KR101014590B1 - 동력출력장치, 그것을 탑재한 차량 및 동력출력장치의제어방법 - Google Patents

동력출력장치, 그것을 탑재한 차량 및 동력출력장치의제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 하이브리드 ECU는, 크랭킹에 의하여 엔진이 연소 개시 회전수에 도달하였을 때에 엔진 ECU에 연소 개시지령을 송신한다. 엔진 ECU는 그후, 초기 폭발 기통의 점화시기보다도 크랭크각(θe)만큼 이전의 위치에 도달하였을 때에 초기 폭발 사전통지를 하이브리드 ECU에 송신하고, 그후 θe만큼 회전한 시점에서 초기 폭발 기통에 점화한다. 한편, 하이브리드 ECU는, 초기 폭발 사전통지를 수신하고 나서 엔진의 초기 폭발 기통의 점화시기에 도달하기까지의 제 1 시간(t1)과 그것으로부터 초기 폭발 기통의 점화에 의한 토오크의 영향이 구동축에 나타나기까지의 제 2 시간(t2)과의 합(tv)이 경과한 시점에서, 카운터 토오크(Tα)를 고려한 토오크 지령을 모터 ECU에 송신한다. 이것에 의하여 엔진의 초기 폭발시에 구동축에 작용하는 토오크의 영향을 타이밍좋게 제어할 수 있다.

Description

동력출력장치, 그것을 탑재한 차량 및 동력출력장치의 제어방법{POWER OUTPUT DEVICE, VEHICLE MOUNTING IT AND CONTROL METHOD OF POWER OUTPUT DEVICE}
본 발명은, 동력출력장치, 그것을 탑재한 차량 및 동력출력장치의 제어방법에 관한 것이다.
종래, 동력출력장치로서는, 엔진과, 이 엔진의 크랭크 샤프트를 캐리어에 접속함과 동시에 차축에 기계적으로 연결된 구동축에 링 기어를 접속한 플래니터리 기어와, 이 플래니터리 기어의 선 기어에 동력을 입출력하는 발전기와, 구동축에 동력을 입출력하는 전동기를 구비하는 것이 제안되어 있다. 예를 들면 특허문헌 1에 개시된 동력출력장치에서는, 크랭크각이 연료분사제어나 점화제어가 개시되고 나서 최초의 점화 타이밍에서 초기 폭발하였을 때의 엔진으로부터의 토오크출력의 타이밍과 다음 점화 타이밍에서 초기 폭발하였을 때의 엔진으로부터의 토오크출력의 타이밍이 포함되는 기설정된 각(θ1∼θ2)의 범위 내일 때에, 엔진의 초기 폭발시에 구동축으로서의 링 기어축에 작용하는 토오크를 상쇄하는 방향의 토오크를 보정 토오크로 설정하고, 그 보정 토오크를 사용하여 전동기의 토오크지령을 설정하여 전동기를 구동제어한다. 이에 의하여 엔진의 초기 폭발시에 발생할 수 있는 토오크 쇼크나 이것에 따르는 진동을 억제하고 있다.
[특허문헌 1]
일본국 특개2005-30281호 공보
그러나 상기한 동력출력장치에서는, 엔진의 초기 폭발시에 발생할 수 있는 토오크 쇼크나 이것에 따르는 진동을 억제할 수 있다는 효과를 가지나, 엔진의 초기 폭발 타이밍과 전동기로부터 보정 토오크가 출력되는 타이밍과의 동기를 취하는 것이 어렵기 때문에, 충분한 효과가 얻어지지 않는 경우가 있었다.
본 발명의 동력출력장치, 그것을 탑재한 차량 및 동력출력장치의 제어방법은, 내연기관을 정지한 상태에서 전동기로부터 구동축에 한창 출력하고 있을 때에 내연기관을 시동할 때의 초기 폭발시의 토오크 쇼크를 충분히 억제하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 동력출력장치, 그것을 탑재한 차량 및 동력출력장치의 제어방법은, 상기한 목적을 달성하기 위하여 이하의 수단을 채용하였다.
본 발명의 동력출력장치는,
구동축에 동력을 출력하는 동력출력장치에 있어서,
내연기관과,
상기 내연기관의 출력축과 상기 구동축에 접속되고, 전력과 동력의 입출력을 수반하여 상기 내연기관으로부터의 동력의 적어도 일부를 상기 구동축에 출력하는 전력 동력 입출력수단과,
상기 구동축에 동력을 입출력 가능한 전동기와,
상기 전력 동력 입출력수단 및 상기 전동기와 전력의 주고받음이 가능한 축전수단과,
조작자의 조작에 의거하여 상기 구동축에 요구되는 요구 토오크를 설정하는 요구 토오크 설정수단과,
상기 내연기관의 운전제어를 행하는 내연기관제어수단과,
상기 내연기관의 운전을 정지한 상태에서 상기 요구 토오크가 상기 구동축에 출력되도록 상기 전동기를 구동 제어하고 있는 도중에 상기 내연기관의 시동조건이 성립하였을 때, 상기 내연기관이 크랭킹되도록 상기 전력 동력 입출력수단을 구동제어하고, 상기 내연기관의 크랭킹에 따라 상기 구동축에 반력으로서 작용하는 토오크를 캔슬하면서 상기 요구 토오크가 상기 구동축에 출력되도록 상기 전동기를 구동제어하고, 상기 내연기관제어수단에 시동지령을 송신하여, 상기 시동지령의 송신 후에 상기 내연기관제어수단이 초기 폭발 점화시기보다 시간관련 파라미터의 기설정된 값분만큼 이전의 시점에서 송신하는 동기신호를 수신하였을 때, 상기 수신한 시점으로부터 상기 시간관련 파라미터의 기설정된 값 상당분이 경과한 시점에서 상기 전동기의 출력해야 할 토오크로부터 기설정된 토오크만큼 작은 토오크가 출력되도록 상기 전동기를 구동제어하는 종합제어수단을 구비하는 것을 요지로 한다.
본 발명의 동력출력장치에서는, 내연기관의 운전제어를 행하는 내연기관제어수단과 전력 동력 입출력수단 및 전동기의 운전제어를 행하는 종합제어수단을 구비한다. 그리고 종합제어수단은, 내연기관의 운전을 정지한 상태에서 조작자의 조작에 의거하여 설정되는 요구 토오크가 구동축에 출력되도록 전동기를 구동 제어하고 있는 도중에 내연기관의 시동조건이 성립하였을 때에는, 내연기관이 크랭킹되도록 전력동력 입출력수단을 구동 제어함과 동시에 내연기관의 크랭킹에 따라 구동축에 반력으로서 작용하는 토오크를 캔슬하면서 요구 토오크가 구동축에 출력되도록 전동기를 구동제어하고, 내연기관제어수단에 시동지령을 송신하여, 상기 시동지령의 송신 후에 내연기관제어수단이 초기 폭발 점화시기보다도 시간관련 파라미터의 기설정된 값분만큼 이전의 시점에서 송신하는 동기신호를 수신하였을 때, 상기 수신한 시점으로부터 시간관련 파라미터의 기설정된 값 상당분이 경과한 시점에서 전동기의 출력해야 할 토오크로부터 기설정된 토오크만큼 작은 토오크가 출력되도록 전동기를 구동 제어한다. 즉, 내연기관제어수단과 종합제어수단은, 동기신호의 송수신에 의하여 동기를 취한 다음에, 내연기관제어수단에 의해 운전 제어되는 내연기관의 초기 폭발시에 종합제어수단에 의해 구동제어되는 전동기로 구동축에 출력되는 토오크를 기설정된 토오크로 타이밍 좋게 캔슬하는 것이다. 이 결과, 내연기관의 초기 폭발시의 토오크 쇼크를 충분히 억제할 수 있다.
본 발명의 동력출력장치에서, 상기 시간관련 파라미터의 기설정된 값 상당분은, 상기 기설정된 값에 적어도 상기 내연기관제어수단과 상기 종합제어수단과의 통신지연을 고려하여 설정되는 값으로 하여도 된다. 이와 같이 하면, 구동축에 출력되는 토오크를 기설정된 토오크로 캔슬하는 타이밍의 정밀도를 한층 높일 수 있다.
본 발명의 동력출력장치에서, 상기 시간관련 파라미터는, 시간경과에 따라 변화되는 상기 내연기관의 크랭크각으로 하여도 된다. 일반적으로 내연기관의 점화시기는 크랭크각에 의해 설정되는 경우가 많기 때문에, 초기 폭발 점화시기보다도 이전의 시점을 정하는 데 있어서도 크랭크각을 이용하여 정하는 것이 바람직하다. 이와 같이 시간관련 파라미터로서 크랭크각을 이용하는 경우, 상기 내연기관제어수단 및 상기 종합제어수단은, 어느 것이나 상기 내연기관의 크랭크각을 스스로 도입하는 것이 가능한 수단으로 하여도 된다. 이와 같이 하면, 한쪽의 제어수단으로부터 다른쪽의 제어수단에 크랭크각을 송신하는 경우에 비하여, 통신지연에 기인하는 동기 어긋남이 생기는 일이 없다.
본 발명의 동력출력장치에서, 상기 전력 동력 입출력수단은, 상기 내연기관의 출력축과 상기 구동축과 제 3축의 3축에 접속되어 상기 3축 중 어느 2축에 입출력한 동력에 의거하여 나머지 축에 동력을 입출력하는 3축식 동력 입출력수단과, 상기 제 3축에 동력을 입출력하는 발전기를 구비하는 수단인 것으로 하여도 된다.
본 발명의 차량은, 상기한 어느 하나의 형태의 본 발명의 동력출력장치, 즉 기본적으로는 구동축에 동력을 출력하는 동력출력장치에 있어서, 내연기관과, 상기 내연기관의 출력축과 상기 구동축에 접속되고, 전력과 동력의 입출력을 수반하여 상기 내연기관으로부터의 동력의 적어도 일부를 상기 구동축에 출력하는 전력 동력 입출력수단과, 상기 구동축에 동력을 입출력 가능한 전동기와, 상기 전력 동력 입출력수단 및 상기 전동기와 전력의 주고받음이 가능한 축전수단과, 조작자의 조작에 의거하여 상기 구동축에 요구되는 요구 토오크를 설정하는 요구 토오크 설정수단과, 상기 내연기관의 운전제어를 행하는 내연기관제어수단과, 상기 내연기관의 운전을 정지한 상태에서 상기 요구 토오크가 상기 구동축에 출력되도록 상기 전동기를 구동제어하고 있는 도중에 상기 내연기관의 시동조건이 성립하였을 때, 상기 내연기관이 크랭킹되도록 상기 전력 동력 입출력수단을 구동제어하고, 상기 내연기관의 크랭킹에 따라 상기 구동축에 반력으로서 작용하는 토오크를 캔슬하면서 상기 요구 토오크가 상기 구동축에 출력되도록 상기 전동기를 구동제어하고, 상기 내연기관제어수단에 시동지령을 송신하고, 상기 시동지령의 송신 후에 상기 내연기관제어수단이 초기 폭발 점화시기보다 시간관련 파라미터의 기설정된 값분만큼 이전의 시점에서 송신하는 동기신호를 수신하였을 때, 상기 수신한 시점으로부터 상기 시간관련 파라미터의 기설정된 값 상당분이 경과한 시점에서 상기 전동기의 출력해야 할 토오크로부터 기설정된 토오크만큼 작은 토오크가 출력되도록 상기 전동기를 제어하는 종합제어수단을 구비하는 동력출력장치를 탑재하고, 상기 구동축이 기계적으로 차축에 접속되어 주행하는 것을 요지로 한다.
이 본 발명의 자동차에서는, 상기 중 어느 하나의 형태의 본 발명의 동력출력장치를 탑재하기 때문에, 본 발명의 동력출력장치가 가지는 효과, 예를 들면 내연기관의 초기 폭발시의 토오크 쇼크를 충분히 억제할 수 있는 효과 등과 동일한 효과를 가질 수 있다.
본 발명의 동력출력장치의 제어방법은,
내연기관과, 상기 내연기관의 출력축과 상기 구동축에 접속되고, 전력과 동력의 입출력을 수반하여 상기 내연기관으로부터의 동력의 적어도 일부를 상기 구동축에 출력하는 전력 동력 입출력수단과, 상기 구동축에 동력을 입출력 가능한 전동기와, 상기 전력 동력 입출력수단 및 상기 전동기와 전력의 주고받음이 가능한 축전수단과, 조작자의 조작에 의거하여 상기 구동축에 요구되는 요구 토오크를 설정하는 요구 토오크 설정수단과, 상기 내연기관의 운전제어를 행하는 내연기관제어수단을 구비한 동력출력장치를 제어하는 방법으로서,
(a) 상기 내연기관의 운전이 정지하고 있는 상태에서 상기 내연기관의 시동조건이 성립하였을 때, 상기 내연기관이 크랭킹되도록 상기 전력 동력 입출력수단을 구동제어함과 동시에 상기 내연기관의 크랭킹에 따라 상기 구동축에 반력으로서 작용하는 토오크가 캔슬되도록 상기 전동기를 구동제어하는 단계와,
(b) 상기 크랭킹에 의해 상기 내연기관의 기설정된 연소 개시 타이밍에 도달하였을 때, 상기 내연기관제어수단에 시동지령을 송신하는 단계와,
(c) 상기 시동지령의 송신 후에 상기 내연기관제어수단이 초기 폭발 점화시기보다도 시간관련 파라미터의 기설정된 값분만큼 이전의 시점에서 송신하는 동기신호를 수신하였을 때, 상기 수신한 시점으로부터 상기 시간관련 파라미터의 기설정된 값 상당분이 경과한 시점에서 상기 전동기의 출력해야 할 토오크로부터 기설정된 토오크만큼 작은 토오크가 출력되도록 상기 전동기를 구동 제어하는 단계를 포함하는 것을 요지로 한다.
이 동력출력장치의 제어방법에서는, 내연기관의 운전이 정지하고 있는 상태에서 상기 내연기관의 시동조건이 성립하였을 때, 내연기관이 크랭킹되도록 전력 동력 입출력수단을 구동제어함과 동시에 내연기관의 크랭킹에 따라 구동축에 반력으로서 작용하는 토오크가 캔슬되도록 전동기를 구동 제어한다. 이어서, 크랭킹에 의해 내연기관의 기설정된 연소개시 타이밍에 도달하였을 때, 내연기관제어수단에 시동지령을 송신한다. 그리고, 시동지령의 송신 후에 상기 내연기관제어수단이 초기 폭발 점화시기보다도 시간관련 파라미터의 기설정된 값분만큼 이전의 시점에서 송신하는 동기신호를 내연기관제어수단으로부터 수신하였을 때, 상기 수신한 시점으로부터 시간관련 파라미터의 기설정된 값 상당분이 경과한 시점에서 전동기의 출력해야 할 토오크로부터 기설정된 토오크만큼 작은 토오크가 출력되도록 상기 전동기를 구동 제어한다. 즉, 내연기관제어수단으로부터의 동기신호에 의하여 동기를 취한 다음에, 내연기관제어수단에 의해 운전제어되는 내연기관의 초기 폭발시에, 전동기로 구동축에 출력되는 토오크를 기설정된 토오크로 타이밍 좋게 캔슬하는 것이다. 이 결과, 내연기관의 초기 폭발시의 토오크 쇼크를 충분히 억제할 수 있다. 또한, 이 동력출력장치의 제어방법에 있어서, 상기한 어느 하나의 형태의 본 발명의 동력출력장치의 각종 기능을 실현하기 위한 동작이나 단계를 가하여도 된다.
도 1은 하이브리드 자동차(20)의 구성의 개략을 나타내는 구성도,
도 2는 하이브리드 자동차(20)에 탑재된 엔진(22)의 구성의 개략을 나타내는 구성도,
도 3은 하이브리드용 전자제어유닛(70)에 의해 실행되는 시동시 구동제어 루틴의 일례를 나타내는 플로우차트,
도 4는 요구 토오크 설정용 맵의 일례를 나타내는 설명도,
도 5는 엔진(22)을 시동할 때의 모터(MG1)의 토오크지령(Tm1*)과 엔진(22)의 회전수(Ne)와의 관계의 일례를 나타내는 설명도,
도 6은 엔진(22)을 시동하기 전에 있어서의 플래니터리 기어(30)의 각 회전요소의 회전수와 토오크와의 역학적인 관계를 나타내는 공선도,
도 7은 엔진(22)을 크랭킹하고 있는 도중의 플래니터리 기어(30)의 각 회전요소의 회전수와 토오크와의 역학적인 관계를 나타내는 공선도,
도 8은 시동시 구동제어 루틴 중의 서브루틴인 초기 폭발 진동억제 루틴의 일례를 나타내는 플로우차트,
도 9는 엔진 ECU(24)에 의해 실행되는 엔진 초기 폭발 제어 루틴의 일례를 나타내는 플로우차트,
도 10은 하이브리드용 전자제어유닛(70)과 엔진 ECU(24)와의 통신상황 및 하이브리드용 전자제어유닛(70)으로 설정되는 각 플래그의 온/오프를 나타내는 타이밍 차트,
도 11은 변형예의 하이브리드 자동차(120)의 구성의 개략을 나타내는 구성도,
도 12는 변형예의 하이브리드 자동차(220)의 구성의 개략을 나타내는 구성도이다.
다음에, 본 발명을 실시하기 위한 최선의 형태를 실시예를 사용하여 설명한다.
(실시예)
도 1은, 본 발명의 일 실시예인 동력출력장치를 탑재한 하이브리드 자동 차(20)의 구성의 개략을 나타내는 구성도이다. 실시예의 하이브리드 자동차(20)는, 도시하는 바와 같이, 엔진(22)과, 엔진(22)의 출력축으로서의 크랭크 샤프트(26)에 댐퍼(28)를 거쳐 피니언 기어(33)를 회전시키는 캐리어(34)가 접속된 플래니터리 기어(30)와, 플래니터리 기어(30)의 선 기어(31)에 접속된 발전 가능한 모터(MG1)와, 플래니터리 기어(30)의 링 기어(32)에 접속된 구동축으로서의 링 기어축(32a)에 감속 기어(35)를 거쳐 접속된 모터(MG2)와, 하이브리드 자동차(20) 전체를 컨트롤하는 종합제어수단으로서의 하이브리드용 전자제어유닛(70)을 구비한다. 또한, 구동축으로서의 링 기어축(32a)은 기어 기구(60)와 디퍼렌셜 기어(62)를 거쳐 구동륜(63a, 63b)이 설치된 차축(64)에 접속되어 있고, 링 기어축(32a)에 출력된 동력은 주행용 동력으로서 사용된다.
엔진(22)은, 예를 들면 가솔린 또는 경유 등의 탄화수소계의 연료에 의해 동력을 출력 가능한 내연기관으로서 구성하고 있고, 도 2에 나타내는 바와 같이, 에어클리너(122)에 의해 청정해진 공기를 스로틀밸브(124)를 거쳐 흡기관(160)에 흡입함과 동시에 연료분사밸브(126)로부터 가솔린을 분사하여 흡입된 공기와 가솔린을 혼합하고, 이 혼합기를 흡기 밸브(128)를 거쳐 연료실로 흡입하고, 점화 플러그(130)에 의한 전기불꽃에 의하여 폭발 연소시켜, 그 에너지에 의해 밀어 내려지는 피스톤(132)의 왕복 운동을 크랭크 샤프트(26)의 회전운동으로 변환한다. 엔진(22)에 대한 흡기는, 흡기관(160)의 도중에 설치되어 흡기맥동을 억제하는 데 충분한 용적을 가지는 서지 탱크(162)를 거쳐 행하여진다. 또, 엔진(22)으로부터의 배기는, 일산화탄소(CO)나 탄화수소(HC), 질소 산화물(NOx)의 유해성분을 정화하는 정화장치(삼원촉매)(134)를 거쳐 외기로 배출된다.
엔진(22)은, 내연기관제어수단으로서의 엔진용 전자제어유닛(이하, 엔진 ECU라 함)(24)에 의해 제어되고 있다. 엔진 ECU(24)는, CPU(24a)를 중심으로 하는 마이크로프로세서로 구성되어 있고, CPU(24a) 외에 처리 프로그램을 기억하는 ROM(24b)과, 데이터를 일시적으로 기억하는 RAM(24c)과, 도시 생략한 입출력 포트 및 통신 포트를 구비한다. 엔진 ECU(24)에는, 엔진(22)의 상태를 검출하는 여러가지 센서로부터의 신호, 예를 들면, 크랭크 샤프트(26)의 회전위치를 검출하는 크랭크각 센서(140)로부터의 크랭크각(θe)이나 엔진(22)의 냉각수의 온도를 검출하는 수온센서(142)로부터의 냉각 수온, 연소실(166)에 흡배기를 행하는 흡기 밸브(128)나 배기밸브(129)를 개폐하는 캠 샤프트의 회전위치를 검출하는 캠 포지션 센서(144)로부터의 캠 포지션, 스로틀 밸브(124)의 포지션을 검출하는 스로틀 밸브 포지션 센서(146)로부터의 스로틀 포지션, 흡기관(160)에 설치된 에어플로우미터(148)로부터의 에어플로우미터 신호(AF), 마찬가지로 흡기관(160)에 설치된 흡기온 센서(149)로부터의 흡기온 등이 입력 포트를 거쳐 입력되어 있다. 또, 엔진 ECU(24)로부터는 엔진(22)을 구동하기 위한 여러가지 제어신호, 예를 들면, 연료분사밸브(126)에 대한 구동신호나, 스로틀밸브(124)의 포지션을 조절하는 스로틀 모터(136)에 대한 구동신호, 이그니터와 일체화된 이그니션 코일(138)에 대한 제어신호, 흡기 밸브(128)의 개폐 타이밍을 변경 가능한 가변 밸브 타이밍기구(150)에 대한 제어신호 등이 출력 포트를 거쳐 출력되고 있다. 또한, 엔진 ECU(24)는 하이브리드용 전자제어유닛(70)과 통신하고 있고, 하이브리드용 전자제어유닛(70)으로부 터의 제어신호에 의해 엔진(22)을 운전 제어함과 동시에 필요에 따라 엔진(22)의 운전상태에 관한 데이터를 출력한다.
모터(MG1) 및 모터(MC2)는, 어느 것이나 발전기로서 구동할 수 있음과 동시에, 전동기로서 구동할 수 있는 주지의 동기 발전 전동기로서 구성되어 있고, 인버터(41, 42)를 거쳐 배터리(50)와 전력의 주고받음을 행한다. 모터(MGl, MG2)는, 어느 것이나 모터용 전자제어유닛(이하, 모터 ECU라 함)(40)에 의해 구동 제어되고 있다. 모터 ECU(40)에는, 모터(MG1, MG2)를 구동 제어하기 위하여 필요한 신호, 예를 들면 모터(MC1, MG2)의 회전자의 회전위치를 검출하는 회전위치 검출센서(43, 44)로부터의 신호나 도시 생략한 전류센서에 의해 검출되는 모터(MG1, MG2)에 인가되는 상전류 등이 입력되어 있고, 모터 ECU(40)로부터는, 인버터(41, 42)에 대한 스위칭제어신호가 출력되고 있다. 모터 ECU(40)는, 하이브리드용 전자제어유닛(70)과 통신하고 있고, 하이브리드용 전자제어유닛(70)으로부터의 제어신호에 의하여 모터(MG1, MG2)를 구동 제어함과 동시에 필요에 따라 모터(MG1, MC2)의 운전상태에 관한 데이터를 하이브리드용 전자제어유닛(70)에 출력한다.
배터리(50)는, 배터리용 전자제어유닛(이하, 배터리 ECU라 함)(52)에 의하여 관리되고 있다. 배터리 ECU(52)에는, 배터리(50)를 관리하는 데 필요한 신호, 예를 들면 배터리(50)의 단자 사이에 설치된 도시 생략한 전압센서로부터의 단자간 전압, 배터리(50)의 출력단자에 접속된 전력라인(54)에 설치된 도시 생략한 전류센서로부터의 충방전 전류, 배터리(50)에 설치된 온도센서(51)로부터의 전지온도(Tb) 등이 입력되어 있고, 배터리(50)를 관리하기 위한 잔용량(SOC)을 계산함과 동시에 계산한 잔용량(SOC)과 전지온도(Tb)나 그 입출력 제한(Win, Wout), 배터리(50)를 충방전하기 위한 요구값인 충방전 요구 파워(Pb*) 등을 계산하고, 필요에 따라 데이터를 통신에 의해 하이브리드용 전자제어유닛(70)에 출력한다.
하이브리드용 전자제어유닛(70)은, CPU(72)를 중심으로 하는 마이크로프로세서로서 구성되어 있고, CPU(72) 외에 처리 프로그램을 기억하는 ROM(74)과, 데이터를 일시적으로 기억하는 RAM(76)과, 도시 생략한 입출력 포트 및 통신 포트를 구비한다. 하이브리드용 전자제어유닛(70)에는, 이그니션 스위치(80)로부터의 이그니션 신호, 시프트 레버(81)의 조작위치를 검출하는 시프트 포지션 센서(82)로부터의 시프트 포지션(SP), 액셀러레이터 페달(83)의 밟음량을 검출하는 액셀러레이터 페달 포지션 센서(84)로부터의 액셀러레이터 개도(Acc), 브레이크 페달(85)의 밟음량을 검출하는 브레이크 페달 포지션 센서(86)로부터의 브레이크 페달 포지션(BP), 차속센서(88)로부터의 차속(V) 등이 입력 포트를 거쳐 입력되어 있다. 하이브리드용 전자제어유닛(70)은, 상기한 바와 같이, 엔진 ECU(24)나 모터 ECU(40), 배터리 ECU(52)와 통신 포트를 거쳐 접속되어 있고, 엔진 ECU(24)이나 모터 ECU(40), 배터리 ECU(52)와 각종제어신호나 데이터의 주고받음을 행하고 있다.
이와 같이 하여 구성된 본 실시예의 하이브리드 자동차(20)는, 운전자에 의한 액셀러레이터 페달(83)의 밟음량에 대응하는 액셀러레이터 개도(Acc)와 차속(V)에 의거하여 구동축으로서의 링 기어축(32a)에 출력해야 할 요구 토오크를 계산하고, 이 요구 토오크에 대응하는 요구동력이 링 기어축(32a)에 출력되도록 엔진(22)과 모터(MG1)와 모터(MG2)가 운전 제어된다. 엔진(22)과 모터(MG1)와 모터(MG2)의 운전제어로서는, 요구동력에 알맞은 동력이 엔진(22)으로부터 출력되도록 엔진(22)을 운전제어함과 동시에 엔진(22)으로부터 출력되는 동력의 전부가 플래니터리 기어(30)와 모터(MG1)와 모터(MG2)에 의하여 토오크 변환되어 링 기어축(32a)에 출력되도록 모터(MG1) 및 모터(MG2)를 구동제어하는 토오크 변환 운전모드나, 요구동력과 배터리(50)의 충방전에 필요한 전력과의 합에 알맞은 동력이 엔진(22)으로부터 출력되도록 엔진(22)을 운전 제어함과 동시에 배터리(50)의 충방전을 수반하여 엔진(22)으로부터 출력되는 동력의 전부 또는 그 일부가 플래니터리 기어(30)와 모터(MC1)와 모터 (MC2)에 의한 토오크 변환을 수반하여 요구동력이 링 기어축(32a)에 출력되도록 모터(MG1) 및 모터(MG2)를 구동제어하는 충방전 운전모드, 엔진(22)의 운전을 정지하여 모터(MG2)로부터의 요구동력에 알맞은 동력을 링 기어축(32a)에 출력하도록 운전제어하는 모터 운전모드 등이 있다.
다음에, 본 실시예의 하이브리드 자동차(20)의 동작, 특히 운전 정지하고 있는 엔진(22)을 시동할 때의 동작에 대하여 설명한다. 도 3은 하이브리드용 전자제어유닛(70)에 의해 실행되는 시동시 구동제어 루틴의 일례를 나타내는 플로우차트이다. 이 루틴은 엔진(22)의 시동지시가 이루어졌을 때에 실행된다. 여기서, 엔진(22)의 시동지시가 이루어졌을 때란, 예를 들면 모터 운전모드로 주행하고 있을 때에 엔진(22)에 요구되는 엔진 요구 파워가 미리 정해진 문턱값을 넘었을 때 등을 들 수 있다.
시동시 구동제어 루틴이 실행되면, 하이브리드용 전자제어유닛(70)의 CPU(72)는, 먼저 액셀러레이터 페달 포지션 센서(84)로부터의 액셀러레이터 개 도(Acc)나 차속센서(88)로부터의 차속(V), 엔진(22)의 회전수(Ne)나 크랭크각(θe), 모터(MGl, MG2)의 회전수(Nm1, Nm2), 배터리(50)의 입출력 제한(Win, Wout) 등, 제어에 필요한 데이터를 입력하는 처리를 실행한다(단계 S100). 여기서, 엔진(22)의 회전수(Ne)와 크랭크각(θe)은, 크랭크각 센서(140)에 의해 검출된 크랭크각(θc)과 이 크랭크각(θe)에 의거하여 계산된 회전수(Ne)를 엔진 ECU(24)로부터 통신에 의해 입력하는 것으로 하였다. 또, 모터(MG1, MG2)의 회전수(Nm1, Nm2)는, 회전위치검출센서(43, 44)에 의해 검출되는 모터(MG1, MG2)의 회전자의 회전위치에 의거하여 계산된 것을 모터 ECU(40)로부터 통신에 의해 입력하는 것으로 하였다. 또, 배터리(50)의 입출력 제한(Win, Wout)은, 배터리(50)의 잔용량(SOC)에 의거하여 설정된 것을 배터리 ECU(52)로부터 통신에 의해 입력하는 것으로 하였다.
이와 같이 하여 데이터를 입력하면, 입력한 액셀러레이터 개도(Acc)와 차속(V)에 의거하여 차량에 요구되는 토오크로서 구동륜(63a, 63b)에 연결된 구동축으로서의 링 기어축(32a)에 출력해야 할 요구 토오크(Tr*)와 링 기어축(32a)에 출력해야 할 구동용 파워로서 구동 요구 파워(Pr*)를 설정한다(단계 S110). 요구 토오크(Tr*)는, 본 실시예에서는 액셀러레이터 개도(Acc)와 차속(V)과 요구 토오크(Tr*)와의 관계를 미리 정하여 요구 토오크 설정용 맵으로서 ROM(74)에 기억하여 두고, 액셀러레이터 개도(Acc)와 차속(V)이 주어지면 기억한 맵으로부터 대응하는 요구 토오크(Tr*)를 도출하여 설정하는 것으로 하였다. 도 4에 요구 토오크 설정용 맵의 일례를 나타낸다. 구동 요구 파워(Pr*)는, 설정한 요구 토오크(Tr*)에 링 기어축(32a)의 회전수(Nr)를 곱한 것으로 하여 계산할 수 있다. 또한, 링 기어 축(32a)의 회전수(Nr)는, 차속(V)에 환산계수(k)를 곱함으로써 구하거나, 모터(MG2)의 회전수(Nm2)를 감속 기어(35)의 기어비(Gr)로 나눔으로써 구할 수 있다.
계속해서 모터(MG1)의 토오크 지령(Tm1*)을 설정한다(단계 S120). 이 토오크지령(Tm1*)은, 엔진(22)의 회전수(Ne)가 기설정된 연소개시 회전수(Nstart) 이상에서 안정되게 회전할 수 있는 토오크로 설정된다. 구체적으로는 크랭킹 개시 당초는 엔진(22)이 공진 주파수대를 신속하게 통과하도록 비교적 큰 값으로 설정되고, 공진 주파수대역을 통과한 다음은 엔진(22)이 연소개시 회전수(Nstart) 이상에서 안정되게 회전할 수 있는 값으로 설정된다. 도 5에 크랭킹시간과 엔진(22)의 회전수(Ne)와 토오크지령(Tm1*)과의 관계의 일례를 나타낸다. 또한, 연소개시 회전수(Nstart)는, 예를 들면 600 rpm이라든가 800 rpm 등으로 설정되어 있다.
이와 같이 하여 모터(MG1)의 토오크지령(Tm1*)을 설정하면 배터리(50)의 입출력 제한(Win, Wout)과 설정한 모터(MG1)의 토오크지령(Tm1*)에 현재의 모터(MG1)의 회전수(Nm1)를 곱하여 얻어지는 모터(MG1)의 소비전력(발전전력)과의 편차를 모터(MG2)의 회전수(Nm2)로 나눔으로써 모터(MG2)로부터 출력하여도 되는 토오크의 상하한으로서의 토오크제한(Tmin, Tmax)을 다음 수학식 (1) 및 수학식 (2)에 의해 계산함과 동시에(단계 S130), 요구 토오크(Tr*)와 토오크지령(Tm1*)과 플래니터리 기어(30)의 기어비(ρ)를 사용하여 모터(MG2)로부터 출력해야 할 토오크로서의 임시 모터 토오크(Tm2tmp)를 수학식 (3)에 의해 계산하고(단계 S140), 임시 모터 토오크(Tm2tmp)를 토오크제한(Tmin, Tmax)으로 제한한 값으로 하여 모터(MG2)의 토오크지령(Tm2*)을 설정하고(단계 S150), 엔진(22)의 회전수(Ne)가 연소 개시 회전 수((Nstart))에 도달하고 있는지의 여부를 판정한다(단계 S160). 지금, 엔진(22)의 시동요구가 있었던 직후를 생각하면, 엔진(22)의 회전수(Ne)는 연소 개시 회전수((Nstart))에 도달하고 있지 않기 때문에, 설정한 모터(MG1, MG2)의 토오크지령(Tm1*, Tm2*)을 모터 ECU(40)에 송신하고(단계 S170), 다시 단계 S100으로 되돌아간다. 이와 같이 모터(MG1)의 토오크지령(Tm1*)을 설정함과 동시에 모터(MG2)의 토오크지령(Tm2*)을 설정함으로써, 엔진(22)을 크랭킹하면서 구동축으로서의 링 기어축(32a)에 출력하는 요구 토오크 (Tr*)를 배터리(50)의 입출력 제한(Win, Wout)의 범위 내에서 제한한 토오크로서 출력할 수 있다. 또한, 수학식 (3)은 플래니터리 기어(30)의 회전요소에 대한 역학적인 관계식이다. 도 6은 엔진(22)을 시동하기 전에 있어서의 플래니터리 기어(30)의 각 회전요소의 회전수와 토오크와의 역학적인 관계의 일례를 나타내는 공선도이고, 도 7은 엔진(22)을 크랭킹하고 있는 도중의 플래니터리 기어(30)의 각 회전요소의 회전수와 토오크와의 역학적인 관계의 일례를 나타내는 공선도이다. 도면에서 좌측의 S축은 모터(MG1)의 회전수(Nm1)인 선 기어(31)의 회전수를 나타내고, C축은 엔진(22)의 회전수(Ne)인 캐리어(34)의 회전수를 나타내고, R축은 모터(MG2)의 회전수(Nm2)에 감속 기어(35)의 기어비(Gr)를 곱한 링 기어(32)의 회전수(Nr)를 나타낸다. 수학식 (3)은, 도 7의 공선도를 이용하면 용이하게 이끌어낼 수 있다. 또한 도 7에서의 R축상의 2개의 굵은 선 화살표는, 모터(MG1)로부터 토오크지령(Tm1*)의 토오크를 출력하여 엔진(22)을 크랭킹할 때에 구동축으로서의 링 기어축(32a)에 작용하는 반력으로서의 토오크(-Tm1*/ρ)와, 모터(MG2)로부터 출력되는 토오크(Tm2*)가 감속 기어(35)를 거쳐 링 기어 축(32a)에 작용하는 토오크(Tm2*·Gr)를 나타내고 있다. 이와 같이 모터(MC2)의 토오크지령(Tm2*)을 설정함으로써, 모터(MG1)에 의해 엔진(22)을 크랭킹할 때에 구동축으로서의 링 기어축(32a)에 작용하는 반력으로서의 토오크를 담당함과 동시에 운전자가 요구하는 요구 토오크(Tr*)에 따른 토오크를 출력할 수 있다.
Figure 112008043468153-pct00001
Figure 112008043468153-pct00002
Figure 112008043468153-pct00003
그런데, 단계 S100 내지 S170을 반복하여 실행하고 있는 동안에 엔진(22)의 회전수(Ne)가 연소개시 회전수(Nstart)에 도달하면, 연소개시 플래그(Fstart)가 제로인지의 여부를 확인한다(단계 S180). 이 연소개시 플래그(Fstart)는 엔진 ECU(24)에 연소 개시 지령을 출력하였는지의 여부를 나타내는 플래그이고, 제로일 때에는 아직 엔진 ECU(24)에 연소 개시 지령을 출력하고 있지 않은 것을 나타내고, 값 1일 때에는 이미 엔진 ECU(24)에 연소 개시 지령을 출력한 것을 나타낸다. 지금, 단계 S160에서 처음으로 엔진(22)의 회전수(Ne)가 연소 개시 회전수((Nstart)에 도달하였을 때를 생각하면, 단계 S180에서 연소개시 플래그(Fstart)는 제로이기 때문에, 엔진 ECU(24)에 연소 개시 지령을 출력함과 동시에 연소 개시 플래 그(Fstart)에 값 1을 세트하고(단계 S190), 계속해서 서브 루틴인 초기 폭발 진동 억제 루틴을 실행한다(단계 S200).
도 8은, 이 초기 폭발 진동 억제 루틴의 일례를 나타내는 플로우차트이다. 이 초기 폭발 진동 억제 루틴이 개시되면, 하이브리드용 전자제어유닛(70)의 CPU(72)는, 초기 폭발 사전통지 플래그(F1)의 값을 확인한다(단계 S300). 이 초기 폭발 사전통지 플래그(F1)는, 엔진(22)이 초기 폭발 기통의 점화시기보다 기설정된 크랭크각(θec)(예를 들면 180°라든가 200°등)만큼 이전에 정해져 있는 초기 폭발 사전통지 위치에 도달하였을 때에 엔진 ECU(24)로부터 초기 폭발 사전통지가 송신되어 오게 되어 있으나, 이 초기 폭발 사전통지를 수신하기 전은 제로이고, 이 초기 폭발 사전통지를 수신한 후는 값 1로 세트되는 플래그이다. 지금, 이 초기 폭발 진동 억제 루틴을 처음으로 실행할 때를 생각하면, 초기 폭발 사전통지 플래그(F1)는 제로이기 때문에, 엔진 ECU(24)로부터 초기 폭발 사전통지를 수신하였는지의 여부를 판정하여(단계 S310), 수신하고 있지 않을 때에는 그대로 이 루틴을 종료하고, 수신하였을 때에는 초기 폭발 사전통지 플래그(F1)에 값 1을 설정하고(단계 S320), 이 루틴을 종료한다. 한편, 단계 S300에서 초기 폭발 사전통지 플래그(F1)가 값 1이었을 때에는, 진동억제 실행 플래그(F2)의 값을 확인한다(단계 S330). 이 진동 억제 실행 플래그(F2)는, 초기 폭발 사전통지를 수신하고 나서 엔진(22)의 초기 폭발 기통의 점화시기에 도달하기까지의 제 1 시간(t1)과, 초기 폭발 기통의 점화시기에서 상기 초기 폭발 기통의 점화에 의하여 발생하는 토오크의 영향이 링 기어축(32a)에 나타나기까지의 제 2 시간(t2)과의 합인 기설정된 시 간(tv)(시간 관련 파라미터)이 경과하기 전은 제로, 상기 기설정된 시간(tv)이 경과한 후는 값 1로 세트되는 플래그이다. 또한, 제 1 시간(t1)은, 여기서는 초기 폭발 사전통지를 수신하고 나서 엔진(22)의 초기 폭발 기통의 점화시기에 도달하기까지의 시간을 실험 등에 의해 구한 값을 채용하고 있으나, 이 값은 엔진 ECU(24)가 초기 폭발 사전통지를 송신하고 나서 기설정된 크랭크각(θec)만큼 회전하는 데 요하는 시간과 비교하여 엔진 ECU(24)와 하이브리드용 전자제어유닛(70)과의 통신 지연 시간만큼 짧다. 또, 제 2 시간(t2)도 실험 등에 의하여 구한 값을 채용하고 있다. 그런데, 진동 억제 실행 플래그(F2)가 제로일 때에는, 초기 폭발 사전통지 후에 기설정된 시간(tv)이 경과하였는지의 여부를 판정하여(단계 S340), 기설정된 시간(tv)이 경과하고 있지 않을 때에는 그대로 본 루틴을 종료하고, 기설정된 시간(tv)이 경과하였을 때에는 진동 억제 실행 플래그(F2)에 값 1을 세트하여(단계 S350), 카운터 토오크(Tα)를 설정하고(단계 S360), 이미 설정한 토오크지령 (Tm2*)으로부터 이 카운터 토오크(Tα)를 감산한 값을 새로운 토오크지령(Tm2*)으로 하고(단계 S370), 본 루틴을 종료한다.
여기서, 엔진(22)이 초기 폭발을 맞이하였을 때에는 엔진(22)의 크랭크 샤프트(26)에 접속된 플래니터리 기어(30)의 캐리어(34)에 급격한 동력의 입출력이 발생하나, 모터(MG1)의 회전자의 질량(매스)에 의거하는 관성분을 고려하면, 이 때의 동력의 입출력에 대하여 링 기어축(32a)에 토오크가 작용한다. 이 때문에, 카운터 토오크(Tα)는, 이 링 기어축(32a)에 작용하는 토오크를 상쇄하는 방향의 토오크로서 설정되는 것으로, 엔진(22)의 초기 폭발시의 상태에 따라 정할 수 있다. 여기 서는, 흡기온 센서(149)에 의해 검출되는 흡기온이나 시프트 포지션 센서(82)에 의해 검출되는 시프트 포지션(SP), 수온센서(142)에 의해 검출되는 냉각수온 등의 엔진(22)의 동작 파라미터에 의거하여 설정된다. 카운터 토오크(Tα)를 이들 동작 파라미터에 의하여 설정하기 위해서는, 여러가지 상태에서의 카운터 토오크(Tα)와 동작 파라미터와의 관계를 실험 등에 의하여 구하고, 그것을 맵으로 하여 ROM(74)에 기억하여 두고, 검출된 동작 파라미터와 맵을 사용하여 카운터 토오크(Tα)를 도출함으로써 행할 수 있다. 각 동작 파라미터의 변화에 대한 카운터 토오크(Tα)의 변화의 정도를 보정계수로서 구하고, 기본 토오크에 각 동작 파라미터에 대한 보정계수를 곱함으로써 카운터 토오크(Tα)를 설정할 수도 있다. 또한, 카운터 토오크(Tα)는, 엔진(22)이나 모터(MG1)의 특성에 따라 그 크기는 다른 것이다.
그런데, 단계 S330에서 진동 억제 실행 플래그(F2)가 값 1이었을 때에는, 이미 카운터 토오크(Tα)를 가미한 토오크지령(Tm2*)으로 모터(MG2)를 구동 제어하고 있게 되나, 그 경우에는 카운터 실행기간이 종료하였는지의 여부를 판정하여(단계 S380), 카운터 실행기간이 종료하고 있지 않을 때에는 다시 단계 S360, S370로 진행하여 카운터 토오크(Tα)를 가미한 토오크지령(Tm2*)으로 모터(MG2)를 구동 제어하고, 카운터 실행기간이 종료하였을 때에는 연소 개시 플래그(Fstart)나 각 플래그(F1, F2), 카운터 토오크(Tα)를 리셋하고(단계 S390), 본 루틴을 종료한다.
도 3의 플로우차트로 되돌아가, 초기 폭발 진동 억제 루틴의 종료 후, 설정한 토오크지령(Tm1*, Tm2*)을 모터 ECU(40)에 송신하고(단계 S210), 연소 개시 플래그(Fstart)가 제로인지의 여부를 판정하여(단계 S220), 이 연소 개시 플래 그(Fstart)가 값 1일 때에는 엔진(22)의 초기 폭발시의 진동 억제처리가 완료되어 있지 않기 때문에, 다시 단계 S100 이후의 처리를 반복하여 행하고, 연소 개시 플래그(Fstart)가 제로일 때에는 엔진(22)의 초기 폭발시의 진동 억제 처리가 완료되어 있기 때문에 본 루틴을 종료한다. 토오크지령(Tm1*, Tm2*)을 수신한 모터 ECU(40)는, 토오크지령(Tm1*)으로 모터(MG1)가 구동됨과 동시에 토오크지령(Tm2*)으로 모터(MG2)가 구동되도록 인버터(41, 42)의 스위칭소자의 스위칭제어를 행한다. 여기서, 초기 폭발 진동 억제 루틴에 있어서 카운터 토오크(Tα)가 설정되었을 때에는, 미리 설정된 Tm2*로부터 카운터 토오크(Tα)를 감산한 것이 모터(MG2)의 토오크지령(Tm2*)으로서 설정되기 때문에, 모터(MG2)의 토오크지령(Tm2*)을 설정하여 모터(MG2)를 구동 제어함으로써 엔진(22)의 초기 폭발시에 모터(MG1)의 회전자의 질량(매스)에 의거하는 링 기어축(32a)에 작용하는 토오크의 영향(토오크 쇼크나 이것에 따르는 진동)을 억제할 수 있다. 또한, 시동시 제어 루틴이 종료하면, 엔진(22) 및 모터(MG1, MG2)를 구동하는 토오크 변환 운전모드나 충방전 운전모드에 의하여 주행하기 위한 도시 생략한 구동제어 루틴이 실행되나, 이 제어는 본 발명의 핵심은 아니기 때문에 그 상세한 설명은 생략한다.
다음에, 도 9의 엔진 초기 폭발 제어 루틴의 플로우차트에 의거하여 설명한다. 이 루틴은, 엔진 ECU(24)가 하이브리드용 전자제어유닛(70)으로부터 연소 개시지령을 수신하였을 때에 엔진 ECU(24)에 의하여 실행된다. 이 루틴이 개시되면 엔진 ECU(24)는, 먼저, 다기통 중, 연료 분사 타이밍이 가장 빠르게 찾아오는 것을 초기 폭발 기통으로 하고, 흡기온 센서(149)로부터의 흡기온이나 수온센서(142)로 부터의 냉각수온 등에 의거하여 시동시 연료분사량 및 시동시 점화시기를 설정한다(단계 S510). 계속해서, 초기 폭발 기통의 연료분사시기에 도달하였는지의 여부를 크랭크각 센서(140)로부터의 크랭크각(θe)에 의거하여 판정하여(단계 S520), 연료분사시기에 도달하고 있지 않을 때에는 그대로 대기하고, 연료분사시기에 도달하였을 때에는 초기 폭발 기통에 대응하는 연료분사밸브(126)로부터 시동시 연료분사량이 분사되도록 연료분사밸브(126)를 제어한다(단계 S530). 계속해서 초기 폭발 기통의 점화시기보다도 기설정된 크랭크각(θec)만큼 이전에 설정된 초기 폭발 사전통지 위치에 도달하였는지의 여부를 크랭크각 센서(140)로부터의 크랭크각(θe)에 의거하여 판정하여(단계 S540), 그 초기 폭발 사전통지 위치에 도달하고 있지 않을 때에는 그대로 대기하고, 그 초기 폭발 사전통지 위치에 도달하였을 때에는 초기 폭발 사전통지를 하이브리드용 전자제어유닛(70)에 송신한다(단계 S550). 그리고, 초기 폭발 사전통지의 송신 후에 기설정된 크랭크각(θec)만큼 회전하였는지의 여부를 크랭크각 센서(140)로부터의 크랭크각(θe)에 의거하여 판정하여(단계 S560), 송신 후에 기설정된 크랭크각(θec)만큼 아직 회전하고 있지 않을 때에는 그대로 대기하고, 송신 후에 기설정된 크랭크각(θec)만큼 회전하였을 때에는, 초기 폭발 기통의 이그니션 코일(138)에 통전하여 점화 플러그(130)로부터 전기불꽃을 날려 혼합기에 점화하고(단계 S570), 본 루틴을 종료한다. 이와 같이 함으로써, 초기 폭발 사전통지를 송신하고 나서 기설정된 크랭크각(θec)만큼 회전한 시점에서 엔진(22)의 초기 폭발 기통의 혼합기가 연소(초기 폭발)하여 토오크가 발생한다. 그리고 상기한 바와 같이 이 초기 폭발시의 토오크가 링 기어축(32a)에 작 용하나, 그 영향(토오크 쇼크나 이것에 따르는 진동)은 모터(MG2)로부터의 토오크지령(Tm2*)에 의거하여 발생하는 토오크에 의하여 억제되게 된다.
다음에, 하이브리드용 전자제어유닛(70)과 엔진 ECU(24)와의 처리상황을 도 10의 타이밍차트에 의거하여 설명한다. 도 10은, 하이브리드용 전자제어유닛(70)과 엔진 ECU(24)와의 통신상황 및 하이브리드용 전자제어유닛(70)으로 설정되는 각 플래그의 온/오프를 나타내는 타이밍차트이다. 하이브리드용 전자제어유닛(70)은, 모터(MG1)의 크랭킹에 의하여 엔진(22)의 회전수(Ne)가 연소개시 회전수(Nstart)에 도달하였을 때에 엔진 ECU(24)에 연소 개시 지령을 송신함과 동시에 연소 개시 플래그(Fstart)에 값 1을 세트한다. 이 연소 개시 지령을 수신한 엔진 ECU(24)는, 그 후 초기 폭발 기통의 점화시기보다 기설정된 크랭크각((θec)만큼 이전의 초기 폭발 사전통지 위치에 도달하였을 때에 초기 폭발 사전통지를 하이브리드용 전자제어유닛(70)에 송신한다. 이 초기 폭발 사전통지를 수신한 하이브리드용 전자제어유닛(70)은, 초기 폭발 사전통지 플래그(F1)에 값 1을 세트한다. 그리고, 엔진 ECU(24)는, 초기 폭발 사전통지를 송신하고 나서 기설정된 크랭크각(θec)만큼 회전한 시점에서 초기 폭발 기통의 혼합기에 점화한다. 한편, 하이브리드용 전자제어유닛(70)은, 초기 폭발 사전통지를 수신하고 나서 기설정된 시간 경과한 시점에서 카운터 토오크(Tα)를 고려한 토오크지령(Tm2*)을 모터 ECU(40)에 송신함과 동시에 진동억제 실행 플래그(F2)에 값 1을 세트한다. 이에 의하여 엔진(22)의 초기 폭발시에 링 기어축(32a)에 작용하는 토오크의 영향(토오크 쇼크나 이것에 따르는 진동)을 타이밍 좋게 억제할 수 있다. 그 후, 하이브리드용 전자제어유닛(70)은, 초기 폭발시의 토오크의 영향이 링 기어축(32a)에 작용하는 카운터 실행기간이 경과할 때까지 카운터 토오크(Tα)를 고려한 토오크지령(Tm2*)을 모터 ECU(40)에 송신하고, 카운터 실행기간 경과 후에 각 플래그(Fstart, F1, F2) 및 카운터 토오크(Tα)를 제로로 리셋한다. 또한, 하이브리드용 전자제어유닛(70)으로부터 토오크지령(Tm2*)을 모터 ECU(40)에 송신한 후, 모터(MG2)가 그 토오크지령(Tm2*)에 알맞은 토오크(Tm2)를 출력하게 되기까지의 시간지연을 고려하여, 토오크지령(Tm2*)의 송신 타이밍을 링 기어축(32a)에 대한 토오크의 영향이 실제로 나타나기 조금 전으로 하는 것이 바람직하다.
이상 설명한 하이브리드 자동차(20)에 의하면, 엔진 ECU(24)와 하이브리드용전자제어유닛(70)은, 동기신호로서의 초기 폭발 사전통지의 송수신에 의해 동기를 취한 다음에, 엔진 ECU(24)에 의해 운전제어되는 엔진(22)의 초기 폭발시에, 하이브리드용 전자제어유닛(70)에 의해 구동 제어되는 모터(MG2)로 구동축인 링 기어축(32a)에 출력되는 토오크를 카운터 토오크(Tα)로 타이밍 좋게 캔슬하는 것이다. 이 결과, 엔진(22)의 초기 폭발시의 토오크 쇼크를 충분히 억제할 수 있다. 또, 하이브리드용 전자제어유닛(70)에서 사용되는 기설정된 시간(tv)은, 기설정된 크랭크각(θec)에 엔진 ECU(24)와 하이브리드용 전자제어유닛(70)과의 통신 지연을 고려하여 설정되어 있기 때문에, 구동축인 링 기어축(32a)에 출력되는 초기 폭발에 의한 토오크의 영향을 캔슬하는 타이밍의 정밀도를 한층 높일 수 있다.
상기한 실시예의 하이브리드 자동차(20)에서는, 하이브리드용 전자제어유닛(70)이 진동 억제 실행 플래그(F2)를 값 1에 세트하는 타이밍을, 초기 폭발 사전 통지를 수신하고 나서 기설정된 시간(tv)이 경과한 시점으로 하였으나, 초기 폭발 사전통지의 수신으로부터 이 기설정된 시간(tv)에 상당하는 크랭크 각도 범위(시간관련 파라미터의 일종)만큼 크랭크 샤프트(26)가 회전한 시점으로 하여도 된다. 이 경우, 하이브리드용 전자제어유닛(70)은, 엔진(22)의 크랭크각 센서(140)에 의해 검출되는 크랭크각(θe)을 엔진 ECU(24)를 거치지 않고 직접 입력하는 것이 바람직하다.
상기한 실시예의 하이브리드 자동차(20)에서는, 기설정된 시간(tv)은, 초기 폭발 사전통지를 수신하고 나서 엔진(22)의 초기 폭발 기통의 점화시기에 도달하기까지의 제 1 시간(t1)과, 초기 폭발 기통의 점화시기에서 상기 초기 폭발 기통의 점화에 의하여 생기는 토오크의 영향이 링 기어축(32a)에 나타나기까지의 제 2 시간(t2)과의 합으로 하였으나, 또한 하이브리드용 전자제어유닛(70)으로부터 모터 ECU(40)에 대한 토오크지령(Tm2*)의 송신에 요하는 시간이나 모터 ECU(40)로부터의 토오크지령(Tm2*)에 의해 모터(MG2)가 토오크지령(Tm2*)에 알맞은 토오크를 출력하기까지 요하는 시간 등의 시간 지연 성분을 고려하여 설정하여도 된다. 즉, 초기 폭발 기통의 점화에 의하여 생기는 토오크의 영향이 링 기어축(32a)에 나타나기 전에, 시간 지연을 예측하여 하이브리드용 전자제어유닛(70)으로부터 토오크지령(Tm2*)을 모터 ECU(40)에 보내도록 하여도 된다. 이와 같이 하면, 초기 폭발 기통의 점화에 의하여 발생하는 토오크의 영향이 링 기어축(32a)에 나타나는 타이밍과 카운터 토오크(Tα)를 링 기어축(32a)에 발생시키는 타이밍과의 어긋남을 더욱 적게 할 수 있다.
상기한 실시예의 하이브리드 자동차(20)에서는, 모터(MG2)의 동력을 감속 기어(35)에 의해 변속하여 링 기어축(32a)에 출력하는 것으로 하였으나, 도 11의 변형예의 하이브리드 자동차(120)에 예시하는 바와 같이, 모터(MG2)의 동력을 링 기어축(32a)이 접속된 차축[구동륜(63a, 63b)이 접속된 차축]과는 다른 차축[도 11에서의 차륜(64a, 64b)에 접속된 차축]에 접속하는 것으로 하여도 된다. 이 경우, 노면을 거쳐 엔진(22)의 초기 폭발시의 영향을 억제하는 것이 된다.
상기한 실시예의 하이브리드 자동차(20)에서는, 엔진(22)의 동력을 플래니터리 기어(30)를 거쳐 구동륜(63a, 63b)에 접속된 구동축으로서의 링 기어축(32a)에 출력하는 것으로 하였으나, 도 12의 변형예의 하이브리드 자동차(220)에 예시하는 바와 같이, 엔진(22)의 크랭크 샤프트(26)에 접속된 이너 로터(232)와 구동륜(63a, 63b)에 동력을 출력하는 구동축에 접속된 아웃터 로터(234)를 가지고, 엔진(22)의 동력의 일부를 구동축에 전달함과 동시에 나머지 동력을 전력으로 변환하는 페어 로터(pair-rotor) 전동기(230)를 구비하는 것으로 하여도 된다.
이상, 본 발명의 실시형태에 대하여 실시예를 사용하여 설명하였으나, 본 발명은 이와 같은 실시예에 조금도 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위 내에서 여러가지 형태로 실시할 수 있는 것은 물론이다.
본 출원은, 2005년 12월 19일에 출원된 일본국 특허출원제2005-365434를 우선권주장의 기초로 하고 있고, 그 내용의 모두가 인용에 의해 본 명세서에 포함된다.
본 발명은, 예를 들면 승용차나 버스, 트럭 등의 자동차에 관련되는 산업 외에, 열차나 선박, 항공기 등의 수송차량에 관련되는 산업이나 건설설비 등의 중기에 관련되는 산업, 농업기계에 관련되는 산업에 이용 가능하다.

Claims (7)

  1. 구동축에 동력을 출력하는 동력출력장치에 있어서,
    내연기관과,
    상기 내연기관의 출력축과 상기 구동축과 접속되고, 전력과 동력의 입출력을 수반하여 상기 내연기관으로부터의 동력의 적어도 일부를 상기 구동축에 출력하는 전력 동력 입출력수단과,
    상기 구동축에 동력을 입출력 가능한 전동기와,
    상기 전력 동력 입출력수단 및 상기 전동기와 전력의 주고받음이 가능한 축전수단과,
    조작자의 조작에 의거하여 상기 구동축에 요구되는 요구 토오크를 설정하는 요구 토오크 설정수단과,
    상기 내연기관의 운전제어를 행하는 내연기관제어수단과,
    상기 내연기관의 운전이 정지하고 있는 상태에서 상기 내연기관의 시동조건이 성립하였을 때, 상기 내연기관이 크랭킹되도록 상기 전력 동력 입출력수단을 구동제어함과 동시에 상기 내연기관의 크랭킹에 따라 상기 구동축에 반력으로서 작용하는 토오크가 캔슬되도록 상기 전동기를 구동 제어하고, 크랭킹에 의해 상기 내연기관의 기설정된 연소 개시 타이밍에 도달하였을 때, 상기 내연기관제어수단에 시동지령을 송신하고, 상기 시동지령의 송신 후에 상기 내연기관제어수단이 초기 폭발 점화시기보다도 시간관련 파라미터의 기설정된 값만큼 이전의 시점에서 송신하는 동기신호를 수신하였을 때, 수신한 시점으로부터 상기 시간관련 파라미터의 기설정된 값 상당분이 경과한 시점에서 상기 전동기의 출력해야 할 토오크로부터 기설정된 토오크만큼 기설정된 작은 토오크가 출력되도록 상기 전동기를 구동제어하는 종합제어수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 동력출력장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 시간관련 파라미터의 기설정된 값 상당분은, 상기 기설정된 값과 동일하거나, 또는 상기 기설정된 값에 적어도 상기 내연기관제어수단과 상기 종합제어수단과의 통신지연을 고려하여 설정되는 값인 것을 특징으로 하는 동력출력장치.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 시간관련 파라미터는, 시간경과에 따라 변화되는 상기 내연기관의 크랭크각인 것을 특징으로 하는 동력출력장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 내연기관제어수단 및 상기 종합제어수단은, 어느 것이나 상기 내연기관의 크랭크각을 스스로 도입하는 것이 가능한 수단인 것을 특징으로 하는 동력출력장치.
  5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 전력 동력 입출력수단은, 상기 내연기관의 출력축과 상기 구동축과 제 3축의 3축에 접속되고, 상기 3축 중 어느 2축에 입출력한 동력에 의거하여 나머지 축에 동력을 입출력하는 3축식 동력 입출력수단과, 상기 제 3축에 동력을 입출력하는 발전기를 구비하는 수단인 것을 특징으로 하는 동력출력장치.
  6. 제 1항 또는 제 2항에 기재된 동력출력장치를 탑재하고, 상기구동축이 차축에 기계적으로 접속되어 주행하는 것을 특징으로 하는 차량.
  7. 내연기관과, 상기 내연기관의 출력축과 구동축에 접속되고, 전력과 동력의 입출력을 수반하여 상기 내연기관으로부터의 동력의 적어도 일부를 상기 구동축에 출력하는 전력 동력 입출력수단과, 상기 구동축에 동력을 입출력 가능한 전동기와, 상기 전력 동력 입출력수단 및 상기 전동기와 전력의 주고받음이 가능한 축전수단과, 조작자의 조작에 의거하여 상기 구동축에 요구되는 요구 토오크를 설정하는 요구 토오크 설정수단과, 상기 내연기관의 운전제어를 행하는 내연기관제어수단을 구비한 동력출력장치를 제어하는 방법에 있어서,
    (a) 상기 내연기관의 운전이 정지하고 있는 상태에서 상기 내연기관의 시동조건이 성립하였을 때, 상기 내연기관이 크랭킹되도록 상기 전력 동력 입출력수단을 구동 제어함과 동시에 상기 내연기관의 크랭킹에 따라 상기 구동축에 반력으로서 작용하는 토오크가 캔슬되도록 상기 전동기를 구동 제어하는 단계와,
    (b) 상기 크랭킹에 의해 상기 내연기관의 기설정된 연소 개시 타이밍에 도달하였을 때, 상기 내연기관제어수단에 시동 지령을 송신하는 단계와,
    (c) 상기 시동지령의 송신 후에 상기 내연기관제어수단이 초기 폭발 점화시기보다도 시간관련 파라미터의 기설정된 값만큼 이전의 시점에서 송신하는 동기신호를 수신하였을 때, 수신한 시점으로부터 상기 시간관련 파라미터의 기설정된 값 상당분이 경과한 시점에서 상기 전동기의 출력해야 할 토오크로부터 기설정된 토오크만큼 작은 토오크가 출력되도록 상기 전동기를 구동제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 동력출력장치의 제어방법.
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