KR102084407B1 - 하이브리드 차량의 엔진시동 제어방법 - Google Patents

Abstract

수동변속기가 구비된 하이브리드 차량에서, 후륜 구동 모터(MG1)만으로 차량 가속이 불가능한 시점에서 엔진의 시동에 직접적으로 관여할 수 있는 전륜 구동 모터(MG2)를 자동으로 동작시켜 엔진을 시동시킴으로서 차량 가속 성능의 저하를 방지할 수 있도록 한 하이브리드 차량의 엔진시동 제어방법에 관한 것으로서, 가속 페달 신호가 입력되면 후륜 구동 모터(RD-ISG)로 차량 구동력을 발생하여 차량을 주행시키면서 후륜 구동 모터로 도달 가능한 최고 속도까지의 소요시간을 산출하는 단계, 후륜 구동 모터로 도달 가능한 최고 속도까지의 소요 시간과 엔진 시동에 걸리는 시간을 비교하여 엔진 시동 시점을 판단하는 단계 및 엔진 시동 시점이라고 판단이 되면 자동으로 전륜 구동 모터(MG2)를 동작시켜 엔진을 시동시키는 단계를 포함하여, 하이브리드 차량의 엔진시동 제어방법을 구현한다.

Description

하이브리드 차량의 엔진시동 제어방법{Engine start control method of hybrid vehicle}

본 발명은 하이브리드 차량의 엔진시동 제어방법에 관한 것으로, 특히 수동변속기가 구비된 하이브리드 차량에서, 후륜 구동 모터(MG1)만으로 차량 가속이 불가능한 시점에서 엔진의 시동에 직접적으로 관여할 수 있는 전륜 구동 모터(MG2)를 자동으로 동작시켜 엔진을 시동시킴으로써 차량 가속 성능의 저하를 방지할 수 있도록 한 하이브리드 차량의 엔진시동 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 넓은 의미의 하이브리드 차량은 서로 다른 두 종류 이상의 동력원을 효율적으로 조합하여 차량을 구동시키는 것을 의미하나, 대부분 연료를 사용하여 구동력을 얻는 엔진과 배터리 전력으로 구동되는 전기 모터에 의해 구동력을 얻는 차량을 의미하며, 이를 하이브리드 차량(Hybrid Electric Vehicle, HEV)이라 부르고 있다.

수동변속기를 탑재한 하이브리드 차량은, 엔진의 시동에는 관여하지 않으며 차량 출발을 할 수 있는 후륜 구동 모터(MG1)를 이용하여 차량 출발을 하는 데, 이러한 후륜 구동 모터(MG1)는 일정 속도에 도달하면 더 이상 가속을 할 수 없다.

상기 후륜 구동 모터(MG1)에 의해 더 이상의 차량 가속이 불가능해지면 엔진을 시동하여 엔진의 동력으로 차량 구동을 한다. 여기서 수동변속기를 탑재한 하이브리드 차량이라면 엔진 시동 시점이 운전자가 클러치를 밟는 순간 엔진 시동을 하는 것은 일반적이다.

하이브리드 차량에서 엔진 시동을 제어하는 종래의 기술이 하기의 <특허문헌 1> 에 개시되어 있다.

<특허문헌 1> 에 개시된 종래기술은 복수 개의 접점을 포함하는 이그니션 스위치, 엔진을 시동하거나 엔진의 출력에 의해 발전하는 MHSG(mild starter & generator), 상기 MHSG와 일체로 회전하도록 장착되며, 원주 상에 적어도 3개의 투쓰들이 형성된 MHSG 휠, 상기 투쓰들의 위치를 검출하는 MHSG 위치 센서 및 MHSG 위치 센서의 신호를 기초로 설정된 실린더의 상사 점을 판단하고, MHSG를 구동하여 엔진을 시동하는 제어기를 포함한다. 이러한 구성을 통해, 캠 샤프트 위치 센서 및/또는 크랭크 샤프트 위치 센서의 고장이 발생하더라도 지연시간 없이 엔진을 시동할 수 있다.

또한, <특허문헌 2> 에 개시된 종래기술은 HSG 벨트 보호 로직은 엔진회전수(RPM)의 설정조건 적합 여부가 체크되는 연속조건 모드나 또는 HSG 회전수(RPM)와 크랭크축 회전수(CRK RPM)의 누적 회전수 조건 적합 여부가 체크되는 누적조건 모드를 이용해 HSG 벨트 슬립가능성 여부가 먼저 검출된 후, HSG벨트 슬립 가능성이 높으면 HSG 벨트 슬립위험성을 해소하는 셀프 해소 로직과 이에 대한 정보를 기록하고 저장하는 외부대응 로직으로 HSG 벨트 슬립 가능성과 진행을 사전 차단함으로써, HSG(Hybrid Starter & Generator)의 엔진 시동 시도 시 슬립으로 인한 벨트 열화와 파손현상을 방지한다.

대한민국 등록특허 10-1776766호(2017.09.04. 등록)(마일드 하이브리드 차량의 엔진 시동 장치 및 방법) 대한민국 등록특허 10-1371786호(2014.03.03. 등록)(하이브리드 시스템의 엔진시동 안정화방법)

그러나 상기와 같은 일반적인 수동변속기 하이브리드 차량 및 종래기술은 일정 속도에 도달하여 후륜 구동 모터(MG1)만으로 더는 차량 가속이 불가능해지면 엔진을 시동하여 엔진의 동력을 차량 구동에 이용하는 데, 이때, 엔진 시동 시점을 운전자가 클러치를 밟는 순간으로 인지하고, 엔진 시동을 하게 된다.

그러나 차량이 더는 가속되지 않는 시점임을 운전자가 감지하여 엔진 시동을 위해 클러치를 밟는 순간 엔진을 시동하게 되면, 그만큼의 시간 지연이 발생하여 차량의 가속 성능을 저해하는 문제가 있다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래기술에서 발생하는 제반 문제점을 해결하기 위해서 제안된 것으로서, 수동변속기가 구비된 하이브리드 차량에서, 후륜 구동 모터(MG1)만으로 차량 가속이 불가능한 시점에서 엔진의 시동에 직접적으로 관여할 수 있는 전륜 구동 모터(MG2)를 자동으로 동작시켜 엔진을 시동시켜 차량 가속 성능의 저하를 방지할 수 있도록 한 하이브리드 차량의 엔진시동 제어방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 엔진시동 제어방법은, 가속 페달 신호가 입력되면 후륜 구동 모터(RD-ISG)로 차량 구동력을 발생하여 차량을 주행시키면서 후륜 구동 모터로 도달 가능한 최고 속도까지의 소요시간을 산출하는 단계; (b) 상기 후륜 구동 모터로 도달 가능한 최고 속도까지의 소요 시간과 엔진 시동에 걸리는 시간을 비교하여 엔진 시동 시점을 판단하는 단계; (c) 상기 (b)단계의 판단 결과 엔진 시동 시점이라고 판단이 되면 자동으로 전륜 구동 모터(MG2)를 동작시켜 엔진을 시동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 (a)단계는 배터리 충전상태(SOC)와 가속페달신호(APS)를 이용하여 후륜 구동 모터로 도달 가능한 차속과 소요시간을 산출하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 (b)단계는 상기 후륜 구동 모터로 도달 가능한 최고 속도까지의 남은 소요 시간이 엔진 시동 시간과 같거나 엔진 시동 시간보다 작으면 엔진 시동 시점이라고 판단하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면 수동변속기가 구비된 하이브리드 차량에서, 수동변속기가 구비된 하이브리드 차량에서, 후륜 구동 모터(MG1)만으로 차량 가속이 불가능한 시점에서 엔진의 시동에 직접적으로 관여할 수 있는 전륜 구동 모터(MG2)를 자동으로 동작시켜 엔진을 시동시킴으로써, 차량 가속 성능의 저하를 방지할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명이 적용되는 하이브리드 차량의 실시 예 구성도,
도 2a 및 도 2b는 주행저항과 구동력의 관계도,
도 3은 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 엔진시동 제어방법을 보인 흐름도이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 하이브리드 차량의 엔진시동 제어방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 하이브리드 차량의 엔진시동 제어방법이 적용되는 하이브리드 차량의 실시 예 구성도이다.

전기 모터가 엔진(10)의 크랭크 샤프트(30)와 풀리로 연결되는 전륜 구동 모터(MG2; BSG(Belt-driven Starter & Generator)(20), 엔진(10)에 연결되는 변속기(수동변속기를 의미함)(50), 전기 모터가 후륜(70)의 감속기(80)에 연결되는 후륜 구동 모터(MG1; RD-ISG(Rear Driver Integrated Starter & Generator)를 포함한다.

여기서 참조부호 60은 전륜(앞바퀴), 참조부호 40은 벨트를 각각 나타낸다.

후륜 구동 모터(MG1)(90)는 정지상태의 차량을 일정 수준 속도까지 차량을 가속할 수 있고, 일정 수준의 차량 속도를 유지할 수 있는 구동력을 차량의 바퀴로 전달할 수 있으나, 엔진(10)의 시동에는 직접적으로 관여하지 않는 구조이다.

이러한 하이브리드 차량은 수동변속기(50)를 탑재하고 있으며, 전륜 구동 모터(MG2)(20)는 엔진(10)을 직접적으로 시동할 수 있고 엔진(10)의 토크를 보조할 수 있다. 여기서 엔진(10)의 시동은 차량의 여러 상태를 고려하여 상기 전륜 구동 모터(20)나 일반적인 스타트 모터로 행해지게 된다.

도 2a는 차량의 가속이 아주 천천히 이루어지는 경우, 후륜 구동 모터(90)인 RD-ISG만으로 도달 가능한 속도를 나타낸 것이다. 여기서 배터리 충전량(SOC)은 충분하다고 가정을 한다. 파란색 선(L1)이 후륜 구동 모터(90)가 바퀴에 전달할 수 있는 구동력을 나타내고, 빨간색 선(L2)이 차량을 주행하기 위해 이겨내야 하는 주행저항을 나타낸다. 차속 V1에서는 후륜 구동 모터(90)에 의한 구동력이 차량의 주행저항보다 충분히 커서 구동력에 여유가 있어, 후륜 구동 모터(00)의 구동력과 차량 주행저항이 같아지는 차속 V2까지 차량을 후륜 구동 모터(90)만으로 가속할 수 있다.

이후, 운전자가 가속페달을 많이 밟게 되면, 차량의 가속이 커지게 되어, 도 2b에 도시한 바와 같이, 후륜 구동 모터(90)에 의해 도달 가능한 차속이 V2에서 V3로 낮아지게 된다. 이는 운전자가 원하는 만큼 차량을 가속하기 위해 필요한 구동력이 차속의 제곱, 차량의무게와 가속도 등에 비례하여 커지기 때문이다.

따라서 이 경우에는 엔진(10)을 시동시켜, 엔진(10)의 동력으로 차량을 구동시켜야 한다. 이때, 종래의 엔진 시동 방법들은 차량이 더는 가속되지 않는 시점임을 운전자가 인지하고 엔진 시동을 위해 클러치를 밟아 엔진 시동을 하게 되는 데, 이 경우 운전자가 차량 가속이 되지 않는 것을 인지하고 클러치를 밟는 데까지 상당한 시간이 소요되어, 차량의 가속 성능을 저하하게 된다.

이러한 차량 가속 성능 저하를 개선하기 위해서, 본 발명은 상기와 같이 후륜 구동 모터로 더는 가속이 불가능한 시점을 자동으로 인지하고, 인지 시점에서 전륜 구동 모터를 이용하여 엔진을 자동으로 시동시킴으로써, 차량의 가속성능 저해를 방지하게 된다.

운전자가 클러치를 밟는 등의 추가 행위를 하지 않아도 엔진 시동이 가능한이유는 차량이 후륜 구동 모터(90)으로만 주행하기 위하여 수동변속기(50)가 중립으로 되어 있거나 수동변속기(50)의 기어가 들어가 있는 상태라면 운전자가 이미 클러치를 밟고 있어야 하기 때문에 엔진(10)과 앞뒤 바퀴는 기구적으로 분리되어 있는 상태가 되어 전륜 구동 모터(20)로 엔진(10)을 시동할 수 있다.

이를 좀 더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

도면에는 도시하지 않았지만, 본 발명은 도 1과 같은 수동변속기가 탑재된 하이브리드 차량에서, 차량을 제어하는 제어장치가 구비된 것으로 가정하며, 이러한 제어장치에서 후륜 구동 모터로 더는 가속이 불가능한 시점을 자동으로 인지하고, 인지 시점에서 전륜 구동 모터를 이용하여 엔진을 자동으로 시동시킴으로써, 차량의 가속성능 저하를 방지하게 된다.

도 3은 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 엔진시동 제어방법을 보인 흐름도로서, 상기 제어장치에서 소프트웨어적으로 차량의 엔진시동을 제어하는 방법이다.

도 3에 도시한 바와 같이, 하이브리드 차량의 엔진시동 제어방법은 (a) 후륜 구동모터(M1)를 이용하여 차량을 주행하는 상태로서 가속 페달 신호(APS)가 입력되면 후륜 구동 모터(RD-ISG)로 차량 구동력을 발생하여 차량을 주행시키면서 후륜 구동 모터(MG1)로 도달 가능한 최고 속도까지의 소요시간을 산출하는 단계(S10 - S20), (b) 상기 후륜 구동 모터(MG1)로 도달 가능한 최고 속도까지의 소요 시간과 엔진 시동에 걸리는 시간을 비교하여 엔진 시동 시점을 판단하는 단계(S30), (c) 상기 (b)단계의 판단 결과 엔진 시동 시점이라고 판단이 되면 자동으로 전륜 구동 모터(MG2)를 동작시켜 엔진을 시동시키는 단계(S40)를 포함한다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 엔진시동 제어방법을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 단계 S10과 같이 가속 페달 신호(APS)가 입력되면, 단계 S20으로 이동하여 후륜 구동 모터(RD-ISG)로 차량 구동력을 발생하여 차량을 주행시킨다.

이어, 가속 페달 신호가 입력되는 시점에서 후륜 구동 모터(MG1)로 도달 가능한 최고 속도까지의 소요시간을 산출한다. 여기서 배터리 충전상태(SOC)와 가속 페달 신호(APS)를 이용하여 후륜 구동 모터로 도달 가능한 차속(도 2a의 V2, 도 2b의 V3)과 소요시간을 알 수 있다.

다음으로, 단계 S30에서 상기 후륜 구동 모터(MG1)로 도달 가능한 최고 속도까지의 소요 시간과 엔진 시동에 걸리는 시간을 비교하여 엔진 시동 시점을 판단한다. 여기서 엔진 시동에 걸리는 시간은 엔진 오일이나 냉각수 등의 차량 상태에 따라 엔진 시동에 걸리는 시간도 실험을 통해서 알 수 있다. 사전에 실험을 통해 차량 상태에 따른 엔진 시동 시간을 룩-업(Look-Up) 테이블화하고, 이를 저장하여 활용함으로써, 실시간으로 차량 상태만 알면 엔진 시동 시간을 알 수 있게 된다.

상기 엔진 시동 시점의 판단은, 후륜 구동 모터(MG1)로 도달 가능한 최고 속도까지의 남은 소요 시간이 엔진 시동 시간과 같거나 엔진 시동 시간보다 작으면 엔진 시동 시점이라고 판단한다.

상기 단계 S30의 판단 결과, 엔진 시동 시점이라고 판단이 되면, 단계 S40으로 이동하여 상기 제어장치에서 자동으로 전륜 구동 모터(MG2)를 동작시켜 엔진을 시동시킨다.

예컨대, 배터리 충전량과 가속 페달 신호에 따라 후륜 구동 모터로 도달 가능한 속도 V2와 V3를 예측할 수 있으며, 차량 상태에 따라 엔진 시동 시간도 알 수 있다. 차량의 속도가 후륜 구동 모터만으로 도달 가능한 차속 V2와 V3에 도달한 직후 자동으로 엔진이 미리 시동된다면, 종래와 같이 V2와 V3에 도달한 후에 운전자가 이를 인지하여 클러치를 밟아야 엔진이 시동되는 것에 비하여 엔진 시동 지연시간을 단축할 수 있다. 이에 따라 엔진 시동 지연에 의해 발생하는 차량 성능의 저하도 방지할 수 있게 되는 것이다.

즉, V2와 V3에 도달하는 시간에서 엔진 시동 시간만큼 앞당겨 엔진 시동을 시작하면, 후륜 구동 모터에 의해서 구동되던 차량을 신속하게 엔진의 힘까지 더해서 구동하게 되는 것이다.

10: 엔진 20: 전륜 구동 모터(MG2)
50: 변속기(수동변속기) 60: 전륜
70: 후륜 90: 후륜 구동 모터(MGI)

Claims (3)

1. 수동변속기가 탑재된 하이브리드 차량의 엔진시동을 제어하는 방법으로서,
   (a) 가속 페달 신호가 입력되면 후륜 구동 모터(RD-ISG)로 차량 구동력을 발생하여 차량을 주행시키면서 후륜 구동 모터로 도달 가능한 최고 속도까지의 소요시간을 산출하는 단계;
   (b) 상기 후륜 구동 모터로 도달 가능한 최고 속도까지의 소요 시간과 엔진 시동에 걸리는 시간을 비교하여 엔진 시동 시점을 판단하는 단계; 및
   (c) 상기 (b)단계의 판단 결과 엔진 시동 시점이라고 판단이 되면 자동으로 전륜 구동 모터를 동작시켜 엔진을 시동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 엔진시동 제어방법.
   
2. 청구항 1에서, 상기 (a)단계는 배터리 충전상태(SOC)와 가속페달신호(APS)를 이용하여 후륜 구동 모터로 도달 가능한 차속과 소요시간을 산출하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 엔진시동 제어방법.
   
3. 청구항 1에서, 상기 (b)단계는 상기 후륜 구동 모터로 도달 가능한 최고 속도까지의 남은 소요 시간이 엔진 시동 시간과 같거나 엔진 시동 시간보다 작으면 엔진 시동 시점이라고 판단하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 엔진시동 제어방법.

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