KR20160129740A - 하이브리드차의 제어 장치 - Google Patents

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KR20160129740A
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도요타 지도샤（주）
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    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/12—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries responding to state of charge [SoC]
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    • B60K6/20—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs
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    • B60K6/26—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by apparatus, components or means specially adapted for HEVs characterised by the motors or the generators
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    • B60W30/18—Propelling the vehicle
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Abstract

엔진의 시동에 필요로 하는 파워와 하이브리드차의 운전자에 의한 요구 파워와 보조 기기류에서 소비하는 파워와 축전 장치로부터 출력 가능한 파워를 구하고(단계 S1), 구해진 출력 가능한 파워가 클수록 작은 값이 되고, 또한 출력 가능한 파워가 작을수록 큰 값이 되는 정의 값 혹은 부의 값의 제 1 보정값을 구하고(단계 S2), 축전 장치로부터 출력 가능한 파워로부터, 엔진의 시동에 필요로 하는 파워와 보조 기기류에서 소비하는 파워와 제 1 보정값을 감산함으로써, 출력 가능한 파워가 클수록 큰 값이 되는, 엔진 시동을 위한 제 1 임계값(단계 S3)을 구한다.

Description

하이브리드차의 제어 장치{CONTROL APPARATUS FOR HYBRID VEHICLE}
본 발명은, 엔진과 모터를 구비한 하이브리드차를 대상으로 하는 제어 장치에 관한 것으로서, 특히 모터만의 동력에 의해 주행하고 있을 때에 엔진을 시동하는 제어를 행하는 제어 장치에 관한 것이다.
하이브리드차가 모터만의 구동력으로 주행하고 있는 이른바 EV 주행(전기 주행)의 상태에서 엔진을 시동하는 장치가 일본 공개특허 특개2011-73564호에 기재되어 있다. 이 하이브리드차의 일례로서, 엔진과 제 1 모터를, 차동 기구로 구성된 동력 분할 기구에 연결하고, 엔진이 출력한 구동력을 동력 분할 기구로부터 출력 부재로 출력함과 함께, 엔진에 의해 제 1 모터를 구동하여 제 1 모터를 발전기로서 기능시키도록 구성된 하이브리드차가 기재되어 있다. 이 하이브리드차에서는, 출력 부재에 제 2 모터가 연결되고, 제 1 모터로 발전한 전력에 의해 제 2 모터를 모터로서 구동하도록 되어 있다.
일본 공개특허 특개2011-73564호에 기재된 하이브리드차에서는, 엔진의 운전을 정지한 상태에서, 제 2 모터를 축전 장치의 전력에 의해 모터로서 기능시킴으로써, 전력으로 주행하는 모드(EV 모드) 혹은 전기 자동차가 된다. 모터만을 구동력원으로 하고 있는 상태에서 얻어지는 구동력은, 운전자가 크게 가속 조작한 경우에는 요구 구동력에 비해, 출력 가능한 구동력이 부족하기 때문에, 이러한 경우에는, 동력 분할 기구를 개재하여 엔진에 연결되어 있는 제 1 모터를 정방향(엔진의 정상 운전 시의 회전 방향)으로 모터로서 회전시켜, 엔진을 시동한다. 즉, 제 1 모터가 정방향으로 회전하여 토크를 출력함으로써, 동력 분할 기구에 있어서, 엔진이 연결되어 있는 회전 요소에 정방향의 토크가 작용하여, 엔진의 회전수를 늘릴 수 있다. 또한 이 경우, 출력 부재가 연결되어 있는 회전 요소에는, 부(負)토크(회전을 멈추는 방향의 토크)가 작용한다. 이 때문에, 엔진을 시동할 때에는 제 1 모터의 출력 토크에 의해 하이브리드차의 구동 토크가 감소된다. 따라서, 상기 서술한 구성의 하이브리드차에서는, EV 모드로 주행(EV 주행)하고 있을 때에 엔진을 시동하는 경우, 구동력의 저하를 억제하기 위하여, 제 2 모터의 출력 토크를 증대시키게 된다.
따라서, 일본 공개특허 특개2011-73564호에 기재된 장치에서는, 주행을 위하여 사용되고 있는 모터의 정격 토크로부터, 엔진의 시동에 따른 반력 토크와, 배터리의 출력 제한이 클수록 커지고 또한 고차속(高車速)일수록 작아지는 마진을 감한 토크값을 임계값으로 하여 설정하고, 요구 토크가 그 임계값을 초과한 경우에 엔진을 시동하는 것으로 하고 있다.
또한, 일본 공개특허 특개2013-86704호에는, 상기 서술한 제 2 모터를 축전 장치의 전력으로 모터로서 기능시켜 EV 주행을 행하고, 이 때에 요구 파워가 임계값을 초과한 경우에, 엔진을 시동하도록 구성된 장치가 기재되어 있다. 이 임계값은, 일본 공개특허 특개2013-86704호에 기재된 발명에서는, 축전 장치에 있어서의 제한된 출력 상한값으로부터 엔진 시동에 필요한 파워와 소정의 마진를 감한 파워로 설정하고 있다.
일본 공개특허 특개2011-73564호에 기재된 장치에서는, 배터리에 있어서의 제한되고 있는 출력 상한값(출력 제한)으로부터 감하는 마진을, 출력 상한값이 클수록 크게 하고 있기 때문에, 출력 상한값이 크고, 배터리의 출력에 여유가 있는 상태에서는, 임계값이 작아진다. 이 때문에, 요구 토크가 작은 상태에서 엔진이 시동되어, EV 주행을 행하는 영역(빈도 혹은 기회)이 적어져 전력을 유효하게 사용할 수 없고, 나아가서는 하이브리드차의 연비의 향상이 제약될 가능성이 있다.
또한, 일본 공개특허 특개2013-86704호에 기재된 장치에 의하면, 전력에 여유가 있는 상태에서 엔진을 시동하게 되므로, 엔진의 시동에 따른 쇼크가 악화되는 등의 사태를 억제할 수 있다. 그러나, 전력에 여유가 있어서 EV 주행이 가능함에도 불구하고 엔진을 시동하게 되므로, EV 모드의 영역(빈도 혹은 기회)이 감소되어, 전력을 유효 혹은 효과적으로 사용할 수 없을 가능성이 있다. 이러한 부적합을 해소하기 위하여, 엔진을 시동할 때에 출력 상한값에 대한 여유를 적게 하면, EV 주행의 영역(빈도 혹은 기회)을 증대시킬 수 있는 반면, 저차속 시 혹은 고차속 시 중 어느 하나에서 전력이 부족하여, 엔진의 시동에 따라 구동 토크가 변화되어, 이것이 쇼크의 원인이 되거나, 혹은 이른바 느린감이 발생할 가능성이 있다.
본 발명은 동력 분할 기구를 개재하여 연결된 엔진 및 제 1 모터와, 동력 분할 기구의 출력 요소에 연결된 제 2 모터를 가지는 하이브리드차를 대상으로 하고, 이들 두개의 모터의 동력으로 주행하고 있는 상태로부터 엔진을 시동하는 경우, 두개의 모터의 동력으로 주행하는 빈도 혹은 기회를 증대시켜 전력을 유효하게 이용하고, 또한 엔진의 시동에 따른 쇼크 등의 위화감을 억제할 수 있는 제어 장치를 제공한다.
본 발명의 일 양태는, 동력 분할 기구를 개재하여 연결된 엔진 및 제 1 모터와, 동력 분할 기구의 출력 요소에 연결된 제 2 모터와, 상기 제 1 모터 및 제 2 모터가 접속된 축전 장치와, 상기 엔진의 역회전을 저지하는 계합(engaging) 기구와, 보조 기기류를 가지고, 상기 계합 기구에 의해 상기 엔진의 역회전을 저지한 상태에서 상기 제 1 모터 및 제 2 모터가 출력하는 구동력에 의해 전기 주행할 수 있는 하이브리드차가 상기 전기 주행하고 있는 상태에서 상기 엔진을 시동하는 제어를 행하는, 하이브리드차의 제어 장치에 있어서, 상기 엔진을 제어하는 컨트롤러를 가지고, 상기 컨트롤러는, 상기 엔진의 시동에 필요로 하는 파워와 상기 하이브리드차의 운전자에 의한 가감속 조작에 의거하는 요구 파워와 상기 보조 기기류에서 소비하는 파워와 상기 축전 장치로부터 출력 가능한 파워를 구하고, 구해진 상기 출력 가능한 파워가 클수록 작은 값이 되고, 또한 상기 출력 가능한 파워가 작을수록 큰 값이 되는 정의 값 혹은 부의 값의 제 1 보정값을 구하고, 상기 축전 장치로부터 출력 가능한 파워로부터, 상기 엔진의 시동에 필요로 하는 파워와 상기 보조 기기류에서 소비하는 파워와 상기 제 1 보정값을 감산함으로써, 상기 출력 가능한 파워가 클수록 큰 값이 되는 제 1 임계값을 구하고, 상기 전기 주행 중에, 상기 요구 파워가 상기 제 1 임계값을 초과한 경우에 상기 엔진을 시동하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다. 본 발명의 일 양태를 다음과 같이 정의할 수도 있다.
하이브리드차의 제어 장치에 있어서, 상기 하이브리드차는, 동력 분할 기구와, 엔진과, 상기 동력 분할 기구를 개재하여 상기 엔진에 연결되는 제 1 모터와, 상기 동력 분할 기구의 출력 요소에 연결되는 제 2 모터와, 상기 제 1 모터 및 상기 제 2 모터에 접속되는 축전 장치와, 상기 엔진의 역회전을 저지하도록 구성되는 계합 기구와, 보조 기기류를 포함하며, 상기 하이브리드차는, 상기 계합 기구에 의해 상기 엔진의 역회전을 저지한 상태에서 상기 제 1 모터 및 제 2 모터가 출력하는 구동력에 의해 전기 주행하고, 상기 제어 장치는, 컨트롤러를 포함하며, 상기 컨트롤러는, i) 상기 하이브리드차가 상기 전기 주행하고 있는 상태에서 상기 엔진을 시동하고, ii) 제 1 파워, 제 2 파워, 제 3 파워 및 제 4 파워를 구하고 - 상기 제 1 파워는 상기 엔진의 시동에 필요로 하는 파워이고, 상기 제 2 파워는 상기 하이브리드차의 운전자에 의한 가감속 조작에 의거하는 요구 파워이고, 상기 제 3 파워는 상기 보조 기기류에서 소비하는 파워이고, 상기 제 4 파워는 상기 축전 장치로부터 출력 가능한 파워임 - iii) 정의 값 혹은 부의 값이 되는 제 1 보정값을 구하고, - 상기 제 1 보정값은, 상기 제 4 파워가 클수록 작은 값이 되고, 또한 상기 제 4 파워가 작을수록 큰 값이 됨 - iv) 제 4 파워로부터, 상기 제 1 파워와 상기 제 3 파워와 상기 제 1 보정값을 감산함으로써, 상기 제 4 파워가 클수록 큰 값이 되는 제 1 임계값을 구하고, v) 상기 전기 주행 중에, 상기 제 2 파워가 상기 제 1 임계값을 초과한 경우에 상기 엔진을 시동하도록 구성되는 제어 장치.
본 발명에서는, 상기 컨트롤러는, 또한, 상기 엔진의 온도가 저온일수록 큰 값이 되는 제 2 보정값을 구하고, 상기 제 1 임계값의 값을 상기 제 2 보정값의 값에 따라 감하여 제 2 임계값을 구하고, 상기 축전 장치로부터 상기 제 1 모터 및 제 2 모터에 대하여 전력을 공급 가능한 상태로 전환된 후에 최초에 상기 엔진을 시동하는 경우에는, 상기 요구 파워가 상기 제 2 임계값을 초과한 경우에 상기 엔진을 시동하도록 구성되어 있어도 된다.
본 발명에 의하면, 제 1 모터와 제 2 모터가 출력하는 구동력으로 전기 주행하고 있는 상태에서, 운전자의 가감속 조작에 의거하는 요구 파워가 제 1 임계값을 초과하면, 전기 주행 시에는 정지하고 있던 엔진을 시동시킨다. 이 제 1 임계값은, 축전 장치로부터 출력 가능한 파워로부터, 보조 기기류에서 소비하는 파워를 감산하고, 또한 제 1 보정값을 감산한 값이 된다. 이 제 1 보정값은, 상기 출력 가능한 파워가 클수록 작은 값(정의 작은 값 혹은 부의 큰 값)이고 또한 상기 출력 가능한 파워가 작을수록 큰 값(정의 큰 값 혹은 부의 작은 값)이 된다.
따라서, 제 1 임계값은, 축전 장치로부터 출력 가능한 파워가 큰 경우에는, 작은 경우와 비교하여 큰 값이 되기 때문에, 상기 출력 가능한 파워가 큰 경우에는, 요구 파워가 커질 때까지 엔진의 시동이 실행되지 않아, 전기 주행이 유지된다. 그 결과, 전기 주행을 행하는 구동 상태의 영역 혹은 전기 주행을 행하는 빈도 혹은 기회가 증대되어, 전력을 유효 이용할 수 있다. 또한, 축전 장치로 출력 가능한 파워가 작은 경우에는, 임계값이 작은 값이 되므로, 요구 파워가 작은 상태에서 엔진을 시동한다. 이 때문에, 제 1 모터 및 제 2 모터를 구동하는 파워에 여유가 있는 상태에서 엔진의 시동이 행해지게 되어, 구동력이 부족하거나, 또한 쇼크가 발생하는 등의 사태를 회피 혹은 억제할 수 있다.
또한, 축전 장치로부터 제 1 모터 및 제 2 모터로 전력을 공급 가능한 상태로 전환된 후, 즉 하이브리드차가 이른바 레디·온(Ready-On) 상태로 전환된 후, 최초에 엔진을 시동하는 경우, 엔진의 온도가 낮으면, 요구 파워가 제 2 임계값을 초과하는 것을 조건으로 하여 엔진이 시동된다. 이 제 2 임계값은, 상기 서술한 제 1 임계값으로부터 제 2 보정값을 감산한 임계값이며, 이 제 2 보정값은, 엔진의 온도가 저온일수록 큰 값으로 설정된다. 따라서, 엔진의 온도가 낮을수록, 제 2 임계값이 작은 값이 된다. 그 결과, 엔진의 시동을 판정하는 제 1 임계값이, 축전 장치로부터 출력 가능한 파워에 따라 상기 서술한 바와 같이 설정됨으로써, 전기 주행을 행하는 영역이 고파워측으로 확대된다고 해도, 엔진의 온도가 낮은 경우에는, 엔진을 시동하기 위한 임계값이 엔진 온도에 따라 작아지므로, 엔진의 시동의 지연이나, 구동력의 부족 혹은 쇼크 등을 회피 혹은 억제할 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시 형태의 특징, 이점, 및 기술적 그리고 산업적 중요성이 첨부 도면을 참조하여 하기에 기술될 것이며, 첨부 도면에서 동일한 도면 부호는 동일한 요소를 지시한다.
도 1은, 본 발명의 실시예로 실행되는 제어의 일례를 설명하기 위한 플로우 차트이다.
도 2는, 제 1 보정값을 정한 맵의 일례를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 3은, 제 1 임계값을 등(等)파워선으로 병기한 선도(線圖)이다.
도 4는, 본 발명의 실시예로 실행되는 다른 제어예를 설명하기 위한 플로우 차트이다.
도 5는, 제 2 보정값을 정한 맵의 일례를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 6은, 본 발명의 실시예에서 대상으로 하는 하이브리드차에 있어서의 파워트레인의 일례를 나타내는 골격도이다.
도 7은, 동력 분할 기구를 구성하고 있는 유성 기어 기구에 관한 HV 모드에서의 동작 상태를 나타내는 공선도(共線圖)이다.
도 8은, 동력 분할 기구를 구성하고 있는 유성 기어 기구에 관한 EV 모드에서의 동작 상태를 나타내는 공선도이다.
본 발명의 실시예에서 대상으로 하는 하이브리드차는, 엔진과 모터를 구동력원으로서 구비하고, 모터만의 구동력에 의해 주행하는 것도 가능한 하이브리드차이며, 그 파워트레인의 일례를 도 6에 모식적으로 나타내고 있다. 도 6에 있어서, 엔진(ENG)(1)과 제 1 모터(MG1)(2)가 동력 분할 기구(3)에 연결되어 있다. 동력 분할 기구(3)는, 세 개의 회전 요소에 의해 차동 작용을 행하는 기구로서, 도 6에 나타내는 예에서는 유성 기어 기구가 채용되고 있다. 제 1 회전 요소(예를 들면 캐리어(4))에 엔진(1)이 비틀림 진동 저감용의 스프링 댐퍼 기구(5)를 개재하여 연결되어 있다. 또한, 제 2 회전 요소(예를 들면 선 기어(6))에 제 1 모터(제 1 모터·제너레이터: MG1)(2)가 연결되어 있다. 제 3 회전 요소(예를 들면 링 기어(7))가 출력 부재로 되어 있어 출력 기어(8)가 일체화되어 있다.
엔진(1)은, 복수 기통의 레시프로케이팅 엔진이며, 그 출력축(크랭크축)(9)의 역회전을 저지하는 일 방향 클러치(10)가 설치되어 있다. 이 일 방향 클러치(10)는, 제 1 모터·제너레이터(2)가 주행을 위한 토크(부회전 방향의 토크)를 출력할 때에 엔진(1)의 역회전을 멈추고 캐리어(4)에 반력 토크를 부여하기 위한 것이다.
스프링 댐퍼 기구(5)는, 엔진(1)의 토크가 전달되는 구동측 부재와 캐리어(4)에 연결되어 있는 종동측 부재를, 회전 방향을 향해 배치된 코일 스프링에 의해 연결한 주지의 구성의 댐퍼 기구이다. 제 1 모터·제너레이터(2)는, 발전 기능을 가지는 모터로서, 동력 분할 기구(3)를 개재하여 엔진(1)의 동력의 일부가 전달됨과 함께, 발전에 따른 부토크(회전을 멈추는 방향의 토크)를 선 기어(6)로 전달하여 엔진 회전수를 적절히 제어하도록 되어 있다.
출력 기어(8)에 카운터 드리븐 기어(11)가 연결되어 있고, 이 카운터 드리븐 기어(11)와 동축 상에 설치된 카운터 드리븐 기어(12)가, 디퍼렌셜 기어(13)에 있어서의 링 기어(14)에 맞물려 있다. 또한, 제 2 모터(제 2 모터·제너레이터: MG2)(15)의 로터축에 장착한 드라이브 기어(16)가 카운터 드리븐 기어(11)에 맞물려 있다. 즉, 제 2 모터·제너레이터(15)의 토크를, 출력 기어(8)로부터 구동륜(17)으로 전달되는 토크에 가감하도록 구성되어 있다. 제 2 모터·제너레이터(15)는, 상기 서술한 제 1 모터·제너레이터(2)와 마찬가지로 발전 기능이 있는 모터로서, 정부(正負) 어느 토크도 출력할 수 있도록 되어 있다.
또한, 각 모터·제너레이터(2, 15)는, 인버터나 축전 장치를 가지는 전원부(18)에 접속되어 있다. 그리고, 엔진(1)의 기동이나 정지, 혹은 토크를 제어하고, 또한 각 모터·제너레이터(2, 15)의 토크 등을 제어하는 전자 제어 장치(ECU)(19)가 설치되어 있다. ECU(19)는, 마이크로컴퓨터를 주체로 하여 구성되고, 입력된 데이터나 기억하고 있는 데이터를 사용하여 연산을 행하고, 연산 결과를 엔진(1)이나 전원부(18) 등에 제어 지령 신호로서 출력하도록 구성되어 있다. 이 제어에 이용하는 입력 데이터의 예를 들면, 차속(V), 각 모터(2, 15)의 회전수(N2, N15), 각 모터(2, 15)의 전류값(혹은 토크)(I2, I15), 축전 장치로부터 출력 가능한 파워(전력)(Wout), 운전자가 가감속 조작하는 액셀 페달(도시 생략)의 개방도(Acc), 엔진(1)의 온도(엔진 수온)(Teng), 보조 기기류에서 소비하는 파워(PA) 등이다. 또한, 액셀 개방도에 의거하여 요구 구동력(혹은 요구 파워(PD))을 구하기 위한 맵, 엔진 시동 판정을 위한 임계값의 설정에 사용하는 각종의 보정값(마진)을 결정하고 있는 맵, 혹은 엔진(1)의 시동에 필요로 하는 파워(PE) 등이 미리 기억되어 있다.
상기의 하이브리드차는, 엔진(1)이 출력하는 동력에 의해 주행하는 모드(HV 모드)와 전원부(18)의 전력으로 모터를 구동하여 주행하는 모드(EV 모드)가 가능하다. 각 모드에 대하여 간단하게 설명하면, 도 7은 HV 모드에 있어서의 동력 분할 기구(3)의 동작 상태를 나타내는 공선도이며, 엔진(1)에 의해 캐리어(4)로 정회전 방향의 토크가 전달되고, 이에 대하여 선 기어(6)에는 제 1 모터·제너레이터(2)가 발전기로서 기능함으로써 부토크(회전수를 감하는 방향의 토크)가 작용하고, 또한 링 기어(7)에는 주행 저항에 따른 부토크가 작용한다. 즉, 엔진(1)이 출력한 동력이 동력 분할 기구(3)에 의해 제 1 모터·제너레이터(2)와 출력 기어(8)로 분할된다. 그리고, 제 1 모터·제너레이터(2)에 의해 엔진(1)의 회전수가 연비가 양호한 회전수로 제어된다. 한편, 제 1 모터·제너레이터(2)에 의해 발전된 전력은, 제 2 모터·제너레이터(15)로 공급되어 제 2 모터·제너레이터(15)가 모터로서 기능하고, 제 1 모터·제너레이터(2)에 의해 전력으로 변환된 동력을, 다시, 기계적인 동력으로 변환한다. 즉, 출력 기어(8)로부터 출력된 토크에, 제 2 모터·제너레이터(15)가 출력한 토크가 가해진다.
EV 모드는 제 1 모터·제너레이터(2) 및 제 2 모터·제너레이터(15)를 구동력원으로 하는 주행 모드이며, 전원부(18)의 축전 장치로부터 출력된 전력에 의해 각 모터·제너레이터(2, 15)가 모터로서 구동되고, 그 출력 토크에 의해 주행한다. 도 8은 EV 모드에 있어서의 동력 분할 기구(3)의 동작 상태를 나타내는 공선도이며, 제 1 모터·제너레이터(2) 및 제 2 모터·제너레이터(15)의 각각은 모터로서 기능하고, 제 1 모터·제너레이터(2)는 부회전 방향으로 정토크(회전수를 증대시키는 토크)를 출력하며, 제 2 모터·제너레이터(15)는 정회전 방향으로 정토크를 출력한다. 이 경우, 엔진(1) 및 이에 연결된 캐리어(4)의 부회전 방향(엔진(1)이 정상적으로 회전하는 방향과는 반대 방향)의 회전이 일 방향 클러치(10)에 의해 저지되고, 따라서 제 1 모터·제너레이터(2)의 토크에 의해 링 기어(7)에 정회전 방향의 토크가 가해진다. 이렇게 하여, 이들 두 개의 모터·제너레이터(2, 15)의 구동력으로 하이브리드차가 전진 주행한다. 또한, 제동 시에는, 제 2 모터·제너레이터(15)가 발전을 행하고, 이 때의 부토크(회전을 멈추는 방향의 토크)가 제동 토크로서 작용하고, 발전된 전력은 축전 장치에 충전된다. 또한, EV 모드에서는, 제 2 모터·제너레이터(15)만을 구동력원으로 해도 된다. 이와 같이, 모터·제너레이터(2, 15)만의 구동력으로 주행하는 상태가 본 발명의 실시예에 있어서의 전기 주행의 상태이다.
하이브리드차는 축전 장치의 전력을 사용함으로써 연료의 소비를 억제하여 연비를 향상시킬 수 있다. 한편, 축전 장치의 전력은, 엔진(1)의 시동을 위한 모터링이나 공조 장치 등의 보조 기기류 혹은 전지 온도 조정 장치 등을 구동하기 위하여 사용된다. 또한, 제어성 혹은 내구성 등의 요청으로, 축전 장치의 충전량이나 방전량이 제한된다. 따라서, 축전 장치는 이들 요구나 제한을 양립시키도록 사용되고, 예를 들면 전기 주행 상태에서 엔진(1)을 시동하는 경우, 이하에 설명하는 제어가 행해진다.
도 1은 본 발명의 실시예에 있어서의 제어 장치로 실행되는 엔진 시동 제어의 일례를 설명하기 위한 플로우 차트로서, 여기에 나타내는 루틴은, 하이브리드차의 주행 모드가, 제 1 모터·제너레이터(2) 및 제 2 모터·제너레이터(15)를 구동력원으로서 주행하는 EV 모드로 되어 있을 때에 실행된다. 우선, 각종 데이터가 판독된다(단계 S1). 여기서 판독되는 데이터는, 엔진(1)의 시동에 필요로 하는 파워(PE), 축전 장치로 출력 가능한 파워(Wout), 보조 기기류에서 소비 혹은 요구되는 파워(PA), 운전자의 가감속 조작에 의거하는 요구 파워(PD) 등이다.
계속해서, 보정값(ΔP)이 구해진다(단계 S2). 이 보정값은, 축전 장치로부터 출력할 수 있는 파워(이하, 출력 가능 파워라고 기재함)(Wout)를 엔진(1)의 시동을 판정하는 임계값에 반영시키기 위한 것으로서, 실험 등에 의거하여 설계상, 맵 등의 형태로 미리 준비해 둘 수 있다. 그 맵의 예를 도 2에 모식적으로 나타내고 있다. 도 2에 나타내는 예는, 가로축에 출력 가능 파워(Wout)를 채용하고, 세로축에 보정값(ΔP)을 채용하여 나타낸 예이며, 출력 가능 파워(Wout)가 클수록, 감산값으로서는 작은 값이 되고, 가산값으로서는 큰 값이 되도록 설정되어 있다.
여기서 설명하고 있는 실시예에서는, 임계값을 감산식으로 구하는 것으로 하고 있으므로, 도 2에 나타내는 예에서는, 출력 가능 파워(Wout)가 큰 경우에는 작은 경우와 비교하여 작은 값(부의 절대값이 큰 값)이 되도록 구성되어 있다. 즉, 보정값은, 출력 가능 파워(Wout)에 의해, 임계값을 증대시키는 값과, 임계값을 감소시키는 값을 취하게 된다. 또한, 각 출력 가능 파워(Wout)에 대응하는 보정값은, 임계값을 크게 하여 EV 모드를 설정할 수 있는 주행 영역 또는 빈도 혹은 기회가 증대하도록 적절히 설정하면 된다. 따라서 도 2에 나타내는 바와 같이 소정의 작은 출력 가능 파워 이하로 정의 일정값이 되고, 또한 소정의 큰 출력 가능 파워 이상으로 부의 일정값이 되도록 설정해도 되고, 또는 출력 가능 파워(Wout)마다 상이한 값이 되거나, 혹은 출력 가능 파워(Wout)에 비례하는 값을 취하도록 구성해도 된다.
계속해서, 임계값(PC)이 설정된다(단계 S3). 임계값(PC)은, EV 모드로 주행 중에 엔진(1)을 시동할지 여부를 판정하기 위한 임계값이며, 출력 가능 파워(Wout)로부터, 엔진(1)의 시동에 필요로 하는 파워(PE)와, 보조 기기류에서 소비 혹은 요구되고 있는 파워(PA)와, 상기의 보정값(ΔP)을 감산하여 구해진다. PC=Wout-PE-PA-ΔP 보정값(ΔP)은, 상기 서술한 바와 같이, 출력 가능 파워(Wout)가 큰 경우에는 부의 값이 되기 때문에, 임계값(PC)을 산출하기 위해서는, 보정값(ΔP)은 출력 가능한 파워(Wout)에 가산하게 된다.
이렇게 하여 구해진 임계값(PC)의 예를 도 3에 모식적으로 나타내고 있다. 도 3에는, 도면에 나타나 있지 않은 프로펠라축 등의 출력 부재의 회전수(Np)를 가로축에 채용하고, 그 출력 부재의 토크(Tp)를 세로축에 채용하여, 출력 가능 파워(Wout1, Wout2(<Wout1), Wout3(<Wout2))와, 각각 대응시킨 임계값(PC1, PC2, PC3)을 예시하고 있다. 출력 가능 파워(Wout)가 큰(Wout1) 경우에는, 보정값(ΔP)은 작아져 부의 값을 취하고, 또한 그 절대값이 커지므로, 임계값(PC1)은 큰 값이 되어 출력 가능 파워(Wout1)를 나타내는 등파워선보다 고파워측으로 그어진 선으로 나타난다. 또한, 출력 가능 파워(Wout)가 작은(Wout3) 경우에는, 보정값(ΔP)은 큰 값이 되어 부의 값을 취하지만 그 절대값이 작아지거나, 혹은 정의 값을 취하므로, 임계값(PC3)은 작은 값이 되어 출력 가능 파워(Wout3)를 나타내는 등파워선보다 저파워측으로 크게 떨어져 그어진 선으로 나타난다. 출력 가능 파워(Wout)가 중 정도(Wout2)인 경우에는, 보정값(ΔP)이 중 정도가 되므로, 임계값(PC2)은 출력 가능 파워(Wout2)를 나타내는 등파워선에 접근하여 그어진 선, 혹은 겹쳐 그어진 선으로 나타난다. 즉, 출력 가능 파워(Wout)가 중 정도인 경우에 있어서의 출력 가능 파워(Wout)와 임계값(PC)의 편차는, 출력 가능 파워(Wout)가 큰 경우 및 작은 경우의 상기 편차보다 작아지도록 구성되어 있다.
이렇게 하여 설정한 임계값(PC)을, 운전자의 가감속 조작에 의거하는 요구 파워(PD)가 초과하였는지 여부가 판단된다(단계 S4). 요구 파워(PD)는, 예를 들면 차속(V)과 액셀 개방도(ACC)에 따라 요구 구동력을 구하고, 이 요구 구동력과 차속(V)에 의거하여 구할 수 있으며, 이 산출은 종래 알려져 있는 연산이어도 된다. 요구 파워(PD)가 임계값(PC)을 초과하고 있음으로써 단계 S4에서 긍정적으로 판단된 경우에는, 엔진(1)이 시동되어(단계 S5), 리턴한다. 구체적으로는, 제 1 모터·제너레이터(2)에 의해 정회전 방향의 토크를 발생시키고, 이 토크에 의해 링 기어(7)에 부회전 방향으로 작용하는 토크를 캔슬하도록, 제 2 모터·제너레이터(15)의 정회전 방향의 토크를 증대시킨다.
상기 서술한 도 7 혹은 도 8의 공선도로부터 알려지는 바와 같이, 제 2 모터·제너레이터(15)의 토크를 증대시켜 링 기어(7)의 회전수를 유지한 채 제 1 모터·제너레이터(2)에 의해 선 기어(6)의 부회전 방향의 회전수를 감하거나, 혹은 정회전 방향으로 회전수를 증대시키면, 캐리어(4)에 연결되어 있는 엔진(1)의 회전수가 늘어나, 엔진(1)의 모터링(크랭킹)이 실행된다. 이 경우, EV 주행 중과 마찬가지로, 각 모터·제너레이터(2, 15)가 모터로서 기능하도록, 각 모터·제너레이터(2, 15)에 큰 전류가 흐르므로, 도 1에 나타내는 엔진 시동 제어는, 모터·제너레이터(2, 15)나 전원부(18) 등에 열적 제약 혹은 온도상의 제약이 없는 것을 전제 조건으로 하여 실행하게 된다. 또한, 요구 파워(PD)가 임계값(PC) 이하임으로써 단계 S4에서 부정적으로 판단된 경우에는, EV 모드가 계속되어(단계 S6), 리턴한다.
따라서, 상기 서술한 도 1에 나타내는 제어에 의하면, EV 주행 상태에서 엔진(1)을 시동하기 위한 임계값(PC)이, 출력 가능 파워(Wout)가 큰 경우에는, 큰 값으로 설정된다. 이 때문에, 예를 들면 액셀 개방도(ACC)가 커져 요구 파워(PD)가 큰 값이 될 때까지 EV 모드가 계속되어, 축전 장치의 전력이 주행을 위하여 사용된다. 즉, 축전되어 있는 전력을 주행을 위하여 사용하는 비율 혹은 빈도가 증대하고, 전력의 유효 이용이 의도된다. 또한, 각 모터·제너레이터(2, 15)를 구동하기 위한 파워(전력)가 충분하게 있으므로, 엔진(1)의 회전수를 신속하게 증대시키고, 또한 구동 토크의 부족을 억제하여, 원활하게 엔진(1)을 시동할 수 있다.
이에 대하여, 출력 가능 파워(Wout)가 저하되고 있는 경우에는, 임계값(PC)이 작은 값이 되므로, EV 모드의 계속 시간 혹은 기회가 저하되지만, 출력 가능 파워가 남아있는 상태에서 엔진(1)을 모터링하게 되기 때문에, 구동력의 부족이나 쇼크 등을 초래하지 않아, 원활하게 엔진(1)을 시동할 수 있다. 출력 가능 파워(Wout)가 중 정도이면, 요구 파워(PD)가 작은 단계에서 엔진(1)을 시동하지 않으므로, EV 모드의 계속 시간이나 기회를 증대시킬 수 있음과 함께, 요구 파워가 특히 커질 때까지 EV 모드를 계속하지 않으므로, 구동력이 부족되는 등의 사태를 초래하지 않아 엔진(1)을 시동할 수 있다.
이어서 본 발명의 실시예에 있어서의 제어의 다른 예를 설명한다. EV 주행하고 있는 상태에서 요구 파워가 증대하면, 구동 요구를 충족하기 위하여 엔진(1)을 시동하게 된다. 이 경우, 엔진(1)이 시동되어 구동력을 발생시킴으로써, 구동 요구를 충족시키게 되므로, 엔진(1)의 시동에 지연이 발생하면, 구동력의 부족이나 에에 따른 이른바 느림감이 발생하는 경우가 있다. 엔진(1)의 시동의 지연은, 엔진 시동의 판정을 행하는 임계값이 적정하면, 모터링을 위한 파워나 모터링에 따른 반력을 캔슬하기 위한 파워가 충분히 확보되어 있으므로 특별히 발생하지는 않지만, 엔진(1)의 온도가 저온인 등의 특수한 상황하에 있어서는, 엔진 시동에 지연이 발생하는 경우가 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에서는, 이하의 제어를 행한다.
도 4는 이 제어예를 설명하기 위한 플로우 차트로서, 상기 서술한 도 1에 나타내는 단계 S2에서 동시에 실행하는 서브루틴으로서 구성할 수 있다. 우선, 엔진(1)의 시동이 첫 회인지 여부가 판단된다(단계 S21). 「첫 회」란, 축전 장치로부터 각 모터·제너레이터(2, 15)로 전력을 공급 가능한 상태(Ready-On 상태)가 된 후의 제 1 회째의 엔진 시동 판단이다. 이 단계 S21에서 부정적으로 판단된 경우에는, 특별히 제어를 행하지 않고 리턴한다. 이에 반하여 단계 S21에서 긍정적으로 판단된 경우에는, 엔진(1)의 온도에 의거한 제 2 보정값(ΔP2)이 구해진다(단계 S22). 제 2 보정값(ΔP2)은, 엔진(1)이 저온임으로써 시동에 시간이 걸리는 것이 추정되는 경우에, 축전 장치로부터 출력 가능한 파워(Wout)에 여유가 있는 상태에서 엔진(1)의 시동을 행하기 위한 보정값이며, 상기 서술한 도 1을 참조하여 설명한 임계값(PC)을 작은 값으로 보정하기 위한 것이다. 구체적으로는, 도 5에 나타내는 미리 준비된 맵에 의거하여 구해진다.
도 5에 나타내는 맵은, 엔진(1)의 온도(Teng)마다 제 2 보정값(ΔP2)을 정한 맵이며, 엔진 온도(Teng)가 0℃보다 낮은 소정의 온도 이상이면, 소정의 일정값을 채용하고, 또한 그 소정의 온도보다 저온이면, 저온이 될수록 큰 값이 되도록 구성되어 있다. 이 맵은, 엔진(1)의 시동의 지연을 회피하기 위한 보정값을 정한 것이며, 엔진(1)의 시동의 지연은, 체감되는 것이기 때문에, 상기의 맵 혹은 보정값(ΔP2)은, 실험이나 시뮬레이션 등에 의해 미리 정해진다. 또한, 엔진(1)의 온도(Teng)는 엔진 수온으로 대체해도 된다.
계속해서, 상기의 제 2 보정값(ΔP2)을 사용하여 제 2 임계값(P2C)이 구해져(단계 S23), 리턴한다. 제 2 임계값(P2C)은, 출력 가능 파워(Wout)를 고려한 상기 제 1 임계값(PC)을, 엔진(1)의 온도(Teng)를 고려하여 보정한 임계값이며, 구체적으로는 상기 서술한 제 1 임계값(PC)으로부터 상기 제 2 보정값(ΔP2)을 감산하여 구해진다. P2C=PC-ΔP2
따라서, 도 1에 나타내는 단계 S3에서는, PC=Wout-PE-PA-ΔP-ΔP2의 연산을 행하는 것으로 하고, 엔진(1)의 시동이 첫 회인 경우에는, 제 2 보정값(ΔP2)을 도 5에 나타내는 맵으로부터 판독하고, 그 이외는 제 2 보정값(ΔP2)을 제로(ΔP2=0)로 하도록 구성해도 된다.
따라서, 엔진(1)의 온도가 낮은 경우에는, 제 2 보정값(ΔP2)이 큰 값이 되므로, 엔진(1)의 시동을 판정하는 임계값(P2C)이 작은 값이 된다. 이 때문에, 요구 파워가 작은 상태에서 엔진(1)을 시동하게 된다. 즉, 출력 가능 파워(Wout)가 작아도 엔진(1)의 시동에 필요로 하는 파워에 대하여 여유가 있는 상태에서 엔진(1)이 시동되므로, 신속하게 엔진(1)을 시동하고, 이른바 느린감 등의 위화감이 발생하는 것을 회피 혹은 억제할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 서술한 실시예에 한정되지 않고, 엔진(1)의 역회전을 멈추게 하는 계합 기구는, 일 방향 클러치를 대신하여, 다판(多板) 클러치나 맞물림 클러치로 해도 된다. 또한, 동력 분할 기구는, 기어로 구성된 기구 이외에, 롤러로 구성된 기구여도 된다. 그리고, 본 발명은, 특허 청구범위에 기재된 구성의 범위에서 적절하게 변경할 수 있다.

Claims (2)

  1. 하이브리드차의 제어 장치에 있어서,
    상기 하이브리드차는,
    동력 분할 기구(3)와,
    엔진(1)과,
    상기 동력 분할 기구를 개재하여 상기 엔진에 연결되는 제 1 모터(2)와,
    상기 동력 분할 기구의 출력 요소에 연결되는 제 2 모터(15)와,
    상기 제 1 모터 및 상기 제 2 모터에 접속되는 축전 장치(18)와,
    상기 엔진의 역회전을 저지하도록 구성되는 계합 기구(10)와, 보조 기기류를 포함하며,
    상기 하이브리드차는, 상기 계합 기구에 의해 상기 엔진의 역회전을 저지한 상태에서 상기 제 1 모터 및 제 2 모터가 출력하는 구동력에 의해 전기 주행하고,
    상기 제어 장치는, 컨트롤러(19)를 포함하며,
    상기 컨트롤러(19)는,
    i) 상기 하이브리드차가 상기 전기 주행하고 있는 상태에서 상기 엔진을 시동하고,
    ii) 제 1 파워, 제 2 파워, 제 3 파워 및 제 4 파워를 구하고 - 상기 제 1 파워는 상기 엔진의 시동에 필요로 하는 파워이고, 상기 제 2 파워는 상기 하이브리드차의 운전자에 의한 가감속 조작에 의거하는 요구 파워이고, 상기 제 3 파워는 상기 보조 기기류에서 소비하는 파워이고, 상기 제 4 파워는 상기 축전 장치로부터 출력 가능한 파워임 -
    iii) 정의 값 혹은 부의 값이 되는 제 1 보정값을 구하고 - 상기 제 1 보정값은, 상기 제 4 파워가 클수록 작은 값이 되고, 또한 상기 제 4 파워가 작을수록 큰 값이 됨 -
    iv) 상기 제 4 파워로부터, 상기 제 1 파워와 상기 제 3 파워와 상기 제 1 보정값을 감산함으로써, 상기 제 4 파워가 클수록 큰 값이 되는 제 1 임계값을 구하고,
    v) 상기 전기 주행 중에, 상기 제 2 파워가 상기 제 1 임계값을 초과한 경우에 상기 엔진을 시동하도록 구성되는 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    vi) 상기 엔진의 온도가 저온일수록 큰 값이 되는 제 2 보정값을 구하고,
    vii) 상기 제 1 임계값을 상기 제 2 보정값에 따라 감하여 제 2 임계값을 구하고,
    viii) 상기 축전 장치로부터 상기 제 1 모터 및 제 2 모터에 대하여 전력을 공급가능한 상태로 전환된 후에 최초에 상기 엔진을 시동하는 경우에는, 상기 제 2 파워가 상기 제 2 임계값을 초과한 경우에 상기 엔진을 시동하도록 구성되는 제어 장치.
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