KR20200057081A - 차량의 파워 트레인을 제어하는 방법 - Google Patents

차량의 파워 트레인을 제어하는 방법 Download PDF

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루도빅 메리엔느
네스린 벵-벨디
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르노 에스.아.에스.
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Abstract

차량의 파워 트레인(1)을 제어하는 방법으로서, 제2 주 샤프트로부터 제1 주 샤프트로 토크를 스위칭하는 제1시기(P1); 입력 기어비에 대한 전기 변속비를 해제하는 제2시기(P2); 주 전기 기계의 회전 속도(ωmem)를 동기화하는 제3시기(P3); 출력 기어비에 대한 전기 변속비를 결합시키는 제4시기(P4); 및 제1 주 샤프트로부터 제2 주 샤프트로 토크를 스위칭하는 제5시기(P5)를 포함한다. 상기 제1시기는 타겟 동력 값(Pice_target_s03)을 계산하는 제1 단계(S03) 및 상기 내연 기관에 의해 전달되는 동력(Pice)을 타겟 동력 값으로 증가시키는 제2 단계(S04)를 포함하고, 상기 타겟 동력 값은, 상기 제2단계의 끝에서 상기 주 전기 기계에 의해 전달되는 동력(Pmem)이 상기 부 전기 기계에 의해 전달되는 동력(Phsg)의 증가에 의해 완전히 보상될 수 있도록 결정된다.

Description

차량의 파워 트레인을 제어하는 방법
본 발명은 차동 장치에 의해 여러 액츄에이터들(연소 엔진들 및 전기 기계들)로부터의 토크를 차량의 휠을 향해 다양한 변속비(transmission ratio)로 결합하는 기어 박스를 포함하는 전기 또는 하이브리드 차량의 파워 트레인(Power train, PT)의 자동 트랜스미션(automatic transmissions)를 제어하는 것에 관한 것이다.
보다 구체적으로, 본 발명은 내연 기관(internal combustion engine); 주 전기 기계(main electric machine); 부 전기 기계(secondary electric machine); 및, 내연 기관 및 부 전기 기계에 기계적으로 연결된 제1 주 샤프트(first primary shaft), 주 전기 기계에 기계적으로 연결된 제2 주 샤프트(second primary shaft), 및 부 샤프트(secondary shaft)를 포함하는 적어도 하나의 도그 기어 박스(dog gearbox);를 포함하는 차량의 파워 트레인을 제어하는 방법에 관한 것이다.
본 발명은 특히 이러한 유형의 파워 트레인에 관한 것이며, 변속비의 결합 및 해제는, "조오 클러치(jaw clutch)"라고도 알려진, 축 상에서 축 방향으로 이동 가능한 도그 또는 평평한 이를 구비하며 동기화 장치 없이 제어되는 커플링 시스템에 의해 수행된다. 도그는 그 축 상에서 자유롭게 회전하고 축 방향으로 고정된 기어 휠을 향하여 제어 포크(fork)에 의해 제어된다. 결합된 변속비에서 토크를 휠에 전달하기 위해, 기어 휠 상의 이동 가능한 도그를 결합하여 샤프트와 기어 휠을 결합시킨다.
프랑스 특허 출원 FR 3 007 696호는 참조될 수 있으며, 주 기계 및 부 기계를 포함하는 2개의 전기 기계 및 3개의 샤프트를 구비한 하이브리드 트랜스미션 아키텍처(hybrid transmission architecture)를 기술한다. 트랜스미션은 3개의 특정 도그 커플링 시스템을 사용한다. 이는 수동 기어 박스와 유사한 기계적 동작을 가진 로봇 기어 박스이다. 변속비의 변경은 도그를 결합 및 해제할 수 있는 액츄에이션 시스템을 사용하여 자동적으로 이루어진다.
이러한 아키텍쳐로, 제1 주 샤프트만이 부 샤프트에 기계적으로 연결되는 순수한 연소 엔진 변속비, 제2 주 샤프트가 부 샤프트에 기계적으로 연결되는 순수한 전기 변속비, 및 제1 및 제2 주 샤프트 모두가 부 샤프트에 기계적으로 연결되는 하이브리드 비를 결합하는 것이 가능하다. 하이브리드 비의 경우, 연소 엔진 변속비는 제1 주 샤프트와 부 샤프트 사이의 기계적 연결에 대응하고, 전기 변속비는 제2 주 샤프트와 부 샤프트 사이의 기계적 연결에 대응한다.
사용자가 하이브리드 출력 비를 결합하기 위해 하이브리드 입력 비를 남기고자 할 때, 입력 기어비와 출력 기어비가 다양한 전기 변속비를 가지므로 다음과 같은 방법이 구현된다. 먼저, 제2 주 샤프트로부터 제1 주 샤프트로 토크가 스위칭(switched)된다. 제2 주 샤프트로부터의 토크가 0일 때, 입력 기어비에 대한 전기 변속비는 해제된다. 그 다음, 주 전기 기계의 회전 속도는 출력 기어비에 대한 전기 변속비를 결합하는 후속 시기를 준비하기 위해 동기화된다. 이 결합이 완료되면, 제1 주 샤프트로부터 제2 주 샤프트로 토크가 스위칭된다.
제2 주 샤프트로부터 제1 주 샤프트로 토크를 스위칭하기 위해, 일반적으로 사용되는 솔루션은 주 전기 기계로부터의 토크를 감소시키고 또한 내연 기관으로부터의 토크를 증가시키는 것으로 구성된다. 그러나 이러한 해결책은 완전히 만족스럽지는 않다. 주 전기 기계로부터의 토크는 매우 빠르게 감소할 수 있지만, 내연 기관으로부터의 토크는 빠르게 증가할 수 없다. 주 전기 기계에 의해 전달되는 토크가 가능한 한 빠르게 감소된다면, 부 샤프트에 공급되는 토크는 감소한다. 이로 인해, 가속 플랫 스팟(acceleration flat spot), 요동(jolt) 또는 저크(jerk, 차량이 울컥거리는 현상), 속도 저하, "노즈다이브 현상(nosedive effect)" 등의 사용자에게 불쾌감을 줄 수 있는 현상이 발생한다.
이러한 불쾌감을 피하기 위해, 내연 기관으로부터의 토크의 최대 증가율의 함수로써, 주 전기 기계로부터의 토크의 감소 속도를 제한하도록 결정될 수 있다. 그러나, 기어비 변경 시간은 증가된다.
제2 주 샤프트로부터 제1 주 샤프트로 토크를 스위칭하기 위한 또 다른 솔루션은, 부 전기 기계로부터의 토크를 증가시킴으로써 주 전기 기계로부터의 토크의 감소를 보상하는 것으로 구성된다. 그러나, 부 전기 기계는 일반적으로 주 전기 기계보다 더 적은 기계적 동력을 전달한다. 이러한 조건들 하에서는, 부 전기 기계는 주 전기 기계로부터의 토크를 보상할 수 없다. 따라서, 토크 플랫 스팟이 발생하여, 차량의 사용자가 불쾌감을 느끼게 된다.
앞서 서술한 점에 비추어, 본 발명은 전술한 단점을 극복한 차량의 파워 트레인의 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
보다 구체적으로, 본 발명은 하이브리드 입력 비와 상기 입력 기어비와 상이한 전기 변속비를 갖는 하이브리드 출력 비 사이의 기어비의 변경을 가능하게 하는 것을 목적으로 하며, 기어비의 변경 시간은 최소로 하여, 가능한 적은 불쾌감을 차량의 사용자가 느끼도록 한다.
이를 위해, 내연 기관; 주 전기 기계; 부 전기 기계; 및, 상기 내연 기관 및 부 전기 기계에 기계적으로 연결된 제1 주 샤프트, 주 전기 기계에 기계적으로 연결된 제2 주 샤프트, 및 부 샤프트를 포함하는 적어도 하나의 도그 기어 박스;를 포함하는 차량의 파워 트레인을 제어하는 방법이 제안되며, 상기 방법은 제2 주 샤프트로부터 제1 주 샤프트로 토크를 스위칭하는 제1시기; 입력 기어비에 대한 전기 변속비를 해제하는 제2시기; 주 전기 기계의 회전 속도를 동기화(synchronizing)하는 제3시기; 출력 기어비에 대한 전기 변속비를 결합하는 제4시기; 및 제1 주 샤프트로부터 제2 주 샤프트로 토크를 스위칭하는 제5시기;를 포함한다.
본 발명의 일반적인 특징에 따르면, 제1시기는 제1타겟 동력 값을 계산하는 제1단계 및 내연 기관에 의해 전달되는 동력을 제1타겟 동력 값으로 증가시키는 제2단계를 포함하며, 상기 제1타겟 동력 값은, 제2단계의 끝에서 주 전기 기계에 의해 전달되는 동력이 부 전기 기계에 의해 전달되는 동력의 증가에 의해 완전히 보상될 수 있도록 결정된다.
따라서, 주 전기 기계로부터의 토크는 2개의 상이한 스위칭 역학(switching dynamics)에 따라 상쇄 및 보상되고, 이 경우 2개의 상이한 스위칭 역학은 가속 플랫 스팟과 같은 불쾌함의 발생을 피하기 위해 제1 저속 역학 및 기어비 변경 시간을 제한하는 제2 고속 역학을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제2단계 동안, 주 전기 기계에 의해 전달되는 동력이 감소되고, 주 전기 기계에 의해 전달되는 동력의 감소율은 내연 기관에 의해 전달되는 동력의 증가율과 실질적으로 동일하다.
유리하게는, 제1단계 동안, 부 전기 기계에 의해 전달될 수 있는 추가 동력이 또한 결정되고, 기어비 변경이 요청되지 않은 경우 주 전기 기계에 의해 생성될 동력보다 상기 결정된 추가 동력이 정확히 더 작으면, 제2단계만 구현된다.
이러한 실시예에서, 제2 주 샤프트로부터의 토크의 상쇄가 부 전기 기계에 의해 완전히 보상될 수 있다면, 내연 기관으로부터의 토크의 제어는 수정되지 않는다. 따라서, 가속 플랫 스팟의 발생을 방지하면서 기어비 변경 시간이 최대한 제한된다.
제1단계(S03) 동안, 제1 타겟 값(Pice_target_s03)은 다음 공식을 적용함으로써 결정되며:
Figure pct00001
,
여기서, Pice_target_s03은 제1타겟 값을 나타내고, Pmem_no는 기어비 변경이 요청되지 않은 경우 주 전기 기계에 의해 생산될 동력을 나타내고, Pice_no는 기어비 변경이 요청되지 않은 경우 내연 기관에 의해 생성될 동력을 나타내고, Phsg_pot은 부 전기 기계에 의해 전달될 수 있는 추가 동력을 나타낸다.
일 실시예에서, 제2단계 동안, 내연 기관으로부터의 토크는 내연 기관으로부터의 토크의 최대 증가율과 동일한 증가율로 증가된다.
상기 제1시기는, 내연 기관에 의해 전달되는 동력에 대한 제2 타겟 값, 주 전기 기계에 의해 전달되는 동력에 대한 제3 타겟 값, 및 부 전기 기계에 의해 전달되는 동력에 대한 제4 타겟 값을 계산하는 제3단계를 포함하도록 제공될 수도 있다.
이러한 제3단계를 통해, 제2 주 샤프트로부터의 잔여 토크에 대해 보상하는 방법이 제공된다.
일 실시예에서, 상기 제3단계 동안, 상기 타겟 값들은 다음의 식들을 적용하여 결정되며:
Figure pct00002
,
Figure pct00003
,
Figure pct00004
,
여기서, Pice_target_s06은 제2 타겟 값을 나타내고, Pmem_target_s06은 제3 타겟 값을 나타내고, Phsg_target_s06은 제4 타겟 값을 나타내고, Phsg_max은 부 전기 기계에 의해 공급될 수 있는 최대 기계적 동력을 나타내고, Pice_target_s03은 제1 타겟 값을 나타낸다.
이러한 일 실시예는, 기어비 변경 동안 내연 기관에 의해 유발되는 소음, 연료 소모 및 오염물 배출을 제한할 수 있다.
다른 실시예에서, 상기 제3단계 동안, 상기 타겟 값들은 다음 식들을 적용하여 결정되며:
Figure pct00005
,
Figure pct00006
,
Figure pct00007
,
여기서, Pice_target_s08은 제2 타겟 값을 나타내고, Pmem_target_s08은 제3 타겟 값을 나타내고, Phsg_target_s08은 제4 타겟 값을 나타내고, Pice_no는 기어비 변경이 요청되지 않은 경우 내연 기관에 의해 생성될 동력을 나타내고, Pmem_no는 기어비 변경이 요청되지 않은 경우 주 전기 기계에 의해 생성될 동력을 나타내고, Pice_max는 내연 기관에 의해 공급될 수 있는 최대 기계적 동력을 나타내고, Pwheels은 파워 트레인에 의해 휠에 공급될 동력의 설정치를 나타낸다.
이러한 일 실시예에서, 파워 트레인의 전기 기계에 에너지를 공급하는 전기에너지 저장 배터리의 충전 상태가 보존된다.
유리하게는, 제3단계 동안, 제2 타겟 값, 제3 타겟 값 및 제4 타겟 값은 방정식 시스템을 구현함으로써 결정되며, 상기 방정식 시스템은 적어도 2개의 상이한 방정식 시스템들로부터 선택되고, 방정식 시스템의 선택은 차량의 전기 저장 배터리의 충전 상태 및 내연 기관의 최대 소음 레벨로부터 선택되는 적어도 하나의 기준(criterion)에 따라 구현될 수 있다.
이러한 방정식 시스템의 선택을 통해, 제2 주 샤프트로부터의 잔여 토크를 보상할 때 운전자의 요구 사항이 고려된다.
유리하게는, 제1시기는 내연 기관, 주 전기 기계 및 부 전기 기계에 의해 전달되는 동력들을 제2, 제3, 제4 타겟 값으로 각각 조정하는 제4단계를 포함하고, 제4단계 동안 주 전기 기계에 의해 전달되는 동력은 주 전기 기계로부터의 토크의 최대 감소율과 동일한 변화율로 감소된다.
주 전기 기계로부터의 토크는 2개의 상이한 스위칭 역학(switching dynamics)에 따라 상쇄 및 보상되고, 이 경우 2개의 상이한 스위칭 역학은 가속 플랫 스팟과 같은 불쾌함의 발생을 피하기 위해 제1 저속 역학 및 기어비 변경 시간을 제한하는 제2 고속 역학을 포함한다.
제2 주 샤프트로부터의 토크의 상쇄가 부 전기 기계에 의해 완전히 보상될 수 있다면, 내연 기관으로부터의 토크의 제어는 수정되지 않는다. 따라서, 가속 플랫 스팟의 발생을 방지하면서 기어비 변경 시간이 최대한 제한된다.
제3단계를 통해, 제2 주 샤프트로부터의 잔여 토크에 대해 보상하는 방법이 제공된다.
기어비 변경 동안 내연 기관에 의해 유발되는 소음, 연료 소모 및 오염물 배출을 제한할 수 있다.
파워 트레인의 전기 기계에 에너지를 공급하는 전기에너지 저장 배터리의 충전 상태가 보존된다.
상기 방정식 시스템의 선택을 통해, 제2 주 샤프트로부터의 잔여 토크를 보상할 때 운전자의 요구 사항이 고려된다.
본 발명의 다른 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 이하의 비제한적인 실시예의 설명을 통해 보다 명백해질 것이다.
도 1은 하이브리드 파워 트레인 아키텍처의 간단한 예이다.
도 2는 도 1의 파워 트레인의 기어 박스의 기어 시프트 곡선을 도시하고 있다.
도 3은 본 발명에 따른 제어 방법의 일 실시예이다.
도 4는 도 3의 제어 방법 중에 도 1의 파워 트레인의 구성요소들에 의해 전달되는 토크의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 1은 3개의 도그 커플링 시스템을 사용하며 3개의 샤프트 및 2개의 전기 기계를 구비한 하이브리드 파워 트레인(PT, 1)의 블록도이며, 도그 커플링 시스템의 동작은 상기 인용된 문헌에 설명되어 있다. 파워 트레인(1)은 3개의 액츄에이터를 포함하며, 이 경우 내연 기관(ICE, 2), 주 전기 기계(main electric machine, MEM, 3), 및 부 전기 기계(secondary electric machine, 4) 또는 하이브리드 시동 발전기(hybrid starter generator, HSG)를 포함한다. 파워 트레인(1)은 엔진(2)에 연결된 중실형(solid) 주 샤프트(5), 주 전기 기계(3)에 연결된 중공형(hollow) 주 샤프트(6), 부 샤프트(7), 및 부 전기 기계(4)에 연결된 중간 샤프트(8)를 포함한다. 기어비는 기계적 동기 장치(synchronizer)없이, 3개의 도그 커플러(C1, C2, C3)에 의해 결합된다.
기어 박스는 엔진(2), 주 전기 기계(3), 및 부 전기 기계(4)로부터의 토크를 차량의 휠를 향하여 부 샤프트(7) 상으로 결합시킨다. 기어비 변경은, 중실형 주 샤프트(5), 부 샤프트(6), 및 중간 샤프트(8)에 각각 배열된 3개의 도그 커플러(C1, C2, C3)의 제어 하에 이뤄진다. 주 커플러(C1)로 알려지고 중실형 주 샤프트(5)에 배치된 제1 커플러(C1)는, 우측에서 긴 연소 엔진 변속비(ICE4)를 결합시키고 좌측에서 2개의 주 샤프트를 결합시킬 수 있다. 보조 커플러(C2)로 알려지고 부 샤프트에 배치된 제2 커플러는, 2개의 전기 변속비(EV1, EV2)를 결합시킬 수 있다. 전달 커플러(C3)로 알려지고 중간 샤프트(8)에 배치된 제3 커플러는, 부 전기 기계로부터의 토크를 (우측에서) 부 샤프트(7)로, 또는 (좌측에서) 중공형 주 샤프트(6)로 전달시킬 수 있다.
기어 박스는 주 전기 기계(3)로부터 발생하는 운동을 위한 2개의 전기 변속비(EV1, EV2)를 가지며, 부 전기 기계(4) 및 내연 기관(2)으로 구성되는 조립체로부터 발생하는 운동을 위한 4개의 연소 엔진 변속비(ICE1, ICE2, ICE3, ICE4)를 가질 수 있다. 이들을 조합하면 기어 박스의 기어비가 15가 될 수 있다. 각 기어비는 차량의 주행 속도의 함수로서 최대 힘을 휠에 전달한다. 예를 들어, 도 2는 이들 중 일부에 대한 기어 시프트 곡선을 도시한다. 차량(V)의 주행 속도는 시간 당 킬로미터로 표현된다. 2개의 전기 기어(ZEV1, ZEV2), 및 4개의 하이브리드 기어(각각 Hyb21, Hyb22, Hyb32, Hyb42)에 대해, 속도의 함수로서 휠에서의 최대 힘(F)은 뉴턴(N)으로 표현된다. 하이브리드 기어(Hyb21, Hyb22, Hyb32, Hyb42)의 첫 번째 숫자는 기어 박스 연소 엔진 변속비를 나타낸다. 두 번째 숫자는 기어 박스 전기 변속비를 나타낸다.
도 3은 도 1의 파워 트레인을 제어하기 위해 구현될 수 있는 방법의 일 예를 나나내는 개략도이다. 도 3의 방법은 입력 기어비로부터 출력 기어비로의 기어비 변경 중에 구현되도록 의도된다. 보다 구체적으로, 입력 기어비 및 출력 기어비는 각각 상이한 전기 변속비를 갖는 기어 박스의 2개의 하이브리드 비이다. 즉, (입력 기어비, 출력 기어비) 쌍은 (Hyb21, Hyb22) 및 (Hyb22, Hyb21)이 될 수 있다. 예를 들어, 입력 기어비(Hyb21)로부터 출력 기어비(Hyb22)로의 기어비 변화에 대해, 이하에서 상기 방법을 설명한다.
상기 방법의 초기 상태에서, 파워 트레인(1)의 기어 박스는 기어비(Hyb21)로 결합된다. 즉, 연소 엔진 변속비(ICE2) 및 전기 변속비(EV1)가 결합된다.
항상:
ωice은 내연 기관(2)의 회전 속도를 나타내고,
ωmem은 주 전기 기계(3)의 회전 속도를 나타내고,
ωhsg는 부 전기 기계(4)의 회전 속도를 나타내고,
ω7은 부 샤프트(7)의 회전 속도를 나타내고,
Tice는 내연 기관(2)에 의해 전달되는 토크를 나타내고,
Tmem은 주 전기 기계(3)에 의해 전달되는 토크를 나타내고,
Thsg는 부 전기 기계(4)에 의해 전달되는 토크를 나타내고,
T7은 부 샤프트(7)에서의 토크를 나타내고,
Pice는 내연 기관(2)으로부터의 동력을 나타내고,
Pmem은 주 전기 기계(3)로부터의 동력을 나타내고,
Phsg는 부 전기 기계(4)로부터의 동력을 나타내고,
P7은 부 샤프트(7)에 의해 전달되는 동력을 나타낸다.
본 방법은 각각 2개의 상이한 전기 변속비를 갖는 입력 하이브리드 비로부터 출력 하이브리드 비로 기어비를 변경하기 위한 명령의 검출의 초기화의 시기(P0)를 포함한다. 도시된 경우에, 기어비를 입력 비(Hyb21)로부터 출력 비(Hyb22)로 변경하기 위한 명령이 검출된다. 이러한 명령이 검출되지 않으면, 시기(P0)는 주기적으로 반복된다. 이 명령이 검출되면, 시기(P1)이 적용된다.
시기(P1)의 목적은 전기 변속비(EV1)를 해제하기 위해 중공형 주 샤프트(6)로부터 중실형 주 샤프트(5)로 토크를 스위칭시키는 것이다.
시기(P1)은 이용 가능한 기계적 동력(Phsg_pot)을 계산하는 제1단계(S01)를 포함한다. 상기 동력(Phsg_pot)은 본 방법의 초기 상태에서 이미 공급된 기계적 동력에 대한 부 전기 기계(4)에 의해 공급될 수 있는 추가 동력에 대응한다. 상기 동력은 다음의 식을 적용함으로써 계산된다:
Figure pct00008
(1)
여기서, Phsg_max은 부 전기 기계(4)에 의해 전달될 수 있는 최대 기계적 동력이며, Phsg_no은 기어비 변화 없이 부 전기 기계(4)에 의해 생성될 동력이다. 즉, 동력(Phsg_pot)은 초기화 시기(P0)의 종료 직전의 부 전기 기계(4)의 동력 설정치에 대응한다.
시기(P1)은 기어비 변화 없이 주 전기 기계(3)의 동력(Pmem_no)이 상기 동력(Phsg_pot)보다 낮은지 여부가 결정되는 제2 테스트 단계(S02)를 포함한다. 즉, 단계(S02) 동안, 초기 상태에서 주 전기 기계(3)에 의해 전달되는 기계적 동력이 부 전기 기계(4)에 의해 전달되는 추가 동력에 의해 완전히 보상될 수 있는지 여부가 결정된다.
Pmem_no > Phsg_pot 이면, 후속 단계(S03)가 이행된다. Pmem_no ≤ Phsg_pot이면, 바로 단계(S05)으로 넘어간다.
단계(S03)의 목적은 파워 트레인(1)의 액츄에이터의 타겟 동력들의 트리플렛(triplet)을 계산하는 것이다. 보다 구체적으로, 단계(S03) 동안, 엔진(2)의 타겟 동력(Pice_target_s03), 주 전기 기계(3)의 타겟 동력(Pmem_target_s03), 및 부 전기 기계(4)의 타겟 동력(Phsg_target_s03)이 결정된다. 이러한 동력들은 다음 식으로 계산된다:
Figure pct00009
, (2)
Figure pct00010
, (3)
Figure pct00011
, (4)
여기서, Pice_no는 기어비 변화 없이 내연 기관(2)으로부터의 동력을 나타낸다.
그 다음, 토크(Tice, Tmem)들을 수정하는 단계(S04)가 이행된다. 토크(Tice)는 동력(Pice)이 타겟 동력(Pice_target_s03)을 향해 수렴하도록 수정된다. 유사하게, 그리고 동시에, 토크(Tmem)는 동력(Pmem)이 타겟 동력(Pmem_target_s03)을 향해 수렴하도록 수정된다. 보다 구체적으로, 토크(Tice, Tmem)은 다음과 같이 제어된다:
Figure pct00012
(5)
여기서, REV1은 전기 변속비(EV1)을 나타내고, RICE2는 연소 엔진 변속비(ICE2)를 나타낸다.
단계(S04) 동안, 토크(Tice)의 증가율은 다음과 같이 정의된다:
Figure pct00013
(6)
여기서, Rtice_max은 내연 기관(2)의 토크의 최대 증가율이다. 이 증가율은, 내연 기관(2)의 작동 포인트(operating point)의 함수로서 증가율(Rtice_max)의 값이 저장된 맵(미도시)을 사용하여 획득될 수 있다.
이런한 방식으로, 단계(S04)에서 중공형 주 샤프트(6)로부터의 토크의 상쇄에 대한 보상이 내연 기관(2)으로부터의 토크의 증가에 의하여 시작된다. 식(2), 식(3) 및 식(4)에 따른 타겟들의 선택과, 식(5) 및 식(6)에 따른 제어로 인해, 가속 플랫 스팟을 방지하면서 단계(S04)의 기간이 최소화된다.
토크(Tice)의 증가와 토크(Tmem)의 감소에 따라, 동력(Pice)이 타겟 동력(Pice_target_s03)에 도달하고 동력(Pmem)이 타겟 동력(Pmem_target_s03)에 도달하면, 단계(S04)가 완료된다.
그 다음, 파워 트레인(1)의 작동 모드를 결정하는 단계(S05)가 적용된다. 단계(S05) 동안, 파워 트레인(1)이 제1 작동 모드에 따라 작동하고 있다고 판단되면, 단계(S06)가 적용된다. 파워 트레인(1)이 제2 작동 모드에 따라 작동하고 있다고 판단되면, 단계(S08)이 적용된다.
단계(S06) 동안, 파워 트레인(1)의 액츄에이터의 타겟 동력들의 제2 트리플렛이 계산된다. 보다 구체적으로, 단계(S06) 동안, 엔진(2)의 타겟 동력(Pice_target_s06), 주 전기 기계(3)의 타겟 동력(Pmem_target_s06) 및 부 전기 기계(4)의 타겟 동력(Phsg_target_s06)이 결정된다. 이러한 동력들은 다음 식을 통해 계산된다:
Figure pct00014
(7)
Figure pct00015
(8)
Figure pct00016
(9)
그 다음, 토크(Tice, Tmem, Thsg)들을 수정하는 단계(S07)가 적용된다. 단계(S04)에서와 같이, 토크(Tice, Tmem)들 각각은 동력(Pice, Pmem)들이 각각 타겟 동력(Pice_target_s06, Pmem_target_s06)들을 향해 수렴하도록 수정된다.
단계(S07) 동안, 토크(Tmem, Tice)들의 감소율은 다음과 같이 정의된다:
Figure pct00017
(10)
Figure pct00018
(11)
여기서, Rtmem_max은 주 전기 기계(3)로부터의 토크의 최대 감소율이다.
동력(Pice, Pmem, Phsg)들 각각이 타겟 동력(Pice_target_s06, Pmem_target_s06, Phsg_target_s06)들에 도달하도록 토크(Tice, Tmem, Thsg)가 수정되면, 단계(S07)은 완료된다.
단계(S08, S09)들은 각각 단계(S06, S07)들과 유사하다. 단계(S08)은 파워 트레인(1)의 액츄에이터의 타겟 동력들의 제3 트리플렛이 다음의 식을 적용하여 계산된다는 점에서 단계(S06)과 다르다:
Figure pct00019
(12)
Figure pct00020
(13)
Figure pct00021
(14)
여기서, Pice_max는 내연 기관(2)에 의해 공급될 수 있는 최대 기계적 동력을 나타내고, Pwheels는 파워 트레인(1)에 의해 휠에 공급될 동력 설정치를 나타낸다.
토크(Tice, Tmem, Thsg)들의 변화에 따라, 동력(Pice, Pmem 및 Phsg)들이 각각 타겟 동력(Pice_target_s08, Pmem_target_s08 및 Phsg_target_s08)들에 도달하면, 단계(S09)가 완료된다.
단계(S07) 및 단계(S09) 중 하나가 완료되면, 시기(P1)은 완료된다. 시기(P1)의 끝에서, 중공형 주 샤프트(6)에서의 토크(Tmem)는 0이다.
그 후, 전기 변속비(EV1)를 해제하는 시기(P2)가 적용된다. 이 시기 동안, 커플러(C2)는 변속비(EV1)를 생성하는 아이들(idle) 기어의 클러칭(clutching)이 비활성화되도록 조작된다. 시기(P2)의 끝에서, 샤프트(6)는 샤프트(7)로부터 기계적으로 분리된다.
그 다음, 중공형 주 샤프트(6)를 동기화시키는 시기(P3)이 적용된다. 이 시기 동안, 주 전기 기계(3)로의 동력 공급은 속도(ωmem)이 전기 변속비(EV2)에 의해 감소된 속도(ω7)과 동기화되도록 수정된다:
Figure pct00022
(15)
여기서, REV2는 전기 변속비(EV2)이다.
그 다음, 전기 변속비(EV2)을 결합시키는 시기(P4)가 이행된다. 이 시기 동안, 도그 커플러(C2)는 전기 변속비(EV2)에 대응하는 아이들 기어의 클러칭(clutching)이 활성화되도록 조작된다. 시기(P4)의 끝에서, 기어 박스는 하이브리드 비(Hyb22)에 결합된다.
그 다음, 샤프트(5)로부터 샤프트(6)로 토크를 스위칭하는 시기(P5)이 구현된다. 이러한 방식으로, 파워 트레인(1)은 기어비 변화의 출력을 향해 제어된다. 시기(P5)의 끝에서, 본 방법은 완료된다.
도 4는 도 3의 제어 방법 동안 시간(t)의 함수로서 토크(Tice, Tmem, Thsg)들의 변화를 도식적으로 나타낸 것이다.
도 4의 그래프에서, 시간(t0)은 초기화 시기(P0)의 종료 시간에 대응한다. 시간(t1)은 시기(P1)의 단계(S04)의 종료 시간에 대응한다. 시간(t2)는 시기(P2)의 종료 시간에 대응한다. 시간(t3)은 시기(P4)의 종료 시간에 대응한다. 또한, 도 4에 도시된 실시예의 단계(S05) 동안에 선택된 동작 모드는 제2동작 모드이다.
도 4에서 알 수 있는 바와 같이, 토크(Tmem)의 감소에 응답하여 토크(Tice 및 Thsg)가 증가한다. 변속비(REV1)과 변속비(RICE2)의 차이로 인해, 토크(Tice 및 Thsg)의 증가는 토크(Tmem)의 감소를 완전히 보상한다. 결과적으로, 동력(P7) 및 토크(T7)는 시기(P1) 동안 실질적으로 일정하게 유지되어, 차량의 사용자가 가속 플랫 스팟을 느끼지 않도록 한다. 또한, 타겟들의 여러 트리플렛을 계산하는 단계(S03, S06 및 S08)는 필요한 경우 샤프트(6)로부터 샤프트(5)로 토크를 스위칭하기 위한 다양한 역학을 구현하는 것을 가능하게 한다. 이 경우에, 샤프트(6)로부터의 토크에 대한 상쇄 및 보상은 동작 포인트까지 저속 역학에 따라 시작되며, 고속 역학에 따라 샤프트(6)로부터의 잔여 토크에 대한 상쇄 및 보상을 구현할 수 있고, 따라서 샤프트(6)로부터의 잔여 토크는 이들 고속 역학에 따라 상쇄 및 보상된다.
또한, 타겟 동력들은 파워 트레인(1)의 작동 모드의 선택의 함수로서 결정된다. 운전자가 연료 효율이 높고 조용하며 저공해 운전을 원한다면, 제1 작동 모드를 선택할 것이다. 반대로, 운전자가 차량의 전기 저장 배터리의 충전 상태를 보존하기를 원한다면, 제2 작동 모드를 선택할 것이다. 작동 모드의 선택은 또한 배터리의 충전 상태, 파워 트레인(1)의 액츄에이터의 작동 포인트, 파워 트레인에 의해 방출되는 허용 가능한 소음 수준 등과 같은 차량의 작동 파라미터에 기초하여, 차량의 컴퓨터에 의해 구현될 수 있다.
상기와 같이, 본 발명에 따른 방법은 가속 플랫 스팟과 같은 사용자의 불쾌함의 발생을 방지하면서 기어비 변경 시간을 최소화할 수 있도록 한다.

Claims (10)

  1. 내연 기관(2); 주 전기 기계(3); 부 전기 기계(4); 및, 내연 기관 및 부 전기 기계에 기계적으로 연결된 제1 주 샤프트(5), 주 전기 기계에 기계적으로 연결된 제2 주 샤프트(6), 및 부 샤프트(7)를 포함하는 적어도 하나의 도그 기어 박스;를 포함하는 차량의 파워 트레인(1)을 제어하는 방법으로서,
    제2 주 샤프트로부터 제1 주 샤프트로 토크를 스위칭하는 제1시기(P1);
    입력 기어비에 대한 전기 변속비를 해제하는 제2시기(P2);
    주 전기 기계의 회전 속도(ωmem)를 동기화하는 제3시기(P3);
    출력 기어비에 대한 전기 변속비를 결합시키는 제4시기(P4); 및
    제1 주 샤프트로부터 제2 주 샤프트로 토크를 스위칭하는 제5시기(P5)를 포함하며,
    상기 제1시기는 제1타겟 동력 값(Pice_target_s03)을 계산하는 제1 단계(S03) 및 상기 내연 기관에 의해 전달되는 동력(Pice)을 제1타겟 동력 값으로 증가시키는 제2 단계(S04)를 포함하고,
    상기 제1타겟 동력 값은, 상기 제2단계의 끝에서 상기 주 전기 기계에 의해 전달되는 동력(Pmem)이 상기 부 전기 기계에 의해 전달되는 동력(Phsg)의 증가에 의해 완전히 보상될 수 있도록 결정되는, 차량의 파워 트레인을 제어하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2단계(S04) 동안, 상기 주 전기 기계에 의해 전달되는 동력(Pmem)이 감소되고, 상기 주 전기 기계에 의해 전달되는 동력의 감소율은 상기 내연 기관에 의해 전달되는 동력(Pice)의 증가율과 실질적으로 동일한, 차량의 파워 트레인을 제어하는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 단계(S03) 동안, 상기 부 전기 기계에 의해 전달될 수 있는 추가 동력(Phsg_pot)이 또한 결정되고, 기어비 변경이 요청되지 않은 경우 상기 주 전기 기계에 의해 생성될 동력(Pmem_no)보다 상기 결정된 추가 동력(Phsg_pot)이 정확히 더 작으면 제2 단계(S04)만 구현되는, 차량의 파워 트레인을 제어하는 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    제1단계(S03) 동안, 상기 제1 타겟 값(Pice_target_s03)은 다음 공식을 적용함으로써 결정되며:
    Figure pct00023
    ,
    여기서, Pice_target_s03은 제1 타겟 값을 나타내고,
    Pmem_no는 기어비 변경이 요청되지 않은 경우 상기 주 전기 기계에 의해 생산될 동력을 나타내고,
    Pice_no는 기어비 변경이 요청되지 않은 경우 상기 내연 기관에 의해 생성될 동력을 나타내고,
    Phsg_pot은 상기 부 전기 기계에 의해 전달될 수 있는 추가 동력을 나타내는, 차량의 파워 트레인을 제어하는 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    제2단계(S04) 동안, 상기 내연 기관으로부터의 토크(Tice)는 내연 기관으로부터의 토크의 최대 증가율(Rtice_max)과 동일한 증가율로 증가되는, 차량의 파워 트레인을 제어하는 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1시기(P1)는, 상기 내연 기관에 의해 전달되는 동력에 대한 제2 타겟 값(Pice_target_s06, Pice_target_s08), 상기 주 전기 기계에 의해 전달되는 동력에 대한 제3 타겟 값(Pmem_target_s06, Pmem_target_s08), 및 상기 부 전기 기계에 의해 전달되는 동력에 대한 제4 타겟 값(Phsg_target_s06, Phsg_target_s08)을 계산하는 제3 단계(S06, S08)를 포함하는, 차량의 파워 트레인을 제어하는 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제3단계(S06) 동안, 상기 타겟 값(Pice_target_s06, Pmem_target_s06, Phsg_target_s06)들은 다음의 식들을 적용하여 결정되며:
    Figure pct00024
    ,
    Figure pct00025
    ,
    Figure pct00026
    ,
    여기서, Pice_target_s06은 제2 타겟 값을 나타내고,
    Pmem_target_s06은 제3 타겟 값을 나타내고,
    Phsg_target_s06은 제4 타겟 값을 나타내고,
    Phsg_max은 상기 부 전기 기계에 의해 공급될 수 있는 최대 기계적 동력을 나타내고,
    Pice_target_s03은 제1 타겟 값을 나타내는, 차량의 파워 트레인을 제어하는 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제3단계(S08) 동안, 타겟 값(Pice_target_s08, Pmem_target_s08, Phsg_target_s08)들은 다음 식들을 적용하여 결정되며:
    Figure pct00027
    ,
    Figure pct00028
    ,
    Figure pct00029
    ,
    여기서, Pice_target_s08은 제2 타겟 값을 나타내고,
    Pmem_target_s08은 제3 타겟 값을 나타내고,
    Phsg_target_s08은 제4 타겟 값을 나타내고,
    Pice_no는 기어비 변경이 요청되지 않은 경우 상기 내연 기관에 의해 생성될 동력을 나타내고,
    Pmem_no는 기어비 변경이 요청되지 않은 경우 상기 주 전기 기계에 의해 생성될 동력을 나타내고,
    Pice_max는 상기 내연 기관에 의해 공급될 수 있는 최대 기계적 동력을 나타내고,
    Pwheels은 상기 파워 트레인에 의해 휠에 공급되는 동력의 설정치를 나타내는, 차량의 파워 트레인을 제어하는 방법.
  9. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    제3단계(S06, S08) 동안, 제2 타겟 값(Pice_target_s06, Pice_target_s08), 제3 타겟 값(Pmem_target_s06, Pmem_target_s08) 및 제4 타겟 값(Phsg_target_s06, Phsg_target_s08)은 방정식 시스템을 구현함으로써 결정되며,
    상기 방정식 시스템은 적어도 2개의 상이한 방정식 시스템들로부터 선택되고(S05),
    상기 방정식 시스템의 선택은 차량의 전기 저장 배터리의 충전 상태 및 내연 기관의 최대 소음 레벨로부터 선택되는 적어도 하나의 기준에 따라 구현되는, 차량의 파워 트레인을 제어하는 방법.
  10. 제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 시기(P1)는 상기 내연 기관, 상기 주 전기 기계 및 상기 부 전기 기계에 의해 전달되는 동력(Pice, Pmem, Phsg)들을 제2, 제3, 제4 타겟 값(Pice_target_s06, Pice_target_s08, Pmem_target_s06, Pmem_target_s08, Phsg_target_s06, Phsg_target_s08)들 각각으로 조정하는 제4단계(S07, S09)를 포함하고,
    상기 제4단계(S07, S09) 동안, 상기 주 전기 기계에 의해 전달되는 동력(Pmem)은 상기 주 전기 기계로부터의 토크의 최대 감소율(Rtice_max)과 동일한 변화율로 감소되는, 차량의 파워 트레인을 제어하는 방법.
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