KR20080055489A - Ｅｔｃ가 탑재된 하이브리드 전기자동차의 엔진 토크 제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 ETC가 탑재된 하이브리드 전기자동차의 엔진 토크 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 소프트 타입 하이브리드 전기자동차의 아이들 스탑 해제후, 차량 출발시 엔진 및 모터에 대한 토크 제어 방법을 개선하여, 차량의 출발 응답시간을 향상시킬 수 있도록 한 ETC가 탑재된 하이브리드 전기자동차의 엔진 토크 제어 방법에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 ETC가 탑재된 하이브리드 전기자동차의 아이들 스탑 이후, 차량의 재출발시 엔진 토크 제어 방법에 있어서, HCU에서 ECU에 토크 제한 정보를 전송하는 단계와; 상기 ECU에서 HCU에서 받은 토크 제한 정보를 이용하여 제한된 토크만을 일정하게 출력하는 단계와; 상기 ECU의 제어에 의하여 제한된 토크만을 출력하는 엔진의 입력 토크가 클러치 동작으로 상기 CVT에 일정하게 들어가는 단계와; 상기 CVT에 일정하게 입력되는 토크 정보를 토대로, TCU에서 빠른 클러치 제어 유압력 형성하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 ETC가 탑재된 하이브리드 전기자동차의 엔진 토크 제어 방법을 제공한다.
하이브리드 전기자동차, 엔진 토크, 제어 방법, ETC, 아이들 스탑

Description

ＥＴＣ가 탑재된 하이브리드 전기자동차의 엔진 토크 제어 방법{Method for control engine touque of HEV}
도 1은 본 발명에 따른 하이브리드 전기자동차의 아이들 스탑 이후 재시동시 모터 및 엔진 토크 제어 방법을 설명하는 제어 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 토그 제어 방법중 클러치 유압 제어 방법을 설명하는 그래프,
도 3은 하이브리드 전기자동차의 제어 시스템 구성을 설명하는 블럭도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 운전요구 검출부 20 : ECU
30 : TCU 40A : 메인 배터리
40B : 보조 배터리 50 : BMS
60A : HCU 60B : MCU
70 : 엔진 80 : 모터
90 : CVT 100 : 구동 휠
본 발명은 ETC가 탑재된 하이브리드 전기자동차의 엔진 토크 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 소프트 타입 하이브리드 전기자동차의 아이들 스탑 해제후, 차량 출발시 엔진 및 모터에 대한 토크 제어 방법을 개선하여, 차량의 출발 응답시간을 향상시킬 수 있도록 한 ETC가 탑재된 하이브리드 전기자동차의 엔진 토크 제어 방법에 관한 것이다.
주지된 바와 같이, 하이브리드 전기자동차는 일반 가솔린 엔진에 ETC(Electric Throttle Control)를 장착하고, 전기 모터를 직결한 형태이며, CVT(Continuously Variable Transmission)를 통해 바퀴에 동력을 전달하는 형태로 구성된다.
하이브리드 전기자동차의 거동은 배터리의 전압에 의해 이루어지며, 주행상황에 대응하여 가솔린 엔진의 연비가 가장 높게 되도록 제어하고, 제동시와 감속시에 차량의 관성 에너지를 바퀴를 통해 전달 받아서 모터에 의한 전기에너지 회수로 배터리를 충전시킴으로서 기존 가솔린 엔진에 비해 연비 향상을 이룰 수 있다.
잘 알려진 바와 같이, 하이브리드 전기자동차(HEV)의 목적은 연비 및 배기 성능을 개선하여 친환경차량을 구현하는데 있으며, 이러한 친환경차량의 목적을 완성하기 위해 불필요한 부분에서 소모되는 엔진의 손실을 최대한 조절하는 기능이 필요하다.
엔진의 손실을 줄이기 위한 방법으로 모터 보조(Assist)를 통한 엔진의 최적 운전점에서의 운전 제어, 그리고 아이들 스탑(Idle-Stop) 제어 등의 방법을 사용하게 된다.
상기 아이들 스탑(Idle-Stop)은 일반 차량과 가장 구별되는 제어 방법으로 차량 정지중에 엔진을 정지하여 불필요한 공회전을 방지하는 제어 방법을 말하며, 아이들 상태가 없어짐으로 인해 차량 정지상태의 연료 소모도 줄이고, 이때 나오는 배기가스 또한 줄일 수 있으므로, 결국 하이브리드 전기자동차는 연비 및 배기 성능 향상이라는 목적을 달성하는데 획기적으로 기여하고 있다.
상기 아이들 스탑의 기능을 구현하기 위해 모터의 역할도 중요한 요소가 되는데, 아이들 스탑의 해제시 엔진의 시동을 도와 원활한 엔진 토크 형성을 생성하여, 완벽한 재시동과 동시에 차량 출발을 완성하는데 중추적인 역할을 하고 있다.
현재에는 아이들 스탑 상태가 해제된 다음, 모터 토크를 생성하고, 생성된 모터 토크를 받아 엔진이 초기 인젝션(Injection)과 점화를 하여, 엔진 토크를 생성한다.
이때, 생성된 엔진 RPM과 토크는 트랜스미션에 오일 압력 생성을 도와 클러치 유압을 생성하게 되고, 생성된 클러치 유압은 클러치를 동작하고, 최종적으로 동력을 휠(Wheel)에 전달하여, 출발을 위한 차량 구동이 이루어진다.
그러나, 현재 하이브리드 전기자동차의 가장 큰 문제점중 하나는 일반차량에 비해 아이들 스탑 정지상태에서 초기 출발시 차량 출발 속도가 늦다는 점에 있다.
즉, 출발 속도가 늦어지는 이유는 아이들 스탑이 해제되어 엔진 RPM이 생성 되는 시간과, 트랜스미션의 오일 압력을 형성하여 클러치를 제어하는 오일압력이 생성되는 시간이 길게 소요되기 때문이다.
따라서, 아이들 스탑 상태에서의 차량 출발 제어는 모터, 엔진, 트랜스미션의 유기적인 제어가 필수적라 할 것이다.
여기서, 종래의 제어 방법으로서, 아이들 스탑 이후 재시동 출발시 엔진 및 모터의 토크 제어 방법을 살펴보면 다음과 같다.
아이들 스탑 이후, 차량의 재출발시 모터 토크를 이용하여 엔진의 재시동을 확보하고, 엔진 토크가 상승함과 동시에 엔진 RPM이 서서히 상승하여 CVT의 유압을 형성하고, 클러치의 체결을 유도하여 클러치 작동(Engage)되어, 일정시간 이후에 차속이 발생된다.
일반적으로, 600RPM부터 차속이 나오는 시점까지 약 1초가 소요된다.
아이들 스탑 이후, 차속 응답시간의 측정 기준은 여러가지가 있지만, 일반적으로 엔진 600PRM 부터 차속이 발생되는 시점까지로 하고 있다.
그러나 종래의 아이들 스탑 이후, 차량 재시동 출발시 다음과 같은 문제점이 발생되고 있다.
TCU는 CVT의 클러치 압력을 적정하게 유지함과 함께 토크 전달을 원활히 하기 위해 토크 리덕션(Reduction)이라는 토크 가이드 라인을 ECU 및 HCU에 전송하게 되는 바, 초기 시동 기간 중에는 이러한 토크 전달이 부정확하여 CVT 입력 토크가 불안정하게 된다.
이러한 불안정한 토크로 인하여, 상기 CVT에 대한 좀 더 안정적인 토크 입력 을 위해 과도한 토크 리덕션(Reduction) 정보를 ECU 및 HCU에 다시 송부하게 되고, 결국 아이들 스탑 이후 재출발시 응답 지연 현상이 발생되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 소프트 타입 하이브리드 전기자동차의 아이들 스탑 해제후, 차량 출발시 엔진 및 모터에 대한 토크 제어 방법을 개선하여, 차량의 출발 응답시간을 향상시킬 수 있도록 한 ETC가 탑재된 하이브리드 전기자동차의 엔진 토크 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은: ETC가 탑재된 하이브리드 전기자동차의 아이들 스탑 이후, 차량의 재출발시 엔진 토크 제어 방법에 있어서, HCU에서 ECU에 토크 제한 정보를 전송하는 단계와; 상기 ECU에서 HCU에서 받은 토크 제한 정보를 이용하여 제한된 토크만을 일정하게 출력하는 단계와; 상기 ECU의 제어에 의하여 제한된 토크만을 출력하는 엔진의 입력 토크가 클러치 동작으로 상기 CVT에 일정하게 들어가는 단계와; 상기 CVT에 일정하게 입력되는 토크 정보를 토대로, TCU에서 빠른 클러치 제어 유압력 형성하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 ETC가 탑재된 하이브리드 전기자동차의 엔진 토크 제어 방법을 제공한다.
바람직한 일 구현예로서, 상기 HCU는 차량이 아이들 스탑 상태로 진입한 경 우에만 엔진 ECU에 엔진 냉각수온별로 구분된 토크 제한 정보를 캔 통신을 통하여 전송하는 것을 특징으로 한다.
바람직한 다른 구현예로서, 상기 토크 제한 정보는 TCU의 인게이지 판단 시점(클러치가 작동하는 시점)까지 전송하고, TCU로부터 인게이지가 확인되면, 상기 HCU는 그 연산 로직상 일정 시간의 기울기(Gradient)를 가지면서 토크 제한을 해제하는 것을 특징으로 한다.
바람직한 또 다른 구현예로서, 상기 TCU로부터 인게이지 정보가 수신되지 않으면, 상기 HCU는 일정시간 후 토크 제한을 해제하여, 재차 토크 제한 정보를 TCU의 인게이지 판단 시점까지 ECU에 전송하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명을 첨부도면을 참조로 보다 상세하게 설명하기로 한다.
첨부한 도 3은 하이브리드 전기자동차의 제어 시스템 구성을 설명하는 블럭도이다.
본 발명에 따른 토크 제어 방법이 수행되는 하이브리드 전기자동차는 운전요구 검출부(10), ECU(20: Engine Control Unit), TCU(30: Transmission Control Unit), 메인 배터리(40A: 고전압배터리) 및 보조 배터리(40B), 배터리 충전상태(SOC: State Of Charge)를 관리하는 BMS(50), HCU(60A: Hybrid Control Unit), MCU(60B: Motor control Unit), 엔진(70), 모터(80), CVT(90) 및 구동 휠(100)로 구성된다.
상기 운전요구 검출부(10)는 운전자의 차량 운행 요구를 검출하는 것으로, 운전자의 시동 요구와 가속에 대한 APS 신호 및 제동 제어하는 브레이크 페달 신호 등 차량의 거동에 관련되는 신호를 검출하여 그에 대한 전기적 정보를 출력한다.
상기 ECU(20)는 운전자의 차량 운행 요구 신호 및 냉각수온, 엔진 토크 등의 엔진 상태 정보에 따라 엔진 동작에 대한 제반적인 동작을 제어한다.
상기 TCU(30)는 현재의 차속, 기어비, 클러치 상태 등의 정보를 검출하여 CVT(90)의 출력 토크 조절에 대한 전반적인 동작을 제어한다.
상기 메인 배터리(40A)는 초기 시동시 하이브리드 모터에 의한 시동이 수행되도록 전압을 공급하고, 주행중인 상태에서 모터(80)의 출력 파워를 지원하며, 제동 제어시 발전기로 동작하는 모터(80)의 회생 제동 에너지를 회수하여 충전된다.
상기 보조 배터리(40B)는 외기 온도의 조건 및 메인 배터리(40A)의 SOC가 초기 시동이 불가능한 조건인 경우 스타트 모터를 통한 초기 시동 전압을 공급하며, 엔진(70)이 시동을 유지하는 상태에서 모터(80)의 발전 전압에 의해 충전된다.
상기 BMS(50)는 상기 메인 배터리(40A)의 전압, 전류, 온도 등의 정보를 종합 검출하여 SOC 상태를 관리 제어하며, 모터 파워 지원시에 출력 전류량을 제어한다.
상기 HCU(60A)는 각 제어기들을 통합 제어하여 차량의 전반적인 거동을 제어하는 바, HCU(60A0)는 상위 제어기로 각 제어기들을 통합 제어하며, 차량이 조건이 엔진(70)에 의한 발전 제어의 모드인지, 차량의 제동 제어에 의한 회생 제동 발전모드인지를 판단하고, 엔진(70)의 아이들 발전 제어의 모드로 판단되면, 모터(80)에서 발전되는 전압을 인버터 등을 통해 보조 배터리(40B)에 충전 제어한다.
또한, 상기 HCU(60A)는 아이들 발전 제어의 모드에서 에어컨 시스템의 작동 여부에 따라 발전 토크량의 증가 및 감소량을 결정 제어하고, 운전자의 출발 의지가 검출되는 경우 차량의 가속을 보조하기 위하여 신속하게 발전 토크를 해제 제어한다.
상기 MCU(60B)는 HCU(10)에서 인가되는 제어신호에 따라 모터(80)에 대한 토크 제어 명령을 출력하여 모터(80)로 하여금 동력 발생과 제동 제어시 발전이 일어나도록 하며, 배터리가 항상 적정한 충전상태를 유지하도록 한다.
또한, 초기 시동이 시도되는 경우 바람직하게는 보조 배터리(40B)의 전압에 의해 스타트 모터가 기동되는 시동중에 보조배터리(40B)의 전압 입력단과 이그니션 키의 스타트 입력단으로부터 보조 배터리(40B)의 전압 강하를 측정하여 보조 배터리(40B)의 전압 상태를 체크한다.
상기에서 보조 배터리(40B)의 전압 상태 체크 결과 보조 배터리(40B)의 전압 상태가 차기 시동성을 확보할 수 없는 전압으로 판단되는 경우 브레이크 페달에 의한 제동 제어시 적절한 시간동안 아이들 정지를 제한 제어 및 필요에 따라 아이들RPM을 일정값 이상으로 상향 제어하여 보조 배터리(40B)에 차기 시동성이 확보되는 전압 충전이 될 수 있도록 한다.
상기 엔진(70)은 상위 제어기인 HCU(60A)의 제어를 받는 ECU(20)의 제어에 의해 그 출력이 제어되며, ETC(Electric Throttle Control)를 통해 흡입 공기량이 조정된다.
상기 모터(80)는 통상적으로 BLDC 전동기가 적용되며, 초기 주행 요구가 검출되면 조건에 따라 메인 배터리(40A) 혹은 보조배터리(40B)의 전압에 의해 구동되 어 엔진(70)을 시동 온시키고, 엔진(70)의 출력에 의한 주행시에 파워를 지원한다.
상기 CVT(90)는 상기 모터(80)에서 전달되는 파워를 TCU(30)의 제어에 따라 변속비를 조정하여 차동 기어를 통해 구동 휠(100)에 전달시켜 차량이 주행될 수 있도록 한다.
보다 상세하게는, 상기 ECU(20)는 운전자의 운행 요구 신호와 냉각수온, 엔진 토크 등의 엔진 상태 정보 및 상위 제어기인 HCU(60A)의 제어에 따라 엔진(70)의 아이들 발전 토크을 제어한다.
이하, 상기와 같은 구성을 기반으로 이루어지는 본 발명의 하이브리드 전기자동차의 토크 제어 방법을 설명하기로 한다.
전술한 바와 같이, 기존의 토크 제어 방법에 있어서, TCU는 CVT의 클러치 압력을 적정하게 유지함과 함께 토크 전달을 원활히 하기 위해 토크 리덕션(Reduction)이라는 토크 가이드 라인을 ECU 및 HCU에 전송하게 되는데, 초기 시동 기간 중에는 이러한 토크 전달이 부정확하여 CVT 입력 토크가 불안정하게 된다.
따라서, 상기 CVT에 대한 좀 더 안정적인 토크 입력을 위해 과도한 토크 리덕션(Reduction) 정보를 ECU 및 HCU에 다시 송부하게 되고, 결국 아이들 스탑 이후 재출발시 응답 지연 현상이 발생되는 문제점이 있었다.
이러한 점을 감안하여, 본 발명은 아이들 스탑 이후 재출발 시간의 개선을 위해 먼저 재출발시 사용되는 토크를 일정하게 하는 방법을 제공하고자 한 것이다.
모터 토크의 경우, HCU 및 MCU에 의해 자유자재로 제어되지만, 엔진의 경우는 초기 폭발 및 초기 입력 공기량, APS개도량 등 여러 가지 제약 조건이 많아, 토 크 제어에 어려움이 있었지만, ETC 타입의 쓰로틀로 바뀌면서 엔진 제어 가능성을 확보할 수 있다.
여기서, ETC(Electric Throttle Control) 타입의 엔진이 탑재된 하이브리드 전기자동차의 아이들 스탑후 토크 제어 방법을 순서대로 설명하면 다음과 같다.
첨부한 도 1은 본 발명에 따른 하이브리드 전기자동차의 아이들 스탑 이후 재시동시 모터 및 엔진 토크 제어 방법을 설명하는 제어 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 토그 제어 방법중 클러치 유압 제어 방법을 설명하는 그래프이다.
먼저, 상기 HCU(60A)에서 ECU(20)에 토크 제한 정보를 전송한다.
이때, 상기 HCU(60A)는 차량이 아이들 스탑 상태로 진입한 경우에만 엔진 ECU(20)에 토크 제한 정보를 전송한다.
보다 상세하게는, 상기 HCU(60A)는 차량이 아이들 스탑 상태로 진입한 직후, 엔진 냉각수온 별로 구분된 토크 제한 정보를 캔(CAN)통신을 통하여 ECU(20)로 전송하게 된다.
즉, 상기 ECU(20)는 운전자의 차량 운행 요구 신호 및 냉각수온, 엔진 토크 등의 엔진 상태 정보에 따라 엔진 동작에 대한 제반적인 동작을 제어하기 때문에 상기 HCU(60A)는 현재 엔진 냉각수온을 기반으로 한 토크 제한 정보를 캔 통신을 통하여 ECU(20)로 전송하게 된다.
이때, 상기 토크 제한 정보는 TCU(30)의 인게이지(Engage) 판단 시점(클러치가 작동하는 시점)까지 전송하고, TCU(30)로부터 인게이지(Engage) 여부가 확인되면, 상기 HCU(60A)는 그 연산 로직상 일정 시간의 기울기(Gradient)를 가지면서 토 크 제한을 해제하기 시작한다.
반면에, 상기 TCU(30)로부터 인게이지(Engage) 정보가 수신되지 않으면, 상기 HCU(60A)는 일정시간 후 토크 제한을 해제하여, 재차 토크 제한 정보를 TCU(30)의 인게이지(Engage) 판단 시점(클러치가 작동하는 시점)까지 ECU(20)에 전송하게 된다.
다음으로, 상기 ECU(20)에서는 HCU(60A)에서 받은 토크 제한 정보를 이용하여 제한된 토크만을 일정하게 출력한다.
이어서, 상기 제한된 토크만을 출력하는 엔진의 입력 토크가 클러치 동작으로 상기 CVT(90)에 일정하게 들어가도록 MCU(60B)에 의한 모터 토크가 기존과 같이 제어된다.
따라서, 상기 TCU는 일정하게 입력되는 토크 정보를 토대로 가능한 빠른 클러치 제어 유압력 형성하게 되는 바, 첨부한 도 2에 도시된 바와 같이 클러치 제어 유압이 증가하는 동시에 유압 형성 시간이 단축될 수 있다.
결국, 엔진의 토크가 일정하게 출력됨에 따라, 상기 TCU는 그 일정한 토크 정보를 기반으로 클러치 제어 유압력을 신속하게 증가시키게 되어, 아이들 스탑 이후 재출발시 응답 지연 현상을 크게 감소시킬 수 있게 된다.
이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 ETC가 탑재된 하이브리드 전기자동차의 엔진 토크 제어 방법에 의하면, 소프트 타입 하이브리드 전기자동차의 아이들 스탑 해제후, 차량 출발시 엔진 및 모터에 대한 토크 제어 방법을 엔진의 토크가 일정하게 출력되게 개선하는 동시에 TCU는 그 일정한 토크 정보를 기반으로 클러치 제어 유압력을 신속하게 증가되게 개선함으로써, 아이들 스탑 이후 재출발시 응답 지연 현상을 크게 감소시킬 수 있다.
즉, 하이브리드 전기 차량의 단점으로 느껴지는 테이크 오프(Take-Off)시 응답 지연 현상을 개선하여 일반차량과 같은 응답성능을 확보할 수 있다.
결국, 출발 지연감 해소로 하이브리드 전기 차량의 답답한 느낌을 해소함과 더불어 정체 등의 경우에도 과도한 가속페달 동작을 막을 수 있다.

Claims (4)

  1. ETC가 탑재된 하이브리드 전기자동차의 아이들 스탑 이후, 차량의 재출발시 엔진 토크 제어 방법에 있어서,
    HCU에서 ECU에 토크 제한 정보를 전송하는 단계와;
    상기 ECU에서 HCU에서 받은 토크 제한 정보를 이용하여 제한된 토크만을 일정하게 출력하는 단계와;
    상기 ECU의 제어에 의하여 제한된 토크만을 출력하는 엔진의 입력 토크가 클러치 동작으로 상기 CVT에 일정하게 들어가는 단계와;
    상기 CVT에 일정하게 입력되는 토크 정보를 토대로, TCU에서 빠른 클러치 제어 유압력 형성하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 ETC가 탑재된 하이브리드 전기자동차의 엔진 토크 제어 방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 HCU는 차량이 아이들 스탑 상태로 진입한 경우에만 엔진 ECU에 엔진 냉각수온별로 구분된 토크 제한 정보를 캔 통신을 통하여 전송하는 것을 ETC가 탑재된 하이브리드 전기자동차의 엔진 토크 제어 방법.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 토크 제한 정보는 TCU의 인게이지 판단 시점(클러치가 작동하는 시점)까지 전송하고, TCU로부터 인게이지가 확인되면, 상기 HCU는 그 연산 로직상 일정 시간의 기울기(Gradient)를 가지면서 토크 제한을 해제하는 것을 특징으로 하는 ETC가 탑재된 하이브리드 전기자동차의 엔진 토크 제어 방법.
  4. 청구항 4에 있어서, 상기 TCU로부터 인게이지 정보가 수신되지 않으면, 상기 HCU는 일정시간 후 토크 제한을 해제하여, 재차 토크 제한 정보를 TCU의 인게이지 판단 시점까지 ECU에 전송하는 것을 특징으로 하는 ETC가 탑재된 하이브리드 전기자동차의 엔진 토크 제어 방법.
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