KR20110033723A - 하이브리드 차량의 안전장치 및 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 발진 클러치가 장착되는 하이브리드 차량에서 ABS작동이나 급정차에 따른 엔진 스톨을 방지하고, 무단변속기의 벨트 및 풀리를 보호하는 것이다.

본 발명은 주행 상태에서 급정차 혹은 ABS작동이 검출되는지 판단하는 과정; 급정차 혹은 ABS작동이 검출되면 모터의 회생 제동을 금지하고, 클러치를 개방시켜 엔진과 변속기의 토크연결을 차단하는 과정; 클러치를 개방시키는 과정에서 엔진 RPM이 아이들 RPM 미만으로 떨어짐이 검출되면 모터 토크를 보상하여 엔진 스톨을 방지하는 과정을 포함한다.

하이브리드 차량, 급정차, 엔진 스톨, 클러치 개방, 모터 토크보상

Description

하이브리드 차량의 안전장치 및 제어방법{SAFETY SYSTEM OF HYBRID ELECTRIC VEHICLE AND CONTROL METHOD THEREOF}

본 발명은 하이브리드 차량에 관한 것으로, 더 상세하게는 발진 클러치가 장착되는 하이브리드 차량에서 ABS(Anti-lock Brake System)작동이나 급정차시에 엔진 스톨을 방지하고, 무단변속기(Continuously Variable Transmission ; CVT)의 벨트 및 풀리를 보호하는 하이브리드 차량의 안전장치 및 제어방법에 관한 것이다.

하이브리드 차량은 동력원으로 동작되는 엔진과 고전압 배터리로 동작되어 엔진의 출력토크를 보조하는 모터가 적용되며, 주행 상황에 따라 두 동력원이 각각의 특성을 발휘할 수 있는 영역에서 작동되어 높은 에너지 효율과 배기가스의 절감을 제공한다.

예를 들어, 엔진에 큰 부하가 걸리는 발진이나 가속 및 등판 주행에서는 하이브리드 모드로 동작되어 모터가 엔진의 출력토크를 보조하고, 정속 주행에서는 엔진모드나 모터모드 혹은 하이브리드 모드로 동작되어 주행한다.

하이브리드 차량은 주행 중에서 브레이크 페달에 의한 제동 제어가 실행되면 엔진의 출력토크를 보조하는 모터는 회생제동(Regeneration)으로 진입하여 발전기 로 전환되며, 제동 제어에 따라 버려지는 감속 에너지를 회생시켜 배터리를 충전시킨다.

하이브리드 차량은 운전의 편의성과 연비 향상을 제공하기 위하여 통상적으로 무단변속기기 적용되고, 무단변속기에 전달되는 토크 손실을 최소화하기 위하여 동력원인 엔진과 동력 전달원인 변속기(무단변속기)의 사이에 토크 컨버터 대신에 발진 클러치가 장착된다.

하이브리드 차량에서 발진 클러치가 결합되어 엔진의 출력토크를 무단변속기에 전달하여 주행하는 상태에서 갑작스런 휠 록(Wheel Lock), 특히 저마찰 감속으로 인해 차량이 급정차(차속이 '0' KPH)하게 되면 엔진이 발진 클러치와 직결되어 있어 엔진 스톨(Stall)이 유발되는 문제점이 발생한다.

도 5에 도시된 바와 같이, 주행중 급제동에 따라 변속기의 출력속도가 급감하여 차량이 정지되어 감에도 불구하고 발진 클러치가 결합되어 있는 상태를 유지하고 있으며, 엔진이 아이들 RPM에 도달되어도 발진 클러치의 압력은 정상 결합 상태를 유지하므로 엔진은 아이들 RPM을 유지하지 못하고 스톨이 발생되며, 이에 따라 변속기의 입력도 정지된다.

또한, 엔진의 내부 관성을 감속시키는 충격적인 토크가 무단 변속기의 벨트에 인가되어 벨트 슬립을 유발시키며, 심한 경우 벨트 및 풀리의 파손을 유발시키는 문제점이 발생된다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로, 하나의 목적은 하이브리드 차량이 주행중인 상태에서 ABS작동이나 급정차가 발생되면 발진 클러치를 강제로 해제하여 엔진과 무단변속기의 동력 전달을 차단하고, 모터의 회생제동을 금지시켜 엔진 스톨이 발생되지 않도록 하며, 무단변속기에 과도 토크가 유입되지 않도록 하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 주행중인 상태에서 ABS작동이나 급정차에 의해 엔진 RPM이 아이들 RPM 이하로 떨어지는 경우 모터 토크를 보상하여 엔진 스톨이 발생되지 않도록 하는 것이다.

상기한 목적을 실현하기 위한 본 발명의 특징에 따른 하이브리드 차량의 안전장치는, 엔진과 모터의 출력토크를 변속기에 전달하는 클러치; 차량의 전반적인 거동 및 출력토크를 제어하는 HCU를 포함하며,

상기 HCU는 급정차 혹은 ABS작동이 검출되면 모터의 회생 제동을 금지하고 클러치를 개방시켜 엔진과 변속기의 동력 연결을 차단하여 엔진 스톨을 방지한다.

본 발명에 따른 하이브리드 차량의 안전 제어방법은, 주행 상태에서 급정차 혹은 ABS작동이 검출되는지 판단하는 과정; 급정차 혹은 ABS작동이 검출되면 모터의 회생 제동을 금지하고, 클러치를 개방시켜 엔진과 변속기의 토크연결을 차단하는 과정; 클러치를 개방시키는 과정에서 엔진 RPM이 아이들 RPM 미만으로 떨어짐이 검출되면 모터 토크를 보상하여 엔진 스톨을 방지하는 과정을 포함한다.

전술한 구성에 의하여 본 발명은 하이브리드 차량의 주행에서 제동 제어에 따른 엔진 스톨과 무단변속기의 벨트, 풀리의 파손이 발생되지 않아 운행에 안정성 및 신뢰성이 제공되는 효과를 기대할 수 있다.

아래에서는 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.

본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않으며, 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략하였다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 안전장치를 개략적으로 도시한 도면이다.

본 발명은 운전정보검출부(101)와 HCU(Hybrid Control Unit : 102), ECU(Engine Control Unit : 103), TCU(Transmission Control Unit : 104), BMS(Battery Management System : 105), 표시부(106), PCU(Motor Control Unit : 107), 배터리(108), 엔진(200), 모터(300), 발진 클러치(350), 변속기(400)를 포함한다.

운전요구 검출부(101)는 브레이크 페달의 작동 여부와 ABS작동 여부의 정보를 검출하여 캔 네트워크를 통해 상위 제어기인 HCU(102)에 제공한다.

HCU(102)는 운전자의 주행요구에 따라 각각의 제어기들을 통합 제어하여 하 이브리드 자동차의 전반적인 거동을 제어하며, 운전모드에 따라 발진 클러치(350)를 작동시켜 엔진(200)과 무단변속기(400)간의 동력을 연결하거나 차단시키는 동작을 실행하여 상황에 따라 적절한 출력토크가 제공되도록 한다.

상기 HCU(102)는 주행중인 상태에서 ABS작동이 검출되거나 급정차가 검출되는 경우 MCU(107)를 제어하여 모터(107)의 회생제동을 금지하고 발진 클러치(350)의 결합을 해제시켜 엔진(200)이 스톨 되는 것을 방지하며, 무단 변속기의 벨트 및 풀리에 과도 토크가 인가되는 것을 방지한다.

ECU(103)는 캔 네트워크를 통해 HCU(102)와 상호 통신하며, 엔진(200)의 출력토크 유지를 위한 제반적인 동작을 제어한다.

TCU(104)는 상기 HCU(102)와 캔 네트워크를 통해 상호 통신하며, 현재의 차속과 기어비, 유온, 운전요구 등의 정보를 종합하여 변속기(400)의 출력토크 조절에 대한 전반적인 동작을 제어한다.

BMS(105)는 배터리(108)의 전압, 전류, 온도 등의 정보를 종합 검출하여 배터리(108)의 충전상태를 관리 제어하며, 배터리(108)의 충방전 전류량을 제어하여 한계전압 이하로 과방전되거나 한계전압 이상으로 과충전되지 않도록 한다.

표시부(106)는 클러스터에 구비되는 표시수단으로 운행에 따른 차량의 제반적인 상태정보를 설정된 방식으로 표시하며, BMS(105)에서 인가되는 배터리(108)의 충전상태를 게이지나 숫자 등을 포함하는 설정된 소정의 방식으로 표시한다.

PCU(107)는 MCU(Motor Control Unit)와 복수개의 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 스위치 소자로 이루어지는 인버터로 구성되며, HCU(102)에서 인가되는 제어신호에 따라 배터리(108)에서 공급되는 직류 상태의 구동전원을 3상 교류전압으로 변환시켜 모터(300)를 구동시킨다.

배터리(108)는 하이브리드 모드에서 엔진(200)의 출력토크를 보조하기 위하여 모터(300)에 전압을 공급하고, 제동시에 모터(300)에서 생성되는 회생 에너지를 회수하여 충전된다.

엔진(200)은 ECU(103)의 제어에 따라 운전모드별로 적절한 출력토크를 유지한다.

모터(300)는 PCU(107)의 제어에 따라 3상 교류전압으로 구동되어 엔진(200)의 출력토크를 지원하며, 제동시 발전기로 작동되어 회생제동 에너지를 회수한다.

발진 클러치(350)는 HCU(102)의 제어에 따라 작동되며, 모터(300)와 무단변속기(400)의 사이에 장착되어 엔진(200)과 모터(300)의 출력토크를 무단 변속기(400)에 전달하여 주행이 이루어질 수 있도록 한다.

무단변속기(400)는 상기 TCU(104)의 제어에 따라 변속비가 조정되며, 발진 클러치(350)를 통해 인가되는 출력토크를 조정되는 변속비로 분배하여 구동륜(500)에 전달시켜 주행이 이루어질 수 있도록 한다.

차속검출부(410)는 무단변속기(400)의 출력축 회전속도로부터 현재의 차속을 검출하여 그에 대한 정보를 TCU(104)에 제공한다.

전술한 바와 같은 기능을 갖는 본 발명에서 엔진 스톨 방지 및 벨트보호 제어 동작은 다음과 같이 실행된다.

본 발명에 따른 하이브리드 차량이 엔진모드 혹은 하이브리드 모드로 주행하 는 상태에서 상위 제어기인 HCU(102)는 캔 네트워크를 통해 운전정보검출부(101)에서 제공되는 정보와 TCU(104)에서 제공되는 정보를 검출 분석하여(S101), 급정차 혹은 ABS작동이 실행되었는지 판단한다(S102).

상기 S102의 판단에서 급정차 혹은 ABS작동이 실행되지 않았으면 현재의 운전제어를 지속적으로 유지하고, 급정차 혹은 ABS작동이 실행되었으면 HCU(102)는 캔 네트워크로 연결되는 PCU(107)를 통해 모터(300)의 회생제동을 금지시켜 엔진 부하를 저감시킨다(S103).

이후, 결합 상태에 있는 발진 클러치를 개방시켜 무단변속기(400)와 엔진(200)의 동력 연결을 분리한다(S104).

따라서, ABS작동이나 급정차의 상태에서 발진 클러치(350)의 개방으로 인하여 엔진(200)에 정지 역토크가 인가되지 않으므로 엔진(200)의 스톨이 발생되지 않게 된다.

상기와 같이 발진 클러치(350)를 개방시켜 엔진(200)과 무단변속기(400) 사이의 동력 연결을 차단하는 제어의 과정에서 발진 클러치(350)를 개방시키는 제어 보다 급정차로 인하여 휠(500)의 감속도가 클 경우 엔진(200) 스톨이 발생되므로, 상기 발진 클러치(350)의 개방 제어 상태에서 엔진 RPM이 아이들 RPM 이하로 떨어지는지 판단한다(S105).

상기 S105의 판단에서 엔진 RPM이 아이들 RPM을 초과하고 있는 상태이면 현재의 엔진(200) 제어 조건을 유지하고, 엔진 RPM이 아이들 RPM 이하로 떨어진 상태이면 PCU(107)를 통해 모터(300)의 출력토크를 보상하여(S106) 엔진(200) 스톨이 발생되지 않도록 한다(S107).

그리고, 발진 클러치(350)의 개방에 따라 엔진 토크 및 휠 역토크에 의한 무단 변속기(400)의 벨트 슬립이 방지되어 벨트 및 풀리를 안전하게 보호한다.

상기의 동작에서 브레이크 작동에 따라 휠 록이 발생되는 급정차의 경우 도 3에 도시된 바와 같이, 브레이크 작동에 따라 차속이 급감속되어 급정차 플래그가 온 되는 시점에서 발진 클러치(350)를 개방시켜 엔진(200)의 스톨이 발생되지 않도록 한다.

또한, 브레이크 작동에 따라 ABS 작동이 발생하는 경우 도 4에 도시된 바와 같이, 브레이크 작동에 따라 ABS작동 플래그가 온 되는 시점에서 발진 클러치(350)를 개방시켜 엔진(200) 스톨이 발생되지 않도록 한다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것이 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 안전장치를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 안전 제어절차를 개략적으로 도시한 흐름도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량에서 급제동에 따른 클러치 제어를 도시한 타이밍도이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량에서 ABS작동에 따른 클러치 제어를 도시한 타이밍도이다.

도 5는 종래의 하이브리드 차량에서 급제동에 따른 엔진 스톨을 도시한 타이밍도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

101 : 운전정보검출부 102 : HCU

103 : ECU 104 : TCU

105 : BMS 106 : 표시부

107 : PCU 108 : 배터리

200 : 엔진 300 : 모터

350 : 발진 클러치 400 : 무단변속기

410 : 차속검출부 500 : 구동륜

Claims (3)

1. 하이브리드 차량에 있어서,

   엔진과 모터의 출력토크를 변속기에 전달하는 클러치;

   차량의 전반적인 거동 및 출력토크를 제어하는 HCU를 포함하며,

   상기 HCU는 급정차 혹은 ABS작동이 검출되면 모터의 회생 제동을 금지하고 클러치를 개방시켜 엔진과 변속기의 동력 연결을 차단하여 엔진 스톨을 방지하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 안전장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 HCU는 급정차 혹은 ABS작동에 따라 엔진 RPM이 아이들 RPM 미만으로 떨어지는 경우 모터의 토크를 보상하여 엔진 스톨을 방지하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 안전장치.
3. 주행 상태에서 급정차 혹은 ABS작동이 검출되는지 판단하는 과정;

   급정차 혹은 ABS작동이 검출되면 모터의 회생 제동을 금지하고, 클러치를 개방시켜 엔진과 변속기의 토크연결을 차단하는 과정;

   상기 클러치를 개방시키는 과정에서 엔진 RPM이 아이들 RPM 미만으로 떨어짐이 검출되면 모터 토크를 보상하는 과정;

   을 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 안전 제어방법.

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