KR20100126293A - 차량의 비상작동을 가능하게 하는 예비조치의 제어된 개시를 위한 하이브리드 차량의 안전 작동 방법 및 그 방법을 실행하기 위한 장치 - Google Patents

차량의 비상작동을 가능하게 하는 예비조치의 제어된 개시를 위한 하이브리드 차량의 안전 작동 방법 및 그 방법을 실행하기 위한 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 내연기관(2)과, 전기모터(3)와, 다른 차량부품을 갖는 하이브리드 차량(1)의 안전 작동 방법에 관한 것이며, 차량부품의 고장 또는 작동제한시 차량의 비상작동을 가능하게 하는 예비조치가 개시되는 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 방법은, 예비조치를 개시하기 이전에, 차량이 처해있는 주행 다이나믹 상황에 대한 특징적인 작동변수가 측정되고, 하나 이상의 한계값과 비교되어, 한계값을 초과하거나 한계값에 미달하는 경우에 상기 예비 조치가 개시되는 것을 특징으로 한다. 본 발명은 또한 상기 방법을 실행하기 위한 수단을 포함하는 장치에도 관련된다.

Description

차량의 비상작동을 가능하게 하는 예비조치의 제어된 개시를 위한 하이브리드 차량의 안전 작동 방법 및 그 방법을 실행하기 위한 장치{METHOD FOR THE FAILSAFE OPERATION OF A HYBRID VEHICLE FOR INITIATING, IN A CONTROLLED MANNER, A SUBSTITUTE MEASURE ALLOWING AN EMERGENCY OPERATION OF THE VEHICLE AND DEVICE FOR CARRYING OUT SAID METHOD}
본 발명은 내연기관, 전기모터 및 다른 차량 부품을 갖는 하이브리드 차량의 안전 작동 방법에 관한 것으로서, 차량 부품의 고장 또는 작동 제한시에도 차량의 안전 작동을 가능하게 하는 예비조치를 개시하는 것에 관한 것이다.
본 발명은 또한 그러한 방법을 실행하기 위한 수단을 포함하는 장치에 관한 것이다.
종래기술로는 하이브리드 차량이 알려져 있다. 하이브리드 차량으로는 소위 마이크로-하이브리드(Micro-Hybrid) 차량, 마일드-하이브리드(Mild-Hybrid) 차량 및 풀-하이브리드(Full-Hybrid) 차량이 알려져 있다. 여기에는 하나 이상의 내연기관, 즉, 가솔린 엔진 및/또는 디젤엔진을 포함하는 육상 자동차가 포함된다. 그러한 하이브리드 차량은 또한 전기모터도 포함한다.
이미 시판 중인 차량의 예로써, 마이크로-하이브리드 차량을 대표하는 비엠더블유(BMW) 1세대, 마일드-하이브리드 차량을 대표하는 혼다 시빅(Honda Civic), 풀-하이브리드 차량을 대표하는 도요타 프리우스(Toyota Prius) 등이 있다. 다른 제조사들도 유사한 하이브리드 차량을 제공한다.
마이크로-하이브리드 차량은, 단지 자동-스타트-스톱-기능(Auto-Start-Stop-Function) 및 스타터 배터리의 충전을 위한 제동 에너지 회수 기능을 포함하고, 차량의 구동을 위해서는 전기 기기가 사용되지 않는 반면, 마일드-하이브리드 차량의 경우는 전기 기기 즉, 제너레이터로서뿐만 아니라 엔진으로서도 이용될 수 있는 장치가 내연기관의 출력 상승 또는 효율 상승을 보조한다. 종래기술에서는 이러한 출력 상승을 "부스트(Boost)"라고도 지칭한다.
마이크로-하이브리드 차량에서와 같이, 마일드-하이브리드 차량에서도 제동 에너지의 회수뿐만 아니라 회생제동이 수행될 수 있다.
앞서 간단하게 설명한 하이브리드 버전들과는 달리, 풀-하이브리드 차량에서는 전기모터의 출력을 이용하여 차량이 직접 구동된다.
하이브리드 차량의 구동에 있어서, 다른 모든 차량에서 그러한 바와 같이, 클러치, 변속기, 제동장치 또는 그 밖의 기계적 또는 전기기계적 요소와 같은 차량 부품의 결함이 발생할 수 있다. 그러한 결함이 발생했을 때 차량 운전자가 적어도 차량을 운전하여 교차로나 고속도로와 같은 위험구역으로부터 벗어날 수 있고/벗어날 수 있거나 수리소에 도달할 수 있게 하기 위해, 예비조치를 통한 비상작동기능을 도입하는 것이 알려져 있다.
독일공보 DE 103 16422 A1호에는 예를 들어 하이브리드 차량의 제어 전략이 제안된다. 여기에는 전기모터를 내연기관에 연결하는 것도 개시되어 있는데, 이러한 연결은 충격 없이 이루어져야 한다.
예비조치가 유발되거나 개시되면, 대부분의 경우 구동휠에 모멘트 점프가 인가되는 문제점이 있다는 점을 인지해야 한다. 차량이 주행 다이나믹(drive-dynamic)상 중요한(critical) 상태에 있는 경우에 예비조치를 이용한 비상작동기능이 개시되면, 예를 들어, 차량이 커브 도로 또는 평탄한 차도에서 이탈하게 되어 차량 탑승자와 제3자가 위험해질 수 있기 때문에, 차량이 위험에 빠지게 된다.
본 발명의 과제는, 예비조치를 개시하기 이전에 차량이 처해있는 주행 다이나믹 상황에 대한 특징적인 작동변수가 측정되고, 하나 이상의 한계값과 비교되어, 한계값을 초과하거나 한계값에 미달하는 경우에 예비조치가 개시되는 것에 의해 해결된다.
이를 통해, 주행 다이나믹상 중요한 상태에서의 특정한 비상조치가 저지된다.
이를 통해, 차량의 가용성이 향상된다. 또한, 차량 운전자는 결함이 있는 차량으로도 적어도 가까운 수리소까지 도달할 수 있다. 외부로부터 도움을 받을 수 없더라도, 차량 운전자는 적어도 스스로의 힘으로 차량을 교차로 또는 고속도로와 같은 위험 지역으로부터 벗어나게 할 수 있다. 본 발명에 따른 차량 장비에 의해, 차량의 안전성(Robustness)이 향상되어 차량의 고장통계값(breakdown statistc)이 개선되기 때문에 차량 제조자에게도 유리하다.
본 발명은 또한 본 발명에 따른 방법을 적합한 수단을 이용하여 실행할 수 있는 장치에 관한 것이다.
바람직한 실시예들은 종속항에서 청구되고 이하에서 상세하게 설명된다.
주행 다이나믹 상황을 측정하기 위해 차량의 횡방향 가속도를 측정하고 한계값과 비교하는 것이 바람직하다. 전형적인 주행 상태가 식별되고 비상작동기능을 보장하는 예비조치의 도입이 저지되거나 적어도 지연된다. 따라서, 어떤 특별한 주행 상황에서 위험이 발생할 수 있다는 이유만으로, 해당 예비조치를 개시하는 것을 포기할 필요는 없다.
차량이 처해있는 현재 상황이 주행 다이나믹 기준에서 중요한지 여부를 더 높은 안전성을 가지고 결정하기 위해서는, 주행 다이나믹 상황의 측정을 위해 차량속도 및/또는 현재 조향각을 측정하고 관련 한계값과 비교하는 것이 바람직하다. 정보의 정확성이 향상됨으로써, 관련 예비조치를 통한 비상작동기능이 도입되지 않는 것은 빈번하지 않게 된다. 이를 통해, 차량의 가용성은 계속 증가한다.
제어장치 및/또는 ESP-시스템과 같은 차량 보조시스템의 작동변수가 사용되는 경우, 현재 순간에 존재하는 주행 다이나믹 상황에 대한 신뢰성 있는 정보를 얻기 위해, 큰 추가 비용 없이 필요한 기준변수가 얻어질 수 있다. ESP-시스템으로부터 기준 변수가 얻어지면, 바로 차량의 요잉율 또는 차량의 횡방향 가속도가 신뢰성 있게 추정될 수 있고, 이를 통해 매우 탄력적인(highly-flexible) 정보를 얻을 수 있다. 유럽 시장에서 판매된 다수의 차량에는 이미 ESP-시스템이 일체되어 있어서, 상응하는 차량 보조시스템에 존재하는 ESP-시스템에서 필요한 작동변수를 얻는 것이 특히 경제적이다. 또한, 대부분의 차량에는 상응하는 제어장치도 존재하기 때문에, 이러한 제어장치로부터 필요한 데이터를 이용할 수 있어서 추가적인 센서를 설치하지 않아도 된다.
내연기관으로부터 전달되는 토크는, 한계값에 미달할 때 내연기관과 전기모터 사이에 배치된 제1 클러치가 연결되는 경우, 계속 활용될 수 있다. 따라서, 전기모터에 의한 출력이 차량의 구동을 위해 충분하지 못한 경우, 내연기관이 간단하게 연결될 수 있다. 또한, 필요에 따라 제너레이터로도 기능하는 전기모터가 중간에 삽입됨으로써, 바람직하게는 내연기관에 의해, 예를 들어, 배터리와 같은 전기모터의 저장 매체의 충전이 가능하다. 이는 전체 차량의 기능성을 바람직하게 유지해준다.
또한, 차량의 주행 다이나믹 상황에 영향을 주는 예비조치와, 차량의 주행 다이나믹 상황에 영향을 주지 않는 예비조치를 구분하는 것이 특히 바람직하다.
작동변수를 한계값과 비교하기 이전에 위와 같은 구분을 수행하는 경우, 필요한 경우 주행 다이나믹상 중요한 예비조치만 중지될 수 있도록, 예비조치를 분류하는 것이 가능하다. 이를 통해, 차량의 가용성과, 결함 발생시 적어도 수리소에 도달할 가능성이 더욱 향상된다.
자원과 시간을 절약하기 위해서는, 예비조치가 차량의 주행 다이나믹 상황에 영향을 미치는 것으로 식별되는 경우에만 작동변수와 그에 상응하는 한계값을 비교하는 것이 또한 바람직하다.
본 발명에 따른 방법을 수행하기 위한 수단을 포함하는 장치가 이용되는 경우에도, 차량의 가용성이 향상되고, 차량의 상응하는 추가 장착이 이루어질 수 있다.
전기모터가 제너레이터로도 사용될 수 있는 경우, 특히 제동시 에너지 회수 가능성에 관하여, 차량의 기능성 및 다양성이 향상된다.
도면에서는 실시예를 도해하여 본 발명을 더 구체적으로 설명한다.
도1은 상응하는 차량부품을 사용하는 하이브리드 차량의 기본 차체의 개략도를 도시하며,
도2는 방법의 단계들을 도해하는 개략적인 다이어그램을 도시한다.
도1은 내연기관(2)과 전기모터(3)를 갖는 하이브리드 차량(1)을 도시한다. 내연기관(2)과 전기모터(3) 사이에는 제1 클러치(4)가 배치된다. 제1 클러치(4)는 구동축(5)을 갖고, 구동축(5)의 일단부는 내연기관(2)에 의해 구동 가능하고, 그로부터 제1 클러치(4)에 의해 분리된 영역을 통해 전기모터(3)에 의해 구동 가능하다. 전기모터(3)는 제너레이터로도 작동될 수 있다. 이는 제1 클러치(4)로부터 내연기관(2)의 토크가 구동축(5)을 통해 전기모터(3)에 전달될 때 나타난다.
이러한 경우에는 제너레이터로 작동하는 전기모터(3)가 전기 에너지를 발생시키고 배터리(6)를 충전한다.
배터리(6)는, 전기-정상작동시, 즉, 적어도 내연기관(2)이 구동되지 않는 경우, 전기모터(3)의 작동을 위해 필요한 에너지를 제공한다. 그러한 경우에는 보통 제1 클러치(4)가 연결되지 않는다. 물론 이 경우에도 앞서 설명한 바와 같이 제1 클러치(4)가 연결될 수 있다.
구동축(5)의 내연기관으로부터 먼 쪽 단부에 인가되는 토크는 추가적인 클러치(7)를 통해 변속기(8)로 안내된다. 보통의 경우 변환된 토크는 도면에 하나가 도시되어 있는 구동휠(9)에 계속 전달된다. 구동휠(9)에 인가되는 토크는 고정된 기준지점에 대하여 하이브리드 차량(1)을 전진시킨다.
특히 구동휠(9)과 같은 휠에는 제동장치(10)가 배치된다. 배터리(6)에는 배터리 제어장치(11)가 설치된다.
상응하는 제어장치들이 또한 내연기관(2), 전기모터(3), 변속기(8) 및 제동장치(10)를 위해 제공된다. 이와 같이, 내연기관 제어장치(12), 전기모터 제어장치(13), 변속기 제어장치(14) 및 제동장치 제어장치(15)가 제공된다. 제어장치들은 각각 액추에이터와 센서를 포함한다. 액추에이터는 도면부호 16으로 표시되고, 센서는 도면부호 17로 표시된다.
하이브리드 차량은 상이한 연결상태 및 작동상태를 취할 수 있다.
일반적인 경우에는, 내연기관(2)을 시동시키기 위해 제1 클러치(4)가 연결된다.
내연기관(2)의 작동 중에는, 전기모터(3)로부터 사용할 수 있게 제공된 토크를 이용하면, 내연기관(2)의 출력을 초과하여 구동축(5)을 잠시동안 구동할 수 있고, "부스트"를 달성할 수 있다.
예를 들어, 유압 조절기의 하나의 개별 부품에 결함이 발생하는 경우, 비록 의도되지 않음에도 불구하고, 제1 클러치(4)가 연결되는 특수한 경우가 발생한다. 또한, 유압 시스템에 공기가 포함되어, 제1 클러치(4)가 완전히 개방되지 않게 되는 차량 상태가 발생할 수 있다. 특히 내연기관과 전기모터의 회전수 비교를 기초로, 센서 메커니즘을 통한 상응하는 진단에 의해 상기 상태가 감지되면, 클러치 부품이 서로 마찰되는 것을 저지하고 지나친 마모를 피하기 위해, 상응하는 예비조치로서 비상작동기능을 개시하기 위해, 제1 클러치(4)가 연결된다. 몰론 이러한 두 가지 동작은, 즉, 제1 클러치(4)의 연결은, 모멘트 점프를 초래한다. 이는 내연기관의 질량 관성 때문에도 초래된다.
중요한 주행 상황에서 클러치(4)가 연결되는 것을 피하기 위해, 비록 그로인해 더이상 제대로 개방되지 않는 제1 클러치의 마모를 피할 수는 있지만, 비상작동기능을 달성하기 위한 예비조치를 실행(클러치(4)를 연결)하기 이전에, 주행 다이나믹상 중요한 상황이 존재하는지 고려하게 된다. 이것을 위해 차량의 횡방향 가속도가 결정되고, 필요한 경우 차량 속도 및 조향각과 같은 추가적인 작동변수에 따라, 중요한 예비조치의 도입이 중지되거나 지연된다.
여기서 설명되는 바와 같이 전기기계로도 작동하는 전기모터(3)는, 비상작동기능을 검출하는 다른 예비조치의 경우에, 능동적 단락 상태에 놓이게 된다.
물론 본 발명에 따른 방법 및 상응하는 장치에 의해서, 전기모터(3)가 부적합한 상황에서 각 주행 상황에 악영향을 미치는 토크를 구동축(5)에 인가하는 것은 방지된다.
차량의 스키드(skid) 또는 차량의 이탈이 방지된다.
도2에는 개략적인 형태의 흐름도가 도시된다.
제1 단계(18)에서는, 예비조치의 도입을 통해 제거될 수 있는 차량의 결함이, 진단기능을 이용하여 검출된다. 이어지는 단계(19)에서는 도입될 예비조치가 결정된다. 단계(18) 및 단계(19)는 상응하는 계산장치에서 실행할 수 있다.
이어지는 제3 단계(20)에서는, 예비조치가 현재의 주행 다이나믹 상황에 대해 중요한 것인지 분류되는 검사가 이루어진다. 또한, 상응하는 예비조치가 주행 다이나믹에 관련된 작용을 수반하는지에 대한 분류도 이루어진다. 실행하고자 하는 예비대응이 주행 다이나믹상 중요하지 않은 경우, 이어지는 단계(21)에서 예비조치가 도입된다.
단계(20)의 검사에서 실행하고자 하는 예비조치가 주행 다이나믹 상황에 악영향을 미치고, 또한 예비조치가 주행 다이나믹에 중요한 것으로 분류되는 경우에는, 별도의 검사 단계(22)에서 특성적인 작동변수와 상응하는 한계값의 비교가 실행된다.
한계값들은 임계값들로서, 차량 운전자에 의해 설정되거나, 차량을 위해 미리 설정되어 있는 값들이다. 상응하는 작동변수는 선행하는 단계(23)에서 결정된다.
이 단계에서는, 현재의 주행 다이나믹 상황에 대해 특징적인 작동변수의 연속적인 결정이 이루어진다.
이와 같이, 예를 들어, 횡방향 가속도, 차량 속도, 차량 가속도, 조향각 또는 유사한 값들이 결정된다. 횡방향 가속도는 예를 들어 ESP-시스템을 통해 결정된다. 횡방향 가속도는 또한 상응하는 제동 시스템의 센서, 예를 들어 제동장치 제어장치(15)의 센서(16)를 통해 얻어진다.
상응하는 작동변수가 임계값보다 크면, 단계(24)에 의해 예비조치가 도입되지 않는다. 상응하는 특징적인 작동변수가 현재의 한계값보다 낮은 경우, 단계(21)에서 비상작동을 허용하는 예비조치가 도입된다.
특징적인 작동변수, 즉 예를 들어, 횡방향 가속도, 차량 속도, 차량 가속도 및 조향각의 비교는, 개별적으로 또는 조합되어 단계(22)에서 이루어진다.
하나의 임계값을 초과하는 경우 또는 다수의 임계값을 초과하는 경우에 예비조치를 도입하지 않는 단계(24)로 진행하도록 정해놓을 수 있다.

Claims (10)

  1. 내연기관(2)과, 전기모터(3)와, 다른 차량부품을 갖는 하이브리드 차량(1)의 안전 작동 방법이며,
    차량부품의 고장 또는 작동제한시 차량의 비상작동을 가능하게 하는 예비조치가 개시되는 방법으로서,
    예비조치를 개시하기 이전에, 차량이 처해있는 주행 다이나믹 상황에 대한 특징적인 작동변수가 측정되고, 하나 이상의 한계값과 비교되어, 한계값을 초과하거나 한계값에 미달하는 경우에 상기 예비 조치가 개시되는 것을 특징으로 하는, 내연기관(2)과, 전기모터(3)와, 다른 차량부품을 갖는 하이브리드 차량(1)의 안전 작동 방법.
  2. 제1항에 있어서, 주행 다이나믹 상황의 측정을 위해 차량의 횡방향 가속도가 측정되어 한계값과 비교되는, 내연기관(2)과, 전기모터(3)와, 다른 차량부품을 갖는 하이브리드 차량(1)의 안전 작동 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 주행 다이나믹 상황의 측정을 위해, 주행 속도 및/또는 현재의 조향각이 측정되어 그에 상응하는 한계값과 비교되는, 내연기관(2)과, 전기모터(3)와, 다른 차량부품을 갖는 하이브리드 차량(1)의 안전 작동 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 작동변수는 제어장치(11, 12, 13, 14, 15) 및/또는 ESP-시스템과 같은 차량보조시스템으로부터 이용되는, 내연기관(2)과, 전기모터(3)와, 다른 차량부품을 갖는 하이브리드 차량(1)의 안전 작동 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 한계값에 미달하면 내연기관(2)과 전기모터(3) 사이에 배치된 클러치(4)가 연결되는, 내연기관(2)과, 전기모터(3)와, 다른 차량부품을 갖는 하이브리드 차량(1)의 안전 작동 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 차량의 주행 다이나믹 상황에 영향을 미치는 예비조치와, 차량의 주행 다이나믹 상황에 영향을 미치지 않는 예비조치 사이의 구분이 이루어지는, 내연기관(2)과, 전기모터(3)와, 다른 차량부품을 갖는 하이브리드 차량(1)의 안전 작동 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 구분은 작동변수와 한계값의 비교 이전에 실행되는, 내연기관(2)과, 전기모터(3)와, 다른 차량부품을 갖는 하이브리드 차량(1)의 안전 작동 방법.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 예비조치가 차량의 주행 다이나믹 상황에 영향을 미치는 것으로 식별되는 경우에만 작동변수와 한계값의 비교가 실행되는, 내연기관(2)과, 전기모터(3)와, 다른 차량부품을 갖는 하이브리드 차량(1)의 안전 작동 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 방법을 실행하기 위한 수단을 포함하는 장치.
  10. 제9항에 있어서, 전기모터는 제너레이터로도 작동할 수 있는, 장치.
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