KR20200123298A - 하이브리드 차량의 파워-오프 다운시프트 제어 방법 - Google Patents

하이브리드 차량의 파워-오프 다운시프트 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 파워-오프 다운시프트(power-off downshift) 과정에서 차량의 가속감 발생 없이 원하는 차량 감속도를 생성할 수 있고, 변속시간 단축 및 운전성 향상을 달성할 수 있는 하이브리드 차량의 변속 제어 방법을 제공하는데 주된 목적이 있는 것이다. 상기한 목적을 달성하기 위해, 파워-오프 다운시프트의 변속 과정동안 유압제동장치를 제어하여 유압제동력을 발생시키는 동시에, 유압제동 토크의 추정값인 실제 유압제동 토크 추정량에 기초하여 상기 변속기 입력토크인 모터 토크를 제어하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 변속 제어 방법이 개시된다.

Description

하이브리드 차량의 파워-오프 다운시프트 제어 방법{Control method for power-off downshift of hybrid electric vehicle}
본 발명은 하이브리드 차량의 변속 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 하이브리드 차량의 타력 주행 동안 운전자의 시프트 레버 조작에 의한 파워-오프 다운시프트 요구시 차량의 변속을 제어하는 방법에 관한 것이다.
하이브리드 차량은 서로 다른 두 종류 이상의 구동원을 사용하는 차량을 의미하고, 일반적으로는 내연기관인 엔진(Internal Combustion Engine,ICE)과 전기모터에 의해 구동되는 차량을 의미한다.
하이브리드 차량은 주행 과정에서 엔진과 모터를 어떻게 조화롭게 작동시키느냐에 따라 최적의 토크를 출력할 수 있는 것은 물론 차량 연비의 극대화가 가능하다.
하이브리드 차량은 다양한 구조로 구동계를 구성할 수 있는데, 엔진과 모터를 엔진 클러치를 통해 연결하고 모터 출력 측에 변속기를 연결한 TMED(Transmission Mounted Electric Device) 하이브리드 시스템이 알려져 있다.
도 1은 하이브리드 차량의 파워 트레인 구성을 예시한 도면으로, 모터(3)와 변속기(4)가 연결된 TMED 하이브리드 시스템의 구성을 예시하고 있다.
도시된 바와 같이, TMED 하이브리드 시스템에서는 차량 구동용 모터(3)의 출력 측에 변속기(4)가 장착되어 모터 출력축이 변속기 입력축과 연결되어 있으므로 모터 속도가 변속기 입력축 회전속도(즉 변속기 입력속도)가 된다.
구성을 살펴보면, TMED 하이브리드 시스템은 차량 주행을 위한 구동원인 엔진(1)과 모터(3), 엔진(1)과 모터(3) 사이에 개재되는 엔진 클러치(2), 모터(3)의 출력 측에 연결되는 변속기(4), 모터(3)를 구동시키기 위한 인버터(5), 그리고 인버터(5)를 통해 모터(3)에 충, 방전 가능하게 연결되는 배터리(6)를 포함하여 구성된다.
이러한 구성에서 엔진 클러치(2)는 선택적으로 접합 또는 해제 작동하여 엔진(1)과 모터(3) 사이를 동력 전달 가능하게 연결하거나 분리한다.
인버터(5)는 모터(3)의 구동을 위해 배터리(6)의 직류전류를 3상 교류전류로 변환하여 모터(3)에 인가한다.
또한, 변속기(4)는 모터(3)의 회전동력 또는 엔진(1)과 모터(3)의 복합 회전동력을 변속하여 구동축을 통해 구동휠로 전달하며, 변속기(4)로는 자동변속기(Automatic Transmission, AT) 또는 듀얼 클러치 변속기(Dual Clutch Transmission, DCT)가 사용될 수 있다.
이에 더하여, TMED 하이브리드 시스템은 엔진(1)과 동력 전달 가능하게 연결되어 엔진을 시동하거나 엔진에서 전달되는 회전력으로 발전을 수행하는 모터인 HSG(Hybrid Starter and Generator)(7)를 포함할 수 있다.
HSG(7)는 모터로 작동하거나 발전기로 작동하는데, 엔진과 상시 동력 전달 가능하게 연결되어 있으므로 엔진 속도를 제어하는데 이용될 수도 있다.
상기한 시스템을 탑재한 하이브리드 차량은 모터(3)의 동력만을 이용하여 주행하는 순수 전기차 모드인 EV(Electric Vehicle) 모드, 또는 엔진(1)의 동력과 모터(3)의 동력을 복합적으로 이용하여 주행하는 HEV(Hybrid Electric Vehicle) 모드로 주행할 수 있다.
또한, 차량의 제동시나 관성에 의한 타력 주행(coasting)시에는 차량의 운동에너지를 모터(3)를 통해 회수하여 배터리(6)를 충전하는 회생 모드가 수행된다.
회생 모드에서는 차량의 운동에너지를 차량 휠을 통해 모터(3)가 전달받고, 이때 모터(3)가 발전기로 작동하여 인버터(5)를 통해 배터리(6)를 충전한다.
한편, 자동변속기(AT) 또는 듀얼 클러치 변속기(DCT)를 장착한 차량에서 파워-오프 다운시프트(power-off downshift)는 차량이 자력 주행하는 것이 아닌, 운전자가 브레이크 페달 및 가속페달을 밟지 않은 아이들 상태로 관성에 의해 주행하는 타력 주행(coasting) 동안(가속페달 팁-아웃 및 브레이크 오프 상태임), 운전자의 시프트 레버 조작에 의해 차량의 변속단이 낮아지는 변속이다(예, 2단 → 1단).
이러한 파워-오프 다운시프트는 변속 패턴에서 미리 설정되어 있는 다운시프트 최저 라인을 넘어 발생하는 정지 전의 다운시프트(near-stop downshift)와는 다른 개념의 변속이다
파워-오프 다운시프트가 이루어지는 경우는 운전자가 브레이크 페달을 밟지 않고 엔진 브레이크 효과를 얻기 위한 경우가 많으며, 운전자가 차량의 타력 주행 동안 엔진 브레이크를 걸기 위해 시프트 레버를 저단으로 조작할 때 발생할 수 있다.
이와 같이 파워-오프 다운시프트는 운전자가 의도적으로 차량을 감속시키고자 하는 경우이므로 파워-오프 다운시프트 상황에서 빠른 변속과 충분한 감속감 형성은 필수적이다.
따라서, 하이브리드 차량에서는 파워-오프 다운시프트가 실시될 때 기존 내연기관 차량의 엔진 브레이크와 유사한 상황을 모사하기 위해 모터에 의한 회생(coast regeneration)이 이루어지도록 하여 변속기 입력축에 음(-)의 토크를 인가한다.
도 2는 종래 기술에 따른 파워-오프 다운시프트의 변속 과정 동안 모터 속도 및 토크 상태를 나타낸 선도이다.
도 2는 상측과 하측에 각각 선도가 도시되어 2개의 선도를 나타내고 있으며, 상측 선도에서 종축은 속도(ω)를, 횡축은 시간을 나타내고, 하측 선도에서 종축은 토크(TQ)를, 횡축은 시간을 나타낸다.
또한, 하측 선도에서 횡축(TQ = 0 Nm)을 기준으로 아래의 영역은 음(-)의 토크 영역을, 위의 영역은 양(+)의 토크 영역을 나타낸다.
또한, 도 2의 선도에서 NMj는 목표단 변속기 입력축 동기속도를 나타내고, NM은 변속기 입력축 회전속도(변속기 입력속도)를 나타내는데, TMED 하이브리드 시스템에서 변속기 입력축 회전속도(NM)는 모터 속도와 동일하다.
상기 목표단은 파워-오프 다운시프트 후 도달하고자 하는 변속단, 즉 변속 후 목표로 하는 변속단을 의미하며, 이하의 설명에서는 다운시프트 전과 후의 변속단을 각각 이전단과 목표단으로 칭하기로 한다.
또한, 이하의 설명에서 해방요소와 결합요소는 변속기 내 클러치를 의미하고, 도 2의 선도에서 TR은 변속기 해방요소(해방 클러치)의 전달토크를 나타내며, TCR은 변속기 해방요소의 클러치 토크를 나타낸다.
TA는 변속기 결합요소(결합 클러치)의 전달토크를 나타내고, TCA는 변속기 결합요소의 클러치 토크를 나타내며, To는 변속기 출력토크(즉 변속기 출력축 토크)를 나타내고, Ti는 변속기 입력토크(즉 변속기 입력축 토크)를 나타낸다.
TEMD 하이브리드 시스템에서 변속기 입력토크는 모터 토크가 된다.
전달토크(TR,TA)는 해당 클러치(해방요소,결합요소)를 통해 전달되는 클러치 후단 출력토크를 의미하는 것일 수 있고, 클러치 토크(TCR,TCA)는 해당 클러치에 인가되는 클러치 전단 입력토크를 의미하는 것일 수 있다.
또한, 변속 과정에서는 이전단의 해방요소를 동력 단절 상태가 되도록 풀어준 뒤(클러치 해방) 목표단의 결합요소를 동력 연결 상태가 되도록 체결하므로(클러치 결합), 이하의 설명에서 해방요소와 결합요소는 이전단과 목표단의 요소(클러치)를 의미하는 것으로 이해될 수 있다.
따라서, 변속 전후에 있어서 이전단의 클러치를 통해 전달되는 전달토크(클러치 후단 출력토크)는 해방요소(해방 클러치)의 전달토크(TR)를 의미하고, 목표단의 클러치를 통해 전달되는 전달토크는 결합요소(결합 클러치)의 전달토크(TA)를 의미하는 것으로 이해될 수 있다.
물론, 각 클러치 후단을 통해 전달토크(TR,TA)가 출력되어 전달되고 있을 때, 그 클러치 전단에 인가되어 입력되는 토크가 클러치 토크(TCR,TCA)이다.
종래의 파워-오프 다운시프트 시에는 도 2에 나타낸 바와 같이 변속 제어기(Transmission Control Unit, TCU)가 A 시점 이후에 해방 클러치(해방요소)를 빨리 풀어주고(TR을 0까지 줄임), 토크 상승을 요청하도록 되어 있다.
이러한 토크 상승 요청에 의해 하브리드 제어기(Hybrid Control Unit, HCU), 모터 제어기(Motor Cotrol Unit)가 협조 제어를 수행하게 되어, 변속기 입력토크(모터 토크)(Ti)를 상승시키고, 변속기 입력축 회전속도(모터 속도)(NM)를 목표단 변속기 입력축 동기속도(NMj)에 근접되도록 상승시킨다.
상기한 토크 상승 제어는 정해진 토크량의 상승을 요청하거나 모터 속도를 모니터링하여 피드백하는 방법을 이용하며, 이는 클러치 토크를 많이 인가할 때 변속 전후 전달토크 단차(|TA-TR|)로 인한 충격을 회피하려는데 목적이 있다.
또한, 파워-오프 다운시프트 후(C 및 D 시점 이후)의 변속기 출력토크(To)는 파워-오프 다운시프트 전(A 시점 이전)의 변속기 출력토크에 비해 하강(즉 감소)하게 된다.
즉, 변속기 출력토크(To)가 음(-)의 토크라 할 때, 변속 전과 변속 후를 비교하면, 도 2의 음의 토크 영역에서 변속기 출력토크(To)가 도면상 하강(감소)하는 것이며, 이는 변속 후가 되었을 때 변속 전에 비해 변속기 출력토크(To)의 절대값이 증가함을 의미한다.
그러나, 도 2에서 음(-)의 토크로 나타낸 변속기 출력토크(To)를 좀 더 살펴보면, 도 2의 원에 표시된 바와 같이 A 시점 이후부터 B 시점까지 음(-)의 토크 영역 내에서 변속기 출력토크(To)가 0까지 상승하였다가(변속기 출력토크의 절대값이 감소함), B 시점부터 C 시점 이전까지 다시 하강한다(변속기 출력토크의 절대값을 증가함).
이와 같이 종래 기술에 따르면, 해방요소(해방 클러치)의 전달토크(TR)를 빨리 해제하므로 이전단과의 동기가 풀리면서 엔진 브레이크로 기대되는 차량 감속도는 얻지 못하고 오히려 차량 가속도가 일시적으로 증가하는 문제가 존재한다.
이때, 결합 클러치의 전달토크(TA)를 인가하더라도 차량 감속도 하락을 회피하기 어려우며, 심한 경우 도 2의 선도에서와 같이 일정한 감속감 확보에 실패하여 운전자 시프트 레버 조작 후 차가 앞으로 튀어나갔다가 뒤로 당겨지는 느낌(To의 급격한 상승 후 하강으로 인한 느낌)이 발생할 수 있다.
결국, 차량 감속시 회생제동으로 인해 변속기 입력토크가 매우 낮은 상태에서 타력 주행의 감속 동안의 엔진 브레이크 효과를 얻고자 함에도 상기와 같이 차량이 갑자기 앞으로 튀어나가는 느낌(즉 가속감)을 운전자가 받게 되면 매우 위험한 상황인 것으로 받아들일 수 있다.
또한, 변속 제어기 측에서 상기와 같은 이유로 인해 토크 상승 요청을 적극적으로 하지 못하거나 변속 동기 전후의 전달토크 단차가 커 충격이 발생하는 경우를 막기 위해 결합 클러치의 토크를 크게 못 쓰는 경우, 변속시간이 지연되면서 운전성이 저하된다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로서, 파워-오프 다운시프트의 변속 과정에서 차량의 가속감 발생 없이 원하는 차량 감속도를 생성할 수 있고, 변속시간 단축 및 운전성 향상을 달성할 수 있는 하이브리드 차량의 변속 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따르면, 제어기가 차량의 타력 주행 동안 운전자의 다운시프트 조작에 따른 파워-오프 다운시프트의 변속 요구가 있는 것으로 판단한 경우, 모터 토크를 음(-)의 토크 영역에서 절대값 기준으로 감소시켜 변속기 입력토크를 해제하는 변속기 입력토크 해제 제어를 수행하는 단계; 상기 변속기 입력토크 해제가 완료되면, 상기 제어기에 의해 변속기의 해방 클러치가 해방되도록 제어되는 단계; 상기 변속기의 해방 클러치가 해방된 상태에서 변속기 입력축 회전속도가 변속 후 목표단의 설정된 목표단 동기속도에 도달하도록 상기 제어기가 모터 속도를 제어하는 단계; 상기 변속기 입력축 회전속도가 목표단 동기속도에 도달한 경우, 상기 제어기에 의해 변속기의 결합 클러치가 결합되도록 제어되는 단계; 및 상기 제어기가 모터 토크를 음(-)의 토크 영역에서 절대값 기준으로 증가시켜 변속기 입력토크를 다시 인가하는 변속기 입력토크 복귀 제어를 수행하는 단계;를 포함하고, 상기 제어기는 상기 단계들이 수행되는 동안 유압제동장치를 제어하여 유압제동력을 발생시키는 동시에, 유압제동 토크의 추정값인 실제 유압제동 토크 추정량에 기초하여 상기 변속기 입력토크인 모터 토크를 제어하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 파워-오프 다운시프트 제어 방법을 제공한다.
이로써, 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 파워-오프 다운시프트 제어 방법에 의하면, 파워-오프 다운시프트의 변속 과정에서 차량의 가속감 발생 없이 원하는 차량 감속도를 생성할 수 있고, 변속시간 단축 및 운전성 향상을 달성할 수 있게 된다.
도 1은 일반적인 하이브리드 차량의 파워 트레인 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 종래 기술에 따른 파워-오프 다운시프트 제어 상태를 예시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 파워-오프 다운시프트 제어 방법이 적용되는 하이브리드 차량의 시스템 구성도이다.
도 4는 본 발명에서 복수 개의 차량 내 각 제어기가 수행하는 주요 기능을 나타낸 블록도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 파워-오프 다운시프트 제어 과정을 나타낸 순서도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 파워-오프 다운시프트 제어의 한 예를 보여주는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 파워-오프 다운시프트 제어 과정 중 변속기 입력토크 해제를 위한 협조 제어시의 토크 상태를 예시한 도면이다.
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.
본 발명은 파워-오프 다운시프트(power-off downshift)의 변속 과정에서 차량의 가속감 발생 없이 원하는 차량 감속도를 생성할 수 있고, 변속시간 단축 및 운전성 향상을 달성할 수 있는 하이브리드 차량의 변속 제어 방법을 제공하고자 하는 것이다.
이를 위해, 파워-오프 다운시프트의 변속시 차량 구동원인 모터에 대한 속도 제어 및 토크 제어와 함께 변속기 내 해방요소 및 결합요소 제어, 유압제동장치 제어 등의 동시 협조 제어를 수행하는 개선된 방법이 개시된다.
본 발명에서 파워-오프 다운시프트는 차량이 자력 주행하는 것이 아닌, 운전자가 브레이크 페달 및 가속페달을 밟지 않은 아이들 상태로 관성에 의해 주행하는 타력 주행(coasting) 동안(가속페달 팁-아웃 및 브레이크 오프 상태임) 운전자의 다운시프트 조작(예, 시프트 레버를 2단에서 1단으로 조작)에 의해 발생하는 변속으로서, 차량의 변속단이 낮아지는 변속이다.
본 발명의 파워-오프 다운시프트 제어 방법은 회생제동과 유압제동이 실시되는 하이브리드 차량에 적용될 수 있는 것으로, 그 예로서 TMED 하이브리드 차량에 적용될 수 있고, 또한 자동변속기(AT) 또는 듀얼 클러치 변속기(DCT)를 장착한 차량에 적용될 수 있다.
또한, 본 발명의 파워-오프 다운시프트 제어 과정은 공지의 차량 내 제어기들, 즉 하이브리드 제어기(Hybrid Control Unit, HCU), 변속 제어기(Transmission Control Unit, TCU), 모터 제어기(Motor Control Unit, MCU), 브레이크 제어기(Brake Control Unit, BCU) 등 복수 개의 제어기가 협조 제어하여 수행될 수 있고, 이들 제어기의 통합된 기능을 가지는 하나의 제어기에 의해 수행될 수도 있다.
이하, 도 3 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 파워-오프 다운시프트 제어 방법에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명의 파워-오프 다운시프트 제어가 적용되는 하이브리드 차량의 시스템 구성도로서, TMED 하이브리드 차량의 시스템 구성을 나타내고 있다.
도시된 바와 같이, 하이브리드 차량은 차량 주행을 위한 구동원인 엔진(90)과 모터(110), 엔진(90)과 모터(110) 사이에 개재되는 엔진 클러치(100), 모터(110)의 출력 측에 연결되는 변속기(120)를 포함한다.
또한, 하이브리드 차량에는 차량 작동의 전반을 제어하는 상위 제어기인 하이브리드 제어기(HCU)(20)가 탑재되고, 그 밖에 차량의 각종 장치를 제어하는 다양한 제어기들이 구비된다.
예를 들어, 엔진(90)의 작동을 제어하는 엔진 제어기(ECU)(30), 변속기(120)의 작동을 제어하는 변속 제어기(TCU)(40), 배터리(70)의 상태 정보를 수집 및 이용, 제공하고 배터리 관리를 위한 제어를 수행하는 배터리 제어기(BMS)(50), 모터(110)의 구동 및 제어를 위한 모터 제어기(60), 차량의 제동 제어를 수행하는 브레이크 제어기(BCU)(80) 등이 구비된다.
여기서, 브레이크 제어기(80)는 회생제동 및 유압제동 제어를 수행하는 친환경차량의 회생제동장치로 알려진 능동형 전자제어 브레이크(Active Hydraulic Booster, AHB)의 전자제어유닛이 될 수 있다.
그리고, 배터리(70)가 모터 제어기(60)의 인버터(도시하지 않음)를 통해 모터(110)에 충, 방전 가능하게 연결된다.
도 3에서 도면부호 130은 브레이크 유압을 생성하는 유압회로를 나타내고, 도면부호 131은 차량 휠(9)에 설치되어 유압제동력(즉 마찰제동력)을 생성하는 휠 브레이크를 나타낸다.
하이브리드 차량은 유압제동장치(마찰제동장치)를 구비하고, 유압제동장치는 브레이크 유압을 생성하는 유압회로(130), 및 차량 휠(9)에 설치되어 유압회로(10)에서 생성된 브레이크 유압에 의해 제동력(마찰제동력)을 생성하는 휠 브레이크(131)를 포함한다.
브레이크 제어기(80)는 유압제동장치의 작동을 제어하는데, 휠 브레이크(131)의 휠 실린더에 인가되는 브레이크 유압을 제어하기 위해 유압회로(130) 내 미도시된 유압 액추에이터 및 밸브 등의 작동을 제어한다.
또한, 하이브리드 제어기(20)와 각 제어기들은 CAN 통신을 통해 상호 간에 정보를 주고받으면서 차량 내 장치에 대한 협조 제어를 수행하는데, 상위 제어기가 하위 제어기들로부터 각종 정보를 수집하면서 제어 명령을 하위 제어기에 전달한다.
도 3에서 도면부호 10으로 지시된 운전 정보 검출부는 차량 운전 정보를 검출하기 위한 것으로, 차량 운전 정보는 운전 입력 정보와 차량 상태 정보를 포함할 수 있다.
상기 운전 입력 정보는 운전자의 브레이크 페달 조작 상태와 가속페달 조작 상태, 시프트 레버 조작 상태를 포함할 수 있고, 차량 상태 정보는 차속과 모터 속도를 포함할 수 있다.
운전 정보 검출부(10)는 운전자의 가속페달 조작에 따른 신호를 출력하는 가속페달 센서(Accelerator Pedal Sensor, APS), 운전자의 브레이크 페달 조작에 따른 신호를 출력하는 브레이크 페달 센서(Brake Pedal Sensor, BPS), 시프트 레버의 위치를 검출하는 변속 검출부, 차속 검출을 위한 차속 검출부, 모터 속도를 검출하는 모터 속도 검출부를 포함할 수 있고, 이들은 하이브리드 제어기(20)와 변속 제어기(40)를 포함하여 차량 내 제어기들에 검출값의 입력이 가능하도록 연결될 수 있다.
도 4는 본 발명에서 차량 내 제어기들이 수행하는 주요 기능을 나타낸 블록도로서, 본 발명의 제어 방법에 관여하는 제어기들에 대해 좀 더 설명하면, 변속 제어기(40)는 운전 정보 검출부(10)에 의해 검출된 차량 운전 정보로부터 파워-오프 다운시프트의 요구가 있는지를 판단한다.
변속 제어기(40)는 운전 정보 검출부(10)에 의해 검출된 차량 운전 정보로부터, 운전자가 가속페달을 밟지 않은 상태로 차량이 타력 주행을 하는 동안, 변속 가능한 저단으로의 운전자 시프트 레버 조작이 있는 경우(즉 운전자의 다운시프트 조작이 있는 경우), 파워-오프 다운시프트의 변속 요구가 있는 것으로 판단할 수 있다.
또한, 변속 제어기(40)는 파워-오프 다운시프트의 변속 과정 동안 하이브리드 제어기(20)의 신호를 입력받아 변속기(120) 내 클러치의 결합과 해방을 제어하는데, 변속을 위해 변속기 입력토크를 해제한 시점에서 해방 클러치를 해방하고, 변속기 입력축 회전속도에 대한 속도 제어 완료 후에는 결합 클러치를 결합하는 제어를 수행한다.
하이브리드 제어기(20)는 파워-오프 다운시프트의 변속 과정 중 변속기(120)의 해방 클러치가 해방된 상태의 속도 변화 구간에서 목표단 변속기 입력축 동기속도(NMj)를 기반으로 변속기 입력축 회전속도(NM)(차량 구동원의 속도임)를 제어한다.
TMED 하이브리드 시스템에서 변속기 입력축 회전속도(변속기 입력속도)(NM)는 변속기 입력 측에 연결된 차량 구동원의 속도, 즉 모터의 속도와 동일하며, 변속기 입력축 회전속도(NM)와 목표단 변속기 입력축 동기속도(NMj)를 일치시키기 위해 속도 변화 구간 동안 모터 속도를 상승시켜 변속기 입력축 회전속도(NM)가 목표단 변속기 입력축 동기속도(NMj)(이하 '목표단 동기속도'라 약칭함)와 동일한 속도가 되도록 제어한다.
또한, 하이브리드 제어기(20)는 브레이크 제어기(80)에 목표 회생제동 실행량을 송출하고, 실제 유압제동 토크량을 추정한 값인 실제 유압제동 토크 추정량(T B )을 기반으로 하여 모터 토크 피드백 제어(후술하는 모터 토크 보상 제어임)를 실시한다.
이와 같은 모터 속도 제어와 모터 토크 피드백 제어는 하이브리드 제어기(HCU)(20)와 변속 제어기(TCU)(40), 모터 제어기(MCU)(60), 브레이크 제어기(BCU)(80) 간의 협조 제어를 통해 수행될 수 있다.
즉, 모터 제어기(60)가 하이브리드 제어기(20)의 지령에 따라 모터 속도와 모터 토크를 제어하고, 브레이크 제어기(80)가 목표 회생제동 실행량을 기초로 브레이크 유압을 제어한다.
상기와 같이 본 발명의 실시예에 따른 제어 과정은 복수 개의 제어기 간에 이루어지는 협조 제어에 의해 수행될 수 있고, 이하에서는 복수 개의 제어기를 기능에 따라 구분하여, 상기 구분된 복수 개의 제어기가 협조 제어함으로써 본 발명의 실시예에 따른 제어 과정을 수행하는 것으로 설명한다.
그러나, 복수 개의 제어기를 하나의 제어기로 통칭하여 설명할 수 있음은 물론이고, 나아가 실제로 통합된 하나의 제어기가 본 발명의 실시예에 따른 제어 과정을 수행할 수도 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 파워-오프 다운시프트 제어 과정을 나타낸 순서도이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 파워-오프 다운시프트 제어의 한 예를 보여주는 도면으로서 파워-오프 다운시프트의 변속 과정 동안 모터 속도 및 토크 상태를 나타내고 있다.
또한, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 파워-오프 다운시프트 제어 과정 중 변속기 입력토크 해제를 위한 협조 제어시의 토크 상태를 예시한 도면이다.
먼저, 도면에 대해 간단히 설명하면, 도 5는 하이브리드 제어기(HCU)(20)와 변속 제어기(TCU)(40), 브레이크 제어기(BCU)(80)가 수행하는 협조 제어의 주요 과정을 나타내고 있다.
그리고, 도 6은 종래 기술을 예시한 도 2와 대비되는 도면으로서, 도 2와 마찬가지로 상측과 하측에 각각 선도가 도시되어 2개의 선도를 나타내고 있다.
도 6의 상측 선도에서 종축은 속도(ω)를, 횡축은 시간을 나타내고, 하측 선도에서 종축은 토크(TQ)를, 횡축은 시간을 나타낸다.
또한, 도 6의 하측 선도에서 횡축(TQ = 0 Nm)을 기준으로 아래의 영역은 음(-)의 토크 영역을 나타내고, 위의 영역은 양(+)의 토크 영역을 나타낸다.
도 6의 선도에서 NMj는 목표단 동기속도를 나타내고, NM은 변속기 입력축 회전속도(변속기 입력속도)를 나타내며, TMED 하이브리드 시스템에서 변속기 입력축 회전속도는 모터 속도와 동일하다.
여기서, 목표단은 파워-오프 다운시프트 후 도달하고자 하는 변속단, 즉 변속 후 목표로 하는 변속단을 의미한다.
이하의 설명에서 이전단은 다운시프트 이전의 변속단을 의미하고, 다운시프트 전과 후의 변속단을 각각 이전단과 목표단으로 칭하기로 한다(예, 2단→1단 변속인 경우, 이전단 2단, 목표단 1단임).
또한, 이하의 설명에서 해방요소와 결합요소는 변속기(120) 내 클러치를 의미하고, 도 6의 선도에서 TR은 변속기 해방요소(해방 클러치)의 전달토크를 나타내며, TCR은 변속기 해방요소의 클러치 토크를 나타낸다.
도 6의 선도에서 TA는 변속기 결합요소(결합 클러치)의 전달토크를 나타내고, TCA는 변속기 결합요소의 클러치 토크를 나타내며, To는 변속기 출력토크(즉 변속기 출력축 토크)를 나타내고, Ti는 변속기 입력토크(즉 변속기 입력축 토크)를 나타낸다.
상기 전달토크(TR,TA)는 해당 클러치(해방요소,결합요소)를 통해 전달되는 클러치 후단 출력토크를 의미하는 것일 수 있고, 클러치 토크(TCR,TCA)는 해당 클러치에 인가되는 클러치 전단 입력토크를 의미하는 것일 수 있다.
즉, 각 클러치 전단을 통해 인가되어 입력되는 토크가 클러치 토크(TCR,TCA)라 할 때, 각 클러치 후단을 통해 출력되어 전달되는 토크가 전달토크(TR,TA)이다.
또한, 변속 과정에서 이전단의 해방요소를 동력 단절 상태가 되도록 풀어준 뒤(클러치 해방) 목표단의 결합요소를 동력 연결 상태가 되도록 체결하므로(클러치 결합), 이하의 설명에서 해방요소와 결합요소는 각각 이전단과 목표단의 클러치를 의미하는 것으로 이해될 수 있다.
즉, 해방요소(해방 클러치)는 결합된 상태에서 변속 과정 동안 해제되는 변속기(120)의 이전단 클러치를 의미하고, 결합요소(결합 클러치)는 해제된 상태에서 변속 과정 동안 결합되는 변속기(120)의 목표단 클러치를 의미한다.
또한, 이전단에서 클러치를 통해 전달되는 전달토크(클러치 후단 출력토크)는 해방요소(해방 클러치)의 전달토크(TR)이고, 목표단에서 클러치를 통해 전달되는 전달토크는 결합요소(결합 클러치)의 전달토크(TA)를 의미한다.
그리고, 도 6에서 (Ti)dmd는 변속기 입력축 기준 요구토크를 나타내고, iR는 변속기 이전단의 기어비를, iA은 변속기 목표단의 기어비를 나타낸다.
이때, 변속 전의 이전단 클러치(해방요소) 전달토크(TR)는 'TR = iR×(Ti)dmd'로 계산될 수 있고, 변속 후의 목표단 클러치(결합요소) 전달토크(TA)는 'TA = iA ×(Ti)dmd'로 계산될 수 있다.
또한, 도 6에서 (Ti)T_ brk는 목표 회생제동 실행량을 나타내고, TB는 실제 유압제동 토크량을 추정한 값인 실제 유압제동 토크 추정량을 나타낸다.
또한, 도 6에서 변속기 입력토크인 Ti는 제어기의 제어 또는 제어기들의 협조 제어에 의해 제어되는 토크 값이고, TMED 하이브리드 시스템에서 변속기 입력토크는 모터 토크가 된다.
본 발명에서는 운전자가 브레이크 페달을 조작하지 않더라도 파워-오프 다운시프트 요구가 있는 경우 엔진 브레이크를 모사하기 위해 유압제동 토크(유압제동력)를 발생시키는바, 이 유압제동 토크 역시 제어기들의 협조 제어에 의해 제어되는 토크가 된다.
유압제동 토크와 관련하여 도 6의 선도에는 실제 유압제동 토크 추정량(TB)이 나타나 있고, A-B 구간의 협조 제어 과정에서 실제 유압제동 토크 추정량(TB)이 모터 토크 보상 제어에 있어 변수로 이용된다.
또한, 클러치 토크(TCR,TCA) 값, 즉 이전단 해방요소의 클러치 토크(TCR) 값과 목표단 결합요소의 클러치 토크(TCA) 값은 변속 제어기(40)가 출력하는 클러치 해방과 결합을 위한 지령 값(클러치에 인가하고자 하는 토크 값임)이 될 수 있다.
도 6의 선도를 참조하면, 속도 변화 구간으로 진입하는 B 시점부터 해방요소의 클러치 토크(TCR)를 0의 값으로 제어하고, 속도 변화 구간이 종료되는 C 시점에서 결합요소의 클러치 토크(TCA)를 인가한다.
본 발명에서 지령 값에 따라 제어되는 토크는 해방요소의 클러치 토크 TCR, 결합요소의 클러치 토크 TCA, 변속기 입력토크 Ti 등이며, 전달토크인 TA와 TR, 그리고 변속기 출력토크인 To 등은 제어의 결과로 나타나는 토크이다.
또한, 도 6에서 토크 값들은 변속기 입력토크인 Ti와 변속기 입력축 기준 요구토크 (Ti)dmd, 목표 회생제동 실행량 (Ti)T_brk를 제외하고는 모두 변속기 출력축을 기준으로 한 토크 값이다.
즉, 변속기 출력토크인 To를 포함하여 전달토크인 TR, TA, 클러치 토크인 TCA, TCR 모두가 변속기 출력축 기준 토크이며, 이들 토크는 변속기(120)의 기어단(이전단과 목표단)에 해당하는 기어비를 고려하여 변속기 출력축에서의 토크 값으로 변환 및 환산한 등가 토크라 할 수 있다.
또한, 변속기 출력축 기준 토크는, 상기 환산한 등가 토크인 것 외에, 변속기 출력축을 기준으로 직접적으로 구해지거나 추정 및 연산되는 토크일 수도 있는데, 예를 들어 변속기 출력축을 기준으로 실제 유압제동 토크량을 추정한 값인 실제 유압제동 토크 추정량 T B 역시 변속기 출력축 기준 토크이다.
단, 도 6의 선도에서 목표로 하는 회생제동 토크 값인 목표 회생제동 실행량 (Ti)T_ brk 및 그 최대값인 '(iA-iR)/iR×|(Ti)dmd|'는 변속기 입력토크(Ti) 및 요구토크((Ti)dmd)와 마찬가지로 변속기 입력축을 기준으로 한 토크이다.
이하, 도 5 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 파워-오프 다운시프트 제어 과정을 단계별로 설명하면, 먼저 변속 제어기(40)가 운전 정보 검출부(10)에 의해 검출된 현재의 차량 운전 정보로부터 파워-오프 다운시프트의 변속 요구를 검출한다.
즉, 변속 제어기(40)가 현재의 차량 운전 정보로부터 파워-오프 다운시프트 요구가 있는 상황인지를 판단하는 것이다.
여기서, 변속 제어기(40)는 차량이 타력 주행(coasting)하는 동안 운전자의 다운시프트 조작이 있는 경우, 그리고 다운시프트 조작에 의해 선택된 변속단이 변속 가능한 것이면, 파워-오프 다운시프트 요구가 있는 상황인 것으로 판단하도록 설정될 수 있다.
즉, 변속 제어기(40)가 운전 정보 검출부(10)에 의해 검출된 차량 운전 정보로부터 운전자가 브레이크 페달 및 가속페달을 밟지 않은 상태로 차량이 타력 주행을 하는 동안 운전자가 시프트 레버를 저단으로 조작하여 선택된 변속단이 현재 변속 가능한 변속단이라면, 파워-오프 다운시프트의 변속 요구가 있는 것으로 판단하는 것이다.
이와 같이 파워-오프 다운시프트 요구가 있는 상황임을 판단하고 나면, 도 6의 A 시점에서 파워-오프 다운시프트를 위한 변속 제어가 시작되고, 이어 A 시점부터 B 시점까지 변속기 입력토크(Ti)를 0(zero) 토크가 될 때까지 해제하는 변속기 입력토크 해제를 위한 협조 제어 과정을 수행한다.
요컨대, 변속기 입력토크 해제를 위한 협조 제어의 진입 조건은 현재 파워-오프 다운시프트의 변속 요구가 있는 상황인 것이며, A 시점에서, 차량이 타력 주행을 하고 있고, 타력 주행 동안 운전자가 시트프 레버를 전보다 낮은 저단으로 조작(운전자 다운시프트 조작)하였으며, 시프트 레버 조작에 의해 선택된 변속단이 변속 가능한 조건이면, 파워-오프 다운시프트의 변속 요구가 있는 것으로 판단하여 변속기 입력토크 해제를 위한 협조 제어에 진입한다.
파워-오프 다운시프트가 이루어지는 차량 주행 조건인 타력 주행시에는 엔진(90)은 오프 상태이고 엔진 클러치(100)는 해제 상태이므로 변속기 입력토크(Ti)는 모터 토크가 된다.
이러한 A 시점에서 B 시점까지(A-B 구간)의 제어는 도 5에 나타낸 바와 같이 변속 제어기(TCU)(40)와 하이브리드 제어기(HCU)(20), 브레이크 제어기(BCU)(80)의 협조 제어에 의해 수행된다.
아울러, 도 5에 나타내지는 않았지만, 후술하는 바와 같이 변속기 입력토크 해제 및 모터 토크 보상 제어를 위해 하이브리드 제어기(20)가 출력하는 토크 지령에 따라 모터 토크를 제어해야 하므로, 모터 제어기(60) 또한 A-B 구간의 협조 제어에 관여한다.
A-B 구간 동안 수행되는 변속기 입력토크 해제 제어에 대해 도 6을 참조로 좀 더 설명하면, 도 6은 운전자가 브레이크 페달을 조작하지 않은 브레이크 미인가의 예이면서, 변속기 입력축 기준 요구토크((Ti)dmd)가 일정한 예를 나타내고 있다.
A-B 구간의 제어 과정 동안 요구토크는 A 시점의 차량 운전 상태, 즉 변속기 입력토크 해제 제어 진입 시점의 차량 운전 상태에 따라 결정되며, 이 요구토크가 후술하는 바와 같이 제동력 분배식의 총 제동 토크로 사용된다.
여기서, 차량 운전 상태 정보는 차속을 포함할 수 있고, 이에 요구토크가 A 시점의 차속에 따라 결정된 값일 수 있다.
또한, A-B 구간의 제어 과정 동안, 총 제동 토크로 사용되는 요구 토크는 변속기 입력축 기준 요구토크((Ti)dmd)이거나 변속기 출력축 기준 요구토크('iA ×(Ti)dmd')일 수 있다.
또한, 변속 전부터 A 시점까지는 변속기 입력토크(Ti)가 변속기 입력축 기준 요구토크((Ti)dmd)와 일치하지만, 파워-오프 다운시프트 제어가 시작된 A 시점 이후부터는 변속기 입력토크(Ti)를 절대값 기준으로 감소시켜 B 시점까지 0의 값이 되도록 해제하는 변속기 입력토크 해제 제어가 진행된다.
도 6의 선도에서 A-B 구간의 변속기 입력토크(Ti)를 음(-)의 토크로 나타내었으므로, A-B 구간에서 변속기 입력토크의 절대값이 감소한다는 것은, 음(-)의 토크인 변속기 입력토크가 0의 값이 될 때까지 상승(증가)하는 것을 의미한다.
본 발명에서는 파워-오프 다운시프트의 변속 과정에서 변속기 출력토크(To)가 종래와 같이 크게 상승하였다가 하강하는 것(도 2에서와 같이 변속기 출력토크를 음(-)의 토크로 나타낸다면 그 절대값이 크게 감소하였다가 증가하는 것)을 방지하고, 변속기 출력토크(To)를 도 6의 A-B 구간에서 일정한 기울기로 하강시키면서 유압제동력을 발생시킨다.
즉, 파워-오프 다운시프트의 변속 과정에서, 운전자가 브레이크 페달을 밟지 않더라도, 유압회로(130) 및 휠 브레이크(131)를 포함하는 유압제동장치(즉 마찰제동장치)의 작동을 제어함으로써 유압제동력(마찰제동력)을 발생시키는 것이며, 이러한 유압제동력을 발생시키기 위해서는 하이브리드 제어기(20)와 브레이크 제어기(80) 간의 협조 제어가 이루어져야 한다.
이때, 두 제어기(20,80) 간의 협조 제어가 이루어지도록 하여 유압제동장치에 의한 유압제동력을 발생시키기 위해서는, 하이브리드 제어기(20)가 브레이크 제어기(80)에 목표 회생제동 실행량을 결정하여 전달하도록 해야 하고, 목표 회생제동 실행량(토크 값임)과 유압제동 토크가 총 제동 토크를 만족하도록 해야 한다.
하기 식 (1)은 회생제동이 이루어지는 친환경차량에서 적용되고 있는 제동력 분배식이며, 공지된 바와 같이 회생제동과 유압제동의 협조 제어에 있어서는 제동력 분배가 필수적이다.
총 제동 토크 = 목표 회생제동 실행량 + 목표 유압제동 토크 (1)
상기 제동력 분배식에서 각 토크는 모두 변속기 입력축 기준의 값으로 결정된 토크일 수 있고, 또는 각 토크가 모두 변속기 출력축 기준의 값으로 결정된 토크일 수도 있다.
일반적인 정지 전 변속시처럼 운전자가 브레이크 페달을 밟은 상태에서는, 브레이크 제어기(80)가 브레이크 페달 값(BPS 값)에 따라 총 제동 토크를 연산한 후 하이브리드 제어기(20)로부터 목표 회생제동 실행량(토크 값임)을 전달받아, 상기 식(1)을 만족하는 목표 유압제동 토크(= 마찰제동 토크)를 결정한다.
하지만, 본 발명에서는 운전자가 브레이크 페달을 밟지 않은 상태에서도 하이브리드 제어기(20)와 브레이크 제어기(80)의 협조 제어가 이루어지도록 하여 총 제동 토크를 만족시키는 유압제동 토크를 발생시킨다.
즉, 본 발명의 파워-오프 다운시프트의 변속 과정에서는 운전자가 브레이크 페달을 밟지 않았다 하더라도 하이브리드 제어기(20)가 목표 회생제동 실행량(토크 값임)을 결정하여 브레이크 제어기(80)에 송출한다.
또한, 브레이크 제어기(80)는 하이브리드 제어기(20)에서 송출된 목표 회생제동 실행량으로부터 제동력 분배식인 상기 식(1)을 만족하는 목표 유압제동 토크(= 마찰제동 토크)를 결정한 후, 상기 결정된 목표 유압제동 토크에 따라 유압제동장치를 제어하여, 변속 동안 필요로 하는 유압제동력을 발생시킨다.
이때, 하이브리드 제어기(20)는 변속기 입력토크 해제 제어 진입 시점 이후부터 변속기 입력토크 해제 완료 시점까지 브레이크 제어기(80)에 송출하는 목표 회생제동 실행량((Ti)T_brk)을 브레이크 유압 협조 제어가 가능하도록 시간에 따라 일정 기울기로 증가하는 값으로 결정하여 송출한다.
도 6을 참조하면, 차량의 타력 주행시 A 시점까지는, 즉 변속기 입력토크 해제 제어 진입 시점까지는 요구토크, 즉 변속기 입력축 기준 요구토크((Ti)dmd)와 목표 회생제동 실행량((Ti)T_brk)이 일치하다가, 변속기 입력토크 해제 제어 진입 이후부터는 목표 회생제동 실행량((Ti)T_brk)이 상기 요구토크((Ti)dmd)에서부터 일정 기울기로 증가시킨 값으로 결정됨을 볼 수 있다.
상기 식 (1)에서 유압제동 토크는 파워-오프 다운시프트의 변속 과정 중 발생시키고자 하는 유압제동 토크의 목표값, 즉 목표 유압제동 토크이며, 이 목표 유압제동 토크가 변속기 입력축 기준 토크일 수도 있으나, 변속기 출력축을 기준으로 환산한 변속기 출력축 기준 토크일 수 있고, 이 변속기 출력축 기준의 목표 유압제동 토크를 도 7에서 (TB)T로 나타내었다.
또한, 본 발명에서 운전자가 브레이크 페달을 밟지 않더라도 유압제동 토크를 발생시키기 위해 총 제동 토크가 정해져야 하는데, 본 발명에서는 브레이크 제어기(80)가 연산하던 총 제동 토크의 값으로 하이브리드 제어기(20)의 요구토크를 적용하여 사용한다.
즉, 목표 회생제동 실행량과 목표 유압제동 토크의 합이 상기 요구토크를 만족하도록 하는 것이며, 여기서 요구토크는 전술한 바와 같이 변속기 입력축 기준 요구토크((Ti)dmd)일 수 있다.
또한, 변속기 입력축 기준 요구토크가 (Ti)dmd 라면, 변속기 출력축을 기준으로 환산한 토크, 즉 변속기 출력축 기준 요구토크는 'iA ×(Ti)dmd'로 계산될 수 있다.
파워-오프 다운시프트의 변속 과정에서 하이브리드 제어기(20)의 요구토크((Ti)dmd)는 타력 주행시의 회생 토크이고, 이는 음(-)의 토크, 즉 내연기관 차량과 같은 비친환경 차량의 타력 주행 중 파워트레인 부하를 모사한 음(-)의 토크이다.
본 발명에 따른 파워-오프 다운시프트의 변속 과정 중 A-B 구간에서 목표 회생제동 실행량을 연산하는 이유는 브레이크 제어기(80)와의 협조 제어에 있어 필수적으로 필요하기 때문이다.
본 발명에 따른 파워-오프 다운시프트의 변속 과정에서 브레이크 페달 조작이 없더라도 회생제동과 유압제동의 협조 제어가 수행되기 때문에 식 (1)과 같은 제동력 분배식을 이용하기 위해서는 목표 회생제동 실행량의 연산이 필요하다.
또한, 종래에는 '총 제동 토크 = 목표 회생제동 실행량 + 유압제동 토크'의 제동력 분배식에서 모든 항(term)이 음(-)의 값이었으나, 본 발명에서는 유압제동 토크가 총 제동 토크보다 더 큰 값을 가질 수 있도록 A-B 구간에서 목표 회생제동 실행량을 정해진 양(+)의 값에 도달하도록 상승시킨다.
즉, 도 6에서 목표 회생제동 실행량((Ti)T_brk)의 최대값, 즉 최대 목표 회생제동 실행량을 양(+)의 값이 되도록 하는 것이다.
도 6을 참조하면, 목표 회생제동 실행량((Ti)T_brk)이 변속기 입력토크 해제가 완료된 B 시점에서 양의 최대값 '(iA-iR)/iR×|(Ti)dmd|'에 도달한 후, 후술하는 B-C 및 C-D 구간을 거쳐 변속기 입력토크 복귀 제어 진입 시점인 D 시점까지 상기 최대값으로 계속해서 유지됨을 볼 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명에서 총 제동 토크의 값으로는 하이브리드 제어기(20)가 변속 제어기(40)로 송출하는 요구토크((Ti)dmd)가 사용되고, 이는 도 6에서와 같이 변속 과정에서 변화없이 동일하다고 가정하면, A-B 구간에서 변속기 출력토크(To)가 일정 기울기로 하강하도록 하기 위해, 위 제동력 분배식에서 목표 회생제동 실행량의 최대값을 양(+)의 값이 되도록 하여, 유압제동 토크의 절대값이 총 제동 토크의 절대값보다 크게 될 수 있도록 한다.
또한, 하이브리드 제어기(20)는 빠른 감속감을 위해 변속 전후의 변속기 출력토크(To) 단차가 A-B 구간에서 발생하도록 하고, 이를 위해 최대 목표 회생제동 실행량을 하기 식 (2)과 같이 계산하여 브레이크 제어기(80)로 송출한다.
max((Ti)T_ brk＠TMout) = (iA-iR)×|(Ti)dmd| (2)
여기서, max((Ti)T_ brk ＠TMout)는 변속기 출력축 기준 최대 목표 회생제동 실행량을 나타내고, iA는 목표단 기어비를, iR은 이전단 기어비를, (Ti)dmd는 요구토크를 나타내며, | |는 절대값을 나타나는 기호이다(이하의 설명에서 | |는 모두 절대값 기호임).
또한, 상기 식 (2)에서 (Ti)T_brk＠TMout는 변속기 출력축 기준 목표 회생제동 실행량을 나타낸다.
본 발명에서 하이브리드 제어기(20)는 변속기 입력축 기준 목표 회생제동 실행량과 그 최대값을 계산하여 브레이크 제어기(80)에 송출할 수도 있지만, 도 5에 나타낸 바와 같이 하이브리드 제어기(20)가 변속기 출력축 기준 목표 회생제동 실행량과 그 최대값을 계산하여 브레이크 제어기(80)에 송출할 수도 있다.
변속기 출력축 기준 목표 회생제동 실행량이 (Ti)T_brk＠TMout이고, 변속기 입력축 기준 목표 회생제동 실행량이 (Ti)T_brk이라면, 두 값은 '(Ti)T_brk＠TMout = iR×(Ti)T_brk'의 관계가 있다.
상기 최대 목표 회생제동 실행량은 변속 전후의 변속기 출력토크(To) 단차, 즉 A-B 구간에서의 변속기 출력토크(To) 하강량에 상응하는 값으로서, 식 (2)에서와 같이 이전단 기어비(iR)와 목표단 기어비(iA), 요구토크((Ti)dmd)로부터 구해질 수 있다.
A 시점은 변속 전이므로 해방요소(해방 클러치)의 전달토크(TR)만 작용하며, 이는 요구토크가 (Ti)dmd, 이전단 기어비가 iR라 할 때, 해방요소의 전달토크(TR)는 'TR = iR×(Ti)dmd'의 식으로 표현 가능하다.
B 시점에서는 해방요소(해방 클러치)의 토크 전달이 종료되어 오직 결합요소(결합 클러치)의 전달토크(TA)만 작용하므로, 목표단 기어비를 iA라 할 때, 결합요소의 전달토크(TA)는 'TA = iA×(Ti)dmd'로 표현 가능하다.
이때, 변속기 출력토크 하강량(|TA - TR|)은 '|TA - TR| = |(iA-iR)×(Ti)dmd|'의 식으로 나타낼 수 있고, 변속기 출력토크 하강량은 변속 전 해방요소의 전달토크(TR)와 변속 후 결합요소의 전달토크(TA) 간 차이값의 절대값(|TA - TR|)으로 정의하므로 양의 값이다.
또한, 하향 변속이므로 iA > iR를 만족하여, 변속기 출력토크 하강량(|TA - TR|)는 '|TA-TR| = (iA-iR)×|(Ti)dmd|'가 된다.
다시 정리하면, 변속 전 해방요소의 전달토크(TR)는 'TR = iR×(Ti)dmd'이고, 변속 후 결합요소의 전달토크(TA)는 'TA = iA×(Ti)dmd'이며, 변속기 출력토크(To) 하강량(|TA-TR|)은 '|TA-TR| = (iA-iR)×|(Ti)dmd|'이다.
도 6의 선도에서 변속 전후를 비교하였을 때 변속기 출력토크(To)는 음(-)의 토크이므로 하강(감소)하는 것이지만, 절대값을 기준으로 하였을 때에는 증가하는 것이 된다.
상기 식의 변속기 출력토크 하강량은 변속기 출력축 기준이고, 이를 변속기 입력축 기준 토크로 환산한다면, 이때 변속단이 이전단이기 때문에 변속기 입력축 기준으로 환산한 변속기 출력토크(To) 하강량은 '(iA-iR)/iR×|(Ti)dmd|'가 된다.
본 발명에서는 변속기 입력축 기준으로 환산한 변속기 출력토크(To) 하강량(양의 값임)을 변속기 입력축 기준 최대 목표 회생제동 실행량이 될 수 있도록 하며, 따라서 변속기 입력축 기준 최대 목표 회생제동 실행량은 하기 식 (3)으로 나타낼 수 있다.
max((Ti)T_ brk) = (iA-iR)/iR×|(Ti)dmd| (3)
여기서, max((Ti)T_ brk)가 변속기 입력축 기준 최대 목표 회생제동 실행량을 나타내고, (Ti)T_ brk는 변속기 입력축 기준 목표 회생제동 실행량을 나타낸다.
도 6의 선도에서 A-B 구간의 변속기 입력축 기준 목표 회생제동 실행량 (Ti)T_brk은 음(-)의 값에서 일정 기울기로 0 Nm까지 상승하였다가(절대값 기준으로 감소) 계속해서 양(+)의 값으로 상승하여(절대값 기준으로 증가) B 시점에서 변속기 입력축 기준 최대 목표 회생제동 실행량(max((Ti)T_ brk)에 도달함을 보이고 있다.
또한, 본 발명에 따른 파워-오프 다운시프트의 변속 과정의 A-B 구간에서 엔진 브레이크를 모사하기 위해 유압제동장치를 이용하여 유압제동 토크를 발생시키는데, 이때 실제 유압제동 토크를 추정하고, 그 추정 값인 실제 유압제동 토크 추정량(T B )을 기반으로 하여 모터 토크 피드백 제어를 실시한다.
이 과정에서 실제 유압제동 토크 추정량(TB)과 목표 유압제동 토크((TB)T)를 변속기 입력축 기준으로 상사시키는바, 두 토크의 차이만큼을 모터 토크가 보상할 수 있도록 한다.
즉, 브레이크 제어기(80)에서 하이브리드 제어기(20)로부터 목표 회생제동 실행량((Ti)T_ brk)을 수신한 뒤, 제동력 분배식인 식 (1)에 따라 요구토크((Ti)dmd)와 목표 회생제동 실행량((Ti)T_ brk)으로부터 유압제동 토크((TB)T)를 결정하고, 상기 결정된 유압제동 토크((TB)T)를 목표값으로 하여 유압제동장치의 브레이크 유압을 제어한다.
도 7을 참조하면, 목표로 하는 유압제동 토크(이하 '목표 유압제동 토크'라 칭함)((TB)T)가 점선으로 도시되어 있고, 이 목표 유압제동 토크를 추종하도록 제어되는 실제 유압제동 토크량의 추정 값, 즉 실제 유압제동 토크 추정량(TB)이 도시되어 있다.
도 7에서 볼 수 있듯이, 브레이크 유압의 제어 추종성이 떨어지므로 실제 유압제동 토크 추정량(TB)과 목표 유압제동 토크((TB)T) 사이에 차이가 발생하며, 본 발명에서 이 차이를 모터 토크로 보상한다.
즉, 브레이크 제어기(80)가 브레이크 유압을 제어할 때 목표 유압제동 토크를 내도록 제어하지만 브레이크 유압의 제어 추종성이 좋지 못하므로 실제 유압제동 토크는 목표 유압제동 토크만큼 나오지 않는다.
따라서, 제어의 정확도가 우수한 모터 회생제동 토크 제어를 통하여 유압제동의 오차를 보상하는 것이며, 두 토크의 오차, 즉 목표 유압제동 토크와 실제 유압제동 토크 추정량의 차이를 이용하여 목표 회생제동 토크를 보정한 후, 보정된 회생제동 토크로 모터 회생제동을 제어한다.
상기와 같이 목표 유압제동 토크와 실제 유압제동 토크 추정량의 차이를 모터로 보상해주기 위한 제어에 관련해서는, 본 출원인에 의해 특허 출원된 특허출원번호 제10-2018-0019815(2018.2.20.), 및 특허출원번호 제10-2017-0177711호(2017.12.22.)를 참조할 수 있다.
일례로, 변속기 입력토크(Ti)와 실제 유압제동 토크 추정량의 합이 요구토크를 만족하도록 하는 변속기 입력토크 값을 목표 회생제동 토크(모터 회생제동 실행량)로 사용하여 모터 토크(즉 모터 회생제동 토크)를 제어하는 것이다.
여기서, 요구토크는 변속기 입력축 기준 요구토크((Ti)dmd)이며, 실제 유압제동 토크 추정량은 변속기 입력축 기준의 값이 사용된다.
즉, 상기 변속기 입력축 기준의 실제 유압제동 토크 추정량(TB@TMin)이 사용되는 것이며, 이는 변속기 출력축 기준의 실제 유압제동 토크 추정량(TB)으로부터 계산될 수 있다.
도 7에서 종축(y축)의 왼편은 변속기 입력축 기준의 토크이고, 오른편은 변속기 출력축 기준의 토크이며, 점선으로 도시된 목표 유압제동 토크((TB)T)와 실선으로 도시된 실제 유압제동 토크 추정량은 변속기 출력축 기준의 유압제동 토크 값이다.
즉, 횡축(x축)의 시간에 따라 A 시점부터 B 시점까지 제어가 진행될 때, 변속기 출력축 기준의 목표 유압제동 토크((TB)T)는 점선이고, 실제 유압제동 토크(추정량임)(TB)는 실선이며, 두 토크의 오차를 모터 토크(Ti)로 보상할 때, 모터 토크 지령은 변속기 입력축 기준의 지령이므로, 실제 유압제동 토크 추정량을 변속기 입력축 기준 토크로 상사시켜 고려해야 한다.
이 변속기 입력축 기준의 실제 유압제동 토크 추정량과 모터 토크(= 변속기 입력토크, Ti)의 합이 변속기 입력축 기준의 요구토크((Ti)dmd ))를 만족하게 제어한다면, 브레이크 유압의 제어 오차에도 원하는 감속감을 얻도록 제어하는 것이 가능하다.
전술한 바와 같이, B 시점에서는 해방요소(해방 클러치)의 토크 전달이 종료되어 오직 결합요소(결합 클러치)의 전달토크(TA)만 작용하며, 목표단 기어비를 iA라 할 때, 결합요소의 전달토크(TA)는 'TA = iA×(Ti)dmd'로 표현 가능하다.
도 7에서 볼 수 있듯이, 실제 유압제동 토크 추정량(TB)과 목표 유압제동 토크((TB)T)는 A 시점까지는 모두 0 Nm이었다가, 음(-)의 토크로 나타낸 두 토크 모두 A-B 구간 동안 하강(감소), 즉 절대값 기준으로 증가하며, 이때 두 토크 모두 B 시점의 목표단 기준 결합요소의 전달토크(TA)인 'TA = iA×(Ti)dmd'까지 증가한다(도 6의 TB, (TB)T 참조, 음의 토크로서 감소하는 것이며, 도면상 하강함).
이때, 목표 유압제동 토크((TB)T)는 A-B 구간에서 결합요소의 전달토크(TA)인 'TA = iA×(Ti)dmd'까지 일정 기울기로 선형적으로 하강하고, 다만 하강 동안 유압제동장치의 제어시 실제 유압제동 토크(추정량, TB)는 목표 유압제동 토크((TB)T)와 차이를 나타낸다.
여기서, 결합요소의 전달토크인 'TA = iA×(Ti)dmd'는 변속기 출력축 기준 요구토크이기도 하며, 이 변속기 출력축 기준 요구토크(TA = iA×(Ti)dmd)와 변속기 입력축 기준 요구토크((Ti)dmd)를 이용하여, 실제 유압제동 토크 추정량(TB)을 변속기 입력축 기준으로 환산하면, 도 7에서 TB@TMin으로 상사 가능하다.
이를 수식으로 표현하면, '(Ti)dmd : TB@TMin = iA×(Ti)dmd : TB'이므로 'TB@TMin = TB/iA'이다.
여기서, TB@TMin는 변속기 입력축을 기준으로 환산한 실제 유압제동 토크 추정량이다.
모터(110)에 의한 회생제동 토크로 담당하던 제동력을 브레이크 토크가 온전히 담당하는 것이므로 이를 고려하여 모터 토크가 되는 변속기 입력토크(Ti)는 'Ti = (Ti)dmd - TB@TMin = (Ti)dmd - TB/iA'가 된다.
결국, 하이브리드 제어기(20)가 모터 토크(Ti) 값에 해당하는 토크 지령을 생성하여 출력하고, 모터 제어기(60)가 하이브리드 제어기(20)로부터 수신된 토크 지령에 따라 모터 토크를 제어한다.
또한, 브레이크 제어기(80)는 목표 회생제동 실행량의 감소에 따라 유압제동 토크를 증가시키는 제어를 수행하고, 변속 제어기(40)는 이전단 클러치 상태를 유지시킨다(TCR을 유지함).
다음으로, B-C 구간은 속도 변화 구간으로서, 변속기 입력축 회전속도(= 모터 속도, NM)를 목표단 동기속도(NMj)에 근접되도록 상승시키는 구간이다.
속도 변화 구간의 진입 조건으로서, 변속기 입력토크(즉 모터 토크, Ti)의 절대값(|Ti|)이 미리 정해진 제1 설정토크 이하(|Ti| ≤ 제1 설정토크)의 작은 값을 일정시간 동안 유지하는 조건을 만족하면, 속도 변화 구간으로 진입하며, 여기서 제1 설정토크는 0에 근접한 미소 값으로 정해질 수 있다.
도 6의 예에서 변속기 입력토크(Ti)의 절대값(|Ti|)이 0에 근접하여 제1 설정토크 이하인 상태가 일정시간을 유지하는 조건을 만족하는 시점을 B 시점으로 나타낸 것이며, 상기 조건을 만족하는 B 시점에서 입력토크의 해제가 완료된 것으로 볼 수 있다.
결국, 도 5에 나타낸 바와 같이, 입력토크의 해제가 완료되어(즉 상기 조건을 완료하여) 속도 변화 구간(B-C 구간)에 진입하면, 변속 제어기(40)는 해방요소(해방 클러치)의 해제(TCR = 0으로 제어함)가 이루어지도록 제어하여 변속기(120)를 중립 상태로 전환시키며, B 시점부터 C 시점에 도달하기 전까지 결합요소(결합 클러치)를 결합시키지 않으므로 변속기의 중립 상태가 유지될 수 있다.
또한, 속도 변화 구간(B-C 구간)에 진입하면, 변속기 입력토크(즉 모터 토크, Ti)가 0 Nm이므로 해방요소를 한 번에 해제해도 변속기 출력토크의 변동이 없어 중립 상태가 되도록 하는 것이 가능하다.
이와 동시에 하이브리드 제어기(20)는 요구토크((Ti)dmd)와 무관하게 변속기 입력축 회전속도(NM)가 목표단 동기속도(NMj)를 추종하도록 모터 속도 제어를 실시한다.
이때, 변속기 출력토크(To)는 유압제동 토크로 결정되고, 이와 무관하게 중립 상태에서 차량 구동원인 모터(110)를 구동하여 짧은 시간 내에 목표단 동기속도까지 속도 변화가 이루어지도록 할 수 있다.
또한, 중립 상태이므로 변속기(120) 전단에서는 변속기(120) 후단의 부하 토크가 전혀 작용하지 않으므로 클러치 전달토크가 작용할 때의 속도 제어에 비해 빠른 제어가 가능하다.
또한, 하이브리드 제어기(20)는 브레이크 제어기(80)와의 협조 제어를 위해 '총 제동 토크 = 목표 회생제동 실행량 + 유압제동 토크'의 관계를 만족하도록 목표 회생제동 실행량을 변속기 출력축 기준의 실행량인 (iA - iR)×|(Ti)dmd|의 값으로 연산하여 송출한다.
이에 브레이크 제어기(80)에서는 하이브리드 제어기(20)로부터 수신된 목표 회생제동 실행량을 기초로 하여 총 제동 토크를 만족하는 브레이크 유압 제어를 실시하여 유압제동 토크를 발생시킨다.
여기서, 총 제동 토크로 상기 요구토크가 사용된다.
다음으로, C-D 구간은 모터 속도(NM)가 목표단 동기속도(NMj)에 도달하여 동기화가 이루어지는 동기 구간이다.
동기 구간의 진입 조건으로서, 목표단 동기속도(NMj)와 모터 속도(NM) 간 차이의 절대값(|NMj - NM|)이 미리 정해진 설정속도 이하(|NMj - NM| ≤ 설정속도)의 작은 값을 일정시간 동안 유지하는 조건을 만족하면, 동기 구간으로 진입하며, 여기서 설정속도는 0에 근접한 미소 값으로 정해질 수 있다.
도 6의 예에서 모터 속도(NM)가 목표단 동기속도(NMj)에 근접하여 그 속도 차이(|NMj - NM|)가 설정속도 이하인 상태가 일정시간 유지하는 조건을 만족하는 시점을 C 시점으로 나타낸 것이다.
동기 구간으로 진입하면, 변속 제어기(40)는 변속기(120) 내 결합요소(결합 클러치)의 체결(도 6에서 클러치 토크 TCA 인가)이 이루어지도록 제어하는데, 이때 모터 토크인 변속기 입력토크(즉 변속기 입력축 토크)(Ti)가 0 토크(0 Nm)로 유지되므로, 결합요소를 한 번에 체결해도 변속기 출력토크(변속기 출력축 토크)의 변동 및 변속기 출력축의 가속감은 발생하지 않는다.
이때, 상기와 같이 결합요소(결합 클러치)의 체결(도 6에서 클러치 토크 TCA 인가)로 결합요소의 전달토크는 TA가 되고, 이 TA가 변속기 출력토크(To)가 된다.
또한, 동기 구간에서도 하이브리드 제어기(20)는 협조 제어를 위해 목표 회생제동 실행량을 변속기 출력축 기준의 실행량인 (iA - iR)×|(Ti)dmd|의 값으로 연산하여 송출한다.
이에 브레이크 제어기(80)에서는 하이브리드 제어기(20)로부터 수신된 목표 회생제동 실행량을 기초로 하여 총 제동 토크를 만족하는 브레이크 유압 제어를 실시하여 유압제동 토크를 발생시킨다.
여기서, 총 제동 토크로 상기 요구토크가 사용된다.
다음으로, D-E 구간은 속도 동기화가 이루어지고 난 뒤 변속기 입력토크 복귀를 위한 협조 제어가 수행되는 구간이다.
즉, C-D 구간에서 결합 클러치가 체결되고 속도 동기화가 완료되고 나면, D 시점부터 변속기 입력토크 복귀 제어가 수행되는 것이며, E 시점은 변속이 모두 완료된 시점이 된다.
진입 조건으로서, C 시점부터 정해진 시간이 경과한 조건을 만족하면 D-E 구간으로 진입하며, 여기서 정해진 시간은 클러치 결합 보장을 위한 대기 시간이라 할 수 있다.
그리고, 상기와 같이 정해진 시간의 대기 시간이 경과한 D 시점부터 변속기 입력토크 복귀를 위한 협조 제어가 수행되고, 이때 모터 토크인 변속기 입력토크(Ti)를 음(-)의 토크 영역까지 감소(절대값 기준으로 증가)시켜 다시 인가 및 복귀시키는 변속기 입력토크 복귀 제어를 수행한다.
또한, 변속기 입력토크(Ti)가 협조 제어를 통해 다시 변속기 입력축 기준 요구토크((Ti)dmd)에 도달하면 입력토크가 요구토크 수준으로 복귀한 것이므로 E 시점에서 변속 과정이 종료된다.
여기서, 종료 조건으로서, 변속기 입력토크(Ti)와 변속기 입력축 기준 요구토크((Ti)dmd) 간 차이의 절대값(|Ti - (Ti)dmd|)이 미리 정해진 제2 설정토크 이하(|Ti - (Ti)dmd| ≤ 제2 설정토크)의 작은 값을 일정시간 동안 유지하는 조건을 만족하면, 변속기 입력토크 복귀 제어 및 변속 과정을 모두 종료하며, 여기서 제2 설정토크는 0에 근접한 미소 값으로 정해질 수 있다.
도 6의 예에서 변속기 입력토크(Ti)가 변속기 입력축 기준 요구토크((Ti)dmd)에 근접하여 그 토크 차이(|Ti - (Ti)dmd|)가 제2 설정토크 이하인 상태가 일정시간 유지되는 조건을 만족하는 시점을 변속 종료 시점인 E 시점으로 나타낸 것이다.
변속기 입력토크 복귀 제어 구간에서는 변속 제어기(40)가 목표단의 클러치 상태를 유지하며(TCA 및 TA 상태 유지), 하이브리드 제어기(20)가 변속기 입력토크 해제 제어 구간과는 반대로 변속기 입력토크(모터 토크, Ti)를 변속기 입력축 기준 요구토크((Ti)dmd)까지 하강(절대값 기준으로 증가)시킨다.
또한, 변속기 입력토크 복귀 제어 구간에서는 변속기 입력토크 해제 제어 구간과 비교해서는 그 역 제어라는 점, 즉 변속기 입력토크(모터 토크, Ti)를 반대로 변속기 입력축 기준 요구토크까지 하강시키는 제어라는 점에서 차이가 있을 뿐, 제어기들이 수행하는 협조 제어 과정의 방법적인 면에 있어서는 변속기 입력토크 해제 제어 구간과 비교하여 차이가 없다.
즉, D-E 구간에서는 A-B 구간의 역 제어가 이루어지는 것으로, 하이브리드 제어기(20)가 목표 회생제동 실행량을 연산하여 브레이크 제어기(80)로 송출한다.
또한, 하이브리드 제어기(20)는 실제 유압제동 토크 추정량(TB)과 목표 유압제동 토크((TB)T))를 변속기 입력축 기준으로 상사시키는바, 두 토크의 차이만큼을 모터 토크가 보상할 수 있도록 한다.
이때, 하이브리드 제어기(20)가 보상을 위한 토크 지령을 생성하여 출력하고, 모터 제어기(60)가 하이브리드 제어기(20)가 출력하는 토크 지령에 따라 모터 토크를 제어하게 된다.
또한, 브레이크 제어기(80)에서는 하이브리드 제어기(20)로부터 수신된 목표 회생제동 실행량을 기초로 하여 총 제동 토크를 만족하는 브레이크 유압 제어를 실시하여 유압제동 토크를 발생시킨다.
다시 정리하면, 도 6에 예시한 바와 같이, 상기 변속기 입력토크 복귀 제어(D-E 구간 참조) 동안, 변속기 입력토크(Ti)인 모터 토크를 차량 운전 상태(예를 들면, 차속)에 따라 결정된 요구토크((Ti)dmd)가 될 때까지 절대값 기준으로 증가시킨다.
또한, 차량의 타력 주행시에 수행되는 상기 변속기 입력토크 복귀 제어 동안, 유압제동장치를 제어하여 유압제동력을 발생시키는 동시에, 유압제동 토크의 추정값인 실제 유압제동 토크 추정량(TB 또는 TB@TMin)에 기초하여 상기 변속기 입력토크(Ti)인 모터 토크를 제어한다.
또한, 상기와 같이 유압제동력을 발생시키는 과정에서, 상기 변속기 입력토크 복귀 제어에 진입한 후 목표 회생제동 실행량((Ti)T_brk)을 결정하고, 제동력 분배식의 총 제동 토크로 차량 운전 상태에 따라 결정된 요구토크를 사용하여, 상기 목표 회생제동 실행량과 목표 유압제동 토크의 합이 상기 요구토크를 만족하도록 하는 목표 유압제동 토크를 결정한 후, 상기 목표 유압제동 토크에 따라 유압제동장치를 제어하여 유압제동력을 발생시킨다.
여기서, 상기 요구토크는 변속기 입력축 기준 요구토크((Ti)dmd)일 수 있고, 상기 목표 회생제동 실행량과 목표 유압제동 토크가 모두 변속기 입력축 기준의 값으로 결정된 토크일 수 있다.
또는 상기 요구토크는 변속기 출력축 기준 요구토크('iA ×(Ti)dmd')일 수 있고, 상기 목표 회생제동 실행량과 목표 유압제동 토크가 모두 변속기 출력축 기준의 값으로 결정된 토크일 수 있다.
또한, 상기 변속기 입력토크 복귀 제어 동안, 실제 유압제동 토크를 추정한 값인 실제 유압제동 토크 추정량과 변속기 입력토크의 합이 상기 요구토크를 만족하도록 하는 변속기 입력토크 값을 목표값으로 하여 모터 토크를 제어한다.
여기서, 상기 유압제동 토크 추정량이 변속기 입력축 기준의 실제 유압제동 토크 추정량(TB@TMin)일 수 있다.
또한, 상기 변속기 입력토크 복귀 제어 진입 이후부터 변속기 입력토크 복귀 완료 시점까지 목표 회생제동 실행량((Ti)T_brk)이 상기 요구토크에 도달할 때까지 시간에 따라 일정 기울기로 감소시킨 값으로 결정된다.
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.
9 : 차량 휠 10 : 운전 정보 검출부
20 : 하이브리드 제어기(HCU) 30 : 엔진 제어기(ECU)
40 : 변속 제어기(TCU) 50 : 배터리 제어기(BMS)
60 : 모터 제어기(MCU) 70 : 배터리
80 : 브레이크 제어기(BCU) 90 : 엔진
100 : 엔진 클러치 110 : 모터
120 : 변속기 130 : 유압회로
131 : 휠 브레이크

Claims (17)

  1. 제어기가 차량의 타력 주행 동안 운전자의 다운시프트 조작에 따른 파워-오프 다운시프트의 변속 요구가 있는 것으로 판단한 경우, 모터 토크를 음(-)의 토크 영역에서 절대값 기준으로 감소시켜 변속기 입력토크를 해제하는 변속기 입력토크 해제 제어를 수행하는 단계;
    상기 변속기 입력토크 해제가 완료되면, 상기 제어기에 의해 변속기의 해방 클러치가 해방되도록 제어되는 단계;
    상기 변속기의 해방 클러치가 해방된 상태에서, 상기 제어기에 의해 변속기 입력축 회전속도가 변속 후 목표단의 설정된 목표단 동기속도에 도달하도록 모터 속도가 제어되는 단계;
    상기 변속기 입력축 회전속도가 목표단 동기속도에 도달한 경우, 상기 제어기에 의해 변속기의 결합 클러치가 결합되도록 제어되는 단계; 및
    상기 제어기가 모터 토크를 음(-)의 토크 영역에서 절대값 기준으로 증가시켜 변속기 입력토크를 다시 인가하는 변속기 입력토크 복귀 제어를 수행하는 단계;
    를 포함하고, 상기 제어기는 상기 단계들이 수행되는 동안 유압제동장치를 제어하여 유압제동력을 발생시키는 동시에, 유압제동 토크의 추정값인 실제 유압제동 토크 추정량에 기초하여 상기 변속기 입력토크인 모터 토크를 제어하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 파워-오프 다운시프트 제어 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 변속기 입력토크 해제 제어 동안, 상기 제어기는 변속기 입력토크인 모터 토크를 0 토크가 될 때까지 절대값 기준으로 감소시키는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 파워-오프 다운시프트 제어 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 유압제동력을 발생시키는 과정에서,
    상기 제어기는,
    목표 회생제동 실행량을 결정하고, 제동력 분배식의 총 제동 토크로 차량 운전 상태에 따라 결정된 요구토크를 사용하여, 상기 목표 회생제동 실행량과 목표 유압제동 토크의 합이 상기 요구토크를 만족하도록 하는 목표 유압제동 토크를 결정한 후, 상기 목표 유압제동 토크에 따라 유압제동장치를 제어하여 유압제동력을 발생시키는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 파워-오프 다운시프트 제어 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 요구토크는 변속기 입력축 기준 요구토크이고, 상기 목표 회생제동 실행량과 목표 유압제동 토크가 모두 변속기 입력축 기준의 값으로 결정된 토크인 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 파워-오프 다운 시프트 제어 방법.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 요구토크는 변속기 출력축 기준 요구토크이고, 상기 목표 회생제동 실행량과 목표 유압제동 토크가 모두 변속기 출력축 기준의 값으로 결정된 토크인 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 파워-오프 다운 시프트 제어 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 변속기 입력토크 해제 제어 동안, 상기 제어기는 실제 유압제동 토크를 추정한 값인 실제 유압제동 토크 추정량과 변속기 입력토크의 합이 차량 운전 상태에 따라 결정된 요구토크를 만족하도록 하는 변속기 입력토크 값을 목표값으로 하여 모터 토크를 제어하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 파워-오프 다운시프트 제어 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 요구토크가 변속기 입력축 기준 요구토크이고, 상기 유압제동 토크 추정량은 변속기 입력축 기준의 실제 유압제동 토크 추정량인 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 파워-오프 다운시프트 제어 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 변속기 입력축 기준의 실제 유압제동 토크 추정량은 변속기 출력축 기준의 실제 유압제동 토크 추정량과 변속 후 목표단의 변속기 기어비를 이용하여 'TB@TMin = TB/iA'의 식(여기서 TB@TMin는 변속기 입력축 기준의 실제 유압제동 토크 추정량, TB는 변속기 출력축 기준의 실제 유압제동 토크 추정량, iA는 변속 후 목표단의 변속기 기어비임)으로부터 계산되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 파워-오프 다운시프트 제어 방법.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 차량의 타력 주행시 변속기 입력토크 해제 제어 진입 시점까지 상기 제어기에 의해 목표 회생제동 실행량이 차량 운전 상태에 따라 결정된 요구토크로 결정되고,
    상기 변속기 입력토크 해제 제어 진입 이후부터 변속기 입력토크 해제 완료 시점까지 상기 제어기에 의해 목표 회생제동 실행량이 상기 요구토크에서부터 시간에 따라 일정 기울기로 증가시킨 값으로 결정되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 파워-오프 다운시프트 제어 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 제어기는 상기 변속기 입력토크 해제 제어 진입 이후부터 변속기 입력토크 해제 완료 시점까지 목표 회생제동 실행량을 양의 최대값인 '(iA-iR)/iR×|(Ti)dmd|' (여기서 iR은 변속 전인 이전단의 변속기 기어비, iA는 변속 후 목표단의 변속기 기어비, (Ti)dmd는 변속기 입력축 기준 요구토크임)까지 증가시킨 값으로 결정하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 파워-오프 다운시프트 제어 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 제어기는 변속기 입력토크 해제 완료 시점부터 변속기 입력토크 복귀 제어 진입 시점까지 목표 회생제동 실행량을 상기 양의 최대값으로 유지하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 파워-오프 다운시프트 제어 방법.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 변속기의 결합 클러치가 결합되도록 제어되는 단계에서, 상기 제어기에 의해 변속기 입력토크인 모터 토크가 0 토크로 유지되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 파워-오프 다운시프트 제어 방법.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 변속기 입력토크 복귀 제어 동안, 상기 제어기는 변속기 입력토크인 모터 토크를 차량 운전 상태에 따라 결정된 변속기 입력축 기준 요구토크가 될 때까지 절대값 기준으로 증가시키는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 파워-오프 다운시프트 제어 방법.
  14. 청구항 1에 있어서,
    상기 변속기 입력토크 복귀 제어 동안, 상기 제어기는 실제 유압제동 토크를 추정한 값인 실제 유압제동 토크 추정량과 변속기 입력토크의 합이 차량 운전 상태에 따라 결정된 요구토크를 만족하도록 하는 변속기 입력토크 값을 목표값으로 하여 모터 토크를 제어하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 파워-오프 다운시프트 제어 방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 요구토크가 변속기 입력축 기준 요구토크이고, 상기 유압제동 토크 추정량은 변속기 입력축 기준의 실제 유압제동 토크 추정량인 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 파워-오프 다운시프트 제어 방법.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 변속기 입력축 기준의 실제 유압제동 토크 추정량은 변속기 출력축 기준의 실제 유압제동 토크 추정량과 변속 후 목표단의 변속기 기어비를 이용하여 'TB@TMin = TB/iA'의 식(여기서 TB@TMin는 변속기 입력축 기준의 실제 유압제동 토크 추정량, TB는 변속기 출력축 기준의 실제 유압제동 토크 추정량, iA는 변속 후 목표단의 변속기 기어비임)으로부터 계산되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 파워-오프 다운시프트 제어 방법.
  17. 청구항 1에 있어서,
    상기 변속기 입력토크 복귀 제어 진입 이후부터 변속기 입력토크 복귀 완료 시점까지 상기 제어기에 의해 목표 회생제동 실행량이 차량 운전 상태에 따라 결정된 요구토크에서부터 시간에 따라 일정 기울기로 감소시킨 값으로 결정되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 파워-오프 다운시프트 제어 방법.
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