KR20190100188A - 하이브리드 모터 차량의 반자동 기어박스를 제어하는 방법 및 장치 - Google Patents

하이브리드 모터 차량의 반자동 기어박스를 제어하는 방법 및 장치 Download PDF

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KR20190100188A
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루도빅 메리엔느
아메드 케트피-체리프
마오 로익 르
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르노 에스.아.에스.
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Abstract

본 발명은 전기 트랙션 모터 장치(8) 및 내부 연소 엔진(4)을 포함하는 하이브리드 모터 차량의 반자동 기어박스(2)를 제어하기 위한 장치로서, 상기 기어 박스(2)는 전적으로 전기적인 추진을 위한 2 개의 별개인 기어 비율(EV1,EV2)을 허용하고, 차량의 속도(VVEH)를 측정하기 위한 수단(78) 및, 차량의 차동부에 공급되는 공력(ε)과 측정된 차량 속도(VVEH)의 함수로서 기어 비율의 값이 저장되는 맵(52)을 포함한다. 또한, 제 1 의 전적으로 전기적인 기어 비율(EV1, EV2)로부터 제 2 의 전적으로 전기적인 추진 기어 비율(EV2,EV1)로 전환되는 상황에서 기어박스(2)를 구성하기 위한 구성 시스템(54)을 더 포함하고, 상기 구성 시스템(54)은, 내부 연소 엔진(4)의 회전(turning over)을 명령할 수 있는 제 1 제어 모듈(56), 내부 연소 엔진(4)이 상기 차동부와 기계적으로 연결되는 전이 기어 비율(TH2)로 맞물릴 수 있는 제 2 제어 모듈(58) 및, 전기 트랙션 장치(8)로의 전력 공급을 변경시킬 수 있는 제 3 제어 모듈(60)을 포함한다.

Description

하이브리드 모터 차량의 반자동 기어박스를 제어하는 방법 및 장치
본 발명은 전기적인 트랙션 장치(electric traction machine) 및 내부 연소 엔진을 포함하는 하이브리드 모터 차량의 반자동 기어박스의 제어 분야에 관한 것이다.
연료 절감 및 오염물 배출 제한에 대한 증가하는 수요에 부합하기 위하여, 오늘날 하이브리드 모터 차량은 점증적으로 범용화되고 있다. 현저한 비율의 이들 차량들에는 전기적인 트랙션 장치 및 내부 연소 엔진을 포함하는 파워 트레인이 제공된다.
다수의 회전 에너지 소스(source)들을 포함하는 것은 새로운 제한이 나타나게 하며, 특히 단일의 회전 에너지 소스들이 제공된 전통적인 차량들의 통상적인 트랜스미션과 비교하여 파워 트레인내에 있는 회전 에너지의 트랜스미션에서 복잡성이 증가한다. 특히 다수의 제 1 샤프트들의 존재가 가져온 기어박스의 복잡성은 하이브리드(hybrid)가 아닌 차량을 위한 전통적인 기어박스에서보다 훨씬 많은 수의 기어 비율들의 존재를 허용한다. 특히, 그러한 기어박스들은, 오직 전기적인 트랙션 장치가 구동 휘일들을 구동하는 전적으로 전기적인(purely electric) 기어 비율의 전환(shifting), 오직 내부 연소 엔진만이 구동 휘일들을 구동하는, 전적으로 열적 추진(purely thermal propulsion)의 기어 비율의 전환 및, 전기적인 트랙션 장치 및 내부 연소 엔진이 구동 휘일들을 구동하는 하이브리드 기어 비율의 전환을 허용한다.
이러한 복잡성을 해결하도록, 하이브리드 모터 차량들에는 공통적으로 각각의 로터리 에너지 소스와 관련된 제 1 샤프트를 포함하는 반자동 도그 기어 박스(semiautomatic dog gearbox)가 제공되는데, 제 1 샤프트들은 파워 트레인의 차동부에 연결된 제 2 샤프트와 함께 작용한다. 기어박스는 제어 장치를 포함하고, 제어 장치의 기능은 다양한 반자동 기어 비율의 전환을 관리하는 것이다.
제어 장치는 일반적으로 차량 움직임의 속도 및 파워 트레인의 차동부에 공급되어야 하는 공력(effort)과 같은, 차량에 관련된 다양한 정보의 함수로서 기어 비율의 값들을 저장하는 맵(map)을 포함한다. 따라서, 제어 장치는 맵을 위한 입력으로서 공급되어야 하는 정보를 수집하고, 이러한 정보를 맵에 공급하고, 맵에 의해 전달된 기어 비율 값을 수집한다. 이러한 방식으로, 제어 장치는 연속적으로 어느 기어 비율로 맞물려야 하는지를 판단하고 따라서 기어 비율 전환이 맞물릴 필요가 있는지 여부를 판단한다. 이러한 경우에, 제어 장치는 대응하는 기어 비율을 전환하기 위하여 반자동 기어박스를 제어한다.
파워 트레인에서 에너지의 트랜스미션 품질을 향상시키기 위하여, 하이브리드 차량을 위한 일부 반자동 기어박스들은 2 가지의 별개이고 전적으로 전기적인 기어 비율을 허용한다. 본 명세서를 통하여, 전적으로 전기적인 기어 비율(purely electric ratio)은 파워 트레인의 오직 전기적인 트랙션 장치만이 기계적으로 연결되어 차량의 구동 휘일 및 차동부를 구동하는 비율로 이해되어야 한다.
그러나, 그러한 기어박스는 완전하게 만족스러운 것은 아니다. 실제로, 2 개의 전적으로 전기적인 기어 비율들 사이의 전환에서, 도그(dog)의 사용은 차동부로 공급되어야 하는 토크가 제로가 되는 중립 위치를 통한 전환을 필요로 한다. 그것의 결과는 운전자가 가속을 요청할 때의 감속 및 운전자가 가속 페달에서 발을 들어올릴 때 브레이크 작용이 없는 것에서 반영되는, 운전자에게 불쾌한 느낌이다.
위와 같은 점에 비추어, 본 발명의 목적은 상기 언급된 단점을 완화시키는 하이브리드 모터 차량의 반자동 기어박스의 제어 장치를 제안하는 것이다.
보다 상세하게는, 본 발명의 목적은 모터 차량에 의한 오염물의 배출 및 연료 소비를 계속 최적화시키면서, 그리고 차량의 파워 트레인에 있는 부피를 최소화시키면서, 2 개의 전적으로 전기적인 기어 비율들 사이의 전환시에 발생되는 불쾌한 감각의 발생을 회피하는 것이다.
이를 위하여, 전기적인 트랙션 장치 및 내부 연소 엔진을 포함하는 하이브리드 모터 차량의 반자동 기어박스를 제어하기 위한 장치가 제안되는데, 상기 기어박스는 2 개의 별개이고 전적으로 전기적인 기어 비율들을 허용하고, 차량의 속도를 측정하기 위한 수단 및, 차량의 측정 속도와 차량의 차동부에 공급되어야 하는 공력(effort)의 함수로서 기어 비율의 값들을 저장하는 맵을 포함한다.
본 발명의 전체적인 특징들중 하나에 따르면, 상기 제어 시스템은 제 1 의 전적으로 전기적인 기어 비율로부터 제 2 의 전적으로 전기적인 기어 비율로 전환되는 상황에서 기어박스를 구성하기 위한 구성 시스템을 포함하며, 상기 구성 시스템은 내부 연소 엔진의 샤프트의 회전을 제어할 수 있는 제 1 제어 모듈, 내부 연소 엔진의 샤프트가 상기 차동부와 기계적으로 연결되는 전이 기어 비율로 맞물릴 수 있는 제 2 제어 모듈 및, 전기적인 트랙션 장치의 공급을 변경시킬 수 있는 제 3 모듈을 포함한다.
그러한 제어 장치가 설치된 반자동 기어박스는, 특히 전이 기어 비율의 맞물림에 의하여 그리고 내부 연소 엔진의 샤프트의 회전 및 전기 트랙션 장치의 전력 공급의 적절한 제어에 의하여, 2 개의 전적으로 전기적인 기어 비율들 사이에서 전환할 때 운전자가 느끼는 불쾌한 느낌을 현저하게 줄이거나 또는 심지어 제거할 수 있게 한다.
일 실시예에 따르면, 제 1 제어 모듈은, 내부 연소 엔진의 샤프트의 회전을 제어하도록, 차량의 교류 발전기-시동기에 동력을 제공할 수 있으며, 상기 교류 발전기-시동기(alternator-starter)는 내부 연소 엔진의 샤프트와 기계적으로 연결된다.
내부 연소 엔진의 회전을 제어하도록 교류 발전기-시동기를 사용함으로써, 차량의 파워 트레인에서 추가적인 부피가 형성되는 것을 회피하면서, 모터 차량에 의한 오염물 배출 및 연료 소비가 특히 최적화된다.
다른 실시예에 따르면, 전이 기어 비율과 동시에 제 1 의 전적으로 전기적인 기어 비율로 맞물릴 때 및/또는 전이 기어 비율과 동시에 제 2 의 전적으로 전기적인 기어 비율로 맞물릴 때, 구성 시스템은 내부 연소 엔진의 샤프트와 전기적인 트랙션 장치 사이의 토크의 전환(switchover)을 제어하도록 매개 변수화된(parameterized) 제 4 제어 모듈도 포함한다.
그러한 토크 전환의 수행에 의하여, 운전자가 느끼는 불쾌한 느낌의 감쇠, 심지어는 제거가 특히 간단하고 신뢰성 있는 방식으로 이루어질 수 있다. 토크의 전환(switchover)은 예를 들어 내부 연소 엔진이 가동중일 때 전기 트랙션 장치로부터 내부 연소 엔진으로 이루어질 수 있거나, 또는 다른 구성 요소로 이루어질 수 있으며, 예를 들어 내부 연소 엔진이 주입 차단 모드(injection cutoff mode)에 있을 때 교류 발전기-시동기(alternator-starter)로 이루어질 수 있다.
유리하게는, 전이 기어 비율(transition gear ratio)과 동시에 제 1 의 전적으로 전기적인 기어 비율로 맞물릴 때 전기적인 트랙션 장치로부터 내부 연소 엔진의 샤프트로의 토크의 전환을 제어하도록, 그리고 전이 기어 비율과 동시에 제 2 의 전적으로 전기적인 기어 비율로 맞물릴 때 내부 연소 엔진의 샤프트로부터 전기적인 트랙션 장치로 토크의 전환을 제어하도록, 제 4 제어 모듈은 매개 변수화(parameterized)된다.
다른 실시예에서, 제 1 제어 모듈은 내부 연소 엔진에 관련된 차량의 측정 속도에 대응하는 제 1 동기화 속도(synchronization speed)를 계산할 수 있고, 내부 연소 엔진의 회전 속도가 실질적으로 제 1 동기화 속도와 같아지는 방식으로 내부 연소 엔진의 회전 속도를 조절할 수 있다.
다른 실시예에서, 제 3 제어 모듈은 전기적인 트랙션 장치와 관련된 차량의 측정 속도에 대응하는 제 2 동기화 속도를 계산할 수 있고, 전기적인 트랙션 장치의 회전 속도가 제 2 동기화 속도와 실질적으로 같아지는 방식으로 전기적인 트랙션 장치의 회전 속도를 조절할 수 있다.
유리하게는, 상기 제 1 제어 모듈은 상기 내부 연소 엔진을 주입 차단 모드(injection cutoff mode)에서 유지함으로써 내부 연소 엔진의 샤프트의 회전을 제어하는 수단을 포함한다.
유리하게는, 제 1 제어 모듈은, 상기 내부 연소 엔진의 주입 차단을 유지함과 동시에 내부 연소 엔진의 샤프트의 회전을 제어할 때 캠샤프트 쉬프터(camshaft shifter)의 작동 및/또는 쓰로틀 밸브의 개방을 제어하도록 매개 변수화된다.
그러한 매개 변수화(parameterization)는 주입 차단 모드에 있을 때 회전 구동되는 내부 연소 엔진의 헌팅(hunting)을 통하여 에너지 손실이 나타나는 것을 회피할 수 있게 한다. 이것은 운전자가 느끼는 느낌을 좋게 하고, 차량에 의한 오염물 배출 및 연료 소비의 최적화를 가져온다.
바람직스럽게는, 제 1 제어 모듈은 내부 연소 엔진에 의해 발생된 진동들을 평가할 수 있고 평가된 진동들의 함수로서 보상 값(compensation term)을 계산할 수 있는 평가기(estimator)를 포함한다.
유리하게는, 제 1 제어 모듈은 폐쇄 루프 조절 시스템(closed loop regulation system)을 통하여 내부 연소 엔진의 샤프트의 토크 및/또는 회전 속도를 서보제어(servo-controlling)하는 하드웨어 및 소프트웨어 수단을 포함한다.
다른 양상에 따르면, 전기적인 트랙션 장치 및 내부 연소 엔진을 포함하는 하이브리드 모터 차량의 반자동 기어박스를 제어하기 위한 방법이 제안되는데, 상기 기어박스는 2 개의 별개이고 전적으로 전기적인 기어 비율을 허용하고, 상기 기어 비율의 조건들은 제 1 의 전적으로 전기적인 기어 비율로부터 제 2 의 전적으로 전기적인 기어 비율로의 전환의 상황에서 제어를 초기화하기 위하여 검출되고, 내부 연소 엔진의 샤프트의 회전이 제어되고, 제 1 의 순수하게 전기적인 기어 비율과 제 2 의 순수하게 전기적인 기어 비율 사이의 전환중에 전기 장치에 의해 공급되는 토크를 소거시키기 위하여, 내부 연소 엔진의 샤프트가 차량의 차동부와 기계적으로 연결되는 전이 기어 비율(transition gear ratio, TH2)로 맞물린다.
본 발명의 다른 목적, 특징 및 장점들은 순수하게 비제한적인 예로서 주어지는 다음의 설명을 첨부된 도면을 참조하여 읽음으로써 명백해질 것이다.
도 1 은 본 발명에 따른 제어 장치가 설치된 반자동 기어 박스를 개략적으로 도시한다.
도 2 는 도 1 의 제어 장치의 맵(map)을 개략적으로 도시한다.
도 3 은 도 1 의 제어 장치의 개략적인 도면이다.
도 4 는 도 1 내지 도 3 의 제어 장치에 의하여 구현될 수 있는 반자동 기어박스를 제어하기 위한 방법을 도시한다.
도 1 을 참조하면, 기어박스(2)가 개략적으로 도시되어 있다. 기어 박스(2)의 기능은 하이브리드 모터 차량(미도시)의 파워 트레인(미도시)내에서 교환되는 기계적 에너지의 트랜스미션을 보장하는 것이다.
파워 트레인은 중실(solid)의 제 1 엔진 샤프트(6)가 제공된 내부 연소 엔진(4)을 포함한다. 파워 트레인은 전기 트랙션 장치(8)를 포함하며, 이것은 중공(hollow)의 제 1 엔진 샤프트(10)를 회전 구동할 수 있다. 중실의 제 1 샤프트(6)는 중공의 제 1 샤프트(10) 안에 삽입됨으로써 샤프트(6,10)들의 만족스럽고 부피가 크지 않은(non-bulky) 안내를 보장한다. 그러나, 중실의 제 1 샤프트(10)를 중공의 제 1 샤프트(6) 안에 삽입하는 것을 고려하거나 또는 상이한 안내 수단에 의해 서로 평행하게 배치된 2 개의 제 1 샤프트들을 상정하는 것이 본 발명의 범위로부터 벗어나는 것은 아니다.
파워 트레인은 벨트(14)를 통해 연결된 교류 발전기-시동기(12) 및 내부 연소 엔진(4)으로의 전달 샤프트(16)를 포함한다. 도시된 예에서, 동력의 기계적인 트랜스미션은 벨트에 의해 이루어질지라도, 본 발명의 범위로부터 이탈하지 않으면서, 예를 들어 중간 기어와 같은, 그 어떤 다른 기계적인 파워 트랜스미션 수단을 시용할 수 있다. 교류 발전기-시동기(12)의 주 기능은 엔진 샤프트(6)의 회전을 구동하는 것으로서, 예를 들어 엔진(4)을 시동하기 위한 것이다. 교류 발전기-시동기(12)의 제 2 기능은, 모터 차량의 다양한 필요성을 위하여 전기적인 에너지를 발생시키기 위하여 엔진(4)이 작동될 때 엔진 샤프트(6)상의 회전 에너지를 태핑(tapping)하는 것이다.
기어박스(2)는 제 2 샤프트(18)를 포함한다. 제 2 샤프트(18)의 기능은 제 1 샤프트(6,10)로부터 차량의 구동 휘일(미도시)로 기계적인 에너지를 전동하는 것이다. 제 2 샤프트(18)는 차동부(differential, 미도시)의 크라운 브리지(crown bridge, 미도시)를 가진 기어-다운 기어(gear-down gear, 미도시)에 의하여 기계적으로 연결된다. 차동부는 기계적인 에너지를 분배하며 상기 기계적인 에너지는 차량의 구동 휘일 사이의 차동부에 공급된다.
제 1 샤프트(6)에는 2 개의 공전 기어(20, 22)가 제공된다. 제 1 샤프트(10)에는, 그것의 일부에, 2 개의 고정 기어(24,26)들이 제공된다. 제 2 샤프트(18)는 축방향으로 순서대로 분포된 바로서, 공전 기어(20)와 맞물린 고정 기어(28), 공전 기어(22)와 맞물린 고정 기어(30), 고정 기어(24)와 맞물린 공전 기어(32) 및, 고정 기어(26)와 맞물린 공전 기어(34)를 포함한다. 전달 샤프트(16)는 고정 기어(24)와 맞물린 공전 기어(36) 및 공전 기어(20)와 맞물린 공전 기어(38)를 포함한다.
상이한 기어 비율들의 전환(shifting)에 연계되도록, 기어박스(2)는 전달 샤프트(16)상에 장착된 제 1 슬라이딩 도그 기어(sliding dog gear, 40)를 포함한다. 슬라이딩 기어(40)는 샤프트(16)에 대한 공전 기어(36,38)들의 상호 잠금(interlocking)을 작동시킬 수 있다. 기어박스(2)는 제 1 샤프트(6)상에 장착된 제 2 슬라이딩 도그 기어(42)를 포함한다. 슬라이딩 기어(42)는 샤프트(6)의 기어(20, 22)들의 클로우 클러칭(claw clutching)을 작동시킬 수 있다. 기어박스(2)는 제 2 샤프트(18)상에 장착된 제 3 슬라이딩 도그 기어(44)를 포함한다. 슬라이딩 기어(44)는 샤프트(18)의 공전 기어(32,34)들의 상호 잠금을 작동시킬 수 있다.
기어박스(2)는 반자동(semiautomatic)으로 만들어지며, 즉, 그것의 작동은 수동 박스의 방식이지만 기어 비율의 전환은 자동화된다. 즉, 슬라이딩 기어(40, 42, 44)들은 예를 들어, 로봇 작동 포크(robotized actuation fork)와 같은, 자동화된 기계적인 액튜에이터에 의하여 움직인다.
제어 장치(46)는 기어박스(2)의 제어를 보장하도록 제어된다. 보다 상세하게는, 제어 장치(46)는 슬라이딩 기어(40, 42, 44)들의 액튜에이터들을 제어할 수 있다. 이러한 방식으로, 제어 장치(46)는 기어박스(2)에 의하여 기어 비율의 전환을 제어할 수 있다.
제어 장치(46)는 항상 차량의 주행 및 작동 조건으로 기어박스(2)에 의해 맞물려야 하는 기어 비율을 결정할 수 있다. 이를 수행할 수 있도록, 장치(46)는 모터 차량의 움직임에 대한 속도(VVEH)의 검출기(48) 및, 파워 트레인의 차동부에 공급될 공력(effort,ε)의 검출기(50)를 포함한다. 공력(ε)은 대안으로서, 기어 다운 기어(미도시)의 치(teeth)에 의하여 가해져야만 하는 힘(뉴톤)의 형태로 표현될 수 있거나, 또는 차동 크라운(differential crown)에 공급될 토크(뉴톤-미터)의 형태로 표현될 수 있다. 검출기(48,50)들은 유리하게는 차량의 엔진 제어 장치에 결합되고, 이것은 속도(VVEH) 및 공력(ε)의 정보를 수집한다. 예를 들어, 엔진 제어 장치 또는 검출기(50)는 엑셀레이터 페달에 가해지는 운전자로부터의 압력을 고려할 수 있다.
장치(46)는 속도(VVEH) 및 공력(ε)의 함수로서 기어 비율의 값을 저장한 맵(map, 52)을 포함한다. 속도(VVEH) 및 공력(ε) 정보가 입력으로서 입력될 때, 맵(52)은 값의 입력에 대응하는 주행 및 작동 조건들에 적절한 기어 비율 값을 전달한다. 즉, 전달된 기어 비율 값은 주행 및 작동 조건에서 차량의 최적 작동을 보장하기 위하여 기어박스(2)에 의해 맞물려야만 하는 비율에 대응한다.
도 2 는 제어 장치(46)를 위한 맵(52)의 예를 나타내는 그래프를 도시한다. 맵(52)은 속도(VVEH)의 상이한 값들에 대응하는 x 축 및, 공력(ε)의 상이한 값들에 대응하는 y 값을 포함하는 그래프의 형태로 개략적으로 도시되어 있다.
그래프는 특정의 기어 비율에 각각 대응하는 영역들을 한정하는 복수개의 곡선들을 포함한다. 물론, 상이한 곡선들과 상이한 영역들을 나타내는 맵을 상정하는 것은 본 발명의 범위로부터 이탈되지 않는다.
영역(EV1)은 공전 기어(34)가 상호 잠금되는 기어 비율(EV1)에 대응한다. 따라서, 오직 제 1 샤프트(10) 만이 제 2 샤프트(18)와 기계적으로 연결된다. 즉, 기어 비율(EV1)은 전적으로 전기적인 기어 비율(electric gear ratio)이다.
영역(EV1)은 전적으로 전기적인 기어 비율(EV2)에 대응한다. 기어 비율(EV2)에 따르면, 공전 기어(32)가 상호 잠금된다. 비율(EV2)은 비율(EV1)의 트랜스미션 비율 보다 큰 트랜스미션 비율(transmission ratio)을 가지기 때문에, 이것은 저 기어 비율(lower gear ratio)인 비율(EV1)에 비하여 고 기어 비율(higher gear ratio)이다.
토크(i,j)가 무엇이든 간에, 영역(HEVij)은 제 1 샤프트(10) 및 제 1 샤프트(6)가 제 2 샤프트(18)와 기계적으로 연결되는 하이브리드 기어 비율(HEVij)에 대응한다. 만약 i=2 이면 공전 기어(22)가 상호 잠금되고, 만약 i=3 이면 공전 기어(38)가 상호 잠금되고, 만약 i=4 이면 공전 기어(20)가 상호 잠금되는 기어 비율에 비율(HEVij)이 대응한다. 더욱이, j=1 이면 공전 기어(34)가 상호 잠금되고, 만약 j=2 이면 공전 기어(32)가 상호 잠금된다.
따라서, 예를 들어, 공전 기어(22, 34)들이 슬라이딩 기어(42,44)들에 의하여 각각 상호 잠금되는 기어 비율에 비율(HEV21)은 대응한다.
제어 장치(46)는 구성 시스템(54)을 포함하는데, 이것의 기능은 2 개의 비율(EV1,EV2) 사이에서의 전환의 상황이 발생될 때 기어박스(2)를 구성하는 것이고, 양쪽 전환 방향들에서 그렇게 하는 것이다. 구성 시스템(54)은 도 3 에 개략적으로 도시되어 있다.
구성 시스템(54)은 제 1 제어 모듈(56), 제 2 제어 모듈(58), 제 3 제어 모듈(60) 및 제 4 제어 모듈(62)을 포함한다.
모듈(56)은 교류 발전기-시동기(12)의 출력부에서 회전 속도 및 토크를 제어하기 위하여 교류 발전기-시동기(12)의 전력 공급을 제어할 수 있다. 교류 발전기-시동기(12)와 샤프트(6) 사이의 일정한 감속 비율을 알면, 모듈(56)은 엔진(4)의 제 1 샤프트(6)의 회전을 구동할 수 있는데, 엔진(4)은 주입 차단 모드(injection cutoff mode)에 있다. 더욱이, 모듈(56)은 제 1 샤프트(6)의 회전 속도(ω6) 및 토크(T6)를 정확하게 제어할 수 있다.
모듈(56)에는 내부 연소 엔진(4)의 헌팅(hunting)을 통한 에너지 손실을 관리하기 위한 시스템(64)이 제공된다. 사실상, 엔진(4)이 정지되는 동안 샤프트(6)의 회전 구동은 상기 엔진(4)내의 헌팅(hunting)을 통하여 에너지의 현저한 손실을 가져온다. 관리 시스템(64)은 헌팅을 통한 에너지 손실의 발생에도 불구하고 토크(T6) 및 속도(ω6)를 정확하게 제어할 수 있게 한다.
관리 시스템(64)은 엔진(4)과 관련된 쓰로틀 밸브(미도시)의 개방을 제어할 수 있는 방식으로 내부 연소 엔진(4)과 연결된다. 더욱이, 관리 시스템(64)은 헌팅(hunting)을 통한 에너지 손실을 최소화시키는 적절한 위치에 따라서 엔진(4)의 캠샤프트 전환기(camshaft shifter, 미도시)의 작동을 제어할 수 있다.
보다 정확한 제어를 보장하기 위하여, 관리 시스템(64)은 폐쇄 루프 모드(closed loop mode)에서 속도(ω6) 및 토크(T6)의 조절을 수행할 수 있다. 이것은 운전자의 더욱 향상된 편의 감각을 결과시킨다. 이를 위하여, 관리 시스템(64)은 엔진(4)에 의해 발생된 진동의 평가기(estimator, 미도시)를 포함할 수 있다. 그러한 평가기는 예를 들어 교류 발전기-시동기(12)의 회전 속도의 함수로서 진동 값들이 저장된 맵(map)을 포함할 수 있다. 평가기는 또한 엔진(4)에 의해 발생된 진동들에 대한 보상 값(compensation term)을 계산할 수 있다. 보상 값은 제어 모듈(56)에 의하여 수집되는데, 제어 모듈은 교류 발전기-시동기(12)의 전력 공급 신호의 발생에서 그것을 고려한다.
제 2 모듈(58)은 기어 비율(EV1)로부터 기어 비율(EV2)로의 전환시에 또는 기어 비율(EV2)로부터 기어 비율(EV1)로의 전환시에 전이 기어 비율(transition gear ratio)로 맞물릴 수 있다. 도시된 예에서, EV1 으로부터 EV2 로의 전환시에 그리고 EV2 로부터 EV1 으로의 전환시에 동일한 전이 기어 비율이 맞물린다. 전이 기어 비율은 기어박스(2)의 임의의 전적으로 열적인 기어 비율(purely thermal gear ratio)일 수 있으며, 즉, 제 1 샤프트(6)가 제 2 샤프트(18)와 기계적으로 연결되는 그 어떤 기어 비율일 수도 있다. 이것은, 공전 기어(38)의 상호 잠금, 기어(20)의 상호 잠금, 또는 공전 기어(22)의 상호 잠금을 위하여 제어 모듈(58)이 슬라이딩 도그 기어(sliding dog gears 40,42)의 작동을 제어할 수 있음을 의미한다. 도시된 예에서, 기어(22,30)들에 의해 보장된 전이 비율(TH2)이 기어 비율로서 선택된다. 비율(TH2)의 선택은 내부 연소 엔진(4)의 헌팅을 통한 에너지 손실 및, 운동학적 연쇄(kinematic chain)에서 발생된 그 어떤 진동이라도 제한하기 위하여 샤프트(6)의 회전 속도(ω6)를 최소화시킬 수 있게 한다.
모듈(60)은 전기 트랙션 장치(electric traction machine, 8)의 전력 공급을 제어할 수 있다. 그렇게 함으로써, 모듈(60)은 엔진 샤프트(10)의 토크(T10) 및 회전 속도(ω10)를 정확하게 제어할 수 있다.
모듈(62)은 엔진 샤프트(6,10) 사이에서 토크의 변환을 제어하기 위한 하드웨어 수단 및 소프트웨어 수단을 포함한다. 즉, 모듈(62)은 토크(T10)를 변경시키기 위하여 모듈(60)에 의해 공급되는 전력 공급을 전기 트랙션 장치(8)를 위하여 변경시킬 수 있고, 병행하여 토크(T6)를 변경시키기 위하여 모듈(56)에 의해 공급되는 전력 공급을 교류 발전기-시동기(12)를 위하여 변경시킬 수 있다. 보다 상세하게는, 모듈(62)은 일정한 전체 토크(T6 + T10)를 유지하면서 토크(T10) 및 토크(T6)를 동시에 변화시킬 수 있다.
장치(46)에 의하여, 기어박스(2)를 제어하는 방법을 수행할 수 있으며, 이것은 도 4 를 참조하여 이하에 설명될 것이다.
도 4 에 도시된 예는 비율(EV1)로부터 비율(EV2)로의 전환시에 또는 비율(EV2)로부터 비율(EV1)로의 전환시에 기어박스(2)를 제어하는 방법이다. 즉, 양쪽의 전환 방향에서, 동일한 방법이 구현되고, 특히 동일한 전이 기어 비율이 사용된다. 그러나, 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 비율(EV1)과 비율(EV2)사이의 전환의 방향에 따라서 상이한 제어 방법을 생각할 수 있다.
방법이 시작될 때, 전기 트랙션 장치(8)에는 제 1 샤프트(10)가 속도(ω10) 및 토크(T10)로 회전 구동되는 방식으로 전기가 공급된다. 비율(EV1) 또는 비율(EV2)이 연계된다. 내부 연소 엔진(4) 및 교류 발전기-시동기(12)는 정지되는데, 샤프트(6,16)는 움직이지 않고 제 2 샤프트(18)로부터 결합 해제된다.
상기 방법은 제 1 의 전적으로(purely) 전기적인 기어 비율로부터 제 2 의 전기적인 기어 비율(electric gear ratio)로의 전환의 상황에서 제어의 초기화를 위한 조건들의 검출을 테스트하는 제 1 단계(E01)를 포함한다. 제 1 단계(E01) 동안, 제어 장치(46)가 비율(EV1)로부터 비율(EV2)로의 전환을 제어하는 지점에 있는지 또는 비율(EV2)로부터 비율(EV1)로의 전환을 제어하는 지점에 있는지의 여부에 관한 보다 특정한 검출이 있다. 따라서, 맵(52)에 의해 전달된 값이 값(EV1)을 떠나서 값(EV2)을 취하거나 또는 값(EV2)을 떠나서 값(EV1)을 취할 때, 초기 조건들이 검출된 것으로 간주된다. 초기화 조건이 검출되지 않는 한, 시험 단계(E01)는 반복된다. 초기화 조건들이 검출되지 마자, 단계(E02)로의 전이가 이루어진다.
다음의 설명에서, 맵(52)에 의해 전달된 값은 값(EV1)을 떠나서 값(EV2)이 되는 것으로 가정된다. 차후 단계(E02) 동안에, 모듈(56)은 교류 발전기-시동기(12)에 전력을 제공한다. 다음에 내부 연소 엔진(4)의 엔진 샤프트(6)의 회전이 시작된다. 이러한 시간 동안, 내부 연소 엔진(4)은 정지되어 유지된다.
다음에 방법은 제 1 동기화 속도(ω1-SYNC)의 계산 단계(E03)를 포함한다. 속도(ω1-SYNC)는, 만약 전기적인 기어 비율이 맞물렸다면 이루어졌을 샤프트(6)의 회전 속도이다. 이전에 지적된 바와 같이, 전이 기어 비율(transition gear ratio)은 공전 기어(22) 및 고정 기어(30)에 의해 보장되는데, 이것은 트랜스미션 비율(RTH2)에 대응한다. 속도(ω1-SYNC)는 차량 움직임의 속도(VVEH)로부터 또는 제 1 샤프트(10)의 속도(ω10)로부터 계산될 수 있다. 후자의 경우에, 속도(ω1-SYNC)는 다음의 식을 적용함으로써 계산된다.
Figure pct00001
방법은 단계(E04)를 포함하는데, 상기 단계에서 모듈(56)은 엔진 샤프트(6)가 속도(ω1-SYNC)와 동등한 회전 속도로 구동되는 방식으로 교류 발전기-시동기(12)의 전력 공급을 변경한다. 즉, ω6　=　ω1-SYNC 을 얻기 위하여 교류 발전기-시동기(12)에 전력이 공급된다. 1 분당 +/-　50　회전의 공차내에서 값(ω6)이 속도(ω1-SYNC)와 동등하게 되자마자 단계(E04)는 정지된다. 단계(E04)의 끝에서, 토크(T6)는 실질적으로 제로이다.
방법은 전기 기어 비율(TH2)의 맞물림 단계(E05)를 포함한다. 단계(E05) 동안, 모듈(58)은 공전 기어(22)와 상호 잠금되도록 슬라이딩 기어(42)의 작동을 제어한다. 동기화 속도의 계산 및 샤프트(6)의 동기화의 단계(E03, E04)에 의하여 상호 잠금(interlocking)이 용이하게 이루어진다. 단계(E05)의 끝에서, 비율(EV1, TH2)들이 연계되거나, 즉, 제 1 샤프트(6) 및 제 1 샤프트(10) 양쪽 모두가 제 2 샤프트(18)와 맞물린다.
방법은 다음에 제 1 샤프트(6,10)들 사이의 토크의 변환(switchover) 단계(E06)를 포함한다. 단계(E06) 동안, 토크(T10)가 감소되는 방식으로, 제어 모듈(62)은 전기 트랙션 장치(8)의 전력 공급의 변경을 제어한다. 도시된 예에서, 모듈(62)은 일정한 변화 비율(
Figure pct00002
)에 따라서 순간(t1)으로부터 토크(T10)에서의 감소를 제어한다. 순간(t2)에, 토크(T10)는 제로 값에 도달한다. 여전히 단계(E06)에서, 모듈(62)은 토크(T6)를 증가시키기 위하여 교류 발전기-시동기(12)의 전력 공급의 변경을 제어한다. 보다 상세하게는, 모듈(62)은 토크(T10)의 변화 비율에 정확하게 반대인 값의 일정한 변화 비율(
Figure pct00003
)에 따라서 순간(t1)으로부터 토크(T6)에서의 증가를 제어한다. 따라서, 단계(E06) 동안에, 전기 트랙션 장치(8)에 의해 가해지는 토크(T10)는 교류 발전기-시동기(12)에 의하여 엔진 샤프트(6)로 점진적으로 전환된다. 단계(E06)의 끝에서, 토크(T10)는 실질적으로 제로이다.
방법은 비율(EV1)의 맞물림 해제 단계(E07)를 포함한다. 이러한 단계 동안에, 제어 장치(46)는 공전 기어(34)의 상호 잠금을 맞물림 해제시키기 위하여 슬라이딩 기어(44)를 제어한다. 단계(E07)의 끝에서, 비율(EV1)은 더 이상 연계되지 않으며 엔진 샤프트(10)는 제 2샤프트(18)와 더 이상 맞물리지 않는다.
방법은 제 2 동기화 속도(ω2-SYNC)의 계산 단계(E08)를 포함한다. 속도(ω2-SYNC)는 만약 기어 비율(EV2)이 맞물렸다면 이루어졌을 샤프트(10)의 회전 속도이다. 기어 비율(EV2)은 기어(24, 32)들에 의해 보장되고 트랜스미션 비율(REV2)을 보장한다. 속도(ω2-SYNC)는 차량 움직임의 속도(VVEH)로부터 계산될 수 있거나 또는 제 1 샤프트(6)의 속도(ω6)로부터 계산될 수 있다. 후자의 경우에, 속도(ω2-SYNC)는 다음의 식을 적용함으로써 계산될 수 있다.
Figure pct00004
방법은 단계(E09)를 포함하며, 상기 단계 동안 샤프트(10)의 회전 속도(ω10)가 속도(ω2-SYNC)와 동등하게 되는 방식으로 제어 모듈(60)은 전기 트랙션 장치(8)의 전력 공급을 변경시킨다. 1 분당 +/-　50 회전의 공차내에서 값(ω10)이 값(ω2-SYNC)과 동등하게 되자 마자 단계(E09)는 정지된다.
다음에 제 2 의 전적으로 전기적인 기어 비율의 맞물림 단계(E10)가 이어지며, 이러한 경우에는 기어 비율(EV2)의 맞물림이다. 이를 수행하도록, 장치(46)는 공전 기어(32)의 상호 잠금을 얻기 위하여 슬라이딩 기어(44)의 작동을 제어한다. 단계(E10)의 끝에서, 비율(TH2 및 EV2)들이 연계되거나, 즉, 제 1 샤프트(10) 및 제 1 샤프트(6)가 제 2 샤프트(18)와 맞물린다. 토크(T10)는 실질적으로 제로이다.
방법은 다음에 토크의 새로운 전환 단계(E11)를 포함한다. 단계(E06)와는 다르게, 토크의 전환(switchover)은 역방향에서 동일한 변화 비율을 가지고 발생된다. 즉, 단계(E11) 동안에, 제어 모듈(62)은 동시에 변화 비율(-α)에 따라서 토크(T10)의 증가를 제어하고 변화 비율(α)에 따라서 토크(T6)의 감소를 제어한다. 토크(T6)가 실질적으로 제로가 되자마자 단계(E11)는 정지된다.
방법은 전이 기어 비율(TH2)의 맞물림 해제 단계(E12)를 포함한다. 이러한 단계 동안에, 기어(22)가 더 이상 상호 잠금되지 않는 방식으로 모듈(58)은 슬라이딩 기어(42)를 제어한다. 단계(E12)의 끝에서, 오직 비율(EV2)만이 연계되며, 샤프트(6)는 속도(ω1-SYNC)로 계속 회전한다.
방법은 엔진 샤프트(6)의 회전을 정지시키는 단계(E13)를 포함한다. 단계(E13) 동안에, 모듈(56)은 회전 속도(ω6)를 점진적으로 제로 값으로 감소시키기 위하여 교류 발전기-시동기(12)의 전력 공급을 점진적으로 감소시킨다. 바람직스럽게는, 속도(ω6)는 진동 없이 샤프트(6)의 회전을 급속 정지시킴에 있어서 교류 발전기-시동기(12)에 의해 공급되는 토크를 제어함으로써 조절된다.
단계(E13)의 끝에서, 오직 비율(EV2)만이 연계되고 내부 연소 엔진(4)의 엔진 샤프트(6)는 부동화(immobile)된다.
상기 설명된 방법의 동안에, 비율(EV1)과 비율(EV2) 사이의 전환중에는 사점(dead point)이 연계되지 않는다. 더욱이, 운전자가 느끼는 가속은 항상 양(positive)으로 유지된다. 비율(EV2)로부터 비율(EV1)로의 전환의 경우에, 전이 기어 비율의 연계는 사점 비율(dead point ratio)의 연계를 회피하는 것과 동일한 효과를 가질 것이어서, 운전자가 가속 페달에서 발을 들어올릴 때 운전자가 느끼는 가속은 항상 음(negative)으로 유지된다.
따라서, 상기 설명된 방법 및 장치에 의하여, 운전자에게 유쾌하지 않은 감각을 가져오지 않으면서 2 개의 전적으로 전기적인 기어 비율들 사이의 전환을 연계시킬 수 있다. 이것은 낮은 비율(EV1)로부터 높은 비율(EV2)로의 전환시에 증명되는데, 여기에서 운전자는 가속을 요청할 때 감속의 느낌을 느끼지 않을 것이다. 이것은 또한 높은 비율(EV2)로부터 낮은 비율(EV1)로의 전환시에도 완벽하게 그러할 것이며, 여기에서 운전자는 발을 가속 페달에서 들어올릴 때 제동(braking)이 결여된 느낌을 느끼지 않을 것이다.
더욱이, 이러한 운전자 느낌의 향상은 내부 연소 엔진을 시동시키지 않으면서 가능할 수 있으며, 이는 연료 소비 및 차량에 의한 오염물 방출의 우수한 최적화를 유지할 수 있게 한다.
더욱이, 본 발명은 추가적인 기계적 구성 요소의 구비를 필요로 하지 않으며, 따라서 파워 트레인과 차량의 엔진 구획부내에서 추가적인 부피를 유발하지 않는다.
4. 내부 연소 엔진 6. 중실의 제 1 엔진 샤프트
8. 전기 트랙션 장치 10. 중공의 제 1 엔진 샤프트
12. 교류 발전기-시동기 18. 제 2 샤프트

Claims (10)

  1. 전기 트랙션 장치(electric traction machine, 10) 및 내부 연소 엔진(4)을 포함하는 하이브리드 모터 차량의 반자동 기어박스(2)를 제어하는 장치(46)로서,
    상기 기어박스(2)는 2 개의 별개이고 전적으로 전기적인 기어 비율(EV1, EV2)을 허용하고, 차량의 속도(VVEH)를 측정하기 위한 수단(78) 및, 차량의 차동부(differential)로 공급되어야 하는 공력(effort,ε)과 차량의 측정된 속도(VVEH)의 함수로서 기어 비율의 값들을 저장하는 맵(map, 52)을 포함하고,
    반자동 기어 박스를 제어하는 장치는, 제 1 의 순수하게 전기적인 기어 비율(EV1, EV2)로부터 제 2 의 순수하게 전기적인 기어 비율(EV2, EV1)로 전환되는 상황에서 기어박스(2)를 구성하기 위한 구성 시스템(54)을 포함하고,
    상기 구성 시스템(54)은, 내부 연소 엔진(4)의 샤프트(6)의 회전을 제어할 수 있는 제 1 제어 모듈(56), 내부 연소 엔진(4)의 샤프트(6)가 상기 차동부와 기계적으로 연결되는 전이 기어 비율(transition gear ratio, TH2)로 맞물릴 수 있는 제 2 제어 모듈(58) 및, 전기 트랙션 장치(9)로의 전력 공급을 변경시킬 수 있는 제 3 제어 모듈(60)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 하이브리드 모터 차량의 반자동 기어박스 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    제 1 제어 모듈(56)은 내부 연소 엔진(4)의 샤프트(6)의 회전을 제어하도록 차량의 교류 발전기-시동기(12)에 동력을 제공할 수 있고, 상기 교류 발전기-시동기(12)는 내부 연소 엔진(4)의 샤프트(6)와 기계적으로 연결되는, 하이브리드 모터 차량의 반자동 기어박스 제어 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    전이 기어 비율(TH2)과 동시에 제 1 의 전적으로 전기적인 기어 비율(EV1, EV2)로 맞물릴 때, 및/또는 전이 기어 비율(TH2)과 동시에 제 2 의 전적으로 전기적인 기어 비율(EV2, EV1)로 맞물릴 때, 구성 시스템(54)은 전기 트랙션 장치(8)와 내부 연소 엔진(4)의 샤프트(6) 사이에서 토크의 전환(switchover)을 제어하도록 매개 변수화된(parameterized) 제 3 제어 모듈(62)을 포함하는, 하이브리드 모터 차량의 반자동 기어박스 제어 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,
    제 1 제어 모듈(56)은, 내부 연소 엔진(4)에 관련된 차량의 측정 속도(VVEH)에 대응하는 제 1 동기화 속도(ω1-SYNC)를 계산할 수 있고,
    내부 연소 엔진의 회전 속도가 제 1 동기화 속도(ω1-SYNC)와 실질적으로 같아지는 방식으로 내부 연소 엔진(4)의 회전 속도(ω6)를 조절할 수 있는, 하이브리드 모터 차량의 반자동 기어박스 제어 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서,
    제 3 제어 모듈(60)은 전기적인 트랙션 장치(8)와 관련된 차량의 측정 속도(VVEH)에 대응하는 제 2 동기화 속도(ω2-SYNC)를 계산할 수 있고, 전기적인 트랙션 장치의 회전 속도가 제 2 동기화 속도(ω2-SYNC)와 실질적으로 같아지는 방식으로 전기적인 트랙션 장치(8)의 회전 속도(ω10)를 조절할 수 있는, 하이브리드 모터 차량의 반자동 기어박스 제어 장치(46).
  6. 제 1 항 내지 제 5 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 제어 모듈(56)은 상기 내부 연소 엔진(4)을 주입 차단 모드에서 유지함으로써 내부 연소 엔진(4)의 샤프트(6)의 회전을 제어하는 수단을 포함하는, 하이브리드 모터 차량의 반자동 기어박스 제어 장치(46).
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 내부 연소 엔진(4)의 주입 차단(injection cutoff)을 유지하는 것과 동시에 내부 연소 엔진(4)의 샤프트(6)의 회전을 제어할 때, 상기 제 1 제어 모듈(56)은 쓰로틀 밸브의 개방 및/또는 캠샤프트 쉬프터(camshaft shifter)의 작동을 제어하도록 매개 변수화되는, 하이브리드 모터 차량의 반자동 기어박스 제어 장치(46).
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 모듈(56)은, 내부 연소 엔진(4)에 의해 발생된 진동을 평가할 수 있고 평가된 진동의 함수로서 보상 값(compensation term)을 계산할 수 있는 평가기(estimator)를 포함하는, 하이브리드 모터 차량의 반자동 기어박스 제어 장치(46).
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 제어 모듈(56)은 폐쇄 루프 조절 시스템을 통하여 내부 연소 엔진(4)의 샤프트(6)의 토크(T6) 및/또는 회전 속도(ω6)를 서보 제어(servo-control)하기 위한 하드웨어 및 소프트웨어 수단을 포함하는, 하이브리드 모터 차량의 반자동 기어박스 제어 장치(46).
  10. 전기 트랙션 장치(8) 및 내부 연소 엔진(4)을 포함하는 하이브리드 모터 차량의 반자동 기어박스(2)를 제어하는 방법으로서,
    상기 기어박스(2)는 2 개의 별개이고 전적으로 전기적인 기어 비율(EV1, EV2)을 허용하고, 상기 기어 비율의 조건들은 제 1 의 전적으로 전기적인 기어 비율(EV1, EV2)로부터 제 2 의 전적으로 전기적인 기어 비율(EV2, EV1)로의 전환의 상황에서 제어를 초기화하기 위하여 검출되고,
    내부 연소 엔진(4)의 샤프트(6)의 회전이 제어되고, 제 1 의 순수하게 전기적인 기어 비율(EV1, EV2)과 제 2 의 순수하게 전기적인 기어 비율(EV2, EV1) 사이의 전환중에 전기 장치에 의해 공급되는 토크(T10)를 소거시키기 위하여, 내부 연소 엔진(4)의 샤프트(6)가 차량의 차동부와 기계적으로 연결되는 전이 기어 비율(transition gear ratio, TH2)로 맞물리는, 하이브리드 모터 차량의 반자동 기어박스 제어 방법.
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