KR20030013703A

KR20030013703A - 전기 모터와 내연 기관에 의해 구동되는 하이브리드 전기자동차의 무단 변속기 제어 방법

Info

Publication number: KR20030013703A
Application number: KR1020010047847A
Authority: KR
Inventors: 남궁억; 변창수
Original assignee: 주식회사 파워로직스
Priority date: 2001-08-09
Filing date: 2001-08-09
Publication date: 2003-02-15

Abstract

본 발명은 전기 모터와 내연 기관에 의해 구동되는 하이브리드 전기 자동차의 무단 변속기의 변속비를 최적 상태로 하여 에너지 효율을 극대화시켜 주는 전기 모터와 내연 기관에 의해 구동되는 하이브리드 전기 자동차의 무단 변속기 제어 방법에 관한 것이다.

본 발명은 전기 모터와 내연 기관에 의해 구동되는 하이브리드 전기 자동차의 무단 변속기 제어 방법에 있어서, 출력측의 요구 파워를 확인하는 단계와; 상기 요구 파워가 모터 파워 이하이면 모터만 구동시키면서 모터의 효율이 최대인 토크 범위 내에서 변속시키는 제 1변속 과정과, 상기 요구 파워가 모터 파워를 초과하면 모터의 효율이 최대인 지점에서 전기 모터의 파워를 계산하고 모터 파워를 초과하는 요구 파워를 공급해 주는 엔진 파워를 계산하여 연비가 최대 상태인 토크 범위 내에서 변속시키는 제 2변속 과정 중에서 어느 한 변속 과정을 통하여 무단 변속기를 제어하는 것을 특징으로 하는 전기 모터와 내연 기관에 의해 구동되는 하이브리드 전기 자동차의 무단 변속기 제어 방법을 제공한다.

Description

전기 모터와 내연 기관에 의해 구동되는 하이브리드 전기 자동차의 무단 변속기 제어 방법{Control Method of Continuously Variable Transmission on Hybrid Electrical Vehicle}

본 발명은 전기 모터와 내연 기관에 의해 구동되는 하이브리드 전기 자동차의 무단 변속기 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 하이브리드 전기 자동차의 무단 변속기의 변속비를 최적 상태로 하여 에너지 효율을 극대화시켜 주는 전기 모터와 내연 기관에 의해 구동되는 하이브리드 전기 자동차의 무단 변속기 제어 방법에 관한 것이다.

일반적으로, HEV(Hybrid Electrical Vehicle)는 두개의 동력원(내연 기관, 배터리 구동 전기 모터)을 직렬, 또는 병렬로 사용하여 기존 내연기관 자동차보다낮은 에너지 손실로 2배 이상의 효율을 볼 수 있는 자동차이다. HEV는 일반 내연기관차와 비교할 때 다음과 같은 장점이 있다.

축열식 브레이크 장치 : 주행시 에너지 손실 최소화

저중량 엔진 :엔진의 크기가 최고부하보다는 평균부하에 맞춰짐

연료 효율 증가, 배기 감소 대체연료 사용으로 HEV작동 : 화석연료 의존 감소

그리고, 변속기는 토오크컨버터(자동), 클러치(수동), 추진축, 종감속기어, 차축 등으로 구성되어 있는 동력전달장치 계통의 핵심부품이며, 자동차의 구동 특성은 앞바퀴 구동 방식(FF)과 뒷바퀴 구동 방식(FR)으로 대별되며, 보통 FR방식에 장착되는 변속기를 트랜스미션(Transmission)이라고 하며 FF방식에 장착되는 변속기를 트랜스엑슬(Transaxle)이라고 한다. 그리고, 변속방식에 따라 변속 단수를 수동으로 조작하는 수동 변속기, 일정 범위의 변속비가 자동으로 조절되는 자동 변속기, 변속비가 무한대로 자동 조절되는 무단변속기로 분류한다.

무단 자동 변속기 즉, CVT(Continuously Variable Transmission)는 가변 풀리를 사용하여 연속적으로 기어비를 자동 변속함에 따라 최적의 동력 성능과 연비를 실현시킬 수 변속기이다. 이러한 무단 변속기는 기존의 자동 변속기와 달리 주어진 변속 패턴에 따라 최상 변속비와 최소 변속비 사이를 연속적으로 무한대의 단으로 변속시킴으로써 엔진의 동력을 최대한 이용하여 우수한 동력 성능과 연비 향상을 얻을 수 있도록 운전 가능한 변속기이다. 즉, 차의 변속비를 무단 변속제어 할 수 있는 장치로서 다음과 같은 장점이 있다.

- 운전이 쉬우며 변속 충격이 거의 없다.

- 차량 주행 조건에 알맞도록 변속되어 동력성능이 향상된다.

- 최저 연비소모를 따라 주행하도록 변속 패턴에 따라 운전하여 연비가 향상된다.

- 엔진 출력특성을 최대한 살리는 파워트레인 통합제어의 기초가 된다.

무단 변속기는 기본적으로 벨트 구동방식, 트랙션 구동방식, 유압 모터/ 펌프의 조합형으로 나눌 수 있다.

- 벨트 드라이브식

- 트랙션 드라이브식

- 유압 모터/ 펌프의 조합형

한편, 현재 시판되고 있는 자동차의 CVT는 기존의 화석 연료를 이용한 엔진에 장착되어 연비가 최적인 점에서 운전을 하도록 제어하고 있다.

그러나, HEV에서는 엔진뿐만 아니라 모터도 같이 작동되므로 엔진의 연비뿐만 아니라 모터의 효율도 고려해서 CVT를 제어해 주어야 하는데, 기존의 CVT는 HEV에 맞게 설계되어 있지 않기 때문에 출력 성능이 저하되는 문제점을 안고 있었다.

따라서, 본 발명은 이러한 종래 기술의 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 그 목적은 내연 기관과 전기 모터를 이용하는 하이브리드 전기 자동차의 무단 변속기의 동력 전달 성능을 최적화시켜 주는 HEV 차량의 CVT 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 전기 모터의 효율에 따른 요구 파워 선,

도 2는 엔진의 연비에 따른 요구 파워 선,

도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 전기 모터와 내연 기관에 의해 구동되는 하이브리드 전기 자동차의 무단 변속기 제어 방법을 설명하기 위한 순서도.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 전기 모터와 내연 기관에 의해 구동되는 하이브리드 전기 자동차의 무단 변속기 제어 방법에 있어서, 출력측의 요구 파워를 확인하는 단계와; 상기 요구 파워가 모터 파워 이하이면 모터만 구동시키면서 모터의 효율이 최대인 토크 범위 내에서 변속시키는 제 1변속 과정과, 상기 요구 파워가 모터 파워를 초과하면 모터의 효율이 최대인 지점에서 전기 모터의 파워를 계산하고 모터 파워를 초과하는 요구 파워를 공급해 주는 엔진 파워를 계산하여 연비가 최대 상태인 토크 범위 내에서 변속시키는 제 2변속 과정 중에서 어느 한 변속 과정을 통하여 무단 변속기를 제어하는 것을 특징으로 하는 전기 모터와 내연 기관에 의해 구동되는 하이브리드 전기 자동차의 무단 변속기 제어 방법을 제공한다.

상기한 바와 같이 본 발명에서는 하이브리드 전기 자동차의 무단 변속기의 변속비 제어를 모터와 엔진의 구동 여부와 출력 토크에 맞게 적절한 비율로 조절함으로써 에너지 효율을 극대화시켜 준다.

(실시예)

이하에 상기한 본 발명을 바람직한 실시예가 도시된 첨부 도면을 참고하여 더욱 상세하게 설명한다.

본 발명은 내연 기관(이하, '엔진'이라고 한다.)과 축전지에 의하여 구동되는 전기 모터를 구동력으로 이용하는 하이브리드 전기 자동차에 장착된 무단 변속기 즉, CVT의 제어 방법을 개선하여 엔진과 구동 모터의 출력 효율을 극대화시켜주기 위한 것이다.

이를 위하여 본 발명에서 적용하는 HEV에서는 차량의 요구 파워의 범위에 따라서 전기 모터와 엔진이 같이 구동되는 영역과 전기 모터만 구동되는 영역으로 구별하여 설명한다.

1. 전기 모터만 구동하는 경우

전기 모터만 구동되는 경우에는 차량의 요구 파워(P_require)가 전기 모터의 출력 파워 즉 모터 파워(P_motor)와 같다.

따라서, 도 1에 나타낸 바와 같이, 차량의 요구 파워(P_require) 선을 따라서 전기 모터의 효율을 구해서 전기 모터의 효율이 최대인 곳에서 운전을 하도록 회전수를 결정하면 된다.

다시 말하면, 도 3a에 나타낸 바와 같이, 차량이 운행하기 위하여 필요한 요구 파워(P_require)를 측정하여(S 11), 상기 도 1에서와 같은 요구 파워(P_require) 선에서 전기 모터의 효율이 최대인 회전수를 제어 회전수로 설정한다(S 12).

그리고, 무단 변속기의 출력 회전수를 제어 회전수로 나누어 무단 변속기의 변속비로 설정하여 변속시키면 된다(S 13).

2. 엔진과 전기 모터가 같이 구동되는 경우

전기 모터의 구동력만으로 요구 파워(P_require)를 충족시키기 못할 경우에는 전기 모터와 함께 엔진도 구동시켜 주어야 한다.

따라서, 전기 모터는 토크가 최대인 지점에서 구동되고, 나머지 파워는 엔진으로부터 공급받는다.

다시 말하면, 요구 파워(P_require)는 전기 모터의 최대 파워(P_{mot_max})와 엔진 파워(P_engine)의 합으로 이루어진다.

그리고, 전기 모터의 최대 파워(P_{mot_max})는 모터의 회전수에 따라서 달라지므로 아래와 같은 식을 통하여 구할 수 있다.

P_{mot_max}[kW] = N[rad/s] ×TQ[Nm] ×0.9997222 / 1000

그리고, 도 2에서 보는 바와 같이 P_engine선에서 엔진의 연비가 가장 좋은 지점을 운전 지점으로 설정하고, CVT의 기어비를 결정한다.

이와 같이 결정되는 CVT의 기어비는 CVT 출력 회전수를 제어 회전수로 나눈 값이다.

그리고, CVT 출력 회전수는 차량의 속도에서 구할 수 있다.

다시 말하면, 도 3b에 나타낸 바와 같이, 차량이 운행하기 위하여 필요한 요구 파워(P_require)를 측정하고(S 21), 전기 모터의 효율이 최대인 지점에서 전기 모터의 파워를 계산한다(S 22).

그리고, 요구 파워(P_require)에서 전기 모터의 파워를 제한 파워를 엔진에 의한 파워로 계산하여(S 23), 엔진의 연비가 최대인 회전수를 제어 회전수로 설정하고(S 24), 무단 변속기의 출력 회전수를 제어 회전수로 나누어 무단 변속기의 변속비로설정하여 변속시키면 된다(S 25).

상기와 같은 방법으로 HEV의 CVT를 제어하면, 차량의 운행 속도에 따라 요구되는 최적의 파워를 출력하기 위하여 전기 모터의 효율과 엔진의 연비가 가장 우수한 회전수에서 CVT의 변속이 이루어지는 것이다.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명은 하이브리드 전기 자동차의 무단 변속기의 변속비 제어를 모터와 엔진의 구동 여부와 출력 토크에 맞게 적절한 비율로 조절함으로써 에너지 효율을 극대화시켜 주는 효과를 제공한다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 예로 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

Claims

전기 모터와 내연 기관에 의해 구동되는 하이브리드 전기 자동차의 무단 변속기 제어 방법에 있어서,

출력측의 요구 파워를 확인하는 단계와;

상기 요구 파워가 모터 파워 이하이면 모터만 구동시키면서 모터의 효율이 최대인 토크 범위 내에서 변속시키는 제 1변속 과정과, 상기 요구 파워가 모터 파워를 초과하면 모터의 효율이 최대인 지점에서 전기 모터의 파워를 계산하고 모터 파워를 초과하는 요구 파워를 공급해 주는 엔진 파워를 계산하여 연비가 최대 상태인 토크 범위 내에서 변속시키는 제 2변속 과정 중에서 어느 한 변속 과정을 통하여 무단 변속기를 제어하는 것을 특징으로 하는 전기 모터와 내연 기관에 의해 구동되는 하이브리드 전기 자동차의 무단 변속기 제어 방법.