KR20180038134A - 하이브리드 차량의 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 하이브리드 차량의 모터 토크 제어 방법에 관한 것으로서, 운전자의 가속 의지에 따른 킥 다운 변속 시에 가속 응답성을 향상시킬 수 있는 하이브리드 차량의 제어 방법을 제공하는데 주된 목적이 있는 것이다. 상기한 목적을 달성하기 위해, 운전자 가속 조작으로 인한 킥 다운 변속 요구 검출 시, 제어부가 실시간 검출되는 차량 구동용 모터의 현재 속도로부터 킥 다운 변속 동안 상승하는 모터 속도의 상승 기울기가 연산되는 단계; 상기 제어부에 의해 상기 모터 속도의 상승 기울기로부터 인터벤션 토크 감소 기울기가 산출되는 단계; 상기 제어부에 의해 상기 실시간 검출되는 모터의 현재 속도로부터 토크 인터벤션 제어의 진입 시점이 결정되는 단계; 및 상기 제어부에 의해 상기 결정된 진입 시점부터 상기 산출된 인터벤션 토크 감소 기울기에 따라 감소되는 모터 토크인 인터벤션 토크를 출력하도록 상기 모터의 구동을 제어하는 토크 인터벤션 제어가 수행되는 단계를 포함하는 하이브리드 차량의 제어 방법이 개시된다.

Description

하이브리드 차량의 제어 방법{Control method for hybrid electric vehicle}
본 발명은 하이브리드 차량의 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 운전자의 가속 의지에 따른 킥 다운 변속 시에 가속 응답성을 향상시킬 수 있는 하이브리드 차량의 제어 방법에 관한 것이다.
하이브리드 차량(Hybrid Vehicle)은 서로 다른 두 종류 이상의 구동원을 사용하는 차량으로서, 일반적으로 연료를 연소시켜 구동력을 제공하는 엔진과 배터리 전력으로 구동력을 제공하는 모터에 의해 구동되는 차량을 의미한다.
도 1은 TMED(Transmission Mounted Electric Device) 방식을 적용한 하이브리드 차량의 파워 트레인 구성을 예시한 도면으로, 도시된 바와 같이 TMED 하이브리드 차량에서는 모터가 변속기측에 장착되어 모터 출력축이 변속기 입력축과 연결되어 있다.
구성을 살펴보면, TMED 하이브리드 차량은 차량 주행을 위한 구동원이 되는 엔진(1)과 모터(3), 상기 엔진(1)과 모터(3) 사이에 개재되는 엔진 클러치(2), 모터(3)의 출력측에 연결되는 변속기(4), 상기 모터(3)를 구동시키기 위한 인버터(5), 및 모터(3)의 동력원(전력원)으로서 인버터(5)를 통해 모터(3)에 충, 방전 가능하게 연결되는 배터리(6)를 구비하고 있다.
도 1에서 도면부호 7은 엔진(1)과 동력 전달 가능하게 연결되어 엔진을 시동하거나 엔진 동력으로 발전을 수행하는 시동발전기(Hybrid Starter and Generator, HSG)를 나타낸다.
엔진 클러치(2)는 유압에 의한 결합 또는 해제 작동을 통하여 엔진(1)과 모터(3) 사이를 선택적으로 동력 전달 가능하게 연결하거나 단절시키며, 인버터(5)는 모터(3)의 구동을 위해 배터리(6)의 직류전류를 3상 교류전류로 변환하여 모터에 인가한다.
또한, 변속기(4)는 엔진(1) 및 모터(3)의 동력을 변속하여 구동축으로 전달한다.
이와 같은 구성의 하이브리드 차량은 모터(3)의 동력만을 이용하는 순수 전기차 모드인 EV(Electric Vehicle, EV) 모드, 또는 엔진(1)의 동력과 모터(3)의 동력을 복합적으로 이용하는 HEV(Hybrid Electric Vehicle, HEV) 모드로 주행할 수 있다.
또한, 브레이크에 의한 제동 시나 관성에 의한 타행 주행(coasting) 시에 차량의 관성에너지를 모터의 발전작동을 통해 회수하여 배터리를 충전(모터 충전)하는 회생제동(Regenerative Braking, RB)이 수행된다.
또한, 하이브리드 차량에는 차량 작동의 전반을 제어하는 최상위 제어기인 하이브리드 제어기(Hybrid Control Unit, HCU)가 탑재되고, 그 밖에 차량의 각종 장치를 제어하기 위한 다양한 제어기들이 구비된다.
예를 들어, 엔진의 작동을 제어하는 엔진 제어기(Engine Control Unit, ECU), 모터의 작동을 제어하는 모터 제어기(Motor Control Unit, MCU), 변속기의 작동을 제어하는 변속 제어기(Transmission Control Unit, TCU), 배터리 상태 정보를 수집하여 배터리 충, 방전 제어에 이용하거나 타 제어기에 제공하는 배터리 제어기(Battery Management System, BMS), 차량의 제동 제어를 수행하는 브레이크 제어기 등이 구비된다.
상기 하이브리드 제어기와 각 제어기들은 CAN 통신을 통해 상호 간에 정보를 주고받으면서 차량 내 장치에 대한 협조 제어를 수행하는데, 상위 제어기가 하위 제어기들로부터 각종 정보를 수집하면서 제어 명령을 하위 제어기에 전달하게 된다.
한편, 운전자가 주행 중 차량을 가속하기 위하여 가속페달을 팁-인(tip-in) 조작하게 되면, 변속 제어기(TCU)가 현재의 차속 및 APS(Accel Position Sensor) 값에 따라 기어단을 하향으로 변경하는 킥 다운(Kick Down, K/D) 변속 제어를 실시한다.
이때, 변속 제어기(TCU)는 킥 다운 변속 말기에 변속기 출력측의 급격한 토크 변동으로 인해 나타나는 충격(shock)을 상쇄시키기 위하여 변속기 입력측으로 전달되는 토크의 절대값을 줄이는 토크 인터벤션(intervention) 제어를 하이브리드 제어기(HCU)에 요청한다.
이에 하이브리드 제어기(HCU)가 엔진 제어기(ECU) 및 모터 제어기(MCU)에 신호를 전달하여 변속기 입력측에 인터벤션 토크가 출력되도록 엔진과 모터를 제어하게 된다.
도 2를 참조하여 하이브리드 차량의 킥 다운 변속 시 제어 방법에 대해 좀더 설명하면 다음과 같다.
먼저, 차량 주행 중에 운전자가 가속을 위하여 가속페달을 팁-인 조작한 시점에서 APS 값이 증가함을 볼 수 있고, 이러한 팁-인 조작 시점부터 운전자가 실제 차량 가속도의 증가(예, 가속도 0.2G까지의 증가)를 인지하는 시점까지의 시간(가속 인지 시간)을 볼 수 있다.
또한, 도 2는 변속 제어기에 의한 킥 다운 변속 과정에서 변속 제어기가 하이브리드 제어기에 토크 인터벤션 제어를 요청한 뒤, 하이브리드 제어기의 제어 명령에 따라 실변속 말기에 변속기 입력측에 전달되는 모터 토크를 감소시키는 토크 인터벤션이 실시됨을 보여주고 있다.
토크 인터벤션 제어에 의해 변속기 입력측에 전달되는 감소된 모터 토크를 인터벤션 토크라 칭하기로 하며, 도 2에 나타낸 바와 같이 킥 다운 변속 말기에 모터로부터 변속기 입력측에 인터벤션 토크가 출력된다.
또한, 운전자의 가속페달 조작으로 급가속이 요구되는 상황에서의 킥 다운 변속 시에 목표로 하는 기어단에 해당하는 목표 기어단 속도가 결정되고, 도 2를 참조하면, 상기 결정된 목표 기어단 속도에 도달할 때까지 모터 속도가 상승함을 볼 수 있다.
종래에는 차량 주행 중 운전자가 차량 가속을 위해 가속페달을 팁-인 조작할 경우, 변속 제어기가 킥 다운 변속 제어를 실시함과 더불어 하이브리드 제어기에 차량 구동원(즉, 모터)으로부터 변속기 입력측으로 정해진 인터벤션 토크가 출력되도록 하는 토크 인터벤션 제어를 요청하고, 이에 하이브리드 제어기가 모터 토크를 인터벤션 토크까지 줄이는 토크 인터벤션 제어를 수행한다.
종래에는 변속 제어기가 변속기 체결 유압의 부정확도, TMED 하이브리드 시스템의 구동계 댐핑요소 부재(不在), 하드웨어 편차, 차량 외란 영향도 등을 고려하여 요구 토크와 변속기 출력측 속도에 따라 러프(rough)한 인터벤션 토크를 요청하게 된다.
이럴 경우 운전자의 가속 의지가 높은 영역에서 인터벤션 토크가 과다하게 출력되어 토크 컨버터(댐핑요소임)가 없는 TMED 하이브리드 시스템에서는 실변속 말기에 가속감 저하 등의 문제가 발생한다.
즉, 도 2에 나타낸 바와 같이, 변속 제어기에 의한 킥 다운 변속 제어 상황에서 변속 종료 후에도 인터벤션 토크(감소된 모터 토크)가 과도하게 지속적으로 출력되고, 따라서 변속 종료 시점 부근에서 상기와 같이 지속적으로 출력되는 인터벤션 토크가 차량의 구동력을 저하하는 방향으로 차량 휠에 작용하게 된다.
이와 같이 휠에 차량의 구동력을 저하하는 토크 출력이 이루어질 경우, 차량 가속감 측면에서 불리함이 있게 되고, 결국 도 2에 나타낸 바와 같이 운전자가 가속페달을 밟은 후 가속을 인지하는 시간이 길어지게 되어 차량 상품성 측면에서 매우 불리해진다.
또한, 종래에는 운전자의 가속 의지(APS 절대값이나 APS 값 변화의 기울기)에 상관없이 도 2와 같이 정해진 일정 변속 페이즈(phase)에 도달하면 토크 인터벤션 진입이 이루어지는데, 이 경우 도 2에 나타낸 바와 같이 킥 다운 변속 말기의 충격 방지를 위하여 해방 유압의 배압 제어를 통해 변속 말기의 모터 속도 상승 기울기를 감소시키게 되어 있고, 결국 모터 속도 상승 기울기의 감소로 인해 실변속 시간 단축에도 악영향을 미치게 된다.
즉, 모터 속도 상승 기울기를 줄이게 되면서 목표 기어단 속도에 도달하기까지의 시간이 길어지고, 결국 실변속 시간 및 변속 완료 시간이 길어지는 등 변속 시간 측면에서 불리함이 있게 되며, 나아가 이는 차량의 동력 성능에 불리하게 작용하게 된다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로서, 운전자의 가속 의지에 따른 킥 다운 변속 시에 가속 응답성을 향상시킬 수 있는 하이브리드 차량의 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따르면, a) 운전자 가속 조작으로 인한 킥 다운 변속 요구 검출 시, 제어부가 실시간 검출되는 차량 구동용 모터의 현재 속도로부터 킥 다운 변속 동안 상승하는 모터 속도의 상승 기울기가 연산되는 단계; b) 상기 제어부에 의해 상기 모터 속도의 상승 기울기로부터 인터벤션 토크 감소 기울기가 산출되는 단계; c) 상기 제어부에 의해 상기 실시간 검출되는 모터의 현재 속도로부터 토크 인터벤션 제어의 진입 시점이 결정되는 단계; 및 d) 상기 제어부에 의해 상기 결정된 진입 시점부터 상기 산출된 인터벤션 토크 감소 기울기에 따라 감소되는 모터 토크인 인터벤션 토크를 출력하도록 상기 모터의 구동을 제어하는 토크 인터벤션 제어가 수행되는 단계를 포함하는 하이브리드 차량의 제어 방법을 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 제어 방법은, 상기 운전자 가속 조작으로 인한 킥 다운 변속 요구 검출 시, 상기 모터의 변속 시작 전 속도인 초기 모터 속도가 검출되고, 상기 제어부에 의해 킥 다운 변속 완료 시점의 목표 모터 속도인 목표 기어단 속도가 결정되는 단계; 상기 제어부에 의해 상기 초기 모터 속도와 상기 목표 기어단 속도의 차이값이 연산되는 단계; 상기 제어부에 의해 현재의 배터리 가용 파워 영역에서의 상기 목표 기어단 속도와 상기 초기 모터 속도에 각각 해당하는 설정된 최대 모터 토크 제한값이 결정되는 단계; 상기 제어부에 의해 상기 초기 모터 속도에서의 최대 모터 토크 제한값과 상기 목표 기어단 속도에서의 최대 모터 토크 제한값의 차이값이 결정되는 단계; 및 상기 제어부가 상기 최대 모터 토크 제한값의 차이값을 정해진 임계값과 비교하는 단계를 더 포함하고, 상기 최대 모터 토크 제한값의 차이값이 상기 임계값 이상인 경우 상기 제어부에 의해 상기 a)에서 d)의 단계가 수행될 수 있다.
그리고, 상기 제어부는 상기 실시간 검출되는 모터의 현재 속도가 정해진 진입 기준 속도에 도달한 시점을 토크 인터벤선 제어 진입 시점으로 판단할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 제어 방법은, 상기 운전자 가속 조작으로 인한 킥 다운 변속 요구 검출 시, 상기 모터의 변속 시작 전 속도인 초기 모터 속도가 검출되고, 상기 제어부에 의해 킥 다운 변속 완료 시점의 목표 모터 속도인 목표 기어단 속도가 결정되는 단계를 더 포함하고, 상기 진입 기준 속도는 상기 제어부에 의해 상기 초기 모터 속도와 상기 목표 기어단 속도의 차이값으로부터 결정될 수 있다.
그리고, 상기 제어부에서 상기 초기 모터 속도와 상기 목표 기어단 속도의 차이값에 해당하는 제1 속도 비율값이 맵으로부터 구해지고, 상기 초기 모터 속도와 상기 목표 기어단 속도의 차이값과 상기 제1 속도 비율값의 곱에 상기 초기 모터 속도를 더한 값으로 상기 진입 기준 속도가 구해질 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 제어 방법은, 상기 운전자 가속 조작으로 인한 킥 다운 변속 요구 검출 시, 상기 모터의 변속 시작 전 속도인 초기 모터 속도가 검출되고, 상기 제어부에 의해 킥 다운 변속 완료 시점의 목표 모터 속도인 목표 기어단 속도가 결정되는 단계를 더 포함하고, 상기 인터벤션 토크 감소 기울기는 상기 모터 속도의 상승 기울기, 상기 초기 모터 속도, 및 상기 목표 기어단 속도로부터 결정될 수 있다.
또한, 상기 제어부에서 상기 모터 속도의 상승 기울기와, 상기 목표 기어단 속도에 대한 상기 초기 모터 속도의 비율값인 제2 속도 비율값에 해당하는 인터벤션 토크 감소 기울기가 맵으로부터 결정될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 제어 방법은, 상기 킥 다운 변속 동안 상승하는 상기 모터의 현재 속도가 상기 목표 기어단 속도에 도달한 경우 상기 제어부에 의한 토크 인터벤션 제어가 종료되는 단계를 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 토크 인터벤션 제어가 종료된 후, 상기 제어부에 의해, 상기 모터의 토크가 출력되는 구동축의 실제속도를 취득하는 단계, 상기 구동축의 모델속도를 산출하는 단계, 상기 취득된 구동축의 실제속도와 상기 산출된 모델속도의 편차에 기초하여 진동 성분을 구하는 단계, 상기 진동 성분으로부터 구동축의 진동을 저감하기 위한 진동 저감 보상 토크를 산출하는 단계, 및 상기 산출된 진동 저감 보상 토크만큼의 보상이 이루어진 모터 토크를 출력하도록 모터의 구동을 제어하는 단계를 포함하는 안티-저크 제어 과정이 수행될 수 있다.
또한, 상기 하이브리드 차량은 모터의 출력측에 변속기가 배치되는 TMED(Transmission Mounted Electric Device) 타입의 하이브리드 차랑일 수 있다.
이로써, 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 제어 방법에 의하면, 차량의 급가속 요구로 인한 킥 다운 변속 과정에서 최적화된 토크 인터벤션 제어 및 안티-저크 제어가 적용됨으로써, 종래에 비해 운전자의 가속 인지 시간을 단축할 수 있게 되고, 차량의 가속 응답성 향상과 상품성 개선의 효과를 얻을 수 있게 된다.
도 1은 하이브리드 차량의 파워 트레인 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 종래의 킥 다운 변속 시 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 제어 과정을 나타내는 순서도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 제어 과정을 수행하는 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 제어 과정에서 인터벤션 토크 및 안티-저크(anti-jerk) 보상 토크, 모터 속도를 나타내는 도면이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명은 운전자의 가속 의지에 따른 킥 다운 변속 시에 가속 응답성을 향상시킬 수 있는 하이브리드 차량의 제어 방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명에서 킥 다운(Kick Down, K/D)은 차량의 급가속이 필요할 때 운전자가 가속페달을 힘껏 밟으면 기어단이 저단으로 변경되는 자동 변속(예, 6단→5단, 6→4단 등)이 이루어지는 상황(이때 차량의 급가속이 진행됨)을 의미한다.
본 발명에 따른 하이브리드 차량의 제어 과정은 차량 내 복수 개의 제어기가 통신을 통해 협조 제어하여 수행될 수 있으며, 이때 차량 내 복수 개의 제어기는 변속기에 대한 킥 다운 변속 제어를 수행하는 변속 제어기(TCU), 최상위 제어기인 하이브리드 제어기(HCU), 모터 구동을 제어하는 모터 제어기(MCU), 배터리 상태 정보를 수집하여 배터리 충, 방전 제어에 이용하거나 타 제어기에 제공하는 배터리 제어기(BMS) 등의 제어기들이 될 수 있다.
또는 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 제어 과정은 통합된 하나의 제어부에 의해 수행될 수도 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 제어 과정을 나타내는 순서도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 제어 과정을 수행하는 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 4에서는 통합된 하나의 제어부(20)가 사용됨을 예시하고 있으나, 이 제어부(20)는 상호 통신을 통해 정보를 주고받으면서 협조 제어를 수행하는 하이브리드 제어기(HCU)와 변속 제어기(TCU), 모터 제어기(MCU), 배터리 제어기(BMS) 등을 포함하는 제어기 그룹이 될 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 제어 과정에서 인터벤션 토크 및 안티-저크(anti-jerk) 보상 토크, 모터 속도를 나타내는 도면이다.
먼저, 본 발명에서 차량으로부터 운전 정보의 검출이 이루어지고(S1), 제어부(20)가 검출된 운전 정보를 입력받게 된다.
상기 제어부(20)는 입력된 운전 정보에 기초하여 급가속을 원하는 운전자의 가속 조작(즉, 가속페달 조작)으로 인해 차량의 킥 다운 변속이 요구되는지를 판단하고(S2), 킥 다운 변속 요구 검출 시(즉, 킥 다운 변속이 요구됨을 판단한 경우) 킥 다운 변속의 목표 기어단과 목표 기어단 속도(목표로 하는 변속 완료 시점의 모터 속도)(NTJ)를 결정한다.
여기서, 운전 정보는 차속 검출부(11)에 의해 검출되는 차량의 주행 차속, 가속페달 검출부(APS)(12)에 의해 검출되는 페달 작동 변위, 기어단 검출부(13)에 의해 검출되는 현재의 변속기 기어단을 포함할 수 있다.
상기 차속 검출부(11)는 차량에서 차속을 검출하는 통상의 차속센서가 될 수 있으며, 예를 들어 차량 휠에 부착된 휠 속도 센서의 출력 값으로부터 차속을 구하거나 변속기의 출력축 회전수로부터 차속을 검출하는 요소가 될 수 있다.
그러나, 본 발명의 보호범위가 반드시 이에 한정된 것으로 이해되어서는 아니되며, 실질적인 차속에 상응하는 값의 검출 내지 계산을 가능하게 하는 구성요소라면 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있다.
상기 가속페달 검출부(12)는 운전자가 조작하는 가속페달의 팁-인(tip-in)/팁-아웃(tip-out)과 페달 작동 변위를 검출하기 위한 것으로, 통상의 APS(Accel Position Sensor)가 될 수 있고, 이는 가속페달 위치를 검출하여 그에 대한 정보를 전기적인 신호로 제어부(20)에 제공한다.
상기 기어단 검출부(13)는 현재의 주행 조건에서 선택된 기어단을 검출하여 그에 대한 정보를 제어부(20)에 제공한다.
상기 제어부(20)는 가속페달 검출부(12)에서 입력되는 페달 작동 변위 정보(가속페달 위치 또는 개도량, 이는 통상의 APS 값이 될 수 있음)로부터 킥 다운 변속 요구가 검출되면, 차속 검출부(11)에서 입력된 현재의 주행 차속과 가속페달 검출부(12)에서 입력된 페달 작동 변위에 따라 목표 기어단을 결정하고, 목표 기어단에 해당하는 모터 목표 속도인 목표 기어단 속도(NTJ)를 산출한다.
일례로, 킥 다운 변속 요구 시, 변속 제어기(TCU)가 현재의 차속과 페달 작동 변위에 따라 목표 기어단을 결정한 후, 이어 목표로 하는 킥 다운 변속 완료 시점의 모터 속도, 즉 상기 결정된 목표 기어단에서의 모터 속도인 목표 기어단 속도(NTJ)를 연산하도록 설정될 수 있다.
여기서, 목표 기어단 결정 및 목표 기어단 속도 연산 과정은 통상의 킥 다운 변속 제어 과정에서와 차이가 없으므로 상세한 설명을 생략하기로 한다.
한편으로, 제어부(20)는 변속 시작 전의 모터 속도를 산출하며, 차량에서 모터(30)의 속도가 산출 내지 검출되는 것에 대해서는 통상의 하이브리드 차량에서와 차이가 없으므로 상세한 설명을 생략하기로 한다.
일례로, 모터 제어기(MCU)의 모터 속도 산출부(미도시됨)가 변속 시작 전의 현재 모터 속도를 산출하고, 하이브리드 제어기(HCU)가 모터 제어기(MCU)로부터 모터 속도 정보를 전달받도록 할 수 있다.
이하, 본 명세서에서는 킥 다운 변속 시작 전의 모터 속도, 즉 킥 다운 변속 요구 검출 후 변속 실행 전 및 속도 상승 전에 산출 내지 검출된 모터 속도를 '초기 모터 속도(NI)'라 칭하기로 한다.
아울러, 이후 킥 다운 변속 과정에서 속도 상승 및 변화하는 동안에 모터 제어기(MCU)에서 실시간으로 산출 내지 검출되는 모터 속도를 '현재 모터 속도(NC)'라 구분하여 칭하기로 한다.
그리고, 상기 제어부(20)는 목표 기어단 및 목표 기어단 속도(NTJ)를 결정함과 더불어, 목표 기어단 속도(NTJ)와 초기 모터 속도(NI)의 차이값(Diff1)을 연산한다(S11).
일례로, 하이브리드 제어기(HCU)가 변속 제어기(TCU)에서 전달되는 목표 기어단 속도(NTJ)와 모터 제어기(MCU)에서 전달되는 초기 모터 속도(NI)의 차이값(Diff1)를 연산하도록 설정될 수 있다.
다음으로, 제어부(20)(예, 하이브리드 제어기)는 모터(30)가 상기 목표 기어단 속도로 구동할 때 현재의 배터리 가용 파워 영역에서 낼 수 있는 최대 토크값, 즉 현재의 배터리 가용 파워 영역에서의 상기 목표 기어단 속도(즉, 킥 다운 변속 완료 시점의 모터 속도)(NTJ)에 해당하는 설정된 최대 모터 토크 제한값을 산출한다.
또한, 제어부(예, 하이브리드 제어기)(20)는 현재의 배터리 가용 파워 영역에서의 상기 초기 모터 속도(NI)에 해당하는 설정된 최대 모터 토크 제한값을 산출한다(S12).
이어 제어부(20)는 상기 초기 모터 속도(NI)에서의 모터 토크 제한값과 상기 목표 기어단 속도(NTJ)에서의 모터 토크 제한값의 차이값(Diff2)을 구하고(S13), 상기 차이값(Diff2)을 미리 설정된 임계값(threshold)과 비교하여(S14) 토크 인터벤션 제어 방법을 결정한다.
즉, 킥 다운 변속 요구 시 실변속 이전에 변속 제어기(TCU)에서 연산된 목표 기어단 속도(NTJ)가 하이브리드 제어기(HCU)에 전달되고, 하이브리드 제어기(HCU)에서는 현재의 배터리 가용 파워 수준에서의 목표 기어단 속도(NTJ)에 해당하는 최대 모터 토크 제한값을 산출한 후 상기 연산된 최대 모터 토크 제한값과 초기 모터 속도에서의 모터 토크 제한값의 차이값(Diff2)을 연산하여 상기 연산된 차이값(Diff2)을 임계값과 비교하게 되며, 이때 차이값(Diff2)이 임계값 이상임을 하이브리드 제어기(HCU)가 판단한 경우 모터 제어기(MCU)를 메인 제어 주체로 하는 토크 인터벤션 제어가 수행되도록 하고, 상기 차이값(Diff2)이 임계값 미만임을 하이브리드 제어기(HCU)가 판단한 경우 변속 제어기(TCU)를 메인 제어 주체로 하는 토크 인터벤션 제어가 수행되도록 하는 것이다.
이하, 본 발명에서는 상기 차이값(Diff2)이 임계값 이상인 경우의 토크 인터벤션 제어를 제1 토크 인터벤션 제어라 칭하기로 하며, 상기 차이값(Diff2)이 임계값 미만인 경우의 토크 인터벤션 제어를 제2 토크 인터벤션 제어라 칭하기로 한다.
상기 제1 토크 인터벤션 제어는 본 발명에서 새로이 제시되는 토크 인터벤션 제어 방법으로서, 후술하는 바와 같이 제어 과정에서 모터 속도에 따라 토크 인터벤션 진입 시점을 결정하는 과정, 토크 인터벤션 제어로 진입하여 정해지는 기울기에 따라 감소되는 모터 토크(인터벤션 토크)가 출력되도록 제어하는 과정(인터벤션 토크 가변 출력 과정), 목표 기어단 도달 시 인터벤션 토크 출력을 중단하고 변속기 입력축(모터 출력축이면서 구동축임)에 대하여 안티-저크 보상 토크(진동 저감 보상 토크)로 보상된 토크 출력이 이루어지도록 제어하는 과정을 포함한다.
또한, 상기 제2 토크 인터벤션 제어는 공지의 토크 인터벤션 제어 방법으로서, 운전자의 가속페달 팁-인 조작에 따라 모터 속도가 상승하는 동시에 실변속 구간의 변속이 어느 정도 진행되고 나면, 즉 실변속 구간에서 세분화되어 있는 변속 페이즈가 설정된 변속 페이즈 단계에 도달하면, 인터벤션 토크(감소된 모터 토크) 출력이 이루어지도록 하는 종래의 토크 인터벤션 제어(모터의 토크 출력 감소 제어)가 수행된다.
이때, 상기 각 토크 인터벤션 제어는 킥 다운 변속 과정의 실변속 구간에서 수행되며, 상기 차이값(Diff2)이 임계값 미만이면, 하이브리드 제어기(HCU)가 제2 토크 인터벤션 제어 선택 정보를 변속 제어기(TCU)에 전달하고, 이어 하이브리드 제어기(HCU)와 변속 제어기(TCU), 모터 제어기(MCU)의 협조 제어 하에 종래의 제2 토크 인터벤션 제어가 수행된다.
즉, 도 2에 나타낸 바와 같이, 변속 제어기(TCU)에 의해 기어단을 목표 기어단으로 변속(기어단 하향 변경)하는 킥 다운 변속 제어 과정이 수행되고, 킥 다운 변속 과정의 실변속 구간에서 미리 정해진 특정 변속 페이즈 단계에 도달하면(S3, S4), 변속 제어기(TCU)가 하이브리드 제어기(HCU)에 토크 인터벤션을 요청하여, 하이브리드 제어기(HCU)와 모터 제어기(MCU)의 협조 제어 하에 감소된 모터 토크, 즉 인터벤션 토크가 일정 시간 동안 지속적으로 출력되도록 한다(S5).
통상적으로 변속 제어기(TCU)에서는 전체 변속 과정이 여러 구간으로 세분화되어 각 구간마다 정해진 변속 제어를 수행하며, 이때 각 구간은 다시 변속 제어기(TCU)의 사양에 따라 각각 정해진 변속 제어를 수행하는 여러 페이즈(phase)로 세분화될 수 있다.
다만, 변속 제어기(TCU)의 사양에 따라 변속 페이즈가 다르게 세분화되거나 정의될 수 있지만, 변속 제어기(TCU)에서 적어도 변속준비 구간, 실변속 구간, 변속종료 구간의 세 변속 제어 구간만큼은 공통적으로 구분되어 제공되고 있다.
이 중에서 실변속 구간은 유압 제어를 통해 실제 기어비 변경이 이루어지는 구간이며, 통상의 킥 다운 변속 과정에서 변속 제어기(TCU)는 현재의 기어단 및 목표 기어단, 엔진 토크 및 모터 토크 등의 여러 정보를 이용하여 변속기 내부의 작동요소에 제어된 유압이 전달될 수 있도록 함으로써 기어비 변경이 이루어지도록 한다.
또한, 변속 제어기(TCU)는 변속 과정 동안 하이브리드 제어기(HCU)나 모터 제어기(MCU)와 같은 타 제어기에 현재의 변속 진행 정보, 즉 변속준비 구간과 실변속 구간, 변속종료 구간에 대한 정보(각 구간의 시작 및 종료 등의 정보)를 제공하고, 나아가 각 구간마다 세분화된 변속 페이즈 중 현재 진행 중인 변속 페이즈에 대한 정보를 제공할 수 있다.
또한, 변속준비, 실변속, 변속종료의 각 변속 제어 구간마다 변속기의 각 마찰요소들이 미리 정해진 방식에 따라 선택적으로 해방 및 결합되고, 변속기의 마찰요소 중 정해진 마찰요소를 이용하여 유압의 배압 제어가 수행된다.
본 발명에서 제2 토크 인터벤션 제어 과정에서도 도 2에 나타낸 바와 같이 변속 제어기(TCU)에 의해 킥 다운 변속을 위한 변속 제어가 수행되는 동안 정해진 마찰요소를 사용하여 유압의 배압 제어가 실시되고(S6), 이후 변속 완료 후 인터벤션 토크의 출력이 중지되면서 토크 인터벤션 제어가 종료된다(S7).
그리고, 본 발명에서는 상기 S13 단계에서 연산된 최대 모터 토크 제한값들의 차이값(Diff2)이 임계값 이상인 경우, 하이브리드 제어기(HCU)가 제1 토크 인터벤션 제어 선택 정보를 모터 제어기(MCU)에 전달하고, 이어 하이브리드 제어기(HCU)와 변속 제어기(TCU), 모터 제어기(MCU)의 협조 제어 하에 제1 토크 인터벤션 제어가 수행된다.
이때, 변속 제어기(TCU)의 제어 하에 킥 다운 변속이 이루어지는 동안, 하이브리드 제어기(HCU)로부터 제1 토크 인터벤션 제어가 선택됨을 전달받은 모터 제어기(MCU)는, 운전자의 가속페달 팁-인 조작 후 상승하는 현재 모터 속도의 기울기, 즉 모터 속도 산출부에 의해 구해지는 현재 모터 속도(NC)의 상승 기울기(G1)를 연산한다(S15).
이어 모터 제어기(MCU)는 현재 모터 속도(NC)로부터 토크 인터벤션 제어 진입 시점을 결정하는데(S16), 현재 모터 속도(NC)가 진입 기준 속도(Nref)에 도달한 시점을 토크 인터벤선 제어 진입 시점으로 판단한다.
즉, 현재 모터 속도(NC)가 상기 진입 기준 속도(Nref)에 도달하면 토크 인터벤션 제어(인터벤션 토크 가변 출력 제어)가 시작되도록 하는 것이다.
상기 진입 기준 속도(Nref)는 S11 단계에서 구해진 초기 모터 속도(NI)와 목표 기어단 속도(NTJ)의 차이값(Diff1)에 따라 결정되도록 할 수 있으며, 바람직한 실시예에서 상기 진입 기준 속도(Nref)는, 상기 차이값(Diff1)으로부터 제1 속도 비율값(Ratio, R1)이 구해지면, 상기 차이값(Diff1)과 상기 제1 속도 비율값(R1)의 곱에 상기 초기 모터 속도(NC)를 더하여 계산될 수 있다((Nref = Diff1×R1 + NC).
상기 제1 속도 비율값(R1)은 상기 차이값(Diff1)으로부터 맵에서 결정되며, 상기 맵은 차이값(Diff1)에 따른 값으로서 제1 속도 비율값(R1)을 미리 설정해놓은 맵이고, 이는 제어부(20)(예, 모터 제어기)에 미리 입력 및 저장된 후 사용된다.
다음으로, 모터 제어기(MCU)가 상기 S15 단계에서 구해진 모터 속도 상승 기울기(G1)와 목표 기어단 속도(NTJ)에 대한 초기 모터 속도(NI)의 비율값인 제2 속도 비율값(R2, R2 = NI/NTJ)으로부터 인터벤션 토크의 기울기(인터벤션 토크 감소 기울기임)(G2)를 산출하고, 산출된 기울기(G2)에 따라 모터 토크를 감소시키는 토크 인터벤션 제어를 실시한다(S17).
즉, 모터 제어기(MCU)가 상기 산출된 기울기에 따라 감소되는 토크(인터벤션 토크)를 출력하도록 모터(30)의 구동을 제어하는 인터벤션 토크 가변 출력 제어가 실시되는 것이다.
상기 인터벤션 토크의 기울기(G2)는 모터 속도 상승 기울기(G1)와 제2 속도 비율값(R2)으로부터 맵에서 결정되며, 상기 맵은 모터 속도 상승 기울기(G1)와 제2 속도 비율값(R2)에 따른 값으로서 인터벤션 토크의 기울기(G2)를 미리 설정해놓은 맵이고, 이는 제어부(20)(예, 모터 제어기)에 미리 입력 및 저장된 후 사용된다.
이어 모터 제어기(MCU)는 현재 모터 속도(NC)가 목표 기어단 속도(NTJ)에 도달하면 토크 인터벤션 제어를 종료하고(S18,S19), 이어 안티-저크 제어를 실시한다(S20).
이와 같이 본 발명에서는 모터 속도 상승 기울기(상승률)와 상기 비율값(R2)에 따라 모터 토크 감소 기울기가 결정되어, 그 기울기에 따라 감소되는 모터 토크가 조절될 수 있도록 함으로써, 모터 속도 상승률 및 변속 진행률에 따라 최적화된 인터벤션 토크 가변 제어가 가능해진다.
또한, 모터 속도(NC)가 목표 기어단 속도(NTJ)에 도달하는 시점에서 인터벤션 토크 출력을 중지하여(인터벤션 토크 오프(off) 제어) 토크 인터벤선 제어를 종료함으로써, 실변속 영역에서의 최적화된 인터벤션 토크 출력이 이루어질 수 있는 것과 더불어 종래와 같은 변속 완료 이후의 차량 구동력 감소를 개선할 수 있게 된다.
안티-저크 제어는 변속시나 가속페달의 팁-인/아웃 조작 시, 엔진 클러치의 결합시 등에서, 구동축(변속기 입력축 또는 모터 출력축)의 진동 발생과 더불어 쇼크 및 저크(Shock & Jerk: 순간적인 급격한 움직임)와 같은 진동 현상이 발생하여 승차감 및 운전성의 저하를 초래하는 문제점을 해결하기 위한 것이다.
공지의 안티-저크 제어 과정에서는 안티-저크 보상 토크, 즉 진동 저감 보상 토크를 산출하고, 산출된 진동 저감 보상 토크만큼의 보상이 이루어지도록 모터 토크를 제어하게 된다.
이러한 공지의 안티-저크 제어 과정은, 차량을 구동하는 구동모터의 토크가 출력되는 구동축의 실제속도를 취득하는 단계, 구동축의 모델속도를 산출하는 단계, 상기 취득된 구동축의 실제속도와 상기 산출된 모델속도의 편차에 기초하여 진동 성분을 구하는 단계, 및 상기 진동 성분으로부터 구동축의 진동을 저감하기 위한 진동 저감 보상 토크를 생성하는 단계를 포함하며, 본 발명에서도 실변속 완료 이후에 발생할 수 있는 서지 및 저크성 진동을 저감하기 위하여 진동 저감 보상 토크를 생성하는 안티-저크 제어를 실시할 수 있다.
본 발명에서의 안티-저크 제어는 공지의 안티-저크 제어와 비교하여 기본적인 과정에 있어 동일한 방식으로 적용 및 실시될 수 있으며, 다만 제어 과정에서 진동 저감 보상 토크를 산출하기 위해 사용되는 제어 변수값(예, 게인값 및 최소(Min.)/최대(Max.) 값 등)을 결정하기 위한 맵에 있어서는 통상의 안티-저크 제어 시와 구분되는 다른 맵을 적용하여, 차별화된 안티-저크 토크 보상이 이루어지도록 할 수 있다.
이와 같이 본 발명에서는 차량의 급가속 요구로 인한 킥 다운 변속 과정에서 최적화된 토크 인터벤션 제어와 차별화된 안티-저크 제어가 적용됨으로써, 도 5에 나타낸 바와 같이 종래에 비해 본 발명에서 운전자의 가속 인지 시간을 단축할 수 있게 되고(가속 응답성 향상), 나아가 차량의 상품성이 개선되는 효과를 얻을 수 있게 된다.
이상으로 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당 업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.
11 : 차속 검출부
12 : 가속페달 검출부
13 : 기어단 검출부
20 : 제어부
30 : 모터

Claims (10)

  1. a) 운전자 가속 조작으로 인한 킥 다운 변속 요구 검출 시, 제어부가 실시간 검출되는 차량 구동용 모터의 현재 속도로부터 킥 다운 변속 동안 상승하는 모터 속도의 상승 기울기가 연산되는 단계;
    b) 상기 제어부에 의해 상기 모터 속도의 상승 기울기로부터 인터벤션 토크 감소 기울기가 산출되는 단계;
    c) 상기 제어부에 의해 상기 실시간 검출되는 모터의 현재 속도로부터 토크 인터벤션 제어의 진입 시점이 결정되는 단계; 및
    d) 상기 제어부에 의해 상기 결정된 진입 시점부터 상기 산출된 인터벤션 토크 감소 기울기에 따라 감소되는 모터 토크인 인터벤션 토크를 출력하도록 상기 모터의 구동을 제어하는 토크 인터벤션 제어가 수행되는 단계를 포함하는 하이브리드 차량의 제어 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 운전자 가속 조작으로 인한 킥 다운 변속 요구 검출 시, 상기 모터의 변속 시작 전 속도인 초기 모터 속도가 검출되고, 상기 제어부에 의해 킥 다운 변속 완료 시점의 목표 모터 속도인 목표 기어단 속도가 결정되는 단계;
    상기 제어부에 의해 상기 초기 모터 속도와 상기 목표 기어단 속도의 차이값이 연산되는 단계;
    상기 제어부에 의해 현재의 배터리 가용 파워 영역에서의 상기 목표 기어단 속도와 상기 초기 모터 속도에 각각 해당하는 설정된 최대 모터 토크 제한값이 결정되는 단계;
    상기 제어부에 의해 상기 초기 모터 속도에서의 최대 모터 토크 제한값과 상기 목표 기어단 속도에서의 최대 모터 토크 제한값의 차이값이 결정되는 단계; 및
    상기 제어부가 상기 최대 모터 토크 제한값의 차이값을 정해진 임계값과 비교하는 단계를 더 포함하고,
    상기 최대 모터 토크 제한값의 차이값이 상기 임계값 이상인 경우 상기 제어부에 의해 상기 a)에서 d)의 단계가 수행되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 제어 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부는 상기 실시간 검출되는 모터의 현재 속도가 정해진 진입 기준 속도에 도달한 시점을 토크 인터벤선 제어 진입 시점으로 판단하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 제어 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 운전자 가속 조작으로 인한 킥 다운 변속 요구 검출 시, 상기 모터의 변속 시작 전 속도인 초기 모터 속도가 검출되고, 상기 제어부에 의해 킥 다운 변속 완료 시점의 목표 모터 속도인 목표 기어단 속도가 결정되는 단계를 더 포함하고,
    상기 진입 기준 속도는 상기 제어부에 의해 상기 초기 모터 속도와 상기 목표 기어단 속도의 차이값으로부터 결정되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 제어 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제어부에서 상기 초기 모터 속도와 상기 목표 기어단 속도의 차이값에 해당하는 제1 속도 비율값이 맵으로부터 구해지고, 상기 초기 모터 속도와 상기 목표 기어단 속도의 차이값과 상기 제1 속도 비율값의 곱에 상기 초기 모터 속도를 더한 값으로 상기 진입 기준 속도가 구해지는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 제어 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 운전자 가속 조작으로 인한 킥 다운 변속 요구 검출 시, 상기 모터의 변속 시작 전 속도인 초기 모터 속도가 검출되고, 상기 제어부에 의해 킥 다운 변속 완료 시점의 목표 모터 속도인 목표 기어단 속도가 결정되는 단계를 더 포함하고,
    상기 인터벤션 토크 감소 기울기는 상기 모터 속도의 상승 기울기, 상기 초기 모터 속도, 및 상기 목표 기어단 속도로부터 결정되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 제어 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 제어부에서 상기 모터 속도의 상승 기울기와, 상기 목표 기어단 속도에 대한 상기 초기 모터 속도의 비율값인 제2 속도 비율값에 해당하는 인터벤션 토크 감소 기울기가 맵으로부터 결정되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 제어 방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 킥 다운 변속 동안 상승하는 상기 모터의 현재 속도가 상기 목표 기어단 속도에 도달한 경우 상기 제어부에 의한 토크 인터벤션 제어가 종료되는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 제어 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 토크 인터벤션 제어가 종료된 후, 상기 제어부에 의해,
    상기 모터의 토크가 출력되는 구동축의 실제속도를 취득하는 단계, 상기 구동축의 모델속도를 산출하는 단계, 상기 취득된 구동축의 실제속도와 상기 산출된 모델속도의 편차에 기초하여 진동 성분을 구하는 단계, 상기 진동 성분으로부터 구동축의 진동을 저감하기 위한 진동 저감 보상 토크를 산출하는 단계, 및 상기 산출된 진동 저감 보상 토크만큼의 보상이 이루어진 모터 토크를 출력하도록 모터의 구동을 제어하는 단계를 포함하는 안티-저크 제어 과정이 수행되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 제어 방법.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 하이브리드 차량은 모터의 출력측에 변속기가 배치되는 TMED(Transmission Mounted Electric Device) 타입의 하이브리드 차랑인 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 제어 방법.
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