KR20110044566A

KR20110044566A - 하이브리드 차량의 변속 제어장치 및 방법

Info

Publication number: KR20110044566A
Application number: KR1020090101307A
Authority: KR
Inventors: 장상필
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2009-10-23
Filing date: 2009-10-23
Publication date: 2011-04-29
Also published as: KR101048143B1

Abstract

본 발명은 변속 요구가 검출되는 경우 엔진 클러치를 해제하지 않은 상태에서 모터의 출력토크 제어를 통해 변속기의 입력토크를 "0"으로 제어하여 목표 변속단의 업/다운 변속을 실행하는 것이다.

본 발명은 주행중에 변속이 요구되면 엔진 클러치의 결합을 유지한 상태에서 연료차단제어로 엔진의 출력토크를 감소시키고 엔진의 출력토크에 따라 모터의 출력토크를 제어하는 과정, 변속기에 입력되는 토크가 "O"으로 검출되면 현재 변속단을 해제 제어하는 과정, 현재 변속단의 해제가 완료되면 모터의 출력토크 제어를 해제하고, 변속기에 입력되는 회전수가 목표 회전수에 도달되었는지 판단하는 과정, 변속기에 입력되는 회전수가 목표 회전수에 도달되었으면 모터의 출력토크를 제어하여 변속기에 입력되는 토크를 "0"으로 제어하는 과정, 변속기에 입력되는 토크가 "0"으로 제어되는 상태에서 목표 변속단으로 변속을 실행하여 변속을 완료하는 과정을 포함한다.

하이브리드 차량, AMT변속기, 변속제어, 엔진클러치, 연료차단제어

Description

하이브리드 차량의 변속 제어장치 및 방법{SYSTEM FOR SHIFT CONTROLLING OF HYBRID VEHICLE AND METHOD THEREOF}

본 발명은 AMT변속기가 적용되는 하이브리드 차량에 관한 것으로, 보다 상세하게는 변속요구가 검출되는 경우 엔진 클러치를 해제하지 않은 상태에서 모터의 출력토크 제어를 통해 변속기에 입력되는 토크를 "0"으로 제어하여 목표 변속단의 변속을 실행하는 하이브리드 차량의 변속 제어장치 및 방법에 관한 것이다.

상용 하이브리드 차량은 대략적으로, 엔진 + 엔진 클러치 + 모터 + AMT변속기로 구성되며, AMT변속기는 기존의 수동변속기에 자동 시프트 유닛을 장착하고, 클러치 또한 자동 릴리즈 유닛을 장착한 형태로 구성된다.

상용 하이브리드 차량에 적용되는 AMT변속기의 변속은 일반적인 상용차량의 변속과 동일 내지 유사하게 AMT변속기의 제어기인 TCU(Transmission Control Unit)가 엔진 제어기인 ECU(Engine Control Unit)에 토크 감소를 요구하여 엔진의 출력토크를 감소시키고, 엔진 클러치를 해제하여 엔진과 모터간의 동력을 해제하여 AMT변속기에 입력되는 토크를 "0"으로 유지한 다음 기어를 해제하고 다음 변속단의 기어를 취합하는 전통적인 방식의 변속을 실행한다.

종래의 AMT변속기가 적용되는 하이브리드 차량은 변속시에 TCU의 요구에 따라 엔진의 출력토크를 제한 제어할 수 있으나 엔진을 원하는 출력토크로 정밀 제어할 수 없으며, 화석연료를 사용하는 엔진의 특성상 토크변화를 미세하게 조절하는 정밀제어가 사실상 어려운 현실이다.

그리고, AMT변속기의 변속을 실행하기 위해서는 반드시 엔진 클러치를 통해 엔진의 동력을 단속하여야 하므로 변속시간이 연장되어 가속 성능이 저하되고, 엔진 클러치에 의한 동력 단속 및 연결에 따라 쇼크가 발생되어 승차감이 저하되는 단점이 발생한다.

또한, 엔진 클러치의 반복적인 작동으로 인하여 마모가 쉽게 발생하여 엔진 클러치의 내구성을 악화시키는 단축시키고, 엔진 클러치의 반복적인 작동으로 인하여 한정된 전기에너지의 소모가 발생되어 연비 악화가 초래되는 단점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로, 그 목적은 변속요구시 엔진 클러치를 해제하지 않은 상태에서 모터의 출력토크 제어를 통해 변속기에 입력되는 토크를 "0"으로 제어하여 목표 변속단의 변속 제어가 안정되게 실행되도록 하는 것이다.

상기한 목적을 실현하기 위한 본 발명의 특징에 따른 하이브리드 차량의 변속 제어장치는,

변속요구가 검출되면 하이브리드 제어기에 연료차단제어를 요구하고, 하이브리드 제어기의 변속 해제 및 기어 취합 신호에 따라 목표 변속단으로 변속을 실행시키는 변속제어기;

상기 변속제어기의 요구에 따라 엔진 및 모터의 출력토크를 제어하여 엔진 클러치를 해제하지 않은 상태에서 변속기에 인가되는 토크를 "0"으로 유지시키는 하이브리드 제어기;

상기 하이브리드 제어기의 요구에 따라 연료차단제어를 실행하여 엔진의 출력토크를 감소시키고, 목표 변속단으로 변속이 완료되면 연료차단제어를 해제하는 엔진제어기;

상기 하이브리드 제어기의 제어에 따라 모터의 출력토크를 제어하여 엔진 클러치가 결합된 상태에서 변속기에 입력되는 토크를 "0"로 제어하는 모터제어기를 포함한다.

또한, 본 발명의 특징에 따른 하이브리드 차량의 변속 제어방법은,

주행중에 변속이 요구되면 엔진 클러치의 결합을 유지한 상태에서 연료차단제어로 엔진의 출력토크를 감소시키고, 감소되는 엔진의 출력토크에 따라 모터의 출력토크를 제어하는 과정;

변속기에 입력되는 토크가 "O"으로 검출되면 현재 변속단을 해제 제어하는 과정;

현재 변속단의 해제가 완료되면 모터의 출력토크 제어를 해제하고, 변속기에 입력되는 회전수가 목표 회전수에 도달되었는지 판단하는 과정;

변속기에 입력되는 회전수가 목표 회전수에 도달되었으면 모터의 출력토크를 제어하여 변속기에 입력되는 토크를 "0"으로 제어하는 과정;

변속기에 입력되는 토크가 "0"으로 제어되는 상태에서 목표 변속단으로 변속을 실행하여 변속을 완료하는 과정을 포함한다.

전술한 구성에 의하여 본 발명은 변속 실행시에 엔진 클러치의 해제 및 결합이 발생되지 않아 변속시간이 단축되고, 변속시 발생하는 감속시간이 단축되어 가속 성능이 향상되는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 엔진과 모터의 동력을 연결하는 엔진 클러치의 해제 및 결합의 작동이 최소화되어 엔진 클러치의 내구성이 향상되고, 전기에너지의 소모량이 감소되어 연비 향상을 제공하는 효과가 있다.

아래에서는 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.

본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않으며, 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략하였다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 변속 제어장치를 개략적으로 도시한 도면이다.

본 발명은 운전요구 검출부(10)와 HCU(Hybrid Control Unit:20), ECU(Engine Control Unit:30), TCU(Transmission Control Unit:40), BMS(Battery Management System:50), MCU(Motor Control Unit;60), 배터리(70), 엔진(80), 엔진 클러치(90), 모터(100) 및 변속기(110)를 포함한다.

운전요구 검출부(10)는 발진, 가속, 킥다운 변속 등을 위한 APS(Accel Position Sensor)의 변위, 브레이크 페달의 작동여부 등의 정보를 검출하여 네트워크를 통해 상위 제어기인 HCU(20)에 제공한다.

HCU(20)는 네트워크에 연결되는 각 제어기를 통합 제어하며, TCU(40)로부터 변속 제어가 요구되는 경우 엔진(80)의 출력토크와 모터(100)의 토크를 제어하여 엔진 클러치(90)를 해제하지 않은 상태에서 변속기(110)에 인가되는 토크를 "0"으로 유지시켜 업/다운 변속이 안정되게 실행되도록 제어한다.

ECU(30)는 HCU(20)에서 인가되는 연료차단 제어신호에 따라 엔진(80)에 공급되는 연료를 차단하여 엔진(80)의 출력토크를 감소시키고, 실린더의 마찰로 감소되는 엔진(80)의 출력토크 정보를 HCU(20)에 제공하며, 변속기(110)의 업/다운 변속이 완료되는 경우 HCU(20)의 제어신호에 따라 연료차단 제어를 해제하여 정상적인 출력토크를 유지한다.

TCU(40)는 업/다운 변속요구가 검출되는 경우 엔진(80)의 출력토크를 감소시키기 위해 HCU(20)에 연료차단제어를 요구하고, HCU(20)에서 제공되는 변속 해제 및 기어 취합 신호에 따라 변속기(110)의 업/다운 변속을 제어한다.

BMS(50)는 상기 배터리(60)의 전압, 전류, 온도 등의 정보를 종합 검출하여 SOC(State Of Charge) 상태 및 충방전 전류량을 관리 제어하며, 그에 대한 정보를 HCU(20)에 제공한다.

MCU(60)는 상기 HCU(20)에서 제공되는 제어신호에 따라 모터(100)의 출력토크를 제어하며, 업/다운 변속이 진행되는 경우 엔진 클러치(90)가 결합되어 있는 상태에서 변속기(110)에 입력되는 토크를 "0"로 제어하고, 업/다운 변속이 완료되는 경우 변속단에 적합한 입력토크가 변속기(110)에 입력될 수 있도록 모터(100)의 출력토크를 제어한다.

배터리(70)는 대용량 고전압 배터리로 모터(100)에 전원을 공급하고, 회생제동 모드에서 발전기로 동작되는 모터(100)의 회생 에너지로 충전된다.

엔진(80)은 ECU(30)의 제어에 따라 출력토크가 제어된다.

엔진 클러치(90)는 엔진(80)과 모터(100)의 사이에 배치되어, 엔진(80)의 출력토크를 단속한다.

모터(100)는 MCU(60)의 제어에 따라 작동되어 출력 토크가 미세 조정된다.

변속기(110)는 상기 TCU(30)의 제어에 따른 업/다운 변속으로 변속비를 조정하여 하이브리드 차량이 주행될 수 있도록 한다.

전술한 바와 같은 기능을 포함하여 구성되는 본 발명에 따른 하이브리드 차량에서 일반적인 제어동작은 동일 내지 유사하게 이루어지므로, 이에 대한 동작 설명은 생략한다.

본 발명은 변속 제어에 관한 것이므로, 엔진 클러치가 결합된 상태에서 모터의 토크를 제어하여 업/다운 변속을 실행하는 동작에 대해서만 설명한다.

본 발명에 따른 하이브리드 차량이 임의의 변속단을 결합하여 소정의 속도로 주행하는 상태에서 HCU(20)는 TCU(40)로부터 업/다운 변속시작을 위해 변속기(110)에 입력되는 토크의 해제 요구가 검출되는지 판단한다(S102).

상기 S102의 판단에서 TCU(40)로부터 변속기(110)에 입력되는 토크 해제 요구가 검출되면 HCU(20)는 엔진(80)의 출력토크를 감소시키기 위하여 ECU(30)에 연료차단제어를 요구한다(S103).

따라서, ECU(30)는 HCU(20)의 요구에 따라 엔진(80)에 공급되는 연료를 차단 제어함으로써, 엔진(80)의 출력토크는 양(+)의 토크에서 실린더의 마찰력에 의해 "0"를 지나 음(-)의 토크로 출력된다.

상기 ECU(30)는 연료차단제어를 실행한 이후 엔진(80)의 출력토크를 모니터하여 그에 대한 정보를 HCU(20)에 제공한다(S104).

상기 HCU(20)는 ECU(30)에서 제공되는 엔진(80)의 출력토크가 음(-)의 토크로 검출되면 엔진(80)의 출력토크에 따라 MCU(60)를 통해 모터(100)의 출력토크를 양(+)의 토크로 제어한다(S105).

상기와 같이 엔진(80)의 출력토크를 감소시키고, 모터(100)의 출력토크를 증가 제어함으로써 엔진(80)의 출력토크와 모터(100)의 출력토크 합이 "0"으로 되어 변속기(110)에 입력되는 토크가 "0"으로 검출되는지 판단한다(S106).

상기 S106의 판단에서 변속기(110)에 입력되는 토크가 "0"으로 검출되지 않으면 상기 S105의 과정으로 리턴되어 모터(100)의 출력토크를 양(+)의 토크로 제어하여 엔진(80)의 출력토크와 모터(100)의 출력토크 합이 "0"이 될 수 있도록 유도 한다.

상기 S106의 판단에서 변속기(110)에 입력되는 토크가 "0"으로 검출되면 HCU(20)는 TCU(40)에 업/다운 변속을 실행하기 위하여 현재 변속단의 해제를 요구하는 신호를 출력한다(S107).

상기와 같이 HCU(20)로부터 변속단 해제 요구 신호를 수신한 TCU(40)는 유압의 제어를 통해 현재의 변속단을 해제하며(S108), 변속단의 해제가 완료되었는지 판단한다(S109).

상기 S109의 판단에서 변속단의 해제가 완료되지 않았으면 상기 S108의 과정으로 리턴되고, 변속단의 해제가 완료되었으면 HCU(20)는 MCU(60)측에 모터(100)의 출력토크를 해제하는 제어신호를 출력하여 MCU(60)로 하여금 양(+)의 출력토크로 제어되는 모터(100)의 동작을 해제시킨다.

상기와 같이 엔진(80)의 출력토크가 감소되고, 모터(100)의 동작이 해제되어 출력토크가 발생되지 않는 경우 엔진(80)의 실린더 마찰토크에 의해 변속기(110)에 입력되는 회전수는 하강되는데, TCU(40)는 변속기(110)에 입력되는 회전수를 모니터하여 설정된 목표 회전수에 도달하였는지 판단한다(S112).

상기 목표 회전수는 목표 변속단으로 업/다운 변속을 실행시키기 회전수를 의미한다.

상기 S112의 판단에서 변속기(110)에 입력되는 회전수가 목표 회전수에 도달하지 않았으면 상기 S111이 과정으로 리턴되고, 목표 회전수에 도달하였으면 TCU(40)는 HCU(20)에 변속기(110)에 입력되는 토크가 "0"되도록 요구한다.

이에 따라 HCU(20)는 ECU(30)에서 제공되는 엔진(80)의 마찰토크에 따라 MCU(60)를 통해 모터(100)의 동작을 제어하여 모터(100)의 출력토크를 양(+)의 토크로 제어한다(S113).

상기한 바와 같이 MCU(60)를 통해 모터(100)의 출력토크가 양(+)의 토크로 제어됨에 따라 변속기(110)에 입력되는 토크가 "0"으로 검출되는지 판단한다(S114).

즉, 엔진(80)의 출력토크와 모터(100)의 출력토크 합이 "0"이 되었는지 판단한다.

상기 S114의 판단에서 변속기(110)에 입력되는 토크가 "0"이 아니면 상기 S113의 과정으로 리턴되고, 변속기(110)에 입력되는 토크가 "0"으로 검출되면 HCU(20)는 TCU(40)에 업/다운 목표 변속단의 기어를 취합하라는 신호를 출력한다(S115).

이에 따라 TCU(40)는 변속기(110)에 공급되는 유압을 제어하여 업/다운 목표 변속단의 기어 취합을 실행시키며(S116), 목표 변속단의 기어 취합이 완료되었는지 판단한다(S117).

상기 S117의 판단에서 목표 변속단의 기어 취합이 완료되었으면 ECU(30)를 통해 연료차단제어를 해제하여 엔진(80)이 정상적으로 동작되도록 함으로써 정상적인 출력토크를 확보하고(S118), MCU(60)를 통해 모터(100)의 구동을 정상적으로 실행시켜 정상적인 출력토크를 확보하여 줌으로써 엔진(80)의 출력토크와 모터(100)의 출력토크 합으로 정상적인 주행이 유지되도록 한다(S119).

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 변속 요구에 따라 업/다운 변속이 실행되는 경우 엔진 클러치를 해제하지 않은 상태에서 엔진의 연료차단제어와 모터의 출력토크 제어로 변속기에 입력되는 토크를 "0"으로 제어시켜 목표 변속단의 변속을 안정되게 실행하여 준다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것이 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량에서 변속 제어절차를 도시한 흐름도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 운전요구 검출부 20 : HCU

30 : ECU 40 : TCU

50 : BMS 60 : MCU

70 : 배터리 80 : 엔진

90 : 엔진 클러치 100 : 모터

110 : 변속기

Claims

변속요구가 검출되면 하이브리드 제어기에 연료차단제어를 요구하고, 하이브리드 제어기의 변속 해제 및 기어 취합 신호에 따라 목표 변속단으로 변속을 실행시키는 변속제어기;

상기 변속제어기의 요구에 따라 엔진 및 모터의 출력토크를 제어하여 엔진 클러치를 해제하지 않은 상태에서 변속기에 인가되는 토크를 "0"으로 유지시키는 하이브리드 제어기;

상기 하이브리드 제어기의 요구에 따라 연료차단제어를 실행하여 엔진의 출력토크를 감소시키고, 목표 변속단으로 변속이 완료되면 연료차단제어를 해제하는 엔진제어기;

상기 하이브리드 제어기의 제어에 따라 모터의 출력토크를 제어하여 엔진 클러치가 결합된 상태에서 변속기에 입력되는 토크를 "0"로 제어하는 모터제어기;

를 포함하는 하이브리드 차량의 변속 제어장치.
제1항에 있어서,

상기 엔진 제어기는 연료차단제어가 실행되는 상태에서 실린더의 마찰로 감소되는 엔진의 출력토크를 모니터하여 하이브리드 제어기에 제공하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 변속 제어장치.
제1항에 있어서,

상기 하이브리드 제어기는 현재 변속단의 해제가 완료되면 모터 제어기를 통해 모터의 출력토크 제어를 해제하여 변속기에 입력되는 회전수를 변속 실행의 목표 회전수로 제어하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 변속 제어장치.
제1항에 있어서,

상기 하이브리드 제어기는 목표 변속단으로 변속이 완료되면 엔진과 모터의 출력토크 합으로 주행을 제어하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 변속 제어장치.
주행중에 변속이 요구되면 엔진 클러치의 결합을 유지한 상태에서 연료차단제어로 엔진의 출력토크를 감소시키고, 감소되는 엔진의 출력토크에 따라 모터의 출력토크를 제어하는 과정;

변속기에 입력되는 토크가 "O"으로 검출되면 현재 변속단을 해제 제어하는 과정;

현재 변속단의 해제가 완료되면 모터의 출력토크 제어를 해제하고, 변속기에 입력되는 회전수가 목표 회전수에 도달되었는지 판단하는 과정;

변속기에 입력되는 회전수가 목표 회전수에 도달되었으면 모터의 출력토크를 제어하여 변속기에 입력되는 토크를 "0"으로 제어하는 과정;

변속기에 입력되는 토크가 "0"으로 제어되는 상태에서 목표 변속단으로 변속 을 실행하여 변속을 완료하는 과정;

을 포함하는 하이브리드 차량의 변속 제어방법.
제5항에 있어서,

상기 변속기에 입력되는 토크는 엔진과 모터의 출력토크 합으로 결정되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 변속 제어방법.
제5항에 있어서,

상기 목표 회전수는 목표 변속단으로 업/다운 변속을 실행시키기 위한 회전수인 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 변속 제어방법.
제5항에 있어서,

상기 엔진 클러치를 결합한 상태에서 목표 변속단으로 변속이 완료되면 연료차단제어를 해제하여 엔진의 출력토크와 모터의 출력토크 합으로 주행을 유지하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 변속 제어방법.