KR20070070305A

KR20070070305A - 하이브리드 변속기의 가속 제어방법

Info

Publication number: KR20070070305A
Application number: KR1020050077290A
Authority: KR
Inventors: 황경원
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2005-08-23
Filing date: 2005-08-23
Publication date: 2007-07-04

Abstract

본 발명은 전기차 주행모드에서 제너레이터를 이용하여 모터의 출력을 보조하도록 하여 초기 출발 또는 운전자의 의지가 급가속을 요구하는 경우에 출력을 향상시킴으로써, 가속성능을 개선하여 전체적인 하이브리드 자동차의 동력성능을 향상시키도록 하는 하이브리드 변속기의 가속 제어방법을 제공한다.

하이브리드 변속기, 모터, 제너레이터, 가속 제어

Description

하이브리드 변속기의 가속 제어방법{A CONTROL METHOD FOR AN ACCELERATION OF HYBRID TRANSMISSION}

도 1은 일반적인 하드 타입의 하이브리드 변속기의 구동계 개념도이다.

도 2는 본 발명이 적용되는 하이브리드 변속기의 구동계 개념도이다.

도 3은 본 발명이 적용되는 하이브리드 변속기의 블록 구성도이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 변속기의 가속 제어방법을 나타내는 흐름도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

E; 엔진 2; 제1축

G; 제너레이터 PG; 유성기어셋트

M; 모터 RG; 감속기어유닛

DG; 디프렌셜기어유닛 C; 클러치

BMS; 배터리관리시스템 ECU; 엔진제어유닛

HCU; 하이브리드제어유닛

본 발명은 하이브리드 변속기의 가속 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전기차 주행모드에서 제너레이터를 이용하여 모터의 출력을 보조하도록 하여 초기 출발 또는 운전자의 의지가 급가속을 요구하는 경우에 출력을 향상시킴으로써, 가속성능을 개선하여 전체적인 하이브리드 자동차의 동력성능을 향상시키도록 하는 하이브리드 변속기의 가속 제어방법에 관한 것이다.

예컨대, 하이브리드 자동차라고 함은 서로 다른 두 종류 이상의 동력원을 효율적으로 조합하여 차량을 구동하는 것을 의미하는 것으로, 대부분의 경우에는 연료를 사용하여 동력을 얻는 엔진과 전기로 구동 및 발전을 위한 모터와 제너레이터등으로 구성된 시스템으로서, 일명 하이브리드 전기 자동차라고 일컬어지고 있다.

이러한 하이브리드 자동차는 크게 소프트 타입과 하드 타입의 하이브리드 변속기로 구분되는데, 하드 타입의 경우를 일례로 하여 살펴보면, 다음과 같다.

즉, 하드 타입의 하이브리드 변속기는, 도 1에서와 같이, 엔진(E)으로부터 동력을 전달받는 제1축(입력축: 2)상에 동력분배수단인 유성기어셋트(PG)가 배치되고, 상기 유성기어셋트(PG)의 전후측에는 제네레이터(G)와 모터(M)가 각각 배치되며, 상기 유성기어셋트(PG)의 어느 하나의 작동요소로부터 출력되는 동력은 감속기어유닛(RG) 즉, 제2, 3축(카운트 샤프트:4, 6)에 형성된 기어들에 의해 감속된 상태에서 다시 최종적으로 감속되어 디프렌셜기어유닛(DG)을 통해 제4축(8)상의 휠(10)로 최종 동력을 전달하는 구동계를 형성하고 있다.

보다 구체적으로 상기 제1축(2)상의 유성기어셋트(PG)는 유성 캐리어(PC)가 제1축(2)과 연결되고, 선기어(S)가 제네레이터(G)의 회전축과 연결되며, 링기어(R) 가 모터(M)의 회전축에 연결됨과 동시에 드라이브 스프로켓(12)과도 연결된다.

상기 드라이브 스프로켓(12)은 제2축(4)상의 드리븐 스프로켓(14)과 체인(16)으로 연결되어 제2축(4)으로 동력을 전달하고, 제2축(4)의 카운터 드라이브 기어(18)는 제3축(6)의 카운터 드리븐 기어(20)와 치합되어 기어전동으로 동력을 전달하며, 제3축(6)의 파이널 기어(22)는 디프렌셜 기어(24)와 치합되어 최종적으로 감속이 이루어지면서 디프렌셜기어유닛(DG)을 통해 최종 동력이 드라이브 샤프트인 제4축(8)에 전달되도록 구성된다.

이러한 하이브리드 변속기의 구동계는 상기 모터(M)가 낮은 RPM에서 효율과 토크(Torque)면에서 우수하여 차량의 초기 출발 시, 차량의 주 동력원으로 사용되며, 이후 차량이 일정 속도에 이르게 되면 제너레이터(G)가 엔진(E)을 구동하여 엔진(E)의 출력을 직접적으로 차량의 동력으로 이용함과 동시에, 엔진(E)을 시동한 제너레이터(G)는 반대로 엔진(E)의 동력을 이용해 발전을 하여 모터(M)에 에너지를 공급하는 역할을 하게 된다.

즉, 상기 제너레이터(G)는 엔진(E)의 시동 및 엔진(E)의 에너지 전환 역할을 하게 되는 것이다.

이러한 하이브리드 자동차는 초기 출발 시와 같이, 전기차 주행모드(EV모드)에서는 저 RPM에서 효율과 토크(Torque)면에서 우수한 모터(M)를 주 동력원으로 사용하고, 이후 차량이 일정 속도에 이르게 되면 제너레이터(G)가 엔진(E)을 구동하여 엔진(E)의 출력을 직접적으로 차량의 동력으로 이용함과 동시에, 엔진(E)을 시동한 제너레이터(G)는 반대로 엔진(E)의 동력을 이용해 발전을 하여 모터(M)에 에 너지를 공급하고, 모터(M)는 엔진(E)의 출력을 보조하는 일반 주행모드로 운용된다.

그러나 상기와 같은 종래 하이브리드 변속기 내부의 모터는 그 출력이 체적에 비례함에도 불구하고, 엔진룸과 같이 협소한 공간 내부에 구성되어 출력에 제한을 받게 되는 문제점이 있다.

즉, 이러한 모터의 출력 제한은 하이브리드 차량의 가속성능에 영향을 미치며, 운전자가 요구하는 급가속 등의 동작을 재현하기 어렵다는 단점을 내포하고 있다.

따라서 본 발명은 상기한 바와 같은 하이브리드 자동차의 가속성능의 한계를 극복하여 상기한 문제점 및 단점을 극복하기 위하여 발명된 것으로서, 본 발명의 목적은 전기차 주행모드에서 제너레이터를 이용하여 모터의 출력을 보조하도록 하여 초기 출발 또는 운전자의 의지가 급가속을 요구하는 경우에 출력을 향상시킴으로써, 가속성능을 개선하여 전체적인 하이브리드 자동차의 동력성능을 향상시키도록 하는 하이브리드 변속기의 가속 제어방법을 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명의 하이브리드 변속기의 가속 제어방법은 엔진의 회전 동력을 클러치를 통하여 전달받는 제1축선상에 제네레이터와 동력분배수단, 및 모터를 배치하고, 상기 동력분배수단으로부터 출력되는 동력을 감속시킨 후 디프렌셜을 통해 구동휠로 전달되도록 구성한 구동계를 갖는 하이브리드 변속기의 가속 제어방법에 있어서,

ETC(Electro Throttle Control)로부터 엑셀 페달의 답력신호를 검출하는 제1단계; 상기 제1단계에서, 검출된 답력신호를 분석하여 급가속 조건인가를 판단하는 제2단계; 상기 제2단계에서, 조건을 만족하면 상기 배터리의 충전량을 검출하는 제3단계; 상기 제2단계에서, 조건을 만족하지 않으면, 클러치를 작동하여 일반적인 전기차 주행모드를 유지 제어하는 제4단계; 상기 제3단계에 이어서, 검출된 배터리 충전량이 기준 설정치 이상인가를 판단하는 제5단계; 상기 제5단계에서, 조건을 만족하지 않으면 상위 제4단계로 리턴되며, 상기 조건을 만족하면, 상기 클러치의 작동을 해제한 상태로 모터와 제너레이터를 동시 동력원으로 제어하는 제6단계; 상기 제6단계에 이어, 차속을 검출하는 제7단계; 상기 제7단계에서, 검출된 차속이 설정된 일반 주행모드의 차속에 도달하였은가를 판단하는 제8단계; 상기 제8단계에서, 조건을 만족하지 않으면 상위 제7단계로 리턴되며, 상기 조건을 만족하면, 상기 클러치를 작동시킨 상태로 제너레이터를 통하여 엔진을 시동하여 주 동력원으로 제어하는 제9단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 제1단계에서의 급가속 조건은 트로틀 밸브의 개도량이 90% 이상인 것으로 설정되는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명이 적용되는 하이브리드 변속기의 구동계 개념도이고, 도 3은 본 발명이 적용되는 하이브리드 변속기의 블록 구성도이다.

먼저, 상기 도 2을 통하여 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 변속기용 모터 고장 제어장치의 구성을 살펴보면 다음과 같다.

본 발명의 제너레이터 냉각 제어장치가 적용되는 하이브리드 변속기의 구동계는 엔진(E)의 회전 동력을 전달받는 제1축(2)선상에 제너레이터(G)와 동력분배수단인 유성기어셋트(PG), 및 모터(M)를 배치하고, 상기 유성기어셋트(PG)로부터 출력되는 동력을 감속기어유닛(RG)을 통하여 감속시킨 후, 디프렌셜기어유닛(DG)을 통해 구동휠(10)로 전달하도록 구성된다.

그리고 상기 제1축(입력축) 상에는 엔진의 동력을 단속하는 클러치(C)가 구비된다.

이러한 구성의 하이브리드 변속기의 구동계에서, 본 발명의 실시예에 따른 가속 제어방법을 실현하기 위한 제어장치의 구성은, 도 3에서와 같이,

엑셀 페달의 답력신호를 검출하는 ETC(Electro Throttle Control)가 구비되어 상기 엑셀 페달의 답력신호를 출력하게 된다.

그리고 배터리(BATTERY)의 전압, 전류, 온도 등의 정보를 종합 검출하여 배터리(BATTERY)의 SOC 상태를 관리 제어하는 배터리관리시스템(BMS, 이하, BMS라 칭함)이 구비되며, 엔진(E)의 제반적인 동작을 제어하는 엔진제어유닛(ECU, 이하, ECU라 칭함)도 구비된다.

상기 ECU와 연계하여 차량의 전반적인 거동 및 모터(M)의 출력 토크 및 속도를 제어하고, 제너레이터(G)의 출력 및 발전을 제어하며, 동시에 ETC(Electro Throttle Control)로부터 엑셀 페달의 답력신호를 수신하여 상기 모터(M) 및 제너 레이터(G)와 엔진(E)의 작동을 제어하는 하이브리드제어유닛(HCU, 이하, HCU라 칭함)이 구성된다.

따라서 상기한 바와 같은 구성의 하이브리드 변속기의 가속 제어방법은, 도 8에서 도시한 바와 같이, 먼저, HCU는 상기 ETC(Electro Throttle Control)로부터 엑셀 페달의 답력신호를 검출한다.(S1)

상기 단계(S1)에 이어, HCU는 검출된 답력신호를 분석하여 급가속 조건인가를 판단한다.(S2)

여기서, 상기 급가속 조건은 트로틀 밸브의 개도량이 90% 이상인 것으로 설정되는 것이 바람직하다.

상기 단계(S2)에서, 조건을 만족하면 HCU는 BMS로부터 배터리의 충전량을 검출한다.(S3)

그러나 상기 단계(S2)에서, 조건을 만족하지 않으면, HCU는 클러치(C)를 작동하여 일반적인 전기차 주행모드를 그대로 유지하도록 상기 모터(M)만을 제어하게 된다.(S4)

그리고 상기 단계(S3)에 이어서, HCU는 검출된 배터리 충전량이 기준 설정치 이상인가를 판단하게 된다.(S5)

이 때, 상기 단계(S5)의 조건을 만족하지 않으면, HCU는 상위 단계(S4)로 리턴되어 클러치(C)를 작동하여 일반적인 전기차 주행모드를 그대로 유지하도록 상기 모터(M)만을 제어하게 된다.(S4)

그러나 상기 단계(S5)의 조건을 만족하면, HCU는 상기 클러치(C)의 작동을 해제한 상태로 모터(M)와 제너레이터(G)를 동시 동력원으로 제어한다.

그리고 상기 단계(S6)에 이어서, HCU는 차속센서(미도시)로부터 차속을 검출한다.(S7)

이와 같이, 상기 단계(S7)에서 검출된 차속은 HCU에서 설정된 일반 주행모드의 차속과 비교하여 이에 도달하였은가를 판단한다.(S8)

즉, 상기 단계(S8)에서, 조건을 만족하지 않으면, HCU는 상위 단계(S7)로 다시 리턴하여 동작을 반복하며, 상기 조건을 만족하면, HCU는 상기 클러치(C)를 작동시킨 상태로 제너레이터(C)를 통하여 엔진(E)을 시동하여 엔진(E)의 동력을 주 동력원으로 사용하는 일반 주행모드로 전환하도록 제어한다.

따라서 상기한 바와 같이, 하드 타입 하이브리드 자동차의 동력성능을 개선하기 위해서 모터(M)와 제너레이터(G)를 동시에 사용하는 전기차 주행모드(EV모드)로 변경함으로써, 차량의 배터리 충전량(SOC)이 충분하고, 운전자의 의지가 급가속을 요구하는 경우에 동작하여 전기차 주행모드 구간에서의 출력을 향상하여 가속성능을 개선할 수 있게 되는 것이다.

이상에서와 같이 본 발명의 하이브리드 변속기의 가속 제어방법에 의하면, 전기차 주행모드에서 제너레이터를 이용하여 모터의 출력을 보조하도록 하여 초기 출발 또는 운전자의 의지가 급가속을 요구하는 경우에 출력을 향상시킴으로써, 가속성능을 개선하여 전체적인 하이브리드 자동차의 동력성능을 향상시키는 효과가 있으며, 이로 인해 하이브리드 자동차의 가속성능의 한계를 극복하여 소비자의 요 구를 충족시켜 줄 수 있는 것이다.

Claims

엔진의 회전 동력을 클러치를 통하여 전달받는 제1축선상에 제네레이터와 동력분배수단, 및 모터를 배치하고, 상기 동력분배수단으로부터 출력되는 동력을 감속시킨 후 디프렌셜을 통해 구동휠로 전달되도록 구성한 구동계를 갖는 하이브리드 변속기의 가속 제어방법에 있어서,

ETC(Electro Throttle Control)로부터 엑셀 페달의 답력신호를 검출하는 제1단계;

상기 제1단계에서, 검출된 답력신호를 분석하여 급가속 조건인가를 판단하는 제2단계;

상기 제2단계에서, 조건을 만족하면 상기 배터리의 충전량을 검출하는 제3단계;

상기 제2단계에서, 조건을 만족하지 않으면, 클러치를 작동하여 일반적인 전기차 주행모드를 유지 제어하는 제4단계;

상기 제3단계에 이어서, 검출된 배터리 충전량이 기준 설정치 이상인가를 판단하는 제5단계;

상기 제5단계에서, 조건을 만족하지 않으면 상위 제4단계로 리턴되며, 상기 조건을 만족하면, 상기 클러치의 작동을 해제한 상태로 모터와 제너레이터를 동시 동력원으로 제어하는 제6단계;

상기 제6단계에 이어, 차속을 검출하는 제7단계;

상기 제7단계에서, 검출된 차속이 설정된 일반 주행모드의 차속에 도달하였은가를 판단하는 제8단계;

상기 제8단계에서, 조건을 만족하지 않으면 상위 제7단계로 리턴되며, 상기 조건을 만족하면, 상기 클러치를 작동시킨 상태로 제너레이터를 통하여 엔진을 시동하여 주 동력원으로 제어하는 제9단계;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 하이브리드 변속기의 가속 제어방법.
제1항에 있어서,

제1단계에서의 급가속 조건은 트로틀 밸브의 개도량이 90% 이상인 것으로 설정되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 변속기의 가속 제어방법.