KR101509999B1 - 하이브리드 차량의 퍼지 엔진클러치 제어 시스템 및 방법 - Google Patents

하이브리드 차량의 퍼지 엔진클러치 제어 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 동력학적인 상태 정보를 퍼지시스템에 입력 정보로 사용하여 퍼지시스템의 출력 정보로서 엔진클러치를 접합시킬 수 있는 힘(압력)을 생성할 수 있도록 한 하이브리드 차량의 능동형 퍼지 엔진클러치 제어 시스템 및 방법에 관한 것이다.
즉, 오픈(Open) 상태에서 엔진 클러치의 동기화 시점을 지정하고, 지정된 시점의 부하 토크를 추정 및 연산하여 보상하되, 엔진 클러치 접합시 동력학적인 현상들(부하 토크, 부하 토크 변화량 등)을 입력요소로 하는 퍼지시스템을 이용하여 엔진클러치를 접합시킬 수 있는 힘(압력)을 생성할 수 있도록 한 하이브리드 차량의 퍼지 엔진클러치 제어 시스템 및 방법을 제공하고자 한 것이다.

Description

하이브리드 차량의 퍼지 엔진클러치 제어 시스템 및 방법{Method for predicting and compensating load torque of hybrid vehicle}
본 발명은 하이브리드 차량의 퍼지 엔진클러치 제어 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 동력학적인 상태 정보를 퍼지시스템에 입력 정보로 사용하여 퍼지시스템의 출력 정보로서 엔진클러치를 접합시킬 수 있는 힘(압력)을 생성할 수 있도록 한 하이브리드 차량의 능동형 퍼지 엔진클러치 제어 시스템 및 방법에 관한 것이다.
하이브리드 차량은 엔진 및 모터를 포함하는 2개 이상의 동력원을 사용하여 다양한 동력 전달 구조를 구성할 수 있는 친환경 차량으로서, 현재 하이브리드 차량의 대부분은 병렬형이나 직렬형의 동력전달 구성 중 하나를 채택하고 있다.
상기 병렬형 하이브리드 차량용 파워트레인의 구성을 도 1을 참조로 살펴보면, 일축상에 엔진(10) 및 ISG(20: Integrated Startor & Generator), 습식 다판 타입의 엔진클러치(30), 모터(40), 변속기(50)가 차례로 배열되어 있고, 모터(40)와 ISG(20)에는 인버터(60)를 통하여 배터리(70)가 충방전 가능하게 연결되어 있다.
엔진과 모터를 이용한 하이브리드 자동차에서, 상기 모터(40)는 차량의 초기 출발시 구동되고(저 RPM 에서 효율이 좋은 모터의 특성을 이용), 차량이 일정속도 이상이 되면 제너레이터, 즉 ISG(20)가 엔진을 시동하는 동시에 엔진클러치(30)가 작동 결합되어 엔진의 출력과 모터의 출력을 동시에 이용하는 주행이 이루어진다.
즉, 하이브리드 자동차는 엔진(10)과 모터(40) 사이의 엔진클러치(30)가 작동 해제(unengaged)된 상태에서 모터(40)의 구동력 만으로 주행하는 EV 운전모드와, 엔진클러치(30)가 작동 결합(engaged)된 상태에서 엔진 및 모터동력이 구동축에 전달되는 HEV 운전모드를 포함하고, 주행 중 운전자 요구 토크에 따라 EV 운전모드로, 또는 엔진클러치 접합을 통한 HEV 운전모드로의 빈번한 주행모드 천이가 이루어진다.
상기 EV 운전모드에서 HEV 운전모드로 전환할 때, 즉 엔진 구동력이 필요한 시점에서, 엔진 속도(회전수)와 모터 속도(회전수)가 동기화(synchronized)될 때 엔진 클러치가 체결되도록 한 엔진클러치의 동기화 제어와 함께 엔진클러치를 작동시키는 적정한 유압 제어가 필요하다.
종래에는 엔진클러치를 결합시키기 위한 적절한 유압 제어를 위하여, 습식 타입의 클러치는 접합 시작점(kiss point) 학습과 전달 토크 학습을 통해 토크 전달 시점을 파악하고, 유압센서 등을 이용하여 접합시 편차 및 마찰에너지를 조절 및 보상하는 방법을 사용하였는 바, 학습에 이용되는 값이 과거의 값이므로, 실시간 대응이 불가능하고, 비선형적인 경향을 띠는 유압 제어는 불확실성을 가지고 있기 때문에 접합 시, 저크와 서지와 같은 충격에 대한 대응이 불리하다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 오픈(Open) 상태에서 엔진 클러치 접합시 동력학적인 현상들(부하 토크, 부하 토크 변화량 등)을 입력요소로 하여, 실시간 피드백 기능을 가지며, 비선형성에 강건한 퍼지시스템을 이용하여 엔진클러치를 접합시킬 수 있는 힘(압력)을 생성할 수 있도록 한 하이브리드 차량의 퍼지 엔진클러치 제어 시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은: 부하주체와 보상주체 간의 부하 차이를 기반으로 부하 토크를 산출하여 보상주체에 대하여 부하 토크를 보상하기 위한 부하 토크 연산기와; 동력원에 대한 출력 정보를 전달하여 변속비를 제어하는 토크 제어기와; 상기 부하 토크 연산기로부터 입력되는 부하 토크 정보를 비롯하여 토크 제어기로부터 입력되는 토크 정보를 기반으로 엔진 클러치 접합을 위한 유압을 결정하는 엔진클러치 접합 제어용 퍼지 제어기; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 퍼지 엔진클러치 제어 시스템을 제공한다.
특히, 상기 퍼지 제어기는: 입력 정보 중 토크와, 출력 정보인 유압을 관계짓는 하나의 매개변수인 전달토크 지수를 정의하는 전달 토크 지수 정의부와; 정의된 전달 토크 지수를 이용하여 엔진클러치 접합을 위한 필요 토크를 전달할 수 있는 유압을 연산하는 유압 연산부; 기본 유압을 비롯하여 미세유압 증분 및 감분을 결정하여 출력하는 결정유압 출력부; 를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은: 부하주체와 보상주체 간의 부하 차이를 기반으로 부하 토크를 산출하여 보상주체에 대하여 부하 토크를 보상하기 위한 부하 토크를 연산하여 산출하는 단계와; 연산된 부하 토크 정보 및 토크 제어기로부터 입력되는 토크 정보를 기반으로 엔진 클러치 접합을 위한 유압을 결정하는 퍼지 제어 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 퍼지 엔진클러치 제어 방법을 제공한다.
특히, 상기 퍼지 제어 단계는: 입력 정보 중 토크와, 출력 정보인 유압을 관계짓는 하나의 매개변수인 전달토크 지수를 정의하는 단계와; 정의된 전달 토크 지수를 이용하여 엔진클러치 접합을 위한 필요 토크를 전달할 수 있는 유압을 연산하는 단계와; 전달 토크 지수 및 필요 토크를 전달할 수 있는 유압을 기반으로 엔진클러치 접합을 위한 기본 유압을 비롯하여 유압 증분 및 감분을 결정하여 출력하는 결정유압 출력 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 전달 토크 지수(H)는: [요구 토크 - 모터 토크 / 엔진 토크 + 모터 토크 + 엔진클러치 접합 또는 접촉 시점의 부하 토크 또는 전달 토크] 로 정의되는 것을 특징으로 한다.
더욱 바람직하게는, 상기 전달 토크 지수(H)를 이용하여 필요 토크를 전달할 수 있는 유압은: P = H * Pmax 에 의하여 산출되고, Pmax는 부하토크가 "0"이 나올 때 발생시킬 수 있는 유압량을 나타내는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 엔진클러치 접합을 위한 기본 유압(P_base) 이외에 접합목표에 도달하기 위한 유압 증분량(Del P)을 [Del P = H * (Pmax - P_base)]를 통하여 결정하는 것을 특징으로 한다.
상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.
첫째, 실시간 피드백이 가능하며, 비선형성에 대한 강건함을 가진 퍼지시스템을 이용함에 따라, 엔진클러치 접합제어에 대한 정확성을 높일 수 있다.
둘째, 엔진클러치 타입에 관계 없이 엔진클러치 제어기로 사용 가능하다.
즉, 엔진클러치 접합 제어를 위한 퍼지 제어기로부터 결정되어 출력되는 대상은 힘이고, 이 힘은 유압 또는 모터에 의한 스러스트(thrust)가 될 수도 있으며, 이에 엔진클러치 시스템의 출력값의 물리적 특성에 따라 힘 값을 조절하면 습식 또는 건식클러치 구별없이 접합 제어에 사용 가능하다.
도 1은 하이브리드 차량의 동력전달 계통도,
도 2는 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 퍼지 엔진클러치 제어 시스템을 나타낸 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 퍼지 엔진클러치 제어를 위한 부하 토크 연산 및 보상 방법을 나타낸 그래프,
도 4는 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 퍼지 엔진클러치 제어를 위한 부하 토크를 모터에 보상하는 예를 나타낸 개념도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명은 엔진클러치의 동력학적인 상태 정보를 퍼지 제어기의 입력 정보로 사용하고, 퍼지 제어기에서 입력 정보를 기반으로 엔진클러치를 접합시키기 위한 힘을 결정하고자 한 점에 주안점이 있다.
첨부한 2는 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 퍼지 엔진클러치 제어 시스템을 나타낸 구성도이다.
도 2에서 보듯이, 본 발명의 퍼지 엔진클러치 제어 시스템은 부하 토크 연산기와, 동력원에 대한 출력 정보를 전달하여 변속비를 제어하고 회생 제동량을 결정하는 토크 제어기(Torque Controller)와, 부하 토크 연산기로부터 입력되는 부하 토크를 비롯하여 토크 제어기로부터 입력되는 토크 정보를 기반으로 엔진 클러치 접합을 위한 기본 힘(이하, 유압으로 칭함)과 미세유압 증분 및 감분을 결정하는 엔진클러치 접합 제어용 퍼지 제어기를 포함하여 구성된다.
특히, 상기 퍼지 제어기는 입력 정보 중 토크와, 출력 정보인 유압을 관계짓는 하나의 매개변수인 전달토크 지수를 정의하는 전달 토크 지수 정의부와, 정의된 전달 토크 지수를 이용하여 엔진클러치 접합을 위한 필요 토크를 전달할 수 있는 유압을 연산하는 유압 연산부와, 기본 유압을 비롯하여 미세유압 증분 및 감분을 결정하여 출력하는 결정유압 출력부를 포함한다.
여기서 상기한 구성을 기반으로 하는 본 발명의 하이브리드 차량의 퍼지 엔진클러치 제어 방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 상기 부하 토크 연산기에서 부하주체와 보상주체 간의 부하 차이를 기반으로 연산된 부하 토크 정보를 비롯하여 부하 토크 차이(Δ부하토크) 정보가 엔진클러치 접합 제어용 퍼지 제어기에 입력되고, 또한 토크 제어기로부터 변속기를 제어하기 위한 토크 정보로서 목표 부하 유압과 실제 부하 파워 즉, 목표 부하 파워(Pff, Target Load Power)와 실제 부하 파워(Pact, Actual Load Power) 간의 차이가 입력된다.
상기 부하 토크 연산기에서 부하주체와 보상주체 간의 부하 차이를 기반으로 부하 토크를 산출하는 과정을 하기에서 상세하게 설명될 것이며, 모터가 부하주체이면 부하토크 보상 대상인 보상주체는 엔진이 되고, 반대로 엔진이 부하주체이면 부하토크 보상 대상인 보상주체는 모터가 된다.
상기 퍼지 제어기에 입력되는 부하 토크를 비롯하여, 목표 부하 파워와 실제 부하 파워 간의 차이는 부하토크 보상에 따른 유압량 및 접합 속도를 결정하기 위함이다.
또한, 상기 퍼지 제어기에 부하토크 차이를 입력하는 이유는 엔진 클러치 양단 간의 상태 파악을 통해, 유압량 조절하여 저크(Jerk) 및 서지(Surge) 현상이 발생됨을 방지하기 위함에 있다.
다음으로, 상기 퍼지 제어기에서 위와 같이 부하 토크 연산기로부터 입력되는 부하 토크 정보를 비롯하여 토크 제어기로부터 입력되는 토크 정보를 기반으로 엔진 클러치 접합을 위한 유압을 결정하여 출력한다.
이를 위해, 먼저 퍼지 제어기의 전달 토크 지수 정의부에서, 전체토크량 대비 클러치에 전달될 필요가 있는 토크량을 알려주는 지수를 다음의 식 1과 같이 정의한다.
식 1) 전달 토크 지수(H) = 요구 토크 - 모터 토크 / 엔진 토크 + 모터 토크 + 엔진클러치 부하 토크
다음으로, 상기 퍼지 제어기의 유압연산부에서, 식 1과 같이 정의된 전달 토크 지수(H)를 이용하여 필요 토크를 전달할 수 있는 유압(P)을 아래의 식 2를 통하여 연산한다.
식 2) P = H * Pmax
이때, 상기 필요 토크는 [요구 토크 - 모터 토크]로서, 엔진클러치 접합에 의해 구동축에 전달되어야 하는 토크를 말한다.
위의 식 2에서, Pmax는 부하토크가 "0"이 나올 때 발생시킬 수 있는 유압량이며, 다시 말해서 Pmax 발생시 유압(P) 생성을 위하여 전체 토크가 모두 전달된다.
다음으로, 상기 퍼지 제어기의 결정유압 출력부에서, 기본 유압을 비롯하여 미세유압 증분 및 감분을 결정하여 출력하는 단계가 진행된다.
즉, 상기 부하 토크 연산기로부터 입력되는 부하 토크 정보와 토크 제어기로부터 입력되는 토크 정보를 기반으로 엔진 클러치 접합을 위한 기본 유압을 비롯한 미세유압 증분 및 감분을 결정하여 출력한다.
여기서, 상기 퍼지 제어기의 결정유압 출력부에서 기본 유압을 비롯하여 미세유압 증분 및 감분을 결정하여 출력하는 단계의 실시 예를 습식 엔진클러치의 경우로 설명하면 다음과 같다.
참고로, 클러치 오픈(Open) 상태는 엔진 클러치 양단 축이 서로 간섭을 받지 않으며, 클러치가 물리적으로 떨어져 있는 상태를 말하고, 락업(Lock-up) 상태는 클러치 양단의 속도 차이가 없으며 입력축으로 인가된 토크가 출력축으로 100% 전달되는 상태를 말한다.
엔진 및 모터 부하 토크 연산기를 통해 양단(모터 연결축 및 엔진 연결축)간의 접합 준비 상태를 파악할 수 있는 부하 토크 양과, 엔진 및 모터 시스템의 순간적인 변화 상태를 파악할 수 있는 부하 토크 변화량을 퍼지 제어기에 입력하면, 퍼지 제어기는 엔진클러치 접합을 위한 기본 유압(P_base)을 생성하여 출력한다.
또한, 접합목표에 도달하기 위해, 유압 증분량(Del P)을 다음의 식 3을 통하여 결정한다.
식 3) Del P = H * (Pmax - P_base)
즉, 퍼지 제어기을 통해 생성된 기본유압(P_base)과 최대 락업(Lock-up) 유압(Pmax)을 비교하여, 증분에 필요한 압력량(Del P)을 결정한다.
이때, 추가적으로 필요한 압력증분량(Del P)은 전달토크 지수(H)를 반영하여 최종 보정되고, 접합목표에 도달하기 위한 최대 유압 제한치(P)는 다음의 식 4와 같다.
식 4) P = P_base + Del_P
따라서, 엔진클러치의 접합목표에 도달하기 위한 제어는 기본 유압 외에 유압 증분량이 가해지는 유압에 의하여 제어될 수 있다.

Claims (7)

  1. 부하주체와 보상주체 간의 부하 차이를 기반으로 부하 토크를 산출하여 보상주체에 대하여 부하 토크를 보상하기 위한 부하 토크 연산기와;
    동력원에 대한 출력 정보를 전달하여 변속비를 제어하는 토크 제어기와;
    상기 부하 토크 연산기로부터 입력되는 부하 토크 정보를 비롯하여 토크 제어기로부터 입력되는 토크 정보를 기반으로 엔진 클러치 접합을 위한 유압을 결정하는 엔진클러치 접합 제어용 퍼지 제어기;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 퍼지 엔진클러치 제어 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 퍼지 제어기는:
    입력 정보 중 토크와, 출력 정보인 유압을 관계짓는 하나의 매개변수인 전달토크 지수를 정의하는 전달 토크 지수 정의부와;
    정의된 전달 토크 지수를 이용하여 엔진클러치 접합을 위한 필요 토크를 전달할 수 있는 유압을 연산하는 유압 연산부;
    기본 유압을 비롯하여 미세유압 증분 및 감분을 결정하여 출력하는 결정유압 출력부;
    를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 퍼지 엔진클러치 제어 시스템.
  3. 부하주체와 보상주체 간의 부하 차이를 기반으로 부하 토크를 산출하여 보상주체에 대하여 부하 토크를 보상하기 위한 부하 토크를 연산하여 산출하는 단계와;
    연산된 부하 토크 정보 및 토크 제어기로부터 입력되는 토크 정보를 기반으로 엔진 클러치 접합을 위한 유압을 결정하는 퍼지 제어 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 퍼지 엔진클러치 제어 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 퍼지 제어 단계는:
    입력 정보 중 토크와, 출력 정보인 유압을 관계짓는 하나의 매개변수인 전달토크 지수를 정의하는 단계와;
    정의된 전달 토크 지수를 이용하여 엔진클러치 접합을 위한 필요 토크를 전달할 수 있는 유압을 연산하는 단계와;
    전달 토크 지수 및 필요 토크를 전달할 수 있는 유압을 기반으로 엔진클러치 접합을 위한 기본 유압을 비롯하여 유압 증분 및 감분을 결정하여 출력하는 결정유압 출력 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 퍼지 엔진클러치 제어 방법.

  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 전달 토크 지수(H)는
    [요구 토크 - 모터 토크 / 엔진 토크 + 모터 토크 + 엔진클러치 부하 토크]
    로 정의되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 퍼지 엔진클러치 제어 방법.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 전달 토크 지수(H)를 이용하여 필요 토크를 전달할 수 있는 유압은:
    [P = H * Pmax] 에 의하여 산출되고, Pmax는 부하토크가 "0"이 나올 때 발생시킬 수 있는 유압량을 나타내는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 퍼지 엔진클러치 제어 방법.
  7. 청구항 4에 있어서,
    상기 결정유압 출력 단계에서,
    엔진클러치 접합을 위한 기본 유압(P_base) 이외에 추가적으로 접합 목표를 만족시키기 위한 유압 증분량(Del P)을
    [Del P = H * (Pmax - P_base)]
    를 통하여 결정하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 퍼지 엔진클러치 제어 방법.
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