KR102074746B1 - 하이브리드 차량의 엔진 클러치 제어 장치 및 방법 - Google Patents

하이브리드 차량의 엔진 클러치 제어 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하이브리드 차량의 엔진 연료 차단 주행 상황에서 엔진 클러치를 해제하는 경우, 엔진의 연료를 재분사하여 엔진의 입력 축 토크가 0이 되도록 제어하는 하이브리드 차량의 엔진 클러치 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 엔진 클러치 제어 장치는 동력원인 엔진과 모터를 선택적으로 연결하는 엔진 클러치; 하이브리드 차량의 현재 주행 상태 및 운전자의 요구 정보를 검출하는 운전정보 검출부; 그리고 상기 운전정보 검출부의 신호를 기초로 하이브리드 차량이 엔진 연료 차단 주행 중 상기 엔진 클러치의 해제가 필요하면 엔진에 연료를 분사하여 엔진 축 토크를 0으로 출력하도록 제어하는 제어기를 포함할 수 있다.

Description

하이브리드 차량의 엔진 클러치 제어 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING ENGINE CLUTCH OF HYBRID ELECTRIC VEHICLE}
본 발명은 하이브리드 차량의 엔진 클러치 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 하이브리드 차량의 엔진 연료 차단 주행 상황에서 엔진 클러치를 해제하는 경우, 엔진의 연료를 재분사하여 엔진의 입력 축 토크가 0이 되도록 제어하는 하이브리드 차량의 엔진 클러치 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
하이브리드 차량은 서로 다른 두 종류 이상의 동력원을 사용하는 자동차로써, 일반적으로 연료를 연소시켜 구동력을 얻는 엔진과 배터리 전력으로 구동력을 얻는 모터에 의해 구동되는 차량을 의미한다.
하이브리드 차량은 전기모터의 동력만을 이용하는 순수 전기자동차 모드인 EV(Electric Vehicle) 모드, 엔진의 회전력을 주동력으로 하면서 모터의 회전력을 보조동력으로 이용하는 HEV(Hybrid Electric Vehicle) 모드, 차량의 제동 혹은 관성에 의한 주행 시 제동 및 관성 에너지로 상기 모터를 발전시킴으로써 에너지를 회수하여 배터리에 충전하는 회생제동(Regenerative Braking, RB) 모드 등의 주행모드로 주행이 가능하다.
일반적으로 하이브리드 차량은 중속 또는 고속 주행 시에는 엔진 동력과 모터의 동력으로 구동되고, 감속시에는 모터를 발전시켜 차량의 관성 에너지를 배터리에 저장하는 충전 동작, 즉 회생제동을 수행하게 된다.
이와 같이 하이브리드 차량에서는 엔진의 기계적 에너지와 배터리의 전기 에너지를 함께 이용하고 엔진과 모터의 최적 작동영역을 이용함은 물론 제동 시에는 모터로 에너지를 회수하므로 연비 향상 및 효율적인 에너지 이용이 가능해진다.
위에서 언급한 바와 같이 하이브리드 차량은 관성에 의해 주행을 하는 타행 주행(coasting) 시에 회생 제동을 수행하는데, 구동 모터에 의한 회생 제동 대신 엔진 클러치를 결합하고 엔진의 마찰 토크(Friction Torque)를 이용하기 위해 연료를 차단하고(Fuel Cut) 주행할 수도 있다.
이 때, 하이브리드 차량이 다시 가속하기 위하여 엔진 클러치를 해제해야 할 상황이 발생되면, 엔진 마찰 토크에 해당하는 토크가 출력되지 않으므로, 모터를 구동하여 이를 만족시킨다.
일반적으로 하이브리드 차량이 엔진 연료를 차단하여 주행하는 중 엔진 클러치가 결합한 상태에서 엔진 마찰 토크에 의해 드래그(Drag) 토크를 출력하는 단계를 제1 회생제동 상태(First regenerative braking state)라 부르고, 엔진 클러치가 오픈되어 모터로 드래그 토크를 출력하는 단계를 제2 회생제동 상태(Second regenerative braking state)라고 부른다.
그런데 하이브리드 차량이 엔진 클러치를 해제하기 위해 제1 회생제동 상태에서 제2 회생제동 상태로 넘어갈 때, 상기와 같이 모터를 이용하여 엔진 마찰 토크에 대응하는 드래그 토크를 출력하는 경우에는 제1 회생제동 상태와 제2 회생제동 상태의 구동력 차이가 존재하므로 충격이 발생되는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 하이브리드 차량의 엔진 연료 차단 주행 상황에서 엔진 클러치를 해제하는 경우, 엔진의 연료를 재분사하여 엔진의 입력 축 토크가 0이 되도록 제어하는 하이브리드 엔진 클러치 제어 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 엔진 클러치 제어 장치는 동력원인 엔진과 모터를 선택적으로 연결하는 엔진 클러치; 하이브리드 차량의 현재 주행 상태 및 운전자의 요구 정보를 검출하는 운전정보 검출부; 그리고 상기 운전정보 검출부의 신호를 기초로 하이브리드 차량이 엔진 연료 차단 주행 중 상기 엔진 클러치의 해제가 필요하면 엔진에 연료를 분사하여 엔진 축 토크를 0으로 출력하도록 제어하는 제어기를 포함할 수 있다.
상기 운전정보 검출부는 차속을 검출하는 차속 센서; 모터의 속도를 검출하는 모터 속도 센서; 엔진의 속도를 검출하는 엔진 속도 센서; 가속 페달의 위치를 검출하는 가속 페달 위치 센서(APS; Accelerator Position Sensor); 그리고 브레이크 페달의 위치를 검출하는 브레이크 페달 위치 센서(BPS; Brake pedal Position Sensor)를 포함할 수 있다.
상기 제어기는 모터를 이용하여 엔진 마찰 토크에 해당하는 음의 토크를 출력하도록 제어할 수 있고, 엔진 클러치가 해제되면 엔진에 연료 분사를 중지하도록 제어할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 하이브리드 차량의 엔진 클러치 제어 방법은 하이브리드 차량이 연료 차단 주행 중 엔진 클러치의 해제가 필요한지를 판단하는 단계; 상기 엔진 클러치의 해제가 필요하면 엔진에 연료를 분사하는 단계; 엔진 마찰 토크에 해당하는 음의 모터 토크를 출력하는 단계; 그리고 엔진 클러치를 해제하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 엔진 클러치가 해제되면 엔진에 연료 분사를 중지하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 하이브리드 차량이 엔진 연료 차단 주행 중 엔진 클러치의 해제가 필요한지 여부는 운전정보 검출부에서 검출한 신호를 기초로 판단될 수 있다.
상기 엔진에 연료를 분사하는 단계는 엔진 연료 분사를 통해 엔진 축 토크를 0으로 출력하도록 제어될 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 하이브리드 차량이 엔진 연료 차단 주행 중 엔진 클러치를 해제해야 하는 경우, 엔진 마찰 토크로 인해 발생되는 충격을 방지하고 하이브리드 차량의 운전성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예가 적용되는 일반적인 하이브리드 차량의 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 엔진 클러치 제어 장치를 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 엔진 클러치 제어 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 엔진 클러치 제어 방법을 설명하기 위한 그래프이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 의미한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예가 적용되는 일반적인 하이브리드 차량의 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 1의 하이브리드 시스템은 설명의 편의를 위하여 실시예로 도시한 것이다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 엔진 클러치 제어 방법은 도 1의 하이브리드 시스템뿐만 아니라 다른 모든 하이브리드 시스템에도 적용될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예가 적용되는 하이브리드 시스템은 HCU(10), ECU(12), MCU(14), TCU(16), 엔진(20), 엔진 클러치(22), 모터(24), 변속기(26) 및 배터리(28)를 포함할 수 있다.
HCU(10)는 다른 제어기들의 구동 제어 및 하이브리드 주행 모드 설정, 그리고 하이브리드 차량의 전반적인 동작을 제어하는 최상위 제어기로, 각 제어기들을 고속 CAN 통신라인으로 연결하여 상호간의 정보를 주고 받으며, 협조 제어를 실행하여 엔진(20)과 모터(24)의 출력 토크를 제어한다.
ECU(12)는 운전자의 요구토크 신호와 냉각수온 및 엔진 토크 등의 엔진 상태 정보에 따라 엔진(20)의 전반적인 동작을 제어한다.
MCU(14)는 운전자의 요구토크 신호와 하이브리드 차량의 운행 모드 및 배터리(28)의 SOC 상태에 따라 모터(24)의 전반적인 동작을 제어한다.
TCU(16)는 ECU(12)와 MCU(14)의 각 출력 토크에 따라 변속비를 제어하고 회생 제동량을 결정하는 등 변속기(26)의 전반적인 동작을 제어한다.
상기에 언급된 것을 비롯한 하이브리드 시스템은 일반적으로 당업자에게 널리 알려진 것이므로 각 구성에 대한 자세한 설명은 생략하도록 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 엔진 클러치 제어 장치를 나타내는 블록도이다.
본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 엔진 클러치 제어 장치는 엔진(20), 엔진 클러치(22), 모터(24), 운전정보 검출부(30) 및 제어기(11)를 포함한다.
후술하는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 엔진 클러치 제어 방법의 일부 프로세스는 ECU(12)와 MCU(14)에 의하여, 다른 일부 프로세스는 HCU(10)에 의하여 수행되는 것으로 할 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예에서 ECU(12), MCU(14) 및 HCU(10)를 하나의 제어기(11)로 하여 설명이 가능한바, 설명의 편의상 본 명세서 및 특허청구범위에서는 특별한 언급이 없는 한, 상기 ECU(12), MCU(14) 및 HCU(10)를 제어기(11)로 지칭하기로 한다.
본 발명의 실시예가 적용되는 하이브리드 차량은 적어도 하나의 엔진(20)과 적어도 하나의 모터(24)를 포함한다. 또한 상기 하이브리드 차량은 엔진(20)과 모터(24)가 별개로 또는 동시에 동력원으로 작동하는 주행 모드를 제공한다. 이를 위하여 엔진의 동력을 휠로 전달하거나 단속하는 동력 전달 장치인 엔진 클러치(22)가 엔진(20)과 모터(24)에 연결되어 있다.
운전정보 검출부(30)는 하이브리드 차량의 주행 상태와 운전자의 운행 요구를 검출하는 것으로, 차속을 검출하는 차속 센서(31), 모터의 속도를 검출하는 모터 속도 센서(32), 엔진의 속도를 검출하는 엔진 속도 센서(33), 가속 페달의 위치를 검출하는 가속 페달 위치 센서(APS; Accelerator Position Sensor)(34) 및 브레이크 페달의 위치를 검출하는 브레이크 페달 위치 센서(BPS; Brake pedal Position Sensor)(35)를 포함한다.
가속 페달 센서(34)는 가속 페달의 위치값(가속 페달이 눌린 정도)을 지속적으로 측정하여 그 모니터링한 신호를 제어기(11)에 전달한다. 가속 페달이 완전히 눌린 경우에는 가속 페달의 위치값이 100%이고, 가속 페달이 눌리지 않은 경우에는 가속 페달의 위치값이 0%일 수 있다.
상기 가속 페달 위치 센서(34)는 APS 대신에 흡기 통로에 장착된 스로틀 밸브 개도 센서(TPS: Throttle Position Sensor)를 사용할 수도 있다. 따라서, 본 명세서 및 특허청구범위에서 가속 페달 위치 센서(34)는 스로틀 밸브 개도 센서를 포함하고, 가속 페달의 위치값은 스로틀 밸브의 개도를 포함하는 것으로 보아야 할 것이다.
브레이크 페달 위치 센서(35)는 브레이크 페달의 위치값(브레이크 페달이 눌린 정도)을 지속적으로 측정하여 그 모니터링한 신호를 제어기(11)에 전달한다. 브레이크 페달이 완전히 눌린 경우에는 브레이크 페달의 위치값이 100%이고, 브레이크 페달이 눌리지 않은 경우에는 브레이크 페달의 위치값이 0%일 수 있다.
제어기(11)는 상기 운전정보 검출부(30)의 신호를 기초로 하이브리드 차량이 엔진 연료 차단 주행 중 엔진 클러치(22)의 해제가 필요하면 엔진(20)에 연료를 분사하여 엔진 축 토크를 0으로 출력하도록 제어한다.
또한, 상기 제어기(11)는 엔진(20)에 연료를 분사하면서 모터(24)를 이용하여 엔진 마찰 토크에 해당하는 음의 토크를 출력시킬 수 있다. 그리고 모터를 이용하여 음의 토크가 출력되면 상기 제어기(11)는 엔진 클러치(22)의 유압을 하강시켜 엔진 클러치를 해제할 수 있다.
이러한 목적을 위하여, 상기 제어기(11)는 설정된 프로그램에 의해 동작하는 하나 이상의 프로세서로 구현될 수 있으며, 상기 설정된 프로그램은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 엔진 클러치 제어 방법의 각 단계를 수행하도록 프로그래밍 된 것일 수 있다.
이하, 도 3 내지 4를 참고로 하여, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 엔진 클러치 제어 방법에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 엔진 클러치 제어 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 엔진 클러치 제어 방법은 제어기(11)가 하이브리드 차량이 연료 차단 주행 중 엔진 클러치(22)의 해제가 필요한지를 판단함으로써 시작된다(S10).
상기 하이브리드 차량이 연료 차단 주행 중 엔진 클러치(22)의 해제가 필요한지 여부는 운전정보 검출부(30)에서 검출한 신호를 기초로 판단될 수 있다.
예를 들어, 가속 페달 센서(34)와 브레이크 페달 센서(35)에서 각각 페달의 위치값이 0%인 경우에 제어기(11)는 하이브리드 차량이 연료 차단 주행 중이라고 판단할 수 있다. 또한, 가속 페달 센서(34)의 위치값에 따라 운전자의 가속 요구가 검출되면 제어기(11)는 엔진 클러치(22)의 해제가 요구가 발생되었다고 판단할 수 있다.
상기 S10 단계에서 엔진 클러치(22)의 해제 요구가 있으면, 제어기(11)는 엔진(20)에 연료를 분사한다(S20).
이 때, 제어기(11)는 엔진(20)에 연료를 분사하여 엔진 축 토크를 0으로 출력하도록 제어할 수 있다.
이후, 제어기(11)는 모터(24)를 이용하여 엔진 마찰 토크에 해당하는 음의 토크를 출력한다(S30).
즉, 상기 S20 단계에서 엔진(20)에 연료가 분사됨으로써 엔진 축 토크가 상승하였으므로, 제어기(11)는 하이브리드 차량의 회생제동 요구토크를 만족시키기 위해 모터를 이용하여 음의 토크를 출력하도록 제어한다.
한편, 상기 S20 단계에서 엔진 클러치의 슬립이 발생하게 되면, 엔진 축 토크가 0이어서 전달 토크 역시 0이 되므로 모터를 이용한 별도의 제어가 필요하지 않을 수 있다.
상기 S30 단계에서 음의 모터 토크가 출력되면, 제어기(11)는 엔진 클러치의 유압을 하강시키거나 클러치 스트로크를 제어하여 엔진 클러치(22)를 해제한다(S40).
상기 S40 단계에서 엔진 클러치(22)가 해제되면, 제어기(11)는 엔진(20)에 연료 분사를 중지하고(S50), 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 엔진 클러치 제어 방법은 종료된다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 엔진 클러치 제어 방법을 설명하기 위한 그래프이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 엔진 클러치 제어 방법은 시간에 따라 크게 제1 회생제동 상태와 제2 회생제동 상태로 구분될 수 있다.
엔진 클러치(22)가 결합된 제1 회생제동 상태에서 제어기(11)는 엔진(20)에 연료를 분사하여 엔진 토크를 상승시킴으로써 엔진 축 토크를 0으로 출력하도록 제어할 수 있다.
이와 동시에 제어기(11)는 모터(24)에서 음의 토크를 보상하여 회생제동 요구토크를 만족시키도록 제어할 수 있다.
또한, 엔진 클러치(22)가 해제되는 제2 회생제동 상태에 진입하기 직전 엔진 클러치(22)의 슬립이 발생되는 구간에서는 엔진 클러치의 입력 토크가 0이기 때문에 별도로 모터(24)를 이용한 제어가 불필요할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 하이브리드 차량이 엔진 연료 차단 주행 중 엔진 클러치를 해제해야 하는 경우, 엔진 마찰 토크로 인해 발생되는 충격을 방지하고 하이브리드 차량의 운전성을 향상시킬 수 있다.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.

Claims (9)

  1. 동력원인 엔진과 모터를 선택적으로 연결하는 엔진 클러치;
    하이브리드 차량의 현재 주행 상태 및 운전자의 요구 정보를 검출하는 운전정보 검출부; 그리고
    상기 운전정보 검출부의 신호를 기초로 하이브리드 차량이 엔진 연료 차단 주행 중 상기 엔진 클러치의 해제가 필요하면 엔진에 연료를 분사하여 엔진 축 토크를 0으로 출력하도록 제어하는 제어기;
    를 포함하는 하이브리드 차량의 엔진 클러치 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 운전정보 검출부는
    차속을 검출하는 차속 센서;
    모터의 속도를 검출하는 모터 속도 센서;
    엔진의 속도를 검출하는 엔진 속도 센서;
    가속 페달의 위치를 검출하는 가속 페달 위치 센서(APS; Accelerator Position Sensor); 그리고
    브레이크 페달의 위치를 검출하는 브레이크 페달 위치 센서(BPS; Brake pedal Position Sensor);
    를 포함하는 하이브리드 차량의 엔진 클러치 제어 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 엔진 축 토크가 0으로 출력되도록 제어되는 것과 동시에, 상기 제어기는 모터를 이용하여 엔진 마찰 토크에 해당하는 음의 토크를 출력하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 엔진 클러치 제어 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어기는 모터를 이용하여 음의 토크를 출력하면 엔진 클러치를 해제하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 엔진 클러치 제어 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어기는 엔진 클러치가 해제되면 엔진에 연료 분사를 중지하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 엔진 클러치 제어 장치.
  6. 하이브리드 차량이 연료 차단 주행 중 엔진 클러치의 해제가 필요한지를 판단하는 단계;
    상기 엔진 클러치의 해제가 필요하면 엔진에 연료를 분사하는 단계;
    엔진 마찰 토크에 해당하는 음의 모터 토크를 출력하는 단계; 그리고
    엔진 클러치를 해제하는 단계;
    를 포함하는 하이브리드 차량의 엔진 클러치 제어 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 엔진 클러치가 해제되면 엔진에 연료 분사를 중지하는 단계를 더 포함하는 하이브리드 차량의 엔진 클러치 제어 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 하이브리드 차량이 엔진 연료 차단 주행 중 엔진 클러치의 해제가 필요한지 여부는 운전정보 검출부에서 검출한 신호를 기초로 판단되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 엔진 클러치 제어 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 엔진에 연료를 분사하는 단계는 엔진 연료 분사를 통해 엔진 축 토크를 0으로 출력하도록 제어되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 엔진 클러치 제어 방법.
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