KR20010077874A - 하이브리드 자동차의 제어장치 - Google Patents

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KR20010077874A
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사카모토히로시
미노와도시미치
가야노미츠오
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가나이 쓰도무
가부시끼가이샤 히다치 세이사꾸쇼
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Abstract

파워 트레인 제어 유닛(100)의 구동력 변동분 예측 수단(140)은 변속 전환시 구동력 변동분을 예측한다. 구동력 보정 수단(150)은 이 구동력 변동분 예측 수단 (140)에 의해 구해진 구동력 변동분을 기초로 상기 회전 전기기기의 출력을 증가시켜 상기 구동력 변동분을 보정한다.
또한, 구동력 보정 수단(150)에 의해 구해진 구동력 보정분을 기초로 회전수 동기 수단(160)이 변속기의 입력 샤프트(40)와 모터의 입력 샤프트(20)의 회전수 동기를 행한다.

Description

하이브리드 자동차의 제어장치{CONTROL DEVICE FOR A HYBRID CAR}
본 발명은 내연 기관, 회전 전기기기, 및 동력 전달 장치를 포함하는 하이브리드 자동차의 제어 장치에 관한 것이고, 특히, 자동차의 가속 성능을 향상시키는 하이브리드 자동차의 제어 장치에 관한 것이다.
최근의 지구 환경 문제의 관점으로부터, 자동차의 연료 소비의 상당한 감소를 기대할 수 있는 하이브리드 자동차(이하,"HEV" 이라 함)에서, 연료 소비와 가속 성능의 양립을 도모하는 구동력 매니지먼트 HEV 제어 시스템의 설비가 중요시되고 있다. 이 시스템에서는, 운전자가 요구하는 가감속감을 만족시키면서도 내연 기관(이하 "엔진"이라 함)및 회전 전기기기(이하 "모터"라 함)를 고효율 영역에서 운전하도록 엔진, 모터 및 발전기를 종합 제어할 필요가 있다.
일반적으로, HEV는 엔진, 회전 전기기기, 및 동력 전달 장치를 포함한다. 그리고, 종래의 HEV의 제어 장치로서, 예를 들어, 일본국 특허 공개 제 69509/1999 호에 기재된 바와 같이, 변속 장치로서, 유단 기어 변속기와 엔진의 동력 전달을 차단 및 접속 동작하는 발진 클러치 장치를 결합함으로써 자동차의 운전 조건에 따라 변속이 이루어지는 하이브리드 자동차의 제어 장치가 공지되어 있다. 이것은 예를 들어 유압에 의해 동작하는 발진 클러치 장치를 사용한 것으로서 제어 장치가 운전자 의도, 예를 들어 엑셀러레이터 페달 밟음량 및 차속에 따라 변속해야 함을 결정하면 발진 클러치 장치가 절단되고 또한 유압 기구 등에 의해 변속기의 변속이 행해진다. 그리고 변속 후에 다시 발진 클러치 장치가 접속되는 구성으로 이루어져 있다.
이러한 변속기를 사용하는 자동차에 있어서, 엑셀러레이터 페달 밟음량과 차속에 의해 정해지는 변속 타이밍에서 변속이 행해질 때, 운전자의 의도와 무관하게 스로틀이 폐쇄되어서 엔진 토크가 일시적으로 감소하는 동시에 발진 클러치 장치가 차단되어 운전자는 감속감과 불안감을 느낀다. 상술된 일본국 특허 공개에서 기재된 발명에서는, 상기 구동 바퀴의 구동 및 상기 구동 바퀴에 의한 전력 재생이 가능하도록 모터를 적절한 위치에 배치시키고 상술된 변속 동작에 수반하여 발진 클러치 장치가 차단될 때 상기 모터의 구동 토크를 증가시킴으로써 변속시 감속감 발생이 제거된다.
그러나, 종래 기술의 제어 장치에서는 도그 클러치(dog cluth)와 같은 동기 맞물림 기구를 사용함으로써 유단 기어 변속기가 변속하도록 하기 위하여 발진 클러치를 차단하여 변속기의 입력 샤프트측의 토크를 영(0)으로 하고, 변속기의 입력 샤프트와 출력 샤프트의 토크 동기를 행하여 도그 클러치를 개방시킬 필요가 있었다. 이 때문에 종래의 발진 클러치를 차단하는 변속 방법에서는 도그 클러치가 개방될 때까지 상기 모터의 구동 토크를 증가시키는 것이 불가능했기 때문에, 변속기 출력 샤프트의 토크는 영부근까지 저하되어 운전자는 충격을 느끼고 승차감은 악화되는 문제가 있었다.
또한, 상기 모터의 구동 토크가 증가하는 경우에는 직접 구동 바퀴에 연결된 모터의 출력 샤프트의 회전수가 증가하고 내연 기관의 출력 샤프트와 모터의 출력 샤프트 사이의 회전수 동기가 불완전해져서, 발진 클러치가 접속될 때 관성 토크가 발생되어, 운전자는 충격을 느끼고 승차감은 악화되는 문제가 있었다.
본 발명의 제 1 목적은 도그 클러치등의 동기 맞물림 기구를 사용하여 유단 기어 변속기를 변속시키는 경우에 발진 클러치를 차단 시킴으로써 변속시 발생하는 토크 저하를 억제하여 자동차의 가속 성능을 향상시키는 하이브리드 자동차의 제어 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 제 2 목적은 모터의 구동 토크를 증가시킴으로써 변속시 감속감의 발생을 피하는 경우에 관성 토크의 발생을 억제하여 자동차의 가속 성능을 향상시키기 위한 하이브리드 자동차의 제어 장치를 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 제어 장치를 사용하는 하이브리드 자동차의 구성을 나타내는 시스템 구성도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 제어 장치에 사용되는 변속 전환 수단 처리의 설명도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 제어 장치를 사용하는 변속 전환시 제어 방법을 나타내는 타임 차트,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 제어 장치에 사용되는 구동력 변동분 예측 수단의 처리 내용의 설명도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 제어 장치에 사용되는 구동력 보정 수단의 처리 내용의 설명도,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 제어 장치에 사용되는 회전수 동기 수단의 처리 내용의 설명도,
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 제어 장치에 사용되는 하이브리드 자동차의 구성을 나타내는 시스템 구성도,
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 제어 장치에 사용되는 변속 전환 수단의 처리 내용의 설명도,
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 제어 장치에 사용되는 구동력 변동분 예측 수단의 처리 내용의 설명도,
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 제어 장치에 사용되는 구동력 보정 수단의 처리 내용의 설명도,
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 제어 장치에 사용되는 회전수 동기 수단의 처리 내용의 설명도,
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 시스템 구성도, 및
도 13은 본 발명의 실시예에서 변속시 행하는 제어를 나타낸 타임 차트이다.
상술된 목적을 달성시키기 위해, 본 발명은 내연 기관, 적어도 하나의 회전전기기, 상기 내연 기관의 출력 샤프트와 상기 회전전기기의 출력 샤프트 사이의 변속기구 및 상기 변속기구내에 제공되는 변속 전환을 위한 클러치 기구를 가지며, 상기 내연 기관의 출력 샤프트로부터 상기 변속기로 동력 전달을 차단시키지 않고 상기 변속 전환이 실시되는 하이브리드 자동차의 제어 장치로서, 상기 제어 장치는 상기 변속 전환시의 구동력 변동분을 예측하는 구동력 변동분 예측 수단 및 상기 구동력 변동분 예측 수단에 의해 구해진 구동력 변동분을 기초로 상기 구동력 변동분을 보정하기 위해 상기 회전전기기의 출력을 증가시키기는 구동력 보정 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차의 제어 장치를 제공하는 것이다.
바람직하게는 하이브리드 자동차의 제어 장치는 상기 구동력 보정 수단에 의해 구해진 구동력 보정분을 기초로 상기 내연 기관의 출력 샤프트와 상기 회전전기기기의 출력 샤프트 사이의 회전수 동기를 행하는 회전수 동기 수단을 더 포함한다.
바람직하게는 상기 회전수 동기 수단에 전자 제어 스로틀을 사용한 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차의 제어 장치이다.
바람직하게는 상기 회전수 동기 수단에 상기 내연 기관에 접속된 제 2 회전 전기기기를 사용한 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차의 제어 장치이다.
상기 구성에 의해, 동기 맞물림 기구를 사용하여 유단 기어 변속기를 변속시키는 경우에 발진 클러치를 차단함으로써 발생하는 변속시 토크 저하를 억제하고 모터의 구동 토크를 증가시킴으로써 변속시 감속감의 발생을 피할 때의 관성 토크발생을 억제하여 자동차의 가속 성능을 향상 시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 하이브리드 자동차의 제어 장치를 사용하는 하이브리드 자동차의 시스템 구성를 도시하는 시스템 구성도이다.
엔진(1)의 출력 샤프트(2)와 변속기의 입력 샤프트(40)사이에 발진 클러치 (39)가 배치되고, 발진 클러치(39)의 단절 및 접속 동작에 의해서 출력 샤프트(2)와 입력 샤프트(40)가 단절 또는 차단 및 접속된다. 입력 샤프트(40)는 그 위에 맞물림기어(3)를 갖는 저속용 엔진쪽 기어(4)와, 맞물림 기어(5)를 갖는 고속용 엔진쪽 기어(6), 저속용 엔진쪽 기어(4)와 고속용 엔진쪽 기어(6)를 출력 샤프트(2)에 직접 연결하는 허브(7), 및 저속용 동기링(8)과 고속용 동기링(9)을 갖는다.
저속용 엔진쪽 기어(4)와 고속용 엔진쪽 기어(6)가 입력 샤프트(40)의 축선 방향내에서 이동될 수 없도록 스톱퍼(stopper)(도시되지 않음)가 설치된다. 입력 샤프트(40)의 복수의 홈(10)과 맞물리도록 하는 홈(도시되지 않음)은 허브의 내부 표면에 설치되며, 허브(7)는 입력 샤프트(40)의 축선 방향 내에서 이동되지만, 입력 샤프트(40)의 회전 방향에 대한 이동은 제한 된다. 따라서, 발진 클러치(39)가 접속되는 경우에는 엔진(1)으로부터 허브(7)로 토크 출력이 전달된다.
엔진(1)으로부터 저속용 엔진쪽 기어(4)와 고속용 엔진쪽 기어(6)로 토크를 전달시키기 위해서 허브(7)를 입력 샤프트(40)의 축선 방향으로 이동시키고 각각 저속용 동기 장치 링(8) 또는 고속 동기 장치 링(9)을 통해서 허브(7)를 맞물림 기어(3) 또는 맞물림 기어(5)에 직접 연결시키는 것이 필요하다. 허브(7)를 이송하기 위해서는 도그 클러치 제어 장치(36)에 의해 제어되는 유압식 엑추에이터(27)가 사용된다. 본 명세서에서, 허브(7), 맞물림 기어(3), 맞물림 기어(5), 저속용 동기 장치 링(8) 및 고속 동기 장치링(9)을 포함하는 클러치 기구를 "도그 클러치" 라 한다. 상기 클러치 기구는 낮은 연료 소비를 제공하기 위해 고효율로 엔진(1)과 같은 동력원으로부터 타이어(25)로 에너지를 전달시킬 수 있다.
또한 변속기의 입력 샤프트(40)를 발전기(18)의 출력 샤프트(13)에 직접 연결 시키기 위해 상술된 클러치 기구와 유압 엑추에이터가 사용된다. 입력 샤프트(40)상에는 입력 샤프트와 일체가 되어 회전하는 발전기용 엔진쪽 기어 (11)가 설치된다. 또한, 출력 샤프트(13)상에는 맞물림 기어(14)를 갖는 발전기용 발전기쪽 기어(12), 발전기용 발전기쪽 기어(12)와 출력 샤프트(13)를 직접 연결 시키기 위한 허브(16)및 발전기용 동기링(15)이 설치된다. 허브(16)는 출력 샤프트(13)와 일체가 되어 회전하고, 또한 출력 샤프트(13)의 축선 방향으로 홈(17)을 따라 이동한다.
자동차(도시되지 않음)를 구동시키기 위한 모터(19)의 출력 샤프트(20)상에는 각각 저속용 엔진쪽 기어(4) 및 고속용 엔진쪽 기어(6)와 맞물리는 저속용 모터쪽 기어(21)와 고속용 모터쪽 기어(22)가 설치된다. 또한, 출력 샤프트(20)상에는, 자동차의 주행이 단지 모터(19)만으로 가능하게 하는 최종 감속 기어(23)가 설치된다.
엔진(1)에서는 흡입 파이프(28)에 부착 되어 있는 전자 제어 스로틀(29)에 의해서 흡입 공기량이 제어되어 공기량에 알맞은 연료량이 연료 분사 장치(33)로부터 분사된다. 전자 제어 스로틀(29)은 스로틀 밸브(30), 구동 모터(31) 및 스로틀센서(32)로 구성된다.
또한, 공기 연료 비율은 공기량과 연료량을 기초로 결정되고 그에 따라 연료 분사 장치(33)에 의해서 실린더내에 연료가 분사된다. 엔진 회전수 등의 신호로부터 점화 시기가 결정 되어 점화 장치(34)에 의해 점화된다. 엔진 회전 신호수와 같은 신호를 기초로 점화 시기가 결정된다. 연료 분사 장치(33)에는 연료가 흡기 포트에 분사되는 흡기 포트 연료 분사 시스템 또는 실린더내로 직접 분사되는 실린더 연료 분사 시스템이 있으나 , 엔진에 의해 요구되는 운전 영역(엔진 토크 및 엔진 회전수에 의해 결정됨)과 비교하여, 연료 소비를 감소시킬 수 있고, 배기 성능이 우수한 시스템을 선택하는 것이 바람직하다.
다음, 엔진(1), 발전기(18), 및 모터(19)를 제어하는 제어 장치(100)가 설명될 것이다.
파워 트레인 제어 유닛(100)은 입력 신호로서 엑셀러레이터 페달 밟음량(α), 브레이크 밟음량(β), 시프트 레버 위치(Ii), 배터리 용량(Vb), 모터 회전수(Nm), 엔진 회전수(Ne), 및 발전기 회전수(Ng)가 입력된다. 파워 트레인 제어 유닛(100)은 엔진(1)의 토크(Te)를 연산하고, 통신 수단을 구성하는 LAN을 통해 엔진 제어 유닛(35)에 연산 값을 송신한다. 엔진 제어 유닛(35)에서는 엔진(1)의 토크(Te)를 달성하는 스로틀 밸브 개방량, 연료양, 및 점화 시기가 연산되어 각각의 엑추에이터가 제어된다.
또한, 파워 트레인 제어 유닛(100)은, 모터(19) 및 발전기(18)의 부하를 연산하고, LAN 을 통해 모터 제어 유닛(37)에 송신하여 각각의 엑추에이터가 제어된다. 모터 제어 유닛(37)은, 발전기(18)로부터 얻어진 전력을 배터리(38)에 충전하고 모터(19)등을 구동시키기 위해 배터리(38)로부터 전력을 공급한다.
파워 트레인 제어 유닛(100)은, 운전자 의도 검출 수단(110), 차속 검출 수단(120), 변속 전환 수단(130), 변속시 발생하는 구동력 변동분을 예측하는 구동력 변동분 예측 수단(140), 구동력 변동분을 보정하는 구동력 보정 수단(150) 및 엔진 출력 샤프트와 모터 출력 샤프트의 회전수 동기를 이루기 위한 회전수 동기 수단(160)을 구비하고 있다. 즉, 다음에서는 변속 전환 수단(130)이 상세히 설명될 것이다.
운전자 의도 검출 수단(110)은 엑셀러레이터 페달 밟음량(α) 및 브레이크 밟음량(β) 에 기초하여 운전자 의도를 검출한다.
차속 검출 수단(120)은 모터 회전수 센서(도시 안됨)등에 의해 검출된 모터 회전수(Nm)를 기초로 차속(Vsp)을 연산한다.(이런 경우에, 상기 연산은, 함수(f)를 이용하여 Vsp = f(Nm)가 된다).
도 2를 이용하여 변속 전환 수단(130)에서 행해진 처리 내용이 설명될 것이다. 도 2는 엔진(1)과 모터(19)의 운전 영역을 더욱 효과적으로 개선시키기 위해서 상술된 도그 클러치를 사용하는 변속 기구의 변속 명령(Ss) 특성을 나타낸다. 예를 들어, 엑셀러레이터 페달 밟음량(α)과 차속(Vsp)을 기초로 변속 명령(Ss)이 결정된다. 시뮬레이션등의 예비 실험을 실시하여 엔진(1)이 전체적인 운전 영역중에서 최대 효율이 되는 값이 구해지고, 상기 파워 트레인 제어 유닛(100)내의 메모리 수단(도시 안됨)에 이 값이 저장된다.
또한, 구동력 변동분 예측 수단(140)은 엑셀러레이터 페달 밟음량(α)과 차속(Vsp)을 기초로 목표 구동력(Ttar)을 연산한다(이 경우에, 상기 연산은 함수 (h)를 이용하여 Ttar = h(α, Vsp)가 된다). 함수(h)에 의해 연산된 상기 목표 구동력(Ttar); 엔진 회전수 센서(도시 안됨)등에 의해 검출된 엔진 회전수(Ne); 엔진 제어 유닛(35)으로부터 송신된 전자 제어 스로틀 개방도(θ)를 기초로 연산된 엔진(1)의 토크; 및 모터 제어 유닛(37)으로부터 송신되는 모터(19)의 토크로부터 구동력 변동분을 예측한다.
구동력 보정 수단(150)은 구동력 변동분 예측 수단(140)에 의해 구해진 구동력 변동분을 기초로 구동력 보정분를 연산하고, 모터(19)의 목표 토크(Tm)를 연산하여 LAN 을 통해 모터(19)의 목표 토크(Tm)를 모터 제어 유닛(37)에 보낸다.
또한, 구동력 보정 수단(150)에서 구해진 구동력 보정분을 기초로 회전수 동기 수단(160)은 변속기의 입력 샤프트(40)와 출력 샤프트(20) 사이에서 회전수 동기를 행하도록 하는 전자 제어 스로틀 개방도(θ)를 연산하고 엔진 제어 유닛(35)에 연산된 상기 전자 제어 스로틀 개방도(θ)를 보낸다.
다음, 도 3 , 도 4, 및 도 6 을 이용하여, 본 실시예의 하이브리드 자동차의 제어 장치를 사용하는 변속시의 제어 방법이 설명될 것이다.
먼저, 도 3을 이용하여, 제 1 내지 제 2 변속 시의 제어 방법이 설명될 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 제어 장치를 사용하여 제 1 내지 제 2 변속시의 제어 방법을 도시하는 타임 차트이다.
도 3에서, 도 3(A)는 변속 명령(Ss), 도 3(B)는 시프트 레버 위치(Ii), 도 3(C)는 엑셀러레이터 페달 밟음량(α), 도 3(D)는 스로틀 개방도(θ), 도 3(E)는 엔진 토크 (Te), 도 3(F)는 모터 토크(Tm), 도 3(G)는 자동차의 구동력에 대응하는 출력 샤프트 토크(To), 도 3(H)는 엔진 회전수(Ne) 및 도 3(I)는 출력 샤프트 회전수(Nm)를 나타낸다. 또한, 상기 타임 차트의 가로축은 시간을 나타낸다.
도 3(A)에 나타낸 바와 같이 시간(t0)에 있어서, 엑셀러레이터 페달 밟음량(α)과 차속(Vsp)에 응답하여 도 2에서 나타난 변속 전환 수단(130)으로부터 변속 명령(Ss)이 출력되면 변속시의 구동력 변동을 억제하는 제어가 개시된다. 간단하게 하기 위하여 도 3(C)에서 나타낸 바와 같이 엑셀러레이터 페달 밟음량(α)은 일정(α=αs)하다.
먼저, 도 3D에 나타낸 바와 같이, 전자 제어 스로틀은 시간 t=t0 에서 폐쇄하기 시작하여 스로틀 개방도가 θ= θ2(= 0) 가 되도록 제어된다. 이것은 발진 클러치(39)가 접속되는 조건하에서 제 1 속도 연결 상태로부터 개방 상태로 도그 클러치를 변경시키기 위해서 변속기의 입력 샤프트(40)의 토크와 출력 샤프트(20)의 토크를 동기시킬 필요가 있기 때문에, 도그 클러치 개방시 출력 샤프트의 토크 저하를 보정하기 위해 모터 토크(Tm)에 응답하여 엔진 토크(Te)를 제어하는 것이 필요하다. 도 3(E)에서 나타낸 바와 같이, 스로틀 개방도(θ)의 폐쇄 후 엔진 토크(Te)에약간의 응답 지연이 있고, 시점(t1)에서 엔진 토크(Te)가 저하 하기 시작한다.
그리고, 도 3(F)에서 나타낸 바와 같이, 시점(t1)에서, 모터 토크(Tm)가 증가하기 시작하고, 도 3(B)에서 나타낸 바와 같이, 엔진 토크(Te)와 모터 토크(Tm)가 동기 하는 시점(t2)에서, 도그 클러치가 개방 상태가 되어, 시프트 레버 위치(Ii)는 제 1 속도 상태로부터 중립 상태로 이동된다. 상기 도그 클러치가 개방 상태시, 변속기의 입력 샤프트(40)로부터 출력 샤프트(20)로 엔진 토크(Te)가 전달되지 않기 때문에, 토크 저하가 발생하여 탑승자는 쇼크를 느끼고, 도 3(F)에 나타낸 바와 같이 모터 토크를 Tm2까지 증가시킴으로써 상술된 토크 저하분을 보정하기 위한 처리가 고려된다. 이 때, 모터 토크가 Tm2로 증가되는 만큼 출력 샤프트 회전수가 증가한다.
한편, 제 2 속도 상태에 도그 클러치를 연결시키기 위해서는 엔진 회전수(Ne)와 출력 샤프트 회전수(Nm)사이에 동기를 행하는 것이 필요하다. 그러나, 스로틀이 폐쇄된 채로 엔진 회전수가 Ne2 까지 떨어져서, 회전 동기가 불완전해지기 때문에 연결시 관성 토크가 생성되고 제 2 속도에의 연결이 불가능해지는 문제가 발생한다.
이런 문제를 해결하기 위해서는 도 3(D)에서 도시한 바와 같이 시점(t3) 에서 스로틀 개방도(θ)를 θ3까지 증가시켜 엔진 회전수 (Ne)를 출력 샤프트 회전수(Nm)와 동기시키는 것이 필요하다. 이 스로틀 개방도(θ)를 증가시키는 타이밍(t3)과 스로틀 개방도(θ3)는 도그 클러치 개방시의 모터 토크(Tm3)와 그 토크를 출력하고 있는 기간을 기초로 결정되어 엔진 회전수(Ne)는 출력 샤프트 회전수(Nm)와 동기된다. 상기 스로틀 개방도(θ3)에 따라, 엔진 토크(Te)와 엔진회전수(Ne)는 각각 Te3 및 Ne3 까지 증가하고, 시점(t4)에서 엔진 회전수(Ne3)와 출력 샤프트 회전수(Nm3)가 동기하여 도그 클러치를 제 2 속도에 연결시키고, 시프트 레버 위치(Ii)는 중립 상태로부터 제 2 속도 상태로 이동한다. 또한, 시간 (t > t 4) 에서는 엔진 토크(Te)의 지연분을 보정하기 위하여, 모터 토크를 Tm3 가 되도록 제어하여, 엔진 토크(Te)의 지연이 제거되는 동시에 변속 제어가 종료된다. 상술된 제어 방법은 변속 시점에서 발생하는 토크 변동을 억제하여 변속을 원활히 진행시킨다.
다음 도 4를 이용하여 변속 시의 구동력 변동분를 예측하는 방법이 설명될 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 제어 장치에서 사용되는 구동력 변동분 예측 수단(140)의 처리 내용을 나타내는 플로우 차트이다.
구동력 변동분 예측 수단(140)은 엑셀러레이터 밟음량(α)과 차속(Vsp)으로부터 구해진 목표 구동력을 기초로 구동력 변동분을 예측한다.
먼저, 스텝 401에서, 구동력 변동분 예측 수단(140)이 변속 명령(Ss)을 판독한다.
다음, 스텝 402에서, 구동력 변동분 예측 수단(140)은 엔진 회전수 센서(도시 안됨)등에 의해 검출된 변속 명령 출력시(t = t0)에서, 엔진 회전수(Ne1)를 판독한다.
다음, 스텝 403에서, 구동력 변동분 예측 수단(140)은 LAN을 통해 엔진 제어유닛(35)으로부터 송신된 변속 명령 출력시(t = t0)에서, 스로틀 개방도(θ1)를 판독한다.
다음, 스텝 404에서, 구동력 변동분 예측 수단(140)은 각각 스텝 402 와 스텝 403 에서 판독된 각각 엔진 회전수(Ne)와 스로틀 개방도(θ1)를 기초로 변속 명령 출력시(t=t0)에서 엔진 토크(Te1)를 연산한다.
다음, 스텝 405에서, 구동력 변동분 예측 수단(140)은 변속 명령 출력 시점(t=t0)의 차속(Vsp)을 기초로 변속 종료후(t>t4) 엔진 회전수(Ne3)를 추정한다.
다음, 스텝 406에서, 구동력 변동분 예측 수단(140)은 변속 명령 출력 시점(t=t0)의 스로틀 개방도(θ1)를 기초로 변속의 종료후(t>t4) 스로틀 개방도 (θ4)를 추정한다.
다음, 스텝 407에서, 구동력 변동분 예측 수단(140)은 각각 스텝 405 및 스텝 406 에서 판독된 엔진 회전수(Ne3) 및 스로틀 개방도(θ4)를 기초로 변속 종료후(t > t4) 엔진 토크(Te4)를 추정한다.
마지막으로, 스텝 408 에서, 스텝 404 에서 구해진 변속 명령 출력시(t=t0)의 엔진 토크(Te1); 스텝 407 에서 구해진 변속 종료후(t > t4) 엔진 토크(Te4); 변속기구의 기어비; 및 허브(7)를 구동하는 유압 엑추 에이터(27)에 의해 결정된 도그 클러치의 중립 기간(t1 <t <t4)을 기초로 구동력 변동분이 연산되고 예측된다.
또, 구동력 변동분 예측 수단(140)의 처리 내용으로서는, 상술된 연산을 행하지 않고, 엑셀러레이터 페달 밟음량(α), 차속(Vsp) 및 변속 명령(Ss)으로부터, 구동력 변동분이 얻어지도록 하는 지도 등에 의해 변속시 구동력 변동분이 예측될 수 있다.
다음, 도 5 를 이용하여 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 제어 장치에서 사용된 구동력 보정 수단(150)의 처리 내용이 설명될 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 제어 장치에서 사용된 구동력 보정 수단의 처리내용을 나타내는 플로우 차트이다.
구동력 보정 수단(150)은 구동력 변동분 예측 수단(140)에서 예측된 구동력 변동분를 기초로 구동력 보정분을 연산하고, 상기 구동력 보정분을 달성하는 모터 토크 명령값(Tm)을 연산하고, 상기 연산된 모터 토크 명령값(Tm)을 모터 제어 유닛(37)으로 송신한다.
먼저, 스텝 501에서, 구동력 보정 수단(150)은 변속시의 구동력 변동분를 판독한다.
다음, 스텝 502에서, 구동력 보정 수단(150)은 스텝 501에서 판독된 구동력 변동분을 기초로 구동력 보정분를 연산한다.
다음, 스텝 503에서, 구동력 보정 수단(150)은 스텝 502에서 연산된 구동력 보정분을 기초로 변속시의 모터 토크(Tm2)를 연산한다.
다음, 스텝 504에서, 구동력 보정 수단(150)은 변속 종결 후(t>t4) 엔진 토크의 지연분을 예측하고, 변속 종결 후(t>t4) 모터 토크(Tm3)를 연산한다.
마지막으로 스텝 505에서 구동력 보정 수단(150)은 각각 스텝 503 및 스텝 504에서 구해진 변속시의 모터 토크(Tm2) 및 변속 종료후(t > t4)의 모터 토크 (Tm3)를 모터 토크 명령값(Tm)으로서 송신한다.
다음, 도 6을 이용하여 본 실시예의 하이브리드 자동차의 제어 장치에서 사용된 회전수 동기 수단(160)의 처리 내용이 설명될 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 제어 장치에서 사용되는 회전수 동기 수단(160)의 처리 내용을 나타내는 플로우 차트이다.
먼저, 스텝 601에서, 회전수 동기 수단(160)은 구동력 보정분을 판독한다.
다음, 스텝 602에서, 회전수 동기 수단(160)은 스텝 601에서 판독된 구동력 보정분을 기초로 변속 종료시(t=t4), 출력 샤프트 회전수(모터 회전수)(Nm3)를 연산한다.
다음, 스텝 603에서, 회전수 동기 수단(160)은 스텝 602에서 구해진 출력 샤프트 회전수(Nm3)를 기초로 변속 종료시(t=t4) 목표 엔진 회전수(Ne3)를 연산한다.
다음, 스텝 604에서, 회전수 동기 수단(160)은 스텝 603에서 구해진 변속 종료시(t=t4) 목표 엔진 회전수(Ne3)를 기초로 회전수 동기를 위해 목표 스로틀 개방도(θ3)를 연산한다.
다음, 스텝 605에서, 회전수 동기 수단(160)은, 스텝 604에서 구해진 회전수 동기를 위해 목표 스로틀 개방도(θ3)를 출력하는 타이밍(t3)을 연산한다.
마지막으로, 스텝 606에서 회전수 동기 수단(160)은 각각 스텝 604 및 스텝 605에서 구해진 목표 스로틀 개방도(θ3)와 그 출력 타이밍(t3)을 기초로 목표 스로틀 개방도(θ3)를 엔진 제어 유닛(35)으로 송신한다.
도 7은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 제어 장치를 사용하는 하이브리드 자동차에서, 회전수 동기 수단으로서 변속기의 입력 샤프트에 연결된 발전기를 사용하는 하이브리드 자동차의 시스템 구성도이다.
회전수 동기 수단(160a)은 구동력 보정 수단(150)에서 연산된 구동력 보정분을 기초로 발전기 회전수(NgREF)를 출력한다. 이 때, 발전기(18)에 의해 변속기의 입력 샤프트(40)의 회전수를 제어하기 위하여, 출력 샤프트(13)의 축선 방향으로 허브(16)를 이동시키고 발전기용 동조링(15)을 통해서 맞물림 기어(14)와 허브(7)를 직접 연결시킬 필요가 있다. 그 밖의 구성은 도 1의 구성와 동일하여, 동일한 참조 번호를 붙이고 그 부분의 설명은 생략한다.
도 7과 같은 구성으로 발전기(18)를 사용하여 입력 샤프트(40)와 출력 샤프트(20) 사이의 회전수 동기를 행하는 것이 가능하다.
다음, 도 8, 도 9, 도 10 및 도 11 를 이용하여 도 7에서 나타낸 바와 같이 본 실시예에 의한 하이브리드 자동차의 제어 장치를 사용하는 변속시의 제어 방법이 설명될 것이다.
먼저, 도 8을 이용하여 제 1 내지 제 2 변속시의 제어 방법이 설명될 것이다.
도 8은 도 7에서 나타낸 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 제어 장치를 사용하는 제 1 내지 제 2 변속시의 제어 방법을 나타낸 타임 차트이다.
도 8에서, 도 8(A)는 변속 명령(Ss), 도 8(B)는 시프트 레버 위치(Ii), 도 8(C)는 스로틀 개방도(θ), 도 8(D)는 엔진 토크(Te), 도 8(E)는 모터 토크(Tm), 도 8(F)는 자동차의 구동력에 대응하는 출력 샤프트 토크(To), 도 8(G)는 발전기 회전수(Ng), 도 8(H)는 엔진 회전수(Ne) 및 도 8(I)는 출력 샤프트 회전수(Nm)를 나타낸다. 또한, 차트의 가로축은 시간을 나타낸다.
도 8(A)에서 나타낸 바와 같이 시간(to)에 있어서 엑셀러레이터 페달 밟은량(도시 안됨)과 차속(Vsp)에 응답하여 도 2에 나타낸 변속 전환 수단(130)으로부터 변속 명령(Ss)이 출력 되면, 변속시 발생하는 구동력 변동을 억제하는 제어가 개시된다. 간단히 하기 위해 도 3에서 도시된 경우와 마찬가지로 엑셀러레이터 페달 밟음량(α)은 일정(α= αs)하다.
먼저, 도 8(C)에서 나타낸 바와 같이, 전자 제어 스로틀은 t = t0 에서 폐쇄하기 시작하고 스로틀 개방도가 θ= θ2(=0)가 되도록 제어된다. 이것은 발진 클러치(39)가 접속된 상태라는 조건하에서 제 1 속도 연결 상태로부터 개방 상태로 도그 클러치를 변경시키기 위해 변속기의 입력 샤프트(40)의 토크와 출력 샤프트(20)의 토크를 동기 시키는 것을 필요로 하여, 도그 클러치 개방시 출력 샤프트의 토크 저하를 보정하기 위하여 모터 토크(Tm)에 응답하여 엔진 토크(Te)를 제어할 필요가 있다. 도 8(D)에서 도시한 바와 같이, 스로틀 개방도(θ)의 폐쇄 후 엔진 토크(Te)에 있어서의 약간의 응답 지연이 있고, 시점(t1)에서, 엔진 토크(Te)가 저하하기 시작한다.
그리고, 도 8(E)에 도시한 바와 같이, 시점(t1) 에서, 모터 토크(Tm)가 증가하기 시작하고, 도 8(B)에서 도시한 바와 같이, 엔진 토크(Te)와 모터 토크(Tm)가 동기될 때의 시점(t2)에서, 도그 클러치가 개방 상태가 되고, 시프트 레버 위치(Ii)는 제 1 속도 상태로부터 중립 상태로 이동된다. 상기 도그 클러치의 개방 상태시, 엔진 토크(Te)는 변속기의 입력 샤프트(40)로부터 출력 샤프트(20)로 전달 되지 않기 때문에, 토크 저하가 생기고 이것에 의해 탑승자는 쇼크를 느끼고, 도 8(E)에서 나타낸 바와 같이 모터 토크를 Tm2 까지 증가시킴으로서 상술된 토크 저하분을 보정하기 위한 처리법이 고려된다. 이 때, 모터 토크를 Tm2 까지 증가시킨 양만큼 출력 샤프트 회전수가 증가한다.
한편, 도그 클러치를 제 2 속도 상태로 연결시키기 위해서는 엔진 회전수(Ne)와 출력 샤프트 회전수(Nm)사이에서 동기를 행하는 것이 필요하다. 그러나, 도그 클러치를 개방하기 위해 스로틀을 폐쇄하므로 엔진 회전수는 Ne2 까지 떨어지고 회전수 동기가 불완전해져서 연결시 관성 토크가 발생하거나 제 2 속도 상태로의 연결이 불가능해지는 문제가 있다.
상기 문제를 해결하기 위해, 도 8(D)에서 나타낸 바와 같이 시점(t3)에서 발전기를 제어하여 발전기 회전수를 NgREF까지 증가시켜 엔진 회전수(Ne)를 출력 샤프트 회전수(Nm)와 동기하도록 제어할 필요가 있다. 이 때, 허브(16)를 도 7 에서 나타낸 방향으로 이동시켜 발전기(18)의 출력 샤프트(13)와 변속기의 입력 샤프트(40)를 직접 연결한다. 발전기의 목표 회전수(NgREF)는 도그 클러치 개방시의 모터토크(Tm2)와 그 토크를 출력하고 있는 기간을 기초로 엔진 회전수(Ne)가 출력 샤프트 회전수(Nm)와 동기하도록 결정된다. 상기 발전기 회전수(NgREF)에 따라, 엔진 회전수(Ne)는 Ne3까지 증가하고, 시점(t4)에 있어서 엔진회전수(Ne3)와 출력 샤프트 회전수(Nm3)가 동기하여 도그 클러치가 제 2속도에 연결되고, 중립위치로부터 제 2 속도 위치로 시프트 레버 위치(Ii)가 이동한다. 또한 시간 t > t4 에서는 엔진 토크(Te)의 지연분을 보정하기 위해서 모터 토크(Te)가 Tm3이 되도록 제어되어, 이 모터 토크(Te)의 지연이 제거되는 동시에 변속 제어가 종료된다. 상술된 제어 방법이 변속시 발생하는 토크 변동를 억제 시키고 변속을 원활히 진행시킨다.
다음, 도 9를 이용하여 변속시의 구동력 변동분를 예측하는 방법이 설명될 것이다.
도 9는 도 7에서 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 제어 장치에서 사용된 구동력 변동분 예측 수단(140)의 처리 내용을 나타낸 플로우 차트이다.
구동력 변동분 예측 수단(140)은 엑셀러레이터 밟음량(α)과 차속(Vsp)으로부터 구해진 목표 구동력을 기초로 구동력 변동분을 예측한다.
먼저, 스텝 901에서, 구동력 변동분 예측 수단(140)은 변속 명령(Ss)을 판독한다.
다음, 스텝 902에서, 구동력 변동분 예측 수단(140)은 엔진 회전수 센서(도시 안됨)등에 의해 검출된 변속 명령 출력 시점(t=t0)의 엔진 회전수(Ne1)를 판독한다.
다음, 스텝 903에서, 구동력 변동분 예측 수단(140)은 LAN 을 통해 엔진 제어 유닛(35)으로부터 송신된 변속 명령 출력시(t=t0)의 스로틀 개방도(θ1)를 판독한다.
다음, 스텝 904에서, 구동력 변동분 예측 수단(140)은 각각 스텝 902 및 스텝 903 에서 판독된 엔진 회전수(Ne1)와 스로틀 개방도(θ1)를 기초로 변속 명령 출력시(t=t0)의 엔진 토크(Te1)를 연산한다.
다음, 스텝 905에서, 구동력 변동분 예측 수단(140)은 변속 명령 출력 시점(t=t0)의 차속(Vsp)을 기초로 변속 종결후(t>t4) 엔진 회전수(Ne3)을 예측한다.
다음, 스텝 906에서, 구동력 변동분 예측 수단(140)은 변속 명령 출력 시(t=t0)의 스로틀 개방도(θ1)를 기초로 변속 종결후(t>t4) 스로틀 개방도(θ4)를 예측한다.
다음, 스텝 907에서, 구동력 변동분 예측 수단(140)은 각각 스텝 905 및 스텝 906에서 판독된 엔진 회전수(Ne)와 스로틀 개방각(θ4)을 기초로 변속 종결후 (t>t4) 엔진 토크(Te4)를 예측한다.
마지막으로, 스텝 908에서, 스텝 904 에서 구해진 변속 명령 출력시(t=t0)의 엔진 토크(Te1); 스텝 907에서 구해진 변속 종결후(t>t4) 엔진 토크(Te4); 변속기구의 기어비; 허브(7)를 구동하는 유압 엑추에이터(27)에 의해 결정된 도그 클러치의 중립 기간(t1<t<t4)을 기초로 구동력 변동분이 연산되고 예측된다.
또, 구동력 변동분 예측 수단(140)의 처리 내용은 상술한 연산을 행하지 않고 엑셀러레이터 페달 밟음량(α), 차속(Vsp) 및 변속 명령(Ss)으로부터 구동력 변동분이 얻어지도록 하는 지도 등에 의해 변속시 구동력 변동분이 예측될 것이다.
다음, 도 10을 이용하여 도 7에서 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 제어 장치에 사용된 구동력 보정 수단(150)의 처리내용이 설명될 것이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 제어 장치에 사용된 구동력 보정 수단의 처리 내용을 나타낸 플로우 차트이다.
구동력 보정 수단(150)은 구동력 변동분 예측 수단(140)에서 예측된 구동력 변동분을 기초로 구동력 보정분을 연산하고, 상술된 구동력 보정분을 달성하는 모터 토크 명령값(Tm)을 연산하고, 상기 연산된 모터 토크 명령값(Tm)을 모터 제어 유닛(37)으로 송신한다.
먼저, 스텝 1001에서, 구동력 보정 수단(150)은 변속시의 구동력 변동분을 판독한다.
다음, 스텝 1002에서, 구동력 보정 수단(150)이 스텝 1001에서 판독된 구동력 변동분을 기초로 구동력 보정분를 연산한다.
다음, 스텝 1003에서, 구동력 보정 수단(150)은 스텝 1002에서 연산된 구동력 보정분을 기초로 변속시의 모터 토크(Tm2)를 연산한다.
마지막으로, 스텝 1004에서 구동력 보정 수단(150)은 스텝 1003에서 구해진 모터 토크 (Tm2) 를 모터 토크 명령값(Tm)으로서 송신한다.
다음, 도 7에서 나타낸 본 발명의 하이브리드 자동차의 제어 장치에서 사용된 회전수 동기 수단(160a)의 처리 내용이 도 11을 이용하여 설명될 것이다.
도 11은 도 7에서 도시한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 제어 장치에서 사용된 회전수 동기 수단(160a)에서의 처리를 도시한 플로우 차트이다.
먼저, 스텝 1101에서, 회전수 동기 수단(160a)이 구동력 보정분을 판독한다.
다음, 스텝 1102에서, 회전수 동기 수단(160a)이 스텝 1101에서 판독된 구동력 보정분을 기초로 변속 종료시(t=t4)의 출력 샤프트 회전수(모터 회전수)(Nm3)를 연산한다.
다음, 스텝 1103에서, 회전수 동기 수단(160a)이 스텝 1102에서 구해진 출력 샤프트 회전수(Nm3)를 기초로 변속 종결시(t=t4) 목표 엔진 회전수(Ne3)를 연산한다.
다음, 스텝 1104에서, 스텝 1103에서 구해진 변속 종결시(t=t4)의 목표 엔진 회전수(Ne3)를 기초로 회전수 동기를 위해 회전수 동기 수단(160a)이 목표 발전기 회전수(NgREF)를 연산한다.
마지막으로, 스텝 1105에서, 회전수 동기 수단(160a)이 스텝 1104에서 구해진 목표 발전기 회전수(NgREF)를 엔진 제어 유닛(35)에 송신한다.
또, 본 발명은 상술된 실시예의 시스템 구성에 제한되지 않고, 도시된, 엔진은 가솔린 엔진 또는 디젤 엔진에서도 적용될 수 있다. 또한, 본 발명의 기어 변속기구는 4개 이상의 전진 속도 방향으로 변속단을 설정할 수 있고, 후진 속도 변속단을 설정하기 위해 기어 변속기구가 설치될 수 있다.
도 12는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 제어 장치의제어 대상을 나타내는 시스템 구성도이다.
엔진(1000)은 제어 장치(도시 안됨)에 의해 엔진으로 흡입되는 공기량을 엑셀러레이터 밟음량과 별도로 변화 하도록 할 수 있어 엔진 출력 샤프트(1002)의 회전 토크를 변화시킬 수 있는 전자 제어 스로틀(1001)을 구비한다. 또한, 전자 제어 스로틀(1002)의 제어를 차치하고, 연료 공급량, 연소 타이밍 제어등에 의해서 엔진 출력 샤프트(1002)의 토크도 변화될 수 있다.
변속기(1100)는 발진 클러치(1101)를 통해 변속기 입력 샤프트(1102)로 엔진 출력 샤프트(1002)의 회전 토크를 전달한다. 변속기 입력 샤프트(1102)에는 입력 샤프트쪽 제 3 속도 기어(1103), 입력 샤프트쪽 제 2 속도 기어(1104) 및 그것에 부착된 입력 샤프트쪽 제 1 속도 기어(1105)가 고정되어 있다.
상기 입력 샤프트쪽 기어는 각각 출력 샤프트쪽 제 3 속도 기어(1106), 출력 샤프트쪽 제 2 속도 기어(1108) 및 출력 샤프트쪽 제 1 속도 기어(1110)와 항상 맞물려져 있고, 각각 맞물려진 기어의 직경 비율에 따른 변속비에 의해 엔진 출력 샤프트(1002)의 회전이 전달된다.
출력 샤프트쪽 제 3 속도 기어(1106)의 회전은 습식 클러치(1107)를 통해 변속 출력 샤프트(구동 샤프트)로 전달된다. 상기 습식 클러치(1107)는 예를 들어 다중판 클러치가 바람직하지만 다른 습식 클러치 또는 건식 클러치일 수 있다.
출력 샤프트쪽 제 2 속도 기어(1108)의 회전과 출력 샤프트쪽 제 1 속도 기어(1110)의 회전은 도그 클러치(1109)를 통해 변속기 출력 샤프트(1200)로 선택적으로 전달된다. 즉, 출력 샤프트쪽 제 2 속도 기어(1108)와 출력 샤프트쪽 제 1 속도 기어의 중심은 중공으로 되어 있어 변속기 출력 샤프트(1200)에 고정되지 않는다. 변속기 출력 샤프트(1200)에 도그 클러치(1109)가 고정되고, 변속기 출력 샤프트(1200)의 회전을 따라서 도 12의 화살표 좌우 방향으로 도그 클러치(1109)가 이동한다. 상기 이동이 가능하도록 전기 솔레노이드(도시 안됨)등을 사용하는 것이 바람직하다.
도그 클러치(1109)가 도 12의 우측으로 이동할 때는, 도면에서 점선 형태로 도시된 바와 같이 도그 클러치(1109)의 한쪽 기어 표면이 출력 샤프트쪽 제 1 속도 기어(1110)의 한쪽 상에 설치된 맞물림 기어 표면과 접촉 및 맞물려지고, 이로 인해 입력 샤프트쪽 제 1 속도 기어(1105)와 출력 샤프트쪽 제 1 속도 기어(1110)사이의 직경비에 따라 엔진 출력 샤프트(1002)의 회전이 변속되어 구동 샤프트(1200)로 전달된다.
도그 클러치(1109)가 도 12의 좌측으로 이동할 때는 도면에서 실선 형태로 도시한 바와 같이 도그 클러치(1109)의 다른쪽 기어 표면은 출력 샤프트쪽 제 2 속도 기어(1109)쪽에 설치된 맞물림 기어 표면과 접촉 및 맞물려져 있고 이로 인해 입력 샤프트쪽 제 2 속도 기어(1104)와 출력 샤프트쪽 제 1 속도 기어(1108)의 직경비에 따라 엔진 출력 샤프트(1002)의 회전이 변속되어 구동 샤프트(1200)로 전달된다. 이런 경우에 도 12의 화살표(1402)는 회전 토크의 전달 경로를 나타낸다.
도그 클러치(1109)가 출력 샤프트쪽 제 2 속도 기어(1108) 또는 출력 샤프트쪽 제 1 속도 기어(1110)와 맞물리지 않는 중간 위치에 있을 때는, 출력 샤프트쪽 제 2 속도 기어(1108)와 출력 샤프트쪽 제 1 속도 기어(1110)를 통한 회전 토크의전달이 행해지지 않고, 중립 상태가 된다. 즉, 도 12에서 나타낸 바와 같은 점선 형태와 실선 형태 사이의 중간 위치인 중립 상태에 도그 클러치(1109)가 위치한다.
도그 클러치(1109)가 중립 상태에 있을 때, 습식 클러치(1107)가 폐쇄 상태이면, 엔진 출력 샤프트(1002)의 회전 토크는 입력 샤프트쪽 제 3 속도 기어(1101)와 출력 샤프트쪽 제 3 속도 기어(1106)의 직경비에 따른 변속비로 구동 샤프트(1200)에 전달된다. 이런 경우, 도 12에서 점선으로된 화살표(1401)는 회전 토크의 전달 경로를 나타낸다.
도그 클러치(1109)가 중립 상태일 때, 습식 클러치(1107)가 개방 상태이면 구동 샤프트(1200)의 회전과 엔진 출력 샤프트의 회전이 분리된다.
구동 샤프트(변속기 출력 샤프트)(1200)에 전달된 회전 토크는 차동 기어(differential gear)(1201)를 통해 구동 바퀴를 구동시킨다.
입력 샤프트쪽 제 1 속도 기어(1105)는 모터쪽 기어(1303)와 모터 접속 클러치(1302)를 통해 모터 제너레이터(1300)에 연결된다. 모터 제너레이터(1300)의 모터 샤프트(1301)의 회전과 변속기 입력 샤프트(1102)는 모터 접속 클러치(1302)의 개폐에 의해 연결과 분리가 가능하다.
발진 클러치(1101)가 개방 되고, 모터 접속 클러치(1302)가 폐쇄 되고, 도그 클러치(1109)가 출력 샤프트쪽 제 1 속도 클러치(1110)에 연결 되는 경우, 화살표(1404)를 나타낸 경로를 통해 전달된 모터 제너레이터의 구동력에 의해 자동차의 발진이 가능해지고, 자동차의 발진시 연비 효율이 나쁜 엔진(2000)을 사용하여 발진하는 경우보다 더 높은 효율로 운전할 수 있다. 또한, 경사면 하부 이동 운전시 또는 브레이킹 동작등은 화살표(1403)로 나타낸 바와 같이 재생될 수 있다.
다음, 도 13을 이용하여 상기 구동 시스템에서 모터 제너레이터(1300)라기보다 엔진(1000)에 의해 구동되고 발진 클러치(1101)가 폐쇄되고, 습식 클러치(1107)가 개방되고 도그 클러치(1109)가 출력 샤프트쪽 제 1 속도 기어(1110)에 연결되는 제 1 속도 상태로부터 도그 클러치(1109)가 출력 샤프트쪽 제 2 속도 기어(1108)에 연결되는 제 2 속도 상태로 변속되는 경우가 설명될 것이다.
이런 경우에는 모터 접속 클러치(1301)는 운전 모드에 따라 개폐 상태중 하나가 될 수 있다. 배터리(도시 안됨)가 완전히 충전되면, 모터 접속 클러치(1301)는 개방되고, 엔진 출력 샤프트(1002)의 회전에 의해 재생되면, 모터 접속 클러치(1301)는 폐쇄되고, 회전 토크가 조절되는 경우에도, 모터 접속 클러치(1301)가 폐쇄된다. 도 13은 배터리가 완전히 충전된 상태에 있고, 변속기 입력 샤프트(1102)의 회전 토크 조절이 실시되지 않고 모터 접속 클러치가 개방된 상태의 예시를 도시한다.
도 13의 점선(1504)은 출력 샤프트쪽 제 1 속도 기어(1110) 또는 출력 샤프트쪽 제 2 속도 기어(1108) 및 도그 클러치(1109)를 통해 구동 샤프트에 전달된 엔진 출력 샤프트(1002)의 회전 토크를 나타낸다. 도 13의 점선(1505)은 모터 제너레이터(1300)가 역행상태(力行狀態)에 있고 모터 접속 클러치(1302)와 습식 클러치(1107)가 폐쇄될 때, 모터측 기어(1303), 변속기 입력 샤프트(1102), 입력 샤프트쪽 제 3 속도 기어(1103), 출력 샤프트쪽 제 3 속도 기어(1106) 및 폐쇄된 습식 클러치(1107)를 통해 구동 샤프트에 전달된 토크를 나타낸다.
제 1 속도 상태에서 제 2 속도로 변속을 초래하는 변속 신호가 수신되면, 출력 샤프트쪽 제 1 속도 기어(1110)와 맞물려져 있는 도그 클러치(1109)가 분리되고, 점선(1504)에서 나타낸 바와 같이 구동 샤프트(1200)에 전달된 토크가 저하된다. 동시에, 모터 접속 클러치(1302)와 습식 클러치(1107)를 폐쇄함으로써, 점선(1505)에서 나타낸 바와 같이 토크가 증가함에 따라 모터 제너레이터(1300)에 의해 발생된 토크가 구동 샤프트(1200)에 전달된다. 따라서, 구동 샤프트(1200)의 회전 토크는 점선(1504)으로부터 점선(1505)으로 그 변동분이 변하는 방식으로 실선(1503)으로 나타낸 바와 같이 변한다.
따라서, 도그 클러치(1109)가 제 1 속도로 부터 중립 상태가 될 때의 구동 샤프트 토크의 변동 및 저하가 억제된다.
또한, 중립 상태로부터 제 2 속도 상태의 전이가 행해질 때, 도그 클러치(1109)가 출력 샤프트쪽 제 2 속도 기어와 맞물려지는 반면 습식 클러치(1107)와 모터 접속 클러치(1302)가 점진적으로 개방되도록 제어된다. 구동 샤프트(1200)의 회전 토크는 그 변동분이 점선(1505)으로부터 점선(1504)으로 변하는 방식으로 실선(1503)으로 나타낸 바와 같이 변한다.
따라서, 도그 클러치(1109)가 제 1 속도로부터 중립 상태가 될 때의 구동 샤프트 토크의 변동이 억제된다.
이러한 구조로, 실선(1503)으로 나타낸 바와 같이, 변속시 구동 샤프트(1200)의 토크가 실질적으로 원활하게 진행되어, 운전자가 받을 수 있는 토크의 충격이 감소될 수 있다.
또, 상술된 설명에서, 변속시 모터 제너레이터(1300)에 의해 수행되는 토크 보상의 예시를 설명 하였지만, 모터 제너레이터(1300)를 역행할 수 없을 때 또는 엔진(1000)의 구동력을 활발히 사용하는 경우등에서는 엔진(1000)과 습식 클러치(1107)의 제어만으로 도 13의 실선(1503)과 같이 토크 충격 저하를 행하는 것이 가능하다.
이런 경우에서는 전자 제어 스로틀(1001)을 사용하여 도 13의 실선(1501)으로 도시된 바와 같이 스로틀 개방도를 변화시키고 도그 클러치(1109)가 중립 상태에 있을때, 습식 클러치(1107)를 폐쇄시키는 제어를 행함으로써 엔진 구동 샤프 트(1002), 발진 클러치(1101), 변속기 입력 샤프트(1102), 입력 샤프트쪽 제 3 속도 기어(1103), 출력 샤프트쪽 제 3 속도 기어(1106) 및 습식 클러치(1107)를 따르는 경로상에 즉, 도 12의 화살표(1401)경로상에 전달된 토크를 도 13의 점선(1505)과 같이 제어할 수 있어 모터 제터레이터(1300)의 구동력 대신 사용될 수 있다.
또, 모터 제너레이터(1300)의 변속기(1100)에의 접속 위치가 입력 샤프트쪽 제 1 속도 기어(1105)로 한정되지 않고, 경우에 따라서는 입력 샤프트쪽 제 2 속도 기어(1104), 입력 샤프트쪽 제 2 속도 기어(1103), 출력 샤프트쪽 기어(1106, 1108, 1110)에 접속 하도록 구성되더라도 동일한 효과를 얻을 수 있다. 또한, 변속기 입력 샤프트(1102)에 접속되더라도 동일한 효과를 얻을 수 있다. 또한, 도 12에 나타낸 순서로 기어의 배열이 한정되지 않고, 제 1 속도 및 제 2 속도가 반대 방향이 되거나, 변속이 4회 내지 5회 일어나더라도 동일한 효과를 얻을 수 있다. 또한, 본 발명은 습식 클러치가 제 3 속도 기어상에 설치되는 구조에 한정되지 않는다.
본 발명에 따르면, 엔진과 모터를 장착한 하이브리드 자동차에서, 동기 맞물림 기구를 사용하여 유단 기어 변속기가 변속되는 경우에, 발진 클러치를 차단시킴으로써 발생하는 변속시의 토크 저하를 보상하고 모터의 구동 토크를 증가시킴으로써 변속시 감속감의 발생을 피할 때의 관성 토크의 발생을 억제하여 자동차의 가속 성능을 향상시킬 수 있다.

Claims (4)

  1. 내연 기관과,
    적어도 하나의 회전전기기기와,
    상기 내연 기관의 출력 샤프트와 상기 회전전기기의 출력 샤프트 사이의 변속기구, 및
    상기 변속 기구에 제공된 변속 전환을 위한 클러치 기구를 구비하고,
    상기 내연 기관의 출력 샤프트로부터 상기 변속 기구로 동력 전달을 차단하지 않고 상기 변속 전환을 실행하는 하이브리드 자동차의 제어 장치로,
    상기 변속 전환시의 구동력 변동분을 예측 하는 구동력 변동분 예측 수단과,
    상기 회전전기기기의 출력을 증가시켜 상기 구동력 변동분 예측 수단에 의해 구해진 구동력 변동분을 기초로 상기 구동력 변동분을 보정하는 구동력 보정수단을 더욱 구비한 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차의 제어 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 구동력 보정 수단에 의해 구해진 구동력 보정분을 기초로 상기 내연 기관의 출력 샤프트와 상기 회전전기기의 출력 샤프트 사이의 회전수 동기를 행하는 회전수 동기 수단을 더욱 구비한 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차의 제어 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 회전수 동기 수단에서 전자 제어 스로틀이 사용되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차의 제어 장치.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 내연 기관에 접속된 제 2 회전전기기기가 상기 회전수 동기 수단에 사용되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차의 제어 장치.
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