KR101620181B1 - 하이브리드 차량의 전동식 오일펌프의 구동 제어 방법 및 그 제어 시스템. - Google Patents

하이브리드 차량의 전동식 오일펌프의 구동 제어 방법 및 그 제어 시스템. Download PDF

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Abstract

하이브리드 차량의 전동식 오일펌프의 구동 제어 방법이 소개된다.
이를 위해 본 발명은, TCU와 OPU 간의 통신 불능 상태인지 여부를 판단하는 TCU FAIL 판단 단계; 상기 TCU FAIL 판단 단계에서 TCU와 OPU 간의 통신 불능 상태로 판단시 서브제어부에 차량 운행 제한 신호를 전송하는 단계; 상기 서브제어부에서 변속기에 입력되는 토크를 제한하는 단계; 및 변속기에 입력되는 토크와 구동모터의 온도를 기초로 EOP에 회전속도를 인가하는 단계를 포함한다.

Description

하이브리드 차량의 전동식 오일펌프의 구동 제어 방법 및 그 제어 시스템.{METHOD AND SYSTEM FOR CONTROLLING ELECTRIC OIL PUMP}
본 발명은, 하이브리드 차량의 전동식 오일펌프의 구동 제어 방법 및 그 제어 시스템으로 더욱 상세하게는, EOP의 모터를 구동시키도록 신호를 인가하는 OPU에 그 인가 신호 명령을 송신하는 TCU의 고장 또는 TCU 와 OPU 간의 통신이 두절되는 경우 EOP를 단독으로 구동시킬 수 있는 하이브리드 차량의 전동식 오일펌프의 구동 제어 방법 및 그 제어 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 이해를 돕기 위해 우선 하이브리드 차량의 변속기에 공급하는 유압유의 시스템에 대해 설명한다.
하이브리드 차량은 엔진뿐만 아니라 모터를 보조동력원으로 채택하여 배기가스 저감 및 연비 향상을 도모할 수 있는 미래형 차량으로서, 도 1에 나타낸 바와 같이, 차량 주행을 위한 동력원으로 엔진(10) 및 구동모터(30)를 구비하고, 엔진과 구동모터를 연결하는 엔진클러치(20)를 포함하며, 또한 엔진 및 구동모터의 동작을 위한 ISG(Integrated Starter & Generator)(11), 고전압배터리(High Voltage Battery)(31), 인버터(32) 등을 포함한다.
한편, 구동모터(30)의 출력측에는 구동축(1)으로 동력을 전달하는 변속기(40)가 연결되고, 엔진클러치(20) 및 변속기(40) 등의 작동 유압을 제공하기 위한 전동식 오일펌프(Electric Oil Pump,EOP)(71)가 구비되어 있다.
일반적으로는, 이 전동식 오일 펌프(71)이외에 기계식 오일 펌프(MOP)도 구비되어 있지만, 변속기(40)의 연비개선을 위해 최근에는 이 기계식 오일 펌프를 삭제하고 도시된 바와 같이 전동식 오일 펌프만이 구비되어 있다.
또한, 전동식 오일펌프의 구동 전력을 제공하기 위한 보조배터리(Auxiliary Battery)(74)가 구비되어 있으며, 각 구성부의 제어수단으로 HCU(Hybrid Control Unit), MCU(Motor Control Unit), BMS(Battery Management System) 등이 구비되고, 변속기를 제어하는 TCU(Transmission Control Unit)(61)와 전동식 오일펌프(71)의 구동을 직접적으로 제어하기 위한 OPU(Electric Oil Pump Unit)(62)가 구비된다.
참고로, 상기와 같은 구성으로 구동모터(30)의 동력을 변속기(40)로 전달하여 구동모터의 동력만을 이용하는 순수 전기자동차 모드인 EV(Electric Vehicle) 모드와, 클러치(20)를 연결하여 주동력인 엔진(10)의 동력과 보조동력인 구동모터(30)의 동력을 변속기(40)로 구동축(1)에 전달하여 엔진과 구동모터의 동력을 함께 이용하는 HEV(Hybrid Electric Vehicle) 모드가 구현될 수 있다.
한편, 도 2는 변속기 및 클러치 작동에 사용되는 오일(Auto Transmission Fluid,ATF)의 경로를 나타낸 것으로, 전동식 오일펌프(71)와 기계식 오일펌프(75)가 구동하여 오일탱크(51)에 저장된 오일을 유압라인(52)을 통해 밸브바디(53)에 공급하는 경로를 보여주고 있다.
통상 EV 모드에서는 전동식 오일펌프(71)가 유압라인(52)에 유압을 제공하고, HEV 모드(엔진 구동, 엔진클러치 연결)에서는 기계식 오일펌프(75)와 전동식 오일펌프(71)의 복합된 구동으로 유압라인(52)에 유압을 제공한다.
한편, 이미 설명한 바와 같이 변속기의 연비 개선을 위해 종래 EOP와 MOP를 동시에 사용하는 것에서 MOP를 제거하고 EOP 단독 구동 시스템에서는 EOP의 구동 지령과 관련하여 어느 한 부품 한 제어부라고 고장시 차량이 운행되지 않는 문제가 발생한다.
종래에는 EOP와 MOP를 동시에 사용하는바, 어느 한 부분의 제어시스템이 고장나더라도 다른 제어시스템에 이를 보완하여 차량 운행이 가능하나, EOP 단독 구동시스템에서는 오일의 공급이 이 EOP에 좌우되는바, 상기와 같은 문제가 발생하게 된다.
이에 본 발명은 EOP의 모터 회전 속도를 인가할 수 있도록 속도 명령을 내리는 TCU가 고장난 경우라도 단독으로 EOP를 구동시켜 차량이 운행될 수 있도록 하는 하이브리드 차량의 전동식 오일펌프의 구동 제어 방법 및 그 제어 시스템에 관한 것이다.
이와 관련된 발명으로, 한국공개특허공보 제10-2011-0059695호인 "플러그인 하이브리드 차량용 오일펌프 구동방법"이 소개된다.
다만, 상기 "플러그인 하이브리드 차량용 오일펌프 구동방법"의 경우, TCU와 오일 펌프 구동장치(OPU) 사이의 통신 상태에 장애가 발생하여도 지속적으로 모터 구동이 가능하여 본 발명이 이루고자 하는 목적이 같지만, 그 구현 수단 측면에서 구동모터의 온도를 통해 유압을 제어하고 있지만, 구동모터의 온도 뿐만 아니라 변속기에 입력되는 토크값을 고려하여 유온과 유압을 예측하고, 기 저장된 유온,유압, 속도지령값의 맵을 이용하는 본 발명에 비해 그 EOP 최적의 모터 회전 속도가 구현되지 않는 단점이 존재한다.
상기한 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
한국공개특허공보 제10-2011-0059695호(2011.06.03)
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해, EOP 단독 구동 시스템에서 TCU의 고장 또는 TCU와 OPU 간의 통신이 두절되는 경우 변속기에 입력되는 토크를 제한하고, 이 제한된 토크와 구동모터의 온도를 이용 유온과 유압을 예측하고, 이를 토대로 기 저장된 유온,유압을 변수로 하는 EOP 속도지령 맵을 이용 EOP를 구동시킴으로써 TCU가 고장 나더라도 최적의 EOP의 회전속도가 인가됨으로써 차량 운행이 정지되는 것을 방지할 수 있는, 하이브리드 차량의 전동식 오일펌프의 구동 제어 방법 및 그 제어 시스템에 관한 것이다.
하이브리드 차량의 전동식 오일펌프의 구동 제어 방법이 소개된다.
이를 위해 본 발명은, TCU와 OPU 간의 통신 불능 상태인지 여부를 판단하는 TCU FAIL 판단 단계; 상기 TCU FAIL 판단 단계에서 TCU와 OPU 간의 통신 불능 상태로 판단시 서브제어부에 차량 운행 제한 신호를 전송하는 단계; 상기 서브제어부에서 변속기에 입력되는 토크를 제한하는 단계; 및 변속기에 입력되는 토크와 구동모터의 온도를 기초로 EOP에 회전속도를 인가하는 단계를 포함한다.
상기 서브제어부는, 엔진의 구동을 제어하는 ECU와 모터의 구동을 제어하는 MCU로 구성되되, 상기 ECU와 상기 MCU에서 선택적 또는 동시에 엔진의 출력 토크와 모터의 출력 토크를 제어하여 변속기에 입력되는 토크를 제한하는 것을 특징으로 한다.
상기 변속기에 입력되는 제한된 토크와 구동모터의 온도를 측정하는 모터온도측정센서에서 센싱된 구동모터의 온도를 기초로 EOP의 속도지령을 산출하는 것을 특징으로 한다.
상기 속도지령은, 변속기에 입력되는 제한된 토크와 구동모터의 온도를 기초로 유온과 유압을 예측하고, 기 저장된 유온과 유압의 관계에 대한 속도 지령 맵으로부터 해당되는 속도를 EOP에 인가하는 것을 특징으로 한다.
하이브리드 차량의 전동식 오일펌프의 구동 제어 시스템이 소개된다.
이를 위해 본 발명은, TCU와 OPU 간의 통신 불능 상태인지 여부를 판단하는 메인제어부; 상기 메인제어부에서 TCU와 OPU간의 통신 불능 상태로 판단시 엔진의 출력 토크와 모터의 출력 토크를 선택적 또는 동시에 제한하여 변속기에 입력되는 토크를 제어하는 서브제어부; 를 포함하되, 상기 메인제어부는, 변속기에 입력되는 제한된 토크와 구동모터의 온도를 기초로 EOP의 속도지령을 산출하는 것을 특징으로 한다.
상기 메인제어부는, 상기 변속기에 입력되는 제한된 토크와 구동모터의 온도를 기초로 유온과 유압을 예측하고, 기 저장된 유온과 유압의 관계에 대한 속도 지령 맵으로부터 해당되는 속도를 추출하여 EOP에 인가하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명인 하이브리드 차량의 전동식 오일펌프의 구동 제어 방법 및 그 제어 시스템에 의한다면 아래와 같은 다양한 효과가 구현된다.
첫째, EOP 단독 구동 시스템에서 상위제어기인 TCU와 OPU 간의 통신 불능시 OPU에서 EOP를 자체 구동시킴으로써 'FAIL SAFE'가 강화되는 이점이 있다.
둘째, TCU와 OPU 간의 통신 불능에 의해 비정상적으로 EOP가 구동되는 것이 방지되어 변속기의 소손을 방지할 수 있는 이점이 있다.
셋째, OPU에서 EOP의 구동 RPM을 예측하기 위해 구동모터온도와 변속기 입력토크를 실시간으로 모니터링 하고, 이 모니터링 된 값을 기초로 유온과 유압을 예측함으로써 기저장된 RPM 속도를 EOP에 인가함으로써 EOP의 소손을 방지할 수 있는 등 다양한 효과가 구현된다.
도 1은 EOP 단독 구동 시스템을 나타내는 전체 구성도.
도 2는 본 발명인 하이브리드 차량의 전동식 오일펌프의 구동 제어 방법의 개략적인 순서도.
도 3은 본 발명인 하이브리드 차량의 전동식 오일펌프의 구동 제어 방법의 전체 순서도.
도 4는 본 발명인 하이브리드 차량의 전동식 오일펌프의 구동 제어 시스템의 전체 구성도.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명인 하이브리드 차량의 전동식 오일펌프의 구동 제어 방법 및 그 제어 시스템의 바람직한 실시 예를 설명한다.
도 2는 본 발명인 하이브리드 차량의 전동식 오일펌프의 구동 제어 방법의 개략적인 순서도로 도시된 바와 같이 본 발명은 크게, TCU FAIL 판단 단계(S100), 차량 운행 제한 신호를 전송하는 단계(S200), 변속기에 입력되는 토크를 제한하는 단계(S300) 및 EOP에 회전속도를 인가하는 단계(S400)를 포함한다.
한편, 도 3은 상기와 같은 각각의 단계를 구체적으로 도시한 순서도이다.
도 2 및 도 3을 참조로 각각의 단계를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
TCU와 OPU는 주로 CAN 통신으로 신호를 송수신 받으며, CAN 통신 불능을 대비하여 TCU와 OPU 간에 Hard wire를 연결하여 PWM 통신으로 신호를 송수신한다.
한편, TCU와 OPU 모두 정상적으로 작동시 CAN 통신과 PWM 통신으로 신호를 동시에 송수신 될 때는 CAN 통신이 우선되어 신호를 송수신하고, CAN 통신이 이상시에는 PWM 통신을 이용하여 TCU와 OPU 간에 신호가 송수신 된 다음 TCU에서 EOP의 RPM 속도값을 OPU에 지령하게 된다.
본 발명은 TCU 자체가 고장난 경우는 물론이고, 상기와 같이 CAN 통신이 불능이고(S110), PWM 통신 역시 불능(S120)일 때, TCU가 FAIL 된 것으로 판단하여 그 후속 단계가 진행된다.
이때, CAN 통신과 PWM 통신 자체의 문제로 TCU와 OPU간에 신호가 송수신 되지 않는 경우도 있겠지만, TCU 자체가 고장난 경우에도 TCU와 OPU 간에 신호가 송수신되지 않는 경우도 있는바, TCU 고장 또는 CAN과 PWM 통신의 동시 고장의 경우 TCU 판단 단계에서 TCU와 OPU 간의 통신 불능 상태로 판단하게 된다.
한편, 그 후속 단계로 서브제어부에 차량 운행 제한 신호를 전송하는 단계(S200)가 수행되는데, 이 서브제어부를 설명하기에 앞서 하이브리드 차량의 일반적인 제어장치를 설명하면 다음과 같다.
하이브리드 차량의 엔진을 제어하는 엔진 제어기(ECU), 모터 구동을 제어하는 모터 제어기(MCU), 배터리 상태를 감시하고 관리하는 배터리 제어기(BMS) 및 이들 제어기들의 구동 제어 및 하이브리드 운전모드 설정 그리고, 차량의 전반적인 구동을 제어하는 하이브리드 차량 제어기(HCU)로 구성된다.
본 발명의 TCU FAIL 판단 단계에서 TCU와 OPU 간의 통신 불능 상태로 판단시 서브제어부에 차량 운행 제한 신호를 전송하게 되는데, TCU로부터 정상적인 EOP의 속도 지령이 전송되지 않아 OPU에서 차량의 상태를 파악할 수 없는 바, 최소한의 정보로 OPU에서 EOP를 구동시키기 위한 단계이자, 변속기에 입력되는 토크를 제한하고 변속을 금지시켜 비정상운전 상황에서 변속기를 보호하기 위한 단계이다.
이하, 하이브리드 차량의 전동식 오일펌프의 구동 제어 시스템에서 소개되겠지만, 이 서브제어부는, 엔진의 구동을 제어하는 ECU와 모터의 구동을 제어하는 MCU로 구성됨이 바람직하다.
즉, 일반적으로 변속기에 입력되는 토크값은 엔진의 출력 토크 값과 모터의 출력 토크값의 합으로 구성되는바, TCU가 고장 혹은 TCU와 OPU 간의 통신 수단이 모두 고장 난 경우 비정상상태에서 OPU가 구동되어 변속기의 소손이 발생될 수 있는바, 서브제어부인 ECU와 MCU 측으로 각각 엔진과 모터의 출력 토크를 제한하는 신호를 송신하게 된다.
이때, ECU와 MCU 측으로 동시에 엔진과 모터의 출력 토크를 제한할 수도 있고, 선택적으로 ECU 또는 MCU의 출력 토크를 제한할 수도 있다.
한편, 상기와 같이 변속기에 입력되는 토크를 제한하고, 그 제한된 입력 토크는 이하 후술할 메인서버(100)에 전송된다.
이 메인서버(100)는 이미 설명하였지만, 하이브리드 차량의 제어기들의 구동 제어 및 하이브리드 운전모드 설정 그리고, 차량의 전반적인 구동을 제어하는 하이브리드 차량 제어기인 HCU로 구성됨이 바람직하다.
이 메인서버(100)는, 변속기에 입력되는 제한된 토크와 구동모터의 온도를 측정하는 모터온도측정센서(500)로부터 센싱된 구동모터의 온도를 기초로 EOP의 속도지령을 산출하게 되는데, 이 속도지령은 변속기에 입력되는 제한된 토크와 구동모터의 온도를 기초로 유온과 유압을 예측하고, 기 저장된 유온과 유압의 관계에 대한 속도 지령 맵으로부터 해당되는 속도를 EOP에 인가하는 것을 특징으로 한다.
한편, 구동모터의 온도와 유온과의 관계는 주지하다시피, 비슷한 패턴으로 변동된다. 물론 구동모터의 온도를 측정하여 별도로 마련된 수학식을 통해 유온의 온도를 예측할 수 있거나, 이 구동모터의 온도를 직접 유온의 온도로 설정하여 EOP의 속도지령 명령시 활용할 수 있다.
또한, 변속기에 입력되는 제한된 토크 역시 변속기에 입력되는 토크와 유압은 서로 비례관계로 볼 수 있는바, 이 입력되는 토크값을 기초로 별도의 수학식을 통해 유압을 예측할 수 있게 된다.
결국, 구동모터의 온도와 변속기에 입력되는 제한된 토크값을 기초로 유온과 유압을 예측할 수 있고, 이를 기초로 EOP의 속도 지령을 산출하게 된다.
한편 메인제어부(100)는 유온과 유압을 변수로 하여 EOP의 회전 속도를 결정하는 EOP 구동 맵이 저장될 수 있으며, 이 EOP 구동 맵은 EOP의 회전 속도를 결정하는 속도 지령 맵으로 유온,유압을 변수로 하여 전동식 오일 펌프의 속도 지령에 대한 정보가 저장된 맵으로, 이 속도 지령을 기초로 전동식 오일 펌프의 구동을 제어하게 된다.
물론, 바람직하게는 이 속도 지령은 이미 설명한 HCU에 의해 수행됨이 바람직하고, HCU는 기 저장된 속도 지령 맵을 기초로 변속기에 입력되는 제한된 토크와 구동모터의 온도를 기초로 유온과 유압을 예측하고, 이 예측된 유온과 유압에 따른 EOP의 구동 속도를 결정하여, 그 신호를 OPU에 전송하고, OPU는 EOP에 전송함으로써 TCU가 고장난 경우에도 EOP가 구동될 수 있는 시스템이 구현되는 것이다.
한편, 도 4는 본 발명인 하이브리드 차량의 전동식 오일펌프의 구동 제어 시스템의 전체 구성도로, 도시된 바와 같이, TCU와 OPU 간의 통신 불능 상태인지 여부를 판단하는 메인제어부(100)와 메인제어부(100)에서 TCU와 OPU간의 통신 불능 상태로 판단시 엔진의 출력 토크와 모터의 출력 토크를 선택적 또는 동시에 제한하여 변속기에 입력되는 토크를 제어하는 서브제어부(200)를 포함하되, 메인제어부(100)는, 변속기에 입력되는 제한된 토크와 구동모터의 온도를 기초로 EOP의 속도지령을 산출하게 된다.
또한, 메인제어부(100)는, 변속기에 입력되는 제한된 토크와 구동모터의 온도를 기초로 유온과 유압을 예측하고, 기 저장된 유온과 유압의 관계에 대한 속도 지령 맵으로부터 해당되는 속도를 추출하여 EOP에 인가하게 된다.
그 구체적인 작동 과정을 도 4를 참조로 설명하면 다음과 같다.
메인제어부(100)는 도시된 바와 같이 HCU로 구성됨이 바람직하고, 서브제어부(200)는 ECU(210)와 MCU(220)로 구성됨이 바람직하다.
우선, 메인제어부(100)는 TCU 자체가 고장 나거나 TCU와 OPU 간의 통신이 불능인 것을 감지(e)하게 되면, 서브제어부(200)인 ECU(210)와 MCU(220) 측으로 엔진의 출력 토크와 모터의 출력 토크를 제한하도록 하는 신호를 송신(a,b)하게 된다.
물론, ECU(210)와 MCU(220) 측에 동시에 송신할 수도 있고, 선택적으로 송신할 수도 있다.
그 제한된 출력 토크값은 다시 HCU(100) 측으로 수신(c,d)되며, 이 수신된 값을 더하면 변속기에 입력되는 제한된 토크값이 산출된다.
한편, HCU(100)는 모터온도측정센서(500)에서 센싱된 구동모터의 온도를 수신(f)받은 뒤, 상기 변속기에 입력되는 제한된 토크값과 구동모터의 온도를 기초로 유온과 유압을 별도의 식으로 예측한 뒤, 이미 기저장된 유온과 유압을 변수로 한 EOP의 속도지령 맵을 통해 산출된 속도 값을 OPU(300)에 전송(g)하게 됨으로써 TCU가 고장 또는 TCU와 OPU간에 통신이 두절되는 경우에도 EOP(400)를 구동시킴으로써 변속기는 물론 EOP의 소손을 방지할 수 있게 된다.
본 발명은 특정한 실시 예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
100 : 메인제어버 200 : 서브제어부
210 : ECU 220 : MCU
300 : OPU 400 : EOP

Claims (6)

  1. TCU와 OPU 간의 통신 불능 상태인지 여부를 판단하는 TCU FAIL 판단 단계;
    상기 TCU FAIL 판단 단계에서 TCU와 OPU 간의 통신 불능 상태로 판단시 서브제어부에 차량 운행 제한 신호를 전송하는 단계;
    상기 서브제어부에서 변속기에 입력되는 토크를 제한하는 단계; 및
    변속기에 입력되는 제한된 토크와 구동모터의 온도를 기초로 유온과 유압을 예측하고, 기 저장된 유온과 유압의 관계에 대한 속도 지령 맵으로부터 EOP의 회전속도를 추출하여 EOP에 인가하는 단계를 포함하는, 하이브리드 차량의 전동식 오일펌프의 구동 제어 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 서브제어부는,
    엔진의 구동을 제어하는 ECU와 모터의 구동을 제어하는 MCU로 구성되되,
    상기 ECU와 상기 MCU에서 선택적 또는 동시에 엔진의 출력 토크와 모터의 출력 토크를 제어하여 변속기에 입력되는 토크를 제한하는 것을 특징으로 하는, 하이브리드 차량의 전동식 오일펌프의 구동 제어 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 변속기에 입력되는 제한된 토크와 구동모터의 온도를 측정하는 모터온도측정센서에서 센싱된 구동모터의 온도를 기초로 EOP의 속도지령을 산출하는 것을 특징으로 하는, 하이브리드 차량의 전동식 오일펌프의 구동 제어 방법.
  4. 삭제
  5. TCU와 OPU 간의 통신 불능 상태인지 여부를 판단하는 메인제어부;
    상기 메인제어부에서 TCU와 OPU간의 통신 불능 상태로 판단시 엔진의 출력 토크와 모터의 출력 토크를 선택적 또는 동시에 제한하여 변속기에 입력되는 토크를 제어하는 서브제어부; 를 포함하되,
    상기 메인제어부는, 상기 변속기에 입력되는 제한된 토크와 구동모터의 온도를 기초로 유온과 유압을 예측하고, 기 저장된 유온과 유압의 관계에 대한 속도 지령 맵으로부터 해당되는 속도를 추출하여 EOP에 인가하는 것을 특징으로 하는, 하이브리드 차량의 전동식 오일펌프의 구동 제어 시스템.
  6. 삭제
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