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KR102278348B1 - 차량 및 그 제어 방법 - Google Patents

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KR102278348B1
KR102278348B1 KR1020170082254A KR20170082254A KR102278348B1 KR 102278348 B1 KR102278348 B1 KR 102278348B1 KR 1020170082254 A KR1020170082254 A KR 1020170082254A KR 20170082254 A KR20170082254 A KR 20170082254A KR 102278348 B1 KR102278348 B1 KR 102278348B1
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vehicle
motor
rotation speed
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김용현
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현대자동차주식회사
기아 주식회사
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Abstract

본 발명의 차량은 차륜에 연결되고 전기적 동력을 발생시키는 모터; 모터의 회전 속도를 검출하는 제1회전 속도 검출부; 기계적 동력을 발생시키는 엔진; 엔진의 회전 속도를 검출하는 제2회전 속도 검출부; 엔진과 모터 사이에 마련되고 엔진과 모터 사이를 오픈 또는 클로즈시키는 클러치; 및 클러치의 고장을 진단하고, 클러치가 고장 상태이면 클러치의 오픈 명령과 엔진의 구동 오프 명령을 출력하고, 검출된 모터의 회전속도와 검출된 엔진의 회전속도에 기초하여 클러치가 오픈에 성공하였는지 판단하고, 클러치가 오픈에 성공하였다고 판단되면 시리즈 주행을 제어하고, 클러치가 오픈에 실패하였다고 판단되면 차속 제한 주행을 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

차량 및 그 제어 방법{Vehicle and method for controlling the same}
본 발명은 고장 시에도 안전하게 주행하기 위한 차량 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
차량은 차륜을 구동시켜 도로를 위를 이동하는 기계이다.
이러한 차량은 휘발유, 경유와 같은 석유연료를 연소시켜 기계적인 동력을 발생시키고 이 기계적인 동력을 이용하여 주행하는 내연기관 차량(일반 엔진 차량)과, 연비 및 유해 가스 배출량을 줄이기 위해 전기를 동력으로 하여 주행하는 친환경 차량을 포함한다.
여기서 친환경 차량은 충전 가능한 전원부인 배터리와 모터를 포함하고 배터리에 축적된 전기로 모터를 회전시키고 모터의 회전을 이용하여 차륜을 구동시키는 전기 차량과, 엔진, 배터리 및 모터를 포함하고 엔진의 기계적인 동력과 모터의 전기적인 동력을 제어하여 주행하는 하이브리드 차량, 수소 연료 전지 차량을 포함한다.
하이브리드 차량은 모터의 동력만을 이용하는 EV(Electric Vehicle) 모드로 주행하거나, 엔진의 동력과 모터의 동력을 이용하는 HEV(Hybrid Electric Vehicle) 모드로 주행할 수 있으며, 제동 시나 관성에 의한 타력 운전(coasting) 시 제동 및 관성에너지를 모터의 발전동작을 통해 회수하여 배터리를 충전하는 회생 모드(Regenerative Braking)를 수행한다.
이와 같은 차량은 엔진과 모터를 이어주는 클러치의 고장 발생 시 클러치가 오픈(Open)되지 않아 차량 발진을 야기하는 문제가 있었다.
일 측면은 클러치의 온도와 부하량에 기초하여 클러치의 고장을 1차로 판단하고, 엔진의 회전 속도와 모터의 회전 속도에 기초하여 클러치의 고장을 2차로 판단하는 차량 및 그 제어 방법을 제공한다.
다른 측면은 클러치가 2차로 고장이라고 판단된 상태에서 클러치의 오픈에 성공하면 시리즈 모드로 주행하고 오픈 상태가 아니면 정차를 유도하는 차량 및 그 제어 방법을 제공한다.
또 다른 측면은 정자 유도 후 클러치의1차 고장의 원인이 해소되면 차속 제한 주행을 수행하고, 클러치의 1차 고장의 원인이 해소되지 않으면 공조 및 전장 부하의 동작만을 유지시키고, 주행 금지를 수행하는 차량 및 그 제어 방법을 제공한다.
일 측면에 따른 차량은 차륜에 연결되고 전기적 동력을 발생시키는 모터; 모터의 회전 속도를 검출하는 제1회전 속도 검출부; 기계적 동력을 발생시키는 엔진; 엔진의 회전 속도를 검출하는 제2회전 속도 검출부; 엔진과 모터 사이에 마련되고 엔진과 모터 사이를 오픈 또는 클로즈시키는 클러치; 및 클러치의 고장을 진단하고, 클러치가 고장 상태이면 클러치의 오픈 명령과 엔진의 구동 오프 명령을 출력하고, 검출된 모터의 회전속도와 검출된 엔진의 회전속도에 기초하여 클러치가 오픈에 성공하였는지 판단하고, 클러치가 오픈에 성공하였다고 판단되면 시리즈 주행을 제어하고, 클러치가 오픈에 실패하였다고 판단되면 차속 제한 주행을 제어하는 제어부를 포함한다.
일 측면에 따른 차량의 제어부는, 모터의 회전 속도가 기준 회전 속도 이상이고 엔진의 회전 속도가 영(0)이면 클러치가 오픈에 성공하였다고 판단하고, 모터의 회전 속도가 기준 회전 속도 미만이거나 엔진의 회전 속도가 영(0)이 아니면 엔진의 회전 속도가 영이 아니면 클러치가 오픈에 실패하였다고 판단하는 것을 포함한다.
일 측면에 따른 차량은 모터에 전력을 공급하는 배터리; 및 엔진을 시동시키고, 엔진의 구동에 의한 동력을 전달받아 배터리의 충전을 위한 전력을 생성하는 제너레이터를 더 포함하고, 제어부는 시리즈 주행 시, 엔진을 구동시켜 배터리가 충전되도록 하고, 모터를 구동시켜 차륜에 구동력이 전달되도록 하는 것을 포함한다.
일 측면에 따른 차량은 차속을 검출하는 속도 검출부를 더 포함하고, 제어부는 검출된 차속에 기초하여 주행 여부를 판단하고, 주행 중이라고 판단되면 클러치의 오픈 성공 여부를 판단하는 것을 포함한다.
일 측면에 따른 차량의 제어부는, 클러치의 오픈 명령을 출력한 시간으로부터 기준 시간이 경과하면 클러치의 오픈 성공 여부를 판단하는 것을 포함한다.
일 측면에 따른 차량의 제어부는 미리 저장된 클러치의 열모델을 이용하여 클러치의 온도를 예측하고 예측된 온도에 기초하여 클러치의 고장을 진단하는 것을 포함한다.
일 측면에 따른 차량의 제어부는 클러치가 오픈에 실패하였다고 판단되면 클러치의 고장을 재진단하고, 클러치의 고장이 해소되었다고 판단되면 차속 제한 주행을 제어하고, 클러치의 고장이 해소되지 않았다고 판단되면 주행 금지를 제어하는 것을 포함한다.
일 측면에 따른 차량의 제어부는, 클러치가 오픈에 실패하였다고 판단되면 정차 유도를 제어하는 것을 포함한다.
일 측면에 따른 차량은 정차 유도에 대응하는 정보 및 차속 제한 주행에 대응하는 정보를 표시하는 표시부를 더 포함한다.
다른 측면에 따른 차량은 기계적 동력을 발생시키는 엔진; 엔진의 회전 속도를 검출하는 회전 속도 검출부; 차륜에 연결되고 전기적 동력을 발생시키는 모터; 엔진과 모터 사이에 마련되고 엔진과 모터 사이를 오픈 또는 클로즈시키는 클러치; 클러치의 고장을 진단하고, 클러치가 고장 상태이면 클러치의 오픈 명령과 엔진의 구동 오프 명령을 출력하고, 주행 중 엔진의 회전 속도에 기초하여 클러치가 오픈에 성공하였는지 판단하고, 클러치가 오픈에 성공하였다고 판단되면 시리즈 주행을 제어하고, 클러치가 오픈에 실패하였다고 판단되면 차속 제한 주행을 제어하는 제어부를 포함한다.
다른 측면에 따른 차량의 제어부는, 엔진의 회전 속도가 영(0)이면 클러치가 오픈에 성공하였다고 판단하고 엔진의 회전 속도가 영(0)이 아니면 클러치가 오픈에 실패하였다고 판단하는 것을 포함한다.
다른 측면에 따른 차량은 모터에 전력을 공급하는 배터리; 및 엔진을 시동시키고, 엔진의 구동에 의한 동력을 전달받아 배터리의 충전을 위한 전력을 생성하는 제너레이터를 더 포함하고, 제어부는 시리즈 주행 제어 시 엔진을 구동시켜 배터리가 충전되도록 하고, 모터를 구동시켜 차륜에 구동력이 전달되도록 하며, 차속 제한 주행 제어 시 모터를 구동시켜 차륜에 구동력이 전달되도록 하는 것을 포함한다.
다른 측면에 따른 차량의 제어부는, 미리 저장된 클러치의 열모델을 이용하여 클러치의 온도를 예측하고 예측된 온도에 기초하여 클러치의 고장을 진단하는 것을 포함한다.
다른 측면에 따른 차량의 제어부는, 클러치가 오픈에 실패하였다고 판단되면 클러치의 고장을 재진단하고, 클러치의 고장이 해소되었다고 판단되면 차속 제한 주행을 제어하고, 클러치의 고장이 해소되지 않았다고 판단되면 주행 금지를 제어하는 것을 포함한다.
다른 측면에 따른 차량의 제어부는, 클러치가 오픈에 실패하였다고 판단되면 정차 유도를 제어하는 것을 포함한다.
다른 측면에 따른 차량은 정차 유도에 대응하는 정보 및 차속 제한 주행에 대응하는 정보를 표시하는 표시부를 더 포함한다.
또 다른 측면에 따른 차량의 제어 방법은 동력을 발생시키는 모터와 엔진, 엔진과 모터 사이를 오픈 또는 클로즈시키는 클러치를 포함하는 차량의 제어 방법에 있어서, 클러치의 온도에 기초하여 클러치의 고장을 진단하고, 클러치가 고장 상태이면 클러치의 오픈 명령과 엔진의 구동 오프 명령을 출력하고, 제1회전 속도검출부에 의해 검출된 모터의 회전속도와 제2회전 속도 검출부에 의해 검출된 엔진의 회전속도를 확인하고, 모터의 회전 속도가 기준 회전 속도 이상이고 엔진의 회전 속도가 영(0)이면 클러치가 오픈에 성공하였다고 판단하고, 모터의 회전 속도가 기준 회전 속도 미만이거나 엔진의 회전 속도가 영(0)이 아니면 엔진의 회전 속도가 영이 아니면 클러치가 오픈에 실패하였다고 판단하고, 클러치가 오픈에 성공하였다고 판단되면 시리즈 주행을 제어하고, 클러치가 오픈에 실패하였다고 판단되면 차속 제한 주행을 제어한다.
시리즈 주행을 제어하는 것은, 제너레이터를 동작시켜 엔진을 시동시키고, 엔진의 구동에 의해 배터리가 충전되도록 하고, 모터를 구동시켜 차륜에 구동력이 전달되도록 하는 것을 포함한다.
또 다른 측면에 따른 차량의 제어 방법은 차속을 검출하고, 검출된 차속에 기초하여 주행 여부를 판단하고, 주행 중이라고 판단되면 클러치의 오픈 성공 여부를 판단하는 것을 더 포함한다.
차속 제한 주행을 제어하는 것은, 모터를 구동시켜 차륜에 구동력이 전달되도록 하고, 검출된 차속이 미리 설정된 차속이면 모터의 토크 출력을 금지 제어하는 것을 포함한다.
또 다른 측면에 따른 차량의 제어 방법은 모터의 회전 속도가 기준 회전 속도 이상이고 엔진의 회전 속도가 영(0)이면 클러치의 오픈 명령을 출력한 시간으로부터 기준 시간이 경과하였는지 판단하고, 기준 시간이 경과하였다고 판단되면 클러치의 오픈에 성공 여부를 판단하는 것을 더 포함한다.
또 다른 측면에 따른 차량의 제어 방법은 클러치가 오픈에 실패하였다고 판단되면 클러치의 온도에 기초하여 클러치의 고장을 재진단하고, 클러치의 고장이 해소되었다고 판단되면 차속 제한 주행을 제어하고, 클러치의 고장이 해소되지 않았다고 판단되면 주행 금지를 제어하는 것을 더 포함한다.
또 다른 측면에 따른 차량의 제어 방법은 클러치가 오픈에 실패하였다고 판단되면 정차 유도를 제어하고, 정차 유도에 대응하는 정보 및 차속 제한 주행에 대응하는 정보를 표시하는 것을 더 포함한다.
본 발명은 하이브리드 차량이 HEV 모드에서 EV 모드로 전환할 때 클러치의 고장이 발생하여도 시리즈 모드로 전환할 수 있고 이로 인해 발진없이 안전하게 주행할 수 있다.
본 발명은 엔진의 회전 속도와 모터의 회전 속도에 기초하여 클러치의 물리적인 슬립상태 또는 고장 상태를 정확하게 판단할 수 있고, 정확한 판단에 따라 차량에 안정적으로 동력을 공급하면서 시리즈 모드로 주행할 수 있다.
본 발명은 클러치 고장으로 판단 시 클러치의 오픈(Open)이 불가하다고 판단되면 가속 토크 출력을 금지하고 정차를 유도함으로써 발진에 따른 사고를 방지할 수 있다.
또한 본 발명은 클러치의 1차 고장의 원인이 해소되면 차속을 제한함으로써 일정시간 주행이 가능하도록 할 수 있고 클러치의 빈번한 과온 재발을 방지할 수 있으며, 1차 고장의 원인이 해소되지 않으면 주행만을 금지시키고 공조 및 전장 부하의 동작은 유지시킴으로써 사용자의 안전성은 높이면서 사용자의 불편함을 최소화할 수 있다.
이러한 본 발명은 차량의 품질 및 상품성을 향상시킬 수 있고 나아가 사용자의 만족도를 높일 수 있으며 제품의 경쟁력을 확보할 수 있다.
도 1은 실시 예에 따른 차량의 차체의 외장 예시도이다.
도 2는 실시 예에 따른 차량의 차체의 내장 예시도이다.
도 3은 실시 예에 따른 차량의 차대의 예시도이다.
도 4는 실시 예에 따른 차량의 제어 구성도이다.
도 5는 도 4에 도시된 제어부의 상세 구성도이다.
도 6은 실시 예에 따른 차량의 제어 순서도이다.
도 7 및 도 8은 실시 예에 따른 차량의 주행 모드 예시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 실시 예에 따른 차량의 차체의 외장 예시도이고, 도 2는 실시 예에 따른 차량의 차체의 내장 예시도이며, 도 3은 실시 예에 따른 차량의 차대의 예시도이다.
실시 예의 차량(100)은 엔진, 배터리 및 모터를 포함하고 엔진의 기계적인 동력과 모터의 전기적인 동력을 제어하여 주행하는 하이브리드 차량일 수 있다.
차량(100)은 외장(110)과 내장(120)을 갖는 차체(Body)와, 차체를 제외한 나머지 부분으로 주행에 필요한 기계 장치가 설치되는 차대(Chassis, 140)를 포함한다.
도 1 에 도시된 바와 같이 차체의 외장(110)은 프론트 패널(111), 본네트(112), 루프 패널(113), 리어 패널(114), 전후좌우의 도어(115), 전후좌우의 도어(115)에 개폐 가능하게 마련된 윈도우 글래스(116)를 포함한다.
그리고 차체의 외장은 전후좌우 도어의 윈도우 글래스 사이의 경계에 마련된 필러와, 운전자에게 차랑(100) 후방의 시야를 제공하는 사이드 미러와, 전방시야를 주시하면서 주변의 정보를 쉽게 볼 수 있도록 하고 다른 차량과 보행자에 대한 신호, 커뮤니케이션의 기능을 수행하는 램프(117)를 포함한다.
램프(117)는 차량의 외장의 전면과 후면에 마련될 수 있고, 원거리, 근거리, 후방을 조명하는 조명용 램프와, 제동, 선회방향, 비상상황을 알리는 신호용 램프와, 차폭, 차체 높이, 번호판 조명, 주차 중임을 표시하는 표시용 램프를 포함할 수 있다.
차량의 외장의 전면에 마련된 램프는, 하이빔 램프와 로우 빔 램프를 갖는 헤드 램프, 포그 램프, 사이드 램프, 방향 지시 램프, 비상 램프를 포함한다.
차량의 외장의 후면에 마련된 램프는, 차량의 폭의 경계를 표시하는 사이드 램프, 방향 지시 램프, 테일 램프(미등), 제동 램프, 백업 램프, 비상 램프, 번호판 램프를 포함할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 차체의 내장(120)은 탑승자가 앉는 시트(121)와, 대시 보드(122)와, 대시 보드 상에 배치되고 타코미터, 속도계, 냉각수 온도계, 연료계, 방향전환 지시등, 상향등 표시등, 경고등, 안전벨트 경고등, 주행 거리계, 주행 기록계, 변속 레버 표시등, 도어 열림 경고등, 엔진 오일 경고등, 연료부족 경고등이 배치된 계기판(즉 클러스터, 123)과, 공기조화기의 송풍구와 조절판이 배치된 센터 페시아(124)와, 센터 페시아(124)에 마련되고 오디오 기기와 공기 조화기의 동작 명령을 입력받는 헤드유닛(125)과, 센터 페시아(124)에 마련되고 시동 명령을 입력받는 시동부(126)를 포함한다.
차량(100)은 센터페시아(124)에 마련되고 조작 위치를 입력받는 변속 레버와, 변속 레버의 주변 또는 헤드 유닛(125)에 위치하고 전자식 주차 브레이크 장치(미도시)의 동작 명령을 입력받는 주차 버튼(EPB 버튼)을 더 포함한다.
차랑(100)은 각종 기능의 동작 명령을 입력받기 위한 입력부(127)를 더 포함할 수 있다.
입력부(127)는 헤드 유닛(125) 및 센터페시아(124)에 마련될 수 있고, 각종 기능의 동작 온 오프 버튼, 각종 기능의 설정값을 변경하기 위한 버튼 등과 같은 적어도 하나의 물리적인 버튼을 포함할 수 있다.
입력부(127)는 사용자 인터페이스(130)의 표시부에 표시된 커서의 이동 명령 및 선택 명령 등을 입력하기 위한 조그 다이얼(미도시) 또는 터치 패드(미도시)를 더 포함하는 것도 가능하다.
여기서 조그 다이얼 또는 터치 패드는 센터페시아 등에 마련될 수 있다.
차랑(100)은 헤드 유닛(125)에 마련되고, 차량에서 수행 중인 기능에 대한 정보 및 사용자에 의해 입력된 정보를 표시하는 표시부(128)를 더 포함할 수 있다.
차량은 사용자의 사용 편의를 위한 사용자 인터페이스(130)를 더 포함한다.
사용자 인터페이스(130)는 대시 보드 상에 매립식 또는 거치식으로 설치될 수 있다.
사용자 인터페이스(130)는 표시부로 디스플레이 패널을 포함할 수 있고, 입력부로 터치 패널을 더 포함할 수 있다.
즉 사용자 인터페이스(130)는 디스플레이 패널만을 포함할 수 있고, 디스플레이 패널에 터치 패널이 일체화된 터치 스크린을 포함할 수도 있다.
사용자 인터페이스(130)는 디스플레이 패널만으로 구현된 경우, 센터페시아에 마련된 입력부(127)를 이용하여 디스플레이 패널에 표시된 버튼을 선택받을 수 있다.
사용자 인터페이스(130)는 터치 스크린으로 구현된 경우, 터치 패널을 통해 사용자의 동작 명령을 직접 입력받을 수 있다.
사용자 인터페이스(130)는 오디오 기능, 비디오 기능, 내비게이션 기능, 방송 기능(DMB 기능), 라디오 기능을 수행하고, 크루즈 주행 모드 시 내비게이션 영상 및 도로 모델링 영상을 표시하는 것도 가능하다.
이러한 사용자 인터페이스(130)는 수행 중인 기능에 대한 정보 및 사용자에 의해 입력된 정보를 표시하는 것도 가능하다.
차량의 차대(140)는 차체(110, 120)를 지지하는 틀로, 전후좌우에 각 배치된 차륜(141)과, 전후좌우의 차륜(141)에 구동력을 인가하기 위한 동력 장치(142-147), 조향 장치, 전후좌우의 차륜(141)에 제동력을 인가하기 위한 제동 장치 및 현가 장치가 마련될 수 있다.
동력 장치는 차량의 주행에 필요한 구동력을 발생시키고 발생된 구동력을 조절하는 장치이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 동력 장치는 엔진(142), 연료장치(미도시), 냉각 장치(미도시), 급유 장치(미도시), 배터리(143), 모터(144), 제너레이터(145) 및 인버터(146), 클러치(147), 자동 변속기(148) 및 차축을 포함할 수 있고, 클러치(147)를 구동시키기 위한 액추에이터(149)를 더 포함할 수 있다.
엔진(142)은 휘발유, 경유와 같은 석유연료를 연소시켜 기계적인 동력을 발생시키고 발생된 동력을 클러치(147)에 전달한다.
배터리(143)는 고압의 전류의 전력을 생성하고 생성된 전력을 모터(144), 제너레이터(145) 및 차량 내 각종 전기 장치에 공급한다.
이러한 배터리(143)는 제너레이터(145)에서 공급된 전력을 공급받아 충전을 수행한다.
모터(144)는 배터리(143)의 전기 에너지를 이용하여 회전력을 발생시키고 발생된 회전력을 차륜에 전달하여 차륜이 구동되도록 한다.
모터(144)는 클러치(147)에 의해 엔진(142)과 연결되면 엔진(142)의 회전력을 함께 차륜에 전달한다. 이러한 모터(144)는 종래의 토크 컨버터의 기능을 수행하면서 클러치 클로즈 시의 충격을 흡수하는 기능을 수행하는 것도 가능하다.
또한 모터(144)는 배터리(143)의 전기 에너지를 차량에 마련된 각종 전기 장치를 동작시키기 위한 역학적 에너지로 전환한다.
모터(144)는 제동, 감속 또는 저속 주행에 의한 에너지 회생 조건에서 발전기로 동작하여 배터리(143)가 충전되도록 하는 것도 가능하다.
제너레이터(HSG: Hybrid Starter Generator, 145)는 시동 발전기로, 엔진(142)의 크랭크 축에 연결될 수 있고, 엔진(142)의 크랭크 축과 연동되어 엔진(142)을 시동할 때 시동 모터로 동작하고, 차륜이 엔진(142)에 의해 구동되지 않을 때 엔진(142)에 의해 발전기로 동작하여 배터리(143)가 충전되도록 한다.
즉 제너레이터(145)는 엔진(142)을 통해 전달되는 동력에 의해 발전기로 동작하여 배터리(143)가 충전되도록 한다.
아울러 차량은, 주차장 또는 충전소에 배치된 충전기로부터 전력을 공급받고 공급된 전력을 이용하여 배터리(143)를 충전하는 것도 가능하다.
차량의 동력 장치는 제너레이터(145)에서 발생된 전력을 배터리(143)의 충전 가능한 전력으로 변환하고 배터리(143)의 전력을 제너레이터(145)의 구동 전력으로 변환하는 전력 변환기(미도시)를 더 포함할 수 있다. 이러한 전력 변환기는 컨버터를 포함할 수 있다.
전력 변환기는 제너레이터(145)와 배터리(143) 사이에서 전류의 방향과 출력을 변경하는 기능을 수행하는 것도 가능하다.
인버터(146)는 배터리(143)의 전력을 모터(144)의 구동 전력으로 변환한다.
인버터(146)는 모터(144)의 구동 전력 출력 시, 사용자 명령에 의한 목표 차속에 기초하여 모터(144)의 구동 전력을 출력한다. 여기서 모터(144)의 구동 전력은 목표 차속에 대응하는 전류를 출력하기 위한 스위칭 신호 및 목표 차속에 대응하는 전압을 출력하기 위한 스위칭 신호일 수 있다.
즉 인버터(146)는 복수 개의 스위칭 소자를 포함할 수 있다.
클러치(147)는 엔진(142)과 모터(144) 사이에 배치될 수 있다.
이러한 클러치(147)는 엔진(142)과 모터(144)를 이용하여 차륜의 구동력을 발생시킬 때 폐쇄(Close 또는 Lock)될 수 있고, 모터(144)만을 이용하여 차륜의 구동력을 발생시킬 때 액추에이터(HCA: Hydraulic Clutch Actuator)의 구동에 의해 생성된 유압에 의해 스프링(미도시)이 밀리면서 개방(Open)될 수 있다.
즉 클러치(147)는 차량의 주행 모드에 따라 오픈 상태 또는 클로즈 상태가 결정된다.
좀 더 구체적으로 클러치(147)는 모터(144)를 이용하여 감속 주행이나 저속 주행을 할 때 개방(Open)될 수 있고 제동을 수행할 때에도 개방(Open)될 수 있으며, 등판(Climbing) 주행, 가속 주행 및 일정 속도 이상의 정속 주행을 수행할 때 폐쇄(Close)될 수 있다.
이러한 클러치(147)는 차량의 전원이 오프(OFF)될 때 엔진(142)과 모터(144)가 연결되도록 하는 노멀 클로즈 타입(Normal Close)의 클러치일 수 있다.
또한 클러치(147)는 건식(Dry) 타입의 클러치일 수 있다.
자동 변속기(AT: Automatic Transmission, 148)는 엔진(142)과 모터(144)의 회전 운동을 차륜(141)에 전달하거나, 모터(144)의 회전 운동을 차륜(141)에 전달한다.
자동 변속기(148)는 차속에 기초하여 기어가 자동으로 조작되도록 자동으로 최적의 토크 변환을 수행한다.
차량은 자동 변속기(148)와 차륜(141) 사이에 마련된 차동 장치(미도시)를 더 포함할 수 있고, 차동 장치는 자동 변속기(148)의 변속비를 조절하여 좌우 차륜의 구동력을 각각 발생시키고 발생된 구동력을 좌우 차륜에 각각 전달한다.
본 실시 예의 차량의 동력 장치는, 차량의 차축에 엔진(142)과 모터(144)가 함께 연결되어 엔진(142)과 모터(144)가 동시에 차량을 구동시킬 수 있는 병렬 구조를 이룬다.
이러한 차량은 모터(144)로만 주행(EV모드 또는 시리즈 모드)할 때는 클러치(147)를 오픈시켜 모터(144)와 엔진(142)이 기계적으로 연결되지 않도록 하여 모터(144)의 회전이 바로 자동 변속기(148)에 전달되도록 한다. 이 때 엔진(142)은 구동 오프일 수 있고 배터리 충전 시에는 구동 온 상태가 될 수 있다.
또한 차량은 엔진(142)과 모터(144)가 함께 동작하여 주행(HEV모드)할 때는 클러치를 클로즈시켜 엔진(142)의 회전력이 모터(144)의 회전력과 더해진 후 자동 변속기(148)에 전달되도록 한다.
아울러 차량은 엔진(142)으로만 주행할 경우에도 엔진을 차축에 연결해야 하기 때문에 클러치(147)를 클로즈시켜 모터(144)와 함께 회전하도록 한다.
차량(100)은 주행 방향을 조절하기 위한 조향 장치의 스티어링 휠(151)과, 사용자의 제동 의지에 따라 사용자에 의해 가압되는 브레이크 페달(152)과, 사용자의 가속 의지에 따라 사용자에 의해 가압되는 엑셀러레이터 페달(153)을 포함할 수 있다(도 2 참조).
도 4는 실시 예에 따른 차량의 제어 구성도이고, 도 5는 도 4에 도시된 제어부의 상세 구성도이다.
차량(100)은 동력 장치를 제어하기 위한 동력 제어 장치(160)를 포함하고, 동력 제어 장치(160)는 고장 진단부(161), 차속 검출부(162), 제1회전속도 검출부(163), 제2회전속도 검출부(164), 제어부(165) 및 저장부(166)를 포함한다.
차량(100)은 동력 장치의 동작 정보를 출력하기 위한 표시부(128)와 사운드 출력부(129)를 더 포함할 수 있다.
고장 진단부(161)는 클러치(147)의 고장을 1차적으로 진단한다.
여기서 클러치의 고장은 클러치(147)의 오픈 또는 클러치의 클로즈가 불가한 상태를 포함한다.
고장 진단부(161)는 클러치(147)의 고장을 진단하기 위해 클러치(147)가 슬립 상태인지, 클러치(147)가 과열 상태인지를 판단한다.
이러한 고장 진단부(161)는 클러치(147)의 온도를 예측하고 예측된 온도가 기준 온도 이상이면 클러치가 과열 상태라고 판단하고, 판단된 과열 상태의 정보에 기초하여 클러치가 슬립 상태인지를 판단할 수 있다.
고장 진단부(161)는 클러치의 열모델을 이용하여 클러치의 온도를 예측하는 것도 가능하다.
고장 진단부(161)는 액추에이터(149)에 마련된 모터의 전류, 회전 속도 및 토크 중 적어도 하나를 검출하고 검출된 적어도 하나의 정보에 기초하여 클러치의 온도를 예측하는 것도 가능하다.
고장 진단부(161)는 온도 센서를 이용하여 클러치의 온도를 직접 검출하고 검출된 온도에 기초하여 클러치의 과열 상태를 판단하는 것도 가능하다.
차속 검출부(162)는 차량의 주행 속도를 검출한다.
이러한 차속 검출부(162)는 전후좌우 차륜에 각각 마련되어 각 차륜의 회전 속도를 검출하는 휠 속도 센서를 포함할 수 있고, 차량의 가속도를 검출하는 가속도 검출부를 포함할 수도 있다.
제1회전속도 검출부(163)는 모터(144)의 회전 속도를 검출한다.
제1회전속도 검출부(163)는 클러치(147)에 연결된 모터(144)의 회전 축(144a)에 마련될 수 있고, 모터의 회전 축(144a)의 회전 속도를 검출할 수 있다.
제2회전속도 검출부(164)는 엔진(142)의 회전 속도를 검출한다.
제2회전속도 검출부(164)는 클러치(147)에 연결된 엔진(142)의 출력 축(142a)에 마련될 수 있고, 엔진의 출력 축(142a)의 회전 속도를 검출할 수 있다.
제어부(165)는 사용자에 의해 액셀러레이터 페달(153)이 가압되거나, 브레이크 페달(152)이 가압되면 액셀러레이터 페달(153) 또는 브레이크 페달(152)의 가압 정보를 획득하고 획득된 가압 정보와 차속 검출부(162)에서 검출된 주행 속도(즉 차속)에 기초하여 차량의 목표 속도를 획득하고, 획득된 차량의 목표 속도에 기초하여 엔진(142)과 모터(144) 중 적어도 하나의 동작을 제어하여 엔진(142)과 모터(144) 중 적어도 하나에 의해 발생된 동력에 의해 차량이 주행하도록 한다.
제어부(165)는 차량의 목표 속도, 가속 주행 여부 및 등판 주행 여부에 기초하여 모터(144)의 동력만을 이용하여 주행하는 EV모드의 수행을 제어하거나, 모터(144)와 엔진(142)의 동력을 이용하여 주행하는 HEV 모드의 수행을 제어한다.
제어부(165)는 EV모드를 수행할 때 클러치(147)를 오픈 상태로 제어하고 목표 속도에 기초하여 모터(144)의 회전 속도를 제어한다.
제어부(165)는 HEV모드를 수행할 때 클러치(147)를 클로즈 상태로 제어하고 목표 속도에 기초하여 엔진(142)의 회전 속도와 모터(144)의 회전 속도를 제어한다.
제어부(165)는 EV모드와 HEV모드 사이의 주행 모드를 변경할 때 클러치의 고장을 확인한다.
즉 제어부(165)는 EV모드에서 HEV모드로 변경할 때 고장 진단부(161)의 진단 정보에 기초하여 클러치가 오픈 상태에서 클로즈 상태로 변경이 불가한지 확인하고, HEV모드에서 EV모드로 변경할 때 고장 진단부(161)의 진단 정보에 기초하여 클러치가 클로즈 상태에서 오픈 상태로 변경이 불가한지 확인한다.
제어부(165)는 클러치의 상태 변경이 불가한 클러치의 고장이라고 1차로 판단되면 클러치(147)에 오픈 명령을 출력하고, 엔진(142)의 구동을 오프 제어하며 클러치(147)의 고장을 2차로 진단한다.
즉 제어부(165)는 차속 검출부에서 검출된 차속, 제1회전속도 검출부에서 검출된 모터의 회전 속도 및 제2회전 속도 검출부에서 검출된 엔진의 회전 속도에 기초하여 클러치(147)의 고장을 2차로 진단한다.
클러치(147)의 고장을 2차로 진단하는 것은, 클러치 오픈 명령에 따라 클러치의 오픈이 성공하였는지, 실패하였는지 판단하는 것을 포함한다.
제어부(165)는 차속 검출부에서 검출된 차속이 기준 차속 이상이면 차량이 주행 상태라고 판단한다.
제어부(165)는 주행 중 검출된 모터의 회전 속도가 기준 회전 속도 이상이고, 엔진의 회전 속도가 0이면 진단 시간이 기준 시간 경과하였는지 판단하고 진단 시간이 기준 시간 경과하였다고 판단되면 클러치가 정상적으로 오픈되었다고 판단한다.
아울러 제어부(165)는 주행 중 차량의 목표 속도에 대응하는 모터의 목표 회전 속도를 확인하고, 확인된 목표 회전 속도에 대응하는 회전 속도 범위를 확인하고 검출된 회전 속도가 확인된 회전 속도 범위를 벗어나면 클러치가 오픈에 실패하였다고 판단하고 검출된 회전속도가 확인된 회전 속도 범위이면 클러치가 성공적으로 오픈되었다고 판단하는 것도 가능하다.
즉 제어부(165)는 검출된 모터의 회전 속도에 기초하여 자동 변속기로 출력되는 모터의 회전력이 클러치 오픈 성공으로 인한 모터만의 회전력인지, 클러치 오픈 실패로 인한 모터와 엔진과의 연동에 의한 회전력인지를 판단할 수 있다.
아울러 제어부(165)는 주행 중 검출된 엔진의 회전 속도가 0이면 클러치가 정상적으로 오픈되었다고 판단하는 것도 가능하다.
제어부(165)는 클러치의 고장으로 1차 진단된 상태에서 오픈에 성공하였다고 판단되면 제너레이터의 동작을 제어하여 엔진이 동작되도록 하고 엔진의 동작에 의해 제너레이터가 발전기의 기능을 수행하도록 함으로써 배터리가 충전되도록 하며, 목표 속도에 기초하여 인버터를 제어하여 모터가 동작되도록 함으로써 차량이 시리즈 모드로 주행하도록 한다.
제어부(165)는 클러치의 고장으로 1차 진단된 상태에서 오픈에 성공하였다고 판단되면 목표 속도에 기초하여 인버터를 제어하여 모터가 동작되도록 함으로써 차량이 시리즈 모드로 주행하도록 하고, 시리즈 모드로 주행 중 배터리의 충전량에 기초하여 제너레이터의 동작을 제어함으로써 엔진이 동작되도록 하고 엔진의 동작에 의해 제너레이터가 발전기로서의 기능을 수행하도록 함으로써 배터리가 충전되도록 하는 것도 가능하다.
차량은 배터리(143)의 충전량을 검출하고 검출된 충전량에 대응하는 충전량 정보를 출력하는 충전량 검출부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
충전량 검출부는 배터리의 전류를 검출하는 전류 검출부 및 배터리의 전압을 검출하는 전압 검출부 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
제어부(165)는 클러치의 고장으로 1차 진단된 상태에서 오픈에 실패하였다고 판단되면 가속 토크 출력을 금지 제어하고, 표시부(128)에 정차 유도 정보가 표시되도록 표시부(128)를 제어한다.
제어부(165)는 사운드 출력부(129)를 제어하여 사운드 출력부(129)를 통해 정차 유도 정보를 사운드로 출력하도록 하는 것도 가능하다.
제어부(165)는 클러치의 고장으로 1차 진단된 상태에서 클러치의 오픈에 실패하였다고 판단되면 클러치의 고장 원인이 해소되었는지 판단하고, 클러치의 고장 원인이 해소되었다고 판단되면 미리 설정된 제한 속도 이상으로 주행할 수 없도록 차속 제한 주행을 제어하고, 표시부를 제어하여 차속 제한 정보를 표시하도록 한다.
제어부(165)는 클러치의 고장 원인이 해소되지 않았다고 판단되면 주행 금지 또는 주행 대기 제어를 수행하고, 주행 금지 및 주행 대기에 대한 정보의 출력을 제어한다. 이때 제어부(165)는 배터리의 출력을 제어함으로써 공기 조화기, 사용자 인터페이스 및 오디오 등과 같은 전기 장치의 동작이 유지되도록 제어할 수 있다.
제어부(165)는 클러치의 온도를 확인하고 확인된 온도에 기초하여 클러치의 고장 원인이 해소되었는지 판단한다.
제어부(165)는 차량 내 구성부들의 동작을 제어하기 위한 알고리즘 또는 알고리즘을 재현한 프로그램에 대한 데이터를 저장하는 메모리(미도시), 및 메모리에 저장된 데이터를 이용하여 전술한 동작을 수행하는 프로세서(미도시)로 구현될 수 있다. 이때, 메모리와 프로세서는 각각 별개의 칩으로 구현될 수 있다. 또는, 메모리와 프로세서는 단일 칩으로 구현될 수도 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 제어부(155)는, 제너레이터(145)와 엔진(142)의 동작을 제어하는 제1제어부(ECU: Engine Control Unit, 155a)와, 메인 제어부의 제어 신호에 기초하여 인버터(146))의 동작을 제어함으로써 모터(144)가 회전하도록 하고 제동이나 감속 시 회생 제동이 수행되도록 하는 제2제어부(MCU: Motor Control Unit, 155b)와, 액추에이터(149))의 동작을 제어하여 클러치(147)가 오픈 상태 또는 클로즈 상태가 되도록 하는 제3제어부(LCU: Local Control Unit, 155c)와, 차량의 목표 속도에 기초하여 엔진과 모터에 토크를 분배하고 분배된 토크에 기초하여 제1, 2, 3, 제어부에 제어 신호를 출력하고 배터리(143)를 모니터링하는 메인 제어부(HCU: HEV Control Unit, 155d)를 포함할 수 있다.
제1제어부(155a)는 메인 제어부의 제어 신호에 기초하여 제너레이터(145)의 동작을 제어함으로써 엔진이 시동되도록 하고, 메인 제어부의 제어 신호에 기초하여 엔진의 구동을 제어한다.
이러한 엔진(142)은 클러치(147)가 클로즈 상태이면 발생된 동력을 차륜(141)에 전달하고, 클러치(147)가 오픈 상태이면 발생된 동력을 제너레이터(145)에 전달한다.
제너레이터(145)는 제1제어부의 제어 신호에 기초하여 엔진을 시동시키거나, 엔진의 동력에 의해 발전기로서의 기능을 수행하면서 배터리를 충전한다.
제2제어부(155b)는 메인 제어부의 제어 신호에 기초하여 인버터(146)의 스위칭을 제어한다.
제2제어부(155b)는 인버터(146)의 출력 신호에 기초하여 모터의 회전 속도를 예측하는 것도 가능하고, 메인 제어부에서 전송된 차량의 목표 속도에 기초하여 모터의 회전 속도를 예측하는 것도 가능하다.
인버터(146)는 제2제어부의 제어신호에 기초하여 배터리에서 공급되는 직류의 전력을 3상 교류의 전력으로 변환시키고 변환된 교류의 전력을 모터(144)에 인가한다.
제3제어부(155c)는 메인 제어부의 제어 신호에 기초하여 액추에이터(149) 내의 모터(미도시)의 동작을 제어한다.
제3제어부(155c)는 클러치의 고장을 진단하기 위한 고장 진단부(161)를 포함할 수 있다.
액추에이터(HCA, 149)는 내부에 마련된 모터의 구동을 통해 오일을 클러치로 이동시킴으로써 클러치(147) 내에 유압이 생성되도록 한다.
이때 클러치(147)는 내부에 생성된 유압에 의해 클러치 내의 스프링(미도시)이 밀리면서 오픈(Open)될 수 있다.
메인 제어부(155d)는 네트워크를 통해 인가되는 제어신호에 따라 액추에이터(149)를 제어하여 클러치의 클로즈를 제어하고, 클러치(147)에 공급되는 유체의 압력을 제어하여 클러치(147)의 오픈 및 클로즈를 실행시켜 EV모드 및 HEV모드의 주행이 수행될 수 있도록 한다.
메인 제어부(155d)는 배터리의 전압, 전류 중 적어도 하나의 정보에 기초하여 배터리의 충전량을 획득하는 것도 가능하다.
메인 제어부(155d)는 배터리의 동작 영역 내에서 각 셀들의 전류, 전압, 온도 등을 검출하여 충전상태(SOC)를 관리하며, 배터리의 충방전 전압을 제어하여 한계전압 이하로 과방전되거나 한계전압 이상으로 과충되어 수명이 단축되는 것을 방지한다.
메인 제어부(155d)는 클러치가 정상 상태일 때 EV모드로 주행되는 상태에서 목표 속도와 배터리의 충전상태(State Of Change, SOC) 등에 의해 HEV모드로의 전환이 요구되면 제3 제어부를 통해 엔진(142)과 모터(144)의 사이에 장착되는 클러치를 클로즈시켜 HEV모드로 주행될 수 있도록 한다.
제1, 2, 3, 제어부(155a, 155b, 155c)와 메인 제어부(155d)를 패키지화하여 통합 제어 유닛으로 구현하는 것도 가능하다.
이러한 제어부(155)는 차량의 주행을 제어하는 전자 제어 유닛(ECU)일 수 있고, 마이컴, CPU, 프로세서 중 어느 하나일 수 있다.
저장부(166)는 기준 차속, 모터의 기준 회전속도 및 기준 시간을 저장한다.
저장부(166)는 클러치의 열 모델을 저장한다.
저장부(166)는 캐쉬, ROM(Read Only Memory), PROM(Programmable ROM), EPROM(Erasable Programmable ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable ROM) 및 플래쉬 메모리(Flash memory)와 같은 비휘발성 메모리 소자 또는 RAM(Random Access Memory)과 같은 휘발성 메모리 소자 또는 하드디스크 드라이브(HDD, Hard Disk Drive), CD-ROM과 같은 저장 매체 중 적어도 하나로 구현될 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.
저장부(166)는 제어부(165)와 관련하여 전술한 프로세서와 별개의 칩으로 구현된 메모리일 수 있고, 프로세서와 단일 칩으로 구현될 수도 있다.
표시부(128)는 모터(144)의 동력만을 이용하는 EV(Electric Vehicle) 모드, 엔진(142)의 동력과 모터(144)의 동력을 이용하는 HEV(Hybrid Electric Vehicle) 모드를 표시할 수 있다.
표시부(128)는 클러치의 고장을 표시하고, 시리즈 모드, 정차 유도 정보, 차속 제한 정보, 주행 금지 정보를 표시하는 것도 가능하다.
아울러 표시부(128)는 헤드 유닛(125)에 마련된 표시부일 수도 있고, 클러스터(123)에 마련된 표시부(미도시)일 수도 있으며, 사용자 인터페이스에 마련된 표시부일 수도 있다.
표시부는 차량의 내장에 별도로 마련된 램프일 수도 있다.
사운드 출력부(129)는 주해 모드에 대응하는 정보를 사운드로 출력하고, 클러치 고장에 대응하는 정보를 사운드로 출력한다.
사운드 출력부(129)는 주행 모드의 변경 정보, 정차 유도 정보, 차속 제한 정보, 주행 금지 정보를 각각의 사운드로 출력하는 것도 가능하다.
이러한 사운드 출력부(129)는 차량에 마련된 스피커일 수 있고, 사용자 인터페이스(130)에 마련된 스피커일 수도 있다.
도 6은 실시 예에 따른 차량의 제어 구성도로, 도 7 및 도 8을 참조하여 설명한다.
차량은 시동부(126)의 버튼이 온되면 배터리(143)의 전력을 이용하여 모터(144)를 구동시키고 차량에 마련된 각종 전기 장치에 배터리의 전력을 공급한다.
아울러, 차량은 겨울철(즉, 실외 온도가 설정 온도 미만일 때)이나 배터리(143)의 충전량이 기준 충전량 미만이면 제너레이터(145)를 동작시켜 엔진(142)을 통해 시동이 걸리도록 한다.
차량은 엑셀러레이터 페달(153)과 브레이크 페달(152)의 가압에 대응하는 차량의 목표 속도를 획득하고 획득된 목표 속도에 기초하여 클러치(147), 엔진(142) 및 모터(144) 중 적어도 하나의 동작을 제어하고 엔진과 모터 중 적어도 하나의 동력을 통해 주행한다.
좀 더 구체적으로, 차량은 목표 속도가 일정 속도 이상(즉, 고속 주행)일 때, 가속 및 등판 주행을 수행할 때 HEV 모드로 주행하고, 목표 속도가 일정 속도 미만(즉, 저속 주행)일 때 EV 모드로 주행하며, 브레이크 페달(152)의 가압에 의한 감속 주행이나 제동 명령이 입력되면 회생 제동을 수행한다.
도 7에 도시된 바와 같이, HEV모드는 클러치(147)를 클로즈 상태로 제어하고, 엔진(42)과 모터(144)의 동력을 이용하여 차륜(141)을 구동시켜 주행하는 모드이고, EV모드는 클러치(147)를 오픈 상태로 제어하고, 모터(144)의 동력만을 이용하여 차륜(141)을 구동시켜 주행하는 모드이다.
그리고 차량은 브레이크 페달(152)이 가압되면 마스터 실린더(미도시)의 유압이 압력센서에 의해 검출되고 검출된 압력을 기준으로 목표 제동력을 산출하며 목표 제동력의 일부의 제동력에 대응하는 회전력을 확인하고 확인된 회전력에 기초하여 회생제동을 수행할 수 있다.
즉 목표 제동력은 회생제동과 제동장치에 의해 발생될 수 있다. 이때 모터(144)는 발전기로서의 기능을 수행하고 이로 인해 배터리(143)가 충전될 수 있다.
그리고 차량은 주행 정지 시 모터와 엔진의 동작을 정지시킨다.
차량은 목표 속도, 가속 주행 여부 및 등판 주행 여부에 기초하여 HEV모드와 EV모드 간의 전환을 수행한다.
좀 더 구체적으로, 차량의 메인 제어부는 HEV모드로 주행하다가 EV 모드로 전환하게 되면 제3제어부로 EV 모드로 전환 신호를 전달한다. 이때 제3제어부는 차량의 주행모드가 EV 모드로 전환됨에 따라, 모터(144)의 동력을 이용하여 주행하기 위하여 클러치(147)를 오픈 상태로 제어함으로써 클러치(147)와 엔진(142)과의 결합이 해제되도록 한다.
이러한 과정을 수행하기 위하여 제3제어부는 액추에이터(149)에 마련된 모터(미도시)에 제1방향으로의 회전 명령을 전송하고, 이때 액추에이터(149)의 모터가 회전함에 따라 모터의 구동축에 연결된 스크류도 함께 회전하게 되고, 스크류가 회전함에 따라 액추에이터 내에 마련된 피스톤을 밀어내는 방향으로 힘이 작용하여 액츄에이터의 실린더 내의 오일을 가압한다.
그 다음으로, 액추에이터의 피스톤이 전진함에 따라 마스터 실린더 내의 오일에 압력이 가해지고 이에 따라 마스터 실린더 내의 오일은 관로를 따라서 클러치 내에 마련된 릴리즈 포크를 가압하게 되어 클러치(147)가 엔진(142)으로부터 오픈되고 차량의 모터(144)만이 동작하게 됨으로써 주행모드가 EV 모드로 전환되게 된다.
차량의 메인 제어부는 EV모드로 주행하다가 HEV 모드로 전환하게 되면 제3제어부로 HEV 모드로 전환 신호를 전달한다.
이때 제3제어부는 차량의 주행모드가 HEV 모드로 전환됨에 따라, 엔진()42)과 모터(144)의 동력을 이용하여 주행하기 위하여 클러치(147)를 클로즈 상태로 제어함으로써 클러치(147)와 엔진(142)이 결합되도록 한다.
제3제어부는 액추에이터의 모터에 제2방향으로의 회전 명령을 전송하고, 모터가 제2방향으로 회전함에 따라 피스톤이 후퇴되도록 한다.
피스톤이 후퇴됨에 따라 마스터 실린더 내의 압력도 감압되며 마스터 실린더의 압력이 내려감에 따라 오일은 관로를 따라서 다시 마스터 실린더 쪽으로 이동하게 되고 그 결과 릴리즈 포크에 가압되는 압력이 해제되고 클러치(147)가 다시 엔진(142)에 연결되게 되어 HEV 모드로 전환되게 되는 것이다.
차량은 HEV모드와 EV모드 간의 전환을 수행할 때, 클러치의 고장을 1차적으로 진단한다.
좀 더 구체적으로, 차량은 EV모드에서 HEV모드로 변경할 때 클러치가 오픈 상태에서 클로즈 상태로 변경이 불가한지 확인하고, HEV모드에서 EV모드로 변경할 때 클러치가 클로즈 상태에서 오픈 상태로 변경이 불가한지 확인한다.
아울러 오픈 상태에서 클로즈 상태로 전환할 때보다 클로즈 상태에서 오픈 상태로 전환할 때에 사용자가 의도하지 않은 차량의 발진이 더 많이 발생하는 점을 고려하여, 클로즈 상태에서 오픈 상태로 전환할 때의 클러치의 고장 진단을 예를 들어 설명한다.
즉 차량은 HEV모드에서 EV모드로의 주행 모드 전환 명령이 수신(201)되면 클러치의 고장을 1차로 진단(202)한다. 여기서 클러치의 고장을 진단하는 것은, 클러치의 열모델을 이용하여 클러치의 온도를 예측하는 것을 포함한다.
차량은 고장 진단 결과에 기초하여 클러치가 고장인지 판단(203)하고, 클러치가 정상 상태이면 클러치가 오픈되도록 제어하고, 모터(144)를 동작시켜 EV 모드로 주행을 수행(204)한다.
여기서 클러치가 정상 상태라고 판단하는 것은, 예측된 클러치의 온도가 기준 온도 미만이면 클러치가 정상 상태라고 판단하는 것을 포함한다.
차량은 클러치가 고장 상태라고 판단되면 액추에이터로 클러치의 오픈 명령을 출력(205)하고, 엔진(142)의 구동을 오프(206)시키며 클러치(147)의 고장을 2차로 진단한다.
여기서 클러치가 고장 상태라고 판단하는 것은, 예측된 클러치의 온도가 기준 온도 이상이면 과열 상태라고 판단하고 클러치가 과열 상태로 인한 고장 상태라고 판단하는 것을 포함한다.
아울러 고장 상태라고 판단하는 것은, 예측된 클러치의 온도가 기준 온도 이상이면 클러치의 슬립 발생에 의한 과열 발생으로 판단하는 것을 포함한다.
그리고 클러치의 고장을 2차로 진단하는 것은, 클러치 오픈 명령에 따라 클러치의 오픈이 성공하였는지, 실패하였는지 판단하는 것을 포함한다.
즉 차량은 차속 검출부에서 검출된 차속, 제1회전속도 검출부에서 검출된 모터의 회전 속도 및 제2회전 속도 검출부에서 검출된 엔진의 회전 속도에 기초하여 클러치(147)의 고장을 2차로 진단한다.
좀 더 구체적으로, 차량은 차량이 주행 상태인지를 확인한다.
이를 위해 차량은 차속 검출부에서 검출된 차속을 확인(207)하고 확인된 차속이 기준 차속 이상인지를 판단(208)하며, 확인된 차속이 기준 차속 이상이면 주행 상태라고 판단한다.
다음 차량은 주행 상태라고 판단되면 제1회전속도 검출부에서 검출된 모터의 회전 속도 및 제2회전 속도 검출부에서 검출된 엔진의 회전 속도를 확인(209)하고 검출된 모터의 회전 속도가 기준 회전 속도 이상인지 판단(210)한다.
다음 차량은 검출된 모터의 회전 속도가 기준 회전 속도 이상이라고 판단되면 엔진의 회전 속도가 0인지 판단(211)하며, 엔진의 회전 속도가 0이라고 판단되면 2차 고장 진단 시간을 확인(212)한다.
다음 차량은 2차 고장 진단 시간이 기준 시간을 경과하였는지 판단(213)하고 고장 진단 시간이 기준 시간을 경과하였다고 판단되면 클러치의 오픈이 성공적으로 수행되었다고 판단(214)한다.
여기서 고장 진단 시간이 기준 시간을 경과하였는지 판단하는 것은, 클러치의 오픈에 소요되는 시간이 경과였는지 판단하는 것을 포함한다.
다음 차량은 제너레이터의 동작을 제어하여 엔진의 시동을 온(215)시키고, 엔진이 구동되면 엔진의 동력을 이용하여 배터리의 충전을 수행하도록 하며, 목표 속도에 기초하여 인버터를 제어하여 모터가 동작되도록 함으로써 모터의 동력을 통해 시리즈 모드로 주행(216)한다.
도 8에 도시된 바와 같이, 시리즈 모드는, 엔진(142)의 동력을 제너레이터(145)에 전달하고, 이때 제너레이터(145)가 발전기로서의 기능을 수행하도록 하여 배터리(143)를 충전시키고, 배터리(143)의 전력을 이용하여 모터(144)를 회전시키고 모터의 회전력을 차륜(141)에 전달함으로써 모터의 회전력을 이용하여 주행하는 모드이다.
아울러, 시리즈 모드 수행 시, 클러치가 오픈 상태로 엔진과 모터와의 결합이 해제되어 엔진의 동력이 모터에 전달되지 않고 제너레이터에만 전달된다.
시리즈 모드를 수행하는 것은, 배터리의 전력을 인버터에 출력하고, 인버터에서 배터리의 직류 전력을 목표 속도에 대응하는 교류 전력으로 변환하여 모터(144)에 출력하고, 이때 모터(144)는 입력된 교류 전력에 기초하여 회전하는 것을 더 포함한다.
아울러, 차량은 시리즈 모드 수행 시, 배터리의 충전량이 기준 충전량 미만일 때에만 엔진(142)을 구동시켜 배터리를 충전하도록 하는 것도 가능하다.
차량은 확인된 모터의 회전 속도가 기준 회전 속도 미만이거나, 엔진의 회전 속도가 0이 아니면 클러치의 2차 고장으로 판단(217)한다.
즉, 클러치의 오픈에 실패하여 클러치의 슬립 발생으로 인해 엔진의 구동이 오프되었음에도 불구하고 모터의 회전력이 엔진에 전달되어 엔진의 출력 축이 회전하고, 반면 모터는 엔진과의 연동으로 인해 모터의 회전 속도가 목표 회전 속도보다 낮아지기 때문에, 차량은 모터의 회전 속도와 엔진의 회전 속도에 기초하여 클러치의 고장을 2차로 진단할 수 있다.
다음 차량은 모터의 가속 토크 출력을 금지(218)시키고, 정차 유도를 수행할 수 있다.
즉 차량은 표시부를 통해 가속 토크 출력 금지 정보 및 정차 유도 정보 중 적어도 하나를 표시할 수 있다. 아울러 차량은 사운드 출력부를 통해 가속 토크 출력 금지 정보 및 정차 유도 정보 중 적어도 하나를 사운드로 출력하도록 하는 것도 가능하다.
여기서 가속 토크 출력 금지는, 차량의 주행 속도가 미리 설정된 주행 속도에 도달하면 모터의 가속 토크 출력이 미 발생되도록 하여 더 이상 차량의 속도가 증가되지 않도록 하는 것이다.
다음 차량은 가속 토크 출력을 금지하면서 클러치의 열모델을 통해 클러치의 온도를 예측하고 예측된 온도에 기초하여 클러치의 1차 고장의 원인이 해소되었는지 판단(219)한다.
즉 차량은 예측된 온도가 기준 온도 미만이면 1차 고장의 원인이 해소되었다고 판단하고, 예측된 온도가 기준 온도 이상이면 1차 고장의 원인이 해소되지 않았다고 판단한다.
차량은 클러치의 고장 원인이 해소되었다고 판단되면 미리 설정된 제한 속도 이상으로 주행할 수 없도록 차속 제한 주행을 제어(220)하고, 표시부를 통해 차속 제한 정보를 표시한다.
여기서 미리 설정된 제한 속도는 가속 토크 출력 금지 시의 미리 설정된 속도와 동일할 수도 있고, 상이할 수도 있다.
반면 차량은 클러치의 고장 원인이 해소되지 않았다고 판단되면 주행 금지 또는 주행 대기 제어를 수행(221)하고, 표시부 및 사운드 출력부를 통해 주행 금지 및 주행 대기에 대한 정보를 출력한다.
이때 차량은 공기 조화기, 사용자 인터페이스 및 오디오 등과 같은 전기 장치에 배터리의 전력을 계속적으로 공급함으로써 각종 전기 장치의 동작을 유지시킨다.
100: 차량 128: 표시부
130: 사용자 인터페이스 141: 차륜
142: 엔진 143: 배터리
144: 모터 145: 제너레이터
146: 인버터 147: 클러치

Claims (23)

  1. 차륜에 연결되고 전기적 동력을 발생시키는 모터;
    상기 모터의 회전 속도를 검출하는 제1회전 속도 검출부;
    기계적 동력을 발생시키는 엔진;
    상기 엔진의 회전 속도를 검출하는 제2회전 속도 검출부;
    상기 엔진과 모터 사이에 마련되고 상기 엔진과 모터 사이를 오픈 또는 클로즈시키는 클러치; 및
    상기 클러치의 고장을 진단하고, 상기 클러치가 고장 상태이면 상기 클러치의 오픈 명령과 상기 엔진의 구동 오프 명령을 출력하고, 상기 검출된 모터의 회전속도와 상기 검출된 엔진의 회전속도에 기초하여 상기 클러치가 오픈에 성공하였는지 판단하고, 상기 클러치가 오픈에 성공하였다고 판단되면 시리즈 주행을 제어하고, 상기 클러치가 오픈에 실패하였다고 판단되면 차속 제한 주행을 제어하는 제어부를 포함하는 차량.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 모터의 회전 속도가 기준 회전 속도 이상이고 상기 엔진의 회전 속도가 영(0)이면 상기 클러치가 오픈에 성공하였다고 판단하고, 상기 모터의 회전 속도가 기준 회전 속도 미만이거나 상기 엔진의 회전 속도가 영(0)이 아니면 상기 엔진의 회전 속도가 영이 아니면 상기 클러치가 오픈에 실패하였다고 판단하는 것을 포함하는 차량.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 모터에 전력을 공급하는 배터리; 및
    상기 엔진을 시동시키고, 상기 엔진의 구동에 의한 동력을 전달받아 상기 배터리의 충전을 위한 전력을 생성하는 제너레이터를 더 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 시리즈 주행 시, 상기 엔진을 구동시켜 상기 배터리가 충전되도록 하고, 상기 모터를 구동시켜 상기 차륜에 구동력이 전달되도록 하는 것을 포함하는 차량.
  4. 제 1 항에 있어서,
    차속을 검출하는 속도 검출부를 더 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 검출된 차속에 기초하여 주행 여부를 판단하고, 주행 중이라고 판단되면 상기 클러치의 오픈 성공 여부를 판단하는 것을 포함하는 차량.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 클러치의 오픈 명령을 출력한 시간으로부터 기준 시간이 경과하면 상기 클러치의 오픈 성공 여부를 판단하는 것을 포함하는 차량.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 제어부는,
    미리 저장된 클러치의 열모델을 이용하여 상기 클러치의 온도를 예측하고 예측된 온도에 기초하여 상기 클러치의 고장을 진단하는 것을 포함하는 차량.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 클러치가 오픈에 실패하였다고 판단되면 상기 클러치의 고장을 재진단하고, 상기 클러치의 고장이 해소되었다고 판단되면 차속 제한 주행을 제어하고, 상기 클러치의 고장이 해소되지 않았다고 판단되면 주행 금지를 제어하는 것을 포함하는 차량.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 클러치가 오픈에 실패하였다고 판단되면 정차 유도를 제어하는 것을 포함하는 차량.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 정차 유도에 대응하는 정보 및 상기 차속 제한 주행에 대응하는 정보를 표시하는 표시부를 더 포함하는 차량.
  10. 기계적 동력을 발생시키는 엔진;
    상기 엔진의 회전 속도를 검출하는 회전 속도 검출부;
    차륜에 연결되고 전기적 동력을 발생시키는 모터;
    상기 엔진과 모터 사이에 마련되고 상기 엔진과 모터 사이를 오픈 또는 클로즈시키는 클러치;
    상기 클러치의 고장을 진단하고, 상기 클러치가 고장 상태이면 상기 클러치의 오픈 명령과 상기 엔진의 구동 오프 명령을 출력하고, 주행 중 상기 엔진의 회전 속도에 기초하여 상기 클러치가 오픈에 성공하였는지 판단하고, 상기 클러치가 오픈에 성공하였다고 판단되면 시리즈 주행을 제어하고, 상기 클러치가 오픈에 실패하였다고 판단되면 차속 제한 주행을 제어하는 제어부를 포함하는 차량.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 엔진의 회전 속도가 영(0)이면 상기 클러치가 오픈에 성공하였다고 판단하고 상기 엔진의 회전 속도가 영(0)이 아니면 상기 클러치가 오픈에 실패하였다고 판단하는 것을 포함하는 차량.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 모터에 전력을 공급하는 배터리; 및
    상기 엔진을 시동시키고, 상기 엔진의 구동에 의한 동력을 전달받아 상기 배터리의 충전을 위한 전력을 생성하는 제너레이터를 더 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 시리즈 주행 제어 시 상기 엔진을 구동시켜 상기 배터리가 충전되도록 하고, 상기 모터를 구동시켜 상기 차륜에 구동력이 전달되도록 하며, 상기 차속 제한 주행 제어 시 상기 모터를 구동시켜 상기 차륜에 구동력이 전달되도록 하는 것을 포함하는 차량.
  13. 제 10 항에 있어서, 상기 제어부는,
    미리 저장된 클러치의 열모델을 이용하여 상기 클러치의 온도를 예측하고 예측된 온도에 기초하여 상기 클러치의 고장을 진단하는 것을 포함하는 차량.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 클러치가 오픈에 실패하였다고 판단되면 상기 클러치의 고장을 재진단하고, 상기 클러치의 고장이 해소되었다고 판단되면 차속 제한 주행을 제어하고, 상기 클러치의 고장이 해소되지 않았다고 판단되면 주행 금지를 제어하는 것을 포함하는 차량.
  15. 제 10 항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 클러치가 오픈에 실패하였다고 판단되면 정차 유도를 제어하는 것을 포함하는 차량.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 정차 유도에 대응하는 정보 및 상기 차속 제한 주행에 대응하는 정보를 표시하는 표시부를 더 포함하는 차량.
  17. 동력을 발생시키는 모터와 엔진, 엔진과 모터 사이를 오픈 또는 클로즈시키는 클러치를 포함하는 차량의 제어 방법에 있어서,
    상기 클러치의 온도에 기초하여 상기 클러치의 고장을 진단하고,
    상기 클러치가 고장 상태이면 상기 클러치의 오픈 명령과 상기 엔진의 구동 오프 명령을 출력하고,
    제1회전 속도검출부에 의해 검출된 모터의 회전속도와 제2회전 속도 검출부에 의해 검출된 엔진의 회전속도를 확인하고,
    상기 모터의 회전 속도가 기준 회전 속도 이상이고 상기 엔진의 회전 속도가 영(0)이면 상기 클러치가 오픈에 성공하였다고 판단하고,
    상기 모터의 회전 속도가 기준 회전 속도 미만이거나 상기 엔진의 회전 속도가 영(0)이 아니면 상기 엔진의 회전 속도가 영이 아니면 상기 클러치가 오픈에 실패하였다고 판단하고,
    상기 클러치가 오픈에 성공하였다고 판단되면 시리즈 주행을 제어하고,
    상기 클러치가 오픈에 실패하였다고 판단되면 차속 제한 주행을 제어하는 차량의 제어 방법.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 시리즈 주행을 제어하는 것은,
    제너레이터를 동작시켜 엔진을 시동시키고,
    상기 엔진의 구동에 의해 배터리가 충전되도록 하고,
    상기 모터를 구동시켜 차륜에 구동력이 전달되도록 하는 것을 포함하는 차량의 제어 방법.
  19. 제 17 항에 있어서,
    차속을 검출하고,
    상기 검출된 차속에 기초하여 주행 여부를 판단하고,
    주행 중이라고 판단되면 상기 클러치의 오픈 성공 여부를 판단하는 것을 더 포함하는 차량의 제어 방법.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 차속 제한 주행을 제어하는 것은,
    상기 모터를 구동시켜 차륜에 구동력이 전달되도록 하고,
    상기 검출된 차속이 미리 설정된 차속이면 상기 모터의 토크 출력을 금지 제어하는 것을 포함하는 차량의 제어 방법.
  21. 제 17 항에 있어서,
    상기 모터의 회전 속도가 기준 회전 속도 이상이고 상기 엔진의 회전 속도가 영(0)이면 상기 클러치의 오픈 명령을 출력한 시간으로부터 기준 시간이 경과하였는지 판단하고,
    상기 기준 시간이 경과하였다고 판단되면 상기 클러치의 오픈에 성공 여부를 판단하는 것을 더 포함하는 차량의 제어 방법.
  22. 제 17 항에 있어서,
    상기 클러치가 오픈에 실패하였다고 판단되면 상기 클러치의 온도에 기초하여 상기 클러치의 고장을 재진단하고,
    상기 클러치의 고장이 해소되었다고 판단되면 차속 제한 주행을 제어하고,
    상기 클러치의 고장이 해소되지 않았다고 판단되면 주행 금지를 제어하는 것을 더 포함하는 차량의 제어 방법.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 클러치가 오픈에 실패하였다고 판단되면 정차 유도를 제어하고,
    상기 정차 유도에 대응하는 정보 및 상기 차속 제한 주행에 대응하는 정보를 표시하는 것을 더 포함하는 차량의 제어 방법.
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