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KR101449323B1 - 하이브리드 차량의 클러치 제어 장치 및 방법 - Google Patents

하이브리드 차량의 클러치 제어 장치 및 방법 Download PDF

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KR101449323B1
KR101449323B1 KR1020130103131A KR20130103131A KR101449323B1 KR 101449323 B1 KR101449323 B1 KR 101449323B1 KR 1020130103131 A KR1020130103131 A KR 1020130103131A KR 20130103131 A KR20130103131 A KR 20130103131A KR 101449323 B1 KR101449323 B1 KR 101449323B1
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engine clutch
acceleration
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안정언
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현대자동차주식회사
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Abstract

본 발명은 하이브리드 차량의 클러치 제어 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 차량의 감속 주행 직후, 재가속이 요구되는 상황에서 엔진 클러치의 접합 해지를 방지하여 주행 성능을 향상시킬 수 있도록 한 하이브리드 차량의 클러치 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 하이브리드 차량의 감속 직후 재가속이 요구되는 주행 상황의 경우, 엔진 클러치의 접합 상태를 유지시키는 제어를 실시하여, 엔진 클러치 접합 해제 및 재접합에 따른 운전성 및 가속성능이 저하되는 것을 방지할 수 있도록 한 하이브리드 차량의 클러치 제어 장치 및 방법을 제공하고자 한 것이다.

Description

하이브리드 차량의 클러치 제어 장치 및 방법{DEVICE AND METHOD FOR CONTROLLING CLUTCH OF HYBRID VEHICLE}
본 발명은 하이브리드 차량의 클러치 제어 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 차량의 감속 주행 직후, 재가속이 요구되는 상황에서 엔진 클러치의 접합 해지를 방지하여 주행 성능을 향상시킬 수 있도록 한 하이브리드 차량의 클러치 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
고유가 및 이산화탄소 배출 규제에 따른 친환경을 실현하는 동시에 연비향상을 도모하고자, 최근에는 전기자동차, 하이브리드 및 플러그인 하이브리드 자동차, 연료전지 자동차 등과 같은 친환경 차량이 양산되고 있다.
이러한 친환경 차량 중 하이브리드 차량은 엔진 뿐만 아니라 모터를 동력원으로 채택하여, 배기가스 저감 및 연비 향상을 도모할 수 있는 차량으로서, 엔진 또는 모터 동력을 별로도 주행 휠로 전달하거나, 엔진 및 모터 동력을 함께 주행 휠로 전달하는 고효율 및 고성능의 동력전달 시스템이 요구된다.
종래의 하이브리드 차량용 동력전달장치는 첨부한 도 1에 도시된 바와 같이, 서로 직결된 엔진(10)과 모터(12), 엔진(10) 및 모터(12) 사이에 배열되어 엔진 동력을 전달 또는 단절시키는 엔진 클러치(13)와, 주행상황에 따라 클러치의 접합 및 접합해지 제어를 하는 컨트롤러(15)와, 동력을 주행 휠로 변속하여 출력하는 자동변속기(14)와, 이들의 동작을 위한 구성으로서 엔진의 크랭크 풀리와 연결되어 엔진시동 및 발전을 하는 ISG(16, Integrated Starter Generator) 등을 포함하여 구성되어 있다.
상기 엔진 클러치는 하이브리드 차량의 원가 절감과 변속기에 전달되는 토크의 손실을 최소화하기 위하여 토크 컨버터 대신에 엔진과 모터의 사이에 장착되어 엔진의 출력 토크를 단속하는 역할을 한다.
이러한 동력전달장치를 갖는 하이브리드 차량의 주행모드를 보면, 모터 동력만을 이용하는 순수 전기자동차 모드인 EV(electric vehicle)모드와, 엔진을 주동력으로 하면서 모터를 보조동력으로 이용하는 HEV(hybrid electric vehicle)모드와, 차량의 제동 혹은 관성에 의한 주행시 차량의 제동 및 관성 에너지를 상기 모터에서 발전을 통하여 회수하여 배터리에 충전하는 회생제동(RB: Regenerative Braking)모드 등을 포함한다.
좀 더 상세하게는, 상기 하이브리드 모드(HEV)는 예를 들어, 엔진에 큰 부하가 걸리는 발진, 가속, 등판 등과 같은 주행시, 엔진 클러치의 접합(engaged)과 동시에 모터에 전원을 공급하는 메인 릴레이가 온 되어, 엔진과 모터 출력토크의 합으로 차량이 주행하는 모드를 말한다.
또한, 모터만으로 주행하는 EV 모드시에는 엔진 클러치의 접합 해지(disengaged)와 동시에 메인 릴레이는 온 되어, 모터의 출력토크에 의해서만 차량의 주행이 이루어진다.
한편, 상기 EV 모드에서 하이브리드 모드(HEV)로의 주행모드 천이 시, 엔진 클러치가 접합되는 바, 예를 들어 ISG에 의한 크랭킹과 함께 엔진 클러치 양단의 속도, 즉 엔진의 출력속도와 모터의 속도를 동기화시킨 후, 엔진 클러치가 접합되어 하이브리드 모드로의 주행모드 천이가 이루어진다.
이때, EV 모드(엔진클러치 접합 해제 상태)에서, 운전자의 가속의지에 의해 차량이 EV모드에서 하이브리드 모드로 천이될 때, 엔진클러치의 접합을 위한 시간이 소요된 후, 하이브리드 모드로의 천이가 이루어진다.
따라서, EV 모드에서 엔진 클러치의 접합과 하향 변속을 통해 하이브리드 모드로 천이될 때, 차량을 가속하는 킥 다운(Kick Down)에서의 가속 성능은 엔진클러치의 응답속도 및 응답성능에 의해 크게 좌우된다.
반면, 상기 하이브리드 모드에서 EV 모드로의 주행모드 천이 시, 엔진 클러치의 접합이 해제되며, 이때의 엔진 클러치 해제 진입 조건은 다음과 같다.
1) ISG 토크(ISG Tq)량에 의한 진입 조건을 만족하는 경우,
2) 엔진 토크(Engine Tq)량에 의한 진입 조건을 만족하는 경우,
3) 차속과 기어단에 의한 진입 조건을 만족하는 경우,
4) 모터 RPM이 차속과 브레이크 밟음량(Break Depth)에 의한 진입조건을 만족하는 경우,
5) 차속, 기어단, 브레이크 밟음량에 따른 변속 제어기(TCU)의 변속단(Shift Phase)에 의한 진입 조건을 만족하는 경우.
이러한 진입 조건을 토대로 하는 엔진 클러치 접합 해제 조건을 첨부한 도 2를 참조로 살펴보면 다음과 같다.
첫째, 상기 1) ISG 토크량에 의한 진입조건 및 3) 차속과 기어단에 의한 진입조건을 만족하는 경우는 ISG 토크량이 현재 차속과 기어단에 의한 테이블(Table) 값보다 작거나 같은 경우, 토크량에 의한 엔진클러치 접합 해제 조건에 진입한다.
둘째, 1) 상기 엔진 토크량에 의한 진입조건 및 3) 차속과 기어단에 의한 진입조건에 의한 진입조건을 만족하는 경우는 엔진 출력 토크량이 현재 차속과 기어단에 의한 테이블 값보다 작거나 같은 경우, 토크량에 의한 엔진클러치 접합 해제조건에 진입한다.
셋째, 위의 첫째 및 둘째 조건 동시 성립시, 차속과 기어단에 의한 테이블 값에 따라 일정 시간의 지연(Delay)를 가지며 토크에 의한 엔진클러치 접합 해제 조건에 진입한다.
넷재, 상기 4) 모터 RPM이 차속과 브레이크 페달 밟음량에 의한 진입조건을 만족하는 경우는 현재 차속과 브레이크 페달 밟음량의 의한 테이블 값보다 모터 RPM이 작은 경우, 속도에 의한 엔진클러치 접합 해제 조건에 진입한다.
다섯째, 상기 5) 차속, 기어단, 브레이크 밟음량량에 따른 변속 제어기의 변속단에 의한 진입 조건을 만족하는 경우는 차속이 기어단 별 설정값보다 작고 브레이크 스위치가 온인 경우, 변속 제어기(TCU)의 변속단에 의해 엔진 클러치 접합 해제 조건이 결정되고, 또한 차속이 기어단 별 설정값보다 크거나 브레이크 스위치가 오프인 경우 변속 제어기(TCU)의 변속단이 정차 전 변속중 상황이 아닌 경우에도 엔진 클러치 접합 해제 조건으로 결정된다.
이와 같이, 엔진 토크, ISG 토크, 차속, 기어단 등을 입력요소로 하여 토크에 의한 클러치 접합 해제 여부를 판단하거나, 또는 모터 RPM, 차속, 브레이크 밟음량 등을 입력요소로 하여 속도에 의한 클러치 접합 해제 여부를 판단하거나, 또는 변속 제어기의 변속단에 따라 클러치 접합 해제 여부를 판단하게 된다.
한편, 운전자가 차선변경 및 차량추월, 교차로에서의 좌측 또는 우측으로의 회전 주행 등을 위해 차량을 감속하는 경우, 상기한 엔진 클러치 해제 진입 조건을 만족하게 되므로, 엔진 클러치의 접합이 해지될 수 밖에 없다.
즉, 차량이 HEV 모드로 주행하는 중, 감속 직후 차량의 재가속이 필요한 주행 상황(차선변경 및 차량추월, 교차로에서의 좌측 또는 우측으로의 회전 주행 등)에 직면하는 경우, 운전자는 안전을 위하여 대개 차량을 감속시키게 되므로, 상기한 엔진 클러치 해제 진입 조건을 만족하여 엔진 클러치의 접합이 해지될 수 밖에 없다.
이렇게 차량의 HEV 모드에서 감속 직후, 엔진 클러치 접합이 해지되면, 차량이 EV 모드로 천이되고, 다시 재가속이 필요한 경우에 엔진 클러치가 접합되어야 하므로, 차량의 운전성 및 가속성에 악영향을 미치게 된다.
결국, 감속 직후 차량의 재가속이 요구되는 경우, EV 모드에서 하이브리드 모드로의 천이를 위한 EV 킥 다운 동작을 위하여 엔진 클러치의 재접합이 필요하고, 이때의 엔진 클러치 재접합 시간이 일정 시간(약 1.1 초)이상 소요되므로, 차량의 운전성 및 가속성에 악영향을 미침과 함께 연비가 저하되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 하이브리드 차량의 감속 직후 재가속이 요구되는 주행 상황의 경우, 엔진 클러치의 접합 상태를 유지시키는 제어를 실시하여, 엔진 클러치 접합 해제 및 재접합에 따른 운전성 및 가속성능이 저하되는 것을 방지할 수 있도록 한 하이브리드 차량의 클러치 제어 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 구현예는: 엔진과 모터의 사이에 설치되는 엔진 클러치의 접합 및 접합 해제를 제어하는 하이브리드 차량의 클러치 제어 장치에 있어서, 상기 엔진 클러치가 접합된 상태에서, 하이브리드 차량의 감속 직후, 재가속이 요구되는 주행 상황을 감지하는 재가속 요구 감지수단과; 상기 재가속 요구 감지수단의 감지 신호를 수신하는 경우, 상기 엔진 클러치의 접합 해제 조건을 만족하더라도 엔진 클러치의 접합 상태를 유지시키는 제어를 실행하는 컨트롤러; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 클러치 제어 장치를 제공한다.
바람직하게는, 상기 재가속 요구 감지수단은: 좌측 및 우측 턴 시그널 램프의 스위치를 이용하는 것을 특징으로 한다.
더욱 바람직하게는, 상기 스위치의 턴 온 신호가 클러스터로 전송될 때의 캔 신호가 컨트롤러에 함께 전송되는 것을 특징으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 구현예는: 엔진과 모터의 사이에 설치되는 엔진 클러치의 접합 제어 단계 및 접합 해제 제어 단계를 포함하는 하이브리드 차량의 클러치 제어 방법에 있어서, 상기 엔진 클러치가 접합된 상태에서, 하이브리드 차량의 감속 직후, 재가속이 요구되는 주행 상황을 감지하는 단계와; 상기 재가속이 요구되는 주행 상황을 감지하면, 상기 엔진 클러치의 접합 해제 조건을 만족하더라도 엔진 클러치의 접합 상태를 유지시키는 제어 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 클러치 제어 방법을 제공한다.
바람직하게는, 상기 재가속이 요구되는 주행 상황을 감지하는 단계는: 좌측 또는 우측 턴 시그널 램프의 스위치의 턴 온 신호를 감지하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
더욱 바람직하게는, 상기 재가속이 요구되는 주행 상황을 감지하는 단계는: 좌측 또는 우측 턴 시그널 램프의 스위치의 턴 온 신호가 클러스터로 전송될 때의 신호를 감지하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.
본 발명에 따르면, 엔진 클러치가 접합된 상태에서 하이브리드 차량의 감속 직후 재가속이 요구되는 주행 상황(차선변경 및 차량추월, 교차로에서의 좌측 또는 우측으로의 회전 주행 등)에 직면하는 경우, 엔진 클러치의 접합 상태를 그대로 유지시키는 제어를 실시하여, 운전성 및 가속 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 엔진 클러치의 접합 해제 및 접합 동작이 반복되는 것을 방지하여, 연비 향상을 도모할 수 있다.
도 1은 하이브리드 차량의 동력전달 계통도,
도 2는 종래의 하이브리드 차량의 클러치 제어 방법을 나타낸 제어 흐름도,
도 3은 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 클러치 제어 장치를 나타낸 구성도,
도 4는 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 클러치 제어 방법을 나타낸 제어 흐름도,
도 5는 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 클러치 제어 방법을 나타낸 순서도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.
하이브리드 차량이 엔진 클러치가 접합된 상태에서 엔진과 모터를 함께 동력으로 사용하는 하이브리드 모드로 주행할 때, 감속 직후 재가속이 요구되는 주행 상황(차선변경 및 차량추월, 교차로에서의 좌측 또는 우측으로의 회전 주행 등)에 직면하더라도, 차량 감속에 따른 엔진 클러치의 접합 해제 조건을 충족하여 엔진 클러치의 접합 해제가 이루어진다.
이렇게 차량의 감속직후 재가속이 필요한 상황에서 엔진 클러치의 접합 해제가 이루어지기 때문에, 재가속시 엔진클러치가 다시 접합되며 킥 다운(Kick Down)에 진입하게 되어 변속시간이 일정 시간(약 1.1sec 이상) 소요되고, 결국 감속직후 재가속이 필요한 상황에서의 가속 성능이 떨어지고, 엔진 클러치의 과도한 접합 및 접합 해제의 반복으로 연비가 저하되는 문제점이 있다.
이러한 기존의 문제점을 해소하고자, 본 발명은 하이브리드 차량의 감속 직후 재가속이 요구되는 주행 상황의 경우, 엔진 클러치의 접합 상태를 유지시키는 제어를 실시하여, 엔진 클러치 접합 해제 및 재접합에 따른 운전성 및 가속성능이 저하되는 것을 방지할 수 있도록 한 점에 주안점이 있다.
이를 위해, 본 발명의 클러치 제어 장치는 첨부한 도 3에 도시된 바와 같이, 엔진 클러치(13)가 접합된 상태에서 하이브리드 차량의 주행 중, 감속 직후 재가속이 요구되는 주행 상황을 감지하는 재가속 요구 감지수단(20)과, 재가속 요구 감지수단의 감지 신호를 수신하는 경우 엔진 클러치(13)의 접합 상태를 그대로 유지시키는 제어를 하는 컨트롤러(15)를 포함하여 구성된다.
상기 컨트롤러(15)는 엔진 클러치의 접합 또는 접합 해제를 위한 제어를 담당하며, 상기 재가속 요구 감지수단의 감지 신호를 수신하는 경우, 엔진 클러치의 접합 해제 조건을 만족하더라도 엔진 클러치의 접합 상태를 유지시키는 제어를 한다.
상기 재가속 요구 감지수단(20)은 차선변경 및 차량추월, 교차로에서의 좌측 또는 우측으로의 회전 주행 시 점등되는 좌측 및 우측 턴 시그널 램프의 스위치로 채택된다.
따라서, 상기 좌측 또는 우측 턴 시그널 램프의 스위치를 턴 온시킬 때의 캔 통신 신호가 운전석 전면의 클러스터로 전송될 때 컨트롤러(15)에 함께 전송됨으로써, 컨트롤러(15)에서 감속후 재가속이 요구되는 상황임을 인지하게 된다.
여기서, 본 발명에 따른 클러치 제어 방법을 첨부한 도 4 및 도 5를 참조로 살펴보면 다음과 같다.
엔진 클러치(13)가 접합된 상태에서 하이브리드 차량이 엔진 및 모터의 동력을 이용하는 하이브리드 주행모드에서 EV 모드로 천이할 때, 엔진 클러치의 접합 해제 진입 조건은 다음과 같다.
1) ISG 토크(ISG Tq)량에 의한 진입 조건을 만족하는 경우,
2) 엔진 토크(Engine Tq)량에 의한 진입 조건을 만족하는 경우,
3) 차속과 기어단에 의한 진입 조건을 만족하는 경우,
4) 모터 RPM이 차속과 브레이크 밟음량(Break Depth)에 의한 진입조건을 만족하는 경우,
5) 차속, 기어단, 브레이크 밟음량에 따른 변속 제어기(TCU)의 변속단(Shift Phase)에 의한 진입 조건을 만족하는 경우.
따라서, 첨부한 도 4에 도시된 바와 같이 엔진 토크, ISG 토크, 차속, 기어단 등을 입력요소로 하여 토크에 의한 클러치 접합 해제 여부를 판단하거나, 또는 모터 RPM, 차속, 브레이크 밟음량 등을 입력요소로 하여 속도에 의한 클러치 접합 해제 여부를 판단하거나, 또는 변속 제어기의 변속단에 따라 클러치 접합 해제 여부를 판단하게 된다.
이러한 엔진 클러치 접합 해제 진입 조건과 달리, 엔진 클러치(13)가 접합된 상태에서 하이브리드 차량이 엔진 및 모터의 동력을 이용하는 하이브리드 주행모드로 주행할 때, 하이브리드 차량의 감속 직후 재가속이 요구되는 주행 상황을 감지하면, 엔진 클러치를 접합 해제하지 않고 그대로 접합 유지시키는 제어가 이루어진다.
보다 상세하게는, 하이브리드 주행모드로 주행 중, 운전자가 차선변경 및 차량추월, 교차로에서의 좌측 또는 우측으로의 회전 주행 등을 위하여 좌측 또는 우측 턴 시그널 램프의 스위치를 턴 온 신호시키면, 좌측 또는 우측 턴 시그널 램프의 스위치의 턴 온 신호가 캔 통신을 통하여 클러스터로 전송되는 동시에 엔진 클러치의 접합 및 해제 제어를 하는 컨트롤러로 전송되며, 이에 컨트롤러는 감속 직후 재가속이 요구되는 주행 상황임을 인지하게 된다.
따라서, 상기 컨트롤러는 차량의 감속에 따른 엔진 클러치의 접합 해제 조건을 만족하더라도, 재가속이 요구되는 상황임을 인지하는 동시에 엔진 클러치의 접합 상태를 그대로 유지시키는 제어를 하게 된다.
이와 같이, 하이브리드 차량의 감속직후 재가속이 필요한 상황에서 엔진 클러치의 접합 상태를 유지시킴으로써, 기존에 엔진 클러치 접합 해제후 재가속시 엔진클러치가 다시 접합되며 킥 다운(Kick Down)에 진입하게 되어 변속시간이 일정 시간(약 1.1sec 이상) 소요되는 점을 방지할 수 있다
또한, 감속직후 재가속이 필요한 상황에서 가속 성능을 향상시킬 수 있으며, 엔진 클러치의 과도한 접합 및 접합 해제의 반복으로 연비가 저하되는 것을 방지하여 연비 향상을 도모할 수 있다.
10 : 엔진
12 : 모터
13 : 엔진 클러치
14 : 자동변속기
15 : 컨트롤러
16 : ISG
20 : 재가속 요구 감지수단

Claims (6)

  1. 엔진과 모터의 사이에 설치되는 엔진 클러치의 접합 및 접합 해제를 제어하는 하이브리드 차량의 클러치 제어 장치에 있어서,
    상기 엔진 클러치가 접합된 상태에서, 하이브리드 차량의 감속 직후, 재가속이 요구되는 주행 상황을 감지하는 재가속 요구 감지수단과;
    상기 재가속 요구 감지수단의 감지 신호를 수신하는 경우, 상기 엔진 클러치의 접합 해제 조건을 만족하더라도 엔진 클러치의 접합 상태를 유지시키는 제어를 실행하는 컨트롤러;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 클러치 제어 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 재가속 요구 감지수단은:
    좌측 및 우측 턴 시그널 램프의 스위치를 이용하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 클러치 제어 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 스위치의 턴 온 신호가 클러스터로 전송될 때의 캔 신호가 컨트롤러에 함께 전송되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 클러치 제어 장치.
  4. 엔진과 모터의 사이에 설치되는 엔진 클러치의 접합 제어 단계 및 접합 해제 제어 단계를 포함하는 하이브리드 차량의 클러치 제어 방법에 있어서,
    상기 엔진 클러치가 접합된 상태에서, 하이브리드 차량의 감속 직후, 재가속이 요구되는 주행 상황을 감지하는 단계와;
    상기 재가속이 요구되는 주행 상황을 감지하면, 상기 엔진 클러치의 접합 해제 조건을 만족하더라도 엔진 클러치의 접합 상태를 유지시키는 제어 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 클러치 제어 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 재가속이 요구되는 주행 상황을 감지하는 단계는:
    좌측 또는 우측 턴 시그널 램프의 스위치의 턴 온 신호를 감지하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 클러치 제어 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 재가속이 요구되는 주행 상황을 감지하는 단계는:
    좌측 또는 우측 턴 시그널 램프의 스위치의 턴 온 신호가 클러스터로 전송될 때의 신호를 감지하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 클러치 제어 방법.
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