KR20210032579A - 하이브리드 차량의 엔진 클러치 해제시 제어 방법 - Google Patents

하이브리드 차량의 엔진 클러치 해제시 제어 방법 Download PDF

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KR20210032579A
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Abstract

본 발명은 하이브리드 차량의 엔진 클러치 해제시 제어 방법에 관한 것으로서, 모델링된 엔진 토크(모델 엔진 토크)의 부정확성에 따른 영향으로 엔진 클러치 해제시 발생하는 주행 이질감을 개선할 수 있는 하이브리드 차량의 엔진 클러치 해제시 제어 방법을 제공하는데 주된 목적이 있는 것이다. 상기한 목적을 달성하기 위해, 하이브리드 차량의 엔진 클러치 해제 제어 동안 차량 가속도 정보가 취득되고, 상기 취득된 차량 가속도 정보로부터 정해진 조건을 만족하는지를 판단하며, 상기 정해진 조건을 만족하는 경우 상기 차량 가속도 정보를 이용하여 목표 보상 토크를 산출하고, 상기 산출된 목표 보상 토크를 이용하여 변속기 클러치에서의 목표 슬립량을 산출한 후, 상기 목표 슬립량과 현재의 변속기 속도에 기초하여 변속기 클러치에서의 슬립을 유도하기 위한 변속기 클러치 토크 제어를 실시하는 하이브리드 차량의 엔진 클러치 해제시 제어 방법이 개시된다.

Description

하이브리드 차량의 엔진 클러치 해제시 제어 방법{Control method for engine clutch open of hybrid electric vehicle}
본 발명은 하이브리드 차량의 엔진 클러치 해제시 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 모델링된 엔진 토크(모델 엔진 토크)의 부정확성에 따른 영향으로 엔진 클러치 해제시 발생하는 주행 이질감을 개선할 수 있는 하이브리드 차량의 엔진 클러치 해제시 제어 방법에 관한 것이다.
하이브리드 차량은 서로 다른 두 종류 이상의 구동원을 사용하는 차량을 의미하고, 일반적으로는 내연기관인 엔진(Internal Combustion Engine, ICE)과 전기모터에 의해 구동되는 차량을 의미한다.
하이브리드 차량은 주행 과정에서 엔진과 모터를 어떻게 조화롭게 작동시키느냐에 따라 차량 연비의 극대화가 가능하다.
하이브리드 차량은 다양한 구조로 구동계를 구성할 수 있는데, 엔진과 모터를 엔진 클러치를 통해 연결하고 모터 출력측에 변속기를 연결한 TMED(Transmission Mounted Electric Device) 하이브리드 시스템이 알려져 있다.
도 1은 하이브리드 차량의 파워 트레인 구성을 예시한 도면으로, 모터(3)와 변속기(4)가 연결된 TMED 하이브리드 시스템의 구성을 예시하고 있다.
도시된 바와 같이, TMED 하이브리드 시스템에서는 차량을 구동하는 모터(3)의 출력측에 변속기(4)가 장착되어 모터 출력축이 변속기 입력축과 연결되어 있으므로 모터 속도가 변속기 속도(변속기 입력축 회전속도, 즉 변속기 입력속도)일 수 있다.
구성을 살펴보면, TMED 하이브리드 시스템은 차량 주행을 위한 구동원인 엔진(1)과 모터(3), 엔진(1)과 모터(3) 사이에 개재되는 엔진 클러치(2), 모터(3)의 출력측에 연결되는 변속기(4), 모터(3)를 구동시키기 위한 인버터(5), 그리고 인버터(5)를 통해 모터(3)에 충방전 가능하게 연결되는 배터리(6)를 포함하여 구성된다.
이러한 구성에서 엔진 클러치(2)는 선택적으로 접합(lock up) 또는 해제(open) 작동하여 엔진(1)과 모터(3) 사이를 동력 전달 가능하게 연결하거나 분리한다.
또한, 상기 인버터(5)는 모터(3)의 구동 및 제어를 위해 배터리(6)의 직류전류를 3상 교류전류로 변환하여 모터(3)에 인가한다.
또한, 변속기(4)는 모터(3)의 동력 또는 엔진(1)과 모터(3)의 복합 동력을 변속하여 구동축을 통해 구동휠로 전달하며, 변속기(4)로는 자동변속기(Automatic Transmission, AT) 또는 듀얼 클러치 변속기(Dual Clutch Transmission, DCT)가 사용될 수 있다.
이에 더하여, TMED 하이브리드 시스템은 엔진(1)과 동력 전달 가능하게 연결되어 엔진을 시동하거나 엔진에서 전달되는 회전력으로 발전을 수행하는 시동 발전기(Hybrid Starter and Generator, 이하 'HSG'라 칭함)(7)를 포함할 수 있다.
HSG(7)는 모터로 작동하거나 발전기로 작동하는데, 엔진과 상시 동력 전달 가능하게 연결되어 있으므로 엔진 속도를 제어하는데 이용될 수도 있다.
상기한 시스템을 탑재한 하이브리드 차량은 모터(3)의 동력만을 이용하여 주행하는 순수 전기차 모드인 EV(Electric Vehicle) 모드나, 엔진(1)의 동력과 모터(3)의 동력을 복합적으로 이용하여 주행하는 HEV(Hybrid Electric Vehicle) 모드로 주행할 수 있다.
또한, 차량의 제동시나 관성에 의한 타력 주행(coasting)시에는 차량의 운동에너지를 모터(3)를 통해 회수하여 배터리(6)를 충전하는 회생 모드가 수행된다.
회생 모드에서는 차량의 운동에너지가 차량 휠을 통해 모터(3)에 전달되면, 모터(3)가 발전기로 작동하여 인버터(5)를 통해 배터리(6)를 충전하게 된다.
한편, 하이브리드 차량에서는 HEV 모드에서 EV 모드로의 전환이 이루어질 때 엔진(1)과 모터(3) 사이를 분리하기 위한 엔진 클러치 해제 제어가 실시된다.
또한, 엔진 클러치 해제 제어시에는 엔진(1) 및 엔진 클러치(2)의 관성에너지에 의한 충격을 저감하기 위한 제어가 동반 실시된다.
종래에는 엔진(1)측에서 엔진 클러치(2)로 입력되는 토크가 일정 토크 이하가 되었을 때 액추에이터를 동작시켜 엔진 클러치를 해제시키는 제어가 실시된다.
이때, 엔진 클러치(2)의 해제 시간 단축과 연비 개선을 위해 엔진(1)에 벨트 등을 통해 동력 전달 가능하게 연결된 HSG(7)를 이용하여 충전 제어를 실시한다.
하지만, 종래의 엔진 클러치 해제 제어에서는 엔진 토크의 부정확성에 기인하는 다음과 같은 문제점이 알려져 있다.
통상의 하이브리드 차량에서 엔진 클러치 해제 제어는, 상위 제어기인 하이브리드 제어기(Hybrid Control Unit, HCU)와 엔진 제어기(Engine Management System, EMS), 변속 제어기(Transmission Control Unit, TCU), 모터 제어기(Motor Control Unit, MCU) 등의 제어기들 간 협조 제어에 의해 수행될 수 있다.
또한, 엔진 클러치 해제 제어 동안, 엔진 제어기(EMS)에서 하이브리드 제어기(HCU)로 엔진 클러치 해제 제어에 필요한 엔진 토크 정보를 전달하는데, 연료량, 공기량, 점화시기 등을 기반으로 맵핑 및 모델링된 예측 값으로 엔진 토크(모델 엔진 토크)를 결정하여 전달한다.
이때, 환경요인에 따른 인자 역시 고려하여 엔진 토크를 모델링하지만, 토크가 변화하는 구간에서는 환경요인에 따른 실토크를 정확하게 모델링하는 것이 물리적으로 불가능하다.
따라서, 엔진 클러치 해제를 위해 엔진 토크를 줄이는 과정에서 실제 토크와의 오차가 발생하는 경우, 즉 실제 엔진 토크와 모델 엔진 토크 사이의 오차가 발생하는 경우 차량에서 주행 이질감이 발생할 수 있다.
도 2는 종래의 엔진 클러치 해제 제어 과정의 토크 상태를 나타내는 선도로서, 이를 참조로 설명하면 다음과 같다.
도 2에서 APS 온/오프(on/off)는 가속페달 상태를 나타내는 것으로, APS 온/오프 정보는 가속페달 센서(Accelerator Position Sensor)의 신호로부터 얻어질 수 있고, APS 오프(off)는 운전자가 가속페달에서 발을 뗀 상태를, APS 온(on)은 가속페달을 가압한 상태를 나타낸다.
또한, TMED 하이브리드 시스템인 경우 도 2에서 변속기 속도(변속기 입력축 회전속도, 즉 변속기 입력속도)는 모터 속도와 같을 수 있다.
도 2에 나타낸 바와 같이, APS 오프 시점 이후 엔진 클러치 해제 요청 신호가 입력되면, 하이브리드 제어기는 엔진 클러치의 부드러운 해제를 위해 엔진 클러치로 입력되는 토크를 제어한다.
이때, 엔진과 엔진 클러치의 관성에너지를 고려하여 일정 토크까지 엔진 토크, 엔진 시동용 HSG 토크, 차량 구동용 모터 토크의 합이 운전자 요구 토크를 충족시키도록 하는 제어가 수행된다.
APS 오프 후 운전자 요구 토크가 낮아지고, 이후 엔진 클러치 해제를 위한 토크 제어가 수행되는 동안, 엔진 클러치로 입력되는 엔진 토크, 즉 도 2에서의 모델 엔진 토크는 점차 줄이면서, 모델 엔진 토크와 HSG 토크, 차량 구동용 모터 토크의 합이 운전자 요구 토크를 충족시키도록 하는 토크 제어가 수행된다.
그러나, 엔진 클러치 해제를 위한 엔진 및 모터에 대한 토크 제어가 수행되는 동안, 엔진 제어기에서 모델링된 토크, 즉 모델 엔진 토크와 비교하여 실제 엔진 토크가 부족하게 되면, 변속기로 입력되는 토크가 부족하게 되어 운전자는 저크(jerk) 또는 차량 당김감을 느끼게 된다.
도 2를 참조하면, 엔진 클러치 해제를 위한 토크 제어가 수행되는 동안 실제 엔진 토크와 모델 엔진 토크 사이의 오차가 발생하는 것을 보여주고 있다.
이때 차량 가속도가 순간 감소하였다가 증가함을 볼 수 있는데, 이 구간('A' 구간)이 운전자가 저크 또는 차량 당김감을 느끼게 되는 구간이다.
그리고, 도 2에서 엔진 클러치로 전달되는 토크가 일정 수준으로 떨어지게 되면, 엔진 클러치 액추에이터가 클러치 해제 방향으로 움직이도록 제어되며, 이러한 엔진 클러치 액추에이터 오프 제어를 통해 엔진 클러치가 완전히 해제되어 EV 모드의 주행이 가능해지게 된다.
도 2를 참조하면, 엔진 클러치 액추에이터를 클러치 해제 방향으로 제어하는 구간(엔진 클러치 액추에이터 오프 제어 구간)에서 엔진 속도(엔진 RPM)가 일시적으로 상승함을 볼 수 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로서, 모델링된 엔진 토크(모델 엔진 토크)의 부정확성에 따른 영향으로 엔진 클러치 해제시 발생하는 주행 이질감을 개선할 수 있는 하이브리드 차량의 엔진 클러치 해제시 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따르면, 제어기에서 하이브리드 차량의 엔진 클러치 해제 제어 동안 차량 가속도 정보가 취득되는 단계; 제어기에서 상기 취득된 차량 가속도 정보로부터 엔진 클러치 해제 제어시 필요한 모델 엔진 토크의 부정확함을 판단하기 위한 정해진 조건을 만족하는지를 판단하는 단계; 상기 정해진 조건을 만족하는 경우, 제어기는 모델 엔진 토크의 부정확한 상황인 것으로 판단하여, 상기 차량 가속도 정보를 이용하여 목표 보상 토크를 산출하는 단계; 제어기에서 상기 산출된 목표 보상 토크를 이용하여 변속기 클러치에서의 목표 슬립량을 산출하는 단계; 및 상기 목표 슬립량과 현재의 변속기 속도에 기초하여 변속기 클러치에서의 슬립을 유도하기 위한 변속기 클러치 토크 제어를 실시하는 단계를 포함하는 하이브리드 차량의 엔진 클러치 해제시 제어 방법을 제공한다.
이로써, 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 엔진 클러치 제어 방법에 의하면, 모델 엔진 토크가 부정확한 상황(모델 엔진 토크와 실제 엔진 토크 사이의 오차가 있는 상황)이 발생하더라도, 실측 차량 가속도와 예측 차량 가속도를 기초로 변속기 클러치 토크를 제어하여 변속기 클러치에서의 슬립을 유도함으로써, 엔진 클러치 해제 제어 동안 운전자가 저크 및 차량 당김감을 느낄 수 있었던 종래의 문제점 및 그로 인한 차량 상품성 저하의 문제점이 해소될 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 의하면, 연비 향상의 효과와 더불어, 엔진 클러치 해제 제어의 정확도가 확보됨에 따른 상품성 향상의 효과를 기대할 수 있게 된다.
또한, 변속기 클러치에서의 슬립을 위한 변속기 클러치 토크 제어를 통한 엔진 클러치 해제 시점의 학습값을 활용하여 엔진 토크 외란에 강건한 변속기 클러치 제어 기술을 확보할 수 있게 된다.
또한, 엔진 토크 외란에 대응하여 변속기 클러치의 제어 정확도가 향상될 수 있게 됨에 따라 추가적인 변속감 향상을 기대할 수 있게 된다.
도 1은 하이브리드 차량의 파워 트레인 구성을 예시한 도면이다.
도 2는 종래의 엔진 클러치 해제 제어 과정의 토크 상태를 나타내는 선도이다.
도 3은 본 발명에 따른 엔진 클러치 해제 제어 과정의 토크 상태를 나타내는 선도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 엔진 클러치 해제 제어 과정을 수행하는 시스템의 구성도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 엔진 클러치 해제 제어 과정을 나타내는 순서도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 엔진 클러치 해제 제어 과정을 수행하는 제어기 내 주요 구성을 나타내는 블록도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명은 모델링된 엔진 토크(즉, 모델 엔진 토크)의 부정확성에 따른 영향으로 인해 모드 전환(즉, HEV 모드에서 EV 모드로의 전환)을 위한 엔진 클러치 해제시 발생하는 주행 이질감을 개선할 수 있는 하이브리드 차량의 엔진 클러치 해제시 제어 방법을 제공하고자 하는 것이다.
이를 위해, 본 발명에서는 변속기 클러치의 동특성을 이용하여 종래의 엔진 클러치 해제 제어 동안 나타나는 문제점을 해소하며, 공지의 엔진 클러치 해제를 위한 엔진 및 모터(HSG 및 구동모터) 토크 제어와 함께, 새로이 추가되는 변속기 클러치 슬립 유도를 위한 변속기 클러치 토크 제어를 실시한다.
또한, 이하의 설명에서 엔진, 엔진 클러치, 모터, 변속기, HSG, 인버터, 배터리를 포함하는 하이브리드 시스템의 구성에 대해서는 도 1을 참조하기로 한다.
여기서, HSG(7)는 엔진(1)에 동력 전달 가능하게 연결되어, 엔진을 시동하는 시동 모터와 엔진 동력으로 발전하는 발전기의 통합된 기능을 수행하는 것으로, 이 역시 모터라 할 수 있다.
하지만, 이하에서 HSG(7)와 구분하여 설명하는 모터는 차량 구동용 모터(3)를 의미하는 것으로, 이하의 설명에서는 차량 구동용 모터(3)를 '모터'라 약칭하기로 하며, 모터(3)와 HSG(7)를 구분하여 이해해야 할 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 엔진 클러치 해제 제어 과정의 토크 상태를 나타내는 선도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 엔진 클러치 해제 제어 과정을 수행하는 시스템의 구성도이다.
본 발명에 따른 엔진 클러치 해제 제어 과정은 복수 개의 제어기들이 협조 제어하여 수행될 수 있으며, 상위 제어기인 하이브리드 제어기(HCU), 엔진 제어기(EMS), 변속 제어기(TCU), 모터 제어기(MCU) 등의 제어기들 간 협조 제어에 의해 수행되거나, 이들 제어기의 통합된 기능을 가지는 하나의 제어기에 의해 수행될 수도 있다.
이하의 설명에서는 협조 제어를 수행하는 상기한 차량 내 복수 개의 제어기들 또는 상기 통합된 기능을 가지는 하나의 제어기를 제어기라 통칭하기로 하며, 이와 같이 통칭하는 제어기를 도 4에서 도면부호 '20'으로 지시하였다.
본 발명에 따른 하이브리드 차량의 엔진 클러치 해제 제어 과정은 차량의 주행 모드가 HEV 모드에서 EV 모드로 전환될 때 제어기(20)에 의해 실시되며, 엔진 클러치 액추에이터(31)를 제어하여 엔진 클러치(2)를 분리하는 제어와 더불어, 엔진 클러치 해제를 위한 공지의 토크 제어, 즉 엔진(1)과 모터(3), HSG(7)에 대한 토크 제어가 제어기(20)에 의해 실시된다.
엔진(1)과 모터(3)는 엔진 클러치(2)를 사이에 두고 연결된 차량 구동원, 즉 차량을 구동하는 구동장치이고, 본 발명에서 엔진 클러치(2)의 해제를 위한 제어 과정은 엔진(1)과 모터(3)에 대한 토크 제어를 포함하고, 이와 더불어 엔진(1)에 동력 전달 가능하게 연결된 HSG(7)에 대한 토크 제어를 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 엔진 클러치 해제 제어 과정에서는 상기한 엔진(1)과 모터(3), HSG(7)에 대한 토크 제어와 함께, 변속기 클러치 슬립을 유도하기 위한 변속기 클러치 토크 제어가 실시된다.
이러한 변속기 클러치 토크 제어 역시 제어기(20)에 의해 수행되며, 도 4를 참조하면 제어기(20)가 변속기(4)의 클러치 토크를 제어함을 나타내고 있다.
도 3에는 토크로서 도 2와 마찬가지로 모델 엔진 토크, 실제 엔진 토크, HSG 토크, 모터 토크, 변속기 클러치 토크, 운전자 요구 토크가 예시되어 있다.
도 3에서 APS 온/오프(on/off)는 가속페달 상태를 나타내는 것으로, APS 온/오프 정보는 가속페달 센서(Accelerator Position Sensor)의 신호로부터 얻어질 수 있고, APS 오프(off)는 운전자가 가속페달에서 발을 뗀 상태를, APS 온(on)은 가속페달을 가압한 상태를 나타낸다.
또한, TMED 하이브리드 시스템인 경우 도 3에서 변속기 속도(변속기 입력축 회전속도, 즉 변속기 입력속도)는 모터 속도와 같을 수 있다.
도 3에 나타낸 바와 같이, APS 오프 시점 이후 엔진 클러치 해제 요청 신호가 입력되면, 제어기(20), 구체적으로는 제어기 중 하이브리드 제어기(HCU)가 엔진 클러치(2)의 부드러운 해제를 위해 엔진 클러치로 입력되는 토크를 제어한다(도 3에서 '엔진 클러치 해제 토크 제어' 구간임).
이때, 엔진(1)과 엔진 클러치(2)의 관성에너지를 고려하여 일정 토크까지 모델 엔진 토크, HSG 토크, 모터 토크의 합이 운전자 요구 토크 지령을 충족시키도록 하는 제어가 수행된다.
APS 오프 후 운전자 요구 토크가 낮아지고, 이후 엔진 클러치 해제를 위한 토크 제어가 수행되는 동안, 엔진 클러치(2)로 입력되는 엔진 토크, 즉 도 3에서의 모델 엔진 토크는 점차 줄이면서, 모델 엔진 토크와 HSG 토크, 모터 토크의 합이 운전자 요구 토크를 충족시키도록 하는 토크 제어가 수행되는 것이다.
그리고, 도 3에서 엔진 클러치(2)로 입력되는 토크인 모델 엔진 토크가 일정 토크로 떨어지게 되면, 엔진 클러치 액추에이터(31)를 동작시켜 엔진 클러치(2)를 분리 및 해제시키는 제어가 실시된다(도 3에서 '엔진 클러치 액추에이터 오프 제어' 구간임).
즉, 엔진 클러치 액추에이터(31)가 클러치 해제 방향으로 움직이도록 하는 엔진 클러치 액추에이터 오프 제어가 수행되는 것이며, 이러한 엔진 클러치 액추에이터 오프 제어를 통해 엔진 클러치(2)가 완전히 해제되어 EV 모드의 주행이 가능해지게 된다.
엔진 클러치(2)는 엔진 클러치 액추에이터 오프 제어 구간 동안 액추에이터(31)의 작동에 의해 분리 및 해제되며, 결국 엔진과 모터 사이가 동력 단절 상태가 되어 EV 모드의 주행이 가능해지는 것이다.
도 3을 참조하면, 엔진 클러치 액추에이(8)를 클러치 해제 방향으로 제어하는 구간(엔진 클러치 액추에이터 오프 제어 구간)에서 엔진 속도가 일시적으로 상승함을 볼 수 있다.
한편, 본 발명에서는 엔진 토크의 부정확성(즉, 모델 엔진 토크와 실제 엔진 토크 간의 오차 발생)에 대응하기 위해 변속기 클러치 슬립을 유도하는 변속기 클러치 토크 제어가 추가로 실시된다.
이때, 제어기(20)는 도 3에서 알 수 있듯이 엔진 클러치 해제를 위한 토크 제어 동안 변속기 클러치 토크를 일시적으로 감소시켜 클러치 슬립을 유도한 뒤 다시 복귀시키는 제어를 수행한다.
다만, 상기와 같이 변속기 클러치 토크를 일시적으로 감소시키더라도, 변속기 클러치 토크는 변속기 입력토크(= 운전자 요구 토크)보다는 항상 더 크게 제어되는데, 이는 엔진(1)과 모터(3)의 속도가 변속기(4)의 속도와 동기화되어 구동되도록 하기 위함이다.
여기서, 변속기 클러치 토크는 변속기(4) 내 클러치가 담당하는 토크를 의미하고, 변속기 입력토크는 변속기 입력축으로 전달되는 토크로서 엔진 토크와 HSG 토크, 모터 토크의 합인 운전자 요구 토크가 된다.
종래에는 엔진 클러치 해제 요청이 있게 되면, 도 2에 나타낸 바와 같이, 엔진 클러치 해제를 위한 토크 제어와 무관하게, 특히 모델 엔진 토크와 실제 엔진 토크 간 오차 발생 등과 무관하게, 변속기 클러치 토크를 일시적으로 감소시키지 않고 변속기 입력토크(= 운전자 요구 토크)보다 항상 일정 토크만큼 높은 수준이 되도록 인가하여 변속기 속도가 풀리는 것을 방지한다.
이에, 도 2를 참조하면, 엔진 클러치 해제를 위한 토크 제어 구간 동안, 즉 엔진 클러치 해제를 위해 엔진(1)과 HSG(7), 모터(3)에 대한 토크 제어가 이루어지는 동안에는, 엔진 속도와 모터 속도, 변속기 속도가 동일 속도를 나타냄을 볼 수 있다(변속기 클러치에서의 슬립 발생 없음).
반면, 본 발명에서는 도 3에 예시된 바와 같이 엔진 클러치 해제를 위한 토크 제어 구간 동안, 제어기(20)가 실측 차량 가속도와 예측 차량 가속도 간 차이값에 기초하여 구해지는 목표 슬립량만큼의 변속기 클러치 슬립을 유도하기 위해 변속기 클러치 토크를 감소시키는 변속기 클러치 토크 제어가 수행된다.
따라서, 도 3을 참조하면, 엔진 클러치 해제를 위한 토크 제어 구간 동안에 엔진 속도와 변속기 속도 사이에 차이가 발생할 수 있다('B' 영역 참조).
즉, 엔진 클러치 해제를 위한 토크 제어 구간 동안, 엔진 클러치(2)가 아직 분리되기 전 상태이므로 모터 속도와 엔진 속도는 동일 속도이지만, 본 발명에서는 변속기 클러치 토크 제어가 수행됨에 따라 변속기 클러치 슬립이 발생하므로, 도 2의 예와 달리, 도 3에서와 같이 엔진 속도 및 모터 속도와 변속기 속도 사이에는 차이가 발생한다.
이와 같이 본 발명에서는 차량 가속도 정보에 기초하여 변속기 클러치 토크 제어를 실시함으로서 변속기 슬립을 유도하고, 이를 통해 엔진 클러치 해제 제어 동안에 발생하는 문제점 및 차량 상품성 저하를 개선한다.
또한, 엔진 클러치 해제를 위한 토크 제어 구간 동안, 모델 엔진 토크와 실제 엔진 토크의 차이가 발생할 수 있고, 이러한 차이가 발생하면, 센서에 의해 측정되는 실측 차량 가속도와 제어기(20)에서 예측된 가속도 사이에 오차가 발생할 수 있다.
도 3을 참조하면, 실측 차량 가속도와 예측 차량 가속도 사이에 차이가 발생할 수 있음을 보여주고 있다.
본 발명에서는 모델 엔진 토크가 부정확한 상황(모델 엔진 토크와 실제 엔진 토크 사이의 오차가 있는 상황)이 발생하더라도, 실측 차량 가속도와 예측 차량 가속도를 기초로 변속기 클러치 토크를 제어하여 변속기 클러치에서의 슬립을 유도함으로써, 엔진 클러치 해제 제어 동안 운전자가 저크 및 차량 당김감을 느낄 수 있었던 종래의 문제점 및 그로 인한 차량 상품성 저하의 문제점을 해소한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 엔진 클러치 해제 제어 과정을 나타내는 순서도이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 엔진 클러치 해제 제어 과정을 수행하는 제어기 내 주요 구성을 나타내는 블록도이다.
본 발명에서는 제어기(20)가 차량 가속도 정보에 기초하여 엔진 클러치 해제 제어 동안 모델 엔진 토크가 부정확한 상황, 즉 모델 엔진 토크와 실제 엔진 토크 사이에 일정 수준 이상의 오차가 발생한 상황인 것으로 판단한다.
보다 상세하게는, 본 발명에서는 차량 주행 동안 제어기(20)에는 차량 가속도 정보가 취득되는데, 가속도 센서(12)를 통해 실측 차량 가속도가 취득되고, 이와 동시에 제어기(20)에서 차량 가속도가 예측된다.
이어 예측된 차량 가속도(이하 '예측 차량 가속도'라 칭함)를 실측 차량 가속도와 비교하여, 그 차이값인 가속도 오차가 설정값(후술하는 제1 설정값임)을 초과하는 경우, 모델 엔진 토크와 실제 엔진 토크 사이에 일정 수준 이상의 오차가 발생한 것으로 판단할 수 있다.
여기서, 실측 차량 가속도는 차량에서 가속도 센서(12)에 의해 검출되는 실제 차량 가속도를 의미한다.
본 발명에서 예측 차량 가속도는 차량 주행 중 제어기(20)에서 운전자의 운전 입력 정보에 따라 구해지는 운전자 요구 토크와 차량 제원(예, 타이어 동반경 등) 및 구배 저항을 포함한 주행 저항 등을 기초로 계산될 수 있다.
여기서, 운전자의 운전 입력 정보는 가속페달 센서(11)에 의해 검출되는 가속페달 상태 정보를 포함할 수 있고, 하이브리드 차량의 주행 중 운전자 요구 토크가 구해지는 것은 당해 기술분야에서 공지의 기술 사항이므로 상세한 설명을 생략하기로 한다.
차량 가속도의 예측 방법에 대해서도 당해 기술분야에서 다양하게 알려져 있고, 공지의 여러 방법 중 하나의 적용이 가능하며, 차량 가속도를 예측하는 것 역시 공지의 기술 사항이므로 상세한 설명을 생략하기로 한다.
이와 같이 제어기(20)는 가속도 센서(12)의 신호로부터 취득되는 실측 차량 가속도를 예측 차량 가속도에 기초하여 모델 엔진 토크의 부정확한 상황인지를 판단할 수 있고, 실측 차량 가속도와 예측 차량 가속도 사이의 오차가 설정값을 초과하는 경우 모델 엔진 토크의 부정확한 상황, 및 변속기 클러치 토크 제어 실시 조건을 만족하는 상황인 것으로 판단한다.
본 발명에서 변속기 클러치 토크는 변속기 입력토크에 의해 결정되는데, 전술한 바와 같이 변속기 입력토크는 모델 엔진 토크와 HSG 토크, 모터 토크의 합인 운전자 요구 토크이다.
또한 본 발명에서 실측 차량 가속도와 예측 차량 가속도의 차이는 변속기 클러치 토크 제어 및 슬립 유도에 의한 토크 보상과 엔진 토크 개선에 의해 감소될 수 있다.
변속기 클러치 토크 제어 및 슬립 유도에 의한 토크 보상은 변속기 클러치 토크와 슬립량에 의해 결정되므로 이를 제외한 나머지는 엔진 토크 차이(즉, 모델 엔진 토크와 실제 엔진 토크의 차이)에 의한 영향성이다.
본 발명에서는 예측 차량 가속도와 실측 차량 가속도의 차이가 일정 범위 이내로 들어오면, 엔진 토크의 부정확성이 개선된 것으로 판단하여 변속기 클러치 슬립 유도를 위한 변속기 클러치 토크 제어를 종료한다.
도 5를 참조하여 설명하면, 먼저 차량 주행 중 제어기에서 차량 가속도 정보, 즉 예측 차량 가속도와 실측 차량 가속도 정보가 취득된다(S11).
이때, 제어기(20)에서 운전자 요구 토크 및 차량 제원, 주행 저항 등을 기초로 차량 가속도가 예측되고, 가속도 센서(11)의 신호로부터 실측 차량 가속도가 얻어진다.
또한, 제어기(20)에서 차량 주행 중 예측된 차량 가속도인 예측 차량 가속도와 가속도 센서(12)에 의해 검출된 차량 가속도인 실측 차량 가속도가 얻어지면, 실측 차량 가속도와 예측 차량 가속도 사이의 가속도 오차(= ｜실측 차량 가속도 - 예측 차량 가속도｜)를 구하여, 구해지 가속도 오차를 미리 정해진 제1 설정값('a')과 비교한다(S12).
여기서, 가속도 오차가 제1 설정값('a')보다 크다면, 모델 엔진 토크가 부정확한 상황, 즉 모델 엔진 토크와 실제 엔진 토크 사이의 오차가 일정 수준 이상으로 커진 상황인 것으로 판단하고, 이후 제어 과정을 진행한다.
상기 제1 설정값('a')은 모델 엔진 토크의 부정확함으로 인한 차량 가속도 오차가 발생할 수 있는 조건을 규정하기 위한 임계값이다.
이어 가속도 오차가 제1 설정값보다 큰 경우, 제어기(20) 내 보상 토크 연산부(21)가 상기 차량 가속도 정보인 실측 차량 가속도와 예측 차량 가속도에 기초하여 목표 보상 토크(ΔT)를 연산하여 결정한다(S13).
또한, 제어기(20) 내 목표 속도 연산부(22)는 상기 결정된 목표 보상 토크(ΔT)와 변속기 속도를 입력받아, 입력된 목표 보상 토크(ΔT)와 변속기 속도(RPM)에 기초하여 변속기 목표 슬립 속도(RPM)를 결정한다(S14).
상기 보상 토크 연산부(21)에서 목표 보상 토크(ΔT)는 아래의 수학식 1과 같이 구해질 수 있다.
[수학식 1]
ΔT = (M + Meff) × Δg/r
여기서, ΔT는 목표 보상 토크를 나타내고, M은 차량 중량을 나타내며, Meff는 차량 관성 중량을, Δg는 실측 차량 가속도와 예측 차량 가속도의 차이값인 가속도 오차(Δg = ｜실측 차량 가속도 - 예측 차량 가속도｜)를, r은 타이어 동반경을 나타낸다.
이 중에서 차량 중량인 M과 차량 관성 중량인 Meff, 그리고 타이어 동반경인 r은 제어기(20)의 보상 토크 연산부(21)가 알고 있는 값이다.
상기 수학식 1에 따르면, 제어기(20)의 보상 토크 연산부(21)에서 목표 보상 토크(ΔT)가 구해질 수 있고, 제어기(20)의 목표 속도 연산부(22)에서는 상기 구해진 목표 보상 토크(ΔT)로부터 하기 수학식 2에 의해 목표 슬립량(ΔRPM)이 구해질 수 있다.
[수학식 2]
ΔT = IPT ×ΔRPM
여기서, ΔRPM는 목표 슬립량을 나타내고, IPT는 변속기 입력축 회전관성을 나타내며, 이 변속기 입력축 회전관성(IPT)은 제어기가 알고 있는 값이다.
결국, 수학식 2에 따르면, 수학식 1에 의해 계산된 목표 보상 토크(ΔT)로부터 목표 슬립량(ΔRPM)이 구해질 수 있고, 제어기(20)의 목표 속도 연산부(22)에서 목표 슬립량(ΔRPM)이 구해지면 현재의 변속기 속도와 목표 슬립량으로부터 변속기 목표 슬립 속도가 구해질 수 있다.
본 발명에서 목표 슬립량(ΔRPM)은 변속기 속도와 변속기 목표 슬립 속도의 차이값이며, 따라서 목표 슬립량(ΔRPM)과 변속기 속도로부터 변속기 목표 슬립 속도가 구해질 수 있다.
상기와 같이 변속기의 목표 속도 연산부(22)에서 변속기 목표 슬립 속도가 구해지면, 상기 구해진 변속기 목표 슬립 속도는 제어기(20)의 클러치 토크 제어부(23)로 입력된다.
상기 제어기(20)의 클러치 토크 제어부(23)에서는 현재의 변속기 속도와 변속기 목표 슬립 속도를 기초로 변속기 클러치에서의 슬립 유도를 위한 변속기 클러치 토크 제어를 수행한다(S15).
이때, 제어기(20)의 클러치 토크 제어부(23)는 현재의 변속기 속도가 변속기 목표 슬립 속도에 도달하도록 변속기 클러치 토크를 제어한다.
보다 상세하게는, 제어기(20)의 클러치 토크 제어부(23)는 현재의 변속기 속도가 목표 슬립 속도에 도달하도록 하기 위한 변속기 클러치 토크 제어값을 결정한 뒤, 상기 결정된 변속기 클러치 토크 제어값에 상응하는 제어신호를 생성하여 출력하게 된다.
이로써, 클러치 토크 제어부(23)가 생성 및 출력하는 제어신호에 따라 변속기(4)의 클러치 토크가 제어될 수 있게 된다.
또한, 상기와 같은 변속기 클러치 토크 제어 동안, 제어기(20)에서는 현재의 변속기 속도와 변속기 목표 슬립 속도의 차이값(= ｜현재 변속기 속도 - 변속기 목표 슬립 속도｜)을 미리 정해진 속도 오차 설정값, 즉 제2 설정값('b')과 비교한다(S16).
여기서, 현재의 변속기 속도와 변속기 목표 슬립 속도의 차이값이 제2 설정값('b) 이하가 되면, 제어기(20)는 현재의 변속기 클러치 토크값과 목표 슬립량을 학습값으로 저장하고, 이어 실측 차량 가속도와 예측 차량 가속도의 차이값을 미리 정해진 가속도 오차 설정값, 즉 제3 설정값('c')과 비교한다(S17).
만약, 실측 차량 가속도와 예측 차량 가속도의 차이값이 제3 설정값('c')보다 작아지면, 엔진 클러치 해제 제어 동안 모델 엔진 토크의 부정확함으로 인한 문제가 해소된 것으로 판단하고, 변속기 클러치 토크 제어를 종료한다(S18).
본 발명에서 제2 설정값('b')은 변속기 클러치 토크 제어시 목표 슬립량 만족 여부를 판단하기 위한 조건을 규정하는 설정값이며, 제3 설정값('c')은 변속기 슬립 보상 제어, 즉 상기한 변속기 클러치 토크 제어 이후 차량 가속도 개선 및 엔진 토크 부정확 해소 시점을 판단하기 위한 조건을 규정하는 설정값이다.
이와 같이 하여, 본 발명에 따른 엔진 클러치 해제시 제어 방법에 대해 상세히 설명하였으며, 본 발명에서는 엔진 클러치 해제 제어 동안 상기와 같이 변속기 클러치 슬립 유도를 위해, 실측 차량 가속도와 예측 차량 가속도의 차이만큼을 보상하기 위한 보상 토크를 연산하여 구한 뒤, 상기 구해진 보상 토크를 기초로 차량 가속도 문제 개선을 위한 목표 슬립량을 결정하고, 이어 상기 결정된 목표 슬립량을 기초로 현재의 변속기 속도(변속기 입력속도)를 변속기 클러치 목표 슬립 속도로 제어하기 위한 변속기 클러치 토크(변속기 클러치 입력 토크) 제어를 실시한다.
이와 같이 변속기 클러치 토크를 제어하여 변속기 클러치 허용 토크를 낮추게 되면 변속기에서는 목표로 하는 슬립이 발생할 수 있게 된다.
또한, 상기한 변속기 클러치 슬립을 위한 클러치 토크 제어 과정에서, 제어기(20)의 클러치 토크 제어부(23)가 출력하는 제어신호에 따라 변속기 클러치 토크는 도 3에 예시된 바와 같이 일정 수준 이하로 감소하게 된다.
또한, 도 3에 예시된 바와 같이, 제어기(20)는 변속기 속도가 목표로 하는 변속기 속도(변속기 목표 슬립 속도)에 도달하게 되면, 변속기 클러치 토크를 일정하게 유지시킨다.
또한, 본 발명에서 제어기(20)의 목표 속도 연산부(22)와 클러치 토크 제어부(23)에서는 현재의 변속기 속도를 피드백 신호로 입력받아 변속기 속도가 변속기 목표 슬립 속도로 유지될 수 있도록 변속기 클러치 토크를 피드백 제어하게 된다.
또한, 전술한 바와 같이 제어기에서는 제어 과정 동안 변속기 클러치 토크 값과 목표 슬립량을 학습한 뒤, 학습된 토크는 피드백 제어시 일정 비율로 변속기 클러치 토크에 반영하여 제어가 신속히 이루어지도록 할 수 있다.
위에서 가속도 센서에 의해 검출되는 차량 가속도를 이용하는 것을 설명하였으나, 차량 가속도가 아닌, 휠속 센서에 의해 검출되는 휠속 정보가 이용될 수 있고, 휠 속 정보를 활용하여 구배 및 차량 가속도를 예측하는 것이 가능하다.
또한, 엔진 토크의 부정확함을 판단함에 있어 실측 차량 가속도와 예측 차량 가속도를 비교하기 전에, 변속기 클러치 토크 제어 학습값을 이용하여 예측 및 판단하는 것이 가능하다.
또한, 변속기 클러치에서의 슬립 유도를 위한 변속기 클러치 토크 제어 과정에서 클러치 토크를 슬립량 기준으로 피드백 제어하는 것이 아닌, 변속기 목표 슬립 속도를 기준으로 피드포워드 제어하는 것이 가능하다.
또한, 변속 클러치 토크 제어의 학습 인자로서, 목표 슬립량 대비 클러치 토크값이 아닌, 변속단별/ 변속기 속도별/ 엔진 토크별/ 환경조건(외기온, 냉각수온, 흡기온에 따른 영향을 고려한 클러치 토크 학습치를 저장하는 것이 가능하다.
이상으로 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당 업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.
1 : 엔진 2 : 엔진 클러치
3 : 모터 4 : 변속기
5 : 인버터 6 : 배터리
7 : HSG 8 : 엔진 클러치 액추에이터
11 : 가속페달 센서(APS) 12 : 가속도 센서
13 : 모터속도 검출부 20 : 제어기
21 : 보상 토크 연산부 22 : 목표 속도 연산부
23 : 클러치 토크 제어부 31 : 엔진 클러치 액추에이터

Claims (10)

  1. 제어기에서 하이브리드 차량의 엔진 클러치 해제 제어 동안 차량 가속도 정보가 취득되는 단계;
    제어기에서 상기 취득된 차량 가속도 정보로부터 엔진 클러치 해제 제어시 필요한 모델 엔진 토크의 부정확함을 판단하기 위한 정해진 조건을 만족하는지를 판단하는 단계;
    상기 정해진 조건을 만족하는 경우, 제어기는 모델 엔진 토크의 부정확한 상황인 것으로 판단하여, 상기 차량 가속도 정보를 이용하여 목표 보상 토크를 산출하는 단계;
    제어기에서 상기 산출된 목표 보상 토크를 이용하여 변속기 클러치에서의 목표 슬립량을 산출하는 단계; 및
    상기 목표 슬립량과 현재의 변속기 속도에 기초하여 변속기 클러치에서의 슬립을 유도하기 위한 변속기 클러치 토크 제어를 실시하는 단계를 포함하는 하이브리드 차량의 엔진 클러치 해제시 제어 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 차량 가속도 정보는
    가속도 센서에 의해 검출되는 실측 차량 가속도; 및
    제어기에서 예측되는 차량 가속도인 예측 차량 가속도를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 엔진 클러치 해제시 제어 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    제어기에서 상기 정해진 조건은 상기 실측 차량 가속도와 예측 차량 가속도 사이의 차이값인 가속도 오차가 정해진 제1 설정값보다 큰 조건으로 설정되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 엔진 클러치 해제시 제어 방법.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 예측 가속도는 제어기에서 운전자 요구 토크와 차량 제원, 주행 저항을 기초로 계산되는 것임을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 엔진 클러치 해제시 제어 방법.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 목표 보상 토크를 산출하는 단계에서,
    제어기는 실측 차량 가속도와 예측 차량 가속도 사이의 차이값인 가속도 오차, 차량 중량, 차량 관성 중량, 및 타이어 동반경을 이용하여 상기 목표 보상 토크를 산출하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 엔진 클러치 해제시 제어 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 변속기 클러치에서의 목표 슬립량을 산출하는 단계에서,
    제어기는 상기 산출된 목표 보상 토크와 변속기 입력축 회전관성을 이용하여 상기 목표 슬립량을 산출하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 엔진 클러치 해제시 제어 방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 변속기 클러치 토크 제어를 실시하는 단계에서,
    제어기는 상기 산출된 목표 슬립량과 현재의 변속기 속도로부터 변속기 목표 슬립 속도를 산출하고, 변속기 속도가 상기 산출된 변속기 목표 슬립 속도에 도달하도록 하기 위한 변속기 클러치 토크 제어를 실시하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 엔진 클러치 해제시 제어 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    제어기는 현재의 변속기 속도를 피드백 신호로 입력받아 변속기 속도가 상기 변속기 목표 슬립 속도에 도달하도록 변속기 클러치 토크를 피드백 제어하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 엔진 클러치 해제시 제어 방법.
  9. 청구항 7에 있어서,
    제어기는 변속기 클러치 토크 제어가 실시되는 동안, 현재의 변속기 속도와 상기 산출된 변속기 목표 슬립 속도의 차이값이 정해진 제2 설정값 이하가 되면, 변속기 클러치 토크값과 목표 슬립량을 학습값으로 저장하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 엔진 클러치 해제시 제어 방법.
  10. 청구항 7에 있어서,
    제어기는 변속기 클러치 토크 제어가 실시되는 동안, 현재의 변속기 속도와 상기 산출된 변속기 목표 슬립 속도 사이의 속도 차이값이 정해진 제2 설정값 이하인지를 판단하고,
    상기 속도 차이값이 제2 설정값 이하이면, 가속도 센서에 의해 검출되는 실측 차량 가속도와, 제어기에서 예측되는 차량 가속도인 예측 차량 가속도 사이의 가속도 차이값이 정해진 제3 설정값 이하인지를 판단하며,
    상기 가속도 차이값이 제3 설정값 이하이면, 제어기는 변속기 클러치 토크 제어를 종료하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 엔진 클러치 해제시 제어 방법.
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