KR20040005146A - 하이브리드 전기자동차의 아이들 스톱 모드 결정방법 - Google Patents

Abstract

하이브리드 전기자동차의 아이들 스톱 모드 결정방법이 개시된다. 개시된 하이브리드 전기자동차의 아이들 스톱 모드 결정방법은, (a) 하이브리드 전기자동차의 액셀 페달 센서를 체크하고, 액셀 페달이 작동됐는지 판단하는 단계와; (b) 상기 단계 (a)에서의 조건을 만족하지 못하는 경우, 브레이크 포지션 센서를 체크하고, 브레이크 페달이 작동됐는지 판단하는 단계와; (c) 상기 단계 (b)에서의 조건을 만족하는 경우, 상기 하이브리드 전기자동차의 속도를 체크하는 단계와; (d) 상기 하이브리드 전기자동차가 정지하고 있는지 판단하는 단계와; (e) 상기 단계 (b)에서의 조건을 만족하는 경우, 가속도계와 저역 통과 필터를 체크하고, 이를 이용하여 경사로의 경사도를 판별하는 단계와; (f) 출력전압을 경사도로 변환하는 단계와; (g) 상기 단계 (f)에서 구한 상기 경사도가 한계 경사도를 초과했는지 판단하는 단계와; (h) 상기 단계 (g)에서의 조건을 만족하는 경우, 아이들 스톱 모드를 선택하는 단계;를 포함하는 것을 그 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 경사로 발진시 차량의 밀림 현상을 해결할 수 있고, 고가의 경사계 대신에 하나의 가속도계 사용으로 구현되므로 경사도 판별이 쉽고, 경제적인 이점이 있다.

Description

하이브리드 전기자동차의 아이들 스톱 모드 결정방법{METHOD OF SELECTING IDLE STOP MODE FOR HYBRID ELECTRIC VEHICLE}

본 발명은 하이브리드 전기자동차의 아이들 스톱 모드 결정방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 하나의 가속도계를 이용한 하이브리드 전기자동차의 아이들 스톱 모드 결정방법에 관한 것이다.

발진 기구로서 클러치를 채택한 차량(AMT; Automated Manual Transmission 또는 클러치를 구비한 CVT)의 경우 경사로에서 정지 후, 발진할 경우에는 필연적으로 클러치 결합시의 차량 밀림 현상이 존재하게 된다.

그리고 하이브리드 차량의 경우에는 연비 향상을 위해서 차량이 정지할 때, 아이들 스톱 모드(idle stop mode)로 진입하게 되는데 이때 엔진이 꺼지게 되므로추후 차량 발진시 클러치 제어를 위한 유압을 충분히 발생시키지 못할 뿐 아니라, 엔진의 토크 출력이 지연되기 때문에 차량의 밀림 현상이 기존의 내연기관 차량에 비해서 매우 심하게 발생된다.

또한 일부 차량에 채용된 풀 하이브리드(Full-Hybrid) 형식은 ZEV 모드(Zero Emission Vehicle)(전동기로만 주행하는 모드)가 가능하므로 이러한 초기 과도 상태 시 엔진이 충분히 안정 상태에 진입하기까지 전동기를 이용하여 차량을 주행시킴으로써 이러한 현상을 막는 것이 가능하다.

이에 반해 풀 하이브리드 형식이 채용되지 않은 차량의 경우 ZEV 모드가 불가능하여 경사로 출발시 차량이 크게 밀리는 문제점을 갖고 있다. 이것은 운전자에게 있어 매우 위험한 현상이므로 경사로를 감지하여 아이들 스톱을 금지하거나 아이들 스톱 모드에서 엔진이 정상상태로 복귀하기까지 차량을 유지시켜 줄 수 있는 기구 또는 알고리즘이 필요하게 된다.

또한 차량이 밀리는 상태에서의 클러치 결합은 차량의 내구성에도 영향을 주게 되며 클러치 결합시 과도한 충격을 발생시키게 된다.

경사로에서 차량의 밀림을 방지하거나 경사도를 판단하기 위한 기구는 기존의 내연기관 차량용으로도 여러 가지가 소개되고 있으나, 모두 고가의 전자 또는 기계장치가 추가적으로 필요하다는 단점이 있다.

한편, 기존 차량에 적용되는 경사도 판별은 2개의 가속도 센서를 사용하는 방법과, 진자와 포텐셔메터를 사용하는 방법 등이 있다.

이러한 방법들은 차량의 운동가속도와 중력가속도를 분리하는데 어려움이 있으며, 이를 극복하기 위하여 차량의 운동가속도를 차량 속도를 미분하여 구하는 방법들을 사용하고 있다.

이와 같이 미분을 사용하는 방법들은 과도 상태에서 필연적으로 큰 오차가 발생하게 되며 이를 제거하기 위해 필터를 사용하게 되므로 경사 측정에 시간 지연이 발생하게 되고, 결과치 또한 상당히 부정확한 값이 출력될 수밖에 없다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 경사로 발진시 차량의 밀림을 방지하고, 오차 없이 간단하게 구현될 수 있도록 한 하이브리드 전기자동차의 아이들 스톱 모드 결정방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 하이브리드 전기자동차의 아이들 스톱 모드 결정방법을 순차적으로 나타내 보인 개략적인 플로차트.

도 2는 본 발명에 적용되는 경사도 판별을 설명하기 위한 도면.

도 3은 경사도와 출력전압의 상관 관계를 나타내 보인 그래프.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하이브리드 전기자동차의 아이들 스톱 모드 결정방법은, (a) 하이브리드 전기자동차의 액셀 페달 센서를 체크하고, 액셀 페달이 작동됐는지 판단하는 단계와; (b) 상기 단계 (a)에서의 조건을 만족하지 못하는 경우, 브레이크 포지션 센서를 체크하고, 브레이크 페달이 작동됐는지 판단하는 단계와; (c) 상기 단계 (b)에서의 조건을 만족하는 경우, 상기 하이브리드 전기자동차의 속도를 체크하는 단계와; (d) 상기 하이브리드 전기자동차가 정지하고 있는지 판단하는 단계와; (e) 상기 단계 (b)에서의 조건을 만족하는 경우, 가속도계와 저역 통과 필터를 체크하고, 이를 이용하여 경사로의 경사도를 판별하는 단계와; (f) 출력전압을 경사도로 변환하는 단계와; (g) 상기 단계 (f)에서 구한 상기 경사도가 한계 경사도를 초과했는지 판단하는 단계와; (h) 상기 단계(g)에서의 조건을 만족하는 경우, 아이들 스톱 모드를 선택하는 단계;를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1에는 본 발명에 따른 하이브리드 전기자동차의 아이들 스톱 모드 결정방법을 순차적으로 나타내 보인 개략적인 플로차트가 개략적으로 도시되어 있다.

도면을 참조하면, 본 발명에 따른 하이브리드 전기자동차의 아이들 스톱 모드 결정방법은, 우선, 하이브리드 전기자동차의 액셀 페달 센서(Accel Pedal Sensor)를 체크(check)하고, 액셀 페달이 작동됐는지 판단한다.(단계 110,120)

상기 단계 120에서의 조건을 만족하지 못하는 경우 즉, 상기 액셀 페달이 작동되지 않았을 경우, 브레이크 포지션 센서(Break Position Sensor)를 체크하고, 브레이크 페달이 작동됐는지 판단한다.(단계 130,140)

그리고 상기 단계 140에서의 조건을 만족하는 경우, 하이브리드 전기자동차의 속도를 체크한다.(단계 150)

상기 하이브리드 전기자동차가 정지(stop)하고 있는지 판단하고, 이를 만족하는 경우, 가속도계(Acceleration meter)와 저역 통과 필터(Low Pass Filter)를 체크하고, 이를 이용하여 경사로의 경사도를 판별한다.(단계 160,170)

이어서, 출력전압을 경사도로 변환하고, 상기에서 구한 경사도가 한계 경사도를 초과했는지 판단한다.(단계 180,190)

상기 단계 180에서의 조건을 만족하는 경우 즉, 상기한 경사도가 한계 경사도를 초과한 경우, 아이들 스톱 모드(idle stop mode)를 선택한다.(단계 200)

한편, 상기 단계 120에서의 조건을 만족하는 경우 즉, 액셀 페달이 작동되었으면, 가속 모드(acceleration mode)를 수행한다.(단계 210)

그리고 상기 단계 140에서의 조건을 만족하지 못하는 경우 즉, 브레이크 페달이 작동되지 않았으면, 감속 모드(deceleration mode)를 수행한다.(단계 220)

상기 단계 180에서 출력전압과 경사도의 관계식에서 차량이 경사로를 올라갈 경우에는 아래의 식 1과 같이 이루어진다.

[식 1]

또한 상기 식 1을 이용하여 하이브리드 차량이 경사로를 내려갈 때, 출력전압은 아래의 식 2와 같이 이루어진다.

[식 2]

식 1,2에서,은 출력전압,는 경사도(=arctanθ×100), g는 중력 가속도,는 스케일 팩터, 및는 0가속도시 옵셋(offset) 전압이다.

그리고 상기 단계 190에서의 조건을 만족하지 못하는 경우, 일반적인 스톱 모드(general stop mode)를 선택한다.(단계 230)

상기한 바와 같은 본 발명에 따른 하이브리드 전기자동차의 아이들 스톱 모드 결정방법에서 식 1과 식 2의 유도과정을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

설명에 앞서 하이브리드 전기자동차의 경우에는 경사로에서 차량 정지시 아이들 스톱을 막기 위한 용도에서는 차량의 운동 가속도가 포함되지 않기 때문에 종래와 같이, 차량 속도를 미분할 필요가 없으며 기존의 경사도 판별 기술을 간략히 변형하여 적용하는 것이 가능하다.

도 2에는 경사로 주행시 하이브리드 전기자동차에 작용하는 가속도를 표시한 개략도가 도시되어 있다.

차량 정지시 차량 가속도는 0이다. 따라서 경사 등판시 차량에 작용하는 가속도를 벡터(vector)로 나타내면 식 (1)과 같이 표현된다.

= -g × sinθ×- g × sinθ×----(1)

여기서 I, j는 각각 i, j 좌표의 방향 벡터를 의미하며, θ는 경사로의 경사각을 의미한다.

그리고 전술한 바와 같이 차량 정지시에는 차량 가속도가 없으므로 (1)식만으로 차량의 모든 가속도가 표현되며, 여기서 중력 가속도 g값은 고정된 상수이므로 차량에 수평(i 방향 벡터) 또는 수직(j 방향 벡터) 방향 성분 가속도계를 1개만 장착하더라도 경사각 θ의 판별이 가능하다.

예컨대, 서스펜션(suspension)의 진동 등을 감안할 때 i 방향으로 가속도계를 장착하는 것이 오차를 줄일 수 있다. 일정 방향의 가속도 성분을 측정하는 센서로는 여러 종류가 존재하나 차량에 탑재하기 위해서는 크기가 작고 가격이 저렴하여야 한다.

그리고 가속도계를 이용하여 다음과 같이 경사로를 판단할 수 있으며, 동일한 특성을 가진 가속도계라면 제조사에 관계없이 모두 적용이 가능하다.

우선, i 방향의 가속도는 정지시 중력 가속도를 초과할 수 없으므로 가속도 측정 범위는 ±1G로 설정한다. 그리고 노이즈 신호(noise signal) 처리를 위해서 가속도 출력 신호 단에 저역통과필터를 장착한다. 또한 상기한 저역통과필터를 통과한 전압 신호를 관계 아래의 식 (2)에 의해서 중력가속도로 변환한다.

-------(2)

식 (2)에서 Aout은 실제 가속도, Vout은 가속도계 출력 전압, Voffset은 0 가속도시 옵셋 전압 및 Sf는 스케일 팩터(Acceleration → Voltage)이다.

이상의 과정에 의해서 측정된 가속도 신호를 Aout이라 하면 다음의 과정에 의해서 차량의 경사도를 판별할 수 있다.

상기한 식 (1)에서 i 방향의 가속도 성분만 검출하면 가속도 신호와 경사도의 관계는 아래의 식 (3)과 같이 표현된다.

따라서 경사각 θ는 식 (4)와 같다.

------(4)

일반적으로 도로의 경사도는 tan값에 100을 곱하여 표시하게 되며 이를 적용하면 식(4)는 아래의 식(5)와 같이 표현된다.

----(5)

식 (5)에 식 (2)를 대입하면, 아래의 식(6)이 된다.

----(6)

따라서 출력전압 Vout과 경사도(α = arctanθ × 100)와의 관계는 아래의 식 (7)과 같다.

----(7)

상기 식(7)은 상기한 식 1의 경사로를 올라갈 때의 식이며, 따라서 경사로를 내려갈 때는 식(7)을 이용하여 식 (8)과 같이 나타낸다.

-----(8)

상기한 식 (7)과 (8)을 경사도에 의한 출력 전압의 함수로 도시하면 도 3과 같이 표현된다.

도 3에 도시된 바와 같이, 저경사 구간에서 출력 전압과 경사도는 충분한 선형성을 가지고 있으며, 따라서 이를 이용한 아이들 스톱 금지 여부를 결정이 가능하다. 아이들 스톱 금지 여부의 기준은 경사도에 의한 차량의 밀림 정도에 따라서 결정되므로 차량의 스펙에 따라 최종적으로 결정되게 된다

이와 같이 본 발명은, 정지시 경사도 판별을 위한 수식을 유도하여, 하나의 가속도계만으로 정지시 경사 유무 판별할 수 있고, 이 가속도계의 출력 신호 특성 상 관심 영역에서 선형성이 보장되므로 실질적인 경사 유무 판별이 가능하다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 하이브리드 전기자동차의 아이들 스톱 모드 결정방법은 다음과 같은 효과를 갖는다.

경사로 발진시 차량의 밀림 현상을 해결할 수 있고, 고가의 경사계 대신에 하나의 가속도계 사용으로 구현되므로 경사도 판별이 쉽고, 경제적이다.

그리고 경사로 발진시 차량의 밀림 및 발진시 과도 충격을 방지할 수 있어 운전의 편의성을 제공할 수 있다.

또한 상기한 바와 같이 하나의 가속도계의 장착으로 본 발명의 방법 구현이 가능하므로 종래의 경사계 또는 경사 브레이크에 비해 차량의 중량이 줄어들 수 있다.

그리고 경사로시 과도한 클러치 슬립 및 충격을 억제함으로써 클러치 및 동력 전달계 전반의 내구성이 향상된다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (6)

1. (a) 하이브리드 전기자동차의 액셀 페달 센서를 체크하고, 액셀 페달이 작동됐는지 판단하는 단계와;

   (b) 상기 단계 (a)에서의 조건을 만족하지 못하는 경우, 브레이크 포지션 센서를 체크하고, 브레이크 페달이 작동됐는지 판단하는 단계와;

   (c) 상기 단계 (b)에서의 조건을 만족하는 경우, 상기 하이브리드 전기자동차의 속도를 체크하는 단계와;

   (d) 상기 하이브리드 전기자동차가 정지하고 있는지 판단하는 단계와;

   (e) 상기 단계 (b)에서의 조건을 만족하는 경우, 가속도계와 저역 통과 필터를 체크하고, 이를 이용하여 경사로의 경사도를 판별하는 단계와;

   (f) 출력전압을 경사도로 변환하는 단계와;

   (g) 상기 단계 (f)에서 구한 상기 경사도가 한계 경사도를 초과했는지 판단하는 단계와;

   (h) 상기 단계 (g)에서의 조건을 만족하는 경우, 아이들 스톱 모드를 선택하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기자동차의 아이들 스톱 모드 결정방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 단계 (a)에서의 조건을 만족하는 경우, 가속 모드를 수행하는 단계를더 포함하여 된 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기자동차의 아이들 스톱 모드 결정방법.
3. 제1항에 있어서,

   상기 단계 (b)에서의 조건을 만족하지 못하는 경우, 감속 모드를 수행하는 단계를 더 포함하여 된 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기자동차의 아이들 스톱 모드 결정방법.
4. 제1항에 있어서,

   상기 단계 (f)에서, 상기 출력전압과 상기 경사도의 관계식에서 경사로를 올라갈 경우에는 아래의 식 1과 같이 이루어지는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기자동차의 아이들 스톱 모드 결정방법.

   [식 1]

   여기서,은 출력전압,

   는 경사도(=arctanθ×100)

   g는 중력 가속도,

   는 스케일 팩터,

   는 0가속도시 옵셋 전압.
5. 제4항에 있어서,

   상기 식 1을 이용하여 경사로를 내려갈 때, 상기 출력전압은 아래의 식 2와 같이 이루어지는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기자동차의 아이들 스톱 모드 결정방법.

   [식 2]
6. 제1항에 있어서,

   상기 단계 (g)에서의 조건을 만족하지 못하는 경우, 일반적인 스톱 모드를 선택하는 단계를 더 포함하여 된 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기자동차의 아이들 스톱 모드 결정방법.