KR20200098468A - 하이브리드 차량의 엔진 기동 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 하이브리드 차량의 주행 중 엔진 기동이 필요한 순간, 원인을 알 수 없는 임시적인 고장(회복 가능한 상태)에 의하여 엔진 기동이 불가능한 상태가 발생하더라도, 고전압 배터리의 최소 SOC 한계에 도달하기 전에 여러 가지 방법으로 엔진 기동을 시도할 수 있도록 함으로써, 엔진 기동 가능성을 높일 수 있고, 엔진 기동 강건화 및 주행 안정성 확보할 수 있는 하이브리드 차량의 엔진 기동 방법을 제공하고자 한 것이다.

Description

하이브리드 차량의 엔진 기동 방법{ENGINE STARTING METHOD FOR HYBRID VEHICLE}
본 발명은 하이브리드 차량의 엔진 기동 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 하이브리드 차량의 동력 전달계통에 이상 발생 시 다양한 엔진 시동 시도를 통하여 엔진 기동 강건화 및 주행 안정성 확보할 수 있도록 한 하이브리드 차량의 엔진 기동 방법에 관한 것이다.
하이브리드 차량은 엔진 뿐만 아니라 모터 구동원을 보조 동력원으로 채택하여, 배기가스 저감 및 연비 향상을 도모할 수 있는 친환경 차량으로서, 첨부한 도 1의 동력전달 계통도에서 보는 바와 같이, 엔진(10), 모터(20), 변속기(30)가 일축상에 직결되어 있고, 상기 엔진(10) 및 모터(20) 간에는 엔진 동력을 전달하기 위한 엔진클러치(40)가 배열되어 있으며, 또한 이들의 동작을 위한 구성으로서 시동발전기(50: HSG, Hybrid Starter Generator)가 벨트에 의해 엔진의 크랭크 풀리와 직결되어 있다.
상기 엔진클러치(40)는 하이브리드 제어기(HCU, Hybrid Control Unit)의 제어에 의하여 온/오프 제어되는 하이브리드 클러치 액츄에이터(HCA, Hybrid Clutch Actuator)에 의하여 접합 또는 해제된다.
상기 변속기로서 듀얼 클러치 변속기(DCT, Dual Clutch Transmission)가 채택될 수 있다.
이러한 동력전달계통을 갖는 하이브리드 차량의 주행 모드는 상기 모터(20)의 동력만을 이용하여 주행하는 EV(electric vehicle) 모드와, 상기 엔진(10)의 회전력을 주동력으로 하면서 모터(20)의 동력을 보조 동력으로 이용하여 주행하는 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 등을 포함하고, 각 주행모드 간의 모드 전환 제어가 이루어지게 된다.
그러나, 모터 등의 전력원인 고전압 배터리의 용량 한계로 인하여 모터 단독 주행에 의한 주행거리가 제한적일 수밖에 없으므로, 이 경우에는 엔진 기동(= 엔진 시동)이 필수적으로 이루어져야 하지만, 여러 가지 원인에 의한 순간적인 불안정 상태로 인하여 엔진 기동이 불가능한 상태에 도달할 수 있다.
즉, 엔진 기동이 필요한 순간, 원인을 알 수 없는 임시적인 고장(회복 가능한 NTF(No Trouble Found) 성 고장 발생)으로 인하여 엔진 기동이 원활하게 이루어지지 않는 상황이 발생할 가능성이 있다.
이에, 엔진 기동이 필요한 순간에도 모터 동력에 의한 EV 주행이 지속됨에 따라 고전압 배터리의 충전량(SOC)이 기준치 미만으로 줄어들 수밖에 없다.
이와 같이, 고전압 배터리의 충전량(SOC)에 따라 모터 단독 구동에 의한 EV 모드 주행이 이루어지거나, 엔진 기동에 의해서 HEV 모드 주행으로 전환되지만, 원인을 알 수 없는 엔진 기동 불가능 상태로 인하여 EV 모드 주행이 지속되거나 HEV 모드 주행 중 EV 모드 주행으로 전환되어, 결국 모터 구동의 전력원인 고전압 배터리의 충전량(SOC)이 기준치 미만으로 방전되는 등 2차 문제가 따르게 된다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 엔진 기동이 필요한 순간, 원인을 알 수 없는 임시적인 고장(회복 가능한 상태)에 의하여 엔진 기동이 불가능한 상태가 발생하더라도, 고전압 배터리의 최소 SOC 한계에 도달하기 전에 여러 가지 방법으로 엔진 기동을 시도할 수 있도록 함으로써, 엔진 기동 가능성을 높일 수 있고, 엔진 기동 강건화 및 주행 안정성 확보할 수 있는 하이브리드 차량의 엔진 기동 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예는: 엔진 기동이 불가능한 임시적인 고장 판정 단계; EV 모드 주행이 지속되는 상태에서 고전압 배터리의 충전량(SOC)을 확인하는 단계; 상기 고전압 배터리의 충전량이 최소 SOC 한계 전 범위에 도달한 것으로 판정되면, 엔진 기동 가능성을 높이기 위하여 복수의 엔진 기동 시도 방법이 우선 순위에 의하여 이루어지는 단계; 를 포함하고, 상기 복수의 엔진 기동 시도 방법은: 엔진과 연결된 시동발전기(HSG)를 구동시켜 엔진 기동을 시도하는 제1방법과, 엔진클러치를 접합시켜서 모터 동력에 의하여 엔진 기동을 시도하는 제2방법과, 엔진클러치 슬립을 이용하여 엔진 기동을 시도하는 제3방법을 포함하되, 상기 제1방법과 제2방법이 실행 가능한 정상적인 조건을 충족하고, 상기 제3방법이 실행 가능한 정상적인 조건을 미충족하는 상태이면, 엔진 기동을 위해 상기 제1방법이 우선적으로 시도되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 엔진 기동 방법을 제공한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 다른 실시예는: 엔진 기동이 불가능한 임시적인 고장 판정 단계; EV 모드 주행이 지속되는 상태에서 고전압 배터리의 충전량(SOC)을 확인하는 단계; 상기 고전압 배터리의 충전량이 최소 SOC 한계 전 범위에 도달한 것으로 판정되면, 엔진 기동 가능성을 높이기 위하여 복수의 엔진 기동 시도 방법이 우선 순위에 의하여 이루어지는 단계; 를 포함하고, 상기 복수의 엔진 기동 시도 방법은: 엔진과 연결된 시동발전기(HSG)를 구동시켜 엔진 기동을 시도하는 제1방법과, 엔진클러치를 접합시켜서 모터 동력에 의하여 엔진 기동을 시도하는 제2방법과, 엔진클러치 슬립을 이용하여 엔진 기동을 시도하는 제3방법을 포함하되, 상기 제2방법만이 실행 가능한 정상적인 조건을 충족하고, 상기 제1방법과 제3방법이 실행 가능한 정상적인 조건을 미충족하는 상태이면, 엔진 기동을 위해 상기 제2방법이 단독으로 시도되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 엔진 기동 방법을 제공한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 또 다른 실시예는: 엔진 기동이 불가능한 임시적인 고장 판정 단계; EV 모드 주행이 지속되는 상태에서 고전압 배터리의 충전량(SOC)을 확인하는 단계; 상기 고전압 배터리의 충전량이 최소 SOC 한계 전 범위에 도달한 것으로 판정되면, 엔진 기동 가능성을 높이기 위하여 복수의 엔진 기동 시도 방법이 우선 순위에 의하여 이루어지는 단계; 를 포함하고, 상기 복수의 엔진 기동 시도 방법은: 엔진과 연결된 시동발전기(HSG)를 구동시켜 엔진 기동을 시도하는 제1방법과, 엔진클러치를 접합시켜서 모터 동력에 의하여 엔진 기동을 시도하는 제2방법과, 엔진클러치 슬립을 이용하여 엔진 기동을 시도하는 제3방법을 포함하되, 상기 제1방법, 제2방법 및 제3방법이 실행 가능한 정상적인 조건을 충족하는 상태이면, 엔진 기동을 위해 상기 제3방법이 우선적으로 시도되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 엔진 기동 방법을 제공한다.
상기한 과제 해결 수단을 통하여 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.
첫째, 엔진 기동이 필요한 순간, 엔진이 회복 가능한 NTF(No Trouble Found)성 고장으로 인하여 일시적인 기동 불가능한 상태가 되더라도, 복수의 엔진 기동 시도를 위한 방법을 적용하여 엔진 기동 가능성을 높일 수 있고, 그에 따라 주행 안정성 확보를 통한 안전한 림프-홈(Limp-Home) 주행을 확보할 수 있다.
둘째, 복수의 엔진 기동 시도 방법에 의하여 엔진 기동이 이루어지면, 엔진의 크랭크 축과 풀리로 연결된 시동발전기의 발전으로 고전압 배터리의 충전이 이루어짐으로써, 고전압 배터리의 충전량이 안정적으로 유지될 수 있고, 그에 따라 EV 주행 모드로 전환되더라도 안정적인 주행이 이루어질 수 있다.
도 1은 하이브리드 차량의 동력전달 계통도,
도 2는 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 엔진 기동 방법을 도시한 제어선도,
도 3은 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 엔진 기동 방법을 도시한 순서도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.
도 1을 참조로 전술한 바와 같이, 하이브리드 차량은 엔진(10), 모터(20), 변속기(30)가 일축상에 직결되어 있고, 상기 엔진(10) 및 모터(20) 간에는 엔진 동력을 출력하기 위하여 하이브리드 클러치 액츄에이터(HCA)에 의하여 접합 또는 해제되는 엔진클러치(40)가 배열되어 있으며, 또한 이들의 동작을 위한 구성으로서 시동발전기(50: HSG, Hybrid Starter Generator)가 벨트에 의해 엔진의 크랭크 풀리와 직결되어 있다.
이러한 하이브리드 차량이 모터 단독 구동에 의한 EV 모드 주행 중 HEV 주행 모드로의 전환이 필요할 때 엔진 기동이 필수적으로 이루어져야 하지만, 원인을 알 수 없는 임시적인 고장(회복 가능한 NTF(No Trouble Found)성 고장 발생)으로 인하여 엔진 기동이 불가능한 상태에 도달할 수 있다.
또는, 하이브리드 차량이 HEV 모드 주행 중 엔진 기동 상태가 유지되어야 하지만, 임시적인 고장(회복 가능한 NTF(No Trouble Found)성 고장 발생)으로 인하여 엔진 기동이 중단되는 상태에 도달할 수 있다.
이에, 본 발명은 엔진이 회복 가능한 NTF(No Trouble Found)성 고장으로 인하여 일시적인 기동 불가능한 상태가 되더라도, 복수의 엔진 기동 시도 방법을 이용하여 엔진 기동을 시도하여 엔진 기동 가능성을 높일 수 있도록 한 일종의 림프-홈(Limp-Home) 방법을 제공하는데 주안점이 있다.
예를 들어, 하이브리드 차량이 HEV 모드 주행 중 엔진 기동 상태가 유지되어야 하지만, 임시적인 고장(회복 가능한 NTF(No Trouble Found)성 고장 발생)으로 인하여 엔진 기동이 중단되어 모터 구동에 의한 EV 주행 영역으로 진입하면, 도 2에서 보듯이 엔진 제어기에서 고장발생신호인 NTF(No Trouble Found) 신호를 출력한다.
이와 함께, 상기 NTF(No Trouble Found) 신호를 수신한 하이브리드 제어기에서 고전압 배터리의 충전량(SOC)을 확인한 후, 도 2에서 보듯이 상기 고전압 배터리의 충전량이 최소 SOC 한계에 도달하기 전에 엔진 기동 가능성을 높이기 위하여 복수의 엔진 기동 시도 방법이 미리 설정된 우선 순위에 의하여 실행되도록 한다.
여기서, 본 발명의 엔진 기동 방법을 첨부한 도 3의 순서도를 참조로 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 엔진 기동이 불가능한 임시적인 고장인지를 판정한다(S101).
예를 들어, EV 모드 주행 중 HEV 주행 모드로의 전환이 필요할 때 엔진 기동이 필수적으로 이루어져야 하지만, 엔진 기동이 불가능한 임시적인 고장이면 엔진 제어기에서 NTF(No Trouble Found) 신호를 출력하여 상위 제어기인 하이브리드 제어기에 전송한다.
또는, HEV 모드 주행 중 엔진 기동 상태가 유지되어야 하지만, 임시적인 고장(회복 가능한 NTF(No Trouble Found)성 고장 발생)으로 인하여 엔진 기동이 중단되어 모터 구동에 의한 EV 주행 영역으로 진입하면, 엔진 제어기에서 고장발생신호인 NTF(No Trouble Found) 신호를 출력하여 상위 제어기인 하이브리드 제어기에 전송한다.
이때, 엔진 기동이 이루어지지 않음에 따라, 모터 구동에 의한 EV 주행 영역으로 진입이 유지되고(S102), 모터가 지속적으로 구동됨에 따른 고전압 배터리의 방전으로 인해 고전압 배터리의 충전량(SOC)이 계속해서 줄어들게 된다.
이어서, 상기 하이브리드 제어기에서 고전압 배터리의 충전량(SOC)을 확인하여, 고전압 배터리의 충전량이 최소 SOC 한계 전의 일정 범위에 도달하였는지 여부를 판정한다(S103).
상기 고전압 배터리의 충전량이 최소 SOC 한계 전의 일정 범위에 도달하면, 하이브리드 제어기의 제어 명령에 의거하여 엔진 기동 가능성을 높이기 위한 복수의 엔진 기동 시도 방법이 미리 설정된 우선 순위에 의하여 실행되도록 한 결정을 내리게 된다(S104).
특히, 상기 복수의 엔진 기동 시도 방법은 엔진과 연결된 시동발전기(HSG)를 구동시켜 엔진 기동을 시도하는 제1방법(HSG 시동)과, 엔진클러치를 접합시켜서 모터 동력에 의하여 엔진 기동을 시도하는 제2방법(MOT(motor) 시동)과, 엔진클러치 슬립을 이용하여 엔진 기동을 시도하는 제3방법(슬립(slip) 시동)을 포함한다.
상기 시동발전기(HSG)를 구동시켜 엔진 기동을 시도하는 제1방법은 실행 가능한 정상적인 제1조건(시동발전기의 고장 없음, 배터리 정상, 엔진 기동 파워 제한 정상 등) 충족 상태에서 시도될 수 있다.
상기 엔진클러치를 접합시켜서 모터 동력에 의하여 엔진 기동을 시도하는 제2방법은 실행 가능한 정상적인 제2조건(모터 고장없음, 배터리 정상, 엔진 기동 파워 제한 정상 등) 충족 상태에서 시도될 수 있다.
상기 엔진클러치 슬립을 이용하여 엔진 기동을 시도하는 제3방법은 실행 가능한 정상적인 제3조건(슬립 시동 가능한 일정 이상의 차속(모터속도) 등) 충족 상태에서 시도될 수 있다.
이러한 복수의 엔진 기동 시도 방법이 그 실행을 위한 조건에 따라 선택적으로 시도될 수 있는 상황을 하나의 예로 정리하면 다음의 표 1과 같다.
Figure pat00001
다음으로, 하이브리드 제어기의 제어 명령에 의거하여 엔진 기동 가능성을 높이기 위한 복수의 엔진 기동 시도 방법이 미리 설정된 우선 순위에 의하여 실행된다.
예를 들어, 상기 시동발전기(HSG)를 구동시켜 엔진 기동을 시도하는 제1방법(HSG 시동)을 위한 제1조건과, 엔진클러치를 접합시켜서 모터 동력에 의하여 엔진 기동을 시도하는 제2방법(MOT(motor) 시동)을 위한 제2조건이 충족되는 것으로 확인되고, 반면 엔진클러치 슬립을 이용하여 엔진 기동을 시도하는 제3방법(슬립(slip) 시동)을 위한 제3조건이 미충족 상태로 확인되면(S105), 시동발전기(HSG)를 구동시켜 엔진 기동을 시도하는 제1방법(HSG 시동)이 우선적으로 실행된다(S106).
이때, 상기 제1방법에 의한 엔진 기동 여부를 판정하여(S107), 엔진 기동 실패이면 다음 우선 순위의 엔진 기동 시도가 이루어진다.
예를 들어, 상기 엔진클러치를 접합시켜서 모터 동력에 의하여 엔진 기동을 시도하는 제2방법(MOT(motor) 시동)을 위한 제2조건만이 충족되고, 나머지 상기 시동발전기(HSG)를 구동시켜 엔진 기동을 시도하는 제1방법(HSG 시동)을 위한 제1조건과, 엔진클러치 슬립을 이용하여 엔진 기동을 시도하는 제3방법(슬립(slip) 시동)을 위한 제3조건이 미충족 상태로 확인되면(S108), 엔진클러치를 접합시켜서 모터 동력에 의하여 엔진 기동을 시도하는 제2방법(MOT(motor) 시동)이 우선적으로 실행된다(S109).
이때, 상기 제2방법에 의한 엔진 기동 여부를 판정하여(S110), 엔진 기동 실패이면 다음 우선 순위의 엔진 기동 시도가 이루어진다.
예를 들어, 상기 시동발전기(HSG)를 구동시켜 엔진 기동을 시도하는 제1방법(HSG 시동)을 위한 제1조건과, 엔진클러치를 접합시켜서 모터 동력에 의하여 엔진 기동을 시도하는 제2방법(MOT(motor) 시동)을 위한 제2조건과, 엔진클러치 슬립을 이용하여 엔진 기동을 시도하는 제3방법(슬립(slip) 시동)을 위한 제3조건이 충족 상태로 확인되면(S111), 엔진클러치 슬립을 이용하여 엔진 기동을 시도하는 제3방법(슬립(slip) 시동)이 우선적으로 실행된다(S112).
이때, 상기 제3방법에 의한 엔진 기동 여부를 판정하여(S113), 엔진 기동 실패이면 다른 방법의 엔진 기동 시도가 반복적으로 이루어질 수 있다.
이와 같이, 하이브리드 차량의 주행 중 엔진 기동이 필요한 순간, 엔진이 회복 가능한 NTF(No Trouble Found)성 고장으로 인하여 일시적인 기동 불가능한 상태가 되더라도, 복수의 엔진 기동 시도를 위한 방법을 적용하여 엔진 기동 가능성을 높일 수 있고, 그에 따라 주행 안정성 확보를 통한 안전한 림프-홈(Limp-Home) 주행을 확보할 수 있다.
10 : 엔진
20 : 모터
30 : 변속기
40 : 엔진클러치
50 : 시동발전기

Claims (3)

  1. 엔진 기동이 불가능한 임시적인 고장 판정 단계;
    EV 모드 주행이 지속되는 상태에서 고전압 배터리의 충전량(SOC)을 확인하는 단계;
    상기 고전압 배터리의 충전량이 최소 SOC 한계 전 범위에 도달한 것으로 판정되면, 엔진 기동 가능성을 높이기 위하여 복수의 엔진 기동 시도 방법이 우선 순위에 의하여 이루어지는 단계;
    를 포함하고,
    상기 복수의 엔진 기동 시도 방법은:
    엔진과 연결된 시동발전기(HSG)를 구동시켜 엔진 기동을 시도하는 제1방법과, 엔진클러치를 접합시켜서 모터 동력에 의하여 엔진 기동을 시도하는 제2방법과, 엔진클러치 슬립을 이용하여 엔진 기동을 시도하는 제3방법을 포함하되,
    상기 제1방법과 제2방법이 실행 가능한 정상적인 조건을 충족하고, 상기 제3방법이 실행 가능한 정상적인 조건을 미충족하는 상태이면, 엔진 기동을 위해 상기 제1방법이 우선적으로 시도되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 엔진 기동 방법.
  2. 엔진 기동이 불가능한 임시적인 고장 판정 단계;
    EV 모드 주행이 지속되는 상태에서 고전압 배터리의 충전량(SOC)을 확인하는 단계;
    상기 고전압 배터리의 충전량이 최소 SOC 한계 전 범위에 도달한 것으로 판정되면, 엔진 기동 가능성을 높이기 위하여 복수의 엔진 기동 시도 방법이 우선 순위에 의하여 이루어지는 단계;
    를 포함하고,
    상기 복수의 엔진 기동 시도 방법은:
    엔진과 연결된 시동발전기(HSG)를 구동시켜 엔진 기동을 시도하는 제1방법과, 엔진클러치를 접합시켜서 모터 동력에 의하여 엔진 기동을 시도하는 제2방법과, 엔진클러치 슬립을 이용하여 엔진 기동을 시도하는 제3방법을 포함하되,
    상기 제2방법만이 실행 가능한 정상적인 조건을 충족하고, 상기 제1방법과 제3방법이 실행 가능한 정상적인 조건을 미충족하는 상태이면, 엔진 기동을 위해 상기 제2방법이 단독으로 시도되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 엔진 기동 방법.
  3. 엔진 기동이 불가능한 임시적인 고장 판정 단계;
    EV 모드 주행이 지속되는 상태에서 고전압 배터리의 충전량(SOC)을 확인하는 단계;
    상기 고전압 배터리의 충전량이 최소 SOC 한계 전 범위에 도달한 것으로 판정되면, 엔진 기동 가능성을 높이기 위하여 복수의 엔진 기동 시도 방법이 우선 순위에 의하여 이루어지는 단계;
    를 포함하고,
    상기 복수의 엔진 기동 시도 방법은:
    엔진과 연결된 시동발전기(HSG)를 구동시켜 엔진 기동을 시도하는 제1방법과, 엔진클러치를 접합시켜서 모터 동력에 의하여 엔진 기동을 시도하는 제2방법과, 엔진클러치 슬립을 이용하여 엔진 기동을 시도하는 제3방법을 포함하되,
    상기 제1방법, 제2방법 및 제3방법이 실행 가능한 정상적인 조건을 충족하는 상태이면, 엔진 기동을 위해 상기 제3방법이 우선적으로 시도되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 엔진 기동 방법.
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