KR20140020498A - 하이브리드 ａｍｔ 시스템의 변속 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 하이브리드 AMT 시스템에 에러가 발생되면, AMT TCU가 클러치를 결합시키는 단계, AMT TCU가 ECU로 목표 변속단에 따른 동기화 회전수에 따라 엔진 제어 명령을 전달하는 단계 및 엔진 제어 명령이 전달되면, ECU가 구동모터의 회전수가 동기화 회전수와 동기되도록 엔진을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

하이브리드 ＡＭＴ 시스템의 변속 제어 방법{SHIFT CONTROL METHOD OF HYBRID AUTOMATIC MANUAL TRANSMISSION SYSTEM}
본 발명은 하이브리드 AMT(Automatic Manual Transmission) 시스템의 변속 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 하이브리드 AMT 시스템의 오류시 엔진과 클러치를 제어하여 변속 제어가 가능하도록 한 하이브리드 AMT 시스템의 변속 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로 하이브리드 AMT 시스템은 엔진 및 수동 변속기의 클러치와 기어부 사이에 구동모터가 구비된 하이브리드 드라이브 유닛을 구비한다. 이러한 하이브리드 드라이브 유닛은 구동시 클러치를 접속시킨 상태로 엔진과 구동모터를 구동시켜 전체 구동력을 생성하거나, 클러치를 이격시킨 상태로 구동모터만으로 구동할 수 있다. 더욱이, 구동시에 클러치를 접속시킨 후, 엔진을 구동시키고 구동모터를 역토크를 인가하여 배터리를 충전하거나, 제동시에는 클러치를 이격시켜 회생제동하여 배터리를 충전시킨다. 특히, 변속시에는 엔진 및 구동모터와 TCU(Transmission Control Unit)의 협조 제어가 필요하다.
하이브리드 AMT 시스템의 변속 시퀀스는 먼저 클러치를 이격시키고, 기어를 쉬프트 아웃(shift out)시킨 후, 기어를 셀렉트한다. 이후, 기어 액추에이터로 기어를 체결시키고, 마지막으로 클러치를 접속시켜 엔진과 구동모터의 회전속도를 일치시킨다.
본 발명과 관련된 배경기술로는 대한민국 특허공개번호 10-2012-0031612호(2012.04.04)의 '하이브리드 차량의 자동화된 수동 변속기의 변속 제어 방법'이 있다.
종래의 하이브리드 AMT 시스템은 상기한 바와 같이 변속시에, 엔진 및 구동모터와 TCU(Transmission Control Unit)의 협조 제어가 필요하다. 따라서, 하이브리드 AMT 시스템의 구동모터 제어가 불가능한 오류가 발생될 경우에는 변속이 이루어지지 않는다.
비록 기어 액추에이터의 추력을 증가시켜 동기화 회전수로 강제적으로 동기시킬 수는 있으나, 구동모터가 변속기 입력축에 설치되어 기존 수동 변속기 보다 회전관성이 매우 크므로, 실제로는 거의 불가능하며, 기어 액추에이터의 추력을 증가시킨다 하더라도 변속기 내의 싱크로나이즈 등이 손상될 수 있다.
결과적으로, 하이브리드 AMT 시스템에서 구동모터에 에러가 발생될 경우에는 변속 불량이 발생되고, 이로 인해 차량 주행이 어렵게 되는 문제점이 있었다.
본 발명은 전술한 문제점을 개선하기 위해 창안된 것으로서, 하이브리드 AMT 시스템의 구동모터 에러시 클러치를 슬립 제어함과 더불어 엔진의 토크나 회전속도를 제어하여 구동모터의 회전속도를 목표단수의 동기화 회전속도에 동기화시켜 정상적으로 기어 치합이 이루어질 수 있도록 한 하이브리드 AMT 시스템의 변속 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 하이브리드 AMT 시스템의 변속 제어 방법은 하이브리드 AMT 시스템에 에러가 발생되면, AMT TCU가 클러치를 결합시키는 단계; 상기 AMT TCU가 ECU로 목표 변속단에 따른 동기화 회전수에 따라 엔진 제어 명령을 전달하는 단계; 및 상기 엔진 제어 명령이 전달되면, 상기 ECU가 구동모터의 회전수가 상기 동기화 회전수와 동기되도록 상기 엔진을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 엔진을 제어하는 단계는 상기 엔진의 엔진 토크 또는 엔진 회전수를 증감시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 엔진을 제어하는 단계는 상단 변속시에는 상기 엔진을 마이너스 토크로 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 엔진을 제어하는 단계는 상단 변속시에는 상기 엔진 토크를 정상치 보다 낮게 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 엔진을 제어하는 단계는 하단 변속시에는 상기 엔진 토크를 정상치 보다 높게 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 엔진을 제어하는 단계는 상단 변속시에는 상기 엔진 회전수를 정상치 보다 낮게 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 엔진을 제어하는 단계는 하단 변속시에는 상기 엔진 회전수를 정상치 보다 높게 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 클러치를 제어하는 단계는 목표 슬립량을 설정한 후 상기 클러치를 피드백 제어하여 접속시키는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 클러치를 제어하는 단계는 비례적분미분제어를 통해 상기 목표 슬립량과 현재 슬립량의 오차를 감소시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 엔진 회전수와 구동모터의 회전수가 상기 동기화 회전수에 도달하면, 상기 AMT TCU가 변속기를 제어하여 상기 목표단수로 기어 치합시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 하이브리드 AMT 시스템의 구동모터나 MCU에 에러가 발생되더라도 AMT 변속기를 정상적으로 구동시켜 변속이 이루어지도록 하고, 이를 통해 차량이 정상적으로 주행할 수 있도록 한다.
도 1 은 본 발명이 적용되는 하이브리드 AMT 시스템의 블럭 구성도이다.
도 2 는 본 발명이 적용되는 하이브리드 AMT 시스템의 변속 시퀀스를 도시한 순서도이다.
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 AMT 시스템의 변속 제어 방법을 도시한 순서도이다.
도 4 는 도 3 의 클러치 제어 단계를 도시한 순서도이다.
도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 상단 변속시의 엔진 제어를 비교한 도면이다.
도 6 은 본 발명의 일 실시예에 따른 하단 변속시의 엔진 제어를 비교한 도면이다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 AMT 시스템의 변속 제어 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1 은 본 발명이 적용되는 하이브리드 AMT 시스템의 블럭 구성도이고, 도 2 는 본 발명이 적용되는 하이브리드 AMT 시스템의 변속 시퀀스를 도시한 순서도이다.
본 발명이 적용되는 하이브리드 AMT 시스템은 도 1 에 도시된 바와 같이, 하이브리드 AMT 시스템을 통합 제어하는 HCU(Hybrid Control Unit)(10), 엔진(24)을 제어하는 ECU(Electronic Control Unit)(22), 클러치(34)와 변속기(60)를 제어하는 AMT TCU(Automatic Manual Transmission Transmission Control Unit)(32), 엔진(24)과 구동모터(44) 사이의 입력축(62)에 설치되어 엔진(24)과 구동모터(44) 사이에 동력을 전달하거나 차단하는 클러치(34), 배터리(54)에 충전된 전압으로 구동하여 입력축(62)에 구동력을 전달하는 구동모터(44), 구동모터(44)를 제어하는 MCU(Micro Control Unit)(42), 배터리(54)에서 생성된 고전압을 구동모터(44)에 인가하여 구동모터(44)가 구동할 수 있도록 하고, 구동모터(44)에서 생성된 고전압을 배터리(54)에 충전하는 BMS(Battery Management System)(52), 입력축(62)에 설치된 복수 개의 구동기어와 출력축(63)에 설치되는 복수 개의 종동기어가 변속단에 따라 기어 치합되어 구동모터(44) 및 엔진(24)에서 생성된 토크에 따라 동력을 출력축(63)으로 전달함으로써, 차속을 가변시키는 변속기(60)를 포함한다.
참고로, 도면부호(61)은 싱크로나이저(syncronizer)이다.
하이브리드 AMT 시스템은 상기한 바와 같이, 동력원으로 엔진(24)과 구동모터(44)가 채용되어 엔진(24)과 구동모터(44)를 각각 제어함으로써, 연비 향상을 도모한다.
이러한 하이브리드 AMT 시스템의 변속 시퀀스는 도 2 에 도시된 바와 같이, 운전자가 작동시키는 가속페달(미도시)의 변위, 브레이크 페달(미도시)의 온오프 등과 같은 운전 환경의 변화에 따라 변속을 개시한다.
먼저, 엔진(24)과 구동모터(44)의 토크를 0으로 추종하고 클러치(34)를 이격시킨 후(S10), 변속기(60)의 기어를 쉬프트 아웃(shift out)시킨다(S20). 이에 따라 엔진(24)과 구동모터(44), 변속기(60)의 출력축(63)이 서로 이격되어 있는 상태가 된다. 이후, 클러치(34)를 이격시킨 상태에서, 셀렉트(미도시)를 이동시켜 기어를 체결할 준비를 하는데, 이를 위해, 구동모터(44)의 회전수가 목표단수의 동기화 회전수와 동기되도록 AMT TCU(32)가 회전속도를 HCU(10)에 전달하고, HCU(10)가 이 회전속도를 MCU(42)에 전달하여 MCU(42)가 구동모터(44)를 동기화 회전수로 회전시켜 동기를 맞추는 협조 제어를 수행한다(S30). 이후, AMT TCU(32)가 기어 액추에이터(미도시)로 기어를 목표 단수로 체결시키고(S40), 클러치(34)를 접속시켜 엔진(24)과 구동모터(44)의 회전수를 일치시킨다(S50).
이러한 변속 시퀀스에서, 기어 체결을 준비하는 과정에서는 MCU(42)와의 협조 제어가 필요하게 된다. 그러나, 구동모터(44)의 동작 에러나, MCU(42)의 오류 등과 같이 구동모터(44)를 정상적으로 제어할 수 없는 에러가 발생된 경우에는 정상적인 변속이 이루어지지 않게 된다.
이에 따라, 상기한 에러 발생시에는 AMT TCU(32)와 ECU(22)가 엔진(24) 및 클러치(34)를 제어하여 구동모터(44)의 회전수를 목표단수의 동기화 회전수로 동기될 수 있도록 한다. 이를 도 3 내지 도 6 을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 AMT 시스템의 변속 제어 방법을 도시한 순서도이며, 도 4 는 도 3 의 클러치 제어 단계를 도시한 순서도이며, 도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 상단 변속시의 엔진 제어를 비교한 도면이며, 도 6 은 본 발명의 일 실시예에 따른 하단 변속시의 엔진 제어를 비교한 도면이다.
먼저, AMT TCU(32)는 도 3 에 도시된 바와 같이, 상기한 바와 같은 하이브리드 AMT 시스템에 에러가 발생되면(S31), 목표 슬립량을 설정한 후, 클러치(34)를 피드백 제어하여 클러치를 목표 슬립량으로 우선 접속시키고, 이후 클러치(34)를 완전히 결합시키게 된다. 이와 같이, 클러치(34)를 목표 슬립량을 설정하여 우선 접속시키는 것은 엔진(24)의 엔진 회전수와 구동 모터(44)의 회전수가 서로 상이한 상태에서 접속되면, 변속 충격이 발생되고 이는 클러치(34) 등 하이브리드 AMT 시스템에 기계적인 충격이 발생되는 것을 방지할 수 있기 때문이다.
여기서, 목표 슬립량으로 클러치(34)를 접속시키는 것은 도 4 를 참조하여 설명한다.
먼저, 목표 슬립량을 설정하고(S321), 비례적분미분제어(PID)를 위한 PID 게인을 설정한다(S322).
이 후, 현재 슬립량을 체크하여 목표 슬립량과 현재 슬립량의 에러를 계산한다(S323).
이에 따라, AMT TCU(32)는 상기한 PID 게인 및 목표 슬립량과 현재 슬립량의 에러를 이용하여 비례적분미분제어를 계산하고(S324), 계산 결과를 반영하여 클러치(34) 위치를 제어한 후(S325), 상기한 목표 슬립량과 현재 슬릴량의 에러를 계산하는 과정(S323)으로 리턴하여 클러치(34)가 목표 슬립량으로 결합할 때까지 반복적으로 수행된다.
여기서, 클러치 위치는 클러치(34)가 최대로 이격된 위치인 풀 릴리즈 포지션(Full release position)에 상기한 비례적분미분제어 계산 결과를 합산하여 계산되며, AMT TCU(32)는 이러한 계산 결과에 대응되는 위치로 클러치(34)를 결합시킨다. 이러한 과정은 클러치(34)를 목표 슬립량으로 결합할 때까지 반복적으로 수행된다.
한편, 상기한 바와 같이 클러치(34)를 제어함과 더불어, AMT TCU(32)는 ECU(22)에 엔진 제어 명령을 전달하고, ECU(22)는 AMT TCU(32)로부터 전달받은 엔진 제어 명령에 따라, 엔진(24)의 엔진 토크 또는 엔진 회전수를 목표 단수에 따라 제어한다(S33).
여기서, 엔진 토크를 제어할 경우, 목표단수에 따라 상단 변속인 지 또는 하단 변속인지에 따라 증감시킨다.
먼저, 상단 변속(up shift)일 경우에는 하이브리드 AMT 시스템의 동작 특성상 엔진(24)을 마이너스 토크로 제어하는 것이 더욱 유리하다.
상단 변속시 엔진 토크를 제어할 경우, 도 5 의 (b)에 도시된 바와 같이, 엔진 토크를 정상치, 즉 하이브리드 AMT 시스템이 정상 동작할 때의 엔진 토크 보다 낮게 제어한다(speed sync 구간). 이는 엔진 토크를 통해 구동모터(44)의 회전속도까지 변경시켜야 하므로, 정상치 보다 낮게 제어하여 구동모터(44)의 회전수가 빠른 시간내에 감소될 수 있도록 하기 위함이다.
또한, 상단 변속시 엔진 회전수를 제어할 경우, 도 5 의 (a)에 도시된 바와 같이, 엔진 회전수를 정상치, 즉 하이브리드 AMT 시스템이 정상 동작할 때의 엔진 회전수 보다 낮게 제어한다(speed sync 구간). 이는 엔진 회전수를 통해 구동모터(44)의 회전속도까지 변경시켜야 하므로, 정상치 보다 낮게 제어하여 구동모터(44)의 회전수가 빠른 시간내에 감소될 수 있도록 하기 위함이다.
이와 같이, 상단 변속에 따른 변속시간을 감소시킴으로써, 하이브리드 AMT 시스템이 정상일 때의 변속시간과 유사하게 빠른 변속이 이루어질 수 있게 된다.
반면에, 하단 변속(down shift)일 경우에는 하이브리드 AMT 시스템의 동작 특성상 엔진 회전수를 제어하는 것이 유리하다.
특히, 하단 변속시 엔진 토크를 제어할 경우, 도 6 의 (b)에 도시된 바와 같이, 엔진 토크를 정상치, 즉 하이브리드 AMT 시스템이 정상 동작할 때의 엔진 토크 보다 높게 제어한다(speed sync 구간). 이는 엔진 토크를 통해 구동모터(44)의 회전속도까지 변경시켜야 하므로, 정상치 보다 높게 제어하여 구동모터(44)의 회전수가 빠른 시간내에 증가될 수 있도록 하기 위함이다.
또한, 하단 변속시 엔진 회전수를 제어할 경우, 도 6 의 (a)에 도시된 바와 같이, 엔진 회전수를 정상치, 즉 하이브리드 AMT 시스템이 정상 동작할 때의 엔진 회전수 보다 높게 제어한다(speed sync 구간). 이는 엔진 회전수를 통해 구동모터(44)의 회전속도까지 변경시켜야 하므로, 정상치 보다 높게 제어하여 구동모터(44)의 회전수가 빠른 시간내에 증가될 수 있도록 하기 위함이다.
이와 같이, 상단 변속에 따른 변속시간을 감소시켜 하이브리드 AMT 시스템이 정상일 때의 변속시간과 유사하게 빠른 변속이 이루어질 수 있게 된다.
참고로, 본 실시예에서는 클러치(34) 제어를 먼저 시작하고, 엔진(24) 제어를 시작하는 것 설명하였으나, 본 발명의 기술적 범위는 상기한 순서에 한정되는 것은 아니며, 클러치(34)와 엔진(24)을 동시에 제어하거나 엔진(24) 제어를 먼저 시작하는 것도 모두 포함한다할 것이다.
상기한 바와 같이, 클러치(34)와 엔진(24)을 제어하고 이 과정에서 엔진 회전수와 구동모터(44)의 회전수가 목표단수의 동기화 회전수와 일치하게 되면(S34), AMT ECU(22)는 기어를 체결할 수 있도록 클러치(34)를 이격시키고(S35), 엔진 회전수가 유지되도록 제어한다(S36).
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 AMT 시스템의 변속 제어 방법은 하이브리드 AMT 시스템의 구동모터 에러시 클러치(34)를 슬립 제어함과 더불어 엔진 토크나 회전수를 제어하여 구동모터의 회전수를 목표단수의 동기화 회전수에 동기시킴으로써, 구동모터 에러시 ECU(22)와 AMT TCU(32)의 변속 제어만으로도 정상적인 변속이 이루어지도록 한다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 기술이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야할 것이다.
10: HCU 22: ECU
24: 엔진 32: AMT TCU
34: 클러치 42: MCU
44: 구동모터 52: BMS
54: 배터리 60: 변속기
62: 입력축 63: 출력축

Claims (10)

  1. 하이브리드 AMT(Hybrid Automatic Manual Transmission) 시스템에 에러가 발생되면, AMT TCU(Automatic Manual Transmission Transmission Control Unit)가 클러치를 결합시키는 단계;
    상기 AMT TCU가 ECU(Electronic Control Unit)로 목표 변속단에 따른 동기화 회전수에 따라 엔진 제어 명령을 전달하는 단계; 및
    상기 엔진 제어 명령이 전달되면, 상기 ECU가 구동모터의 회전수가 상기 동기화 회전수와 동기되도록 상기 엔진을 제어하는 단계를 포함하는 하이브리드 AMT 시스템의 변속 제어 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 엔진을 제어하는 단계는
    상기 엔진의 엔진 토크 또는 엔진 회전수를 증감시키는 것을 특징으로 하는 하이브리드 AMT 시스템의 변속 제어 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 엔진을 제어하는 단계는
    상단 변속시에는 상기 엔진을 마이너스 토크로 제어하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 AMT 시스템의 변속 제어 방법.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 엔진을 제어하는 단계는
    상단 변속시에는 상기 엔진 토크를 정상치 보다 낮게 제어하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 AMT 시스템의 변속 제어 방법.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 엔진을 제어하는 단계는
    하단 변속시에는 상기 엔진 토크를 정상치 보다 높게 제어하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 AMT 시스템의 변속 제어 방법.
  6. 제 2 항에 있어서, 상기 엔진을 제어하는 단계는
    상단 변속시에는 상기 엔진 회전수를 정상치 보다 낮게 제어하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 AMT 시스템의 변속 제어 방법.
  7. 제 2 항에 있어서, 상기 엔진을 제어하는 단계는
    하단 변속시에는 상기 엔진 회전수를 정상치 보다 높게 제어하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 AMT 시스템의 변속 제어 방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 클러치를 제어하는 단계는
    목표 슬립량을 설정한 후 상기 클러치를 피드백 제어하여 접속시키는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 AMT 시스템의 변속 제어 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 클러치를 제어하는 단계는
    비례적분미분제어를 통해 상기 목표 슬립량과 현재 슬립량의 오차를 감소시키는 것을 특징으로 하는 하이브리드 AMT 시스템의 변속 제어 방법.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 엔진 회전수와 구동모터의 회전수가 상기 동기화 회전수에 도달하면, 상기 AMT TCU가 변속기를 제어하여 상기 목표단수로 기어 치합시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 AMT 시스템의 변속 제어 방법.
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