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KR20210072196A - 하이브리드 차량 및 그 제어 방법 - Google Patents

하이브리드 차량 및 그 제어 방법 Download PDF

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KR20210072196A
KR20210072196A KR1020190161637A KR20190161637A KR20210072196A KR 20210072196 A KR20210072196 A KR 20210072196A KR 1020190161637 A KR1020190161637 A KR 1020190161637A KR 20190161637 A KR20190161637 A KR 20190161637A KR 20210072196 A KR20210072196 A KR 20210072196A
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South Korea
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motor
torque command
gear stage
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이수방
이슬기
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현대자동차주식회사
기아 주식회사
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Abstract

본 발명은 하이브리드 차량 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 하이브리드 차량의 모터 토크 제어에 있어서, 변속기의 출력 속도 및 상기 변속기의 입력 토크를 기초로 결정되는 변속 진행률에 따라 변속 목표 기어단의 모터 토크 지령의 변경 시점을 결정함으로써 하이브리드 차량의 토크의 안정성 및 제동의 선형성을 확보하는데 그 목적이 있다. 이를 위해 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 제어 방법은, 회생 제동 중 변속 요구가 발생하면 상기 변속 요구에 대응하는 목표 기어단을 결정하는 단계와; 변속기의 출력 속도 및 상기 변속기의 입력 토크를 기초로 결정되는 변속 진행률에 따라 상기 목표 기어단의 모터 토크 지령의 변경 시점을 결정하는 단계를 포함한다.

Description

하이브리드 차량 및 그 제어 방법{HYBRID VEHICLE AND CONTROL METHOD THEREOF}
본 발명은 차량에 관한 것으로, 엔진과 모터를 구비하고 엔진의 동력 또는 엔진과 모터의 복합 동력을 이용하여 주행하는 하이브리드 차량에 관한 것이다.
하이브리드 차량(Hybrid Electric Vehicle, HEV)은 서로 다른 두 종류 이상의 구동원을 사용하는 차량으로서, 일반적으로 연료를 연소시켜 구동력을 생성하는 엔진과, 배터리의 전기에너지로 구동력을 생성하는 모터에 의해 구동되는 차량을 의미한다.
이와 같은 구성의 하이브리드 차량은 모터의 동력만을 이용하는 순수 전기차 모드인 EV(Electric Vehicle) 모드, 또는 엔진의 동력과 모터의 동력을 복합적으로 이용하는 HEV(Hybrid Electric Vehicle) 모드로 주행할 수 있다.
또한, 차량의 제동 시나 관성에 의한 타행 주행(coasting) 시에는 차량의 운동에너지를 모터를 통해 회수하여 배터리를 충전(모터 충전)하는 회생 모드가 수행된다. 회생 모드에서는 차량의 운동에너지를 전달받은 모터가 발전 작동하여 인버터를 통해 연결된 배터리를 충전한다.
한편, 하이브리드 차량에서 변속 시에는 변속기 출력 측의 급격한 토크 변동으로 인해 나타나는 충격을 상쇄하기 위하여 변속기 입력 측으로 전달되는 모터 토크를 줄이는 토크 인터벤션(intervention) 제어가 수행된다. 또한, 운전자가 브레이크 페달을 밟아 회생 제동이 이루어지고 있는 동안의 변속, 즉 회생 제동 중에 변속기의 기어단을 하향으로 변경하는 다운시프트(downshift)의 변속이 이루어질 때에도 토크 인터벤션 제어가 수행된다.
회생 제동 중 다운시프트의 변속 시 제어에 있어서, 종래에는 회생 제동을 수행하지 않는 일반 엔진 차량(conventional vehicle)의 토크 제어 방식을 이용하였다. 즉, 회생 제동 중 다운시프트 변속 시의 제어가 일반 엔진 차량을 제어하는 기준으로 제어 로직이 구현되어 있으며, 이러한 제어 로직은 일반 엔진 차량이 음(-)의 방향으로 토크를 사용하지 않으므로 회생 제동을 하는 하이브리드 차량의 제어에는 사용하기가 적합하지 않다
또한, 종래의 제어 방식에서는 다운시프트의 변속이 이루어질 때 변속 진행 상태에 따라 인터벤션 토크를 조절하며, 예로서 인터벤션 토크의 절대값을 변속 페이즈(phase)별 기울기 및 실 변속 진행률별 기울기로 점차 줄이게 된다. 이때, 회생 제동 시의 토크는 음의 토크가므로, 인터벤션 토크는 변속 진행 상태가 고려된 기울기로 절대값이 점차 감소하도록 결정되고, 이와 같이 변속 동안에는 변속 진행 상태에 따라 결정되는 인터벤션 토크를 모터 토크 지령으로 사용하여 모터의 회생 작동을 제어함으로써 모터 토크(음의 토크임)의 절대값을 줄이게 된다.
이와 같은 종래의 하이브리드 차량에서는, 변속을 위한 토크 인터벤션 진입 시점부터 인터벤션 토크로 모터 토크가 피드포워드 제어되는 방식이 적용됨으로 인해, 변속 말기 또는 실 변속 완료 후 토크 인터벤션이 해제되면서 토크 변동이 크게 발생할 수 있고, 결국 제동 선형성이 나빠지는 문제가 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 하이브리드 차량의 모터 토크 제어에 있어서, 변속기의 출력 속도 및 상기 변속기의 입력 토크를 기초로 결정되는 변속 진행률에 따라 변속 목표 기어단의 모터 토크 지령의 변경 시점을 결정함으로써 하이브리드 차량의 토크의 안정성 및 제동의 선형성을 확보하는데 그 목적이 있다.
상술한 목적의 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 제어 방법은, 회생 제동 중 변속 요구가 발생하면 상기 변속 요구에 대응하는 목표 기어단을 결정하는 단계와; 변속기의 출력 속도 및 상기 변속기의 입력 토크를 기초로 결정되는 변속 진행률에 따라 상기 목표 기어단의 모터 토크 지령의 변경 시점을 결정하는 단계를 포함한다.
상술한 하이브리드 차량의 제어 방법에서, 상기 변속 진행률이 미리 설정된 기준 값을 초과할 때 상기 목표 기어단의 모터 토크 지령의 변경을 시작한다.
상술한 하이브리드 차량의 제어 방법에서, 상기 목표 기어단의 모터 토크 지령의 변경은 상기 변속기의 실 변속 구간이 종료되기 전에 이루어진다.
상술한 하이브리드 차량의 제어 방법에서, 상기 목표 기어단의 모터 토크 지령은 토크 인터벤션 전의 모터 토크 지령이다.
상술한 하이브리드 차량의 제어 방법에서, 상기 변속 진행률 및 모터의 토크 변동 사항을 시각적으로 표시하는 단계를 더 포함한다.
상술한 하이브리드 차량의 제어 방법에서, 상기 변속 진행률을 백분율로 표시한다.
상술한 하이브리드 차량의 제어 방법에서, 상기 변속 요구는 다운 시프트 변속 요구이다.
상술한 목적의 본 발명에 다른 하이브리드 차량은, 연료를 연소시켜 동력을 발생시키는 엔진과; 전기 에너지를 사용하여 동력을 발생시키는 모터와; 상기 모터의 동력 또는 상기 모터 및 상기 엔진의 복합 동력을 구동륜에 전달하는 변속기와; 회생 제동 중 변속 요구가 발생하면 상기 변속 요구에 대응하는 목표 기어단을 결정하고, 상기 변속기의 출력 속도 및 상기 변속기의 입력 토크를 기초로 결정되는 변속 진행률에 따라 상기 목표 기어단의 모터 토크 지령의 변경 시점을 결정하는 제어부를 포함한다.
상술한 하이브리드 차량에서, 상기 제어부는, 상기 변속 진행률이 미리 설정된 기준 값을 초과할 때 상기 목표 기어단의 모터 토크 지령의 변경을 시작한다.
상술한 하이브리드 차량에서, 상기 목표 기어단의 모터 토크 지령의 변경은 상기 변속기의 실 변속 구간이 종료되기 전에 이루어진다.
상술한 하이브리드 차량에서, 상기 목표 기어단의 모터 토크 지령은 토크 인터벤션 전의 모터 토크 지령이다.
상술한 하이브리드 차량에서, 상기 변속 진행률 및 모터의 토크 변동 사항을 시각적으로 표시하는 표시부를 더 포함한다.
상술한 하이브리드 차량에서, 상기 제어부는, 상기 변속 진행률을 백분율로 표시한다.
상술한 하이브리드 차량에서, 상기 변속 요구는 다운 시프트 변속 요구이다.
상술한 목적의 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 또 다른 제어 방법은, 회생 제동 중 변속 요구가 발생하면 상기 변속 요구에 대응하는 목표 기어단을 결정하는 단계와; 변속기의 출력 속도 및 상기 변속기의 입력 토크를 기초로 결정되는 변속 진행률에 따라 상기 목표 기어단의 모터 토크 지령의 변경 시점을 결정하되, 상기 변속 진행률이 미리 설정된 기준 값을 초과할 때 상기 목표 기어단의 모터 토크 지령의 변경을 시작하고, 상기 변속기의 실 변속 구간이 종료되기 전에 상기 목표 기어단의 모터 토크 지령의 변경을 완료하는 단계를 포함한다.
상술한 목적의 본 발명에 따른 또 다른 하이브리드 차량은, 연료를 연소시켜 동력을 발생시키는 엔진과; 전기 에너지를 사용하여 동력을 발생시키는 모터와; 상기 모터의 동력 또는 상기 모터 및 상기 엔진의 복합 동력을 구동륜에 전달하는 변속기와; 회생 제동 중 변속 요구가 발생하면 상기 변속 요구에 대응하는 목표 기어단을 결정하고, 상기 변속기의 출력 속도 및 상기 변속기의 입력 토크를 기초로 결정되는 변속 진행률에 따라 상기 목표 기어단의 모터 토크 지령의 변경 시점을 결정하되, 상기 변속 진행률이 미리 설정된 기준 값을 초과할 때 상기 목표 기어단의 모터 토크 지령의 변경을 시작하고, 상기 변속기의 실 변속 구간이 종료되기 전에 상기 목표 기어단의 모터 토크 지령의 변경을 완료하는 제어부를 포함한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 하이브리드 차량의 모터 토크 제어에 있어서, 변속기의 출력 속도 및 상기 변속기의 입력 토크를 기초로 결정되는 변속 진행률에 따라 변속 목표 기어단의 모터 토크 지령의 변경 시점을 결정함으로써 하이브리드 차량의 토크의 안정성 및 제동의 선형성을 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 차량의 제어 계통을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에서 회생 제동 중 변속 시 제어부 간의 협조 제어가 이루어지는 예를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 회생 제동 중 변속 시의 모터 토크 제어 상태를 예로 들어 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 차량의 변속기 출력 속도 및 변속기 입력 토크에 기초하여 결정되는 변속 진행률의 일례를 나타낸 도면이다.
도 5는 종래의 모터 토크 변경 구간과 본 발명에 따른 모터 토크 변경 구간을 비교하여 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 차량의 모터 토크 제어 방법을 나타낸 도면이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 차량의 제어 계통을 나타낸 도면이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 차량은, 차량 주행을 위한 구동원이 되는 엔진(90)과 모터(110), 엔진(90)과 모터(110) 사이에 개재되는 엔진 클러치(100), 모터(110)의 출력 측에 연결되는 변속기(120), 모터(110)의 구동 및 제어를 위한 인버터를 포함하는 MCU(60), 및 모터(110)의 동력원(전력원)으로서 MCU(60) 내 인버터를 통해 모터(110)에 연결되는 배터리(70)를 구비하고 있다. 배터리(70)는, 인버터를 통해 모터(110)에 전력을 공급할 수도 있고(방전), 반대로 모터(110) 및 인버터를 통해 충전될 수도 있다. MCU(60) 내 인버터는 모터(110)의 구동을 위해 배터리(70)의 직류 전류를 3상 교류 전류로 변환하여 모터(100)에 인가한다.
도 1에서, 운전 정보 검출부(10)는, APS(Accelerator Position Sensor), BPS(Bake Pedal Sensor), 차속 검출부 등을 포함하는 구성이 될 수 있고, 최상위 제어부인 HCU(Hybrid Control Unit)(20), BCU(Brake Control Unit)(30), TCU(Transmission Control Unit)(40)에 연결될 수 있다. 운전 정보 검출부(10)는 HCU(20)와 BCU(30), TCU(40)로부터 검출 값을 입력 받는다.
엔진 클러치(100)는 유압에 의해 결합(close) 또는 해제(open)되어 엔진(90)과 모터(110) 사이를 동력 전달이 가능하도록 연결하거나 동력 전달이 불가하도록 차단한다.
변속기(120)는 모터(110)의 동력 또는 엔진(90)과 모터(110)의 복합 동력을 변속하여 구동축을 통해 구동륜으로 전달한다. 변속기(120)는 자동 변속기(AT) 또는 듀얼 클러치 변속기(DCT)가 사용될 수 있다.
또한, 하이브리드 차량에는 차량 작동의 전반을 제어하는 상위 제어부인 HCU(20)가 탑재되고, 그 밖에 차량의 각종 장치를 제어하기 위한 다양한 제어부들이 구비된다.
예를 들어, 엔진의 작동을 제어하는 ECU(80), 모터(110)의 구동 및 회생 작동을 제어하는 MCU(60), 변속기(120)의 작동을 제어하는 TCU(40), 배터리 상태 정보를 수집하여 배터리(70)의 충전/방전 제어에 이용하거나 타 제어부에 제공하고 배터리(70)를 관리하기 위한 제어를 수행하는 BMS(50) 등이 구비된다.
HCU(20)와 ECU(80), MUC(60), TCU(40), BMS(50) 등은 CAN 통신을 통해 서로 정보를 주고받으면서 차량 내 장치에 대한 협조 제어를 수행한다. 이를 위해 상위 제어부가 하위 제어부들로부터 각종 정보를 수집하여 제어 명령을 생성하고, 생성한 제어 명령을 하위 제어부에 전달한다.
또한, 본 발명의 제어 과정은 HCU(20), BCU(30), TCU(40), BMS(50), MCU(60) 등 복수 개의 제어부가 협조 제어하여 수행될 수 있다. 또한 본 발명의 제어 과정은 이 복수의 제어부들 각각의 기능이 모두 통합된 단일의 제어부에 의해 수행될 수도 있다.
도 2는 본 발명에서 회생 제동 중 변속 시 제어부 간의 협조 제어가 이루어지는 예를 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명에 따른 회생 제동 중 변속 시의 모터 토크 제어 상태를 예로 들어 나타낸 도면이다. 도 2 및 도 3은, 특히 다운 시프트 변속의 경우를 예로 들어 모터 토크 제어 상태를 나타낸 도면이다.
먼저, BCU(30)는, 운전 정보 검출부(10)에 의해 검출된 운전자의 제동 입력 값에 따라 하이브리드 차량에서 요구되는 총 제동량(즉 총 제동 토크)을 결정한다. HCU(20)는, BMS(50)로부터 수신되는 배터리 충전 가능 파워와 MCU(60)로부터 수신되는 모터 충전 가능 토크 등의 정보에 기초하여 회생 제동 가능량(회생 제동 가능 토크)을 결정하고, 결정된 회생 제동 가능량(회생 제동 가능 토크)를 BCU(30)에 전달한다.
여기서, 운전자의 제동 입력 값은 운전자의 브레이크 페달 조작 상태에 따른 값이 될 수 있다. 더욱 상세하게는, 운전자의 제동 입력 값은, BPS(Bake Pedal Sensor)의 신호 값인 브레이크 페달 조작 깊이(brake pedal depth, brake pedal stroke)가 될 수 있다.
이에 BCU(30)은 회생 제동 가능량을 기초로 총 제동량을 마찰 제동 장치(유압 제동 장치, 미도시)에 의한 마찰 제동량(유압 제동량)과 모터(110)에 의한 회생 제동량으로 분배하여(제동력 분배) 회생 제동 허용량(토크 값이 될 수 있음)을 연산한다.
BCU(30)가 회생 제동 허용량을 HCU(20)에 전달하면, HCU(20)가 회생 제동 허용량에 따라 회생 토크 지령(모터 토크 지령)을 생성하여 출력하고, MCU(60)는 HCU(20)가 출력하는 회생 토크 지령에 따라 모터(110)의 회생 작동을 제어한다.
이와 함께, HCU(20)는 TCU(40)의 변속 상태 정보 및 회생 토크 지령에 기초하여 변속 여부에 따른 회생 제동 실행량을 계산하고, BCU(30)가 HCU(20)로부터 회생 제동 실행량을 수신하여 총 제동량에서 회생 제동 실행량을 뺀 마찰 제동량을 최종 결정한다.
BCU(30)는 최종 결정된 마찰 제동량에 상응하는 제동력을 발생시키도록 마찰 제동 장치의 작동을 제어하며, 결국 모터(110)에 의한 회생 제동력과 마찰 제동 장치에 의한 마찰 제동력으로 운전자가 요구하는 총 제동력을 충족시킬 수 있게 된다.
한편, 회생 제동 중 변속이 이루어지는 동안에는 토크 인터벤션 제어가 수행되는데, 이 때 TCU(40)에서 결정된 인터벤션 토크에 따라 모터(110)의 회생 제동이 제어된다.
여기서, 다운 시프트 변속을 위한 토크 인터벤션 진입 시점은 변속 준비 구간의 정해진 변속 페이즈에 도달한 시점으로 한다.
즉, 회생 제동 중 TCU(40)가 운전 정보 검출부(10)에 의해 검출된 운전 정보로부터 변속 패턴에 따른 다운 시프트 변속 요구를 검출하면, 다운 시프트 변속 요구 발생을 HCU(20)에 전달하고, HCU(20)는 토크 인터벤션 진입 시점에서 결정된 변속 전 기어단(현재의 기어단)의 모터 토크 지령, 즉 배터리 충전 가능 파워와 모터 충전 가능 토크 등의 충전 파워 제한이 고려된 인터벤션 전 회생 토크 지령을 TCU(40)에 전달한다.
여기서, 인터벤션 전 회생 토크 지령은 인터벤션 진입 시점의 모터 토크 지령을 의미한다.
또한, TCU(40)는 다운 시프트 변속 요구 검출 시(즉, 다운 시프트 변속이 요구되는 것으로 판단한 경우), 운전 정보 검출부(10)의 차속 검출부로부터 입력되는 현재의 주행 차속과, BPS로부터 입력되는 브레이크 페달 조작 깊이 등의 운전 정보에 따라, 변속 후 목표로 하는 기어단, 즉 목표 기어단을 결정한다. 여기서, 목표 기어단 결정 과정은 통상의 다운 시프트 변속 제어 과정에서와 차이가 없으므로 상세한 설명을 생략하기로 한다.
TCU(40)는 목표 기어단 정보를 HCU(20)에 전달하고, HCU(20)은 목표 기어단의 기어비와 회생 제동 실행량에 기초하여 변속 후 기어단의 모터 토크 지령, 즉 목표 기어단에서의 회생 토크 지령을 결정한다.
이하의 설명에서는 변속 후 기어단의 모터 토크 지령을 '목표 기어단의 모터 토크 지령'이라 칭하기로 하며, 이는 파워 제한이 고려된 목표 기어단에서의 모터 토크 지령 값이 된다.
운전자의 브레이크 페달 조작으로 요구되는 총 제동량이 제동 시 휠에서 발생시켜야 하는 전체 제동 토크이므로, 총 제동량에서 분배된 회생 제동 실행량, 즉 총 제동량에서 마찰 제동량을 뺀 나머지 회생 제동 실행량이 모터 회생 작동에 의해 생성되어야 하는 회생 제동 토크가 된다.
따라서, 목표 기어단에서 회생 제동 토크를 발생시키기 위한 모터 토크 지령(회생 토크 지령)은 회생 제동 실행량으로부터 계산될 수 있고, 보다 상세하게는 회생 제동 실행량과 목표 기어단의 기어비로부터 구해질 수 있다.
바람직하게는 회생 제동 실행량 및 목표 기어단의 기어비와 함께 변속기 효율을 추가로 이용하여 목표 기어단의 모터 토크 지령(회생 토크 지령)을 구할 수 있다. 일례로, 목표 기어단의 모터 토크 지령은 회생 제동 실행량을 목표 기어단의 기어비와 변속기 효율로 나눈 값으로 계산될 수 있다.
이와 같이 HCU(20)에서 목표 기어단의 모터 토크 지령이 결정되면, HCU(20)가 목표 기어단의 모터 토크 지령을 TCU(40)로 전달하고, TCU(40)는 HCU(20)로부터 수신된 변속 전 기어단에서의 모터 토크 지령(인터벤션 진입 시점의 모터 토크 지령이며 회생 토크 지령임)과 목표 기어단의 모터 토크 지령에 기초하여 변속 제어 동안의 인터벤션 토크를 결정하여 HCU(20)에 전달한다.
또한, TCU(40)는 변속 전의 기어단에서의 모터 토크 지령, 즉 인터벤션 진입 시점의 모터 토크 지령과 목표 기어단의 모터 토크 지령 사이의 차이 값을 계산하고, 그 차이 값에 해당하는 기울기를 결정한다.
이를 위해 TCU(40)에는 인터벤션 전 모터 토크 지령과 목표 기어단의 모터 토크 지령 사이의 차이 값에 따라 기울기를 미리 설정해놓은 설정 데이터가 저장되며, 차이 값을 입력으로 하여 상기 설정 데이터로부터 그 차이 값에 해당하는 기울기가 구해질 수 있도록 한다. 이 설정 데이터는 차량 개발 시 선행 연구 및 시험, 평가 과정에서 취득된 데이터들에 기초하여 차이 값별 최적의 기울기를 설정해줌으로써 제작될 수 있고, 이후 TCU(40)에 미리 입력되어 저장된다. 이 설정 데이터는 인터벤션 전 모터 토크 지령과 목표 기어단의 모터 토크 지령 사이의 차이 값에 따라 기울기 값을 맵핑해놓은 맵 데이터일 수 있다.
여기서, 인터벤션 전 모터 토크 지령과 목표 기어단의 모터 토크 지령 사이의 차이 값은 목표 기어단의 모터 토크 지령에서 인터벤션 진입 시점의 모터 토크 지령(변속 전 기어단에서의 모터 토크 지령임)을 뺀 값이 될 수 있다.
또한, TCU(40)에서 인터벤션 전 모터 토크 지령과 목표 기어단의 모터 토크 지령 사이의 차이 값에 해당하는 기울기가 구해지고 나면, 인터벤션 진입 시점부터 인터벤션 전 모터 토크 지령을 기준으로, 구해진 기울기에 따라, 변속 제어를 고려한 인터벤션 진입 후 모터 토크, 즉 인터벤션 토크를 변화시킨다.
요컨대, TCU(40)는 변속 준비 구간의 정해진 변속 페이즈에 도달하면 토크 인터벤션 진입 시점으로 판단하고, 이후 토크 인터벤션 진입 시점부터 인터벤션 전 모터 토크 지령과 목표 기어단의 모터 토크 지령으로부터 구해진 기울기에 따라 절대 값이 점차 감소(도 7의 선도상으로 상승)하는 값으로 인터벤션 토크를 결정하는 것이다.
또한, TCU(40)에서, 인터벤션 토크(음의 토크임)의 최대 값, 즉 인터벤션 토크의 절대 값의 최소 값을, 목표 기어단의 모터 토크 지령의 절대 값과 상기 기울기에 따라 변화되었을 때의 인터벤션 토크의 절대 값 중 최대 값(즉 큰 값)으로 제한한다.
즉, 상기 기울기에 따라 계산된 인터벤션 토크가 목표 기어단의 모터 토크 지령보다 큰 값으로 상승하더라도(도 3의 선도 참조), 다시 말해 상기 기울기에 따라 계산된 인터벤션 토크의 절대값이 목표 기어단의 모터 토크 지령의 절대값보다 작은 값으로 감소하더라도, 그 시점부터의 인터벤션 토크는 목표 기어단의 모터 토크 지령으로 일정하게 유지되는 것이다.
도 3은 인터벤션 토크가 목표 기어단의 모터 토크 지령에 도달하여 만난 예를 나타내고 있으나, 상기와 같이 인터벤션 토크가 제한되어 일정하게 유지되는 것은 도 3에서와 같이 변속 준비 구간 또는 실 변속 구간에서 시작 될 수 있다.
그리고, 본 발명의 실시 예에서 변속 제어 과정이 수행되는 동안, TCU(40)는 실시간으로 구해지는 인터벤션 토크를 HCU(20)에 전달하고, HCU(20)는 변속 제어 동안 인터벤션 토크의 지령 값을 MCU(60)에 출력하는 바, MCU(60)가 인터벤션 토크 지령에 따라 모터의 회생 작동을 제어하게 된다.
또한, HCU(20)는 실 변속 완료 후 변속 종료 구간에서 TCU(40)로부터 수신된 인터벤션 토크가 목표 기어단의 모터 토크 지령에 도달한 상태이면 토크 인터벤션 제어를 해제 및 종료한다.
또는 인터벤션 토크가 목표 기어단의 모터 토크 지령에 도달한 상태이면서, 변속 종료 구간의 정해진 변속 페이즈에 도달하였을 때나 변속 종료 구간에 진입한 후 일정 시간이 경과하였을 때 토크 인터벤션 제어를 해제 및 종료한다.
따라서, 토크 인터벤션 제어가 해제되는 시점에서의 모터 토크 지령(회생 토크 지령) 값은 상기 목표 기어단의 모터 토크 지령 값이 된다.
결국, 본 발명에서는 인터벤션 토크가 목표 기어단의 모터 토크 지령과 동일해진 상태에서 토크 인터벤션 제어가 종료됨으로써, 실 변속 후 변속 말기에서의 토크 변동을 방지할 수 있고, 결국 제동 선형성의 문제점을 개선할 수 있게 된다.
도 3을 참조하면, '목표 기어단의 모터 토크 지령' 선도가 도시되어 있으며, 이는 전술한 바와 같이 HCU(20)가 휠에 요구되는 총 제동 토크 및 회생 제동 실행량 토크, 목표 기어단의 기어비 등으로부터 구해진다.
또한, 도 3을 참조하면, '변속 제어를 고려한 모터 토크' 선도가 도시되어 있으며, 이는 인터벤션 진입 후 모터 토크, 즉 인터벤션 토크를 나타내며, 이 인터벤션 토크는 TCU(40)에서 변속 제어 구간 동안 인터벤션 전 모터 토크 지령과 목표 기어단의 모터 토크 지령으로부터 구해진 기울기에 따라 결정되는 값으로, 토크 인터벤션 제어를 위해 HCU(20)로 전달된다.
또한, 도 3에는 '모터 토크 지령' 선도가 도시되어 있으며, 이는 HCU(20)에서 결정되는 모터 토크 지령(회생 토크 지령)을 나타내고 있는 것으로, 토크 인터벤션을 고려하지 않은 토크 인터벤션 전 토크를 나타내는 것이라 할 수 있다.
또한, 도 3에는 인-기어(in-gear) 주행을 위한 토크 인터벤션 해제 시점에서, 즉 실 변속 완료 후 변속 종료 구간 내 토크 인터벤션 해제 시점에서, 인터벤션 토크(변속 제어를 고려한 모터 토크)가 목표 기어단의 모터 토크 지령과 동일해져 있음을 보여주고 있다.
본 발명의 실시 예에서, 운전자가 브레이크 페달을 조작하여 회생 제동이 이루어지는 동안 다운 시프트 변속 요구가 있게 되면 모터 토크의 절대 값을 줄이는 토크 인터벤션 제어가 수행되는데, 인터벤션 토크는 목표 기어단의 모터 토크 지령 값에 도달할 때까지 그 절대 값이 감소하도록 결정된다.
여기서, 인터벤션 토크의 절대 값이 감소함은 음의 토크인 인터벤션 토크가 커지는 것을 의미하고, 도 3에서와 같이 도면 상에서 토크 선도('변속 제어를 고려한 모터 토크' 선도)가 상승함을 의미한다.
도 3에서, 모터 토크 지령(인터벤션 전)은 실 변속 구간이 시작된 이후(즉 실 변속이 시작된 이후) 상승을 시작하여 실 변속 구간이 종료하기 전(즉 실 변속이 완료되기 전)에 이미 목표 기어 단의 모터 토크 지령 값에 도달하는 것을 알 수 있다. 모터 토크 지령(인터벤션 전)의 상승 개시 시점과 목표 기어 단의 모터 토크 지령 값에 도달하는 시점은 도 4에 나타낸 것과 같은 변속기 출력 속도 및 변속기 입력 토크에 기초하여 결정되는 변속 진행률에 기초하여 결정된다.
즉, 모터 토크 지령(인터벤션 전)이 실 변속 완료 시점의 직전과 직후 사이에서 목표 기어 단의 모터 토크 지령 값에 도달하게 되면, 모터(110)의 토크가 역삼각형 모양으로 거동하게 되어 제동의 비선형성이 발생한다.
만약, 본 발명의 실시 예에서와 같이, 모터 토크 지령(인터벤션 전)은 실 변속 구간이 시작된 이후 상승을 시작하여 실 변속 구간이 종료하기 전에 이미 목표 기어 단의 모터 토크 지령 값에 도달하도록 모터 토크 지령(인터벤션 전)의 상승 시점을 앞당김으로써, 앞서 설명한 것과 같은 기존의 역삼각형 모양의 토크 거동에 의한 제동의 비선형성이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 도 4에서 알 수 있듯이, 변속기(120)의 입력 토크가 양의 값일 때 실 변속 완료 시점에 더 가깝고(즉, 0에 더 가깝고), 음의 토크 구간에서는 변속기(120)의 입력 토크의 절대 값이 증가할수록 실 변속의 전체 구간의 중간 지점 근처(즉, 0과 100 사이의 중간 지점 근처)에서 목표 기어단 토크로의 변경이 이루어진다.
도 5에는, 종래의 모터 토크 변경 구간과 본 발명에 따른 모터 토크 변경 구간을 비교하여 나타내었다. 도 5에서 변속기(120)의 실 변속은 변속 페이즈 0.000에서 13.000 사이에 이루어진다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 종래의 모터 토크의 변경은, 실 변속이 완료되는 변속 페이즈 13.000의 근처에서 발생한다. 이와 달리, 본 발명에서의 모터 토크의 변경은, 실 변속 구간의 중간 정도에 해당하는 3.000에서 13.0000 구간에서 발생한다. 즉, 모터 토크 지령(인터벤션 전)의 상승 개시 시점과 목표 기어 단의 모터 토크 지령 값에 도달하는 시점을 도 4에 나타낸 변속기 출력 속도 및 변속기 입력 토크에 기초하여 결정되는 변속 진행률에 기초하여 변속기(120)의 실 변속이 종료되기 전으로 앞당김으로써, 모터(110)의 토크가 선형적으로 거동하게 되고 이로 인해 제동의 선형성이 유지될 수 있다.
또한, 이와 같은 변속 진행률과 토크 변동 사항 등을 하이브리드 차량의 클러스터나 별도의 디스플레이를 통해 표시함으로써 운전자가 변속 상황 및 그에 따른 토크 변동 사항을 인지할 수 있도록 할 수 있다. 변속 진행률의 표시는 백분율(%)(도 4 참조)로 표시하거나 또는 변속 페이즈(도 5 참조)로 표시할 수 있다. 이와 같은 변속 진행률 및 토크 변동 사항 등의 표시를 통해 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 차량은 운전자가 클러스터나 별도의 디스플레이를 통해 표시되는 변속기(120)의 변속 상황 및 그에 따른 토크 변동 사항을 인지하도록 함으로써 변속 및 토크 변동으로 인해 운전자가 느낄 수 있는 이질감을 미리 방지할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 차량의 모터 토크 제어 방법을 나타낸 도면이다. 도 6의 제어 방법은, 도 1 및 도 2의 장치 구성에 기초하여, 주행 중인 상태에서 이루어질 수 있다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 차량이 주행하는 동안, HCU(20)는 하이브리드 차량이 회생 제동 모드이고, 이 때 목표 변속단의 변경이 이루어지는지를 확인한다(602). 즉, 하이브리드 차량의 운전자가 제동을 위해 브레이크 페달을 조작함으로써 하이브리드 차량이 회생 제동 모드에 돌입하고, 이 때 변속기(120)의 다운 시프트 변속이 이루어지는지를 확인한다.
만약 하이브리드 차량이 회생 제동 모드이고, 이 때 목표 변속단의 변경이 이루어지는 경우(602의 '예'), HCU(20)는 변속기(120)에서 실 변속이 시작되는지를 확인한다(604). 즉, HCU(20)는 다운 시프트 변속을 위한 변속기(120)의 실질적인 변속이 시작되는지를 확인한다.
변속기(120)의 실질적인 변속이 시작되면(604의 '예'), HCU(20)는 변속기(120)의 변속 진행률을 모니터링 하면서, 변속기(120)의 변속 진행률이 미리 설정된 기준 값을 초과하는지를 확인한다(606). 즉, HCU(20)는 앞서 설명한 도 4에 나타낸 것과 같은 미리 획득한 변속 진행률 테이블의 값을 참조하여 변속기(120)의 실제 변속이 어느 정도 진행되고 있는지를 확인한다. 여기서 미리 설정된 기준 값은, 실 변속 시작 시점과 실 변속 종료 시점(변속 완료 시점) 사이의 어느 지점에 해당하는 값으로서, 앞서 설명한 도 3에 나타낸 것처럼, 모터 토크 지령(인터벤션 전)이 변속 제어를 고려한 모터 토크 지령(인터벤션 후)과 일치하는 시점이 실 변속 시작 시점과 실 변속 종료 시점(변속 완료 시점) 사이에 오도록 하기 위한 기준 값이다.
변속기(120)의 변속 진행률이 미리 설정된 기준 값을 초과하면(606의 '예'), HUC(20)는 변속기(120)의 실제 변속 진행률을 계속 모니터링 하면서 모터 토크 지령(인터벤션 전)을 변경한다. 즉, HCU(20)는 변속기(120)의 변속 진행률이 미리 설정된 기준 값을 초과하는 시점(실 변속 시작 시점 이후)에서 모터 토크 지령(인터벤션 전)을 증가시키기 시작해서 변속기(120)의 실 변속 종료 전에 모터 토크 지령(인터벤션 전)이 변속 제어를 고려한 모터 토크 지령(인터벤션 후)과 일치하도록 한다(608). 즉, 모터 토크 지령(인터벤션 전)의 상승 개시 시점과 목표 기어 단의 모터 토크 지령 값에 도달하는 시점을 도 4에 나타낸 변속기 출력 속도 및 변속기 입력 토크에 기초하여 결정되는 변속 진행률에 기초하여 변속기(120)의 실 변속이 종료되기 전으로 앞당김으로써, 모터(110)의 토크가 선형적으로 거동하고 이로 인해 제동의 선형성이 유지되도록 한다.
또한, 이와 같은 변속 진행률과 토크 변동 사항 등을 하이브리드 차량의 클러스터나 별도의 디스플레이를 통해 표시함으로써 운전자가 변속 상황 및 그에 따른 토크 변동 사항을 인지할 수 있도록 한다(610). 변속 진행률의 표시는 백분율(%)(도 4 참조)로 표시하거나 또는 변속 페이즈(도 5 참조)로 표시할 수 있다. 도 6에는, 이와 같은 변속 진행률 및 토크 변동 사항 등의 표시를 별도의 단계(610)로 구분하여 기재하였으나, 변속을 시도하고 토크의 변동이 발생하는 동안에는 도 6에 나타낸 어느 단계에서도 변속 진행률 및 토크 변동 사항을 지속적으로 표시할 수 있다.
위의 설명은 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서 위에 개시된 실시 예 및 첨부된 도면들은 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예 및 첨부된 도면에 의하여 기술적 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 그 보호 범위는 아래의 청구 범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10 : 운전 정보 검출부
20 : HCU [0121]
30 : BCU
40 : TCU
50 : BMS
60 : MCU
70 : 배터리
80 : ECU
90 : 엔진
100 : 엔진 클러치
110 : 모터
120 : 변속기

Claims (16)

  1. 회생 제동 중 변속 요구가 발생하면 상기 변속 요구에 대응하는 목표 기어단을 결정하는 단계와;
    변속기의 출력 속도 및 상기 변속기의 입력 토크를 기초로 결정되는 변속 진행률에 따라 상기 목표 기어단의 모터 토크 지령의 변경 시점을 결정하는 단계를 포함하는 하이브리드 차량의 제어 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 변속 진행률이 미리 설정된 기준 값을 초과할 때 상기 목표 기어단의 모터 토크 지령의 변경을 시작하는 하이브리드 차량의 제어 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 목표 기어단의 모터 토크 지령의 변경은 상기 변속기의 실 변속 구간이 종료되기 전에 이루어지는 하이브리드 차량의 제어 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 목표 기어단의 모터 토크 지령은 토크 인터벤션 전의 모터 토크 지령인 하이브리드 차량의 제어 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 변속 진행률 및 모터의 토크 변동 사항을 시각적으로 표시하는 단계를 더 포함하는 하이브리드 차량의 제어 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 변속 진행률을 백분율로 표시하는 하이브리드 차량의 제어 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 변속 요구는 다운 시프트 변속 요구인 하이브리드 차량의 제어 방법.
  8. 연료를 연소시켜 동력을 발생시키는 엔진과;
    전기 에너지를 사용하여 동력을 발생시키는 모터와;
    상기 모터의 동력 또는 상기 모터 및 상기 엔진의 복합 동력을 구동륜에 전달하는 변속기와;
    회생 제동 중 변속 요구가 발생하면 상기 변속 요구에 대응하는 목표 기어단을 결정하고, 상기 변속기의 출력 속도 및 상기 변속기의 입력 토크를 기초로 결정되는 변속 진행률에 따라 상기 목표 기어단의 모터 토크 지령의 변경 시점을 결정하는 제어부를 포함하는 하이브리드 차량.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 변속 진행률이 미리 설정된 기준 값을 초과할 때 상기 목표 기어단의 모터 토크 지령의 변경을 시작하는 하이브리드 차량.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 목표 기어단의 모터 토크 지령의 변경은 상기 변속기의 실 변속 구간이 종료되기 전에 이루어지는 하이브리드 차량.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 목표 기어단의 모터 토크 지령은 토크 인터벤션 전의 모터 토크 지령인 하이브리드 차량.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 변속 진행률 및 모터의 토크 변동 사항을 시각적으로 표시하는 표시부를 더 포함하는 하이브리드 차량.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 변속 진행률을 백분율로 표시하는 하이브리드 차량.
  14. 제 8 항에 있어서,
    상기 변속 요구는 다운 시프트 변속 요구인 하이브리드 차량.
  15. 회생 제동 중 변속 요구가 발생하면 상기 변속 요구에 대응하는 목표 기어단을 결정하는 단계와;
    변속기의 출력 속도 및 상기 변속기의 입력 토크를 기초로 결정되는 변속 진행률에 따라 상기 목표 기어단의 모터 토크 지령의 변경 시점을 결정하되, 상기 변속 진행률이 미리 설정된 기준 값을 초과할 때 상기 목표 기어단의 모터 토크 지령의 변경을 시작하고, 상기 변속기의 실 변속 구간이 종료되기 전에 상기 목표 기어단의 모터 토크 지령의 변경을 완료하는 단계를 포함하는 하이브리드 차량의 제어 방법.
  16. 연료를 연소시켜 동력을 발생시키는 엔진과;
    전기 에너지를 사용하여 동력을 발생시키는 모터와;
    상기 모터의 동력 또는 상기 모터 및 상기 엔진의 복합 동력을 구동륜에 전달하는 변속기와;
    회생 제동 중 변속 요구가 발생하면 상기 변속 요구에 대응하는 목표 기어단을 결정하고, 상기 변속기의 출력 속도 및 상기 변속기의 입력 토크를 기초로 결정되는 변속 진행률에 따라 상기 목표 기어단의 모터 토크 지령의 변경 시점을 결정하되, 상기 변속 진행률이 미리 설정된 기준 값을 초과할 때 상기 목표 기어단의 모터 토크 지령의 변경을 시작하고, 상기 변속기의 실 변속 구간이 종료되기 전에 상기 목표 기어단의 모터 토크 지령의 변경을 완료하는 제어부를 포함하는 하이브리드 차량.
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