KR20110035693A

KR20110035693A - 하이브리드 차량의 페일세이프 제어장치 및 방법

Info

Publication number: KR20110035693A
Application number: KR1020090093507A
Authority: KR
Inventors: 박지열
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아자동차주식회사
Priority date: 2009-09-30
Filing date: 2009-09-30
Publication date: 2011-04-06
Also published as: KR101040350B1

Abstract

본 발명은 엔진과 모터의 사이에 엔진 클러치가 장착되는 하이브리드 차량에서 모터 고장시 페일세이프(Fail-Safe) 주행이 가능하도록 하는 것이다.

본 발명은 모터를 모니터링하여 고장 여부를 판정하는 과정, 모터의 고장이 판정되면 메인 릴레이의 오프를 지연하고, 메인 릴레이를 통해 전원을 공급받는 HSG의 크랭킹을 통해 엔진을 시동 온 시키는 과정, 엔진이 시동 온 되면 메인 릴레이를 차단하고, 엔진 클러치를 결합하여 엔진의 출력토크로 페일세이프 주행을 유지하는 과정을 포함한다.

하이브리드 차량, 엔진 클러치, 모터고장, 페일세이프

Description

하이브리드 차량의 페일세이프 제어장치 및 방법{APPARATUS FOR CONTROLLING FAIL SAFE OF HYBRID VEHICLE AND CONTROLLING METHOD THEREOF}

본 발명은 엔진과 모터의 사이에 엔진 클러치가 장착되는 하이브리드 차량에 관한 것으로, 보다 상세하게는 모터 고장시 페일세이프(Fail-Safe) 주행이 가능하도록 하는 하이브리드 차량의 페일세이프 제어장치 및 방법에 관한 것이다.

하이브리드 차량은 동력원으로 엔진과 배터리로 동작되는 모터가 적용되며, 주행 상황에 따라 두 동력원이 각각의 특성을 발휘할 수 있는 영역에서 작동되어 높은 에너지 효율과 배기가스 절감을 제공한다.

하이브리드 차량은 엔진에 큰 부하가 걸리는 발진, 가속, 등판 주행에서는 하이브리드 모드로 동작되어 모터가 엔진의 출력 토크를 보조하고, 정속 주행에서는 엔진모드나 모터모드 혹은 하이브리드 모드로 동작된다.

하이브리드 차량은 원가 절감과 변속기에 전달되는 토크의 손실을 최소화하기 위하여 토크 컨버터 대신에 엔진과 모터의 사이에 엔진의 출력 토크를 단속하는 엔진 클러치가 장착된다.

하이브리드 차량이 엔진모드로 동작되면 엔진 클러치가 결합되고, 모터에 전 원을 공급하는 메인 릴레이가 오프 되므로, 엔진의 출력토크에 의해서만 차량의 주행이 실행된다.

그리고, 하이브리드 모드(HEV)로 동작되면 엔진 클러치의 결합과 메인 릴레이가 온 되므로, 엔진과 모터 출력토크의 합으로 차량의 주행이 실행된다.

또한, 모터모드(EV)로 동작되면 엔진 클러치는 개방되고 메인 릴레이는 온 되므로, 모터의 출력토크에 의해서만 차량의 주행이 실행된다.

상기한 모터모드(EV)의 주행에서는 엔진은 시동 오프를 유지하고, 모터모드(EV)의 주행에서 엔진모드 혹은 하이브리드 모드(HEV)의 주행으로 천이하고자 할 때 HSG(Hybrid Starter-Generator)의 크랭킹으로 엔진을 기동시키고 엔진 클러치 양단의 속도, 즉 엔진의 출력속도와 모터의 속도를 동기화시킨 후 엔진 클러치를 결합한다.

상기한 하이브리드 차량에서 모터의 고장이 발생하는 경우 배터리 시스템의 보호와 안전을 위해 메인 릴레이를 오프 시키는데, 엔진이 동작하고 있는 상태에서는 엔진에 의해 동력전달이 가능하므로 큰 문제없이 주행이 가능하다.

그러나, 엔진이 정지하고 있는 모터모드(EV)의 주행상태에서 모터의 고장이 발생하게 되면 모터에 의한 동력전달이 불가한 상태에서 메인 릴레이가 오프되기 때문에 정지 상태에 있는 HSG의 크랭킹을 통해 엔진을 기동시킬 수 없어 더 이상의 동력공급이 불가하게 되므로 운행 중 매우 위험하고 곤란한 상황에 진입하게 되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로, 그 목적은 모터의 상태를 모니터링하여 고장이 검출되는 경우 페일세이프 주행이 가능하도록 하는 것이다.

상기한 목적을 실현하기 위한 본 발명은 엔진과 모터의 사이에 설치되는 엔진 클러치와 차량의 전반적인 거동을 제어하는 HCU를 포함하는 하이브리드 차량에 있어서,

상기 HCU는 모터의 고장이 검출되면 HSG의 크랭킹을 통해 엔진을 시동 온 시키고, 엔진 시동이 온 되면 메인 릴레이를 오프하여 배터리와 모터의 전원 연결을 차단하며, 엔진 클러치를 결합하여 엔진 출력토크로 페일세이프 주행을 제어한다.

또한, 본 발명의 특징에 따른 하이브리드 차량의 페일세이프 제어방법은,

모터를 모니터링하여 고장 여부를 판정하는 과정;

모터의 고장이 판정되면 메인 릴레이의 오프를 지연하고, 메인 릴레이를 통해 전원을 공급받는 HSG의 크랭킹을 통해 엔진을 시동 온 시키는 과정;

엔진이 시동 온 되면 메인 릴레이를 차단하고, 엔진 클러치를 결합하여 엔진의 출력토크로 페일세이프 주행을 유지하는 과정을 포함한다.

전술한 구성에 의하여 본 발명은 모터 고장이 발생되는 경우에도 안전 운전을 확보할 수 있으며, 정비소까지의 운전이 가능하여 차량 운행에 신뢰성이 제공되 는 효과가 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 페일세이프 제어장치를 개략적으로 도시한 도면이다.

본 발명은 운전요구 검출부(10)와 HCU(Hybrid Control Unit:20), ECU(Engine Control Unit:30), TCU(Transmission Control Unit:40), BMS(Battery Management System:50), 배터리(60), 메인 릴레이(70), 엔진(80), HSG(Hybrid Starter Generator:85), 엔진 클러치(90), 모터(100), 변속기(110) 및 진단부(120)를 포함한다.

운전요구 검출부(10)는 발진, 가속, 킥다운 변속 등을 위한 APS(Accel Position Sensor)의 변위, 브레이크 페달의 작동여부 등의 정보를 검출하여 네트워크를 통해 상위 제어기인 HCU(20)에 제공한다.

HCU(20)는 운전자의 운전요구 및 차량의 상태정보에 따라 네트워크를 통해 각 제어기들을 통합 제어하여 엔진(80) 및 모터(100)의 출력 토크를 제어함으로써 차량의 전반적인 거동을 제어한다.

상기 HCU(20)는 모터(100)의 상태를 모니터링하여 고장으로 판정되면 엔진(80)의 상태를 확인하여 엔진(80)이 시동 온을 유지하고 있는 상태이면 메인 릴레이(70)를 즉시 오프하여 배터리(60)의 전원이 모터(100)에 공급되는 것을 차단한다.

그러나, 모터(80)가 고장으로 판정되는 상태에서 엔진(80)이 시동 오프의 상태이면 HSG(85)의 크랭킹으로 엔진(80)을 시동 온 시킨 다음 메인 릴레이(70)를 오프하여 배터리(60)의 전원이 모터(100)에 공급되는 것을 차단한다.

HSG(85)의 크랭킹으로 엔진(80)을 기동시키는데 소요되는 시간은 대략적으로 200 ~ 300ms 정도가 소요되므로, 모터(100)의 고장이 판정되더라고 엔진(80)을 시동시키는데 소요되는 시간 동안 메인 릴레이(70)를 온으로 유지시키고 엔진(60)의 시동이 완료되면 메인 릴레이(70)를 오프시킨다.

또한, 상기와 같이 엔진(80) 시동을 온 시킨 상태에서 엔진 클러치(90)의 상태를 판단하여 엔진 클러치(90)가 결합되어 있는 상태이면 엔진(80)의 출력토크로 차량의 주행이 가능하도록 하고, 엔진 클러치(90)가 개방되어 있는 상태이면 엔진 클러치(90)를 결합시킨 후 엔진(80)의 출력토크로 차량의 주행이 가능하도록 한다.

ECU(30)는 네트워크를 통해 상위 제어기인 HCU(20)에서 인가되는 제어신호에 따라 엔진(80)의 제반적인 동작을 제어하며, HSG(85)의 크랭킹을 통해 엔진(80) 시동을 온 시킨다.

TCU(40)는 현재의 차속과 스로틀 밸브의 변위에 따라 목표 변속단을 결정하 여 변속기(110)의 변속비를 제어한다.

BMS(50)는 상기 배터리(60)의 전압, 전류, 온도 등의 정보를 종합 검출하여 SOC(State Of Charge) 상태 및 충방전 전류량을 관리 제어하며, 그에 대한 정보를 네트워크를 통해 HCU(20)에 제공한다.

배터리(60)는 대용량 고전압 배터리로 모터(100)에 전원을 공급하고, 브레이크 제동에 의한 회생제동 모드에서 발전기로 동작되는 모터(100)의 회생 에너지로 충전된다.

메인 릴레이(70)는 HCU(20)의 제어에 따라 온/오프되어 배터리(60)와 모터(100)의 간의 전원연결을 단속한다.

엔진(80)은 HCU(20)의 제어를 받는 ECU(30)의 제어에 의해 시동 온/오프 및 출력토크가 제어된다.

HSG(85)는 ECU(85)의 제어에 따라 크랭킹되어 엔진(80)을 시동 온시켜, 크랭킹 동작은 메인 릴레이(70)를 통해 인가되는 배터리(60)의 전원을 사용한다.

엔진 클러치(90)는 엔진(80)과 모터(100)의 사이에 배치되어, 엔진(80)의 출력토크를 단속한다.

상기 엔진 클러치(90)가 결합될 때에는 엔진(80)의 모터(100)의 속도가 일치된 조건에서 결합되어 쇼크가 발생되지 않는다.

모터(100)는 상기 메인 릴레이(70)를 통해 인가되는 배터리(40)의 전압에 의해 구동된다.

변속기(110)는 상기 TCU(30)의 제어에 따라 변속비를 조정하여 하이브리드 차량이 주행될 수 있도록 한다.

진단부(120)는 모터(100)의 동작 상태를 모니터링하여 고장 여부를 판정하고, 그에 대한 정보를 네트워크를 통해 연결되는 HCU(20)에 제공한다.

전술한 바와 같은 기능을 포함하여 구성되는 본 발명에 따른 하이브리드 차량에서 일반적인 제어동작은 동일 내지 유사하게 이루어지므로, 이에 대한 동작 설명은 생략한다.

본 발명은 모터의 고장이 판정되는 경우 페일세이프 주행을 제공하는 동작에 대해서만 설명한다.

하이브리드 차량이 엔진모드나 모터모터(EV) 혹은 하이브리드 모드(HEV)로 주행하는 상태에서 진단부(112)는 모터(100)의 상태를 검출하여 모니터링 결과를 네트워크를 통해 HCU(20)에 제공한다(S101).

HCU(20)는 진단부(120)에서 제공되는 모터 모니터링의 결과를 분석하여 모터(100)의 고장이 검출되는지 판정한다(S102).

상기 S102에서 모터(100)의 고장이 검출되지 않으면 모터 모니터링 동작을 반복하고, 모터(100)의 고장이 검출되면 엔진(80)의 상태를 확인하여 엔진(80)이 시동 온을 유지하고 있는지 시동 오프 상태에 있는지를 판정한다(S103).

상기 S103의 판정에서 엔진(80)이 시동 오프 상태에 있는 것으로 판정되면 ECU(30)를 통해 HSG(85)를 크랭킹시켜 엔진(80)의 시동을 온 시키고(S105), 엔진(80)의 시동 온이 정상적으로 이루어지면 메인 릴레이(70)를 오프시켜 배터리(60)의 전원이 고장이 발생된 모터(100)에 공급되는 것을 차단하여 배터리 시스 템을 보호한다.

즉, 모터(100)의 고장이 판정되더라도 메인 릴레이(70)의 온 상태를 설정된 일정시간 유지시켜 메인 릴레이(70)를 통해 배터리(60)의 전원을 공급받는 HSG(85)의 크랭킹으로 엔진(80)이 시동 온 될 수 있도록 한다.

상기 HSG(85)의 크랭킹으로 엔진(80)이 시동되는데 소요되는 시간은 대략적으로 200 ~ 300ms 정도가 소요되므로, 모터(100)의 고장이 판정되더라고 메인 릴레이(70)의 오프를 상기한 시간동안 지연한 다음 오프한다.

그리고, 엔진 클러치(90)의 상태를 확인하여 엔진 클러치(90)가 결합되어 있는지 개방되어 있는지 판단한다(S108).

상기 S108의 판단에서 엔진 클러치(90)가 개방되어 있으면 엔진 클러치(90)를 결합하여 엔진(80)의 출력토크에 의해 차량이 주행될 수 있도록 하며(S109), 운전자의 요구에 따라 엔진(80)의 출력토크를 제어하여 페일세이프 주행이 유지될 수 있도록 한다(S110).

그리고, 상기 S108의 판단에서 엔진 클러치(90)가 결합되어 있으면 운전자의 요구에 따라 엔진(80)의 출력토크를 제어하여 페일세이프 주행이 유지될 수 있도록 한다(S110).

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 2는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 페일세이프 제어절차를 도시한 흐름도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 운전요구 검출부 20 : HCU

30 : ECU 40 : TCU

50 : BMS 60 : 배터리

70 : 메인 릴레이 80 : 엔진

85 : HSG 90 : 엔진 클러치

100 : 모터 110 : 변속기

120 : 진단부

Claims

엔진과 모터의 사이에 설치되는 엔진 클러치와 차량의 전반적인 거동을 제어하는 HCU를 포함하는 하이브리드 차량에 있어서,

상기 HCU는 모터의 고장이 검출되면 HSG의 크랭킹을 통해 엔진을 시동 온 시키고, 엔진 시동이 온 되면 메인 릴레이를 오프하여 배터리와 모터의 전원 연결을 차단하며, 엔진 클러치를 결합하여 엔진의 출력토크로 페일세이프 주행을 제어하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 페일세이프 제어장치.
제1항에 있어서,

상기 HCU는 모터의 고장이 검출된 상태에서 엔진 시동이 온을 유지하면 메인 릴레이를 오프하고, 엔진 클러치를 결합시켜 엔진의 출력토크로 페일세이프 주행을 제어하는 하이브리드 차량의 페일세이프 제어장치.
모터를 모니터링하여 고장 여부를 판정하는 과정;

모터의 고장이 판정되면 메인 릴레이의 오프를 지연하고, 메인 릴레이를 통해 전원을 공급받는 HSG의 크랭킹을 통해 엔진을 시동 온 시키는 과정;

엔진이 시동 온 되면 메인 릴레이를 차단하고, 엔진 클러치를 결합하여 엔진의 출력토크로 페일세이프 주행을 유지하는 과정;

을 포함하는 하이브리드 차량의 페일세이프 제어방법.
제3항에 있어서,

상기 모터의 고장이 판정된 상태에서 엔진이 시동 온을 유지하면 곧바로 메인 릴레이를 오프시켜 배터리와 모터의 전원 연결을 차단하고, 엔진 클러치가 개방되어 있는 상태이면 엔진 클러치를 결합시켜 엔진의 출력토크로 페일세이프 주행을 유지하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 페일세이프 제어방법.