KR102440540B1

KR102440540B1 - 연비 개선을 위한 하이브리드 시동 발전기 제어 방법 및 환경 차량

Info

Publication number: KR102440540B1
Application number: KR1020160168664A
Authority: KR
Inventors: 윤길영; 김영운; 장용성
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2016-12-12
Filing date: 2016-12-12
Publication date: 2022-09-06
Also published as: US10457270B2; KR20180067189A; US20180162358A1

Abstract

본 발명의 환경차량에 적용된 하이브리드 시동 발전기 제어 방법은 컨트롤러(10)에 의해 엔진아이들(Eng idle)의 시작시점에서 약 1초 동안 엔진 RPM이 HSG(3)의 회생토크출력으로 전환되어 배터리(7)를 충전시켜주는 전기회생토크출력제어와 1초 이후 약 5초까지 엔진 RPM을 HSG(3)의 회생토크출력으로 전환하여 배터리(7)의 충전을 지속시켜주는 후기회생토크출력제어로 이루어진 HSG 회생모드, HSG(3)의 토크 제한 후 HSG(3)의 출력제한으로 이어지는 HSG 구동모드로 구분된 HSG 토크-출력제한제어가 수행됨으로써 HSG(3)의 회생토크출력제어에서 엔진 아이들 개시 후 마찰손실로 버려지던 엔진 에너지를 배터리(7)의 충전에 사용하여 추가 연비개선 효과가 얻어지는 특징을 갖는다.

Description

연비 개선을 위한 하이브리드 시동 발전기 제어 방법 및 환경 차량{Method of Hybrid Starter and Generator for Improving Fuel Efficiency and Echo Vehicle Thereof}

본 발명은 하이브리드 시동 발전기에 관한 것으로, 특히 마찰손실로 소모되는 엔진에너지를 감소시켜 연비 개선율이 더욱 커지는 하이브리드 시동 발전기 제어 방법 및 환경 차량에 관한 것이다.

일반적으로 PHEV(Plug-in Hybrid Electronic Vehicle)를 포함한 하이브리드 차량(Hybrid Electronic Vehicle, 이하 HEV)과 같은 환경차량에 대한 규제법규는 엔진과 함께 주행 동력을 발생시키는 구동 모터에 대한 모터 규제법규를 포함한다.

상기 모터 규제법규는 모터 최대출력을 규정하는 정미 축 출력 법규를 포함한다.

그러므로 HEV에 적용되어 구동모터와 별도로 엔진으로 회전되는 하이브리드 시동 발전기(Hybrid Starter & Generator, 이하 HSG)도 모터 규제법규의 영향으로 최대 출력이 제한되도록 제어된다. 여기서 상기 HSG는 엔진시동 및 주행 중 고전압 배터리 충전, 엔진이나 모터 부하량에 따른 발전량 조절등을 구현한다.

이하 MTPA는 단위 전류당 최대 토크를 의미하는 "Maximum Torque PerAmpere,"의 영문 약자로서, MTPA 곡선으로 표현되어 약계자 제어(field weakening 또는 flux weakening)에 적용된다. 상기 약계자제어는 전동기의 허용 단자전압 도달 후 속도 증가에 따른 역기전력 증가 현상과 전기자 전류 감소에 따른 토크 감소 현상에서 계자자속의 약화로 역기전력을 감소시켜 증가되는 전기자 전류로 토크를 증가시키는 방식이다.

구체적으로 HEV에서 구현되는 HSG 제어는 MTPA 영역을 정토크로 제한하고 반면 MTPA 영역 이후를 정출력으로 제한함으로써 HSG의 최대출력제한을 토크 및 파워 제한으로 구현하는 방식이다. 이때 최대출력제한은 정미 축 출력 법규의 영향으로 HSG 사양대비 최대 2% 이내에서 이루어진다.

상기와 같이 HSG의 토크와 출력을 동시에 제한하는 방식은 토크-출력제한방식으로 칭하고, 구동모터를 제어하는 모터제어기(Motor Control Unit)가 차량제어기(Hybrid Control Unit)와 연계되어 수행된다. 상기 토크-출력제한방식의 실제적인 로직은 HSG 구동모드와 HSG 회생모드로 구분된다.

일례로, 토크-출력제한방식중 HSG 구동모드는 엔진 시동 후 약 2,100rpm까지 토크제한을 하고, 그 이후는 출력제한으로 전환되는 방식이다. 반면 토크-출력제한방식중 HSG 회생모드는 엔진시동 후 영 토크 제어 상태를 유지하다 엔진 아이들(Engine Idle)에 이어진 엔진정지(Engine Off)에 따른 RPM 감소 상태에서 엔진 에너지가 HSG의 회생토크로 인가되는 방식이며, 약 5초 동안 수행하여 준다.

그러므로 상기 토크-출력제한방식은 HSG에 의한 엔진정지에 도달되기 전 감소되는 엔진 에너지를 연비개선에 이용할 수 있다.

일본 특개2014-101048(2014.06.05)

하지만 상기 토크-출력제한방식은 HSG 회생모드 구현 시 엔진 특성이 최대한 반영되지 못하는 방식이다.

일례로, 엔진 RPM은 엔진 아이들 시점의 고 RPM에서 엔진 정지시점에 도달되는 저 RPM에 이은 엔진정지 시점의 0 RPM으로 진행되나 토크-출력제한방식은 엔진시동 후 영 토크 제어 상태에서 저 RPM 이후 HSG의 회생토크 출력을 제어한다. 그 결과 HSG는 초기 회생 토크 출력을 제한한 상태에서 서서히 증가시켜준 후 일정하게 유지되다 감소되고, 배터리 충전은 제한된 초기 회생 토크 출력을 제외한 엔진 에너지로 이루어진다.

그러므로 동작과 정지를 반복하는 엔진특성에서 엔진에너지의 마찰손실 축소는 추가적인 연비개선을 가능하게 하지만 현 토크-출력제한방식은 초기 회생 토크 출력이 제한됨으로써 추가적인 연비개선을 불가능하게 한다.

이에 상기와 같은 점을 감안한 본 발명은 엔진 구동 후 엔진 아이들에 이은 엔진 정지까지 이루어지는 HSG 회생토크출력이 엔진 아이들 개시시점 엔진 RPM을 적용한 회생토크출력과 엔진아이들 후 엔진정지까지 엔진RPM을 적용한 후기회생토크출력으로 구분됨으로써 엔진 아이들 개시 후 마찰손실로 버려지던 엔진 에너지 사용으로 추가적인 연비개선이 이루어지고, 특히 HSG의 회생토크출력을 위한 엔진 에너지 흡수가 최대전류보다 작은 최대토크 미만에서 이루어짐으로써 내구나 성능 저하도 이어지지 않는 하이브리드 시동 발전기 제어 방법 및 환경 차량의 제공에 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하이브리드 시동 발전기 제어 방법은 엔진 가동 후 컨트롤러에 의한 HSG의 영 토크 제어 상태에서 엔진 RPM이 엔진 아이들로 검출되어 HSG 구동모드와 HSG 회생모드로 구분되는 단계, 상기 HSG 회생모드 진입에서 상기 엔진 아이들의 검출시점에서 초기화된 타이머가 카운트되는 단계, 상기 HSG의 최대토크보다 작은 HSG 매핑전기최대토크를 회생토크출력으로 하여 상기 HSG가 회전되는 단계, 상기 HSG의 회전에 의한 상기 회생토크출력제어가 상기 초기설정시간동안 유지되어 상기 배터리를 충전시켜주는 단계, 상기 초기설정시간 경과 후 상기 HSG의 최대토크보다 작은 HSG 매핑후기최대토크를 후기회생토크출력으로 하여 상기 HSG가 회전되는 단계, 상기 HSG의 회전에 의한 상기 후기회생토크출력제어가 상기 후기설정시간동안 유지되어 상기 배터리를 충전시켜주는 단계, 상기 HSG 구동모드진입에서 토크제한이 이루어지는 엔진 RPM 이후 출력제한이 이루어지는 단계로 수행되는 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예로서, 상기 회생토크출력은, 상기 HSG 매핑전기최대토크가 상기 HSG의 발전량 부하를 제어하는 HCU의 HCU 요구토크와 비교 판단되는 단계, 상기 HSG 매핑전기최대토크가 상기 HCU 요구토크보다 큰 경우 구동모터를 제어하는 MCU의 MCU 요구토크를 상기 HCU 요구토크로 하여 상기 회생토크출력이 결정되는 단계, 상기 HSG 매핑전기최대토크가 상기 HCU 요구토크보다 작은 경우 구동모터를 제어하는 MCU의 MCU 요구토크를 상기 HSG 매핑전기최대토크로 하여 상기 회생토크출력이 결정되는 단계로 구분된다. 상기 HSG 매핑후기최대토크는 상기 HSG의 현재속도에서 HSG 토크-속도선도로 산출되어 후기회생토크 맵에 매핑되어진다.

바람직한 실시예로서, 상기 후기회생토크출력은, 상기 HSG 매핑후기최대토크가 상기 HSG의 발전량 부하를 제어하는 HCU의 HCU 요구토크와 비교 판단되는 단계, 상기 HSG 매핑후기최대토크가 상기 HCU 요구토크보다 큰 경우 구동모터를 제어하는 MCU의 MCU 요구토크를 상기 HCU 요구토크로 하여 상기 후기회생토크출력이 결정되는 단계, 상기 HSG 매핑후기최대토크가 상기 HCU 요구토크보다 작은 경우 구동모터를 제어하는 MCU의 MCU 요구토크를 상기 HSG 매핑전기최대토크로 하여 상기 후기회생토크출력이 결정되는 단계로 구분된다.

그리고 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 환경차량은 엔진아이들의 시작시점에서 초기설정시간동안 엔진 RPM이 HSG의 회생토크출력으로 전환되어 배터리를 충전시켜주는 회생토크출력제어 및 상기 초기설정시간 후 이어지는 후기설정시간동안 엔진 RPM을 상기 HSG의 상기 회생토크출력으로 전환하여 상기 배터리의 충전을 지속시켜주는 후기회생토크출력제어로 연속되는 HSG 회생모드, 토크 제한 후 출력제한으로 이어지는 HSG 구동모드로 구분된 HSG 토크-출력제한제어가 수행되는 컨트롤러; 엔진과 연결되고, 상기 컨트롤러로 제어되어 토크-출력제한이 이루어지는 HSG;가 포함된 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예로서, 상기 컨트롤러는 HSG 토크-속도 선도로 상기 HSG의 사양최대토크보다 작은 최대토크가 HSG 매핑전기최대토크로 매핑된 전기회생토크 맵과 HSG 매핑후기최대토크(T_map5)로 매핑된 후기회생토크 맵을 구비하고, 상기 전기회생토크 맵은 엔진 아이들 후 엔진 꺼짐 시 상기 HSG 매핑전기최대토크로 배터리를 1초 동안 충전시켜 주고, 상기 후기회생토크 맵은 상기 HSG 매핑후기최대토크로 상기 배터리를 1초 이후 5초까지 충전시켜준다.

바람직한 실시예로서, 상기 컨트롤러는 상기 엔진과 클러치로 연결 및 분리되는 구동모터를 제어하는 MCU이고, 상기 MCU는 상기 HSG의 발전량 부하를 제어하는 HCU와 연계된다.

이러한 본 발명의 환경 차량은 HSG의 토크-출력제한방식을 토크제한 후 출력제한이 이루어지는 HSG 구동모드와 함께 전기와 후기의 두 단계로 구분된 회생토크출력으로 구분된 HSG 회생모드로 구현함으로써 다음과 같은 장점 및 효과를 구현한다.

첫째, 전기를 담당하는 회생토크출력이 상대적으로 고 RPM을 갖는 아이들 초기 상태에서 이루어짐으로써 마찰손실로 버려지던 엔진에너지가 배터리 충전에 사용되고, 배터리 충전만큼 추가적인 연비개선이 이루어진다. 둘째, 제한된 초기 회생 토크 출력에 해당되는 아이들 초기의 고 RPM을 이용함으로써 회생토크출력 범위를 약 2,000RPM에서 약 4,000RPM으로 확장할 수 있다. 셋째, 약 4,000RPM에서 발생되는 HSG 토크가 최대전류보다 작은 최대토크 미만이므로 HSG 사양 초과로 인한 전기적 성능 및 내구 저하를 가져오지 않는다. 넷째, 전기를 담당하는 회생토크출력이 엔진 구동 후 엔진 정지로 이어지는 엔진 아이들 시 상대적으로 고 RPM을 갖는 아이들 초기 상태에서 약1초 이내로 짧게 적용됨으로써 지속 사용이 가능하다. 다섯째, 약 5초의 회생토크출력 중 약 1초의 전기를 담당하는 회생토크출력 후 4초의 후기회생토크출력이 지속됨으로써 더욱 효율적인 연비 개선과 함께 HSG 내구성 확보도 가능하다. 여섯째, 전후기로 구분된 HSG 제어맵이 기반되어 HSG 회생토크출력이 이루어 짐으로써 기존 환경차량에서 H/W(hardware) 추가에 따른 원가상승 없는 추가적인 연비 개선과 함께 성능 향상이 가능하다.

도 1은 본 발명에 따른 연비 개선을 위한 하이브리드 시동 발전기 제어 방법 의 순서도이고, 도 2는 본 발명에 따른 하이브리드 시동 발전기 제어로 추가적인 연비 개선이 이루어지는 환경 차량의 예이며, 도 3은 본 발명에 따른 환경차량이 하이브리드 시동 발전기 제어의 전기와 후기의 두 단계로 구분된 HSG 회생모드 중 전기를 담당하는 회생토크출력으로 제어되는 상태이고, 도 4는 본 발명에 따른 환경차량이 하이브리드 시동 발전기 제어의 전기와 후기의 두 단계로 구분된 HSG 회생모드 중 후기를 담당하는 회생토크출력으로 제어되는 상태이며, 도 5는 본 발명에 따른 전후기로 구분된 회생토크출력이 가져오는 HSG 회생모드 구현 효과의 예이고, 도 6은 본 발명에 따른 환경차량이 하이브리드 시동 발전기 제어의 HSG 구동모드 선도의 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, HSG 제어 방법은 HSG 구동모드와 HSG 회생모드로 구분된 HSG의 토크-출력제한방식을 적용하되 상기 HSG 회생모드는 전기와 후기의 두 단계로 구분되고, 전기를 담당하는 회생토크출력 후 후기를 담당하는 회생토크출력이 이루어지는 방식으로 약 5초 동안 수행됨에 그 특징이 있다. 여기서 전기를 담당하는 회생토크출력은 회생토크출력으로 후기를 담당하는 회생토크출력을 후기 회생토크출력으로 정의된다. 그 결과 HSG의 토크-출력제한방식은 HSG에 대해 최대전류보다 작은 최대토크 미만으로 사양범위를 충족하면서 약 4,000rpm으로 상승된 출력 포텐셜로 엔진 에너지의 마찰손실을 줄일 수 있어 그 만큼 추가적인 연비개선이 이루어질 수 있다.

도 2를 참조하면, 환경차량(1)은 엔진(2), HSG(Hybrid Starter & Generator)(3), 구동모터(5), 클러치(6), 배터리(7), 통합인버터(8), 동력전달장치(9), MCU(Motor Control Unit)(10), HCU(Hybrid Control Unit)(20) 및 HSG 회생토크 맵을 포함한다.

구체적으로 상기 엔진(2)과 구동모터(5)는 환경차량(1)의 동력원이다. 상기 엔진(2)은 내연기관이며, 엔진(2)의 동력은 클러치(6)를 매개로 구동모터(5)로 전달된다. 상기 HSG(3)는 엔진(2)의 시동 및 주행 중 배터리(7)의 충전 및 엔진(2)이나 구동모터(5)의 부하량에 따른 발전량 조절등을 구현한다. 상기 구동모터(5)는 배터리(7)로 구동되는 전기모터이고, 동력전달장치(9)로 동력을 전달한다. 상기 클러치(6)는 엔진(2)과 구동모터(5)를 연결 및 분리한다. 상기 배터리(7)는 고전압 배터리로서 통합인버터(8)와 연계되어 구동모터(5)로 전류를 공급하고 HSG(3)로 SOC(State Of Charge)의 충전이 이루어진다. 상기 동력전달장치(9)는 구동모터(5)의 출력을 차륜으로 전달한다.

구체적으로 상기 MCU(10)와 상기 HCU(20)는 환경차량(1)을 제어하는 제어기로서, 상기 MCU(10)는 HSG(3)와 구동모터(5)를 제어하며, 상기 HCU(20)는 MCU(10)와 연계괴어 HSG(3)와 배터리(7)를 제어 및 관리하는 상위제어기로서, VCU(Vehicle Control Unit)일 수 있다.

구체적으로 상기 HSG 회생토크 맵은 MCU(10)의 구동토크 맵과 전기 회생토크 맵(10-1) 및 후기 회생토크 맵(10-2)으로 구분된다. 상기 구동토크 맵은 HSG 구동모드에 적용되고, 상기 전기회생토크 맵(10-1)은 약 5초의 회생토크 시간 중 회생토크시작부터 1초 미만 동안에 적용되며, 상기 후기회생토크 맵(10-2)은 약 5초의 회생토크 시간 중 1초 이상부터 회생토크종료 시간인 5초 동안에 적용된다.

이하 도 1의 HSG 제어 방법을 통한 연비 개선을 HSG 토크-출력제한제어로 하여 도 3 내지 도 6을 참조로 상세히 설명한다. 이 경우 제어주체는 HCU(20)와 연계되고 HSG 회생토크 맵을 갖춘 MCU(10)로서 컨트롤러로 설명된다. 제어 대상은 엔진(2) 및 배터리(7)와 연계된 HSG(3)이다.

컨트롤러는 엔진(2)이 HSG(30)로 시동되는 IG-On 상태(S10)를 검출하면, 타이머 초기화(S20)를 수행함으로써 HSG 토크-출력제한제어로 진입한다. 여기서 상기 타이머 초기화는 전기회생토크 맵(10-1)의 적용을 위한 시간 카운트로 0(영)으로 세팅되어 1초를 초과하지 않는 시간동안 카운트되며 이를 수행하는 타이머는 Timer1로 명명되고, 클락 소자적용이나 소프트웨어적으로 처리될 수 있다. 그 결과 컨트롤러는 HSG 토크-출력제한제어로 진입된다.

이어 HSG 토크-출력제한제어로 진입한 컨트롤러는 HSG 구동상태 판단(S30)으로 S100의 HSG 구동모드와 S40의 HSG 회생모드를 구분한다. 이를 위해 상기 컨트롤러는 IG-On에 따른 엔진(2)의 시동 후 HSG(3)의 영 토크 제어 상태에서 엔진 아이들(Engine Idle)을 HSG 회생모드 진입으로 한다. 또는 상기 컨트롤러는 IG-Off 검출 또는 MCU(10)나 HCU(20)의 요구토크를 적용할 수 있다. 일례로, IG-Off는 엔진정지이고, 요구토크는 MCU(10)의 요구토크를 T_mcu로 하고 HCU(20)의 요구토크를 T_hcu로 하여 이들 각각이 HSG 구동모드에서 요구하는 값보다 작은 경우를 조건으로 할 수 있다.

S40의 HSG 회생모드는 컨트롤러에 의해 S60 내지 S64의 전기회생토크출력제어와 S70 내지 S74의 후기회생토크출력제어로 구분되어 수행된다. 이 경우 상기 전기회생토크출력제어는 전기를 담당하는 회생토크출력을 위한 회생토크출력제어이고, 상기 후기회생토크출력제어는 후기를 담당하는 회생토크출력을 위한 후기회생토크출력제어이다, 그러므로 회생토크출력은 회생토크출력제어 후 후기회생토크출력제어가 이어져 수행된다.

상기 회생토크출력제어는 S60의 전기 회생토크 출력 활성화 단계, S61의 요구토크 판단 단계, S62와 S63의 MCU 출력토크 단계, S64의 타이머 카운트 개시 단계로 구분된다.

도 3을 참조하면, 컨트롤러로 작용하는 MCU(10)는 전기 회생토크 맵(10-1)을 map1(즉, 1초맵)로 하여 활성화(Wake-up)시키고, map1에 설정된 HSG 매핑토크 중 엔진(2)의 현재속도(즉, 엔진 RPM)에서의 HSG(3)의 HSG 매핑토크를 매칭한 후 매칭 값을 T_map1로 설정하여 S60의 전기회생출력토크 활성화 단계를 수행한다. 이 경우 상기 T_map1은 HSG 매핑전기최대토크로 정의되고, HSG(30)의 현재속도에서의 1초맵 최대 토크로서 HSG(3)의 토크(Nm)-속도(rpm)의 선도에서 획득되며, HSG(3)의 사양에서 제공하는 HSG 최대토크보다 작은 값으로 정의된다.

이어, 상기 MCU(10)는 HCU(20)에서 엔진RPM 변화에 따른 HCU 요구토크를 제공 받고, 상기 HCU 요구토크를 T_hcu1로 하여 T_map1과 매칭된 엔진(2)의 현재속도에서의 HCU 요구토크로 정의한 후 T_map1과 비교 판단 하여 S61 단계를 수행한다. 이 경우 T_hcu1과 T_map1의 비교판단은 하기 관계식을 이용한다.

map1 최대토크 : T_hcu1 < T_map1, 여기서 "<"은 두 값의 크기를 나타낸 부등호로서, "T_hcu1 < T_map1"은 현재속도에서의 1초맵 최대 토크가 현재속도에서의 HCU 요구토크 이상임을 의미한다.

그 결과 상기 MCU(10)는 T_map1이 T_hcu1 이상인 경우 T_map1을 T_hcu1로 하고, 상기 T_hcu1를 MCU(10)의 출력토크인 T_mcu1로 하여 출력(S62)하고, 상기 T_mcu1에 의한 HSG(3)의 제어가 설정시간동안 유지되도록 S64의 타이머 카운트 단계를 수행한다. 반면 상기 MCU(10)는 T_hcu1가 T_map1 이상인 경우 T_map1을 MCU(10)의 출력토크인 T_mcu1로 하여 출력(S63)하고, 상기 T_mcu1에 의한 HSG(3)의 제어가 설정시간동안 유지되도록 S64의 타이머 카운트 단계를 수행한다. 이 경우 S64의 타이머 카운트는 "Timer1 = t1(초)로 설정되고, 상기 t1(초)은 전기회생출력토크 활성화를 위한 설정시간으로서 약 1초로 설정된다. 그러므로 상기 타이머 카운트는 1초 전까지 이루어진다. 또한 상기 t1(초)은 전기설정시간으로 정의된다.

특히 상기 회생출력토크제어는 HSG(3)의 최대토크인 T_map1보다 작은 T_hcu1나 T_mcu1을 이용함으로써 HSG의 회생토크출력을 위한 엔진 에너지 흡수가 최대전류보다 작은 최대토크 미만에서 이루어짐으로써 내구나 성능 저하를 발생시키지 않는다.

이어 컨트롤러는 타이머 카운트 완료 후 S70의 후기회생토크출력제어로 진입한다. 상기 후기회생토크출력제어는 S70의 후기 회생토크 출력 활성화 단계, S71의 요구토크 판단 단계, S72와 S73의 MCU 출력토크 단계, S74의 타이머 카운트 개시 단계로 구분된다.

도 4를 참조하면, 컨트롤러로 작용하는 MCU(10)는 후기 회생토크 맵(10-2)을 map5(즉, 5초맵)로 하여 활성화(Wake-up)시키고, map5에 설정된 HSG 매핑토크 중 엔진(2)의 현재속도(즉, 엔진 RPM)에서의 HSG(3)의 HSG 매핑토크를 매칭한 후 매칭 값을 T_map5로 설정하여 S60의 후기회생출력토크 활성화 단계를 수행한다. 이 경우 상기 T_map5는 HSG 매핑후기최대토크로 정의되고, HSG(30)의 현재속도에서의 5초맵 최대 토크로서 HSG(3)의 토크(Nm)-속도(rpm)의 선도에서 획득되며, HSG(3)의 사양에서 제공하는 HSG 최대토크보다 작은 값으로 정의된다.

후기설정 최대토크로 정의되고, HSG(3)의 현재속도에서의 5초맵 최대 토크로서 HSG(3)의 토크(Nm)-속도(rpm)의 선도에서 획득된다.

이어 상기 MCU(10)는 HCU(20)에서 엔진RPM 변화에 따른 HCU 요구토크를 제공 받고, 상기 HCU 요구토크를 T_hcu5로 하여 T_map5와 매칭된 엔진(2)의 현재속도에서의 HCU 요구토크로 정의한 후 T_map5와 비교 판단 하여 S71 단계를 수행한다. 이 경우 T_hcu5와 T_map5의 비교판단은 하기 관계식을 이용한다.

map5 최대토크 : T_hcu5 < T_map5, 여기서 "<"은 두 값의 크기를 나타낸 부등호로서, "T_hcu5 < T_map5"는 현재속도에서의 5초맵 최대 토크가 현재속도에서의 HCU 요구토크 이상임을 의미한다.

그 결과 상기 MCU(10)는 T_map5가 T_hcu5 이상인 경우 T_map5를 T_hcu5로 하고, 상기 T_hcu5를 MCU(10)의 출력토크인 T_mcu5로 하여 출력(S72)하고, 상기 T_mcu5에 의한 HSG(3)의 제어가 설정시간동안 유지되도록 S74의 타이머 카운트 단계를 수행한다. 반면 상기 MCU(10)는 T_hcu5가 T_map1 이상인 경우 T_map5를 MCU(10)의 출력토크인 T_mcu5로 하여 출력(S73)하고, 상기 T_mcu5에 의한 HSG(3)의 제어가 설정시간동안 유지되도록 S64의 타이머 카운트 단계를 수행한다. 이 경우 S74의 타이머 카운트는 "Timer1 = t5(초)로 설정되고, 상기 t1(초)은 후기회생출력토크 활성화를 위한 설정시간으로서 약 5초로 설정된다. 그러므로 상기 타이머 카운트는 1초부터 5초까지 약 4초 동안 이루어진다. 또한 상기 t5(초)는 후기설정시간으로 정의된다.

특히 상기 후기회생출력토크제어는 HSG(3)의 최대토크인 T_map5보다 작은 T_hcu5나 T_mcu5를 이용함으로써 HSG의 회생토크출력을 위한 엔진 에너지 흡수가 최대전류보다 작은 최대토크 미만에서 이루어짐으로써 내구나 성능 저하를 발생시키지 않는다.

도 5의 HSG 토크-속도선도를 참조하면, 전기를 담당하여 약 1초 동안 이루어지는 회생토크출력제어와 후기를 담당하여 1초 이후 약 4초 동안 이루어지는 후기회생토크출력제어로 얻어지는 추가 연비 개선 효과의 예를 알 수 있다.

도시된 바와 같이, HSG 토크-속도선도는 엔진(2)의 시동 후 HSG(3)를 영 토크 제어하다가 엔진(2)이 엔진아이들(Eng idle) 상태 후 엔진정지(eng off)하는 과정을 나타낸다. 이러한 엔진 상태에서 약 1초 동안 이루어지는 회생토크출력제어는 엔진아이들(Eng idle)시점의 HSG(3)의 고속(즉, 고 HSG RPM)에서부터 회생토크를 인가하고, 이어지는 후기회생토크출력제어는 엔진아이들(Eng idle)에 이어진 1초 시점의 HSG(3)의 저속(즉, 고 HSG RPM 대비 저 HSG RPM)부터 엔진정지(eng off)시점까지 회생토크를 인가함으로써 엔진아이들(Eng idle) 시점부터 엔진정지(eng off)까지 엔진 에너지를 이용함을 알 수 있다. 그 결과 HSG(3)의 회생토크출력은 엔진 아이들 개시 후 마찰손실로 버려지던 엔진 에너지 사용으로 추가적인 연비개선이 이루어짐을 알 있다. 이 경우 엔진 아이들 개시 시점의 고속은 실험을 통해 약 4,000RPM의 엔진회전수로 측정되었다.

그리고 컨트롤러에 의한 S100의 HSG 구동모드는 S110의 토크제한과 S120의 출력제한을 구분된다. 도 6의 HSG 토크-속도선도를 참조하면, 상기 토크제한은 엔진 시동 후 엔진 RPM이 약 2,100rpm에 도달될 때 까지 HSG(3)의 토크 제한이 이루어지고, 상기 출력제한은 엔진 RPM이 약 2,100rpm에 도달한 이 후 HSG(3)의 출력 제한이 이루어짐을 예시한다. 그러므로 상기 HSG 구동모드는 통상적인 기존 방식과 동일하게 구현된다.

한편 컨트롤러는 엔진 정지 시 도 1의 연비 개선을 위한 하이브리드 시동 발전기 제어 방법을 초기화하고, IG-On에 의한 엔진 가동 시 초기화 상태에서 다시 활성화된다.

전술된 바와 같이, 본 실시예에 따른 환경차량의 하이브리드 시동 발전기 제어 방법은 컨트롤러(10)에 의해 엔진아이들(Eng idle)의 시작시점에서 약 1초 동안 엔진 RPM이 HSG(3)의 회생토크출력으로 전환되어 배터리(7)를 충전시켜주는 회생토크출력제어와 1초 이후 약 5초까지 엔진 RPM을 HSG(3)의 회생토크출력으로 전환하여 배터리(7)의 충전을 지속시켜주는 후기회생토크출력제어로 이루어진 HSG 회생모드, HSG(3)의 토크 제한 후 HSG(3)의 출력제한으로 이어지는 HSG 구동모드로 구분된 HSG 토크-출력제한제어가 수행된다. 그 결과 HSG(3)의 회생토크출력제어가 엔진아이들 개시 후 마찰손실로 버려지던 엔진 에너지를 배터리(7)의 충전에 사용하여 추가 연비개선 효과가 얻어진다.

1 : 환경 차량 2 : 엔진
3 : HSG(Hybrid Starter & Generator)
5 : 구동모터 6 : 클러치
7 : 배터리 8 : 통합인버터
9 : 동력전달장치
10 : MCU(Motor Control Unit)
10-1 : 전기회생토크 맵 10-2 : 후기회생토크 맵
20 : HCU(Hybrid Control Unit)

Claims

컨트롤러에 의한 HSG(Hybrid Starter & Generator)의 토크-출력제한이 HSG 구동모드와 HSG 회생모드로 구분되고; 상기 HSG 회생모드는 엔진아이들(Eng idle)의 시작시점에서 초기설정시간동안 엔진 RPM이 상기 HSG의 회생토크출력으로 전환되어 배터리를 충전시켜주는 회생토크출력제어, 상기 초기설정시간 후 이어지는 후기설정시간동안 엔진 RPM을 상기 HSG의 상기 회생토크출력으로 전환하여 상기 배터리의 충전을 지속시켜주는 후기회생토크출력제어로 구분되는
것을 특징으로 하는 하이브리드 시동 발전기 제어 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 초기설정시간과 상기 후기설정시간은 5초 이하인 것을 특징으로 하는 하이브리드 시동 발전기 제어 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 HSG 회생모드는, 엔진 가동 후 상기 HSG의 영 토크 제어 상태에서 상기 엔진 RPM이 엔진 아이들(Engine Idle)로 검출되는 단계, 상기 엔진 아이들의 검출시점에서 초기화된 타이머가 카운트되는 단계, 상기 HSG의 최대토크보다 작은 HSG 매핑전기최대토크를 회생토크출력으로 하여 상기 HSG가 회전되는 단계, 상기 HSG의 회전에 의한 상기 회생토크출력제어가 상기 초기설정시간동안 유지되어 상기 배터리를 충전시켜주는 단계, 상기 초기설정시간 경과 후 상기 HSG의 최대토크보다 작은 HSG 매핑후기최대토크를 후기회생토크출력으로 하여 상기 HSG가 회전되는 단계, 상기 HSG의 회전에 의한 상기 후기회생토크출력제어가 상기 후기설정시간동안 유지되어 상기 배터리를 충전시켜주는 단계
로 수행되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 시동 발전기 제어 방법.
청구항 3에 있어서, 상기 HSG 매핑전기최대토크는 상기 HSG의 현재속도에서 HSG 토크-속도선도로 산출되어 전기회생토크 맵에 매핑되어진 것을 특징으로 하는 하이브리드 시동 발전기 제어 방법.
청구항 3에 있어서, 상기 초기설정시간은 1초 미만인 것을 특징으로 하는 하이브리드 시동 발전기 제어 방법.
청구항 3에 있어서, 상기 회생토크출력은, 상기 HSG 매핑전기최대토크가 상기 HSG의 발전량 부하를 제어하는 HCU(Hybrid Control Unit)의 HCU 요구토크와 비교 판단되는 단계, 상기 HSG 매핑전기최대토크가 상기 HCU 요구토크보다 큰 경우 구동모터를 제어하는 MCU(Motor Control Unit)의 MCU 요구토크를 상기 HCU 요구토크로 하여 상기 회생토크출력이 결정되는 단계, 상기 HSG 매핑전기최대토크가 상기 HCU 요구토크보다 작은 경우 구동모터를 제어하는 MCU의 MCU 요구토크를 상기 HSG 매핑전기최대토크로 하여 상기 회생토크출력이 결정되는 단계,
로 구분되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 시동 발전기 제어 방법.
청구항 3에 있어서, 상기 HSG 매핑후기최대토크는 상기 HSG의 현재속도에서 HSG 토크-속도선도로 산출되어 후기회생토크 맵에 매핑되어진 것을 특징으로 하는 하이브리드 시동 발전기 제어 방법.
청구항 3에 있어서, 상기 후기설정시간은 1초 이후 5초까지인 것을 특징으로 하는 하이브리드 시동 발전기 제어 방법.
청구항 3에 있어서, 상기 후기회생토크출력은, 상기 HSG 매핑후기최대토크가 상기 HSG의 발전량 부하를 제어하는 HCU(Hybrid Control Unit)의 HCU 요구토크와 비교 판단되는 단계, 상기 HSG 매핑후기최대토크가 상기 HCU 요구토크보다 큰 경우 구동모터를 제어하는 MCU(Motor Control Unit)의 MCU 요구토크를 상기 HCU 요구토크로 하여 상기 후기회생토크출력이 결정되는 단계, 상기 HSG 매핑후기최대토크가 상기 HCU 요구토크보다 작은 경우 구동모터를 제어하는 MCU(Motor Control Unit)의 MCU 요구토크를 상기 HSG 매핑전기최대토크로 하여 상기 후기회생토크출력이 결정되는 단계,
로 구분되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 시동 발전기 제어 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 HSG 구동모드는 상기 HSG에 대한 토크제한 후 출력제한이 이루어지는 것을 특징으로 하는 하이브리드 시동 발전기 제어 방법.
청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 의한 하이브리드 시동 발전기 제어 방법이 수행되는 컨트롤러;
엔진과 연결되고, 상기 컨트롤러로 제어되어 토크-출력제한이 이루어지는 HSG(Hybrid Starter & Generator);
가 포함된 것을 특징으로 하는 환경차량.
청구항 11에 있어서, 상기 컨트롤러는 상기 HSG의 사양최대토크보다 작은 최대토크가 HSG 매핑전기최대토크로 매핑된 전기회생토크 맵과 HSG 매핑후기최대토크로 매핑된 후기회생토크 맵을 구비하는 것을 특징으로 하는 환경차량.
청구항 12에 있어서, 상기 HSG 매핑전기최대토크와 상기 HSG 매핑후기최대토크의 각각은 상기 HSG의 토크-속도 선도로 매칭되는 것을 특징으로 하는 환경차량.
청구항 13에 있어서, 상기 HSG 매핑전기최대토크는 엔진 아이들 시점에서 배터리의 1초 동안 충전에 적용되고, 상기 HSG 매핑후기최대토크는 상기 배터리의 1초 이후 5초까지 충전에 적용되는 것을 특징으로 하는 환경차량.
청구항 11에 있어서, 상기 컨트롤러는 상기 엔진과 클러치로 연결 및 분리되는 구동모터를 제어하는 MCU(Motor Control Unit)이고, 상기 MCU는 상기 HSG의 발전량 부하를 제어하는 HCU(Hybrid Control Unit)와 연계되는 것을 특징으로 하는 환경차량.