KR102417347B1 - 마일드 하이브리드 차량의 엔진 시동 방법 및 장치 - Google Patents

마일드 하이브리드 차량의 엔진 시동 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 마일드 하이브리드 차량의 엔진 시동 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 마일드 하이브리드 차량의 엔진 시동 방법은, 엔진의 시동 조건이 만족되면, MHSG(mild hybrid starter & generator)를 구동시켜 엔진 크랭킹 동작을 수행하는 단계; 엔진의 속도가 목표 RPM에 도달하면, 엔진의 에이징 팩터를 계산하는 단계; 상기 에이징 팩터의 이동 평균값을 계산하는 단계; 상기 에이징 팩터의 이동 평균값이 제1 기준값과 제2 기준값 사이인지 판단하는 단계; 및 상기 에이징 팩터의 이동 평균값이 상기 제1 기준값과 제2 기준값 사이이면, MHSG의 크랭킹 토크를 증가시키는 단계;를 포함할 수 있다.

Description

마일드 하이브리드 차량의 엔진 시동 방법 및 장치{METHOD AND APPRATUS FOR STARTING ENGINE OF MILD HYBRID ELECTRIC VEHICLE}
본 발명은 마일드 하이브리드 차량에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 마일드 하이브리드 차량의 엔진 시동 방법 및 장치에 관한 것이다.
주지하는 바와 같이 하이브리드 차량(hybrid electric vehicle)은 내연기관(internal combustion engine)과 배터리 전원을 함께 사용한다. 즉, 하이브리드 차량은 내연기관의 동력과 모터의 동력을 효율적으로 조합하여 사용한다.
하이브리드 차량은 엔진과 모터의 파워 분담비에 따라 마일드(mild) 타입과 하드(hard) 타입으로 구분할 수 있다. 마일드 타입의 하이브리드 차량(이하, 마일드 하이브리드 차량이라 한다)은 알터네이터 대신에 엔진을 시동하거나 상기 엔진의 출력에 의해 발전하는 시동 발전기(mild hybrid starter & generator; MHSG)가 구비된다. 하드 타입의 하이브리드 차량은 엔진을 시동하거나 상기 엔진의 출력에 의해 발전하는 시동 발전기와 차량을 구동하는 구동 모터가 각각 별도로 구비된다.
마일드 하이브리드 차량은 MHSG를 이용하여 주행 상태에 따라 엔진 토크를 보조할 수 있으며, 회생제동을 통해 배터리(예를 들어, 48 V 배터리)를 충전할 수 있다. 이에 따라, 마일드 하이브리드 차량의 연비가 향상될 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 마일드 하이브리드 차량의 경우 엔진을 시동시키기 위해 목표 RPM까지 엔진의 속도를 증가시킨다. 엔진의 노후화에 따라 엔진의 속도가 목표 RPM까지 증가하는데 소요되는 시간이 길어지고, 운전자는 시동성이 저하된 것으로 느낄 수 있는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 마일드 하이브리드 차량의 시동 성능을 유지할 수 있는 마일드 하이브리드 차량의 엔진 시동 방법 및 장치에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 마일드 하이브리드 차량의 엔진 시동 방법은, 엔진의 시동 조건이 만족되면, MHSG(mild hybrid starter & generator)를 구동시켜 엔진 크랭킹 동작을 수행하는 단계; 엔진의 속도가 목표 RPM에 도달하면, 엔진의 에이징 팩터를 계산하는 단계; 상기 에이징 팩터의 이동 평균값을 계산하는 단계; 상기 에이징 팩터의 이동 평균값이 제1 기준값과 제2 기준값 사이인지 판단하는 단계; 및 상기 에이징 팩터의 이동 평균값이 상기 제1 기준값과 제2 기준값 사이이면, MHSG의 크랭킹 토크를 증가시키는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 에이징 팩터는(F),
Figure 112017112993322-pat00001
의 식으로부터 계산될 수 있다. 여기서, ST는 목표 RPM이고, Δt는 엔진의 속도가 상기 목표 RPM까지 상승하는데 소요되는 시간이다
상기 에이징 팩터의 이동 평균값(MAFk)은,
Figure 112017112993322-pat00002
의 식으로부터 계산될 수 있다. 여기서, Fk -n+i는 k-n+i 번째 시동 조건에서의 에이징 팩터이고, WFi는 i번째 가중치이다.
상기 MHSG의 크랭킹 토크의 증가량은 상기 에이징 팩터의 이동 평균값과 상기 제2 기준값 사이의 차이값을 기초로 결정될 수 있다.
상기 엔진 시동 방법은, 상기 특정한 값이 상기 제2 설정값 미만이면, 고전압 배터리의 성능이 저하된 것을 알리는 경고등 또는 경고 메시지를 표시하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 마일드 하이브리드 차량의 엔진 시동 장치는, 엔진을 기동하거나 엔진의 출력에 의해 발전하는 MHSG(mild hybrid starter & generator); 엔진의 속도를 검출하는 엔진 속도 센서; 상기 엔진의 속도를 기초로 상기 MHSG의 작동을 제어하는 제어기;를 포함할 수 있고, 상기 제어기는 엔진의 시동 조건이 만족되면, 상기 MHSG를 구동시켜 엔진 크랭킹 동작을 수행하고, 엔진의 속도가 목표 RPM에 도달하면, 엔진의 에이징 팩터를 계산하며, 상기 에이징 팩터의 이동 평균값을 계산하고, 상기 에이징 팩터의 이동 평균값이 상기 제1 기준값과 제2 기준값 사이이면, MHSG의 크랭킹 토크를 증가시킬 수 있다.
상기 에이징 팩터는(F),
Figure 112017112993322-pat00003
의 식으로부터 계산될 수 있다. 여기서, ST는 목표 RPM이고, Δt는 엔진의 속도가 상기 목표 RPM까지 상승하는데 소요되는 시간이다
상기 에이징 팩터의 이동 평균값(MAFk)은,
Figure 112017112993322-pat00004
의 식으로부터 계산될 수 있다. 여기서, Fk -n+i는 k-n+i 번째 시동 조건에서의 에이징 팩터이고, WFi는 i번째 가중치이다.
상기 제어기는 상기 MHSG의 크랭킹 토크의 증가량을 상기 에이징 팩터의 이동 평균값과 상기 제2 기준값 사이의 차이값을 기초로 결정할 수 있다.
상기 제어기는 상기 특정한 값이 상기 제2 설정값 미만이면, 고전압 배터리의 성능이 저하된 것을 알리는 경고등 또는 경고 메시지를 표시할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 마일드 하이브리드 차량의 엔진의 시동 성능을 유지할 수 있다. 또한, 시동 성능이 과도하게 저하된 경우, 경고등 또는 경고 메시지를 통하여 운전자에게 정비 필요성을 알려줄 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 마일드 하이브리드 차량을 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 마일드 하이브리드 차량의 엔진 시동 장치를 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 마일드 하이브리드 차량의 엔진 시동 방법의 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 마일드 하이브리드 차량의 엔진 시동 방법을 설명하기 위한 그래프이다.
도 5는 종래의 마일드 하이브리드 차량의 엔진 시동 방법을 설명하기 위한 그래프이다.
이하에서는 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 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다.
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 마일드 하이브리드 차량을 도시한 블록도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 마일드 하이브리드 차량은 엔진(10), 변속기(20), MHSG(mild hybrid starter & generator)(30), 배터리(40), 차동기어장치(50), 및 휠(60)을 포함한다.
엔진(10)은 연료를 연소하여 토크를 생성하는 것으로, 가솔린 엔진, 디젤 엔진, LPI(liquefied petroleum injection) 엔진 등 다양한 엔진이 사용될 수 있다.
마일드 하이브리드 차량의 동력 전달은 상기 엔진(10)의 토크가 상기 변속기(20)의 입력축에 전달되고, 상기 변속기(20)의 출력축으로부터 출력된 토크가 차동기어장치(50)를 경유하여 차축에 전달된다. 상기 차축이 휠(60)을 회전시킴으로써 상기 엔진(10)의 토크에 의해 상기 마일드 하이브리드 차량이 주행하게 된다.
MHSG(30)는 전기적 에너지를 기계적 에너지로 변환하거나 기계적 에너지를 전기적 에너지로 변환한다. 즉, 상기 MHSG(30)는 상기 엔진(10)을 기동하거나 상기 엔진(10)의 출력에 의해 발전할 수 있다. 또한, 상기 MHSG(30)는 상기 엔진(10)의 토크를 보조할 수 있다. 상기 마일드 하이브리드 차량은 상기 엔진(10)의 연소 토크를 주동력으로 하면서 상기 MHSG(30)의 토크를 보조동력으로 이용할 수 있다. 상기 엔진(10)과 상기 MHSG(30)는 벨트(32)를 통해 연결될 수 있다.
배터리(40)는 상기 MHSG(30)에 전기를 공급하거나, 회생제동 모드에서 상기 MHSG(30)를 통해 회수되는 전기를 통해 충전될 수 있다. 상기 배터리는 48 V 배터리로서, 리튬-이온(lithium-ion) 배터리일 수 있다. 상기 마일드 하이브리드 차량은 상기 배터리(40)로부터 공급되는 전압을 저전압으로 변환하는 LDC(low voltage DC-DC converter)와 저전압을 사용하는 전장 부하에 저전압을 공급하는 저전압 배터리(12 V 배터리)를 더 포함할 수 있다.
도 2 는 본 발명의 실시예에 따른 마일드 하이브리드 차량의 엔진 시동 장치를 도시한 블록도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 마일드 하이브리드 차량의 시동 제어 장치는 이그니션 스위치(70), 엔진 속도 센서(80), 제어기(90), MHSG(30), 및 표시 장치(100)를 포함할 수 있다.
이그니션 스위치(70)는 복수개의 접점을 포함할 수 있다. 상기 복수개의 접점은 OFF 접점, ACC 접점, ON 접점, 및 START 접점을 포함할 수 있다. 상기 OFF 접점이 선택되면, 엔진(10)이 오프된다. 상기 ACC 접점이 선택되면, 마일드 하이브리드 차량의 전자 장치들의 사용이 가능하다. 상기 START 접점이 선택되면, 엔진(10)이 시동된다. 상기 이그니션 스위치(70)의 접점들은 시동 키 또는 시동 버튼에 의해 선택될 수 있다.
엔진 속도 센서(80)는 엔진(10)의 속도를 검출하여 이에 대한 신호를 제어기(90)에 전달한다. 상기 엔진 속도 센서(80)는 크랭크샤프트의 위상 변화로부터 엔진 속도를 검출할 수 있다.
제어기(90)는 상기 이그니션 스위치(70) 및 엔진 속도 센서(80)의 신호를 기초로 MHSG(30) 및 표시 장치(100)의 작동을 제어할 수 있다. 이러한 목적을 위하여, 제어기(90)는 설정된 프로그램에 의하여 동작하는 하나 이상의 프로세서로 구현될 수 있으며, 상기 설정된 프로그램은 후술하는 본 발명의 실시예에 따른 마일드 하이브리드 차량의 시동 제어 방법에 포함된 각 단계를 수행하기 위한 일련의 명령을 포함할 수 있다.
표시 장치(100)는 제어기(90)에서 처리되는 정보를 표시할 수 있다. 상기 표시 장치(100)는 클러스터(cluster) 장치 또는 AVN(audio-video-navigation) 장치의 구성요소일 수 있다. 제어기(90)는 표시 장치(100)를 통해 엔진(10)의 시동 성능이 저하된 것을 알리는 경고등 또는 경고 메시지를 표시함으로써 운전자가 수리를 하도록 유도할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 마일드 하이브리드 차량의 엔진 시동 방법의 흐름도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 마일드 하이브리드 차량의 엔진 시동 방법을 설명하기 위한 그래프이다.
도 3 및 도 4를 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 마일드 하이브리드 차량의 엔진 시동 방법은 엔진(10)의 시동 조건이 만족되는지 판단함으로써 시작된다(S100). 상기 엔진(10)의 시동 조건은 상기 이그니션 스위치(70)의 START 접점이 선택되는 경우 만족될 수 있다. 또한, 마일드 하이브리드 차량에 아이들 스톱 앤 고(Idle Stop and Go; ISG) 시스템이 적용된 경우, 엔진(10)이 재시동되는 경우 만족될 수 있다.
상기 S100 단계에서 상기 엔진(10)의 시동 조건이 만족되지 않으면, 본 발명에 실시예에 따른 마일드 하이브리드 차량의 엔진 시동 방법은 종료된다.
상기 S100 단계에서 상기 엔진(10)의 시동 조건이 만족되면, 제어기(90)는 MHSG(30)를 구동시켜 엔진 크랭킹 동작을 수행한다(S110). 구체적으로, 제어기(90)는 MHSG(30)가 설정된 크랭킹 토크를 발생시키도록 구동시켜 엔진(10)의 속도를 목표 RPM(ST)까지 증가시킬 수 있다. 이후, 제어기(90)는 연료의 연소를 이용하여 엔진 토크를 발생시킨다.
상기 엔진(10)의 속도가 상기 목표 RPM(ST)에 도달하면, 제어기(90)는 엔진(10)의 에이징 팩터(aging factor)를 계산한다(S120).
상기 에이징 팩터(F)는 다음의 식에 의하여 계산될 수 있다.
Figure 112017112993322-pat00005
여기서, ST는 상기 목표 RPM이고, Δt는 엔진(10)의 속도가 상기 목표 RPM까지 상승하는데 소요되는 시간이다.
상기 에이징 팩터가 작을수록 엔진(10)을 시동시키는데 소요되는 시간이 길어진다는 의미가 된다.
제어기(90)는 최근 n개의 에이징 팩터(Fk 내지 Fk-n +1) 및 n개의 가중치(WF1 내지 WFn)들을 기초로 현재 시동 조건(k 번째 시동 조건)에서의 에이징 팩터의 이동 평균값(MAFk)를 계산할 수 있다(S130). 상기 n은 10일 수 있다. 상기 에이징 팩터의 이동 평균값(MAFk)은 다음의 식에 의하여 계산될 수 있다.
Figure 112017112993322-pat00006
여기서, Fk -n+i는 k-n+i 번째 시동 조건에서의 에이징 팩터이고, WFi는 i번째 가중치이다.
상기 n개의 가중치들(WF1 내지 WFn)의 합은 1이며, i번째 가중치는 (i+1) 번째 가중치보다 작거나 같을 수 있다(즉, WFi ≤ WFi+1). (i+1) 번째 가중치를 i번째 가중치 이상으로 함으로써 최근의 에이징 팩터가 상기 에이징 팩터의 이동 평균값(MAFk)에 가장 큰 영향을 끼치게 된다.
제어기(90)는 상기 에이징 팩터의 이동 평균값이 제1 기준값과 제2 기준값 사이인지 판단한다(S140 내지 S150).
제어기(90)는 상기 에이징 팩터의 이동 평균값을 제1 기준값과 비교한다(S140). 상기 제1 기준값은 목표한 시동 성능을 만족시키는 값으로 당업자가 바람직하다고 판단되는 값으로 설정할 수 있다.
상기 S140 단계에서 상기 에이징 팩터의 이동 평균값이 상기 제1 기준값 이상이면, 본 발명의 실시예에 따른 마일드 하이브리드 차량의 시동 제어 방법은 종료된다. 이 경우, 제어기(90)는 다음 시동 조건이 만족되는 경우 현재 시동 조건에서의 크랭킹 토크와 동일한 크랭킹 토크를 MHSG(30)가 발생시키도록 제어할 수 있다.
상기 S140 단계에서 상기 에이징 팩터의 이동 평균값이 상기 제1 기준값 미만이면, 제어기(90)는 상기 에이징 팩터의 이동 평균값을 제2 기준값과 비교한다(S150). 상기 제2 기준값은 엔진(10)의 시동 성능이 과도하게 저하되었는지 여부를 판단하기 위한 값으로 당업자가 바람직하다고 판단되는 값으로 설정할 수 있다.
상기 S150 단계에서 상기 에이징 팩터의 이동 평균값이 상기 제2 기준값 미만이면, 제어기(90)는 엔진(10)의 시동 성능이 저하된 것을 알리는 경고등 또는 경고 메시지를 표시하도록 표시 장치(100)의 작동을 제어할 수 있다(S160).
상기 S150 단계에서 상기 에이징 팩터의 이동 평균값이 상기 제2 기준값 이상이면, 제어기(90)는 MHSG(30)의 크랭킹 토크를 증가시킨다(S170). 이때, MHSG(30)의 크랭킹 토크의 증가량은 상기 에이징 팩터의 이동 평균값과 상기 제2 기준값 사이의 차이값을 기초로 결정될 수 있다. 즉, 상기 제어기(90)는 상기 차이값이 클수록 상기 MHSG(30)의 크랭킹 토크의 증가량을 크게할 수 있다. MHSG(30)의 크랭킹 토크가 증가됨에 따라, 차기 시동시 엔진(10)의 속도가 목표 RPM에 도달하는데 소요되는 시간을 줄일 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 마일드 하이브리드 차량의 엔진(10)의 시동 성능을 유지할 수 있다. 또한, 엔진(10)의 시동 성능이 과도하게 저하된 경우, 경고등 또는 경고 메시지를 통하여 운전자에게 정비 필요성을 알려줄 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
10: 엔진 20: 변속기
30: MHSG 40: 배터리
50: 차동기어장치 60: 휠
70: 이그니션 스위치 80: 엔진 속도 센서
90: 제어기 100: 표시 장치

Claims (10)

  1. 엔진의 시동 조건이 만족되면, MHSG(mild hybrid starter & generator)를 구동시켜 엔진 크랭킹 동작을 수행하는 단계;
    엔진의 속도가 목표 RPM에 도달하면, 엔진의 에이징 팩터를 계산하는 단계;
    상기 에이징 팩터의 이동 평균값을 계산하는 단계;
    상기 에이징 팩터의 이동 평균값이 제1 기준값과 제2 기준값 사이인지 판단하는 단계; 및
    상기 에이징 팩터의 이동 평균값이 상기 제1 기준값과 제2 기준값 사이이면, MHSG의 크랭킹 토크를 증가시키는 단계;
    를 포함하며,
    상기 MHSG의 크랭킹 토크의 증가량은 상기 에이징 팩터의 이동 평균값과 상기 제2 기준값 사이의 차이값을 기초로 결정되는 것을 특징으로 하는 마일드 하이브리드 차량의 엔진 시동 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 에이징 팩터는(F),
    Figure 112017112993322-pat00007
    의 식으로부터 계산되는 마일드 하이브리드 차량의 엔진 시동 방법.
    여기서, ST는 목표 RPM이고, Δt는 엔진의 속도가 상기 목표 RPM까지 상승하는데 소요되는 시간이다
  3. 제1항에 있어서,
    상기 에이징 팩터의 이동 평균값(MAFk)은,
    Figure 112017112993322-pat00008
    의 식으로부터 계산되는 마일드 하이브리드 차량의 엔진 시동 방법.
    여기서, Fk -n+i는 k-n+i 번째 시동 조건에서의 에이징 팩터이고, WFi는 i번째 가중치이다.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 에이징 팩터의 이동 평균값이 상기 제2 기준값 미만이면, 고전압 배터리의 성능이 저하된 것을 알리는 경고등 또는 경고 메시지를 표시하는 단계;
    를 더 포함하는 마일드 하이브리드 차량의 엔진 시동 방법.
  6. 엔진을 기동하거나 엔진의 출력에 의해 발전하는 MHSG(mild hybrid starter & generator);
    엔진의 속도를 검출하는 엔진 속도 센서;
    상기 엔진의 속도를 기초로 상기 MHSG의 작동을 제어하는 제어기;
    를 포함하되,
    상기 제어기는 엔진의 시동 조건이 만족되면, 상기 MHSG를 구동시켜 엔진 크랭킹 동작을 수행하고,
    엔진의 속도가 목표 RPM에 도달하면, 엔진의 에이징 팩터를 계산하며,
    상기 에이징 팩터의 이동 평균값을 계산하고,
    상기 에이징 팩터의 이동 평균값이 상기 제1 기준값과 제2 기준값 사이이면, MHSG의 크랭킹 토크를 증가시키며,
    상기 제어기는 상기 MHSG의 크랭킹 토크의 증가량을 상기 에이징 팩터의 이동 평균값과 상기 제2 기준값 사이의 차이값을 기초로 결정하는 것을 특징으로 하는 마일드 하이브리드 차량의 엔진 시동 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 에이징 팩터는(F),
    Figure 112017112993322-pat00009
    의 식으로부터 계산되는 마일드 하이브리드 차량의 엔진 시동 장치.
    여기서, ST는 목표 RPM이고, Δt는 엔진의 속도가 상기 목표 RPM까지 상승하는데 소요되는 시간이다
  8. 제6항에 있어서,
    상기 에이징 팩터의 이동 평균값(MAFk)은,
    Figure 112017112993322-pat00010
    의 식으로부터 계산되는 마일드 하이브리드 차량의 엔진 시동 장치.
    여기서, Fk -n+i는 k-n+i 번째 시동 조건에서의 에이징 팩터이고, WFi는 i번째 가중치이다.
  9. 삭제
  10. 제6항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 에이징 팩터의 이동 평균값이 상기 제2 기준값 미만이면, 고전압 배터리의 성능이 저하된 것을 알리는 경고등 또는 경고 메시지를 표시하는 것을 특징으로 하는 마일드 하이브리드 차량의 엔진 시동 장치.
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