KR20060010974A

KR20060010974A - 4륜 구동 하이브리드 전기 차량의 변속 제어방법

Info

Publication number: KR20060010974A
Application number: KR1020040059593A
Authority: KR
Inventors: 서준혁
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2004-07-29
Filing date: 2004-07-29
Publication date: 2006-02-03
Also published as: KR100598811B1

Abstract

본 발명은 하이브리드 전기 차량에서 응답성이 뛰어난 모터 제어를 통하여, 자동 변속기의 변속시점에 적절한 모터 토크 제어를 함으로써 변속시의 급격한 토크 변화를 제한시켜 변속시 충격발생을 줄일 수 있는 4륜 구동 하이브리드 전기 차량의 변속 제어방법에 관한 것으로, 시프트 포지션 정보를 변속 제어부(TCU)로부터 입력받는 단계와; 엔진 회전수와 기어비를 초기화하는 단계와; 시프트 체인지 상태를 검출하는 단계와; 시프트 체인지 상태이면, 토크 차이값(Tq_diff)을 계산하는 단계와; 모터 토크(Tqm)를 계산하는 단계와; 시프트 상태인가를 검출하는 단계와; 시프트 상태이면, 자동 변속기의 변속시 기어비의 변화로 엔진 토크(Tqe)가 변속시점에서 설정값 이상으로 급격히 변하는 부분을 엔진과 직결되어져 있는 모터를 이용해 모터 토크(Tqm)로 전체 토크(Tq)를 변화시켜 변속 충격을 제어한다.

하이브리드 전기 차량, HEV, 4WD, 변속, 제어

Description

4륜 구동 하이브리드 전기 차량의 변속 제어방법{TRANSMISSION CONTROLLING METHOD OF FOUR WHEEL DRIVE TYPE HYBRID ELECTRIC VEHICLE}

도 1은 4륜 구동 하이브리드 전기 차량의 구성을 도시한 도면.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 4륜 구동 하이브리드 전기 차량의 변속 제어방법을 도시한 흐름도.

도 3과 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 4륜 구동 하이브리드 전기 차량의 변속 제어시 시프트 업/다운(Shift Up/Down)의 상태에 따른 토크 변화를 도시한 도면.

본 발명은 4륜 구동 하이브리드 전기 차량의 변속 제어방법에 관한 것이다.

통상적으로, 4륜 구동 하이브리드 전기 차량(4WD HEV)은 도 1에 도시된 바와 같이 전륜과 후륜에 독립적인 모터 시스템으로 구성되어져 있으며, 전륜에는 모터와 더불어 엔진이 직결되어져 있다.

이와 같은 구성으로 일반 차량처럼 기계적 샤프트(SHAFT)를 통해 4륜 구동(4WD)을 구현하지 않고 독립적인 모터로서 필요시 4륜 구동 기능을 수행한다.

자동 변속기(A/T)의 기어 변속시점은 차속과 엔진 부하 및 엔진 스로틀 밸브 개도량(TPS)에 의해 결정되어진다.

스로틀 포지션 센서(TPS)에 대하여 엔진이 반응하게 되고, 이때 엔진 부하가 적정치를 초과할 경우나, 운전자가 일반적인 스로틀 포지션 센서 요구치를 벗어날 경우, 자동 변속기는 변속시점을 인식하여 변속하게 된다.

종래의 자동 변속기는 특성상 기어비를 자동으로 변속해 주는 편의성을 가지고 있으나 고유한 기어비를 가지고 있어 무단 변속기(CVT)처럼 변속시에 변속비를 연속적으로 변화시켜주지 못해 변속시점에서의 엔진 토크 출력 차이에 의해 고유한 차량 충격이 발생된다.

이는 변속시점에 맞추어 엔진의 토크 출력 응답이 빠르지 못하여 발생되며 이는 운전시 변속 이질감으로 운전성을 저해한다.

본 발명의 목적은 하이브리드 전기 차량에서 응답성이 뛰어난 모터 제어를 통하여, 자동 변속기의 변속시점에 적절한 모터 토크 제어를 함으로써 변속시의 급격한 토크 변화를 제한시켜 변속시 충격발생을 줄일 수 있는 4륜 구동 하이브리드 전기 차량의 변속 제어방법을 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 4륜 구동 하이브리드 전기 차량의 변속 제어방법에 있어서, 시프트 포지션 정보를 변속 제어부(TCU)로부터 입력받는 단계와; 엔진 회전수와 기어비를 초기화하는 단계와; 시프트 체인지 상태를 검출하는 단계와; 시프트 체인지 상태이면, 토크 차이값(Tq_diff)을 계산하는 단계와; 모터 토크(Tqm)를 계산하는 단계와; 시프트 상태인가를 검출하는 단계와; 시프트 상태이면, 자동 변속기의 변속시 기어비의 변화로 엔진 토크(Tqe)가 변속시점에서 설정값 이상으로 급격히 변하는 부분을 엔진과 직결되어져 있는 모터를 이용해 모터 토크(Tqm)로 전체 토크(Tq)를 변화시켜 변속 충격을 제어하는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명 및 첨부 도면과 같은 많은 특정 상세들이 본 발명의 보다 전반적인 이해를 제공하기 위해 나타나 있으나, 이들 특정 상세들은 본 발명의 설명을 위해 예시한 것으로 본 발명이 그들에 한정됨을 의미하는 것은 아니다. 그리고 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

본 발명의 실시예는 기어비를 가진 자동 변속기(A/T)에서의 4륜 구동 하이브리드 전기 차량(4WD HEV) 변속 이질감 제어방법에 관한 것이다.

자동 변속기의 변속시 기어비의 변화로 다음과 같은 패턴으로 토크가 변하게 되어 변속시점에서 그 변화량 만큼이 토크 충격으로 작용하여 차량에 충격을 가하게 된다.

이에 변속시점이 발생시 급격한 토크 변화를 막기 위해 엔진과 직결되어져 있는 모터를 이용해 전체 토크를 천천히 변화시켜 운전자로 하여금 변속 충격이 가해지지 않게 한다.

상기한 바와 같이 시프트 업(Shift-Up)시 전체 차량 토크가 급격히 변할 경우 모터가 변속시 순간적으로 줄어드는 토크를 적절히 제어 인가하여 전체 토크변화를 최소화한다.

예를 들어, 전체 토크(Tq)는 엔진 토크(Tqe)와 모터 토크(Tqm)의 합으로 계산된다.

즉, 전체 토크(Tq) = 엔진 토크(Tqe) + 모터 토크(Tqm)

으로 계산하여 엔진 토크(Tqe)가 변속시점에서 급격히 변하는 부분을 모터 토크(Tqm)로 보완되어 전체 토크(Tq)는 급격한 변화 없이 유지시킬 수 있다.

이는 시프트 업(Shift-up)시에는 위와 같이 모터 토크(Tqm)가 가해지고 반대로 시프트 다운(Shift-down)일 때는 다음과 같이 모터 토크(Tqm)를 마이너스 값으로 취하여 급격히 증가하는 토크를 상쇄시킨다.

시프트 업(Shift-up)시는 모터를 구동방향과 일치하는 방향으로 제어하는 반면, 시프트 다운(Shift-down)시는 모터에 발전 제어를 하여 마이너스 토크를 준다.

이때, 별도의 에너지 소모 없이 전기 에너지를 회수하면서 토크 변화치를 보상할 수 있게 된다.

시프트 업(Shift-Up) 또는 시프트 다운(Shift-Down)시 변속시점에서 엔진의 응답이 느려서 생기는 토크의 급격한 변화 충격을 응답성이 거의 0에 가까운 모터로 제어함으로써 차량 전체의 토크 이질감을 제거하여 기어비에 의해 운동성이 전달되는 자동 변속기에서의 변속시점 기어 차이에 의한 토크 변화를 최소화하여 차량 변속감을 향상시킬 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 4륜 구동 하이브리드 전기 차량의 변속 제어방법을 도시한 흐름도이다.

도 3과 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 4륜 구동 하이브리드 전기 차량의 변속 제어시 시프트 업/다운(Shift Up/Down)의 상태에 따른 토크 변화를 도시한 도면이다.

도 2 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 4륜 구동 하이브리드 전기 차량의 변속 제어방법을 설명한다.

본 발명의 실시예에 따른 전반적인 제어동작은 전체 토크제어를 담당하는 제어부(HCU)를 통해 이루어진다.

도 2를 참조하면, (S210)에서 제어부(HCU)는 시프트 포지션 정보를 변속 제어부(TCU)로부터 입력받는다.

그리고, 자동 변속기를 제어하는 변속 제어부(TCU)로부터 변속 정보를 받아 변속 시점을 판단하여, 변속 시점일 경우 예상 토크 변동량을 계산한다.

이때, 변속전의 엔진 회전수(RPM), 기어비와 변속후의 예상되는 엔진의 회전수, 기어비를 이용하여 변동 예상 토크량을 추정한다.

예를 들어, 제어부(HCU)는 엔진 회전수와 기어비를 초기화한다(S212).

RPM_eng_New = RPM_eng

Gear_Ratio_New = Gear_Ratio

그리고, (S214)에서 시프트 체인지(Shift Change) 상태를 검출한다.

만약, 전술한 (S214)에서 시프트 체인지 상태이면, 제어부(HCU)는 (S216)으 로 진행하여 토크 차이값(Tq_diff)을 계산한다.

토크 차이값(Tq_diff)은 변속 전 엔진 회전수에 변속 전 기어비를 곱한 값에서 초기화시 검출되는 엔진 회전수 및 기어비의 곱한 값을 뺀 값으로 계산한다.

Tq_diff = (RPM_eng_Old * Gear_Ratio_Old) - (RPM_eng_New * Gear_Ratio_New)

이어서, 모터 토크(Tqm)를 계산한다(S218).

모터 토크(Tqm)는 변속 전 모터 토크값으로 계산한다.

Tq_mot_old = Tq_mot(Tqm)

그리고, (S220)으로 진행하여 시프트 상태인가를 검출한다.

만약, 전술한 (S220)에서 시프트 상태이면, 자동 변속기의 변속시 기어비의 변화로 엔진 토크(Tqe)가 변속시점에서 설정값 이상으로 급격히 변하는 부분을 엔진과 직결되어져 있는 모터를 이용해 모터 토크(Tqm)로 전체 토크(Tq)를 변화시켜 변속 충격을 제어하는 동작을 수행한다.

예를 들어, 전술한 (S220)에서 시프트 업(Shift-Up)상태이면, 전체 토크(Tq)가 설정값 이상으로 급격히 변할 경우 모터가 변속시점에서 순간적으로 감소되는 엔진 토크(Tqe)를 제어하여 전체 토크(Tq) 변화를 최소화하는 제어동작을 수행한다.

시프트 업(Shift-up)시 모터 토크(Tqm)는 변속 전 모터 토크에 계산된 토크 차이값(Tq_diff)을 더한 값으로 계산한다(S222).

이와는 달리, 시프트 다운(Shift-down)시 모터 토크(Tqm)는 변속 전 모터 토 크에 계산된 토크 차이값(Tq_diff)을 뺀 값으로 계산한다(S224).

상기한 바와 같이 모터가 동작 중에 있는 모터 토크량을 입력받고 시프트 업/다운(Shift Up/Down)의 상태에 따라 현재 모터 출력 토크값에서 변속 후 토크가 줄 것이 예상되는 시프트 다운(Shift-down)이 되면, 현재 모터 출력에서 토크 차이값을 빼고 반대로 토크가 커질 것으로 예상되는 시프트 업(Shift-Up)일 경우, 토크 차이값을 더한다.

이 도중에 점점 엔진 회전수가 목표 회전수에 도달 할 때까지 계속 엔진 회전수를 참조하여 모터 출력 토크값을 제어하며, 최종 목표 회전수에 도달할수록 토크량을 줄여, 충격 제어 이전의 모터 제어값으로 되돌아가게 된다(S226~S230).

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 4륜 구동 하이브리드 전기 차량의 변속 제어방법은 기어비를 가지는 자동 변속기에서의 변속시 충격 완화로 상품성을 증가시킬 수 있다.

또한, 응답성이 빠른 모터 제어를 통해 엔진의 느린 응답성으로 인한 차량 필링을 증대시킬 수 있다.

또한, 모터 제어에서의 토크 증가감이 페어(Pair)로 작동함으로 에너지 소모가 거의 없이 기능 구현이 가능하다.

즉, 토크 증가시는 에너지가 소모되나, 토크 감소 제어시는 발전모드로 제어하여 토크를 줄임으로 에너지를 회수하여 보상할 수 있는 효과가 있다.

Claims

4륜 구동 하이브리드 전기 차량의 변속 제어방법에 있어서,

시프트 포지션 정보를 변속 제어부(TCU)로부터 입력받는 단계와;

엔진 회전수와 기어비를 초기화하는 단계와;

시프트 체인지 상태를 검출하는 단계와;

시프트 체인지 상태이면, 토크 차이값(Tq_diff)을 계산하는 단계와;

모터 토크(Tqm)를 계산하는 단계와;

시프트 상태인가를 검출하는 단계와;

시프트 상태이면, 자동 변속기의 변속시 기어비의 변화로 엔진 토크(Tqe)가 변속시점에서 설정값 이상으로 급격히 변하는 부분을 엔진과 직결되어져 있는 모터를 이용해 모터 토크(Tqm)로 전체 토크(Tq)를 변화시켜 변속 충격을 제어하는 것을 특징으로 하는 4륜 구동 하이브리드 전기 차량의 변속 제어방법.
제1항에 있어서,

자동 변속기의 시프트 업(Shift-Up)시 전체 토크(Tq)가 설정값 이상으로 급격히 변할 경우 모터가 변속시점에서 순간적으로 감소되는 엔진 토크(Tqe)를 제어하여 전체 토크(Tq) 변화를 최소화하는 것을 특징으로 하는 4륜 구동 하이브리드 전기 차량의 변속 제어방법.
제1항에 있어서,

토크 차이값(Tq_diff)은 변속 전 엔진 회전수에 변속 전 기어비를 곱한 값에서 초기화시 검출되는 엔진 회전수 및 기어비의 곱한 값을 뺀 값으로 계산하는 것을 특징으로 하는 4륜 구동 하이브리드 전기 차량의 변속 제어방법.
제1항에 있어서,

모터 토크(Tqm)는 변속 전 모터 토크값으로 계산하는 것을 특징으로 하는 4륜 구동 하이브리드 전기 차량의 변속 제어방법.
제2항에 있어서,

시프트 업(Shift-up)시 모터 토크(Tqm)는 변속 전 모터 토크에 계산된 토크 차이값(Tq_diff)을 더한 값으로 계산하는 것을 특징으로 하는 4륜 구동 하이브리드 전기 차량의 변속 제어방법.
제5항에 있어서,

시프트 다운(Shift-down)시 모터 토크(Tqm)는 변속 전 모터 토크에 계산된 토크 차이값(Tq_diff)을 뺀 값으로 계산하는 것을 특징으로 하는 4륜 구동 하이브리드 전기 차량의 변속 제어방법.
제5항에 있어서,

전체 토크(Tq)는 엔진 토크(Tqe)와 모터 토크(Tqm)의 합으로 계산하는 것을 특징으로 하는 4륜 구동 하이브리드 전기 차량의 변속 제어방법.
제1항에 있어서,

엔진 회전수가 목표 회전수에 도달 할 때까지 엔진 회전수를 참조하여 모터 출력 토크값을 제어하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 4륜 구동 하이브리드 전기 차량의 변속 제어방법.
제8항에 있어서,

엔진 회전수가 목표 회전수에 도달할수록 토크량을 점차 줄여, 충격 제어 이전의 모터 제어값으로 되돌아가게 하는 것을 특징으로 하는 4륜 구동 하이브리드 전기 차량의 변속 제어방법.