KR101866054B1

KR101866054B1 - 손실토크 학습을 이용한 엔진마찰손실제어방법 및 차량

Info

Publication number: KR101866054B1
Application number: KR1020160115886A
Authority: KR
Inventors: 이영준
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2016-09-08
Filing date: 2016-09-08
Publication date: 2018-06-08
Also published as: KR20180028332A

Abstract

본 발명의 엔진마찰손실제어방법은 엔진의 마찰손실토크보정에 적용된 기본 고정 값을 엔진 OFF와 엔진클러치 OFF의 시점에서 제어기에 의해 학습된 마찰손실요소의 마찰손실토크 합이 반영된 보정 값으로 업데이트(update)시키는 손실토크 학습모드를 더 포함함으로써 차량(1)의 마찰손실제어 시 엔진 목표 운전점(또는 최적 운전점)에서 정확한 값으로 반영되고, 특히 냉각수 온도별/엔진속도별로 산출된 마찰손실토크 합에 의한 학습과 보정으로 엔진손실토크 맵(10-1)의 기본 고정 값이 업데이트(Update)됨으로써 환경변화(엔진 내구 또는 엔진오일 교환)에 대한 대응도 가능한 특징을 갖는다.

Description

손실토크 학습을 이용한 엔진마찰손실제어방법 및 차량{Method and Vehicle for Engine Friction Loss Control by Learning Loss Torque}

본 발명은 엔진마찰손실제어에 관한 것으로, 특히 엔진 손실토크 학습을 통해 실제 엔진토크의 정확도를 높이고 동시에 엔진지령대비 실제엔진토크를 만족함으로써 연비향상이 이루어지는 손실토크 학습을 이용한 엔진마찰손실제어방법 및 차량에 관한 것이다.

일반적으로 엔진의 가동 시 마찰력(전단저항)에 의한 엔진마찰손실(Engine Friction Loss)은 연비와 직결되어 엔진의 효율저하를 가져온다.

그러므로 엔진제어에는 엔진마찰손실제어가 적용되어 엔진마찰손실을 줄여줌으로써 연비 개선에 악 영향을 끼치는 원인을 축소하거나 제거하여 준다.

일례로, 상기 엔진마찰손실제어는 엔진의 마찰손실에 대해 각 요소가 포함된 엔진대상이 마찰손실토크요소로 되어 특성 시험치를 바탕으로 시험품의 편차와 오차를 감안한 대표 값이 선정되고, 이를 마찰손실토크요소의 손실토크 값으로 매핑하여 제어기에 반영하는 방식이다. 여기서 상기 제어기는 모터제어기(Motor Control Unit), 엔진 ECU(Electronic Control Unit), 상위제어기(Hybrid Control Unit)중 어느 하나일 수 있다.

하기 표 1은 엔진 회전수(Revolution Per Minute)와 마찰요소 토크 값의 매핑을 통해 작성된 엔진손실토크 맵의 예이다.

RPM	1000	1500	...	6000
마찰요소 1	a1	b1	...	j1
마찰요소 2	a2	b2	...	j2
--	...	...	...	...
마찰요소 n	an	bn	...	jn

여기서, a,b,j 및 n은 정수이다.

일본공개특허공보 2005-120886(2005.5.12)

하지만, 상기 엔진마찰손실제어는 마찰손실토크요소에 대해 고정된 매핑 값을 기본 고정 값으로 적용한 엔진손실토크 맵이 사용되는 방식이므로 엔진의 마찰요소 토크 변화를 반영하지 못하는 방식이다

이러한 이유는 실제 차량에서 엔진의 단품 편차, 온도/습도에 의한 차이, 엔진의 부하관련 요소의 편차 등이 달라짐에 따라 엔진의 마찰요소 토크도 함께 변하되나 매핑된 값은 이를 차량의 제어에 반영하지 못하는 한계를 가질 수밖에 없다.

특히, 하이브리드 차량은 엔진의 OFF과정이 항상 반복되는 빈번한 엔진 ON/OFF가 발생됨으로써 엔진이 OFF하는 시점에 대한 엔진 손실토크의 합을 학습하여할 필요성이 매우 클 수밖에 없지만, 매핑 값 고정 방식은 이를 반영할 수 없게 된다.

이에 상기와 같은 점을 감안한 본 발명은 엔진 OFF와 엔진클러치OFF의 시점에서 엔진의 속도프로파일을 이용해 계산된 가속도가 엔진의 토크관계이론식에 적용되어 실제 엔진의 정확한 마찰손실토크 합이 산출됨으로써 엔진 목표 운전점(또는 최적 운전점)에서 마찰손실이 반영되고, 특히 산출된 마찰손실토크 합을 이용한 기본 고정 값의 학습과 보정이 냉각수 온도별/엔진속도별로 이루어짐으로써 업데이트(Update)과정에서 환경변화(엔진 내구 또는 엔진오일 교환)에 대한 대응도 가능한 손실토크 학습을 이용한 엔진마찰손실제어방법 및 차량의 제공에 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 손실토크 학습을 이용한 엔진마찰손실제어방법은 (A) 엔진 OFF를 검출하여 엔진 OFF 제어를 시작하는 단계, (B) 상기 엔진 OFF 시 엔진클러치 OFF를 검출하는 단계, (C) 상기 엔진 클러치 OFF 시 엔진의 속도프로파일로부터 엔진속도 구간별 가속도를 계산하는 단계, (D) 상기 가속도를 토크관계이론식에 대입하여 마찰손실요소인 엔진과 엔진클러치 및 HSG(Hybrid Starter Generator)의 각각에 대한 마찰손실토크를 계산하고, 상기 마찰손실토크를 더하여 마찰손실토크 합을 산출한 후 상기 가속도를 계산한 엔진속도 구간의 통과를 판단하는 단계, (E) 상기 엔진속도 구간의 통과 후 상기 마찰손실토크 합이 반영된 보정 값으로 기본 고정 값을 업데이트(update)시키는 단계로 수행되는 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예로서, 상기 보정 값은 학습보정손실토크를 산출한 후 보정손실토크로 업데이트되며, 상기 학습보정손실토크는 상기 마찰손실토크 합에서 상기 기본 고정 값을 뺀 후 k(학습 반영률)을 곱하애 계산되고, 상기 보정손실토크는 상기 기본 고정 값에 상기 학습보정손실토크를 더하여 계산된다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 차량은 마찰토크손실이 각각 발생하는 엔진과 엔진 클러치 및 HSG(Hybrid Starter Generator)로 구성된 마찰손실토크요소; 상기 엔진의 엔진마찰손실제어에 적용된 마찰손실토크보정의 기본 고정 값을 엔진 OFF와 엔진클러치 OFF의 시점에서 학습된 상기 마찰손실요소의 마찰손실토크 합이 반영된 보정 값으로 업데이트(update)시키는 제어기가 포함된 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예로서, 상기 제어기는 엔진손실토크 맵과 연계되고, 상기 엔진손실토크 맵은 상기 기본 고정 값이 매핑된 테이블을 포함한다.

이러한 본 발명의 차량은 엔진 손실토크 학습으로 실제 엔진토크의 정확도를 높여 줌으로써 다음과 같은 작용과 효과를 구현한다.

첫째, 실제 엔진토크가 엔진 목표 운전점(또는 최적 운전점)에서 운전됨으로써 엔진의 마찰손실을 엔진대상에서 매핑된 값을 고정으로 사용하는 기존 방식의 한계성을 극복할 수 있다. 둘째, 엔진의 속도프로파일과 토크관계이론식을 이용하여 엔진 손실토크가 계산되어 확습 됨으로써 실제 엔진토크의 정확도 향상에 별도로 요구되는 하드웨어 사용이 없거나 최소화된다. 셋째, 엔진손실토크 맵에 설정된 기본 값이 학습된 엔진 손실토크 값으로 갱신(Update)됨으로써 엔진마찰손실제어에 가장 최근의 데이터가 이용될 수 있다. 넷째, 냉각수 온도별/엔진속도별로 학습된 엔진 손실토크 값을 엔진손실토크 맵에 반영하고 갱신하는 과정을 통해 엔진의 내구 또는 오일의 교환 등의 환경변화에 대해 대응이 가능하다. 다섯째, 엔진 손실토크 학습이 엔진의 오프(OFF)시점에서 이루어짐으로써 빈번한 엔진 온/오프(ON/OFF)가 발생되는 하이브리드 차량이 연비 향상에 크게 유용한 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 손실토크 학습을 이용한 엔진마찰손실 제어방법의 순서도이고, 도 2는 본 발명에 따른 손실토크 학습을 이용한 엔진마찰손실제어가 구현되는 하이브리드 차량의 예이며, 도 3은 본 발명에 따른 손실토크 학습을 위한 가속도가 계산되는 엔진의 속도프로파일 선도의 예이고, 도 4는 본 발명에 따른 계산된 가속도 값으로 엔진손실토크 산출이 이루어지는 엔진의 토크관계이론의 예이며, 도 5는 본 발명에 따른 엔진손실토크 맵의 고정된 기본 값이 학습 값으로 보정되어 새로운 값으로 업데이트(Update)되는 예이다.

이하 본 발명의 실시 예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시 예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.

도 1을 참조하면, 손실토크 학습을 이용한 엔진마찰손실 제어방법은 엔진의 마찰손실토크보정에 적용된 기본 고정 값을 엔진 OFF와 엔진클러치 OFF의 시점에서 제어기에 의해 학습된 마찰손실요소의 마찰손실토크 합이 반영된 보정 값으로 엔진 제어를 수행함으로써 엔진 목표 운전점(또는 최적 운전점)에 반영된 마찰토크손실의 정확도가 크게 향상 된다.

특히, 엔진 냉각수 온도별 학습 및 엔진속도별 학습이 가능함으로써 학습 값이 엔진손실토크 맵에 반영하여 갱신되는 업데이트 과정을 통해 엔진의 내구 또는 오일의 교환 등의 환경변화에 대한 대응으로 확장될 수 있음에 그 특징이 있다.

이하 엔진마찰손실 제어방법을 손실토크 학습이 이루어지는 손실토크 학습모드로 하고, 이에 대해 도 2 내지 도 5를 참조로 상세히 설명한다. 여기서, 제어 주체는 엔진손실토크 맵(10-1)과 연계된 제어기(10)이고, 제어기(10)는 엔진 ECU(Electronic Control Unit) 또는 HCU(Hybrid Control Unit)일 수 있다. 그리고 제어 대상은 차량(1)의 엔진(2)이며, 차량(1)은 엔진(2)의 시동과 고전압 배터리의 충전을 위한 HSG(Hybrid Starter Generator)(4)를 구비한 하이브리드 차량이고, 특히 모터(3)가 변속기(6)에 장착되면서 엔진 클러치(5)로 엔진(2)과 연결되는 TMED(Transmission Mounted Electric Device) 방식 하이브리드 차량이다.

S10은 제어기(10)에 의해 엔진(2)의 엔진 OFF제어 실시여부가 판단되는 단계이고, S20은 엔진 OFF 제어 조건 시 제어기(10)에 의해 엔진 클러치(5)의 엔진 클러치 OFF가 검출되는 단계이다. 여기서, 상기 엔진 OFF는 엔진(2)의 미연소상태를 의미한다.

도 2를 참조하면, 상기 제어기(10)는 엔진 ON/OFF 신호, 클러치 OPEN/LOCK 신호, 엔진 RPM(Revolution Per Minute)를 입력 데이터로 취급하고, 엔진손실토크 맵(10-1)과 연계된다. 이 경우, 차량(1)은 Idle Stop & Go의 제어로 엔진(2)의 ON과 OFF를 반복함으로써 상기 엔진 ON 신호는 Idle Go를 상기 엔진 OFF 신호는 Idle Stop(ISG)을 의미한다. 또한, 상기 엔진손실토크 맵(10-1)은 엔진(2)의 마찰손실에 대해 각 요소가 포함된 엔진대상에서 매핑을 통해 특성 시험치를 바탕으로 시험품의 편차와 오차가 감안된 대표 값을 마찰요소 토크 값으로 하여 매핑된 기본 고정 값 매핑 테이블을 포함한다.

S30은 엔진 OFF와 엔진 클러치 OFF의 조건 충족 시 제어기(10)에 의해 엔진속도 구간별 가속도 계산이 이루어지는 단계이다.

도 3의 엔진의 속도프로파일을 참조하면, 상기 속도프로파일은 RPM(엔진속도)-시간을 나타냄으로써 엔진 OFF 시점(즉, Idle Stop)부터 시간경과에 따른 RPM 다운을 나타내고, 시간경과에 대한 RPM 다운속도의 변화(a RPM에서 다운된 b RPM)로부터 가속도(α)가 계산됨을 알 수 있다.

S40은 제어기(10)에 의해 정해진 엔진속도구간 통과 여부가 판단되는 단계이다. 이 경우 정해진 엔진속도구간은 가속도를 이용하여 마찰손실토크 합이 산출된 구간을 의미하므로 제어기(10)가 정해진 엔진속도구간 통과를 판단함은 그 구간에서 마찰손실토크 합의 산출이 이루어져 학습보정 손실토크를 학습값으로 학습함을 의미한다.

도 4의 엔진의 토크관계이론을 참조하면, 차량(1)의 손실토크는 하기와 같이 계산됨을 알 수 있다.

이 경우, T_EC = 엔진클러치 토크, T_E = 엔진토크, T_HSG = HSG토크, I_E = 엔진관성모멘트, I_HSG = HSG관성모멘트, γ = HSG 풀리 비(pully ratio),

= 엔진각가속도로 정의되면, 차량(1)의 구성요소인 엔진(2), HSG(4), 엔진 클러치(5)의 각각에 대한 토크와 관성모멘트는 하기식으로 표현된다.

I_E + γ_HSG ²I_HSG --- 식 1

(I_E + γ_HSG ² x I_HSG)

= T_E + I_E + γ_HSGT_HSG - T_EC --- 식 2

S20에서 엔진 클러치 OFF이므로 엔진 클러치 토크는 0으로 적용하면, 식 2는 하기식으로 변환된다.

T_E = (I_E + γ_HSG ² x I_HSG)

_- γ_HSGT_HSG --- 식 3

이어, 식 3은 S10의 엔진 OFF상태(미연소)이므로 손실토크 성분만 남은 식 3에 도 3을 통해 계산된 가속도 값을 적용하면, 마찰손실토크 합이 산출된다.

도 5의 엔진의 속도프로파일과 엔진손실토크 맵(10-1)의 중간위치를 참조하면, 엔진손실토크(매핑)가 엔진손실토크 맵(10-1)의 매핑된 기본 고정 값인 경우 산출된 마찰손실토크 합은 엔진손실토크(실제계산)임을 알 수 있다.

S50은 제어기(10)에 의해 엔진속도구간을 통해 완료된 학습값 업데이트가 이루어지는 단계이다. 이 단계에서 서로 차이를 갖는 상기 엔진손실토크(실제계산)와 상기 엔진손실토크(매핑)는 하기식으로 학습 및 반영된 후 업데이트된다.

학습보정손실토크 = k x (계산엔진손실토크((마찰손실토크 합)-매핑엔진손실토크(기본고정값)-식 4

보정손실토크 = 매핑손실토크(기본 고정 값) + 학습보정손실토크 --- 식 5

여기서, k는 학습 반영율이다.

도 5의 엔진손실토크 맵(10-1)을 참조하면, 정해진 엔진속도구간이 1000RPM인 경우 엔진손실토크 맵(10-1)의 매핑엔진손실토크 a1,a2,...,an의 각각은 보정손실토크 a11,a22,...,ann으로 갱신된다. 그러므로 상기 엔진손실토크 맵(10-1)은 엔진 OFF 및 엔진 클러치 OFF 시점에서 엔진의 속도프로파일을 이용해 계산된 가속도 값이 엔진의 토크관계이론식에 적용되어 손실토크 합이 계산되고, 계산된 손실토크 합을 해당 엔진속도구간에 대한 학습보정손실토크로 학습한 후 이를 보정손실토크로 하여 엔진손실토크 맵(10-1)의 기본 고정 값을 보정해 엔진마찰손실제어에 적용된다. 그 결과 차량(1)은 마찰손실토크 정확도가 크게 향상 된다.

전술된 바와 같이, 본 실시예에 따른 엔진마찰손실제어방법은 엔진의 마찰손실토크보정에 적용된 기본 고정 값을 엔진 OFF와 엔진클러치 OFF의 시점에서 제어기에 의해 학습된 마찰손실요소의 마찰손실토크 합이 반영된 보정 값으로 업데이트(update)시키는 손실토크 학습모드를 더 포함함으로써 차량(1)의 마찰손실제어 시 엔진 목표 운전점(또는 최적 운전점)에서 정확한 값으로 반영되고, 특히 냉각수 온도별/엔진속도별로 산출된 마찰손실토크 합에 의한 학습과 보정으로 엔진손실토크 맵(10-1)의 기본 고정 값이 업데이트(Update)됨으로써 환경변화(엔진 내구 또는 엔진오일 교환)에 대한 대응도 가능하다.

1 : 하이브리드 차량
2 : 엔진 3 : 구동 모터
4 : HSG(Hybrid Starter Generator)
5 : 엔진 클러치 6 : 변속기
10 : 제어기 10-1 : 엔진손실토크 맵

Claims

엔진의 엔진마찰손실제어에 적용된 마찰손실토크보정의 기본 고정 값을 엔진 OFF와 엔진클러치 OFF의 시점에서 제어기에 의해 학습된 마찰손실토크요소의 마찰손실토크 합이 반영된 보정 값으로 업데이트(update)시키는 손실토크 학습모드;가 더 포함되고,
상기 손실토크 학습모드에서는 엔진속도구간별 가속도가 고려되어 상기 마찰손실토크 합이 산출되는 것을 특징으로 하는 엔진마찰손실제어방법.
청구항 1에 있어서, 상기 엔진 OFF는 Idle Stop & Go의 제어에 의한 엔진의 Idle Stop인 것을 특징으로 하는 엔진마찰손실제어방법.
청구항 1에 있어서, 상기 엔진클러치 OFF는 엔진과 구동 모터의 연결을 분리하는 엔진클러치의 단락인 것을 특징으로 하는 엔진마찰손실제어방법.
청구항 1에 있어서, 상기 마찰손실토크요소는 상기 엔진, 구동 모터와 상기 엔진을 연결 및 분리하는 엔진클러치, 상기 엔진의 시동과 배터리의 충전을 위한 HSG(Hybrid Starter Generator)인 것을 특징으로 하는 엔진마찰손실제어방법.
청구항 1에 있어서, 상기 손실토크 학습모드는, (A) 엔진 OFF 제어를 위해 상기 엔진 OFF가 검출되는 단계, (B)상기 엔진 OFF 시 상기 엔진클러치 OFF가 검출되는 단계, (C) 상기 엔진 클러치 OFF 시 상기 엔진속도 구간별 가속도를 계산하는 단계, (D) 상기 가속도를 이용하여 상기 마찰손실토크 합이 이어진 후 상기 가속도를 계산한 엔진속도 구간의 통과를 판단하는 단계, (E) 상기 엔진속도 구간의 통과 후 상기 보정 값으로 상기 기본 고정 값이 업데이트(update)되는 단계
로 수행되는 것을 특징으로 하는 엔진마찰손실제어방법.
청구항 5에 있어서, 상기 가속도는 상기 엔진의 속도프로파일로부터 계산되고, 상기 속도프로파일은 상기 엔진속도 구간에 대한 RPM(Revolution Per Minute)-시간(Time)의 선도로 구현되는 것을 특징으로 하는 엔진마찰손실제어방법.
청구항 5에 있어서, 상기 마찰손실토크 합은 상기 마찰손실토크요소인 상기 엔진, 구동 모터와 상기 엔진을 연결 및 분리하는 엔진클러치, 상기 엔진의 시동과 배터리의 충전을 위한 HSG(Hybrid Starter Generator)의 각각에 대한 마찰손실토크의 합인 것을 특징으로 하는 엔진마찰손실제어방법.
청구항 7에 있어서, 상기 엔진과 상기 엔진클러치 및 상기 HSG(Hybrid Starter Generator)의 각각에 대한 마찰손실토크는 토크관계이론식으로 계산되는 것을 특징으로 하는 엔진마찰손실제어방법.
청구항 5에 있어서, 상기 보정 값은 학습보정손실토크를 산출한 후 보정손실토크로 업데이트되며,
상기 학습보정손실토크는 k x (마찰손실토크 합 - 기본 고정 값)로 계산되고, 상기 보정손실토크는 기본 고정 값 + 학습보정손실토크로 계산되며, 상기 k 는 학습 반영률, 상기 x 는 두 값의 곱하기 기호, 상기 + 는 두 값의 더하기 기호인 것을 특징으로 하는 엔진마찰손실제어방법.
청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 의한 손실토크 학습을 이용한 엔진마찰손실제어방법으로 매핑값이 업데이트되는 엔진손실토크 맵;
마찰토크손실이 각각 발생하는 엔진과 엔진 클러치 및 HSG(Hybrid Starter Generator)가 마찰손실토크요소;
로 포함되는 것을 특징으로 하는 차량.
청구항 10에 있어서, 상기 엔진 클러치는 상기 엔진과 구동 모터를 연결 및 단락시키고, 상기 구동 모터는 변속기에 장착된 것을 특징으로 하는 차량.