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KR101576371B1 - 지능형 isg 제어장치 및 제어방법 - Google Patents

지능형 isg 제어장치 및 제어방법 Download PDF

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KR101576371B1
KR101576371B1 KR1020140071034A KR20140071034A KR101576371B1 KR 101576371 B1 KR101576371 B1 KR 101576371B1 KR 1020140071034 A KR1020140071034 A KR 1020140071034A KR 20140071034 A KR20140071034 A KR 20140071034A KR 101576371 B1 KR101576371 B1 KR 101576371B1
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vehicle
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황규만
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고성석
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Abstract

차량의 지능형 ISG 제어장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 지능형 ISG 제어장치는, 차량의 배터리의 전압 또는 충전상태(State of Charge) 신호, 차량의 엔진 회전수 신호, 차량의 냉각수온 신호, 차량의 엔진의 엔진오일 온도 신호, 차량의 차속 신호, 차량의 가속페달의 위상 신호, 차량의 브레이크 페달의 조작 신호, 차량의 파워스티어링의 조향각 또는 작동 신호, 및 차량의 브레이크 부스터 압력 신호를 검출하는 신호검출부; 및 신호검출부로부터 입력받은 복수 개의 신호들 중에서 적어도 하나 이상의 신호에 기초하여 차량의 엔진정지 조건을 만족하는지와, 엔진정지 해제조건을 만족하는지를 판별하는 ISG제어부;를 포함한다.

Description

지능형 ISG 제어장치 및 제어방법 {INTELLIGENT IDLE STOP AND GO CONTROL DEVICE AND METHOD THEREOF}
본 발명은 엔진 제어장치 및 제어방법에 관한 것으로, 더 구체적으로 연료 소모 절감 및 환경 보호를 위한 지능형 아이들 스탑 앤 고(Intelligent Idle Stop and Go) 제어장치 및 제어방법에 관한 것이다.
연비증대 및 배기가스 저감을 위해, 12V 시스템을 적용한 승용차에서 ISG(Idle Stop and Go) 시스템이 널리 사용되고 있다.
ISG 시스템은 차량이 정지하고 있는 경우, ISG 기능의 조건이 충족되면 엔진의 시동을 자동으로 끄는 장치이다. 이러한 ISG 시스템은 차량의 연비개선 및 유해가스 저감의 역할을 하고 있다.
그러나 종래기술의 ISG 시스템은 차량이 정지한 조건에서만 엔진을 끄고 재시동시키기 때문에 실제 주행 조건에서 적용되는 경우가 많지 않으며, 감속구간과 연계하여 작동하지 않으므로 연비개선 및 유해가스 저감에는 한계가 있다.
본 발명의 실시예에 따른 지능형 ISG 제어장치 및 제어방법은 엔진 컨트롤 유닛(ECU)이 차량의 센서로부터 신호를 취득하고 소정의 조건이 성립되면 정차상태뿐만 아니라 감속 중에도 연료를 차단하여 차량의 연비 및 유해가스 저감을 향상시킬 수 있는 지능형 ISG 제어장치 및 제어방법을 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 차량의 지능형 ISG 제어장치로서,
상기 차량의 배터리의 전압 또는 충전상태(State of Charge) 신호, 상기 차량의 엔진 회전수 신호, 상기 차량의 냉각수온 신호, 상기 차량의 차속 신호, 상기 차량의 가속페달의 위상 신호, 상기 차량의 브레이크 페달의 조작 신호, 상기 차량의 파워스티어링의 조향각 또는 작동 신호, 및 상기 차량의 브레이크 부스터 압력 신호를 검출하는 신호검출부; 및 상기 신호검출부로부터 입력받은 복수 개의 신호들 중에서 적어도 하나 이상의 신호에 기초하여 상기 차량의 엔진정지 조건을 만족하는지와, 엔진정지 해제조건을 만족하는지를 판별하는 ISG제어부;를 포함하고, 상기 ISG제어부는 상기 차량의 엔진정지 조건이 만족되면, 상기 엔진을 정지시키도록 상기 엔진의 인젝터를 오프시키는 것을 특징으로 하는 지능형 ISG 제어장치가 제공될 수 있다.
상기 차량의 배터리의 전압 또는 충전상태(State of Charge) 신호, 상기 차량의 엔진 회전수 신호, 상기 차량의 냉각수온 신호, 상기 차량의 엔진의 엔진오일 온도 신호, 상기 차량의 차속 신호, 상기 차량의 가속페달의 위상 신호, 상기 차량의 브레이크 페달의 조작 신호, 상기 차량의 파워스티어링의 조향각 또는 작동 신호, 및 상기 차량의 브레이크 부스터 압력 신호를 검출하는 신호검출부; 및 상기 신호검출부로부터 입력받은 복수 개의 신호들 중에서 적어도 하나 이상의 신호에 기초하여 상기 차량의 엔진정지 조건을 만족하는지를 판별하는 ISG제어부;를 포함하고, 상기 ISG제어부는 상기 차량의 엔진정지 조건이 만족되면, 상기 엔진을 정지시키도록 상기 엔진의 인젝터를 오프시키는 것을 특징으로 하는 지능형 ISG 제어장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 신호검출부는 상기 차량의 엔진의 엔진오일 온도 신호를 더 검출하고, 상기 ISG제어부는, 상기 냉각수온 신호 또는 상기 엔진오일 온도 신호, 상기 파워스티어링의 조향각 또는 작동 신호, 상기 브레이크 부스터 압력 신호, 상기 가속페달의 위상 또는 변화량 신호, 상기 배터리 전압 또는 충전상태 신호, 및 상기 차속 신호를 포함하여 상기 엔진정지 조건을 판별할 수 있다.
또한, 상기 신호검출부는 상기 차량의 엔진의 엔진오일 온도 신호를 더 검출하고, 상기 ISG제어부는, 상기 냉각수온 신호 또는 상기 엔진오일 온도 신호, 상기 파워스티어링의 조향각 또는 작동 신호, 상기 브레이크 부스터 압력 신호, 상기 가속페달의 위상 또는 변화량 신호, 상기 배터리 전압 또는 충전상태 신호, 및 상기 차속 신호 중 적어도 어느 하나라도 상기 엔진정지 조건을 만족하지 않으면, 상기 엔진정지를 해제하도록 상기 인젝터를 작동시킬 수 있다.
또한, 상기 ISG제어부는, 상기 엔진정지 조건을 만족하더라도, 차속이 있는 상태에서의 이전의 엔진 재시동 이후의 경과시간이 소정의 제1 시간(도 6의 시간2) 이내인 경우에는 상기 엔진을 정지시키지 않을 수 있다.
또한, 상기 ISG제어부는, 상기 엔진정지 조건을 만족하더라도, 차속이 정지된 상태에서의 이전의 엔진 재시동 이후의 경과시간이 소정의 제2 시간(도 6의 시간1) 이내인 경우에는 상기 엔진을 정지시키지 않을 수 있다.
또한, 상기 ISG제어부는, 상기 엔진정지 조건을 만족하더라도, 차속이 있는 상태에서의 이전의 엔진 재시동 이후 차속이 소정의 범위를 한 번 이라도 벗어나지 못한 상태에서는 상기 엔진을 정지시키지 않을 수 있다.
또한, 상기 ISG제어부는, 상기 엔진정지 조건을 만족하더라도, 차속이 정지된 상태에서의 이전의 엔진 재시동 이후 차속이 소정의 제1 기준차속(도 5의 상수3)을 초과하지 않은 상태에서는 상기 엔진을 정지시키지 않을 수 있다.
또한, 상기 차량은 자동변속기 차량이고, 상기 ISG제어부는, 상기 차량의 감속시 상기 자동변속기의 직결(Lock-Up) 유무에 따라 상기 엔진정지 개시를 허용할 수 있다.
또한, 상기 ISG제어부는, 상기 차량의 감속시 연료컷 조건과 연계하여 상기 엔진정지 개시여부를 판단할 수 있다.
또한, 상기 ISG제어부는, 상기 차량의 감속시 연료컷의 해제조건이 성립되어도, 상기 엔진정지 조건을 만족하는 경우에는 상기 엔진정지 해제조건을 만족할 때까지 상기 엔진의 인젝터를 오프시킬 수 있다.
또한, 상기 ISG제어부는, 상기 차량의 차속의 감속 변화량의 절대값이 소정의 감속 기준값보다 클 때에는 상기 엔진을 정지시키지 않을 수 있다.
또한, 상기 ISG제어부는, 상기 차량의 주행 중 상기 브레이크 페달의 조작에 의하여 상기 브레이크가 온(ON) 상태 일 때에만 상기 엔진정지 개시를 허용할 수 있다.
또한, 상기 ISG제어부는, 상기 엔진정지 조건이 모두 만족된 상태로 소정의 제3 시간(도 3의 상수z)이 지속되지 않으면 상기 엔진을 정지시키지 않을 수 있다.
또한, 상기 ISG제어부는, 상기 차량의 전자식 파워스티어링 적용 유무, 파워스티어링 조향각 센서 또는 스위치 적용 유무, 브레이크 부스터 압력 센서 적용 유무에 따라 엔진정지 조건 및 해제조건을 결정할 수 있다.
또한, 상기 ISG제어부는, 상기 가속페달의 위상 신호 또는 변화량 신호를 대신하여 상기 엔진의 토크 베이스 컨트롤에 기반한 토크 요구값을 기초로 상기 엔진정지 조건 여부를 판별할 수 있다.
또한, 상기 ISG제어부는, 상기 엔진정지 조건을 만족하여 상기 엔진이 정지된 상태에서, 상기 가속페달이 온(ON) 상태(밟은 상태)이거나 상기 브레이크 페달이 오프(OFF) 상태(발을 뗀 상태)인 경우에 엔진정지를 해제시킬 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 차량의 지능형 ISG 제어방법으로서,
상기 차량의 배터리의 전압 또는 충전상태(State of Charge) 신호, 상기 차량의 엔진 회전수 신호, 상기 차량의 냉각수온 신호, 상기 차량의 차속 신호, 상기 차량의 가속페달의 위상 신호, 상기 차량의 브레이크 페달의 조작 신호, 상기 차량의 파워스티어링의 조향각 또는 작동 신호, 및 상기 차량의 브레이크 부스터 압력 신호를 검출하는 신호검출 단계; 검출된 복수개의 상기 신호들 중에서 적어도 하나 이상의 신호에 기초하여 상기 차량의 엔진정지 조건을 만족하는지와, 엔진정지 해제조건을 만족하는지를 판별하는 엔진정지 판별단계; 및 상기 엔진정지 조건을 만족하면, 상기 엔진을 정지시키도록 상기 엔진의 인젝터를 오프시키는 연료컷 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 지능형 ISG 제어방법이 제공될 수 있다.
또한, 상기 차량의 감속시 연료컷의 해제조건이 성립되어도, 일단 엔진 정지에 진입하였다면 상기 엔진정지 해제조건을 만족할 때까지 상기 엔진의 인젝터를 오프시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 지능형 ISG 제어장치 및 제어방법은 종래의 12V 시스템 전압을 채택한 승용 또는 상용 자동차 및 24V 시스템 전압을 채택한 중대형 상용 자동차의 경우, 정차시에만 적용되는 ISG 시스템에 비하여 감속 구간에서부터 정지 구간까지 엔진을 정지시킴으로써 FTP-75 모드 기준, 가솔린 오토 승용 차량 기준으로 기존의 2% 내지 4%의 연비 개선 효과를 8% 내지 12%까지 극대화 시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 지능형 ISG 제어장치의 블럭도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 지능형 ISG 제어방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 지능형 ISG 제어방법 중 엔진정지 조건을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 지능형 ISG 제어방법 중 엔진정지 해제조건을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 지능형 ISG 제어방법 중 엔진정지 재진입 허용조건 중 차속조건을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 지능형 ISG 제어방법 중 엔진정지 재진입 허용조건 중 시간조건을 설명하기 위한 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
이하 첨부된 도 1 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
먼저, 본 발명에 따른 용어 "ISG"는 종래기술의 'ISG (Idle Stop and Go)'와 구분하기 위하여, '지능형 ISG (Intelligent Idle Stop and Go)'로 표기하기로 한다. 종래기술의 ISG 기능에서 아이들(idle) 상태는 엔진 시동은 걸려 있으나 차속이 0이고 ECU(or PCU)가 내부적으로 컨버젼하여 계산한 가속페달 값이 0인 경우를 의미한다. 반면에, 본 발명의 지능형 ISG(Intelligent Idle Stop and Go)에서는 연료 소모를 보다 절감하기 위하여, 차량의 감속 구간에서도 엔진 정지(연료컷; Fuel-cut) 조건을 판별하고, 이를 통해 엔진정지 또는 재시동을 제어한다.
도 1을 참조하면, 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 지능형 ISG 제어장치(100)는, 감속 또는 차량의 정차 중에 엔진을 정지시킴으로써 연비를 향상시키기 위한 장치이다. 상기 지능형 ISG 제어장치(100)는 신호검출부(110) 및 ISG제어부(120)를 포함하여 구성된다.
상기 신호검출부(110)는 차량의 배터리의 전압 또는 충전상태(State of Charge) 신호, 차량의 엔진 회전수 신호, 차량의 냉각수온 신호, 차량의 엔진의 엔진오일 온도 신호, 차량의 차속 신호, 차량의 가속페달의 위상 신호, 차량의 브레이크 페달의 조작 신호, 차량의 파워스티어링의 조향각 또는 작동 신호, 및 차량의 브레이크 부스터 압력 신호를 검출한다.
더 구체적으로, 상기 신호검출부(110)는 차량의 배터리(10)로부터 현재 배터리 전압 또는 충전량 등 관련 정보를 획득한다. 또한, 상기 신호검출부(110)는 차량의 ECU(or PCU) 내에 위치하며 현재 엔진의 엔진 회전수(RPM; 20) 정보와 현재 엔진의 냉각수온(30)에 관한 정보, 그리고 엔진오일 온도(40)에 관한 정보를 획득한다. 또한, 상기 신호검출부(110)는 차량에 설치된 차속센서가 측정한 차속정보에 관한 신호(40)를 ABS 모듈로부터 CAN 통신 등을 통하여 획득하거나 차속센서로부터 직접 취득한다. 또한, 상기 신호검출부(110)는 가속페달(60)로부터 위상 신호 또는 가속페달(60)의 변화량 관련 신호를 획득하고, 브레이크 페달(70)로부터 현재 브레이크 스위치가 온(ON)인지에 관한 신호를 획득하며, 브레이크 부스터에 설치된 압력 센서 등으로부터 측정된 브레이크 부스터 압력(90) 신호를 획득한다. 또한, 상기 신호검출부(110)는 파워스티어링(80)에 설치된 센서로부터 계측된 파워스티어링의 조향각 또는 작동신호 정보를 CAN 통신 등을 통하여 획득하거나 혹은 직접 획득한다.
상기 ISG제어부(120)는 상기 신호검출부(110)로부터 입력 받은 복수개의 신호들 중에서 적어도 하나 이상의 신호에 기초하여 차량의 엔진정지 조건을 만족하는지 판별한다. 상기 ISG제어부(120)는 후술하는 차량의 엔진정지 조건이 만족되면, 차량의 엔진을 정지시키도록 엔진에 설치된 인젝터(92)를 OFF시키고, 엔진정지 해제조건이 만족되면, 차량의 엔진을 재시동하도록 상기 인젝터(92)를 ON시켜 연료를 분사하고, 엔진의 스타터(94)를 작동시킨다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 지능형 ISG제어 방법의 전체 흐름을 나타낸 도면이다. 상기 지능형 ISG 제어방법은 상술한 지능형 ISG 제어장치(100)의 ISG제어부(120)가 실시한다.
복수의 센서들로부터 직접 획득한 정보 및 다른 모듈로부터의 CAN통신을 통한 정보(S1100)를 활용하여 ECU는 차량의 감속 또는 정지 상태(S1200)를 판단하고 엔진을 정지시키는 조건의 성립을 판별하게 된다. 엔진의 정지 조건은 빈번한 엔진정지, 재시동의 반복이 일어나지 않도록 적절한 시간 및 차속에 대한 재진입 허용조건(S1300)을 포함한다. 엔진정지 조건을 만족하게 되면, 연료 분사를 중단하여 엔진을 정지시키고(S1400), 엔진정지 해제조건(S1500)이 성립하게 되면 재시동(S1600) 하게 되며, 그렇지 않을 경우는 엔진정지 상태를 유지한다(S1700).
이하 도 3을 참조하여 엔진정지를 실행하기 위한 조건을 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 지능형 ISG 제어방법은 복수개의 조건이 모두 성립되어야 엔진정지 조건이 성립되는 것으로 하고 있다.
차량이 충분한 시간 시동이 꺼진 상태로 유지가 되면(즉, 엔진 Soaking 시간이 길어지면) 엔진오일 및 엔진 냉각수의 온도가 상온과 비슷하게 유지가 된다. 이때는 차량에 설치된 촉매 온도가 충분히 상승(예컨대, 350℃ ~ 400℃)할 때까지 엔진정지를 허용하지 않는다. 그 이유는 차량의 촉매의 웜업 지연으로 인하여 배출가스가 많이 배출되어 배출가스 규제를 충족시키지 못할 가능성이 커지기 때문이다. 따라서 차량의 엔진 및 촉매장치 등이 정상적으로 웜업(Warm-Up)이 되는 조건으로 냉각수 온도 또는 엔진오일의 온도를 설정할 수 있다. 예컨대, 냉각수온은 상수 a는 40℃에서 80℃ 사이로 설정할 수 있고, 상수 a1은 105℃에서 115℃ 사이로 설정할 수 있다. 엔진오일 온도 기준으로는 상수 b는 40℃에서 80℃ 사이로 설정할 수 있고, 상수 b1은 105℃와 115℃ 사이로 설정할 수 있다(S1201). 상수 a1과 상수 b1의 설정값은 엔진의 오버히팅을 방지하기 위한 것이다. 냉각수온과 엔진오일 온도가 상기 a1과 b1보다 크게 되는 경우에는, 엔진정지를 실행하지 않고 계속 엔진을 작동시켜 냉각수를 순환하게 함으로써 엔진 오버히팅을 방지한다. 한편, 냉각수온(상수 a)과 엔진오일 온도(상수 b) 중 하나의 값을 극단적으로 높게 설정하면 실제로 하나의 조건만 사용하는 것과 같다. 예컨대, 엔진오일 온도의 상수 b값을 120℃로 설정하고 냉각수온의 상수 a값을 60℃로 설정하면 사실상 냉각수온만을 조건으로 사용하는 것과 같다.
정지된 엔진을 구동하기 위해서는 반드시 스타터 모터(알터네이터 겸 모터가 장착된 경우, 알터네이터가 스타터 역할을 함)의 구동이 필요하다. 스타터 모터는 차량의 배터리 상태에 따라 구동 성능이 결정될 수 있다. 그러므로, 배터리 충전 상태(S1202)에 따라 엔진정지 조건(S1200)을 설정할 수 있는데, 일례로 차량의 속도가 상수 c값(30km/h ~ 70km/h) 보다 크고, 엔진 회전수가 상수 d값(1200rpm ~ 2000rpm)보다 크며, 배터리의 전압이 상수 e값(13.0V ~ 14.0V) 이상이거나 SOC(state of charge: 배터리의 충전 상태를 나타내는 지표)가 상수 e1값(80% ~ 90%)보다 큰 경우 배터리 상태가 재시동하기에 충분하다고 판단할 수 있다. 다른 방법으로는 차량의 이전 정지상태에서 엔진정지일 때 배터리 전압이 상수 e2값(11V ~ 12V)보다 크거나 SOC(state of charge)가 상수 e3값(80% ~ 90%)보다 크면 정지상태의 엔진정지 조건(S1200) 중 배터리 조건(S1202)을 만족하게 된다. 이렇게 엔진운전 상태와 엔진정지 상태로 조건을 나눈 이유는, 엔진 운전시에는 알터네이터 발생 전압이 통상의 조건에서 14V 이상이고, 차량 정차시의 엔진정지 상태에서는 알터네이터가 작동하지 않으므로 통상 배터리 전압이 12V 이상을 나타내기 때문이다. 상기 배터리 조건은 엔진을 정지시키거나 재시동을 하기 위한 스타터 모터의 구동력 및 전자식 파워스티어링을 적용한 차량의 경우 파워스티어링 성능확보를 위해서이다.
한편, 유압식 파워스티어링을 사용하는 차량의 경우 엔진이 정지하게 되면 엔진에 장착되어 있는 파워스티어링 오일펌프도 같이 작동을 중지하게 되어 파워스티어링 조향이 힘들어져 감속 운전 중 안전에 치명적인 문제가 발생할 수 있다. 따라서 본 실시예에서는 파워스티어링 조향축의 회전각에 따른 조건을 엔진정지 조건에 포함시켜, 지능형 ISG가 안전한 조건하에서 구현될 수 있도록 하였다.
일반적으로 파워스티어링 조향축의 회전각은 두 가지 방식으로 구성이 된다. 한 방식은 센서를 활용하여 현재 회전각이 얼마큼인지를 측정하는 방식과, 다른 방식은 스위치를 이용하여 단순히 파워스티어링이 작동되었는지 유무를 판단하는 방식이다. 파워스티어링이 조향축의 회전각도를 측정할 수 있는 경우에는 상수 f값(5°~ 30°)보다 작은 영역에서만 파워 스티어링에 의한 엔진정지 조건(S1203)이 성립 되게 할 수 있으며, 스위치 타입의 경우에는 스위치가 OFF 상태일 때에만 엔진정지 조건(S1203)이 성립되게 할 수 있다. 한편, 파워스티어링은 유압식이 아닌 다른 방식의 파워스티어링의 경우(예를 들면, 전자식 파워스티어링)도 존재하므로 캘리브레이션 옵션 비트(Bit)를 이용하여, 파워스티어링 형식에 맞게 본 조건을 적절하게 적용할 수 있다. 또한 제조사의 전략적 선택에서 따라 전자식 파워스티어링을 채택했음에도 불구하고 안전을 더욱 도모하기 위하여 상기 조건을 살려 적용할 수도 있다.
현재 모든 차량에서 사용하고 있는 연료컷(Fuel-cut) 기능의 경우 고속 영역에서 감속을 하는 경우에 적용되는 기술이다. 따라서 높은 차속(예컨대, 차속이 상수 h값(80kph ~ 100kph) 이상인 경우에는 기존에 사용되고 있는 Fuel-cut 기능을 그대로 사용하고, 상수 h값보다 작은 경우에만 차속 조건(S1205)을 성립시킬 수도 있다. 이렇게 되면 ECU(or PCU)는 차속이 상수 h값 미만인 조건하에서는 엔진정지 조건 또는 기존의 Fuel-cut 조건 중 하나의 조건이 성립하면(즉, OR 조건,) 인젝터를 OFF시킨다. 또한, 본 실시예에서 제시하는 방법인 연료컷 확장(Fuel-cut Extension)을 하기 위하여 기존의 감속시 Fuel-cut과 연계시킬 수 있다. 기존의 감속시 Fuel-cut과 연계(S1210)시킬 경우, 캘리브레이션 파라메터인 동기화 옵션 비트(bit)를 사용하여 (값을 1로 설정) 동기화를 설정할 수 있다. 이 경우, 감속시 Fuel-cut이 작동하다가 감속시 Fuel-cut 해제조건이 성립되어도, 엔진정지 해제조건(S1500)이 성립 되지 않는 한 엔진정지 로직이 계속 구동되어 연료컷 확장을 구현할 수 있다. 즉, 감속시 Fuel-cut 조건이 성립되지 않으면 차속이 있는 상태에서는 엔진정지를 시키지 않는다. 또한, 감속시 Fuel-cut과 동기화 하지 않고 사용할 경우에는, Fuel-cut 동기화 옵션 비트를 0으로 설정하여 Fuel-cut 동기화 조건이 항상 참 값(True)을 갖게 하여, 다른 조건들에 의해서만 엔진정지 조건이 성립하게 된다.
본 실시예에 따른 지능형 ISG 제어방법은 차량의 안전을 고려하는데, 고려 대상 중 하나가 브레이크 부스터 압력이다. 브레이크 부스터 압력은 운전자의 의지에 따라 차량을 멈추게 하는 제동성능을 나타나게 한다. 따라서 브레이크 부스터 압력이 충분하지 않을 경우 즉, 도면 3에서의 상수 I값(절대압으로 40kPa ~ 60kPa)이상인 경우, 엔진정지 조건을 성립하지 않게 할 수 있다(S1206). 디젤 차량의 대부분과 일부의 가솔린 차량의 경우 브레이크 성능을 보전하기 위해 알터네이터 일체형이 아닌 별도의 브레이크 진공 펌프를 장착하거나, 중대형 상용차량의 경우 브레이크용 압축공기 펌프를 사용하는 경우가 있다. 이러한 경우 해당 옵션 비트를 0으로 설정하여 브레이크 부스터 압력 조건(S1206)에 의한 엔진정지 조건을 항상 만족하는 것으로 설정할 수 있다. 이 또한 제작사의 전략적 선택에 따라 별도의 브레이크용 배력 펌프를 장착하는 경우에도 이 조건을 적용할 수 있다.
한편, 차량의 안전을 위해서 급감속 구간에서는 엔진정지가 발생해서는 안된다. 왜냐하면 엔진정지 진입시에는 부스터 압이 충분했다가 짧은 시간안에 부스터 압이 부족해질 경우 부스터 압이 해제조건을 만족하여 그때 엔진 재시동이 된다면 너무 늦게 되어 위험한 상황을 초래하기 때문이다. 따라서 본 실시예에서는 차속의 감속 기울기에 따른 엔진정지 조건을 설정할 수 있다. 차속의 감속 기울기가 절대값으로 상수 m값(7 km/h/s ~ 15 km/h/s) 이상의 감속 기울기를 가지는 경우에는 긴박한 상황이므로 엔진정지 조건이 성립되지 않게 할 수 있다(S1211).
상술한 조건(S1206, S1211)과 더불어 수반되어야 할 안전 조건은 엔진정지 조건(S1200)을 판단하기 위해 복수의 센서들로부터 취득된 정보의 신뢰성 조건이다. 엔진정지 조건을 위해 사용되는 차속, 크랭크 센서, 냉각수온 센서, 엔진오일 센서, 조향각 센서(또는 스위치), 브레이크 센서, 가속페달 센서, 브레이크 부스터압 센서, 배터리 센서 등의 모든 센서가 정상 조건일 때에만 엔진정지 조건이 성립된다(S1212). 이러한 센서들은 차량의 사양에 따라 가감될 수 있다. 예를 들면, 배터리 상태를 알기 위해 배터리 전압을 사용하고 배터리 센서 (SOC 측정용)는 적용되지 않을 수도 있다.
계속해서 도 3에 대한 상세 설명을 이어 나가기로 한다.
자동변속기 차량의 경우 엔진과 변속기 간에 락업(lock-up)제어(즉, 시스템적으로 입력축과 출력축이 직결되어 있는 상태)가 이루어진다. 이러한 경우 차속이 있는 상태에서 락업 여부에 따라 엔진정지 조건을 선택적으로 성립시킬 수 있다. 캘리브레이션 락업 옵션 비트(bit)를 사용하여 락업과 상관 없이 항상 엔진정지 조건을 성립시킬 수도 있고, 락업된 상태 에서만 주행 중 엔진정지가 개시되게 할 수 있다. 일단 엔진정지가 개시되면 락업이 해제되어도 엔진정지 해제조건이 성립되지 않는 한, 엔진정지는 계속된다. 이러한 방식으로 주행 중 변속기의 락업여부에 따라 선택적으로 적용할 수도 있다(S1209).
차량의 운행중에 운전자가 가장 빈번하게 사용하는 페달은 가속페달과 브레이크 페달이다. 이 두 페달의 신호를 이용하여 본 발명의 실시예에 따른 엔진정지 조건을 성립시킬 수 있다. 가속페달의 경우, 밟지 않은 상태인 0% 또는 가속페달 개도별 요구토크(torque) 값을 가지고 가속페달 조건(S1204)을 성립시킬 수 있다. 일반적으로 가속페달이 0%일때 요구되는 브레이크 토크값(상수 g)은 음의 값(-100Nm ~ -5Nm)을 가지게 되므로 제어 방법에 따라 페달개도 또는 요구토크로 선택 적용이 가능하다(S1204).
캘리브레이션 브레이크 페달 옵션 비트(bit)를 사용하여 옵션 비트를 1로 설정하면 주행중이든지 정차중든지 브레이크 페달이 밟혀진 상태가 되어야 엔진정지 조건(S1213)이 성립하게 된다. 브레이크 페달 옵션 비트를 0으로 설정하면, 주행 중일 때 브레이크를 밟지 않은 상태에서도 해당 조건은 항상 참 값(true)을 갖게 된다.
이하 도 5 및 도 6을 이용하여, 엔진정지의 재진입 허용조건에 대해 설명하기로 한다.
빈번한 엔진정지가 발생할 경우 운전자는 불만을 가질 수 있으므로 이에 대한 재진입 허용 조건(S1207, S1208)도 만족해야 엔진정지를 성립시킬 수 있다.
차속에 의한 재진입 허용 조건(S1207)은 도 5를 참조하여 설명하기로 한다.
차량이 정체되는 구간에서는 낮은 차속으로 가감속이 빈번하게 이루어지게 되는데, 엔진정지 개시 및 엔진정지 해제(재시동)이 빈번하게 발생할 수 있고 이는 운전자에게 불만을 야기할 수 있다. 따라서 빈번한 엔진정지를 방지하기 위하여 도 5와 같이 이전 재시동이 차량 정지상태에서 일어난 경우에는 그 이후에 차속이 상수 3값(10kph 와 50kph 사이에서 선택)의 이상으로 주행하였을 경우에만 다음의 엔진정지를 허용할 수 있다. 또한, 이전의 엔진 재시동이 차속이 있는 상태에서 발생하였을 경우에는 차속이 상수 2값(30kph 와 100kph 사이에서 선택)보다 높은 차속으로 주행했거나, 차속이 매우 낮은 상수 1값(1kph 와 15kph 사이에서 선택)보다 낮은 차속에 진입하였을 경우에만 그 다음의 엔진정지를 개시할 수 있다(S1207).
다음으로 도 6을 참조하여, 시간에 의한 엔진정지 재진입 허용조건(S1208)을 설명하기로 한다. 이 또한 빈번한 엔진정지와 재시동을 방지하기 위한 방법이다. 먼저, 이전 엔진 재시동이 차량이 정지상태에서 발생하였을 경우 엔진이 재시동 된 이후 재시동부터 시간을 카운트 업하여 그 경과시간이 시간 1값(8초 ~ 30초)을 지나야 엔진정지를 허용한다. 다음으로 이전의 엔진 재시동이 차속이 있는 상태에서 발생하였을 경우 차속있는 재시동 시점부터 시간을 카운트 업 하여 그 경과 시간이 시간 2값(8초 ~ 60초)을 지나야 새로운 엔진정지를 허용한다(S1208).
상술한 엔진정지 조건이 모두 성립되면 사용조건에 따라 상수 z시간(0.3초 ~ 3초)의 딜레이 시간(S1214)를 두고 엔진정지(S1215, S1400)를 실행할 수 있다. 이는 각 센서 값들의 순간 노이즈를 차단하고 시동이 갑자기 멈추어 감속 충격이 발생하는 것을 최소화하기 위함이다.
다음으로 도 4를 참조하여, 엔진정지 해제조건(S1500)인 재시동 조건을 설명하기로 한다.
본 실시예에 따른 지능형 ISG 제어방법에 의해 엔진이 정지된 경우, 후술하는 복수의 조건들 중 단 하나라도 성립이 되면 엔진정지 해제조건(재시동)이 성립된다.
일반적으로 저속구간에서 엔진이 정지된 경우 핸들이 무거워 질 수 있다. 이러한 경우는 좁은 골목길에서 발생할 수 있는데 조향이 어려워지면서 사고와 연결 될 수 있다. 따라서 차속이 상수 j값(30kph ~ 70kph)보다 작은 상태에서 엔진정지 중에 조향각이 일정 값(상수 f값 + hys4, 상수 f는 전술한 값 참조, hys4는 5° ~ 10°)보다 크게 되었거나, 조향 스위치가 ON 되었을 경우(파워스티어링 작동을 의미)에는 즉각 엔진정지 해제조건이 성립되어 재시동하게 된다(S1501).
엔진정지 상태에서 운전자의 의지를 파악하여 재시동을 걸어야 운전자가 원하는 응답성을 확보할 수 있다. 따라서 가속페달(S1502)과 브레이크 페달(S1503)의 움직임으로 엔진정지 해제조건을 성립시킬 수 있다. 운전자가 가속페달을 밟았거나 가속에 의한 요구토크(Torque)가 상수 k값(-50Nm ~ 0Nm) 이상이 되었을 경우(S1502), 즉시 재시동할 수 있다(S1507). 또한 자동변속기 차량에서 브레이크 페달이 OFF(페달에서 발을 뗀 상태)이거나 브레이크 압력이 줄어드는 방향, 즉 브레이크에서 발을 떼는 과정이 발생할 경우(S1503), 브레이크 압 변화율이 상수 l 값(-10 bar/sec ~ 0.5 bar/sec)보다 작은 경우에는, 엔진정지 해제조건을 만족하여 재시동(S1507)을 수행하게 되고 수동변속기 차량의 경우 클러치 스위치가 ON(밟은 상태)이고 브레이크 스위치 ON(밟은 상태)일 때, 엔진정지 해제조건이 성립되어 재시동(S1507)이 수행된다.
엔진정지 해제조건(S1500)을 판별하는 과정에서 차속 센서, 크랭크 센서, 냉각수온 센서, 오일센서, 조향각 센서(스위치), 브레이크 페달 센서, 가속페달 센서, 브레이크 부스터 압 센서, 배터리 센서 등의 센서들 중 하나라도 고장이 발생할 경우(S1504) 즉시 재시동(S1507)을 수행한다. 이러한 센서들은 차량의 사양에 따라 가감될 수 있다.
엔진정지 조건(S1200)을 판결하는 과정에 있어서, 배터리의 조건이 만족되었으나 장시간 엔진정지로 인하여 배터리의 상태가 안 좋아질 수 있다. 이러한 경우 시동성에 문제를 가져오기 때문에, 엔진정지 중에도 배터리의 전압 또는 SOC(state of charge) 값을 확인하여 도 4의 S1505조건에 따라 재시동(S1507)을 수행한다. 이 경우, 엔진정지 조건에 사용되었던 동일한 상수를 사용하고 단지, hysteresis 값만을 제외하여 판정 값으로 사용한다. 여기서, hys 값들은 0.1V < hys1 < 0.5V, 1% < hys2 < 5% 의 값에서 선택된다.
또한, 추운 곳에서 장시간 엔진정지 상태가 유지되는 경우, 차량의 온도가 내려가 웜업 이전 상태로 돌아갈 수 있다. 이러한 경우도 전술한 엔진 웜업 사유와 동일한 이유로 재시동(S1507)을 수행할 수 있다.(hys3 값은 1 과 5 사이에서 선정된다.
이하, 종래의 ISG 시스템 기술과 본 발명의 실시예에 따른 지능형 ISG 제어장치 및 제어방법의 효과에 대해 설명하기로 한다.
국내 연비 인증모드인 FTP-75 모드에서 아이들(idle)의 연료 비중은 약 8%이며 감속구간에 연료비중 또한 8% 이다. 그러나 기존의 ISG 기술은 주행모드를 내려와서 차속이 0인 상태를 확인하는 1~2초 구간은 엔진 운전상태를 유지하므로 이때의 연료량 손실과, 주행 모드를 밟고 올라갈 때 엔진 응답성을 확보하기 위해 주행모드 1초 내지 2초전에 브레이크에서 발을 뗄 때 엔진정지를 해제하므로 이때의 1초 내지 2초 손실, 촉매의 활성화를 위해 처음 아이들 구간 20여초 금지로 인한 손실, 및 시동 연료량이 아이들 유지 연료량보다 1.5배정도 많아서 생기는 연료량 손실 등을 고려하면 총 아이들연료 비중이 8% 이지만 실제로는 2%~4%의 효과만 볼 수 밖에 없었다. 이에 비하여, 본 실시예에 따른 지능형 ISG 제어장치 및 제어방법에 따르면 종래의 차량 정차시에만 적용되는 ISG 시스템에 비하여 감속구간에서부터 정지구간까지 엔진을 정지시킴으로써 FTP-75 모드기준, 가솔린 오토차량 기준으로 8% 내지 12%의 연비절감 효과를 가질 수 있다.
본 실시예에 따른 지능형 ISG 제어장치 및 제어방법은 12V 시스템 승용차량에 있어서, ISG 시스템을 적용하기 위하여 시스템 전압의 변동(예컨대, 24V 시스템 또는 36V 시스템 적용)없이 구현될 수 있으므로, 시스템 가격의 상승을 최소화하면서 동시에 연비개선을 극대화할 수 있다. 또한, 본 실시예에 따른 지능형 ISG 제어장치 및 제어방법은 12V 시스템의 승용차량, 상용차량, 24V 시스템의 중대형 상용차량에도 적용할 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (18)

  1. 차량의 지능형 ISG 제어장치로서,
    상기 차량의 배터리의 전압 또는 충전상태(State of Charge) 신호, 상기 차량의 엔진 회전수 신호, 상기 차량의 냉각수온 신호, 상기 차량의 차속 신호, 상기 차량의 가속페달의 위상 신호, 상기 차량의 브레이크 페달의 조작 신호, 상기 차량의 파워스티어링의 조향각 또는 작동 신호, 및 상기 차량의 브레이크 부스터 압력 신호를 검출하는 신호검출부; 및
    상기 신호검출부로부터 입력받은 복수 개의 신호들 중에서 적어도 하나 이상의 신호에 기초하여 상기 차량의 엔진정지 조건을 만족하는지와, 엔진정지 해제조건을 만족하는지를 판별하는 ISG제어부;를 포함하고,
    상기 ISG제어부는 상기 차량의 엔진정지 조건이 만족되면, 상기 엔진을 정지시키도록 상기 엔진의 인젝터를 오프시키며,
    상기 ISG제어부는,
    상기 엔진정지 조건을 만족하더라도, 차속이 있는 상태에서의 이전의 엔진 재시동 이후 차속이 소정의 범위를 한 번이라도 벗어나지 못한 상태에서는 상기 엔진을 정지시키지 않는 것을 특징으로 하는 지능형 ISG 제어장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 신호검출부는 상기 차량의 엔진의 엔진오일 온도 신호를 더 검출하고,
    상기 ISG제어부는,
    상기 냉각수온 신호 또는 상기 엔진오일 온도 신호, 상기 파워스티어링의 조향각 또는 작동 신호, 상기 브레이크 부스터 압력 신호, 상기 가속페달의 위상 또는 변화량 신호, 상기 배터리 전압 또는 충전상태 신호, 및 상기 차속 신호를 포함하여 상기 엔진정지 조건을 판별하는 것을 특징으로 하는 지능형 ISG 제어장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 신호검출부는 상기 차량의 엔진의 엔진오일 온도 신호를 더 검출하고,
    상기 ISG제어부는,
    상기 냉각수온 신호 또는 상기 엔진오일 온도 신호, 상기 파워스티어링의 조향각 또는 작동 신호, 상기 브레이크 부스터 압력 신호, 상기 가속페달의 위상 또는 변화량 신호, 상기 배터리 전압 또는 충전상태 신호, 및 상기 차속 신호 중 적어도 어느 하나라도 상기 엔진정지 조건을 만족하지 않으면, 상기 엔진정지를 해제하도록 상기 인젝터를 작동시키는 것을 특징으로 하는 지능형 ISG 제어장치.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 ISG제어부는,
    상기 엔진정지 조건을 만족하더라도, 차속이 있는 상태에서의 이전의 엔진 재시동 이후의 경과시간이 소정의 제1 시간 이내인 경우에는 상기 엔진을 정지시키지 않는 것을 특징으로 하는 지능형 ISG 제어장치.
  5. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 ISG제어부는,
    상기 엔진정지 조건을 만족하더라도, 차속이 정지된 상태에서의 이전의 엔진 재시동 이후의 경과시간이 소정의 제2 시간 이내인 경우에는 상기 엔진을 정지시키지 않는 것을 특징으로 하는 지능형 ISG 제어장치.
  6. 삭제
  7. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 ISG제어부는,
    상기 엔진정지 조건을 만족하더라도, 차속이 정지된 상태에서의 이전의 엔진 재시동 이후 차속이 소정의 제1 기준차속을 초과하지 않은 상태에서는 상기 엔진을 정지시키지 않는 것을 특징으로 하는 지능형 ISG 제어장치.
  8. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 차량은 자동변속기 차량이고,
    상기 ISG제어부는, 상기 차량의 감속시 상기 자동변속기의 직결(Lock-Up) 유무에 따라 상기 엔진정지 개시를 허용하는 것을 특징으로 하는 지능형 ISG 제어장치.
  9. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 ISG제어부는,
    상기 차량의 감속시 연료컷 조건과 연계하여 상기 엔진정지 개시여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 지능형 ISG 제어장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 ISG제어부는,
    상기 차량의 감속시 연료컷의 해제조건이 성립되어도, 상기 엔진정지 조건을 만족하는 경우에는 상기 엔진정지 해제조건을 만족할 때까지 상기 엔진의 인젝터를 오프시키는 것을 특징으로 하는 지능형 ISG 제어장치.
  11. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 ISG제어부는,
    상기 차량의 차속의 감속 변화량의 절대값이 소정의 감속 기준값보다 클 때에는 상기 엔진을 정지시키지 않는 것을 특징으로 하는 지능형 ISG 제어장치.
  12. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 ISG제어부는,
    상기 차량의 주행 중 상기 브레이크 페달의 조작에 의하여 상기 브레이크가 온(ON) 상태 일 때에만 상기 엔진정지 개시를 허용하는 것을 특징으로 하는 지능형 ISG 제어장치.
  13. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 ISG제어부는,
    상기 엔진정지 조건이 모두 만족된 상태로 소정의 제3 시간이 지속되지 않으면 상기 엔진을 정지시키지 않는 것을 특징으로 하는 지능형 ISG 제어장치.
  14. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 ISG제어부는,
    상기 차량의 전자식 파워스티어링 적용 유무, 파워스티어링 조향각 센서 또는 스위치 적용 유무, 브레이크 부스터 압력 센서 적용 유무에 따라 엔진정지 조건 및 해제조건을 결정하는 것을 특징으로 하는 지능형 ISG 제어장치.
  15. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 ISG제어부는,
    상기 가속페달의 위상 신호 또는 변화량 신호를 대신하여 상기 엔진의 토크 베이스 컨트롤에 기반한 토크 요구값을 기초로 상기 엔진정지 조건 여부를 판별하는 것을 특징으로 하는 지능형 ISG 제어장치.
  16. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 ISG제어부는,
    상기 엔진정지 조건을 만족하여 상기 엔진이 정지된 상태에서, 상기 가속페달이 온(ON) 상태(밟은 상태)이거나 상기 브레이크 페달이 오프(OFF) 상태(발을 뗀 상태)인 경우에 엔진정지를 해제시키는 것을 특징으로 하는 지능형 ISG 제어장치.
  17. 차량의 지능형 ISG 제어방법으로서,
    상기 차량의 배터리의 전압 또는 충전상태(State of Charge) 신호, 상기 차량의 엔진 회전수 신호, 상기 차량의 냉각수온 신호, 상기 차량의 차속 신호, 상기 차량의 가속페달의 위상 신호, 상기 차량의 브레이크 페달의 조작 신호, 상기 차량의 파워스티어링의 조향각 또는 작동 신호, 및 상기 차량의 브레이크 부스터 압력 신호를 검출하는 신호검출 단계;
    검출된 복수개의 상기 신호들 중에서 적어도 하나 이상의 신호에 기초하여 상기 차량의 엔진정지 조건을 만족하는지와, 엔진정지 해제조건을 만족하는지를 판별하는 엔진정지 판별단계; 및
    상기 엔진정지 조건을 만족하면, 상기 엔진을 정지시키도록 상기 엔진의 인젝터를 오프시키는 연료컷 단계를 포함하며,
    상기 엔진정지 판별단계는,
    상기 엔진정지 조건을 만족하더라도, 차속이 있는 상태에서의 이전의 엔진 재시동 이후 차속이 소정의 범위를 한 번이라도 벗어나지 못한 상태에서는 상기 엔진을 정지시키지 않는 것을 특징으로 하는 지능형 ISG 제어방법.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 지능형 ISG 제어방법은,
    상기 차량의 감속시 연료컷의 해제조건이 성립되어도, 일단 엔진 정지에 진입하였다면 상기 엔진정지 해제조건을 만족할 때까지 상기 엔진의 인젝터를 오프시키는 것을 특징으로 하는 지능형 ISG 제어방법.
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