KR20070025396A - 벨트 구동형 ｉｓｇ가 장착된 간헐 운전식 차량의 벨트장력 제어 시스템 및 제어 방법 - Google Patents

벨트 구동형 ｉｓｇ가 장착된 간헐 운전식 차량의 벨트장력 제어 시스템 및 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 벨트 구동형 ISG가 장착된 간헐 운전식 차량의 벨트 장력 제어 시스템 및 제어 방법에 관한 것으로서, 아이들 스톱/고 기능을 구현하는 이중 전원 시스템 차량에서 외부 제어신호 인가시 ISG에 연결된 벨트 장력을 증가시켜주는 가변 텐셔너를 설치하고, ISG에 의한 엔진 재시동시에 벨트 및 배터리 상태 정보를 기초로 산출된 벨트 장력 요구치가 기준치 이상인 조건에서 상기 가변 텐셔너를 이용해 벨트 장력을 증가시켜 줌으로써, ISG에 의한 시동을 통해 엔진 시동에 적절한 토크를 확보할 수 있도록 구성한 벨트 구동형 ISG가 장착된 간헐 운전식 차량의 벨트 장력 제어 시스템 및 제어 방법에 관한 것이다.
이중 전원 시스템, ISG, 벨트, 가변 텐셔너, 장력 제어

Description

벨트 구동형 ＩＳＧ가 장착된 간헐 운전식 차량의 벨트 장력 제어 시스템 및 제어 방법{Belt tension force control system and method of belt-driven ISG vehicle}
도 1은 42V 벨트 구동형 ISG가 채용된 통상의 이중 전원 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면,
도 2는 본 발명에 따른 벨트 장력 제어 시스템의 구성을 도시한 블럭도,
도 3a와 도 3b는 본 발명에 채용된 가변 텐셔너의 내부 구성 및 작동상태를 도시한 단면도,
도 4a와 도 4b는 본 발명에서 가변 텐셔너의 작동모드에 따른 벨트 장력상태를 도시한 도면,
도 5는 본 발명에서 온도센서를 도시한 도면,
도 6은 본 발명에 따른 제어 과정을 나타낸 순서도,
도 7은 벨트 온도 추정값과, 온도센서에 의해 측정된 크랭크 축 주변온도 측정값 사이의 관계를 나타낸 그래프 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : ISG 스프라켓 101 : 벨트
102 : 크랭크 스프라켓 103 : 텐셔너 아이들러
104 : 텐셔너 암 110 : 온도센서
120 : BMS 130 : MCU
140 : 솔레노이드 제어기 150 : 가변 텐셔너
151 : 텐셔너 본체 152 : 리턴 스프링
153 : 이동체 154 : 로드
155 : 솔레노이드 엑추에이터 156 : 솔레노이드
156a : 지지단 157 : 여자코일
본 발명은 벨트 구동형 ISG가 장착된 간헐 운전식 차량의 벨트 장력 제어 시스템 및 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 아이들 스톱/고 기능을 구현하는 이중 전원 시스템 차량에서 외부 신호 인가시 ISG에 연결된 벨트 장력을 증가시켜주는 가변 텐셔너를 설치하고, ISG에 의한 엔진 재시동시에 벨트 및 배터리 상태 정보를 기초로 산출된 벨트 장력 요구치가 기준치 이상인 조건에서 상기 가변 텐셔너를 이용해 벨트 장력을 증가시켜 줌으로써, ISG에 의한 시동을 통해 엔진 시동에 필요한 충분한 토크를 확보할 수 있도록 구성한 벨트 구동형 ISG가 장착된 간헐 운전식 차량의 벨트 장력 제어 시스템 및 제어 방법에 관한 것이다.
자동차의 전기장치는 사람의 신경계통에 비유할 수 있으며, 전기장치가 정상적으로 작동해야 비로서 자동차는 본래의 우수한 성능을 발휘할 수 있게 된다.
자동차의 전기장치로는 엔진전기장치(시동장치, 점화장치, 충전장치)와 등화장치가 일반적이나, 최근에는 차량이 보다 전자제어화 됨으로써 샤시전기장치를 포함한 대부분의 시스템들이 전기전자화 되고 있는 추세이다.
한편, 자동차에 설치되는 램프, 오디오, 히터, 에어컨 등의 각종 전장품들은 자동차 정지시에는 배터리로부터 전원을 공급받고, 주행시에는 발전기로부터 전원을 공급받도록 되어 있는데, 이때 통상의 전원 전압으로 14V계 전원 시스템의 발전용량이 사용되고 있다.
그러나, 최근 들어 정보기술 산업의 발달과 더불어 자동차의 편의성 증대를 목적으로 하는 다양한 신기술(전동식 동력 조향장치, 인터넷 등)들이 차량에 접목되고 있으며, 앞으로도 현 자동차 시스템을 최대한 이용할 수 있는 신기술의 개발이 계속될 전망이다.
따라서, 기존의 14V계 전원 시스템으로는 신기술이 적용된 차량에 충분한 전력을 공급할 수 없게 되는 바, 보다 큰 전력을 공급할 수 있는 전원 시스템의 도입이 요구되고 있으며, 이에 대응하기 위한 방안이 차량의 이중 전원 시스템이다.
즉, 자동차의 전원 시스템을 14V/42V로 이중화 하여, 고전력을 요구하는 샤시계 및 모터류에는 42V의 전압을 공급함으로써 전력효율을 증대시키고, 저전력 장치들은 기존의 14V 전원 시스템을 사용하도록 하고 있는 것이다.
자동차의 이중 전원 시스템은, 도 1을 참조하여 설명하면, 스타터 기능을 가 지면서 고전력을 발생시키는 ISG(Integrated Starter Generator; 일체형 스타터 및 발전기; 31), 이 ISG(31)의 발전량 제어 및 스타터 기능 제어 등의 ISG 구동에 대한 제반적인 제어를 수행하는 MCU(Motor Control Unit; 36), 42V ISG(31)의 발전계로부터 생성되는 전력을 저장하는 36V 배터리(32), 이 36V 배터리(32)를 제어 관리하는 배터리 관리 시스템(BMS:Battery Management System; 33), 상기 36V 배터리(32)에 의해 구동되는 42V 모터가 장착된 각종 고전력 장치(도시하지 않음), 상기 36V 배터리(32)로부터 전압을 직류/직류로 변환하는 양방향 DC/DC 컨버터(35), 이 DC/DC 컨버터(35)로부터 변환된 전압을 충전하는 12V 배터리(37), 이 12V 배터리(37) 전압으로 구동되는 저전력 장치(도시하지 않음) 등을 포함하여 이루어진다.
이러한 이중 전원 시스템의 여러 구성요소 중에서 ISG(31)는 기존의 스타터와 알터네이터를 대체하는 것으로, 초기 기동시에는 MCU(36)의 제어하에 36V 배터리(32)로부터 인가되는 42V 전원을 받음으로써 스타터로서 동작하게 되고, 엔진의 정상 운전시에는 알터네이터로서 동작하게 된다.
ISG(31)에서 발생된 42V 전력은 36V 배터리(32)에 저장되며, 이 36V 배터리(32)의 전력이 MCU(36) 제어에 따라 42V 모터가 적용된 워터펌프, 전동식 에어컨 컴프레서, 연료펌프, 라디에이터 팬, 와이퍼, 컨덴서 팬, 파워 윈도우 등과 같은 고전력 장치를 구동시킨다.
현 42V 시스템 차량은 크게 엔진과 변속기 사이에 42V ISG를 설치한 직결형과, 현 알터네이터 자리에 엔진과 벨트로 연결되는 42V ISG를 설치한 벨트 구동형으로 구분될 수 있다.
첨부한 도 1은 42V 벨트 구동형 ISG가 채용된 통상의 간헐 운전식 차량 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
한편, 아이들 스톱을 통해 연비를 개선하고자 하는 간헐 운전식 차량은 하이브리드 차량들이 갖는 아이들 스톱/고(Idle Stop & Go) 기능을 가지고 있다.
여기서, 아이들 스톱/고 기능이라 함은, 차량의 정지상태가 소정 시간 이상 유지되는 경우 등과 같이 정해진 조건 하에서 자동적으로 엔진을 정지시키고(Idle Stop), 이후 운전자 의지 및 차량 자체 조건에 의해 재출발 요구시 자동적으로 스타터 혹은 ISG를 통해 엔진을 재시동시켜(Go) 정상 운전이 가능하게 한 기능을 말한다.
이 기능은 엔진 아이들시 차륜의 구동과 무관한 연료 소비가 발생하지 않도록 해주기 때문에 시내 주행시 도심 정체구간에서 약 15%의 연비 향상과 배기가스 저감의 효과를 제공한다.
한편, 42V 벨트 구동형 ISG가 채용된 간헐 운전식 차량에서는 스타터 및 알터네이터 역할을 하는 ISG가 벨트로 연결되어 동력 전달이 이루어지기 때문에, 이 벨트의 역할이 중요하며, 벨트의 장력은 전달효율 및 연비, 벨트 수명, 소음 등에 영향을 미친다.
관련 기술로서, 통상의 차량에서 벨트의 장력 변화에 대한 힘의 균형을 오토텐셔너를 이용하여 조정하고 있으며, 이는 벨트 구동계의 전반적인 전달효율 향상, 연비 향상, 수명 연장 및 소음 저감 등의 긍정적인 효과를 제공하고 있다.
벨트 구동형 ISG가 채용된 아이들 고/스톱 기능 차량(간헐 운전식 차량)의 경우, ISG에 의해 반복적으로 이루어지는 엔진 재시동 과정에서 엔진 시동에 필요한 토크를 확보하는데 벨트 장력은 주요 인자가 된다.
즉, 벨트 장력을 크게 하면, ISG에 의한 시동을 통해 엔진 시동에 필요한 충분한 토크를 확보할 수 있으며, ISG로부터 벨트를 통해 전달되는 시동 토크를 증가시킬 수 있게 된다.
그러나, 벨트 장력의 증가는 ISG에 의한 엔진 시동시 토크 확보에는 분명 유리하나 ISG 발전작동 과정에서는 벨트 수명을 감소시킬 수 있기 때문에, ISG 작동과 연관된 벨트 장력의 제어가 필요하며, 이중 전원 시스템의 여러 제어 인자를 고려하여 적절한 제어를 해줄 필요가 있다.
현재 ISG가 채용된 이중 전원 시스템 차량에서 아이들 스톱/고 기능을 위한 벨트 장력 가변 기술 및 벨트 장력 제어를 통해 시동 토크를 증가시키는 기술은 전무한 상태이다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 불편함을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 아이들 스톱/고 기능을 구현하는 이중 전원 시스템 차량에서 외부 신호 인가시 ISG에 연결된 벨트 장력을 증가시켜주는 가변 텐셔너를 설치하고, ISG에 의한 엔진 재시동시에 벨트 및 배터리 상태 정보를 기초로 산출된 벨트 장력 요구치가 기준치 이상인 조건에서 상기 가변 텐셔너를 이용해 벨트 장력을 증가시켜 줌으로써, ISG에 의한 시동을 통해 엔진 시동에 필요한 충분한 토크를 확보할 수 있도록 구성한 벨트 구동형 ISG가 장착된 간헐 운전식 차량의 벨트 장력 제어 시스템 및 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은, 벨트 구동형 ISG가 장착된 간헐 운전식 차량에서 크랭크 스프라켓과 ISG 스프라켓 사이에 연결된 벨트 장력을 제어하기 위한 시스템에 있어서,
벨트 주변온도를 검출하기 위하여 벨트 근접부에 설치된 온도센서와;
ISG에 의한 엔진 재시동 조건에서 상기 온도센서에 의해 검출된 벨트 주변온도로부터 벨트 온도 및 벨트 슬립 상수를 산출하고, 산출된 벨트 온도 및 벨트 슬립 상수와 BMS에서 입력된 배터리 전압/전류 및 충전상태 정보를 기초로 현 상태에서의 ISG 시동을 위한 벨트 장력 요구치를 산출한 후, 벨트 장력 요구치가 기준치 이상이면 엔진 시동 전 벨트 장력을 증가시키기 위한 신호를 출력하는 MCU와;
상기 MCU로부터 신호가 인가되면 하기 솔레노이드 엑추에이터에 작동전원을 인가하는 솔레노이드 제어기와;
상기 솔레노이드 제어기로부터 작동전원이 인가되면 텐셔너 본체 내부의 로드를 벨트 장력이 증가되는 방향으로 동작시키는 솔레노이드 엑추에이터를 구비한 가변 텐셔너;
를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 솔레노이드 엑추에이터는 텐셔너 본체의 내부에서 선단에 형성 된 지지단을 통해 리턴 스프링의 후단부를 지지하는 솔레노이드와, 전원 인가시 상기 솔레노이드를 전진시켜 벨트 장력이 증가되는 방향으로 리턴 스프링, 이동체 및 로드를 동작시키는 여자코일을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 MCU는 엔진 시동이 완료된 상태에서 벨트 장력 증가상태를 해제하기 위한 신호를 출력하고, 상기 솔레노이드 제어기는 상기 MCU로부터 해제 신호가 입력되면 솔레노이드 엑추에이터의 전원을 차단하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명은, 벨트 구동형 ISG가 장착된 간헐 운전식 차량에서 크랭크 스프라켓과 ISG 스프라켓 사이에 연결된 벨트 장력을 제어하는 방법에 있어서,
MCU가 ISG에 의한 엔진 재시동 조건에서 벨트 근접부의 온도센서에서 검출된 벨트 주변온도로부터 벨트 온도 및 벨트 슬립 상수를 산출하고, 산출된 벨트 온도 및 벨트 슬립 상수와 BMS에서 입력된 배터리 전압/전류 및 충전상태 정보를 기초로 현 상태에서의 ISG 시동을 위한 벨트 장력 요구치를 산출하는 단계와;
산출된 벨트 장력 요구치가 기준치 미만이면 MCU가 엔진 시동 전 벨트 장력을 증가시키기 위한 신호를 출력하는 단계와;
상기 MCU로부터 신호가 인가되면 솔레노이드 제어기가 가변 텐셔너에 구비된 솔레노이드 엑추에이터에 작동전원을 인가하는 단계와;
상기 솔레노이드 제어기로부터 인가되는 작동전원에 의해 솔레노이드 엑추에이터가 텐셔너 본체 내부의 로드를 동작시켜 벨트 장력을 증가시키는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 MCU가 엔진 시동이 완료된 상태를 판단하여 벨트 장력 증가상 태를 해제하기 위한 신호를 출력하는 단계와;
상기 솔레노이드 제어기가 상기 MCU로부터 해제 신호가 입력되면 상기 솔레노이드 엑추에이터의 전원을 차단하는 단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 벨트 구동형 ISG가 장착된 간헐 운전식 차량의 벨트 장력 제어 시스템 및 제어 방법에 관한 것으로서, 아이들 스톱/고 기능을 구현하는 이중 전원 시스템 차량에서 외부 신호 인가시 ISG에 연결된 벨트 장력을 증가시켜주는 가변 텐셔너를 설치하고, ISG에 의한 엔진 재시동시에 벨트 및 배터리 상태 정보를 기초로 산출된 벨트 장력 요구치가 기준치 이상인 조건에서 상기 가변 텐셔너를 이용해 벨트 장력을 증가시켜 줌으로써, ISG에 의한 시동을 통해 엔진 시동에 필요한 충분한 토크를 확보할 수 있도록 구성한 벨트 구동형 ISG가 장착된 간헐 운전식 차량의 벨트 장력 제어 시스템 및 제어 방법에 관한 것이다.
첨부한 도 2는 본 발명에 따른 벨트 장력 제어 시스템의 구성을 도시한 블럭도이고, 도 3a와 도 3b는 본 발명에 채용된 가변 텐셔너의 내부 구성 및 작동상태를 도시한 단면도로서, 도 3a는 솔레노이드 엑추에이터가 작동되기 전 상태를, 도 3b는 솔레노이드 엑추에이터가 작동된 상태를 나타낸다.
도 4a와 도 4b는 본 발명에서 가변 텐셔너의 작동모드에 따른 벨트 장력상태를 도시한 도면으로서, 도 4a는 ISG의 발전작동 동안 벨트 장력상태(일반 벨트 장 력 모드)를 나타낸 것이며, 도 4b는 엔진 시동시 가변 텐셔너에 의해 벨트 장력이 증가된 상태(벨트 장력 증가 모드)를 나타낸 것이다.
본 발명에 채용된 가변 텐셔너(150)는 기존 텐셔너의 구성에 외부로부터 신호가 인가되면 텐셔너의 추력을 강제적으로 증가시키도록 작동하는 솔레노이드 엑추에이터(155)를 추가하여 구성된 것이다.
상기 가변 텐셔너(150)는 크랭크 스프라켓(crank sprocket; 102)과 ISG 스프라켓(ISG sprocket; 100) 사이에 구동력을 전달하는 벨트(101)에 설치되며, 이 벨트(101)에 접촉되어 텐션을 부여하는 텐셔너 아이들러(103) 및 이 텐셔너 아이들러(103)와 연동하는 텐셔너 암(104), 이 텐셔너 암(104)의 단부를 가압함으로써 텐셔너 아이들러(103)의 위치를 변동시키는 로드(154), 텐셔너 본체(151) 내부의 이동체(153) 및 리턴 스프링(152) 등 기본적인 구성은 기존 텐셔너의 구성과 동일하다.
다만, 도 3a와 도 3b에 도시한 바와 같이, 텐셔너 본체(151)의 내부에는 솔레노이드(156) 및 여자코일(157)을 포함하는 솔레노이드 엑추에이터(155)가 추가로 설치되고, 상기 솔레노이드(156)는 선단에 형성된 지지단(156a)을 통해 리턴 스프링(152)의 후단부를 지지하도록 설치된다.
이러한 솔레노이드 엑추에이터(155)는 솔레노이드 제어기(140)에 의해 구동이 제어되는데, 솔레노이드 제어기(140)가 솔레노이드 엑추에이터(155)를 작동시키기 위한 전원을 인가하여 여자코일(157)이 통전되면 전자기력에 의해 솔레노이드(156)가 전진하여 리턴 스프링(152)을 밀어주게 된다.
이와 같이 리턴 스프링(152)이 솔레노이드(156)에 의해 전방으로 밀리게 되 면, 텐셔너 본체(151) 내부의 이동체(153)와 로드(154)가 전진 작동하게 되고, 이에 상기 로드(154)가 전진하면서 텐셔너 암(104)을 밀어주게 되는 바, 이때 텐셔너 암(104)은 텐셔너 아이들러(103)를 벨트 장력이 증가하는 방향으로 이동시키게 된다.
이러한 가변 텐셔너(150)는 기존 기계적 스프링 작동구조에 의한 오토텐셔너의 기본 기능 외에 외부로부터 신호 인가시에 솔레노이드 엑추에이터(155)가 작동하여 텐셔너의 추력 및 벨트의 장력을 강제적으로 증가시키는 추가적인 기능이 부가된다.
한편, 본 발명에 따른 벨트 장력 제어 시스템은 엔진룸 내에서 벨트 근접부에 설치되어 벨트 주변온도를 검출하는 온도센서(110)를 포함하며, 이러한 본 발명에서의 온도센서는 도 2와 도 5에서 도면부호 110으로 도시하였다.
도 5는 본 발명에서 벨트 온도 추정을 위한 온도센서를 나타낸 도면으로서, 도면부호 11은 엔진의 크랭크 축을, 도면부호 100은 42V ISG의 스프라켓(ISG sprocket)을, 도면부호 102는 크랭크 스프라켓(crank sprocket)을 각각 나타내고, 도면부호 101은 크랭크 스프라켓(102)과 ISG 스프라켓(100) 사이에 구동력을 전달하는 벨트를 나타낸다.
상기 온도센서(110)는 벨트(101)의 온도를 추정하기 위하여 설치되는 온도센서로서, 본 발명에서 벨트 온도는 벨트 주변온도를 측정하여 추정하게 된다.
바람직한 실시예로서, 상기 온도센서(110)는 벨트 주변온도로서 크랭크 축 주변온도를 검출할 수 있도록 벨트(101) 인근의 엔진 크랭크 축 주변에 설치될 수 있으며, 상기 온도센서(110)로부터 출력되는 검출신호는 MCU(또는 ISG 제어기; 130)에 입력되어 MCU(130)에서 벨트 온도 및 벨트 슬립 상수를 산출하는데 이용된다.
이와 같이 상기 온도센서(110)에 의해 검출되는 벨트 주변온도, 즉 크랭크 축 주변온도는 벨트 온도 및 벨트 슬립 상수를 산출하기 위한 것으로, 벨트 온도를 직접적으로 검출하기는 어려우므로, 미리 입력된 데이터들을 기초로 MCU(130)가 상기 온도센서(110)에 의해 검출된 벨트 주변온도로부터 벨트 온도와 벨트 슬립 상수를 연산하게 된다.
또한, 본 발명에서 MCU(130)는 앞서 설명한 바와 같이 온도센서(110)의 출력신호를 입력받는 동시에 36V 배터리를 제어 관리하는 배터리 관리 시스템(이하, BMS라 칭함; 120)으로부터 현재의 배터리 전압/전류 및 충전상태(State of Charge) 정보를 입력받게 된다.
이중 전원 시스템에서 BMS는 배터리 전압/전류를 측정하고, 또한 충전상태(State of Charge)를 정확히 연산하여 차량제어변수로 제공하고 있다.
상기 MCU(130)는 온도센서(110)의 출력신호로부터 벨트 온도 및 벨트 슬립 상수를 연산하고, 산출된 벨트 온도 및 벨트 슬립 상수와 BMS(120)에서 입력된 배터리 전압/전류 및 충전상태 정보를 기초로 하여 현 상태에서 ISG 시동을 위한 벨트 장력 요구치를 산출한다.
벨트 장력을 계산하기 위해 사용되는 벨트 온도 및 벨트 슬립 상수의 예는 다음과 같다.
벨트 온도는 벨트 주변온도를 측정하여 추정하게 되는데, 벨트 주변온도(엔진 크랭크 축 주변온도)를 검출하기 위한 상기 온도센서(110)의 온도가 약 60℃인 경우 벨트의 온도는 약 45℃가 되고, 엔진 크랭크 축 주변온도가 약 90℃ 정도가 되는 경우 벨트의 온도는 약 85℃ 수준의 온도 분포를 갖는다.
벨트 온도로부터 벨트 슬립 상수를 얻는 것은 미리 저장된 데이터, 즉 벨트 온도에 대하여 벨트 슬립 상수가 저장된 데이터(Look Up Table, 1:1 대응이 되도록 테이블로 짜여진 프로그램)를 활용하게 된다.
도 7은 벨트 온도 추정값과, 온도센서에 의해 측정된 크랭크 축 주변온도 측정값 사이의 관계를 나타낸 그래프 도면이다.
이는 엔진의 냉각구조에 따라 벨트의 온도 변화를 줄 수 있으므로 각 시스템에 따라 변동될 수 있으며, 본 예는 특정 차량의 실험 사례이다.
그리고, 벨트의 온도가 낮은 경우는 보다 높은 장력이 요구되며, 벨트 슬립 상수는 이 벨트의 온도에 영향을 미칠 수 있다.
벨트 슬립은 아이들러(idler)에 양단에 걸리는 벨트의 힘을 감싸고 있는 각도(wrap angle)에 의해 크게 좌우되며, 마찰계수는 각 시스템별로 0.4 ~ 0.6의 값을 갖는다.
또한, MCU(130)는 산출된 벨트 장력 요구치를 ISG 시동시 기준치와 비교하게 되며, 여기서 벨트 장력 요구치가 기준치 이상이면 엔진 시동 전 상태에서 벨트 장력을 증가시키기 위한 신호를 솔레노이드 제어기(140)로 출력하도록 되어 있다.
상기 솔레노이드 제어기(140)는 MCU(130)로부터 신호가 인가되면 솔레노이드 엑추에이터(155)를 구동시켜 벨트 장력을 증가시키게 된다.
이하, ISG가 장착된 간헐 운전식 차량에서 가변 텐셔너를 이용하여 벨트 장력을 제어하는 과정을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 6은 본 발명에 따른 제어 과정을 나타낸 순서도이다.
우선, MCU(130)가 차량 주행 중에 아이들 스톱 후 현재 조건이 엔진 재시동 조건, 즉 ISG에 의한 재시동 조건에 해당하는가를 판단한 후 재시동 조건에 해당하면, 온도센서(110) 및 BMS(120)로부터 입력된 벨트 주변온도 정보와 배터리 전압/전류 및 충전상태 정보를 기초로 현 상태에서 ISG 시동을 위한 벨트 장력 요구치를 산출하게 된다.
이후, MCU(130)는 벨트 장력 요구치를 미리 설정 입력된 기준치와 비교하게 되는데, 현 상태에서 벨트 장력 요구치가 기준치 미만일 경우에는 벨트 장력을 그대로 유지하기 위하여 별도 신호를 출력하지 않으며(일반 벨트 장력 모드 유지, 도 4a 참조), 반면에 기준치 이상일 경우 벨트 장력을 증가시키기 위한 신호를 솔레노이드 제어기(140)로 출력한다.
상기 솔레노이드 제어기(140)는 MCU(130)로부터 신호가 인가되면 솔레노이드 엑추에이터(155)를 작동시키기 위한 전원을 인가하며, 솔레노이드 엑추에이터(155)에서는 솔레노이드 제어기(140)로부터 인가되는 전원에 의해 여자코일(157)이 통전되면서 솔레노이드(156)가 전진 이동하게 된다.
솔레노이드(156)가 전진 이동할 경우 전술한 바와 같이 리턴 스프링(152) 및 이동체(153), 로드(154)가 전진하여 도 4b에 도시한 바와 같이 텐셔너 암(104)을 밀어주고, 이에 텐셔너 암(104)은 벨트(101)의 장력이 증가하는 방향으로 텐셔너 아이들러(103)를 이동시키게 된다.
상기와 같이 벨트(101)의 장력을 증가시킨 상태(벨트 장력 증가 모드)에서 MCU(130)는 통상의 과정대로 모터 시동 토크 연산, 재시동 토크 확정 및 ISG 시동 제어를 수행하며, 이로써 엔진 시동이 이루어지게 된다.
이후, ISG에 의한 엔진 시동이 완전히 이루어지고 나면, MCU(130)는 벨트 장력 증가상태를 해제하기 위한 신호를 솔레노이드 제어기(140)로 출력하게 되며, 이때 솔레노이드 제어기(140)는 전원을 차단하여 솔레노이드 엑추에이터(155)를 오프시키게 된다.
솔레노이드 엑추에이터(155)가 오프되고 나면, 리턴 스프링(152), 이동체(153), 로드(154), 텐셔너 암(104), 텐셔너 아이들러(103)가 모두 최초 상태로 복원되면서 벨트 장력이 도 4a와 같이 원래대로 감소되게 된다(일반 벨트 장력 모드).
이와 같이 본 발명에서는 ISG에 의한 엔진 시동시에만 벨트 장력을 크게 하여 엔진 시동에 필요한 충분한 토크를 확보하게 되며, 이에 따라 높은 토크에 의해 벨트 수명이 단축되는 것을 방지한다.
그리고, 도 6에서와 같이 ISG가 엔진 재시동 후 발전 과정을 수행할 때에는 MCU(130)가 정상적인 ISG 발전 제어를 수행함과 동시에 솔레노이드 엑추에이터(155)가 오프된 상태에서 가변 텐셔너(150)는 강제적인 추력 증가 없이 기본적으로 수행되는 일반 벨트 장력 모드로 작동하게 된다.
이와 같이 하여, 엔진 시동시에는 벨트 장력을 크게 하여 ISG에 의한 시동을 통해 엔진 시동에 필요한 충분한 토크를 확보할 수 있으며, 높은 토크는 벨트 수명을 감소시킬 수 있으므로, 시동시에만 벨트 장력을 크게 하고, 일반 구동시에는 벨트 장력을 작게 하여 ISG 발전에 적합한 구조를 유지한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 벨트 구동형 ISG가 장착된 간헐 운전식 차량의 벨트 장력 제어 시스템 및 제어 방법에 의하면, 아이들 스톱/고 기능을 구현하는 이중 전원 시스템 차량에서 외부 신호 인가시 ISG에 연결된 벨트 장력을 증가시켜주는 가변 텐셔너를 설치하고, ISG에 의한 엔진 재시동시에 벨트 및 배터리 상태 정보를 기초로 산출된 벨트 장력 요구치가 기준치 이상인 조건에서 상기 가변 텐셔너를 이용해 벨트 장력을 증가시켜 줌으로써, ISG에 의한 시동을 통해 엔진 시동에 필요한 충분한 토크를 확보할 수 있는 효과가 있다.
특히, 높은 토크는 벨트 수명을 감소시킬 수 있으므로, 엔진 시동시에만 벨트 장력을 증가시키도록 구성되는 바, 벨트 수명 및 교체 주기를 늘릴 수 있는 효과를 제공한다.

Claims (5)

  1. 벨트 구동형 ISG가 장착된 간헐 운전식 차량에서 크랭크 스프라켓과 ISG 스프라켓 사이에 연결된 벨트 장력을 제어하기 위한 시스템에 있어서,
    벨트 주변온도를 검출하기 위하여 벨트 근접부에 설치된 온도센서와;
    ISG에 의한 엔진 재시동 조건에서 상기 온도센서에 의해 검출된 벨트 주변온도로부터 벨트 온도 및 벨트 슬립 상수를 산출하고, 산출된 벨트 온도 및 벨트 슬립 상수와 BMS에서 입력된 배터리 전압/전류 및 충전상태 정보를 기초로 현 상태에서의 ISG 시동을 위한 벨트 장력 요구치를 산출한 후, 벨트 장력 요구치가 기준치 이상이면 엔진 시동 전 벨트 장력을 증가시키기 위한 신호를 출력하는 MCU와;
    상기 MCU로부터 신호가 인가되면 하기 솔레노이드 엑추에이터에 작동전원을 인가하는 솔레노이드 제어기와;
    상기 솔레노이드 제어기로부터 작동전원이 인가되면 텐셔너 본체 내부의 로드를 벨트 장력이 증가되는 방향으로 동작시키는 솔레노이드 엑추에이터를 구비한 가변 텐셔너;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 벨트 구동형 ISG가 장착된 간헐 운전식 차량의 벨트 장력 제어 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 솔레노이드 엑추에이터는 텐셔너 본체의 내부에서 선단에 형성된 지지단을 통해 리턴 스프링의 후단부를 지지하는 솔레노이드와, 전원 인가시 상기 솔레노이드를 전진시켜 벨트 장력이 증가되는 방향으로 리턴 스프링, 이동체 및 로드를 동작시키는 여자코일을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 벨트 구동형 ISG가 장착된 간헐 운전식 차량의 벨트 장력 제어 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 MCU는 엔진 시동이 완료된 상태에서 벨트 장력 증가상태를 해제하기 위한 신호를 출력하고, 상기 솔레노이드 제어기는 상기 MCU로부터 해제 신호가 입력되면 솔레노이드 엑추에이터의 전원을 차단하는 것을 특징으로 하는 벨트 구동형 ISG가 장착된 간헐 운전식 차량의 벨트 장력 제어 시스템.
  4. 벨트 구동형 ISG가 장착된 간헐 운전식 차량에서 크랭크 스프라켓과 ISG 스프라켓 사이에 연결된 벨트 장력을 제어하는 방법에 있어서,
    MCU가 ISG에 의한 엔진 재시동 조건에서 벨트 근접부의 온도센서에서 검출된 벨트 주변온도로부터 벨트 온도 및 벨트 슬립 상수를 산출하고, 산출된 벨트 온도 및 벨트 슬립 상수와 BMS에서 입력된 배터리 전압/전류 및 충전상태 정보를 기초로 현 상태에서의 ISG 시동을 위한 벨트 장력 요구치를 산출하는 단계와;
    산출된 벨트 장력 요구치가 기준치 미만이면 MCU가 엔진 시동 전 벨트 장력을 증가시키기 위한 신호를 출력하는 단계와;
    상기 MCU로부터 신호가 인가되면 솔레노이드 제어기가 가변 텐셔너에 구비된 솔레노이드 엑추에이터에 작동전원을 인가하는 단계와;
    상기 솔레노이드 제어기로부터 인가되는 작동전원에 의해 솔레노이드 엑추에이터가 텐셔너 본체 내부의 로드를 동작시켜 벨트 장력을 증가시키는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 벨트 구동형 ISG가 장착된 간헐 운전식 차량의 벨트 장력 제어 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 MCU가 엔진 시동이 완료된 상태를 판단하여 벨트 장력 증가상태를 해제하기 위한 신호를 출력하는 단계와;
    상기 솔레노이드 제어기가 상기 MCU로부터 해제 신호가 입력되면 상기 솔레노이드 엑추에이터의 전원을 차단하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 벨트 구동형 ISG가 장착된 간헐 운전식 차량의 벨트 장력 제어 방법.
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