KR101713708B1 - 하이브리드 차량의 제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 제어방법은, 제1선기어, 제1유성기어, 제1링기어, 및 제1캐리어로 구성된 제1유성기어세트, 제2선기어, 제2유성기어, 제2링기어, 및 제2캐리어로 구성된 제2유성기어세트, 상기 제1캐리어와 출력축이 연결된 엔진, 상기 제1링기어를 회전시키는 제1모터제너레이터, 상기 제2선기어와 상기 제1선기어를 회전시키도록 상기 제2선기어에 연결된 제2모터제너레이터, 상기 제1링기어의 회전을 구속하는 제1브레이크, 상기 제2링기어의 회전을 구속하는 제2브레이크, 상기 제1링기어와 상기 제1캐리어를 선택적으로 연결하는 제1클러치, 상기 제1캐리어와 상기 제2링기어를 선택적으로 연결하는 제2클러치; 및 를 포함하는 하이브리드 차량의 제어방법은 상기 제1,2브레이크, 상기 제1,2클러치가 해제되어 중립상태인 것을 확인하는 단계, 상기 엔진이 작동을 멈춘 것을 확인 하는 단계, 및 상기 엔진을 시동시키기 위해서, 상기 제1모터제너레이터와 상기 제2모터제너레이터는 가동하여 상기 엔진을 설정된 회전속도로 제어하는 단계를 포함한다.
따라서, 제1,2모터제너레이터와 엔진을 포함하는 FHS4(flexible hybrid system)의 중립모드에서 엔진을 보다 효과적으로 시동할 수 있다. 아울러, 엔진의 온도가 -30도에 포함되더라도 엔진을 안정적으로 목표속도에 도달시킴으로써 시동성능을 확보할 수 있다.

Description

하이브리드 차량의 제어방법{CONTROL METHOD OF HYBRID VEHICLE}
본 발명은 엔진, 제1모터제너레이터, 및 제2모터제너레이터를 이용하여 엔진의 회전속도를 제어하여 엔진의 시동을 가능하게하는 하이브리드 차량의 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로, 자동변속기는 주행 조건에 따라서 적절한 회전력을 얻기 위해 유압 등을 이용하여 엔진/모터에서 발생되는 동력을 다단으로 변속한다.
한편, 하이브리드 차량 중 일부는, 두 개의 모터제너레이터(motor/generater: MG)와 엔진을 유성기어를 통해서 연결하고, 상기 모터제너레이터를 속도/토크 제어하여, 무단변속을 가능하게 한다.
이는 별도의 변속기 없이 엔진, 제1,2모터제너레이터, 및 두 개의 유성기어세트를 이용하여 차량의 운전조건에 따라서 출력속도가 가변된다. 여기서, 상기 제1,2모/제너레이터를 속도제어함으로써 가능해진다.
제1모터/제너레이터는 엔진의 운전조건에 따라서 속도제어를 수행하고, 제2모터/제너레이터는 엔진과 더불어 토크를 제어하여, 전체 출력토크를 제어한다.
중립모드에서는 엔진과 차축이 분리되어 있는 구조이고, 모든 회전요소가 구속되지 않은 상태이다.
따라서, 본 발명은 엔진의 냉간(-30도)상태와 같은 조건의 중립모드에서 엔진의 시동 성능을 향상시킬 수 있는 하이브리드 차량의 제어방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 하이브리드 차량의 제어방법은, 제1선기어, 제1유성기어, 제1링기어, 및 제1캐리어로 구성된 제1유성기어세트, 제2선기어, 제2유성기어, 제2링기어, 및 제2캐리어로 구성된 제2유성기어세트, 상기 제1캐리어와 출력축이 연결된 엔진, 상기 제1링기어를 회전시키는 제1모터제너레이터, 상기 제2선기어와 상기 제1선기어를 회전시키도록 상기 제2선기어에 연결된 제2모터제너레이터, 상기 제1링기어의 회전을 구속하는 제1브레이크, 상기 제2링기어의 회전을 구속하는 제2브레이크, 상기 제1링기어와 상기 제1캐리어를 선택적으로 연결하는 제1클러치, 상기 제1캐리어와 상기 제2링기어를 선택적으로 연결하는 제2클러치; 및 를 포함하는 하이브리드 차량의 제어방법은 상기 제1,2브레이크, 상기 제1,2클러치가 해제되어 중립상태인 것을 확인하는 단계, 상기 엔진이 작동을 멈춘 것을 확인 하는 단계, 및 상기 엔진을 시동시키기 위해서, 상기 제1모터제너레이터와 상기 제2모터제너레이터는 가동하여 상기 엔진을 설정된 회전속도로 제어하는 단계를 포함한다.
상기 제2모터제너레이터의 회전속도를 0으로 제어한다.
상기 엔진이 설정된 목표속도에 도달하도록 상기 제1모터제너레이터의 회전속도를 제어한다.
상기 제2링기어와 연결된 변속기의 출력축의 속도가 0이 되도록 상기 제2링기어의 회전속도를 제어한다.
상기 엔진의 목표속도는 아래 수식(2)에 의해서 연산된다.
Figure 112016128171382-pat00001
- 수식(2)
상기 제2링기어의 속도는 아래 수식(3)에 의해서 연산된다.
Figure 112016128171382-pat00002
- 수식(3)
상기 제2모터제너레이터의 회전속도는 아래 수식(6)에 의해서 연산된다.
Figure 112016128171382-pat00003
- 수식(6)
앞에서 기재된 바와 같이 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 제어방법에서, FHS4(flexible hybrid system)의 중립모드에서 엔진을 보다 효과적으로 시동할 수 있다. 아울러, 엔진의 온도가 -30도에 포함되더라도 엔진을 안정적으로 목표속도에 도달시킴으로써 시동성능을 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 변속 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 변속 시스템을 레버형식으로 표현한 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 변속 시스템에서 엔진을 시동하는 과정에서 구성요소의 회전속도를 보여주는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 변속 시스템을 제어하기 위한 수식들을 보여준다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 변속 시스템을 제어하기 위한 제1모터제너레이터의 제어를 위한 플로우차트이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 변속 시스템을 제어하기 위한 제2모터제너레이터의 제어를 위한 플로우차트이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 변속 시스템을 제어하기 위해서 제1,2모터제너레이터의 제어를 위한 수식들을 보여준다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 변속 시스템의 개략적인 구성도이다.
도시한 바와 같이, 하이브리드 차량은 엔진(100), 제1유성기어세트(PG1), 제2유성기어세트(PG2), 제1모터제너레이터(MG1), 제1브레이크(BK1), 제1클러치(CL1), 제2클러치(CL2), 제2브레이크(BK2), 및 제2모터제너레이터(MG2)를 포함한다.
상기 제1유성기어세트(PG1)는 제1선기어(s1), 제1유성기어(p1), 제1링기어(r1), 및 제1캐리어(c1)를 포함하고, 상기 엔진(100)의 출력축은 상기 제1선기어(s1)를 회전시키도록 배치된다.
상기 제1모터제너레이터(MG1)의 출력축은 상기 제1링기어(r1)를 회전시키도록 배치되고, 상기 제1브레이크(BK1)는 상기 제1모터제너레이터(MG1)의 출력축과 상기 제1링기어(r1)의 회전을 선택적으로 구속한다.
상기 제1클러치(CL1)는 상기 제1링기어(r1)와 상기 제1캐리어(c1)를 선택적으로 연결하고, 상기 제2클러치(CL2)는 상기 제1캐리어(c1)와 상기 제2링기어(r2)를 선택적으로 연결한다.
상기 제2브레이크(BK2)는 상기 제2링기어(r2)를 선택적으로 구속하도록 배치되고, 상기 제2캐리어(c2)는 출력축과 연결된다. 상기 제1선기어(s1)와 상기 제2선기어(s2)는 직결되고, 상기 제2모터제너레이터(MG2)는 상기 제2선기어(s2)를 회전시키도록 배치된다.
본 발명의 실시예에서, 중립상태에서 상기 제1,2클러치(CL1, CL2), 상기 제1,2브레이크(BK1, BK2)는 작동하지 않고, 상기 제1모터제너레이터(MG1)와 상기 제2모터제너레이터(MG2), 및 상기 엔진(100)은 시동을 준비한다.
상기 엔진(100)이 정지한 상태에서, 상기 제1모터제너레이터(MG1)와 상기 제2모터제너레이터(MG2)는 서로 속도제어 또는 토크 제어되어 상기 엔진을 시동을 위한 목표속도에 도달시킨다. 이때, 상기 엔진(100)이 시동됨으로써 운전자가 느낄 수 없을 정도로 소음없이 부드럽게 가동되는 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 변속 시스템을 레버형식으로 표현한 그래프이다.
도 2를 참조하면, 상기 제1모터제너레이터(MG1)가 토크를 발생시켜 상기 엔진을 회전시키되, 상기 제2모터제너레이터(MG2)는 그 속도가 0에 도달하도록 토크제어된다.
따라서, 상기 제1모터제너레이터(MG1)를 속도제어하여 상기 엔진(100)을 목표속도에 도달시키고, 상기 제2모터제너레이터(MG2)의 속도는 0으로 제어된다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 변속 시스템에서 엔진을 시동하는 과정에서 구성요소의 회전속도를 보여주는 그래프이다.
도 3을 참조하면, 상기 제1모터제너레이터(MG1)의 회전속도에 비례하여 상기 엔진의 회전속도가 가변되고, 상기 제2모터제너레이터(MG2)의 회전속도는 0으로 수렴한다. 초기에는 약간 속도가 발생하지만, 시간이 지남에 따라서 0으로 수렴한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 변속 시스템을 제어하기 위한 수식들을 보여준다.
도 4를 참조하면, 식(1)에 의해서 식(2)가 유도되고, 식(2)에서 엔진(100)의 목표속도에 도달시키기 위해서 제1모터제너레이터(MG1)의 회전각속도와 제2모터제너레이터(MG2)의 회전각속도가 도출될 수 있다.
Figure 112016128171382-pat00004
-식(1)
Figure 112016128171382-pat00005
-식(2)
Figure 112016128171382-pat00006
는 엔진(100)의 회전관성모멘트,
Figure 112016128171382-pat00007
는 제1클러치(CL1)의 회전관성모멘트,
Figure 112016128171382-pat00008
는 엔진(100)의 회전각가속도,
Figure 112016128171382-pat00009
는 엔진(100)의 출력토크,
Figure 112016128171382-pat00010
=
Figure 112016128171382-pat00011
으로,
Figure 112016128171382-pat00012
는 제1모터제너레이터(MG1)의 토크,
Figure 112016128171382-pat00013
은 제1모터제너레이터(MG1)의 각가속도,
Figure 112016128171382-pat00014
는 제1모터제너레이터(MG1)의 관성모멘트이다.
Figure 112016128171382-pat00015
은 제1링기어(r1)의 잇수를 제1선기어(s1)의 잇수로 나눈 값이고,
Figure 112016128171382-pat00016
는 제1모터제너레이터(MG1)의 회전각속도,
Figure 112016128171382-pat00017
는 제2모터제너레이터(MG2)의 회전각속도,
Figure 112016128171382-pat00018
는 엔진(100)의 목표속도이다.
도 4를 참조하면, 식(3)에서 상기 제2링기어(r2)의 속도가 구해진다.
Figure 112016128171382-pat00019
-식(3)
Figure 112016128171382-pat00020
제2링기어(r2)의 회전관성모멘트,
Figure 112016128171382-pat00021
제2링기어(r2)의 회전각가속도,
Figure 112016128171382-pat00022
는 상기 제2링기어(r2)의 잇수를 제2선기어의 잇수로 나눈값,
Figure 112016128171382-pat00023
=
Figure 112016128171382-pat00024
로,
Figure 112016128171382-pat00025
는 제2모터제너레이터(MG2)의 토크,
Figure 112016128171382-pat00026
은 제2모터제너레이터(MG2)의 각가속도,
Figure 112016128171382-pat00027
는 제2모터제너레이터(MG2)의 관성모멘트이고,
Figure 112016128171382-pat00028
=
Figure 112016128171382-pat00029
으로,
Figure 112016128171382-pat00030
는 제1모터제너레이터(MG1)의 토크,
Figure 112016128171382-pat00031
은 제1모터제너레이터(MG1)의 각가속도,
Figure 112016128171382-pat00032
는 제1모터제너레이터(MG1)의 관성모멘트이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 변속 시스템을 제어하기 위한 제1모터제너레이터의 토크제어를 위한 플로우차트이다.
도 5를 참조하면, 제1모터제너레이터(MG1)의 속도(
Figure 112016128171382-pat00033
) 및 제1모터제너레이터(MG1)의 목표속도(
Figure 112016128171382-pat00034
)가 입력되고, 이를 PI제어하여 제1모터제너레이터(MG1)의 토크를 속도제어(
Figure 112016128171382-pat00035
)하여 제1모터제너레이터(MG1)의 출력토크(
Figure 112016128171382-pat00036
)를 도출한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 변속 시스템을 제어하기 위한 제2모터제너레이터의 토크제어를 위한 플로우차트이다.
도 6을 참조하면, 상기 제2모터제너레이터(MG2)의 목표속도(
Figure 112016128171382-pat00037
)와 현재속도(
Figure 112016128171382-pat00038
)가 입력되고, 이를 PI제어하고, 이에 상기 제1모터제너레이터(MG1)의 인자(
Figure 112016128171382-pat00039
)가 피드포워드(feed forward) 추가되어 이를 처리함으로써 제2모터제너레이터(MG2)의 토크(
Figure 112016128171382-pat00040
)가 연산된다.
본 발명의 실시예에서, 상기 제1모터제너레이터(MG1)를 이용하여 엔진(100)을 회전시키는 동시에 상기 제2모터제너레이터(MG2)의 토크를 이용하여, 상기 제2모터제너레이터(MG2)가 0rpm에 도달시킨다. 상기 제1모터제너레이터(MG1)의 출력토크는 엔진(100)의 속도에 따라서 피드백제어(feed back control)를 통해서 도출된다.
아울러, 상기 제2모터제너레이터(MG2)의 토크는 상기 제1모터제너레이터(MG1)의 피드포워드토크와 상기 제2링기어(r2)의 회전속도를 피드백 및 PI 제어하여 도출한다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 변속 시스템을 제어하기 위해서 제1,2모터제너레이터의 속도제어를 위한 수식들을 보여준다.
아래 수식(4)에서, 상기 제1모터제너레이터(MG1)의 토크가 피드백제어되어 상기 제1모터제너레이터(MG1)의 속도제어를 위해서 토크가 출력되는 것을 보여준다.
Figure 112016128171382-pat00041
수식(4)
Figure 112016128171382-pat00042
는 제1모터제너레이터(MG1)의 속도제어를 위한 출력토크,
Figure 112016128171382-pat00043
는 제1모터제너레이터(MG1)의 피드백 출력토크.
상기 수식(4)에서
Figure 112016128171382-pat00044
-수식(5)
여기서,
Figure 112016128171382-pat00045
는 제1모터제너레이터(MG1)의 피드백 출력토크,
Figure 112016128171382-pat00046
는 제1모터제너레이터(MG1)의 목표속도,
Figure 112016128171382-pat00047
는 제1모터제너레이터(MG1)의 속도.
아래 수식 (6)에서, 제1모터제너레이터(MG1)의 목표속도, 제2모터제너레이터(MG2)의 속도, 및 엔진(100)의 목표속도의 관계를 보여준다.
Figure 112016128171382-pat00048
-수식(6)
여기서,
Figure 112016128171382-pat00049
는 제1모터제너레이터(MG1)의 목표속도,
Figure 112016128171382-pat00050
는 제2모터제너레이터(MG2)의 속도,
Figure 112016128171382-pat00051
는 엔진(100)의 목표속도
아래 수식(7)에서, 상기 제2모터제너레이터(MG2)의 토크가 피드백 및 피드포워드제어되어 상기 제2모터제너레이터(MG2)의 속도제어를 위해서 토크가 출력되는 것을 보여준다.
Figure 112016128171382-pat00052
-수식(7)
Figure 112016128171382-pat00053
는 제2모터제너레이터(MG2)의 속도제어를 위한 출력토크,
Figure 112016128171382-pat00054
는 제2모터제너레이터(MG2)의 피드포워드 출력토크,
Figure 112016128171382-pat00055
는 제2모터제너레이터(MG2)의 피드백 출력토크
수식(7)에서,
Figure 112016128171382-pat00056
-수식(8)
수식(7)에서,
Figure 112016128171382-pat00057
-수식(9)
아울러, 본 발명의 실시예에서, 상기 제2모터제너레이터(MG2)의 목표속도는 아래 수식(10)으로 표현된다.
Figure 112016128171382-pat00058
-수식(10)
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.
100: 엔진
MG1: 제1모터제너레이터
MG2: 제2모터제너레이터
PG1: 제1유성기어세트
r1: 제1링기어,
s1: 제1선기어
p1: 제1유성기어
c1: 제1캐리어
PG2: 제2유성기어세트
r2: 제2링기어,
s2: 제2선기어
p2: 제2유성기어
c2: 제2캐리어
BK1: 제1브레이크
BK2: 제2브레이크
CL1: 제1클러치
CL2: 제2클러치

Claims (7)

  1. 제1선기어, 제1유성기어, 제1링기어, 및 제1캐리어로 구성된 제1유성기어세트, 제2선기어, 제2유성기어, 제2링기어, 및 제2캐리어로 구성된 제2유성기어세트, 상기 제1캐리어와 출력축이 연결된 엔진, 상기 제1링기어를 회전시키는 제1모터제너레이터, 상기 제2선기어와 상기 제1선기어를 회전시키도록 상기 제2선기어에 연결된 제2모터제너레이터, 상기 제1링기어의 회전을 구속하는 제1브레이크, 상기 제2링기어의 회전을 구속하는 제2브레이크, 상기 제1링기어와 상기 제1캐리어를 선택적으로 연결하는 제1클러치, 상기 제1캐리어와 상기 제2링기어를 선택적으로 연결하는 제2클러치; 및 를 포함하는 하이브리드 차량의 제어방법에서,
    상기 제1,2브레이크, 상기 제1,2클러치가 해제되어 중립상태인 것을 확인하는 단계;
    상기 엔진이 작동을 멈춘 것을 확인 하는 단계; 및
    상기 엔진을 시동시키기 위해서, 상기 제1모터제너레이터와 상기 제2모터제너레이터는 가동하여 상기 엔진을 설정된 회전속도로 제어하는 단계; 를 포함하는 하이브리드 차량의 제어방법.
  2. 제1항에서,
    상기 제2모터제너레이터의 회전속도를 0으로 제어하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 제어방법.
  3. 제2항에서,
    상기 엔진이 설정된 목표속도에 도달하도록 상기 제1모터제너레이터의 회전속도를 제어하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 제어방법.
  4. 제2항에서,
    상기 제2링기어와 연결된 변속기의 출력축의 속도가 0이 되도록 상기 제2링기어의 회전속도를 제어하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 제어방법.
  5. 제3항에서,
    상기 엔진의 목표속도는 아래 수식(2)에 의해서 연산되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 제어방법.
    Figure 112016128171382-pat00059
    - 수식(2)
  6. 제4항에서,
    상기 제2링기어의 속도는 아래 수식(3)에 의해서 연산되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 제어방법.
    Figure 112016128171382-pat00060
    - 수식(3)
  7. 제2항에서,
    상기 제2모터제너레이터의 회전속도는 아래 수식(6)에 의해서 연산되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 제어방법.
    Figure 112016128171382-pat00061
    - 수식(6)
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