KR102042125B1 - 하이브리드 차량의 엔진 기동 제어 방법 - Google Patents

하이브리드 차량의 엔진 기동 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하이브리드 차량의 엔진 기동 제어 방법에 관한 것으로, EV(Electric Vehecle) 모드, 동력분기(Power Split) 모드와 OD(Over Drive) 모드(병렬 모드)를 구현하는 하이브리드 차량에서, 정차 상태(P단, N단)에서 엔진 기동시, 제너레이터의 엔진 기동 토크를 모터의 반력 토크를 이용하여 상쇄시킴으로써, 제너레이터의 엔진 기동 토크가 바퀴로 전달되지 않도록 하여 운전자에게 위화감을 주는 발진감을 제거하는, 하이브리드 차량의 엔진 기동 제어 방법을 제공하고자 한다.
이를 위하여, 본 발명은 엔진과 모터 및 제너레이터를 구비한 하이브리드 차량에서 변속기가 P단인 경우에 엔진의 기동을 제어하는 방법에 있어서, 엔진 기동 조건을 만족함에 따라 상기 모터의 반력 토크를 제 1 임계시간에 걸쳐 최대치까지 상승시키는 단계; 상기 모터의 반력 토크가 상승하다가 임계치(임계치 < 최대치)에 도달하면 상기 제너레이터를 ON시켜 엔진 기동 토크를 발생시키고, 상기 모터의 반력 토크를 출력하는 단계; 엔진이 기동하면 상기 제너레이터를 OFF시켜 엔진 기동 토크를 제거하고, 상기 모터의 반력 토크도 제 2 임계시간에 걸쳐 제거하는 단계; 및 엔진의 속도를 제어하는 단계를 포함한다.

Description

하이브리드 차량의 엔진 기동 제어 방법{METHOD FOR CONTROLLING ENGINE STARTING OF HYBRID VEHICLE}
본 발명은 하이브리드 차량의 엔진 기동 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 EV(Electric Vehecle) 모드, 동력분기(Power Split) 모드와 OD(Over Drive) 모드(병렬 모드)를 구현하는 하이브리드 차량에서 엔진 기동을 제어하는 기술에 관한 것이다.
일반적으로, 하이브리드 차량은 서로 다른 두 종류 이상의 동력원을 효율적으로 조합하여 구동하는 차량이다.
이러한 하이브리드 차량은 통상적으로 엔진과 모터/제너레이터를 사용하는데, 저속에서는 상대적으로 저속토크 특성이 좋은 모터/제너레이터를 주 동력원으로 사용하고, 고속에서는 상대적으로 고속토크 특성이 좋은 엔진을 주 동력원으로 사용한다.
이에 따라 하이브리드 차량은 저속구간에서 화석 연료를 사용하는 엔진의 작동이 정지되고 모터/제너레이터를 사용하기 때문에 연비 개선과 배기가스의 저감에 우수한 효과가 있다.
그리고 상기와 같은 하이브리드 차량용 변속장치는 단일모드 방식과 다중모드 방식으로 분류된다.
상기 단일모드 방식은 변속제어를 위한 클러치 및 브레이크와 같은 토크전달기구가 필요하지 않다는 장점은 있으나, 고속 주행 시, 효율이 저하되어 연비가 낮고 대형 차량에 적용하기 위해서는 부가적인 토크 증배 장치가 필요하다는 단점이 있다.
상기 다중모드 방식은 고속 주행 시, 효율이 높고 자체적으로 토크 증배가 가능하도록 설계할 수 있어 중대형 차량에 적용이 가능하다는 장점이 있다.
이에 따라 최근에는 단일모드 방식보다는 다중모드 방식을 주로 채택하고 있으며, 그에 따른 연구가 활발하게 진행되고 있다.
상기 다중모드 방식의 동력전달장치는 유성기어세트, 모터 및 발전기로 사용되는 복수의 모터/제너레이터, 상기 유성기어세트의 회전요소를 제어할 수 있는 토크전달기구, 및 상기 모터/제너레이터의 동력원으로 사용되는 배터리 등을 포함하여 이루어진다.
이러한 다중모드 방식의 동력전달장치는 상기의 유성기어세트, 모터/제너레이터, 및 토크전달기구의 연결 구성에 따라 상이한 작동 메커니즘을 갖는다.
특히, Power Split - Parallel HEV는 EV(Electric Vehecle) 모드, 동력분기(Power Split) 모드와 OD(Over Drive) 모드(병렬 모드)를 구현할 수 있는데, 이러한 하이브리드 차량은 정차 상태(P단, N단)에서 엔진 기동시 발진감(차량의 발진)으로 인해 운전자에게 위화감을 주는 문제점이 있다.
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 EV(Electric Vehecle) 모드, 동력분기(Power Split) 모드와 OD(Over Drive) 모드(병렬 모드)를 구현하는 하이브리드 차량에서, 정차 상태(P단, N단)에서 엔진 기동시, 제너레이터의 엔진 기동 토크를 모터의 반력 토크를 이용하여 상쇄시킴으로써, 제너레이터의 엔진 기동 토크가 바퀴로 전달되지 않도록 하여 운전자에게 위화감을 주는 발진감을 제거하는, 하이브리드 차량의 엔진 기동 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방법은, 엔진과 모터 및 제너레이터를 구비한 하이브리드 차량에서 변속기가 P단인 경우에 엔진의 기동을 제어하는 방법에 있어서, 엔진 기동 조건을 만족함에 따라 상기 모터의 반력 토크를 제 1 임계시간에 걸쳐 최대치까지 상승시키는 단계; 상기 모터의 반력 토크가 상승하다가 임계치(임계치 < 최대치)에 도달하면 상기 제너레이터를 ON시켜 엔진 기동 토크를 발생시키고, 상기 모터의 반력 토크를 출력하는 단계; 엔진이 기동하면 상기 제너레이터를 OFF시켜 엔진 기동 토크를 제거하고, 상기 모터의 반력 토크도 제 2 임계시간에 걸쳐 제거하는 단계; 및 엔진의 속도를 제어하는 단계를 포함한다.
또한 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 방법은, 엔진과 모터 및 제너레이터를 구비한 하이브리드 차량에서 변속기가 N단인 경우에 엔진의 기동을 제어하는 방법에 있어서, 엔진 기동 조건을 만족하는 단계; 브레이크 페달의 깊이가 제 1 임계치를 초과하고, 브레이크 유압이 기준치를 초과함에 따라 발진감 제거 과정을 수행하는 단계; 브레이크 페달의 깊이가 제 1 임계치 이하가 되는지 모니터링 하는 단계; 브레이크 페달의 깊이가 제 1 임계치 이하가 되면 강제로 이전의 브레이크 유압을 유지시키는 단계; 상기 제너레이터가 엔진 정지 토크를 출력하고, 상기 모터가 반력 토크를 출력하는 단계; 및 엔진의 RPM이 제로가 되면 브레이크 유압의 강제 유지를 해제하는 단계를 포함한다.
상기와 같은 본 발명은, EV(Electric Vehecle) 모드, 동력분기(Power Split) 모드와 OD(Over Drive) 모드(병렬 모드)를 구현하는 하이브리드 차량에서, 정차 상태(P단, N단)에서 엔진 기동시, 제너레이터의 엔진 기동 토크를 모터의 반력 토크를 이용하여 상쇄시킴으로써, 제너레이터의 엔진 기동 토크가 바퀴로 전달되지 않도록 하여 운전자에게 위화감을 주는 발진감을 제거할 수 있는 효과가 있다.
도 1 은 본 발명이 적용되는 Power Split - Parallel HEV의 일예시도,
도 2 는 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 엔진 기동 제어 방법에 대한 일실시예 흐름도,
도 3 은 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 엔진 기동 제어 과정을 나타내는 일예시도,
도 4 는 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 엔진 기동 제어 방법에 대한 다른 실시예 흐름도,
도 5 는 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 엔진 기동 제어 과정을 나타내는 다른 예시도이다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되어 있는 상세한 설명을 통하여 보다 명확해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1 은 본 발명이 적용되는 Power Split - Parallel HEV의 일예시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명이 적용되는 Power Split - Parallel HEV는 동력원인 엔진(10), 제너레이터(20), 모터(30)의 동력을 차량의 주행상태에 따라 변속하여 출력기어를 통해 출력하게 된다.
제너레이터(20)는 HCU(Hybrid Control Unit, 미도시)의 제어하에 엔진(10)을 기동시키기 위한 토크(이하, 엔진 기동 토크)를 발생시킨다.
또한, 제너레이터(20)는 유성기어세트의 회전요소 중 선기어(S)와 직접 연결되어 출력요소인 링기어(R)를 통하여 회전동력을 공급하는 모터로 작동할 수 있다.
모터(30)는 HCU의 제어하에 상기 엔진 기동 토크가 차량의 바퀴에 전달되지 않도록 하는 반력 토크를 발생시킨다. 이러한 반력 토크는 차량 개발시 실험을 통해 산출된 값(기준값)으로서, 상기 기준값에 엔진의 냉각수온 등의 외부 요인에 의한 보정값이 반영되어 최종 반력 토크가 결정된다.
또한, 모터(30)는 출력기어와 직접 연결되어 회전동력을 공급하는 모터로 작동을 수행할 수 있다.
이를 위하여 상기 제너레이터(20)와 모터(30)는 고정자가 변속기 하우징(H)에 고정되고, 회전자가 유성기어세트의 선기어와 출력기어에 각각 연결된다.
상기와 같이 구성되는 제너레이터(20)와 모터(30) 및 유성기어세트는 입력축 상으로 배치된다.
또한, 상기 오버 드라이브 브레이크(OD/B)는 유압에 의하여 마찰 결합되는 다판식 유압마찰결합유닛으로 이루어질 수 있으며, 상기 회전제한부재는 본 발명의 실시예에서 원웨이 클러치(OWC)가 적용되는 예를 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 투웨이 클러치(TWC) 또는 브레이크(BRAKE)로 이루어질 수 있다.
도 2 는 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 엔진 기동 제어 방법에 대한 일실시예 흐름도로서, 변속기가 P단인 경우에 있어서 HCU가 발진감을 제거하는 과정을 나타낸다.
먼저, 엔진 기동(시동) 조건을 만족하는지 확인한다(201).
상기 확인 결과(201), 엔진 기동 조건을 만족하지 않으면 종료한다.
상기 확인 결과(201), 엔진 기동 조건을 만족하면 모터(30)의 반력 토크를 서서히(제 1 임계시간에 걸쳐 점차적으로) 최대치까지 상승시킨다(202).
이후, 모터(30)의 반력 토크가 상승하다가 임계치(임계치 < 최대치)에 도달하면 제너레이터(20)를 구동(ON)시켜 엔진 기동 토크를 발생시키고, 아울러 모터(30)의 반력 토크를 출력한다(203). 이때, 모터(30)의 반력 토크는 제너레이터(20)의 엔진 기동 토크가 차량의 바퀴에 전달되지 않도록 한다.
이후, 엔진이 기동하면(시동이 걸리면) 제너레이터(20)를 OFF시켜 엔진 기동 토크를 제거하고, 아울러 모터(30)의 반력 토크도 서서히(제 2 임계시간에 걸쳐 점차적으로) 제거한다(204).
이후, 엔진의 속도를 제어한다(205).
본 발명에서, 발진감을 제거할 수 있는 가장 큰 요인은 제너레이터(20)를 ON시키기 전에 모터(30)의 반력 토크를 서서히 상승시키는 점과 제너레이터(20) OFF시 모터(30)의 반력 토크를 서서히 감소시키는 점이다.
이하, 도 3을 참조하여 변속기가 P단인 경우에 있어서 HCU가 발진감을 제거하는 과정에 대해 좀 더 상세히 살펴보기로 한다.
도 3에서, P1 구간의 시작점은 엔진의 기동을 결정한 시점을 의미한다. 엔진의 기동이 결정되면 모터(30)의 반력 토크(310)를 서서히 증가시킨다. 그러다가 제 1 임계치(311)에 도달하면 엔진을 기동시킨다. 즉, 제너레이터(20)의 엔진 기동 토크(320)를 발생시킨다. 이때, 제너레이터(20)의 RPM(330)은 상승하게 되고, 엔진의 RPM(340) 역시 상승하게 된다.
이후, 엔진이 기동하면(일례로, 엔진 RPM이 700을 초과하면) 제너레이터(20)를 OFF시켜 엔진 기동 토크를 제거하고, 아울러 모터(30)의 반력 토크를 서서히 감소시킨다. 이때, 모터(30)의 반력 토크(310)의 최대치는 제너레이터(20)의 엔진 기동 토크의 최대치보다 크다.
도 4 는 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 엔진 기동 제어 방법에 대한 다른 실시예 흐름도로서, 변속기가 N단인 경우에 있어서 HCU가 발진감을 제거하는 과정을 나타낸다.
미리 언급하지만, N단인 경우에 있어서도 P단에서의 과정(202 내지 205)을 그대로 포함한다. 따라서, 혼동을 없애기 위해 P단에서의 과정을 발진감 제거 과정이라 칭한다.
먼저, 엔진 기동(시동) 조건을 만족하는지 확인한다(401).
상기 확인 결과(401), 엔진 기동 조건을 만족하지 않으면 종료한다.
상기 확인 결과(401), 엔진 기동 조건을 만족하면 운전자가 브레이크 페달을 밟고 있는지, 즉 브레이크 페달의 깊이(페달이 밝혀서 이동한 거리)가 제 1 임계치를 초과하는지 확인한다(402).
상기 확인 결과(402), 브레이크 페달의 깊이가 제 1 임계치를 초과하지 않으면 발진감 제거 과정을 수행하지 않는다.
상기 확인 결과(402), 브레이크 페달의 깊이가 제 1 임계치를 초과하면, 브레이크 유압이 기준치를 초과하는지 확인한다(403).
상기 확인 결과(403), 브레이크 유압이 기준치를 초과하면, 도 3에 상술한 발진감 제거 과정을 수행한다(404). 물론, 브레이크 유압이 기준치를 초과하지 않으면 발진감 제거 과정을 수행하지 않는다. 이는 차량이 급발진할 수 있는 위험이 있기 때문이다.
이후, 브레이크 페달의 깊이가 제 1 임계치 이하가 되는지 모니터링 한다(405).
상기 확인 결과(405), 브레이크 페달의 깊이가 제 1 임계치 이하가 안되면 '205' 과정을 수행하고, 브레이크 페달의 깊이가 제 1 임계치 이하가 되면 강제로 이전의 브레이크 유압을 유지시킨다(406). 이는 엔진을 정지시키는 과정에서 발생하는 발진감을 해소하기 위함이다. 이때, 변속기가 주행(D단, R단)으로 변경된 경우에는 브레이크 유압의 강제 유지과정과 엔진을 정지시키는 과정은 수행하지 않는다.
이후, 제너레이터(20)가 엔진을 정지시키는 토크(엔진 정지 토크)를 출력하고, 모터(30)는 반력 토크를 출력한다(407). 이는 HCU의 제어하에 이루어진다.
이후, 엔진의 RPM이 제로(0)가 되면 브레이크 유압의 강제 유지를 해제한다(408).
N단에서의 발진감 제거 과정은 P단에서의 발진감 제거 과정과 달리, 차량이 발진할 수 있는 상태이므로, 브레이크 페달을 통한 제동이 이루어져 있는지 확인하는 과정이 수반되어야 하고, 아울러 브레이크 페달에 의한 제동이 해제되는 경우에 엔진을 꺼야하므로, 이 과정에서 브레이크 유압의 강제 유지 과정과 추가적인 발진감 제거 과정을 포함한다.
이를, 도 5를 참조하여 좀 더 상세히 살펴보기로 한다.
엔진 기동 조건을 만족하면, 도 5의 P2 구간에서 브레이크 페달과 브레이크 유압을 확인하는 과정이 이루어진다(Brake Flag).
이후, 도 5의 P3 구간, P4 구간, P5 구간은 각각 도 3의 P1 구간, P2 구간, P3 구간에 대응된다. 즉, 동일한 과정을 나타낸다.
P7 구간에서는 엔진 정지를 위한 브레이크 유압의 강제 유지 과정과 추가적인 발진감 제거 과정이 이루어진다.
한편, 전술한 바와 같은 본 발명의 방법은 컴퓨터 프로그램으로 작성이 가능하다. 그리고 상기 프로그램을 구성하는 코드 및 코드 세그먼트는 당해 분야의 컴퓨터 프로그래머에 의하여 용이하게 추론될 수 있다.　또한, 상기 작성된 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체(정보저장매체)에 저장되고, 컴퓨터에 의하여 판독되고 실행됨으로써 본 발명의 방법을 구현한다. 그리고 상기 기록매체는 컴퓨터가 판독할 수 있는 모든 형태의 기록매체를 포함한다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
10 : 엔진
20 : 제너레이터
30 : 모터

Claims (5)

  1. 엔진과 모터 및 제너레이터를 구비한 하이브리드 차량에서 변속기가 P단인 경우에 엔진의 기동을 제어하는 방법에 있어서,
    엔진 기동 조건을 만족함에 따라 상기 모터의 반력 토크를 제 1 임계시간에 걸쳐 최대치까지 상승시키는 단계;
    상기 모터의 반력 토크가 상승하다가 임계치(임계치 < 최대치)에 도달하면 상기 제너레이터를 ON시켜 엔진 기동 토크를 발생시키고, 상기 모터의 반력 토크를 출력하는 단계;
    엔진이 기동하면 상기 제너레이터를 OFF시켜 엔진 기동 토크를 제거하고, 상기 모터의 반력 토크도 제 2 임계시간에 걸쳐 제거하는 단계; 및
    엔진의 속도를 제어하는 단계
    를 포함하는 하이브리드 차량의 엔진 기동 제어 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 모터의 반력 토크의 최대치는,
    상기 제너레이터의 엔진 기동 토크를 초과하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 엔진 기동 제어 방법.
  3. 엔진과 모터 및 제너레이터를 구비한 하이브리드 차량에서 변속기가 N단인 경우에 엔진의 기동을 제어하는 방법에 있어서,
    엔진 기동 조건을 만족하는 단계;
    브레이크 페달의 깊이가 제 1 임계치를 초과하고, 브레이크 유압이 기준치를 초과함에 따라 발진감 제거 과정을 수행하는 단계;
    브레이크 페달의 깊이가 제 1 임계치 이하가 되는지 모니터링 하는 단계;
    브레이크 페달의 깊이가 제 1 임계치 이하가 되면 강제로 이전의 브레이크 유압을 유지시키는 단계;
    상기 제너레이터가 엔진 정지 토크를 출력하고, 상기 모터가 반력 토크를 출력하는 단계; 및
    엔진의 RPM이 제로가 되면 브레이크 유압의 강제 유지를 해제하는 단계
    를 포함하는 하이브리드 차량의 엔진 기동 제어 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 발진감 제거 과정은,
    상기 모터의 반력 토크를 제 1 임계시간에 걸쳐 최대치까지 상승시키는 단계;
    상기 모터의 반력 토크가 상승하다가 제 2 임계치(제 2 임계치 < 최대치)에 도달하면 상기 제너레이터를 ON시켜 엔진 기동 토크를 발생시키고, 상기 모터의 반력 토크를 출력하는 단계;
    엔진이 기동하면 상기 제너레이터를 OFF시켜 엔진 기동 토크를 제거하고, 상기 모터의 반력 토크도 제 2 임계시간에 걸쳐 제거하는 단계; 및
    엔진의 속도를 제어하는 단계
    를 포함하는 하이브리드 차량의 엔진 기동 제어 방법.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 브레이크 유압을 유지시키는 단계는,
    브레이크 페달의 깊이가 제 1 임계치 이하가 된 경우, 변속기가 주행 단이면 브레이크 유압의 강제 유지를 수행하지 않는 단계
    를 포함하는 하이브리드 차량의 엔진 기동 제어 방법.
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