KR101807009B1 - 친환경 자동차의 엔진 클러치 전달토크 학습장치 및 방법 - Google Patents

친환경 자동차의 엔진 클러치 전달토크 학습장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 엔진 클러치의 전달 토크를 학습하여 운전성 및 연비향상을 제공하는 친환경 자동차의 엔진 클러치 전달토크 학습방법이 개시된다.
본 발명은 변속기의 상태가 엔진 클러치 전달토크 학습조건을 만족하는지 판단하는 과정; 엔진 클러치 전달토크 학습조건을 만족하면 모터를 무부하 상태로 구동시켜 설정된 목표 속도로 수렴시키는 과정; 목표 속도에서 무부하 상태의 모터 토크(A)를 측정하고, 제어로직에 따른 키스 포인트를 초과하는 제어압(kiss point + α)으로 엔진 클러치를 결합하는 과정; 엔진 클러치의 결합에 따라 모터 속도 및 토크가 수렴하면 엔진 클러치의 전달토크가 포함된 모터 토크(B)를 검출하는 과정; 무부하 상태의 모터 토크와 엔진 클러치 전달토크가 포함된 모터 토크(B)를 비교하여 토크 편차를 산출하는 과정; 엔진 클러치 전달토크의 모델값과 토크 편차를 비교하여 보정펙터를 학습하는 과정을 포함한다.

Description

친환경 자동차의 엔진 클러치 전달토크 학습장치 및 방법{LEARN SYSTEM FOR ENGINE CLUTCH DELIVERY TORQUE OF GREEN CAR AND METHOD THEREOF}
본 발명은 친환경 자동차에 관한 것으로, 보다 상세하게는 엔진 클러치의 전달 토크를 학습하여 운전성 및 연비향상을 제공할 수 있도록 하는 친환경 자동차의 엔진 클러치 전달토크 학습장치 및 방법에 관한 것이다.
자동차에 대한 연비향상의 요구와 강화된 배출가스에 대한 OBD 규제에 따라 친환경 자동차가 제공되고 있다.
친환경 자동차는 연료전지 자동차, 전기자동차, 플러그인 전기자동차, 하이브리드 자동차를 포괄하는 것으로 하나 이상의 모터와 엔진이 구비되고, 모터를 구동시키기 위한 고전압의 전원이 저장되는 배터리, 배터리의 직류 전압을 교류전압으로 변환시켜주는 인버터, 엔진의 동력을 구동축에 전달하기 위해 엔진과 모터의 사이에 엔진 클러치가 장착된다.
친환경 자동차는 운전자의 가속페달과 브레이크 페달의 조작으로 판단되는 가감속 의지, 부하, 차속, 배터리의 충전상태(SOC) 등에 따라 엔진 클러치를 결합하거나 해제하여 HEV모드와 EV모드의 운행을 제공한다.
친환경 자동차는 EV모드의 운행에서 HEV모드의 운행으로 전환될 때 엔진 속도와 모터 속도가 동기화된 이후 엔진 클러치를 결합함으로써, 서로 다른 동력원인 엔진과 모터간의 동력전달 과정에서 토크 변동이 발생되지 않도록 하여 운전성이 확보될 수 있도록 하고 있다.
그러나, 배터리가 로우 충전상태(LOW SOC)를 유지하는 경우, 배터리 및 모터의 온도가 설정된 기준 온도조건을 초과하는 경우, 운행되는 도로의 구배도가 급격한 경사면을 갖는 경우 등의 조건에서는 엔진 클러치를 슬립(Slip) 제어하여 발진을 시켜햐 하는 경우가 발생된다.
상기한 운전조건에서 엔진 클러치를 슬립 제어하기 위해서는 매우 정밀한 압력 제어가 요구된다.
엔진 클러치의 전달토크는 엔진 클러치 양단의 마찰면이 물리적으로 접촉하여 전달되는 토크(엔진 클러치 양단의 부하)로 기본적으로 유효압력과 마찰계수를 통해 추정할 수 있다.
친환경 자동차의 발진 동작에서 엔진 클러치의 제어는 운전성 및 연비를 좌우하는 매우 중요한 변수이나 엔진 클러치를 작동시키는 솔레노이드 밸브의 전류와 압력 특성의 편차, 솔레노이드 밸브의 노후화, 엔진 클러치 양단 마찰재의 열화 등에 따라 마찰계수의 변화가 발생되므로 특성 편차가 발생된다.
상기한 바와 같이 친환경 자동차에서는 엔진 클러치 제어 관련 부품의 내구성 진행에 따라 특성 편차가 발생되어 엔진 클러치의 정밀 제어가 실행되지 못함으로써, 운전성 및 연비 악화를 초래할 수 있다.
종래의 친환경 자동차에는 엔진 클러치의 전달토크를 학습하는 기술이 적용되어 있지 않아 차종별로 전달토크의 추정치에 특성 편차가 발생되므로, 발진 동작의 엔진 클러치 제어에서 차량별, 내구의 진행에 따라 발진 가속도의 차이를 발생시킬 수 있다.
그리고, 발진 동작의 엔진 클러치 제어에서 엔진제어기에 피드 포워드되는 성분들이 부정확하여 엔진의 속도 제어에 부담이 발생되어 발진 응답성을 악화시키는 문제점을 발생시킬 수 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 개선하기 위한 것으로 해결하고자 하는 과제는 친환경 자동차에서 엔진 클러치 제어에 관련되는 부품의 특성 편차가 따른 전달 토크를 학습하여 내구의 진행에 관계없이 운전성과 발진 응답성 및 연비향상을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예에 따르는 특징은 엔진과 모터를 동력원으로 구비하는 친환경 자동차에 있어서, 엔진과 모터를 결합/해제하여 EV모드/HEV모드를 구현하는 엔진 클러치; 하이브리드 제어기의 제어에 따라 모터를 구동시키는 인버터; 변속기의 상태를 검출하는 변속기검출기; 친환경 자동차의 운행을 제어하는 하이브리드 제어기를 포함하고,
상기 하이브리드 제어기는 변속기의 상태가 엔진 클러치 전달토크 학습조건이면 모터를 목표 속도로 구동시켜 무부하 상태의 엔진과 모터 사이를 일정 상대속도로 유지하고, 키스 포인트를 초과하는 제어압(kiss point 압력 + 'α')으로 엔진 클러치를 결합하며, 엔진 클러치의 전달토크가 포함된 모터 토크를 측정하고 기본 모델값과의 차이를 비교하여 엔진 클러치의 전달토크를 학습하는 친환경 자동차의 엔진 클러치 전달토크 학습장치가 제공된다.
상기 무부하 상태의 엔진은 시동 오프 혹은 아이들 제어가 진행되는 조건으로 엔진과 모터의 사이에서 일정수준의 △RPM을 확보할 수 있는 상태를 의미할 수 있다.
상기 엔진 클러치를 결합시키는 키스 포인트는 학습 로직에 따라 결정된 제어압을 의미할 수 있다.
상기 엔진 클러치의 학습조건은 변속기가 "P단" 혹은 "N단"을 결합한 상태를 의미할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르는 특징은 변속기의 상태가 엔진 클러치 전달토크 학습조건을 만족하는지 판단하는 과정; 엔진 클러치 전달토크 학습조건을 만족하면 모터를 무부하 상태로 구동시켜 설정된 목표 속도로 수렴시키는 과정; 목표 속도에서 무부하 상태의 모터 토크(A)를 측정하고, 제어로직에 따른 키스 포인트를 초과하는 제어압(kiss point + α)으로 엔진 클러치를 결합하는 과정; 엔진 클러치의 결합에 따라 모터 속도 및 토크가 수렴하면 엔진 클러치의 전달토크가 포함된 모터 토크(B)를 검출하는 과정; 무부하 상태의 모터 토크와 엔진 클러치 전달토크가 포함된 모터 토크(B)를 비교하여 토크 편차를 산출하는 과정; 엔진 클러치 전달토크의 모델값과 토크 편차를 비교하여 보정펙터를 학습하는 과정을 포함하는 친환경 자동차의 엔진 클러치 전달토크 학습방법이 제공된다.
상기 엔진 클러치 전달토크 학습조건은 변속기의 상태가 "N단" 혹은 "P단"를 결합하고 있는 무부하 조건으로 설정될 수 있다.
상기 엔진 클러치 전달토크 학습조건에서 엔진은 오프 혹은 아이들 제어가 유지될 수 있다.
이와 같이 본 발명은 친환경 자동차에서 내구의 진행에 따라 엔진 클러치를 작동시키는 솔레노이드 밸브의 전류와 압력 편차, 솔레노이드 밸브의 노후화, 엔진 클러치 양단 마찰재의 열화 등에 특성 편차를 갖는 엔진 클러치의 전달 토크를 학습함으로써, 엔진 클러치의 제어에 정밀성이 확보되어 연비향상과 발진 응답성을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 친환경 자동차의 엔진 클러치 전달토크 학습장치를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 친환경 자동차의 엔진 클러치 전달토크 학습절차를 도시한 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 친환경 자동차에서 엔진 클러치 전달토크 학습 개념을 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세하게 설명하면 다음과 같다.
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 부여한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성은 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 친환경 자동차의 엔진 클러치 전달토크 학습장치를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예는 변속기검출기(101)와 하이브리드 제어기(102), 인버터(103), 배터리(104), 배터리 관리기(105), 엔진 제어기(106), 모터(107), 엔진(108), HSG(Hybrid Starter and Generator : 109), 엔진 클러치(110), 변속기(111)를 포함한다.
변속기검출기(101)는 변속기가 결합하고 있는 현재의 변속단을 검출하여 그에 대한 정보를 전기적 신호로 하이브리드 제어기(102)에 제공한다.
하이브리드 제어기(102)는 변속기검출기(101)에서 제공되는 변속기의 상태가 "P단" 또는 "N단"을 결합하고 있는 상태로 판정되면 무부하 상태의 엔진(108)과 모터(107) 사이에 일정 상대속도를 유지한 상태에서 키스 포인트(Kiss Point)를 초과하는 제어압으로 엔진 클러치(110)를 결합하고, 모터(107)로 전달되는 엔진 클러치(110)의 전달토크를 측정한 다음 기본 모델값과의 차이를 비교하여 엔진 클러치(110)의 전달토크를 학습한다.
상기 하이브리드 제어기(102)는 학습된 엔진 클러치(110)의 전달토크에 따라 보정값을 산출하여 제어압에 적용한다.
상기 무부하 상태의 엔진(108) 조건은 시동 오프 혹은 아이들 제어가 진행되는 조건으로 엔진(108)과 모터(107)의 사이에 일정수준의 △RPM을 확보할 수 있는 상태를 의미한다.
상기 엔진 클러치(110)를 결합하는 키스 포인트는 학습 로직에 따라 결정된 엔진 클러치(110)를 결합시키는 제어압을 의미한다.
상기 하이브리드 제어기(102)는 다음과 같은 학습 절차를 통해 엔진 클러치(110)의 전달토크를 학습하여 보정값을 산출한다.
변속기검출기(101)로부터 제공되는 변속기의 상태가 "P단" 또는 "N단"을 결합하고 있는 것으로 판단되면 학습모드로 진입하여 인버터(103)를 통해 모터(107)의 속도를 설정된 목표속도로 제어한다.
이때, 엔진(108)은 정지 또는 아이들 제어가 진행되는 상태로 엔진(108)과 모터(107) 사이에 일정수준의 △RPM이 확보되는 상태이다.
모터(107)의 속도가 설정된 목표속도에 수렴하면 무부하 상태의 모터(107) 토크(A)를 측정하여 저장하고, 학습로직에 따른 키스 포인트를 초과하는 제어압(kiss point 압력 + 'α')으로 엔진 클러치(110)를 결합한다.
이후, 모터(107)의 속도와 토크가 안정된 시점에 엔진 클러치(110)의 전달토크가 포함된 모터(107)의 토크(B)를 검출하여 상기 무부하 상태에서 측정된 모터(107) 토크와 엔진 클러치(110)의 전달토크가 포함된 모터(107)의 토크를 비교하여 엔진 클러치(110)를 통해 전달되는 토크 편차를 산출한다.
그리고, 설정된 엔진 클러치(110)의 전달토크 모델값과 토크 편차를 비교하여 보정 펙터를 산출한 다음 엔진 클러치(110)의 제어압에 적용한다.
인버터(103)는 엔진 클러치(110)의 학습모드에서 하이브리드 제어기(103)에서 인가되는 제어신호에 따라 모터(108)를 설정된 목표 속도로 제어한다.
인버터(103)는 모터(108)를 목표 속도로 제어할 때 발생되는 소모 전류량의 정보를 하이브리드 제어기(102)에 제공하여 무부하 상태의 모터(107) 토크를 검출할 수 있도록 하고, 엔진 클러치(110)를 결합한 상태에서 모터(107)의 소모 전류량을 하이브리드 제어기(102)에 제공하여 엔진 클러치(110)의 전달토크가 포함된 모터(107)의 토크를 검출할 수 있도록 한다.
배터리(104)는 다수개의 단위 셀로 이루어지며, 모터(107)에 구동전압을 제공하기 위한 고전압, 예를 들어 직류 350V 내지 450V의 전압이 저장된다.
배터리 관리기(105)는 배터리(104)의 작동 영역내에서 각 셀들의 전류, 전압, 온도 등을 검출하여 충전상태(SOC : State Of Charge)를 관리하며, 배터리(104)의 충방전 전압을 제어하여 한계전압 이하로 과방전되거나 한계전압 이상으로 과충되어 수명이 단축되는 것을 방지한다.
엔진제어기(106)는 하이브리드 제어기(102)로부터 네트워크를 통해 인가되는 제어신호에 따라 엔진(108)의 모든 동작을 제어한다.
모터(107)는 인버터(103)에서 인가되는 3상 교류전압에 의해 동작되어 토크를 발생시키고, 타행 주행에서 발전기로 동작되어 회생에너지를 배터리(104)에 공급한다.
엔진(108)은 엔진제어기(106)의 제어에 의해 엔진의 시동 온/오프와 출력이 제어되며, 미도시된 ETC(Electric Throttle Control)를 통해 흡입 공기량이 조정된다.
HSG(109)는 스타터 및 제너레이터로 동작되며, 하이브리드 제어기(102)에서 인가되는 제어신호에 따라 엔진(108)의 시동 온을 실행하고, 엔진(108)이 시동온 유지하는 상태에서 제너레이터로 동작되어 전압을 발전시키며 발전 전압을 인버터(103)를 통해 배터리(104)에 충전 전압으로 제공한다.
엔진 클러치(110)는 엔진(108)과 모터(107)의 사이에 배치되어 EV모드와 HEV모드의 절환에 따라 엔진(108)과 모터(107)간의 동력을 연결하거나 차단한다.
변속기(111)는 하이브리드 제어기(102)와 네트워크로 연결되는 목표 변속단을 결합한다.
전술한 바와 같은 기능을 포함하여 구성되는 본 발명에 따른 친환경 자동차의 엔진 클러치 전달토크 학습절차를 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 친환경 자동차의 엔진 클러치 전달토크 학습절차를 도시한 흐름도이다.
본 발명이 적용되는 친환경 자동차에서 하이브리드 제어기(102)는 변속기검출기(101)로부터 제공되는 변속기의 상태를 검출하여(S101), 엔진 클러치(110)의 전달토크에 대한 학습 진입 조건을 만족하는지 판단한다(S102).
상기 엔진 클러치(110)의 전달토크 학습조건은 변속기의 상태가 "P단" 또는 "N단"을 결합하고 있는 상태를 의미한다.
상기 S102에서 하이브리드 제어기(102)는 엔진 클러치(110)의 전달토크에 대한 학습조건을 만족하면 학습모드로 진입하여 인버터(103)를 통해 모터(107)를 구동시켜 설정된 목표속도로 제어한다(S103).
이때, 엔진(108)은 정지 또는 아이들 제어가 진행되는 상태로 엔진(108)과 모터(107) 사이에 일정수준의 △RPM이 확보되는 상태이고, 엔진 클러치(110)의 유압 지령은 '0'으로 출력되는 상태이다.
하이브리드 제어기(102)는 모터(107)의 속도를 검출하여 설정된 목표속도에 수렴하였는지 판단하고(S104), 목표속도에 수렴되었으면 무부하 상태의 모터(107) 토크(도 3의 'A')를 측정하여 저장한다(S105).
그리고, 하이브리드 제어기(102)는 도 3에서 알 수 있는 바와 같이 학습로직에 따른 키스 포인트를 초과하는 제어압(kiss point 압력 + 'α')으로 엔진 클러치(110)를 결합한다(S106).
하이브리드 제어기(102)는 엔진 클러치(110)의 결합에 따라 모터(107)의 속도와 토크가 안정되게 수렴되었으면(S107) 엔진 클러치(110)의 전달토크(부하토크)가 포함된 모터(107)의 토크(도 3의 'B')를 측정한다(S108).
이후, 하이브리드 제어기(102)는 상기 S105)에서 측정한 무부하 상태의 모터(107) 토크와 엔진 클러치(110)의 전달토크가 포함된 부하 상태의 모터(107) 토크를 비교하여 엔진 클러치(110)를 통해 전달되는 토크 편차를 산출한다(S109).
그리고, 하이브리드 제어기(102)는 설정된 엔진 클러치(110)의 전달토크 모델값과 토크 편차를 비교하여 보정 펙터를 산출하고(S110) 엔진 클러치(110)의 제어압에 적용하기 위해 학습값을 저장한다(S111).
상기한 절차에 따라 엔진 클러치(110)의 전달토크가 학습 완료되면 엔진 클러치(110)에 유압지령을 '0'로 출력하여 엔진 클러치(110)를 해제하고, 모터(107)의 구동을 중지한다(S112).
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
101 : 변속기검출기 102 : 하이브리드 제어기
103 : 인버터 104 : 배터리
105 : 배터리 관리기 106 : 엔진 제어기
107 : 모터 108 : 엔진
109 : HSG 110 : 엔진 클러치

Claims (7)

  1. 엔진과 모터를 동력원으로 구비하는 친환경 자동차에 있어서,
    엔진과 모터를 결합/해제하여 EV모드/HEV모드를 구현하는 엔진 클러치;
    하이브리드 제어기의 제어에 따라 모터를 구동시키는 인버터;
    변속기의 상태를 검출하는 변속기검출기;
    친환경 자동차의 운행을 제어하는 하이브리드 제어기;
    를 포함하고,
    상기 하이브리드 제어기는 변속기의 상태가 엔진 클러치 전달토크 학습조건이면 모터를 목표 속도로 구동시켜 무부하 상태의 엔진과 모터 사이를 일정 상대속도로 유지하고, 키스 포인트를 초과하는 제어압(kiss point 압력 + 'α')으로 엔진 클러치를 결합하며, 엔진 클러치의 전달토크가 포함된 모터 토크를 측정하고 기본 모델값과 무부하 상태의 모터 토크와 상기 엔진 클러치 전달토크가 포함된 모터 토크를 비교한 토크 편차의 차이를 비교하여 엔진 클러치의 전달토크를 학습하되,
    상기 엔진 클러치의 학습조건은 변속기가 "P단" 혹은 "N단"을 결합하고 있는 상태를 의미하는 것을 특징으로 하는 친환경 자동차의 엔진 클러치 전달토크 학습장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 무부하 상태의 엔진은 시동 오프 혹은 아이들 제어가 진행되는 조건으로 엔진과 모터의 사이에서 일정수준의 △RPM을 확보할 수 있는 상태를 의미하는 것을 특징으로 하는 친환경 자동차의 엔진 클러치 전달토크 학습장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 엔진 클러치를 결합시키는 키스 포인트는 학습 로직에 따라 결정된 제어압을 의미하는 것을 특징으로 하는 친환경 자동차의 엔진 클러치 전달토크 학습장치.
  4. 삭제
  5. 변속기의 상태가 엔진 클러치 전달토크 학습조건을 만족하는지 판단하는 과정;
    엔진 클러치 전달토크 학습조건을 만족하면 모터를 무부하 상태로 구동시켜 설정된 목표 속도로 수렴시키는 과정;
    목표 속도에서 무부하 상태의 모터 토크(A)를 측정하고, 제어로직에 따른 키스 포인트를 초과하는 제어압(kiss point + α)으로 엔진 클러치를 결합하는 과정;
    엔진 클러치의 결합에 따라 모터 속도 및 토크가 수렴하면 엔진 클러치의 전달토크가 포함된 모터 토크(B)를 검출하는 과정;
    무부하 상태의 모터 토크와 엔진 클러치 전달토크가 포함된 모터 토크(B)를 비교하여 토크 편차를 산출하는 과정;
    엔진 클러치 전달토크의 모델값과 토크 편차를 비교하여 보정펙터를 학습하는 과정을 포함하되,
    상기 엔진 클러치 전달토크 학습조건은 변속기의 상태가 "N단" 혹은 "P단"을 결합하고 있는 무부하 조건으로 설정되는 것을 특징으로 하는 친환경 자동차의 엔진 클러치 전달토크 학습방법.
  6. 삭제
  7. 제5항에 있어서,
    상기 엔진 클러치 전달토크 학습조건에서 엔진은 오프 혹은 아이들 제어가 유지되는 것을 특징으로 하는 친환경 자동차의 엔진 클러치 전달토크 학습방법.
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