KR101763791B1 - 하이브리드 차량, 및 하이브리드 차량의 제어방법 - Google Patents

하이브리드 차량, 및 하이브리드 차량의 제어방법 Download PDF

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KR101763791B1
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겐세이 하타
유지 이와세
요스케 스즈키
고이치 가토
세이타로 노부야스
다로 모테키
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도요타 지도샤（주）
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Abstract

차동 기구의 회전요소들 중 어느 하나에 작용하는 토크가 클러치에 의해 인터럽트되는 동안 차동 기구의 출력측에 제공된 제2모터를 이용하여 하이브리드 차량이 주행하는 EV 모드로부터, 엔진의 출력 토크를 구동륜에 전달하는 동안 하이브리드 차량이 주행하는 HV 모드로의 전환 시, 클러치가 슬립되는 상태에서 엔진이 시동되고, 또한 클러치가 슬립되는 동안 제1회전요소의 회전 속도를 증가시키기 위하여 상기 엔진으로부터 토크가 전달되는 경우, 구동륜의 회전 속도를 증가시키기 위하여 제1회전요소로부터 차동 기구로 입력되는 토크가 제3회전요소로부터 출력되도록 제1모터로부터 토크가 출력되기 시작하는 것을 특징으로 한다.

Description

하이브리드 차량, 및 하이브리드 차량의 제어방법{HYBRID VEHICLE, AND CONTROL METHOD FOR HYBRID VEHICLE}
본 발명은 구동력원으로서 엔진과 모터 또는 모터 제너레이터를 포함하는 하이브리드 차량, 및 상기 하이브리드 차량의 제어방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 엔진을 구동력 전달 시스템(driving force transmission system)으로부터 분리할 수 있도록 구성된 하이브리드 차량, 및 상기 하이브리드 차량의 제어방법에 관한 것이다.
엔진과 함께 동력원으로서 모터 또는 모터 제너레이터(이하, 이들을 집합적으로 모터라고 할 수도 있음)를 포함하는 하이브리드 차량은 여러 장점들을 가진다. 예를 들어, 상기 하이브리드 차량은 엔진을 정지시킬 수 있고(아이들(idle) 시 엔진 정지), 감속 시 모터를 이용하여 에너지를 회생(regenerate)할 수도 있으며, 또한 에너지 효율이 높은 운전점(operating point)에서 상기 엔진을 운전할 수 있다. 특히, 하이브리드 차량이 모터를 이용하여 주행하는 시간을 연장함으로써, 상기 차량의 연비를 향상시키는 효과가 전체로서 증가한다. 이는 모터 주행의 경우에 엔진이 정지하여 연료가 소비되지 않기 때문이다. 이 경우, 엔진과 함께 하는 회전으로 인한 동력 손실을 저감하기 위하여, 차량을 나아가게 하기 위한 구동력을 출력하는 모터 또는 상기 구동력을 차륜들에 전달하는 동력 전달 시스템으로부터 엔진을 분리하는 것이 바람직하다. 이러한 엔진 분리를 위한 클러치가 설치되면, 모터 주행 시에 엔진이 정지되거나 구동되는 동작 모드(operation mode)가 선택된다. 상기 엔진을 분리하기 위한 클러치를 포함하는 하이브리드 차량은 일본특허출원공보 제08-295140호(JP 08-295140 A)에 기재되어 있다.
상기 구성을 간단히 설명하기로 한다. 제너레이터는 유성 기어 기구와 같은 3개의 회전요소를 포함하는 차동 기구(differential mechanism)의 제1회전요소에 결합되고, 제2회전요소는 출력 요소로서의 역할을 하며, 또한 제3회전요소는 제동 수단에 결합되어 있다. 상기 엔진은 클러치를 통해 제3회전요소에 결합되어 있다. 따라서, JP 08-295140 A에 기재된 구성에 의하면, 상기 제3회전요소가 상기 엔진 또는 상기 제동 수단에 의해 고정되는 경우, 상기 차동 기구가 감속기 또는 가속기로서의 기능을 하므로, 상기 제1회전요소에 결합된 제너레이터를 모터로서 기능시키고, 또한 그 토크를 상기 출력 요소에 전달할 수 있다. 즉, 상기 하이브리드 차량은 제너레이터와 모터로부터 출력되는 동력을 이용하여 주행하는 것이 가능하다. 제3회전요소를 반대 방향으로 회전시키는 방향의 토크가 상기 제3회전요소에 작용하는 경우에 상기 제3회전요소를 고정하도록 계합(engaged)되는 한방향 클러치가 상기 제동 수단으로서 채택되면, 상기 제3회전요소는 모터 주행 시에 상기 엔진에 의해서가 아니라 상기 한방향 클러치에 의해 고정될 수 있고, 상기 클러치 또한 상기 제3회전요소로부터 분리될 수 있다. 그러므로, 상기 엔진을 계속 구동하거나 또는 상기 엔진을 정지시킬 수 있다. 엔진 주행 시, 즉 상기 엔진의 출력 토크를 구동력으로서 전달하여 상기 하이브리드 차량이 주행하는 경우, 상기 제1회전요소에 결합된 제너레이터의 회전 속도를 제어함으로써, 상기 클러치를 통해 상기 제3회전요소에 결합된 상기 엔진의 회전 속도를 제어할 수 있다. 즉, 상기 차동 기구는 무단 변속기(continuously variable transmission)로서의 기능이 가능하게 된다.
일본특허출원공보 제2013-023024호(JP 2013-023024 A)는, 엔진이 결합되는 하나의 회전 요소, 및 모터 제너레이터가 결합되는 다른 회전 요소를 구비한 차동 기구를 포함하는 하이브리드 차량을 기재하고 있다. 상기 하이브리드 차량은, 상기 모터 제너레이터의 출력 토크를 이용하여 상기 엔진을 크랭크(crank)하도록, 그리고 상기 엔진이 시동된 후에 반력으로서 상기 출력 토크가 상기 차동 기구에 작용하도록 상기 모터 제너레이터의 출력 토크를 제어하도록 구성되어 있다. 구체적으로는, 상기 엔진이 시동된 후에 필요한 구동력이 비교적 작은 경우, 상기 엔진의 목표 회전 속도도 낮아진다. 그러므로, 엔진 시동 후에 엔진 회전 속도를 목표 회전 속도로 신속하게 추종시키기 위하여, 상기 모터 제너레이터의 출력 토크가 급속하게 증가하도록 구성되어 있다. 상기 엔진이 시동된 후에 필요한 구동력이 비교적 큰 경우에는, 상기 엔진의 목표 회전 속도도 높다. 그러므로, 상기 모터 제너레이터의 출력 토크가 완만하게 증가하도록 구성되어 있다.
일본특허출원공보 제2012-228961호(JP 2012-228961 A)는, 엔진과 변속기가 서로 클러치를 통해 결합되고, 상기 변속기의 입력축에 모터 제너레이터가 결합되는 하이브리드 차량을 기재하고 있다. 엔진이 정지되는 모터 주행으로부터 엔진 주행으로 전환 시, 상기 엔진은 상기 변속기의 업시프팅(upshifting)을 통해 상기 클러치의 입력측 회전 부재와 출력측 회전 부재 간의 회전 속도 차이를 작게 하여 상기 클러치와 계합시킴으로써 상기 엔진이 크랭크되도록 구성되어 있다. 구체적으로는, 시프팅(shifting)을 통해 상기 클러치의 출력측 관성 토크가 발생되고, 상기 관성 토크에 기초하여 상기 클러치의 계합 압력(engagement pressure)이 제어된다. JP 2012-228961 A는, 이러한 방식으로 제어함으로써, 상기 엔진을 크랭크하고 또한 관성 토크가 구동륜들에 전달되는 것을 억제하거나 방지할 수 있다는 것을 기재하고 있다.
JP 08-295140 A에 기재된 바와 같이 구성된 하이브리드 차량은, 상기 하이브리드 차량이 엔진을 정지시켜 모터 주행을 실시하고 있는 동안, 엔진 주행으로 전환하는 요구에 의거하여 상기 엔진을 시동시키고 또한 상기 클러치를 계합한다. 엔진 주행 시, 요구 구동력과 엔진의 연비를 높게 하는 최적의 연비선(optimal fuel economy line)에 의거하여 상기 엔진의 운전점이 결정된다. 그러므로, 요구 구동력이 큼에 따른 엔진 주행으로의 전환 시, 엔진이 시동되고 또한 상기 클러치가 계합된 후에 상기 엔진이 고속 회전 속도로 제어된다. 따라서, 상기 제1회전요소에 결합된 상기 제너레이터의 회전 속도를 제어함으로써 상기 엔진 회전 속도가 제어된다. 그러므로, 상기 엔진 회전 속도를 증가시키기 위하여, 상기 제너레이터는 모터로서 구동되고, 또한 상기 엔진의 출력 토크의 방향과 동일한 방향으로 토크를 출력할 수도 있다. 상기 엔진의 출력 토크의 방향과 동일한 방향으로 상기 제너레이터로부터 토크가 출력된다면, 상기 제너레이터는 상기 엔진 회전 속도가 목표 회전 속도가 될 때까지 반력을 출력하는 기능을 하지 않는다. 그러므로, 상기 엔진의 출력 토크가 상기 구동륜에 전달되지 않을 가능성이 있다. 그러므로, 상기 엔진을 정지시킨 모터 주행으로부터 엔진 주행으로 전환하기 위한 제어에 응답하여 지연이 발생할 수도 있다.
JP 2013-023024 A에 기재된 바와 같이 구성된 하이브리드 차량은, 요구 구동력에 의거하여 상기 모터 제너레이터의 출력 토크를 제어하므로, 엔진 시동 후에 구동력으로서 상기 엔진의 출력 토크를 전달할 수 있다. 하지만, 엔진과 차동 기구 사이에 클러치가 설치되는 경우에는, 상기 클러치가 계합되고, 상기 엔진이 크랭크된 후에 상기 엔진이 시동되며, 그 후에 상기 모터 제너레이터의 출력 토크가 반력으로서 상기 차동 기구에 작용하도록 제어된다고 생각된다. 그러므로, 모터 주행으로부터 엔진 주행으로의 전환 시, 상기 클러치를 계합시키기 위해서는 시간이 필요하다. 그러므로, 엔진을 정지시킨 모터 주행으로부터 엔진 주행으로의 전환 시, 상기 엔진의 출력 토크가 구동력으로서 출력될 때까지 응답의 지연이 발생할 수도 있다.
본 발명은 엔진을 정지시킨 모터 주행으로부터 엔진 주행으로의 전환 시에 구동력으로서 엔진의 출력 토크를 신속하게 전달할 수 있는 하이브리드 차량, 및 상기 하이브리드 차량의 제어방법을 제공한다.
본 발명의 제1형태는 하이브리드 차량을 제공한다. 상기 하이브리드 차량은, 엔진; 구동륜; 제1모터; 상기 구동륜에 토크를 전달하는 제2모터; 상기 엔진의 토크를 전달하는 제1회전요소, 상기 제1모터의 토크를 전달하는 제2회전요소, 및 상기 구동륜에 토크를 전달하는 제3회전요소를 포함하는 차동 기구; 상기 제1회전요소, 상기 제2회전요소, 및 상기 제3회전요소 중 어느 하나에 작용하는 토크의 용량을 제어하는 클러치; 및 하기 방식, 즉 (a) 상기 클러치가 슬립(slip)되는 상태에서 상기 엔진을 시동하고, 및 (b) 상기 클러치가 슬립되는 상태에서 상기 제1회전요소의 회전 속도가 올라가는 동안 상기 엔진으로부터 토크가 전달되는 경우, 상기 제1회전요소로부터 상기 차동 기구로 입력되는 토크가 상기 제3회전요소로부터 출력되도록 상기 제1모터로부터 토크를 출력함으로써 상기 구동륜의 회전 속도를 증가시키는 방식으로, 상기 클러치가 해제되어 상기 제2모터의 출력 토크가 상기 구동륜에 전달되는 상태에서 상기 하이브리드 차량이 주행하는 EV 모드로부터, 상기 클러치가 계합되어 상기 엔진의 출력 토크가 상기 구동륜에 전달되는 상태에서 상기 하이브리드 차량이 주행하는 HV 모드로 전환하도록 구성된 제어유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어유닛은, 상기 엔진의 회전 속도가 상기 제1회전요소의 회전 속도 이상이 되는 경우, 상기 제1회전요소로부터 상기 차동 기구로 입력되는 토크가 상기 제3회전요소로부터 출력되도록 상기 제1모터로부터 토크를 출력함으로써, 상기 구동륜의 회전 속도를 증가시키도록 구성될 수도 있다.
상기 제어유닛은, 제어유닛이 엔진을 시동하는 경우, 상기 제1모터의 출력 토크를 제로로 제어하도록 구성될 수도 있다.
본 발명의 제2형태는 하이브리드 차량의 제어방법을 제공한다. 상기 하이브리드 차량은, 엔진, 구동륜, 제1모터, 상기 구동륜에 토크를 전달하는 제2모터, 상기 엔진의 토크를 전달하는 제1회전요소, 상기 제1모터의 토크를 전달하는 제2회전요소, 및 상기 구동륜에 토크를 전달하는 제3회전요소를 포함하는 차동 기구, 상기 제1회전요소, 상기 제2회전요소, 및 상기 제3회전요소 중 어느 하나에 작용하는 토크의 용량을 제어하는 클러치, 및 제어유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 제어방법은, 하기 방식, 즉 (a) 상기 클러치가 슬립되는 상태에서 상기 엔진을 시동하고, 및 (b) 상기 클러치가 슬립되는 상태에서 상기 제1회전요소의 회전 속도가 올라가는 동안 상기 엔진으로부터 토크가 전달되는 경우, 상기 제1회전요소로부터 상기 차동 기구로 입력되는 토크가 상기 제3회전요소로부터 출력되도록 상기 제1모터로부터 토크를 출력함으로써 상기 구동륜의 회전 속도를 증가시키는 방식으로, 상기 클러치가 해제되어 상기 제2모터의 출력 토크가 상기 구동륜에 전달되는 상태에서 상기 하이브리드 차량이 주행하는 EV 모드로부터, 상기 클러치가 계합되어 상기 엔진의 출력 토크가 상기 구동륜에 전달되는 상태에서 상기 하이브리드 차량이 주행하는 HV 모드로 전환하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 형태들에 따르면, 상기 클러치가 슬립되는 상태에서 상기 엔진이 시동된다. 그러므로, 엔진 시동 시에 상기 엔진 회전 속도를 저하시키는 방향으로 작용하는 토크를 저감시킬 수 있어, 그 결과 상기 엔진의 초기 연소에 기인한 토크 또는 상기 엔진이 시동된 후에 발생되는 토크에 의해 상기 엔진의 회전 속도를 신속하게 증가시킬 수 있다. 상기 클러치가 슬립되는 동안 상기 제1회전요소의 회전 속도를 증가시키기 위하여 상기 엔진으로부터 토크가 전달되기 시작하는 경우, 상기 구동륜의 회전 속도를 증가시키는 방향으로 상기 차동 기구의 제3회전요소로부터 토크가 출력되도록 상기 제1모터로부터 토크가 출력되기 시작한다. 그러므로, 상기 엔진의 출력 토크를 신속하게 상기 구동륜에 전달할 수 있어, EV 모드로부터 HV 모드로 전환하기 위한 제어의 응답성을 향상시킬 수 있다.
상기 엔진 회전 속도가 상기 제1회전요소의 회전 속도 이상이 되는 경우, 상기 구동륜의 회전 속도를 증가시키는 방향으로 상기 차동 기구의 제3회전요소로부터 토크가 출력되도록 상기 제1모터로부터 토크가 출력되기 시작한다. 따라서, 상기 엔진의 출력 토크 이외에도 상기 제1회전요소를 통해 상기 차동 기구에 상기 엔진의 관성 토크가 전달된다. 그러므로, 상기 제1회전요소를 통해 상기 차동 기구에 입력되는 토크를 증가시킬 수 있다. 그 결과, EV 모드로부터 HV 모드로의 전환 시에 상기 구동륜에 전달되는 토크를 증가시킬 수 있으므로, EV 모드로부터 HV 모드로 전환하기 위한 제어의 응답성을 향상시킬 수 있다.
나아가, 엔진 시동 시에 상기 제1모터의 출력 토크를 제로로 제어함으로써, 상기 엔진 회전 속도를 신속하게 증가시키고 또한 초기 연소 시에 과도기적으로(transitionally) 증가된 출력 토크가 상기 구동륜에 전달되는 것을 억제하거나 방지할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예들의 특징, 장점, 그리고 기술적 및 산업적 현저성을, 동일한 부호들이 동일한 요소들을 나타내는 첨부 도면들을 참조하여 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 제어유닛에서 실행되는 제어의 일례를 설명하기 위한 플로우차트;
도 2는 엔진이 크랭크되는 경우 동력 분할 기구(power split mechanism)의 회전 요소들의 운전 상태들을 나타내는 공선도(collinear diagram);
도 3은 엔진이 점화되는 경우 동력 분할 기구의 회전 요소들의 운전 상태들을 나타내는 공선도;
도 4는 클러치가 반계합(half-engaged)되는 동안, 엔진의 출력 토크가 구동륜에 전달되는 경우, 동력 분할 기구의 회전 요소들의 운전 상태들을 나타내는 공선도;
도 5는 클러치가 완전 계합되는 경우, 동력 분할 기구의 회전 요소들의 운전 상태들을 나타내는 공선도;
도 6은 본 발명에 의한 대상이 될 수 있는 하이브리드 차량의 기어 트레인(gear train)의 일례를 나타내는 골격도(skeletal view);
도 7은 각 주행 모드에서의 클러치의 계합 및 해제 상태들 모두를 나타내는 표; 및
도 8은 각 주행 모드에서의 동작 상태들을 설명하기 위한 공선도다.
본 발명은 구동력원으로서 엔진과 모터 또는 모터 제너레이터(이하, 모터 또는 모터 제너레이터를 집합적으로 모터라고 할 수도 있음)를 포함하는 하이브리드 차량을 제어하는 장치 및 방법을 제공한다. 이러한 종류의 차량은, 엔진에 의한 주행 또는 엔진과 모터 양자 모두에 의한 주행 뿐만 아니라, 예컨대 모터만을 사용한 주행이나 상기 모터에 의해 에너지를 회생하는 동안의 주행을 행할 수 있고, 나아가 차량이 모터에 의해 주행하는 동안 엔진이 정지되고, 또한 상기 엔진이 재시동되는 모드 등의 주행 모드를 선택할 수도 있다. 차량이 구동력원으로서 모터를 사용하여 주행하는 소위 EV 주행 모드에서는, 엔진과 함께 하는 회전에 기인하는 동력 손실을 억제하는 것이 바람직하고, 또한 복수의 모터가 설치되어 상기 차량이 그 모터들 가운데 어느 하나에 의해 주행하는 EV 주행 모드의 경우에는, 엔진과 함께 하는 회전 뿐만 아니라, 동력을 출력하지 않는 다른 모터와 함께 하는 회전에 기인하는 동력 손실을 저감시키는 것이 바람직하다. 이러한 요청에 따라, 구동륜에 대하여 동력을 전달하는 동력 전달 시스템으로부터 엔진을 분리하는 클러치가 설치될 수도 있고, 본 발명은 클러치를 포함하는 이러한 종류의 하이브리드 차량을 대상으로 하는 제어유닛에 적용된다.
도 6은 클러치를 포함하는 상술된 하이브리드 차량에 있어서 기어 트레인의 일례를 개략적으로 보여준다. 여기에 도시된 예에서, 엔진(ENG)(1)으로부터 출력된 동력의 일부는 기계적 수단에 의해 구동륜(2)에 전달되는 한편, 상기 엔진(1)으로부터 출력된 동력의 다른 일부가 일단 전력으로 변환되면, 상기 전력은 기계적 동력으로 역변환된 후 상기 기계적 동력이 상기 구동륜(2)에 전달된다. 이러한 방식으로, 상기 엔진(1)으로부터 출력된 동력을 분할하기 위해 동력 분할 기구(3)가 설치되어 있다. 상기 동력 분할 기구(3)는, 기존의 2모터형 하이브리드 구동 시스템의 동력 분할 기구와 구성이 유사하다. 도 6에 도시된 예에서는, 상기 동력 분할 기구(3)가 3개의 회전 요소에 의해 차동 작용을 발생시키는 차동 기구로 형성되고, 예를 들면 싱글-피니언형 유성 기어 기구로 형성되어 있다. 상기 싱글-피니언형 유성 기어 기구는 선 기어(4), 링 기어, 및 캐리어(6)로 형성되어 있다. 상기 링 기어(5)는 상기 선 기어(4)에 대하여 동심으로 배치되어 있다. 상기 캐리어(6)는, 각각의 피니언 기어가 자전 및 공전할 수 있도록 피니언 기어들을 유지하고 있다. 각각의 피니언 기어는 이들 선 기어(4) 및 링 기어(5)와 맞물려 있다.
상기 캐리어(6)는 입력 요소로서의 역할을 하고, 입력축(7)이 상기 캐리어(6)에 결합되어 있다. 상기 입력축(7)과 상기 엔진(1)의 출력축(크랭크샤프트)(8) 사이에는 클러치 K0가 설치되어 있다. 상기 클러치 K0은, 동력 분할 기구(3) 등을 포함하는 동력 전달 시스템(9)에 상기 엔진(1)을 결합시키거나, 또는 상기 동력 전달 시스템(9)으로부터 상기 엔진(1)을 분리시킨다. 상기 클러치 K0은, 전달 토크 용량이 "0"인 완전 해제 상태와 슬립이 전혀 없는 완전 계합 상태 간에 연속적으로 변화하는 마찰 클러치로 형성되어 있다. 상기 마찰 클러치는, 종래 알려져 있는 건식 클러치 또는 습식 클러치일 수도 있고, 단판식(single-disc-type) 클러치 또는 다판식(multi-disc-type) 클러치일 수도 있다. 나아가, 계합 상태와 해제 상태 사이에서 상기 클러치 K0을 전환하는 액추에이터는 유압식 액추에이터 또는 전자식 액추에이터 등일 수도 있다. 예를 들어, 종래 차량에 채택되는 습식 단판 클러치의 경우에는, 액추에이터를 비동작 상태로 설정함으로써, 다이어프램 스프링(diaphragm spring) 등의 소위 리턴 기구에 의해 계합 상태가 유지된다. 따라서, 클러치 K0의 전달 토크 용량은, 상기 클러치 K0을 계합 또는 해제시키기 위한 액추에이터의 동작량에 따라 변하고, 상기 클러치 K0의 전달 토크 용량은 상기 액추에이터의 동작량과 상관 관계에 있다. 보다 구체적으로는, 상기 액추에이터의 유압, 전류값, 또는 스트로크량이 상기 전달 토크 용량과 실질적으로 비례 관계에 있다. 따라서, 상기 전달 토크 용량은 상기 액추에이터의 스트로크량과 유압 등의 동작량에 대한 값으로서 사전에 미리 맵 등의 형식으로 준비될 수도 있다. 마찰 계수가 시간에 따라 변동하면, 상기 전달 토크 용량과 상술된 동작량 간의 상관 관계가 변한다.
상기 선 기어(4)는 반력 요소(reaction element)로서의 역할을 하고, 상기 선 기어(4)에 제1모터제너레이터(MG1)(10)가 결합되어 있다. 상기 제1모터제너레이터(10)는 발전 기능이 있는 모터이고, 영구 자석식 동기 모터 등으로 형성되어 있다. 또한, 상기 링 기어(5)는 출력 요소로서의 역할을 한다. 출력 부재인 출력 기어(11)는 상기 링 기어(5)와 통합되어 있다. 상기 링 기어(5)는, 상기 출력 기어(11)로부터 상기 구동륜(2)으로 구동력을 출력하도록 구성되어 있다. 상기 출력 기어(11)로부터 상기 구동륜(2)으로 구동력을 전달하기 위한 기구는 차동 기어와 구동축(drive shaft)을 포함하는데, 기존의 차량과 유사하므로, 그 상세한 설명은 생략한다.
상술된 엔진(1), 동력 분할 기구(3) 및 제1모터제너레이터(10)는 동일 축선을 따라 배치되고, 상기 축선의 연장선을 따라 제2모터제너레이터(12)가 배치되어 있다. 상기 제2모터제너레이터(12)는, 차량을 추진하기 위한 구동력을 발생시키거나 에너지를 회생시키고, 상술된 제1모터제너레이터(10) 와 마찬가지로 영구 자석식 동기 모터로 형성되어 있다. 상기 제2모터제너레이터(12) 및 상기 출력 기어(11)는 서로 감속 기구(13)를 통해 결합되어 있다. 도 6에 도시된 예에서는, 상기 감속 기구(13)가 싱글-피니언형 유성 기어 기구로 형성되어 있다. 상기 제2모터제너레이터(12)는 선 기어(14)에 결합되어 있고, 캐리어(15)는 하우징 등의 고정부(16)에 고정식으로 결합되며, 링 기어(17)는 상기 출력 기어(11)와 통합되어 있다.
상술된 모터 제너레이터(10, 12) 각각은 축전 장치, 인버터 등을 포함하는 컨트롤러(18)에 전기적으로 접속되어 있다. 상기 컨트롤러(18)를 제어하는 모터 제너레이터용 전자제어유닛(MG-ECU)(19)이 설치되어 있다. 상기 전자제어유닛(19)은 주로 마이크로컴퓨터로 형성되고, 입력 데이터, 저장 데이터, 지령 신호 등에 의거하여 연산을 실시하고, 상기 연산 결과를 제어 지령 신호로서 상기 컨트롤러(18)에 출력하도록 구성되어 있다. 각각의 모터 제너레이터(10, 12)는, 상기 컨트롤러(18)로부터의 제어 신호에 응답하여 모터 또는 제너레이터로서 기능하고, 또한 각 모드의 토크가 제어되도록 구성되어 있다.
상술된 엔진(1)은, 그 출력 및 기동/정지가 전기적으로 제어되도록 구성되어 있다. 예를 들어, 가솔린 엔진의 경우에는, 스로틀 개방도, 연료 공급량, 연료 공급 정지, 점화의 개시와 정지, 점화 시기 등이 전기적으로 제어되도록 구성되어 있다. 상기 제어를 실행하기 위한 엔진용 전자제어유닛(E/G-ECU)(20)이 설치되어 있다. 상기 전자제어유닛(20)은 주로 마이크로컴퓨터로 형성되어 있고, 입력 데이터 또는 지령 신호에 의거하여 연산을 실시하고, 상기 연산 결과를 제어 신호로서 상기 엔진(1)에 출력하여, 상술된 각종 제어들을 제어하도록 구성되어 있다.
상술된 엔진(1), 모터 제너레이터(10, 12), 클러치 K0, 동력 분할 기구(3) 등은 구동력원(21)을 구성하고 있다. 상기 구동력원(21)을 제어하는 하이브리드용 전자제어유닛(HV-ECU)(22)이 설치되어 있다. 상기 전자제어유닛(22)은 주로 마이크로컴퓨터로 형성되고, 상술된 모터 제너레이터용 전자제어유닛(19)과 엔진용 전자제어유닛(20)에 지령 신호를 출력하여, 후술하는 각종 제어들을 실행하도록 구성되어 있다.
도 6에 도시된 하이브리드 구동 시스템에서는, 상기 엔진(1)의 동력을 이용하여 차량이 주행하는 하이브리드(HV) 모드 또는 전력을 이용하여 차량이 주행하는 전기차(EV) 모드가 설정되도록 할 수 있다. 더욱이, 상기 EV 모드로서는, 상기 엔진(1)이 상기 동력 전달 시스템(9)으로부터 분리되는 엔진-분리형 EV 모드 또는 상기 엔진(1)이 상기 동력 전달 시스템(9)에 결합되는 통상의 모드가 설정되도록 할 수 있다. 이들 모드 중 어느 하나가 설정될 때의 상기 클러치 K0의 계합 및 해제 상태들이 도 7에 도시되어 있다. 즉, 상기 클러치 K0은 상기 엔진-분리형 EV 모드에서 해제되는 반면; 상기 클러치 K0은 통상의 EV 모드 또는 상기 HV 모드에서 계합된다. 이들 주행 모드들은 액셀러레이터 동작량과 같은 요구 구동량, 및 차속과 상기 축전장치의 충전상태(SOC)와 같은 차량 주행 상태에 의거하여 선택된다. 예를 들어, 차량이 어느 정도 고속으로 주행하고, 또한 액셀러레이터 동작량이 상기 차속을 유지하기 위하여 어느 정도까지 증가되는 경우에는, 상기 HV 모드가 선택된다. 이와는 대조적으로, 예컨대 SOC가 충분히 크고 또한 액셀러레이터 동작량이 비교적 작은 경우, 또는 정지된 엔진(1)을 재시동할 가능성이 높은 주행 상태에서는, 상기 통상의 EV 모드가 설정된다. 또한, 예컨대 운전자의 메뉴얼 조작을 통해 상기 EV 모드가 선택되거나, 또는 차량이 전력만을 이용하여 주행할 수 있고, 또한 상기 제1모터제너레이터(10)와 함께 하는 회전에 기인하는 동력 손실을 억제할 필요가 있는 경우에는, 상기 엔진-분리형 EV 모드가 선택된다.
각 주행 모드에서의 하이브리드 구동 시스템의 동작 상태를 간단하게 설명하기로 한다. 도 8은 상술된 동력 분할 기구(3)에 관한 공선도이다. 상기 공선도는 상기 선 기어(4), 캐리어(6) 및 링 기어(5)를 종좌표선(ordinate line)으로 나타내고, 그들 간의 간격들은 상기 동력 분할 기구(3)를 구성하는 유성 기어 기구의 기어비들에 대응한다. 또한, 각 종좌표선들의 상하 방향은 회전 방향을 나타내고, 상하 위치는 회전 속도를 나타낸다. 도 8에서 "엔진-분리형"으로 표시된 선은 엔진-분리형 EV 모드에서의 동작 상태를 나타낸다. 이러한 주행 모드에서는, 제2모터제너레이터(12)가 모터로서 기능하도록 되어 있어, 차량이 상기 제2모터제너레이터(12)의 동력을 이용하여 주행하고, 상기 엔진(1)은 상기 클러치 K0을 해제시켜 상기 동력 전달 시스템(9)으로부터 분리되어 정지되고, 또한 상기 제1모터제너레이터(10)도 정지된다. 따라서, 상기 선 기어(4)의 회전이 정지된다. 반면에 상기 링 기어(5)는 상기 출력 기어(11)와 함께 정회전하고, 상기 캐리어(6)는 상기 링 기어(5)의 회전 속도로부터 상기 유성 기어 기구의 기어비에 따라 감속된 회전 속도로 정회전한다.
도 8에서 "통상"으로 표시된 선은 통상의 EV 모드에서의 동작 상태를 나타낸다. 이러한 주행 모드에서는, 상기 제2모터제너레이터(12)의 동력을 이용하여 차량이 주행하고, 또한 상기 엔진(1)이 정지된다. 그러므로, 상기 캐리어(6)가 고정되어 있는 상태에서, 상기 링 기어(5)가 정회전하고, 또한 상기 선 기어(4)가 역회전한다. 이 경우, 상기 제1모터제너레이터(10)가 제너레이터로서 기능하도록 허용된다. 또한 도 8에서 "HV"로 표시된 선은 HV 모드에서의 작동 상태를 보여준다. 상기 클러치 K0이 계합되어 있는 상태에서 상기 엔진(1)이 구동력을 출력하고 있으므로, 캐리어(6)를 정회전시키는 방향으로 상기 캐리어(6)에 토크가 작용한다. 이러한 상태에서, 제1모터제너레이터(10)가 제너레이터로서 기능하도록 함으로써, 상기 선 기어(4)에는 역회전 방향의 토크가 작용한다. 그 결과, 링 기어(5)를 정회전시키는 방향의 토크가 상기 링 기어(5)에 나타난다. 이 경우, 상기 제1모터제너레이터(10)에 의해 발생된 전력이 상기 제2모터제너레이터(12)에 공급되어, 상기 제2모터제너레이터(12)가 모터로서 기능하고, 그 구동력이 상기 출력 기어(11)에 전달된다. 따라서, 상기 HV 모드에서는, 상기 엔진(1)으로부터 출력된 동력의 일부가 상기 동력 분할 기구(3)를 통해 상기 출력 기어(11)에 전달된다. 나머지 동력은 상기 제1모터제너레이터(10)에 의해 전력으로 변환되어, 상기 전력이 상기 제2모터제너레이터(12)에 전달된 후, 상기 전력은 상기 제2모터제너레이터(12)에 의해 기계적 동력으로 재변환되고, 상기 기계적 동력이 상기 출력 기어(11)에 전달된다. 어느 주행 모드에서도, 감속 시 적극적으로 구동력을 출력할 필요가 없는 경우 등에는, 상기 모터 제너레이터(10, 12) 중 어느 하나가 제너레이터로서 기능하도록 하여 에너지가 회생된다.
상술된 바와 같이, 본 발명에서 대상으로 하는 하이브리드 차량은 상기 클러치 K0을 해제시켜 전력을 이용하여 주행할 수 있고, 또한 상기 축전 장치의 SOC가 낮거나 요구 구동력이 큰 경우에는, 상기 엔진(1)이 시동되어, 상기 엔진(1)의 동력이 상기 클러치 K0을 통해 상기 동력 전달 시스템(9)에 전달된다. 이러한 주행 모드의 전환의 결과로서 상기 클러치 K0이 해제되거나 계합되고, 또한 상기 클러치 K0이 계합되거나 해제될 때에 토크가 변화된다. 상기 토크의 변화는, 상기 클러치 K0의 전달 토크 용량의 변화에 의해 현저하게 영향을 받는다. 본 발명에 따른 제어유닛은, 상기 클러치 K0의 전달 토크 용량(클러치 토크라고 칭할 수도 있음)을 추정하고, 또한 상기 추정 결과를 활용하여 상기 클러치 K0의 계합 또는 해제를 위한 제어를 실행하도록 구성되어 있다. 이는 클러치 K0을 통해 전달되는 토크가 매끄럽게 변화되도록 제어를 실행함으로써, 쇼크, 위화감 등을 피하거나 억제하기 위함이다.
도 1은 본 발명에 따른 제어유닛의 일례를 설명하기 위한 플로우차트이다. 이러한 루틴은, 예를 들면 엔진 시동 제어를 실행하기 위한 조건이 성립하는 경우에 실행된다. 상기 엔진-분리형 EV 모드에서는, 상기 제2모터제너레이터(12)의 출력 토크만을 이용하여 차량이 구동되므로, 상기 HV 모드에서 보다도 출력가능한 구동력이 작게 된다. 또한, 상기 제2모터제너레이터(12)의 특성상, 상기 제2모터제너레이터(12)로부터 토크가 출력가능한 회전 속도는 제한된다. 나아가, SOC가 하한값까지 저하되는 경우 상기 제2모터제너레이터(12)에 전력을 공급할 수 없게 되므로, 상기 제2모터제너레이터(12)로부터 토크가 출력가능하지 않을 수도 있다. 따라서, 예컨대 액셀러레이터 페달(도시되지 않음)의 밟음량이 증가하는 결과로서 상기 제2모터제너레이터(12)로부터 토크가 출력가능한 구동력보다 상기 요구 구동력이 커지는 경우, 상기 차속이 상기 제2모터제너레이터(12)로부터 토크가 출력가능한 차속 이상이 되는 경우 또는 상기 SOC가 하한값까지 저하되었을 경우에, 상술된 엔진 시동 제어를 실행하기 위한 조건이 성립한다.
엔진 시동 제어를 실행하기 위한 조건이 성립되는 경우에는, 먼저 상기 엔진-분리형 EV 모드로부터 상기 클러치 K0의 계합 압력을 제어하면서, 상기 엔진(1)을 크랭크 및 시동시키는 협조 제어(coordinated control)를 실행하는 지의 여부를 판정한다(단계 S1). 따라서, 예컨대 상기 클러치 K0의 입력측 회전 부재와 출력측 회전 부재 간의 회전 속도 차이가 큰 경우나 또는 상기 클러치 K0의 온도가 높은 경우에는, 상기 클러치 K0을 반계합시키는 것이 바람직하지 않으므로, 단계 S1에서 부정적인 판정(negative determination)이 이루어진다. 구체적으로는, 상기 엔진-분리형 EV 모드가 설정되어 차량이 비교적 높은 차속으로 주행하고 있는 경우, 상기 제1모터제너레이터(10)의 회전이 정지되기 때문에 상기 클러치 K0의 출력측 회전 부재인 입력축(7)의 회전 속도가 상승하므로, 단계 S1에서 부정적인 판정이 이루어진다. 상기 클러치 K0의 온도 또는 상기 클러치 K0에 공급되는 오일의 온도가 상기 클러치 K0의 내구성 등의 관점에서 설정된 소정의 온도 이상인 경우에는, 단계 S1에서 부정적인 판정이 이루어진다. 이하 설명에서는, 상기 클러치 K0의 계합 압력을 제어하면서 상기 엔진(1)을 크랭크 및 시동시키기 위한 제어를 간단히 협조 제어라고 칭할 수도 있다.
예컨대, 상기 클러치 K0의 입력측 회전 부재와 출력측 회전 부재 간의 회전 속도 차이가 크거나, 또는 상기 클러치 K0의 온도가 높기 때문에, 단계 S1에서 부정적인 판정이 이루어진 경우에는, 직결(direct-coupling) 엔진 시동 제어가 실행되고(단계 S2), 그 후에 상기 루틴이 일단 종료된다. 상기 직결 엔진 시동 제어를 간단히 설명하기로 한다. 상기 입력축(7)의 회전 속도가 "0"이 되도록 상기 제1모터제너레이터(10)의 회전 속도를 제어하여 상기 클러치 K0이 동기화된 다음, 상기 클러치 K0이 계합된다. 상기 클러치 K0이 완전 계합된 후, 상기 제1모터제너레이터(10)의 회전 속도를 증가시켜 상기 엔진 회전 속도가 소정의 회전 속도까지 증가되어, 상기 엔진(1)이 점화된다.
다른 한편으로, 상기 클러치 K0의 입력측 회전 부재와 출력측 회전 부재 간의 회전 속도 차이가 비교적 작거나 또는 상기 클러치 K0의 온도가 비교적 낮음으로써 단계 S1에서 긍정적인 판정이 이루어지는 경우에는, 요구 구동력 F가 소정값 F1 이상인 지의 여부를 판정한다(단계 S3). 상기 HV 모드에서는, 상기 요구 구동력 F에 의거하여 상기 엔진(1)의 출력 파워가 결정되고, 또한 상기 출력 파워 및 상기 엔진(1)의 연비가 높은 소정의 최적의 연비선에 의거하여 상기 엔진(1)의 운전점이 결정된다. 따라서, 단계 S3에서는, 상기 엔진(1)의 목표 회전 속도가 소정의 회전 속도 이상인 지의 여부를 판정할 수도 있다. 단계 S3에서의 상기 소정값 F1은, 상기 요구 구동력 F 및 상기 최적의 연비선에 의거하여 결정된 상기 엔진(1)의 운전점이, 엔진 시동 시에 초기-연소 회전 속도 이상이 되는 구동력으로 설정될 수도 있다. 단계 S3은, 상기 엔진(1)이 시동된 후에 엔진 회전 속도를 증가시켜 상기 엔진(1)의 출력 토크를 구동륜에 신속하게 전달할 수 있는 지의 여부를 판정한다. 즉, 상기 소정값 F1은 요구되는 가속 응답성에 의거하여 결정된 값이다. 따라서, 높은 가속성을 요구하는 차량의 경우에는, 단계 S3에서의 상기 소정값 F1이 비교적 작은 값으로 설정될 수도 있다. 상기 소정값 F1은, 예컨대 액셀러레이터 페달이 급격하게 조작되는 경우, 상기 요구 구동력 F의 변화율이 클 때에 저감될 수도 있다. 즉, 단계 S3에서의 상기 소정값 F1은 소정값일 수도 있고, 또는 예컨대 주행 상태에 의거하여 가변되는 값일 수도 있다.
상기 요구 구동력 F가 비교적 작고, 단계 S3에서 부정적인 판정이 이루어진 경우에는, 상기 엔진(1)이 시동될 때부터, 예컨대 상기 엔진 회전 속도를 증가시켜 상기 엔진(1)의 출력 토크가 상기 구동륜(2)에 전달될 때까지의 시간이 비교적 짧다. 그러므로, 통상의 협조 제어를 통해 상기 엔진(1)이 시동되고(단계 S4), 그 후에 상기 루틴이 일단 종료된다. 상기 통상의 협조 제어에서는, 상기 클러치 K0의 토크 용량과 상기 제1모터제너레이터(10)의 출력 토크에 걸쳐 협조 제어를 실행함으로써 상기 엔진(1)이 크랭크된 다음, 상기 클러치 K0이 완전 계합된다. 상기 클러치 K0이 슬립없이 완전 계합된 후, 상기 엔진(1)이 점화된다. 구체적으로는, 상기 제1모터제너레이터(10)의 출력 토크는, 상기 클러치 K0의 토크 용량에 기어비를 곱하여 얻어진 값으로부터 소정값을 감산하여 얻어진 값으로 제어된다. 여기서, 상기 클러치 K0의 토크 용량은, 상기 클러치 K0의 내구성을 고려한 값, 차량에 쇼크가 발생하지 않는 값 등이고, 상기 소정값은 상기 캐리어(6)의 회전 속도가 증가되도록 결정된다. 이러한 방식으로 협조 제어를 실행함으로써, 상기 엔진 회전 속도를 점진적으로 증가시킬 수 있다. 즉, 상기 엔진(1)을 크랭크시킬 수 있고, 또한 상기 클러치 K0을 동기화하여 상기 클러치 K0을 완전 계합시킬 수 있다. 통상의 협조 제어에서는, 상기 엔진(1)이 시동되는 회전 속도까지 상기 엔진 회전 속도가 증가되는 경우, 상기 엔진 회전 속도가 상기 캐리어(6)의 회전 속도와 일치하는 것, 즉 상기 클러치 K0이 동기화되는 것이 바람직하다.
상기 요구 구동력 F가 비교적 큰 경우, 상술된 통상의 협조 제어가 실행된다면, 상기 엔진(1)이 시동된 다음, 상기 제1모터제너레이터(10)의 회전 속도를 증가시켜, 상기 엔진 회전 속도가 상기 요구 구동력 F에 의거한 목표 엔진 회전 속도까지 증가된다. 이러한 경우에는, 상기 엔진 회전 속도가 목표 엔진 회전 속도까지 증가되고 있는 동안, 상기 엔진(1)의 출력 토크가 구동력으로서 상기 구동륜(2)에 전달되지 않는다. 그러므로, 도 1에 도시된 제어의 예에서는, 상기 요구 구동력 F가 비교적 크고, 단계 S3에서 긍정적인 판정(affirmative determination)이 이루어지는 경우, 먼저 상기 제1모터제너레이터(10)의 출력 토크와 상기 클러치 K0의 토크 용량에 걸쳐 협조 제어를 실행함으로써 상기 엔진(1)이 크랭크된다(단계 S5). 구체적으로는, 상기 클러치 K0이 슬립 제어를 겪는 동안, 상기 제1모터제너레이터(10)의 출력 토크는 상기 엔진 회전 속도가 증가하는 방향으로 출력된다. 상기 제1모터제너레이터(10)의 출력 토크와 상기 클러치 K0의 토크 용량은 통상의 협조 제어와 동일할 수도 있다. 상기 제1모터제너레이터(10)의 출력 토크는 상기 통상의 협조 제어의 그것보다 클 수도 있다. 단계 S5에서 상기 엔진(1)이 크랭크되면, 상기 클러치 K0이 슬립되도록 상기 클러치 K0의 토크 용량이 제어된다. 따라서, 상기 엔진 회전 속도가 상기 캐리어(6)의 회전 속도와 일치하는 경우 또는 상기 엔진 회전 속도가 상기 캐리어(6)의 회전 속도와 상이한 경우가 있다.
단계 S5가 실행되고 있을 때의 상기 동력 분할 기구(3)의 회전 요소들의 운전 상태들의 일례가 도 2에 도시되어 있다. 도 2에 도시된 예에서는, 상기 클러치 K0을 슬립시켜 상기 엔진 회전 속도가 증가된다. 이 때, 상기 제1모터제너레이터(10)로부터 도 2에 도시된 상측으로 토크가 출력되면, 상기 출력 토크에 의해 상기 엔진(1)을 크랭크시킬 수 있다. 단계 S5는 단지 상기 클러치 K0이 슬립되면서 상기 엔진(1)을 크랭크시키기만 하면 된다. 그러므로, 스타터 모터(도시되지 않음)가 설치될 수도 있고, 상기 엔진(1)이 스타터 모터에 의해 크랭크될 수도 있다. 즉, 상기 제1모터제너레이터(10)의 출력 토크 또는 상기 클러치 K0을 통해 상기 엔진(1)에 전달되는 주행 관성을 이용하여 상기 엔진(1)을 크랭크시키는 것으로 한정되지 않는다.
단계 S5에서 상기 엔진(1)이 크랭크되어, 상기 엔진 회전 속도가 엔진이 시동될 수 있게 하는 소정의 회전 속도까지 증가하면, 상기 엔진(1)이 점화된다(단계 S6). 반대로, 상기 엔진 회전 속도가 아직 엔진이 시동될 수 있게 하는 소정의 회전 속도까지 증가되지 않은 경우에는, 단계 S5가 반복 실행한다. 상기 엔진(1)의 초기 연소 시의 과도기적인 출력 토크가 상기 구동륜(2)에 전달되어 쇼크가 발생하는 것을 억제하거나 방지하기 위해서, 또는 상기 엔진(1)의 초기 연소를 통해 발생하는 토크에 대항하는 토크를 저감하기 위해서는, 단계 S6에서 상기 엔진(1)이 점화될 때, 상기 제1모터제너레이터(10)의 출력 토크가 "0"으로 설정될 수도 있다. 이러한 방식으로, 상기 제1모터제너레이터(10)의 출력 토크가 "0"으로 제어되면, 상기 동력 분할 기구(3)가 중립 상태로 들어간다. 그러므로, 초기 연소 시의 과도기적인 출력 토크가 상기 구동륜(2)에 전달되는 것을 억제하거나 방지할 수 있다. 상기 엔진(1)의 초기 연소 시에 발생하는 토크에 대항하는 토크가 비교적 작기 때문에, 상기 엔진 회전 속도가 신속하게 증가할 수 있다.
도 3은 엔진(1)이 점화될 때의 동력 분할 기구(3)의 회전 요소들의 운전 상태들의 일례를 보여준다. 도 3에 도시된 예에서는, 상기 엔진(1)이 크랭크될 때 통상의 협조 제어의 경우에서와 같이, 상기 제1모터제너레이터(10)의 출력 토크와 상기 클러치 K0의 토크 용량이 제어되는 경우가 도시되어 있다. 이러한 방식으로 제어되는 경우에는, 상기 제1모터제너레이터(10)의 회전 속도가 점진적으로 저하되고, 또한 상기 캐리어(6)의 회전 속도가 점진적으로 저하된다. 다른 한편으로, 상기 엔진(1)의 회전 속도는 상기 클러치 K0으로부터 전달되는 토크에 의해 증가된다. 즉, 상술된 통상의 협조 제어의 경우에서와 같이 상기 엔진(1)이 크랭크된다. 따라서, 도 3에 도시된 예에서는, 상기 엔진 회전 속도가 상기 캐리어(6)의 회전 속도와 일치하고, 또한 상기 제1모터제너레이터(10)의 회전 속도가 도 2에 도시된 상태에 비해 역회전 방향으로 증가된다. 도 3에서는, 상기 엔진 회전 속도가 상기 캐리어(6)의 회전 속도와 일치하지만, 예컨대 상기 엔진(1)이 스타터 모터에 의해 크랭크되는 경우 또는 상기 제1모터제너레이터(10)의 출력 토크가 통상의 협조 제어보다 크게 출력되는 경우에는, 상기 캐리어(6)의 회전 속도가 상기 엔진(1)이 시동될 수 있게 하는 회전 속도보다 높아질 수도 있다.
단계 S6에서 상기 엔진(1)이 점화되면, 상기 엔진(1)으로부터 토크가 출력된다(단계 S7). 이 때, 상기 HV 모드의 경우에는, 상기 요구 구동력 F에 의거하여 결정된 상기 엔진(1)의 출력 파워가 얻어지도록 상기 엔진(1)으로 공급되는 연료량이 제어되고, 또한 상기 엔진(1)의 회전 속도가 상기 요구 구동력 F 및 상기 최적의 연비선에 의거하여 결정되는 상기 엔진(1)의 운전점이 되도록 상기 스로틀 밸브의 개도 등이 제어된다. 후속해서, 상기 클러치 K0의 입력측 부재인 상기 엔진(1)의 회전 속도가, 상기 클러치 K0의 출력측 부재인 입력축(I/P축)(7)의 회전 속도 이상인 지의 여부를 판정한다(단계 S8). 구체적으로는, 상기 엔진(1)이 점화되는 타이밍에 상기 엔진 회전 속도가 상기 입력축(7)의 회전 속도보다 낮은 경우, 상기 클러치 K0이 슬립되기 때문에, 상기 입력축(7)의 회전 속도에 구속되지 않으면서 상술된 운전점이 되도록 상기 엔진 회전 속도가 증가된다. 그러므로, 엔진 시동 후에 소정의 시간이 경과하면, 상기 엔진 회전 속도가 상기 입력축(7)의 회전 속도보다 높게 되고, 단계 S8에서 긍정적인 판정이 이루어진다. 상기 입력축(7)의 회전 속도가 상기 엔진(1)이 시동되는 타이밍의 회전 속도보다 낮은 경우에는, 상기 엔진(1)이 점화되고, 이와 동시에 단계 S8에서 긍정적인 판정이 이루어진다. 상기 엔진 회전 속도가 상기 입력축(7)의 회전 속도보다 낮은 경우에는, 상기 엔진 회전 속도가 증가하여 상기 입력축(7)의 회전 속도 이상이 될 때까지 단계 S7이 반복 실행된다.
단계 S8에서 긍정적인 판정이 이루어지면, 상기 엔진(1)의 출력 토크가 상기 입력축(7)에 전달된다. 다시 말해, 상기 입력축(7) 또는 상기 캐리어(6)의 회전 속도가 증가되도록 상기 엔진(1)의 출력 토크가 전달된다. 그러므로, 상기 입력축(7)에 전달된 토크가 상기 구동륜(2)에 전달된다. 보다 구체적으로는, 상기 엔진(1)로부터 상기 입력축(7)에 전달된 토크가 상기 링 기어(5)의 회전 속도를 증가시키는 방향으로 작용하도록 상기 제1모터제너레이터(10)의 출력 토크가 제어된다(단계 S9). 구체적으로는, 상기 제1모터제너레이터(10)의 출력 토크는, 상기 클러치 K0의 토크 용량에 기어비를 곱하여 얻어진 토크로 제어된다. 이러한 방식으로 상기 제1모터제너레이터(10)의 출력 토크가 제어되는 경우에는, 상기 캐리어(6)의 회전 속도와 차속에 의거하여 상기 제1모터제너레이터(10)가 파워 주행 제어(power running control) 또는 회생 제어를 겪게 된다.
상기 제1모터제너레이터(10)의 출력 토크가 상술된 바와 같이 상기 클러치 K0을 통해 상기 동력 분할 기구(3)에 입력된 토크의 반력이 되도록 제어되면서, 상기 클러치 K0의 토크 용량이 점진적으로 증가된다(단계 S10). 상기 클러치 K0의 토크 용량은, 상기 클러치 K0의 내구성 등을 고려하여 증가율에 있어서 결정될 수도 있고, 상기 클러치 K0의 입력측 회전 속도와 출력측 회전 속도 간의 차이에 의거하여 결정될 수도 있으며, 또는 실제 엔진 회전 속도와 목표 회전 속도 간의 차이에 의거하여 결정될 수도 있다. 즉, 상기 클러치 K0의 토크 용량은 단지 증가되기만 하면 되므로, 상기 토크 용량을 증가시키는 여하한의 방법이 사용된다.
도 4는 클러치 K0의 토크 용량이 제어되면서, 상기 엔진(1)으로부터 전달된 토크가 상기 링 기어(5)의 회전 속도를 증가시키는 방향으로 작용하도록, 즉 상기 토크가 상기 동력 분할 기구(5)에서 반력으로서 작용하도록 상기 제1모터제너레이터(10)의 출력 토크가 제어되는 상태에서의 상기 동력 분할 기구(3)의 회전 요소들의 운전 상태들의 일례를 보여준다. 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 엔진(1)의 회전 속도가 상기 입력축(7)의 회전 속도, 즉 상기 캐리어(6)의 회전 속도보다 높다. 상기 엔진(1)의 출력 토크가 상기 클러치 K0을 통해 상기 입력축(7)에 전달되기 때문에, 상기 입력축(7)의 회전 속도가 증가한다. 또한, 상기 제1모터제너레이터(10)의 출력 토크가 상기 입력축(7)으로부터 상기 동력 분할 기구(3)로 전달된 토크에 대항하는 반력으로서 제어되고, 상기 동력 분할 기구(3)에 전달된 토크는 상기 링 기어(5)를 통해 상기 구동륜(2)에 전달된다. 도 4에 도시된 예에서는, 상기 제1모터제너레이터(10)가 파워 주행 제어를 겪는다. 상기 캐리어(6)의 회전 속도는 상기 엔진(1)의 출력 토크에 의해 증가되므로, 이에 따라 상기 제1모터제너레이터(10)의 회전 속도가는 도 3에 도시된 회전 속도보다 "0"에 근접하게 된다.
단계 S10에서 상기 클러치 K0의 토크 용량을 점진적으로 증가시킴으로써, 상기 클러치 K0의 입력측 회전 속도와 출력측 회전 속도 간의 차이가 점진적으로 저감되고, 최종적으로는 이들 회전 속도가 서로 일치하게 된다. 이러한 방식으로 상기 클러치 K0의 입력측 회전 속도와 출력측 회전 속도가 서로 일치하는 경우, 상기 클러치 K0는 완전 계합된다. 따라서, 단계 S10 이후, 상기 클러치 K0이 완전 계합되는 지의 여부를 판정한다(단계 S11). 상기 클러치 K0이 완전 계합되어 단계 S11에서 긍정적인 판정이 이루어지면, 상기 루틴이 일단 종료된다. 반대로, 상기 클러치 K0의 입력측 회전 속도와 출력측 회전 속도가 아직 일치하지 않고, 상기 클러치 K0이 완전 계합되지 않은 경우에는, 단계 S11에서 부정적인 판정이 이루어지고, 또한 상기 클러치 K0이 완전 계합될 때까지, 단계 S10이 반복 실행된다.
도 5는 클러치 K0이 완전 계합될 때에 동력 분할 기구(3)의 회전 요소들의 운전 상태들의 일례를 보여준다. 도 5에 도시된 예에서는, 상기 요구 구동력 F에 의거하여 상기 엔진(1)의 출력 파워가 제어된다. 따라서, 도 5에 도시된 공선도에서는, 상기 엔진(1)의 출력 토크가 상방향으로 전달된다. 다른 한편으로, 상기 제1모터제너레이터(10)의 출력 토크는 상기 동력 분할 기구(3)의 반력이 되도록 제어되고, 또한 상기 엔진(1)의 회전 속도가 상기 요구 구동력 F 및 최적의 연비선에 의거하여 결정되는 회전 속도가 되도록 상기 제1모터제너레이터(10)의 회전 속도가 제어된다. 따라서, 상기 제1모터제너레이터(10)의 출력 토크의 방향이 도 5에서의 하방향이 된다. 이 때의 제1모터제너레이터(10)의 회전 속도가 정회전 방향인 경우, 상기 제1모터제너레이터(10)는 제너레이터로서 기능하는 반면, 역회전 방향인 경우에는, 상기 제1모터제너레이터(10)가 모터로서 기능한다.
상술된 바와 같이 상기 엔진(1)이 점화될 때에 상기 클러치 K0을 슬립시킴으로써, 상기 엔진(1)의 초기 연소를 통해 발생되는 토크에 대항하여 토크가 작용하는 것을 억제하거나 방지할 수 있으므로, 상기 엔진 회전 속도를 신속하게 증가시킬 수 있다. 이와 유사하게, 상기 엔진 회전 속도가 상기 입력축(7)의 회전 속도보다도 느린 동안에는, 상기 클러치 K0을 슬립시킴으로써, 상기 엔진(1)에 의해 발생된 에너지를 이용하여 상기 엔진 회전 속도를 신속하게 증가시킬 수 있다. 다시 말해, 상기 제1모터제너레이터(10)의 회전 속도를 제어하여 상기 엔진 회전 속도를 증가시킬 필요는 없다. 상기 엔진(1)이 점화되어 상기 엔진 회전 속도가 상기 입력축(7)의 회전 속도보다 높아지면, 상기 엔진(1)의 출력 토크와 상기 엔진(1)의 관성 토크가 상기 동력 분할 기구(3)에 전달된다. 이 때, 상기 동력 분할 기구(3)의 반력으로서 상기 제1모터제너레이터(10)의 출력 토크를 제어함으로써, 상기 엔진(1)으로부터 상기 동력 분할 기구(3)로 전달된 토크를 상기 구동륜(2)에 전달시킬 수 있다. 그러므로, 상기 엔진 회전 속도가 증가될 때까지의 시간을 단축할 수 있고, 또한 상기 엔진 회전 속도가 목표 회전 속도까지 증가하기 전에 상기 구동륜(2)에 토크를 전달할 수 있다. 그 결과, 상기 엔진-분리형 EV 모드로부터 상기 HV 모드로 전환할 때, 구동력이 출력되지 않는 시간을 단축할 수 있다. 다시 말해, 상기 엔진-분리형 EV 모드로부터 상기 HV 모드로 전환하기 위한 제어의 응답성을 향상시킬 수 있다.
본 발명에서 대상으로 할 수 있는 차량은 단지 차동 기구의 회전 요소들 중 어느 하나에 작용하는 토크 용량을 제어하는 클러치를 포함하기만 하면 된다. 따라서, 상기 제1모터제너레이터(10)와 상기 선 기어(4) 사이에 클러치가 설치될 수도 있고, 또는 상기 링 기어(5)의 출력측에 클러치가 설치될 수도 있다. 상기 클러치 K0 대신에, 복수의 클러치를 포함하는 변속 유닛이 설치될 수도 있다. 나아가, 상기 차동 기구는 더블-피니언형 유성 기어 기구일 수도 있고, 또는 차동 작용을 구비한 또다른 구성일 수도 있다. 상기 클러치 K0은 단지 계합 압력을 제어할 수 있기만 하면 된다. 따라서, 상기 클러치 K0은 유압에 의해 계합 압력이 제어되는 클러치, 전자력에 의해 상기 계합 압력이 제어되는 클러치 등일 수도 있다.

Claims (4)

  1. 하이브리드 차량으로서,
    엔진;
    구동륜;
    제1모터;
    상기 구동륜에 토크를 전달하는 제2모터;
    상기 엔진의 토크를 전달하는 제1회전요소, 상기 제1모터의 토크를 전달하는 제2회전요소, 및 상기 구동륜에 토크를 전달하는 제3회전요소를 포함하는 차동 기구;
    상기 제1회전요소, 상기 제2회전요소, 및 상기 제3회전요소 중 어느 하나에 작용하는 토크의 용량을 제어하는 클러치; 및
    하기 방식, 즉
    (a) 상기 클러치가 슬립되는 상태에서 상기 엔진을 시동하고, 및
    (b) 상기 클러치가 슬립되는 상태에서 상기 제1회전요소의 회전 속도가 상승하는 동안 상기 엔진으로부터 토크가 전달되는 경우, 상기 제1회전요소로부터 상기 차동 기구로 입력되는 토크가 상기 제3회전요소로부터 출력되도록, 상기 제1모터로부터 토크를 출력함으로써 상기 구동륜의 회전 속도를 증가시키는 방식으로,
    상기 클러치가 해제되어 상기 제2모터의 출력 토크가 상기 구동륜에 전달되는 상태에서 상기 하이브리드 차량이 주행하는 EV 모드로부터, 상기 클러치가 계합되어 상기 엔진의 출력 토크가 상기 구동륜에 전달되는 상태에서 상기 하이브리드 차량이 주행하는 HV 모드로 전환하도록 구성된 제어유닛을 포함하고,
    상기 제어유닛은, 상기 제어유닛이 상기 엔진을 시동하는 경우, 상기 제1모터의 출력 토크를 제로로 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어유닛은, 상기 엔진의 회전 속도가 상기 제1회전요소의 회전 속도 이상이 되는 경우, 상기 제1회전요소로부터 상기 차동 기구로 입력되는 토크가 상기 제3회전요소로부터 출력되도록 상기 제1모터로부터 토크를 출력함으로써, 상기 구동륜의 회전 속도를 증가시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량.
  3. 삭제
  4. 엔진,
    구동륜,
    제1모터,
    상기 구동륜에 토크를 전달하는 제2모터,
    상기 엔진의 토크를 전달하는 제1회전요소, 상기 제1모터의 토크를 전달하는 제2회전요소, 및 상기 구동륜에 토크를 전달하는 제3회전요소를 포함하는 차동 기구;
    상기 제1회전요소, 상기 제2회전요소, 및 상기 제3회전요소 중 어느 하나에 작용하는 토크의 용량을 제어하는 클러치; 및
    제어유닛을 포함하는 하이브리드 차량의 제어방법으로서,
    하기 방식, 즉
    (a) 상기 클러치가 슬립되는 상태에서 상기 엔진을 시동하고, 및
    (b) 상기 클러치가 슬립되는 상태에서 상기 제1회전요소의 회전 속도가 상승하는 동안 상기 엔진으로부터 토크가 전달되는 경우, 상기 제1회전요소로부터 상기 차동 기구로 입력되는 토크가 상기 제3회전요소로부터 출력되도록 상기 제1모터로부터 토크를 출력함으로써 상기 구동륜의 회전 속도를 증가시키는 방식으로,
    상기 클러치가 해제되어 상기 제2모터의 출력 토크가 상기 구동륜에 전달되는 상태에서 상기 하이브리드 차량이 주행하는 EV 모드로부터, 상기 클러치가 계합되어 상기 엔진의 출력 토크가 상기 구동륜에 전달되는 상태에서 상기 하이브리드 차량이 주행하는 HV 모드로 전환하는 단계를 포함하고,
    상기 제어유닛은, 상기 제어유닛이 상기 엔진을 시동하는 경우, 상기 제1모터의 출력 토크를 제로로 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 제어방법.
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