KR100843668B1 - 하이브리드자동차, 하이브리드자동차의 제어방법 및동력출력장치 - Google Patents

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Abstract

요구동력 Pv* 가 0 보다 크면, 본 발명의 제어절차는 요구엔진속도(Nereq)와 하한엔진속도(Nemin) 중 보다 빠른 것을 엔진의 목표회전속도(Ne*)로 설정한다(단계 S160). 상기 요구엔진속도(Nereq)는 요구엔진동력(Pe*)의 효율적인 출력을 보장하는 특정 구동점에서의 상기 엔진의 회전속도를 나타낸다. 상기 하한엔진속도(Nemin)는 현재 차량속도(V)에서 하이브리드자동차의 정속 주행을 위한 또다른 특정 구동점에서의 엔진의 회전속도를 나타낸다. 요구동력(Pv*)이 0 과 같으면, 본 발명의 제어절차는 엔진으로의 연료 공급을 중단하고, 하한엔진속도(Nemin)를 엔진의 목표회전속도(Ne*)로 설정한다(단계 S190). 이에 따라, 상기 하한엔진속도(Nemin)보다 느리지 않은 회전속도로 엔진이 구동되고, 상기 엔진으로부터의 출력동력 증가를 위한 요구에 신속하게 응답하게 된다. 이러한 형태는 배터리의 부하를 줄이고, 상기 배터리의 때이른 저하를 방지하게 되는 장점이 있다.

Description

하이브리드자동차, 하이브리드자동차의 제어방법 및 동력출력장치{HYBRID VEHICLE, CONTROL METHOD OF HYBRID VEHICLE, AND POWER OUTPUT APPARATUS}
본 발명은 하이브리드자동차, 상기 하이브리드자동차의 제어방법 및 동력출력장치에 관한 것이다.
한 가지 제안된 하이브리드자동차는 엔진, 상기 엔진의 크랭크축 및 구동축에 각각 링크된 링기어 및 캐리어를 포함하는 유성기어유닛, 상기 유성기어유닛의 선기어에 연결된 제1모터, 상기 구동축에 연결된 제2모터, 및 상기 제1모터와 상기 제2모터와 전력을 주고 받을 수 있는 배터리를 구비한다(예컨대, 일본특허공개공보 제11-93727호 참조). 이러한 제안된 하이브리드자동차에 있어서, 상기 제1모터는 상기 엔진의 회전속도를 조절하도록 구동 및 제어된다.
엔진 및 구동모터가 갖춰진 하이브리드자동차에 있어서, 일반적인 제어절차는 엔진의 효율을 높이기 위하여, 상기 엔진의 회전속도를 바꾸어, 상기 엔진을 필요한 엔진 동력의 변량에 의해 간헐적으로 작동시키거나 작동시키지 않는다. 운전자의 감속 요구에 따라, 필요한 엔진 동력은 기본적으로 0 또는 제동력레벨(마찰작업)로 감소하고, 이에 따라 엔진회전속도를 낮추게 된다. 운전자는 감속 요구 직후에 빠른 가속을 요구할 수도 있다. 구동모터는 엔진의 불량 응답으로 인한 불충분한 동력을 보상하기 위해 배터리로부터의 전력 공급에 의하여 작동된다. 고용량 배터리는 불충분한 전력을 보충하기 위해 필요한 전력을 공급하지만, 그 크기와 질량이 자연히 하이브리드자동차의 장비에 적합하지 않게 된다. 하지만, 저용량 배터리는 불충분한 전력을 보충하기 위해 필요한 전력을 충분히 공급할 수 없다. 불충분한 전력이 많으면, 배터리로부터 방전될 필요 전력이 증가하게 된다. 전력이 비교적 큰 배터리가 허용가능한 범위 이내의 입출력 제한 내에서라도 충방전이 반복되면, 상기 배터리의 때이른 성능저하(premature deterioration)를 초래하게 되어 바람직 하지 않다.
따라서, 본 발명의 하이브리드자동차, 상기 하이브리드자동차의 제어방법 및 동력출력장치는 내연기관으로부터 출력되는 동력을 변경하는 요구에 대한 응답을 향상시키는 데 목적이 있다. 본 발명의 하이브리드자동차, 상기 하이브리드자동차의 제어방법 및 동력출력장치는 또한 2차전지와 같은 축전유닛(accumulator unit)의 부하를 줄이는 것을 목적으로 한다. 본 발명의 하이브리드자동차, 상기 하이브리드자동차의 제어방법 및 동력출력장치는 또한 하이브리드자동차 또는 동력출력장치의 에너지 효율을 높이는 것을 목적으로 한다.
상기 목적 및 기타 관련된 목적의 적어도 일부는 후술하는 구성 및 형태를 가지는 하이브리드자동차, 상기 하이브리드자동차의 제어방법 및 동력출력장치에 의하여 성취된다.
본 발명은 하이브리드자동차에 관한 것으로, 상기 하이브리드자동차는: 내연기관; 상기 내연기관의 출력축 및 상기 하이브리드자동차의 하나의 차축과 링크된 구동축에 연결되어, 전력 및 동력의 입출력을 통해 상기 출력축 및 상기 구동축과 동력을 입출력하는 전력동력입출력기구; 상기 하나의 차축 및 상기 하나의 차축과 상이한 또다른 차축 가운데 어느 하나와 동력을 입출력하는 전동기; 상기 전력동력입출력기구 및 상기 전동기와 전력을 전달하는 축전유닛; 상기 하이브리드자동차의 구동에 필요한 요구동력을 설정하는 요구동력설정모듈; 상기 하이브리드자동차의 차량속도를 측정하는 차량속도측정모듈; 상기 측정된 차량속도에 대응하여, 상기 내연기관의 허용가능한 최소 회전속도를 나타내는 하한회전속도를 설정하는 하한회전속도설정모듈; 및 상기 설정된 하한회전속도보다 느리지 않은 회전속도로 상기 내연기관을 구동하고, 상기 설정된 요구동력에 대응하는 동력으로 상기 하이브리드자동차를 구동하도록, 상기 내연기관, 상기 전력동력입출력기구, 및 상기 전동기를 제어하는 제어모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 하이브리드자동차는 상기 측정된 차량속도에 대응하여, 상기 내연기관의 허용가능한 최소 회전속도인 하한회전속도를 설정한다. 상기 내연기관, 상기 전력동력입출력기구, 및 상기 전동기는 상기 설정된 하한회전속도보다 느리지 않은 회전속도로 상기 내연기관을 구동하고, 상기 설정된 요구동력에 대응하는 동력으로 상기 하이브리드자동차를 구동하도록 제어된다. 상기 내연기관은 고정된 출력토크로 회전속도만을 증가시키거나 또는 고정된 회전속도로 출력토크만을 증가시킴으로써, 출력동력을 증가시킬 수도 있다. 흡기류 및 연료분사량을 변경하여 얻어지는 출력토크의 증가는 회전속도의 증가보다 시간이 덜 필요하다. 따라서, 상기 출력토크의 변화에 의한 출력동력의 증가는 상기 회전속도의 변화에 의한 출력동력의 증가보다 짧은 시간 주기 이내에 달성될 수 있다. 상기 측정된 차량속도에 따라 하한회전속도보다 느리지 않은 회전속도로 구동되는 내연기관은 상기 내연기관으로부터 출력될 동력 증가를 위한 요구에 대해 보다 빠른 응답을 보인다. 이러한 형태는 내연기관의 지연된 응답으로 인하여 하이브리드자동차를 구동하는데 필요한 동력이 불충분한 것을 보상하기 위해 작동되는 전동기의 출력동력을 감소시켜, 상기 축전유닛의 부하를 효과적으로 줄이게 되는 장점을 가진다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 있어서, 상기 하이브리드자동차는 상기 설정된 요구동력에 대응하여, 상기 내연기관이 구동될 요구회전속도를 설정하는 요구회전속도설정모듈을 더 포함한다. 상기 제어모듈은, 상기 설정된 하한회전속도와 상기 설정된 요구회전속도 사이의 보다 높은 회전속도로 상기 내연기관을 구동하도록, 상기 내연기관, 상기 전력동력입출력기구, 및 상기 전동기를 제어한다. 따라서, 상기 내연기관은 요구동력에 따른 회전속도요구 및 차량속도에 따른 하한회전속도 양자 모두를 고려하여 결정되는 회전속도로 구동된다. 즉, 상기 내연기관은 적절한 구동점에서 구동된다. 상기 요구회전속도설정모듈은, 상기 내연기관으로부터의 상기 설정된 요구동력에 대응하는 동력의 효율적인 출력을 보장하는 상기 내연기관의 특정 회전속도로 상기 요구회전속도를 설정할 수도 있다. 이러한 형태는 내연기관의 높은 응답성을 유지하는 한편, 하이브리드자동차의 에너지 효율을 높이게 된다.
본 발명의 하이브리드자동차에 있어서, 상기 하한회전속도설정모듈은, 실질적으로 평탄한 도로면 상에서 상기 측정된 차량속도로 상기 하이브리드자동차를 정속 주행하기 위하여, 상기 내연기관으로부터의 필요한 동력의 효율적인 출력을 보장하는 특정 구동점에서 상기 내연기관의 특정 회전속도보다 느리지 않은 회전속도로 상기 하한회전속도를 설정하는 것이 바람직하다. 내연기관으로부터 출력될 현재 요구동력이 작은 경우에도, 상기 형태는 출력동력의 변화를 위한 후속 요구에 응답하여, 내연기관으로 하여금 하이브리드자동차의 정속 주행에 필요한 동력 또는 그 이상의 동력을 신속하게 출력할 수 있게 한다.
본 발명의 하이브리드자동차에 있어서, 상기 제어모듈은 상기 설정된 요구동력이 상기 하이브리드자동차를 제동하기 위한 소정의 제동력과 등가일 때, 상기 내연기관으로의 연료 분사를 중단하도록 상기 내연기관, 상기 전력동력입출력기구, 및 상기 전동기를 제어하는 것도 바람직하다. 이러한 형태는 연료 소비를 개선하여, 하이브리드자동차의 전체 에너지 효율을 높이게 된다.
본 발명의 하이브리드자동차에 있어서, 상기 전력동력입출력기구는 3축, 즉 상기 내연기관의 출력축, 상기 구동축 및 회전축에 링크되어, 상기 3축 가운데 여하한의 2축과 입출력되는 동력들을 토대로, 나머지 하나의 축과 입출력되는 동력을 자동으로 결정하는 3축식동력입출력모듈(three shaft-type power input output module); 및 상기 회전축과 동력을 입출력하는 발전기를 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 전력동력입출력기구는, 상기 내연기관의 출력축에 연결된 제1회전자 및 상기 구동축에 연결된 제2회전자를 구비하여, 상기 제2회전자에 대한 상기 제1회전자의 상대회전을 통해 구동되는 페어-회전자전동기(pair-rotor motor)를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명은 구동축에 동력을 출력하는 동력출력장치에 관한 것으로, 상기 동력출력장치는: 내연기관; 상기 내연기관의 출력축 및 상기 구동축에 연결되어, 전력 및 동력의 입출력을 통해 상기 출력축 및 상기 구동축과 동력을 입출력하는 전력동력입출력기구; 상기 구동축과 동력을 입출력하는 전동기; 상기 전력동력입출력기구 및 상기 전동기와 전력을 전달하는 축전유닛; 상기 구동축에 필요한 요구동력을 설정하는 요구동력설정모듈; 상기 구동축의 회전속도를 측정하는 회전속도측정모듈; 상기 측정된 회전속도에 대응하여, 상기 내연기관의 허용가능한 최소 회전속도를 나타내는 하한회전속도를 설정하는 하한회전속도설정모듈; 및 상기 설정된 하한회전속도보다 느리지 않은 회전속도로 상기 내연기관을 구동하고, 상기 설정된 요구동력에 대응하는 동력을 상기 구동축에 출력하도록, 상기 내연기관, 상기 전력동력입출력기구, 및 상기 전동기를 제어하는 제어모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 동력출력장치는 상기 구동축의 측정된 회전속도에 대응하여, 상기 내연기관의 허용가능한 최소 회전속도인 하한회전속도를 설정한다. 상기 내연기관, 상기 전력동력입출력기구, 및 상기 전동기는 상기 설정된 하한회전속도보다 느리지 않은 회전속도로 상기 내연기관을 구동하고, 상기 설정된 요구동력에 대응하는 동력을 상기 구동축으로 출력하도록 제어된다. 상술된 바와 같이, 출력토크의 변화에 의한 출력동력의 증가는 회전속도의 변화에 의한 출력동력의 증가보다 짧은 시간 주기 이내에 달성될 수 있다. 상기 구동축의 측정된 회전속도에 따라 하한회전속도보다 느리지 않은 회전속도로 구동되는 내연기관은 상기 내연기관으로부터 출력될 동력 증가를 위한 요구에 대해 보다 빠른 응답을 보인다. 이러한 형태는 내연기관의 지연된 응답으로 인하여 구동축을 위해 필요한 동력이 불충분한 것을 보상하기 위해 작동되는 전동기의 출력동력을 감소시켜, 상기 축전유닛의 부하를 효과적으로 줄이게 되는 장점을 가진다. 본 발명의 동력출력장치는 상기 구동축과 링크되는 하나의 차축을 구비하는 차량 상에 장착될 수도 있다. 그 후, 상기 내연기관은 상기 차축의 회전속도에 따라 하한회전속도보다 느리지 않은 회전속도로 구동된다. 상기 차축의 회전속도 대신에 상기 차량속도에 대응하는 하한회전속도를 설정하는 형태는 상술된 본 발명의 하이브리드차량의 특징의 범위 이내에 있다. 즉, 상술된 본 발명의 하이브리드자동차의 다양한 실시예 및 형태들은 상기 구동축의 회전속도로 상기 차량속도를 대체하여 상기 동력출력장치에 적용가능하다.
본 발명은 하이브리드자동차의 제어방법에 관한 것으로, 상기 하이브리드자동차는: 내연기관; 상기 내연기관의 출력축 및 상기 하이브리드자동차의 하나의 차축과 링크된 구동축에 연결되어, 전력 및 동력의 입출력을 통해 상기 출력축 및 상기 구동축과 동력을 입출력하는 전력동력입출력기구; 상기 하나의 차축 및 상기 하나의 차축과 상이한 또다른 차축 가운데 어느 하나와 동력을 입출력하는 전동기; 및 상기 전력동력입출력기구 및 상기 전동기와 전력을 전달하는 축전유닛을 포함하고, 상기 제어방법은: (a) 상기 하이브리드자동차의 구동에 필요한 요구동력을 설정하는 단계; (b) 측정된 차량속도에 대응하여, 상기 내연기관의 허용가능한 최소 회전속도를 나타내는 하한회전속도를 설정하는 단계; 및 (c) 상기 설정된 하한회전속도보다 느리지 않은 회전속도로 상기 내연기관을 구동하고, 상기 설정된 요구동력에 대응하는 동력으로 상기 하이브리드자동차를 구동하도록, 상기 내연기관, 상기 전력동력입출력기구, 및 상기 전동기를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 하이브리드자동차의 제어방법은 상기 측정된 차량속도에 대응하여, 상기 내연기관의 허용가능한 최소 회전속도인 하한회전속도를 설정한다. 상기 내연기관, 상기 전력동력입출력기구, 및 상기 전동기는 상기 설정된 하한회전속도보다 느리지 않은 회전속도로 상기 내연기관을 구동하고, 상기 설정된 요구동력에 대응하는 동력으로 상기 하이브리드자동차를 구동하도록 제어된다. 이러한 제어절차는 내연기관으로부터 출력될 동력 증가를 위한 요구에 대한 상기 내연기관의 신속한 응답을 보장한다. 이러한 형태는 내연기관의 지연된 응답으로 인하여 하이브리드자동차를 구동하는데 필요한 동력이 불충분한 것을 보상하기 위해 작동되는 전동기의 출력동력을 감소시켜, 상기 축전유닛의 부하를 효과적으로 줄이게 되는 장점을 가진다.
도 1은 본 발명의 일 실시예의 하이브리드자동차의 구성을 개략적으로 예시한 도면;
도 2는 도 1의 하이브리드자동차에 포함된 하이브리드전자제어유닛에 의해 실행되는 구동제어처리순서를 도시한 흐름도;
도 3은 요구토크설정맵의 일 례를 도시한 도면;
도 4는 요구엔진속도설정맵의 일 례를 도시한 도면;
도 5는 요구엔진동력(Pe*)의 일정한 곡선과 함께 엔진의 동작라인을 도시한 도면;
도 6은 하한엔진속도설정맵의 일 례를 도시한 도면;
도 7은 도 1의 하이브리드자동차에 포함된 동력분배통합기구의 각각의 회전요소들을 역학적으로 설명하는 토크-회전속도를 도시한 정렬차트;
도 8은 한 가지 수정된 예로서 또다른 하이브리드자동차의 구성을 개략적으로 예시한 도면; 및
도 9는 또다른 수정된 예로서 또다른 하이브리드자동차의 구성을 개략적으로 예시한 도면이다.
이하, 본 발명을 실시하는 한 가지 방법을 바람직한 실시예로서 후술한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 있어서 동력출력장치가 그 위에 장착된 하이브리드자동차(20)의 구성을 개략적으로 예시하고 있다. 예시된 바와 같이, 본 실시예의 하이브리드자동차(20)는 엔진(22), 상기 엔진(22)의 출력축으로서의 기능을 하는 크랭크축(26)과 댐퍼(28)를 통해 링크되는 3축식동력분배통합기구(30), 상기 동력분배통합기구(30)와 링크되어 전력을 발생시킬 수 있는 모터(MG1), 상기 동력분배통합기구(30)와 연결된 구동축으로서의 기능을 하는 링기어축(32a)에 부착된 리덕션기어(35), 상기 리덕션기어(35)와 링크된 또다른 모터(MG2), 및 전체 동력출력장치를 제어하는 하이브리드전자제어유닛(70)을 포함한다.
상기 엔진(22)은 동력을 출력하기 위해 가솔린 또는 경유와 같은 탄화수소 연료를 사용하는 내연기관이다. 엔진전자제어유닛(이하, 엔진 ECU라 함)(24)은 엔진(22)의 동작 상태들을 검출하는 각종 센서들로부터 신호들을 수신하고, 예컨대 연료분사제어, 점화제어, 및 흡기류조절과 같은 엔진(22)의 동작 제어를 담당한다. 상기 엔진 ECU(24)는 하이브리드전자제어유닛(70)으로부터 전송되는 제어 신호들에 응답하여, 상기 엔진(22)의 동작들을 제어하도록 상기 하이브리드전자제어유닛(70)과 통신하는 한편, 상기 엔진(22)의 동작 상태들에 관한 데이터를 요구사항들에 따라 상기 하이브리드전자제어유닛(70)으로 출력한다.
상기 동력분배통합기구(30)는 외부기어인 선기어(31), 내부기어이면서 상기 선기어(31)와 동심적으로 배치된 링기어(32), 상기 선기어(31) 및 링기어(32)와 맞물리는 다수의 피니언기어(33), 및 각각의 축상에서 자유 선회(free revolution) 및 자유 회전(free rotation)을 가능하게 하는 방식으로 상기 다수의 피니언기어(33)를 유지시키는 캐리어(34)를 구비한다. 즉, 상기 동력분배통합기구(30)는 회전성분으로서 선기어(31), 링기어(32), 및 캐리어(34)의 차동운동을 고려하는 유성기어기구로서 구성되어 있다. 상기 동력분배통합기구(30)에서의 캐리어(34), 선기어(31) 및 링기어(32)는 각각 링기어축(32a)을 통해 상기 엔진(22)의 크랭크축(26), 모터(MG1) 및 리덕션기어(35)와 결합되어 있다. 상기 모터(MG1)는 발전기로서의 기능을 하는 한편, 상기 엔진(22)으로부터 출력되고 상기 캐리어(34)를 통해 입력되는 동력이 기어비에 따라 상기 선기어(31) 및 상기 링기어(32)로 분배된다. 다른 한편으로, 상기 모터(MG1)는 모터로서 기능하지만, 상기 엔진(22)으로부 터 출력되고 상기 캐리어(34)를 통해 입력되는 동력은, 상기 모터(MG1)으로부터 출력되고 상기 선기어(31)를 통해 입력되는 동력과 조합되고, 상기 조합된 동력은 상기 링기어(32)로 출력된다. 상기 링기어(32)로 출력되는 동력은 최종적으로 상기 링기어축(32a)으로부터 기어기구(60) 및 차동기어(62)를 통해 구동차륜(63a, 63b)으로 전달된다.
상기 모터(MG1, MG2) 양자 모두는 발전기로서 뿐만 아니라 모터로서도 구동되는 공지된 동기식전동기발전기(synchronous motor generators)로 구성된다. 상기 모터(MG1, MG2)는 인버터(41, 42)를 통해 배터리(50)와 전력을 주고 받는다. 인버터(41, 42)를 배터리(50)와 연결시키는 전력라인(54)들은 상기 두 인버터(41, 42)에 의해 공유되는 포지티브 단자 버스 라인(positive electrode bus line) 및 네거티브 단자 버스 라인(negative electrode bus line)을 포함한다. 이러한 형태는 상기 모터(MG1, MG2) 중 하나에 의해 발생되는 전력이 다른 모터에 의해 소비될 수 있게 한다. 두 모터(MG1, MG2)의 동작들은 모터전자제어유닛(이하, 모터 ECU라 함)(40)에 의해 제어된다. 상기 모터 ECU(40)는 상기 모터(MG1, MG2)의 동작들을 제어하는데 필요한 각종 신호들, 예컨대 상기 모터(MG1, MG2)에서의 회전자들의 회전위치들을 검출하는 회전위치검출센서(43, 44)로부터의 신호들 및 전류센서들(도시안됨)에 의해 측정되고 상기 모터(MG1, MG2)로 인가될 상전류들을 수신한다. 상기 모터 ECU(40)는 스위칭 제어 신호들을 상기 인버터(41, 42)로 출력한다. 상기 모터 ECU(40)는 상기 하이브리드전자제어유닛(70)으로부터 전달되는 제어 신호들에 응답하여, 상기 모터(MG1, MG2)들의 동작을 제어하도록 하이브리드전자제어유 닛(70)과 통신하는 한편, 상기 모터(MG1, MG2)의 동작 상태들에 관한 데이터를 상기 요구사항들에 따라 상기 하이브리드전자제어유닛(70)으로 출력한다.
상기 배터리(50)는 배터리전자제어유닛(이하, 배터리 ECU라고 함)(52)의 제어 하에 있다. 상기 배터리 ECU(52)는 상기 배터리(50)의 제어에 필요한 각종 신호들, 예컨대 배터리(50)의 단자들 사이에 배치된 전압센서(도시안됨)에 의해 측정되는 상호단자전압, 상기 배터리(50)의 출력단자와 연결되어 있는 전력라인(54)에 부착된 전류센서(도시안됨)에 의해 측정되는 충방전 전류, 및 상기 배터리(50)에 부착된 온도센서(도시안됨)에 의해 측정되는 배터리 온도를 수신한다. 상기 배터리 ECU(52)는 상기 요구사항들에 따른 통신을 통해 상기 배터리(50)의 상태들에 관한 데이터를 상기 하이브리드전자제어유닛(70)으로 출력시킨다. 상기 배터리 ECU(52)는, 상기 배터리(50)의 제어를 위하여, 상기 전류센서에 의해 측정되는 축전된 충방전 전류를 기초로 하여, 상기 배터리(50)의 충전 상태(SOC)를 계산한다.
상기 하이브리드전자제어유닛(70)은 CPU(72)를 포함하는 마이크로프로세서, 처리 프로그램들을 저장하는 ROM(74), 임시로 데이터를 저장하는 RAM(76), 및 예시되지 않은 입출력포트와 예시되지 않은 통신포트로 구성되어 있다. 상기 하이브리드전자제어유닛(70)은 상기 입력포트를 통해 각종 입력을 수신한다: 점화스위치(80)로부터의 점화신호, 변속레버(81)의 현재위치를 검출하는 변속위치센서(82)로부터의 변속위치(SP), 액셀러레이터페달(83)의 밟는 정도를 측정하는 액셀러레이터페달위치센서(84)로부터의 액셀러레이터개방도(Acc), 브레이크페달(85)의 밟는 정도를 측정하는 브레이크페달위치센서(86)로부터의 브레이크페달위치(BP), 및 차 량속도센서(88)로부터의 차량속도(V). 상기 하이브리드전자제어유닛(70)은 상기 통신포트를 통해 상기 엔진 ECU(24), 상기 모터 ECU(40) 및 상기 배터리 ECU(52)와 통신하여, 앞서 언급한 바와 같이 각종 제어 신호들과 데이터를 상기 엔진 ECU(24), 상기 모터 ECU(40) 및 상기 배터리 ECU(52)와 주고 받게 된다.
이렇게 구성된 상기 실시예의 하이브리드자동차(20)는, 차량속도(V) 및 운전자가 액셀러레이터페달(83)을 밟는 정도에 대응하는 액셀러레이터개방도(Acc)를 토대로, 구동축으로서의 기능을 하는 링기어축(32a)으로 출력될 요구토크를 계산한다. 상기 엔진(22) 및 모터(MG1, MG2)는 상기 계산된 요구토크에 대응하는 동력의 필요한 레벨을 상기 링기어축(32a)으로 출력하기 위한 동작 제어를 받는다. 상기 엔진(22) 및 모터(MG1, MG2)의 동작 제어는 토크변환구동모드, 충방전구동모드 및 모터구동모드 가운데 한 가지를 선택적으로 실행한다. 상기 토크변환구동모드는, 필요한 레벨의 동력과 등가인 동력량을 출력하기 위해 상기 엔진(22)의 동작들을 제어하는 한편, 상기 엔진(22)으로부터 출력되는 모든 동력이 상기 동력분배통합기구(30) 및 모터(MG1, MG2)에 의하여 토크 변환되도록 그리고 상기 링기어축(32a)으로 출력되도록 상기 모터(MG1, MG2)를 구동 및 제어한다. 상기 충방전구동모드는, 배터리(50)를 충전 및 방전하는데 소모되는 전력량과 필요한 레벨의 동력의 합에 등가인 동력량을 출력하기 위해 상기 엔진(22)의 동작들을 제어하는 한편, 상기 배터리(50)의 충전 또는 방전과 동시에, 상기 엔진(22)으로부터 출력되는 동력의 전부 또는 일부가 상기 동력분배통합기구(30) 및 모터(MG1, MG2)에 의하여 토크 변환되도록 그리고 상기 링기어축(32a)으로 출력되도록 상기 모터(MG1, MG2)를 구동 및 제어한다. 상기 모터구동모드는 상기 엔진(22)의 동작들을 중단시키고, 필요한 레벨의 동력에 등가인 동력량을 상기 링기어축(32a)에 출력하도록 상기 모터(MG2)를 구동 및 제어한다.
이하, 상술된 구성을 갖는 실시예의 하이브리드자동차(20)의 동작들에 관하여 기술한다. 도 2는 하이브리드전자제어유닛(70)에 의해 실행되는 구동제어처리순서를 도시한 흐름도이다. 이러한 처리순서는 소정의 시간 간격(예컨대, 수 msec 마다)으로 반복해서 수행된다.
상기 구동제어처리순서에 있어서, 상기 하이브리드전자제어유닛(70)의 CPU(72)는 우선 제어에 필요한 각종 데이터, 즉 액셀러레이터페달위치센서(84)로부터의 액셀러레이터개방도(Acc), 브레이크페달위치센서(86)로부터의 브레이크페달위치(BP), 차량속도센서(88)로부터의 차량속도(V), 모터(MG1, MG2)의 회전속도(Nm1, Nm2), 입력제한(Win)과 출력제한(Wout), 및 배터리(50)의 충방전요구동력(Pb*)을 입력한다(단계 S100). 상기 모터(MG1, MG2)의 회전속도(Nm1, Nm2)는 회전위치검출센서(43, 44)에 의해 검출되는 상기 모터(MG1, MG2) 내의 각각의 회전자들의 회전 위치들로부터 계산되고, 통신에 의해 상기 모터 ECU(40)로부터 수신된다. 상기 배터리(50)의 입력제한(Win) 및 출력제한(Wout)은 상기 온도센서(51)에 의해 측정된 배터리(50)의 온도(Tb) 및 상기 배터리(50)의 관측된 현재 충전상태(SOC)를 토대로 설정되고, 통신에 의해 상기 배터리 ECU(52)로부터 수신된다. 상기 배터리(50)의 충방전요구동력(Pb*)은 상기 배터리(50)의 현재 충전상태(SOC)를 토대로 설정되고, 통신에 의해 상기 배터리 ECU(52)로부터 수신된다.
데이터 입력 후, 상기 CPU(72)는 입력된 액셀러레이터개방도(Acc), 입력된 브레이크페달위치(BP), 및 입력된 차량속도(V)를 토대로, 상기 하이브리드자동차(20)를 구동하기 위해 필요한 요구동력(Pv*) 및 상기 차량에 필요한 토크로서 상기 구동차륜(63a, 63b)에 링크된 구동축 또는 링기어축(32a)으로 출력될 요구토크(Tr*)를 설정한다(단계 S110). 본 실시예에서의 요구토크(Tr*)을 설정하는 구체적인 절차는 액셀러레이터개방도(Acc), 브레이크페달위치(BP), 및 차량속도(V)에 대한 요구토크(Tr*)의 변량들을 요구토크설정맵으로서 상기 ROM(74) 내에 사전에 미리 저장하고, 주어진 액셀러레이터개방도(Acc), 주어진 브레이크페달위치(BP), 및 주어진 차량속도(V)에 대응하는 요구토크(Tr*)를 상기 맵으로부터 판독한다. 요구토크설정맵의 일 례가 도 3에 도시되어 있다. 상기 요구동력(Pv*)은 액셀러레이터개방도(Acc)에 좌우되는 요구토크(Tr*)와 링기어축(32a)의 회전속도(Nr)의 곱과 '0' 값 사이의 더 큰 것으로 설정된다. 상기 링기어축(32a)의 회전속도(Nr)는 차량속도(V)에 변환계수(k)를 곱하거나 또는 모터(MG2)의 회전속도(Nm2)를 상기 리덕션기어(35)의 기어비(Gr)로 나눔으로써 얻어진다.
그 후, 상기 요구동력(Pv*)은 '0' 값과 비교된다(단계 S120). 상기 요구동력(Pv*)이 0 과 같으면, 요구토크(Tr*)는 0 또는 음의 값이다. 이것은 엔진(22)으로부터 출력되는 동력의 요건이 없고, 따라서 상기 엔진(22)이 후술하는 바와 같이 정지되도록 한다는 것을 의미한다. 상기 요구동력(Pv*)이 단계 S120에서 0 보다 크면, 상기 엔진(22)으로부터 출력되는 동력이 필요하다. 이에 따라, 상기 엔진(22)으로부터 출력될 요구엔진동력(Pe*)은, 상기 요구토크(Tr*)와 링기어축(32a)의 회 전속도(Nr)의 곱, 상기 배터리(50)의 요구충방전동력(Pb*), 및 잠재적인 손실의 합으로 계산된다(단계 S130). 요구엔진속도(Nereq)는 상기 엔진(22)으로부터 요구엔진동력(Pe*)의 효율적인 출력을 보장하는 효율적인 구동점에서의 상기 엔진(22)의 회전속도로서 설정된다. 본 실시예의 요구엔진속도(Nereq)를 설정하는 구체적인 절차는 상기 ROM(74) 내에 요구엔진속도설정맵으로서 상기 요구엔진동력(Pe*)에 대한 요구엔진속도(Nereq)의 변량을 사전에 미리 저장하고, 상기 맵으로부터 주어진 요구엔진동력(Pe*)에 대응하는 요구엔진속도(Nereq)를 판독한다. 요구엔진속도설정맵의 일 례가 도 4에 도시되어 있다. 요구엔진동력(Pe*)의 효율적인 출력을 보장하는 엔진(22)의 효율적인 구동점(회전속도(Ne)×토크(Te))은 도 5에 도시된 바와 같이 토크회전속도맵에서의 동작라인으로 표시될 수도 있다. 상기 동작라인과 (파선으로 도시된) 일정한 요구엔진동력(Pe*)의 곡선 사이의 교차점에서의 토크와 회전속도의 조합은 상기 요구엔진동력(Pe*)의 효율적인 출력을 보장하는 상기 엔진(22)의 효율적인 구동점을 제공한다.
상기 CPU(72)는 후속해서 차량속도(V)에서의 하이브리드자동차(20)의 정속 구동을 위해 상기 엔진(22)으로부터의 필요한 동력의 효율적인 출력을 보장하는 특정 구동점에서의 상기 엔진(22)의 회전속도로서 하한엔진속도(Nemin)를 설정한다. 본 실시예의 하한엔진속도(Nemin)를 설정하는 구체적인 절차는 상기 ROM(74) 내에 하한엔진속도설정맵으로서 상기 차량속도(V)에 대한 하한엔진속도(Nemin)의 변량을 사전에 미리 저장하고, 상기 맵으로부터 주어진 차량속도(V)에 대응하는 하한엔진속도(Nemin)를 판독한다. 하한엔진속도설정맵의 일 례가 도 6에 도시되어 있다. 도 6에 도시된 기준차량속도(Vref)는 상기 엔진(22)의 간헐적인 동작들의 요건을 결정하기 위한 기준으로서 설정된다.
그 후, 상기 CPU(72)는 상기 요구엔진속도(Nereq)와 하한엔진속도(Nemin) 사이의 큰 것을 상기 엔진(22)의 목표회전속도(Ne*)로 설정하고(단계 S160), 상기 요구엔진동력(Pe*)을 목표회전속도(Ne*)로 나누어, 상기 엔진(22)의 목표토크(Te*)를 계산하게 된다(단계 S170). 상기 요구엔진속도(Nereq)와 하한엔진속도(Nemin) 사이의 큰 것을 엔진(22)의 목표회전속도(Ne*)로 설정하는 목적은 요구엔진동력(Pe*)의 갑작스런 증가에 대해 보다 신속하게 응답하고자 함이다. 일 례로서, 하이브리드자동차(20)가 비교적 고속으로 주행하는 동안, 운전자는 요구동력(Pv*)의 일부 감소(0 레벨까지는 아님)에 의한 감속 상태에서 액셀러레이터페달(83)을 밟을 수도 있다. 이러한 상태 하에서는, 요구엔진속도(Nereq)가 하한엔진속도(Nemin)보다 낮다. 일반적으로, 토크 상승만에 의한 엔진동력의 증가는 회전속도 상승만에 의한 엔진동력의 증가보다 단시간 내에 달성된다. 이는 엔진(22)의 회전시스템의 회전속도를 증가시키는데 필요한 시간보다 연료분사량과 흡기류를 증가시키는데 필요한 시간이 덜 걸린다는 것에 기인한다. 다시 말해, 요구엔진속도(Nereq)보다 높은 하한엔진속도(Nemin)로 구동되는 엔진(22)은 상기 엔진(22)으로부터의 출력동력의 증가를 위한 요구에 보다 신속하게 응답한다.
상기 CPU(72)는 후속해서 아래에 주어진 수학식 1에 따라 상기 엔진(22)의 목표회전속도(Ne*)로부터의 상기 모터(MG1)의 목표회전속도(Nm1*), 상기 링기어축(32a)의 회전속도(Nr)(=Nm2/Gr), 및 동력분배통합기구(30)의 기어비(ρ)를 계산 하는 한편, 아래에 주어진 수학식 2에 따라, 상기 계산된 목표회전속도(Nm1*)로부터의 상기 모터(MG1)의 토크지령(Tm1*) 및 상기 모터(MG1)의 현재회전속도(Nm1)를 계산한다(단계 S210).
Nm1* = Ne*·(1+ρ)/ρ - Nm2/(Gr·ρ)
Tm1* = 앞선 Tm1* + k1(Nm1*-Nm1) + k2∫(Nm1*-Nm1)dt
수학식 1은 동력분배통합기구(30)에 포함된 회전요소들의 역학적인 관계식이다. 도 7은 동력분배통합기구에 포함된 각각의 회전요소들을 역학적으로 설명하는 토크-회전속도를 도시한 정렬차트이다. 좌측 축선 'S'는 모터(MG1)의 회전속도(Nm1)에 등가인 선기어(31)의 회전속도를 나타낸다. 중간 축선 'C'는 엔진(22)의 회전속도(Ne)에 등가인 캐리어(34)의 회전속도를 나타낸다. 우측 축선 'R'은 모터(MG2)의 회전속도(Nm2)에 리덕션기어(35)의 기어비(Gr)를 곱하여 얻어지는 링기어(32)의 회전속도(Nr)를 나타낸다. 수학식 1은 도 7의 상기 정렬차트로부터 쉽게 유도된다. 'R' 축선 상의 두꺼운 두 화살표들은 각각 목표회전속도(Ne*)의 특정 구동점에서 정지 동작에서 토크(Te*)가 엔진(22)으로부터 출력될 때 링기어축(32a)으로 전달되는 토크와 목표토크(Te*) 및 토크(Tm2*)가 모터(MG2)로부터 출력될 때 리덕션기어(35)를 통해 링기어축(32a)으로 인가되는 토크를 보여준다. 수학식 2는 상기 모터(MG1)를 목표회전속도(Nm1*)로 구동 및 회전하기 위한 피드백 제어의 관계식이다. 상기 주어진 수학식 2에서, 우변의 두번째 항의 'k1'과 세번째 항의 'k2' 는 각각 비례항의 게인 및 적분항의 게인을 나타낸다.
상기 모터(MG1)의 목표회전속도(Nm1*) 및 토크지령(Tm1*)의 계산 후, 상기 CPU(72)는 아래에 주어진 수학식 3 및 수학식 4에 따라, 상기 모터(MG2)로부터 출력되는 최소 및 최대 토크로서 하한토크제한(Tmin) 및 상한토크제한(Tmax)을 계산한다(단계 S220).
Tmin = (Win - Tm1*·Nm1) / Nm2
Tmax = (Wout - Tm1*·Nm1) / Nm2
상기 하한토크제한(Tmin) 및 상한토크제한(Tmax)은 각각 배터리(50)의 입력제한(Win)과 상기 모터(MG1)의 입력된 현재회전속도(Nm1)와 토크지령(Tm1*)의 곱인 모터(MG1)의 전력소비(발전)간의 차와 상기 배터리(50)의 출력제한(Wout)과 상기 모터(MG1)의 전력소비(발전)간의 차를 상기 모터(MG2)의 입력된 현재회전속도(Nm2)로 나눔으로써 주어진다. 그 후, 상기 CPU(72)는 아래에 주어진 수학식 5에 따라, 상기 요구토크(Tr*)로부터의 상기 모터(MG2)로부터 출력될 임시모터토크(Tm2tmp), 상기 모터(MG1)의 토크지령(Tm1*), 상기 동력분배통합기구(30)의 기어비(ρ), 및 상기 리덕션기어(35)의 기어비(Gr)를 계산한다(단계 S230).
Tm2tmp = (Tr* + Tm1* / ρ) / Gr
상기 CPU(72)는 임시모터토크(Tm2tmp)를 상기 계산된 하한토크제한(Tmin)과 상한토크제한(Tmax) 사이의 범위로 한정하여, 상기 모터(MG2)의 토크지령(Tm2*)을 설정하게 된다(단계 S240). 이러한 방식으로 상기 모터(MG2)의 토크지령(Tm2*)을 설정하는 것은 상기 링기어축(32a) 또는 상기 구동축으로 출력될 토크지령(Tr*)을 상기 배터리(50)의 입력제한(Win)과 출력제한(Wout) 사이의 범위 이내로 제한한다. 수학식 5는 도 7의 정렬차트로부터 쉽게 유도된다.
상기 CPU(72)는 상기 구동제어처리순서에서 빠져나오기 전에, 상기 엔진(22)의 목표회전속도(Ne*) 및 목표토크(Te*)를 상기 엔진 ECU(24)로 전송하는 한편, 상기 모터(MG1, MG2)의 토크지령(Tm1*, Tm2*)을 상기 모터 ECU(40)로 전송한다(단계 S250). 상기 엔진 ECU(24)는 목표회전속도(Ne*) 및 목표토크(Te*)를 수신하고, 상기 엔진(22)의 연료분사제어 및 점화제어를 실행하여, 상기 엔진(22)을 목표회전속도(Ne*) 및 목표토크(Te*)의 특정 구동점에서 구동하도록 한다. 상기 모터 ECU(40)는 토크지령(Tm1*, Tm2*)을 수신하고, 각각의 인버터(41, 42)에 포함된 스위칭요소들의 스위칭 제어를 실행하여, 모터(MG1)는 토크지령(Tm1*)으로, 모터(MG2)는 토크지령(Tm2*)으로 구동하도록 한다.
요구동력(Pv*)이 단계 S120에서 0 과 같은 지를 단계 S120에서 판정하는 경우, 상기 CPU(72)는 엔진(22)으로부터의 동력출력의 요건이 전혀 없음을 정하여, 연료 공급을 중단하는 지령을 엔진(22)에 제공한다(단계 S180). 구체적인 절차에 따르면, 하이브리드전자제어유닛(70)이 연료중단제어신호를 통신포트를 통해 엔진 ECU(24)에 전송한다. 상기 CPU(72)는 후속해서 상술된 바와 같이 하한엔진속도설정맵으로부터 차량속도(V)에 대응하여 판독되는 하한엔진속도(Nemin)를 상기 엔 진(22)의 목표회전속도(Ne*)로 설정하고(단계 S190), 상기 엔진(22)의 토크지령(Te*)을 0 으로 설정한다(단계 S200). 상기 CPU(72)는 그 후에 상기 구동제어처리순서를 빠져나가기 전에, 모터(MG1, MG2)의 토크지령(Tm1*, Tm2*)을 설정하도록 단계 S210 내지 S240의 처리를 실행하고, 상기 설정치를 엔진 ECU(24) 및 모터 ECU(40)로 전송한다(단계 S250). 차량속도(V)가 기준차량속도(Vref)보다 낮으면, 하한엔진속도(Nemin)가 0 과 같게 설정된다. 상기 엔진(22)은 이에 따라 회전없이 정지되게 된다.
하이브리드자동차(20)가 비교적 고속으로 주행하는 동안, 운전자는 액셀러레이터-오프 상태에서 액셀러레이터페달(83)을 밟을 수도 있다. 액셀러레이터-오프 상태에서, 요구동력(Pv*)은 0 과 같다. 이에 따라, 상기 엔진(22)은 연료가 중단되어, 하한엔진속도(Nemin)로 회전된다. 이러한 상태 하에 액셀러레이터페달(83)을 운전자가 감압하면 연료 중단이 취소되고, 상기 엔진(22)으로부터의 토크를 출력하기 위해 흡기류 및 연료분사를 바로 재개한다. 상기 엔진(22)은 하한엔진속도(Nemin)로 회전되는데, 이는 엔진(22)으로 하여금 하이브리드자동차(20)의 정속 주행에 필요한 동력을 현재차량속도(V)에서 효율적으로 출력하도록 한다. 흡기류 및 연료분사량의 간단한 조정으로 즉시 상기 엔진(22)이 하이브리드자동차(20)의 정속 주행을 위해 필요한 동력을 효율적으로 출력할 수 있게 한다. 상기 엔진(22)의 구동점은 엔진(22)이 정속 주행에 필요한 동력을 효율적으로 출력하도록 할 수 있는 특정 구동점으로부터, 효율적인 엔진구동점들의 연속점을 나타내는 동작라인을 따라 변한다(도 5 참조). 이러한 제어는 엔진(22)을 정지시키거나 엔진(22)을 저회전속도로 구동하는 종래의 제어와 비교하여, 필요한 동력을 출력하기 위한 상기 엔진(22)의 보다 신속한 응답성을 보장한다. 본 실시예의 하이브리드자동차(20)의 구성에 있어서는, 단계 S230에서 임시모터토크(Tm2tmp)의 설정으로 분명히 도시된 바와 같이, 상기 배터리(50)로부터의 전력 공급으로 구동되는 모터(MG2)의 출력토크가 상기 엔진(22)의 지연된 응답을 보상한다. 상기 엔진(22)으로부터의 필요한 동력의 신속한 출력은 배터리(50)의 방전 전력을 줄이고, 상기 배터리(50)의 부하를 감소시키는 장점이 있다. 따라서, 이러한 형태는 비교적 높은 전력의 반복되는 충방전에 의해 가속화되는 상기 배터리(50)의 때이른 성능저하를 효과적으로 방지하게 된다.
상술된 바와 같이, 본 실시예의 하이브리드자동차(20)는 요구출력동력의 변화에 대한 엔진(22)의 응답성을 높이기 위하여, 차량속도(V)에 대응하는 하한엔진속도(Nemin)보다 느리지 않은 회전속도로 상기 엔진(22)을 구동시킨다. 본 실시예의 제어는 엔진(22)의 지연된 응답으로 인해 필요한 구동력이 불충분하게 되는 것을 줄이고, 따라서 배터리(50)의 필요한 방전레벨을 낮추어 상기 배터리(50)의 부하를 줄이게 되는 장점이 있다. 상기 낮아진 충방전 레벨들은 비교적 높은 전력 레벨들에서의 반복되는 충방전에 의해 가속화되는 상기 배터리(50)의 때이른 성능저하를 효과적으로 방지하게 되는 장점이 있다. 상기 엔진(22)의 보다 신속한 응답은 또한 동작라인을 따라 효율적인 엔진구동점들로 상기 엔진(22)의 구동점이 신속하게 이동하는 것도 보장한다. 요구동력(Pv*)이 0 과 같이 상기 엔진(22)으로부터의 동력출력의 요건이 없는 경우에는, 본 실시예의 제어절차가 엔진(22)으로의 연료 분사를 중단하므로, 연료 소비를 개선하는 장점이 있다.
본 실시예의 하이브리드자동차(20)는, 평탄한 도로면 상에서 상기 차량속도(V)로 상기 하이브리드자동차(20)를 정속 주행하기 위해 필요한 동력의 효율적인 출력을 보장하는 특정 구동점에서의 상기 엔진(22)의 특정 회전속도로 하한엔진속도(Nemin)를 설정한다. 하지만, 이러한 회전속도레벨은 본질적인 것이 아니며, 상기 하한엔진속도(Nemin)는 상기 특정 구동점에서의 특정 회전속도보다 약간 낮거나 약간 높게 설정될 수도 있다.
본 실시예의 하이브리드자동차(20)는 액셀러레이터개방도(Acc)에 좌우되는 요구토크(Tr*)와 링기어축(32a)의 회전속도(Nr)의 곱과 '0' 값 사이의 보다 큰 것을 요구동력(Pv*)으로 설정한다. 한 가지 가능성 있는 수정예는 상기 요구동력(Pv*)을 액셀러레이터개방도(Acc)에 좌우되는 요구토크(Tr*)와 링기어축(32a)의 회전속도(Nr)의 곱으로 설정할 수도 있다. 가능성 있는 또다른 수정예는 상기 요구동력(Pv*)을 브레이크페달위치(BP)에 좌우되는 요구토크(Tr*)로 설정할 수도 있다. 이러한 수정된 구조에서는, 요구동력(Pv*)이 양의 레벨인 지의 여부에 따라 연료 중단 제어가 좌우된다.
본 실시예의 하이브리드자동차(20)는 0 보다 높은 요구동력(Pv*)에 응답하여 엔진(22)을 구동시키는 한편, 0 과 같은 요구동력(Pv*)에 응답하여 상기 엔진(22)에 연료 공급을 중단시킨다. 한 가지 가능성 있는 수정예는 소정의 임계값(Pref)(0 보다 큼)보다 큰 요구동력(Pv*)에 응답하여 엔진(22)을 구동시킬 수도 있는 한편, 소정의 임계값(Pref)보다 낮은 요구동력(Pv*)에 응답하여 상기 엔진(22)에 연료 공 급을 중단시킬 수도 있다.
본 실시예의 하이브리드자동차(20)에 있어서는, 상기 모터(MG2)의 동력이 리덕션기어(35)에 의한 기어 변속에 제공되어, 링기어축(32a)으로 출력되게 된다. 도 8의 하이브리드자동차(120)로서 도시된 가능성 있는 일 수정예에서는, 상기 모터(MG2)의 동력이 상기 링기어축(32a)과 연결된 차축(즉, 차륜(63a, 63b)과 링크된 차축)과 상이한 또다른 차축(즉, 차륜(64a, 64b)과 링크된 차축)으로 출력될 수도 있다.
본 실시예의 하이브리드자동차(20)에서는, 상기 엔진(22)의 동력이 동력분배통합기구(30)를 통해 구동차륜(63a, 63b)과 링크된 구동축으로서의 기능을 하는 링기어축(32a)으로 출력된다. 도 9의 가능성 있는 또다른 수정예에서는, 하이브리드자동차(220)가 엔진(22)의 크랭크축(26)에 연결된 내측 회전자(232) 및 구동차륜(63a, 63b)으로 동력을 출력하기 위한 구동축에 연결된 외측 회전자(234)를 구비한 페어-회전자전동기(230)를 구비할 수도 있고, 상기 엔진(22)으로부터의 동력 출력의 일부를 구동축으로 전달하는 한편, 상기 동력의 나머지를 전력으로 변환시킬 수도 있다.
상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 모든 실시형태들을 고려해야 한다. 본 발명의 요지의 기술적 사상 또는 범위에서 벗어나지 않으면서 수많은 수정, 변경 및 변형들이 가능하다. 본 발명의 범위 및 기술적 사상은 앞선 상세한 설명에 의해서라기 보다는 첨부된 청구범위에 의해 한정된다.
본 발명의 기술은 하이브리드자동차 및 동력출력장치의 제조산업에 적용가능하다는 장점이 있다.

Claims (9)

  1. 하이브리드자동차에 있어서,
    내연기관;
    상기 내연기관의 출력축 및 상기 하이브리드자동차의 하나의 차축과 링크된 구동축에 연결되어, 전력 및 동력의 입출력을 통해 상기 출력축 및 상기 구동축과 동력을 입출력하는 전력동력입출력기구;
    상기 하나의 차축 및 상기 하나의 차축과 상이한 또다른 차축 가운데 어느 하나와 동력을 입출력하는 전동기;
    상기 전력동력입출력기구 및 상기 전동기와 전력을 전달하는 축전유닛;
    상기 하이브리드자동차의 구동에 필요한 요구동력을 설정하는 요구동력설정모듈;
    상기 하이브리드자동차의 차량속도를 측정하는 차량속도측정모듈;
    상기 측정된 차량속도에 대응하여, 상기 내연기관의 허용가능한 최소 회전속도를 나타내는 하한회전속도를 설정하는 하한회전속도설정모듈; 및
    상기 설정된 하한회전속도보다 느리지 않은 회전속도로 상기 내연기관을 구동하고, 상기 설정된 요구동력에 대응하는 동력으로 상기 하이브리드자동차를 구동하도록, 상기 내연기관, 상기 전력동력입출력기구, 및 상기 전동기를 제어하는 제어모듈을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 하이브리드자동차.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하이브리드자동차는,
    상기 설정된 요구동력에 대응하여, 상기 내연기관이 구동될 요구회전속도를 설정하는 요구회전속도설정모듈을 더 포함하여 이루어지고,
    상기 제어모듈은, 상기 설정된 하한회전속도와 상기 설정된 요구회전속도를 비교하여 더 높은 값을 갖는 회전속도로 상기 내연기관을 구동하도록, 상기 내연기관, 상기 전력동력입출력기구, 및 상기 전동기를 제어하는 것을 특징으로 하는 하이브리드자동차.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 요구회전속도설정모듈은, 상기 내연기관으로부터의 상기 설정된 요구동력에 대응하는 동력의 효율적인 출력을 보장하는 상기 내연기관의 특정 회전속도로 상기 요구회전속도를 설정하는 것을 특징으로 하는 하이브리드자동차.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 하한회전속도설정모듈은, 실질적으로 평탄한 도로면 상에서 상기 측정된 차량속도로 상기 하이브리드자동차를 정속 주행하기 위하여, 상기 내연기관으로부터의 필요한 동력의 효율적인 출력을 보장하는 특정 구동점에서 상기 내연기관의 특정 회전속도보다 느리지 않은 회전속도로 상기 하한회전속도를 설정하는 것을 특징으로 하는 하이브리드자동차.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어모듈은, 상기 설정된 요구동력이 상기 하이브리드자동차를 제동하기 위한 소정의 제동력과 등가일 때, 상기 내연기관으로의 연료 분사를 중단하도록 상기 내연기관, 상기 전력동력입출력기구, 및 상기 전동기를 제어하는 것을 특징으로 하는 하이브리드자동차.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전력동력입출력기구는,
    3축, 즉 상기 내연기관의 출력축, 상기 구동축 및 회전축에 링크되어, 상기 3축 가운데 여하한의 2축과 입출력되는 동력들을 토대로, 나머지 하나의 축과 입출력되는 동력을 자동으로 결정하는 3축식동력입출력모듈; 및
    상기 회전축과 동력을 입출력하는 발전기를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 하이브리드자동차.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전력동력입출력기구는, 상기 내연기관의 출력축에 연결된 제1회전자 및 상기 구동축에 연결된 제2회전자를 구비하여, 상기 제2회전자에 대한 상기 제1회전자의 상대회전을 통해 구동되는 페어-회전자전동기(pair-rotor motor)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 하이브리드자동차.
  8. 구동축에 동력을 출력하는 동력출력장치에 있어서,
    내연기관;
    상기 내연기관의 출력축 및 상기 구동축에 연결되어, 전력 및 동력의 입출력을 통해 상기 출력축 및 상기 구동축과 동력을 입출력하는 전력동력입출력기구;
    상기 구동축과 동력을 입출력하는 전동기;
    상기 전력동력입출력기구 및 상기 전동기와 전력을 전달하는 축전유닛;
    상기 구동축에 필요한 요구동력을 설정하는 요구동력설정모듈;
    상기 구동축의 회전속도를 측정하는 회전속도측정모듈;
    상기 측정된 회전속도에 대응하여, 상기 내연기관의 허용가능한 최소 회전속도를 나타내는 하한회전속도를 설정하는 하한회전속도설정모듈; 및
    상기 설정된 하한회전속도보다 느리지 않은 회전속도로 상기 내연기관을 구동하고, 상기 설정된 요구동력에 대응하는 동력을 상기 구동축에 출력하도록, 상기 내연기관, 상기 전력동력입출력기구, 및 상기 전동기를 제어하는 제어모듈을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 동력출력장치.
  9. 하이브리드자동차의 제어방법에 있어서,
    상기 하이브리드자동차는, 내연기관; 상기 내연기관의 출력축 및 상기 하이브리드자동차의 하나의 차축과 링크된 구동축에 연결되어, 전력 및 동력의 입출력을 통해 상기 출력축 및 상기 구동축과 동력을 입출력하는 전력동력입출력기구; 상 기 하나의 차축 및 상기 하나의 차축과 상이한 또다른 차축 가운데 어느 하나와 동력을 입출력하는 전동기; 및 상기 전력동력입출력기구 및 상기 전동기와 전력을 전달하는 축전유닛을 포함하여 이루어지고,
    상기 제어방법은,
    (a) 상기 하이브리드자동차의 구동에 필요한 요구동력을 설정하는 단계;
    (b) 측정된 차량속도에 대응하여, 상기 내연기관의 허용가능한 최소 회전속도를 나타내는 하한회전속도를 설정하는 단계; 및
    (c) 상기 설정된 하한회전속도보다 느리지 않은 회전속도로 상기 내연기관을 구동하고, 상기 설정된 요구동력에 대응하는 동력으로 상기 하이브리드자동차를 구동하도록, 상기 내연기관, 상기 전력동력입출력기구, 및 상기 전동기를 제어하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 하이브리드자동차의 제어방법.
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