KR101085688B1 - 하이브리드 차량 작동 방법 - Google Patents

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로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

본 발명은 하이브리드 구동부(10)를 갖는 차량의 작동 방법에 관한 것이며, 하이브리드 구동부(10)는 구동 엔진으로서 내연 기관(11)과, 적어도 하나의 전기 기기(12)를 포함하며, 구동 엔진들은 상호 작용한다. 네거티브 파워 트레인 목표 토크(M_soll)를 구현하기 위해 네거티브 파워 트레인 목표 토크(M_soll)는 전기 기기(12)에 의해 제공되고 내연 기관(11)은 가능한 한 오버런 모드 이외의 모드에서 작동된다.
하이브리드 구동부, 연소 엔진, 전기 기기, 파워 트레인 목표 토크

Description

하이브리드 차량 작동 방법{Method for Operating a Hybrid Vehicle}
본 발명은 청구항 제1항의 전제부에 따른 하이브리드 차량의 작동 방법에 관한 것이다.
하이브리드 차량은 공지되어 있다. DE 102 03 760 A1호는 내연 기관이 두 개의 전기 기기와 작동 연결되는 하이브리드 차량의 목표 작동 상태를 조절하기 위한 방법을 제시하고 있다.
이러한 하이브리드 차량에서 차량의 감속을 위해 필요한 네거티브 구동 토크는, 연소 엔진과, 하나 또는 복수의 전기 기기와, 상황에 따라 유압식 브레이크에 의해 공동으로 발생된다. 이러한 경우, 유압식 브레이크를 가능한 한 적게 사용하고 연소 엔진과 하나 또는 복수의 전기 기기의 조합에 의해 네거티브 구동 토크의 대부분을 제공하는 것을 목적으로 한다. 연소 엔진과 전기 기기의 조합에 의해 제공되는 토크 부분은, 이하 파워 트레인 토크로 표현된다. 전기 기기가 제공하는 토크 부분은, 배터리에 저장된 전기 에너지의 생성을 위해 사용된다. 공지된 HEV의 경우, 연료를 절약하기 위해 추가적으로 연소 엔진에 연료가 분사되는 것이 저지된다(오버런 모드). 이러한 경우 연소 엔진은 드래그 토크를 사용하는 네거티브 파워 트레인 토크에 관여한다.
하이브리드 구동부를 갖는 차량을 작동하기 위한 본 발명에 따른 방법의 경우, 네거티브 파워 트레인 목표 토크를 구현하기 위해 네거티브 파워 트레인 목표 토크는 전기 기기에 의해 제공되고 내연 기관은 가능한 한 오버런 모드 이외에서 작동된다. 따라서 차량의 감속시 특히 효과적으로 전기 에너지가 발생될 수 있다.
연소 엔진의 오버런 모드는 가급적 방지된다. 이에 의해 바람직하게 하이브리드 차량에서 네거티브 파워 트레인 토크는 에너지와, 배기와, 승차감이 최적화되어 전환될 수 있다. 오버런 모드가 방지되고, 연소 엔진의 오버런 모드와 연소 모드 사이의 변경이 방지됨으로써 이하의 일련의 단점들이 방지될 수 있다.
- 연소 모드와 오버런 모드 사이의 전환시 연소 엔진의 크랭크 축에서 토크 점핑이 발생한다. 이는 승차감에 부정적으로 작용한다.
- 연소 엔진의 오버런 모드시 흡입된 공기가 배기가스 시스템 내에 도달한다. 3원 촉매 컨버터에서 공기 중 산소가 농후해지고 이후 이루어지는 분사시 연료 농후화에 의해 보상되어야만 하는데, 이는 원치 않는 NOx 방출을 방지하기 위함이다. 또한, 촉매 컨버터는 흡입 공기의 공급에 의해 냉각된다.
- 연소 엔진의 오버런 모드시 상황에 따라 존재하는 배기 가스 터보 차저에는 연소 모드에서 보다 더 적은 배기 가스 엔탈피 흐름이 공급된다. 이에 의해 오버런 모드로부터 가속이 이루어져야 하는 경우, 배기 가스 터보 차저의 응답 특성이 손상된다.
- SRE-오토 엔진의 경우 벽막의 박리 현상(detachment)은 연소 모드에서 오버런 모드로의 변환시 연료의 불완전한 연소에 의해 상승된 HC-미연소 배기를 유발한다.
- SRE-오토 엔진의 경우 벽막의 형성은 오버런 모드에서 연소 모드로의 변환시 단기간의 상승된 연료 소비를 유발한다. 벽막 형성은 람다 파일럿 제어 시스템의 더욱 불리한 과도 응답을 수반한다.
- 오버런 모드에서 파워 트레인에 작용하는, 연소 엔진의 드래그 토크는 더 이상 전기 기기(들)에 전기 에너지의 생성을 위해 제공되지 않는다.
그러나, 오버런 모드가 요구되는 경우, 연소 엔진이 오버런 모드에서 가능한 한 길게 유지되는 것이 유리한데, 이는 오버런 모드와 연소 모드 사이의 잦은 전환을 방지하기 위함이다. 이러한 경우, 오버런 모드의 최대 지속 시간은 유리한 방법 단계에서 배기 가스 후처리 시스템으로부터의 요구에 의해 제한될 수 있는데, 이는 예컨대 촉매 컨버터의 냉각을 방지하기 위함이다.
다른 유리한 방법 단계에서 오버런 모드에서 점화 모드로의 변환시, 제공된 내연 기관 토크에서의 변경은 전기 기기 토크에 의해 보상된다. 오버런 모드와 연소 모드 사이의 변환시, 제공된 내연 기관 토크에서의 변경은 전기 기기의 적절한 제어에 의해 파워 트레인 토크로 미치는 영향 내에서 가능한 한 양호하게 보상되어야 한다.
다른 유리한 방법 단계에서 내연 기관의 오버런 요구를 생성하기 위해, 요구된 파워 트레인 목표 토크는 스케일링 된 최소 가능 전기 기기 토크와 비교된다.
이러한 경우, 비교값의 제1 임계값에 미달될 경우, 오버런 요구가 생성된다. 바람직하게 오버런 요구는 비교값이 제2 임계값을 초과할 때까지 유지된다.
오버런 요구가 존재하지 않는 경우, 사전 설정된 토크의 최대값 선택으로부터, 요구된 파워 트레인 목표 토크 및 내연 기관의 최소 가능 토크에 따라 점화 모드에서 바람직하게 제1 목표 토크가 내연 기관에 제공될 수 있다.
오버런 요구가 존재하는 경우, 실제 회전수에서 내연 기관의 드래그 토크에 상응하는 제2 목표 토크가 내연 기관에 제공될 수 있다.
바람직하게 제1 목표 토크와 제2 목표 토크 사이의 변환은 램프(ramp) 형태로 형성된다.
바람직하게 다이내믹이 상이한 경우 내연 기관 및 전기 기기의 토크 제어시 제어 장치 내에서 보상이 이루어진다.
본 발명의 다른 실시예, 양상 및 장점은 요약서와 무관하게, 이하 도면을 참조로 도시된 본 발명의 실시예의 일반성의 제한 없이 청구항에 제시된다.
도1는 병렬 하이브리드 차량의 파워 트레인을 개략적으로 도시한 도면이다.
도2는 오버런 요구의 생성을 도시한 회로도이다.
도3은 오버런 요구의 전환을 도시한 회로도이다.
도4a는 오버런 요구의 시간적 흐름을 시간에 따른 토크 진행으로 도시한 그래프이다.
도4b는 오버런 요구의 시간적 흐름을 오버런 요구에 대한 불리언 값(boolean value)의 시간적 흐름으로 도시한 그래프이다.
하이브리드 구동부의 구성 및 작동 방식은 일반적으로 공지되어 있으므로 본 명세서에서는 더 자세히 설명되지는 않는다.
도1에는 본 발명의 구현예로서 병렬 하이브리드 파워 트레인(10)이 개략적으로 도시되고, 내연 기관(11)과 전기 기기(12)로 이루어진 병렬 하이브리드 파워 트레인의 전환이 도시된다.
파워 트레인(10)의 경우 내연 기관(11)의 토크(M_ice)와 전기 기기(12)의 토크(M_mg)의 합산, 즉 M_drivetrain=M_ice+M_mg로부터 파워 트레인 토크(M_drivetrain)가 주어진다.
M_soll 은 M_ice_soll+M_mg_soll이다.
내연 기관(11)의 오버런 모드에 대한 요구를 생성하기 위해, 요구된 파워 트레인 목표 토크(M_soll)는 최소 가능 전기 기기 토크(M_mg_min)와 곱해지고 적용 가능 값(K_mg)과 비교된다. 이러한 경우 최소 가능 전기 기기 토크(M_mg_min)는 전기 기기(12)의 작동 상태, 예컨대 상이한 전압과, 상이한 전류와, 회전수와, 온도 및/또는 예컨대 전기 소모기의 순간적인 전력 수요와, 배터리 충전 상태와, 배터리 온도와 같은 에너지 저장기, 특히 배터리의 상태 및 전기적 보오드 회로망의 상태를 고려한다.
배터리가 약간 충전된 상태에서 예컨대 최소 가능 전기 기기 토크(M_mg_min)는 심한 네거티브 상태이기 때문에, 전기 기기(12)는 제너레이터 작동시 높은 충전 성능을 발생시킬 수 있다. 배터리가 과하게 충전된 상태 또는 불리하게 배터리 온도가 높은 경우 M_mg_min(제로 토크 방향으로)이 상승되어 충전 성능은 제한된다.
이러한 차이가 임계값(S1)에 미달되면, 오버런 요구(B_schub)가 생성된다. 상기 오버런 요구는 비교할 차이가 임계값(S2)을 초과할 때까지 유지된다. 이는 도2에 도시되어 있다.
이러한 경우 임계값(Schwelle S1 및 Schwelle S2)은 목표 토크(M_soll)와, 실제 회전 수와, 점화 모드시 최적 및 최악의 점화각 효율에서의 내연 기관(11)의 최소 토크와, 내연 기관(11)의 드래그 토크와, 촉매 컨버터 온도와, 내연 기관(11)의 실제 제공된 토크에 따른다. 예컨대 임계값은 점화 모드시 임계값(S1)에 대해 최악으로 가능한 점화각 효율에서의 최소 가능 내연 기관 토크와, 점화 모드시 임계값(S2)에 대해 최적인 점화각 효율에서의 최소 가능 내연 기관 토크일 수 있다.
내연 기관(11) 및 전기 기기(12)에 대한 목표 토크로의 오버런 요구(B_schub)의 전환은 도3에 도시되어 있다. 오버런 요구가 존재하지 않으면, 즉 B_schub=false이면, 요구된 목표 토크(M_soll)와, 점화 모드(M_ice_min_verb)시 내연 기관의 최소 가능 토크에 따라 점화각 효율의 영향이 있거나 없는 경우 사전 설정된 토크(M_ice_vorgabe_normal)의 최대값 선택으로부터 목표 토크(M_ice_soll)가 내연 기관(11)에 제공된다. 따라서 내연 기관(11)은 요구된 목표 토크(M_soll)를 근사법에 의해 전환할 수 있다.
오버런 요구가 활성화된 경우, 즉 B_schub=true이면, 실제 회전 수에서 내연 기관(11)의 드래그 토크에 상응하는 목표 토크(M_ice_soll=M_ice_vorgabe_schub)가 내연 기관(11)에 전달된다. 따라서 내연 기관(11)은 오버런 모드로 전환되고 내연 기관(11)의 실제 토크는 토크 사전 설정값에 상응한다.
따라서 전기 기기(12)에 대한 목표 토크는 M_mg_soll=M_soll-M_ice_soll의 관계식에서 얻을 수 있다.
내연 기관(11)이 목표 토크(M_ice_soll)를 전환하고 전기 기기(12)가 목표 토크(M_mg_soll)를 신속하게 조절할 수 있으면, 이러한 제어에 의해 토크 점프는 점화 모드에서 오버런 모드로의 변환시 최적으로 보상된다.
또한, M_ice_soll=MAX(M_ice_vorgabe_normal, M_ice_min_verbr.) (즉, M_ice_vorgabe_normal과 M_ice_min_verbr. 사이의 최대값 선택)과 M_ice_soll=M_ice_vorgabe_schub 사이의 변환이 램프 형태로 형성되는 것이 유리하다. 점화각의 점화 지연 또는 내연 기관(11)의 개별 실린더의 억제를 이용하여 내연 기관(11)의 실제 회전 토크(M_ice)는 마찬가지로 근사법에 의해 램프 형태로 램프 형태의 목표 토크(M_ice_soll)를 따른다.
또한, 내연 기관(11)과 전기 기기(12)의 토크 제어시 다이내믹이 상이한 경우, 예컨대 내연 기관(11)에 대한 목표 토크(M_ice_soll)에서 램프 형태의 변환이 전기 기기에 대한 목표 토크(M_mg_soll)에서 상응하는 변환에 대해 시간적으로 오프셋 되게 사전 설정됨으로써 제어 장치에서 보상이 이루어지는 것이 유리하다. 내연 기관(11)의 토크 제어에 대한 전기 기기(12)의 토크 제어가 더 큰 감속을 사용하여 이루어지면, 제어 장치는 M_mg_soll의 램프 형태의 변환을 M_ice_soll의 상 응하는 변환 이전에 일시적으로 사전 설정한다. 일시적인 오프셋은 토크 제어시 다이내믹 차를 이용하여 검출된다.
시간(t)에 대해 내연 기관(11) 및 전동기(12)에 대한 목표 토크의 순서는 도4a에서 예시적으로 제시된다. 상부 곡선은 M_ice_soll의 흐름을, 두 개의 하부 곡선은 M_soll과 M_mg_soll의 흐름을 나타낸다.
M_ice_soll은 선형적 하강으로 시작하여 t=5에서부터 거의 일정하게 진행하는데, 15<t<25 사이에서 단계적인 하강 및 재상승을 확인할 수 있다. M_mg_soll은 일정한 진행으로 시작하여 t=5에서 선형적인 V형태로 진행하여 t=21에서 최소값을 취하고, 15<t<25 사이의 동일한 영역에서 단계적으로 상승된다. M_soll은 t=21에서 최소값을 갖는 단조로운 하강 및 재상승을 나타낸다.
그래프(도 4b)에서는 추정된 목표 토크 진행(M_soll)의 경우, B_schub의 진행 이외에 동일한 목표 토크 진행의 경우 오버런 모드의 지금까지 구현된 부분(B_schub_bisher)도 도시된다. 15<t<25 사이의 상응하는 영역에서 오버런 모드의 지속 시간이 확실히 감소된 것을 확인할 수 있다.

Claims (13)

  1. 하이브리드 구동부(10)를 갖는 차량의 작동 방법이며, 하이브리드 구동부(10)는 구동 엔진으로서 내연 기관(11)과, 적어도 하나의 전기 기기(12)를 포함하며, 상기 구동 엔진들이 상호 작용하는, 하이브리드 구동부를 갖는 차량의 작동 방법에 있어서,
    네거티브 파워 트레인 목표 토크(M_soll)를 구현하기 위해 네거티브 파워 트레인 목표 토크(M_soll)는 전기 기기(12)에 의해 제공되고 내연 기관(11)은 가능한 한 오버런 모드 이외의 모드에서 작동되며,
    내연 기관(11)의 오버런 요구(B_schub)를 생성하기 위해 요구된 파워 트레인 목표 토크(M_soll)는 스케일링 된 최소 가능 전기 기기 토크(M_mg_min)와 비교되는 것을 특징으로 하는, 하이브리드 구동부를 갖는 차량의 작동 방법.
  2. 제1항에 있어서, 오버런 모드가 도입되어야만 하는 경우, 오버런 모드는 가능한 한 길게 유지되는 것을 특징으로 하는, 하이브리드 구동부를 갖는 차량의 작동 방법.
  3. 제2항에 있어서, 오버런 모드의 최대 지속 시간은 배기가스 후처리 시스템에 장착된 촉매 컨버터의 온도가 미리 설정된 온도 아래로 떨어지지 않도록 제한되는 것을 특징으로 하는, 하이브리드 구동부를 갖는 차량의 작동 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 오버런 모드와 점화 모드 사이의 변환시, 내연 기관(11)의 제공된 토크(M_ice)에서의 변경은 전기 기기(12) 토크(M_mg)에 의해 보상되는 것을 특징으로 하는, 하이브리드 구동부를 갖는 차량의 작동 방법.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서, 비교값의 제1 임계값(S1)에 미달될 경우 오버런 요구(B_schub)가 생성되는 것을 특징으로 하는, 하이브리드 구동부를 갖는 차량의 작동 방법.
  7. 제6항에 있어서, 오버런 요구(B_schub)는 비교값이 제2 임계값(S2)을 초과할 때까지 유지되는 것을 특징으로 하는, 하이브리드 구동부를 갖는 차량의 작동 방법.
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 오버런 요구(B_schub)가 존재하지 않는 경우, 요구된 네거티브 파워 트레인 목표 토크(M_soll) 및 내연 기관(11)의 최소 가능 토크(M_ice_min_verb)에 따라 점화 모드시 내연 기관(11)에는 사전 설정된 토크(M_ice_vorgabe_normal)의 최대값 선택으로부터 제1 목표 토크가 제공될 수 있는 것을 특징으로 하는, 하이브리드 구동부를 갖는 차량의 작동 방법.
  9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 오버런 요구(B_schub)가 존재하는 경우, 실제 회전수에서 내연 기관(11)의 드래그 토크에 상응하는 제2 목표 토크(M_ice_vorgabe_schub)가 내연 기관에 제공되는 것을 특징으로 하는, 하이브리드 구동부를 갖는 차량의 작동 방법.
  10. 제9항에 있어서, 제1 목표 토크와 제2 목표 토크(M_ice_vorgabe_schub) 사이의 한 차례 이상의 변환은 램프 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는, 하이브리드 구동부를 갖는 차량의 작동 방법.
  11. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 내연 기관(11) 및 전기 기기(12)의 토크 제어시 다이내믹이 상이한 경우 제어 장치 내에서 보상이 이루어지는 것을 특징으로 하는, 하이브리드 구동부를 갖는 차량의 작동 방법.
  12. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 요구된 파워 트레인 목표 토크(M_soll)는 최소 가능 전기 기기 토크(M_mg_min)와 곱해지고 적용 가능 값(K_mg)과 비교되고 그 차이가 상한 임계값 및 하한 임계값(S1, S2)과 비교되는 것을 특징으로 하는, 하이브리드 구동부를 갖는 차량의 작동 방법.
  13. 제12항에 있어서, 임계값(S1, S2)은 실제 회전 수, 점화 모드시 최적의 점화각 효율 또는 최악의 점화각 효율에서의 내연 기관(11)의 최소 토크, 내연 기관(11)의 드래그 토크, 촉매 컨버터 온도, 내연 기관(11)의 실제 제공된 토크 중 하나 이상에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 구동부를 갖는 차량의 작동 방법.
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