KR20140134405A - 하이브리드 차량의 주행모드 변환 및 변속 제어 방법 - Google Patents

하이브리드 차량의 주행모드 변환 및 변속 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하이브리드 차량의 주행모드 변환 및 변속 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 하이브리드 차량의 EV 모드에서 HEV 모드로의 주행모드 변환과 변속 제어을 동시에 수행하여 가속 응답성을 향상시킬 수 있도록 한 하이브리드 차량의 주행모드 변환 및 변속 제어 방법에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 하이브리드 차량의 EV 모드 주행시, 운전자의 가속 요구에 따른 고 요구토크를 필요로 하는 상황에 직면하면, EV 모드에서 HEV 모드로의 모드변환 제어과 변속 제어가 거의 동시에 신속하게 이루어지도록 함으로써, 운전자 가속 요구에 대한 가속 응답성능을 향상시킬 수 있도록 한 하이브리드 차량의 주행모드 변환 및 변속 제어 방법을 제공하고자 한 것이다.

Description

하이브리드 차량의 주행모드 변환 및 변속 제어 방법{Method for controlling drive mode and transmission of hybrid vehicle}
본 발명은 하이브리드 차량의 주행모드 변환 및 변속 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 하이브리드 차량의 EV 모드에서 HEV 모드로의 주행모드 변환과 변속 제어을 동시에 수행하여 가속 응답성을 향상시킬 수 있도록 한 하이브리드 차량의 주행모드 변환 및 변속 제어 방법에 관한 것이다.
하이브리드 전기자동차는 엔진과 모터 등을 포함하는 2개 이상의 동력원을 이용하여 다양한 동력 전달 구조로 구성할 수 있으며, 현재 하이브리드 차량의 대부분은 병렬형이나 직렬형의 동력전달 구성중 하나를 채택하고 있다.
상기 병렬형 하이브리드 차량용 파워트레인의 구성을 보면 도 1에 도시된 바와 같이, 일축상에 엔진(10) 및 ISG(20: Integrated Startor & Generator), 습식 다판 타입의 엔진클러치(30), 모터(40), 변속기(50)가 차례로 배열되어 있고, 모터(40)와 ISG(20)에는 인버터를 통하여 배터리(60)가 충방전 가능하게 연결되어 있다.
엔진과 모터를 이용한 하이브리드 자동차에서, 상기 모터(40)는 차량의 초기 출발시 구동되고, 차량이 일정속도 이상이 되면 제너레이터, 즉 ISG(20)가 엔진을 시동하는 동시에 엔진클러치(30)가 작동 결합되어 엔진의 출력과 모터의 출력을 동시에 이용하는 주행이 이루어진다.
따라서, 엔진(10)의 회전동력이 변속기(50)의 유성기어장치를 통해 변속되어 차량의 주행 휠(70)에 전달된다.
상기와 같은 구성 및 동력전달을 하는 하이브리드 전기자동차의 주행모드는 EV 모드 및 HEV 모드 등으로 대별된다.
상기 EV 모드는 엔진(10)과 모터(40) 사이의 엔진클러치(30)가 작동 해제(unengaged)된 상태에서, 모터(40)의 구동력 만으로 차량이 구동되는 운전모드이며, 상기 HEV 모드는 엔진클러치(30)가 작동 결합(engaged)되어 엔진동력과 모터동력이 구동축에 함께 전달되는 모드이며, 이때 엔진 동력을 주행 구동력 혹은 모터를 이용한 발전동력으로 사용할 수 있는 운전상태가 된다.
이와 같이, 하이브리드 차량은 운전자 요구 토크에 따라 EV 운전모드로, 또는 엔진클러치 접합을 통한 HEV 모드로의 빈번한 주행모드 천이을 통하여 주행이 이루어진다.
한편, 상기 EV 모드에서 HEV 모드로의 주행모드 변환 시, 변속기의 변속 작동이 연속해서 이루어지는 바, 종래에는 주행모드 변환 및 변속 제어가 별도로 이루어지고 있다.
즉, 종래의 주행모드 변환 및 변속 제어를 별도로 진행하는 방법으로서, EV 모드에서 HEV 모드로의 변환 제어와 변속 제어 중 우선순위를 선정하여 수행하거나, 또는 EV 모드에서 HEV 모드로의 주행모드 변환을 먼저 수행한 후, 변속 제어를 하고 있다.
이렇게 주행모드 변환 및 변속 제어를 별도로 제어함에 따라, 운전자 가속요구에 대한 가속 응답성이 저하되는 문제점이 있다.
좀 더 상세하게는, 모터 구동력(Wm)만으로 주행하는 EV 모드 시, 운전자가 가속페달을 깊숙히 밟는 킥 다운(kick down)과 같은 가속요구가 이루어지면, 엔진이 기동되는 동시에 엔진클러치가 접합되어(engaged) HEV 모드로의 모드변환이 이루어지는 모드변환 제어와, 이후 변속기의 킥 다운에 따른 하단 변속 제어가 이루어지는 변속제어가 별도로 진행됨에 따라, 첨부한 도 1에서 보듯이 모드변환 완료 시점과 변속완료 시점 간의 지연시간 구간이 발생하게 된다.
이렇게 EV 모드에서 HEV 모드로의 모드변환 제어과 변속 제어 과정이 별도로 수행됨에 따라, 모드변환 완료 시점과 변속완료 시점 간의 차이가 발생하여, 결국 실제 운전자가 요구하는 가속요구를 만족시키기까지 지연이 발생하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 하이브리드 차량의 EV 모드 주행시, 운전자의 가속 요구에 따른 고 요구토크를 필요로 하는 상황에 직면하면, EV 모드에서 HEV 모드로의 모드변환 제어과 변속 제어 과정을 동시에 신속하게 진행되도록 함으로써, 운전자 가속 요구에 대한 가속 응답성능을 향상시킬 수 있도록 한 하이브리드 차량의 주행모드 변환 및 변속 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은: 하이브리드 차량의 EV 모드 주행시, 운전자의 가속 요구가 있는 경우, 엔진클러치 압력 제어를 이용한 EV 모드에서 HEV 모드로의 주행모드 변환 제어와 변속기 압력 제어를 이용한 변속 제어 과정을 동시에 진행하여, 상기 모드변환 완료 시점과 변속완료 시점 간의 시간적 지연시간을 최소화시킬 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 주행모드 변환 및 변속 제어 방법을 제공한다.
이때, 상기 운전자 가속 요구는 킥 다운 요구 상태이다.
본 발명의 바람직한 구현예에 따른 상기 변속기 압력 제어에 의한 변속 제어 과정은: 킥 다운과 같은 상황에서 목표 변속단으로의 변속이 실행되는 조건하에서, 변속기의 해방측 클러치요소의 슬립을 통해 결합측 클러치의 동기화가 빠르게 이루어지도록 해방측 클러치 요소에 대한 압력제어가 이루어지는 단계와; 모터속도가 목표변속단의 결합측 클러치요소가 결합되기 위한 목표속도가 되면, 상기 해방측 클러치요소에 대한 압력제어를 해제하고, 결합측 클러치요소에 대한 압력을 올려주는 제어 단계; 로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 구현예에 따른 상기 엔진클러치 압력 제어 과정은: 엔진클러치 압력 제어를 통하여 엔진 시동이 이루어지는 단계와; EV 모드에서 HEV 모드로의 모드변환이 완료되도록 엔진이 기동됨에 따른 엔진속도가 상기 모터속도와 동기화되는 시점에서 엔진 클러치 압력을 최대로 인가하여 주행모드 변환이 완료되는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
특히, 상기 엔진 시동은: 엔진 정지 마찰력보다 큰 값으로 엔진 클러치에 대한 압력(유압)을 인가하는 단계와; 엔진 정지 마찰력보다 큰 토크가 엔진 클러치에 가해지는 단계; 를 통하여, 정지 상태의 엔진이 기동되도록 한 것임을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 주행모드 변환 제어와 변속기 압력 제어 과정 중, 엔진 시동시 모터토크를 [모터요구토크 + 엔진클러치 토크(부하)]가 되도록 제어하는 단계가 더 진행되는 것을 특징으로 한다.
더욱 바람직하게는, 상기 주행모드 변환 제어와 변속기 압력 제어 과정 중, 엔진 시동시 엔진토크를 모드변환 완료 전에는 유효토크로 출력이 이루어지고, 모드변환 완료 이후에는 엔진요구토크 만큼 출력이 이루어지도록 제어하는 단계가 더 진행되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 엔진속도 및 모터속도가 동기화된 후, 해방측 클러치요소에 대한 압력제어를 해제하고, 결합측 클러치요소에 대한 압력을 올려주는 제어를 통하여 목표변속단의 결합측 클러치요소가 동기화되도록 함으로써, 운전자 가속요구에 따른 목표변속단으로의 변속이 완료되는 것을 특징으로 한다.
상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.
본 발명에 따르면, 하이브리드 차량의 EV 모드 주행시, 운전자의 가속 요구(킥 다운시)에 따른 고 요구토크를 필요로 하는 상황에서, EV 모드에서 HEV 모드로의 모드변환 제어과 변속 제어 과정을 동시에 진행하여, 모드변환 완료 시점과 변속완료 시점 간의 시간적 지연시간을 최소화시킬 수 있다.
그에 따라, 운전자가 요구하는 가속요구를 만족시키는 가속 응답성능을 향상시킬 수 있다.
도 1은 하이브리드 차량의 동력전달계통도,
도 2는 종래의 하이브리드 차량의 EV 모드에서 HEV 모드로의 주행모드 변환 과정을 나타낸 제어도,
도 3은 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 주행모드 변환 및 변속 제어 방법을 나타낸 제어도,
도 4는 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 주행모드 변환 및 변속 제어 방법을 보다 상세하게 나타낸 제어도,
도 5는 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 주행모드 변환 및 변속 제어 방법을 나타낸 순서도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명은 하이브리드 차량의 EV 모드 주행시, 운전자의 가속 요구에 따른 고 요구토크를 필요로 하는 상황에 직면하면, EV 모드에서 HEV 모드로의 모드변환 제어과 변속 제어 과정을 동시에 진행하여, 모드변환 완료 시점과 변속완료 시점 간의 시간적 지연시간을 최소화시킬 수 있도록 함으로써, 실제 운전자가 요구하는 가속요구를 만족시킬 수 있도록 한 점에 주안점이 있다.
이를 위해, 본 발명은 킥 다운(kick down)과 같은 운전자 가속요구시, 변속기 압력 제어를 통한 변속 제어와, 엔진클러치 압력 제어를 통한 모드변환 제어가 동시에 진행된다.
첨부한 도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 주행모드 변환 및 변속 제어 방법을 나타낸 제어도이고, 도 5는 그 순서도이다.
먼저, 상기 변속기 압력 제어에 의한 변속 제어 과정을 설명하면 다음과 같다.
하이브리드 차량의 EV 모드 주행시, 킥 다운(kick down)과 같은 운전자 가속요구가 있으면, 하단쪽으로의 변속이 이루어진다.
상기 킥 다운과 같은 상황에서 목표 변속단으로의 변속이 실행되는 경우, 변속기에는 이전 변속단 작동 상태에서 작동 해제되는 해방(relase)측 클러치요소와, 작동 해제 상태에서 목표변속단 작동 상태로 변환되는 결합(apply)측 클러치요소가 존재하며, 상기 해방측 클러치요소 및 결합측 클러치요소의 해제 및 결합을 위한 압력 제어는 각 요소에 공급되는 유압을 제어함으로써 실행된다.
이때, 킥 다운시 목표변속단(하단 변속단)으로의 변속이 진행될 때, 작동 해제되는 해방측 클러치 요소에 대한 압력제어가 이루어지도록 한다.
즉, 킥 다운시 목표변속단(하단 변속단)으로의 변속이 진행될 때, 변속기의 해방측 클러치요소의 슬립(Clutch Slip)이 일어나게 되며, 이때의 해방측 클러치 슬립을 통해 결합측 클러치의 동기화가 빠르게 이루어지도록 해방측 클러치 요소에 대한 압력제어가 이루어지도록 한다.
다음으로, 모터속도(Wm)가 목표변속단의 결합측 클러치요소가 결합되기 위한 목표속도까지 올라온 경우, 상기 해방측 클러치요소에 대한 압력제어를 해제하고, 결합측 클러치요소에 대한 압력을 올려주는 제어를 함으로써, 목표변속단의 결합측 클러치요소가 동기화되어 킥 다운시 목표변속단으로의 변속이 완료된다.
여기서, 상기 엔진클러치 압력 제어 과정을 살펴보면 다음과 같다.
통상, 하이브리드 차량의 EV 모드에서 HEV 모드로의 변환시 엔진 시동은 제너레이터 기능을 하는 ISG에 의하여 이루어지지만, 본 발명에서는 운전자 가속요구에 대한 응답성 향상을 도모하고자 엔진클러치 압력 제어를 통하여 엔진 시동이 이루어진다.
즉, EV 모드에 따른 모터의 구동 중, 엔진 정지 마찰력(Friction) 보다 큰 값으로 엔진 클러치에 대한 압력(유압)을 인가하여, 엔진 정지 마찰력보다 큰 토크가 엔진 클러치에 가해지도록 함으로써, 정지 상태에 있는 엔진의 기동이 이루어질 수 있다.
이렇게 엔진이 기동됨에 따른 엔진속도(We)가 상기 모터속도(Wm)와 동기화되는 시점에 엔진 클러치 압력을 최대로 인가해줌으로써, EV 모드에서 HEV 모드로의 모드변환이 완료된다.
이때, 상기 엔진의 시동 시 발생하는 엔진클러치 토크(부하)로 인하여, 변속기의 변속시 모터속도(rpm) 저하가 발생할 가능성이 있으며, 이에 엔진클러치 토크만큼을 모터요구토크를 보상하는 것이 바람직하다.
따라서, 상기 모드변환 및 변속 제어시, 모터토크를 제어하는 과정이 동시에 진행되도록 하며, 바람직하게는 상기 모터토크는 [모터요구토크 + 엔진클러치 토크(부하)]가 되도록 제어한다.
참고로, 상기 엔진클러치 토크는 [마찰계수×유효반경×유효압력×sgn(We-Wm)]로 표현될 수 있다.
한편, 상기 모드변환 및 변속 제어시, 엔진이 기동되면 엔진토크제어가 이루어진다.
즉, 엔진 기동시 모드변환 완료 전에는 유효토크로 출력이 이루어지고, 모드변환 완료 이후에는 엔진요구토크 만큼 출력이 이루어지도록 한다.
이때, 엔진 기동시 모드변환 전에 유효토크로 출력하고, 모드변환 후에 엔진요구토크로 출력하는 이유는 엔진 기동시 엔진 요구토크로 출력할 경우 엔진 클러치의 접합 완료 시점에 쇼크(SHOCK)가 발생하게 되므로, 이를 방지하기 위해 엔진 클러치 결합 완료 전 까지는 쇼크 방지를 위하여 유효토크를 출력하는 것이다.
이때, 모터토크제어에 따른 모터속도(We)와, 엔진이 기동됨에 따른 엔진속도(We)가 동기화된 후, 평상시와 같이 엔진 클러치 압력을 최대압력으로 인가하고, 모터토크는 정해진 모터요구토크만으로 인가하며, 엔진토크도 정해진 엔진요구토크로 인가한다.
최종적으로, 모터토크제어에 따른 모터속도(We)와, 엔진이 기동됨에 따른 엔진속도(We)가 동기화된 후, 해방측 클러치요소에 대한 압력제어를 해제하고, 결합측 클러치요소에 대한 압력을 올려주는 제어를 통하여 목표변속단의 결합측 클러치요소가 동기화됨으로써, 킥 다운과 같은 운전자 가속요구에 따른 목표변속단으로의 변속이 완료된다.
이상과 같은 본 발명에 따르면, 하이브리드 차량의 EV 모드 주행시, 운전자의 가속 요구(킥 다운시)에 따른 고 요구토크를 필요로 하는 상황에서, EV 모드에서 HEV 모드로의 모드변환 제어과 변속 제어 과정을 동시에 진행하여, 모드변환 완료 시점과 변속완료 시점 간의 시간적 지연시간을 최소화시킬 수 있고, 그에 따라 운전자가 요구하는 가속요구를 만족시키는 가속 응답성능을 향상시킬 수 있다.

Claims (8)

  1. 하이브리드 차량의 EV 모드 주행시, 운전자의 가속 요구가 있는 경우, 엔진클러치 압력 제어를 이용한 EV 모드에서 HEV 모드로의 주행모드 변환 제어와 변속기 압력 제어를 이용한 변속 제어 과정을 동시에 진행하여, 상기 모드변환 완료 시점과 변속완료 시점 간의 시간적 지연시간을 최소화시킬 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 주행모드 변환 및 변속 제어 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 운전자 가속 요구는 킥 다운 상태임을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 주행모드 변환 및 변속 제어 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 변속기 압력 제어에 의한 변속 제어 과정은:
    킥 다운과 같은 상황에서 목표 변속단으로의 변속이 실행되는 조건하에서,
    변속기의 해방측 클러치요소의 슬립을 통해 결합측 클러치의 동기화가 빠르게 이루어지도록 해방측 클러치 요소에 대한 압력제어가 이루어지는 단계와;
    모터속도가 목표변속단의 결합측 클러치요소가 결합되기 위한 목표속도가 되면, 상기 해방측 클러치요소에 대한 압력제어를 해제하고, 결합측 클러치요소에 대한 압력을 올려주는 제어 단계;
    로 이루어지는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 주행모드 변환 및 변속 제어 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 엔진클러치 압력 제어 과정은:
    엔진클러치 압력 제어를 통하여 엔진 시동이 이루어지는 단계와;
    EV 모드에서 HEV 모드로의 모드변환이 완료되도록 엔진이 기동됨에 따른 엔진속도(We)가 상기 모터속도(Wm)와 동기화되는 시점에서 엔진 클러치 압력을 최대로 인가하여 주행모드 변환이 완료되는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 주행모드 변환 및 변속 제어 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 엔진 시동은:
    엔진 정지 마찰력보다 큰 값으로 엔진 클러치에 대한 압력(유압)을 인가하는 단계와;
    엔진 정지 마찰력보다 큰 토크가 엔진 클러치에 가해지는 단계;
    를 통하여, 정지 상태의 엔진이 기동되도록 한 것임을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 주행모드 변환 및 변속 제어 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 주행모드 변환 제어와 변속기 압력 제어 과정 중, 엔진 시동시 모터토크를 [모터요구토크 + 엔진클러치 토크(부하)]가 되도록 제어하는 단계가 더 진행되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 주행모드 변환 및 변속 제어 방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 주행모드 변환 제어와 변속기 압력 제어 과정 중, 엔진 시동시 엔진토크를 모드변환 완료 전에는 유효토크로 출력이 이루어지고, 모드변환 완료 이후에는 엔진요구토크 만큼 출력이 이루어지도록 제어하는 단계가 더 진행되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 주행모드 변환 및 변속 제어 방법.
  8. 청구항 3에 있어서,
    상기 엔진속도 및 모터속도가 동기화된 후, 해방측 클러치요소에 대한 압력제어를 해제하고, 결합측 클러치요소에 대한 압력을 올려주는 제어를 통하여 목표변속단의 결합측 클러치요소가 동기화되도록 함으로써, 운전자 가속요구에 따른 목표변속단으로의 변속이 완료되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 주행모드 변환 및 변속 제어 방법.
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