KR101241215B1 - 하이브리드 자동차의 제어장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 시스템의 전원불량으로 제어기가 리셋되어 파워 래치에 진입될 때 변속기의 입력토크 변동을 안정되게 유지하여 변속 충격이 발생되지 않도록 하는 하이브리드 자동차의 제어장치 및 방법이 개시된다.
본 발명은 시스템의 전원불량에 의해 리셋이 발생되는 판단하는 과정, 전원불량에 의한 리셋이 발생되면 엔진클러치의 유압명령을 검출하여 엔진클러치가 결합된 하이브리드 모드인지를 판단하는 과정, 하이브리드 모드이면 엔진클러치의 솔레노이드에 인가되는 제어전류를 중지시켜 엔진클러치의 해방을 유도하는 과정, 엔진클러치의 솔레노이드에 인가되는 제어전류의 분석으로 엔진클러치의 완전해방이 판정되는 시점에서 변속제어중지 명령을 출력하고, 라인압력 솔레노이드를 통해 라인압력을 최소화로 제어하는 과정을 포함한다.

Description

하이브리드 자동차의 제어장치 및 방법{CONTROL SYSTEM AND METHOD OF HYBRID VEHICLE}

본 발명은 하이브리드 자동차에 관한 것으로, 보다 상세하게는 시스템의 전원불량으로 제어기가 리셋되어 파워 래치(Power Latch)에 진입될 때 변속기의 입력토크 변동을 안정되게 유지하여 변속 충격이 발생되지 않도록 하는 하이브리드 자동차의 제어장치 및 방법에 관한 것이다.

차량에 대한 끊임없는 연비 향상의 요구와 각 나라의 배출가스 규제 강화에 따라 친환경 자동차에 대한 요구가 증가하고 있으며, 이에 대한 현실적인 대안으로 하이브리드 자동차가 주목받고 있다.

하이브리드 자동차의 용어는 연료전지 자동차, 전기자동차와 구별될 수 있으나, 본 명세서에서 하이브리드 자동차라 함은 순수 전기자동차와 연료전지 자동차를 포괄하는 넓은 의미로서 하나 이상의 배터리가 구비되고 그 배터리를 구동력으로 사용하는 자동차를 지칭하는 의미로 사용된다.

하이브리드 자동차는 동력원으로 엔진과 모터가 적용되며, 토크 손실을 최소화하기 위하여 토크 컨버터 대신에 엔진과 모터 사이에 유체에 의해 작동되는 엔진클러치가 장착된다.

따라서, 하이브리드 자동차는 주행 상황에 따라 엔진과 모터의 특성이 최적으로 발휘될 수 있도록 엔진클러치를 통해 엔진과 모터의 연결을 제어하여 최적의 동력이 변속기에 전달되도록 한다.

하이브리드 자동차의 변속기 자동변속기 혹은 무단변속기로 제공될 수 있으며, 운전자의 요구와 차속에 의해 목표 변속단이 결정되어 변속 제어가 실행되며, 변속 제어 수행시 라인압력을 최대로 작동시킨다.

따라서, 라인압력이 최대로 작동하게 되면 공급된 유압만큼 토크가 전달되기 때문에 변속기 입력측으로 인가되는 토크 변동량이 커지게 된다.

하이브리드 자동차에서 메인 배터리에 저장된 고전압을 전장부하에 필요한 저전압으로 변환시키는 강압형 DC/DC컨버터의 고장이나 배터리의 SOC 제어불량, 전장용 배터리의 불량 등을 포함하는 전원불량이 발생되면 하이브리드 제어기가 리셋된다.

또한, 전원불량이 발생하는 경우 변속제어수단의 마이컴 및 속도센서의 작동 불가로 속도센서로부터 차속 계산이 불가하게 되며, 이에 따라 전원 불량이 발생되는 시간 동안의 차속 변화를 인식할 수 없게 된다.

따라서, 하이브리드 제어기가 전원불량의 발생에 의해 리셋된 다음 정상 전원으로 복구되는 경우 전원이 입력되는 순간에 차속센서로부터 감지된 차속을 적용하여 변속 제어를 실행한다.

또한, 하이브리드 모드(HEV)의 주행으로 엔진클러치가 작동하고 있는 순간에 전원 불량으로 하이브리드 제어기의 리셋이 작동하는 경우 하이브리드 제어기의 엔진클러치 유압 명령(지령)은 "0"kPa로 리셋되어 출력되고 있으나, 변속제어수단에서는 엔진클러치를 작동시키는 솔레노이드에 전원을 공급하는 상태를 유지하여 토크 차이에 의한 충격을 발생시킨다.

종래의 하이브리드 자동차에서는 엔진 클러치를 작동시키는 하이브리드 모드(HEV)의 감속중에 시스템의 전원 고장이나 오작동 등에 의한 전원 불량이 발생하여 하이브리드 제어기가 리셋되는 경우 변속 충격 발생에 대비하기 위한 보호 기술이 제공되지 않는다.

따라서, 전원 불량의 발생으로 하이브리드 제어기가 리셋되는 경우 변속 충격의 발생을 피할 수 없으며, 이에 따라 차량의 승차감과 상품성 및 신뢰성을 저하시키는 문제점을 발생시킨다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 하이브리드 자동차에서 시스템의 전원불량으로 하이브리드 제어기가 리셋되어 파워 래치에 진입될 때 엔진클러치 솔레노이드의 제어를 중단하고, 라인압력을 최소로 제어하여 변속기의 토크 변동을 최소화 하는데 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 시스템의 전원을 모니터링하여 전원불량의 발생여부를 하이브리드 제어기에 제공하는 전원불량검출부; 시스템의 전원불량으로 리셋이 발생되면 파워래치에 진입하기 전에 엔진클러치를 해방시키고, 변속기의 라인압력을 최소로 제어하여 변속기의 입력토크를 안정화시키는 하이브리드 제어기; 상기 하이브리드 제어기의 제어에 따라 엔진클러치의 솔레노이드와 변속기의 라인압력 솔레노이드에 인가되는 제어전류를 제어하는 클러치 제어기를 포함하는 하이브리드 자동차의 제어장치가 제공된다.

상기 전원불량검출부는 배터리의 고전압을 전장부하에 필요한 저전압으로 변환시키는 DC/DC컨버터, 배터리의 SOC, 전장부하에 전원을 공급하는 보조 배터리의 상태를 모니터링하여 전원불량의 발생 여부를 판정할 수 있다.

상기 하이브리드 제어기는 엔진클러치의 솔레노이드에 인가되는 제어전류의 중지로 엔진클러치의 해방이 완료되는 시점에서 변속제어가 실행되지 않도록 변속제어중지 명령을 출력하고, 라인압력 솔레노이드에 제어전류를 인가하여 라인압력을 최소로 유지시킬 수 있다.

상기 하이브리드 제어기는 시스템의 전원불량에 의해 리셋 발생시 엔진 클러치가 해방을 유지하는 상태이면 변속기의 라인압력을 최소로 제어하여 변속기의 입력토크를 안정화시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 특징에 따르면, 시스템의 전원불량에 의해 리셋이 발생되는 판단하는 과정; 전원불량에 의한 리셋이 발생되면 엔진클러치의 유압명령을 검출하여 엔진클러치가 결합된 하이브리드 모드인지를 판단하는 과정; 하이브리드 모드이면 엔진클러치의 솔레노이드에 인가되는 제어전류를 중지시켜 엔진클러치의 해방을 유도하는 과정; 엔진클러치의 솔레노이드에 인가되는 제어전류의 분석으로 엔진클러치의 완전해방이 판정되는 시점에서 변속제어중지 명령을 출력하고, 라인압력 솔레노이드를 통해 라인압력을 최소화로 제어하는 과정을 포함하는 하이브리드 자동차의 제어방법이 제공된다.

상기 전원불량에 의한 리셋이 발생된 상태에서 엔진클러치가 해방된 전기자동차 모드이면 변속제어중지 명령을 출력하고, 라인압력 솔레노이드를 통해 라인압력을 최소화로 제어할 수 있다.

이와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 하이브리드 자동차에서 감속중 시스템 불안정 및 고장에 의한 전원불량으로 하이브리드 제어기가 리셋될 때 토크 변동을 최소화하여 충격이 발생되지 않도록 함으로써, 변속기의 내구성능을 향상시키고, 안정된 변속감을 제공하며 상품성을 향상시키는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 제어장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 제어절차를 도시한 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 자동차에서 하이브리드 제어기의 리셋 동작에서 유압 제어를 도시한 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않으며, 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략하였다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 제어장치를 도시한 도면이다.

도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 제어장치는, 전원불량검출부(101)와 ECU(Engine Control Unit : 102), HCU(Hybrid Control Unit : 103), CCU(Clutch Control Unit : 104), PCU(Power Control Unit : 105), 배터리(106), BMS(Battery Management System : 107), 엔진(200), HSG(Hybrid Starter and Generator : 210) 엔진클러치(250), 모터(300), 변속기(400)를 포함한다.

전원불량검출부(101)는 배터리(106)의 고전압을 전장부하에 필요한 저전압으로 변환시키는 DC/DC컨버터, 배터리의 SOC, 전장부하에 전원을 공급하는 보조 배터리 등을 포함하는 시스템의 전원을 모니터링하여 전원불량의 발생 여부에 대한 정보를 HCU(103)에 제공한다.

ECU(102)는 네트워크로 연결되는 HCU(103)와 연동하여 엔진(200)의 제반적인 동작을 제어하며, 엔진(200)의 동작 상태정보를 HCU(103)에 제공한다.

HCU(103)는 최상위 제어기로, 네트워크로 연결되는 하위 제어기들을 통합 제어하고, 각 하위 제어기들의 정보를 수집 분석하여 하이브리드 차량의 전반적인 거동을 제어한다.

상기 HCU(103)는 전원불량검출부(101)에서 시스템의 전원불량이 인가되어 리셋이 발생되면 파워래치에 진입하기 전에 CCU(104)로부터 엔진클러치(250)의 유압명령을 검출하여 엔진클러치(250)의 솔레노이드에 유압명령이 인가되는 상태인지를 판단한다.

상기에서 엔진클러치(250)의 솔레노이드에 유압명령이 인가되는 상태이면 엔진클러치(250)의 솔레노이드에 인가되는 제어전류를 중지시켜 엔진클러치(250)에 공급되는 유압이 해당되도록 하여 엔진(200)과 모터(300)의 동력 연결을 분리한다.

또한, 상기 HCU(103)는 엔진클러치(250)의 솔레노이드에 인가되는 제어전류를 중지시켜 엔진클러치(250)의 해방으로 검출되면 CCU(104)를 통해 변속기(400)의 라인압이 최소화되는 제어명령을 설정한다.

이후, 설정된 라인압 최소화 제어명령을 라인압 솔레노이드를 제어하여 라인압력을 최소로 유지함으로써, 토크 변동을 최소화하여 준다.

즉, 상기 HCU(103)는 시스템의 전원불량에 따라 파워래치에 진입하기 전에 변속기(400)의 입력토크를 최소화하기 위하여 엔진클러치(250)를 해방시키고, 변속기(400)의 라인압력을 최소로 제어하여 토크 변동을 최소화시킨다.

CCU(104)는 네트워크로 연결되는 HCU(103)의 제어에 따라 변속기(400)에 구비되는 솔레노이드를 제어하여 목표 변속단의 결합을 제어하고, 엔진클러치(250)의 솔레노이드를 제어하여 엔진클러치(250)의 결합 및 해제를 실행한다.

상기 CCU(104)는 전원불량이 발생되어 파워래치에 진입되기 전에 HCU(103)에서 인가되는 제어신호에 따라 엔진클러치(250)가 작동중인 상태이면 솔레노이드 제어전류를 중지시키고, 변속기(400)의 라인압력 솔레노이드를 제어하여 라인압력을 최소화한다.

PCU(105)는 MCU(Motor Control Unit)와 복수개의 전력 스위칭소자로 구성되는 인버터 및 보호회로를 포함하며, 상기 HCU(103)에서 인가되는 제어신호에 따라 배터리(106)에서 공급되는 직류전압을 3상 교류전압으로 변환시켜 모터(300)를 구동을 제어한다.

상기 PCU(105)에 포함되는 전력 스위칭소자는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor), MOSFET, 트랜지스터, 릴레이 중 어느 하나로 구성될 수 있다.

그리고, 상기 PCU(105)에 포함되는 보호회로는 구동전원의 흐름을 감시하고, 차량의 추돌이나 충돌, 낙뢰 등 다양한 원인에 의해 구동전원에 과전압, 과전류가 유입되는 경우 구동전원을 분산 혹은 차단시켜 하이브리드 차량에 구비되는 제반 시스템을 보호하고, 탑승자를 고압으로부터 안정되게 보호한다.

배터리(106)는 HEV모드에서 엔진(200)의 출력을 보조하기 위하여 모터(300)에 전원을 공급하고, 모터(300)에서 발전되는 전압을 충전한다.

그리고, EV모드에서 모터(300)에 전원을 공급하고, 회생제동 제어시 발전기로 동작되는 모터(300)에서 생성되는 전압을 충전한다.

BMS(107)는 배터리(106)의 전압, 전류, 온도 등의 정보를 종합 검출하여 SOC가 한계전압 이하로 과방전되거나 한계전압 이상으로 과충전되지 않도록 관리하며, 배터리(106)의 SOC 정보를 HCU(103)에 제공한다.

엔진(200)은 ECU(102)의 제어에 따라 최적의 운전점으로 구동 제어된다.

HSG(210)는 차량의 운전상황에 따라 엔진(200)의 아이들 정지 및 재시동을 실행시킨다.

엔진클러치(250)는 엔진(200)과 모터(300)의 사이에 배치되고, CCU(104)의 제어에 따라 동작되어 엔진(200)과 모터(300)간의 동력 전달을 단속한다.

모터(300)는 HCU(103)의 제어에 따라 PCU(105)를 통해 공급되는 3상 교류전압으로 구동되어 엔진(200)의 출력토크를 지원하고, 엔진(200)의 출력에 잉여 토크가 있는 경우나 제동시 발전기로 동작된다.

변속기(400)는 상기 CCU(104)의 제어에 따라 변속비가 조정되며, 운전모드에 따라 클러치(250)를 통해 합산되어 인가되는 출력토크를 변속비로 분배하여 구동륜에 전달시켜 자동차가 주행될 수 있도록 한다.

상기 변속기(400)는 자동변속기 혹은 무단변속기로 적용될 수 있다.

상기한 기능을 포함하는 본 발명에 따른 하이브리드 차량에서 통상적인 동작은 종래의 하이브리드 자동차와 동일 내지 유사하게 실행되므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

본 발명은 시스템의 전원불량으로 인하여 제어기가 리셋되는 경우 파워래치에 진입되기 이전에 변속기에 입력되는 토크를 안정화시키는 기술에 관련되는 발명으로, 이에 대한 동작에 대해서만 구체적으로 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 제어절차를 도시한 흐름도이다.

본 발명이 적용되는 하이브리드 자동차가 운행되는 상태에서(S101) 최상위 제어기인 HCU(103)는 전원불량검출부(101)를 통해 시스템의 전원상태를 모니터링하여(S102) 전원불량에 의한 리셋이 발생되는지 판단한다(S103).

상기 S103에서 시스템의 전원불량에 의한 리셋이 발생되면 파워래치에 진입하기 전에 CCU(104)에서 엔진클러치(250)의 솔레노이드에 인가되는 유압명령을 검출하여(S104) 엔진클러치(250)의 솔레노이드에 유압명령이 인가되는 상태인지를 판단한다(S105).

즉, 엔진클러치(250)가 결합되어 엔진(200)의 출력토크를 변속기(400)에 전달되어 하이브리드 모드(HEV)로 운행되고 있는 상태인지를 판단한다.

상기 S105에서 HCU(103)는 엔진클러치(250)의 솔레노이드에 유압명령이 인가되는 상태, 즉 엔진클러치(250)가 결합되어 하이브리드 모드(HEV)로 운전되고 있는 상태로 판단되면 엔진클러치(250)의 솔레노이드에 인가되는 제어전류를 중지시켜 엔진클러치(250)에 공급되는 유압의 해방시킴으로써, 엔진(200)과 모터(300)의 동력 연결을 유도한다(S106).

상기와 같이 엔진클러치(250)의 해방이 유도되는 제어과정에서 엔진클러치(250)의 솔레노이드에서 인가되는 제어전류를 검출하여(S107), 설정된 기준전압 미만으로 인가되는 상태인지를 판단한다(S108).

상기 S108에서 엔진클러치(250)의 솔레노이드에 인가되는 제어전류가 설정된 기준전압을 초과하는 상태이면 상기 S106으로 리턴된다.

그러나, 상기 S108에서 엔진클러치(250)의 솔레노이드에 인가되는 제어전류가 설정된 기준전압 미만으로 검출되면 엔진클러치(250)가 완전 해방되어 엔진(200)의 출력토크가 변속기(400)의 입력에 영향을 미치지 못하는 상태로 판정한다.

이후, 상기 HCU(103)는 CCU(104)를 통해 변속기(400)의 라인압력이 최소화되는 제어명령을 설정하고(S109), 업/다운 변속이 실행되지 않도록 변속제어명령을 출력한다(S110).

그리고, 상기 S109에서 설정된 라인압력을 최소화시키는 제어명령을 변속기(400)의 라인압 솔레노이드에 출력하여 라인압력을 최소의 상태로 유지시켜 변속기(400)의 입력 토크를 최소화시킨 다음(S111) 파워래치에 진입한다(S112).

즉, 상기 HCU(103)는 시스템의 전원불량에 따라 파워래치에 진입하기 전에 변속기(400)의 입력토크를 최소화하기 위하여 엔진클러치(250)를 해방시키고, 변속기(400)의 라인압력을 최소로 제어하여 토크 변동을 최소화시킨다.

또한, 상기 S105에서 HCU(103)는 엔진클러치(250)가 해방된 상태, 즉 전기자동차 모드(EV)로 동작되는 상태로 판단되면 S109로 실행하여 CCU(104)를 통해 변속기(400)의 라인압력이 최소화되는 제어명령을 설정하고(S109), 업/다운 변속이 실행되지 않도록 변속제어명령을 출력한다(S110).

그리고, 상기 S109에서 설정된 라인압력을 최소화시키는 제어명령을 변속기(400)의 라인압 솔레노이드에 출력하여 라인압력을 최소의 상태로 유지시켜 변속기(400)의 입력 토크를 최소화시킨 다음(S111) 파워래치에 진입한다(S112).

즉, 상기 HCU(103)는 시스템의 전원불량에 따라 파워래치에 진입하기 전에 변속기(400)의 입력토크를 최소화하기 위하여 엔진클러치(250)를 해방시키고, 변속기(400)의 라인압력을 최소로 제어하여 토크 변동을 최소화시킨다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 자동차에서 하이브리드 제어기의 리셋 동작에서 유압 제어를 도시한 도면이다.

도시된 바와 같이 시스템의 전원불량으로 파워래치에 진입되는 경우 "A"와 같이 엔진클러치(250)의 솔레노이드에 인가되는 제어전류를 중지시켜 엔진클러치(250)의 해방을 유도한다.

그리고, 엔진클러치(250)의 완전 해방이 이루어지는 시점에서 "B"와 같이 업/다운 변속이 실행되지 않도록 변속제어중지 명령을 출력하고, "C"와 같이 변속기(400)의 라인압력 솔레노이드에 제어전류를 공급하여 라인압력을 최소화의 상태로 제어한다.

따라서, 변속기(400)에 입력되는 토크를 최소화하여 토크 변동이 발생되지 않도록 한다.

이상에서는 본 발명의 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 구성요소의 부가, 변경, 추가, 삭제 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 포함된다고 할 것이다.

101 : 전원불량검출부 102 : ECU
103 : HCU 104 : CCU

Claims (6)

1. 시스템의 전원을 모니터링하여 전원불량의 발생여부를 하이브리드 제어기에 제공하는 전원불량검출부;
   시스템의 전원불량으로 리셋이 발생되면 파워래치에 진입하기 전에 엔진클러치를 해방시키고, 변속기의 라인압력을 최소로 제어하여 변속기의 입력토크를 안정화시키는 하이브리드 제어기;
   상기 하이브리드 제어기의 제어에 따라 엔진클러치의 솔레노이드와 변속기의 라인압력 솔레노이드에 인가되는 제어전류를 제어하는 클러치 제어기;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차의 제어장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 전원불량검출부는 배터리의 고전압을 전장부하에 필요한 저전압으로 변환시키는 DC/DC컨버터, 배터리의 SOC, 전장부하에 전원을 공급하는 보조 배터리의 상태를 모니터링하여 전원불량의 발생 여부를 판정하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차의 제어장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 하이브리드 제어기는 엔진클러치의 솔레노이드에 인가되는 제어전류의 중지로 엔진클러치의 해방이 완료되는 시점에서 변속제어가 실행되지 않도록 변속제어중지 명령을 출력하고, 라인압력 솔레노이드에 제어전류를 인가하여 라인압력을 최소로 유지시키는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차의 제어장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 하이브리드 제어기는 시스템의 전원불량에 의해 리셋 발생시 엔진 클러치가 해방을 유지하는 상태이면 변속기의 라인압력을 최소로 제어하여 변속기의 입력토크를 안정화시키는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차의 제어장치.
5. 시스템의 전원불량에 의해 리셋이 발생되는 판단하는 과정;
   상기 시스템의 전원불량에 의한 리셋이 발생되면 엔진클러치의 유압명령을 검출하여 엔진클러치가 결합된 하이브리드 모드인지를 판단하는 과정;
   하이브리드 모드이면 엔진클러치의 솔레노이드에 인가되는 제어전류를 중지시켜 엔진클러치의 해방을 유도하는 과정;
   엔진클러치의 솔레노이드에 인가되는 제어전류의 분석으로 엔진클러치의 완전해방이 판정되는 시점에서 변속제어중지 명령을 출력하고, 라인압력 솔레노이드를 통해 라인압력을 최소화로 제어하는 과정;
   을 포함하는 하이브리드 자동차의 제어방법.
6. 제5항에 있어서,
   상기 시스템의 전원불량에 의한 리셋이 발생된 상태에서 엔진클러치가 해방된 전기자동차 모드이면 변속제어중지 명령을 출력하고, 라인압력 솔레노이드를 통해 라인압력을 최소화로 제어하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차의 제어방법.

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