KR20080077278A - 하이브리드차량 및 그 제어방법 - Google Patents

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KR20080077278A
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다이고 안도
도시오 이노우에
마모루 도마츠리
게이코 하세가와
šœ스케 후시키
츠카사 아베
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도요다 지도샤 가부시끼가이샤
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Abstract

하이브리드차량(20)에 있어서, 시프트위치(SP1 내지 SP6)의 임의의 선택을 허용하는 S 위치의 선택 시에 액셀러레이터-오프에 기초한 감속요구가 행해지고, 배터리(50)의 상태로부터 연료컷이 금지될 수 없는 경우, 요구토크 Tr*에 기초한 구동력이 연료컷에 의해 출력되도록 엔진(22) 및 모터(MG1, MG2)가 제어된다(단계 S410, S420, S360 내지 S400). 액셀러레이터-오프에 기초한 감속요구가 S 위치 선택 시에 행해지고, 배터리(50)의 상태로부터 연료컷이 금지될 수 있는 경우에는, 엔진(22)이 목표회전수 Ne0로 실질적인 자립운전을 수행하고, 요구토크 Tr*에 기초한 구동력이 출력되도록 상기 엔진(22) 및 모터(MG1, MG2)가 제어된다(단계 S340 내지 S400).

Description

하이브리드차량 및 그 제어방법{HYBRID VEHICLE AND ITS CONTROL METHOD}
본 발명은 하이브리드차량 및 상기 하이브리드차량의 제어방법에 관한 것이다.
종래의 공지된 하이브리드차량은 내연기관의 동력을 구동축에 전달하는 토크컨버터와 자동변속기 사이에 위치한 모터제너레이터를 포함한다(예컨대, 특허문헌 1 참조). 이러한 하이브리드차량에서는, 고온에서 린 분위기에 노출되어 발생되는 촉매의 저하를 방지하기 위하여, 촉매의 온도가 사전설정된 기준값보다 높은 것으로 판정될 때, 상기 내연기관의 연료컷을 방지하기 위한 제어가 수행된다. 액셀러레이터-오프에 기초한 감속요구가 이루어지지만, 촉매의 온도 상태로부터 연료컷이 금지되면, 모터제너레이터에 의해 회생제동력이 발생되고, 2차전지와 같은 축전유닛에 회생전력이 축전되어, 연료컷의 금지에 기인하는 감속 정도의 감소를 보상하게 된다. 하이브리드차량에 있어서, 촉매가 고온에 있으면서 액셀러레이터-오프에 기초한 감속요구가 행해질 때, 모터제너레이터에 의한 회생전력이 축전유닛의 상태에 따라 축전유닛에 축전되지 않을 가능성이 있다면, 상기 모터제너레이터에 의한 회생제동력 대신에 유압브레이크에 의해 요구제동력이 발생된다. 단지 구동원으로서 내연기관 및 옵션으로 수동변속모드에 의한 자동변속기를 구비한 차량에 있어 서, 연료컷과 관련된 공지된 기술은 자동변속모드의 선택 시에 비해 수동변속모드의 선택 시의 연료컷회전수를 줄이는 기술(예컨대, 특허문헌 2 참조) 및 자동변속모드의 선택 시에 비해 수동변속모드의 선택 시 연료공급을 재시작하기 위한 연료컷복귀회전수를 증가시키는 기술(예컨대, 특허문헌 3 참조)을 포함하고, 소위 엔진 브레이크를 더욱 효과적으로 만드는 관점에서는, 연비를 개선하거나 승차감 또는 주행감을 개선하게 된다.
[특허문헌 1] 일본특허공개공보 제2003-207043호
[특허문헌 2] 일본특허공개공보 제5-59982호
[특허문헌 3] 일본특허공개공보 제8-11591호
상술된 하이브리드차량에 있어서, 내연기관은 임의의 운전포인트에서 운전될 수 있다. 따라서, 최근에는 운전자의 다양한 니즈(needs)를 충족시키기 위하여, 시프트위치를 변경하여 요구구동력에 대응하는 내연기관의 목표회전수를 결정하기 위한 운전포인트제약 및 주행에 필요한 요구구동력의 설정가능한 범위를 상이한 방식들로 규정하는 복수의 운전 조건들 가운데 원하는 운전 조건을 임의로 설정할 수 있는 시프트장치를 하이브리드차량에 적용하는 것이 제안되었다. 이러한 시프트장치는 액셀러레이터-오프 상태에서와 같은 감속요구 시에 연료컷에 의한 내연기관의 회전수가 변경되므로, 상기 선택된 시프트위치에 대응하는 제동력이 엔진 브레이크에 의해 발생될 수 있게 된다. 하지만, 운전자가 임의의 시프트위치를 선택하도록 허용되는 경우(운전 조건), 촉매의 상태에 따라 연료컷이 금지되지 않으면, 연료컷이 빈번하게 수행될 수도 있다. 연료컷이 빈번하게 수행된다면, 대량의 공기가 배기가스정화촉매로 공급되므로, 상기 촉매에 산소가 부착되어, 상기 촉매의 NOx 정화성능을 떨어뜨릴 수도 있다.
따라서, 본 발명에 따른 하이브리드차량 및 그 제어방법은, 주행에 필요한 요구구동력의 설정가능범위를 규정하는 운전 조건의 임의의 선택이 허용될 때, 배기가스정화촉매의 정화성능의 저하를 방지하는 것을 목적으로 한다. 본 발명에 따른 하이브리드차량 및 그 제어방법은 배기가스배출(emission)을 개선하도록 배기가스정화촉매의 정화성능의 저하를 양호하게 방지하는 것을 또다른 목적으로 한다.
상기 및 기타 관련된 요구사항의 적어도 일부는 후술하는 구성을 갖는 하이브리드차량 및 상기 하이브리드차량의 제어방법에 의해 달성된다.
본 발명은 내연기관; 상기 내연기관으로부터 배기되는 배기가스를 정화하기 위한 촉매를 포함하는 정화유닛; 여하한의 차축인 제1차축 및 상기 내연기관의 출력축에 연결되고, 전력 및 동력의 입출력에 의해 상기 제1차축 및 상기 출력축과 동력을 입출력할 수 있는 전력동력입출력기구; 상기 제1차축 또는 상기 제1차축과 상이한 여하한의 차축인 제2차축에 동력을 입출력할 수 있는 전동기; 상기 전력동력입출력기구 및 상기 전동기와 전력을 주고 받을 수 있는 축전유닛; 상기 축전유닛의 상태를 토대로 상기 내연기관으로의 연료공급의 정지가 금지될 수 있는 지의 여부를 판정하는 연료공급정지판정모듈; 적어도 주행에 필요한 요구구동력의 설정가능범위를 상이한 방식으로 규정하는 복수의 운전 조건 가운데 여하한의 것을 실행용 운전 조건으로 설정하고, 사전설정된 조건 하에 임의의 운전 조건을 운전자가 선택하도록 하는 운전조건설정모듈; 설정된 상기 실행용 운전 조건에 따라 요구구동력을 설정하는 요구구동력설정모듈; 및 상기 운전조건설정모듈이 상기 임의의 운전 조건의 선택을 허용하는 상태에서 감속요구가 행해지고, 상기 연료공급정지판정모듈이 상기 연료공급의 정지가 금지될 수 없는 것으로 판정하는 경우, 설정된 상기 요구구동력에 기초한 구동력이 상기 연료공급의 정지에 의해 출력되도록, 상기 내연기관, 상기 전력동력입출력기구 및 상기 전동기를 제어하고, 상기 감속요구가 행해져, 상기 연료공급정지판정모듈이 상기 연료공급의 정지가 금지될 수 있는 것으로 판정하는 경우에는, 상기 내연기관이 사전설정된 회전수로 실질적인 자립운전(self-sustaining operation)을 행하고, 설정된 상기 요구구동력에 기초한 구동력이 출력되도록, 상기 내연기관, 상기 전력동력입출력기구 및 상기 전동기를 제어하는 제어유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드차량에 관한 것이다.
상기 하이브리드차량에 있어서, 운전자는 사전설정된 조건 하에 적어도 주행에 필요한 요구구동력의 설정가능범위를 규정하는 복수의 운전 조건들 가운데 여하한의 것을 임의로 선택할 수 있다. 운전자가 임의의 운전 조건을 선택하도록 허용되는 상태에서 감속요구가 행해지고, 내연기관으로의 연료공급의 정지가 축전유닛의 상태로부터 금지될 수 없는 경우, 상기 내연기관, 전력동력입출력기구 및 전동기는 설정된 요구구동력에 기초한 구동력이 내연기관으로의 연료공급의 정지에 의해 출력되도록 제어된다. 운전자가 임의의 운전 조건을 선택하도록 허용되는 상태에서 감속요구가 행해지고, 내연기관으로의 연료공급의 정지가 축전유닛의 상태로부터 금지될 수 있는 경우에는, 상기 내연기관이 사전설정된 회전수로 실질적인 자립운전을 행하고, 상기 설정된 요구구동력에 기초한 구동력이 출력되도록, 상기 내연기관, 상기 전력동력입출력기구 및 상기 전동기가 제어된다. 구체적으로는, 운전자가 임의의 운전 조건을 선택하도록 허용되는 상태에서, 상기 선택된 운전 조건에 기초한 요구구동력과의 관계로부터 감속요구가 행해질 때 연료공급이 용이하게 정지된다. 여하한의 조치없이, 연료공급의 정지는 대량의 공기를 배기가스정화촉매에 공급시키고, 상기 촉매에 산소가 부착되어 정화성능을 저하시킬 수도 있게 된다. 따라서, 운전자가 임의의 운전 조건을 선택하도록 허용되는 상태에서 감속요구가 행해지면, 내연기관으로의 연료공급의 정지가 축전유닛의 상태로부터 금지되어야만 하는 경우를 제외하고는, 연료공급의 정지없이 내연기관의 실질적인 자립운전에 의해 요구구동력에 기초한 구동력이 얻어진다. 이는 연료공급의 정지에 기인하는 촉매의 정화성능의 저하를 방지할 수 있으므로, 배기가스배출을 개선할 수 있게 된다. 상기 내연기관의 실질적인 자립운전은 내연기관으로부터의 동력(토크)의 출력없는 운전 및 상기 내연기관으로부터의 동력(토크)의 출력이 약간 있는 운전을 포함한다.
본 발명의 하이브리드차량의 바람직한 일 실시예에 있어서, 상기 감속요구는 액셀러레이터조작상태가 액셀러레이터-오프상태인 것에 의한 감속요구 및 상기 액셀러레이터조작상태가 액셀러레이터-온상태로 유지되면서 액셀러레이터개방도가 감소되는 것으로 인한 감속요구를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이들 감속요구가 내려지면, 내연기관으로의 연료공급이 일반적으로 정지된다. 이러한 경우에, 요구구동력에 기초한 구동력(제동력)은, 내연기관으로의 연료공급의 정지가 축전유닛의 상태로부터 금지되어야만 하는 경우를 제외하고는, 연료공급의 정지없이 상기 내연기관의 실질적인 자립운전에 의해 획득된다. 이는 촉매의 정화성능의 저하를 방지하여, 배기가스배출을 개선할 수 있게 된다.
본 발명의 하이브리드차량의 바람직한 또다른 실시예에 있어서, 상기 연료공급정지판정모듈은 상기 축전유닛에 남은 충전량이 사전설정된 상한값 이하일 때, 또는 상기 축전유닛을 충전하도록 허용되는 전력이면서 상기 축전유닛의 상태를 토대로 설정되는 충전허용전력이 사전설정된 충전한계값 이하일 때, 상기 연료공급의 정지가 금지될 수 있는 것으로 판정하는 것을 특징으로 한다. 이는 내연기관으로의 연료공급의 정지가 축전유닛의 상태를 토대로 금지될 수 있는 지의 여부를 더욱 적절하게 판정할 수 있게 한다.
본 발명의 하이브리드차량의 바람직한 또다른 실시예에 있어서, 상기 상한값 및 상기 충전한계값은 감속요구 시의 요구구동력이 상기 연료공급의 정지없이 상기 내연기관의 실질적인 자립운전으로 얻어질 때, 상기 전력동력입출력기구 및 상기 전동기에 의해 입출력되는 전력을 토대로 결정되는 것을 특징으로 한다. 따라서, 상기 상한값 및 충전한계값은 임계값으로서 내연기관으로의 연료공급 정지의 금지를 적절한 타이밍으로 취소시켜, 상기 축전유닛의 과충전에 의한 저하를 방지하도록 결정된다.
본 발명의 하이브리드차량의 바람직한 또다른 실시예에 있어서, 상기 운전조건설정모듈은 운전자의 시프트조작에 따른 복수의 시프트위치 가운데 실행용 시프트위치를 설정하는 시프트설정모듈이고, 상기 복수의 운전 조건은 상기 복수의 시프트위치에 대응하며, 상기 복수의 시프트위치는 운전자가 임의의 시프트위치를 설정하도록 하는 순차적인 시프트위치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 하이브리드차량의 바람직한 또다른 실시예에 있어서, 상기 순차적인 시프트위치가 선택될 때 운전자가 선택하도록 허용되는 운전조건은 상기 요구구동력의 설정가능범위 및 상기 요구구동력에 대응하는 상기 내연기관의 목표회전수를 결정하기 위한 운전포인트제약을 규정하고, 상기 제어유닛은 상기 감속요구가 행해져 상기 연료공급의 정지가 금지될 수 없는 것으로 상기 연료공급정지판정모듈이 판정할 때, 상기 운전포인트제약을 토대로 설정된 목표회전수로 상기 내연기관이 운전되고, 상기 연료공급의 정지에 의하여 설정된 상기 요구구동력에 기초한 구동력이 출력되도록, 상기 내연기관, 상기 전력동력입출력기구 및 상기 전동기를 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 하이브리드차량의 바람직한 또다른 실시예에 있어서, 상기 전력동력입출력기구는 상기 제1차축, 상기 내연기관의 출력축 및 회전가능한 제3축에 연결되되, 3개의 축 가운데 여하한의 2개의 축에 입출력되는 동력을 토대로 결정되는 동력을 잔여 축에 입출력하는 3축식동력입출력모듈 및 상기 제3축에 동력을 입출력할 수 있는 발전기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 또한 내연기관; 상기 내연기관으로부터 배기되는 배기가스를 정화하기 위한 촉매를 포함하는 정화유닛; 여하한의 차축인 제1차축 및 상기 내연기관의 출력축에 연결되고, 전력 및 동력의 입출력에 의해 상기 제1차축 및 상기 출력축과 동력을 입출력할 수 있는 전력동력입출력기구; 상기 제1차축 또는 상기 제1차축과 상이한 여하한의 차축인 제2차축에 동력을 입출력할 수 있는 전동기; 상기 전력동력입출력기구 및 상기 전동기와 전력을 주고 받을 수 있는 축전유닛; 및 적어도 주행에 필요한 요구구동력의 범위를 결정하기 위한 구동력설정제약을 상이한 방식으로 규정하는 복수의 운전 조건 가운데 여하한의 것을 실행용 운전 조건으로 설정하고, 사전설정된 조건 하에 임의의 운전 조건을 운전자가 선택하도록 하는 운전조건설정모듈을 포함하는 하이브리드차량의 제어방법에 관한 것이다. 상기 제어방법은, (a) 상기 운전조건설정모듈이 상기 임의의 운전 조건의 선택을 허용하는 상태에서 감속요구가 행해지고, 상기 내연기관으로의 연료공급의 정지가 상기 축전유닛의 상태로부터 금지될 수 없는 경우, 설정된 상기 실행용 운전 조건에 따라 설정된 요구구동력에 기초한 구동력이 상기 내연기관으로의 연료공급의 정지에 의해 출력되도록, 상기 내연기관, 상기 전력동력입출력기구 및 상기 전동기를 제어하고, 상기 감속요구가 행해져, 상기 축전유닛의 상태로부터 상기 연료공급의 정지가 금지될 수 있는 경우에는, 상기 내연기관이 사전설정된 회전수로 실질적인 자립운전을 행하고, 설정된 상기 실행용 운전 조건에 따라 설정된 요구구동력에 기초한 구동력이 출력되도록, 상기 내연기관, 상기 전력동력입출력기구 및 상기 전동기를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 방법이 적용되는 하이브리드차량에서와 같이 적어도 주행에 필요한 요구구동력의 설정가능범위를 규정하는 복수의 운전 조건들 가운데 여하한의 것을 운전자가 임의로 선택할 수 있는 경우, 운전자가 임의의 운전 조건을 선택하도록 허용되는 상태에서, 상기 선택된 운전 조건에 기초한 요구구동력과의 관계로부터 감속요구가 행해질 때 연료공급이 용이하게 정지된다. 상기 연료공급의 정지는 대량의 공기를 배기가스정화촉매에 공급시키고, 상기 촉매에 산소가 부착되어 정화성능을 저하시킬 수도 있게 된다. 따라서, 상기 방법에서와 같이, 운전자가 임의의 운전 조건을 선택하도록 허용되는 상태에서 감속요구가 행해지면, 내연기관으로의 연료공급의 정지가 축전유닛의 상태로부터 금지되어야만 하는 경우를 제외하고는, 연료공급의 정지없이 내연기관의 실질적인 자립운전에 의해 요구구동력에 기초한 구동력이 얻어진다. 이는 촉매의 정화성능의 저하를 방지할 수 있으므로, 배기가스배출을 개선할 수 있게 된다.
본 발명의 하이브리드차량의 제어방법의 바람직한 일 실시예에 있어서, 상기 감속요구는 액셀러레이터조작상태가 액셀러레이터-오프상태인 것에 의한 감속요구 및 상기 액셀러레이터조작상태가 액셀러레이터-온상태로 유지되면서 액셀러레이터개방도가 감소되는 것으로 인한 감속요구를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 하이브리드차량의 제어방법의 바람직한 또다른 실시예에 있어서, 상기 제어방법은, (b) 상기 내연기관으로의 연료공급의 정지가 상기 축전유닛의 상태를 토대로 금지될 수 있는 지의 여부를 판정하는 단계를 더 포함하여 이루어지고, 상기 단계 (b)는, 상기 축전유닛에 남은 충전량이 사전설정된 상한값 이하일 때, 또는 상기 축전유닛을 충전하도록 허용되는 전력이면서 상기 축전유닛의 상태를 토대로 설정되는 충전허용전력이 사전설정된 충전한계값 이하일 때, 상기 연료공급의 정지가 금지될 수 있는 것으로 판정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 하이브리드차량의 제어방법의 바람직한 또다른 실시예에 있어서, 상기 상한값 및 상기 충전한계값은, 감속요구 시의 요구구동력이 상기 연료공급의 정지없이 상기 내연기관의 실질적인 자립운전으로 얻어질 때, 상기 전력동력입출력기구 및 상기 전동기에 의해 입출력되는 전력을 토대로 결정되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 하이브리드차량의 제어방법의 바람직한 또다른 실시예에 있어서, 상기 운전조건설정모듈은 운전자의 시프트조작에 따른 복수의 시프트위치 가운데 실행용 시프트위치를 설정하는 시프트설정모듈이고, 상기 복수의 운전 조건은 상기 복수의 시프트위치에 대응하며, 상기 복수의 시프트위치는 운전자가 임의의 시프트위치를 설정하도록 하는 순차적인 시프트위치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 하이브리드차량의 제어방법의 바람직한 또다른 실시예에 있어서, 상기 순차적인 시프트위치가 선택될 때 운전자가 선택하도록 허용되는 운전조건은 상기 요구구동력의 설정가능범위 및 상기 요구구동력에 대응하는 상기 내연기관의 목표회전수를 결정하기 위한 운전포인트제약을 규정하고, 상기 단계 (a)는, 상기 감속요구가 행해져 상기 연료공급의 정지가 금지될 수 없는 것으로 상기 연료공급정지판정모듈이 판정할 때, 상기 운전포인트제약을 토대로 설정된 목표회전수로 상기 내연기관이 운전되고, 상기 연료공급의 정지에 의하여 상기 설정된 요구구동력에 기초한 구동력이 출력되도록, 상기 내연기관, 상기 전력동력입출력기구 및 상기 전동기를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드차량(20)의 개략적인 블럭도;
도 2는 엔진(22)의 개략적인 블럭도;
도 3은 S 위치가 시프트위치 SP로 선택되고, 액셀러레이터의 조작 상태가 액셀러레이터-온 상태일 때, 상기 실시예의 하이브리드전자제어유닛(70)에 의해 수행되는 구동제어루틴의 일례를 도시한 흐름도;
도 4는 전지온도 Tb와 전지(50)의 입출력제한 Win, Wout간의 관계의 일례를 예시한 도면;
도 5는 전지(50)의 충전상태(SOC)와 입출력제한 Win, Wout의 보정계수간의 관계의 일례를 예시한 도면;
도 6은 요구토크설정용맵의 일례를 예시한 도면;
도 7은 엔진(22)의 동작라인 및 목표회전수 Ne*와 목표토크 Te*간의 상관곡선을 예시한 도면;
도 8은 액셀러레이터-온 상태에서의 동력분배통합기구(30)의 각 회전요소의 토크와 회전수간의 역학적 관계를 예시하는 공선도;
도 9는 액셀러레이터-온 상태에서 엔진(22)의 폭발연소(firing)가 계속될 때, 동력분배통합기구(30)의 각 회전요소의 토크와 회전수간의 역학적 관계를 예시하는 공선도;
도 10은 연료컷이 액셀러레이터-온 상태에서 수행될 때, 동력분배통합기구(30)의 각 회전요소의 토크와 회전수간의 역학적 관계를 예시한 공선도;
도 11은 S 위치가 시프트위치 SP로 선택되고, 액셀러레이터의 조작 상태가 액셀러레이터-오프 상태일 때, 상기 실시예의 하이브리드전자제어유닛(70)에 의해 수행되는 구동제어루틴의 일례를 도시한 흐름도;
도 12는 엔진(22)의 폭발연소가 액셀러레이터-오프 상태에서 계속될 때, 동력분배통합기구(30)의 각 회전요소의 토크와 회전수간의 역학적 관계를 예시한 공선도;
도 13은 S 위치의 선택 시에 사용되는 목표회전수설정용맵의 일례를 예시한 도면;
도 14는 연료컷이 액셀러레이터-오프 상태에서 수행될 때, 동력분배통합기구(30)의 각 회전요소의 토크와 회전수간의 역학적 관계를 예시한 공선도;
도 15는 변형예에 따른 하이브리드차량(120)의 개략적인 블럭도; 및
도 16은 변형예에 따른 하이브리드차량(220)의 개략적인 블럭도이다.
이하, 본 발명을 실시하기 위한 최선의 형태를 실시예를 통해 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드차량의 개략적인 블럭도이다. 도 1의 하이브리드차량(20)은 엔진(22), 댐퍼(28)를 통해 상기 엔진(22)의 출력축으로서의 기능을 하는 크랭크축(26)과 링크되는 3축식동력분배통합기구(30), 상기 동력분배통합기구(30)에 연결되어 발전을 행할 수 있는 모터(MG1), 상기 동력분배통합기구(30)와 링크된 구동축으로서의 기능을 하는 링기어축(32a)에 탑재된 리덕션기어(35), 상기 리덕션기어(35)에 연결되는 모터(MG2), 및 전체 동력출력장치를 제어하는 하이브리드전자제어유닛(이하, 하이브리드ECU라고 함)(70)을 포함한다.
상기 엔진(22)은 가솔린 또는 가스오일과 같은 탄화수소 연료를 이용하여 동력을 출력할 수 있는 내연기관이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 엔진(22)에서는, 에어클리너(122)에 의해 클리닝된 공기가 스로틀밸브(124)를 통해 흡기구 안으로 흡인되고, 가솔린이 연료분사밸브(126)로부터 분사되어 흡기와 가솔린을 혼합하게 되며, 공연혼합물(air/fuel mixture)이 흡기밸브(128)를 통해 연소실 안으로 흡입되어, 점화플러그(130)로부터의 전기 스파크에 의해 폭발연소되고, 상기 폭발연소의 에너지에 의해 푸시다운되는 피스톤(132)의 왕복운동이 상기 크랭크축(26)의 회전운동으로 변환된다. 상기 엔진(22)으로부터의 배기가스는 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC), 또는 질소산화물(NOx)과 같은 유해성분을 정화하기 위해 배기가스정화촉매(3원촉매)를 포함하는 정화장치(134)를 통해 외부로 배기된다. 상기 정화장치(134) 내의 배기가스정화촉매는 백금(Pt) 또는 팔라듐(Pd)과 같은 산화촉매, 로듐(Rh)과 같은 환원촉매 및 세리아(CeO2)와 같은 조촉매로 구성되는 것이 바람직하다. 이 경우, 배기가스 내에 함유된 CO 또는 HC는 산화촉매의 작용에 의하여 물(H2O) 또는 이산화탄소(CO2)로 클리닝되고, 상기 배기가스 내에 함유된 NOx는 환원촉매의 작용에 의하여 질소(N2) 또는 산소(O2)로 클리닝된다.
이렇게 구성된 엔진(22)은 엔진전자제어유닛(24)(이하, 엔진ECU(24)라고 함)에 의해 제어된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 엔진ECU(24)는 주로 CPU(24a)를 포함하는 마이크로프로세서, 처리 프로그램을 저장하는 ROM(24b), 임시로 데이터를 저 장하는 RAM(24c), 도시되지 않은 입출력포트 및 통신포트로 구성된다. 상기 엔진ECU(24)에는, 예컨대 크랭크축(26)의 회전 위치를 검출하는 크랭크위치센서(140)로부터의 크랭크 위치, 상기 엔진(22)의 냉각수의 온도를 검출하는 수온센서(142)로부터의 냉각수온도, 연소실 내의 압력인 실린더 내의 압력을 검출하기 위한 압력센서(143)로부터의 실린더내 압력, 상기 연소실과의 공기의 흡기 및 배기를 위한 흡기밸브(128) 및 배기밸브를 개폐하는 캠축의 회전 위치를 검출하는 캠위치센서(144)로부터의 캠 위치, 스로틀밸브(124)의 위치를 검출하기 위한 스로틀밸브위치센서(146)로부터의 스로틀위치, 흡기배관에 제공된 기류계(148)로부터의 신호, 상기 흡기배관에도 제공된 온도센서(149)로부터의 흡기 온도, 및 상기 정화장치(134)에 제공된 온도센서(135)로부터의 촉매층온도(Tcat)가 입력포트를 통해 입력된다. 상기 엔진ECU(24)로부터, 엔진(22)을 구동하기 위한 각종 제어신호, 예컨대 연료분사밸브(126)에 대한 구동신호, 스로틀밸브(124)의 위치를 조정하는 스로틀모터(136)에 대한 구동신호, 점화장치와 통합된 점화코일(138)에 대한 제어신호, 및 흡기밸브(128)의 개폐시기를 변경할 수 있는 가변밸브타이밍기구(150)에 대한 제어신호가 출력포트를 통해 출력된다. 상기 엔진ECU(24)는 하이브리드ECU(70)와 통신하고, 상기 하이브리드ECU(70)로부터의 제어 신호에 의하여 엔진(22)의 운전을 제어하고, 필요에 따라 상기 엔진(22)의 운전 상태에 관한 데이터를 상기 하이브리드ECU(70)로 출력한다.
상기 동력분배통합기구(30)는 외부기어인 선기어(31), 내부기어이면서 상기 선기어(31)와 동심적으로 배치된 링기어(32), 상기 선기어(31) 및 링기어(32)와 맞 물리는 다수의 피니언기어(33), 및 각각의 축상에서 자유 선회(free revolution) 및 자유 회전(free rotation)을 가능하게 하는 방식으로 상기 다수의 피니언기어(33)를 유지시키는 캐리어(34)를 구비한다. 즉, 상기 동력분배통합기구(30)는 회전성분으로서 선기어(31), 링기어(32), 및 캐리어(34)의 차동운동을 고려하는 유성기어기구로서 구성되어 있다. 상기 동력분배통합기구(30)에서의 캐리어(34), 선기어(31) 및 링기어(32)는 각각 링기어축(32a)을 통해 상기 엔진(22)의 크랭크축(26), 모터(MG1) 및 리덕션기어(35)와 결합되어 있다. 상기 모터(MG1)는 발전기로서의 기능을 하는 한편, 상기 엔진(22)으로부터 출력되고 상기 캐리어(34)를 통해 입력되는 동력이 기어비에 따라 상기 선기어(31) 및 상기 링기어(32)로 분배된다. 다른 한편으로, 상기 모터(MG1)는 모터로서 기능하지만, 상기 엔진(22)으로부터 출력되고 상기 캐리어(34)를 통해 입력되는 동력은, 상기 모터(MG1)로부터 출력되고 상기 선기어(31)를 통해 입력되는 동력과 결합되고, 복합 동력은 상기 링기어(32)로 출력된다. 따라서, 상기 링기어(32)로 출력되는 동력은 최종적으로 상기 링기어축(32a)으로부터 기어기구(60) 및 차동기어(62)를 통해 구동차륜(63a, 63b)으로 전달된다.
상기 모터(MG1, MG2) 양자 모두는 발전기로서 뿐만 아니라 모터로서도 구동되는 공지된 동기모터제너레이터(synchronous motor generators)로 구성된다. 상기 모터(MG1, MG2)는 인버터(41, 42)를 통해 배터리(50)와 전력을 주고 받는다. 인버터(41, 42)를 배터리(50)와 연결시키는 파워라인(54)들은 상기 인버터(41, 42)에 의해 공유되는 양극 버스 라인(positive electrode bus line) 및 음극 버스 라 인(negative electrode bus line)으로 구성된다. 이러한 형태는 상기 모터(MG1, MG2) 중 하나에 의해 발생되는 전력이 다른 모터에 의해 소비될 수 있게 한다. 배터리(50)는 모터(MG1 또는 MG2)에 의해 발생되는 전력의 잉여치로 충전되고, 상기 전력의 불충분치를 보충하기 위해 방전된다. 상기 모터(MG1, MG2) 간에 파워 밸런스가 달성되면, 상기 배터리(50)는 충전되거나 방전되지 않는다. 두 모터(MG1, MG2)의 운전들은 모터전자제어유닛(이하, 모터ECU라 함)(40)에 의해 제어된다. 상기 모터ECU(40)는 상기 모터(MG1, MG2)의 운전들을 제어하는데 필요한 각종 신호들, 예컨대 상기 모터(MG1, MG2)에서의 회전자들의 회전위치들을 검출하는 회전위치검출센서(43, 44)로부터의 신호들 및 전류센서들(도시안됨)에 의해 측정되고 상기 모터(MG1, MG2)로 인가될 상전류들을 수신한다. 상기 모터ECU(40)는 스위칭제어신호들을 상기 인버터(41, 42)로 출력한다. 상기 모터ECU(40)는 상기 하이브리드ECU(70)로부터 전달되는 제어 신호들에 응답하여, 상기 모터(MG1, MG2)들의 운전을 제어하도록 하이브리드ECU(70)와 통신하는 한편, 상기 모터(MG1, MG2)의 운전 상태들에 관한 데이터를 상기 요구사항들에 따라 상기 하이브리드ECU(70)로 출력한다.
상기 배터리(50)는 배터리전자제어유닛(이하, 배터리ECU라고 함)(52)의 제어 하에 있다. 상기 배터리ECU(52)는 상기 배터리(50)의 제어에 필요한 각종 신호들, 예컨대 배터리(50)의 단자들 사이에 배치된 전압센서(도시안됨)에 의해 측정되는 단자간전압, 상기 배터리(50)의 출력단자와 연결된 파워라인(54)에 부착된 전류센서(도시안됨)에 의해 측정되는 충방전 전류, 및 상기 배터리(50)에 부착된 온도센서(51)에 의해 측정되는 배터리 온도(Tb)를 수신한다. 상기 배터리ECU(52)는 상기 요구사항들에 따른 통신을 통해 상기 배터리(50)의 상태들에 관한 데이터를 상기 하이브리드ECU(70) 또는 엔진ECU(24)로 출력시킨다. 상기 배터리ECU(52)는, 상기 배터리(50)의 제어를 위하여, 상기 전류센서에 의해 측정되는 축전된 충방전 전류를 기초로 하여, 상기 배터리(50)의 충전 상태(SOC)를 계산한다.
상기 하이브리드ECU(70)는 CPU(72)를 포함하는 마이크로프로세서, 처리 프로그램들을 저장하는 ROM(74), 임시로 데이터를 저장하는 RAM(76), 및 예시되지 않은 입출력포트와 예시되지 않은 통신포트로 구성되어 있다. 상기 하이브리드ECU(70)는 상기 입력포트를 통해 각종 입력, 즉 점화스위치(80)로부터의 점화신호, 시프트레버(81)의 현재위치를 검출하는 시프트위치센서(82)로부터의 기어 위치(SP), 액셀러레이터페달(83)의 밟는 정도를 측정하는 액셀러레이터페달위치센서(84)로부터의 액셀러레이터개방도(Acc), 브레이크페달(85)의 밟는 정도를 측정하는 브레이크페달위치센서(86)로부터의 브레이크페달위치(BP), 및 차속센서(88)로부터의 차속(V)을 수신한다. 상기 하이브리드ECU(70)는 통신포트를 통해 상기 엔진ECU(24), 상기 모터ECU(40) 및 상기 배터리ECU(52)와 통신하여, 앞서 언급한 바와 같이, 각종 제어 신호들과 데이터를 상기 엔진ECU(24), 상기 모터ECU(40) 및 상기 배터리ECU(52)와 주고 받게 된다.
본 실시예의 하이브리드차량(20)에 있어서, 시프트레버(81)의 시프트 위치(SP)는 주차 시에 사용되는 주차 위치, 후진 구동을 위한 후진 위치, 중립 위치 및 전진 구동을 위한 통상적인 드라이브 위치(이하, D 위치라고 함)를 포함하고, 순차적인 시프트 위치(이하, S 위치라고 함), 업-시프트 지시 위치 및 다운-시프트 지시 위치를 더 포함한다. D 위치가 시프트 위치 SP로 선택되면, 본 실시예의 하이브리드차량(20)은 엔진(22)이 효율적으로 운전되도록 구동 및 제어된다. S 위치가 시프트 위치 SP로 선택되면, 차속(V)에 대한 엔진(22)의 회전수의 비가 예컨대 감속 시에 주로 6단계(SP1 내지 SP6)로 변경될 수 있다. 본 실시예에 있어서, 운전자가 S 위치로 시프트레버(81)를 설정하면, 시프트 위치 SP는 제5단계의 SP5로 설정되고, 시프트위치센서(82)는 시프트 위치 SP가 SP5인 것으로 검출한다. 그런 다음, 시프트레버(81)가 업-시프트 지시 위치로 설정되면, 시프트 위치 SP는 한 번에 1단을 올리는 한편, 시프트레버(81)가 다운-시프트 지시 위치로 설정되면, 시프트 위치 SP는 한 번에 1단을 내리고, 상기 시프트위치센서(82)는 시프트레버(81)의 조작에 따라 현재 시프트 위치 SP를 출력한다.
이렇게 구성된 상기 실시예의 하이브리드차량(20)에서는, 구동축으로서 링기어축(32a)으로 출력될 요구토크 Tr*가 차속(V) 및 운전자가 액셀러레이터페달(83)을 밟는 정도에 대응하는 액셀러레이터개방도(Acc)를 토대로 계산되도록, 상기 엔진(22) 및 모터(MG1, MG2)의 운전이 제어되고, 상기 요구토크 Tr*에 대응하는 동력이 상기 링기어축(32a)으로 출력된다. 상기 엔진(22) 및 모터(MG1, MG2)의 운전 제어 모드는, 요구동력에 대응하는 동력이 엔진(22)으로부터 출력되도록 엔진(22)의 운전이 제어되고, 상기 엔진(22)으로부터 출력되는 모든 동력이 동력분배통합기구(30) 및 모터(MG1, MG2)에 의해 토크변환되어, 상기 링기어축(32a)으로 출력되도록 상기 모터(MG1) 및 모터(MG2)가 구동 및 제어되는 토크변환운전모드; 배터리(50)를 충방전하기 위해 필요한 전력과 요구동력의 합에 대응하는 동력이 엔 진(22)으로부터 출력되도록 상기 엔진(22)의 운전이 제어되고, 상기 배터리(50)의 충방전과 함께 상기 엔진(22)으로부터 출력되는 동력의 전부 또는 일부가 동력분배통합기구(30) 및 모터(MG1, MG2)에 의해 토크변환되어, 상기 요구동력이 상기 링기어축(32a)으로 출력되도록 상기 모터(MG1) 및 모터(MG2)가 구동 및 제어되는 충방전운전모드; 및 상기 엔진(22)의 운전이 정지되어, 요구동력에 대응하는 동력이 모터(MG2)로부터 링기어축(32a)으로 출력되도록 운전이 제어되는 모터운전모드를 포함한다.
다음으로, 본 실시예의 하이브리드차량(20)의 운전, 특히 운전자가 시프트 위치 SP로 S 위치를 선택할 때의 하이브리드차량(20)의 운전을 설명하기로 한다. 상기 S 위치의 선택 시 하이브리드차량(20)의 운전은, 액셀러레이터조작상태가 액셀러레이터-온 상태인 경우와 액셀러레이터조작상태가 액셀러레이터-오프 상태인 경우에 대해 설명하기로 한다.
도 3은 운전자가 시프트 위치 SP로 S 위치를 선택하고, 액셀러레이터조작상태가 액셀러레이터-온 상태일 때, 하이브리드ECU(70)에 의해 수행되는 구동제어루틴의 일례를 도시한 흐름도이다. 이 루틴은 액셀러레이터조작상태가 액셀러레이터-온 상태일 때 사전설정된 시간마다(예컨대, 수 밀리초마다) 반복해서 수행된다. 도 3의 구동제어루틴이 개시되면, 하이브리드ECU(70)의 CPU(72)는 우선 액셀러레이터페달위치센서(84)로부터의 액셀러레이터개방도(Acc), 차속센서(88)로부터의 차속(V), 모터(MG1, MG2)의 회전수(Nm1, Nm2), 시프트위치센서(82)로부터의 시프트위치 SP, 배터리(50)에 의해 충방전될 충방전요구파워 Pb*, 배터리(50)의 충전상 태(SOC) 및 배터리(50)의 입출력제한 Win, Wout과 같은 제어에 필요한 데이터를 입력하기 위한 처리를 수행한다(단계 S100). 이 경우, 회전위치검출센서(43, 44)에 의해 검출된 모터(MG1, MG2)의 회전자들의 회전 위치들을 토대로 계산된 모터(MG1, MG2)의 회전수(Nm1, Nm2)는 통신에 의하여 모터ECU(40)로부터 입력된다. 상기 충방전요구파워 Pb* 및 충전상태(SOC)는 통신에 의하여 배터리ECU(52)로부터 입력된다. 배터리(50)를 충전하는데 허용되는 전력인 충전허용전력으로서의 입력제한 Win 및 배터리(50)를 방전하는데 허용되는 전력인 방전허용전력으로서의 출력제한 Wout은 온도센서(51)에 의해 검출되는 배터리(50)의 전지온도 Tb를 토대로 설정되고, 상기 배터리(50)의 충전상태 SOC는 통신에 의하여 배터리ECU(52)로부터 입력된다. 상기 배터리의 입력제한 및 출력제한 Win, Wout은, 입출력제한 Win, Wout의 기본값이 전지온도 Tb를 토대로 설정되고, 출력제한보정계수 및 입력제한보정계수는 배터리(50)의 충전상태(SOC)를 토대로 설정되며, 상기 설정된 입출력제한 Win, Wout의 기본값들은 보정계수들에 곱해지는 방식으로 설정될 수 있다. 도 4는 전지온도 Tb와 입출력제한 Win, Wout간의 관계의 일례를 예시하고, 도 5는 배터리(50)의 충전상태(SOC)와 입출력제한 Win, Wout의 보정계수들간의 관계의 일례를 예시하고 있다.
단계 S100의 데이터입력처리 이후, 구동차륜(63a, 63b)에 연결된 구동축으로서 링기어축(32a)으로 출력될 요구토크 Tr* 및 주행 시 전체 차량에 필요한 요구파워 P*는 입력된 액셀러레이터개방도(Acc), 차속(V) 및 시프트위치(SP)를 토대로 설정된다(단계 S110). 본 실시예에 있어서, 액셀러레이터개방도(Acc), 차속(V) 및 시 프트위치(SP)와 요구토크 Tr*간의 관계는 사전에 미리 결정되어, 요구구동력의 설정가능범위를 규정하는 요구토크설정용맵으로서 ROM(74)에 저장되며, 액셀러레이터개방도(Acc), 차속(V) 및 시프트위치(SP)가 제공되면, 이에 대응하는 요구토크 Tr*가 상기 맵으로부터 도출되어 설정된다. 본 실시예에 있어서, 시프트위치(SP)가 D 위치 및 시프트위치(SP1 내지 SP6)에 있는 경우들 가운데, 요구토크 Tr*는 액셀러레이터-온 상태에서의 동일한 제약 하에 설정되는 한편, 0%의 액셀러레이터개방도(Acc)(액셀러레이터-오프)로 설정된 요구토크(제동토크) Tr*는 상이하다. 도 6은 요구토크설정용맵의 일례를 보여준다. 본 실시예에 있어서, 상기 요구파워 P*는 링기어축(32a)의 회전수 Nr(= Nm2/Gr), 배터리(50)에 의해 충방전될 충방전요구파워(Pb*)에 곱해진 설정된 요구토크 Tr*와 손실(Loss)의 합으로 설정된다.
그 후, 상기 설정된 요구파워 P*가 사전설정된 임계값 Pref 이상인 지의 여부를 판정한다(단계 S120). 여기서 사용되는 임계값 Pref은, 파워(토크)가 엔진(22)으로 출력되어야 하는 지의 여부를 판정하기 위한 모터(MG2) 및 엔진(22)의 특성을 토대로 결정된, 상기 엔진(22)의 상대적으로 효율적인 운전을 허용하는 범위에서의 하한의 파워 또는 이에 근접한 값을 말한다. 단계 S120에서, 요구파워 P*가 임계값 Pref 이상인 것으로 판정되면, 요구파워 P*가 엔진(22)으로 출력되고, 상기 엔진(22)의 임시목표회전수 Netmp 및 임시목표토크 Tetmp는 상기 요구파워 P*를 토대로 설정된다(단계 S130). 여기서, 상기 임시목표회전수 Netmp 및 임시목표토크 Tetmp는 요구파워 P* 및 엔진(22)을 효율적으로 운전하기 위한 동작라인을 토대로 설정된다. 도 7은 엔진(22)의 동작라인의 일례 및 임시목표회전수 Netmp 및 임시목표토크 Tetmp간의 상관곡선의 일례를 보여준다. 도 7에 도시된 바와 같이, 임시목표회전수 Netmp 및 임시목표토크 Tetmp는 일정요구파워 P*(Netmp×Tetmp)를 도시한 상관곡선과 동작라인간의 교점으로부터 계산될 수 있다. 이렇게 임시목표회전수 Netmp 및 임시목표토크 Tetmp가 설정된 다음, 엔진(22)의 회전수의 하한값으로서 하한엔진회전수 Nemin가 단계 S100에서 입력된 시프트위치(SP)를 토대로 설정된다(단계 S140). 상기 하한엔진회전수 Nemin는, 상기 엔진(22)으로부터의 동력을 효율적으로 폭넓은 범위로 증감시키고, 시프트위치 SP1에서 시프트위치 SP6까지 순서대로 동력을 신속하게 증감시킬 수 있는 최소회전수로서 사전에 미리 결정되어, ROM(74)에 저장된다. 전체 차속범위에서 또는 차속(V)이 사전설정된 값보다 작으면, 상기 하한엔진회전수 Nemin는 시프트위치(SP) 및 차속(V)을 토대로 결정될 수도 있다. 이 경우, 시프트위치(SP), 차속(V) 및 하한엔진회전수(Nemin)간의 관계를 결정하기 위한 맵은 사전에 미리 준비되어 ROM(74)에 저장될 수도 있다.
하한엔진회전수 Nemin가 설정된 후, 상기 하한엔진회전수 Nemin는 단계 S130에서 설정된 임시목표회전수 Netm과 비교된다(단계 S150). 임시목표회전수 Netmp가 하한엔진회전수 Nemin 이상이면, 엔진(22)으로부터의 동력의 증감 범위가 충분히 넓어 동력의 신속한 증감이 허용가능하다고 판정되며, 단계 S130에서 설정된 임시목표회전수 Netmp는 엔진(22)의 목표회전수 Ne*로 설정되고, 단계 S130에서 설정된 임시목표토크 Tetmp는 엔진(22)의 목표토크 Te*로 설정된다(단계 S160). 다른 한편으로, 임시목표회전수 Netmp가 하한엔진회전수 Nemin 미만이면, 단계 S140에서 설정된 하한엔진회전수 Nemin는 엔진(22)의 목표회전수 Ne*로 설정되어, 엔진(22)으 로부터의 동력의 증감범위가 충분히 넓게 되어 상기 동력의 신속한 증감을 가능하게 하고, 상기 엔진(22)의 목표토크 Te*(P*/Ne*)는 상기 설정된 목표회전수 Ne*(= Netmp) 및 요구파워 P*로부터 계산되어, 상기 엔진(22)의 목표토크 Te*로 설정된다(단계 S170). 따라서, S 위치가 시프트위치 SP로 선택되는 경우에는, 상기 엔진(22)의 목표회전수 Ne*는 각각의 시프트위치 SP1 내지 SP6에 대해 결정된 하한엔진회전수 Nemin 이상이므로, 운전자의 가감속요구에 대한 신속한 응답성을 가능하게 한다.
엔진지령으로서 엔진(22)의 목표회전수 Ne* 및 목표토크 Te*가 이렇게 설정된 다음, 모터(MG1)의 목표회전수 Nm1*는 하기 수학식 1에 의하여 상기 설정된 목표회전수 Ne*, 링기어축(32a)의 회전수 Nr(= Nm2/Gr) 및 동력분배통합기구(30)의 기어비 ρ를 토대로 계산되고, 상기 모터(MG1)의 토크지령 Tm1*은 하기 수학식 2에 의해 상기 계산된 목표회전수 Nm1* 및 현재회전수 Nm1을 토대로 계산된다(단계 S180). 수학식 1은 동력분배통합기구(30)의 회전요소의 역학적인 관계식이다. 도 8은 액셀러레이터-온 상태에서 동력분배통합기구(30)의 각각의 회전요소의 토크와 회전수간의 역학적 관계를 예시한 공선도이다. 도 8에서, 좌측의 S축선은 모터(MG1)의 회전수(Nm1)와 일치하는 선기어(31)의 회전수를 나타내고, C축선은 엔진(22)의 회전수(Ne)와 일치하는 캐리어(34)의 회전수를 나타내며, R축선은 모터(MG2)의 회전수(Nm2)를 리덕션기어(35)의 기어비(Gr)로 나누어 얻어지는 링기어(32)의 회전수(Nr)를 나타낸다. 상기 R축선 상의 두꺼운 두 화살표는 모터(MG1)로부터 출력되어 링기어축(32a)에 인가되는 토크(Tm1)를 포함하는 토크 및 상기 모 터(MG2)로부터 출력되어 리덕션기어(35)를 통해 링기어축(32a)으로 인가되는 토크(Tm2)를 포함하는 토크를 나타낸다. 모터(MG1)의 목표회전수(Nm1*)를 계산하기 위한 수학식 1은 상기 공선도에서의 회전수의 관계를 이용하여 손쉽게 도출될 수 있다. 상기 수학식 1에서, ρ는 동력분배통합기구(30)의 기어비(선기어(31)의 티스 개수/링기어(32)의 티스 개수)이다. 상기 수학식 2에서, 우변의 두번째 항의 "k1"은 비례항의 게인이고, 우변의 세번째 항의 "k2"는 적분항의 게인이다.
Nm1* = Ne*·(1 + ρ)/ρ - Nm2/(Gr·ρ)
Tm1* = 전회 Tm1* + k1(Nm1* - Nm1) + k2∫(Nm1* - Nm1)dt ...
토크지령 Tm1*이 설정되면, 하기 수학식 3 및 4에 의해 단계 S100에서 입력되는 배터리(50)의 출력제한 Wout 또는 입력제한 Win과 상기 설정된 모터(MG1)의 토크지령 Tm1*을 모터(MG1)의 현재회전수(Nm1)에 곱하여 얻어지는 모터(MG1)의 소비전력간의 편차가 모터(MG2)의 회전수(Nm2)로 나누어져, 상기 모터(MG2)로부터 출력될 수도 있는 토크의 상하한으로서 토크제한 Tmax, Tmin을 계산하게 된다(단계 S190). 또한, 모터(MG2)로부터 출력될 토크로서 임시모터토크(Tm2tmp)는 하기 수학식 5에 의하여 요구토크 Tr*, 토크지령 Tm1*, 동력분배통합기구(30)의 기어비 ρ 및 리덕션기어(35)의 기어비 Gr를 이용하여 계산되고(단계 S200), 상기 계산된 임시모터토크(Tm2tmp)는 토크제한 Tmax, Tmin에 의해 제한되어, 모터(MG2)의 토크지령(Tm2*)을 설정하게 된다(단계 S210). 이렇게 모터(MG2)의 토크지령(Tm2*)이 설정 되어, 상기 링기어축(32a)으로 출력되는 요구토크 Tr*가 배터리(50)의 입출력제한 Win, Wout의 범위 내에서 기본적으로 제한되는 토크로서 설정되도록 한다. 수학식 5는 도 8의 공선도로부터 손쉽게 도출될 수 있다. 상기 엔진(22)의 목표회전수(Ne*)와 목표토크(Te*) 및 상기 모터(MG1, MG2)의 토크지령(Tm1*, Tm2*)은 이렇게 설정되고, 엔진지령으로서 상기 엔진(22)의 목표회전수(Ne*)와 목표토크(Te*)는 엔진ECU(24)로 전달되며, 상기 모터(MG1, MG2)의 토크지령(Tm1*, Tm2*)은 모터ECU(40)로 전달되고(단계 S220), 상기 루틴이 일단 종료된다. 목표회전수(Ne*)와 목표토크(Te*)를 수신한 엔진ECU(24)는 목표회전수(Ne*)와 목표토크(Te*)를 획득하기 위한 제어를 수행한다. 토크지령(Tm1*, Tm2*)을 수신한 모터ECU(40)는 인버터(41, 42)의 스위칭소자들의 스위칭 제어를 수행하여, 상기 모터(MG1)가 토크지령(Tm1*)에 의해 구동되고, 상기 모터(MG2)는 토크지령(Tm2*)에 의해 구동되도록 한다.
Tmax = (Wout* - Tm1*·Nm1) / Nm2
Tmin = (Win - Tm1*·Nm1) / Nm2
Tm2tmp = (Tr* + Tm1*/ρ) / Gr
다른 한편으로, 예컨대 운전자가 액셀러레이터개방도(Acc)가 상대적으로 높은 상태(예컨대, 실질적으로 완전히 개방된 상태)로부터 상대적으로 낮은 상태(예 컨대, 대략 5% 정도)로 급감시키고, 액셀러레이터조작상태가 액셀러레이터-온 상태이면서 감소되는 액셀러레이터개방도로 인하여 감속요구가 이루어지면, 전체 차량에 필요한 요구파워 P*가 단계 S110에서 상대적으로 낮은 값으로 설정되므로, 단계 S120에서는 요구파워 P*가 임계값 Pref 미만인 것으로 판정되기도 한다. 이 경우에는, 우선 단계 S100에서 입력된 배터리(50)의 충전상태(SOC)가 사전설정된 상한값 SOC1 이하인 지의 여부를 판정한다(단계 S230). 충전상태(SOC)가 상한값 SOC1 이하이면, 단계 S100에서 입력된 배터리(50)의 입력제한 Win이 충전전력으로서 사전설정된 충전한계값 Win1 이하인 지의 여부를 판정한다(단계 S240). 상기 단계 S230에서 사용된 상한값 SOC1 및 단계 S240에서 사용된 충전한계값 Win1은, 감속요구 시에 필요한 구동력이 후술하는 바와 같이 연료컷없이 엔진(22)의 실질적인 자립운전에 의해 얻어지는 경우에 모터(MG1, MG2)에 의해 입출력되는 전력을 토대로 결정된다.
충전상태(SOC)가 상한값 SOC1 이하이고, 배터리(50)의 입력제한 Win이 충전한계값 Win1 이하이면, 엔진(22)의 폭발연소를 계속하기 위한 지령이 엔진지령으로 설정되고, 엔진(22)의 목표회전수(Ne*)는 폭발연소의 연속 시의 회전수 Ne0로 설정되어, 상기 엔진(22)이 여하한의 토크 출력없이 실질적으로 자립운전을 행하도록 한다(단계 S250). 본 실시예에 있어서, 회전수 Ne0는 예컨대 아이들링 시의 회전수(800 내지 1000 rpm)이다. 그 후, 하기 수학식 6에 의해 단계 S100에서 입력되는 엔진(22)의 회전수 Ne 및 설정된 목표회전수 Ne*(= Ne0)를 토대로 계산이 수행되고, 모터(MG1)의 토크지령 Tm1*은 폭발연소가 계속되면서 엔진(22)의 회전수 Ne를 목표회전수 Ne*(= Ne0)에 이르도록 설정된다(단계 S260). 수학식 6은 폭발연소가 계속되면서 엔진(22)의 회전수 Ne를 목표회전수 Ne*에 이르도록 하는 피드백 제어에서의 관계식이다. 수학식 6에서, 우변의 첫번째 항의 "k1"은 비례항의 게인이고, 우변의 두번째 항의 "k2"는 적분항의 게인이다. 엔진(22)의 폭발연소를 계속하기 위하여, 상기 게인 k1 및 k2는 상대적으로 높은 토크가 엔진(22)으로부터 출력될 때보다 더욱 작은 값으로 설정된다.
토크지령 Tm1*이 이렇게 설정된 다음, 모터(MG2)의 토크지령 Tm2*은 상기 설정된 토크지령 Tm1*을 이용하여 설정되고(단계 S190 내지 S210), 엔진지령들(폭발연소지령 및 목표회전수 Ne*)은 엔진ECU(24)로 전달되며, 토크지령 Tm1* 및 Tm2*은 모터ECU(40)로 전달되어(단계 S220), 상기 루틴이 일단 종료된다. 감속요구가 액셀러레이터-온 상태에서 이루어질 때 엔진(22)의 폭발연소를 계속하기 위해서는, 모터(MG1)가 상술된 바와 같이 구동 및 제어되어, 상기 엔진(22)의 회전수 Ne가 연료컷없이 목표회전수 Ne*(= Ne0)로 신속하게 감소되도록 함으로써, 하이브리드차량(20)의 감속을 가능하게 한다. 이 경우, 엔진ECU(24)는 실화를 발생시키지 않는 양으로 흡기를 확보하기 위하여 스로틀밸브(124)의 개방도를 낮은 값으로 설정한다. 도 9는 엔진(22)의 폭발연소가 액셀러레이터-온 상태에서 계속될 때, 동력분배통합기구(30)의 각각의 회전요소의 토크와 회전수간의 역학적 관계를 예시하는 공선도이다. 도 9에서 볼 수 있는 바와 같이, 엔진(22)이 회전수 Ne0로 운전되면, 약간의 구동토크가 엔진(22)으로부터 출력되고, 상기 구동토크는 출력축으로서 링기어축(32a)에 인가된다. 따라서, 모터(MG2)는 요구토크(제동토크) Tr*에 기초한 토 크에서 구동토크를 감산하여 얻어지는 토크를 출력한다.
Tm1* = k1·(Ne* - Ne) + k2∫(Ne* - Ne)·dt ...
도 9에 2점쇄선으로 도시된 바와 같이 차속(V)이 높은 액셀러레이터-온 상태에서 액셀러레이터개방도(Acc)가 급감할 때, 엔진(22)의 폭발연소가 계속된다면, 상기 엔진(22)의 회전수는 모터(MG1)에 의해 목표회전수 Ne0로 급감되어야 하는데, 이는 모터(MG1)에 의해 회생되는 전력을 증가시킨다. 따라서, 배터리(50)의 충전상태(SOC) 또는 상기 충전상태(SOC)를 토대로 설정된 배터리(50)의 입력제한 Win의 값에 따라, 엔진(22)이 연료컷없이 실질적인 자립운전을 수행할 때 모터(MG1)에 의해 회생되는 전력이 배터리(50)에 축전될 수 없게 될 가능성이 있다. 따라서, 단계 S230에서 배터리(50)의 충전상태(SOC)가 상한값 SOC1보다 작은 것으로 판정되거나 또는 단계 S240에서 배터리(50)의 입력제한 Win이 충전전력으로서 충전한계값 Win1보다 작은 것으로 판정되면, 연료컷이 금지될 수 없다고 판정되고, 엔진(22)으로의 연료분사를 임시로 정지하기 위한 연료컷을 수행하는 지령이 설정되며(단계 S270), 모터(MG1)의 토크지령 Tm1*은 0 으로 설정된다(단계 S280). 그 후, 모터(MG2)의 토크지령 Tm2*이 상기 설정된 토크지령 Tm1*(= 0)을 이용하여 설정되고(단계 S190 내지 S210), 엔진지령(연료컷지령)은 엔진ECU(24)로 전달되며, 토크지령 Tm1*, Tm2*은 모터ECU(40)로 전달되어(단계 S220), 상기 루틴이 일단 종료된다. 연료컷이 이렇게 수행되어 엔진(22)의 회전수를 신속하게 감소시키고, 하이브리드차량(20)의 감속을 가능하게 한다. 도 10은 연료컷이 액셀러레이터-온 상태에서 수행될 때, 동 력분배통합기구(30)의 각각의 회전요소의 토크와 회전수간의 역학적 관계를 예시한 공선도이다.
상술된 바와 같이, 본 실시예의 하이브리드차량(20)에 있어서는, 시프트위치(SP)가 S 위치로 설정되고, 주행에 필요한 요구토크 Tr*의 설정가능범위를 규정하는 시프트위치(SP1 내지 SP6)의 임의의 선택(수동선택)이 허용되는 상태에서 액셀러레이터-온 상태의 감속요구가 이루어지는 경우, 배터리(50)의 상태, 즉 충전상태(SOC) 및 입력제한 Win을 토대로 연료컷이 금지될 수 없는 것으로 판정되고, 상기 엔진(22) 및 모터(MG1, MG2)는 상기 설정된 요구토크 Tr*에 기초한 구동력이 상기 엔진(22)의 연료컷에 의해 출력되도록 제어된다(단계 S270, S280, S190 내지 S220). 시프트위치(SP)가 S 위치로 설정되는 상태에서 액셀러레이터-온 상태의 감속요구가 이루어지고, 상기 배터리(50)의 입력제한 Win 및 충전상태(SOC)를 토대로 연료컷이 금지될 수 있는 것으로 판정되면, 상기 엔진(22) 및 모터(MG1, MG2)는 엔진(22)이 목표회전수 Ne0에서 실질적인 자립운전을 수행하고, 상기 설정된 요구토크 Tr*에 기초한 구동력이 출력되도록 제어된다(단계 S250, S260, S190 내지 S220).
다음으로, 운전자가 시프트위치(SP)로서 S 위치를 선택하고, 액셀러레이터조작상태가 액셀러레이터-오프 상태일 때, 하이브리드차량(20)의 운전을 설명하기로 한다. 도 11은 운전자가 시프트위치(SP)로서 S 위치를 선택하고, 액셀러레이터조작상태가 액셀러레이터-오프 상태일 때, 하이브리드ECU(70)에 의해 수행되는 구동제어루틴의 일례를 도시한 흐름도이다. 이 루틴 또한 액셀러레이터조작상태가 액셀러 레이터-오프 상태일 때 사전설정된 시간마다(예컨대, 수 밀리초마다) 반복해서 수행된다. 도 11의 구동제어루틴이 개시되면, 하이브리드ECU(70)의 CPU(72)는 우선 차속센서(88)로부터의 차속(V), 모터(MG1, MG2)의 회전수(Nm1, Nm2), 시프트위치센서(82)로부터의 시프트위치(SP), 배터리(50)에 의해 충방전될 충방전요구파워 Pb*, 배터리(50)의 충전상태(SOC) 및 배터리(50)의 입력제한 Win과 같은 제어에 필요한 데이터를 입력하기 위한 처리를 수행한다(단계 S300). 각각의 데이터의 입력 절차는 도 3의 루틴에서와 동일하다. 단계 S300에서의 데이터입력처리 이후, 구동차륜(63a, 63b)에 연결된 구동축으로서 링기어축(32a)으로 출력될 요구토크(제동토크) Tr* 및 주행 시 전체 차량에 필요한 요구파워 P*는 차속(V) 및 시프트위치(SP)를 토대로 설정된다(단계 S310). 본 실시예에 있어서는, 차속(V) 및 시프트위치(SP)에 대응하는 액셀러레이터개방도(Acc)가 0%일 때, 도 6의 요구토크설정용맵으로부터 요구토크 Tr*를 도출함으로써 상기 요구토크 Tr*가 설정된다. 요구파워 P*는 도 3의 루틴에서와 같이 설정된다. 그 후, 단계 S300에서 입력되는 배터리(50)의 충전상태(SOC)가 사전설정된 상한값 SOC1 이하인 지의 여부를 판정한다(단계 S320). 상기 충전상태(SOC)가 상한값 SOC1 이하이면, 단계 S300에서 입력된 배터리(50)의 입력제한 Win이 사전설정된 충전한계값 Win1 이하인 지의 여부를 판정한다(단계 S330). 상기 상한값 SOC1 및 충전한계값 Win1은 도 3의 루틴에서와 동일하다.
충전상태(SOC)가 상한값 SOC1 이하이고, 배터리(50)의 입력제한 Win이 충전한계값 Win1 이하이면, 엔진(22)의 폭발연소를 계속하기 위한 지령이 엔진지령으로 설정되고(단계 S340), 상기 엔진(22)의 목표회전수 Ne*는 폭발연소의 계속 시에 회전수 Ne0로 설정되어, 상기 엔진(22)이 여하한의 토크 출력없이도 실질적인 자립운전을 수행하도록 한다(단계 S350). 상기 회전수 Ne0는 예컨대 도 3의 루틴에서와 같이 아이들링 시의 회전수(800 내지 1000 rpm)이다. 그 후, 하기 수학식 6에 의해 단계 S300에서 입력되는 엔진(22)의 회전수 Ne 및 상기 설정된 목표회전수 Ne*(= Ne0)를 토대로 계산이 수행되고, 모터(MG1)의 토크지령 Tm1*은 폭발연소가 계속되면서 엔진(22)의 회전수 Ne를 목표회전수 Ne*(= Ne0)에 이르도록 설정된다(단계 S360). 토크지령 Tm1*이 설정되면, 단계 S300에서 입력되는 배터리(50)의 입력제한 Win과 상기 모터(MG1)의 설정된 토크지령 Tm1*을 모터(MG1)의 현재회전수(Nm1)에 곱하여 얻어지는 모터(MG1)의 소비전력간의 편차가 모터(MG2)의 회전수(Nm2)로 나누어져, 상기 모터(MG2)로부터 출력될 수도 있는 토크의 하한으로서 토크제한 Tmin을 계산하게 된다(단계 S370). 또한, 모터(MG2)로부터 출력될 토크로서 임시모터토크(Tm2tmp)는 도 3의 루틴의 단계 S200에서와 같이 요구토크 Tr*, 토크지령 Tm1*, 동력분배통합기구(30)의 기어비 ρ 및 리덕션기어(35)의 기어비 Gr를 이용하여 계산되고(단계 S380), 상기 계산된 임시모터토크(Tm2tmp)는 토크제한 Tmin에 의해 제한되어, 모터(MG2)의 토크지령(Tm2*)을 설정하게 된다(단계 S390). 이렇게 모터(MG2)의 토크지령(Tm2*)이 설정되어, 상기 링기어축(32a)으로 출력되는 요구토크 Tr*가 배터리(50)의 입력제한 Win에 의해 기본적으로 제한되는 토크로서 설정되도록 한다. 상기 모터(MG1, MG2)의 토크지령(Tm1*, Tm2*) 및 엔진지령(폭발연소지령 및 목표회전수 Ne*)이 설정된 다음, 엔진지령들이 엔진ECU(24)로 전달되며, 상기 모터(MG1, MG2)의 토크지령(Tm1*, Tm2*)이 모터ECU(40)로 전달되어(단계 S400), 상기 루틴이 일단 종료된다.
액셀러레이터-오프에 기초한 감속요구가 이루어질 때 엔진(22)의 폭발연소를 계속하기 위하여, 상기 모터(MG1, MG2)가 상술된 바와 같이 구동 및 제어됨으로써, 상기 엔진(22)의 회전수 Ne를 연료컷없이 목표회전수 Ne*(= Ne0)로 신속하게 감소시키고, 하이브리드차량(20)을 감속시키도록 모터(MG2)의 회생에 의해 제동력이 생성되도록 한다. 이 경우에도, 엔진ECU(24)는 실화를 발생시키지 않는 양으로 흡기를 확보하기 위하여 스로틀밸브(124)의 개방도를 낮은 값으로 설정한다. 도 12는 엔진(22)의 폭발연소가 액셀러레이터-오프 상태에서 계속될 때, 동력분배통합기구(30)의 각각의 회전요소의 토크와 회전수간의 역학적 관계를 예시하는 공선도이다. 상기 엔진(22)이 액셀러레이터-오프 상태에서 회전수 Ne0로 운전되면, 도 12에 도시된 바와 같이 약간의 구동토크가 엔진(22)으로부터 출력축으로서 링기어축(32a)으로 출력되므로, 모터(MG2)는 요구토크(제동토크) Tr*에 기초한 토크와 구동토크를 상쇄하기 위한 토크의 합을 출력하게 된다.
또한, 액셀러레이터-오프 상태에서도, 도 12에 2점쇄선으로 도시된 바와 같이 차속(V)이 높은 액셀러레이터-온 상태에서 액셀러레이터개방도(Acc)가 급감할 때, 엔진(22)의 폭발연소가 계속된다면, 상기 엔진(22)의 회전수는 모터(MG1)에 의해 목표회전수 Ne0로 급감되어야 하는데, 이는 모터(MG1)에 의해 회생되는 전력을 증가시킨다. 도 6으로부터 볼 수 있는 바와 같이, 액셀러레이터-오프 상태에서는, 차속을 증가시키거나 시프트위치(SP)를 (SP1측으로) 낮추면서 제동력으로서 상기 설정된 요구토크 Tr*가 증가하므로, 모터(MG2)에 필요한 회생제동력이 증가하는데, 이는 모터(MG2)로부터 배터리(50)로 입력되는 전력을 증가시킨다. 따라서, 배터리(50)의 충전상태(SOC) 또는 상기 충전상태(SOC)를 토대로 설정된 배터리(50)의 입력제한 Win의 값에 따라, 엔진(22)이 연료컷없이 실질적인 자립운전을 수행할 때 모터(MG1)에 의해 회생되는 전력이 배터리(50)에 축전될 수 없게 될 가능성이 있다.
따라서, 단계 S320에서 배터리(50)의 충전상태(SOC)가 상한값 SOC1보다 작은 것으로 판정되거나 또는 단계 S330에서 배터리(50)의 입력제한 Win이 충전전력으로서 충전한계값 Win1보다 작은 것으로 판정되면, 연료컷이 금지될 수 없다고 판정되고, 엔진(22)으로의 연료분사를 임시로 정지하기 위한 연료컷을 수행하는 지령이 설정되며(단계 S410), 상기 엔진(22)의 목표회전수 Ne*는 엔진브레이크가 제동력의 일부를 제공하도록 시프트위치(SP) 및 차속(V)을 토대로 설정된다(단계 S420). 본 실시예에 있어서, S 위치의 선택을 위해서는, SP1 내지 SP6을 포함하는 시프트위치(SP), 차속(V) 및 엔진(22)의 목표회전수 Ne*간의 관계가 사전에 미리 결정되고, S 위치의 선택 시 운전포인트제약으로서 목표회전수설정용맵으로서 ROM(74)에 저장되며, 시프트위치(SP) 및 차속(V)이 제공되면, 상기 시프트위치(SP) 및 차속(V)에 대응하는 엔진(22)의 목표회전수 Ne*가 상기 맵으로부터 도출되어 설정된다. 도 13은 S 위치의 선택 시에 사용되는 목표회전수설정용맵의 일례를 예시한다. 상기 엔진(22)의 목표회전수 Ne*가 이렇게 설정된 다음, 상술된 단계 S360 내지 S400의 처리들이 수행되고, 상기 루틴이 일단 종료된다. 따라서, 액셀러레이터-오프에 기초 한 감속요구가 이루어질 때 연료컷이 수행되고, 상기 모터(MG1, MG2)가 상술된 바와 같이 구동 및 제어됨으로써, 구동축으로서 링기어축(32a)으로 출력될 모터(MG2)의 회생에 의한 제동력 및 엔진(22)으로부터 엔진브레이크에 의한 제동토크(직접 토크 = -1/ρ·Tm1*)를 가능하게 하므로, 상기 모터(MG2)의 회생에 의해 배터리(50)로 입력되는 전력을 감소시키게 된다. 특히, 차속(V)이 상대적으로 높고 시프트위치(SP)가 하부측에 있는 경우, 상대적으로 높은 제동토크가 도 6에서 볼 수 있는 바와 같이 요구토크로 설정되고, 상기 엔진(22)의 목표회전수 Ne*는 도 13으로부터 볼 수 있는 바와 같이 상대적으로 높은 값으로 설정되며, 상기 엔진(22)의 회전수가 모터(MG1)의 모터링 등에 의해 높은 값으로 유지됨으로써, 상기 모터(MG2)에 대한 부하를 줄일 수 있게 된다. 도 14는 연료컷이 액셀러레이터-오프 상태에서 수행될 때, 동력분배통합기구(30)의 각각의 회전요소의 토크와 회전수간의 역학적 관계를 예시하는 공선도이다.
상술된 바와 같이, 본 실시예의 하이브리드차량(20)에 있어서는, 시프트위치(SP)가 S 위치로 설정되고, 시프트위치 SP1 내지 SP6의 임의의 선택이 허용되는 상태에서 액셀러레이터-오프에 기초한 감속요구가 이루어지며, 상기 배터리(50)의 상태, 즉 충전상태(SOC) 및 입력제한 Win을 토대로 연료컷이 금지될 수 없다고 판정되는 경우, 상기 엔진(22) 및 모터(MG1, MG2)는 상기 설정된 요구토크 Tr*에 기초한 구동력이 엔진(22)의 연료컷에 의해 출력되도록 제어된다(단계 S410, S420, S360 내지 S400). 시프트위치(SP)가 S 위치로 설정되는 상태에서 액셀러레이터-오프 상태의 감속요구가 이루어지고, 상기 배터리(50)의 입력제한 Win 및 충전상 태(SOC)를 토대로 연료컷이 금지될 수 있는 것으로 판정되면, 상기 엔진(22) 및 모터(MG1, MG2)는 엔진(22)이 목표회전수 Ne0에서 실질적인 자립운전을 수행하고, 상기 설정된 요구토크 Tr*에 기초한 구동력이 출력되도록 제어된다(단계 S340 내지 S400).
상술된 바와 같이, 본 실시예의 하이브리드차량(20)에서는, 액셀러레이터-온 상태에서의 감속요구 또는 액셀러레이터-오프에 기초한 감속요구가 시프트위치(SP)가 S 위치로 설정되어 시프트위치 SP1 내지 SP6의 임의의 선택이 허용되는 상태에서 이루어지면, 요구토크 Tr*에 기초한 구동력(제동력)은 배터리(50)의 상태, 즉 충전상태(SOC) 및 입력제한 Win을 토대로 연료컷이 금지되어야만 하는 경우를 제외하고는 연료컷없이도 엔진(22)의 실질적인 자립운전에 의해 얻어진다. 구체적으로는, 운전자가 시프트위치 SP1 내지 SP6를 임의로 설정하도록 허용되고, 액셀러레이터개방도(Acc)의 급감으로 인한 액셀러레이터-온 상태에서의 감속요구 또는 액셀러레이터-오프에 기초한 감속요구가 이루어지면, 대체로 연료컷이 수행되어, 대량의 공기가 정화장치(134) 내의 배기가스정화촉매로 공급되므로, 산소가 촉매에 부착될 수도 있어 NOx 정화 성능을 저하시킬 수도 있게 된다. 따라서, 요구토크 Tr*에 기초한 구동력(제동력)은, 배터리(50)의 상태로부터 연료컷이 금지되어야만 하는 경우를 제외하고는 연료컷없이도 엔진(22)의 실질적인 자립운전에 의해 얻어진다. 이는 연료컷으로 인하여 정화장치(134)로 공급되는 대량의 공기에 기인하는 배기가스정화촉매의 정화 성능의 저하를 방지할 수 있으므로, 배기가스배출을 개선할 수 있게 된다.
상술된 바와 같이, 임계값으로서 상한값 SOC1 및 충전한계값 Win1은, 감속요구 시의 요구토크 Tr*가 연료컷없이 엔진(22)의 실질적인 자립운전에 의해 얻어질 때, 모터(MG1, MG2)에 의해 입출력되는 전력을 토대로 결정되고, 상기 배터리(50)의 충전상태(SOC)가 상한값 SOC1 이하이거나 또는 배터리(50)의 상태를 토대로 설정된 충전허용전력으로서의 입력제한 Win이 충전한계값 Win1 이하일 때, 연료컷이 금지될 수 있는 것으로 판정된다. 따라서, 배터리의 상태를 토대로 연료컷이 금지될 수 있는 지의 여부를 적절하게 판정할 수 있게 되고, 상기 배터리(50)의 과충전에 의한 저하를 방지하도록 연료컷의 금지가 적절한 시기에 취소될 수 있게 된다.
본 실시예의 하이브리드차량(20)은 운전자가 시프트위치 SP1 내지 SP6를 임의로 선택하도록 하는 S 위치를 시프트레버(81)의 시프트위치들이 포함하는 것으로 기술되어 있지만, 본 발명이 이것에만 제한적으로 적용되는 것은 아니다. 구체적으로, 시프트레버(81)의 시프트위치(SP)가 예컨대 상대적으로 고속으로 언덕을 내려가는 주행 중에 선택되는 브레이크위치를 포함하고, D 위치에서보다 낮은 동력 범위의 하한을 갖는 그것에 대응하는 구동력의 설정가능범위를 가지는 경우, 브레이크위치가 선택될 때, 도 3 또는 도 11의 구동제어루틴이 수행될 수도 있다.
상술된 실시예는 모든 실시형태에 있어서 제한적인 것이라 예시적인 것임을 고려하여야 한다. 본 발명의 요지의 기술적 사상 또는 범위를 벗어나지 않으면서 다양한 변형예, 수정예 및 대안예들이 가능하다. 본 발명의 범위 및 기술적 사상은 상술된 상세한 설명이라기 보다는 첨부된 청구범위로 표시되어 있다.
구체적으로, 본 실시예의 하이브리드차량(20)에 있어서, 구동축으로서의 링 기어축(32a) 및 모터(MG2)는 모터(MG2)의 회전수를 감소시켜 상기 회전수를 링기어축(32a)으로 전달하는 리덕션기어(35)를 통해 연결된다. 하지만, 리덕션기어(35) 대신에, 예컨대 하이 및 로우의 두 변속단계 또는 3이상의 변속단계를 갖고, 모터(MG2)의 회전수를 변경하여 상기 회전수를 링기어축(32a)으로 전달하는 변속기가 사용될 수도 있다.
본 실시예의 하이브리드차량(20)에 있어서, 상기 모터(MG2)의 동력은 리덕션기어(35)에 의해 감속되어 링기어축(32a)으로 출력된다. 하지만, 도 15에 도시된 변형예의 하이브리드차량(120)과 같이, 모터(MG2)의 동력은 변속기(65)에 의해 속도가 변경될 수도 있고, 링기어축(32a)에 연결된 차축(구동차륜(63a, 63b)에 연결된 차축)과 상이한 차축(도 15의 차륜(63c, 63d)에 연결된 차축)으로 전달될 수도 있다.
본 실시예의 하이브리드차량(20, 20B)에 있어서, 상기 엔진(22)의 동력은 동력분배통합기구(30)를 통해 구동차륜(63a, 63b)과 링크된 구동축으로서의 기능을 하는 링기어축(32a)으로 출력된다. 도 16의 또다른 가능성 있는 변형예에 있어서, 하이브리드차량(220)은 엔진(22)의 크랭크축(26)과 연결된 내측 회전자(232) 및 동력의 잔여부를 전력으로 변환시키면서, 동력을 구동차륜(63a, 63b)에 출력하여 상기 엔진(22)으로부터 출력되는 동력의 일부를 구동축으로 전달하기 위한 구동축과 연결된 외측 회전자(234)를 구비한 페어-회전자 모터(230)를 구비할 수도 있다.
본 발명은 자동차의 제조산업에 적용가능하다.

Claims (13)

  1. 하이브리드차량에 있어서,
    내연기관;
    상기 내연기관으로부터 배기되는 배기가스를 정화하기 위한 촉매를 포함하는 정화유닛;
    여하한의 차축인 제1차축 및 상기 내연기관의 출력축에 연결되고, 전력 및 동력의 입출력에 의해 상기 제1차축 및 상기 출력축과 동력을 입출력할 수 있는 전력동력입출력기구;
    상기 제1차축 또는 상기 제1차축과 상이한 여하한의 차축인 제2차축에 동력을 입출력할 수 있는 전동기;
    상기 전력동력입출력기구 및 상기 전동기와 전력을 주고 받을 수 있는 축전유닛;
    상기 축전유닛의 상태를 토대로 상기 내연기관으로의 연료공급의 정지가 금지될 수 있는 지의 여부를 판정하는 연료공급정지판정모듈;
    적어도 주행에 필요한 요구구동력의 설정가능범위를 상이한 방식으로 규정하는 복수의 운전 조건 가운데 여하한의 것을 실행용 운전 조건으로 설정하고, 사전설정된 조건 하에 임의의 운전 조건을 운전자가 선택하도록 하는 운전조건설정모듈;
    설정된 상기 실행용 운전 조건에 따라 요구구동력을 설정하는 요구구동력설 정모듈; 및
    상기 운전조건설정모듈이 상기 임의의 운전 조건의 선택을 허용하는 상태에서 감속요구가 행해지고, 상기 연료공급정지판정모듈이 상기 연료공급의 정지가 금지될 수 없는 것으로 판정하는 경우, 설정된 상기 요구구동력에 기초한 구동력이 상기 연료공급의 정지에 의해 출력되도록, 상기 내연기관, 상기 전력동력입출력기구 및 상기 전동기를 제어하고, 상기 감속요구가 행해져, 상기 연료공급정지판정모듈이 상기 연료공급의 정지가 금지될 수 있는 것으로 판정하는 경우에는, 상기 내연기관이 사전설정된 회전수로 실질적인 자립운전을 행하고, 설정된 상기 요구구동력에 기초한 구동력이 출력되도록, 상기 내연기관, 상기 전력동력입출력기구 및 상기 전동기를 제어하는 제어유닛을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 하이브리드차량.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 감속요구는, 액셀러레이터조작상태가 액셀러레이터-오프상태인 것에 의한 감속요구 및 상기 액셀러레이터조작상태가 액셀러레이터-온상태로 유지되면서 액셀러레이터개방도가 감소되는 것으로 인한 감속요구를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드차량.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 연료공급정지판정모듈은, 상기 축전유닛에 남은 충전량이 사전설정된 상한값 이하일 때, 또는 상기 축전유닛을 충전하도록 허용되는 전력이면서 상기 축전유닛의 상태를 토대로 설정되는 충전허용전력이 사전설정된 충전한계값 이하일 때, 상기 연료공급의 정지가 금지될 수 있는 것으로 판정하는 것을 특징으로 하는 하이브리드차량.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 상한값 및 상기 충전한계값은, 감속요구 시의 요구구동력이 상기 연료공급의 정지없이 상기 내연기관의 실질적인 자립운전으로 얻어질 때, 상기 전력동력입출력기구 및 상기 전동기에 의해 입출력되는 전력을 토대로 결정되는 것을 특징으로 하는 하이브리드차량.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 운전조건설정모듈은 운전자의 시프트조작에 따른 복수의 시프트위치 가운데 실행용 시프트위치를 설정하는 시프트설정모듈이고, 상기 복수의 운전 조건은 상기 복수의 시프트위치에 대응하며, 상기 복수의 시프트위치는 운전자가 임의의 시프트위치를 설정하도록 하는 순차적인 시프트위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드차량.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 순차적인 시프트위치가 선택될 때 운전자가 선택하도록 허용되는 운전 조건은 상기 요구구동력의 설정가능범위 및 상기 요구구동력에 대응하는 상기 내연기관의 목표회전수를 결정하기 위한 운전포인트제약을 규정하고,
    상기 제어유닛은, 상기 감속요구가 행해져 상기 연료공급의 정지가 금지될 수 없는 것으로 상기 연료공급정지판정모듈이 판정할 때, 상기 운전포인트제약을 토대로 설정된 목표회전수로 상기 내연기관이 운전되고, 상기 연료공급의 정지에 의하여 설정된 상기 요구구동력에 기초한 구동력이 출력되도록, 상기 내연기관, 상기 전력동력입출력기구 및 상기 전동기를 제어하는 것을 특징으로 하는 하이브리드차량.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전력동력입출력기구는 상기 제1차축, 상기 내연기관의 출력축 및 회전가능한 제3축에 연결되되, 3개의 축 가운데 여하한의 2개의 축에 입출력되는 동력을 토대로 결정되는 동력을 잔여 축에 입출력하는 3축식동력입출력모듈 및 상기 제3축에 동력을 입출력할 수 있는 발전기를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드차량.
  8. 내연기관;
    상기 내연기관으로부터 배기되는 배기가스를 정화하기 위한 촉매를 포함하는 정화유닛;
    여하한의 차축인 제1차축 및 상기 내연기관의 출력축에 연결되고, 전력 및 동력의 입출력에 의해 상기 제1차축 및 상기 출력축과 동력을 입출력할 수 있는 전력동력입출력기구;
    상기 제1차축 또는 상기 제1차축과 상이한 여하한의 차축인 제2차축에 동력을 입출력할 수 있는 전동기;
    상기 전력동력입출력기구 및 상기 전동기와 전력을 주고 받을 수 있는 축전유닛; 및
    적어도 주행에 필요한 요구구동력의 범위를 결정하기 위한 구동력설정제약을 상이한 방식으로 규정하는 복수의 운전 조건 가운데 여하한의 것을 실행용 운전 조건으로 설정하고, 사전설정된 조건 하에 임의의 운전 조건을 운전자가 선택하도록 하는 운전조건설정모듈을 포함하는 하이브리드차량의 제어방법에 있어서,
    (a) 상기 운전조건설정모듈이 상기 임의의 운전 조건의 선택을 허용하는 상태에서 감속요구가 행해지고, 상기 내연기관으로의 연료공급의 정지가 상기 축전유닛의 상태로부터 금지될 수 없는 경우, 설정된 상기 실행용 운전 조건에 따라 설정된 요구구동력에 기초한 구동력이 상기 내연기관으로의 연료공급의 정지에 의해 출력되도록, 상기 내연기관, 상기 전력동력입출력기구 및 상기 전동기를 제어하고, 상기 감속요구가 행해져, 상기 축전유닛의 상태로부터 상기 연료공급의 정지가 금지될 수 있는 경우에는, 상기 내연기관이 사전설정된 회전수로 실질적인 자립운전을 행하고, 설정된 상기 실행용 운전 조건에 따라 설정된 요구구동력에 기초한 구동력이 출력되도록, 상기 내연기관, 상기 전력동력입출력기구 및 상기 전동기를 제어하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 하이브리드차량의 제어방 법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 감속요구는, 액셀러레이터조작상태가 액셀러레이터-오프상태인 것에 의한 감속요구 및 상기 액셀러레이터조작상태가 액셀러레이터-온상태로 유지되면서 액셀러레이터개방도가 감소되는 것으로 인한 감속요구를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드차량의 제어방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제어방법은,
    (b) 상기 내연기관으로의 연료공급의 정지가 상기 축전유닛의 상태를 토대로 금지될 수 있는 지의 여부를 판정하는 단계를 더 포함하여 이루어지고,
    상기 단계 (b)는, 상기 축전유닛에 남은 충전량이 사전설정된 상한값 이하일 때, 또는 상기 축전유닛을 충전하도록 허용되는 전력이면서 상기 축전유닛의 상태를 토대로 설정되는 충전허용전력이 사전설정된 충전한계값 이하일 때, 상기 연료공급의 정지가 금지될 수 있는 것으로 판정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드차량의 제어방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 상한값 및 상기 충전한계값은, 감속요구 시의 요구구동력이 상기 연료 공급의 정지없이 상기 내연기관의 실질적인 자립운전으로 얻어질 때, 상기 전력동력입출력기구 및 상기 전동기에 의해 입출력되는 전력을 토대로 결정되는 것을 특징으로 하는 하이브리드차량의 제어방법.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 운전조건설정모듈은 운전자의 시프트조작에 따른 복수의 시프트위치 가운데 실행용 시프트위치를 설정하는 시프트설정모듈이고, 상기 복수의 운전 조건은 상기 복수의 시프트위치에 대응하며, 상기 복수의 시프트위치는 운전자가 임의의 시프트위치를 설정하도록 하는 순차적인 시프트위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드차량의 제어방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 순차적인 시프트위치가 선택될 때 운전자가 선택하도록 허용되는 운전조건은 상기 요구구동력의 설정가능범위 및 상기 요구구동력에 대응하는 상기 내연기관의 목표회전수를 결정하기 위한 운전포인트제약을 규정하고,
    상기 단계 (a)는, 상기 감속요구가 행해져 상기 연료공급의 정지가 금지될 수 없는 것으로 상기 연료공급정지판정모듈이 판정할 때, 상기 운전포인트제약을 토대로 설정된 목표회전수로 상기 내연기관이 운전되고, 상기 연료공급의 정지에 의하여 상기 설정된 요구구동력에 기초한 구동력이 출력되도록, 상기 내연기관, 상기 전력동력입출력기구 및 상기 전동기를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드차량의 제어방법.
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