KR20140005402A - 4륜 구동 하이브리드 차량의 구동제어방법 - Google Patents

4륜 구동 하이브리드 차량의 구동제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 클러치를 통해 후륜축 차축(axle)에 구동모터의 동력을 전달하는 4륜 구동 하이브리드 차량의 구동제어방법에 관한 것으로, 본 4륜 구동 하이브리드 차량의 구동제어방법은, 상위 제어기가 외부로부터 4륜구동(4WD)으로부터 2륜구동(2W)으로 운전모드의 변경이 요구된 경우, 외부로부터 수신된 휠속도 및 전륜과 후륜의 슬립값을 참조하여, 상기 휠속도에 동기화될 수 있는 상기 구동모터의 속도를 계산하고, 계산된 속도에 대한 속도제어신호를 인버터로 전달하는 단계; 상기 인버터가 상기 속도제어신호에 대응하여 상기 구동모터의 속도를 동기화하는 단계; 상기 상위 제어기는, 상기 인버터에 의해 상기 구동모터의 속도가 동기화된 경우 상기 클러치를 온(ON)하는 단계; 상기 상위 제어기는, 상기 클러치가 온 된 경우, 상기 구동모터의 구동을 위한 구동토크를 계산하고, 상기 계산된 구동토크에 대한 토크제어신호를 상기 인버터로 전달하는 단계; 및 상기 인버터는 상기 상위 제어기로부터 전달된 상기 토크제어신호에 의해 상기 구동모터를 구동하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해 본 발명은 휠속도와 구동모터의 속도를 동기화한 후 클러치를 온 함으로써 2WD로부터 4WD로의 운전모드 변경시 발생하는 정속성의 손상을 최소화할 수 있다.

Description

4륜 구동 하이브리드 차량의 구동제어방법{Driving control method for 4WD Hybrid Electric Vehicle}
본 발명은 4륜 구동 하이브리드 차량의 구동제어방법에 관한 것으로, 전륜과 직렬후륜이 독립적인 구동원에 의해 구동되고, 후륜에 구동모터를 적용하는 e-4WD(Electrical-4WD) 하이브리드 차량의 구동제어방법에 관한 것이다.
선행기술문헌 중 미국 등록특허, US7,517,298B2의 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 4륜 구동4WD(Wheel Drive) 차량의 효율 향상을 위해 기계적 동력장치 부분인 프로펠러 샤프트를 제거하고 후륜에 구동모터를 적용한 e-4WD(Electrical-4WD형태가 미국 등록특허,US7,517,298B2의 도 1 및 도 2와 같이 개시되어 있다.
4륜 구동 하이브리드 차량은 운전자의 요구 또는 외부의 운전상황에 따라 2가지 운전모드(2WD 및 4WD)가 선택적으로 운용될 수 있다. 2WD로부터 4WD로 변경되는 경우, 상위 제어기는 전륜의 엔진과 후륜의 구동모터의 동기화를 위해 인버터로 토크지령을 전달한다. 상위 제어기는 전륜과 후륜의 휠 슬립을 계산하고 이 휠 슬립과 엑셀 요구량에 따라 구동모터의 토크값을 계산하여, 이를 토크지령으로 인버터로 전달한다.
4륜 구동 하이브리드 차량의 후륜 구동은 후륜측 차축(axle)과 인버터에 의해 이루어지며, 구동모터의 후륜측 동력 전달을 위해 클러치를 사용한다.
그러나, 종래 4륜 구동 하이브리드 차량은, 차속의 변경 상황에서 2WD로부터 4WD모드로의 변경을 위해 후륜의 구동모터를 차량의 구동원으로 연결하는 경우 전륜의 엔진 토크와 후륜의 구동모터 토크가 달라 차량의 정속성이 훼손되는 문제가 발생할 수 있다.
즉, 종래 4륜 구동 하이브리드 차량은, 4WD로의 변경시 클러치를 통해 구동모터를 후륜측 차축(axle)에 연결 시, 휠속과 구동모터의 속도의 차이가 발생하는 경우 정속성을 유지하는 것이 어렵게 될 수 있다.
US7,517,298B2, 2009, 04. 14, 도면 1, 2
본 발명의 목적은 차속의 변경 환경에서 2WD로부터 4WD로의 운전모드 변경하려는 경우, 휠속과 구동모터의 속도를 동기화할 수 있는 로직을 구동로직에 추가함으로써 종래 2WD로부터 4WD로의 운전모드 변경시 발생하는 정속성의 훼손을 최소화할 수 있는 4륜 구동 하이브리드 차량의 구동제어방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면은 클러치를 통해 후륜축 차축(axle)에 구동모터의 동력을 전달하는 4륜 구동 하이브리드 차량의 구동제어방법에 관한 것으로, 본 4륜 구동 하이브리드 차량의 구동제어방법은 상위 제어기가 외부로부터 4륜구동(4WD)으로부터 2륜구동(2W)으로 운전모드의 변경이 요구된 경우, 외부로부터 수신된 휠속도 및 전륜과 후륜의 슬립값을 참조하여, 상기 휠속도에 동기화될 수 있는 상기 구동모터의 속도를 계산하고, 상기 구동모터를 구동하기 위한 인버터로 상기 계산된 속도에 대한 속도제어신호를 전달하는 단계; 상기 인버터가 상기 속도제어신호에 대응하여 상기 구동모터의 속도를 동기화하는 단계; 상기 상위 제어기가, 상기 인버터에 의해 상기 구동모터의 속도가 동기화된 경우 상기 클러치를 온(ON)하여 상기 구동모터와 상기 후륜측 차축을 연결하는 단계; 및 상기 상위 제어기는, 상기 클러치가 온 된 경우, 외부로부터 수신된 차량의 엑셀 값에 의해 상기 구동모터의 구동을 위한 구동토크를 계산하고, 상기 계산된 구동토크에 대한 토크제어신호를 상기 인버터로 전달하는 단계; 및 상기 인버터가 상기 상위 제어기로부터 전달된 상기 토크제어신호에 의해 상기 구동모터를 구동하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 인버터는, 상기 클러치가 온(ON) 된 후 상기 상위제어기로부터 전달되는 토크제어신호가 전달되기 전까지, 상기 구동모터에 대해 제로(zero) 토크제어를 수행할 수 있다.
상기 4륜 구동 하이브리드 차량의 구동제어방법은 상기 상위 제어가 외부로부터 4륜구동(4WD)으로부터 2륜구동(2WD)으로 운전모드의 변경이 요구된 경우, 상기 클러치를 오프(OFF)하고, 차량의 엔진에 의해 차량을 구동하는 단계; 및 상기 인버터는 상기 클러치가 오프 된 경우, 상기 구동모터의 역기전력에 의해 정해지는 임계값까지 상기 구동모터의 속도를 감속시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 휠속도와 구동모터의 속도를 동기화한 후 클러치를 온 함으로써 2WD로부터 4WD로의 운전모드 변경시 발생하는 정속성의 훼손을 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 4륜 구동 하이브리드 차량의 구동제어방법을 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 4륜 구동 하이브리드 차량의 4륜구동으로부터 2륜구동으로의 운전모드 변경을 설명하기 위한 제어절차도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 4륜 구동 하이브리드 차량의 2륜구동으로부터 4륜구동으로의 운전모드 변경을 설명하기 위한 제어절차도이다.
도 4는 도 2 및 도 3에 도시된 동작을 설명하기 위한 그래프이다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 4륜 구동 하이브리드 차량의 구동제어방법에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 4륜 구동 하이브리드 차량의 구동제어방법을 설명하기 위한 블록도로서, 여기서는 설명의 편의상 엔진으로 구동되는 전륜측은 구성들을 생략하였다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 4륜 구동 하이브리드 차량(1)은 상위 제어기(10)의 제어에 의해 클러치(20)를 연결 또는 해제함으로써 후륜축 차축(axle)(30)에 구동모터(40)의 동력을 전달한다. 후륜측 차축(30)은 감속기(32)와 차동기어(34)를 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 4륜 구동 하이브리드 차량(1)은 4륜구동(4WD)모드, 2륜구동(2WD)모드, EV모드로 운전될 수 있다. 4륜구동(4WD)모드는 전륜측의 엔진과 후륜측의 구동모터(40)에 차량이 구동되는 모드이고, 2륜구동(2WD)모드는 전륜측의 엔진에 의해서만 차량이 구동되는 모드이며, EV모드는 후륜측 구동모터(40)에 의해서만 차량이 구동되는 모드이다.
여기서는, 각 운전모드 각각에 대한 설명은 주지기술로서 생략하며, 4륜구동으로부터 2륜구동으로 운전모드가 변경되거나, 2륜구동으로부터 4륜구동으로 운전모드가 변경되는 경우만을 설명한다.
이하에서는, 도 2 및 도 4를 참조하여, 4륜구동으로부터 2륜구동으로 운전모드가 변경되는 경우 본 실시예에 따른 4륜 구동 하이브리드 차량의 제어방법을 설명한다. 도 2는 4륜구동으로부터 2륜구동으로의 운전모드 변경을 설명하기 위한 제어절차도이고, 도 4는 이에 따른 동작을 설명하기 위한 그래프이다.
먼저, 상위 제어기(10)는 외부로부터 4륜구동(4WD)으로부터 2륜구동(2WD)으로 운전모드의 변경이 요구되는 지 판단한다(S205). 도 4의 "A"는 4륜구동(4WD)으로부터 2륜구동(2WD)으로의 운전모드 변경 시점을 가르킨다.
판단결과 4륜구동으로부터 2륜구동으로의 운전모드 변경이 요구되는 것으로 판단한 경우, 상위 제어기(10)는 휠속도 및 전륜과 후륜의 슬립값을 참조하여, 휠속에 동기화될 수 있는 구동모터(40)의 속도를 계산하고 이 계산된 속도에 대한 도 4에 표시된 그래프와 같이 속도제어신호를 인버터(50)로 전달한다(S210).
다음, 인버터(50)는 상위 제어기(10)로부터 전달된 속도제어신호에 대응하여 구동모터의 속도를 동기화한다(S215). 도 4의 속도제어신호에 대응하여 인버터(50)는 도 4의 "인버터구동모드"의 그래프 중 "속도제어모드"와 같이 표시될 수 있다.
다음, 상위 제어기(10)는, 인버터(50)에 의해 구동모터(40)의 속도가 동기화된 경우 클러치(20)를 온(ON) 하여 구동모터(40)와 후륜측 차축(30)을 연결한다(S220). 도 4의 "B"와 같이 표시될 수 있다.
다음, 인버터(50)는 구동모터(40)의 속도가 동기화된 후 상위 제어기(10)로부터 전달되는 토크제어신호가 전달되기 전까지, 구동모터에 대해 제로(zero) 토크제어를 수행한다(S225). 제로 토크제어에 대해서는 도 4의 "인버터구동모드"의 그래프 중 "제로 토크제어"와 같이 표시될 수 있다.
이것은 상위 제어기(10)와 인버터(50) 사이의 CAN통신 에러 및 차속의 변화에 따라 야기될 수 있는 문제를 고려한 것으로, 이에 의해 본 실시예에 따른 4륜 구동 하이브리드 차량의 제어방법은 상위 제어기(10)로부터 토크제어신호가 전달되기 전 대기시 차속 변화에 따라 전류량이 급격히 변화하는 문제를 사전에 예방할 수 있고, 배터리의 에너지 소모를 최소화할 수 있어 연비를 향상할 수 있다.
또한, 상위 제어기(10)는, 클러치(20)가 온 된 경우, 외부로부터 수신된 차량의 엑셀 값에 의해 구동모터(40)의 구동을 위한 구동토크를 계산하고, 계산된 구동토크에 대한 토크제어신호를 인버터(50)로 전달한다(S230).
그리고, 인버터(50)는 상위 제어기(10)로부터 전달된 토크제어신호에 의해 구동모터(40)를 구동한다(S235).
이와 같이, 본 실시예에 따른 4륜 구동 하이브리드 차량의 제어방법은, 상위 제어기(10)에 의해 2륜구동으로부터 4륜구동으로의 운전모드 변경 요구가 수신된 경우 수행되는 절차로서 휠속도와 구동모터(40)의 속도를 동기화한 후 클러치(20)를 온 함으로써 2WD로부터 4WD로의 운전모드 변경시 발생하는 정속성의 훼손을 최소화할 수 있다.
이하에서는, 도 3 및 도 4를 참조하여, 2륜구동으로부터 4륜구동으로 운전모드가 변경되는 경우 본 실시예에 따른 4륜 구동 하이브리드 차량의 제어방법을 설명한다. 도 3은 4륜구동으로부터 2륜구동으로의 운전모드 변경을 설명하기 위한 제어절차도이다.
먼저, 상위 제어기(10)는 외부로부터 4륜구동(4WD)으로부터 2륜구동(2WD)으로 운전모드의 변경이 요구된 것으로 판단한 경우(S310), 도 4의 "C"에 도시된 바와 같이 클러치(20)를 오프한다(S315).
다음 상위 제어기(10)는 엔진에 의해 차량을 구동한다(S320). 즉 상위 제어기(10)는 외부로부터 입력되는 악셀 값에 대응하여 엔진이 전륜차축(axle)을 구동하도록 제어한다.
다음, 인버터(50)는 클러치(20)가 오프 된 경우, 구동모터(40)의 역기전력에 의해 정해지는 임계값까지 구동모터(40)의 속도를 감속시킨다(S325), 이것은 클러치(20) 오프 후 회생제동시의 과전류를 방지하기 위함이다. 그리고 구동모터(40)의 제어를 종료한다(S330).
이와 같이 본 실시예에 따른 4륜 구동 하이브리드 차량의 제어방법은 2륜구동으로부터 4륜구동으로의 운전모드의 변경과 4륜구동으로부터 2륜구동으로의 운전모드의 변경을 중심으로 후륜측의 클러치(20)의 온오프와 인버터(50)의 동작을 중심을 설명하였다. 그러나, 본 실시예에 따른 구동로직이 전체적인 4륜 구동 하이브리드 차량의 구동로직과 함께 결합되어 수행될 수 있음은 자명하다.
1: 4륜 구동 하이브리드 차량
10: 상위 제어기
20: 클러치
30: 후륜측 차축
32: 감속기
34: 차동기어
40: 구동모터
50: 인버터

Claims (3)

  1. 클러치를 통해 후륜축 차축(axle)에 구동모터의 동력을 전달하는 4륜 구동 하이브리드 차량의 구동제어방법에 있어서,
    상위 제어기는 외부로부터 4륜구동(4WD)으로부터 2륜구동(2W)으로 운전모드의 변경이 요구된 경우, 외부로부터 수신된 휠속도 및 전륜과 후륜의 슬립값을 참조하여, 상기 휠속도에 동기화될 수 있는 상기 구동모터의 속도를 계산하고, 상기 구동모터를 구동하기 위한 인버터로 상기 계산된 속도에 대한 속도제어신호를 전달하는 단계;
    상기 인버터는 상기 속도제어신호에 대응하여 상기 구동모터의 속도를 동기화하는 단계;
    상기 상위 제어기는, 상기 인버터에 의해 상기 구동모터의 속도가 동기화된 경우 상기 클러치를 온(ON)하여 상기 구동모터와 상기 후륜측 차축을 연결하는 단계; 및
    상기 상위 제어기는, 상기 클러치가 온 된 경우, 외부로부터 수신된 차량의 엑셀 값에 의해 상기 구동모터의 구동을 위한 구동토크를 계산하고, 상기 계산된 구동토크에 대한 토크제어신호를 상기 인버터로 전달하는 단계; 및
    상기 인버터는 상기 상위 제어기로부터 전달된 상기 토크제어신호에 의해 상기 구동모터를 구동하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 4륜 구동 하이브리드 차량의 구동제어방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 인버터는, 상기 클러치가 온(ON) 된 후 상기 상위제어기로부터 전달되는 토크제어신호가 전달되기 전까지, 상기 구동모터에 대해 제로(zero) 토크제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 4륜 구동 하이브리드 차량의 구동제어방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 상위 제어기는 외부로부터 4륜구동(4WD)으로부터 2륜구동(2WD)으로 운전모드의 변경이 요구된 경우, 상기 클러치를 오프(OFF)하고, 차량의 엔진에 의해 차량을 구동하는 단계; 및
    상기 인버터는 상기 클러치가 오프 된 경우, 상기 구동모터의 역기전력에 의해 정해지는 임계값까지 상기 구동모터의 속도를 감속시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 4륜 구동 하이브리드 차량의 구동제어방법.
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