KR20100104639A - 하이브리드 자동차의 구동 모터 제어 장치 및 방법 - Google Patents

하이브리드 자동차의 구동 모터 제어 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

하이브리드 자동차의 정지 후 출발 시 발생하는 구동계 및 현가 장치의 역토크로 인한 저크(JERK) 현상을 제거할 수 있도록 한 하이브리드 자동차의 구동 모터 제어 장치 및 방법이 개시되어 있다. 이러한 본 발명은, a) 엑셀 위치 센서 및 브레이크 페달 센서로부터 공급되는 전기적 신호에 근거하여 정차 후 출발 시 현재 모터의 속도, 차속, 기어비, 타이어 반경, 변속 기어비에 따라 상기 구동 모터의 토오크 저감 조건을 만족하는 경우 상기 구동 모터의 토오크 저감 제어를 실행하는 단계; b) 상기 토오크 저감량, 차속, 및 토오크 저감 제어 시간을 기초로 상기 구동 모터의 토오크 저감 제어를 해지하는 단계; 및 c) 상기 구동 모터의 토오크 저감 제어 해지 후 차속에 따라 설정된 목표 토오크를 비례 제어(P), 적분 제어(I), 및 미분 제어(D)를 실행하여 보정한 후 보정된 실제 토오크로 구동하는 단계를 포함한다.
자동차, 하이브리드, 구동 모터, 정지 후 출발

Description

하이브리드 자동차의 구동 모터 제어 장치 및 방법{METHOD AND APPARATUS FOR CONTROLLING DRIVING MOTOR OF HYBRID ELECTRICAL VECHICLE}
본 발명은 하이브리드 자동차의 구동 모터 제어 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 하이브리드 자동차의 정지 후 출발 시 발생하는 구동계 및 현가장치의 역토크로 인한 저크(JERK) 현상을 제거할 수 있도록 한 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적인 하이브리드차(Hybrid Electric Vehicle, HEV)는 내연 엔진과 모터의 출력을 함께 사용하는 자동차으로서, 내연 엔진만을 장착한 일반적인 자동차에 비해 유
해 가스 배출량을 획기적으로 줄이는 것이 가능하여, 일반적으로 환경자동차(echo-car)로 부른다.
종래의 하이브리드차는 차속에 따라 주행모드가 다르게 선택되어 주행이 이루어지는 것이 가능하다.
하이브리드 자동차는 출발 또는 저속 주행시에는 베터리의 전원을 공급받는 전동 모터에 의해 출력을 제공받아 구동 휠이 회전하며, 통상 주행시에는 차속에 따라 내연 엔진과 전동 모터를 조합하여 운행이 이루어지는 데, 특히 고속 운행시에는 전동모터에 동력이 내연 엔진의 동력을 보조하여 내연 엔진과 전동모터에 의한 동력이 함께 구동 휠(W)을 회전시킨다. 그리고 감속시에는 전동모터를 발전기로 이용하여 배터리를 충전시킴으로써 에너지를 회수하게 되며, 정지시에는 자동적으로 정지하여 불필요한 연료 소비 및 배출 가스를 저감시키게 된다.
여기서 일반 차량과 다른 하이브리드 자동차에서 발생하는 주행 상태가 있는데, 즉, 구동 모터를 사용하여 차량을 발진하는 경우이다(일반 차량은 클러치 제어나 토오크 컨버터를 이용하여 발진). 이때 구동 모터는 정지 후 발진 시 구동계 및 현가 장치의 진동에 기인하는 역토크가 발생하게 되고, 이러한 역토크로 인해 순간적으로 역회전(backlash)가 발생하고 이러한 구동 모터의 순간 역회전으로 인해 구동 모터의 가속도 변환의 일정인 저크(jerk)가 발생하게 된다.
이러한 저크의 발생은 필연적으로 차량의 울령거림과 함께 승차감이 저하되는 문제점의 원인이 되었다.
따라서, 본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 차량의 정지 후 발진 시 구동 모터를 저감속 제어 후 비례 제어를 실행함으로써, 구동 모터의 정지 후 구동 시 발생하는 구동계 및 현자 장치의 역토크로 인한 저크를 미연에 방지할 수 있어 승차감을 향상시킬 수 있는 하이브리드 자동차의 구동 모터 제어 장치 및 방법을 제공하는데 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1 관점에 따른 기술적 과제는,
엑셀 페달의 위치를 감지하여 전기적 신호로 출력하는 엑셀 위치 센서;
브레이크 페달의 동작을 감지하여 이를 전기적 신호로 출력하는 브레이크 페달 센서;
엔진의 동력이 변속부에 전달되는 것을 단속하는 엔진 클러치;
상기 엑셀 위치 센서, 브레이크 페달 센서, 및 엔진 클러치로부터 공급되는 신호들을 제공받아 제어 신호를 발생하여 하이브리드 제어부; 및
엔진, 발전기, 및 구동 모터를 구동하는 구동부를 포함하고,
상기 하이브리드 제어부는
상기 엑셀 위치 센서, 브레이크 페달 센서, 및 엔진 클러치로부터 공급되는 전기적 신호에 근거하여 정차 후 출발 시 현재 모터의 속도, 차속, 기어비, 타이어 동반경, 변속 기어비에 따라 상기 구동 모터의 토오크 저감 조건을 만족하는 경우 상기 구동 모터의 토오크 저감 제어를 실행하고, 상기 토오크 저감량, 차속, 및 토오크 저감 제어 시간을 기초로 상기 구동 모터의 토오크 저감 제어를 해제하도록 구비되는 것을 특징으로 하고,
그에 더하여 상기 하이브리드 제어부는,
상기 구동 모터의 토오크 저감 제어 해제 후 차속에 따라 설정된 목표 토오크를 비례 제어(P), 적분 제어(I), 및 미분 제어(D)를 실행하여 보정한 후 보정된 실제 토오크로 구동하는 것을 특징으로 한다.
상기 PID 제어는
차속에 따른 결정된 목표 토오크량, 미리 저장된 비례 계수, 미분 계수, 및 적분 계수, 구동 모터의 이전 토오크, 및 구동 모터의 현재 토오크를 기준으로 구동 모터의 실제 목표 토오크를 연산하고, 연산된 실제 목표 토오크에 따라 상기 구동 모터를 제어하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 구동 모터의 토오크 저감 제어 조건은,
(모터 속도-차속 속도*기어비* 타이어 반경/변속 기어비)>제1 임계값 및
차속<제2 임계값을 만족하는 것을 특징으로 하고,
상기 구동 모터의 토오크 저감 제어 해제 조건은,
토오크 저감량>= 차속에 따른 목표 토오크량, 및
차속 >= 제2 임계값 및,
토오크 저감 제어 시간 >1초, 중 하나 이상을 만족하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 구동 모터의 PID 제어는,
실제 목표 토오크 = 목표 요구량+ Kp*en+ Ki*en+(Ti)n-1+ Kd*(en-en-1)를 만족하는 것을 특징으로 하고,
여기서, 상기 en 은 (구동 모터의 현재 속도- 차량 속도에 따른 목표 속도)이고, Kp는 비례 계수, Ki 는 적분 계수, Kd : 미분 계수 en, en-1, en-2 는 현재 수신된 토오크 값이 n 번째 토오크, n-1 번째 토오크, n-2 번째 토오크 이다.
또한 본 발명의 다른 관점에 따른 기술적 과제는,
a) 엑셀 위치 센서 및 브레이크 페달 센서로부터 공급되는 전기적 신호에 근거하여 정차 후 출발 시 현재 모터의 속도, 차속, 기어비, 타이어 동반경, 변속 기어비에 따라 상기 구동 모터의 토오크 저감 조건을 만족하는 경우 상기 구동 모터의 토오크 저감 제어를 실행하는 단계;
b) 상기 토오크 저감량, 차속, 및 토오크 저감 제어 시간을 기초로 상기 구동 모터의 토오크 저감 제어를 해지하는 단계; 및
c) 상기 구동 모터의 토오크 저감 제어 해지 후 차속에 따라 설정된 목표 토오크를 비례 제어(P), 적분 제어(I), 및 미분 제어(D)를 실행하여 보정한 후 보정된 실제 토오크로 구동하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 차량의 정지 후 발진 시 구동 모터를 저감속 제어 후 비례 제어를 실행함으로써, 구동 모터의 정지 후 구동 시 발생하는 구동계 및 현가 장치의 역토크로 인한 저크를 미연에 방지할 수 있어 승차감 을 향상시킬 수 있는 효과를 얻는다.
이하 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 하이브리드 차의 경사로 제어 장치의 구성을 보인 블럭 구성도가 도시되어 있다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 하이브리드차의 경사로 제어 장치의 구성은, 엑셀 위치 센서(10)와, 브레이크 페달 센서(20), 차속 센서(30), 하이브리드 제어부(50), 구동 모터 제어부(90), 및 구동 모터(130)를 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 엑셀 위치 센서(10)는, 엑셀 페달의 위치를 감지하여 이를 전기적 신호로서 출력하고, 상기 브레이크 페달 센서(20)는 브레이크 페달의 동작을 감지하여 이를 전기적 신호로서 출력한다.
또한, 상기 하이브리드 제어부(50)는, 상기 엑셀 위치 센서(10), 브레이크 페달 센서(20)로부터 공급되는 전기적 신호에 근거하여 정지 후 출발 시 상기 차속 센서(30)로부터 공급되는 차속, 현재 구동 모터(130)의 회전 속도, 미리 저장된 기어비, 미리 저장된 타이어 동반경, 현재 변속에 대한 변속 기어비를 기초하여 상기 구동 모터(130)의 토오크 저감 제어 조건을 만족하는 경우 상기 구동 모터(130)의 토오크 저감 제어를 실행하도록 구비된다. 즉, 상기 하이브리드 제어부(50)는 (모터 속도-차속 속도*기어비* 타이어 반경/변속 기어비)>제1 임계값 (50 rpm) 및 차속<제2 임계값(30 rpm)을 만족하는 경우 상기 구동 모터(130)의 토오크 저감 제어 를 실행하기 위한 제어 신호를 발생하고, 이 제어 신호는 구동 모터 제어부(90)를 통해 상기 구동 모터(130)에 공급되고 상기 구동 모터(130)는 이 제어 신호에 따라 동작하여 동력을 생성한다.
또한, 상기 하이브리드 제어부(50)는 상기 토오크 저감 제어 실행 후 상기 토오크 저감량, 차속, 및 토오크 저감 제어 시간을 기초로 상기 토오크 저감 제어 해제 조건을 만족하는 경우 상기 구동 모터(130)의 토오크 저감 제어를 해제하도록 구비되어 있다. 상기 토오크 저감 제어 해제 조건은, 토오크 저감량>= 차속에 따른 목표 토오크량, 및 차속 >= 제2 임계값(30 rpm) 및, 토오크 저감 제어 시간 > 제 임계값(1초) 중 하나이다.
이어, 상기 하이브리드 제어부(50)는, 상기 구동 모터(130)의 토오크 저감 제어 해제 후 차속에 따라 설정된 목표 토오크를 비례 제어(P), 적분 제어(I), 및 미분 제어(D)를 실행하여 보정한 후 보정된 실제 토오크로 구동한다.
여기서, 상기 PID 제어는 차속에 따른 결정된 목표 토오크량, 미리 저장된 비례 계수, 미분 계수, 및 적분 계수, 구동 모터의 이전 토오크, 및 구동 모터의 현재 토오크를 기준으로 구동 모터의 실제 목표 토오크를 연산하고, 연산된 실제 목표 토오크에 따라 구동 모터(130)를 구동된다.
즉, 실제 목표 토오크 = 목표 요구량+ Kp*en+ Ki*en+(Ti)n-1+ Kd*(en-en-1)를 만족하는 연산 과정을 통해 얻어진 실제 목표 토오크로 구동 모터(130)가 제어된다, 여기서, 상기 en 은 (구동 모터의 현재 속도- 차량 속도에 따른 목표 속도)이고, Kp는 비례 계수, Ki 는 적분 계수, Kd : 미분 계수 en, en-1, en-2 는 현재 수신된 토오크 값이 n 번째 토오크, n-1 번째 토오크, n-2 번째 토오크 이다.
여기서, 상기 구동 모터(130)의 PID 제어 과정은 이미 공지된 기술이므로 그에 따른 상세한 설명은 생략한다.
상기의 과정을 통한 하이브리드 제어부(50)의 토오크 저감 제어 및 토오크 저감 제어 해지 제어, 및 PID 제어에 따라 결정된 토오크로 구동 모터(130)를 구동하기 위한 제어 신호를 출력하고, 상기 구동 모터(130)는 상기 구동 모터 제어부(90)의 제어 신호에 따라 전기 에너지를 이용하여 전력 동력을 생성한다.
도 2는 도 1에 도시된 하이브리드 제어부(50)에 의해 하이브리드 차의 정지 후 출발 시 구동 모터(130)의 제어 과정을 보인 흐름도가 도시되어 있다. 도면을 참조하여 하이브리드 차의 정지 후 출발 시 구동 모터(130)의 제어 과정을 설명한다.
상기 하이브리드 제어부(50)는 엑셀 위치 센서(10), 브레이크 페달 센서(20)로부터 공급되는 전기적 신호들을 수신하고(301), 수신된 전기적 신호들을 근거하여 정지 후 재출발 요구되었는 지를 판단한다(303). 상기 단계(305)의 판단 결과 저지 후 재출발 요구되었다고 판단되면, 상기 하이브리드 제어부(50)는 상기 차속 센서(30)로부터 공급되는 차속, 현재 구동 모터(130)의 회전 속도, 미리 저장된 기어비, 미리 저장된 타이어 동반경, 현재 변속에 대한 변속 기어비를 수신하여(304) 상기 구동 모터(130)의 토오크 저감 제어 조건을 만족하는 경우 상기 구동 모터(130)의 토오크 저감 제어를 실행한다.
즉, 상기 하이브리드 제어부(50)는 현재 구동 모터(130)의 속도-차속 속도*기어비* 타이어 반경/변속 기어비)>제1 임계값 (50 rpm)를 만족하는 지를 판단하고(305) 판단 결과 상기 단계(305)의 조건을 만족하는 경우 차속<제2 임계값(30 rpm)을 만족하는 지를 판단하고(306), 판단 결과 상기의 조건을 만족 경우 상기 구동 모터(130)의 토오크 저감 제어를 실행하기 위한 제어 신호를 발생하고, 이 제어 신호는 구동 모터 제어부(90)를 통해 상기 구동 모터(130)에 공급되고 상기 구동 모터(130)는 이 제어 신호에 따라 동작하여 동력을 생성한다(307).
이어, 상기 하이브리드 제어부(50)는 상기 토오크 저감 제어 실행 후 상기 토오크 저감량, 차속, 및 토오크 저감 제어 시간을 기초로 상기 토오크 저감 제어 해제 조건을 만족하는 경우 상기 구동 모터(130)의 토오크 저감 제어를 해지한다.
즉, 상기 하이브리드 제어부(50)는 토오크 저감량>= 차속에 따른 목표 토오크량인 지를 판단하고(309) 상기 단계(309)의 조건을 만족하는 경우 토오크 저감 제어를 해지한다(311).
상기 단계(309)의 조건을 만족하지 아니한 경우 차속 >= 제2 임계값(30 rpm) 의 조건을 만족하는 지를 판단하고(313), 상기 단계(313)의 조건을 만족하는 경우 상기 단계(311)로 진행한다.
그러나, 상기 단계(313)의 조건을 만족하지 아니한 경우 토오크 저감 제어 시간 > 제3 임계값(1초)의 조건을 만족하는 지를 판단하고(315), 상기 단계(315)의 판단 조건을 만족하는 경우 상기 단계(311)로 진행하고 상기 단계(315)의 판단 조건을 만족하지 아니한 경우 상기 단계(307)로 진행하여 계속 토오크 저감 제어를 실행한 다.
이어, 상기 단계(311)를 통해 토오크 저감 제어가 해지된 경우 상기 하이브리드 제어부(50)는, 차속에 따라 설정된 목표 토오크를 비례 제어(P), 적분 제어(I), 및 미분 제어(D)를 실행하여 보정한 후 보정된 실제 토오크로 구동 모터(130)를 구동하기 위한 제어 신호를 발생하고 이 제어 신호를 통해 구동 모터(130)는 구동한다(315).
여기서, 상기 PID 제어는 차속에 따른 결정된 목표 토오크량, 미리 저장된 비례 계수, 미분 계수, 및 적분 계수, 구동 모터의 이전 토오크, 및 구동 모터의 현재 토오크를 기준으로 구동 모터의 실제 목표 토오크를 연산하고, 연산된 실제 목표 토오크에 따라 구동 모터(130)를 구동된다.
즉, 실제 목표 토오크 = 목표 요구량+ Kp*en+ Ki*en+(Ti)n-1+ Kd*(en-en-1)를 만족하는 연산 과정을 통해 얻어진 실제 목표 토오크로 구동 모터(130)가 제어된다, 여기서, 상기 en 은 (구동 모터의 현재 속도- 차량 속도에 따른 목표 속도)이고, Kp는 비례 계수, Ki 는 적분 계수, Kd : 미분 계수 en, en-1, en-2 는 현재 수신된 토오크 값이 n 번째 토오크, n-1 번째 토오크, n-2 번째 토오크 이다.
도 1은 일반적인 하이브리드 차의 동작 상태를 보인 도들이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 차의 구동 모터 제어 장치의 구성을 보인 도이다.
도 3은 도 2에 도시된 하이브리드 제어부의 구동 모터 제어 과정을 보인 흐름도를 보인 도이다.

Claims (10)

  1. 엑셀 페달의 위치를 감지하여 전기적 신호로 출력하는 엑셀 위치 센서;
    브레이크 페달의 동작을 감지하여 이를 전기적 신호로 출력하는 브레이크 페달 센서;
    엔진의 동력이 변속부에 전달되는 것을 단속하는 엔진 클러치;
    상기 엑셀 위치 센서, 브레이크 페달 센서, 및 엔진 클러치로부터 공급되는 신호들을 제공받아 제어 신호를 발생하여 하이브리드 제어부; 및
    엔진, 발전기, 및 구동 모터를 구동하는 구동부를 포함하고,
    상기 하이브리드 제어부는
    상기 엑셀 위치 센서, 브레이크 페달 센서, 및 엔진 클러치로부터 공급되는 전기적 신호에 근거하여 정차 후 출발 시 현재 모터의 속도, 차속, 기어비, 타이어 동반경, 변속 기어비에 따라 상기 구동 모터의 토오크 저감 조건을 만족하는 경우 상기 구동 모터의 토오크 저감 제어를 실행하고, 상기 토오크 저감량, 차속, 및 토오크 저감 제어 시간을 기초로 상기 구동 모터의 토오크 저감 제어를 해제하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차의 구동 모터 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 구동 모터의 토오크 저감 제어 조건은,
    (모터 속도-차속 속도*기어비* 타이어 반경/변속 기어비)>제1 임계값 및
    차속<제2 임계값을 만족하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차의 구동 모터 제어 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 구동 모터의 토오크 저감 제어 해제 조건은,
    토오크 저감량>= 차속에 따른 목표 토오크량, 및
    차속 >= 제2 임계값 및,
    토오크 저감 제어 시간 >1초, 중 하나 이상을 만족하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차의 구동 모터 제어 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 하이브리드 제어부는,
    상기 구동 모터의 토오크 저감 제어 해제 후 차속에 따라 설정된 목표 토오크를 비례 제어(P), 적분 제어(I), 및 미분 제어(D)를 실행하여 보정한 후 보정된 실제 토오크로 구동하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차의 구동 모터 제어 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 PID 제어는
    차속에 따른 결정된 목표 토오크량, 미리 저장된 비례 계수, 미분 계수, 및 적분 계수, 구동 모터의 이전 토오크, 및 구동 모터의 현재 토오크를 기준으로 구동 모터의 실제 목표 토오크를 연산하고, 연산된 실제 목표 토오크에 따라 상기 구동 모터를 제어하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차의 구동 모터 제어 장치.
  6. 제4항 또는 제5항 중 한 항에 있어서, 상기 구동 모터의 PID 제어는,
    실제 목표 토오크 = 목표 요구량+ Kp*en+ Ki*en+(Ti)n-1+ Kd*(en-en-1)를 만족하고,
    여기서, 상기 en 은 (구동 모터의 현재 속도- 차량 속도에 따른 목표 속도)이고, Kp는 비례 계수, Ki 는 적분 계수, Kd : 미분 계수 en, en-1, en-2 는 현재 수신된 토오크 값이 n 번째 토오크, n-1 번째 토오크, n-2 번째 토오크 인 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차의 구동 모터 제어 장치.
  7. a) 엑셀 위치 센서 및 브레이크 페달 센서로부터 공급되는 전기적 신호에 근거하여 정차 후 출발 시 현재 모터의 속도, 차속, 기어비, 타이어 동반경, 변속 기어비에 따라 상기 구동 모터의 토오크 저감 조건을 만족하는 경우 상기 구동 모터의 토오크 저감 제어를 실행하는 단계;
    b) 상기 토오크 저감량, 차속, 및 토오크 저감 제어 시간을 기초로 상기 구동 모터의 토오크 저감 제어를 해지하는 단계; 및
    c) 상기 구동 모터의 토오크 저감 제어 해지 후 차속에 따라 설정된 목표 토오크를 비례 제어(P), 적분 제어(I), 및 미분 제어(D)를 실행하여 보정한 후 보정된 실제 토오크로 구동하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차의 구동 모터 제어 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 a) 단계의 상기 구동 모터의 토오크 저감 제어 조건은,
    (모터 속도-차속 속도*기어비* 타이어 반경/변속 기어비)>제1 임계값 및
    차속<제2 임계값을 만족하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차의 구동 모터 제어 방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 구동 모터의 토오크 저감 제어 해제 조건은,
    토오크 저감량>= 차속에 따른 목표 토오크량, 및
    차속 >= 제2 임계값 및,
    토오크 저감 제어 시간 >1초, 중 하나 이상을 만족하는 하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차의 구동 모터 제어 방법.
  10. 제7항에 있어서, 상기 구동 모터의 PID 제어는,
    실제 목표 토오크 = 목표 요구량+ Kp*en+ Ki*en+(Ti)n-1+ Kd*(en-en-1)를 만족하고,
    여기서, 상기 en 은 (구동 모터의 현재 속도- 차량 속도에 따른 목표 속도)이고, Kp는 비례 계수, Ki 는 적분 계수, Kd : 미분 계수 en, en-1, en-2 는 현재 수신된 토오크 값이 n 번째 토오크, n-1 번째 토오크, n-2 번째 토오크 인 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차의 구동 모터 제어 방법.
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