KR20030033459A

KR20030033459A - 하이브리드 전기 자동차의 동력 제어장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR20030033459A
Application number: KR1020010065249A
Authority: KR
Inventors: 최용각
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2001-10-23
Filing date: 2001-10-23
Publication date: 2003-05-01
Also published as: KR100435684B1

Abstract

저공해, 저연비의 성능을 구현하기 위한 발전모터와의 동력전달이 효율적으로 연계되도록 하여 축 간의 정렬이나 동적 특성의 불균형을 최소화하여 운전성능을 향상시킬 수 있도록 하는 하이브리드 전기 자동차의 동력 제어장치 및 그 방법을 제공할 목적으로,

동력 제어장치는 엔진의 구동축과 발전모터의 회전축의 연결을 단속하는 클러치를 작동 및 해제시키는 클러치 작동수단과; 상기 엔진의 일측에서 엔진의 회전수를 검출하는 엔진 속도센서와; 상기 발전모터의 일측에서 발전모터의 회전수를 검출하는 발전모터 속도센서와; 배터리의 충전량을 검출하는 SOC센서와; 상기 각 센서로부터 검출신호를 수신하여 설정된 알고리즘을 통해 분석한 다음 동력 변경이 요구되는 경우, 상기 클러치 작동수단을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하며,

이러한 동력 제어장치의 제어를 위한 하이브리드 전기자동차의 동력 제어방법은 제어부의 신호에 의해 발전모터를 구동시킨 상태에서 상기 발전모터의 회전수를 수신하는 제1과정과; 상기 제1과정을 통해 수신된 발전모터의 회전수를 자체 설정맵에 설정된 설정 회전수와 상호 비교하여 상기 발전모터의 회전수가 설정 회전수 이상인가를 판단하는 제2과정과; 상기 제2과정에서 상기 발전모터의 회전수가 설정 회전수 이상이면, 클러치 액츄에이터를 작동시켜 클러치를 통하여 엔진의 구동축과 발전모터의 회전축을 상호 연결함으로서 엔진을 구동시키는 제3과정과; 상기 제3과정에 이어, ECU로부터 수신되는 엔진의 회전수와 상기 발전모터의 회전수를 상호 비교하여 그 회전수가 상호 동일한가를 판단하는 제4과정과; 상기 제4과정에서 상기 엔진의 회전수와 상기 발전모터의 회전수가 상호 동일하면, 상기 발전모터는 상변화에 의한 발전을 수행하며, 차량은 하이브리드 모드 주행을 통하여 운행되는 제5과정을 포함한다.

Description

하이브리드 전기 자동차의 동력 제어장치 및 그 방법{POWER CONTROL DEVICE OF A HYBRID ELECTRIC VEHICLE AND METHOD THEREOF}

본 발명은 하이브리드 자동차에 관한 것으로, 보다 상세하게는 저공해, 저연비의 성능을 구현하기 위한 보조동력장치와의 동력전달이 효율적으로 연계되도록 하여 축 간의 정렬이나 동적 특성의 불균형을 최소화하여 운전성능을 향상시킬 수 있도록 하는 하이브리드 전기 자동차의 동력 제어장치 및 그 방법에 관한 것이다.

하이브리드 자동차는 동력원을 복수개 사용하는 것으로, 이는 보편적으로 가솔린이나 경유, 천연가스 등을 사용하는 내연기관과 전기를 사용하는 모터를 접목하여 구동 동력원으로 사용하고 있다.

상기의 하이브리드 자동차는 도심지역에서의 저속 운행이나 최초 출발시 에너지의 효율과 주변 환경을 고려하여 모터의 구동으로 자동차를 운행하고, 도심 외곽의 지역이나 고속 주행시 에너지 효율성을 감안하여 내연기관의 구동을 통해 운행을 진행한다.

종래의 하이브리드 자동차는 도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 엔진(1)이나 발전모터(2)를 이용한 동력으로 클러치(3)와 변속기(4)를 통해 각각의 휠(5)을 소정의 속도로 회전시키는 운행상태에서 운행속도에 의한 에너지 사용의 효율이나 운행되는 지역의 환경을 고려하여 동력원을 변경하고자 하는 경우 운전자는 수동의 조작을 통한 클러치(3)의 조작으로 동력원을 변경하였다.

상기한 바와 같은 하이브리드 전기자동차는 발전모터의 지속적인 발전을 위해 엔진과 발전모터가 항상 연결되어 발전하게 됨으로 체결되는 요소 부품들의 편차나 조립 공차, 또는 조립 불량 등의 문제로 인하여 보조동력장치의 기능을 상실하게 되는 경우가 종종 발생하며, 엔진과 발전모터의 상이한 동적 특성에 의해 불완전한 동력의 전달 및 생성이 발생할 수도 있다.

특히, 초기 시동 시, 회전수가 증가하여 3,000RPM 정도의 고속 RPM으로 구동하게 되는데, 이러한 상태로 엔진을 구동시키면, 회전축에 과도한 토크가 발생할 가능성이 있고 이로 인해 발전모터 축의 파손이나 내부의 댐퍼 플레이트의 파손과 같은 문제점을 야기시킬 수 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 제반적인 문제점을 감안하여 창출된 것으로, 본발명의 목적은 저공해, 저연비의 성능을 구현하기 위한 발전모터와의 동력전달이 효율적으로 연계되도록 하여 축 간의 정렬이나 동적 특성의 불균형을 최소화하여 운전성능을 향상시킬 수 있도록 하는 하이브리드 전기 자동차의 동력 제어장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 하이브리드 전기 자동차의 동력 제어장치의 구성도이다.

도 2는 도 1에서 동력 제어장치의 제어를 실행하기 위한 일실시예의 흐름도이다.

도 3은 종래 하이브리드 자동차의 동력 전달계의 개략적인 구성도이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하이브리드 전기자동차의 동력 제어장치는 내연기관의 엔진과 발전모터를 구비하는 하이브리드 전기 자동차에서,

상기 엔진의 구동축과 발전모터의 회전축의 연결을 단속하는 클러치를 작동 및 해제시키는 클러치 작동수단과; 상기 엔진의 일측에서 엔진의 회전수를 검출하는 엔진 속도센서와; 상기 발전모터의 일측에서 발전모터의 회전수를 검출하는 발전모터 속도센서와; 배터리의 충전량을 검출하는 SOC센서와; 상기 각 센서로부터 검출신호를 수신하여 설정된 알고리즘을 통해 분석한 다음 동력 변경이 요구되는 경우, 상기 클러치 작동수단을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하며,

상기 클러치 작동수단은 상기 제어부의 신호에 따라 유압을 발생시키는 클러치 액츄에이터와; 상기 클러치의 다이어프램 스프링을 작동시키는 포크와 클러치 하우징 외측에서 연결되어 상기 클러치 액츄에이터로부터 공급되는 유압에 의해 이를 작동시키는 작동 실린더로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기한 하이브리드 전기자동차의 동력 제어장치의 제어를 위한 하이브리드 전기자동차의 동력 제어방법은 제어부의 신호에 의해 발전모터를 구동시킨 상태에서 상기 발전모터의 회전수를 수신하는 제1과정과; 상기 제1과정을 통해 수신된 발전모터의 회전수를 자체 설정맵에 설정된 설정 회전수와 상호 비교하여 상기 발전모터의 회전수가 설정 회전수 이상인가를 판단하는 제2과정과; 상기 제2과정에서 상기 발전모터의 회전수가 설정 회전수 이상이면, 클러치 액츄에이터를 작동시켜 클러치를 통하여 엔진의 구동축과 발전모터의 회전축을 상호 연결함으로서 엔진을 구동시키는 제3과정과; 상기 제3과정에 이어, ECU로부터 수신되는 엔진의 회전수와 상기 발전모터의 회전수를 상호 비교하여 그 회전수가 상호 동일한가를 판단하는 제4과정과; 상기 제4과정에서 상기 엔진의 회전수와 상기 발전모터의 회전수가 상호 동일하면, 상기 발전모터는 상변화에 의한 발전을 수행하며, 차량은 하이브리드 모드 주행을 통하여 운행되는 제5과정을 포함한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 하이브리드 전기자동차의 동력 제어장치는, 내연기관의 엔진(1)과 발전모터(3)를 구비하는 하이브리드 전기 자동차에 적용되어 상기 엔진(1)의 구동축과 발전모터(3)의 회전축의 연결을 단속하는 클러치(5)를 작동 및 해제시키는 클러치 작동수단(7)과, 엔진 속도센서(9)와, 발전모터 속도센서(11)와, SOC(STATE OF CHARGE)센서(13) 및 제어부(15,GCU)로 구성되는데, 상기 제어부(15,GCU)는 상기 각 센서(9,11,13)로부터 검출신호를 수신하여 설정된 알고리즘을 통해 분석한 다음 동력 변경이 요구되는 경우, 상기 클러치 작동수단(7)을 제어하게 된다.

즉, 상기 클러치 작동수단(7)은 상기 제어부(15,GCU)의 신호에 따라 유압을 발생시키는 클러치 액츄에이터(17)와, 상기 클러치(5)의 내부에 구성되는 다이어프램 스프링을 작동시키는 포크(19)와 클러치 하우징(21) 외측에서 연결되어 상기 클러치 액츄에이터(17)로부터 공급되는 유압에 의해 이를 작동시키는 작동실린더(23)로 구성된다.

그리고 상기 엔진 속도센서(9)는 상기 엔진(1)의 일측에서 엔진의 회전수를 검출하여 그 신호를 출력한다.

상기 발전모토 속도센서(11)는 상기 발전모터(3)의 일측에서 발전모터(3)의 회전수를 검출하여 그 신호를 출력한다.

상기 SOC(STATE OF CHARGE)센서(13)는 배터리(미도시)의 충전량을 검출하여 그 신호를 출력한다.

상기한 바와 같은 기능을 구비하여 이루어지는 본 발명에서 하이브리드 전기자동차의 동력 제어를 위한 동작을 도 2와 함께 설명하면 다음과 같다.

먼저, 하이브리드 전기자동차의 초기 구동시, 제어부(15,GCU)의 신호에 의해 발전모터(3)를 구동시킨 상태(S11)에서 상기 제어부(15,GCU)는 상기 발전모터(3)의 회전수를 수신(S12)하는 과정(S10)을 이룬다.

이러한 과정(S10)을 통해 수신된 발전모터(3)의 회전수는 제어부(15,GCU)의 자체 설정맵에 설정된 설정 회전수와 상호 비교하여 상기 발전모터(3)의 회전수가 설정 회전수 이상인가를 판단하게 된다.(S20)

상기 과정(S20)에서 상기 발전모터(3)의 회전수가 설정 회전수 이상이면, 클러치 액츄에이터(17)를 작동(S31)시켜 작동실린더(23)에 유압을 공급하여 클러치 (5)의 포크(19)를 작동시킴으로서 엔진(1)의 구동축과 발전모터(3)의 회전축을 상호 연결하여 엔진(1)을 구동(S32)시키게는 과정(S30)을 이루게 된다.

이러한 과정(S30)에 이어, 상기 제어부(15,GCU)는 ECU(30)로부터 수신되는 엔진(1)의 회전수와 상기 발전모터(3)의 회전수를 상호 비교하여 그 회전수가 상호 동일한가를 판단한다.(S40)

상기 과정(S40)에서 상기 엔진(1)의 회전수와 상기 발전모터(3)의 회전수가 상호 동일하면, 상기 발전모터(3)는 상변화에 의한 발전을 수행하며(S51), 차량은 하이브리드 모드 주행(S52)을 통하여 운행하는 과정(S50)으로 이루어진다.

상기 과정(S20)에서, 상기 발전모터(3)의 회전수가 설정 회전수 미만인 경우, 상기 제어부(15,GCU)는 배터리(미도시)의 충전량이 30퍼센트 미만인가를 판단하고(S61), 여기서 상기 배터리의 충전량이 30퍼센트 미만인 경우에는, 별도의 스타트 모터(미도시)를 이용하여 엔진(1)을 수동으로 구동한 후(S62), 다시 상기 엔진(1)의 구동축과 발전모터(3)의 회전축을 상호 연결하는 과정(S30)으로 리턴되는 과정(S60)을 이룬다.

또한, 과정(S60)에서 배터리의 충전량이 30퍼센트 이상인 경우에는, 발전모터(3) 결함신호를 출력하고, 동시에 차량은 전기자동차 모드로 운행하는 과정(S70)을 이루게 된다.

그리고 과정(S40)에서, 상기 엔진(1)의 회전수와 상기 발전모터(3)의 회전수가 상호 동일하지 않으면, 제어부(15,GCU)는 그 횟수를 카운팅하여(S81) 설정횟수를 초과하는지 판단하여(S82), 초과하는 경우에, 별도의 스타트 모터(미도시)를 이용하여 엔진(1)을 수동으로 구동(S62)하는 과정(S80)으로 진행하게 된다.

또, 상기 과정(S80)에서 엔진(1)의 회전수와 상기 발전모터(3)의 회전수가 상호 동일하지 않은 횟수가 설정횟수를 초과하지 않은 경우, 제어부(15,GCU)는 배터리의 충전량이 30퍼센트 미만인가를 판단하여(S91), 배터리 충전량이 30퍼센트 미만인 경우에는 시스템을 정지시키고, 외부 충전 요망 신호를 출력하며(S92), 상기 배터리 충전량이 30퍼센트 이상인 경우에는 엔진(1)의 결함신호를 출력함과 동시에, 차량은 전기자동차 모드로 운행(S93)하는 과정(S90)을 이루게 된다.

상기한 바와 같은 본 발명의 하이브리드 전기자동차의 동력 제어장치 및 그 방법에 의하면, 엔진이 안정상태로 구동된 후, 발전모터의 회전축과 연결하여 작동하므로 안정적인 발전 에너지를 얻을 수 있고, 엔진 구동 중에 외부로부터 변위가 유입되거나 초기 시동 시, 등의 불완전 운전의 경우에도 클러치의 작동을 통하여 엔진과 발전모터의 체결을 단락시켜 두 단품의 안전을 확보하고, 추후 안정 된 후 운전하게 되므로 운전 효율을 확보 할 수 있다.

또한, 엔진과 발전모터가 항상 연결되어 발전되는 것이 아니어서 요소 부품들의 편차나 조립 공차, 또는 조립 불량 등의 문제를 근본적으로 배제할 수 있는 등의 효과가 있는 것이다.

Claims

내연기관의 엔진과 발전모터를 구비하는 하이브리드 전기 자동차에 있어서,

상기 엔진의 구동축과 발전모터의 회전축의 연결을 단속하는 클러치를 작동 및 해제시키는 클러치 작동수단과;

상기 엔진의 일측에서 엔진의 회전수를 검출하는 엔진 속도센서와;

상기 발전모터의 일측에서 발전모터의 회전수를 검출하는 발전모터 속도센서와;

배터리의 충전량을 검출하는 SOC센서와;

상기 각 센서로부터 검출신호를 수신하여 설정된 알고리즘을 통해 분석한 다음 동력 변경이 요구되는 경우, 상기 클러치 작동수단을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기자동차의 동력 제어장치.
청구항 1에 있어서, 클러치 작동수단은

상기 제어부의 신호에 따라 유압을 발생시키는 클러치 액츄에이터와;

상기 클러치의 다이어프램 스프링을 작동시키는 포크와 클러치 하우징 외측에서 연결되어 상기 클러치 액츄에이터로부터 공급되는 유압에 의해 이를 작동시키는 작동 실린더로 이루어지는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기자동차의 동력 제어장치.
제어부의 신호에 의해 발전모터를 구동시킨 상태에서 상기 발전모터의 회전수를 수신하는 제1과정과;

상기 제1과정을 통해 수신된 발전모터의 회전수를 자체 설정맵에 설정된 설정 회전수와 상호 비교하여 상기 발전모터의 회전수가 설정 회전수 이상인가를 판단하는 제2과정과;

상기 제2과정에서 상기 발전모터의 회전수가 설정 회전수 이상이면, 클러치 액츄에이터를 작동시켜 클러치를 통하여 엔진의 구동축과 발전모터의 회전축을 상호 연결함으로서 엔진을 구동시키는 제3과정과;

상기 제3과정에 이어, ECU로부터 수신되는 엔진의 회전수와 상기 발전모터의 회전수를 상호 비교하여 그 회전수가 상호 동일한가를 판단하는 제4과정과;

상기 제4과정에서 상기 엔진의 회전수와 상기 발전모터의 회전수가 상호 동일하면, 상기 발전모터는 상변화에 의한 발전을 수행하며, 차량은 하이브리드 모드 주행을 통하여 운행되는 제5과정과;

를 포함하는 하이브리드 전기자동차의 동력 제어방법.
청구항 3에 있어서, 상기 제2과정에서 상기 발전모터의 회전수가 설정 회전수 미만이면, 배터리의 충전량이 30퍼센트 미만인가를 판단하고, 여기서 상기 배터리의 충전량이 30퍼센트 미만인 경우에는, 별도의 스타트 모터를 이용하여 엔진을 수동으로 구동한 후, 다시 상기 엔진의 구동축과 발전모터의 회전축을 상호 연결하는 제3과정으로 리턴되는 제6과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드전기자동차의 동력 제어방법.
청구항 4에 있어서, 상기 제6과정에서 배터리의 충전량이 30퍼센트 이상인 경우에는, 발전모터 결함신호를 출력하고, 차량은 전기자동차 모드로 운행하는 제7과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기자동차의 동력 제어방법.
청구항 3에 있어서, 상기 제4과정에서 상기 엔진의 회전수와 상기 발전모터의 회전수가 상호 동일하지 않으면, 그 횟수를 카운팅하여 설정횟수를 초과하는 경우에, 별도의 스타트 모터를 이용하여 엔진을 수동으로 구동하는 제8과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기자동차의 동력 제어방법.
청구항 6에 있어서, 상기 제8과정에서 엔진의 회전수와 상기 발전모터의 회전수가 상호 동일하지 않은 횟수가 설정횟수를 초과하지 않은 경우, 배터리의 충전량이 30퍼센트 미만인가를 검출하여 배터리 충전량이 30퍼센트 미만인 경우에는 시스템을 정지시키고, 외부 충전 요망 신호를 출력하며, 상기 배터리 충전량이 30퍼센트 이상인 경우에는 엔진의 결함신호를 출력함과 동시에, 차량은 전기자동차 모드로 운행하는 제9과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기자동차의 동력 제어방법.