KR20080055977A - 하이브리드차 및 그 제어방법 - Google Patents

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KR20080055977A
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후미카즈 사토
다케시 가나야마
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도요다 지도샤 가부시끼가이샤
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Abstract

본 발명은 엔진의 시동요구가 있었을 때, 운전자의 파워 요구가 있는 경우에는, 그 파워 요구에 따라 재빨리 엔진으로부터 큰 파워를 출력하는 것이 가능하게 되도록 점화시기로서 파워 요구용 점화시기를 설정한다(S210). 한편, 운전자의 파워 요구가 없는 경우에는 정차 중이 아니면 주행 중으로 구동축에 토오크가 걸려 있기 때문에 채터링 음은 거의 생기지 않기 때문에, 차체 진동을 작게 하기 위하여 점화시기로서 진동 억제용 점화시기를 설정하고(S220), 정차 중이면 토오크가 너무 작아지면 채터링 음이 생기기 때문에 엔진에 기인하여 토오크 변동이 생겼다 하여도 기어기구의 기어끼리가 맞닿음/이간을 반복하는 일이 없는 토오크를 발생하도록 점화시기로서 채터링 억제용 점화시기를 설정한다(S230).

Description

하이브리드차 및 그 제어방법{HYBRID VEHICLE AND CONTROL METHOD THEREOF}
본 발명은 하이브리드차 및 그 제어방법에 관한 것이다.
종래부터 플라네터리 기어기구를 거쳐 연결한 내연기관과 발전기와 전동기 사이에서 동력의 주고 받음을 행하는 하이브리드차가 알려져 있다. 예를 들면 특허문헌 1에 기재된 하이브리드차에서는 내연기관의 운전을 정지하고 배터리의 방전 파워에 의하여 전동기를 구동하여 주행하고 있을 때에 내연기관을 시동할 필요가 생긴 경우, 내연기관의 출력이 갑자기 상승하는 것에 의한 차체 진동의 발생 등을 경감하는 것을 목적으로 하여 내연기관의 점화시기를 늦추어 내연기관의 출력 토오크를 억제하는 제어를 행하고 있다.
[특허문헌 1]
일본국 특개2004-11650호 공보
그런데 내연기관의 시동시의 출력 토오크를 너무 억제하면 내연기관에 기인하는 토오크변동(예를 들면 흡입·압축·팽창·배기라는 행정을 반복할 때에 생기는 토오크변동이나 낮은 토오크 때문에 연소가 불안정해짐으로써 생기는 토오크변동 등)에 의하여 플라네터리 기어기구에서 딱딱거린다는 채터링 음이 발생하는 경우가 있다. 또 플라네터리 기어기구와 차축의 사이에 배치되는 변속기의 기어기구에서도 동일한 채터링 음이 발생하는 경우가 있다.
본 발명의 하이브리드차 및 그 제어방법은, 내연기관의 시동에 따르는 기어기구의 채터링 음을 억제하는 것을 목적의 하나로 한다. 또 본 발명의 하이브리드차 및 그 제어방법은 내연기관의 시동에 따르는 차체 진동과 채터링 음을 운전상황에 따라 적절하게 억제하는 것을 목적의 하나로 한다.
본 발명의 하이브리드차 및 그 제어방법은, 상기한 목적의 적어도 일부를 달성하기 위하여 이하의 수단을 채용하였다.
본 발명의 제 1 하이브리드차는,
차축에 연결된 구동축에 동력을 출력 가능한 내연기관과,
상기 내연기관의 출력축과 기어기구를 거쳐 연결되고, 상기 구동축에의 토오크의 입출력을 따라 상기 내연기관을 모터링 가능한 모터링수단과,
상기 구동축에 동력을 입출력 가능한 전동기와,
상기 구동축의 회전상황을 검출하는 구동축 회전상황 검출수단과,
운전자의 파워 요구의 유무를 검출하는 요구 파워 검출수단과,
운전자의 파워 요구가 없는 상태에서 상기 내연기관의 시동 지시가 이루어졌을 때에 상기 구동축의 회전이 정지하고 있던 경우에는, 상기 모터링수단에 의하여 상기 내연기관을 모터링한 상태에서 상기 내연기관의 시동 토오크가 소정 크기의 채터링 억제 토오크가 되도록 하여 상기 내연기관을 완폭시킨 후, 상기 모터링수단에 의한 모터링이 종료하도록 상기 내연기관, 상기 모터링수단 및 상기 전동기를 제어하는 시동시 제어수단을 구비하는 것을 요지로 한다.
이 하이브리드차에서는 운전자의 파워 요구가 없는 상태에서 내연기관의 시동지시가 이루어졌을 때에 구동축의 회전이 정지하고 있던 경우에는 모터링수단에 의하여 내연기관을 모터링한 상태에서 내연기관을 시동시키나, 그 때의 시동 토오크가 소정 크기의 채터링 억제 토오크가 되도록 하여 그 내연기관을 완폭시킨다. 이에 의하여 내연기관의 출력축과 모터링수단을 연결하는 기어기구 등에서 채터링 음이 발생하는 것을 억제하는 것이 가능하게 된다.
본 발명의 제 2 하이브리드차는,
차축에 연결된 구동축 차축에 연결된 구동축에 동력을 출력 가능한 내연기관과,
상기 내연기관의 출력축과 기어기구를 거쳐 연결되고, 상기 구동축에의 토오크의 입출력을 따라 상기 내연기관을 모터링 가능한 모터링수단과,
상기 구동축에 동력을 입출력 가능한 전동기와,
상기 구동축의 회전상황을 검출하는 구동축 회전상황 검출수단과,
운전자의 파워 요구의 유무를 검출하는 요구 파워 검출수단과,
운전자의 파워 요구가 없는 상태에서 상기 내연기관의 시동지시가 이루어졌을 때에 상기 구동축이 회전하고 있던 경우에는, 상기 모터링수단에 의하여 상기 내연기관을 모터링한 상태에서 그 내연기관의 시동 토오크가 소정의 미소 토오크가 되도록 하여 그 내연기관을 완폭시킨 후 상기 모터링수단에 의한 모터링이 종료하도록 상기 내연기관, 모터링수단 및 상기 전동기를 제어하여, 운전자의 파워 요구가 없는 상태에서 상기 내연기관의 시동지시가 이루어졌을 때에 상기 구동축의 회전이 정지하고 있던 경우에는 상기 모터링수단에 의하여 상기 내연기관을 모터링한 상태에서 그 내연기관의 시동 토오크가 상기 미소 토오크보다 큰 채터링 억제 토오크가 되도록 하고 그 내연기관을 완폭시킨 후, 상기 모터링수단에 의한 모터링이 종료하도록 상기 내연기관, 상기 모터링수단 및 상기 전동기를 제어하는 시동시 제어수단을 구비하는 것을 요지로 한다.
이 하이브리드차에서는 운전자의 파워 요구가 없는 상태에서 내연기관의 시동지시가 이루어졌을 때에 구동축이 회전하고 있던 경우에는, 모터링수단에 의하여 내연기관을 모터링한 상태에서 내연기관을 시동시키나, 구동축이 회전하고 있을 때에는 기어기구의 채터링 음이 생기기 어렵기 때문에, 그 때의 시동 토오크는 소정의 미소 토오크가 되도록 하여 내연기관의 시동시에 생기는 차체 진동을 저감한다. 한편, 운전자의 파워 요구가 없는 상태에서 내연기관의 시동지시가 이루어졌을 때에 구동축의 회전이 정지하고 있던 경우에는, 모터링수단에 의하여 내연기관을 모터링한 상태에서 내연기관을 시동시키나, 그 때의 시동 토오크는 미소 토오크보다 큰 채터링 억제 토오크가 되도록 하고 있기 때문에, 내연기관의 출력축과 모터링수단을 연결하는 기어기구 등에서 기어 톱니끼리가 맞닿음/이간을 반복한다는 움직임이 생기기 어렵다. 이와 같이 내연기관의 시동에 따르는 차체 진동과 채터링 음을 운전상황에 따라 적절하게 억제할 수 있다.
본 발명의 제 1 또는 제 2 하이브리드차에서, 상기 시동시 제어수단은, 상기채터링 억제 토오크로서, 그 내연기관에 기인하는 토오크변동에 의하여 상기 기어기구의 기어 톱니끼리가 맞닿음/이간을 반복하지 않는 크기의 토오크를 채용하여도 된다. 이와 같이 하면 내연기관에 기인하는 토오크변동이 생겼다 하여도 기어기구 등에서 채터링 음이 발생하는 것을 확실하게 억제할 수 있다.
본 발명의 제 2 하이브리드차에서 상기 시동시 제어수단은 상기 채터링 억제 토오크로서 그 내연기관에 기인하는 토오크변동에 의하여 상기 기어기구의 기어 톱니끼리가 맞닿음/이간을 반복하지 않는 크기의 토오크로서, 상기 미소 토오크에 가까운 값을 채용하여도 좋다. 이와 같이 하면 내연기관의 시동시의 차체 진동을 가능한 작게 하면서 채터링 음을 억제할 수 있다.
본 발명의 제 2 하이브리드차에 있어서, 상기 시동시 제어수단은 상기 내연기관의 시동 토오크가 상기 미소 토오크가 되도록 하기 위해서는 그 내연기관의 점화시기가 최지각이 되도록 그 내연기관을 제어하고, 상기 내연기관의 시동 토오크가 상기 채터링 억제 토오크가 되도록 하기 위해서는 그 내연기관의 점화시기가 최지각보다 진각측이 되도록 그 내연기관을 제어하여도 좋다.
본 발명의 제 1 또는 제 2 하이브리드차에서, 상기 시동시 제어수단은 운전자의 파워 요구가 있는 상태에서 상기 내연기관의 시동지시가 이루어졌을 때에는 상기 모터링수단에 의하여 상기 내연기관을 모터링한 상태에서 그 내연기관의 시동 토오크가 상기 채터링 억제 토오크를 넘는 토오크가 되도록 하여 그 내연기관을 완폭시킨 후, 상기 모터링수단에 의한 모터링이 종료하도록 상기 내연기관, 모터링수단 및 상기 전동기를 제어하여도 좋다. 이와 같이 하면 운전자의 파워 요구가 있는 경우에는 내연기관의 시동에 따르는 차체 진동이나 기어기구의 채터링 음을 억제하기보다 내연기관으로부터 재빨리 큰 토오크가 출력되도록 하기 때문에 운전자의 요구에 응답성 좋게 따를 수 있다.
본 발명의 제 1 또는 제 2 하이브리드차에서, 상기 시동시 제어수단은 상기 내연기관의 시동 토오크를 점화시기에 의거하여 제어하여도 좋다. 예를 들면 흡입 공기량을 조작함으로써 시동 토오크의 크기를 제어하여도 좋으나, 그것보다 점화시기를 조작함으로써 시동 토오크의 크기를 제어하는 쪽을 일반적으로 신속하게 행할 수 있기 때문에 바람직하다.
본 발명의 제 1 또는 제 2 하이브리드차에서, 상기 모터링수단은 상기 내연기관의 출력축과 상기 구동축과 제 3 축의 3축에 접속되어 그 3축 중 어느 것인가 2축에 입출력한 동력에 의거하여 나머지 축에 동력을 입출력하는 3축식 동력 입출력수단을 상기 기어기구로 하고, 상기 제 3 축에 동력을 입출력하는 발전기로서 구성되어 있어도 좋다.
본 발명의 제 3 하이브리드차의 제어방법은,
차축에 연결된 구동축에 동력을 출력 가능한 내연기관과, 상기 내연기관의 출력축과 기어기구를 거쳐 연결되고, 상기 구동축에의 토오크의 입출력을 따라 상기 내연기관을 모터링 가능한 모터링수단과, 상기 구동축에 동력을 입출력 가능한 전동기를 구비하는 하이브리드차의 제어방법에 있어서,
운전자의 파워 요구가 없는 상태에서 상기 내연기관의 시동지시가 이루어졌을 때에 상기 구동축의 회전이 정지하고 있던 경우에는, 상기 모터링수단에 의하여 상기 내연기관을 모터링한 상태에서 그 내연기관의 시동 토오크가 소정 크기의 채터링 억제 토오크가 되도록 하여 그 내연기관을 완폭시킨 후, 상기 모터링수단에 의한 모터링이 종료하도록 상기 내연기관, 상기 모터링수단 및 상기 전동기를 제어하는 것을 요지로 한다.
이 하이브리드차의 제어방법에서는 운전자의 파워 요구가 없는 상태에서 내연기관의 시동지시가 이루어졌을 때에 구동축의 회전이 정지하고 있던 경우에는 모터링수단에 의하여 내연기관을 모터링한 상태에서 내연기관을 시동시키나, 그 때의 시동 토오크가 소정 크기의 채터링 억제 토오크가 되도록 하여 그 내연기관을 완폭시킨다. 이에 의하여 내연기관의 출력축과 모터링수단을 연결하는 기어기구 등에서 채터링 음이 발생하는 것을 억제하는 것이 가능하게 된다. 또한 이 하이브리드차의 제어방법에서 상기한 본 발명의 하이브리드차의 각종 기능을 실현하기 위한 단계를 가하여도 좋다.
본 발명의 제 4 하이브리드차의 제어방법은,
차축에 연결된 구동축에 동력을 출력 가능한 내연기관과, 상기 내연기관의 출력축과 기어기구를 거쳐 연결되고, 상기 구동축에의 토오크의 입출력을 따라 상기 내연기관을 모터링 가능한 모터링수단과, 상기 구동축에 동력을 입출력 가능한 전동기를 구비하는 하이브리드차의 제어방법에 있어서,
(a) 운전자의 파워 요구가 없는 상태에서 상기 내연기관의 시동지시가 이루어졌을 때에 상기 구동축이 회전하고 있던 경우에는, 상기 모터링수단에 의하여 상기 내연기관을 모터링한 상태에서 상기 내연기관의 시동 토오크가 소정의 미소 토오크가 되도록 하여 그 내연기관을 완폭시킨 후, 상기 모터링수단에 의한 모터링이 종료하도록 상기 내연기관, 모터링수단 및 상기 전동기를 제어하고,
(b) 운전자의 파워 요구가 없는 상태에서 상기 내연기관의 시동지시가 이루어졌을 때에 상기 구동축의 회전이 정지하고 있던 경우에는 상기 모터링수단에 의하여 상기 내연기관을 모터링한 상태에서 상기 내연기관의 시동 토오크가 상기 미소 토오크보다 큰 채터링 억제 토오크가 되도록 하여 그 내연기관을 완폭시킨 후, 상기 모터링수단에 의한 모터링이 종료하도록 상기 내연기관, 상기 모터링수단 및 상기 전동기를 제어하는 것을 요지로 한다.
이 하이브리드차의 제어방법에서는 운전자의 파워 요구가 없는 상태에서 내연기관의 시동지시가 이루어졌을 때에 구동축이 회전하고 있던 경우에는, 모터링수단에 의하여 내연기관을 모터링한 상태에서 내연기관을 시동시키나, 구동축이 회전하고 있을 때에는 기어기구의 채터링 음이 생기기 어렵기 때문에, 그 때의 시동 토오크는 소정의 미소 토오크가 되도록 하여 내연기관의 시동시에 생기는 차체 진동을 저감한다. 한편, 운전자의 파워 요구가 없는 상태에서 내연기관의 시동지시가 이루어졌을 때에 구동축의 회전이 정지하고 있던 경우에는, 모터링수단에 의하여 내연기관을 모터링한 상태에서 내연기관을 시동시키나, 그 때의 시동 토오크는 미소 토오크보다 큰 채터링 억제 토오크가 되도록 하여 내연기관의 출력축과 모터링수단을 연결하는 기어기구 등에서 기어 톱니끼리의 맞닿음이 떨어져 다시 맞닿는다는 움직임이 생기기 어렵다. 이와 같이 내연기관의 시동에 따르는 차체 진동과 기어기구의 채터링 음을 운전상황에 따라 적절하게 억제할 수 있다. 또한 이 하이브리드차의 제어방법에 있어서, 상기한 본 발명의 하이브리드차의 각종 기능을 실현하기 위한 단계를 가하여도 좋다.
도 1은 본 발명의 일 실시예인 하이브리드 자동차(20)의 구성의 개략을 나타내는 구성도,
도 2는 엔진(22)의 구성의 개략을 나타내는 구성도,
도 3은 시동시 제어 루틴의 일례를 나타내는 플로우차트,
도 4는 요구 토오크설정용 맵의 일례를 나타내는 설명도,
도 5는 엔진(22)을 시동할 때의 모터(MG1)의 토오크지령(Tm1*)과 엔진(22)의 회전수(Ne)와 시동 개시시부터의 경과시간(t)의 관계를 설정한 맵,
도 6은 모터 운전모드에서 엔진 시동 요구가 있었을 때의 플라네터리 기어(30)의 회전요소를 역학적으로 설명하기 위한 동작 공선도,
도 7은 정차 중이고 운전자의 파워 요구가 없을 때에 엔진 시동 요구가 있었을 때의 플라네터리 기어(30)의 회전요소를 역학적으로 설명하기 위한 동작 공선도,
도 8은 플라네터리 기어(30)에서 채터링 음이 발생할 때의 메카니즘에 관한 설명도,
도 9는 엔진 ECU측 시동시 제어 루틴의 일례를 나타내는 플로우차트,
도 10은 변형예의 하이브리드 자동차(120)의 구성의 개략을 나타내는 구성도이다.
다음에 본 발명을 실시하기 위한 최선의 형태를 실시예를 사용하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예인 동력 출력장치를 탑재한 하이브리드 자동차(20)의 구성의 개략을 나타내는 구성도이다. 실시예의 하이브리드 자동차(20)는, 도시하는 바와 같이 엔진(22)과, 엔진(22)의 출력축으로서의 크랭크샤프트(26)에 댐퍼(28)를 거쳐 피니언 기어(33)를 회전시키는 캐리어(34)가 접속된 플라네터리 기어(30)와, 플라네터리 기어(30)의 선 기어(31)에 접속된 발전 가능한 모터(MG1)와, 플라네터리 기어(30)의 링 기어(32)에 접속된 구동축으로서의 링 기어축(32a)에 감속 기어(35)를 거쳐 접속된 모터(MG2)와, 하이브리드 자동차(20) 전체를 제어하는 하이브리드용 전자제어유닛(70)을 구비한다. 또한 구동축으로서의 링 기어축(32a)은 동력전달 기어(60)와 디퍼런셜 기어(62)를 거쳐 구동륜(63a, 63b)이 설치된 차축(64)에 접속되어 있고, 링 기어축(32a)에 출력된 동력은 주행용 동력으로서 사용된다.
엔진(22)은 예를 들면 가솔린 또는 경유 등의 탄화수소계의 연료에 의하여 동력을 출력 가능한 내연기관으로서 구성되어 있고, 도 2에 나타내는 바와 같이 에어 클리너(122)에 의하여 청정된 공기를 스로틀 밸브(124)를 거쳐 흡입함과 동시에 연료분사밸브(126)로부터 가솔린을 분사하여 흡입된 공기와 가솔린을 혼합하고, 이 혼합기를 흡기밸브(128)를 거쳐 연료실에 흡입하고, 점화플러그(130)에 의한 전기불꽃에 의하여 폭발 연소시켜, 그 에너지에 의하여 밀어 내려지는 피스톤(132)의 왕복운동을 크랭크샤프트(26)의 회전운동으로 변환한다. 엔진(22)으로부터의 배기 는, 일산화탄소(CO)나 탄화수소(HC), 질소산화물(NOx)의 유해성분을 정화하는 정화장치(삼원촉매)(134)를 거쳐 외기로 배출된다.
엔진(22)은 엔진용 전자제어유닛(이하, 엔진 ECU라 함)(24)에 의하여 제어되고 있다. 엔진 ECU(24)는, CPU(24a)를 중심으로 하는 마이크로프로세서로 구성되어 있고, CPU(24a) 외에 처리프로그램을 기억하는 ROM(24b)과, 데이터를 일시적으로 기억하는 RAM(24c)과, 도시 생략한 입출력 포트 및 통신 포트를 구비한다. 엔진 ECU(24)에는 엔진(22)의 상태를 검출하는 여러가지 센서로부터의 신호, 크랭크샤프트(26)의 회전위치를 검출하는 크랭크 포지션 센서(140)로부터의 크랭크 포지션이나 엔진(22)의 냉각수의 온도를 검출하는 수온센서(142)로부터의 냉각수온, 연소실 내에 설치된 압력센서(143)로부터의 실린더내 압력(Pin), 연소실에 흡배기를 행하는 흡기밸브(128)나 배기밸브를 개폐하는 캠샤프트의 회전위치를 검출하는 캠 포지션 센서(144)로부터의 캠 포지션, 슬롯 밸브(124)의 포지션을 검출하는 스로틀 밸브 포지션 센서(146)로부터의 스로틀 포지션, 흡기관에 설치된 에어 플로우 미터(148)로부터의 에어 플로우 미터 신호(AF), 마찬가지로 흡기관에 설치된 온도센서(149)로부터의 흡기온 등이 입력 포트를 거쳐 입력되어 있다. 또 엔진 ECU(24)로부터는 엔진(22)을 구동하기 위한 여러가지의 제어신호, 예를 들면 연료분사밸브(126)에의 구동신호나, 스로틀 밸브(124)의 포지션을 조절하는 스로틀 모터(136)에의 구동신호, 이그나이터와 일체화된 이그니션 코일(138)에의 제어신호, 흡기밸브(128)의 개폐 타이밍을 변경 가능한 가변 밸브 타이밍기구(150)에의 제어신호 등이 출력 포트를 거쳐 출력되고 있다. 또한 엔진 ECU(24)는, 하이브리드용 전자제 어유닛(70)과 통신하고 있고, 하이브리드용 전자제어유닛(70)으로부터의 제어신호에 의하여 엔진(22)을 운전제어함과 동시에, 필요에 따라 엔진(22)의 운전상태에 관한 데이터를 출력한다.
모터(MC1) 및 모터(MG2)는, 어느 것이나 발전기로서 구동할 수 있음과 동시에 전동기로서 구동할 수 있는 주지의 동기발전 전동기로서 구성되어 있고, 인버터(41, 42)를 거쳐 배터리(50)와 전력의 주고받기를 행한다. 모터(MG1, MG2)는 어느 것이나 모터용 전자제어유닛(이하, 모터 ECU라 함)(40)에 의하여 구동제어되고 있다. 모터 ECU(40)에는 모터(MG1, MG2)를 구동 제어하기 위하여 필요한 신호, 예를 들면 모터(MG1, MG2)의 회전자의 회전위치를 검출하는 회전위치 검출센서(43, 44)로부터의 신호나 도시 생략한 전류센서에 의해 검출되는 모터(MG1, MG2)에 인가되는 상전류 등이 입력되어 있고, 모터 ECU(40)로부터는 인버터(41, 42)에의 스위칭제어신호가 출력되고 있다. 모터 ECU(40)는 하이브리드용 전자제어유닛(70)과 통신하고 있고, 하이브리드용 전자제어유닛(70)으로부터의 제어신호에 의하여 모터(MG1, MG2)를 구동제어함과 동시에 필요에 따라 모터(MG1, MG2)의 운전상태에 관한 데이터를 하이브리드용 전자제어유닛(70)에 출력한다.
배터리(50)는 배터리용 전자제어유닛(이하, 배터리 ECU라 함)(52)에 의하여 관리되고 있다. 배터리 ECU(52)에는 배터리(50)를 관리하는 데 필요한 신호, 예를 들면, 배터리(50)의 단자 사이에 설치된 도시 생략한 전압센서로부터의 단자간 전압, 배터리(50)의 출력단자에 접속된 전력라인(54)에 설치된 도시 생략한 전류센서로부터의 충방전 전류, 배터리(50)에 설치된 온도센서(51)로부터의 전지온도(Tb) 등이 입력되어 있고, 배터리(50)를 관리하기 위한 잔용량(SOC)을 계산함과 동시에 계산한 잔용량(SOC)과 전지온도(Tb)나 그 입출력제한(Win, Wout), 배터리(50)를 충방전하기 위한 요구값인 충방전 요구파워(Pb*) 등을 계산하여, 필요에 따라 데이터를 통신에 의하여 하이브리드용 전자제어유닛(70)에 출력한다.
하이브리드용 전자제어유닛(70)은, CPU(72)를 중심으로 하는 마이크로프로세서로서 구성되어 있고, CPU(72) 외에 처리프로그램을 기억하는 ROM(74)과, 데이터를 일시적으로 기억하는 RAM(76)과, 도시 생략한 입출력 포트 및 통신 포트를 구비한다. 하이브리드용 전자제어유닛(70)에는 이그니션 스위치(80)로부터의 이그니션 신호, 시프트 레버(81)의 조작위치를 검출하는 시프트 포지션 센서(82)로부터의 시프트 포지션(SP), 엑셀러레이터 페달(83)의 밟음량을 검출하는 엑셀러레이터 페달 포지션 센서(84)로부터의 엑셀러레이터 개방도(Acc), 브레이크 페달(85)의 밟음량을 검출하는 브레이크 페달 포지션 센서(86)로부터의 브레이크 페달 포지션(BP), 차속센서(88)로부터의 차속(V) 등이 입력 포트를 거쳐 입력되어 있다. 하이브리드용 전자제어유닛(70)은 상기한 바와 같이 엔진 ECU(24)나 모터 ECU(40), 배터리 ECU(52)와 통신 포트를 거쳐 접속되어 있고, 엔진 ECU(24)나 모터 ECU(40), 배터리 ECU(52)와 각종 제어신호나 데이터의 주고받기를 행하고 있다.
이와 같이 하여 구성된 실시예의 하이브리드 자동차(20)는, 운전자에 의한 엑셀러레이터 페달(83)의 밟음량에 대응하는 엑셀러레이터 개방도(Acc)와 차속(V)에 의거하여 구동축으로서의 링 기어축(32a)에 출력해야 할 요구 토오크를 계산하고, 이 요구 토오크에 대응하는 요구동력이 링 기어축(32a)에 출력되도록 엔진(22) 과 모터(MG1)와 모터(MG2)가 운전 제어된다. 엔진(22)과 모터(MC1)와 모터(MG2)의 운전제어로서는, 요구동력에 적합한 동력이 엔진(22)으로부터 출력되도록 엔진(22)을 운전제어함과 동시에 엔진(22)으로부터 출력되는 동력의 모두가 플라네터리 기어(30)와 모터(MG1)와 모터(MG2)에 의하여 토오크변환되어 링 기어축(32a)에 출력되도록 모터(MG1) 및 모터(MG2)를 구동제어하는 토오크변환 운전모드나 요구동력과 배터리(50)의 충방전에 필요한 전력과의 합에 적합한 동력이 엔진(22)으로부터 출력되도록 엔진(22)을 운전 제어함과 동시에 배터리(50)의 충방전을 따라 엔진(22)으로부터 출력되는 동력의 전부 또는 그 일부가 플라네터리 기어(30)와 모터(MG1)와 모터(MG2)에 의한 토오크 변환을 수반하여 요구동력이 링 기어축(32a)에 출력되도록 모터(MG1) 및 모터(MG2)를 구동제어하는 충방전 운전모드, 엔진(22)의 운전을 정지하여 모터(MG2)로부터의 요구동력에 적합한 동력을 링 기어축(32a)에 출력하도록 운전제어하는 모터 운전모드 등이 있다.
다음에 실시예의 하이브리드 자동차(20)의 동작, 특히 엔진(22)의 운전정지 중에 엔진(22)의 시동요구가 있었을 때의 동작에 대하여 설명한다. 도 3은 엔진(22)의 시동요구가 있었을 때에 하이브리드용 전자제어유닛(70)에 의하여 실행되는 시동시 제어 루틴의 일례를 나타내는 플로우차트이다. 여기서 엔진(22)의 운전정지 중에 엔진(22)의 시동 요구가 있었을 때로서는, 예를 들면 모터 운전모드로 주행하고 있을 때에 엔진(22)에 요구되는 엔진 요구 파워(Pe*)가 문턱값(Pref)을 넘었을 때나 정차상태에서 시스템을 기동한 직후로서 엔진(22)의 난기나 배터리(50)의 충전을 행할 필요가 있을 때 등을 들 수 있다. 모터 운전모드에 대하여 이하에 간단하게 설명한다. 문턱값(Pref)은 엔진(22)의 시동요구의 유무를 판정하기 위하여 사용되고, 엔진(22)을 비교적 효율좋게 운전할 수 있는 영역 중 하한의 파워 근방에 설정되어 있다. 엔진 요구 파워(Pe*)는, 구동축으로서의 링 기어축(32a)에 출력해야 할 구동축 요구 파워(Pr*)와 배터리(50)가 요구하는 충방전 요구 파워(Pb*)(방전 파워를 양, 충전 파워를 음으로 한다)와 로스(Loss)에 의하여 하기 수학식 (1)과 같이 나타내기 때문에, 배터리(50)의 잔용량(SOC)이 비교적 충분한 상태에서도 운전자가 엑셀러레이터 페달(83)을 크게 밟았을 때나, 배터리(50)의 잔용량이 비교적 충분한 상태이고, 또한 운전자의 엑셀러레이터 페달(83)의 밟음이 없을 때에도 차속(V)이 커져 링 기어축(32a)의 회전수(Nr)가 커졌을 때, 운전자의 엑셀러레이터 페달(83)의 밟음이 없는 차속(V)도 작고, 링 기어축(32a)의 회전수(Nr)도 작을 때에도 배터리(50)의 잔용량이 낮아져 큰 충방전 요구 파워(Pb*)(충전 파워)가 설정되었을 때 등에, 문턱값(Prcf)을 넘는다. 또한 구동축 요구 파워(Pr*)는, 엑셀러레이터 페달 포지션 센서(84)로부터의 엑셀러레이터 개방도(Acc)와 차속센서(88)로부터의 차속(V)에 의거하여 ROM(74)에 기억된 요구 토오크 설정용 맵(도 4 참조)으로부터 링 기어축(32a)에 요구되는 요구 토오크(Tr*)를 도출하고, 이 요구 토오크(Tr*)에 링 기어축(32a)의 회전수(Nr)를 곱한 것으로 하였다. 링 기어축(32a)의 회전수(Nr)는 하기 수학식 (2)에 나타내는 바와 같이 회전위치 검출센서(44)에 의하여 검출되는 모터(MG2)의 회전자의 회전위치에 의거하여 계산된 모터(MC)의 회전수(Nm2)를 감속 기어(35)의 기어비(Gr)로 나눔으로써 구하였다. 또한 모터 운전모드에서는 엔진(22)의 회전수(Ne)는 제로, 모터(MG1)의 토오크(Tm1)도 제로이다.
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Figure 112008031410113-PCT00002
그런데, 도 3의 시동시 제어 루틴이 실행되면, 하이브리드용 전자제어유닛(70)의 CPU(72)는, 엑셀러레이터 페달 포지션 센서(84)로부터의 엑셀러레이터 개방도(Acc)나 차속센서(88)로부터의 차속(V), 엔진(22)의 회전수(Nc), 모터(MG1, MC2)의 회전수(Nm1, Nm2), 배터리(50)의 입출력 제한(Win, Wout) 등, 제어에 필요한 데이터를 입력하고(단계 S100), 입력한 엑셀러레이터 개방도(Acc)와 차속(V)에 의거하여 도 4의 요구 토오크 설정용 맵을 사용하여 요구 토오크(Tr*)를 설정한다(단계 S110). 여기서 엔진(22)의 회전수(Ne)는 크랭크샤프트(26)에 설치된 크랭크 포지션 센서(140)로부터의 신호에 의거하여 계산된 것을 엔진 ECU(24)로부터 통신에 의하여 입력하는 것으로 하였다. 또 모터(MG1, MG2)의 회전수(Nm1, Nm2)는 회전위치 검출센서(43, 44)에 의하여 검출되는 모터(MG1, MG2)의 회전자의 회전위치에 의거하여 계산된 것을 모터 ECU(40)로부터 통신에 의하여 입력하는 것으로 하였다. 또 배터리(50)의 입출력 제한(Win, Wout)은, 배터리(50)의 잔용량(S0C)에 의거하여 설정된 것을 배터리 ECU(52)로부터 통신에 의하여 입력하는 것으로 하였다.
계속해서 엔진(22)의 회전수(Ne)나 시동 개시시부터의 경과시간(t)을 사용하 여 엔진시동용 맵으로부터 모터(MC1)의 토오크지령(Tm1*)을 도출하여 설정한다(단계 S120). 엔진시동용 맵은, 엔진(22)을 시동할 때의 모터(MG1)의 토오크지령(Tm1*)과 엔진(22)의 회전수(Ne)와 시동 개시시부터의 경과시간(t)과의 관계를 설정한 맵이다. 도 5에 이 맵의 일례를 나타낸다. 이 맵에서는 도 5에 나타내는 바와 같이 엔진(22)의 시동지시가 이루어진 시간(t1) 직후부터 레이트처리를 사용하여 신속하게 비교적 큰 토오크를 토오크지령(Tm1*)에 설정하여 엔진(22)의 회전수(Nc)를 신속하게 증가시킨다. 엔진(22)의 회전수(Ne)가 공진회전수대를 통과하였거나 공진회전수대를 통과하는 데 필요한 시간 이후의 시간(t2)에 엔진(22)을 안정하여 점화개시 회전수(Nstart) 이상에서 모터링할 수 있는 토오크(모터링용 토오크)를 토오크지령(Tm1*)에 설정하고, 전력소비나 구동축으로서의 링 기어축(32a)에서의 반력을 작게 한다. 여기서 점화개시 회전수(Nstart)는, 본 실시예에서는 공진회전수대보다 여유를 가지고 큰 회전수(예를 들면 1000 rpm)로 설정되어 있다고 하였다. 그리고 엔진(22)의 회전수(Ne)가 점화개시 회전수(Nstart)에 이르는 시간(t3)을 넘어 엔진(22)이 완폭 하였을 때에 비로소 넘는 완폭 회전수(Ncomb)에 이르는 시간(t4)에 도달할 때까지 상기한 모터링용 토오크를 토오크지령(Tm1*)에 설정하고, 시간(t4)부터 신속하게 토오크지령(Tm1*)이 값 0이 되도록 레이트처리를 행하고, 시간(t5)에 토오크지령(Tm1*)이 값 0이 되게 한다. 그 후는 엔진(22)을 자립 운전시키는 경우에는 모터(MG1)의 토오크지령(Tm1*)에 값 0을 계속하여 설정하고, 모터(MG1)에 의하여 발전하는 경우에는 발전용 토오크(음의 값)를 토오크지령(Tm1*)에 설정한다. 이와 같이 엔진(22)의 시동지시가 이루어진 직후에 큰 토오 크를 모터(MG1)의 토오크지령(Tm1*)에 설정하여 엔진(22)을 모터링함으로써, 신속하게 엔진(22)을 점화개시 회전수(Nstart) 이상으로 회전시켜 시동할 수 있다.
이와 같이 하여 모터(MG1)의 토오크지령(Tm1*)을 설정하면 배터리(50)의 입출력 제한(Win, Wout)과 설정한 모터(MG1)의 토오크지령(Tm1*)에 현재의 모터(MG1)의 회전수(Nm1)를 곱하여 얻어지는 모터(MG1)의 소비전력(발전전력)과의 편차를 모터(MG2)의 회전수(Nm2)로 나눔으로써 모터(MG2)로부터 출력하여도 좋은 토오크의 상하한으로서의 토오크제한(Tmin, Tmax)을 다음 수학식 (3) 및 수학식 (4)에 의하여 계산함과 동시에(단계 S130), 요구 토오크(Tr*)와 토오크지령(Tm1*)과 플라네터리 기어(30)의 기어비(ρ)를 사용하여 모터(MG2)로부터 출력해야 할 토오크로서의 임시 모터 토오크(Tm2tmp)를 수학식 (5)에 의하여 계산하고(단계 S140), 임시 모터 토오크(Tm2tmp)를 토오크제한(Tmin, Tmax)으로 제한한 값으로서 모터(MG2)의 토오크지령(Tm2*)을 설정하고(단계 S150), 설정한 모터(MG1, MG2)의 토오크지령(Tm1*, Tm2*)을 모터 ECU(40)에 송신한다(단계 S160). 이와 같이 모터(MG1)의 토오크지령(Tm1*)을 설정함과 동시에 모터(MG2)의 토오크지령(Tm2*)을 설정함으로써, 엔진(22)을 시동하면서 구동축으로서의 링기어축(32a)에 출력하는 요구 토오크(Tr*)를 배터리(50)의 입출력 제한(Win, Wout)의 범위 내에서 제한한 토오크로서 출력할 수 있다. 또한 수학식 (5)는 뒤에서 설명하는 도 6의 공선도로부터 용이하게 이끌어 낼 수 있다. 또 토오크지령(Tm1*, Tm2*)을 수신한 모터 ECU(40)는, 토오크지령(Tm1*)으로 모터(MG1)가 구동됨과 동시에 토오크지령(Tm2*)으로 모터(MG2)가 구동되도록 인버터(41, 42)의 스위칭소자의 스위칭제어를 행한다.
Figure 112008031410113-PCT00003
Figure 112008031410113-PCT00004
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다음에 엔진(22)의 회전수(Ne)가 점화개시 회전수(Nstart)에 이르고 있는지의 여부를 판정하여(단계 S170), 엔진(22)의 회전수(Ne)가 점화개시 회전수(Nstart)에 이르고 있지 않을 때에는 단계 S100으로 되돌아가서, 엔진(22)의 회전수(Ne)가 점화개시 회전수(Nstart)에 이를 때까지 단계 S100∼S170의 처리를 반복한다. 엔진(22)의 회전수(Ne)가 점화개시 회전수(Nstart)에에 이르면 시동지령 플래그(Fstart)가 값 0인지의 여부를 확인한다(단계 S180). 이 시동지령 플래그(Fstart)는 엔진(22)에 시동지령을 출력하였는지의 여부를 나타내는 플래그이고, 값 0일 때에는 아직 엔진(22)에 시동지령을 출력하고 있지 않은 것을 나타내고, 값 1일 때에는 이미 엔진(22)에 시동지령을 출력한 것을 나타낸다. 지금, 단계 S170에서 비로소 엔진(22)의 회전수(Ne)가 점화개시 회전수(Nstart)에 도달하였을 때는 생각하면, 단계 S180에서 시동지령(Fstart)은 값 0이기 때문에 단계 S190이후의 처리로 진행한다. 그리고 운전자의 파워 요구가 있는지의 여부와, 정차 중인지의 여부를 판정하여(단계 S190, S200), 그것에 따라 점화시기를 설정한다. 운전자의 파 워 요구가 있는지의 여부의 판정은, 본 실시예에서는 금회의 요구 토오크(Tr*)와 전회의 요구 토오크(Tr*)의 차분을 구하여 그 차분이 소정 토오크를 넘었을 때에 운전자의 파워 요구 있음이라고 판정하는 것으로 하였다. 소정 토오크는 제로로 하여도 되고, 실질 제로라고 간주할 수 있는 근소한 값으로 하여도 된다. 또 정차 중인지의 여부의 판정은 차속(V)이 제로인지의 여부에 따라 판정하는 것으로 하였다.
단계 S190에서 운전자의 파워 요구가 있었을 때에는 점화시기로서 파워 요구용 점화시기를 설정한다(단계 S210). 파워 요구용 점화시기는 엔진(22)에 흡입되어 압축된 혼합기를 연소시켰을 때의 일량이 대략 최대가 되도록 실험 등에 의하여 미리 정해져 있다. 이와 같이 함으로써, 운전자의 파워 요구에 신속하게 대응할 수 있다. 한편 운전자의 파워 요구가 없고 또한 정차 중이 아닐 때에는 점화시기로서 진동억제용 점화시기를 설정한다(단계 S220). 진동억제용 점화시기는, 엔진(22)이 완폭한 후 실화하지 않는 최저한의 토오크 또는 그 근방의 토오크(미소 토오크)를 발생하도록 실험 등에 의하여 미리 정해져 있고, 본 실시예에서는 점화시기는 최지각이 되도록 정해져 있다. 이와 같은 토오크에 설정하는 것은 이하의 이유에 의한다. 즉, 정차 중이 아니면 모터 운전모드로 주행 중이고 구동축인 링 기어축(32a)에 토오크가 가해지고 있기 때문에, 엔진(22)의 시동시에 엔진(22)으로부터 출력되는 토오크가 변동하였다 하여도 기어의 채터링 음이 생기기 어렵다. 이 때문에 가능한 한 엔진(22)으로부터 출력되는 토오크를 작게 하여 차체 진동을 억제하는 것이다. 또 운전자의 파워 요구가 없고 또한 정차 중일 때에는 점화시기 로서 채터링 억제용 점화시기를 설정한다(단계 S230). 채터링 억제용 점화시기는, 엔진(22)이 흡입·압축·연소·배기를 반복하는 것에 기인하여 토오크변동이 생기거나 낮은 토오크 때문에 연소가 불안정해지는 것에 기인하여 토오크변동이 생기거나 하였다고 하여도 플라네터리 기어(30)의 피니언 기어(33)의 톱니와 선 기어(31)의 톱니나 피니언 기어(33)의 톱니와 링기어의 톱니가 맞닿음/이간을 반복하여 채터링 음이 생긴다는 사태를 초래하지 않는 토오크를 발생하도록 실험 등에 의하여 미리 정해져 있다. 이 채터링 억제용 점화시기는 발생하는 토오크(채터링 억제 토오크)가 미소 토오크와 운전자의 파워 요구가 있었을 때의 토오크와의 중간으로서 채터링 음이 생기지 않는 범위 중 미소 토오크에 가까운 값이 되도록 설정되어 있다. 구체적으로는 파워 요구용 점화시기보다 지각측, 진동억제용 점화시기보다 진각측이나, 진동억제용 점화시기에 가까운 위치에 정해져 있다. 이와 같이 함으로써, 엔진(22)의 완폭 후에 엔진(22)에 기인하는 토오크변동에 의하여 채터링 음이 발생하는 것을 억제할 수 있고, 가능한 한 차체 진동도 억제할 수있다.
그리고 단계 S210, S220 또는 S230 중 어느 하나에서 점화시기를 설정한 후, 엔진 ECU(22)에 그 점화시기에서 시동시의 점화제어를 실행하도록 시동지령을 출력함과 동시에 시동지령 플래그(Fstart)에 값 1을 설정한다(단계 S240). 그렇게 하면 시동지령을 수신한 엔진 ECU(24)은 엔진(22)의 냉각수의 온도나 흡기관 내의 온도 등에 의거하여 산출한 시동시 연료분사량의 연료가 연료분사밸브(126)로부터 분사되도록 연료분사밸브(126)를 제어함과 동시에, 소정의 점화시기에 도달하면 이그니션 코일(138)에 통전하여 점화플러그(130)로부터 전기불꽃을 날려 혼합기에 점화 한다. 그 후, 엔진(22)이 완폭하고 또한 토오크지령(Tm1*)이 제로가 되었는지의 여부를 판정한다(단계 S250). 이 단계 S250에서 부정 판정되었을 때는 단계 S100으로 되돌아가서 단계 S100 이후의 처리를 반복하나, 단계 S100 이후를 반복할 때에는 시동지령 플래그(Fstart)는 값 1로 설정이 끝났기 때문에 단계 S180에서 부정 판정되어 즉시 단계 S250로 스킵하게 된다. 그 후, 엔진(22)이 완폭하고, 또한 토오크지령(Tm1*)이 제로가 되었을 때[도 5의 시간(t5)참조]에는 엔진(22)의 시동은 완료되었다고 판단하여 시동지령 플래그(Fstart)를 값 0으로 리세트하고(단계 S260), 본 루틴을 종료한다. 본 루틴을 종료하면 엔진(22) 및 모터(MG1, MG2)를 구동하는 토오크변환 운전모드나 충방전 운전모드에 의하여 주행하기 위한 도시 생략한 구동제어루틴이 실행되나, 이 제어에 대해서는 본 발명의 중핵을 이루지 않기 때문에 그 상세한 설명은 생략한다.
도 6은 하이브리드 자동차(20)가 모터 운전모드로 주행하고 있을 때에 엔진(22)의 시동요구가 이루어진 경우의 동작공선도이다. 도면에서 왼쪽의 S축은 모터(MC1)의 회전수(Nm1)인 선 기어(31)의 회전수를 나타내고, C축은 엔진(22)의 회전수(Ne)인 캐리어(34)의 회전수를 나타내며, R축은 모터(MG2)의 회전수(Nm2)를 감속 기어(35)의 기어비(Gr)로 나눈 링 기어(32)의 회전수(Nr)를 나타낸다. 모터 운전모드로 주행하고 있을 때에는 도면에서 점선으로 나타내는 바와 같이 엔진(22)의 회전수(Ne)는 제로이고, 모터(MG1)의 회전수(Nm1)는 모터(MG2)의 회전수(Nm2)가 결정되면 그것에 따를 수 있도록 모터(MG1)의 토오크지령(Tm1*)을 제로 토오크로 하고 있다. 이 모터 운전모드시에 배터리(50)의 잔용량(SOC)이 비교적 충분한 상태이 어도 운전자가 엑셀러레이터 페달(83)을 크게 밟았을 때에는 엔진(22)의 시동요구가 이루어지고, 모터(MG1)에 의하여 엔진(22)을 모터링하여 엔진(22)의 회전수(Ne)가 점화개시 회전수(Nstart)가 되도록 하고(도 6의 실선 참조), 요구 토오크(Tr*)가 전회와 비교하여 급증하고 있기 때문에 파워 요구용 점화시기에서 점화되도록 엔진(22)의 시동을 행하여 재빨리 엔진(22)으로부터 파워를 출력하도록 한다. 한편, 모터 운전모드일 때에도 배터리(50)의 잔용량이 비교적 충분한 상태이고, 또한 운전자의 엑셀러레이터 페달(83)의 밟음이 없는 경우에 차속(V)이 커져 링 기어축(32a)의 회전수(Nr)가 커졌을 때나, 운전자의 엑셀러레이터 페달(83)의 밟음이 없고 차속(V)도 작고 링 기어축(32a)의 회전수(Nr)도 작은 경우에도 배터리(50)의 잔용량이 낮아져 큰 충방전 요구 파워(Pb*)(충전 파워)가 설정되었을 때 등에는 엔진(22)의 시동요구가 이루어지나, 운전자의 파워 요구는 없기 때문에 모터(MG1)에 의해 엔진(22)을 모터링하여 엔진(22)의 회전수(Ne)가 점화개시 회전수(Nstart)가 되도록 한 후, 진동억제용 점화시기에서 엔진(22)의 시동을 행하고, 엔진(22)의 시동에 따라 발생하는 차체 진동을 가능한 한 억제하도록 한다. 이 때, 구동축인 링 기어축(32a)에는 토오크지령(Tr*)이 가해진 상태이기 때문에, 플라네터리 기어(30) 내나 감속 기어(35) 내에서 기어끼리의 채터링 음이 생기기 어렵다.
도 7은 하이브리드 자동차(20)가 정차 중이고 또한 엔진(22)의 운전이 정지하고 있을 때에 엔진(22)의 시동요구가 이루어진 경우의 동작공선도이다. 정차 중이고 또한 엔진(22)의 운전이 정지하고 있을 때에는, 모터(MG1, MG2) 및 엔진(22)의 각 회전수(Nm1, Nm2, Ne)는 모두 제로이다(도 7의 점선 참조). 이와 같은 때에 시스템이 기동되어 엔진(22)의 난기나 배터리(50)의 충전을 행할 필요가 있는 경우에는 엔진(22)의 시동요구가 이루어진다. 모터(MG1)의 토오크지령(Tm1*)은 엔진(22)의 완폭후의 시간(t5) 이후에 제로 토오크가 되기 때문에(도 5 참조), 엔진(22)으로부터의 출력 토오크가 너무 작으면 엔진(22)에 기인하는 토오크변동에 의하여 도 8에 나타내는 바와 같이 선 기어(31)의 톱니와 피니언 기어(33)의 톱니의 맞닿음/이간이 반복되어 딱딱거린다는 채터링 음이 발생한다. 마찬가지로 하여 링 기어(32)의 톱니와 피니언 기어(33)의 톱니 사이에서도 채터링 음이 발생한다. 이 때문에 실시예에서는 기어의 톱니끼리의 맞닿음/이간이 일어나지 않는 토오크를 엔진(22)으로부터 출력하도록 하고 있다. 또한 모터(MG1)의 토오크지령(Tm1*)에 대해서는 그 후 엔진(22)을 자립 운전시키는 경우에는 그대로 제로 토오크를 계속하여 설정하고, 그 후 모터(MC1)에 발전시키기 위해서는 토오크지령(Tm1*)에 음의 부호가 되는 토오크를 설정한다.
이상 설명한 실시예의 하이브리드 자동차(20)에 의하면 엔진 시동 요구가 있었을 때에 운전자의 파워 요구가 없고 또한 정차하고 있었던 경우에는 차체 진동을 충분히 억제 가능한 미소 토오크보다 약간 큰 채터링 억제 토오크를 엔진(22)으로부터 출력하도록 하기 위하여 플라네터리 기어(30)나 동력전달 기어(60) 등에서 딱딱거린다는 채터링 음이 발생하는 것을 억제하는 것이 가능하게 된다. 이 채터링 억제 토오크는 기어 톱니끼리가 맞닿음/이간을 반복하는 일이 없는 크기의 토오크로서 미소 토오크에 가까운 값을 채용하고 있기 때문에, 엔진(22)의 시동시의 차체 진동을 가능한 한 작게 하면서 채터링 음을 억제할 수 있다. 또 엔진 시동 요구가 있었을 때에 운전자의 파워 요구가 없고 정차하고 있지 않았던 경우에는, 구동축인 링 기어축(32a)에 토오크가 가해지고 있기 때문에 채터링 음이 발생하기 어려우므로 차체 진동을 충분히 억제하는 미소 토오크를 엔진(22)으로부터 출력하도록 하기 때문에 엔진(22)의 시동시에 운전자가 차체 진동을 느끼는 일은 거의 없다. 이와 같이 엔진(22)의 시동에 따르는 차체 진동과 채터링 음을 운전상황에 따라 적절하게 억제할 수 있다.
또, 엔진 시동 요구가 있었을 때에 운전자의 파워 요구가 있는 경우에는, 엔진(22)의 시동에 따르는 차체 진동이나 기어의 채터링 음을 억제하기 보다 엔진(22)으로부터 재빨리 큰 토오크가 출력되도록 하기 때문에 운전자의 요구에 응답성 좋게 따를 수 있다.
또한 본 발명은 상기한 실시예에 조금도 한정되지 않고 본 발명의 기술적 범위에 속하는 한 여러가지의 형태로 실시할 수 있는 것은 물론이다.
예를 들면 상기한 실시예에서는 엔진 시동시에 엔진(22)으로부터 출력되는 토오크의 제어를 점화시기를 조작함으로써 행하였으나, 점화시기를 조작하는 대신에 엔진(22)에 흡입하는 공기량(스로틀 개방도)을 조작하여도 좋다. 단, 흡입 공기량을 조작하는 것에 비하여 점화시기를 조작하는 쪽을 일반적으로 신속하게 행할 수 있기 때문에, 점화시기를 조작하는 쪽이 바람직하다.
상기한 실시예에서는 하이브리드용 전자제어유닛(70)의 CPU(72)에 의하여 실행되는 시동시 제어 루틴으로 점화시기를 설정하는 것으로 하였으나, 엔진(22)의 시동요구가 있었을 때에는 하이브리드용 전자제어유닛(70)으로부터 엔진 ECU(24)에 그 시동요구를 송신하도록 하고, 그 시동요구를 수신한 엔진 ECU(24)의 CPU(24a)가 도 9의 엔진 ECU측 시동시 제어 루틴을 행하도록 하여도 좋다. 즉, 이 루틴이 개시되면 엔진 ECU(24)의 CPU(24a)는 모터링에 의하여 회전수(Ne)가 점화개시 회전수(Nstart)가 된 후, 파워 요구가 있는 경우와 파워 요구가 없고, 정차 중인 경우와, 파워 요구가 없고 주행 중인 경우의 어느 것에 해당하는지를 판정하여, 각각의 경우에 따라 점화시기를 설정한다(단계 S300∼S350). 또한 단계 S310∼S350는 상기한 단계 S190∼S230와 동일한 처리이다. 그 후, 엔진 냉각수온이나 흡기관 온도 등에 의거하여 산출한 시동시 연료분사량의 연료를 연료분사밸브(126)로부터 분사함과 동시에 상기한 단계 S330∼S350 중 어느 하나에서 설정한 점화시기에서 점화플러그(130)의 전기불꽃에 의하여 혼합기에 점화하는 처리를 실행하고(단계 S360), 회전수(Ne)가 완폭 회전수(Ncomb)를 넘은 후, 하이브리드용 전자제어유닛(70)에 완폭신호를 출력한다(단계 S370, S380). 이 경우, 하이브리드용 전자제어유닛(70)은 단계 S160의 후단계 S250으로 진행하여 엔진 ECU(24)로부터 완폭신호를 수신할 때까지 단계 S100∼S160, S250의 처리를 반복하고, 완폭신호 수신후에 토오크지령(Tm1*)이 제로가 되는 것을 확인하여 그 루틴을 종료하면 된다.
상기한 실시예에서는 금회의 요구 토오크(Tr*)와 전회의 요구 토오크(Tr*)의 차분을 구하여 그 차분이 소정 토오크를 넘었을 때에 운전자의 파워 요구 있음이라고 판정하는 것으로 하였으나, 금회의 엑셀러레이터 개방도(Acc)와 전회의 엑셀러레이터 개방도(Acc)의 차분(엑셀러레이터 밟음 증가량)을 구하여 그 차분이 소정값을 넘었을 때에 운전자의 파워 요구 있음이라고 판정하여도 좋다.
상기한 실시예의 하이브리드 자동차(20)에서는 모터(MG2)의 동력을 감속 기어(35)에 의하여 변속하여 링 기어축(32a)에 출력하는 것으로 하였으나, 도 10의 변형예의 하이브리드 자동차(120)에 예시하는 바와 같이 모터(MG2)의 동력을 링 기어축(32a)이 접속된 차축[구동축(63a, 63b)이 접속된 차축]과는 다른 차축[도 10에서의 차륜(64a, 64b)에 접속된 차축]에 접속하는 것으로 하여도 좋다.
상기한 실시예의 하이브리드 자동차(20)에서는, 엔진(22)의 시동시에 있어서의 가변 밸브 타이밍기구(150)의 동작에 대하여 언급하지 않았으나, 흡기밸브(128)의 폐쇄 타이밍을 지각측으로 함으로써, 흡입행정으로부터 압축행정으로 이행하여도 가능한 한 흡기밸브(128)를 개방한 그대로의 상태로 하는 것이 바람직하다. 이와 같이 함으로써 엔진 시동시의 압축행정으로 큰 압축력이 생기지 않고 원활하게 엔진(22)을 시동시킬 수 있다.
이와 같이 본 발명은 내연기관으로부터의 동력과 전동기로부터의 동력을 구동축에 출력 가능한 하이브리드 자동차에 적용할 수 있으나, 이러한 하이브리드 자동차에 한정되는 것이 아니라, 자동차 이외의 차량, 예를 들면 열차나 선박 등에 적용할 수도 있다.
본 출원은 2005년 11월 7일에 출원된 일본국 특허출원제2005-322617호를 우선권 주장의 기초로 하고 있고, 인용에 의하여 그 내용의 모두가 본 명세서에 포함된다.
본 발명은 승용차나 버스, 트럭 등의 자동차에 관련되는 산업 외에, 열차나 선박, 항공기 등의 수송차량에 관련되는 산업에 이용 가능하다.

Claims (10)

  1. 차축에 연결된 구동축에 동력을 출력 가능한 내연기관과,
    상기 내연기관의 출력축과 기어기구를 거쳐 연결되고, 상기 구동축에의 토오크의 입출력을 따라 상기 내연기관을 모터링 가능한 모터링수단과,
    상기 구동축에 동력을 입출력 가능한 전동기와,
    상기 구동축의 회전상황을 검출하는 구동축 회전상황 검출수단과,
    운전자의 파워 요구의 유무를 검출하는 요구 파워 검출수단과,
    운전자의 파워 요구가 없는 상태에서 상기 내연기관의 시동 지시가 이루어졌을 때에 상기 구동축의 회전이 정지하고 있었던 경우에는, 상기 모터링수단에 의하여 상기 내연기관을 모터링한 상태에서 그 내연기관의 시동 토오크가 소정 크기의 채터링 억제 토오크가 되도록 하여 그 내연기관을 완폭시킨 후, 상기 모터링수단에 의한 모터링이 종료하도록 상기 내연기관, 상기 모터링수단 및 상기 전동기를 제어하는 시동시 제어수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 하이브리드차.
  2. 차축에 연결된 구동축에 동력을 출력 가능한 내연기관과,
    상기 내연기관의 출력축과 기어기구를 거쳐 연결되고, 상기 구동축에의 토오크의 입출력을 따라 상기 내연기관을 모터링 가능한 모터링수단과,
    상기 구동축에 동력을 입출력 가능한 전동기와,
    상기 구동축의 회전상황을 검출하는 구동축 회전상황 검출수단과,
    운전자의 파워 요구의 유무를 검출하는 요구 파워 검출수단과,
    운전자의 파워 요구가 없는 상태에서 상기 내연기관의 시동 지시가 이루어졌을 때에 상기 구동축이 회전하고 있었던 경우에는, 상기 모터링수단에 의하여 상기 내연기관을 모터링한 상태에서 그 내연기관의 시동 토오크가 소정의 미소 토오크가 되도록 하여 그 내연기관을 완폭시킨 후, 상기 모터링수단에 의한 모터링이 종료하도록 상기 내연기관, 모터링수단 및 상기 전동기를 제어하고, 운전자의 파워 요구가 없는 상태에서 상기 내연기관의 시동 지시가 이루어졌을 때에 상기 구동축의 회전이 정지하고 있던 경우에는, 상기 모터링수단에 의하여 상기 내연기관을 모터링한 상태에서 그 내연기관의 시동 토오크가 상기 미소 토오크보다 큰 채터링 억제 토오크가 되도록 하여 그 내연기관을 완폭시킨 후, 상기 모터링수단에 의한 모터링이 종료하도록 상기 내연기관, 상기 모터링수단 및 상기 전동기를 제어하는 시동시 제어수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 하이브리드차.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 시동시 제어수단은, 상기 채터링 억제 토오크로서, 그 내연기관에 기인하는 토오크변동에 의하여 상기 기어기구의 기어 톱니끼리가 맞닿음/이간을 반복하는 일이 없는 크기의 토오크를 채용하는 것을 특징으로 하는 하이브리드차.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 시동시 제어수단은, 상기 채터링 억제 토오크로서, 그 내연기관에 기인 하는 토오크변동에 의하여 상기 기어기구의 기어 톱니끼리가 맞닿음/이간을 반복하는 일이 없는 크기의 토오크로서 상기 미소 토오크에 가까운 값을 채용하는 것을 특징으로 하는 하이브리드차.
  5. 제 2항 또는 제 4항에 있어서,
    상기 시동시 제어수단은, 상기 내연기관의 시동 토오크가 상기 미소 토오크가 되도록 하기 위해서는 그 내연기관의 점화시기가 최지각이 되도록 그 내연기관을 제어하고, 상기 내연기관의 시동 토오크가 상기 채터링 억제 토오크가 되도록 하기 위해서는 그 내연기관의 점화시기가 최지각보다 진각측이 되도록 그 내연기관을 제어하는 것을 특징으로 하는 하이브리드차.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시동시 제어수단은, 운전자의 파워 요구가 있는 상태에서 상기 내연기관의 시동지시가 이루어졌을 때에는, 상기 모터링수단에 의하여 상기 내연기관을 모터링한 상태에서 그 내연기관의 시동 토오크가 상기 채터링 억제 토오크를 넘는 토오크가 되도록 하여 그 내연기관을 완폭시킨 후, 상기 모터링수단에 의한 모터링이 종료하도록 상기 내연기관, 모터링수단 및 상기 전동기를 제어하는 것을 특징으로 하는 하이브리드차.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시동시 제어수단은, 상기 내연기관의 시동 토오크를 점화시기에 의거하여 제어하는 것을 특징으로 하는 하이브리드차.
  8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 모터링수단은, 상기 내연기관의 출력축과 상기 구동축과 제 3 축과의 3축에 접속되어 그 3축 중 어느 것인가 2축에 입출력한 동력에 의거하여 나머지 축에 동력을 입출력하는 3축식 동력 입출력수단을 상기 기어기구로 하고, 상기 제 3 축에 동력을 입출력하는 발전기로서 구성되는 것을 특징으로 하는 하이브리드차.
  9. 차축에 연결된 구동축에 동력을 출력 가능한 내연기관과, 상기 내연기관의 출력축과 기어기구를 거쳐 연결되고, 상기 구동축에의 토오크의 입출력을 따라 상기 내연기관을 모터링 가능한 모터링수단과, 상기 구동축에 동력을 입출력 가능한 전동기를 구비하는 하이브리드차의 제어방법에 있어서,
    운전자의 파워 요구가 없는 상태에서 상기 내연기관의 시동지시가 이루어졌을 때에 상기 구동축의 회전이 정지하고 있던 경우에는, 상기 모터링수단에 의하여 상기 내연기관을 모터링한 상태에서 그 내연기관의 시동 토오크가 소정 크기의 채터링 억제 토오크가 되도록 하여 그 내연기관을 완폭시킨 후, 상기 모터링수단에 의한 모터링이 종료하도록 상기 내연기관, 상기 모터링수단 및 상기 전동기를 제어하는 것을 특징으로 하는 하이브리드차의 제어방법.
  10. 차축에 연결된 구동축에 동력을 출력 가능한 내연기관과, 상기 내연기관의 출력축과 기어기구를 거쳐 연결되고, 상기 구동축에의 토오크의 입출력을 따라 상기 내연기관을 모터링 가능한 모터링수단과, 상기 구동축에 동력을 입출력 가능한 전동기를 구비하는 하이브리드차의 제어방법에 있어서,
    (a) 운전자의 파워 요구가 없는 상태에서 상기 내연기관의 시동지시가 이루어졌을 때에 상기 구동축이 회전하고 있던 경우에는, 상기 모터링수단에 의하여 상기 내연기관을 모터링한 상태에서 그 내연기관의 시동 토오크가 소정의 미소 토오크가 되도록 하여 그 내연기관을 완폭시킨 후, 상기 모터링수단에 의한 모터링이 종료하도록 상기 내연기관, 모터링수단 및 상기 전동기를 제어하고,
    (b) 운전자의 파워 요구가 없는 상태에서 상기 내연기관의 시동지시가 이루어졌을 때에 상기 구동축의 회전이 정지하고 있던 경우에는, 상기 모터링수단에 의하여 상기 내연기관을 모터링한 상태에서 그 내연기관의 시동 토오크가 상기 미소 토오크보다 큰 채터링 억제 토오크가 되도록 하여 그 내연기관을 완폭시킨 후, 상기 모터링수단에 의한 모터링이 종료하도록 상기 내연기관, 상기 모터링수단 및 상기 전동기를 제어하는 것을 특징으로 하는 하이브리드차의 제어방법.
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