KR102161711B1 - 자동 차량의 하이브리드 트랜스미션의 부재들을 제어하는 방법 - Google Patents

자동 차량의 하이브리드 트랜스미션의 부재들을 제어하는 방법 Download PDF

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루도빅 메리엔느
티바우트 바우만
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르노 에스.아.에스.
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Abstract

본 발명은 엔진, 상기 엔진에 회전시에 기계적으로 결합되는 보조 전기 기계 및 주 전기 기계를 포함하는 자동차의 하이브리드 트랜스미션을 제어하는 방법에 관한 것으로서, 상기 방법은, 상기 엔진만이 토크하에서 부하를 받는 운행 국면에서, 상기 보조 전기 기계의 출력에서 제로 토크를 보장하기 위하여, 인버터에 의하여 상기 보조 전기 기계로 제공되는 전류를 조절하는 단계 및, 인버터가 제로 전류를 달성하는 상기 조절의 차단 단계를 포함하며, 상기 차단은 보조 전기 기계의 회전 속도가 절대값에서 토크 설정 영역(C1, C2)에 대하여 미리 결정된 쓰레숄드 속도(N2) 보다 낮을 때 활성화되고, 토크 설정 영역에서는 상기 보조 전기 기계에 의해 제공되는 토크가 상기 보조 전기 기계에 의해 발생되는 무부하 기계 손실에 실질적으로 대응한다.

Description

자동 차량의 하이브리드 트랜스미션의 부재들을 제어하는 방법
본 발명은 모터 차량의 하이브리드 트랜스미션 분야에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 모터 차량의 하이브리드 트랜스미션의 부재들을 제어하는 방법에 관한 것으로서, 이것은 1 차적으로 구동 연소 엔진을 포함하고 2 차적으로, 회전시에 기계적으로 연소 엔진에 연결되는, 고전압 시동 발전기(high voltage starter generator, HSG)로 지칭되는 보조 전기 기계(auxiliary electric machine) 및 주 전기 기계(main electric machine)를 포함한다.
하이브리드 트랜스미션(hybrid transmission)은 모터 차량의 파워 트레인(power train)이 각각 연소 및 전기인 2 개의 동력원을 이용할 수 있게 하는데, 여기에서는 토크(torque)의 기여가 순수한 연소 모드 또는 순수한 전기 모드에서 축적될 수 있거나(하이브리드 모드) 또는 분리되어야 사용될 수 있으며, 상기 순수한 연소 모드에서는 전기 기계는 토크를 전달하지 않으며, 상기 순수한 전기 모드에서는 연소 엔진이 파워 트레인에 토크를 전달하지 않는다.
파워 트레인(power train)이 연소 엔진에 결합된 보조 전기 기계 및 주 전기 기계(main electric machine)를 가지는 하이브리드 트랜스미션 구조가 알려져 있다. 그러한 보조 기계는 고전압 시동 발전기(high-voltage starter generator)로서 공지되어 있다. 이러한 보조 전기 기계의 존재는 다수의 기능들을 트랜스미션에 부가하는데 도움이 되며, 특히 연소 엔진이 시동되는 속도에 관련하여 그러하다. 도 1 은 그러한 하이브리드 트랜스미션 구조를 위한 예시적인 기어박스의 개략적인 도면이다. 트랜스미션(1)은 1 차적으로 구동 연소 엔진(2)을 가지고 2 차적으로 주 전기 기계(미도시) 및 보조 HSG 전기 기계(3)를 가지는 모터 차량에 설치되도록 설계된다. 보조적인 전기 기계(3)는 바람직스럽게는 (그러나 반드시 그러한 것은 아니다) 영구 자석 모터이다. 트랜스미션(1)은 제 1 라인(4), 제 2 라인(5) 및 보조 라인(6)을 가진다. 기어들은 제 1 라인과 제 2 라인 사이 제 1 라인과 보조 라인 사이에 각각 배치됨으로써, 하나 이상의 모터로부터의 토크를, 모터 차량의 바퀴들을 구동하는 부재로 전동시킨다.
제 1 라인(4)은 그 어떤 적절한 수단이라도 이용하여 연소 엔진(2)에 연결된 중실의 제 1 샤프트(7) 및, 상기 중실의 제 1 샤프트(7)와 동일축에 있는 중공의 제 1 샤프트(8)를 가진다. 중실의 제 1 샤프트는 2 개의 자유롭게 회전하는 아이들러 기어(idler gear, 7a, 7b)들을 유지하며, 상기 기어들은 예를 들어 도그 클러치(dog clutch)와 같은 제 1 결합 시스템(9)에 의하여 중실의 제 1 샤프트에 선택적으로 연결(link)될 수 있다. 중공의 제 1 샤프트는 2 개의 고정된 기어(8a, 8b)들을 유지한다.
제 2 라인(5)은 제 1 샤프트들에 평행한 중실의 제 2 샤프트(10)이다. 제 2 샤프트(10)는 2 개의 자유롭게 회전하는 아이들러 기어(idler gear, 12a, 12b)들을 유지하며, 이들은 예를 들어 도그 클러치와 같은 제 2 결합 시스템(11)에 의하여 제 2 샤프트(10)에 선택적으로 연결될 수 있다. 이러한 샤프트도 2 개의 고정된 기어(10a, 10b)들을 유지한다.
중실의 제 1 샤프트(7)의 제 1 아이들러 기어(7a)는 제 2 샤프트(10)의 제 1 고정 기어(10a)와 맞물려서 제 1 스텝 다운 기어(step-down gear)를 형성하는데, 이것은 트랜스미션(1)의 제 2 기어 비율에 대응한다. 중실의 제 1 샤프트(7)의 제 2 아이들러 기어(7b)는 제 2 샤프트(10)의 제 2 고정 기어(10b)와 맞물려서 제 2 스텝 다운 기어를 형성하는데, 이것은 트랜스미션(1)의 제 4 기어 비율에 대응한다. 중공의 제 1 샤프트(8)의 2 개의 고정된 기어(8a, 8b)들은 제 2 샤프트(10)의 제 1 및 제 2 아이들러 기어(12a, 12b)들과 각각 맞물려서 주 전기 기계의 제 1 비율(EV1)에 대응하는 제 3 스텝 다운 기어 및 동일한 기계의 제 2 비율(EV2)에 대응하는 제 4 스텝 다운 기어를 각각 형성한다. 제 2 샤프트(10)에 의해 유지되는 제 2 결합 장치(11)는 이러한 2 개의 전기 비율(EV1, EV2)이 연계될 수 있게 한다.
보조 라인(6)은 중실의 보조 샤프트(13)를 가지며, 이것은 제 1 및 제 2 샤프트들에 평행하고 보조 전기 기계의 고정된 입력 기어(14)에 의해 보조 전기 기계(3)에 결합되는데, 고정된 입력 기어는 중실의 보조 샤프트(13)상에 유지된 고정 보조 결합 기어(15)와 맞물린다. 중실의 보조 샤프트(13)는 2 개의 자유롭게 회전하는 아이들러 기어(13a, 13b)들을 유지하며, 이들은 예를 들어 도그 클러치와 같은 제 3 결합 시스템(16)에 의하여 중실의 보조 샤프트(13)에 선택적으로 연결될 수 있다. 중실의 보조 샤프트(13)의 2 개의 아이들러 기어(13a, 13b)들은 각각 중공의 제 1 샤프트(8)의 제 2 고정 기어(8b) 및 중실의 제 1 샤프트(7)의 제 2 아이들러 기어(7b)와 맞물린다.
중실의 제 1 샤프트(7)는 또한 보조 샤프트의 고정된 결합 기어(15)와 맞물린 고정된 제 1 결합 기어(17)를 유지하여, 보조 샤프트(13)로의 연속적인 움직임의 전동을 보장한다. 따라서 중실의 제 1 샤프트(7)에 연결된 연소 엔진(2)은 보조 전기 모터(3)에 영구적으로 연결된다. 보조 전기 모터는 피구동 모드(driven mode)에 있는 것으로 간주되며 그에 의하여 속도는 기계적으로 결정된다. 즉, 각각 연소 엔진(2) 및 보조 전기 모터(3) 인 2 개의 모터들은 기어 체인(14, 15, 17)에 의해 형성된 비율에 따라서 비례적인 속도로 시스템적으로 회전한다. 다양한 국면들에서, 보조 전기 모터는 토크를 전달하도록 요청되지 않는다. 이것은 차량이 연소 엔진으로부터만 토크를 필요로 하는 때인, 예를 들어 고속 도로상의 차량의 이동 국면 동안에 전형적으로 발생된다.
특히 구동 조건들의 함수로서 차량의 파워 트레인에서 상이한 모터들로 보내져야 하는 최적의 설정점(setpoint)을 결정하는 차량의 에너지 관리 법칙이, 작동을 위하여 파워 트레인에 오직 연소 엔진만이 필요하다는 점을 식별하는 이러한 경우에, 상기 법칙은 주 전기 모터의 맞물림 해제를 판단함으로써 주 전기 모터는 회전을 중지할 수 있다. 역으로, 위에서 설명된 트랜스미션 구조의 결과로서, 보조적인 HSG 전기 모터는 맞물림 해제될 수 없으며, 0 nm 의 토크 설정점을 수신하면서 연소 엔진 속도의 함수로서 계속 회전한다.
보조적인 전기 모터의 출력 샤프트상의 제로 토크를 보장하기 위하여, 보조적인 전기 모터의 회전에 의해 발생되는 기계적 손실을 보상하도록 모터의 국면들 동안에 매우 낮은 전류가 제공되어야 한다. 즉, 종래 기술에서는, 제로 토크 설정점이 보조 전기 모터로 보내질 때, 보조 전기 모터를 제어하는 인버터는 보조적인 전기 모터의 출력 샤프트상의 제로 토크를 보장하기 위하여 매우 낮은 전류를 조절하여야 한다.
또한 보조적인 전기 모터가 토크를 전달하도록 요청되지 않는 차량의 운행 국면들에서, 연소 엔진에 기계적으로 결합된 보조적인 전기 모터를 제어하는 인버터의 전기 소비를 최적화시킬 필요가 있다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 필요성을 충족시킬 수 있는 차량의 하이브리드 트랜스미션의 부재들을 제어하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
이러한 목적은 1 차적으로 구동 연소 엔진 및, 2 차적으로 상기 구동 연소 엔진에 기계적으로 회전되게 연결된 보조 전기 기계 및 주 전기 기계를 포함하는, 모터 차량의 하이브리드 트랜스미션의 부재들을 제어하는 방법을 이용하여 달성되는데, 상기 부재들로 보내지는 토크 설정점들은 상기 부재들 각각의 사이에서 토크 분배 선택에 따라서 판단되고, 상기 방법은, 상기 연소 엔진만이 토크를 전달할 필요가 있는 차량의 적어도 하나의 운행 국면을 식별하는 단계 및, 상기 보조 전기 기계의 출력에서 제로 토크를 보장하기 위하여, 상기 운행 국면내에서, 차량의 고전압 배터리에 연결된 상기 보조 전기 기계의 제어 인버터(control inverter)에 의하여 상기 보조 전기 기계에 공급되는 전류를 조절하기 위한 조절 단계를 포함하고, 상기 방법은,
상기 전류 조절이 차단되는 단계를 구비하고, 상기 전류 차단 단계에서 인버터는 제로 전류를 전달하고, 상기 전류 조절의 차단 단계는 상기 보조 전기 기계의 회전 속도의 절대값이 토크 설정점 범위에 대하여 미리 결정된 쓰레숄드 속도 보다 작을 때 활성화되고, 토크 설정점 범위에서 상기 보조 전기 기계에 의해 전달되는 토크는 상기 보조 전기 기계에 의해 발생된 무부하 기계 손실(no-load mechanical losses)에 실질적으로 맞춰지는(match) 것을 특징으로 한다.
유리하게는, 상기 미리 결정된 쓰레숄드 속도는 모터 차량의 고전압 배터리의 전압에 따른다.
바람직스럽게는, 전류 조절이 차단되는 단계는, 차량의 고전압 배터리의 전압의 함수로서 미리 결정된 쓰레숄드 속도를 제공하는 표(table)의 함수로서 활성화된다.
상기 방법은 바람직스럽게는 영구 자석 모터인 보조적인 전기 기계를 위하여 구현된다.
변형예에 따르면, 상기 보조 전기 기계는 권선 회전자 동기화 전기 모터(wound-rotor synchronous electric motor)이고, 상기 전류 조절이 차단되는 단계는, 상기 보조 전기 기계의 회전 속도에 관련된 조건 대신에, 회전자 전류가 미리 결정된 쓰레숄드 전류보다 낮을 때 활성화된다.
유리하게는, 상기 토크 설정점의 범위는 바람직스럽게는 0.1 nm 로 초과되거나 또는 미달되는 마진(margin)을 가지고, 대략 -0.3 nm 에 중심을 둔다.
바람직스럽게는, 전류 조절이 차단되는 단계가 활성화되었을 때, 인버터의 전력 스위치들은 전적으로 개방 상태에서 사용된다.
본 발명은 또한 1 차적으로 구동 연소 엔진 및, 2 차적으로 상기 구동 연소 엔진에 회전되게 기계적으로 연결된 보조 전기 기계 및 주 전기 기계를 포함하는, 모터 차량의 하이브리드 트랜스미션의 부재들을 제어하는 제어 장치에 관한 것으로서, 상기 제어 장치는 상기 부재들 각각의 사이의 토크 분배 선택에 따라서 판단된, 상기 부재들로 보내질 토크 설정점을 판단하도록 설계된 전자 제어 유닛을 가지고, 상기 전자 제어 유닛은, 상기 연소 엔진만이 토크를 전달하도록 요구되는 차량의 적어도 하나의 운행 국면을 식별하도록 설계되고, 그리고 상기 운행 국면내에서, 상기 보조 전기 기계의 출력에서 제로 토크를 보장하기 위하여 상기 보조 전기 기계에 공급되는 전류를 조절하게끔, 차량의 고전압 배터리에 연결된 상기 보조 전기 기계의 제어 인버터에 명령하도록 설계되며, 상기 전자 제어 유닛은 인버터가 제로 전류를 전달하도록 인버터에 의한 전류 조절의 차단을 촉발(trigger)하도록 설계되며, 상기 차단은 상기 보조 전기 기계의 회전 속도의 절대값이 토크 설정점 범위에 대하여 미리 결정된 쓰레숄드 속도 보다 작을 때 활성화되고, 토크 설정점 범위내에서는 상기 보조 전기 기계에 의해 전달되는 토크가 상기 보조 전기 기계에 의해 발생된 무부하 기계 손실(no-load mechanical losses)에 실질적으로 맞춰지는(match) 것을 특징으로 한다.
유리하게는, 상기 전자 제어 유닛은 모터 차량의 고전압 배터리의 전압의 함수로서 미리 결정된 쓰레숄드 속도를 제공하는 표의 함수로서 인버터에 의한 전류 조절의 차단을 활성화하도록 설계된다.
이러한 장치는 예를 들어 하나 이상의 프로세서들(processors)을 포함하거나 또는 하나 이상의 프로세서들에 설치된다.
본 발명은 또한 1 차적으로 구동 연소 엔진 및, 2 차적으로 상기 구동 연소 엔진에 회전되게 기계적으로 연결된 보조 전기 기계 및 주 전기 기계를 포함하는 하이브리드 트랜스미션을 구비한 모터 차량을 제안하며, 상기 모터 차량은 위에서 설명된 제어 장치를 구비한다.
본 발명의 다른 세부 내용 및 장점들은 첨부된 도면을 참조하여 비제한적인 예로서 아래에 주어진 본 발명의 특정 실시예에 대한 설명에 기재되어 있다.
도 1 은 본 발명에 따른 제어 방법이 구현될 수 있는 하이브리드 트랜스미션의 개략적인 도면이다.
도 2 는 토크/회전 속도 평면에서 본 발명의 원리에 따른 인버터에 의한 전류 조절에 대한 컷 오프 영역의 개략적인 도면으로서, 즉, 상기 영역은 인버터가 전류 조절을 정지하는 "인버터 오프(inverter off)" 모드로, 보조 전기 기계를 제어하는 인버터가 전환되는 상기 평면에서 정의된다.
본 발명은 차량의 운행 국면(movement phases)에서 HSG 전기 모터를 제어하는 인버터(inverter)의 전력 소비를 최적화시키도록 의도된 것으로서, 상기 모터는 토크를 전달할 필요는 없지만, 그럼에도 불구하고 도 1 에 도시된 하이브리드 트랜스미션 구조에 따라서, 상기 전기 모터가 회전시에 기계적으로 링크(link)된 연소 엔진과 같은 속도로 회전한다. 실제로, 차량의 다양한 운행 국면(phase)이 있는데, 통상적으로 고속 도로상의 장거리 여행을 포함하며, 여기에서 HSG 전기 모터는 필요하지 않으며 차량은 오직 차량의 연소 엔진에 의해 전달되는 토크만을 필요로 한다. 항상, 그러한 운행 국면이 식별될 때, 차량의 에너지 관리 법칙은 제로 토크 설정점(zero torque setpoint)을 HSG 모터에 보내도록 설계되며, 그럼에도 불구하고 연소 엔진에 의한 회전시에 구동되는 전기 모터와 관련된 기계적 손실을 보상하도록 전기 모터의 국면에서 저 전류(low current)의 조절을 필요로 하는데, 이것은 전기 모터를 제어하는 인버터의 전력 소비에 부정적인 영향을 미친다.
더욱이, 본 발명의 원리에 따라서, 연소 엔진으로부터의 토크만을 필요로 하는 차량의 운행 국면이 식별될 때, 보조 HSG 전기 기계에서의 전류를 필요한 제로 토크로 조절하는 대신에, 미리 결정된 조건들이 충족될 때, 차량의 에너지 관리 법칙은 전기 기계를 제어하는 인버터를 위한 제어 모드(control mode)를 활성화시키도록 설계되며, 이것은 "인버터 오프(inverter off)"로서 지칭되는 것으로서 여기에서 인버터는 전류의 조절을 정지하고 제로 전류를 제공한다.
"인버터 오프" 작동 모드는, 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(insulated-gate bipolar transistors; IGBT)인, 인버터의 전력 트랜지스터를 제어하는 것을 포함하며, 따라서 트랜지스터들 모두는 영구적으로 개방 상태에서 사용된다.
이러한 작동 모드가 활성화될 때, 인버터는 중지되어 상기 인버터가 연결된 고전압 보조 전기 네트워크(high voltage auxiliary electricity network)로부터의 그 어떤 전류라도 유인하며, 이것은 차량의 고전압 배터리에 의해 전력이 인가된다. 만약 고전압의 보조 네트워크상에 다른 유인(draw)이 없다면, 배터리의 충전 레벨(charge level)은 일정하게 유지될 수 있다.
도 2 는 토크/회전 속도 평면에서, 보조 전기 기계의 전류의 조절을 위한 컷 오프 영역(cut-off zone)을 나타내며, 일단 연소 엔진으로부터의 토크만을 필요로 하는 차량의 운행 국면이 식별되었다면 "인버터 오프(inverter off)"의 작동 모드에 대한 활성화 조건들을 판단할 수 있게 한다. 이러한 영역은 도 2 에서 Z1 으로 표시된 해칭 영역(hatched zone)에 의해 정의되는데, 일측에서는 보조 전기 기계의 제로가 아닌 회전 속도들 -N2 와 N2 사이에 제한되고, 다른 측에서는 토크 값들인 C1 과 C2 사이에서 제한되며, 이것은 컷 오프 영역(Z1)이 중심을 맞춘 토크 값의 위와 아래의 마진(margin)을 제공하는 조절 가능한 토크 파라미터들에 대응되어, 보조 전기 기계에 의해 발생된 무부하 기계 손실(no-load mechanical losses)에 대응한다.
더욱이, 도 2 에서 Z2 로 표시된 해칭 영역은 제로의 회전 속도에서 (또는 절대값으로 50 rpm 미만인, 제로에 근사한 회전 속도에서) 보조 전기 기계에 대한 제로 토크 설정점 작동 영역으로서, 여기에서 인버터는 전류 조절을 정지할 수도 있다. 상세하게는, 이것은 제로 토크 설정점 전류를 조절하는 에너지의 소비를 방지하는데 도움이 되는데, 왜냐하면 제로의 속도 또는 제로에 근사한 속도에서 IGBT 제어 없이(즉, 모든 IGBT 가 개방되어 있으면서), 전기 모터는 토크를 발생시키지 않기 때문이다 (상세하게는, 제로 회전 속도에서 기계적인 손실이 없다). 그러나, 이러한 영역은 움직일 때 거의 달성되지 않는다.
도 2 에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따르면, 인버터가 조절을 정지하도록 명령될 수 있는 작동 영역(Z1)은 작동 영역(Z2)에 해당하는 경우에 비교하여 연장될 수 있다. 실제로, 영구 자석 모터 HSG 전기 기계에 대하여, 고전압 배터리의 공급 전압(Udc)이 모터의 기동력(EMF) 보다 커져 있는 한, 인버터의 IGBT 모두는 제로 전류를 달성하도록 개방될 수 있다. EMF 는 모터의 속도에 비례하기 때문에, 만약 속도가 고전압 배터리의 전압(Udc)에 따라서 미리 결정된 쓰레숄드 속도(N2) 보다 절대값에서 낮다면 인버터는 차단될 수 있다. 작동 영역(Z1)에 의해 설명된 바와 같은, 제로 토크 설정점 및 제로 속도를 가지는 경우와 비교되는 차이는, 제로 전류에서의 회전시에 보상되지 않는 기계적인 손실을 HSG 모터가 발생시키도록, HSG 모터가 구동된다는 점이다. 이러한 경우에 HSG 모터에 의한 회전시에 발생되는 토크는 예를 들어 대략 -0.3 nm 일 것이다. 다음에 "인버터 오프" 모드는, -0.3 nm 에 중심을 둔 토크 설정점에 대하여 배터리의 전압(Udc)에 따라서 제로가 아닌 속도에서 활성화되는데, 이것은 (예를 들어, 0.1 nm 로 초과되거나 미달되는 마진(margin)을 가지고) HSG 모터의 무부하 손실(no-load losses)에 대응한다.
주목되어야 할 바로서, EMF 가 인버터의 공급 전압(Udc)를 초과할 때, IGBT 모두가 개방 상태에 있도록 명령되는 "인버터 오프" 모드로 유지되지 않는 것이 바람직스러우며, 왜냐하면, 이러한 경우에 재생 토크(regenerative torque)가 발생되기 때문이다. 따라서, 고속에서는 인버터가 공칭의 전류 조절 모드(nominal current regulation mode)로 전환되도록 명령되는 것이 바람직스럽다.
따라서, 인버터가 전류를 조절하는 것을 중지하고 IGBT 모두가 개방 상태에 있도록 명령되는 "무 조절(no regulation)" 영역(Z1)은, 예를 들어 -0.2 nm 및 -0.4 nm 에서 오프셋된 2 개의 조절 가능한 파라미터(C1, C2)들을 통하여 HSG 전기 모터의 무부하 기계 손실(no-load mechanical losses)(위에서 설명된 바와 같이 -0.3 nm)상의 토크에 중심을 두고, 전압(Udc)에 따라서 절대값에서의 미리 결정된 쓰레숄드 속도에서의 모터 속도에 의해 제한된다. 이러한 미리 결정된 쓰레숄드 속도(N2)는 순간(t)에서의 배터리 전압 레벨(Udc)에 대한 전기 모터의 베이스 속도이며, 전압(Udc)의 함수로서 미리 결정된 쓰레숄드 속도 값(N2)을 설정하는 표(table)에 의하여 제공될 수 있다. 예를 들어, 이러한 미리 결정된 쓰레숄드 속도는 400V 에서 13500 rpm, 300 V 에서 10000 rpm 또는 250 V 에서 8400 rpm일 수 있다.
따라서, 구동 샤프트상의 제로 토크를 보장하기 위하여 HSG 전기 모터에 매우 낮은 전류를 조절하는 대신에, 차량이 연소 엔진으로부터의 토크만을 필요로 하는 차량의 운행 국면들에서, 본 발명은 전류 조절 컷 오프 모드(cut off mode)를 활성화할 것을 제안하여, 상기 컷 오프 모드에서 인버터는 위에서 설명된 바와 같이 미리 결정된 활성화 조건들하에서 조절하는 것을 중지한다. 이러한 원리의 적용은 대략 150 W 인 인버터의 전력 소비 절감을 초래한다. 이러한 국면들에서의 컷 오프 조절은 토크의 정확성을 상실하지 않으면서 150 W를 절감하는데 도움이 되며, 설정점은 모터의 기계적인 손실에 위치한다 (위에서 설명된 바와 같이 -0.3 nm).
변형된 실시예에 따르면, 만약 보조 전기 기계가 권선 회전자 동기 모터(wound-rotor synchronous motor)라면, 원리는 동일하지만 무조절 작동 영역(no-regulation operating zone, Z1)이 전체 모터 속도 영역을 포괄할 수 있으며, 왜냐하면 모터의 EMF 는 모터의 속도에 관계 없이 항상 제로일 수 있기 때문이다. 더욱이, 인버터는 모터 속도가 없는 조건으로써, 즉, 상기 보조 전기 기계의 회전 속도와 관계 없이, 그러나 회전자 전류가 제로에 인접하다면, 항상 컷 오프(cut-off)될 수 있다. 결국, 이러한 변형예에서, "인버터 오프" 모드의 활성화는 모터 속도를 미리 결정된 쓰레숄드 속도와 비교하는 것에 더 이상 의존하지 않으며, 그러나 회전자의 전류를 미리 결정된 쓰레숄드 전류에 비교하는 것에 의존한다.
따라서 차량의 에너지 관리 법칙은 본 발명에 의하여 정의된 이러한 새로운 작동 영역(Z1)으로부터의 최대 혜택을 도출할 수 있다. 현재, 고속도로에서 안정된 속도로 일정한 휘일 토크(wheel torque)에서 운행될 때, 차량의 에너지 관리 법칙은 차량 배터리의 충전 레벨을 유지하도록 시도된다. 현재, 차량의 에너지 관리 법칙은 배터리 재충전이 필요하지 않을 때 HSG 모터에 제로 토크 설정점을 보내고, 배터리 충전이 필요할 때 바로 네거티브의 토크 설정점(very negative torque setpoint)을 보낸다. 주목되어야 하는 바로서, 제 4 기어에서 안정된 130 km/h 에서, 연소 엔진은 대략 3000 rpm 으로 회전하고 HSG 모터는 다음에 7500 rpm 으로 회전한다.
본 발명의 원리에 따르면, 그러한 운행 국면에서, 차량의 에너지 관리 법칙은 HSG 모터의 제로 토크 설정점을 더 이상 필요로 하지 않으며, 그러나 인버터의 에너지 소비를 감소시키도록 무조절 작동 영역(Z1)내의 토크를 필요로 한다. 만약 HSG 모터가 7500 rpm 에서 회전한다면, 250 V 내지 400 V 사이의 배터리 전압 레벨(Udc)을 고려하여, 작동 영역(Z1)이 효과적으로 달성될 수 있다. 실제로, 7500 rpm 과 같은 모터 속도는, 250 V 와 같은 전압(Udc)에 대한 8400 rpm 에서 설정된 미리 결정된 쓰레숄드 속도보다 상당히 낮다.
이러한 새로운 작동 영역(Z1)에 진입하도록 HSG 모터에 명령하는 것의 장점을 보다 잘 이해하기 위하여, 특정의 예가 제공되는데, 여기에서 차량의 고전압 배터리에 의해 전력을 받는 고전압 네트워크상에서 유인되는 전력만이 HSG 모터이다.
현재, 배터리가 충전될 필요가 없다면 차량의 에너지 관리 법칙은 제로 토크 설정점을 HSG 모터로 보낸다. 위에서 설명된 바와 같이 제로 토크 설정점으로써, 인버터는 작동시에 그것의 내재적인 소비(intrinsic consumption)인 대략 150 W 와, HSG 모터에 의해 발생된 기계적인 손실(7500 rpm 에서 -0.3 nm)의 보상에 해당하는 대략 235 W 의 소비를 더한 것을 유인하는데, 즉, 대략 385 W 의 전체 소비를 유인한다. 연소 엔진은 그것의 일부를 위하여 차량의 속도를 유지하는데 필요한 토크만을 제공하며, 즉, 130 km/h 에서 대략 20 kW 만을 제공한다. 따라서, 배터리의 일정한 평균 충전 레벨을 보장하도록, 차량의 에너지 관리 법칙은 HSG 모터에 의해 수신된 제로 토크 설정점을 가지고 소비된 385 W의 전력을 보상하기 위하여 배터리를 절반의 시간으로 충전할 필요가 있다. 그렇게 하도록, 차량의 에너지 관리 법칙은 배터리에서 -385 W 의 재충전에 대응하는 네가티브 토크 설정점을 HSG 모터에 보낼 수 있고, 연소 엔진은 약간의 추가적인 전력을 제공함으로써 HSG 모터에 의하여 그렇게 흡수된 토크를 보상하여야 한다. 배터리 재충전 동안 연소 엔진의 필요 전력은 20770 W 이다 (20 kW + 770 W 재충전 (HSG 모터로부터의 손실에서 235 W +385 W 배터리 재충전 + 배터리로 385 W 를 제공하도록 인버터에 의하여 소비되는 150 W)). 평균적으로, 연소 엔진은 20385 W 의 전력을 전달한다.
새로운 작동 영역(Z1)을 구현함으로써, HSG 모터로부터 요청되는 토크는 작동 영역(Z1)에 있음으로써, 에너지 관리 법칙은 HSG 모터의 -0.3 nm 를 요청할 것이다. 이러한 조건들하에서, 인버터에 의한 소비는 제로일 것이다. 다음에 연소 엔진은 영구적으로 20235 W 를 전달해야 한다(즉, -0.3 nm 에서 HSG 모터로부터의 손실에서 235 W +20 kW). 따라서 차량의 에너지 관리 법칙에 의한 새로운 작동 영역(Z1)의 사용은 HSG 모터를 제어하는 인버터에 의한 소비를 특히 150 W 감소시키는데 도움이 됨을 이해할 수 있다. 예를 들어, 파리로부터 마르세유까지의 8 시간이 지속되는 여행에서, 절감되는 에너지는 차량의 고전압 배터리의 충전 레벨의 20 % 일 것이다.
즉, 본 발명은 보조 전기 모터가 하이브리드 차량을 위하여 토크를 전달하도록 요청되지 않는 차량의 모든 운행 국면에서 150 W 를 절감한다.
보다 일반적으로, 본 발명은 속도가 기계적으로 판단되고 토크의 전달이 상시적으로 요청되지 않는 전기 모터를 제어하는데 이용되는 모든 시스템들에서 사용될 수 있다.
1. 트랜스미션 2. 구동 연소 엔진
3. 보조 전기 기계 4. 제 1 라인

Claims (10)

1 차적으로 구동 연소 엔진(2) 및, 2 차적으로 상기 구동 연소 엔진에 기계적으로 회전되게 연결된 보조 전기 기계(3) 및 주 전기 기계를 포함하는, 모터 차량의 하이브리드 트랜스미션(1)의 부재들을 제어하는 방법으로서,
상기 부재들로 보내지는 토크 설정점들은 상기 부재들 각각의 사이에서 토크 분배 선택에 따라서 판단되고,
상기 방법은, 상기 연소 엔진(2)만이 토크를 전달할 필요가 있는 차량의 적어도 하나의 운행 국면을 식별하는 단계 및,
상기 보조 전기 기계의 출력에서 제로 토크를 보장하기 위하여, 상기 운행 국면내에서, 차량의 고전압 배터리에 연결된 상기 보조 전기 기계의 제어 인버터(control inverter)에 의하여 상기 보조 전기 기계(3)에 공급되는 전류를 조절하기 위한 조절 단계를 포함하고,
상기 방법은, 상기 전류 조절이 차단되는 단계를 구비하고, 상기 전류 차단 단계에서 인버터는 제로 전류를 전달하고, 상기 전류 조절의 차단 단계는 상기 보조 전기 기계의 회전 속도의 절대값이 토크 설정점 범위(C1,C2)에 대하여 미리 결정된 쓰레숄드 속도(N2) 보다 작을 때 활성화되고, 상기 토크 설정점 범위내에서 상기 보조 전기 기계에 의해 전달되는 토크는 상기 보조 전기 기계에 의해 발생된 무부하 기계 손실(no-load mechanical losses)에 실질적으로 맞춰지는(match) 것을 특징으로 하는, 모터 차량의 하이브리드 트랜스미션 부재들의 제어 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 미리 결정된 쓰레숄드 속도는 모터 차량의 고전압 배터리의 전압에 따르는 것을 특징으로 하는, 모터 차량의 하이브리드 트랜스미션 부재들의 제어 방법.
제 2 항에 있어서, 전류 조절이 차단되는 단계는, 모터 차량의 고전압 배터리의 전압의 함수로서 미리 결정된 쓰레숄드 속도를 제공하는 표(table)의 함수로서 활성화되는 것을 특징으로 하는, 모터 차량의 하이브리드 트랜스미션 부재들의 제어 방법.
제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 보조 전기 기계는 영구 자석 모터인 것을 특징으로 하는, 모터 차량의 하이브리드 트랜스미션 부재들의 제어 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 보조 전기 기계는 권선 회전자 동기화 전기 모터(wound-rotor synchronous electric motor)를 포함하고, 상기 전류 조절이 차단되는 단계는, 상기 보조 전기 기계의 회전 속도에 관련된 조건 대신에, 회전자 전류가 미리 결정된 쓰레숄드 전류보다 낮을 때 활성화되는 것을 특징으로 하는, 모터 차량의 하이브리드 트랜스미션 부재들의 제어 방법.
제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 토크 설정점의 범위는 바람직스럽게는 0.1 nm 로 초과되거나 또는 미달되는 마진(margin)을 가지고, 대략 -0.3 nm 에 중심을 두는 것을 특징으로 하는, 모터 차량의 하이브리드 트랜스미션 부재들의 제어 방법.
제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서, 전류 조절이 차단되는 단계가 활성화되었을 때, 인버터의 전력 스위치들은 전적으로 개방 상태에서 사용되는 것을 특징으로 하는, 모터 차량의 하이브리드 트랜스미션 부재들의 제어 방법.
1 차적으로 구동 연소 엔진(2) 및, 2 차적으로 상기 구동 연소 엔진에 기계적으로 연결된 보조 전기 기계(3) 및 주 전기 기계를 포함하는, 모터 차량의 하이브리드 트랜스미션의 부재들을 제어하는 제어 장치로서,
상기 제어 장치는 상기 부재들 각각의 사이의 토크 분배 선택에 따라서 판단된, 상기 부재들로 보내질 토크 설정점을 판단하도록 설계된 전자 제어 유닛을 가지고,
상기 전자 제어 유닛은, 상기 연소 엔진(2) 만이 토크를 전달하도록 요구되는 차량의 적어도 하나의 운행 국면을 식별하도록 설계되고, 그리고 상기 운행 국면내에서, 상기 보조 전기 기계의 출력에서 제로 토크를 보장하기 위하여 상기 보조 전기 기계에 공급되는 전류를 조절하게끔, 차량의 고전압 배터리에 연결된 상기 보조 전기 기계(3)의 제어 인버터에 명령하도록 설계되며,
상기 전자 제어 유닛은 인버터가 제로 전류를 전달하도록 인버터에 의한 전류 조절의 차단을 촉발(trigger)하도록 설계되며, 상기 차단은 상기 보조 전기 기계의 회전 속도의 절대값이 토크 설정점 범위(C1,C2)에 대하여 미리 결정된 쓰레숄드 속도(N2) 보다 작을 때 활성화되고, 토크 설정점 범위내에서는 상기 보조 전기 기계에 의해 전달되는 토크가 상기 보조 전기 기계에 의해 발생된 무부하 기계 손실(no-load mechanical losses)에 실질적으로 맞춰지는(match) 것을 특징으로 하는, 모터 차량의 하이브리드 트랜스미션의 부재 제어 장치.
제 8 항에 있어서, 상기 전자 제어 유닛은 모터 차량의 고전압 배터리의 전압의 함수로서 미리 결정된 쓰레숄드 속도를 제공하는 표의 함수로서 인버터에 의한 전류 조절의 차단을 활성화하도록 설계되는 것을 특징으로 하는, 모터 차량의 하이브리드 트랜스미션의 부재 제어 장치.
1 차적으로 구동 연소 엔진(2) 및, 2 차적으로 상기 구동 연소 엔진에 회전되게 기계적으로 연결된 보조 전기 기계 및 주 전기 기계를 포함하는 하이브리드 트랜스미션을 구비한 모터 차량으로서, 상기 모터 차량은 제 8 항 또는 제 9 항에 따른 제어 장치를 구비하는, 모터 차량.



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