KR101765618B1 - 하이브리드 차량의 엔진 클러치 위험 방지 방법 - Google Patents

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Abstract

하이브리드 차량의 엔진 클러치 위험 방지 방법은, 제어기의 세이프티(Safety) 모듈이 엔진과 모터를 연결 또는 분리하는 엔진 클러치를 구동하는 액츄에이터의 세이프티 모듈에 엔진 클러치의 연결 또는 분리를 지시하는 신호를 송신하는 단계와, 액츄에이터의 세이프티 모듈이 신호에 근거하여 엔진 클러치가 정상 동작을 수행하도록 제어하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

하이브리드 차량의 엔진 클러치 위험 방지 방법{Method for preventing engine clutch hazard of hybrid vehicle}
본 발명은 하이브리드 차량(하이브리드 전기차(hybrid electric vehicle))에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 하이브리드 차량의 엔진 클러치 위험 방지 방법에 관한 것이다.
친환경 자동차는 연료전지 자동차, 전기자동차, 플러그인 전기자동차, 및 하이브리드 자동차를 포괄하는 것으로, 통상적으로 구동력 발생을 위한 모터를 구비한다.
이러한 친환경 자동차의 일례인 하이브리드 자동차(hybrid vehicle)는 내연기관 엔진(internal combustion engine)과 배터리 전원을 함께 사용한다. 즉, 하이브리드 자동차는 내연기관 엔진의 동력과 모터의 동력을 효율적으로 조합하여 사용한다.
하이브리드 자동차는, 엔진, 모터, 엔진과 모터 사이에서 동력을 단속하는 엔진 클러치, 변속기, 차동기어장치, 배터리, 상기 엔진을 시동하거나 엔진의 출력에 의해 발전을 하는 시동 발전기, 및 차륜으로 구성될 수 있다.
또한, 하이브리드 자동차는, 하이브리드 자동차의 전체 동작을 제어하는 하이브리드 제어기(hybrid control unit), 엔진의 동작을 제어하는 엔진 제어기(engine control unit), 모터의 동작을 제어하는 모터 제어기(motor control unit), 변속기의 동작을 제어하는 변속 제어기(transmission control unit), 및 배터리를 제어하고 관리하는 배터리 제어기(battery control unit)로 구성될 수 있다.
상기 배터리 제어기는 배터리 관리 시스템(battery management system)으로 호칭될 수 있다. 상기 시동 발전기는 ISG(integrated starter & generator) 또는 HSG(hybrid starter & generator)라 호칭되기도 한다.
상기와 같은 하이브리드 자동차는 모터의 동력만을 이용하는 순수 전기자동차 모드인 EV 모드(electric vehicle mode), 엔진의 회전력을 주동력으로 하면서 모터의 회전력을 보조동력으로 이용하는 HEV 모드(hybrid electric vehicle mode), 자동차의 제동 혹은 관성에 의한 주행 시 제동 및 관성 에너지를 모터의 발전을 통해 회수하여 배터리에 충전하는 회생제동 모드(regenerative braking mode)의 주행모드로 운행할 수 있다.
하이브리드 차량은 모드 변환을 위해서, 모터와 엔진 사이의 동력 전달 및 분리를 위해서 엔진 클러치를 동작시킨다. 엔진 클러치의 동작을 결정하는 엔진 클러치의 동작 유압은 하이브리드 차량의 운전성, 동력성능, 및 연비를 크게 좌우할 수 있으므로, 정확하게 제어되어야 한다.
엔진 클러치의 동작 유압은 엔진 클러치에 포함된 두 개의 마찰재들이 접촉하여 토크 전달이 시작되는 초기 유압과, 엔진의 속도와 모터의 속도를 수신하여 엔진 클러치의 유압을 조절하는 피드백(feedback) 유압에 의해서 결정될 수 있다. 상기 초기 유압은 키스 포인트(kiss point)로 언급될 수 있다.
키스 포인트(kiss point)는 엔진 클러치의 사용 중에 변동될 수 있다. 따라서, 키스 포인트(kiss point)에 대한 학습을 실시하여 엔진 클러치가 정확한 지점에서 토크전달을 할 수 있도록 엔진 클러치의 유압을 제어할 필요가 있다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
본 발명이 해결하려는 기술적 과제(목적)는, 엔진클러치의 작동 이상(고장)을 조기에 감지(검출)하고 고장상황에 따른 위험을 방지할 수 있는 하이브리드 차량의 엔진 클러치 위험 방지 방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결(달성)하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 엔진 클러치 위험 방지 방법은, 제어기의 세이프티(Safety) 모듈이 엔진과 모터를 연결 또는 분리하는 엔진 클러치를 구동하는 액츄에이터의 세이프티 모듈에 상기 엔진 클러치의 연결 또는 분리를 지시하는 신호를 송신하는 단계; 및 상기 액츄에이터의 세이프티 모듈이 상기 신호에 근거하여 상기 엔진 클러치가 정상 동작을 수행하도록 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 하이브리드 차량의 엔진 클러치 위험 방지 방법은, 상기 신호가 상기 엔진 클러치의 연결을 허용하는 신호가 아닐 때, 상기 액츄에이터의 세이프티 모듈이 상기 액츄에이터에 포함된 모터를 정지시켜 상기 엔진 클러치가 연결되지 않도록 하고 상기 엔진을 오프(off)시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 하이브리드 차량의 엔진 클러치 위험 방지 방법은, 상기 신호가 상기 엔진 클러치의 분리를 허용하는 신호가 아닐 때, 상기 액츄에이터의 세이프티 모듈이 상기 액츄에이터에 포함된 모터를 정지시켜 상기 엔진 클러치가 분리되지 않도록 하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 하이브리드 차량의 엔진 클러치 위험 방지 방법은, 상기 신호가 상기 엔진 클러치의 연결을 지시하는 명령이고 상기 액츄에이터의 세이프티 모듈이 상기 엔진 클러치가 연결되지 않는 것을 감지할 때, 상기 액츄에이터의 세이프티 모듈이 상기 액츄에이터에 포함된 모터를 구동시켜 상기 엔진 클러치가 연결되도록 제어할 수 있다.
상기 하이브리드 차량의 엔진 클러치 위험 방지 방법은, 상기 액츄에이터에 포함된 모터를 정지시켜 상기 엔진 클러치가 연결되지 않도록 할 때, 상기 액츄에이터의 세이프티 모듈은 리셋(reset)되는 단계를 더 포함할 수 있다.
전술한 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 엔진 클러치 고장 감지 방법은 의도하지 않은 엔진클러치의 이상거동 감지 및 위험요소를 사전에 대응할 수 있고, 고장에 대한 적절한 대응으로 운전자 상해 및 차량의 손상을 감소시킬 수 있다.
본 발명의 상세한 설명에서 사용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여, 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 엔진 클러치 위험 방지 장치를 포함하는 하이브리드 차량을 설명하는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 제어기를 설명하는 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 제어기와 엔진 클러치 액츄에이터 사이의 신호 관계를 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 엔진 클러치 위험 방지 방법을 설명하는 흐름도(flowchart)이다.
본 발명, 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는, 본 발명의 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용이 참조되어야 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하는 것에 의해, 본 발명을 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 나타낼 수 있다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 이 명세서에서, “포함하다” 또는 “가지다” 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 구성요소를 사이에 두고 "전기적 또는 기계적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자(통상의 기술자)에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
엔진클러치(Engine Clutch)는 엔진과 전기모터 사이에 장착되며 운전자 요구 및 차량상태에 따라 엔진의 구동력을 전달 또는 차단하는 것에 의해 차량이 전기차 모드 및 HEV 모드로 주행 가능하게 해 주는 시스템이다.
HCU(hybrid control unit, 하이브리드 제어기)는 하이브리드 차량 시스템의 엔진, 모터 및 변속기 기본정보들과 운전자의 가속페달 정보를 인터페이스 모듈로 입력 받아서 엔진클러치의 제어상태를 판단하고 엔진클러치 접합 필요 시 접합에 필요한 전달토크를 연산하여 엔진 클러치의 결합 또는 해제여부를 판단한 후 작동명령을 내린다. 이 작동명령은 엔진클러치 엑츄에이터인 HCA(Hydrostatic Clutch Actuator)내 LCU(Local Control Unit)로 전달되어 LCU에서는 이 명령을 토대로 HCA내 전기모터를 작동시켜 최종적으로 엔진클러치를 결합 또는 해제(release)시키게 된다.
엔진 클러치 접합 제어(E/C Engaged)는 일정 조건 만족 시 엔진 클러치를 접합(Close)하고, 엔진 클러치 분리 제어(E/C Disengaged)는 일정 조건 만족 시 엔진 클러치를 분리(Open)한다.
관련 기술은 엔진클러치 고장을 각종센서로 측정하거나 별도 소프트웨어(SW) 모델(예, 온도모델)을 개발하여 감지하고 있다. 하지만 센서값과 모델값이 정상이지만 이상 거동하는 고장은 감지하지 못한다.
또한 로직(logic) 및 통신 오류로 잘못된 엔진클러치 작동 명령이 전달되는 경우 의도하지 않는 엔진클러치 거동이 발생할 수 있다. 예를 들어, 엔진클러치 하드웨어(HW) 손상 고장의 경우, 로직(logic) 작동이나 센서 값은 정상이지만 엔진클러치가 이상 동작을 수행할 수 있다. 이를 확인하기 위해서는 추가적인 센서가 필요하다. 또한 이러한 고장은 발생시 적절한 조치가 적시에 수행되지 않을 가능성이 커서 운전자나 차량이 큰 손상을 입을 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 엔진 클러치 위험 방지 장치를 포함하는 하이브리드 차량을 설명하는 도면이다. 상기 하이브리드 차량의 엔진 클러치 위험 방지 장치는 하이브리드 차량의 엔진 클러치 페일 및 세이프(fail-safe) 제어 장치로도 언급될 수 있다.
도 1을 참조하면, 하이브리드 차량(100)은, 제어기(controller)(105), 엔진(110), 하이브리드 시동 발전기(hybrid starter & generator, HSG)(120), 엔진 클러치(engine clutch)(125), 전기 모터일 수 있는 모터(또는 구동 모터)(130), 배터리(140), 변속기(150), 및 차륜인 구동 휠들(driving wheels)(190)을 포함한다.
상기 하이브리드 차량의 엔진 클러치 위험 방지 장치는 엔진 클러치(125) 및 제어기(105)를 포함할 수 있다.
하이브리드 차량(100)은 하이브리드 전기차(hybrid electric vehicle)로서, 동력원(power source)으로 엔진(110)과 모터(130)를 사용할 수 있고, 모터(130)와 엔진(110) 사이에 엔진 클러치(125)가 존재하여 엔진 클러치(125)가 열린 상태에서는 모터(130)에 의하여 주행하는 EV(Electric Vehicle) 모드로 작동되고 엔진 클러치(125)가 닫힌 상태에서는 모터(130)와 엔진(110) 모두에 의한 주행이 가능한 HEV(Hybrid Electric Vehicle) 모드로 작동될 수 있다.
하이브리드 차량(100)은 모터(130)와 변속기(150)가 붙어 있는 TMED(Transmission Mounted Electric Device) 방식의 파워 트레인(power train)을 포함할 수 있으며, 엔진(110)과 모터(130)로 구성되는 동력원 사이에 엔진 클러치(125)가 존재하여 엔진 클러치(125)의 접합(engagement)(결합) 여부에 따라 모터(130)의 동력만을 이용하는 순수 전기자동차 모드인 EV 모드(electric vehicle mode) 혹은 엔진(110)의 회전력을 주동력으로 하면서 모터(130)의 회전력을 보조동력으로 이용하는 HEV 모드(hybrid electric vehicle mode)의 운행(주행)을 제공할 수 있다. 부연하여 설명하면, 모터(130)는 변속기(150)와 직결되어 있는 구조를 가지는 하이브리드 차량(100)에서, 하이브리드 시동 발전기(HSG)(120)의 기동을 통해 엔진RPM(revolutions per minute)이 끌어올려지고, 엔진(110)의 동력 전달 및 차단은 클러치(125)의 접합(결합) 및 분리를 통해 수행되며, 변속기(150)를 포함할 수 있는 동력전달계를 통해 휠들(wheels)(190)에 구동력이 발생되고, 엔진(110)의 토크전달 요구 시 클러치(125)의 접합을 통해 엔진 토크가 전달될 수 있다.
제어기(105)는 하이브리드 제어기(hybrid control unit, HCU), 모터 제어기(motor control unit, MCU), 엔진 제어기(engine control unit)(ECU), 및 변속 제어기(transmission control unit, TCU)를 포함할 수 있다.
하이브리드 제어기(HCU)는 엔진(110)의 정지 시 하이브리드 시동 발전기(HSG)(120)의 제어를 통해 엔진의 기동(시동)을 제어할 수 있다. 하이브리드 제어기(HCU)는 최상위 제어기로서 차량 네트워크(network)인 CAN(Controller Area Network)와 같은 네트워크로 연결되는 모터 제어기(MCU)와 같은 제어기들을 통합 제어할 수 있고, 하이브리드 차량(100)의 전체 동작을 제어할 수 있다.
모터 제어기(MCU)는 하이브리드 시동 발전기(HSG)(120) 및 모터(130)를 제어할 수 있다. 모터 제어기(MCU)는 상기 네트워크를 통해 하이브리드 제어기(HCU)로부터 출력되는 제어신호에 따라 구동모터(130)의 출력토크를 제어하여 최대의 효율을 갖는 영역으로 구동될 수 있도록 할 수 있다. 모터 제어기(MCU)는 복수개의 전력 스위칭소자로 구성되는 인버터(inverter)를 포함하며, 인버터를 구성하는 전력 스위칭 소자는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor), MOSFET, FET, 트랜지스터(TR), 및 릴레이(relay) 중 하나로 구성될 수 있다. 인버터는 배터리(140)에서 공급되는 DC 전압(직류 전압)을 3상 교류 전압으로 변환시켜 구동 모터(130)를 구동한다. 모터 제어기(MCU)는 배터리(140)와 모터(130) 사이에 배치될 수 있다.
엔진 제어기(ECU)는 엔진(110)의 토크를 제어할 수 있다. 엔진 제어기(ECU)는 상기 네크워크를 통해 하이브리드 제어기(HCU)로부터 출력되는 제어신호에 따라 엔진(110)의 운전점을 제어하여 최적의 토크가 출력될 수 있도록 할 수 있다. 변속 제어기(TCU)는 변속기(150)의 동작을 제어할 수 있다.
제어기(105)는, 예를 들어, 프로그램에 의하여 동작하는 하나 이상의 마이크로프로세서(microprocessor) 또는 상기 마이크로프로세서를 포함하는 하드웨어일 수 있고, 상기 프로그램은 후술하는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 엔진 클러치 위험 방지 방법을 수행하기 위한 일련의 명령을 포함할 수 있다.
엔진(110)은 디젤엔진, 가솔린 엔진, LPG엔진, 및 LNG엔진 중 어느 하나를 포함할 수 있으며, 상기 엔진 제어기로부터 출력되는 제어신호에 따른 운전점으로 토크를 출력하여 HEV모드에서 구동모터(130)와의 구동력 조합을 적정하게 유지할 수 있다.
하이브리드 시동 발전기(HSG)(120)는 전동기 또는 발전기로 동작하며, 모터 제어기(MCU)로부터 출력되는 제어신호에 따라 전동기로 동작되어 엔진(110)의 시동 온(on)을 실행하고, 엔진(110)이 시동 온 유지하는 상태에서 발전기로 동작되어 전압을 발전시키며 발전 전압을 인버터를 통해 배터리(140)에 충전 전압으로 제공할 수 있다. 하이브리드 시동 발전기(HSG)(120)는 엔진(110)에 벨트(belt)로 연결될 수 있다.
엔진 클러치(125)는 엔진(110)과 구동모터(130) 사이에 배치(장착)되어, 동력 전달(동력 연결)을 단속시켜 EV모드와 HEV모드의 운행이 제공될 수 있도록 할 수 있다. 엔진 클러치(125)는 엔진 토크를 휠로 전달 또는 단절하는 장치로 습식 엔진 클러치 또는 건식 엔진 클러치를 포함할 수 있다. 엔진 클러치(125)의 동작은 제어기(105)에 의해 제어될 수 있다.
엔진 클러치(125)은 엔진 클러치에 공급되는 유체(예, 오일(oil))의 압력(유압)에 의해 접합될 수 있다. 엔진 클러치(125)를 접합시키는 유체의 압력은 엔진 클러치의 접합 시작 압력인 접합점(kiss point)을 초과하는 압력일 수 있고, 제어기(105)에 의해 제어될 수 있다. 접합점(kiss point)은 엔진 클러치(125)에 포함된 두 개의 마찰재들(friction members)이 접촉하여 토크 전달이 시작되는 초기 유압(initial hydraulic pressure)을 의미할 수 있다. 접합점(kiss point)에서 엔진 클러치(125)의 슬립(slip) 상태가 시작될 수 있다. 접합점(kiss point)은 토크 전달 시작점으로서 엔진 클러치의 상태를 클러치가 마찰을 시작하는 슬립(slip) 상태로 변환시키는 유압일 수 있다.
구동 모터(130)는 모터 제어기(MCU)로부터 출력되는 3상 교류전압에 의해 동작되어 토크를 발생시키고, 타행 주행(coasting drive) 또는 회생제동(regenerative braking)에서 발전기로 동작되어 회생에너지를 배터리(140)에 공급할 수 있다.
배터리(140)는 다수개의 단위 셀(unit cell)로 이루어지며, 휠들(190)에 구동력을 제공하는 구동모터(130)에 전압을 제공하기 위한, 예를 들어, 직류 350(Volt) 내지 450V의 고전압이 저장될 수 있다.
변속기(150)는 자동 변속기(automatic transmission) 또는 듀얼 클러치 변속기(dual clutch transmission, DCT)와 같은 다단 변속기(multiple speed transmission), 혹은 무단 변속기(continuously variable transmission, CVT)로 구현될 수 있으며, 변속 제어기(TCU)의 제어에 따른 유압의 작동으로 결합요소 및 해방요소가 동작되어 임의의 변속단을 결합(선택)할 수 있다. 변속기(150)는 엔진(110) 및/또는 모터(130)의 구동력을 휠들(190)에 전달 또는 차단할 수 있다. 변속기(150)는 기어 박스(gear box)를 포함할 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 제어기를 설명하는 도면이다.
도 2를 참조하면, 상기 하이브리드 차량의 엔진 클러치 위험 방지 장치는 HCU(101)와 HCA(Hydrostatic Clutch Actuator)(107)에 포함된 LCU(Local Control Unit)(108) 사이에 소프트웨어(SW) 로직(logic)에 엔진 클러치(125)에 대한 결합 또는 해제 작동명령 외에 별도의 모듈(104, 113)로 거동 지령 상태를 송신 및 수신하여 엔진클러치의 작동 이상을 조기에 감지하고 고장상황에 따른 위험을 방지할 수 있는 적절한 조치를 즉시 수행할 수 있다. HCU(101)에는 엔진 속도, 모터 속도, 가속 페달 신호, 및 차량 속도가 입력될 수 있다.
엔진클러치의 결합 또는 해제를 위한 클러치 위치(Clutch Position) 명령은 기능 소프트웨어(Function SW) 모듈(102)로 제어하지만 이와는 별도로 세이프티 소프트웨어(Safety SW) 모듈(또는 세이프티 모듈(module))(104)을 만들어 엔진클러치의 결합 또는 해제 지령의도(또는 지령)를 보낸다. 세이프티 소프트웨어(Safety SW) 모듈은 별도의 CAN(Controller Area Network) ID(identification)로 End to End(E2E) protection(보호)을 적용하여(CRC(cyclic redundancy checking) 체크 등) 신호(signal)의 신뢰성을 높이며 Function SW(102)에 비해 우선권을 가질 수 있다.
Function SW모듈(102)에 의해 엔진클러치(125)의 결합 또는 해제를 수행하지만 로직 오류나 CAN통신 오류 등으로 엔진클러치가 이상 거동을 하는 경우 별도의 Safety SW 모듈(104, 113)로 엔진클러치의 이상거동을 감지한다. 즉, HCU Safety SW 모듈에서 엔진클러치 해제(EV모드 주행)으로 신호를 보냈는데 엔진클러치의 고장으로 인해 엔진클러치가 결합되는 경우(의도하지 않은 엔진클러치 결합) HCA Safety SW에서 이를 감지하여 HCA 모터(114)의 작동을 중지시켜서 엔진클러치의 결합을 방지하여 이로 발생할 수 있는 위험을 제거할 수 있다. 반대의 경우(고장으로 인해 엔진클러치가 해제(open)되는 경우)도 가능할 수 있다.
도 2에 도시된 가속 페달(Accel Pedal)(또는 가속 페달 신호)의 온(On) 상태 또는 오프(off) 상태는 차량(100)에 포함된 가속 페달 센서(acceleration pedal sensor)(acceleration position sensor 또는 acceleration pedal position sensor, APS)에 의해 감지(또는 검출)될 수 있다. 가속 페달 센서는 가속 페달의 위치값(가속 페달이 눌린 정도)을 지속적으로 측정할 수 있다. 가속 페달이 완전히 눌린 경우에는 가속 페달의 위치값이 100%이고, 가속 페달이 눌리지 않은 경우에는 가속 페달의 위치값이 0%일 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 상기 하이브리드 차량의 엔진 클러치 위험 방지 장치는 HCU(101), HCA(107), 및 엔진 클러치(125)를 포함한다.
HCU(101)는 기능 소프트웨어(Function SW) 모듈(102), CAN(103), 세이프티 소프트웨어(Safety SW) 모듈(또는 세이프티 모듈(module))(104), 및 CAN(106)를 포함한다. HCA(107)는 기능 소프트웨어(Function SW) 모듈(111), CAN(109), 세이프티 소프트웨어(Safety SW) 모듈(또는 세이프티 모듈(module))(113), 및 CAN(112)를 포함하는 LCU(108), 모터(114), 및 모터(114)의 동작 및 엔진 클러치의 동작을 센싱(sensing)하는 센서(115)를 포함한다.
도 1, 도 2, 및 도 3을 참조하면, 제어기(105)에 포함된 HCU(101)의 세이프티(Safety) 모듈(104)이 엔진(110)과 모터(130)를 연결 또는 분리하는 엔진 클러치(125)를 구동하는 액츄에이터(107)의 세이프티 모듈(113)에 엔진 클러치(125)의 연결 또는 분리를 지시(instruction)하는 신호를 CAN(106) 및 CAN(112)를 통해 송신할 수 있다.
액츄에이터의 세이프티 모듈(113)이 상기 신호에 근거하여 엔진 클러치가 정상 동작을 수행하도록 제어할 수 있다.
상기 신호가 엔진 클러치의 연결을 허용하는 신호(Safety Clutch Close Allowance)가 아닐 때, 액츄에이터의 세이프티 모듈(113)이 액츄에이터에 포함된 모터(114)(예, 전기 모터)를 정지시켜 엔진 클러치(125)가 연결되지 않도록 하고 엔진(110)을 오프(off)(정지)시킬 수 있다. 상기 액츄에이터에 포함된 모터를 정지시켜 엔진 클러치가 연결되지 않도록 할 때, 액츄에이터의 세이프티 모듈(113)(또는 세이프티 모듈(104))은 LCU(108)를 리셋(reset)시킬 수 있다.
상기 신호가 엔진 클러치(125)의 분리를 허용하는 신호(Safety Clutch Open Allowance)가 아닐 때, 액츄에이터의 세이프티 모듈(113)이 액츄에이터에 포함된 모터(114)를 정지시켜 엔진 클러치가 분리되지 않도록 제어할 수 있다.
상기 신호가 엔진 클러치의 연결(예, 완전 연결)을 지시(instruction)하는 명령(command)(Safety Clutch Close Command)이고 액츄에이터의 세이프티 모듈(113)이 엔진 클러치(125)가 연결되지 않는 것을 감지할 때, 액츄에이터의 세이프티 모듈(113)이 액츄에이터에 포함된 모터(114)를 구동시켜 엔진 클러치(125)가 연결(또는 완전 연결)되도록 제어할 수 있다.
도 3은 도 2에 도시된 제어기와 엔진 클러치 액츄에이터 사이의 신호 관계를 설명하는 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, HARA(Hazard Analysis & Risk Assessment)분석을 통해 아래와 같은 위험 고장(엔진 클러치의 고장)이 정의되고 이에 따른 감지방법 및 위험방지 방안이 결정될 수 있다.
감지고장이 비정상적인 엔진클러치 결합일 때, 발생 가능한 위험은 비정상적인 차량 가속이고, 감지방법은 HCU(101)에서 HCA(LCU)(108)로 “Safety Clutch Close Allowance”를 “Not”으로 보내고 있을 때 HCA(107)가 E/C(125)가 연결(Close) 방향(Threshold 1)으로 이동하는 것을 감지하는 것(방법)이고, 위험 방지 방안은 Safe_State1으로 진입하고 엔진(Engine)는 오프(Off) 상태로 하는 것이다. Safe_Sate 1은 HCA motor(114)를 정지하여 엔진 클러치를 정지(stop)시키는 상태일 수 있다. Safe_Sate 1상태일 때, 엔진 클러치 시스템의 힐링(치료 또는 수선(수리))을 위해 LCU(108)는 리셋(reset)될 수 있다. Safe_Sate 1는 세이프티 모듈(113)이 Safe_Sate 2로 진입이 불가할 때도 진입될 수 있다. Threshold 1은 현재 위치 기준 close방향으로 αmm 이상 엔진 클러치가 움직일 때의 위치일 수 있다.
감지고장이 비정상적인 엔진클러치 분리일 때, 발생 가능한 위험은 비정상적인 차량 감속이고, 감지방법은 HCU에서 HCA(LCU)로 “Safety Clutch Open Allowance”를 “Not”으로 보내고 있을 때 HCA(107)가 E/C(125)가 분리(Open) 방향(Threshold 2)으로 이동하는 것을 감지하는 것(방법)이고, 위험 방지 방안은 Safe_State1으로 진입하는 것이다. Threshold 2는 현재 위치 기준 open방향으로 βmm 이상 엔진 클러치가 움직일 때의 위치일 수 있다.
감지고장이 엔진클러치의 결합이 안 되는 것일 때, 발생 가능한 위험은 비정상적인 차량 감속, 배터리(140)의 Low SOC(State Of Charge)시 주행불가이고, 감지방법은 HCU에서 HCA(LCU)로 “Safety Clutch Close Command”를 보냈지만 HCA(107)가 E/C(125)가 완전 결합(Completely Close)(Threshold 3)으로 이동하지 않는 것을 감지하는 것(방법)이고, 위험 방지 방안은 Safe_State2로 진입하는 것이다. Safe_Sate 2는 엔진 클러치(E/C)가 완전 결합 위치(completely close position)로 이동되는 상태일 수 있다. Threshold 3은 엔진클러치가 완전 결합(completely close) 위치 γmm로 움직일 때의 위치이고, 예를 들어, -4.53mm일 수 있다. 클러치 오픈(Open) 상태는 엔진 클러치 양단 축이 서로 간섭을 받지 않으며, 클러치(125)가 물리적으로 떨어져 있는 상태를 말하고, 슬립(Slip) 상태는 클러치가 마찰을 시작하며, 클러치 양단의 속도 차이가 일정 값 이상이 되는 상태를 말하며, 락업(Lock-up) 상태(또는 완전 결합 상태)는 클러치 양단의 속도 차이가 없으며 입력축으로 인가된 토크가 출력축으로 100% 전달되는 상태를 말할 수 있다.
감지고장이 엔진클러치가 분리 안 되는 것일 때, 발생 가능한 특별한 위험은 없을 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 엔진 클러치 위험 방지 방법을 설명하는 흐름도(flowchart)이다.
도 2 및 도 4를 참조하면, 엔진 클러치 오픈 허용 판단 단계(202)에서, 세이프티(Safety) 모듈(104)이 엔진과 모터를 연결 또는 분리하는 엔진 클러치를 구동하는 세이프티 모듈(113)에 엔진 클러치의 연결 또는 분리를 지시하는 신호를 송신할 때, 세이프티 모듈(module)(113)은 상기 신호에 근거하여 엔진 클러치(125)의 분리(오픈)가 허용되는 지 여부를 판단할 수 있다.
비교 단계(204)에 따르면, 엔진 클러치(125)의 분리(오픈)이 허용되지 않을 때, 세이프티 모듈(module)(113)은 엔진 클러치(125)의 마찰재가 모터(114)에 의해 이동하는 위치(
Figure 112015122493315-pat00001
위치)가 상기 Threshold 2보다 큰 지 여부를 판단할 수 있다.
판단 단계(206)에 따르면,
Figure 112015122493315-pat00002
위치가 Threshold 2보다 클 때 세이프티 모듈(module)(113)은 엔진 클러치의 마찰재의 이동이 비정상적인 분리(unintended opening)로 판단할 수 있다.
진입 단계(218 및 220)에 따르면, 엔진 클러치(125)의 분리를 허용하는 신호가 아닌 것으로 판단될 때, 세이프티 모듈(module)(113)은 상기 Safe_Sate 1로 진입할 수 있다.
리셋 카운트(count) 단계(222)에 따르면, Safe_Sate 1로 진입될 때 세이프티 모듈(module)(113)은 LCU(108)의 리셋 횟수가 예를 들어 7회를 초과하는 지 여부를 판단할 수 있다.
리셋 단계(224)에 따르면, LCU의 리셋 횟수가 7회를 초과하지 않을 때, LCU(108)가 세이프티 모듈(module)(113)에 의해 리셋될 수 있다.
상태 진입 단계(226)에 따르면, LCU의 리셋 횟수가 7회를 초과할 때, 세이프티 모듈(module)(113)은 Safe_Sate 3 상태로 진입할 수 있다. Safe_Sate 3은 HCA motor(114)가 정지하여 엔진 클러치(E/C)가 정지(stop)한 상태일 수 있고 CAN signal은 무효(invalid)로 판단되고 엔진 클러치(E/C)의 제어는 불가능한 상태일 수 있다. Safe_Sate 3은 Safe_Sate 1로도 고장 힐링(치료 또는 수선)이 안 되는 경우 진입되는 상태일 수 있다.
엔진 클러치 연결 허용 판단 단계(208)에 따르면, 세이프티(Safety) 모듈(104)이 엔진과 모터를 연결 또는 분리하는 엔진 클러치를 구동하는 세이프티 모듈(113)에 엔진 클러치의 연결 또는 분리를 지시하는 신호를 송신하고 엔진 클러치(125)의 분리(오픈)가 허용될 때, 세이프티 모듈(module)(113)은 상기 신호에 근거하여 엔진 클러치(125)의 연결(close)이 허용되는 지 여부를 판단할 수 있다.
비교 단계(210)에 따르면, 엔진 클러치(125)의 연결(close)이 허용되지 않을 때, 세이프티 모듈(module)(113)은 엔진 클러치(125)의 마찰재가 모터(114)에 의해 이동하는 위치(
Figure 112015122493315-pat00003
위치)가 상기 Threshold 1보다 큰 지 여부를 판단할 수 있다.
판단 단계(212)에 따르면,
Figure 112015122493315-pat00004
위치가 Threshold 1보다 클 때 세이프티 모듈(module)(113)은 엔진 클러치의 마찰재의 이동이 비정상적인 결합(unintended closing)으로 판단할 수 있다.
오프 단계(214 및 216)에 따르면, 세이프티 모듈(module)(113)은 엔진(110)을 오프(off)시킬 수 있다. 오프 단계(214 및 216) 후, 프로세스(process)인 하이브리드 차량의 엔진 클러치 위험 방지 방법은 진입 단계(218 및 220)로 진행된다.
엔진 클러치 연결 명령 판단 단계(228)에 따르면, 세이프티(Safety) 모듈(104)이 엔진과 모터를 연결 또는 분리하는 엔진 클러치를 구동하는 세이프티 모듈(113)에 엔진 클러치의 연결 또는 분리를 지시하는 신호를 송신하고 엔진 클러치(125)의 연결(close)이 허용될 때, 세이프티 모듈(module)(113)은 상기 신호에 근거하여 상기 신호가 엔진 클러치의 연결을 지시하는 명령인 지 여부를 판단할 수 있다.
확인 단계(230)에 따르면, 상기 신호가 엔진 클러치의 연결을 지시하는 명령일 때, 세이프티 모듈(module)(113)은 엔진 클러치(125)의 마찰재가 모터(114)에 의해 이동하는 위치(
Figure 112015122493315-pat00005
위치)가 상기 Threshold 3인 지 여부를 판단할 수 있다.
고장 판단 단계(232)에 따르면,
Figure 112015122493315-pat00006
위치가 Threshold 3가 아닐 때 세이프티 모듈(module)(113)은 엔진 클러치의 연결이 고장인 것으로 판단할 수 있다. 고장 판단 단계(232) 후, 프로세스(process)인 하이브리드 차량의 엔진 클러치 위험 방지 방법은 진입 단계(218 및 220)로 진행된다.
상태 진입 단계(234)에 따르면,
Figure 112015122493315-pat00007
위치가 Threshold 3일 때, 세이프티 모듈(module)(113)은 상기 Safe_Sate 2로 진입할 수 있다.
본 발명의 실시예에서 사용되는 구성요소 또는 “~부(unit)” 또는 블록 또는 모듈은 메모리 상의 소정 영역에서 수행되는 태스크, 클래스, 서브 루틴, 프로세스, 오브젝트, 실행 쓰레드, 프로그램과 같은 소프트웨어(software)나, FPGA(fieldprogrammable gate array)나 ASIC(application-specific integrated circuit)과 같은 하드웨어(hardware)로 구현될 수 있으며, 또한 상기 소프트웨어 및 하드웨어의 조합으로 이루어질 수도 있다. 상기 구성요소 또는 '~부' 등은 컴퓨터로 판독 가능한 저장 매체에 포함되어 있을 수도 있고, 복수의 컴퓨터에 그 일부가 분산되어 분포될 수도 있다.
이상에서와 같이, 도면과 명세서에서 실시예가 개시되었다. 여기서, 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이며 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명으로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 이 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
104: 세이프티 모듈
105: 제어기
113: 세이프티 모듈
110: 엔진
125: 엔진 클러치
130: 모터

Claims (5)

  1. 하이브리드 차량의 엔진 클러치 위험 방지 방법에 있어서,
    제어기의 세이프티(Safety) 모듈이 엔진과 모터를 연결 또는 분리하는 엔진 클러치를 구동하는 액츄에이터의 세이프티 모듈에 상기 엔진 클러치의 연결 또는 분리를 지시하는 신호를 송신하는 단계; 및
    상기 액츄에이터의 세이프티 모듈이 상기 신호에 근거하여 상기 엔진 클러치가 정상 동작을 수행하도록 제어하는 단계
    를 포함하고,
    상기 하이브리드 차량의 엔진 클러치 위험 방지 방법은,
    상기 신호가 상기 엔진 클러치의 연결을 허용하는 신호가 아닐 때, 상기 액츄에이터의 세이프티 모듈이 상기 액츄에이터에 포함된 모터를 정지시켜 상기 엔진 클러치가 연결되지 않도록 하고 상기 엔진을 오프(off)시키는 단계를 더 포함하고,
    상기 하이브리드 차량의 엔진 클러치 위험 방지 방법은,
    상기 액츄에이터에 포함된 모터를 정지시켜 상기 엔진 클러치가 연결되지 않도록 할 때, 상기 액츄에이터의 세이프티 모듈은 리셋(reset)되는 단계를 더 포함하는 하이브리드 차량의 엔진 클러치 위험 방지 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 하이브리드 차량의 엔진 클러치 위험 방지 방법은,
    상기 신호가 상기 엔진 클러치의 분리를 허용하는 신호가 아닐 때, 상기 액츄에이터의 세이프티 모듈이 상기 액츄에이터에 포함된 모터를 정지시켜 상기 엔진 클러치가 분리되지 않도록 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 엔진 클러치 위험 방지 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 하이브리드 차량의 엔진 클러치 위험 방지 방법은,
    상기 신호가 상기 엔진 클러치의 연결을 지시하는 명령이고 상기 액츄에이터의 세이프티 모듈이 상기 엔진 클러치가 연결되지 않는 것을 감지할 때, 상기 액츄에이터의 세이프티 모듈이 상기 액츄에이터에 포함된 모터를 구동시켜 상기 엔진 클러치가 연결되도록 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 엔진 클러치 위험 방지 방법.
  5. 삭제
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