KR20190068051A - 원심 클러치가 배치된 하이브리드 자동차 및 그 제어 방법 - Google Patents

원심 클러치가 배치된 하이브리드 자동차 및 그 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 원심 클러치가 배치된 하이브리드 자동차 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 특정 상황에서 엔진의 회전수를 해제 속도 미만으로 저감되도록 제어하여 원심 클러치를 해제함으로써 효율적인 회생 제동 또는 주행 모드 변경을 수행할 수 있는 하이브리드 자동차 및 그 제어 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 제어 방법은, 원심 클러치의 내축과 외축이 체결된 상태에서 상기 체결된 상태가 해제될 필요가 있는지 여부를 판단하는 단계; 및 상기 해제될 필요가 있는 경우 변속기의 상태 변경을 통해 상기 엔진의 회전수가 해제 속도 미만으로 저감되도록 제어하는 단계를 포함하고, 상기 원심 클러치는 상기 엔진 측에 상기 내축이 연결되고, 상기 전기 모터의 일측에 상기 외축이 연결되며, 상기 변속기는 상기 전기 모터의 타측에 배치될 수 있다.

Description

원심 클러치가 배치된 하이브리드 자동차 및 그 제어 방법{HYBRID VEHICLE HAVING CENTRIFUGAL CLUTCH AND CONTROLLING METHOD FOR THE SAME}
본 발명은 원심 클러치가 배치된 하이브리드 자동차 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 특정 상황에서 엔진의 회전수를 해제 속도 미만으로 저감되도록 제어하여 원심 클러치를 해제함으로써 효율적인 회생 제동 또는 주행 모드 변경을 수행할 수 있는 하이브리드 자동차 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
하이브리드 차량은 엔진뿐만 아니라 전기 모터 구동원을 보조 동력원으로 채택하여, 배기가스의 저감 및 연비 향상을 도모할 수 있다. 이를 도 1을 참조하여 설명한다.
도 1은 일반적인 하이브리드 차량의 파워 트레인 구조의 일례를 나타낸다.
도 1을 참조하면, 내연기관 엔진(ICE, 110)과 변속기(150) 사이에 전기 모터(또는 구동용 모터, 140)와 엔진클러치(EC: Engine Clutch, 130)를 장착한 병렬형(Parallel Type) 하이브리드 시스템을 채용한 하이브리드 자동차의 파워 트레인이 도시된다.
이러한 차량에서는 일반적으로 시동 후 운전자가 가속 페달을 밟는 경우, 엔진 클러치(130)가 해제(open)된 상태에서 먼저 배터리의 전력을 이용하여 모터(140)가 구동되고, 모터의 동력이 변속기(150) 및 종감속기(FD: Final Drive, 160)를 거쳐 바퀴가 움직이게 된다(즉, EV 모드).
차량이 서서히 가속되면서 점차 더 큰 구동력이 필요하게 되면, 보조 모터(또는, 시동발전 모터, 120)가 동작하여 엔진(110)을 구동할 수 있다. 시동발전 모터(120)는 엔진에 시동이 걸릴 때에는 스타트 모터의 역할을 수행하며, 시동이 걸린 후 또는 시동 오프시 엔진의 회전 에너지 회수시에는 발전기로 동작하기 때문에 "하이브리드 스타트 제너레이터(HSG: Hybrid Start Generator)"라 칭할 수 있으며, 경우에 따라 "보조 모터"라 칭할 수도 있다.
엔진(110)과 모터(140)의 회전속도가 동일해 지면 비로소 엔진 클러치(130)가 체결되어 엔진(110)과 모터(140)가 함께 차량을 구동하게 된다(즉, EV 모드에서 HEV 모드 천이).
차량이 감속되는 등 기 설정된 엔진 오프 조건이 만족되면, 엔진 클러치(130)가 해제되고 엔진(110)은 정지된다(즉, HEV 모드에서 EV 모드 천이). 또한, 하이브리드 차량에서는 제동시 휠의 구동력을 전기 에너지로 변환하여 배터리를 충전할 수 있으며, 이를 제동에너지 회생, 또는 회생 제동이라 한다.
한편, 일반적으로 엔진 클러치(130)는 액츄에이터를 이용하여 클러치판 간의 간격을 조절하여 오픈/슬립/락업 상태를 제어한다. 그런데, 이러한 액츄에이터에 온도 등의 영향으로 인하여 고장(Fail) 상태가 되면 엔진 클러치의 상태 변경이 어려워 주행 모드 전환이 불가하게 된다. 예컨대, EV 모드에서 엔진 클러치 액츄에이터가 제대로 작동하지 않으면, 하이브리드 차량의 특성상 EV 모드로 강제 구동이 지속되기 때문에, 이를 유지하기 위한 전력 소모가 많아지고, 결국 연비 효율이 저하된다는 문제점이 수반된다. 뿐만 아니라, 엔진 클러치의 엑츄에이터를 제어하기 위한 별도의 제어기도 필요하다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 하이브리드 차량에서 엔진 클러치 액츄에이터를 제거하고, 전기 모터 측에 연결된 내축 및 엔진 측에 연결된 외축을 포함하는 원심 클러치를 통하여 엔진과 전기 모터의 동력 전달이 가능한 구조를 제안하는 노력이 있었다. 이러한 원심 클러치는 전기 모터의 구동에 의하여 내축의 회전수가 높아져 해제 속도(또는 결합 속도)에 도달함에 따라 원심력에 의해 내축 마찰 패드가 외축의 드럼에 접촉하게 되면서 토크를 전달한다. 여기서 해제 속도(또는 결합 속도)는 내축 마찰 패드와 회전 축 사이의 탄성 부재의 탄성력과 내축 마찰 패드의 질량에 따라 상이할 수 있다.
하지만, 고속에서 EV 모드로 주행하거나 회생 제동하는 경우, 원심 클러치를 해제할 수 없기 때문에 패시브 런(passive run)으로 인한 에너지 손실이 발생되는 문제점이 있다. 패시브 런은 엔진의 동력이 필요 없는 상황에서, 엔진이 연결되어 엔진 부하가 걸리는 상태를 말한다. 이를 도 2를 참조하여 설명한다.
도 2는 전기 모터 측에 원심 클러치의 내축이 연결된 하이브리드 차량의 EV 모드에서 패시브 런으로 인한 에너지 손실이 발생하는 상황의 일례를 나타낸다.
도 2의 (a)와 (b)의 그래프에서 가로축은 공통적으로 시간을 나타내며, (a)의 세로축은 RPM을, (b)의 세로축은 토크를 각각 나타낸다. 또한, 도 2의 (a)와 (b)는 동일한 시간축을 공유하는 것으로 가정한다.
도 2의 (a)를 참조하면, 전기 모터의 회전 속도가 해제 속도 이상으로 유지되는 이상, 고속 주행시 운전자의 브레이크 페달 조작 등을 원인으로 감속되는 상황에서도 원심 클러치가 결합 상태를 유지하기 때문에 모터와 엔진은 감속 중에도 함께 회전하게 된다.
따라서, 도 2의 (b)와 같이, 운전자의 요구 제동 토크 중 일부는 엔진의 패시브 런에 의해 충당되고, 그를 제외한 나머지 토크만이 전기 모터를 통해 회생 제동에 이용될 수 있다. 결국, 엔진의 패시브 런에 대응되는 토크만큼 회생 제동량에 손실이 발생한다.
이와 같이, 별도의 엔진 클러치 액츄에이터를 요구하지 않는 구조 하에서, EV 모드 또는 회생 제동시 패시브 런이 발생되지 않도록 효율적으로 제어하는 방법 및 이를 수행할 수 있는 차량이 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 보다 효율적인 회생 제동을 수행할 수 있는 하이브리드 자동차 및 그 제어 방법을 제공하기 위한 것이다.
특히, 본 발명은 고속 주행시 HEV 모드에서 EV 모드로 천이되는 경우 엔진의 회전수가 해제 속도 미만으로 저감되도록 제어하여 원심 클러치를 해제할 수 있는 하이브리드 자동차 및 그 제어 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 제어 방법은, 원심 클러치의 내축과 외축이 체결된 상태에서 상기 체결된 상태가 해제될 필요가 있는지 여부를 판단하는 단계; 및 상기 해제될 필요가 있는 경우 변속기의 상태 변경을 통해 상기 엔진의 회전수가 해제 속도 미만으로 저감되도록 제어하는 단계를 포함하고, 상기 원심 클러치는 상기 엔진 측에 상기 내축이 연결되고, 상기 전기 모터의 일측에 상기 외축이 연결되며, 상기 변속기는 상기 전기 모터의 타측에 배치될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차는, 전기 모터; 엔진; 상기 전기 모터의 일측에 외축이 연결되고, 상기 엔진 측에 내축이 연결된 원심 클러치; 상기 전기 모터의 타측에 배치된 변속기; 및 상기 원심 클러치의 상기 내축과 상기 외축이 체결된 상태에서 상기 체결된 상태가 해제될 필요가 있는지 여부를 판단하고, 상기 해제될 필요가 있는 경우 상기 변속기의 상태 변경을 통해 상기 엔진의 회전수가 해제 속도 미만으로 저감되도록 제어하는 하이브리드 제어기를 포함할 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 관련된 하이브리드 자동차는 보다 효율적으로 회생 제동을 수행할 수 있다.
특히, 엔진의 회전수를 해제 속도 미만으로 저감되도록 제어하여 원심 클러치를 해제함으로써 패시브 런에 의한 에너지 손실 발생을 미연에 방지할 수 있다.
또한, 엔진 클러치 액츄에이터를 제거하여 에너지 소모를 감소할 수 있고 이로 인한 연비 효율이 개선될 수 있으며, 많은 공간을 확보할 수 있는 장점이 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이하에 첨부되는 도면들은 본 발명에 관한 이해를 돕기 위한 것으로, 상세한 설명과 함께 본 발명에 대한 실시예들을 제공한다. 다만, 본 발명의 기술적 특징이 특정 도면에 한정되는 것은 아니며, 각 도면에서 개시하는 특징들은 서로 조합되어 새로운 실시예로 구성될 수 있다.
도 1은 일반적인 하이브리드 차량의 파워 트레인 구조의 일례를 나타낸다.
도 2는 전기 모터 측에 원심 클러치의 내축이 연결된 하이브리드 차량의 EV 모드에서 패시브 런으로 인한 에너지 손실이 발생하는 상황의 일례를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시예들이 적용될 수 있는 하이브리드 자동차의 파워 트레인 구조의 일례를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실시예들이 적용될 수 있는 원심 클러치의 해제 및 체결 상태의 일례를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 실시예들이 적용될 수 있는 하이브리드 자동차의 제어 계통의 일례를 나타내는 블럭도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 차량의 주행 상황에 따른 파워 트레인과 원심 클러치 상태가 변경되는 형태의 일례를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 일 실시예가 적용될 수 있는 고속에서 제동 상황시, 패시브 런으로 인한 에너지 손실이 발생하지 않도록 원심 클러치를 해제하는 과정에서 원심 클러치와 변속기의 상태 변화의 일례를 나타낸다.
도 8은 도 7의 과정에서 파워 트레인의 속도와 토크 관계의 일례를 나타낸다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 원심 클러치가 배치된 하이브리드 자동차의 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 의미한다.
도 3은 본 발명의 실시예들이 적용될 수 있는 하이브리드 자동차의 파워 트레인 구조의 일례를 나타낸다.
도 3을 참조하면, 내연기관 엔진(ICE, 310)과 변속기(350) 사이에 전기 모터(또는 구동용 모터, 340)와 원심 클러치(Centrifugal Clutch, 330)를 장착한 병렬형(Parallel Type) 하이브리드 시스템을 채용한 하이브리드 자동차의 파워 트레인이 도시된다.
시동발전 모터(320)는 엔진에 시동이 걸릴 때에는 스타트 모터의 역할을 수행하며, 시동이 걸린 후 또는 시동 오프시 엔진의 회전 에너지 회수시에는 발전기로 동작하기 때문에 "하이브리드 스타트 제너레이터(HSG: Hybrid Start Generator)"라 칭할 수 있으며, 경우에 따라 "보조 모터"라 칭할 수도 있다.
엔진(310)과 전기 모터(340) 사이에 배치된 본 발명의 일 실시예에 따른 원심 클러치(330)는 내축(322), 외축(324) 및 마찰 패드(326)를 포함할 수 있다. 먼저, 도 4를 참조하여 원심 클러치(330)의 구조, 체결 상태 및 해제 상태를 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 실시예들이 적용될 수 있는 원심 클러치의 해제 및 체결 상태의 일례를 나타낸다.
도 4의 (a)의 좌측 도면은 원심 클러치가 해제된 상태의 단면도, 우측 도면은 1-1'에서 바라본 정면도를 나타내고, 도 4의 (b)의 좌측 도면은 원심 클러치가 체결된 상태의 단면도, 우측 도면은 2-2'에서 바라본 정면도를 나타낸다.
도 4의 (a)와 (b)를 함께 살펴보면, 원심 클러치(330)가 해제된 상태에서(도 4의 (a) 참조) 엔진(310)의 회전수가 증가함에 따라 엔진 측에 연결된 내축(332)의 회전수(w)가 함께 증가하면, 원심력에 의해 마찰 패드(326)가 외축(324)의 드럼에 밀착, 고정되어 원심 클러치가 체결될 수 있다(도 4의 (b) 참조). 원심 클러치가 체결된 상태에서, 엔진(310)과 전기 모터(340)는 원심 클러치(330)에 맞물려 회전속도가 동일해지면 비로소 엔진(310)과 전기 모터(340)가 함께 차량을 구동할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 원심 클러치는 엔진(310)의 회전수가 적어도 공회전(Idle) 속도 이상에서 마찰 패드(326)가 외축(324)의 드럼에 밀착되어 고정될 수 있도록 설정될 수 있다. 그 이유는 엔진(310)의 공회전 속도 이하에서 마찰 패드(326)가 외축(324)에 밀착될 경우 엔진의 스톨(stall)이 유발되는 문제를 미연에 방지하기 위함이다.
원심 클러치(330)가 체결된 상태에서(도 4의 (b) 참조) 엔진(310)의 회전수가 감소함에 따라 엔진 측에 연결된 내축(332)의 회전수(w)가 함께 감소하면, 원심력 성분 보다 스프링(410)에 의한 탄성력 성분(k)이 더 커져 마찰 패드(326)가 외축(324)과 떨어지고 원심 클러치가 해제될 수 있다(도 4의 (a) 참조). 원심 클러치가 해제된 상태에서는 전기 모터의 동력만을 이용하여 차량을 구동할 수 있다.
이하에서는 상술한 파워 트레인이 적용되는 차량에서 제어기 간의 상호관계가 도 5에 도시된다.
도 5는 본 발명의 실시예들이 적용될 수 있는 하이브리드 자동차의 제어 계통의 일례를 나타내는 블럭도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예들이 적용될 수 있는 하이브리드 자동차에서 내연기관(310)은 엔진 제어기(510)가 제어하고, 시동발전 모터(320) 및 전기 모터(340)는 모터 제어기(MCU: Motor Control Unit, 520)에 의해 토크가 제어될 수 있다. 여기서 엔진 제어기(510)는 엔진 제어 시스템(EMS: Engine Management System)이라도 한다. 또한, 변속기(350)는 변속기 제어기(530)가 제어하게 된다. 경우에 따라, 시동발전 모터(320)의 제어기와 전기 모터(340) 각각을 위한 제어기가 별도로 구비될 수도 있다.
각 제어기는 그 상위 제어기로서 모드 전환 과정 전반을 제어하는 하이브리드 제어기(HCU: Hybrid Controller Unit, 540)와 연결되어, 하이브리드 제어기(540)의 제어에 따라 주행 모드 변경, 기어 변속시 원심 클러치(330) 제어에 필요한 정보, 및/또는 엔진 정지 제어에 필요한 정보를 그(540)에 제공하거나 제어 신호에 따른 동작을 수행할 수 있다.
보다 구체적으로, 하이브리드 제어기(540)는 차량의 운행 상태에 따라 모드 전환 수행 여부를 결정할 수 있다. 일례로, 하이브리드 제어기(540)는 원심 클러치(330)가 해제(Open)될 필요가 있는지 여부를 판단하고, 해제 시에 유압 제어나 토크 용량 제어를 수행할 수 있다. 또한, 하이브리드 제어기(540)는 원심 클러치(330)의 상태(오픈/슬립/락업)를 판단하고, 엔진(310)의 연료분사 중단 시점을 제어할 수 있다. 또한, 하이브리드 제어기(540)는 엔진 정지 제어를 위해 시동발전 모터(320)의 토크를 제어하기 위한 토크 지령을 모터 제어기(520)로 전달하여 엔진 회전 에너지 회수를 제어할 수 있다. 아울러, 하이브리드 제어기(540)는 주행 모드 전환 조건의 판단 및 전환을 위한 하위 제어기의 제어가 가능하다.
하이브리드 제어기(540)는 원심 클러치(330)의 내축(322)과 외축(324)이 해제될 필요가 있는 경우, 변속기(350)의 상태 변경을 통해 엔진의 회전수가 해제 속도 미만으로 저감되도록 제어할 수 있다.
물론, 상술한 제어기간 연결관계 및 각 제어기의 기능/구분은 예시적인 것으로 그 명칭에도 제한되지 아니함은 통상의 기술자에게 자명하다. 예를 들어, 하이브리드 제어기(540)는 그를 제외한 다른 제어기들 중 어느 하나에서 해당 기능이 대체되어 제공되도록 구현될 수도 있고, 다른 제어기들 중 둘 이상에서 해당 기능이 분산되어 제공될 수도 있다. 아울러, 본 발명의 실시예들은 하이브리드 차량의 형식에 한정되지 아니한다. 즉, 본 발명의 실시예들은 효율적인 엔진 기동 시점을 제어할 수 있다면, 어떠한 방식의 하이브리드 차량에도 적용이 가능하다.
이하에서는, 체결된 원심 클러치가 해제될 필요가 있는 경우 엔진의 회전수를 해제 속도 미만으로 저감되도록 제어하는 일례를 설명한다.
전술한 바와 같이 원심 클러치(330)가 해제될 필요가 있는 경우 하이브리드 제어기(540)는 변속기(350)의 상태 변경을 통해 엔진(310)의 회전수를 해제 속도 미만으로 저감되도록 제어할 수 있다.
해제될 필요가 있는 경우는, 고속 주행시 적어도 엔진(310)의 동력을 이용하는 주행 모드에서 전기 모터(340)의 동력을 이용하는 EV 모드로 천이하는 경우 및/또는 제동 상황 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
그리고 하이브리드 제어기(540)는 주행 모드가 EV 모드로 천이되는 경우와 제동 상황의 각각에 대하여 별도로 변속기(350)를 제어할 수 있다.
이하에서는 도 6 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 고속 주행 상황에서 회생 제동 효율을 높이는 방법을 설명한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 차량의 주행 상황에 따른 파워 트레인과 원심 클러치 상태가 변경되는 형태의 일례를 나타낸다.
도 6을 참조하면, 하이브리드 차량이 EV 모드로 주행 중인 상황에서는 엔진이 오프되어 있으므로 원심 클러치(330)는 해제된 상태로 유지된다(T1). 차량이 서서히 가속되면서 점차 더 큰 구동력이 필요하게 되면, 보조 모터(또는, 시동발전 모터, 320)가 동작하여 엔진(310)을 구동할 수 있다. 그에 따라 엔진(310)의 회전수가 해제 속도 이상이 되면 원심 클러치의 내축과 외축이 서로 결합되어 HEV 모드로 주행이 수행될 수 있다(T2). 여기서 해제(또는 결합) 속도는 엔진의 공회전(Idle) 속도보다 일정 값 이상 높은 것이 바람직하나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 중/고속 정속 주행시에는 엔진을 최적 효율점으로 운전하되 속도 유지에 필요한 출력을 제외한 엔진 출력은 시동발전 모터를 통한 발전으로 회수될 수 있다. 물론, 경우에 따라서는 발전 없이 엔진 출력이 온전히 속도 유지를 위해 사용될 수도 있으며, 이러한 경우 전기 모터나 시동발전모터는 주행에 관여하지 않을 수도 있다(T3).
그런데, 중/고속 주행 상황에서 강판로에 진입하는 등 감속의 필요성이 있는 경우 하이브리드 자동차는 효율성을 위해 회생 제동을 수행하나, 전술된 바와 같이 엔진의 패시브 런으로 인해 회생 제동 효율이 떨어지게 된다. 이를 방지하기 위하여 원심 클러치를 해제시킬 필요가 있으나, 일반적인 제어 방법으로는 전기 모터와 엔진의 속도가 함께 해제 속도 미만이 되기 전에는 원심 클러치가 해제되지 않는다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에서는 제동이 필요할 경우 변속기를 일시적으로 중립단(즉, N 단)으로 제어하여 휠과 파워 트레인의 체결을 분리시킨 후 엔진과 전기 모터의 속도를 줄여 원심 클러치가 해제되도록 할 것을 제안한다. 특히, 원심 클러치가 해제되기 전이라면 전기 모터에 역토크를 인가하여 순간적으로 엔진의 회전수를 감속시킬 수 있게 된다. 원심 클러치가 해제된 후 다시 주행단으로 변속되는 경우, 전기 모터만 구동축에 연결되므로(즉, EV 모드 전환) 엔진의 패시브 런 없이 회생 제동이 수행될 수 있으며, 엔진은 정지(즉, IG off)될 수 있다(T4).
다음으로, 도 7 및 도 8을 함께 참조하여 도 6의 "T4 구간 상황"을 보다 상세히 설명한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예가 적용될 수 있는 고속에서 제동 상황시, 패시브 런으로 인한 에너지 손실이 발생하지 않도록 원심 클러치를 해제하는 과정에서 원심 클러치와 변속기의 상태 변화의 일례를 나타내고, 도 8은 도 7의 과정에서 파워 트레인의 속도와 토크 관계의 일례를 나타낸다. 또한, 도 7과 도 8에서 동일한 부호는 동일한 시간 구간을 나타낸다. 아울러, 도 8의 (a)와 (b)의 그래프에서 가로축은 공통적으로 시간을 나타내며, (a)의 세로축은 RPM을, (b)의 세로축은 토크를 각각 나타낸다. 또한, 도 8의 (a)와 (b)는 동일한 시간축을 공유하는 것으로 가정한다.
먼저, ① 시점에서 고속 주행 중 제동 상황이 발생하여 차량의 속도가 감속될 수 있다. 이때, 원심 클러치는 내축과 외축이 체결된 상태이고, 변속기는 주행단으로 설정될 수 있다. ② 시점에서 엔진의 회전수와 모터의 회전수를 함께 저감시키기 위하여 변속기가 중립단으로 변속되도록 제어되고(810), 원심 클러치는 슬립 상태일 수 있다. ③ 시점에서 엔진의 회전수가 해제 속도(820)에 도달하여 원심 클러치가 해제되고(830), 변속기는 중립단으로 유지될 수 있다. ④ 시점에서 기어를 체결하여 변속기가 주행단으로 변속되도록 제어되고(840), 원심 클러치는 해제된 상태로 유지되며, 전기 모터를 통해 회생 제동이 수행될 수 있다.
한편, ②, ③ 시점(850)은 변속기가 중립단인 상태로 제어되므로, 주행단으로 변경되기 전까지 전기 모터로 동력이 전달되지 아니하여 회생 제동이 불가하다. 따라서, 하이브리드 제어기(540)는 유압 제어를 수행하여 요구 제동 토크를 구현함으로써 패시브 런에 의한 에너지 손실이 발생되는 것을 방지할 수 있다. 이러한 유압 제어는 신속히 진행되므로 회생 제동 불가로 인한 손실은 거의 없거나 미미할 수 있다.
또한, 도 7의 (a)와 도 8를 함께 참조하면, ③ 시점에서 하이브리드 제어기(540)는 모터의 회전수를 차속에 동기화시킬 수 있다. 여기서 모터의 회전수를 차속에 동기화시킨다고 함은, 모터의 회전수를 차속과 변속 예정 주행단의 기어비에 대응되도록 제어할 수 있다. 예를 들어, 변속 예정 주행단의 기어비가 2:1이라 가정하고, 차속에 따른 변속기 출력단(즉, 휠측)의 회전수가 2000 RPM이라 가정하면, 변속기 입력단(즉, 전기 모터)의 회전수가 4000 RPM이 되면 동기화되었다고 할 수 있다. 이러한 동기화를 수행함으로써 주행단 변속시 기어비에 따른 회전수 불일치로 인한 변속 충격 및 그로 인한 변속기 내구도 감소를 방지할 수 있다.
한편, 고속 정속 주행시 적어도 엔진의 동력을 이용하는 주행 모드에서 EV 모드로 천이되는 경우, 하이브리드 제어기(540)는 변속기(350)가 상단 변속되도록 제어할 수 있다. 상단 변속은 차속과 기어비를 고려하여 변속기(350)의 입력축 속도가 해제 속도 미만에 해당하는 주행단으로 변속되도록 수행될 수 있다. 예를 들어, 기어비가 4단에서 1.0, 5단에서 0.6이고, 4단의 엔진 회전수가 3000 RPM인 하이브리드 차량이 고속 정속 주행시 EV 모드로 천이되는 경우, 5단으로 상단 변속 시 엔진 회전수는 1800 RPM으로 저감될 수 있다. 여기서, 상단 변속은 기 설정된 변속맵과 무관하게 수행될 수 있다. 즉, 일반적으로 변속은 APS 개도량과 차속에 의한 변속맵에 의하여 수행되지만, 하이브리드 차량이 고속 정속 주행시 EV 모드로 천이되는 경우에는 변속맵에 관계없이 상단 변속을 수행할 수 있다. 원심 클러치가 해제된 이후에는 변속맵에 따른 변속이 수행되도록 제어할 수 있다.
상술한 바와 같이, 엔진의 회전수가 해제 속도 미만으로 저감되도록 상단 변속이 수행될 경우, 원심 클러치가 해제되어 전기 모터만 구동축에 연결되므로(즉, EV 모드 전환) 엔진의 패시브 런 없이 회생 제동이 수행될 수 있으며, 엔진은 정지(즉, IG off)될 수 있다.
이하에서는, 전기 모터와 엔진 사이에 원심 클러치가 배치된 하이브리드 자동차의 제어 방법을 도 9를 참조하여 설명한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 원심 클러치가 배치된 하이브리드 자동차의 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
도 9를 참조하면, 하이브리드 차량이 EV 모드로 주행 중인 상황 하에서(S910), 원심 클러치의 내축과 외축이 서로 체결된 상태로 HEV 모드로 전환될 필요가 있는지 여부를 판단할 수 있다(S920).
판단 결과, HEV 모드로 전환이 필요하면 엔진을 ON 하고 요구 토크를 출력한 이후(S930), HEV 모드로 주행이 수행될 수 있다(S940).
이후, 일정 속도 이상에서, 적어도 엔진의 동력을 이용하는 주행 모드에서 전기 모터의 동력을 이용하는 EV 모드로 전환될 필요가 있는지 여부를 판단할 수 있다(S950).
만약, EV 모드로 전환될 필요가 있다면, 차량 감속 중인지 여부를 판단하고(S960), 차량 감속 중이 아닌 정속 주행 중인 경우에는, 변속기가 상단 변속되도록 제어하여 엔진의 회전수가 해제 속도 미만으로 저감되면 원심 클러치를 해제하도록 제어할 수 있다(S970). 이때, 상단 변속은 기 설정된 변속맵과 무관하게 수행될 수 있다.
한편, 차량 감속 중인 경우에는, 변속기가 N 단으로 변속되도록 제어하여 엔진의 회전수가 해제 속도 미만으로 저감되면 원심 클러치를 해제하고, 변속기가 주행단으로 변경되도록 제어한다(S980). 이때, 주행단으로 변경되기 전에 주행단의 기어비와 차속에 대응되도록 전기 모터의 회전수를 제어할 수 있다.
원심 클러치가 해제된 후에는 전기 모터를 통해 회생 제동이 수행되도록 제어할 수 있다(즉, EV 모드 주행).
전술한 본 발명은, 프로그램이 기록된 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체는, 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체의 예로는, HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Disk), SDD(Silicon Disk Drive), ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있다.
따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims (19)

  1. 전기 모터와 엔진 사이에 원심 클러치가 배치된 하이브리드 자동차의 제어 방법에 있어서,
    상기 원심 클러치의 내축과 외축이 체결된 상태에서 상기 체결된 상태가 해제될 필요가 있는지 여부를 판단하는 단계; 및
    상기 해제될 필요가 있는 경우 변속기의 상태 변경을 통해 상기 엔진의 회전수가 해제 속도 미만으로 저감되도록 제어하는 단계를 포함하고,
    상기 원심 클러치는 상기 엔진 측에 상기 내축이 연결되고, 상기 전기 모터의 일측에 상기 외축이 연결되며,
    상기 변속기는 상기 전기 모터의 타측에 배치되는, 원심 클러치가 배치된 하이브리드 자동차의 제어 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 해제될 필요가 있는 경우는,
    일정 속도 이상에서, 적어도 상기 엔진의 동력을 이용하는 제1 모드에서 상기 전기 모터의 동력을 이용하는 제2 모드로 천이하는 경우 및 제동 상황 중 적어도 하나를 포함하는, 원심 클러치가 배치된 하이브리드 자동차의 제어 방법.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제2 모드로 천이하는 경우,
    상기 변속기가 상단 변속되도록 제어하는 단계를 더 포함하는, 원심 클러치가 배치된 하이브리드 자동차의 제어 방법.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제어하는 단계는,
    차속과 기어비를 고려하여 상기 변속기의 입력축 속도가 상기 해제 속도 미만에 해당하는 주행단으로 변속되도록 수행되는 단계를 포함하는, 원심 클러치가 배치된 하이브리드 자동차의 제어 방법.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 상단 변속은,
    기 설정된 변속맵과 무관하게 수행되는, 원심 클러치가 배치된 하이브리드 자동차의 제어 방법.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 제어하는 단계는,
    상기 원심 클러치가 해제된 후에는 상기 기 설정된 변속맵에 따른 변속이 수행되도록 제어하는 단계를 포함하는, 원심 클러치가 배치된 하이브리드 자동차의 제어 방법.
  7. 제2 항에 있어서,
    상기 제동 상황인 경우,
    상기 변속기가 N 단 변속되도록 제어하는 단계를 더 포함하는, 원심 클러치가 배치된 하이브리드 자동차의 제어 방법.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 제어하는 단계는,
    상기 N 단 변속 후 상기 원심 클러치가 해제되면 상기 변속기가 주행단으로 변경되도록 제어하는 단계; 및
    상기 전기 모터를 통해 회생 제동이 수행되도록 제어하는 단계를 포함하는, 원심 클러치가 배치된 하이브리드 자동차의 제어 방법.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 주행단으로 변경되기 전에 상기 주행단의 기어비와 차속에 대응되도록 상기 전기 모터의 회전수를 제어하는 단계를 더 포함하는, 원심 클러치가 배치된 하이브리드 자동차의 제어 방법.
  10. 제1 항 내지 제9 항 중 어느 한 항에 따른 원심 클러치가 배치된 하이브리드 자동차의 제어 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터 해독 가능 기록 매체.
  11. 전기 모터;
    엔진;
    상기 전기 모터의 일측에 외축이 연결되고, 상기 엔진 측에 내축이 연결된 원심 클러치;
    상기 전기 모터의 타측에 배치된 변속기; 및
    상기 원심 클러치의 상기 내축과 상기 외축이 체결된 상태에서 상기 체결된 상태가 해제될 필요가 있는지 여부를 판단하고, 상기 해제될 필요가 있는 경우 상기 변속기의 상태 변경을 통해 상기 엔진의 회전수가 해제 속도 미만으로 저감되도록 제어하는 하이브리드 제어기를 포함하는, 원심 클러치가 배치된 하이브리드 자동차.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 해제될 필요가 있는 경우는,
    일정 속도 이상에서, 적어도 상기 엔진의 동력을 이용하는 제1 모드에서 상기 전기 모터의 동력을 이용하는 제2 모드로 천이하는 경우 및 제동 상황 중 적어도 하나를 포함하는, 원심 클러치가 배치된 하이브리드 자동차.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 제2 모드로 천이하는 경우,
    상기 하이브리드 제어기는,
    상기 변속기가 상단 변속되도록 제어하는, 원심 클러치가 배치된 하이브리드 자동차.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 상단 변속은,
    차속과 기어비를 고려하여 상기 변속기의 입력축 속도가 상기 해제 속도 미만에 해당하는 주행단으로 변속되도록 수행되는, 원심 클러치가 배치된 하이브리드 자동차.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 상단 변속은,
    기 설정된 변속맵과 무관하게 수행되는, 원심 클러치가 배치된 하이브리드 자동차.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 하이브리드 제어기는,
    상기 원심 클러치가 해제된 후에는 상기 변속맵에 따른 변속이 수행되도록 제어하는, 원심 클러치가 배치된 하이브리드 자동차.
  17. 제12 항에 있어서,
    상기 제동 상황인 경우,
    상기 하이브리드 제어기는,
    상기 변속기가 N 단 변속되도록 제어하는, 원심 클러치가 배치된 하이브리드 자동차.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 하이브리드 제어기는,
    상기 N 단 변속 후 상기 원심 클러치가 해제되면 상기 변속기가 주행단으로 변경되도록 하고, 상기 전기 모터를 통해 회생 제동이 수행되도록 제어하는, 원심 클러치가 배치된 하이브리드 자동차.
  19. 제18 항에 있어서,
    상기 하이브리드 제어기는,
    상기 주행단으로 변경되기 전에 상기 주행단의 기어비와 차속에 대응되도록 상기 전기 모터의 회전수를 제어하는, 원심 클러치가 배치된 하이브리드 자동차.
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