KR20030046695A

KR20030046695A - 하이브리드 전기자동차의 엔진 제어장치

Info

Publication number: KR20030046695A
Application number: KR1020010076920A
Authority: KR
Inventors: 임종석
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2001-12-06
Filing date: 2001-12-06
Publication date: 2003-06-18

Abstract

본 발명은 하이브리드 전기자동차에서 자가 발전을 위해 엔진의 기동시키고 ETC를 통해 공기 흡입량을 조절하여 엔진 출력을 제어하는 ECU의 각 부하별 전원 안정화 및 타 제어 시스템과의 적용에 편리성을 제공하도록 하는 것이다.

본 발명은 배터리의 공급전원을 각 부하에 필요한 안정된 전원으로 처리하여 공급하는 전원부와, 통신 버스를 통해 연결되는 각 제어 시스템과 각종 제어 데이터의 송수신을 수행하는 통신부와, 불완전 연소로 발생되는 노킹을 검출하는 노크 검출부와, 하이브리드 전기자동차에 구비되는 각종 아날로그 검출 센서의 신호를 인터페이스하는 제1인터페이스부와, 하이브리드 전기자동차에 구비되는 각종 디지털 검출센서의 신호를 인터페이스하는 제2인터페이스부와, 인터페이스되는 아날로그 신호 및 디지털 신호를 분석하여 하이브리드 전기자동차의 제반적인 상태를 판단한 다음 안정된 엔진 시동 유지를 위한 제반 동작을 제어하는 제어부와, 제어부에서 인가되는 제어신호에 따라 PWM 신호의 출력으로 각 기통의 점화시기를 결정하는 IGBT와, 제어부에서 인가되는 제어신호에 따라 각 기통에 산출된 연료량의 분사를 수행시키는 제1구동부와, 제어부에서 인가되는 제어신호에 따라 ISC 및 ETC의 구동을 수행시키는 제2구동부와, 제어부에서 인가되는 제어신호에 따라 피드백 제어 요소의 구동을 수행시키는 제3구동부 및, 엔진 시동 온 상태에서 학습되는 각종 정보 및 진단정보를 저장하는 메모리부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

하이브리드 전기자동차의 엔진 제어장치{HYBRID ELECTRIC VEHICLE OF ENGINE CONTROL SYSTEM}

본 발명은 하이브리드 전기자동차에 관한 것으로, 더 상세하게는 하이브리드 전기자동차에서 자가 발전을 위해 엔진의 기동시키고 ETC(Electronic Throttle Control)를 통해 공기 흡입량을 조절하여 엔진 출력을 제어하는 ECU(Engine Control Unit)의 전원 안정화 및 타 제어 시스템과의 적용에 편리성을 제공하도록 하는 하이브리드 전기자동차의 엔진 제어장치에 관한 것이다.

일반적으로 하이브리드 전기 자동차는 자가 발전을 위한 가솔린 엔진과 차량 주행을 위한 전기 모터 두종류의 동력원을 구성되며 각각의 주행상황에 대응하여 엔진의 연비가 가장 높게 운전되도록 제어되고 제동시와 감속시에 운동 에너지를 전기 에너지로 회수함으로써 기존 가솔린 엔진에 비해 연비 향상을 이룰 수 있으며 시내구간에서 엔진 시동을 오프한 상태로 주행할 수 있어 무공해 차량으로 사용되는 특징이 있다.

이러한 하이브리드 전기 자동차는 모터에서 요구되는 순간적으로 높은 출력 요구에 충분한 전력을 공급할 수 있는 배터리의 작동 영역내에서 배터리의 관리와 충전상태 예측, 전류 전압 감시 등을 수행하여 배터리를 최적의 조건으로 유지시키는 BMS(Battery Management System)와, 자가 발전을 위해 엔진의 기동시키고 ETC를 통해 공기 흡입량을 조절하여 엔진 출력을 제어하는 ECU와, 동력원에 대한 출력 정보를 전달하여 변속비를 제어하고 회생 제동량을 결정하는 TCU(Torque Control Unit)와, 모터 토크 명령의 전송, 발전 및 배터리가 최적의 충전 상태를 유지할 수 있도록 제어하는 MCU(Motor Control Unit) 및 상기의 각 제어유닛과 상호 유기적인 통신을 통해 전반적인 동작을 총체적으로 제어하는 HCU(Hybrid Control Unit)로 구성된다.

이와 같이 하이브리드 전기자동차에 적용되고 있는 종래의 ECU는 단지 엔진만을 위한 장치로 설계되어 있어 하이브리드 자동차의 각 제어유닛과의 제어 데이터 통신을 위한 장치와 데이터의 입출력장치들을 별도의 인터페이스수단을 통해 접속하여야 하고, 제어 시스템의 설계 변경시 ECU 및 주변 개별장치 역시 구조의 변경이 수반되어야 하며, 주변의 개별장치 접속으로 인하여 전원단의 용량이 불안정한 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로, 그 목적은 하이브리드 전기자동차에서 엔진을 제어 관리하는 ECU를 개별적으로 연결되는 통신유닛과 입출력장치를 포함하는 하나의 모듈로 구성하여 설계 변경시 구조 변경없이 적용할 수 있도록 하며, 각 제어유닛의 접속되더라도 안정된 전력이 유지되도록 하는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 하이브리드 전기자동차의 엔진 제어장치에 대한 개략적인 구성 블록도.

상기와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은 배터리의 공급전원을 각 부하에 필요한 안정된 전원으로 처리하여 공급하는 전원부와, 통신 버스를 통해 연결되는 각 제어 시스템과 각종 제어 데이터의 송수신을 수행하는 통신부와, 불완전 연소로 발생되는 노킹을 검출하는 노크 검출부와, 하이브리드 전기자동차에 구비되는 각종 아날로그 검출 센서의 신호를 인터페이스하는 제1인터페이스부와, 하이브리드 전기자동차에 구비되는 각종 디지털 검출센서의 신호를 인터페이스하는 제2인터페이스부와, 상기 인터페이스되는 아날로그 신호 및 디지털 신호를 분석하여 하이브리드 전기자동차의 제반적인 상태를 판단한 다음 안정된 엔진 시동 유지를 위한 제반 동작을 제어하는 제어부와, 상기 제어부에서 인가되는 제어신호에 따라 PWM 신호의 출력으로 각 기통의 점화시기를 결정하는 IGBT와, 상기 제어부에서 인가되는 제어신호에 따라 각 기통에 산출된 연료량의 분사를 수행시키는 제1구동부와, 상기 제어부에서 인가되는 제어신호에 따라 ISC 및 ETC의 구동을 수행시키는 제2구동부와, 상기 제어부에서 인가되는 제어신호에 따라 피드백 제어 요소의 구동을 수행시키는 제3구동부 및, 엔진 시동 온 상태에서 학습되는 각종 정보 및 진단정보를 저장하는 메모리부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

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

도 1에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명에 따른 하이브리드 전기자동차의 제어장치는 전원부(10)와 통신부(20), 노크 검출부(30), 제1인터페이스부(40), 제2인터페이스부(50), 제어부(60), IGBT(70), 제1구동부(80), 제2구동부(90), 제3구동부(100), 제1메모리부(110), 제2메모리부(120) 및 자기진단 통신부(130)로 이루어지는데, 전원부(10)는 배터리에서 공급되는 전원을 각각의 부하에 필요한 소정의 전압으로 처리하여 각 부하측에 동작 전원과 백원 전원으로 공급하며, 이그니션 키의 온 선택시 각 센서측에 동작 전원을 공급하여 주며, 레귤레이터가 듀얼로 구성되어 각각의 부하측에 안정된 전압을 공급하여 준다.

통신부(20)는 차량의 운행에 따라 하이브리드 전기자동차에 구성되는 각 제어 시스템과의 상호 정보 및 제어 데이터를 송수신 처리하는 것으로, 제너릭 스캔 툴 K-라인 통신방식과 CAN-하이 통신방식/CAN-로우 통신방식이 운용될 수 있도록 구성된다.

노크 검출부(30)는 자가 발전을 위한 엔진 시동 유지 상태에서 노크 센서로부터 검출되는 연소실의 노크 발생여부를 판단하여 그에 대한 정보를 제어부(60)에 제공한다.

제1인터페이스부(40)는 아날로그 신호 인터페이스로, 배기 매니폴더에 설치되어 있는 산소센서의 정보와 냉각수온의 정보, 흡입공기의 온도정보, 흡입 공기량 정보, 스로틀 개도의 위치정보, 가속페달의 위치정보, 연료량 정보, 연료 탱크의 압력 정보, 가속 정보 등 하이브리드 전기자동차에서 엔진 시동 유지를 위해 검출되는 제반적인 아날로그 신호를 제어부(60)측에 인터페이스하여 준다.

제2인터페이스부(50)는 디지털 신호 인터페이스로, 에어콘 스위치의 선택정보와 변속단 선택정보, 각종 엔코딩 정보, HCU의 이상여부의 정보, 크랭크 샤프트의 위치 정보, 캠 샤프트의 위치 정보, 차속 정보, 주행 적산거리 정보, 프로그램 인에이블에 대한 정보 등 하이브리드 전기자동차에서의 제반적인 디지털 신호를 검출하여 제어부(60)측에 인터페이스하여 준다.

제어부(60)는 하이브리드 전기자동차에서 엔진 제어에 대한 전반적인 동작을 제어하는 것으로, 아날로그 신호 및 디지털 신호로 검출되는 제반적인 상태 정보를 분석하여 엔진 동작이 안정되게 유지되도록 하는 제반적인 동작을 제어한다.

IGBT(70)는 제어부(60)에 검출되는 크랭크 샤프트의 위치 정보와 캠 샤프트의 위치 정보에 따라 결정된 각 기통별 점화 순서의 제어 신호에 따라 스위칭되어 기통별 점화를 수행하는 PWM 신호를 출력한다.

제1구동부(80)는 상기 제어부(60)에 스로틀 밸브의 개도율과 가속 페달의 정보, 산소 센서의 정보 및 각종 부하 정보 등에 따라 산출된 연료량의 분사 제어신호에 따라 각 기통에 해당 연료량이 분사되도록 하는 구동을 수행한다.

제2구동부(90)는 엔진의 상태 조건에 따라 제어부(60)에서 인가되는 제어신호에 의해 구동되어 ISC의 개폐와 ETC의 개폐를 수행하여 준다.

상기에서 제1,2구동부(80)(90)는 하나의 집적화 모듈로 구성된다.

제3구동부(100)는 제어부(60)에서 인가되는 제어신호에 따라 타코메터를 통한 차속 및 엔진 회전수의 지시를 위한 구동 신호, 스로틀 밸브 개도 조정을 위한PWM 신호, 연료 소모량에 대한 정보 지시 신호, 퍼지 콘트롤 밸브의 구동 신호, 쿨링 핀 구동 신호, 에어콘 팬 구동 신호, 콘트롤 릴레이 구동 신호, 자기진단 정보을 위한 신호, 캐니스터 콘트롤 밸브 구동 신호, 연료 펌프 릴레이 구동 신호, 에어콘 릴레이 구동신호, 제반 램프 구동 신호 및 이모밀라이져 램프 구동신호 등을 출력한다.

제1메모리부(110)는 플래쉬 메모리소자로 이루어지며, 하이브리드 전기자동차의 운행중에 검출되는 학습 정보를 지정되는 어드레스 번지에 저장한다.

제2메모리부(120)는 SRAM으로 이루어지며, 하이브리드 전기자동차의 엔진제어장치 운용에 대한 제반적인 알고리즘과 맵 테이블 데이터가 설정된다.

전술한 바와 같은 기능을 포함하는 본 발명의 동작은 다음과 같이 수행된다.

배터리에서 공급되는 전원이 전원부(10)에 의해 각 부하에 필요한 소정의 전압으로 처리되어 공급되는 상태에서 이그니션 키에 의해 엔진의 시동이 온을 유지하는 상태에서 통신부(20)는 하이브리드 전기자동차의 각 제어 시스템과 제너릭 스캔 툴 K-라인 통신방식 혹은 CAN-하이 통신방식/CAN-로우 통신방식으로 제어 데이터의 송수신을 진행한다.

또한, 노크 검출부(30)는 엔진 시동 온을 유지하는 상태에서 각 기통에서의 불완전 연소에 의한 노크 발생 여부를 검출하여 제어부(60)측에 인가함으로써 점화시기 및 연료량의 조정을 통해 노크 발생 제어가 수행될 수 있도록 한다.

또한, 제1인터페이스부(40)는 하이브리드 전기자동차에서 각 아날로그 신호 검출수단의 정보를 제어부(60)측에 인터페이스하고, 제2인터페이스부(50)는 하이브리드 전기자동차의 각 디지털 신호 검출수단의 정보를 제어부(60)측에 인터페이스하여 차량의 상태 정보의 분석과 그에 대한 제어가 수행되도록 한다.

상기에서 제어부(60)는 제1,제2인터페이스부(40)(50)의 정보 분석에 따라 엔진의 안정된 구동을 유지하여 주기 위하여 IGBT(70)를 통한 PWM 신호의 출력으로 각 기통의 점화시기를 결정하여 주고, 제1구동부(80)를 통해 각 기통에 산출된 연료량을 분사하여 주며, 제2구동부(90)를 통해 ISC 및 ETC의 구동을 제어하여 준다.

또한, 제3구동부(100)를 통해 타코메타를 통한 운행정보의 디스플레이와 연료 소모량의 정보, 퍼지 콘트롤, 쿨링팬 및 에어콘 팬의 구동 제어, 캐니스퍼 퍼지 제어를 통한 증발가스의 제어 및 각종 램프와 이모빌라이져의 동작을 제어하여 주며, 운행중에 검출되는 각종 학습 데이터 및 자기진단 데이터를 제1메모리부(110)에 저장하여 준다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 하이브리드 전기자동차에서 자가 발전을 위해 설치되는 엔진의 동작을 제어하는 ECU이 개별적인 별도의 장치 없이 타 제어 시스템과 접속될 수 있도록 하나의 통합 제어 시스템으로 구성함으로써 설계 및 구조의 변경에 쉽게 대응할 수 있으며, 듀얼 레귤레이터를 통한 전원 안정화로 타 제어시스템과의 연결에 부하의 변동없이 안정된 전압 공급이 유지된다.

또한, 제너릭 스캔 툴 K 라인 통신방식과 CAN 통신방식이 구성되어 있어 설계 변경에 의한 통신방식의 변경에도 대응할 수 있게 된다.

Claims

배터리의 공급전원을 각 부하에 필요한 안정된 전원으로 처리하여 공급하는 전원부와;

통신 버스를 통해 연결되는 각 제어 시스템과 각종 제어 데이터의 송수신을 수행하는 통신부와;

불완전 연소로 발생되는 노킹을 검출하는 노크 검출부와;

하이브리드 전기자동차에 구비되는 각종 아날로그 검출 센서의 신호를 인터페이스하는 제1인터페이스부와;

하이브리드 전기자동차에 구비되는 각종 디지털 검출센서의 신호를 인터페이스하는 제2인터페이스부와;

상기 인터페이스되는 아날로그 신호 및 디지털 신호를 분석하여 하이브리드 전기자동차의 제반적인 상태를 판단한 다음 안정된 엔진 시동 유지를 위한 제반 동작을 제어하는 제어부와;

상기 제어부에서 인가되는 제어신호에 따라 PWM 신호의 출력으로 각 기통의 점화시기를 결정하는 IGBT와;

상기 제어부에서 인가되는 제어신호에 따라 각 기통에 산출된 연료량의 분사를 수행시키는 제1구동부와;

상기 제어부에서 인가되는 제어신호에 따라 ISC 및 ETC의 구동을 수행시키는 제2구동부와;

상기 제어부에서 인가되는 제어신호에 따라 피드백 제어 요소의 구동을 수행시키는 제3구동부 및;

엔진 시동 온 상태에서 학습되는 각종 정보 및 진단정보를 저장하는 메모리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기자동차의 엔진 제어장치.
제1항에 있어서,

상기 통신부는 제어 데이터의 송수신이 제너릭 스캔 툴 K-라인 통신방식과 CAN-하이/CAN-로우 통신방식으로 수행될 수 있도록 듀얼로 구성되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기자동차의 엔진 제어장치.
제1항에 있어서,

상기 전원부는 듀얼로 구성하여 전원단의 변동이 발생하더라도 각 부하에는 안정된 전력을 공급할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기자동차의 엔진 제어장치.