KR20180060372A - 하이브리드 차량용 자동변속기의 변속 제어 방법 - Google Patents

하이브리드 차량용 자동변속기의 변속 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자동변속기의 실변속구간에서 운전자 요구토크 변화량에 따른 변속 제어가 이루어질 수 있도록 함으로써, 변속감 및 변속기 내구성을 향상시킬 수 있도록 한 하이브리드 차량용 자동변속기의 변속 제어 방법에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 자동변속기가 탑재된 하이브리드 차량의 변속 중 운전자 요구토크 변화량가 소정 수준 이상으로 크거나 잦을 때, 변속기 클러치의 유압 반응성 부족을 감안하여 모터토크를 PID 제어하여 변속기 클러치가 체결되도록 함으로써, 변속기 클러치 체결시 이질감 저감 및 변속시간 단축, 클러치 슬립 최소화를 실현할 수 있도록 한 하이브리드 차량용 자동변속기의 변속 제어 방법을 제공하고자 한 것이다.

Description

하이브리드 차량용 자동변속기의 변속 제어 방법{METHOD FOR CONTROLLING AUTO TRANSMISSION OF HYBRID VEHICLE}
본 발명은 하이브리드 차량용 자동변속기의 변속 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 자동변속기의 실변속구간에서 운전자 요구토크 변화량에 따른 변속 제어가 이루어질 수 있도록 함으로써, 변속감 및 변속기 내구성을 향상시킬 수 있도록 한 하이브리드 차량용 자동변속기의 변속 제어 방법에 관한 것이다.
친환경 차량 중 하이브리드 차량은 엔진 뿐만 아니라 모터를 동력원으로 채택하여, 배기가스 저감 및 연비 향상을 도모할 수 있는 차량으로서, 엔진 또는 모터 동력을 별로도 주행 휠로 전달하거나, 엔진 및 모터 동력을 함께 주행 휠로 전달하는 동력전달 시스템이 탑재되어 있다.
하이브리드 차량용 동력전달 시스템은 그 일례로서, 첨부한 도 1에 도시된 바와 같이 서로 직렬로 배열되는 엔진(10) 및 모터(12), 엔진(10) 및 모터(12) 사이에 배열되어 엔진 동력을 전달 또는 단절시키는 엔진클러치(13)와, 모터 또는 모터 및 엔진 동력을 주행 휠로 변속하여 출력하는 자동변속기(14)와, 엔진의 크랭크 풀리와 연결되어 엔진시동 및 배터리 발전을 하는 일종의 모터인 HSG(16, Hybrid Starter Generator)와, 모터 제어 및 발전 제어를 위한 인버터(18)와, 모터(12) 등에 전력을 제공하도록 인버터와 충방전 가능하게 연결되는 고전압 배터리(20) 등을 포함하여 구성된다.
이러한 하이브리드 차량용 동력전달 시스템은 모터가 자동변속기쪽에 붙어 있는 타입으로서, TMED(Transmission Mounted Electric Device) 방식이라 불리우며, 모터 동력만을 이용하는 순수 전기자동차 모드인 EV(electric vehicle)모드와, 엔진을 주동력으로 하면서 모터를 보조동력으로 이용하는 HEV(hybrid electric vehicle)모드와, 차량의 제동 혹은 관성에 의한 주행시 차량의 제동 및 관성 에너지를 상기 모터에서 발전을 통하여 회수하여 배터리에 충전하는 회생제동(RB: Regenerative Braking)모드 등의 주행모드를 제공한다.
상기 HEV 모드시에는 엔진클러치의 접합(lock-up)과 동시에 엔진과 모터 출력토크의 합으로 차량이 주행하고, EV 모드시에는 엔진클러치의 접합 해제(open)와 동시에 모터의 출력토크에 의해서만 차량의 주행이 이루어진다.
또한, 상기 EV 모드 또는 HEV 모드 주행시, 자동변속기에서는 운전자 요구토크에 따른 변속 제어로서, 변속기 내의 단수별 클러치가 접합됨으로써, 운전자 요구토크에 따른 출력이 주행휠로 출력된다.
이때, 상기한 하이브리드 차량의 변속 중, 즉 자동변속기의 클러치 접합 제어 중 운전자 요구토크 변화량에 따른 변속기 입력토크 변동 시, 변속기 클러치 작동 유압을 피드백 제어하여 단수별 변속기 클러치가 체결된다.
그러나, 상기 운전자 요구토크 변화량이 소정 수준 이상으로 크면, 변속기 클러치의 유압 반응성 부족으로 토크 변동을 추종하지 못하여, 결국 변속기 클러치의 체결 시 체결 이질감 및 변속지연, 나아가 변속기 입력속도의 발산으로 인하여 변속기 클러치의 슬립 과대에 의한 변속기 소손이 야기될 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 자동변속기가 탑재된 하이브리드 차량의 변속 중 운전자 요구토크 변화량가 소정 수준 이상으로 크거나 잦을 때, 변속기 클러치의 유압 반응성 부족을 감안하여 모터토크를 PID 제어하여 변속기 클러치가 체결되도록 함으로써, 변속기 클러치 체결시 이질감 저감 및 변속시간 단축, 클러치 슬립 최소화를 실현할 수 있도록 한 하이브리드 차량의 변속 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은: 하이브리드 차량용 자동변속기의 D단 상태에서, 원하는 단수로의 변속을 위한 실변속구간인지를 판정하는 단계; 상기 실변속구간에서 운전자 요구토크 순간변화량이 기준치(A)보다 크거나, 또는 변속기 입력속도인 터빈속도의 순간변화량이 기준치(B) 보다 크면, 상기 실변속구간에서의 운전자 요구토크를 반영하는 변속 제어가 이루어지는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 자동변속기의 변속 제어 방법을 제공한다.
특히, 상기 실변속구간에서 운전자 요구토크를 반영하는 변속 제어로서, 운전자 요구토크 순간변화량이 크면 클수록 변속기 클러치 체결압력을 증가시키는 피드포워드 제어를 하고, 동시에 터빈속도의 순간변화량이 크면 클수록 모터토크를 현재 터빈속도와 목표터빈속도간의 차이를 감소시키는 방향으로 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 실변속구간에서 운전자 요구토크를 반영하는 변속 제어가 종료된 후, 현재 터빈속도와 목표터빈속도의 차이가 기준치(C)와 비교하여, 기준치 이하이면 해당 단수에서의 변속기 클러치가 체결 완료된 것으로 판정하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 자동변속기의 D단 상태가 아니거나, 운전자에 의한 가속페달 밟음량에 따른 APS 감지량이 과대하여 현재 변속단이 아닌 다른 변속단으로의 변속패턴이 요구되거나, 현재 터빈속도와 목표 터빈속도 간의 차이가 기준치(B) 이내이면, 상기 실변속구간에서의 운전자 요구토크를 반영하는 변속 제어는 중지되는 것을 특징으로 한다.
상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.
하이브리드 차량용 자동변속기의 실변속구간에서 운전자 요구토크 순간변화량이 소정 수준 이상으로 크면, 변속기 클러치의 결합을 위한 유압 반응성 부족을 감안하여 변속기 입력속도인 현재 터빈속도를 결정하는 모터토크를 PID 제어를 통해 감소시키는 제어를 함으로써, 해당 단수에서의 변속기 클러치 접합이 변속설정 시간내에 원활하게 이루어질 수 있고, 그에 따라 변속기 클러치 체결시 이질감 저감 및 변속시간 단축, 변속기 클러치의 슬립 최소화를 실현할 수 있다.
도 1은 자동변속기가 탑재된 하이브리드 차량의 동력전달계통도,
도 2는 하이브리드 차량의 종래 변속 제어 방법을 도시한 다이어그램,
도 3은 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 변속 제어 방법을 도시한 다이어그램,
도 4는 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 변속 제어 방법을 도시한 순서도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.
먼저, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 하이브리드 차량의 자동변속기 실변속구간에 대한 기존 제어 과정을 살펴보면 다음과 같다.
첨부한 도 2는 하이브리드 차량의 변속 제어 방법을 도시한 다이아프램으로서, 자동변속기의 실변속구간의 제어 과정을 나타낸다.
도 2에서, 현재터빈속도는 현재 변속기 입력속도를 나타내고, APS(Accel Position Sensor)는 가속페달 밟음량을 측정하는 센서 신호를 나타내며, 운전자 요구토크 순간변화량(ⓑ)은 실변속구간에서의 운전자 요구토크가 순간 증가하는 변화치를 말하며 실변속구간에서 가속페달을 밟음에 따라 APS에서 측정될 수 있다.
상기 실변속구간(ⓐ)은 자동변속기의 변속기 클러치 접합을 위한 변속제어구간이면서 클러치가 완전하게 접합되기 전의 클러치 슬립 구간으로서, 이 구간에서 터빈속도(변속기 입력속도) 거동이 비정상적으로 변화하면, 변속감과 변속기 내구성에 문제가 될 수 있다.
이러한 실변속구간(ⓐ)에서 운전자 요구토크 순간변화량(ⓑ)이 소정 수준 이상으로 순간 발생하면, 즉 운전자 요구토크 순간 변화량(ⓑ)이 소정 수준 이상 발생하도록 운전자가 가속페달을 조작하였을 때, 해당 단수의 변속기 클러치의 접합을 위한 유압제어량(유압 피드백 제어)이 운전자 요크토크 순간변화량을 추종하지 못함으로써, 변속기 입력측 속도인 현재 터빈속도가 비정상적으로 변동될 수 있다.
예를 들어, 하이브리드 차량의 EV 모드 또는 HEV 모드 주행시, 도 1에서 보듯이 자동변속기의 해당 단수별 클러치를 접합시키기 위한 실변속구간(ⓐ)에서 운전자 요구토크 순간변화량(ⓑ)이 증가 발생하면, 이를 반영하고자 모터토크 피드백 제어에 의한 모터토크도 순간적으로 증가하며, 결국 모터의 출력단에 연결된 변속기의 변속기 입력속도인 터빈속도의 순간변화량(ⓒ)이 순간 급증하여 현재 터빈속도가 비정상적으로 증가할 수 있다.
이러한 운전자 요구토크 순간변화량(ⓑ)이 반영된 후, 모터토크가 감소하는 동시에 현재 터빈속도가 목표터빈속도에 근접하면 변속기 클러치 접합을 위한 유입 피드포워드 제어를 통해 해당 단수의 변속기 클러치가 최종 결합된다(도 1의 ⓓ로 지시).
이와 같이, 상기 운전자 요구토크 변화량이 소정 수준 이상으로 발생하면, 변속기 클러치의 유압 반응성 부족으로 운전자 요구토크 변화량을 추종하지 못하여, 결국 변속기 클러치의 접합 시 이질감이 발생할 뿐만 아니라, 해당 단수로의 변속지연, 나아가 변속기 입력속도인 터빈속도의 발산으로 인하여 변속기 클러치의 슬립 과대에 의한 변속기 소손이 야기될 수 있다.
이에, 본 발명은 위와 같은 문제점을 해소하고자, 하이브리드 차량의 자동변속기의 실변속구간 중, 운전자 요구토크 변화량이 소정 수준 이상으로 크거나 잦을 때, 변속기 클러치의 유압 반응성 부족을 감안하여, 모터토크를 현재 터빈속도와 목표터빈속도 간의 차이를 감소하는 방향으로 PID 제어하여 변속기 클러치가 체결되도록 한 점에 주안점이 있다.
여기서, 본 발명에 따른 하이브리드 차량용 자동변속기의 변속 제어 방법을 설명하면 다음과 같다.
첨부한 도 3은 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 변속 제어 방법을 도시한 다이어그램이고, 도 4는 그 순서도를 나타낸다.
먼저, 하이브리드 차량의 EV 모드 또는 HEV 모드 주행 중, 자동변속기의 변속이 이루어지고 있는지를 판정한다.
즉, 자동변속기의 D단 상태에서 원하는 단수로의 변속을 위한 실변속구간인지를 판정한다(S101).
예를 들어, 자동변속기 제어기에서 실변속구간임을 알리는 신호를 하이브리드 차량의 상위제어기(HCU, Hybrid Contro Unit)에 전송한다.
다음으로, 상기 실변속구간(ⓐ)에서 운전자 요구토크 변동이 있는지를 판정한다(S102).
보다 상세하게는, 상기 실변속구간(ⓐ)에서 운전자 요구토크 순간변화량이 기준치(A) 보다 크거나, 또는 변속기 입력속도인 터빈속도의 순간 변화량이 기준치(B) 보다 큰 지 여부를 판정한다.
이에, 상기 실변속구간에서 운전자 요구토크 순간변화량이 기준치(A) 보다 크거나, 또는 변속기 입력속도인 터빈속도의 순간변화량(현재 터빈속도와 목표터빈속도 간의 차이)이 기준치(B) 보다 크면, 상위제어기에서 자동변속기 제어기 및 모터 제어기에 운전자 요구를 반영하는 변속제어 명령을 내린다.
따라서, 상기 실변속구간에서 운전자 요구토크를 반영하는 변속 제어로서, 자동변속기 제어기에서 변속기 클러치 체결압력을 증가시키는 제어를 하고, 동시에 모터 제어기에서 현재 터빈속도와 목표터빈속도간의 차이를 감소시키는 방향으로 모터토크를 제어하게 된다.
보다 상세하게는, 상기 실변속구간에서 운전자 요구토크를 반영하는 변속 제어로서, 운전자 요구토크 순간변화량이 크면 클수록 자동변속기 제어기에서 변속기 클러치 체결압력을 증가시키는 피드포워드 제어를 하고(S103-1), 이와 동시에 터빈속도의 순간변화량이 크면 클수록 모터 제어기에서 피드백 제어의 일종인 PID(Proportional-Integral-Derivative Control) 제어를 통하여 모터토크를 현재 터빈속도와 목표터빈속도간의 차이를 감소시키는 방향으로 제어하게 된다(S103-2).
이때, 상기 현재 터빈속도는 모터와 연결된 변속기 입력속도로서, 모터토크 감소시 함께 감소될 수 있다.
이와 같이, 상기 실변속구간(ⓐ)에서 운전자 요구토크 순간변화량이 소정 수준 이상으로 순간 발생하더라도, 해당 단수의 변속기 클러치의 접합을 위한 유압제어량(유압 피드백 제어)을 증가시켜 변속기 클러치 체결압력이 증가되도록 하고, 이와 동시에 모터토크를 감소시켜 현재 터빈속도와 목표터빈속도간의 차이를 감소시킴으로써, 해당 단수에서의 변속기 클러치 접합이 변속설정 시간내에 원활하게 이루어질 수 있다.
또한, 상기 실변속구간에서 운전자 요구토크를 반영하는 제어로서, 상기한 S103-1 및 S103-2가 종료되면, 터빈속도 순간 변화량 즉, 현재 터빈속도와 목표터빈속도간의 차이가 감소한 상태이므로, 현재 터빈속도와 목표터빈속도의 차이가 기준치(C)와 비교하여(S104), 기준치 이하이면 해당 단수에서의 변속기 클러치가 체결 완료된 것으로 판정할 수 있다.
한편, 자동변속기의 D단 상태가 아니거나(예, P 또는 N 단), 운전자에 의한 가속페달 밟음량에 따른 APS 감지량이 과대하여 현재(해당) 변속단이 아닌 다른 변속단으로의 변속패턴(예, 변속 중 변속)이 요구되거나, 현재 터빈속도와 목표 터빈속도 간의 차이가 기준치(B) 이내 등과 같은 중지 조건이 충족되면, 상기한 실변속구간에서의 운전자 요구토크를 반영하는 변속 제어는 중지된다.
다시 말해서, 자동변속기의 D단 상태가 아니거나(예, P 또는 N 단), 운전자에 의한 가속페달 밟음량에 따른 APS 감지량이 과대하여 현재(해당) 변속단이 아닌 다른 변속단으로의 변속패턴(예, 변속 중 변속)이 요구되거나, 현재 터빈속도와 목표 터빈속도 간의 차이가 기준치(B) 이내이면, 상기한 실변속구간에서의 운전자 요구토크를 반영하는 변속 제어로서 상기 S103-1 및 S103-2 단계가 진행되지 않고, 기존의 변속기 클러치 유압 제어(피드백 제어)를 통해 변속기 클러치가 결합되도록 한다.
이상에서 본 바와 같이, 하이브리드 차량용 자동변속기의 실변속구간에서 운전자 요구토크 변화량가 소정 수준 이상으로 크거나 잦을 때, 변속기 클러치의 결합을 위한 유압 반응성 부족을 감안하여 변속기 입력속도인 현재 터빈속도를 결정하는 모터토크를 PID 제어를 통해 감소시키는 제어를 함으로써, 해당 단수에서의 변속기 클러치 접합이 변속설정 시간내에 원활하게 이루어질 수 있고, 그에 따라 변속기 클러치 체결시 이질감 저감 및 변속시간 단축, 변속기 클러치의 슬립 최소화를 실현할 수 있다.
10 : 엔진
12 : 모터
13 : 엔진클러치
14 : 자동변속기
16 : HSG
18 : 인버터
20 : 배터리

Claims (4)

  1. 하이브리드 차량용 자동변속기의 D단 상태에서, 원하는 단수로의 변속을 위한 실변속구간인지를 판정하는 단계;
    상기 실변속구간에서 운전자 요구토크 순간변화량이 기준치(A)보다 크거나, 또는 변속기 입력속도인 터빈속도의 순간변화량이 기준치(B) 보다 크면, 상기 실변속구간에서의 운전자 요구토크를 반영하는 변속 제어가 이루어지는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 자동변속기의 변속 제어 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 실변속구간에서 운전자 요구토크를 반영하는 변속 제어로서, 운전자 요구토크 순간변화량이 크면 클수록 변속기 클러치 체결압력을 증가시키는 피드포워드 제어를 하고, 동시에 터빈속도의 순간변화량이 크면 클수록 모터토크를 현재 터빈속도와 목표터빈속도간의 차이를 감소시키는 방향으로 제어하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 자동변속기의 변속 제어 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 실변속구간에서 운전자 요구토크를 반영하는 변속 제어가 종료된 후, 현재 터빈속도와 목표터빈속도의 차이가 기준치(C)와 비교하여, 기준치 이하이면 해당 단수에서의 변속기 클러치가 체결 완료된 것으로 판정하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 자동변속기의 변속 제어 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 자동변속기의 D단 상태가 아니거나, 운전자에 의한 가속페달 밟음량에 따른 APS 감지량이 과대하여 현재 변속단이 아닌 다른 변속단으로의 변속패턴이 요구되거나, 현재 터빈속도와 목표 터빈속도 간의 차이가 기준치(B) 이내이면, 상기 실변속구간에서의 운전자 요구토크를 반영하는 변속 제어는 중지되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 자동변속기의 변속 제어 방법.
KR1020160159801A 2016-11-29 2016-11-29 하이브리드 차량용 자동변속기의 변속 제어 방법 KR102370975B1 (ko)

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