KR20020033174A

KR20020033174A - 구동장치

Info

Publication number: KR20020033174A
Application number: KR1020027003158A
Authority: KR
Inventors: 히사다히데키; 아오키가즈오; 고지마히로유키
Original assignee: 모리 하루오; 아이신에이더블류 가부시키가이샤
Priority date: 2000-07-11
Filing date: 2001-07-11
Publication date: 2002-05-04
Also published as: US20020171383A1; JP3903918B2; KR100743132B1; JPWO2002004806A1; EP1300587B1; DE60143199D1; EP1300587A1; WO2002004806A1; EP1300587A4; US7023150B2

Abstract

하이브리드 구동장치는, 엔진(1)과, 그 출력의 적어도 일부를 사용하여 발전하고, 또한 모터링에 의하여 엔진(1)을 회전수 제어하는 제1전동기(2)와, 엔진 및 제1전동기를 제어하는 제어장치(U)를 구비한다. 제어장치(U)는, 연료공급 차단(fuel cut)중인 엔진을, 제1전동기의 모터링에 의하여, 일정 크랭크 각위치(constant crank angle position), 일정 크랭킹 부하위치(constant cranking load position) 등의 소정의 크랭킹 개시위치에 위치하게 하는 프리포지셔닝제어(prepositioning control)를 행한다. 이에 따라, 항상 동일 조건으로 엔진 시동을 행할 수 있고, 차량에 출력되는 토크 진동이 동일 파형(波形)이 되기 때문에, 그에 대응한 파형 데이터를 출력함에 따른 간단한 토크 보정이 가능해진다.

Description

구동장치{Drive device}

동력원으로서 엔진(연소기관)과 전동기를 병용하는 하이브리드 구동장치에서는, 차량 주행시에 연료공급 차단(fuel cut)상태의 엔진을 재시동시킬 때, 엔진의 크랭킹 부하가 차륜에 출력되는 전동기 토크에 영향을 주기 때문에, 구동 토크의 변동에 따른 비교적 큰 크랭킹 쇼크가 발생한다. 그래서, 종래에 이러한 크랭킹 쇼크를 저감하는 기술로서, 일본국 특허공개 평10-82332호 공보에 개시된 기술이 있다. 이 종래기술에서는, 엔진의 크랭킹 토크를 저감하도록, 댐퍼를 통하여 크랭크축에 기계적으로 결합된 모터에 의하여 엔진을 모터링하여 시동할 때, 엔진의 흡기밸브의 개폐 타이밍을 지연시켜 엔진의 유효 압축비를 작게 함으로써, 엔진을 원활하게 회전구동하여 크랭크축의 비틀림 진동의 진폭을 작게 함과 동시에, 공진현상(共振現象)을 생기게 하는 회전영역을 재빠르게 통과시키는 방법이 채택되어 있다.

그런데, 엔진 정지시의 크랭크 각도위치는 매회 동일하게는 한정되지 않고, 매회마다 편차가 있는 것이다. 이 엔진의 정지위치의 상이에 따라서는, 엔진 시동초기에, 엔진 회전수의 상승이 잘 안되어 공진현상을 생기게 하는 회전영역을 재빠르게 통과할 수 없는 경우가 있다. 또, 크랭킹 토크의 저감이 효과적으로 이루어졌다고 하여도, 엔진의 정지위치의 상이에 따라, 엔진 시동시의 차륜에 전달되는 토크 변동이 다르기 때문에, 단일한 보정파형(補正波形) 데이터에 근거하여 토크 변동을 보정하는 저렴한 피드포워드제어(feedforward control)를 할 수 없다. 이 토크 변동을 효과적으로 흡수하기 위해서는, 매회마다 다른 토크 보정을 가할 필요가 있고, 이러한 토크 보정에는 복잡한 피드백제어(feedback control)가 필요하게 되어 버린다.

그래서, 본 발명은, 엔진 시동 초기에 엔진 회전수를 신속하게 상승시켜, 공진현상을 생기게 하는 회전영역을 재빠르게 통과시키는 것을 제1 목적으로 한다. 다음으로, 본 발명은, 저렴하게 실현 가능한 피드포워드제어 또는 단순한 피드백제어에 의하여 엔진 시동시의 출력토크 변동을 보정할 수 있고, 이에 따라 크랭킹 쇼크를 저감 가능한 구동장치를 제공하는 것을 제2 목적으로 한다.

본 발명은, 엔진과 전동기를 구비하는 구동장치에 관한 것으로서, 특히 그 엔진 시동제어에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 적용에 관한 하이브리드 구동장치의 기어열의 개략도,

도 2는 하이브리드 구동장치의 플래니터리 기어세트의 속도 선도(線圖),

도 3은 하이브리드 구동장치의 플래니터리 기어세트의 토크 선도,

도 4는 하이브리드 구동장치의 제어계의 시스템 구성도,

도 5는 제어장치의 메인루틴의 전반부분의 플로우차트,

도 6은 제어장치의 메인루틴의 후반부분의 플로우차트,

도 7은 차량 요구토크 맵,

도 8은 엔진 목표운전상태 맵,

도 9는 엔진 운전영역 맵,

도 10은 급가속제어루틴의 플로우차트,

도 11은 구동모터 제어루틴의 플로우차트,

도 12는 발전기 토크 제어루틴의 플로우차트,

도 13은 발전기 회전수 제어루틴의 플로우차트,

도 14는 발전기 브레이크 ON 제어루틴의 플로우차트,

도 15는 발전기 브레이크 OFF 제어루틴의 플로우차트,

도 16은 엔진 정지제어루틴의 플로우차트,

도 17은 엔진 시동제어루틴의 플로우차트,

도 18은 엔진 크랭킹 토크 특성도,

도 19는 제1실시형태의 엔진 시동제어에 있어서의 프리포지셔닝제어의 타임차트,

도 20은 프리포지셔닝제어루틴의 플로우차트,

도 21은 변동토크 부정제어루틴(negating control rutine)의 플로우차트,

도 22는 토크보정 맵,

도 23은 제2실시형태의 프리포지셔닝제어루틴의 플로우차트,

도 24는 크랭크축 위치검출에 사용하는 센서의 검출체의 모식도,

도 25는 다른 형식의 검출체를 나타낸 모식도,

도 26은 제3실시형태의 프리포지셔닝제어의 플로우차트,

도 27은 크랭크축 위치결정 맵,

도 28은 제4실시형태의 프리포지셔닝제어루틴의 플로우차트,

도 29는 이에 사용하는 가변토크 맵 및 토크보정 맵,

도 30은 제5실시형태의 엔진 시동제어루틴의 플로우차트,

도 31은 변동토크 부정제어루틴의 플로우차트,

도 32는 이에 사용하는 토크 맵,

도 33은 다른 변동토크 부정제어루틴의 플로우차트,

도 34는 이에 사용하는 토크 맵,

도 35는 다른 토크 맵,

도 36은 또 다른 변동토크 부정제어루틴의 플로우차트,

도 37은 이에 사용하는 토크 맵,

도 38은 제6실시형태의 엔진 시동제어루틴의 플로우차트,

도 39는 제7실시형태의 엔진 정지제어에 있어서의 프리포지셔닝제어의 타임차트,

도 40은 그 엔진 시동제어루틴의 플로우차트,

도 41은 종래의 엔진 시동의 타임차트,

도 42는 본 발명에 따른 엔진 시동시 프리포지셔닝제어의 타임차트,

도 43은 본 발명에 따른 엔진 정지시 프리포지셔닝제어의 타임차트이다.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 모터링에 의하여, 엔진을 점화하기 위한 회전수까지 상승시키는 제1전동기와, 상기의 엔진 및 제1전동기를 제어하는 제어장치를 구비하는 구동장치에 있어서, 상기의 제어장치는, 토크 출력에 의하여, 운전이 정지중인 엔진을 소정의 크랭크축 위치에 위치하게 하도록, 제1전동기를 제어하는 프리포지셔닝제어(prepositioning control)를 행하는 것을 특징으로 한다.(청구범위 1)

상기의 구성에서는, 연료공급 차단중인 엔진을 제1전동기의 토크 출력에 의하여 소정의 크랭킹 개시위치에 위치하게 함으로써, 제1전동기의 모터링에 의하여 항상 동일 조건으로 엔진 시동을 행할 수 있기 때문에, 그 때의 차륜에 출력되는 토크 진동도 동일 파형이 되어, 이에 대응한 파형 데이터를 출력하는 피드포워드제어 등의 간이한 제어에 의한 토크 진동 흡수를 위한 구동토크의 보정이 가능해진다.

상기의 구성에 있어서, 상기의 제어장치는, 제1전동기에, 엔진을 연속회전시키기 위해 필요한 토크에 부족한 토크를 출력시키는 구성으로 할 수 있다.(청구항 2)

상기의 구성에 있어서, 상기의 제어장치는, 제1전동기에, 임의의 일정 토크를 출력시키는 구성을 채택할 수도 있다.(청구범위 3)

또는, 상기의 구성에 있어서, 상기의 제어장치는, 상기의 일정 토크를 소정시간만 출력시키는 구성으로 할 수도 있다.(청구범위 4)

상기의 구성에 있어서, 크랭크축 위치를 검출하는 제1크랭크축 위치검출수단을 구비하며, 상기의 제어장치는, 현재의 크랭크축 위치와 상기 소정의 크랭크축 위치의 차이에 따라, 상기 소정시간을 가변(可變)하게 하는 구성을 채택하는 것이 효과적이다.(청구범위 5)

다음으로, 상기의 구성에 있어서, 상기 소정의 크랭크축 위치를 검출하는 제2크랭크축 위치검출수단을 구비하며, 상기의 제어장치는, 제1전동기에, 크랭크축을 상기 소정의 크랭크축 위치에 위치하게 할 때까지 토크를 출력시키는 구성을 채택하는 것도 효과적이다.(청구범위 6)

상기의 구성에 있어서, 상기의 제어장치는, 제1전동기에, 가변토크를 출력시키는 구성을 채택할 수 있다.(청구범위 7)

상기의 구성에 있어서, 크랭크축 위치를 검출하는 제1크랭크축 위치검출수단을 구비하며, 상기의 제어장치는, 현재의 크랭크축 위치와 상기 소정의 크랭크축 위치의 차이에 따라, 상기의 가변토크를 출력시키는 구성으로 할 수 있다.(청구범위 8)

상기의 구성에 있어서, 상기의 제어장치는, 상기 현재의 크랭크축 위치와 상기 소정의 크랭크축 위치의 차이에 따라, 미리 정해진 가변토크 맵을 가지는 구성으로 할 수도 있다.(청구범위 9)

상기의 구성에 있어서, 상기의 가변토크는, 엔진의 크랭킹 토크에 따른 토크인 구성으로 하는 것이 효과적이다.(청구범위 10)

또, 상기의 구성에 있어서, 상기 소정의 크랭크축 위치는, 엔진의 크랭킹 토크가 가장 높은 위치인 구성으로 하는 것도 효과적이다.

이 구성에서는, 크랭크축 위치제어 후의 엔진 시동시에, 모터링 초기부터 크랭킹 회전수를 신속하게 높일 수 있기 때문에, 공진현상을 생기게 하는 회전영역을 재빠르게 통과시킬 수 있다.(청구범위 11)

또한, 상기의 구성에 있어서, 제2전동기를 더 구비하여, 엔진, 제1전동기, 제2전동기가 차륜에 기계적으로 연결되며, 상기의 제어장치는, 상기의 프리포지셔닝제어중에 차륜에 출력되는 토크의 변동을 흡수하도록 제2전동기를 제어하는 구성으로 하는 것이 효과적이다.(청구범위 12)

이 구성에서는, 크랭크축 위치제어중의 구동력 변동을 제2전동기에 의하여 보정할 수 있기 때문에, 크랭크축 위치제어를 행함에 따른 운전자의 체감 느낌의 악화를 방지할 수 있다.

상기의 구성에 있어서, 상기의 제어장치는, 제1전동기가 출력하는 토크로부터 상기의 차륜에 출력되는 토크의 변동을 연산하는 구성으로 할 수 있다.(청구범위 13)

또는, 상기의 구성에 있어서, 상기의 제어장치는, 상기의 프리포지셔닝제어에 따라 미리 정해진 제1 토크보정 맵에 근거하여, 제2전동기를 제어하는 구성으로 할 수도 있다.(청구범위 14)

또, 상기의 구성에 있어서, 상기의 제어장치는, 상기의 제1전동기와 제2전동기에, 동시에 토크 출력시키는 구성으로 할 수도 있다.(청구범위 15)

다음으로, 상기의 구성에 있어서, 상기의 제어장치는, 모터링에 선행하여, 상기의 프리포지셔닝제어를 실행하는 구성을 채택할 수 있다.(청구범위 16)

이 구성에서는, 크랭크축 위치제어가 엔진의 시동에 선행하여 이루어지기 때문에, 엔진 시동시의 크랭킹 개시위치의 일정화(一定化)가 보증된다.

상기의 구성에 있어서, 상기의 제어장치는, 모터링시, 제1전동기의 회전수를 제어하는 구성으로 할 수 있다.(청구범위 17)

또는, 상기의 구성에 있어서, 상기의 제어장치는, 모터링시, 제1전동기의 토크를 제어하는 구성으로 할 수도 있다.(청구범위 18)

이 경우, 상기의 제어장치는, 미리 정해진 맵에 근거하여 제1전동기의 토크를 제어하는 구성으로 할 수 있다.(청구범위 19)

상기의 어느 한 구성에 있어서, 상기의 제어장치는, 모터링시에 차륜에 출력되는 토크 변동을 흡수하도록 제2전동기를 제어하는 구성으로 하는 것도 효과적이다.(청구범위 20)

이 구성에서는, 엔진 시동중의 구동력 변동을 제2전동기에 의하여 보정할 수 있기 때문에, 이 보정에 의하여 엔진 시동시의 크랭킹에 의한 토크 진동을 상쇄하여, 운전자의 체감 느낌의 악화를 방지할 수 있다.

이 경우, 상기의 제어장치는, 제1전동기가 출력하는 토크로부터 상기의 차륜에 출력되는 토크의 변동을 연산하는 구성을 채택할 수 있다.(청구범위 21)

상기의 구성에 있어서, 상기의 제어장치는, 모터링에 따라 미리 정해진 제2 보정 맵에 근거하여, 상기의 제2전동기를 제어하는 구성으로 할 수 있다.(청구범위 22)

이 구성에서는, 차륜에 출력되는 동력의 변동이 항상 일정하기 때문에, 이를 제2전동기에서 보정하는 토크를 맵화하여 둠으로써, 동력의 변동을 빠른 속도로 연산할 수 있는 프로세서를 필요로 하지 않고, 저비용으로 엔진 시동시의 크랭킹 쇼크를 저감할 수 있다.

상기의 구성에 있어서, 상기의 제어장치는, 엔진의 크랭크축 위치에 따라 미리 정해진 제3 토크보정 맵에 근거하여, 제2전동기를 더욱 제어하는 구성을 채택할 수도 있다.(청구범위 23)

상기의 구성에 있어서, 상기의 제어장치는, 상기의 제1전동기와 제2전동기에, 동시에 토크 출력시키는 구성으로 할 수 있다.(청구범위 24)

상기의 크랭크축 위치제어를 행하는 어느 한 구성에 있어서, 상기의 제어장치는, 운전자의 구동요구가 소정값 이하인 것을 조건으로, 상기의 프리포지셔닝제어를 행하는 구성으로 하는 것이 효과적이다.(청구범위 25)

이 구성에서는, 구동요구가 소정값 이상인 경우에는, 엔진 시동을 우선시킴으로써, 엔진 시동에 선행하여 크랭킹 위치까지 회전시키는 시간이 단축되어, 재빠르게 엔진을 시동할 수 있다.

또한, 상기의 어느 한 구성에 있어서, 상기의 제어장치는, 연료공급 차단 후에 발전기로 엔진 회전을 강제 저감시킴에 따른 엔진의 회전 정지에 이어서, 상기의 프리포지셔닝제어를 실행하는 구성을 채택하는 것도 효과적이다.(청구범위 26)

이 구성에서는, 크랭크축 위치제어가 엔진의 정지에 이어서 이루어지기 때문에, 그 때에 발생하는 필연의 토크 진동에 엔진 위치제어시의 토크 진동을 연속시킬 수 있고, 이에 따라 운전자에게 미치는 크랭크축 위치제어의 위화감을 없앨 수 있다.

이 경우, 상기의 제어장치는, 상기 엔진 회전의 강제 저감중에 차륜에 출력되는 토크의 변동을 흡수하도록 제2전동기를 제어하는 구성을 채택하는 것이 효과적이다.(청구범위 27)

상기의 어느 한 구성에 있어서, 엔진의 역회전을 방지하는 원웨이 클러치(8)를 더 구비하는 구성으로 하는 것이 효과적이다.(청구범위 28)

이 구성에서는, 엔진을 소정의 회전부하위치까지 회전시켰을 때, 원웨이 클러치에 의하여 그 위치로 유지할 수 있기 때문에, 엔진 정지 직후에 운전자의 구동요구 변화가 발생한 것 같은 경우에도, 임의의 타이밍에서 크랭크축 위치제어를 행할 수 있다. 또, 엔진을 크랭킹 위치에서 유지하기 위해, 제1전동기에 의하여 토크를 연속하여 가해 둘 필요가 없기 때문에, 여분의 전력소비를 방지할 수 있다.

다음으로, 본 발명은, 모터링에 의하여, 엔진을 점화하기 위한 회전수까지 상승시키는 제1전동기와, 상기의 엔진 및 제1전동기를 제어하는 제어장치를 구비하는 구동장치에 있어서, 상기의 제어장치는, 모터링중의 크랭킹 토크가 소정의 토크가 되도록 제1전동기를 제어하는 것을 특징으로 한다.(청구범위 29)

이 구성에서는, 엔진 시동시에, 제1전동기의 토크 출력을 일정하게 한 크랭킹이 행하여지기 때문에, 그 때의 차륜에 출력되는 토크 진동도 동일 파형이 되어, 이에 대응한 파형 데이터를 출력하는 피드포워드제어 등의 간이한 제어에 의한 토크 진동 흡수를 위한 구동토크의 보정이 가능해진다.

이하에, 도면을 따라 본 발명의 실시형태를 설명한다.

(기어열)

먼저, 도 1은 본 발명이 적용되는 하이브리드 구동장치의 기어열구성의 일례를 간략하게 나타낸다. 이 장치는, 엔진(1)과, 엔진(1)의 출력의 적어도 일부를 사용하여 발전하고, 또한 모터링에 의하여 엔진(1)을 점화하기 위한 회전수까지 상승시키는 제1전동기(이하, 발전기라고 한다)(2)와, 3요소의 플래니터리 기어세트(이하, 플래니터리라고 한다)(6)와, 발전기(2)의 회전을 정지시키는 발전기 브레이크(7)와, 엔진(1)의 역회전을 방지하는 원웨이 클러치(8)와, 발전기(2)의 발전 전력 또는 그 축적 전력을 사용하여 차륜(9)에 출력되는 동력을 원하는 값이 되도록 제어되는 제2전동기(이하, 구동모터라고 한다)(3)를 주요한 구성요소로서 구비한다.

이 기어열에 대하여 더욱 상세하게 설명하면, 이 구동장치에서는, 상호 병행하는 엔진축선 상에 엔진(1), 발전기(2), 및 플래니터리(6), 모터축선 상에 구동모터(3), 카운터축선 상에 카운터 기어기구(4), 디퍼런셜축선 상에 디퍼런셜장치(5)가 각각 배치된 4축구성으로 되어 있다. 그리고, 엔진(1)과 발전기(2)는, 플래니터리(6)를 통하여 상호 구동연결되고, 또한 플래니터리(6)를 통하여 카운터 기어기구(4)에 구동연결되며, 구동모터(3)와 디퍼런셜장치(5)는, 직접 카운터 기어기구(4)에 구동연결되어 있다.

플래니터리(6)는, 선기어(61)와, 이에 외접맞물림하는 피니언(64)을 회전 가능하게 지지하는 캐리어(63)와, 피니언(64)에 내접맞물림하는 링기어(62)로 이루어지는 심플 플래니터리구성으로 되어 있다.

엔진(1)은, 그 크랭크축에 플라이 휠 댐퍼(fly wheel damper)를 통하여 연결된 엔진 출력축(10)을 플래니터리(6)의 캐리어(63)에 연결시켜 발전기(2)와 카운터 기어기구(4)에 구동연결되고, 발전기(2)는, 그 로터축(20)을 플래니터리(6)의 선기어(61)에 연결시켜 엔진(1)과 카운터 기어기구(4)에 구동연결되어 있다. 그리고, 플래니터리(6)의 링기어(62)가 엔진축선 상의 출력축(11)을 통하여 이 출력축(11)과 일체 또는 이에 고정된 제1카운터 드라이브기어(12)에 연결되어 있다. 또, 플래니터리(6)의 캐리어(63)는, 엔진 출력축(10)의 역회전으로 로크(lock)되는 원웨이 클러치(8)를 통하여 구동장치 케이스(100)에 연결되어 있다. 또한, 발전기(2)의 로터축(20)은, 발전기 브레이크(7)를 통하여 구동장치 케이스(100)에 연결되어 있다.

구동모터(3)는, 그 로터축 또는 이에 연결된 모터축에 일체화 또는 고정된 형태로 설치된 카운터 드라이브기어(31)를 통하여 카운터 기어기구(4)에 구동연결되어 있다.

카운터 기어기구(4)는, 카운터 샤프트(40)와, 이에 일체화 또는 고정된 2개의 카운터 드리븐기어(41, 42), 및 디퍼런셜 드라이브 피니언기어(43)로 구성되며, 이 카운터 드리븐기어(41)에 엔진축선 상의 출력축(11)측의 카운터 드라이브기어(12)를 맞물리게 하고, 카운터 드리븐기어(42)에 모터축(30)측의 카운터 드라이브기어(31)를 맞물리게 하여, 엔진축선 상의 출력축(11)과 모터축(30)에 구동연결되어 있다.

디퍼런셜장치(5)는, 그 디퍼런셜 케이스(50)에 고정된 디퍼런셜 링기어(51)에 카운터 샤프트(40)의 디퍼런셜 드라이브 피니언기어(43)를 맞물리게 하여 카운터 기어기구(4)에 구동연결되어 있다. 그리고, 디퍼런셜장치(5)는, 주지와 같이 차륜(9)에 구동연결되어 있다.

이러한 구성으로 이루어지는 하이브리드 구동장치에서는, 플래니터리(6)를 통한 엔진(1), 발전기(2), 및 엔진축선 상의 출력축(11)의 연결관계로 인하여, 이들 3자에는, 도 2에 나타낸 회전수의 관계와 도 3에 나타낸 토크의 관계가 성립한다. 즉, 도 2에 나타낸 회전수의 관계에서는, 엔진 회전수(N_E), 발전기 회전수(N_G), 플래니터리의 링기어 회전수(N_R), 링기어/선기어 톱니수의 비율(λ)의 사이에,

(λ＋ 1)ㆍN_E= 1ㆍN_G＋ λㆍN_R

의 관계가 성립한다. 즉, 엔진 회전수(N_E)에 대하여,

N_E= (1ㆍN_G＋ λㆍN_R) / (λ＋ 1)ㆍㆍㆍ(1)

이 된다. 따라서, 차량속도에 대응하는 링기어 회전수(N_R)를 일정하게 하고, 발전기 회전수(N_G)를 올림으로써, 엔진 회전수(N_E)가 상승하고(도면 상에서, 파선으로 나타낸 회전수의 관계에서 실선으로 나타낸 회전수의 관계로 이행), 엔진 회전수(N_E)를 0으로 함으로써, 발전기 회전수(N_G)는 링기어 회전수(N_R)의 λ배의 역회전이 된다(도면 상에서, 파선으로 나타낸 회전수의 관계에서 일점쇄선으로 나타낸 회전수의 관계로 이행).

또, 도 3에 나타낸 토크의 관계에서는, 엔진 토크(T_E), 발전기 토크(T_G), 링기어 토크(T_R)의 사이에,

T_E: T_R: T_G= (λ＋ 1) : －λ: －1ㆍㆍㆍ(2)

의 관계가 성립한다. 따라서, 링기어 토크(T_R)를 일정하게 한 경우, 발전기 토크(T_G)의 증가분은 엔진(1)에 구동토크로서 작용하고, 역으로 엔진 토크(T_E)의 증가분은 발전기(2)에 구동토크로서 작용한다.

그리고, 이 구동장치에서는, 차량주행을 위한 구동력의 발휘에는 주로 엔진(1), 구동력의 보조에는 구동모터(3), 발전기 구동에는 엔진(1), 발전에는 발전기(2), 회생제동에는 구동모터(3)가 사용되며, 또한 발전기(2)는 엔진의 시동시나 정지시에도 사용된다. 상세하게는, 디퍼런셜장치(5)와 카운터 기어기구(4)를 통하여 차량의 주행부하를 받는 플래니터리(6)의 링기어(62)에 대하여, 엔진 출력상태에서 발전기(2)의 발전부하를 조정함으로써, 엔진 출력을 차륜(9)에 대한 구동력과 발전에너지(배터리 충전)에 이용하는 비율을 적절하게 조정하는 차량주행이 가능해진다. 또, 발전기(2)의 역회전시에 발전기(2)를 토크 출력(역행(power running))시킴으로써, 플래니터리(6)의 캐리어(63)에 가해지는 반력이 역전되기 때문에, 그 때 원웨이 클러치(8)로 캐리어(63)를 구동장치 케이스(100)에 고정함으로써, 발전기(2)의 출력을 링기어(62)에 전달할 수 있고, 모터(3)와 발전기(2)의 동시출력에 의한 차량 발진시의 구동력의 강화(평행모드의 주행)가 가능해진다.

또, 이 기어열에서는, 엔진 시동시에는, 엔진축선 상의 출력축(11)에 연결된플래니터리(6)의 링기어(62)에 차륜(9)으로부터의 차량의 주행부하 또는 정지시의 부하가 가해지는 것을 이용하여 이를 반력으로 하여, 역회전하는 발전기(2)에 토크 출력(회생)시켜 선기어(61)를 구동함으로써, 피니언(64)의 공전이 그 캐리어(63)에 출력되고, 이에 따라 엔진(1)이 모터링된다. 또, 차량 주행중에는, 엔진 정지상태이더라도, 엔진축선 상의 출력축(11)에 연결된 플래니터리(6)의 링기어(62)에 모터(3)의 구동력 또는 차륜(9)으로부터의 역구동력이 작용하여, 정지중인 엔진 출력축(10)에 연결한 캐리어(63)로 반력을 받는 선기어(61)의 회전으로 발전기가 구동된다. 따라서, 이 상태에서 브레이크(7)의 맞물리는 힘을 조정함으로써, 이 상태에서의 반력요소로서의 캐리어(63)를 회전시키고, 이에 따라 엔진(1)의 회전이 가능해진다.

(제어시스템)

도 4는 상기 기어열을 제어하는 차량 구동제어계의 시스템구성을 블럭으로 나타낸다. 이 차량 제어계는, 그 주체가 되는 차량 제어장치(U)와, 이에 대한 운전자 요구의 입력수단으로서의 시프트포지션센서(Sn1), 브레이크페달센서(Sn2), 및 액셀페달센서(Sn3)와, 차량의 운전상황에 대한 각종 정보의 입력수단으로서의 각종 센서(발전기 로터위치센서(Sn4), 구동모터 로터위치센서(Sn5) 등)와, 전원으로서의 배터리(B)와, 구동모터(3)를 구동하는 수단으로서의 구동모터용 인버터(InM)와, 발전기(2)를 구동하기 위한 발전기용 인버터(InG)로 구성되어 있다.

차량 제어장치(U)는, CPU, 메모리 등으로 이루어지며, 차량 전체의 제어를 행하는 제어장치로서, 엔진 제어장치(U_E), 발전기 제어장치(U_G), 및 구동모터 제어장치(U_M)를 구비한다. 엔진 제어장치(U_E)는, CPU, 메모리 등으로 이루어지며, 엔진(1)의 제어를 행하기 위하여, 스로틀 개도(throttle opening)(θ), 연료 분사량 등의 지령신호를 엔진(1)으로 보내기 위해 신호라인(L_E)을 통하여 엔진(1)에 접속되어 있다. 또, 발전기 제어장치(U_G)는, CPU, 메모리 등으로 이루어지며, 3상 교류전동기(예를 들면, 영구자석형 동기전동기)로 이루어지는 발전기(2)의 제어를 행하기 위하여, 인버터(InG)에 제어신호를 보내기 위해 신호라인(L_G)을 통하여 인버터(InG)에 접속되어 있다. 또, 구동모터 제어장치(U_M)는, 3상 교류전동기로 이루어지는 구동모터(3)의 제어를 행하기 위하여, 인버터(InM)에 제어신호를 보내기 위해 신호라인(L_M)을 통하여 인버터(InM)에 접속되어 있다. 양 인버터(InG, InM)는, 직류파워라인(L_S)을 통하여 배터리(B)에 접속됨과 동시에, 3상(U, V, W의 3상) 교류파워라인(L_AG, L_AM)을 통하여 구동모터(3)와 발전기(2)의 각각의 스테이터(21, 31)의 3상 코일에 접속되어 있다. 또한, 부호 Cn은, 직류파워라인(L_S)의 직류전압의 변동을 억제하여 평활화(平滑化)하는 평활컨덴서를 나타낸다.

더욱 상세하게 설명하면, 인버터(InG)는, 발전기 제어장치(U_G)가 신호라인(L_G)으로 출력하는 PWM(펄스폭 변조)신호에 근거하여 제어되고, 역행(power running)시에는, 배터리(B)로부터 직류파워라인(L_S)을 통하여 공급되는 직류전류를 U, V, W 각 상의 전류(I_UG, I_VG, I_WG)로 변환하고, 각 전류(I_UG, I_VG, I_WG)를 3상 교류파워라인(L_AG)을 경유하여 발전기(2)의 3상 코일로 보낸다. 또, 발전 또는 회생시에는, 발전기(2)의 3상 코일에 발생하는 U, V, W 각 상의 전류(I_UG, I_VG, I_WG)가 3상 교류파워라인(L_AG)을 경유하여 공급되어, 이를 직류전류로 변환하여 직류파워라인(L_S)을 경유하여 배터리(B)로 보낸다.

또, 인버터(InM)는, 구동모터 제어장치(U_M)가 신호라인(L_M)으로 출력하는 제어신호에 근거하여 제어되고, 역행(power running)시에는, 배터리(B)로부터 직류파워라인(L_S)을 통하여 공급되는 직류전류를 U, V, W 각 상의 전류(I_UM, I_VM, I_WM)로 변환하고, 각 전류(I_UM, I_VM, I_WM)를 3상 교류파워라인(L_AM)을 경유하여 구동모터(3)의 3상 코일로 보낸다. 또, 발전 또는 회생시에는, 구동모터(3)의 3상 코일에 발생하는 U, V, W 각 상의 전류(I_UM, I_VM, I_WM)가 3상 교류파워라인(L_AM)을 경유하여 공급되어, 이를 직류전류로 변환하여 직류파워라인(L_S)을 경유하여 배터리(B)로 보낸다.

그리고, 각종 센서 중, 도시를 생략하고 신호라인(L_B)만을 나타낸 배터리센서는, 배터리(B)의 상태, 즉 배터리 전압(V_B), 배터리 전류(I_B), 배터리 온도, 배터리 잔량(SOC : State Of Charge) 등을 검출하여, 이들 정보를 발전기 제어장치(U_G)와 구동모터 제어장치(U_M)에 입력하는 것이 된다. 엔진 회전속도센서(Sn6)는, 엔진 회전수(N_E)를 검출하는 것이 된다. 시프트포지션센서(Sn1)는, 도시하지 않은 속도선택 조작수단의 시프트포지션(SP)을 검출하는 것이 된다. 액셀페달센서(Sn3)는, 액셀페달의 위치, 즉 밟는 양(AP)을 검출하는 것이 된다. 브레이크페달센서(Sn2)는, 브레이크페달의 위치, 즉 밟는 양(BP)을 검출하는 것이 된다. 엔진 온도센서(Sn7)는, 엔진(1)의 온도(t_E)를 검출하는 것이 된다. 발전기 온도센서(Sn8)는, 발전기(2)의 온도(t_G)를, 예를 들면 코일의 온도로부터 검출하는 것이 된다. 구동모터 온도센서(Sn9)는, 구동모터(3)의 온도(t_M)를, 예를 들면 코일의 온도로부터 검출하는 것이 된다. 그리고, 3상 교류파워라인(L_AG, L_AM)의 각각의 전류센서(Sn10∼Sn12)는, 3상 중의 2상의 전류값, 즉 I_UG, I_VG, I_UM, I_VM을 검출하는 전류센서가 된다.

이렇게 하여, 이 차량 제어장치(U)는, 엔진 제어장치(U_E)로 엔진 제어신호를 보내어, 이후에 상세하게 설명하는 엔진(1)의 구동ㆍ정지를 설정하며, 발전기(2)의 로터위치(θ_G)를 읽어내어 발전기 회전수(N_G)를 산출하고, 구동모터(3)의 로터위치(θ_M)를 읽어내어 구동모터 회전수(N_M)를 산출하며, 상기 회전수 관계식 1에 의하여 엔진 회전수(N_E)를 산출하여, 엔진 제어장치(U_E)에 엔진 회전수(N_E)의 목표값을 나타내는 엔진 목표회전수(N_E ^*)를 설정하며, 발전기 제어장치(U_G)에 발전기 목표회전수(N_G ^*) 및 발전기 목표토크(T_G ^*)를 설정하고, 구동모터 제어장치(U_M)에 구동모터 목표토크(T_M ^*) 및 구동모터 토크 보정값(δT_M)을 설정하는 등의 각종 연산처리를 행한다.

본 형태에 있어서는, 차량 제어장치(U)에 의하여 엔진 회전수(N_E)가 산출되지만, 엔진 회전수센서(Sn6)에서 엔진 회전수(N_E)를 읽어낼 수도 있다. 또, 차량속도(V)에 대해서는, 구동모터(3)의 로터위치(θ_M)에 근거하여 산출되지만, 플래니터리(6)의 링기어 회전수(N_R)나 차륜(9)의 회전수에 근거하여 산출할 수도 있다. 이러한 경우, 차량속도검출수단으로서, 링기어 회전속도센서, 차륜 회전속도센서 등이 배치된다.

또, 차량 제어장치(U)에는, 또한 기어열의 브레이크(7)의 유압제어와, 기구 각부의 윤활 및 냉각을 위한 유압회로(L_F)와, 그 제어를 위한 유압제어장치도 설치되어 있지만, 이들의 상세한 도시는 생략되어 있다.

다음으로, 차량 제어장치(U)에 의한 구동장치의 운전제어에 대하여 플로우차트를 참조하여 설명한다.

(제어플로우)

도 5 및 도 6은 차량 제어장치(U)에 의한 제어의 메인플로우를 분할하여 나타낸다.

먼저, 도 5에 나타낸 당초의 스텝 S1에서, 액셀페달센서(Sn3)에서 액셀페달위치(AP) 및 브레이크페달센서(Sn2)에서 브레이크페달위치(BP)의 입력을 행함과 동시에, 스텝 S2에서, 구동모터(3)의 로터위치센서(Sn5)에서 로터위치(θ_M)를 읽어내고, 그 변화율로부터 차량속도(V)를 산출한다. 또한, 이 차량속도(V)의 산출은, 상기와 같이, 다른 형태로서, 별도의 차량속도센서를 설치하여, 이로부터 읽어냄으로써 할 수도 있다.

다음의 스텝 S3에서는 차량 요구토크(T_OUT ^*)를 결정한다. 이 처리는, 액셀페달이 밟혀 있어서 액셀페달위치(AP)의 입력이 있는 경우에는, 차량 제어장치(U)의 메모리에 기억된 도 7의 상단에 나타낸 차량 요구토크 맵을 참조하고, 또 브레이크페달이 밟혀 있어서 브레이크페달위치(BP)의 입력이 있는 경우에는, 마찬가지로 메모리에 기억된 도 7의 하단에 나타낸 차량 요구토크 맵을 참조하여, 액셀페달위치, 브레이크페달위치, 및 차량속도에 대응시켜 미리 설정된 차량 요구토크(T_OUT ^*)를 결정한다.

이어서, 스텝 4에서는, 이전 스텝에서 설정된 차량 요구토크(T_OUT ^*)가, 미리 구동모터(3)의 정격(定格)으로서 설정되어 있는 구동모터 최대토크보다 큰지 여부를 판단한다. 이 판단이 성립(YES)하는 경우에는 토크 부족이 되기 때문에, 스텝 S9로 이행하여 엔진(1)이 정지중인지 여부를 판단하고, 이 판단이 성립(YES)하는 엔진 정지중인 경우에는 엔진(1)에 의한 구동력의 보조를 할 수 없기 때문에, 스텝 S10의 급가속제어 서브루틴을 실행한다. 이 경우, 이후에 상세하게 설명하는 바와 같이, 구동모터(3) 및 발전기(2)를 함께 구동하여 평행모드의 주행을 행하게 된다.

또, 스텝 S4에서 차량 요구토크(T_OUT ^*)가 구동모터 최대토크 이하인 경우에는, 다음의 스텝 S5로 진행하여 운전자 요구출력(P_D)을 연산한다. 이 운전자 요구출력(P_D)은, 차량 요구토크(T_OUT ^*)와 차량속도(V)의 곱(P_D= T_OUT ^*ㆍV)으로 하여 산출된다. 다음으로, 스텝 S6에서 배터리 충방전 요구출력(P_B)을 입력한다. 이 처리는, 배터리센서의 신호라인(L_B)에서 배터리 잔량(SOC)을 읽어내고, 이에 근거하여 산출된다. 또한, 스텝 S7에 의하여 차량 요구출력(P_OUT)을 연산한다. 이 차량 요구출력(P_OUT)은, 운전자 요구출력(P_D)과 배터리 충방전 요구출력(P_B)의 합(P_OUT= P_D＋ P_B)으로 하여 산출된다. 다음으로, 스텝 S8에서 엔진의 운전포인트(엔진 목표토크(T_E ^*), 엔진 목표회전수(N_E ^*))를 결정한다. 이 처리는, 차량 제어장치(U)의 메모리에 기억된 도 8에 나타낸 엔진 목표운전상태 맵을 참조하여, 차량 요구출력(P_OUT)을 나타내는 파선(C1∼C3)과 각 액셀페달위치(α1%∼α6%)에 있어서의 엔진 작동곡선(엔진(1)의 효율이 가장 높아지는 운전포인트를 이은 등고선 형상의 곡선)이 교차하는 포인트(A1∼A3, A_min)를 엔진(1)의 운전포인트로서 결정하고, 이 운전포인트에 있어서의 엔진 토크(T_E1∼T_E3, T_Emin)를 엔진 목표토크(T_E ^*)로서 결정하며, 이들 운전포인트에 있어서의 엔진 회전수(N_E1∼N_E3, N_Emin)를 엔진 목표회전수(N_E ^*)로서 결정하는 처리이다.

플로우차트로 되돌아가서, 도 5와 접속기호 A로 이어지는 도 6을 참조하여, 다음의 스텝 S11에서는 엔진 운전영역에 있는지 여부의 판단을 행한다. 이 판단은, 이전 스텝에서 구한 차량 요구토크(T_OUT ^*)와 차량속도(V)로부터, 차량 제어장치(U)의 메모리에 기억된 도 9에 나타낸 엔진 운전영역 맵을 참조하여, 엔진(1)이 운전영역에 놓여 있는지 여부를 판단함으로써 이루어진다. 도 9에 있어서, OFF →ON을 나타내는 화살표와 교차하는 선은 정지되어 있는 엔진을 시동시키는 경계선, ON →OFF를 나타내는 화살표와 교차하는 선은 운전중인 엔진을 정지시키는 경계선, 이들의 중간영역은 제어의 안정을 유지하기 위한 히스테리시스영역(hysteresis region)이며, 히스테리시스영역보다 차량속도 또는 차량 요구토크가 큰 쪽이 엔진 운전영역, 작은 쪽이 엔진 정지영역이다. 또한, 엔진을 시동시키는 OFF →ON을 나타내는 화살표와 교차하는 선은, 배터리잔량(SOC)이 클 수록 도면의 우측으로 이동하여 엔진의 운전영역이 좁아지고, 배터리잔량(SOC)이 작을 수록 도면의 좌측으로 이동하여 운전영역이 넓어진다.

상기 맵에 근거하는 스텝 S11의 판단이 성립(YES)하는 경우에는, 다음의 스텝 S12로 진행하여 엔진 운전중인지의 판단을 행한다. 이 판단이 불성립(NO)하게 되는 경우에는, 엔진(1)이 운전영역에 있음에도 불구하고 운전되고 있지 않는 것이 되기 때문에, 스텝 S26에 의하여 엔진 시동제어 서브루틴(후술)을 실행한다. 또, 스텝 S11의 단계에서 엔진 운전영역 판단이 불성립(NO)하게 되는 경우에는, 스텝 S24로 이행하여 별도로 엔진 운전중인지 여부의 판단을 행한다. 그리고, 이 판단이성립(YES)하는 경우에는, 엔진이 정지영역에 있음에도 불구하고 운전되고 있는 것이 되기 때문에, 다음의 스텝 S25에 의하여 엔진 정지제어 서브루틴(후술)을 실행한다.

스텝 S12로 되돌아가서, 엔진 운전중인지의 판단이 성립(YES)하는 경우, 스텝 S13에 의하여 엔진 제어 서브루틴을 실행한다. 이 처리는 주지의 제어이므로, 그 구체적 내용의 설명 및 도시는 생략한다.

다음으로, 스텝 S14에서는 발전기 목표회전수(N_G ^*)를 결정한다. 이 결정은, 앞의 플래니터리의 회전수 관계식 1을 이용하여, 차량속도(V : 본 형태에 있어서, 구동모터(3)의 로터위치(θ_M)의 변화율로 구한다)와 엔진 목표회전수(N_E ^*)로 이루어진다.

이어서, 스텝 S15에서는, 발전기 목표회전수(N_G ^*)의 절대값이 제1 소정의 회전수(예를 들면, 500[rpm])를 초과하는지 여부의 판단을 행한다. 이 판단은, 이후의 발전기 브레이크의 ON, OFF 선택을 위하여 이루어지는데, 이러한 발전기 브레이크의 ON, OFF 선택의 이유는 에너지 손실의 저감에 있다. 즉, 차량을 엔진이 구동하고 있는 모드로 주행시키고 있는 경우, 발전기 회전수(N_G)가 낮으면, 소비전력이 커져서 발전기(2)의 발전효율이 낮아짐과 동시에, 차량의 연비가 그만큼 악화되어 버린다. 그래서, 발전기 회전수(N_G)의 절대값이 소정의 회전수보다 작은 경우, 발전기 브레이크(7)를 작동하여 발전기(2)를 기계적으로 정지시켜 연비를 향상시키고 있다. 그리고, 이 판단이 성립(YES)하는 경우, 다음의 스텝 S16에서 발전기 브레이크 OFF상태의 확인을 행하며, 이것이 성립하는 경우에는 스텝 S17에 의하여 발전기 회전수 제어 서브루틴(후술)을 실행하고, 불성립하는 경우에는 스텝 S23으로 이행하여 발전기 브레이크 OFF 제어 서브루틴(후술)을 실행한다. 또, 이전의 스텝 S15의 판단이 불성립하는 경우에는, 스텝 S21에 의하여 발전기 브레이크 ON상태의 확인을 행하며, 이것이 불성립하는 경우에는 스텝 S22에 의하여 발전기 브레이크 ON 제어 서브루틴을 실행하고, 또 성립하는 경우에는 스텝 S17에 의한 발전기 회전수 제어 서브루틴의 다음 스텝으로 돌아간다.

이렇게 하여 스텝 S17에 의한 발전기 회전수 제어 서브루틴의 실행 하에서, 다음의 스텝 S18에 의하여, 플래니터리를 통하여 출력되는 구동축 토크(T_R→_OUT)를 추정한다. 이 처리는, 이전의 플래니터리의 토크 평형방정식 2를 이용하여 발전기 토크(T_G)로부터 링기어 토크(T_R)를 추정하고, 카운터 기어비를 고려하여 구동축 토크(T_R→_OUT)를 산출하는 처리이다.

이 처리에 대하여 더욱 상세하게 설명하면, 상술한 바와 같이, 엔진 토크(T_E), 링기어 토크(T_R), 및 발전기 토크(T_G)는 상호 반력을 받기 때문에, 발전기 토크(T_G)가 링기어 토크(T_R)로 변환되어 링기어(62)로부터 출력된다. 그리고, 링기어 토크(T_R)가 링기어(62)로부터 출력됨에 따라, 발전기 회전속도(N_G)가 변동하고,링기어 토크(T_R)가 변동하면, 변동된 링기어 토크(T_R)가 차륜(9)에 전달되어, 차량의 주행 느낌이 저하되어 버린다. 그래서, 발전기 회전속도(N_G)의 변동에 따른 발전기(2)의 관성(inertia) 만큼의 토크를 예측하여, 링기어 토크(T_R)를 산출하도록 하고 있다. 이를 위하여, 차량 제어장치(U)에 의한 연산처리로 링기어 토크를 계산하여 발전기 목표토크(T_G ^*)를 읽어내고, 이 발전기 목표토크(T_G ^*) 및 상술한 기어비(λ)에 근거하여 링기어 토크(T_R)를 산출한다. 즉, 발전기(2)의 관성을 I_G라고 하고, 발전기(2)의 각가속도(angular acceleration)(회전 변화율)를 α_G라고 하였을 때, 선기어(62)에 가해지는 선기어 토크(T_S)는,

T_S= T_G ^*＋ I_Gㆍα_G

가 된다. 그리고, 링기어 토크(T_R)는 기어비의 관계로, 선기어 토크(T_S)의 λ배이기 때문에,

T_R= λㆍT_S

= λㆍ( T_G ^*＋ I_Gㆍα_G)

가 된다. 이와 같이, 발전기 목표토크(T_G ^*)로부터 링기어 토크(T_R)를 산출할 수 있다. 이 처리에 대해서는, 발전기 브레이크 ON상태에 한하여, 링기어 토크(T_R)를 플래니터리의 토크 평형방정식 2를 이용하여 엔진 토크(T_E: 엔진 제어장치로부터 교시)로부터 추정하는 형태를 채택할 수도 있다.

다음의 스텝 S19에서는 구동모터 목표토크(T_M ^*)를 결정한다. 이 처리는, 차량 요구토크(T_OUT ^*)와 구동축 토크(T_R→_OUT)의 차이로 결정하는 처리이다. 그리고, 마지막으로, 스텝 S20에 의하여 구동모터 제어를 행하여, 일련의 플로우를 종료하고 당초의 스텝으로 리턴한다. 또한, 도중에서 스텝 S10의 급가속제어로 이행한 경우에는, 그 후의 모든 스텝을 건너뛰어 도면의 접속기호 B로 나타낸 바와 같이 바로 당초의 스텝으로 리턴한다.

(급가속제어)

먼저, 메인플로우 중의 스텝 S6에 있어서의 급가속제어루틴에서는, 도 10에 나타낸 바와 같이, 스텝 S101에서 이전의 스텝 S3에서 결정한 차량 요구토크(T_OUT ^*)의 입력을 행하고, 다음의 스텝 S102에서 구동모터 목표토크(T_M ^*)에 구동모터의 최대토크를 설정한다. 그리고, 다음의 스텝 S103에서, 차량 요구토크(T_OUT ^*)와 구동모터 목표토크(구동모터 최대토크)(T_M ^*)의 토크 차이를 산출하여, 구동모터 최대토크로는 부족한 만큼을 발전기 목표토크(T_G ^*)로서 설정한다. 그리고, 이들의 설정에 근거하여, 다음의 스텝 S104에서 구동모터 목표토크(T_M ^*)에 따라 구동모터 제어를 행함과 동시에, 스텝 S105에서 발전기 목표토크(T_G ^*)에 따라 발전기 토크 제어를 행한다.

(구동모터 제어)

구동모터 제어루틴에서는, 도 11에 나타낸 바와 같이, 스텝 S104a에서 구동모터 목표토크(T_M ^*)의 입력을 행한다. 또, 스텝 S104b에서 구동모터의 로터위치(θ_M)의 입력을 행한다. 이 입력은, 리졸버(resolver) 등의 위치센서를 사용하여도, 센서 없이 검출하여도 된다. 그리고, 스텝 S104c에서 구동모터 회전수(N_M)의 연산을 행한다. 이 연산은, 본 형태에서는, 구동모터의 로터위치(θ_M)의 변화율로 구할 수 있다. 다른 형태로서, 별도로 회전수 센서를 설치하여 검출하는 형태도 채택할 수 있다. 그리고, 스텝 S104d에서 배터리 전압(V_B)의 입력을 행한다. 그리고, 다음의 스텝 S104e에서 d축 전류지령치(I_dM ^*) 및 q축 전류지령치(I_qM ^*)를 결정한다. 이 처리는, 이전의 스텝에서 입력한 구동모터 목표토크(T_M ^*), 구동모터 회전수(N_M), 배터리 전압(V_B)으로부터 도시하지 않은 맵을 참조하여 결정하는 처리이다. 이어서, 스텝 S104f에서 3상 교류전류(I_UM, I_VM, I_WM)의 입력을 행한다. 이 처리에 있어서의 U, V상의 전류값(I_UM, I_VM)은 전류센서(Sn12, Sn13)를 사용하여, 또 W상의 전류값(I_WM)은 I_WM= I_UM－ I_VM의 관계식으로 구할 수 있다. 물론, 3상 모두 전류센서를 설치하는 별도의 시스템형태를 채택하는 경우, 각 전류센서에서 직접 구하는 방법도 채택할 수 있다. 다음의 스텝 S104g에서는 3상(I_UM, I_VM, I_WM) →2상(I_dM, I_qM) 변환을 행한다. 그리고, 이들의 수치에 근거하여, (I_dM, I_qM)과 d축 전류지령치(I_dM ^*), q축 전류지령치(I_qM ^*)의 차이가 각각 0이 되도록, 다음의 스텝 S104h에서 전압지령치(V_dM ^*, V_qM ^*)의 연산을 행한다. 이렇게 함에 따라 구한 수치에 근거하여, 다음의 스텝 S104i에 의하여 2상(V_dM ^*, V_qM ^*) →3상(V_UM ^*, V_VM ^*, V_WM ^*) 변환을 행한다. 마지막으로, 이렇게 하여 구한 전압지령치(V_UM ^*, V_VM ^*, V_WM ^*)를 펄스폭 변조하여, 스텝 S104j에 의하여 인버터(InM)에 PWM(펄스폭 변조)신호로 출력한다.

(발전기 토크 제어)

발전기 토크 제어루틴에서는, 도 12에 나타낸 바와 같이, 스텝 S105a에서 발전기 목표토크(T_G ^*)의 입력을 행한다. 그리고, 스텝 S105b에서 발전기의 로터위치(θ_G)의 입력을 행한다. 이 입력은, 리졸버 등의 위치센서를 사용하여도, 센서 없이 검출하여도 된다. 또, 스텝 S105c에 의하여 발전기 회전수(N_G)를 연산한다. 이 발전기 회전수(N_G)는, 발전기의 로터위치(θ_G)의 변화율로 구할 수 있다. 별도로 회전수 센서를 설치하여 검출하는 형태도 채택할 수 있다. 그리고, 스텝 S105d에서 배터리 전압(V_B)의 입력을 행한다. 그리고, 스텝 S105e에 의하여 d축 전류지령치(I_dG ^*) 및 q축 전류지령치(I_qG ^*)를 결정한다. 이 처리는, 이전의 스텝에서 입력한 발전기 목표토크(T_G ^*), 발전기 회전수(N_G), 배터리 전압(V_B)으로부터 도시하지 않은 맵을 참조하여 결정하는 처리이다. 이어서, 스텝 S105f에서 전류(I_UG, I_VG, I_WG)의 입력을 행한다. 이 처리에 있어서의 U, V상의 전류값(I_UG, I_VG)은 전류센서(Sn10, Sn11)를 사용하여, 또 W상의 전류값(I_WG)은 I_WG= I_UG－ I_VG의 관계식으로 구할 수 있다. 물론, 3상 모두 전류센서를 설치하는 별도의 시스템형태를 채택하는 경우, 각 전류센서에서 직접 구하는 방법도 채택할 수 있다. 다음의 스텝 S105g에서는 3상(I_UG, I_VG, I_WG) →2상(I_dG, I_qG) 변환을 행한다. 그리고, 이들의 수치에 근거하여, (I_dG, I_qG)와 d축 전류지령치(I_dG ^*), q축 전류지령치(I_qG ^*)의 차이가 각각 0이 되도록, 다음의 스텝 S105h에서 전압지령치(V_dG ^*, V_qG ^*)를 연산한다. 이렇게 함에 따라 구한 수치에 근거하여, 다음의 스텝 S105i에서 2상(V_dG ^*, V_qG ^*) →3상(V_UG ^*, V_VG ^*, V_WG ^*) 변환을 행한다. 마지막으로, 이렇게 하여 구한 전압지령치(V_UG ^*, V_VG ^*, V_WG ^*)를 펄스폭 변조하여, 스텝 S105j에서 인버터(InG)에 PWM(펄스폭 변조)신호로 출력한다.

(발전기 회전수 제어)

다음으로, 도 6의 스텝 S17에 있어서의 발전기 회전수 제어루틴에 대하여 설명한다. 도 13은 발전기 회전수 제어루틴의 플로우를 나타낸다. 이 플로우에서는, 먼저, 스텝 S17a에서 발전기 목표회전수(N_G ^*)의 입력을 행한다. 또, 스텝 S17b에서 발전기 회전수(N_G)의 입력을 행한다. 그리고, 스텝 S17c에서 발전기 목표토크(T_G ^*)를 결정한다. 이 발전기 목표토크(T_G ^*)는, PI제어(이전의 스텝에서 입력한 발전기 목표회전수(N_G ^*)와 발전기 회전수(N_G)의 회전수 차이에 근거하여, 회전수 차이가 클 수록 발전기 목표토크(T_G ^*)를 크게 함과 동시에, 그 정부(plus and minus)도 고려된다)에 의하여 결정한다. 이렇게 결정한 발전기 목표토크(T_G ^*)에 근거하여, 다음의 스텝 S17d에 의하여 발전기 토크 제어를 행한다. 이 경우의 발전기 토크 제어의 내용은, 이전의 발전기 토크 제어루틴에서 설명한 내용과 동일하다.

(발전기 브레이크 ON 제어)

다음으로, 도 6의 스텝 S22에 있어서의 발전기 브레이크 ON 제어루틴에 대하여 설명한다. 도 14는 발전기 브레이크 ON 제어루틴의 플로우를 나타낸다. 이 플로우에서는, 당초의 스텝 S22a에서 발전기 목표회전수(N_G ^*)에 0rpm을 설정한다. 그리고, 스텝 S22b에서 발전기 회전수 제어를 실행한다. 이 제어내용에 대해서는, 이전의 발전기 회전수 제어루틴에서 설명한 내용과 동일하다. 이어서, 스텝 S22c에 의하여, 플래니터리를 통하여 출력되는 구동축 토크(T_R→_OUT)를 추정한다. 그리고, 스텝 S22d에서, 구동모터 목표토크(T_M ^*)에 추정한 구동축 토크(－T_R→_OUT)를 설정한다. 이렇게 하고, 다음의 스텝 S22e에 의하여 구동모터 제어를 실행한다. 이 제어내용은, 이전의 구동모터 제어루틴에서 설명한 내용과 동일하다. 이들 스텝 S22c부터 스텝 S22e까지의 제어는, 스텝 S22b에서 발전기 회전수 제어를 실행하고 있을 때, 이 발전기로부터 플래니터리를 통하여 출력되는 구동축 토크(T_R→_OUT)가 쇼크로서 차륜에 전달되지 않도록, 구동모터에 의하여 부정(negation)하는 것이다. 이 제어 하에서, 스텝 S22f에 의하여, 발전기 회전수(N_G)의 절대값이 제2 소정의 회전수(예를 들면, 100[rpm]) 미만으로 되어 있는지 여부를 판단한다. 그리고, 이 판단이 성립하지 않는 한, 스텝 S22b로 되돌아가는 루프를 반복한다. 그리고, 스텝 S22f의 판단이 성립하였을 때, 스텝 S22g로 진행하여 발전기 브레이크 ON의 처리를 실행한다. 이어서, 이 발전기 브레이크 ON상태에서, 스텝 S22h에 의하여, 플래니터리를 통하여 출력되는 구동축 토크(T_R→_OUT)를 추정하고, 그리고 스텝 S22i에 의하여, 구동모터 목표토크(T_M ^*)에 추정한 구동축 토크(－T_R→_OUT)를 설정한다. 이렇게 하고, 다음의 스텝 S22j에 의하여 구동모터 제어를 실행한다. 이 제어내용도, 이전의 구동모터 제어루틴에서 설명한 내용과 동일하다. 또, 이들 스텝 S22h부터 스텝 S22j까지의 제어도, 스텝 S22b에서 발전기 회전수 제어를 실행하고 있을 때, 이 발전기로부터 플래니터리를 통하여 출력되는 구동축 토크(T_R→_OUT)가 쇼크로서 차륜에 전달되지 않도록, 구동모터에 의하여 부정하는 것이다. 이 제어 하에서, 스텝 S22k에 의하여, 발전기 브레이크 ON상태에서 소정시간의 경과 여부를 판단한다. 이 타이머 판단은, 발전기 브레이크 ON에 의하여 실제로 발전기의 회전이 정지할 때까지의 대기시간으로서 이루어진다. 이렇게 하여 발전기의 회전 정지가 보증되었을 때, 다음의 스텝 S22l에 의하여 발전기에 대한 SW(스위칭) 정지처리를 행하여, 이 루틴을 종료하고 리턴한다.

(발전기 브레이크 OFF 제어)

다음으로, 도 6의 스텝 S23에 있어서의 발전기 브레이크 OFF 제어루틴에 대하여 설명한다. 도 15는 발전기 브레이크 OFF 제어루틴의 플로우를 나타낸다. 이 플로우에서는, 스텝 S23a에 의하여 엔진 토크(T_E)의 상당분을 발전기 목표토크(T_G ^*)에 설정하고, 이에 따라, 스텝 S23b에 의하여 발전기 토크 제어를 행한다. 그리고, 이 상태에서, 스텝 S23c에 의하여, 플래니터리를 통하여 출력되는 구동축 토크(T_R→_OUT)를 추정하고, 다음의 스텝 S23d에서, 구동모터 목표토크(T_M ^*)에 추정한 구동축 토크(－T_R→_OUT)를 설정한다. 그리고, 이에 따라, 스텝 S23e에 의하여 구동모터 제어를 실행한다. 이 제어내용도, 이전의 구동모터 제어루틴에서 설명한 내용과 동일하다. 이들 스텝 S23c부터 스텝 S23e까지의 제어는, 스텝 S23b에서 발전기 토크 제어를 실행하고 있을 때, 이 발전기로부터 플래니터리를 통하여 출력되는 구동축 토크(T_R→_OUT)가 쇼크로서 차륜에 전달되지 않도록, 구동모터에 의하여 부정하는 것이다. 이렇게 하고, 스텝 S23f에 의하여, 소정시간의 경과 판단이 성립할 때까지, 스텝 S23b의 발전기 토크 제어로 되돌아가서 이후의 처리를 반복한다. 이윽고, 소정의 시간이 경과하여 스텝 S23f의 경과 판단이 성립하였을 때, 다음의 스텝 S23g로 진행하여 발전기 브레이크 OFF의 처리를 행한다. 이어서, 스텝 S23h에 의하여 발전기 목표회전수(N_G ^*)에 0rpm을 설정한다. 그리고, 스텝 S23i에서 발전기 회전수 제어를 실행한다. 이 제어내용은, 이전의 발전기 회전수 제어루틴의 내용과 동일하다. 이렇게 하여 발전기 회전수 제어를 행하면서, 스텝 S23j에 의하여, 플래니터리를 통하여 출력되는 구동축 토크(T_R→_OUT)를 추정하고, 이에 따라, 스텝 S23k에서, 구동모터 목표토크(T_M ^*)에 추정한 구동축 토크(－T_R→_OUT)를 설정한다. 그리고, 마지막으로, 스텝 S23l에 의하여 구동모터 제어를 실행한다. 이 제어내용도, 이전의 구동모터 제어루틴에서 설명한 내용과 동일하다. 또, 이들 스텝 S23j부터 스텝 S23l까지의 제어도, 스텝 S23i에서 발전기 회전수 제어를 실행하고 있을 때, 이 발전기로부터 플래니터리를 통하여 출력되는 구동축 토크(T_R→_OUT)가 쇼크로서 차륜에 전달되지 않도록, 구동모터에 의하여 부정하는 것이다. 이렇게 하여 구동모터 제어상태가 되었을 때, 이 루틴을 종료하고 리턴한다.

(엔진 정지제어)

다음으로, 도 6의 스텝 S25에 있어서의 엔진 정지제어루틴에 대하여 설명한다. 도 16은 엔진 정지제어루틴의 플로우를 나타낸다. 이 제어에서는, 처음에 스텝 S25a에 의하여 발전기 브레이크 OFF상태의 판단을 행하고, 이 판단이 성립하지 않는 경우에는, 스텝 S25b에 의하여 발전기 브레이크 OFF 제어를 행하여 발전기를 회전 가능상태로 만든다. 그리고, 스텝 S25c에 의하여 엔진에 대한 연료 분사, 점화 정지처리를 행한다. 그리고, 스텝 S25d에 의하여 스로틀 개도를 전폐(全閉)로 하고, 엔진을 쾌속하게 정지시키기 위해, 스텝 S25e에서 발전기 목표회전수(N_G ^*= 0)를 결정한다. 그리고, 이 결정에 따라, 스텝 S25f에 의하여 발전기 회전수 제어를 행한다. 또, 스텝 S25g에 의하여, 이 상태에서 플래니터리를 통하여 출력되는 구동축 토크(T_R→_OUT)를 추정한다. 그리고, 스텝 S25h에 의하여, 구동모터 목표토크(T_M ^*)에 추정한 구동축 토크(－T_R→_OUT)를 설정한다. 그리고, 스텝 S25i에 의하여 구동모터 제어를 행한다. 이 제어내용도, 이전의 구동모터 제어루틴에서 설명한 내용과 동일하다. 이들 스텝 S25g부터 스텝 S25i까지의 제어는, 스텝 S25f에서 발전기 회전수 제어를 실행하고 있을 때, 이 발전기로부터 플래니터리를 통하여 출력되는 구동축 토크(T_R→_OUT)가 쇼크로서 차륜에 전달되지 않도록, 구동모터에 의하여 부정하는 것이다. 이렇게 하여, 스텝 S25j에 의한 판단에서, 엔진 회전수(N_E) ≤정지 회전수가 성립하였을 때, 스텝 S25k에 의하여 발전기에 대한 SW(스위칭) 정지를 행하여, 이 루틴을 종료하고 리턴한다.

(엔진 시동제어)

다음으로, 도 6의 스텝 S26에 있어서의 엔진 시동제어루틴에 대하여 설명한다. 도 17은 엔진 시동제어루틴의 플로우를 나타낸다. 이 제어에서는, 처음에 스로틀 개도를 디펄트(default)인 0%로 만들기 위한 처리를 행한다. 이를 위하여, 첫 스텝 S26a에서 스로틀 개도 = 0%의 판단을 행하여, 이것이 만족되지 않는 경우에, 스텝 S26b에서 엔진 제어장치(U_E)에 의한 출력으로 스로틀 개도를 0%로 만든다. 그리고, 이 조건의 성립 하에서, 스텝 S26c에 의하여 차량속도(V)의 입력을 행한다. 이어서, 스텝 S26d에 의하여 엔진의 운전포인트(엔진 목표토크(T_E ^*), 엔진 목표회전수(N_E ^*))의 입력을 행한다. 그리고, 다음의 스텝 S26e에서, 회전이 정지중인 엔진을 소정의 크랭크축 위치에 위치하게 하기 위해, 본 발명의 주제에 관련되는 프리포지셔닝제어를 행한다. 이 내용에 대해서는 이후에 상세하게 설명한다. 다음으로, 스텝 S26f에 의하여 발전기 목표회전수(N_G ^*)를 결정한다. 이어서, 스텝 S26g에 의하여엔진 회전수(N_E) ≥시동 회전수의 판단을 행한다. 이 판단은, 당초에는 불성립하게 되기 때문에, 스텝 S26h로 이행하여 발전기 회전수 제어를 실행하여 엔진 회전수를 상승시킴과 동시에, 이에 따른 구동축 출력토크의 변동을 부정하기 위해, 스텝 S26i에 의하여 변동토크 부정제어(negating control)를 행하고, 스텝 S26c의 차량속도(V)의 입력 스텝으로 되돌아간다. 이와 같이 하여, 스텝 S26g의 판단이 성립하여, 엔진 회전수의 조건이 갖추어졌음이 확인되었을 때, 스텝 S26j의 엔진에 대한 연료 분사, 점화 개시를 행한다. 그 후에도, 스텝 S26k에 의한 발전기 회전수 제어와, 스텝S26l에 의한 변동토크 부정제어를 행한다. 그리고, 스텝 S26m에서 스로틀 개도의 조정을 행한다. 다음의 스텝 S26n은, 엔진의 시동 확인을 위한 스텝으로, 여기에서는 발전기 토크(T_G) ＜ 모터링 토크의 판단으로 이 확인을 행한다. 그 후, 최종 스텝 S26o에서 엔진 회전수의 안정을 기다리는 소정시간의 경과 판단을 행하여, 이 판단이 성립하였을 때, 이 루틴을 종료하고 리턴한다.

(프리포지셔닝제어)

다음으로, 본 발명의 주제에 관련되는 엔진 시동제어중의 프리포지셔닝제어에 대하여 설명한다. 이전의 엔진 시동제어에 있어서의 엔진 시동은, 발전기(2)에 엔진(1)을 연속회전시키기에 충분한 토크를 출력시키고(도 17에 나타낸 스텝 S26h의 제어), 소요 회전수(예를 들면, 아이들링 회전수)에 도달하였음을 판단하여(마찬가지로, 도 17에 나타낸 스텝 S26g의 판단), 연료 분사ㆍ점화를 개시(마찬가지로, 도 17에 나타낸 스텝 S26k에 의한다)함으로써 행하여진다. 이 경우, 발전기(2)의 회전수 제어에 의하여 플래니터리를 통하여 출력되는 구동축 토크(T_R→_OUT)는,

T_R→_OUT= (T_G－ I_Gㆍω_G) α

T_C: 카운터축 토크

T_G: 발전기 토크

I_G: 발전기 관성

ω_G: 발전기 각가속도

α : 플래니터리, 카운터를 고려한 기어비

의 토크가 발생한다. 이에 대하여, 구동모터(3)에서 상기 토크의 상당분을 보정출력함으로써, 구동축의 토크 변동을 부정하는 것이 가능하다. 이 경우의 구동모터 보정토크(ΔT_M)는,

ΔT_M= T_OUT ^*－T_R→_OUT

T_OUT ^*: 차량 요구토크

가 된다.

상기의 경우의 발전기 각가속도(ω_G)는, 엔진 회전부하에 의하여 변동하는 것이기 때문에, 각가속도 검출을 위해서는, 고정밀도의 발전기 로터위치검출수단과 그 결과를 빠른 속도로 연산처리할 수 있는 프로세서가 필요하게 되지만, 본 발명에서는, 이러한 필요성을 배제하기 위하여, 연료공급 차단중인 엔진(1)을, 발전기(2)의 모터링에 의하여, 소정의 크랭킹 개시위치에 위치하게 하는 크랭크축 위치제어가 차량 제어장치(U)에 의하여 행하여진다.

도 18은 4기통 엔진의 크랭크 각도와 크랭킹 토크의 관계를 모식화하여 나타낸다. 이 관계는, 주지와 같이, 주로 각 실린더 내에서의 피스톤의 행정(stroke)과 연소실 용적의 확대/축소의 관계(○, □, △, ×표시로 각 기통마다의 토크를 나타낸다)의 합성으로 정해지는 것으로, 특정 실린더에서의 압축이 진행될 때 크랭킹 토크는 증대하고, 상사점(top dead center)을 지나면 감소하는 관계에 있다. 그러나, 실제의 크랭킹 부하는, 일단 엔진의 회전이 시작되면, 당초 회전의 저항이 되던 관성 토크가, 플라이 휠 관성의 발생에 의하여, 역으로 토크 변동을 억제하는 요소로서 작용하게 되기 때문에, 회전의 상승시에만 극단적으로 크고, 그 후에도 토크 변동이 남기는 하지만, 그보다 낮은 거의 일정한 값이 되는 특성을 가진다. 따라서, 엔진을 정지시켰을 때의 상태로 정해지는 크랭크 각도의 편차로, 크랭킹시의 당초의 회전 상승을 위한 크랭킹 부하는 크게 변동한다.

그래서, 본 발명에서는, 상기 크랭킹시의 당초의 회전 상승을 위한 크랭킹 부하를 실질상 일정하게 하는 것을 목적으로 하여, 도시의 ○표시 A위치(이 위치는, 회전부하가 거의 0에 가까워서, 자연히 엔진 정지시에 취할 수 있는 일반적 위치를 나타낸다)에서 정지한, 또는 정지할 것인 엔진을, ○표시 B위치(이 위치는, 회전부하가 어느 정도 커서, 자연스런 엔진 정지시에는 통상적으로 취할 수 없는 위치를 나타내지만, 반드시 도면에 파선으로 나타낸 것과 같은 엔진을 최초의 피크부하를 넘어 연속회전에 이르게 하기에 최저한(最低限) 필요한 토크위치의 바로 직전 근방으로 한정되는 것은 아니다), 즉 소정의 크랭킹 개시위치까지 회전시키는 제어(본 명세서를 통하여 크랭크축 위치제어라고 한다)를 크랭킹에 선행시켜 행하는 것에 주안점을 둔다. 이러한 취지로, 본 발명의 대상으로 하는 프리포지셔닝제어는, 엔진이 정지중인지 회전중인지를 불문하고, 엔진에 대한 연료 분사나 점화, 스로틀 개도의 조정이 행해지고 있지 않은 상태에서 행하여진다. 따라서, 본 발명에서 말하는 운전이 정지중인 엔진이란, 상기의 상태를 의미하며 반드시 회전이 정지상태인 엔진을 의미하지는 않는다.

도 19는 프리포지셔닝제어의 제1실시형태의 제어 타임차트를 나타낸다. 이 형태에서는, 발전기에 크랭킹 토크(T_Gc)를 출력시키기 전에 크랭크축 위치조정 토크(T_Gp)를 출력시켜서, 엔진을 비연속회전 하에서 상기의 A위치에서부터 B위치까지 회전시켜 소정의 크랭킹 개시위치에 위치하게 하는 크랭크축 위치제어를 행한다. 이 소정의 크랭킹 개시위치는, 후술하는 바와 같이, 그 위치를 검출함으로써 소정의 크랭크 각위치(crank angle position)로 하여도 되고, 엔진을 시동시키기 위해 필요한 토크보다 작은 소정의 토크를 가하여 일정시간 경과시킴으로써 보증하여도 되며, 이들의 조합에 의하여도 된다. 이와 아울러, 모터에는 차량의 주행에 필요한 구동토크(상기 차량 요구토크(T_OUT ^*))로부터, 발전기 토크분을 출력축에서 0으로 만드는 부정분의 토크(negating torque; T_Mp)를 감한 토크를 출력시켜서 출력축 토크 변동을 방지한다. 또한, 도면에 있어서, 구동모터 토크에 대해서는, 이 보정분(補正分)의 토크만을 나타낸다.

이와 같이 크랭크축 위치를 B위치로 설정한 후, 이번에는 도 17의 스텝 S26f로 이행하여, 발전기에 엔진을 연속회전시키기에 충분한 크랭킹 토크(T_Gc)를 출력시켜서 엔진 시동을 행한다. 이 경우에도, 크랭킹 토크를 보정하는 토크(T_Mc)를 구동모터에 출력시켜서 출력축 토크 변동을 방지한다.

이러한 제어에 의하여, 구동축 토크는 크랭킹 당초에 도시된 실선과 같이 약간 변동하기는 하지만, 도면에 파선으로 나타낸 A위치로부터의 크랭킹인 경우의 토크 변동에 비하여, 그 피크값을 낮게 억제할 수 있다. 이 변동은, 엔진의 크랭킹 토크가, 도 18에 나타낸 바와 같이, 크랭크 각도에 따라 변동하는 것에 기인하는 것이다. 그리고, 특히 B위치를 도 18에 파선으로 나타낸 피크부하 레벨의 바로 직전 근방으로 설정한 경우, 이 큰 토크부하에 따라 크랭킹 토크(T_Gc) 출력이 당초부터 커지기 때문에, 엔진 회전수의 도시 B위치로부터의 상승이 빨라져서, 토크 진동이 발생하는 기간도 단축된다.

도 20은 상기의 처리를 타이머 제어로 행하는 경우의 플로우차트를 나타낸다. 이 프리포지셔닝제어에서는, 스텝 S26e-1에서 발전기 목표토크(T_G ^*)에 임의의 일정 토크를 설정한다. 이 경우의 일정 토크는, 엔진을 시동시키기 위해 필요한 토크보다 작은, 예를 들면 1.5[Nm]가 된다. 그리고, 이 설정에 따라, 스텝 S26e-2에의하여, 앞에서 설명한 것과 동일한 내용의 발전기 토크 제어를 행함과 동시에, 스텝 S26e-3에 의하여 변동토크 부정제어를 행한다. 이 경우의 변동토크 부정제어의 하나의 패턴을 도 21에 플로우차트로 나타내었다. 이 변동토크 부정제어루틴에서는, 먼저 스텝 S26e-31에 의하여, 앞에서 설명한 것과 동일한 방법으로 플래니터리를 통하여 출력되는 구동축 토크(T_R→_OUT)를 추정하고, 이 토크를 단순하게 부정하는 것과 같은 토크를, 스텝 S26e-32에 의하여 구동모터 목표토크(T_M ^*)에 －T_R→_OUT으로써 설정하고, 이에 따라 스텝 S26e-33에서 앞에서 설명한 것과 동일한 내용의 구동모터 제어를 실행한다. 도 20으로 되돌아가서, 이렇게 하여 마지막 스텝 S26e-4에 의하여 소정시간의 경과 판단을 행한다. 이 경우의 소정시간은, 예를 들면 0.3초가 된다. 또한, 상기의 구동모터 목표토크(T_M ^*)에 설정하는 보정토크는, 상기와 같이 연산에 의하여 설정할 수 있지만, 다른 방법으로서, 도 22에 나타낸 바와 같은, 임의의 일정 토크에 맞춘 발전기 토크에 대응시킨 구동모터에서의 보정토크 맵을 차량 제어장치(U)의 메모리에 설정하여 두고, 이를 이용하여 행할 수도 있다.

다음의 도 23은 상기 타이머 제어를 크랭크축 위치의 검출로 치환한 제2실시형태의 제어내용을 플로우차트로 나타낸 것이다. 이 프리포지셔닝제어루틴의 최초의 스텝 S26e-1에서 설정하는 임의의 일정 토크는, 반드시 모터링에 필요한 토크보다 작게 할 필요는 없고, 예를 들면 앞의 제1실시형태보다 높은 5[Nm]로 설정할 수 있다. 그리고, 이 경우의 스텝 S26e-3의 변동토크 부정제어는, 이전의 제1실시형태의 경우와 마찬가지로, 2개의 패턴 중 어느 하나로 할 수 있다. 마지막 스텝 S26e-5인 소정의 크랭크축 위치의 판정에는 여러가지 센서를 사용할 수 있다. 예를 들면, 고분해능이며 상세한 크랭크축 위치의 검출이 가능한 센서나, 도 24 또는 도 25에 나타낸 바와 같은 크랭크축과 동기회전하는 원판 형상의 검출체(Sn21, Sn22)의 원주면에, 크랭크축의 회전에 맞게 한 요철이나 노치를 설치한 것(예를 들어, 4기통 엔진의 경우, 크랭크축의 1회전당 소정의 크랭크축 위치는 2회 존재하기 때문에, 요철이나 노치를 이에 맞추어 180° 간격으로 형성한 것)을 검출체로 하는 센서를 사용할 수 있다. 또 다른 방법으로서, 엔진으로부터의 회전수 신호를 적분하여 구하는 방법이나, 발전기 및 구동모터의 회전수로부터 플래니터리의 회전수식 1을 이용하여 엔진 회전수를 구하고, 이를 적분하여 구하는 방법도 가능하다.

다음에 나타낸 도 26은, 제3실시형태의 프리포지셔닝제어의 제어내용을 플로우차트로 나타낸 것이다. 이 형태에서는, 상기와 같은 고분해능이며 상세한 위치 검출이 가능한 센서에 의하는 것을 전제로 하여, 당초의 스텝 S26e-6에서 크랭크축 위치(θ)의 입력을 행하고, 다음의 스텝 S26e-7에서 소정의 크랭크축 위치에 이르기까지의 시간(t)을 연산한다. 이 경우의 시간(t)은, 도 27에 나타낸 바와 같은 크랭크축 위치(θ[°])에 대한 시간(t)의 관계를, 차량 제어장치(U)의 메모리에 맵으로서 설정하여 둘 수 있고, 계산에 의하여 구할 수도 있다. 다음의 스텝 S26e-1의 발전기 목표토크에 설정하는 임의의 토크는, 앞의 제2실시형태의 경우와 마찬가지로, 예를 들면 5[Nm]가 된다. 이 경우, 크랭크축 위치의 판단은, 마지막 스텝 S26e-8에 의한 시간(t)의 경과 판단으로 이루어진다. 그 나머지의 스텝에 대해서는앞의 제1 또는 제2실시형태의 경우와 동일하다.

다음으로 나타내는 도 28은, 제4실시형태의 프리포지셔닝제어의 제어내용을 플로우차트로 나타낸 것이다. 이 형태는, 앞의 3개의 실시형태와는 달리, 크랭크축 위치 설정을 위한 토크를 가변하게 한 것이다. 이 형태의 경우, 당초의 스텝 S26e-6에서 앞의 제3실시형태와 마찬가지로 크랭크축 위치(θ)의 입력을 행하지만, 다음의 스텝 S26e-9에서는 크랭크축 위치에 따른 발전기 목표토크(T_G ^*)를 설정하는 처리가 이루어진다. 이 설정은, 예를 들면 도 29에 나타낸 것과 같은 크랭킹 토크(도 18 참조)에 따라 가변하게 된 발전기 목표토크(T_G ^*)의 맵을 차량 제어장치의 메모리에 설정하여 두고, 이에 따라 이루어진다. 이 경우의 변동토크 부정제어에 대해서는, 먼저 예로 든 도 20의 플로우차트에 따르는 보정이 가능한데, 별도로 도 29에 나타낸 것과 같은 제1 토크보정 맵에 의한 보정도 가능하다. 이 제1 토크보정 맵은, 가변토크 맵에 의한 발전기 목표토크(T_G ^*)를 기어비를 고려하여 단순하게 부정하는 것과 같은 구동모터 목표토크(T_M ^*)의 맵이다.

그런데, 상기 제1실시형태의 엔진 시동제어에서는, 프리포지셔닝제어 후의 엔진의 모터링을, 발전기의 회전수 제어(도 17의 스텝 S23k 참조)로 행하고 있지만, 발전기 회전수가 동일하여도 온도에 따라 발전기 출력이 달라지기 때문에, 모터링중의 변동토크를 부정하는 토크를 맵화하여도 완전히 보정할 수 없는 경우가있으며, 이에 대응하기 위해서는, 별도의 온도보정제어 등의 복잡한 제어가 필요하게 된다. 그래서, 다음으로 도 30에 플로우를 나타낸 제5실시형태에서는, 모터링을 발전기의 토크 제어로 행하고, 이에 대응한 부정 토크(negating torque)를 맵화하여, 단순한 제어로 보다 정확한 토크 보정을 기하고 있다.

도 30에 나타낸 엔진 시동제어루틴과 도 17에 나타낸 엔진 시동제어루틴의 상이는, 본질적으로 상기의 발전기 회전수 제어에 대한 토크 제어의 상이에 있기 때문에, 대응되는 스텝에 동일한 스텝번호를 부여하여 공통부분의 설명을 대신하고, 이하에 상이점만을 설명한다. 이 형태에 있어서의 스텝 S26q, 스텝 S26s의 발전기 토크 제어의 내용은, 도 12를 참조하여 앞에서 설명한 내용과 동일하다. 스텝 S26r, 스텝 S26t의 변동토크 부정제어는, 앞에서 예로 든 도 21에 나타낸 보정방법이 제1보정패턴(이하, 통상의 보정패턴이라고 한다)으로서 존재하는 것 외에, 이하에 나타낸 것과 같은 보정패턴이 있다.

제2보정패턴은, 도 31에 플로우를 나타낸 발전기 토크부정 맵(torque negating map)에 의한 보정이다. 이 패턴에서는, 도 32에 나타낸 것과 같은, 발전기의 회전수 제어에 의한 모터링시에 발생하는 발전기 토크를 실험적으로 구하고, 단순하게 이를 부정하도록 구동모터 목표토크(T_M ^*)를 맵화한 것을 이용하며, 이에 따라 구동모터 목표토크(T_M ^*)를 설정하여 구동모터 제어를 행하고 있다.

제3보정패턴은, 도 33에 나타낸 바와 같이, 통상의 보정패턴과 크랭크축 위치에 따른 구동축 토크변동 부정 맵에 의한 보정이다. 따라서, 이 보정패턴은, 고분해능이며 상세한 위치의 검출이 가능한 센서의 사용을 전제로 한다. 이 패턴에서의 구동모터 목표토크(T_M ^*)의 결정에는, 통상의 계산에 의한 보정과 더불어, 도 34 또는 도 35에 나타낸 구동축 토크 부정 맵도 사용된다. 이 맵은 크랭크축 위치(θ[°])에 대하여 구동모터 목표토크(T_M ^*)를 설정한 것으로, 도 19의 출력축 토크(실선)로 나타내어지는 크랭크 각도에 따라 변동하는 크랭킹 토크를 부정하고자 하는 것이다. 특히, 도 35에 나타낸 맵은, 엔진 점화시의 토크 변동까지 포함한 설정으로 한 맵으로, 이와 같이 보정함으로써 거의 완전하게 구동축 토크의 변동을 제거할 수 있다.

제4보정패턴은, 도 36에 나타낸 바와 같이, 발전기 토크 부정 맵에 의한 보정과 크랭크축 위치에 따른 구동축 토크 부정 맵에 의한 보정을 조합한 것이다. 이 보정에 의한 도 37에 나타낸 토크보정 맵의 구동모터 목표토크(T_M ^*)는, 도 32에 나타낸 맵과 도 34에 나타낸 맵을 참조한 토크값의 합으로써 설정된다.

다음으로 나타낸 도 38의 엔진 시동제어루틴은, 앞의 도 17에 나타낸 엔진 시동제어루틴에 대하여, 차량 요구토크가 큰 경우에 프리포지셔닝제어를 금지하는 처리를 부가한 제6실시형태를 나타낸다. 이 제어형태에서는, 차량속도(V)의 입력스텝 뒤에, 스텝 S26u의 차량 요구토크(T_OUT ^*)의 입력을 더하고, 엔진의 운전포인트의 입력 뒤에, 스텝 S26v의 차량 요구토크(T_OUT ^*) ≤소정의 토크의 판단을 더하고 있으며, 이 판단이 불성립하는 경우에 프리포지셔닝제어를 건너뛰는 플로우로 되어 있다. 그 나머지의 플로우에 대해서는, 도 17에 나타낸 제1실시형태의 엔진 시동제어루틴과 동일하므로, 대응되는 스텝에 동일한 스텝번호를 부여하여 설명을 대신한다.

이상의 각 실시형태에서는, 엔진 시동의 전처리로서 프리포지셔닝제어를 행하고 있지만, 이 제어는 엔진 정지시의 후처리로서 행할 수도 있다. 다음의 도 39는 이러한 처리를 행하는 제7실시형태의 타임차트를 나타낸다. 이 형태에서는, 연료공급 차단상태에서, 관성 토크에 의하여 회전하고 있는 상태의 엔진을, 발전기에 토크 흡수시켜 재빠르게 정지시키는 제어를 행한다. 이 경우에도, 구동모터에는 발전기 토크를 출력축에서 0으로 하는 것과 같은 보정토크를 출력시킨다. 이에 따라 엔진은 아이들링회전으로부터 급속하게 감속되어, 정지 직전의 회전수일 때 토크 변동에 의한 출력축 토크의 변동이 발생하지만, 이 변동은 회전상태로부터의 변동이기 때문에, 앞의 제1실시형태의 크랭킹 당초의 토크 변동과 마찬가지로 작다. 이렇게 하여 엔진 회전수가 거의 0이 되었을 때, 엔진 위치조정 토크(T_Gp)의 출력을 행하여, 비연속회전 하에서 엔진 위치를 A위치에서 B위치로 이동시킨다. 이 경우에도, 아울러 구동모터 토크 출력(T_Mp)의 조정에 의하여 발전기 토크를 출력축에서 0이 되도록 보정을 행한다. 이와 같이 하여 B위치에서 정지한 엔진의 크랭크축에는, 이후의 주행상태에 따라서는, A위치로 되돌아가는 역회전방향으로의 토크가 작용하는 경우가 있지만, 엔진(1)의 역전은 원웨이 클러치(8)의 맞물림에 의하여 저지되어, 그 위치로 유지할 수 있다. 따라서, 이 형태에서는, 엔진(1)을 크랭킹 위치에서 유지하기 위해, 발전기(2)에 의하여 토크를 연속하여 가해 둘 필요가 없기 때문에, 여분의 전력소비를 방지할 수 있다.

도 40은 상기 제어내용을 플로우차트로 나타낸다. 이 경우의 엔진 정지제어루틴은, 제1실시형태에 있어서의 스텝 S25의 엔진 정지제어루틴의 일부를 프리포지셔닝을 위한 제어로 치환한 것이다. 즉, 구동모터 제어 관련부분인 스텝 S25g∼스텝 S25i를 스텝 S25l의 변동토크 부정제어로 치환하고, 마지막 스텝 S25k 전에 스텝 S25m의 프리포지셔닝제어 스텝을 부가한 것이다. 이 경우의 변동토크 부정제어중의 토크보정패턴으로서는, 제1실시형태의 경우와 동일한 통상의 보정패턴을 사용할 수 있다. 또, 프리포지셔닝제어중의 토크보정패턴으로서도, 제1실시형태의 것과 동일한 통상의 보정패턴을 사용할 수 있다. 이 밖에도 시동제어시와 마찬가지로 여러가지 패턴을 고려할 수 있지만, 기본적으로는 엔진 시동에 선행하여 실행하는 방법과 동일하므로 설명을 생략한다.

이와 같은 제어형태에 의하면, 엔진 시동에 선행하는 크랭크축 위치제어를 필요로 하지 않기 때문에, 엔진 정지 직후에 운전자의 구동요구 변화가 발생하는 경우에도, 임의의 타이밍에서 직접 엔진의 크랭킹을 개시시키는 쾌속한 대응이 가능해진다. 게다가, 이 경우의 토크 진동은, 미리 이루어져 있는 엔진 정지시의 크랭크축 위치제어에 의하여 제1실시형태의 경우와 마찬가지로 저감할 수 있다.

마지막으로 나타낸 도 41∼도 43은, 본 발명에 의한 프리포지셔닝제어의 효과를 검토하기 위해, 종래의 엔진 시동과 본 발명에 의한 프리포지셔닝제어를 수반하는 엔진 시동제어를 비교하여 실제 측정 타임차트로 나타낸 것이다. 이들 타임차트는, 모두 파형의 복잡화를 방지하여 참조를 용이하게 하려는 취지로, 차량 정지상태에서의 데이터를 예시한다. 도 41에 나타낸 프리포지셔닝제어를 수반하지 않는 엔진 시동에서는, 발전기에 의한 모터링이 갑자기 시작되기 때문에(2.8sec부터의 발전기 토크와 발전기 회전수의 변화를 참조), 가장 부하가 가해지는 압축행정 종료(마찬가지로, 3.2sec의 토크 피크 참조)까지 크랭크축이 강력하게 회전하고, 그 후 서서히 모터링이 진행하기 때문에, 댐퍼로부터의 바운드에 의하여 발전기의 회전이 일순 강하한다(3.1sec의 위치 참조). 이에 따라 발전기 목표회전수와 실제의 발전기 회전수의 차이가 커지게 되어, 실제의 발전기 회전수가 이를 추종하려고 하는 상태가 발생한다. 그 결과, 발전기 회전수는 급격하게 증가한다. 이것이 구동축에 큰 토크 변동을 발생(3.1sec∼3.2sec의 구동축 토크의 상승 기울기 참조)시키고 있음을 알 수 있다. 그 후에는 불규칙하게 흩어져 장시간 수렴하지 않는 토크 변동이 되고 있다.

이에 비하여, 도 42에 나타낸 본 발명에 따른 엔진 시동시 프리포지셔닝제어에 의하면, 크랭크축 위치제어가 3.7sec 부근부터 시작되고(발전기 토크의 변화 참조), 4.1sec 부근에서 크랭크축 위치제어가 종료되며, 그 위치부터 크랭킹이 개시되고, 4.3sec 부근에서 발전기 회전수의 강하도 극히 작게 억제되어 있음을 알 수 있다. 그 결과, 구동축 토크에 발생하는 토크 변동이 효과적으로 저감되고 있다. 게다가, 그 후의 구동축의 토크 변동의 흩어짐도 발생하고 있지 않다.

또, 도 43에 나타낸 본 발명에 따른 엔진 정지시 프리포지셔닝제어에 의하면, 15.3sec 부근부터 시작되는 크랭크축 위치제어가, 그 이전의 엔진 정지처리에 의한 구동축 토크 변동의 발생에 대하여, 실질적으로 무시할 수 있을 정도로 작은 것이 됨을 알 수 있다.

이상, 본 발명을 여러가지 실시형태에 근거하여 상세하게 설명하였지만, 본 발명은 이들 실시형태로 한정되는 것이 아니고, 특허청구범위에 기재된 사항의 범위 내에서 다양하게 구체적 구성을 변경하여 실시할 수 있다. 예를 들면, 엔진 정지시에 프리포지셔닝제어를 행하는 제2실시형태에 있어서, 프리포지셔닝제어를 엔진 정지 후의 적당한 시기에 행하는 구성으로 할 수도 있다. 이 경우의 시기는, 운전자가 구동요구를 변화시키는 액셀조작이나 브레이크조작 등을 행하였을 때의 구동토크 변화의 제어가 이루어지는 시기에 맞추는 것이, 운전자에게 위화감을 주지 않고 엔진 위치제어를 행할 수 있다는 점에서 적절하다. 또, 본 발명의 적용대상으로서, 엔진과 발전기를 동력원으로 하는 하이브리드 구동장치를 예시하여 설명하였지만, 본 발명의 적용대상은 이로 한정되는 것이 아니고, 차량의 정지시에 불필요한 아이들링을 방지하는, 엔진을 자동정지ㆍ자동시동시키는 시스템 등에 사용할 수도 있다.

이상과 같이, 본 발명에 관한 구동장치는, 엔진과 발전기를 구비하는 각종 자동차의 구동장치에 사용하기에 적합하다.

Claims

모터링에 의하여, 엔진(1)을 점화하기 위한 회전수까지 상승시키는 제1전동기(2)와,

상기의 엔진 및 제1전동기를 제어하는 제어장치(U)를 구비하는 구동장치에 있어서,

상기의 제어장치는, 토크 출력에 의하여, 운전이 정지중인 엔진을 소정의 크랭크축 위치에 위치하게 하도록, 제1전동기를 제어하는 프리포지셔닝제어(prepositioning control)를 행하는 것을 특징으로 하는 구동장치.
제1항에 있어서,

상기의 제어장치는, 제1전동기에, 엔진을 연속회전시키기 위해 필요한 토크에 부족한 토크를 출력시키는 구동장치.
제2항에 있어서,

상기의 제어장치는, 제1전동기에, 임의의 일정 토크를 출력시키는 구동장치.
제3항에 있어서,

상기의 제어장치는, 상기의 일정 토크를 소정시간만 출력시키는 구동장치.
제4항에 있어서,

크랭크축 위치를 검출하는 제1크랭크축 위치검출수단을 구비하며,

상기의 제어장치는, 현재의 크랭크축 위치와 상기 소정의 크랭크축 위치의 차이에 따라, 상기 소정시간을 가변(可變)하게 하는 구동장치.
제1항에 있어서,

상기 소정의 크랭크축 위치를 검출하는 제2크랭크축 위치검출수단을 구비하며,

상기의 제어장치는, 제1전동기에, 크랭크축을 상기 소정의 크랭크축 위치에 위치하게 할 때까지 토크를 출력시키는 구동장치.
제6항에 있어서,

상기의 제어장치는, 제1전동기에, 가변토크를 출력시키는 구동장치.
제7항에 있어서,

크랭크축 위치를 검출하는 제1크랭크축 위치검출수단을 구비하며,

상기의 제어장치는, 현재의 크랭크축 위치와 상기 소정의 크랭크축 위치의 차이에 따라, 상기의 가변토크를 출력시키는 구동장치.
제8항에 있어서,

상기의 제어장치는, 상기 현재의 크랭크축 위치와 상기 소정의 크랭크축 위치의 차이에 따라, 미리 정해진 가변토크 맵을 가지는 구동장치.
제8항 또는 제9항에 있어서,

상기의 가변토크는, 엔진의 크랭킹 토크에 따른 토크인 구동장치.
제1항 내지 제10항의 어느 한 항에 있어서,

상기 소정의 크랭크축 위치는, 엔진의 크랭킹 토크가 가장 높은 위치인 구동장치.
제1항 내지 제11항의 어느 한 항에 있어서,

제2전동기(3)를 더 구비하여,

엔진, 제1전동기, 제2전동기가 차륜(9)에 기계적으로 연결되며,

상기의 제어장치는, 상기의 프리포지셔닝제어중에 차륜에 출력되는 토크의 변동을 흡수하도록 제2전동기를 제어하는 구동장치.
제12항에 있어서,

상기의 제어장치는, 제1전동기가 출력하는 토크로부터 상기의 차륜에 출력되는 토크의 변동을 연산하는 구동장치.
제12항에 있어서,

상기의 제어장치는, 상기의 프리포지셔닝제어에 따라 미리 정해진 제1 토크보정 맵에 근거하여, 제2전동기를 제어하는 구동장치.
제14항에 있어서,

상기의 제어장치는, 상기의 제1전동기와 제2전동기에, 동시에 토크 출력시키는 구동장치.
제1항 내지 제15항의 어느 한 항에 있어서,

상기의 제어장치는, 모터링에 선행하여, 상기의 프리포지셔닝제어를 실행하는 구동장치.
제16항에 있어서,

상기의 제어장치는, 모터링시, 제1전동기의 회전수를 제어하는 구동장치.
제16항에 있어서,

상기의 제어장치는, 모터링시, 제1전동기의 토크를 제어하는 구동장치.
제18항에 있어서,

상기의 제어장치는, 미리 정해진 맵에 근거하여 제1전동기의 토크를 제어하는 구동장치.
제16항 내지 제19항의 어느 한 항에 있어서,

상기의 제어장치는, 모터링시에 차륜에 출력되는 토크 변동을 흡수하도록 제2전동기를 제어하는 구동장치.
제20항에 있어서,

상기의 제어장치는, 제1전동기가 출력하는 토크로부터 상기의 차륜에 출력되는 토크의 변동을 연산하는 구동장치.
제20항에 있어서,

상기의 제어장치는, 모터링에 따라 미리 정해진 제2 보정 맵에 근거하여, 상기의 제2전동기를 제어하는 구동장치.
제20항 내지 제22항의 어느 한 항에 있어서,

상기의 제어장치는, 엔진의 크랭크축 위치에 따라 미리 정해진 제3 토크보정 맵에 근거하여, 제2전동기를 더욱 제어하는 구동장치.
제22항 또는 제23항에 있어서,

상기의 제어장치는, 상기의 제1전동기와 제2전동기에, 동시에 토크 출력시키는 구동장치.
제16항 내지 제24항의 어느 한 항에 있어서,

상기의 제어장치는, 운전자의 구동요구가 소정값 이하인 것을 조건으로, 상기의 프리포지셔닝제어를 행하는 구동장치.
제1항 내지 제15항의 어느 한 항에 있어서,

상기의 제어장치는, 연료공급 차단 후에 발전기로 엔진 회전을 강제 저감시킴에 따른 엔진의 회전 정지에 이어서, 상기의 프리포지셔닝제어를 실행하는 구동장치.
제26항에 있어서,

상기의 제어장치는, 상기의 엔진 회전의 강제 저감중에 차륜에 출력되는 토크의 변동을 흡수하도록 제2전동기를 제어하는 구동장치.
제1항 내지 제27항의 어느 한 항에 있어서,

엔진의 역회전을 방지하는 원웨이 클러치(8)를 더 구비하는 구동장치.
모터링에 의하여, 엔진(1)을 점화하기 위한 회전수까지 상승시키는 제1전동기(2)와,

상기의 엔진 및 제1전동기를 제어하는 제어장치(U)를 구비하는 구동장치에 있어서,

상기의 제어장치는, 모터링중의 크랭킹 토크가 소정의 토크가 되도록 제1전동기를 제어하는 것을 특징으로 하는 구동장치.