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KR20030046627A - 하이브리드 전기자동차의 토크 제어장치 - Google Patents

하이브리드 전기자동차의 토크 제어장치 Download PDF

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Abstract

하이브리드 전기자동차에서 운전자의 주행 의지와 차량의 제반상태 조건에 따라 변속비를 제어하고 회생 제동량을 결정하는 TCU의 확장성을 제공하도록 하는 것이다.
본 발명은 배터리부터 공급되는 전원과 이그니션 키 접점을 통해 공급되는 전원을 소정의 전압으로 처리하여 각 부하측에 동작 전원과 백원 전원으로 공급하는 전원부와, 시프트 레버의 주행모드 선택신호를 액티브 하이 신호로 인터페이스하는 제1인터페이스부와, 운전자의 주행 선택신호를 액티브 로우 신호로 인터페이스하는 제2인터페이스부와, 차량의 상태정보를 주파수로 인터페이스하는 제3인터페이스부와, 이그니션 온에 대한 신호와 변속기 오일의 온도 정보를 아날로그 신호로 인터페이스하는 제4인터페이스부와, 인터페이스되는 제반적인 정보를 설정된 알고리즘을 통해 분석한 다음 임의의 변속단 동기 계합 및 듀티 제어를 수행하는 제어부와, 제너릭 스캔 툴 K-라인 통신으로 하이브리드 전기자동차에 구성되는 각 제어 시스템과의 제어 데이터를 송수신하는 통신부와, 제어부에서 인가되는 제어신호에 따라 목표 변속단 계합을 드라이브하는 제1구동부와, 제어부에서 인가되는 제어신호에 따라 듀티 제어를 드라이브하는 제2구동부 및, 하이브리드 전기 자동차의 운행중에 검출되는 토크 제어장치의 이상 여부의 진단 정보를 저장하는 진단장치를 포함한다.

Description

하이브리드 전기자동차의 토크 제어장치{HYBRID ELECTRIC VEHICLE OF TORQUE CONTROL SYSTEM}
본 발명은 하이브리드 전기자동차에 관한 것으로, 더 상세하게는 하이브리드 전기자동차에서 운전자의 주행 의지와 차량의 제반상태 조건에 따라 변속비를 제어하고 회생 제동량을 결정하는 TCU(Torque Control Unit)의 타 제어 시스템과의 적용 확장성을 제공하도록 하는 하이브리드 전기자동차의 토크 제어장치에 관한 것이다.
일반적으로 하이브리드 전기 자동차는 자가 발전을 위한 가솔린 엔진과 차량 주행을 위한 전기 모터 두종류의 동력원을 구성되며 각각의 주행상황에 대응하여 엔진의 연비가 가장 높게 운전되도록 제어되고 제동시와 감속시에 운동 에너지를 전기 에너지로 회수함으로써 기존 가솔린 엔진에 비해 연비 향상을 이룰 수 있으며 시내구간에서 엔진 시동을 오프한 상태로 주행할 수 있어 무공해 차량으로 사용되는 특징이 있다.
이러한 하이브리드 전기 자동차는 모터에서 요구되는 순간적으로 높은 출력 요구에 충분한 전력을 공급할 수 있는 배터리의 작동 영역내에서 배터리의 관리와 충전상태 예측, 전류 전압 감시 등을 수행하여 배터리를 최적의 조건으로 유지시키는 BMS(Battery Management System)와, 자가 발전을 위해 엔진의 기동시키고 ETC를 통해 공기 흡입량을 조절하여 엔진 출력을 제어하는 ECU와, 모터 토크 명령의 전송, 발전 및 배터리가 최적의 충전 상태를 유지할 수 있도록 제어하는 MCU(Motor Control Unit)와, 동력원에 대한 출력 정보를 전달하여 변속비를 제어하고 회생 제동량을 결정하는 TCU(Torque Control Unit) 및 상기의 각 제어유닛과 상호 유기적인 통신을 통해 전반적인 동작을 총체적으로 제어하는 HCU(Hybrid Control Unit)로 구성된다.
이와 같이 하이브리드 전기자동차에 적용되고 있는 종래의 TCU는 8비트의 시스템으로 구성되어 있어 운전 의지 및 차량의 제반 상태 정보 등 입력되는 신호가 한정되어 있어 차량의 상태 조건에 따른 정밀 제어를 수행할 수 없는 단점이 있으며, 입력되는 각종 정보의 연산 및 이에 대한 수행 처리의 저하로 고급 기능과 정밀 제어에 있어 많은 문제점이 발생한다.
또한, 입출력 인터페이스의 경우 주문자 방식으로 그 사양이 고정 구성되어 있어 제어 시스템의 설계 변경 및 확장시 적절히 대응할 수 없어 주변의 개별장치 역시 구조의 변경이 수반되어야 하며, 주변의 개별장치 접속으로 인하여 전원단의 용량이 불안정한 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로, 그 목적은 하이브리드 전기자동차에서 변속비의 제어와 희생제동량을 결정하는 TCU를 통신유닛과 입출력 인터페이스가 포함되는 하나의 모듈로 구성하여 확장성을 제공하고, 제어 시스템의 설계 변경시 구조 변경없이 적용할 수 있도록 하며, 각 제어유닛의 접속되더라도 안정된 전력이 유지되도록 하는 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 하이브리드 전기자동차의 토크 제어장치에 대한 개략적인 구성 블록도.
상기와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은 배터리부터 공급되는 전원과 이그니션 키 접점을 통해 공급되는 전원을 소정의 전압으로 처리하여 각 부하측에 동작 전원과 백원 전원으로 공급하는 전원부와, 시프트 레버의 주행모드 선택신호를 액티브 하이 신호로 인터페이스하는 제1인터페이스부와, 운전자의 주행 선택신호를 액티브 로우 신호로 인터페이스하는 제2인터페이스부와, 차량의 상태정보를 주파수로 인터페이스하는 제3인터페이스부와, 이그니션 온에 대한 신호와 변속기 오일의 온도 정보를 아날로그 신호로 인터페이스하는 제4인터페이스부와, 상기 인터페이스되는 제반적인 정보를 설정된 알고리즘을 통해 분석한 다음 임의의 변속단 동기 계합 및 듀티 제어를 수행하는 제어부와, 제너릭 스캔 툴 K-라인 통신으로 하이브리드 전기자동차에 구성되는 각 제어 시스템과의 제어 데이터를 송수신하는 통신부와, 상기 제어부에서 인가되는 제어신호에 따라 목표 변속단 계합을 드라이브하는 제1구동부와, 상기 제어부에서 인가되는 제어신호에 따라 듀티 제어를 드라이브하는 제2구동부 및, 하이브리드 전기 자동차의 운행중에 검출되는 토크 제어장치의 이상 여부의 진단 정보를 저장하는 진단장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명에 따른 하이브리드 전기자동차의 토크 제어장치는 전원부(10)와 제1인터페이스부(20), 제2인터페이스부(30), 제3인터페이스부(40), 제4인터페이스부(50), 제어부(60), 통신부(70), 제1구동부(80), 제2구동부(90), 제1메모리부(100), 제2메모리부(110) 및 진단장치(120)로 이루어지는데, 전원부(10)는 배터리부터 공급되는 전원과 이그니션 키 접점을 통해 공급되는 전원을 각각의 부하에 필요한 소정의 전압으로 처리하여 각 부하측에 동작 전원과 백원 전원으로 공급하며, 레귤레이터가 듀얼로 구성되어 각각의 부하측에 안정된 전압을 공급하여 준다.
즉, 제어부(60)의 구동을 위한 주전원을 공급하고, 밸브 바디에서 임의의 변속단 동기 및 듀티 제어시 라인압 및 듀티압을 형성시키는 각 솔레노이드 밸브에 전원을 공급하며, 제1,제2메모리(100)(110)에 필요한 구동전압 및 백업 전원을 공급하며, 입력측인 인터페이스 및 출력측인 구동부에 필요한 동작전원을 공급한다.
제1인터페이스부(20)는 디지털 인터페이스수단으로 시프트 레버의 D,R,2,L 레인지 선택신호를 액티브 하이 신호로 제어부(60)측에 인터페이스 한다.
제2인터페이스부(30)는 디지털 인터페이스수단으로 테스트 신호, 오버 드라이브 선택신호, 정속 주행 선택신호, 시프트 레버의 'P','N' 레인지 선택신호 및 브레이크 페달 구동신호 등을 액티브 로우 신호로 제어부(60)측에 인터페이스 한다.
제3인터페이스부(40)는 디지털 인터페이스수단으로 스로틀 밸브의 개도율에 대한 정보(TPS), 차속에 대한 정보(VSS), 엔진 회전속도에 대한 정보(NE), 엔진 토크에 대한 정보, 터빈 속도에 대한 정보(NT) 등의 주파수 신호를 제어부(60)측에 인터페이스 한다.
제4인터페이스부(50)는 아날로그 인터페이스수단으로 이그니션 온에 대한 신호와 변속기 오일의 온도 정보를 제어부(60)측에 인터페이스 한다.
제어부(60)는 상기 인터페이스되는 제반적인 정보를 설정된 알고리즘을 통해 분석한 다음 임의의 변속단 동기 계합 및 듀티 제어를 위한 제어신호를 출력한다.
통신부(70)는 제너릭 스캔 툴 K-라인 통신 처리수단으로 차량의 운행에 따라 하이브리드 전기자동차에 구성되는 각 제어 시스템과의 정보 및 제어 데이터를 송수신 처리한다.
제1구동부(80)는 상기 제어부(60)에서 인가되는 제어신호에 따라 자동 변속기의 계합요소 및 마찰요소에 라인압 및 듀티압을 형성시켜주는 솔레노이드 밸브 (SV_1 ~ SV_4) 구동 신호와 엔진 토크 저감 요구신호, 고장 램프 점등 신호, 오버 드라이브 램프 소등 신호 등의 출력을 드라이브한다.
제2구동부(90)는 상기 제어부(60)에서 인가되는 제어신호에 따라 솔레노이드 밸브의 구동력을 조정하는 신호(VFS-1)를 출력한다.
제1메모리(100)는 플래시 메모리로 운행중에 학습되는 데이터 및 운용 프로그램 데이터가 저장한다.
제2메모리부(110)는 SRAM으로 이루어지며, 하이브리드 전기자동차의 토크 제어장치 운용에 대한 제반적인 알고리즘과 맵 테이블 데이터가 설정된다.
진단장치(120)는 하이브리드 전기 자동차의 운행중에 검출되는 토크 제어장치의 이상 여부의 진단 정보를 저장하며, 외부에서 접속되는 진단 분석장치의 요구에 따라 저장된 진단정보를 출력한다.
전술한 바와 같은 기능을 포함하는 본 발명의 동작은 다음과 같이 수행된다.
이그니션이 온 접점을 유지하게 되면 제어부(60)는 제1인터페이스부(20)로부터 액티브 하이 신호로 검출되는 시프트 레버의 주행 변속단 레인지 선택신호와 제2인터페이스부(30)로부터 액티브 로우 신호로 검출되는 오버 드라이브 선택여부의 신호(O/D), 정속 주행 선택여부에 대한 신호, 브레이크 구동 여부에 대한 신호 및 제3인터페이스부(40)로부터 주파수 신호로 검출되는 스로틀 밸브의 개도율에 대한 정보(TPS), 현재의 차속에 대한 정보(VSS), 엔진 회전 속도에 대한 정보(NE), 엔진 토크에 대한 정보 및 터빈 속도에 대한 정보(NT) 등을 설정된 알고리즘을 통한 분석과 기준 맵 데이터 및 학습된 맵 데이터에 따라 목표 변속단의 변속 동기를 위한 제어 신호를 제1,제2구동부(80)(90)측에 출력한다.
이때, 제1구동부(80)는 제어부(60)의 제어신호에 따라 목표 변속단의 동기 계합을 위해 솔레노이드 밸브(SV_1 ~ SV_4)의 구동을 드라이브하여 계합 요소 및 마찰 요소에 라인압을 형성시키고, 제2구동부(90)는 제어신호에 따라 제1구동부 (80)에 의해 라인압이 형성된 계합요소 및 마찰요소에 듀티압을 드라이브한다.
또한, 제1구동부(80)는 목표 변속단의 동기 드라이브시 엔진제어장치(ECU)측에 토크 저감요구 신호를 출력하여 변속 동기시 쇼크의 발생이 최소화되도록 하고, 각종 기능 선택에 대한 램프의 점등 여부를 드라이브한다.
상기와 같이 검출되는 제반정보의 분석으로 변속 제어가 수행되는 상태에서 자기 진단되는 정보는 진단장치(120)에 기록되며, 학습되는 정보는 플래시 메모리로 이루어지는 제1메모리(100)에 학습되어 저장된다.
또한, 상기와 같이 제어되는 제반적인 정보는 통신부(70)에 의해 K-라인 통신방식으로 상위 제어장치 및 주변 제어장치에 전송되며, 주변 제어장치 및 상위 제어장치로부터 수신되는 신호는 제어부(60)의 제어 동작에 반영되어 진다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 하이브리드 전기자동차에서 변속기를 제어하는 TCU와 그 주변 입출력장치를 하나의 단일 모듈로 구성하여 타 제어 시스템과 편리하게 접속될 수 있어 시스템의 설계 변경에 쉽게 대응할 수 있으며, 입력 인터페이스를 액티브 하이 신호 방식과 액티브 로우 신호 방식으로 하여 불필요한 역전압 및 외부 전류의 유입을 구조적으로 방지하여 시스템의 안정성을 제공한다.

Claims (5)

  1. 배터리부터 공급되는 전원과 이그니션 키 접점을 통해 공급되는 전원을 소정의 전압으로 처리하여 각 부하측에 동작 전원과 백원 전원으로 공급하는 전원부와;
    시프트 레버의 주행모드 선택신호를 액티브 하이 신호로 인터페이스하는 제1인터페이스부와;
    운전자의 주행 선택신호를 액티브 로우 신호로 인터페이스하는 제2인터페이스부와;
    차량의 상태정보를 주파수로 인터페이스하는 제3인터페이스부와;
    이그니션 온에 대한 신호와 변속기 오일의 온도 정보를 아날로그 신호로 인터페이스하는 제4인터페이스부와;
    상기 인터페이스되는 제반적인 정보를 설정된 알고리즘을 통해 분석한 다음 임의의 변속단 동기 계합 및 듀티 제어를 수행하는 제어부와;
    제너릭 스캔 툴 K-라인 통신으로 하이브리드 전기자동차에 구성되는 각 제어 시스템과의 제어 데이터를 송수신하는 통신부와;
    상기 제어부에서 인가되는 제어신호에 따라 목표 변속단 계합을 드라이브하는 제1구동부와;
    상기 제어부에서 인가되는 제어신호에 따라 듀티 제어를 드라이브하는 제2구동부 및;
    하이브리드 전기 자동차의 운행중에 검출되는 토크 제어장치의 이상 여부의진단 정보를 저장하는 진단장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기 자동차의 토크 제어장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1인터페이스부는 디지털 인터페이스로 시프트 레버의 D,R,2,L 레인지 선택신호를 전송하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기자동차의 토크 제어장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2인터페이스부는 디지털 인터페이스로 오버 드라이브의 선택 정보, 정속주행 선택 정보, 시프트 레버의 P,N 레인지 선택 정보, 브레이크 구동 정보를 전송하는 하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기 자동차의 토크 제어장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제3인터페이스부는 주파수 인터페이스로 스로틀 밸브의 개도율에 대한 정보(TPS), 차속에 대한 정보(VSS), 엔진 회전속도에 대한 정보(NE), 엔진 토크에 대한 정보, 터빈 속도에 대한 정보(NT)를 전송하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기 자동차의 토크 제어장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1구동부는 제어부의 신호에 따라 목표 변속단 계합 동기시 변속 쇼크저감을 위해 엔진 제어장치에 토크 저감 요구신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기 자동차의 토크 제어장치.
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