KR20100017027A - 마일드 하이브리드 차량 및 그 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 마일드 하이브리드 차량 및 그 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 벨트 연동을 이용한 버스용 마일드 하이브리드 차량 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 엔진 크랭크샤프트 풀리와 MG(발전 전동기) 풀리간에 연결된 제1벨트와; 상기 제1벨트의 장력을 자동 조절하는 오토텐셔너와; 쿨링팬 모터용 풀리와 쿨링팬 풀리간에 연결된 제2벨트와; 상기 쿨링팬 모터용 풀리에 접촉 또는 분리 가능하게 배치되는 마그네틱 클러치와; 상기 엔진 크랭크샤프트 풀리와 마그네틱 클러치간에 연결된 제3벨트와; 상기 MG 및 쿨링팬 모터에 충방전 가능하게 연결되는 배터리와; 상기 MG 및 쿨링팬 모터에 대한 구동 및 충방전 제어를 하는 모터제어기; 를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 마일드 하이브리드 차량 및 그 제어 방법을 제공한다.
Figure P1020080076713
마일드, 하이브리드, 차량, 제어 방법, 쿨링팬 모터, 마그네틱 클러치, 풀리, 벨트, 발전 전동기, MG

Description

마일드 하이브리드 차량 및 그 제어 방법{Mild hybrid vehicle and method for controlling the same}
본 발명은 마일드 하이브리드 차량 및 그 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 벨트 연동을 이용한 버스용 마일드 하이브리드 차량 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로 하이브리드 차량은 엔진과 모터의 조합으로 주행이 이루어지는 미래형 차량으로서, 그 구동 방식에 따라 병렬형, 직렬형, 복합형 등으로 구분되며, 또한 엔진과 구동모터의 파워 분담비에 따라 마일드(Mild), 미들(Middle), 하드(Hard) 타입으로 분류된다.
엔진의 용량에 비해 구동모터의 용량이 큰 형태를 하드 타입, 엔진의 용량에 비해 모터의 용량이 적은 형태를 마일드 타입 하이브리드 시스템이라 하며, 본 발명은 마일드 하이브리드 시스템에 관한 것이다.
좀 더 상세하게는, 마일드 하이브리드 시스템은 구동모터만으로 차량이 구동 하는 주행모드는 없지만, 차량의 정지상태에서 가속시, 또는 차량 주행중 추월 가속시에 순간적으로 높은 토크를 얻기 위해 엔진보다 응답성이 빠른 모터를 사용하여 주행에 필요한 토크를 공급하는 시스템을 말한다.
현재, 연비 향상 및 주행 편의성을 제공할 수 있는 마일드 하이브리드 시스템을 일반 버스에도 적용하는 연구개발이 이루어지고 있다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 마일드 하이브리드 시스템을 일반 버스에 적용시키고자, 엔진 크랭크샤프트 풀리와 MG를 벨트로 연결하되 오토텐셔너에 의한 장력 조절 가능하게 연결하고, 엔진 크랭크샤프트 풀리와 벨트로 연결되는 쿨랭팬 모터용 풀리에 마그네틱 클러치를 적용하여 쿨링팬의 구동이 엔진 또는 쿨랭팬 모터 동력중 하나로 선택되도록 한 마일드 하이브리드 차량 및, 이 마일드 하이브리드 차량의 아이들 스탑 모드, 재시동 모드, 일반 발전모드 및 강제 발전모드, 엔진 쿨링 모드, 시스템 쿨링 모드, 하이브리드 동작에 대한 모니터링 모드 등 여러가지 동작 모드를 제어할 수 있는 마일드 하이브리드 차량의 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 엔진 크랭크샤프트 풀리와 발전 전 동기(MG) 풀리간에 연결된 제1벨트와; 상기 제1벨트의 장력을 자동 조절하는 오토텐셔너와; 쿨링팬 모터용 풀리와 쿨링팬 풀리간에 연결된 제2벨트와; 상기 쿨링팬 모터용 풀리에 접촉 또는 분리 가능하게 배치되는 마그네틱 클러치와; 상기 엔진 크랭크샤프트 풀리와 마그네틱 클러치간에 연결된 제3벨트와; 상기 발전 전동기 및 쿨링팬 모터에 충방전 가능하게 연결되는 배터리와; 상기 발전 전동기 및 쿨링팬 모터에 대한 구동 및 충방전 제어를 하는 모터제어기; 를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 마일드 하이브리드 차량을 제공한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 차속=0kph, 엔진속도≤800rpm, 도로경사≤±12도, 엔진냉각수온≥30도, 배터리 전압≥23V, 에어컨 스위치≠최고단, 기어 중립, 클러치 해제, 전비 도어 닫힘 조건들을 모두 만족하고, 동시에 풋브레이크 밟음 또는 파킹브레이크 작동중 하나를 만족하면, 미리 설정된 시간 지연후, 엔진이 정지되는 아이들 스탑 모드로 진입 제어하는 단계와; 클러치 작동, 기어 중립이면서, 풋브레이크 밟음 또는 파킹브레이크 작동중 하나를 만족하고, 동시에 배터리 전압 배터리 전압<23V이면, 발전 전동기에 의해 엔진 시동이 이루어지는 재시동 제어 단계와; 주행중 가속페달에서 발을 떼는 경우, 일정 rpm 이상이면 상기 발전 전동기에 의해 배터리에 충전이 이루어지는 발전 제어 단계와; 공회전 또는 주행중 엔진냉각수온이 기준온도에 수렴하도록 쿨링팬모터의 구동 속도를 조절하여 이루어지는 쿨링팬 모터에 의한 엔진 냉각 제어 단계와; 상기 쿨링팬 모터의 정지 신호가 있는 경우, 엔진냉각수온이 기준온도에 수렴하도록 마그네틱 클러치가 작동하는 동시에 엔진 크랭크샤프트의 회전력에 의하여 쿨링팬이 작동하는 엔진 동력에 의한 엔진 냉각 제어 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 마일드 하이브리드 차량의 제어 방법을 제공한다.
바람직한 일 구현예로서, 공회전 또는 주행중 배터리 충전량 및 배터리 출력전압이 기준전압 이하이면, 발전 전동기 발전에 의한 배터리 강제 충전이 이루어지는 제어 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직한 다른 구현예로서, 공회전 또는 주행중 발전 전동기, 쿨링팬 모터, 각종 제어기를 포함하는 하이브리드 시스템 온도가 50℃ 이상이면, 시스템 냉각을 위한 별도의 전동식 냉각펌프가 작동하는 시스템 쿨링 제어 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 공회전 또는 주행중 하이브리드 시스템의 구성 및 그 동작에 대한 정보가 LCD 화면을 통해 운전자에게 제공되는 단계가 더 진행되는 것을 특징으로 한다.
상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공할 수 있다.
연비 향상 및 주행 편의성을 제공할 수 있는 마일드 하이브리드 시스템을 일반 버스에 적용하되, 엔진 크랭크샤프트 풀리와 벨트로 연결되는 쿨랭팬 모터용 풀리에 마그네틱 클러치를 적용하여 쿨링팬의 구동이 엔진 또는 쿨랭팬 모터 동력중 하나로 선택되도록 함으로써, 아이들 스탑 모드, 재시동 모드, 일반 발전모드 및 강제 발전모드이외에, 엔진 쿨링 모드에 대한 유연성을 제공할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.
첨부한 도 1은 본 발명에 따른 버스용 마일드 하이브리드 차량에 대한 구성도이고, 도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 버스용 마일드 하이브리드 차량의 MG 풀리와 크랭크샤프트 풀리간의 연결 상태 예를 나타내는 개략도이며, 도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 버스용 마일드 하이브리드 차량의 쿨링팬 모터에 마그네틱 클러치가 장착된 예를 보여주는 개략도이다.
본 발명에 따른 버스용 마일드 하이브리드 시스템 구성은 엔진(10), 발전 전동기(MOTOR AND GENERATOR, 이하 설명에서 'MG'라 약칭함)(12), 배터리(14), 쿨링팬 모터(16), 제어기(18) 등을 포함하여 구성된다.
또한, 엔진 크랭크샤프트 풀리(20)와 발전 전동기 풀리(이하 설명에서 'MG 풀리'라 약칭함)(22)는 그 회전비가 3:1로서 제1벨트(24)로 연결되고, 상기 제1벨트(24)에는 제1벨트(24)의 장력을 자동 조절하는 오토텐셔너(26)가 연계되며, 쿨링팬 모터용 풀리(28)와 쿨링팬 풀리(30)는 그 회전비가 1:1로서 제2벨트(32)로 연결된다.
특히, 상기 쿨링팬 모터용 풀리(28)에 접촉 또는 분리 가능하게 마그네틱 클러치(34)가 장착되는데, 상기 엔진 크랭크샤프트 풀리(20)와 마그네틱 클러치(34) 는 제3벨트(36)로 연결된다.
상기 배터리(14)는 상기 MG(12) 및 쿨링팬 모터(16)에 충방전 가능하게 연결되며, 상기 제어기(18)는 MG(12) 및 쿨링팬 모터(16)에 대한 구동 및 충방전 제어를 수행하는 바, 2개의 인버터와 1개의 DC/DC 컨버터를 포함한다.
이러한 구성을 기반으로 이루어지는 본 발명의 하이브리드 차량 제어 방법을 설명하면 다음과 같다.
ⅰ) 아이들 스탑 제어 모드
첨부한 도 6은 본 발명에 따른 버스용 마일드 하이브리드 차량의 아이들 스탑 제어 모드를 설명하는 제어로직도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 차속센서에 의한 차속=0kph, RPM감지센서에 의한 엔진속도≤800rpm, 경사각감지센서에 의한 도로경사≤±12도, 수온센서에 의한 엔진냉각수온≥30도, 배터리 전압≥23V, 에어컨 스위치≠최고단, 기어위치감지센서에 의한 기어 중립 상태, 클러치 해제, 전비 도어 닫힘 조건들을 모두 만족하고, 동시에 풋브레이크 밟음 또는 파킹브레이크 작동중 하나를 만족하면, 미리 설정된 시간 지연후, 엔진이 정지되는 아이들 스탑 모드로 진입되도록 한다.
ⅱ) 재시동 제어 모드
첨부한 도 7은 본 발명에 따른 버스용 마일드 하이브리드 차량의 재시동 제어 모드를 설명하는 제어로직도이다.
도 7에 나타낸 바와 같이, 차량의 재시동은 아이들 스탑 상태에서, 차량의 출발을 위한 재시동을 말하며, 클러치 작동, 기어 중립이면서, 풋브레이크 밟음 또 는 파킹브레이크 작동중 하나를 만족하고, 동시에 배터리 전압 배터리 전압<23V이면, MG에 의해 엔진 시동이 재시동된다.
ⅲ) 발전 제어 모드
첨부한 도 8은 본 발명에 따른 버스용 마일드 하이브리드 차량의 발전 제어 모드를설명하는 제어로직도이다.
도 8에 설명된 바와 같이, 발전 제어 모드는 배터리(14)에 대한 충전 모드로서, 주행중 가속페달에서 발을 떼는 경우, 일정 rpm 이상이면 상기 MG(12)의 발전 동작에 의하여 배터리에 충전이 이루어진다.
ⅳ) 쿨링팬 모터에 의한 엔진 냉각 제어 모드
첨부한 도 9는 본 발명에 따른 버스용 마일드 하이브리드 차량의 강제 발전 제어 모드를설명하는 제어로직도이다.
도 9에 나타낸 바와 같이, 쿨링팬 모터(16)에 의한 엔진 냉각 제어 단계로서, 공회전 또는 주행중 엔진냉각수온이 기준온도에 수렴하도록 쿨링팬 모터(16)의 구동 속도를 조절하여 이루어진다.
ⅴ) 엔진 동력에 의한 엔진 냉각 제어 모드
첨부한 도 10은 본 발명에 따른 버스용 마일드 하이브리드 차량의 쿨링팬 모터에 의한 엔진 냉각 제어를 설명하는 제어로직도이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 쿨링팬 모터(16)의 정지 신호가 있는 경우, 예를 들어, 쿨링팬 모터(16)의 고장시 마그네틱 클러치(34)가 쿨링팬 모터용 풀리(28)에 접속되어, 엔진 크랭크샤프트 풀리(20)의 회전력이 제3벨트(36) 및 마그네틱 클러 치(34)에 의하여 쿨링팬 모터용 풀리(28)로 전달되어, 쿨링팬의 회전이 이루어진다.
따라서, 엔진의 동력이 마그네틱 클러치에 의하여 전달되어 쿨링팬이 회전함으로써, 엔진 냉각이 이루어진다.
즉, 엔진냉각수온이 기준온도에 수렴하도록 마그네틱 클러치(34)가 작동하는 동시에 엔진 크랭크샤프트 풀리(20)의 회전력에 의하여 쿨링팬이 작동하여 엔진 냉각이 이루어진다.
ⅵ) 강제 충전 제어 모드
첨부한 도 11은 본 발명에 따른 버스용 마일드 하이브리드 차량의 마그네틱 클러치에 의한 엔진동력으로 엔진 냉각 제어가 이루어지는 것을 설명하는 제어로직도이다.
도 11에 도시된 바와 같이, 공회전 또는 주행중 배터리 충전량 및 배터리 출력전압이 기준전압 이하이면, 상기 MG(12)의 동작에 따른 발전에 의하여 배터리의 강제 충전이 이루어진다.
ⅶ) 시스템 쿨링 제어 모드
첨부한 도 12는 본 발명에 따른 버스용 마일드 하이브리드 차량의 전체 시스템 냉각 제어 모드를 설명하는 제어로직도이다.
도 12에 도시된 바와 같이, 공회전 또는 주행중 상기 MG(12), 쿨링팬 모터(16), 각종 제어기를 포함하는 하이브리드 시스템 온도가 50℃ 이상이면, 별도로 장착된 냉각라인을 따라 전동식 냉각펌프(미도시됨)의 구동에 의한 냉각수가 흐르 게 되어, MG, 쿨링팬 모터, 각종 제어기를 포함하는 하이브리드 시스템의 냉각이 이루어진다.
한편, 상기와 같은 각 제어모드들은 공회전 또는 주행중 하이브리드 시스템의 구성 및 그 동작에 대한 정보로서, 첨부한 도 13에 도시된 바와 같이 차량의 주제어기의 신호를 받아 LCD 화면을 통해 운전자에게 제공된다.
도 1은 본 발명에 따른 버스용 마일드 하이브리드 차량에 대한 구성도,
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 버스용 마일드 하이브리드 차량의 MG 풀리와 크랭크샤프트 풀리간의 연결 상태를 나타내는 개략도,
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 버스용 마일드 하이브리드 차량의 쿨링팬 모터에 마그네틱 클러치가 장착된 것을 보여주는 개략도,
도 6은 본 발명에 따른 버스용 마일드 하이브리드 차량의 아이들 스탑 제어 모드를 설명하는 제어로직도,
도 7은 본 발명에 따른 버스용 마일드 하이브리드 차량의 재시동 제어 모드를 설명하는 제어로직도,
도 8은 본 발명에 따른 버스용 마일드 하이브리드 차량의 발전 제어 모드를설명하는 제어로직도,
도 9는 본 발명에 따른 버스용 마일드 하이브리드 차량의 강제 발전 제어 모드를설명하는 제어로직도,
도 10은 본 발명에 따른 버스용 마일드 하이브리드 차량의 쿨링팬 모터에 의한 엔진 냉각 제어를 설명하는 제어로직도,
도 11은 본 발명에 따른 버스용 마일드 하이브리드 차량의 마그네틱 클러치에 의한 엔진동력으로 엔진 냉각 제어가 이루어지는 것을 설명하는 제어로직도,
도 12는 본 발명에 따른 버스용 마일드 하이브리드 차량의 전체 시스템 냉각 제어 모드를 설명하는 제어로직도,
도 13은 본 발명에 따른 버스용 마일드 하이브리드 차량의 시스템 상태를 보여주는 모니터링 모듈을 설명하는 개략도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 엔진 12 : MG
14 : 배터리 16 : 쿨링팬 모터
18 : 제어기 20 : 엔진 크랭크샤프트 풀리
22 : MG 풀리 24 : 제1벨트
26 : 오토텐셔너 28 : 쿨링팬 모터용 풀리
30 : 쿨링팬 풀리 32 : 제2벨트
34 : 마그네틱 클러치 36 : 제3벨트

Claims (5)

  1. 엔진 크랭크샤프트 풀리와 발전 전동기 풀리간에 연결된 제1벨트와;
    상기 제1벨트의 장력을 자동 조절하는 오토텐셔너와;
    쿨링팬 모터용 풀리와 쿨링팬 풀리간에 연결된 제2벨트와;
    상기 쿨링팬 모터용 풀리에 접촉 또는 분리 가능하게 배치되는 마그네틱 클러치와;
    상기 엔진 크랭크샤프트 풀리와 마그네틱 클러치간에 연결된 제3벨트와;
    상기 발전 전동기 및 쿨링팬 모터에 충방전 가능하게 연결되는 배터리와;
    상기 발전 전동기 및 쿨링팬 모터에 대한 구동 및 충방전 제어를 하는 제어기;
    를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 마일드 하이브리드 차량.
  2. 차속=0kph, 엔진속도≤800rpm, 도로경사≤±12도, 엔진냉각수온≥30도, 배터리 전압≥23V, 에어컨 스위치≠최고단, 기어 중립, 클러치 해제, 전비 도어 닫힘 조건들을 모두 만족하고, 동시에 풋브레이크 밟음 또는 파킹브레이크 작동중 하나를 만족하면, 미리 설정된 시간 지연후, 엔진이 정지되는 아이들 스탑 모드로 진입 제어하는 단계와;
    클러치 작동, 기어 중립이면서, 풋브레이크 밟음 또는 파킹브레이크 작동중 하나를 만족하고, 동시에 배터리 전압 배터리 전압<23V이면, 발전 전동기에 의해 엔진 시동이 이루어지는 재시동 제어 단계와;
    주행중 가속페달에서 발을 떼는 경우, 일정 rpm 이상이면 상기 발전 전동기에 의해 배터리에 충전이 이루어지는 발전 제어 단계와;
    공회전 또는 주행중 엔진냉각수온이 기준온도에 수렴하도록 쿨링팬모터의 구동 속도를 조절하여 이루어지는 쿨링팬 모터에 의한 엔진 냉각 제어 단계와;
    상기 쿨링팬 모터의 정지 신호가 있는 경우, 엔진냉각수온이 기준온도에 수렴하도록 마그네틱 클러치가 작동하는 동시에 엔진 크랭크샤프트의 회전력에 의하여 쿨링팬이 작동하는 엔진 동력에 의한 엔진 냉각 제어 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 마일드 하이브리드 차량의 제어 방법.
  3. 청구항 2에 있어서, 공회전 또는 주행중 배터리 충전량 및 배터리 출력전압이 기준전압 이하이면, 발전 전동기 발전에 의한 배터리 강제 충전이 이루어지는 제어 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마일드 하이브리드 차량의 제어 방법.
  4. 청구항 2에 있어서, 공회전 또는 주행중 발전 전동기, 쿨링팬 모터, 각종 제어기를 포함하는 하이브리드 시스템 온도가 50℃ 이상이면, 시스템 냉각을 위한 별 도의 전동식 냉각펌프가 작동하는 시스템 쿨링 제어 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마일드 하이브리드 차량의 제어 방법.
  5. 청구항 2에 있어서, 공회전 또는 주행중 하이브리드 시스템의 구성 및 그 동작에 대한 정보가 LCD 화면을 통해 운전자에게 제공되는 단계가 더 진행되는 것을 특징으로 하는 마일드 하이브리드 차량의 제어 방법.
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