KR20200000068A

KR20200000068A - 친환경자동차의 구동 토크 지령 생성 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20200000068A
Application number: KR1020180071892A
Authority: KR
Inventors: 오지원; 어정수; 김상준; 조이형
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아자동차주식회사
Priority date: 2018-06-22
Filing date: 2018-06-22
Publication date: 2020-01-02
Also published as: US20190389317A1; KR102529518B1; US11285818B2

Abstract

본 발명은 친환경자동차의 구동 토크 지령 생성 장치 및 방법에 관한 것으로서, 운전자의 운전 입력으로 인해 급격한 구동력 변화가 있더라도 구동계의 비틀림 및 백래시로 인한 NVH 발생이 효과적으로 억제될 수 있으면서 운전자의 운전 입력에 대한 차량의 빠른 반응성 및 응답성이 확보될 수 있는 친환경자동차의 구동 토크 지령 생성 장치 및 방법을 제공하는데 주된 목적이 있는 것이다. 상기한 목적을 달성하기 위해, 가속페달 조작에 따른 페달 입력 값을 포함하는 운전자의 운전 입력값을 검출하는 운전 입력값 검출부; 차량의 구동모터 속도를 검출하는 모터 속도 검출부; 차량의 휠 속도를 검출하는 휠 속도 검출부; 및 상기 모터 속도 검출부와 휠 속도 검출부에 의해 검출되어 입력된 모터 속도와 휠 속도 정보로부터 차량 구동계의 비틀림 상태 정보를 취득하고, 상기 운전 입력값 검출부에서 입력된 운전 입력값과 상기 취득된 비틀림 상태 정보에 기초하여 모터 토크 지령을 생성하는 제어기;를 포함하는 친환경자동차의 구동 토크 지령 생성 장치, 및 그 방법이 개시된다.

Description

친환경자동차의 구동 토크 지령 생성 장치 및 방법{Control apparatus and method for generating drive torque command of eco-friendly vehicle}

본 발명은 친환경자동차의 구동 토크 지령 생성 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 운전자의 운전 입력으로 인해 급격한 구동력 변화가 있더라도 구동계의 비틀림 및 백래시로 인한 NVH 발생이 효과적으로 억제될 수 있으면서 운전자의 운전 입력에 대한 차량의 빠른 반응성 및 응답성이 확보될 수 있는 친환경자동차의 구동 토크 지령 생성 장치 및 방법에 관한 것이다.

알려진 바와 같이, 순수 전기자동차(Electric Vehicle, EV)나 하이브리드 자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV)와 같은 친환경자동차는 전기모터를 구동원으로 사용하여 주행한다.

순수 전기자동차는 배터리를 전원으로 하여 작동하는 전기모터의 동력만으로 주행하고, 하이브리드 자동차는 엔진과 전기모터의 동력을 효율적으로 조합하여 주행한다.

그 밖의 친환경자동차로는, 연료전지에서 생성되는 전력으로 전기모터를 작동시켜 주행하는 연료전지 자동차(Fuel Cell Electric Vehicle, FCEV)를 들 수 있다.

연료전지 자동차 또한 전기모터를 사용하여 주행하는 차량으로서, 순수 전기자동차 및 하이브리드 자동차와 함께 전기동력으로 주행하는 넓은 의미의 전기자동차로 분류될 수 있다.

도 1은 전기자동차(EV)의 시스템 구성을 예시한 도면으로, 도시된 바와 같이 구동모터(MG1:13)와 구동축, 변속기(14), 구동륜이 기계적으로 연결되어 있고, 구동모터(13)의 작동 및 제어를 위한 인버터(16)와 모터 제어기(Motor Control Unit, MCU)(17), 구동모터(13)에 작동전력을 공급하는 고전압 배터리(18), 배터리 제어 및 관리를 수행하는 배터리 제어기(Battery Manage System, BMS)(19)를 구비한다.

여기서, 차량의 동력원(전력원)이 되는 배터리(18)가 인버터(16)를 통해 구동모터(13)에 충, 방전 가능하게 연결되는데, 인버터(16)는 구동모터(13)의 작동을 위해 배터리(18)의 직류전류를 3상 교류전류로 변환하여 구동모터(13)에 인가한다.

배터리 제어기(19)는 배터리 전압, 전류, 온도, 충전 상태(State of Charge, SOC)(%) 등의 배터리 상태 정보를 수집하면서 수집된 배터리 상태 정보를 차량 내 타 제어기에 제공하거나 배터리 충, 방전 제어에 이용한다.

도 2는 하이브리드 자동차(HEV)의 시스템 구성을 예시한 도면으로, 구동모터(13)의 출력 측에 변속기(14)가 배치된 파워트레인 구성을 나타내고 있다.

도시된 바와 같이 차량 주행을 위한 구동원으로서 직렬로 배치되는 엔진(11)과 구동모터(13), 엔진(11)과 구동모터(13) 사이에 동력을 연결하거나 차단하도록 배치되는 엔진 클러치(12), 엔진(11) 및 구동모터(13)의 동력을 변속하여 구동축으로 전달하는 변속기(14), 엔진(11)과 연결된 스타터-제너레이터(MG2:15)를 포함한다.

엔진 클러치(12)는 결합(close) 또는 분리(open) 작동을 통해 차량을 구동하는 두 구동원, 즉 엔진(11)과 구동모터(13) 사이에 동력을 연결하거나 차단한다.

또한, 차량의 동력원(전력원)이 되는 배터리(18)가 인버터(16)를 통해 구동모터(13)와 스타터-제너레이터(15)에 충, 방전 가능하게 연결되고, 인버터(16)는 구동모터와 스타터-제너레이터의 작동을 위해 배터리(18)의 직류전류를 3상 교류전류로 변환하여 구동모터(13)와 스타터-제너레이터(15)에 인가한다.

스타터-제너레이터(15)는 시동모터와 발전기의 통합된 기능을 수행하는 장치로서, 구동시 자체 동력을 동력전달기구(예, 벨트 및 풀리)를 통해 엔진(11)에 전달하여 엔진을 시동하거나, 엔진으로부터 회전력을 전달받아 발전을 수행하며, 발전 작동시 생성되는 전기에너지로 배터리(18)를 충전한다.

한편, 차량에서 운전자의 가속페달 조작이나 브레이크 페달 조작 등의 운전 입력에 대한 차량의 반응성을 확보하는 것과 급격한 구동력 변화로 인한 NVH 문제를 저감하는 것은 서로 상충 관계에 있다.

또한, 친환경자동차에서 차량 구동원에 대한 구동력 지령, 예를 들어 구동 모터에 대한 토크 지령을 생성함에 있어서 상기한 상충 관계를 해결할 수 있는 최적의 모터 토크 지령을 생성하기 위해 다양한 조건을 인자로 하는 기울기 제한 및 필터가 사용되고 있다.

추가적으로, 모터를 차량 구동원 또는 그 일부로서 사용하는 친환경자동차에서는 모터를 사용하여 이미 발생한 진동을 억제하기 위한 능동 피드백 토크 보정 제어를 수행하는 제어기를 이용하고 있다.

그러나, 이러한 제어 기술은 제어기의 개발을 위해 과다한 개발 공수를 필요로 하는 문제점을 가지고 있다.

최근에는 운전자의 성향에 따른 운전성 맞춤형 제어를 위해 주행 모드나 상황에 따라 이원화 혹은 다양화된 방법으로 구동력 지령을 생성하는데, 이러한 경우 다양화된 종류의 개수에 따라 개발 공수가 급증하는 어려움이 있다.

본 발명과 관련된 선행기술문헌으로서, 등록특허 제10-1704243호(2017.2.1.)('특허문헌 1')에서는 외란 관측기를 활용하여 모터의 모델 속도를 생성하고, 모터의 모델 속도와 모터의 실제 속도 간 차이를 이용하여 진동을 상쇄시키는 방법을 제시하고 있다.

이와 함께 모터의 모델 속도를 생성하는 방법에 있어서 외란 관측기를 휠 속도 기반 연산으로 대체하는 방법도 제시되어 있다.

그러나, 특허문헌 1에서는 외란으로 인해 발생한 진동의 대처 방법만 제시하고 있을 뿐, 근본적인 지령 토크의 필터링 방법에 대해서는 제시하고 있지 않다.

등록특허 제10-1448746호(2014.10.1.)('특허문헌 2')에서는 모델을 활용하여 모터의 모델 속도를 생성하고, 모델 속도와 실제 속도 간의 차이를 통해 진동을 상쇄하는 방법을 제시하고 있다.

그러나, 특허문헌 2 역시 외란으로 인해 발생한 진동에 대처하는 방법을 제시하고 있을 뿐, 근본적인 지령 토크의 필터링 방법에 대해서는 제시하고 있지 않다.

이와 같이 종래 기술은 모두 외란으로 인해 차량에서 발생한 NVH 문제를 해결하기 위한 것이기는 하나, 운전자의 급작스러운 차량 조작이나 운전 입력으로 인해 발생한 NVH 문제를 해결하기 위한 것은 아니며, 주로 외란으로 인한 진동을 저감하기 위한 것이므로 주행 모드 및 성향별 토크 지령 생성 전략은 제시하고 있지 않다.

상기의 배경 기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것을 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래 기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여서는 아니 될 것이다.

등록특허 제10-1704243호(2017.2.1.) 등록특허 제10-1448746호(2014.10.1.)

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로서, 운전자의 운전 입력으로 인해 급격한 구동력 변화가 있더라도 구동계의 비틀림 및 백래시로 인한 NVH 발생이 효과적으로 억제될 수 있으면서 운전자의 운전 입력에 대한 차량의 빠른 반응성 및 응답성이 확보될 수 있는 친환경자동차의 구동 토크 지령 생성 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들이 본 발명의 기재로부터 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 양태에 따르면, 가속페달 조작에 따른 페달 입력 값을 포함하는 운전자의 운전 입력값을 검출하는 운전 입력값 검출부; 차량의 구동모터 속도를 검출하는 모터 속도 검출부; 차량의 휠 속도를 검출하는 휠 속도 검출부; 및 상기 모터 속도 검출부와 휠 속도 검출부에 의해 검출되어 입력된 모터 속도와 휠 속도 정보로부터 차량 구동계의 비틀림 상태 정보를 취득하고, 상기 운전 입력값 검출부에서 입력된 운전 입력값과 상기 취득된 비틀림 상태 정보에 기초하여 모터 토크 지령을 생성하는 제어기;를 포함하는 친환경자동차의 구동 토크 지령 생성 장치를 제공한다.

그리고, 본 발명의 다른 양태에 따르면, 운전 입력값 검출부에 의해 가속페달 조작에 따른 페달 입력 값을 포함하는 운전자의 운전 입력값이 검출되는 단계; 모터 속도 검출부에 의해 차량의 구동모터 속도가 검출되는 단계; 휠 속도 검출부에 의해 차량의 휠 속도가 검출되는 단계; 제어기에서 상기 모터 속도 검출부와 휠 속도 검출부에 의해 검출되어 입력된 모터 속도와 휠 속도 정보로부터 차량 구동계의 비틀림 상태 정보가 취득되는 단계; 및 상기 제어기가 상기 운전 입력값 검출부에서 입력된 운전 입력값과 상기 취득된 비틀림 상태 정보에 기초하여 모터 토크 지령을 생성하는 단계;를 포함하는 친환경자동차의 구동 토크 지령 생성 방법을 제공한다.

이로써, 본 발명에 따른 친환경자동차의 구동 토크 지령 생성 장치 및 방법에 의하면, 운전자의 운전 입력에 대한 차량의 빠른 반응성 및 응답성을 확보할 수 있고, 운전 입력으로 인해 급격한 구동력 변화가 있더라도 구동계의 비틀림 및 백래시로 인한 NVH 발생이 효과적으로 억제될 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 구동계의 비틀림 및 백래시로 인한 NVH 문제를 해결함에 있어서 토크 기울기 제어 및 필터를 이용하던 종래 기술의 문제점, 즉 많은 인자를 고려하여 각 상황별 토크 지령 필터나 기울기를 설정해야 하는 번거로움과 공수 과다의 문제가 해결될 수 있고, 실시간으로 그 순간에 적합한 토크 지령을 생성할 수 있으므로 개발 효율성의 향상도 기대할 수 있다.

도 1은 전기자동차(EV)의 시스템 구성을 예시한 도면이다.
도 2는 하이브리드 자동차(HEV)의 시스템 구성을 예시한 도면이다.
도 3 및 도 4는 공지의 토크 기울기 제한이 이루어지는 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5 및 도 6은 본 발명에 따라 생성된 구동 토크 지령으로 피드백 제어하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 구동 토크 지령 생성 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.

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.

친환경자동차에서 차량 구동원(엔진 및 모터/모터)과 변속기(또는 감속기), 구동축 및 구동륜까지의 구동계는 일체로 회전되는 강체라 할 수 있지만, 실제 구동시 차량 구동원과 구동륜 사이의 구동계에서는 비틀림이 발생할 수 있다.

특히, 구동 토크가 순간적으로 급변하는 상황, 예를 들어 운전자가 가속페달을 순간적으로 급하게 많이 밟거나, 가속페달로부터 갑자기 발을 급하게 떼는 상황에서 구동계의 비틀림이 발생할 수 있다.

따라서, 운전자의 급작스러운 차량 조작이나 운전 입력이 있게 되면(예를 들어 급작스러운 가속페달 조작이 있게 되면) 구동계의 비틀림과 백래시(backlash)로 인해 진동과 소음이 발생할 수 있다.

그러나, 선행특허문헌과 같은 종래 기술은 외란으로 인해 발생한 NVH 문제를 해결하기 위한 것일 뿐, 운전자의 급작스러운 차량 조작이나 운전 입력으로 인한 NVH 문제를 해결하기 위한 것은 아니다.

외란으로 인해 발생한 NVH 문제를 해결하기 위한 상기의 선행특허문헌과 별개로, 친환경자동차에서 구동계의 비틀림으로 인한 문제점을 해결하기 위한 최적의 구동력 지령(구동 토크 지령)을 생성함에 있어서 다양한 조건을 인자로 하는 기울기 제한 및 필터를 사용하는 방법이 알려져 있다.

이하의 설명에서 구동력 지령이라 함은 차량을 구동하기 위한 구동원에 대한 토크 지령을 의미하고, 차량 구동원의 작동을 제어하기 위한 구동 토크 지령으로서, 일례로 구동모터(이하 '모터'라 약칭함)에 대한 토크 지령을 의미한다.

도 3 및 도 4는 공지의 토크 기울기 제어, 즉 토크 기울기 제한이 이루어지는 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 3 및 도 4에서 APS(Acceleration Position Sensor)와 BPS(Brake Pedal Sensor)는 가속페달 센서와 브레이크 페달 센서를 의미한다.

토크 기울기 제한을 적용하는 공지의 방법에서는 도 3에 나타낸 바와 같이 운전자가 가속페달을 급격히 조작하더라도(APS 신호 급상승) 레이트 리미터(Rate Limiter)를 이용하여 모터 토크 지령이 완만하게 상승하도록 하는 토크 기울기 제어가 수행된다.

그러나, 이러한 토크 기울기 제어가 수행되더라도 구동축 등의 비틀림으로 인해 모터 속도와 등가 휠 속도(휠 속도에 모터와 구동륜 간의 기어비를 곱한 속도) 사이에 차이가 발생할 수 있다.

또한, 토크 기울기 제어가 수행되므로 운전자가 가속페달을 밟은 것과 달리 모터 토크 지령은 완만히 상승하도록 생성되고, 결국 완만히 상승하는 토크 지령에 따라 모터의 작동이 제어되므로 가속도(종가속도) 상승의 차량 반응은 더디게 나타난다.

도 4를 참조하면, 제어기(10)가 가속페달과 브레이크 페달 조작 등의 운전자 입력(APS 및 BPS 값)에 응답하여 차량을 제어하는데, 이때 모터 토크 출력을 제어하기 위한 목표 토크가 결정되면, 제어기(10) 내 레이트 리미터에서 기어단, 모터 토크(토크 지령), 휠 속도, 모드, 변속 클래스(class)/페이즈(phase), 모터 충/방전 상태 등의 변수에 따라 모터 토크 지령의 기울기를 제한하는 제어가 수행된다.

외란으로 인한 것을 제외한, 구동계에서의 NVH 문제는 대부분 구동계의 기어 치합 간 공차에 의한 백래시와 구동축의 비틀림 현상으로 인해 나타난다.

운전자가 가속페달을 조작하였을 때 토크 지령이 최대한 느리고 완만하게 변화하도록 토크 지령의 기울기를 제어한다면 구동계에서의 백래시와 비틀림으로 인한 NVH 문제는 어느 정도 해소할 수 있다.

그러나, 느리고 완만한 토크의 변화는 빠른 응답성을 제공하지 못하기 때문에 운전자가 기대하는 차량 거동과 실제 차량 거동 사이의 차이가 커지며, 가감속시 이질감이 생겨 운전성이 저하된다.

도 3을 참조하면, 운전자가 가속페달을 급하게 밟았음에도(APS 신호 급상승) 모터 토크 지령은 완만한 기울기로 상승하고, 이에 가속페달을 밟은 후 시간 지연을 두고 차량 가속도(종가속도)가 상승함을 볼 수 있다.

이러한 상충 관계를 해결하고자 종래에는 토크 기울기 제어 및 필터 적용을 위해 최적의 토크 기울기 값과 필터 상수를 각 상황마다 실험적으로 찾는 작업이 요구되었고, 이때 각 상황별 변수로 기어단, 모터 토크(토크 지령), 휠 속도, 모드, 변속 클래스/페이즈, 모터 충/방전 상태 등을 모두 고려해야 했다.

이에 따라 본 발명에서는 상기의 문제점을 해결하기 위해 구동계의 비틀림을 측정하여 구동 토크 지령을 생성하는 방법을 제시하고, 이를 통해 실시간으로 NVH 문제를 해소할 수 있는 최적의 토크 지령을 생성할 수 있도록 한다.

본 발명에서는 차량 구동원과 변속기(또는 감속기), 구동축을 포함하는 친환경자동차의 구동계에 있어서, 구동계의 비틀림 양을 모터 속도와 휠 속도의 측정치로부터 계산하고, 비틀림 양의 함수로 토크 지령이 조정되어 운전자 요구에 따른 차량 가감속이 수행된다.

이하에서는 본 발명의 토크 지령 생성 장치 및 방법에 대해 도면을 참조하여 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

도 5 및 도 6은 본 발명에 따라 생성된 구동 토크 지령으로 피드백 제어하는 방법을 설명하기 위한 도면이고, 도 7은 본 발명에 따른 구동 토크 지령 생성 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.

먼저, 본 발명의 토크 지령 생성 장치의 구성을 살펴보면, 제어 장치는, 운전자가 차량에 대한 운전 입력을 수행한 경우 운전 입력값을 검출하는 운전 입력값 검출부(101), 모터 속도를 검출하는 모터 속도 검출부(104), 휠 속도를 검출하는 휠 속도 검출부(105), 그리고 상기 모터 속도 검출부(104) 및 휠 속도 검출부(105)에 의해 검출된 모터 속도와 휠 속도 정보로부터 차량 구동계의 비틀림 상태 정보를 취득하고 상기 운전 입력값 검출부(101)에 의해 검출된 운전 입력값과 상기 취득된 비틀림 상태 정보에 기초하여 구동 토크 지령을 생성하는 제어기(110)를 포함한다.

여기서, 운전 입력값 검출부(101)는 운전자의 가속페달 입력 값과 브레이크 페달 입력 값을 검출하는 통상의 가속페달 센서(APS)(102)와 브레이크 페달 센서(BPS)(103)가 될 수 있고, 이때 운전 입력값은 운전자의 가속페달 조작 및 브레이크 페달 조작에 따른 페달 입력 값(페달 위치 또는 페달 조작 변위 등을 나타내는 APS 신호 값 및 BPS 신호 값)이 된다.

또한, 모터 속도를 검출하는 모터 속도 검출부(104)와 휠 속도를 검출하는 휠 속도 검출부(105)는 통상의 친환경자동차에서 모터에 설치되는 레졸버와 차량 휠에 설치되는 휠 속도 센서가 될 수 있다.

그리고, 상기 제어기(110)는 하이브리드 자동차인 경우 하이브리드 제어기(Hybrid Control Unit, HCU)가 될 수 있고, 순수 전기자동차인 경우 차량 제어기(Vehicle Control Unit, VCU)가 될 수 있으며, 연료전지 자동차인 경우 연료전지 시스템 제어기가 될 수 있다.

상기 제어기(110)는 운전 입력값 검출부(101)에 의해 검출되는 운전자의 운전 입력값(APS 신호 값, BPS 신호 값)을 입력받는 제1 토크 지령 생성부(111)를 포함하고, 상기 제1 토크 지령 생성부(111)는 상기 검출된 운전 입력값으로부터 모터 제어를 위한 목표 토크에 상응하는 목표 토크 지령을 생성하여 출력한다.

이에 더하여, 상기 제어기(110)는 모터 속도 검출부(104)와 휠 속도 검출부(105)에 의해 검출되는 모터 속도와 휠 속도 정보로부터 차량 구동계의 비틀림 상태를 결정하여 비틀림 상태 정보를 출력하는 비틀림 상태 결정부(114), 및 상기 비틀림 상태 결정부(114)에서 출력되는 비틀림 상태 정보에 기초하여 차량 구동계의 비틀림을 감소시키기 위한 보정 토크 지령을 생성하여 출력하는 제2 토크 지령 생성부(115)를 더 포함한다.

또한, 상기 제어기(110)는 상기 제1 토크 지령 생성부(111)가 출력하는 목표 토크 지령과 상기 제2 토크 지령 생성부(115)가 출력하는 보정 토크 지령으로부터 최종의 모터 토크 지령을 생성하는 모터 토크 지령 생성부(116)를 더 포함한다.

여기서, 목표 토크 지령은 피드포워드 방식으로 결정되는 피드포워드 토크 지령이 될 수 있고, 보정 토크 지령은 피드백 방식으로 결정되는 피드백 토크 지령이 될 수 있다.

이하의 설명에서는 제1 토크 지령 생성부(111)가 출력하는 토크 지령, 즉 목표 토크 지령을 피드포워드 토크 지령이라 칭하고, 제2 토크 지령 생성부(115)가 출력하는 토크 지령, 즉 보정 토크 지령을 피드백 토크 지령이라 칭하기로 한다.

이에 따라 제어기(110)에서는 제1 토크 지령 생성부(111)가 운전 입력값에 해당하는 모터 제어를 위한 목표 토크에 상응하는 피드포워드 토크 지령을 생성하여 출력하고, 비틀림 상태 결정부(114)가 실시간 검출되는 모터 속도와 휠 속도 정보로부터 차량 구동계의 비틀림 상태를 결정하여 비틀림 상태 정보를 출력하며, 제2 토크 지령 생성부(115)가 비틀림 상태 정보에 기초하여 차량 구동계의 비틀림을 감소시키기 위한 피드백 토크 지령을 생성하여 출력한다.

또한, 제어기(110)의 모터 토크 지령 생성부(116)는 제1 토크 지령 생성부(111)가 출력하는 피드포워드 토크 지령과 상기 제2 토크 지령 생성부가 출력하는 피드백 토크 지령으로부터 최종의 모터 토크 지령을 생성한다.

이때, 모터 토크 지령 생성부(116)는 피드포워드 토크 지령을 비틀림 감소를 위한 피드백 토크 지령만큼 보정하여 최종의 모터 토크 지령을 생성하게 된다.

이하, 토크 지령 생성 과정에 대해 설명하면, 운전자가 가속페달 또는 브레이크 페달을 조작하면, 운전 입력값 검출부(101)에 의해 운전자의 가속페달 조작 또는 브레이크 페달 조작에 따른 운전 입력값이 검출되고, 운전 입력값 검출부(101)에 의해 검출되는 운전 입력값이 실시간으로 제어기(110)에 입력된다.

한편으로, 차량 주행 동안 모터 속도 검출부(104)와 휠 속도 검출부(105)에서는 모터 속도와 휠 속도가 검출되고, 상기 모터 속도 검출부(104)와 휠 속도 검출부(105)에 의해 검출되는 모터 속도와 휠 속도가 실시간으로 제어기(110)에 입력된다.

이때, 상기 검출된 운전 입력값은 제어기(110)의 제1 토크 지령 생성부(111)에 입력되어 피드포워드 토크 지령을 생성하는데 이용되고, 상기 검출된 모터 속도와 휠 속도는 제어기(110)의 비틀림 상태 결정부(114)에 입력되어 구동계의 비틀림 상태를 결정하는데 이용된다.

본 발명에서 제1 토크 지령 생성부(111)가 운전자의 운전 입력값에 따라 피드포워드 토크 지령을 생성하는 과정은, 통상의 친환경자동차에서 제어기가 운전자의 운전 입력값에 따라 목표로 하는 모터 토크 지령을 생성하는 공지의 방법과 비교하여 차이가 없다.

이와 같이 제1 토크 지령 생성부(111)에서 피드포워드 토크 지령을 생성하는 방법에 대해서는 공지의 기술 사항이라 할 수 있으므로 본 명세서에서 상세한 설명을 생략하기로 한다.

상기 제어기(110)의 비틀림 상태 결정부(114)에서는 모터 속도와 휠 속도로부터 비틀림 상태 정보를 취득하며, 비틀림 상태 결정부(114)에서 휠 속도는 차량의 구동륜을 기준으로 하여 취득된 것이 될 수 있다.

또한, 비틀림 상태 결정부(114)에서 휠 속도는 좌측 휠과 우측 휠의 편차 또는 전측 휠과 후측 휠의 편차가 보정된 뒤 필터(113)에 의해 필터링된 값이 이용될 수 있으며, 여기서 필터(113)는 로우 패스 필터가 될 수 있다.

예를 들어, 좌측 휠 속도와 우측 휠 속도의 평균속도 또는 전측 휠 속도와 후측 휠 속도의 평균속도를 나타내는 신호가 얻어진 뒤, 이 평균속도 신호가 로우 패스 필터(113)에서 필터링된 후 비틀림 상태를 결정하는데 이용되도록 한다.

마찬가지로, 모터 속도 검출부(104)에 의해 검출된 모터 속도 또한 필터(112)에 의해 필터링된 값이 제어기(110)의 비틀림 상태 결정부(114)에서 이용될 수 있고, 이때 필터(112) 또한 로우 패스 필터가 될 수 있다.

다음으로, 비틀림 상태 결정부(114)에서는 전술한 바와 같이 모터 속도와 휠 속도로부터 구동계의 비틀림 상태를 결정하는데, 본 발명에서 비틀림 상태 정보는 비틀림 속도와 비틀림 가속도, 비틀림 각을 포함할 수 있다.

상기 비틀림 속도는 모터 속도와 휠 속도의 차이를 계산함으로써 구해질 수 있는데, 이때 차이를 계산하기 위해 모터 속도와 비교되는 휠 속도는 모터와 휠 간의 기어비가 고려된 등가 휠 속도이다.

즉, 휠 속도 검출부(105)에 의해 검출된 휠 속도에 모터와 휠 간의 기어비를 곱하여 등가 휠 속도가 계산될 수 있고, 비틀림 상태 결정부(114)에서 모터 속도와 등가 휠 속도 사이의 차이가 계산되면 그 차이값이 차량 구동계의 실시간 비틀림 속도가 된다.

여기서, 모터와 휠 간의 기어비는 유단 변속기가 장착된 차량인 경우 변속기의 기어비, 즉 현재 변속단의 기어비를 반영하고 있는 것이므로, 등가 휠 속도는 변속기의 현재 변속단을 고려하여 변환된 것이면서 모터 속도에 등가적인 휠 속도가 된다.

또한, 비틀림 상태 결정부(114)에서는 상기 계산된 비틀림 속도(즉 비틀림 각속도)를 미분하여 비틀림 가속도(즉 비틀림 각가속도)를 계산할 수 있고, 상기 비틀림 속도를 적분하여 비틀림 각을 계산할 수 있다.

이렇게 계산된 비틀림 속도, 비틀림 가속도, 비틀림 각은 비틀림 상태 정보로서 상기 비틀림 상태 결정부(114)에서 출력되어 제2 토크 지령 생성부(115)로 입력되고, 제2 토크 지령 생성부(115)에서 피드백 토크 지령을 생성하는데 이용된다.

상기 제2 토크 지령 생성부(115)에서는 비틀림 속도와 비틀림 가속도, 비틀림 각에 기초하여 비틀림 상태에 상응하는 피드백 토크 지령을 생성하는데, 비틀림 속도와 비틀림 가속도, 비틀림 각에 미리 결정된 각각의 제어 게인을 곱한 값을 합산하여 그 합산 값을 피드백 토크 지령으로 생성한다.

이어 제2 토크 지령 생성부(115)에서 생성된 피드백 토크 지령은 모터 토크 지령 생성부(116)로 전달된다.

상기 모터 토크 지령 생성부(116)에서는 제1 토크 지령 생성부(111)가 출력하는 피드포워드 토크 지령과 제2 토크 지령 생성부(115)가 출력하는 피드백 토크 지령을 입력받게 되고, 입력된 피드포워드 토크 지령과 피드백 토크 지령으로부터 최종의 모터 토크 지령을 생성한다.

이때, 모터 토크 지령 생성부(116)는 피드포워드 토크 지령과 피드백 토크 지령을 합한 값으로 모터 토크 지령을 생성한다.

즉, 운전자의 운전 입력값에 기초하여 결정된 피드포워드 토크 지령과 실시간 측정 값인 모터 속도 및 휠 속도에 기초하여 결정된 피드백 토크 지령을 합산하여 그 합산한 값을 모터 토크 지령으로 결정하는 것이다.

본 발명에서 상기와 같이 피드포워드 토크 지령과 피드백 토크 지령을 합산하여 모터 토크 지령을 생성하도록 함에 있어서, 상기 피드백 토크 지령은 합산하였을 때 구동계 축의 비틀림을 감소시킬 수 있는 방향의 값이 되도록 결정되는데, 예를 들어 '+' 방향의 구동 토크 인가시 '+' 방향의 비틀림이 발생하였다면, 모터의 구동 토크 방향과는 반대 방향인 '-' 방향의 피드백 토크 지령이 결정되어 합산되어야 한다.

즉, 상기 피드백 토크 지령은 모터에 대한 토크 지령으로서 구동계의 비틀림 발생시 비틀림을 감소시킬 수 있는 방향의 모터 토크를 생성하기 위한 지령으로 결정된다.

또한, 제2 토크 지령 생성부(115)에서 생성되는 피드백 토크 지령은 모터 허용 부하를 초과하지 않아야 하므로, 제2 토크 지령 생성부(116)는 피드백 토크 지령을 모터 허용 부하를 초과하지 않게 제한하도록 설정된다.

마찬가지로, 제1 토크 지령 생성부(111)에서 생성되는 피드포워드 토크 지령 역시 모터 허용 부하를 초과하지 않아야 하므로, 제1 토크 지령 생성부(111) 또한 피드포워드 토크 지령을 모터 허용 부하를 초과하지 않게 제한하도록 설정된다.

또한, 피드포워드 토크 지령과 피드백 토크 지령의 합산 값인 최종의 모터 토크 지령 또한 모터 허용 부하를 초과하지 않도록 제한되어야 하며, 모터 토크 지령 생성부(116)에서 모터 토크 지령의 최대값이 모터 허용 부하 또는 모터 허용 부하 미만의 특정 값으로 미리 설정됨이 바람직하다.

결국, 모터 토크 지령 생성부(116)에서 최종 결정된 모터 토크 지령은 모터 제어기(Motor Control Unit, MCU)(미도시)로 입력되고, 모터 제어기에서 모터의 작동을 제어하는데 이용된다.

이상으로 본 발명에 따른 구동 토크 지령 생성 장치와 방법에 대해 설명하였는바, 본 발명에서 휠 속도가 기어비를 통해 모터 관점의 휠 속도, 즉 등가 휠 속도로 변환될 수 있을 때에만 피드백 토크 지령을 전술한 방법대로 생성한다.

특히, 현재 기어비가 연속해서 변화하지 않는 상태로 특정 값으로 정의될 수 있을 때에만 피드백 토크 지령을 생성한다.

반면, 유단 변속기가 장착된 차량에서 현재 변속 상태가 실 변속 구간(변속 이너시아 페이즈(inertia phase))에 해당하거나 크립 주행 등 슬립으로 인해 정확한 기어비를 정의할 수 없을 때에는 제2 토크 지령 생성부(115)에서 피드백 토크 지령의 생성을 중단한다.

이와 같이 피드백 토크 지령의 생성이 중단된 때에는 제2 토크 지령 생성부(115)에서 피드백 토크 지령이 출력되지 않으므로, 모터 토크 지령 생성부(116)에는 제1 토크 지령 생성부(111)에서 입력되는 피드포워드 토크 지령을 최종의 모터 토크 지령으로 결정하며, 피드포워드 토크 지령만으로 모터의 작동을 제어한다.

그리고, 본 발명의 변형된 다른 실시예로서, 구동륜의 휠 속도를, 비구동륜의 휠 속도나, GPS로부터 얻은 차속을 휠 속도로로 환산한 값, 혹은 차량 모델을 기반으로 관측된 휠 속도로 대체할 수 있다.

또한, 엔진과 모터가 동력 전달 가능하게 연결될 수 있는 하이브리드 자동차, 일례로 TMED(Transmission Mounted Electric Device) 방식의 하이브리드 자동차에서, 모터 속도를 엔진 속도나 스타터-제너레이터(Hybrid Starter and Generator, HSG)의 속도, 또는 변속기 입력축 속도 등으로 대체할 수 있다.

또한, 구동계 축의 비틀림 각, 속도, 가속도 값에 제어 게인을 곱한 것의 합으로 피드백 토크 지령을 생성하는 방법 외에, 축 비틀림을 참고로 하는 모델 기반 제어 혹은 칼만 필터 등을 이용한 토크 지령 방법의 형태로 변형되어 적용할 수 있다.

또한, 등가 휠 속도 환산 과정에서 고정적인 기어비가 정의될 수 없을 경우를 판단하기 위한 조건을, 앞서 설명한 변속이 이루어지고 있는 조건 및 크립 조건 외에, 엔진 클러치나 변속기 클러치의 액추에이터 정보를 이용하여 판단이 가능한 클러치 접합/해제가 이루어지고 있는 조건 등으로 대체할 수 있다.

이와 같이 하여, 본 발명에 따른 친환경자동차의 구동 토크 지령 생성 장치 및 방법에 의하면, 운전자의 운전 입력(예컨대, 운전자의 가속페달 조작)에 대한 차량의 빠른 반응성 및 응답성을 확보할 수 있고, 운전 입력으로 인해 급격한 구동력 변화가 있더라도 구동계의 비틀림 및 백래시로 인한 NVH 발생이 효과적으로 억제될 수 있다.

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.

101 : 운전 입력값 검출부
102 : 가속페달 센서
103 : 브레이크 페달 센서
104 : 모터 속도 검출부
105 : 휠 속도 검출부
110 : 제어기
111 : 제1 토크 지령 생성부
112, 113 : 필터
114 : 비틀림 상태 결정부
115 : 제2 토크 지령 생성부
116 : 모터 토크 지령 생성부

Claims

가속페달 조작에 따른 페달 입력 값을 포함하는 운전자의 운전 입력값을 검출하는 운전 입력값 검출부;
차량의 구동모터 속도를 검출하는 모터 속도 검출부;
차량의 휠 속도를 검출하는 휠 속도 검출부; 및
상기 모터 속도 검출부와 휠 속도 검출부에 의해 검출되어 입력된 모터 속도와 휠 속도 정보로부터 차량 구동계의 비틀림 상태 정보를 취득하고, 상기 운전 입력값 검출부에서 입력된 운전 입력값과 상기 취득된 비틀림 상태 정보에 기초하여 모터 토크 지령을 생성하는 제어기;
를 포함하는 친환경자동차의 구동 토크 지령 생성 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제어기는,
상기 운전 입력값 검출부에서 입력된 운전 입력값으로부터 구동모터 제어를 위한 목표 토크에 상응하는 목표 토크 지령을 생성하여 출력하는 제1 토크 지령 생성부;
상기 모터 속도 검출부와 휠 속도 검출부에 의해 검출되어 입력된 모터 속도와 휠 속도 정보로부터 차량 구동계의 비틀림 상태를 결정하여 비틀림 상태 정보를 출력하는 비틀림 상태 결정부;
상기 비틀림 상태 결정부에서 입력된 비틀림 상태 정보에 기초하여 차량 구동계의 비틀림을 감소시키기 위한 보정 토크 지령을 생성하여 출력하는 제2 토크 지령 생성부; 및
상기 제1 토크 지령 생성부에서 입력된 목표 토크 지령과 상기 제2 토크 지령 생성부에서 입력된 보정 토크 지령으로부터 최종의 모터 토크 지령을 생성하는 모터 토크 지령 생성부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경자동차의 구동 토크 지령 생성 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 모터 토크 지령 생성부는 상기 목표 토크 지령을 상기 비틀림 감소를 위한 보정 토크 지령만큼 보정한 값으로 모터 토크 지령으로 생성하는 것을 특징으로 하는 친환경자동차의 구동 토크 지령 생성 장치.
청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,
상기 제2 토크 지령 생성부에서 생성되는 보정 토크 지령은 구동계의 비틀림을 감소시킬 수 있는 방향의 구동모터 토크를 생성하기 위한 지령이고, 상기 모터 토크 지령 생성부는 목표 토크 지령과 보정 토크 지령을 합산한 값으로 모터 토크 지령을 결정하는 것을 특징으로 하는 친환경자동차의 구동 토크 지령 생성 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 제1 토크 지령 생성부에서 생성되는 목표 토크 지령, 상기 제2 토크 지령 생성부에서 생성되는 보정 토크 지령, 및 상기 모터 토크 지령 생성부에서 생성되는 모터 토크 지령은, 모두 구동모터의 허용 부하를 초과하지 않는 값으로 제한되는 것을 특징으로 하는 친환경자동차의 구동 토크 지령 생성 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 비틀림 상태 결정부는 모터 속도 검출부와 휠 속도 검출부에 의해 검출되고 필터에 의해 필터링된 모터 속도와 휠 속도로부터 차량 구동계의 비틀림 상태를 결정하도록 된 것을 특징으로 하는 친환경자동차의 구동 토크 지령 생성 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 비틀림 상태 정보는 비틀림 속도, 비틀림 가속도 및 비틀림 각을 포함하고,
상기 비틀림 속도는 상기 모터 속도 검출부에 의해 검출된 모터 속도와, 상기 휠 속도 검출부에 의해 검출된 휠 속도에 모터와 휠 간의 기어비를 곱한 등가 휠 속도의 차이 값으로 계산되고,
상기 비틀림 가속도는 비틀림 속도를 미분하여 계산되며,
상기 비틀림 각은 비틀림 속도를 적분하여 계산되는 것을 특징으로 하는 친환경자동차의 구동 토크 지령 생성 장치.
청구항 7에 있어서,
상기 제2 토크 지령 생성부는 비틀림 상태 결정부에서 입력된 비틀림 속도와 비틀림 가속도, 비틀림 각에 미리 결정된 각각의 제어 게인을 곱한 값을 합산하여 그 합산 값을 보정 토크 지령으로 생성하는 것을 특징으로 하는 친환경자동차의 구동 토크 지령 생성 장치.
청구항 7에 있어서,
상기 제2 토크 지령 생성부는 변속기의 변속 상태가 실 변속 구간에 해당하거나 차량이 크립 주행하는 경우 보정 토크 지령의 생성을 중단하고,
상기 모터 토크 지령 생성부는 목표 토크 지령을 최종의 모터 토크 지령으로 결정하는 것을 특징으로 하는 친환경자동차의 구동 토크 지령 생성 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 목표 토크 지령은 피드포워드 방식으로 결정되는 피드포워드 토크 지령이고, 상기 보정 토크 지령은 피드백 방식으로 결정되는 피드백 토크 지령인 것을 특징으로 하는 친환경자동차의 구동 토크 지령 생성 장치.
운전 입력값 검출부에 의해 가속페달 조작에 따른 페달 입력 값을 포함하는 운전자의 운전 입력값이 검출되는 단계;
모터 속도 검출부에 의해 차량의 구동모터 속도가 검출되는 단계;
휠 속도 검출부에 의해 차량의 휠 속도가 검출되는 단계;
제어기에서 상기 모터 속도 검출부와 휠 속도 검출부에 의해 검출되어 입력된 모터 속도와 휠 속도 정보로부터 차량 구동계의 비틀림 상태 정보가 취득되는 단계; 및
상기 제어기가 상기 운전 입력값 검출부에서 입력된 운전 입력값과 상기 취득된 비틀림 상태 정보에 기초하여 모터 토크 지령을 생성하는 단계;
를 포함하는 친환경자동차의 구동 토크 지령 생성 방법.
청구항 11에 있어서,
상기 제어기가 모터 토크 지령을 생성하는 단계는,
상기 운전 입력값 검출부에서 입력된 운전 입력값에 해당하는 구동모터 제어를 위한 목표 토크에 상응하는 목표 토크 지령을 생성하는 단계;
상기 취득된 비틀림 상태 정보에 기초하여 차량 구동계의 비틀림을 감소시키기 위한 보정 토크 지령을 생성하는 단계; 및
상기 목표 토크 지령과 보정 토크 지령으로부터 최종의 모터 토크 지령을 생성하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경자동차의 구동 토크 지령 생성 방법.
청구항 12에 있어서,
상기 모터 토크 지령은 상기 목표 토크 지령을 상기 비틀림 감소를 위한 보정 토크 지령만큼 보정한 값으로 생성하는 것을 특징으로 하는 친환경자동차의 구동 토크 지령 생성 방법.
청구항 12 또는 청구항 13에 있어서,
상기 보정 토크 지령은 구동계의 비틀림을 감소시킬 수 있는 방향의 구동모터 토크를 생성하기 위한 지령이고, 상기 제어기에서 목표 토크 지령과 보정 토크 지령을 합산한 값으로 모터 토크 지령을 결정하는 것을 특징으로 하는 친환경자동차의 구동 토크 지령 생성 방법.
청구항 12에 있어서,
상기 비틀림 상태 정보는 비틀림 속도, 비틀림 가속도 및 비틀림 각을 포함하고,
상기 비틀림 속도는 상기 모터 속도 검출부에 의해 검출된 모터 속도와, 상기 휠 속도 검출부에 의해 검출된 휠 속도에 모터와 휠 간의 기어비를 곱한 등가 휠 속도의 차이 값으로 계산되고,
상기 비틀림 가속도는 비틀림 속도를 미분하여 계산되며,
상기 비틀림 각은 비틀림 속도를 적분하여 계산되는 것을 특징으로 하는 친환경자동차의 구동 토크 지령 생성 방법.
청구항 15에 있어서,
상기 비틀림 속도와 비틀림 가속도, 비틀림 각에 미리 결정된 각각의 제어 게인을 곱한 값을 합산하여 그 합산 값을 보정 토크 지령으로 생성하는 것을 특징으로 하는 친환경자동차의 구동 토크 지령 생성 방법.
청구항 15에 있어서,
상기 제어기는 변속기의 변속 상태가 실 변속 구간에 해당하거나 차량이 크립 주행하는 경우 보정 토크 지령의 생성을 중단하고, 상기 목표 토크 지령을 최종의 모터 토크 지령으로 결정하는 것을 특징으로 하는 친환경자동차의 구동 토크 지령 생성 방법.
청구항 22에 있어서,
상기 목표 토크 지령은 피드포워드 방식으로 결정되는 피드포워드 토크 지령이고, 상기 보정 토크 지령은 피드백 방식으로 결정되는 피드백 토크 지령인 것을 특징으로 하는 친환경자동차의 구동 토크 지령 생성 방법.