KR102094989B1 - 자체적인 엔진 가동 상태 진단과 토크 어시스트가 가능한 bas 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 BAS(Belt-driven Alternator Starter)를 제어하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 하이브리드(Hybrid) 차량의 엔진 가동 상태를 직접 판정하여 차량 통제장치(CPU나 VCU 등)로부터 정상신호가 입력되지 않는 상태에서도 BAS의 출력 토크 및 발전량을 제어하는 방법에 대한 발명이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 BAS(Belt-driven Alternator Starter), 인버터와 동력 전달용 벨트를 포함한 하이브리드(Hybrid) 엔진의 제어방법에 있어서, (a) 차량에 인가된 엔진속도를 검출하는 엔진속도 검출단계; (b) 검출된 엔진속도를 분석하여 TA(Torque Assist) 작동조건을 충족하는 지 여부를 판정하는 작동조건 판정단계; 및 (c) 상기 TA 작동조건이 충족된 경우, TA를 수행하여 차량의 출력토크를 제어하는 제어단계; 를 포함하되, 상기 (a), (b), (c) 단계는 인버터와 차량을 제어하는 통제장치 간의 통신장애로 인해 정상신호를 입력받지 못하는 경우에 한하여 수행되도록 설정된 BAS 제어방법을 제공한다.

Description

자체적인 엔진 가동 상태 진단과 토크 어시스트가 가능한 BAS 제어방법{BAS Self-Control Method Capable of Torque Assist and of Checking Engine Operating Conditions}

본 발명은 BAS(Belt-driven Alternator Starter)를 제어하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 하이브리드(Hybrid) 차량의 엔진 가동 상태를 직접 판정하여 차량 통제장치(CPU나 VCU 등)로부터 정상신호가 입력되지 않는 상태에서도 BAS의 출력 토크 및 발전량을 제어하는 방법에 대한 발명이다.

기존의 자동차는 운행 중 소모하는 연료로 인하여 많은 배기가스를 공기 중에 배출하고 있고, 이는 지구 온난화의 주범으로 많은 규제를 받고 있다.

미국, 유럽을 비롯한 세계적인 온실가스 배출규제에 따라 기술 환경은 급변하고 있으며, 세계 각국은 위 온실가스 배출규제에 발맞추어 친환경자동차의 도입을 의무화하고 있는 추세에 있다.

이러한 자동차 산업 기술환경의 변화에 발맞추어 친환경 자동차 기술은 대체에너지 기술, 대체연료 기술, 내연기관 기술 등으로 구분되어 개발되어 왔다. 이 중 대체에너지 기술은 연료전지와 하이브리드 등의 기술로 분류되는데, 이 중에서 가장 효율적인 기술로 인식되고 현재 양산도 활발한 기술이 하이브리드 기술이다.

하이브리드 자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV)는 연비를 개선하여 대기오염을 줄이기 위한 방법으로써, 일반적으로 내연기관과 전기모터라는 구동원리가 다른 두 가지의 동력원을 구비하고 차량 주행 시 상호 동력을 조합/보완하여 연비를 저감하는 차량을 말한다.

하이브리드 자동차는 주요 4가지 특징을 가지고 있는데 배기가스 저감을 위하여 엔진을 자동으로 정지시키는 공회전 정지기능, 가속 시 모터가 엔진출력을 보완하는 모터 어시스트, 감속 시 브레이크 페달을 밟을 때 열로 손실된 에너지의 일부가 전기에너지로 회수되어 모터전원으로 다시 사용되는 회생제동 및 전기모터만으로 차량을 주행할 수 있는 EV(Electric Vehicle) 구동 기능이 바로 그것이다.

작동원리에 대해 보다 구체적으로 설명하면, 차량 정차시에는 엔진을 정지시켜 차량의 공회전에 따른 불필요한 연료소비 및 배기가스 배출을 저감시킨다. 차량 출발 및 가속시에는 엔진과 모터가 함께 작동하여 엔진에 과부하가 걸리지 않도록 모터가 엔진을 보조하여 동력을 지원한다. 차량 정속(저/중/고속) 주행시에는 엔진의 동력만으로 차량을 구동하며, 차량 감속시에는 감속 및 제동시 버려지는 운동에너지를 모터를 통해 전기에너지로 변환하고 이를 배터리에 충전한다.

한편, 하이브리드 차량은 크게 풀(full) 하이브리드 자동차와 마일드(mild) 하이브리드 자동차로 구분될 수 있다. 이 중 모터만으로도 차량 구동이 가능한 자동차를 풀(또는 strong) 하이브리드 자동차라고 하는데 일반적으로 고속일 때 내연엔진이, 저속일 때는 모터가 동력을 제공한다. 이와 달리 상기 4가지 특징 중 중 공회전 정지기능, 모터 어시스트 및 회생 제동 기능을 가지되 EV 기능은 제외되어(엔진의 동력을 메인동력으로 설정하고, 전기모터는 이를 보조하는 동력으로 사용), 모터만으로는 차량 구동이 불가능한 자동차를 마일드(또는 micro) 하이브리드 자동차라고 한다.

연비 개선효과적 측면에서 풀 하이브리드 방식이 마일드 하이브리드 방식보다는 우수하지만, 마일드 하이브리드 방식은 부품 공통화 및 개발비용 측면에서 풀 하이브리드 방식보다 우수한 면이 있다. 따라서, 세계 각국의 자동차 제조업체들은 상기 두 가지 하이브리드 방식을 각 사의 경영 전략에 맞춘 연구 및 개발에 박차를 가하고 있는 추세이다.

최근에는 상기와 같은 하이브리드 시스템의 개발에 대한 요구가 급격히 증가하면서 배터리의 용량이 48V인 시스템이 적극 고려되고 있다. 하이브리드 차량에 장착되는 배터리의 용량을 종래 12V에서 48V로 늘림에 따라 고부하 전장제품을 서포트하여 부하관리를 효율적으로 할 수 있을 뿐만 아니라, 보다 큰 출력토크와 발전전력을 하이브리드 차량에 제공할 수 있다. 이를 통해 상기 하이브리드 차량의 4가지 특징적인 기능을 더욱 효과적으로 수행할 수 있다.

도 1에는 상기 48V 시스템을 적용한 48V BAS(벨트 얼터네이터 스타터, Belt-driven Alternator Starter)에 대한 개념도가 도시되어 있다. 이하, BAS와 인버터 간의 동작 메커니즘에 대해 설명한다.

얼터네이터는 일반적으로 엔진의 일 측에 인접하여 배치되는 교류식 발전 충전기로서 기계식 에너지를 전기식 에너지로 바꾸는 장치이다. 스타터는 일반적으로 엔진이 외부로부터 힘을 받아 크랭크샤프트를 회전시킬 때, 그 시동을 위한 모터와 그 부속되는 부품을 포함하는 장치이다. 얼터네이터와 스타터에 대해서는 본 발명의 기술분야에서 널리 알려진 구성이므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.

본 발명에서는 BAS(1)를 통해 기존의 차량 시스템의 스타터(Starter)와 얼터네이터(Alternator) 두 개의 구성을 BAS(1) 한 개의 구성으로 갈음 또는 통합할 수 있다. 따라서 BAS(1)는 벨트(3)를 통해 자동차 엔진(2)의 동력을 전달받음으로써 주행 중에 배터리를 충전하는 역할도 할 수 있으며, 모터 구동의 역할을 수행할 수도 있다.

한편, BAS(1)를 포함한 전장시스템은 대량의 전기를 소요하므로 충분한 배터리 용량을 확보할 필요성이 있는데 48V 배터리 시스템을 사용함으로써 이러한 요구를 충족할 수 있게 된다.

또한, 본 발명은 배터리의 역할을 겸할 수 있는 인버터(4)와 BAS(1)의 회전자(Rotor)의 위치를 측정할 수 있는 위치센서(6)를 포함할 수 있다. 여기서 위치센서(6)는 BAS(1)의 회전자(Rotor)의 위치를 측정하기 위해 BAS(1)에 내장될 수 있는 구성이다.

인버터(4)는 협의로는 직류전원을 교류전원으로, 광의로는 교류전원을 직류전원으로(엄밀하게 말하면 이러한 경우는 컨버터라 부른다) 변환하여 전기에너지를 차량 내 전장품에 공급해주는 장치를 말한다. 인버터(4)의 전류 주파수 변환기능을 통해 모터를 제어하기도 한다. 또한, 본 발명의 인버터(4)는 위치센서케이블(7)을 이용하여 BAS(1)에 내장된 위치센서(6)로부터 회전자의 위치정보를 제공받을 수 있다. 이때, BAS(1) 회전자의 위치정보에 따라서 BAS 구동용 Cable(5)을 이용하여 전류를 BAS(1)로 공급하여 BAS(1)를 모터로서 동작하게 하거나, 교류 전류를 직류전류로 변환함으로써 BAS(1)를 발전기로서 동작하게끔 할 수도 있다.

위와 같은 BAS(1)는 엔진을 제어하는 ECU(Engine Control Unit), 차량의 상태를 판단하는 VCU(Vehicle Control Unit) 등의 차량 통제장치와 입/출력 신호를 주고받음에 따라 적절한 출력토크를 생성하거나 발전기의 역할을 수행한다. 따라서, BAS의 엑츄에이터와 차량 통제장치 간의 통신은 본 기술분야의 하이브리드 기술을 실현함에 있어서 매우 중요하다.

그런데 차량의 파손, 신호 케이블의 물리적인 결손, 전기적 신호의 끊어짐, 외란에 의한 신호 오차 증대, 기타 시스템 오류 등의 이유로 인버터와 ECU 또는 VCU 간의 통신이 원활하게 이뤄지지 않는다면 BAS(1)가 본연의 기능을 수행할 수 없게 된다.

따라서, BAS가 ECU, VCU 등과 작동 제어와 관련된 신호를 주고받을 수 없을 경우에도 BAS 시스템을 정상적으로 작동시킬 수 있는 기술이 필요하나 현재로서는 이에 대한 연구가 미흡한 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, ECU나 VCU와 같은 차량 통제장치(또는 명령처리장치)와 통신이 제대로 이뤄지지 않을 경우에도 BAS 시스템을 정상적으로 작동시킬 수 있는 BAS 제어 방법을 제공하고자 한다.

위에 제기된 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면,

BAS(Belt-driven Alternator Starter), 인버터와 동력 전달용 벨트를 포함한 하이브리드(Hybrid) 엔진의 제어방법에 있어서, (a) 차량에 인가된 엔진속도를 검출하는 엔진속도 검출단계; (b) 검출된 엔진속도를 분석하여 TA(Torque Assist) 작동조건을 충족하는 지 여부를 판정하는 작동조건 판정단계; 및 (c) 상기 TA 작동조건이 충족된 경우, TA를 수행하여 차량의 출력토크를 제어하는 제어단계; 를 포함하되, 상기 (a), (b), (c) 단계는 인버터와 차량을 제어하는 통제장치 간의 통신장애로 인해 정상신호를 입력받지 못하는 경우에 한하여 수행되도록 설정된 BAS 제어방법을 제공한다.

여기서 상기 (b)단계는, 일정 시간 범위 내 검출된 엔진속도가 기 설정된 제1기준값 이하에 머물러 있을 경우 상기 TA 작동조건을 Idle 상태인 것으로 판단하고, 일정 시간 범위 내 검출된 엔진속도가 기 설정된 제1기준값을 초과하는 경우는 상기 TA 작동조건을 정상주행상태인 것으로 판단할 수 있다.

그리고 상기 TA 작동조건이 Idle 상태일 경우, 상기 (b) 단계에서 검출된 엔진속도가 기 설정된 제2기준값 이상이 되고, 검출된 엔진속도의 최초 순간 변화율이 양의 값을 가질 경우 출력 토크를 상승시키도록 TA를 수행할 수 있다.

나아가 상기 TA 작동조건이 Idle 상태일 경우, 상기 정상주행상태에서 측정되는 출력 토크보다 낮은 값의 토크를 출력하도록 TA를 수행할 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면 일정 시간 범위 내 검출된 엔진속도 변화율을 측정하고, 측정된 엔진속도 변화율이 기 설정된 제1기준범위 이상 또는 이하가 되면, 상기 TA 작동조건을 과도상태인 것으로 판단할 수 있다.

여기서 상기 TA 작동조건이 과도상태이면, 상기 정상주행상태에서 측정되는 출력 토크보다 낮은 값의 토크를 출력하도록 TA를 수행할 수 있다.

일 실시예에 따르면 상기 과도상태가 기 설정된 일정 시간 내에 연속적으로 발생할 경우, 과도상태가 기 설정된 일정 시간 내에 단속적으로 발생하는 경우보다 높은 토크를 출력하도록 TA를 수행할 수 있다.

다른 일 실시예에 따르면 상기 TA 작동조건이 기 설정된 일정 시간 내에 상기 Idle 상태와 상기 정상주행상태 및 상기 과도상태를 순차적으로 거치는 경우, 상기 TA 작동조건이 상기 Idle 상태와 상기 정상주행상태 및 상기 과도상태를 순차적으로 거치지 않은 경우보다 높은 토크를 출력하도록 TA를 수행할 수도 있다.

아울러 상기 검출된 엔진속도가 점차 감소하면, 그 속도감소의 원인이 운전자의 의사에 의한 속도 감소인지 여부와 상기 속도감소의 원인이 상기 동력 전달용 벨트에 작용하는 부하의 증가에 따른 속도 감소인지 여부를 판단하고, 운전자의 의사에 의한 속도 감소인 경우는 TA를 중지하며, 상기 동력 전달용 벨트에 작용하는 부하의 증가에 따른 속도 감소인 경우는 TA를 지속할 수도 있다.

여기서 상기 속도감소의 원인 판정은 상기 엔진속도 변화율이 음의 값을 가지며 일정 시간 범위 내 엔진속도 감소 추세를 유지할 경우에는 운전자의 의사에 의한 속도 감소인 것으로 정의하고, 상기 엔진속도 변화율이 기 설정된 제2기준범위 이상 또는 이하로 나타나며 상기 엔진속도의 감소량이 기 설정된 제3기준범위 범위 내에 존재하는 경우는 상기 동력 전달용 벨트에 작용하는 부하의 증가에 따른 속도 감소인 것으로 정의할 수 있다.

또한, 기 운전자의 의사에 의한 속도 감소로 판정되는 경우는 TA를 중지하되, 판정이후 TA중지시까지 TA량을 점진적으로 감소시킬 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면 BAS(Belt-driven Alternator Starter)와 인버터 및 동력 전달용 벨트를 포함한 하이브리드(Hybrid) 엔진의 제어방법에 있어서,(d) 차량에 인가된 엔진속도를 실시간 검출하는 엔진속도 검출단계; 및 (e) 검출된 엔진속도를 분석하여 상기 BAS의 발전조건인 기 설정된 제3기준값 이상이 되는지 여부를 판정하는 발전조건 판정단계; 및 (f) 상기 발전조건을 만족하는 경우 엔진속도 변화와 관계없이 상기 BAS의 발전량을 늘리는 발전단계;를 포함하되, 상기 (d), (e), (f) 단계는 상기 인버터와 상기 차량을 제어하는 통제장치 간의 통신장애로 인해 정상신호를 입력받지 못하는 경우에 한하여 수행되도록 설정된 BAS 제어방법을 제공할 수도 있다.

여기서는 (g) 상기 BAS에서 발생되는 발전량을 실시간 검출하는 발전량 검출단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면 계기판 또는 정보창을 통해 상기 통신장애로 인해 정상신호를 입력받지 못함을 운전자에게 표시하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 BAS 제어방법은 ECU(Engine Control Unit)나 VCU(Vehicle Control Unit) 등의 통제장치와 인버터 간의 통신장애로 인해 정상신호를 입력받지 못하는 경우에 스스로 TA 작동조건을 판정하여 출력 토크를 효과적으로 보조할 수 있는 기능을 제공한다.

또한, 스스로 BAS 발전조건을 판정하여 발전 기능을 수행하도록 하는 BAS 제어방법을 제공한다.

도 1에는 BAS(Belt Alternator Starter)와 인버터 및 동력전달용 벨트를 포함한 하이브리드(Hybrid) 엔진에 대한 개념도가 도시되어 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 BAS 제어 방법에 대한 블록선도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 Idle 상태를 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 급격한 엔진속도 변동 상태를 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 운전자의 의사에 의한 엔진속도 감소 상태를 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 벨트 부하 증가에 의한 엔진속도 감소 상태를 나타내는 그래프이다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어 공지된 구성에 대해서는 그 상세한 설명을 생략하며, 또한 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 소지가 있는 구성에 대해서도 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 BAS 제어 방법에 대한 블록선도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 Idle 상태를 나타내는 그래프이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 급격한 엔진속도 변동 상태를 나타내는 그래프이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 운전자의 의사에 의한 엔진속도 감소 상태를 나타내는 그래프이다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 벨트 부하 증가에 의한 엔진속도 감소 상태를 나타내는 그래프이다.

도 2를 참조하면, 본 출원발명의 일 실시예에 따른 BAS(Belt-driven Alternator Starter)의 제어방법은 (a) 차량에 인가된 엔진속도를 실시간 검출하는 엔진속도 검출단계; (b) 검출된 엔진속도를 분석하여 TA(Torque Assist) 작동조건을 충족하는 지 여부를 판정하는 작동조건 판정단계; 및 (c) 상기 TA 작동조건이 충족된 경우, TA(토크 어시스트,Torque Assist, 이하 "TA"로 간략히 함)를 수행하여 차량의 출력토크를 제어하는 제어단계; 를 포함하되, 상기 (a), (b), (c) 단계는 인버터(4)와 차량을 제어하는 통제장치 간의 통신장애로 인해 정상신호를 입력받지 못하는 경우에 한하여 수행되도록 설정될 수 있다.

여기서 BAS(1)는 도 1에 도시되고, 배경기술에서 전술한 바와 같이 얼터네이터(1)와 스타터(4)를 갈음 또는 통합하는 구성으로서, 상황에 따라 모터 또는 발전기의 기능을 수행할 수 있는 장치를 의미한다.

인버터(4)와 차량을 제어하는 통제장치 간의 통신장애로 인해 정상신호를 입력받지 못하는 경우라 함은 전술한 바와 같이 차량의 파손, 신호 케이블의 물리적인 결손, 전기적 신호의 끊어짐, 외란에 의한 신호 오차 증대, 기타 시스템 오류 등의 이유로 인버터와 통제장치(예컨대, ECU 또는 VCU) 간의 통신이 원활하게 이뤄지지 않는다면 BAS(1)가 본연의 기능을 수행할 수 없게 되는 것을 의미할 수 있다.

다시 말해 정상신호가 입력되는 경우라 함은 차량 통제장치가 인버터(4)를 통해 BAS(1)의 동작을 안정적으로 제어할 수 있는 상황을 말하며, 정상신호를 입력받지 못하는 경우라 함은 차량 통제장치가 인버터(4)를 통해 BAS(1)의 동작을 제어할 수 없는 상황을 말한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 BAS 제어방법의 목적은 엔진을 통제함에 있어, 비정상 상황이 벌어질 경우에 일종의 안전장치를 확보하면서 동시에 하이브리드 엔진 작동효율을 높이기 위함이라 할 수 있다.

이어서, 본 발명의 BAS 제어방법에 대해 더욱 상세하게 설명하면,

우선 상기 (a)단계에서는 차량에 인가된 엔진속도(Engine Speed)를 실시간 검출한다. 여기서 엔진속도는 차량의 주행속도와 실질적으로 동일한 의미로 해석될 수 있다. 엔진속도의 단위는 rpm 또는 차량의 주행속도와 실질적으로 동일한 의미로 해석될 수 있으므로 m/s 단위로도 쓰일 수 있다.

상기 (b)단계에서는 검출된 엔진속도를 분석하여 TA(Torque Assist) 작동조건을 충족하는지 여부를 판정한다. 엔진속도는 차량의 상태를 파악하기 위한 지표로서 이를 통해 차량의 정지, 가속, 감속, 정속주행 중인지 여부를 판정할 수 있다. 엔진속도 검출은 인버터(4)를 통해 엔진(Engine)의 속도를 검출하거나 BAS(1)에 내장된 BAS 위치센서(6)를 이용한 BAS Rotor의 회전속도를 검출하여 엔진속도를 유추함으로써 이뤄질 수 있다.

여기서 TA(Torque Assist)는 엔진을 보조하여 토크(Torque)를 가감하는 것을 의미한다. 토크는 엔진 축을 비트는 힘으로서, 일반적으로 토크가 커질수록 엔진속도도 이에 비례하여 커질 수 있으며, 이에 따라 차량의 주행속도도 실질적으로 증가할 수 있다. TA 작동조건은 크게 Idle 상태, 정상주행상태, 과도상태(transition)로 구분할 수 있다. Idle 상태는 엔진속도가 낮은 상태 즉, 실질적으로 정지상태에 가까운 것(예컨대 0~1000rpm)을 의미할 수 있으며, 정상주행상태는 차량이 운전자가 목표하는 속도에서 정속주행할 때(예컨대 3000rpm 정도)를 의미할 수 있고, 과도상태는 엔진속도가 단시간 내 급격히 변동할 때(예컨대 1sec 이내에서 2000rpm에서 1900rpm으로 급감속)를 의미할 수 있다. 나아가, 과도상태는 정상주행상태에서 더 높은 엔진속도를 얻고자 기어 변속하는 경우를 의미할 수 있다.

상기 (c)단계에서는 TA 작동조건이 충족된 경우, TA를 수행하여 차량의 출력토크를 제어하는 제어단계;를 포함할 수 있다. TA 수행에 따른 토크의 가감은 인버터(4)가 BAS 구동용 케이블(5)을 통해 제어 명령을 내림으로써 수행될 수 있다. 여기서 TA를 독립적으로 수행할 경우, 안전에 영향을 끼칠 수 있으므로 TA의 범위(Torque의 양, Assist의 횟수 및 반복속도)를 제한할 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 (b) 단계에서는 일정 시간 범위 내 검출된 엔진속도가 기 설정된 제1기준값(110) 이하에 머물러 있는 경우에는 TA 작동조건을 Idle 상태인 것으로 판단하고, 일정 시간 범위 내 검출된 엔진속도가 기 설정된 제1기준값(110)을 초과하는 경우는 상기 TA 작동조건을 정상주행상태인 것으로 판단할 수 있다.

TA 작동조건은 운전자나 사용자가 미리 그 기준값을 설정할 수 있다. 여기서 상기 작동조건이 Idle 상태에서 차량이 출발할 경우에는 TA(토크 어시스트,Torque Assist)가 수행될 수 있다. 그리고 정상주행상태에는 출력되는 토크가 충분하므로 TA가 수행되지 않도록 설정할 수 있다.

도 3을 참조하면, TA 작동조건을 판정하는 기준값으로서 제1기준값(110)과 제2기준값(120)이 도시되어 있다. 다시 말하면, 제1기준값(110)은 Idle 상태 여부를 판정하는 기준값이고, 제2기준값(120)은 TA를 수행할지 여부를 판정하는 기준값을 의미할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면 TA 작동조건이 Idle 상태일 경우, 상기 (b) 단계에서 검출된 엔진속도가 기 설정된 제2기준값 이상이 되고, 검출된 엔진속도의 최초 순간 변화율이 양의 값을 가질 경우 출력 토크를 상승시키도록 TA를 수행할 수 있다.

구체적으로, 도 3(a)는 무가속 구간의 엔진속도(100)를 나타내는 것인데 여기서는 전 구간이 제1기준값(110) 보다 낮은 속도를 보이므로 Idle 상태인 것으로 판정한다. 도 3(b)는 무가속 구간의 엔진속도(100)와 가속 구간의 엔진속도(101)가 공존하는 것으로서, 최초 동작시간에서 A시점까지의 구간이 제1기준값(110)보다는 낮고 제2기준값(120)보다 높은 속도이며 최초 순간 변화율이 양의 값을 보이므로 Idle 상태임과 동시에 TA 수행이 필요한 작동조건에 해당한다. 도 3(c)는 가속 구간의 엔진속도(101)만이 적용되는 것으로서 B시점에서 C시점까지의 구간이 제1기준값(110)보다는 낮고 제2기준값(120)보다 높은 속도이며 최초 순간 변화율이 양의 값을 보이므로 Idle 상태이자 TA 수행이 필요한 작동조건에 해당한다. 참고로 여기서 최초 순간 변화율이란 운전자가 차량의 엑셀페달을 밟거나 풋브레이크를 밟는 동작에 의해, 엔진속도의 최초 가속 또는 감속이 이뤄지는 시점에서의 속도 변화율을 의미한다.

또한, 일 실시예에 따르면, TA 작동조건이 Idle 상태일 경우, 정상주행상태에서 측정되는 출력 토크보다 낮은 값의 토크를 출력하도록 TA를 수행할 수 있다. 정상주행상태에서보다 낮은 값의 토크를 출력하도록 함으로써 운전자에게 smooth한 드라이빙 환경을 제공할 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면 일정 시간 범위 내 검출된 엔진속도 변화율을 측정하고, 측정된 엔진속도 변화율이 기 설정된 제1기준범위를 벗어나면 상기 TA 작동조건을 과도상태(transition condition)인 것으로 판정할 수 있다.

과도상태란 기어변속 등의 사유로 엔진속도에 급격한 변동이 있는 경우의 상태로서, 차량의 가속여부를 판단하여 TA를 수행할 수 있다. 여기의 과도상태에서는 제1기준범위를 미리 설정하여, 제1기준범위를 벗어나는 경우의 엔진속도 변화율을 갖는 경우에만 TA를 수행하도록 할 수도 있다.

도 4에서는 과도상태의 엔진속도에 대한 그래프를 도시한다.

도 4를 참조하면, 일정구간(T1)에서 엔진속도의 급격한 변화율이 -4x로 측정됨으로써 과도상태인 것으로 판정될 수 있으며, 이를 보상하기 위한 TA가 수행될 수 있다. 다만, 도 4에서는 기 설정되는 제1기준범위가 -3x 이상 내지 3x 이하의 변화율로서 설정되어 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 실시예에 따라 변동될 수 있음을 유의해야 한다.

과도상태에서도 Idle 상태에서와 마찬가지로 정상주행상태에서 측정되는 출력 토크보다 낮은 값의 토크를 출력하도록 TA를 수행할 수 있다. 정상주행상태에서보다 낮은 값의 토크를 출력하도록 함으로써 운전자에게 smooth한 드라이빙 환경을 제공할 수 있다.

만약, 도 4와 같은 과도상태가 일정시간 내에 연속적으로 발생할 경우에는 토크 출력량을 증가시키도록 TA를 수행할 수 있다.

도 4와 같은 과도상태가 기 설정된 일정시간 내에 연속적으로 발생하는 경우에는, 과도상태가 일정 시간 내에 단속적으로 발생하는 경우보다 높은 토크를 출력하도록 TA를 수행할 수 있다. 설정된 일정 시간 내에 운전자가 기어변속을 연달아 수행하는 동작으로 추정하여, 엔진이 더 높은 토크를 출력하도록 TA를 수행할 수 있다.

만약 TA 작동조건이 기 설정된 일정 시간 내에 Idle 상태와 정상주행상태 및 과도상태를 순차적으로 거치는 경우에는, TA 작동조건이 Idle 상태와 정상주행상태 및 과도상태를 순차적으로 거치지 않은 경우보다 높은 토크를 출력하도록 TA를 수행할 수 있다. TA 작동조건이 기 설정된 일정 시간 내에 Idle 상태와 정상주행상태 및 과도상태를 순차적으로 거치는 경우에는, 최초 차량이 정차되어 있던 상태에서 운전자가 차량을 출발시키고 점차 차량의 속도를 높여가기 위한 동작으로 추정하여, 엔진이 더 높은 토크를 출력하도록 TA를 수행할 수 있다.

아울러, 본 발명의 일 실시예에 따르면 엔진속도를 검출하였을 때, 상기 검출된 엔진속도가 점차 감소하면, 그 속도감소의 원인이 운전자의 의사에 의한 속도 감소인지 여부와 상기 속도감소의 원인이 상기 벨트에 작용하는 부하의 증가에 따른 속도 감소인지 여부를 판단할 수 있다. 이 때, 운전자의 의사에 의한 속도 감소인 경우는 TA를 중지하며, 상기 벨트에 작용하는 부하의 증가에 따른 속도 감소인 경우는 TA를 지속할 수 있다.

효과적인 TA(Torque Assist)를 수행하기 위해서 검출된 엔진속도가 감소되는 원인을 자체적으로 파악한다.

속도감소의 원인 판정은 상기 엔진속도 변화율이 음의 값을 가지며 일정 시간 범위(T2) 내 엔진속도 감소 추세를 유지할 경우에는 운전자의 의사에 의한 속도 감소인 것으로 정의하고, 상기 엔진속도 변화율이 기 설정된 제2기준범위를 벗어나며 상기 엔진속도의 감소량이 기 설정된 제3기준범위 범위 내에 존재하는 경우는 벨트에 작용하는 부하의 증가에 따른 속도 감소인 것으로 정의할 수 있다.

구체적으로 도 5를 참조하면, 일정 시간 범위(T2)동안 엔진속도가 감소하고 있는데 이는 운전자가 풋페달 등을 이용하여 브레이크를 작동하는 상태로 판정할 수 있다. 따라서 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 운전자의 의사에 의한 속도 감소로 판정되는 경우는 TA를 중지하되, 판정이후 TA중지까지 TA량을 점진적으로 감소시킬 수 있다. 작동 메커니즘은 엔진의 회전방향과 반대방향으로 엑츄에이터를 가동하여 엔진에서 발생되는 토크를 더욱 빠르게 감소시킴으로써 수행할 수 있다. 참고로, 여기서의 일정 시간 범위(T2) 역시 운전자 또는 사용자가 미리 설정할 수 있다.

도 6을 참조하면, 운전자의 의사에 의하지 않고 엔진속도가 감소하는 것을 도시한다.

예컨대, 벨트(3)에 과도한 부하에 따른 마모로 인하여 속도가 감소되는 것을 고려할 수 있는데, 이러한 경우는 엔진(3)의 동력이 얼터네이터(1)로 전달되는 과정에서 Stuck 현상이 발생하여 엔진속도가 단시간 안에 급격히 변동할 수 있다. 이러한 돌발상황의 경우는 순간 속도변화율은 크나, 그 속도변화량은 크지 않는 것이 보통이므로 적절한 기준범위를 설정하여, 운전자의 의사에 의하지 않은 엔진속도 감소를 추정할 수 있다. 여기서의 제2기준범위 및 제3기준범위도 상기 제1기준범위와 마찬가지로 임의로 설정될 수 있으며, 반드시 도면에 적시된 바에 한정되는 것은 아니다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 BAS 제어방법은 ECU(Engine Control Unit)나 VCU(Vehicle Control Unit)의 입력 신호 없이도 스스로 엔진속도에 따른 TA 작동조건을 판정하여 출력 토크를 효과적으로 보조할 수 있는 기능을 제공한다.

마지막으로 본 발명에 따른 BAS(Belt-driven Alternator Starter)와 인버터 및 동력 전달용 벨트를 포함한 하이브리드(Hybrid) 엔진의 제어방법에 있어서, BAS(1)의 발전량을 제어하는 방법에 대해서 설명한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면 (d) 차량에 인가된 엔진속도를 실시간 검출하는 엔진속도 검출단계; 및 (e) 검출된 엔진속도를 분석하여 BAS(1)의 발전조건인 기 설정된 제3기준값 이상이 되는지 여부를 판정하는 발전조건 판정단계; 및 (f) 상기 발전조건을 만족하는 경우 엔진속도 변화와 관계없이 BAS(1)의 발전량을 늘리는 발전단계;를 포함하되, 상기 (d), (e), (f) 단계는 인버터(4)와 상기 차량을 제어하는 통제장치 간의 통신장애로 인해 정상신호를 입력받지 못하는 경우에 한하여 수행되도록 설정될 수 있다.

상기 (e) 단계에서는 검출된 엔진속도를 분석하고, 검출된 엔진속도가 기 설정된 제3기준값 보다 큰지 여부를 판정할 수 있다. 여기서 제3기준값은 전술한 제2기준값의 의미와 유사할 수 있다. 즉, 일정 기준값이 넘으면 얼터네이터의 발전량을 늘리도록 제어할 수 있다.

상기 (f) 단계에서는, 엔진속도가 특정한 제3기준값 이상만 되면 엔진속도의 변화양상 예컨대, 급격한 증감 또는 완만한 증감 인지 여부에 구속되지 않고 항상 BAS(1)의 발전량을 늘리도록 제어할 수 있다.

상기 (d) 단계는 전술한 (a) 단계와 동일하므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다. 그 외 전술했던 TA(Torque Assist) 수행 방법과 중복되는 내용 및 효과도 편의상 생략하기로 한다.

마지막으로 본 발명의 일 실시예에 따른 BAS 제어방법은 상기 BAS에서 발생되는 발전량을 실시간 검출하는 발전량 검출단계를 더 포함할 수 있다.

전술한 바와 같이 본 발명의 BAS(1)가 차량 통제장치로부터 통신장애로 인해 정상신호를 입력받지 못함은,

차량의 파손, 신호 케이블의 물리적인 결손, 전기적 신호의 끊어짐, 외란에 의한 신호 오차 증대, 기타 시스템 오류 등의 이유로 인버터와 ECU 또는 VCU 간의 통신이 원활하게 이뤄지지 않음을 의미할 수 있다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면 계기판 또는 정보창을 통해 상기 통신장애로 인해 정상신호를 입력받지 못함을 운전자에게 표시하는 단계를 더 포함할 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 예컨대 상기 (a), (b), (c), (d), (e), (f), (g)의 단계는 그 기재의 순서에 따라 BAS 제어방법 발명의 구현을 위한 작동 순서가 제한되는 것은 아니다.

본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1: BAS(Belt-driven Alternator Starter)
2: 엔진
3: 벨트
4: 인버터
5: BAS 구동용케이블
6: BAS 위치센서
7: BAS 위치센서케이블
100: 무가속 구간 엔진속도
101: 가속 구간 엔진속도
110: 제1기준값
120: 제2기준값

Claims (15)

1. BAS(Belt-driven Alternator Starter)와 인버터 및 동력 전달용 벨트를 포함한 하이브리드(Hybrid) 엔진의 제어방법으로서,
   (a) 차량에 인가된 엔진속도를 검출하는 엔진속도 검출단계;
   (b) 검출된 엔진속도를 분석하여 TA(Torque Assist) 작동조건을 충족하는지 여부를 판정하는 작동조건 판정단계; 및
   (c) 상기 TA 작동조건이 충족된 경우, TA를 수행하여 차량의 출력토크를 제어하는 제어단계; 를 포함하되,
   상기 (a), (b), (c) 단계는 상기 인버터와 상기 차량을 제어하는 통제장치 간의 통신장애로 인해 정상신호를 입력받지 못하는 경우에 한하여 상기 인버터에서 수행되는 BAS 제어방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 (b) 단계는,
   일정 시간 범위 내 검출된 엔진속도가 기 설정된 제1기준값 이하에 머물러 있을 경우 상기 TA 작동조건을 Idle 상태인 것으로 판단하고, 일정 시간 범위 내 검출된 엔진속도가 기 설정된 제1기준값을 초과하는 경우는 상기 TA 작동조건을 정상주행상태인 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 BAS 제어방법.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 TA 작동조건이 Idle 상태일 때, 차량이 출발하면 TA를 수행하도록 하는 것을 특징으로 하는 BAS 제어방법.
   
4. 제2항에 있어서,
   상기 TA 작동조건이 Idle 상태이면,
   상기 (b) 단계에서 검출된 엔진속도가 기 설정된 제2기준값 이상이 되고, 검출된 엔진속도의 최초 순간 변화율이 양의 값을 가질 경우 출력 토크를 상승시키도록 TA를 수행하는 것을 특징으로 하는 BAS 제어방법.
   
5. 제3항에 있어서,
   상기 TA 작동조건이 Idle 상태이면,
   상기 정상주행상태에서 측정되는 출력 토크보다 낮은 값의 토크를 출력하도록 TA를 수행하는 것을 특징으로 하는 BAS 제어방법.
   
6. 제1항에 있어서,
   일정 시간 범위 내 검출된 엔진속도 변화율을 측정하고, 측정된 엔진속도 변화율이 기 설정된 제1기준범위를 벗어나면, 상기 TA 작동조건을 과도상태인 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 BAS 제어방법.
   
7. 제6항에 있어서,
   상기 TA 작동조건이 과도상태이면,
   정상주행상태에서 측정되는 출력 토크보다 낮은 토크를 출력하도록 TA를 수행하는 것을 특징으로 하는 BAS 제어방법.
   
8. 제6항에 있어서,
   상기 과도상태가 기 설정된 일정 시간 내에 연속적으로 발생할 경우,
   과도상태가 기 설정된 일정 시간 내에 단속적으로 발생하는 경우보다 큰 토크를 출력하도록 TA를 수행하는 것을 특징으로 하는 BAS 제어방법.
   
9. 제6항에 있어서,
   상기 TA 작동조건이 기 설정된 일정 시간 내에 Idle 상태와 정상주행상태 및 상기 과도상태를 순차적으로 거치는 경우,
   상기 TA 작동조건이 Idle 상태와 정상주행상태 및 상기 과도상태를 순차적으로 거치지 않은 경우보다 큰 토크를 출력하도록 TA를 수행하는 것을 특징으로 하는 BAS 제어방법.
   
10. 제1항에 있어서,
    상기 검출된 엔진속도가 점차 감소하면, 그 속도감소의 원인이 운전자의 의사에 의한 속도 감소인지 여부와 상기 속도감소의 원인이 상기 동력 전달용 벨트에 작용하는 부하의 증가에 따른 속도 감소인지 여부를 판단하고,
    운전자의 의사에 의한 속도 감소인 경우는 TA를 중지하며, 상기 동력 전달용 벨트에 작용하는 부하의 증가에 따른 속도 감소인 경우는 TA를 지속하는 것을 특징으로 하는 BAS 제어방법.
    
11. 제10항에 있어서,
    상기 속도감소의 원인 판정은,
    상기 엔진속도 변화율이 음의 값을 가지며 일정 시간 범위 내 엔진속도 감소 추세를 유지할 경우에는 운전자의 의사에 의한 속도 감소인 것으로 정의하고,
    상기 엔진속도 변화율이 기 설정된 제2기준범위를 벗어나며 상기 엔진속도의 감소량이 기 설정된 제3기준범위 내에 존재하는 경우는 상기 동력 전달용 벨트에 작용하는 부하의 증가에 따른 속도 감소인 것으로 정의하는 것을 특징으로 하는 BAS 제어방법.
    
12. 제10항에 있어서,
    상기 운전자의 의사에 의한 속도 감소로 판정되는 경우는 TA를 중지하되, 판정이후 TA중지 시까지 TA량을 점진적으로 감소시키는 것을 특징으로 하는 BAS 제어방법.
    
13. BAS(Belt-driven Alternator Starter)와 인버터 및 동력 전달용 벨트를 포함한 하이브리드(Hybrid) 엔진의 제어방법으로서,
    (d) 차량에 인가된 엔진속도를 실시간 검출하는 엔진속도 검출단계; 및
    (e) 검출된 엔진속도를 분석하여 상기 BAS의 발전조건인 기 설정된 제3기준값 이상이 되는지 여부를 판정하는 발전조건 판정단계; 및
    (f) 상기 발전조건을 만족하는 경우 엔진속도 변화와 관계없이 상기 BAS의 발전량을 늘리는 발전단계;를 포함하되,
    상기 (d), (e), (f) 단계는 상기 인버터와 상기 차량을 제어하는 통제장치 간의 통신장애로 인해 정상신호를 입력받지 못하는 경우에 한하여 상기 인버터에서 수행되는 BAS 제어방법.
    
14. 제13항에 있어서,
    (g) 상기 인버터가 상기 BAS에서 발생되는 발전량을 실시간 검출하는 발전량 검출단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 BAS 제어방법.
    
15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    계기판 또는 정보창을 통해 상기 통신장애로 인해 정상신호를 입력받지 못함을 운전자에게 표시하는 단계;를 포함하는 BAS 제어방법.
    

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