KR20150024902A - 차량의 구동 시스템 제어방법, 구동 시스템, 컴퓨터 프로그램, 컴퓨터 프로그램 제품 및 차량 - Google Patents

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Abstract

차량 구동 시스템의 제어 방법이 개시되어 있다. 상기 구동 시스템은 출력축(2a)을 갖는 연소기관(2), 입력축(3a)을 갖는 기어박스(3), 고정자(9a) 및 회전자(9b)를 포함하는 전기기계(9), 태양기어(10)와 링 기어(11) 및 유성기어 캐리어(12)의 형태로 된 3개의 컴포넌트를 포함하는 유성기어를 포함한다. 상기 제어 방법은, 유성기어가 해제된 상태에서 연소기관 및 전기기계에서 발생되는 토크가 차량을 작동시키는 데에 충분하고, 유성기어가 해제된 상태에서 차량의 연료 소모가 로크된 상태에서보다 작다면, 유성기어가 해제된 상태에서 전기기계와 연소기관에 요구되는 토크가 제공되도록 전기기계와 연소기관을 제어한다.

Description

차량의 구동 시스템 제어방법, 구동 시스템, 컴퓨터 프로그램, 컴퓨터 프로그램 제품 및 차량{METHOD FOR CONTROLLING A DRIVE SYSTEM OF A VEHICLE, A DRIVE SYSTEM, A COMPUTER PROGRAM, A COMPUTER PROGRAM PRODUCT AND A VEHICLE}
본 발명은 차량, 특히 하이브리드 차량의 구동 시스템을 제어하는 방법에 관한 것이다. 구동 시스템은 출력축을 갖는 연소기관, 입력축을 갖는 기어박스, 고정자 및 회전자를 포함하는 전기기계, 및 태양기어와 링 기어 및 유성기어 캐리어(planet wheel carrier)의 형태로 된 3개의 컴포넌트(component)를 포함하는 유성기어를 포함한다.
연소기관의 출력축은 유성기어의 상기 컴포넌트들 중 제1 컴포넌트에 연결되어서 이러한 축의 회전이 이러한 컴포넌트의 회전을 초래하도록 하고, 기어박스의 입력축은 유성기어의 상기 컴포넌트들 중 제2 컴포넌트에 연결되어서 이러한 축의 회전이 이러한 컴포넌트의 회전을 초래하도록 하고, 전기기계의 회전자는 유성기어의 상기 컴포넌트들 중 제3 컴포넌트에 연결어서 상기 회전자의 회전이 이러한 컴포넌트의 회전을 초래하도록 되어 있다.
구동 시스템은 추가로 3개의 컴포넌트가 동일한 회전속도로 회전하도록 상기 컴포넌트들 중 2개가 함께 로크(lock)되어 있는 로크 상태와 상기 컴포넌트들이 다른 회전속도로 회전하도록 허용되어 있는 해제 상태 사이로 전달될 수 있는 로킹수단(locking means)을 포함한다.
또한 본 발명은 상기에 따른 차량용 구동 시스템에 관한 것이다.
하이브리드 차량은 연소기관이 될 수 있는 1차 모터와, 전기기계일 수 있는 2차 모터에 의해 작동될 수 있다. 전기기계에는 적어도 전기 에너지를 저장하기 위한 에너지 저장장치와, 배터리와 전기기계 사이에 전기 에너지의 흐름을 제어하기 위한 제어장치가 장착되어 있다. 전기기계는 이에 의하여 차량의 작동 조건에 의존하여 모터로서의 작동 그리고 발전기로서의 작동을 교대로 할 수 있다. 차량이 감속될 때, 전기기계는 에너지 저장장치에 저장되어 있는 전기 에너지를 발생한다. 저장된 전기 에너지는 차량의 작동을 위해 차후에 이용된다. 전기기계는 차량 내에서 클러치 기구와 기어박스 사이의 위치에 배치될 수 있다.
종래 구동 시스템은 차량의 주요한 작동 모드(mode)에 적응되어 있는 몇 가지 작동 모드만을 제공하도록 배치되어 있다. 종래 구동 시스템의 단점은 저부하에서의 작동 모드가 차량의 작동을 위해 비교적 높은 연료 소비량과 제한된 토크 범위를 초래한다는 점이다.
US 6,354,974호는 하이브리드 차량용 구동 시스템을 개시하고 있다. 이 하이브리드 차량은 연소기관과, 연소기관의 출력축에 배치되어 있는 전기기계를 포함한다. 이것의 목적은 종래 클러치 기구를 필요로 하지 않는 소형 구동 시스템을 만드는 것이다. 종래 클러치 기구는 유성기어 및 마찰 클러치의 3 부재로 대체되어 있다. 마찰 클러치에 의하여 차량의 다른 작동 모드가 발생될 수 있다. 마찰 클러치의 사용이 에너지 손실을 초래한다.
본 발명의 목적은 차량의 연료 소비량을 감소시키기 위해 차량의 구동 시스템을 제어하는 방법을 제공하는데 있다.
상기 목적은 아래의 단계들 a) 내지 d)가 반복되는 것을 특징으로 하는 상술한 방법에 의하여 달성된다,
a) 적어도 연소기관의 제1 작동 파라미터(parameter)와 적어도 전기기계의 제2 작동 파라미터를 포함하는 차량의 작동을 위한 요구 토크에 관한 정보를 수신하는 단계,
b) 연소기관 및 상기 전기기계로부터의 이용가능한 토크가 해제 상태에서 유성기어에 의하여 요구 토크를 획득하기에 충분한지 여부를 판정하는 단계,
c) 제1 및 제2 작동 파라미터에 기초하여 해제 상태 및 로크 상태에서 유성기어에 의한 차량의 연료 소비량을 판정하는 단계,
d) 연소기관 및 전기기계로부터의 토크가 해제 상태에서 유성기어에 의하여 상기 요구 토크를 획득하기에 충분하면 그리고 상기 해제 상태에서 유성기어에 의한 차량의 연료 소비량이 상기 로크 상태에서보다 더 작으면, 유성기어는 해제 상태에 배열 또는 유지되고, 상기 유성기어가 상기 해제 상태에 있는 동안에 요구 토크가 제공되도록 상기 전기기계 및 상기 연소기관이 제어되고, 그렇지 않으면 상기 유성기어는 로크 상태에 배열 또는 유지되고, 상기 제어방법이 종료된다.
차량의 작동 부하가 작은 경우, 본 발명에 따른 구동 시스템을 작동하는 것이 연료 경제적 관점에서 바람직하다. 본 방법은 연소기관 및 전기기계로부터의 토크가 해제 상태에서 유성기어에 의하여 차량을 작동하기에 충분한지 여부, 즉 요구 토크에 의하여 해제 상태에서 유성기어로 차량을 구동할 수 있는지 여부를 판정하는 단계를 포함한다. 본 방법은 추가로 해제 상태에서 유성기어에 의한 차량의 연료 소비량이 로크 상태에서의 연료 소비량보다 작은지 여부, 즉 차량의 연료 소비량에 관하여 해제 상태에서 유성기어로 차량을 구동하는 것이 바람직한지 여부를 판정하는 단계를 포함한다. 이러한 판정은 유성기어가 해제 상태에 있는지 또는 로크 상태에 있는지에 관계없이 실시될 수 있다. 로크 상태에서보다 해제 상태에서 유성기어에 의하여 더 작은 연료 소비량이 달성되면, 유성기어는 해제 상태에 배열 또는 유지된다. 다른 경우에 유성기어는 로크 상태에 배열 또는 유지된다. 따라서 판정은 유성기어의 상태에 관계없이 발생하고, 그후 차량은 유성기어의 상태를 변환 또는 유지함으로써 가장 양호한 상태에 있는 유성기어에 의하여 구동된다.
양쪽 조건이 충족되면, 본 방법은 후속 단계에서 요구 토크가 제공되도록 전기기계 및 연소기관을 동시에 제어하는 것을 포함한다. 전기기계 및 연소기관의 제어는 유성기어가 해제 상태에 있는 동안 그리고 연소기관의 회전속도가 일정하게 유지되는 동안에 실시된다. 다른 한편으로 상기 조건들 중 어느 것도 충족되지 않으면, 유성기어가 로크 상태로 배열되고 이 방법이 종료된다.
연소기관의 회전속도가 유지된 상태에서 본 발명에 따른 차량의 작동에 의하여, 느린 회전속도가 빠른 회전속도에 비하여 연소기관에서 작은 마찰 손실을 초래하기 때문에 연료 소비량을 감소시킬 수 있다. 이에 따라 본 방법은 종래 기술의 구동 시스템에 비하여 연료 소비량을 감소시킬 수 있다.
본 방법에 따른 연소기관은 차량을 추진하는데 기여할 뿐만 아니라 종래 기술에서와 같이 차량에서 가능한 보조 장비를 구동하는데 기여한다. 이 방법은 차량의 주요한 작동부하/요구 토크에 비하여 낮은 작동부하/요구 토크에서 적절하다.
본 방법은 최적의 작동 조건을 달성하기 위해 연소기관의 회전속도를 제어할 수 있게 한다. 느린 회전속도는 예를 들어 연소기관으로부터 배기가스 온도의 온도 증가를 가능하게 하며, 이는 배기가스 처리 시스템에서 배기가스의 정화에 유리하다.
본 발명의 실시예에 따라서, 본 방법은 다음의 단계들:
- 연소기관의 제1 작동 파라미터와 전기기계의 제2 작동 파라미터에 관한 정보를 수신하는 단계,
- 상기 제1 및 제2 작동 파라미터에 기초하여 해제 상태 및 로크 상태에서 유성기어에 의한 차량의 연료 소비량을 판정하는 단계,
- 상기 해제 상태에서 유성기어에 의한 차량의 연료 소비량이 상기 로크 상태에서보다 더 작으면, 유성기어는 해제 상태에 배열되는 단계에 의하여 시작되며, 그리고 상기 단계들 a) 내지 d)가 반복된다. 이에 따라 단계 a) 내지 d)에 따른 반복은 해제 상태가 로크 상태에서보다 작은 연료 소비량을 초래하는 경우에만 시작된다.
본 발명의 실시예에 따라서, 본 방법의 상기 시작에서의 구동 시스템은 유성기어가 로크 상태에 있고, 차량이 작동중이고 기어박스가 기어와 함께 배열되는 상태에 있다. 유성기어가 로크 상태에 있고, 차량이 작동중이고 기어박스가 기어와 함께 배열되는 상태는 높은 부하에서 차량의 주요한 작동 조건에 관련되어 있다.
본 발명의 실시예에 따라서, 전기기계는 토크 및 회전속도 중 하나에 관하여 제어되고, 연소기관은 토크 및 회전속도 중 다른 하나에 관하여 제어된다.
양호하게는 전기기계가 토크에 관하여 제어되는 한편, 연소기관은 회전속도에 관하여 제어된다. 이에 의하여, 이 방법은 연소기관의 느린 회전속도에서 차량의 작동을 가능하게 하고, 이는 연료 소비량을 감소시키는데 유리하다. 대안으로서, 전기기계가 회전속도에 관하여 제어되는 한편, 연소기관은 토크에 관하여 제어된다.
본 발명의 실시예에 따라서, 연소기관은 연소기관의 회전속도가 연소기관의 요구 토크에 관하여 최소로 되도록 제어된다. 연소기관의 회전속도를 최소로 함으로써, 차량의 연료 소비량이 감소된다. 연소기관은 요구 토크가 제공될 수 있는 가장 느린 회전속도로 제어된 회전속도이다. 보통 이러한 회전속도는 편안함의 관점에서 가능한 최저인 연소기관의 아이들(idle) 상태에서의 회전속도와 동일하다.
본 발명의 실시예에 따라서, 연소기관은 연소기관이 아이들 상태에 관하여 회전속도를 수신하도록 제어된다. 용어 "아이들 상태에서의 회전속도(rotational speed at the idle state)"는 연소기관이 토크에 기여하지 않는 아이들 작동 모드에서 연소기관이 회전속도를 갖는 상태와 관련되어 있다.
본 발명의 실시예에 따라서, 제1 작동 파라미터는 연소기관의 회전속도이다. 차량의 연료 소비량은 마찰 손실이 회전속도의 증가와 함께 증가하기 때문에 연소기관의 회전속도에 의존한다. 따라서, 단계들 a) 내지 d)의 반복 중에 연료 소비량을 감소시키기 위해 가능한 연소기관의 회전속도를 느리게 하는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예에 따라서, 제2 작동 파라미터는 전기기계의 발생된 토크이다. 차량의 연료 소비량은 전기기계의 발생된 토크에 의존하는데, 왜냐하면 에너지 저장장치에서의 에너지량이 발생된 토크에 의존하여 감소하며 그후 연소기관으로부터 나오는 에너지에 의해 재충전되기 때문이다.
본 발명의 실시예에 따라서, 유성기어 캐리어 및 태양기어는 유성기어가 로크 상태에 배열될 때 서로 로크되고, 유성기어가 해제 상태에 배열될 때 유성기어 캐리어 및 태양기어가 서로로부터 해제된다.
본 발명의 실시예에 따라서, 연소기관으로부터의 토크가 해제 상태에서 상기 유성기어에 의하여 차량의 작동을 위해 충분한지 여부는 [연소기관으로부터의 발생된 토크 × 전송률(transmission ratio)]에 기초하여 판정되고, 전기기계로부터의 토크가 해제 상태에서 유성기어에 의하여 차량의 작동을 위해 충분한지 여부는 [전기기계로부터의 발생된 토크 × [1-전송률]]에 기초하여 판정되고, 상기 전송률은 태양기어의 톱니의 수와 [링 기어의 톱니의 수 + 태양기어의 톱니의 수] 사이의 비율로 주어진다. 양호하게 유성기어는 다음 전송률: -zr/zs = ωs-ωc/(ωr-ωs)=102/66에 따른 유성기어 수학식에 의해 배열되며, 여기서 z는 톱니의 수, ω는 회전속도, 첨자 s는 태양기어, 첨자 r은 링 기어에 관한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 차량의 가속도에서 기어박스의 마모를 감소시키기 위해 구동 시스템을 제어하는 방법을 제공하는데 있다.
본 발명은 이러한 목적을 본 발명의 실시예에 의하여 달성하며, 이 실시예에서 기어박스는 적어도 제1 최저 토크를 갖는 제1 기어, 및 제2 최저 토크를 갖는 제2 기어, 및 제3 최저 토크를 갖는 제3 기어를 포함하고, 상기 제1 최저 토크는 상기 제2 최저 토크보다 작고, 상기 제2 최저 토크는 상기 제3 최저 토크보다 작고, 상기 방법은:
- 기어박스가 제1 기어에 배열되어 있는 동안 유성기어를 해제 상태에 배열 또는 유지하는 단계,
- 구동 시스템의 토크를 연소기관의 회전속도를 유지하면서 연소기관 및 전기기계의 토크를 증가시킴으로써 적어도 제2 최저 토크로부터 적어도 제3 최저 토크로 증가시키는 단계,
- 기어박스의 기어를 제1 기어로부터 제3 기어로 변환하는 단계, 및
- 유성기어를 로크 상태에 배열하고 상기 방법을 종료하는 단계를 포함한다.
본 방법은 기어박스가 제1 기어에 배열될 때 적어도 제2 최저 토크를 포함하는 토크를 적어도 제3 최저 토크에 기여하게 하고 그리고 기어박스가 제3 기어에 배열될 때 적어도 제3 최저 토크에 기여하게 함으로써 차량의 가속 중에 기어들을 스킵(skip)할 수 있게 한다. 이 방법은 순서대로 연속적으로 제1 기어로부터 제3 기어로의 변환없이 차량을 가속시킬 수 있게 하며, 이는 기어박스에서 마모를 감소시킨다. 더구나, 예를 들어 기어 변환시에 가능한 저크(jerk)가 회피된다는 점에서 차량의 가속시에 개선된 안락감이 달성된다.
본 발명의 실시예에 따라서, 로킹 수단은 로크 상태에서 링 기어 및 유성기어 캐리어를 연결하여 상기 링 기어 및 상기 유성기어 캐리어가 함께 회전하도록 적용되어 있다. 로크 상태로부터 해제 상태로의 변환은:
- 전기기계 및 연소기관을 서로 토크가 없는 상태로 제어하는 단계, 및
- 링 기어 및 유성기어 캐리어가 서로에 대하여 자유로이 회전할 수 있도록 상기 링 기어 및 유성기어 캐리어와의 결합으로부터 상기 로킹 수단을 해제하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따라서, 로킹 수단은 로크 상태에서 링 기어 및 유성기어 캐리어를 연결하여 상기 링 기어 및 상기 유성기어 캐리어가 함께 회전하도록 적용되어 있다. 해제 상태로부터 로크 상태로의 변환은:
- 전기기계 및 연소기관을 서로 토크가 없는 상태로 제어하는 단계, 및
- 로킹 수단을 상기 링 기어 및 유성기어 캐리어와 결합하도록 이동시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따라서, 연소기관의 출력축이 태양기어에 연결되어서 그들이 제1 회전속도를 갖는 유닛으로서 회전하게 되고, 기어박스의 입력축이 유성기어 캐리어에 연결되어서 그들이 제2 회전속도를 갖는 유닛으로서 회전하게 되고, 전기기계의 회전자가 링 기어에 연결되어서 상기 링 기어가 제3 회전속도로 회전하게 된다.
본 발명은 또한 전술한 구동 시스템에 관한 것이다. 구동 시스템은, 차량을 구동하기 위해 요구된 토크와 적어도 연소기관의 제1 작동 파라미터와 적어도 전기기계의 제2 작동 파라미터에 대한 정보를 수신하고, 상기 연소기관 및 전기기계로부터의 이용가능한 토크가 해제 상태에서 유성기어에 의하여 요구 토크에 도달하기에 충분한지 여부를 판정하고, 그리고 상기 제1 및 제2 작동 파라미터에 기초하여 해제 상태 및 로크 상태에서 유성기어에 의한 차량의 연료 소비량을 판정하도록 적응된 제어장치를 포함하고, 상기 제어장치는 추가로, 연소기관 및 전기기계로부터의 토크가 해제 상태에서 유성기어에 의하여 차량의 작동에 충분하면 그리고 해제 상태에서 유성기어에 의한 차량의 연료 소비량이 로크 상태에서보다 더 작으면, 유성기어를 해제 상태에 배열 또는 유지하며, 유성기어가 해제 상태에 있는 동안에 그리고 연소기관의 회전속도를 유지하는 동안에 요구 토크가 제공되도록 전기기계 및 연소기관을 제어하도록 조정되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따라서, 구동 시스템은 연소기관의 회전속도를 제어하기 위한 수단을 포함한다. 예를 들어, 회전속도 제어 수단은 회전속도 조절기이다.
본 발명의 실시예에 따라서, 구동 시스템은 전기기계의 토크를 제어하기 위한 수단을 포함한다. 양호하게는, 전기기계로부터 발생된 토크는 전력의 공급을 제어하는 제어장치에 의하여 제어된다.
이하에서, 본 발명의 양호한 실시예는 실례로서, 첨부된 도면을 참고하여 설명될 것이다.
도 1a는 본 발명에 따라 차량을 작동하기 위한 구동 시스템을 도시한다.
도 1b는 도 1a의 구동 시스템을 더 상세히 도시한다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따라 구동 시스템을 제어하는 방법의 플로 차트(flow chart)를 설명한다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따라 구동 시스템을 제어하는 방법의 플로 차트를 설명한다.
도 1a는 중차량(1)을 위한 동력 전달 장치(driveline)를 설명하고 있다. 동력 전달 장치는 연소기관(2), 기어박스(3), 다수의 구동축(4) 및 구동 바퀴(5)를 포함한다. 동력 전달 장치는 연소기관(2)과 기어박스(3) 사이에 중간부품(6)을 포함한다.
도 1b는 중간부품(6)의 구성요소들을 상세히 설명하고 있다. 중간부품(6)에서 연소기관(2)은 출력축(2a)을 구비하고, 기어박스(3)는 입력축(3a)을 구비한다. 연소기관의 출력축(2a)은 기어박스(3)의 입력축(3a)에 대해 동축으로 배열된다. 연소기관의 출력축(2a) 및 기어박스의 입력축(3a)은 축선(7)에 대해 회전가능하게 배열된다. 중간부품(6)은 전기기계(9) 및 유성기어를 에워싸는 하우징(8)을 포함한다. 전기기계(9)는 보통과 같이 고정자(9a) 및 회전자(9b)를 포함한다. 고정자(9a)는 하우징(8)의 내부에서 적절한 방법으로 부착되어 있는 고정자 코어를 포함한다. 고정자 코어는 고정자 권선을 포함한다. 전기기계(9)는 어떠한 작동 모드 중에 기어박스의 입력축(3a)에 동력을 제공하기 위해 저장된 전기 에너지를 이용하며 그리고 다른 작동 모드 중에 전기 에너지를 발생하여 저장하기 위해 기어박스의 입력축(3a)의 운동 에너지를 이용하도록 적응되어 있다.
유성기어는 전기기계의 고정자(9a)와 회전자(9b)의 내부에 필수적으로 반경방향으로 배열된다. 유성기어는 보통의 방법으로 태양기어(10), 링 기어(11) 및 유성기어 캐리어(12)를 포함한다. 유성기어 캐리어(12)는 태양기어(10)의 톱니와 링 기어(11)의 톱니 사이에서 반경방향 간격을 두고 회전가능하게 배열되어 있는 다수의 톱니바퀴(13)를 갖는다. 태양기어(10)는 연소기관의 출력축(2a)의 주변 표면에 부착된다. 태양기어(10) 및 연소기관의 출력축(2a)은 제1 회전속도 n1을 갖는 유닛으로서 회전한다. 유성기어 캐리어(12)는 스플라인(spline) 부착부(14)에 의하여 기어박스의 입력축(3a)의 주변 표면에 부착되는 부착 부품(12a)을 포함한다. 이러한 부착에 의하여, 유성기어 캐리어(12) 및 기어박스의 입력축(3a)은 제2 회전속도 n2를 갖는 유닛으로서 회전할 수 있다. 링 기어(11)는 회전자(9b)가 부착되어 있는 외부 주변 표면을 포함한다. 회전자(9b) 및 링 기어(11)는 제3 회전속도 n3로 회전하는 회전가능한 유닛을 포함한다.
구동 시스템은 또한, 태양기어(10)와 링 기어(11) 및 유성기어 캐리어(12)가 서로에 대하여 자유로이 회전할 수 있는 해제 상태와, 유성기어 캐리어(12) 및 태양기어(10)가 서로에 대해 로크되어 있는 로크 상태 사이로 유성기어를 전환하도록 적응된 로킹 수단을 포함한다. 로킹 수단은 로크 상태에서 링 기어(11)와 유성기어 캐리어(12)를 연결하여 함께 회전하도록 적응되어 있다.
로크 상태와 해제 상태 사이의 전환은 전기기계(9)와 연소기관(2)을 상호 토크가 없는 상태로 제어하고 그 다음에 로킹 수단을 링 기어(11) 및 유성기어 캐리어(12)와 결합/해제하도록 변위시키는 것을 포함한다.
로킹 수단은 연소기관의 출력축(2a)에서 변위가능한 연결부재(15)를 포함한다. 연결부재(15)는 스플라인 부착부(16)에 의하여 연소기관의 출력축(2a)에 부착되어 있다. 이 경우에 연결부재(15)는 연소기관의 출력축(2a)에 토션에 관하여 견고하게 부착되고 연소기관의 출력축(2a)에서 축방향으로 변위가능하게 배열되어 있다. 연결부재(15)는 유성기어 캐리어(12)의 연결부(12b)와 연결가능한 연결부(15a)를 포함한다. 로킹 수단은 추가로, 연결부들(15a, 12b)이 서로 결합되어 있지 않을 때의 해제 상태와 연결부들(15a, 12b)이 서로 결합되어 있을 때의 로크 상태 사이로 연결부재(15)를 변위하도록 적응되어 있는 변위 부재(17)를 포함한다. 연결부들(15a, 12b)이 서로 결합되어 있을 때, 연소기관의 출력축(2a)과 기어박스의 입력축(3)은 동일한 회전속도로 회전할 것이다.
전기제어장치(18) 또는 다수의 전기제어장치(18)의 조합은 변위 부재(17)를 제어하도록 적응되어 있다. 제어장치(18)는 또한 전기기계(9)가 모터로서 작용할 것인지의 상황과 전기기계가 발전기로서 작용할 것인지의 상황을 판정하도록 적응되어 있다. 이것을 판정하기 위해서, 제어장치(18)는 적절한 작동 파라미터로부터 즉시 정보를 수신할 수 있다. 제어장치(18)는 이를 위하여 적절한 소프트웨어를 갖는 컴퓨터일 수 있다. 제어장치(18)는 또한 에너지 저장장치(20)와 전기기계의 고정자(9a) 사이에 전기 에너지의 흐름을 제어하는 개략 도시된 제어장비(19)를 제어한다. 전기기계가 발전기로서 작용할 때, 전기 에너지가 고정자(9a)로부터 에너지 저장장치(20)로 공급된다. 에너지 저장장치(20)는 300 내지 700 볼트 범위에 있는 전압을 갖는 전기 에너지를 전달하고 저장한다. 전기기계(9) 및 유성기어는 차량 내에서 연소기관(2)과 기어박스(3) 사이의 중간 부품(6)이 크기가 제한되어 있기 때문에 소형 유닛으로 구성될 필요가 있다. 유성기어의 컴포넌트들(10-12)은 여기서 전기기계의 고정자(9a) 내부에서 필수적으로 반경방향으로 배열된다. 전기기계(9)의 회전자(9b), 유성기어의 링 기어(11), 연소기관의 출력축(2a) 및 기어박스의 입력축(3a)은 여기서 공통의 회전축선(5)에 대해 회전가능하게 배열되어 있다. 그러한 배열에 의하여, 전기기계(9) 및 유성기어는 상대적으로 작은 공간을 요구한다.
차량은 연소기관(2)과 차량(1) 내의 보조 장치의 작동을 개시하기 위해 24볼트 배터리(21)를 포함한다. 중차량(1)에서, 비교적 고용량을 갖는 24볼트 배터리(21)가 사용된다. 24볼트 배터리(21)는 전기 전도체 및 스위치 기구(23)에 의하여 전기기계의 고정자(9a)와 연결되어 있다. 전기 접속은 24볼트 배터리(21)와 스위치 기구(23) 사이에 DC-DC 변압기(22)를 포함한다. DC-DC 변압기(22)는, 에너지 저장장치(20)의 전압과 동일한 전압을 갖는 전기 에너지를 전달하는 전기기계의 고정자(9a)로부터 전도되는 전기 에너지를, 24볼트 배터리(21) 내에 존재하는 전압 레벨로 변형할 수 있는 능력을 갖는다. DC-DC 변압기(22)는 양호하게 2-방향 타입이 될 수 있다. 이에 의하여 변압기는 또한 필요할 때 전기 에너지를 24볼트 에너지 저장장치(20)로부터 전기 기계의 고정자(7)로 전도할 수 있다. 전기 에너지가 이러한 방향으로 전도될 때, DC-DC 변압기는 24볼트 전압을 갖는 전기 에너지를 하이브리드 배터리의 더 높은 전압으로 변형한다.
구동 시스템은 연소기관(2)의 제1 작동 파라미터와 전기기계(9)의 제2 작동 파라미터를 검출하기 위한 수단을 포함한다. 양호하게는, 제1 작동 파라미터는 연소기관의 회전속도이고, 제2 작동 파라미터는 예를 들어 전기기계의 전류의 크기 및 위상에 의존하는 전기기계(9)의 발생된 토크이다. 제1 작동 파라미터를 검출하는 수단은 예를 들어 연소기관(2)에 연결된 속도 조절기이다. 제2 작동 파라미터를 검출하기 위한 수단은 예를 들어 전류의 크기 및 위상에 관한 정보를 제공하는 전기기계(9)의 제어 시스템이다.
본 발명의 방법은 도 2 및 도 3을 참고하여 상세히 설명될 것이다. 이 방법의 단계들은 제어장치(18)에 의해 제어된다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 방법을 설명한다.
본 방법은 단계 210에서 차량의 작동을 위한 요구 토크, 연소기관(2)의 제1 작동 파라미터, 및 전기기계(9)의 제2 작동 파라미터에 관한 정보를 수신하는 것으로써 시작된다.
요구 토크는 차량의 사용자에 의해 결정된다. 연소기관(2)의 제1 작동 파라미터 및 전기기계(9)의 제2 작동 파라미터는 유성기어의 해제 상태와 로크 상태 양쪽에서 차량의 연료 소비량에 영향을 미치는 파라미터들이다. 양호하게는, 제1 작동 파라미터는 연소기관의 회전속도이고, 제2 작동 파라미터는 전기기계(9)로부터 발생된 토크이다.
단계 220에서 판정되는 것은 다음과 같다:
- 연소기관(2) 및 전기기계(9)로부터의 토크가 해제 상태에 있는 유성기어에 의하여 차량의 작동을 위해 충분한지 여부, 및
- 해제 상태 및 로크 상태에서 유성기어에 의한 연료 소비량.
단계 230에서, 아래 2가지 조건이 충족되는지 여부가 판정된다:
i) 연소기관(2) 및 전기기계(9)로부터의 토크가 해제 상태에 있는 유성기어에 의하여 차량의 작동을 위해 충분한지 여부, 및
ii) 해제 상태에서 유성기어에 의한 연료 소비량이 로크 상태에서의 연료 소비량보다 작은지 여부.
2가지 조건이 긍정이면, 본 방법은 단계 240으로 진행하고, 여기서 전기기계(9) 및 연소기관(2)은 유성기어가 해제 상태에 있는 동안 그리고 연소기관의 회전속도를 변화시키지 않고 유지하는 동안 요구 토크가 제공되도록 제어된다. 다른 한편 상기 조건들 중 적어도 하나가 부정이면, 유성기어는 로크 상태에 배열되는 단계 250에 있게 되고 본 방법이 종료된다.
본 방법의 단계들 210-240은 단계 230에서 조건들 중 어느 것이 부정이 될 때까지 반복된다. 또한 본 방법은 사용자의 명령과 같은 다른 방법으로 종료될 수 있다. 단계들 210-240에 따른 본 방법의 반복은 차량을 구동할 때 연료 소비량을 감소시킨다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 방법을 설명한다. 제2 실시예는 본 방법의 초기 단계들에 의한 실시예와는 다르다.
본 방법은 단계 110에서 차량의 작동을 위한 요구 토크, 연소기관(2)의 제1 작동 파라미터, 및 전기기계(9)의 제2 작동 파라미터에 관한 정보를 수신하는 것으로써 시작된다.
단계 220에서, 연료 소비량은 해제 상태와 로크 상태 각각에 있는 유성기어에 대해 판정된다. 단계 230에서, 해제 상태에서의 유성기어에 의한 연료 소비량이 로크 상태에서보다 더 작은지 여부가 판정된다.
해제 상태에서의 유성기어에 의한 연료 소비량이 로크 상태에서보다 더 작으면, 유성기어는 단계 130에서 해제 상태로 배열되고, 이 방법은 도2와 동일한 방법으로 단계 210-240에 따라 반복된다. 그렇지 않으면 이 방법은 종료된다.
어떤 구동 모드에서, 연료 경제적인 관점에서 해제 상태에 있는 유성기어에 의하여 차량을 구동하는 것이 더 양호하다. 이러한 구동 모드는 동력 전달 장치로부터 낮은 정방향(positive) 토크 또는 역방향(negative) 토크가 필요할 때 대표적으로 나타난다. 마찰 손실이 상당히 작은 느린 회전속도에서 연소기관이 작동될 수 있다는 것에 의하여 에너지가 절약된다.
아이들링 상태에서의 연소기관(2)과 전기기계(9)에 의해 동력을 받은 차량에 의한 구동도 역시 병렬 하이브리드에서 실현될 수 있다. 병렬 하이브리드와 비교하면, 소형 하이브리드는 해제 상태에서 더 큰 이용가능한 정방향 토크를 제공한다. 따라서 작은 연소 토크에 의한 구동이 많은 구동 모드에 채용될 수 있다.
해제 상태는 또한 가속 도중에 기어를 스킵하기 위해 이용될 수 있다. 기어를 바꿀 시간이 될 때, 유성기어는 해제 상태로 전환되고 전기기계의 더 높은 회전속도에 의하여 조금 더 가속되고, 그 후 고속 기어(higher gear)로 동기화된다.
해제 상태에서 구동할 때, 전기기계(9) 및 연소기관(2)은 그때 요구 토크가 달성될 수 있는 가장 빠른 회전속도로 토크 제어된다. 소위, 이것은 모터의 아이들 회전속도와 동일한 회전속도, 즉 진동 등과 같은 안락감의 관점에서 가능한 가장 느린 회전속도이다.
회전속도의 제어는 연소기관(2)을 토크 제어에 의하여 필요한 회전속도로 조절하는 속도 조절기에 의해 실현된다. 제어 시스템에서, 이러한 속도 조절기는 액추에이터(actuator)에 근접하여 위치된다.
유성기어가 해제 상태에 배열되고 연소기관(2)이 아이들 회전속도에서 작동될 때, 2가지 효과가 다음과 같이 달성된다:
i) 연소기관(2)에서의 마찰 손실이 감소된 회전속도로 인하여 감소된다.
ii) 동력 전달 장치의 더 큰 토크량이 전기기계(9)에 의해 생성되기 때문에 전기기계(9) 및 에너지 저장장치(20)에서의 손실이 증가한다.
더구나 에너지 저장장치(20) 내의 충전 균형(charge balance)이 변화되어서, 이것이 그후에 유성기어가 해제 상태에 있지 않았던 경우에 있을 수 있는 것보다 더 많은 손실을 생성하게 하는 방법으로 재충전 또는 드레인(drain)되어야만 한다. 또한 이러한 미래의 손실은 해제 상태에 있는 유성기어에 의한 구동의 결과인 증가한 전기 손실에서 고려되어야 한다. 상기 항목 i)에 따른 감소 손실이 항목 ii)에 따른 증가 손실을 초과하면 해제 상태에서 유성기어에 의하여 구동하는 것이 연료 경제적으로 바람직하다.
병렬 하이브리드와 해제 상태에서의 유성기어에 의하여 전기적으로 구동하는 장점은 다음과 같다:
- 동력 전달 장치로부터의 정방향 토크에서 연소기관은 이것이 아이들 회전속도에 있음에도 불구하고 토크의 40%(전달 의존도)를 갖고 도움을 준다.
- 연소기관(2)은 가능한 보조장치(조타 서보장치와 같은)를 구동하는 것에 추가하여 구동 시스템에서 유용한 작업을 제공한다.
- 전기기계(9)만에 의한 것보다 동력 전달 장치로부터의 정방향 토크에서 더 큰 이용가능한 토크 범위.
- 배기 가스 처리 시스템을 위해 유리한 낮은 회전속도에서 연소기관으로부터의 더 큰 토크가 이용될 수 있다는 것에 의하여 배기가스 온도가 상승될 수 있다.
- 제동중/제동 회복시에, 연소기관(2)을 위해 필요한 연료가 제동 중에 방출될 것이기 때문에 감소된다.
병렬 하이브리드 및 해제 상태의 유성기어에 의하여 전기적 모드를 구동하는 것과 비교하여 단점은 연소기관(2)이 회전속도를 증가시키지 않도록 하기 위해서 이러한 모드에서 제한된 토크로 감속만을 할 수 있다는 것이다.
연소기관(2)은 또한 이러한 구동 모드 중에 꺼질 수도 있다. 그때 엔진은 플라이휠 브레이크로 제로 회전속도로 감소되고, 대안으로 전기기계의 임시 토크(torque temporary)가 적절한 정방향 토크로 조정되게 함으로써 제로까지 제어된다. 동시에 차량의 가속은 차량 브레이크에 의하여 제어장치(18)에 의해 제어될 수 있다.
본 발명은 개시된 실시예로 제한하지 않으며 아래의 특허청구범위의 뼈대 내에서 수정 및 변경될 수 있다.

Claims (18)

  1. 차량의 구동 시스템을 제어하는 방법으로서, 상기 구동 시스템은 출력축(2a)을 갖는 연소기관(2), 입력축(3a)을 갖는 기어박스(3), 고정자(9a) 및 회전자(9b)를 포함하는 전기기계(9), 태양기어(10)와 링 기어(11) 및 유성기어 캐리어(12)의 형태로 된 3개의 컴포넌트를 포함하는 유성기어를 포함하고, 상기 연소기관의 출력축(2a)은 상기 유성기어의 상기 컴포넌트들 중 제1 컴포넌트에 연결되어서 이러한 축의 회전이 이러한 컴포넌트의 회전을 초래하도록 하고, 상기 기어박스의 입력축(3a)은 상기 유성기어의 상기 컴포넌트들 중 제2 컴포넌트에 연결되어서 이러한 축의 회전이 이러한 컴포넌트의 회전을 초래하도록 하고, 상기 전기기계의 회전자(9b)는 상기 유성기어의 상기 컴포넌트들 중 제3 컴포넌트에 연결되어서 상기 회전자의 회전이 이러한 컴포넌트의 회전을 초래하도록 하고, 상기 구동 시스템은 추가로 상기 3개의 컴포넌트(10-12)가 동일한 회전속도로 회전하도록 상기 컴포넌트들 중 2개가 함께 로크되어 있는 로크 상태와 상기 컴포넌트들이 다른 회전속도로 회전하도록 허용되어 있는 해제 상태 사이로 전달될 수 있는 로킹수단을 포함하는, 상기 구동 시스템 제어방법에 있어서,
    상기 제어방법은,
    a) 적어도 상기 연소기관(2)의 제1 작동 파라미터와 적어도 상기 전기기계(9)의 제2 작동 파라미터를 포함하는 차량의 작동을 위한 요구 토크에 관한 정보를 수신하는 단계,
    b) 상기 연소기관(2) 및 상기 전기기계(9)로부터의 이용가능한 토크가 상기 해제 상태에서 상기 유성기어에 의하여 상기 요구 토크를 획득하기에 충분한지 여부를 판정하는 단계,
    c) 상기 제1 및 제2 작동 파라미터에 기초하여 상기 해제 상태 및 상기 로크 상태에서 상기 유성기어에 의한 차량의 연료 소비량을 판정하는 단계,
    d) 상기 연소기관(2) 및 상기 전기기계(9)로부터의 토크가 상기 해제 상태에서 상기 유성기어에 의하여 상기 요구 토크를 획득하기에 충분하면 그리고 상기 해제 상태에서 상기 유성기어에 의한 차량의 연료 소비량이 상기 로크 상태에서보다 더 작으면, 상기 유성기어는 해제 상태에 배열 또는 유지되고, 상기 유성기어가 상기 해제 상태에 있는 동안에 상기 요구 토크가 제공되도록 상기 전기기계(9) 및 상기 연소기관(2)이 제어되고, 그렇지 않으면 상기 유성기어는 상기 로크 상태에 배열 또는 유지되고, 상기 제어방법이 종료되는 단계를 포함하며,
    상기 단계 a) 내지 d)가 반복되는 것을 특징으로 하는 구동 시스템 제어방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어방법은,
    - 상기 연소기관(2)의 제1 작동 파라미터와 상기 전기기계(9)의 제2 작동 파라미터에 관한 정보를 수신하는 단계,
    - 상기 제1 및 제2 작동 파라미터에 기초하여 상기 해제 상태 및 상기 로크 상태에서 상기 유성기어에 의한 차량의 연료 소비량을 판정하는 단계,
    - 상기 해제 상태에서 상기 유성기어에 의한 차량의 연료 소비량이 상기 로크 상태에서보다 더 작으면, 상기 유성기어는 상기 해제 상태에 배열되는 단계에 의하여 개시되며,
    상기 단계들 a) 내지 d)가 반복되는, 구동 시스템 제어방법.
  3. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 전기기계(9)는 토크 및 회전속도 중 하나에 관하여 제어되고, 상기 연소기관(2)은 토크 및 회전속도 중 다른 하나에 관하여 제어되는, 구동 시스템 제어방법.
  4. 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연소기관(2)은 상기 연소기관의 회전속도가 상기 연소기관(2)의 요구 토크에 관하여 최소로 되도록 제어되는, 구동 시스템 제어방법.
  5. 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연소기관(2)은 아이들링 회전속도로 제어되는, 구동 시스템 제어방법.
  6. 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 작동 파라미터는 상기 연소기관의 회전속도인, 구동 시스템 제어방법.
  7. 선행하는 청구항들 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 작동 파라미터는 상기 전기기계에서 발생된 토크인, 구동 시스템 제어방법.
  8. 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연소기관(2)으로부터의 토크가 해제 상태에서 상기 유성기어에 의하여 차량의 작동을 위해 충분한지 여부는 [상기 연소기관(2)으로부터의 발생된 토크 × 전송률]에 기초하여 판정되고, 상기 전기기계(9)로부터의 토크가 해제 상태에서 상기 유성기어에 의하여 차량의 작동을 위해 충분한지 여부는 [상기 전기기계(9)로부터의 발생된 토크 × [1-전송률]]에 기초하여 판정되고, 상기 전송률은 상기 태양기어(10)의 톱니의 수와 [상기 링 기어(11)의 톱니의 수 + 상기 태양기어(10)의 톱니의 수] 사이의 비율로 주어지는, 구동 시스템 제어방법.
  9. 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기어박스(3)는 적어도 제1 최저 토크를 갖는 제1 기어, 및 제2 최저 토크를 갖는 제2 기어, 및 제3 최저 토크를 갖는 제3 기어를 포함하고, 상기 제1 최저 토크는 상기 제2 최저 토크보다 작고, 상기 제2 최저 토크는 상기 제3 최저 토크보다 작고, 상기 방법은:
    - 상기 기어박스(3)가 제1 기어에 배열되어 있는 동안 상기 유성기어를 해제 상태에 배열 또는 유지하는 단계,
    - 상기 구동 시스템의 토크를 상기 연소기관(2)의 회전속도를 유지하면서 상기 연소기관(2) 및 상기 전기기계(9)를 제어함으로써 적어도 제2 최저 토크로부터 적어도 제3 최저 토크로 증가시키는 단계,
    - 상기 기어박스(3)의 기어를 제1 기어로부터 제3 기어로 변환하는 단계,
    - 상기 유성기어를 로크 상태에 배열하고 상기 방법을 종료하는 단계를 포함하는, 구동 시스템 제어방법.
  10. 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 로킹 수단은 로크 상태에서 상기 링 기어(11) 및 상기 유성기어 캐리어(12)를 연결하여 상기 링 기어(11) 및 상기 유성기어 캐리어(12)가 함께 회전하도록 적용되어 있고, 상기 로크 상태로부터 상기 해제 상태로의 변환은:
    - 상기 전기기계(9) 및 상기 연소기관(2)을 서로 토크가 없는 상태로 제어하는 단계, 및
    - 상기 링 기어(11) 및 상기 유성기어 캐리어(12)가 서로에 대하여 자유로이 회전할 수 있도록 상기 링 기어(11) 및 상기 유성기어 캐리어(12)와의 결합으로부터 상기 로킹 수단을 해제하는 단계를 포함하는, 구동 시스템 제어방법.
  11. 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 로킹 수단은 로크 상태에서 상기 링 기어(11) 및 상기 유성기어 캐리어(12)를 연결하여 상기 링 기어(11) 및 상기 유성기어 캐리어(12)가 함께 회전하도록 적용되어 있고, 상기 해제 상태로부터 상기 로크 상태로의 변환은:
    - 상기 전기기계(9) 및 상기 연소기관(2)을 서로 토크가 없는 상태로 제어하는 단계, 및
    - 상기 로킹 수단을 상기 링 기어(11) 및 상기 유성기어 캐리어(12)와 결합하도록 이동시키는 단계를 포함하는, 구동 시스템 제어방법.
  12. 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연소기관의 출력축(2a)이 상기 태양기어(10)에 연결되어서 그들이 제1 회전속도(n1)를 갖는 유닛으로서 회전하게 되고, 상기 기어박스의 입력축(3a)이 상기 유성기어 캐리어(12)에 연결되어서 그들이 제2 회전속도(n2)를 갖는 유닛으로서 회전하게 되고, 상기 전기기계의 회전자(9b)가 상기 링 기어(11)에 연결되어서 상기 링 기어(11)가 제3 회전속도(n3)로 회전하게 되는, 구동 시스템 제어방법.
  13. 차량용 구동 시스템으로서, 상기 구동 시스템은 출력축(2a)을 갖는 연소기관(2), 입력축(3a)을 갖는 기어박스(3), 고정자(9a) 및 회전자(9b)를 포함하는 전기기계(9), 태양기어(10), 링 기어(11) 및 유성기어 캐리어(12)의 형태로 된 3개의 컴포넌트를 포함하는 유성기어를 포함하고, 상기 연소기관의 출력축(2a)은 상기 유성기어의 상기 컴포넌트들 중 제1 컴포넌트에 연결되어서 이러한 축의 회전이 이러한 컴포넌트의 회전을 초래하도록 하고, 상기 기어박스의 입력축(3a)은 상기 유성기어의 상기 컴포넌트들 중 제2 컴포넌트에 연결되어서 이러한 축의 회전이 이러한 컴포넌트의 회전을 초래하도록 하고, 상기 전기기계의 회전자(9b)는 상기 유성기어의 상기 컴포넌트들 중 제3 컴포넌트에 연결되어서 상기 회전자의 회전이 이러한 컴포넌트의 회전을 초래하도록 하고, 상기 구동 시스템은 추가로 상기 3개의 컴포넌트(10-12)가 동일한 회전속도로 회전하도록 상기 컴포넌트들 중 2개가 함께 로크되어 있는 로크 상태와 상기 컴포넌트들이 다른 회전속도로 회전하도록 허용되어 있는 해제 상태 사이로 전달될 수 있는 로킹수단을 포함하는, 상기 차량용 구동 시스템에 있어서,
    상기 구동 시스템은 차량을 구동하기 위해 요구된 토크와 적어도 상기 연소기관의 제1 작동 파라미터와 적어도 상기 전기기계의 제2 작동 파라미터에 대한 정보를 수신하고, 상기 연소기관 및 상기 전기기계로부터의 이용가능한 토크가 상기 해제 상태에서 상기 유성기어에 의하여 상기 요구 토크에 도달하기에 충분한지 여부를 판정하고, 그리고 상기 제1 및 제2 작동 파라미터에 기초하여 상기 해제 상태 및 상기 로크 상태에서 상기 유성기어에 의한 차량의 연료 소비량을 판정하도록 적응된 제어장치(18)를 포함하고, 상기 제어장치는 추가로, 상기 유성기어를 해제 상태에 배열 또는 유지하며 그리고 상기 연소기관 및 상기 전기기계(9)로부터의 토크가 상기 해제 상태에서 상기 유성기어에 의하여 상기 차량의 작동에 충분하면 그리고 상기 해제 상태에서 상기 유성기어에 의한 차량의 연료 소비량이 상기 로크 상태에서보다 더 작으면, 상기 유성기어는 상기 유성기어가 상기 해제 상태에 있는 동안에 그리고 상기 연소기관의 회전속도를 유지하는 동안에 상기 요구 토크가 제공되도록 상기 전기기계(9) 및 상기 연소기관(2)을 제어하도록 조정되는 것을 특징으로 하는 차량용 구동 시스템.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 구동 시스템은 상기 연소기관(2)의 회전속도를 제어하기 위한 수단을 포함하는, 차량용 구동 시스템.
  15. 청구항 13 또는 14에 있어서,
    상기 구동 시스템은 상기 전기기계(9)의 토크를 제어하기 위한 수단을 포함하는, 차량용 구동 시스템.
  16. 컴퓨터 프로그램 코드가 컴퓨터에서 실행될 때 컴퓨터가 청구항 1 내지 12 중 어느 한 항에 따른 방법을 실행할 수 있도록 하는 컴퓨터 프로그램 코드를 포함하는 컴퓨터 프로그램.
  17. 컴퓨터에 의해 판독가능한 데이터 저장 매체를 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품으로서, 청구항 16에 따른 컴퓨터 프로그램의 컴퓨터 프로그램 코드가 상기 데이터 저장 매체에 저장되는, 컴퓨터 프로그램 제품.
  18. 청구항 13 내지 15중 어느 한 항에 따른 구동 시스템을 포함하는 차량.
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