KR20180085774A - 하이브리드 파워트레인 내의 기어 시프트를 위한 방법 및 시스템 - Google Patents

하이브리드 파워트레인 내의 기어 시프트를 위한 방법 및 시스템 Download PDF

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KR20180085774A
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아프람 코우리에
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스카니아 씨브이 악티에볼라그
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Abstract

본 발명은 내연 기관(2); 전기 기계(6); 기어박스(8); 및 전기 기계(6)에 연결된 에너지 저장 유닛(18)을 포함하는 하이브리드 파워트레인 내의 기어 시프트를 위한 방법에 관한 것으로, 적어도 하나의 제어 유닛(20)이 내연 기관(2), 전기 기계(6), 기어박스(8) 및 에너지 저장 유닛(18)과 연통하도록 배치되어 있다. 상기 방법은, 에너지 저장 유닛(18) 내의 에너지 레벨을 결정하는 단계(s101); 후속 기어가 갖는 가속 능력을 결정하는 단계(s102); 에너지 저장 유닛(18) 내의 에너지 레벨 및 가속 능력에 기초하여 내연 기관(2)에 대한 목표 엔진 속도를 결정하는 단계(s103); 및 목표 엔진 속도에 기초하여 기어 시프트를 제어하는 단계(s104)를 포함한다. 또한, 본 발명은 하이브리드 파워트레인(3) 내의 기어 시프트를 위한 시스템(30), 이와 같은 시스템(30)을 포함하는 차량(1), 컴퓨터 프로그램(P) 및 컴퓨터 프로그램 제품에 관한 것이다.

Description

하이브리드 파워트레인 내의 기어 시프트를 위한 방법 및 시스템
본 발명은 첨부된 청구항들에 따른 하이브리드 파워트레인 내의 기어 시프트 방법, 하이브리드 파워트레인 내의 기어 시프트 시스템, 이와 같은 시스템을 포함하는 차량, 컴퓨터 프로그램 및 컴퓨터 프로그램 제품에 관한 것이다.
하이브리드 파워트레인은 내연 기관과 같은 1차 추진 수단 및 전기 기계와 같은 2차 추진 수단에 의해 구동될 수 있다. 전기 기계에는 전기 에너지를 저장하기 위한 전기 화학적인 에너지 저장 장치와 같은 적어도 하나의 에너지 저장 장치 및 에너지 저장 장치와 전기 기계 사이의 전기 에너지의 흐름을 제어하는 제어 장치가 구비되어 있다. 따라서, 전기 기계는 차량의 작동 상태에 기초하여 모터 및 발전기로서 교대로 작동할 수 있다. 차량이 제동될 때, 전기 기계는 에너지 저장 장치에 저장되는 전기 에너지를 생성한다. 저장된 전기 에너지는 나중에 차량의 추진을 위해 활용될 수 있다.
자동 기어 시프트 절차는 일반적으로 내연 기관이 최적의 엔진 속도, 즉, 목표 엔진 속도를 유지하도록 파워트레인을 제어하는 것을 포함한다. 엔진 속도가 매우 빠르면, 업 시프트가 수행되고, 따라서, 엔진 속도가 감소된다. 유사하게는, 엔진 속도가 매우 느리면, 다운 시프트가 수행되고, 따라서, 엔진 속도가 증가된다. 최적의 엔진 속도는 소망하는 연료 소비, 성능 또는 이와 유사한 것에 기초하여 결정될 수 있다. 엔진 속도는 연료 소비에 영향을 미치므로, 운전자가 요구하는 구동 토크를 유지하면서 가능한 엔진 속도를 낮게 유지하는 것이 바람직하다.
미국 특허출원공개공보 US 20130297162 A1호는 연료 소비를 최적화하기 위해 내연 기관의 엔진 속도 및 전기 모터의 엔진 속도에 관한 정보에 기초하여 시프트 패턴을 동적으로 적응시키는 방법을 설명한다. 미국 특허공보 US 7407462 B2호는 배터리의 잔여 용량에 따라 시프트 패턴이 변경되는 무단 트랜스미션용 시프트 제어 장치를 설명한다. 시프트 패턴은 운전 중에 바뀌지 않는다. 상기 문헌에 따르면, 배터리가 충분히 충전되지 않은 경우 기어비가 낮아지도록 시프트 패턴이 변경된다.
이 분야에서 알려진 해결책에도 불구하고, 하이브리드 파워트레인 내의 기어 시프트 방법을 개발할 필요가 있고, 이는 주행성 및 성능을 최적화하면서 연료 소비를 감소시킨다.
본 발명의 목적은 주행성 및 성능을 최적화하면서 연료 소비를 감소시키는, 하이브리드 파워트레인 내의 기어 시프트를 위한 유리한 방법을 달성하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 주행성 및 성능을 최적화하면서 연료 소비를 감소시키는, 하이브리드 파워트레인 내의 기어 시프트를 위한 유리한 시스템을 달성하는 것이다.
상기 언급된 목적은 독립항들에 따른 하이브리드 파워트레인 내의 기어 시프트 방법, 하이브리드 파워트레인 내의 기어 시프트 시스템, 차량, 컴퓨터 프로그램 및 컴퓨터 프로그램 제품에 의해 달성된다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 하이브리드 파워트레인 내의 기어 시프트를 위한 방법이 제공된다. 하이브리드 파워트레인은 내연 기관; 전기 기계; 기어박스; 및 전기 기계에 연결된 에너지 저장 유닛을 포함하며, 적어도 하나의 제어 유닛은 내연 기관, 전기 기계, 기어박스 및 에너지 저장 유닛과 연통하도록 배치된다. 상기 방법은,
- 에너지 저장 유닛 내의 에너지 레벨을 결정하는 단계;
- 후속 기어가 갖는 가속 능력을 결정하는 단계;
- 에너지 저장 유닛 내의 에너지 레벨 및 가속 능력에 기초하여 내연 기관에 대한 목표 엔진 속도를 결정하는 단계; 및
- 목표 엔진 속도에 기초하여 기어 시프트를 제어하는 단계를 포함한다.
상기 방법 단계들은 제어 유닛에 의해 적절하게 수행된다. 제어 유닛은 에너지 저장 유닛 및 제어 유닛에 연결된 전압 센서에 의해 에너지 저장 유닛 내의 에너지 레벨을 결정할 수 있다.
후속 기어는 적절하게 높은 기어이다. 따라서, 후속 기어가 갖는 가속 능력을 결정하는 단계는 업 시프트의 경우에 후속 기어가 갖는 가속 능력을 결정하는 단계를 적절하게 포함한다.
내연 기관에 의해 제공된 토크는 엔진 속도에 따라 달라질 수 있다. 전형적으로, 엔진 속도가 증가할 때의 토크는 엔진 속도의 증가에 관계없이 토크가 본질적으로 일정한 특정의 최대 레벨까지 증가한다. 그러나, 엔진 속도가 더 증가하여 특정의 높은 레벨에 도달하면, 엔진 토크는 최대 레벨로부터 감소하기 시작할 수 있다. 따라서, 내연 기관은 너무 낮은 엔진 속도 또는 너무 높은 엔진 속도에서 최대 토크를 제공할 수 없다. 그러나, 전기 기계는 본질적으로 즉시, 즉, 낮은 엔진 속도에서 동일한 최대 토크를 제공할 수 있다. 업 시프트가 수행될 때, 내연 기관의 엔진 속도는 후속하는 높은 기어의 낮은 기어비로 인해 감소하게 된다. 기어 시프트는 일반적으로 내연 기관을 목표 엔진 속도로 제어하는 것을 포함한다. 후속하는 높은 기어에서 목표 엔진 속도가 유지될 수 있으면, 업 시프트가 수행된다. 목표 엔진 속도가 낮을수록 조기에 업 시프트가 가능하다. 그러나, 목표 엔진 속도가 너무 낮거나 다른 이유로 업 시프트가 너무 일찍 수행되면, 엔진 속도는 내연 기관이 소망하는 토크를 제공할 수 없는 레벨로 감소할 수 있다. 따라서, 목표 엔진 속도는 일반적으로 내연 기관이 업 시프트 이후에 최대 토크를 제공할 수 있는 것을 보장하는 비교적 높은 레벨로 설정된다. 이는 차량의 성능과 주행성을 유지하는데 유리할 수 있지만, 높은 엔진 속도가 연료 소비에 부정적인 영향을 미치게 된다. 에너지 저장 유닛의 에너지 레벨을 결정하고, 후속 기어가 갖는 가속 능력을 결정하고, 에너지 저장 유닛 내의 에너지 레벨 및 가속 능력에 기초하여 내연 기관에 대한 목표 엔진 속도를 결정함으로써, 전기 기계를 빈번하게 사용하고, 내연 기관을 적게 사용할 수 있는 기어 시프트가 달성된다. 이러한 방식으로, 연료 소비를 최소화하는 기어 시프트 방법이 달성된다. 또한, 후속 기어가 갖는 가속 능력에 기초하여 목표 엔진 속도를 결정함으로써, 주행성이 고려된다.
가속 능력은 후속 기어로 변경될 때 달성할 수 있는 가속도로서 적절하게 정의된다.
적절하게는, 결정된 에너지 레벨이 임계 레벨 미만이거나 및/또는 결정된 가속 능력이 임계 레벨 미만일 때, 목표 엔진 속도가 제1 엔진 속도로 설정되도록 결정된다. 바람직하게는, 결정된 에너지 레벨이 임계 레벨을 초과하고, 결정된 가속 능력이 임계 레벨을 초과할 때, 목표 엔진 속도가 제2 엔진 속도로 설정되도록 결정되며, 제2 엔진 속도는 제1 엔진 속도보다 작다. 이러한 방식으로, 에너지 저장 유닛 내의 에너지 레벨이 임계 레벨을 초과하고, 가속 능력이 임계 레벨을 초과하는 것으로 결정되면, 기어 시프트 중에 에너지 레벨이 전기 기계를 구동시키는데 사용될 수 있다. 이후에, 전기 기계는 내연 기관에 의해 제공되는 토크에 이외의 토크를 제공할 수 있다. 이러한 방식으로, 내연 기관이 후속 기어에서 소망하는 토크를 제공할 수 없더라도 낮은 엔진 속도에서 업 시프트가 수행될 수 있다. 그러므로, 에너지 레벨 및 가속 능력에 기초하여 목표 엔진 속도를 결정함으로써, 보다 낮은 엔진 속도에서 조기에 업 시프트가 수행될 수 있고, 토크 요건을 충족시키고 주행성을 최적화하면서 연료 소비를 최소화할 수 있다. 또한, 에너지 레벨 및 가속 능력이 특정 레벨을 초과할 때만 낮은 목표 엔진 속도를 허용함으로써, 토크 요건이 충족되고 그에 의해 주행성이 최적화된다.
목표 엔진 속도에 기초하여 기어 시프트를 제어하는 것은 내연 기관, 기어박스 및 전기 기계를 제어하는 것을 적절하게 포함한다. 목표 엔진 속도에 기초하여 기어 시프트를 제어하는 것은 내연 기관이 목표 엔진 속도를 본질적으로 유지하도록 기어를 변경하는 것을 적절하게 포함한다.
에너지 임계 레벨은 사전에 정해진 임의의 에너지 레벨일 수 있다. 에너지 임계 레벨은 전기 기계가 최소 토크를 제공하기에 충분한 에너지 레벨이다. 에너지 임계 레벨은 전기 기계가 특정 시간 주기 동안에 또는 예컨대, 50-400 미터와 같은 특정 거리 동안에 최소 토크를 제공하기에 충분한 에너지 레벨이다. 최소 토크는 사전에 정해진 임의의 토크 값일 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 후속 기어가 갖는 가속 능력은 후속 기어에 제공된 견인력(traction force) 및 현재 주행 저항에 기초하여 결정된다. 특정 기어에 제공된 견인력은 제공된 토크, 기어비 및 기어 휠의 반경을 기반으로 한다. 높은 기어는 낮은 기어보다 낮은 기어비를 가지므로 동일하게 제공된 토크에서 높은 기어가 갖는 견인력은 낮은 토크가 갖는 견인력보다 작다. 현재 주행 저항은 도로의 경사, 공기 저항 및/또는 구름 저항 등에 기초할 수 있다. 견인력이 주행 저항보다 크면 양의 가속도가 달성된다. 따라서, 가속 능력은 후속 기어에 제공된 견인력 및 현재 주행 저항에 기초하여 달성된 가속도로 결정된다. 후속 기어가 갖는 가속 능력을 결정함으로써, 높은 기어로 변경될 때 가속도가 부정적으로 주행성에 영향을 주지 않을 만큼 충분한지 여부를 결정할 수 있다. 결정된 가속 능력에 기초하여 목표 엔진 속도를 결정함으로써, 기어 시프트 중에 주행성이 최적화되는 것을 보장한다. 적절하게는, 가속 능력의 임계 레벨은 임의의 사전에 정해진 가속 레벨이다. 가속 능력의 임계 레벨은 약 0.3-0.8 m/s2의 가속도 일 수 있다. 가속 능력이 임계 레벨을 초과하는 경우에만 낮은 목표 엔진 속도를 설정함으로써, 연료 소비를 최소화하면서 주행성이 최적화되는 것을 보장한다.
본 발명의 양태에 따르면, 제2 엔진 속도는 제1 엔진 속도에 기초한다. 적절하게는, 제2 엔진 속도는 사전에 정해진 인자에 의해 감소된 제1 엔진 속도로서 결정된다. 사전에 정해진 인자는 백분율일 수 있다. 제1 엔진 속도는 에너지 레벨 및 가속 능력이 요건(임계 레벨)을 준수하지 않는 한 사용되는 표준 목표 엔진 속도, 출발점일 수 있다. 적절하게는, 사전에 정해진 인자는 에너지 레벨 및 가속 능력에 따른다. 에너지 레벨과 가속 능력이 높을수록 인자가 더 크다. 따라서, 에너지 레벨과 가속 능력이 높을수록 제2 엔진 속도가 더 작다. 따라서, 결정된 에너지 레벨과 가속 능력 및 각각의 임계 레벨 사이에 큰 차이가 있을 때, 목표 엔진 속도는 더 작아진다. 이러한 방식으로, 가용 에너지 레벨 및 가속 능력에 관한 지배적인 조건에 결정된 목표 엔진 속도가 동적으로 조정되는 것을 보장한다.
대안적으로, 제2 엔진 속도는 제1 엔진 속도보다 작은 임의의 사전에 정해진 엔진 속도이다. 적절하게는, 제2 엔진 속도는 결정된 에너지 레벨 및 결정된 가속 능력에 따른다. 적절하게는, 결정된 에너지 레벨 및 가속 능력이 높을수록 제2 엔진 속도는 작아진다.
본 발명의 양태에 따르면, 전기 기계는 결정된 목표 엔진 속도에 기초하여 제어된다. 적절하게는, 목표 엔진 속도가 제2 엔진 속도로 설정될 때, 전기 기계가 토크를 제공하도록 제어된다. 제2 엔진 속도가 목표 엔진 속도로 설정되면, 목표 엔진 속도는 감소되고, 목표 엔진 속도가 제1 엔진 속도로 설정되는 경우보다 조기에 업 시프트가 수행된다. 따라서, 기어 시프트로 인해 내연 기관이 후속 기어에서 소망하는 토크를 제공할 수 없게 될 때, 전기 기계는 손실 토크를 제공하도록 제어된다. 이러한 방식으로, 업 시프트는 조기에 수행될 수 있으며, 연료 소비가 최소화되고, 주행성이 최적화된다. 전기 기계는 제어 유닛에 의해 적절하게 제어되고 에너지 저장 유닛으로부터의 전류/에너지에 의해 구동된다.
본 발명의 양태에 따르면, 상기 방법은 목표 엔진 속도를 결정하는 단계 이전에,
- 전기 기계의 기능을 결정하는 단계를 포함한다.
목표 엔진 속도를 결정하기 이전에 에너지 저장 유닛 내의 에너지 레벨을 결정함으로써, 충분한 에너지가 전기 기계를 구동하는데 사용할 수 있음을 보장한다. 그러나, 전기 기계의 상태가 특정 요건을 충족시키거나 또는 전기 기계가 에너지 저장 유닛 내의 에너지 레벨에 관계없이 소망하는 토크를 제공하지 못할 수도 있다는 것도 중요하다. 따라서, 상기 방법은 바람직하게는 목표 엔진 속도를 결정하는 단계 이전에 전기 기계의 기능이 최소 토크를 제공하기에 충분한지 여부를 결정하는 단계를 포함한다. 최소 토크는 사전에 정해진 임의의 토크 값일 수 있다. 최소 토크는 경험에 기초하여 결정된, 즉, 경험적으로 결정된 사전에 정해진 토크 값일 수 있다. 따라서, 전기 기계의 기능이 최소 토크를 제공하기에 충분하지 않은 것으로 결정되면, 제1 엔진 속도가 목표 엔진 속도로서 결정된다. 유사하게는, 전기 기계의 기능이 최소 토크를 제공하기에 충분한 것으로 결정되면, 에너지 레벨 및 가속 능력이 임계 레벨을 초과하는 경우에, 제2 엔진 속도가 목표 엔진 속도로서 결정될 수 있다. 전기 기계의 기능은 전기 기계로부터의 토크 신호에 기초하여 결정될 수 있다. 상기 기능은 전기 기계의 온도를 결정함으로써 결정할 수도 있다. 전기 기계의 온도는 전기 기계의 전체 성능에 영향을 미치므로, 목표 엔진 속도를 결정하기 이전에 전기 기계의 온도를 결정하는 것이 유리하다. 일반적으로, 온도가 너무 높으면 전기 기계의 성능이 저하된다. 적절하게는, 결정된 온도가 온도 임계치를 초과할 때, 제1 엔진 속도가 목표 엔진 속도로서 결정된다. 전기 기계의 온도가 온도 임계치 미만이고, 에너지 레벨이 에너지 레벨 임계치를 초과하며, 가속 능력이 가속 능력의 임계 레벨을 초과하는 경우에 제2 엔진 속도가 목표 엔진 속도로서 적절하게 결정된다.
본 발명의 양태에 따르면, 목표 엔진 속도는 가속 페달의 위치에 기초하여 결정된다. 적절하게는, 제1 엔진 속도는 가속 페달의 위치에 기초하여 결정된다. 따라서, 제2 엔진 속도는 가속 페달의 위치에 기초하여 결정될 수도 있다. 따라서, 가속 페달의 상이한 위치는 상이한 제1 엔진 속도 및 상이한 제2 엔진 속도와 관련된다. 이와 같이, 목표 엔진 속도는 가속 페달의 위치에 따라 달라진다. 적절하게는, 목표 엔진 속도는 가속 페달이 더 많이 가압될수록 더 커진다. 가속 페달은 전자적으로, 기계적으로 또는 다른 시스템에 의해 제어 유닛에 연결되어서, 가속 페달의 위치를 제어 유닛이 결정할 수 있다. 적절하게는, 제1 엔진 속도는 사전에 정해지며, 제어 유닛에 저장된다. 제1 엔진 속도는 요구 토크, 주행성 및 요구 연료 소비 등에 기초하여 결정될 수 있다. 적절하게는, 제1 엔진 속도는 경험에 기초하여, 즉, 경험적으로 결정된 것에 기초하여 사전에 정해진다.
본 발명의 양태에 따르면, 하이브리드 파워 트레인 내의 기어 시프트를 위한 시스템이 제공된다. 하이브리드 파워트레인은 내연 기관; 전기 기계; 기어박스; 및 전기 기계에 연결된 에너지 저장 유닛을 포함하며, 적어도 하나의 제어 유닛은 내연 기관, 전기 기계, 기어박스 및 에너지 저장 유닛과 연통하도록 배치된다. 제어 유닛은, 에너지 저장 유닛 내의 에너지 레벨을 결정하고, 업 시프트의 경우에 후속 기어가 갖는 가속 능력을 결정하며, 에너지 저장 유닛 내의 에너지 레벨과 가속 능력에 기초하여 내연 기관에 대한 목표 엔진 속도를 결정하고, 목표 엔진 속도에 기초하여 기어 시프트를 제어하도록 구성된다.
하이브리드 파워트레인은 내연 기관과 전기 기계 사이에 배치된 클러치를 포함할 수 있다. 따라서, 내연 기관의 크랭크샤프트는 클러치의 일 측에 적절하게 연결되고, 전기 기계는 클러치의 다른 측에 연결된다. 기어박스는 전기 기계에 연결된 입력축 및 차량의 구동 휠에 연결된 출력축을 포함할 수 있다. 기어박스는 입력축 및 메인축과 관련하여 배치된 레이축을 또한 포함하며, 메인축은 출력축에 연결된다.
제어 유닛은 내연 기관, 클러치, 전기 기계 및 기어박스를 제어하도록 적절하게 구성된다. 제어 유닛에는 컴퓨터가 연결될 수 있다.
적절하게는, 제어 유닛은 목표 엔진 속도를 결정하도록 구성되어서, 결정된 에너지 레벨이 임계 레벨 미만이거나 및/또는 결정된 가속 능력이 임계 레벨 미만일 때, 목표 엔진 속도가 제1 엔진 속도로 설정된다.
적절하게는, 제어 유닛은 목표 엔진 속도를 결정하도록 구성되어서, 결정된 에너지 레벨이 임계 레벨을 초과하고, 결정된 가속 능력이 임계 레벨을 초과할 때, 목표 엔진 속도가 제2 엔진 속도로 설정되며, 제2 엔진 속도는 제1 엔진 속도보다 작다.
본 발명의 다른 목적, 이점 및 신규한 특징은 이하의 상세한 설명으로부터 당업자에게 명백해질 것이며 또한 본 발명을 실시함으로써 가능해질 것이다. 본 발명은 이하에 기술되어 있지만, 설명된 특정 세부 사항에 제한되지 않는다는 점에 유의해야 한다. 본 명세서의 교시에 접근하는 전문가는 본 발명의 범주 내에 있는 다른 분야 내에서의 추가의 응용, 수정 및 편입을 인식할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량을 개략적으로 도시한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 파워트레인 내의 기어 시프트 방법의 흐름도를 개략적으로 도시한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 제어 유닛 또는 컴퓨터를 개략적으로 도시한다.
본 발명 및 본 발명의 목적 및 이점을 더욱 충분히 이해하기 위해, 이하에 설명되는 상세한 설명은 첨부 도면과 함께 판독되어야 하고, 첨부 도면에서 동일한 도면 부호는 다양한 도면에서 동일한 항목을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량(1)의 측면을 개략적으로 도시한다. 하이브리드 차량은 내연 기관 및/또는 전기 기계에 의해 차량이 추진될 수 있도록 하이브리드 파워트레인을 갖는 차량으로 간주된다. 차량 (1)은 하이브리드 파워트레인(3) 내의 기어 시프트를 위한 시스템(30)을 포함한다. 하이브리드 파워트레인(3)은 내연 기관(2), 전기 기계(6)(도시되지 않음) 및 기어박스(8)를 포함한다. 전기 기계(6)는 기어박스(8)에 연결된다. 기어박스(8)는 또한 출력축(16)을 통해 차량(1)의 구동 휠(10)에 연결된다. 차량(1)은 예컨대, 트럭 또는 버스와 같은 대형 차량일 수 있다. 차량(1)은 대안적으로 승용차일 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량(1)의 하이브리드 파워트레인(3) 내의 기어 시프트를 위한 시스템(30)을 개략적으로 도시한다. 하이브리드 파워트레인(3)은 연소 엔진(2), 클러치(4), 전기 기계(6) 및 기어박스(8)를 포함한다. 연소 엔진(2)의 크랭크샤프트(12)는 클러치(4)의 일 측에 연결되고, 전기 기계(6)는 클러치(4)의 다른 측에 연결된다. 따라서, 클러치(4)는 연소 엔진(2)과 전기 기계(6) 사이에 배치된다. 기어박스(8)는 전기 기계(6)에 연결된 입력축(14) 및 차량(1)의 구동 휠(10)에 연결된 출력축(16)을 포함한다. 도 2에는 2개의 구동 휠(10)만이 도시되어 있지만, 본 발명의 범위 내에서 임의의 수의 구동 휠(10)이 하이브리드 파워트레인(3)에 의해 구동될 수 있다. 에너지 저장 유닛(18)은 전기 기계(6)를 구동시키는 전기 에너지/전류를 공급하기 위해 전기 기계(6)와 연통하도록 배치된다.
연소 엔진(2), 클러치(4), 전기 기계(6), 기어박스(8) 및 에너지 저장 유닛(18)은 제어 유닛(20)과 관련하여 배치된다. 제어 유닛(20)은 예를 들어, 기어 시프트를 위해 연소 엔진(2), 클러치(4), 전기 기계(6) 및 기어박스(8)를 제어하도록 구성된다. 제어 유닛(20)에는 컴퓨터(22)가 연결될 수 있다. 적절하게는, 제어 유닛(20)은, 에너지 저장 유닛(18) 내의 에너지 레벨을 결정하고, 후속 기어가 갖는 가속 능력을 결정하며, 에너지 저장 유닛(18) 내의 에너지 레벨과 가속 능력에 기초하여 내연 기관(2)에 대한 목표 엔진 속도를 결정하고, 목표 엔진 속도에 기초하여 기어 시프트를 제어하도록 구성된다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 파워트레인(3) 내의 기어 시프트 방법에 대한 흐름도이다. 하이브리드 파워트레인(3)은 도 2와 관련하여 설명된 바와 같이 구성된다. 하이브리드 파워트레인(3)은 내연 기관(2), 전기 기계(6), 기어박스(8) 및 전기 기계(6)와 연통하도록 배치된 에너지 저장 유닛(18)을 포함한다. 적어도 하나의 제어 유닛(20)은 내연 기관(2), 전기 기계(6), 기어박스(8) 및 에너지 저장 유닛(18)과 연통하도록 배치된다. 상기 방법은 에너지저장 유닛 내의 에너지 레벨을 결정하는 단계(s101); 후속 기어가 갖는 가속 능력을 결정하는 단계(s102); 에너지 저장 유닛 내의 에너지 레벨과 가속 능력에 기초하여 내연 기관에 대한 목표 엔진 속도를 결정하는 단계(s103); 및 목표 엔진 속도에 기초하여 기어 시프트를 제어하는 단계(s104)를 포함한다. 에너지 저장 유닛(18) 내의 에너지 레벨을 결정하고, 후속 기어가 갖는 가속 능력을 결정하고, 에너지 저장 유닛(18) 내의 에너지 레벨 및 가속 능력에 기초하여 내연 기관(2)에 대한 목표 엔진 속도를 결정함으로써, 전기 기계(6)를 빈번하게 사용하고, 내연 기관(2)을 적게 사용할 수 있는 기어 시프트가 달성된다. 이러한 방식으로, 연료 소비를 최소화하는 기어 시프트 방법이 달성된다. 또한, 후속 기어가 갖는 가속 능력에 기초하여 목표 엔진 속도를 결정함으로써, 주행성이 최적화된다.
상기 방법 단계들은 제어 유닛(20)에 의해 적절하게 수행된다. 제어 유닛(20)은 에너지 저장 유닛(18) 및 제어 유닛(20)에 연결된 전압 센서에 의해 에너지 저장 유닛(18) 내의 에너지 레벨을 결정할 수 있다.
후속 기어는 적절하게 높은 기어이다. 따라서, 후속 기어가 갖는 가속 능력을 결정하는 단계(s102)는 업 시프트의 경우에 후속 기어가 갖는 가속 능력을 결정하는 단계를 적절하게 포함한다.
목표 엔진 속도를 결정하는 단계(s103)는 결정된 에너지 레벨이 임계 레벨 미만이거나 및/또는 결정된 가속 능력이 임계 레벨 미만일 때, 목표 엔진 속도를 제1 엔진 속도로 설정하는 단계를 적절하게 포함한다. 또한, 목표 엔진 속도를 결정하는 단계(s103)는 결정된 에너지 레벨이 임계 레벨을 초과하고, 결정된 가속 능력이 임계 레벨을 초과할 때, 목표 엔진 속도를 제2 엔진 속도로 설정하는 단계를 적절하게 포함하며, 제2 엔진 속도는 제1 엔진 속도보다 작다. 이러한 방식으로, 에너지 저장 유닛(18) 내의 에너지 레벨이 임계 레벨을 초과하고, 가속 능력이 임계 레벨을 초과하는 것으로 결정되면, 기어 시프트 중에 에너지 레벨이 전기 기계(6)를 구동시키는데 사용될 수 있다. 에너지 레벨 및 가속 능력이 그들의 임계 레벨을 초과하기 때문에, 전기 기계(6)는 토크를 제공할 수 있고, 이에 따라, 후속 기어에서 내연 기관(2)이 소망하는 토크를 제공할 수 없음에도 낮은 엔진 속도에서 업 시프트가 수행될 수 있다. 그러므로, 에너지 레벨 및 가속 능력에 기초하여 목표 엔진 속도를 결정함으로써, 보다 낮은 엔진 속도에서 조기에 업 시프트가 수행될 수 있고, 토크 요건을 충족시키면서 연료 소비를 최소화할 수 있다.
에너지 임계 레벨은 사전에 정해진 임의의 에너지 레벨일 수 있다. 적절하게는, 에너지 임계 레벨은 전기 기계(6)가 최소 토크를 제공하기에 충분한 에너지 레벨이다. 적절하게는, 에너지 임계 레벨은 전기 기계가 특정 시간 주기 동안에 또는 특정 거리 동안에 최소 토크를 제공하기에 충분한 에너지 레벨이다. 적절하게는, 에너지 임계 레벨은 제어 유닛(20)에 저장된다.
목표 엔진 속도에 기초하여 기어 시프트를 제어하는 단계(s104)는 내연 기관(2), 기어박스(6) 및 전기 기계(6)를 제어하는 단계를 적절하게 포함한다. 목표 엔진 속도에 기초하여 기어 시프트를 제어하는 것은 내연 기관(2)이 목표 엔진 속도를 본질적으로 유지하도록 기어를 변경하는 것을 적절하게 포함한다.
후속 기어가 갖는 가속 능력은 후속 기어에 제공된 견인력 및 현재 주행 저항에 기초하여 단계(s102)에서 적절하게 결정된다. 특정 기어에 제공된 견인력은 제공된 토크, 기어비 및 기어 휠의 반경을 기반으로 한다. 높은 기어는 낮은 기어보다 낮은 기어비를 가지므로, 동일하게 제공된 토크에서 높은 기어가 갖는 견인력은 낮은 토크가 갖는 견인력보다 작다. 현재 주행 저항은 도로의 경사, 공기 저항 및/또는 구름 저항 등에 기초할 수 있다. 견인력이 주행 저항보다 크면 양의 가속도가 달성된다. 제어 유닛(20)은 후속하는 높은 기어의 견인력, 현재 주행 저항 및 가속 능력을 적절하게 결정한다.
적절하게는, 가속 능력의 임계 레벨은 임의의 사전에 정해진 가속 레벨이다. 가속 능력의 임계 레벨은 약 0,5-0.8m/s2의 가속도일 수 있다. 가속 능력이 임계 레벨을 초과하는 경우에만 낮은 목표 엔진 속도를 설정함으로써, 연료 소비를 최소화하면서 주행성이 최적화되는 것을 보장한다. 가속 능력의 임계 레벨은 제어 유닛(20)에 적절하게 저장된다.
제2 엔진 속도는 제1 엔진 속도에 기초하여 적절하게 결정된다. 제2 엔진 속도는 사전에 정해진 인자에 의해 감소된 제1 엔진 속도로서 적절하게 계산된다. 적절하게는, 사전에 정해진 인자는 결정된 에너지 레벨 및 결정된 가속 능력에 따른다. 적절하게는, 각각의 에너지 레벨과 가속 능력이 높을수록 인자는 커지고, 따라서, 제2 엔진 속도는 작아진다. 따라서, 에너지 레벨 및 가속 능력이 임계 레벨보다 훨씬 높을 때, 목표 엔진 속도는 더 작아진다. 이러한 방식으로, 결정된 목표 엔진 속도는 가용 에너지 레벨 및 가속 능력에 동적으로 조정되는 것을 보장한다. 제어 유닛(20)이 제2 엔진 속도를 계산할 수 있도록 사전에 정해진 인자가 제어 유닛(20)에 적절하게 저장된다.
대안적으로, 제2 엔진 속도는 제1 엔진 속도보다 작은 임의의 사전에 정해진 엔진 속도이다.
상기 방법은 적절하게는 결정된 목표 엔진 속도에 기초하여 전기 기계(6)를 제어하는 단계를 포함한다. 목표 엔진 속도가 제2 엔진 속도로 설정될 때, 전기 기계(6)가 토크를 제공하도록 적절하게 제어된다. 제2 엔진 속도가 목표 엔진 속도로서 설정되면, 목표 엔진 속도는 감소되고, 조기에 업 시프트가 수행될 수 있다. 따라서, 업 시프트로 인해 내연 기관(2)이 후속 기어에서 소망하는 토크를 제공할 수 없게 될 때, 전기 기계(6)는 손실 토크를 제공하도록 제어된다. 이러한 방식으로, 업 시프트는 조기에 수행될 수 있으며, 연료 소비가 최소화되고, 주행성이 최적화된다.
상기 방법은 또한 목표 엔진 속도를 결정하기 이전에 전기 기계(6)의 기능을 결정하는 단계(s105)를 적절하게 포함한다. 목표 엔진 속도를 결정하기 이전에 에너지 저장 유닛(18) 내의 에너지 레벨을 결정함으로써, 충분한 에너지가 전기 기계(6)를 구동하는데 사용될 수 있어서 전기 기계(6)가 최소 토크를 제공할 수 있음을 보장한다. 그러나, 전기 기계(6)의 상태가 특정 요건을 충족시키거나 또는 전기 기계(6)가 에너지 저장 유닛(18) 내의 에너지 레벨에 관계없이 소망하는 토크를 제공하지 못할 수도 있다는 것도 중요하다. 따라서, 상기 방법은 바람직하게는 목표 엔진 속도를 결정하는 단계 이전에 전기 기계의 기능이 최소 토크를 제공하기에 충분한지 여부를 결정하는 단계를 포함한다. 최소 토크는 사전에 정해진 임의의 토크 값일 수 있다. 따라서, 전기 기계(6)의 기능이 최소 토크를 제공하기에 충분하지 않은 것으로 결정되면, 제1 엔진 속도가 목표 엔진 속도로서 결정된다. 유사하게는, 전기 기계(6)의 기능이 최소 토크를 제공하기에 충분한 것으로 결정되면, 에너지 레벨 및 가속 능력이 임계 레벨을 초과하는 경우에, 제2 엔진 속도가 목표 엔진 속도로서 결정될 수 있다. 전기 기계(6)의 기능은 전기 기계(6)로부터의 토크 신호에 기초하여 결정될 수 있다. 상기 기능은 또한 전기 기계(6)의 온도를 결정함으로써 결정될 수도 있다. 전기 기계(6)의 온도는 전기 기계(6)의 전체 성능에 영향을 미치므로, 목표 엔진 속도를 결정하기 이전에 전기 기계(6)의 온도를 결정하는 것이 유리하다. 적절하게는, 결정된 온도가 온도 임계치를 초과할 때, 제1 엔진 속도가 목표 엔진 속도로서 결정된다. 전기 기계의 온도가 온도 임계치 미만이고, 에너지 레벨이 에너지 레벨 임계치를 초과하며, 가속 능력이 가속 능력의 임계 레벨을 초과하는 경우에 제2 엔진 속도가 목표 엔진 속도로서 적절하게 결정된다. 적절하게는, 온도 임계치는 제어 유닛(20)에 저장된 사전에 정해진 값이다.
목표 엔진 속도는 가속 페달의 위치에 기초하여 단계(s103)에서 결정될 수 있다. 제1 엔진 속도는 가속 페달의 위치에 기초하여 결정될 수 있고, 이에 따라, 제2 엔진 속도도 가속 페달의 위치에 기초할 수 있다. 이와 같이, 목표 엔진 속도는 가속 페달의 위치에 따라 달라진다. 적절하게는, 목표 엔진 속도는 가속 페달이 더 많이 가압될수록 더 커진다. 가속 페달은 전자적으로, 기계적으로 또는 다른 시스템에 의해 제어 유닛(20)에 연결되어서, 가속 페달의 위치를 제어 유닛(20)이 결정할 수 있다.
도 4는 장치(500)를 개략적으로 도시한다. 도 2 및 도 3을 참조하여 기술된 제어 유닛(20) 및/또는 컴퓨터(22)는 장치(500)를 포함할 수 있다. 본원 명세서에서, "링크"라는 용어는 광전자 통신 회선과 같은 물리적 연결 또는 라디오 링크 마이크로파 링크인 무선 연결과 같은 비 물리적 연결일 수 있는 통신 링크를 나타낸다. 상기 장치(500)는 비-휘발성 메모리(520), 데이터 처리 유닛(510) 및 판독/기록 메모리(550)를 포함한다. 비-휘발성 메모리(520)는 제1 메모리 소자(530)를 가지며, 상기 메모리 소자에는 예컨대, 작동 시스템과 같은 컴퓨터 프로그램이 상기 장치(500)의 기능을 제어하기 위해 저장된다. 상기 장치(500)는 버스 제어기, 직렬 통신 포트, I/O 수단, A/D 변환기, 시간과 날짜 입력 및 전송 유닛, 이벤트 카운터 및 인터럽트 제어기(도시되지 않음)를 또한 포함한다. 비-휘발성 메모리(520)는 또한 제2 메모리 소자(540)를 갖는다.
본 발명에 따른 하이브리드 파워트레인(3) 내의 기어 시프트 방법을 위한 루틴을 포함하는 컴퓨터 프로그램(P)이 제공된다. 컴퓨터 프로그램(P)은 에너지 저장 유닛 내의 에너지 레벨을 결정하는 루틴을 포함한다. 컴퓨터 프로그램(P)은 업 시프트의 경우에, 후속 기어가 갖는 가속 능력을 결정하는 루틴을 포함한다. 컴퓨터 프로그램(P)은 결정된 에너지 레벨 및 결정된 가속 능력에 기초하여 목표 엔진 속도를 결정하는 루틴을 포함한다. 컴퓨터 프로그램(P)은 결정된 목표 엔진 속도에 기초하여 기어 시프트를 제어하는 루틴을 포함한다. 컴퓨터 프로그램(P)은 전기 기계의 기능을 결정하는 루틴을 포함한다. 컴퓨터 프로그램(P)은 전기 기계의 온도를 결정하는 루틴을 포함한다. 컴퓨터 프로그램(P)은 최소 토크를 제공하기 위한 전기 기계의 능력을 결정하는 루틴을 포함한다. 상기 프로그램(P)은 실행 가능한 형태 또는 압축된 형태로 메모리(560) 및/또는 판독/기록 메모리(550)에 저장될 수 있다.
데이터 처리 유닛(510)이 특정 기능을 수행하는 것으로 기술되는 경우에, 이는 데이터 처리 유닛(510)이 메모리(560)에 저장된 프로그램의 특정 부분 또는 판독/기록 메모리(550)에 저장된 프로그램의 특정 부분을 수행함을 의미한다.
데이터 처리 장치(510)는 데이터 버스(515)를 통해 데이터 포트(599)와 연통할 수 있다. 비-휘발성 메모리(520)는 데이터 버스(512)를 통해 데이터 처리 유닛(510)과 연통하기 위한 것이다. 개별 메모리(560)는 데이터 버스(511)를 통해 데이터 처리 유닛(510)과 연통하기 위한 것이다. 판독/기록 메모리(550)는 데이터 버스(514)를 통해 데이터 처리 유닛(510)과 연통하도록 구성된다.
데이터가 데이터 포트(599) 상에 수신되면, 이들은 제2 메모리 소자(540)에 일시적으로 저장된다. 수신된 입력 데이터가 일시적으로 저장되면, 데이터 처리 유닛(510)은 전술한 바와 같이, 코드 실행을 준비한다.
본원 명세서에 기술된 방법의 일부는 메모리(560) 또는 판독/기록 메모리(550)에 저장된 프로그램을 실행하는 데이터 처리 유닛(510)을 이용하여 상기 장치(500)에 의해 수행될 수 있다. 상기 장치(500)가 프로그램을 실행할 때, 본원 명세서에 기술된 방법들이 실행된다.
본 발명의 바람직한 실시예들에 대한 전술한 설명은 예시적이고 설명적인 목적으로 제공된다. 본 발명을 상술한 변형 예들로 한정하는 것은 아니다. 많은 수정 및 변형이 당업자에게 명백할 것이다. 본 실시예들은 본 발명의 원리와 그 실제 응용을 설명하고, 따라서, 다양한 실시예 및 의도된 용도에 적합한 다양한 변형예에 대해 본 발명을 전문가가 이해할 수 있도록 하기 위해 선택되고 기술되었다.

Claims (16)

  1. 내연 기관(2); 전기 기계(6); 기어박스(8); 및 전기 기계(6)에 연결된 에너지 저장 유닛(18)을 포함하는 하이브리드 파워트레인 내의 기어 시프트를 위한 방법으로,,
    적어도 하나의 제어 유닛(20)이 내연 기관(2), 전기 기계(6), 기어박스(8) 및 에너지 저장 유닛(18)과 연통하도록 배치되어 있는, 기어 시프트 방법에 있어서,
    - 에너지 저장 유닛(18) 내의 에너지 레벨을 결정하는 단계(s101);
    - 후속 기어가 갖는 가속 능력을 결정하는 단계(s102);
    - 에너지 저장 유닛(18) 내의 에너지 레벨 및 가속 능력에 기초하여 내연 기관(2)에 대한 목표 엔진 속도를 결정하는 단계(s103); 및
    - 목표 엔진 속도에 기초하여 기어 시프트를 제어하는 단계(s104)를 포함하는 것을 특징으로 하는 기어 시프트 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    결정된 에너지 레벨이 임계 레벨 미만이거나 및/또는 결정된 가속 능력이 임계 레벨 미만일 때, 목표 엔진 속도가 제1 엔진 속도로 설정되도록 결정되는 것을 특징으로 하는 기어 시프트 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    결정된 에너지 레벨이 임계 레벨을 초과하고, 결정된 가속 능력이 임계 레벨을 초과할 때, 목표 엔진 속도가 제2 엔진 속도로 설정되도록 결정되며, 제2 엔진 속도는 제1 엔진 속도보다 작은 것을 특징으로 하는 기어 시프트 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    제2 엔진 속도는 제1 엔진 속도에 기초하여 결정되는 것을 특징으로 하는 기어 시프트 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    제2 엔진 속도는 사전에 정해진 인자에 의해 감소된 제1 엔진 속도로서 결정되는 것을 특징으로 하는 기어 시프트 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    사전에 정해진 인자는 결정된 에너지 레벨 및 결정된 가속 능력에 의존하는 것을 특징으로 하는 기어 시프트 방법.
  7. 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    기어 시프트를 제어하는 단계(s104)는 제2 엔진 속도가 목표 엔진 속도로서 설정될 때, 토크를 제공하도록 전기 기계(6)를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기어 시프트 방법.
  8. 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방법은 목표 엔진 속도를 결정하는 단계 이전에,
    - 전기 기계(6)의 기능을 결정하는 단계(s105)를 포함하는 것을 특징으로 하는 기어 시프트 방법.
  9. 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    후속 기어가 갖는 가속 능력은 후속 기어에 제공된 견인력 및 현재 주행 저항에 기초하여 결정되는 것을 특징으로 하는 기어 시프트 방법.
  10. 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    목표 엔진 속도는 가속 페달의 위치에 기초하여 결정되는 것을 특징으로 하는 기어 시프트 방법.
  11. 하이드리브 파워트레인(3) 내의 기어 시프트를 위한 시스템(30)으로,
    하이브리드 파워트레인(3)은 내연 기관(2); 전기 기계(6); 기어박스(8); 및 전기 기계(6)에 연결된 에너지 저장 유닛(18)을 포함하며, 적어도 하나의 제어 유닛(20)이 내연 기관(2), 전기 기계(6), 기어박스(8) 및 에너지 저장 유닛(18)과 연통하도록 배치되어 있는, 기어 시프트 시스템에 있어서,
    제어 유닛(20)은, 에너지 저장 유닛(18) 내의 에너지 레벨을 결정하고, 후속 기어가 갖는 가속 능력을 결정하며, 에너지 저장 유닛 내의 에너지 레벨과 가속 능력에 기초하여 내연 기관(2)에 대한 목표 엔진 속도를 결정하고, 목표 엔진 속도에 기초하여 기어 시프트를 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 기어 시프트 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    제어 유닛(20)은 목표 엔진 속도를 결정하도록 구성되어서, 결정된 에너지 레벨이 임계 레벨 미만이거나 및/또는 결정된 가속 능력이 임계 레벨 미만일 때, 목표 엔진 속도가 제1 엔진 속도로 설정되는 것을 특징으로 하는 기어 시프트 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    제어 유닛(20)은 목표 엔진 속도를 결정하도록 구성되어서, 결정된 에너지 레벨이 임계 레벨을 초과하고, 결정된 가속 능력이 임계 레벨을 초과할 때, 목표 엔진 속도가 제2 엔진 속도로 설정되며, 제2 엔진 속도는 제1 엔진 속도보다 작은 것을 특징으로 하는 기어 시프트 시스템.
  14. 차량으로,
    제11항 내지 제13항에 따른 시스템(30)을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량.
  15. 컴퓨터 프로그램(P)으로,
    상기 컴퓨터 프로그램은 전자 제어 유닛(20; 500) 또는 전자 제어 유닛(20; 500)에 연결된 컴퓨터(22; 500)가 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 단계들을 수행하도록 하는 프로그램 코드를 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 프로그램.
  16. 컴퓨터 프로그램 제품으로,
    상기 컴퓨터 프로그램 제품은, 컴퓨터 프로그램이 전자 제어 유닛(20; 500) 또는 전자 제어 유닛(20; 500)에 연결된 컴퓨터(22; 500)에서 실행될 때, 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 방법 단계들을 수행하기 위해 컴퓨터로 판독 가능한 매체 상에 저장된 프로그램 코드를 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 프로그램 제품.
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