KR20140044686A - 하이브리드 자동차 및 하이브리드 자동차의 구동 제어 방법 - Google Patents

하이브리드 자동차 및 하이브리드 자동차의 구동 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 터보차저를 구비한 하이브리드 자동차 및 이 하이브리드 자동차의 구동 제어 방법에 관한 것이다. 이를 위한 본 발명의 실시예는, 연료에 의해 동력을 발생하는 엔진; 배터리의 전원에 의해 동력을 발생하는 구동모터; 상기 엔진과 상기 구동모터 사이에 위치하여 상기 엔진과 모터를 연결 또는 차단하는 엔진클러치; 상기 엔진을 기동시키거나 발전을 수행하는 일체형 시동-발전기(Integrated Starter & Generator; ISG); 배기 매니폴드에서 유입되는 배기가스에 의해 회전되는 터빈과, 상기 터빈의 회전력에 의해 공기를 압축하여 상기 엔진의 공기흡기구로 전달하는 공기압축기로 형성되는 터보차저; 상기 터보차저의 터빈, 공기압축기와 상기 일체형 시동-발전기 사이에서 이들의 회전속도 및 회전력을 조절하는 감속기; 및 상기 엔진, 구동모터 및 배터리의 상태를 기초로 상기 일체형 시동-발전기, 엔진클러치, 터보차저 및 감속기를 제어하는 제어기;를 포함한다.

Description

하이브리드 자동차 및 하이브리드 자동차의 구동 제어 방법 {Hybrid electric vehicle and control method of driving the same}
본 발명은 터보차저를 구비한 하이브리드 자동차 및 이 하이브리드 자동차의 구동 제어 방법에 관한 것이다.
주지하고 있는 바와 같이, 터보차저(turbo charger)는 내연기관에서 필연적으로 발생하는 엔진의 배출가스 압력을 이용해 터빈을 돌린 후, 이 회전력을 이용해 흡입하는 공기를 대기압보다 강한 압력으로 밀어 넣어 출력을 높이기 위한 장치이다.
이러한 터보차저는 원래 항공기 엔진을 위해 만들어진 기술이지만, 지금은 주로 자동차 엔진에 이용되고 있다.
디젤 엔진에 장착하는 터보차저는 구조와 설계가 간단해 최근 양산되는 디젤 자동차들은 대부분 터보차저를 장착하고 있다.
한편, 세계적으로 우수한 연비를 내는 자동차에 대한 요구가 늘면서 배기량을 줄이는 다운사이징이 유행하고 있기 때문에 최근 들어 가솔린 차량에도 터보차저가 적용되는 빈도가 늘고 있다.
엔진의 효율은 여러 가지 요인에 의하여 결정된다. 특히 엔진으로 유입되는 흡기 중 산소의 양에 따라서 엔진의 효율이 결정될 수 있다. 따라서 엔진의 효율을 상승시키기 위하여 흡기를 압축할 필요가 있고, 이를 위해 터보차저가 사용되는 것이다.
터보차저는 엔진으로부터 배출되는 배기를 활용하여 흡기를 압축한다. 이때, 배기는 터보차저를 구동시키고 외부로 배출된다. 특히 엔진이 고속으로 회전하는 경우, 배기는 터보차저를 충분히 구동시키고도 많은 양의 에너지를 더 포함한다. 따라서 배기에 포함된 에너지를 활용하기 위하여 다양한 방법이 연구되고 있다.
하지만, 터보차저가 엔진의 성능을 향상시키는 장점을 가지고 있으나 배기가스의 운동에너지를 이용하므로 배기가스의 양이 적은 엔진의 저속, 저토크 영역에서는 효과를 발휘하기가 쉽지 않다.
한편, 세계적인 고유가 및 배기 가스 규제로 친환경 정책과 연비 향상이 자동차 개발에서 핵심 과제가 되고 있다. 이에 따라 자동차 메이커들은 친환경 정책에 부응하고, 연비 향상을 위해 연료 절감 및 배기 가스 저감을 위한 기술 개발에 많은 노력을 기울이고 있다.
상기와 같은 배경 하에서 자동차 메이커들은 고 연비 달성을 위하여 엔진과 모터의 동력을 효율적으로 조합하여 사용하는 하이브리드 자동차(HEV; Hybrid Electric Vehicle)의 기술 개발에 많은 관심과 노력을 기울이고 있다.
하이브리드 자동차는 고 연비와 친환경 이미지로 많은 고객들의 구매 요구를 충족시켜 주고 있다. 하이브리드 자동차의 개념적인 구성을 도 1에 나타내 보였다.
도 1을 참조하면, 하이브리드 자동차는, 엔진(10)과; 구동모터(20); 엔진(10)과 구동모터(20) 사이에서 동력을 결합하거나 해제하는 엔진클러치(30); 변속기(40); 차동기어장치(50); 배터리(60); 상기 엔진(10)를 시동하거나 상기 엔진(10)의 출력에 의해 발전을 하는 시동/발전 모터(70); 및 차륜(80)를 포함할 수 있다.
그리고, 하이브리드 자동차는, 하이브리드 자동차의 전체 동작을 제어하는 하이브리드 제어기(HCU; hybrid control unit) 및 배터리(60)를 관리 및 제어하는 배터리 제어기(BCU; battery control unit)(120)를 포함할 수 있다. 배터리 제어기(120)은 배터리 관리 시스템(BMS; battery management system)으로 호칭될 수 있다.
상기한 하이브리드 자동차의 구성요소들은 당업자에게 자명하므로 더욱 상세한 개시는 생략한다.
상기 시동/발전 모터(70)는 자동차 업계에서 ISG(integrated starter & generator) 또는 HSG(hybrid starter & generator)라 호칭되기도 한다.
상기와 같은 하이브리드 자동차는 구동모터(20)의 동력만을 이용하는 순수 전기자동차 모드인 EV 모드(electric vehicle mode); 엔진(10)의 회전력을 주동력으로 하면서 구동모터(20)의 회전력을 보조동력으로 이용하는 HEV 모드(hybrid electric vehicle mode); 차량의 제동 혹은 관성에 의한 주행시 제동 및 관성 에너지를 상기 구동모터(20)의 발전을 통해 회수하여 배터리(60)에 충전하는 회생제동 모드(regenerative braking mode)(RB 모드); 등의 주행모드로 주행할 수 있다.
이와 같이 하이브리드 자동차에서는 엔진의 기계적 에너지와 배터리의 전기에너지를 함께 이용하고, 엔진과 구동모터의 최적 작동영역을 이용함은 물론 제동 시에는 구동모터로 에너지를 회수하므로 연비 향상 및 효율적인 에너지 이용이 가능해진다.
그러나, 상기 하이브리드 자동차는 상기 터보차저를 구비하지 않고 있어, 엔진 효율을 상승시킬 여지가 있다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
따라서, 본 발명이 해결하려는 과제는, 터보차저를 하이브리드 자동차에 장착하여 엔진 효율 및 엔진 성능을 향상시키고, 연비를 향상시킬 수 있는 터보차저를 구비한 하이브리드 자동차 및 이 하이브리드 자동차의 구동 제어 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하려는 다른 과제는, 하이브리드 자동차의 일체형 시동-발전기에 의해 터보차저의 기능을 더 개선할 수 있는 터보차저를 구비한 하이브리드 자동차 및 하이브리드 자동차의 구동 제어 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 자동차는, 연료에 의해 동력을 발생하는 엔진; 배터리의 전원에 의해 동력을 발생하는 구동모터; 상기 엔진과 상기 구동모터 사이에 위치하여 상기 엔진과 모터를 연결 또는 차단하는 엔진클러치; 상기 엔진을 기동시키거나 발전을 수행하는 일체형 시동-발전기(Integrated Starter & Generator; ISG); 배기 매니폴드에서 유입되는 배기가스에 의해 회전되는 터빈과, 상기 터빈의 회전력에 의해 공기를 압축하여 상기 엔진의 공기흡기구로 전달하는 공기압축기로 형성되는 터보차저; 및 상기 터보차저와 상기 일체형 시동-발전기 사이에서 이들의 회전속도 및 회전력을 조절하는 감속기;를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 하이브리드 자동차는, 연료에 의해 동력을 발생하는 엔진; 배터리의 전원에 의해 동력을 발생하는 구동모터; 상기 엔진과 상기 구동모터 사이에 위치하여 상기 엔진과 모터를 연결 또는 차단하는 엔진클러치; 상기 엔진을 기동시키거나 발전을 수행하는 일체형 시동-발전기(Integrated Starter & Generator; ISG); 배기 매니폴드에서 유입되는 배기가스에 의해 회전되는 터빈과, 상기 터빈의 회전력에 의해 공기를 압축하여 상기 엔진의 공기흡기구로 전달하는 공기압축기로 형성되는 터보차저; 상기 터보차저의 터빈, 공기압축기와 상기 일체형 시동-발전기 사이에서 이들의 회전속도 및 회전력을 조절하는 감속기; 및 상기 엔진, 구동모터 및 배터리의 상태를 기초로 상기 일체형 시동-발전기, 엔진클러치, 터보차저 및 감속기를 제어하는 제어기;를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 자동차는, 상기 일체형 시동-발전기에 상기 엔진의 동력을 전달 또는 차단하기 위한 시동-발전기 클러치;를 더 포함할 수 있다.
상기 제어기는, 상기 일체형 시동-발전기에 의한 상기 엔진의 시동시, 상기 일체형 시동-발전기의 회전력이 상기 감속기를 통해 상기 터보차저의 공기압축기에 전달되어 상기 공기압축기를 회전시키는 제어를 할 수 있다.
상기 제어기는, 상기 엔진의 시동 후, 상기 엔진과 상기 일체형 시동-발전기의 연결이 차단되도록 상기 시동-발전기 클러치를 제어할 수 있다.
상기 제어기는, 상기 배터리의 충전이 필요하면, 상기 터빈의 회전력이 상기 감속기를 통해 상기 일체형 시동-발전기에 전달되어 상기 터빈의 회전력에 의해 상기 일체형 시동-발전기가 회전하여 발전하도록 제어할 수 있다.
상기 제어기는, 상기 터빈의 회전력에 의한 상기 일체형 시동-발전기의 발전량이 상기 배터리를 충전하기에 부족한 경우, 상기 시동-발전기 클러치를 제어하여 상기 엔진의 동력이 상기 일체형 시동-발전기에 전달되어 상기 엔진의 동력에 의해서도 발전이 되도록 제어할 수 있다.
상기 제어기는, 상기 하이브리드 자동차가 저속 및 저토크 영역에서 주행 중이거나 혹은 가속 주행 중이고, 상기 엔진과 상기 일체형 시동-발전기가 연결되어 있으면 상기 엔진과 상기 일체형 시동-발전기의 연결을 해제하고; 상기 일체형 시동-발전기의 회전력을 상기 감속기를 통해 상기 공기압축기로 전달하여 상기 공기압축기에 의해 상기 엔진에 공급되는 흡입 공기량이 증가되도록 상기 일체형 시동-발전기 및 상기 감속기를 제어할 수 있다.
상기 제어기는, 상기 하이브리드 자동차가 정속도 주행시 상기 터빈의 회전력이 상기 감속기를 통해 상기 일체형 시동-발전기로 전달되어 상기 일체형 시동-발전기의 발전에 의해 상기 배터리가 충전되도록 제어할 수 있다.
상기 제어기는, 제동시 상기 엔진과 상기 일체형 시동-발전기가 연결되고, 상기 일체형 시동-발전기와 상기 공기압축기가 상기 감속기를 통해 연결되도록 제어할 수 있다.
상기 제어기는, 상기 하이브리드 자동차의 운행 후 엔진이 정지될 때, 상기 일체형 시동-발전기를 설정시간 동안 회전시켜 상기 감속기, 상기 터빈 및 공기압축기가 방열되도록 제어할 수 있다.
그리고, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 구동 제어 방법은, 연료에 의해 동력을 발생하는 엔진; 배터리의 전원에 의해 동력을 발생하는 구동모터; 상기 엔진과 상기 구동모터 사이에 위치하여 상기 엔진과 모터를 연결 또는 차단하는 엔진클러치; 상기 엔진을 기동시키거나 발전을 수행하는 일체형 시동-발전기로서 상기 엔진과의 연결 또는 차단을 위한 시동-발전기 클러치가 구비된 일체형 시동-발전기; 및 배기 매니폴드에서 유입되는 배기가스에 의해 회전되는 터빈과, 상기 터빈의 회전력에 의해 공기를 압축하여 상기 엔진의 공기흡기구로 전달하는 공기압축기로 형성되는 터보차저;를 포함하는 하이브리드 자동차의 구동 제어 방법으로서, 상기 엔진의 시동시, 상기 일체형 시동-발전기의 회전력이 상기 감속기를 통해 상기 터보차저의 공기압축기에 전달되어 상기 공기압축기를 회전시키는 제어 단계; 및 상기 엔진의 시동 후, 상기 엔진과 상기 일체형 시동-발전기의 연결이 차단되도록 상기 시동-발전기 클러치를 제어하는 단계;를 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 터보차저를 하이브리드 자동차에 장착함으로써 터보차저의 성능 향상은 물론 엔진 효율 및 엔진 성능을 향상시키고, 연비를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 하이브리드 자동차의 일체형 시동-발전기에 의해 터보차저의 기능을 더 개선할 수 있다.
도 1은 종래기술의 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 터보차저를 구비한 하이브리드 자동차의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 구동 제어 방법의 흐름도이다.
도 4 내지 도 9는 각각 본 발명의 다른 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 구동 제어 방법의 흐름도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 그리고, 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 의미한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 자동차를 개략적으로 도시한 블록도이다.
본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 자동차는 터보차저를 구비한 하이브리드 자동차이다.
이러한 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 자동차는, 연료에 의해 동력을 발생하는 엔진(100); 배터리(60)의 전원에 의해 동력을 발생하는 구동모터(20); 상기 엔진(100)과 상기 구동모터(20) 사이에 위치하여 상기 엔진(100)과 구동모터(20)를 연결 또는 차단하는 엔진클러치(30); 상기 엔진(100)을 기동시키거나 발전을 수행하는 일체형 시동-발전기(ISG)(200)로서 상기 엔진(100)과의 연결 또는 차단을 위한 시동-발전기 클러치(250)가 구비된 일체형 시동-발전기(200); 배기 매니폴드(312)에서 유입되는 배기가스에 의해 회전되는 터빈(310)과, 상기 터빈(310)의 회전력에 의해 공기를 압축하여 상기 엔진의 공기흡기구(322)로 전달하는 공기압축기(320)로 형성되는 터보차저(300); 상기 터보차저(300)의 터빈(210), 공기압축기(320)와 상기 일체형 시동-발전기(200) 사이에서 이들의 회전속도 및 회전력을 조절하는 감속기(400); 및 상기 엔진(110), 구동모터(20) 및 배터리(60)의 상태를 기초로 상기 일체형 시동-발전기(200), 엔진클러치(30), 터보차저(300) 및 감속기(400)를 제어하는 제어기(500);를 포함한다.
상기 구동모터(20), 엔진클러치(30), 배터리(60)는 각각 하이브리드 자동차에 일반적으로 장착되는 것들에 준하는 것으로 형성할 수 있다.
상기 엔진(100)은 터보차저(100)에 의해 압축공기를 공급받을 수 있는 형태로 형성된다. 터보차저(100) 및 터보차저(100)에 의해 압축공기를 공급받는 엔진(100)의 구성 및 작용은 당업자에게 자명하므로 이들에 대한 상세한 설명은 생략한다.
상기 감속기(400)는 상기 일체형 시동-발전기(200)의 회전속도 보다 고속으로 회전하는 터보차저(300)의 터빈(310)과 공기압축기(320)의 회전수를 조절하는 작용을 한다. 터빈(310)의 회전수는 예를 들어 6만~10만rpm이다.
본 발명의 실시예에서 상기 감속기(400)는 상기 일체형 시동-발전기(200)의 회전력을 상기 터빈(310) 또는 공기압축기(320)에 전달할 때는 상기 일체형 시동-발전기(200)의 회전속도를 증속시키는 작용을 한다. 반대로, 감속기(400)는 상기 터빈(310) 또는 공기압축기(320)의 회전력을 상기 일체형 시동-발전기(200)에 전달할 때는 상기 터빈(310) 또는 공기압축기(320)의 회전속도를 감속시키는 역할을 한다.
상기 시동-발전기 클러치(250)는 일체형 시동-발전기(200)에 설치되어 벨트(150)를 통해 전달되는 엔진(100)의 동력을 상기 일체형 시동-발전기(200)에 인가하거나 또는 차단하는 클러치로 형성된다. 상기 시동-발전기 클러치(250)는, 본 발명의 실시예에서는 일례로 상기 제어기(500)의 제어에 따라 연결 또는 해제되는 마그네트 클러치로 형성될 수 있으나, 본 발명의 보호범위가 이에 한정된 것으로 이해되어서는 안된다. 이와 다른 구성이라고 하더라도 실질적으로 상기 엔진(100)의 동력을 상기 일체형 시동-발전기(200)에 전달하거나 차단할 수 있는 구성이라면 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있다.
상기 벨트(110)의 일측은 상기 엔진(100)의 크랭크축(110)에 연결되고, 타측은 상기 시동-발전기 클러치(250)에 연결된다.
상기 제어기(500)는 설정된 프로그램에 의하여 상기 하이브리드 자동차의 터보차저(300), 일체형 시동-발전기(200), 시동-발전기 클러치(250), 감속기(400), 엔진클러치(30) 등을 제어하는 제어기로서, 상기 설정된 프로그램은 도 3 내지 도 9를 참조하면서 후술할 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 구동 제어 방법을 수행하기 위한 일련의 명령으로 형성된다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 자동차 및 하이브리드 자동차의 구동 제어 방법을 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 엔진 시동시 적용되는 구동 제어 방법을 도시한 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 제어기(500)는 키스위치의 위치 또는 시동버튼의 신호 등을 통해 엔진(100)이 시동 중인지를 판단한다(S310). 즉, 제어기(500)는 엔진(100)이 일체형 시동-발전기(200)에 의해 시동 중인지를 판단한다.
엔진(100)이 시동 중인 것으로 판단되면, 제어기(500)는 일체형 시동-발전기(200)의 회전속도가 감속기(400)를 통해 증속되어 터보차저(300)의 공기압축기(320)에 전달되도록 감속기(400)를 제어한다(S320).
감속기(400)에 의해 일체형 시동-발전기(200)의 회전력이 공기압축기(200)에 전달되면, 공기압축기(200)는 공기를 압축하여 엔진(100)의 공기흡기구(322)에 제공한다(S330). 이러한 압축 공기가 공기흡기구(322)에 제공되면, 엔진 시동시 엔진 효율을 향상시킬 수 있고, 연료를 최소화할 수 있다.
일체형 시동-발전기(200)의 회전력에 의해 공기압축기(320)가 공기를 압축할 때, 터보차저(300)가 기존의 방식에 따라 공기를 함께 압축하고 있음은 물론이다.
엔진(100)의 시동이 완료되면(S340), 제어기(500)는 시동-발전기 클러치(250)를 해제하여 엔진(100)과 일체형 시동-발전기(200)의 연결을 차단한다(S350).
도 4은 본 발명의 다른 실시예에 따른 하이브리드 자동차가 운행 중 배터리 충전이 필요할 때 적용되는 구동 제어 방법을 도시한 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 제어기(500)는 하이브리드 자동차의 운행 중에 배터리(60)의 충전이 필요한지 확인한다(S410)(S420). 제어기(500)는 하이브리드 자동차가 운행 중인지를 엔진(100)의 동작 또는 차속신호을 기초로 판단할 수 있다. 제어기(500)는 배터리(60)가 충전이 필요한지를 BCU(120)의 SOC(state of charge) 정보에 기초하여 판단할 수 있다.
상기 하이브리드 자동차가 운행 중이고, 배터리(60)의 충전이 필요하면, 제어기(500)는 배기가스에 의해 회전하는 터빈(310)의 회전력이 감속기(400)를 통해 일체형 시동-발전기(200)에 전달되도록 감속기(400) 및 일체형 시동-발전기(200)를 제어한다(S430).
터빈(310)의 회전력이 감속기(400)를 통해 일체형 시동-발전기(200)에 전달되면, 일체형 시동-발전기(200)는 발전을 하여 배터리(60)를 충전한다(S440).
즉, 본 발명의 실시예에 따르면, 배기가스의 운동에너지에 의해 배터리(60)가 충전된다.
한편, 제어기(500)는 상기 하이브리드 자동차의 운행 중, 터빈(310)의 회전력에 의한 일체형 시동-발전기(200)의 발전량이 배터리(60)를 충전하기에 부족한지를 판단한다(S510; 도 5). 즉, 제어기(500)는 BCU(120)의 SOC(state of charge) 정보에 기초하여, 터빈(310)의 회전력에 의한 일체형 시동-발전기(200)의 발전량으로 배터리(60)가 충분히 충전되지 않는다고 판단할 수 있다.
터빈(310)의 회전력에 의한 일체형 시동-발전기(200)의 발전량으로 배터리(60)가 원하는 충전 상태로 충전되지 않는다고 판단되면, 제어기(500)는 시동-발전기 클러치(250)를 제어하여 엔진(100)의 동력이 일체형 시동-발전기(200)에 전달되게 한다(S520).
엔진(100)의 동력이 시동-발전기 클러치(250)를 통해 일체형 시동-발전기(200)에 전달되면, 일체형 시동-발전기(200)는 엔진(100)의 동력에 의해서도 발전을 하게 되어 배터리(60)를 충분하게 충전한다(S530).
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 자동차가 저속/저토크 영역에서 운전될 때 혹은 가속 운전시 적용되는 구동 제어 방법을 도시한 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 제어기(500)는 상기 하이브리드 자동차가 저속/저토크 영역에서 운전 중인지 또는 가속 운전 중인지를 확인한다(S610). 제어기(500)는 엔진(100)의 상태 또는 엔진 제어기(ECU; engine control unit) 및 가속페달 위치 센서(APS; acceleration position sensor)의 정보를 기초로 상기 하이브리드 자동차가 상기 저속/저토크 영역에서 운전 중인지 혹은 가속 운전 중인지를 확인할 수 있다.
상기 하이브리드 자동차가 저속/저토크 영역에서 운전 중이거나 또는 가속 운전 중인 것으로 확인되면, 제어기(500)는 시동-발전기 클러치(250)에 의해 엔진(100)과 일체형 시동-발전기(200)가 연결되어 있는지 확인한다(S620).
시동-발전기 클러치(250)에 의해 엔진(100)과 일체형 시동-발전기(200)가 연결되어 있으면, 제어기(500)는 시동-발전기 클러치(250)를 제어하여 엔진(100)과 일체형 시동-발전기(200)의 연결을 해제한다(S630).
엔진(100)과 일체형 시동-발전기(200)의 연결이 해제되었으면, 제어기(500)는 일체형 시동-발전기(200)를 제어하여 일체형 시동-발전기(200)의 회전력이 감속기(400)를 통해 공기압축기(320)로 전달되게 한다(S640).
일체형 시동-발전기(200)의 회전력이 공기압축기(320)에 전달되면, 공기압축기(320)는 일체형 시동-발전기(200)의 회전력에 의해 공기를 더 압축하여 더 많은 양의 공기를 엔진(100)에 공급한다(S650). 이로써, 엔진(100)의 저속 영역의 출력이 증대되고, 저토크 영역의 효율이 증대되며, 가속시 가속 성능도 향상된다. 제어기(500)는 엔진(100)의 출력 상태 및 상기 하이브리드 자동차의 주행 상태를 기초로 일체형 시동-발전기(200)의 회전력을 제어할 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 자동차가 고속도로에서 주행하는 경우와 같이 정속도 주행시 적용되는 구동 제어 방법을 도시한 흐름도이다.
도 7를 참조하면, 상기 하이브리드 자동차의 차속이 설정범위 내에서 유지되고 있으면, 제어기(500)는 정속도 주행으로 판단한다(S710). 차량이 정속도 주행 중이면, 일반적으로 충분한 양의 배기가스가 배출된다.
상기 하이브리드 자동차가 정속도로 주행 중이고 이에 따라 충분한 양의 배기가스가 배출되면, 제어기(500)는 배기가스에 의해 회전되는 터빈(310)의 회전력이 감속기(400)를 통해 일체형 시동-발전기(200)로 전달되어 일체형 시동-발전기(200)가 발전하게 한다(S720).
일체형 시동-발전기(200)가 발전을 하면, 제어기(500)는 일체형 시동-발전기(200)의 발전 전력을 배터리(60)에 충전하거나 또는 배터리(60)를 통해 구동모터(20)의 구동 전력으로 인가되게 한다(S730). 이로써, 본 발명의 실시예에 따르면, 정속도 주행시에 충분히 배출되는 배기가스의 에너지를 이용하여 발전을 하고, 이 발전 전력으로 구동모터를 구동시킴으로써 고속도로와 같은 정속도 주행 모드에서 연비를 향상시킬 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 자동차가 제동시 적용되는 구동 제어 방법을 도시한 흐름도이다.
도 8를 참조하면, 제어기(500)는 상기 하이브리드 자동차가 제동 중인지를 확인한다(S810). 제어기(500)는 브레이크 위치 센서(BPS; brake position sensor)의 신호를 기초로 상기 하이브리드 자동차가 제동 중인지를 확인할 수 있다.
상기 하이브리드 자동차가 제동 중이면, 제어기(500)는 제동력을 향상시키기 위해 시동-발전기 클러치(250)를 제어하여 엔진(100)과 일체형 시동-발전기(200)를 연결하고, 감속기(400)를 제어하여 일체형 시동-발전기(200)와 공기압축기(320)를 연결한다(S820). 이로써, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 제동력이 향상된다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 자동차가 운행을 마치고 엔진이 정지될 때 적용되는 구동 제어 방법을 도시한 흐름도이다.
도 9를 참조하면, 제어기(500)는 상기 하이브리드 자동차의 운행 후 엔진(100)이 정지되는 것인지 확인한다(S910). 제어기(500)는 상기 하이브리드 자동차의 운행 후 엔진 정지를 시동키의 위치 신호 및 엔진 회전수를 기초로 확인할 수 있다.
상기 하이브리드 자동차가 운행 후 엔진(100)이 정지될 때, 제어기(500)는 일체형 시동-발전기(200)를 설정시간 동안 회전시켜 일체형 시동-발전기(200)의 회전력에 의해 감속기(400), 터빈(310) 및 공기압축기(320)가 회전하면서 방열하도록 한다(S920)(S930).
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100: 엔진 200: 일체형 시동-발전기(ISG)
250: 시동-발전기 클러치 300: 터보차저
310: 터빈 320: 공기압축기
400: 감속기 500: 제어기

Claims (16)

  1. 연료에 의해 동력을 발생하는 엔진;
    배터리의 전원에 의해 동력을 발생하는 구동모터;
    상기 엔진과 상기 구동모터 사이에 위치하여 상기 엔진과 모터를 연결 또는 차단하는 엔진클러치;
    상기 엔진을 기동시키거나 발전을 수행하는 일체형 시동-발전기(Integrated Starter & Generator; ISG);
    배기 매니폴드에서 유입되는 배기가스에 의해 회전되는 터빈과, 상기 터빈의 회전력에 의해 공기를 압축하여 상기 엔진의 공기흡기구로 전달하는 공기압축기로 형성되는 터보차저; 및
    상기 터보차저와 상기 일체형 시동-발전기 사이에서 이들의 회전속도 및 회전력을 조절하는 감속기;
    를 포함하는 하이브리드 자동차.
  2. 연료에 의해 동력을 발생하는 엔진;
    배터리의 전원에 의해 동력을 발생하는 구동모터;
    상기 엔진과 상기 구동모터 사이에 위치하여 상기 엔진과 모터를 연결 또는 차단하는 엔진클러치;
    상기 엔진을 기동시키거나 발전을 수행하는 일체형 시동-발전기(Integrated Starter & Generator; ISG);
    배기 매니폴드에서 유입되는 배기가스에 의해 회전되는 터빈과, 상기 터빈의 회전력에 의해 공기를 압축하여 상기 엔진의 공기흡기구로 전달하는 공기압축기로 형성되는 터보차저;
    상기 터보차저의 터빈, 공기압축기와 상기 일체형 시동-발전기 사이에서 이들의 회전속도 및 회전력을 조절하는 감속기; 및
    상기 엔진, 구동모터 및 배터리의 상태를 기초로 상기 일체형 시동-발전기, 엔진클러치, 터보차저 및 감속기를 제어하는 제어기;
    를 포함하는 하이브리드 자동차.
  3. 제2항에서,
    상기 일체형 시동-발전기에 상기 엔진의 동력을 전달 또는 차단하기 위한 시동-발전기 클러치;
    를 더 포함하는 하이브리드 자동차.
  4. 제3항에서,
    상기 제어기는,
    상기 일체형 시동-발전기에 의한 상기 엔진의 시동시, 상기 일체형 시동-발전기의 회전력이 상기 감속기를 통해 상기 터보차저의 공기압축기에 전달되어 상기 공기압축기를 회전시키도록 제어하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차.
  5. 제3항에서,
    상기 제어기는,
    상기 엔진의 시동 후, 상기 엔진과 상기 일체형 시동-발전기의 연결이 차단되도록 상기 시동-발전기 클러치를 제어하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차.
  6. 제5항에서,
    상기 제어기는,
    상기 배터리의 충전이 필요하면, 상기 터빈의 회전력이 상기 감속기를 통해 상기 일체형 시동-발전기에 전달되어 상기 터빈의 회전력에 의해 상기 일체형 시동-발전기가 회전하여 발전하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차.
  7. 제6항에서,
    상기 제어기는,
    상기 터빈의 회전력에 의한 상기 일체형 시동-발전기의 발전량이 상기 배터리를 충전하기에 부족한 경우, 상기 시동-발전기 클러치를 제어하여 상기 엔진의 동력이 상기 일체형 시동-발전기에 전달되어 상기 엔진의 동력에 의해서도 발전이 되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차.
  8. 제3항에서,
    상기 제어기는,
    상기 하이브리드 자동차가 저속 및 저토크 영역에서 주행 중이거나 혹은 가속 주행 중이고, 상기 엔진과 상기 일체형 시동-발전기가 연결되어 있으면, 상기 엔진과 상기 일체형 시동-발전기의 연결을 해제하고; 상기 일체형 시동-발전기의 회전력을 상기 감속기를 통해 상기 공기압축기로 전달하여 상기 공기압축기에 의해 상기 엔진에 공급되는 흡입 공기량이 증가되도록 상기 일체형 시동-발전기 및 상기 감속기를 제어하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차.
  9. 제2항에서,
    상기 제어기는,
    상기 하이브리드 자동차가 정속도 주행시 상기 터빈의 회전력이 상기 감속기를 통해 상기 일체형 시동-발전기로 전달되어 상기 일체형 시동-발전기의 발전에 의해 상기 배터리가 충전되도록 하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 제어기는,
    제동시 상기 엔진과 상기 일체형 시동-발전기가 연결되고, 상기 일체형 시동-발전기와 상기 공기압축기가 상기 감속기를 통해 연결되도록 하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차.
  11. 제2항에서,
    상기 제어기는,
    상기 하이브리드 자동차의 운행 후 엔진이 정지될 때, 상기 일체형 시동-발전기를 설정시간 동안 회전시켜 상기 감속기, 상기 터빈 및 공기압축기가 방열되도록 하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차.
  12. 연료에 의해 동력을 발생하는 엔진; 배터리의 전원에 의해 동력을 발생하는 구동모터; 상기 엔진과 상기 구동모터 사이에 위치하여 상기 엔진과 모터를 연결 또는 차단하는 엔진클러치; 상기 엔진을 기동시키거나 발전을 수행하는 일체형 시동-발전기로서 상기 엔진과의 연결 또는 차단을 위한 시동-발전기 클러치가 구비된 일체형 시동-발전기; 및 배기 매니폴드에서 유입되는 배기가스에 의해 회전되는 터빈과, 상기 터빈의 회전력에 의해 공기를 압축하여 상기 엔진의 공기흡기구로 전달하는 공기압축기로 형성되는 터보차저;를 포함하는 하이브리드 자동차의 구동 제어 방법으로서,
    상기 엔진의 시동시, 상기 일체형 시동-발전기의 회전력이 상기 감속기를 통해 상기 터보차저의 공기압축기에 전달되어 상기 공기압축기를 회전시키는 제어 단계; 및
    상기 엔진의 시동 후, 상기 엔진과 상기 일체형 시동-발전기의 연결이 차단되도록 상기 시동-발전기 클러치를 제어하는 단계;를
    포함하는 하이브리드 자동차의 구동 제어 방법.
  13. 제12항에서,
    상기 배터리의 충전이 필요하면, 상기 터빈의 회전력이 상기 감속기를 통해 상기 일체형 시동-발전기에 전달되어 상기 터빈의 회전력에 의해 상기 일체형 시동-발전기가 회전하여 발전하도록 제어하는 단계;
    상기 터빈의 회전력에 의한 상기 일체형 시동-발전기의 발전량이 상기 배터리를 충전하기에 부족한 경우, 상기 시동-발전기 클러치를 제어하여 상기 엔진의 동력이 상기 일체형 시동-발전기에 전달되어 상기 엔진의 동력에 의해서도 발전이 되도록 제어하는 단계;
    를 더 포함하는 하이브리드 자동차의 구동 제어 방법.
  14. 제12항에서,
    상기 하이브리드 자동차가 저속 및 저토크 영역에서 주행 중이거나 혹은 가속 주행 중이면, 상기 엔진과 상기 일체형 시동-발전기가 연결되어 있으면 상기 엔진과 상기 일체형 시동-발전기의 연결을 해제하는 단계;
    상기 일체형 시동-발전기의 회전력을 상기 감속기를 통해 상기 공기압축기로 전달하여 상기 공기압축기에 의해 상기 엔진에 공급되는 흡입 공기량이 증가되도록 상기 일체형 시동-발전기 및 상기 감속기를 제어하는 단계;
    를 더 포함하는 하이브리드 자동차의 구동 제어 방법.
  15. 제12항에서,
    상기 하이브리드 자동차가 정속도 주행시 주행시 상기 터빈의 회전력이 상기 감속기를 통해 상기 일체형 시동-발전기로 전달되어 상기 일체형 시동-발전기의 발전에 의해 상기 배터리가 충전되도록 제어하는 단계;
    를 더 포함하는 하이브리드 자동차의 구동 제어 방법.
  16. 제12항에서,
    상기 하이브리드 자동차의 제동시 상기 엔진과 상기 일체형 시동-발전기가 연결되고, 상기 일체형 시동-발전기와 상기 공기압축기가 상기 감속기를 통해 연결되도록 제어하는 단계;
    상기 엔진이 정지될 때, 상기 일체형 시동-발전기를 설정시간 동안 회전시켜 상기 일체형 시동-발전기의 회전력에 의해 상기 감속기, 상기 터빈 및 공기압축기가 방열되도록 제어하는 단계;
    를 더 포함하는 하이브리드 자동차의 구동 제어 방법.
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