KR20070065952A

KR20070065952A - 하이브리드 차량의 차간거리 제어장치 및 방법

Info

Publication number: KR20070065952A
Application number: KR1020050113480A
Authority: KR
Inventors: 박만재
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2005-11-25
Filing date: 2005-11-25
Publication date: 2007-06-27

Abstract

본 발명은 하이브리드 차량에서의 차간거리를 제어하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 종래에 있어서 상기 하이브리드 차량의 차간거리를 제어하는 방식은 주로 선행차와의 거리와 가속도를 측정하여 설정거리보다 선행차가 멀리 있으면 속도를 제어하고 가까울 경우에는 스로틀 혹은 브레이크 제어를 통하여 거리를 제어하는 것으로 되어 있었지만 이러한 종래의 방식은 설정거리가 거리제어와 속도제어구간의 경계에 있기 때문에 불필요한 제어구간의 전환이 빈번하여 승차감의 저하되는 문제가 있었을 뿐 아니라 도심지 운행시 선행차와의 거리제어에 따른 브레이크의 빈번한 사용으로 동력효율이 떨어지고 최적연비제어가 어렵게 되는 등의 문제가 있었던 바, 크루즈콘트롤유니트에 모터, 발전기의 토크를 제어하는 모터, 발전기 콘트롤러를 접속하는 것과, 레이더 신호를 검출하여 선행차가 있다고 판단되면 스로틀제어구간, 토크제어구간, 브레이크제어구간, 급제동구간 중의 어느 제어구간에 포함되는 지를 판단한 후 스로틀제어, 하이브리드 변속시스템의 토크제어, 브레이크제어, 급제동제어를 상황에 맞게 실시하는 것을 특징으로 하는 본 발명에 의하면 토크제어를 통하여 상당히 넓은 구간을 가속과 감속을 쉽게 제어할 수 있게 되므로 빈번한 스로틀 제어를 방지하여 제어모드상에서의 연비향상에 도움을 줄 수 있게 되고, 제어시에 부드러운 가속과 감속이 가능하게 되어 승차감을 향상시킬 수 있게 되며, 발전기에 토크를 인가하여 자체적으로 감속운행이 가능하기 때문에 기계적인 브레이크 제어구간을 크게 줄일 수 있게 되어 기계적인 마찰을 통해 손실되는 에너 지를 줄임으로써 차량의 에너지 효율을 크게 향상시킬 수 있게 됨은 브레이크 계통부품의 수명도 늘릴 수 있게 되는 등의 효과를 얻을 수 있게 된다.

하이브리드, 차간거리, 크루즈콘트롤유니트, 모터,발전기 컨트롤러

Description

하이브리드 차량의 차간거리 제어장치 및 방법 {a distance control system and the method for a hybrid car}

도 1은 종래 기술의 구성도

도 2는 동 종래 기술에 의한 구간별 제어 예시도

도 3은 본 발명의 한 실시예의 구성도

도 4는 본 발명의 한 실시예의 작동 흐름도

도 5는 본 발명에 의한 구간별 제어 예시도

본 발명은 하이브리드 차량에서의 차간거리를 제어하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 더 자세하게는 모터,발전기가 유성기어를 통하여 연결된 하드타입 하이브리드 차량에서 모터와 발전기에 인가하는 토크의 양을 제어하여 차간거리를 유지하도록 하는 하이브리드 차량의 차간거리 제어장치 및 방법에 관한 것이다.

본 발명이 관계하는 하이브리드(hybrid) 차량은‘잡종, 혼혈’등을 의미하는 단어의 뜻 그대로 두 가지의 동력원을 함께 사용하는 차를 의미한다.

일반적으로 하이브리드 차량은 기존의 일반 차량에 비해 유해가스 배출량을 획기적으로 줄인 차세대 환경자동차를 말하며, 기존 차량에 사용되던 내연기관 엔진에 전기 모터를 결합한 형태를 일컫는 바, 전기 모터는 차량 내부에 장착된 고전압 배터리로부터 전원을 공급받고, 배터리는 차량이 움직일 때 다시 충전되는 시스템이다.

일반적으로 기존 차량의 에너지 손실은 대부분 교통 혼잡에 따른 공회전 시간과 차량 정지 시에 발생한다.

하이브리드 시스템은 이 같은 가솔린 또는 디젤 엔진의 단점을 보완해 차량의 속도나 주행 상태 등에 따라 엔진과 모터 힘을 적절하게 제어함으로써 효율성을 극대화시킨 것으로, 먼저 출발할 때는 전기 모터로 엔진 시동을 걸게 되며, 또 통상적인 주행이나 가속시에는 엔진이 주동력원이 되고 모터가 보조 동력원으로 작동한다.

또한 브레이크를 밟아 감속할 때는 차량의 운동에너지를 전기에너지로 전환해 배터리를 충전하고, 차량이 정지되면 엔진과 모터가 모두 정지한다.

그러나 상기 하이브리드 차량은 기존 엔진에 모터까지 탑재되고 배터리도 장착하여야 하므로 부품 수가 늘어나고 차도 무거워지는 단점이 있고, 또 결국 엔진을 사용하는 만큼 오염 물질이 발생한다.

이에 비해 연료전지 차는 100% 전기 모터를 동력원으로 사용하지만 충전지가 아니라 수소 연료만 주유하듯 넣으면 되는 연료전지를 사용, 연료전지 차라는 이름 이 붙었다.

연료전지 차는 수소를 공기 중의 산소와 결합시켜 전기 에너지를 내며, 이 과정에서 물 이외의 불순물이 생기지 않아 진정한 의미의 친환경 차라고 할 수 있다.

다만 연료전지 차에서 사용되는 수소는 폭발 위험성이 크고 한번에 대량의 수소를 적재하기 힘든 데다 상용화하려면 먼저 수소 충전소를 구축해야 하는 등 인프라 문제가 뒤따른다.

하이브리드 차량의 사례를 살펴보면, 일본 도요타[豊田]의 프리우스(Prius)와 혼다[本田]의 인사이트(Insight)가 대표적인 차종으로, 프리우스는 2000년 말 세계 최초로 양산화에 성공하였다.

상기 프리우스는 연료 효율이 높고, 가솔린 엔진과 전기 엔진의 장점만을 결합해 운전하면서 도로와 주변 환경에 알맞게 자동으로 가솔린 엔진과 전기 엔진의 변환이 가능하며, 2001년 5월 현재 총 9,000여 대가 판매되었고, 특히 미국의 뉴욕주(州)와 뉴저지주 등이 건설·복지·환경·교통 등과 관련해 공공 기관들의 공용차량으로 구매하는 등 인기를 끌고 있다.

또한 인사이트는 가솔린 엔진이기는 하지만 차체를 알루미늄으로 만들어 기존의 차량보다 40% 정도 무게가 가볍고, 세계 최경량인 1리터 린번VTEC 엔진을 사용해 공기의 저항을 획기적으로 줄였으며. 무급유로 1423.3㎞의 주행기록을 세웠고, 1리터당 32㎞라는 연비 성능을 입증함으로써 차세대 환경 스포츠카로 자리잡았다.

종래에 있어서 상기 하이브리드 차량의 차간거리를 제어하는 방식은 주로 선행차와의 거리와 가속도를 측정하여 설정거리보다 선행차가 멀리 있으면 속도를 제어하고 가까울 경우에는 스로틀 혹은 브레이크 제어를 통하여 거리를 제어하는 것으로 되어 있었다.

그러나 이러한 종래의 방식은 설정거리가 거리제어와 속도제어구간의 경계에 있기 때문에 불필요한 제어구간의 전환이 빈번하여 승차감의 저하되는 문제가 있었을 뿐 아니라 도심지 운행시 선행차와의 거리제어에 따른 브레이크의 빈번한 사용으로 동력효율이 떨어지고 최적연비제어가 어렵게 되는 등의 문제가 있었다.

즉, 도 1에는 종래 기술의 구성도가 도시되어 있고, 도 2에는 종래 기술에 의한 구간별 제어 예시도가 도시되어 있는 바, 종래 기술은 가속페달센서과 브레이크센서, 차속센서, 그리고 레이더의 신호가 크루즈콘트롤유니트(Cruise control ECU)에 입력되고, 크루즈콘트롤유니트로부터의 출력 신호가 스로틀구동부를 제어하는 스로틀컨트롤러 및 브레이크구동부를 제어하는 브레이크컨트롤러에 전달되는 형태로 되어 있다.

상기 종래의 기술은 레이더 신호를 검출하여 선행차가 있는가를 판단하고, 선행차가 있다고 판단되면 어느 제어구간에 포함되는지 판단한 후 스로틀제어, 브레이크제어를 상황에 맞게 판단하여 제어가 이루어지도록 한다.

또한 선행차가 없다고 판단이 될 경우에는 설정차속을 유지하도록 스로틀 제어를 실시하면서 연속적으로 차간거리 센싱을 계속한다.

상기 종래 기술에서 크루즈콘트롤유니트(Cruise control ECU)에는 가속페달 센서, 브레이크 페달센서, 차속감지센서 등에 의하여 차량의 운행상태 정보가 입력되고, 크루즈콘트롤유니트(Cruise control ECU)에서 상황을 판단한 후 스로틀컨트롤러, 브레이크컨트롤러에 선택적으로 신호를 내보낸다.

이러한 종래 기술에 있어서 스로틀컨트롤러는 스로틀의 개도각을 제어하여 엔진으로 유입되는 공기량을 제어하는 바, 이 경우 선행차량의 거리정도에 따라서 연속적으로 가변하게 되므로 엔진의 최적연비 제어가 어렵게 된다.

또한 브레이크컨트롤러는 브레이크 구동부를 제어하며, 브레이크로 전달되는 차압을 조절하여 브레이크를 제어하게 되는 바, 브레이크 제어구간이 비교적 넓어서 기계적 마찰로 인한 차량의 에너지 손실이 크며, 관련부품의 마모도 발생하게 된다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 감안하여 안출한 것이며, 그 목적이 제어상태에서 연비향상이 가능하며, 기계적인 브레이킹 구간의 감소로 에너지 효율면에서 유리하도록 하고, 승차감의 저하를 방지할 수 있도록 하는 하이브리드 차량의 차간거리 제어장치 및 방법을 제공하는 데에 있는 것이다.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위하여 제어모드에 들어가면 일단 스로틀 제어를 통해 최적의 연비구간에서 엔진을 제어하고, 토크제어 구간 안에서는 가속 과 감속을 하이브리드 변속시스템 구성품인 모터와 발전기에 토크를 인가하여 차간거리를 제어하도록 하는 것을 특징으로 하며, 이하 그 구체적인 기술내용을 첨부도면에 의거하여 더욱 자세히 설명하면 다음과 같다.

즉, 도 3에는 본 발명의 한 실시예의 구성도가 도시되어 있는 바, 본 발명의 하이브리드 차량의 차간거리 제어장치는 가속페달센서과 브레이크센서, 차속센서, 그리고 레이더의 신호가 크루즈콘트롤유니트(Cruise control ECU)에 입력되도록 하고, 크루즈콘트롤유니트로부터의 출력 신호가 스로틀구동부를 제어하는 스로틀컨트롤러 및 브레이크구동부를 제어하는 브레이크컨트롤러에 전달되도록 하되, 크루즈콘트롤유니트에 모터, 발전기의 토크를 제어하는 모터, 발전기 콘트롤러를 접속하여서 되는 것이다.

한편 도 3에는 본 발명의 한 실시예의 작동 흐름도가 도시되어 있고, 도 4에는 본 발명에 의한 구간별 제어 예시도가 도시되어 있는 바, 본 발명의 하이브리드 차량의 차간거리 제어방법은 레이더 신호를 검출하여 선행차가 있는가를 판단하고, 선행차가 있다고 판단되면 스로틀제어구간, 토크제어구간, 브레이크제어구간, 급제동구간 중의 어느 제어구간에 포함되는 지를 판단한 후 스로틀제어, 하이브리드 변속시스템의 토크제어, 브레이크제어, 급제동제어를 상황에 맞게 실시하며, 선행차가 없다고 판단되면 설정차속을 유지하도록 스로틀제어를 실시하면서 차간거리 센싱을 계속하여서 되는 것이다.

본 발명에 있어서는 상기 각 제어구간 중에서 스로틀제어구간으로 판단된 경우 설정속도에 맞도록 스로틀 개도각 조절하여 최적연비지향하고, 토크제어구간으 로 판단된 경우 선행차의 거리에 맞게 차량의 가속과 감속을 모터,발전기에 인가하는 토크의 양조절로 제어하며, 브레이크제어구간으로 판단된 경우 브레이크 유압제어를 통한 기계적인 마찰로 차량을 감속하고, 급제동구간으로 판단된 경우 승차감에 상관없이 급감속을 통한 급제동이 이루어지도록 제어한다.

본 발명에 있어서 크루즈콘트롤유니트(Cruise control ECU)에는 가속페달센서, 브레이크 페달센서, 차속감지센서 등에 의하여 차량의 운행상태 정보가 입력되며, 크루즈콘트롤유니트(Cruise control ECU)에서 상황을 판단한 후 모터, 발전기컨트롤러, 스로틀컨트롤러, 브레이크컨트롤러에 선택적으로 신호를 내보내게 된다.

아울러 본 발명에 있어서 모터,발전기컨트롤러는 하드타입 하이브리드 차량의 동력장치인 모터와 발전기에 인가하는 토크를 제어하여 차속의 가속과 감속을 제어하는 바, 모터와 발전기는 상대적인 입장으로 충전과 방전이 병행하여 일어나게 되므로 차량의 동력효율을 증가시킬 수 있게 된다.

그리고 스로틀컨트롤러는 스로틀의 개도각을 제어하여 엔진으로 유입되는 공기량을 제어하여 설정속도에 맞는 최적의 연비값을 추종토록 하고, 브레이크 구동부를 접속되는 브레이크컨트롤러는 브레이크로 전달되는 차압을 조절하여 브레이크를 제어하게 된다.

참고적으로 본 발명이 관계하는 하드타입 하이브리드 차량의 구동장치는 유성기어를 축으로 엔진, 모터, 발전기가 결합된 구조를 가지고 있으며, 엔진은 캐리어축, 모터는 링기어축, 발전기는 선기어축에 연결된다.

상기에서 선기어 잇수 Zs=29개, 링기어 잇수 Zr=75개, 기어비 R=Zs/Zr=0.387 이라고 하면 속도관계식은 Nc=(Nr+R*Ns)/(1+R)이 되고, 토크관계식은 Ts:Tr:Tc = R:1:1+R이 된다.

이와 같은 하이브리드 차량 구동장치에서 모터에 (+)토크를 인가하면 링기어와 연결된 모터의 가속으로 차량의 속도가 증가하게 되며, 이 때 발전기에 인가되는 토크를 이용하여 발전기능을 병행할 수 있다.

그리고 발전기에 (+)토크를 인가하면 유성기어의 비례관계에 따라서 모터는 (-)토크를 받게되고 속도가 감소하게 되며, 이 때에도 모터에 인가되는 토크를 이용하여 발전기능을 병행할 수 있다.

이상에서와 같이 본 발명은 크루즈콘트롤유니트에 모터, 발전기의 토크를 제어하는 모터, 발전기 콘트롤러를 접속하는 것과, 레이더 신호를 검출하여 선행차가 있다고 판단되면 스로틀제어구간, 토크제어구간, 브레이크제어구간, 급제동구간 중의 어느 제어구간에 포함되는 지를 판단한 후 스로틀제어, 하이브리드 변속시스템의 토크제어, 브레이크제어, 급제동제어를 상황에 맞게 실시하는 것을 특징으로 하는 것으로, 본 발명에 의하면 토크제어를 통하여 상당히 넓은 구간을 가속과 감속을 쉽게 제어할 수 있게 되므로 빈번한 스로틀 제어를 방지하여 제어모드상에서의 연비향상에 도움을 줄 수 있게 되고, 제어시에 부드러운 가속과 감속이 가능하게 되어 승차감을 향상시킬 수 있게 되며, 발전기에 토크를 인가하여 자체적으로 감속운행이 가능하기 때문에 기계적인 브레이크 제어구간을 크게 줄일 수 있게 되어 기 계적인 마찰을 통해 손실되는 에너지를 줄임으로써 차량의 에너지 효율을 크게 향상시킬 수 있게 됨은 브레이크 계통부품의 수명도 늘릴 수 있게 되는 등의 효과를 얻을 수 있게 된다.

Claims

가속페달센서과 브레이크센서, 차속센서, 그리고 레이더의 신호가 크루즈콘트롤유니트(Cruise control ECU)에 입력되도록 하고, 크루즈콘트롤유니트로부터의 출력 신호가 스로틀구동부를 제어하는 스로틀컨트롤러 및 브레이크구동부를 제어하는 브레이크컨트롤러에 전달되도록 하되, 크루즈콘트롤유니트에 모터, 발전기의 토크를 제어하는 모터, 발전기 콘트롤러를 접속하여서 되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 차간거리 제어장치.
레이더 신호를 검출하여 선행차가 있는가를 판단하고, 선행차가 있다고 판단되면 스로틀제어구간, 토크제어구간, 브레이크제어구간, 급제동구간 중의 어느 제어구간에 포함되는 지를 판단한 후 스로틀제어, 하이브리드 변속시스템의 토크제어, 브레이크제어, 급제동제어를 상황에 맞게 실시하며, 선행차가 없다고 판단되면 설정차속을 유지하도록 스로틀제어를 실시하면서 차간거리 센싱을 계속하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 차간거리 제어방법.