KR101776516B1 - Hsg의 토크를 제어하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하이브리드 차량의 HSG(Hybrid Starter Generator) 시동시, 엔진 냉각 수온 및 엔진 회전수(RPM)를 판단하는 단계 및 상기 판단하는 단계에 의해 판단된 엔진 냉각 수온과 상기 엔진 회전수를 임계치와 비교하여, 사전 맵핑된 시동 토크맵을 보정하여 최종 시동 토크값을 출력하는 단계를 포함하고, 상기 최종 시동 토크값을 출력하는 단계는, 최종 시동 토크값을 설정하는 단계, 상기 단계에서 설정된 최종 시동 토크값에 따른 토크 보정값을 연산하여 부여하는 단계 및 상기 단계에 의한 보정값에 의해 보정된 토크맵에 의한 최종 시동 토크값을 출력하는 단계를 포함하며, 상기 최종 시동 토크값을 설정하는 단계는, 상기 엔진 회전수가 100 RPM 초과 500 RPM 이하인 경우에는 상기 최종 시동 토크값을 0Nm로 설정하고, 상기 엔진 회전수가 600 RPM 초과 900 RPM 이하인 경우에는 최종 시동 토크값을 20Nm로 설정하며, 상기 엔진 회전수가 500 RPM을 초과하고 600 RPM 이하인 경우에는 상기 최종 시동 토크값을 보간법으로 보정하는 것을 특징으로 하는 HSG의 토크를 제어하는 방법으로서, 본 발명에 의하면, 하이브리드 차량에서 HSG에 의한 시동시 슬립현상에 의한 시동감 저하, 소음 및 벨트의 마모 내지 파손 등의 문제를 보완할 수 있다.

Description

HSG의 토크를 제어하는 방법{TORQUE CONTROL METHOD OF HYBRID STARTER GENERATOR}

본 발명은 하이브리드 차량에 관한 것이며, 보다 상세하게는, 하이브리드 차량에 적용이 되는 HSG(Hybrid Starter Generator)에 관한 것이다.

일반적으로 넓은 의미의 하이브리드 차량은 서로 다른 두 종류 이상의 동력원을 효율적으로 조합하여 차량을 구동시키는 것을 의미하나, 대부분의 경우는 연료를 사용하는 엔진과 배터리의 전력으로 구동되는 전기모터에 의해 구동력을 얻는 차량을 의미하며, 이를 하이브리드 전기차량, 즉 HEV(Hybrid Electric Vehicle)라 부르고 있다. 그러나, 통상 하이브리드 차량이라 하면 HEV를 의미하므로, 이하에서는 하이브리드 전기차량을 하이브리드 차량이라 약칭한다.

최근 연비를 개선하고 보다 환경 친화적인 제품을 개발해야 한다는 시대적 요구에 부응하여 하이브리드 차량에 대한 연구가 더욱 활발히 진행되고 있다.

하이브리드 차량의 구동부는 전기모터가 클러치를 매개로 엔진과 연결되어 있고, 전기모터의 출력단이 변속기에 연결되어 변속기를 통해 구동력을 출력하도록 되어 있다.

또한, 엔진 가동을 위한 스타터(Starter Motor)의 기능을 가지면서 배터리 충전을 위한 발전기의 기능을 가지는 HSG(hybrid Starter Generator)를 포함한다.

HSG는 엔진과는 벨트에 의해 연결되어 엔진과 동시에 회전하도록 되어 있는 바, 엔진의 시동시에 HSG가 엔진을 구동하도록 하고, 엔진의 정지시에도 HSG가 엔진의 정지를 제어하도록 하고 있으며, 통상 HSG는 벨트와 풀리를 통해 엔진의 크랭크 샤프트에 연결된 구조를 가지고 있다.

그런데, 엔진과 HSG가 물리적으로 벨트와 풀리에 의해 연결된 구조에서는 HSG와 엔진의 거동에 따라 HSG와 보기류 벨트 사이의 순간슬립 과다현상이 때때로 발생한다.

즉, 엔진의 시동시에 HSG로 엔진을 구동함에 있어서, HSG의 토크를 증가시킴에 따라 HSG의 속도가 상승하고, 이에 의해 엔진의 속도가 상승하다가, 벨트에 슬립이 발생하면 엔진의 속도가 감소하게 된다.

도 1에 도시된 바와 같이, 약 80%에 가까운 순간슬립이 간헐적으로 발생하는데, 이를 보정하기 위해 HSG의 토크를 단순히 더욱 상승시키게 되는데, 이는 오히려 슬립현상을 가중시켜서 HSG의 속도는 상승하고 엔진의 속도는 더 떨어지게 되는 상황이 발생하는 것이다.

특히, 하이브리드 차량에서는 잦은 엔진의 기동과 정지가 반복되는 주행상황이 벌어지게 되므로, 상술한 바와 같이 HSG와 엔진 사이의 벨트에서 슬립이 자주 발생하고, 이는 보기류 벨트의 마모 및 소음 발생의 원인이 되고, 시동감도 떨어뜨리게 된다.

이러한 문제는 시동시 HSG와 크랭크의 회전이 일치되지 못하기 때문으로, HSG 시동시 엔진 크랭크 초폭에 의한 상호 간섭이 발생하기 때문인 것이다.

도시에서 MHSG는 하이브리드 차량의 분류 중 mild HSG를 뜻하는 것이다.

이상의 배경기술에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 돕기 위한 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.

한국 공개특허공보 제10-2009-0008774호

본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명은 하이브리드 차량에서 HSG에 의한 시동시 슬립현상에 의한 시동감 저하, 소음 및 벨트의 마모 내지 파손 등의 문제를 보완할 수 있는 HSG의 토크를 제어하는 방법 및 제어하는 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 일 관점에 의한 HSG의 토크를 제어하는 방법은, 하이브리드 차량의 HSG(Hybrid Starter Generator) 시동시, 엔진 냉각 수온 및 엔진 회전수(RPM)를 판단하는 단계 및 상기 판단하는 단계에 의해 판단된 엔진 냉각 수온과 상기 엔진 회전수를 임계치와 비교하여, 사전 맵핑된 시동 토크맵을 보정하여 최종 시동 토크값을 출력하는 단계를 포함하고, 상기 최종 시동 토크값을 출력하는 단계는, 최종 시동 토크값을 설정하는 단계, 상기 단계에서 설정된 최종 시동 토크값에 따른 토크 보정값을 연산하여 부여하는 단계 및 상기 단계에 의한 보정값에 의해 보정된 토크맵에 의한 최종 시동 토크값을 출력하는 단계를 포함하며, 상기 최종 시동 토크값을 설정하는 단계는, 상기 엔진 회전수가 100 RPM 초과 500 RPM 이하인 경우에는 상기 최종 시동 토크값을 0Nm로 설정하고, 상기 엔진 회전수가 600 RPM 초과 900 RPM 이하인 경우에는 최종 시동 토크값을 20Nm로 설정하며, 상기 엔진 회전수가 500 RPM을 초과하고 600 RPM 이하인 경우에는 상기 최종 시동 토크값을 보간법으로 보정하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 엔진 냉각 수온의 임계치는 0℃인 것을 특징으로 한다.

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반면, 상기 엔진 회전수가 900 RPM을 초과하는 경우, 사전에 맵핑된 시동 토크맵에 의해 최종 시동 토크값이 출력되게 하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 엔진 냉각 수온이 0℃를 초과하는 경우, 사전에 맵핑된 시동 토크맵에 의해 최종 시동 토크값이 출력되게 하는 것을 특징으로 한다.

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본 발명의 HSG의 토크를 제어하는 방법 및 제어하는 시스템에 의하면, HSG 시동시 HSG의 토크를 보정해 줌으로써 슬립이 발생되지 않게 한다.

그러한 토크의 보정은 엔진 회전수와 냉각 수온의 조건을 고려하여 최적의 최종 토크로 제어될 수 있도록 함으로써 능률적인 제어가 가능하게 한다.

그에 따라, 시동감이 저해되지 않게 하고, 소음 발생을 억제하며, 벨트의 마모 내지 파손을 예방할 수 있게 한다.

도 1은 종래에 순간슬립이 발생하는 결과에 대한 그래프이다.
도 2는 본 발명에 의한 HSG의 토크를 제어하는 방법 및 제어하는 시스템의 원리에 관한 개략도이다.
도 3은 본 발명에 의한 HSG의 토크를 제어하는 방법에 관한 알고리즘이다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지의 기술이나 반복적인 설명은 그 설명을 줄이거나 생략하기로 한다.

도 2는 본 발명에 의한 HSG의 토크를 제어하는 방법 및 제어하는 시스템의 원리에 관한 개략도이고, 도 3은 본 발명에 의한 HSG의 토크를 제어하는 방법에 관한 알고리즘이다.

이하, 도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 HSG의 토크를 제어하는 방법과 이를 제어하는 시스템에 대해 설명하기로 한다.

본 발명의 일 실시예에 의한 HSG의 토크를 제어하는 방법과 시스템은 종래에 하이브리드 차량에서 HSG(Hybrid Starter Generator)에 의한 시동시, 엔진 크랭크 초폭에 의한 상호 간섭으로 인해 슬립현상이 발생하여 시동감의 저하, 소음 및 벨트의 마모 내지 파손 등의 문제를 해결하기 위하여, HSG 시동시 토크를 보정해 줌으로써 이를 해결하기 위한 방법 및 시스템이다.

즉, 본 발명에 의하지 않으면 시동시 사전에 맵핑되어 있는 시동 토크맵에 의하게 되어 상황에 따라 슬립현상이 빈번 또는 과다하게 발생하는 것을 보완하여, 시동 토크의 보정이 필요한지를 조건에 따라 판단하고, 해당 조건에 따라 목표하는 출력 토크로 보정함으로써 슬립현상이 발생되지 않도록 하는 것이다.

즉, 도 2에서와 같이 시동 토크맵에 시동 토크에 대한 보정값을 부여하여 최종 반영 시동 토크가 출력이 될 수 있도록 하는 개념인 것이다.

이를 위해 본 발명의 HSG의 토크를 제어하는 시스템은 하이브리드 차량의 HSG에 의한 시동 조건 하에서, 엔진 냉각 수온 및 엔진 회전수를 임계치와 비교하여 판단하게 된다.

여기서, 엔진 냉각 수온과 엔진 회전수를 판단하는 것은 반드시 우선 순위가 있는 것은 아니다.

이는 본 발명에 의해 HSG의 토크를 보정할 필요성에 대한 판단을 위한 것으로서, 본 발명의 일 실시예에서는 엔진 냉각 수온을 판단하여,(S10) 그 값이 0℃ 미만이고, 엔진 회전수를 판단하여,(S20) 그 값이 900 rpm 이하인 경우에 슬립 방지를 위한 토크의 보정이 필요한 것으로 판단하여 토크맵을 보정하게 하는 것이다.

이는 실험적으로, 이러한 조건 또는 48V 배터리 SOC(State of Charge)가 저하된 상태에서는 엔진 시동 시간이 길어져서 엔진 초폭에 의한 벨트 슬립 및 시동성 문제가 발생하기 때문인 것이고, 배터리 상태를 판단함으로써도 위와 같은 제어가 수행되게 할 수 있다.

판단 결과, 엔진 냉각 수온이 0℃를 초과하고, 엔진 회전수가 900 rpm을 초과하는 경우에는 슬립 발생에 대한 우려가 없기 때문에 정상적으로 사전에 맵핑된 시동 토크맵에 의해 시동 토크가 출력되게 제어하게 된다.(S30)

이는 실험에 의해서 이러한 조건 및 48V 배터리 SOC(State of Charge)가 정상적인 상태에서는 슬립이 발생되지 않음을 확인하여 적용시킨 것으로서, 이 경우에는 엔진 초폭을 회피할 수 있을 만큼 시동시간이 짧은 결과이다.

엔진 회전수가 900rpm 이하인 경우에는 엔진 회전수의 범위에 따라 토크를 달리 보정한다.

우선, 시동 후 엔진 회전수가 100rpm을 초과하고 500rpm 이하인 구간에서는 HSG의 속도에 비해 크랭크의 속도가 현저히 미치지 못하게 되므로 목표하는 최종 시동 토크값을 0 Nm로 낮춰서 설정한다.(S51)

그런 다음, 사전에 맵핑된 시동 토크맵에 최종 0 Nm의 설정을 위한 토크 보정값을 연산하여 부가함으로써,(S61) 이 조건 하에서는 최종적으로 0 Nm로 보정된 최종 시동 토크값이 출력되어 제어되게 한다.(S71)

그리고, 엔진 회전수가 600rpm을 초과하고 900rpm 이하인 구간에서는 크랭크 속도에 맞도록 앞선 조건보다는 상향된 20 Nm로 최종 시동 토크값을 설정하게 된다.(S52)

마찬가지로, 사전에 맵핑된 시동 토크맵에 최종 20 Nm의 설정을 위한 토크 보정값을 연산하여 부가함으로써,(S62) 이 조건 하에서는 최종적으로 20 Nm로 보정된 최종 시동 토크값이 출력되도록 제어하게 된다.(S72)

한편, 엔진 회전수가 500rpm을 초과하고 600rpm 이하의 값을 갖는 경우는 천이영역(transition zone)에 해당하므로, 보간법(interpolation)을 통한 해석에 의해 최종 시동 토크값이 보정될 수 있게 한다.

이상과 같이 본 발명은 엔진의 냉각 수온이 0℃를 초과하여 충분한 경우와 엔진 회전수가 900 rpm을 초과하여 충분한 경우에는 사전에 맵핑된 토크맵에 의해 HSG의 토크가 제어되게 하고, 그렇지 않은 조건에서는 HSG의 토크가 크랭크의 속도에 부합될 수 있는 토크값을 갖도록 사전 맵핑된 시동 토크맵을 보정함으로써 해당 영역에서 HSG 시동시 시동감 문제 및 HSG와 보기류 벨트 사이의 순간 슬립 문제가 발생되지 않게 제어한다.

이상과 같은 본 발명은 예시된 도면을 참조하여 설명되었지만, 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형될 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이며, 본 발명의 권리범위는 첨부된 특허청구범위에 기초하여 해석되어야 할 것이다.

S10 : 엔진 냉각 수온 판단
S20 : 엔진 회전수 판단
S30 : 사전 맵핑된 시동 토크맵 출력
S41 : 100rpm <엔진회전수≤500rpm 인지 판단
S42 : 600rpm <엔진회전수≤900rpm 인지 판단
S51 : 최종 시동 토크값 설정(0 Nm)
S52 : 최종 시동 토크값 설정(20 Nm)
S61, S62 : 토크 보정값 부여
S71, S72 : 최종 시동 토크값 출력

Claims (11)

1. 하이브리드 차량의 HSG(Hybrid Starter Generator) 시동시, 엔진 냉각 수온 및 엔진 회전수(RPM)를 판단하는 단계; 및
   상기 판단하는 단계에 의해 판단된 엔진 냉각 수온과 상기 엔진 회전수를 임계치와 비교하여, 사전 맵핑된 시동 토크맵을 보정하여 최종 시동 토크값을 출력하는 단계를 포함하고,
   상기 최종 시동 토크값을 출력하는 단계는,
   최종 시동 토크값을 설정하는 단계;
   상기 단계에서 설정된 최종 시동 토크값에 따른 토크 보정값을 연산하여 부여하는 단계; 및
   상기 단계에 의한 보정값에 의해 보정된 토크맵에 의한 최종 시동 토크값을 출력하는 단계를 포함하며,
   상기 최종 시동 토크값을 설정하는 단계는,
   상기 엔진 회전수가 100 RPM 초과 500 RPM 이하인 경우에는 상기 최종 시동 토크값을 0Nm로 설정하고, 상기 엔진 회전수가 600 RPM 초과 900 RPM 이하인 경우에는 최종 시동 토크값을 20Nm로 설정하며, 상기 엔진 회전수가 500 RPM을 초과하고 600 RPM 이하인 경우에는 상기 최종 시동 토크값을 보간법으로 보정하는 것을 특징으로 하는 HSG의 토크를 제어하는 방법.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 엔진 냉각 수온의 임계치는 0℃인 것을 특징으로 하는 HSG의 토크를 제어하는 방법.
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 청구항 2에 있어서,
   상기 엔진 회전수가 900 RPM을 초과하는 경우, 사전에 맵핑된 시동 토크맵에 의해 최종 시동 토크값이 출력되게 하는 것을 특징으로 하는 HSG의 토크를 제어하는 방법.
7. 청구항 2에 있어서,
   상기 엔진 냉각 수온이 0℃를 초과하는 경우, 사전에 맵핑된 시동 토크맵에 의해 최종 시동 토크값이 출력되게 하는 것을 특징으로 하는 HSG의 토크를 제어하는 방법.
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