KR101588751B1 - 하이브리드 차량의 클러치 제어 방법 - Google Patents

하이브리드 차량의 클러치 제어 방법 Download PDF

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현대자동차 주식회사
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Abstract

본 발명은 클러치 결합 여부에 따라 직렬형 하이브리드 또는 병렬형 하이브리드 구조로 구동이 가능한 직/병렬형 하이브리드 변속기에서 클러치 전달 토크를 제어하여 작동 유압을 최소화하는 하이브리드 차량의 클러치 제어 방법에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 직/병렬형 하이브리드 변속기를 포함하는 하이브리드 차량의 클러치 제어 방법은 하이브리드 차량이 병렬 구동 중인지를 판단하는 단계; 상기 하이브리드 차량이 병렬 구동 중이면, 운전자의 요구 토크에 따른 클러치 유압을 계산하는 단계; 클러치 전단의 토크 및 모터 토크의 토크 블랜딩 목표값을 연산하고, 토크 블랜딩을 수행하는 단계; 클러치 슬립이 발생할 때까지 토크 블랜딩 목표값을 증가시키는 단계; 상기 클러치 슬립이 발생하면 토크 블랜딩을 중지하는 단계; 그리고 상기 클러치 슬립이 발생한 때의 클러치 전단 토크에 해당하는 유압을 학습하는 단계;를 포함할 수 있다.

Description

하이브리드 차량의 클러치 제어 방법{CONTROL METHOD FOR CLUTCH OF HYBRID ELECTIRC VEHICLE}
본 발명은 하이브리드 차량의 클러치 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 클러치 결합 여부에 따라 직렬형 하이브리드 또는 병렬형 하이브리드 구조로 구동이 가능한 직/병렬형 하이브리드 변속기에서 클러치 전달 토크를 제어하여 작동 유압을 최소화하는 하이브리드 차량의 클러치 제어 방법에 관한 것이다.
하이브리드 차량은 서로 다른 두 종류 이상의 동력원을 사용하는 자동차로써, 일반적으로 연료를 연소시켜 구동력을 얻는 엔진과 배터리 전력으로 구동력을 얻는 모터에 의해 구동되는 차량을 의미한다.
하이브리드 차량은 엔진과 전기모터를 동력원으로 하여 다양한 구조를 형성할 수 있는데, 엔진의 기계적 동력을 바퀴에 직접 전달하고 필요할 때 배터리의 전력으로 구동되는 모터를 이용하여 도움 받는 차량을 병렬형 하이브리드 차량이라고 하고, 엔진의 기계적 동력을 발전기를 통해 전기적 동력으로 변환하여 모터를 구동하거나 배터리에 충전하는 차량을 직렬형 하이브리드 차량이라고 한다.
이러한 하이브리드 차량 중 직/병렬형 하이브리드 변속기가 장착된 차량은 엔진과 구동 축을 연결하는 클러치를 사용함으로써 엔진과 모터를 함께 사용하여 병렬 구동될 수도 있고, 모터만 사용하여 직렬로 구동될 수도 있다.
하이브리드 차량이 병렬 구동 시에는 유압으로 클러치가 작동되는데, 구동력이 클 때는 유압을 크게 하여 클러치의 전달 가능 토크를 크게 하고, 구동력이 작을 때는 유압을 작게 하여 클러치의 전달 가능 토크를 작게 한다.
따라서, 변속기의 효율을 높이기 위해서는 운전자의 요구 토크에 따라 유압을 가변시키고, 유압에 따른 클러치 전달 가능 토크를 제어할 필요성이 있다.
이 배경 기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래 기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 클러치 결합 여부에 따라 직렬형 하이브리드 또는 병렬형 하이브리드 구조로 구동이 가능한 직/병렬형 하이브리드 변속기에서 클러치 전달 토크를 제어하여 작동 유압을 최소화하는 하이브리드 차량의 클러치 제어 방법을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 직/병렬형 하이브리드 변속기를 포함하는 하이브리드 차량의 클러치 제어 방법은 하이브리드 차량이 병렬 구동 중인지를 판단하는 단계; 상기 하이브리드 차량이 병렬 구동 중이면, 운전자의 요구 토크에 따른 클러치 유압을 계산하는 단계; 클러치 전단의 토크 및 모터 토크의 토크 블랜딩 목표값을 연산하고, 토크 블랜딩을 수행하는 단계; 클러치 슬립이 발생할 때까지 토크 블랜딩 목표값을 증가시키는 단계; 상기 클러치 슬립이 발생하면 토크 블랜딩을 중지하는 단계; 그리고 상기 클러치 슬립이 발생한 때의 클러치 전단 토크에 해당하는 유압을 학습하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 클러치 슬립이 발생한 때의 클러치 전단 토크에 해당하는 유압을 학습한 후, 상기 학습된 유압으로 클러치를 제어하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 토크 블랜딩을 수행하는 단계는 휠 토크를 유지하면서 클러치 전단의 토크와 모터 토크를 증가시킬 수 있다.
상기 토크 블랜딩을 수행하는 단계는 클러치 전단의 토크와 클러치의 전달 가능 토크를 비교하는 단계; 상기 클러치 전단의 토크가 클러치의 전달 가능 토크보다 크면 클러치 전단의 토크에 해당하는 클러치 유압을 연산하고, 클러치 유압을 인가하는 단계; 그리고 인가된 유압이 클러치에 적용되면 토크 블랜딩을 수행하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 클러치 유압을 인가한 후, 운전자 요구 토크를 만족시키기 위한 모터 토크를 출력하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 클러치 슬립이 발생할 때까지 토크 블랜딩 목표값을 증가시키는 단계는 토크 블랜딩 값이 설정값 이하인 경우에 유지될 수 있다.
상기 클러치 슬립이 발생한 때의 클러치 전단 토크에 해당하는 유압을 학습하는 단계는 상기 클러치 전단 토크에 해당하는 유압을 클러치의 전달 가능 토크 값으로 저장할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 직/병렬형 하이브리드 변속기를 포함하는 하이브리드 차량의 클러치 제어 방법은 하이브리드 차량이 병렬 구동 중인지를 판단하는 단계; 상기 하이브리드 차량이 병렬 구동 중이면, 클러치 전단의 토크와 클러치의 전달 가능 토크를 비교하는 단계; 상기 클러치 전단의 토크가 클러치의 전달 가능 토크보다 크면 클러치 전단의 토크에 해당하는 클러치 유압을 연산하고, 클러치 유압을 인가하는 단계; 그리고 인가된 유압이 클러치에 적용되면 토크 블랜딩을 수행하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 클러치 유압을 인가한 후, 운전자 요구 토크를 만족시키기 위한 모터 토크를 출력하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 클러치 유압에 따른 클러치 전달 가능 토크값을 학습함으로써 클러치의 작동 유압을 최소화하면서도 클러치 전단의 토크를 전달할 수 있어 변속기의 효율을 높일 수 있다.
또한, 클러치 유압 인가시 모터 토크를 출력함으로써 유압 상승 딜레이에 의한 응답성 저하를 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예가 적용되는 직/병렬형 클러치를 사용한 직/병렬형 하이브리드 변속기의 구조를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 클러치 제어 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 클러치 제어 방법 중 일부를 보다 구체적으로 나타내는 흐름도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 의미한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예가 적용되는 직/병렬형 클러치를 사용한 직/병렬형 하이브리드 변속기의 구조를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 클러치 제어 장치는 동력원으로 엔진(50), 모터(10) 및 제너레이터(20)를 포함하며, 입력 축을 통해 전달되는 엔진(50)의 회전 동력 및 상기 모터(10) 및 제너레이터(20)의 회전 동력을 하이브리드 차량의 주행 상태에 따라 변속하여 출력 기어를 통해 출력한다.
상기 모터(10) 및 제너레이터(20)는 각각 독립적인 동력원으로써, 본 명세서에서는 설명의 편의상 모터(10) 및 제너레이터(20)로 지칭하였으나, 이에 한정되지는 않는다. 즉, 제1 모터/제너레이터 및 제2 모터/제너레이터로 구성될 수 있다.
상기 제너레이터(20)는 유성기어세트(30)를 통해 엔진(50)과 연결될 수 있다. 상기 유성기어세트(30)는 링기어(R), 캐리어(C) 및 선기어(S)를 포함한다. 즉, 상기 링기어(R)가 제너레이터(20)와 직접 연결되며, 상기 제너레이터(20)는 상기 링기어(R)를 구동시키는 모터로 작동하거나 발전기로 작동할 수 있다.
상기 엔진(50)의 입력 축에는 클러치(40)가 장착되어 있다. 따라서, 상기 클러치(40)가 해제되면 하이브리드 차량은 직렬 구동되고, 클러치(40)가 결합되면 병렬 구동될 수 있다.
상기 클러치(40)는 1:1 클러치 및 OD 클러치를 포함할 수 있다. 즉, 상기 클러치(40)는 유성기어세트(30)와 선택적으로 연결되므로, 1:1 클러치를 통하여 엔진(50)의 입력 축이 구동 휠과 연결되거나, 유성기어세트(30)와 OD 클러치를 통하여 구동 휠과 연결될 수 있다.
상기 클러치(40)를 제어하는 방법에 대해 도 2 내지 도 3을 참고하여 구체적으로 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 클러치 제어 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 클러치 제어 방법은 제어기가 하이브리드 차량이 병렬 구동 중인지를 판단함으로써 시작된다(S10).
상기 하이브리드 차량이 병렬 구동 중인지 여부는 운전자의 요구 토크, 차속 및 배터리 SOC 등을 기초로 판단할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 클러치 제어 방법은 엔진(50)의 입력 축이 클러치(40)와 연결되어 병렬 구동되는 경우, 클러치(40)의 유압을 학습하기 위한 것이므로, 상기 S10 단계에서 하이브리드 차량이 병렬 구동 중이 아니면 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 클러치 제어 방법은 종료된다.
상기 S10 단계에서 하이브리드 차량이 병렬 구동 중이면, 제어기는 운전자의 요구 토크에 따른 클러치 유압을 연산한다(S20).
상기 운전자의 요구 토크는 차속과 가속 페달의 위치값으로부터 연산될 수 있다. 상기 운전자의 요구 토크가 연산되면 엔진(50), 제너레이터(20) 및 모터(10)의 출력 토크를 연산할 수 있다. 이 중 엔진(50)의 출력 토크와 제너레이터(20)의 출력 토크의 합이 클러치 전단에 입력되는 토크가 되며, 이를 만족시키기 위한 클러치 유압을 연산할 수 있다.
상기 S20 단계에서 운전자의 요구 토크에 따른 클러치 유압이 연산되면, 제어기는 클러치 전단의 토크와 모터 토크의 토크 블랜딩 목표값을 연산한다(S30).
상기 토크 블랜딩이란 엔진 토크와 제너레이터 토크의 합인 클러치 전단의 토크와 모터 토크를 합하여 클러치(40)를 통하여 전달되는 토크가 일정하도록 클러치 전단의 토크와 모터 토크를 조절하는 것을 의미한다. 즉, 휠 토크는 일정한 값을 유지한 채 클러치 전단의 토크와 모터 토크를 조절할 수 있다.
상기 토크 블랜딩 목표값이란 클러치(40)가 슬립되는 시점의 클러치 전단의 토크와 모터 토크를 의미한다. 예를 들어, 클러치 전단의 토크가 100Nm이고 모터 토크가 0Nm인 경우, 토크 블랭딩 목표값이 110Nm이면 클러치 전단의 토크를 증가시키면서 반대 방향의 모터 토크를 증가시킨다. 즉, 클러치 전단의 토크는 110Nm, 모터 토크는 -10Nm으로 각각 증가시켜 휠 토크는 100Nm을 유지하면서도 클러치에 가해지는 힘인 클러치 전단의 토크를 110Nm으로 증카시킬 수 있다.
따라서, 제어기는 클러치 전단의 토크와 모터 토크의 토크 블랜딩 목표값이 연산되면, 토크 블랜딩을 수행한다(S40).
상기 S40 단계에서 토크 블랜딩이 수행되면, 제어기는 클러치(40)에 슬립이 발생되는지를 판단한다(S50).
상기 클러치 슬립은 차속에 따른 제너레이터(20)의 속도가 비정상적으로 높아지거나 낮아지게 되는 경우에 발생되었다고 판단할 수 있다.
상기 S50 단계에서 클러치 슬립이 발생되면, 제어기는 토크 블랜딩을 즉시 중지하고(S60), 클러치 슬립이 발생되었을 때의 클러치 전단 토크에 해당하는 유압을 학습한다(S90).
상기 클러치 슬립이 발생되었을 때의 클러치 전단의 토크 값이 해당 유압에서 클러치(40)가 전달할 수 있는 최대 토크가 될 수 있다. 따라서 제어기는 클러치 슬립이 발생되었을 때의 클러치 전단 토크에 해당하는 유압을 저장하고, 새로운 클러치의 전달 가능 토크값으로 학습할 수 있다.
이와는 달리, 상기 S50 단계에서 클러치 슬립이 발생되지 않으면, 제어기는 토크 블랜딩 목표값을 증가시킨다(S70).
상기 S70 단계에서 토크 블랜딩 목표값을 증가시키고, 제어기는 토크 블랜딩 값이 설정값을 초과하는지를 판단한다(S80).
상기 S80 단계에서 토크 블랜딩 값이 설정값 이하이면 상기 방법은 S40 단계로 리턴하여 토크 블랜딩을 계속 수행하지만, 토크 블랜딩 값이 설정값을 초과하면 상기 방법은 S60 단계로 진행하여 토크 블랜딩을 중지한다.
상기 S70 단계에서 토크 블랜딩 목표값을 증기시켰기 때문에 상기 S40 단계로 리턴하여 토크 블랜딩을 계속 수행하면, 클러치 전단의 토크가 증가할 수 있다. 예를 들어, 모터의 토크가 -10Nm이고 클러치 전단의 토크가 110Nm인 경우에 토크 블랜딩 목표값을 110Nm에서 120Nm으로 증가시키면, 모터의 토크를 -20Nm으로 증가시키고 클러치 전단의 토크를 120Nm으로 증가시킬 수 있다. 즉, 휠 토크는 100Nm으로 일정하게 유지하면서도 클러치 전단에 토크를 증가시킬 수 있다.
한편, 토크 블랜딩이 수행되면 클러치 전단의 토크가 점점 증가되는데, 상기 S20 단계에서 연산된 운전자 요구 토크에 따른 클러치 유압에 해당되는 클러치의 전달 가능 토크값에 비해 클러치 전단의 토크가 과도하게 크면 클러치 슬립이 발생되었을 때 구동 휠로 전달되는 토크가 갑자기 줄어들게 되어 차량의 쇼크가 발생할 수 있다. 따라서 제어기는 클러치 슬립으로 인한 차량의 쇼크를 방지하기 위하여 토크 블랜딩 값이 설정값을 초과하면 토크 블랜딩을 중지할 수 있다.
이후, 제어기는 상기 S90 단계에서 학습된 클러치 슬립이 발생되었을 때의 클러치 전단 토크에 해당하는 유압으로 클러치(40)를 제어한다(S100).
그런데, 본 발명의 실시예에 따르면 최소의 유압으로 클러치(40)를 제어할 수 있기 때문에 클러치 전단에서 토크 변동이 발생하여 클러치 슬립이 발생할 수 있다. 따라서, 클러치 슬립을 방지하기 위하여 제어기는 도 3에 도시된 바와 같이 토크 블랜딩을 수행할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 클러치 제어 방법 중 토크 블랜딩을 수행하는 단계를 구체적으로 나타내는 흐름도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 제어기는 토크 블랜딩을 수행하기 위하여 클러치 전단의 토크와 클러치 전달 가능 토크를 비교한다(S200).
상기 S200 단계에서 클러치 전단의 토크가 클러치 전달 가능 토크보다 크면, 제어기는 클러치 전단의 토크에 해당하는 클러치 유압을 연산하고, 상기 연산된 유압을 클러치(40)에 인가한다(S210).
클러치 전단의 토크가 클러치 전달 가능 토크보다 크면 클러치 슬립이 쉽게 발생할 수 있다. 따라서, 클러치 유압을 증가시켜 클러치 전달 가능 토크를 크게 해야 클러치 슬립을 방지할 수 있다.
다만, 클러치(40)에 유압을 인가하더라도 유압이 클러치에 적용되는 시간 차이가 발생할 수 있다. 이 경우 운전자 요구 토크는 증가하는데 반해 차량의 구동력은 유압이 클러치(40)에 적용될 때까지 증가되지 못하므로 응답성이 느려질 수 있다.
따라서 제어기는 하이브리드 차량의 응답성응 향상시키기 위해 모터(10)를 구동하여 운전자 요구 토크를 만족시키기 위한 모터 토크를 출력하도록 제어한다(S220).
이후, 제어기는 인가된 유압이 클러치(40)에 적용되었는지를 판단한다(S230). 상기 인가된 유압이 클러치(40)에 적용되었는지 여부는 유압 센서로부터 신호를 전달받거나 미리 설정된 값과 비교하여 판단할 수 있다.
상기 S230 단계에서 인가된 유압이 클러치(40)에 적용되면, 제어기는 토크 블랜딩을 수행한다(S240).
상기 토크 블랜딩을 수행하여 상기 S220 단계에서 출력한 모터 토크는 감소시키고, 클러치 전단의 토크를 증가시킬 수 있다.
이와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 유압 상승 딜레이로 인한 하이브리드 차량의 응답성 저하를 방지할 수 있다.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.

Claims (9)

  1. 직/병렬형 하이브리드 변속기를 포함하는 하이브리드 차량의 클러치 제어 방법에 있어서,
    하이브리드 차량이 병렬 구동 중인지를 판단하는 단계;
    상기 하이브리드 차량이 병렬 구동 중이면, 운전자의 요구 토크에 따른 클러치 유압을 계산하는 단계;
    클러치 전단의 토크 및 모터 토크의 토크 블랜딩 목표값을 연산하고, 토크 블랜딩을 수행하는 단계;
    클러치 슬립이 발생할 때까지 토크 블랜딩 목표값을 증가시키는 단계;
    상기 클러치 슬립이 발생하면 토크 블랜딩을 중지하는 단계; 그리고
    상기 클러치 슬립이 발생한 때의 클러치 전단 토크에 해당하는 유압을 학습하는 단계;
    를 포함하는 하이브리드 차량의 클러치 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 클러치 슬립이 발생한 때의 클러치 전단 토크에 해당하는 유압을 학습한 후, 상기 학습된 유압으로 클러치를 제어하는 단계;
    를 더 포함하는 하이브리드 차량의 클러치 제어 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 토크 블랜딩을 수행하는 단계는 휠 토크를 유지하면서 클러치 전단의 토크와 모터 토크를 증가시키는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 클러치 제어 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 토크 블랜딩을 수행하는 단계는
    클러치 전단의 토크와 클러치의 전달 가능 토크를 비교하는 단계;
    상기 클러치 전단의 토크가 클러치의 전달 가능 토크보다 크면 클러치 전단의 토크에 해당하는 클러치 유압을 연산하고, 클러치 유압을 인가하는 단계; 그리고
    인가된 유압이 클러치에 적용되면 토크 블랜딩을 수행하는 단계;
    를 포함하는 하이브리드 차량의 클러치 제어 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 클러치 유압을 인가한 후, 운전자 요구 토크를 만족시키기 위한 모터 토크를 출력하는 단계;
    를 더 포함하는 하이브리드 차량의 클러치 제어 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 클러치 슬립이 발생할 때까지 토크 블랜딩 목표값을 증가시키는 단계는 토크 블랜딩 값이 설정값 이하인 경우에 유지되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 클러치 제어 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 클러치 슬립이 발생한 때의 클러치 전단 토크에 해당하는 유압을 학습하는 단계는 상기 클러치 전단 토크에 해당하는 유압을 클러치의 전달 가능 토크 값으로 저장하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 클러치 제어 방법.
  8. 직/병렬형 하이브리드 변속기를 포함하는 하이브리드 차량의 클러치 제어 방법에 있어서,
    하이브리드 차량이 병렬 구동 중인지를 판단하는 단계;
    상기 하이브리드 차량이 병렬 구동 중이면, 클러치 전단의 토크와 클러치의 전달 가능 토크를 비교하는 단계;
    상기 클러치 전단의 토크가 클러치의 전달 가능 토크보다 크면 클러치 전단의 토크에 해당하는 클러치 유압을 연산하고, 클러치 유압을 인가하는 단계; 그리고
    인가된 유압이 클러치에 적용되면 토크 블랜딩을 수행하는 단계;
    를 포함하는 하이브리드 차량의 클러치 제어 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 클러치 유압을 인가한 후, 운전자 요구 토크를 만족시키기 위한 모터 토크를 출력하는 단계;
    를 더 포함하는 하이브리드 차량의 클러치 제어 방법.
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