KR20070065031A

KR20070065031A - 하이브리드 전기 자동차의 밀림 방지 제어장치 및 방법

Info

Publication number: KR20070065031A
Application number: KR1020050125711A
Authority: KR
Inventors: 김용석
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2005-12-19
Filing date: 2005-12-19
Publication date: 2007-06-22

Abstract

하이브리드 전기 자동차의 경사로 정지시 노면의 상태(경사도)를 검출하여 밀림 방지 제어가 수행되도록 하는 것으로,

주행상태에서 브레이크 페달의 신호와 차속을 검출하는 과정과, 상기 브레이크 페달의 신호와 차속이 밀림방지 제어조건을 만족하는지 판단하는 과정과, 상기 밀림방지 제어조건을 만족하지 않으면 초기 과정으로 리턴되고, 밀림방지 제어조건을 만족하면 가속도(경사도) 센서의 신호를 검출하고, 차속의 변화율을 계산하여 차량의 가속도를 추출하는 과정과, 상기 추출된 차속의 가속도와 가속도(경사도) 센서의 신호를 합 연산한 다음 그 결과로부터 노면의 상태(경사도)를 추출하여 밀림방지장치를 제어하는 과정을 포함한다.

하이브리드 전기 자동차, 밀림방지 제어, 경사도

Description

하이브리드 전기 자동차의 밀림 방지 제어장치 및 방법{CONTROL SYSTEM FOR BE THRUST PROTECTION OF HYBRID ELECRTIC VEHICLE AND METHOD THEREOF}

도 1은 본 발명에 따른 하이브리드 전기 자동차에 대한 개략적인 구성도.

도 2는 본 발명에 따른 하이브리드 자동차에서 밀림 방지 제어를 수행하는 일 실시예의 흐름도.

도 3은 본 발명에 따른 하이브리드 자동차에서 경사각 측정 원리를 도시한 도면.

도 4는 종래의 하이브리드 자동차에서 경사각 측정 원리를 도시한 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 운전요구 검출부 20 : ECU

30 : TCU 40 : 배터리

50 : BMS 60 : HCU/MCU

70 : 인버터 80 : 모터

90 : 엔진 100 : CVT

110 : 구동륜

본 발명은 하이브리드 전기 자동차에 관한 것으로, 더 상세하게는 경사로에서의 정지시 노면의 상태(경사도)를 검출하여 밀림 방지 제어가 수행되도록 하는 하이브리드 전기 자동차의 밀림 방지 제어장치 및 방법에 관한 것이다.

하이브리드 전기 자동차는 동력원으로 엔진 및 배터리를 사용하고 있으며, 엔진과 모터를 직결하여 엔진 시동을 위한 스타터와 전압 발전을 위한 제너레이터의 기능이 동시에 수행되도록 하는 아이들/정지 제어 기능이 적용된다.

따라서, 시내 주행시 혹은 도심 정체구간에서의 주행시에 아이들/정지 제어를 통해 연비 향상을 제공한다.

아이들/정지 제어는 차량의 주행 중 브레이크 페달의 구동에 따라 정지가 검출되면 엔진의 시동을 오프시키고, 브레이크 페달의 구동이 해제되면 다시 엔진의 시동을 걸어 주도록 하는 기능이다.

따라서, 하이브리드 전기 자동차가 급경사로에서 정차되어 아이들/정지 모드의 진입으로 엔진의 시동이 오프된 이후 다시 엔진의 시동을 온하여 출발하는 경우 엔진의 시동 온에 걸리는 시간 지연으로 인해 자동차가 뒤로 밀리는 현상이 발생할 수 있다.

이를 방지하기 위해 하이브리드 전기 자동차에는 밀림방지장치(CAS)나 경사각 센서 등을 이용하여 노면의 상태(경사도)를 판단하고, 그에 따라 밀림방지장치를 작동시켜 밀림이 발생되지 않도록 하고 아이들/정지 진입 여부를 판단하는 기술이 적용되고 있다.

경사각 센서를 이용하여 노면의 상태(경사도)를 판단한 뒤 자동차의 밀림방지를 위해 밀림방지장치(CAS)를 동작시키는 경우, 경사각 센서 자체의 고유 특성으로 인하여 노면의 상태(경사각) 판단에 시간 지연이 발생되는 문제점이 있다.

또한, 경사각 센서는 도 4에 도시된 바와 같이, 일반적으로 가속도센서(G-sensor)의 특성을 이용하여 노면의 상태(경사도)를 판단하므로 진동 등에 취약하고 차량의 가속도와 노면의 상태(경사도)에 따른 가속도를 디커플링(Decoupling)하는 것은 불가능하므로 차량이 안정적으로 정지 상태에 진입하여 차량의 가속도가 없고 진동 등이 최소화한 후에 노면의 상태(경사도)를 정상적으로 감지할 수 있는 특성이 있다.

따라서, 노면의 상태(경사도)를 감지하는데 있어 일반적으로 1~2 초 이상의 지연시간이 발생하며, 이러한 지연시간은 경사로에서 차량을 정지시킨 후 지연시간 이내에 다시 출발하는 경우 밀림방지장치를 적절하게 동작시키지 못하는 원인이 된다.

도 4는 종래의 하이브리드 전기 자동차에서 하이브리드 자동차에서 경사각의 측정 원리를 도시한 것이다.

도면에서, 중력 가속도 F는 1[G]이고, 경사각 센서(가속도 센서)에서 측정되는 값은 Fsinθ = sinθG가 된다.

따라서, 예를들어 경사각 센서(가속도 센서)의 측정값이 0.5G 하고 하면 경사도는 sin^-1(0.5)가 되므로, 경사각 θ는 30°가 된다.

하이브리드 자동차에서 노면의 상태(경사도)가 판단되지 않는 상태에서 정지 출발 제어를 수행하기 위해서는 밀림방지장치를 우선 동작시키고 노면판단 후 밀림방지장치의 작동 오프여부를 결정하는 방법과 밀림방지장치를 작동을 오프로 유지시킨 상태에서 노면의 상태(경사도) 판단 후 밀림방지장치의 동작여부를 결정하는 방법 중 어느 하나를 적용하여야 한다.

상기 밀림방지장치를 우선 동작시키고 노면의 상태(경사도)를 판정하는 방법은 노면의 상태(경사도)가 판단되기 이전에 재 출발하는 경우에도 자동차의 밀림이 발생되지 않는 장점이 있다.

그러나, 밀림방지장치 자체의 고유 특성(유압을 해제하는데 일정시간 소요)으로 인해 노면의 상태가 평지 혹은 내리막일 경우 노면 상태의 감지 이전에 재출발하면 브레이크가 바로 해제되지 못해 발진 관련 운전성이 나빠지는 단점이 있다.

또한, 밀림방지장치의 작동을 오프로 유지시킨 상태에서 노면의 상태(경사도)를 판단하여 밀림방지장치의 작동을 제어하는 방법은 노면의 상태에 따라 필요시에만 밀림방지장치를 동작시키므로 운전성에 영향이 발생되지 않는 장점이 있다.

그러나, 경사로에서 노면의 상태 감지 이전에 재출발하는 경우 차량의 밀림현상이 발생하는 단점이 있다.

현재의 하이브리드 전기 자동차에 적용되는 경사각 센서를 이용한 밀림방지 제어는 상기한 2가지 방법 모두에 대한 단점이 발생하여 운전성과 밀림현상 모두를 만족시키지 못하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로, 그 목적은 노면의 상태 판단이 밀림방지장치의 동작여부 판단 및 아이들/정지 제어의 진입여부를 판단한다는 것에 착안하여 자동차의 정지와 동시에 시간지연 없이 노면상태를 판단 할 수 있도록 하여 경사로에서의 정지 후 출발의 조건에서 밀림 현상이 발생되지 않도록 한 것이다.

상기와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은 주행상태에서 브레이크 페달의 신호와 차속을 검출하는 과정과; 상기 브레이크 페달의 신호와 차속이 밀림방지 제어조건을 만족하는지 판단하는 과정과; 상기 밀림방지 제어조건을 만족하지 않으면 초기 과정으로 리턴되고, 밀림방지 제어조건을 만족하면 가속도(경사도) 센서의 신호를 검출하고, 차속의 변화율을 계산하여 차량의 가속도를 추출하는 과정과; 상기 추출된 차속의 가속도와 가속도(경사도) 센서의 신호를 합 연산한 다음 그 결과로부터 노면의 상태(경사도)를 추출하여 밀림방지장치를 제어하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기 자동차의 밀림방지 제어장치를 제공한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 하이브리드 차량에 대한 개략적인 구성도이다.

도시된 바와 같이, 운전요구 검출부(10)와 ECU(20), TCU(30), 배터리(40), BMS(50), HCU/MCU(60), 인버터(70), 모터(80), 엔진(90), CVT(100) 및 구동륜(100)을 포함하여 구성된다.

운전요구 검출부(10)는 운전자의 자동차 운행 요구를 검출하는 것으로, 출발 및 가속 요구에 대한 APS(Accel Position Sensor) 신호와 제동 제어하는 브레이크 페달 신호, 변속단 선택에 대한 인히비터 스위치의 신호 등을 검출하여 그에 대한 전기적 정보를 출력한다.

ECU(20)는 상기 운전요구 검출부(10)로부터의 운행 요구 신호와 냉각수온 및 엔진 토크 등의 엔진 상태 정보에 따라 엔진(90)의 아이들/정지에 대한 제반적인 동작을 제어한다.

TCU(30)는 현재의 차속과 기어비 및 클러치 상태 및 유온 등의 정보를 검출하여 CVT(100)의 출력 토크 조절에 대한 전반적인 동작을 제어한다.

배터리(40)는 하이브리드 구동 모드에서 모터(80)에 전압을 공급하여 모터(80)의 출력 파워를 지원하고 모터(80)에 의한 엔진 시동시 전압을 공급하며, 엔진 모드 및 제동 제어시 발전기로 동작하는 모터(80)의 회생 제동 에너지를 회수하여 충전된다.

BMS(50)는 상기 배터리(40)의 전압, 전류, 온도 등의 정보를 종합 검출하여 배터리(40)의 SOC 상태를 관리 제어하며, 모터(80) 파워 지원시 및 엔진(90)의 시동시에 출력되는 전류량을 제어한다.

HCU/MCU(60)는 운전자의 발진 제어 요구에 따라 각 제어기들을 통합 제어하여 자동차의 전반적인 거동 및 모터(80)의 출력 토크 및 속도를 제어한다.

상기 HCU/MCU(60)는 주행 차속이 일정속도 이하의 상태로 검출되고, 브레이크 페달이 작동되는 경우 차량의 속도와 경사각 센서의 신호를 측정한 다음 필터를 이용하여 노면의 진동 등에 의한 영향을 최소화하여 차량의 가속성분을 추출하고, 이로부터 노면의 상태(경사도)를 판단한다.

인버터(70)는 IGBT 스위치 소자로 이루어지며, 상기 HCU/MCU(60)에서 인가되는 PWM(Pulse Width Modulation) 제어신호에 따라 배터리(40)의 직류 전압을 3상 교류 전압으로 변환시켜 모터(80)를 구동시킨다.

엔진(80)은 상위 제어기인 HCU/MCU(60)의 제어를 받는 ECU(20)의 제어에 의해 그 출력이 제어되며, 도시되지 않은 ETC(Electric Throttle Control)를 통해 흡입 공기량이 조정된다.

모터(80)는 배터리(40)의 전압에 의해 구동되고, 엔진(90)의 출력에 의한 주행시에 파워를 지원한다.

CVT(100)는 상기 모터(80)를 통해 전달되는 파워를 TCU(30)의 제어에 따라 변속비를 조정하여 차동 기어를 통해 구동륜(110)에 전달시켜 자동차가 주행될 수 있도록 한다.

전술한 바와 같은 기능을 포함하여 구성되는 본 발명에 따른 하이브리드 전기 자동차에서 주행 제어에 대한 동작은 일반적인 동작과 동일 내지 유사하게 이루어지므로, 이에 대한 동작 설명은 생략하고 본 발명에 대한 노면 상태의 판단과 그에 따른 밀림방지의 제어에 대해서만 설명한다.

하이브리드 전기 자동차가 주행되는 상태에서(S101) HCU/MCU(60)는 운전요구 검출부(10)로부터 브레이크 페달의 작동 여부에 대한 신호를 검출하고(S102), CVT(100)의 출력축에 장착되어 있는 도시되지 않은 차속센서로부터 현재의 주행 차 속을 검출한다(S103).

이후, 상기 검출되는 브레이크 페달의 작동 여부에 대한 신호와 현재의 주행 차속의 정보가 밀림방지 제어조건을 만족하는지 판단한다(S104).

상기 밀림방지 제어조건은 브레이크 페달이 작동되는 상태이고, 차속이 설정된 일정속도 이하의 조건이다.

상기 S104의 판단에서 밀림방지 제어조건을 만족하는 상태이면 차속과 가속도 센서의 신호를 검출하여(S105) 차속 변화율을 계산함으로써, 주행 가속도를 추출한다(S106).

이후, 가속도 센서(경사도 센서)에서 측정되는 신호와 차속 변화율을 합 연산한 다음(S107), 연산된 결과로부터 현재의 노면 상태(경사도)를 계산하고(S108) 계산된 결과로부터 밀림방지장치의 제어를 수행한다(S109).

즉, 계산된 노면 상태가 경사로인 것으로 판단되면 차량의 정지와 동시에 밀림방지장치가 작동되도록 하고, 재출발이 이루어지는 경우 엔진의 시동이 온 된 이후에 밀림방지장치가 해제되도록 한다.

상기한 설명에 대하여 도 3을 실시예로 하여 설명하면 다음과 같다.

전술한 바와 같이 밀림방지 제어의 조건에서 차량의 주행 가속도가 '0KPH'라 하면

, 차량에는 단지 노면 상태에 의한 영향만을 받게 되므로,

의 조건을 만족하게 된다.

그러나, 차량이 움직이고 있어 주행 가속도가 검출되는 상태로 '0KPH' 가 아 닌 상태라면

가 된다.

따라서, 현재의 노면 상태에서의 경사각은

로 추출된다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 자동차의 정지와 동시에 시간지연 없이 노면상태를 판단 할 수 있도록 하여 경사로에서의 정지 후 출발의 조건에서 밀림 현상이 발생되지 않으며, 출발 지연에 따른 운전성 저하가 발생되지 않는 효과가 있다.

Claims

엔진과;

엔진과 직결되어 구동 토크를 발생시키는 모터;

운전자의 운행 요구를 검출하는 운전요구 검출부;

엔진의 제반 동작을 제어하는 ECU;

차속과 기어비, 클러치 상태 및 유온에 따라 CVT의 출력 토크를 조절하는 TCU와;

구동 모드에서 모터/발전기에 전압을 공급하여 출력 파워를 지원하고 엔진 모드 및 제동 제어시 발전기로 동작하는 모터/발전기의 회생 제동 에너지를 회수하여 충전되는 배터리;

배터리의 SOC 상태 및 출력 전류량을 관리 제어하는 BMS;

제어기들을 통합 제어하여 자동차의 전반적인 거동 및 모터/발전기의 출력 토크 및 속도를 제어하는 HCU/MCU;

HCU/MCU에서 인가되는 PWM 제어신호에 따라 배터리의 직류 전압을 3상 교류 전압으로 변환시켜 모터/발전기를 구동시키는 인버터를 포함하며,

상기 HCU/MCU는 차속과 브레이크 페달의 작동신호가 밀림방지 제어조건을 만족하면 차속과 경사각 센서의 신로부터 차량의 가속성분을 추출하고, 가속성분을 적용하여 노면의 상태(경사도)를 판단하여 밀림방지장치를 제어하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기 자동차의 밀림방지 제어장치.
제1항에 있어서,

상기 밀림방지 제어조건은 차속이 설정된 속도 이하이고, 브레이크 페달이 작동되는 조건으로 설정하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기 자동차의 밀림방지 제어장치.
주행상태에서 브레이크 페달의 신호와 차속을 검출하는 과정과;

상기 브레이크 페달의 신호와 차속이 밀림방지 제어조건을 만족하는지 판단하는 과정과;

상기 밀림방지 제어조건을 만족하지 않으면 초기 과정으로 리턴되고, 밀림방지 제어조건을 만족하면 가속도(경사도) 센서의 신호를 검출하고, 차속의 변화율을 계산하여 차량의 가속도를 추출하는 과정과;

상기 추출된 차속의 가속도와 가속도(경사도) 센서의 신호를 합 연산한 다음 그 결과로부터 노면의 상태(경사도)를 추출하여 밀림방지장치를 제어하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기 자동차의 밀림방지 제어장치.
제3항에 있어서,

상기 밀림방지 제어조건은 차속이 설정 속도 이하이고, 브레이크 페달이 작동되는 조건으로 설정되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기 자동차의 밀림방지 제어방법.
제3항에 있어서,

상기 차량의 가속도가 검출되지 않는 경우 가속도(경사도) 센서의 신호만을 적용하여 노면의 상태(경사도)를 판단하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기 자동차의 밀림방지 제어방법.
제3항에 있어서,

상기 노면의 상태는 차량의 가속도와 가속도(경사도) 센서의 합에 sin^-1을 취하여 추출하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기 자동차의 밀림방지 제어방법.