KR20240047832A - 하이브리드 자동차 및 그를 위한 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 후진(R)단이 생략된 변속기를 구비하며, 모터와 엔진 간의 연결이 고착된 상태에 대처할 수 있는 하이브리드 자동차 및 그 제어 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 제어 방법은, 기 설정된 조건이 만족되면, 일단에 제1 구동원이 배치되고, 타단에 제2 구동원이 배치된 엔진 클러치가 특정 상태인지 판단하는 단계; 상기 특정 상태로 판단된 경우, 후진 주행을 금지하는 단계; 및 변속기를 중립(N) 단으로 제어하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

하이브리드 자동차 및 그를 위한 제어 방법{HYBRID ELECTRIC VEHICLE AND METHOD OF CONTROLLING THE SAME}
본 발명은 후진(R)단이 생략된 변속기를 구비하며, 모터와 엔진 간의 연결이 고착된 상태에 대처할 수 있는 하이브리드 자동차 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
최근 환경에 대한 관심이 높아지면서 친환경 자동차의 개발도 활발하게 이루어지고 있다. 친환경 자동차의 대표적인 예로는 전기차(EV: Electric Vehicle)와 하이브리드 자동차(HEV: Hybrid Electric Vehicle)를 들 수 있다.
하이브리드 자동차(HEV)란 일반적으로 두 가지 동력원을 함께 사용하는 차를 말하며, 두 가지 동력원은 주로 엔진과 전기모터가 된다. 이러한 하이브리드 자동차는 내연기관만을 구비한 차량에 비해 연비가 우수하고 동력성능이 뛰어날 뿐만 아니라 배기가스 저감에도 유리하기 때문에 최근 많은 개발이 이루어지고 있다.
이러한 하이브리드 자동차는 어떠한 동력계통(Power Train)을 구동하느냐에 따라 두 가지 주행 모드로 동작할 수 있다. 그 중 하나는 전기모터만으로 주행하는 전기차(EV) 모드이고, 다른 하나는 전기모터와 엔진을 함께 가동하여 동력을 얻는 하이브리드 전기차(HEV) 모드이다. 하이브리드 자동차는 주행 중 조건에 따라 두 모드 간의 전환을 수행한다. 이러한 주행 모드 간 전환은 파워트레인의 효율 특성에 따라, 연비 또는 구동 효율을 최대화하기 위한 목적으로 수행되는 것이 일반적이다.
도 1은 일반적인 하이브리드 자동차의 파워 트레인 구조의 일례를 나타낸다.
도 1에서는 병렬형(Parallel Type 또는 TMED: Transmission Mounted Electric Drive) 방식이 적용된 하이브리드 자동차의 파워 트레인 구조가 도시된다.
도 1을 참조하면, 내연기관 엔진(ICE, 110)과 변속기(150) 사이에 전기 모터(또는 구동용 모터, 140)와 엔진클러치(EC: Engine Clutch, 130)가 배치된다.
이러한 차량에서는 일반적으로 시동후 운전자가 엑셀레이터를 밟는 경우, 엔진 클러치(130)가 오픈된 상태에서 먼저 배터리의 전력을 이용하여 모터(140)가 구동되고, 모터의 동력이 변속기(150) 및 종감속기(FD: Final Drive, 160)를 거쳐 바퀴가 움직이게 된다(즉, EV 모드). 차량이 서서히 가속되면서 점차 더 큰 구동력이 필요하게 되면, 시동발전 모터(120)가 동작하여 엔진(110)을 구동할 수 있다.
그에 따라 엔진(110)과 모터(140)의 회전속도가 충분히 근접하면 비로소 엔진 클러치(130)가 맞물려 엔진(110)과 모터(140)가 함께, 또는 엔진(110)이 차량를 구동하게 된다(즉, EV 모드에서 HEV 모드 천이). 차량이 감속되는 등 기 설정된 엔진 오프 조건이 만족되면, 엔진 클러치(130)가 오픈되고 엔진(110)은 정지된다(즉, HEV 모드에서 EV 모드 천이). 또한, 하이브리드 차량에서는 제동시 휠의 구동력을 전기 에너지로 변환하여 배터리를 충전할 수 있으며, 이를 제동에너지 회생, 또는 회생 제동이라 한다.
시동발전 모터(120)는 엔진에 시동이 걸릴 때에는 스타트 모터의 역할을 수행하며, 시동이 걸린 후 또는 시동 오프시 엔진의 회전 에너지 회수시에는 발전기로 동작하기 때문에 "하이브리드 스타터 제너레이터(HSG: Hybrid Starter Generator)"라 칭할 수 있으며, 경우에 따라 "보조 모터"라 칭할 수도 있다.
그런데, 엔진(110)과 달리 모터(140)는 회전 방향의 전환이 가능하기 때문에 후진이 필요할 경우 변속기(150)에 후진(R) 단 없이도 구동축의 역회전이 가능하다. 이를 도 2a 및 도 2b를 참조하여 설명한다.
도 2a 및 도 2b는 후진단이 삭제된 변속기가 적용될 때 하이브리드 자동차가 후진하는 형태를 설명하기 위한 도면이다. 도 2a 및 도 2b에서는 엔진 클러치가 오픈된 상태에서 하이브리드 자동차가 후진하는 경우를 가정한다.
먼저 도 2a를 참조하면, 변속기(150)에 R단이 구현된 경우에는 모터(140)가 정방향(즉, 엔진의 회전 방향과 동일한 방향)으로 회전하면, 변속기(150)가 R단에서 회전 방향을 역방향으로 전환하여 변속기(150)의 출력단은 역방향으로 회전하게 된다.
이와 달리, 도 2b와 같이 변속기(150')에 R단이 생략된 경우에는 모터가(140)가 역방향으로 회전하면, 변속기(150')는 1단 상태에서 입력단과 출력단 모두 역방향으로 회전하게 된다. 따라서, 변속기에 R단이 삭제되더라도 병렬형 하이브리드 차량에서는 후진이 가능하며, 단순한 변속기(150') 구조로 내구성와 연비가 향상되는 효과도 기대될 수 있다.
그런데, 일반적인 하이브리드 자동차에서는 엔진 클러치(130)가 락업 상태로 고착되는 고장이 발생하면, R단 주행이 허용되지 않는다. 이는 엔진 클러치(130)가 체결된 상태에서 R단 주행시 엔진(110)의 시동이 꺼져있다면 엔진(110)이 역회전할 염려가 있고, 엔진(110)의 시동이 켜져있다면 R단에서 차량이 전진할 수 있기 때문이다. 그러나, R단 주행 중 엔진 클러치 락업이 감지되면 R단 주행이 금지되더라도 즉시 엔진 역회전을 방지하기는 어렵다.
본 발명은 후진(R)단이 생략된 변속기를 구비하며, 모터와 엔진 간의 연결이 고착된 상태에 대처할 수 있는 하이브리드 자동차 및 그 제어 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 제어 방법은, 기 설정된 조건이 만족되면, 일단에 제1 구동원이 배치되고, 타단에 제2 구동원이 배치된 엔진 클러치가 특정 상태인지 판단하는 단계; 상기 특정 상태로 판단된 경우, 후진 주행을 금지하는 단계; 및 변속기를 중립(N) 단으로 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 하이브리드 자동차는 R단 기어가 삭제된 변속기를 구비할 수 있다.
예를 들어, 상기 기 설정된 조건은, R단 주행 중 차속이 기준 차속보다 큰 경우 만족될 수 있다.
예를 들어, 상기 특정 상태는, 상기 엔진 클러치의 상태를 알 수 없는(unknown) 고장 발생 중 오픈되지 않은 판정 상태 및 락업 고장 상태 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 오픈되지 않은 판정 상태는, 상기 제1 구동원과 상기 제2 구동원 중 어느 하나의 구동원을 구동시키는 중 다른 하나의 구동원의 회전 여부를 기반으로 판정될 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 구동원은 엔진을 포함하고, 상기 제2 구동원은 변속기에 연결된 구동 모터를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 구동원은 엔진에 직결된 제1 모터를 포함하고, 상기 제2 구동원은 변속기에 연결된 제2 모터를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 후진 주행을 금지하는 단계는, 상기 제1 구동원 및 상기 제2 구동원의 요구 출력을 0으로 설정하는 단계를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 후진 주행을 금지하는 단계는, 제동원을 통한 제동을 요청하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차는, 엔진 클러치; 상기 엔진 클러치의 일단에 배치된 제1 구동원; 상기 엔진 클러치의 타단에 배치된 제2 구동원; 상기 제2 구동원과 연결된 변속기; 및 기 설정된 조건이 만족되고 상기 엔진 클러치가 특정 상태로 판단된 경우, 후진 주행을 금지하고 상기 변속기를 중립(N) 단으로 제어하는 제1 제어기를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 변속기는 R단 기어가 삭제된 변속기일 수 있다.
예를 들어, 상기 기 설정된 조건은, R단 주행 중 차속이 기준 차속보다 큰 경우 만족될 수 있다.
예를 들어, 상기 특정 상태는 상기 엔진 클러치의 상태를 알 수 없는(unknown) 고장 발생 중 오픈되지 않은 판정 상태 및 락업 고장 상태 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 제어기는, 상기 제1 구동원과 상기 제2 구동원 중 어느 하나의 구동원을 구동시키는 중 다른 하나의 구동원의 회전 여부를 기반으로 상기 엔진 클러치의 오픈 여부를 판정할 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 구동원은 엔진을 포함하고, 상기 제2 구동원은 구동 모터를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 구동원은 엔진에 직결된 제1 모터를 포함하고, 상기 제2 구동원은 제2 모터를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 제어기는, 상기 제1 구동원 및 상기 제2 구동원의 요구 출력을 0으로 설정하여 상기 후진 주행을 금지할 수 있다.
예를 들어, 상기 하이브리드 자동차는 제동 장치; 및 상기 제동 장치를 제어하는 제2 제어기를 더 포함하고, 상기 제1 제어기는 상기 제동원을 통한 제동을 상기 제2 제어기에 요청하여 상기 후진 주행을 금지하는, 하이브리드 자동차.
예를 들어, 상기 하이브리드 자동차는 상기 변속기를 제어하는 제2 제어기를 더 포함하고, 상기 제1 제어기는 상기 변속기를 상기 중립 단으로 제어하기 위해 상기 제2 제어기에 N단 변속 요청을 전달할 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 다양한 실시 예에 의해, 후진(R)단이 생략된 변속기를 구비한 하이브리드 자동차에서 R단 주행 중 엔진 클러치 락업 고장이 발생하면 변속기 중립 제어를 통해 엔진 역회전이나 R단 중 전진을 방지할 수 있다.
본 발명에서 얻은 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 일반적인 하이브리드 자동차의 파워 트레인 구조의 일례를 나타낸다.
도 2a 및 도 2b는 후진단이 삭제된 변속기가 적용될 때 하이브리드 자동차가 후진하는 형태를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 제어 계통 구성의 일례를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 계통별 동작의 일례를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 계통별 동작의 다른 일례를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 제어 과정의 일례를 나타내는 순서도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 R단 허용 이후 하이브리드 자동차의 제어 과정의 일례를 나태는 순서도이다.
도 8은 다른 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 파워 트레인 구조의 일례를 나타낸다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 명세서에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 모터 제어기(MCU: Motor Control Unit), 하이브리드 제어기(HCU: Hybrid Control Unit) 등의 명칭에 포함된 유닛(Unit) 또는 제어 유닛(Control Unit)은 차량 특정 기능을 제어하는 제어 장치(Controller)의 명명에 널리 사용되는 용어일 뿐, 보편적 기능 유닛(Generic function unit)을 의미하는 것은 아니다. 예컨대, 각 제어기는 담당하는 기능의 제어를 위해 다른 제어기나 센서와 통신하는 통신 장치, 운영체제나 로직 명령어와 입출력 정보 등을 저장하는 메모리 및 담당 기능 제어에 필요한 판단, 연산, 결정 등을 수행하는 하나 이상의 프로세서를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 하이브리드 자동차의 주행 제어 방법을 설명하기 앞서, 실시예들에 적용 가능한 하이브리드 자동차의 제어 계통을 먼저 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 제어 계통 구성의 일례를 나타낸다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예들이 적용될 수 있는 하이브리드 자동차에서 내연기관(110)은 엔진 제어기(210)가 제어하고, 시동발전 모터(120) 및 구동 모터(140)는 모터 제어기(MCU, 220)에 의해 토크가 제어될 수 있으며, 엔진 클러치(130)는 클러치 제어기(230)가 각각 제어할 수 있다. 여기서 엔진 제어기(210)는 엔진 제어 시스템(EMS: Engine Management System)이라도 한다. 또한, 변속기(150')는 변속기 제어기(250)가 제어하게 된다.
모터 제어기(220)는 각 모터(120, 140)의 모터각, 상전압, 상전류, 요구 토크 등을 기반으로 게이트 구동 유닛(Gate Drive Unit, 미도시)을 펄스폭 변조(PWM) 형태의 제어 신호로 제어할 수 있으며, 게이트 구동 유닛은 그에 따라 각 모터(120, 140)를 구동하는 인버터(미도시)를 제어할 수 있다.
각 제어기는 그 상위 제어기로서 모드 전환 과정을 포함한 파워트레인 전반을 제어하는 하이브리드 제어기(HCU: Hybrid Controller Unit, 240)와 연결되어, 하이브리드 제어기(240)의 제어에 따라 주행 모드 변경, 기어 변속시 엔진 클러치 제어에 필요한 정보, 및/또는 엔진 정지 제어에 필요한 정보를 하이브리드 제어기(240)에 제공하거나 제어 신호에 따른 동작을 수행할 수 있다.
예를 들어, 하이브리드 제어기(240)는 차량의 운행 상태에 따라 EV-HEV 모드간 또는 CD-CS 모드(PHEV의 경우)간 전환 수행 여부를 결정한다. 이를 위해, 하이브리드 제어기는 엔진 클러치(130)의 해제(Open) 시점을 판단하고, 해제시에 유압제어를 수행한다. 또한, 하이브리드 제어기(240)는 엔진 클러치(130)의 상태(Lock-up, Slip, Open 등)를 판단하고, 엔진(110)의 연료분사 중단 시점을 제어할 수 있다. 또한, 하이브리드 제어기는 엔진 정지 제어를 위해 제1 모터(120)의 토크를 제어하기 위한 토크 지령을 모터 제어기(220)로 전달하여 엔진 회전 에너지 회수를 제어할 수 있다. 아울러, 하이브리드 제어기(240)는 요구 토크를 만족시키기 위해 각 구동원(110, 120, 140)의 상태를 판단하고 그에 따라 각 구동원(110, 120, 140)이 분담할 요구 구동력을 결정하여 각 구동원을 제어하는 제어기(210, 220)에 토크 지령을 전달할 수 있다.
물론, 상술한 제어기간 연결관계 및 각 제어기의 기능/구분은 예시적인 것으로 그 명칭에도 제한되지 아니함은 당업자에 자명하다. 예를 들어, 하이브리드 제어기(240)는 그를 제외한 다른 제어기들 중 어느 하나에서 해당 기능이 대체되어 제공되도록 구현될 수도 있고, 다른 제어기들 중 둘 이상에서 해당 기능이 분산되어 제공될 수도 있다.
상술한 도 3의 구성은 하이브리드 자동차의 일 구성례일 뿐, 실시예에 적용 가능한 하이브리드 자동차는 이러한 구조에 한정되지 아니함은 당업자에 자명하다 할 것이다. 다만, 이하에서는 설명의 편의를 위해 본 발명의 실시예들이 적용되는 하이브리드 파워 트레인은 도 2b와 같이 R단이 생략된 변속기(150')가 장착된 TMED 방식인 것으로 가정한다.
본 발명의 일 실시예에서는 엔진 클러치(130)의 상태를 알 수 없거나 엔진 클러치(130)가 락업 상태로 고착되는 고장(이하, 편의상 "락업 고장"이라 칭함)이 발생한 경우, 또는 로직 상 엔진 클러치(130)를 락업 상태로 유지하는 제어가 개입된 경우, R단 주행(즉, 후진 주행)을 금지하고, R단 주행 중인 경우 변속기를 N단으로 제어할 것을 제안한다. 여기서, 엔진 클러치(130)의 상태를 알 수 없는(unknown) 상태에서 엔진 클러치가 오픈된 상태로 확인될 경우에는 R단 주행이 허용될 수도 있다.
엔진 클러치가 오픈된 상태인지 여부는 엔진 클러치(130)의 일단과 타단에 연결된 각 구동원 중 어느 하나만 구동하고, 나머지 하나의 회전 여부를 통해 엔진 클러치(130)의 상태를 추정하는 방법이 적용될 수 있다.
이하 실시예에 따른 엔진 클러치의 상태를 추정하는 방법을 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 계통별 동작의 일례를 나타낸다.
도 4를 참조하면, 하이브리드 제어기(240)는 하위 제어기들(210, 220, 230, 250)로부터 파워 트레인 상태 정보를 수신할 수 있다(S410).
구체적으로, 클러치 제어기(230)는 엔진 클러치의 상태 정보를, 엔진 제어기(210)는 엔진(110)의 시동 여부와 RPM을, 모터 제어기(220)는 모터(140)의 구동 여부와 RPM을, 변속기 제어기(250)는 현재 변속단을 각각 전달할 수 있으나, 이는 예시적인 것으로 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 엔진(110)의 RPM 정보와 모터(140)의 RPM 정보는 엔진(110)과 모터(140) 각각에 구비된 센서를 통해 획득될 수도 있으며, 비록 도시되지는 않았으나 차속 센서(또는 휠속 센서)로부터 차속 정보가 더 획득될 수도 있다. 여기서, 각 정보가 수신되는 순서는 도시된 바와 다를 수 있음을 유념해야 한다.
하이브리드 제어기(240)는 수신된 정보에서 엔진 클러치(130)의 상태를 알 수 없으며(unknown), 엔진(110)과 모터(140)가 모두 오프 상태이며, 정차 중이고, 현재 변속단이 N단 또는 P단인 경우 R단 변속 허용 여부에 대한 판정을 위한 제1 형태의 제어에 진입을 결정할 수 있다(S420).
그에 따라, 하이브리드 제어기(240)는 현재 변속단이 P단인 경우 N단 진입을 변속기 제어기(250)에 요청하여 N단 변속 여부를 확인한다(S430).
또한, 하이브리드 제어기(240)는 모터 제어기(220)에 모터(140)를 구동할 것을 요청할 수 있다(S440).
하이브리드 제어기(240)는 모터(140)와 엔진(110)의 RPM을 확인하며(S450), 이를 기반으로 엔진 클러치(130)의 상태를 판정할 수 있다(S460). 구체적으로, S420 단계에서 엔진(110)은 오프 상태임을 확인했으며, S440 단계에서 모터(140)가 구동하도록 제어했으므로, 엔진 클러치(130)가 오픈된 상태라면 엔진(110)은 정지 상태를 유지해야 한다. 따라서, 하이브리드 제어기(240)는 엔진(110)의 RPM이 0보다 큰 경우 엔진 클러치(130)가 오픈 상태가 아니라고 판정할 수 있으며, 엔진(110)이 정지 상태를 유지하는 경우에는 엔진 클러치(130)가 오픈 상태인 것으로 판정할 수 있다.
판정 결과에 따라, 하이브리드 제어기(240)는 변속기 제어기(250)와 클러스터(260)에 R단 허용 여부에 대한 정보를 전송할 수 있다(S470A, S470B). 여기서, 클러스터(260)는 R단 허용 여부에 대한 정보를 출력하는 출력 장치의 일례일 뿐 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, R단 허용 여부에 대한 정보를 출력하는 출력 장치는 AVN(Audio/Video/Navigation) 시스템의 디스플레이, HUD(Head Up Display) 등 소정 형태로 정보를 출력할 수 있다면 어떠한 장치에도 한정되지 아니한다.
변속기 제어기(250)는 하이브리드 제어기(240)에서 R단을 허용한 경우 운전자가 변속 레버, 변속 버튼, 변속 다이얼 등의 조작을 통해 R단을 선택하면 변속기(150')의 1단 변속을 수행할 수 있으며, 그렇지 않은 경우 변속이 수행되지 않도록 할 수 있다. 또한, 클러스터(260)는 R단 변속이 허용되지 않는 경우 R단 변속이 허용되지 않음을 나타내는 정보(예컨대, 텍스트, 이미지, 경고등 점등 등)를 출력할 수 있다(S480).
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 계통별 동작의 다른 일례를 나타낸다. 도 5에 나타난 동작 형태는 도 4와 상당 부분 유사하므로, 차이점을 위주로 설명하기로 한다.
도 5를 참조하면, 차량 동작 상태를 수신한(S410) 하이브리드 제어기(240)는, 수신된 정보에서 엔진 클러치(130)의 상태를 알 수 없으며(unknown), 엔진(110)의 시동은 켜져 있고, 모터(140)가 오프 상태이며, 정차 중이고, 현재 변속단이 N단 또는 P단인 경우 R단 변속 허용 여부에 대한 판정을 위한 제2 형태의 제어에 진입을 결정할 수 있다(S420').
그에 따라, 하이브리드 제어기(240)는 모터(140)와 엔진(110)의 RPM을 확인하며(S450), 이를 기반으로 엔진 클러치(130)의 상태를 판정할 수 있다(S460). 구체적으로, S420 단계에서 엔진(110)은 온 상태임을 확인했으며, 모터(140)에 대한 구동 제어가 없었으므로 엔진 클러치(130)가 오픈된 상태라면 모터(140)는 정지 상태를 유지해야 한다. 따라서, 하이브리드 제어기(240)는 모터(140)의 RPM이 0보다 큰 경우 엔진 클러치(130)가 오픈 상태가 아니라고 판정할 수 있으며, 모터(140)가 정지 상태를 유지하는 경우에는 엔진 클러치(130)가 오픈 상태인 것으로 판정할 수 있다.
판정 결과에 따른 후속 제어(S470A, S470B, S480)는 도 4를 참조하여 전술한 바와 같으므로, 중복되는 기재는 생략하기로 한다.
지금까지 도 4 및 도 5를 참조하여 전술한 제어 과정을 순서도로 함께 나타내면 도 6과 같다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 제어 과정의 일례를 나타내는 순서도이다.
도 6을 참조하면, 하이브리드 제어기(240)는 엔진 클러치(130)의 상태를 알 수 없는 unknown 고장의 발생을 감지하면(S610), 제어 진입 조건의 만족 여부를 판단할 수 있다(S620). 여기서, 제어 진입 조건은 모터(140)와 엔진(110)의 RPM 정보를 정상 획득 가능하며(즉, 엔진/모터 센서 정상), 변속기(150)의 상태가 N단 또는 P단이며, 정차 중인 경우 만족될 수 있다.
제어 진입 조건이 만족된 것으로 판단되면(S620의 Yes), 하이브리드 제어기(240)는 엔진(110)이 오프 상태면(S630의 Yes) 변속기 제어기(250)에 N단 변속을 요청할 수 있다(S640).
변속기 제어기(250)를 통해 N단 변속을 확인하면, 하이브리드 제어기(240)는 모터 제어기(220)에 모터 구동을 지시할 수 있다(S650).
이후 하이브리드 제어기(240)는 엔진 RPM을 확인하여 엔진 RPM이 0보다 크면(S660A의 Yes) 엔진 클러치(130)가 오픈 상태가 아닌 것으로 판단할 수 있다(S670A). 그에 따라, 하이브리드 제어기(240)는 변속기 제어기(250)에 R단 변속을 금지시킬 수 있다(S680A).
이와 달리, 엔진 RPM이 0으로 유지되는 경우 하이브리드 제어기(240)는 엔진 클러치(130)가 오픈 상태인 것으로 판단할 수 있다(S670B). 따라서, 하이브리드 제어기(240)는 R단 주행을 허용하며, 가속 페달 조작에 따라, 또는 모터(140)의 크립 토크 출력을 위해 요구 토크를 판단하고 그에 따른 구동원 제어를 수행할 수 있다(S680B).
만일, 제어 진입 조건의 만족을 판단한 후(S620) 엔진(110)이 구동 중이라면(S630의 No), 하이브리드 제어기(240)는 모터 RPM을 확인할 수 있다(S660B). 모터 RPM이 0보다 크면(S660B의 Yes) 하이브리드 제어기(240)는 엔진 클러치(130)가 오픈 상태가 아닌 것으로 판단할 수 있으며(S670A). 모터 RPM이 0으로 유지되면(S660B의 No) 엔진 클러치(130)가 오픈 상태인 것으로 판단할 수 있다(S670B). 각 판단 결과(S670A, S670B)에 따른 후속 제어(S680A, S680B)는 엔진 오프시(S630의 Yes)를 가정하여 전술한 바와 같으므로 중복되는 기재는 생략하기로 한다.
한편, 본 발명의 일 실시예에서는 R단 주행 중 엔진 클러치(130)에 락업 고장이 발생하거나, unknown 고장이 발생한 상태에서 엔진 클러치의 상태를 판단하여 오픈 상태가 아닌 경우 R단 주행을 금지하고 변속기를 N단으로 제어할 수 있다. 이를 도 7을 참조하여 설명한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 R단 허용 이후 하이브리드 자동차의 제어 과정의 일례를 나태는 순서도이다.
도 7에서는 엔진 클러치(130)가 정상 상태에서 R단 주행에 진입한 상황, 또는, 도 6을 참조하여 전술한 과정을 통해 엔진 클러치(130)의 상태를 판단한 결과 엔진 클러치(130)가 오픈 상태인 것으로 판단되어 R단 주행을 허용하는 경우(즉, 도 6의 S680B 단계 이후 상황)를 가정한다.
도 7을 참조하면, 하이브리드 제어기(240)는 현재 변속단이 R단이고, 차속이 기준 차속보다 큰 경우(S710의 Yes) 엔진 클러치 상태를 판단할 수 있다(S720). 여기서, 기준 차속은 0일 수 있으나, 이는 예시적인 것으로 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
엔진 클러치에 락업 고장이 발생한 경우(S720의 Yes), 하이브리드 제어기(240)는 R단 주행을 금지하고(S760) 변속기 제어기(250)에 변속기(150)를 N 단으로 제어할 것을 요청할 수 있다(S770). 여기서 R단 주행을 금지한다고 함은, i) 구동원의 요구 출력을 0으로 설정, ii) 제동 장치(예컨대, 유압 브레이크)를 제어하는 제동 제어기(예컨대, IBAU: Integrated Brake Actuation Unit, 미도시)에 제동 요청 전달, iii) N단 제어(S770) 이후 추후 R단 주행 미허용 중 적어도 하나의 제어를 포함할 수 있다. 락업 고장 이외에도, 전술한 바와 같이 엔진 클러치(130)를 락업 상태로 유지하는 제어가 개입된 경우에도 S720 단계의 Yes와 유사하게 처리될 수 있다. 예컨대, 엔진 클러치(130)를 락업 상태로 유지하는 제어는 특정 제어기나 기능의 고장이 발생한 경우나, 락 차지(Lock Charge) 주행(엔진 클러치를 락업하여 엔진과 모터가 상시 연결된 상태에서 엔진의 구동력으로 모터를 통해 발전)간의 과 같이 엔진 클러치(130)의 락업이 필수적으로 수반되는 제어가 개입된 경우를 들 수 있다. 다만, 이는 예시적인 것으로 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
만일, 엔진 클러치(130)의 상태를 알 수 없는 경우(S730의 Yes), 하이브리드 제어기는 엔진 RPM을 확인할 수 있다(S740).
만일, 엔진 RPM이 0보다 큰 경우(S740의 Yes), 하이브리드 제어기(240)는 엔진 클러치(130)가 오픈 상태가 아니라고 판단하며(S750A), R단 주행을 금지시키고(S760) 변속기 N단 제어를 수행할 수 있다(S770).
이와 달리, 엔진(110)이 정지상태인 경우(S740의 No), 하이브리드 제어기(240)는 엔진 클러치(130)가 오픈 상태인 것으로 판단하여(S740B) R단 주행을 허용하고(S780) 모터(140)를 통해 요구토크가 출력되도록 제어할 수 있다(S790).
한편, 엔진 클러치(130)에 락업 고장이 발생하지도 않고(S720의 No) 상태가 unknown도 아닌 경우(S730의 No), 하이브리드 제어기(240)는 R단 주행을 허용하고(S780) 모터(140)를 통해 요구토크가 출력되도록 제어할 수 있다(S790).
상술한 제어를 통해 엔진 클러치(130)가 락업 고장 상태이거나 unknown 상태에서 not open 판정을 받는 경우 R단 주행 금지는 물론, 변속기가 N단으로 제어되므로 엔진(110)의 역회전이 발생하더라도 RPM(peak RPM)과 역회전 시간이 감소될 수 있다. 따라서, 엔진 내구성이 향상될 수 있다. 아울러, R단 주행 중 엔진 클러치(130)의 락업이 발생할 경우 엔진(110)이 멈출때까지 차량에 큰 진동이 발생하나, 변속기 N단 제어를 통해 엔진(110) 정지시까지 차량 진동이 저감될 수 있다.
전술한 실시예들에서는 엔진 클러치(130)의 상태 판단을 위해 휠과 구동원을 분리한 상태(즉, N단 또는 P단)에서 엔진(110)과 모터(140) 중 어느 하나만 구동시켜 다른 하나가 회전하는지 여부를 확인하였다. 이와 달리, 다른 구현에 의하면 엔진 클러치(130)의 상태는 엔진 클러치(130)의 해제에 실패한 오픈 페일(open fail) 진단이 있는 경우나 엔진 클러치(130)를 접합한 상태에서 변속기(150)의 슬립을 통해 차량이 발진하도록 하는 런치(Lauch, 또는 Limphome) 상황인 경우 오픈되지 않은 상태로 판단될 수도 있다.
아울러, 전술한 실시예들에서는 도 1에 도시된 바와 같은 하이브리드 파워 트레인을 가정하였으나, 시동 발전 모터(120)에 대응되는 기능을 기능을 수행하는 모터가 엔진(110)에 직결된 형태의 하이브리드 파워트레인에서는 모터만으로 엔진 클러치(130)의 상태를 추정할 수 있다. 이를 도 8을 참조하여 설명한다.
도 8은 다른 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 파워 트레인 구조의 일례를 나타낸다.
도 8에 도시된 하이브리드 파워트레인에서는 엔진 클러치(130)와 엔진(110) 사이에 모터(120')가 엔진(110)에 직결된다. 이러한 구조에서는 엔진 클러치(130)가 오픈되지 않은 상태라면 엔진 클러치(130)의 일단에 배치된 모터(120')와 타단에 배치된 모터(140)는 어느 하나가 구동 중이라면 다른 하나도 회전하게 된다. 따라서, 하이브리드 제어기(240)는 모터 제어기(220)에 두 모터(120', 140) 중 어느 하나만 구동시킬 것을 지시하고, 나머지 하나의 RPM을 모니터링함으로써 엔진 클러치(130)의 오픈 여부를 판단할 수 있다.
한편, 전술한 본 발명은, 프로그램이 기록된 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체는, 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체의 예로는, HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Disk), SDD(Silicon Disk Drive), ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims (20)

  1. 기 설정된 조건이 만족되면, 일단에 제1 구동원이 배치되고, 타단에 제2 구동원이 배치된 엔진 클러치가 특정 상태인지 판단하는 단계;
    상기 특정 상태로 판단된 경우, 후진 주행을 금지하는 단계; 및
    변속기를 중립(N) 단으로 제어하는 단계를 포함하는, 하이브리드 자동차의 제어 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 하이브리드 자동차는 R단 기어가 삭제된 변속기를 구비하는, 하이브리드 자동차의 제어 방법.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 기 설정된 조건은,
    R단 주행 중 차속이 기준 차속보다 큰 경우 만족되는, 하이브리드 자동차의 제어 방법.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 특정 상태는,
    상기 엔진 클러치의 상태를 알 수 없는(unknown) 고장 발생 중 오픈되지 않은 판정 상태 및 락업 고장 상태 중 적어도 하나를 포함하는, 하이브리드 자동차의 제어 방법.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 오픈되지 않은 판정 상태는,
    상기 제1 구동원과 상기 제2 구동원 중 어느 하나의 구동원을 구동시키는 중 다른 하나의 구동원의 회전 여부를 기반으로 판정되는, 하이브리드 자동차의 제어 방법.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 구동원은 엔진을 포함하고,
    상기 제2 구동원은 변속기에 연결된 모터를 포함하는, 하이브리드 자동차의 제어 방법.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 구동원은 엔진에 직결된 제1 모터를 포함하고,
    상기 제2 구동원은 변속기에 연결된 제2 모터를 포함하는, 하이브리드 자동차의 제어 방법.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 후진 주행을 금지하는 단계는,
    상기 제1 구동원 및 상기 제2 구동원의 요구 출력을 0으로 설정하는 단계를 포함하는, 하이브리드 자동차의 제어 방법.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 후진 주행을 금지하는 단계는,
    제동원을 통한 제동을 요청하는 단계를 포함하는, 하이브리드 자동차의 제어 방법.
  10. 제1 항 내지 제9 항 중 어느 한 항에 따른 하이브리드 자동차의 제어 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터 해독 가능 기록 매체.
  11. 엔진 클러치;
    상기 엔진 클러치의 일단에 배치된 제1 구동원;
    상기 엔진 클러치의 타단에 배치된 제2 구동원;
    상기 제2 구동원과 연결된 변속기; 및
    기 설정된 조건이 만족되고 상기 엔진 클러치가 특정 상태로 판단된 경우, 후진 주행을 금지하고 상기 변속기를 중립(N) 단으로 제어하는 제1 제어기를 포함하는, 하이브리드 자동차.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 변속기는,
    R단 기어가 삭제된 변속기인, 하이브리드 자동차.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 기 설정된 조건은,
    R단 주행 중 차속이 기준 차속보다 큰 경우 만족되는, 하이브리드 자동차.
  14. 제12 항에 있어서,
    상기 특정 상태는,
    상기 엔진 클러치의 상태를 알 수 없는(unknown) 고장 발생 중 오픈되지 않은 판정 상태 및 락업 고장 상태 중 적어도 하나를 포함하는, 하이브리드 자동차.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 제1 제어기는,
    상기 제1 구동원과 상기 제2 구동원 중 어느 하나의 구동원을 구동시키는 중 다른 하나의 구동원의 회전 여부를 기반으로 상기 엔진 클러치의 오픈 여부를 판정하는, 하이브리드 자동차.
  16. 제11 항에 있어서,
    상기 제1 구동원은 엔진을 포함하고,
    상기 제2 구동원은 구동 모터를 포함하는, 하이브리드 자동차.
  17. 제11 항에 있어서,
    상기 제1 구동원은 엔진에 직결된 제1 모터를 포함하고,
    상기 제2 구동원은 제2 모터를 포함하는, 하이브리드 자동차.
  18. 제11 항에 있어서,
    상기 제1 제어기는,
    상기 제1 구동원 및 상기 제2 구동원의 요구 출력을 0으로 설정하여 상기 후진 주행을 금지하는, 하이브리드 자동차.
  19. 제11 항에 있어서,
    제동 장치; 및
    상기 제동 장치를 제어하는 제2 제어기를 더 포함하고,
    상기 제1 제어기는,
    상기 제동 장치를 통한 제동을 상기 제2 제어기에 요청하여 상기 후진 주행을 금지하는, 하이브리드 자동차.
  20. 제11 항에 있어서,
    상기 변속기를 제어하는 제2 제어기를 더 포함하고,
    상기 제1 제어기는,
    상기 변속기를 상기 중립 단으로 제어하기 위해 상기 제2 제어기에 N단 변속 요청을 전달하는, 하이브리드 자동차.
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