KR100904258B1 - 동력출력장치, 동력출력장치를 탑재한 차량 및 동력출력장치의 제어방법 - Google Patents

동력출력장치, 동력출력장치를 탑재한 차량 및 동력출력장치의 제어방법 Download PDF

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Abstract

하이브리드전자제어유닛(70)은 엔진(22)의 동작점들과 모터(MG1, MG2)의 토크지령(Tm1*, Tm2*)을 설정하여, 배터리(50)의 입출력제한 내에서 요청된 동력으로 차량을 이동시키고, 그들을 상기 입출력제한에 따라 엔진 ECU(24) 및 모터 ECU(40)로 전송시키게 된다. 이때, 상기 배터리(50)의 입력제한(Win) 및 출력제한(Wout)은 상기 토크지령(Tm1*, Tm2*)과 동시에 상기 모터 ECU(40)로 전송된다. 상기 모터 ECU(40)는 모터(MG1, MG2)가 토크지령(Tm1*, Tm2*)에 의해 구동될 때, 차량이 입출력제한의 범위 이내에 있는 지의 여부를 점검한다. 만일 상기 범위로부터 벗어나 있다면, 상기 모터 ECU(40)는 상기 토크지령(Tm1*, Tm2*)을 다시 설정하고, 이에 따라 상기 모터(MG1, MG2)가 구동하도록 제어하여, 차량이 입출력제한 이내에 있도록 한다. 이러한 형태는 통신 지연으로 인하여 파워 밸런스가 상이하더라도 배터리(50)가 과도한 전력에 의해 과충전되거나 또는 과도한 전력 공급을 위해 과방전되는 것을 효과적으로 방지한다.

Description

동력출력장치, 동력출력장치를 탑재한 차량 및 동력출력장치의 제어방법{Power Output Apparatus, Vehicle Equipped with Power Output Apparatus, and Control Method of Power Output Apparatus}
본 발명은 동력출력장치, 상기 동력출력장치가 탑재된 차량, 상기 동력출력장치의 제어방법, 및 상기 동력출력장치용 제어프로그램에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 동력을 출력하는 동력출력장치, 구동원으로서 상기 동력출력장치가 탑재된 차량, 상기 동력출력장치의 제어방법, 및 상기 동력출력장치를 제어하는데 사용되는 제어프로그램에 관한 것이다.
한 가지 제안된 동력출력장치가 탑재된 차량은 산술 연산을 수행하기 위한 마스터 CPU 및 모터를 구동하기 위한 모터 CPU를 포함한다(예컨대, 일본특허공개공보 제2001-320806호 참조). 이러한 종래의 차량에서는, 마스터 CPU는 엔진의 구동점과 두 모터의 토크지령을 계산하여, 상기 엔진의 구동점은 엔진제어전자유닛으로, 상기 모터의 토크지령은 모터제어유닛으로 전송한다. 상기 모터제어유닛의 모터 CPU는 두 모터의 운전을 제어하기 위해 수신된 모터토크지령에 응답하여, 예컨대 인버터의 구동회로를 구동 및 제어한다.
다수의 구동장치의 다수의 역할분담제어(role-sharing control)용 CPU를 포함하는 제어시스템에 있어서는, 구동장치들의 적절한 제어를 위하여 통신에 의한 시간 지연(통신 지연)이 고려되어야 한다. 상기 모터는 그 구동 상태를 단시간 내에 바꿀 수 있다. 통신 지연으로 인하여, 모터 또는 이와 유사한 경향을 갖는 또다른 구동장치는 제어를 위한 예상 구동 상태와 다른 구동 상태로 바뀔 수도 있다. 이는 예상된 전력 균형으로부터의 이탈(deviation)을 유발할 수도 있다. 모터의 운전은 경계값 부근의 전력 균형을 2차전지와 같은 축전유닛의 입출력제한의 범위 내에서 유지하도록 제어될 수도 있다. 이 경우, 예상 전력 균형의 이탈은 모터의 운전이 축전유닛의 입출력제한의 범위를 초과하게 할 수도 있다.
본 발명의 동력출력장치, 상기 동력출력장치가 탑재된 차량, 상기 동력출력장치의 제어방법 및 상기 동력출력장치용 제어프로그램은 다수의 역할분담제어용 CPU를 포함하는 제어시스템에 적용되어, 통신 지연으로 인한 전력 불균형의 상태에서도, 2차전지와 같은 축전유닛의 입출력제한의 범위 내에서 모터의 운전을 제어하는 것을 목적으로 한다. 본 발명의 동력출력장치, 상기 동력출력장치가 탑재된 차량, 상기 동력출력장치의 제어방법 및 상기 동력출력장치용 제어프로그램은 또한 2차전지와 같은 축전유닛이 과도한 전력으로 과충전되거나 또는 과도한 전력 공급을 위해 과방전되는 것을 방지하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적 및 기타 관련된 목적들 가운데 적어도 일부를 달성하기 위하여, 본 발명의 동력출력장치, 상기 동력출력장치가 탑재된 차량, 상기 동력출력장치의 제어방법 및 상기 동력출력장치용 제어프로그램은 후술하는 구성예들을 구비한다.
본 발명의 제1동력출력장치는 동력을 출력하는 동력출력장치에 관한 것으로, 상기 동력출력장치는: 전력을 발생시키기 위해 연료를 공급받는 발전시스템; 구동력을 출력하는 전동기; 상기 발전시스템 및 상기 전동기와 전력을 주고받는 축전유닛; 구동에 필요한 요구동력을 설정하는 요구동력설정모듈; 상기 설정된 요구동력을 충족시키기 위하여, 상기 축전유닛의 입출력제한의 범위 내에서 상기 발전시스템 및 상기 전동기의 운전지령들을 작성하는 주제어모듈; 및 상기 주제어모듈로부터 입력된 상기 운전지령들에 응답하여, 상기 축전유닛의 입출력제한의 범위 내에서 상기 발전시스템 및 상기 전동기의 운전들을 제어하는 운전제어모듈을 포함한다.
본 발명의 제1동력출력장치에 있어서, 상기 주제어모듈은 설정된 요구동력을 만족시키기 위하여, 상기 축전유닛의 입출력제한의 범위 내에서 상기 발전시스템 및 상기 전동기의 운전지령들을 작성한다. 상기 운전제어모듈은 상기 주제어모듈로부터 입력된 상기 운전지령들에 응답하여, 상기 축전유닛의 입출력제한의 범위 내에서 상기 발전시스템 및 상기 전동기의 운전들을 제어한다. 예컨대, 통신 지연으로 인하여, 상기 주제어모듈에 의해 운전지령들을 작성하는 타이밍과 상기 운전제어모듈에 의해 상기 발전시스템 및 상기 전동기의 운전들을 제어하는 타이밍간의 시간차가 있을 수도 있다. 이 경우에도, 본 발명의 제1동력출력장치는 운전제어모듈이 상기 발전시스템 및 상기 전동기의 운전들을 상기 축전유닛의 입출력제한의 범위 내에서 제어하도록 한다. 이러한 형태는 축전유닛이 과도한 전력에 의해 과충전되거나 또는 과도한 전력 공급을 위해 과방전되는 것을 효과적으로 방지한다.
본 발명의 바람직한 일 실시에에 있어서, 상기 제1동력출력장치는 상기 축전유닛의 상태를 토대로 상기 축전유닛의 입출력제한을 설정하는 입출력제한설정모듈을 더 포함할 수도 있고, 상기 주제어모듈은 상기 입출력제한설정모듈에 의해 설정된 상기 축전유닛의 입출력제한을 고려하여 상기 발전시스템 및 상기 전동기의 운전지령들을 작성하고, 상기 운전지령들과 상기 입출력제한들을 상기 운전제어모듈에 전송한다. 상기 축전유닛의 입출력제한에 관해서는, 예컨대 통신 지연으로 인한 시간 지연이 있을 수도 있다. 하지만, 상기 축전유닛의 입출력제한의 변경은 표준 통신에 의한 시간 지연에서 무시할 수 있다. 따라서, 상기 축전유닛은 과도한 전력에 의한 과충전 또는 과도한 전력 공급을 위한 과방전에 노출되지 않는다.
본 발명의 제1동력출력장치에 있어서, 상기 운전제어모듈은 상기 발전시스템 및 상기 전동기의 운전상태들을 입력하고, 상기 운전상태들과 상기 운전지령들을 토대로, 상기 운전지령들에 의한 상기 발전시스템 및 상기 전동기의 운전들이 상기 축전유닛의 입출력제한의 범위 이내에 있는 지의 여부를 검증하며, 상기 운전지령들에 의한 상기 발전시스템 및 상기 전동기의 운전들이 상기 축전유닛의 입출력제한의 범위를 벗어난 경우, 상기 운전제어모듈은 상기 발전시스템 및 상기 전동기의 운전들이 상기 입출력제한의 범위 이내에 있도록 상기 운전지령들을 업데이트하고, 상기 업데이트된 운전지령들에 응답하여 상기 발전시스템 및 상기 전동기의 운전들을 제어하는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 발전시스템 및 상기 전동기는 상기 축전유닛의 입출력제한의 범위 내에서 구동될 수 있다. 이러한 형태는 축전유닛이 과도한 전력에 의해 과충전되거나 또는 과도한 전력 공급을 위해 과방전되는 것을 효과적으로 방지한다.
상기 발전시스템의 운전지령들을 업데이트하기 위한 상기 적용예의 제1동력출력장치에 있어서, 상기 운전지령들에 의한 상기 발전시스템 및 상기 전동기의 운전들이 상기 입력제한의 범위를 넘은 경우에는, 상기 운전제어모듈이 상기 발전시스템의 운전지령을 업데이트하여, 상기 발전시스템 및 상기 전동기의 운전들을 상기 입력제한의 범위로 접근시키고, 상기 운전지령들에 의한 상기 발전시스템 및 상기 전동기의 운전들이 상기 출력제한의 범위를 넘은 경우에는, 상기 운전제어모듈이 상기 전동기의 운전지령을 업데이트하여, 상기 발전시스템 및 상기 전동기의 운전들을 상기 출력제한의 범위로 접근시키는 것이 바람직하다.
이러한 형태는 상기 축전 유닛의 입출력 제한 범위 내에서 상기 발전 시스템 및 상기 전동기의 운전들을 용이하게 할 수 있도록 한다.
발전시스템과 전동기의 운전들을 상기 축전유닛의 입출력제한의 범위로 접근시키기 위해 상기 발전시스템 및 상기 전동기의 운전지령들을 업데이트하기 위한 상기 적용예의 제1동력출력장치에 있어서, 상기 운전제어모듈은 상기 전동기에 의한 발전이 없는 상태 하에 상기 전동기의 운전지령을 업데이트하여, 상기 발전시스템 및 상기 전동기의 운전들을 상기 출력제한의 범위로 접근시키는 것이 바람직하다. 이러한 형태는 전동기로부터의 예상치 못한 반전방향으로의 토크 출력을 방지하는 장점이 있다. 이러한 구조에 있어서, 상기 전동기에 의한 발전이 없는 상태 하에 상기 전동기의 운전지령의 업데이트 이후에도, 상기 발전시스템 및 상기 전동기의 운전들이 상기 출력제한의 범위를 여전히 넘는 경우에는, 상기 운전제어모듈이 상기 발전시스템의 운전지령을 추가로 업데이트하여, 상기 발전시스템 및 상기 전동기의 운전들을 상기 출력제한의 범위로 접근시킬 수도 있다.
나아가, 발전시스템과 전동기의 운전들을 상기 축전유닛의 입출력제한의 범위로 접근시키기 위해 상기 발전시스템 및 상기 전동기의 운전지령들을 업데이트하기 위한 상기 적용예의 제1동력출력장치에 있어서, 상기 발전시스템은 내연기관을 포함하고, 상기 내연기관의 출력동력 중 적어도 일부를 이용하여 전력을 발생시키며, 상기 운전제어모듈은 상기 발전시스템의 운전지령을 업데이트하여, 상기 발전시스템 및 상기 전동기의 운전들을 상기 입력제한의 범위로 접근시키고, 상기 주제어모듈은 상기 내연기관의 운전을 제어하여, 상기 내연기관의 출력동력을 감소시키는 것이 바람직하다. 이러한 형태는 발전시스템의 운전지령의 업데이트로 인하여, 예컨대 상기 내연기관이 예상되는 고회전속도로 회전할 수도 있는 잠재적인 곤란함을 효과적으로 방지한다.
본 발명의 제1동력출력장치에 있어서, 상기 발전시스템은 내연기관을 포함하고, 상기 내연기관의 출력동력 중 적어도 일부를 이용하여 전력을 발생시키는 것이 바람직하다.
발전시스템으로서 내연기관을 포함하는 제1동력출력장치의 바람직한 일 구조에 있어서, 상기 발전시스템은 상기 내연기관의 출력축 및 구동축과 연결되는 전력동력입출력기구를 포함하고, 상기 내연기관의 출력동력 중 적어도 일부를 전력 및 동력의 입출력을 통하여 상기 구동축으로 출력한다. 이러한 구조의 전형적인 일 예시에 있어서, 상기 전력동력입출력기구는 3개의 축, 즉 상기 내연기관의 출력축, 상기 구동축 및 회전축에 연결되고, 상기 3개의 축 가운데 여하한의 2개의 축과 입출력하는 동력들을 토대로 나머지 1개의 축과 동력을 입출력하는 3축식동력입출력모듈; 및 상기 회전축과 동력을 입출력하는 발전기를 구비한다. 이러한 구조의 또다른 전형적인 예시에 있어서, 상기 전력동력입출력기구는 상기 내연기관의 출력축에 연결된 제1회전자 및 상기 구동축에 연결된 제2회전자를 구비하고, 상기 제2회전자에 대한 상기 제1회전자의 상대회전을 통해 회전되도록 구동되는 페어-회전자전동기(pair-rotor motor)를 구비한다.
나아가, 동력출력장치의 바람직한 일 구조에 있어서, 상기 발전시스템은 연료전지들을 포함하는 연료전지장치를 포함하여 이루어진다.
본 발명의 제2동력출력장치는 동력을 출력하는 동력출력장치에 관한 것으로, 상기 동력출력장치는: 전원으로서 내연기관; 구동력을 출력하는 전동기; 상기 전동기와 전력을 주고받는 축전유닛; 구동에 필요한 요구동력을 설정하는 요구동력설정모듈; 상기 설정된 요구동력을 충족시키기 위하여 상기 축전유닛의 입출력제한의 범위 내에서 상기 전동기의 운전지령들을 작성하고, 상기 내연기관의 운전을 제어하는 주제어모듈; 및 상기 주제어모듈로부터 입력된 상기 운전지령에 응답하여, 상기 축전유닛의 입출력제한의 범위 내에서 상기 전동기의 운전들을 제어하는 운전제어모듈을 포함한다.
본 발명의 제2동력출력장치에 있어서, 상기 주제어모듈은 설정된 요구동력을 만족시키기 위하여, 상기 축전유닛의 입출력제한의 범위 내에서 상기 내연기관의 운전을 제어하고 상기 전동기의 운전지령들을 작성한다. 상기 운전제어모듈은 상기 주제어모듈로부터 입력된 상기 운전지령들에 응답하여, 상기 축전유닛의 입출력제한의 범위 내에서 상기 전동기의 운전들을 제어한다. 예컨대, 통신 지연으로 인하여, 상기 주제어모듈에 의해 운전지령들을 작성하는 타이밍과 상기 운전제어모듈에 의해 상기 전동기의 운전들을 제어하는 타이밍간의 시간차가 있을 수도 있다. 이 경우에도, 본 발명의 제2동력출력장치는 운전제어모듈이 상기 전동기의 운전들을 상기 축전유닛의 입출력제한의 범위 내에서 제어하도록 한다. 이러한 형태는 축전유닛이 과도한 전력에 의해 과충전되거나 또는 과도한 전력 공급을 위해 과방전되는 것을 효과적으로 방지한다.
본 발명의 제2동력출력장치에 있어서, 상기 운전제어모듈은 상기 전동기의 운전상태를 입력하고, 상기 운전상태 및 운전지령을 토대로 상기 운전지령에 의한 상기 전동기의 운전이 상기 축전유닛의 입출력제한의 범위 이내에 있는 지의 여부를 검증하며, 상기 운전지령에 의한 상기 전동기의 운전이 상기 축전유닛의 입출력제한의 범위를 벗어나는 경우, 상기 운전제어모듈은 상기 운전지령을 업데이트시켜, 상기 전동기의 운전을 상기 입출력제한의 범위 이내에 있도록 하는 것이 바람직하다. 상기 전동기는 상기 축전유닛의 입출력제한의 범위 내에서 구동될 수 있다. 이러한 형태는 축전유닛이 과도한 전력에 의해 과충전되거나 또는 과도한 전력 공급을 위해 과방전되는 것을 효과적으로 방지한다.
본 발명의 차량에는 상술된 여하한의 형태를 구비한 제1동력출력장치 또는 제2동력출력장치가 탑재된다. 본 발명의 차량은 동력을 출력하는 동력출력장치에 관한 것으로, 상기 제1동력출력장치가 탑재된 차량은: 전력을 발생시키기 위해 연료를 공급받는 발전시스템; 구동력을 출력하는 전동기; 상기 발전시스템 및 상기 전동기와 전력을 주고받는 축전유닛; 구동에 필요한 요구동력을 설정하는 요구동력설정모듈; 상기 설정된 요구동력을 충족시키기 위하여, 상기 축전유닛의 입출력제한의 범위 내에서 상기 발전시스템 및 상기 전동기의 운전지령들을 작성하는 주제어모듈; 및 상기 주제어모듈로부터 입력된 상기 운전지령들에 응답하여, 상기 축전유닛의 입출력제한의 범위 내에서 상기 발전시스템 및 상기 전동기의 운전들을 제어하는 운전제어모듈을 포함하고, 상기 제2동력출력장치는: 전원으로서 내연기관; 구동력을 출력하는 전동기; 상기 전동기와 전력을 주고받는 축전유닛; 구동에 필요한 요구동력을 설정하는 요구동력설정모듈; 상기 설정된 요구동력을 충족시키기 위하여, 상기 축전유닛의 입출력제한의 범위 내에서 상기 내연기관의 운전을 제어하여, 상기 전동기의 운전지령을 작성하는 주제어모듈; 및 상기 주제어모듈로부터 입력된 상기 운전지령에 응답하여, 상기 축전유닛의 입출력제한의 범위 내에서 상기 전동기의 운전을 제어하는 운전제어모듈을 포함한다.
본 발명의 차량에는 상술된 여하한의 형태를 구비한 제1동력출력장치 또는 제2동력출력장치가 탑재된다. 이에 따라, 본 발명의 차량은 상술된 제1동력출력장치 또는 제2동력출력장치와 유사한 효과 및 장점들을 가진다. 이러한 효과 및 장점으로는 축전유닛의 입출력제한의 범위 내에서의 상기 발전시스템 및 전동기의 효과적인 운전제어 및 과도한 전력에 의한 과충전 또는 과도한 전력 공급을 위한 과방전으로부터의 상기 축전유닛의 효과적인 보호를 들 수 있다.
본 발명의 제1동력출력장치의 제어방법은 동력출력장치의 제어방법에 관한 것으로, 상기 동력출력장치는: 전력을 발생시키기 위해 연료를 공급받는 발전시스템; 구동력을 출력하는 전동기; 상기 발전시스템 및 상기 전동기와 전력을 주고받는 축전유닛; 및 상기 발전시스템 및 상기 전동기의 운전지령들을 작성하는 제1제어장치와 상기 발전시스템 및 상기 전동기의 운전상태들을 입력하는 제2제어장치를 포함하는 다수의 제어장치를 구비하여, 상기 발전시스템, 상기 전동기 및 상기 축전유닛을 제어하는 제어시스템을 포함하고, 상기 제어방법은: 구동에 필요한 요구동력을 설정하고, 상기 설정된 요구동력과 상기 제2제어장치 내로 입력되는 상기 발전시스템 및 상기 전동기의 운전상태들을 토대로, 상기 축전유닛의 입출력제한의 범위 이내에 있는 상기 발전시스템 및 상기 전동기의 운전지령들을 작성하도록 상기 제1제어장치를 작동시키는 단계; 및 상기 제1제어장치에 의해 작성된 운전지령들과 상기 발전시스템 및 상기 전동기의 입력된 운전상태들을 토대로, 상기 발전시스템 및 상기 전동기의 운전들을 상기 축전유닛의 입출력제한의 범위 내에서 제어하도록 상기 제2제어장치를 작동시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 동력출력장치의 제1제어방법에 있어서, 상기 제2제어장치는 상기 제1제어장치에 의한 상기 발전시스템 및 상기 전동기의 운전지령들과 상기 발전시스템 및 전동기의 운전상태들을 토대로, 상기 축전유닛의 입출력제한의 범위 내에서 상기 발전시스템 및 상기 전동기의 운전들을 제어한다. 예컨대, 통신 지연으로 인하여, 상기 제1제어장치에 의해 운전지령들을 작성하는 타이밍과 상기 제2제어장치에 의해 상기 발전시스템 및 상기 전동기의 운전들을 제어하는 타이밍간의 시간차가 있을 수도 있다. 이 경우에도, 본 발명의 제1제어방법은 제2제어장치가 상기 발전시스템 및 상기 전동기의 운전들을 상기 축전유닛의 입출력제한의 범위 내에서 제어하도록 한다. 이러한 형태는 축전유닛이 과도한 전력에 의해 과충전되거나 또는 과도한 전력 공급을 위해 과방전되는 것을 효과적으로 방지한다.
본 발명의 제2동력출력장치의 제어방법은 동력출력장치의 제어방법에 관한 것으로, 상기 동력출력장치는: 전원으로서의 내연기관; 구동력을 출력하는 전동기; 상기 전동기와 전력을 주고받는 축전유닛; 및 상기 전동기의 운전지령들을 작성하는 제1제어장치와 상기 전동기의 운전상태들을 입력하는 제2제어장치를 포함하는 다수의 제어장치를 구비하여, 상기 내연기관, 상기 전동기 및 상기 축전유닛을 제어하는 제어시스템을 포함하고, 상기 제어방법은: 구동에 필요한 요구동력을 설정하고, 상기 설정된 요구동력과 상기 제2제어장치 내로 입력되는 상기 전동기의 운전상태들을 토대로, 상기 축전유닛의 입출력제한의 범위 이내에 있는 상기 내연기관의 운전지령들 및 상기 전동기의 운전지령들을 작성하도록 상기 제1제어장치를 작동시키는 단계; 및 상기 제1제어장치에 의해 작성된 상기 전동기의 운전지령들과 상기 전동기의 입력된 운전상태들을 토대로, 상기 전동기의 운전들을 상기 축전유닛의 입출력제한의 범위 내에서 제어하도록 상기 제2제어장치를 작동시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 동력출력장치의 제2제어방법에 있어서, 상기 제2제어장치는 상기 제1제어장치에 의한 상기 전동기의 운전지령들과 상기 전동기의 입력된 운전상태들을 토대로, 상기 축전유닛의 입출력제한의 범위 내에서 상기 전동기의 운전들을 제어한다. 예컨대, 통신 지연으로 인하여, 상기 제1제어장치에 의해 운전지령들을 작성하는 타이밍과 상기 제2제어장치에 의해 상기 전동기의 운전들을 제어하는 타이밍간의 시간차가 있을 수도 있다. 이 경우에도, 본 발명의 제2제어방법은 제2제어장치가 상기 전동기의 운전들을 상기 축전유닛의 입출력제한의 범위 내에서 제어하도록 한다. 이러한 형태는 축전유닛이 과도한 전력에 의해 과충전되거나 또는 과도한 전력 공급을 위해 과방전되는 것을 효과적으로 방지한다.
본 발명의 제1제어프로그램은 동력출력장치의 제1제어장치에서 실행되는 제어프로그램에 관한 것으로, 상기 동력출력장치는: 전력을 발생시키기 위해 연료를 공급받는 발전시스템; 구동력을 출력하는 전동기; 상기 발전시스템 및 상기 전동기와 전력을 주고받는 축전유닛; 및 상기 발전시스템 및 상기 전동기의 운전지령들을 작성하는 제1제어장치와 상기 발전시스템 및 상기 전동기의 운전상태들을 입력하는 제2제어장치를 포함하는 다수의 제어장치를 구비하여, 상기 발전시스템, 상기 전동기 및 상기 축전유닛을 제어하는 제어시스템을 포함하고, 상기 제어프로그램은: 구동에 필요한 요구동력을 설정하는 모듈; 상기 제2제어장치로부터의 상기 발전시스템 및 상기 전동기의 운전상태들을 입력하는 모듈; 상기 설정된 요구동력과 상기 발전시스템 및 상기 전동기의 입력된 운전상태들을 토대로, 상기 축전유닛의 입출력제한의 범위 이내에 있는 상기 발전시스템 및 상기 전동기의 운전지령들을 작성하는 모듈; 및 상기 발전시스템 및 상기 전동기의 운전지령들을 상기 제2제어장치로 전송하는 모듈을 포함한다.
본 발명의 제1제어프로그램은 상기 동력출력장치의 발전시스템, 전동기 및 축전유닛을 제어하는 제어시스템의 제1제어장치에 설치되어 그것에 의해 실행된다. 상기 제1제어프로그램은 구동에 필요한 요구동력을 설정하고, 상기 제2제어장치로부터의 상기 발전시스템과 전동기의 운전상태들을 입력하며, 상기 설정된 요구동력과 상기 발전시스템과 전동기의 운전상태들을 토대로, 상기 축전유닛의 입출력제한의 범위 내에서 상기 발전시스템 및 상기 전동기의 운전지령들을 작성하고, 상기 발전시스템 및 상기 전동기의 운전지령들을 상기 제2제어장치로 전송한다. 상기 발전시스템 및 상기 전동기의 운전들은 상기 운전지령들에 응답하여 제어된다. 이는 상기 발전시스템 및 상기 전동기의 적절한 제어를 보장한다.
본 발명의 제2제어프로그램은 동력출력장치의 제2제어장치에서 실행되는 제어프로그램에 관한 것으로, 상기 동력출력장치는: 전력을 발생시키기 위해 연료를 공급받는 발전시스템; 구동력을 출력하는 전동기; 상기 발전시스템 및 상기 전동기와 전력을 주고받는 축전유닛; 및 상기 발전시스템 및 상기 전동기의 운전지령들을 작성하는 제1제어장치와 상기 발전시스템 및 상기 전동기의 운전상태들을 입력하는 제2제어장치를 포함하는 다수의 제어장치를 구비하여, 상기 발전시스템, 상기 전동기 및 상기 축전유닛을 제어하는 제어시스템을 포함하고, 상기 제어프로그램은: 상기 제1제어장치로부터의 상기 발전시스템 및 상기 전동기의 운전지령들을 입력하는 모듈; 상기 발전시스템 및 상기 전동기의 운전상태들을 입력하는 모듈; 및 상기 발전시스템 및 상기 전동기의 입력된 운전지령들과 상기 발전시스템 및 상기 전동기의 입력된 운전상태들을 토대로, 상기 축전유닛의 입출력제한의 범위 내에서 상기 발전시스템 및 상기 전동기의 운전들을 제어하는 모듈을 포함한다.
본 발명의 제2제어프로그램은 상기 동력출력장치의 발전시스템, 전동기 및 축전유닛을 제어하는 제어시스템의 제2제어장치에 설치되어 그것에 의해 실행된다. 상기 제2제어프로그램은 상기 제1제어장치로부터의 상기 발전시스템과 전동기의 운전지령들을 입력하고, 상기 발전시스템 및 상기 전동기의 운전상태들을 입력하며, 상기 발전시스템 및 전동기의 입력된 운전지령들과 상기 발전시스템과 전동기의 입력된 운전상태들을 토대로, 상기 축전유닛의 입출력제한의 범위 내에서 상기 발전시스템 및 상기 전동기의 운전들을 제어한다. 예컨대, 통신 지연으로 인하여, 상기 제1제어장치에 의해 운전지령들을 작성하는 타이밍과 상기 제2제어장치에 의해 상기 발전시스템 및 상기 전동기의 운전들을 제어하는 타이밍간의 시간차가 있을 수도 있다. 이 경우에도, 상기 제2제어장치에 설치되어 그것에 의해 실행되는 제2제어프로그램은 상기 축전유닛의 입출력제한의 범위 내에서 상기 발전시스템 및 상기 전동기의 운전들을 제어한다. 이러한 형태는 축전유닛이 과도한 전력에 의해 과충전되거나 또는 과도한 전력 공급을 위해 과방전되는 것을 효과적으로 방지한다.
본 발명의 제3제어프로그램은 동력출력장치의 제1제어장치에서 실행되는 제어프로그램에 관한 것으로, 상기 동력출력장치는: 전원으로서의 내연기관; 구동력을 출력하는 전동기; 상기 전동기와 전력을 주고받는 축전유닛; 및 상기 전동기의 운전지령들을 작성하는 제1제어장치와 상기 전동기의 운전상태들을 입력하는 제2제어장치를 포함하는 다수의 제어장치를 구비하여, 상기 내연기관, 상기 전동기 및 상기 축전유닛을 제어하는 제어시스템을 포함하고, 상기 제어프로그램은: 구동에 필요한 요구동력을 설정하는 모듈; 상기 제2제어장치로부터의 상기 전동기의 운전상태들을 입력하는 모듈; 상기 설정된 요구동력과 상기 전동기의 입력된 운전상태들을 토대로, 상기 축전유닛의 입출력제한의 범위 이내에 있는 상기 내연기관의 운전지령들 및 상기 전동기의 운전지령들을 작성하는 모듈; 및 상기 전동기의 운전지령들을 상기 제2제어장치로 전송하는 모듈을 포함한다.
본 발명의 제3제어프로그램은 상기 동력출력장치의 내연기관, 전동기 및 축전유닛을 제어하는 제어시스템의 제1제어장치에 설치되어 그것에 의해 실행된다. 상기 제3제어프로그램은 구동에 필요한 요구동력을 설정하고, 상기 제2제어장치로부터의 상기 전동기의 운전상태를 입력하며, 상기 설정된 요구동력과 상기 전동기의 입력된 운전상태를 토대로, 상기 축전유닛의 입출력제한의 범위 내에서 상기 내연기관 및 상기 전동기의 운전지령들을 작성하고, 상기 전동기의 운전지령을 상기 제2제어장치로 전송한다. 상기 내연기관 및 상기 전동기의 운전들은 각각의 운전지령들에 응답하여 제어된다. 이는 상기 내연기관 및 상기 전동기의 적절한 제어를 보장한다.
본 발명의 제4제어프로그램은 동력출력장치의 제2제어장치에서 실행되는 제어프로그램에 관한 것으로, 상기 동력출력장치는: 전원으로서의 내연기관; 구동력을 출력하는 전동기; 상기 전동기와 전력을 주고받는 축전유닛; 및 상기 전동기의 운전지령들을 작성하는 제1제어장치와 상기 전동기의 운전상태들을 입력하는 제2제어장치를 포함하는 다수의 제어장치를 구비하여, 상기 내연기관, 상기 전동기 및 상기 축전유닛을 제어하는 제어시스템을 포함하고, 상기 제어프로그램은: 상기 제1제어장치로부터의 상기 전동기의 운전지령들을 입력하는 모듈; 상기 전동기의 운전상태들을 입력하는 모듈; 및 상기 전동기의 입력된 운전지령들과 상기 전동기의 입력된 운전상태들을 토대로, 상기 축전유닛의 입출력제한의 범위 내에서 상기 전동기의 운전들을 제어하는 모듈을 포함한다.
본 발명의 제4제어프로그램은 상기 동력출력장치의 내연기관, 전동기 및 축전유닛을 제어하는 제어시스템의 제2제어장치에 설치되어 그것에 의해 실행된다. 상기 제4제어프로그램은 상기 제1제어장치로부터의 상기 전동기의 운전지령을 입력하고, 상기 전동기의 운전상태를 입력하며, 상기 전동기의 입력된 운전지령과 상기 전동기의 입력된 운전상태를 토대로, 상기 축전유닛의 입출력제한의 범위 내에서 상기 전동기의 운전을 제어한다. 예컨대, 통신 지연으로 인하여, 상기 제1제어장치에 의해 운전지령을 작성하는 타이밍과 상기 제2제어장치에 의해 상기 전동기의 운전을 제어하는 타이밍간의 시간차가 있을 수도 있다. 이 경우에도, 상기 제2제어장치에 설치되어 그것에 의해 실행되는 제4제어프로그램은 상기 축전유닛의 입출력제한의 범위 내에서 상기 전동기의 운전을 제어한다. 이러한 형태는 축전유닛이 과도한 전력에 의해 과충전되거나 또는 과도한 전력 공급을 위해 과방전되는 것을 효과적으로 방지한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예의 하이브리드자동차의 구성예를 개략적으로 예시한 도면;
도 2는 배터리의 배터리 온도(Tb)에 대한 입력제한(Win) 및 출력제한(Wout)의 변량들을 도시한 도면;
도 3은 배터리의 충전상태(SOC)에 대한 입력제한보정계수 및 출력제한보정계 수의 변량들을 도시한 도면;
도 4는 본 실시예의 하이브리드자동차 상에 장착된 하이브리드전자제어유닛에 의해 실행되는 구동제어처리순서를 도시한 흐름도;
도 5는 요구토크설정맵의 일 례를 도시한 도면;
도 6은 목표회전속도(Ne*) 및 목표토크(Te*)를 설정하도록 엔진의 효율적인 동작라인을 도시한 도면;
도 7은 본 실시예의 하이브리드자동차 상에 장착된 동력분배통합기구에 포함된 각각의 회전요소들의 토크회전속도를 역학적으로 도시한 정렬차트;
도 8은 본 실시예의 하이브리드자동차 상에 장착된 모터 ECU에 의해 실행되는 모터제어처리순서를 도시한 흐름도;
도 9는 수정된 일 례의 또다른 하이브리드자동차의 구성예를 개략적으로 예시한 도면;
도 10은 또다른 수정예의 또다른 하이브리드자동차의 구성예를 개략적으로 예시한 도면; 및
도 11은 또다른 수정예로서 연료전지자동차의 구성예를 개략적으로 예시한 도면이다.
이하, 본 발명을 실시하는 한 가지 방법을 바람직한 실시예로서 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 있어서 동력출력장치가 그 위에 장착된 하이브리드자동차(20)의 구성예를 개략적으로 예시하고 있다. 예시된 바와 같이, 본 실시예의 하이브리드자동차(20)는 엔진(22), 상기 엔진(22)의 출력축으로서의 기능을 하는 크랭크축(26)과 댐퍼(28)를 통해 링크되는 3축식동력분배통합기구(30), 상기 동력분배통합기구(30)와 링크되어 전력을 발생시킬 수 있는 모터(MG1), 상기 동력분배통합기구(30)와 연결된 구동축으로서의 기능을 하는 링기어축(32a)에 부착된 리덕션기어(35), 상기 리덕션기어(35)와 링크된 또다른 모터(MG2), 및 전체 동력출력장치를 제어하는 하이브리드전자제어유닛(70)을 포함한다.
상기 엔진(22)은 동력을 출력하기 위해 가솔린 또는 경유와 같은 탄화수소 연료를 사용하는 내연기관이다. 엔진전자제어유닛(이하, 엔진 ECU라 함)(24)은 엔진(22)의 동작 상태들을 검출하는 각종 센서들로부터 신호들을 수신하고, 예컨대 연료분사제어, 점화제어, 및 흡기류조절과 같은 엔진(22)의 운전 제어를 담당한다. 상기 엔진 ECU(24)는 하이브리드전자제어유닛(70)으로부터 전송되는 제어 신호들에 응답하여, 상기 엔진(22)의 동작들을 제어하도록 상기 하이브리드전자제어유닛(70)과 통신하는 한편, 상기 엔진(22)의 동작 상태들에 관한 데이터를 요구사항들에 따라 상기 하이브리드전자제어유닛(70)으로 출력한다.
상기 동력분배통합기구(30)는 외부기어인 선기어(31), 내부기어이면서 상기 선기어(31)와 동심적으로 배치된 링기어(32), 상기 선기어(31) 및 링기어(32)와 맞물리는 다수의 피니언기어(33), 및 각각의 축상에서 자유 선회(free revolution) 및 자유 회전(free rotation)을 가능하게 하는 방식으로 상기 다수의 피니언기어(33)를 유지시키는 캐리어(34)를 구비한다. 즉, 상기 동력분배통합기구(30)는 회전요소로서 선기어(31), 링기어(32), 및 캐리어(34)의 차동운동을 고려하는 유성기 어기구로서 구성되어 있다. 상기 동력분배통합기구(30)에서의 캐리어(34), 선기어(31) 및 링기어(32)는 각각 링기어축(32a)을 통해 상기 엔진(22)의 크랭크축(26), 모터(MG1) 및 리덕션기어(35)와 결합되어 있다. 상기 모터(MG1)는 발전기로서의 기능을 하는 한편, 상기 엔진(22)으로부터 출력되고 상기 캐리어(34)를 통해 입력되는 동력이 기어비에 따라 상기 선기어(31) 및 상기 링기어(32)로 분배된다. 다른 한편으로, 상기 모터(MG1)는 모터로서 기능하지만, 상기 엔진(22)으로부터 출력되고 상기 캐리어(34)를 통해 입력되는 동력은, 상기 모터(MG1)으로부터 출력되고 상기 선기어(31)를 통해 입력되는 동력과 조합되고, 상기 합성 동력은 상기 링기어(32)로 출력된다. 따라서, 상기 링기어(32)로 출력되는 동력은 최종적으로 상기 링기어축(32a)으로부터 기어기구(60) 및 차동기어(62)를 통해 구동차륜(63a, 63b)으로 전달된다.
상기 모터(MG1, MG2) 양자 모두는 발전기로서 뿐만 아니라 모터로서도 구동되는 공지된 동기식전동기발전기(synchronous motor generators)로 구성된다. 상기 모터(MG1, MG2)는 인버터(41, 42)를 통해 배터리(50)와 전력을 주고 받는다. 인버터(41, 42)를 배터리(50)와 연결시키는 전력라인(54)들은 상기 두 인버터(41, 42)에 의해 공유되는 포지티브 단자 버스 라인(positive electrode bus line) 및 네거티브 단자 버스 라인(negative electrode bus line)을 포함한다. 이러한 형태는 상기 모터(MG1, MG2) 중 하나에 의해 발생되는 전력이 다른 모터에 의해 소비될 수 있게 한다. 두 모터(MG1, MG2)의 동작들은 모터전자제어유닛(이하, 모터 ECU라 함)(40)에 의해 제어된다. 상기 모터 ECU(40)는 CPU(40a)를 포함하는 마이크로프로 세서, 처리프로그램을 저장하는 ROM(40b), 데이터를 임시 저장하는 RAM(40c) 및 예시되지 않은 입출력포트와 예시되지 않은 통신포트로 구성되어 있다. 상기 모터 ECU(40)는 상기 모터(MG1, MG2)의 동작들을 제어하는데 필요한 각종 신호들, 예컨대 상기 모터(MG1, MG2)에서의 회전자들의 회전위치들을 검출하는 회전위치검출센서(43, 44)로부터의 신호들 및 전류센서들(도시안됨)에 의해 측정되고 상기 모터(MG1, MG2)로 인가될 상전류들을 수신한다. 상기 모터 ECU(40)는 스위칭 제어 신호들을 상기 인버터(41, 42)로 출력한다. 상기 모터 ECU(40)는 상기 하이브리드전자제어유닛(70)으로부터 전달되는 제어 신호들에 응답하여, 상기 모터(MG1, MG2)들의 동작을 제어하도록 하이브리드전자제어유닛(70)과 통신하는 한편, 상기 모터(MG1, MG2)의 동작 상태들에 관한 데이터를 상기 요구사항들에 따라 상기 하이브리드전자제어유닛(70)으로 출력한다.
상기 배터리(50)는 배터리전자제어유닛(이하, 배터리 ECU라고 함)(52)의 제어 하에 있다. 상기 배터리 ECU(52)는 상기 배터리(50)의 제어에 필요한 각종 신호들, 예컨대 배터리(50)의 단자들 사이에 배치된 전압센서(도시안됨)에 의해 측정되는 상호단자전압, 상기 배터리(50)의 출력단자와 연결되어 있는 전력라인(54)에 부착된 전류센서(도시안됨)에 의해 측정되는 충방전 전류, 및 상기 배터리(50)에 부착된 온도센서(도시안됨)에 의해 측정되는 배터리 온도(Tb)를 입력한다. 상기 배터리 ECU(52)는 이들 입력들을 토대로, 배터리(50)의 잔여충전레벨 또는 현재충전상태(SOC), 충방전 요구파워(Pb*), 입력제한(Win), 및 출력제한(Wout)을 계산한다. 상기 배터리(50)의 충전상태(SOC)는 전류센서에 의해 측정되는 충방전 전류의 적분 으로부터 계산된다. 상기 충방전 요구파워(Pb*)는 상기 충전상태(SOC)에 따라 설정된다. 상기 배터리(50)의 입력제한(Win) 및 출력제한(Wout)은, 상기 배터리 온도(Tb)에 대응하는 입력제한(Win) 및 출력제한(Wout)의 기본값들을 설정하고, 상기 배터리(50)의 충전상태(SOC)에 대응하는 입력제한보정계수 및 출력제한보정계수를 특정하며, 상기 입력제한(Win) 및 출력제한(Wout)의 기본값들을 상기 특정된 입력제한보정계수 및 출력제한보정계수와 곱하여 계산된다. 도 2는 배터리 온도(Tb)에 대한 입력제한(Win) 및 출력제한(Wout)의 변량들을 보여준다. 도 3은 배터리(50)의 충전상태(SOC)에 대한 입력제한보정계수 및 출력제한보정계수의 변량들을 보여준다. 상기 배터리 ECU(52)는 하이브리드전자제어유닛(70)과 통신하여, 상기 하이브리드전자제어유닛(70)으로부터의 제어신호들에 응답하여, 상기 배터리(50)의 상태들에 관한 데이터, 예컨대 충전상태(SOC), 충방전 요구파워(Pb*), 입출력제한(Win, Wout)을 상기 하이브리드전자제어유닛(70)으로 출력한다.
상기 하이브리드전자제어유닛(70)은 CPU(72)를 포함하는 마이크로프로세서, 처리 프로그램들을 저장하는 ROM(74), 임시로 데이터를 저장하는 RAM(76), 및 예시되지 않은 입출력포트와 예시되지 않은 통신포트로 구성되어 있다. 상기 하이브리드전자제어유닛(70)은 상기 입력포트를 통해 각종 입력을 수신한다: 점화스위치(80)로부터의 점화신호, 변속레버(81)의 현재위치를 검출하는 변속위치센서(82)로부터의 변속위치(SP), 액셀러레이터페달(83)의 밟는 정도를 측정하는 액셀러레이터페달위치센서(84)로부터의 액셀러레이터개방도(Acc), 브레이크페달(85)의 밟는 정도를 측정하는 브레이크페달위치센서(86)로부터의 브레이크페달위치(BP), 및 차 량속도센서(88)로부터의 차량속도(V). 상기 하이브리드전자제어유닛(70)은 상기 통신포트를 통해 상기 엔진 ECU(24), 상기 모터 ECU(40) 및 상기 배터리 ECU(52)와 통신하여, 앞서 언급한 바와 같이 각종 제어 신호들과 데이터를 상기 엔진 ECU(24), 상기 모터 ECU(40) 및 상기 배터리 ECU(52)와 주고 받게 된다.
이렇게 구성된 상기 실시예의 하이브리드자동차(20)는, 차량속도(V) 및 운전자가 액셀러레이터페달(83)을 밟는 정도에 대응하는 액셀러레이터개방도(Acc)를 토대로, 구동축으로서의 기능을 하는 링기어축(32a)으로 출력될 요구토크를 계산한다. 상기 엔진(22) 및 모터(MG1, MG2)는 상기 계산된 요구토크에 대응하는 동력의 필요한 레벨을 상기 링기어축(32a)으로 출력하기 위한 운전 제어를 받는다. 상기 엔진(22) 및 모터(MG1, MG2)의 운전 제어는 토크변환구동모드, 충방전구동모드 및 모터구동모드 가운데 한 가지를 선택적으로 실행한다. 상기 토크변환구동모드는, 필요한 레벨의 동력과 등가인 동력량을 출력하기 위해 상기 엔진(22)의 운전들을 제어하는 한편, 상기 엔진(22)으로부터 출력되는 모든 동력이 상기 동력분배통합기구(30) 및 모터(MG1, MG2)에 의하여 토크 변환되도록 그리고 상기 링기어축(32a)으로 출력되도록 상기 모터(MG1, MG2)를 구동 및 제어한다. 상기 충방전구동모드는, 배터리(50)를 충전 및 방전하는데 소모되는 전력량과 필요한 레벨의 동력의 합에 등가인 동력량을 출력하기 위해 상기 엔진(22)의 동작들을 제어하는 한편, 상기 배터리(50)의 충전 또는 방전과 동시에, 상기 엔진(22)으로부터 출력되는 동력의 전부 또는 일부가 상기 동력분배통합기구(30) 및 모터(MG1, MG2)에 의하여 토크 변환되도록 그리고 상기 링기어축(32a)으로 출력되도록 상기 모터(MG1, MG2)를 구동 및 제어한다. 상기 모터구동모드는 상기 엔진(22)의 운전들을 중단시키고, 필요한 레벨의 동력에 등가인 동력량을 상기 링기어축(32a)에 출력하도록 상기 모터(MG2)를 구동 및 제어한다.
이하, 상술된 구성을 갖는 실시예의 하이브리드자동차(20)의 동작들에 관하여 기술한다. 도 4는 하이브리드전자제어유닛(70)에 의해 실행되는 구동제어처리순서를 도시한 흐름도이다. 이러한 처리순서는 소정의 시간 간격, 예컨대 수 msec 마다 반복해서 수행된다.
도 4의 구동제어처리순서에 있어서, 하이브리드전자제어유닛(70)의 CPU(72)는 우선 제어에 필요한 각종 데이터, 즉 액셀러레이터페달위치센서(84)로부터의 액셀러레이터개방도(Acc), 브레이크페달위치센서(86)로부터의 브레이크페달위치(BP), 차량속도센서(88)로부터의 차량속도(V), 모터(MG1, MG2)의 회전속도(Nm1, Nm2), 배터리(50)의 충방전 요구파워(Pb*), 및 입력제한(Win)과 출력제한(Wout)을 입력한다(단계 S100). 상기 모터(MG1, MG2)의 회전속도(Nm1, Nm2)는 회전위치검출센서(43, 44)에 의해 검출되는 상기 모터(MG1, MG2) 내의 각각의 회전자들의 회전 위치들로부터 계산되고, 통신에 의해 상기 모터 ECU(40)로부터 수신된다. 상기 배터리(50)의 충방전 요구파워(Pb*)와 입력제한(Win) 및 출력제한(Wout)은 배터리 ECU(52)에 의해 설정되거나 계산되고, 통신에 의해 수신된다.
데이터 입력 후, 상기 CPU(72)는 입력된 액셀러레이터개방도(Acc), 입력된 브레이크페달위치(BP), 및 입력된 차량속도(V)를 토대로, 상기 하이브리드자동차(20)에 필요한 토크로서 상기 구동차륜(63a, 63b)에 링크된 구동축 또는 링기어 축(32a)으로 출력될 요구토크(Tr*) 및 상기 엔진(22)으로부터 출력될 엔진요구파워(Pe*)를 설정한다(단계 S110). 본 실시예에서의 요구토크(Tr*)을 설정하는 구체적인 절차는 액셀러레이터개방도(Acc), 브레이크페달위치(BP), 및 차량속도(V)에 대한 요구토크(Tr*)의 변량들을 요구토크설정맵으로서 상기 ROM(74) 내에 사전에 미리 저장하고, 상기 요구토크설정맵으로부터 주어진 액셀러레이터개방도(Acc), 주어진 브레이크페달위치(BP), 및 주어진 차량속도(V)에 대응하는 요구토크(Tr*)를 판독한다. 상기 요구토크설정맵의 일 례가 도 5에 도시되어 있다. 상기 엔진요구파워(Pe*)는 요구토크(Tr*)와 링기어축(32a)의 회전속도(Nr)의 곱, 상기 배터리(50)로 충전되거나 그로부터 방전될 충방전 요구파워(Pb*) 및 잠재손실의 합으로 계산된다. 상기 링기어축(32a)의 회전속도(Nr)는 차량속도(V)에 소정의 변환계수(k)를 곱하거나 또는 모터(MG2)의 회전속도(Nm2)를 상기 리덕션기어(35)의 기어비(Gr)로 나눔으로써 얻어진다.
상기 CPU(72)는 후속해서 상기 엔진요구파워(Pe*)에 대응하는 엔진(22)의 목표회전속도(Ne*) 및 목표토크(Te*)를 설정한다(단계 S120). 상기 엔진(22)의 목표회전속도(Ne*) 및 목표토크(Te*)는 상기 엔진(22)의 효율적인 운전을 보장하는 효율적인 동작라인 및 상기 엔진요구파워(Pe*)의 곡선에 따라 결정된다. 도 6은 목표회전속도(Ne*) 및 목표토크(Te*)를 설정하기 위한 상기 엔진(22)의 효율적인 동작라인을 보여준다. 도 6에 명확하게 도시된 바와 같이, 상기 목표회전속도(Ne*) 및 목표토크(Te*)는 효율적인 동작라인과 일정한 엔진요구파워(Pe*)의 곡선의 교차점으로서 주어진다(= Ne* × Te*).
상기 CPU(72)는 아래에 주어진 수학식 1에 따라 엔진(22)의 목표회전속도(Ne*)로부터의 모터(MG1)의 목표회전속도(Nm1*), 링기어축(32a)의 회전속도(Nr)(=Nm2/Gr), 및 동력분배통합기구(30)의 기어비(ρ)를 계산하는 한편, 아래에 주어진 수학식 2에 따라, 상기 계산된 목표회전속도(Nm1*)로부터의 모터(MG1)의 토크지령(Tm1*) 및 상기 모터(MG1)의 현재회전속도(Nm1)를 계산한다(단계 S130).
Nm1* = Ne*·(1+ρ)/ρ - Nm2/(Gr·ρ)
Tm1* = 앞선 Tm1* + k1(Nm1*-Nm1) + k2∫(Nm1*-Nm1)dt
수학식 1은 동력분배통합기구(30)에 포함된 회전요소들의 역학적인 관계식이다. 도 7은 동력분배통합기구에 포함된 각각의 회전요소들을 역학적으로 설명하는 토크-회전속도를 도시한 정렬차트이다. 좌측 축선 'S'는 모터(MG1)의 회전속도(Nm1)에 등가인 선기어(31)의 회전속도를 나타낸다. 중간 축선 'C'는 엔진(22)의 회전속도(Ne)에 등가인 캐리어(34)의 회전속도를 나타낸다. 우측 축선 'R'은 모터(MG2)의 회전속도(Nm2)에 리덕션기어(35)의 기어비(Gr)를 곱하여 얻어지는 링기어(32)의 회전속도(Nr)를 나타낸다. 수학식 1은 도 7의 상기 정렬차트로부터 쉽게 유도된다. 'R' 축선 상의 두꺼운 두 화살표들은 각각 목표회전속도(Ne*)의 특정 구동점에서 정지 동작에서 토크(Te*)가 엔진(22)으로부터 출력될 때 링기어축(32a)으로 전달되는 토크와 목표토크(Te*) 및 토크(Tm2*)가 모터(MG2)로부터 출력될 때 리덕션기어(35)를 통해 링기어축(32a)으로 인가되는 토크를 보여준다. 수학식 2는 상 기 모터(MG1)를 목표회전속도(Nm1*)로 구동 및 회전하기 위한 피드백 제어의 관계식이다. 상기 주어진 수학식 2에서, 우변의 두번째 항의 'k1'과 세번째 항의 'k2'는 각각 비례항의 게인 및 적분항의 게인을 나타낸다.
상기 모터(MG1)의 목표회전속도(Nm1*) 및 토크지령(Tm1*)의 계산 후, 상기 CPU(72)는 아래에 주어진 수학식 3 및 수학식 4에 따라, 상기 모터(MG2)로부터 출력되는 최소 및 최대 토크로서 하한토크(Tmin) 및 상한토크(Tmax)를 계산한다(단계 S140).
Tmin = (Win - Tm1*·Nm1 - Lset) / Nm2
Tmax = (Wout - Tm1*·Nm1 - Lset) / Nm2
상기 하한토크(Tmin)는 모터(MG1)의 전력소비(발전)를 나타내는 상기 모터(MG1)의 입력된 현재회전속도(Nm1)와 토크지령(Tm1*)의 곱과 잠재손실(Lset)을 상기 배터리(50)의 입력제한(Win)으로부터 감산하고, 상기 감산 결과를 상기 모터(MG2)의 입력된 현재회전속도(Nm2)로 나눔으로써 얻어진다. 상기 상한토크(Tmax)는 상기 모터(MG1)의 입력된 현재회전속도(Nm1)와 토크지령(Tm1*)의 곱과 잠재손실(Lset)을 상기 배터리(50)의 출력제한(Wout)으로부터 감산하고, 상기 감산 결과를 상기 모터(MG2)의 입력된 현재회전속도(Nm2)로 나눔으로써 얻어진다. 그 후, 상기 CPU(72)는 아래에 주어진 수학식 5에 따라, 상기 요구토크(Tr*)로부터의 상기 모터(MG2)로부터 출력될 임시모터토크(Tm2tmp), 상기 모터(MG1)의 토크지령(Tm1*), 상기 동력분배통합기구(30)의 기어비(ρ), 및 상기 리덕션기어(35)의 기어비(Gr)를 계산한다(단계 S150).
Tm2tmp = (Tr* + Tm1*/ρ) / Gr
상기 CPU(72)는 임시모터토크(Tm2tmp)를 상기 계산된 하한토크(Tmin)과 상한토크(Tmax) 사이의 범위로 제한하여, 상기 모터(MG2)의 토크지령(Tm2*)을 설정하게 된다(단계 S160). 상기 잠재손실(Lset)은 모터(MG1)의 손실(Lm1), 모터(MG2)의 손실(Lm2), 보조기계손실(La) 및 캐패시터 충방전 전력(Pc)을 포함한다. 상기 보조기계손실(La) 및 캐패시터 충방전 전력(Pc)은 상이한 처리순서(도시안됨)에 따라 설정된다. 이러한 방식으로 상기 모터(MG2)의 토크지령(Tm2*)을 설정하는 것은 상기 링기어축(32a) 또는 상기 구동축으로 출력될 토크지령(Tr*)을 상기 배터리(50)의 입력제한(Win)과 출력제한(Wout) 사이의 범위 이내로 제한한다. 수학식 5는 도 7의 정렬차트로부터 쉽게 유도된다.
상기 엔진(22)의 목표회전속도(Ne*) 및 목표토크(Te*)와 상기 모터(MG1, MG2)의 토크지령(Tm1*, Tm2*)을 설정한 후, 상기 CPU(72)는 상기 목표회전속도(Ne*) 및 목표토크(Te*)를 엔진 ECU(24)로 전송하고, 상기 토크지령(Tm1*, Tm2*)은 상기 배터리(50)의 입력제한(Win) 및 출력제한(Wout)과 함께 상기 모터 ECU(40)로 전송한 다음(단계 S170), 도 4의 구동제어처리순서를 빠져나온다. 상기 엔진 ECU(24)는 엔진(22)의 목표회전속도(Ne*) 및 목표토크(Te*)를 수신하고, 상기 목표회전속도(Ne*) 및 목표토크(Te*)에 의해 한정되는 특정 구동점에서 상기 엔진(22) 을 구동하도록 연료분사제어 및 점화제어를 수행한다. 상기 모터 ECU(40)는 상기 모터(MG1, MG2)의 토크지령(Tm1*, Tm2*) 및 상기 배터리(50)의 입출력제한(Win, Wout)을 수신하고, 도 8의 모터제어처리순서를 실행하여, 상기 모터(MG1, MG2)를 구동 및 제어하게 된다. 상기 모터 제어는 모터 ECU(40)에 의해 실행되는 모터제어처리순서(도 8)를 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 상기 모터제어처리순서는 소정의 시간 간격, 예컨대 매 수 msec 마다 상기 모터 ECU(40)에 의하여 반복해서 수행된다.
도 8의 모터제어처리순서에 있어서, 상기 모터 ECU(40)의 CPU(40a)는 우선 제어에 필요한 각종 데이터, 즉 모터(MG1, MG2)의 토크지령(Tm1*, Tm2*)과 회전속도(Nm1, Nm2) 및 배터리(50)의 입력제한(Win)과 출력제한(Wout)을 입력한다(단계 S200). 여기서 상기 토크지령(Tm1*, Tm2*)과 배터리(50)의 입력제한(Win) 및 출력제한(Wout)은 상기 하이브리드전자제어유닛(70)으로부터 사전에 미리 수신되어, 상기 RAM(40c)의 특정 주소에 기록되어 있다. 여기서 상기 모터(MG1, MG2)의 회전속도(Nm1, Nm2)는 회전속도계산처리순서(도시안됨)에 따라 회전위치검출센서(43, 44)에 의해 검출되는 상기 모터(MG1, MG2)의 각각의 회전자들의 회전위치들로부터 미리 계산되어, 상기 RAM(40c)에 기록되어 있다.
데이터 입력 후, 상기 CPU(40a)는 토크지령(Tm1*)을 모터(MG1)의 회전속도(Nm1)와 곱하고, 토크지령(Tm2*)은 모터(MG2)의 회전속도(Nm2)와 곱하여, 상기 모터(MG1, MG2)의 모터전력(Pm1, Pm2)을 계산하게 된다(단계 S210). 상기 모터전력(Pm1(Pm2))은 상기 토크지령(Tm1*(Tm2*))에 의해 구동되는 모터(MG1(MG2))에 의 해 소비되거나 발생되는 전력의 레벨로서 주어진다. 그 후, 상기 배터리(50)의 입출력전력(Pio)은 계산된 모터전력(Pm1), 계산된 모터전력(Pm2) 및 잠재손실(Lset)을 합산하여 계산된다(단계 S220). 상기 계산된 입출력전력(Pio)은 상기 배터리(50)의 입력제한(Win) 및 출력제한(Wout)과 비교된다(단계 S230). 상기 모터(MG1, MG2)의 토크지령(Tm1*, Tm2*)은 상기 하이브리드전자제어유닛(70)에 의하여 상기 배터리(50)의 입력제한(Win) 및 출력제한(Wout)의 범위 이내에 있도록 설정되었다. 상기 계산된 입출력전력(Pio)은 모터제어처리순서의 동작 빈도(activation frequency) 및 가능성 있는 통신 지연을 고려하지 않고도 상기 배터리(50)의 입력제한(Win) 및 출력제한(Wout)의 범위에 들어갈 것으로 예상된다. 하지만, 실제 상태에서는, 모터 ECU(40)에 의한 모터제어처리순서의 동작 빈도가 상기 하이브리드전자제어유닛(70)에 의한 구동제어처리순서(도 4 참조)의 동작 빈도보다 높을 수도 있다. 또한, 하이브리드전자제어유닛(70)으로부터 모터 ECU(40)로의 통신에 필요한 시간에 기초한 지연(통신 지연)이 있을 수도 있다. 상기 통신 지연 또는 상이한 동작 빈도는 상기 모터 ECU(40)에 의한 모터 제어 시의 상기 모터(MG1, MG2)의 회전속도(Nm1, Nm2)가 상기 토크지령(Tm1*, Tm2*)을 설정하기 위한 상기 하이브리드전자제어유닛(70)에 의한 구동 제어 시의 상기 모터(MG1, MG2)의 회전속도(Nm1, Nm2)로부터 바뀌도록 한다. 이러한 경우, 상기 계산된 입출력전력(Pio)은 상기 배터리(50)의 입력제한(Win) 및 출력제한(Wout)의 범위를 벗어나게 된다.
계산된 입출력전력(Pio)이 단계 S230에서 배터리(50)의 입력제한(Win) 및 출 력제한(Wout)의 범위 이내에 있는 경우, 즉 상기 입출력전력(Pio)이 입력제한(Win) 보다는 작지 않고 출력제한(Wout) 보다는 크지 않은 경우에는, 배터리(50)가 과도한 전력으로 과충전되거나 또는 과도한 전력 공급을 위해 과방전될 위험이 전혀 없다. 이 경우, 상기 모터 ECU(40)는 상기 모터(MG1, MG2)로부터의 상기 하이브리드전자제어유닛(70)에 의해 설정된 토크지령(Tm1*, Tm2*)의 출력을 보장하도록 상기 인버터(41, 42) 내에 포함된 스위칭요소들의 스위칭 제어를 수행한 다음, 도 8의 모터제어처리순서를 종료한다. 이에 따라, 상기 모터(MG1, MG2)는 토크지령(Tm1*, Tm2*)과 등가인 토크들을 출력한다.
계산된 입출력전력(Pio)이 단계 S230에서 배터리(50)의 입력제한(Win)보다 작은 경우에는, 배터리(50)가 과도한 전력에 의해 과충전될 위험이 있다. 이 경우, 상기 모터 ECU(40)는 아래에 주어진 수학식 6에 따라 모터(MG1)의 토크지령(Tm1*)을 재설정하여, 상기 입출력전력(Pio)을 상기 배터리(50)의 입력제한(Win)보다 크거나 같게 만든다(단계 S240).
Tm1* = [Win - (Pm2+Lset)] / Nm1
상기 재설정된 토크지령(Tm1*)은 하이브리드전자제어유닛(70)으로 보내진다(단계 S250). 상기 모터 ECU(40)는 상기 모터(MG1)로부터의 재설정된 토크지령(Tm1*)의 출력과 상기 모터(MG2)로부터의 하이브리드전자제어유닛(70)에 의해 설정되는 토크지령(Tm2*)의 출력을 보장하도록, 상기 인버터(41, 42) 내에 포함된 스위칭요소들의 스위칭 제어를 수행한 다음(단계 S300), 도 8의 모터제어처리순서를 종료한다. 이러한 형태는 배터리(50)가 과도한 전력으로 과충전되는 것을 효과적으로 방지한다. 상기 모터(MG1)의 회전축은 상기 동력분배통합기구(30)에 의하여 상기 엔진(22)의 크랭크축(26)에 연결되어 있다. 따라서, 상기 모터(MG1)의 출력토크의 변경은 상기 엔진(22)의 회전속도(Ne)를 예상치 못한 고레벨로 증가시킬 수도 있다. 상기 모터 ECU(40)는 상기 엔진(22)이 예상치 못한 고레벨로 회전하는 것을 방지하기 위하여 단계 S250에서 상기 모터(MG1)의 재설정된 토크지령(Tm1*)을 상기 하이브리드전자제어유닛(70)으로 전송한다. 상기 하이브리드전자제어유닛(70)은 재설정된 토크지령(Tm1*)을 수신하고, 흡기타이밍을 변경하기 위한 제어신호, 연료분사량을 변경하기 위한 제어신호 및 점화타이밍을 변경하기 위한 제어신호를 엔진 ECU(24)로 전송하여, 상기 엔진(22)의 회전속도(Ne)가 갑작스럽게 증가하는 것을 방지하게 된다. 상기 엔진 ECU(24)는 이들 수신된 제어신호들에 따라 흡기조절, 연료분사제어 및 엔진(22)의 점화제어를 수행한다. 이러한 제어는 엔진(22)이 예상치 못한 고레벨로 회전하는 것을 효과적으로 방지한다.
계산된 입출력전력(Pio)이 단계 S230에서 배터리(50)의 출력제한(Wout)보다 크면, 상기 배터리(50)가 과도한 전력을 공급하기 위해 과방전될 위험이 있다. 이 경우, 상기 모터 ECU(40)는 아래에 주어진 수학식 7에 따라 모터(MG2)의 토크지령(Tm2*)을 재설정하여, 상기 입출력전력(Pio)을 상기 배터리(50)의 출력제한(Wout)보다 작거나 같게 만든다(단계 S260).
Tm2* = [Wout - (Pm1+Lset)] / Nm2
그 후, 상기 재설정된 토크지령(Tm2*)이 0 보다 작은 지를 판정한다. 재설정된 토크지령(Tm2*)이 0 보다 작지 않으면(단계 S270 : no), 상기 모터 ECU(40)는 상기 모터(MG2)로부터의 재설정된 토크지령(Tm2*)의 출력과 상기 모터(MG1)로부터의 하이브리드전자제어유닛(70)에 의해 설정되는 토크지령(Tm1*)의 출력을 보장하도록, 상기 인버터(41, 42) 내에 포함된 스위칭요소들의 스위칭 제어를 수행한 다음(단계 S300), 도 8의 모터제어처리순서를 종료한다. 다른 한편으로, 상기 재설정된 토크지령(Tm2*)이 0 보다 작으면(단계 S270 : yes), 상기 토크지령(Tm2*)은 0 으로 설정된다(단계 S280). 그 후, 상기 모터 ECU(40)는 아래에 주어진 수학식 8에 따라 상기 모터(MG1)의 토크지령(Tm1*)을 재설정하여, 0 과 같은 토크지령(Tm2*)이 상기 모터(MG2)로부터 출력되는 상태에서, 상기 입출력전력(Pio)을 상기 배터리(50)의 출력제한(Wout)보다 작거나 같게 만든다(단계 S290).
Tm1* = (Wout - Lset) / Nm1
상기 모터 ECU(40)는 상기 모터(MG1)로부터의 재설정된 토크지령(Tm1*)의 출력과 상기 모터(MG2)로부터의 재설정된 토크지령(Tm2*)의 출력을 보장하도록, 상기 인버터(41, 42)에 포함된 스위칭요소들의 스위칭 제어를 수행한 다음(단계 S300), 도 8의 모터제어처리순서를 종료한다. 이러한 형태는 배터리(50)가 과도한 전력 공급을 위해 과방전되는 것을 효과적으로 방지한다. 상기 재설정된 토크지령(Tm2*)이 0 보다 작으면, 상기 모터제어처리순서는 상기 토크지령(Tm2*)을 0 으로 설정하고, 상기 모터(MG1)의 토크지령(Tm1*)을 재설정하여, 상기 입출력전력(Pio)을 상기 배 터리(50)의 출력제한(Wout)보다 작거나 같게 만든다. 이러한 제어는 하이브리드자동차(20)의 예상치 못한 움직임을 방지하고자 함이다. 상기 재설정된 토크지령(Tm2*)이 0 보다 작으면, 상기 모터(MG2)는 하이브리드자동차(20)의 정지 시에 반전 토크를 출력하면서, 전력을 회생시키고 상기 하이브리드자동차(20)의 전진 구동 시에 제동 토크를 출력한다. 이는 하이브리드자동차(20)가 운전자의 예상치 못한 행동을 하도록 할 수도 있다. 상기 일련의 제어는 이러한 하이브리드자동차(20)의 예상치 못한 움직임을 방지한다. 수학식 8은 모터전력(Pm2)의 항을 포함하지 않는데, 그 이유는 토크지령(Tm2*)이 0 으로 설정되어 있기 때문이다.
상술된 실시예의 하이브리드자동차(20)에서는, 하이브리드전자제어유닛(70)과 모터 ECU(40)간의 통신 지연이 있는 경우 또는 상기 하이브리드전자제어유닛(70)에 의한 구동제어처리순서의 동작 빈도와 상기 모터 ECU(40)에 의한 모터제어처리순서의 동작 빈도간의 차이가 있는 경우, 상기 모터 ECU(40)가 모터(MG1, MG2)의 토크(Tm1*, Tm2*)를 재설정하여, 상기 입출력전력(Pio)을 상기 배터리(50)의 입력제한(Win)과 출력제한(Wout)의 범위 이내에 있도록 한다. 따라서, 상기 모터(MG1, MG2)가 상기 배터리(50)의 입력제한(Win)과 출력제한(Wout)의 범위 내에서 구동될 수 있다. 이러한 형태는 배터리(50)가 과도한 전력에 의해 과충전되거나 과도한 전력 공급을 위해 과방전되는 것을 효과적으로 방지한다. 상기 입출력전력(Pio)이 배터리(50)의 입력제한(Win)보다 작으면, 상기 모터(MG1)의 토크지령(Tm1*)은 표준발전제어(회생제어) 하에 재설정되어, 상기 입출력전력(Pio)을 상기 배터리(50)의 입력제한(Win)보다 크거나 같게 만든다. 따라서, 모터(MG1, MG2) 가 상기 배터리(50)의 입력제한(Win)과 출력제한(Wout)의 범위 내에서 용이하게 구동될 수 있다. 상기 재설정된 토크지령(Tm1*)은 하이브리드전자제어유닛(70)으로 전송된 다음, 상기 엔진 ECU(24)로 제어신호들을 전송하여, 엔진(22)의 회전속도(Ne)가 갑작스럽게 증가하는 것을 방지하게 된다. 이는 엔진(22)의 회전속도(Ne)가 토크지령(Tm1*)의 재설정으로 인하여 예상치 못한 고레벨로 증가하는 것을 효과적으로 방지한다. 다른 한편으로, 상기 입출력전력(Pio)이 배터리(50)의 상기 배터리(50)의 출력제한(Wout)보다 크면, 상기 모터(MG2)의 토크지령(Tm2*)은 표준구동제어(파워제어) 하에 재설정되어, 상기 입출력전력(Pio)을 상기 배터리(50)의 출력제한(Wout)보다 작거나 같게 만든다. 따라서, 모터(MG1, MG2)가 상기 배터리(50)의 입력제한(Win)과 출력제한(Wout)의 범위 내에서 용이하게 구동될 수 있다. 상기 재설정된 토크지령(Tm2*)이 0 보다 작으면, 상기 모터제어는 상기 토크지령(Tm2*)을 0 으로 설정하고, 상기 모터(MG1)의 토크지령(Tm1*)을 재설정하여, 상기 입출력전력(Pio)을 상기 배터리(50)의 출력제한(Wout)보다 작거나 같게 만든다. 이는 0 보다 작은 토크지령(Tm2*)의 설정으로 인하여, 예컨대 하이브리드자동차(20)의 예상치 못한 움직임과 같은 잠재적인 곤란함을 효과적으로 방지한다.
본 실시예의 하이브리드자동차(20)에 있어서, 상기 입출력전력(Pio)이 배터리(50)의 입력제한(Win)보다 작으면, 상기 모터제어는 모터(MG1)의 토크지령(Tm1*)을 재설정하여, 상기 입출력전력(Pio)을 상기 배터리(50)의 입력제한(Win)보다 크거나 같게 만든다. 상기 모터 제어의 수정된 일 흐름은 모터(MG1)의 토크지령(Tm1*)과 모터(MG2)의 토크지령(Tm2*) 양자 모두를 재설정하여, 상기 입출력전 력(Pio)을 상기 배터리(50)의 입력제한(Win)보다 크거나 같게 만들 수도 있다. 상기 모터 제어의 수정된 또다른 흐름은 모터(MG2)의 토크지령(Tm2*)만을 재설정하여, 상기 입출력전력(Pio)을 상기 배터리(50)의 입력제한(Win)보다 크거나 같게 만들 수도 있다.
본 실시예의 하이브리드자동차(20)에 있어서, 상기 입출력전력(Pio)이 배터리(50)의 출력제한(Wout)보다 크면, 상기 모터 제어는 모터(MG2)의 토크지령(Tm2*)을 재설정하여, 상기 입출력전력(Pio)을 상기 배터리(50)의 출력제한(Wout)보다 작거나 같게 만든다. 상기 모터 제어의 수정된 일 흐름은 모터(MG1)의 토크지령(Tm1*)과 모터(MG2)의 토크지령(Tm2*) 양자 모두를 재설정하여, 상기 입출력전력(Pio)을 상기 배터리(50)의 출력제한(Wout)보다 작거나 같게 만들 수도 있다. 상기 모터 제어의 수정된 또다른 흐름은 모터(MG1)의 토크지령(Tm1*)만을 재설정하여, 상기 입출력전력(Pio)을 상기 배터리(50)의 출력제한(Wout)보다 작거나 같게 만들 수도 있다.
본 실시예의 하이브리드자동차(20)에 있어서, 상기 입출력전력(Pio)이 배터리(50)의 입력제한(Win)보다 작으면, 상기 모터(MG1)의 토크지령(Tm1*)이 재설정되고, 상기 하이브리드전자제어유닛(70)으로 전송된다. 하지만, 재설정된 토크지령(Tm1*)을 하이브리드전자제어유닛(70)로 전송하는 것은 요지가 아니며 생략될 수도 있다.
본 실시예의 하이브리드자동차(20)에 있어서, 상기 배터리(50)의 입력제한(Win) 및 출력제한(Wout)은 상기 토크지령(Tm1*, Tm2*)과 동시에 상기 하이브리 드전자제어유닛(70)으로부터 상기 모터 ECU(40)로 전송된다. 대안적으로, 상기 모터 ECU(40)는 상기 배터리 ECU(52)로부터 상기 배터리(50)의 입력제한(Win) 및 출력제한(Wout)을 수신할 수도 있다.
본 실시예의 하이브리드자동차(20)에 있어서, 모터(MG2)의 동력은 리덕션기어(35)에 의해 변속되어 링기어축(32a)으로 출력된다. 본 발명의 원리는 또한 도 9에 도시된 수정된 구조의 하이브리드자동차(20)에도 적용가능한데, 여기서 상기 모터(MG2)의 동력은 상기 링기어축(32a)과 연결된 차축(즉, 차륜(63a, 63b)과 링크된 차축)과 상이한 또다른 차축(즉, 차륜(64a, 64b)과 링크된 차축)으로 출력된다.
본 실시예의 하이브리드자동차(20)에 있어서, 상기 엔진(22)의 동력은 동력분배통합기구(30)를 통해 구동차륜(63a, 63b)과 링크된 구동축으로서의 기능을 하는 링기어축(32a)으로 출력된다. 본 발명의 원리는 또한 페어-회전자전동기(230)가 탑재된 도 10에 도시된 또다른 수정된 구조의 하이브리드자동차(220)에도 적용가능하다. 상기 페어-회전자전동기(230)는 엔진(22)의 크랭크축(26)에 연결된 내측 회전자(232) 및 구동차륜(63a, 63b)으로 동력을 출력하는 구동축에 연결된 외측 회전자(234)를 포함한다. 상기 페어-회전자전동기(230)는 엔진(22)의 출력 동력의 일부를 구동축으로 전달하는 한편, 나머지 엔진출력동력을 전력으로 변환한다.
본 실시예의 하이브리드자동차(20)에는 엔진(22), 동력분배통합기구(30), 두 모터(MG1, MG2) 및 배터리(50) 뿐만 아니라 전체 차량시스템의 운전을 제어하기 위한 하이브리드전자제어유닛(70) 및 상기 모터(MG1, MG2)를 제어하기 위한 모터 ECU(40)도 탑재되어 있다. 본 발명의 원리는 본질적으로 엔진, 구동모터, 배터리, 전체 차량시스템을 제어하기 위한 제어장치 및 상기 구동모터를 구동 및 제어하기 위한 또다른 제어장치가 탑재된 여타의 구조를 갖는 하이브리드자동차에 적용가능하다.
본 실시예는 엔진(22), 두 모터(MG1, MG2), 배터리(50), 하이브리드전자제어유닛(70), 엔진 ECU(24), 모터 ECU(40) 및 배터리 ECU(52)가 탑재된 하이브리드자동차(20)에 관한 것이다. 하지만, 본 발명의 기술은 이들 하이브리드자동차로 국한되는 것은 아니며, 도 11에 도시된 동력출력장치가 탑재된 연료전지자동차(320)에도 적용가능하다. 이러한 수정예의 동력출력장치는 폴리머전해질연료전지스택(도시안됨)을 포함하는 연료전지시스템(322), 상기 연료전지시스템(322)에 의해 발생되는 전력을 소모하여 구동력을 출력하는 모터(MG) 및 상기 연료전지시스템(322) 및 모터(MG)와 전력을 주고받는 배터리(350)를 구비한다. 제어시스템으로서, 상기 동력출력장치는, 본 실시예의 하이브리드전자제어유닛(70)과 등가이고 상기 연료전지시스템(322)의 운전지령 및 모터(MG)의 토크지령을 전송하는 구동전자제어유닛(370), 상기 연료전지시스템(322)의 운전지령을 수신하여 상기 연료전지시스템(322)의 동작을 제어하는 연료전지전자제어유닛(연료전지 ECU)(324), 모터(MG)의 토크지령을 수신하여 상기 모터(MG)를 구동 및 제어하는 모터전자제어유닛(모터 ECU)(340), 및 상기 배터리(350)의 동작을 관리 및 제어하는 배터리전자제어유닛(배터리 ECU)(352)을 포함한다. 본 실시예의 하이브리드자동차(20)에서와 같이, 연료전지자동차(320)에서의 구동전자제어유닛(370)과 모터 ECU(340)간에는 통신 지연이 있을 수도 있다. 상기 구동전자제어유닛(370)에 의한 구동제어처리순서의 동작 빈도와 상기 모터 ECU(340)에 의한 모터제어처리순서의 동작 빈도간의 차이가 있을 수도 있다. 이 경우, 상기 모터 ECU(340)는 상기 배터리(350)의 입출력제한(Win, Wout)의 범위 내에서 상기 모터(MG)의 토크지령을 재설정하여, 상기 모터(MG)를 상기 재설정된 토크지령으로 구동시킨다. 이러한 형태는 배터리(350)가 과도한 전력으로 과충전되거나 과도한 전력 공급을 위해 과방전되는 것을 효과적으로 방지한다.
본 실시예는 본 발명의 일 적용예로서 동력출력장치가 탑재된 하이브리드자동차(20)에 관한 것이다. 하지만, 본 발명의 적용예가 하이브리드자동차 상에 장착된 동력출력장치에만 국한되는 것은 아니다. 본 발명의 동력출력장치는 모터차량 및 각종 기타 차량, 선박 및 항공기를 포함하는 다양한 이동체 상에 장착될 수도 있고, 또는 건설기계와 같은 고정설비에 설치될 수도 있다.
상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 모든 실시형태들을 고려해야 한다. 본 발명의 요지의 기술적 사상 또는 범위에서 벗어나지 않으면서 수많은 수정, 변경 및 변형들이 가능하다. 본 발명의 범위 및 기술적 사상은 앞선 상세한 설명에 의해서라기 보다는 첨부된 청구범위에 의해 한정된다.
본 발명의 기술은 동력출력장치 및 모터차량의 제조산업과 기타 관련 산업들에 적용되는 것이 바람직하다.

Claims (21)

  1. 동력을 출력하는 동력출력장치에 있어서,
    전력을 발생시키기 위해 연료를 공급받는 발전시스템;
    구동력을 출력하는 전동기;
    상기 발전시스템 및 상기 전동기와 전력을 주고받는 축전유닛;
    구동에 필요한 요구동력을 설정하는 요구동력설정모듈;
    상기 설정된 요구동력을 충족시키기 위하여, 상기 축전유닛의 입출력제한의 범위 내에서 상기 발전시스템 및 상기 전동기의 운전지령들을 작성하는 주제어모듈; 및
    상기 주제어모듈과 통신에 의해 정보를 주고받으며, 통신에 의해 상기 주제어모듈로부터 입력된 상기 운전지령들에 응답하여, 상기 축전유닛의 입출력제한의 범위 내에서 상기 발전시스템 및 상기 전동기의 운전들을 제어하는 운전제어모듈을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 동력출력장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 동력출력장치는,
    상기 축전유닛의 상태를 토대로, 상기 축전유닛의 입출력제한을 설정하는 입출력제한설정모듈을 더 포함하여 이루어지고,
    상기 주제어모듈은 상기 입출력제한설정모듈에 의해 설정된 상기 축전유닛의 입출력제한을 고려하여 상기 발전시스템 및 상기 전동기의 운전지령들을 작성하고, 상기 운전지령들과 상기 입출력제한들을 상기 운전제어모듈에 전송하는 것을 특징으로 하는 동력출력장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 운전제어모듈은 상기 발전시스템 및 상기 전동기의 운전상태들을 입력하고, 상기 운전상태들과 상기 운전지령들을 토대로, 상기 운전지령들에 의한 상기 발전시스템 및 상기 전동기의 운전들이 상기 축전유닛의 입출력제한의 범위 이내에 있는 지의 여부를 검증하며,
    상기 운전지령들에 의한 상기 발전시스템 및 상기 전동기의 운전들이 상기 축전유닛의 입출력제한의 범위를 벗어난 경우, 상기 운전제어모듈은 상기 발전시스템 및 상기 전동기의 운전들이 상기 입출력제한의 범위 이내에 있도록 상기 운전지령들을 업데이트하고, 상기 업데이트된 운전지령들에 응답하여 상기 발전시스템 및 상기 전동기의 운전들을 제어하는 것을 특징으로 하는 동력출력장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 운전지령들에 의한 상기 발전시스템 및 상기 전동기의 운전들이 상기 입력제한의 범위를 넘은 경우, 상기 운전제어모듈은 상기 발전시스템의 운전지령을 업데이트하여, 상기 발전시스템 및 상기 전동기의 운전들을 상기 입력제한의 범위로 접근시키고,
    상기 운전지령들에 의한 상기 발전시스템 및 상기 전동기의 운전들이 상기 출력제한의 범위를 넘은 경우, 상기 운전제어모듈은 상기 전동기의 운전지령을 업데이트하여, 상기 발전시스템 및 상기 전동기의 운전들을 상기 출력제한의 범위로 접근시키는 것을 특징으로 하는 동력출력장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 운전제어모듈은 상기 전동기에 의한 발전이 없는 상태 하에 상기 전동기의 운전지령을 업데이트하여, 상기 발전시스템 및 상기 전동기의 운전들을 상기 출력제한의 범위로 접근시키는 것을 특징으로 하는 동력출력장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 전동기에 의한 발전이 없는 상태 하에 상기 전동기의 운전지령의 업데이트 이후에도, 상기 발전시스템 및 상기 전동기의 운전들이 상기 출력제한의 범위를 여전히 넘는 경우에는, 상기 운전제어모듈이 상기 발전시스템의 운전지령을 추가로 업데이트하여, 상기 발전시스템 및 상기 전동기의 운전들을 상기 출력제한의 범위로 접근시키는 것을 특징으로 하는 동력출력장치.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 발전시스템은 내연기관을 포함하고, 상기 내연기관의 출력동력 중 적어도 일부를 이용하여 전력을 발생시키며,
    상기 운전제어모듈은 상기 발전시스템의 운전지령을 업데이트하여, 상기 발 전시스템 및 상기 전동기의 운전들을 상기 입력제한의 범위로 접근시키며, 상기 주제어모듈은 상기 내연기관의 운전을 제어하여, 상기 내연기관의 출력동력을 감소시키는 것을 특징으로 하는 동력출력장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 발전시스템은 내연기관을 포함하고, 상기 내연기관의 출력동력 중 적어도 일부를 이용하여 전력을 발생시키는 것을 특징으로 하는 동력출력장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 발전시스템은 상기 내연기관의 출력축 및 구동축과 연결되는 전력동력입출력기구를 포함하여 이루어지고, 상기 내연기관의 출력동력 중 적어도 일부를 전력 및 동력의 입출력을 통하여 상기 구동축으로 출력하는 것을 특징으로 하는 동력출력장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 전력동력입출력기구는,
    3개의 축, 즉 상기 내연기관의 출력축, 상기 구동축 및 회전축에 연결되고, 상기 3개의 축 가운데 여하한의 2개의 축과 입출력하는 동력들을 토대로 나머지 1개의 축과 동력을 입출력하는 3축식동력입출력모듈; 및
    상기 회전축과 동력을 입출력하는 발전기를 포함하여 이루어지는 것을 특징 으로 하는 동력출력장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 전력동력입출력기구는,
    상기 내연기관의 출력축에 연결된 제1회전자 및 상기 구동축에 연결된 제2회전자를 구비하고, 상기 제2회전자에 대한 상기 제1회전자의 상대회전을 통해 회전되도록 구동되는 페어-회전자전동기(pair-rotor motor)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 동력출력장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 발전시스템은 연료전지들을 포함하는 연료전지장치를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 동력출력장치.
  13. 동력을 출력하는 동력출력장치에 있어서,
    전원으로서 내연기관;
    구동력을 출력하는 전동기;
    상기 전동기와 전력을 주고받는 축전유닛;
    구동에 필요한 요구동력을 설정하는 요구동력설정모듈;
    상기 설정된 요구동력을 충족시키기 위하여 상기 축전유닛의 입출력제한의 범위 내에서 상기 전동기의 운전지령들을 작성하고, 상기 내연기관의 운전을 제어하는 주제어모듈; 및
    상기 주제어모듈과 통신에 의해 정보를 주고받으며, 통신에 의해 상기 주제어모듈로부터 입력된 상기 운전지령에 응답하여, 상기 축전유닛의 입출력제한의 범위 내에서 상기 전동기의 운전들을 제어하는 운전제어모듈을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 동력출력장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 운전제어모듈은 상기 전동기의 운전상태를 입력하고, 상기 운전상태 및 운전지령을 토대로 상기 운전지령에 의한 상기 전동기의 운전이 상기 축전유닛의 입출력제한의 범위 이내에 있는 지의 여부를 검증하며,
    상기 운전지령에 의한 상기 전동기의 운전이 상기 축전유닛의 입출력제한의 범위를 벗어나는 경우, 상기 운전제어모듈은 상기 운전지령을 업데이트시켜, 상기 전동기의 운전을 상기 입출력제한의 범위 이내에 있도록 하는 것을 특징으로 하는 동력출력장치.
  15. 구동원으로서 제1항에 따른 동력출력장치가 탑재된 차량.
  16. 동력출력장치의 제어방법에 있어서,
    상기 동력출력장치는, 전력을 발생시키기 위해 연료를 공급받는 발전시스템; 구동력을 출력하는 전동기; 상기 발전시스템 및 상기 전동기와 전력을 주고받는 축전유닛; 및 상기 발전시스템 및 상기 전동기의 운전지령들을 작성하는 제1제어장치와, 상기 제1제어장치와 통신에 의해 정보를 주고받아 상기 발전시스템 및 상기 전동기의 운전상태들을 입력하는 제2제어장치를 포함하는 다수의 제어장치를 구비하여, 상기 발전시스템, 상기 전동기 및 상기 축전유닛을 제어하는 제어시스템을 포함하여 이루어지고,
    상기 제어방법은,
    구동에 필요한 요구동력을 설정하고, 상기 설정된 요구동력과 상기 제2제어장치 내로 입력되는 상기 발전시스템 및 상기 전동기의 운전상태들을 토대로, 상기 축전유닛의 입출력제한의 범위 이내에 있는 상기 발전시스템 및 상기 전동기의 운전지령들을 작성하도록 상기 제1제어장치를 작동시키는 단계; 및
    상기 제1제어장치에 의해 작성된 운전지령들과 상기 발전시스템 및 상기 전동기의 입력된 운전상태들을 토대로, 상기 발전시스템 및 상기 전동기의 운전들을 상기 축전유닛의 입출력제한의 범위 내에서 제어하도록 상기 제2제어장치를 작동시키는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 동력출력장치의 제어방법.
  17. 동력출력장치의 제어방법에 있어서,
    상기 동력출력장치는, 전원으로서의 내연기관; 구동력을 출력하는 전동기; 상기 전동기와 전력을 주고받는 축전유닛; 및 상기 전동기의 운전지령들을 작성하는 제1제어장치와, 상기 제1제어장치와 통신에 의해 정보를 주고받아 상기 전동기의 운전상태들을 입력하는 제2제어장치를 포함하는 다수의 제어장치를 구비하여, 상기 내연기관, 상기 전동기 및 상기 축전유닛을 제어하는 제어시스템을 포함하여 이루어지고,
    상기 제어방법은,
    구동에 필요한 요구동력을 설정하고, 상기 설정된 요구동력과 상기 제2제어장치 내로 입력되는 상기 전동기의 운전상태들을 토대로, 상기 축전유닛의 입출력제한의 범위 이내에 있는 상기 내연기관의 운전지령들 및 상기 전동기의 운전지령들을 작성하도록 상기 제1제어장치를 작동시키는 단계; 및
    상기 제1제어장치에 의해 작성된 운전지령들과 상기 전동기의 입력된 운전상태들을 토대로, 상기 전동기의 운전들을 상기 축전유닛의 입출력제한의 범위 내에서 제어하도록 상기 제2제어장치를 작동시키는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 동력출력장치의 제어방법.
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