KR20180002516A - 하이브리드 차량을 위한 제어 장치, 및 하이브리드 차량을 위한 제어 방법 - Google Patents

하이브리드 차량을 위한 제어 장치, 및 하이브리드 차량을 위한 제어 방법 Download PDF

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KR20180002516A
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히데히로 오바
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도요타지도샤가부시키가이샤
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Abstract

전자 제어 유닛(100)은, 시리즈 모드, 시리즈 패러렐 모드 및 패러렐 모드 중 어느 주행 모드를 선택하도록 구성된다. 하이브리드 차량(1)의 부하 레벨은, 패러렐 모드가 선택되는 부하 레벨, 시리즈 패러렐 모드가 선택되는 부하 레벨 및 시리즈 모드가 선택되는 부하 레벨의 순으로 높은 값으로 설정된다. 즉, 상기 전자 제어 유닛(100)은, 중부하 영역에서는 시리즈 패러렐 모드를 선택하고, 저부하 영역에서는 시리즈 모드를 선택하고, 고부하 영역에서는 패러렐 모드를 선택한다.

Description

하이브리드 차량을 위한 제어 장치, 및 하이브리드 차량을 위한 제어 방법 {CONTROL APPARATUS FOR HYBRID VEHICLE AND CONTROL METHOD FOR HYBRID VEHICLE}
본 발명은 시리즈 모드, 시리즈 패러렐 모드 및 패러렐 모드 중에서 어느 주행 모드를 선택하도록 구성된 하이브리드 차량의 제어 장치, 및 하이브리드 차량을 위한 제어 방법에 관한 것이다.
하이브리드 차량에는, 구동력원으로서 엔진 및 모터가 구비된다. 종래, 엔진 및 모터의 쌍방의 동력을 사용하여 주행하는 방식으로서, 시리즈 주행, 시리즈 패러렐 주행 및 패러렐 주행이 알려져 있다. 이들 3개의 주행 방식은, 엔진의 동력 전달 경로가 상이하다.
시리즈 주행은, 엔진을 제네레이터에 접속하고, 엔진의 동력을 제네레이터에 전달하여 일단 전력으로 변환하고, 상기 전력으로 모터를 구동하는 방식이다. 즉, 시리즈 주행에서는, 엔진의 동력은 제네레이터에 전달되어 전력으로 변환된다.
시리즈 패러렐 주행은, 엔진을 동력 분할 기구(유성 기어 기구 등)를 통하여 제네레이터 및 구동륜에 접속하고, 엔진의 동력을 분할하여 제네레이터와 구동륜에 전달하는 방식이다. 즉, 시리즈 패러렐 주행에서는, 엔진의 동력의 일부는 제네레이터에 전달되어 전력으로 변환되고, 나머지가 구동륜에 기계적으로 전달된다.
패러렐 주행은, 엔진 및 모터를 구동륜에 대하여 병렬적으로 접속하고, 쌍방의 동력을 구동륜에 전달하는 방식이다. 따라서, 패러렐 주행에서는, 엔진의 동력은 구동륜에 기계적으로 전달된다.
상기 3개의 주행 방식(시리즈 주행, 시리즈 패러렐 주행, 패러렐 주행)을 필요에 따라 전환하는 것이 가능하게 구성된 하이브리드 차량이, 예를 들어 일본 특허 공개 제2012-86725호에 개시되어 있다.
그러나, 일본 특허 공개 제2012-86725호에는, 상기 3개의 주행 방식 중에서 하나의 주행 방식을 어떻게 선택하는지에 대하여 개시되어 있지 않다. 상기 3개의 주행 방식은, 엔진의 동력 전달 경로의 차이에 기인하여 엔진 열 효율 및 동력 전달 효율(엔진 및 모터의 동력이 구동륜에 전달되는 비율) 등의 특성이 상위하다. 그런데, 일본 특허 공개 제2012-86725호에는, 각 주행 방식의 특성의 차이 및 그 차이를 고려한 주행 방식의 선택 방법에 대하여 전혀 개시되어 있지 않다.
본 개시는 시리즈 모드, 시리즈 패러렐 모드 및 패러렐 모드 중 어느 주행 모드를 선택하도록 구성된 하이브리드 차량에 있어서, 각 주행 모드의 특성의 차이를 고려하여 최적의 주행 모드를 선택한다.
본 발명의 제1 형태는, 하이브리드 차량을 위한 제어 장치이다. 상기 하이브리드 차량은, 엔진과, 제1 회전 전기와, 출력축과, 제2 회전 전기와, 유성 기어 기구와, 전환 장치와, 전자 제어 유닛을 포함한다. 상기 출력축은 구동륜에 접속된다. 상기 제2 회전 전기는, 상기 출력축에 접속된다. 상기 유성 기어 기구는, 상기 엔진, 상기 제1 회전 전기 및 상기 출력축을 기계적으로 연결시킨다. 전환 장치는, 상기 엔진 및 상기 출력축에 대한 상기 유성 기어 기구의 연결 상태를 변경하도록 구성된다. 상기 전자 제어 유닛은, 상기 유성 기어 기구의 연결 상태를 변경하도록 상기 전환 장치를 제어하도록 구성된다. 상기 전자 제어 유닛은, 상기 하이브리드 차량의 부하 레벨에 따라, 상기 유성 기어 기구의 연결 상태를 변경함으로써, 3개의 주행 모드로부터 하나의 주행 모드를 선택하도록 구성된다. 상기 3개의 주행 모드는, 시리즈 모드, 시리즈 패러렐 모드 및 패러렐 모드이다. 상기 시리즈 모드는, 상기 엔진의 동력을 상기 제1 회전 전기에 전달하여 전력으로 변환하는 모드이다. 상기 시리즈 패러렐 모드는, 상기 제1 회전 전기의 토크를 사용하여 상기 엔진의 동력의 일부를 상기 출력축에 기계적으로 전달하면서, 상기 엔진의 동력의 잔부를 상기 제1 회전 전기와 상기 제2 회전 전기의 어느 한쪽에 전달하여 전력으로 변환하는 모드이다. 상기 패러렐 모드는, 감속비를 소정비로 기계적으로 고정한 상태에서, 상기 엔진의 동력을 상기 출력축에 기계적으로 전달하는 모드이다. 상기 감속비는, 상기 출력축의 회전 속도에 대한 상기 엔진의 회전 속도의 비이다. 상기 하이브리드 차량의 상기 부하 레벨은, 제1 부하 레벨, 제2 부하 레벨, 제3 부하 레벨의 순으로 낮아진다. 상기 제1 부하 레벨은, 상기 패러렐 모드가 선택되는 부하 레벨이다. 상기 제2 부하 레벨은, 상기 시리즈 패러렐 모드가 선택되는 부하 레벨이다. 상기 제3 부하 레벨은, 상기 시리즈 모드가 선택되는 부하 레벨이다.
상기 구성에 따르면, 전환 장치를 제어하여 유성 기어 기구의 연결 상태를 변경함으로써, 주행 모드를 시리즈 모드, 시리즈 패러렐 모드, 패러렐 모드 중 어느 것으로 전환 가능하게 구성된다. 상기 3개의 주행 모드는, 엔진을 동작시켜 주행한다고 하는 공통점은 있는 한편, 동력 전달 경로의 차이에 기인하여 하기와 같은 특성(엔진 열 효율 및 동력 전달 효율)의 차이가 발생한다.
시리즈 모드는, 유성 기어 기구의 연결 상태의 변경에 의해 엔진과 출력축의 사이의 기계적인 동력 전달이 차단되는 모드이다. 그 때문에, 엔진의 회전 속도를 차속에 구속되지 않고 최적값으로 조정할 수 있다. 한편, 시리즈 모드에서는, 제1 회전 전기가 발전한 전력으로 제2 회전 전기를 구동하는 것을 전제로 하고 있기 때문에, 각 회전 전기에 있어서 전기 변환 손실이 일정 비율 발생한다. 따라서, 시리즈 모드에서는, 엔진 열 효율을 최적으로 할 수 있는 한편, 동력 전달 효율이 전기 변환 손실만큼 저하되는 특성을 갖는다.
시리즈 패러렐 모드는, 제1 회전 전기의 회전 속도를 차속(출력축의 회전 속도)에 따라 적절히 조정함으로써, 엔진의 회전 속도를 차속에 구속되지 않고 최적값으로 조정할 수 있는 모드이다. 한편, 시리즈 패러렐 모드에서는, 동력 전달 효율이 차량의 부하 레벨에 따라 변화한다. 구체적으로는, 저부하 시에 있어서는 감속비(출력축의 회전 속도에 대한 엔진의 회전 속도의 비)가 작아진다. 그리고, 감속비가 작아짐으로써, 제1 회전 전기가 부(負)회전 상태로 되면, 엔진의 동력이 제2 회전 전기에 의해 전력으로 변환된다. 그리고, 상기 전력이 제1 회전 전기에 공급되는 현상(이하 「동력 순환」이라고 함)이 발생하고, 이 동력 순환에 의한 큰 손실이 발생한다. 그 때문에, 저부하 영역의 동력 전달 효율은, 중부하 영역의 동력 전달 효율보다 낮아진다. 한편, 고부하 영역에 있어서는 감속비가 커진다. 그리고, 감속비가 커짐으로써, 제1 회전 전기가 고회전 상태로 되면 전기 변환 손실이 커진다. 그 때문에, 고부하 시의 동력 전달 효율은, 중부하 시의 동력 전달 효율보다 전기 변환 손실만큼 저하된다. 따라서, 시리즈 패러렐 모드에서는, 시리즈 모드와 마찬가지로 엔진 열 효율을 최적으로 할 수 있는 한편, 동력 전달 효율이 차량의 부하 레벨에 따라 호형으로 되는(중부하 영역에서 높고, 저부하 영역 및 고부하 영역에서는 낮은) 특성을 갖는다.
패러렐 모드에서는, 감속비가 소정비로 기계적으로 고정되어 엔진과 출력축이 직접적으로 접속되기 때문에, 다른 모드에 비하여 엔진의 동력을 효율적으로 출력축에 전달할 수 있다. 또한, 패러렐 모드에서는, 각 회전 전기에서의 전력 변환을 전제로 하고 있지 않기 때문에, 전기 변환 손실도 적다. 따라서, 패러렐 모드에서는, 동력 전달 효율이 다른 모드보다 우수하다. 한편, 패러렐 모드에서는, 감속비가 소정비로 고정됨으로써 엔진의 회전 속도가 차속에 구속되므로 엔진을 최적 연비 동작선 상에서 운전시키지 못할 가능성이 있지만, 고부하 시라면 엔진 열 효율은 원래 높다. 이와 같이, 패러렐 모드에서는, 동력 전달 효율이 다른 모드보다 우수한 한편, 엔진 열 효율은 다른 모드보다 떨어질 가능성이 있다. 단, 고부하 시라면, 엔진 열 효율을 상당히 높은 값으로 유지 가능하다.
상기와 같은 특성의 차이에 비추어, 상기 구성에 따르면, 상기 하이브리드 차량의 상기 부하 레벨은, 패러렐 모드가 선택되는 부하 레벨, 시리즈 패러렐 모드가 선택되는 부하 레벨, 및 시리즈 모드가 선택되는 부하 레벨의 순으로 높은 레벨로 설정된다. 즉, 중부하 영역에서는, 엔진 열 효율 및 동력 전달 효율이 우수한 시리즈 패러렐 모드가 선택된다. 저부하 영역에서는, 시리즈 모드가 선택되기 때문에, 엔진 열 효율이 우수하다고 하는 장점을 가진 상태에서, 동력 전달 효율의 저하를 억제할 수 있다. 고부하 영역에서는, 다른 모드에 비하여 동력 전달 효율이 우수하고, 또한 엔진 열 효율도 상당히 높은 패러렐 모드가 선택된다.
상기 구성에 따르면, 시리즈 모드, 시리즈 패러렐 모드 및 패러렐 모드 중 어느 주행 모드를 선택 가능하게 구성된 하이브리드 차량에 있어서, 각 주행 모드의 특성을 고려하여 최적의 주행 모드를 선택할 수 있다.
상기 하이브리드 차량을 위한 제어 장치에 있어서, 상기 전자 제어 유닛은, 상기 시리즈 패러렐 모드에서 상기 엔진이 최적 연비 동작선 상에서 운전된다고 가정한 경우에 제1 예측값을 파라미터로 하여 상기 부하 레벨을 판정하도록 구성되어도 된다. 상기 제1 예측값은, 상기 전자 제어 유닛에 의해 운전자의 요구 구동력 및 차속으로부터 결정되는 상기 감속비의 예측값이어도 된다. 상기 전자 제어 유닛은, 상기 제1 예측값이 제1 역치 미만인 경우에 상기 시리즈 모드를 선택하도록 구성되어도 된다. 상기 전자 제어 유닛은, 상기 제1 예측값이 상기 제1 역치보다 크고, 또한 제2 역치 미만인 경우에 상기 시리즈 패러렐 모드를 선택하도록 구성되어도 된다. 상기 전자 제어 유닛은, 상기 제1 예측값이 상기 제2 역치보다 큰 경우에 상기 패러렐 모드를 선택하도록 구성되어도 된다.
상기 구성에 따르면, 시리즈 패러렐 모드에서 엔진이 최적 연비 동작선(엔진의 회전 속도에 대한 최대 열 효율점을 연결한 선) 상에서 운전된다고 가정한 경우에, 상기 전자 제어 유닛은, 운전자의 요구 구동력 및 차속으로부터 결정되는 감속비의 예측값을 파라미터로 하여, 부하 레벨을 판정한다. 감속비의 예측값이 제1 역치 미만인 경우에는, 시리즈 패러렐 모드에서 동력 순환이 발생할 수 있는 저부하 영역이라고 판정되고, 시리즈 모드가 선택된다. 감속비의 예측값이 제1 역치보다 크고, 또한 제2 역치 미만인 경우에는, 중부하 영역이라고 판정되고, 중부하 영역에 최적인 시리즈 패러렐 모드가 선택된다. 감속비의 예측값이 제2 역치보다 큰 경우에는, 고부하 영역이라고 판정되고, 고부하 영역에 최적인 패러렐 모드가 선택된다. 이에 의해, 부하 레벨에 따른 최적의 주행 모드를 선택할 수 있다.
상기 하이브리드 차량을 위한 제어 장치에 있어서, 상기 제1 역치는, 최적 감속비보다 제1 소정값 작은 값으로 설정되어도 된다. 상기 최적 감속비는, 상기 시리즈 패러렐 모드에서 상기 엔진이 상기 최적 연비 동작선 상에서 운전되고, 또한 상기 제1 회전 전기의 회전 속도가 0으로 된다고 가정한 경우의 상기 감속비여도 된다. 상기 제2 역치는, 상기 최적 감속비보다 제2 소정값 큰 값으로 설정되어도 된다.
시리즈 패러렐 모드에 있어서는, 엔진이 최적 연비 동작선 상에서 운전되고, 또한 제1 회전 전기의 회전 속도가 0으로 되는 경우에, 엔진 열 효율이 최적으로 되고, 또한 제1 회전 전기의 전기 변환 손실이 최소로 되고 동력 전달 효율이 최대로 된다. 그 때문에, 상기 구성에 따르면, 제1 역치가 최적 감속비(엔진이 최적 연비 동작선 상에서 운전되고, 또한 제1 회전 전기의 회전 속도가 0으로 되는 경우의 감속비)보다 상기 제1 소정값 작은 값으로 설정된다. 그리고, 제2 역치가 최적 감속비보다 상기 제2 소정값 큰 값으로 설정된다. 이에 의해, 시리즈 패러렐 모드가 선택되는 영역에, 감속비가 최적 감속비로 되는 영역이 포함되게 된다. 그 결과, 시리즈 패러렐 모드가 선택되는 경우에 있어서, 엔진 열 효율을 최적으로 하면서, 감속비를 최적 감속비 혹은 최적 감속비에 가까운 값으로 하여 동력 전달 효율을 높일 수 있다.
상기 하이브리드 차량을 위한 제어 장치에 있어서, 상기 전자 제어 유닛은, 제2 예측값을 파라미터로 하여 상기 부하 레벨을 판정하도록 구성되어도 된다. 상기 제2 예측값은, 상기 제1 회전 전기(20)의 회전 속도의 예측값이며, 상기 시리즈 패러렐 모드에서 상기 엔진(10)이 최적 연비 동작선 상에서 운전될 때 달성되는 예측값이어도 된다. 상기 전자 제어 유닛은, 상기 제2 예측값이 제3 역치 미만인 경우에 상기 시리즈 모드를 선택하도록 구성되어도 된다. 상기 전자 제어 유닛은, 상기 제2 예측값이 상기 제3 역치보다 높고, 또한 제4 역치 미만인 경우에 상기 시리즈 패러렐 모드를 선택하도록 구성되어도 된다. 상기 전자 제어 유닛은, 상기 제2 예측값이 상기 제4 역치보다 높은 경우에 상기 패러렐 모드를 선택하도록 구성되어도 된다.
상기 구성에 따르면, 상기 전자 제어 유닛은, 상기 제1 회전 전기의 회전 속도의 예측값이며, 상기 시리즈 패러렐 모드에서 상기 엔진이 최적 연비 동작선 상에서 운전될 때 달성되는 예측값을 파라미터로 하여, 부하 레벨을 판정한다. 그리고, 회전 속도의 예측값이 제1 역치 미만인 경우에는, 부하 레벨은 시리즈 패러렐 모드에서 동력 순환이 발생할 수 있는 저부하 영역이라고 판정되고, 시리즈 모드가 선택된다. 회전 속도의 예측값이 제3 역치보다 높고, 또한 제4 역치 미만인 경우에는, 부하 레벨은 중부하 영역이라고 판정되고, 중부하 영역에 최적인 시리즈 패러렐 모드가 선택된다. 회전 속도의 예측값이 제4 역치보다 높은 경우, 부하 레벨은 고부하 영역이라고 판정되고, 고부하 영역에 최적인 패러렐 모드가 선택된다. 이에 의해, 부하 레벨에 따른 최적의 주행 모드를 선택할 수 있다.
상기 하이브리드 차량을 위한 제어 장치에 있어서, 상기 제3 역치는, 0보다 제3 소정값 낮은 음의 값으로 설정되어도 된다. 상기 제4 역치는, 0보다 제4 소정값 높은 양의 값으로 설정되어도 된다.
시리즈 패러렐 모드에 있어서는, 엔진이 최적 연비 동작선 상에서 운전되고, 또한 제1 회전 전기의 회전 속도가 0으로 되는 경우에, 엔진 열 효율이 최적으로 되고, 또한 제1 회전 전기의 전기 변환 손실이 최소로 되고 동력 전달 효율이 최대로 된다. 그 때문에, 상기 구성에 따르면, 제3 역치가 0보다 상기 제3 소정값 작은 값으로 설정되고, 제4 역치가 0보다 상기 제4 소정값 큰 값으로 설정된다. 이에 의해, 시리즈 패러렐 모드가 선택되는 영역에, 제1 회전 전기의 회전 속도가 0으로 되는 영역이 포함되게 된다. 그 결과, 시리즈 패러렐 모드가 선택되는 경우에 있어서, 엔진 열 효율을 최적으로 하면서, 제1 회전 전기의 회전 속도를 0 혹은 0에 가까운 값으로 하여 동력 전달 효율을 높일 수 있다.
상기 하이브리드 차량을 위한 제어 장치에 있어서, 상기 전자 제어 유닛은, 상기 하이브리드 차량에 대한 요구 구동 토크를 파라미터로 하여 상기 부하 레벨을 판정하도록 구성되어도 된다. 상기 전자 제어 유닛은, 상기 요구 구동 토크가 제3 역치 미만인 경우에 상기 시리즈 모드를 선택하도록 구성되어도 된다. 상기 전자 제어 유닛은, 상기 요구 구동 토크가 상기 제3 역치보다 크고, 또한 제4 역치 미만인 경우에 상기 시리즈 패러렐 모드를 선택하도록 구성되어도 된다. 상기 전자 제어 유닛은, 상기 요구 구동 토크가 상기 제4 역치보다 큰 경우에 상기 패러렐 모드를 선택하도록 구성되어도 된다.
상기 구성에 따르면, 상기 전자 제어 유닛은, 하이브리드 차량에 대한 요구 구동 토크를 파라미터로 하여, 부하 레벨을 판정한다. 그리고, 요구 구동 토크가 제3 역치 미만인 경우에는, 부하 레벨은 시리즈 패러렐 모드에서 동력 순환이 발생할 수 있는 저부하 영역이라고 판정되고, 시리즈 모드가 선택된다. 요구 구동 토크가 제3 역치보다 크고, 또한 제4 역치 미만인 경우에는, 부하 레벨은 중부하 영역이라고 판정되고, 중부하 영역에 최적인 시리즈 패러렐 모드가 선택된다. 요구 구동 토크가 제3 역치보다 높은 경우, 부하 레벨은 고부하 영역이라고 판정되고, 고부하 영역에 최적인 패러렐 모드가 선택된다. 이에 의해, 부하 레벨에 따른 최적의 주행 모드를 선택할 수 있다.
본 발명의 제2 형태는, 하이브리드 차량을 위한 제어 방법이다. 상기 하이브리드 차량은, 엔진과, 제1 회전 전기와, 출력축과, 제2 회전 전기와, 유성 기어 기구와, 전환 장치와, 전자 제어 유닛을 포함한다. 상기 출력축은 구동륜에 접속된다. 상기 제2 회전 전기는, 상기 출력축에 접속된다. 상기 유성 기어 기구는, 상기 엔진, 상기 제1 회전 전기 및 상기 출력축을 기계적으로 연결시킨다. 전환 장치는, 상기 엔진 및 상기 출력축에 대한 상기 유성 기어 기구의 연결 상태를 변경하도록 구성된다. 상기 제어 방법은, 상기 유성 기어 기구의 연결 상태를 변경하도록 상기 전환 장치를 상기 전자 제어 유닛에 의해 제어하는 것, 및 상기 하이브리드 차량의 부하 레벨에 따라, 상기 유성 기어 기구의 연결 상태를 변경함으로써, 3개의 주행 모드로부터의 하나의 주행 모드를 상기 전자 제어 유닛에 의해 선택하는 것을 포함한다. 상기 3개의 주행 모드는, 시리즈 모드, 시리즈 패러렐 모드 및 패러렐 모드이다. 상기 시리즈 모드는, 상기 엔진의 동력을 상기 제1 회전 전기에 전달하여 전력으로 변환하는 모드이고, 상기 시리즈 패러렐 모드는, 상기 제1 회전 전기의 토크를 사용하여 상기 엔진의 동력의 일부를 상기 출력축에 기계적으로 전달하면서, 상기 엔진의 동력의 잔부를 상기 제1 회전 전기와 상기 제2 회전 전기의 어느 한쪽에 전달하여 전력으로 변환하는 모드이다. 상기 패러렐 모드는, 감속비를 소정비로 기계적으로 고정한 상태에서, 상기 엔진의 동력을 상기 출력축에 기계적으로 전달하는 모드이다. 상기 감속비는, 상기 출력축의 회전 속도에 대한 상기 엔진의 회전 속도의 비이다. 상기 하이브리드 차량의 상기 부하 레벨은, 제1 부하 레벨, 제2 부하 레벨, 제3 부하 레벨의 순으로 낮아진다. 상기 제1 부하 레벨은, 상기 패러렐 모드가 선택되는 부하 레벨이다. 상기 제2 부하 레벨은, 상기 시리즈 패러렐 모드가 선택되는 부하 레벨이다. 상기 제3 부하 레벨은, 상기 시리즈 모드가 선택되는 부하 레벨이다.
상기 구성에 따르면, 시리즈 모드, 시리즈 패러렐 모드 및 패러렐 모드 중 어느 주행 모드를 선택하도록 구성된 하이브리드 차량에 있어서, 각 주행 모드의 특성을 고려하여 최적의 주행 모드를 선택할 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예의 특징, 이점, 기술적 및 산업적 의의는 첨부된 도면을 참조하여 이하에 설명될 것이며, 동일한 도면 부호는 동일한 요소를 나타낸다.
도 1은, 하이브리드 차량의 전체 구성의 일례를 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 2는, 제어 장치의 구성의 일례를 도시하는 블록도이다.
도 3은, 각 주행 모드에 있어서의 제어 상태를 도시하는 걸림 결합표이다.
도 4는, 엔진의 등열 효율선 및 최적 연비 동작선을 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 5는, 각 주행 모드가 선택되는 부하 레벨의 이미지를 도시하는 도면이다.
도 6은, 부하 레벨과 각 주행 모드의 동력 전달 효율의 대응 관계를 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 7은, 시리즈 패러렐 모드 중에 감속비 γ가 최적 감속비 γc로 되는 경우의 공선도를 도시한다.
도 8은, 시리즈 패러렐 모드 중에 감속비 γ가 최적 감속비 γc 미만으로 되는 경우의 공선도를 도시한다.
도 9는, 제어 장치의 처리 수순의 일례를 도시하는 흐름도(그의 1)이다.
도 10은, 제어 장치의 처리 수순의 일례를 도시하는 흐름도(그의 2)이다.
도 11은, 제어 장치의 처리 수순의 일례를 도시하는 흐름도(그의 3)이다.
도 12는, 구동 장치를 모식적으로 도시하는 도면(그의 1)이다.
도 13은, 구동 장치를 모식적으로 도시하는 도면(그의 2)이다.
도 14는, 구동 장치를 모식적으로 도시하는 도면(그의 3)이다.
도 15는, 구동 장치를 모식적으로 도시하는 도면(그의 4)이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여, 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 또한, 도면 중 동일 또는 상당 부분에는 동일 부호를 붙여 그 설명은 반복하지 않는다.
도 1은, 본 실시 형태에 따른 차량(1)의 전체 구성의 일례를 모식적으로 도시하는 도면이다. 차량(1)은, 구동 장치(2)와, 구동륜(90)과, 제어 장치(100)와, 유압 회로(500)를 포함한다. 구동 장치(2)는, 엔진(10)과, 제1 모터 제너레이터(제1 MG)(20)와, 제2 모터 제너레이터(제2 MG)(30)와, 제1 유성 기어 장치(동력 분할 장치)(40)와, 제2 유성 기어 장치(50)와, 클러치(C1)와, 클러치(C2)와, 브레이크(B1)를 포함한다. 제2 유성 기어 장치(50), 클러치(C1, C2), 브레이크(B1) 및 유압 회로(500)는, 전환 장치로서 기능한다. 후술하는 바와 같이, 전환 장치는 엔진(10)과 제1 유성 기어 장치(40)의 접속 상태를 전환한다.
차량(1)은, 엔진(10)과, 제1 MG(20)와, 제2 MG(30) 중 적어도 어느 동력을 사용하여 주행하는 하이브리드 차량이다. 엔진(10)은, 예를 들어 가솔린 엔진이나 디젤 엔진 등의 내연 기관이다. 제1 MG(20) 및 제2 MG(30)는, 모터로서도 제네레이터로서도 기능하는 회전 전기(예를 들어 영구 자석형의 3상 교류 회전 전기)이다. 제1 MG(20) 및 제2 MG(30)는, 도시하지 않은 구동용 배터리에 전기적으로 접속된다. 제1 MG(20)는, 제2 MG(30)가 발전한 전력 및 구동용 배터리로부터 공급되는 전력 중 적어도 한쪽으로 구동된다. 제2 MG(30)는, 제1 MG(20)가 발전한 전력 및 구동용 배터리로부터 공급되는 전력 중 적어도 한쪽으로 구동된다.
제1 MG(20)의 로터에는 회전축(22)이 고정되어 있고, 제2 MG(30)의 로터에는 회전축(31)이 고정되어 있다. 또한, 회전축(22)은, 제1 축(12) 상에 배치되어 있고, 회전축(31)은, 제1 축(12)에 평행한 제2 축(14) 상에 배치되어 있다.
제1 축(12) 상에는, 제1 MG(20)와, 제2 유성 기어 장치(50)와, 제1 유성 기어 장치(40)와, 클러치(C2)와, 클러치(C1)와, 엔진(10)이 순차적으로 배치되어 있다.
제2 유성 기어 장치(50)는, 선 기어(S2)와, 복수의 피니언 기어(P2)와, 각 피니언 기어(P2)를 접속하는 캐리어(CA2)와, 링 기어(R2)를 포함한다. 제2 유성 기어 장치(50)는 싱글 플래니터리 기어이다.
선 기어(S2)는 회전축(22)에 고정되어 있다. 링 기어(R2)는 선 기어(S2)의 외주측에 설치되어 있고, 회전 중심이 제1 축(12)과 동축으로 되도록 배치되어 있다. 캐리어(CA2)는, 제1 축(12)을 중심으로 회전 가능하게 설치되어 있고, 각 피니언 기어(P2)를 회전 가능하게 지지하고 있다. 각 피니언 기어(P2)는, 선 기어(S2)와 링 기어(R2)의 사이에 배치되어 있고, 피니언 기어(P2)는, 선 기어(S2)의 주위를 공전 가능하고, 또한 피니언 기어(P2)의 중심축 주위로 자전 가능하게 설치되어 있다.
선 기어(S2)의 회전 속도, 캐리어(CA2)의 회전 속도 및 링 기어(R2)의 회전 속도의 사이에는, 후술하는 바와 같이, 공선도 상에서 직선으로 연결되는 관계(어느 2개의 회전 속도가 결정되면 나머지 회전 속도도 결정되는 관계, 이하 「공선도의 관계」라고도 함)가 있다.
제1 유성 기어 장치(40)는, 선 기어(S1)와, 복수의 피니언 기어(P1)와, 각 피니언 기어(P1)를 접속하는 캐리어(CA1)와, 링 기어(R1)를 포함한다. 제1 유성 기어 장치(40)는 싱글 플래니터리 기어이다.
선 기어(S1)는 회전축(22)에 고정되어 있고, 제1 축(12)을 중심으로 하여 회전 가능하게 설치되어 있다. 이 때문에, 회전축(22)과, 선 기어(S1)와, 선 기어(S2)는, 일체적으로 회전한다.
링 기어(R1)는, 선 기어(S1)의 외주측에 배치되어 있고, 제1 축(12)을 중심으로 하여 회전 가능하게 설치되어 있다. 링 기어(R1)에는, 캐리어(CA2)가 접속되어 있고, 링 기어(R1)와 캐리어(CA2)는 일체적으로 회전한다.
각 피니언 기어(P1)는, 선 기어(S1) 및 링 기어(R1)의 사이에 배치되고, 선 기어(S1) 및 링 기어(R1)와 맞물려 있다. 피니언 기어(P1)는, 선 기어(S1)의 주위를 공전 가능하게 설치됨과 함께, 피니언 기어(P1)의 회전 중심을 중심으로 하여 자전 가능하게 설치되어 있다. 캐리어(CA1)는, 각 피니언 기어(P1)를 회전 가능하게 지지함과 함께, 제1 축(12)을 중심으로 하여 회전 가능하게 설치되어 있다.
선 기어(S1)의 회전 속도, 캐리어(CA1)의 회전 속도 및 링 기어(R1)의 회전 속도의 사이에는, 후술하는 바와 같이, 공선도 상에서 직선으로 연결되는 관계(공선도의 관계)가 있다.
브레이크(B1)는, 링 기어(R2)의 외주측이며, 구동 장치(2)의 케이스(25)에 설치되어 있다. 브레이크(B1)는, 링 기어(R2)의 회전을 규제 가능한 유압식의 마찰 걸림 결합 요소이다. 브레이크(B1)가 걸림 결합 상태로 되면, 링 기어(R2)는 케이스(25)에 고정되고, 링 기어(R2)의 회전이 규제된다. 브레이크(B1)가 해방 상태로 되면, 링 기어(R2)의 회전이 허용된다.
클러치(C2)는, 엔진(10)의 크랭크축(21)과 캐리어(CA1)를 연결 가능한 유압식의 마찰 걸림 결합 요소이다. 클러치(C2)가 걸림 결합 상태로 되면, 크랭크축(21) 및 캐리어(CA1)가 연결됨과 함께 서로 일체적으로 회전한다. 클러치(C2)가 해방 상태로 되면, 캐리어(CA1)는 크랭크축(21)과의 연결 상태가 해제된다.
클러치(C1)는, 회전축(22)(선 기어(S1) 및 선 기어(S2))과 크랭크축(21)을 연결 가능한 유압식의 마찰 걸림 결합 요소이다. 클러치(C1)가 걸림 결합 상태로 되면, 회전축(22)과 크랭크축(21)이 연결되고, 엔진(10)의 동력을 제1 MG(20)에 직접 전달할 수 있다. 한편, 클러치(C1)가 해방되면, 엔진(10)의 크랭크축(21)은 회전축(22)과의 연결 상태가 해제된다.
링 기어(R1)의 외주면에는, 드리븐 기어(71)와 맞물리는 외주치가 형성되어 있다. 드리븐 기어(71)는, 카운터축(이하 「출력축」이라고도 함)(70)의 일단측에 고정되어 있다. 엔진(10) 및 제1 MG(20)로부터의 동력은, 링 기어(R1) 및 드리븐 기어(71)를 통하여 출력축(70)에 전달된다.
출력축(70)은, 제1 축(12) 및 제2 축(14)에 평행으로 되도록 배치되어 있다. 출력축(70)의 다른 쪽 단부측에는, 드라이브 기어(72)가 설치되어 있다. 드라이브 기어(72)는, 디퍼렌셜 기어(80)의 디퍼렌셜 링 기어(81)와 맞물려 있다. 디퍼렌셜 기어(80)에는 구동축(82)이 접속되어 있고, 구동축(82)에는 구동륜(90)이 접속되어 있다. 이 때문에, 출력축(70)의 회전은, 디퍼렌셜 기어(80)를 통하여 구동륜(90)에 전달된다.
제2 MG(30)의 회전축(31)에는, 리덕션 기어(32)가 고정되어 있다. 리덕션 기어(32)는, 드리븐 기어(71)와 맞물려 있다. 이 때문에, 제2 MG(30)로부터의 동력은, 리덕션 기어(32)를 통하여 출력축(70)에 전달된다.
도 2는, 도 1에 도시하는 전자 제어 유닛(100)의 구성의 일례를 도시하는 블록도이다. 전자 제어 유닛(100)은, HVECU(Electric Control Unit)(150)와, MGECU(160)와, 엔진 ECU(170)를 포함한다. HVECU(150), MGECU(160), 엔진 ECU(170)의 각각은, 컴퓨터를 포함하여 구성된다.
MGECU(160)는, HVECU(150)로부터의 MG1 토크 명령에 기초하여 제1 MG(20)에 대하여 공급하는 전류값을 조절하고, 제1 MG(20)의 출력을 제어한다. 또한, MGECU(160)는, HVECU(150)로부터의 MG2 토크 명령에 기초하여 제2 MG(30)에 대하여 공급하는 전류값을 조절하고, 제2 MG(30)의 출력을 제어한다.
엔진 ECU(170)는, HVECU(150)로부터의 엔진 토크 명령에 기초하여 엔진(10)의 전자 스로틀 밸브의 개방도, 점화 시기, 연료 분사량 등을 제어함으로써, 엔진(10)의 출력을 제어한다.
HVECU(150)는 차량 전체를 통합 제어한다. HVECU(150)에는, 차속 센서, 액셀러레이터 개방도 센서, 엔진 회전 속도 센서, MG1 회전 속도 센서, MG2 회전 속도 센서, 출력축 회전 속도 센서, 배터리 감시 유닛 등이 접속되어 있다. 이들 센서에 의해, HVECU(150)는 차속, 액셀러레이터 개방도, 엔진(10)의 회전 속도, 제1 MG(20)의 회전 속도, 제2 MG(30)의 회전 속도, 출력축(70)의 회전 속도, 도시하지 않은 구동용 배터리의 상태 등을 취득한다.
HVECU(150)는, 취득한 정보에 기초하여, 차량에 대한 요구 구동력이나 요구 파워, 요구 토크 등을 산출한다. HVECU(150)는, 산출한 요구값에 기초하여, 제1 MG(20)의 출력 토크, 제2 MG(30)의 출력 토크 및 엔진(10)의 출력 토크를 결정한다. HVECU(150)는, MG1 토크의 명령값 및 MG2 토크의 명령값을 MGECU(160)에 대하여 출력한다. 또한, HVECU(150)는, 엔진 토크의 명령값을 엔진 ECU(170)에 대하여 출력한다.
HVECU(150)는, 클러치(C1, C2)에 대한 공급 유압의 명령값(PbC1, PbC2) 및 브레이크(B1)에 대한 공급 유압의 명령값(PbB1)을 도 1의 유압 회로(500)에 출력한다. 유압 회로(500)는, 각 명령값(PbC1, PbC2, PbB1)에 따른 유압을, 클러치(C1, C2) 및 브레이크(B1)에 각각 공급한다. 이에 의해, 클러치(C1, C2) 및 브레이크(B1)의 상태(걸림 결합/해방)가 전환된다.
또한, 도 1에는 ECU를 HVECU(150), MGECU(160), 엔진 ECU(170)의 3개로 분할하는 예가 도시되지만, ECU의 수는 3개에 한정되는 것은 아니며, 2개 또는 4개 이상의 수로 분할되어 있어도 된다.
또한, 전체로서 하나의 ECU로 통합해도 된다. 이하에서는, HVECU(150), MGECU(160), 엔진 ECU(170)를 구별하지 않고, 전자 제어 유닛(100)으로서 설명한다.
차량(1)의 주행 모드에는, 모터 주행 모드(이하 「EV 주행 모드」라고 함)와, 하이브리드 주행(이하 「HV 주행」이라고 함) 모드가 포함된다.
EV 주행 모드는, 엔진(10)을 정지시켜, 제1 MG(20) 및 제2 MG(30) 중 적어도 한쪽의 동력으로 차량(1)을 주행시키는 모드이다. 본 실시 형태에 있어서, EV 주행 모드에는, 제2 MG(30) 단독의 동력을 사용하는 「MG2 단독 구동 모드」와, 제1 MG(20) 및 제2 MG(30)의 양쪽의 동력을 사용하는 「양쪽 구동 모드」가 포함된다.
HV 주행 모드는, 엔진(10)을 작동시켜, 엔진(10)의 동력과, 제1 MG(20) 및 제2 MG(30) 중 적어도 한쪽의 동력으로 차량(1)을 주행시키는 모드이다. 본 실시 형태에 있어서, HV 주행 모드에는, 시리즈 주행 모드(이하, 간단히 「시리즈 모드」라고도 함), 시리즈 패러렐 주행 모드(이하, 간단히 「시리즈 패러렐 모드」라고도 함) 및 패러렐 주행 모드(이하, 간단히 「패러렐 모드」라고도 함)가 포함된다.
시리즈 모드에서는, 엔진(10)의 동력이 모두 제1 MG(20)에 전달되어 전력으로 변환되고, 그 전력으로 제2 MG(30)가 구동된다.
시리즈 패러렐 모드에서는, 엔진(10)의 동력의 일부는 출력축(70)에 기계적으로 전달되고, 나머지 동력은 제1 MG(20)에 전달되어 전력으로 변환되고, 상기 전력으로 제2 MG(30)가 구동된다.
패러렐 모드에서는, 엔진(10)의 동력이 출력축(70)에 기계적으로 전달됨과 함께, 필요에 따라 제1 MG(20) 및 제2 MG(30) 중 적어도 한쪽의 동력이 출력축(70)에 전달된다.
또한, 시리즈 모드, 시리즈 패러렐 모드, 패러렐 모드의 어느 것에 있어서든, 필요에 따라 제1 MG(20) 및 제2 MG(30) 중 적어도 한쪽으로 발전하여 구동용 배터리를 충전하는 것도 가능하다.
전자 제어 유닛(100)은, 클러치(C1, C2) 및 브레이크(B1)의 제어 상태(걸림 결합/해방)와, 엔진(10), 제1 MG(20) 및 제2 MG(30)의 구동을 제어함으로써, 상기 복수의 주행 모드 중에서 어느 하나를 선택한다.
도 3은, 각 주행 모드에 있어서의 클러치(C1, C2) 및 브레이크(B1)의 제어 상태를 도시하는 걸림 결합표이다. 도 3에 있어서 「C1」, 「C2」, 「B1」, 「MG1」, 「MG2」는 각각 클러치(C1), 클러치(C2), 브레이크(B1), 제1 MG(20), 제2 MG(30)를 나타낸다. C1, C2, B1의 각 란의 동그라미 표시(○)는 「걸림 결합」을 나타내고, 무표시는 「해방」을 나타낸다.
MG2 단독 구동 모드 중에 있어서는, 클러치(C1)가 걸림 결합되고, 클러치(C2) 및 브레이크(B1)는 해방된다. 이 상태에서, 전자 제어 유닛(100)은, 엔진(10)을 정지시켜, 제2 MG(30)를 모터로서 동작시킨다. 이에 의해, 엔진(10)에 연결된 선 기어(S1, S2)는 회전하지 않는다. 한편, 링 기어(R2)의 회전은 규제되지 않기 때문에, 출력축(70)은 제2 MG(30)의 토크에 따라 회전한다.
양쪽 구동 모드 중에 있어서는, 브레이크(B1)가 걸림 결합되고, 클러치(C1) 및 클러치(C2)가 해방된다. 이 상태에서, 전자 제어 유닛(100)은, 엔진(10)을 정지시켜, 제1 MG(20) 및 제2 MG(30)를 모터로서 동작시킨다. 브레이크(B1)가 걸림 결합되어 링 기어(R2)의 회전이 규제되어 있기 때문에, 제1 MG(20)의 토크는 링 기어(R2)를 지지점으로 하여 출력축(70)에 전달된다. 또한, 제2 MG(30)의 토크도 출력축(70)에 전달된다.
시리즈 모드 중에 있어서는, 클러치(C1)가 걸림 결합되고, 클러치(C2) 및 브레이크(B1)가 해방된다. 이에 의해, 엔진(10)이 제1 MG(20)에 연결되고, 링 기어(R2)의 회전은 규제되지 않기 때문에, 엔진(10)이 차속(출력축(70)의 회전 속도)에 구속되지 않고 자유롭게 회전 가능하게 된다. 이 상태에서, 전자 제어 유닛(100)은, 엔진(10)을 동작시키고, 제1 MG(20)를 제네레이터로서 동작시키고, 제2 MG(30)를 모터로서 동작시킨다. 이에 의해, 엔진(10)의 동력이 제1 MG(20)에 전달되어 전력으로 일단 변환되고, 그 전력으로 제2 MG(30)가 구동된다.
시리즈 패러렐 모드 중에 있어서는, 클러치(C2)가 걸림 결합되고, 그 밖의 클러치(C1) 및 브레이크(B1)가 해방된다. 이에 의해, 엔진(10)이 제1 유성 기어 장치(40)의 캐리어(CA1)에 연결되기 때문에, 엔진(10)은, 제1 유성 기어 장치(40)를 통하여 제1 MG(20)(선 기어(S1)) 및 출력축(70)(링 기어(R1))에 연결된다. 이 상태에서, 전자 제어 유닛(100)은, 엔진(10)을 동작시킴과 함께, 제2 MG(30)를 모터로서 동작시킨다. 이때, 전자 제어 유닛(100)은, 제1 MG(20)의 토크가 부방향으로 작용하도록, 제1 MG(20)를 동작시킨다. 이에 의해, 제1 MG(20)의 토크를 반력으로 하여, 엔진(10)의 토크가 링 기어(R1)(출력축(70))에 전달된다. 이에 의해, 시리즈 패러렐 모드에 있어서는, 엔진(10)의 동력의 일부는 제1 MG(20)에 전달되어 전력으로 변환되고, 나머지가 제1 MG(20)의 토크를 사용하여 출력축(70)에 기계적으로 전달된다.
패러렐 모드 중에 있어서는, 클러치(C1, C2) 및 브레이크(B1)의 제어 상태의 조합에 따라, 감속비 γ(출력축(70)의 회전 속도에 대한 엔진(10)의 회전 속도의 비)가 상이한 1속 내지 4속의 어느 변속단이 형성된다. 1속 형성 시에 있어서는, 클러치(C1) 및 브레이크(B1)가 걸림 결합되고, 클러치(C2)가 해방된다. 2속 형성 시에 있어서는, 클러치(C2) 및 브레이크(B1)가 걸림 결합되고, 클러치(C1)가 해방된다. 3속 형성 시에는, 클러치(C1) 및 클러치(C2)가 걸림 결합되고, 브레이크(B1)가 해방된다.
4속 형성 시에 있어서는, 클러치(C2)가 걸림 결합되고, 클러치(C1) 및 브레이크(B1)가 해방된다. 또한, 4속 형성 시에 있어서는, 제1 MG(20)의 회전 속도가 제로로 고정되도록 제1 MG(20)의 전류가 피드백 제어된다(이하, 이 제어를 「전기 로크」라고도 함).
이와 같이, 패러렐 모드에 있어서는, 1속 내지 4속의 어느 변속단이 형성됨으로써, 감속비 γ가 각 변속단에 따른 소정값으로 기계적으로 고정된다. 이 상태에서, 전자 제어 유닛(100)은 엔진(10)을 작동시킨다. 그 때문에, 엔진(10)의 동력을 기계적으로 효율적으로 출력축(70)에 전달할 수 있다. 또한, 전자 제어 유닛(100)은, 필요에 따라, 구동용 배터리의 전력으로 제1 MG(20) 및 제2 MG(30) 중 적어도 한쪽을 모터로서 동작시킨다. 이에 의해, 엔진(10)의 동력에 추가하여, 제1 MG(20) 및 제2 MG(30)의 동력을, 기계적으로 출력축(70)에 전달할 수 있다.
도 4는, 엔진(10)의 등열 효율선 및 최적 연비 동작선을 모식적으로 도시하는 도면이다. 도 4에 있어서, 횡축은 엔진(10)의 회전 속도를 나타내고, 종축은 엔진(10)의 토크를 나타낸다. 도 4에 있어서, 대략 타원형의 파선은 등열 효율선을 나타내고, 실선은 최적 연비 동작선을 나타낸다.
등열 효율선(파선)에 있어서는, 타원형의 면적이 작은 등열 효율선일수록, 엔진(10)의 열 효율(이하, 「엔진 열 효율」이라고도 함)이 좋고, 연비 소비율(단위 일당 연료 소비)이 작음(좋음)을 나타낸다. 따라서, 가장 내측의 타원형의 등열 효율선으로 둘러싸이는 영역이 가장 엔진 열 효율이 좋은 영역(가장 연비 소비율이 좋은 영역)으로 된다.
최적 연비 동작선(실선)은, 엔진(10)의 회전 속도에 대하여 엔진 열 효율이 최대로 되는(연비 소비율이 최소로 되는) 동작점을 연결한 선을 기준으로 하여, 설계자에 의해 미리 결정되는 엔진(10)의 동작선이다. 따라서, 엔진(10)이 최적 연비 동작선 상에서 운전되는 경우에, 엔진 열 효율이 양호하게 된다.
상술한 바와 같이, 차량(1)은, 엔진(10)을 정지시켜 주행하는 EV 주행 모드와, 엔진(10)을 동작시켜 주행하는 HV 주행 모드의 전환이 가능하다. 또한, HV 주행 모드에 있어서, 시리즈 모드, 시리즈 패러렐 모드, 패러렐 모드의 전환이 가능하다. 본 실시 형태에 따른 전자 제어 유닛(100)은, 이들 복수의 주행 모드 중에서 하나의 주행 모드를 차량(1)의 부하 레벨에 따라 선택한다.
도 5는, 각 주행 모드가 선택되는 부하 레벨의 이미지를 도시하는 도면이다. 또한, 도 5의 종축에는, 부하 레벨을 나타내는 파라미터로서, 차량(1)에 대한 요구 구동 토크가 나타난다. 도 5의 횡축에는 차속이 나타난다. 선 K1은 부하 레벨이 제1 레벨값 L1임을 나타낸다. 선 K2는 부하 레벨이 제2 레벨값 L2임을 나타낸다. 선 K3은 부하 레벨이 제3 레벨값 L3임을 나타낸다. 도 5에 도시하는 바와 같이, 각 레벨값 L1 내지 L3은, 차속이 높아질수록 낮은 값으로 변경되는 가변값이다.
도 5에 도시하는 바와 같이, 부하 레벨(요구 구동 토크)이 제1 레벨값 L1 미만인 영역에서는, 엔진 열 효율이 낮은 영역으로 되기 때문에, EV 주행 모드가 선택된다. 부하 레벨이 제1 레벨값 L1보다 큰 영역에서는, 엔진(10)을 동작시켜 주행하는 HV 주행 모드가 선택된다.
HV 주행 모드 중에 있어서는, 시리즈 모드, 시리즈 패러렐 모드, 패러렐 모드 중 어느 것이 선택된다. 본 실시 형태에 있어서는, 도 5에 도시하는 바와 같이, 차량(1)의 부하 레벨은, 패러렐 모드가 선택되는 부하 레벨, 시리즈 패러렐 모드가 선택되는 부하 레벨 및 시리즈 모드가 선택되는 부하 레벨의 순으로 높다. 즉, 부하 레벨이 제1 레벨값 L1보다 크고, 또한 제2 레벨값 L2(L2>L1) 미만인 저부하 영역에서는, 시리즈 모드가 선택된다. 부하 레벨이 제2 레벨값 L2보다 크고, 또한 제3 레벨값 L3(L3>L2) 미만인 중부하 영역에서는, 시리즈 패러렐 모드가 선택된다. 부하 레벨이 제3 레벨값 L3보다 큰 고부하 영역에서는, 패러렐 모드가 선택된다.
이와 같이, 본 실시 형태에 따른 전자 제어 유닛(100)은, HV 주행 모드가 선택되는 경우에 있어서, 저부하 시에는 시리즈 모드를 선택하고, 중부하 시에는 시리즈 패러렐 모드를 선택하고, 고부하 시에는 패러렐 모드를 선택한다. 이에 의해, 각 주행 모드의 특성의 차이를 고려하여, 최적의 주행 모드를 선택할 수 있다. 이하, 그 이유에 대하여 상세하게 설명한다.
시리즈 모드, 시리즈 패러렐 모드, 패러렐 모드의 3개의 주행 모드는, 엔진(10)을 동작시켜 주행한다는 점에 있어서 공통되는 한편, 동력 전달 효율(엔진(10) 및 각 MG(20, 30)의 동력이 출력축(70)에 전달되는 비율) 및 엔진 열 효율(엔진(10)의 연비 소비율)이 상이하다. 그래서, 각 주행 모드의 동력 전달 효율 및 엔진 열 효율의 차이에 대하여 설명한다.
우선, 각 주행 모드의 동력 전달 효율의 차이에 대하여 설명한다.
도 6은, 차속을 소정값 V0(도 5 참조)으로 일정하게 한 경우의 부하 레벨과 각 주행 모드의 동력 전달 효율의 대응 관계를 모식적으로 도시하는 도면이다. 또한, 도 6에는, 부하 레벨을 나타내는 파라미터로서 감속비 γ가 횡축에 나타나고, 이론 전달 효율 η(이론적인 동력 전달 효율)가 종축에 나타난다. 또한, 감속비 γ가 클수록 부하 레벨이 높음을 나타낸다. 도 6에 있어서, 시리즈 패러렐 모드 중의 이론 전달 효율 η는 파선으로 나타나고, 시리즈 모드 중의 이론 전달 효율 η는 일점쇄선으로 나타나고, 패러렐 모드 중의 이론 전달 효율 η는 이점쇄선으로 나타난다. 도 6에 도시되는 각 역치 γ1, γ2(후술)는, 도 5에 도시하는 바와 같이, 차속을 소정값 V0으로 하였을 때의 제2 레벨값 L2 및 제3 레벨값 L3에 각각 대응한다. 따라서, 각 역치 γ1, γ2는, 차속이 높아질수록 낮은 값으로 변경되는 가변값이다.
시리즈 패러렐 모드 중의 이론 전달 효율 η(파선)는, 감속비 γ가 최적 감속비 γc일 때 최대로 된다. 그리고, 감속비 γ가 최적 감속비 γc보다 작은 영역에서는 감속비 γ의 저하에 따라 작아진다. 또한, 감속비 γ가 최적 감속비 γc보다 큰 영역에서는 감속비 γ의 증가에 따라 작아진다. 여기서, 최적 감속비 γc는, 제1 MG(20)의 회전 속도(이하 「제1 MG 회전 속도 Nm1」이라고도 함)가 0으로 될 때의 감속비 γ이다.
도 7은, 시리즈 패러렐 모드 중에 감속비 γ가 최적 감속비 γc로 되는 경우의 공선도를 도시한다. 도 8은, 시리즈 패러렐 모드 중에 감속비 γ가 최적 감속비 γc 미만으로 되는 경우의 공선도를 도시한다. 도 7, 도 8에 도시하는 공선도는, 제1 유성 기어 장치(40) 및 제2 유성 기어 장치(50)의 각 회전 요소(선 기어(S1, S2), 캐리어(CA1, CA2), 링 기어(R1, R2))의 회전 속도를 세로선으로 나타낸다. 또한, 상기 세로선의 간격을 제1 유성 기어 장치(40) 및 제2 유성 기어 장치(50)의 각 기어비에 대응하는 간격으로 한다. 그리고, 각각의 세로선의 상하 방향을 회전 방향(상측 방향을 정방향, 하측 방향을 부방향)으로 하고, 그 상하 방향에서의 위치를 회전 속도로 한 것이다. 도 7, 도 8에 있어서, 「Sun1」은 선 기어(S1)를 나타내고, 「Sun2」는 선 기어(S2)를 나타내고, 「Car1」은 캐리어(CA1)를 나타내고, 「Car2」는 캐리어(CA2)를 나타내고, 「Ring1」은 링 기어(R1)를 나타내고, 「Ring2」는 링 기어(R2)를 나타낸다. 또한, 「C2」는 클러치(C2)를 나타내고, C2의 흑색 동그라미 표시(●)는 「걸림 결합」을 나타낸다. 「ENG」는 엔진(10)을 나타내고, 「MG1」은 제1 MG(20)를 나타내고, 「MG2」는 제2 MG(30)를 나타내고, 「OUT」는 출력축(70)을 나타낸다. 「Te」는 엔진(10)의 토크(이하 「엔진 토크」라고 함)를 나타내고, 「Tm1」은 제1 MG(20)의 토크(이하 「제1 MG 토크」라고 함)를 나타내고, 「Tm2」는 제2 MG(30)의 토크(이하 「제2 MG 토크」라고 함)를 나타낸다.
시리즈 패러렐 모드 중에 있어서는, 상술한 바와 같이, 클러치(C2)가 걸림 결합되고, 그 밖의 클러치(C1) 및 브레이크(B1)가 해방된다. 이에 의해, 엔진(10)이 제1 유성 기어 장치(40)의 캐리어(CA1)에 연결된다.
도 7에 도시하는 바와 같이, 감속비 γ가 최적 감속비 γc로 되는 경우에, 제1 MG 회전 속도 Nm1이 0으로 되어 제1 MG(20)의 전기 변환 손실이 최소로 되기 때문에, 동력 전달 효율은 최대로 된다.
도 8에 도시하는 바와 같이, 시리즈 패러렐 모드 중에 감속비 γ가 최적 감속비 γc 미만으로 되는 경우, 공선도의 관계에 의해 제1 MG(20)가 부회전 상태(Nm1<0)로 된다. 이러한 상태에서, 엔진(10)의 동력을 출력축(70)에 전달하기 위해 제1 MG 토크 Tm1을 부방향으로 작용시키기 위해서는, 제1 MG(20)에 전력을 공급하여 제1 MG(20)를 구동시킬 필요가 있다. 또한, 엔진(10)으로부터 출력축(70)으로 전달되는 동력이 과잉인 경우에는, 제2 MG 토크 Tm2를 부방향으로 작용시키기 위해, 제2 MG(30)에 발전시킬 필요가 있다. 즉, 제1 MG(20)의 구동에 의해 얻어진 제1 MG 토크 Tm1을 반력으로 하여 출력축(70)에 전달된 엔진(10)의 동력이, 제2 MG(30)에서 전력으로 변환된다. 그리고, 상기 전력이 제1 MG(20)로 되돌려져 제1 MG(20)의 구동에 사용된다고 하는 현상(이하 「동력 순환」이라고 함)이 발생할 수 있다. 이 동력 순환에 의해 큰 손실이 발생하기 때문에, 이론 전달 효율은 낮아진다.
한편, 고부하 영역에 있어서는, 감속비 γ가 커지고, 이 영향으로 제1 MG(20)의 회전 속도가 양의 높은 값으로 되면, 전기 변환 손실이 커진다. 그 때문에, 고부하 시의 동력 전달 효율은, 중부하 시의 동력 전달 효율보다 낮아진다.
따라서, 시리즈 패러렐 모드의 이론 전달 효율 η는, 도 6에 도시하는 바와 같이, 감속비 γ(부하 레벨)에 따라 호형으로 되는(중부하 영역에서 높고, 저부하 영역 및 고부하 영역에서는 낮아지는) 특성을 갖는다.
또한, 시리즈 패러렐 모드 중에 있어서, 감속비 γ가 최적 감속비 γc보다 큰 경우의 이론 전달 효율 η는 하기 식 (1)로 표시되고, 감속비 γ가 최적 감속비 γc보다 작은 경우의 이론 전달 효율 η는 하기 식 (2)로 표시된다.
Figure pat00001
Figure pat00002
상기 식 (1), (2)에 있어서, 「η1」 및 「η2」는, 각각 제1 MG(20) 및 제2 MG(30)의 효율이다. 「ηm」은 제1 유성 기어 장치(40)의 기계 효율이다. 최적 감속비 γc는, 하기 식 (3)으로 표시된다.
Figure pat00003
상기 식 (3)에 있어서, 「ρ」는, 제1 유성 기어 장치(40)의 기어비(=선 기어(S1)의 잇수/링 기어(R1)의 잇수)이다.
시리즈 모드에서는, 제1 MG(20)가 발전한 전력으로 제2 MG(30)를 구동하는 것을 전제로 하고 있기 때문에, 각 MG(20, 30)에 있어서 전기 변환 손실이 일정 비율 발생한다. 따라서, 시리즈 모드의 이론 전달 효율 η(일점쇄선)는, 시리즈 패러렐 모드의 이론 전달 효율 η의 피크값보다 제1 MG(20)의 전기 변환 손실만큼 낮아진다.
패러렐 모드에서는, 감속비 γ가 고정되어 엔진(10)과 출력축(70)이 직접적으로 접속되기 때문에, 다른 모드에 비하여 엔진(10)의 동력을 효율적으로 출력축(70)에 전달할 수 있다. 또한, 패러렐 모드에서는, 각 MG(20, 30)에서의 전력 변환을 전제로 하고 있지 않기 때문에, 전기 변환 손실도 적다. 따라서, 패러렐 모드의 이론 전달 효율 η(이점쇄선)는, 시리즈 패러렐 모드의 이론 전달 효율 η의 피크값과 동등한 높은 레벨에 있다.
이상과 같은 차이에 의해, 도 6에 도시하는 바와 같이, 감속비 γ가 최적 감속비 γc보다 소정값 작은 역치 γ1 미만인 저부하 영역에서는, 시리즈 모드의 이론 전달 효율 η(일점쇄선)가 시리즈 패러렐 모드의 이론 전달 효율 η(파선)보다 커진다. 감속비 γ가 역치 γ1부터 역치 γ2까지인 중부하 영역에서는, 시리즈 패러렐 모드의 이론 전달 효율 η(파선)가 시리즈 모드의 이론 전달 효율 η(일점쇄선)보다 커진다. 또한, 감속비 γ가 최적 감속비 γc보다 소정값 큰 역치 γ2보다 큰 고부하 영역에서는, 패러렐 모드의 이론 전달 효율 η(이점쇄선)가 시리즈 패러렐 모드의 이론 전달 효율 η(파선)보다 커진다.
이어서, 각 주행 모드의 엔진 열 효율의 차이에 대하여 설명한다.
시리즈 패러렐 모드에서는, 엔진(10)이 제1 유성 기어 장치(40)의 캐리어(CA1)에 접속된다. 그 때문에, 제1 MG(20)의 회전 속도(선 기어(S1)의 회전 속도)를 차속(링 기어(R1)의 회전 속도)에 따라 적절히 조정함으로써, 엔진(10)의 회전 속도(캐리어(CA1)의 회전 속도)를 차속에 구속되지 않고 최적값으로 조정할 수 있다. 따라서, 시리즈 패러렐 모드에 있어서는, 엔진 열 효율을 최적값으로 할 수 있다.
또한, 시리즈 모드에서는, 클러치(C1)가 걸림 결합되어 엔진(10)이 제1 MG(20)에 연결됨과 함께, 클러치(C2) 및 브레이크(B1)가 해방된다. 그 때문에, 엔진(10)의 회전 속도를 차속에 구속되지 않고 최적값으로 조정할 수 있다. 따라서, 시리즈 모드에 있어서도, 시리즈 패러렐 모드와 마찬가지로, 엔진 열 효율을 최적값으로 할 수 있다.
한편, 패러렐 모드에서는, 감속비 γ가 변속단에 따른 소정값으로 기계적으로 고정되기 때문에, 엔진(10)의 회전 속도가 차속에 구속된다. 그 때문에, 엔진 열 효율을 최적으로 하지 못할 가능성이 있다. 그러나, 고부하 시라면, 엔진 열 효율은 원래 높은 값이며, 다른 모드의 엔진 열 효율과 큰 차이는 없다.
상기와 같은 특성의 차이에 비추어, 도 5에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 차량(1)에 있어서는, 부하 레벨은, 패러렐 모드가 선택되는 부하 레벨, 시리즈 패러렐 모드가 선택되는 부하 레벨 및 시리즈 모드가 선택되는 부하 레벨의 순으로 높은 값이 설정된다. 즉, 중부하 영역에서는, 엔진 열 효율 및 동력 전달 효율이 우수한 시리즈 패러렐 모드가 선택된다. 저부하 영역에서는, 시리즈 모드가 선택되기 때문에, 시리즈 패러렐 모드가 선택되는 경우에 비하여, 엔진 열 효율을 최적값으로 할 수 있다고 하는 장점을 가진 상태에서, 동력 전달 효율의 저하를 억제할 수 있다. 고부하 영역에서는, 동력 전달 효율이 다른 모드보다 우수하고, 또한 엔진 열 효율도 큰 차이는 없는 패러렐 모드가 선택된다. 그 때문에, 각 주행 모드의 특성(엔진 열 효율 및 동력 전달 효율)을 고려하여 최적의 주행 모드를 선택할 수 있다.
도 9는, 전자 제어 유닛(100)이 주행 모드를 선택할 때의 처리 수순의 일례를 도시하는 흐름도이다. 이 흐름도는, 소정 주기로 반복 실행된다.
스텝(이하, 스텝을 「S」라고 약칭함) 10에서, 전자 제어 유닛(100)은, 부하 레벨이 제1 레벨값 L1 미만인지 여부를 판정한다. 이 판정에는, 부하 레벨로서 요구 구동 토크가 사용된다. 즉, 전자 제어 유닛(100)은, 액셀러레이터 개방도(운전자의 액셀러레이터 페달 조작량) 등으로부터 요구 구동 토크를 산출함과 함께 차속으로부터 제1 레벨값 L1을 산출하고, 요구 구동 토크가 제1 레벨값 L1 미만인지 여부를 판정한다(도 5 참조).
부하 레벨이 제1 레벨값 L1 미만인 경우(S10에서 "예"), 전자 제어 유닛(100)은, S11에서, EV 주행 모드를 선택한다. 또한, EV 주행 모드 중에 있어서는, 상술한 바와 같이, MG2 단독 구동 모드 및 양쪽 구동 모드의 어느 모드가 선택된다.
한편, 부하 레벨이 제1 레벨값 L1보다 큰 경우(S10에서 "아니오"), 전자 제어 유닛(100)은, HV 주행 모드를 선택하고, S20 이후의 처리를 행한다.
S20에서, 전자 제어 유닛(100)은, 부하 레벨이 제2 레벨값 L2 미만인 저부하 레벨인지 여부를 판정한다. 이 판정에는, 부하 레벨로서, 시리즈 패러렐 모드에서 엔진(10)이 최적 연비 동작선 상에서 운전된다고 가정한 경우에 운전자의 요구 구동력 및 차속으로부터 결정되는 감속비 γ의 예측값(이하, 간단히 「감속비 γ의 예측값」이라고도 함)이 사용된다. 전자 제어 유닛(100)은, 요구 구동력을 충족하는 엔진(10)의 최적 회전 속도(요구 구동력을 최적 연비 동작선 상에서 출력할 때의 엔진(10)의 회전 속도)를 산출하고, 엔진(10)의 최적 회전 속도를 현재의 차속에 대응하는 출력축(70)의 회전 속도로 제산함으로써, 감속비 γ의 예측값을 산출한다. 그리고, 전자 제어 유닛(100)은, 차속으로부터 역치 γ1을 산출하고, 감속비 γ의 예측값이 역치 γ1 미만인지 여부를 판정한다(도 6 참조).
저부하 레벨인 경우(S20에서 "예"), 즉 감속비 γ의 예측값이 역치 γ1 미만인 경우, 전자 제어 유닛(100)은, S21에서, 엔진 열 효율을 최적으로 할 수 있고, 또한 동력 전달 효율이 시리즈 패러렐 모드보다 우수한 시리즈 모드를 선택한다.
저부하 레벨이 아닌 경우(S20에서 "아니오"), 전자 제어 유닛(100)은, S22에서, 부하 레벨이 제2 레벨값 L2보다 크고, 또한 제3 레벨값 L3 미만인 중부하 레벨인지 여부를 판정한다. 또한, S22의 판정에 있어서도, S20과 마찬가지로, 부하 레벨로서 감속비 γ의 예측값이 사용된다. 전자 제어 유닛(100)은, 차속으로부터 역치 γ2를 산출하고, 감속비 γ의 예측값이 역치 γ1보다 크고, 또한 역치 γ2 미만인지 여부를 판정한다(도 6 참조).
중부하 레벨인 경우(S22에서 "예"), 즉 감속비 γ의 예측값이 역치 γ1보다 크고, 또한 역치 γ2 미만인 경우, 전자 제어 유닛(100)은, S23에서, 엔진 열 효율을 최적으로 할 수 있고, 또한 동력 전달 효율이 시리즈 모드보다 우수한 시리즈 패러렐 모드를 선택한다.
부하 레벨이 중부하 레벨이 아닌 경우(S22에서 "아니오"), 감속비 γ의 예측값은 역치 γ2보다 크고 고부하 레벨이다(도 6 참조). 그 때문에, 전자 제어 유닛(100)은, S24에서, 동력 전달 효율이 다른 모드보다 우수하고, 또한 엔진 열 효율도 큰 차이는 없는 패러렐 모드를 선택한다. 또한, 패러렐 모드 중에 있어서는, 상술한 바와 같이, 액셀러레이터 개방도 및 차속 등에 따라, 1속 내지 4속의 어느 변속단이 형성된다.
이상과 같이, 본 실시 형태에 따른 차량(1)에 있어서는, 패러렐 모드가 선택되는 부하 레벨, 시리즈 패러렐 모드가 선택되는 부하 레벨 및 시리즈 모드가 선택되는 부하 레벨이, 이 순서대로 높은 값으로 설정된다. 즉, 중부하 영역에서는, 엔진 열 효율 및 동력 전달 효율이 우수한 시리즈 패러렐 모드가 선택된다. 저부하 영역에서는, 엔진 열 효율이 우수하다고 하는 장점을 가진 상태에서, 동력 전달 효율의 저하를 억제할 수 있는 시리즈 모드가 선택된다. 고부하 영역에서는, 동력 전달 효율이 다른 모드보다 우수하고, 또한 엔진 열 효율도 큰 차이는 없는 패러렐 모드가 선택된다. 그 때문에, 각 주행 모드의 특성(엔진 열 효율 및 동력 전달 효율)을 고려하여 최적의 주행 모드를 선택할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 있어서는, HV 주행 모드 중의 부하 레벨을 나타내는 파라미터로서, 감속비 γ의 예측값이 사용된다. 그 때문에, 감속비 γ와 동력 전달 효율의 대응 관계(도 6 참조)를 고려한 최적의 주행 모드를 선택할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 있어서는, 감속비 γ의 예측값이 역치 γ1보다 크고, 또한 역치 γ2 미만인 경우에 시리즈 패러렐 모드가 선택된다. 그리고, 시리즈 패러렐 모드의 동력 전달 효율이 최적 감속비 γc에서 최대로 되는(도 6 참조) 것에 비추어, 「역치 γ1」이 최적 감속비 γc보다 소정값 작은 값으로 설정되고, 「역치 γ2」는 최적 감속비 γc보다 소정값 큰 값으로 설정된다. 이에 의해, 시리즈 패러렐 모드가 선택되는 영역에, 감속비 γ가 최적 감속비 γc로 되는 영역이 포함되게 된다. 그 결과, 시리즈 패러렐 모드가 선택되는 경우에 있어서, 엔진 열 효율을 최적으로 하면서, 감속비 γ를 최적 감속비 γc 혹은 최적 감속비 γc에 가까운 값으로 하여 동력 전달 효율을 높은 레벨로 할 수 있다.
상술한 실시 형태는, 예를 들어 이하와 같이 변경할 수 있다. 상술한 실시 형태에 있어서는, HV 주행 모드 중의 부하 레벨을 나타내는 파라미터로서, 감속비 γ의 예측값이 사용되었다. 그러나, 부하 레벨을 나타내는 파라미터로서, 감속비 γ의 예측값 대신에, 시리즈 패러렐 모드에서 엔진(10)이 최적 연비 동작선 상에서 운전된다고 가정한 경우의 제1 MG 회전 속도 Nm1의 예측값(이하, 간단히 「제1 MG 회전 속도 Nm1의 예측값」이라고도 함)을 사용하도록 해도 된다. 또한, 차속을 일정하게 한 경우, 감속비 γ의 저하에 따라 제1 MG 회전 속도 Nm1은 저하되는 관계에 있다. 즉, 본 변형예 1에 있어서는, 감속비 γ와 상관 관계를 갖는 제1 MG 회전 속도 Nm1을, 부하 레벨을 나타내는 파라미터로서 사용한다.
도 10은, 본 변형예 1에 따른 전자 제어 유닛(100)이 주행 모드를 선택할 때의 처리 수순의 일례를 도시하는 흐름도이다. 이 흐름도는, 도 9의 흐름도 S20, S22를, 각각 S20A, S22A로 변경한 것이다. 그 밖의 스텝(도 9와 동일한 번호를 붙이고 있는 스텝)에 대해서는 도 9와 동일하기 때문에, 상세한 설명은 여기서는 반복하지 않는다.
요구 구동 토크가 제1 레벨값 L1보다 큰 경우(S10에서 "아니오"), 전자 제어 유닛(100)은, S20A에서, 부하 레벨이 저부하 레벨인지 여부를 판정한다. 이 판정에 있어서, 전자 제어 유닛(100)은, 부하 레벨로서, 상술한 「제1 MG 회전 속도 Nm1의 예측값」을 사용한다. 전자 제어 유닛(100)은, 요구 구동력을 충족하는 엔진(10)의 최적 회전 속도를 산출하고, 엔진(10)의 최적 회전 속도와 현재의 차속에 대응하는 출력축(70)의 회전 속도로부터, 공선도의 관계를 이용하여 제1 MG 회전 속도 Nm1의 예측값을 산출한다.
그리고, 전자 제어 유닛(100)은, 제1 MG 회전 속도 Nm1의 예측값이 역치 N1 미만인 경우에, 저부하 레벨이라고 판정한다. 여기서, 역치 N1은, 「0」보다 소정값 작은 음의 값으로 설정된다. 즉, 시리즈 패러렐 모드 중의 동력 전달 효율은, 감속비 γ가 최적 감속비 γc로 될 때, 즉 제1 MG 회전 속도 Nm1이 0으로 될 때에 최대로 되고(도 7 참조), 감속비 γ가 최적 감속비 γc보다 작아질 때, 즉 제1 MG 회전 속도 Nm1이 음의 값으로 될 때에 동력 순환이 발생하여 저하된다(도 8 참조). 이 점에 비추어, 역치 N1이 「0」보다 소정값 작은 음의 값으로 설정된다.
또한, 전자 제어 유닛(100)은, S22A에서, 부하 레벨이 중부하 레벨인지 여부를 판정한다. 이 판정에 있어서도, 전자 제어 유닛(100)은, 부하 레벨로서, 상술한 「제1 MG 회전 속도 Nm1의 예측값」을 사용한다. 전자 제어 유닛(100)은, 제1 MG 회전 속도 Nm1의 예측값이 역치 N1보다 크고, 또한 역치 N2 미만인 경우에, 부하 레벨이 중부하 레벨이라고 판정한다. 여기서, 역치 N2는 「0」보다 소정값 큰 양의 값으로 설정된다. 즉, 시리즈 패러렐 모드 중의 동력 전달 효율은, 감속비 γ가 최적 감속비 γc보다 커질 때, 즉 제1 MG 회전 속도 Nm1이 양의 높은 값으로 될 때에 전력 변환 손실이 커져 저하된다. 이 점에 비추어, 역치 N2는 「0」보다 소정값 큰 양의 값으로 설정된다.
이상과 같이, 본 변형예에 있어서는, HV 주행 모드 중의 부하 레벨을 나타내는 파라미터로서, 제1 MG 회전 속도 Nm1의 예측값이 사용된다. 이와 같이 해도, 상술한 실시 형태와 마찬가지로 최적의 주행 모드를 선택할 수 있다.
특히, 본 변형예에 있어서는, 제1 MG 회전 속도 Nm1의 예측값이 역치 N1보다 크고, 또한 역치 N2 미만인 경우에 시리즈 패러렐 모드가 선택된다. 그리고, 제1 MG 회전 속도 Nm1이 「0」일 때 시리즈 패러렐 모드의 동력 전달 효율이 최대로 되는(도 7 참조) 것에 비추어, 「역치 N1」이 0보다 소정값 작은 음의 값으로 설정되고, 「역치 N2」는 0보다 소정값 큰 양의 값으로 설정된다. 이에 의해, 시리즈 패러렐 모드가 선택되는 영역에, 제1 MG 회전 속도 Nm1이 0으로 되는 영역이 포함되게 된다. 그 결과, 시리즈 패러렐 모드가 선택되는 경우에 있어서, 엔진 열 효율을 최적으로 하면서, 제1 MG 회전 속도 Nm1을 0 혹은 0에 가까운 값으로 하여 동력 전달 효율을 높은 레벨로 할 수 있다.
상술한 실시 형태에 있어서는, HV 주행 모드 중의 부하 레벨을 나타내는 파라미터로서 감속비 γ의 예측값이 사용되었다. 그러나, 부하 레벨을 나타내는 파라미터로서, 감속비 γ의 예측값 대신에, 차량(1)에 대한 요구 구동 토크를 사용하도록 해도 된다.
도 11은, 본 변형예 2에 따른 전자 제어 유닛(100)이 주행 모드를 선택할 때의 처리 수순의 일례를 도시하는 흐름도이다. 이 흐름도는, 도 9의 흐름도 S20, S22를, 각각 S20B, S22B로 변경한 것이다. 그 밖의 스텝(도 9와 동일한 번호를 붙이고 있는 스텝)에 대해서는 도 9와 동일하기 때문에, 상세한 설명은 여기서는 반복하지 않는다.
요구 구동 토크가 제1 레벨값 L1보다 큰 경우(S10에서 "아니오"), 전자 제어 유닛(100)은, S20B에서, 요구 구동 토크가 제2 레벨값 L2 미만인 저부하 레벨인지 여부를 판정한다(도 5 참조). 또한, 전자 제어 유닛(100)은, S22B에서, 요구 구동 토크가 제2 레벨값 L2보다 크고, 또한 제3 레벨값 L3 미만인 중부하 레벨인지 여부를 판정한다(도 5 참조).
이상과 같이, 본 변형예에 있어서는, HV 주행 모드 중의 부하 레벨을 나타내는 파라미터로서, 차량(1)에 대한 요구 구동 토크(차속에 대한 요구 구동 토크)가 사용된다. 이와 같이 해도, 상술한 실시 형태와 마찬가지로 최적의 주행 모드를 선택할 수 있다.
또한, HV 주행 모드 중의 부하 레벨을 나타내는 파라미터로서, 요구 구동 토크 대신에, 요구 구동 파워 혹은 차속에 대한 요구 구동 파워로 할 수도 있다.
상술한 실시 형태에 따른 구동 장치(2)의 구성을 예로 들어 이하와 같이 변형하도록 해도 된다. 도 12 내지 도 15는, 시리즈 모드, 시리즈 패러렐 모드, 패러렐 모드를 선택 가능한 구동 장치의 다른 구성을 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 12에 도시하는 구동 장치(2A)는, 도 1에 도시하는 구동 장치(2)에 대하여, 출력축(70)에 있어서 드리븐 기어(71) 대신에 드리븐 기어(71A, 71B)를 설치함과 함께, 클러치(C3)를 추가한 것이다. 도 13에 도시하는 구동 장치(2B)는, 도 12에 도시하는 구동 장치(2A)에 대하여, 브레이크(B2)를 더 추가한 것이다.
도 14에 도시하는 구동 장치(2C)는, 도 1의 구동 장치(2)의 배치를, 엔진(10), 제1 MG(20), 제2 MG(30)가 이 순서대로 동축 상에 나열되어 배치되도록 변경한 것이다. 도 15에 도시하는 구동 장치(2D)는, 도 12의 구동 장치(2A)의 배치를, 엔진(10), 제1 MG(20), 제2 MG(30)가 이 순서대로 동축 상에 나열되어 배치되도록 변경한 것이다.
상술한 실시 형태에 있어서, 부하 레벨과 비교되는 판정 레벨(제1 레벨값 L1, 제2 레벨값 L2, 제3 레벨값 L3 등)에 히스테리시스를 설정하도록 해도 된다. 이에 의해, 부하 레벨의 변동으로 주행 모드가 빈번하게 전환되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상술한 실시 형태 및 그의 변형예에 대해서는, 기술적으로 모순이 발생하지 않는 범위에서 적절히 조합하는 것도 가능하다.
금회 개시된 실시 형태는 모든 점에서 예시이며 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는 상기한 설명이 아니라 특허청구범위에 의해 나타나며, 특허청구범위와 균등의 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함될 것이 의도된다.

Claims (7)

  1. 하이브리드 차량(1)을 위한 제어 장치에 있어서,
    상기 하이브리드 차량(1)은, 엔진(10)과, 제1 회전 전기(20)와, 출력축(70)과, 제2 회전 전기(30)와, 유성 기어 기구(40)와, 전환 장치를 포함하고,
    상기 출력축(70)은 구동륜(90)에 접속되고,
    상기 제2 회전 전기(30)는, 상기 출력축(70)에 접속되고,
    상기 유성 기어 기구(40)는, 상기 엔진(10), 상기 제1 회전 전기(20) 및 상기 출력축(70)을 기계적으로 연결시키고,
    전환 장치는, 상기 엔진(10) 및 상기 출력축(70)에 대한 상기 유성 기어 기구(40)의 연결 상태를 변경하도록 구성되며,
    상기 제어 장치는,
    상기 유성 기어 기구(40)의 연결 상태를 변경하도록 상기 전환 장치를 제어하고,
    상기 하이브리드 차량(1)의 부하 레벨에 따라, 상기 유성 기어 기구(40)의 연결 상태를 변경함으로써, 3개의 주행 모드로부터 하나의 주행 모드를 선택하도록 구성되는 전자 제어 유닛(100)을 포함하고,
    상기 3개의 주행 모드는, 시리즈 모드, 시리즈 패러렐 모드 및 패러렐 모드이고,
    상기 시리즈 모드는, 상기 엔진(10)의 동력을 상기 제1 회전 전기(20)에 전달하여 전력으로 변환하는 모드이고,
    상기 시리즈 패러렐 모드는, 상기 제1 회전 전기(20)의 토크를 사용하여 상기 엔진(10)의 동력의 일부를 상기 출력축(70)에 기계적으로 전달하면서, 상기 엔진(10)의 동력의 잔부는 상기 제1 회전 전기(20)와 상기 제2 회전 전기(30)의 어느 한쪽에 전달하여 전력으로 변환하는 모드이고,
    상기 패러렐 모드는, 감속비를 소정비로 기계적으로 고정한 상태에서, 상기 엔진(10)의 동력을 상기 출력축(70)에 기계적으로 전달하는 모드이고,
    상기 감속비는, 상기 출력축(70)의 회전 속도에 대한 상기 엔진(10)의 회전 속도의 비이고, 상기 하이브리드 차량(1)의 상기 부하 레벨은, 제1 부하 레벨, 제2 부하 레벨, 제3 부하 레벨의 순으로 낮아지고, 상기 제1 부하 레벨은, 상기 패러렐 모드가 선택되는 부하 레벨이고, 상기 제2 부하 레벨은, 상기 시리즈 패러렐 모드가 선택되는 부하 레벨이고, 상기 제3 부하 레벨은, 상기 시리즈 모드가 선택되는 부하 레벨인 것을 특징으로 하는, 하이브리드 차량(1)을 위한 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전자 제어 유닛(100)은, 상기 시리즈 패러렐 모드에서 상기 엔진(10)이 최적 연비 동작선 상에서 운전된다고 가정한 경우에 제1 예측값을 파라미터로 하여 상기 부하 레벨을 판정하도록 구성되고, 상기 제1 예측값은, 상기 전자 제어 유닛에 의해 운전자의 요구 구동력 및 차속으로부터 결정되는 상기 감속비의 예측값이고,
    상기 전자 제어 유닛(100)은, 상기 제1 예측값이 제1 역치 미만인 경우에 상기 시리즈 모드를 선택하도록 구성되고,
    상기 전자 제어 유닛(100)은, 상기 제1 예측값이 상기 제1 역치보다 크고, 또한 제2 역치 미만인 경우에 상기 시리즈 패러렐 모드를 선택하도록 구성되고,
    상기 전자 제어 유닛(100)은, 상기 제1 예측값이 상기 제2 역치보다 큰 경우에 상기 패러렐 모드를 선택하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 하이브리드 차량(1)을 위한 제어 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1 역치는, 최적 감속비보다 제1 소정값 작은 값으로 설정되고, 상기 최적 감속비는, 상기 시리즈 패러렐 모드에서 상기 엔진(10)이 상기 최적 연비 동작선 상에서 운전되고, 또한 상기 제1 회전 전기(20)의 회전 속도가 0으로 된다고 가정한 경우의 상기 감속비이고,
    상기 제2 역치는, 상기 최적 감속비보다 제2 소정값 큰 값으로 설정되는 것을 특징으로 하는, 하이브리드 차량(1)을 위한 제어 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 전자 제어 유닛(100)은, 제2 예측값을 파라미터로 하여 상기 부하 레벨을 판정하도록 구성되고, 상기 제2 예측값은, 상기 제1 회전 전기(20)의 회전 속도의 예측값이고, 상기 시리즈 패러렐 모드에서 상기 엔진(10)이 최적 연비 동작선 상에서 운전될 때 달성되는 예측값이고,
    상기 전자 제어 유닛(100)은, 상기 제2 예측값이 제3 역치 미만인 경우에 상기 시리즈 모드를 선택하도록 구성되고,
    상기 전자 제어 유닛(100)은, 상기 제2 예측값이 상기 제3 역치보다 높고, 또한 제4 역치 미만인 경우에 상기 시리즈 패러렐 모드를 선택하도록 구성되고,
    상기 전자 제어 유닛(100)은, 상기 제2 예측값이 상기 제4 역치보다 높은 경우에 상기 패러렐 모드를 선택하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 하이브리드 차량(1)을 위한 제어 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제3 역치는, 0보다 제3 소정값 낮은 음의 값으로 설정되고,
    상기 제4 역치는, 0보다 제4 소정값 높은 양의 값으로 설정되는 것을 특징으로 하는, 하이브리드 차량(1)을 위한 제어 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 전자 제어 유닛(100)은, 상기 하이브리드 차량(1)에 대한 요구 구동 토크를 파라미터로 하여 상기 부하 레벨을 판정하도록 구성되고,
    상기 전자 제어 유닛(100)은, 상기 요구 구동 토크가 제3 역치 미만인 경우에 상기 시리즈 모드를 선택하도록 구성되고,
    상기 전자 제어 유닛(100)은, 상기 요구 구동 토크가 상기 제3 역치보다 크고, 또한 제4 역치 미만인 경우에 상기 시리즈 패러렐 모드를 선택하도록 구성되고,
    상기 전자 제어 유닛(100)은, 상기 요구 구동 토크가 상기 제4 역치보다 큰 경우에 상기 패러렐 모드를 선택하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 하이브리드 차량(1)을 위한 제어 장치.
  7. 하이브리드 차량(1)을 위한 제어 방법에 있어서,
    상기 하이브리드 차량(1)은, 엔진(10)과, 제1 회전 전기(20)와, 출력축(70)과, 제2 회전 전기(30)와, 유성 기어 기구(40)와, 전환 장치와, 전자 제어 유닛(100)을 포함하고,
    상기 출력축(70)은 구동륜(90)에 접속되고, 상기 제2 회전 전기(30)는, 상기 출력축(70)에 접속되고, 상기 유성 기어 기구(40)는, 상기 엔진(10), 상기 제1 회전 전기(20) 및 상기 출력축(70)을 기계적으로 연결시키고, 전환 장치는, 상기 엔진(10) 및 상기 출력축(70)에 대한 상기 유성 기어 기구(40)의 연결 상태를 변경하도록 구성되며,
    상기 제어 방법은,
    상기 유성 기어 기구(40)의 연결 상태를 변경하도록 상기 전환 장치를 상기 전자 제어 유닛(100)에 의해 제어하는 것; 및
    상기 하이브리드 차량(1)의 부하 레벨에 따라, 상기 유성 기어 기구(40)의 연결 상태를 변경함으로써, 3개의 주행 모드로부터 하나의 주행 모드를 상기 전자 제어 유닛(100)에 의해 선택하는 것을 포함하고,
    상기 3개의 주행 모드는, 시리즈 모드, 시리즈 패러렐 모드 및 패러렐 모드이고,
    상기 시리즈 모드는, 상기 엔진(10)의 동력을 상기 제1 회전 전기(20)에 전달하여 전력으로 변환하는 모드이고,
    상기 시리즈 패러렐 모드는, 상기 제1 회전 전기(20)의 토크를 사용하여 상기 엔진(10)의 동력의 일부를 상기 출력축(70)에 기계적으로 전달하여 전력으로 변환하는 모드이며, 상기 엔진(10)의 동력의 잔부를 상기 제1 회전 전기(20)와 상기 제2 회전 전기(30)의 어느 한쪽에 전달하고,
    상기 패러렐 모드는, 감속비를 소정비로 기계적으로 고정한 상태에서, 상기 엔진(10)의 동력을 상기 출력축(70)에 기계적으로 전달하는 모드이고,
    상기 감속비는, 상기 출력축(70)의 회전 속도에 대한 상기 엔진(10)의 회전 속도의 비이고, 상기 하이브리드 차량(1)의 상기 부하 레벨은, 제1 부하 레벨, 제2 부하 레벨, 제3 부하 레벨의 순으로 낮아지고, 상기 제1 부하 레벨은, 상기 패러렐 모드가 선택되는 부하 레벨이고, 상기 제2 부하 레벨은, 상기 시리즈 패러렐 모드가 선택되는 부하 레벨이고, 상기 제3 부하 레벨은, 상기 시리즈 모드가 선택되는 부하 레벨인 것을 특징으로 하는, 하이브리드 차량(1)을 위한 제어 방법.
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