KR101740240B1 - 하이브리드 차량의 엔진 클러치 제어방법 - Google Patents

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심규현
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한관수
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Abstract

본 발명은 하이브리드 차량의 엔진 클러치 제어방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 엔진 클러치 제어방법은 EV 모드 주행 상태에서 HEV 모드 전환을 위한 신호를 확인하는 전환신호 확인단계;와, 외부로부터 입력되는 운전정보를 이용해 차량의 거동을 예측하는 차량거동 예측단계;와, 상기 차량거동 예측단계에서 예측된 차량 거동 정보에 따르는 차량 속도별 클러치 접합 충격량을 획득하는 충격량 획득단계;와, 상기 충격량 획득단계에서 획득된 속도별 클러치 접합 충격량 중 충격량이 최소인 속도를 결정하는 속도 결정단계;와, 현재의 속도와 충격량이 최소화인 속도의 차이값이 미리 설정된 설정값 이하인지 비교하는 속도차이 비교단계; 및 상기 속도차이 비교단계에서 속도 차이값이 설정값 이하인 경우, HEV 모드로 전환하기 위해 클러치를 접합하는 HEV모드 전환단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의하여, EV 모드에서 HEV 모드로 전환하는 과정에서 발생하는 클러치 충격량을 최소화할 수 있는 하이브리드 차량의 엔진 클러치 제어방법이 제공된다.

Description

하이브리드 차량의 엔진 클러치 제어방법{CONTROL METHOD FOR ENGINE CLUTCH OF HEV}
본 발명은 하이브리드 차량의 엔진 클러치 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 EV 모드에서 HEV 모드로 전환하는 과정에서 발생하는 클러치 충격량을 최소화할 수 있는 하이브리드 차량의 엔진 클러치 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로, 하이브리드 차량은 도 1에 도시된 바와 같이, 엔진(10), 구동모터(20), 자동변속기(30)가 일렬로 배열되는 레이아웃을 가진다.
특히, 엔진(10)과 구동모터(20)는 클러치(통상 엔진 클러치라고 함)(50)를 개재한 상태로 동력 전달 가능하게 연결되고, 구동모터(20)와 자동변속기(30)는 서로 직결된다.
또한 시동시 엔진(10)으로 회전력을 제공하는(즉, 크랭킹 토크를 출력하는) 통합형 시동발전기, 즉 ISG(Integrated Starter & Generator)(40)가 엔진(10)에 연결되어 구비된다.
이러한 구성에서 클러치(50)가 오픈(Open)되어 있으면 구동모터(20)에 의해 구동축이 구동되고, 클러치(50)가 락(Lock)되어 있으면 엔진(10)과 구동모터(20)에 의해 구동축이 구동한다.
차량 출발시나 저속 주행시에는 구동모터(20)에 의해서만 구동력을 얻게 되는데, 초기 출발시에는 엔진 효율이 모터 효율에 비해 떨어지기 때문에 엔진(10)보다는 효율이 좋은 구동모터(20)를 사용하여 차량의 초기 출발(차량 발진)을 시작한다.
차량 출발 후에는 ISG(40)가 엔진(10)을 시동하여 엔진 출력과 모터 출력을 동시에 이용할 수 있도록 한다.
이와 같이 하이브리드 차량은 구동을 위해 구동모터(20)의 회전력만을 이용하는 순수 전기자동차 모드인 EV(Electric Vehicle) 모드, 및 엔진(10)의 회전력을 주동력으로 하면서 구동모터(20)의 회전력을 보조동력으로 이용하는 HEV(Hybrid Electric Vehicle) 모드 등의 운전 모드로 주행하며, ISG(40)에 의한 엔진(10)의 시동(Cranking)으로 EV 모드에서 HEV 모드로의 모드 변환이 이루어진다.
하이브리드 차량에서 EV 모드와 HEV 모드 간의 모드 변환은 주요한 기능 중의 하나로서, 하이브리드 차량의 운전성, 연비, 동력성능에 영향을 끼치는 요소이다.
특히, 엔진(10), 구동모터(20), 자동변속기(30), ISG(40), 클러치(50)가 포함된 도 1과 같은 하이브리드 시스템에서는 보다 정교한 모드 변환 제어가 필수적이며, 주행 상황에 맞는 최적의 모드 변환 알고리즘이 필요하다.
상기한 시스템의 모드 변환 제어는 클러치 제어가 주요한 요소이다.
통상적으로 EV 모드에서 HEV 모드로 전환하기 위해 클러치를 접합할 때 충격을 저감시키고 발진 성능을 만족시키기 위해 클러치의 슬립가능 여부를 판단하고, 목표속도와 상대속도의 속도차에 따라 클러치의 접합을 제어하거나 목표속도와 상대속도 각각의 기울기를 고려하여 클러치의 접합을 제어하고 있다.
하지만, 클러치 접합 충격은 차량 속도에 따라 충격 특성이 다르게 나타나므로, 하이브리드 차량의 운전성능을 떨어뜨릴 뿐만 아니라, 모드 변환시 운전자에게 이질감을 주는 문제점이 있다.
특허문헌 1. 대한민국 등록특허공보 제0897096호(2009.05.04. 공개)
따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, EV 모드에서 HEV 모드로 전환하는 과정에서 발생하는 클러치 충격량을 최소화할 수 있는 하이브리드 차량의 엔진 클러치 제어방법을 제공함에 있다.
또한, 충격량을 최소화하기 위해 대기하는 시간으로 인해 모드 변환이 지연되는 것을 방지할 수 있는 하이브리드 차량의 엔진 클러치 제어방법을 제공함에 있다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, EV 모드 주행 상태에서 HEV 모드 전환을 위한 신호를 확인하는 전환신호 확인단계;와, 외부로부터 입력되는 운전정보를 이용해 차량의 거동을 예측하는 차량거동 예측단계;와, 상기 차량거동 예측단계에서 예측된 차량 거동 정보에 따르는 차량 속도별 클러치 접합 충격량을 획득하는 충격량 획득단계;와, 상기 충격량 획득단계에서 획득된 속도별 클러치 접합 충격량 중 충격량이 최소인 속도를 결정하는 속도 결정단계;와, 현재의 속도와 충격량이 최소화인 속도의 차이값이 미리 설정된 설정값 이하인지 비교하는 속도차이 비교단계; 및 상기 속도차이 비교단계에서 속도 차이값이 설정값 이하인 경우, HEV 모드로 전환하기 위해 클러치를 접합하는 HEV모드 전환단계;를 포함하는 하이브리드 차량의 엔진 클러치 제어방법에 의해 달성된다.
여기서, 상기 충격량 획득단계에서, 상기 차량 속도별 클러치 접합 충격량은 차량 모델 기반의 시뮬레이션을 통해 계산되어 미리 저장된 충격량 데이터로부터 획득하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 운전정보는 가속 페달의 변위량, 전방 차량의 속도, 전방 차량과의 간격, 및 주행 경로 상의 교통신호정보 중 적어도 어느 하나인 것이 바람직하다.
또한, 상기 속도차이 비교단계에서 속도의 차이값이 설정값을 초과하는 경우, 속도 차이값이 설정값을 초과하는 지속시간과 미리 설정된 모드전환 제한시간을 비교하고, 상기 지속시간이 제한시간을 초과하면 상기 HEV모드 전환단계로 이동하는 지속여부 결정단계;를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 하이브리드 차량의 속도에 따라 클러치 접합시 발생하는 충격량을 미리 분석하여 저장하고, 이에 따라 하이브리드 차량의 모드변환 상황이 발생하였을 때 차량의 속도를 예측하여 클러치 접합 시점을 조정함으로써 클러치의 접합에 따른 충격량을 최소화할 수 있는 하이브리드 차량의 엔진 클러치 제어방법이 제공된다.
또한, 충격량을 최소화하기 위해 대기하는 지속시간이 미리 설정된 모드전환 제한시간을 초과하지 않도록 함으로써, 모드 변환의 지연에 따른 이질감이 발생하는 것을 방지할 수 있는 하이브리드 차량의 엔진 클러치 제어방법이 제공된다.
도 1은 일반적인 하이브리드 차량의 개략적인 블록 구성도,
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 하이브리드 차량의 엔진 클러치 제어방법의 순서도이고,
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 하이브리드 차량의 엔진 클러치 제어방법의 가속페달과 차량속도 및 충격량 변화를 나타낸 그래프이다.
설명에 앞서, 여러 실시예에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적으로 제1실시예에서 설명하고, 그 외의 실시예에서는 제1실시예와 다른 구성에 대해서 설명하기로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 하이브리드 차량의 엔진 클러치 제어방법에 대하여 상세하게 설명한다.
첨부도면 중, 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 하이브리드 차량의 엔진 클러치 제어방법의 순서도이고, 도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 하이브리드 차량의 엔진 클러치 제어방법의 가속페달과 차량속도 및 충격량 변화를 나타낸 그래프이다.
본 발명의 제1실시예에 따른 하이브리드 차량의 엔진 클러치 제어방법은 도 2에서 도시하는 바와 같이 전환신호 확인단계(S110), 거동 예측단계(S120), 충격량 획득단계(S130), 속도 결정단계(S140), 속도차이 비교단계(S150), 지속여부 결정단계(S160) 및 HEV모드 전환단계(S170)를 포함한다.
상기 전환신호 확인단계(S110)는 EV 모드로 주행하는 상태에서 HEV 모드로 전환을 위한 신호를 확인한다.
상기 HEV 모드 전환을 위한 신호는 하이브리드 차량의 운전성, 연비, 동력성능 등의 개선을 위해 생성되는 것으로, 이러한 신호의 생성에 대한 조건이나 방법은 하이브리드 차량의 일반적인 제어방법에 속하는 것이므로, 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
상기 차량거동 예측단계(S120)는, 외부로부터 입력되는 운전정보를 이용해 차량의 거동을 예측하는 것으로, 상기 운전정보는 운전자에 의해 조작되는 가속 페달의 변위 정보로 이루어질 수 있다.
구체적으로, 차량 거동에 따른 속도 변화는 운전자의 가속 페달 조작에 따른 가속 페달의 변위에 따라 차량 속도를 계산하여 예측할 수 있으며, 상기 가속 페달의 변위는 별도로 마련되는 센서를 이용하여 측정할 수 있다.
한편, 본 실시예에서는 상기 운전정보가 가속 페달의 변위량인 것으로 설명하였으나, 운전정보는 가속 페달의 변위량 외에, 전방 차량의 속도와 전방 차량과의 간격을 측정한 측정값이나, 차량과 인프라 간의 통신 기술(Vehicle to Infrastructure - V2I)을 통해 수신한 주행 경로 상의 교통신호정보로 구성될 수 있으며, 상기 차량거동 예측단계(S120)는 이러한 다양한 형태의 운전정보들을 이용하여 차량의 거동을 보다 정밀하게 예측하도록 구성하는 것도 가능할 것이다.
상기 충격량 획득단계(S130)는 미리 저장된 충격량 데이터로부터 예측된 차량 거동 정보에 따르는 차량 속도별 클러치 접합 충격량을 획득한다.
하이브리드 차량의 주행 모드를 전환하기 위해 클러치를 접합하는 과정에서 나타나는 충격은 차량 속도에 따라 다르게 나타나며, 상기 차량 속도별 클러치 접합 충격량은 파워트레인의 수학적 모델링을 통해 구성된 차량 모델을 기반으로 하여 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 계산될 수 있다. 이와 같이 계산된 차량 속도별 클러치 접합 충격량은 빠른 속도로 원하는 값을 찾을 수 있도록, 속도와 충격량의 관계를 나타내는 룩업 테이블(lookup table)형태로 미리 저장되는 것이 바람직하다.
상기 속도 결정단계(S140)는 상기 충격량 획득단계(S130)에서 획득된 차량 속도별 클러치 접합 충격량 중 충격량이 최소인 차량 속도를 결정한다.
즉, 예측된 일정범위 내의 차량 속도별 클러치 접합 충격량을 비교하고, 충격량이 상대적으로 가장 낮은 속도를 결정한다.
상기 속도차이 비교단계(S150)는 현재의 속도와 충격량을 최소화하는 속도의 차이값이 미리 설정된 설정값 이하인지 비교하고, 속도의 차이값이 설정값 이하인 경우에는 HEV모드 전환단계(S170)로 이동하고, 속도의 차이값이 설정값을 초과하는 경우에는 지속여부 결정단계(S160)로 이동한다.
여기서, 상기 설정값은 운전자가 현재 속도에서 클러치를 접합하였을 때 전해지는 충격량과, 충격량을 최소화하는 속도에서 클러치를 접합하였을 때 전해지는 충격량의 차이로 인한 이질감을 인지하지 못할 정도의 값으로 설정될 수 있으며, 운전자가 별도의 입력부를 통해 설정값을 입력하거나 조정할 수 있도록 구성하는 것이 바람직할 것이다.
즉, 상기 속도차이 비교단계(S150)는, 상기 속도 결정단계(S140) 이후 EV 모드로 주행하는 과정에서 측정되는 현재의 차량 속도가, 상기 속도 결정단계(S140)에서 결정된 속도를 기준으로 하여 미리 설정된 설정값 범위 내에 속하게 되는지의 여부를 비교하고, HEV모드 전환단계를 수행할 지의 여부를 판단하는 것으로서, 이러한 속도차이 비교단계에 의해 하이브리드 차량의 주행 모드를 HEV 모드로 전환하는 과정에서 클러치 접합에 따른 충격량을 최소화할 수 있다.
구체적으로, EV 모드로 주행하는 과정에서, 현재 속도를 실시간으로 측정하고, 현재 속도가 상기 충격량이 최소가 되는 속도와 동일하거나, 현재 속도와 충격량 최소 속도의 차이값이 설정값 이하가 되는 시점에서 클러치 접합을 수행한다.
상기 지속여부 결정단계(S160)는 상기 속도차이 비교단계(S150)에서 속도의 차이값이 설정값을 초과하는 경우, 속도 차이값이 설정값을 초과하는 지속시간과 미리 설정된 모드전환 제한시간을 비교한 다음, 지속시간이 제한시간을 초과하는 경우에는 HEV모드 전환단계(S170)로 이동하고, 지속시간이 제한시간을 초과하지 않은 경우에는 속도차이 비교단계(S150)로 이동한다.
여기서, 상기 지속시간이란 상기 속도차이 비교단계(S150)에서 속도 차이값이 설정값을 초과하여 비교단계에서 머무르게 되는 시간을 의미한다. 즉, 차량 속도가 일정하게 유지되는 등의 이유로 속도 차이값이 설정값 이하로 되지 않는 경우에는 적정 시간 내에 클러치 접합이 이루어지지 않기 때문에, 운전자가 모드변환 지연으로 인한 이질감을 인지할 수 있다.
따라서, 상기 모드전환 제한시간은 운전자가 모드변환 지연으로 인한 이질감을 인지하지 못할 정도의 시간으로 설정될 수 있으며, 운전자가 별도의 입력부를 통해 제한시간을 입력하거나 조정할 수 있도록 구성하는 것이 바람직할 것이다.
상기 HEV모드 전환단계(S170)는 엔진 클러치를 접합하는 것으로, 이러한 엔진 클러치의 접합에 의해 하이브리드 차량의 주행상태가 엔진의 회전력을 주동력으로 하는 HEV 모드로 전환된다.
지금부터는 상술한 하이브리드 차량의 엔진 클러치 제어방법의 제1실시예의 작동에 대하여 설명한다.
예를 들어, EV 모드로 주행하는 상태에서, 도 3에 도시된 바와 같이 가속상황이 감지되어 HEV 모드 전환이 요구됨에 따라 HEV 모드 전환 신호가 발생(S110)하면, 가속페달의 변위량을 통해 차량의 거동을 예측(S120)하고, 예측된 차량 거동에 따른 속도별 충격량을 획득(S130)한 다음, 클러치 접합에 따른 충격량이 최소화되는 속도를 결정(S140)한다.
이어, 실제 주행속도를 측정하고, 실제 속도와 충격량 최소 속도의 차이값이 미리 설정된 설정값 이하인지를 비교(S150)한 다음, 속도의 차이값이 설정값 이하인 경우 클러치를 접합하여 HEV 모드로 전환(S170)하면, HEV 모드로 전환하는 과정에서 발생하는 클러치 충격량을 최소화할 수 있다.
한편, 주행 속도가 일정하게 유지되는 것과 같은 이유로 상기 속도의 차이값이 설정값을 초과하는 상태가 유지되는 경우, 속도 차이값이 설정값을 초과하는 지속시간과 미리 설정된 모드전환 제한시간을 비교(S160)하고, 지속시간이 제한시간을 초과하는 경우 클러치를 접합하여 HEV 모드로 전환(S170)하면, HEV 모드 전환 지연으로 인한 이질감을 방지할 수 있다.
하이브리드 차량의 주행 모드를 전환하기 위해, 엔진 클러치를 접합하는 과정에서 발생하는 충격 특성은 차량 속도에 따라 다르게 나타난다.
상기와 같은 본 실시예에 따르면, EV 모드에서 HEV 모드로 전환하는 과정에서, 예측된 차량 속도에 따라 충격량이 저감될 수 있는 속도에서 클러치 접합을 수행함으로써, 모드 변환과정에서 발생하는 클러치 충격을 최소화할 수 있으며, 모드 전환의 지연에 따른 이질감을 방지할 수 있으므로 하이브리드 차량의 운전성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.
S110:전환신호 확인단계,
S120:거동 예측단계,
S130:충격량 획득단계,
S140:속도 결정단계,
S150:속도차이 비교단계,
S160:지속여부 결정단계,
S170:HEV모드 전환단계

Claims (4)

  1. EV 모드 주행 상태에서 HEV 모드 전환을 위한 신호를 확인하는 전환신호 확인단계;
    외부로부터 입력되는 운전정보를 이용해 차량의 거동을 예측하는 차량거동 예측단계;
    상기 차량거동 예측단계에서 예측된 차량 거동 정보에 따르는 차량 속도별 클러치 접합 충격량을 획득하는 충격량 획득단계;
    상기 충격량 획득단계에서 획득된 속도별 클러치 접합 충격량 중 충격량이 최소인 속도를 결정하는 속도 결정단계;
    현재의 속도와 충격량이 최소화인 속도의 차이값이 미리 설정된 설정값 이하인지 비교하는 속도차이 비교단계; 및
    상기 속도차이 비교단계에서 속도 차이값이 설정값 이하인 경우, HEV 모드로 전환하기 위해 클러치를 접합하는 HEV모드 전환단계;를 포함하는 하이브리드 차량의 엔진 클러치 제어방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 충격량 획득단계에서, 상기 차량 속도별 클러치 접합 충격량은 차량 모델 기반의 시뮬레이션을 통해 계산되어 미리 저장된 충격량 데이터로부터 획득하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 엔진 클러치 제어방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 운전정보는 가속 페달의 변위량, 전방 차량의 속도, 전방 차량과의 간격, 및 주행 경로 상의 교통신호정보 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 엔진 클러치 제어방법.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 속도차이 비교단계에서 속도 차이값이 설정값을 초과하는 경우, 속도 차이값이 설정값을 초과하는 지속시간과 미리 설정된 모드전환 제한시간을 비교하고, 상기 지속시간이 제한시간을 초과하면 상기 HEV모드 전환단계로 이동하는 지속여부 결정단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 엔진 클러치 제어방법.
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