KR102665532B1 - 차량 시동 시 적정 토크제한 제어 방법 - Google Patents

차량 시동 시 적정 토크제한 제어 방법 Download PDF

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Abstract

적정한 토크 제한값을 찾아 조금 더 적은 토크/파워 소모량으로 시동을 제어할 수 있는 적정 토크제한 제어 방법이 개시된다. 상기 토크제한 제어 방법은, 판단 모듈이 시동 상황을 판단하여 상황 판단 정보를 생성하는 판단 정보 생성 단계, 토크 선택 모듈이 상기 시동 상황에 따라 미리 설정되는 제 1 토크 제한값 또는 상기 상황 판단 정보를 이용하여 특정 시험을 통해 생성되는 제 2 토크 제한값을 선택하는 제한값 선택 단계, 및 최적 토크 산출 모듈이 상기 제 2 토크 제한값의 선택에 따라 최적 토크를 산출하여 적용하는 최적 토크 산출 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

차량 시동 시 적정 토크제한 제어 방법{Method for controlling optimal torque limit upon vehicle start-up}
본 발명은 차량용 모터의 토크 제한 제어 방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 적정한 토크 제한값을 시험을 통해 취득함으로써 조금 더 적은 토크/파워 소모량으로 시동을 제어하는 방법에 대한 것이다.
하이브리드 시스템은 엔진과 모터의 파워 분담비에 따라 마일드(mild) 타입(또는 소프트 타입)과 하드(hard) 타입으로 구분될 수 있다. 마일드 타입은 알터네이터 대신에 엔진 출력을 보조하거나 엔진의 출력에 의해 발전하는 MHSG(Mild Hybrid Starter generator)를 구비하며, 하드 타입은 엔진을 시동하거나 엔진의 출력에 의해 발전하는 시동 발전기와 차량을 구동하는 구동 모터가 각각 구비된다.
마일드 하이브리드 시스템은 MHSG의 토크만으로 차량을 구동시키는 주행 모드는 없지만, MHSG를 이용하여 주행상태에 따라 엔진 토크를 보조할 수 있으며, 회생 제동을 통해 배터리(예를 들어, 48V 배터리)를 충전할 수 있다. 즉 엔진 토크에 MHSG 토크를 더해 운전자 요구 토크에 대응함으로써 빠른 응답성과 함께 회생제동으로 얻은 전력을 사용하기 때문에 연비도 향상될 수 있다.
마일드 하이브리드 시스템은 일반적으로, 운전 영역 및 운전자 요구 토크에 따라 맵핑된 최적 비율로 엔진과 MHSG가 담당하게 될 토크를 결정한다. 예를 들어, 설정 차속을 초과하는 고속 주행에서는 엔진 출력만으로 운전자 요구 토크에 대응하고, 설정 차속 내 저속 주행에서는 맵핑된 비율로 엔진 출력을 MHSG가 보조함으로써 운전자 요구 토크에 대응한다.
한편, 현재는 시동 시, 타겟 RPM과 토크제한에 따라 실제 모터 토크가 발생되어 모터가 가동되어 그에 따라 엔진이 구동되는 구조이다. 따라서, 실제 토크를 미세 제어하지는 못하여, 에너지 소비량이 커지는 상황이 발생하는 문제점이 있다. 즉, 현재 토크 제한값은 마진을 가지고 단순 수치로 설정하여 적용하고 있다.
한국특허공개 10-2021-0072873호
본 발명은 위 배경기술에 따른 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로서, 적정한 토크 제한값을 시험적으로 찾아 파워소모를 감소시킬 수 있도록 토크/파워 소모량으로 시동을 제어할 수 있는 적정 토크제한 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 위에서 제시된 과제를 달성하기 위해, 적정한 토크 제한값을 시험을 통해 취득함으로서 효율적인 토크/파워 소모량으로 시동을 제어할 수 있는 적정 토크제한 제어 방법이 제공된다.
상기 토크제한 제어 방법은,
판단 모듈이 시동 상황을 판단하여 상황 판단 정보를 생성하는 판단 정보 생성 단계; 및
토크 선택 모듈이 상기 시동 상황에 따라 미리 설정되는 제 1 토크 제한값 또는 상기 상황 판단 정보를 이용하여 특정 시험을 통해 생성되는 제 2 토크 제한값을 선택하는 제한값 선택 단계; 및
최적 토크 산출 모듈이 상기 제 2 토크 제한값의 선택에 따라 최적 토크를 산출하여 적용하는 최적 토크 산출 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 시동 상황은 차량의 엔진 오프 후 최초 스타트인 최초 시동 또는 상기 최초 시동이 아닌 일반 시동인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 최초 시동은 정차 상태에서 엔진 오프 후 시동인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 최적 토크 산출 단계는, 전류 제한값을 미리 설정되는 감소값으로 점차적으로 줄여가며 파워 소모량과 시동 토크량을 측정하는 단계; 상기 파워 소모량과 상기 시동 토크량의 관계를 이용하여 그래프를 작성하는 단계; 상기 그래프에서 상기 파워 소모량 대비 토크 감소량이 감소되는 시동 토크를 선택하는 단계; 상기 시동 토크를 적정토크 제한값으로 설정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 시동 토크의 선택은 상기 파워 소모량의 감소량 대비 상기 시동 토크의 감소량이 적은 부분의 선택인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 최적 토크 산출 단계에서, 상기 적정토크 제한값에 미리 설정되는 특정값을 더하여 상기 제 2 토크 제한값을 적정토크보다 일정 이상 높게 설정하는 특징으로 한다.
또한, 상기 제 1 토크 제한값은 미리 설정되는 안전 마진을 가지도록 설정한 값인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 차량이 엔진 오프 후 first key 시동인 경우는 차량이 안전한 상황이므로, 안전마진을 조금 덜 가져가고 에너지 이득을 보는 게 차량의 주행관점에서는 더 장점을 가져감(모터의 에너지소비가 적어지면, 차량 주행거리 길어짐에 따라 연비가 향상된다.)
또한, 본 발명의 다른 효과로서는 시동 한번에는 큰 에너지량은 아니지만 여러 번 시동 Off-On이 반복되다보면 에너지 관점에서 많은 이득을 볼 수 있다는 점을 들 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 토크제한 제어 장치의 구성 블럭도이다.
도 2는 도 1에 도시된 제어기의 세부 블럭도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 최초(first key) 시동 과정을 보여주는 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 적정 토크 제한값 선택 과정을 보여주는 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 시동토크, 파워 소모량, 및 전류 제한값에 따른 그래프이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다.
제 1, 제 2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 차량 시동 시 적정 토크제한 제어 방법을 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 토크제한 제어 장치(100)의 구성 블럭도이다. 도 1을 참조하면, 토크제한 제어 장치(100)는 엔진(130), 모터(120), 제어기(110) 등을 포함하여 구성될 수 있다.
제어기(110)는 시동 상태를 구분하여 적정 토크 제한값을 찾는 기능을 수행한다. 또한, 적정한 토크 제한값을 시험을 통해 취득함으로서 효율적인 토크/파워소모량으로 시동을 제어하는 기능을 수행한다.
모터(120)는 엔진(130)을 시동 시키기 위해 구동될 수 있다. 또한, 엔진(130)의 회전에 의해 발전 전력을 생산하는 기능을 수행한다. 모터(130)는 일반적으로 영구자석형과 전자석으로 이루어져 있다.
즉, 스테이터(미도시)는 영구 자석형이고, 로터(미도시)는 전자석으로 구성된다. 따라서, 모터(130)를 구동하기 위해서 먼저 로터의 전자석을 자화(Preflux) 시키기 위한 여자 전류를 흘려준다. 모터(120)는 시동 및 발전을 수행할 수 있는 MHSG(mild hybrid starter & generator)가 될 수 있다. 일반적으로, 하드 타입의 하이브리드 차량은 엔진을 시동하거나 상기 엔진의 출력에 의해 발전하는 시동 발전기와 차량을 구동하는 구동 모터가 각각 별도로 구비된다.
마일드 하이브리드 차량은 모터(130)의 토크만으로 차량을 구동시키는 주행 모드는 없지만, MHSG 형태의 모터(130)를 이용하여 주행 상태에 따라 엔진 토크를 보조할 수 있다. 또한, 회생제동을 통해 배터리(예를 들어, 48 V 배터리)를 충전할 수 있다. 이에 따라, 마일드 하이브리드 차량의 연비가 향상될 수 있다.
엔진(130)은 연료와 공기를 연소시켜 화학적 에너지를 기계적 에너지로 변환한다. 상기 엔진(130)은 연료와 공기가 유입되는 다수의 연소실(미도시), 상기 연소실(미도시) 내로 유입된 연료와 공기를 점화시키는 점화 장치(미도시), 및 연료를 분사하는 인젝터(미도시) 등을 포함할 수 있다.
상기 엔진(130)은 흡기 매니폴드(미도시)에 연결되어 상기 연소실(미도시) 내부로 공기를 유입받으며 연소 과정에서 발생한 배기 가스는 배기 매니폴드(미도시)에 모인 후 상기 엔진(미도시) 외부로 배출되게 된다. 상기 인젝터(미도시)는 상기 연소실(미도시) 내 또는 흡기 매니폴드(미도시)에 장착될 수 있다. 엔진(130)의 구조에 대해서는 널리 공지되어 있음으로 더 이상의 설명은 생략하기로 한다.
엔진(130)과 모터(120)는 엔진(130)의 크랭크 샤프트 축(미도시)과 연결 수단(미도시)을 통해 연결된다. 따라서, 회생제동시 엔진(130)의 회전을 통해 모터(120)가 역구동됨으로써 발전 전력을 생산한다. 연결 수단은 벨트, 스퍼 기어, 스프로킷 등이 될 수 있다.
일반적으로, 시동 시 모터(120)에 대한 제어는 RPM(revolutions per minute) 제어 및 토크 제어가 있다. 시동 시 타겟 RPM이 주어져서 실제 RPM이 타겟을 추종하는 방법으로 제어된다. 시동 순간, 모터(120)를 가동시키기 위한 시동 토크가 발생하는데 시동 토크에 대한 토크제한 제어도 같이 적용된다.
도 2는 도 1에 도시된 제어기(110)의 세부 블럭도이다. 도 2를 참조하면, 제어기(110)는, 시동 상황을 판단하여 상황 판단 정보를 생성하는 판단 모듈(210), 상황 판단 정보를 이용하여 시동 상황에 따라 적정 토크 제한값 또는 기존 토크 제한값을 적용하는 토크 선택 모듈(220), 적정 토크 제한값 적용에 따라 최적 토크를 산출하는 최적 토크 산출 모듈(230) 등을 포함하여 구성될 수 있다.
도면 기재된 "…모듈" 의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 소프트웨어 및/또는 하드웨어로 구현될 수 있다. 하드웨어 구현에 있어, 상술한 기능을 수행하기 위해 디자인된 ASIC(application specific integrated circuit), DSP(digital signal processing), PLD(programmable logic device), FPGA(field programmable gate array), 프로세서, 마이크로프로세서, 다른 전자 유닛 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다.
소프트웨어 구현에 있어, 소프트웨어 구성 컴포넌트(요소), 객체 지향 소프트웨어 구성 컴포넌트, 클래스 구성 컴포넌트 및 작업 구성 컴포넌트, 프로세스, 기능, 속성, 절차, 서브 루틴, 프로그램 코드의 세그먼트, 드라이버, 펌웨어, 마이크로 코드, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조, 테이블, 배열 및 변수를 포함할 수 있다. 소프트웨어, 데이터 등은 메모리에 저장될 수 있고, 프로세서에 의해 실행된다. 메모리나 프로세서는 당업자에게 잘 알려진 다양한 수단을 채용할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 최초(first key) 시동 과정을 보여주는 흐름도이다. 도 3을 참조하면, 모터(120)가 시동됨에 따라, 제어기(110)는 이 시동이 최초(first) 시동인지를 판단한다(단계 S310,S320). 부연하면, 제어기(110)는 최초 시동 요구 비트(bit) 정보가 있는지를 확인한다.
최초 시동이란 차량의 정차 상태에서 엔진 오프 상태 후 시동되는 것을 의미한다. 최초 시동이 외는 그 외 일반적인 상황에서의 시동을 의미한다.
단계 S320에서, 판단결과, 최초 시동이면, 적정 토크 제한값을 선택 적용한다(단계 S330). 적정 토크 제한값은 미리 설정되는 특정 시험을 통해 선정된 토크 제한값이다.
이와달리, 단계 S320에서, 판단결과, 최초 시동이 아니면, 미리 설정되는 기존 토크 제한값을 적용한다(단계 S340). 기존 토크 제한값은 MHSG 모드에서 스타트 모드 진입시 계산 가능하며, 모터의 회전 속도 제어를 위한 마진을 고려한 값이다. 따라서, 기존 토크 제한값은 이러한 마진을 가지고 단순 수치로 설정하여 적용되고 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 적정 토크 제한값 선택 과정을 보여주는 흐름도이다. 즉, 도 4는 도 3에 따라 최초 시동인 경우, 적정 토크 제한값을 선택하는 과정을 보여주는 도면이다. 도 4를 참조하면, 먼저 전류 제한값을 점점 줄여가며 파워 소모량과 시동 토크량을 측정한다(단계 S410). 이를 보여주는 예시를 다음 표와 같이 표시할 수 있다.
즉, 전류제한 시험을 통한 적정 시동 토크값을 추출한다. 상온기준으로 배터리의 전류 제한값을 변경하며 시동을 반복한다. 상온 시험에서 변별성을 갖는다.
전류 제한값을 사용하는 이유는 전류 제한이 적용되면 모터의 가용 가능한 토크에 제한이 걸리고, 전류 제한값에 따라 토크 제한값도 변경되어 시동 토크를 변경할 수 있는 시험을 진행할 수 있다.
도 4를 참조하면, 이후, 전류 제한값에 따른 파워 소모량과 시동 토크량의 그래프를 작성한다(단계 S420). 이를 보여주는 도면이 도 5에 도시된다.
이후, 파워 소모량의 감소량 대비 시동 토크의 감소량이 적어지는 시동 토크를 선택한다(단계 S430).
이후, 선택한 시동 토크를 적정 토크로 선택한다(단계 S440).
상기 적정 토크가 나오도록 토크 제한값을 적용한다(단계 S450). 적정 토크가 나오도록 한 토크 제한값을 제2 토크 제한값이라고 하고, 제 2 토크 제한값은 적정토크가 나오도록 한 토크 제한값에 대해, 토크 제한값에 못미쳐 작동이 중지되는 것을 방지하기 위해 선택된 토크 제한값보다 1정도 높게 설정한다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 시동토크, 파워 소모량, 및 전류 제한값에 따른 그래프이다. 도 5를 참조하면, 전류 제한값의 범위를 줄일수록 시동 토크, 파워 소모량 및 배터리의 전류 소모량이 감소된다. 따라서, 감소 비율은 다른 양상을 띤다.
모터의 파워 소모량(520)의 감소량 대비 시동 토크(510)의 감소량이 적으며, 시동 토크가 크게 줄지 않는 영역에서 적은 파워 소모량을 가질 수 있다. 이는 시동성에 문제없는 토크이다.
시동 토크(510)는 전류 제한값에 따라 감소되고, 파워 소모량(520)은 전류 제한값에 따라 감소된다. 따라서, 파워 소모량의 감소량 대비 시동 토크의 감소량이 적은 부분(530)이 선택된다.
또한, 여기에 개시된 실시형태들과 관련하여 설명된 방법 또는 알고리즘의 단계들은, 마이크로프로세서, 프로세서, CPU(Central Processing Unit) 등과 같은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 (명령) 코드, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다.
상기 매체에 기록되는 프로그램 (명령) 코드는 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프 등과 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD, 블루레이 등과 같은 광기록 매체(optical media) 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 (명령) 코드를 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 반도체 기억 소자가 포함될 수 있다.
여기서, 프로그램 (명령) 코드의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
100: 토크제한 제어 장치
110: 제어기
120: 모터
130: 엔진
210: 판단 모듈
220: 토크 선택 모듈
230: 최적 토크 산출 모듈

Claims (6)

  1. 판단 모듈이 시동 상황을 판단하여 상황 판단 정보를 생성하는 판단 정보 생성 단계;
    토크 선택 모듈이 안전 마진이 확보된 제 1 토크 제한값 또는 전류 제한 시험을 통해 미리 취득한 제 2 토크 제한값을 선택하는 토크 제한값 선택 단계; 및
    최적 토크 산출 모듈은 차량의 최초 시동인 경우, 상기 제 2 토크 제한값을 선택하는 최적 토크 산출 단계;를 포함하며,
    상기 최적 토크 산출 단계는,
    전류 제한값을 미리 설정되는 감소값으로 점차적으로 줄여가며 파워 소모량과 시동 토크량을 측정하는 단계;
    상기 파워 소모량과 상기 시동 토크량의 관계를 이용하여 그래프를 작성하는 단계;를 포함하며,
    상기 그래프에서 상기 파워 소모량 감소량 대비 토크 감소량이 적은 토크를 선택하는 단계; 및
    상기 선택된 토크를 적정토크로 정하는 단계;를 포함하는 차량 시동 시 적정 토크제한 제어 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 최초 시동은 정차 상태에서 엔진 오프 후 시동인 것을 특징으로 하는 차량 시동 시 적정 토크제한 제어 방법.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 적정토크가 나오도록하는 제2 토크제한값은 실제 적정토크가 산출되는 토크 제한값보다 1정도 높게 설정하는 것을 특징으로 하는 차량 시동 시 적정 토크제한 제어 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    최적 토크 산출 모듈은 차량의 최초 시동이 아닌 경우, 상기 제 1 토크 제한값을 적용하는 것을 특징으로 하는 차량 시동 시 적정 토크제한 제어 방법.
KR1020210174710A 2021-12-08 2021-12-08 차량 시동 시 적정 토크제한 제어 방법 KR102665532B1 (ko)

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