KR20050039356A

KR20050039356A - 병렬형 하이브리드 전기자동차의 급발진 방지장치 및 방법

Info

Publication number: KR20050039356A
Application number: KR1020030074793A
Authority: KR
Inventors: 이명원
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2003-10-24
Filing date: 2003-10-24
Publication date: 2005-04-29
Also published as: KR100559392B1

Abstract

병렬형 하이브리드 전기자동차의 엔진 정지 상태나 아이들 상태에서 가속페달 조작에 의한 출발 제어시에 차량의 속도, APS 신호, 모터 파워를 지원하는 엔진 출력을 감시하여 최적의 파워 제어로 급출발을 방지하고, 유해가스의 배출을 억제하며, 최적의 가속 성능이 확보되도록 하는 것으로,

엔진 정지/아이들 정지 상태에서 운전자의 요구가 급발진 제어 가능 상황인지를 판정하는 과정, 급발진 제어 가능 상황이면 운전자의 요구 토크 및 차량의 출력 파워를 계산하여 급발진 제어가 필요한지를 판단하는 과정과, 급발진이 필요한 것으로 판단되면 엔진 속도 및 스로틀 제어값을 초기화한 다음 제어 플래그를 설정하는 과정과, 모터 속도 및 토크 제어를 통해 엔진 크랭킹을 제어하는 과정과, 엔진 크랭킹 완료에 따라 차량 급발진 가능 최대 토크와 토크 변화량 및 차속을 고려하여 스로틀 변화율을 계산하는 과정과, 모터 토크 출력 및 변화율과 CVT의 기어비를 제한하여 과정 및 상기 계산된 스로틀 변화율로 엔진 출력을 제어하고, 모터 토크 출력을 제한 제어하여 엔진 정지/아이들 정지 상태에서의 출발 제어를 수행하는 과정을 포함한다.

Description

병렬형 하이브리드 전기자동차의 급발진 방지장치 및 방법{ABRUPT START PREVENTION SYSTEM FOR PARALLEL HYBRID ELECTRIC VEHICLES AND METHOD THEREOF}

본 발명은 병렬형 하이브리드 전기자동차에 관한 것으로, 더 상세하게는 엔진의 정지 상태나 아이들(Idle) 상태에서 가속페달 조작에 의한 출발 제어시에 차량의 속도, APS(Accel Position Sensor) 신호, 모터 파워를 지원하는 엔진 출력을 감시하여 최적의 파워 제어로 급출발을 방지하고, 유해가스의 배출을 억제하며, 최적의 가속 성능이 확보되도록 하는 병렬형 하이브리드 전기자동차의 급발진 방지장치 및 방법에 관한 것이다.

병렬형 하이브리드 전기자동차는 일반 가솔린 엔진에 전기 모터를 직결한 형태로 CVT(Continuously Variable Transmission)를 통해서 바퀴에 동력을 전달하는 형태이다.

기존의 일반 가솔린 엔진이 장착되는 차량에서는 모터가 장착되어 있지 않으므로, 모터에 의한 파워 지원을 수행할 수 없으나, 병렬형 하이브리드 전기자동차에서는 운전자의 의지에 따라 모터에 파워를 지원할 수 있으나, 운전자의 조작 명령에 따라 단순하게 반응하게 되어 있다.

즉, 가속페달의 구동을 통해 APS를 전개하게 되면 스로틀 밸브는 엔진의 OOL(Optimal Operating Line)에 따라 최대한 개방하고 모자라는 토크(Torque)에 대해서는 배터리에서 공급되는 전압에 의한 모터의 구동으로 파워를 지원하고 있다.

일반적으로 가솔린 엔진이 장착되는 차량에서 연비가 저하되고 유해 배기가스 배출이 많은 구간은 초기 냉시동 시 그리고 차량 출발 시 및 급가속 시 등으로 엔진이 불안정한 상태에서 안정된 상태로 천이 해 가는 구간이다.

병렬형 하이브리드 전기자동차에서 차량 출발 시 차량 구동원은 엔진과 모터가 동시에 바퀴를 구동시킬 수 있고 모터 구동에 대한 제어는 배터리의 SOC(State Of Charge) 잔존량 판단과 운전자에 의한 APS로부터 최종적으로 모터 출력 토크의 기준값 및 엔진 스로틀 개도를 계산한다.

차량이 주행 중 정지 상태이거나 엔진이 충분히 웜업(Warm up)되어 배터리 등 모든 시스템이 정상일 경우 병렬형 하이브리드 자동차는 엔진을 정지시키고 운전자의 APS 입력대기 상태로 들어간다.

운전자의 차량 주행의지가 APS로 급격하게 들어 올 때 모터로 엔진을 시동시키고 시동 완료와 동시에 모터가 파워 지원하고 엔진은 스로틀 개도에 따라 출력이 발생한다.

그러나, 순간적으로 모터와 엔진이 작동함으로써 운전자에 의해 과도한 출력 요구가 입력되는 경우 차량이 급출발을 할 수 있고 그로 인하여 사고 위험성이 존재하며, 차량 변속충격이 심하게 발생하며 바퀴가 슬립(Slip)하여 실제 가속력이 저하되는 문제점이 발생된다.

또한, 과도한 출력 요구에 의해 스로틀의 과도한 개방으로 농후한 혼합비가 형성되어 연비 저하가 발생되고, 불안전 연소로 인하여 유해 배기가스를 배출하여 환경 문제를 초래하게 되는 문제점이 발생한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로, 그 목적은 엔진 정지상태나 아이들 상태에서 운전자의 APS 조작에 의한 차량 출발 시 전기 모터와 엔진의 구동력을 적절히 분배하여 바퀴가 슬립하지 않고 부드럽게 출발하고, 모터의 빠른 응답성을 이용하여 차량이 최적점에서 운전하여 엔진의 급가속에 따른 연비특성을 개선하며, 유해 배기가스 배출을 개선하도록 한 것이다.

즉, 일반적인 상태에서 APS에 따른 차량 출발 제어시 일정시간 동안 차량의 속도와 APS 조작량, 모터의 파워 지원 및 엔진의 출력을 감시한 다음 엔진의 스로틀 개도 변화율을 조정하여 급격한 엔진 출력 증감을 억제하고 모터로 모자라는 토크 명령을 인가하여 부족한 엔진출력을 보조해 주되, 차량 가속 충격이나 차량이 슬립되는 현상이 발생 할 수 있는 상황에서는 모터가 출력을 줄이거나 극단적으로 발전을 실시하여 엔진이 발생시키는 토크를 줄이는 등 차량 전체에서 발생되는 토크량을 조정하여 차량 충격 및 슬립 발생을 방지하는 최적의 제어를 실시하여 급출발을 방지하고 유해 배기가스 배출을 줄이면서 운전자 의지에 맞는 안정되면서 더욱 큰 가속 성능을 얻을 수 있도록 한 것이다.

상기와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은 모터와 엔진이 장착되는 병렬형 하이브리드 전기자동차에 있어서, 운전자의 차량 운행 요구를 검출하는 운전요구 검출부; 운전자의 요구 신호 및 엔진 상태에 따라 엔진 동작을 제어하는 ECU; 차속, 기어비, 클러치 상태에 따라 CVT의 출력을 제어하는 TCU; 하이브리드 구동 모드에서 출력 파워를 지원을 위해 모터에 전압을 공급하는 배터리; 상기 배터리의 정보를 검출하여 SOC를 관리 제어하며, 모터에 공급되는 전류량을 제어하는 BMS 및; 운전자의 발진 제어 요구에 따라 각 제어기들을 통합 제어하여 급발진이 일어나지 않도록 하는 HCU를 포함하는 것을 특징으로 하는 병렬형 하이브리드 전기자동차의 급발진 방지장치를 제공한다.

또한, 본 발명은 엔진 정지/아이들 정지 상태에서 운전자의 요구가 급발진 제어 가능 상황인지를 판정하는 과정; 급발진 제어 가능 상황이면 운전자의 요구 토크 및 차량의 출력 파워를 계산하여 급발진 제어가 필요한지를 판단하는 과정과; 급발진이 필요한 것으로 판단되면 엔진 속도 및 스로틀 제어값을 초기화한 다음 제어 플래그를 설정하는 과정과; 모터 속도 및 토크 제어를 통해 엔진 크랭킹을 제어하는 과정과; 엔진 크랭킹 완료에 따라 차량 급발진 가능 최대 토크와 토크 변화량 및 차속을 고려하여 스로틀 변화율을 계산하는 과정과; 모터 토크 출력 및 변화율과 CVT의 기어비를 제한하여 과정 및; 상기 계산된 스로틀 변화율로 엔진 출력을 제어하고, 모터 토크 출력을 제한 제어하여 엔진 정지/아이들 정지 상태에서의 출발 제어를 수행하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 병렬형 하이브리드 전기자동차의 급발진 방지방법을 제공한다.

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

도 1에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명에 따른 본 발명에 따른 병렬형 하이브리드 전기자동차의 급발진 방지장치는, 운전요구 검출부(10)와 ECU(20), TCU(30), 배터리(40), BMS(50), HCU/MCU(60), 엔진(70), 모터(80), CVT(90) 및 구동 휠(100)로 구성된다.

운전요구 검출부(10)는 운전자의 차량 운행 요구를 검출하는 것으로, 운전자이 출발 및 가속 요구에 대한 APS 신호와 제동 제어하는 브레이크 페달 신호, 변속단 선택에 대한 인히비터 스위치의 신호 등을 검출하여 그에 대한 전기적 정보를 출력한다.

ECU(20)는 운전자의 차량 운행 요구 신호 및 냉각수온, 엔진 토크 등의 엔진 상태 정보에 따라 엔진 동작에 대한 제반적인 동작을 제어한다.

TCU(30)는 현재의 차속, 기어비, 클러치 상태 등의 정보를 검출하여 CVT(90)의 출력 토크 조절에 대한 전반적인 동작을 제어한다.

배터리(40)는 하이브리드 구동 모드에서 모터에 전압을 공급하여 모터의 출력 파워를 지원하며, 엔진 모드 및 제동 제어시 발전기로 동작하는 모터(80)의 회생 제동 에너지를 회수하여 충전된다.

BMS(50)는 상기 배터리(40)의 전압, 전류, 온도 등의 정보를 종합 검출하여 배터리의 SOC 상태를 관리 제어하며, 모터 파워 지원시에 출력되는 전류량을 제어한다.

HCU/MCU(60)는 운전자의 발진 제어 요구에 따라 각 제어기들을 통합 제어하여 차량의 전반적인 거동을 제어하며, 모터(80)의 출력 토크 및 속도를 제어하고, 모터(80)를 전동기 혹은 발전기로 동작되도록 제어한다.

엔진(70)은 상위 제어기인 HCU의 제어를 받는 ECU(20)의 제어에 의해 그 출력이 제어되며, ETC(Electric Throttle Control)를 통해 흡입 공기량이 조정된다.

모터(80)는 통상적으로 BLDC 전동기가 적용되며, 초기 주행 요구가 검출되면 배터리(40)의 전압에 의해 구동되어 엔진(70)을 시동 온시키고, 엔진(70)의 출력에 의한 주행시에 파워를 지원한다.

CVT(90)는 상기 모터(80)에서 전달되는 파워를 TCU(30)의 제어에 따라 변속비를 조정하여 차동 기어를 통해 구동휠(100)에 전달시켜 차량이 주행될 수 있도록 한다.

전술한 바와 같은 병렬형 하이브리드 전기자동차에서 최적의 동력 분배를 통해 급발진 방지 및 최적의 연소를 제어하는 동작에 대하여 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

병렬형 하이브리드 전기자동차의 엔진이 아이들 정지 상태이거나 차속 및 APS의 신호가 일정치 이하를 유지하고 있는 차량의 정지 상태에서 HCU/MCU(60)는 운전자의 운전 요구 및 차량의 각종 상태정보를 검출한다(S100).

이후, 검출되는 운전자의 운전 요구 신호가 차량의 급발진 제어 가능 상황인지를 판단한다(S110).

상기에서 차량의 급발진 제어 가능 상황인 것으로 판단되면 APS의 신호와 차속 및 엔진 회전수의 정보로부터 운전자의 요구 토크 및 파워를 계산한다(S111).

상기 계산되는 운전자의 요구 토크 및 파워가 설정된 일정치 이하이면서 그 변화율이 일정치 이하로, 차량의 출발을 제어함에 있어 통상적인 제어가 가능한 상황인지를 판단한다(S112).

상기에서 통상적인 제어가 가능한 상태인 것으로 판단되면 운전자의 요구를 각 제어기에 전달하여 모터 토크 및 엔진 스로틀 제어가 OOL상에서 제어되도록 하는 통상적인 제어를 수행한다(S113).

그러나, 운전자의 요구 토크 및 파워가 통상적인 제어가 불가능한 상태인 것으로 판단되면 엔진 속도 제어값 및 ETC의 스로틀 개도 제어값을 초기화로 설정한다(S114).

이후, 엔진 속도 제어 및 크랭킹(Cranking ; 엔진 시동) 제어 플래그를 설정한 다음(S115), MCU를 통한 모터(80)의 속도 및 토크 제어를 통해 엔진 크랭킹을 제어한다(S116).

상기한 제어를 통해 엔진 크랭킹이 완료되었는지를 판단하여(S117), 엔진 크랭킹의 완료가 검출되지 않으면 상기 S116의 과정으로 리턴하고, 엔진 크랭킹의 완료가 검출되면 차량의 급발진 가능 최대 토크를 계산한다(S118).

이후, 운전자의 운전 요구 토크량의 평균치가 상기 S118에서 계산된 급발진 가능 최대 토크 이상인지를 판단한다(S119).

상기 S119에서 운전 요구 토크량의 평균치가 급발진 가능 최대 토크 이하인 것으로 판단되면 전후륜 속도 차이를 계산하여 슬립이 발생되지 않는 엔진 출력 및 모터 파워 지원을 수행한 다음 급발진 제어 플래그를 리셋한 후(S120) 스로틀을 OOL 상의 최적점에서 변화율을 계산하여 운전 요구량에서 스로틀에 의한 엔진 토크를 차한 값으로 모터의 파워 지원을 제공한다(S200).

상기 S119에서 운전 요구 토크량의 평균치가 급발진 가능 최대 토크 이상인 것으로 판단되면 현재의 운전 요구 토크가 급발진 가능한 상태이므로, 급발진 제어 플래그를 설정하여 엔진 출력 및 모터 토크의 제한 제어를 수행하여 급발진 방지 제어를 수행한다(S121).

이후, 급발진 방지 제어에 따라 검출되는 차량의 가속도가 설정된 기준값 이하인지를 판단하여(S122) 설정된 기준값 이하인 것으로 판단되면 제어 임계시간이 설정된 기준 시간을 초과하였는지를 판단한다(S123).

상기에서 제어 임계시간이 설정된 기준 시간을 초과한 것으로 판단되면 아이들 정지 급발진 제어 플래그를 리셋시켜 급발진 제어를 해제하고(S124), 스로틀을 OOL 상의 최적점에서 변화율을 계산하여 운전 요구량에서 스로틀에 의한 엔진 토크를 차한 값으로 모터의 파워 지원을 제공한다(S200).

상기 S122에서 차량의 가속도가 설정된 기준값 이상으로 판단되면 급발진 제어 실행에 대한 횟수를 카운터 증가하고(S125), 급발진 제어 횟수의 카운터가 설정된 기준값을 초과하는지를 판단한다(S126).

상기 S126에서 급발진 제어 횟수의 카운터가 설정된 기준값을 초과하지 않으면 스로틀을 OOL 상의 최적점에서 변화율을 계산하여 운전 요구량에서 스로틀에 의한 엔진 토크를 차한 값으로 모터의 파워 지원을 제공한다(S200).

그러나, 상기 S126에서 급발진 제어 횟수에 대한 카운터가 설정된 기준값을 초과하는 것으로 판단되면 현재까지 카운터된 급발진 제어 횟수를 기준값으로 설정한 다음 급발진 제어정보를 학습 기록한 후(S127), 스로틀을 OOL 상의 최적점에서 변화율을 계산하여 운전 요구량에서 스로틀에 의한 엔진 토크를 차한 값으로 모터의 파워 지원을 제공한다(S200).

또한, 상기 S110에서 운전 요구 신호가 차량의 급발진 제어 가능 상황이 아닌 것으로 판단되면 메모리에 학습된 급발진 제어 이력이 있는지를 검출하여(S130) 급발진 제어 이력이 있는 것으로 판단되면 급발진 제어 이력을 자기진단 메모리 영역에 기록하고(S131), 급발진 제어 플래그 및 급발진 카운터 플래그를 리셋시켜 초기화 상태로 한다(S132).

이후, 차량 정지 및 아이들 상태에서 운전자의 요구가 검출되는 경우 학습된 정보에 의해 급발진 제어 가능 상황에 대한 플래그를 설정하고, 전술한 바와 같은 절차를 통해 엔진 출력 토크 및 모터의 파워 지원을 적절히 분배하여 안정된 출발이 유지되도록 한다(S133).

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 병렬형 하이브리드 전기자동차에서 운전의 요구가 시스템이 불안정한 상태에서 출발제어가 들어가는 초기 급가속 제어 조건인 경우 엔진 출력 토크 및 모터의 파워 지원을 적절히 분배 제어함으로써, 최적의 파워 제어로 급발진을 방지하고, 유해가스의 배출을 억제하며, 연비 향상을 제공한다.

도 1은 본 발명에 따른 병렬형 하이브리드 전기자동차의 급발진 방지장치에 대한 개략적인 구성도.

도 2는 본 발명에 따른 병렬형 하이브리드 전기자동차에서 급발진 방지제어를 수행하는 일 실시예의 흐름도.

Claims

모터와 엔진이 장착되는 병렬형 하이브리드 전기자동차에 있어서,

운전자의 차량 운행 요구를 검출하는 운전요구 검출부;

운전자의 요구 신호 및 엔진 상태에 따라 엔진 동작을 제어하는 ECU;

차속, 기어비, 클러치 상태에 따라 CVT의 출력을 제어하는 TCU;

하이브리드 구동 모드에서 출력 파워를 지원을 위해 모터에 전압을 공급하는 배터리;

상기 배터리의 정보를 검출하여 SOC를 관리 제어하며, 모터에 공급되는 전류량을 제어하는 BMS 및;

운전자의 발진 제어 요구에 따라 각 제어기들을 통합 제어하여 급발진이 일어나지 않도록 하는 HCU를 포함하는 것을 특징으로 하는 병렬형 하이브리드 전기자동차의 급발진 방지장치.
엔진 정지/아이들 정지 상태에서 운전자의 요구가 급발진 제어 가능 상황인지를 판정하는 과정;

급발진 제어 가능 상황이면 운전자의 요구 토크 및 차량의 출력 파워를 계산하여 급발진 제어가 필요한지를 판단하는 과정과;

급발진이 필요한 것으로 판단되면 엔진 속도 및 스로틀 제어값을 초기화한 다음 제어 플래그를 설정하는 과정과;

모터 속도 및 토크 제어를 통해 엔진 크랭킹을 제어하는 과정과;

엔진 크랭킹 완료에 따라 차량 급발진 가능 최대 토크와 토크 변화량 및 차속을 고려하여 스로틀 변화율을 계산하는 과정과;

모터 토크 출력 및 변화율과 CVT의 기어비를 제한하여 과정 및;

상기 계산된 스로틀 변화율로 엔진 출력을 제어하고, 모터 토크 출력을 제한 제어하여 엔진 정지/아이들 정지 상태에서의 출발 제어를 수행하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 병렬형 하이브리드 전기자동차의 급발진 방지방법.
제2항에 있어서,

상기에서 계산된 운전자의 요구 토크 및 차량의 출력 파워가 급발진 제어의 필요성이 없는 경우에는 모터의 토크 및 엔진의 스로틀 제어가 OOL 상에서 제어되도록 하는 것을 특징으로 하는 병렬형 하이브리드 전기자동차의 급발진 방지방법.
제2항에 있어서,

상기에서 엔진 크랭킹 완료 후 계산되는 급발진 가능 최대 토크가 운전자의 요구 토크 평균값 이하이면 전후륜의 속도차이를 계산하여 슬립이 발생되지 않는 엔진 출력 및 모터 파워 지원을 실행한 다음 모터의 토크 및 스로틀을 OOL 상에서 제어하는 것을 특징으로 하는 병렬형 하이브리드 전기자동차의 급발진 방지방법.
제2항에 있어서,

상기 엔진 출력 및 모터 토크 제한을 통해 급발진 방지 제어를 수행하는 상태에서 차량 가속도가 설정된 기준속도 이하이면 급발진 제어를 초기화하고, 급발진 제어 횟수를 카운터한 후 자기진단 메모리에 기록하며, 모터의 토크 및 스로틀을 OOL 상에서 제어하는 것을 특징으로 하는 병렬형 하이브리드 전기자동차의 급발진 방지방법.
제2항에 있어서,

상기 엔진 출력 및 모터 토크 제한을 통해 급발진 방지 제어를 수행하는 상태에서 설정된 임계시간이 경과되면 급발진 제어를 초기화하고, 모터의 토크 및 스로틀을 OOL 상에서 제어하는 것을 특징으로 하는 병렬형 하이브리드 전기자동차의 급발진 방지방법.
제2항에 있어서,

상기 엔진 출력 및 모터 토크 제한을 통한 급발진 방지 제어의 실행 이력이 있는 경우 차량 정지/아이들 상태에서 운전자의 요구가 검출되면 급발진 제어 가능 상황으로 진입하는 것을 특징으로 하는 병렬형 하이브리드 전기자동차의 급발진 방지방법.