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KR20210153799A - 하이브리드 차량의 변속 및 엔진클러치 접합 제어 방법 및 장치 - Google Patents

하이브리드 차량의 변속 및 엔진클러치 접합 제어 방법 및 장치 Download PDF

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KR20210153799A
KR20210153799A KR1020200070349A KR20200070349A KR20210153799A KR 20210153799 A KR20210153799 A KR 20210153799A KR 1020200070349 A KR1020200070349 A KR 1020200070349A KR 20200070349 A KR20200070349 A KR 20200070349A KR 20210153799 A KR20210153799 A KR 20210153799A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
engine
torque
hybrid
speed
hybrid vehicle
Prior art date
Application number
KR1020200070349A
Other languages
English (en)
Inventor
박지현
주문경
조진국
Original Assignee
현대자동차주식회사
기아 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Priority to US17/109,393 priority patent/US11820362B2/en
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Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 엔진과 모터 사이에 엔진클러치가 구비된 하이브리드 차량에서의 변속 및 엔진클러치 접합 제어 방법은 전기차 모드 주행 중 운전자 킥다운을 감지하는 단계와 상기 운전자 킥다운을 감지하면, 변속을 시작하는 단계와 엔진 속도와 모터 속도 차이 값을 제1 기준치 이하로 제어하는 단계와 엔진 속도 제어를 통해 상기 엔진 속도와 상기 모터 속도를 동기화하는 단계와 상기 동기화가 완료되면, 상기 엔진클러치를 접합하여 토크 블렌딩을 수행하는 단계와 상기 토크 블렌딩을 통해 목표 요구 토크에 도달하면 상기 변속을 종료하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

하이브리드 차량의 변속 및 엔진클러치 접합 제어 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR CONTROLLING SHIFTING AND ENGINE CLUTCH CONNECTION IN HYBRID VEHICLE}
본 발명은 하이브리드 차량 제어에 관한 것으로, 보다 상세하게는 하이브리드 차량의 변속 중 엔진클러치 접합 제어 기술에 관한 것이다.
친환경 차량 중 하이브리드 차량은 엔진 뿐만 아니라 모터를 동력원으로 채택하여, 배기가스 저감 및 연비 향상 을 도모할 수 있는 차량으로서, 엔진 또는 모터 동력을 별도로 주행 휠로 전달하거나, 엔진 및 모터 동력을 함께 주행 휠로 전달하는 동력전달 시스템이 탑재되어 있다.
하이브리드 차량용 동력 전달 시스템은 후술할 도 1에 도시된 바와 같이, 서로 직렬로 배열되는 엔진(10) 및 모 터(20)와 엔진(10)과 모터(20) 사이에 배열되어 엔진 동력을 전달 또는 단절시키는 엔진클러치(30), 모터(20) 단독 또는 모터(20)와 엔진(10)의 동력을 주행 휠로 변속하여 출력하는 변속기(40)와, 엔진(10)의 크랭크 풀리와 동력 전달 가능한 구조로 연결되어 엔진(10)의 시동 및 발전을 제어하는 일종의 모터인 하이브리드 시동 발전기(HSG(Hybrid Starter & Generator), 50)와, 모터(20) 제어 및 발전 제어를 위한 인버터(60)와, 모터(20) 등에 전력을 제공하도록 인버터(70)와 충/방전 가능하게 연결되는 배터리(60) 등을 포함하여 구성되어 있다.
하이브리드 차량은 하이브리드 모드에서는 엔진클러치의 접합(lock-up)과 동시에 엔진과 모터 출력 토크의 합으로 차량이 주행하고, 전기차 모드시에는 엔진클러치의 접합 해제(open)와 동시에 모터의 출력 토크에 의해서만 차량의 주행이 이루어진다.
한편, 전기차 모드에서 하이브리드 모드로의 천이 시, 엔진클러치의 원활한 접합을 위하여, 엔진 출력측과 연결된 엔진클러치 입력단의 속도와 모터 입력측과 연결된 엔진클러치 출력단의 속도, 즉 엔진 속도와 모터 속도를 동기화시켜야 한다. 동기화의 목적은 엔진클러치 접합 시 엔진과 모터간의 속도 차이에 따른 엔진클러치 슬립 및 진동/소음을 방지하기 위함에 있다.
하지만, 종래에는 전기차 모드에서 하이브리드 모드로의 천이 시 엔진클러치 접합하여 엔진 속도와 모터 속도가 동기화되면 이후 순차적으로 변속 제어를 수행하는 선결합 후변속 방식을 수행함으로써, 운전자의 가속 지연감이 높은 문제점이 있었다.
본 발명의 실시 예는 하이브리드 차량의 변속 중 엔진클러치 접합 제어 방법 및 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 다른 실시 예는 TMED 방식의 하이브리드 차량에서 전기차 모드 주행 중, 킥다운(kick down) 감지 시 시프트 다운 변속을 엔진클러치 결합과 함께 수행함으로써 하이브리드 차량의 가속 지연감을 해결하고, 변속 전후 가속 선형성을 향상시킬 수 있는 하이브리드 차량의 변속 중 엔진클러치 접합 제어 방법 및 그를 이용한 하이브리드 차량을 제공하고자 한다.
본 발명의 또 다른 실시 예는 엔진-모터 토크 블렌딩 시 엔진 토크 부정확성을 개선하여 제어 강건성 및 운전성을 향상시키는 것이 가능한 하이브리드 차량의 변속 중 엔진클러치 접합 제어 방법 및 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 또 다른 실시 예는 낮은 배터리 충전 상태(low battery SOC(State OF Charging))에서 모터가 디레이팅(derating)되는 경우 빠른 엔진클러치 접합을 통해 엔진 토크를 보조함으로써, SOC 방어 가능한 하이브리드 차량의 변속 중 엔진클러치 접합 제어 방법 및 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재들로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 엔진과 모터 사이에 엔진클러치가 구비된 하이브리드 차량에서의 변속 및 엔진클러치 접합 제어 방법은 전기차 모드 주행 중 운전자 킥다운을 감지하는 단계와 상기 운전자 킥다운을 감지하면, 변속을 시작하는 단계와 엔진 속도와 모터 속도 차이 값을 제1 기준치 이하로 제어하는 단계와 엔진 속도 제어를 통해 상기 엔진 속도와 상기 모터 속도를 동기화하는 단계와 상기 동기화가 완료되면, 상기 엔진클러치를 접합하여 토크 블렌딩을 수행하는 단계와 상기 토크 블렌딩을 통해 목표 요구 토크에 도달하면 상기 변속을 종료하는 단계를 포함할 수 있다.
실시 예로, 상기 엔진 속도와 모터 토크 차이 값을 제1 기준치 이하로 제어하는 단계는 상기 엔진의 구동 여부를 확인하는 단계와 상기 엔진이 구동된 상태에서 상기 엔진 속도가 제2 기준치에 도달할 때까지 엔진 부분 부하 제어를 수행하는 단계와 상기 엔진 토크가 제2 기준치에 도달하면, 쓰로틀 밸브를 목표 개도로 개방하는 단계를 포함할 수 있다.
실시 예로, 상기 제2 기준치는 상기 엔진이 소정 조건에서 낼 수 있는 토크에 상응하는 최소 속도일 수 있다.
실시 예로, 상기 방법은 상기 확인 결과, 상기 엔진이 구동되지 않은 경우, 상기 엔진을 구동시키는 단계를 포함할 수 있다.
실시 예로, 상기 엔진은 하이브리드 시동 발전기, 통합 시동 발전기, 시동기 중 어느 하나에 의해 구동될 수 있다.
실시 예로, 상기 엔진이 상기 하이브리드 시동 발전기에 의해 구동된 경우, 상기 하이브리드 시동 발전기에 의해 상기 엔진 속도 제어가 이루어질 수 있다.
실시 예로, 상기 토크 블렌딩 수행 중, 모터 최대 토크가 운전자 요구 토크 이상이면, 모터 토크로 상기 운전자 요구 토크를 지원하고 상기 하이브리드 시동 발전기 충전 토크는 목표 전달 토크에 맞추어 감소되도록 제어될 수 있다.
실시 예로, 상기 토크 블렌딩 수행 중, 모터 최대 토크가 운전자 요구 토크 이상이면, 상기 엔진클러치 접합 전까지 시동 발전기는 상기 엔진 속도 제어에 필요한 토크를 제외한 나머지 엔진 토크만큼 충전을 수행하고 상기 엔진클러치 체결 이후 상기 토크 블렌딩에 필요한 목표 전달 토크를 계산하여 상기 시동 발전기 충전 토크를 감소시킬 수 있다.
실시 예로, 상기 토크 블렌딩 수행 중, 상기 모터 최대 토크가 상기 운전자 요구 토크 미만이면, 모터가 최대 토크를 출력하도록 제어하고 상기 하이브리드 시동 발전기에 의한 토크 어시스트가 수행되도록 제어될 수 있다.
실시 예로, 상기 하이브리드 차량은 상기 엔진의 동작을 제어하는 엔진 관리 시스템을 포함하고, 상기 엔진이 상기 통합 시동 발전기 또는 상기 시동기에 의해 구동된 경우, 상기 엔진 관리 시스템에 의해 상기 엔진 속도 제어가 이루어질 수 있다.
실시 예로, 상기 운전자 킥다운은 상기 하이브리드 차량의 차속 정보 및 APS (Accelerator Position Sensor) 정보 중 적어도 하나에 기반하여 감지될 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 하이브리드 차량은 엔진과 모터와 상기 엔진과 상기 모터 사이에 배치되는 엔진클러치와 상기 엔진, 상기 모터 및 상기 엔진클러치의 동작을 제어하는 하이브리드 제어 유닛을 포함하고, 상기 하이브리드 제어 유닛은 전기차 모드 주행 중 운전자 킥다운을 감지하면 변속을 시작하고, 엔진 속도와 모터 속도 차이 값을 제1 기준치 이하로 제어하고, 엔진 속도 제어를 통해 상기 엔진 속도와 상기 모터 속도를 동기화되면 상기 엔진클러치를 접합하여 토크 블렌딩을 수행하고, 상기 토크 블렌딩을 통해 목표 요구 토크에 도달하면 상기 변속을 종료할 수 있다.
실시 예로, 상기 하이브리드 제어 유닛은 상기 엔진이 구동된 상태에서 상기 엔진 속도가 제2 기준치에 도달할 때까지 엔진 부분 부하 제어를 수행하도록 제어하고, 상기 엔진 토크가 제2 기준치에 도달하면 쓰로틀 밸브가 목표 개도로 개방되도록 제어할 수 있다.
실시 예로, 상기 제2 기준치는 상기 엔진이 소정 조건에서 낼 수 있는 토크에 상응하는 최소 속도일 수 있다.
실시 예로, 상기 확인 결과, 상기 엔진이 구동되지 않은 경우, 상기 하이브리드 제어 유닛은 상기 엔진을 구동시킬 수 있다.
실시 예로, 상기 엔진은 하이브리드 시동 발전기, 통합 시동 발전기, 시동기 중 어느 하나에 의해 구동될 수 있다.
실시 예로, 상기 엔진이 상기 하이브리드 시동 발전기에 의해 구동된 경우, 상기 하이브리드 제어 유닛은 상기 하이브리드 시동 발전기에 의해 상기 엔진 속도 제어가 이루어지도록 제어할 수 있다.
실시 예로, 상기 토크 블렌딩 수행 중, 상기 모터의 최대 토크가 운전자 요구 토크 이상이면, 상기 모터의 토크로 상기 운전자 요구 토크를 지원하고 상기 하이브리드 제어 유닛은 상기 하이브리드 시동 발전기의 충전 토크는 목표 전달토크에 맞추어 감소되도록 제어할 수 있다.
실시 예로, 상기 토크 블렌딩 수행 중, 모터 최대 토크가 운전자 요구 토크 이상이면, 상기 엔진클러치 접합 전까지 시동 발전기는 상기 엔진 속도 제어에 필요한 토크를 제외한 나머지 엔진 토크만큼 충전을 수행하고 상기 엔진클러치 체결 이후 상기 토크 블렌딩에 필요한 목표 전달 토크를 계산하여 상기 시동 발전기 충전 토크를 감소시킬 수 있다.
실시 예로, 상기 토크 블렌딩 수행 중, 상기 모터의 최대 토크가 상기 운전자 요구 토크 미만이면, 상기 모터가 최대 토크를 출력하도록 제어하고 상기 하이브리드 제어 유닛은 상기 하이브리드 시동 발전기에 의한 토크 어시스트가 수행되도록 제어할 수 있다.
실시 예로, 상기 하이브리드 차량은 상기 엔진의 동작을 제어하는 엔진 관리 시스템을 포함하고, 상기 엔진이 상기 통합 시동 발전기 또는 상기 시동기에 의해 구동된 경우, 상기 하이브리드 제어 유닛은 상기 엔진 관리 시스템에 의해 상기 엔진 속도 제어가 이루어지도록 제어할 수 있다.
실시 예로, 상기 하이브리드 차량은 상기 하이브리드 차량의 차속 정보 및 APS (Accelerator Position Sensor) 정보를 상기 하이브리드 제어 유닛에 제공하는 차량 정보 측정 제어기를 포함하고, 상기 하이브리드 제어 유닛은 상기 차속 정보 및 상기 APS 정보 중 적어도 하나에 기반하여 상기 운전자 킥다운을 감지할 수 있다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 하이브리드 차량의 변속 중 엔진클러치 접합 제어 방법 및 장치를 제공하는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 변속기 장착 전기 구동(TMED(Transmission Mounted Electric Device)) 방식의 하이브리드 차량에서 전기차 모드 주행 중 킥다운(kick down) 감지 시 시프트 다운 변속을 엔진클러치 결합과 함께 수행함으로써 하이브리드 차량의 가속 지연감을 해결하고 변속 전후 가속 선형성을 향상시킬 수 있는 하이브리드 차량의 변속 중 엔진클러치 접합 제어 방법 및 장치를 제공하는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 엔진-모터 토크 블렌딩 시 엔진 토크 부정확성을 개선하여 제어 강건성 및 운전성을 향상시키는 것이 가능한 하이브리드 차량의 변속 중 엔진클러치 접합 제어 방법 및 장치를 제공하는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 낮은 배터리 충전 상태(low battery SOC(State Of Charge))에서 모터가 디레이팅(derating)되는 경우 빠른 엔진클러치 접합을 통해 엔진 토크를 보조함으로써, 효과적인 SOC 방어가 가능한 하이브리드 차량의 변속 중 엔진클러치 접합 제어 방법 및 장치를 제공하는 장점이 있다.
이 외에, 본 문서를 통해 직접적 또는 간접적으로 파악되는 다양한 효과들이 제공될 수 있다.
도 1은 일반적인 자동 변속기가 탑재된 TMED(Transmission Mounted Electric Device) 타입 하이브리드 차량의 구조를 보여준다.
도 2는 종래 기술에 따른 TMED 타입 하이브리드 차량의 엔진클러치 선결합 후변속 절차를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 TMED 타입 하이브리드 차량의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 차량에서 변속 중 엔진클러치 접합 제어 수행 절차를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 상기한 도 4에서 설명한 하이브리드 차량에서 변속 중 엔진클러치 접합 제어 수행 절차를 정리한 표이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 하이브리드 차량에서 변속 중 엔진클러치 접합 제어 수행 절차를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 상기한 도 6에서 설명한 하이브리드 차량에서 변속 중 엔진클러치 접합 제어 수행 절차를 정리한 표이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 차량의 변속 및 엔진클러치 접합 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 차량의 제어기 간 협조 제어 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 하이브리드 차량의 변속 및 엔진 클러치 접합 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
이하, 본 발명의 일부 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 도 1 내지 도 7을 참조하여, 본 발명의 실시 예들을 구체적으로 설명하기로 한다.
도 1은 일반적인 자동 변속기가 탑재된 TMED(Transmission Mounted Electric Device) 타입 하이브리드 차량의 구조를 보여준다.
도 1에 도시한 바와 같이 엔진(10)과 모터(20) 사이에 엔진클러치(30)가 설치된 하이브리드 차량의 경우, 모터(20)가 통상적으로 변속기(40)에 설치되기 때문에 도 1에 도시한 구성의 하이브리드 차량을 TMED((Transmission Mounted Electric Device) 방식의 하이브리드 차량이라고 호칭하기도 한다.
도 1을 참조하면, 하이브리드 차량(100)은 엔진(10), 모터(20), 엔진(10)과 모터(20) 사이에서 동력을 단속하는 엔진클러치(30), 변속기(40), 하이브리드 시동 발전기(HSG(Hybrid Starter Generator), 50), 배터리(60) 및 인버터(70)를 포함하여 구성될 수 있다.
하이브리드 차량(100)의 모터(20)는 변속기(40)에 장착되어 있으며, 가속 시에는 엔진을 보조하고, 감속시에는 발전기로 동작하여 고전압 배터리(60)를 충전시킬 수 있다.
하이브리드 차량(100)의 경우, 저속 주행 시 엔진(10)의 동력을 사용하지 않고 모터(20)의 구동력만으로 변속기(40)에 동력이 전달되므로 엔진(10)과 모터(20) 사이에는 동력 전달이 필요 없다. 하지만, 고속 주행과 가속 시에는 모터(20)의 구동력 만으로는 운전자가 원하는 토크를 발생시킬 수 없으므로, 엔진(10)이 함께 구동력을 발생시켜 하이브리드 주행이 가능하도록 엔진클러치(30) 유압 제어가 이루어진다.
HSG(50)는 전기차 모드(EV Mode)에서 하이브리드 모드(HEV mode) 전환 시 엔진(10)을 시동할 수 있다.
하이브리드 차량(100)은 고전압 배터리(60)의 잔량(SOC)이 기준치 이하로 저하될 경우, HSG(50)를 통해 엔진(10)을 강제로 시동하는 발전 제어를 수행할 수 있다.
EV 모드에서 엔진(10) 시동 후 하이브리드 차량(100)은 엔진(10)의 동력과 모터(20)의 동력의 부드러운 연결을 위해 엔진(10) 속도를 빠르게 올려 엔진측 회전수와 구동축 회전수를 동일하게 맞추는 엔진 속도 제어를 수행한 후 엔진클러치(30)를 결합하여 엔진클러치(30)에 의한 충격 및 진동을 최소화할 수 있다.
또한, 하이브리드 차량(100)은 시동 오프 시 HSG(50)에 부하를 걸어 엔진(10) 진동을 최소화시키는 소프트 랜딩 제어를 수행할 수 있다.
EV(Electric Vehicle) 주행 중 운전자가 킥다운(Kick Down)-즉, 자동 변속 차량이 주행 중 순간적으로 가속력을 높여야 하는 상황 발생- 시 엔진(10) 시동, 엔진클러치(30) 접합, 하단 변속 및 토크 블렌딩이 완료되어야 한다.
실시 예로, TMED 방식의 하이브리드 차량은 모터가 변속기에 통합되지 않고, 모터와 변속기가 별개의 구조로 분리 배치되고, 홀수와 짝수 기어 세트를 위해 두 개의 분리된 클러치를 사용하는 더블 클러치 변속기(Double Clutch Transmission, DCT) 타입이 적용될 수도 있다.
도 2는 종래 기술에 따른 TMED 타입 하이브리드 차량의 엔진클러치 선결합 후변속 절차를 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 하이브리드 차량(100)은 EV 모드 주행 중 킥다운 감지 시 변속 금지 플래그를 HIGH로 전환하여 변속 지연 제어를 수행한다.
하이브리드 차량(100)은 변속 지연 제어 중 엔진클러치(30)를 결합하여 HEV 모드로 진입한 후 킥다운 변속 제어 및 가속 제어를 수행한다.
즉, 종래에는 킥다운 감지 시 하단 변속을 완료한 후 구동축에 엔진 토크가 전달되는 과정이 순차적으로 이루어지므로, EV 킥다운 소요 시간은 하단 변속 완료에 소요되는 시간과 구동축에 엔진 토크가 전달되는 시간의 합과 같다.
엔진클러치(30) 접합 및 엔진 토크가 구동축에 전달되기까지 모터 토크로 운전자 요구 토크를 감당할 수 있는 경우 문제가 되지 않지만, 그렇지 않은 경우- 예를 들면, base rpm 이상으로 모터 최대 토크 제한이 걸린 상태인 경우-, 운전자는 가속 지연감을 느낄 수 있다.
운전자가 느끼는 가속 지연감은 주행 만족도를 낮추는 가장 큰 요인 중 하나이므로 반드시 개선되어야 하는 문제이다.
상기한 문제점을 해결하기 위해, 하단 변속 및 엔진클러치 제어를 병렬로 진행하는 경우, 엔진 시동 시 공기량 부족으로 초반 엔진 토크가 부정확하여 엔진-모터 토크 블렌딩 시 운전성에 악영향을 줄 수 있는 문제점이 있다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 TMED 타입 하이브리드 차량의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
하이브리드 차량(hybrid electric vehicle)은 내연기관 엔진(internal combustion engine)과 배터리 전원을 함께 사용한다.
즉, 하이브리드 차량은 내연기관 엔진의 동력과 모터의 동력을 효율적으로 조합하여 사용한다.
도 3을 참조하면, 하이브리드 차량(300)은 엔진(310), 모터(320), 엔진(310)과 모터(320) 사이에서 동력을 단속하는 엔진클러치(330), 자동변속기(340), 선택적 동력 전달 기능을 수행하는 변속기클러치(350), 시동발전기(Starter Generator, 360), 배터리(370), 배터리제어기(BCU: Battery Control Unit, 380), 엔진관리시스템(EMS: Engine Management System, 381), 모터제어기(MCU: Motor Control Unit, 382), 변속제어기(TCU: Transmission Control Unit, 383) 및 하이브리드제어기(HCU: Hybrid Control Unit, 390)를 포함하여 구성될 수 있다.
이하, 시동발전기(360)에 구비되는 모터와 자동변속기(340)와 엔진(310) 사이에 배치되는 모터(320)를 구분하기 위해 자동변속기(340)와 엔진(310) 사이에 배치되는 모터(320)를 “구동 모터(320)”와 혼용하여 사용하기로 한다. 일 예로, 시동발전기(360)로 HSG가 적용된 경우, HSG 에 구비된 모터를 통해 엔진 구동 및 충전이 제어될 수 있다.
도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 차량(300)은 엔진(310)과 모터(320) 사이에 설치되는 엔진클러치(330)와 모터(320)와 자동변속기(340) 사이에 설치되는 변속기클러치(350)를 포함하는 TMED 타입 하이브리드 차량일 수 있다.
HCU(390)는 하이브리드 차량(300)의 전체 동작을 제어할 수 있다. 일 예로, HCU(390)는 엔진(310) 및(또는) 모터(320)가 출력해야 하는 토크 지령, 엔진(310)의 목표 속도 지령 등을 출력할 수 있다.
HCU(390)는 EV 모드 주행 중 킥다운(K/D) 여부를 판단할 수 있다.
일 예로, HCU(390)는 APS(Accelerator Position Sensor) 센싱 값이 특정 값 이상인 경우 및(또는) TCU(383)에 의한 K/D 판단 결과를 직접 입력으로 받은 경우에 EV K/D 이벤트 발생을 감지할 수 있다.
다른 일 예로, HCU(390)는 EV 모드 주행 중 하이브리드 차량의 차속 정보-즉, 차속 변화에 관한 정보-에 기반하여 경우에 따라 EV K/D 이벤트 발생을 감지할 수도 있다.
HCU(390)는 EMS(381)와 연동하여 엔진 속도 제어를 수행하고, ECCU(384)와 연동하여 엔진클러치(330) 접합 제어를 수행할 수 있다.
HCU(390)는 시동제어기(360)로 엔진(310) 시동 제어-즉, engine cranking- 및 엔진 토크 지령을 송출하여 부분부하 제어를 수행할 수 있다.
HCU(390)는 EMS(381)와 연동하여 실시간 엔진 속도 및 엔진 토크를 모니터링할 수 있다.
HCU(390)는 부분부하 제어 중 엔진 속도가 소정 기준치에 도달하면, 쓰로틀 밸브를 목표 개도만큼 개방하도록 제어할 수 있다. 즉, 엔진 속도를 빠르게 증가시키기 위해 쓰로틀 밸브를 크게 개방하는 와이드 오픈(wide open) 제어가 수행될 수 있다.
HCU(390)는 엔진 속도와 모터 속도의 차가 임의의 값 δ이하인 경우 속도 동기화를 위해 시동제어기(360)로 엔진 속도 제어를 명령할 수 있다.
HCU(390)는 엔진 속도와 모터 속도의 동기화를 확인한 후 ECCU(384)에게 유압 지령을 전송하여 엔진클러치(330)를 접합시킬 수 있다.
HCU(390)는 ECCU(380)를 통해 엔진클러치(330) 락업-즉, 접합-이 확인된 경우, 운전자 요구 토크 및 엔진 전달 토크를 확인하여 모터 토크가 감소되도록 제어할 수 있다.
HCU(390)는 운전자 요구 토크와 모터 최대 토크를 비교하여 시동발전기(360)의 구동 및 충전을 결정할 수 있다.
EMS(381)는 HCU(390)와 연동하여 엔진(310)의 동작을 제어할 수 있다. EMS(381)는 목표 엔진 토크에 맞게 쓰로틀 밸브 개도를 조정할 수 있다.
MCU(382)는 HCU(390)와 연동하여 모터(320)의 동작을 제어할 수 있다. 또한, MCU(382)는 시동발전기(360)의 동작을 제어하는 경우가 있을 수도 있다.
TCU(383)는 HCU(390)와 연동하여 자동변속기(340)의 동작을 제어할 수 있다. TCU(383)는 HSC(390)에 의해 변속 차단 플래그(Shift Inhibit Flag)가 활성화되지 않은 경우, 변속을 시작하고, 변속기 입력단 및 목표 변속단 속도차가 허용 범위 이내에 들어오면 변속을 종료할 수 있다.
BCU(380)는 배터리(370)의 상태를 모니터링하고, HCU(390)에 배터리 상태 정보를 제공할 수 있다.
BCU(380)는 배터리 관리 시스템(BMS: Battery Management System)으로도 호칭될 수 있다.
시동발전기(360)는 통합 시동 발전기(ISG(integrated starter & generator)) 또는 하이브리드 시동 발전기(HSG(hybrid starter & generator)) 또는 시동기(Starter)일 수 있다.
하이브리드 차량(300)은 모터(320)의 동력만을 이용하는 순수 전기자동차 모드인 EV 모드(electric vehicle mode), 엔진(310)의 회전력을 주동력으로 하면서 모터(320)의 회전력을 보조동력으로 이용하는 HEV 모드(hybrid electric vehicle mode), 차량의 제동 혹은 관성에 의한 주행 시 제동 및 관성 에너지를 모터(320)의 발전을 통해 회수하여 배터리(370)에 충전하는 회생 제동 모드(regenerative braking mode) 등의 주행 모드를 포함할 수 있다.
자동변속기(340) 또는 DCT(Dual Clutch Transmission)가 장착된 TMED 방식의 하이브리드 차량의 경우, EV 모드로 주행하는 중에, 운전자의 요구 토크가 갑자기 증가하면-예를 들어, 킥다운이 발생하면-, 하이브리드 차량(300)은 현재 주행하는 변속 단수보다 낮은 변속단으로 변속하는 시프트 다운 제어를 수행한다.
시프트 다운 변속 제어를 수행하기 위해서, 하이브리드 차량(300)은 엔진(310)과 모터(320) 사이에 배치된 엔진클러치(330)를 결합시켜야 한다.
시프트 다운 변속 시, 변속과 함께 엔진클러치(330)를 결합시키는 것이 바람직하지만, 변속 제어 및 엔진클러치(330) 제어의 복잡성으로 인하여 종래에는 엔진클러치(330) 결합 후 변속을 하거나, 또는 변속 후 엔진클러치(330)를 결합하는 방식을 취함으로써 운전자의 가속 요구 또는 요구 토크를 만족시켜주지 못하는 문제점이 있었다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 차량에서 변속 중 엔진클러치 접합 제어 수행 절차를 설명하기 위한 도면이다.
상세하게 도 4는 엔진 속도 제어가 가능한 모터-예를 들면, HSG-가 장착된 TMED 타입의 하이브리드 차량이 EV 모드로 주행 중 운전자의 킥다운으로 하단 변속 및 엔진 시동 후 엔진클러치 접합을 동시에 수행하는 절차를 보여준다.
상기 도 4의 설명에서, 시동발전기(360)는 엔진(310) 속도 제어 가능한 HSG를 의미할 수 있다.
상기 도 4의 절차는 크게 5개의 구간(①, ②, ③, ④, ⑤)으로 구분될 수 있다.
1번 구간에서 하이브리드 차량은 차속 변화 및 APS 입력 등에 기반하여 운전자의 킥다운을 판단할 수 있다.
1번 구간에서 운전자는 코스팅(coasting) 또는 로우팁인(low tip-in) 주행 중 APS를 깊게 밟아 급가속 또는 추월 의지를 차량에 전달하고, 엔진은 오프(OFF)된 상태이다. 코스팅(coasting) 또는 로우팁인(low tip-in) 주행은 중립 주행이나, 클러치를 깊게 밟고 있는 상태와 같이, 운전자가 APS를 밟지 않은 상태로 주행 중인 상태를 의미할 수 있다.
이 후, 하이브리드 차량은 부분 부하 모드(part load mode) 및 하단 변속 준비 단계로 진입할 수 있다.
종래의 “선결합 후변속＂제어 방식의 경우, HCU(390)가 TCU(383)에게 변속 금지를 요청하지만, 본 발명에 따른 제어 방식은 EV 모드에서 HEV 모드로의 변경-즉, 엔진클러치(330) 결합-과 동시에 변속이 진행될 수 있으며, 그에 따라 운전자의 가속 지연감을 최소화시킬 수 있는 장점이 있다.
TCU(383)는 현재 기어단 및 목표 기어단을 HCU(390)에 전달할 수 있다.
EMS(381)는 HCU(390)로부터 시동 요청 신호를 수신하면 엔진 속도 제어가 가능한 시동발전기(360)-즉, HSG-를 크랭킹(cranking)할 수 있다.
엔진클러치(330) 접합 전까지는 엔진 토크가 자동변속기(340) 입력단으로 전달되지 않으므로 구동 모터(320)는 운전자 요구 토크
Figure pat00001
를 감당해야 한다.
이 때 구동 모터(320)의 T-S 커브에 의해 최대 토크
Figure pat00002
가 제한될 수 있어, 구동 모터(320)는
Figure pat00003
및 현재 속도에서의
Figure pat00004
중 작은 값을 출력할 수 있다.
2번 구간에서 하이브리드 차량은 엔진 시동 및 쓰로틀포지션센서(TPS: Throttle Position Sensor) 제어를 시작할 수 있다. 하이브리드 차량은 토크 제어 가능한 모터(ex. HSG)로 시동을 걸고, 엔진 속도
Figure pat00005
가
Figure pat00006
을 만족하면 쓰로틀(throttle) 밸브를 목표 개도만큼 개방할 수 있다.
여기서, 는 엔진(310)이 주어진 조건에서 토크를 낼 수 있는 최소 속도일 수 있다. 목표 개도는 엔진 속도
Figure pat00007
을 빠르게 상승시켜 구동 모터(320) 속도
Figure pat00008
와 동기화될 수 있도록 필요한 엔진 토크를 계산하여 설정될 수 있다.
이 과정에서 본 발명에 따른 하이브리드 차량은 쓰로틀 밸브를 기존 제어 방식보다 일찍 개방함으로써 기존 제어 대비 엔진(310)으로 공기가 빠르게 유입되도록 제어할 수 있다. 이로 인해 엔진(310) 시동 시 엔진 토크가 부정확하여 토크 블렌딩 시 운전성 확보가 어려웠던 문제를 효과적으로 해결할 수 있다. 추가적으로, 엔진(310)의 속도 상승에 필요한 엔진 토크를 보다 일찍 얻어 엔진클러치(330) 체결 시간 단축이 가능한 장점이 있다.
3번 구간에서 엔진클러치(330) 접합을 위해 엔진(310)은 일정한 토크를 출력하도록 제어되고, 시동발전기(360)는 엔진 속도 제어를 시작할 수 있다. 쓰로틀 밸브를 빠르게 개방하여 다량의 공기가 엔진(310) 내부로 흡입됨으로써 2번 및 3번 구간에서 엔진 토크가 지령 이상으로 오버슈트(overshoot)되는 경우가 발생할 수 있는데 이는 시동발전기(360)로 상쇄시킬 수 있다.
만약,
Figure pat00009
인 경우. 시동발전기(360)는 속도 제어에 필요한 토크를 제외한 엔진 토크를 충전에 사용함으로써 안정적인 속도 제어를 수행할 수 있다. 여기서,
Figure pat00010
는
Figure pat00011
및 시동발전기(360)가 현재 속도에서 충전 가능한 최대 토크에 기반하여 결정될 수 있다. 시동발전기(360)는 모터(320) rpm과 동기화를 목표로 엔진 속도 제어를 수행하여 엔진클러치(330) 접합 준비를 수행할 수 있다.
4번 구간에서 엔진-모터 속도 동기화를 확인한 후 하이브리드 차량은 엔진클러치(330)를 체결할 수 있다. 엔진클러치(330)가 체결되면 엔진 토크가 자동변속기(340) 입력축으로 전달되며 자동변속기(340) 입력축 rpm이 상승할 수 있다.
운전자 요구 토크
Figure pat00012
및 해당 속도에서의 모터 최대 토크
Figure pat00013
에 따라 아래와 같이 시동발전기(360)의 거동이 결정될 수 있다.
i)
Figure pat00014
Figure pat00015
: 시동발전기(360)는 엔진클러치(330) 접합 전까지 모터 토크가 운전자 요구 토크
Figure pat00016
를 감당하며, 목표 전달 토크에 맞춰 충전량을 감소시킨다. 동시에 토크 블렌딩이 진행된다.
ii)
Figure pat00017
: 엔진클러치(330) 접합 후 토크 블렌딩이 시작되며, 시동발전기는(360)는 필요 시 운전자 요구 토크
Figure pat00018
를 만족시키기 위해 구동에 참여할 수 있다.
5번 구간에서 변속이 완료된다.
도 5는 상기한 도 4에서 설명한 하이브리드 차량에서 변속 중 엔진클러치 접합 제어 수행 절차를 정리한 표이다.
하이브리드 차량의 구동 모드는 엔진 부하의 정도에 따라 엔진 부분부하(Part Load) 모드 및 엔진 전부하(Full Load) 모드로 구분된다. 엔진 전부하 모드에서는 엔진의 최대 성능을 구현하는 것이 목적이므로 엔진 효율은 급격히 저하되고 연료 소모량도 가파르게 증가한다.
일반적으로, 하이브리드 차량은 운전자의 요구 토크가 엔진 부분부하 모드에서 출력 가능한 최대 토크(이하, ＇엔진 부분 부하 최대토크＇라고 함)와 방전(assist)을 통해 엔진 출력을 보조 가능한 모터 방전(assist)가능 토크의 합보다 크면 전부하(Full Load) 모드에 진입하는 조건이 만족된다.
즉, 운전자 요구 토크가 엔진 부분부하 최대 토크와 모터 방전가능 토크의 합보다 크면 엔진 전부하 모드로의 진입 조건이 만족될 수 있다.
구체적으로, 현재의 전부하 모드 진입 조건은 ＂엔진 부분부하 최대 토크 + (모터 방전가능 토크 - 안티저크 토크(Anti-Jerk TQ.) 마진)" 이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 하이브리드 차량에서 변속 중 엔진클러치 접합 제어 수행 절차를 설명하기 위한 도면이다.
상세하게 도 6은 엔진 속도 제어가 불가능한 스타터(Starter)-예를 들면, ISG 또는 12V stater 등-가 장착된 TMED 타입의 하이브리드 차량이 EV 모드로 주행 중 운전자의 킥다운으로 하단 변속 및 엔진 시동 후 엔진클러치 접합을 동시에 수행하는 절차를 보여준다.
상기 도 6의 절차는 크게 5개의 구간(①, ②, ③, ④, ⑤)으로 구분될 수 있다.
상술한 도 4 내지 5의 엔진 속도 제어가 가능한 모터가 장착된 TMED 차량의 EV 모드 주행 중 킥다운 제어와의 차이는 상기 3 내지 5번 구간의 과정이다.
도 6을 참조하면, 3번 과정에서는 엔진을 켜는 주체가 HSG가 아닌 스타터라는 부분이 상이하고, 4번 및 5번 과정에서는 엔진 속도 제어 주체가 HSG 가 아닌 엔진(310)이라는 부분이 다르다.
이외의 과정은 엔진 속도 제어가 가능한 모터인 HSG가 장착된 TMED 타입의 하이브리드 차량의 제어와 동일하다.
도 7은 상기한 도 6에서 설명한 하이브리드 차량에서 변속 중 엔진클러치 접합 제어 수행 절차를 정리한 표이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 차량의 변속 및 엔진클러치 접합 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
상세하게, 도 8은 HSG 장착 TMED 타입의 하이브리드 차량에서 자율 주행 중 킥다운 감지 시 차량의 변속 및 엔진클러치 접합 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 8을 참조하면, 하이브리드 차량은 EV 모드 주행 중 운전자의 킥 다운 동작을 감지하면 변속 제어를 시작할 수 있다(S801 내지 S803).
하이브리드 차량은 엔진의 구동 여부를 판단할 수 있다(S804).
판단 결과, 엔진이 구동중인 상태인 경우, 하이브리드 차량은 엔진 부분 부하 제어를 수행할 수 있다(engine part load control, S805).
상기 804 단계의 판단 결과, 엔진이 구동 상태가 아닌 경우, 하이브리드 차량은 HSG를 통해 엔진을 구동할 수 있다(HSG cranking, S806).
하이브리드 차량은 엔진 속도 Neng와 제1 기준치 ε을 비교할 수 있다(S807).
비교 결과, 엔진 속도 Neng가 제1 기준치 ε 이상이면, 하이브리드 차량은 쓰로틀 밸브를 목표 개도만큼 개방할 수 있다(S808). 여기서, ε 는 엔진이 주어진 조건에서 토크를 낼 수 있는 최소 속도를 의미할 수 있다. TPS(Throttle Position Sensor)를 통해 목표 개도로 쓰로틀 밸브를 개방하면, 하이브리드 차량의 엔진 속도 Neng는 빠르게 상승할 수 있다. TPS는 쓰로틀 바디에 장착되어 쓰로틀 밸브의 개도를 감지하는 기능을 수행할 수 있다.
상기 806 단계의 비교 결과, 엔진 속도 Neng가 제1 기준치 ε 미만이면, 하이브리드 차량은 해당 조건이 만족될 때까지 엔진 부분 부하 제어를 계속 수행할 수 있다.
목표 개도로 쓰로틀 밸브를 개방한 후, 하이브리드 차량은 엔진 속도 Neng와 구동 모터 속도 Nmot의 차이 값을 제2 기준치 δ와 비교할 수 있다(S809).
판단 결과, 엔진 속도 Neng와 구동 모터 속도 Nmot의 차이 값이 제2 기준치 δ 이하이면, 하이브리드 차량은 HSG를 통해 엔진 속도 제어를 수행할 수 있다(S809). 즉, 엔진 속도와 구동 모터 속도의 차이가 일정 수준 이하로 떨어진 경우, 하이브리드 차량은 엔진 속도 제어를 통해 엔진-모터 동기화 작업을 수행할 수 있다.
하이브리드 차량은 HSG를 통한 엔진 속도 제어 중 엔진 rpm과 모터 rpm을 비교하여 동기화 여부를 판단할 수 있다(S811).
판단 결과, 동기화된 경우, 하이브리드 차량은 엔진클러치 접합을 위해 유압 제어를 수행할 수 있다(S812).
엔진클러치 접합이 완료된 경우-즉, EngCltLckUp 상태인 경우-, 하이브리드 차량은 토크 블렌딩(Torque Blending)을 수행할 수 있다(S813 내지 S814).
하이브리드 차량은 운전자의 요구 토크 Tdriver와 모터의 최대 출력 토크 Tmot_max를 비교할 수 있다(S815).
비교 결과, 운전자의 요구 토크 Tdriver보다 모터의 최대 출력 토크 Tmot_max가 큰 경우, 하이브리드 차량은 엔진 토크 및 HSG 충전 토크를 감소시키키 위해 TPS를 통해 쓰로틀 밸브 개도를 조정할 수 있다(S816 및 S818). 여기서, HSG 충전 토크가 감소되면, 엔진 전달토크 증가로 모터의 출력 토크가 감소될 수 있다.
모터 최대 토크가 운전자 요구 토크 이상인 경우 모터 단일로 운전자 요구 토크를 감당할 수 있으므로 엔진클러치 접합 전까지 HSG는 엔진 속도 제어에 필요한 토크를 제외한 나머지 엔진 토크만큼 충전하게 되며, 엔진클러치 체결 이후 토크 블렌딩에 필요한 목표 전달 토크를 계산하여 HSG 충전 토크를 감소시킬 수 있다.
상기 815 단계의 비교 결과, 운전자의 요구 토크 Tdriver보다 모터의 최대 출력 토크 Tmot_max가 이하인 경우, 하이브리드 차량은 엔진 및 HSG 토크 어시스트를 위해 쓰로틀 밸브 개도를 조정할 수 있다(S817 및 S818).
하이브리드 차량은 목표 요구 토크가 충족된 경우, 변속을 종료할 수 있다(S819 및 S820).
목표 요구 토크가 충족되지 못한 경우, 하이브리드 차량은 상기한 토크 블렌딩 단계(S814)로 진입할 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 차량의 제어기 간 협조 제어 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 9를 참조하면, 차량 정보 측정 제어기(910)는 HCU(390) 및 TCU(383)으로 차속 정보, APS 정보를 제공할 수 있다.
HCU(390)는 엔진(310) 및(또는) 모터(320)가 출력해야 하는 토크 지령, 엔진(310)의 목표 속도 제어 명령 등을 출력할 수 있다.
HCU(390)는 EV 모드 주행 중 킥다운(K/D) 여부를 판단할 수 있다. 일 예로, HCU(390)는 APS가 특정 값 이상인 경우 및(또는) TCU(383)에 의한 K/D 판단 결과를 직접 입력으로 받은 경우에 EV K/D 이벤트가 발생된 것으로 판단할 수 있다.
HCU(390)는 EMS(381) 및 시동발전기(360)-예를 들면, HSG-와 연동하여 엔진 토크 및 속도 제어를 수행하고, ECCU(384)와 연동하여 엔진클러치(330) 접합 제어를 수행할 수 있다.
HCU(390)는 시동제어기(360)로 엔진(310) 시동 제어-즉, engine cranking- 및 엔진 토크 지령을 수행하여 부분부하 제어를 수행할 수 있다.
HCU(390)는 EMS(381)와 연동하여 현재 엔진 속도 및 현재 엔진 토크를 모니터링할 수 있다.
HCU(390)는 부분부하 제어 중 엔진 속도가 소정 기준치 이상인 경우, EMS(381)에 소정 제어 명령을 전송하여 쓰로틀 밸브를 목표 개도만큼 개방하도록 제어할 수 있다. 즉, HCU(390)는 부분부하 제어 중 엔진 속도를 빠르게 증가시키기 위해 쓰로틀 밸브를 크게 개방하는 와이드 오픈(wide open) 제어를 수행할 수 있다.
HCU(390)는 엔진 속도와 모터 속도의 차가 임의의 기준 값 이하인 경우 엔진/모터 속도 동기화를 위해 시동제어기(360)-즉, HSG-에 엔진 속도 제어를 명령할 수 있다.
HCU(390)는 엔진 속도와 모터 속도의 동기화를 확인한 후 ECCU(384)에게 유압 지령을 전송하여 엔진클러치(330)가 접합되도록 제어할 수 있다.
HCU(390)는 ECCU(384)를 통해 엔진클러치(330) 락업-즉, 접합-이 확인된 경우, 운전자 요구 토크와 엔진 전달 토크를 확인하고, 확인 결과에 따라 모터 토크를 제어할 수 있다.
HCU(390)는 운전자 요구 토크와 모터 최대 토크를 비교하고, 비교 결과에 따라 시동발전기(360)-즉, HSG-의 구동 및 충전을 결정할 수 있다. 일 예로, 운전자 요구 토크가 모터 최대 토크보다 크면, HCU(390)는 시동발전기(360)를 제어하여 엔진 전달 토크가 증가하도록 제어할 수 있다. 반면, 운전자 요구 토크가 모터 최대 토크보다 작으면, HCU(390)는 시동발전기(360)를 제어하여 엔진 전달 토크가 감소하도록 제어할 수 있다.
EMS(381)는 HCU(390)와 연동하여 엔진(310)의 동작을 제어할 수 있다. EMS(381)는 목표 엔진 토크에 맞게 쓰로틀 밸브 개도를 조정할 수 있다.
MCU(382)는 HCU(390)와 연동하여 모터(320)의 동작을 제어할 수 있다.
HCU(390)는 상기 도 3에 도시된 바와 같이, 시동 제어기(360)의 동작을 직접 제어할 수도 있다. 여기서, 시동 제어기(360)는 HSG, ISG 및 Starter 중 어느 하나일 수 있다.
다른 실시 예로, 상기 도 9에 도시된 바와 같이, HCU(390)는 MCU(382)를 통해 시동 제어기(360)의 동작을 제어할 수도 있다.
TCU(383)는 HCU(390)와 연동하여 자동변속기(383)의 동작을 제어할 수 있다.
TCU(383)는 HSC(390)에 의해 변속 차단 플래그(Shift Inhibit Flag)가 활성화되지 않은 경우, 변속을 시작하고, 변속기 일출력단의 속도차가 허용 범위 이내에 들어오면 변속을 종료할 수 있다. 즉, 목표 요구 토크가 충족되면, TCU(383)는 변속을 종료할 수 있다
도 10은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 하이브리드 차량의 변속 및 엔진클러치 접합 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
상세하게, 도 10은 ISG 또는 Starter가 장착된 TMED 타입의 하이브리드 차량에서 EV 주행 중 킥다운 감지 시 차량의 변속 및 엔진클러치 접합 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 10을 참조하면, 하이브리드 차량은 EV 모드 주행 중 운전자의 킥 다운 동작을 감지하면 변속 제어를 시작할 수 있다(S1001 내지 S1003).
하이브리드 차량은 엔진이 구동 상태를 판단할 수 있다(S1004).
판단 결과, 엔진이 구동 상태인 경우, 하이브리드 차량은 엔진 부분 부하 제어를 수행할 수 있다(engine part load control, S1005).
상기 1004 단계의 판단 결과, 엔진이 구동 상태가 아닌 경우, 하이브리드 차량은 ISG 또는 Start를 제어하여 엔진을 구동시킬 수 있다(ISG/Starter cranking, S1006).
하이브리드 차량은 엔진 속도 Neng와 제1 기준치 ε을 비교할 수 있다(S1007).
비교 결과, 엔진 속도 Neng가 제1 기준치 ε 이상이면, 하이브리드 차량은 쓰로틀 밸브를 목표 개도만큼 개방할 수 있다(TPS Open, S1008). 여기서, ε 는 엔진이 주어진 조건에서 토크를 낼 수 있는 최소 속도를 의미할 수 있다. TPS(Throttle Position Sensor)를 통해 쓰로틀 밸브를 크게 개방하면, 엔진으로 공기가 빠르게 유입되어 하이브리드 차량의 엔진 속도 Neng는 빠르게 상승할 수 있다. 이때, TPS는 쓰로틀 바디에 장착되어 쓰로틀 밸브의 개도를 감지하는 기능을 수행할 수 있다.
상기 1006 단계의 비교 결과, 엔진 속도 Neng가 제1 기준치 ε 미만이면, 하이브리드 차량은 해당 조건이 만족될 때까지 엔진 부분 부하 제어를 계속 수행할 수 있다.
목표 개도로 쓰로틀 밸브를 개방한 후, 하이브리드 차량은 엔진 속도 Neng와 구동 모터 속도 Nmot의 차이 값을 제2 기준치 δ와 비교할 수 있다(S1009).
판단 결과, 엔진 속도 Neng와 구동 모터 속도 Nmot의 차이 값이 제2 기준치 δ 이하이면, 하이브리드 차량은 EMS(381)를 통해 엔진 속도 제어를 수행할 수 있다(S1010). 즉, 엔진 속도와 구동 모터 속도의 차이가 일정 수준 이하로 떨어진 경우, 하이브리드 차량은 EMS(381)를 통해 엔진 속도를 제어하여 엔진/모터 속도 동기화 작업을 수행할 수 있다.
하이브리드 차량은 EMS(381)을 통한 엔진 속도 제어 중 엔진 rpm과 모터 rpm을 비교하여 동기화 여부를 판단할 수 있다(S1011).
판단 결과, 동기화된 경우, 하이브리드 차량은 엔진클러치 접합을 위해 ECCU(384)로 소정 제어 명령을 전송하여 유압 제어를 수행할 수 있다(S1012).
엔진클러치 접합이 완료된 경우-즉, EngCltLckUp 상태인 경우-, 하이브리드 차량은 토크 블렌딩(Torque Blending)을 수행할 수 있다(S1013 내지 S1014).
하이브리드 차량은 쓰로틀 밸브 개도 조정을 통해 목표 요구 토크에 도달하면-즉, 목표 요구 토크가 충족되면, 변속을 종료할 수 있다(S1015 내지 S1017).
본 명세서에 개시된 실시 예들과 관련하여 설명된 방법 또는 알고리즘의 단계는 프로세서에 의해 실행되는 하드웨어, 소프트웨어 모듈, 또는 그 2 개의 결합으로 직접 구현될 수 있다. 소프트웨어 모듈은 RAM 메모리, 플래시 메모리, ROM 메모리, EPROM 메모리, EEPROM 메모리, 레지스터, 하드 디스크, 착탈형 디스크, CD-ROM과 같은 저장 매체(즉, 메모리 및/또는 스토리지)에 상주할 수도 있다.
예시적인 저장 매체는 프로세서에 커플링되며, 그 프로세서는 저장 매체로부터 정보를 판독할 수 있고 저장 매체에 정보를 기입할 수 있다. 다른 방법으로, 저장 매체는 프로세서와 일체형일 수도 있다. 프로세서 및 저장 매체는 주문형 집적회로(ASIC) 내에 상주할 수도 있다. ASIC는 사용자 단말기 내에 상주할 수도 있다. 다른 방법으로, 프로세서 및 저장 매체는 사용자 단말기 내에 개별 컴포넌트로서 상주할 수도 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 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (20)

  1. 엔진과 모터 사이에 엔진클러치가 구비된 하이브리드 차량에서의 변속 및 엔진클러치 접합 제어 방법에 있어서,
    전기차 모드 주행 중 운전자 킥다운을 감지하는 단계;
    상기 운전자 킥다운을 감지하면, 변속을 시작하는 단계;
    엔진 속도와 모터 속도 차이 값을 제1 기준치 이하로 제어하는 단계;
    엔진 속도 제어를 통해 상기 엔진 속도와 상기 모터 속도를 동기화하는 단계;
    상기 동기화가 완료되면, 상기 엔진클러치를 접합하여 토크 블렌딩을 수행하는 단계; 및
    상기 토크 블렌딩을 통해 목표 요구 토크에 도달하면 상기 변속을 종료하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량에서의 변속 및 엔진클러치 접합 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 엔진 속도와 모터 속도 차이 값을 제1 기준치 이하로 제어하는 단계는,
    상기 엔진의 구동 여부를 확인하는 단계;
    상기 엔진이 구동된 상태에서 상기 엔진 속도가 제2 기준치에 도달할 때까지 엔진 부분 부하 제어를 수행하는 단계; 및
    상기 엔진 속도가 제2 기준치에 도달하면, 쓰로틀 밸브를 목표 개도로 개방하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량에서의 변속 및 엔진클러치 접합 제어 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2 기준치는 상기 엔진이 소정 조건에서 낼 수 있는 토크에 상응하는 최소 속도인 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량에서의 변속 및 엔진클러치 접합 제어 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 확인 결과, 상기 엔진이 구동되지 않은 경우, 상기 엔진을 구동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량에서의 변속 및 엔진클러치 접합 제어 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 엔진은 하이브리드 시동 발전기, 통합 시동 발전기, 시동기 중 어느 하나에 의해 구동되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량에서의 변속 및 엔진클러치 접합 제어 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 엔진이 상기 하이브리드 시동 발전기에 의해 구동된 경우, 상기 하이브리드 시동 발전기에 의해 상기 엔진 속도 제어가 이루어지는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량에서의 변속 및 엔진클러치 접합 제어 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 토크 블렌딩 수행 중, 모터 최대 토크가 운전자 요구 토크 이상이면, 상기 하이브리드 시동 발전기 충전 토크를 감소시키되,
    상기 엔진클러치 접합 전까지 시동 발전기는 상기 엔진 속도 제어에 필요한 토크를 제외한 나머지 엔진 토크만큼 충전을 수행하고 상기 엔진클러치 체결 이후 상기 토크 블렌딩에 필요한 목표 전달 토크를 계산하여 상기 시동 발전기 충전 토크를 감소시키는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량에서의 변속 및 엔진클러치 접합 제어 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 토크 블렌딩 수행 중, 상기 모터 최대 토크가 상기 운전자 요구 토크 미만이면, 상기 하이브리드 시동 발전기에 의한 토크 어시스트가 수행되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량에서의 변속 및 엔진클러치 접합 제어 방법.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 하이브리드 차량은 상기 엔진의 동작을 제어하는 엔진 관리 시스템을 포함하고,
    상기 엔진이 상기 통합 시동 발전기 또는 상기 시동기에 의해 구동된 경우, 상기 엔진 관리 시스템에 의해 상기 엔진 속도 제어가 이루어지는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량에서의 변속 및 엔진클러치 접합 제어 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 운전자 킥다운은 상기 하이브리드 차량의 차속 정보 및 APS (Accelerator Position Sensor) 정보 중 적어도 하나에 기반하여 감지되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량에서의 변속 및 엔진클러치 접합 제어 방법.
  11. 엔진;
    모터;
    상기 엔진과 상기 모터 사이에 배치되는 엔진클러치; 및
    상기 엔진, 상기 모터 및 상기 엔진클러치의 동작을 제어하는 하이브리드 제어 유닛
    을 포함하고,
    상기 하이브리드 제어 유닛은 전기차 모드 주행 중 운전자 킥다운을 감지하면 변속을 시작하고, 엔진 속도와 모터 속도 차이 값을 제1 기준치 이하로 제어하고, 엔진 속도 제어를 통해 상기 엔진 속도와 상기 모터 속도가 동기화되면 상기 엔진클러치를 접합하여 토크 블렌딩을 수행하고, 상기 토크 블렌딩을 통해 목표 요구 토크에 도달하면 상기 변속을 종료하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 하이브리드 제어 유닛은,
    상기 엔진이 구동된 상태에서 상기 엔진 속도가 제2 기준치에 도달할 때까지 엔진 부분 부하 제어를 수행하도록 제어하고, 상기 엔진 속도가 제2 기준치에 도달하면 쓰로틀 밸브가 목표 개도로 개방되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제2 기준치는 상기 엔진이 소정 조건에서 낼 수 있는 토크에 상응하는 최소 속도인 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 확인 결과, 상기 엔진이 구동되지 않은 경우, 상기 하이브리드 제어 유닛은 상기 엔진을 구동시키는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 엔진은 하이브리드 시동 발전기, 통합 시동 발전기, 시동기 중 어느 하나에 의해 구동되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 엔진이 상기 하이브리드 시동 발전기에 의해 구동된 경우, 상기 하이브리드 제어 유닛은 상기 하이브리드 시동 발전기에 의해 상기 엔진 속도 제어가 이루어지도록 제어하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 토크 블렌딩 수행 중, 모터 최대 토크가 운전자 요구 토크 이상이면, 상기 하이브리드 제어 유닛은 상기 하이브리드 시동 발전기의 충전 토크가 감소되도록 제어하되,
    상기 엔진클러치 접합 전까지 시동 발전기는 상기 엔진 속도 제어에 필요한 토크를 제외한 나머지 엔진 토크만큼 충전을 수행하고 상기 엔진클러치 체결 이후 상기 토크 블렌딩에 필요한 목표 전달 토크를 계산하여 상기 시동 발전기 충전 토크를 감소시키는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 토크 블렌딩 수행 중, 상기 모터 최대 토크가 상기 운전자 요구 토크 미만이면, 상기 하이브리드 제어 유닛은 상기 하이브리드 시동 발전기에 의한 토크 어시스트가 수행되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 하이브리드 차량은 상기 엔진의 동작을 제어하는 엔진 관리 시스템을 포함하고,
    상기 엔진이 상기 통합 시동 발전기 또는 상기 시동기에 의해 구동된 경우, 상기 하이브리드 제어 유닛은 상기 엔진 관리 시스템에 의해 상기 엔진 속도 제어가 이루어지도록 제어하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량.
  20. 제11항에 있어서,
    상기 하이브리드 차량의 차속 정보 및 APS (Accelerator Position Sensor) 정보를 상기 하이브리드 제어 유닛에 제공하는 차량 정보 측정 제어기를 포함하고,
    상기 하이브리드 제어 유닛은 상기 차속 정보 및 상기 APS 정보 중 적어도 하나에 기반하여 상기 운전자 킥다운을 감지하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량.
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