KR20140056507A

KR20140056507A - 하이브리드 차량의 제어방법

Info

Publication number: KR20140056507A
Application number: KR1020120120003A
Authority: KR
Inventors: 최남일; 최우석; 오종범; 이경택
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아자동차주식회사
Priority date: 2012-10-26
Filing date: 2012-10-26
Publication date: 2014-05-12
Also published as: CN103786719A; US20140121873A1; CN103786719B; DE102012223517A1; KR101846569B1

Abstract

본 발명은 등판주행이나 정체구간 주행, 방전제한 상황에서의 주행 등 동기화 방식이 불리한 주행조건 상황에서 슬립 방식에 의한 결합을 조기에 결정할 수 있도록 함으로써, 엔진클러치 결합방식 결정에 소요되는 시간을 단축하여 응답지연을 개선할 수 있도록 함과 아울러, 동기화 방식으로 결합이 불가한 상황에서 불필요하게 전기에너지를 사용하게 되어 연비와 SOC 관리에 불리한 상황을 개선할 수 있도록 한다.

Description

하이브리드 차량의 제어방법{CONTROL METHOD FOR HYBRID VEHICLE}

본 발명은 하이브리드 차량의 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 TMED(Transmission Mounted Electric Device) 방식의 병렬형 하이브리드 파워트레인을 탑재한 차량의 엔진클러치 제어방법에 관한 기술이다.

TMED 방식 하이브리드 파워트레인은 운전 모드의 변환 시 엔진과 모터 사이에 위치한 엔진클러치의 결합과 해제로 이루어 지는데, 엔진클러치의 제어방식은 엔진-모터의 속도 및 가속도를 동기화하여 결합유압까지 한번에 인가하는 방식인 동기화 방식과 엔진 토크를 이용하기 위해, 필요한 전달토크를 계산하여 유압을 서서히 인가하면서 엔진-모터의 슬립을 유도하고 일정 모터속도 이상에서 결합유압을 인가하여 결합하는 방식인 슬립 방식이 있다.

동기화방식은 엔진-모터의 속도 및 가속도 동기화를 위한 시간이 필요하고 이때는 엔진의 동력이 구동륜으로 전달되지 못하고 모터 토크만의 사용으로 배터리 SOC 가 빨리 줄어들게 되는 단점이 있으나, 동기화 과정의 제어 수준에 따라 결합시간이 단축되어 운전자가 요구하는 토크를 빠르게 만족시킬 수 있는 장점이 있다.

슬립방식은 엔진클러치에 유압을 인가하여 슬립을 유도함으로써 전달되는 토크에 의한 구동륜으로의 동력전달이 엔진클러치의 완전 결합 이전에 가능하여 전기에너지의 소모가 상대적으로 적어서 배터리 SOC 유지에 유리하다는 장점이 있으나, 주어진 환경조건에서의 가용 엔진토크와 엔진클러치 유압 특성의 변동에 따라 성능이 변하고, 엔진의 아이들 제어 수준에 따라 유압 인가율에 한계가 있어 경우에 따라 운전자가 요구하는 토크를 빠르게 만족시킬 수 없는 단점이 있다.

종래에는 도 1에 도시된 바와 같이 EV모드에서 HEV모드로 전환 시에, 엔진클러치의 완전결합 시 엔진의 안정적인 작동이 보장될 수 있는 정도의 모터 속도를 기준속도로 하여, 일정 시간 동안 모터 속도가 상기 기준속도에 도달했는가를 판단하여, 도달한 경우에는 동기화 방식으로 엔진클러치를 제어하고, 도달하지 못한 경우에는 동기화방식으로 결합을 시도하다가 일정시간 이후 슬립방식으로 전환하여 결합하도록 한다.

그러나, 상기한 바와 같은 제어방법은, 주행조건에 따라 다르나 결합방식을 판단하는 시간이 소요되어 결합시간이 지연되는 경우가 발생하고, 결합방식이 전환되는 경우 원하지 않는 충격이 발생하는 등 운전성에 문제가 있으며, 또한, 등판이나 저속 시내주행 등 환경적 요인이나 주행조건이 동기화 방식의 결합조건을 만족하기 어려운 운전상황에서 동기화 방식을 시도함에 따라 불필요하게 전기에너지와 연료를 소모하게 됨으로써 차량 연비와 배터리 SOC 유지에 불리하다는 단점이 있다.

상기의 발명의 배경이 되는 기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 등판주행이나 정체구간 주행, 방전제한 상황에서의 주행 등 동기화 방식이 불리한 주행조건 상황에서 슬립 방식에 의한 결합을 조기에 결정할 수 있도록 함으로써, 엔진클러치 결합방식 결정에 소요되는 시간을 단축하여 응답지연을 개선할 수 있도록 함과 아울러, 동기화 방식으로 결합이 불가한 상황에서 불필요하게 전기에너지를 사용하게 되어 연비와 SOC 관리에 불리한 상황을 개선할 수 있도록 한 하이브리드 차량의 제어방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 하이브리드 차량의 제어방법은

차량에 탑재된 배터리의 현재 상태에 따른 방전파워를 산출하는 방전파워산출단계와;

상기 산출된 방전파워에 따라 모터의 토크가 급격히 감소하기 시작하는 모터속도인 모터토크제한시점속도를 산출하는 제한속도산출단계와;

현재 차량의 구동력과 주행저항을 이용하여, 엔진클러치의 완전결합 시 엔진의 안정적인 작동이 보장될 수 있는 정도의 기준모터속도를 산출하는 기준속도산출단계와;

상기 모터토크제한시점속도를 상기 기준모터속도와 비교하는 속도비교단계와;

상기 속도비교단계 수행 결과, 상기 모터토크제한시점속도가 상기 기준모터속도 이상인 경우 동기화 방식으로 엔진클러치를 결합하는 동기화방식수행단계와;

상기 속도비교단계 수행 결과, 상기 모터토크제한시점속도가 상기 기준모터속도 미만인 경우, 상기 방전파워에 따른 모터제한토크가 운전자요구토크 이상인지를 판단하는 토크비교단계와;

상기 토크비교단계 수행결과, 상기 모터제한토크가 운전자요구토크 미만인 경우에는 슬립방식으로 엔진클러치를 결합하는 슬립방식수행단계;

를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 제어방법은

차량에 탑재된 배터리의 방전파워에 따라 모터의 토크가 급격히 감소하기 시작하는 모터속도인 모터토크제한시점속도를 산출하는 제한속도산출단계와;

현재 차량의 구동력과 주행저항을 고려할 때, 차량의 여유 구동력에 의해 차속이 증가하여, 이후 현재 모터속도가 상기 모터토크제한시점속도에 이르게 되기까지 소요되는 시간 내에 엔진클러치의 결합이 가능한지를 판단하는 결합가능판단단계와;

현재 모터속도가 상기 모터토크제한시점속도에 이르게 되기까지 소요되는 시간 내에 엔진클러치의 결합이 가능하다고 판단되는 경우, 동기화 방식으로 엔진클러치를 결합하는 동기화방식수행단계와;

현재 모터속도가 상기 모터토크제한시점속도에 이르게 되기까지 소요되는 시간 내에 엔진클러치의 결합이 불가능하다고 판단되는 경우, 상기 방전파워에 따른 모터제한토크가 운전자요구토크 이상인지를 판단하는 토크비교단계와;

를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

도 1은 종래 기술에 의한 하이브리드 차량의 제어방법을 설명한 순서도,
도 2는 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 제어방법의 실시예를 설명한 순서도,
도 3은 배터리의 방전파워에 따른 모터의 속도와 토크관계를 도시한 그래프이다.

도 2를 참조하면, 본 발명 하이브리드 차량의 제어방법의 실시예는 차량에 탑재된 배터리의 현재 상태에 따른 방전파워를 산출하는 방전파워산출단계(S10)와; 상기 산출된 방전파워에 따라 모터의 토크가 급격히 감소하기 시작하는 모터속도인 모터토크제한시점속도를 산출하는 제한속도산출단계(S20)와; 현재 차량의 구동력과 주행저항을 이용하여, 엔진클러치의 완전결합 시 엔진의 안정적인 작동이 보장될 수 있는 정도의 기준모터속도를 산출하는 기준속도산출단계(S30)와; 상기 모터토크제한시점속도를 상기 기준모터속도와 비교하는 속도비교단계(S40)와; 상기 속도비교단계(S40) 수행 결과, 상기 모터토크제한시점속도가 상기 기준모터속도 이상인 경우 동기화 방식으로 엔진클러치를 결합하는 동기화방식수행단계(S50)와; 상기 속도비교단계(S40) 수행 결과, 상기 모터토크제한시점속도가 상기 기준모터속도 미만인 경우, 상기 방전파워에 따른 모터제한토크가 운전자요구토크 이상인지를 판단하는 토크비교단계(S60)와; 상기 토크비교단계(S60) 수행결과, 상기 모터제한토크가 운전자요구토크 미만인 경우에는 슬립방식으로 엔진클러치를 결합하는 슬립방식수행단계(S70)를 포함하여 구성된다.

즉, 운전자의 가속페달 조작에 의해 EV주행상태에서 HEV주행상태로의 전환 명령이 발생하면, 상기 방전파워산출단계(S10)와 상기 제한속도산출단계(S20)에 의해 현재 차량의 상황에 비추어 볼 때, 모터의 속도가 상승하다가 어느 속도가 되면 모터의 토크가 급격히 감소하는지를 알아 내고, 현재 차량의 구동력과 주행저항을 고려할 때, 엔진클러치의 완전결합 시 엔진의 안정적인 작동이 보장될 수 있는 정도의 차속에 상응하는 기준모터속도를 구하여 상기 속도비교단계(S40)를 통해 비교함으로써, 동기화방식으로 엔진클러치를 결합할지 슬립방식으로 엔진클러치를 결합할지를 결정하도록 한 것이다.

상기 방전파워산출단계(S10)에서는 상기 배터리의 현재 온도와 SOC(STATE OF CHARGE)에 따라 방전파워를 산출하는 바, 이는 배터리의 고유 특성으로서, 미리 배터리의 시험에 의해 해당 온도와 SOC에 따라 결정되어 메모리 등에 맵의 형태로 저장될 수 있다.

상기 제한속도산출단계(S20)에서는 도 3에 도시된 바와 같은 배터리의 방전파워에 따른 모터의 속도에 대한 토크곡선에 의해 상기 모터토크제한시점속도를 산출하게 되는 바, 도 3과 같은 모터의 속도에 대한 토크곡선은 각 방전파워별로 미리 시험에 의해 저장되어 있는 모터의 고유 특성으로서, 상기 방전파워산출단계(S10)에서 결정된 방전파워에 해당하는 곡선을 선택하여, 도시된 바와 같이 모터의 속도가 증가함에 따라 토크가 거의 일정하게 유지되다가 급격히 저감하기 시작하는 위치의 속도를 상기 모터토크제한시점속도로 산출하는 것이다.

참고로, 도 3에서는 하나의 방전파워에 대한 모터의 속도에 대한 토크 곡선을 실선 도시하고, 점선으로 또 다른 방전파워에 대한 토크 곡선을 예시로 함께 도시하고 있다.

상기 기준속도산출단계(S30)에서는, 현재 차량의 구동력과 주행저항을 이용하여, 차량의 가속도를 산출하고; 상기 가속도를 현재 차속으로부터 엔진클러치의 완전결합 시 엔진의 안정적인 작동이 보장될 수 있는 정도의 차속까지를 적분구간으로 하여 속도에 대하여 적분하여, 현재 차속으로부터 상기 엔진클러치의 완전결합 시 엔진의 안정적인 작동이 보장될 수 있는 정도의 차속에 이르는 동안 소요될 소요시간을 산출하며; 상기 차량의 가속도를 0에서부터 상기 소요시간까지를 적분구간으로 하여 시간에 대하여 적분하여 기준차속을 구하고; 상기 기준차속에 차량의 총감속비와 구동륜 유효반경을 고려하여 변속기 입력축 속도를 산출하여, 상기 변속기 입력축 속도를 상기 기준모터속도로 한다.

즉, 현재 차량의 구동력은 EV주행 상황이므로, 모터의 토크를 구동륜 유효반경으로 나누어 구할 수 있으며, 이 구동력에서 현재 차량의 주행상황에서의 주행저항을 빼면, 여유 구동력을 얻을 수 있고, 이 여유 구동력과 차량의 구름저항, 공기저항, 구배저항 및 가속저항을 모두 고려하면, 차량의 가속도를 구할 수 있으며, 이는 공지의 내용이다.

상기한 바와 같이 구해진 가속도를 현재 차속으로부터 엔진클러치의 완전결합 시 엔진의 안정적인 작동이 보장될 수 있는 정도의 차속까지를 적분구간으로 하여 속도에 대하여 적분하면, 현재 차속으로부터 상기 엔진클러치의 완전결합 시 엔진의 안정적인 작동이 보장될 수 있는 정도의 차속에 이르는 동안 소요될 소요시간이 산출되는 바, 여기서, 상기 엔진클러치의 완전결합 시 엔진의 안정적인 작동이 보장될 수 있는 정도의 차속은, 미리 실험 및 해석에 의해 설계적으로 엔진클러치의 완전결합시 엔진의 안정적인 작동이 보장될 수 있는 엔진속도와, 현재의 변속단에 따른 차량의 총감속비 및 구동륜 유효반경 등을 고려하면 계산할 수 있는 것이다.

상기와 같이 구해진 상기 소요시간을 이용하여, 상기 현재 차량의 구동력과 주행저항을 이용하여 구해진 차량의 가속도를 0에서부터 상기 소요시간까지를 적분구간으로 하여 시간에 대하여 적분하여 기준차속을 구하고, 상기 기준차속에 차량의 총감속비와 구동륜 유효반경을 고려하여 변속기 입력축 속도를 산출하면, 상기와 같이 산출된 상기 변속기 입력축 속도는 상기 모터토크제한시점속도와 비교할 수 있는 단위인 상기 기준모터속도가 되는 것이고, 이를 상기 속도비교단계(S40)에서 비교하는 것이다.

결국, 상기한 바와 같이 현재 차량의 구동력과 주행저항을 고려하여 구해진 상기 소요시간에 따라 상기 기준차속 및 상기 기준모터속도를 구하여, 이것에 상기 모터토크제한시점속도를 비교하는 것은, 현재 차량의 구동력과 주행저항을 고려할 때, 차량의 여유 구동력에 의해 차속이 증가하여, 이후 현재 모터속도가 상기 모터토크제한시점속도에 이르게 되기까지 소요되는 시간 내에 엔진클러치의 결합이 가능한지를 판단하는 것과 같은 의미가 되며, 이를 청구범위에서는 결합가능판단단계로 표현하고 있다.

즉, 현재 차량의 구동력과 주행저항을 고려할 때, 현재 모터속도가 상기 모터토크제한시점속도에 이르게 되기까지 소요되는 시간 내에 엔진클러치의 결합이 가능한 경우에는 상기 동기화방식수행단계(S50)를 수행하는 것이고, 그렇지 못한 경우에는 상기 토크비교단계(S60)를 수행하여 상기 모터제한토크가 운전자요구토크 미만인 경우에는 상기 슬립방식수행단계(S70)를 수행하도록 한다는 것이다.

한편, 상기 토크비교단계(S60) 수행결과, 상기 모터제한토크가 운전자요구토크 이상인 경우에는 상기 동기화방식수행단계(S50)를 수행한다.

물론, 여기서, 상기 운전자요구토크는 운전자의 가속페달 조작량에 따라 결정되는 값이며, 상기 모터제한토크가 운전자요구토크 이상이라는 것은 모터에서 발생되는 토크가 운전자의 요구를 만족할 것으로 판단되므로, 슬립 방식에 의해 엔진의 동력을 엔진클러치의 완전 결합 이전에 구동륜으로 공급할 필요가 없으므로 상대적인 다른 장점을 취하기 위하여 동기화 방식으로 엔진클러치를 결합하도록 하며, 그 반대로 상기 모터제한토크가 운전자요구토크 미만인 경우에는 슬립 방식에 의해 엔진의 동력을 엔진클러치의 완전 결합 이전에도 구동륜으로 보낼 수 있도록 하는 것이다.

이상과 같은 본 발명에 의하면, 차량의 주행 상황에 따라 동기화 방식과 슬립 방식 중 적절한 방식을 EV주행에서 HEV주행으로 전환하는 시점에 조기에 판단할 수 있다.

따라서, 등판주행이나 정체구간 주행, 방전제한 상황에서의 주행 등 동기화 방식이 불리한 주행조건 상황에서 슬립 방식으로 결합을 조기에 결정함으로써, 결합방식 결정에 소요되는 시간을 단축하여 슬립 방식의 문제점 중 하나인 응답지연에 대한 부분을 개선할 수 있으며, 동기화 방식으로 결합이 불가한 상황에서 불필요하게 전기에너지를 사용하게 되어 연비와 SOC 관리에 불리한 부분을 개선할 수 있다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

S10; 방전파워산출단계
S20; 제한속도산출단계
S30; 기준속도산출단계
S40; 속도비교단계
S50; 동기화방식수행단계
S60; 토크비교단계
S70; 슬립방식수행단계

Claims

차량에 탑재된 배터리의 현재 상태에 따른 방전파워를 산출하는 방전파워산출단계(S10)와;
상기 산출된 방전파워에 따라 모터의 토크가 급격히 감소하기 시작하는 모터속도인 모터토크제한시점속도를 산출하는 제한속도산출단계(S20)와;
현재 차량의 구동력과 주행저항을 이용하여, 엔진클러치의 완전결합 시 엔진의 안정적인 작동이 보장될 수 있는 정도의 기준모터속도를 산출하는 기준속도산출단계(S30)와;
상기 모터토크제한시점속도를 상기 기준모터속도와 비교하는 속도비교단계(S40)와;
상기 속도비교단계(S40) 수행 결과, 상기 모터토크제한시점속도가 상기 기준모터속도 이상인 경우 동기화 방식으로 엔진클러치를 결합하는 동기화방식수행단계(S50)와;
상기 속도비교단계(S40) 수행 결과, 상기 모터토크제한시점속도가 상기 기준모터속도 미만인 경우, 상기 방전파워에 따른 모터제한토크가 운전자요구토크 이상인지를 판단하는 토크비교단계(S60)와;
상기 토크비교단계(S60) 수행결과, 상기 모터제한토크가 운전자요구토크 미만인 경우에는 슬립방식으로 엔진클러치를 결합하는 슬립방식수행단계(S70);
를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 제어방법.
청구항 1에 있어서,
상기 방전파워산출단계(S10)에서는 상기 배터리의 현재 온도와 SOC에 따라 방전파워를 산출하는 것
을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 제어방법.
청구항 1에 있어서,
상기 기준속도산출단계(S30)에서는,
현재 차량의 구동력과 주행저항을 이용하여, 차량의 가속도를 산출하고;
상기 가속도를 현재 차속으로부터 엔진클러치의 완전결합 시 엔진의 안정적인 작동이 보장될 수 있는 정도의 차속까지를 적분구간으로 하여 속도에 대하여 적분하여, 현재 차속으로부터 상기 엔진클러치의 완전결합 시 엔진의 안정적인 작동이 보장될 수 있는 정도의 차속에 이르는 동안 소요될 소요시간을 산출하며;
상기 차량의 가속도를 0에서부터 상기 소요시간까지를 적분구간으로 하여 시간에 대하여 적분하여 기준차속을 구하고;
상기 기준차속에 차량의 총감속비와 구동륜 유효반경을 고려하여 변속기 입력축 속도를 산출하여, 상기 변속기 입력축 속도를 상기 기준모터속도로 하는 것
을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 제어방법.
청구항 1에 있어서,
상기 토크비교단계(S60) 수행결과, 상기 모터제한토크가 운전자요구토크 이상인 경우에는 상기 동기화방식수행단계(S50)를 수행하는 것
을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 제어방법.
차량에 탑재된 배터리의 방전파워에 따라 모터의 토크가 급격히 감소하기 시작하는 모터속도인 모터토크제한시점속도를 산출하는 제한속도산출단계(S20)와;
현재 차량의 구동력과 주행저항을 고려할 때, 차량의 여유 구동력에 의해 차속이 증가하여, 이후 현재 모터속도가 상기 모터토크제한시점속도에 이르게 되기까지 소요되는 시간 내에 엔진클러치의 결합이 가능한지를 판단하는 결합가능판단단계와;
현재 모터속도가 상기 모터토크제한시점속도에 이르게 되기까지 소요되는 시간 내에 엔진클러치의 결합이 가능하다고 판단되는 경우, 동기화 방식으로 엔진클러치를 결합하는 동기화방식수행단계(S50)와;
현재 모터속도가 상기 모터토크제한시점속도에 이르게 되기까지 소요되는 시간 내에 엔진클러치의 결합이 불가능하다고 판단되는 경우, 상기 방전파워에 따른 모터제한토크가 운전자요구토크 이상인지를 판단하는 토크비교단계(S60)와;
상기 토크비교단계(S60) 수행결과, 상기 모터제한토크가 운전자요구토크 미만인 경우에는 슬립방식으로 엔진클러치를 결합하는 슬립방식수행단계(S70);
를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 제어방법.
청구항 5에 있어서,
상기 토크비교단계(S60) 수행결과, 상기 모터제한토크가 운전자요구토크 이상인 경우에는 상기 동기화방식수행단계(S50)를 수행하는 것
을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 제어방법.