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KR100886738B1 - 하이브리드 구동 장치와 그의 조절 방법 및 그의 엔진 제어장치, 및 컴퓨터 프로그램 리코더 - Google Patents

하이브리드 구동 장치와 그의 조절 방법 및 그의 엔진 제어장치, 및 컴퓨터 프로그램 리코더 Download PDF

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KR100886738B1
KR100886738B1 KR1020070021186A KR20070021186A KR100886738B1 KR 100886738 B1 KR100886738 B1 KR 100886738B1 KR 1020070021186 A KR1020070021186 A KR 1020070021186A KR 20070021186 A KR20070021186 A KR 20070021186A KR 100886738 B1 KR100886738 B1 KR 100886738B1
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KR
South Korea
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hybrid drive
torque
internal combustion
combustion engine
electric motor
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KR1020070021186A
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English (en)
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KR20070090846A (ko
Inventor
브라켄 페테르
박종남
임훈섭
Original Assignee
쌍용자동차 주식회사
훼브 모토렌테크니크 게엠베하
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Abstract

본 발명은 하이브리드 구동 장치(1)와 그의 조절 방법 및 그의 엔진 제어장치에 관한 것이며, 하이브리드 구동 장치(1)는 하나 이상의 전동기(EM) 및 하나 이상의 내연 기관(E)을 포함하며, 전동기(EM) 및 내연 기관(E)은 유성 기어 장치(2)를 통해 서로 연결되며, 특히 부하 변환 시 하이브리드 구동 장치(1)의 작동 상태를 향상시키기 위해, 요구량, 특히 목표 토크 요구량과 관련되어 존재하는 하나 이상의 변수가 결정되며, 하나 이상의 상기 변수에 의해 하이브리드 구동 장치(1)의 작동 유형이 결정되며, 전동기(EM) 및 내연 기관(E)이 유성 기어 장치(2)를 통해 각각 가변적으로 회전 가능하게 서로 연결되는 제1 작동 유형이 선택되는 경우, 요구량에 상응하게 부하 요구량의 분배가 이루어지며, 이를 위해 제공되는 조절 장치는 상기 분배에 대한 하이브리드 구동 장치(1)의 반응을 고려한다.
하이브리드 차량, 하이브리드 구동 장치, 토크 분배, 전동기, 내연 기관

Description

하이브리드 구동 장치와 그의 조절 방법 및 그의 엔진 제어장치, 및 컴퓨터 프로그램 리코더{Hybrid drive device and its regulating method and engine coltrolling appatatus, and computer program recorder}
도1은 하이브리드 구동 장치의 개략적 구조를 도시하는 도면.
도2는 운동학 모델에 대한 개략도.
도3은 목표 곡선을 도시하는 그래프.
도4는 종래 시스템에서 토크 요구의 스텝 응답을 도시하는 도면.
도5는 도4에 관련되는 조절된 회전수 그래프를 도시하는 도면.
도6은 본 발명에 따른 시스템에서 토크 요구량의 스텝 응답을 도시하는 도면.
도7은 도6에 관련되는 조절된 회전수 그래프를 도시하는 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1: 하이브리드 구동 장치
2: 유성 기어 장치
3: 태양 기어
4: 내부 기어
5: 제1 유성 캐리어
6: 제2 유성 캐리어
7: 입력축
EM: 전동기
E: 내연 기관
C: 클러치
본 발명은 하이브리드 차량용 하이브리드 구동 장치의 조절 방법과 하이브리드 차량용 하이브리드 구동 장치 및 그의 엔진 제어장치에 관한 것이며, 하이브리드 구동 장치는 하나 이상의 전동기 및 하나 이상의 내연 기관을 포함하며, 전동기 및 내연 기관은 유성 기어 장치를 통해 서로 연결될 수 있다.
하이브리드 구동 장치는 예를 들면 차량 구동 장치 분야에서 사용된다. 하이브리드 구동 장치의 조절 장치는 예를 들면 작동 상태의 제어, 특히 에너지 관리, 출력 등의 제어를 위해 사용된다.
본 발명의 목적은 특히 부하 변환 시 하이브리드 구동 장치의 작동 상태를 향상시키는 것이다.
본 발명의 상기 목적은 본원의 청구범위 제1항의 특징을 포함하는 하이브리드 구동 장치의 토크 분배 조절 방법, 청구범위 제12항의 특징을 포함하는 하이브리드 구동 장치, 청구범위 제15항의 특징을 포함하는 엔진 제어 장치 및 청구범위 제16항의 특징을 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품을 통해 달성된다. 다른 유리한 실 시예 및 구성예가 각 종속항에 개시되어 있다.
본 발명에 따른 하이브리드 차량용 하이브리드 구동 장치의 토크 분배 조절 방법에서, 하이브리드 구동 장치는 하나 이상의 전동기 및 하나 이상의 내연 기관을 포함하며, 전동기 및 내연 기관은 유성 기어 장치를 통해 서로 연결되고 서로 차단될 수 있으며,
요구량, 특히 목표 토크 요구량과 관련되어 존재하는 하나 이상의 변수가 결정되며,
하나 이상의 상기 변수에 의해 하이브리드 구동 장치의 작동 유형이 결정되며,
전동기 및 내연 기관이 유성 기어 장치를 통해 각각 가변적으로 회전 가능하게 서로 연결되는 제1 작동 유형이 선택되는 경우, 요구량에 상응하게 부하 요구량의 분배가 이루어지며,
이를 위해 제공되는 조절 장치는 상기 분배에 대한 하이브리드 구동 장치의 반응을 고려한다.
하이브리드 구동 장치는 특히 전동기의 구동 출력 및 내연 기관의 구동 출력이 하이브리드 구동 장치의 최종 구동 출력으로 조합될 수 있도록 구성된다. 양호하게는 순수 전동기 작동과 순수 내연 기관 작동 사이의 에너지 분배는 계속적으로 변화될 수 있다.
내연 기관으로서 양호하게는 오토 원리 또는 디젤 원리에 따라 작동하는 왕복 작동식 내연 기관이 사용된다.
전동기는 양호하게는 발전기로서도 사용될 수 있으므로, 이에 따라 전기 에 너지 탱크는 충전될 수 있다.
내연 기관의 제1 토크와 전동기의 제2 토크의 기계적 결부는 유성 기어 장치에 의해 이루어지며, 하이브리드 구동 장치의 전동기, 내연 기관 및 출력축에는 각각 내부 기어, 태양 기어 및 유성 캐리어를 포함하는 유성 기어 장치의 그룹으로 이루어진 요소가 관련된다. 유성 기어 장치는 예를 들면 정확히 내부 기어, 태양 기어 및 유성 캐리어를 포함한다. 그러나 복수의 유성 캐리어를 사용하는 것도 제안될 수 있다. 다른 실시예에서는 유성 기어 장치 대신, 전동기가 내연 기관에 의해 구동되는 축에 장착되는 것도 제안될 수 있다. 예를 들면 하이브리드 차량에서 각 휠에는 각각 전동기가 휠축에 배치될 수 있으며, 상기 휠축은 내연 기관에 의해 구동된다.
요구량, 특히 목표 토크 요구량과 관련되어 존재하는 변수로서, 예를 들면 가속 페달의 위치가 결정된다. 예를 들면 가속 페달 위치는 요구되는 목표 토크에 대해 선형으로 관련된다. 대안으로 또는 추가적으로 출력 요구량 및/또는 회전수 요구량도 변수로서 결정될 수 있다. 또한 변수의 요구량이 추가적으로 가속 페달의 가속도로부터 결정되는 것이 제안될 수 있다. 특히 페달을 밟을 때 가속 페달의 가속도가 큰 경우 증가된 목표 토크 요구량이 결정된다. 가속 페달의 위치에 대한 대안으로 또는 추가적으로 제어 장치의 신호도 결정될 수 있다. 예를 들면 신호로서 목표 토크의 사전 설정을 위한 견인력 슬립 제어 장치의 신호가 사용된다.
하이브리드 구동 장치의 작동 유형으로서 특히 전동기 및 내연 기관이 유성 기어 장치를 통해 각각 가변적으로 회전 가능하게 서로 연결되는 제1 작동 유형이 제안된다. 전동기 및 내연 기관은 예를 들면 서로 상이한 회전수를 가질 수 있다. 특히 전동기 및 내연 기관은 상이한 회전 방향을 가질 수 있다. 상응하는 회전수 및 상응하게 사전 설정된 유성 기어 장치의 변속비를 선택함으로써 예를 들면 전동기와 내연 기관 사이의 상응하는 구동 에너지 분배를 실행할 수 있다.
또한 양호하게는 전동기 및 내연 기관이 회전 고정식으로 서로 차단되는 제2 작동 유형이 제안된다.
전동기와 내연 기관을 병렬 작동으로 고정 연결하기 위해, 예를 들면 특히 유성 기어 장치 내에 또는 유성 기어 장치 상에 제공되는 상응하는 클러치가 연결된다. 예를 들면 이를 위해 태양 기어 및 내부 기어 및/또는 유성 캐리어가 회전 고정식으로 서로에 대해 설정된다.
양호하게는 요구되는 목표 토크는 임의로 전동기의 토크에 대해 또는 내연 기관의 토크에 대해 분배될 수 있다.
하이브리드 구동 장치의 작동 유형을 선택하기 위해 예를 들면 요구되는 목표 토크 및/또는 하이브리드 구동 장치의 출력 회전수는 사전 설정된 임계값과 비교된다. 그러나 주행 상태에 의해 또는 전동기의 에너지 탱크의 에너지 상태에 의해 작동 유형의 선택을 실행하는 것도 제안될 수 있다.
제1 작동 유형은 특히 하이브리드 구동 장치의 출력 회전수가 사전 설정된 값보다 작을 때 선택된다. 사전 설정된 값은 예를 들면 빈번한 가속- 및 제동 상태를 포함하는 도시 교통에서의 하이브리드 차량의 스타팅 공정 또는 작동 방식이 제 1 작동 유형으로 포함되도록 선택된다. 출력 회전수는 특히 하이브리드 차량의 변속기 입력부와 연결된 하이브리드 구동 장치의 피구동축의 회전수로 이해된다. 사전 설정된 값으로서 예를 들면 2500 rpm의 출력 회전수가 사용된다. 그러나 이에 상응하게 보다 크거나 또는 보다 작은 값도 제안될 수 있다.
이에 상응하게 제2 작동 유형은 양호하게는 하이브리드 구동 장치의 출력 회전수가 사전 설정된 값보다 클 때 선택된다. 특히 제2 작동 유형은 하이브리드 차량의 속도가 클 때 사용된다. 사전 설정된 값으로서 2500 내지 3000 rpm의 값이 사용될 수 있다. 그러나 이에 상응하게 보다 크거나 또는 보다 작은 값도 제안될 수 있다.
상기 분배에 대한 하이브리드 구동 장치의 반응은 양호하게는 사전 결정된다. 하이브리드 구동 장치의 사전 결정된 반응은 예를 들면 하이브리드 구동 장치의 사전 결정된 운동학적 특성 변수에 기초한다. 이를 위해 상기 특성 변수는 예를 들면 물리학적으로 모델링되거나 또는 전문가 시스템에 의해 표현될 수도 있다. 상기 사전 결정된 반응은 특히 토크 분배의 변화량에 따른 궁극적인 시간 단계 내에서의 하이브리드 구동 장치의 동적 상태의 추정이다. 예를 들면 상기 변화량은 특성 영역의 작동 지점에서의 경사도에 의해 추정된다. 상기 사전 결정된 반응은 예를 들면 전동기 및/또는 내연 기관의 회전수의 조절 시 사용된다. 특히 사전 결정된 반응을 고려함으로써 상응하는 회전수 조절에 대한 손실을 감소시킬 수 있다. 양호하게는 이는 조절 손실을 감소시킬 수 있고 특히 과도적인 작동 상태를 단축시킬 수 있다. 양호하게는 이는 조절 장치의 신속한 반응 및 특히 보다 적은 조절 에 러를 가능케 한다. 양호하게는 토크 분배를 하이브리드 차량의 상이한 작동 상태에 대해 신속하게 조절하는 것이 가능하게 된다.
일 실시예에서는 변수로서 목표 토크가 결정되며, 하이브리드 구동 장치의 토크는 목표 토크에 대해 내연 기관의 회전수 변화량 및/또는 전동기의 회전수 변화량에 의해 조절되며, 내연 기관의 회전수의 사전 설정된 목표 곡선에 대한 편차가 감소되며, 목표 곡선은 하이브리드 구동 장치의 출력 회전수의 함수이며, 출력 회전수의 변화량은 목표 토크, 및 출력 회전수에 의존하는 효율적 질량 관성 토크의 비에 비례하며, 상기 효율적 질량 관성 토크는 하이브리드 차량의 질량 관성 뿐만 아니라 회전하는 구동 요소의 질량 관성 토크도 고려하고 피구동 장치측의 유성 기어 장치에 존재한다. 내연 기관 또는 전동기의 회전수 변화량에 의해 예를 들면 내연 기관 또는 전동기의 각 회전수와 출력 회전수 사이의 변속비가 설정된다. 이에 상응하게 토크 변화량이 설정될 수 있다. 또한 내연 기관 또는 전동기의 토크는 각 회전수에 의존할 수 있다. 이에 상응하게 양호하게는 토크도 변화될 수 있다. 목표 곡선은 특히 토크 및/또는 에너지 전달과 관련하여 내연 기관의 가능한 한 최적의 작동이 가능하게 되도록 사전 설정된다. 특히 목표 곡선은 내연 기관이 항상 공회전 회전수 이상의 회전수로 작동되는 것을 고려한다. 양호하게는 목표 곡선은 공회전 회전수로부터 단조롭게 증가하는 함수이다.
효율적 질량 관성 토크로서 특히 하이브리드 구동 장치의 피구동 장치측의 실제 회전하는 부품에 관련될 수 있는 질량 관성 토크가 제공된다. 여기서 실제 회전하는 부품의 상기 효율적 질량 관성 토크는 피구동 장치측에서 실제로 하이브리드 구동 장치에 연결된 기계적 요소, 특히 회전하는 구동 요소가 질량 관성 토크와 관련된 그 기계적 상태에 대해 가능한 한 정확히 나타내어지도록 설정된다. 또한 특히 하이브리드 차량의 질량 관성이 고려된다. 사전 설정된 회전수를 위해 효율적 질량 관성 토크는 예를 들면 각가속도에서 발생되는 토크로부터 결정될 수 있다. 양호하게는 효율적 질량 관성 토크는 회전수 영역을 통해 상기 방식으로 보다 양호한 근사치에 의해 결정될 수 있다. 사전 설정된 회전수 영역에서 하이브리드차량의 질량 관성 및 회전하는 구동 요소의 질량 관성 토크가 포괄적으로 단일의 기계적 변수에 의해 고려될 수 있다.
목표 함수로서 예를 들면 함수(Wice(Wcvt))가 사용된다. 여기서 Wice는 내연 기관의 출력 회전수이다. 여기서 Wcvt는 하이브리드 구동 장치의 출력 회전수이다. 양호하게는 내연 기관의 회전수의 변화량(dWice/dt)이 목표 토크 분배에 대한 토크 분배의 편차를 제거하도록 사용된다. 이를 위해 예를 들면 아래의 항이 고찰된다. 아래의 항은 차량 가속도 및 목표 곡선(Wice(Wcvt))에 기초하여 시간(△t)에 있어서 내연 기관의 회전수의 변화량을 나타낸다.
<식1>
Figure 112007017910964-pat00001
여기서 △t는 시간 단계이다. 유사한 방식으로 이는 전동기에도 적용된다.
회전수 변화량(
Figure 112008043949337-pat00021
)은 특히 유성 기어 장치의 변속비에 의해 결정된다.
실시예에 따르면 목표 토크는 효율적 질량 관성 토크에 추가하여 존재하는 피구동 장치측의 유성 기어 장치의 부하를 무시한 상태에서 하이브리드 차량의 사전 설정된 가속도에 의해 결정된다. 특히 목표 토크는 효율적 질량 관성 토크 및 하이브리드 차량의 사전 설정된 가속도의 곱으로서 아래의 식2에 상응하게 결정된다.
<식2>
Figure 112007017910964-pat00003
Tcvt가 목표 토크이다. 또한 Jveh는 효율적 질량 관성 토크이다.
변형예에서 목표 토크는 효율적 질량 관성 토크에 추가하여 존재하는 피구동 장치측의 유성 기어 장치의 부하를 고려한 상태에서 하이브리드 차량의 사전 설정된 가속도에 의해 결정되는 것이 제안된다. 이는 예를 들면 아래의 식3에 의해 얻어진다.
<식3>
Figure 112007017910964-pat00004
여기서 Tdem은 목표 토크이고, TL(Wcvt)는 회전수 의존 부하이다. 회전수 의존 부하는 예를 들면 특히 공기 저항 및/또는 구름 저항을 통해 발생될 수 있는 마찰 저항을 고려한다. 일반적으로 부하는 예를 들면 하이브리드 구동 장치에서 발생되는 소산(dissipative) 효과를 고려한다.
특히 목표 토크는 출력 회전수에 의존하는 부하 토크 및 효율적 질량 관성 토크에 의해 출력 회전수의 사전 설정된 변화량으로부터 결정되는 것이 제안된다. 이를 위해 양호하게는 마찬가지로 식3이 사용되며, 상기 식3은 목표 토크에 따라 이에 상응하게 결정될 수 있다.
실시예에 따르면 출력 회전수에 의존하는 부하 토크 및 효율적 질량 관성 토크에 의해 목표 토크에 대해 출력 회전수의 변화량이 사전 설정된다. 이를 위해 예를 들면 식3이 직접적으로 사용된다. 내연 기관 및 전동기의 해당하는 회전수의 변화량이 아래의 식4 및 식5에 따라 결정될 수 있다.
<식4>
Figure 112007017910964-pat00005
<식5>
Figure 112007017910964-pat00006
여기서 함수(Wmg)는 출력 회전수에 따른 전동기의 상응하는 목표 곡선이다. 상기 목표 곡선은 변속비에 의해 내연 기관의 목표 곡선으로부터 결정될 수 있다.
실시예에서 내연 기관의 회전수 변화량은 주어진 출력 회전수가 출력 회전수의 원하는 변화량 및 주어진 출력 회전수의 지점에서 목표 곡선의 기울기(S)의 곱으로부터 주어질 때 출력 회전수의 사전 설정된 변화량에 의해 사전 설정되는 것이 제안된다. 여기서 기울기(S)는 예를 들면 식4의 미분몫에 해당한다. 또한 전동기의 회전수 변화량(A)은 주어진 출력 회전수가 출력 회전수의 원하는 변화량(C) 및 주어진 출력 회전수의 지점에서 목표 곡선의 기울기(S) 및 유성 기어 장치의 변속비(i1, i2)로부터 주어질 때 출력 회전수의 원하는 변화량(C)에 의해 이하의 식과 같이 사전 설정되는 것이 제안된다.
A=(1-i2 x S) x A/i1
미분몫을 사용하는 상응하는 방식으로 이는 식6에서 아래와 같이 재현된다.
<식6>
Figure 112007017910964-pat00007
유성 기어 장치의 변속비(i1, i2)는 아래와 같이 정의된다.
<식7>
Figure 112007017910964-pat00008
여기서 상기 각 변속비는 제3 축이 고정된 상태에서 2개의 축의 변속비로서 정의된다. 변속비에 대해 예를 들면 i1=0.4 및 i2=0.6의 값이 주어진다. 그러나 다른 값도 제공될 수 있다.
상술된 실시예의 변형에서 유사한 방식으로 내연 기관 및 전동기의 역할이 교환될 수도 있다. 이에 상응하게 전동기의 회전수 변화량의 파일럿 제어가 실행될 수 있고, 이로부터 내연 기관의 회전수 변화량이 결정될 수 있다.
원하는 가속도 외에, 조절 장치는 목표 압력 모멘트 변화량이 없이 존재하는 에러를 보상할 수도 있으며, 상기 에러는 내연 기관의 추가적 가속도를 요구한다. 여기서 내연 기관의 요구되는 가속도는 예를 들면 아래와 같이 추정된다.
<식8>
Figure 112007017910964-pat00009
여기서 항(dwice-pi/dt)은 내연 기관의 속도를 목표 곡선에 참조시키기 위해 존재하는 조절기 출력에 해당한다. 양호하게는 상기 항(dwice-pi/dt)은 매우 작은 변수이다. 이는 예를 들면 최적의 파일럿 제어를 통해 가능하게 된다.
토크 분배에 있어서 에러를 보상하기 위해, 전동기에는 예를 들면 상응하는 가속도가 설정된다. 출력 속도가 일정한 경우 밸런스(balance)만을 유지하기 위해, 전동기의 회전수의 변화량은 특히 아래와 같이 결정된다.
<식9>
Figure 112007017910964-pat00010
이에 상응하게 전동기의 가속도는 특히 아래의 관련식에 따라 결정될 수 있다.
<식10>
Figure 112007017910964-pat00011
식8 및 식10으로부터 내연 기관 및 전동기의 토크는 아래의 식11에 따라 결정될 수 있다.
<식11>
Figure 112007017910964-pat00012
따라서 내연 기관 및 전동기은 주어진 토크 요구량(TL)에서 각 다음의 시간 단계에서 이에 상응하게 제어될 수 있다.
전동기의 주어진 회전수 변화량을 조절하기 위해, 특히 주어진 회전수 변화량이 비례-적분-조절기에 의해 주어지는 것이 제안된다. 그러나 비례-적분-조절기 대신, 다른 잘 알려진 조절기도 사용될 수 있다.
내연 기관의 회전수 변화량은 일 실시예에 따르면 비례-적분-조절기에 의해 조절된다. 그러나 다른 조절 알고리즘도 사용될 수 있다.
목표 곡선은 다양한 특징을 포함할 수 있다. 일 실시예에서 목표 곡선은 출력 회전수가 0일 때 0과는 다른 내연 기관의 공회전 회전수를 갖는다. 이는 특히 한계 조건을 고려하므로, 내연 기관의 회전수는 임의로 작게 설정될 수 없다.
대안으로 또는 추가적으로 목표 곡선은 공회전 회전수보다 큰 회전수값(W1) 이상의 출력 회전수에 대해 하나 이상의 구간에서 0보다 큰 일정한 기울기를 갖는다. 회전수 0과 회전수값 W1 사이에서 목표 곡선은 양호하게는 공회전 회전수로부터 단조롭게 증가한다.
양호하게는 목표 곡선은 회전수값(W1)의 지점에서 일정하게 구별 가능하게 진행하는 것이 제안된다. 특히 회전수값(W1)의 바로 위 및 그 바로 아래에서 목표 곡선의 기울기는 동일하다. 양호하게는 매끄러운 조절이 가능하게 된다.
또한 본 발명은 하이브리드 차량용 하이브리드 구동 장치에도 관련되며, 하이브리드 구동 장치는 하나 이상의 전동기, 하나 이상의 내연 기관 및 하나 이상의 유성 기어 장치를 포함하며, 상기 유성 기어 장치에 의해 전동기의 제1 토크 및 내연 기관의 제2 토크는 차량의 구동 트레인에서 제3 토크로 결부될 수 있으며, 하나 이상의 제어 장치를 포함하며, 상기 제어 장치에 의해 특히 상술된 실시예 중 하나 이상의 실시예에 따른 방법에 의해
요구량, 특히 목표 토크 요구량과 관련되어 존재하는 하나 이상의 변수가 결정될 수 있으며,
하나 이상의 상기 변수에 의해 하이브리드 구동 장치의 작동 유형이 결정될 수 있으며,
전동기 및 내연 기관이 유성 기어 장치를 통해 각각 가변적으로 회전 가능하게 서로 연결되는 제1 작동 유형이 선택되는 경우, 요구량에 상응하게 부하 요구량이 분배될 수 있으며,
조절을 위해, 상기 분배에 대한 하이브리드 구동 장치의 반응이 고려될 수 있다.
제어 장치로서 예를 들면 내연 기관의 공지된 엔진 제어 장치가 사용되며, 상기 내연 기관의 공지된 엔진 제어 장치는 전동기도 제어할 수 있다. 그러나 전동기 및 내연 기관에 대해 다른 제어 장치를 분리하여 제공하는 것도 제안될 수 있다. 또한 하이브리드 구동 장치, 전동기 및 내연 기관에 대해 분리된 제어 장치를 제공하는 것도 제안될 수 있다.
실시예에 따르면 제어 장치는 토크 분배에 대한 하나 이상의 제1 제어 장치, 및 내연 기관 및/또는 전동기의 회전수에 대한 하나 이상의 제2 제어 장치를 포함하는 것이 제안된다. 특히 내연 기관 또는 전동기의 회전수에 대한 각각의 하나 이상의 제어 장치가 제공될 수 있다.
변형예에 따르면 제1 제어 장치는 주 제어 장치이며, 상기 주 제어 장치에는 제2 제어 장치가 종속 제어 장치로서 관련되어 있다. 특히 종속 제어 장치는 내연 기관 및/또는 전동기의 회전수에 대한 자립형 제어 장치로서 구성된다. 양호하게는 주 제어 장치는 전동기 및/또는 내연 기관의 회전수 또는 회전수 변화량만을 사전 설정한다. 양호하게는 종속 제어 장치는 예를 들면 주 제어 장치의 역할 뿐만 아니라 종속 제어 장치의 역할도 수행하는 단일의 제어 장치에 대해 요구되는 연산 출력보다 더 작은 연산 출력을 갖는다.
전동기, 내연 기관 및 구동 트레인의 연결을 위해 특히 전동기가 유성 기어 장치의 유성 캐리어와 연결되는 것이 제안된다. 또한 예를 들면 내연 기관이 유성 기어 장치의 태양 기어와 연결되는 것이 제안된다. 특히 내연 기관 및 전동기는 유성 기어 장치의 태양 기어 및 유성 캐리어를 통해 서로 연결된다. 여기서 예를 들면 전동기는 유성 캐리어와 연결될 수 있는 반면, 내연 기관은 태양 기어와 연결된다. 그러나 상술된 실시예에 상응하게 반대의 구조도 가능하다.
또한 본 발명은 하이브리드 차량에 사용되고, 상술된 실시예 중 하나의 실시예에 따른 하이브리드 구동 장치의 엔진 제어 장치에도 관련된다.
여기서 하이브리드 차량은 특히 도로 차량 또는 궤도 결합 차량이다.
마지막으로 본 발명은 컴퓨터 판독 가능한 메모리 매체에 제공된 프로그램 코드 수단을 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품에도 관련되며, 상기 컴퓨터 프로그램 제품은 프로그램 코드 수단을 포함하는 프로그램이 컴퓨터에서 실행될 때, 상술된 실시예 중 하나의 실시예에 따른 방법을 실행한다. 컴퓨터 판독 가능한 메모리 매체로서 특히 메모리칩, 광학, 자기, 광자기 데이터 기억 매체 등이 제공된다. 특히 메모리 매체는 제어 장치의 메모리칩이다. 컴퓨터는 예를 들면 제어 장치, 특히 엔진 제어 장치의 마이크로 제어기이다.
본 발명은 이하에서 도면에 의해 상세하게 예시적으로 설명된다. 그러나 본 발명은 여기에 도시된 특징들의 조합에 한정되지 않는다. 각각의 도면의 설명 부분을 포함하는 상세한 설명 및 도면에 도시된 특징에 도시된 특징들은 보다 개선된 구성을 위해 서로 조합될 수 있다.
도1은 하이브리드 구동 장치(1)의 개략도를 도시한다. 상기 하이브리드 구동 장치(1)는 전동기(EM) 및 내연 기관(E)을 포함한다. 이들은 유성 기어 장치(2)를 통해 서로 연결된다. 유성 기어 장치(2)는 태양 기어(3), 내부 기어(4) 및 제1 유성 캐리어(5) 및 제2 유성 캐리어(6)를 포함한다. 또한 유성 기어 장치(2)에는 클러치(C)가 구비되며, 상기 클러치(C)에 의해 내부 기어(4)와 변속기(AT)의 입력축(7) 사이에 연결이 이루어질 수 있다. 또한 하이브리드 구동 장치(1)는 제1 엔진 제어 장치(8) 및 제2 엔진 제어 장치(9)를 포함하며, 상기 제1 엔진 제어 장치(8)는 전동기(EM)와 연결되며, 상기 제2 엔진 제어 장치(9)는 내연 기관(E)과 연결된다. 제1 엔진 제어 장치(8) 및 제2 엔진 제어 장치(9)는 다시 하이브리드 구동 장치(1)의 주 제어 장치(10)와 연결되며, 상기 주 제어 장치(10)는 각 엔진 제어 장치(8, 9)에 대해 회전수 요구량 또는 회전수 변화에 대한 요구량을 할당할 수 있다. 엔진 제어 장치(8, 9)는 전동기(EM) 또는 내연 기관(E)의 회전수를 조절하도록 사용된다.
주 제어 장치(10)는 엔진 제어 장치(8, 9)에 대해 입력 신호를 출력할 때 변속기(AT)의 입력축(7)에 대한 토크의 요구량을 고려한다.
이하에서 동일하게 작용하는 요소는 동일한 도면 부호가 제공된다.
도2는 도1에 따른 하이브리드 구동 장치의 운동학 모델(11)에 대한 개략도를 도시한다. 유성 기어 장치(2)에 의해 전동기의 토크(Tmg) 및 내연 기관의 토크(Tice)는 결부되어 하이브리드 구동 장치의 최종 토크(Tcvt)로 된다. 여기서 회전 속도(wmg)에서의 질량 관성 토크(Jmg)는 도시되지 않은 전동기에 관련된다. 이에 상응하게 회전수(wice)에서의 질량 관성 토크(Jice)는 도시되지 않은 내연 기관에 관련된다. 여기서 유성 기어 장치(2)의 제1 변속비(i1) 및 제2 변속비(i2)에 상응하게 유성 기어 장치(2)에서 제1 토크(Tpqs1) 및 제2 토크(Tpqs2)가 발생하며, 이들은 최종 토크(Tcvt)로 결부된다. 피구동 장치측에서는, 즉, 도1의 실시예에 따르면 변속기의 입력축에서는 입력축의 회전수(wcvt)에서 효율적 질량 관성 토크(Jveh)가 채택된다. 또한 피구동 장치측에서는 부하 토크(TL)가 채택되는데, 상기 부하 토크(TL)는 예를 들면 공기 저항에 의해 발생된다. 상기 부하 토크(TL)는 특히 입력축의 회전수(wcvt)에 의존하며, 상기 입력축의 회전수(wcvt)는 특히 하이브리드 구동 장치의 출력 회전수이다. 변속비에 대해 예를 들면 i1=0.4 및 i2=0.6의 값이 주어진다. 그러나 다 른 값도 주어질 수 있다.
효율적 질량 관성 토크의 추정은 예를 들면 상술된 실시예에 의해 행해진다.
특히 도시된 부하 토크(TL)는 회전수(wcvt)에서 토크(Tcvt)와 결부되며, 이는 식4에 따르면 효율적 질량 관성 토크(Jveh)를 통해 회전수 변화량(
Figure 112007017910964-pat00013
cvt)과 결부된다.
도3은 목표 곡선(12)을 도시한다. 목표 곡선(12)은 하이브리드 구동 장치의 출력 회전수인 회전수(wcvt)에 따른 내연 기관의 회전수(wice)의 원하는 그래프를 나타낸다. 여기서 목표 곡선(12) 그래프는 하이브리드 구동 장치의 출력 회전수가 0인 경우 내연 기관은 공회전 회전수(w0)로 존재하도록 구성된다. 또한 목표 곡선(12)은 값(w1) 이상의 출력 회전수에 대해 선형으로 증가하는 그래프를 나타낸다. 출력 회전수(w1) 이하에서 상기 곡선은 내연 기관의 공회전 회전수(w0)로부터 단조롭게 증가한다. 지점(w1, w1)에서 목표 곡선(12)은 일정하게 구별될 수 있다. 목표 곡선(12)은 특히 식5에 따라 내연 기관의 회전수의 요구 가속도를 출력 회전수의 원하는 가속도에 의해 결정하도록 사용된다. 출력 회전수의 원하는 가속도는 식4에 따라 결정된다.
도4는 종래의 시스템에서 토크 요구량의 스텝 응답을 도시한다. 가로축에는 초 단위의 시간이 도시된다. 세로축에는 뉴튼미터(Nm) 단위의 토크가 도시된다. 대략 4초의 시간에서 토크 요구량이 기록된다.
도5는 도4에 관련되는 조절된 회전수 그래프를 도시한다. 가로축에는 시간이 도시되고 세로축에는 회전수가 도시된다. 내연 기관의 회전수 그래프(13) 및 전동기의 회전수 그래프(14)는 각각 하이브리드 구동 장치의 출력 회전수 그래프인 회전수 그래프(15)가 발생되도록 조절된다. 상기 그래프는 스타팅 공정에 대해 도시되어 있다. 여기서 하이브리드 구동 장치의 출력 회전수 그래프(15)는 선형으로 증가한다.
도6은 본 발명에 따른 시스템에서 토크 요구량의 스텝 응답을 도시한다. 가로축에는 시간이 도시되고 세로축에는 토크가 도시된다. 여기서 도시된 토크 그래프(16)는 토크 요구량에 있어서 대략 4초일 때 거의 급격하게 대략 100 Nm으로 증가된다. 도4에 도시된 그래프와 대조적으로 거의 오버슈팅부(overshooting)를 볼 수 없다.
도7은 도6에 관련되는 조절된 회전수 그래프를 도시한다. 가로축에는 시간이 도시되고 세로축에는 다시 회전수가 도시된다. 내연 기관의 회전수 그래프(13), 전동기의 회전수 그래프(14), 및 하이브리드 구동 장치의 출력 회전수 그래프(15)가 도시되어 있다. 출력 회전수 그래프(15)는 다시 대략 4초의 시간으로부터 선형으로 증가된다. 또한 스타팅 공정에 대해 도시되어 있다. 도5에 도시된 그래프와 대조적으로 명백하게 매끄러운 조절 상태를 인식할 수 있다.
본 발명에 따르면, 특히 부하 변환 시 하이브리드 구동 장치의 작동 상태를 향상시키는 효과가 있다.

Claims (20)

  1. 하이브리드 차량용 하이브리드 구동 장치(1)의 토크 분배를 조절하는 하이브리드 구동장치 조절방법에 있어서,
    상기 하이브리드 구동 장치(1)는 하나 이상의 전동기(EM) 및 하나 이상의 내연 기관(E)을 포함하되 상기 전동기(EM) 및 상기 내연 기관(E)이 유성 기어 장치(2)를 통해 서로 연결되고 서로 차단되게 하고,
    요구량과 관련되어 존재하는 하나 이상의 변수가 결정되게 하고,
    하나 이상의 상기 변수에 의해 하이브리드 구동 장치(1)의 작동 유형이 결정되게 하고,
    상기 전동기(EM) 및 상기 내연 기관(E)이 유성 기어 장치(2)를 통해 각각 가변적으로 회전 가능하게 서로 연결되는 제1 작동 유형이 선택되는 경우, 상기 요구량에 상응하게 부하 요구량의 분배가 이루어지게 하며,
    상기 요구량의 분배에 의해 하이브리드 구동 장치(1)가 반응되게 하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 구동장치 조절방법.
  2. 제1항에 있어서, 변수로서 목표 토크가 결정되고, 상기 하이브리드 구동 장치(1)의 토크는 상기 목표 토크에 대해 상기 내연 기관(E)의 회전수 변화량 또는 상기 전동기(EM)의 회전수 변화량에 의해 조절되고, 상기 내연 기관(E)의 회전수의 사전 설정된 목표 곡선(12)에 대한 편차가 감소되고, 상기 목표 곡선(12)은 상기 하이브리드 구동 장치의 출력 회전수(15)의 함수이고, 상기 출력 회전수의 변화량은 목표 토크 및 출력 회전수에 의존하는 효율적 질량 관성 토크의 비에 비례하며, 상기 효율적 질량 관성 토크는 하이브리드 차량의 질량 관성 뿐만 아니라 회전하는 구동 요소의 질량 관성 토크도 고려하고 피구동 장치측의 유성 기어 장치(2)에 존재하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 구동장치 조절방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 목표 토크는 효율적 질량 관성 토크에 추가하여 존재하는 피구동 장치측의 유성 기어 장치의 부하를 무시한 상태에서 하이브리드 차량의 사전 설정된 가속도에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 구동장치 조절방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 목표 토크는 효율적 질량 관성 토크에 추가하여 존재하는 피구동 장치측의 유성 기어 장치의 부하를 고려한 상태에서 하이브리드 차량의 사전 설정된 가속도에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 구동장치 조절방법.
  5. 제2항에 있어서, 상기 목표 토크는 출력 회전수에 의존하는 부하 토크 및 효율적 질량 관성 토크에 의해 출력 회전수의 사전 설정된 변화량으로부터 결정되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 구동장치 조절방법.
  6. 제2항에 있어서, 상기 출력 회전수에 의존하는 부하 토크 및 효율적 질량 관성 토크에 의해 목표 토크에 대해 출력 회전수의 변화량이 사전 설정되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 구동장치 조절방법.
  7. 제2항에 있어서, 상기 내연 기관(E)의 회전수 변화량은 주어진 출력 회전수가 출력 회전수의 사전 설정된 변화량 및 주어진 출력 회전수의 지점에서 목표 곡선(12)의 기울기(S)의 곱으로부터 주어질 때 출력 회전수의 사전 설정된 변화량에 의해 사전 설정되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 구동장치 조절방법.
  8. 제2항에 있어서, 상기 전동기(EM)의 회전수 변화량(A)은 주어진 출력 회전수가 출력 회전수의 원하는 변화량(C) 및 주어진 출력 회전수의 지점에서 목표 곡선의 기울기(S) 및 유성 기어 장치(2)의 변속비(i1, i2)로부터 주어질 때 출력 회전수의 원하는 변화량(C)에 의해 이하의 식과 같이 사전 설정되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 구동장치 조절방법.
    A=(1-i2xS)A/i1
  9. 제2항에 있어서, 상기 목표 곡선(12)은 출력 회전수가 0일 때 0과는 다른 내연 기관(E)의 공회전 회전수를 갖는 것을 특징으로 하는 하이브리드 구동장치 조절방법.
  10. 제2항에 있어서, 상기 목표 곡선(12)은 공회전 회전수보다 큰 회전수값(W1) 이상의 출력 회전수에 대해 하나 이상의 구간에서 일정한 기울기로 증가하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 구동장치 조절방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 목표 곡선은 회전수값(W1)의 지점에서 일정하게 구별 가능하게 진행하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 구동장치 조절방법.
  12. 하이브리드 차량용 하이브리드 구동 장치에 있어서,
    상기 하이브리드 구동 장치는 하나 이상의 전동기(EM), 하나 이상의 내연 기관(E) 및 하나 이상의 유성 기어 장치(2)를 포함하되 상기 유성 기어 장치(2)에 의해 상기 전동기(EM)의 제1 토크 및 상기 내연 기관(E)의 제2 토크는 차량의 구동 트레인(7)에서 제3 토크로 결부되고, 하나 이상의 제어 장치(10)를 포함하며,
    상기 제어 장치(10)에 의해서,
    요구량과 관련되어 존재하는 하나 이상의 변수가 결정되고,
    하나 이상의 상기 변수에 의해 하이브리드 구동 장치(1)의 작동 유형이 결정되고,
    상기 전동기(EM) 및 상기 내연 기관(E)이 상기 유성 기어 장치(2)를 통해 각각 가변적으로 회전 가능하게 서로 연결되는 제1 작동 유형이 선택되는 경우, 상기 요구량에 상응하게 부하 요구량이 분배되며,
    조절을 위해서, 상기 분배에 대한 하이브리드 구동 장치(1)의 반응이 고려되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 구동 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 제어 장치(10)는 토크 분배에 대한 하나 이상의 제1 제어 장치(10)와, 상기 내연 기관(E) 또는 상기 전동기(EM)의 회전수에 대한 하나 이상의 제2 제어 장치(8, 9)를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 구동 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 제1 제어 장치(10)는 주 제어 장치이며, 상기 주 제어 장치에는 제2 제어 장치(8, 9)가 종속 제어 장치로서 관련되어 있는 것을 특징으로 하는 하이브리드 구동 장치.
  15. 하이브리드 차량에 사용되고, 제12항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 하이브리드 구동 장치(1)의 엔진 제어 장치.
  16. 컴퓨터 판독 가능한 메모리 매체에 제공된 프로그램 코드 수단을 포함하며,
    상기 프로그램 코드 수단을 포함하는 프로그램이 컴퓨터에서 실행될 때, 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 하이브리드 구동장치 조절방법을 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램 리코더.
  17. 하이브리드 차량용 하이브리드 구동 장치(1)의 토크 분배를 조절하는 하이브리드 구동장치 조절방법에 있어서,
    상기 하이브리드 구동 장치(1)는 하나 이상의 전동기(EM) 및 하나 이상의 내연 기관(E)을 포함하되 상기 전동기(EM) 및 상기 내연 기관(E)이 유성 기어 장치(2)를 통해 서로 연결되고 서로 차단되게 하고,
    목표 토크 요구량과 관련되어 존재하는 하나 이상의 변수가 결정되게 하고,
    하나 이상의 상기 변수에 의해 하이브리드 구동 장치(1)의 작동 유형이 결정되게 하고,
    상기 전동기(EM) 및 상기 내연 기관(E)이 유성 기어 장치(2)를 통해 각각 가변적으로 회전 가능하게 서로 연결되는 제1 작동 유형이 선택되는 경우, 상기 목표 토크 요구량에 상응하게 부하 요구량의 분배가 이루어지게 하며,
    상기 요구량의 분배에 의해 하이브리드 구동 장치(1)가 반응되게 하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 구동장치 조절방법.
  18. 제1항 또는 제17항에 있어서, 변수로서 목표 토크가 결정되고, 상기 하이브리드 구동 장치(1)의 토크는 상기 목표 토크에 대해 상기 내연 기관(E)의 회전수 변화량 및 상기 전동기(EM)의 회전수 변화량에 의해 조절되고, 상기 내연 기관(E)의 회전수의 사전 설정된 목표 곡선(12)에 대한 편차가 감소되며, 상기 목표 곡선(12)은 하이브리드 구동 장치의 출력 회전수(15)의 함수이고, 상기 출력 회전수의 변화량은 목표 토크, 및 출력 회전수에 의존하는 효율적 질량 관성 토크의 비에 비례하며, 상기 효율적 질량 관성 토크는 하이브리드 차량의 질량 관성 뿐만 아니라 회전하는 구동 요소의 질량 관성 토크도 고려하고 피구동 장치측의 유성 기어 장치(2)에 존재하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 구동장치 조절방법.
  19. 하이브리드 차량용 하이브리드 구동 장치에 있어서,
    상기 하이브리드 구동 장치는 하나 이상의 전동기(EM), 하나 이상의 내연 기관(E) 및 하나 이상의 유성 기어 장치(2)를 포함하되, 상기 유성 기어 장치(2)에 의해 전동기(EM)의 제1 토크 및 내연 기관(E)의 제2 토크는 차량의 구동 트레인(7)에서 제3 토크로 결부되고, 하나 이상의 제어 장치(10)를 포함하며,
    상기 제어 장치(10)에 의해,
    목표 토크 요구량과 관련되어 존재하는 하나 이상의 변수가 결정되고,
    하나 이상의 상기 변수에 의해 하이브리드 구동 장치(1)의 작동 유형이 결정되고,
    상기 전동기(EM) 및 상기 내연 기관(E)이 상기 유성 기어 장치(2)를 통해 각각 가변적으로 회전 가능하게 서로 연결되는 제1 작동 유형이 선택되는 경우, 상기 요구량에 상응하게 부하 요구량이 분배되며,
    조절을 위해서, 상기 분배에 대한 하이브리드 구동 장치(1)의 반응이 고려되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 구동 장치.
  20. 제12항 또는 제19항에 있어서, 제어 장치(10)는 토크 분배에 대한 하나 이상의 제1 제어 장치(10)와, 내연 기관(E) 및 전동기(EM)의 회전수에 대한 하나 이상의 제2 제어 장치(8, 9)를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 구동 장치.
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