을 수행한다(S9 단계). 반면, 판단 결과, 업 시프트 변속이 요청되지 않은 경우 하이브리드 제어기(130)는 HEV 모드로 차량을 제어한다(S10 단계).
이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
10: 엔진, 20: 모터, 30: 엔진 클러치, 40: 다단 변속기, 50: 차륜, 60: 시동 발전기, 70: 인버터, 80: 배터리, 90: 엔진 제어기, 100: 모터 제어기, 110: 변속 제어기, 120, 배터리 제어기, 130: 하이브리드 제어기, 140: 운전 정보 검출부

Claims (9)

  1. 다단 변속기;
    상기 다단 변속기와 연결된 모터;
    엔진;
    상기 모터와 상기 엔진 사이에 장착된 엔진 클러치;
    상기 엔진에 연결되고, 상기 엔진의 기동 및 발전을 수행하는 시동 발전기;
    상기 모터 및 상기 시동 발전기와 전기적으로 연결된 배터리; 및
    상기 엔진 클러치의 결합 및 해제를 제어하여 상기 엔진과 상기 모터로 주행하는 HEV 모드 및 상기 모터로 주행하는 EV 모드를 실행하는 하이브리드 제어기를 포함하고,
    상기 하이브리드 제어기는
    상기 HEV 모드에서 상기 EV 모드로의 주행 모드 변환이 요구되고, 동시에 업 시프트 변속이 요구되는 경우 상기 주행 모드 변환을 수행한 후, 상기 시동 발전기에 충전 토크를 인가하여 상기 배터리를 충전하고, 상기 업 시프트 변속을 수행하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 하이브리드 제어기는
    상기 주행 모드 변환 시 상기 다단 변속기의 변속단을 현재의 변속단으로 유지시키는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 하이브리드 제어기는
    상기 주행 모드 변환 시 상기 엔진 클러치를 단절시키고, 상기 엔진의 연료 분사를 중지시키는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 하이브리드 제어기는
    상기 업 시프트 변속 시 상기 다단 변속기의 변속단을 현재의 변속단보다 한 단계 높은 변속단으로 변속시키는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 하이브리드 제어기는 가속 페달의 개도량 및 차속을 기초로 상기 업 시프트 변속 요구를 검출하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량.
  6. 다단 변속기와 연결된 모터, 상기 모터와 엔진 클러치를 통해 선택적으로 연결되는 엔진, 상기 엔진에 연결되고, 상기 엔진의 기동 및 발전을 수행하는 시동 발전기, 및 상기 모터 및 상기 시동 발전기와 전기적으로 연결된 배터리를 포함하는 하이브리드 차량의 제어 방법에 있어서,
    상기 모터 및 상기 엔진으로 주행하는 HEV 모드에서 상기 모터로 주행하는 EV 모드로의 주행 모드 변환 요구가 있는지 여부를 판단하는 단계;
    상기 주행 모드 변환 요구가 있는 경우 업 시프트 변속 요구가 있는지 여부를 판단하는 단계;
    상기 업 시프트 변속 요구가 있는 경우 상기 HEV 모드에서 상기 EV 모드로 변환하는 단계; 및
    상기 시동 발전기에 충전 토크를 인가하여 상기 배터리를 충전하고, 상기 업 시프트 변속을 수행하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 제어 방법.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 HEV 모드에서 상기 EV 모드로 변환하는 단계는
    상기 다단 변속기의 현재 변속단을 유지시키는 단계;
    상기 엔진 클러치를 해제시키는 단계; 및
    상기 엔진의 연료 분사를 중지시키는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 제어 방법.
  8. 제6 항에 있어서,
    상기 업 시프트 변속을 수행하는 단계는
    상기 다단 변속기의 현재 변속단보다 한 단계 높은 변속단으로 변속하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 제어 방법.
  9. 제6 항에 있어서,
    상기 업 시프트 변속 요구가 있는지 여부를 판단하는 단계는
    가속 페달의 개도량 및 차속을 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 제어 방법.
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