KR20100086043A - 하이브리드 시스템의 제어 방법 - Google Patents

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KR20100086043A
KR20100086043A KR1020107012888A KR20107012888A KR20100086043A KR 20100086043 A KR20100086043 A KR 20100086043A KR 1020107012888 A KR1020107012888 A KR 1020107012888A KR 20107012888 A KR20107012888 A KR 20107012888A KR 20100086043 A KR20100086043 A KR 20100086043A
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KR
South Korea
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torque
engine
map
accelerator opening
transmission means
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KR1020107012888A
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English (en)
Inventor
타카시 이마세키
Original Assignee
봇슈 가부시키가이샤
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Publication date
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Abstract

배터리의 충전 상황에 의거하지 않고, 모터 주행으로부터 하이브리드 주행으로의 원활한 이행을 가능하게 하는 동시에, 클러치 요소의 체결시의 충격을 저감한다. 하이브리드 시스템은 액셀 개도, 차량 속도 및 배터리 충전 상태(SOC)에 기초하여 엔진 및 모터의 목표 토크를 결정하기 위한 상태 맵(70)을 사용한다. 맵(70)에는 SOC에 따라서 변화되는 모터 상한 토크를 획정하는 모터 최대 토크선과 상기 토크선으로부터 소정의 마진 낮은 모터 마진 토크선이 정의된다. 액셀 개도, 차량 속도 및 배터리 충전 상태에 의해서 결정되는 맵 상의 위치가 마진 토크선보다 아래에 있을 때, 전동 주행을 행하고, 마진 토크선 이상으로 되었을 때, 엔진의 시동 처리를 개시하고, 최대 토크선을 초과하는 토크 위치로 되었을 때, 액셀 개도에 대응하는 토크를 달성하기 위해서 엔진 및 모터의 목표 토크를 각각 설정한다.

Description

하이브리드 시스템의 제어 방법{Hybrid system control method}
본 발명은 하이브리드 차량에 적용되는 하이브리드 시스템의 제어 방법에 관한 것으로, 특히 액슬 스플릿(axle split)식 하이브리드 시스템의 제어 방법에 관한 것이다.
일본 공개특허공보 2006-160104호에는 하이브리드 차량에 있어서, 전륜측 차축에, 트랜스미션과 모터가 항상 결합되고, 또한 클러치를 통하여 엔진이 결합되는 동시에, 후륜측 차축에는 다른 전기 모터가 항상 결합한 구성이 개시되어 있다. 이 하이브리드 차량에 의하면, 정차시에는 통상 아이들링 스톱을 행하고, 계속하여 드라이버에 의해 액셀 조작이 이루어져 발진하는 것이지만, 발진시의 엔진 운전 효율은 낮기 때문에 급가속이 아닌 한 모터로부터 공급되는 구동력에 의해 발진하고, 소정의 속도 또는 소정의 요구 구동력에 도달할 때까지 모터로 주행을 계속한다. 이 때, 정지 중의 엔진을 모터에 의해 회전시켜 버리면 마찰 손실(friction loss)이 발생하므로, 클러치를 해방해 두고, 그 후, 소정의 속도 또는 소정의 요구 구동력에 도달하면, 엔진의 시동을 개시하고, 클러치를 체결하고, 엔진으로부터 공급되는 구동력에 의한 주행으로 전환하는 제어를 행하고 있다.
또한 이 하이브리드 차량은 이하의 제어를 특징으로 한다. 우선, 노면 상황으로부터, 모터가 직결한 후륜이 전달 가능한 최대 토크량을 계산하고, 드라이버의 가속 요구치가 이 전달 가능한 최대 토크량보다도 큰 경우, 전륜에서 발생시켜야 할 토크량을 계산하고, 이 최대 토크량이 전륜에 직결한 모터의 최대 토크량 이하인 경우에는 엔진의 시동은 하지 않고, 클러치도 해방으로 한 채로, 전륜의 모터로부터 토크를 발생시킨다. 이것에 대하여, 전륜에서 발생시켜야 할 토크량 계산치가 전륜에 직결한 모터의 최대 토크량 이상인 경우에는 엔진을 시동하여 클러치를 체결하는 지령을 발생시킨다. 이렇게 클러치의 체결/해방 판단을, 주행하는 노면으로부터 예측되는 예상 노면 마찰 계수로부터 예측 제어에 의해 판단하여 행하므로, 실제의 클러치 체결을 여유를 갖고 실시할 수 있고, 그 결과, 엔진으로부터 전륜에 구동력을 재빨리 공급할 수 있는 것이다. 즉, 이 공지예가 개시한 원리는 드라이버의 가속 요구치와 노면 상황으로부터, 엔진 토크가 필요한 상황인지의 여부를 예측하여 판단함으로써, 클러치 체결의 지연을 회피하고자 하는 것이었다.
그러나, 이상과 같은 노면 마찰 계수로 결정되는 전달 가능한 최대 토크를 예측하여 후륜 모터 토크, 전륜 모터 토크, 전륜 엔진 토크를 계산하는 제어 원리에서는 예를 들어 배터리 충전 상태(SOC)의 요구에 의해 배터리 전력을 사용한 모터 주행으로부터 엔진 주행으로 재빨리 옮겨가고자 하는 경우의 클러치 체결의 지연을 회피할 수는 없다. 또한, 전륜의 엔진과 차축 사이에 연결되어 있는 트랜스미션의 변속 기어비를 전혀 고려하지 않기 때문에, 클러치 체결시의 충격을 저감할 수 없는 등의 문제점이 있었다.
일본 공개특허공보 2006-160104호
본 발명은 상기 사실을 감안하여 이루어진 것으로, 배터리의 충전 상황에 의거하지 않고, 드라이버의 요구 구동력의 정보와 차속 정보로부터, 모터 주행으로부터 모터 및 엔진에 의한 하이브리드 주행으로의 원활한 이행을 가능하게 하는 동시에, 변속 기어를 제어함으로써, 클러치 요소의 체결시에도, 그 충격을 저감할 수 있는, 하이브리드 시스템의 제어 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에 따른 하이브리드 시스템의 제어 방법에 의하면, 상기 하이브리드 시스템은 내연 엔진과, 상기 내연 엔진의 회전 속도를 변속하여 출력하기 위한 변속 수단과, 구동륜을 전동 구동하기 위한 전동 수단과, 상기 전동 수단을 위한 배터리와, 상기 내연 엔진 및 상기 전동 수단의 목표 토크를 결정하기 위한 맵을 가지고, 상기 맵에 기초하여 상기 내연 엔진 및 상기 전동 수단을 지령 제어하기 위한 제어 수단을 구비하고, 상기 맵에는 적어도 차량 속도 및 배터리 충전 상태의 함수로서 상기 전동 수단이 공급 가능한 상한 토크를 획정(劃定)하는 최대 토크선과, 상기 최대 토크선보다도 소정의 마진 낮은 마진 토크선이 정의되어 있고, 상기 제어 방법은 액셀 개도, 차량 속도 및 배터리 충전 상태를 검출하고, 검출된 액셀 개도, 차량 속도 및 배터리 충전 상태에 의해서 결정되는 상기 맵 상의 위치가, 상기 마진 토크선보다 아래의 토크 위치에 있을 때, 상기 전동 수단에 의한 전동 주행을 행하고, 상기 맵 상의 위치가 상기 마진 토크선 이상의 토크 위치로 되었을 때, 하이브리드 주행으로 이행하기 위해서 상기 엔진의 시동 처리를 개시하고, 상기 맵 상의 위치가 상기 최대 토크선을 초과하는 토크 위치로 되었을 때, 검출된 액셀 개도에 대응하는 토크를 달성하기 위해서 상기 엔진의 목표 토크 및 상기 전동 수단의 목표 토크를 각각 설정하고, 상기 엔진 및 상기 전동 수단을 지령 제어하는, 각 공정을 구비하여 구성한 것이다.
본 발명에 따르면, 내연 엔진 및 전동 수단의 목표 토크를 결정하기 위해서 배터리 충전 상태(SOC) 및 차량 속도에 기초하는 맵에 있어서, 전동 수단이 공급 가능한 상한 토크를 획정하는 최대 토크선과, 상기 최대 토크선보다도 소정의 마진 낮은 마진 토크선을 정의해 둔다. 검출된 액셀 개도, 차량 속도 및 배터리 충전 상태에 의해서 결정되는 맵 상의 위치가, 마진 토크선보다 아래의 토크 위치에 있을 때, 요구된 토크를 전동 수단에 의해 공급 가능하기 때문에, 전동 수단만에 의한 전동 주행을 행한다. 맵 상의 위치가 마진 토크선 이상의 토크 위치로 되었을 때, 하이브리드 주행으로 이행하기 위해서 엔진의 시동 처리를 사전에 개시한다. 그리고, 맵 상의 위치가 최대 토크선을 초과하는 토크 위치로 되었을 때, 검출된 액셀 개도에 대응하는 토크를 달성하기 위해서 엔진 및 전동 수단을 각각 지령 제어한다. 본 발명에서는 배터리 충전 상태(SOC) 및 차량 속도에 기초하는 맵을 사용하여, 요구 토크가 마진 토크선 이상으로 되었을 때에 엔진을 시동시켜서 하이브리드 주행의 준비를 사전에 해 두기 때문에, 배터리의 충전 상황에 의거하지 않고, 드라이버의 요구 구동력의 정보와 차속 정보로부터, 전동 주행으로부터 엔진 및 전동 수단에 의한 하이브리드 주행으로의 원활한 이행을 가능하게 할 수 있다.
상기 변속 수단은 상기 변속 수단의 입력 샤프트와 접속된 클러치 요소를 구비하고, 상기 클러치 요소의 체결 및 개방에 의해서, 상기 변속 수단의 포워드 상태 및 뉴트럴 상태를 전환하는 것을 가능하게 한다. 이 경우, 상기 엔진의 시동 처리를 개시한 후, 상기 엔진의 아이들링 회전 속도와 상기 변속 수단의 입력 샤프트 속도가 소정의 범위 내에 가까워졌을 때, 상기 클러치 요소를 체결시킨다.
또한, 상기 전동 주행에서는 상기 엔진을 정지시켜, 상기 클러치 요소를 개방한 상태에서, 검출된 액셀 개도에 대응하는 토크를 목표 토크로서 상기 전동 수단을 지령 제어한다.
상기 엔진의 시동 처리를 개시하는 상기 공정에서는 상기 맵 상의 위치가 상기 마진 토크선을 초과하였을 때, 상기 클러치 요소를 개방한 상태에서, 상기 전동 주행을 계속한 채, 상기 엔진의 시동 처리를 개시한다. 상기 맵 상의 위치가 상기 마진 토크선과 상기 최대 토크선 사이의 토크 위치일 때, 상기 엔진의 시동 처리가 종료한 후, 상기 클러치 요소의 체결 처리를 행한다. 또한, 상기 클러치 요소의 체결 후, 상기 엔진의 목표 토크를 0에 설정해 둔다. 상기 맵 상의 위치가 상기 마진 토크선과 상기 최대 토크선 사이의 토크 위치일 때, 상기 클러치 요소의 체결 처리를 종료한 후에도, 상기 엔진의 목표 토크를 0에 설정한다.
상기 맵 상의 위치가 상기 최대 토크선을 초과하였을 때 실행되는 상기 엔진 및 상기 전동 수단을 지령 제어하는 상기 공정은 상기 전동 수단의 목표 토크를 상기 최대 토크선에 일치하는 최대치에 설정하고, 검출된 액셀 개도에 대응하는 차량 구동 요구 토크를 달성하기 위해서 상기 엔진의 목표 토크를 상기 차량 구동 요구 토크로부터 상기 전동 수단의 최대 토크를 빼고 이루어지는 값에 설정한다. 이로써, 상기 전동 수단만의 구동에 의한 전동 주행으로부터, 상기 전동 수단과 상기 엔진의 합계 구동력에 의한 하이브리드 주행으로, 원활하게 전환할 수 있다.
본 발명의 바람직한 형태에서는 상기 하이브리드 시스템은 액셀 개도 및 차량 속도를 베이스로 하는 제 2 맵을 사용하여 결정된 변속비로 상기 변속 수단을 제어하기 위한 변속비 제어 수단을 더 구비하고, 상기 제어 방법은 상기 엔진이 정지 중이고 또한 상기 전동 수단이 토크를 발생하고 있을 때, 상기 제 2 맵을 의사적(擬似的)으로 액셀 개도 0 또는 0에 가까운 값을 입력하여 얻어지는 변속 맵으로 하는 공정을 더 구비한다. 또한, 상기 제어 방법은 상기 맵 상의 위치가 상기 최대 토크선을 초과하는 토크 위치로 되었을 때, 상기 제 2 맵을, 액셀 개도의 값을 대신하여 의사적으로 상기 엔진으로의 토크 지령치를 입력하여 얻어지는 변속 맵으로 하는 공정을 구비한다.
이상에 의해서, 상기 클러치 요소가 체결되기 전에, 실제의 액셀 개도보다도 작은 의사 액세스 개도 신호를 상기 변속비 제어 수단에 입력하기 위해서, 상기 변속비 제어 수단은 클러치 요소의 체결 전에, 변속 수단을 보다 하이 기어측에 세트한다. 이렇게 하여, 변속 수단의 입력 샤프트의 회전 속도는 보다 저속측으로 이행하고, 엔진의 회전 속도와의 차가 감소한다. 따라서, 클러치 요소를 체결하여 포워드 상태로 변경할 때의 충격을 저감할 수 있다.
본 발명의 다른 바람직한 형태에서는 상기 제어 수단은 상기 클러치 요소가 체결되기 전에, 상기 변속 수단의 기어비 정보와 상기 차량 속도에 기초하여, 상기 변속 수단의 입력 샤프트의 회전 속도를 예측하고, 예측된 상기 회전 속도에 상기 엔진 아이들링 회전 속도를 가깝게 하는 제어를 실행한다. 이로써, 클러치 요소를 포워드 상태로 변경할 때의 충격을 저감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 시스템의 제어 방법을 도시하는 블록도 및 상기 하이브리드 시스템의 제어 방법이 적용되는 차량의 개략도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 시스템의 제어 방법의 흐름을 나타내는 메인 플로차트.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 시스템의 제어 방법의 하이브리드 운전 모드의 흐름을 나타내는 플로차트.
도 4는 액셀 개도(A), 차량 속도(V) 및 배터리 충전 상태(SOC)에 기초하는, 토크 요구량을 결정하기 위한 상태 맵의 개략도.
도 5는 도 4의 상태 맵이 배터리 충전 상태(SOC)에 의해, 어떻게 변화하는지를 도시하는 도면.
도 6은 종래의 차속 및 액셀 개도에 기초하는 변속 패턴의 맵도.
도 7은 도 6의 맵도에 있어서, 본 발명의 실시예에 따라서 생성된 의사 액셀 개도 신호의 라인 및 엔진 토크 지령에 대응한 의사 액셀 개도 신호의 곡선을 나타낸 맵도.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.
도 1에는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 하이브리드 시스템의 제어 방법이 적용되는 차량(10)과, 상기 하이브리드 시스템의 제어를 가능하게 한 차량(10)의 제어계가 도시된다. 차량(10)은 기존의 이륜 구동차의 피구동륜 축상에 전동 액슬 유닛을 배치하고, 최소한의 차량 개조로 구성한 4륜 구동식 하이브리드 차이며, 내연 엔진(12)과, 엔진(12)을 시동시키기 위한 스타터 모터(14)와, 상기 내연 엔진의 구동력을 전륜(20L, 20R)의 차축에 전달시키기 위한 제 1 구동계(17)와, 배터리(24)와, 후륜(22L, 22R)의 차축에 전동력을 공급하기 위한 제 2 구동계(27)를 구비한다.
제 1 구동계(17)는 토크 컨버터(30)와, 자동 변속식 트랜스미션(18)을 구비한다. 트랜스미션(18)은 뉴트럴 상태/포워드 상태를 전환하기 위한 뉴트럴/포워드 클러치 요소(16)를 구비하고, 엔진(12)의 출력축은 토크 컨버터(30)를 통하여 트랜스미션(18)의 입력 샤프트(31)에 접속되고, 상기 입력 샤프트(31)는 클러치 요소(16)의 입력측에 접속되어 있다. 클러치 요소(16)가 개방되었을 때, 뉴트럴 상태로 되어 엔진(12)의 출력은 전륜의 차축에 전달되지 않고, 클러치 요소(16)가 체결되었을 때, 엔진(12)의 출력은 트랜스미션(18)을 경유하여 전륜(20L, 20R)의 차축으로 전달된다.
제 2 구동계(27)는 배터리(24)에 의해 전력 공급되는 메인 모터(26)와, 후륜의 차축 위에 설치된 차동 기어(28)를 구비한다. 메인 모터(26)로부터의 전동력은 차동 기어(28)를 통하여 후륜 차축 상으로 전달된다. 또, 메인 모터(26)는 회생 시퀸스 시에 발전을 행하여, 배터리(24)를 충전할 수 있다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 차량(10)의 제어계는 엔진을 제어하기 위해서 필요한 제어를 실행하는 엔진 컨트롤러(38)와, 클러치 요소(16)의 체결, 개방을 비롯하여 트랜스미션(18)을 제어하는 AT 컨트롤러(44)와, 배터리(24)의 충방전을 제어하기 위한 배터리 컨트롤러(48)와, 메인 모터(26)의 토크와 회전수를 제어하는 인버터(46)와, 상기한 컨트롤러 및 인버터를 관리·지령 제어함으로써, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 하이브리드 제어 방법을 실행하는 하이브리드 컨트롤러(50)를 구비한다. 또한, 차량(10)의 제어계는 액셀 개도를 검출하는 액셀 개도 센서(64)와, 차량 속도를 검출하는 차속 센서(66)와, 트랜스미션의 입력 샤프트(31)의 회전 속도(Ni)를 검출하는 AT 입력 속도 센서(67)와, 엔진(12)의 회전 속도(Id)를 검출하는 엔진 회전 속도 센서(68)를 구비한다.
또한 도 1에는 하이브리드 컨트롤러(50)의 기능 블록도가 도시된다. 이 기능 블록도에 의하면, 하이브리드 컨트롤러(50)는 액셀 개도 센서(64)로부터의 액셀 개도 신호 및 차속 센서(66)로부터의 차속 신호에 기초하여, 운전자가 요구한 구동 토크 요구치 및 출력 요구치를 계산하는 구동 토크·출력 요구치 계산 수단(52)과, 배터리 컨트롤러(48)로부터의 신호에 기초하여 배터리(24)의 충전 상태(SOC)를 판단하는 배터리 SOC 판단 수단(54)과, 구동 토크·출력 요구치 계산 수단(52)으로부터의 출력치에 기초하여 메인 모터(26)를 제어하도록 인버터(46)를 지령 제어하는 전동 주행(E-drive) 모드 제어 지령 발생 수단(56)과, 구동 토크·출력 요구치 계산 수단(52)으로부터의 출력치에 기초하여 엔진(12) 및 메인 모터(26)를 제어하도록 엔진 컨트롤러(38) 및 인버터(46)를 지령 제어하는 하이브리드 주행(HEV-drive) 모드 제어 지령 발생 수단(58)과, 구동 토크·출력 요구치 계산 수단(52)으로부터의 출력치에 기초하여 엔진의 시동 및 정지를 지령하기 위해서 엔진 컨트롤러(38)를 지령 제어하는 엔진 스타트 스톱 모드 제어 지령 발생 수단(60)과, 구동 토크·출력 요구치 계산 수단(52)으로부터의 출력치 및 엔진 스타트 스톱 모드 제어 지령 발생 수단(60)으로부터의 정보에 기초하여 클러치 요소(16)의 체결·개방 및 트랜스미션(18)의 변속 모드를 제어하기 위해서 AT 컨트롤러(44)를 지령 제어하는 클러치 체결 모드·AT 변속 모드 제어 지령 발생 수단(62)을 구비한다.
구동 토크·출력 요구치 계산 수단(52)은 도 4에 도시하는 바와 같이, 액셀 개도(A), 차량 속도(V) 및 배터리 충전 상태(SOC)에 기초하여, 엔진(12) 및/또는 메인 모터(26)에 대한 토크 요구량을 결정하기 위한 상태 맵(70)을 메모리에 격납하고 있다. 이 맵(70)에는 차량 속도(V) 및 배터리 충전 상태(SOC)의 함수로서, 메인 모터(26)가 공급할 수 있는 상한 토크를 획정하는 모터 최대 토크선(Tm/max 레벨 1)이 정의되어 있다. 즉, 맵(70)에 있어서 Tm/max 레벨 1을 초과하는 토크 영역은 액셀 개도에 대응한 오퍼레이터로부터의 요구 토크를 만족시키기 위해서 메인 모터(26)의 토크에 더하여 엔진의 토크를 가해야 할 영역, 즉 엔진 동작 영역으로 된다. 한편, Tm/max 레벨 1을 초과하지 않는 범위의 토크 영역은 엔진을 동작시키지 않고 메인 모터(26)의 토크만으로, 액셀 개도에 대응한 오퍼레이터로부터의 요구 토크를 만족시킬 수 있는 영역, 즉 엔진 정지 영역이 된다(사선부). 또한, 맵(70)에는 모터 최대 토크 Tm/max 레벨 1로부터 소정의 마진을 고려하여 약간 낮게 설정된 모터 마진 토크선(Tm/max 레벨 2, 파선)도 정의되어 있다. 또한, 엔진·모터 토크의 합계 최대선이 파선으로 나타난다.
모터 최대 토크선(Tm/max 레벨 1) 및 모터 마진 토크선(Tm/max 레벨 2)은 도 5에 도시하는 바와 같이, SOC에 따라서 변화된다. 즉, SOC가 커지면, 모터 최대 토크선(및 이것에 대응하여 모터 마진 토크선)은 상측으로, 즉 메인 모터(26)의 공급 상한 토크를 증대시키는 방향으로 시프트하고, SOC가 작아지면, 모터 최대 토크선(및 이것에 대응하여 모터 토크선)은 하측으로, 즉 메인 모터(26)의 공급 상한 토크를 감소시키는 방향으로 시프트한다.
도 4의 맵(70)에 기초하여 엔진(12) 및/또는 메인 모터(26)가 출력해야 할 토크량을 결정하는 순서를 간단하게 설명한다. 예를 들어 오퍼레이터의 액셀 개도(%)가 A일 때, 이 상태는 차속(V1)에 있어서 엔진 정지 영역에 존재한다. 따라서, 액셀 개도(A)에 대응하는 오퍼레이터로부터의 토크 요구량을 충족하는 토크(Tm1)가 메인 모터(26)에만 요구되고, 엔진(12)에는 요구되지 않는다. 차속이 상승하여 V2로 되었을 때도, 이 상태가 엔진 정지 영역에 존재하기 때문에, 액셀 개도(A)에 대응하는 토크(Tm2; 액셀 개도(A)에 변화가 없으면 Tm1과 같음)가 메인 모터(26)에만 요구된다. 액셀 개도가 A이고 차속이 더욱 상승하여 V3으로 되었을 때, 이 상태점은 모터 마진 토크선 상에 있고, 이 단계에서도 토크(Tm3; 액셀 개도(A)에 변화가 없으면 Tm1, Tm2와 같음)가 메인 모터(26)에만 요구된다. 액셀 개도가 A이고 차속이 V4로 되었을 때, 이 상태점은 모터 최대 토크선 상에 있고, 이 액셀 개도로 모터(26)가 공급 가능한 상한의 토크(Tm4; 액셀 개도(A)에 변화가 없으면 Tm1, Tm2, Tm3과 같음)가 메인 모터(26)에만 요구된다. 차속이 V5에 도달하면, 상태점은 엔진 동작 영역에 들어가고, 액셀 개도(A)에 대응한 오퍼레이터의 토크 요구량은 모터(26)가 제공 가능한 토크 상한을 상회하기 때문에, 모터(26)에는 차속(V5)에 대응하는 모터 최대 토크선 상의 토크(Tm5)가 요구되고, 이 Tm5와 오퍼레이터의 토크 요구량(A)의 차인 토크(Te5)가 엔진에 요구된다. 즉, 모터와 엔진의 하이브리드 주행으로 된다.
다음에, 제 1 실시예에 따른 하이브리드 제어 방법에 기초하는 처리의 흐름을 도 2 및 도 3의 플로차트를 이용하여 설명한다.
도 2의 처리는 우선, 엔진(12) 및 스타터 모터(14)가 정지되고, 클러치 요소(16)가 개방된 상태에서, 메인 모터(26)를 구동함으로써, 차량(10)이 발진한 부분으로부터 개시된다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 구동 토크·출력 요구치 계산 수단(52)이, 액셀 개도 센서(64)로부터의 신호를 체크하여 액셀 개도(A)를 구하고(스텝 100), 차속 센서(66)로부터의 차속 신호를 체크하여 차량 속도(V)를 구한다(스텝 102). 배터리 SOC 판단 수단(54)은 배터리(24)를 체크하고, 배터리(24)의 최대 충전량에 대한 충전량의 비율인 배터리 충전 상태(SOC)를 구한다(스텝 104).
다음에, 스텝 100으로부터 104에서 구해진 액셀 개도(A), 차량 속도(V) 및 SOC에 의해 결정되는 상태점이, 도 4의 맵(70)의 어느 위치에 있는지가 검색된다(스텝 106). 검색 결과, 맵(70)의 모터 마진 토크선(Tm/max 레벨 2)이 액셀 개도(A)를 초과하고 있는지의 여부가 판단된다(스텝 108). Tm/max 레벨 2가 액셀 개도(A)를 초과하고 있는 경우(스텝 108의 긍정 판정), 도 4의 맵(70)에서는 엔진 정지 영역으로 되기 때문에, 전동 주행 모드를 실행한다(스텝 110). 즉, 메인 모터의 목표 토크(Tm*)를 액셀 개도(A)에 대응하는 토크에 설정하고(스텝 112), 엔진(12)을 오프로 하고(스텝 114), 트랜스미션(18)의 클러치 요소(16)를 개방하고(스텝 116), 목표 토크(Tm*)를 출력하도록 메인 모터(26)를 제어한다(스텝 118). 이후, 스텝 100으로 되돌아가서, 같은 순서를 다시 실행한다. 또, 상기 스텝 110으로부터 118까지의 처리는 도 4의 예에서는 모터가 토크(Tm1, Tm2) 또는 토크(Tm3)를 출력하도록 제어되는 처리에 상당한다.
한편, 스텝 108에서 맵(70)의 모터 마진 토크선(Tm/max 레벨 2)이 액셀 개도(A)를 초과하고 있지 않는 경우의 처리에 대해서 도 3의 플로차트를 참조하여 설명한다.
도 3에 도시하는 바와 같이, 맵(70)의 모터 마진 토크선(Tm/max 레벨 2)이 액셀 개도(A)를 초과하고 있지 않는 경우에는 하이브리드 주행 모드로 이행한다(스텝 120). 하이브리드 주행 모드에서는 이하의 스텝 122로부터 130까지의 목표 토크 설정 처리와, 스텝 132로부터 156까지의 엔진 시동 처리가 병렬적으로 실행된다.
목표 토크 설정 처리에서는 맵(70)의 모터 최대 토크선(Tm/max 레벨 1)이 액셀 개도(A)에 대응하는 토크를 초과하고 있는지의 여부가 판단된다(스텝 122).
Tm/max 레벨 1이 액셀 개도(A)를 초과하고 있는 경우(스텝 122의 긍정 판정), 도 4의 맵(70)에서는 엔진 정지 영역으로 되기 때문에, 전동 주행 모드를 실행한다(스텝 110). 즉, 메인 모터의 목표 토크(Tm*)를 액셀 개도(A)에 대응하는 토크에 설정하고(스텝 124), 도 2의 스텝 118로 되돌아가서, 목표 토크(Tm*)를 출력하도록 메인 모터(26)를 제어한다. 이것과 병행하여, 엔진의 목표 토크(Te*)를 0에 설정하고(스텝 126), 엔진의 구동 제어를 행하기 위해서 후술하는 스텝 158로 이행한다.
즉, 액셀 개도(A)가 Tm/max 레벨 2 이상이지만, Tm/max 레벨 1보다 작을 때, 도 3의 액셀의 통상의 전동 주행 모드와는 달리, 스텝 114(엔진 오프) 및 스텝 116(트랜스미션 클러치 요소(16)의 개방)을 실행하지 않고, 즉 엔진 정지 처치를 실행하지 않고, 즉시 스텝 118로 이행하여 전동 주행을 행하는 동시에, 엔진 시동을 위한 준비 공정을 한다. 또, 상기 스텝 124 및 126의 처리는 도 4의 예에서는 모터가 토크(Tm3 또는 Tm4)를 출력하도록 제어되는 처리에 상당한다.
이것에 대하여, Tm/max 레벨 1이 액셀 개도(A)를 초과하고 있지 않는 경우(스텝 122의 부정 판정), 도 4의 맵(70)에서는 엔진 동작 영역으로 되기 때문에, 메인 모터(26)의 목표 토크(Tm*)를 Tm/max 레벨 1에 설정하고(스텝 128), 도 2의 스텝 118로 되돌아가서, 그 시점에서의 차량 속도 및 SOC에서 가능하게 되는 최대 토크를 출력하도록 메인 모터(26)를 제어한다. 또한, 이것과 병행하여, 엔진의 목표 토크(Te*)를 (A-Tm/max 레벨 1)에 설정하고(스텝 130), 엔진의 구동 제어를 행하기 위해서, 후술하는 스텝 158로 이행한다.
하이브리드 주행 모드의 엔진 시동 처리는 스텝 132로부터 개시하고, 엔진 속도가 0인지의 여부가 판정된다(스텝 134). 엔진 속도가 0인 경우(스텝 134의 긍정 판정), 클러치(16)를 개방하고(스텝 142), 스타터 모터(14)를 온으로 하고(스텝 144), 엔진 연소를 개시하고, 엔진(12)을 주어진 엔진 목표 아이들링 속도 (I0)로 회전하도록 제어하고(스텝 146), 스텝 134로 되돌아가서 동일한 처리를 실행한다.
엔진 속도가 0이 아닌 경우(스텝 134의 부정 판정), 엔진 속도(Id)를 체크한다(스텝 136). 다음에, 상기한 엔진 목표 아이들링 속도를 I0, 주어진 정수를 m으로 하고, 다음 식이 성립하는지의 여부를 판정한다(스텝 138).
｜I0-Id｜＜m (1)
(1)식이 성립하지 않는 경우, 즉 엔진 속도(Id)와 엔진 목표 아이들링 속도(I0) 사이에서 유의한 차가 있는 경우(스텝 138 부정 판정), 클러치 요소(16)를 개방한 상태에서(스텝 140), 엔진(12)의 엔진 목표 아이들링 속도(I0)로의 추종 제어를 속행하고(스텝 146), 스텝 134로 되돌아가서 같은 처리를 다시 실행한다.
｜I0-Id｜＜m이 성립한 경우, 즉 엔진 속도(Id)가 엔진 목표 아이들링 속도(I0)에 실질적으로 도달하였다고 볼 수 있는 경우(스텝 138 긍정 판정), 클러치 체결 처리를 개시한다(스텝 148). 클러치 체결 수속이 실행되면, 다시, AT 입력 속도 센서(67)로부터의 출력 신호가 체크되고, 입력 샤프트(31)의 회전 속도(Ni)가 구해진다(스텝 150). 다음에, 엔진 아이들링 속도(Id)와 스텝 150에서 구해진 입력 샤프트 속도(Ni)의 차가, 일정 범위 내에 들어가고 있는지의 여부가 판정된다(스텝152). 구체적으로는 다음의 부등식(2)이 성립하는지의 여부가 판정된다.
｜Ni-Id｜＜n (2)
여기서, n은 주어진 정수이다.
상기 부등식(2)이 성립한 경우(스텝 152 긍정 판정), 클러치 요소(16)를 온으로 하고(스텝 154), 클러치를 체결시킨다. 클러치 체결 후에는 엔진 속도(Id)와 AT 입력 샤프트 속도(Ni)가 같아지므로(스텝 158 긍정 판정), 스텝 126 또는 스텝 130에서 설정된 엔진 목표 토크(Te*)를 달성하도록 엔진(12)을 제어하고(스텝 160), 도 2의 스텝 100으로 되돌아가서 같은 순서를 다시 실행한다. 엔진 목표 토크가 스텝 130에서 결정되어 있었던 경우에는 메인 모터(26)가 목표 토크 Tm*=A로 제어되는 동시에, 엔진(12)이 목표 토크 Te*=(A-Tm/max 레벨 1)로 제어되고, 차량(10)은 하이브리드 모드로 주행한다. 이것은 도 4의 예에서는 모터(26)가 토크(Tm5), 엔진(12)이 토크(Te5)를 출력하도록 각각 제어되는 처리에 상당한다. 한편, 엔진 목표 토크가 스텝 126에서 결정되어 있었던 경우(엔진 목표 토크 Te*=0)에는 클러치 요소(16)가 체결한 포워드 상태인 채로, 다음의 지령이 올 때까지 엔진 출력 토크가 제로로 되도록 엔진이 제어된다.
한편, 스텝 126 및 스텝 130으로부터 스텝 158로 이행한 경우에 있어서, 클러치 체결 동작이 아직 실행되고 있지 않는 상황도 있을 수 있다. 이러한 경우에는 엔진 속도(Id)와 AT 입력 샤프트 속도(Ni)가 같지 않기 때문에(스텝 158 부정 판정), 엔진의 목표 토크(Te*)를 0으로 클리어하고 나서(스텝 162), 스텝 160으로 이행한다.
스텝 156에서 상기 부등식(2)이 성립하지 않은 경우(스텝 156 부정 판정), 목표 아이들링 속도(I0)에 α를 가산하고(스텝 156), 목표 아이들링 속도를 (I0+α)로 변경하고, 스텝 134로 되돌아가서, 상기 순서를 다시 실행하고, 엔진 아이들링 속도를 AT 입력 샤프트 속도(Ni)에 가깝게 하는 동작을 실행한다.
이상의 처리에서는 엔진(12) 및 AT 입력 샤프트(31)의 회전 속도의 차가 적은 상태에서 클러치 요소(16)를 포워드 상태로 체결시키고 있으므로, 클러치의 미끄러짐을 경감하고, 또한, 클러치 접속에 기초하는 충격도 저감할 수 있다.
본 발명의 실시예에서는 클러치 요소(16)의 체결 충격을 더욱 효과적으로 경감시키기 위해서 이하의 특징을 이용하는 것을 특징으로 한다.
(1)AT 컨트롤러(44)는 도 6에 도시하는 변속비 맵에 기초하여, 통상, AT 컨트롤러(44)로 보내져 온 액셀 개도와 차속으로부터 변속비를 결정하고 있다. 도 6의 변속비 맵에 따르면, 트랜스미션은 차속(V)이 라인 80보다 저속이면 1속, 라인 80으로부터 82 사이에서는 2속, 라인 82로부터 84 사이에서는 3속, 라인 84 이상에서는 4속으로 전환하여 제어된다. 라인 80, 82, 84는 우측으로 비스듬하게 올라가는 경사 부분을 가지므로, 이 구간에서는 액셀 개도가 상승할수록, 변속시의 차속도 상승한다. 반대로 말하면, 액셀 개도가 O에 가깝게 되면, 보다 저속의 차속이라도 고속의 기어비로 전환되게 된다.
그래서, 클러치 체결 모드·AT 변속 모드 제어 지령 발생 수단(62)은 통상의 동작에서는 검출된 액셀 개도를 직접 AT 컨트롤러(44)로 보내지만, 도 3의 하이브리드 모드 이행(스텝 120) 후, 클러치 체결 처리(스텝 148) 전에, 액셀 개도 신호를 0 또는 0에 가까운 값으로 변환하여 의사적으로 AT 컨트롤러(44)에 입력한다. 예를 들어, 도 7에 도시하는 바와 같이, 이 의사 액셀 개도 신호는 라인 86에 나타내는 바와 같이 제어된다. 따라서, 클러치 요소(16)의 체결 전에는 트랜스미션(18)은 보다 하이 기어측에 세트되고, 이렇게 하여 트랜스미션(18)의 입력 샤프트(31)의 회전 속도는 보다 저속측으로 이행한다. 클러치 체결 전에는 엔진의 회전 속도는 아직 낮기 때문에, 양 속도의 일치도가 향상하여, 클러치 요소(16)를 체결하여 포워드 상태로 변경할 때의 충격을 저감할 수 있다.
(2)하이브리드 주행 모드로 이행한 후, 도 3의 스텝 122에서, 액셀 개도(A)에 대응하는 토크가 Tm/max 레벨 1을 초과한 경우(스텝 122의 부정 판정), 엔진의 목표 토크(Te*)가 (A-Tm/max 레벨 1)에 설정된다(스텝 130). 이 때, 클러치 체결 모드·AT 변속 모드 제어 지령 발생 수단(62)은 이 목표 토크(Te*)에 대응하는 값을 의사 액셀 개도 신호로서 AT 컨트롤러(44)에 입력한다. 예를 들어, 도 7에 도시하는 바와 같이, 이 의사 액셀 개도 신호는 곡선 88로 나타내는 바와 같이 제어된다. 라인 86으로부터 곡선 88로의 전환 시점이, 스텝 130의 실행 시점에 대응한다. 이로써, 실제의 엔진 출력에 적합한 변속 상태를 실현하여, 원활하게 하이브리드 주행으로 이행할 수 있다.
(3)상기 항목(1)에 있어서, 클러치 요소(16)를 체결하여 포워드 상태로 변경할 때, 사전에, 시동이 종료한 엔진에 있어서, 그 때의 트랜스미션(18)의 기어비 정보와 차속 정보에 기초하여, 트랜스미션 입력 샤프트(31)의 회전 속도를 예측해 두고, 이 예측치에 엔진 아이들링 회전 속도를 가깝게 하는 제어를 행한다. 그 후에, 클러치 요소(16)를 포워드 상태로 변경함으로써, 충격을 저감할 수 있다. 예를 들어 도 3의 스텝 156에서, 엔진 아이들링 회전 속도의 목표값(I0)에 α를 가산함으로써, 상기 예측치에 가깝게 하도록 할 수 있다.
이상이, 본 발명의 각 실시예이지만, 본 발명은 상기 예에만 한정되지 않으며, 청구 범위에 의해 획정되는 본 발명의 범위 내에서 임의로 적합하게 변경할 수 있다. 예를 들어, 도 1의 구성에서는 전륜측에 엔진으로 구동되는 제 1 구동계(17)를 설치하고, 후륜측에 메인 모터(26)를 가지는 제 2 구동계(27)를 설치하였지만, 전륜측에 메인 모터(26)를 가지는 제 2 구동계(27)를 설치하고, 후륜측에 엔진으로 구동되는 제 1 구동계(17)를 설치하여도 좋다. 또한, 본 발명은 전륜측 및 후륜측의 어느 한 차축에, 메인 모터 및 엔진의 양쪽의 출력 축이 연결된 2륜 구동식 하이브리드 차량에도 적용할 수 있다.
10: 하이브리드 차량
12: 내연 엔진
14: 스타터 모터
16: 뉴트럴/포워드 클러치 요소
17: 제 1 구동계
18: 자동 변속식 트랜스미션(AT)
20L, 20R: 전륜
22L, 22R: 후륜
24: 배터리
26: 메인 모터
27: 제 2 구동계
28: 차동 기어
30: 토크 컨버터
31: AT 입력 컨트롤러
38: 엔진 컨트롤러
44: AT 컨트롤러
46: 인버터
48: 배터리 컨트롤러
50: 하이브리드 컨트롤러
52: 구동 토크·출력 요구치 계산 수단
54: 배터리 SOC 판단수단
56: 전동 주행(E-drive) 모드 제어 지령 발생 수단
58: 하이브리드 주행(HEV-drive) 모드 제어 지령 발생 수단
60: 엔진 스타트 스톱 모드 제어 지령 발생 수단
62: 클러치 체결 모드·AT 변속 모드 제어 지령 발생 수단
64: 액셀 개도 센서
66: 차속 센서
67: AT 입력 속도 센서
68: 엔진 회전 속도 센서
70: 상태 맵
80, 82, 84: 변속 라인
86: 의사 액셀 개도 신호의 라인
88: 엔진 토크 지령에 대응한 의사 액셀 개도 신호의 곡선

Claims (11)

  1. 하이브리드 시스템의 제어 방법으로서,
    상기 하이브리드 시스템은
    내연 엔진과,
    상기 내연 엔진의 회전 속도를 변속하여 출력하기 위한 변속 수단과,
    구동륜을 전동 구동하기 위한 전동 수단과,
    상기 전동 수단을 위한 배터리와,
    상기 내연 엔진 및 상기 전동 수단의 목표 토크를 결정하기 위한 맵을 가지고, 상기 맵에 기초하여 상기 내연 엔진 및 상기 전동 수단을 지령 제어하기 위한 제어 수단을 구비하고,
    상기 맵에는 적어도 차량 속도 및 배터리 충전 상태의 함수로서 상기 전동 수단이 공급 가능한 상한 토크를 획정하는 최대 토크선과, 상기 최대 토크선보다도 소정의 마진 낮은 마진 토크선이 정의되어 있고,
    상기 제어 방법은
    액셀 개도, 차량 속도 및 배터리 충전 상태를 검출하고,
    검출된 액셀 개도, 차량 속도 및 배터리 충전 상태에 의해서 결정되는 상기 맵 상의 위치가, 상기 마진 토크선보다 아래의 토크 위치에 있을 때, 상기 전동 수단에 의한 전동 주행을 행하고,
    상기 맵 상의 위치가 상기 마진 토크선 이상의 토크 위치로 되었을 때, 하이브리드 주행으로 이행하기 위해서 상기 엔진의 시동 처리를 개시하고,
    상기 맵 상의 위치가 상기 최대 토크선을 초과하는 토크 위치로 되었을 때, 검출된 액셀 개도에 대응하는 토크를 달성하기 위해서 상기 엔진의 목표 토크 및 상기 전동 수단의 목표 토크를 각각 설정하고, 상기 엔진 및 상기 전동 수단을 지령 제어하는, 각 공정을 구비하는, 하이브리드 시스템의 제어 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 변속 수단은 상기 변속 수단의 입력 샤프트와 접속된 클러치 요소를 구비하고, 상기 클러치 요소의 체결 및 개방에 의해서, 상기 변속 수단의 포워드 상태 및 뉴트럴 상태를 전환하는 것을 가능하게 하는, 하이브리드 시스템의 제어 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 엔진의 시동 처리를 개시하는 상기 공정에서는 상기 클러치 요소를 개방한 상태에서 상기 엔진의 시동 처리가 실행되는, 하이브리드 시스템의 제어 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 엔진의 시동 처리를 개시한 후, 상기 엔진의 아이들링 회전 속도와 상기 변속 수단의 입력 샤프트 속도가 소정의 범위 내에 가까워졌을 때, 상기 클러치 요소를 체결시키는 공정을 더 구비하는, 하이브리드 시스템의 제어 방법.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 전동 주행에서는 상기 엔진을 정지시켜, 상기 클러치 요소를 개방한 상태에서, 검출된 액셀 개도에 대응하는 토크를 목표 토크로서 상기 전동 수단을 지령 제어하는, 하이브리드 시스템의 제어 방법.
  6. 제 3 항에 있어서, 상기 맵 상의 위치가 상기 마진 토크선과 상기 최대 토크선 사이의 토크 위치일 때, 상기 엔진의 시동 처리가 종료한 후, 상기 엔진의 목표 토크를 0에 설정하는 공정을 더 구비하는, 하이브리드 시스템의 제어 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 맵 상의 위치가 상기 마진 토크선과 상기 최대 토크선 사이의 토크 위치일 때, 상기 클러치 요소의 체결 처리가 종료한 후에도, 상기 엔진의 목표 토크를 0에 설정하는 공정을 더 구비하는, 하이브리드 시스템의 제어 방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 엔진 및 상기 전동 수단을 지령 제어하는 상기 공정은 상기 전동 수단의 목표 토크를 상기 최대 토크선에 일치하는 최대치에 설정하고, 검출된 액셀 개도에 대응하는 차량 구동 요구 토크를 달성하기 위해서 상기 엔진의 목표 토크를 상기 차량 구동 요구 토크로부터 상기 전동 수단의 최대 토크를 빼고 이루어지는 값에 설정하는, 하이브리드 시스템의 제어 방법.
  9. 제 5 항에 있어서, 상기 하이브리드 시스템은 액셀 개도 및 차량 속도를 베이스로 하는 제 2 맵을 사용하여 결정된 변속비로 상기 변속 수단을 제어하기 위한 변속비 제어 수단을 더 구비하고,
    상기 제어 방법은 상기 엔진이 정지 중이고 또한 상기 전동 수단이 토크를 발생하고 있을 때, 상기 제 2 맵을 의사적으로 액셀 개도 0 또는 0에 가까운 값을 입력하여 얻어지는 변속 맵으로 하는 공정을 더 구비하는, 하이브리드 시스템의 제어 방법.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 하이브리드 시스템은 액셀 개도 및 차량 속도를 베이스로 하는 제 2 맵을 사용하여 결정된 변속비로 상기 변속 수단을 제어하기 위한 변속비 제어 수단을 더 구비하고,
    상기 제어 방법은 상기 맵 상의 위치가 상기 최대 토크선을 초과하는 토크 위치로 되었을 때, 상기 제 2 맵을, 액셀 개도의 값을 대신하여 의사적으로 상기 엔진으로의 토크 지령치를 입력하여 얻어지는 변속 맵으로 하는 공정을 구비하는, 하이브리드 시스템의 제어 방법.
  11. 제 4 항에 있어서, 상기 클러치 요소가 체결되기 전에, 상기 변속 수단의 기어비 정보와 상기 차량 속도에 기초하여, 상기 변속 수단의 입력 샤프트의 회전 속도를 예측하고, 예측된 상기 회전 속도에 상기 엔진의 아이들링 회전 속도를 가깝게 하는 제어를 실행하는 공정을 더 구비하는, 하이브리드 시스템의 제어 방법.
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