KR101722869B1 - 하이브리드 전기 차량 제어 시스템 및 방법 - Google Patents

하이브리드 전기 차량 제어 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 엔진(121), 및 추진 모터로서 작동 가능한 제1 전기 기계(123C) 및 제2 전기 기계(123B)를 갖는 하이브리드 전기 차량용 제어 시스템에 관한 것이다. 제2 전기 기계는 엔진에 구동식으로 커플링되도록 배열되고, 엔진은 클러치 수단(122)에 의해 차량의 구동라인에 구동식으로 커플링되도록 배열된다. 시스템은 클러치 수단이 폐쇄되고 엔진이 토크를 차량의 구동라인에 인가하는 엔진 구동 모드, 클러치 수단이 개방되고 제1 전기 기계가 토크를 구동라인에 인가하는 전기 차량(EV) 모드, 및 클러치 수단이 폐쇄되고 제1 및 제2 전기 기계 모두 토크를 구동라인에 인가하는 EV 부스트 모드로서, 엔진이 제2 전기 기계에 의해 구동되는 EV 부스트 모드 중 선택된 하나의 모드에서 차량이 작동하게 제어하도록 작동 가능하고, 차량이 작동되는 모드는 하나 이상의 차량 파라미터의 값에 의존하여 시스템에 의해 선택된다.

Description

하이브리드 전기 차량 제어 시스템 및 방법{HYBRID ELECTRIC VEHICLE CONTROL SYSTEM AND METHOD}
본 발명은 하이브리드 전기 차량 제어 시스템 및 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명의 실시예는 병렬 모드에서 작동 가능한 하이브리드 차량에 관한 것이지만 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 양태는 방법, 시스템 및 차량에 관한 것이다.
차량을 구동시키는 구동 토크를 제공하도록 작동 가능한 내연 기관 및 차량이 전기 차량(EV) 모드에서 작동할 때 구동 토크를 제공하도록 작동 가능한 전기 추진 모터를 갖는 하이브리드 차량을 제공하는 것이 공지되어 있다. 차량 제어 시스템은 내연 기관을 언제 온 또는 오프 상태로 절환할지, 그리고 엔진과 변속기 사이의 클러치(K0)를 언제 개방 또는 폐쇄할지를 판단한다. 몇몇 차량에서, 전기 추진 모터는 변속기에 통합된다.
또한, 엔진 시동이 요구될 때 엔진을 크랭킹하기 위한 스타터로서 전기 기계를 제공하는 것이 공지되었다. 공지된 스타터는 벨트-구비 스타터/발전기를 포함한다. 이 장치는 스타터 뿐아니라 엔진에 의해 구동되는 전기 발전기로서 작동 가능하다.
본 발명의 실시예는 첨부 청구항을 참조하여 이해될 수 있다.
본 발명의 양태는 제어 시스템, 차량 및 방법을 제공한다.
보호받고자 하는 본 발명의 일 양태에서, 엔진, 및 추진 모터로서 작동 가능한 제1 및 제2 전기 기계를 갖는 하이브리드 전기 차량용 제어 시스템이 제공되고, 제2 전기 기계는 엔진에 구동식으로 커플링되도록 배열되고, 엔진은 클러치 수단에 의해 차량의 구동라인에 구동식으로 커플링되도록 배열되고, 이 시스템은
클러치 수단이 폐쇄되고 엔진이 토크를 차량의 구동라인에 인가하는 엔진구동 모드,
클러치 수단이 개방되고 제1 전기 기계가 토크를 구동라인에 인가하는 전기 차량(EV) 모드, 및
클러치 수단이 폐쇄되고 제1 및 제2 전기 기계 모두가 토크를 구동라인에 인가하는 EV 부스트 모드로서 엔진은 제2 전기 기계에 의해 구동되는, EV 부스트 모드
중 선택된 하나의 모드에서 차량이 작동하게 제어하도록 작동 가능하고,
차량이 작동하는 모드는 하나 이상의 차량 파라미터의 값에 의존하여 시스템에 의해 선택된다.
본 발명의 실시예는 운전자 요구를 충족하기 위해 차량 제어기가 엔진의 시동을 지시해야만 하는, 운전자 요구 토크의 값이 증가될 수 있는 이점을 갖는다. 이는 제1 전기 기계에 추가로 제2 전기 기계가 구동 토크를 인가하고, 이에 의해 구동 라인에 '토크 부스트(torque boost)'를 제공할 수 있기 때문이다. 이는 차량이 EV 모드에서 작동할 때 엔진이 시동되어야 하는 회수를 감소시키는 효과를 갖는다. 또한, 엔진 시동에 이어서 엔진이 온 상태로 유지되는데 요구되는 시간의 양이 몇몇 상황에서 감소될 수 있다.
차량의 바퀴는 구동라인의 일부를 형성하는 것으로 고려되는 점이 이해될 수 있다. 제1 전기 기계는 구동라인의 임의의 적절한 위치에 위치될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 제1 전기 기계는 크랭크축 통합 스타터-발전기(CIMG)이다. 예를 들어, CIMG는 차량의 변속기에 통합될 수 있다. 다른 구성이 또한 유용하다. 예를 들어, 제1 전기 기계는 차량의 바퀴에, 예를 들어 바퀴 허브 모터의 형태로 통합될 수 있다.
이 시스템은 운전자 요구 토크량이 제1 규정값을 초과하지 않을 때 EV 모드에서 차량이 작동하고 운전자 요구 토크량이 제1 규정값을 초과하지만 제2 규정값을 초과하지 않을 때 EV 부스트 모드에서 차량이 작동하게 제어하도록 작동할 수 있다.
이 시스템은 운전자 요구 토크의 값이 제2 규정값을 초과할 때 엔진 구동 모드를 상정하도록 작동할 수 있다.
유리하게는, 이 시스템은 운전자가 현재 시간으로부터 규정된 시간 내에 요구할 것으로 보이는 토크의 양인 운전자 요구 토크의 예측값을 산출하도록 작동할 수 있다.
이 시스템은 운전자 요구 토크의 필터링되지 않은 값에 적어도 부분적으로 의존하여 운전자 요구 토크의 예측값을 산출하도록 작동할 수 있고, 이 시스템은 파워트레인 제어기에 지시하여 운전자 요구 토크의 필터링되지 않은 값의 저역 통과 필터링 값에 대응하는 운전자 요구 토크량을 전달하도록 작동할 수 있다.
이 시스템은 운전자 요구 토크의 예측값이 제1 규정값을 초과하지 않을 때 EV 모드에서 작동하고, 운전자 요구 토크의 예측값이 제1 규정값을 초과하지만 제2 규정값을 초과하지 않을 때 EV 부스트 모드에서 차량이 작동하게 제어하도록 작동할 수 있다.
이 시스템은 운전자 요구 토크의 예측값이 제2 예측값을 초과할 때 엔진-구동 모드를 상정하도록 작동할 수 있다.
이 시스템은 엔진 구동 모드일 때 엔진에 추가로 제1 전기 기계에 의해 토크를 구동 라인에 인가하도록 작동할 수 있다.
선택적으로, 엔진 구동 모드일 때, 이 시스템은 엔진에 추가로 제2 전기 기계에 의해 토크를 구동라인에 인가하도록 작동 가능하다.
제1 규정값은 제1 전기 기계가 시간의 소정의 순간에 발생시킬 수 있는 최대 토크에 대응할 수 있다.
제1 규정값은 제1 전기 기계가 소정의 순간에 발생시킬 수 있는 최대 토크보다 크거나 작은 값에 대응할 수 있고, 선택적으로 규정된 양만큼 최대 토크보다 크거나 작은 값에 대응할 수 있다.
제1 규정값이 최대 토크값보다 큰 경우, 차량은 토크 부스트가 제2 전기 기계에 의해 제공되지 않는 상태에서 유지되는 경향일 것이고, 배터리 충전 상태를 보존하며, 운전자가 최대 토크를 초과하는 토크의 값을 요구하지 않는 한 제1 전기 기계가 규정된 양보다 초과만큼을 전달할 수 있는 점이 이해될 수 있다. 반대로, 제1 규정값이 제1 전기 기계가 전달할 수 있는 최대 토크보다 작은 경우, 이 시스템은 운전자 토크 요구가 제1 전기 기계가 전달할 수 있는 바를 초과하기 전에 엔진이 구동라인에 연결된 상태로 엔진을 구동하는 경향일 것이고, 제1 전기 기계가 전달할 수 있는 바를 초과하는 운전자 토크 요구에 대한 시스템의 응답성을 증가시킨다.
제2 규정값은 엔진이 구동되고 구동라인에 연결된 상태로 제1 및 제2 전기 기계가 소정의 순간에 발생시킬 수 있는 최대 구동 토크에 대응할 수 있다.
제2 규정값은 엔진을 구동하고 구동라인에 연결된 상태로, 제1 및 제2 전기 기계가 소정의 순간에 발생시킬 수 있는 최대 토크보다, 선택적으로 규정된 양만큼, 크거나 작은 값에 대응할 수 있다.
제2 규정값이 EV 부스트 모드에서 전달될 수 있는 최대 토크값보다 규정된 양만큼 큰 경우, 규정된 양보다 초과만큼 EV 부스트 모드에서 전달될 수 있는 최대 토크를 초과하는 토크의 값을 운전자가 요구하지 않는 한, 차량은 EV 부스트 모드에서 유지하는 경향일 것이라는 점이 이해될 수 있다. 이는 엔진이 시동되는 가능성을 감소시키고, 차량이 EV 모드에서 유지할 가능성을 증가시킨다.
반대로, 제2 규정값이 EV 부스트 모드에서 전달될 수 있는 최대 토크보다 규정된 양만큼 작은 경우, 차량은 운전자 토크 요구가 EV 부스트 모드에서 제공될 수 있는 최대 토크를 초과하기 전 엔진 구동 모드를 상정하는 경향일 것이고, EV 부스트 모드에서 전달될 수 있는 바를 초과하는 운전자 토크 요구에 대한 시스템의 응답성을 증가시킨다.
몇몇 실시예에서, 이 시스템은 운전자 선택 구동 모드에 의존하여 최대 토크값보다 크거나 작은 제1 및 제2 규정값을 설정하도록 작동할 수 있다. 예를 들어, 'EV 스포츠' 모드 등의 모드에서, 제1 규정값 및 제2 규정값은 EV 및 EV 부스트 모드의 대응 최대 토크값보다 적을 수 있고, 'EV 드라이브' 또는 'EV 에코' 모드에서, 제1 규정값 및 제2 규정값은 EV 및 EV 부스트 모드의 대응 최대 토크값보다 클 수 있다. 다른 구성이 또한 유용하다.
보호받고자 하는 본 발명의 다른 양태에서, 상술된 양태에 따르는 시스템을 포함하는 차량이 제공된다.
보호받고자 하는 본 발명의 일 양태에서, 엔진, 및 추진 모터로서 사용 가능한 제1 및 제2 전기 기계를 갖는 하이브리드 전기 차량을 제어하는 방법이 제공되며, 제2 전기 기계는 엔진에 실질적으로 영구적으로 구동식으로 커플링되고, 엔진은 클러치 수단에 의해 차량의 구동라인에 구동식으로 커플링되고,
이 방법은
클러치 수단이 폐쇄되고 엔진이 토크를 차량의 구동라인에 인가하는 엔진 구동 모드,
클러치 수단이 개방되고 제1 추진 모터가 토크를 구동라인에 인가하는 전기 차량(EV) 모드, 및
클러치 수단이 폐쇄되고 제1 및 제2 전기 기계가 토크를 구동라인에 인가하는 EV 부스트 모드로서, 엔진은 제2 전기 기계에 의해 구동되는, EV 모드
중에서 선택된 하나의 모드에서 차량이 작동하게 제어하는 단계를 포함하고,
차량이 작동하도록 제어되는 모드는 하나 이상의 차량 파라미터의 값에 의존하여 선택된다.
보호받고자 하는 본 발명의 일 양태에서, 엔진 및 추진 모터로서 작동 가능한 제1 및 제2 전기 기계를 갖는 하이브리드 전기 차량용 제어 시스템이 제공되고, 제2 모터는 엔진에 실질적으로 영구적으로 구동식으로 커플링되고, 엔진은 클러치 수단에 의해 차량의 구동라인에 구동식으로 커플링되고, 이 시스템은 클러치 수단이 폐쇄되고 엔진 및 제1 전기 기계가 토크를 차량의 구동라인에 인가하는 병렬 모드, 클러치 수단이 개방되고 제1 추진 모터가 토크를 구동라인에 인가하는 전기 차량(EV) 모드, 및 클러치 수단이 폐쇄되고 제1 및 제2 전기 기계 모두 토크를 구동라인에 인가하는 EV 부스트 모드에서 차량이 작동하게 제어하도록 작동 가능하다.
이 출원의 범위 내에서, 상기 단락, 청구항, 그리고/또는 이후 상세한 설명 및 도면, 그리고 특히 그 개별 특징부에서 유래되는 다양한 양태, 실시예, 예 및 대체예가 독립적으로 또는 임의 조합예로 취해질 수 있다. 일 실시예에 관해 설명된 특징부는 이러한 특징부가 양립될 수 있는 경우 모든 실시예에 적용 가능하다.
불명확성을 회피하기 위해, 본 발명의 일 양태에 관해 개시된 특징부는 본 발명의 임의의 다른 양태 내에 단독으로, 또는 하나 이상의 다른 특징부와의 적절한 조합예로 포함될 수 있는 점이 이해될 수 있다.
본 발명의 하나 이상의 실시예가 첨부 도면을 참조하여 예에 의해 이제 설명될 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따르는 하이브리드 전기 차량의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따르는 차량의 작동을 설명한다.
본 발명의 일 실시예에서, 플러그인 하이브리드 전기 차량(100)이 도 1을 참조하여 제공된다. 차량(100)은 벨트 통합형 스타터 발전기(BISG)(123B)에 커플링된 엔진(121)을 갖는다. BISG(123)은 또한 벨트 통합형(또는 벨트 장착형) 모터 발전기로서 지칭될 수 있다. BISG(123)는 클러치(122)에 의해 크랭크샤프트-일체형 스타터/발전기(CIMG)(123C)에 차례로 커플링된다. 클러치(122)는 또한 K0 클러치(122)로서 지칭될 수 있다.
CIMG(123C)는 변속기(124)의 하우징에 통합되고, 변속기는 차량(100)의 구동라인(130)에 차례로 커플링되어 이에 의해 차량(100)의 한 쌍의 전방 바퀴(111, 112) 및 한 쌍의 후방 바퀴(114, 115)를 구동시킨다.
다른 구성이 또한 유용할 수 있는 점이 이해될 수 있다. 예를 들어, 구동라인(130)은 한 쌍의 전방 바퀴(111, 112)만 또는 한 쌍의 후방 바퀴(114, 115)만 구동하도록 배열될 수 있고, 또는 전방 또는 후방 바퀴만이 구동되는 2륜 구동 모드와 전방 및 후방 바퀴가 구동되는 4륜 구동 모드 사이에서 절환 가능하도록 배열될 수 있다.
BISG(123B) 및 CIMG(123C)는 배터리 및 인버터를 갖는 충전 저장 모듈(150)에 전기적으로 커플링되도록 배열된다. 모듈(150)은 하나 또는 모두가 추진 모터로서 작동될 때 BISG(123B) 및/또는 CIMG(123C)에 전력을 공급하도록 작동 가능하다. 유사하게, 모듈(150)은 하나 또는 모두가 전기 발전기로서 작동할 때 BISG(123B) 및 CIMG(123C)에 의해 생성되는 전력을 수용 및 저장할 수 있다. 몇몇 실시예에서, CIMG(123C) 및 BISG(123B)는 서로 다른 전위를 발생하도록 구성될 수 있다. 따라서, 몇몇 실시예에서, 각각은 CIMG(123C) 또는 BISG(123B)의 대응하는 전위에서 작동하도록 구성된 각각의 인버터에 접속된다. 각각의 인버터는 이와 관련된 각각의 배터리를 가질 수 있다. 몇몇 대체 실시예에서, CIMG(123C) 및 BISG(123B)는, 각각의 전위에서 CIMG(123C) 및 BISG(123B)로부터 전하를 수용하고 이 전하를 단일 배터리에 저장하도록 구성된 단일 인버터에 커플링될 수 있다. 다른 구성이 또한 유용하다.
BISG(123B)는 벨트(123BB)에 의해 엔진(121)의 크랭크축(121C)에 구동식으로 커플링되는 전기 기계(123BM)를 갖는다. BISG(123B)는 이후 추가로 설명되는 바와 같이 엔진(121)을 시동하는 것이 요구될 때 또는 구동라인(130)에 토크-보조를 제공하는 것이 요구될 때 크랭크축(121C)에 토크를 제공하도록 작동 가능하다.
차량(100)은 파워트레인 제어기(141PT)에 지시하여 엔진(121)을 온 상태 또는 오프 상태로 절환하고 요구되는 토크량을 생성하게 제어하도록 작동 가능한 차량 제어기(140)를 갖는다. 차량 제어기(140)는 또한 파워트레인 제어기(141PT)에 지시하여 엔진(121)에 양 또는 음의 토크(추진 모터의 요구되는 값으로서 작동함)를 인가하도록 BISG(123B)를 제어하는 작동이 가능하다. 유사하게, 차량 제어기(140)는 변속기(124)를 통해 요구되는 양 또는 음의 토크(추진 모터 또는 발전기로서 재차 작동함)를 구동라인(130)에 인가하도록 CIMG(123C)에 지시할 수 있다.
차량은 가속기 페달(171) 및 브레이크 페달(172)을 갖는다. 가속기 페달(171)은 차량 제어기(140)에 페달(171)이 답입되는 양을 나타내는 출력 신호를 제공한다. 차량 제어기(140)는 가속기 페달 위치, 및 엔진 속도(W)를 포함한 하나 이상의 다른 차량 파라미터에 기초하여 운전자 요구 토크량을 판단하도록 정해진다.
도 1의 차량(100)은 차량 제어기(140)에 의해 클러치(122)가 개방되며 크랭크축(121C)이 정지되는 전기 차량(EV) 모드로 작동 가능하다. EV 모드에서, CIMG(123C)는 변속기(124)를 통해 양 또는 음의 토크를 구동라인(130)으로 인가하도록 동작 가능하다. 음의 토크는 예를 들어 브레이크 제어기(142B)의 제어 하에 재생 제동이 요구될 때 인가될 수 있다.
차량(100)은 또한 엔진(121)이 온 상태로 절환되고 클러치(122)가 폐쇄되는 병렬 모드로 작동 가능하다. 병렬 모드에서, CIMG(123C)는 엔진(121)에 의해 제공되는 바에 추가로 구동라인(130)에 토크-보조 또는 '토크 부스트'를 제공하는 모터로서, 또는 충전 저장 모듈(150)을 재충전하는 발전기로서 작동될 수 있다.
선택적으로, 차량(100)이 병렬 모드에서 작동할 때 BISG(123B)는CIMG(123C)에 추가하거나 또는 이에 대신에 토크 부스트를 제공하도록 작동할 수 있다.
차량 제어기(140)는 운전자 요구 토크의 필터링되지 않은 또는 '미가공(raw)' 값(TQDDraw)을 모니터링함으로써 운전자 요구 토크의 증가를 예측하도록 구성된다. 차량 제어기(140)는 가속기 페달(172)의 위치에 의존하여 운전자 요구 토크의 값을 판단하는 점이 이해될 수 있다. 이 값(TQDDraw)은 저역 통과 필터에 입력되고, 출력값(TQDDfil)이 파워트레인 제어기(141PT)에 공급된다. 파워트레인 제어기(141PT)에 공급되는 운전자 요구 토크의 값(TQDDfil)은 미가공값(TQDDraw)보다 지연될 수 있다. 차량 제어기(140)는 이 값(TQDDraw)을 모니터링함으로써 파워트레인(141PT)에 의해 수용되는 운전자 요구 토크의 증가를 예상할 수 있다.
본 실시예에서, TQDDraw 또는 TQDDfil 의 값이 규정된 CIMG 최대 허용 가능 토크 값(EVMAXTQ1)을 초과한다고 제어기(140)가 판단하는 경우, 제어기(140)는 BISG(123B)에 의해 구동라인(130)에 토크 부스트를 제공하도록 차량(100)의 제어를 준비한다. 제어기(140)는 파워트레인 제어기(141PT)에 지시하여 실질적으로 CIMG(123C)와 매칭되는 속도(W)까지 엔진(121)을 스핀업(spin up)하고 클러치(122)를 폐쇄하도록 BISG(123B)를 제어함으로써 이를 행한다. 클러치(122)가 폐쇄되면, 차량 제어기(140)는 CIMG(123C)가 실행할 수 없는 운전자 요크 토크의 임의 부족분을 BISG(123B)에 의해 충족시키도록 파워트레인 제어기(141PT)에 지시할 수 있다.
TQDDraw 또는 TQDDfil의 값이 EVMAXTQ1 보다 규정된 양만큼 크거나(이에 의해 운전자 토크 요구에 대한 차량 파워트레인의 응답성 감소) EVMAXTQ1보다 규정된 양만큼 적을 수 있는(이에 의해 토크 요구에 대한 파워트레인의 응답성 잠재적 증가) 임계값을 초과하는 경우, 제어기(140)는 엔진(121)을 시동하지 않고서 엔진(121)의 구동 및 클러치(122)의 폐쇄를 지시하도록 작동할 수 있다는 점이 이해될 수 있다.
본 실시예에서, EVMAXTQ1의 값은, CIMG(123C)에 의해 달성 가능한 최대 토크, 충전 저장 모듈(150)의 충전 전류 상태(SoC), 변속기가 작동하는 구동 모드('스포츠 모드' 또는 '구동 모드' 등), 및 운전자의 기록된 거동에 관한 데이터에 의존하는 알고리즘에 따르는 제어기(140)에 의해 판단된다. 운전자의 기록된 거동은 적어도 기록 기간에 걸친 차량 속도 및 운전자 요구 토크에 관한 데이터를 의미한다. EVMAXTQ1의 값은 실시간으로 변하고 전체 파워트레인 효율, 응답 시간 및 개선 사이의 균형 유지를 나타내도록 준비되는 점이 이해될 수 있다.
양의 순 구동 토크가 BISG(123B)/엔진(121) 조합예에 의해 구동라인(130)에 인가될 수 있기 전에, 엔진(121)의 구동과 연관된 전체 마찰 및 다른 손실을 극복하기 위해 BISG(123B)가 소정량의 토크를 생성하도록 요구되는 점이 이해될 수 있다. 따라서, 엔진(121) 구동시 소정량의 에너지가 손실된다. 그러나, EV 모드에서 작동할 때 BISG(123B)에 의해 생성된 토크를 사용하여 CIMG(123C) 토크를 보충함으로써 엔진(121)의 시동을 회피 또는 적어도 지연시킴으로써 이점을 가질 수 있는 점이 이해될 수 있다. 예를 들어, 차량에 의해 방출된 이산화탄소를 포함한 바람직하지 않은 가스의 양은 엔진(121)의 시동을 지연시킴으로써 감소될 수 있다. 몇몇 상황에서, 차량(100)에 의해 생성되는 소리의 양은 운전자 토크 요구가 만족되도록 허용하면서 엔진 시동을 지연시킴으로써 감소될 수 있다.
클러치(122)를 폐쇄하고 엔진(121)을 구동하는 상태에서 CIMG(123C) 및 BISG(123B)에 의해 제공될 수 있는 구동 토크의 최대량은 파라미터(EVMAXTQ2)에 의해 제공된다. 본 실시예에서, EVMAXTQ2의 값은 CIMG(123C) 및 BISG(123B)의 각각의 온도 및 충전 저장 모듈(150)의 충전 상태(SoC)에 의존하는 알고리즘에 따르는 제어기(140)에 의해 판단된다.
차량 제어기(140)는 TQDDraw 및 TQDDfil의 값을 실질적으로 지속적으로 운전자에게 모니터링한다. TQDDraw 또는 TQDDfil이 EVMAXTQ2를 초과한다고 제어기(140)가 판단하는 경우, 제어기(140)는 파워트레인 제어기(141PT)에 지시하여 엔진에 연료를 공급하고 엔진(121)에 의해 구동라인(130)에 구동 토크를 전달한다. 도 1의 실시예에서, 엔진(121)은 종래의 디젤 연소 사이클에 따라 디젤 오일을 연소하도록 작동 가능한 내연 기관이다. 엔진(121)이 시동되지 않고 구동될 때, 엔진(121)으로의 연료가 차단되는 점이 이해될 수 있다. 구동 토크를 전달하기 위해, 파워트레인 제어기(141PT)는 연료가 엔진(121)에 공급되도록 엔진(121)을 제어한다.
대체 실시예에서, TQDDraw 또는 TQDDfil의 값이 EVMAXTQ2보다 규정된 양만큼 큰 임계값 또는 EVMAXTQ2보다 규정된 양만큼 작은 임계값을 초과하는 경우, 제어기(140)는 엔진(121)의 시동을 유발하도록 구성될 수 있다. 그 위에서 클러치(122)가 폐쇄된 상태로 엔진(121)이 구동되는 TQDDraw 또는 TQDDfil의 임계값 및 그 위에서 엔진(121)에 연료가 공급되는 TQDDraw 또는 TQDDfil 의 임계값은 상이할 수 있다는 점이 이해될 수 있다. 일 실시예에서, TQDDfil의 임계값은 EVMAXTQ1 및/또는 EVMAXTQ2 위로 약 30Nm의 값만큼 오프셋되고, TQDDraw의 임계값은 EVMAXTQ1 및/또는 EVMAXTQ2 위로 약 50Nm의 값만큼 오프셋된다. 다른 값도 유용하다.
본 발명의 실시예는 휘발유 연소 내연 기관 또는 임의의 다른 적절한 엔진 등의 임의의 적절한 엔진 타입 또는 연료 타입과 함께 사용될 수 있다. 휘발유 엔진의 경우, 구동라인(130)에 양의 구동 토크를 인가하기 위해, 엔진(121)은 불꽃 점화뿐 아니라 회복될 연료 공급을 요구한다.
도 1의 차량(100)은 플러그인 하이브리드 전기 차량이고, 이 차량(100)은 충전 저장 모듈(150)의 배터리를 재충전하기 위해 외부 전기 공급부에 접속될 수 있다는 것을 의미한다. 그러나, 본 발명의 실시예는 또한 비플러그인 하이브리드 전기 차량의 사용에 적절하다.
도 1의 차량(100)의 작동을 설명하기 위해, 운전자에 의해 요구되는 토크량이 넓은 범위의 값에 걸쳐 변하는 차량(100)에 의한 여정을 고려한다. 도 2의 (a)는 여정 동안 시간의 함수로서 운전자 요구 토크(TQ_DD)의 플롯이다. 플롯에 EVMAXTQ1 및 EVMAXTQ2의 값이 도시된다. 이 값들은 여정 동안 실질적으로 일정하게 도시되지만, 이 값들은 상술한 바와 같이 하나 이상의 차량 파라미터에 의존하여 변동할 수 있는 점이 이해될 수 있다.
도시된 여정 경로에 걸친 차량(100)의 작동은 차량(100)의 EV 모드에서 작동할 때 BISG(123B)가 추가의 토크 부스트를 제공하도록 채용되지 않는 경우에 대해 먼저 설명될 것이다. 추가로, TQ_DD의 값이 EVMAXTQ1를 초과할 때 제어기(140)는 병렬 모드로의 천이만을 지시한다.
도 2의 (b)는 도 2의 (a)에 도시된 기간에 걸친 시간 함수로서 엔진 속도(W)의 플롯이고, 도 2의 (c)는 시간 함수로서 엔진 연료 유동 상태의 대응 플롯이다. "0"의 상태는 연료가 공급되지 않는 것을 나타내고, "1"의 상태는 연료가 회복되는 것을 나타낸다. 여정이 t0에서 시작한 후, TQ_DD의 값은 TQ_DD의 값이 EVMAXTQ1를 초과하는 경우 시간(t1)까지 EVMAXTQ1 아래에서 유지된다. 시간(t1) 이전에, 연료는 엔진(121)에 공급되지 않고, 클러치(122)는 개방 상태로 유지된다. 시간(t1)에서, 제어기(140)는 파워트레인 제어기(141PT)에 지시하여 엔진(121)을 시동한다. BISG(123B)는 CIMG(123C)와 일치하는 속도까지 엔진(121)을 스핀업하도록 채용된다. 엔진(121) 및 CIMG(123C)의 속도가 실질적으로 동일한 경우, 시간(T2)에서, 제어기(140)는 엔진(121)에의 회복될 연료 공급을 지시하고, 클러치(122)가 폐쇄된다.
시간(t3)에서, TQ_DD의 값은 EVMAXTQ1 아래로 떨어진다. CIMG(123C)는 엔진(121)의 도움없이 이 여구를 충족할 수 있기 때문에, 제어기(140)는 파워트레인 제어기(141PT)에 지시하여 엔진(121)을 오프 상태로 절환한다. 이는 엔진(121)에의 연료의 공급을 종결함으로써 달성된다. 몇몇 실시예에서, 엔진(121)을 오프 상태로 절환하는 것은, 비교적 빠른 연속성으로 엔진(121)이 반복적으로 온 상태 및 오프 상태로 절환되는 채터링 모드의 위험을 감소시키기 위해 지연될 수 있다. 또한 그 위에서 엔진(121)이 온 상태로 절환되는 TQ_DD 의 값 및 그 아래에서 엔진(121)이 오프 상태로 절환되는 TQ_DD의 값에 대해 이력 현상이 도입될 수 있다.
이어서, 시간(t4)에서, TQ_DD의 값은 EVMAXTQ1을 다시 초과하고, 차량이 병렬 모드를 상정할 수 있도록 제어기(140)는 엔진(121)의 시동을 지시한다. 따라서, 시간(t4)에서, BISG(123B)는 엔진(121)의 크랭크축(121C)의 회전을 시작하고, 시간(t5)에서, 엔진 속도(W)가 CIMG 속도와 일치할 때, 엔진(121)에의 연료 공급이 회복되고 클러치(122)가 폐쇄된다. 이후 파워트레인 제어기(141PT)는 운전자 요구 토크 요청(TQ_DD)을 만족하도록 엔진(121) 및 CIMG(123C)를 제어한다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예는 엔진(121)에 연료를 공급하지 않고서 CIMG(123C)에 의해 구동라인(130)에 인가되는 토크를 BISG(123B)가 보충하도록 할 수 있고, 이에 의해 엔진(121)에 의해 소비되는 연료량 및 생성되는 방출물의 양을 감소시킨다. 따라서, 도 2의 (a)에 도시된 여정 경로에 걸친 차량(100)의 작동은, EV 모드에서 CIMG(123C)에 의해 공급되는 부스트에 구동 토크를 제공하도록 BISG(123B)가 채용되는 도 2의 (d) 및 도 2의 (e)를 참조로 설명될 것이다.
도 2의 (d)는 도 2의 (a)에 도시된 기간에 걸친 시간의 함수로서 엔진 속도(W)의 플롯이고, 도 2의 (e)는 시간의 함수로서 엔진 연료 유동 상태의 대응 플롯이다. 상술한 바와 같이, 시간(t1)에서, TQ_DD의 값은 제1 시간에 대해 EVMAXTQ1를 초과한다. 그러나, 스로틀 페달(171)의 답입 속도를 모니터링하는 차량 제어기(140)는 시간(t1) 전에 TQ_DD가 EVMAXTQ1를 초과할 것이라고 판단한다. 이 판단이 이루어지면, t1 이전에, 차량 제어기(140)는 CIMG(123C)와 대응하는 속도까지 엔진(121)을 스핀업하도록 BISG(123B)에 지시한다. 시간(t1)에서 또는 그 근처에서, 제어기는 엔진(121)을 CIMG(123C)에 연결하도록 클러치(122)의 폐쇄를 지시한다. 그리고 BISG(123B)는 구동 토크를 CIMG(123C)에 전달하여 CIMG(123C) 자체에 의해 발생된 구동토크를 보충하고 운전자 요구값(TQ_DD)를 충족한다. 도 2의 (e)에 도시된 바와 같이, 엔진(121)에의 연료 공급은 회복되지 않고, 엔진(121)은 BISG(123B)에 의해 구동된다.
시간(t3)에서, TQ_DD의 값은 EVMAXTQ1 아래로 떨어진다. 따라서, 제어기(140)는 클러치(122)가 개방되도록 지시하고 BISG(123B)는 오프 상태로 절환되어 크랭크축 속도(123C)가 제로로 떨어진다.
이후, 시간(t4)에서, TQ_DD 값은 다시 EVMAXTQ1 위로 증가한다. 차량 제어기(140)는 이 증가를 예상하고, t4 이전 시간에 엔진(121)의 구동을 개시한다. 시간(t4)에, 엔진 속도(W)는 CIMG(123C)에 대응하는 값까지 증가되었고, 제어기(140)는 클러치(122)의 폐쇄를 지시한다. BISG(123B)는 운전자 요구(TQ_DD)를 충족하기 위해 CIMG(123C)에 의해 구동라인(130)에 전달된 토크를 보충하도록 다시 제어된다.
시간(t6)에서, TQ_DD의 값은 EVMAXTQ2를 초과하고, 적어도 CIMG(123C) 및 BISG(123B)에 의해 발생된 토크를 보충할 것을 엔진(121)에 요구한다. 따라서 도 2의 (e)에 표시된 바와 같이, 차량 제어기(140)는 엔진(121)에 연료가 공급될 것을 지시한다. 이후 엔진(121)은 구동 토크를 전달하여 TQ_DD의 값을 만족할 수 있다.
엔진(121)에 의해 제공되는 TQ_DD의 비율이 증가할 때 TQ_DD의 값으로부터 CIMG(123C), BISG(123B) 및 엔진(121)에 의해 구동라인에 인가되는 순 토크의 초과 편차를 감소시키기 위해, 엔진(121)에 의해 구동라인(130)에 인가되는 토크량은 BISG(123B) 및 CIMG(123C)에 의해 인가되는 양과 혼합될 수 있는 점이 이해될 수 있다. 즉, 하나 또는 모두의 전기 기계(123B, 123C)에 의해 인가되는 토크량은, 하나 또는 모두의 전기 기계(123B, 123C)에 의한 토크의 적용을 갑자기 정지시키고 엔진(121)에 의한 토크 적용을 갑자기 정지시키기 보다는, 엔진(121)에 의해 인가된 토크량이 증가할 때 점차 감소될 수 있다.
토크 보조는 BISG(123)가 변속기(124)를 통해 차량(100)의 구동라인에 추가 토크를 제공할 수 있다는 것을 의미한다. 차량이 EV 모드에서 작동할 때, 토크 보조는 엔진(121)을 시동하지 않고 구동라인(130)에 많은 토크량이 인가되는 것을 허용한다. 병렬 모드에서 작동할 때, 토크 보조는 엔진(121)에 의해 발생되도록 요구되는 토크량이 감소되는 것을 허용한다. 이 특징은 연료 소모 및/또는 CO2 방출물을 감소시키도록 채용될 수 있다.
또한, 몇몇 실시예에서, 토크 보조는 감소된 최대 토크 능력이 소정량의 요구되는 최대 토크에 대해 엔진(121)이 사용되도록 허용하고, 이에 의해 더 작고 더 효율적인 엔진(121)이 채용된다.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 차량 제어기(140)는, 클러치(122)가 개방된 상태로 엔진(121)이 발전기로서 BISG(123B)를 구동하는 EV '레인지 익스텐더(range extender)' 모드로 차량(100)이 작동하게 제어하도록 작동할 수 있다. 이에 의해 BISG(123B)는 CIMG(123C)가 구동 토크를 구동라인(130)에 인가하는 동안 충전 저장 모듈(150)을 충전하는 전하를 생성할 수 있다.
본 발명의 실시예는 EV 모드로부터 병렬 모드로의 천이가 더 신속하고 더 원활한 방식으로 이루어질 수 있는 이점을 제공한다. 이 천이는 실질적으로 사용자에게 매끄러울 수 있다. 이는 적어도 부분적으로 병렬 모드로의 천이가 이루어질 때, 엔진(121)이 전형적으로 이미 스핀하고 있고 구동라인(130)에 연결되기 때문이다. 따라서, 병렬 모드를 상정하기 위해, 엔진(121)을 스핀업하는 요구 조건이 존재하지 않고, 이미 폐쇄되었기 때문에 클러치(122)를 폐쇄하는 요구 조건이 존재하지 않는다.
본 개시 내용의 상세한 설명 및 청구항에 걸쳐, 단어 "포함하다", "함유하다" 및 그 변형, 예를 들어 "포함하는"는 "포함하지만 이에 제한되지 않는"을 의미하고, 다른 절반부, 첨가부, 구성요소, 정수 또는 단계를 배제하도록 의도되지(배제하지) 않는다.
본 개시내용의 상세한 설명 및 청구항에 걸쳐, 단수는 문맥에서 요구하지 않는 경우 복수를 포함한다. 특히, 불명확한 문장이 사용되는 곳에서, 본 개시 내용은 문맥에서 요구하지 않는 경우, 복수뿐 아니라 단수를 고려하는 것으로서 이해될 수 있다.
본 발명의 특정 양태, 실시예 또는 예와 함께 설명된 형상부, 정수, 특징부, 화합물, 화학적 절반부 또는 그룹은 이와 함께 양립할 수 있는 경우 여기에 설명된 다른 양태, 실시예 또는 예에 적용 가능한 것으로 이해될 수 있다.

Claims (16)

  1. 엔진, 및 추진 모터로서 작동 가능한 제1 및 제2 전기 기계를 갖는 하이브리드 전기 차량용 제어 시스템으로서, 제2전기 기계는 엔진에 구동식으로 커플링되도록 배열되고, 엔진은 클러치 수단에 의해 차량의 구동 라인에 구동식으로 커플링되도록 배열되는, 하이브리드 전기 차량용 제어 시스템이며,
    상기 제어 시스템은
    클러치 수단이 폐쇄되고 엔진이 토크를 차량의 구동라인에 인가하는 엔진 구동 모드,
    클러치 수단이 개방되고 제1 전기 기계가 토크를 구동라인에 인가하는 전기 차량(EV) 모드, 및
    클러치 수단이 폐쇄되고 엔진에 연료의 공급이 없이 제1 및 제2 전기 기계 모두가 토크를 구동라인에 인가하는 EV 부스트 모드로서, 엔진이 제2 전기 기계에 의해 구동되는, EV 부스트 모드
    중 선택된 하나의 모드에서 차량이 작동하게 제어하도록 작동 가능하고,
    차량이 작동하는 모드는 하나 이상의 차량 파라미터의 값에 의존하여 상기 제어 시스템에 의해 선택되는, 하이브리드 전기 차량용 제어 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    운전자 요구 토크량이 제1 규정값을 초과하지 않을 때 차량이 EV 모드에서 작동하고, 운전자 요구 토크량이 제1 규정값을 초과하지만 제2 규정값을 초과하지 않을 때 EV 부스트 모드에서 차량이 작동하게 제어하도록 작동 가능한, 하이브리드 전기 차량용 제어 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    운전자 요구 토크값이 제2 규정값을 초과할 때 엔진 구동 모드를 상정하도록 작동 가능한, 하이브리드 전기 차량용 제어 시스템.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    현재 시간으로부터 규정된 시간 내에 운전자가 요구할 것으로 보이는 토크량인 운전자 요구 토크의 예측값을 산출하도록 작동 가능한, 하이브리드 전기 차량용 제어 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    운전자 요구 토크의 필터링되지 않은 값에 적어도 부분적으로 의존하여 운전자 요구 토크의 예측값을 산출하도록 작동 가능하고, 상기 제어 시스템은 파워트레인 제어기에 지시하여 운전자 요구 토크의 필터링되지 않은 값의 저역 통과 필터링값에 대응하는 운전자 요구 토크량을 전달하도록 작동 가능한, 하이브리드 전기 차량용 제어 시스템.
  6. 제4항에 있어서,
    운전자 요구 토크의 예측값이 제1 규정값을 초과하지 않을 때 차량이 EV 모드에서 차량 작동하고, 운전자 요구 토크의 예측값이 제1 규정값을 초과하지만 제2 규정값을 초과하지 않을 때 EV 부스트 모드에서 차량이 작동하게 제어하도록 작동 가능한 하이브리드 전기 차량용 제어 시스템.
  7. 제4항에 있어서,
    운전자 요구 토크의 예측값이 제2 규정값을 초과할 때 엔진 구동 모드를 상정하도록 작동 가능한, 하이브리드 전기 차량용 제어 시스템.
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    엔진 구동 모드일 때, 엔진에 추가로 제1 전기 기계에 의해 토크를 구동라인에 인가하도록 작동 가능한, 하이브리드 전기 차량용 제어 시스템.
  9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    엔진 구동 모드일 때, 상기 제어 시스템은 엔진에 추가로 제2 전기 기계에 의해 토크를 구동라인에 인가하도록 작동 가능한, 하이브리드 전기 차량용 제어 시스템.
  10. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    제1 규정값은 제1 전기 기계가 미리 정해진 순간에 발생시킬 수 있는 최대 토크에 대응하는 하이브리드 전기 차량용 제어 시스템.
  11. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    제1 규정값은 제1 전기 기계가 미리 정해진 순간에 발생시킬 수 있는 최대 토크보다 크거나 작은 값에 대응하는, 하이브리드 전기 차량용 제어 시스템.
  12. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    제2 규정값은 엔진이 구동되고 구동라인에 연결된 상태에서 제1 및 제2 전기 기계가 미리 정해진 순간에 발생시킬 수 있는 최대 구동 토크에 대응하는, 하이브리드 전기 차량용 제어 시스템.
  13. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    제2 규정값은 엔진이 구동되고 구동라인에 연결된 상태에서 제1 및 제2 전기 기계가 미리 정해진 순간에 발생시킬 수 있는 최대 토크보다 크거나 작은 값에 대응하는, 하이브리드 전기 차량용 제어 시스템.
  14. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따르는 하이브리드 전기 차량용 제어 시스템을 포함하는 차량.
  15. 엔진, 및 추진 모터로서 작동 가능한 제1 및 제2 전기 기계를 갖는 하이브리드 전기 차량의 제어 방법으로서, 제2 전기 기계는 엔진에 실질적으로 영구적으로 구동식으로 커플링되고 엔진은 클러치 수단에 의해 차량의 구동라인에 구동식으로 커플링될 수 있는, 하이브리드 전기 차량의 제어 방법이며,
    상기 제어 방법은
    클러치 수단이 폐쇄되고 엔진이 토크를 차량의 구동라인에 인가하는 엔진 구동 모드,
    클러치 수단이 개방되고 제1 추진 모터가 토크를 구동라인에 인가하는 전기 차량(EV) 모드, 및
    클러치 수단이 폐쇄되고 엔진에 연료의 공급이 없이 제1 및 제2 전기 기계 모두가 토크를 구동라인에 인가하는 EV 부스트 모드로서, 엔진이 제2 전기 기계에 의해 구동되는, EV 부스트 모드
    중 선택된 하나의 모드에서 차량이 작동하도록 제어하는 단계를 포함하고,
    차량이 작동하도록 제어되는 모드는 하나 이상의 차량 파라미터의 값에 의존하여 선택되는, 하이브리드 전기 차량의 제어 방법.
  16. 삭제
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