KR20160041653A - Hev 시스템의 토크 개입 요청에 따른 제어장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차량의 전륜에서 변속기에 의한 토크 개입 및 TCS에 의한 토크 개입에 HSG가 엔진의 토크 제어를 보조하여 응답성을 향상시키는 기술을 제공한다.
본 발명의 일실시예에 따른 HEV 시스템의 제어장치는 TCS 제어기로부터 TCS 토크 개입 요청을 수신하고, 변속기 제어기로부터 변속기 토크 개입 요청을 수신하는 하이브리드 제어기를 구비하되, 상기 하이브리드 제어기는 HSG 제어기로부터 토크 개입 요청을 수신하여 엔진 토크를 제어하고, HSG 토크 및 엔진 토크를 결정하여 엔진 및 HSG 토크를 각각의 제어기들에게 분배한다.

Description

HEV 시스템의 토크 개입 요청에 따른 제어장치{Apparatus for controlling according to request for toque intervention of HEV system}
본 발명은 HEV 시스템의 토크 개입 요청에 따른 제어장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 HEV 시스템의 전륜과 후륜의 토크 개입을 이원화하는 기술에 관한 것이다.
일반적으로 하이브리드 전기자동차는 전륜과 후륜에 각각 독립적인 구동수단이 적용되고, 각각의 구동수단은 운전 환경의 조건에 따라 독립적으로 구동되거나 함께 구동된다.
여기서, 하이브리드 전기자동차는 좁은 의미로, 연료전지 자동차, 전기자동차와 구별될 수 있으나, 본 명세서에서 하이브리드 전지자동차의 의미는 순수 전기자동차와 연료전지 자동차를 포괄하는 것으로 하나 이상의 배터리가 구비되고, 배터리에 저장된 에너지가 자동차의 구동력으로 사용되는 자동차를 지칭한다.
하이브리드 전기자동차는 전륜 혹은 후륜 중 어느 한 축만으로 주행하는 2WD(2 Wheel Drive) 구동을 기본적인 구동으로 실행하고, 구동력이 부족하게 되는 경우 휴지 상태에 있는 나머지 다른 한 축을 활용하는 부분 4WD(4 Wheel Drive) 구동을 실행한다.
하이브리드 전기자동차는 엔진과 모터 시스템, 모터 시스템과 모터 시스템을 전륜과 후륜에 적절하게 적용하여 다양한 형식으로 구성될 수 있다.
예를 들어, 전륜에 엔진을 적용하고, 후륜에 독립적인 모터 시스템이 적용될 수 있다.
또한, 전륜축 혹은 후륜축 중 어느 하나에 인라인 모터 시스템을 적용하여 좌우 차륜에 동력이 전달되도록 하고, 다른 하나의 축에 연결되는 각 차륜에 인휠 모터 시스템을 적용할 수 있다.
TTR 방식이 아닌 하이브리드 전기자동차는 엔진과 구동 모터가 동일한 축에 연결되거나, 유성기어와 같은 기어로 맞물려 있다. 이와 같은 방식을 활용하여 토크 개입을 대부분 구동 모터가 제어하고 담당한다. 이러한 구동 모터가 토크 개입을 하게 되면, 엔진보다 응답성이 빠르고, 연비에 이익을 줄 수 있으나, 이러한 구동 모터의 토크 개입에 따른 응답성 및 연비 향상 정도는 미미한 수준이다.
본 발명은 차량의 전륜에서 변속기에 의한 토크 개입 및 TCS에 의한 토크 개입에 HSG(Hybrid Starter Generator)가 엔진의 토크 제어를 보조하여 응답성을 향상시키는 기술을 제공한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명의 일실시예에 따른 HEV 시스템의 토크 개입 요청에 따른 제어장치는 TCS 제어기로부터 TCS 토크 개입 요청을 수신하고, 변속기 제어기로부터 변속기 토크 개입 요청을 수신하는 하이브리드 제어기를 구비하되, 상기 하이브리드 제어기는 HSG 제어기로부터 토크 개입 요청을 수신하여 엔진 토크를 제어하고, HSG 토크 및 엔진 토크를 결정하여 엔진 및 HSG 토크를 각각의 제어기들에게 분배한다.
또한, 상기 하이브리드 제어기는 후륜의 구동모터, 클러치 및 배터리로부터 신호를 수신하여 상기 제어기를 제어할 수 있다.
또한, 상기 TCS 제어기 및 상기 변속기 제어기는 변속기와 연결되어 상기 하이브리드 제어기와 신호를 송수신할 수 있다.
또한, 상기 HSG 제어기는 HSG와 연결되어 상기 하이브리드 제어기와 신호를 송수신할 수 있다.
또한, 상기 HSG 제어기는 구동모터 제어기와 연결되어 신호를 송수신할 수 있다.
또한, 상기 HSG 제어기는 배터리 제어기와 연결되어 신호를 송수신할 수 있다.
본 기술은 HEV 시스템의 변속기에 의한 토크 개입 요청 및 TCS에 의한 토크 개입 요청에 HSG가 보조하여 토크 개입에 따른 응답성이 향상된다.
아울러, 본 기술은 HEV 시스템에서 HSG가 발전 제어를 수행하여 고전압 배터리를 충전하기 때문에 차량의 연비를 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 HEV 시스템이 구비된 하이브리드 자동차의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 HEV 시스템에서 후륜의 동작 시 토크 개입 요청에 따른 제어방법을 설명하는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 HEV 시스템의 하이브리드 제어기를 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 HEV 시스템 내 토크 개입 요청에 따른 하이브리드 제어기에서의 제어방법을 설명하는 순서도이다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되어 있는 상세한 설명을 통하여 보다 명확해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 HEV 시스템이 구비된 하이브리드 자동차의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 하이브리드 자동차는 엔진(100), 변속기(110), HSG(120), 하이브리드 제어기(125), 구동모터(130), 클러치(140), 감속기(150) 및 배터리(160) 등을 포함한다.
아울러, 엔진을 제어하는 엔진 제어기(170), TCS 제어기(180, Traction Control Unit), 변속기 제어기(190, Transmission Control Unit), HSG 제어기(200, HSG Control Unit), 구동모터 제어기(210, Driving Motor Control Unit) 및 배터리 제어기(220, Battery Control Unit) 등을 포함한다.
하이브리드 자동차는 엔진(100)과 구동모터(130)를 이용하여 차량에 동력을 공급하며, 엔진(100)은 전륜에 배치되며, 구동모터(130)는 후륜에 배치된다. 즉, 엔진(100)의 회전력을 주동력으로 하면서 구동모터(130)의 회전력을 보조동력으로 이용하며, 전륜에는 변속기(110) 및 엔진(100)이 구비되어 있어서 변속기(110)에 의한 토크 개입 및 TCS에 의한 토크 개입이 수행된다. 그러나, 후륜에는 변속기가 구비되어 있지 않으므로 변속기에 의한 토크 개입은 수행되지 않고, TCS에 의한 토크 개입만 수행된다.
변속기(110)는 전륜에 배치되며, 토크 컨버터를 삭제한 6단 자동변속기가 가능하고, 엔진의 아이들 정지(idle stop) 상태에서 시동 또는 모드 변환 시 엔진 크랭킹(cranking)을 위하여 ISG(integrated starter generator)를 사용할 수 있다.
HSG(120)는 엔진의 동력을 발전하여 배터리 충전을 하거나, 엔진의 시동 또는 정지하는 제어를 수행한다. HSG(120)가 엔진의 토크 제어를 보조하여 응답성을 향상시킬 수 있다. 이러한 HSG(120)는 벨트 타입으로 엔진과 연결되어 있어서, 벨트의 장력보다 큰 토크가 발생하게 되면, 벨트는 슬립이 일어나기 때문에 벨트 슬립이 일어나지 않는 범위의 토크로 HSG(120)가 제어될 필요가 있다.
하이브리드 제어기(125, Hybrid Control Unit, HCU)는 각 제어기들의 구동 제어 및 하이브리드 운전모드 설정, 그리고 차량 전반의 제어를 담당하는 최상위 제어기로서, 상기한 각 제어기들이 최상위 제어기인 하이브리드 제어기(125)를 중심으로 고속 CAN 통신라인으로 연결되어, 제어기들 상호 간에 정보를 주고받으면서 상위 제어기는 하위 제어기에 명령을 전달하도록 되어 있다.
구동모터(130)는 전력을 공급하기 위한 주 동력원으로 고전압 배터리(160)와 연결된다. 구동모터(130)의 파워는 순간적으로 출력 가능한 파워와 연속적으로 출력 가능한 파워로 구분되는데, 순간적으로 출력 가능한 파워는 파워의 양은 크지만 사용 가능한 시간이 짧은 반면, 연속적으로 출력 가능한 파워는 파워의 양은 작지만 사용 가능한 시간이 길다.
클러치(140)는 구동모터(130)의 동력을 잇거나 끊는 장치로서, 그 동력의 축을 임의로 이었다가 끊기도 한다. 클러치 종류에는 맞물림 클러치, 마찰 클러치, 유체 클러치 및 전자기 클러치 등이 있다.
감속기(150)는 감속기어로서, 구동모터(130)의 출력을 좌측 및 우측 차륜에 전달한다.
여기서, 하이브리드 자동차는 전륜에는 엔진(100), 변속기(110)가 연결되고, 후륜에는 구동모터(130), 클러치(140), 감속기(150) 및 배터리(160)가 연결되어 있어서, 차량이 가속 또는 등판 시에 동력을 보조받을 수 있기 때문에 동급의 엔진(100)이라도 일반차량에 비해 가속 및 등판력이 좋으며, 감속 시에는 버려지는 에너지를 구동모터(130)가 회생시켜 배터리(160)를 충전한다. 자동차가 정지 시에는 엔진(100)이 정지할 수 있어서 연비 개선 및 이산화탄소 배출을 줄일 수 있다.
특히, HSG(120)가 엔진(100)의 토크 제어를 보조하여 응답성을 향상시키는데, HSG(120)가 엔진(100)과 연결되도록 벨트를 이용하되, 벨트 장력을 고려하여 토크 제어를 하며, SOC(State of charge)가 최대 제한값에 도달한 경우 및 전장 파워가 일정한 값(A) 이상인 경우에는 HSG(120)에 의한 토크 개입을 요청하여 토크 개입을 보조할 수 있고, SOC가 최저 제한값에 도달한 경우에는 변속기(110)에 의한 토크 개입 요청 및 TCS에 의한 토크 개입 요청하여 모두 토크를 제어하는 기술을 제공한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 HEV 시스템에서 후륜의 동작 시 토크 개입 요청에 따른 제어방법을 설명하는 그래프이다.
도 2의 (i)을 참조하면, 구동모터가 전진 주행을 위한 구동력이 발생하는 경우에는 TCS(Traction Control System)가 토크 개입을 요청(토크 저감을 요청)할 수 있고, 구동모터는 TCS의 토크 개입 요청에 따라 토크를 발생시킨다.
도 2의 (ii)를 참조하면, 구동모터가 회생 제동을 하는 경우에는 TCS(Traction Control System)가 토크 개입을 요청(토크 저감을 요청)할 수 있고, 구동모터는 TCS의 토크 개입 요청에 따라 토크를 발생시킨다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 HEV 시스템의 하이브리드 제어기를 설명하는 도면이다.
도 3을 참조하면, 하이브리드 제어기(125)는 각 제어기들의 구동 제어 및 하이브리드 운전모드 설정, 그리고 차량 전반의 제어를 담당하는 최상위 제어기로서, 상기한 각 제어기들이 최상위 제어기인 하이브리드 제어기(125)를 중심으로 고속 CAN 통신라인으로 연결되어, 제어기들 상호 간에 정보를 주고받으면서 상위 제어기는 하위 제어기에 명령을 전달하도록 되어 있다.
하이브리드 제어기(125)는 TCS 제어기(180)와 변속기 제어기(190)로부터 TCS 토크 개입 요청 및 변속 토크 개입 요청신호를 수신한다.
하이브리드 제어기(125)는 TCS 토크 개입 요청신호 및 변속 토크 개입 요청신호와 하이브리드 제어기(125) 내 벨트 장력 제한 연산부(230), 배터리 SOC 모니터부(240) 및 차량 전장 부하 연산부(250)에서 각각 제한 토크값, 모니터링된 SOC값 및 연산된 전장 부하값을 HSG 토크 개입 연산부(260)로 전송한다.
구체적으로, 벨트 장력 제한 연산부(230)에서는 HSG 토크 개입 연산부(260)에 각각 슬립이 발생하지 않는 토크값을 제한값으로 전송하고, 배터리 SOC 모니터부(240)에서는 HSG 토크 개입 연산부(260)에 모니터링된 배터리 충전상태를 전송하는 것이며, 차량 전장 부하 연산부(250)에서는 HSG 토크 개입 연산부(260)에 연산된 전장부하값을 전송한다.
HSG 토크 개입 연산부(260)에서는 HSG 토크 및 엔진 토크를 결정하고, 엔진 및 HSG 토크 분배부(270)로 전송한다.
엔진 및 HSG 토크 분배부(270)는 각각 엔진 제어기(170)로 엔진 토크 지령을 전송하고, HSG 제어기(200)로 HSG 토크지령을 전송한다.
아울러, 구동모터 토크 개입 연산부(280)는 구동모터 제어기(210)에 구동모터 토크지령을 전송한다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 HEV 시스템 내 토크 개입 요청에 따른 하이브리드 제어기에서의 제어방법을 설명하는 순서도이다.
도 4를 참조하면, 전륜에 구비된 TCS 제어기가 토크 개입을 요청여부를 판단한다(S100). 구체적으로, TCS 제어기가 토크 개입 요청신호를 하이브리드 제어기에 신호를 전송하면, 후륜에 구비된 클러치(Clutch)는 클러치 락 업(lock up) 상태에 관한 신호를 하이브리드 제어기에 전송한다.
다음으로, 후륜에 구비된 클러치가 락 업되면, 모터 토크 개입 지령을 전달한다(S110, S120).
그러나, 후륜에 구비된 클러치가 락 업되지 않으면, 구동모터 토크가 0Nm이 된다(S130) 즉, 후륜에 구비된 구동모터에 토크가 전송되지 않는다.
여기서, 클러치의 락 업(lock up)은 클러치 양단의 속도 차이가 없다는 것을 의미하고, 입력으로 인가된 토크가 출력으로 100% 전달되는 상태를 말하며, 클러치가 물리적으로 붙어 있는 상태를 의미한다.
그리고, TCS 제어기가 토크 개입 요청신호를 하이브리드 제어기에 신호를 전송함과 더불어 후륜에 구비된 배터리 제어기로부터 수신된 배터리 SOC(State of Charge)가 최대값(최대 제한값)과 같거나 더 큰 값인지 여부를 판단한다(S140).
다음에는, 배터리 SOC가 최대값(최대 제한값)과 같거나 더 큰 값이라면, 전장 부하값이 일정값(A) 이상인지 여부를 판단한다(S150).
여기서, 전장 부하값이 일정값(A) 이상이라면, HSG 토크 개입 연산부에서 연산을 실시한다(S160).
다음에는, 엔진 및 HSG 토크 분배부에서는 각각의 엔진제어기 및 HSG 제어기에 엔진 토크 및 HSG 토크를 분배하도록 토크지령을 전송한다(S170).
그러나, 전장부하값이 일정값(A) 이하라면, HSG 토크가 0Nm이 된다(S180). 즉, HSG 토크 개입을 수행하지 않는다.
그리고, 엔진으로 토크 개입을 수행한다(S190).
그러나, TCS 제어기가 토크 개입 요청신호를 하이브리드 제어기에 신호를 전송하지 않으면, 변속기 제어기는 토크 개입에 관한 요청여부를 판단한다(S200).
다음에는, 변속기 제어기에서 토크 개입을 요청하면, HSG 토크 개입 연산부에서 연산을 실시한다(S210).
다음으로, 엔진 및 HSG 토크 분배부에서는 각각의 엔진제어기 및 HSG 제어기에 엔진 토크 및 HSG 토크를 분배하도록 토크지령을 전송한다(S220).
그러나, 변속기 제어기에서 토크 개입을 요청하지 않으면, HEV 차량은 주행을 계속한다(S230).
전술한 바와 같이, 본 기술은 HEV 시스템의 변속기에 의한 토크 개입 요청 및 TCS에 의한 토크 개입 요청에 HSG가 보조하여 토크 개입에 따른 응답성이 향상된다.
아울러, 본 기술은 HEV 시스템에서 HSG가 발전 제어를 수행하여 고전압 배터리를 충전하기 때문에 차량의 연비를 향상시킬 수 있다.
이상, 본 발명은 비록 한정된 구성과 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명의 기술적 사상은 이러한 것에 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해, 본 발명의 기술적 사상과 하기 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 실시가 가능할 것이다.

Claims (6)

  1. TCS 제어기로부터 TCS 토크 개입 요청을 수신하고, 변속기 제어기로부터 변속기 토크 개입 요청을 수신하는 하이브리드 제어기를 구비하되,
    상기 하이브리드 제어기는 HSG 제어기로부터 토크 개입 요청을 수신하여 엔진 토크를 제어하고, HSG 토크 및 엔진 토크를 결정하여 엔진 및 HSG 토크를 각각의 제어기들에게 분배하는 것을 특징으로 하는 HEV 시스템의 토크 개입 요청에 따른 제어장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 하이브리드 제어기는 후륜의 구동모터, 클러치 및 배터리로부터 신호를 수신하여 상기 제어기를 제어하는 것을 특징으로 하는 HEV 시스템의 토크 개입 요청에 따른 제어장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 TCS 제어기 및 상기 변속기 제어기는 변속기와 연결되어 상기 하이브리드 제어기와 신호를 송수신하는 것을 특징으로 하는 HEV 시스템의 토크 개입 요청에 따른 제어장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 HSG 제어기는 HSG와 연결되어 상기 하이브리드 제어기와 신호를 송수신하는 것을 특징으로 하는 HEV 시스템의 토크 개입 요청에 따른 제어장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 HSG 제어기는 구동모터 제어기와 연결되어 신호를 송수신하는 것을 특징으로 하는 HEV 시스템의 토크 개입 요청에 따른 제어장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 HSG 제어기는 배터리 제어기와 연결되어 신호를 송수신하는 것을 특징으로 하는 HEV 시스템의 토크 개입 요청에 따른 제어장치.
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