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KR20110005931A - 하이브리드 차량의 변속 충격 저감 방법 - Google Patents

하이브리드 차량의 변속 충격 저감 방법 Download PDF

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KR20110005931A
KR20110005931A KR1020090063307A KR20090063307A KR20110005931A KR 20110005931 A KR20110005931 A KR 20110005931A KR 1020090063307 A KR1020090063307 A KR 1020090063307A KR 20090063307 A KR20090063307 A KR 20090063307A KR 20110005931 A KR20110005931 A KR 20110005931A
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KR
South Korea
Prior art keywords
clutch
hydraulic pressure
shift
slip
hybrid vehicle
Prior art date
Application number
KR1020090063307A
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English (en)
Inventor
김상준
신상희
Original Assignee
현대자동차주식회사
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
Application filed by 현대자동차주식회사 filed Critical 현대자동차주식회사
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Priority to US12/624,457 priority patent/US20110009237A1/en
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Abstract

본 발명은 하이브리드 차량의 변속 충격 저감을 위한 방법에 관한 것으로서, 엔진과 구동모터 사이에 개재된 클러치(엔진 클러치)의 작동 유압을 제어하여 변속시 발생하는 충격과 진동을 줄이면서 신속한 변속이 완료될 수 있도록 하는 방법에 관한 것이다. 이를 위해, 변속 요구가 있음을 판단하여 변속 요구 시점부터 클러치 유압을 미리 설정된 목표 유압까지 감소시키는 슬립 준비 단계와; 클러치 유압이 상기 목표 유압에 도달하면 클러치 슬립량이 일정한 슬립량으로 유지되도록 클러치 유압을 피드백 제어하는 슬립 유지 단계와; 변속이 완료되는 시점부터 클러치 유압을 상승시켜 락-업을 위한 최대 압력까지 상승시키는 클러치 락-업 완료 단계;를 포함하는 하이브리드 차량의 변속 충격 저감 방법이 개시된다.
하이브리드 차량, 자동변속기, 변속, 충격, 진동, 클러치, 유압 제어, 슬립

Description

하이브리드 차량의 변속 충격 저감 방법{Method for reducing gear shifting shock of hybrid electric vehicle}
본 발명은 변속 충격 저감 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 하이브리드 차량에서 변속시 발생하는 충격과 진동을 줄임으로써 변속감을 개선할 수 있는 방법에 관한 것이다.
하이브리드 차량에서는, 도 1에 도시된 바와 같이, 엔진(10), 구동모터(20), 자동변속기(30)가 일렬로 배열되는 레이아웃을 가진다.
특히, 엔진(10)과 구동모터(20)는 클러치(통상 엔진 클러치라고 함)(50)를 개재한 상태로 동력 전달 가능하게 연결되고, 구동모터(20)와 자동변속기(30)는 서로 직결된다.
또한 시동시 엔진(10)으로 회전력을 제공하는(즉, 크랭킹 토크를 출력하는) 통합형 시동발전기, 즉 ISG(Integrated Starter & Generator)(40)가 엔진(10)에 연결되어 구비된다.
이러한 구성에서 클러치(50)가 오픈(Open)되어 있으면 구동모터(20)에 의해 구동축이 구동되고, 클러치(50)가 락(Lock)되어 있으면 엔진(10)과 구동모터(20)에 의해 구동축이 구동한다.
차량 출발시나 저속 주행시에는 구동모터(20)에 의해서만 구동력을 얻게 되는데, 초기 출발시에는 엔진 효율이 모터 효율에 비해 떨어지기 때문에 엔진(10)보다는 효율이 좋은 구동모터(20)를 사용하여 차량의 초기 출발(차량 발진)을 시작한다.
차량 출발 후에는 ISG(40)가 엔진(10)을 시동하여 엔진 출력과 모터 출력을 동시에 이용할 수 있도록 한다.
이와 같이 하이브리드 차량은 구동을 위해 구동모터(20)의 회전력만을 이용하는 순수 전기자동차 모드인 EV(Electric Vehicle) 모드, 및 엔진(10)의 회전력을 주동력으로 하면서 구동모터(20)의 회전력을 보조동력으로 이용하는 HEV(Hybrid Electric Vehicle) 모드 등의 운전 모드로 주행하며, ISG(40)에 의한 엔진(10)의 시동(Cranking)으로 EV 모드에서 HEV 모드로의 모드 변환이 이루어진다.
하이브리드 차량에서 EV 모드와 HEV 모드 간의 모드 변환은 주요한 기능 중의 하나로서, 하이브리드 차량의 운전성, 연비, 동력성능에 영향을 끼치는 요소이다.
특히, 엔진(10), 구동모터(20), 자동변속기(30), ISG(40), 클러치(50)가 포함된 도 1과 같은 하이브리드 시스템에서는 보다 정교한 모드 변환 제어가 필수적이며, 주행 상황에 맞는 최적의 모드 변환 알고리즘이 필요하다.
상기한 시스템의 모드 변환 제어는 클러치 제어가 주요한 요소이다.
예컨대, EV 모드에서 HEV 모드로의 변환시에 클러치의 슬립 및 동기화 등의 제어가 필요하며, 클러치의 정확한 제어는 하이브리드 차량의 운전성과 동력성능을 크게 좌우한다.
특히, 자동변속기 차량에서 오픈(Open), 슬립(Slip), 락-업(Lock-up) 등 현재의 클러치 상태를 정확히 판정한 뒤 슬립 및 동기화 제어 등의 클러치 제어가 수행되어야 한다.
또한 하이브리드 차량의 경우에도 변속시 클러치의 상태가 중요한데, 통상의 수동변속기 차량에서는 운전자가 클러치 페달에 힘을 가할 때 물리적으로 엔진측과 구동계가 분리되면서 변속이 이루어지고, 자동변속기의 경우 토크 컨버터에 의해 엔진측과 구동계가 물리적인 슬립을 이루면서 변속이 이루어진다.
이는 변속시의 간섭을 최대한 줄여 변속 시간을 줄이고 변속 충격을 저감하기 위한 하나의 방법이다.
그러나, 도 1에 도시된 바와 같은 하이브리드 시스템은 토크 컨버터가 없는 자동변속기에 클러치가 탑재된 시스템으로서, 토크 컨버터에 의한 물리적인 슬립을 기대할 수 없다.
이에 대부분의 하이브리드 시스템에는 변속기 자체적으로 변속 충격과 진동을 저감하기 위한 제어로직을 적용하고 있으나, 변속 충격과 진동을 줄이면서도 변속 시간을 단축할 수 있는 보다 개선된 방안이 절실한 실정이다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 점을 고려하여 발명한 것으로서, 하이브리드 엔진과 구동모터 사이에 개재된 클러치(엔진 클러치)의 작동 유압을 제어하여 변속시 발생하는 충격과 진동을 줄이면서 신속한 변속이 완료될 수 있도록 하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, a) 변속 요구가 있음을 판단하여 변속 요구 시점부터 클러치 유압을 미리 설정된 목표 유압까지 감소시키는 슬립 준비 단계와; b) 클러치 유압이 상기 목표 유압에 도달하면 클러치 슬립량이 일정한 슬립량으로 유지되도록 클러치 유압을 피드백 제어하는 슬립 유지 단계와; c) 변속이 완료되는 시점부터 클러치 유압을 상승시켜 락-업을 위한 최대 압력까지 상승시키는 클러치 락-업 완료 단계;를 포함하는 하이브리드 차량의 변속 충격 저감 방법을 제공한다.
여기서, 상기 목표 유압은 엔진 토크와 모터 토크에 따른 값으로 설정되는 것일 수 있으며, 이때 목표 유압이 엔진 토크와 모터 토크의 차이에 따른 값으로 설정되는 것일 수 있다.
또한 상기 a) 단계에서, 변속 요구 시점부터 클러치 유압을 일정한 기울기로 감소시킬 수 있으며, 이때 변속 요구 시점부터 클러치 유압을 설정시간 내에 목표 유압까지 감소시킬 수 있다.
또한 상기 c) 단계에서, 클러치 유압을 일정한 기울기로 상승시킬 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 변속 충격 저감 방법에 의하면, 변속이 이루어지는 동안 클러치 유압을 제어하여 클러치를 일정량 슬립시킴으로써, 변속 충격과 진동을 저감하여 변속감을 개선시킬 수 있게 된다.
또한 이를 통해 변속기 자체의 충격 저감을 위한 제어 과정을 축소할 수 있으므로 변속 개시 시점부터 변속 완료 시점까지의 시간을 단축할 수 있게 된다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 대해 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 하이브리드 차량의 변속 충격 저감을 위한 방법에 관한 것으로서, 엔진과 구동모터 사이에 개재된 클러치(엔진 클러치)의 작동 유압을 제어하여 변속시 발생하는 충격과 진동을 줄이면서 신속한 변속이 완료될 수 있도록 하는 방법에 관한 것이다.
특히, 기존 토크 컨버터에 의한 엔진측과 구동계의 물리적인 슬립을 대신하여, 본 발명에서는 자동변속기가 탑재된 하이브리드 차량에서 클러치의 슬립을 이용하여 변속시 충격과 진동을 효과적으로 저감할 수 있는 방법을 제시하고자 한다.
첨부한 도 2는 본 발명에 따른 변속시 클러치 유압 제어 방법을 나타낸 순서도이고, 도 3은 본 발명에 따른 변속시 클러치 유압 제어 상태를 나타낸 그래프이다.
본 발명에서 제어 주체로는 최상위 제어기인 차량 제어기(Hybrid Control Unit), 변속기를 제어하는 변속기 제어기(Transmission Control Unit), 클러치를 제어하는 클러치 제어기(Clutch Control Unit) 등이 될 수 있으며, 변속 충격 저감을 위한 본 발명의 클러치 제어 과정은 변속이 이루어지는 동안 차량 제어기, 변속기 제어기, 클러치 제어기 등의 협조 제어하에 수행되는 클러치 유압 제어를 통해 이루어질 수 있다.
예를 들어, 차량 제어기는 변속기 제어기의 신호로부터 변속 요구 시점 및 완료 시점을 판단하고, 또한 여러 제어 변수를 기초로 클러치 유압 제어값을 계산한 뒤 유압 지령을 클러치 제어기에 전달한다.
이에 클러치 제어기는 차량 제어기의 유압 지령에 따라 클러치 유압 시스템을 제어하여 클러치 유압 상태 및 클러치 상태(오픈, 슬립, 락-업)를 제어한다.
이하, 본 발명에 따른 제어 과정에 대해 좀더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 2에서 STEP1은 변속 대기(슬립 대기) 단계이고, STEP2는 클러치 슬립을 준비하는 슬립 준비 단계로서, 일정 유압 기울기로 클러치 유압을 점차 감소시키는 단계이다.
STEP3은 실제 클러치 슬립이 이루어지는 슬립 단계로, 이 단계에서는 일정한 클러치 슬립량이 유지되도록 제어하게 되며, STEP4는 슬립이 완료되는 단계로, 변속이 완료된 이후 유압을 상승시켜 클러치 락-업(Lock-up)을 완료하게 된다.
우선, STEP1 상태에서는 클러치가 락-업(결합) 상태를 유지해야 하므로 클러치 유압이 최대 유압(Max. Pressure)으로 유지된다.
이어 STEP2 상태에서는 변속 요구가 있는 시점부터 클러치 유압을 일정한 기울기로 감소시키는데, 이때 클러치 유압을 엔진 토크(Te) 및 모터 토크(Tm)에 따라 설정된 목표 유압[f(Te,Tm)]까지 감소시키며, 미리 정해진 설정시간 내에 클러치 유압이 상기 목표 유압에 도달할 수 있는 기울기로 클러치 유압을 일정하게 감소시킨다.
상기 목표 유압과 설정시간은 선행 테스트를 통해 획득되어 설정되는 데이터로서, 목표 유압은 현재의 '엔진 토크(Te) - 모터 토크(Tm)'에 따른 목표값[f(Te-Tm)]으로 설정될 수 있고, 설정시간은 변속 요구가 있는 시점부터 슬립 개시 시점까지로 미리 설정되는 시간값이다.
이 과정은, 차량 제어기가 엔진 토크 및 모터 토크로부터 목표 유압을 결정한 뒤 클러치 유압이 일정 기울기로 감소되도록 유압 제어값을 계산하여 유압 지령을 출력하고, 이에 클러치 제어기가 차량 제어기로부터 인가되는 유압 지령에 따라 클러치 유압 시스템을 제어하여 클러치 유압을 제어하는 방식으로 이루어질 수 있다.
여기서, 클러치 유압이 설정시간 내에 목표 유압에 도달할 수 있는 기울기로 유압 제어값이 계산된다.
상기 목표 유압에 도달하게 되면, STEP3 상태에서는 슬립을 시작하여 슬립량을 일정하게 유지하는데, 토크 간섭(Torque Intervention)이 발생하는 동안 슬립량[NE(엔진 속도)-NT(모터 속도)]이 미리 설정된 목표 슬립량으로 일정하게 유지되도록 클러치 유압을 피드백 제어하게 된다.
이 과정에서, 차량 제어기와 클러치 제어기가 협조하여 엔진 속도(NE)와 모터 속도(변속기 입력속도)(NT)를 토대로 현재의 슬립량이 일정한 슬립량으로 유지되도록 클러치 유압을 피드백 제어하게 된다.
이후 STEP4 상태에서는 변속이 완료된 시점부터 클러치 락-업을 위해 유압을 점차 상승시키며, 이때 클러치 유압을 일정한 기울기로 락-업을 위한 최대 유압까지 상승시킨다.
결국, 클러치가 락-업된 상태에서 본 발명의 제어 과정은 종료된다.
도 3을 참조하면, 변속 요구가 있는 경우 클러치 유압을 일정하게 감소시키고, 이후 슬립이 시작되어 일정 슬립량이 유지되도록 클러치 유압을 피드백 제어하며, 변속이 완료되면 클러치 유압을 최대 유압까지 일정하게 상승시켜 클러치 락-업을 완료하는 과정으로 진행됨을 볼 수 있다.
이와 같이 하여, 본 발명에서는 자동변속기의 변속이 이루어지는 동안 클러치 유압을 제어하여 클러치를 일정량 슬립시킴으로써, 변속 충격과 진동을 저감하여 변속감을 개선시킬 수 있게 된다.
또한 이를 통해 변속기 자체의 충격 저감을 위한 제어 과정을 축소할 수 있 으므로 변속 개시 시점부터 변속 완료 시점까지의 시간을 단축할 수 있게 된다.
도 1은 통상의 하이브리드 차량을 나타낸 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 변속시 클러치 유압 제어 방법을 나타낸 순서도,
도 3은 본 발명에 따른 변속시 클러치 유압 제어 상태를 나타낸 그래프.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 엔진 20 : 구동모터
30 : 자동변속기 40 : ISG
50 : 클러치

Claims (6)

  1. a) 변속 요구가 있음을 판단하여 변속 요구 시점부터 클러치 유압을 미리 설정된 목표 유압까지 감소시키는 슬립 준비 단계와;
    b) 클러치 유압이 상기 목표 유압에 도달하면 클러치 슬립량이 일정한 슬립량으로 유지되도록 클러치 유압을 피드백 제어하는 슬립 유지 단계와;
    c) 변속이 완료되는 시점부터 클러치 유압을 상승시켜 락-업을 위한 최대 압력까지 상승시키는 클러치 락-업 완료 단계;
    를 포함하는 하이브리드 차량의 변속 충격 저감 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 목표 유압은 엔진 토크(Te)와 모터 토크(Tm)에 따른 값으로 설정되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 변속 충격 저감 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 목표 유압은 엔진 토크와 모터 토크의 차이에 따른 값(f(Te-Tm))으로 설정되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 변속 충격 저감 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 a) 단계에서, 변속 요구 시점부터 클러치 유압을 일정한 기울기로 감소시키는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 변속 충격 저감 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    변속 요구 시점부터 클러치 유압을 설정시간 내에 목표 유압까지 감소시키는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 변속 충격 저감 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 c) 단계에서, 클러치 유압을 일정한 기울기로 상승시키는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 변속 충격 저감 방법.
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