KR20210000736A

KR20210000736A - 하이브리드 차량 동력장치의 설정점 토크를 공식화하는 방법

Info

Publication number: KR20210000736A
Application number: KR1020207037036A
Authority: KR
Inventors: 로이 로익 르; 장-마르탱 뤼엘
Original assignee: 르노 에스.아.에스.
Priority date: 2016-11-23
Filing date: 2017-10-05
Publication date: 2021-01-05
Also published as: KR102331884B1; FR3058974B1; EP3544869A1; WO2018096230A1; CN109937163A; FR3058974A1; KR20190074298A

Abstract

액셀레이터 페달이 감압된 만큼 하이브리드 차량 파워플랜트(GMP)의 액추에이터들에 대한 설정점 토크를 공식화하는 방법으로서, 상기 장치는, 한 편으로는, 열 동력을 전달하지 않는 개방 위치와 연소 엔진의 모든 동력을 구동 트레인에 전달하는 폐쇄 위치 사이에서 슬리핑 동작으로 컷오프 클러치(3)에 의해 차량 구동 트레인(2)에 연결되는 트랙션 연소 엔진(1)을, 다른 한 편으로는, 모든 동력을 구동 트레인(2)에 직접 전달하는 트랙션 전기 기계(4)를 포함하고, 액셀레이터 페달의 감압은 엔진 기준 프레임(Ref-A)에서 액추에이터의 속력에 따라 토크 설정점을 지시하는 동력을 요구하는 것으로 해석되거나, 차량 기준 프레임(Ref-B)에서 차량의 이동 속력에 따라 힘을 요구하는 것으로 해석되는, 설정점 토크를 공식화하는 방법.

Description

하이브리드 차량 동력장치의 설정점 토크를 공식화하는 방법{METHOD FOR FORMULATING THE SETPOINT TORQUE OF A HYBRID VEHICLE POWERPLANT}

본 발명은 운전자가 그 또는 그녀의 액셀레이터 페달을 감압하는 것으로 표현되는 요구에 따라 하이브리드 차량의 토크를 제어하는 것에 관련된 발명이다.

보다 정확하게는, 본 발명은 하이드리드 차량의 액셀레이터 페달의 감압(depression)으로부터 동력장치의 설정점 토크를 공식화하는 방법에 관한 것으로, 상기 하이브리드 차량은, 한편으로는 컷오프 클러치(cut-off clutch)에 의해 차량 파워트레인(power train)에 연결되는 트랙션 연소 엔진(traction combustion engine)으로서, 열 동력(thermal power)을 전달하지 않는 개방 위치(open position)와 연소 엔진의 모든 동력을 구동 트레인에 전달하는 폐쇄 위치(closed position) 사이에서 슬리핑 동작(slipping operation)을 하고, 다른 한편으로는, 모든 동력을 차량 구동 트레인에 직접 전달하는 트랙션 전기 기계(traction electric machine)를 포함한다.

운전의 즐거움은 운전자가 차량을 감상하는 데 매우 중요한 요소이다. 그러므로, 자동 제어 시스템들의 주요 목표들 중의 하나는 동력장치의 반응을 즐겁게 만드는 것이다.

병렬 하이브리드 차량의 경우에, 휠(wheel)에 토크를 공급할 수 있는 (적어도) 2개의 액추에이터(actuator)를 사용가능하다. 따라서 운전자에 의해 만들어진 가속에 대한 요구는 연소 엔진에 의해 그리고 전기 기계에 의해 제공된 토크들의 합(sum)에 의해 만족된다. 운전자의 토크에 대한 요구를 100% 전기에서 100% 열까지 분산시킴으로써 하이브리드 동력장치의 전체적인 소비를 최적화할 수 있다.

하이브리드 차량에 의해 제공되는 다른 서비스들 중의 하나는 전기 기계의 도움을 받아 연소 엔진으로만 휠에 토크를 공급할 때 보다 더 많은 토크를 제공할 가능성이다. 이것은 전기적 "오버 토크(over torque)"라고 지칭되는 것이다.

하이브리드 차량의 다양한 기계적 아키텍쳐들은 자동차 제조사들로 하여금 그들의 제어장치들을 조절하게 만든다. 연소 엔진을 구비한 차량에서, 운전자의 의도는 보통 속력/토크 기준 프레임으로 변환된다. 그러나, 하이브리드 차량의 구동 트레인이 폐쇄되지 않았을 때에는(연소 엔진의 컷오프 클러치가 개방되거나 슬리핑), 페달의 감압을 동-동력(iso-power)으로 해석하여 휠 토크/차량 속력 기준 프레임으로 변환하는(해석하는) 것이 불가능해 진다. 따라서 하이브리드 차량에서, 운전자의 의도가, 차량에서 그 전체로서, (힘/속력) 기준 프레임으로 직접 변환되는 것이 바람직해 보인다.

그러나, 제공될 기계적 동력이 액추에이터의 속력에 따라 달라지는 설정점 토크(setpoint torque)로 변환될 경우, 차량의 거동은 이 액추에이터의 현재 속력, 또는 결합된 기어박스의 비율과는 독립적이 되며, 특히 저속에서 차량의 이동의 제어가 더 쉬워진다.

본 발명의 목적은 하이브리드 적용을 위한 힘/속력 기준 프레임에서 운전자의 의도를 해석하는 장점을 누림과 동시에 중립 상태나 출발하는 상황에서 종래의 차량의 거동의 장점을 누리는 것이다.

따라서, 본 발명은 액셀레이터 페달의 감압은 교대로, 액추에이터의 속력에 따라 달라지는 제1 토크 기준 프레임(Ref-A)에서 동력(power)에 대한 요구로 해석되거나, 또는 차량의 이동 속력에 따라 달라지는 제2 기준 프레임(Ref-B)에서 힘(force)에 대한 요구로서 해석되는 것을 제안한다.

본 발명의 특정한 일 실시예에서, 문제되는 속력은 연소 엔진의 속력이다.

제1 기준 프레임은 바람직하게는 저속에서 그리고 차량의 구동 트레인이 개방되어 있을 때 사용되며, 제2 기준 프레임은 고속에서 그리고 차량의 구동 트레인이 폐쇄되어 있을 때 사용된다.

본 공식화 방법은 특히 즐겁고, 반복가능한 출발, 중립 및 주차 페이스의 관리를 보장한다.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 비한정적인 실시예의 후술될 설명을 읽음으로서 더 잘 이해될 것인데, 여기에서:
도 1은 토크/속력로서 페달의 해석을 도시한 것이다(Ref-A).
도 2는 힘/속력로서 페달 해석을 도시한 것이다(Ref-B).
도 3은 기본적인 아키텍처를 소개한 것이다. 그리고,
도 4a 및 4b는 전환(transition)이 수행될 때 속력에 따른 전환의 충격을 도시한 것이다.

전술한 것처럼, 운전자의 의도는 일반적으로 속력/토크 기준 프레임으로 변환되며(기준 프레임 A), 또한 "엔진 기준 프레임"이라고 불린다.

하이브리드 차량에서, 운전자의 의도가 직접적으로, 차량에 그 전체로서, "차량 기준 프레임"이라고도 불리는 힘/속력 기준 프레임(Ref-B)으로 변환되는 것이 바람직하다. 이 기준 프레임에서, 운전자의 의도의 해석은 토크 액추에이터들(torque actuators)의 숫자 및 위치에 독립적이다. 그러나, 하이브리드 차량의 구동 트레인이 폐쇄되지 않은 경우(연소 엔진의 컷오프 클러치가 개방되거나 슬리핑(slipping)), 페달의 감압을 동-동력(iso-power)으로 해석하여 이 기준 프레임으로 변환하는 것이 불가능하다.

전술한 것처럼, 운전자의 의도가 동-전력으로 변환될 경우, 제어기는 동력장치에 의해 제공될 기계적 동력을 액셀레이터 페달의 감압과 연관시킨다. 기준 프레임 A에서, 이 동력은 액추에이터의 속력에 따른 설정점 토크로 변환된다. 이런 방법으로, 차량의 거동은 액추에이터의 현재 속력 또는 결합된 기어박스의 비율에 독립적이 되고, 차량의 속력을 제어하기 쉬워진다.

동-동력의 운전하면서 운전자가 액셀레이터를 누르게 되면, 그 또는 그녀는 동력장치의 특정한 기계적 동력을 요구하는 것이다. 차량이 멈춰있거나(standstill), 중립(neutral)이거나, 또는 클리치 슬리핑(clutch slipping)되는 경우, 기준 프레임 A의 경우에(엔진 토크, 엔진 속력), 설정점 토크가 엔진 속력의 증가와 함께 증가하게 된다: 도 1은, 예시로서, 동일한 액셀레이터 페달의 상이한 감압 정도에 대한 토크/속력 곡선들의 집합에 의해 기준 프레임에서 페달의 해석을 도시한 것이다. 그로부터 문제되는 액추에이터(연소 엔진) 상에서의 설정점 힘을 토크의 곱을 휠 반경 상의 변속비(transmission ratio)로 나눈 값으로 추론하는 것이 가능하다.

이 예시에서, 임의의 전통적인 연소 엔진에서처럼, 엔진 속력은 엔진이 점화되어 있을 때 항상 0보다 크다. 기준 프레임 A는 항상 엔진의 설정점 토크를 결정할 수 있게 해주는데, 동력으로부터 토크로의 전달비(ratio for passing)(토크 = 동력/속력)가 항상 유한값을 가지기 때문이다.

반면, 기준 프레임 B(휠 힘, 차량 속력)에서, 차량 속력이 0인 경우 힘 = 동력/속력에 대한 유한 해(finite solution)가 존재하지 않는다. 기준 프레임 B에서 정지된 상태에서 0이 아닌 동력에 대한 요구에 대한 응답은 무한한 토크를 요구하기 때문에 이론적인 것으로 남게 된다. 따라서, 기준 프레임 B에서, 저속에 대한 "동-동력"의 해석에 의해 연소 엔진으로의 설정점 토크를 구축하는 것은 수학적으로 불가능하다. 기준 프레임 B에서, 정지 상태에서 출발하려는 운전자의 의도는 동-힘(iso-force)으로 해석될 수 있다. 도 2는 예시로서, 동-힘으로서 페달의 해석 및 페달의 상이한 정도의 감압에 대한 관련된 동력을 도시한 것이다. 차량 속력이 V-ref 보다 크면, 운전자의 의도는 동-동력으로 유리하게 해석될 수 있다.

본 발명은 하이브리드 차량의 액셀레이터 페달의 감압으로부터 동력장치의 설정점 토크를 공식화하는 방법에 관한 것이다. 도 3에서와 같이, 문제되는 차량은, 한 편으로는, 열 동력을 전달하지 않는 열린 위치(open position)와 연소 엔진의 모든 동력을 구동 트레인으로 전달하는 닫힌 위치(closed position) 사이의 슬리핑 동작과 함께 컷오프 클러치에 의해 차량의 구동 트레인에 연결된 트랙션 연소 엔진(traction combustion engine)(1)을, 다른 한 편으로는, 동력 전부를 구동 트레인에 직접 전달하는 트랙션 전기 기계(traction electric machine)(4)를 포함한다.

저속에서는 Ref-B 보다 Ref-A에서의 제어가 단순하기 때문에, 본 발명은 Ref-A를 저속에서 그리고 구동 트레인이 개방된 경우에 사용하고, Ref-B는 고속에서, 구동 트레인이 폐쇄된 경우에 사용하는 것을 제안한다. 이 방법은 특히 액셀레이터 페달의 감압이 대안적으로, 액추에이터의 속력에 따른 제1 토크 기준 프레임(Ref-A)에서의 동력 요구로서, 또는 차량의 이동 속력에 따른 제2 힘 기준 프레임(Ref-B)에서의 힘의 요구로 해석되는 것을 제공한다.

설명된 예시에서, 기준 프레임 A에서 문제되는 속력은 엔소 엔진의 속력이다. 제1 기준 프레임은 저속에서 그리고 컷오프 클러치가 개방되었을 때 사용되며, 제2 기준 프레임(Ref-B)은 고속에서 그리고 이 클러치가 폐쇄되었을 때 사용된다.

두 기준 프레임 간의 전환(transposition)은 연소 엔진의 속력이 차량 속력에 비례할 때 직접적으로 일어난다. 이것은 기어박스가 중립이 아니고 클러치가 폐쇄되었을 때이다. 그러면 트랙션 부재(traction member)와 차량 휠 사이에 고정 감속비(fixed demultiplication ratio)가 있게 된다. 반면에, 시작 페이스 동안(개방 또는 슬리핑 커플러), 또는 엔진이 휠에 연결되지 않은 경우에(폐쇄된 커플러와 중립비), 전환은 더 이상 직접적이지 않다. 그러면 한 프레임에서 다른 프레임으로 전달하기 위한 특정한 전략들을 개발할 필요가 있다.

기준 프레임 변경을 수행하기 위하여, 본 발명은 이른바 토크의 브레이크를 유도하는 부품들인, 여기에서는 클러치의 기계적인 동력 보존의 법칙에 기초한다. 도 3의 기본 다이어그램은 하이브리드 차량 동력장치를 나타낸 것이다. 이 동력장치는, 한편으로는 열 동력을 전달하지 않는 열린 위치와 연소 엔진의 모든 동력을 구동 트레인으로 전달하는 닫힌 위치 사이의 슬리핑 동작과 함께 컷오프 클러치(3)에 의해 차량의 파워트레인(2)에 연결된 트랙션 연소 엔진(1)을, 다른 한 편으로는, 동력 전부를 구동 트레인(2)에 직접 전달하는 트랙션 전기 기계(4)를 포함한다.

마찰 손실을 무시하면, 그리고 효율이 정확하게 1이라고 가정하면, 엔진(P_Ce)과 휠(P_wheels) 사이의 열 모드에서 동력 보존의 법칙은 아래와 같이 에너지 W_Ce와 W_wheel로 표현된다:

P_wheel = C_wheel * W_wheel = C_Ce * W_Ce = P_Ce

도 3과 같은 하이브리드 동력 플랜트들은, 휠 상에 토크를 생성할 수 있는 적어도 두 개의 액추에이터들(연소 엔진 및 전기 기계)를 가진다. 에너지 관리의 법칙은 두 개의 엑추에이터들 사이의 최적의 소모량 분배를 결정한다. 그 목적은 운전자에 의해 만들어진 휠 상의 토크에 대한 요구를 관측함으로써 에너지 소모를 저감하는 것이다.

전술한 바와 같이, 기준 프레임 A(엔진 토크, 엔진 속력)와 B(휠 힘, 차량 속력)는 트랙션 부재가 휠에 직접 연결되어 있을 때에는 동일한 것이다. 하이브리드 차량의 아키텍쳐에 따라, 항상 그런 것일 수도 있고, 전기 기계의 경우에 정기적으로 그런 것일 수도 있다. 그렇다면 Ref-A에서 B로 전환할 필요 없이, B만으로 충분할 것이다. 그러므로, 기준 프레임의 변화는 커플러에 의해 휠에 연결된 트랙션 부재에 의해 제공되는 운전자에 의해 요구된 동력 부분에 대해 수행되어야만 한다. 본 발명에 따르면, 기준 프레임의 변화는 도 3의 컷오프 클러치(3)와 같은, 커플러에 의해 휠에 연결된 트랙션 부재에 의해 제공되는 운전자에 의해 요구되는 동력의 부분에 대해서만 수행된다.

예컨대, 에너지 관리의 법칙이 연소 엔진과 전기 기계 사이의 분포를 권장하는 경우에, 이하의 관계가 성립한다:

P_Ref = P_driver - P_EM

여기서 P_Ref는 클러치를 통해 통과하는 총 동력의 부분을 나타낸다. 따라서 이것은 기준 프레임 변화에 의해 처리될 힘이다.

제안된 방법의 또다른 측면은 두 개의 기준 프레임 사이의 전환(transition)을 관리하는 것이다. 이 단계에서 문제되는 것은 한 기준 프레임에서 다른 기준 프레임으로 스위칭(switching)하는 최적의 순간을 결정하는 것이다. 이 목적을 위해서, 본 발명은 두 개의 페이스(phase)를 구분한다.

a) 중립(neutral) 또는 주차(park) 페이스

차량 레버의 위치가 중립 또는 주차에 있을 때, 운전자는 차량을 전진시킬 수가 없다. 관리되어야 할 유일한 기능은 비-부하 가속들(no-load accelerations) 동안 액셀레이터 페달의 감압의 함수로 엔진 속력을 진행시키는 것이다. 기존의 차량의 작동을 참조하면, 하이브리드 차량의 경우에, 하나 및 동일한 요구에 대한 응답은 유사한 반응으로 나타나는 것이 바람직하다. 그러므로, 본 발명은 이런 상황들에서 기준 프레임 A를 선택한다.

b) 출발 페이스

출발 페이스 동안, 차량이 멈춰있을 때, 시작점은 Ref-A이다. 그 후 차량의 속력이 증가하고 클러치가 서서히 폐쇄된다. 이 페이스 동안 기준 프레임을 변화시키는 것이 필요하다: 차량 속력이 증가하고 클러치가 서서히 폐쇄될 때 제1 기준 프레임(Ref-A)로부터 제2 기준 프레임(Ref-B)으로의 스위치가 일어난다.

동력장치에 의해 전달되는 동력의 완벽한 연속성을 보장하기 위하여, 이 전환은 따라서 바람직하게는 차량 속력이 기준 속력 V-ref 이상일 때 일어난다.

기준 속력 V-ref는 바람직하게는 그 속력 미만에서는 연소 엔진을 꺼트릴 위험 없이 컷오프 클러치를 폐쇄할 수 없는 속력이다. 그것은 액셀레이터 페달을 동력에 대한 요구(동-동력)로 해석하는 것과 힘에 대한 요구(동-힘)로 해석하는 것 사이의 접점에 대응된다. 만약 기준 속력에 도달하기 전에 그 전환이 일어난다면, 휠에서의 동력의 불연속성이 야기된다.

요약하면, 제1 기준 프레임(Ref-A)은 차량 레버의 위치가 중립 혹은 주차에 있을 때, 차량이 정지로부터 출발 페이스 동안일 때, 사용된다: 그 후 차량의 속력이 증가하고 클러치가 서서히 폐쇄될 때 제1 기준 프레임(Ref-A)으로부터 제2 기준 프레임(Ref-B)으로의 스위칭이 있게 된다.

도 4a 및 4b는 V-Ref = 20km/h일 때의 기준 프레임의 전환의 예시를 도시한 것이다. 출발의 시작은 차량 속력와 무관하게 동-동력에서 작동할 수 있는 Ref-A에서 일어난다. 운전자의 요구 P-Driver = 50kW가 관측된다: P-Vehicle = P-Driver이다.

차량의 속력 V-Vh는 10km/h까지 증가한다. 도 4a에서, Ref-B로의 전환이 그 후 시작된다. 이 속력에서, Ref-B는 아직 동-동력 영역에 있지 않으나 동-힘 영역에 있다. 사용자에 의해 주어진 페달의 감압은 그러므로 Vehicle = Force x V-vh = P-Driver / (V-Ref/V-vh) = 25kW로 주어지는데, P-Driver = Force x V-Ref가 운전자에 의해 표현된 동력에 대한 요구이기 때문이다. 차량에 적용된 동력은 그 후 P-Driver가 V-Ref에 도달할 때까지 증가한다. V-Ref에서 전환이 일어나면, 도 4b에서처럼 이 불연속성이 소멸한다.

본 발명에 따르면, 각 차량에 채용된 기준 속력 V-Ref는 차량의 특성에 따라 달라진다. 그것은 캘리브레이션에 의해 조절되어 가능한 작아질 수 있다. V-ref의 최저 속력은 그 속력 미만에서는 연소 엔진을 꺼트릴 위험 없이 클러치를 폐쇄할 수 없는 속력이다. V-Ref는 Ref-B가 매핑되는 방식에 따라 달라진다. 그것은 페달의 동-힘 해석과 그 동-동력 해석 사이의 접점 속력에 대응된다.

Claims

하이브리드 차량의 액셀레이터 페달의 감압(depression)으로부터 동력장치의 설정점 토크(setpoint torque)를 공식화하는 방법으로서,
상기 하이브리드 차량은, 한 편으로는, 열 동력(thermal power)을 전달하지 않는 개방 위치(open position)와 연소 엔진의 모든 동력을 구동 트레인(drive train)에 전달하는 폐쇄 위치(closed position) 사이에서 슬리핑 동작(slipping operation)과 함께 컷오프 클러치(cut-off clutch)(3)에 의해 차량 구동 트레인(2)에 연결되는 트랙션 연소 엔진(traction combustion engine)(1)을, 다른 한 편으로는, 모든 동력을 구동 트레인에 직접 전달하는 트랙션 전기 기계(traction electric machine)(4)를 포함하고,
상기 방법에서 액셀레이터 페달의 감압은 엔진 기준 프레임(Ref-A)에서 액추에이터(actuator)의 속력에 따라 설정점 토크를 지시하는 동력을 요구하는 것으로 해석되거나, 또는 차량 기준 프레임(Ref-B)에서 차량의 이동 속력에 따라 힘을 요구하는 것으로 해석되는, 설정점 토크를 공식화하는 방법.
제1항에 있어서,
제1 기준 프레임(Ref-A)의 속력은 연소 엔진의 속력인, 설정점 토크를 공식화하는 방법.
제1항에 있어서,
제1 기준 프레임(Ref-A)은 저속에서 그리고 구동 트레인이 개방되었을 때 사용되고, 제2 기준 프레임(Ref-B)은 고속에서 그리고 구동 트레인이 폐쇄되었을 때 사용되는, 설정점 토크를 공식화하는 방법.
제3항에 있어서,
기준 프레임은 커플러(coupler)에 의해 휠에 연결된 트랙션 부재(traction member)에 의해 제공된 운전자에 의해 요구된 동력 부분에 대해서만 변경되는, 설정점 토크를 공식화하는 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
제1 기준 프레임(Ref-A)은 차량의 레버의 위치가 중립(neutral) 또는 주차(park)에 있을 때 사용되는, 설정점 토크를 공식화하는 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
차량이 정지 상태(standstill)로부터 출발 페이스에 있는 동안, 제1 기준 프레임(Ref-A)이 사용되는, 설정점 토크를 공식화하는 방법.
제6항에 있어서,
차량의 속력이 증가하고 클러치가 서서히 폐쇄될 때 제1 기준 프레임(Ref-A)으로부터 제2 기준 프레임(Ref-B)으로의 스위칭(switching)이 있는, 설정점 토크를 공식화하는 방법.
제7항에 있어서,
제1 기준 프레임으로부터 제2 프레임으로의 전환(transition)은 차량의 이동 속력이 기준 속력(V-ref) 이상일 때 일어나는, 설정점 토크를 공식화하는 방법.
제8항에 있어서,
기준 속력(V-ref)은 그 속력 이하에서는 연소 엔진을 꺼트리는 위험 없이 컷오프 클러치를 폐쇄하는 것이 불가능한 속력인, 설정점 토크를 공식화하는 방법.
제8항에 있어서,
기준 속력(V-ref)은 액셀레이터 페달을 동력에 대한 요구(동-동력(iso-power))로 해석하는 것과 힘에 대한 요구(동-힘(iso-force))로 해석하는 것 사이의 접점에 대응하는, 설정점 토크를 공식화하는 방법.