KR101234635B1 - 하이브리드 자동차의 회생제동 제어장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 모터가 발전기로 동작되는 회생제동 제어중에 발생할 수 있는 충격을 방지 제어하는 하이브리드 자동차의 회생제동 제어장치 및 방법이 개시된다.
본 발명은 주행상태에서 전원차단이 검출되는지 판단하는 과정; 전원차단이 검출되면 파워 래치모드로 진입하여 감속에 따른 회생제동 제어가 실행되고 있는지 판단하는 과정; 회생제동 제어가 실행되는 상태이면 배터리 관리 제어기를 연동시켜 메인 릴레이의 온 상태를 유지하는 과정; 변속기로부터 인가되는 역토크에 의한 모터 속도와 토크로 회생제동량과 시간에 따른 회생제동량의 저감 기울기를 계산하여 회생제동량을 제어하는 과정; 회생제동 제어의 해제 조건 만족에 따라 회생제동 제어를 해제하고 배터리 관리 제어기를 연동시켜 메인 릴레이를 오프시킨 후 파워 래치모드를 종료하는 과정을 포함한다.

Description

하이브리드 자동차의 회생제동 제어장치 및 방법{METHOD AND SYSYEM FOR CONTROL REGENERATIVE BRAKING OF HYBRID VEHICLE}

본 발명은 하이브리드 자동차에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 모터가 발전기로 동작되는 회생제동 제어중에 발생할 수 있는 충격을 방지 제어하는 하이브리드 자동차의 회생제동 제어장치 및 방법에 관한 것이다.

차량에 대한 끊임없는 연비 향상의 요구와 각 나라의 배출가스 규제의 강화에 따라 친환경 자동차에 대한 요구가 증가하고 있으며, 이에 대한 현실적인 대안으로 하이브리드 자동차가 주목받고 있다.

하이브리드 자동차의 용어는 좁은 의미로, 연료전지 자동차, 전기자동차와 구별될 수 있으나, 본 명세서에서 하이브리드 자동차의 용어는 순수 전기자동차와 연료전지 자동차를 포괄하는 넓은 의미로서 하나 이상의 배터리가 구비되고 그 배터리에 저장된 전기에너지가 자동차의 구동력으로 사용되는 자동차를 지칭하는 의미로 사용된다.

하이브리드 자동차에는 회생제동 기능이 적용되어 있으며, 이는 차량의 제동 시 구동축에 연결된 모터를 발전기로 작동시켜 자동차의 주행속도에 의한 운동에너지를 전기에너지로 변환하여 배터리에 충전하고, 충전된 에너지를 모터 구동에 사용하는 에너지 회수 장치이다.

하이브리드 자동차가 주행중인 상태에서 브레이크를 작동하여 감속을 실행하게 되면 자동차에는 계속 주행하려는 관성력이 발생되므로, 이때 모터는 관성력에 의해 역구동되어 발전기로 동작됨으로써, 전기를 발전시켜 배터리를 충전시키는 회생제동을 실행한다.

상기와 같이 하이브리드 자동차가 브레이크의 작동에 따라 변속기의 드라이브 기어를 통해 변속기 입력인 모터에 역토크를 유입시켜 회생제동 제어를 실행하는 상태에서 도 4에 도시된 바와 같이 시스템의 전원 고장이나 오작동으로 인하여 전원이 차단되는 경우가 발생한다.

따라서, 오일펌프의 작동이 중지되므로 변속기의 드라이브 기어로부터 모터에 유입되던 역토크가 해제되면서 순간적으로 토크 변동이 발생하게 되어 A영역과 같이 큰 충격이 발생한다.

이는 변속기의 드라이브 기어를 통해 모터에 역토크를 유입시키던 드라이브 기어의 외측 스플라인(Spline)과 외측 스플라인을 통해 역토크를 전달받던 모터의 회전축에 결합되는 기어의 내측 스플라인 사이에 형성되는 백러시(Backlash)에 의해 발생된다.

따라서, 하이브리드 자동차의 주행에서 승차감을 저하시키고, 변속기의 내구성을 악화시키는 문제점을 발생시킨다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 하이브리드 자동차에서 브레이크 작동에 따른 감속으로 모터가 발전기로 동작되고 있는 회생제동 제어중에 시스템의 불안정이나 고장 등에 의해 전원이 차단되더라고 회생제동을 지속적으로 유지시켜 충격이 발생되지 않도록 하는 것이다.

본 발명의 특징에 따르면 동력원으로 엔진과 모터를 포함하는 하이브리드 자동차에 있어서, 브레이크 페달의 작동 여부를 검출하는 운전정보검출부; 감속에 따른 역토크가 모터에 유입되어 회생제동 제어가 실행되고 있는 상태에서 전원차단이 검출되면 파워 래치모드로 진입하여 BMS를 통해 메인 릴레이의 온 상태를 유지시켜 회생제동 제어를 지속시키는 하이브리드 제어기; 상기 하이브리드 제어기의 요구에 따라 배터리의 출력을 단속하는 메인 릴레이를 온 혹은 오프로 제어하는 배터리 관리 제어기를 포함하는 하이브리드 자동차의 회생제동 제어장치가 제공된다.

상기 하이브리드 제어기는 파워 래치모드에서 모터속도와 모터 토크로 결정되는 감소 기울기를 적용하여 회생제동 제어를 실행하고, 회생제동 제어의 해제 조건이면 배터리 관리 제어기를 통해 메인 릴레이를 오프시키고, 파워 래치모드를 종료할 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 특징에 따르면 하이브리드 제어기는 주행상태에서 전원차단이 검출되는지 판단하는 과정; 전원차단이 검출되면 파워 래치모드로 진입하여 감속에 따른 회생제동 제어가 실행되고 있는지 판단하는 과정; 회생제동 제어가 실행되는 상태이면 배터리 관리 제어기를 연동시켜 메인 릴레이의 온 상태를 유지하는 과정; 변속기로부터 인가되는 역토크에 의한 모터 속도와 토크로 회생제동량과 시간에 따른 회생제동량의 저감 기울기를 계산하여 회생제동량을 제어하는 과정; 회생제동 제어의 해제 조건 만족에 따라 회생제동 제어를 해제하고 배터리 관리 제어기를 연동시켜 메인 릴레이를 오프시킨 후 파워 래치모드를 종료하는 과정을 포함하는 하이브리드 자동차의 회생제동 제어방법이 제공된다.

상기 파워 래치모드에서 메인 릴레이를 온으로 유지시켜 오일펌프의 동작을 정상적으로 유지시키며, 이에 따라 변속기의 유압이 유지되어 모터에 역토크를 지속시킬 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르는 하이브리드 자동차는 감속에 따른 회생제동 제어중에 내측 스플라인과 외측 스플라인의 백러시에 의해 발생할 수 있는 충격을 방지하여 변속감 및 상품성을 향상시키고, 변속기의 내구성을 안정되게 유지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 회생제동 제어장치를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 회생제동 제어절차를 도시한 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 회생제동 제어결과를 도시한 그래프이다.
도 4는 종래의 하이브리드 자동차에 회생제동 제어중에 충격을 발생을 도시한 그래프이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않으며, 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략하였다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 회생제동 제어장치를 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예는 운전정보검출부(101)와 ECU(Engine Control Unit : 102), HCU(Hybrid Control Unit : 103), CCU(Clutch Control Unit : 104), PCU(Power Control Unit : 105), 배터리(106), BMS(Battery Management System : 107), 엔진(200), 엔진클러치(250), 모터(300), 변속기(400)를 포함한다.

운전정보검출부(101)는 운전자가 요구하는 감가속의 정보를 검출하여 그에 대한 정보를 HCU(103)에 제공한다.

상기 운전정보검출부(101)는 브레이크 페달의 작동 여부를 검출하는 브레이크 페달센서, 가속페달의 작동 변위를 검출하는 APS(Accelerator Pedal Sensor)를 포함한다.

ECU(102)는 네트워크로 연결되는 HCU(103)와 연동하여 엔진(200)의 제반적인 동작을 제어하며, 엔진(200)의 동작 상태정보를 HCU(103)에 제공한다.

HCU(103)는 최상위 제어기로, 네트워크로 연결되는 하위 제어기들을 통합 제어하고, 각 하위 제어기들의 정보를 수집 분석하여 하이브리드 차량의 전반적인 거동을 제어한다.

상기 HCU(103)는 브레이크의 작동에 따른 감속으로 회생제동 제어가 실행되고 있는 상태에서 시스템의 불안정이나 고장의 발생으로 전원차단이 검출되면 네트워크로 연결되는 BMS(107)에 메인 릴레이의 연결 유지를 요청하여 오일펌프의 동작을 유지시킴으로써, 회생제동 제어가 지속적으로 유지될 수 있도록 한다.

따라서, 변속기의 드라이브 기어인 외측 스플라인과 모터의 회전축에 결합되는 내측 스플라인의 동력전달이 순간적으로 차단되는 것을 방지하여 충격이 발생되지 않도록 한다.

상기 HCU(103)는 전원차단이 검출된 상태에서의 회생제동 제어는 일정량의 감소 기울기를 적용하여 실행하며, 회생제동 제어의 해제 조건이면 네트워크로 연결되는 BMS(107)에 메인 릴레이의 차단을 요청하여 실질적인 전원차단을 실행한다.

CCU(104)는 네트워크로 연결되는 HCU(103)의 제어에 따라 변속기(400)에 구비되는 액추에이터를 제어하여 목표 변속단의 결합을 제어하고, 엔진클러치(250)에 공급되는 유체의 압력을 제어하여 엔진클러치(250)의 결합 및 해제를 실행함으로써, 엔진(200)의 동력 전달을 단속한다.

상기 CCU(104)는 회생제동 제어가 실행되는 상태에서 전원 차단이 검출되는 경우에도 HCU(103)의 제어에 따라 변속기(400)의 기어 결합을 유지시킨다.

PCU(105)는 MCU(Motor Control Unit)와 복수개의 전력 스위칭소자로 구성되는 인버터 및 보호회로를 포함하며, 상기 HCU(103)에서 인가되는 제어신호에 따라 배터리(106)에서 공급되는 직류전압을 3상 교류전압으로 변환시켜 모터(300)를 구동을 제어한다.

상기 PCU(105)에 포함되는 전력 스위칭소자는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor), MOSFET, 트랜지스터, 릴레이 중 어느 하나로 구성될 수 있다.

그리고, 상기 PCU(105)에 포함되는 보호회로는 구동전원의 흐름을 감시하고, 차량의 추돌이나 충돌, 낙뢰 등 다양한 원인에 의해 구동전원에 과전압, 과전류가 유입되는 경우 구동전원을 분산 혹은 차단시켜 하이브리드 차량에 구비되는 제반 시스템을 보호하고, 탑승자를 고압으로부터 안정되게 보호한다.

배터리(106)는 HEV모드에서 엔진(200)의 출력을 보조하기 위하여 모터(300)에 전원을 공급하고, 회생제동 제어로 모터(300)에서 발전되는 전압을 충전한다.

그리고, EV모드에서 모터(300)에 전원을 공급하고, 회생제동 제어시 발전기로 동작되는 모터(300)에서 생성되는 전압을 충전한다.

BMS(107)는 배터리(106)의 전압, 전류, 온도 등의 정보를 종합 검출하여 충전상태를 관리 제어하며, 배터리(106)의 충방전 전류량을 제어하여 한계전압 이하로 과방전되거나 한계전압 이상으로 과충전되지 않도록 한다.

상기 BMS(107)는 HCU(103)에서 요구되는 제어신호에 따라 배터리(106)의 출력을 단속하는 메인 릴레이를 온 혹은 오프로 제어한다.

엔진(200)은 ECU(102)의 제어에 따라 최적의 운전점으로 구동 제어된다.

ISG(210)는 차량의 운전상황에 따라 엔진(200)의 아이들 정지 및 재시동을 실행시킨다.

엔진클러치(250)는 엔진(200)과 모터(300)의 사이에 배치되고, CCU(104)의 제어에 따라 동작되어 엔진(200)과 모터(300)간의 동력 전달을 단속한다.

모터(300)는 PCU(105)를 통해 공급되는 3상 교류전압으로 구동되어 엔진(200)의 출력토크를 지원하고, 엔진(200)의 출력에 잉여 토크가 있는 경우나 제동시 발전기로 동작된다.

변속기(400)는 상기 CCU(104)의 제어에 따라 변속비가 조정되며, 운전모드에 따라 클러치(250)를 통해 합산되어 인가되는 출력토크를 변속비로 분배하여 구동륜에 전달시켜 자동차가 주행될 수 있도록 한다.

상기 변속기(400)는 자동변속기 혹은 무단변속기로 적용될 수 있다.

상기한 기능을 포함하는 본 발명에 따른 하이브리드 자동차에서 통상적인 동작은 종래의 하이브리드 자동차와 동일 내지 유사하게 실행되므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

본 발명은 회생제동 제어가 실행되는 상태에서 전원차단의 검출에 따라 파워 래치모드에 진입되는 경우 모터에 인가되는 역토크가 순간적으로 차단되는 것을 방지 제어하는 발명이므로, 이에 대한 동작에 대해서만 구체적으로 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 회생제동 제어절차를 도시한 흐름도이다.

본 발명이 적용되는 하이브리드 자동차가 주행하는 상태에서(S101) 하이브리드 제어기인 HCU(103)는 이그니션 키의 오프나 시스템의 불안정 혹은 고장에 의한 전원차단이 검출되는지 판단한다(S102).

상기 S102에서 전원차단이 검출하지 않으면 HCU(103)는 상기 S101의 과정으로 리턴하여 최적의 에너지 효율을 갖는 주행을 유지하고, 전원차단이 검출되면 HCU(103)는 파워 래치모드로 진입한 다음(S103) 브레이크의 작동에 따른 감속으로 회생제동 제어가 실행되고 있는지를 판단한다(S104).

상기 S104에서 회생제동 제어가 실행되고 있는 상태이면 HCU(103)는 변속기(400)로부터 모터(300)에 인가되는 역토크가 순간적으로 차단되는 것을 방지하기 위하여 네트워크로 연결되는 BMS(107)를 통해 배터리(106)의 출력을 단속하는 메인 릴레이 온 상태를 유지한다(S105).

이후, HCU(103)는 모터(300)의 회전수와 모터(300)에 인가되는 역토크를 적용하여 회생 제동량을 계산하여 회생제동 제어를 실행한다(S106).

회생제동 제어가 유지되는 상태에서 HCU(103)는 회생 제동량의 저감 기울기를 계산하여(S107) 단계적으로 회생제동량 저감 제어를 실행하며(S108), 회생제동량의 저감 제어에 따라 회생제동 제어의 해제 조건을 만족하는지 판단한다(S109).

상기 S109에서 HCU(103)는 회생제동 제어의 해제 조건을 만족하지 않으면 상기 S106의 과정으로 리턴하여 전술한 과정을 반복하고, 회생제동 제어의 해제조건을 만족하면 회생제동을 해제한 다음(S110) 네트워크로 연결되는 BMS(107)를 통해 메인 릴레이를 오프시켜 배터리(106) 전원이 출력되는 것을 차단하고(S111) 전원 차단의 검출에 따른 파워 래치모드를 종료한다(S112).

도 3에서 알 수 있는 바와 같이 회생제동 제어가 진행되는 상태에서 전원차단이 검출되어 파워 래치모드에 진입되는 경우 회생제동 제어를 저감 기울기로 실행하여 변속기(400)로부터 모터(300)에 인가되는 역토크가 순간적으로 차단되는 것을 방지함으로써 A영역에서 쇼크가 발생되지 않아 상품성이 향상된다.

이상에서는 본 발명의 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 구성요소의 부가, 변경, 추가, 삭제 등에 의해서 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 포함된다고 할 것이다.

101 : 운전정보검출부 102 : ECU
103 : HCU 104 : CCU
105 : PCU 106 : 배터리
107 : BMS 200 : 엔진
210 : ISG 250 : 엔진클러치
300 : 모터 400 : 변속기

Claims (4)

1. 동력원으로 엔진과 모터를 포함하는 하이브리드 자동차에 있어서,
   브레이크 페달의 작동 여부를 검출하는 운전정보검출부;
   메인 릴레이를 온 혹은 오프로 제어하여 배터리 출력을 단속하는 배터리 관리 제어기;
   감속에 따라 회생 제동 제어를 실행하는 하이브리드 제어기를 포함하고,
   상기 하이브리드 제어기는 회생제동 제어를 실행하는 상태에서 고장으로 인한 전원차단이 검출되면 파워 래치모드로 진입하여 메인 릴레이의 온 상태를 유지시켜 회생제동 제어를 지속시키고,
   파워 래치모드에서 모터속도와 모터 토크로 결정되는 감소 기울기를 적용하여 회생제동 제어를 실행하며, 회생제동 제어 해제 조건이면 메인 릴레이를 오프시키고, 파워 래치모드를 종료하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차의 회생제동 제어장치.
2. 삭제
3. 하이브리드 제어기는 주행상태에서 전원차단이 검출되는지 판단하는 과정;
   전원차단이 검출되면 하이브리드 제어기는 파워 래치모드로 진입하여 감속에 따른 회생제동 제어가 실행되고 있는지 판단하는 과정;
   회생제동 제어가 실행되는 상태이면 하이브리드 제어기는 배터리 관리 제어기를 연동시켜 메인 릴레이의 온 상태를 유지하는 과정;
   하이브리드 제어기는 변속기로부터 인가되는 역토크에 의한 모터 속도와 토크로 회생제동량과 시간에 따른 회생제동량의 저감 기울기를 계산하여 회생제동량을 제어하는 과정;
   하이브리드 제어기는 회생제동 제어의 해제 조건 만족에 따라 회생제동 제어를 해제하고 배터리 관리 제어기를 연동시켜 메인 릴레이를 오프시킨 후 파워 래치모드를 종료하는 과정;
   을 포함하고,
   파워 래치모드에서 메인 릴레이를 온으로 유지시켜 오일펌프의 동작을 정상적으로 유지시키며, 이에 따라 변속기의 유압이 유지되어 모터에 역토크를 지속시키는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차의 회생제동 제어방법.
4. 삭제

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