KR20200070517A - 하이브리드 자동차 및 그 변속 제어 방법 - Google Patents

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KR20200070517A
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    • B60W40/02—Estimation or calculation of non-directly measurable driving parameters for road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub unit, e.g. by using mathematical models related to ambient conditions
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16H61/02—Control functions within control units of change-speed- or reversing-gearings for conveying rotary motion ; Control of exclusively fluid gearing, friction gearing, gearings with endless flexible members or other particular types of gearing characterised by the signals used
    • F16H61/0202—Control functions within control units of change-speed- or reversing-gearings for conveying rotary motion ; Control of exclusively fluid gearing, friction gearing, gearings with endless flexible members or other particular types of gearing characterised by the signals used the signals being electric
    • F16H61/0204—Control functions within control units of change-speed- or reversing-gearings for conveying rotary motion ; Control of exclusively fluid gearing, friction gearing, gearings with endless flexible members or other particular types of gearing characterised by the signals used the signals being electric for gearshift control, e.g. control functions for performing shifting or generation of shift signal
    • F16H61/0246—Control functions within control units of change-speed- or reversing-gearings for conveying rotary motion ; Control of exclusively fluid gearing, friction gearing, gearings with endless flexible members or other particular types of gearing characterised by the signals used the signals being electric for gearshift control, e.g. control functions for performing shifting or generation of shift signal characterised by initiating reverse gearshift
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16H61/04—Smoothing ratio shift
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    • F16H61/68—Control functions within control units of change-speed- or reversing-gearings for conveying rotary motion ; Control of exclusively fluid gearing, friction gearing, gearings with endless flexible members or other particular types of gearing specially adapted for stepped gearings
    • F16H61/684—Control functions within control units of change-speed- or reversing-gearings for conveying rotary motion ; Control of exclusively fluid gearing, friction gearing, gearings with endless flexible members or other particular types of gearing specially adapted for stepped gearings without interruption of drive
    • F16H61/688—Control functions within control units of change-speed- or reversing-gearings for conveying rotary motion ; Control of exclusively fluid gearing, friction gearing, gearings with endless flexible members or other particular types of gearing specially adapted for stepped gearings without interruption of drive with two inputs, e.g. selection of one of two torque-flow paths by clutches
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    • B60K6/42—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by the architecture of the hybrid electric vehicle
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    • B60K6/50—Architecture of the driveline characterised by arrangement or kind of transmission units
    • B60K6/54—Transmission for changing ratio
    • B60K2006/541—Transmission for changing ratio without reverse ratio using instead electric reversing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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Abstract

본 발명은 하이브리드 자동차 및 그 변속 제어 방법에 관한 것으로, 하이브리드 자동차에서 별도의 후진 기어(reverse gear) 없이 모터의 역회전을 통해 후진 주행을 구현하되, 주행(D)에서 후진(R)으로 변속 시에 또는 후진(R)에서 주행(D)으로 변속 시에 변속기의 현재의 기어 단을 고려한 적절한 변속 제어가 이루어질 수 있도록 하는데 그 목적이 있다. 이를 위해 본 발명에 따른 하이브리드 자동차의 변속 제어 방법은, 후진 기어가 없는 변속기를 탑재한 하이브리드 자동차의 변속 제어 방법에 있어서, 변속 레버가 주행(D)에서 중립(N)으로 전환되면 기존의 기어 단에 대응하는 타겟 RPM으로 모터의 속도 제어를 실시하는 단계와; 상기 변속 레버가 상기 중립(N)에서 후진(R)으로 전환되면 상기 기존의 기어 단의 기어와 클러치를 결합하고 상기 모터의 역 토크를 상기 변속기에 인가하여 상기 기존의 기어 단으로 후진 주행이 이루어지도록 하는 단계를 포함한다.

Description

하이브리드 자동차 및 그 변속 제어 방법{HYBRID VEHICLE AND TRANSMISSION CONTROL METHOD THEREOF}
본 발명은 자동차에 관한 것으로, 듀얼 클러치 변속기를 구비하는 하이브리드 자동차에 관한 것이다.
듀얼 클러치 변속기는 수동 변속기의 효율성과 자동 변속기의 편리성을 모두 구비한 변속기이다. 운행 중에 변속을 위한 운전자의 조작할 필요 없다는 점에서 자동 변속기와 같지만 기본 원리는 수동 변속기를 기반으로 하기 때문에 동력 전달 효율은 일반 자동 변속기에 비해 상대적으로 높다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 하이브리드 자동차에서 별도의 후진 기어(reverse gear) 없이 모터의 역회전을 통해 후진 주행을 구현하되, 주행(D)에서 후진(R)으로 변속 시에 또는 후진(R)에서 주행(D)으로 변속 시에 변속기의 현재의 기어 단을 고려한 적절한 변속 제어가 이루어질 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.
상술한 목적의 본 발명에 따른 하이브리드 자동차의 변속 제어 방법은, 후진 기어가 없는 변속기를 탑재한 하이브리드 자동차의 변속 제어 방법에 있어서, 변속 레버가 주행(D)에서 중립(N)으로 전환되면 기존의 기어 단에 대응하는 타겟 RPM으로 모터의 속도 제어를 실시하는 단계와; 상기 변속 레버가 상기 중립(N)에서 후진(R)으로 전환되면 상기 기존의 기어 단의 기어와 클러치를 결합하고 상기 모터의 역 토크를 상기 변속기에 인가하여 상기 기존의 기어 단으로 후진 주행이 이루어지도록 하는 단계를 포함한다.
상술한 하이브리드 자동차의 변속 제어 방법에서, 상기 기존의 기어 단이 1단일 때, 상기 모터를 1단 타겟 RPM으로 속도 제어한다.
상술한 하이브리드 자동차의 변속 제어 방법에서, 상기 기존의 기어 단이 2단일 때, 주행 중인 도로의 기울기에 따라 상기 모터를 1단 타겟 RPM과 2단 타겟 RPM 가운데 어느 하나로 속도 제어한다.
상술한 하이브리드 자동차의 변속 제어 방법에서, 상기 도로의 기울기가 미리 설정된 기준 값 미만일 때 상기 모터를 1단 타겟 RPM으로 속도 제어하고; 상기 도로의 기울기가 상기 미리 설정된 기준 값 이상일 때 상기 모터를 2단 타겟 RPM으로 속도 제어한다.
상술한 하이브리드 자동차의 변속 제어 방법에서, 상기 기울기의 상기 미리 설정된 기준 값은 상기 변속기의 2단 기어 비로 등판 가능한 최대 기울기이다.
상술한 하이브리드 자동차의 변속 제어 방법에서, 상기 기존의 기어 단이 3단 이상일 때, 차속을 미리 설정된 기준 값 미만으로 감속한 후 상기 모터의 속도 제어를 실시한다.
상술한 하이브리드 자동차의 변속 제어 방법에서, 상기 기존의 기어 단이 3단 이상일 때, 상기 모터를 2단 타겟 RPM으로 속도 제어한다.
상술한 하이브리드 자동차의 변속 제어 방법에서, 상기 변속기가 홀수 단 클러치와 짝수 단 클러치를 구비하는 듀얼 클러치 변속기이고; 상기 기존의 기어 단이 홀수 단이면 상기 홀수 단 클러치를 연결하고; 상기 기존의 기어 단이 짝수 단이면 상기 짝수 단 클러치를 연결한다.
상술한 목적의 본 발명에 따른 하이브리드 자동차의 또 다른 변속 제어 방법은, 후진 기어가 없는 변속기를 탑재한 하이브리드 자동차의 변속 제어 방법에 있어서, 변속 레버가 후진(R)에서 중립(N)으로 전환되면 기존의 기어 단에 대응하는 타겟 RPM으로 모터의 속도 제어를 실시하는 단계와; 상기 변속 레버가 상기 중립(N)에서 전진(D)으로 전환되면 상기 기존의 기어 단의 기어와 클러치를 결합하고 상기 모터의 토크를 상기 변속기에 인가하여 상기 기존의 기어 단으로 전진 주행이 이루어지도록 하는 단계를 포함한다.
상술한 하이브리드 자동차의 변속 제어 방법에서, 상기 기존의 기어 단이 1단일 때, 상기 모터를 1단 타겟 RPM으로 속도 제어한다.
상술한 하이브리드 자동차의 변속 제어 방법에서, 상기 기존의 기어 단이 2단일 때, 주행 중인 도로의 기울기에 따라 상기 모터를 1단 타겟 RPM과 2단 타겟 RPM 가운데 어느 하나로 속도 제어한다.
상술한 하이브리드 자동차의 변속 제어 방법에서, 상기 도로의 기울기가 미리 설정된 기준 값을 초과할 때 상기 모터를 1단 타겟 RPM으로 속도 제어하고; 상기 도로의 기울기가 상기 미리 설정된 기준 값 이하일 때 상기 모터를 2단 타겟 RPM으로 속도 제어한다.
상술한 하이브리드 자동차의 변속 제어 방법에서, 상기 기울기의 상기 미리 설정된 기준 값은 상기 변속기의 2단 기어 비로 등판 가능한 최대 기울기이다.
상술한 하이브리드 자동차의 변속 제어 방법에서, 상기 변속기가 홀수 단 클러치와 짝수 단 클러치를 구비하는 듀얼 클러치 변속기이고; 상기 기존의 기어 단이 홀수 단이면 상기 홀수 단 클러치를 연결하고; 상기 기존의 기어 단이 짝수 단이면 상기 짝수 단 클러치를 연결한다.
상술한 목적의 본 발명에 따른 하이브리드 자동차는, 후진 기어가 없는 변속기와; 변속 레버가 주행(D)에서 중립(N)으로 전환되면 기존의 기어 단에 대응하는 타겟 RPM으로 모터의 속도 제어를 실시하고, 상기 변속 레버가 상기 중립(N)에서 후진(R)으로 전환되면 상기 기존의 기어 단의 기어와 클러치를 결합하고 상기 모터의 역 토크를 상기 변속기에 인가하여 상기 기존의 기어 단으로 후진 주행이 이루어지도록 제어하는 제어부를 포함한다.
상술한 하이브리드 자동차에서, 상기 제어부는, 상기 기존의 기어 단이 2단일 때, 주행 중인 도로의 기울기에 따라 상기 모터를 1단 타겟 RPM과 2단 타겟 RPM 가운데 어느 하나로 속도 제어한다.
상술한 하이브리드 자동차에서, 상기 제어부는, 상기 도로의 기울기가 미리 설정된 기준 값 미만일 때 상기 모터를 1단 타겟 RPM으로 속도 제어하고; 상기 도로의 기울기가 상기 미리 설정된 기준 값 이상일 때 상기 모터를 2단 타겟 RPM으로 속도 제어한다.
상술한 하이브리드 자동차에서, 상기 기울기의 상기 미리 설정된 기준 값은 상기 변속기의 2단 기어 비로 등판 가능한 최대 기울기이다.
상술한 목적의 본 발명에 따른 또 다른 하이브리드 자동차는, 후진 기어가 없는 변속기와; 변속 레버가 후진(R)에서 중립(N)으로 전환되면 기존의 기어 단에 대응하는 타겟 RPM으로 모터의 속도 제어를 실시하고, 상기 변속 레버가 상기 중립(N)에서 전진(D)으로 전환되면 상기 기존의 기어 단의 기어와 클러치를 결합하고 상기 모터의 토크를 상기 변속기에 인가하여 상기 기존의 기어 단으로 전진 주행이 이루어지도록 제어하는 제어부를 포함한다.
상술한 하이브리드 자동차에서, 상기 제어부는, 상기 기존의 기어 단이 2단일 때, 주행 중인 도로의 기울기에 따라 상기 모터를 1단 타겟 RPM과 2단 타겟 RPM 가운데 어느 하나로 속도 제어한다.
상술한 하이브리드 자동차에서, 상기 제어부는, 상기 도로의 기울기가 미리 설정된 기준 값을 초과할 때 상기 모터를 1단 타겟 RPM으로 속도 제어하고; 상기 도로의 기울기가 상기 미리 설정된 기준 값 이하일 때 상기 모터를 2단 타겟 RPM으로 속도 제어한다.
상술한 하이브리드 자동차에서, 상기 기울기의 상기 미리 설정된 기준 값은 상기 변속기의 2단 기어 비로 등판 가능한 최대 기울기이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 하이브리드 자동차에서 별도의 후진 기어(reverse gear) 없이 모터의 역회전을 통해 후진 주행을 구현하되, 주행(D)에서 후진(R)으로 변속 시에 또는 후진(R)에서 주행(D)으로 변속 시에 변속기의 현재의 기어 단을 고려한 적절한 변속 제어가 이루어질 수 있도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 자동차의 동력 전달 계통(power train system)를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 자동차의 변속기의 구조를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 자동차의 후진 변속을 위한 제어 방법을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 자동차의 전진 변속을 위한 제어 방법을 나타낸 도면이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 자동차의 동력 전달 계통(power train system)를 나타낸 도면이다. 도 1에 나타낸 자동차는 엔진(102)과 모터(104)를 사용하는 하이브리드 자동차이다.
엔진(102)은 화석 연료를 연소시켜서 동력을 발생시키는 내연 기관이다.
모터(104)는 전기 에너지를 이용하여 동력을 발생시킨다.
엔진 클러치(106)는 엔진(102)과 모터(104)를 연결하거나 연결을 해제한다. 엔진 클러치(106)가 해제된 상태에서는 모터(104)의 동력만이 변속기(108)에 전달되고 엔진(102)의 동력은 변속기(108)에 전달되지 않는다. 반대로 엔진 클러치(106)가 연결되면 엔진(102)의 동력과 모터(104)의 동력이 모두 변속기(108)에 전달된다. 엔진 클러치(106)는 후술하는 도 2의 설명에서 언급될 변속기(108)의 변속기 클러치(202)(232)와 구분된다.
변속기(transmission)(108)는 엔진(102)과 모터(104)에서 발생하는 동력을 속도에 따라 적절한 회전력으로 전환하여 구동륜(130)에 전달한다.
배터리(110)는 모터(104)를 구동하기 위한 전력을 저장한다. 배터리(110)는 자동차의 자체 발전을 통해 충전되거나, 또는 외부 충전기에 의해 충전될 수 있다.
제어부(150)는 전자 제어 장치(Electronic Control Unit, ECU)로서, 동력 전달 계통의 동작 전반을 제어한다. 예를 들면 엔진(102)과 모터(104), 엔진 클러치(106), 변속기(108), 배터리(110) 등의 동작을 제어함으로써 자동차가 원활이 주행할 수 있도록 한다. 이를 위해 제어부(150)에는 자동차에 마련되는 다양한 종류의 센서(미도시)에서 발생하는 센서 신호들이 입력된다. 제어부(150)에서 동력 전달 계통을 제어하기 위해 출력되는 제어 신호는 이 센서 신호들을 기반으로 생성될 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 자동차의 변속기의 구조를 나타낸 도면이다. 도 2에 나타낸 변속기(108)는 6단 듀얼 클러치 변속기(6 speed dual clutch transmission)이다.
듀얼 클러치 변속기는 수동 변속기의 효율성과 자동 변속기의 편리성을 모두 구비한 변속기이다. 운행 중에 변속을 위한 운전자의 조작할 필요 없다는 점에서 자동 변속기와 같지만 기본 원리는 수동 변속기를 기반으로 하기 때문에 동력 전달 효율은 일반 자동 변속기에 비해 상대적으로 높다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 자동차의 변속기(108)는 6단 듀얼 클러치 변속기로서, 변속기 클러치가 홀수 단 클러치(202)와 짝수 단 클러치(232)의 두 개의 클러치로 구성된다. 홀수 단 기어(1·3·5단 기어)(222)는 홀수 단 클러치(202)에 연결되어 동력 전달이 이루어지고, 짝수 단 기어(2·4·6단 기어)(252)는 짝수 단 클러치(232)에 연결되어 동력 전달이 이루어진다. 클러치가 하나인 일반적인 변속기는 현재 기어 단이 3단일 때 3단 기어만이 출력 측에 연결된다. 이와 달리 듀얼 클러치 변속기에서는 3단에 이웃한 2단 기어와 4단 기어도 즉시 변속 가능한 상태로 대기하다가 3단에서 2단 또는 3단에서 4단으로 변속하기 위한 변속 레버의 조작이 발생하면 3단에서 2단으로 또는 3단에서 4단으로 즉시 변속이 이루어진다. 이와 같은 구조로 인해 듀얼 클러치 변속기의 변속 속도는 일반 자동 변속기의 변속 속도보다 상대적으로 더 빠르다.
도 2에서, 크랭크 샤프트(282)는 짝수 단 클러치(232) 또는 홀수 단 클러치(202)를 엔진(102) 및 모터(104)에 연결한다. 구동 샤프트(272)는 변속기(108)의 출력을 구동륜(130)에 전달한다. 홀수 단 출력 샤프트(262)는 홀수 단 기어(222)의 회전력을 구동 샤프트(272)로 전달한다. 짝수 단 출력 샤프트(292)는 짝수 단 기어(252)의 회전력을 구동 샤프트(272)로 전달한다.
도 2에 나타낸 본 발명의 실시 예에 따른 변속기(108)는 별도의 후진 기어(Reverse Gear)를 구비하고 있지 않고, 모터(104)의 역회전으로 후진 주행을 구현한다. 내연 기관의 동력만을 사용하는 자동차의 경우 내연 기관은 역회전이 불가능하기 때문에 변속기에 후진 주행을 위한 후진 기어를 별도로 구비해야 한다. 이와 다르게, 모터를 함께 이용하는 하이브리드 자동차의 경우 모터의 역회전을 이용하여 후진 주행을 구현할 수 있기 때문에 변속기에 후진 기어를 구비하지 않고 모터의 역회전과 주행 기어의 결합만으로도 후진 주행이 가능하다. 변속기에서 후진 기어를 삭제하면 변속기의 무게와 크기가 감소하기 때문에 자동차의 설계와 연비 개선, 동력 전달 계통의 단순화 등 많은 장점을 얻을 수 있다.
단, 모터(104)의 역회전을 통해 후진 주행을 구현하는 경우, 주행(D)에서 후진(R)으로 변속 시에 또는 후진(R)에서 주행(D)으로 변속 시에 변속기(108)의 현재의 기어 단을 고려한 변속 제어가 필요하다. 본 발명에서는, 별도의 후진 기어 없이 모터(104)의 역회전을 통해 후진 주행을 구현하되, 주행(D)에서 후진(R)으로 변속 시에 또는 후진(R)에서 주행(D)으로 변속 시에 변속기(108)의 현재의 기어 단을 고려한 적절한 변속 제어가 이루어질 수 있도록 한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 자동차의 후진 변속을 위한 제어 방법을 나타낸 도면이다. 도 3에는 본 발명의 실시 예에 따른 자동차의 변속기(108)를 주행(D)에서 후진(R)으로 전환하는 제어 방법을 나타내었다. 도 3a는 변속기(108)의 현재 기어 단이 주행 1단(D(1))인 상태에서 후진(R)으로 전환하는 제어 방법이다. 도 3b는 변속기(108)의 현재 기어 단이 주행 2단(D(2))인 상태에서 후진(R)으로 전환하는 제어 방법이다. 도 3c는 변속기(108)의 현재 기어 단이 주행 3단(D(3)) 이상인 상태에서 후진(R)으로 전환하는 제어 방법이다.
도 3의 설명에서, 'D(1)'은 변속기(108)의 기어 단이 주행 1단인 것을 의미하고, 'D(2)'는 변속기(108)의 기어 단이 주행 2단인 것을 의미하며, 'D(3) 이상'은 변속기(108)의 기어 단이 주행 3단 이상인 것을 의미한다. 운전자가 변속 레버를 D단(주행)으로 전환하면, 1단, 2단, 3단 등의 전환은 자동차의 주행 조건에 따라 제어부(150)의 제어에 의해 변속기(108)의 내부에서 자동으로 이루어진다.
먼저, 도 3a에 나타낸 바와 같이, 변속기(108)의 현재 기어 단이 주행 1단(D(1))인 상태에서 후진(R)으로 전환하기 위해 다음과 같은 제어가 이루어진다.
제어부(150)는 운전자가 변속 레버를 주행(D)에서 중립(N)으로 전환하는지를 확인한다(302). 변속 레버는 주차(P)-후진(R)-중립(N)-주행(D)의 순서(또는 그 반대)로 전환되기 때문에, 운전자가 변속 레버를 주행(D)에서 후진(R)으로 전환하기 위해서는 반드시 중립(N)을 거쳐야 한다.
변속 레버가 주행(D)에서 중립(N)으로 전환되면(302의 '예'), 제어부(150)는 기존의 주행(D) 기어 단(중립(N)으로 전환되기 직전의 기어 단)이 주행 1단(D(1))인지를 확인한다(304).
만약 기존의 주행 기어 단이 주행 1단(D(1))이 아니면(304의 '아니오'), 후술하는 도 3b의 332로 진행한다.
만약 기존의 주행 기어 단이 주행 1단(D(1))이면(304의 '예'), 제어부(150)는 변속기(108)의 홀수 단 클러치(202)를 해제하여 변속기(108)를 중립(N)으로 전환하고 모터(104)의 속도가 1단 타겟 RPM에 도달하도록 속도 제어를 실시한다(306).
1단 타겟 RPM은 <차속 * 기어 비>로 결정될 수 있다. 또는, 1단 타겟 RPM은 실험을 통해 변속 충격이 발생하지 않는 RPM 구간의 최대 RPM을 구하여 1단 타겟 RPM으로 결정할 수 있다.
모터(104)의 속도가 1단 타겟 RPM 이하로 감소하지 않으면(308의 '아니오'), 제어부(150)는 모터 속도 제어를 계속 수행하여 모터(104)의 속도를 감소시킨다(310).
모터(104)의 속도가 1단 타겟 RPM 이하로 감소한 상태에서(308의 '예'), 운전자가 변속 레버를 중립(N)에서 후진(R)으로 전환하면(312의 '예'), 제어부(150)는 변속기(108)의 1단 기어(222의 '1')와 홀수 단 클러치(202)를 결합하고 크랭크 샤프트(282)를 통해 변속기(108)에 모터(104)의 역 방향 토크를 인가하여 자동차의 후진 주행이 이루어지도록 한다.
또한, 도 3b에 나타낸 바와 같이, 변속기(108)의 현재 기어 단이 D(2)인 상태에서 후진(R)으로 전환하기 위해서는 다음과 같은 제어가 이루어진다.
앞서 도 3a의 설명에서, 운전자가 변속 레버를 주행(D)에서 중립(N)으로 전환하고(302의 '예'), 기존의 주행 기어 단이 주행 1단(D(1))이 아니면(304의 '아니오'), 도 3b의 332로 진행하는 것을 언급한 바 있다.
운전자가 변속 레버를 주행(D)에서 중립(N)으로 전환하고(도 3a의 302의 '예'), 기존의 주행 기어 단이 주행 1단(D(1))이 아니면(도 3a의 304의 '아니오'), 제어부(150)는 기존의 주행 기어 단(중립(N)으로 전환되기 직전의 기어 단)이 주행 2단(D(2))인지를 확인한다(332).
만약 기존의 주행 기어 단이 주행 2단(D(2))이 아니면(332의 '아니오'), 후술하는 도 3c의 362로 진행한다.
만약 기존의 주행 기어 단이 주행 2단(D(2))이면(332의 '예'), 제어부(150)는 변속기(108)의 짝수 단 클러치(202) 및 2단 기어(252의 '2')를 해제하여 변속기(108)를 중립(N)으로 전환한다(334).
이어서, 제어부(150)는 자동차의 전후 방향의 기울기를 확인한다(336). 도 3의 변속 제어는 자동차의 후진 주행을 위한 것이고, 기존의 변속 단이 주행 2단(D(2))이므로, 후진 주행에서도 자동차가 주행 중인 도로의 경사도에 따라 1단과 2단 중 더 적합한 변속 단수로 후진 주행을 구현하는 것이 바람직하다. 따라서 자동차의 전후 방향의 기울기를 통해 도로의 경사도를 확인한다. 도 3b에서 자동차의 기울기를 판단하는 기준 값 B(%)는 자동차의 변속기(108)의 2단 기어 비로 등판 가능한 최대 기울기일 수 있다.
따라서, 만약 자동차의 기울기(즉 도로의 경사도)가 기준 값 B(%) 이상이면(336의 '아니오'), 제어부(150)는, 후진 주행을 위해 2단 변속이 필요하다고 판단하고, 2단 변속을 위해 모터(104)의 속도가 2단 타겟 RPM에 도달하도록 속도 제어를 실시한다(338).
반대로, 만약 자동차의 기울기(즉 도로의 경사도)가 기준 값 B(%) 미만이면(336의 '예'), 제어부(150)는 후진 주행을 위해 1단 변속이 필요하다고 판단하고, 1단 변속을 위해 모터(104)의 속도가 1단 타겟 RPM에 도달하도록 속도 제어를 실시한다(340).
1단 타겟 RPM 및 2단 타겟 RPM은 <차속 * 기어 비>로 결정될 수 있다. 또는, 1단 타겟 RPM 및 2단 타겟 RPM은 실험을 통해 변속 충격이 발생하지 않는 RPM 구간의 최대 RPM을 구하여 1단 타겟 RPM 및 2단 타겟 RPM으로 결정할 수 있다.
모터(104)의 속도가 타겟 RPM 이하로 감소하지 않으면(342의 '아니오'), 제어부(150)는 모터 속도 제어를 계속 수행하여 모터(104)의 속도를 감소시킨다(344). 타겟 RPM은 도로의 경사도에 따라 1단 타겟 RPM과 2단 타겟 RPM 중 어느 하나가 선택될 수 있다.
모터(104)의 속도가 타겟 RPM 이하로 감소한 상태에서(342의 '예'), 운전자가 변속 레버를 중립(N)에서 후진(R)으로 전환하면(346의 '예'), 제어부(150)는 1단 기어(222의 '1')와 홀수 단 클러치(202)를 결합하거나 또는 2단 기어(252의 '2')와 짝수 단 클러치(232)를 결합하고 크랭크 샤프트(282)를 통해 변속기(108)에 모터(104)의 역 방향 토크를 인가하여 자동차의 후진 주행이 이루어지도록 한다. 변속기(108)의 클러치의 결합 역시 도로의 경사도에 따라 1단 기어(222의 '1')와 2단 기어(252의 '2') 중 어느 하나가 선택될 수 있다.
즉, 앞서 설명한 도 3a의 경우처럼 기존의 주행 기어 단이 1단인 경우에는 도로의 경사도를 고려하지 않고 후진 주행 역시 1단 기어를 사용할 수 있다. 이와 다르게, 도 3b의 경우처럼 기존의 주행 기어 단이 2단인 경우에는 후진 주행을 1단으로 할 것인지 2단으로 할 것인지 구분할 필요가 있으므로, 도로의 경사도를 고려하여 1단과 2단 중 어느 하나를 선택하고, 선택한 기어 단에 맞도록 타겟 RPM을 적용하고 후진 주행을 실시하는 것이 바람직하다.
또한, 도 3c에 나타낸 바와 같이, 변속기(108)의 현재 기어 단이 D(3) 이상인 상태에서 후진(R)으로 전환하기 위해서는 다음과 같은 제어가 이루어진다.
앞서 도 3b의 설명에서, 기존의 주행(D) 기어 단이 주행 2단(D(2))이 아니면(332의 '아니오'), 도 3c의 362로 진행하는 것을 언급한 바 있다.
운전자가 변속 레버를 주행(D)에서 중립(N)으로 전환하고(도 3a의 302의 '예'), 기존의 주행(D) 기어 단이 주행 1단(D(1))이 아니며(도 3a의 304의 '아니오'), 기존의 주행(D) 기어 단이 주행 2단(D(2))이 아니면(도 3b의 332의 '아니오'), 제어부(150)는 기존의 주행(D) 기어 단(중립(N)으로 전환되기 직전의 기어 단)이 주행 3단(D(3)) 이상인지를 확인한다(362).
만약 기존의 주행(D) 기어 단이 주행 3단(D(3)) 이상이 아니면(362의 '아니오'), 도 3a 및 도 3b에서 이미 설명한 주행 1단(D(1)) 또는 주행 2단(D(2))에 해당되므로, 도 3a 및 도 3b에 나타낸 제어를 실시한다.
만약 기존의 주행(D) 기어 단이 주행 3단(D(3)) 이상이면(362의 '예'), 제어부(150)는 변속기(108)의 클러치(202)(232) 및 해당 단의 기어를 해제하여 변속기(108)를 중립(N)으로 전환한다(364).
운전자가 변속 레버를 중립(N)에서 후진(R)으로 전환하면(366의 '예'), 제어부(150)는 자동차의 속도를 확인하고, 자동차의 속도가 미리 설정된 기준 속도인 C kph에 도달하도록 감속한다(368). 자동차의 후진 주행은 안전을 위해 저속에서 실시하는 것이 바람직하기 때문에 주로 1단 기어 또는 2단 기어를 사용한다. 기존의 주행 기어 단(D)이 주행 3단(D(3)) 이상인 것은 자동차가 후진 주행에 적합한 속도보다 더 빠른 속도로 주행 중이었음을 예상할 수 있으므로, 자동차의 속도를 후진 주행이 가능한 기준 속도 C kph 미만으로 감속한다.
자동차의 속도가 후진 주행이 가능한 C kph 미만으로 감속되면, 제어부(150)는, 2단 변속을 위해 모터(104)의 속도가 2단 타겟 RPM에 도달하도록 속도 제어를 실시한다(370).
모터(104)의 속도가 2단 타겟 RPM 이하로 감소하지 않으면(372의 '아니오'), 제어부(150)는 모터 속도 제어를 계속 수행하여 모터(104)의 속도를 감소시킨다(374).
모터(104)의 속도가 2단 타겟 RPM 이하로 감소하면(372의 '예'),, 제어부(150)는 짝수 단 클러치(232)를 결합하고 변속기(108)에 모터(104)의 역 방향 토크를 인가하여 자동차의 후진 주행이 이루어지도록 한다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 자동차의 전진 변속을 위한 제어 방법을 나타낸 도면이다. 도 4에는 본 발명의 실시 예에 따른 자동차의 변속기(108)를 후진(R)에서 주행(D)으로 전환하는 제어 방법을 나타내었다. 도 4a는 변속기(108)의 현재 기어 단이 후진 1단(R(1))인 상태에서 주행(D)으로 전환하는 제어 방법이다. 도 4b는 변속기(108)의 현재 기어 단이 후진 2단(R(2))인 상태에서 주행(D)으로 전환하는 제어 방법이다.
도 4의 설명에서, 'R(1)'은 변속기(108)의 기어 단이 후진 1단인 것을 의미하고, 'D(2)'는 변속기(108)의 기어 단이 후진 2단인 것을 의미한다. 운전자가 변속 레버를 R단(후진)으로 전환하면, 1단, 2단 등의 전환은 자동차의 주행 조건에 따라 제어부(150)의 제어에 의해 변속기(108)의 내부에서 자동으로 이루어진다.
먼저, 도 4a에 나타낸 바와 같이, 변속기(108)의 현재 기어 단이 후진 1단(R(1))인 상태에서 주행(D)으로 전환하기 위해 다음과 같은 제어가 이루어진다.
제어부(150)는 운전자가 변속 레버를 후진(R)에서 중립(N)으로 전환하는지를 확인한다(302). 변속 레버는 주차(P)-후진(R)-중립(N)-주행(D)의 순서(또는 그 반대)로 전환되기 때문에, 운전자가 변속 레버를 후진(R)에서 주행(D)으로 전환하기 위해서는 반드시 중립(N)을 거쳐야 한다.
변속 레버가 후진(R)에서 중립(N)으로 전환되면(402의 '예'), 제어부(150)는 기존의 후진(R) 기어 단(중립(N)으로 전환되기 직전의 기어 단)이 후진 1단(R(1))인지를 확인한다(404). 여기서 후진 1단(R(1))은 후진을 위한 별도의 기어 단이 아닌, 주행(D)과 후진(R)에 모두 사용될 수 있는 1단 기어를 의미한다.
만약 기존의 후진 기어 단이 후진 1단(R(1))이 아니면(404의 '아니오'), 후술하는 도 4b의 432로 진행한다.
만약 기존의 후진 기어 단이 후진 1단(R(1))이면(404의 '예'), 제어부(150)는 변속기(108)의 홀수 단 클러치(202)를 해제하여 변속기(108)를 중립(N)으로 전환하고 모터(104)의 속도가 1단 타겟 RPM에 도달하도록 속도 제어를 실시한다(406).
1단 타겟 RPM은 <차속 * 기어 비>로 결정될 수 있다. 또는, 1단 타겟 RPM은 실험을 통해 변속 충격이 발생하지 않는 RPM 구간의 최대 RPM을 구하여 1단 타겟 RPM으로 결정할 수 있다.
모터(104)의 속도가 1단 타겟 RPM 이하로 감소하지 않으면(408의 '아니오'), 제어부(150)는 모터 속도 제어를 계속 수행하여 모터(104)의 속도를 감소시킨다(410).
모터(104)의 속도가 1단 타겟 RPM 이하로 감소한 상태에서(408의 '예'), 운전자가 변속 레버를 중립(N)에서 주행(D)으로 전환하면(412의 '예'), 제어부(150)는 변속기(108)의 1단 기어(222의 '1')와 홀수 단 클러치(202)를 결합하고 크랭크 샤프트(282)를 통해 변속기(108)에 모터(104)의 역 방향 토크를 인가하여 자동차의 후진 주행이 이루어지도록 한다.
또한, 도 3b에 나타낸 바와 같이, 변속기(108)의 현재 기어 단이 R(2)인 상태에서 주행(D)으로 전환하기 위해서는 다음과 같은 제어가 이루어진다.
앞서 도 4a의 설명에서, 운전자가 변속 레버를 후진(R)에서 중립(N)으로 전환하고(402의 '예'), 기존의 후진 기어 단이 후진 1단(R(1))이 아니면(404의 '아니오'), 도 4b의 432로 진행하는 것을 언급한 바 있다.
운전자가 변속 레버를 후진(R)에서 중립(N)으로 전환하고(도 4a의 402의 '예'), 기존의 후진 기어 단이 후진 1단(R(1))이 아니면(도 4a의 404의 '아니오'), 제어부(150)는 기존의 후진 기어 단(중립(N)으로 전환되기 직전의 기어 단)이 후진 2단(R(2))인지를 확인한다(432).
만약 기존의 후진 기어 단이 후진 2단(R(2))이 아니면(432의 '아니오'), 제어부(150)는 변속 제어를 종료한다.
만약 기존의 후진 기어 단이 후진 2단(R(2))이면(432의 '예'), 제어부(150)는 변속기(108)의 짝수 단 클러치(202) 및 2단 기어(252의 '2')를 해제하여 변속기(108)를 중립(N)으로 전환한다(434).
이어서, 제어부(150)는 자동차의 전후 방향의 기울기를 확인한다(336). 도 4의 변속 제어는 자동차의 전진 주행을 위한 것이고, 기존의 변속 단이 후진 2단(R(2))이므로, 전진 주행에서도 자동차가 주행 중인 도로의 경사도에 따라 1단과 2단 중 더 적합한 변속 단수로 전진 주행을 구현하는 것이 바람직하다. 따라서 자동차의 전후 방향의 기울기를 통해 도로의 경사도를 확인한다. 도 4b에서 자동차의 기울기를 판단하는 기준 값 B'(%)는 자동차의 변속기(108)의 2단 기어 비로 등판 가능한 최대 기울기일 수 있다.
따라서, 만약 자동차의 기울기(즉 도로의 경사도)가 기준 값 B'(%) 이하이면(436의 '아니오'), 제어부(150)는, 전진 주행을 위해 2단 변속이 필요하다고 판단하고, 2단 변속을 위해 모터(104)의 속도가 2단 타겟 RPM에 도달하도록 속도 제어를 실시한다(438).
반대로, 만약 자동차의 기울기(즉 도로의 경사도)가 기준 값 B'(%)를 초과하면(436의 '예'), 제어부(150)는 전진 주행을 위해 1단 변속이 필요하다고 판단하고, 1단 변속을 위해 모터(104)의 속도가 1단 타겟 RPM에 도달하도록 속도 제어를 실시한다(440).
1단 타겟 RPM 및 2단 타겟 RPM은 <차속 * 기어 비>로 결정될 수 있다. 또는, 1단 타겟 RPM 및 2단 타겟 RPM은 실험을 통해 변속 충격이 발생하지 않는 RPM 구간의 최대 RPM을 구하여 1단 타겟 RPM 및 2단 타겟 RPM으로 결정할 수 있다.
모터(104)의 속도가 타겟 RPM 이하로 감소하지 않으면(442의 '아니오'), 제어부(150)는 모터 속도 제어를 계속 수행하여 모터(104)의 속도를 감소시킨다(444). 타겟 RPM은 도로의 경사도에 따라 1단 타겟 RPM과 2단 타겟 RPM 중 어느 하나가 선택될 수 있다.
모터(104)의 속도가 타겟 RPM 이하로 감소한 상태에서(442의 '예'), 운전자가 변속 레버를 중립(N)에서 주행(D)으로 전환하면(446의 '예'), 제어부(150)는 1단 기어(222의 '1')와 홀수 단 클러치(202)를 결합하거나 또는 2단 기어(252의 '2')와 짝수 단 클러치(232)를 결합하고 크랭크 샤프트(282)를 통해 변속기(108)에 모터(104)의 정방향 토크를 인가하여 자동차의 전진 주행이 이루어지도록 한다. 변속기(108)의 클러치의 결합 역시 도로의 경사도에 따라 1단 기어(222의 '1')와 2단 기어(252의 '2') 중 어느 하나가 선택될 수 있다.
즉, 앞서 설명한 도 4a의 경우처럼 기존의 주행 기어 단이 1단인 경우에는 도로의 경사도를 고려하지 않고 전진 주행 역시 1단 기어를 사용할 수 있다. 이와 다르게, 도 4b의 경우처럼 기존의 후진 기어 단이 2단인 경우에는 전진 주행을 1단으로 할 것인지 2단으로 할 것인지 구분할 필요가 있으므로, 도로의 경사도를 고려하여 1단과 2단 중 어느 하나를 선택하고, 선택한 기어 단에 맞도록 타겟 RPM을 적용하고 전진 주행을 실시하는 것이 바람직하다.
위의 설명은 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서 위에 개시된 실시 예 및 첨부된 도면들은 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예 및 첨부된 도면에 의하여 기술적 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 그 보호 범위는 아래의 청구 범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
102 : 엔진
104 : 모터
106 : 엔진 클러치
108 : 변속기(듀얼 클러치 변속기)
110 : 배터리
130 : 구동륜
150 : 제어부(ECU)
202 : 홀수 단 클러치
222 : 홀수 단 기어
232 : 짝수 단 클러치
252 : 짝수 단 기어
262 : 홀수 단 출력 샤프트
272 : 구동 샤프트
282 : 크랭크 샤프트
292 : 짝수 단 출력 샤프트

Claims (22)

  1. 후진 기어가 없는 변속기를 탑재한 하이브리드 자동차의 변속 제어 방법에 있어서,
    변속 레버가 주행(D)에서 중립(N)으로 전환되면 기존의 기어 단에 대응하는 타겟 RPM으로 모터의 속도 제어를 실시하는 단계와;
    상기 변속 레버가 상기 중립(N)에서 후진(R)으로 전환되면 상기 기존의 기어 단의 기어와 클러치를 결합하고 상기 모터의 역 토크를 상기 변속기에 인가하여 상기 기존의 기어 단으로 후진 주행이 이루어지도록 하는 단계를 포함하는 하이브리드 자동차의 변속 제어 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기존의 기어 단이 1단일 때, 상기 모터를 1단 타겟 RPM으로 속도 제어하는 하이브리드 자동차의 변속 제어 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 기존의 기어 단이 2단일 때, 주행 중인 도로의 기울기에 따라 상기 모터를 1단 타겟 RPM과 2단 타겟 RPM 가운데 어느 하나로 속도 제어하는 하이브리드 자동차의 변속 제어 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 도로의 기울기가 미리 설정된 기준 값 미만일 때 상기 모터를 1단 타겟 RPM으로 속도 제어하고;
    상기 도로의 기울기가 상기 미리 설정된 기준 값 이상일 때 상기 모터를 2단 타겟 RPM으로 속도 제어하는 하이브리드 자동차의 변속 제어 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 기울기의 상기 미리 설정된 기준 값은 상기 변속기의 2단 기어 비로 등판 가능한 최대 기울기인 하이브리드 자동차의 변속 제어 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 기존의 기어 단이 3단 이상일 때, 차속을 미리 설정된 기준 값 미만으로 감속한 후 상기 모터의 속도 제어를 실시하는 하이브리드 자동차의 변속 제어 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 기존의 기어 단이 3단 이상일 때, 상기 모터를 2단 타겟 RPM으로 속도 제어하는 하이브리드 자동차의 변속 제어 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 변속기가 홀수 단 클러치와 짝수 단 클러치를 구비하는 듀얼 클러치 변속기이고;
    상기 기존의 기어 단이 홀수 단이면 상기 홀수 단 클러치를 연결하고;
    상기 기존의 기어 단이 짝수 단이면 상기 짝수 단 클러치를 연결하는 하이브리드 자동차의 변속 제어 방법.
  9. 후진 기어가 없는 변속기를 탑재한 하이브리드 자동차의 변속 제어 방법에 있어서,
    변속 레버가 후진(R)에서 중립(N)으로 전환되면 기존의 기어 단에 대응하는 타겟 RPM으로 모터의 속도 제어를 실시하는 단계와;
    상기 변속 레버가 상기 중립(N)에서 전진(D)으로 전환되면 상기 기존의 기어 단의 기어와 클러치를 결합하고 상기 모터의 토크를 상기 변속기에 인가하여 상기 기존의 기어 단으로 전진 주행이 이루어지도록 하는 단계를 포함하는 하이브리드 자동차의 변속 제어 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 기존의 기어 단이 1단일 때, 상기 모터를 1단 타겟 RPM으로 속도 제어하는 하이브리드 자동차의 변속 제어 방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 기존의 기어 단이 2단일 때, 주행 중인 도로의 기울기에 따라 상기 모터를 1단 타겟 RPM과 2단 타겟 RPM 가운데 어느 하나로 속도 제어하는 하이브리드 자동차의 변속 제어 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 도로의 기울기가 미리 설정된 기준 값을 초과할 때 상기 모터를 1단 타겟 RPM으로 속도 제어하고;
    상기 도로의 기울기가 상기 미리 설정된 기준 값 이하일 때 상기 모터를 2단 타겟 RPM으로 속도 제어하는 하이브리드 자동차의 변속 제어 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 기울기의 상기 미리 설정된 기준 값은 상기 변속기의 2단 기어 비로 등판 가능한 최대 기울기인 하이브리드 자동차의 변속 제어 방법.
  14. 제 9 항에 있어서,
    상기 변속기가 홀수 단 클러치와 짝수 단 클러치를 구비하는 듀얼 클러치 변속기이고;
    상기 기존의 기어 단이 홀수 단이면 상기 홀수 단 클러치를 연결하고;
    상기 기존의 기어 단이 짝수 단이면 상기 짝수 단 클러치를 연결하는 하이브리드 자동차의 변속 제어 방법.
  15. 후진 기어가 없는 변속기와;
    변속 레버가 주행(D)에서 중립(N)으로 전환되면 기존의 기어 단에 대응하는 타겟 RPM으로 모터의 속도 제어를 실시하고, 상기 변속 레버가 상기 중립(N)에서 후진(R)으로 전환되면 상기 기존의 기어 단의 기어와 클러치를 결합하고 상기 모터의 역 토크를 상기 변속기에 인가하여 상기 기존의 기어 단으로 후진 주행이 이루어지도록 제어하는 제어부를 포함하는 하이브리드 자동차.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 기존의 기어 단이 2단일 때, 주행 중인 도로의 기울기에 따라 상기 모터를 1단 타겟 RPM과 2단 타겟 RPM 가운데 어느 하나로 속도 제어하는 하이브리드 자동차.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 도로의 기울기가 미리 설정된 기준 값 미만일 때 상기 모터를 1단 타겟 RPM으로 속도 제어하고;
    상기 도로의 기울기가 상기 미리 설정된 기준 값 이상일 때 상기 모터를 2단 타겟 RPM으로 속도 제어하는 하이브리드 자동차.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 기울기의 상기 미리 설정된 기준 값은 상기 변속기의 2단 기어 비로 등판 가능한 최대 기울기인 하이브리드 자동차.
  19. 후진 기어가 없는 변속기와;
    변속 레버가 후진(R)에서 중립(N)으로 전환되면 기존의 기어 단에 대응하는 타겟 RPM으로 모터의 속도 제어를 실시하고, 상기 변속 레버가 상기 중립(N)에서 전진(D)으로 전환되면 상기 기존의 기어 단의 기어와 클러치를 결합하고 상기 모터의 토크를 상기 변속기에 인가하여 상기 기존의 기어 단으로 전진 주행이 이루어지도록 제어하는 제어부를 포함하는 하이브리드 자동차.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 기존의 기어 단이 2단일 때, 주행 중인 도로의 기울기에 따라 상기 모터를 1단 타겟 RPM과 2단 타겟 RPM 가운데 어느 하나로 속도 제어하는 하이브리드 자동차.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 도로의 기울기가 미리 설정된 기준 값을 초과할 때 상기 모터를 1단 타겟 RPM으로 속도 제어하고;
    상기 도로의 기울기가 상기 미리 설정된 기준 값 이하일 때 상기 모터를 2단 타겟 RPM으로 속도 제어하는 하이브리드 자동차.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 기울기의 상기 미리 설정된 기준 값은 상기 변속기의 2단 기어 비로 등판 가능한 최대 기울기인 하이브리드 자동차.
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