KR20140147357A - 하이브리드 차량의 시동모터 고장시 엔진 시동 방법 및 시스템 - Google Patents

하이브리드 차량의 시동모터 고장시 엔진 시동 방법 및 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하이브리드 차량의 시동모터 고장시 엔진을 시동하는 하이브리드 차량의 시동모터 고장시 엔진 시동 방법 및 시스템에 관한 것이다. 이를 위한 본 발명의 실시예는, 하이브리드 차량의 시동모터 고장시 엔진 시동 방법으로서, 시동모터가 고장인 상태에서 엔진 시동의 요청을 확인하는 단계; 상기 시동모터가 고장인 상태에서 상기 엔진 시동의 요청이 있으면, 엔진클러치의 토크 또는 부하 및 상기 엔진클러치의 압력을 결정하는 단계; 구동모터의 토크를 구동모터 요구토크와, 구동모터의 최대토크에서 상기 엔진클러치의 토크를 뺀 것 중에서 작은 것으로 설정하는 단계; 및 상기 엔진클러치를 제어하면서 상기 설정된 구동모터의 토크로 상기 엔진을 시동하는 단계;를 포함할 수 있다.

Description

하이브리드 차량의 시동모터 고장시 엔진 시동 방법 및 시스템 {Method and system for starting engine when starter motor of hybrid electric vehicle is in trouble}
본 발명은 하이브리드 차량의 시동모터 고장시 엔진을 시동하는 하이브리드 차량의 시동모터 고장시 엔진 시동 방법 및 시스템에 관한 것이다.
주지하는 바와 같이 하이브리드 차량(hybrid electric vehicle)은 내연기관 엔진(internal combustion engine)과 배터리 전원을 함께 사용한다. 즉, 하이브리드 차량은 내연기관 엔진의 동력과 구동모터의 동력을 효율적으로 조합하여 사용한다.
상기 하이브리드 차량은 일례로 도 1에 도시한 바와 같이, 엔진(10)과; 구동모터(20); 엔진(10)과 구동모터(20) 사이에서 동력을 단속하는 엔진클러치(30); 변속기(40); 차동기어장치(50); 배터리(60); 상기 엔진(10)를 시동하거나 상기 엔진(10)의 회전력에 의해 발전을 하는 시동 발전기(70); 및 차륜(80)를 포함할 수 있다.
상기 시동 발전기(70)는 시동모터 또는 발전기의 역할을 모두 하는 것이지만, 본 명세서는 엔진 시동과 관련되므로 상기 시동 발전기(70)는 본 명세서에서 시동모터로 간주된다.
또한, 상기 하이브리드 차량은, 하이브리드 차량의 전체 동작을 제어하는 하이브리드 제어기(HCU; hybrid control unit)(200); 엔진(10)의 동작을 제어하는 엔진 제어기(ECU; engine control unit)(110); 구동모터(20)의 동작을 제어하는 모터 제어기(MCU; motor control unit)(120); 변속기(40)의 동작을 제어하는 변속 제어기(TCU; transmission control unit)(140); 및 배터리(60)를 제어하고 관리하는 배터리 제어기(BCU; battery control unit)(160);를 포함할 수 있다.
상기 배터리 제어기(160)는 배터리 관리 시스템(BMS; battery management system)으로 호칭될 수 있다. 상기 시동 발전기(70)는 ISG(integrated starter & generator) 또는 HSG(hybrid starter & generator)라 호칭되기도 한다.
상기와 같은 하이브리드 차량은 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 운행할 수 있다.
상기 하이브리드 차량은 시동모터의 고장시 구동력을 제공하는 구동모터(20)를 이용하여 엔진(10)을 기동(시동)할 수 있다.
예를 들면, 종래기술의 실시예는 시동모터 고장시, 엔진클러치를 접합시켜 또는 엔진클러치를 접합시키면서 구동모터의 구동력으로 엔진을 시동할 수 있다.
그런데, 종래기술의 실시예는, 상기 엔진클러치의 접합에 따른 충격(shock) 또는 시동 후 연료 분사 시작 시 엔진과 구동모터 간의 토크 차이에 의한 충격 등을 고려하지 않고 있어, 운전성을 악화시킬 수 있다.
즉, 종래기술의 실시예에 있어서, 도 2에 도시한 바와 같이 차량의 급가속 상황이 아닌 경우에는 엔진클러치의 접합시 충격(shock)의 발생이 거의 없지만, 도 3에 도시한 바와 같이 구동모터가 최대토크를 출력하는 차량의 급가속 상황에서는 엔진클러치의 슬립 접합에 대한 부하 보상이 필요하기 때문에 가속토크가 줄어들게 되고, 이로 인해 가속 선형성이 저하될 수 있다.
도 3에 도시한 종래기술의 실시예에서는, 엔진 시동을 위한 엔진클러치가 붙기 전(step 1), 붙는 과정(step 2), 그리고 붙은 이후(step 3)의 3 스텝의 기울기 변화가 생기기 때문에 가속 선형성이 저하될 수 밖에 없다.
즉, 도 3의 실시예에서는 엔진클러치의 압력 인가 시점에서 엔진클러치 부하 보상이 불가하기 때문에 차량이 멈칫하는 느낌이 발생할 수 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, 하이브리드 차량의 시동모터 고장시 구동모터를 이용하여 엔진을 시동할 때, 엔진클러치의 부하(또는 토크)를 예측 및/또는 고려하여, 즉 구동모터 토크의 최대값을 구동모터 최대토크에서 엔진클러치 부하를 뺀 값으로 설정함으로써 급가속과 같은 상황에서 구동모터를 사용하여 엔진을 시동할 때 발생할 수 있는 가속 단절감을 방지할 수 있는 하이브리드 차량의 시동모터 고장시 엔진 시동 방법 및 시스템을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 시동모터 고장시 엔진 시동 방법은, 하이브리드 차량의 시동모터 고장시 엔진 시동 방법으로서, 시동모터가 고장인 상태에서 엔진 시동의 요청을 확인하는 단계; 상기 시동모터가 고장인 상태에서 상기 엔진 시동의 요청이 있으면, 엔진클러치의 토크 또는 부하 및 상기 엔진클러치의 압력을 결정하는 단계; 구동모터의 토크를 구동모터 요구토크와, 구동모터의 최대토크에서 상기 엔진클러치의 토크를 뺀 것 중에서 작은 것으로 설정하는 단계; 및 상기 엔진클러치를 제어하면서 상기 설정된 구동모터의 토크로 상기 엔진을 시동하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 엔진클러치의 토크(Tclutch)는 아래 공식(1)(2)에 의해 산출되는 것으로 하되(Jeng: 엔진회전관성, weng_tgt: 엔진목표속도, Teng_friction: 엔진마찰토크),
Figure pat00001
(공식 1)
Figure pat00002
(공식 2)
상기 엔진회전관성은 미리 인지하고 있는 값으로, 상기 엔진목표속도는 설정된 값으로, 상기 엔진마찰토크는 설정된 시험을 통해 획득되는 값으로 할 수 있다.
상기 엔진클러치에 인가되는 압력(F)은 아래 공식(3)에 의해 산출되는 것으로 하되,
Tclutch = 마찰계수×유효반경×마찰면 수×부호 (공식3)
상기 마찰계수, 유효반경 및 마찰면 수는 상기 엔진클러치의 설계 사양에 의해 정해진 값으로 하고, 부호는 델타 RPM이 0 이상이면 양수(+)로 하고, 그렇지 않으면 음수(-)로 할 수 있다.
상기 구동모터의 토크지령 값을 상기 구동모터의 토크에 상기 엔진클러치의 토크를 더한 값으로 할 수 있다.
그리고, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 시동모터 고장시 엔진 시동 시스템은, 상기 하이브리드 차량에 동력을 제공하는 엔진 및 구동모터; 상기 엔진을 시동하는 시동모터; 상기 엔진과 구동모터 사이에 설치되어 동력의 연결을 단속하는 엔진클러치; 상기 시동모터의 고장시, 상기 구동모터로 상기 엔진을 시동하고, 상기 구동모터에 의한 엔진 시동시 상기 엔진클러치를 제어하는 제어기를 포함하되, 상기 제어기는 상기 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 시동모터 고장시 엔진 시동 방법을 수행하기 위한 설정된 프로그램에 의해 동작할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 하이브리드 차량의 시동모터 고장시 구동모터를 이용하여 엔진을 시동할 때, 엔진클러치의 부하(또는 토크)를 예측 및/또는 고려하여, 즉 구동모터 토크의 최대값을 구동모터 최대토크에서 엔진클러치 부하를 뺀 값으로 설정함으로써 급가속과 같은 상황에서 구동모터를 사용하여 엔진을 시동할 때 발생할 수 있는 가속 단절감을 방지할 수 있다.
도 1은 일반적인 하이브리드 차량의 개략적인 블록 구성도이다.
도 2 및 도 3은 종래기술에 따른 하이브리드 차량의 시동모터 고장시 엔진 시동 방법을 설명하기 위한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 시동모터 고장시 엔진 시동 시스템의 구성도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 시동모터 고장시 엔진 시동 방법의 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 시동모터 고장시 엔진 시동 방법의 작용을 설명하기 위한 그래프이다.
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.
명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 의미한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 시동모터 고장시 엔진 시동 시스템이 적용되는 하이브리드 차량을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 엔진 시동 시스템이 적용되는 하이브리드 차량은, 엔진(10)과; 모터(20); 엔진(10)과 모터(20) 사이에서 동력을 단속하는 엔진클러치(30); 변속기(40); 차동기어장치(50); 배터리(60); 및 상기 엔진(10)를 시동하거나 상기 엔진(10)의 출력에 의해 발전을 하는 시동 발전기(70);를 포함할 수 있다.
상기 시동 발전기(70)는 시동모터 또는 발전기의 역할을 모두 하는 것이지만, 본 발명은 시동모터의 고장시 엔진 시동과 관련되므로, 이하의 설명에서 상기 시동 발전기(70)는 시동모터로 간주한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 엔진 시동 시스템이 적용되는 하이브리드 차량은, 시동모터(70)와 엔진클러치(30)의 동작을 포함한 하이브리드 차량의 전체 동작을 제어하는 하이브리드 제어기(HCU)(200); 엔진(10)의 동작을 제어하는 엔진 제어기(ECU)(110); 모터(20)의 동작을 제어하는 모터 제어기(MCU)(120); 변속기(40)의 동작을 제어하는 변속 제어기(TCU)(140); 및 배터리(60)를 제어하고 관리하는 배터리 제어기(BCU)(160);를 포함할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 엔진 시동 시스템을 도시한 블록도이다.
본 발명의 실시예에 따른 엔진 시동 시스템은, 시동모터 고장시 구동모터를 이용하여 엔진을 시동하는 시스템이다.
이러한 본 발명의 실시예에 따른 엔진 시동 시스템은, 엔진(10)을 시동하는 시동모터(70); 엔진(10)과 구동모터(20)의 동력 연결을 단속하는 엔진클러치(30); 상기 시동모터(70)의 고장시, 엔진클러치(30)를 제어하면서 구동모터(20)로 엔진(10)을 시동하는 제어기(300);를 포함할 수 있다.
상기 엔진(10), 구동모터(20), 엔진클러치(30) 및 시동모터(70)는 일반적인 하이브리드 차량에 설치되는 것들이므로, 이들에 대한 보다 구체적인 설명은 생략한다.
상기 제어기(300)는, 설정된 프로그램에 의하여 동작하는 하나 이상의 마이크로프로세서 또는 상기 마이크로프로세서를 포함하는 하드웨어로서, 상기 설정된 프로그램은 후술하는 본 발명의 실시예에 따른 엔진 시동 방법을 수행하기 위한 일련의 명령으로 형성된다.
본 발명의 실시예에서, 상기 제어기(300)는 하이브리드 제어기(HCU)이거나 하이브리드 제어기에 포함될 수 있다.
또는, 본 발명의 실시예에서 상기 제어기(300)는, 도 1에 도시된 바와 같은 하이브리드 차량의 엔진(10)을 제어하는 엔진 제어기(ECU)와; 구동모터(20)를 제어하는 모터 제어기(MCU); 엔진클러치(30) 및 시동모터(70)의 동작을 포함한 하이브리드 차량의 전체 동작을 제어하는 하이브리드 제어기(HCU)를 포함할 수 있다.
후술하는 본 발명의 실시예에 따른 엔진 시동 방법에서 그 일부 프로세스는 상기 엔진 제어기에 의하여, 다른 일부 프로세스는 상기 모터 제어기에 의하여, 또 다른 일부 프로세스는 상기 하이브리드 제어기에 의하여 수행되는 것으로 할 수 있다.
그러나 본 발명의 보호범위가 후술하는 실시에에서 설명되는 대로에 한정되는 것으로 이해되어서는 안된다. 본 발명의 실시예에서의 설명과 다른 조합으로 제어기를 구현할 수 있다. 또는 상기 엔진 제어기, 모터 제어기 및 하이브리드 제어기가 실시예에서 설명된 것과는 다른 조합의 프로세스를 수행하는 것으로 할 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 엔진 시동 방법을 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 시동모터 고장시 엔진 시동 방법을 도시한 흐름도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 제어기(300)는 시동모터(70)가 고장인 상태에서 엔진(10)의 시동 요청이 있는지를 확인한다(S110).
제어기(300)는 기존의 시동모터 고장 확인 방법에 따라 시동모터(70)의 고장 상태를 확인할 수 있다. 예를 들어, 제어기(300)는 하이브리드 제어기(200)의 시동모터(70)와 관련된 신호를 참조하여 시동모터(70)의 고장을 확인할 수 있다.
엔진(10)의 시동 요청은, 예를 들어 EV 모드에서 HEV 모드로의 전환이 필요할 때 발생할 수 있음은 당업자에게 자명할 것이다. 제어기(300)는 엔진(10)의 시동 요청 판단을 위해, 도 1에 도시한 하이브리드 제어기(200)의 신호를 참조할 수 있다.
본 발명의 실시예에서는 일례로 도 6에 도시한 바와 같이 EV 모드에서 구동모터(20)가 급가속되고 있는 상황에서 HEV 모드로의 전환을 위해 엔진(10)이 시동되는 경우일 수 있다.
S110에서 시동모터(70)가 고장인 상태에서 엔진(10)의 시동 요청이 있는 것으로 확인되면, 제어기(300)는 엔진클러치(30)의 토크(또는 부하) 및 엔진클러치(30)의 압력을 결정한다(S120).
제어기(300)는 엔진클러치(30)의 토크(Tclutch)를 아래 공식(1), (2)에 의해 산출할 수 있다. 상기 엔진클러치(30)의 토크(Tclutch)는 엔진클러치(30)의 슬립시 마찰에 의한 토크일 수 있고, 락업(lock-up)시에는 엔진클러치(30)의 입력에서 출력으로 전달되는 토크일 수 있다.
아래 공식에서 Jeng는 엔진회전관성으로서 단위는 kg·m2이고, weng _ tgt는 엔진제어를 위한 엔진목표속도이고, Teng _ friction는 엔진(10)에 존재하는 기계적인 마찰 토크인 엔진마찰토크이다.
Figure pat00003
(공식 1)
Figure pat00004
(공식 2)
본 발명의 실시예에서 상기 엔진회전관성은 미리 인지하고 있는 값이고, 상기 엔진목표속도는 미리 설정된 값이고, 상기 엔진마찰토크는 미리 설정된 시험을 통해 획득될 수 있는 값이기 때문에, 상기 제어기(300)는 상기 공식(1), (2)를 통해 엔진클러치(30)의 토크 또는 부하를 용이하게 산출할 수 있다.
S120에서 결정되는 엔진클러치(30)의 압력(F)은 아래 공식(3)에 의해 산출될 수 있다.
Tclutch = 마찰계수×유효반경×마찰면 수×부호 (공식3)
상기 마찰계수, 유효반경 및 마찰면 수는 엔진클러치(30)의 설계 사양에 따라 정해진 값이고, 부호는 델타 RPM이 0 이상이면 양수(+)로 하고, 그렇지 않으면 음수(-)로 할 수 있으므로, 제어기(300)는 상기 공식(3)에 따라 엔진클러치(30)의 압력을 용이하게 산출할 수 있다.
상기와 같이 해서 엔진클러치(30)의 토크 및 압력을 산출했으면, 제어기(300)는 아래 공식에 따라 구동모터(20)의 토크를 설정할 수 있다(S130).
구동모터 토크 = Min(구동모터 요구토크, (구동모터 최대토크 -Tclutch))
즉, 제어기(300)는 구동모터의 토크를 구동모터 요구토크와, 구동모터의 최대토크에서 상기 엔진클러치의 토크를 뺀 것 중에서 작은 것으로 설정한다.
S130에서 구동모터(20)의 토크가 설정되었으면, 제어기(300)는 S120에서 산출한 엔진클러치 토크 값 또는 부하 값을 토대로 엔진클러치(30)를 제어하면서 S130에서 설정된 구동모터(20)의 토크로 도 6에 도시한 그래프에서와 같이 엔진(10)을 시동한다(S140).
S140에서 제어기(300)는 엔진클러치(30)가 동기화되었을 때, 즉 엔진(10)과 구동모터(20)의 속도가 같아졌을 때, 엔진클러치(30)의 압력이 최대가 되도록 엔진클러치(30)를 제어할 수 있다.
제어기(300)는 S140에서 구동모터(20)의 토크로 엔진(10)을 시동할 때, 구동모터(20)의 토크지령 값을 아래 공식과 같이 상기 설정된 구동모터의 토크에 상기 엔진클러치의 토크를 더한 값으로 할 수 있다.
구동모터 토크 지령 = 구동모터 토크 + 엔진클러치 부하(Tclutch)
이로써, 본 발명의 실시예에 따르면, 급가속 상황에서 구동모터로 엔진을 시동하는 상황이 발생할 때, 도 6에 도시한 바와 같이 엔진클러치 부하를 고려하여 구동모터 토크의 최대값을 [구동모터 최대토크 - 엔진클러치 부하]로 설정하여 엔진클러치의 슬립 전달토크 보상치를 확보함으로써 급가속 상황에서도 가속 선형성을 확보할 수 있다.
즉, 본 발명의 실시예에 따르면, 종래에 도 3에 도시한 바와 같이 가속감이 3 스텝으로 바뀌는 것을, 도 6에 도시한 바와 같이 2 스텝으로 바뀔 수 있도록 함으로써 가속 선형성을 증대시킬 수 있다.
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.
10: 엔진
20: 구동모터
30: 엔진클러치
70: 시동모터(시동 발전기)
300: 제어기

Claims (5)

  1. 하이브리드 차량의 시동모터 고장시 엔진 시동 방법으로서,
    시동모터가 고장인 상태에서 엔진 시동의 요청을 확인하는 단계;
    상기 시동모터가 고장인 상태에서 상기 엔진 시동의 요청이 있으면, 엔진클러치의 토크 또는 부하 및 상기 엔진클러치의 압력을 결정하는 단계;
    구동모터의 토크를 구동모터 요구토크와, 구동모터의 최대토크에서 상기 엔진클러치의 토크를 뺀 것 중에서 작은 것으로 설정하는 단계; 및
    상기 엔진클러치를 제어하면서 상기 설정된 구동모터의 토크로 상기 엔진을 시동하는 단계;
    를 포함하는 하이브리드 차량의 시동모터 고장시 엔진 시동 방법.
  2. 제1항에서,
    상기 엔진클러치의 부하토크(Tclutch)는 아래 공식(1)(2)에 의해 산출되는 것으로 하되,
    (Jeng: 엔진회전관성, weng_tgt: 엔진목표속도, Teng_friction: 엔진마찰토크)
    Figure pat00005
    (공식 1)
    Figure pat00006
    (공식 2)
    상기 엔진회전관성은 미리 인지하고 있는 값이고, 상기 엔진목표속도는 설정된 값이고, 상기 엔진마찰토크는 설정된 시험을 통해 획득되는 값인 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 시동모터 고장시 엔진 시동 방법.
  3. 제2항에서,
    상기 엔진클러치에 인가되는 압력(F)은 아래 공식(3)에 의해 산출되는 것으로 하되,
    Tclutch = 마찰계수×유효반경×마찰면 수×부호 (공식3)
    상기 마찰계수, 유효반경 및 마찰면 수는 상기 엔진클러치의 설계 사양에 의해 정해진 값으로 하고, 부호는 델타 RPM이 0 이상이면 양수(+)로 하고, 그렇지 않으면 음수(-)로 하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 시동모터 고장시 엔진 시동 방법.
  4. 제3항에서,
    상기 구동모터의 토크지령 값을 상기 상기 구동모터의 토크에 상기 엔진클러치의 토크를 더한 값으로 하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 시동모터 고장시 엔진 시동 방법.
  5. 하이브리드 차량의 시동모터 고장시 엔진 시동 시스템으로서,
    상기 하이브리드 차량에 동력을 제공하는 엔진 및 구동모터;
    상기 엔진을 시동하는 시동모터;
    상기 엔진과 구동모터 사이에 설치되어 동력의 연결을 단속하는 엔진클러치;
    상기 시동모터의 고장시, 상기 구동모터로 상기 엔진을 시동하고, 상기 구동모터에 의한 엔진 시동시 상기 엔진클러치를 제어하는 제어기를 포함하되,
    상기 제어기는 제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항의 방법을 수행하기 위한 설정된 프로그램에 의해 동작하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 시동모터 고장시 엔진 시동 시스템.
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