KR20220084852A - System and method for controlling engine starting of hybrid electric vehicle - Google Patents
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Abstract
본 발명은 하이브리드 차량의 엔진 시동 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 엔진과 벨트로 연결되는 HSG, 상기 HSG의 회전속도를 측정하는 센서, 및 상기 엔진 시동을 위해 상기 HSG에 시동 토크 인가 후 상기 HSG로 입력되는 최종 시동 토크와 상기 HSG의 출력 토크의 차이에 기반하여 상기 벨트의 슬립량을 연산하고, 연산된 슬립량에 근거하여 보상 토크를 연산하고 연산된 보상 토크를 반영하여 상기 최종 시동 토크를 제어하는 프로세서를 포함한다.The present invention relates to an engine starting control apparatus and method for a hybrid vehicle, an HSG connected to an engine and a belt, a sensor for measuring the rotational speed of the HSG, and a starting torque applied to the HSG for starting the engine. The amount of slip of the belt is calculated based on the difference between the input final starting torque and the output torque of the HSG, the compensation torque is calculated based on the calculated slip amount, and the final starting torque is controlled by reflecting the calculated compensation torque. includes a processor that
Description
본 발명은 하이브리드 차량의 엔진 시동 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an engine start control apparatus and method for a hybrid vehicle.
엔진 시동 장치는 차량의 엔진을 회전시키기 위해 시동을 걸어 주는 역할을 한다. 이러한 엔진 시동 장치는 스타터 모터(starter motor) 및 발전기(generator)를 포함할 수 있다. 스타터 모터는 내연기관 차량에서 엔진 시동을 위해 사용될 수 있다. 스타터 모터는 기어에 의해 엔진과 연결되므로 엔진 시동 시 슬립(slip)으로 인한 문제가 발생하지 않는다. 발전기는 배터리 충전을 위해 전기에너지를 생산하는 역할을 할 수 있다. 발전기는 크랭크 축에 연결되어 엔진과 직접 연결되는 형태로 동력을 전달할 수 있다. 또한, 발전기와 엔진이 직접 연결되므로, 엔진 시동 시 슬립으로 인한 문제가 발생하지 않는다. 다만, 발전기가 엔진과 직접 연결됨에 따라 패키징 시 공간을 많이 필요로 한다는 단점이 있다. 이러한 단점을 해결하기 위해, 벨트(belt)를 이용하여 발전기와 엔진을 연결하는 구조가 제안되었다. 엔진과 발전기가 벨트로 연결되는 구조에서는 엔진과 발전기의 회전 속도 차이 즉, 슬립 발생으로 소음 및 진동이 발생할 수 있고 환경 조건에 따라 벨트의 마찰이 변하여 슬립이 과다하게 발생할 수 있으며, 벨트 내구성이 저하될 수 있다.The engine starter serves to start the vehicle to rotate the engine. Such an engine starting device may include a starter motor and a generator. A starter motor can be used for starting an engine in an internal combustion engine vehicle. Since the starter motor is connected to the engine by a gear, there is no problem due to slip when starting the engine. The generator can serve to produce electrical energy to charge the battery. The generator may be connected to the crankshaft to transmit power in the form of being directly connected to the engine. In addition, since the generator and the engine are directly connected, a problem due to slip does not occur when the engine is started. However, as the generator is directly connected to the engine, there is a disadvantage that a lot of space is required during packaging. In order to solve this drawback, a structure for connecting the generator and the engine using a belt has been proposed. In a structure in which the engine and the generator are connected by a belt, noise and vibration may occur due to the difference in rotational speed between the engine and the generator, that is, slip generation, and the friction of the belt may change depending on environmental conditions, which may cause excessive slip, and reduce the durability of the belt. can be
본 발명은 엔진과 시동발전기를 연결하는 벨트의 슬립(slip)을 최소화하기 위해 슬립량을 감지하여 시동발전기의 시동 토크를 보상 제어하는 하이브리드 차량의 엔진 시동 제어 장치 및 방법을 제공하고자 한다.An object of the present invention is to provide an engine starting control apparatus and method for a hybrid vehicle for compensating and controlling the starting torque of a starting generator by sensing a slip amount in order to minimize slip of a belt connecting an engine and a starting generator.
본 발명의 실시 예들에 따른 하이브리드 차량의 엔진 시동 제어 장치는 엔진과 벨트로 연결되는 HSG, 상기 HSG의 회전속도를 측정하는 센서, 및 상기 엔진 시동을 위해 상기 HSG에 시동 토크 인가 후 상기 HSG로 입력되는 최종 시동 토크와 상기 HSG의 출력 토크의 차이에 기반하여 상기 벨트의 슬립량을 연산하고, 연산된 슬립량에 근거하여 보상 토크를 연산하고 연산된 보상 토크를 반영하여 상기 최종 시동 토크를 제어하는 프로세서를 포함하는 것을 특징으로 한다.The apparatus for controlling engine start of a hybrid vehicle according to embodiments of the present invention includes an HSG connected to an engine and a belt, a sensor for measuring the rotation speed of the HSG, and a starting torque applied to the HSG to start the engine and then input to the HSG Calculate the slip amount of the belt based on the difference between the final starting torque and the output torque of the HSG, calculate the compensation torque based on the calculated slip amount, and control the final starting torque by reflecting the calculated compensation torque It is characterized in that it includes a processor.
상기 프로세서는, 공칭 모델을 기반으로 상기 HSG의 회전속도에 따른 상기 출력 토크를 연산하는 것을 특징으로 한다.The processor is characterized in that it calculates the output torque according to the rotation speed of the HSG based on a nominal model.
상기 프로세서는, 상기 연산된 슬립량에 대한 HPF 처리 및 LPF 처리를 통해 최종 슬립량을 연산하는 것을 특징으로 한다.The processor may calculate a final slip amount through HPF processing and LPF processing for the calculated slip amount.
상기 프로세서는, 상기 HSG의 응답 특성을 고려하여 상기 보상 토크의 최대 허용 변화율을 설정하는 것을 특징으로 한다.The processor may set a maximum allowable rate of change of the compensation torque in consideration of a response characteristic of the HSG.
상기 프로세서는, 상기 연산된 보상 토크가 제1 기준 토크를 초과하는 경우 시동 토크 보상 제어 진입을 결정하는 것을 특징으로 한다.The processor, when the calculated compensation torque exceeds the first reference torque, it characterized in that it determines the starting torque compensation control entry.
상기 프로세서는, 상기 연산된 보상 토크가 제2 기준 토크 이하인 경우 시동 토크 보상 제어 해제를 결정하는 것을 특징으로 한다.The processor, when the calculated compensation torque is equal to or less than a second reference torque, it is characterized in that it determines to release the starting torque compensation control.
상기 프로세서는, 상기 시동 토크에서 상기 연산된 보상 토크를 차감하여 상기 최종 시동 토크를 결정하는 것을 특징으로 한다.The processor may determine the final starting torque by subtracting the calculated compensation torque from the starting torque.
본 발명의 실시 예들에 따른 하이브리드 차량의 엔진 시동 제어 방법은 엔진 시동 시 상기 엔진과 벨트로 연결되는 HSG에 시동 토크를 인가하는 단계, 상기 시동 토크 인가 후 상기 HSG로 입력되는 최종 시동 토크와 상기 HSG의 출력 토크의 차이에 기반하여 상기 벨트의 슬립량을 연산하는 단계, 상기 슬립량에 근거하여 보상 토크를 연산하는 단계, 및 상기 보상 토크를 반영하여 상기 최종 시동 토크를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The method for controlling engine starting of a hybrid vehicle according to embodiments of the present invention includes applying a starting torque to HSG connected to the engine by a belt when the engine is started, and the final starting torque input to the HSG after application of the starting torque and the HSG calculating the slip amount of the belt based on a difference in output torque of characterized.
상기 슬립량을 연산하는 단계는, 센서를 이용하여 상기 HSG의 회전 속도를 측정하는 단계, 공칭 모델을 기반하여 상기 회전 속도에 따른 상기 HSG의 출력 토크를 연산하는 단계, 및 상기 HSG로 입력되는 최종 시동 토크와 상기 HSG의 출력 토크의 차이를 연산하여 상기 슬립량을 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The calculating of the slip amount includes measuring the rotational speed of the HSG using a sensor, calculating the output torque of the HSG according to the rotational speed based on a nominal model, and the final input to the HSG and calculating the slip amount by calculating a difference between the starting torque and the output torque of the HSG.
상기 슬립량을 연산하는 단계는, HPF 처리 및 LPF 처리를 통해 최종 슬립량을 연산하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The calculating of the slip amount may further include calculating a final slip amount through HPF processing and LPF processing.
상기 보상 토크를 연산하는 단계는, 상기 HSG의 응답 특성을 고려하여 상기 보상 토크의 최대 허용 변화율을 설정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The calculating of the compensation torque may further include setting a maximum allowable rate of change of the compensation torque in consideration of a response characteristic of the HSG.
본 발명은 엔진과 시동발전기를 연결하는 벨트의 슬립을 최소화하기 위해 슬립량을 감지하여 시동발전기의 시동 토크를 보상 제어하므로, 벨트의 슬립으로 인해 발생되는 소음 및 진동을 줄이고, 벨트 내구성을 확보할 수 있다.The present invention detects the slip amount in order to minimize the slip of the belt connecting the engine and the starting generator and compensates the starting torque of the starting generator, thereby reducing noise and vibration caused by the slip of the belt and securing the belt durability. can
도 1은 본 발명과 관련된 하이브리드 차량의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예들에 따른 하이브리드 차량의 엔진 시동 제어 장치를 도시한 블록구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예들에 따른 엔진 시동 제어 장치를 도시한 기능블록도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예들에 따른 엔진 및 HSG의 등가회로를 도시한다.
도 5는 본 발명의 실시 예들에 따른 엔진 시동 방법을 도시한 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예들에 따른 HSG의 시동 토크 보상 제어에 따른 벨트 슬립 변화를 설명하기 위한 도면이다.1 is a diagram illustrating a configuration of a hybrid vehicle related to the present invention.
2 is a block diagram illustrating an engine start control apparatus for a hybrid vehicle according to embodiments of the present invention.
3 is a functional block diagram illustrating an engine start control apparatus according to embodiments of the present invention.
4 shows an equivalent circuit of an engine and an HSG according to embodiments of the present invention.
5 is a flowchart illustrating an engine starting method according to embodiments of the present invention.
6 is a view for explaining a belt slip change according to the starting torque compensation control of the HSG according to embodiments of the present invention.
이하, 본 발명의 일부 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described in detail with reference to exemplary drawings. In adding reference numerals to the components of each drawing, it should be noted that the same components are given the same reference numerals as much as possible even though they are indicated on different drawings. In addition, in describing the embodiment of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known configuration or function interferes with the understanding of the embodiment of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.In describing the components of the embodiment of the present invention, terms such as first, second, A, B, (a), (b), etc. may be used. These terms are only for distinguishing the elements from other elements, and the essence, order, or order of the elements are not limited by the terms. In addition, unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Terms such as those defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present application. does not
도 1은 본 발명과 관련된 하이브리드 차량의 구성을 도시한 도면이다.1 is a diagram illustrating a configuration of a hybrid vehicle related to the present invention.
하이브리드 차량(Hybrid Electric Vehicle, HEV)은 서로 다른 두 종류 이상의 구동원을 사용하는 차량으로서, 일반적으로 연료를 연소시켜 구동력을 생성하는 엔진과 배터리의 전기에너지로 구동력을 생성하는 모터에 의해 구동되는 차량을 의미한다.A hybrid electric vehicle (HEV) is a vehicle that uses two or more different driving sources, and is generally driven by an engine that burns fuel to generate driving power and a motor that generates driving power with electric energy from a battery. it means.
도 1을 참조하면, 하이브리드 차량은 엔진(10), 시동발전기(Hybrid Starter Generator, HSG)(20), 엔진 클러치(30), 모터(40), 변속기(50) 및 인버터(60)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1 , a hybrid vehicle may include an
엔진(10)은 연료를 연소시켜 차량을 구동시키는데 필요한 동력(엔진 토크)을 발생시킬 수 있다. 엔진(10)으로는 가솔린 엔진 또는 디젤 엔진 등 공지된 각종 엔진이 이용될 수 있다. 엔진(10)은 EMS(Engine Management System)의 지령에 따라 출력 토크(즉, 엔진 토크)를 제어할 수 있다.The
HSG(20)는 엔진(10)과 벨트(belt)로 연결될 수 있다. HSG(20)는 엔진(10)을 크랭킹(cranking)하여 시동을 걸 수 있다. HSG(20)는 전기차 모드에서 하이브리드 모드로 전환 시 엔진에 시동을 걸어주는 역할을 할 수 있다. HSG(20)는 엔진(10)이 시동된 상태에서 엔진(10)의 동력을 이용하여 전기에너지를 생성하는 발전기(generator)로 작동할 수도 있다. HSG(20)에서 발생되는 전기에너지는 배터리(B)를 충전하는데 사용될 수 있다. HSG(20)는 엔진(10)과 함께 플랜트(plant)(G)로 통칭할 수 있다.The HSG 20 may be connected to the
엔진 클러치(30)는 엔진(10)과 모터(40) 사이에 배치되어 엔진(10)의 동력(출력 토크)을 단속할 수 있다. 엔진 클러치(30)는 결합(engage) 또는 해제(disengage)를 통해 엔진(10)에 의해 발생되는 동력(엔진 토크)을 구동 바퀴(차륜)에 전달하거나 차단할 수 있다.The
모터(40)는 인버터(60)로부터 전력을 공급받아 동력(모터 동력)을 발생시켜 구동 바퀴에 전달할 수 있다. 모터(40)가 MCU(Motor Control Unit)의 지시에 따라 회전 방향 및 회전 속도(Revolution Per Minute, RPM)를 변경하여 모터(40)의 출력 토크(모터 토크)를 제어할 수 있다. 모터(40)는 배터리 잔량(State of Charge, SOC)이 부족하거나 또는 회생 제동 시 역기전력을 발생시켜 배터리(B)를 충전하는 발전기로 사용될 수도 있다. 배터리(B)는 차량 구동에 필요한 전력을 공급하는 역할을 수행하는 것으로, 고전압 배터리로 구현될 수 있다. 배터리(B)는 모터(40)에서 발생되는 회생 에너지에 의해 충전될 수 있다.The
변속기(50)는 모터 토크 또는 엔진 토크과 모터 토크를 변속단(기어단)에 매칭되는 변속비로 변환하여 출력할 수 있다. 변속기(50)는 TCU(Transmission Control Unit)의 지시에 따라 변속단을 변경할 수 있다. TCU는 차량 내 센서들을 통해 차량의 주행속도(즉, 차량 속도 또는 휠 속도), 가속페달 위치, 엔진 회전속도 및/또는 클러치 행정(clutch travel) 등의 정보에 근거하여 최적의 변속단을 결정할 수 있다.The
인버터(60)는 모터(40)와 배터리(B) 사이에 배치되는 전력변환기(power converter)로, 배터리(B)로부터 출력되는 전력을 모터 구동 전력으로 변환하여 모터(40)에 공급할 수 있다. 예를 들어, 인버터(60)는 배터리(B)로부터 출력되는 직류 전압을 모터 구동에 필요한 3상 교류 전압으로 변환하여 모터(40)에 공급할 수 있다. 인버터(60)는 MCU(Motor Control Unit)의 지시에 따라 모터(40)에 공급되는 전력(예: 출력 전압)을 조절하여 모터 토크를 제어할 수 있다. 본 실시 예에는 모터(40)와 배터리(B) 사이에 인버터(60)가 배치되는 경우를 예로 들어 설명하고 있으나 이에 한정되지 않는다. 차량에 적용된 모터(40)가 DC 모터인 경우 모터(40)와 배터리(B) 사이에 컨버터를 배치하거나 또는 전력변환기를 사용하지 않고 모터(40)와 배터리(B)를 직접 연결할 수도 있다.The
도 2는 본 발명의 실시 예들에 따른 하이브리드 차량의 엔진 시동 제어 장치를 도시한 블록구성도이다.2 is a block diagram illustrating an engine start control apparatus for a hybrid vehicle according to embodiments of the present invention.
도 2를 참조하면, 엔진 시동 제어 장치(100)는 시동 버튼(110), HCU(Hybrid Control Unit)(120), 센서(130), 메모리(140) 및 프로세서(150)를 포함할 수 있다. 프로세서(150)는 차량 네트워크를 통해 시동 버튼(110), HCU(120) 및 센서(130)와 연결될 수 있다. 차량 네트워크는 CAN(Controller Area Network), MOST(Media Oriented Systems Transport) 네트워크, LIN(Local Interconnect Network), 이더넷(ethernet) 및/또는 X-by-Wire(Flexray) 등에 의해 구현될 수 있다.Referring to FIG. 2 , the engine
시동 버튼(110)은 사용자의 조작에 따라 차량 전원 온(on) 지령, 엔진 시동(엔진 온) 지령 또는 엔진 정지(엔진 오프) 지령 등을 발생시킬 수 있다. 예를 들어, 시동 버튼(110)은 사용자가 한번 누리면 차량 전원 온 신호를 발생시키며 다시 한번 누르면 엔진 시동 신호를 발생시키고, 변속레버를 P단에 두고 누르면, 엔진 정지 신호를 발생시킬 수 있다. 본 실시 예에서는 시동 버튼(110)이 누름 버튼(push button)으로 구현되는 것을 예로 들어 설명하고 있으나, 이에 한정되지 않고 당김 버튼(pull button), 토글 스위치(toggle switch), 회전 스위치 및/또는 터치 버튼(touch button) 등으로 구현될 수도 있다.The
HCU(120)는 차량에 탑재되는 센서들(예: 속도 센서 및 변속레버 위치 센서 등)을 이용하여 주행 환경을 인식할 수 있다. HCU(120)는 차량의 주행 환경에 근거하여 엔진(10), HSG(20), 엔진 클러치(30), 모터(40), 변속기(50), 인버터(60) 및 배터리(B)를 제어할 수 있다. HCU(120)는 차량의 주행 환경에 기반하여 엔진 시동 또는 엔진 정지 등의 지령을 프로세서(150)로 전송할 수 있다. HCU(120)는 엔진 정지 상태에서 차량이 엔진 시동 조건을 만족하는 경우 엔진 시동을 프로세서(150)에 전송할 수 있다. HCU(120)는 엔진 구동(engine run) 상태에서 차량이 엔진 정지 조건을 만족하는 경우 엔진 정지를 프로세서(150)에 전송할 수 있다. 예컨대, HCU(120)는 차량의 주행 모드가 EV(Electric Vehicle) 모드에서 HEV(Hybrid Electric Vehicle) 모드로 전환하는 경우 엔진 시동 지령을 전송하고, HEV 모드에서 EV 모드로 전환하는 경우 엔진 정지 지령을 전송할 수 있다. 이러한 HCU(120)는 적어도 하나의 프로세서, 메모리 및 네트워크 인터페이스를 포함할 수 있다.The
센서(130)는 HSG(20)의 각속도(회전속도)를 측정할 수 있다. 센서(130)는 각속도 센서 및/또는 회전각 센서 등으로 구현될 수 있다. 센서(130)는 측정된 각속도를 프로세서(150)에 전달할 수 있다.The sensor 130 may measure the angular velocity (rotational speed) of the
메모리(140)는 프로세서(150)에 의해 실행되는 명령어들(instructions)을 저장하는 저장매체(non-transitory storage medium)일 수 있다. 메모리(140)는 플래시 메모리(flash memory), 하드디스크(hard disk), SSD(Solid State Disk), SD 카드(Secure Digital Card), RAM(Random Access Memory), SRAM(Static Random Access Memory), ROM(Read Only Memory), PROM(Programmable Read Only Memory), EEPROM(Electrically Erasable and Programmable ROM), EPROM(Erasable and Programmable ROM), 및/또는 레지스터(register) 등의 저장매체(기록매체) 중 적어도 하나로 구현될 수 있다.The
프로세서(150)는 엔진 시동 제어 장치(100)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 프로세서(150)는 ASIC(Application Specific Integrated Circuit), DSP(Digital Signal Processor), PLD(Programmable Logic Devices), FPGAs(Field Programmable Gate Arrays), CPU(Central Processing unit), 마이크로컨트롤러(microcontrollers) 및/또는 마이크로프로세서(microprocessors) 등의 처리장치 중 적어도 하나로 구현될 수 있다.The
프로세서(150)는 시동 버튼(110) 또는 HCU(120)로부터 엔진 시동 지령 또는 엔진 정지 지령을 수신할 수 있다. 프로세서(150)는 엔진 시동 지령 수신 시 엔진 연료 분사 전 엔진 속도 상승을 위한 HSG(20)의 목표 시동 토크를 설정하여 HSG(20)에 지령(지시)할 수 있다. 프로세서(150)는 설정된 목표 시동 토크와 HSG(20)의 실제 출력 토크를 비교하고 그 비교결과에 따라 HSG(20)의 시동 토크를 조절할 수 있다. 다시 말해서, 프로세서(150)는 HSG(20)의 실제 출력 토크가 설정된 목표 시동 토크를 추종할 수 있도록 HSG(20)의 시동 토크(HSG 시동 토크)를 결정할 수 있다.The
프로세서(150)는 HSG 시동 토크 지령 후 센서(130)를 이용하여 HSG(20)의 각속도(회전속도)를 측정할 수 있다. 프로세서(150)는 공칭 모델을 기반으로 HSG(20)의 각속도(HSG 속도)에 따른 HSG(20)의 출력 토크(HSG 토크)를 연산할 수 있다.The
프로세서(150)는 HSG(20)에 입력된 시동 토크(즉, 최종 시동 토크)와 공칭 모델 기반 HSG 토크(실제 HSG 토크)의 차이를 연산하여 슬립량(즉, 외란)을 구할 수 있다. 프로세서(150)는 연산된 슬립량을 필터링하여 최종 슬립량을 연산할 수 있다. 프로세서(150)는 연산된 슬립량에 대해 HPF(High Pass Filter) 처리하여 고주파 성분을 추출하고, LPF(Low Pass Filter) 처리하여 노이즈를 제거할 수 있다. 여기서, HPF 처리 및 LPF 처리를 수행하므로, BPF(Band Pass Filter) 처리를 수행하는 효과가 있다.The
프로세서(150)는 최종 슬립량을 기반으로 보상 토크를 연산할 수 있다. 프로세서(150)는 최종 시동 토크와 실제 HSG 토크의 차이 즉, 슬립량이 '0'이 되도록 할 수 있는 보상 토크를 산출할 수 있다.The
프로세서(150)는 보상 토크의 급변에 따른 NVH(Noise, Vibration, Harshness) 및/또는 벨트 내구성 문제를 해소하기 위하여 보상 토크의 최대 허용 변화율을 설정(제한)할 수 있다. 프로세서(150)는 HSG(20)의 응답 특성을 고려하여 보상 토크의 최대 허용 변화율(slew rate)을 설정할 수 있다.The
프로세서(150)는 히스테리시스(hysteresis)를 적용하여 HSG(20)의 시동 토크 보상 제어 진입 시점을 조정하여 제어 민감도를 제어할 수 있다. 다시 말해서, 프로세서(150)는 슬립이 발생하는 상황에서만 시동 토크를 보상할 수 있도록 시동 토크 제어 범위를 설정할 수 있다. 프로세서(150)는 연산된 보상 토크에 근거하여 시동 토크 보상 여부를 결정할 수 있다. 프로세서(150)는 보상 토크가 제1 기준 토크를 초과하는 경우, 시동 토크 보상 제어 진입을 결정할 수 있다. 제1 기준 토크는 벨트 슬립을 감지하고 제1 기준 토크에 의해 제어 진입이 민감하지 않도록 설정될 수 있다. 프로세서(150)는 보상 토크가 제2 기준 토크 이하인 경우 시동 토크 보상 제어 해제를 결정할 수 있다. 여기서, 제2 기준 토크는 통상 '0'으로 설정될 수 있다.The
프로세서(150)는 시동 토크 보상 제어 진입이 결정되면, 연산된 보상 토크를 기반으로 HSG(20)로 인가되는 HSG 시동 토크를 보상할 수 있다. 프로세서(150)는 엔진 연료 분사 전 엔진(10)의 회전 속도 상승을 위해 결정된 HSG 시동 토크(목표 시동 토크)에서 보상 토크를 차감하여 HSG 시동 토크를 보상할 수 있다. 프로세서(150)는 보상된 HSG 시동 토크를 HSG(20)에 지령(지시)할 수 있다. 프로세서(150)는 시동 토크 보상 제어 해제가 결정되면, HSG(20)의 시동 토크 보상 제어를 중단할 수 있다.When it is determined to enter the starting torque compensation control, the
이하에서는 도 3 및 도 4를 참조하여 슬립 감지 과정 및 제어 토크 연산 과정을 설명한다.Hereinafter, a slip detection process and a control torque calculation process will be described with reference to FIGS. 3 and 4 .
도 3은 본 발명의 실시 예들에 따른 엔진 시동 제어 장치를 도시한 기능블록도이고, 도 4는 본 발명의 실시 예들에 따른 엔진 및 HSG의 등가회로를 도시한다.3 is a functional block diagram illustrating an engine start control apparatus according to embodiments of the present invention, and FIG. 4 shows an equivalent circuit of an engine and an HSG according to embodiments of the present invention.
엔진 시동 제어 장치(100)는 플랜트(plant)(G), 슬립 감지기(310), 보상기(320) 및 연산기(330) 등을 포함할 수 있다.The engine
플랜트(G)는 벨트로 연결되는 엔진(10)과 HSG(20)로 나타낼 수 있다. 엔진(10) 시동 시, HSG(20)는 엔진 시동 제어 장치(100)의 지령에 따라 토크를 발생시켜 엔진(10)의 회전 속도를 상승시킬 수 있다. 엔진 시동 제어 장치(100)는 엔진(10)의 RPM(Revolutions Per Minute)을 특정 RPM까지 상승시키기 위해 통상적으로 최대 토크를 HSG(20)에 인가할 수 있다. Plant G may be represented by an
슬립 감지기(310)는 플랜트(G)로 입력되는 시동 토크(최종 시동 토크)와 HSG(20)의 각속도(HSG 속도)를 이용하여 엔진(10)과 HSG(20)를 연결하는 벨트의 슬립을 감지할 수 있다. 슬립 감지기(310)는 공칭 모델 Gn을 기반으로 벨트의 슬립량을 연산할 수 있다. 슬립량 연산을 위해, 먼저 플랜트(G)의 목표 거동(기준 거동)을 나타내는 공칭 모델 Gn을 도출할 수 있다. 플랜트(G)의 등가회로는 도 3과 같이 나타낼 수 있다. 도 3에서 도시된 등가회로에서 K는 질량 댐퍼 스프링 모델(mass damper spring model)에서의 스프링 상수로, 무한대로 가정하고 관성만 가지는 시스템으로 공칭 모델을 도출할 수 있다. 등가회로에서 Th, dh 및 θh는 HSG(20)의 출력 토크(HSG 토크), 외란 및 회전각이고, Te, de 및 θe는 엔진(10)의 출력 토크(엔진 토크), 외란 및 회전각이고, R은 엔진(10)측 풀리(pulley)의 회전수 Ne 대비 HSG(20)측 풀리의 회전수 Nh의 비 즉, 엔진(10)과 HSG(20) 사이의 풀리비(pulley ratio)이다.The
공칭 모델의 관성모멘트 Jeq는 다음 [수학식 1]과 같이 나타낼 수 있다.The moment of inertia J eq of the nominal model can be expressed as the following [Equation 1].
여기서, Jh는 HSG(20)의 관성모멘트, Je는 엔진(10)의 관성모멘트, λ는 슬립률(slip ratio)이다.Here, J h is the moment of inertia of the
슬립률 λ를 최소화해야 하므로, [수학식 1]에 λ=0을 대입하면 공칭 모델의 관성모멘트 Jeq는 [수학식 2]와 같이 나타낼 수 있다.Since the slip rate λ should be minimized, if λ=0 is substituted in [Equation 1], the moment of inertia J eq of the nominal model can be expressed as [Equation 2].
슬립 감지기(310)는 공칭 모델을 기반으로 HSG(20)의 각속도(HSG 속도) ω에 따른 HSG(20)의 출력 토크 즉, 공칭 모델 토크 를 산출할 수 있다. 슬립 감지기(310)는 HSG(20)의 최종 시동 토크(즉, 보상된 시동 토크) u와 공칭 모델을 통해 구해진 공칭 모델 토크(실제 HSG 토크) 의 차이 즉, 슬립량(=)을 연산할 수 있다.The
슬립 감지기(310)는 연산된 슬립량에 대해 고주파 성분 추출을 위한 HPF 처리 및 노이즈 제거를 위한 LPF 처리를 수행하여 최종 슬립량 을 연산할 수 있다. 최종 슬립량 은 [수학식 3]과 같이 나타낼 수 있다.The
여기서, 은 HPF의 시정수이고, 는 LPF의 시정수이고, s는 복소 주파수 파라미터(s=σ+jω) 이다.here, is the time constant of HPF, is the time constant of the LPF, and s is the complex frequency parameter (s=σ+jω).
보상기(320)는 슬립 감지기(310)에서 연산된 슬립량(외란)을 최소화하기 위한 보상 토크를 연산할 수 있다. 다시 말해서, 보상기(320)는 외란을 상쇄시키기 위한 보상 토크를 산출할 수 있다. 보상기(320)는 PID(Proportional Integral Differential) 형태로 구현될 수 있다. 예를 들어, 보상기(320)가 PI 형태로 구현된 경우, 보상 토크 ucomp은 [수학식 4]와 같이 나타낼 수 있다.The compensator 320 may calculate a compensation torque for minimizing the slip amount (disturbing) calculated by the
여기서, kp는 P 게인이고, ki는 I 게인이다.Here, k p is the P gain, and k i is the I gain.
보상기(320)는 히스테리시스를 적용하여 HSG(20)의 시동 토크 보상 제어 진입 시점을 조정하여 제어 민감도를 제어할 수 있다. 보상기(320)는 연산된 보상 토크에 근거하여 시동 토크 보상 여부를 결정할 수 있다. 보상기(320)는 보상 토크가 제1 기준 토크를 초과하는 경우 시동 토크 보상 제어 진입을 결정할 수 있다. 제1 기준 토크는 벨트 슬립을 감지하고 제1 기준 토크에 의해 제어 진입이 민감하지 않도록 설정될 수 있다. 보상기(320)는 보상 토크가 제2 기준 토크 이하인 경우 시동 토크 보상 제어 해제를 결정할 수 있다. 제2 기준 토크는 통상 '0'으로 설정될 수 있다.The compensator 320 may control the control sensitivity by applying hysteresis to adjust the starting torque compensation control entry point of the
보상기(320)는 보상 토크의 급변에 따른 NVH 및 벨트 내구성 문제를 해소하기 위하여 보상 토크의 변화율을 제한할 수 있다. 보상기(320)는 HSG(20)의 응답 특성을 고려하여 보상 토크의 최대 허용 변화율을 설정할 수 있다.The compensator 320 may limit the rate of change of the compensation torque in order to solve the problems of NVH and belt durability caused by the sudden change of the compensation torque. The compensator 320 may set the maximum allowable rate of change of the compensation torque in consideration of the response characteristics of the
연산기(330)는 엔진 시동 제어 장치(100)의 프로세서(150)에서 결정된 HSG(20)의 시동 토크(HSG 시동 토크)와 보상기(320)로부터 출력되는 보상 토크를 입력받을 수 있다. 연산기(330)는 HSG 시동 토크에서 보상 토크를 차감하여 HSG(20)의 시동 토크를 보상할 수 있다. 연산기(330)는 보상된 시동 토크를 HSG(20)에 전송할 수 있다.The
도 5는 본 발명의 실시 예들에 따른 엔진 시동 방법을 도시한 흐름도이다.5 is a flowchart illustrating an engine starting method according to embodiments of the present invention.
도 5를 참조하면, 프로세서(150)는 엔진(10)을 시동하기 위해 HSG(20)에 시동 토크를 인가할 수 있다(S110). 프로세서(150)는 엔진(10)의 회전속도를 상승시키기 위한 HSG 시동 토크를 결정할 수 있다.Referring to FIG. 5 , the
프로세서(150)는 시동 토크 인가 후 HSG(20)의 출력 토크를 기반으로 슬립량을 연산할 수 있다(S120). 프로세서(150)는 센서(130)를 이용하여 HSG(20)의 회전속도(HSG 속도)를 획득할 수 있다. 프로세서(150)는 공칭 모델을 기반으로 HSG 속도에 따른 HSG(20)의 출력 토크(즉, 실제 HSG 토크)를 산출할 수 있다. 프로세서(150)는 실제 HSG 토크(공칭 모델 토크)와 HSG(20)에 인가된 HSG 시동 토크의 차이를 연산하여 슬립량을 산출할 수 있다.The
프로세서(150)는 연산된 슬립량을 필터링하여 최종 슬립량을 연산할 수 있다(S130). 프로세서(150)는 연산된 슬립량에서 고주파 성분을 추출하기 위해 HPF 처리를 수행하고, 노이즈 제거를 위해 LPF 처리를 수행할 수 있다.The
프로세서(150)는 최종 슬립량을 기반으로 보상 토크를 연산할 수 있다(S140). 프로세서(150)는 PID 제어 또는 PI 제어 등을 위한 보상 토크를 산출할 수 있다.The
프로세서(150)는 보상 토크의 최대 허용 변화율을 설정할 수 있다(S150). 프로세서(150)는 HSG(20)의 응답 특성을 고려하여 보상 토크의 최대 허용 변화율을 설정할 수 있다.The
프로세서(150)는 보상 토크가 보상 제어 진입 조건을 만족하는지를 확인할 수 있다(S160). 프로세서(150)는 보상 토크가 제1 기준 토크를 초과하는 경우, 시동 토크 보상 제어 진입을 결정할 수 있다. 프로세서(150)는 보상 토크가 제2 기준 토크 이한인 경우 시동 토크 보상 제어 해제를 결정할 수 있다. 즉, 프로세서(150)는 연산된 보상 토크를 기반으로 시동 토크 보상 여부를 결정할 수 있다.The
프로세서(150)는 보상 토크가 보상 제어 진입 조건을 만족하는 경우, 보상 토크를 기반으로 HSG 시동 토크를 보상할 수 있다(S170). 프로세서(150)는 HSG 시동 토크에서 보상 토크를 차감하여 HSG 시동 토크를 보상할 수 있다.When the compensation torque satisfies the compensation control entry condition, the
프로세서(150)는 보상된 HSG 시동 토크를 HSG(20)에 지령할 수 있다(S180). HSG(20)는 프로세서(150)의 지령에 따라 HSG 토크를 조절할 수 있다.The
도 6은 본 발명의 실시 예들에 따른 HSG의 시동 토크 보상 제어에 따른 벨트 슬립 변화를 설명하기 위한 도면이다.6 is a view for explaining a belt slip change according to the starting torque compensation control of the HSG according to embodiments of the present invention.
도 6을 참조하면, 엔진(10)과 HSG(20)를 연결하는 벨트의 슬립이 감지되는 상황에서 슬립량을 연산하고 연산된 슬립량에 기반하여 HSG(20)의 시동 토크를 보상 제어하므로, 벨트의 슬립을 저감시킬 수 있다. 따라서, 벨트의 슬립 저감으로 NVH, 벨트 내구성 및 에너지 저감 측면에서 엔진(10)과 HSG(20)의 제어 성능이 향상될 수 있다.Referring to FIG. 6 , in a situation in which slip of the belt connecting the
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely illustrative of the technical spirit of the present invention, and various modifications and variations will be possible without departing from the essential characteristics of the present invention by those skilled in the art to which the present invention pertains. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical spirit of the present invention, but to explain, and the scope of the technical spirit of the present invention is not limited by these embodiments. The protection scope of the present invention should be construed by the following claims, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the scope of the present invention.
Claims (13)
상기 HSG의 회전속도를 측정하는 센서; 및
상기 엔진 시동을 위해 상기 HSG에 시동 토크 인가 후 상기 HSG로 입력되는 최종 시동 토크와 상기 HSG의 출력 토크의 차이에 기반하여 상기 벨트의 슬립량을 연산하고, 연산된 슬립량에 근거하여 보상 토크를 연산하고 연산된 보상 토크를 반영하여 상기 최종 시동 토크를 제어하는 프로세서를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 엔진 시동 제어 장치.
HSG connected by engine and belt;
a sensor for measuring the rotational speed of the HSG; and
After applying the starting torque to the HSG for starting the engine, the amount of slip of the belt is calculated based on the difference between the final starting torque input to the HSG and the output torque of the HSG, and the compensation torque is calculated based on the calculated slip amount. and a processor configured to calculate and control the final starting torque by reflecting the calculated compensation torque.
상기 프로세서는,
공칭 모델을 기반으로 상기 HSG의 회전속도에 따른 상기 출력 토크를 연산하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 엔진 시동 제어 장치.
The method according to claim 1,
The processor is
The apparatus for controlling engine start of a hybrid vehicle, characterized in that the output torque is calculated according to the rotation speed of the HSG based on a nominal model.
상기 프로세서는,
상기 연산된 슬립량에 대한 HPF 처리 및 LPF 처리를 통해 최종 슬립량을 연산하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 엔진 시동 제어 장치.
The method according to claim 1,
The processor is
The apparatus for controlling engine start of a hybrid vehicle, characterized in that the final slip amount is calculated through HPF processing and LPF processing for the calculated slip amount.
상기 프로세서는,
상기 HSG의 응답 특성을 고려하여 상기 보상 토크의 최대 허용 변화율을 설정하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 엔진 시동 제어 장치.
The method according to claim 1,
The processor is
The apparatus for controlling engine start of a hybrid vehicle, characterized in that the maximum allowable change rate of the compensation torque is set in consideration of the response characteristic of the HSG.
상기 프로세서는,
상기 연산된 보상 토크가 제1 기준 토크를 초과하는 경우 시동 토크 보상 제어 진입을 결정하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 엔진 시동 제어 장치.
The method according to claim 1,
The processor is
The apparatus for controlling engine starting of a hybrid vehicle, characterized in that when the calculated compensation torque exceeds a first reference torque, a starting torque compensation control entry is determined.
상기 프로세서는,
상기 연산된 보상 토크가 제2 기준 토크 이하인 경우 시동 토크 보상 제어 해제를 결정하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 엔진 시동 제어 장치.
6. The method of claim 5,
The processor is
The apparatus for controlling engine starting of a hybrid vehicle, characterized in that it is determined to release the starting torque compensation control when the calculated compensation torque is equal to or less than a second reference torque.
상기 프로세서는,
상기 시동 토크에서 상기 연산된 보상 토크를 차감하여 상기 최종 시동 토크를 결정하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 엔진 시동 제어 장치.
The method according to claim 1,
The processor is
The apparatus for controlling engine start of a hybrid vehicle, characterized in that the final starting torque is determined by subtracting the calculated compensation torque from the starting torque.
상기 시동 토크 인가 후 상기 HSG로 입력되는 최종 시동 토크와 상기 HSG의 출력 토크의 차이에 기반하여 상기 벨트의 슬립량을 연산하는 단계;
상기 슬립량에 근거하여 보상 토크를 연산하는 단계; 및
상기 보상 토크를 반영하여 상기 최종 시동 토크를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 엔진 시동 제어 방법.
applying a starting torque to the HSG connected to the engine by a belt when the engine is started;
calculating the slip amount of the belt based on a difference between the final starting torque input to the HSG after the application of the starting torque and the output torque of the HSG;
calculating a compensation torque based on the slip amount; and
and controlling the final starting torque by reflecting the compensation torque.
상기 슬립량을 연산하는 단계는,
센서를 이용하여 상기 HSG의 회전 속도를 측정하는 단계;
공칭 모델을 기반하여 상기 회전 속도에 따른 상기 HSG의 출력 토크를 연산하는 단계; 및
상기 HSG로 입력되는 최종 시동 토크와 상기 HSG의 출력 토크의 차이를 연산하여 상기 슬립량을 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 엔진 시동 제어 방법.
9. The method of claim 8,
Calculating the slip amount comprises:
measuring the rotation speed of the HSG using a sensor;
calculating an output torque of the HSG according to the rotation speed based on a nominal model; and
and calculating the slip amount by calculating a difference between the final starting torque input to the HSG and the output torque of the HSG.
상기 슬립량을 연산하는 단계는,
HPF 처리 및 LPF 처리를 통해 최종 슬립량을 연산하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 엔진 시동 제어 방법.
10. The method of claim 9,
Calculating the slip amount comprises:
The method for controlling engine start of a hybrid vehicle, further comprising the step of calculating a final slip amount through HPF processing and LPF processing.
상기 보상 토크를 연산하는 단계는,
상기 HSG의 응답 특성을 고려하여 상기 보상 토크의 최대 허용 변화율을 설정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 엔진 시동 제어 방법.
9. The method of claim 8,
Calculating the compensation torque comprises:
and setting a maximum allowable change rate of the compensation torque in consideration of the response characteristic of the HSG.
상기 최종 시동 토크를 제어하는 단계는,
상기 보상 토크가 보상 제어 진입 조건을 만족하는지를 확인하는 단계; 및
상기 보상 토크가 상기 보상 제어 진입 조건 만족 시 상기 시동 토크에서 상기 보상 토크를 차감하여 상기 최종 시동 토크를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 엔진 시동 제어 방법.
9. The method of claim 8,
The step of controlling the final starting torque,
checking whether the compensation torque satisfies a compensation control entry condition; and
and determining the final starting torque by subtracting the compensation torque from the starting torque when the compensation torque satisfies the compensation control entry condition.
상기 보상 제어 진입 조건을 만족하는지를 확인하는 단계는,
상기 보상 토크가 제1 기준 토크를 초과하는 경우, 시동 토크 보상 제어 진입을 결정하는 단계; 및
상기 보상 토크가 제2 기준 토크 이하인 경우, 시동 토크 보상 제어 해제를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 엔진 시동 제어 방법.13. The method of claim 12,
The step of checking whether the compensation control entry condition is satisfied,
determining starting torque compensation control entry when the compensation torque exceeds a first reference torque; and
and determining release of starting torque compensation control when the compensation torque is equal to or less than a second reference torque.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020200174738A KR20220084852A (en) | 2020-12-14 | 2020-12-14 | System and method for controlling engine starting of hybrid electric vehicle |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020200174738A KR20220084852A (en) | 2020-12-14 | 2020-12-14 | System and method for controlling engine starting of hybrid electric vehicle |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11801841B2 (en) | 2020-12-15 | 2023-10-31 | Hyundai Motor Company | Engine start controller for hybrid electric vehicle and method therefor |
-
2020
- 2020-12-14 KR KR1020200174738A patent/KR20220084852A/en active Search and Examination
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US11801841B2 (en) | 2020-12-15 | 2023-10-31 | Hyundai Motor Company | Engine start controller for hybrid electric vehicle and method therefor |
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