KR20190072748A - 하이브리드 차량의 후진 주행 제어 방법 - Google Patents

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KR20190072748A
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motor
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battery
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KR1020170173779A
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윤석영
박송일
정태영
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현대자동차주식회사
기아자동차주식회사
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Abstract

본 발명은 후진 주행을 위한 변속기 기어박스의 후진 기어열을 배제한 채, 후진단 진입 혹은 전진단에서 후진단으로의 변환 시, 엔진은 시동발전기를 통해 배터리에 대한 전기에너지 충전 기능을 하고, 모터가 후진 주행을 위한 구동력을 주행휠로 전달할 수 있도록 함으로써, 배터리에 대한 전기에너지 충전과 동시에 배터리로부터 공급되는 전기에너지를 기반으로 모터가 역구동을 하여 후진 주행이 용이하게 이루어질 수 있도록 한 하이브리드 차량의 후진 주행 제어 방법을 제공하고자 한 것이다.

Description

하이브리드 차량의 후진 주행 제어 방법{METHOD FOR CONTROLLING REVERSE DRIVE OF HYBRID VEHICLE}
본 발명은 하이브리드 차량의 후진 주행 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 후진 주행을 위한 변속기 기어박스의 후진 기어열을 배제한 채 모터의 역구동에 의하여 후진 변속이 용이하게 이루어질 수 있도록 한 하이브리드 차량의 후진 주행 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 구성되어 있다.
이러한 하이브리드 차량의 주행 모드는 모터 동력만을 이용하여 주행하는 전기자동차 모드인 EV(electric vehicle)모드와, 엔진을 주동력으로 하면서 모터를 보조동력으로 이용하는 HEV(hybrid electric vehicle)모드를 포함한다.
상기 HEV 모드에서는 엔진클러치(13)의 접합(lock-up)과 동시에 엔진과 모터 출력토크의 합으로 차량의 주행이 이루어지고, 상기 EV 모드시에는 엔진클러치(13)의 접합 해제(open)와 동시에 모터의 출력토크에 의해서만 차량의 주행이 이루어지며, 후진 주행은 상기 자동변속기(14)의 기어박스내에 배열된 후진 기어열에 의하여 이루어진다.
첨부한 도 2를 참조하면, 하이브리드 차량에 적용되는 자동변속기의 일종으로서 듀얼 클러치 타입이 탑재되고 있으며, 듀얼 클러치(22)의 출력단과 연결되는 기어박스(24) 내에는 1단, 3단, 5단 기어열(24-1)과, 2단, 4단, 6단 기어열(24-2)과, 후진 기어열(24-3) 등이 포함되어 있다.
따라서, 차량의 동작 상황 및 제어 전략에 따라, 모터 구동력 혹은 엔진과 모터 구동력이 자동변속기로 입력되면, 전진단 간의 변속이 이루어지면서 EV 또는 HEV 주행을 하게 된다.
반면, 후진 주행을 위하여 후진 변속을 하게 되면, 자동변속기에 입력되는 전진 구동력을 자동변속기에 포함된 후진 기어열에서 역방향으로 동력을 전환 출력함으로써, 후진 주행이 이루어지게 된다.
한편, 하이브리드 차량은 내연기관 차량과 달리, 엔진과 변속기 사이에 모터 시스템이 더 장착된 파워 트레인이 적용되고 있으므로, 이로 인하여 패키지 측면에서 장착 공간을 확보하는데 불리한 점이 있다.
이에, 파워트레인의 장착 공간 확보를 위하여 변속 단수가 하향 설계된 자동변속기가 탑재될 수 있지만, 이 또한 연비 저하 등의 문제를 발생시키는 단점이 있다.
특히, 자동변속기의 후진단(R단) 변속 과정에 있어서, 차량 저속에서 D2단일 경우, D1단 진입 후 R단으로 진입하는 후진 기어열의 조합이 필요하여 변속 시간이 과다하게 발생하는 단점이 있고, 마찬가지로 차량 저속에서 D1단일 경우, R단으로 진입하는 후진 기어열의 조합이 필요하여 변속 시간이 과다하게 발생하는 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 후진 주행을 위한 변속기 기어박스의 후진 기어열을 배제한 채, 후진단 진입 혹은 전진단에서 후진단으로의 변환 시, 엔진은 시동발전기를 통해 배터리에 대한 전기에너지 충전 기능을 하고, 모터가 후진 주행을 위한 구동력을 주행휠로 전달할 수 있도록 함으로써, 배터리에 대한 전기에너지 충전과 동시에 배터리로부터 공급되는 전기에너지를 기반으로 모터가 역구동을 하여 후진 주행이 용이하게 이루어질 수 있도록 한 하이브리드 차량의 후진 주행 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은: ⅰ) 변속기 제어기에서 운전자 조작에 의한 후진기어 진입 여부를 판정하는 단계; ⅱ) 상기 변속기 제어기에서 엔진클러치의 고장 여부를 확인하는 단계; ⅲ) 상기 엔진클러치가 정상 작동 상태로 판정된 후, 엔진클러치 제어기에서 엔진클러치를 해제시키는 단계; ⅳ) 배터리 관리 시스템을 통해 고전압 배터리의 SOC 상태를 확인하는 단계; 및 ⅴ) 상기 고전압 배터리의 SOC가 임계치 이상의 정상 수준으로 판정되면, 후진 주행을 위해 모터 제어기에서 모터를 역방향으로 구동시키는 제어 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 후진 주행 제어 방법을 제공한다.
바람직하게는, 상기 ⅴ) 단계 진행시, 엔진은 오프(OFF) 상태를 유지하고, 엔진클러치는 해제(OPEN) 상태를 유지하는 제어가 지속된다.
특히, 상기 ⅳ) 단계 확인 결과, 상기 고전압 배터리의 SOC가 임계치 미만으로 판정되면, 엔진클러치의 오픈 상태가 유지된 상태에서 엔진 구동에 따른 배터리 충전 제어가 실행됨과 함께 모터를 역방향으로 구동시키는 제어가 이루어지며, 상기 배터리 충전 제어는 엔진제어기에서 엔진을 온 시키는 과정과, 엔진의 크랭크 축과 연결된 시동발전기가 발전 구동을 하는 과정과, 시동발전기의 발전에 따라 고전압 배터리에 대한 충전이 이루어지는 과정으로 진행되는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 ⅱ) 단계의 확인 결과, 상기 엔진클러치가 오픈 상태에서 고장난 것으로 판정되면, 상기 ⅳ) 단계의 고전압 배터리 SOC 상태를 확인하는 단계로 진입한 후, 상기 고전압 배터리의 SOC 상태가 임계치 이상의 정상 수준으로 판정되면 모터를 역방향으로 구동시키는 제어가 이루어지고, 상기 고전압 배터리의 SOC 상태가 임계치 미만으로 판정되면 엔진클러치의 오픈 상태가 유지된 상태에서 엔진 구동에 따른 배터리 충전 제어가 실행됨과 함께 모터를 역방향으로 구동시키는 제어가 이루어지는 것을 특징으로 한다.
반면, 상기 ⅱ) 단계의 확인 결과, 상기 엔진클러치가 클로즈 상태에서 고장난 것으로 판정되거나, 엔진 클러치가 슬립 상태에서 고장난 것으로 판정되면, 엔진 오프 상태를 유지하는 제어와 함께 모터를 역방향으로 구동시키는 제어가 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.
첫째, 후진 주행을 위한 변속기내의 후진 기어열을 삭제할 수 있으므로, 변속기의 사이즈를 축소할 수 있고, 그에 따라 변속기를 포함하는 파워 트레인의 장착 공간을 확보하는 등 패키지 측면에서 유리한 장점을 제공할 수 있고, 전체 차량 무게를 줄일 수 있다.
둘째, 후진 주행시 엔진이 시동발전기(HGS)를 통해 배터리 충전을 하게 되므로, 배터리 SOC를 용이하게 확보할 수 있고, 모터에 후진 주행을 위한 전기에너지를 용이하게 공급할 수 있다.
셋째, 기존 후진 주행을 위한 후진 변속 시간 즉, 후진 기어열 조합에 따른 후진변속 시간이 지연되는 현상을 방지하여, 후진변속 시간 지연에 따른 소비자 불만 사항을 해소할 수 있다.
넷째, 기존 후진 주행을 위한 후진 기어열의 마찰 손실이 발생하지 않으므로, 연비 향상을 도모할 수 있다.
도 1은 하이브리드 차량의 동력전달 계통도,
도 2는 하이브리드 차량의 변속기 구성을 보여주는 개략도,
도 3은 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 후진 주행 제어 방법을 도시한 순서도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.
전술한 바와 같이, 하이브리드 차량용 동력전달 시스템은 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 구성되어 있다.
따라서, 상기 엔진클러치(13)가 해제(open)된 상태에서 모터(12)만의 구동력에 의하여 차량이 EV 주행모드로 주행하게 되고, 상기 엔진클러치(13)가 접합(close)된 상태에서는 엔진(10)과 모터(12)의 구동력에 의하여 차량이 HEV 주행모드로 주행하게 된다.
본 발명은 위와 같은 하이브리드 차량의 자동변속기내에 후진 기어열을 없앤 상태에서 모터 구동력을 이용하여 후진 주행이 이루어질 수 있도록 한 점에 주안점이 있다.
첨부한 도 3은 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 후진 주행 제어 방법을 도시한 순서도이다.
먼저, 변속기 제어기에서 운전자 조작에 의한 후진기어 진입 여부를 판정한다(S101).
다음으로, 엔진클러치의 동작 상태 즉, 엔진클러치의 고장 여부를 확인한다(S102).
예를 들어, 엔진클러치 제어기로부터 엔진클러치의 동작 상태 정보를 변속기 제어기에서 수신하여 확인한다.
연이어, 상기 엔진클러치가 정상 작동 상태로 판정된 후, 엔진클러치가 접합된 상태이면 엔진클러치를 해제시키고, 엔진클러치가 해제된 상태이면 그대로 엔진클러치 해제 상태를 유지한다(S103).
예를 들어, 상기 변속기 제어기에서 엔진클러치 제어기에 후진 변속을 위한 신호를 전달하면, 엔진클러치 제어기에서 엔진클러치를 해제시킨다.
다음으로, 상기 엔진클러치의 해제 완료 여부를 확인하고(S104), 엔진클러치가 해제 완료된 상태이면 상기 변속기 제어기는 배터리 관리 시스템으로부터 고전압 배터리의 충전 상태 정보를 수신하여 확인한다(S105).
즉, 상기 변속기 제어기에서 배터리 관리 시스템으로부터 수신된 배터리 충전 상태 정보를 기반으로, 고전압 배터리의 충전량 상태인 SOC(State of Charge) 상태가 임계치 이상의 정상 수준인지 아니면 임계치 미만의 충전을 요하는 상태인지를 판정한다.
연이어, 상기 고전압 배터리의 SOC 상태가 임계치 이상의 정상 수준으로 판정되면, 모터제어기에서 모터를 역방향으로 구동시키는 제어가 이루어진다(S107).
좀 더 상세하게는, 엔진은 오프(OFF) 상태를 유지하고, 엔진클러치는 해제(OPEN) 상태를 유지하는 제어가 지속되는 상태에서 모터제어기의 토크 제어에 의하여 모터만이 역방향(전진 주행의 역방향)으로 구동하게 되고, 이때 상기 고전압 배터리의 SOC 상태가 임계치 이상이므로 모터에 대한 전기에너지 공급이 원활하게 이루어질 수 있다.
따라서, 상기 모터가 역방향 구동함으로써, 차량의 후진 주행이 용이하게 이루어질 수 있다.
반면, 상기 단계 S105에서, 배터리의 충전 상태 정보를 수신하여 확인한 결과, 고전압 배터리의 SOC 상태가 임계치 미만으로 판정되면, 엔진클러치의 오픈 상태가 유지된 상태에서 배터리 충전 제어가 실행됨과 함께 모터를 역방향으로 구동시키는 제어가 이루어진다(S106).
마찬가지로, 상기 모터가 역방향 구동함으로써, 차량의 후진 주행이 용이하게 이루어질 수 있다.
이때, 상기 배터리 충전 제어는 엔진제어기에서 엔진을 온 시키는 과정과, 엔진의 크랭크 축과 연결된 시동발전기가 발전 구동을 하는 과정과, 시동발전기의 발전에 따라 고전압 배터리에 대한 충전이 이루어지는 과정으로 진행된다.
이렇게 상기 고전압 배터리의 SOC가 임계치 미만인 상태에서 고전압 배터리로부터 공급되는 전원으로 모터가 구동되더라고, 엔진 구동에 따른 시동발전기의 발전에 의하여 고전압 배터리의 충전이 용이하게 이루어질 수 있다.
한편, 상기한 단계 S102에서, 엔진클러치의 고장 여부를 확인한 결과, 클러치가 오픈 상태에서 고장난 것으로 판정되면, 상기한 고전압 배터리의 충전 상태 정보를 수신하여 확인하는 단계(S105)로 진입한다.
상기 단계 S105로 진입한 후, 상기 고전압 배터리의 SOC 상태가 임계치 이상의 정상 수준으로 판정되면 모터를 역방향으로 구동시키는 제어(S107)를 통하여 차량의 후진이 이루어진다.
반면, 상기 단계 S105로 진입한 후, 상기 고전압 배터리의 SOC 상태가 임계치 미만으로 판정되면, 상기와 같이 엔진클러치의 오픈 상태가 유지된 상태에서 배터리 충전 제어가 실행됨과 함께 모터를 역방향으로 구동시키는 제어가 이루어진다(S106).
또한, 상기한 단계 S102에서, 엔진클러치의 고장 여부를 확인한 결과, 엔진 클러치가 클로즈(=락) 상태에서 고장난 것으로 판정되거나, 엔진 클러치가 슬립 상태에서 고장난 것으로 판정되면, 엔진 구동력이 엔진 클러치를 통해 변속기쪽으로 전달되지 않도록 엔진 오프 상태를 유지하는 제어가 이루어지고, 모터를 역방향으로 구동시키는 제어(S107)를 통하여 차량의 후진이 이루어진다.
이와 같이, 엔진클러치의 고장 상태에서도 모터 구동력에 의한 후진 주행이 용이하게 이루어질 수 있다.
이상에서 본 바와 같이, 기존 자동변속기 기어박스내에 별도의 후진 기어열을 장착하지 않은 상태에서도 모터에 의한 후진 주행이 원활하게 이루어질 수 있고, 특히 후진 주행을 위한 변속기내의 후진 기어열을 삭제할 수 있으므로, 변속기의 사이즈를 축소할 수 있을 뿐만 아니라 변속기를 포함하는 파워 트레인의 장착 공간을 확보하는 등 패키지 측면에서 유리한 장점을 제공할 수 있다.
10 : 엔진
12 : 모터
13 : 엔진클러치
14 : 자동변속기
16 : HSG
18 : 인버터
20 : 고전압 배터리
22 : 듀얼 클러치
24 : 기어박스
24-1 : 1단, 3단, 5단 기어열
24-2 : 2단, 4단, 6단 기어열
24-3 : 후진 기어열

Claims (9)

  1. ⅰ) 변속기 제어기에서 운전자 조작에 의한 후진기어 진입 여부를 판정하는 단계;
    ⅱ) 상기 변속기 제어기에서 엔진클러치의 고장 여부를 확인하는 단계;
    ⅲ) 상기 엔진클러치가 정상 작동 상태로 판정된 후, 엔진클러치 제어기에서 엔진클러치를 해제시키는 단계;
    ⅳ) 배터리 관리 시스템을 통해 고전압 배터리의 SOC 상태를 확인하는 단계;
    ⅴ) 상기 고전압 배터리의 SOC가 임계치 이상의 정상 수준으로 판정되면, 모터 제어기에 의하여 모터를 역방향으로 구동시키는 제어 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 후진 주행 제어 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 ⅴ) 단계 진행시, 엔진은 오프(OFF) 상태를 유지하고, 엔진클러치는 해제(OPEN) 상태를 유지하는 제어가 지속되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 후진 주행 제어 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 ⅳ) 단계 확인 결과, 상기 고전압 배터리의 SOC가 임계치 미만으로 판정되면, 엔진클러치의 오픈 상태가 유지된 상태에서 엔진 구동에 따른 배터리 충전 제어가 실행됨과 함께 모터를 역방향으로 구동시키는 제어가 이루어지는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 후진 주행 제어 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 배터리 충전 제어는 엔진제어기에서 엔진을 온 시키는 과정과, 엔진의 크랭크 축과 연결된 시동발전기가 발전 구동을 하는 과정과, 시동발전기의 발전에 따라 고전압 배터리에 대한 충전이 이루어지는 과정으로 진행되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 후진 주행 제어 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 ⅱ) 단계의 확인 결과, 상기 엔진클러치가 오픈 상태에서 고장난 것으로 판정되면, 상기 ⅳ) 단계의 고전압 배터리 SOC 상태를 확인하는 단계로 진입하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 후진 주행 제어 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 고전압 배터리의 SOC 상태가 임계치 이상의 정상 수준으로 판정되면 모터를 역방향으로 구동시키는 제어가 이루어지는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 후진 주행 제어 방법.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 고전압 배터리의 SOC 상태가 임계치 미만으로 판정되면, 엔진클러치의 오픈 상태가 유지된 상태에서 엔진 구동에 따른 배터리 충전 제어가 실행됨과 함께 모터를 역방향으로 구동시키는 제어가 이루어지는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 후진 주행 제어 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 배터리 충전 제어는 엔진제어기에서 엔진을 온 시키는 과정과, 엔진의 크랭크 축과 연결된 시동발전기가 발전 구동을 하는 과정과, 시동발전기의 발전에 따라 고전압 배터리에 대한 충전이 이루어지는 과정으로 진행되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 후진 주행 제어 방법.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 ⅱ) 단계의 확인 결과, 상기 엔진클러치가 클로즈 상태에서 고장난 것으로 판정되거나, 엔진 클러치가 슬립 상태에서 고장난 것으로 판정되면, 엔진 오프 상태를 유지하는 제어와 함께 모터를 역방향으로 구동시키는 제어가 이루어지는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 후진 주행 제어 방법.
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