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KR20180068246A - 하이브리드 차량의 엔진 클러치 제어 방법 및 그 제어 장치 - Google Patents

하이브리드 차량의 엔진 클러치 제어 방법 및 그 제어 장치 Download PDF

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KR20180068246A
KR20180068246A KR1020160169973A KR20160169973A KR20180068246A KR 20180068246 A KR20180068246 A KR 20180068246A KR 1020160169973 A KR1020160169973 A KR 1020160169973A KR 20160169973 A KR20160169973 A KR 20160169973A KR 20180068246 A KR20180068246 A KR 20180068246A
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KR
South Korea
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speed
engine clutch
clutch
controller
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KR1020160169973A
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Inventor
김도희
Original Assignee
현대자동차주식회사
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Publication date
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Abstract

하이브리드 차량의 엔진 클러치 제어 방법은, 제어기가 하이브리드 차량의 주행 모드를 EV 모드(electric vehicle mode)로부터 HEV 모드(hybrid electric vehicle mode)로 전환하기 위한 엔진의 목표 속도를 설정하고 하이브리드 시동 발전기를 제어하여 엔진의 속도가 목표 속도가 되도록 제어하는 단계와, 엔진의 속도가 목표 속도로 유지될 때, 제어기가 엔진과 구동 모터를 연결 또는 분리하는 엔진 클러치의 결합이 시작되도록 제어하는 단계와, 제어기가 엔진 클러치가 슬립 결합될 때 생성되는 엔진 클러치의 접합점을 검출하여 엔진 클러치의 접합점을 학습하는 단계와, 엔진 클러치의 접합점이 학습된 후 엔진의 속도와 구동 모터의 속도가 동기화될 때, 제어기가 하이브리드 차량의 운전자의 요구 토크에 근거하여 엔진의 출력을 증가시키는 단계를 포함한다.

Description

하이브리드 차량의 엔진 클러치 제어 방법 및 그 제어 장치{METHOD AND DEVICE FOR CONTROLLING ENGINE CLUTCH OF HYBRID VEHICLE}
본 발명은 하이브리드 차량(하이브리드 전기차(hybrid electric vehicle))에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 하이브리드 차량의 엔진 클러치 제어 방법 및 그 제어 장치에 관한 것이다.
친환경 자동차는 연료전지 자동차, 전기자동차, 플러그인 전기자동차, 하이브리드 자동차를 포괄하는 것으로, 통상적으로 구동력 발생을 위한 모터를 구비한다.
이러한 친환경 자동차의 일례인 하이브리드 자동차(hybrid vehicle)는 내연기관 엔진(internal combustion engine)과 배터리 전원을 함께 사용한다. 즉, 하이브리드 자동차는 내연기관 엔진의 동력과 모터의 동력을 효율적으로 조합하여 사용한다.
하이브리드 자동차는, 엔진, 모터, 엔진과 모터 사이에서 동력을 단속하는 엔진 클러치, 변속기, 차동기어장치, 배터리, 상기 엔진을 시동하거나 엔진의 출력에 의해 발전을 하는 시동 발전기, 및 차륜으로 구성될 수 있다.
또한, 하이브리드 자동차는, 하이브리드 자동차의 전체 동작을 제어하는 하이브리드 제어기(hybrid control unit), 엔진의 동작을 제어하는 엔진 제어기(engine control unit), 모터의 동작을 제어하는 모터 제어기(motor control unit), 변속기의 동작을 제어하는 변속 제어기(transmission control unit), 및 배터리를 제어하고 관리하는 배터리 제어기(battery control unit)로 구성될 수 있다.
상기 배터리 제어기는 배터리 관리 시스템(battery management system)으로 호칭될 수 있다. 상기 시동 발전기는 ISG(integrated starter & generator) 또는 HSG(hybrid starter & generator)라 호칭되기도 한다.
상기와 같은 하이브리드 자동차는 모터의 동력만을 이용하는 순수 전기자동차 모드인 EV 모드(electric vehicle mode), 엔진의 회전력을 주동력으로 하면서 모터의 회전력을 보조동력으로 이용하는 HEV 모드(hybrid electric vehicle mode), 자동차의 제동 혹은 관성에 의한 주행 시 제동 및 관성 에너지를 모터의 발전을 통해 회수하여 배터리에 충전하는 회생제동 모드(regenerative braking mode) 등의 주행모드로 운행할 수 있다.
하이브리드 차량은 모드 변환을 위해서, 모터와 엔진 사이의 동력 전달 및 분리를 위해서 엔진 클러치를 동작시킨다. 엔진 클러치의 동작을 결정하는 엔진 클러치의 동작 유압은 하이브리드 차량의 운전성, 동력성능, 및 연비를 크게 좌우할 수 있으므로, 정확하게 제어되어야 한다.
엔진 클러치의 동작 유압은 엔진 클러치에 포함된 두 개의 마찰재들이 접촉하여 토크 전달이 시작되는 초기 유압과, 엔진의 속도와 모터의 속도를 수신하여 엔진 클러치의 유압을 조절하는 피드백(feedback) 유압에 의해서 결정될 수 있다. 상기 초기 유압은 키스 포인트(kiss point)로 언급될 수 있다.
키스 포인트(kiss point)는 엔진 클러치의 사용 중에 변동될 수 있다. 따라서, 키스 포인트(kiss point)에 대한 학습을 실시하여 엔진 클러치가 정확한 지점에서 토크전달을 할 수 있도록 엔진 클러치의 유압을 제어할 필요가 있다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
본 발명이 해결하려는 기술적 과제(목적)는 EV모드(electric vehicle mode)에서 HEV 모드(hybrid electric vehicle mode)로 주행 모드를 전환시키는 엔진의 크랭킹(Cranking) 상태(상황)에서 엔진 클러치의 접합점 학습을 진행하고 엔진의 물리적 동력 전달 시점을 앞당겨 차량의 구동 응답성을 향상시킬 수 있는, 하이브리드 차량의 엔진 클러치 제어 방법(또는 하이브리드 차량의 엔진클러치 결합 제어 방법) 및 그 제어 장치를 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결(달성)하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 엔진 클러치 제어 방법은, 제어기가 상기 하이브리드 차량의 주행 모드를 EV 모드(electric vehicle mode)로부터 HEV 모드(hybrid electric vehicle mode)로 전환하기 위한 엔진의 목표 속도를 설정하고 하이브리드 시동 발전기를 제어하여 상기 엔진의 속도가 상기 목표 속도가 되도록 제어하는 단계; 상기 엔진의 속도가 상기 목표 속도로 유지될 때, 상기 제어기가 상기 엔진과 구동 모터를 연결 또는 분리하는 엔진 클러치의 결합이 시작되도록 제어하는 단계; 상기 제어기가 상기 엔진 클러치가 슬립 결합될 때 생성되는 엔진 클러치의 접합점을 검출하여 상기 엔진 클러치의 접합점을 학습하는 단계; 및 상기 엔진 클러치의 접합점이 학습된 후 상기 엔진의 속도와 상기 구동 모터의 속도가 동기화될 때, 상기 제어기가 상기 하이브리드 차량의 운전자의 요구 토크에 근거하여 상기 엔진의 출력을 증가시키는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 하이브리드 차량의 엔진 클러치 제어 방법은, 상기 접합점이 검출될 때, 상기 제어기가 상기 엔진 클러치의 전달 토크를 학습하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 제어기는 상기 엔진의 속도와 상기 구동 모터의 속도 사이의 동기화 시점을 상기 엔진 클러치의 전달 토크가 발생하는 시점으로 판단할 수 있다.
상기 엔진의 목표 속도는 상기 구동 모터의 속도보다 클 수 있다.
상기 엔진 클러치의 접합점이 검출된 후 상기 제어기에 의한 상기 하이브리드 시동 발전기의 속도 제어는 중지할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 엔진 클러치 제어 장치는, 엔진과 구동 모터를 연결 또는 분리하는 엔진 클러치; 및 상기 하이브리드 차량의 주행 모드를 EV 모드(electric vehicle mode)로부터 HEV 모드(hybrid electric vehicle mode)로 전환하기 위한 엔진의 목표 속도를 설정하고 하이브리드 시동 발전기를 제어하여 상기 엔진의 속도가 상기 목표 속도가 되도록 제어하는 제어기;를 포함하며, 상기 엔진의 속도가 상기 목표 속도로 유지될 때, 상기 제어기는 상기 엔진 클러치의 결합이 시작되도록 제어하고, 상기 제어기는 상기 엔진 클러치가 슬립 결합될 때 생성되는 엔진 클러치의 접합점을 검출하여 상기 엔진 클러치의 접합점을 학습하고, 상기 엔진 클러치의 접합점이 학습된 후 상기 엔진의 속도와 상기 구동 모터의 속도가 동기화될 때, 상기 제어기가 상기 하이브리드 차량의 운전자의 요구 토크에 근거하여 상기 엔진의 출력을 증가시킬 수 있다.
전술한 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 엔진 클러치 제어 방법 및 그 제어 장치는, 하이브리드 차량의 주행 모드를 EV모드로부터 HEV 모드로 전환시키는 엔진의 크랭킹(Cranking) 이후 엔진의 속도 제어 방법(속도 제어 전략)을 개선하여 엔진 속도와 모터 속도 사이의 동기화(synchronization) 및 엔진 클러치의 접합점 학습(learning)을 한번에 수행할 수 있다.
본 발명의 실시예는 주행 모드가 EV 모드로부터 HEV 모드로 전환 시(또는 엔진의 크랭킹(Cranking) 시) 엔진 클러치의 접합점 및 전달 토크를 학습하여 학습 빈도를 향상시키고, 엔진 클러치 제어의 강건성(robustness)을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 실시예는 엔진 클러치의 접합점 학습 절차(sequence)를 엔진 속도와 모터 속도 사이의 동기화 제어에 포함시키는 것에 의해, 엔진 클러치의 접합점 학습에서 사용되는 연료 또는 전기 에너지 소모를 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예는 엔진 속도와 모터 속도 사이의 동기화(synchronization)를 동기화 지속시간으로 판단하기 보다 학습과정에서 발생한 슬립마찰을 통해 물리적 동기화가 이루어지기 때문에, 차량의 구동축(또는 구동 휠)에 엔진의 물리적 동력전달시점이 빨라져 EV 모드에서 HEV 모드 사이의 천이 시간이 단축될 수 있다.
본 발명의 상세한 설명에서 사용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여, 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.
도 1은 관련기술에 따른 하이브리드 차량의 엔진 속도 제어를 설명하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 엔진 클러치 제어 방법을 설명하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 엔진 클러치 제어 방법을 설명하는 설명하는 흐름도(flowchart)이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 엔진 클러치 제어 방법이 적용되는 하이브리드 차량을 설명하는 블락 다이어그램(block diagram)이다.
본 발명, 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는, 본 발명의 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용이 참조되어야 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하는 것에 의해, 본 발명을 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 나타낼 수 있다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 이 명세서에서, “포함하다” 또는 “가지다” 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 구성요소를 사이에 두고 "전기적 또는 기계적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자(통상의 기술자)에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
하이브리드 차량의 동력 전달 장치인 엔진 클러치는 엔진 클러치의 온도, 엔진과 구동 모터 사이의 속도차, 또는 유압 장치 및 모터를 포함하는 HCA(Hydrostatic Clutch Actuator)와 같은 엔진 클러치 구동기의 상태변화에 따라 비선형적인 경향을 갖기 때문에, 기회가 있을 때마다 지속적인 엔진 클러치의 접합점(kiss point)의 학습이 필요하다.
관련 기술에서, 변속기의 변속단이 P단(park stage) 또는 N단(neutral stage)이고 차량이 정지한 상태에서 동력을 구동시켜 접합점이 학습되거나 또는 차량이 주행 중 일 때 엔진(또는 구동 모터)의 속도제어를 통해 접합점이 학습될 수 있다.
부연하여 설명하면, 관련 기술은 P 단 또는 N 단에서 차량이 정차되어 있을 때 엔진 클러치 양단의 동력원인 엔진 및 구동 모터의 속도제어를 통해 엔진 클러치의 접합점 학습을 수행한다. 다른 관련 기술은 변속기의 변속단이 D 단(drive stage)이고 차량이 주행 중일 때 HEV 모드(hybrid electric vehicle mode)로부터 EV 모드(electric vehicle mode)로 모드 전환 중 나타나는 변속시점 또는 차량의 타행 주행(coasting drive) 동안 엔진 클러치의 접합점 학습을 수행한다. 상기 다른 관련 기술의 예가 한국 특허출원번호 10-2016-0003495 및 10-2015-0152445에 개시(disclosure)되어 있을 수 있다.
엔진 클러치는 하이브리드 차량의 주행 모드가 EV 모드((electric vehicle mode))에서 HEV모드(hybrid electric vehicle mode)로 전환되는 과정에서 엔진 크랭킹(Cranking)과 함께 엔진(엔진단)과 구동 모터(모터단)을 결합시켜 엔진 동력을 구동축(또는 구동 휠((driving wheel))에 전달하는 장치이다. 엔진 클러치의 결합을 위해 엔진 클러치 양단의 동력원의 속도를 동기화시켜 불필요한 충격을 방지한 후 엔진 클러치를 결합시킨다. 상기 속도의 동기화 과정에서 엔진은 모터의 속도를 추종하기 위한 속도제어를 하여 모터와의 속도 차를 없앤 후, 엔진 클러치를 결합시킨다. 또한, 엔진 클러치의 접합점 학습을 위해 변속단이 P 단 또는 N 단이고 차량이 정지한 상태 또는 변속단이 D 단이고 차량이 주행중인 상태에서 구동원의 속도제어를 별도로 진행하여 엔진 클러치를 결합시키며 엔진 클러치의 접합점 학습 및 엔진 클러치의 전달토크 학습을 진행한다.
그러나, 엔진 클러치의 접합점 학습을 위해 차량의 주행과 관련 없는 상황에서 상기 관련기술은 변속단(gear shift stage)이 P 단 또는 N 단으로 변경되는 절차(process)와 같은 별도의 학습 절차(sequence)를 필요로 하므로, 상기 관련 기술은 복잡한 구동전략(구동방법)을 사용(발생)한다. 또한, 학습 절차(sequence)를 위한 잦은 구동원(엔진 또는 구동 모터)의 작동은 추가적인 에너지 소모를 발생시킬 수 있다.
도 1은 관련기술에 따른 하이브리드 차량의 엔진 속도 제어를 설명하는 도면이다.
도 1을 참조하면, 관련 기술은 오버슈트(Overshoot)를 감소시켜 엔진속도를 모터 속도에 동기화(synchronization)시키는 시간을 단축하도록 엔진을 속도 제어하여 가능한 빨리 엔진 속도를 모터 속도(또는 구동 모터의 속도)에 동기화(synchronization)시킨 후, 엔진 클러치의 결합력을 증가(증대)시켜 전달되는 엔진의 출력을 증가하도록 제어하는 것을 목표로 할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 엔진 클러치 제어 방법을 설명하는 도면이다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 엔진 클러치 제어 방법을 설명하는 설명하는 흐름도(flowchart)이다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 엔진 클러치 제어 방법이 적용되는 하이브리드 차량을 설명하는 블락 다이어그램(block diagram)이다.
도 2, 도 3, 및 도 4를 참조하면, 제어 단계(105)에서 제어기(305)는 하이브리드 차량(300)의 주행 모드를 EV 모드(electric vehicle mode)로부터 HEV 모드(hybrid electric vehicle mode)로 전환하기 위한 엔진(310)의 목표 속도를 설정하고 하이브리드 시동 발전기(hybrid starter & generator, HSG)(320)를 제어하여 엔진(310)의 속도가 상기 목표 속도에 추종되도록 제어할 수 있다. 엔진(310)의 목표 속도는 구동 모터(330)의 속도보다 클 수 있다.
엔진(310)의 목표 속도는 아래의 수학식으로 주어질 수 있다.
엔진 목표 속도 = 모터 속도 + 속도차(또는 Δ속도)
상기 수학식에서 상기 속도차는 엔진(310)과 모터(330)의 속도차로서 사전에 결정되고, 온도의 함수일 수 있다.
부연하여 설명하면, 제어기(305)는 엔진 속도 제어를 위한 목표속도를 설정할 수 있다. 엔진(310)의 목표 속도인 엔진의 목표(Target) 회전수(예, RPM((revolutions per minute))(Target RPM)는 아래의 수학식으로 주어질 수 있다.
Target RPM = Motor RPM + Delta RPM
상기 수학식에서, 상기 Delta RPM은 모터 속도와 엔진 속도 사이의 속도차인 모터 회전수와 엔진 회전수 사이의 회전수 차이이고, 온도의 함수일 수 있다.
하이브리드 차량(300)은, 제어기(controller)(305), 엔진(310), HSG(320), 엔진 클러치(engine clutch)(325), 전기 모터일 수 있는 모터(또는 구동 모터)(330), 배터리(340), 변속기(350), 및 차륜인 구동 휠들(driving wheels)(390)을 포함한다. 하이브리드 차량의 엔진 클러치 제어 장치는 제어기(305) 및 엔진 클러치(325)를 포함할 수 있다.
하이브리드 차량(300)은 하이브리드 전기차(hybrid electric vehicle)로서, 동력원(power source)으로 엔진(310)과 모터(330)를 사용할 수 있고, 모터(330)와 엔진(310) 사이에 엔진 클러치(325)가 존재하여 엔진 클러치(325)가 열린 상태에서는 모터(330)에 의하여 주행하는 EV(Electric Vehicle) 모드로 작동되고 엔진 클러치(325)가 닫힌 상태에서는 모터(330)와 엔진(310) 모두에 의한 주행이 가능한 HEV(Hybrid Electric Vehicle) 모드로 작동될 수 있다.
하이브리드 차량(300)은 모터(330)와 변속기(350)가 붙어 있는 TMED(Transmission Mounted Electric Device) 방식의 파워 트레인(power train)을 포함할 수 있으며, 엔진(310)과 모터(330)로 구성되는 동력원 사이에 엔진 클러치(325)가 존재하여 엔진 클러치(325)의 접합(engagement)(결합) 여부에 따라 모터(330)의 동력만을 이용하는 순수 전기자동차 모드인 EV 모드(electric vehicle mode) 혹은 엔진(310)의 회전력을 주동력으로 하면서 모터(330)의 회전력을 보조동력으로 이용하는 HEV 모드(hybrid electric vehicle mode)의 운행(주행)을 제공할 수 있다. 부연하여 설명하면, 모터(330)는 변속기(350)와 직결되어 있는 구조를 가지는 하이브리드 차량(300)에서, 하이브리드 시동 발전기(HSG)(320)의 기동을 통해 엔진RPM(revolutions per minute)이 끌어올려지고, 엔진(310)의 동력 전달 및 차단은 클러치(325)의 접합(결합) 및 분리를 통해 수행되며, 변속기(350)를 포함할 수 있는 동력전달계를 통해 휠들(wheels)(390)에 구동력이 발생되고, 엔진(310)의 토크전달 요구 시 클러치(325)의 접합을 통해 엔진 토크가 전달될 수 있다.
제어기(305)는 하이브리드 제어기(hybrid control unit, HCU), 모터 제어기(motor control unit, MCU), 엔진 제어기(engine control unit)(ECU), 및 변속 제어기(transmission control unit, TCU)를 포함할 수 있다.
하이브리드 제어기(HCU)는 엔진(310)의 정지 시 HSG(320)의 제어를 통해 엔진의 기동(시동)을 제어할 수 있다. HCU는 최상위 제어기로서 차량 네트워크(network)인 CAN(Controller Area Network)와 같은 네트워크로 연결되는 모터 제어기(MCU)와 같은 제어기들을 통합 제어할 수 있고, 하이브리드 차량(300)의 전체 동작을 제어할 수 있다.
모터 제어기(MCU)는 HSG(320) 및 모터(330)를 제어할 수 있다. 모터 제어기(MCU)는 상기 네트워크를 통해 하이브리드 제어기(HCU)로부터 출력되는 제어신호에 따라 구동모터(330)의 출력토크를 제어하여 최대의 효율을 갖는 영역으로 구동될 수 있도록 할 수 있다. 모터 제어기(MCU)는 복수개의 전력 스위칭소자로 구성되는 인버터(inverter)를 포함하며, 인버터를 구성하는 전력 스위칭 소자는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor), MOSFET, FET, 트랜지스터(TR), 및 릴레이(relay) 중 하나로 구성될 수 있다. 인버터는 배터리(340)에서 공급되는 DC 전압(직류 전압)을 3상 교류 전압으로 변환시켜 구동 모터(330)를 구동할 수 있다. 모터 제어기(MCU)는 배터리(340)와 모터(330) 사이에 배치될 수 있다.
엔진 제어기(ECU)는 엔진(310)의 토크를 제어할 수 있다. 엔진 제어기(ECU)는 상기 네크워크를 통해 하이브리드 제어기(HCU)로부터 출력되는 제어신호에 따라 엔진(310)의 운전점을 제어하여 최적의 토크가 출력될 수 있도록 할 수 있다. 변속 제어기(TCU)는 변속기(350)의 동작을 제어할 수 있다.
제어기(305)는, 예를 들어, 프로그램에 의하여 동작하는 하나 이상의 마이크로프로세서(microprocessor) 또는 상기 마이크로프로세서를 포함하는 하드웨어일 수 있고, 상기 프로그램은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 엔진 클러치 제어 방법을 수행하기 위한 일련의 명령(instruction)을 포함할 수 있다.
엔진(310)는 디젤엔진, 가솔린 엔진, LPG엔진, 및 LNG엔진 중 어느 하나를 포함할 수 있으며, 상기 엔진 제어기로부터 출력되는 제어신호에 따른 운전점으로 토크를 출력하여 HEV모드에서 구동모터(330)와의 구동력 조합을 적정하게 유지할 수 있다.
엔진(310)은 엔진 클러치(325)를 통해 모터(330)에 결합되고 변속기(350)에 전달되는 동력을 생성할 수 있다.
하이브리드 시동 발전기(HSG)(320)는 전동기 또는 발전기로 동작하며, 모터 제어기(MCU)로부터 출력되는 제어신호에 따라 전동기로 동작되어 엔진(310)의 시동 온(on)을 실행하고, 엔진(310)이 시동 온 유지하는 상태에서 발전기로 동작되어 전압을 발전시키며 발전 전압을 상기 인버터를 통해 배터리(340)에 충전 전압으로 제공할 수 있다. 하이브리드 시동 발전기(HSG)(320)는 엔진(310)에 벨트(belt)로 연결될 수 있다. HSG(320)는 엔진(310)을 크랭크(Cranking)하기 위한 모터로서, 엔진과 직접 연결 또는 벨트로 연결될 수 있다.
엔진 클러치(325)는 엔진(310)과 구동모터(330) 사이에 배치(장착)되어, 동력 전달(동력 연결)을 단속시켜 EV모드와 HEV모드의 운행이 제공될 수 있도록 할 수 있다. 엔진 클러치(325)의 동작은 제어기(305)에 의해 제어될 수 있다. 엔진 클러치(325)는 건식 엔진 클러치를 포함할 수 있다.
구동 모터(330)는 모터 제어기(MCU)로부터 출력되는 3상 교류전압에 의해 동작되어 토크를 발생시키고, 타행 주행(coasting drive) 또는 회생 제동에서 발전기로 동작되어 회생에너지를 배터리(340)에 공급할 수 있다.
배터리(340)는 다수개의 단위 셀(unit cell)로 이루어지며, 휠들(390)에 구동력을 제공하는 구동모터(330) 또는 HSG(320)에 전압을 제공하기 위한, 예를 들어, 직류 350(Volt) 내지 450V의 고전압이 저장될 수 있다.
변속기(350)는 자동 변속기(automatic transmission) 또는 듀얼 클러치 변속기(dual clutch transmission, DCT)와 같은 다단 변속기(multiple speed transmission 또는multistage transmission)로 구현될 수 있으며, 변속 제어기(TCU)의 제어에 따른 유압(hydraulic pressure)의 작동으로 결합요소(engagement element) 및 해방요소(disengagement element)가 동작되어 임의의 변속단을 결합(선택)할 수 있다. 변속기(350)는 엔진(310) 및/또는 모터(330)의 구동력을 휠들(390)에 전달 또는 차단할 수 있다.
동기화 단계(110)에 따르면, 제어기(305)는 엔진(310)의 속도가 상기 목표 속도로 유지(동기화)되는 지 여부를 판단할 수 있다.
시작 단계(115)에 따르면, 엔진(310)의 속도가 상기 목표 속도로 유지된 후, 제어기(305)는 엔진 클러치(325)의 결합이 시작되도록 제어할 수 있다.
감지 단계(120)에 따르면, 제어기(305)는 하이브리드 차량(300)에 포함된 센서(sensor)의 출력 신호를 이용하여 엔진 클러치(325)의 접합점이 감지(검출)되는 지 여부를 판단할 수 있다. 엔진 클러치(320)의 접합점이 검출된 후 제어기(305)에 의한 HSG(320)의 속도 제어는 중지(종료)될 수 있다.
접합점(kiss point)은 엔진 클러치(325)의 전달 토크 전달 시작점으로서 엔진 클러치의 상태를 클러치가 마찰을 시작하는 슬립(slip) 상태(또는 엔진 클러치의 슬립 결합 상태)로 변환시키는 유압일 수 있다. 접합점(kiss point)은 엔진 클러치(325)에 포함된 두 개의 마찰재들(friction members)이 접촉하여 토크 전달이 시작되는 초기 유압(initial hydraulic pressure)을 의미할 수 있고, 하이브리드 차량의 주행 모드를 EV 모드로부터 HEV 모드로 전환하기 위한 제어에 사용될 수 있다. 접합점(kiss point)에서 엔진 클러치(325)의 슬립(slip) 상태가 시작될 수 있다.
학습 단계(125)에 따르면, 제어기(305)는 엔진 클러치(325)의 접합점을 검출하여 엔진 클러치의 접합점을 학습할 수 있다. 엔진(310)의 속도가 상기 목표 속도로 유지되기 시작될 때, 제어기(305)는 상기 엔진 클러치의 접합점 학습을 위한 대기(standby) 동작을 수행할 수 있다.
증가 단계(130)에 따르면, 제어기(305)는 엔진 클러치(325)의 접합점이 검출된 후 엔진 클러치(325)의 결합력을 증가(증대)시킬 수 있다.
학습 단계(135)에 따르면, 엔진 클러치(325)의 결합력이 증가될 때(또는 상기 접합점이 검출될 때) 제어기(305)는 엔진 클러치(325)의 전달 토크의 학습(또는 검출)을 시작할 수 있다. 엔진 클러치의 전달토크는 엔진 클러치에 포함된 두 개의 마찰재들이 물리적으로 접촉하여 전달되는 토크로서, 엔진 클러치에 공급되는 유체(예, 오일(oil))의 압력과, 상기 마찰재(friction member)의 마찰계수를 통해 추정될 수 있다. 상기 전달 토크는 하이브리드 차량(300)이 HEV 모드로 주행할 때 필요한 엔진 클러치 접합을 위한 정보(예, 엔진 클러치에 공급되는 유체의 압력)로 사용될 수 있다. 상기 엔진 클러치에 공급되는 유체의 압력은 클러치 결합 충격을 방지할 수 있다.
확인 단계(140)에 따르면, 전달 토크의 학습 과정에서, 제어기(305)는 HSG(320)를 이용하여 엔진(또는 엔진단)(310)의 속도를 감소시키는 것에 의해 모터(330)의 속도에 엔진의 속도가 수렴(동기화 또는 추종)되는 지 여부를 확인(check)할 수 있다.
엔진의 속도와 모터의 속도가 동기화될 때, 제어기(305)는 엔진 속도와 모터 속도 사이의 동기화 시점을 엔진 클러치(325)의 전달 토크가 발생하는 시점으로 판단할 수 있다. 엔진(310)의 속도와 모터(330)의 속도가 동기화될 때, 엔진 클러치(325)의 상태는 락-업(Lock-up) 상태일 수 있다.
엔진 클러치가 락-업(Lock-up)인 상태에서는 엔진 속도와 모터 속도가 일치될 수 있다. 도 2에서, 클러치 오픈(Open) 상태는 엔진 클러치 양단 축이 서로 간섭을 받지 않으며, 클러치가 물리적으로 떨어져 있는 상태를 말하고, 슬립(Slip) 상태는 클러치가 마찰을 시작하며, 클러치 양단의 속도 차이가 일정 값 이상이 되는 상태를 말하며, 락업(Lock-up) 상태는 클러치 양단의 속도 차이가 없으며 입력축으로 인가된 토크가 출력축으로 100% 전달되는 상태를 말할 수 있다.
증가 단계(145)에 따르면, 엔진의 속도와 모터의 속도가 동기화될 때, 제어기(305)는 전달 토크 발생 시점부터 운전자의 요구토크 만족을 위해 엔진(310)의 출력(또는 토크)을 증가(증대)시킬 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예는 EV 모드에서 HEV 모드로 모드 전환 시, 엔진 클러치의 결합 및 학습을 동시에 진행하여 구동력 전달시점을 앞당김과 동시에 접합점 학습 또는 전달토크 학습을 진행하기 때문에 별도의 학습을 위한 절차(sequence)에 따른 불필요한 에너지 소모를 방지할 수 있다.
본 발명의 실시예에서 사용되는 구성요소 또는 “~부(unit)” 또는 블록 또는 모듈은 메모리 상의 소정 영역에서 수행되는 태스크, 클래스, 서브 루틴, 프로세스, 오브젝트, 실행 쓰레드, 프로그램과 같은 소프트웨어(software)나, FPGA(fieldprogrammable gate array)나 ASIC(application-specific integrated circuit)과 같은 하드웨어(hardware)로 구현될 수 있으며, 또한 상기 소프트웨어 및 하드웨어의 조합으로 이루어질 수도 있다. 상기 구성요소 또는 '~부' 등은 컴퓨터로 판독 가능한 저장 매체에 포함되어 있을 수도 있고, 복수의 컴퓨터에 그 일부가 분산되어 분포될 수도 있다.
이상에서와 같이, 도면과 명세서에서 실시예가 개시되었다. 여기서, 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이며 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명으로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 이 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
305: 제어기
310: 엔진
320: HSG
325: 엔진 클러치
330: 모터

Claims (6)

  1. 하이브리드 차량의 엔진 클러치 제어 방법에 있어서,
    제어기가 상기 하이브리드 차량의 주행 모드를 EV 모드(electric vehicle mode)로부터 HEV 모드(hybrid electric vehicle mode)로 전환하기 위한 엔진의 목표 속도를 설정하고 하이브리드 시동 발전기를 제어하여 상기 엔진의 속도가 상기 목표 속도가 되도록 제어하는 단계;
    상기 엔진의 속도가 상기 목표 속도로 유지될 때, 상기 제어기가 상기 엔진과 구동 모터를 연결 또는 분리하는 엔진 클러치의 결합이 시작되도록 제어하는 단계;
    상기 제어기가 상기 엔진 클러치가 슬립 결합될 때 생성되는 엔진 클러치의 접합점을 검출하여 상기 엔진 클러치의 접합점을 학습하는 단계; 및
    상기 엔진 클러치의 접합점이 학습된 후 상기 엔진의 속도와 상기 구동 모터의 속도가 동기화될 때, 상기 제어기가 상기 하이브리드 차량의 운전자의 요구 토크에 근거하여 상기 엔진의 출력을 증가시키는 단계;
    를 포함하는 하이브리드 차량의 엔진 클러치 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 하이브리드 차량의 엔진 클러치 제어 방법은,
    상기 접합점이 검출될 때, 상기 제어기가 상기 엔진 클러치의 전달 토크를 학습하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 엔진 클러치 제어 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 엔진의 속도와 상기 구동 모터의 속도 사이의 동기화 시점을 상기 엔진 클러치의 전달 토크가 발생하는 시점으로 판단하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 엔진 클러치 제어 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 엔진의 목표 속도는 상기 구동 모터의 속도보다 큰 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 엔진 클러치 제어 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 엔진 클러치의 접합점이 검출된 후 상기 제어기에 의한 상기 하이브리드 시동 발전기의 속도 제어는 중지되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 엔진 클러치 제어 방법.
  6. 하이브리드 차량의 엔진 클러치 제어 장치에 있어서,
    엔진과 구동 모터를 연결 또는 분리하는 엔진 클러치; 및
    상기 하이브리드 차량의 주행 모드를 EV 모드(electric vehicle mode)로부터 HEV 모드(hybrid electric vehicle mode)로 전환하기 위한 엔진의 목표 속도를 설정하고 하이브리드 시동 발전기를 제어하여 상기 엔진의 속도가 상기 목표 속도가 되도록 제어하는 제어기;
    를 포함하며,
    상기 엔진의 속도가 상기 목표 속도로 유지될 때, 상기 제어기는 상기 엔진 클러치의 결합이 시작되도록 제어하고, 상기 제어기는 상기 엔진 클러치가 슬립 결합될 때 생성되는 엔진 클러치의 접합점을 검출하여 상기 엔진 클러치의 접합점을 학습하고, 상기 엔진 클러치의 접합점이 학습된 후 상기 엔진의 속도와 상기 구동 모터의 속도가 동기화될 때, 상기 제어기가 상기 하이브리드 차량의 운전자의 요구 토크에 근거하여 상기 엔진의 출력을 증가시키는 하이브리드 차량의 엔진 클러치 제어 장치.
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