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KR20030021111A - 보조 구동 장치 및 이를 탑재한 자동차 - Google Patents

보조 구동 장치 및 이를 탑재한 자동차 Download PDF

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KR20030021111A
KR20030021111A KR1020010074893A KR20010074893A KR20030021111A KR 20030021111 A KR20030021111 A KR 20030021111A KR 1020010074893 A KR1020010074893 A KR 1020010074893A KR 20010074893 A KR20010074893 A KR 20010074893A KR 20030021111 A KR20030021111 A KR 20030021111A
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마쯔바라겐이찌로
가도무까이유우조
인나미도시유끼
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가부시키가이샤 히타치세이사쿠쇼
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Abstract

본 발명의 보조 구동 장치 및 이를 갖춘 자동차는 제1 모터 발전기와, 엔진과 제1 차륜 구동축 사이에 배치된 변속 장치와, 운전자의 요구 제동력을 검출하는 요구 제동력 검출 장치와, 엔진 제동력을 산출하는 엔진 제동력 산출 장치와, 제1 모터 발전기의 회생 발전에 의해 생성된 회생 제동력을 산출하는 회생 제동력 산출 장치를 포함한다. 변속 장치의 변속비 또는 변속점은 요구 제동력 검출 장치, 엔진 제동력 산출 장치 및 회생 제동력 산출 장치로부터의 정보를 기초로 하여 제어된다.

Description

보조 구동 장치 및 이를 탑재한 자동차{AUXILIARY DRIVE AND AUTOMOBILE EQUIPPED WITH THE SAME}
본 발명은 보조 구동 장치 및 보조 구동 장치를 탑재한 자동차에 관한 것이다.
특개 평9-9414호의 공보에 개시된 대로, 보조 구동 장치를 탑재한 종래의 자동차, 일예로 하이브리드 자동차는 엔진 및 모터를 구비하고, 그들 중 적어도 하나로부터 출력축으로 동력을 전달하고, 엔진과 출력축 사이에 배치된 다단(multi-speed) 자동 변속기를 통해 속도를 변경한다. 종래의 하이브리드 자동차는 모터에 전력을 제공하고 발전기로서 작용하는 모터로부터 회수된 회생 전력을 수납하는 전력 공급원과, 전력 공급원의 잔류 전력 용량을 검출하기 위한 잔류량 검출 수단을 포함한다. 종래의 하이브리드 자동차에서, 다단 자동 변속기의 변속단을 결정하는 변속점은 잔류량 검출 수단에 의해 검출된 잔류 전력 용량의 감소 정도에 따라 저속 범위를 증가시키는 방향으로 이동된다.
전술된 명세서에, 발전기로서 작용하는 모터의 회생 전력을 증가시키도록 전체적으로 엔진의 회전을 증가시킬 수 있음이 개시되어 있다. 그러나, 전술된 종래 기술에 따라 다단 자동 변속기의 변속단을 결정하는 변속점의 이동은 잔류 전력 용량의 감소 정도에 좌우되며, 저속 단으로의 변속이 감속 운행 중에 이루어질 수 있는 가능성이 있다. 그러한 경우에, 엔진의 회전수는 증가하여 마찰 토크가 증가하게 되고, 따라서 운전자의 요구 제동력을 초과하는 엔진 제동력이 발생할 가능성이있게 된다.
모터가 엔진의 출력측 상에 배치된 구성에서, 토크 컨버터를 갖춘 다단 자동 변속기는 모터 바로 뒤에 배치되고, 출력축은 다단 자동 변속기 바로 뒤에 배치되며, 전술된 저속단으로의 예기치 않은 변속이 감속 주행 중에 이루어지게 되면, 토크 컨버터의 회전수는 다단 자동 변속기의 측면 상에서 증가하여, 엔진 제동력을 일시적으로 증가시킨다. 따라서, 운전자가 주행 상태에 따라 충격을 느낄 가능성이 있다.
또한, 다단 자동 변속기의 변속단을 결정하는 변속점의 이동시에, 업-변속(변속비를 감소시키는 변속)과 다운-변속(변속비를 증가시키는 변속) 모두의 변속점을 이동시키는 것이 필요하다. 이로 인해 가속 주행 중에 잔류 전력 용량의 감소 정도에 따라 업-변속의 타이밍을 정하게 되며, 운전자에게 변속의 불편한 감정을 경험하게 할 수 있다.
전술된 환경은 자동차의 조작성 및 쾌적성에 바람직하지 못하다.
본 발명은 위의 문제점들 중 적어도 하나를 해결하기 위한 것이다. 본 발명의 목적은 보조 구동 장치를 탑재한 자동차를 제공할 뿐만 아니라 현재 자동차로 쉽게 개조될 수 있고 자동차의 조작성, 쾌적성 및 연비를 향상시킬 수 있는 보조 구동 장치를 제공하기 위한 것이다.
도1은 본 발명의 실시예에 따른 보조 구동 장치와, 보조 구동 장치를 탑재한 자동차의 전체 구성 다이어그램.
도2는 제1 및 제2 모터 발전기의 구동 모드를 도시한 도면.
도3은 구동 조건 제어 수단의 제어 흐름을 도시한 도면.
도4는 구동 조건 제어 수단의 제어 흐름의 일부를 도시한 도면.
도5는 4단 자동 변속기의 변속 다이어그램.
도6은 구동 조건 제어를 기초로 한 제동력 제어의 일예를 도시한 도면.
도7은 구동 조건 제어를 기초로 한 충전양 제어의 일예를 도시한 도면.
도8은 차속, 변속 수단의 변속비, 회전수, 자동차 상에서 작용하는 제동력 및 제1 모터 발전기에 의해 발생된 발전량의 타임 차트를 도시한 도면.
도9는 차속, 변속 수단의 변속비, 회전수, 자동차 상에서 작용하는 제동력 및 제1 모터 발전기에 의해 발생된 발전량의 타임 차트를 도시한 도면.
도10은 구동 조건 제어를 기초로 한 발전기 토크 분배 제어의 일예를 도시한 도면.
도11은 구동 조건 제어 수단의 제어 흐름을 도시한 도면.
도12는 구동 조건 제어 수단의 제어 흐름을 도시한 도면.
도13은 차륜과 노면 사이에 생성된 구동력과 미끄럼율 간의 관계의 일예를 도시한 도면.
도14는 차륜과 노면 사이에 생성된 구동력과 미끄럼율 간의 관계의 일예를 도시한 도면.
도15는 구동 조건 제어를 기초로 한 구동력 제어의 일예를 도시한 도면.
도16은 차속, 변속 수단의 변속비, 구동력 및 엔진의 회전수의 타임 차트를 도시한 도면.
도17은 구동 조건 제어를 기초로 한 전동 토크 분배 제어의 일예를 도시한 도면.
＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞
6 : 배터리
20 : 구동 조건 제어 수단
21 : 요구 제동력 검출 수단
24 : 배터리 상태 검출 수단
21 : 요구 구동력 검출 수단
101 : 엔진
102 : 제1 구동력 전달 수단
103 : 제2 구동력 전달 수단
104 : 변속 수단
위의 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 보조 구동 장치와 보조 구동 장치를 탑재한 자동차는 엔진에 연결되고 적어도 발전기로서 기능하는 회전 전기 장치와, 엔진과 차륜축 사이에 배치된 변속 수단과, 변속 수단의 변속비 또는 변속점을 제어하기 위한 수단을 포함한다.
더 바람직하게는, 본 발명에 따른 보조 구동 장치와 보조 구동 장치를 탑재한 자동차는 엔진에 연결되고 적어도 발전기로서 기능하는 회전 전기 장치와, 엔진과 차륜축 사이에 배치된 변속 수단과, 운전자의 요구 제동력을 검출하기 위한 요구 제동력 검출 수단과, 엔진 제동력을 산출하기 위한 엔진 제동력 산출 수단과, 회전 전기 장치의 회생 발전에 의해 생성된 회생 제동력을 산출하기 위한 회생 제동력 산출 수단을 포함하고, 변속 수단의 변속비 또는 변속점은 요구 제동력 검출 수단, 엔진 제동력 산출 수단 및 회생 제동력 산출 수단으로부터의 정보를 기초로 하여 제어된다.
전술된 구성에 따라, 감속, 즉 감속 에너지로부터 기인한 자동차의 운동 에너지를 효과적으로 회복하고, 모터로서의 회전 전기 장치를 작동시키기 위한 회수된 감속 에너지를 이용하는 것이 가능하게 되어, 자동차의 조작성, 쾌적성, 안전성 및 연비를 더욱 향상시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 대해 도면을 참고로 하여 아래에 설명하기로 한다.
도1은 본 발명의 실시예에 따른 보조 구동 장치(1)와, 보조 구동 장치(1)를 탑재한 자동차(100)의 전체 구성을 도시한 것이다.
도1에서, 보조 구동 장치(1)는 일예로 벨트, 체인등을 통해 엔진(101)에 연결된 (이후에 제1 MG로서 불리게 되는) 제1 모터 발전기(2)와, 배터리(6)의 DC 전력을 제1 MG(2)로 출력되는 AC 전력으로 변환하고 제1 MG(2) 내에 발생된 AC 전력을 배터리(6)로 출력되는 DC 전력으로 변환하는 제1 인버터(4)와, 제2 차륜 구동축(106)에 연결된 (이후에 제2 MG로서 불리게 되는) 제2 모터 발전기(3)와, 배터리(6)의 DC 전력을 제2 MG(3)로 출력되는 AC 전력으로 변환하고 제2 MG(3) 내에 발생된 AC 전력을 배터리(6)로 출력되는 DC 전력으로 변환하는 제2 인버터(5)와, 제1 및 제2 인버터(4, 5) 사이에서 DC 전력을 전달하는 배터리(6)와, 제1 MG(2)와 제2 MG(3)의 구동 조건을 제어하기 위한 구동 조건 제어 수단(10)을 포함한다.
구동 조건 제어 수단(10)은 종동륜(도1에서 후륜(108a, 108b))의 차륜 속도를 기초로 하여 자동차(100)의 차속을 산출하기 위한 차속 산출 수단(20)과, 브레이크 페달(113)의 온/오프 상태와 운전자의 요구 제동력을 검출하기 위한 요구 제동력 검출 수단(21)과, 자동차(100) 상에 작용하는 엔진 제동력을 산출하기 위한 엔진 제동력 산출 수단(22)과, 회생 제동력, 즉 발전기로서의 제1 MG(2)와 제2 MG(3)의 발전 구동(회생)으로 인해 자동차(100) 상에 작용하는 제동력을 산출하기 위한 회생 제동력 산출 수단(23)과, 배터리(6)의 충전율등을 검출하기 위한 배터리 상태 검출 수단(24)과, 액셀레이터 페달(114)의 온/오프 상태와 운전자의 요구 구동력을 검출하기 위한 요구 구동력 검출 수단(25)을 포함한다.
차륜 속도 검출 수단(110a, 110b, 110c, 110d)은 일예로 회전수 센서를 포함한다. 차속 산출 수단(20)은 전륜(107a, 107b) 또는 후륜(108a, 108b)의 차륜 반경 뿐만 아니라 차륜 속도 검출 수단(110a, 110b, 110c, 110d)으로부터의 정보를 기초로 하여 자동차(100)의 차속을 산출하기 위한 연산 회로 또는 연산 처리를 포함한다. 요구 제동력 검출 수단(21)은 브레이크 페달(113)의 스트로크와 페달 압력등을 기초로 하여 일예로 비례 관계(proportionality)를 이용하여 운전자의 요구 제동력을 산출하기 위한 연산 회로 또는 연산 처리를 포함한다. 엔진 제동력 산출 수단(22)은 엔진(101)의 회전수등을 기초로 하여 자동차(100) 상에 작용하는 엔진 제동력을 산출하기 위한 연산 회로 또는 연산 처리를 포함한다. 회생 제동력 산출 수단(23)은 제1 MG(2)의 발전기 토크, 엔진(101)의 회전수등을 기초로 하여 자동차(100) 상에 작용하는 회생 제동력을 산출하기 위한 연산 회로 또는 연산 처리를 포함한다. 배터리 상태 검출 수단(24)은 배터리(6) 내로 충전된 충전 전류와 배터리(6)로부터 방전된 방전 전류, 충전 및 방전 중의 배터리(6)의 단자 전압 및 온도등을 기초로 하여 배터리(6)의 충전율을 산출하기 위한 연산 회로 또는 연산 처리를 포함한다. 요구 구동력 검출 수단(25)은 액셀레이터 페달(114)의 스트로크등을 기초로 하여 일예로 비례 관계를 이용하여 운전자의 요구 구동력을 검출하기 위한 연산 회로 또는 연산 처리를 포함한다.
도1에서, 자동차(100)는 화석 연료등을 연소함으로써 회전 구동력을 발생시키는 엔진(101)과, 제1 차륜 구동축(105)과, 제2 차륜 구동축(106)과, 전륜(107a, 107b)과, 후륜(108a, 108b)과, 제1 차륜 구동축(105)의 회전 구동력을 변환하여 엔진(101) 및 제1 MG(2)에 전달할 뿐만 아니라 엔진(101) 및 제1 MG(2)의 회전 구동력을 변환하여 제1 차륜 구동축(105)에 전달하는 제1 구동력 전달 수단(102) 및 변속 수단(104)과, 제1 차륜 구동축(106)의 회전 구동력을 변환하여 제2 MG(3)에 전달할 뿐만 아니라 제2 MG(3)의 회전 구동력을 변환하여 제2 차륜 구동축(106)에 전달하는 제2 구동력 전달 수단(103)과, 전륜(107a, 107b)과 후륜(108a, 108b)의 차륜 속도를 검출하기 위한 차륜 속도 검출 수단(110a, 110b, 110c, 110d)과, 엔진(101)을 제어하기 위한 엔진 제어 수단(111)과, 변속 수단(104)을 제어하기 위한 변속 수단 제어 수단(112)을 포함한다.
주로 자동차(100)의 시동을 매끄럽게 하는 역할을 하는 제1 구동력 전달 수단(102)(또는 구동력 전달 장치)는 일예로 토크 컨버터, 전자기 클러치, 유압 클러치등을 포함한다. 자동차(100)의 구동 상태에 따라 엔진(101)의 회전 구동력을 적절히 변경하는 역할을 하는 변속 수단(104)(또는 변속기)는 일예로 다단 자동 변속기, 무단 자동 변속기등을 포함한다. 본 발명에서, 전술된 제1 구동력 변경 수단(102) 중 어느 하나와 전술된 변속 수단(104) 중 어느 하나가 조합하여 이용될 수 있고 임의의 조합체에 대해 동일한 장점이 제공될 수 있다.
엔진(101), 제1 MG(2) 및 제2 MG(3)는 반드시 도1에 도시된 대로 배치될 필요는 없다. 일예로, 엔진(101)과 제1 MG(2)가 제2 차륜 구동축(106)을 구동시키는 반면에 제2 MG(3)가 제1 차륜 구동축(105)을 구동시키는 구성이 채용될 수 있다.
도2는 본 발명의 실시예에 따른 제1 MG(2) 및 제2 MG(3)의 구동 모드를 도시한 것이다. 도면에서, 구동 모드가 그에 적용된 자동차(100)의 주행 상태는 "주행 상태" 로 기재되어 있고, 제1 MG(2)와 제2 MG(3)의 구동 상태는 "구동 상태" 로 기재되어 있고, 제1 MG(2)와 제2 MG(3)의 구동 조건 제어로 수행된 다양한 형태의 제어는 "구동 조건 제어 항목"에 기재되어 있다.
부수적으로, 도면에서 "회생"은 제1 MG(2) 또는 제2 MG(3)가 제1 또는 제2차륜 구동축(105, 106)의 회전 구동력을 수용함으로써 발전 구동하는 상태를 나타내고, "발전기"는 제1 MG(2)가 엔진의 회전 구동력을 수용함으로써 발전 구동하는 상태를 나타내고, "전동"은 제1 MG(2) 또는 제2 MG(3)가 동력 공급원으로서 배터리(6) 내에 저장된 전기 에너지를 이용하여 전동 구동하는 상태를 나타내고, "프리(free)"는 전동 구동이나 발전 구동 모두가 수행되지 않는 상태를 나타낸다.
"작동 조건 제어 항목"에서의 원은 주어진 제어가 수행되는 것을 나타낸다.
이제 도3, 도11 및 도12에서의 제어 흐름을 참고로 하여, 자동차(100)의 조작성, 쾌적성 및 연비를 향상시키기 위해 제1 MG(2)와 제2 MG(3)를 작동시킴으로써 구동 조건 제어 수단(10)에 의해 수행된 구동 조건 제어 및 처리에 대해 이후에 설명하기로 한다. 도3은 선택된 구동 모드 1A, 1B 및 1C, 도11은 구동 모드 2A, 2B 및 2C, 도12는 구동 모드 2D 및 2E를 도시한 것이다. 도면에서의 "스타트"는 자동차(100)의 발진을 의미한다.
우선, 자동차(100)가 정속 운행 또는 가속 운행으로부터 감속 운행으로 변속되고 감속 운행이 지속되는 경우에 대해 설명하기로 한다. 이 경우에, 제1 MG(2)와 제2 MG(3)는 구동 모드 1A, 1B 및 1C 중 어느 하나에 따라 작동되고 (이후에 감속 에너지로 불리는) 감속에 기인한 자동차(100)의 운동 에너지는 효과적으로 회복된다.
이후에 단계 1에 대해 설명하기로 한다.
자동차(100) 발진과 동시에, 구동 조건 제어 수단(10)은 배터리 상태 검출 수단(24)으로부터 얻어진 배터리(6)의 충전율과 단자 전압과 같은 정보, 요구 제동력 검출 수단(21)과 요구 구동력 검출 수단(25)으로부터 얻어진 정보, 냉각수 온도, 흡기 및 배기 온도와 같은 정보, 엔진(101)으로부터 얻어진 연소 상태, 모터 특성(토크 특성, 전동 효율등) 및 제1 MG(2)와 제2 MG(3)의 발전기 특성(발전기 출력, 발전기 효율등)을 기초로 하여 최적 구동 모드를 선택한다.
구동 모드의 선택시에, 자동차(100)의 (도시되지 않은) 감속 에너지 회수 요구 검출 수단에 의해 검출된 감속 에너지를 회수하도록 운전자의 요구를 고려하는 것이 가능해진다.
이제, 단계 1에서의 구동 모드의 선택의 예에 대해 이후에 설명하기로 한다.
일예로, 젖은 도로, 눈이 많은 도로 또는 결빙 도로등과 같은 (이후에 저마찰 계수의 도로로 불리는) 미끄러운 도로 상에서의 주행시에, 제동 균형을 파괴하지 않도록 제1 MG(2)와 제2 MG(3)를 발전기(회생)로서 동시에 작동시키는 것이 바람직하기 때문에 구동 모드 1C가 선택된다. 도로 상태는 차속 및 차륜 속도로부터 얻어진 마찰율로부터 추측된다.
배터리(6)의 충전율이 소정 범위의 상한치 또는 하한치 가까이에 있게 되면, 이후에 기재된 발전기 토크 분배 제어를 이용하는 것이 바람직하기 때문에 구동 모드 1C가 선택된다.
상술한 것은 단계 1에서의 구동 모드 선택의 예이다. 그러나, 이는 제한적인 것은 아니다. 전술된 다양한 정보를 기초로 하여 최적 구동 모드가 선택된다.
이제, 구동 모드 1A가 단계 1에서 선택되는 경우, 즉 제1 MG(2)의 구동 조건이 회생이고 제2 MG(3)의 구동 조건이 프리인 경우에 대해 이후에 설명하기로 한다.
단계 2에 대해 이후에 설명하기로 한다.
구동 조건 제어 수단(10)은 액셀레이터 페달(114)의 온/오프 상태를 검출하고, 액셀레이터 페달(114)이 오프 상태로 들어갈 때 그 단계는 단계 3으로 이동된다. 액셀레이터 페달(114)이 온 상태에 있게 되면, 그 단계는 단계 1로 이동되고 구동 모드의 선택이 지속된다.
단계 3에 대해 이후에 설명하기로 한다.
주행 중에, 변속 수단 제어 수단(112)은 엔진(101) 근방에 배치된 (도시되지 않은) 드로틀의 개도, 차속 및 다른 정보를 기초로 하고 (도시되지 않은) 변속 다이어그램등을 참고로 하여 변속비를 선택하고, 업-변속(변속비를 감소시키는 변속)과 다운-변속(변속비를 증가시키는 변속)을 위한 변속 명령을 내리게 된다. 변속 명령에 응답하여, 변속 수단(104)은 전술된 어느 하나의 변속을 행하게 된다.
구동 조건 제어의 부재시에 정속 주행 또는 가속 주행으로부터 감속 주행으로의 변속시에, 액셀레이터 페달(114)이 온 상태로부터 오프 상태로 이동시, 드로틀을 (이후에 전폐 상태로의 이행으로서 불리게 되는) 개방 상태로부터 폐쇄 상태로 변경시키게 되고, 변속 수단 제어 수단(112)은 위의 설명에 따라 업-변속 명령을 변속 수단(104)에 출력할 수 있다. 이러한 변속 명령에 응답하여, 변속 수단(104)은 업-변속의 변속을 수행한다.
그러나, 구동 모드 1A를 기초로 한 구동 조건 제어가 실행되는 경우에, 구동 조건 제어 수단(10)은 변속 수단 제어를 기초로 한 변속 수단(104)으로의 변속 지시를 출력하지 않고 변속 수단(104)의 변속비를 적절히 결정하는 변속 지시를 변속 수단(104)으로 출력하는 명령을 변속 수단 제어 수단(112)에 내리게 된다. 이로 인해, 변속 수단(104)은 구동 조건 제어 수단(10)에 의해 결정된 변속비로의 변속을 수행한다.
이제, 단계 3에서 변속 수단(104)의 변속비를 결정하는 방법의 예에 대해 이후에 설명하기로 한다.
자동차(100) 상에서 작용하는 엔진 제동력은 일예로 식 (1)을 기초로 한 엔진 제동력 산출 수단(22)에 의해 산출된다.
FE = (TF×iG×iF)/rW…식 (1)
여기에서, FE는 엔진 제동력, TF는 엔진(101)의 마찰 토크, iG는 변속 수단(104)의 변속비, iF는 (도시되지 않은) 최종 감속기의 감속비, 그리고 rW는 전륜(107a, 107b)의 유효 반경이다. 엔진(101)의 마찰 토크 TF에 관해, 미리 파악된 값들이 지도로서 유지될 수 있다.
구동 조건 제어 수단(10)은 변속 수단(104)의 변속비의 변화와 변속에 기인한 엔진(101)의 마찰 토크의 변화를 제거하고, 일예로 식 (1)에 따라 산출된 엔진 제동력이 소정 제동력을 초과하도록 하지 않고 과속을 유발함이 없이 엔진의 회전 수를 최대화하는 변속비를 취출하고, 그후 이를 기초로 하여 변속 수단(104)에 의해 실제 채택될 수 있는 변속비의 값을 결정한다.
소정 제동력은 탑승감을 저하시키지 않는 제동력을 포함한다. 이는 일예로 자동차(100) 상의 (0.1×중력 가속도)의 감속의 결과로서 생기는 힘이다. 그러나,소정 제동력에 관해, 자동차(100)의 구조에 따라 최적값이 설정될 수 있다.
앞서 결정된 변속비는 그후 변속을 수행하는 변속 수단(104)으로의 변속 명령으로서의 출력이다. 그러나, 변속 수단(104)이 다단 자동 변속기인 경우라면, 감속 주행으로 들어가기 전에 이용되는 변속비는 다단 자동 변속기가 제한된 수의 단을 갖고 있기 때문에 몇몇 경우에 유지될 수 있다.
또한, 엔진(101)의 마찰 토크를 줄이기 위해 엔진(101)에 설치된 (도시되지 않은) 흡기 및 배기 밸브의 밸브 타이밍등 뿐만 아니라 (도시되지 않은) 드로틀의 개도를 조절하는 것이 가능하다. 이로 인해, 엔진(101)의 회전수를 더욱 증가시킬 수 있게 된다.
도4는 단계 3-I, 단계 3-II 및 단계 3-III으로의 단계 3에서의 전술된 일련의 처리를 도시한 구동 모드 1A의 제어 흐름의 일부를 도시한 것이다.
도5는 변속 수단(104)이 4속 자동 변속기일 때의 변속 다이어그램이다. 횡축은 차속을 종축은 드로틀의 개도(0% 내지 100%)를 나타낸다. 도5에서, 실선에 의해 나타낸 "업-변속 라인"은 업-변속용 조건의 경계를 나타낸다. 변속비가 가장 큰 1속으로부터 2속으로의 변속(도면에서 "1속"→"2속"), 2속으로부터 3속으로의 변속(도면에서 "2속"→"3속") 및 변속비가 가장 작은 3속으로부터 4속으로의 변속(도면에서 "3속"→"4속")이 도시되어 있다. 파선에 의해 나타낸 "다운-변속 라인"은 다운-변속용 조건의 경계를 나타낸다. 변속비가 가장 작은 4속으로부터 3속으로의 변속(도면에서 "3속"←"4속"), 3속으로부터 2속으로의 변속(도면에서 "2속"←"3속") 및 변속비가 가장 큰 2속으로부터 1속으로의 변속(도면에서"1속"←"2속")이 도시되어 있다.
자동차(100)가 정속으로 주행하는 경우, 더 구체적으로 자동차(100)가 40km/h, 25%의 드로틀 개도로 주행하고 감속 주행, 일예로 동작점(1)에서 변속 수단(104)의 3속이 들어가는 경우에 대해 이후에 설명하기로 한다.
제1 MG(2)가 발전기(회생)으로서 작동되지 않고 변속 수단 제어가 수행되지 않을 때, 액셀레이터 페달(114)이 온 상태로부터 오프 상태로 변속되게 되면, 드로틀의 개도를 25%로부터 0%로 변경시키고(도면에서 "동작 A"), 변속 수단 제어 수단(112)은 "3속"→"4속"으로의 업-변속 라인이 변속 다이어그램 상에서 교차되기 때문에 3속으로부터 4속으로 변속시키는 업-변속 명령을 변속 수단(104)에 출력한다. 그 명령에 응답하여, 변속 수단(104)은 3속으로부터 4속으로의 업-변속의 변속을 수행한다.
그러나, 제1 MG(2)가 발전기(회생)으로서 작동되고 변속 수단 제어가 수행되게 되면, 변속 수단 제어 수단(112)은 구동 조건 제어 수단(10)에 의해 결정된 변속 명령을 변속 수단(104)에 출력한다. 변속 명령에 응답하여, 변속 수단(104)은 정속 주행을 위해 현재의 3속을 유지하거나 또는 1속, 2속 또는 4속으로의 변속을 수행한다.
변속 수단(104)이 4단 자동 변속기이지만 다른 자동 변속기 및 무단 변속기에 마찬가지로 적용되는 경우에 대한 변속 수단 제어의 예가 전술되었다.
전술된 대로 변속 수단 제어를 수행함으로써, 엔진(101)의 회전수는 증가되고 엔진(101)에 연결된 제1 MG(2)의 회전수는 증가된다. 따라서, 감속 주행으로의변속시에 회생된 에너지의 양을 증가시킬 수 있게 된다.
단계 4에 대해 이후에 설명하기로 한다.
구동 조건 제어 수단(10)은 브레이크 페달(113)의 온/오프 상태를 검출하고, 브레이크 페달(113)이 온 상태에 착수할 때 그 단계는 단계 5로 진행한다. 브레이크 페달(113)이 오프 상태에 있게 되면, 그 단계는 단계 1로 진행하고 구동 모드의 선택이 지속된다.
단계 5 및 6에 대해 이후에 설명하기로 한다.
제1 MG(2)가 감속 에너지를 회생하도록 하기 위해, 네가티브 회전 구동력을 발생시키도록 제1 MG(2)를 발전기(회생)으로서 작동시키는 것이 필요하다. 이를 위해, 구동 조건 제어 수단(10)은 제동력 제어와 충전량 제어를 기초로 하여 (이후에 발전기 토크로서 불리게 되는) 적절한 네가티브 토크를 결정하고(단계 5), 이를 발전기 토크 명령으로서 출력한다(단계 6). 이러한 명령에 응답하여, 제1 MG(2)는 발전기(회생)으로서 작동된다.
이제, 단계 5에서 제동력 제어의 예에 대해 이후에 설명하기로 한다.
제1 MG(2)에 의해 회생된 감속 에너지의 양은 발전기 토크에 좌우된다. 대개, 발전기 토크가 증가하게 되면, 회생될 감속 에너지의 양은 따라서 증가하게 된다. 그러나, 발전기(회생)으로서의 구동에 동반되는 제1 MG(2)에 의해 발생된 네가티브 회전 구동력은 제1 구동력 전달 수단(102)과 변속 수단(104)에 의해 전환된 후에 제1 차륜 구동축(105)에 전달되고 자동차(100) 상의 제동력으로서 작용한다. 따라서, 발전기 토크의 결정시에, 운전자의 요구 제동력을 고려할 필요가 있다.그밖에, 제1 MG(2)가 발전기로서 구동될(회생될) 때와 제1 MG(2)가 발전기로서 구동되지 않을(회생되지 않을) 때 간의 제동력의 차이는 운전자가 위화감을 느끼지 않을 정도로 줄어들어야 한다. 제동력 제어는 위의 조건들을 만족시키는 제어이다.
도6은 제동력 제어의 일예를 도시한 도면이다. 횡축은 요구 제동력 검출 수단(21)에 의해 검출된 운전자의 요구 제동력을 나타내고 종축은 자동차(100) 상에 작용하는 제동력을 나타낸다. "범위 (1)"은 제1 MG(2)의 발전기 구동(회생)에 의해 생성된 제동력 만이 자동차(100) 상에서 작용하는 범위이다. 이러한 범위에서, 제1 MG(2)의 발전기 토크는 운전자의 요구 제동력에 따라 조절되고 발전기 구동(회생)에 의해 생성된 제동력이 운전자의 요구 제동력과 거의 동일하게 되도록 제어가 수행된다. "범위 (2)"는 전륜(107a, 107b)과 후륜(108a, 108b)에 설치된 (도시되지 않은) 마찰 브레이크에 의해 생성된 제동력과 제1 MG(2)의 발전기 구동(회생)에 의해 생성된 제동력의 합이 자동차(100) 상에서 작용하는 범위이다. 이러한 범위에서, 제1 MG(2)의 발전기 토크는 제1 MG(2)의 발전기 구동(회생)에 의해 생성된 제동력이 운전자의 요구 제동력에 상관 없이 소정값을 초과하지 않도록 조절된다. 또한, 마찰 브레이크에 의해 생성된 제동력과 제1 MG(2)의 발전기 구동(회생)에 의해 생성된 제동력의 합이 운전자의 요구 제동력과 거의 동일하게 되도록 제어가 수행된다.
전술된 제동력 제어를 수행함으로써, 운전자의 요구 제동력에 따라 제동력을 생성할 수 있게 되고 제1 MG(2)가 발전기로서 구동될(회생될) 때와 제1 MG(2)가 발전기로서 구동되지 않을(회생되지 않을) 때 간의 제동력의 차이는 운전자가 위화감을 느끼지 않을 정도로 줄어들 수 있다.
운전자가 위화감을 느끼는 것을 방지하기 위해, 제1 MG(2)의 발전기 구동(회생)에 의해 생성된 제동력은 자동차(100) 상에서 (0.05×중력 가속도)의 감속을 가하는 힘 보다 작아야 하는 것이 바람직하다.
이제, 단계 5에서 충전양 제어의 예에 대해 이후에 설명하기로 한다.
제1 MG(2)에 의해 회생된 감속 에너지의 양은 발전기 토크에 좌우된다. 대개, 발전기 토크가 증가하게 되면, 회생될 감속 에너지의 양은 따라서 증가하게 되고, (이후에 충전 전력으로서 불리게 되는) 배터리(6) 내로 충전될 전력은 또한 증가하게 된다. 그러나, 배터리(6)의 단자 전압이 충전 전력에 비례하여 높아지기 때문에, 배터리(6)의 단자 전압이 발전기 토크를 결정할 때 (이후에 규정된 전압 범위로서 불리게 되는) 규정된 소정 범위를 초과하지 않도록 고려할 필요가 있다. 또한, 배터리(6)의 내구성을 저하시키지 않도록 배터리(6)의 충전율을 규정된 소정 범위 내로 유지하는 것이 필요하다. 충전양 제어는 위의 조건들을 만족시키는 제어이다.
규정된 전압 범위는 전기 공기 조화 장치, 인젝터, 램프등과 같은 배터리(6)에 연결되는 (도시되지 않는) 전기 부하들이 안정적으로 작동되는 범위이다.
도7은 충전양 제어의 일예를 도시한 도면이다. 횡축은 배터리(6) 내로 충전되는 (이후에 충전 전류량으로서 불리게 되는) 전기량을 종축은 배터리(6)의 단자 전압을 나타낸다. 그 도면은 0% 내지 100%의 범위에서 가변되는 배터리(6)의 충전율이 60%, 80% 및 90%일 때 충전 전류량과 배터리(6)의 단자 전압 간의 관계를 도시한 것이다. 그러한 특성들은 배터리(6)의 충전 특성으로서 미리 파악될 수 있다. 그후, 이들 특성들을 참고함으로써, 배터리(6)의 단자 전압이 규정된 전압 범위를 초과하지 않는 최대 충전 전류량을 알 수 있게 된다. 일예로, 배터리(6)의 충전율이 80%일 때, 도면에서 "전류량 (1)"은 배터리(6)의 규정된 전압 범위의 상한치 만큼 곱해질 때 최대 충전 전력을 제공하는 최대 충전 전류량을 나타낸다. 배터리(6)의 충전 효율로 나누어지는 이러한 충전 전력, 제1 인버터(4)의 변환 효율, 제1 MG(2)의 발전 효율등은 제1 MG(2)에 발전 구동 입력을 제공한다. 이를 기초로 하여, 구동 조건 제어 수단(10)은 제1 MG(2)의 발전기 토크를 결정한다.
또한, 구동 조건 제어 수단(10)은 배터리 상태 검출 수단(24)으로부터 얻어진 충전율을 제어하고, 이를 기초로 하여 제1 MG(2)의 발전기 토크를 결정한다.
전술된 충전량 제어를 수행함으로써, 배터리(6)의 단자 전압이 규정된 전압 범위를 초과하지 않는 범위 내에서 충전 전력을 최대화할 수 있고 배터리(6)의 충전율을 규정된 소정 범위 내로 유지할 수 있게 된다.
단계 7에 대해 이후에 설명하기로 한다.
단계 5에서 및 단계 5 후에, 액셀레이터 페달(114)은 오프 상태이고 브레이크 페달(113)은 온 상태이며, 따라서 대개 자동차(100)는 지속 감속 주행 상태에 있게 된다.
감속 주행 중에, 변속 수단 제어 수단(112)은 엔진(101) 근방에 배치된 (도시되지 않은) 드로틀의 개도, 차속등과 같은 정보를 기초로 하고 (도시되지 않은)변속 다이어그램등을 참고로 하여 변속 수단(104)의 변속비를 선택하고, 변속 수단(104)에 다운-변속 명령(변속비를 증가시키는 변속)을 내리게 된다. 변속 명령에 응답하여, 변속 수단(104)은 다운-변속의 변속을 수행하게 된다.
구동 조건 제어가 수행되지 않는 경우에, 전술된 대로, 변속 다이어그램등을 참고로 하여 선택된 변속비는 변속 수단(104)으로의 변속 명령으로서의 출력이고, 이 명령에 응답하여, 변속 수단(104)은 변속을 수행하게 된다.
그러나, 구동 모드 1A를 기초로 한 구동 조건 제어가 실행되는 경우에, 구동 조건 제어 수단(10)은 변속 수단 제어를 기초로 한 변속 수단(104)으로의 변속 지시를 출력하지 않고 변속 수단(104)의 변속비를 적절히 결정하는 변속 지시를 변속 수단(104)으로 출력하는 명령을 변속 수단 제어 수단(112)에 내리게 된다. 이로 인해, 변속 수단(104)은 구동 조건 제어 수단(10)에 의해 결정된 변속비로의 변속을 수행한다.
제1 구동력 전달 수단(102)이 전자기 클러치이거나 유압 클러치인 경우에 또는 제1 구동력 전달 수단(102)이 록업되는 토크 컨버터인 경우에 단계 7에서 변속 수단(104)의 변속비를 결정하는 방법의 예에 대해 이후에 설명하기로 한다.
자동차(100) 상에 작용하는 엔진 제동력은 전술된 대로 일예로 식 (1)을 기초로 하여 엔진 제동력 산출 수단(22)에 의해 산출된다.
또한, 제1 MG(2)의 발전기 구동(회생)에 의해 자동차(100) 상에 작용하는 제동력, 회생 제동력은 일예로 식 (2)를 기초로 한 회생 제동력 산출 수단(23)에 의해 산출된다.
FR = (TG×iP×iG×iF)/rW…식 (2)
여기에서, FR는 회생 제동력, TG는 제1 MG(2)의 발전기 토크, iP는 제1 MG(2)와 엔진(101) 간의 풀리비이다.
구동 조건 제어 수단(10)은 변속과 엔진(101)의 마찰 토크의 변화에 동반되는 변속 수단(104)의 변속비의 변화를 추정하고, 일예로 식(1)에 따라 산출된 엔진 제동력과, 운전자의 요구 제동력을 초과하지 않는 일예로 식(2)에 따라 산출된 회생 제동력의 합의 범위 내에서 제1 MG(2)에 의해 발생된 발전량을 최대화하는 변속비를 취출하고, 그후 이를 기초로 하여 변속 수단(104)이 변속비로 실제 채택할 수 있는 값을 결정한다.
또한, 운전자의 요구 제동력이 일예로 비례 관계로 브레이크 페달(113)의 스트로크 또는 페달 압력을 기초로 하여 요구 제동력 검출 수단(21)에 의해 산출된다.
또한, 제1 MG(2)에 의해 발생된 발전량은 인자들이 회전수 및 제1 MG(2)의 발전기 토크인 전력 발생 특성들을 미리 파악하고 이들을 지도로서 관리함으로써 얻어질 수 있다.
제1 구동력 전달 수단(102)이 록업되지 않는 토크 컨버터인 경우에 단계 7에서 변속 수단(104)의 변속비를 결정하는 방법의 예에 대해 이후에 설명하기로 한다.
자동차 상에 작용하는 엔진 제동력은 일예로 식 (3)을 기초로 하여 엔진 제동력 산출 수단에 의해 산출된다.
FE = ((NOUT×NOUT)×t×iG×iF)/rW…식 (3)
여기에서, NOUT는 변속 수단(104)의 측면 상의 제1 구동력 전달 수단(102)의 회전수이고, t는 제1 구동력 전달 수단(102)으로서 제공되는 토크 컨버터의 토크 용량이다.
부수적으로, 변속 수단(104)의 측면 상의 제1 구동력 전달 수단(102)의 회전수 NOUT는 식 (4)을 기초로 하여 산출된다.
NOUT = (VV/rW)×iG×iF…식 (4)
여기에서, VV는 차속 산출 수단(20)에 의해 산출된 차속이다.
또한, 토크 컨버터의 토크 용량(t)은 식 (5)에 의해 정의된 속도비 e에 의해 유일하게 결정된다. 미리 파악된 값들은 지도로서 관리될 수 있다.
e = NOUT/NIN…식 (5)
여기에서, NIN은 엔진(101)의 측면 상의 제1 구동력 전달 수단(102)의 회전수, 즉 엔진(101)의 회전수이다.
구동 조건 제어 수단(10)은 변속 수단(104)의 변속비의 변화와 회전수의 변화 및 변속에 기인한 엔진(101)의 마찰 토크를 추정하고, 일예로 식(3)에 따라 산출된 엔진 제동력이 운전자의 요구 제동력을 초과하지 않는 제1 MG(2)에 의해 발생된 발전량을 최대화하는 변속비를 취출하고, 그후 이를 기초로 하여 변속 수단(104)이 변속비로 실제 채택할 수 있는 값을 결정한다.
위에 결정된 변속비는 변속 수단(104)에 변속 명령으로서의 출력이고 변속이 실행된다. 그러나, 변속 수단(104)이 다단 자동 변속기인 경우라면, 이용 가능한단의 수가 제한되어 있기 때문에 위에 결정된 값이 이용 가능한 변속비를 추가할 때 다운-변속의 변속이 수행된다.
또한, 엔진(101)의 마찰 토크를 줄이기 위해, 엔진(101)에 설치된 (도시되지 않은) 흡기 및 배기 밸브의 밸브 타이밍등 뿐만 아니라 (도시되지 않은) 드로틀의 개도 조정을 수행할 수 있다. 이로 인해, 제1 MG(2)에 의해 발생된 발전량을 더욱 증가시킬 수 있다.
도4는 구동 모드 1A의 제어 흐름의 일부와 단계 7-I, 단계 7-II 및 단계 7-III으로서의 단계 7에서의 전술된 일련의 연속 처리를 도시한 도면이다.
도5를 참고로 하여, 자동차(100)가 동작점(2)으로부터 감속 주행을 지속하는 경우, 더 구체적으로 차속이 40km/h, 드로틀 개도가 0%이고 변속 수단(104)의 변속비가 단계 3에서 변속 수단 제어에 의해 결정된 3속인 경우에 대해 이후에 설명하기로 한다.
제1 MG(2)가 발전기(회생)으로서 작동되지 않고 변속 수단 제어가 수행되지 않는 경우에, 차속이 지속적인 감속 주행의 결과로 떨어지게 되면(도면에서 "구동 B"), 변속 수단 제어 수단(112)은 "3속"→"2속"으로의 다운-변속 라인이 변속 다이어그램 상에서 교차될 때, 즉 차속이 "차속 (1)"에 도달할 때 3속으로부터 2속으로 변속시키는 다운-변속 명령을 변속 수단(104)에 출력한다. 마찬가지로, 변속 수단 제어 수단(112)은 "2속"→"1속"으로의 다운-변속 라인이 교차될 때, 즉 차속이 "차속 (2)"에 도달할 때 2속으로부터 1속으로 변속시키는 다운-변속 명령을 변속 수단(104)에 출력한다. 이들 명령에 응답하여, 변속 수단(104)은 다운-변속의 변속을 수행한다. 즉, 동일한 변속 다이어그램이 이용되게 되면, 다운 변속의 변속은 각각 고정 차속으로 항상 수행된다.
그러나, 제1 MG(2)가 발전기(회생)으로서 작동되고 변속 수단 제어가 수행되게 되면, 변속 수단 제어 수단(112)은 제1 MG(2)에 의해 발생된 발전량을 최대화하도록 3속으로부터 2속으로 변속시키는 다운-변속 명령과 2속으로부터 1속으로 변속시키는 다운-변속 명령을 변속 수단(104)에 출력한다. 이들 명령에 응답하여, 변속 수단(104)은 각각의 다운-변속의 변속을 수행한다. 즉, 다운-변속이 이루어진 차속은 고정되어 있지 않고, 운전 상태에 따라 가변된다.
변속 수단(104)이 4단 자동 변속기이지만 다른 자동 변속기 및 무단 변속기에 마찬가지로 적용되는 경우에 대한 변속 수단 제어의 예가 전술되었다.
전술된 대로 변속 수단 제어를 이용함으로써 제1 MG(2)에 의해 발생된 발전량이 증가하게 되고, 따라서, 회생될 감속 에너지를 증가시킬 수 있게 된다.
단계 8에 대해 이후에 설명하기로 한다.
감속 주행이 지속됨으로 인해 변속 수단(104)의 측면 상의 제1 구동력 전달 수단(112)의 회전수는 (이후에 최소 필요 회전수로 불리게 되는) 아이들링 속도와 같은 소정치 이하로 떨어지게 되고 엔진(101)은 회전을 유지하기 위해 회전 구동력을 강제로 발생시키게 되고, 발전기(회생)으로서 제1 MG(2)을 구동시키는 일은 연비 면에서 바람직하지 않다. 이러한 이유로 인해, 구동 모드 1A에 따른 구동이 더 이상 적용될 수 없다면, 단계는 또 다른 구동 모드를 선택하는 단계 1로 이동한다. 구동 모드 1A에 따른 구동이 효력이 있게 되면, 그 단계는 단계 9로 진행한다.
단계 9에 대해 이후에 설명하기로 한다.
구동 조건 제어 수단(10)은 또 다른 구동 모드로 이동하는 것이 필요한 지의 여부를 판정한다. 필요하다면, 프로세스는 단계 1로 진행한다. 필요하지 않다면, 프로세스는 구동 모드 1A에 따른 구동 조건 제어가 지속되는 단계 4로 진행한다.
단계 2 내지 9는 구동 모드 1A를 기초로 한 구동 조건 제어 및 프로세스들이다.
도8을 참고로 하여, 제1 구동력 전달 수단(102)이 전자기 클러치, 유압 클러치 또는 록업 토크 컨버터이고 변속 수단(104)이 4단 자동 변속기인 경우를 인용한 구동 모드 1A를 기초로 한 구동 조건 제어의 장점에 대해 이후에 설명하기로 한다.
도8은 자동차(100)가 정속 주행으로부터 감속 주행으로 변속되어 마침내 정지하는 프로세스들을 나타낸 타임 차트를 도시한 것이다. 도8(a)는 구동 조건 제어가 수행되지 않는 경우를 도시한 것인 반면에, 도8(b)는 구동 조건 제어가 수행되는 경우를 도시한 것이다. 도8(a) 및 도8(b)에서의 차트(1)은 차속의 타임 차트이다. 변속 수단(104)의 변속비의 타임 차트인 차트(2)는 자동차(100)가 정속으로 주행중인 3속(변속비 = 1)으로부터 정지 상태에 해당하는 1속(변속비 = 2.8)으로의 변속을 도시한 것이다. 이 경우에, 이용 가능한 변속비는 최대 4이다. 각각의 단 간의 변환시의 변속비는 실제 존재하지 않는다. 차트(3)은 변속 수단(104)의 측면 상의 제1 구동력 전달 수단(102)의 회전수와 엔진(101)의 회전수를 도시한 타임 차트이다. 자동차(100) 상에서 작용하는 제동력의 타임 차트인 차트(4)는 운전자의 요구 제동력과, 엔진 제동력과 회생 제동력의 합을 나타낸다. 차트(5)는 제1MG(2)에 의해 발생된 발전량의 타임 차트이다.
구동 조건 제어가 수행되지 않는 경우에서의 정속 주행으로부터 감속 주행으로의 변속시에, 변속 수단(104)은 도8(a)(1)에 도시된 대로 3속으로부터 4속으로의 업-변속의 변속을 수행한다. 그러나, 구동 조건 제어가 수행되게 되면, 변속 수단(104)은 도8(b)(1)에 도시된 대로 정속 주행을 위해 현재의 3속을 유지한다. 또한, 변속 수단(104)은 제1 MG(2)에 의해 발생된 발전량을 최대화하도록 3속으로부터 2속으로 및 2속으로부터 1속으로의 다운-변속의 변속을 수행한다. 따라서, 제1 MG(2)에 의해 발생된 발전량은 도8(a)(5)에 도시된 대로 구동 조건 제어가 수행되지 않는 경우와 비교하여 증가된다. 이 때에 엔진 제동력과 회생 제동력의 합은 운전자의 요구 제동력 보다 더 작게 유지된다.
도9는 제1 구동력 전달 수단(102)이 록업되지 않는 토크 컨버터이고 변속 수단(104)이 4단 자동 변속기인 또 다른 예를 인용한 구동 모드 1A를 기초로 한 구동 조건 제어가 수행된 경우의 장점을 도시한 것이다.
도8의 예의 경우와 같이, 제1 MG(2)에 의해 발생된 발전량은 도9(a)(5)에 도시된 대로 구동 조건 제어가 수행되지 않는 경우와 비교하여 증가된다. 이 때에 엔진 제동력과 회생 제동력의 합은 운전자의 요구 제동력 보다 더 작게 유지된다.
제1 구동력 전달 수단(102)이 전자기 클러치, 유압 클러치 또는 록업 토크 컨버터 또는 록업되지 않는 토크 컨버터이고 변속 수단(104)이 4단 자동 변속기인 경우를 인용한 구동 모드 1A를 기초로 한 구동 조건 제어의 장점이 전술되어 있다. 전술된 대로, 본 발명은 전술된 제1 구동력 전달 수단(102)의 어느 하나와 전술된변속 수단(104)의 어느 하나가 조합되는 임의의 구성에 대비하여 장점을 제공할 수 있다.
구동 모드 1B가 단계 1에서 선택되는 경우, 즉 제1 MG(2)의 구동 상태가 자유롭고 제2 MG(3)의 구동 상태가 회생인 경우에 대해 이후에 설명하기로 한다.
단계 10에 대해 이후에 설명하기로 한다.
구동 조건 제어 수단(10)은 브레이크 페달(113)의 온/오프 상태를 검출하고, 브레이크 페달(113)이 온 상태로 될 때 그 프로세스는 단계 5'로 진행한다. 브레이크 페달(113)이 오프 상태에 있게 되면, 그 프로세스는 단계 1로 진행하고 구동 모드의 선택이 지속된다.
단계 5' 및 6'에 대해 이후에 설명하기로 한다.
단계 5'는 단계 5와 유사하다.
단계 6'는 단계 6과 유사하다.
단계 11에 대해 이후에 설명하기로 한다.
감속 주행이 지속됨으로 인해 제2 차륜 구동축(106)의 회전수가 감소하고 제2 구동력 전달 수단(103)을 통해 제2 차륜 구동축(106)에 연결된 제2 MG(3)의 회전수가 회생 출력을 얻게 되는 회전수 이하로 떨어지게 되면, 발전기(회생)으로서 제2 MG(3)를 작동시키는 것이 불가능해진다. 이러한 이유로 인해 일예로 발전기(회생)으로서 제2 MG(3)를 작동시키는 것이 불가능해지게 되고 구동 모드 1B에 따른 구동이 더 이상 적용될 수 없다면, 그 프로세스는 또 다른 구동 모드의 선택을 위해 단계 1로 진행한다. 구동 모드 1B에 따른 구동이 효과가 있게 되면, 그 프로세스는 단계 12로 진행한다.
단계 12에 대해 이후에 설명하기로 한다.
구동 조건 제어 수단(10)은 또 다른 구동 모드로 이동하는 것이 필요한 지의 여부를 판정한다. 필요하다면, 프로세스는 단계 1로 진행한다. 필요하지 않다면, 프로세스는 구동 모드 1B를 기초로 한 구동 조건 제어가 지속되는 단계 10으로 진행한다.
전술된 단계 10 내지 12, 단계 5' 및 단계 6'는 구동 모드 1B를 기초로 한 구동 조건 제어 및 프로세스들이다.
이제, 구동 모드 1C가 단계 1에서 선택되는 경우, 즉 제1 MG(2) 및 제2 MG(3) 모두의 구동 상태가 회생인 경우에 대해 이후에 설명하기로 한다.
단계 13에 대해 이후에 설명하기로 한다.
구동 조건 제어 수단(10)은 액셀레이터 페달(114)의 온/오프 상태를 검출하고, 액셀레이터 페달(114)이 오프 상태로 될 때 그 프로세스는 단계 3'로 진행한다. 액셀레이터 페달(114)이 온 상태에 있게 되면, 그 프로세스는 단계 1로 진행하고 구동 모드의 선택이 지속된다.
단계 3'에 대해 이후에 설명하기로 한다.
단계 3'는 단계 3과 유사하다.
단계 14에 대해 이후에 설명하기로 한다.
구동 조건 제어 수단(10)은 브레이크 페달(113)의 온/오프 상태를 검출하고, 브레이크 페달(113)이 온 상태로 될 때 그 프로세스는 단계 15로 진행한다. 브레이크 페달(113)이 오프 상태에 있게 되면, 그 프로세스는 단계 1로 진행하고 구동 모드의 선택이 지속된다.
단계 15 및 6'에 대해 이후에 설명하기로 한다.
전술된 제동력 제어와 충전량 제어 뿐만 아니라 발전기 토크 분배 제어를 기초로 하여, 구동 조건 제어 수단(10)은 적절한 발전기 토크(단계 15)와 발전기 토크 명령으로서의 출력(단계 6')을 결정한다. 응답에 있어서, 제1 MG(2)와 제2 MG(3)는 발전기(회생)으로서 작동된다.
이제, 단계 15에서의 발전기 토크 분배 제어의 예에 대해 이후에 설명하기로 한다.
제1 MG(2)와 제2 MG(3)에 의해 회생된 감속 에너지의 양은 발전기 토크에 좌우된다. 대개, 발전기 토크가 증가하게 되면, 회생될 감속 에너지의 양도 따라서 증가하게 된다. 그러나, 이는 제1 MG(2)와 제2 MG(3)의 발전기 효율이 구동 조건에 관계 없이 일정한 경우에만 정확하며, 실제로 발전기 효율은 회전수 및 발전기 토크와 같은 구동 조건에 따라 가변되기 때문에 반드시 정확한 것은 아니다. 따라서, 발전기 토크의 결정시에, 제1 MG(2)와 제2 MG(3)의 발전기 효율은 고려될 필요가 있다. 발전기 토크 분배 제어는 위의 조건들을 만족시키는 제어이다.
도10은 발전기 토크 분배 제어의 일예를 도시한 도면이다. 횡축은 제1 MG(2)와 제2 MG(3)의 회전수를 나타내고 종축은 제1 MG(2)와 제2 MG(3)의 발전기 토크를 나타낸다. 그 도면은 제1 MG(2)와 제2 MG(3)가 동일한 발전기 효율을 가질 때 30%와 90% 사이에서 10%의 간격으로 등(iso)-발전기-효율 곡선을 도시한 것이다. 이들 특성들은 발전기 특성으로서 미리 파악될 수 있고, 그후 발전기 토크 분배 제어는 이들 특성에 따라 수행된다.
도10을 참고로 하여, 제1 MG(2)와 제2 MG(3)로부터의 발전기 출력의 합이 최대화되는 경우에 도10에 도시된 발전기 특성을 갖는 제1 MG(2)와 제2 MG(3)에 대한 발전기 토크 분배 제어의 예에 대해 설명하기로 한다.
도10은 감속 주행 중에 임의의 차속에서 제1 MG(2)와 제2 MG(3)의 회전수(이 경우에는 5000r/min 및 3000r/min)와 (이후에 제동력 제어를 기초로 한 발생 출력의 상한치로서 불리는) 제동력 제어를 기초로 한 제1 MG(2)와 제2 MG(3)의 발생 출력의 합의 상한치를 도시한 것이다. 이들 값들은 제1 MG(2)와 엔진(101) 간의 풀리비와, 변속 수단(104)의 변속비와, 제2 구동력 전달 수단(103)의 감속 변속비와, 발전기 구동(회생)에 의해 생성된 제동력의 상한치 및 차속등에 좌우되기 때문에 전술되거나 도면에 도시된 것과 반드시 동일하지는 않다.
제1 MG(2)와 제2 MG(3)의 회전수가 각각 NMG1G및 NMG2G로 표시되고, 그 발전기 토크가 각각 TMG1G및 TMG2G로 표시되고, 그 발전기 효율이 각각 ηMG1G및 ηMG2G로 표시되고, 제동력 제어를 기초로 한 발생 출력의 상한치가 WLIMITG로 표시된 다면, 효과적인 TMG1G및 TMG2G값은 (이후에 발전기 토크 결정 기준 (1)로서 불리게 되는) ((NMG1G×2×π/60)×TMG1G) +((NMG2G×2×π/60)×TMG2G) ≤WLIMITG을 만족해야 하고 셀 수 없는 수가 존재하게 된다.
그러나, 구동 모드 1C를 기초로 한 구동 조건 제어가 수행되는 경우에, 구동 조건 제어 수단은 발전기 토크 분배 제어를 기초로 하여 (이후에 발생 출력의 합으로써 불리게 되는) 제1 MG(2)와 제2 MG(3)로부터의 발생 출력의 합, 즉 ((NMG1G×2×π/60)×TMG1G×ηMG1G) +((NMG2G×2×π/60)×TMG2G×ηMG2G)를 최대화하도록 도면에서의 "제1 MG(2)의 동작점(1)"과 "제2 MG(3)의 동작점(1)"에서 제1 MG(2)와 제2 MG(3)의 동작점을 설정하고, 그후 결정된 동작점을 기초로 하여 발전기 토크를 결정한다. 이로 인해, 발생 출력의 합은 최대화되고 발전기 토크 결정 기준 (1)은 동시에 만족된다. 일예로, 발생 출력의 합은 제1 MG(2)와 제2 MG(3)가 도면에서의 "제1 MG(2)의 동작점(2)"과 "제2 MG(3W)의 동작점(2)"에서 발전기 구동(회생)으로서 구동되는 경우와 비교하여 약 60% 정도 증가된다.
다음으로 도10을 참고로 하여, 제1 MG(2)와 제2 MG(3)가 발전기로서 구동될(회생될) 때와 제1 MG(2)와 제2 MG(3)가 발전기로서 구동되지 않을(회생되지 않을) 때 간의 제동력의 차이를 제거할 뿐만 아니라 소정 범위 내에서 배터리(6)의 충전율을 유지할 목적으로 충전 동력을 최소화하도록 의도된 발전기 토크 분배 제어의 예에 대해 설명하기로 한다.
이 경우에, 발전기 토크 분배 제어를 기초로 하여, 구동 조건 제어 수단(10)은 (이후에 발전기 토크 결정 기준 (2)로서 불리게 되는) ((NMG1G×2×π/60)×TMG1G) +((NMG2G×2×π/60)×TMG2G) =WLIMITG를 만족시키는 한편 제1 MG(2)와 제2 MG(3)로부터의 발생 출력의 합을 최소화하도록 도면에서의 "제1 MG(2)의 동작점(3)"과 "제2MG(3)의 동작점(3)"에서 제1 MG(2)와 제2 MG(3)의 동작점을 설정하고, 그후 결정된 동작점을 기초로 하여 발전기 토크를 결정한다. 이로 인해, 발생 출력의 합은 최소화되고 발전기 토크 결정 기준 (2)는 동시에 만족된다. 일예로, 발생 출력의 합은 제1 MG(2)와 제2 MG(3)가 도면에서의 "제1 MG(2)의 동작점(1)"과 "제2 MG(3)의 동작점(1)"에서 발전기 구동(회생)으로서 구동될 때 생성된 전체 출력의 1/2 보다 작다.
전술된 발전기 토크 분배 제어를 수행함으로써, 제1 MG(2)와 제2 MG(3)로부터 발생 출력의 합을 최대화할 수 있게 된다. 또한, 제1 MG(2)와 제2 MG(3)가 발전기로서 구동될(회생될) 때와 제1 MG(2)와 제2 MG(3)가 발전기로서 구동되지 않을(회생되지 않을) 때 간의 제동력의 차이를 제거할 뿐만 아니라 소정 범위 내에서 배터리(6)의 충전율을 유지할 수 있게 된다.
또한 대개, 제1 MG(2)와 제2 MG(3)의 발전 효율은 회전수의 증가와 함께 증가하는 경향이 있다. 따라서, 발생 출력을 증가시키기 위해, 고속 회전수에서 발전기로서 제1 MG(2)와 제2 MG(3)를 구동시키는 것이 바람직하다. 이러한 점에서, ("제1 MG(2)의 회전수/엔진(101)의 회전수"로서 정의되고 1보다 큰 값을 취한)엔진(101)과 제1 MG(2) 간의 풀리비에 대응하는 고속 회전수에서 발전기로서 제1 MG(2)를 구동시킬 수 있는 본 발명의 실시예에 따른 보조 구동 장치(1)는 제1 MG(2)가 일예로 엔진(101)과 제1 구동력 전달 수단(102) 사이에 배치된 (풀리비=1의) 구조 보다 우수하다.
단계 7'에 대해 이후에 설명하기로 한다.
단계 7'는 단계 3과 유사하다.
단계 16에 대해 이후에 설명하기로 한다.
제1 MG(2) 또는 제2 MG(3)의 어느 하나가 발전기(회생)으로서 구동될 수 없고 따라서 구동 모드 1C에 따른 구동이 더 이상 적용될 수 없다면, 그 프로세스는 또 다른 구동 모드의 선택을 위해 단계 1로 진행한다. 구동 모드 1C에 따른 구동이 효과가 있게 되면, 그 프로세스는 단계 17로 진행한다.
단계 17에 대해 이후에 설명하기로 한다.
구동 조건 제어 수단(10)은 또 다른 구동 모드로 이동하는 것이 필요한 지의 여부를 판정한다. 필요하다면, 그 프로세스는 단계 1로 진행한다. 필요하지 않다면, 그 프로세스는 구동 모드 1C를 기초로 한 구동 조건 제어가 지속되는 단계 14로 진행한다.
위의 단계 13 내지 17, 단계 3', 단계 6' 및 단계 7'는 구동 모드 1C를 기초로 한 구동 조건 제어 및 프로세스들이다.
자동차(100)가 정속 주행 또는 가속 주행으로부터 감속 주행으로 변속되고 감속 주행을 지속하는 경우에 감속 에너지를 효과적으로 회생시키기 위한 구동 조건 제어에 대한 설명이 이루어져 왔다. 이제, 자동차의 조작성, 쾌적성, 안정성 및 연비를 향상시키기 위해 에너지 공급원으로서 배터리 내에 저장된 회생 감속 에너지를 이용한 모터로서 제1 MG(2)와 제2 MG(3)를 주로 구동시키기 위한 구동 조건 제어에 대해 설명하기로 한다.
이제, 자동차(100)가 발진하여 가속 주행 또는 정속 주행을 지속하는 경우에대해 설명하기로 한다. 이 경우에, 제1 MG(2)와 제2 MG(3)는 자동차의 조작성, 쾌적성, 안정성 및 연비를 향상시키기 위해 구동 모드 2A, 2B, 2C, 2D 또는 2E에 따라 구동된다.
이제, 구동 조건 제어 수단(10)에 의해 수행된 구동 조건 제어 및 프로세스들은 도11 및 도12를 참고로 하여 설명하기로 한다.
자동차(100)가 정지되는 상태에서의 엔진(101)의 상태로서, (이후에 아이들링 상태로 불리는) 엔진(101)이 최소 필요 회전수로 회전하는 상태와, (이후에 아이들링 정지 상태로 불리는) 정지 상태의 2가지 상태가 존재한다.
단계 20에 대해 이후에 설명하기로 한다.
자동차(100) 발진과 동시에, 구동 조건 제어 수단(10)은 배터리 상태 검출 수단(24)으로부터 얻어진 배터리(6)의 충전율과 단자 전압과 같은 정보, 요구 제동력 검출 수단(21)과 요구 구동력 검출 수단(25)으로부터 얻어진 정보, 냉각수 온도, 흡기 및 배기 온도와 같은 정보, 엔진(101)으로부터 얻어진 연소 상태, 모터 특성(토크 특성, 전동 효율등) 및 제1 MG(2)와 제2 MG(3)의 발전기 특성(발전기 출력, 발전기 효율등)을 기초로 하여 최적 구동 모드를 선택한다.
또한 구동 모드의 선택시에, 자동차(100)의 (도시되지 않은) 가속 성능 향상 요구 검출 수단에 의해 얻어진 운전자의 가속 성능 향상 요구를 고려할 수 있게 된다.
이제, 단계 20에서의 구동 모드의 선택의 예에 대해 이후에 설명하기로 한다.
아이들링 정지 상태로부터의 시동시 및 엔진(101)이 모터로서 제1 MG(2)를 구동시킴으로써 재시동되는 중에, 운전자가 시동 요구 또는 가속 요구를 내리게 되면, 요구 회전 구동력을 발생시킬 수 없는 엔진(101)을 지원하도록 운전자의 요구 구동력에 응답하여 제1 MG(2)와 제2 MG(3)를 전동 구동하는 것이 바람직하다.
일예로, 운전자의 요구 구동력이 엔진(101)의 회전 구동력에 대응하는 구동력 보다 더 크게 되고 엔진(101)의 회전 구동력과 제1 MG(2)의 회전 구동력의 합 보다 작게 되면, 구동 모드 2A가 선택된다.
일예로, 운전자의 요구 구동력이 엔진(101)의 회전 구동력에 대응하는 구동력 보다 더 크게 되고 엔진(101)의 회전 구동력과 제2 MG(3)의 회전 구동력의 합 보다 작게 되면, 구동 모드 2B가 선택된다.
일예로, 운전자의 요구 구동력이 엔진(101)의 회전 구동력 보다 더 크게 되고 엔진(101)의 회전 구동력과 제1 MG(2)와 제2 MG(3)의 회전 구동력의 합 보다 작게 되면, 구동 모드 2C가 선택된다.
이로 인해, 운전자의 요구 구동력과 조화되는 구동력을 발생시키고 자동차(100)를 부드럽게 발진시키는 것이 가능해진다.
또한, 자동차(100)가 낮은 마찰 계수를 갖는 노면 상에서 주행할 때, 제2 MG(3)를 전동 구동하는 것이 바람직하다.
노면 상태는 차속 및 차륜 속도로부터 얻어진 미끄럼율로부터 추측된다.
일예로, 전륜(107a, 107b)과 후륜(108a, 108b) 모두가 노면에 대해 안정된 구동력을 생성하는 (미끄럼율이 약 0.2 이하인) 안정된 상태에서, 제2 MG(3)를 전동 구동함으로써 최대 구동력이 후륜(108a, 108b)과 노면 사이에 발생되도록 미끄럼율을 조절하는 구동 모드 2B가 선택된다.
이 경우에 차륜(107a, 107b, 108a, 108b)과 노면 사이에 생성된 구동력과 미끄럼율 간의 관계의 예는 도13에 도시되어 있다. 도13(a)는 제2 MG(3)가 전동 구동되지 않는 경우를 도시한 것이고, 전륜(107a, 107b)은 도면에서 "전륜의 동작점"에서 구동하는 반면에 후륜(108a, 108b)은 도면에서 "후륜의 동작점(1)"에서 구동한다. 그들 모두는 안정된 상태에 있게 된다. 도13(b)는 제2 MG(3)가 구동 모드 2B에 따라 전동 구동되는 경우를 도시한 것이고, 전륜(107a, 107b)은 도면에서 "전륜의 동작점"에서 구동하는 반면에 후륜(108a, 108b)은 도면에서 "후륜의 동작점(2)"에서 구동한다. 그들 모두는 안정된 상태에 있게 된다. 즉, 제2 MG(3)를 구동 모드 2B에 따라 전동 구동함으로써 구동력은 후륜(108a, 108b)과 노면 사이에 발생되고, 따라서, 전륜(107a, 107b)의 구동력과 후륜(108a, 108b)의 구동력의 합인 총 구동력은 커지게 된다.
일예로, 전륜(107a, 107b)이 노면에 대해 불안정한 구동력을 생성하는 (미끄럼율이 실제 0.2 이상인) 불안정한 상태에서, 제1 MG(2)를 발전기로서 구동함으로써 엔진(101)의 회전 구동력을 줄이는 구동 모드 2E가 선택되어, 전륜(107a, 107b)은 제2 MG(3)를 전동 구동함으로써 미끄럼율을 조절할 뿐만 아니라 노면에 대해 안정된 구동력을 생성하게 되고 최대 구동력이 후륜(108a, 108b)과 노면 사이에 발생된다.
이 경우에 차륜(107a, 107b, 108a, 108b)과 노면 사이에 생성된 구동력과 미끄럼율 간의 관계의 예는 도14에 도시되어 있다. 도14(a)는 제1 MG(2)가 발전기로서 구동되지 않고 제2 MG(3)가 전동 구동되지 않는 경우를 도시한 것이고, 전륜(107a, 107b)은 도면에서 "전륜의 동작점(1)"에서 구동하는 반면에 후륜(108a, 108b)은 "후륜의 동작점(1)"에서 구동한다. 단지 후륜(108a, 108b)만이 안정된 상태에 있게 된다. 도14(b)는 구동 모드 2E에 따라 제1 MG(2)가 발전기로서 구동되고 제2 MG(3)가 전동 구동되는 경우를 도시한 것이고, 전륜(107a, 107b)은 도면에서 "전륜의 동작점(2)"에서 구동하는 반면에 후륜(108a, 108b)은 "후륜의 동작점(2)"에서 구동한다. 그들 모두는 안정된 상태에 있게 된다. 즉, 구동 모드 2E에 따라 제1 MG(2)를 발전기로서 제2 MG(3)를 전동 구동함으로써 노면에 대해 전륜(107a, 107b)과 후륜(108a, 108b) 모두에 의해 발생된 구동력 모두는 커지게 되어, 전륜(107a, 107b)의 구동력과 후륜(108a, 108b)의 구동력의 합인 총 구동력은 커지게 된다.
따라서, 낮은 마찰 계수를 갖는 노면 상에서 주행하는 자동차(100)의 안전성 및 조작성을 향상시킬 수 있게 된다. 또한, 비교적 가파른 경사 및 낮은 마찰 계수를 갖는 노면 상에서의 언덕 주행이 가능해진다.
또한, 배터리(6)의 충전율이 규정된 소정 범위의 하한치 근방에 있게 되면, 제1 MG(2)를 발전기로서 구동함으로써 배터리(6)의 충전율을 상승시키는 구동 모드 2D 또는 2E가 선택된다.
상술한 것은 단계 20에서의 구동 모드 선택의 예이다. 그러나, 구동 모드의 선택은 전술된 것과 항상 동일하지 않고, 전술된 다양한 정보를 기초로 하여 최적구동 모드가 선택된다.
구동 모드 2A가 단계 20에서 선택되는 경우, 즉 제1 MG(2)의 구동 상태가 전동 구동되고 제2 MG(3)의 구동 상태가 프리인 경우에 대해 이후에 설명하기로 한다.
단계 21에 대해 이후에 설명하기로 한다.
구동 조건 제어 수단(10)은 액셀레이터 페달(114)의 온/오프 상태를 검출하고, 액셀레이터 페달(114)이 온 상태로 들어갈 때 그 프로세스는 단계 22로 진행한다. 액셀레이터 페달(114)이 오프 상태에 있게 되면, 그 프로세스는 단계 20으로 진행하고 구동 모드의 선택이 지속된다.
단계 22에 대해 이후에 설명하기로 한다.
전술된 대로 주행 중에, 변속 수단 제어 수단(112)은 엔진(101) 근방에 배치된 (도시되지 않은) 드로틀의 개도, 차속 및 다른 정보와 같은 정보를 기초로 하고 (도시되지 않은) 변속 다이어그램등을 참고로 하여 변속 수단(104)의 변속비를 선택하고, 업-변속(변속비를 감소시키는 변속)과 다운-변속(변속비를 증가시키는 변속)의 변속 명령을 변속 수단(104)으로 출력한다. 변속 명령에 응답하여, 변속 수단(104)은 전술된 어느 하나의 변속을 수행한다.
구동 조건 제어가 수행되지 않는 경우에 정속 주행(또는 몇몇 경우에 가속 주행)으로부터 가속 주행으로의 변속시에, 액셀레이터 페달(114)을 밟는 양이 커지게 될 때, 드로틀의 개도는 커지게 되고, 변속 수단 제어 수단(112)은 전술된 방식에 따라 다운-변속 명령을 변속 수단(104)에 출력할 수 있다. 이러한 변속 명령에응답하여, 변속 수단(104)은 다운-변속의 변속을 수행한다.
그러나, 구동 모드 2A를 기초로 한 구동 조건 제어가 실행되는 경우에, 구동 조건 제어 수단(10)은 변속 수단 제어를 기초로 한 변속 수단(104)으로의 변속 지시를 출력하지 않고 변속 수단(104)의 변속비를 적절히 결정하는 변속 지시를 변속 수단(104)으로 출력하는 명령을 변속 수단 제어 수단(112)에 내리게 된다. 이로 인해, 변속 수단(104)은 구동 조건 제어 수단(10)에 의해 결정된 변속비로의 변속을 수행한다.
도5를 참고로 하여, 자동차(100)가 "동작점(1)"에서 정속으로 주행하는, 더 구체적으로 일예로 자동차(100)가 40km/h로 주행하고, 드로틀 개도가 25%이고 변속 수단(104)의 변속단이 3속인 상태로부터 가속 주행으로 자동차(100)가 변속하는 경우에 대해 이후에 설명하기로 한다.
제1 MG(2)가 전동 구동되지 않고 변속 수단 제어가 수행되는 경우에, 액셀레이터 페달(114)을 밟는 양이 가속 주행을 위해 커지게 되고 드로틀의 개도가 일예로 (도면에서 "구동 C"의) 25%로부터 75%로 변경될 때,"3속 →2속"으로의 다운-변속 라인은 변속 다이어그램 상에서 교차되어, 변속 수단 제어 수단(112)은 3속으로부터 2속으로 변속시키는 다운-변속 명령을 변속 수단(104)에 출력한다. 이러한 명령에 응답하여, 변속 수단(104)은 3속으로부터 2속으로의 다운-변속의 변속을 수행한다.
그러나, 제1 MG(2)가 전동 구동되고 변속 수단 제어가 수행되게 되면, 변속 수단 제어 수단(112)은 구동 조건 제어 수단(10)에 의해 결정된 변속 명령을 변속수단(104)에 출력한다. 변속 명령에 응답하여, 변속 수단(104)은 정속 주행을 위해 현재의 3속을 유지한다.
변속 수단(104)이 4단 자동 변속기인 경우를 인용한 변속 수단 제어의 예가 전술되었지만, 전술된 프로세스들은 변속 수단(104)이 다른 자동 변속기 또는 무단 변속기인 경우에 적용될 수 있다.
전술된 대로 변속 수단 제어를 이용함으로써 다운-변속 및 업-변속의 수를 줄이게 되고, 엔진(101)의 회전수의 심한 증가 및 변속으로 인한 구동력의 심한 변화를 제거하게 된다. 따라서, 자동차(100)의 쾌적성과 조작성이 향상되고 그 연비 및 배출 성능이 향상된다.
단계 23 및 24에 대해 이후에 설명하기로 한다.
구동력 제어와 충전량 제어를 기초로 하여, 구동 조건 제어 수단(10)은 적절한 전동 토크를 결정하고(단계 23), 이를 전동 토크 명령으로서 출력한다(단계 24). 이러한 명령에 응답하여, 제1 MG(2)는 전동 구동된다.
이제, 단계 23에서 구동력 제어의 예에 대해 이후에 설명하기로 한다.
가속 주행 중에, 제1 MG(2)가 전동 구동될 때, 제1 MG(2)의 회전 구동력은 엔진(101)의 회전 구동력에 부가되어, 자동차(100) 상에 작용하는 구동력을 증가시킨다. 따라서, 가속 성능이 향상된다. 그러나, 배터리(6) 내에 저장된 전기 에너지의 제한, 제1 인버터(4)의 내구성의 제한으로 인해 가속 주행 중에 제1 MG(2)를 모터로서 일정하게 구동하는 일은 어려워질 수 있다. 그러한 경우에, 제1 MG(2)를 단지 어떠한 조건 하에서 전동 구동시키는 것이 필요해진다. 달리, 제1 MG(2)의회전 구동력은 운전자의 요구 구동력에 따라 조절되어야 한다. 구동력 제어는 위의 조건들을 만족시키는 제어이다.
도15는 구동력 제어의 일예를 도시한 도면이다. 횡축은 액셀레이터 페달(114)의 밟는 양을 나타내고 종축은 제1 MG(2)의 모터 출력을 나타낸다. 액셀레이터 페달(114)의 밟는 양에 해당하는 제1 MG(2)로부터의 모터 출력의 지표들은 "지표 (1)", "지표 (2)", "지표 (1)'" 및 "지표 (2)'"로서 주어진다. 전술된 이유로 인해 가속 주행 중에 제1 MG(2)를 모터로서 일정하게 구동시키는 것이 어렵다면, 일예로 지표들을 기초로 하여 제1 MG(2)의 모터 출력을 결정함으로써 액셀레이터 페달(114)의 밟는 양, 즉 운전자의 가속 요구에 따라 구동력을 발생시키는 것이 가능해진다. "지표 (1)"은 일예로 액셀레이터 페달(114)의 밟는 양이 2/4(최대값=4/4)에 도달할 때 까지 액셀레이터 페달(114)의 밟는 양에 비례하여 제1 MG(2)의 모터 출력을 증가시키며, 밟는 양이 2/4인 지점으로부터 제1 MG(2)의 모터 출력은 최대화된다. "지표 (2)"는 일예로 액셀레이터 페달(114)의 밟는 양이 2/4에 도달할 때 까지 제로의 모터 출력을 생성하며, 밟는 양이 2/4인 지점으로부터 제1 MG(2)의 모터 출력은 최대화된다. 부수적으로, "지표 (1)"과 "지표 (2)"는 운전자의 특성, 구체적으로는 액셀레이터 페달(114)의 밟는 양의 빈도 및 분포에 따라 액셀레이터 페달(114)의 밟는 양을 증가시키는 방향으로("지표 (1)'" 및 "지표 (2)'"로) 이동될 수 있고, 지표들은 필요할 때에 선택적으로 이용될 수 있다. 이들 지표들을 기초로 하여 제1 MG(2)의 모터 출력을 결정함으로써, 제1 MG(2)의 전동 작업에 의해 배터리(6)로부터 얻어진 전기 에너지 양과, 자동차(100)가 시동,가속 주행, 정속 주행, 감속 주행을 통해 진행하고 정지하는 동안 제1 MG(2)의 발전 구동(회생)에 의해 배터리(6) 내에 저장된 전기 에너지의 양 사이의 균형을 이루는 것이 가능해진다. 따라서, 배터리(6)의 충전율은 규정된 소정 범위 내에서 유지될 수 있다.
전술된 구동력 제어를 이용함으로서, 배터리(6) 내에 저장된 전기 에너지의 제한, 제1 인버터(4)의 내구성의 제한등에 영향을 받지 않고 제1 MG(2)를 전동 구동하는 것이 가능해진다.
이제, 단계 23에서의 충전량 제어의 예에 대해 이후에 설명하기로 한다.
전술된 대로, 배터리(6)의 내구성을 저하시키지 않기 위해, 배터리(6)의 충전율을 규정된 범위 내로 유지하는 것이 필요하다. 충전량 제어는 위의 조건들을 만족시키는 제어이다.
배터리(6)의 충전율이 규정된 소정 범위의 하한치 근방에 있게 되면, 감속 에너지를 회생시킴으로써 충전율이 규정된 소정 범위를 초과하는 것을 방지하도록 가속 주행 또는 정속 주행 중에 제1 MG(2)를 전동 구동하는 것이 바람직하다. 따라서, 그러한 경우에, 감속 주행 중에 회생된 에너지의 양은 차속등을 기초로 하여 추정되고, 그후 그 추정을 기초로 하여 배터리(6)로부터 얻어질 수 있는 전기 에너지의 양과 제1 MG(2)의 전동 토크가 결정된다. 이렇게, 충전율이 규정된 소정 범위를 벗어나지 않고 배터리(6) 내에 저장된 전기 에너지를 소모하도록 감속 에너지의 회생을 추정하고 제1 MG(2)를 전동 구동함으로써, 충전율을 규정된 범위 내로 유지할 수 있게 된다. 이외에, 엔진(101)의 회전 구동력은 제1 MG(2)가 전동 구동되는 정도 만큼 줄어들 수 있기 때문에 연비가 향상될 수 있다.
단계 25에 대해 이후에 설명하기로 한다.
주행 중에, 엔진 제어 수단은 액셀레이터 페달(114)의 밟는 양, 차속, 엔진(101)의 회전수등에 관한 정보를 기초로 하고 (도시되지 않은) 다이어그램등을 참고로 하여 (도시되지 않은) 드로틀의 개도를 결정하고, 드로틀로의 명령으로서 출력한다. 그 명령에 응답하여, 드로틀은 밸브 개폐 작용을 수행하여, 엔진(101)은 소정의 회전 구동력을 발생시킨다.
구동 조건 제어가 수행되지 않는 경우에, 운전자는 구동력을 일정하게 유지하도록 액셀레이터 페달(114)의 밟는 양을 조절하더라도, 제1 MG(2)의 회전 구동력이 전술된 충전양 제어에 의해 가변될 때 구동력의 변동을 직접 가져오기 때문에 운전자의 요구 구동력에 부합되는 구동력을 얻을 수 없다.
그러나, 구동 모드 2A를 기초로 한 조건 제어가 수행된다면, 구동 조건 제어 수단(10)은 엔진 제어를 기초로 하여 운전자의 요구 구동력으로부터 제1 MG(2)의 회전 구동력과 동등한 구동력을 뺌으로써 산출된 구동력을 발생시키는 데 필요한 드로틀의 개도를 결정하고, 그것을 드로틀에 출력하도록 결정된 개도의 명령을 엔진 제어 수단(111)에 내리게 된다.
전술된 엔진 제어를 이용함으로써 자동차(100)의 쾌적성과 조작성을 향상시킬 뿐만 아니라 운전자의 요구 구동력을 충족시키는 구동력을 발생시킬 수 있게 된다.
단계 26에 대해 이후에 설명하기로 한다.
감속 주행이 지속됨으로 인해 엔진(101)의 회전수가 증가하고 엔진(101)에 연결된 제1 MG(2)의 회전수가 모터 출력이 이용 가능한 회전수 이상으로 상승하거나 또는 배터리(6)의 충전율이 규정된 소정 범위의 하한치 근방에 있게 되면, 제1 MG(2)는 더 이상 전동 구동될 수 없다. 이러한 이유로 인해 일예로 제1 MG(2)를 전동 구동시키는 것이 불가능해지게 되면, 구동 모드 2A에 따른 구동이 더 이상 적용될 수 없고, 그 프로세스는 또 다른 구동 모드의 선택을 위해 단계 20으로 진행한다. 구동 모드 2A가 효과가 있게 되면, 그 프로세스는 단계 27로 진행한다.
단계 27에 대해 이후에 설명하기로 한다.
구동 조건 제어 수단(10)은 또 다른 구동 모드로 이동하는 것이 필요한 지의 여부를 판정한다. 필요하다면, 그 프로세스는 단계 20으로 진행한다. 필요하지 않다면, 그 프로세스는 단계 21로 진행하고 구동 모드 2A를 기초로 한 구동 조건 제어가 지속된다.
위의 단계 21 내지 27은 구동 모드 2A를 기초로 한 구동 조건 제어 및 프로세스들이다.
도16을 참고로 하여, 제1 구동력 전달 수단(102)이 토크 컨버터이고 변속 수단(104)이 4단 자동 변속기이며 구동 모드 2A를 기초로 한 구동 조건 제어가 자동차(100) 상에서 수행되는 장점에 대해 이후에 설명하기로 한다.
도16은 자동차(100)가 발진하여 가속 주행을 지속하는 프로세스들을 나타낸 다양한 타임 차트를 도시한 것이다. 도16(a)는 차속의 타임 차트이며, 여기에서 타이밍(1)은 액셀레이터 페달(114)을 1/4(최대값=4/4) 만큼 밟은 상태로자동차(100)를 발진시키기 위한 타이밍을 나타내고 타이밍(2)는 액셀레이터 페달(114)의 밟는 양을 가속을 위해 3/4으로 변경시키기 위한 타이밍을 나타낸다. 변속 수단(104)의 변속비의 타임 차트인 도16(b)는 자동차(100)가 정지되는 1속(변속비=2.8)으로부터 가속 주행을 위한 3속(변속비=1)으로의 변속을 나타낸 것이다. 도16(c)는 구동력의 타임 차트이다. 도16(d)는 엔진(101)의 회전수의 타임 차트이다.
이제, 구동 조건 제어로 수행된 다양한 형태의 제어의 세부 내용 및 장점에 대해 이후에 설명하기로 한다.
타이밍(2)에서, 액셀레이터 페달(114)의 밟는 양은 1/4로부터 3/4으로 증가하여 (도시되지 않은) 드로틀의 개도를 증가시킨다. 구동 조건 제어가 수행되지 않는 경우에, 변속 수단(104)은 도16(b)에 도시된 대로 변속 수단 제어 수단(112)으로부터의 명령에 응답하여 3속으로부터 2속으로의 다운-변속의 변속을 수행한다. 그러나, 구동 조건 제어가 이용되게 되면, 변속 수단(104)은 변속 수단 제어를 기초로 하여 3속으로부터 2속으로의 다운-변속의 변속을 수행(도면에서 "변속 수단 제어")함이 없이도 3속을 유지하게 된다.
전술된 변속 수단 제어가 구동 조건 제어가 존재하지 않을 때 타이밍 (3)에서 수행되는 2속으로부터 3속으로의 업-변속의 변속을 제거하기 때문에, 업-변속의 변속에 의해 야기되는 구동력의 급격한 변화(도면에서 A부분)가 일어나지 않는다. 또한, 엔진(101)의 회전수의 급격한 상승(도면에서 B부분)이 발생하지 않는다. 이로 인해, 자동차(100)의 쾌적성과 조작성이 향상되고 그 연비 및 배출 성능이 향상된다.
타이밍 (1) 후에, 제1 MG(2)의 전동 토크는 구동력 제어를 기초로 하여 결정된다. 타이밍 (1)과 타이밍 (2) 간의 제1 MG(2)의 전동 토크는 0이다. 그러나, 타이밍 (2) 후에, 운전자의 요구 구동력을 충족시키는 구동력은 제1 MG(2)를 전동 구동시킴으로써 발생된다.
즉, 구동 조건 제어가 존재하지 않을 때, 다운-변속의 변속은 운전자의 요구 구동력을 충족시키는 구동력을 발생시키도록 타이밍 (2)에서 수행되어, 엔진(101)의 회전수의 급격한 상승(도면에서 B부분)이 발생하게 된다. 또한, 업-변속의 변속이 타이밍 (3)에서 수행되어, 구동력의 급격한 변화(도면에서 A부분)가 일어나게 된다. 그러나, 제1 MG(2)를 구동 조건 제어를 기초로 하여 전동 구동함으로써, 전술된 2개의 변속에 의해 달리 야기되는 문제점 없이 자동차(100)의 연비 및 배출 성능 뿐만 아니라 쾌적성과 조작성을 향상시킬 수 있다.
제1 구동력 전달 수단(102)이 토크 컨버터이고 변속 수단(104)이 4단 자동 변속기이며 구동 모드 2A를 기초로 한 구동 조건 제어가 자동차(100) 상에서 수행되는 경우에서의 장점의 예가 전술되었다. 그러나 전술된 대로, 본 발명은 임의의 전술된 제1 구동력 전달 수단(102)과 임의의 전술된 변속 수단(104)을 조합한 임의의 구조물과 동일한 장점을 제공할 수 있다.
이제, 구동 모드 2B가 단계 20에서 선택되는 경우, 즉 제1 MG(2)의 구동 상태가 프리이고 제2 MG(3)의 구동 상태가 전동 구동인 경우에 대해 이후에 설명하기로 한다.
단계 28에 대해 이후에 설명하기로 한다.
구동 조건 제어 수단(10)은 액셀레이터 페달(114)의 온/오프 상태를 검출하고, 액셀레이터 페달(114)이 온 상태로 될 때 그 프로세스는 단계 22'로 진행한다. 액셀레이터 페달(114)이 오프 상태에 있게 되면, 그 프로세스는 단계 20'로 진행하고 구동 모드의 선택이 지속된다.
단계 22'에 대해 이후에 설명하기로 한다.
단계 22'는 단계 22와 유사하다.
단계 23'와 단계 24'에 대해 이후에 설명하기로 한다.
단계 23'는 단계 23과 유사하다.
단계 24'는 단계 24와 유사하다.
단계 25'에 대해 이후에 설명하기로 한다.
단계 25와 유사한 단계 25'에서, 구동 조건 제어 수단(10)은 전술된 엔진 제어를 기초로 하여 운전자의 요구 구동력으로부터 제1 MG(2)의 회전 구동력과 동등한 구동력을 뺌으로써 산출된 구동력을 발생시키는 데 필요한 드로틀의 개도를 결정하고, 그것을 명령으로서 드로틀에 출력하도록 엔진 제어 수단(111)에 명령한다.
전술된 엔진 제어를 이용함으로써 자동차(100)의 쾌적성과 조작성을 향상시킬 뿐만 아니라 운전자의 요구 구동력을 충족시키는 구동력을 발생시킬 수 있게 된다.
단계 29에 대해 이후에 설명하기로 한다.
감속 주행이 지속됨으로 인해 제2 차륜 구동축(106)의 회전수가 증가하고제2 구동력 전달 수단(103)을 통해 제2 차륜 구동축(106)에 연결된 제2 MG(3)의 회전수가 모터 출력이 이용 가능한 회전수 이상으로 상승하거나 또는 배터리(6)의 충전율이 규정된 소정 범위의 하한치 근방에 있게 되면, 제2 MG(3)는 더 이상 전동 구동될 수 없다. 이러한 이유로 인해 일예로 제2 MG(3)를 전동 구동시키는 것이 불가능해지게 되면, 구동 모드 2B에 따른 구동이 더 이상 이루어지지 못하고, 그 프로세스는 또 다른 구동 모드의 선택을 위해 단계 20으로 진행한다. 구동 모드 2B에 따른 구동이 효과가 있게 되면, 그 프로세스는 단계 30으로 진행한다.
단계 30에 대해 이후에 설명하기로 한다.
구동 조건 제어 수단(10)은 또 다른 구동 모드로 이동하는 것이 필요한 지의 여부를 판정한다. 필요하다면, 그 프로세스는 단계 20으로 진행한다. 필요하지 않다면, 그 프로세스는 단계 28로 진행하고 구동 모드 2B를 기초로 한 구동 조건 제어가 지속된다.
위의 단계 28 내지 30, 단계 22', 단계 23', 단계 24' 및 단계 25'는 구동 모드 2B를 기초로 한 구동 조건 제어 및 프로세스들이다.
이제, 구동 모드 2C가 단계 20에서 선택되는 경우, 즉 제1 MG(2) 및 제2 MG(3) 모두의 구동 상태가 전동 구동인 경우에 대해 이후에 설명하기로 한다.
단계 31에 대해 이후에 설명하기로 한다.
구동 조건 제어 수단(10)은 액셀레이터 페달(114)의 온/오프 상태를 검출하고, 액셀레이터 페달(114)이 온 상태로 될 때 그 프로세스는 단계 22'로 진행한다. 액셀레이터 페달(114)이 오프 상태에 있게 되면, 그 프로세스는 단계 20'로 진행하고 구동 모드의 선택이 지속된다.
단계 22'에 대해 이후에 설명하기로 한다.
단계 22'는 단계 22와 유사하다.
단계 32와 단계 24'에 대해 이후에 설명하기로 한다.
전술된 구동력 제어와 충전량 제어 뿐만 아니라 전동 토크 분배 제어를 기초로 하여, 구동 조건 제어 수단(10)은 적절한 전동 토크를 결정하고(단계 32) 그것을 전동 토크 명령으로서 출력한다(단계 24'). 응답에 있어서, 제1 MG(2)와 제2 MG(3)는 전동 구동된다.
이제, 단계 32에서 전동 토크 분배 제어의 예에 대해 이후에 설명하기로 한다.
제1 MG(2)와 제2 MG(3)가 전동 구동될 때, 그 회전 구동력은 엔진(101)의 회전 구동력에 부가되어, 자동차(100) 상에 작용하는 구동력을 증가시키고, 따라서 가속 성능이 향상된다. 그러나, 배터리(6) 내에 저장된 전기 에너지를 제한하기 때문에, 제1 MG(2)와 제2 MG(3)를 전동 구동할 때 배터리(6)로부터 얻어진 전기 에너지의 양을 최소화하도록 조심해야 한다. 따라서, 전동 토크의 결정시에 제1 MG(2)와 제2 MG(3)의 전동 효율을 고려할 필요가 있다. 전동 토크 분배 제어는 위의 조건들을 만족시키는 제어이다.
도17은 전동 토크 분배 제어의 일예를 도시한 도면이다. 횡축은 제1 MG(2)와 제2 MG(3)의 회전수를 나타내고 종축은 제1 MG(2)와 제2 MG(3)의 전동 토크를 나타내며, 그 도면은 제1 MG(2)와 제2 MG(3)가 동일한 전동 효율을 가질 때 30%와90% 사이에서 10%의 간격으로 등(iso)-모터-효율 라인을 도시한 것이다. 이들 특성들은 모터 특성으로서 미리 파악될 수 있고, 그후 전동 토크 분배 제어는 이들 특성을 기초로 하여 수행된다.
우선 도17을 참고로 하여, 도17에 도시된 전동 효율을 갖는 제1 MG(2)와 제2 MG(3)의 모터 입력의 합을 최소화하는 전동 토크 분배 제어의 예에 대해 이하에 설명하기로 한다.
도17은 가속 주행 또는 정속 주행 중에 임의의 차속에서 제1 MG(2)와 제2 MG(3)의 회전수(이 경우에는 각각 5000r/min 및 3000r/min)와 (이후에 구동력 제어를 기초로 한 모터 출력의 상한치로서 불리는) 구동력 제어를 기초로 한 제1 MG(2)와 제2 MG(3)로부터의 모터 출력의 합의 상한치를 도시한 것이다. 이들 값들은 제1 MG(2)와 엔진(101) 간의 풀리비와, 변속 수단(104)의 변속비와, 제2 구동력 전달 수단(103)의 감속 변속비 및 차속등에 좌우되기 때문에 전술되거나 도면에 도시된 것과 반드시 동일하지는 않다.
제1 MG(2)와 제2 MG(3)의 회전수가 각각 NMG1M및 NMG2M로 표시되고, 그 전동 토크가 각각 TMG1M및 TMG2M로 표시되고, 그 전동 효율이 각각 ηMG1M및 ηMG2M로 표시되고, 구동력 제어를 기초로 한 모터 출력의 상한치가 WLIMITM로 표시된 다면, 이 경우에 설정될 수 있는 효과적인 TMG1M및 TMG2M값들은 (이후에 전동 토크 결정 기준으로서 불리게 되는) ((NMG1M×2×π/60)×TMG1M) +((NMG2M×2×π/60)×TMG2M) = WLIMITM을 만족해야 하고 셀 수 없는 수가 존재하게 된다.
그러나, 구동 모드 2C를 기초로 한 구동 조건 제어가 수행된다면, 구동 조건 제어 수단은 전동 토크 분배 제어를 기초로 하여 배터리(6)로부터 얻어진 전기 에너지의 양, 즉 (이후에 모터 입력의 합으로써 불리게 되는) 제1 MG(2)와 제2 MG(3)에 대한 모터 입력의 합, 즉 ((NMG1M×2×π/60)×TMG1M/ηMG1M) +((NMG2M×2×π/60)×TMG2M×ηMG2M)를 최소화하도록 도면에서의 "제1 MG의 동작점(1)"과 "제2 MG의 동작점(1)"에서 제1 MG(2)와 제2 MG(3)의 동작점을 설정하고, 그후 결정된 동작점을 기초로 하여 전동 토크를 결정한다. 이로 인해, 모터 입력의 합은 최소화하고 전동 토크 결정 기준을 동시에 만족시킨다. 일예로, 모터 입력의 합은 제1 MG(2)와 제2 MG(3)가 도면에서의 "제1 MG의 동작점(2)"과 "제2 MG의 동작점(2)"에서 전동 구동될 때와 비교하여 약 20% 정도 감소된다.
다음으로 도17을 참고로 하여, 규정 범위 내에서 배터리(6)의 충전율을 유지할 목적으로 배터리(6)로부터 얻어진 전기 에너지의 양을 최대화하도록 의도된 전동 토크 분배 제어의 예에 대해 이후에 설명하기로 한다.
이 경우에 전동 토크 분배 제어를 기초로 하여, 구동 조건 제어 수단은 전동 토크 결정 기준을 만족시키는 범위 내에서 제1 MG(2)와 제2 MG(3)에 대한 모터 입력의 합을 최대화하도록 도면에서의 "제1 MG의 동작점(3)"과 "제2 MG의 동작점(3)"에서 제1 MG(2)와 제2 MG(3)의 동작점을 설정하고, 그후 결정된 동작점을 기초로 하여 전동 토크를 결정한다. 이로 인해, 모터 출력의 합은 최대화하고 전동 토크결정 기준은 동시에 만족된다. 일예로, 모터 입력의 합은 제1 MG(2)와 제2 MG(3)가 도면에서의 "제1 MG의 동작점(1)"과 "제2 MG의 동작점(1)"에서 전동 구동될 때와 비교하여 65% 정도 증가된다.
전술된 전동 토크 분배 제어를 이용함으로써, 제1 MG(2)와 제2 MG(3)에 대한 모터 입력의 합과 배터리(6)로부터 얻어진 전기 에너지의 양을 최소화할 수 있게 된다. 또한, 규정된 소정 범위 내에서 배터리(6)의 충전율을 유지할 수 있게 된다.
또한 대개, 제1 MG(2)와 제2 MG(3)의 전동 효율은 그 회전수와 함께 증가하는 경향이 있다. 따라서, 모터 입력을 감소시키기 위해, 고속 회전수에서 모터로서 제1 MG(2)와 제2 MG(3)를 구동시키는 것이 바람직하다. 이러한 점에서, ("제1 MG(2)의 회전수/엔진(101)의 회전수"로서 정의되고 1보다 큰 값을 취한) 엔진(101)과 제1 MG(2) 간의 풀리비에 대응하는 고속 회전수에서 모터로서 제1 MG(2)를 구동시킬 수 있는 본 발명의 실시예에 따른 보조 구동 장치(1)는 제1 MG(2)가 일예로 엔진(101)과 제1 구동력 전달 수단(102) 사이에 배치된 (풀리비=1의) 구조 보다 우수하다.
단계 25'에 대해 이후에 설명하기로 한다.
단계 25'는 단계 25와 유사하다.
단계 33에 대해 이후에 설명하기로 한다.
제1 MG(2) 또는 제2 MG(3)의 어느 하나가 전동 구동될 수 없고 따라서 구동 모드 2C에 따른 구동이 더 이상 이루어지지 않게 된다면, 그 프로세스는 또 다른구동 모드의 선택을 위해 단계 20으로 진행한다. 구동 모드 2C에 따른 구동이 효과가 있게 되면, 그 프로세스는 단계 34로 진행한다.
단계 34에 대해 이후에 설명하기로 한다.
구동 조건 제어 수단(10)은 또 다른 구동 모드로 이동하는 것이 필요한 지의 여부를 판정한다. 필요하다면, 그 프로세스는 단계 20으로 진행한다. 필요하지 않다면, 그 프로세스는 구동 모드 2C를 기초로 한 구동 조건 제어가 지속되는 단계 31로 진행한다.
위의 단계 31 내지 34, 단계 22', 단계 24' 및 단계 25'는 구동 모드 2C를 기초로 한 구동 조건 제어 및 프로세스들이다.
구동 모드 2D가 단계 20에서 선택되는 경우, 즉 제1 MG(2)의 구동 상태가 발전이고 제2 MG(3)의 구동 상태가 프리인 경우에 대해 이후에 설명하기로 한다.
구동 모드 2D가 선택되는 경우들은, (1) 배터리(6)의 충전율이 규정된 소정 범위의 하한치 근방에 있기 때문에 제1 MG(2)를 발전기로서 구동함으로써 배터리(6)의 충전율을 상승시키는 것이 필요할 때(이후에 (1)의 경우로 불리게 됨)와, (2) 전륜(107a, 107b)이 저마찰 계수의 노면에 대해 안정된 구동력을 생성하도록 제1 MG(2)를 발전기로서 구동함으로써 엔진(101)의 회전수를 줄이는 것이 필요할 때(이후에 (2)의 경우로 불리게 됨)를 포함한다.
단계 35에 대해 이후에 설명하기로 한다.
구동 조건 제어 수단(10)은 액셀레이터 페달(114)의 온/오프 상태를 검출하고, 액셀레이터 페달(114)이 온 상태로 될 때 그 프로세스는 단계 36으로 진행한다. 액셀레이터 페달(114)이 오프 상태에 있게 되면, 그 프로세스는 단계 20으로 진행하고 구동 모드의 선택이 지속된다.
단계 36에 대해 이후에 설명하기로 한다.
변속 수단 제어를 기초로 하여, 구동 조건 제어 수단(10)은 구동 모드 2D에 적절한 업-변속 및 다운-변속 지시를 변속 수단(104)에 출력하도록 변속 수단 제어 수단(112)에 명령을 내리게 된다. 일예로, (1)의 경우에, 엔진(101)이 최상의 연비 주변의 구역에서 구동되는 한편 제1 MG(2)가 고효율 구역에서 구동하도록 적절한 변속비가 결정된다.
단계 37 및 단계 38에 대해 이후에 설명하기로 한다.
구동 조건 제어 수단(10)은 일예로 (1)의 경우 및 (2)의 경우에 적절한 제1 MG(2)의 전동 토크를 결정하고(단계 37) 그것을 발전기 토크 지시로서 출력한다(단계 38). 이러한 지시에 응답하여, 제1 MG(2)는 발전기로서 구동된다.
단계 39에 대해 이후에 설명하기로 한다.
구동 조건 제어 수단(10)은 엔진 제어 수단 제어를 기초로 하여 제1 MG(2)의 네가티브 회전 구동력과 동등한 제동력을 운전자의 요구 구동력에 부가함으로써 산출된 구동력을 발생시키기에 필요한 드로틀의 개도를 결정하고, 이를 지시로서 드로틀에 출력하도록 엔진 제어 수단(111)을 지시한다.
단계 40에 대해 이후에 설명하기로 한다.
배터리(6)의 충전율이 규정된 소정 범위의 상한치 근방에 머무르기 시작하게 되면, 제1 MG(2)를 발전기로서 구동하는 것이 불필요해진다. 이러한 이유로 인해일예로 구동 모드 2D에 따른 구동이 더 이상 이루어지지 못하게 되면, 그 프로세스는 또 다른 구동 모드의 선택을 위해 단계 20으로 진행한다. 구동 모드 2D에 따른 구동이 효과가 있게 되면, 그 프로세스는 단계 41로 진행한다.
단계 41에 대해 이후에 설명하기로 한다.
구동 조건 제어 수단(10)은 또 다른 구동 모드로 이동하는 것이 필요한 지의 여부를 판정한다. 필요하다면, 그 프로세스는 단계 20으로 진행한다. 필요하지 않다면, 그 프로세스는 단계 35로 진행하고 구동 모드 2D를 기초로 한 구동 조건 제어가 지속된다.
위의 단계 35 내지 41은 구동 모드 2D를 기초로 한 구동 조건 제어 및 프로세스들이다.
이제, 구동 모드 2E가 단계 20에서 선택되는 경우, 즉 제1 MG(2)의 구동 상태가 발전이고 제2 MG(3)의 구동 상태가 전동인 경우에 대해 이후에 설명하기로 한다.
구동 모드 2E가 선택되는 경우는 최대 구동력이 후륜(108a, 108b)과 노면 사이에 생성되도록 제2 MG(3)를 전동 구동함으로써 미끄럼율을 제어할 뿐만 아니라 전륜(107a, 107b)이 저마찰 계수의 노면에 대해 안정된 구동력을 생성하도록 제1 MG(2)를 발전기로서 구동함으로써 엔진(101)의 회전수를 줄이는 것이 필요할 때(이후에 (3)의 경우로 불리게 됨)를 주로 포함한다.
단계 42에 대해 이후에 설명하기로 한다.
구동 조건 제어 수단(10)은 액셀레이터 페달(114)의 온/오프 상태를 검출하고, 액셀레이터 페달(114)이 온 상태로 될 때 그 프로세스는 단계 43으로 진행한다. 액셀레이터 페달(114)이 오프 상태에 있게 되면, 그 프로세스는 단계 20으로 진행하고 구동 모드의 선택이 지속된다.
단계 43에 대해 이후에 설명하기로 한다.
변속 수단 제어를 기초로 하여, 구동 조건 제어 수단(10)은 구동 모드 2E에 적절한 업-변속 및 다운-변속 지시를 변속 수단(104)에 출력하도록 변속 수단 제어 수단(112)에 명령을 내리게 된다. 일예로, (3)의 경우에, 엔진(101)이 최상의 연비 주변의 구역에서 구동되는 한편 제1 MG(2)가 고효율 구역에서 구동하도록 적절한 변속비가 결정된다.
단계 44 및 단계 45에 대해 이후에 설명하기로 한다.
구동 조건 제어 수단(10)은 일예로 (3)의 경우에 적절한 제1 MG(2)의 발전기 토크와 제2 MG(3)의 전동 토크를 결정하고(단계 44) 그들을 구동 토크 명령으로서 출력한다(단계 45). 이러한 명령에 응답하여, 제1 MG(2)는 발전기로서 구동되고 제2 MG(3)는 전동 구동된다.
단계 46에 대해 이후에 설명하기로 한다.
구동 조건 제어 수단(10)은 엔진 제어 수단 제어를 기초로 하여 제1 MG(2)의 네가티브 회전 구동력과 동등한 제동력을 운전자의 요구 구동력에 부가하고 운전자의 요구 구동력으로부터 제2 MG(3)의 회전 구동력과 동등한 구동력을 뺌으로써 산출된 구동력을 발생시키기에 필요한 드로틀의 개도를 결정하고, 이를 지시로서 드로틀에 출력하도록 엔진 제어 수단(111)을 지시한다.
단계 47에 대해 이후에 설명하기로 한다.
배터리(6)의 충전율이 규정된 소정 범위의 상한치 근방에 머무르기 시작하면, 제1 MG(2)를 발전기로서 구동하는 것이 불필요해진다. 이러한 이유로 인해 일예로 구동 모드 2E에 따른 구동이 더 이상 이루어지지 못하게 되면, 그 프로세스는 또 다른 구동 모드의 선택을 위해 단계 20으로 진행한다. 구동 모드 2E에 따른 구동이 효과가 있게 되면, 그 프로세스는 단계 48로 진행한다.
단계 48에 대해 이후에 설명하기로 한다.
구동 조건 제어 수단(10)은 또 다른 구동 모드로 이동하는 것이 필요한 지의 여부를 판정한다. 필요하다면, 그 프로세스는 단계 20으로 진행한다. 필요하지 않다면, 그 프로세스는 단계 42로 진행하고 구동 모드 2E를 기초로 한 구동 조건 제어가 지속된다.
위의 단계 42 내지 48은 구동 모드 2E를 기초로 한 구동 조건 제어 및 프로세스들이다.
전술된 것은 본 발명의 실시예에 따른 보조 구동 장치(1) 및 보조 구동 장치를 탑재한 자동차(100)에 관한 것이다.
부수적으로, 제1 MG(2)를 모터로서가 아닌 단지 발전기로서 구동하는 것이 또한 가능하다. 이 경우에, 제1 MG(2)는 일예로 교류 발전기와 같은 발전기로 될 수 있다.
전술된 대로 본 발명에 따라, 감속에 기인한 자동차의 운동 에너지, 즉 감속에너지를 효과적으로 회생시킬 수 있고, 회전 전기 장치를 전동 구동하기 위해 회생된 감속 에너지를 에너지 공급원으로서 이용할 수 있고, 이에 따라 자동차의 조작성, 쾌적성, 안전성 및 연비를 더욱 향상시킬 수 있다.

Claims (12)

  1. 엔진에 연결되고 적어도 발전기로서 기능하는 회전 전기 장치와,
    엔진과 차륜축 사이에 배치된 변속 수단과,
    변속 수단의 변속비 또는 변속점을 제어하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 보조 구동 장치.
  2. 엔진에 연결되고 적어도 발전기로서 기능하는 회전 전기 장치와,
    엔진과 차륜축 사이에 배치된 변속 수단과,
    운전자의 요구 제동력을 검출하는 요구 제동력 검출 수단과,
    엔진 제동력을 산출하는 엔진 제동력 산출 수단과,
    회전 전기 장치의 회생 발전에 의해 생성된 회생 제동력을 산출하는 회생 제동력 산출 수단을 포함하고,
    변속 수단의 변속비 또는 변속점은 요구 제동력 검출 수단, 엔진 제동력 산출 수단 및 회생 제동력 산출 수단으로부터의 정보를 기초로 하여 제어되는 것을 특징으로 하는 보조 구동 장치.
  3. 엔진에 연결되고 적어도 발전기로서 기능하는 회전 전기 장치와,
    엔진과 차륜축 사이에 배치된 변속 수단과,
    운전자의 요구 제동력을 검출하는 요구 제동력 검출 수단과,
    엔진 제동력을 산출하는 엔진 제동력 산출 수단과,
    회전 전기 장치의 회생 발전에 의해 생성된 회생 제동력을 산출하는 회생 제동력 산출 수단을 포함하고,
    변속 수단의 변속비는 회생 제동력과 엔진 제동력의 합이 소정치 또는 운전자의 요구 제동력을 초과하지 않는 범위 내에서 최대화되는 것을 특징으로 하는 보조 구동 장치.
  4. 엔진에 연결되고 적어도 발전기로서 기능하는 회전 전기 장치와,
    엔진과 차륜축 사이에 배치된 변속 수단과,
    운전자의 요구 제동력을 검출하는 요구 제동력 검출 수단과,
    엔진 제동력을 산출하는 엔진 제동력 산출 수단과,
    회전 전기 장치의 회생 발전에 의해 생성된 회생 제동력을 산출하는 회생 제동력 산출 수단을 포함하고,
    타력 주행 중에, 변속 수단의 변속비 또는 변속점은 엔진 제동력이 소정치를 초과하지 않고 엔진의 회전수가 과회전이 되지 않는 범위 내에서 엔진의 회전수가 최대로 되도록 제어되는 것을 특징으로 하는 보조 구동 장치.
  5. 엔진에 연결되고 적어도 발전기로서 기능하는 회전 전기 장치와,
    엔진과 차륜축 사이에 배치된 변속 수단과,
    운전자의 요구 제동력을 검출하는 요구 제동력 검출 수단과,
    엔진 제동력을 산출하는 엔진 제동력 산출 수단과,
    회전 전기 장치의 회생 발전에 의해 생성된 회생 제동력을 산출하는 회생 제동력 산출 수단을 포함하고,
    회전 전기 장치의 회생 발전 중에, 변속 수단의 변속비 또는 변속점은 회생 제동력과 엔진 제동력의 합이 소정치 또는 운전자의 요구 제동력을 초과하지 않는 범위 내에서 회생 발전량이 최대로 되도록 제어되는 것을 특징으로 하는 보조 구동 장치.
  6. 제4항에 있어서, 변속 수단의 변속비의 제어는 타력 주행으로의 변속 직후에 적어도 업-변속을 회피하는 제어를 포함하는 것을 특징으로 하는 보조 구동 장치.
  7. 제5항에 있어서, 변속 수단의 변속비의 제어는 다운-변속 전의 회생 발전량이 다운-변속 후의 회생 발전량을 초과할 때 다운-변속을 수행하는 제어를 포함하는 것을 특징으로 하는 보조 구동 장치.
  8. 제2항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 엔진과 변속 수단 사이에 배치되고 록-업 기능을 갖춘 토크 컨버터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 보조 구동 장치.
  9. 엔진과,
    엔진에 의해 구동되는 차륜과,
    엔진에 연결되고 적어도 발전기로서 기능하는 회전 전기 장치와,
    엔진과 차륜축 사이에 배치된 변속 수단과,
    운전자의 요구 제동력을 검출하는 요구 제동력 검출 수단과,
    엔진 제동력을 산출하는 엔진 제동력 산출 수단과,
    회전 전기 장치의 회생 발전에 의해 생성된 회생 제동력을 산출하는 회생 제동력 산출 수단을 포함하고,
    변속 수단의 변속비 또는 변속점은 요구 제동력 검출 수단, 엔진 제동력 산출 수단 및 회생 제동력 산출 수단으로부터의 정보를 기초로 하여 제어되는 것을 특징으로 하는 자동차.
  10. 엔진과,
    엔진에 의해 구동되는 차륜과,
    엔진에 연결되고 적어도 발전기로서 기능하는 회전 전기 장치와,
    엔진과 차륜축 사이에 배치된 변속 수단과,
    운전자의 요구 제동력을 검출하는 요구 제동력 검출 수단과,
    엔진 제동력을 산출하는 엔진 제동력 산출 수단과,
    회전 전기 장치의 회생 발전에 의해 생성된 회생 제동력을 산출하는 회생 제동력 산출 수단을 포함하고,
    변속 수단의 변속비는 회생 제동력과 엔진 제동력의 합이 소정치 또는 운전자의 요구 제동력을 초과하지 않는 범위 내에서 최대화되는 것을 특징으로 하는 자동차.
  11. 엔진과,
    엔진에 의해 구동되는 차륜과,
    엔진에 연결되고 적어도 발전기로서 기능하는 회전 전기 장치와,
    엔진과 차륜축 사이에 배치된 변속 수단과,
    운전자의 요구 제동력을 검출하는 요구 제동력 검출 수단과,
    엔진 제동력을 산출하는 엔진 제동력 산출 수단과,
    회전 전기 장치의 회생 발전에 의해 생성된 회생 제동력을 산출하는 회생 제동력 산출 수단을 포함하고,
    타력 주행 중에, 변속 수단의 변속비 또는 변속점은 엔진 제동력이 소정치를 초과하지 않고 엔진의 회전수가 과회전이 되지 않는 범위 내에서 엔진의 회전수가 최대로 되도록 제어되는 것을 특징으로 하는 자동차.
  12. 엔진과,
    엔진에 의해 구동되는 차륜과,
    엔진에 연결되고 적어도 발전기로서 기능하는 회전 전기 장치와,
    엔진과 차륜축 사이에 배치된 변속 수단과,
    운전자의 요구 제동력을 검출하는 요구 제동력 검출 수단과,
    엔진 제동력을 산출하는 엔진 제동력 산출 수단과,
    회전 전기 장치의 회생 발전에 의해 생성된 회생 제동력을 산출하는 회생 제동력 산출 수단을 포함하고,
    회전 전기 장치의 회생 발전 중에, 변속 수단의 변속비 또는 변속점은 회생 제동력과 엔진 제동력의 합이 소정치 또는 운전자의 요구 제동력을 초과하지 않는 범위 내에서 회생 발전량이 최대로 되도록 제어되는 것을 특징으로 하는 자동차.
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