KR20240008447A - 하이브리드 차량의 변속 제어 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하이브리드 차량의 변속 제어 장치는, 차량의 변속시, 사용자 명령에 따른 타겟 RPM을 계산하는 계산부, 상기 타겟 RPM에 따라 모터를 제어하여 기설정된 기준 시간 내에 엔진의 회전수를 결정하는 모터 제어부, 및 상기 엔진의 회전수가 상기 타겟 RPM에 상기 기준 시간 내에 도달하는지 여부에 따라 클러치의 슬립 제어 여부를 결정하는 클러치 제어부를 포함한다.

Description

하이브리드 차량의 변속 제어 장치 및 방법{SHIFT CONTROL APPARATUS AND METHOD FOR HYBRID VEHICLE}
본 발명은 하이브리드 차량의 변속 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 하이브리드 차량은 서로 다른 두 종류 이상의 동력원을 효율적으로 조합하여 차량을 구동시킬 수 있다. 하이브리드 차량은 연료(가솔린 등 화석연료)를 연소시켜 회전력을 얻는 엔진과 배터리 전력으로 회전력을 얻는 모터에 의해 구동하는 차량을 의미한다.
이러한 하이브리드 차량은 엔진뿐만 아니라 모터를 보조동력원으로 채택하여 배기가스 저감 및 연비 향상을 도모할 수 있는 미래형 차량으로 연구가 활발히 진행되고 있다.
하이브리드 차량은 통상적으로 엔진과 모터를 사용하는데, 저속에서는 상대적으로 저속 토크 특성이 좋은 모터를 주 동력원으로 사용하고, 고속에서는 상대적으로 고속 토크 특성이 좋은 엔진을 주 동력원으로 사용한다. 이에 따라, 하이브리드 차량은 저속구간에서 화석 연료를 사용하는 엔진의 작동이 정지되고 모터를 사용하기 때문에 연비 개선과 배기가스의 저감에 우수한 효과가 있다.
한편, 도 1을 참고하면, 내연 기관용 자동변속기에서 파워 온 업시프트(Power On Upshift)의 변속 제어에 따른 터빈 스피드(Turbine speed)를 확인할 수 있다.
실제 변속이 이루어지는 SB 포인트(예, leaving point)에서 변속이 완료되는 SF 포인트(예, reached next state)까지 터빈의 회전수가 감소한다. 즉, 차량의 변속 중 차속이 일정하고, 기어비가 낮아지면, 엔진(터빈)의 회전수가 감소하게 된다. 이때, 터빈(엔진)의 회전수를 감소시키는 요소가 클러치이며, 클러치의 경우 엔진과 변속기 사이에 위치하여 엔진 동력을 전달 또는 단속한다.
클러치는 SB 포인트에서 SF 포인트가 될 때까지 동작하여 엔진과 변속기의 동기화를 수행한다.
클러치는 마찰을 통해서 엔진의 회전수를 감소시키는데, 이때 발생하는 열을 흡수하고 냉각시키기 위해 디스크가 적절한 체적을 가지도록 구성되는 것이 요구된다.
그런데, 변속 전후로 엔진 회전수의 차이가 크고, 토크가 클수록 더 많은 에너지를 흡수해야 하므로, 클러치 디스크의 체적이 커지고 변속기 전체 전장이 증가하게 된다.
또한, 비변속 클러치는 토크 전달만 하면 되므로 디스크의 두께가 얇으나, 반면에 변속 클러치는 변속시 엔진의 관성 에너지를 흡수하는 역할을 수행해야 하므로 디스크가 두껍게 설계되어 많은 차량 공간을 차지하게 된다.
대한민국 공개특허 제10-2021-0046985호
이에 본 발명은 상기한 사정을 감안하여 안출된 것으로, 차량의 변속시 모터를 이용하여 목표 회전수가 되도록 엔진 회전수를 제어함으로써 클러치 디스크의 체적을 비변속 클러치 수준으로 감소시키는 하이브리드 차량의 변속 제어 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하이브리드 차량의 변속 제어 장치는, 차량의 변속시, 사용자 명령에 따른 타겟 RPM을 계산하는 계산부; 상기 타겟 RPM에 따라 모터를 제어하여 기설정된 기준 시간 내에 엔진의 회전수를 결정하는 모터 제어부; 및 상기 엔진의 회전수가 상기 타겟 RPM에 상기 기준 시간 내에 도달하는지 여부에 따라 클러치의 슬립 제어 여부를 결정하는 클러치 제어부;를 포함한다.
상기 클러치 제어부는, 상기 엔진의 회전수가 상기 타겟 RPM에 도달한 경우, 상기 엔진과 상기 모터의 토크를 전달하기 위해 클러치의 체결 제어를 수행할 수 있다.
상기 클러치 제어부는, 상기 엔진의 회전수가 상기 기준 시간 이내에 상기 타겟 RPM에 도달하지 못하는 경우, 상기 회전수의 부족 부분을 보정하기 위해 상기 클러치의 슬립 제어를 수행할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하이브리드 차량의 변속 제어 방법은, 차량의 변속시, 사용자 명령에 따른 타겟 RPM을 계산하는 계산 단계; 상기 타겟 RPM에 따라 모터를 제어하여 기설정된 기준 시간 내에 엔진의 회전수를 결정하는 모터 제어 단계; 및 상기 엔진의 회전수가 상기 타겟 RPM에 상기 기준 시간 내에 도달하는지 여부에 따라 클러치의 슬립 제어 여부를 결정하는 판단 단계;를 포함한다.
상기 판단 단계에서, 상기 엔진의 회전수가 상기 타겟 RPM에 도달한 경우, 상기 엔진과 상기 모터의 토크를 전달하기 위해 클러치의 체결 제어를 수행하는 체결 제어 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 판단 단계에서, 상기 엔진의 회전수가 상기 기준 시간 이내에 상기 타겟 RPM에 도달하지 못하는 경우, 상기 회전수의 부족 부분을 보정하기 위해 상기 클러치의 슬립 제어를 수행하는 슬립 제어 단계;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하이브리드 차량의 변속 제어 장치 및 방법에 의하면, 차량의 변속시 모터를 이용하여 목표 회전수가 되도록 엔진 회전수를 제어함으로써 클러치 디스크의 체적을 비변속 클러치 수준으로 감소시키는 효과가 있다.
또한, 차량의 변속시 발열로 소모되던 엔진의 관성에너지를 모터(발전기)를 통해 적극적으로 회생시켜 연비 향상이 가능한 효과가 있다.
또한, 클러치의 슬립만으로 감당하던 엔진의 관성에너지를 모터가 함께 부담하기 때문에 변속 시간의 단축이 가능한 효과가 있다.
도 1은 내연 기관용 자동변속기에서 파워 온 업시프트(Power On Upshift)의 변속 제어에 따른 터빈 스피드(Turbine speed)를 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하이브리드 차량의 변속 제어 장치의 블록도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하이브리드 차량의 변속 제어 방법의 순서도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
도 1은 내연 기관용 자동변속기에서 파워 온 업시프트(Power On Upshift)의 변속 제어에 따른 터빈 스피드(Turbine speed)를 보여주는 도면이다. 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하이브리드 차량의 변속 제어 장치의 블록도이다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하이브리드 차량의 변속 제어 장치(100)는, 차량의 변속시 모터를 이용하여 목표 회전수가 되도록 엔진 회전수를 제어함으로써 클러치 디스크의 체적을 비변속 클러치 수준으로 감소 가능한 것을 특징으로 한다.
하이브리드 차량은 연료를 연소시켜 동력을 발생시키는 엔진, 엔진과 모터 사이의 동력 전달을 단속하는 클러치, 토크를 발생하거나 또는 회생 에너지를 배터리에 공급하는 모터, 클러치의 결합에 따라 엔진과 모터의 토크를 통해 구동력을 차량 바퀴에 출력하는 변속기 등을 포함하여 구성될 수 있다. 상기한 하이브리드 차량의 구성은 이미 널리 알려진 바 있으므로, 이하 상세 설명을 생략한다.
하이브리드 차량의 변속 제어 장치(100)는 계산부(110), 모터 제어부(120), 및 클러치 제어부(130)를 포함한다.
계산부(110)는 가속, 제동, 변속 등의 사용자 명령에 따른 각종 차량 신호를 입력받을 수 있다. 각종 차량 신호는 변속기 기어단, 차량 속도, 및 페달 각 등을 포함할 수 있다.
계산부(110)는, 사용자 명령에 따라 차량 변속이 수행되는 경우, 변속이 결정되는 SS 포인트(deciding point) 또는 실제 변속이 시작되는 SB 포인트(leaving point)에서 각종 차량 신호를 기초로 엔진(터빈)의 타겟 RPM(Revolution Per Minute)을 계산할 수 있다.
모터 제어부(120)는 실제 변속이 이루어지는 SB 포인트에서 계산된 타겟 RPM에 따라 모터를 제어하여 기준 시간 내에 실제 변속이 완료되는 SF 포인트(reached next state)에서 엔진의 회전수를 결정할 수 있다. 기준 시간은 사용자 필요 또는 차량 사양에 따라 적절히 설정될 수 있다. 모터 제어부(120)는 감당할 수 있는 최대 출력(회전수/토크)으로 모터를 제어하여 엔진의 회전수를 결정할 수 있다. 이때 모터의 용량이 충분하다면, 모터만으로 엔진의 회전수가 타겟 RPM에 도달 가능하다.
클러치 제어부(130)는 모터 제어부(120)의 제어에 따른 엔진 회전수가 타겟 RPM에 도달하였는지 판단할 수 있다. 클러치 제어부(130)는 엔진 회전수가 타겟 RPM에 도달한 경우 클러치의 슬립 제어를 수행하지 않을 수 있다. 이때 클러치 제어부(130)는 실제 변속이 완료되는 SF 포인트에서 엔진과 모터의 토크를 전달하기 위한 클러치 체결 제어를 수행할 수 있다.
클러치 제어부(130)는 엔진 회전수가 타겟 RPM에 기준 시간 내에 도달하지 않은 경우, 회전수 부족 부분을 보정하기 위해 클러치를 슬립 제어하여 엔진 회전수의 동기화를 수행할 수 있다. 클러치 제어부(130)는 엔진 회전수의 동기화 이후에 클러치 체결 제어를 수행할 수 있다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하이브리드 차량의 변속 제어 방법의 순서도이다.
도 1 내지 도 3을 참고하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하이브리드 차량의 변속 제어 방법은, 차량의 변속시 모터를 이용하여 목표 회전수가 되도록 엔진 회전수를 제어함으로써 클러치 디스크의 체적을 비변속 클러치 수준으로 감소 가능한 것을 특징으로 한다. 하이브리드 차량의 변속 제어 방법은, 수신 단계(S310), 계산 단계(S320), 모터 제어 단계(S330), 판단 단계(S340), 슬립 제어 단계(S350), 및 체결 제어 단계(S360)를 포함한다.
수신 단계(S310)에서, 계산부(110)는 가속, 제동, 변속 등의 사용자 명령에 따른 각종 차량 신호를 입력받을 수 있다. 각종 차량 신호는 변속기 기어단, 차량 속도, 및 페달 각 등을 포함할 수 있다.
계산 단계(S320)에서, 계산부(110)는, 사용자 명령에 따라 차량 변속이 수행되는 경우, 변속이 결정되는 SS 포인트(deciding point) 또는 실제 변속이 시작되는 SB 포인트(leaving point)에서 각종 차량 신호를 기초로 엔진(터빈)의 타겟 RPM(Revolution Per Minute)을 계산할 수 있다.
모터 제어 단계(S330)에서, 모터 제어부(120)는 실제 변속이 이루어지는 SB 포인트에서 계산된 타겟 RPM에 따라 모터를 제어하여 기준 시간 내에 실제 변속이 완료되는 SF 포인트(reached next state)에서 엔진의 회전수를 결정할 수 있다.
판단 단계(S340)에서, 클러치 제어부(130)는 모터 제어부(120)의 제어에 따른 엔진 회전수가 타겟 RPM에 도달하였는지 판단할 수 있다.
슬립 제어 단계(S350)에서, 클러치 제어부(130)는 엔진 회전수가 타겟 RPM에 기준 시간 내에 도달하지 않은 경우, 회전수 부족 부분을 보정하기 위해 클러치를 슬립 제어하여 엔진 회전수의 동기화를 수행할 수 있다.
체결 제어 단계(S360)에서, 클러치 제어부(130)는 엔진 회전수가 타겟 RPM에 도달한 경우 클러치의 슬립 제어를 수행하지 않을 수 있다. 이때 클러치 제어부(130)는 실제 변속이 완료되는 SF 포인트에서 엔진과 모터의 토크를 전달하기 위한 클러치 체결 제어를 수행할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 단계들 및/또는 동작들은 기술분야의 통상의 기술자에 의해 이해될 수 있는 것과 같이, 다른 순서로, 또는 병렬적으로, 또는 다른 에포크(epoch) 등을 위해 다른 실시 예들에서 동시에 일어날 수 있다.
실시 예에 따라서는, 단계들 및/또는 동작들의 일부 또는 전부는 하나 이상의 비-일시적 컴퓨터-판독가능 매체에 저장된 명령, 프로그램, 상호작용 데이터 구조(interactive data structure), 클라이언트 및/또는 서버를 구동하는 하나 이상의 프로세서들을 사용하여 적어도 일부가 구현되거나 또는 수행될 수 있다. 하나 이상의 비-일시적 컴퓨터-판독가능 매체는 예시적으로 소프트웨어, 펌웨어, 하드웨어, 및/또는 그것들의 어떠한 조합일 수 있다. 또한, 본 명세서에서 논의된 "모듈"의 기능은 소프트웨어, 펌웨어, 하드웨어, 및/또는 그것들의 어떠한 조합으로 구현될 수 있다.
100: 변속 제어 장치
110: 계산부
120: 모터 제어부
130: 클러치 제어부

Claims (6)

  1. 차량의 변속시, 사용자 명령에 따른 타겟 RPM을 계산하는 계산부;
    상기 타겟 RPM에 따라 모터를 제어하여 기설정된 기준 시간 내에 엔진의 회전수를 결정하는 모터 제어부; 및
    상기 엔진의 회전수가 상기 타겟 RPM에 상기 기준 시간 내에 도달하는지 여부에 따라 클러치의 슬립 제어 여부를 결정하는 클러치 제어부;
    를 포함하는 하이브리드 차량의 변속 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 클러치 제어부는,
    상기 엔진의 회전수가 상기 타겟 RPM에 도달한 경우, 상기 엔진과 상기 모터의 토크를 전달하기 위해 클러치의 체결 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 변속 제어 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 클러치 제어부는,
    상기 엔진의 회전수가 상기 기준 시간 이내에 상기 타겟 RPM에 도달하지 못하는 경우, 상기 회전수의 부족 부분을 보정하기 위해 상기 클러치의 슬립 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 변속 제어 장치.
  4. 차량의 변속시, 사용자 명령에 따른 타겟 RPM을 계산하는 계산 단계;
    상기 타겟 RPM에 따라 모터를 제어하여 기설정된 기준 시간 내에 엔진의 회전수를 결정하는 모터 제어 단계; 및
    상기 엔진의 회전수가 상기 타겟 RPM에 상기 기준 시간 내에 도달하는지 여부에 따라 클러치의 슬립 제어 여부를 결정하는 판단 단계;
    를 포함하는 하이브리드 차량의 변속 제어 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 판단 단계에서, 상기 엔진의 회전수가 상기 타겟 RPM에 도달한 경우, 상기 엔진과 상기 모터의 토크를 전달하기 위해 클러치의 체결 제어를 수행하는 체결 제어 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 변속 제어 방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 판단 단계에서, 상기 엔진의 회전수가 상기 기준 시간 이내에 상기 타겟 RPM에 도달하지 못하는 경우, 상기 회전수의 부족 부분을 보정하기 위해 상기 클러치의 슬립 제어를 수행하는 슬립 제어 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 변속 제어 방법.
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