KR20090024914A - 하이브리드 차량의 아이들 스탑 진입 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 하이브리드 차량의 아이들 스탑 진입 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 하이브리드 차량의 아이들 스탑 진입시, 엔진과 모터, CVT의 최종 제어 시간을 일치시키기 위해 CVT 클러치 만을 위한 별도의 아이들 스탑 신호를 미리 하이브리드 제어기에서 TCU로 전송하여, CVT 클러치가 미리 오픈되도록 함으로써, 하이브리드 차량의 연비향상을 위한 아이들 스탑 진입시, 차량의 쇼크 및 울컥거림없이 선형적으로 차량이 정지할 수 있도록 한 하이브리드 차량의 아이들 스탑 진입 제어 방법을 제공하고자 한 것이다.
하이브리드, 차량, 아이들 스탑, CVT, 엔진, 모터, 제어 방법

Description

하이브리드 차량의 아이들 스탑 진입 제어 방법{Method for controlling idle stop mode of HEV}
본 발명은 하이브리드 차량의 아이들 스탑 진입 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 하이브리드 차량의 아이들 스탑 진입시, 엔진과 모터, CVT의 최종 제어 시간을 일치시키기 위해 CVT 클러치 만을 위한 별도의 아이들 스탑 신호를 미리 하이브리드 제어기에서 TCU로 전송하여, CVT 클러치가 미리 오픈되도록 함으로써, 아이들 스탑 진입시 차량의 쇼크(Shock) 및 울컥거림(shaking) 현상을 방지할 수 있도록 한 하이브리드 차량의 아이들 스탑 진입 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 하이브리드 차량(HEV: Hybrid Electric Vehicle)의 시스템 구성 은 첨부한 도 2의 구성도에 도시된 바와 같이, 차량 주행용 구동원으로서 서로 직결된 엔진(100) 및 모터(200), 동력 전달을 위한 클러치 및 변속기(90: CVT), 엔진 및 모터 등의 구동을 위한 인버터(10), DC/DC컨버터(20), 고전압배터리(30) 등을 포함하고, 또한 이들의 제어수단으로서 서로 캔 통신에 의하여 통신 가능하게 연결 되는 하이브리드 제어기(40: HCU(Hybrid Control Unit)), 모터 제어기(50: MCU(Motor Control Unit)), 배터리 제어기(60: BMS(Battery Management System)), 엔진 제어용 ECU(70) 및 미션 제어용 TCU(80) 등을 포함하고 있다.
본 발명의 이해를 돕기 위하여, 하이브리드 차량의 각 구성이 담당하는 역할을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 하이브리드 제어기(40)는 하이브리드 자동차에서 전반적인 동작을 총괄 제어하는 상위 제어기로서, 하위 제어기인 상기 모터 제어기(50)와 소정의 방식으로 통신하여 구동원인 모터의 토크와 속도 및 발전 토크량을 제어하고, 보조 동력원으로 전압 발전을 위한 동력을 발생하는 엔진을 제어하는 ECU(70: Engine Control Unit)와 통신하여 엔진 시동 관련 릴레이 제어 및 고장 진단을 수행한다.
또한, 상기 하이브리드 제어기(40)는 주동력원인 배터리의 온도, 전압, 전류, SOC(State Of Charge) 등을 검출하여 배터리의 제반적인 상태를 관리하는 배터리 제어기(60)와 통신하여 SOC의 상태에 따라 모터 토크 및 속도를 제어하고, 차속과 운전자의 주행요구에 따라 변속비를 결정 제어하는 TCU(80: Transmission Control Unit)와 통신하여 운전자가 요구하는 차속이 유지되도록 제어한다.
또한, 상기 하이브리드 제어기는(40) 운전자 요구정보(Accel, Brake)와 위의 제어기들(MCU, BMS, ECU, TCU)의 현재 상태를 모니터링하여, 차량 상태에 따른 에너지의 효율적인 배분이 이루어지도록 DC/DC 컨버터(20)의 출력전압을 제어하는 바, 이 DC/DC 컨버터(20)는 차량 전장 부하에 대한 전력 공급 및 12V 배터리(BATT)의 효율적인 충전이 이루어지도록 하는 기능을 한다.
상기 고전압배터리(30)는 하이브리드 차량의 모터 및 DC/DC 컨버터(20)를 구동하는 에너지원이며, 그 제어기인 배터리 제어기(60)는 고전압배터리의 전압. 전류, 온도를 모니터링하여, 고전압배터리(30)의 충전상태량(SOC[%](State of Charge))을 조절하는 기능을 한다.
상기 인버터(10)는 고전압배터리(30)로부터 에너지를 받아 모터 구동에 필요한 3상 교류를 공급하며, 그 제어기인 모터 제어기(50)는 하이브리드 제어기(40)의 지령을 받아 모터제어를 담당하게 된다.
상기 DC/DC 컨버터(20)의 제어와 관련하여 ECU(70) 및 TCU(80)는 운전자의 액셀(Accel) 개도량과 브레이크(Brake) 신호를 받아, 상기 상위제어기인 하이브리드 제어기(40)에게 차량 충전에너지를 결정할 수 있도록 정보를 제공한다.
한편, 하이브리드 차량의 가속페달은 전자식페달(ETC: Electronic Throttle Control) 형식을 사용하며, 운전자가 가속페달을 밟으면 운전자요구토크 형태로 전환되며 차속에 따라서 적절한 요구토크가 결정된다.
즉, 운전자요구토크는 가속페달센서의 검출값, 차속에 대한 매핑값으로 설정되고, 결정된 요구토크에 따라 모터, 발전기, 엔진의 운전점이 결정된다.
상기와 같은 구성 및 동작을 기반으로 하는 하이브리드 자동차는 궁극적으로 연비 성능을 높여 고효율의 차량을 구현하고, 배기 성능을 개선하여 친환경 차량을 구현하는데 주된 목적이 있다.
이러한 목적 달성을 위한 하나의 구현 모드로서, 하이브리드 자동차는 연비 및 배기 개선을 위해 아이들 스탑(Idle-Stop: 연비 향상을 위해 차량이 정지하여 엔진이 공회전(Idle)하는 동안 엔진을 정지하는 기능) 모드가 있으며, 이 아이들 스탑 모드는 하이브리드 자동차의 연비/배기 성능 개선을 위한 여러 기술 중 한가지로 불필요한 엔진 공회전을 방지하여 연비/배기 성능을 향상하는 과정을 말한다.
상기 아이들 스탑 모드의 작동 및 진입은 엔진을 강제로 종료하는 과정에 있어서, 엔진 및 모터의 동력 전달이 변속기 즉, CVT를 통해서 차량에 전달되는데, 클러치의 제어와 엔진 및 모터의 제어가 유기적으로 이루어져야만 안정적으로 이루어질 수 있다.
즉, 아이들 스탑 진입시, 엔진과 모터의 제어 및 CVT의 제어가 완벽하게 일치하여야 차량의 쇼크(Shock)와 울컥거림(shaking) 현상이 없는 아이들 스탑 모드를 구현할 수 있으며, 특히 CVT의 오일온도와 엔진의 냉각수온, 그리고 감속도에 따라 크게 영향을 받는다.
따라서, 아이들 스탑 모드의 진입을 위하여, 하이브리드 제어기(HCU)가 ECU와 TCU, 그리고 FATC(Full Auto Temperature Control)에 아이들 스탑 진입 신호를 보내면, 상기 TCU는 클러치를 오픈(Open)시키는 제어를 하여 엔진과 모터의 동력이 차량에 전달되는 것을 차단하고, 상기 ECU는 엔진을 오프(Off)시키는 제어를 하여 엔진 동력의 전달을 차단하는 제어를 하게 되며, 이때 상기 하이브리드 제어기(HCU)는 모터 제어기에 신호를 보내어 모터에 킬(Kill) 토크가 발생되도록 함으로써, 엔진과 모터의 잔류 토크를 삭제하여 아이들 스탑 모드의 진입이 완료되어진다.
그러나, 상기와 같이 하이브리드 차량이 아이들 스탑 모드 진입시, 차량이 선형적으로 정숙하게 감속 정지해야 하지만, 차량의 급작스런 울컥거림(shaking)이 발생하여 운전자는 선형적인 감속감을 느끼지 못하고 이질감을 느끼게 되고, 결국 감속도에 따라 잡는 느낌(Drag Feeling)이 달라 하이브리드 차량의 상품성 하락을 초래하는 문제점이 있다.
즉, 첨부한 도 4의 동작 프로파일 그래프에서 보는 바와 같이, 아이들 스탑 진입시 모터 토크가 발생하여 클러치 유압이 해제될 때까지 모터제어를 실시하고, 클러치 유압이 목표압력을 추종하지 못하면서 P1 속도(Speed)에 딥(Dip)이 발생하여 차속에 영향을 주면서, 차량의 쇼크로 인한 운전자의 이질감이 발생하는 문제점이 있다.
이러한 문제점의 원인은 다음과 같다.
기존에는 항상 동일 차속에서 아이들 스탑 진입 차속을 결정하고, 모터의 반력 제어을 통해 CVT의 유압이 오픈(Open)되는 시간을 기다린 후, 아이들 스탑 진입을 위한 제어가 이루어짐에 따라, 결국 엔진 오프(Off)와 모터 토크가 온(On)되는 시기상의 불일치가 생기면서 차량의 쇼크(Shock)와 울컥거림이 발생하는 원인이 되고, 또한 감속도에 따른 보상없이 아이들 스탑 진입이 되어 차량의 쇼크(Shock) 현상이 가중되는 원인이 되고 있다.
또한, 클러치의 유압이 완전히 빠지는 시간이 실제 목표값과 달리 늦게 드레인(drain)되면서 차량의 쇼크 및 울컥거림 현상이 발생하는 원인이 되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 하이브리드 차량의 아이들 스탑 진입시 쇼크 및 울컥거림을 일으키는 원인인 클러치 유압의 드레인 시간과, 엔진의 최종 스탑(Stop) 시간과, 모터의 최종 제어 시간을 일치시켜, 하이브리드 차량의 연비향상을 위한 아이들 스탑 진입시, 차량의 쇼크 및 울컥거림없이 선형적으로 차량이 정지해야 하는 점을 실현할 수 있도록 한 하이브리드 차량의 아이들 스탑 진입 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은: 하이브리드 차량의 아이들 스탑 진입시, CVT 클러치의 유압이 완전히 빠지는 유압 드레인 시간과, 엔진의 최종 오프 시간과, 모터의 최종 제어 시간을 일치시키는 제어를 통하여, 하이브리드 차량이 아이들 스탑되도록 한 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 아이들 스탑 진입 제어 방법을 제공한다.
바람직한 구현예로서, CVT 유온과 감속도를 기반으로 TCU만을 위한 아이들 스탑 진입 허용 차속조건을 설정한 맵을 통해, "I/Stop for TCU"라는 신호를 만들어주는 단계와; 하이브리드 차량이 아이들 스탑 진입 차속에 도달할 때, 상기 CVT 만을 위한 별도의 신호인 상기 "I/Stop for TCU" 신호를 하이브리드 제어기에서 TCU에 미리 전송하는 단계와; 상기 TCU의 제어로, CVT의 클러치가 미리 오픈되어 엔진 동력이 차단되는 단계와; 상기 CVT 클러치의 오픈과 함께, CVT의 유압이 완 전히 빠진 상태에서 ECU에 의하여 엔진이 오프되는 단계와; 상기 하이브리드 제어기에 의하여 모터를 킬(Kill) 토크로 제어하는 단계; 를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 아이들 스탑 진입 제어 방법을 제공한다.
상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공할 수 있다.
하이브리드 차량의 아이들 스탑 진입시, 엔진과 모터, CVT의 제어가 완벽하게 일치하여야 완벽한 아이들 스탑을 구현할 수 있는 점을 감안하여, CVT 클러치 만을 위한 별도의 아이들 스탑 신호를 통해, 아이들 스탑 진입시 클러치가 가장 먼저 오픈되도록 함으로써, 클러치 유압이 완전히 빠져나가는(Full Drain) 시점에서 엔진을 정지하여 차량에 전달되는 토크를 없애고, 모터를 킬 토크로 제어하여, 차량의 쇼크 및 울컥거림 현상을 방지할 수 있다.
또한, 아이들 스탑 진입시 별도의 센서나 엑츄에이터없이, 쇼크 발생 원인을 없애줌으로써, 추가 비용없이 차량의 쇼크 및 울컥거림 현상을 방지할 수 있다.
또한, 기존의 유압 잔류량에 대한 모터 제어를 킬 토크 제어로 없앰으로써, 모터제어시 사용되는 에너지를 줄임과 함께 연비 향상을 도모할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.
전술한 바와 같이, 아이들 스탑 모드는 연비 향상을 위해 차량이 정지하여 엔진이 공회전(Idle)하는 동안 엔진을 정지하는 기능으로서, 엔진과 모터, CVT의 제어가 완벽하게 일치하여야 완벽한 아이들 스탑 진입을 구현할 수 있다.
통상적인 아이들 스탑 모드의 진입을 위한 제어 흐름은 하이브리드 제어기(HCU)가 ECU와 TCU, 그리고 FATC(Full Auto Temperature Control)에 아이들 스탑 진입 신호를 보내는 단계, 상기 TCU가 클러치를 오픈(Open)시켜 엔진과 모터의 동력이 차량에 전달되는 것을 차단하는 단계, 상기 ECU가 엔진을 오프(Off)시켜 엔진 동력의 전달을 차단하는 단계로 이루어진다.
이와 달리, 본 발명은 CVT 클러치 유압의 드레인 시간과, 엔진의 최종 스탑(Stop) 시간과, 모터의 최종 제어 시간을 일치시켜, 하이브리드 차량의 연비향상을 위한 아이들 스탑 진입시, 차량의 쇼크 및 울컥거림없이 선형적으로 차량이 정지할 수 있도록 한 제어 방법을 제공하고자 한 것이다.
첨부한 도 1은 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 아이들 스탑 진입 제어 방법을 설명하는 순서도이고, 도 3은 본 발명에 따른 아이들 스탑 진입 제어 방법에 대한 동작 프로파일을 나타내는 그래프이다.
본 발명에 따르면, 아이들 스탑을 위한 브레이크 조건, 차량 출발에 의한 아이들 스탑 조건, TCU를 위한 아이들 스탑 재진입 조건, 아이들 스탑 진입 허용조건, 아이들 스탑 시스템 컨디션 조건, 아이들 스탑 블로워 컨디션 조건, 경사각에 대한 아이들 스탑 응답조건, 기어비 진입 허용 조건, 차속에 따른 아이들 스탑 해 제 조건, 경고 정지 제어 등은 기존의 아이들 스탑 진입 제어와 동일하게 진행되며, 하이브리드 차량의 아이들 스탑 진입시, CVT 클러치의 유압이 완전히 빠지는 유압 드레인 시간과, 엔진의 최종 오프 시간과, 모터의 최종 제어 시간을 일치시키는 제어가 이루어진다.
먼저, 아이들 스탑 진입이 가능한 상태에서 CVT만을 위한 별도의 신호를 구현하고자, CVT 유온과 감속도를 기반으로 TCU만을 위한 아이들 스탑 진입 허용 차속조건을 설정한 맵을 통해, "I/Stop for TCU"라는 신호를 만들어준다.
이에, CVT의 유온과 감속도에 따라, 하이브리드 차량이 아이들 스탑 진입 차속에 도달할 때, 상기 CVT 만을 위한 별도의 신호인 상기 "I/Stop for TCU" 신호를 하이브리드 제어기에서 TCU에 미리 전송한다.
따라서, 상기 TCU의 제어로, CVT의 클러치가 미리 오픈되어 엔진 동력이 차단된다.
즉, 아이들 스탑 진입시 CVT 클러치를 가장 먼저 오픈하는 바, 그 이유는 클러치의 유압은 기계적 원인으로 유압의 목표 제어에 비해 늦게 유압이 빠지면서 원래의 의도와는 다른 차량 거동 즉, 차량의 쇼크 및 울컥거림 현상이 발생되었다.
이에, 상기 CVT 클러치의 오픈과 함께, CVT의 유압이 완전히 빠진 상태에서 ECU에 의하여 엔진이 오프되고, 상기 하이브리드 제어기에 의하여 모터를 킬(Kill) 토크로 제어하게 된다.
다시 말해서, CVT 클러치 유압이 완전 배출(Full Drain)될 때, 엔진을 정지하여 차량에 전달되는 토크를 없애고, 모터를 킬(Kill)토크로 제어하여, 종래에 발 생하던 차량의 쇼크 및 울컥거림 현상을 방지할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 아이들 스탑 진입 제어 방법을 설명하는 순서도,
도 2는 하이브리드 차량의 시스템을 설명하기 위한 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 아이들 스탑 진입 제어 결과를 나타내는 각 인자들의 동작 프로파일을 보여주는 그래프,
도 4는 종래의 하이브리드 차량의 아이들 스탑 진입시 각 인자들의 동작 프로파일을 보여주는 그래프.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 인버터 20 : DC/DC컨버터
30 : 고전압배터리 40 : 하이브리드 제어기(HCU)
50 : 모터 제어기(MCU) 60 : 배터리 제어기(BMS)
70 : ECU 80 : TCU
90 : CVT 100 : 엔진
200 : 모터

Claims (2)

  1. 하이브리드 차량의 아이들 스탑 진입시, CVT 클러치의 유압이 완전히 빠지는 유압 드레인 시간과, 엔진의 최종 오프 시간과, 모터의 최종 제어 시간을 일치시키는 제어를 통하여, 하이브리드 차량이 아이들 스탑되도록 한 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 아이들 스탑 진입 제어 방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 CVT 클러치의 유압이 완전히 빠지는 유압 드레인 시간과, 엔진의 최종 오프 시간과, 모터의 최종 제어 시간을 일치시키는 제어는:
    상기 CVT 유온과 감속도를 기반으로 TCU만을 위한 아이들 스탑 진입 허용 차속조건을 설정한 맵을 통해, "I/Stop for TCU"라는 신호를 만들어주는 단계와;
    하이브리드 차량이 아이들 스탑 진입 차속에 도달할 때, 상기 CVT 만을 위한 별도의 신호인 상기 "I/Stop for TCU" 신호를 하이브리드 제어기에서 TCU에 미리 전송하는 단계와;
    상기 TCU의 제어로, CVT의 클러치가 미리 오픈되어 엔진 동력이 차단되는 단계와;
    상기 CVT 클러치의 오픈과 함께, CVT의 유압이 완전히 빠진 상태에서 ECU에 의하여 엔진이 오프되는 단계와;
    상기 하이브리드 제어기에 의하여 모터를 킬(Kill) 토크로 제어하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 아이들 스탑 진입 제어 방법.
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