KR20140072520A

KR20140072520A - 하이브리드 차량의 전달토크 학습시스템 및 학습방법

Info

Publication number: KR20140072520A
Application number: KR1020120140132A
Authority: KR
Inventors: 김상준
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아자동차주식회사
Priority date: 2012-12-05
Filing date: 2012-12-05
Publication date: 2014-06-13
Also published as: CN103847726A; DE102013218082A1; US20140155222A1; JP2014111427A; KR101836527B1; US9096222B2

Abstract

클러치를 매개로 연결된 엔진 및 모터; 엔진에 연결되어 엔진의 기동 및 발전을 담당하는 HSG; 및 상기 클러치를 통한 전달토크의 학습시, 모터에 의한 충전파워가 배터리의 충전가능파워보다 크거나 같은 경우 모터에 의한 충전파워를 상기 HSG에 전달하여 엔진의 출력에 더하도록 제어하는 제어부;를 포함하는 하이브리드 차량의 전달토크 학습시스템 및 학습방법이 소개된다.

Description

하이브리드 차량의 전달토크 학습시스템 및 학습방법 {SYSTEM AND METHOD FOR LEARNING TRANSFERING TORQUE FOR HYBRID VEHICLE}

본 발명은 엔진 클러치의 전달토크를 학습하여 운전성 및 연비향상을 제공할 수 있도록 하는 하이브리드 차량의 전달토크 학습시스템 및 학습방법에 관한 것이다.

자동차에 대한 연비향상의 요구와 강화된 배출가스에 대한 OBD 규제에 따라 하이브리드 자동차가 제공되고 있다.

하이브리드 자동차는 하나 이상의 모터와 엔진이 구비되고, 모터를 구동시키기 위한 고전압의 전원이 저장되는 배터리, 배터리의 직류 전압을 교류전압으로 변환시켜주는 인버터, 엔진의 동력을 구동축에 전달하기 위해 엔진과 모터의 사이에 엔진 클러치가 장착된다.

하이브리드 자동차는 운전자의 가속페달과 브레이크 페달의 조작으로 판단되는 가감속 의지, 부하, 차속, 배터리의 충전상태(SOC) 등에 따라 엔진 클러치를 결합하거나 해제하여 HEV모드와 EV모드의 운행을 제공한다.

하이브리드 자동차는 EV모드의 운행에서 HEV모드의 운행으로 전환될 때 엔진 속도와 모터 속도가 동기화된 이후 엔진 클러치를 결합함으로써, 서로 다른 동력원인 엔진과 모터간의 동력전달 과정에서 토크 변동이 발생되지 않도록 하여 운전성이 확보될 수 있도록 하고 있다.

그러나, 배터리가 로우 충전상태(LOW SOC)를 유지하는 경우, 배터리 및 모터의 온도가 설정된 기준 온도조건을 초과하는 경우, 운행되는 도로의 구배도가 급격한 경사면을 갖는 경우 등의 조건에서는 엔진 클러치를 슬립(Slip) 제어하여 발진을 시켜햐 하는 경우가 발생된다.

상기한 운전조건에서 엔진 클러치를 슬립 제어하기 위해서는 매우 정밀한 압력 제어가 요구된다.

엔진 클러치의 전달토크는 엔진 클러치 양단의 마찰면이 물리적으로 접촉하여 전달되는 토크(엔진 클러치 양단의 부하)로 기본적으로 유효압력과 마찰계수를 통해 추정할 수 있다.

하이브리드 자동차의 발진 동작에서 엔진 클러치의 제어는 운전성 및 연비를 좌우하는 매우 중요한 변수이나 엔진 클러치를 작동시키는 솔레노이드 밸브의 전류와 압력 특성의 편차, 솔레노이드 밸브의 노후화, 엔진 클러치 양단 마찰재의 열화 등에 따라 마찰계수의 변화가 발생되므로 특성 편차가 발생된다.

상기한 바와 같이 하이브리드 자동차에서는 엔진 클러치 제어 관련 부품의 내구성 진행에 따라 특성 편차가 발생되어 엔진 클러치의 정밀 제어가 실행되지 못함으로써, 운전성 및 연비 악화를 초래할 수 있다.

종래의 하이브리드 자동차에는 엔진 클러치의 전달토크를 학습하는 기술이 적용되어 있지 않아 차종별로 전달토크의 추정치에 특성 편차가 발생되므로, 발진 동작의 엔진 클러치 제어에서 차량별, 내구의 진행에 따라 발진 가속도의 차이를 발생시킬 수 있다.

그리고, 발진 동작의 엔진 클러치 제어에서 엔진제어기에 피드 포워드되는 성분들이 부정확하여 엔진의 속도 제어에 부담이 발생되어 발진 응답성을 악화시키는 문제점을 발생시킬 수 있었다. 따라서, 클러치를 통한 전달토크를 좀 더 정확하게 추산할 수 있는 기술이 요구되고 있는 상황이다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 엔진 클러치 제어에 관련되는 부품의 특성 편차가 따른 전달 토크를 학습하여 내구의 진행에 관계없이 운전성과 발진 응답성 및 연비향상을 제공할 수 있는 하이브리드 차량의 전달토크 학습시스템 및 학습방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

특히, 배터리가 완충된 상태이거나 극한의 상황에서 충전이 불가한 상황에서도 전달토크를 학습할 수 있는 하이브리드 차량의 전달토크 학습시스템 및 학습방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 전달토크 학습시스템은, 클러치를 매개로 연결된 엔진 및 모터; 엔진에 연결되어 엔진의 기동 및 발전을 담당하는 HSG; 및 상기 클러치를 통한 전달토크의 학습시, 모터에 의한 충전파워가 배터리의 충전가능파워보다 크거나 같은 경우 모터에 의한 충전파워를 상기 HSG에 전달하여 엔진의 출력에 더하도록 제어하는 제어부;를 포함한다.

상기 제어부는 모터에 의한 충전파워가 배터리의 충전가능파워보다 큰 경우 모터에 의한 충전파워를 통해 배터리를 충전하도록 제어할 수 있다.

상기 제어부는 전달토크의 학습시 엔진rpm과 모터rpm이 일정하게 되도록 엔진과 모터를 제어하되 엔진rpm이 모터rpm보다 큰 값을 갖도록 제어할 수 있다.

상기 제어부는 모터에 의한 충전파워가 배터리의 충전가능파워보다 크거나 같은 경우 모터에 의한 충전파워에서 배터리의 충전가능파워를 제거한 나머지 파워를 HSG에 전달하여 엔진의 출력에 더하도록 제어할 수 있다.

상기 제어부는 모터에 의한 충전파워가 배터리의 충전가능파워보다 크거나 같은 경우 모터에 의한 충전파워에서 전장품의 전장소모파워를 제거한 나머지 파워를 HSG에 전달하여 엔진의 출력에 더하도록 제어할 수 있다.

상기 제어부는 모터에 의한 충전파워가 배터리의 충전가능파워보다 크거나 같은 경우 모터에 의한 충전파워에서 배터리의 충전가능파워 및 전장품의 전장소모파워를 제거한 나머지 파워를 HSG에 전달하여 엔진의 출력에 더하도록 제어할 수 있다.

상기 제어부는 클러치를 연결하지 않은 상태에서 모터가 일정 rpm으로 구동되기 위한 무부하토크를 측정하고, 클러치를 연결한 상태에서 모터가 일정 rpm으로 구동되기 위한 부하토크를 측정하며, 무부하토크와 부하토크의 차이를 통해 전달토크를 산출하고, 이를 통해 미리 마련된 전달토크를 보정할 수 있다.

본 발명의 하이브리드 차량의 전달토크 학습방법은, 클러치를 통한 전달토크의 학습을 시작하는 시작단계; 모터에 의한 충전파워와 배터리의 충전가능파워를 비교하는 비교단계; 모터에 의한 충전파워가 배터리의 충전가능파워보다 크거나 같은 경우 모터에 의한 충전파워를 HSG에 전달하는 소모단계; 및 모터에 의한 충전파워가 배터리의 충전가능파워보다 작은 경우 모터에 의한 충전파워를 배터리에 전달하는 충전단계;를 포함한다.

또한, 본 발명의 하이브리드 차량의 전달토크 학습방법은 엔진, 모터, 클러치 및 엔진에 연결된 HSG로 구성된 하이브리드 차량의 전달토크를 학습하는 방법으로서, 클러치를 통한 전달토크의 학습시, 모터에 의한 충전파워가 배터리의 충전가능파워보다 크거나 같은 경우에는 모터에 의한 충전파워를 HSG에 전달하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같은 구조로 이루어진 하이브리드 차량의 전달토크 학습시스템 및 학습방법에 따르면, 엔진 클러치 제어에 관련되는 부품의 특성 편차가 따른 전달 토크를 학습하여 내구의 진행에 관계없이 운전성과 발진 응답성 및 연비향상을 제공할 수 있다.

특히, 전달토크를 이용하여 학습시에는 배터리를 충전할 수 있으며, 배터리가 완충되거나 극한의 상황에서 충전이 불가할 경우에는 이를 HSG에 전달하도록 함으로써 그러한 상황에서도 전달토크의 학습이 가능하고 연비를 개선할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 차량의 전달토크 학습시스템을 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 차량의 전달토크 학습방법의 순서도.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 하이브리드 차량의 전달토크 학습시스템 및 학습방법에 대하여 살펴본다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 차량의 전달토크 학습시스템을 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 차량의 전달토크 학습방법의 순서도이다.

본 발명의 하이브리드 차량의 전달토크 학습시스템은, 클러치(300)를 매개로 연결된 엔진(200) 및 모터(400); 엔진(200)에 연결되어 엔진(200)의 기동 및 발전을 담당하는 HSG(100); 및 상기 클러치(300)를 통한 전달토크의 학습시, 모터(400)에 의한 충전파워가 배터리(500)의 충전가능파워보다 크거나 같은 경우 모터(400)에 의한 충전파워를 상기 HSG(100)에 전달하는 제어부(700);를 포함한다.

구체적으로, HSG(Hybrid Starter and Generator)는 엔진과 연결되어 엔진의 속도제어를 위한 기동 또는 발전을 수행하도록 한다. 그리고 그러한 엔진은 클러치를 통하여 모터와 연결되고, 모터는 배터리와 연결되어 충방전하며 배터리는 또한 전장품과 연결되어 전류를 공급하도록 한다.

이러한 상황에서, 클러치를 통하여 전달되는 전달토크를 직접측정하는 것은 상당히 어려운바, 전달토크에 대한 맵을 두고, 이를 참조하여 클러치를 제어토록 하는 것이다. 그리고, 클러치의 노후 등에 따른 변수를 감안하기 위해 차량에서는 주기적으로 전달토크를 산출하여 학습하고, 클러치에 관하여 마련해 둔 맵을 수정토록 하는 것이다.

이를 위해 전달토크의 학습을 수행하는데, 근본적으로는 모터를 무부하상태에서 속도제어할 경우 필요한 모터토크를 측정하고, 클러치를 통해 엔진과 모터를 연결한 후 속도제어를 수행하고, 이 경우의 모터토크를 측정함으로써, 클러칭 전후의 모터토크의 차이에 따라 전달토크를 산출할 수 있는 것이다. 그리고 그 산출된 값을 맵에 저장된 값과 비교함으로써, 맵을 좀 더 정확히 보정하도록 하는 것이 바로 전달토크의 학습이라고 할 수 있다.

한편, 이러한 경우에는 상기 제어부(700)가 전달토크의 학습시 엔진(200) rpm과 모터(400) rpm이 일정하게 되도록 엔진(200)과 모터(400)를 제어하되 엔진(200) rpm이 모터(400) rpm보다 큰 값을 갖도록 제어함으로써, 엔진으로부터 슬립되며 모터로 제공되는 전달토크를 산출하도록 한다.

그리고, 전달된 토크에 따라 모터가 발전을 수행하게 되면, 그 발전된 전기에너지를 배터리에 충전하도록 하는 것이다.

한편, 제어부(700)는 상기 클러치(300)를 통한 전달토크의 학습시, 모터(400)에 의한 충전파워가 배터리(500)의 충전가능파워보다 크거나 같은 경우에는 배터리가 충전을 수행하지 못함에 따라 모터의 속도제어에 실패하고, 결국 클러치가 고장날 위험이 있다. 따라서, 이 경우에는 모터(400)에 의한 충전파워를 상기 HSG(100)에 전달하도록 함으로써 발전되는 전기에너지를 HSG가 소모하도록 하는 것이다.

그 결과 HSG에서는 구동력을 다시 엔진으로 전달하도록 하는 것이고, 엔진은 그 만큼의 구동토크를 덜어내는 것이다. 다만, 엔진은 여전히 속도제어를 수행하고 있는 상황이기 때문에, 모터로 전달되는 전달토크는 동일하게 유지되는 것이다. 즉, 전달토크에 의해 모터로부터 충전되는 에너지를 배터리가 아닌 HSG로 전달하는 것이고, 그에 따라 엔진은 연비를 향상시킬 수 있게 되는 것이다.

따라서, 전달토크의 학습 도중 발생되는 충전 에너지는, 배터리가 수용가능한 상황에서는 배터리로 저장하고, 그렇지 못한 상황에서는 엔진의 부하를 줄여 에너지를 세이브하도록 하는 개념이라고 볼 수 있다.

한편, 상기 배터리(500)의 충전가능파워는 일반적인 배터리의 SOC를 통하여 판단하는 것도 가능하지만, 배터리가 고장 내지 극저온의 상황 등에서 충전이 올바르게 수행되지 못하는 경우 역시 영향을 미칠 것이다. 따라서, SOC가 90% 이상의 충전상태라거나, 배터리가 극저온의 환경으로써 충전가능파워가 극미할 경우에는 모터와 클러치의 소손을 방지하기 위해, 배터리가 아닌 HSG측으로 충전전류를 방전시키는 것이다.

또한, 상기 제어부(700)는 모터(400)에 의한 충전파워가 배터리(500)의 충전가능파워보다 큰 경우 모터(400)에 의한 충전파워를 통해 배터리(500)를 충전하도록 제어함은 앞서 살핀 바와 같다.

그리고, 상기 제어부(700)는 모터(400)에 의한 충전파워가 배터리(500)의 충전가능파워보다 크거나 같은 경우 모터(400)에 의한 충전파워에서 배터리(500)의 충전가능파워를 제거한 나머지 파워를 HSG(100)에 전달하도록 제어하함으로써, 배터리를 통한 충전 후, 더 이상 충전이 불가능할 경우 HSG로 전류를 방전하도록 하는 것이다.

그리고, 상기 제어부(700)는 모터(400)에 의한 충전파워가 배터리(500)의 충전가능파워보다 크거나 같은 경우 모터(400)에 의한 충전파워에서 전장품(600)의 전장소모파워를 제거한 나머지 파워를 HSG(100)에 전달하도록 제어함으로써, 기본적으로 차량의 전장품에서 소모하는 전류로 방전한 후, 나머지를 HSG에 방전토록 할 수 있다.

또한, 상기 제어부(700)는 모터(400)에 의한 충전파워가 배터리(500)의 충전가능파워보다 크거나 같은 경우 모터(400)에 의한 충전파워에서 배터리(500)의 충전가능파워 및 전장품(600)의 전장소모파워를 제거한 나머지 파워를 HSG(100)에 전달하도록 제어하는 것도 가능하다.

한편, 상기 제어부(700)는 클러치(300)를 연결하지 않은 상태에서 모터(400)가 일정 rpm으로 구동되기 위한 무부하토크를 측정하고, 클러치(300)를 연결한 상태에서 모터(400)가 일정 rpm으로 구동되기 위한 부하토크를 측정하며, 무부하토크와 부하토크의 차이를 통해 전달토크를 산출하고, 이를 통해 미리 마련된 전달토크를 보정하도록 함으로써 전달토크의 학습을 수행함은 앞서 살핀 바와 같다.

한편, 본 발명의 전달토크 학습방법은, 클러치를 통한 전달토크의 학습을 시작하는 시작단계(S100); 모터에 의한 충전파워와 배터리의 충전가능파워를 비교하는 비교단계(S200); 모터에 의한 충전파워가 배터리의 충전가능파워보다 크거나 같은 경우 모터에 의한 충전파워를 HSG에 전달하는 소모단계(S300); 및 모터에 의한 충전파워가 배터리의 충전가능파워보다 작은 경우 모터에 의한 충전파워를 배터리에 전달하는 충전단계(S400);를 포함한다.

즉, 먼저 모터를 속도제어하여 모터토크를 산출하고, 엔진을 속도제어한 후 클러치를 연결한다. 그리고 모터에 의한 충전파워와 배터리의 충전가능파워를 비교하는 비교단계(S200)를 수행하고, 모터에 의한 충전파워가 배터리의 충전가능파워보다 크거나 같은 경우 모터에 의한 충전파워를 HSG에 전달하는 소모단계(S300)를 수행하며, 만약 모터에 의한 충전파워가 배터리의 충전가능파워보다 작은 경우에는 모터에 의한 충전파워를 배터리에 전달하는 충전단계(S400)를 수행한다. 그러한 과정을 통한 후 모터토크를 측정함으로써 올바른 전달토크를 산출하게 되는 것이다.

또한, 이러한 학습방법은, 엔진, 모터, 클러치 및 엔진에 연결된 HSG로 구성된 하이브리드 차량의 전달토크를 학습하는 방법으로서, 클러치를 통한 전달토크의 학습시, 모터에 의한 충전파워가 배터리의 충전가능파워보다 크거나 같은 경우에는 모터에 의한 충전파워를 HSG에 전달하는 것으로도 이해될 수 있을 것이다.

즉, 본 발명의 전달토크 학습은 기본적으로 엔진과 모터의 속도제어상태에서 클러치 전후의 모터토크를 측정함으로써, 그 차이값을 통하여 전달토크를 산출하는 것이고, 실측된 전달토크를 이용하여 기존에 마련된 맵의 전달토크를 수정하는 것이다.

이를 위해, 엔진으로부터 모터로 전달되는 토크를 통해 모터가 발전을 수행하고, 그 발전되는 에너지를 배터리로 충전하되, 배터리가 충전이 불가한 상황에서는 HSG를 구동함으로써 엔진으로 소모하여, 결국 전달토크의 학습과정에서 발생되는 에너지를 모두 회수할 수 있도록 하는 것이다.

또한, 배터리의 충전이 불가능한 상황에서도, 전달토크를 유효하게 학습할 수 있도록 함으로써, 정확한 전달토크 맵의 도출이 가능해지는 것이다.

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 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

100 : HSG 200 : 엔진
300 : 클러치 400 : 모터
500 : 배터리 600 : 전장품
700 : 제어부

Claims

클러치를 매개로 연결된 엔진 및 모터;
엔진에 연결되어 엔진의 기동 및 발전을 담당하는 HSG; 및
상기 클러치를 통한 전달토크의 학습시, 모터에 의한 충전파워가 배터리의 충전가능파워보다 크거나 같은 경우 모터에 의한 충전파워를 상기 HSG에 전달하는 제어부;를 포함하는 하이브리드 차량의 전달토크 학습시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 제어부는 모터에 의한 충전파워가 배터리의 충전가능파워보다 큰 경우 모터에 의한 충전파워를 통해 배터리를 충전하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 전달토크 학습시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 제어부는 전달토크의 학습시 엔진 rpm과 모터 rpm이 일정하게 되도록 엔진과 모터를 제어하되 엔진 rpm이 모터 rpm보다 큰 값을 갖도록 제어하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 전달토크 학습시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 제어부는 모터에 의한 충전파워가 배터리의 충전가능파워보다 크거나 같은 경우 모터에 의한 충전파워에서 배터리의 충전가능파워를 제거한 나머지 파워를 HSG에 전달하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 전달토크 학습시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 제어부는 모터에 의한 충전파워가 배터리의 충전가능파워보다 크거나 같은 경우 모터에 의한 충전파워에서 전장품의 전장소모파워를 제거한 나머지 파워를 HSG에 전달하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 전달토크 학습시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 제어부는 모터에 의한 충전파워가 배터리의 충전가능파워보다 크거나 같은 경우 모터에 의한 충전파워에서 배터리의 충전가능파워 및 전장품의 전장소모파워를 제거한 나머지 파워를 HSG에 전달하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 전달토크 학습시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 제어부는 클러치를 연결하지 않은 상태에서 모터가 일정 rpm으로 구동되기 위한 무부하토크를 측정하고, 클러치를 연결한 상태에서 모터가 일정 rpm으로 구동되기 위한 부하토크를 측정하며, 무부하토크와 부하토크의 차이를 통해 전달토크를 산출하고, 이를 통해 미리 마련된 전달토크를 보정하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 전달토크 학습시스템.
청구항 1의 하이브리드 차량의 전달토크 학습시스템을 이용한 전달토크 학습방법으로서,
클러치를 통한 전달토크의 학습을 시작하는 시작단계;
모터에 의한 충전파워와 배터리의 충전가능파워를 비교하는 비교단계;
모터에 의한 충전파워가 배터리의 충전가능파워보다 크거나 같은 경우 모터에 의한 충전파워를 HSG에 전달하는 소모단계; 및
모터에 의한 충전파워가 배터리의 충전가능파워보다 작은 경우 모터에 의한 충전파워를 배터리에 전달하는 충전단계;를 포함하는 하이브리드 차량의 전달토크 학습방법.
엔진, 모터, 클러치 및 엔진에 연결된 HSG로 구성된 하이브리드 차량의 전달토크를 학습하는 방법으로서,
클러치를 통한 전달토크의 학습시, 모터에 의한 충전파워가 배터리의 충전가능파워보다 크거나 같은 경우에는 모터에 의한 충전파워를 HSG에 전달하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 전달토크 학습방법.