KR20160075651A - 하이브리드 차량용 제어 장치 - Google Patents

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Abstract

각각 동력을 전달할 수 있도록 구동축에 연결되는 내연기관 및 전동 모터를 포함하는 차량에 전자 제어 유닛이 장착된다. 전자 제어 유닛은, 내연기관의 맥동 성분을 감소시키는 보상 토크를 산출하고, 전동 모터의 요구 토크를 산출된 보상 토크와 합성한 값을 전동 모터의 토크 명령값으로서 전동 모터에 지령하도록 구성된다. 전자 제어 유닛은, 평균 토크 명령값이 토크 명령값의 진폭보다 작은 경우 평균 토크 명령값과 부호가 반대인 값이 전동 모터에 지령되지 않도록 토크 명령값을 보정하도록 구성된다.

Description

하이브리드 차량용 제어 장치{CONTROL DEVICE FOR HYBRID VEHICLE}
본 발명은 내연기관 및 전동 모터를 구동원으로서 사용하는 하이브리드 차량용 제어 장치에 관한 것이다.
이러한 유형의 장치의 일례로서, 하이브리드 차량에서, 크랭크축의 토크에 관한 토크 맥동 성분의 영향을 구동축으로부터 제거하는 보상 토크를 산출하고, 하이브리드 차량의 토크 명령값으로부터 상기 산출된 보상 토크를 감하여 전동 모터의 토크 명령값을 보정하는 장치가 제안되어 있다(일본 특허 출원 공보 제2010-023790호(JP 2010-023790 A)를 참조하라).
상술한 종래기술에 따르면, 구동원으로부터 구동축에의 토크 전달 함수를 사용하여 보상 토크가 산출된다. 이로 인해, 예를 들어 경년 변화 및 차량 사용 환경에 기인하는 구동축의 전달 특성의 변화의 경우에, 토크 맥동 성분의 영향을 충분히 억제하는 것이 어려워질 수 있다.
본 발명은 토크 맥동 성분의 영향을 억제하기 위한 제어 강건성을 향상시킬 수 있는 하이브리드 차량용 제어 장치를 제공한다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 차량용 제어 장치가 제공된다. 차량은 동력을 전달하기 위해 구동축에 연결된 내연기관 및 동력을 전달하기 위해 구동축에 연결된 전동 모터를 포함한다. 제어 장치는 전자 제어 유닛을 포함한다. 전자 제어 유닛은, (a) 내연기관의 엔진 토크의 맥동 성분을 감소시키는 보상 토크를 산출하고, (b) 전동 모터의 요구 토크를 산출된 보상 토크와 합성한 값을 전동 모터의 토크 명령값으로서 전동 모터에 지령하며, (c) 평균 토크 명령값이 토크 명령값의 진폭보다 작은 경우에, 평균 토크 명령값과 부호가 반대인 값이 전동 모터에 지령되지 않도록 토크 명령값을 보정하도록 구성된다.
본 발명에 따르면, 하이브리드 차량용 제어 장치는 동력을 전달하기 위해 구동축에 연결된 내연기관 및 동력을 전달하기 위해 구동축에 연결된 전동 모터를 포함하는 차량에 장착되며, 전동 모터의 수는 하나 이상이다. 본 발명에 따른 "전동 모터"는 모터 제너레이터(전동 모터 발전기)에서 실현되는 전동 모터일 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 "전동 모터"는 모터 제너레이터가 전동 모터로서 기능할 수 있는 한은 모터 제너레이터를 의미할 수 있다.
메모리, 프로세서 등을 포함하는 제어 장치는 내연기관의 엔진 토크의 맥동 성분을 감소시키는 보상 토크를 산출한다. 다양한 알려진 양태가 보상 토크를 산출하는 방법에 적용될 수 있다. 여기서 상기 방법에 대한 상세한 설명은 생략된다.
예를 들어, 제어 장치는, 전동 모터의 요구 토크를 산출된 보상 토크와 합성한 값을 전동 모터의 토크 명령값으로서 전동 모터에 지령한다. 지령된 토크 명령값에 대응하는 토크가 전동 모터로부터 출력됨으로써, 엔진의 맥동 성분에 의해 발생되는 구동축의 진동이 저감될 수 있다.
차량의 전동 모터의 수가 2개 이상인 경우, 산출된 보상 토크는 복수의 전동 모터에 의해 임의의 분담율로 분담된다. 즉, 보상 토크의 일부로서 복수의 전동 모터의 각각으로부터 출력된 토크의 합계는 산출된 보상 토크와 일치할 수 있다.
여기서, 본 출원의 발명자에 의해 실행된 연구에 따라 이하의 사항이 판명되었다. 내연기관으로부터 출력되는 엔진 토크의 맥동 성분의 구동축에의 전달 특성(예를 들어, 위상, 게인 등)은, 일정하지 않고, 예를 들어 제조 시에 발생하는 제품 편차, 경년 변화, 및 차량 사용 환경에 의해 변화될 수 있다(즉, 차량마다 전달 특성에 편차가 발생할 수 있다). 그리고, 보상 토크 산출 처리 등의 엔진 토크의 맥동 성분의 영향을 감소시키는 제어(이하, 적절히 "댐핑 제어"라 칭한다)에 대해서 미리 설정된 값과 실제 차량 상태와의 사이에 어긋남이 발생할 수 있다.
전동 모터로부터 출력되는 토크의 값이 0Nm에 가까운 경우, 맥동 성분을 감소시키는 보상 토크에 의해 전동 모터로부터 출력되는 토크의 값이 양의 값 또는 음의 값(이하, 적절히 "0Nm을 넘는 토크의 값"이라 칭한다)이 될 수 있다. 바꿔 말하면, 보상 토크에 의해 구동축에 가해지는 토크가 구동축을 일 방향으로 회전시키는 토크가 되거나 구동축을 일 방향과 반대 방향으로 회전시키는 토크게 될 수 있다.
댐핑 제어에 관한 설정값과 실제 차량 상태와의 사이에 어긋남이 발생하고 전동 모터로부터 출력되는 토크가 댐핑 제어에 의해 0Nm이 아닌 경우, 구동축의 토크 변동을 억제하는 것이 어려워지고, 의도하지 않는 차량 진동, 이상음 등이 발생할 수 있다.
댐핑 제어에 관한 설정값과 실제 차량 상태와의 사이에 어긋남이 발생하지 않는 경우에도, 전동 모터로부터 출력되는 토크가 0Nm을 넘지 않는 한 구동축의 토크 변동은 댐핑 제어에 의해 허용될 수 있는 정도로 억제될 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 메모리, 프로세서 등을 포함하는 제어 장치는, 평균 토크 명령값이 토크 명령값의 진폭보다 작은 경우에, 평균 토크 명령값과 부호가 반대인 값이 전동 모터에 지령되지 않도록, 토크 명령값을 보정한다.
여기서, "평균 토크 명령값이 토크 명령값의 진폭보다 작은 경우"는, 대응책이 취해질 수 없다면, 토크 명령값이 0Nm을 넘을 경우를 의미할 수 있다. "평균 토크 명령값"은 내연기관의 1 폭발 주기에 대응하는 기간의 평균 토크 명령값을 의미할 수 있다.
"평균 토크 명령값과 부호가 반대인 값이 전동 모터에 지령되지 않는다"는, 평균 토크 명령값이 양의 값일 경우에 음의 값이 토크 명령값으로서 전동 모터에 지령되지 않는 것 및 평균 토크 명령값이 음의 값일 경우에 양의 값이 토크 명령값으로서 전동 모터에 지령되지 않는 것을 의미할 수 있다.
제어 장치는 상술한 바와 같이 토크 명령값을 보정한다. 따라서, 댐핑 제어에 관한 설정값과 실제 차량 상태와의 사이에서 어긋남이 발생하는 경우에도 구동축의 토크 변동은 억제될 수 있다.
본 발명의 양태에 따르면, 제어 장치는 평균 토크 명령값이 양의 값일 경우 토크 명령값이 적어도 0이 되도록 토크 명령값을 보정할 수 있다. 제어 장치는 평균 토크 명령값이 음의 값일 경우 토크 명령값이 0이하가 되도록 토크 명령값을 보정할 수 있다.
이러한 양태에 따르면, 비교적 쉽게, 평균 토크 명령값과 부호가 반대인 값이 전동 모터에 지령되는 것을 방지할 수 있다.
구체적으로는, 예를 들어, 제어 장치는, 토크 명령값의 진폭을 감소(즉, 게인을 저감)시킴으로써, 평균 토크 명령값이 양의 값일 경우에 토크 명령값이 적어도 0이 되고, 평균 토크 명령값이 음의 값일 경우에 토크 명령값이 0 이하가 되도록, 토크 명령값을 보정할 수 있다. 대안적으로, 제어 장치는, 평균 토크 명령값이 양의 값일 경우에 음의 토크 명령값이 0이 되도록 하고, 평균 토크 명령값이 음의 값일 경우에 양의 토크 명령값이 0이 되도록 할 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 차량의 전동 모터의 수는 2개 이상일 수 있고, 제어 장치는 내연기관으로부터 구동축을 향하여 동력 전달 경로의 최하류측에 배치되는 전동 모터 중 하나의 회전수의 변동이 최소화되는 위상으로 보상 토크의 위상을 제어할 수 있다.
이 양태에 따르면, 엔진 토크의 맥동 성분에 의해 발생되는 구동축의 토크 변동을 적절하게 억제할 수 있다.
여기서, "내연기관으로부터 구동축을 향해 동력 전달 경로의 최하류측에 배치되는 전동 모터"는, 전동 모터와 구동축과의 사이에 개재되는, 기어 및 샤프트와 같은 백래시-제공 구성요소의 수가 가장 적은 전동 모터, 즉 토크 변동의 영향을 가장 작게 받는 전동 모터를 의미할 수 있다.
댐핑 제어에 관한 설정값 중 하나인 크랭크각에 대한 댐핑 제어 토크(즉, 보상 토크)의 위상은 제조 시의 적절한 프로세스에서 최적 위상으로 설정된다. 그러나, 경년 변화 등에 의해 차량의 상태(구체적으로는, 예를 들어, 기어 백래시 상태)가 변화하면, 크랭크각에 대한 보상 토크의 최적 위상도 변화한다.
상술한 바와 같이, 댐핑 제어에 관한 설정값과 실제 차량 상태와의 사이에 어긋남이 발생하지 않는 경우에도, 전동 모터로부터 출력되는 토크가 0Nm을 넘지 않는 한, 구동축의 토크 변동을 댐핑 제어에 의해 허용할 수 있는 정도까지 억제할 수 있다.
댐핑 제어에 관한 설정값이 실제 차량 상태에 더 가깝도록 허용되면, 구동축의 토크 변동을 더 억제할 수 있다.
여기서, 본 출원의 발명자에 의해 실행된 연구에 따르면, 전동 모터로부터 출력되는 토크가 0Nm을 넘지 않을 경우, 보상 토크의 위상에 대한 전동 모터(즉, 구동축까지의 동력 전달 경로에서 최하류측에 배치된 전동 모터)의 회전 변동이 구동축의 토크 변동의 진폭 변화 경향과 일치하고, 전동 모터의 회전 변동이 최소화되는 보상 토크의 위상이 최적 위상인 것이 판명되었다.
상술한 바와 같이, 제어 장치는, 내연기관으로부터 구동축을 향하여 동력 전달 경로의 최하류측에 배치되는 전동 모터의 회전 수의 변동이 최소화되는 위상으로 보상 토크의 위상을 제어할 수 있다. 그리고, 댐핑 제어에 관한 설정값은 실제 차량 상태에 더 가까워질 수 있고, 구동축의 토크 변동은 적절하게 억제될 수 있다.
또한, 보상 토크의 위상을 변경하기 위해서 구동축에 토크 센서를 추가적으로 장착할 필요가 없으므로, 실용상으로 매우 유리하다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 제어 장치는 구동축에 입력되는 평균 입력 토크값을 추정할 수 있다. 추정된 평균 입력 토크값이 미리 결정된 값 이하이고 평균 토크 명령값이 토크 명령값의 진폭보다 작으면, 제어 장치는 평균 토크 명령값과 부호가 반대인 값이 하나 이상의 전동 모터에 지령되지 않도록 토크 명령값을 보정할 수 있다.
이 양태에 따르면, 메모리, 프로세서 등을 포함하는 제어 장치는 구동축에 입력된 평균 입력 토크값을 추정한다. 다양한 알려진 양태가 입력 토크를 추정하는 방법에 적용될 수 있다. 여기서는 상기 방법에 대한 상세한 설명은 생략한다.
추정된 평균 입력 토크값이 미리 결정된 값 이하이고 평균 토크 명령값이 토크 명령값의 진폭보다 작으면, 제어 장치는 평균 토크 명령값과 부호가 반대인 값이 전동 모터에 지령되지 않도록 토크 명령값을 보정할 수 있다.
여기서, 본 출원의 발명자에 의해 실행된 연구에 따라 이하가 판명되었다. 예를 들어, 댐핑 제어에 관한 설정값과 실제 차량 상태와의 사이에 어긋남이 발생하지 않는 경우에도, 예를 들어 자동 변속기가 고속 기어로 설정되어 있는 때에 요구 구동력이 작고 액셀러레이터 개방도가 비교적 작은 경우, 또는 액셀러레이터가 오프된 후에 액셀러레이터가 완만하게 다시 온되는 경우, 구동력은 0Nm에 가깝게 유지되거나 또는 0Nm를 넘어간다. 이 경우에, 전동 모터로부터 출력되는 토크가 0Nm을 넘으면, 의도하지 않은 차량 진동, 이상음 등이 발생할 수 있다.
"추정된 평균 입력 토크값이 미리 결정된 값 이하이다"는 상술한 구동력이 0Nm에 가깝게 유지되거나 0Nm을 넘어가는 경우를 의미할 수 있다. "미리 결정된 값"은, 경험적으로, 실험적으로, 또는 시뮬레이션에 의해, 입력 토크와, 0Nm을 넘는 토크가 전동 모터로부터 출력된 경우의 차량 거동(예를 들어, 차량 진동이 발생하는지 아닌지의 여부)과의 사이의 관계로부터, 의도하지 않는 차량 진동, 이상음 등이 발생하는 범위를 구함으로써, 그리고 당해 구해진 범위의 경계 값에 대응하는 입력 토크로서 또는 입력 토크보다 미리 결정된 값의 여유만큼 큰 값으로서 설정할 수 있다.
이 양태에서는, 제어 장치는, 추정된 평균 입력 토크값이 미리 결정된 값 이하이고, 또한 평균 토크 명령값이 토크 명령값의 진폭보다 작은 경우에, 평균 토크 명령값과 부호가 반대인 값이 전동 모터에 지령되지 않도록 토크 명령값을 보정할 수 있다. 따라서, 전동 모터로부터 출력되는 토크에 기인하는 의도하지 않은 차량 진동, 이상음 등이 댐핑 제어에 의해 억제될 수 있다.
본 발명의 효과 및 다른 이점은 실시형태에 대한 이하의 설명으로부터 명확해질 것이다.
본 발명의 예시적인 실시형태에 대한 특징, 장점, 및 기술적 및 산업적 중요성을 첨부의 도면을 참고하여 이하에서 설명할 것이고, 도면에서 유사한 번호는 유사한 요소를 나타낸다.
도 1은 실시형태에 따른 전동 모터 제어 장치가 장착되는 하이브리드 자동차의 주요부를 나타내는 개념도이다.
도 2는 엔진 토크 및 맥동 보상 토크의 일례이다.
도 3은 모터 제너레이터에 관한 토크 명령값의 일례이다.
도 4는 구동축 토크 변동에서의 폭발 1차 주파수 성분의 진폭의 일례이다.
도 5는 맥동 보상 토크의 일례이다.
도 6은 실시형태에 관한 토크 명령값의 일례이다.
도 7은 실시형태에 관한 토크 명령값의 다른 예이다.
도 8은 구동축의 토크 변동이 최소화되는 위상과 모터 제너레이터의 회전 변동이 최소화되는 위상과의 사이의 관계의 일례를 나타내는 도면이다.
본 발명의 전동 모터 제어 장치에 관한 실시형태를 도면을 참고하여 설명한다.
실시형태에 관한 전동 모터 제어 장치가 장착되는 차량의 구성에 대해서 도 1을 참조하여 설명한다. 도 1은 실시 형태에 따른 전동 모터 제어 장치가 장착되는 하이브리드 자동차의 주요부를 나타내는 개념도이다.
도 1의 하이브리드 자동차(1)는 동력원으로서 엔진(10), 모터 제너레이터(MG1) 및 모터 제너레이터(MG2)를 포함한다. 동력 분배 기구(13)가 토션 댐퍼(12)를 통해 엔진(10)의 크랭크축(11)에 연결된다.
동력 분배 기구(13)는, 외부 선 기어(131), 해당 선 기어(131)와 동심으로 배치되는 내부 링 기어(134), 선 기어(131)와 맞물리고 링 기어(134)와 맞물리는 복수의 피니언 기어(132), 및 복수의 피니언 기어(132)를 자전 및 공전 가능하도록 보유지지하는 캐리어(133)를 갖도록 구성되다. 동력 분배 기구(13)는, 선 기어(131), 링 기어(134) 및 캐리어(133)를 회전 요소로서 사용하여 차동 작용을 행하는 유성 기어 기구로서 구성된다.
동력 분배 기구(13)의 캐리어(133)에는 엔진(10)의 크랭크축(11)이 연결되어 있다. 동력 분배 기구(13)의 선 기어(131)에는 모터 제너레이터(MG1)가 연결되어 있다. 동력 분배 기구(13)의 링 기어(134)에는 링 기어 축(14)을 통해 감속 기어(15)가 연결되어 있다.
모터 제너레이터(MG1)가 발전기로서 기능하는 경우, 동력 분배 기구(13)는 캐리어(133)로부터 입력되는 엔진(10)으로부터의 동력을 선 기어(131)와 링 기어(134)의 기어비에 따라 선 기어(131) 측과 링 기어(134) 측에 분배한다. 모터 제너레이터(MG1)가 전동 모터로서 기능하는 경우, 동력 분배 기구(13)는 캐리어(133)로부터 입력되는 엔진(10)으로부터의 동력과 선 기어(131)로부터 입력되는 모터 제너레이터(MG1)로부터의 동력을 통합하여 통합된 동력을 링 기어(134) 측에 출력한다.
감속 기어(15)에는 또한 모터 제너레이터(MG2)가 연결되어 있다. 동력 분배 기구(13)의 링 기어(134) 측에 출력된 동력 및 모터 제너레이터(MG2)로부터 출력된 동력은 감속 기어(15), 차동 기어(16) 및 구동축(17)을 통해 구동륜(18)에 출력된다.
하이브리드 자동차(1)는, 엔진(10)의 목표 출력, 및 모터 제너레이터(MG1, MG2)의 각각의 토크 명령값을 설정하는 HV 컨트롤러(23)와, 모터 제너레이터(MG1, MG2)의 각각을 제어하는 전자 제어 유닛(ECU)(100)을 포함한다. ECU(100)는 본 발명에 따른 하이브리드 차량용 제어 장치의 일례이다.
엔진(10)의 목표 출력 또는 모터 제너레이터(MG1, MG2)의 각각의 토크 명령값과 액셀러레이터 개방도, 차속 등과의 사이의 관계가 결정된 맵을 HV 컨트롤러(23)에 미리 기록해준다. 엔진(10)의 목표 출력 및 모터 제너레이터(MG1, MG2)의 각각의 토크 명령값은 엑셀러레이터 개방도 및 차속과 같은 정보를 맵에 적용함으로써 설정된다.
엔진(10)이 동작 중일 때, 엔진(10)의 연소 사이클에 기초하여 크랭크축(11)에서 토크 맥동 성분이 발생한다. 토크 맥동 성분은, 크랭크축(11)에 직접 또는 간접적으로 연결되어 있는 부재를 통해 구동축(17)에 전달되고, 구동축(17)에서 진동이 발생한다.
ECU(100)는, 상술한 바와 같이, 모터 제너레이터(MG1, MG2)의 각각을 제어한다. 특히, 토크 맥동 성분에 의해 구동축(17)에서 발생하는 진동을 억제하기 위한 모터 제너레이터(MG2)의 제어를 여기서 구체적으로 설명한다.
ECU(100)는, 크랭크축 토크 추정 유닛(110), 토크 맥동 성분 산출 유닛(120), 보상 토크 산출 유닛(130), 및 토크 보정 유닛(140)을 갖도록 구성된다.
크랭크축 토크 추정 유닛(110)은, 크랭크각 센서(21)에 의해 검출된 크랭크각 및 실린더 압력 센서(도시하지 않음)에 의해 검출된 실린더 압력에 기초하여 크랭크축 토크를 추정한다. 다양한 알려진 양태가 크랭크축 토크를 추정하는 방법에 적용될 수 있다. 여기서 상기 방법에 대한 상세한 설명은 생략한다.
토크 맥동 성분 산출 유닛(120)은 추정된 크랭크축 토크로부터 토크 맥동 성분을 추출한다. 구체적으로는, 예를 들어, 토크 맥동 성분 산출 유닛(120)은, 추정된 크랭크축 토크의 1 주기의 기간 내에서의 평균값이 0이 되도록 고역 필터 처리(high-pass filter processing)를 행하고, 토크 맥동 성분을 산출한다. 토크 맥동 성분을 산출하는 방법에는 상술한 방법뿐만 아니라 다양한 알려진 양태가 적용될 수 있다.
보상 토크 산출 유닛(130)은, 산출된 토크 맥동 성분 및 구동원으로부터 구동축(17)에의 토크 전달 함수에 기초하여, 토크 맥동 성분에 기인하는 구동축(17)의 진동을 감소시키기 위해서, 모터 제너레이터(MG2)로부터 출력되는 보상 토크값을 산출한다. 다양한 알려진 양태가 보상 토크를 산출하는 방법에 적용될 수 있다. 여기서 상기 방법에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
도 2는 보상 토크의 구체예를 나타낸다. 도 2의 위로부터 두 번째의 도면은 엔진 토크의 위상 및 토크 맥동 성분에 의해 구동축(17)에서 발생하는 진동의 위상이 정렬되는 때의 보상 토크의 일례이다. 도 2의 위로부터 세 번째의 도면은 토크 맥동 성분에 의해 구동축(17)에서 발생하는 진동의 위상이 엔진 토크의 위상에 대해 90도만큼 진행되는 경우의 보상 토크의 일례이다. 도 2의 위로부터 네 번째의 도면은 토크 맥동 성분에 의해 구동축(17)에서 발생하는 진동의 위상이 엔진 토크의 위상에 대해 180도만큼 진행되는 경우의 보상 토크의 일례이다. 보상 토크는 도 2에 도시된 사인 곡선으로 제한되지 않고 예를 들어 삼각파 또는 방형파일 수 있다.
토크 보정 유닛(140)은, HV 컨트롤러(23)에 의해 설정된 모터 제너레이터(MG2)의 요구 토크값과, 보상 토크 산출 유닛(130)에 의해 산출된 보상 토크값을 합성하여, 모터 제너레이터(MG2)에 관한 토크 명령값을 결정한다.
토크 명령값을 나타내는 신호가 인버터(도시하지 않음)에 송신되면, 해당 인버터에 의해 토크 명령값에 따라서 모터 제너레이터(MG2)가 제어된다. 결과적으로, 크랭크축(11)에서 발생한 토크 맥동 성분에 의해 구동축(17)에서 발생하는 진동이 감소된다.
크랭크축(11)에서 발생한 토크 맥동 성분의 구동축(17)에의 전달 특성은, 예를 들어 제품 편차, 경년 변화, 사용 환경 등의 다양한 요인에 의해 차량마다 상이하다. 보상 토크 산출에 사용되는 파라미터 등은 제조 시의 적절한 프로세스에 최적화되도록 미리 설정된다. 이러한 종류의 장치에서는, 미리 설정된 값이 대부분의 경우에 재설정(또는 보정)되지 않는다.
예를 들어, 경년 변화에 의해, 동력 전달 경로 상에 존재하는 기어 요소에서 백래시가 발생하는 경우, 댐핑 제어에 대해서 미리 설정된 값과 실제 하이브리드 자동차(1)의 상태(예를 들어, 기어 요소에서 백래시가 발생하는 상태)와의 사이에서 어긋남이 발생할 수 있다.
모터 제너레이터(MG2)의 요구 토크값이 0Nm에 가깝고 해당 요구 토크가 보상 토크와 합성되면, 예를 들어 도 3에 도시한 바와 같이, 모터 제너레이터(MG2)에 관한 토크 명령값이 양의 값 또는 음의 값이 될 수 있다. 도 3은 모터 제너레이터에 관한 토크 명령값의 일례이다. 도 3의 "압박 토크"는 본 실시형태에 따른 "요구 토크"의 일례이다.
토크 명령값이 0Nm을 넘을 경우, 예를 들어 기어 요소의 백래시에 의해 토크 명령값의 위상과 구동축(17)에서 발생하는 진동의 위상과의 사이에서 어긋남이 발생할 수 있다. 그리고, 토크 맥동 성분에 의해 구동축(17)에서 발생하는 진동이 불충분하게 감소될 수 있다.
댐핑 제어에 대해서 미리 설정된 값과 실제 하이브리드 자동차(1)의 상태와의 사이에 어긋남이 발생하고, 모터 제너레이터(MG2)에 관한 토크 명령값이 0Nm을 넘는 경우, 댐핑 제어에 의해 구동축(17)의 변동 및 차동 기어(16)를 구성하는 기어 등의 변동이 커질 수 있다. 그리고, 의도하지 않은 차량 진동, 이상음 등이 발생할 수 있다.
여기서, 댐핑 제어에 대해서 미리 설정된 값과 실제 하이브리드 자동차(1)의 상태와의 사이에서 발생하는 어긋남의 댐핑 제어에의 영향에 대해서 도 4, 도 5a, 도 5b를 참조하여 추가로 설명한다. 도 4는 구동축 토크 변동에서의 폭발 1차 주파수 성분의 진폭의 일례이다. 도 5a, 도 5b는 맥동 보상 토크의 일례이다.
도 4의 실선 A는, 토크 명령값이 0Nm을 넘지 않고 보상 토크의 위상(즉, 최적 위상)이 θ1인 경우의, 보상 토크의 위상과 폭발 1차 주파수 성분의 진폭과의 사이의 관계의 일례를 나타낸다. 보상 토크는 토크 맥동 성분에 의해 구동축(17)에서 발생하는 진동이 최소로 감소될 수 있게 하는 보상 토크이다.
마찬가지로, 실선 B는, 토크 명령값이 0Nm을 넘고 보상 토크의 최적 위상이 θ3일 경우의, 보상 토크의 위상과 폭발 1차 주파수 성분의 진폭과의 사이의 관계의 일례를 나타내고 있다.
도 4에서, "맥동 보상 토크의 위상"은 크랭크각의 위상에 대한 보상 토크의 위상을 의미한다. 따라서, 도 4의 그래프 횡축의 값은 크랭크각과 보상 토크와의 사이의 위상차이다.
도 4로부터 알 수 있는 바와 같이, 보상 토크의 위상이 최적 위상으로부터 어긋나면, 폭발 1차 주파수 성분의 진폭이 증대된다. 특히, 토크 명령값이 0Nm을 넘고 보상 토크의 위상이 최적 위상으로부터 어긋나면, 폭발 1차 주파수 성분의 진폭은 현저하게 증대된다(실선 B 참조).
하이브리드 자동차(1)의 제조의 초기 단계 동안의 댐핑 제어에 관한 보상 토크의 파형이 도 5a, 도 5b의 각각에 실선으로서 설정되어 있다. 예를 들어, 경년 변화에 의해 하이브리드 자동차(1)의 상태가 변화하면, 해당 변화에 의해 보상 토크의 파형도 변화한다. 구체적으로는, 예를 들어, 보상 토크의 파형은 도 5a에 도시한 바와 같이 제조의 초기 단계 동안의 보상 토크의 파형으로부터 위상 Δ1만큼 진행된다. 대안적으로, 보상 토크의 파형은 도 5b에 도시한 바와 같이 제조의 초기 단계 동안의 보상 토크의 파형으로부터 위상 Δ2만큼 지연된다.
댐핑 제어에 대해서 미리 설정된 값과 실제 하이브리드 자동차(1)의 상태와의 사이에서 어긋남이 발생하는 경우의 폭발 1차 주파수 성분의 진폭의 변화에 대해서 다시 도 4를 참조하여 설명한다. 댐핑 제어에 대해 미리 설정된 값은 제조의 초기 단계 동안 설정된 값이다. 여기서, 댐핑 제어에 관한 보상 토크의 최적 위상은 θ2로 미리 설정된다.
토크 명령값이 0Nm을 넘고 실제 하이브리드 자동차(1)의 상태에 대응하는 보상 토크의 최적 위상이 θ3일 경우에(도 4의 실선 B 참조), 미리 설정된 최적 위상 θ2에서 보상 토크가 산출되면, 폭발 1차 주파수 성분의 진폭은 도 4에서의 점 p1의 값이 된다. 이로 인해, 상술한 바와 같이, 댐핑 제어에 의해 의도하지 않은 차량 진동, 이상음 등이 발생한다.
토크 명령값이 0Nm을 넘지 않고 실제 하이브리드 자동차(1)의 상태에 대응하는 보상 토크의 최적 위상이 θ1인 경우(도 4의 실선 A 참조), 미리 설정된 최적 위상 θ2에서 보상 토크가 산출되면, 폭발 1차 주파수 성분의 진폭은 도 4에서의 점 p2의 값이 된다. 즉, 토크 명령값이 0Nm을 넘는 경우에 비해 토크 명령값이 0Nm을 넘지 않는 경우에, 폭발 1차 주파수 성분의 진폭 증대량이 현저하게 작다.
따라서, 댐핑 제어에 대해서 미리 설정된 값과 실제 하이브리드 자동차(1)의 상태와의 사이에서 어긋남이 발생하는 경우에도, 토크 명령값이 0Nm을 넘지 않으면, 어긋남의 영향은 그리 크지 않은 것을 확인할 수 있다.
본 실시형태에서는, 특히, 토크 보정 유닛(140)(도 1 참조)은, 평균 토크 명령값이 해당 토크 명령값의 진폭(도 3에서의 "A" 참조) 미만인 경우, 평균 토크 명령값과 부호가 반대인 값이 모터 제너레이터(MG2)에 지령되지 않도록, 토크 명령값을 보정한다. 평균 토크 명령값이 토크 명령값의 진폭보다 작은 경우는, 아무런 대응책이 취해질 수 없으면, 토크 명령값이 0Nm을 넘는 경우를 의미할 수 있다.
구체적으로는, 예를 들어, 토크 보정 유닛(140)은, 평균 토크 명령값이 양의 값일 경우, 토크 명령값이 0 이상이 되도록 토크 명령값을 보정한다(도 6a, 도 6b, 도 6c 참조). 평균 토크 명령값이 음의 값일 경우, 토크 보정 유닛(140)은, 토크 명령값이 0 이하가 되도록 토크 명령값을 보정한다(도 7a, 도 7b, 도 7c 참조).
토크 명령값의 보정 동안, 예를 들어 평균 토크 명령값이 양의 값일 경우에, 음의 값의 토크 명령값은 0으로 보정될 수 있다(도 6a 참조). 대안적으로, 평균 토크 명령값이 양의 값일 경우, 음의 토크 명령 값이 미리 결정된 양의 값으로 보정될 수 있다(도 6b 참조). 대안적으로, 보상 토크의 게인이 낮춰진 후에 모터 제너레이터(MG2)의 요구 토크와 합성될 수 있다(도 6c 참조).
이러한 구성에 따르면, 토크 명령값이 0Nm을 넘지 않고, 따라서 댐핑 제어에 대해서 미리 설정된 값과 실제 하이브리드 자동차(1)의 상태와의 사이에 어긋남이 발생하는 경우에도 의도하지 않은 차량 진동, 이상음 등의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 토크 맥동 성분에 의해 구동축(17)에서 발생하는 진동은 적절하게 감소될 수 있다. 즉, 댐핑 제어의 강건성을 향상시킬 수 있다.
본 출원의 발명자에 의해 실행되는 연구에 따르면, 모터 제너레이터(MG2)의 토크 명령값이 0Nm을 넘지 않을 경우 이하의 사항이 판명되었다. 보상 토크의 위상에 대한 모터 제너레이터(MG2)의 회전 변동이 구동축(17)의 토크 변동의 진폭 변화 경향과 일치하고, 모터 제너레이터(MG2)의 회전 변동이 최소화되는 보상 토크의 위상이 최적 위상이다.
상술한 점에 대해서 도 8a, 도 8b를 참조하여 추가로 설명한다. 도 8a, 도 8b는, 구동축의 토크 변동이 최소화되는 위상과 모터 제너레이터의 회전 변동이 최소화되는 위상과의 사이의 관계의 일례를 도시하는 도면이다.
우선, 도 8a를 참조하여, 토크 명령값이 0Nm을 넘는 경우에 대해서 설명한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 모터 제너레이터(MG2)와 구동축(17)과의 사이에는, 감속 기어(15), 차동 기어(16) 등이 존재한다. 이로 인해, 토크 명령값이 0Nm을 넘으면, 예를 들어 기어에 가해지는 토크의 방향이 반전되며, 서로 접촉되어 있는 기어가 분리되는 상태가 발생된다. 그리고, 서로 접촉되어 있는 기어가 분리되는 상태로 인해, 구동축(17)의 토크 변동이 최소화되는 보상 토크의 위상(이하, "위상 A"라 칭함)은 모터 제너레이터(MG2)의 회전 변동이 최소화되는 보상 토크의 위상(이하, "위상 B"라 칭함)과 상이하다.
토크 명령값이 0Nm을 넘지 않으면, 서로 접촉되어 있는 기어가 분리되는 상태가 발생하지 않는다. 따라서, 8b에 도시한 바와 같이, 구동축(17)의 토크 변동이 최소화되는 보상 토크의 위상(이하, "위상 C"라 칭함)은 모터 제너레이터(MG2)의 회전 변동이 최소화되는 보상 토크의 위상(이하, "위상 D"라 칭함)과 일치한다.
본 실시형태에서, 보상 토크 산출 유닛(130)(도 1 참조)은, 모터 제너레이터(MG2)의 출력축에 배치된 리졸버(22)(도 1 참조)로부터의 출력 신호에 기초하여, 보상 토크의 위상을, 모터 제너레이터(MG2)의 회전 변동이 최소화되는 위상으로 제어한다. 즉, 본 실시형태에서는, 보상 토크 산출 유닛(130)은 댐핑 제어에 대해서 미리 설정된 값에서 보상 토크의 위상을 보정한다.
이러한 구성에 따르면, 댐핑 제어에 관한 값(여기서는, 보상 토크의 위상)이 실제 하이브리드 자동차(1)의 상태에 더 가까워질 수 있다. 결과적으로, 토크 맥동 성분에 의해 구동축(17)에서 발생하는 진동은 훨씬 더 적절하게 감소될 수 있다.
실시형태에 따른 "보상 토크 산출 유닛(130)"은 본 발명에 따른 "제어 장치"의 일례이다. 실시형태에 따른 "토크 보정 유닛(140)"은 본 발명에 따른 "제어 장치"의 일례이다.
이어서, 실시형태에 따른 하이브리드 차량용 제어 장치의 변형예에 대해서 설명한다.
본 변형예에서는, 구동축(17)에 입력되는 평균 입력 토크값이 ECU(100)(도 1 참조)에 의해 추정된다. 다양한 알려진 양태가 입력 토크를 추정하기 위한 방법에 적용될 수 있다. 여기서 상기 방법에 대한 상세한 설명은 생략한다.
추정된 평균 입력 토크값이 미리 결정된 값 이하이고 평균 토크 명령값이 토크 명령값의 진폭보다 작으면, 토크 보정 유닛(140)(도 1 참조)은 평균 토크 명령값과 부호가 반대인 값이 모터 제너레이터(MG2)에 지령되지 않도록 토크 명령값을 보정한다. 토크 명령값을 보정하는 방법의 구체예는 상술한 실시형태의 것과 마찬가지이다.
여기서, "추정된 평균 입력 토크값이 미리 결정된 값 이하인 경우"는 입력 토크가 0Nm에 가깝게 유지되거나 0Nm을 넘는 경우를 의미할 수 있다.
이러한 구성에 따르면, 예를 들어 자동 변속기가 고속 기어로 설정되어 있을 때에 요구 구동력이 작고 액셀러레이터 개방도가 비교적 작은 경우 및 액셀러레이터가 오프된 후에 다시 액셀러레이터가 완만하게 온되는 경우를 포함하여, 입력 토크가 0Nm에 가깝게 유지되거나 0Nm을 넘는 경우에, 댐핑 제어에 기인하는 의도하지 않은 차량 진동, 이상음 등의 발생이 억제될 수 있다.
본 발명은, 상술한 실시형태로 제한되지 않고, 청구항 및 전체 명세서에 밝혀져 있는 본 발명의 요지 또는 사상 내의 범위에서 적절하게 변형될 수 있다. 이러한 변형을 수반하는 전동 모터 제어 장치가 또한 본 발명의 기술적인 범위에 포함된다.

Claims (4)

  1. 차량용 제어 장치이며, 상기 차량은 동력을 전달하기 위해 구동축에 연결된 내연기관 및 동력을 전달하기 위해 구동축에 연결된 전동 모터를 포함하고, 상기 제어 장치는 전자 제어 유닛을 포함하고,
    전자 제어 유닛은,
    (a) 내연기관의 엔진 토크의 맥동 성분을 감소시키는 보상 토크를 산출하고,
    (b) 전동 모터의 요구 토크를 산출된 보상 토크와 합성한 값을 전동 모터의 토크 명령값으로서 전동 모터에 지령하며,
    (c) 평균 토크 명령값이 토크 명령값의 진폭보다 작으면 평균 토크 명령값과 부호가 반대인 값이 전동 모터에 지령되지 않도록 토크 명령값을 보정하도록 구성되는, 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    전자 제어 유닛은,
    (i) 평균 토크 명령값이 양의 값이면 토크 명령값이 0 이상이 되도록 토크 명령값을 보정하며,
    (ii) 평균 토크 명령값이 음의 값이면 토크 명령값이 0 이하가 되도록 토크 명령값을 보정하도록 구성되는, 제어 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    차량의 전동 모터의 수는 2개 이상이며,
    전자 제어 유닛은, 구동축을 향하여 동력 전달 경로의 최하류측에 배치되는 전동 모터 중 하나의 회전의 변동이 최소화되는 위상이 되도록 보상 토크의 위상을 제어하도록 구성되는, 제어 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    전자 제어 유닛은,
    (A) 구동축에 입력되는 평균 입력 토크값을 추정하고,
    (B) 추정된 평균 입력 토크값이 미리 결정된 값 이상이고 평균 토크 명령값이 토크 명령값의 진폭보다 작은 경우 평균 토크 명령값과 부호가 반대인 값이 전동 모터에 지령되지 않도록 토크 명령값을 보정하도록 구성되는, 제어 장치.
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