KR101007784B1

KR101007784B1 - 하이브리드 차량의 변속 제어 장치 및 방법

Info

Publication number: KR101007784B1
Application number: KR1020080079142A
Authority: KR
Inventors: 이승호; 홍성우
Original assignee: 콘티넨탈 오토모티브 시스템 주식회사
Priority date: 2008-08-12
Filing date: 2008-08-12
Publication date: 2011-01-14
Anticipated expiration: 2028-08-12
Also published as: KR20100020383A

Abstract

하이브리드 차량의 변속 제어 장치 및 방법이 개시되어 있고, 이러한 본 발명은, 엔진 제어부 및 엔진, 모터, 발전기 제어부 및 발전기를 제어하여 전체적인 하이브리드 차량의 동작을 제어하는 IPM; 및 상기 모터에서 발생된 입력 토크를 제공받아 해방측 클러치 및 결합측 클러치의 유압 제어를 통해 요구된 변속단으로 변속하는 변속 제어부 및 변속기를 포함하되, 상기 변속 제어부는, 실제 터빈 회전수를 기초로 목표치를 설정하고 설정된 목표치를 가지는 제어 패턴을 발생하고, 상기 변속 제어부의 제어 패턴에 따라 회전하여 상기 입력 토크를 가변하며 가변된 입력 토크를 상기 변속기로 공급하는 변속 모터를 더 포함하는 것을 특징으로하고, 본 발명에 의하면, 회생 제동 시 충전 중 발생하는 모터의 네거티브 입력 토크에 따라 변속기에서 해방측 클러치의 유압이 감소하고 결합측 클러치의 유압이 대기 상태일 때 변속 모터를 통해 상기 네거티브 입력 토크를 가변한 후 변속기에 공급함으로써, 회생 제동 시 해방측 클러치의 유압 감소하고 결합측 클러치의 유압을 대기하는 변속 시간을 감소할 수 있고 따라서, 회생 에너지를 증가하여 연비를 증가할 수 있으며 또한 변속감을 향상할 수 있게 된다.

자동차, 하이브리드, 변속기, 모터, 엔진, IPM

Description

하이브리드 차량의 변속 제어 장치 및 방법{APPARATUS FOR CONTROLLING TRANSMISSION OF HYBRID VEHICLE}

본 발명은 하이브리드 차량의 변속 제어 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하세는, 변속기로 입력되는 모터의 토오크를 가변하여 변속 시간을 단축할 수 있도록 한 장치 및 방법 관한 것이다.

일반적으로 내연기관 자동차에 의한 대기 오염을 줄이기 위한 환경 친화적인 하이브리드(Hybrid) 자동차는 내연기관인 엔진과 전기 모터를 사용하는 방식으로, 각각의 주행상황에 대응하여 내연기관의 연비가 가장 높게 운전되도록 제어되고 제동 시와 감속 시에 모터가 발전기로 작동하여 회생 제동 에너지를 전기 에너지로 회수하여 배터리를 충전시켜, 가솔린 엔진에 비해 연비 향상을 이룰 수 있으며 시내 구간에서 엔진을 작동하지 않은 상태에서 배터리의 전압만으로 주행할 수 있게 된다.

이러한, 하이브리드 차량은 동력원인 내연기관 엔진과 별도의 동력원인 모터를 이중으로 채용해, 엔진의 운전영역을 최고 효율 점에 놓고 가속이나 감속 시 필요한 동력은 모터를 통해 부과하여 엔진의 부담을 줄임으로서, 연비와 배기가스를 줄일 수 있는 하이브리드용 동력시스템(Hybrid electric vehicle)이 사용되며, 이는 통상적으로 엔진과 변속기(Transmission)사이에, 내연기관의 운전영역을 최고 효율점에 놓고 가속이나 감속 시 필요한 동력을 부과하여 엔진의 부담을 줄이기 위한 모터가 장착되며, 모터와 엔진 사이에는 엔진과 모터간 회전을 일치하기 위한 이중 클러치가 구비되어진다.

이러한 하이브리드 자동차는, 제동(braking)시에 제동력의 일부를 발전에 사용하여 발생된 전기에너지를 배터리의 충전에 사용하는 시도가 이루어지고 있다. 즉, 자동차의 주행속도에 의한 운동에너지(kinetic energy)의 일부를, 발전기의 구동에 필요한 에너지로 사용함으로써, 운동에너지의 저감(즉, 주행속도의 감소)과 전기에너지의 발전을 동시에 구현하는 것이다.

이러한 방식의 제동 방법을 회생 제동(regenerative braking)이라고 한다. 즉, 회생 제동시 전기에너지의 생성은, 별도의 발전기로써 혹은 상기 모터를 역구동함으로써 이루어질 수 있다. 따라서, 회생 제동(regenerative braking) 제어에 의하여 전기자동차의 주행 거리(mileage)를 향상시킬 수 있다. 이 경우 연비(fuel mileage)를 향상함과 아울러, 유해 배기가스(noxious exhaust gas) 배출을 줄일 수 있다.

또한, 상기 하이브리드 차량에 장착되는 변속기는 유압에 의해 제동력을 일으키는 유압제동시스템(hydraulic brake system)을 갖추어진다.

즉, 상기 모터의 네거티브 토오크를 제공받은 변속기는 상기 해방측 클러치 및 결합측 클러치의 유압 제어를 통해 제동하게 되는데, 이때 해방측 클러치의 유 압은 도 1의 a)에 도시된 바와 같이, 변속 시작 시점(SS)에서 감소하게 되고, 결합측 클러치의 유압은 도 1의 b)에 도시된 바와 같이 대기 상태를 유지하게 된다.

이러한 결합측 클러치의 대기 상태로 인해 변속 시간이 길어지고 이러한 변속 중에 발전기의 회생이 실행하지 아니하므로 회생 에너지가 줄어들게 되며, 따라서 연비가 감소하게 된다. 또한 변속 시간이 길어짐에 따라 변속감이 저하되는 문제점이 있었다.

따라서, 회생 제동 시 변속 시작 시점에서 변속기로 공급되는 모터의 네거티브 토오크를 제어할 수 있는 장치가 별도로 필요하였다.

따라서, 본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 변속 시간을 단축하기 위해 모터의 입력 토오크를 변속 모터를 통해 제어한 후 변속기로 공급함으로써, 해방측 클러치 및 결합측 클러치의 유압 제어 시간을 단축함에 따라 변속 시간을 감소하여 회생 제동 제어 시 회생 에너지를 증가할 수 있고 따라서 연비를 증가할 수 있으며 또한 변속감을 향상할 수 있도록 한 하이브리드 차량의 변속 제어 장치 및 방법을 제공하고자 함에 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1 관점에 따른 기술적 과제는,

엔진 제어부 및 엔진, 모터, 발전기 제어부 및 발전기를 제어하여 전체적인 하이브리드 차량의 동작을 제어하는 IPM; 및

상기 모터에서 발생된 입력 토크를 제공받아 해방측 클러치 및 결합측 클러치의 유압 제어를 통해 요구된 변속단으로 변속하는 변속 제어부 및 변속기를 포함하되,

상기 변속 제어부는, 실제 터빈 회전수를 기초로 목표치를 설정하고 설정된 목표치를 가지는 제어 패턴을 발생하고,

상기 변속 제어부의 제어 패턴에 따라 회전하여 상기 입력 토크를 가변하며 가변된 입력 토크를 상기 변속기로 공급하는 변속 모터를 더 포함하는 것을 특징으로 하고,

여기서, 상기 변속 제어부의 제어 패턴은 캔 통신 라인을 통해 상기 변속 모터에 공급되는 것을 특징으로 한다.

상기 모터의 입력 토크는, 상기 IPM의 회생 제동 시 충전 중 발생하는 네거티브 입력 토크인 것을 특징으로 한다.

상기 변속 모터는,

상기 변속 제어부에 수신된 실제 터빈 회전수가 미리 정해진 설정치 이상일 때 회전하여 상기 모터의 입력 토크를 상기 변속기의 해방측 클러치의 유압 제어 시간 및 결합측 클러치의 유압의 대기 시간을 최소치로 감소하기 위한 토크로 가변하도록 설정되는 것을 특징으로 한다.

상기 변속 제어부는,

상기 모터의 입력 토크에 의해 해방측 클러치의 유압을 미리 정해진 기울기로 하강하고 결합측 클러치의 유압이 대기 상태에서 실제 터빈 회전수가 미리 정해 진 설정치 이상인 경우 캔 통신을 통해 미리 정해진 목표치를 가지는 제어 패턴을 상기 변속 모터로 공급하고,

이어 상기 변속 모터의 회전수가 상기 목표치에 도달하는 경우 미리 정해진 소정 시간 동안 현재 회전 속도를 유지하고 상기 소정 시간 경과 후 상기 변속 모터의 회전을 정지하도록 구비되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는 본 발명의 다른 관점에 따른 기술적 과제는,

a) IPM에서 회생 제동 시 모터의 역토오크를 발생하여 변속 제어부로 전송하는 단계;

b) 상기 변속 제어부에서 해방측 클러치 및 결합측 클러치의 유압 듀티 패턴을 설정하여 변속기로 전송하고 변속기에서 해방측 클러치 및 결합측 클러치의 유압 듀티 패턴에 따라 변속하는 단계;

c) 이어 상기 변속 제어부에서 실제 터빈 회전수를 수신하여 수신된 터빈 회전수와 미리 정해진 설정치 이상인 경우 상기 모터의 역토오크를 가변하기 위한 변속 모터의 제어 패턴을 설정하여 캔 통신을 통해 변속 모터로 공급하는 단계;

d) 상기 변속 모터의 회전에 따라 가변된 입력 토크를 제공받아 상기 변속기에서 해방측 클러치 및 결합측 클러치의 유압 제어를 통해 변속하는 단계; 및

e) 상기 변속 제어부에서 상기 변속 모터의 회전수가 미리 정해진 목표치에 도달한 경우 미리 정해진 소정 시간 경과 후 변속 모터의 구동을 정지하는 단계를 포함한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면,모터의 회생 제동 시 충전 중 발생하는 모터의 네거티브 입력 토크에 따라 변속기에서 해방측 클러치의 유압이 감소하고 결합측 클러치의 유압이 대기 상태일 때 변속 모터를 통해 상기 네거티브 입력 토크를 가변한 후 변속기에 공급함으로써, 회생 제동 시 해방측 클러치의 유압 감소하고 결합측 클러치의 유압을 대기하는 변속 시간을 감소할 수 있고 따라서, 회생 에너지를 증가하여 연비를 증가할 수 있으며 또한 변속감을 향상할 수 있게 된다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 도면에 기재된 내용을 참조하여야 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 하이브리드 자동차의 구성을 보인 블럭 구성도가 도시되어 있고, 도 3은 도 2의 각 부의 출력 신호를 보인 파형도이다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 하이브리드 차량의 구성은, 도 2에 도시된 바와 같이, 외부로부터 공급되는 신호들을 근거로 전체적인 하이브리드 차량의 동작을 제어하는 IPM(Integrated Powertrain Managment: 10)과, 상기 IPM(10)의 요청에 따라 발생한 구동력으로 엔진 또는 발전기를 구동하는 모터 및 모터 제어부(20)와, 상기 IPM(10)으로부터 공급되는 모터(20)의 토오크를 제공받아 다수의 클러치의 유압 제어를 통해 변속하는 변속 제어부(30) 및 변속기(40)를 포함한다.

여기서, 상기 변속 제어부(30)는 외부로부터 공급되는 가속 의지 종료 신호에 따라 회생 제동을 제어하는 상기 IPM(10)으로부터 공급되는 모터(20)의 토오크인 입력 토오크를 근거로 해방측 클러치와 결합측 클러치의 유압 듀티 패턴을 설정하도록 구비되고, 변속 제어부(30)에서 설정된 해방측 클러치 및 결합측 클러치의 유압 듀티 패턴을 제공받은 상기 변속기(40)는 해방측 클러치 및 결합측 클러치를 제어하여 변속 실행하도록 구비된다.

이때 회생 제동 시 모터(20)의 입력 토오크에 따라 변속 시작 시점(SS)에서 도 3의 a)에 도시된 바와 같이, 해방측 클러치의 유압은 감소하고 도 3의 b)에 도시된 바와 같이 결합측 클러치의 유압은 대기 상태로 유지되는데, 본 발명의 실시 예에 따른 장치에는 이러한 변속 시간을 줄이기 위해 상기 모터(20)의 입력 토오크를 가변하기 위한 변속 모터(50)를 상기 변속 제어부(30)과 변속기(40) 사이에 설치된다.

즉, 상기 IPM(10)의 제어에 따라 외부로부터 공급되는 실제 터빈 회전수 미리 정해진 설정치 이상인 경우 상기 변속 제어부(30)에서 도 3의 c)에 도시된 바와 같은 변속 모터(50)의 제어 패턴이 설정되고, 이 설정된 제어 패턴은 캔 통신을 통해 변속 모터(50)에 제공된다.

상기 변속 모터(50)는 수신된 제어 패턴에 따라 회전하여 모터(20)의 입력 토오크를 가변시키고, 이후 상기 변속 모터(50)의 회전수가 목표치에 도달한 경우 일정 시간 경과 후 변속 모터(50)의 회전이 정지하도록 구비된다.

이러한 변속 모터(50)에 의한 모터(20)의 입력 토오크의 가변에 따라 실제 터빈 회전수는 도 3의 d)에 도시된 바와 같이 출력된다.

따라서, 도 3의 b)에 도시된 결합측 클러치의 대기 시간이 감소하므로, 업 시프트 변속 시간이 단축되어 회생 에너지가 증가하게 되고 그로 인해 연비가 형상된다. 또한 업 시프트 변속 시간의 단축으로 인해 변속감이 향상된다.

단, 본 발명의 실시 예에서 해방 제동 시의 업 시프트의 경우 일례로서 설명하였으나, 다운 시프트의 경우 변속 모터에 의한 모터의 입력 토오크 제어를 통해 터빈 회전수가 도 4에 도시된 바와 같이 출력됨은 당업자에게 자명하고, 따라서, 다운 시프트 변속 시간이 단축되어 회생 에너지가 증가하게 되고 그로 인해 연비가 형상된 동일한 효과를 가짐은 당업자에게 자명한 사항이다.

이상에서와 같이 도면과 명세서에서 최적 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.

도 1은 일반적인 하이브리드 차량에서 변속기의 유압 듀티 패턴을 보인 파형도들이다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 차량의 변속 제어 장치의 구성을 보인 도이다.

도 3은 도 2에 도시된 하이브리드 차량에서 회생 제동 제어를 위한 업 시프트 변속 시 변속기의 유압 듀티 패턴을 보인 파형도들이다.

Claims

엔진 제어부 및 엔진, 모터, 발전기 제어부 및 발전기를 제어하여 전체적인 하이브리드 차량의 동작을 제어하는 IPM; 및

상기 모터에서 발생된 입력 토크를 제공받아 해방측 클러치 및 결합측 클러치의 유압 제어를 통해 요구된 변속단으로 변속하는 변속 제어부 및 변속기를 포함하되,

상기 변속 제어부는,

실제 터빈 회전수를 기초로 목표치를 설정하고 설정된 목표치를 가지는 제어 패턴을 발생하고,

발생된 상기 변속 제어부의 제어 패턴을 제공받아 회전하여 상기 입력 토크가 상기 제어 패턴에 따라 가변되고 가변된 입력 토크를 상기 변속기로 공급하는 변속 모터를 더 포함하되

상기 변속 모터의 입력 토크는, 상기 IPM의 회생 제동 시 충전 중 발생하는 네거티브 입력 토크인 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 변속 제어 장치.
청구항 제1항에 있어서, 상기 변속 제어부의 제어 패턴은 캔 통신 라인을 통해 상기 변속 모터에 공급되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 변속 제어 장치.
삭제
청구항 제1항에 있어서, 상기 변속 모터는,

상기 변속 제어부에 수신된 실제 터빈 회전수가 미리 정해진 설정치 이상일 때 회전하여 상기 모터의 입력 토크를 상기 변속기의 해방측 클러치의 유압 제어 시간 및 결합측 클러치의 유압의 대기 시간을 최소치로 감소하기 위한 토크로 가변하도록 설정되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 변속 제어 장치.
청구항 제4항에 있어서, 상기 변속 제어부는,

상기 모터의 입력 토크에 의해 해방측 클러치의 유압을 미리 정해진 기울기로 하강하고 결합측 클러치의 유압이 대기 상태에서 실제 터빈 회전수가 미리 정해진 설정치 이상인 경우 캔 통신을 통해 미리 정해진 목표치를 가지는 제어 패턴을 상기 변속 모터로 공급하고,

이어 상기 변속 모터의 회전수가 상기 목표치에 도달하는 경우 미리 정해진 소정 시간 동안 현재 회전 속도를 유지하고 상기 소정 시간 경과 후 상기 변속 모터의 회전을 정지하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 변속 제어 장치.
a) IPM에서 회생 제동 시 모터의 역토오크를 발생하여 변속 제어부로 전송하는 단계;

b) 상기 변속 제어부에서 해방측 클러치 및 결합측 클러치의 유압 듀티 패턴을 설정하여 변속기로 전송하고 변속기에서 해방측 클러치 및 결합측 클러치의 유압 듀티 패턴에 따라 변속하는 단계;

c) 이어 상기 변속 제어부에서 실제 터빈 회전수를 수신하여 수신된 터빈 회전수와 미리 정해진 설정치 이상인 경우 상기 모터의 역토오크를 가변하기 위한 변속 모터의 제어 패턴을 설정하여 캔 통신을 통해 변속 모터로 공급하는 단계;

d) 상기 변속 모터의 회전에 따라 가변된 입력 토크를 제공받아 상기 변속기에서 해방측 클러치 및 결합측 클러치의 유압 제어를 통해 변속하는 단계; 및

e) 상기 변속 제어부에서 상기 변속 모터의 회전수가 미리 정해진 목표치에 도달한 경우 미리 정해진 소정 시간 경과 후 변속 모터의 구동을 정지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 변속 제어 방법.