KR101752111B1 - 하이브리드 차량용 제어 장치 및 제어 방법 - Google Patents

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겐세이 하타
유지 이와세
요스케 스즈키
고이치 가토
세이타로 노부야스
다로 모테키
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도요타지도샤가부시키가이샤
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    • F16H37/08—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings with a plurality of driving or driven shafts; with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts with differential gearing
    • F16H37/0833—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings with a plurality of driving or driven shafts; with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts with differential gearing with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts, i.e. with two or more internal power paths
    • F16H37/084—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings with a plurality of driving or driven shafts; with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts with differential gearing with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts, i.e. with two or more internal power paths at least one power path being a continuously variable transmission, i.e. CVT
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    • F16H2200/2007—Transmissions using gears with orbital motion characterised by the number of sets of orbital gears with two sets of orbital gears
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
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    • F16H3/44—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion
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Abstract

본 발명에 따르면, 엔진(1)으로부터 구동 휠(12)로 이어지는 동력 전달 경로 내에 제공되는 클러치(K0)를 갖는 하이브리드 차량을 위한 제어 장치가 제공되며, 클러치(K0)는 맞물릴 때 엔진(1)과 구동 휠(12) 사이에서 토크를 전달하고, 클러치(K0)는 엔진(1)과 구동 휠(12) 사이의 토크 전달을 차단하고, 상기 제어 장치는 클러치(K0)가 해제된 상태로 유지될 때, 클러치(K0)가 맞물릴 수 없을 때 그리고 저장 디바이스(25)의 충전량이 규정된 제1 역치보다 높을 때 제1 모터(MG1)를 구동함으로써 저장 디바이스(25)의 전력을 소비하기 위한 구동 제어를 실행하도록 구성되는 ECU(21)를 포함한다.

Description

하이브리드 차량용 제어 장치 및 제어 방법{CONTROL APPARATUS AND CONTROL METHOD FOR HYBRID VEHICLE}
본 발명은 엔진 및 모터가 원동력 소스로 설치된 하이브리드 차량을 위한 제어 장치 및 제어 방법에 관한 것이다.
본 기술 분야에 있어서, 차량 내에 설치된 원동력 소스로 기능하는 모터의 수에 따라 원모터(one-motor) 또는 투모터(two-motor) 차량으로 불리는 하이브리드 차량이 존재하며, 발전 기능을 수행하도록 모터를 구성하는 것은 일반적인 기술이다. 원모터 차량의 일 예로서, 일본 특허 출원 공보 번호 2008- 179263(JP 2008- 179263 A)은 엔진, 발전 기능을 갖는 모터 및 엔진에 의해 출력되는 원동력에 의해 전기를 생성하는 발전기를 구비한 차량을 개시하는데, 여기서 전기는 엔진으로부터의 출력된 원동력에 의해서 전기 발전기에 의해 생성되고 이 전력이 모터로 공급되어, 모터 토크가 모터로부터 출력되고 구동 토크로서 구동 휠에 전달된다. 또한, JP 2008- 179263 A는 발전기에서 이상이 발생된 경우 모터의 재생 제어(regeneration control)를 통해 모터에 의한 전기 생성을 개시한다.
또한, 투모터 차량의 구성의 예는 일본 특허 출원 공보 번호 2008-279886(JP 2008-279886 A)과 일본 특허 출원 공보 번호 08-295 140(JP 08-295 140 A)에 개시되어 있다. JP 2008-279886 A 및 JP 08-295140 A는 하나의 엔진, 원동력 소스인 2개의 모터 및 3개의 회전 요소가 차동하는 유성 기어 기구로부터 형성되는 동력 분할 기구(power split mechanism)를 구비하는 구성을 개시하는데, 상기 동력 분할 기구 내에서, 상기 회전 요소 중 임의의 하나는 엔진에 커플링되고, 다른 하나의 회전 요소는 제1 모터에 커플링되고, 또 다른 회전 요소는 구동 휠 및 제2 모터에 커플링된다. 즉, 동력 분할 기구에 의해, 엔진에 의해 출력된 원동력은 발전 기능을 갖는 제1 모터측 및 구동 휠에 커플링된 출력 부재측으로 분리 및 전달된다. 또한, 제1 모터에 의해 생성된 반력(reactive force)으로 인해, 제1 모터의 회전수(number of revolution)에 따라 적절하게 엔진의 회전수를 제어하는 것이 가능하다.
특히, JP 08-295140 A에 개시된 구성에서, 엔진 토크는 출력 샤프트를 거쳐 동력 분할 기구의 캐리어에 입력되고, 출력 샤프트 및 엔진을 기계적으로 맞물림 해제하기 위한 클러치 및 출력 샤프트를 고정함으로써 캐리어의 회전을 중지하는 일방향 클러치가 제1 모터에 의해 생성되는 토크의 반력이 일방향 클러치에 의해 생성되는 토크에 의해 수용되는 방식으로 제공된다. 또한, JP 08-295140 A는 차량이 제1 모터 및 제2 모터의 원동력에 의해 주행하고 있을 때 클러치가 해제되어, 엔진은 정지될 필요가 없다는 것도 나타낸다.
원동력 소스로서 발전 기능을 갖는 엔진 및 모터를 갖는 하이브리드 차량에서, 감속 시에, 예컨대 재생 제어가 수행되어, 모터를 발전기로서 기능하게 하여, 구동 휠로부터 전달된 외력으로 인해 회전하는 모터에 의해 전기가 생성되고, 이 전력은 배터리와 같은 저장 디바이스에 충전되며, 추가로 이 재생 제어에 의해, 차량은 제동력으로서 구동 휠에 작용하는 모터로부터 출력된 재생 토크(regenerative torque)로 인해 감속된다.
또한, 종래에는 저장 디바이스가 내부의 전기 충전량이 규정된 전기 충전량을 초과하는 과충전 상태에서 악화되기 때문에, 모터는 과충전 상태에 근접한 충전 상태 또는 과충전 상태일 때 발전기로 기능하지 않도록 제어된다. 이러한 방식으로, JP 2008-179263 A는 과충전일 때 재생 제어를 금지하는 것을 기술하고 있다. 하지만, JP 2008-179263 A에 기술된 구성은 원모터 차량이기 때문에, 단일 모터 내에서 재생 제어 및 동력 주행 제어(power travel control)를 동시에 수행하는 것이 불가능하며, 따라서 감속 요청이 과충전 상태일 때 발생하면, 모터의 재생 제어가 금지되고 모터 토크는 제동력으로서 구동 휠에 작용할 수 없다.
또한, 투모터 구성과 관련하여, JP 2008-279886 A는 유압 브레이크가 비정상 상태일 때 제동이 요청되면, 제2 모터의 재생 제어에 의해 생성되는 재생 토크 및 엔진의 회전 저항에 의해 생성되는 토크 양자 모두가 제동력으로서 구동 휠에 작용하도록 유발되는 것을 개시하고 있다. 하지만, 역시 투모터 구성을 개시하고 있는 JP 08-295140 A에 기술된 파워 트레인에서와 같이 클러치가 엔진과 구동 휠 사이에 제공되는 구성에서는, 임의의 문제가 발생함으로써 클러치와 맞물리는 것이 불가능하게 되고 클러치가 해제된 상태로 유지된다면, 엔진이 동력 전달 시스템으로부터 맞물림 해제되기 때문에, 제동 토크로서 엔진의 회전 저항에 의해 생성되는 토크를 JP 2008-279886 A에 개시된 구성에서와 같이 구동 휠로 전달하는 것이 불가능하게 되는 상황이 발생할 수 있다. 한편, JP 08-295140 A에 개시된 구성에 따르면, 클러치가 해제된 상태로 유지되고 맞물림될 수 없는 경우에도, 전기를 생성하도록 모터의 재생 제어를 수행하는 것이 가능하며, 따라서 이러한 재생 제어에 의해 생성된 모터 토크는 상술된 바와 같은 제동이 요청되는 경우에 제동력으로 작용해야 하는 엔진의 회전 저항에 기인하는 토크를 보상할 수 있으며, 그 결과 생성된 전기의 양이 증가하여 저장 디바이스는 과충전된 상태에 도달하기 쉽다. 이 방식으로, 동력 전달 시스템으로부터 엔진을 맞물림 해제하기 위한 클러치를 구비하는 하이브리드 차량에서, 클러치가 맞물림될 수 없고 해제된 상태로 유지되는 경우에 저장 디바이스의 과충전 상태의 발생을 방지하기 위한 기술에 대한 조사의 여지가 존재한다.
본 발명은 엔진을 동력 전달 시스템으로부터 맞물림 해제하기 위해 클러치를 구비하는 하이브리드 차량을 위한 제어 장치 및 제어 방법을 제공하는데, 상기 차량은 저장 디바이스의 충전 상태가 과충전되는 것을 방지하도록 구성된다.
본 발명의 제1 양태에 관한 제어 장치는 하이브리드 차량용 제어 장치이며, 상기 하이브리드 차량은 엔진, 제1 모터, 제2 모터, 저장 디바이스, 제1 회전 요소, 제2 회전 요소, 제3 회전 요소, 출력 부재, 동력 분할 기구 및 클러치를 포함하고, 제1 모터 및 제2 모터는 각각 발전 기능을 가지며, 저장 디바이스는 제1 모터 및 제2 모터를 구동하기 위해 전력을 공급하고 제1 모터 및 제2 모터 중 적어도 하나에 의해 생성된 전력으로 충전되며, 제1 회전 요소는 엔진에 커플링되고, 제2 회전 요소는 제1 모터에 커플링되고, 제3 회전 요소는 출력 부재 및 제2 모터에 커플링되고, 동력 분할 기구는 제1 회전 요소, 제2 회전 요소 및 제3 회전 요소 내에서 차동적 작동을 생성하고, 클러치는 엔진으로부터 구동 휠로 이어지는 동력 전달 경로 내에 제공되고, 클러치는 맞물릴 때 엔진과 구동 휠 사이에서 토크를 전달하고, 클러치는 해제될 때 엔진과 구동 휠 사이에서 토크의 전달을 차단하고, 제어 장치는, 클러치가 해제 상태로 유지되고 클러치가 맞물릴 수 없는 상태일 때 그리고 저장 디바이스의 충전량이 규정된 제1 역치보다 높을 때, 제1 모터를 구동함으로써 저장 디바이스의 전력을 소비하기 위한 구동 제어를 실행하도록 구성된 전자 제어 유닛(ECU)을 포함한다.
이 양태에 따르면, 클러치가 엔진으로부터 구동 휠로 이어지는 동력 전달 경로 내에 제공되는 하이브리드 차량에서, 클러치가 의도치않게 해제된 상태로 유지되고 맞물릴 수 없을 때에도, 전기 충전량이 제1 역치보다 큰 경우 제1 모터는 저장 디바이스의 전력을 소비하기 위해 구동되고 따라서 저장 디바이스의 과충전이 방지될 수 있다. 그 결과, 발전기로 기능하는 제2 모터에 의해 생성된 전력이 저장 디바이스에 충전될 수 있기 때문에, 감속 도중 제2 모터에 의해 생성되는 재생 토크는 예컨대, 제동 토크로서 구동 휠로 전달될 수 있다. 또한, 제2 모터의 재생 제어에 의해 생성되는 모터 토크는 제동 토크로서 이용될 수 있어서, 차량이 예컨대 내리막 경사 도로 등에서 계속적으로 감속하는 상태일 경우, 브레이크 페달의 빈번한 조작을 감소시킬 수 있어서 브레이크의 내구성이 향상될 수 있다.
본 발명의 제1 양태에 관한 제어 장치에서, ECU는 충전량이 구동 제어로 인해 제2 역치보다 낮을 때 구동 제어를 중지하도록 구성될 수 있다. 제2 역치는 제1 역치보다 작은 값일 수 있다.
이 양태에 따르면, 클러치는 맞물림될 수 없는 경우에, 저장 디바이스가 모터 구동 주행(motor-powered travel)을 위해 요청되는 전력의 양을 포함하는 것을 보장할 수 있을 뿐만 아니라 저장 디바이스의 과충전을 방지 할 수 있다. 즉, 저장 디바이스의 충전 상태는 하이브리드 차량의 정지 및 하이브리드 차량의 주행을 가능하게 하는 상태에서 유지될 수 있다.
본 발명의 제1 양태에 관한 제어 장치에서, ECU는 충전량이 제1 역치보다 높아질 것으로 예측될 때 상기 구동 제어를 실행하도록 구성될 수 있다.
이 양태에 따르면, 저장 디바이스 내의 충전량이 제1 역치보다 높아질 것으로 예측되는 경우, 미리 과충전을 방지하기 위한 구동 제어가 실행될 수 있다. 예컨대, 자동차 내비게이션 시스템 등으로부터의 도로 정보가, 차량이 주행을 계속하면 차량의 주행 경로가 내리막 경사 도로를 포함한다는 것을 나타내는 경우, 그리고 예컨대 그러한 내리막 경사 도로가 긴 길이 또는 급격한 구배 등을 갖는다면, 저장 디바이스가 과충전되고 모터 토크가 제동 토크로 사용될 수 없는 상황을 방지할 수 있다.
본 발명의 제1 양태에 관한 제어 장치에서, 하이브리드 차량은 오일 펌프 및 제1 모터에 커플링된 보조 장비를 포함할 수 있다. ECU는 구동 제어가 가해지는 제1 모터가 오일 펌프 및 보조 장비를 구동하기 위한 회전 방향으로 회전하게 하도록 구성될 수 있다.
이 양태에 따르면, 제1 모터의 회전 구동에 의해 오일 펌프 및 보조 장비를 구동할 수 있으며, 따라서 저장 디바이스 내에서 소비되는 전력량이 증가될 수 있다.
본 발명의 제1 양태에 관한 제어 장치에서, 동력 분할 기구는 회전 요소로서 태양 기어, 캐리어 및 링 기어를 포함하는 단일 피니언 유성 기어 기구일 수 있다. 제3 회전 요소는 태양 기어 또는 링 기어 중 하나 일 수 있다. ECU는 제1 회전 요소의 회전수가 제3 회전 요소의 회전수보다 큰 방식으로 구동 제어를 실행하도록 구성될 수 있다.
이 양태에 따르면, 동력 분할 기구가 단일 피니언 유성 기어 기구로부터 형성되고 출력 요소가 태양 기어 및 링 기어 중 어느 하나로부터 형성되기 때문에, 제1 모터에 커플링된 회전 요소가 출력 요소의 회전수보다 높은 회전수를 갖는 방식으로 제1 모터의 구동을 제어함으로써, 동력 분할 기구 내에서의 에너지 손실이 증가되고, 따라서 저장 디바이스 내에서 소비되는 전력량이 상승될 수 있다. 이 경우, 출력 요소 이외의 회전 요소는 출력 요소보다 빠르게 회전하고, 상기 피니언 기어의 자율적 회전수가 증가하여, 에너지 손실이 증가한다.
본 발명의 제1 양태에 관한 제어 장치에서, 동력 분할 기구는 회전 요소로서 태양 기어, 캐리어 및 링 기어를 포함하는 이중 피니언 유성 기어 기구일 수 있다. 제3 회전 요소는 태양 기어 또는 캐리어 중 어느 하나일 수 있다. ECU는 제1 회전 요소의 회전수가 제3 회전 요소의 회전수보다 큰 방식으로 구동 제어를 실행하도록 구성될 수 있다.
이 양태에 따르면, 동력 분할 기구가 이중 피니언 유성 기어 기구로부터 형성되고 출력 요소가 태양 기어 및 캐리어 중 어느 하나로부터 형성되기 때문에, 제1 모터에 커플링된 회전 요소가 출력 요소의 회전수보다 높은 회전수를 갖는 방식으로 제1 모터의 구동을 제어함으로써, 동력 분할 기구 내에서의 에너지 손실이 증가되어, 저장 디바이스 내에서 소비되는 전력량이 상승될 수 있다. 이 경우, 출력 요소 이외의 회전 요소는 출력 요소보다 빠르게 회전하고, 상기 피니언의 자율 회전수(autonomous number of revolution)가 증가하여 에너지 손실이 증가한다.
본 발명의 제1 양태에 관한 제어 장치에서, ECU는 차량이 후진하지 않을 때 상기 구동 제어를 실행하도록 구성될 수 있다.
이 양태에 따르면, 차량이 전진하거나 정지한 상태일 때, 제1 모터의 구동 제어는 저장 디바이스로부터 전력을 소비하도록 수행될 수 있으며, 따라서 저장 디바이스의 과충전이 방지될 수 있다. 즉, 차량이 후진하는 경우 상술된 제1 모터의 구동 제어가 금지되기 때문에, 후진 동안의 구동 토크는 안정화될 수 있다. 예컨대, 상술된 제1 모터의 구동 제어가 후진 중 그리고 감속 중에 실행된다고 가정하면, 제1 모터에 의해 생성되는 토크는 제2 모터의 재생 제어에 의해 생성되는 제동 토크에 대해 반대 방향으로 구동 휠 상에 작용할 것이다. 그 결과, 제1 모터의 토크의 결과로서 제동 토크의 감소로 인해 제동력이 감소하는 것을 방지하고 제동 토크보다 큰 작용을 갖는 제1 모터의 토크로 인한 후진 방향으로의 가속을 방지하는 것이 가능하다.
본 발명의 제1 양태에 관한 제어 장치에서, ECU는 차량 감속 시 구동 제어의 실행뿐만 아니라 제2 모터의 재생 제어를 실행하도록 구성될 수 있다.
이 양태에 따르면, 클러치가 해제된 상태에서 전력이 제2 모터에 의해 생성되는 상태에서 제1 모터에 의해 소비될 수 있기 때문에, 저장 디바이스의 과충전을 방지할 수 있다.
본 발명의 제2 양태에 관한 제어 방법은 하이브리드 차량을 위한 제어 방법이며, 하이브리드 차량은 엔진, 제1 모터, 제2 모터, 저장 디바이스, 제1 회전 요소, 제2 회전 요소, 제3 회전 요소, 출력 부재, 동력 분할 기구, 클러치 및 ECU를 포함하고, 제1 모터 및 제2 모터는 각각 발전 기능을 가지며, 저장 디바이스는 제1 모터 및 제2 모터를 구동하기 위해 전력을 공급하고 제1 모터 및 제2 모터 중 적어도 하나에 의해 생성된 전력으로 충전되며, 제1 회전 요소는 엔진에 커플링되고, 제2 회전 요소는 제1 모터에 커플링되고, 제3 회전 요소는 출력 부재 및 제2 모터에 커플링되고, 동력 분할 기구는 제1 회전 요소, 제2 회전 요소 및 제3 회전 요소 내에서 차동적 작동을 생성하고, 클러치는 엔진으로부터 구동 휠로 이어지는 동력 전달 경로 내에 제공되고, 클러치는 맞물릴 때 엔진과 구동 휠 사이에서 토크를 전달하고, 클러치는 해제될 때 엔진과 구동 휠 사이에서 토크의 전달을 차단하고, 상기 제어 방법은, 클러치가 해제 상태로 유지되고 클러치가 맞물릴 수 없는 상태일 때 그리고 저장 디바이스의 충전량이 규정된 제1 역치보다 높을 때, 제1 모터를 구동함으로써 저장 디바이스의 전력을 소비하기 위해 ECU에 의해 구동 제어를 실행하는 것을 포함한다.
이 양태에 따르면, 클러치가 엔진으로부터 구동 휠로 이어지는 동력 전달 경로 내에 제공되는 하이브리드 차량에서, 클러치가 의도치않게 해제된 상태로 유지되고 맞물릴 수 없을 때에도, 전기 충전량이 제1 역치보다 큰 경우 제1 모터는 저장 디바이스의 전력을 소비하기 위해 구동되고 따라서 저장 디바이스의 과충전이 방지될 수 있다. 그 결과, 발전기로 기능하는 제2 모터에 의해 생성된 전력이 저장 디바이스에 충전될 수 있기 때문에, 감속 도중 제2 모터에 의해 생성되는 재생 토크는 예컨대, 제동 토크로서 구동 휠로 전달될 수 있다. 또한, 제2 모터의 재생 제어에 의해 생성되는 모터 토크는 제동 토크로서 이용될 수 있어서, 차량이 예컨대 내리막 경사 도로 등에서 계속적으로 감속하는 상태일 경우, 브레이크 페달의 빈번한 조작을 감소시킬 수 있어서 브레이크의 내구성이 향상될 수 있다.
본 발명의 제2 양태에 관한 제어 방법에서, 구동 제어는 충전량이 구동 제어로 인해 제2 역치보다 낮을 때 ECU에 의해 정지될 수 있다. 제2 역치는 제1 역치보다 작은 값일 수 있다.
이 양태에 따르면, 클러치는 맞물림될 수 없는 경우에, 저장 디바이스가 모터 구동 주행을 위해 요청되는 전력의 양을 포함하는 것을 보장할 수 있을 뿐만 아니라 저장 디바이스의 과충전을 방지 할 수 있다. 즉, 저장 디바이스의 충전 상태는 하이브리드 차량의 정지 및 하이브리드 차량의 주행을 가능하게 하는 상태에서 유지될 수 있다.
본 발명의 제2 양태에 관한 제어 방법에서, 구동 제어는 충전량이 제1 역치보다 높아질 것으로 예측될 때 ECU에 의해 실행될 수 있다.
이 양태에 따르면, 저장 디바이스 내의 충전량이 제1 역치보다 높아질 것으로 예측되는 경우, 미리 과충전을 방지하기 위한 구동 제어가 실행될 수 있다. 예컨대, 자동차 내비게이션 시스템 등으로부터의 도로 정보가, 차량이 주행을 계속하면 차량의 주행 경로가 내리막 경사 도로를 포함한다는 것을 나타내는 경우, 그리고 예컨대 그러한 내리막 경사 도로가 긴 길이 또는 급격한 구배 등을 갖는다면, 저장 디바이스가 과충전되고 모터 토크가 제동 토크로 사용될 수 없는 상황을 방지할 수 있다.
본 발명의 제2 양태에 관한 제어 방법에서, 하이브리드 차량은 오일 펌프 및 제1 모터에 커플링된 보조 장비를 더 포함할 수 있다. 상기 구동 제어가 가해지는 제1 모터는 ECU에 의해 오일 펌프 및 보조 장비를 구동하기 위한 회전 방향으로 회전하게 될 수 있다.
이 양태에 따르면, 제1 모터의 회전 구동에 의해 오일 펌프 및 보조 장비를 구동할 수 있으며, 따라서 저장 디바이스 내에서 소비되는 전력량이 증가될 수 있다.
본 발명의 제2 양태에 관한 제어 방법에서, 동력 분할 기구는 회전 요소로서 태양 기어, 캐리어 및 링 기어를 포함하는 단일 피니언 유성 기어 기구일 수 있다. 제3 회전 요소는 태양 기어 또는 링 기어 중 하나 일 수 있다. 상기 구동 제어는 제1 회전 요소의 회전수가 제3 회전 요소의 회전수보다 큰 방식으로 ECU에 의해 실행될 수 있다.
이 양태에 따르면, 동력 분할 기구가 단일 피니언 유성 기어 기구로부터 형성되고 출력 요소가 태양 기어 및 링 기어 중 어느 하나로부터 형성되기 때문에, 제1 모터에 커플링된 회전 요소가 출력 요소의 회전수보다 높은 회전수를 갖는 방식으로 제1 모터의 구동을 제어함으로써, 동력 분할 기구 내에서의 에너지 손실이 증가되고, 따라서 저장 디바이스 내에서 소비되는 전력량이 상승될 수 있다. 이 경우, 출력 요소 이외의 회전 요소는 출력 요소보다 빠르게 회전하고, 상기 피니언 기어의 자율 회전수가 증가하여, 에너지 손실이 증가한다.
본 발명의 제2 양태에 관한 제어 방법에서, 동력 분할 기구는 회전 요소로서 태양 기어, 캐리어 및 링 기어를 포함하는 이중 피니언 유성 기어 기구일 수 있다. 제3 회전 요소는 태양 기어 또는 캐리어 중 어느 하나일 수 있다. 상기 구동 제어는 제1 회전 요소의 회전수가 제3 회전 요소의 회전수보다 큰 방식으로 ECU에 의해 실행될 수 있다.
이 양태에 따르면, 동력 분할 기구가 이중 피니언 유성 기어 기구로부터 형성되고 출력 요소가 태양 기어 및 캐리어 중 어느 하나로부터 형성되기 때문에, 제1 모터에 커플링된 회전 요소가 출력 요소의 회전수보다 높은 회전수를 갖는 방식으로 제1 모터의 구동을 제어함으로써, 동력 분할 기구 내에서의 에너지 손실이 증가되어, 저장 디바이스 내에서 소비되는 전력량이 상승될 수 있다. 이 경우, 출력 요소 이외의 회전 요소는 출력 요소보다 빠르게 회전하고, 상기 피니언의 자율 회전수가 증가하여 에너지 손실이 증가한다.
본 발명의 제2 양태에 관한 제어 방법에서, 차량이 후진하지 않을 때 제2 모터의 재생 제어 및 상기 구동 제어가 ECU에 의해 실행될 수 있다.
이 양태에 따르면, 차량이 전진하거나 정지한 상태일 때, 제1 모터의 구동 제어는 저장 디바이스로부터 전력을 소비하도록 수행될 수 있으며, 따라서 저장 디바이스의 과충전이 방지될 수 있다. 즉, 차량이 후진하는 경우 상술된 제1 모터의 구동 제어가 금지되기 때문에, 후진 동안의 구동 토크는 안정화될 수 있다. 예컨대, 상술된 제1 모터의 구동 제어가 후진 중 그리고 감속 중에 실행된다고 가정하면, 제1 모터에 의해 생성되는 토크는 제2 모터의 재생 제어에 의해 생성되는 제동 토크에 대해 반대 방향으로 구동 휠 상에 작용할 것이다. 그 결과, 제1 모터의 토크의 결과로서 제동 토크의 감소로 인해 제동력이 감소하는 것을 방지하고 제동 토크보다 큰 작용을 갖는 제1 모터의 토크로 인한 후진 방향으로의 가속을 방지하는 것이 가능하다.
본 발명의 제2 양태에 관한 제어 방법에서, 차량 감속 시 제2 모터의 재생 제어는 ECU에 의해 실행되고 상기 구동 제어를 실행한다.
이 양태에 따르면, 클러치가 해제된 상태에서 전력이 제2 모터에 의해 생성되는 상태에서 제1 모터에 의해 소비될 수 있기 때문에, 저장 디바이스의 과충전을 방지할 수 있다.
본 발명의 예시적 실시예의 구성, 장점 및 기술적 그리고 산업적 의미가 첨부된 도면을 참조하여 후술될 것이며, 첨부된 도면에서는 유사한 요소가 유사한 도면 부호로 표시된다.
도 1은 본 발명이 적용될 수 있는 파워 트레인 및 ECU의 일부분을 도시하는 설명을 위한 도면이다.
도 2는 각 주행 모드에서 클러치의 맞물린 상태 및 해제된 상태를 도시하는 챠트이다.
도 3은 맞물림 해제된 전기 차량(EV) 모드가 설정된 경우를 도시하는 공선 도표이다.
도 4는 도 1에 도시된 파워 트레인이 설치된 하이브리드 차량의 제어 장치에 의해 실행되는 제1 모터의 구동 제어의 일 예를 도시하는 흐름도이다.
도 5는 본 발명이 적용될 수 있는 파워 트레인의 변형 예의 일부를 도시하는 골격도이다.
도 6은 도 5에 도시된 파워 트레인이 설치된 하이브리드 차량의 제어 장치에 의해 실행되는 제1 모터의 구동 제어의 일 예를 도시하는 흐름도이다.
도 7은 동력 분할 기구가 단일 피니언 유성 기어 기구로부터 형성된 경우에 제1 모터-발전기의 구동 제어의 상태를 도시하는 공선 도표로서, 상기 단일 피니언 유성 기어 기구 내에서 상기 제1 모터-발전기는 태양 기어에 커플링되고, 상기 엔진은 클러치를 거쳐 캐리어에 커플링되고, 상기 제2 모터-발전기는 링 기어에 커플링된다.
도 8은 동력 분할 기구가 단일 피니언 유성 기어 기구로부터 형성된 경우에 제1 모터-발전기의 구동 제어의 상태를 도시하는 공선 도표로서, 상기 단일 피니언 유성 기어 기구 내에서 상기 엔진은 클러치를 거쳐 태양 기어에 커플링되고, 상기 제1 모터-발전기는 캐리어에 커플링되고, 상기 제2 모터-발전기는 링 기어에 커플링된다.
도 9는 동력 분할 기구가 이중 피니언 유성 기어 기구로부터 형성된 경우에 제1 모터-발전기의 구동 제어의 상태를 도시하는 공선 도표로서, 상기 이중 피니언 유성 기어 기구 내에서 상기 제1 모터-발전기는 태양 기어에 커플링되고, 상기 엔진은 클러치를 거쳐 링 기어에 커플링되고, 상기 제2 모터-발전기는 캐리어에 커플링된다.
도 10은 동력 분할 기구가 이중 피니언 유성 기어 기구로부터 형성된 경우에 제1 모터-발전기의 구동 제어의 상태를 도시하는 공선 도표로서, 상기 이중 피니언 유성 기어 기구 내에서 상기 엔진은 클러치를 거쳐 태양 기어에 커플링되고, 상기 제1 모터-발전기는 링 기어에 커플링되고, 상기 제2 모터-발전기는 캐리어에 커플링된다.
도 11은 동력 분할 기구가 단일 피니언 유성 기어 기구로부터 형성된 경우에 제1 모터-발전기의 구동 제어의 상태를 도시하는 공선 도표로서, 상기 단일 피니언 유성 기어 기구 내에서 상기 제2 모터-발전기는 태양 기어에 커플링되고, 상기 엔진은 클러치를 거쳐 캐리어에 커플링되고, 상기 제1 모터-발전기는 링 기어에 커플링된다.
도 12는 동력 분할 기구가 단일 피니언 유성 기어 기구로부터 형성된 경우에 제1 모터-발전기의 구동 제어의 상태를 도시하는 공선 도표로서, 상기 단일 피니언 유성 기어 기구 내에서 상기 제2 모터-발전기는 태양 기어에 커플링되고, 상기 제1 모터-발전기는 캐리어에 커플링되고, 상기 엔진은 클러치를 거쳐 링 기어에 커플링된다.
도 13은 동력 분할 기구가 이중 피니언 유성 기어 기구로부터 형성된 경우에 제1 모터-발전기의 구동 제어의 상태를 도시하는 공선 도표로서, 상기 이중 피니언 유성 기어 기구 내에서 상기 제2 모터-발전기는 태양 기어에 커플링되고, 상기 엔진은 클러치를 거쳐 링 기어에 커플링되고, 상기 제1 모터-발전기는 캐리어에 커플링된다.
도 14는 동력 분할 기구가 이중 피니언 유성 기어 기구로부터 형성된 경우에 제1 모터-발전기의 구동 제어의 상태를 도시하는 공선 도표로서, 상기 이중 피니언 유성 기어 기구 내에서 상기 제2 모터-발전기는 태양 기어에 커플링되고, 상기 제1 모터-발전기는 링 기어에 커플링되고, 상기 엔진은 클러치를 거쳐 캐리어에 커플링된다.
도 15는 차량이 전진하고 있을 때, 제1 모터-발전기 내에서 전력을 소비하기 위해 구동 제어를 실행하기 위한 제어의 일 예를 도시하는 흐름도이다.
도 16은 후진 중에 제1 모터-발전기의 구동 제어의 실행뿐만 아니라 제2 모터 발전기의 재생 제어가 실행되는 상태의 일 예를 도시하는 공선 도표이다.
도 17은 차량이 정지 상태일 때 제1 모터-발전기 내에서 전력을 소비하기 위해 구동 제어를 실행하기 위한 제어의 일 예를 도시하는 흐름도이다.
본 발명은 이하에서 상세하게 설명된다. 본 발명은 원동력 소스로서 발전 기능을 갖는 모터 및 엔진을 구비하는 하이브리드 차량을 제어하는 장치이다. 이러한 종류의 차량에서, 엔진에 의한 주행 및 엔진 및 모터에 의해 주행 이외에도, 차량은 원동력 소스로서 모터만을 이용한 주행, 에너지 생성이 모터에 의해 수행되는 주행 등을 수행할 수도 있다. 또한, 예컨대 모터에 의한 주행 중에 엔진이 정지되고 엔진이 재기동되는 구동 모드에 대해 차량을 제어하는 것이 가능하다. 차량이 원동력 소스로서 모터를 이용하여 주행하는 소위 EV 주행에서, 엔진의 턴오버 동작으로 인한 동력 손실을 억제하는 것이 바람직하다. 또한, 복수의 모터가 원동력 소스로 제공된 경우 그리고 차량이 상기 모터 중 임의의 하나에 의해 EV 주행 모드로 주행하고 있는 경우, 엔진뿐만 아니라 원동력을 출력하고 있지 않는 모터의 턴오버 동작에 의해 유발되는 동력 손실을 감소시키는 것이 바람직하다. 이런 종류의 요구 조건으로 인해, 클러치가 원동력을 구동 휠로 전달하는 동력 전달 시스템으로부터 엔진을 맞물림 해제하도록 제공되는 경우가 존재하며, 본 발명은 이러한 유형의 클러치를 구비하는 하이브리드 차량을 위해 설계된 제어 장치에 적용된다.
도 1은 본 발명이 적용될 수 있는 파워 트레인의 일 예를 도시한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 이 구체적 예에 따른 하이브리드 차량(Ve)은 소위 투모터 차량으로서, 연료의 연소에 의해 원동력을 출력하는 엔진(ENG)(1)과, 전력의 공급을 수용함으로써 원동력을 출력하기 위한 기능 및 기계적 외력에 의해 강제적으로 회전됨으로써 전기를 생성하기 위한 기능을 갖는 제1 모터-발전기(MG1)(2) 및 제2 모터-발전기(MG2)(3)를 원동력 소스로서 구비한다. 엔진(1)은 가솔린 엔진, 디젤 엔진 또는 가스 엔진 등과 같은 연료를 이용하는 내연 엔진이다. 모터-발전기(2, 3)는 배터리(25)로부터 전력을 공급받음으로써 구동되도록 또는 배터리(25)로 생성된 전력을 공급하도록 구성된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 모터-발전기(2, 3) 각각은 다른 모터-발전기에 그리고 저장 배터리로부터 형성된 저장 디바이스(배터리)(25)에 인버터(24)를 거쳐 전기적으로 연결된다.
또한, 도 1에 도시된 파워 트레인(100) 내에서, 엔진(1)에 의해 출력된 원동력의 일부가 기계적 수단을 거쳐 구동 휠(12)에 전달되는데, 동시에 엔진(1)에 의해 출력된 원동력의 나머지 부분은 일시적으로 전력으로 전환되고, 후속하여 기계적 원동력으로 전환되어 구동 휠(12)에 전달된다. 이 구체적 예에서, 동력 분할 기구(6)가 상기 기계적 수단으로서 제공되며, 상기 동력 분할 기구(6)는 3개의 회전 요소에 의해 차동적 작동을 생성하는 차동 기구로부터 형성되며, 예컨대 단일-피니언 유형의 유성 기어 기구에 의해 구성된다. 동력 분할 기구(6)는 상기 3개의 회전 요소로서, 외부 치형부를 갖는 기어인 태양 기어(6S)와, 태양 기어(6S)에 대해 동심으로 배열되는 링 기어(6R)와, 독립적으로 또는 공동으로 회전 가능하도록 태양 기어(6S) 및 링 기어(6R)와 맞물리는 피니언 기어(6P)를 보유하는 캐리어(6C)를 구비한다.
더욱 구체적으로는, 동력 분할 기구(6)의 캐리어(6C)는 회전 샤프트(입력 샤프트)(5)와 통합 방식(integrated fashion)으로 회전하도록 커플링된다. 또한, 엔진(1)으로부터 구동 휠(12)로의 토크 전달 경로에서, 클러치(K0)가 엔진(1)의 출력 샤프트(크랭크샤프트)(4)와 입력 샤프트(5) 사이에 제공된다. 즉, 엔진(1)의 원동력에 의해 주행할 때, 캐리어(6C)는 입력 요소이다. 또한, 클러치(K0)는 엔진(1)을 동력 분할 기구(6)와 같은 동력 전달 시스템에 커플링하거나 또는 엔진(1)을 상기 동력 전달 시스템으로부터 맞물림 해제한다. 또한, 이 구체적 예에 따른 클러치(K0)는, 전달 토크 용량(transmission torque capacity)이 완전히 해제된 상태인 "제로" 상태로부터 미끄러짐이 없는 완전히 맞물린 상태로 연속적으로 변경되는 마찰 클러치로부터 형성된다. 마찰 클러치는 종래의 구입 가능한 건식 또는 습식 클러치 중 하나일 수 있으며, 단일-플레이트 또는 다중-플레이트 클러치일 수 있다. 또한, 클러치(K0)의 맞물린 상태 및 맞물림 해제된 상태를 변경하는 액추에이터는 유압 액추에이터 또는 전자기 액추에이터 등일 수 있다. 예컨대, 종래의 차량에 사용되는 건식 단일-플레이트 클러치의 경우에는, 액추에이터를 비작동 상태로 설정함으로써 다이어프램 스프링과 같은 소위 "복귀 기구(return mechanism)"에 의해 맞물린 상태가 유지된다. 그 결과, 클러치(K0)의 전달 토크 용량은 클러치(K0)를 맞물리거나 해제하기 위한 액추에이터의 동작의 양에 따라 변경되고, 이러한 두 인자들 사이에 상호 관계가 존재한다. 더욱 구체적으로, 전달 토크 용량과 액추에이터의 유압 또는 전류값 또는 스트로크 사이에 실질적으로 비례하는 관계가 존재하며, 따라서 전달 토크 용량은 액추에이터의 스트로크 양 또는 유압과 같은 동작의 양에 대응하는 값으로서 사전에 결정되며, 맵 포맷(map format) 등으로 준비될 수 있다. 마찰 계수가 시간이 경과함에 따라 변경되면, 전달 토크 용량과 동작의 양 사이의 관계가 변경된다.
또한, 제1 모터-발전기(2)의 회전자와 통합 방식으로 회전하는 회전자 샤프트(7)는 동력 분할 기구(6)의 태양 기어(6S)와 통합 방식으로 회전하도록 커플링된다. 더욱 구체적으로, 태양 기어(6S)는 회전자 샤프트(7)를 거쳐 제1 모터-발전기(2)에 커플링된다. 또한, 제1 모터-발전기(2)는 발전 기능을 갖는 모터로서, 이는 예컨대 영구 자석 동기 모터로부터 형성된다. 또한, 동력 분할 기구(6)의 링 기어(6R)는 출력 기어(9)와 통합되고, 파워 트레인(100)은 출력 기어(9)로부터 구동 휠(12)로 원동력을 출력하도록 구성된다. 더욱 구체적으로, 출력 기어(9)는 출력 부재이며, 차축 부분인 출력 샤프트(8)는 출력 기어(9) 및 링 기어(6R)와 통합된다. 그 결과, 링 기어(6R)는 출력 요소이고, 태양 기어(6S)는 차량이 엔진(1)의 원동력에 의해 주행하고 있을 때 반응 요소(reactive element)이다. 도 1에 도시된 예는 원동력 소스로부터 구동 휠(12)로의 파워 트레인의 일부를 도시하며, 출력 기어(9)로부터 구동 휠(12)로 원동력을 전달하기 위한 기구가 차동 기어 또는 구동 샤프트를 구비하는데, 이는 종래의 차량과 유사하여, 여기서는 그에 대한 상세한 설명은 생략된다.
또한, 이 구체적 예에서, 엔진(1), 동력 분할 기구(6) 및 제1 모터-발전기(2)는, 개별적인 중심 회전축이 동일 축선 상에 배열되도록 배열되고, 제2 모터-발전기(3)는 이 축선의 연장선상에 배열된다. 제2 모터-발전기(3)는 주행을 위한 원동력을 생성하고 또한 에너지의 재생을 수행하며, 제1 모터-발전기(2)와 유사하게 영구 자석 유형의 동기 전기 모터 등으로부터 형성된다. 상술된 제2 모터-발전기(3) 및 출력 기어(9)는 기어 트레인에 의해 구성되는 감속 기구(10)를 거쳐 커플링된다.
이 구체적 예의 감속 기구(10)는 상술된 동력 분할 기구(6)와 유사하게 단일 피니언 유형의 유성 기어 기구로부터 형성되며, 제2 모터-발전기(3)의 회전자와 통합 방식으로 회전하는 회전자 샤프트(11)는 태양 기어(10S)와 통합 방식으로 회전하도록 커플링된다. 또한, 감속 기구(10)의 캐리어(10C)는 하우징과 같은 고정된 부분에 커플링 및 고정되며, 또한 링 기어(10R)는 출력 기어(9)와 통합된다. 즉, 감속 기구(10)의 링 기어(10R)는 출력 샤프트(8)와 통합되고 동력 분할 기구(6)의 링 기어(6R)와 통합 방식으로 회전한다. 그 결과, 제2 모터-발전기(3)로부터 출력된 원동력이 출력 기어(9)로부터 구동 휠(12)로 감속 기구(10)를 거쳐 전달되는 구성이 채택된다.
또한, 차량(Ve)은 차량(Ve)을 제어하는 ECU를 구비하며, ECU는 파워 트레인(100)(이하에서 "HV-ECU"로 지칭됨)을 제어하는 하이브리드 ECU(21), 엔진 ECU(이하에서 "ENG-ECU"로 지칭됨)(22) 및 모터-발전기 ECU(이하에서 "MG-ECU"로 지칭됨)(23)를 포함한다. 이러한 ECU들은 주로 마이크로컴퓨터에 의해 구성되고, 입력 데이터 및 사전에 저장된 데이터를 이용하여 계산을 수행하는데, 이는 상기 계산 결과가 제어 명령 신호로서 출력되는 방식으로 수행된다. 그 결과, HV-ECU(21)는 후술되는 각 유형의 제어를 실행하도록, ENG-ECU(22) 및 MG-ECU(23)에 제어 명령 신호를 출력하도록 구성된다. 또한, 파워 트레인(100)은 엔진(1), 모터-발전기(2, 3), 클러치(K0) 및 동력 분할 기구(6)를 포함하도록 구성되고, HV-ECU(21)는 클러치(K0)의 동작 및 상태를 제어하기 위해 클러치(K0)의 액추에이터에 제어 명령 신호를 출력하도록 구성된다.
ENG-ECU(22)는 엔진(1)의 구동을 제어하기 위해, 엔진 제어 명령 신호로서 엔진(1)에 다양한 계산 결과를 출력하도록 구성된다. 그 결과, 엔진(1)은 엔진의 출력, 시동 및 정지가 전기적으로 제어되는 방식으로 구성되는데, 엔진이 가솔린 엔진인 경우, 스로틀 개방, 공급되는 연료량, 연료 공급의 중단, 점화 실행 및 정지, 점화 타이밍 등이 전기적으로 제어된다.
또한, MG-ECU(23)는 모터-발전기 제어 명령 신호로서 인버터(24)로 다양한 유형의 계산 결과를 출력하도록 구성된다. 따라서, 모터-발전기(2, 3)는 MG-ECU(23)에 의해 인버터(24)의 전류를 제어함으로써 발전기 또는 모터로서 기능하도록 구성되며, 그 토크는 모터 기능을 수행하고 있을 때와 발전 기능을 수행하고 있을 때 개별적으로 제어된다. ECU(21, 22, 23)가 구체적으로 구별되지 않을 때 ECU 또는 ECU들로 간단하게 지칭될 수 있다.
ECU들의 제어 하에서, 도 1에 도시된 하이브리드 구동 장치 내에서, 차량이 엔진(1)의 원동력에 의해 주행하는 하이브리드 주행 모드(HV 모드) 및 차량이 전력에 의해 주행하는 전기 차량 주행 모드(EV 모드)를 설정할 수 있다. 또한, EV 모드에서, 엔진(1)이 동력 전달 시스템으로부터 맞물림 해제되는 "맞물림 해제된 EV 모드" 또는 엔진(1)이 동력 전달 시스템에 커플링되는 "정상 모드" 중 어느 하나를 설정할 수 있다. 즉, 차량은 클러치(K0)의 상태에 따라 개별 모드로 스위칭되며, 도 2는 이러한 개별 주행 모드의 각각이 설정될 때 클러치(K0)의 맞물림 및 해제 상태를 전반적으로 도시한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 맞물림 해제된 EV 모드에서, 클러치(K0)는 해제되는 반면에, 정상 EV 모드 및 HV 모드에서, 클러치(K0)는 맞물린 상태이다.
또한, 이러한 주행 모드가 차량의 주행 상태, 즉 배터리(25)의 충전 상태(SOC), 액셀러레이터 누름 양 또는 차량 속도와 같은 구동 요청 양 등에 따라 선택된다. 예컨대, 차량이 특정 속도로 주행하고 있으며, 액셀러레이터 누름 양이 이 차량 속도를 유지하기 위해 특정 양만큼 증가된 경우, HV 모드가 설정된다. 이와 반대로, SOC가 충분히 크고 액셀러레이터 누름 양이 상대적으로 작은 경우 또는 자동적으로 정지되었던 엔진(1)을 재시동할 가능성이 높은 주행 상태의 경우 등에서는 정상 EV 모드가 설정된다. 또한, 예컨대 EV 모드가 운전자에 의한 수동 조작에 의해 선택된 경우 또는 주행이 단지 전력에 의해서만 가능하고 제1 모터-발전기(2)의 턴오버 동작에 의해 유발되는 원동력의 손실을 억제할 필요가 있는 경우 등에서는 맞물림 해제된 EV 모드가 선택된다.
개별 주행 모드에서의 하이브리드 구동 장치의 작동 상태가 이제 간략하게 기술된다. 도 3은 동력 분할 기구(6)에 관한 공선 도표로서, 이 공선 도표는 수직선에 의해 회전 요소인 태양 기어(6S) 및 캐리어(6C)를 표시하는데, 상기 수직선 사이의 간격은 동력 분할 기구(6)를 구성하는 유성 기어 기구의 기어비에 대응하고, 상기 수직선 각각 내의 수평선에 대한 상방/하방은 회전 방향을 나타내고, 상기 상방/하방 내의 위치는 회전수(number of revolution)를 나타낸다. 도 3에 도시된 공선 도표는 맞물림 해제된 EV 모드에서의 작동 상태를 나타내며, 이 주행 모드에서는, 제2 모터-발전기(3)가 모터로서 기능하게 되고, 차량은 제2 모터-발전기로부터의 원동력에 의해 주행하고, 엔진(1)은 클러치(K0)를 해제함으로써 동력 전달 시스템으로부터 맞물림 해제되어 정지되며, 뿐만 아니라 제1 모터-발전기(2)도 정지된다. 그 결과, 태양 기어(6S)의 회전이 정지되고, 그에 응답하여 링 기어(6R)가 출력 기어(9)와 함께 전방으로 회전하고 캐리어(6C)는 링 기어(6R)의 회전수에 대한 유성 기어 기구의 기어비에 따라 감소된 회전수로 전방 회전한다.
또한, 상기 공선 도표에 도시되지는 않았지만, 정상 EV 모드에서의 작동 상태에서, 차량은 제2 모터-발전기(3)의 원동력에 의해 주행하고 엔진(1)은 정지되어, 링 기어(6R)는 전방으로 회전하고 태양 기어(6S)는 역으로 회전하는데, 이때 캐리어(6C)는 고정된 상태이다. 이 경우, 제1 모터-발전기(2)는 또한 발전기로서 기능하게 될 수 있다.
또한, HV 모드에서의 작동 상태에서, 엔진(1)은 맞물린 상태에서 클러치(K0)와 함께 원동력을 출력하며, 따라서 토크가 캐리어(6C) 상에 작용하여 캐리어를 전방으로 회전시킨다. 이 상태에서, 제1 모터-발전기(2)가 발전기로 기능하게 함으로써 역방향 회전의 토크가 태양 기어(6S)에 작용한다. 그 결과, 토크가 일 방향으로 링 기어(6R)에서 발생하여 링 기어가 전방으로 회전하게 한다. 이 경우, 제1 모터-발전기(2)에 의해 생성된 전력이 제2 모터-발전기(3)로 공급되고, 제2 모터-발전기(3)는 모터로 기능하고, 이 원동력은 출력 기어(9)로 전달된다. 결과적으로, HV 모드에서는 상술된 바와 같이 엔진(1)에 의해 출력된 원동력의 일부가 동력 분할 기구(6)를 거쳐 출력 기어(9)로 전달될 뿐만 아니라, 나머지 원동력은 제1 모터-발전기(2)에 의해 전달되어 제1 모터-발전기(2)에 의해 전력으로 전환되고, 이후 전력이 공급된 제2 모터-발전기(3)에 의해 기계적 원동력으로 전환되고 출력 기어(9)로 전달된다. 임의의 주행 모드에서, 예컨대 감속 시에 원동력을 능동적으로 출력할 필요가 없는 경우, 모터-발전기(2, 3) 중 어느 하나는 전기 모터로 기능하고 에너지의 재생이 수행된다.
상술된 바와 같이, 본 발명의 목적인 하이브리드 차량에 있어서, 차량은 클러치(K0)를 해제함으로써 전력에 의해 주행될 수 있는데, 예컨대 배터리(25)의 SOC가 감소된 경우 또는 요구되는 구동력이 증가된 경우, 엔진(1)이 시동되고 엔진의 원동력이 클러치(K0)를 거쳐 동력 전달 시스템으로 전달된다. 즉, SOC가 EV 모드에서 배터리(25)의 전력의 소비로 인해 감소되기 때문에, 모터를 SOC를 상승시키기 위해 발전기로서 기능하게 하는 제어가 실행된다. 이 구체적 예에서 하이브리드 차량은 투모터 차량이며, 따라서 재생을 수행하기 위해 두 모터-발전기 모두를 제어할 수 있거나, 또는 재생을 수행하기 위해 하나의 모터-발전기를 제어하고 주행 동력을 제공하기 위해 나머지 모터-발전기를 제어할 수 있거나, 또는 하나의 모터-발전기가 재생을 수행하도록 제어되고 나머지 모터-발전기가 보정되는 제어를 실행할 수도 있다. 그 결과, 본 발명의 상기 구체적 예에서 하이브리드 차량을 위한 제어 장치는, 임의의 문제가 발생하여 클러치(K0)가 해제된 상태에서 유지되어 맞물릴 수 없는 경우에, 예컨대 고장이 발생되어 클러치(K0)가 작동될 수 없는 경우, 후술되는 제어를 실행하도록 구성된다.
클러치(K0)가 해제된 상태로 유지되는 경우의 제어가 도 4를 참조하여 이제 기술된다. 우선, 도 4에 도시된 바와 같이 ECU는 클러치(K0)가 해제된 상태에서 유지되고 맞물린 상태로 스위칭되지 못하는지 여부를 결정한다(단계 S1). 이 단계 S1에서의 처리에 의해, 클러치(K0) 내의 고장으로 인해 또는 액추에이터 내에서의 임의의 문제 발생으로 인해 클러치(K0)가 해제된 상태에서 로킹되어 있는지가 결정된다. 예컨대, 규정된 명령 신호가 액추에이터로 출력되었음에도 액추에이터가 정상적으로 작동하지 않고 있는 경우와 같은 비정상을 검출함으로써, 액추에이터가 클러치(K0)가 로킹된 상태에서 해제되어 유지되고 맞물릴 수 없다는 것이 결정될 수 있는 구성을 채택할 수 있다. 즉, 클러치(K0)가 정상적으로 작동하지 않고 있는 비정상 상태를 검출할 수 있는 구성이 채택될 수 있으며, 이러한 비정상의 원인이 클러치(K0) 자체에 또는 액추에이터 내에 있을 수 있다. 클러치(K0)가 해제된 상태에서 로킹되지 않아 단계 S1에서 "아니오"로 결정되면, 이 루틴은 종료된다.
한편, 클러치(K0)가 해제된 상태에서 로킹되어서 단계 S1에서 "예"로 결정되면, 배터리(25)의 SOC가 규정된 제1 역치 이상인지 아닌지가 결정된다(단계 S2). 이 제1 역치는 비교적 높은 값이며, 예컨대 배터리(25)가 과충전되는 것을 방지하기 위해 사전에 설정된 규정 값일 수 있다. 또한, 단계 S2에서의 상기 처리는, 차량이 미래 주행 경로 정보 등에 기인하여 주행을 계속하는 경우에, 예컨대 내리막 경사 도로가 계속되는 것이 예측되는 등의 경우에, SOC가 제1 역치 이상이 될 것인지가 예측되었는지 또는 예측되지 않았는지 결정되는 방식으로 구성된다. SOC가 제1 역치 이상이라는 사실에 기인하여 단계 S2에서 "예"로 결정되면, 처리는 단계 S4로 진행한다. 한편, 제1 역치보다 작은 SOC로 인해 단계 S2에서 "아니오"로 결정되면, 차량(Ve)이 감속하고 있다는 것을 나타내는 감속 플래그가 온 상태인지가 결정된다(단계 S3). 감속 플래그가 예컨대, 브레이크 페달이 운전자에 의해 눌려졌다는 것이 검출되었을 때 ECU의 저장 디바이스 내에 감속 플래그가 저장되는 구성이 채택될 수 있으며, 단계 S3의 처리에 의해 플래그의 유무 또는 감속 플래그 및/또는 유형이 저장 디바이스 내의 데이터를 참조하여 식별될 수 있다. 즉, 단계 S3의 처리는 차량(Ve)이 감속하고 있는지 여부가 결정될 수 있도록 구성될 수 있으며, 구동 샤프트의 회전수 또는 제2 모터-발전기(3)의 회전수 등을 기초로 감속이 발생하고 있는지 여부가 결정되도록 구성될 수도 있다. 감속 플래그가 오프라는 사실에 기인하여, 즉 차량(Ve)이 감속하고 있지 않아서 단계 S3에서 "아니오"로 결정되면, 이 루틴은 종료된다.
또한, 감속 플래그가 온이라는 사실에 기인하여 단계 S3에서 "예"로 결정되면, 제1 모터-발전기(2)가 구동된다(단계 S4). 예컨대, 이 단계 S4에서의 처리에 의해 ECU는 제1 모터-발전기(2)가 배터리(25)의 전력을 소비하도록 구동되는 방식으로 제1 모터-발전기(2)를 구동하도록 제어 명령 신호를 출력한다. 즉, 이 루틴에 따라, 배터리(25)의 SOC를 감소시키는 제어가 실행된다.
그 결과, 제1 모터-발전기(2)의 구동 및 제어로 인해 배터리(25)의 SOC가 규정된 제2 역치 이하가 되었는지가 결정된다(단계 S5). 이 제2 역치는 상술된 제1 역치보다 작은 값이다. SOC가 제2 역치보다 높은 경우, 루틴은 복귀하고 단계 S5의 결정 프로세스가 반복된다. 한편, SOC가 제2 역치 이하라는 사실에 기인하여 단계 S5에서 "예"로 결정되면, 피동 상태인 제1 모터-발전기(2)는 정지된다(단계 S6). 예컨대, 이 단계 S6의 처리에 의해 제어 신호가 제1 모터-발전기(2)를 정지하도록 출력되는 구성이 채택된다.
상술된 바와 같이, 본 구체적 예에서 하이브리드 차량의 제어 장치에 따르면, 투모터 유형의 하이브리드 차량은, 임의의 문제로 인해 엔진과 구동 휠 사이에 제공된 클러치가 해제된 상태에서 로킹되고 맞물릴 수 없는 경우 전력을 소비하도록 모터가 구동되는 방식으로 구성되며, 그 결과 배터리의 충전량이 과충전 상태가 되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 배터리가 과충전되고 모터의 재생 제어가 불가능해지는 상태에 도달하는 것을 방지할 수 있어서, 재생 제어에 의해 생성되는 재생 토크가 구동 휠 상에 제동 토크로서 작용하도록 유발될 수 있는 차량의 상태를 유지하는 것이 가능하다.
또한, 상술된 구체적인 예와 달리, 본 발명의 하이브리드 차량의 제어 장치는, 오일 펌프 또는 보조 장비가 제1 모터-발전기의 구동에 의해 구동되는 방식으로 구성되는 차량에 적용될 수 있다. 예컨대, 도 5는 본 발명이 적용될 수 있는 파워 트레인의 변형 예를 도시한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 이 구체적 예에 따른 파워 트레인(200)에서, 오일 펌프(13) 및 보조 장비(14)는 동력 분할 기구(6)의 캐리어(6C)와 통합 방식으로 회전하도록 그리고 입력 샤프트(5)와 통합 방식으로 회전하도록 구성되며, 추가로 제1 모터-발전기(2)에 커플링된다. 더욱 구체적으로는, 제1 모터-발전기(2)의 회전자 샤프트가 동력 분할 기구(6)의 태양 기어(6S)와 통합 방식으로 회전하도록 구성되기 때문에, 오일 펌프(13) 및 보조 장비(14)는 동력 분할 기구(6)를 거쳐 제1 모터-발전기(2)에 커플링된다. 즉, 오일 펌프(13) 및 보조 장비(14)는 엔진(1)으로부터 구동 휠(12)로 이어지는 동력 전달 경로 내에서 클러치(K0)로부터 구동 휠(12)의 측부에 제공되는 입력 샤프트(5)와 통합 방식으로 회전하도록 구성되고, 따라서 클러치(K0)가 해제되는 경우에도, 예컨대 차량이 제1 모터-발전기(2)에 의해 구동되는 방식으로 제1 모터-발전기(2)로부터 회전이 전달된다. 그 결과, 오일 펌프(13) 및 보조 장비(14)가 입력 샤프트(5)의 회전에 의해 구동되는 구성이 채택되는데, 클러치(K0)가 해제되는 경우, 오일 펌프(13) 및 보조 장비(14)는 전방 회전 방향으로 회전하는 제1 모터-발전기(2)로 인해 구동되거나 또는 클러치(K0)가 맞물린 경우, 오일 펌프(13) 및 보조 장비(14)는 엔진(1)의 구동으로 인해 구동된다. 이 구체적 예에서, 제1 모터-발전기(2)는 축방향으로 동력 분할 기구(6)에 대해 엔진(1)의 측부 상에 배열되고, 오일 펌프(13) 및 보조 장비(14)는 축방향으로 제1 모터-발전기(2)로부터 동력 분할 기구(6)의 반대 측부 상에 배열된다. 또한, 보조 장비(14)는 흡기 장치, 윤활 장치, 냉각 장치 등을 포함할 수 있는데, 이들은 도시되지 않는다.
또한, 도 6은 도 5에 도시된 예의 제1 모터-발전기(2)의 구동 제어 흐름의 일 예를 도시한다. 도 6의 제어 흐름은 도 4를 참조하여 상술된 제어 흐름과 유사한 처리 구성을 포함한다. 더욱 구체적으로는, 상술된 단계 S1, 단계 S2, 단계 S3, 단계 S5 및 단계 S6에서의 처리가 상기 변형 예의 처리와 유사하게 구성된다. 그 결과, 이 구체적인 예의 제어 흐름에서, 배터리(25)의 SOC가 제1 역치 이상인 경우(단계 S2: "예") 또는 감속 플래그가 온 상태인 경우(단계 S3: "예"), 제1 모터-발전기(2)는 오일 펌프(13) 및 보조 장비(14)를 구동하는 회전 방향으로 구동된다(단계 S11). 즉, 이 구동 제어에 의해 구동되는 제1 모터-발전기(2)에서의 회전자의 회전 방향은 오일 펌프(13) 및 보조 장비(14)가 역방향으로 회전되지 않는 방향, 즉 오일 펌프(13) 및 보조 장비(14)가 구동되는 회전 방향이다. 그 결과, 이 변형 예에 따르면, 오일 펌프(13) 및 보조 장비(14)가 제1 모터-발전기(2)에 커플링되기 때문에, 제1 모터-발전기(2)를 구동할 때의 부하가 증가되고, 그로 인해 제1 모터-발전기(2)의 구동에 기인한 전력 소비를 증가시킬 수 있다.
또한, 도 1을 참조하여 기술된 구체적인 예에서, 동력 분할 기구(6) 내의 회전 요소는 도 7에 도시된 공선 도표 내의 상태에 의해 표시되는 바와 같이 구성된다. 본 발명이 적용될 수 있는 차량은 복수의 회전 요소를 갖는 유성 기어 기구로부터 형성되는 동력 분할 기구가 상술된 구체적 예와 다르게 구성되는 차량을 포함하며, 또한 회전 요소 및 엔진 그리고 이들과 커플링되는 2개의 모터의 조합이 상술된 구체적인 예와 다르게 구성되는 차량을 포함한다. 여기서, 이 변형 예의 구성은 공선 도표를 이용하여 기술되었으며, 여기서 기술되는 변형 예에서 상기 공선 도표 내의 3개의 수직선 중 우측단 또는 좌측단에 배열되는 수직선들에 대응하는 회전 요소들은 상술된 출력 기어(9) 및 제2 모터-발전기(3)에 커플링되도록 구성된다. 또한, 상술된 클러치(K0)가 엔진(1)으로부터 구동 휠(12)로 이어지는 동력 전달 경로 내에 제공되고 클러치(K0)가 해제된 상태에 있는 경구가 설명된다. 여기서 기술되는 변형 예에서, 상술된 구체적 예와 유사한 구성은 추가로 기술되지 않으며 동일한 도면 부호를 이용하여 표기된다.
우선, 공선 도표에서 우측단 수직선에 의해 표시될 수 있는 회전 요소가 출력 요소이고 출력 기어(OUT)(9) 및 제2 모터-발전기(MG2)(3)에 커플링되는 구성 예가 기술된다. 이 경우는 도 7 내지 도 10에 도시된 공선 도표에서의 상태를 달성하기 위해 구성되는 예를 포함한다. 예컨대, 도 7에 도시된 예와 유사하게, 도 8에 도시된 예에서, 동력 분할 기구(6)는 단일 피니언 유성 기어 기구로부터 형성되고, 태양 기어(6S), 캐리어(6C) 및 링 기어(6R)는 도면에서 좌측으로부터 배열되는 구성이 채택되고, 우측이 수직선에 대응하는 링 기어(6R)는 출력 요소이도록 구성된다. 이 경우, 도 7에 도시된 예에서, 제1 모터-발전기(2)는 태양 기어(S)에 커플링되고, 엔진(1)은 클러치(K0)를 거쳐 캐리어(C)에 커플링되며, 도 8에 도시된 예에서는 제1 모터-발전기(2)가 캐리어(C)에 커플링되고 엔진(1)은 클러치(K0)를 거쳐 태양 기어(S)에 커플링된다. 또한, 동력 분할 기구가 3개의 회전 요소로서 태양 기어(S), 링 기어(R) 및 캐리어(C)를 갖는 이중 피니언 유성 기어 기구로부터 형성되는 경우에, 회전 요소는 우측단의 수직선에 대응하는 캐리어(C)는 출력 요소를 형성하는 방식으로, 도 9 및 도 10에 표시된 예에서와 같이 좌측으로부터 태양 기어(S), 링 기어(R) 및 캐리어(C)의 순서로 배열된다. 이 경우, 도 9에 도시된 예에서, 제1 모터-발전기(MG1)(2)는 태양 기어(S)에 커플링되고 엔진(ENG)(1)은 클러치(K0)를 거쳐 링 기어(R)에 커플링되며, 도 10에 도시된 예에서, 제1 모터-발전기(2)는 링 기어(R)에 커플링되고 엔진(1)은 클러치(K0)를 거쳐 태양 기어(S)에 커플링된다.
출력 기어(OUT)(9) 및 제2 모터-발전기(MG2)(3)가 상술된 예와 반대로 공선 도표 내의 우측단에 있는 수직선에 의해 나타내어질 수 있는 회전 요소에 커플링되는 구성 예가 이제 도 11 내지 도 14에 도시된 공선 도표를 참조하여 기술된다. 도 11 및 도 12에 도시된 예에서, 상술된 도 7 및 도 8에 도시된 예와 유사하게, 단일 피니언 유성 기어 기구로부터 형성된 동력 분할 기구(6)는, 좌측단에 있는 수직선에 대응하는 태양 기어(6S)가 출력 요소를 형성하는 방식으로 제공된다. 이 경우, 도 11에 도시된 예에서, 제1 모터-발전기(2)는 링 기어(R)에 커플링되고 엔진(1)은 클러치(K0)를 거쳐 캐리어(C)에 커플링되며, 도 12에 도시된 예에서 제1 모터-발전기(2)는 캐리어(C)에 커플링되고 엔진(1)은 클러치(K0)를 거쳐 링 기어(R)에 커플링된다. 또한, 도 13 및 도 14에 도시된 예에서, 도 9 및 도 10에 도시된 예와 유사하게, 이중 피니언 유성 기어 기구로부터 형성된 동력 분할 기구는 좌측 상의 수직선에 대응하는 태양 기어(S)가 출력 요소를 형성하는 방식으로 제공된다. 이 경우, 도 13에 도시된 예에서, 제1 모터-발전기(2)는 캐리어(C)에 커플링되고 엔진(1)은 클러치(K0)를 거쳐 링 기어(R)에 커플링되며, 도 14에 도시된 예에서 제1 모터-발전기(2)는 링 기어(R)에 커플링되고 엔진(1)은 클러치(K0)를 거쳐 캐리어(C)에 커플링된다.
상술된 바와 같이, 도 7 내지 도 14에 도시된 예에서, 공선 도표 내의 좌측 또는 우측 수직선 중 하나에 대응하는 회전 요소는 출력 요소이도록 구성되며, 따라서 다른 회전 요소에 커플링된 제1 모터-발전기(2)의 회전수가 출력 요소를 형성하는 회전 요소의 회전수보다 높은 경우에도, 동력 분할 기구 내의 출력 요소로부터 이격된 회전 요소 모두는 출력 요소보다 빠른 회전 상태가 될 것이다. 따라서, 도 7 내지 도 14에 도시된 예가 클러치(K0)가 해제된 상태를 도시하기 때문에, 클러치(K0)가 해제된 상태에서, 제1 모터-발전기(2)로 하여금 전진 방향으로 회전하게 하고 전진 방향으로 토크를 출력하게 하도록 구동 제어를 실행함으로써 배터리(25)의 전력을 소비하는 것이 가능하다. 즉, 본 발명에 따른 하이브리드 차량을 위한 제어 장치에서, 제1 모터-발전기(2)의 구동이 엔진(1)의 회전수를 제어하는 것 또는 엔진(1)을 시동(크랭크 작동(cranking))하는 것 이외의 목적으로 제어되는 구성이 채택되고, 제1 모터-발전기(2)는 엔진(1) 및 동력 전달 시스템을 연결하는 클러치(K0)가 해제되어 엔진과 동력 전달 시스템 사이의 연결을 차단한 상태에서 전력을 소비하기 위해 구동된다. 또한, 상술된 바와 같이, MG1의 회전수가 출력 요소의 회전수보다 높은 방식으로 제1 모터-발전기(2)의 구동을 제어함으로써, 그에 따라 소비되는 전력의 양을 증가시키는 것이 가능하다. 도 7 내지 도 14 및 후술되는 도 16에서, 수평선들을 연결하기 위해 표시된 점선은 정지된 상태의 엔진(1)을 나타내고, 엔진(1)의 회전이 정지된 것을 도시한다.
또한, 이 유성 기어 기구로부터 형성된 동력 분할 기구가 단일 피니언인지 또는 이중 피니언인지에 상관없이, 도 7 내지 도 14에 도시된 공선 도표의 상태에서 피니언 기어(P)의 자율 회전수는 더 높아지면, 개별 회전 요소의 회전 상태를 나타내는 실선(L)의 구배가 더 커진다. 예컨대, 도 7에 도시된 공선 도표를 이용하여 피니언 기어(P)의 자율 회전수를 설명하기 위해, 피니언 기어(P)에 대응하는 수직선은 회전 요소를 나타내는 수직선들 중 우측단 상에 도시되고, 상기 수평선으로부터 피니언 기어(P)와 상술된 실선(L) 사이의 교차점(X1)까지의 길이가 Y1으로 취해지고 상기 수평선으로부터 캐리어(C)에 대응하는 수직선과 실선(L) 사이의 교차점(X2)까지의 길이가 Y2로 취해진 경우, 피니언 기어(P)의 자율 회전수는 길이(Y2)와 길이(Y1) 사이의 편차에 의해 표시된다. 그 결과, MG1의 회전수가 출력 요소의 회전수보다 큰 상태에서, MG1의 회전수와 출력 요소의 회전수 사이의 차이를 확대하도록 제1 모터-발전기(2)를 구동함으로써, 실선(L)의 구배가 증가되고 그에 따라 피니언 기어(P)의 자율 회전수가 증가되며, 제1 모터-발전기(2) 상의 부하가 상승되어 전력의 소비가 증가된다. 따라서, 도 7 내지 도 14에 도시된 예에서 클러치(K0)가 해제된 상태에 있으며 제1 모터-발전기(2)는 에너지 손실을 증가시키는 방향으로 구동되기 때문에, 배터리(25)의 SOC의 소비율이 상승하고 배터리(25)가 과충전되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 예에 따른 하이브리드 차량을 위한 제어 장치에서, 차량(Ve)이 후진하고 있는 경우에, 클러치(K0)가 상술된 바와 같이 해제된 상태로 로킹된 상황에서 배터리(25)의 전력 소비를 증진하기 위해 제1 모터-발전기(2)가 제어 및 구동되는 것이 금지되는 구성이 채택된다. 후진 중에 전력을 소비하기 위한 제1 모터-발전기(2)의 구동 및 제어를 금지하는 제어의 일 예가 도 15의 제어 흐름으로 도시된다. 도 15에 도시된 제어 예에서, 도 4를 참조하여 상술된 제어 처리와 유사한 구성은 여기에서 추가로 설명되지 않는다.
더욱 구체적으로, 도 15에 도시된 제어 예에서, 배터리(25)의 SOC가 제1 역치 이상인 경우(단계 S2에서 "예") 또는 감속 플래그가 온인 경우(단계 S3에서 "예"), 차량(Ve)이 후진 중인지 아닌지가 결정된다(단계 S21). 예컨대, 단계 S21의 처리는, 차량(Ve)이 출력 기어(9)의 회전 방향 또는 출력 샤프트(8)의 회전 방향 또는 제2 모터-발전기(3)의 회전 방향에 의해 후진하고 있는지가 결정되는 방식으로 구성될 수 있다. 즉, 출력 샤프트(8)가 회전의 음의 방향(negative direction)으로 회전하고 있는 것이 검출되는 등의 경우에, 차량(Ve)이 후진하고 있다고 결정된다. 더욱 구체적으로는, 단계 S21의 처리는, 차량(Ve)이 후진하고 있다는 것을 식별할 수 있는 후진 플래그가 온인지 여부를 결정하도록 구성될 수 있다. 차량(Ve)이 후진하고 있기 때문에, 단계 S21에서 "예"로 결정되면, 루틴이 종료된다. 또한, 단계 S21에서 "예"로 결정되면, 제1 모터-발전기(2)가 상술된 바와 같이 배터리(25)의 전력을 소비하기 위해 구동되는 것이 금지되도록 명령 신호가 출력되는 구성이 채택될 수 있다. 한편, 차량(Ve)이 후진하고 있지 않기 때문에 단계 S21에서 "아니오"로 결정되면, 처리가 상술된 단계 S4로 진행하고 배터리(25)의 전력을 소비하기 위해 제1 모터-발전기(2)를 구동하기 위한 구동 제어가 실행되는 구성이 채택된다. 단계 S21에서 "아니오"로 결정되는 경우는 차량(Ve)이 전진하고 있는 경우를 포함한다.
예컨대, 제1 모터-발전기(2)의 구동 제어가 차량(Ve)이 후진하는 상태에서 전력을 소비하도록 수행되는 경우, MG1의 토크가 차량(Ve)을 후진 방향으로 가속하는 구동 토크로서 전달될 수 있으며 운전자에 의해 의도되지 않은 가속이 발생할 수 있는 가능성이 존재한다. 예컨대, 도 16에 도시된 바와 같이 상술된 제1 모터-발전기(2)로 하여금 후진 중 및 감속 중에 배터리(25)의 전력을 소비하게 하는 구동 제어가 실행되면, 제1 모터-발전기(2)의 토크는 레버링 작용(levering action)에 의해 출력 요소인 링 기어(R) 상에 음의 방향으로의 토크로서 작용하고, 따라서 모터-발전기(2, 3)에 의해 생성된 토크는 링 기어(R) 내에서 각각 반대 방향으로 작용한다. 그 결과, 제2 모터-발전기(3)에 의해 생성되는 제동 토크가 제1 모터-발전기(2)에 의해 생성되는 토크에 의해 감소되는 경우 역시 존재하며, 제1 모터-발전기(1)에 기인한 토크가 제동 토크보다 큰 작용을 가져서 차량이 후진 방향으로 가속하는 경우도 존재한다. 도 16에 도시된 양태에서, 엔진(1)과 동력 분할 기구(6) 사이에 제공된 클러치(K0)가 해제되기 때문에, 엔진(1)과 캐리어(C) 사이의 토크의 전달이 차단된다.
하지만, 도 15를 참조하여 상술된 바와 같이, 이 구체적 예에 따르면, 후진하는 동안 상술된 제1 모터-발전기(2)의 구동 제어를 실행하지 않도록 차량(Ve)이 제어될 수 있는 구성이 채택되며, 따라서 차량(Ve)의 후진 동안 MG1의 토크로 인해 차량(Ve)이 운전자에 의해 의도되지 않은 방식으로 거동하는 것이 방지될 수 있다. 특히, 상술된 바와 같이 제1 모터-발전기(2)의 구동 제어가 감속 및 차량(Ve)의 후진 중에 금지되는 구성을 제공함으로써, 제2 모터-발전기(3)로부터 출력된 MG2의 토크(재생 토크)가 구동 휠(12) 상에 제동력으로서 작용하게 하는 것이 가능하다. 즉, 후진 중의 MG1 토크의 효과가 감소된 상태에서 MG2 토크를 제동 토크로 사용할 수 있으며, 제2 모터-발전기(3)에 의해 생성된 재생 토크를 요구되는 제동력을 만족시키는 제동 토크로서 구동 휠(12) 상에 작용하게 하는 것이 가능하다.
또한, 본 발명의 일 예에 따른 하이브리드 차량을 위한 제어 장치에서, 차량(Ve)이 정지된 상태에서 제1 모터-발전기(2)의 구동 제어가 배터리(25)의 전력을 소비하기 위해 수행되는 구성을 채택할 수 있다. 도 17은 이러한 제어의 일 예를 도시하며, 이 예의 구체적인 설명이 이제 도 17을 참조하여 제공되는데, 상술된 구체적 예와 유사한 구조는 여기에서 추가로 설명되지 않으며 동일 도면 부호로 표시된다. 도 17에 도시된 바와 같이, 클러치(K0)가 해제된 상태에서 로킹되기 때문에 단계 S1에서 "예"로 결정되면, 배터리(25)의 SOC는 규정된 제1 역치 이상이라는 것이 결정된다(단계 S31). 제1 역치는 상대적으로 높은 값이며, 예컨대 배터리(25)가 과충전되는 것을 방지하기 위해 사전에 설정된 규정된 값일 수 있다. 단계 S31의 처리에서 제1 역치는 도 6을 참조하여 상술된 단계 S2의 처리에서의 제1 역치와 다른 값으로 설정될 수 있다. 단계 S31에서 "아니오"로 결정되면, SOC가 제1 역치보다 낮기 때문에, 이 루틴이 종료된다.
한편, SOC가 제1 역치 이상이기 때문에 단계 S31에서 "예"로 결정되면, 차량(Ve)이 정지 상태인지 아닌지가 결정된다(단계 S32). 처리 단계(S32)는 출력 샤프트(8)의 회전수가 영인지 또는 영에 근접한 사전에 설정된 규정된 회전수 미만인지 아닌지가 결정되는 방식으로 확인될 수 있다. 차량(Ve)이 정지 상태가 아니기 때문에 즉 차량이 주행중이기 때문에 단계 S32에서 "아니오"로 결정되면, 이 루틴은 종료된다. 한편, 차량(Ve)이 정지 상태이기 때문에 단계 S32에서 "예"로 결정되면, 제1 모터-발전기(2)는 배터리(25)의 전력을 소비하도록 구동된다(단계 S33). 단계 S33에 따른 구동 제어 프로세스에서, 예컨대 도 5에 도시된 파워 트레인의 예가 제공되면, 제1 모터-발전기(2)는 오일 펌프(13) 및/또는 보조 장비(14)를 구동하기 위한 회전 방향, 즉 오일 펌프(13)의 역회전을 유발하지 않는 등의 방향으로 구동되도록 제어된다. 즉, 단계 S33은 상술된 도 6에 도시된 단계 S11의 처리 구성과 유사하게 구성될 수 있다.
따라서, 제1 모터-발전기(2)의 구동 제어로 인해 SOC가 규정된 제2 역치 이하가 되었는지 여부가 결정된다(단계 S34). 단계 S34의 제2 역치는 단계 S31의 제1 역치보다 작으며 도 6을 참조하여 상술된 단계 S2의 제2 역치와 다른 값으로 설정될 수 있다. 이 경우, 단계 S34의 제2 역치는 단계 S2의 제2 역치보다 큰 값으로 설정될 수 있다. 이러한 방식으로, 차량이 정지 상태일 때 설정되는 제2 역치를 차량이 주행 중일 때 설정되는 제2 역치보다 큰 값으로 설정함으로써, 차량이 정지 상태로부터 움직이기 시작할 때 모터의 동력에 의해 차량(Ve)이 주행하게 할 수 있는 SOC를 보장하는 것이 가능하다. SOC가 제2 역치보다 높기 때문에 단계 S34에서 "아니오"로 결정되면, 루틴은 복귀하고 단계 S34의 결정 프로세스가 반복된다. 한편, SOC가 제2 역치 이하이기 때문에 단계 S34에서 "예"로 결정되면, 처리는 단계 S6으로 진행하고, 단계 S33의 제어에 따라 구동되고 있는 제1 모터-발전기(2)가 정지된다.
또한, 본 발명의 변형예에서 하이브리드 차량을 위한 제어 장치는, 차량(Ve) 내에 제공된 규정된 수동 스위치가 운전자에 의해 조작된 것이 검출되는 경우, 상술된 차량이 정지 상태일 때의 구동 제어가 시작되는 방식으로 구성될 수 있다. 이 수동 스위치는 예컨대, 운전자에 의한 수동 조작을 수용하도록 구성되는 차량 객실 내의 운전자 좌석의 주연부에 제공되는 검출 수단이다. 예컨대, 이 수동 스위치가 운전자에 의해 켜진 상태라면, 이러한 수동 조작을 검출함으로써 상술된 도 17에 도시된 단계 S33 내의 구동 제어가 수행되는 구성이 채택된다. 구동 제어가 이러한 수동 스위치에 의해 검출됨으로써 시작되는 경우에, SOC가 상술된 제2 역치 이하인 경우, 제1 모터-발전기(2)의 구동이 상술된 단계 S6의 제어에 의해 정지된다.
여기서, 본 발명의 하이브리드 차량을 위한 제어 장치와 상술된 구체적 예 사이의 일치 사항을 설명하기 위해, 본 발명의 제1 모터는 상술된 구체적 예에서 제1 모터-발전기(2)에 대응하며, 본 발명의 제2 모터는 상술된 구체적 예의 제2 모터-발전기(3)에 대응한다.
상술된 설명에서, 각각의 구체적 예에서의 하이브리드 차량을 위한 제어 장치에 따라, 엔진으로부터 구동 휠로 이어지는 동력 전달 경로 내에 클러치를 구비하는 하이브리드 차량에서, 클러치가 해제된 상태에서 유지되고 맞물릴 수 없는 상태가 발생하는 경우에도, 충전량이 제1 역치보다 크게 되는 경우 배터리의 전력을 소비하도록 제1 모터-발전기를 구동하도록 제어 장치가 구성되어, 배터리의 과충전이 방지될 수 있다. 그 결과, 발전기로 기능하는 제2 모터-발전기에 의해 생성되는 전력이 배터리에 충전될 수 있기 때문에, 예컨대 감속 중에 제2 모터-발전기에 의해 생성되는 재생 토크는 제동력으로서 구동 휠로 전달될 수 있다. 이러한 방식으로, 제2 모터-발전기의 재생 제어에 의해 생성되는 MG2 토크는 제동력으로서 사용될 수 있으며, 따라서 차량이 예컨대 내리막 경사 도로에서 연속적으로 감속하는 등의 경우에, 브레이크 페달의 빈번한 조작을 감소시킬 수 있어서, 브레이크의 내구성이 향상될 수 있다. 또한, 클러치가 맞물릴 수 없는 경우에, 배터리가 모터-구동 주행에 요구되는 전력의 양을 포함하는 것을 보장할 수 있을 뿐만 아니라 배터리의 과충전을 방지할 수 있다. 즉, SOC는 하이브리드 차량의 주행 및 하이브리드 차량의 정지를 가능하게 하는 상태로 유지될 수 있다.
또한, 배터리 내의 충전량이 제1 역치보다 높게 될 것이 예측되면, 과충전을 방지하기 위한 구동 제어가 미리 실행될 수 있다. 예컨대, 차 내비게이션 시스템으로부터의 도로 정보 등이 차량의 주행 경로가 차량이 연속적으로 주행하는 경우에 내리막 경사 도로를 포함한다는 것을 나타내고, 예컨대 내리막 경사 도로가 긴 길이 또는 급격한 구배를 갖는 등의 경우에, 클러치가 해제된 상태에서 로킹되는 경우에도 내리막 경사 도로를 주행하는 동안 배터리가 과충전되고 모터 토크가 제동 토크로서 이용될 수 없는 상황을 방지할 수 있다.
원동력 소스를 구성하는 엔진, 제1 모터-발전기 및 제2 모터-발전기는 서로 다른 동력 특성 또는 구동 특성을 갖는다. 예컨대, 엔진은 낮은 토크 및 낮은 회전수의 구역으로부터 높은 토크 및 높은 회전수의 구역까지의 넓은 작동 범위 내에서 작동할 수 있으며, 상기 토크 및 회전수가 상대적으로 높은 구역에서 양호한 에너지 효율을 갖는다. 한편, 엔진의 회전을 정지할 때의 크랭크 각도 및 엔진의 회전수 등을 규제하기 위한 제어 및 구동 토크로서 작용하는 원동력을 출력하는 제1 모터-발전기는 낮은 회전수에서 큰 토크를 출력한다. 또한, 구동 휠로 토크를 출력하는 제2 모터-발전기는 제1 모터-발전기보다 높은 회전수에서 작동될 수 있으며, 그 최대 토크는 제1 모터-발전기보다 작다. 따라서, 본 발명이 적용되는 차량은 원동력 소스를 구성하는 각각의 모터-발전기 및 엔진의 효율적인 사용에 의해 양호한 에너지 효율 또는 연료 효율을 달성하도록 제어된다.

Claims (16)

  1. 엔진, 제1 모터, 제2 모터, 저장 디바이스, 제1 회전 요소, 제2 회전 요소, 제3 회전 요소, 출력 요소, 동력 분할 기구 및 클러치를 포함하는 하이브리드 차량용 제어 장치로서,
    제1 모터 및 제2 모터 각각은 발전 기능을 가지며, 저장 디바이스는 제1 모터 및 제2 모터를 구동하기 위한 전력을 공급하고 제1 모터 및 제2 모터 중 적어도 하나에 의해 생성되는 전력으로 충전되고, 제1 회전 요소는 엔진에 커플링되고, 제2 회전 요소는 제1 모터에 커플링되고, 제3 회전 요소는 출력 부재 및 제2 모터에 커플링되고, 동력 분할 기구는 제1 회전 요소, 제2 회전 요소 및 제3 회전 요소 내에서 차동적 작동을 생성하고, 클러치는 엔진으로부터 구동 휠로 이어지는 동력 전달 경로 내에 제공되고, 클러치는 맞물릴 때 엔진과 구동 휠 사이에서 토크를 전달하고, 클러치는 엔진과 구동 휠이 해제될 때 엔진과 구동 휠 사이의 토크 전달을 차단하는 제어 장치이며,
    상기 제어 장치는
    클러치가 해제된 상태로 유지되고 클러치가 맞물릴 수 없는 상태일 때, 그리고 저장 디바이스의 충전량이 규정된 제1 역치보다 높을 때 제1 모터를 구동함으로써 저장 디바이스의 전력을 소비하기 위한 구동 제어를 실행하도록 구성된 ECU를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    제어 장치.
  2. 제1항에 있어서, ECU는 충전량이 상기 구동 제어에 기인하여 제2 역치보다 낮게 될 때 상기 구동 제어를 정지하도록 구성되고, 제2 역치는 제1 역치보다 작은 값인 것을 특징으로 하는, 제어 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 클러치가 해제된 상태로 유지되고 클러치가 맞물릴 수 없는 상태일 때, 그리고 저장 디바이스의 충전량이 상기 제1 역치 이하이더라도 상기 충전량이 상기 제1 역치보다 높게 될 것으로 예측될 때, 상기 구동 제어가 ECU에 의해 실행되도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 제어 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 하이브리드 차량은 제1 모터에 커플링되는 오일 펌프 및 보조 장비를 포함하고, ECU는 상기 구동 제어가 가해지는 제1 모터로 하여금 오일 펌프 및 보조 장비를 구동하기 위한 회전 방향으로 회전하게 하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 제어 장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 동력 분할 기구는 회전 요소로서 태양 기어, 캐리어 및 링 기어를 포함하는 단일 피니언 유성 기어 기구이며, 제3 회전 요소는 태양 기어 또는 링 기어 중 어느 하나이며, ECU는 제1 회전 요소의 회전수가 제3 회전 요소의 회전수보다 큰 방식으로 상기 구동 제어를 실행하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 제어 장치.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 동력 분할 기구는 회전 요소로서 태양 기어, 캐리어 및 링 기어를 포함하는 이중 피니언 유성 기어 기구이며, 제3 회전 요소는 태양 기어 또는 캐리어 중 어느 하나이며, ECU는 제1 회전 요소의 회전수가 제3 회전 요소의 회전수보다 큰 방식으로 상기 구동 제어를 실행하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 제어 장치.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, ECU는 차량이 전진하거나 정지한 상태일 때 상기 구동 제어를 실행하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 제어 장치.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, ECU는 차량이 감속할 때, 제2 모터의 재생 제어를 실행하고 상기 구동 제어를 실행하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 제어 장치.
  9. 엔진, 제1 모터, 제2 모터, 저장 디바이스, 제1 회전 요소, 제2 회전 요소, 제3 회전 요소, 출력 요소, 동력 분할 기구, 클러치 및 ECU를 포함하는 하이브리드 차량을 위한 제어 방법으로서,
    제1 모터 및 제2 모터 각각은 발전 기능을 가지며, 저장 디바이스는 제1 모터 및 제2 모터를 구동하기 위한 전력을 공급하고 제1 모터 및 제2 모터 중 적어도 하나에 의해 생성되는 전력으로 충전되고, 제1 회전 요소는 엔진에 커플링되고, 제2 회전 요소는 제1 모터에 커플링되고, 제3 회전 요소는 출력 부재 및 제2 모터에 커플링되고, 동력 분할 기구는 제1 회전 요소, 제2 회전 요소 및 제3 회전 요소 내에서 차동적 작동을 생성하고, 클러치는 엔진으로부터 구동 휠로 이어지는 동력 전달 경로 내에 제공되고, 클러치는 맞물릴 때 엔진과 구동 휠 사이에서 토크를 전달하고, 클러치는 엔진과 구동 휠이 해제될 때 엔진과 구동 휠 사이의 토크 전달을 차단하는, 제어 방법이며
    상기 제어 방법은
    ECU에 의해, 클러치가 해제된 상태로 유지되고 클러치가 맞물릴 수 없는 상태일 때, 그리고 저장 디바이스의 충전량이 규정된 제1 역치보다 높을 때 제1 모터를 구동함으로써 저장 디바이스의 전력을 소비하기 위한 구동 제어를 실행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    제어 방법.
  10. 제9항에 있어서, 충전량이 상기 구동 제어에 기인하여 제2 역치보다 낮게 될 때 상기 구동 제어가 ECU에 의해 정지되고, 제2 역치는 제1 역치보다 작은 값인 것을 특징으로 하는, 제어 방법.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서, 클러치가 해제된 상태로 유지되고 클러치가 맞물릴 수 없는 상태일 때, 그리고 저장 디바이스의 충전량이 상기 제1 역치 이하이더라도 상기 충전량이 상기 제1 역치보다 높게 될 것으로 예측될 때, 상기 구동 제어가 ECU에 의해 실행되는 것을 특징으로 하는, 제어 방법.
  12. 제9항 또는 제10항에 있어서, 하이브리드 차량은 제1 모터에 커플링되는 오일 펌프 및 보조 장비를 포함하고, 상기 구동 제어가 가해지는 제1 모터는 ECU에 의해 오일 펌프 및 보조 장비를 구동하기 위한 회전 방향으로 회전하게 되는 것을 특징으로 하는, 제어 방법.
  13. 제9항 또는 제10항에 있어서, 동력 분할 기구는 회전 요소로서 태양 기어, 캐리어 및 링 기어를 포함하는 단일 피니언 유성 기어 기구이며, 제3 회전 요소는 태양 기어 또는 링 기어 중 어느 하나이며, 제1 회전 요소의 회전수가 제3 회전 요소의 회전수보다 큰 방식으로 ECU에 의해 상기 구동 제어가 실행되는 것을 특징으로 하는, 제어 방법.
  14. 제9항 또는 제10항에 있어서, 동력 분할 기구는 회전 요소로서 태양 기어, 캐리어 및 링 기어를 포함하는 이중 피니언 유성 기어 기구이며, 제3 회전 요소는 태양 기어 또는 캐리어 중 어느 하나이며, 제1 회전 요소의 회전수가 제3 회전 요소의 회전수보다 큰 방식으로 ECU에 의해 상기 구동 제어가 실행되는 것을 특징으로 하는, 제어 방법.
  15. 제9항 또는 제10항에 있어서, 차량이 전진하거나 정지한 상태일 때 상기 구동 제어가 ECU에 의해 실행되는 것을 특징으로 하는, 제어 방법.
  16. 제9항 또는 제10항에 있어서, 차량이 감속할 때, 제2 모터의 재생 제어 및 상기 구동 제어가 ECU에 의해 실행되는 것을 특징으로 하는, 제어 방법.
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