KR100532893B1 - 차량용 발전기의 제어 장치 - Google Patents

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Abstract

차륜을 구동하는 모터에 전력을 공급하는 발전기의 발전을 정지했을 때에 발전기를 구동하는 엔진의 급격한 회전수의 상승을 방지한다.
차량을 구동하는 엔진(1)에 연결되고 또 구동되는 발전기(2)의 발전 전력을 제어하는 차량용 발전기의 제어 장치(4)에 있어서, 차륜의 회전수를 검출하는 차륜 회전수 검출 수단(7)을 구비하고, 발전 전력을 저감할 때에 차륜이 슬립되지 않는 경우에는 슬립되는 경우에 비해서 발전기의 발전 전력을 완만하게 저감시킨다.

Description

차량용 발전기의 제어 장치 {Control Device of Power Generator for Automobile}
본 발명은 차량의 구동을 보조하는 모터에 공급하는 전력량을 제어 가능한 차량용 발전기의 제어 장치에 관한 것이다.
엔진의 부하가 저감된 경우에 엔진의 회전수 상승이나, 차륜의 슬립을 회피 또는 저감하는 수법으로서 엔진의 출력을 전자 제어 드로틀 등에 의해 저감하는 수법이 알려져 있다. 또, 이외에도 일본 특허 공개 제2000-14255호 공보에 의해 모터에 의한 구동력을 급격히 크게 하려고 발전기의 발전 전력을 급격히 증대시켰을 때에 엔진 스톨을 방지하는 제어 방법이 알려져 있다.
차량을 구동하는 엔진에 접속된 발전기를 갖는 차량에 있어서, 발전 전력을 저감시키면 발전기의 발전 토오크가 감소되고, 그 만큼 엔진의 토오크가 과잉되고, 엔진의 회전수가 증대되거나, 차량이 급가속되고, 운전자에게 위화감을 줄 가능성이 있다. 특히, 전후륜의 어느 한 쪽을 엔진이 구동하고, 엔진이 구동되는 발전기의 전력을 모터에 공급하고, 그 모터로 엔진이 구동되지 않는 차륜을 구동하는 차량에 있어서는 이 현상이 생기기 쉽다. 이와 같은 차량에서는 발전기의 발전 토오크도 크기 때문에, 모터의 발생 토오크를 저감한 경우에 생기는 과잉 엔진 토오크도 크다. 그 때문에, 모터의 토오크를 급격히 저감한 경우, 엔진에 의해 구동되는 차륜의 토오크 증가도 크고, 운전자가 의도하지 않는 엔진 회전수의 급증, 차량의 급가속이 생기는 일이 있다. 극단적인 경우에는 도9에 도시한 바와 같이, 엔진이 구동되는 차륜이 슬립되고, 차량의 가속이 불안정해진다.
본원 발명자들은 후륜의 어느 한 쪽을 엔진이 구동하고, 엔진이 구동되는 발전기의 전력을 모터에 공급하고, 그 모터로 엔진이 구동되지 않는 차륜을 구동하는 차량의 제어에 있어서의 상기 문제를 새롭게 찾아낸 것이다.
따라서, 상기 문제에 대하여, 전자 제어 드로틀을 이용하여 엔진의 토오크를 낮추는 것은 용이하게 생각할 수 있지만, 가속이 악화되기 쉽다는 결점이 있다. 또, 엔진을 제어하기 위해 전자 제어 드로틀이 필요하며, 또 제어가 복잡해진다.
본 발명은 간단한 시스템 구성으로 모터에 의한 구동을 정지하고, 엔진만으로 구동하는 것으로 절환된 경우도 원활한 차량의 가속이 얻어지고, 엔진의 회전수가 안정된 상태로 운행할 수 있는 차량과, 발전기의 제어 장치의 제공을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 차량용 발전기의 제어 장치는 차량을 구동하는 엔진에 연결되고 또 구동되는 발전기의 발전 전력을 제어하는 발전 전력 제어 장치에 있어서, 차륜의 슬립을 검출하는 슬립 검출 수단을 구비하고, 발전 전력을 저감할 때에 슬립 검출 수단에 의해 슬립이 검출되지 않는 경우에는 슬립이 검출되는 경우에 비해서 발전기의 발전 전력을 완만하게 저감시키도록 한 것이다.
(발명의 실시 형태)
본 발명에 관한 일 실시 형태를 설명한다. 도1에 발전기의 발전 전력을 제어하는 발전 전력 제어 장치가 탑재된 차량을 도시한다. 본 차량은 구동력을 발생하는 엔진(1), 엔진의 구동력을 사용하여 구동되는 구동륜(9a 및 9b), 엔진에 의해 구동되고, 전력을 발생하는 발전기(2), 발전기의 전력 발생량을 제어하는 콘트롤러(4), 모터 어시스트력을 발생하는 모터(5), 모터에 의해 구동되는 2개의 차륜(8a, 8b)에 분배하고 모터의 구동력을 온/오프 하는 클러치를 내장한 디퍼렌셜(6), 각 차륜의 속도를 검출하는 차륜 속도 센서(7), 발전기로부터 발생하는 전류를 모터까지 안내하는 배선(10), 콘트롤러(4)로부터 발전기(2)의 발전 전력을 제어하는 신호선(2a), 도시하지 않은 액셀 페달의 답입량(즉, 드로틀 개방도)을 검출하는 액셀 페달 센서로부터 구성된다. 액셀 페달 센서, 차륜 속도 센서(7)의 신호는 콘트롤러(4)로 전달된다. 또, 본 차량에 있어서는, 전륜이 엔진에 의해, 후륜이 모터에 의해 구동된다.
본 차량은 통상적으로는 엔진(1)에 의해 구동륜(9)을 구동하여 주행하지만, 경우에 따라 저속(대체로 시속 30km까지)에서는 모터(5)에 의해 엔진으로 구동되고 있지 않은 차륜(8)을 구동한다. 저속 이상의 속도에서는 모터(5)의 효율이 악화되기 때문에 에너지의 손실이 크고, 모터로의 전력 공급을 정지하는 동시에, 구동륜(8)으로부터의 이끌림에 의한 모터의 과회전 방지와 디퍼렌셜이나 모터의 마찰 저항에 의한 에너지 손실을 방지하기 위해, 디퍼렌셜(6)에 조립된 클러치를 절단한다.
차량이 정지 상태로부터 발진되고, 저속 영역을 넘어설 때에는 상기의 모터 정지 및 디퍼렌셜 내부의 클러치를 연결 해제하는 조작을 행하지만, 모터 정지를 위해서는 모터가 접속되어 있는 발전기의 발전을 정지하는 조작을 할 필요가 있으며, 그것은 콘트롤러(4)가 행한다. 콘트롤러(4)가 발전을 빠르게 정지한 경우에는, 발전기가 소비하고 있던 엔진의 토오크가 빠르게 과잉되고, 엔진이 구동하는 차륜에 급격히 전해지고, 쇼크나 차륜의 슬립, 엔진의 빠른 회전수 상승으로 이어질 우려가 있다. 그 때문에, 콘트롤러(4)는 하기의 제어를 행한다.
도2에 모터의 토오크를 감소할 때의 제어의 개요를 도시한다. 모터의 토오크를 감소하기 위해, 블록(21)에서는 발전기의 발전 전력을 감소하는 속도의 검정을 행한다. 블록(21)의 연산 결과를 기초로 하여, 블록(22)에서는 발전 전력의 결정을 행한다. 상기 블록(21) 및 블록(22)의 연산은 콘트롤러(4)의 연산부에서 행한다. 블록(22)에서 결정한 발전 전력이 되도록 발전기의 발전 전력을 실제로 제어하므로, 콘트롤러(4)의 전류 발생부에서 발전기의 전력 제어용 코일에 흐르는 전류를 생성한다. 이와 같은 구성을 취하기 때문에, 발전 전력을 감소할 때에는 감소 속도를 여러 가지로 설정할 수 있다.
도3에 블록(21)의 내용을 도시한다. 블록(31)에서는 차륜 속도 검출 수단으로서 각 차륜의 회전 속도 측정하는 차륜 속도 센서의 신호를 입력한다.
슬립의 유무를 조사하기 위해, 블록(32)에서는 차륜 속도 센서의 검출 신호 중 특히 전륜과 후륜의 속도 차를 조사하고, 후륜의 속도가 클 경우에는 후륜이 슬립된다고 판단하고, 블록(33)으로 진행한다. 후륜이 슬립되지 않는 경우에는 블록(34)으로 진행한다. 블록(33) 및 블록(34)에서는 발전 전력의 감소 속도를 계수(K)로서 지정한다. 계수(K)와 감소 속도는 정(正)의 관계가 있으며, 클 때에는 보다 감소의 속도가 크다. 계수 K의 값은 블록(33) 쪽이 블록(34) 보다 커지도록 되어 있다. 즉, 슬립을 검지했을 때에는 그렇지 않은 경우보다도 발전 전력의 감소 속도가 빨라지도록 되어 있다. 그 이유를 설명한다.
본 실시 형태의 차량은 엔진으로 전륜을, 모터로 후륜을 구동한다. 일반적으로 후륜이 슬립되면 차량이 스핀에 빠지기 쉽기 때문에, 후륜의 슬립은 가능한 한 회피하는 것이 좋다. 본 차량의 경우, 후륜이 슬립된 경우에 슬립을 신속하게 해소하려면 모터의 토오크, 즉 발전 전력을 재빠르게 저감하는 것이 효과적이다. 그 때문에 슬립된 경우에는 감소 속도가 빨라지도록 계수(K)를 설정한다.
한 편, 슬립되지 않는 경우에는 발전 전력의 급격한 저감은 엔진 구동륜으로의 토오크의 급증대로 이어지고, 전륜의 슬립을 유발할 가능성이 있기 때문에, 피해야만 한다. 그래서, 슬립되지 않는 경우에는 블록(34)에 격납되어 있는 계수(K)를 채용한다. 이 계수(K)의 값은 블록(33)에 격납되어 있는 계수(K)의 값보다 작게 되어 있다.
블록(22)에서는 블록(21)에서 정해진 발전 전력의 감소 속도에 따라서, 새롭게 발전 전력의 제어 목표를 결정한다. 발전 전력은 반드시 발전 토오크에 선형의 비례를 하지 않고, 발전 전력을 감소시킨 때에 급격한 토오크의 변동이 나타날 가능성이 있다. 그래서 그것을 방지하기 위해, 일단 발전기의 발전 전력을 발전기의 토오크에 치환하고, 거기에서부터 토오크를 정해진 감소 속도에 따라 감소하고, 최후에 토오크를 발전 전력에 치환하고, 그 발전 전력에 따르도록 발전기를 제어한다. 이와 같음으로써 토오크를 원활하게 감소시킬 수 있고, 엔진의 급격한 토오크 변동을 방지할 수 있고, 차량의 가속 등이 보다 순조롭게 행해진다.
상기와 같이 후륜의 슬립의 유무에 의해 발전기의 발전 전력의 감소 속도를 설정했기 때문에, 모터 구동륜이 슬립된 때에는 신속하게 모터의 구동 토오크를 저감하고, 또 슬립되지 않는 경우에는 엔진이 구동하는 차륜의 토오크가 원활하게 증가되게 할 수 있는 효과가 있다.
도4를 사용하여, 슬립되지 않는 경우에 있어서도 보다 원활하게 발전기를 정지하는 방법을 설명한다. 그 경우, 블록(34)을 블록(41 내지 49)으로 치환한다. 블록(32)에서 슬립이 없다고 판단되면 블록(41)으로 엔진 회전수를 엔진의 회전 센서 펄스로부터 연산하고, 다음에 블록(42)으로 드로틀 밸브 개방도를 드로틀 밸브 개방도 센서의 신호를 이용하여 구한다. 이들 블록(41)과 블록(42)에서 구한 결과를 블록(42)으로 미리 격납해 둔 드로틀 개방도와 엔진 회전수를 파라미터로 한 엔진 토오크의 2차원 테이블을 참조하여, 엔진 토오크를 구한다. 이 결과를 블록(49)에 전달한다.
블록(44)에서는 발전기의 현재 출력 전압, 블록(45)에서는 발전기의 현재 출력 전류를 검출하고, 블록(46)에서 발전 전력을 구한다. 블록(47)에서는 블록(41)에서 구한 엔진 회전수를 수취하고, 블록(48)에서는 발전기의 발전 전력과 엔진의 회전수를 파라미터로 한 발전기의 발전 토오크의 테이블로부터, 현재의 발전 토오크를 구한다. 그리고 블록(49)에서는 엔진의 토오크를 발전기의 발전 토오크로 나누어 엔진 토오크의 발전기의 토오크에 대한 비를 구하고, 또 차량에 따라 변하는 실험적으로 구한 정수를 곱하여 발전 전력의 감소 속도를 표시하는 계수(K)로 한다. 이와 같이 발전 토오크에 대한 엔진의 토오크의 비로부터 발전 전력의 감소 속도를 표시하는 계수(K)를 정하면 발전의 토오크가 상대적으로 엔진 토오크에 비해 클 때, 즉 발전을 정지했을 때에 과잉이 되는 엔진 토오크가 클 때에는 발전 전력의 감소 속도가 작아진다.
이들 블록(41 내지 49)을 실시함으로써 발전 전력이 많을 때에는 발전 전력의 감소 속도를 작게할 수 있고, 발전 전력을 감소할 때에 생기는 엔진의 과잉 토오크의 급격한 발생을 억제할 수 있다. 이 조작은 현재 엔진의 토오크와 발전기의 발전 토오크로부터 발전 전력의 감소 속도를 정하고 있지만, 보다 운전자에 의해 바람직한 속도로 발전기의 발전 전력을 저감하려면 다음과 같이 해서 발전 전력의 감소 속도를 정하는 방법도 있다.
본 차량과 같이 엔진에 의해 구동되는 발전기에 직접 모터가 연결된 구성인 경우, 발전기에 의해 기술 에너지로부터 전기 에너지로, 또 모터에 의해 전기 에너지를 기술 에너지로 변환하므로 에너지의 변환 로스가 생긴다. 따라서 운전자가 보다 빠른 가속을 바랄 때에는 되도록 빠르게 모터의 구동력을 정지하고, 엔진의 구동력 만으로 가속을 행한 쪽이 에너지의 효율이 좋다.
일반적으로 운전자가 빠르게 가속하고 싶을 때에는 액셀 페달의 답입량을 크게(드로틀 밸브의 개방도를 크게)하는 혹은 드로틀 페달의 답입 속도를 빠르게 한다. 그래서 운전자의 액셀 페달의 조작 패턴을 기억해두고, 운전자가 급가속을 바라고 있는 것이면, 발전기의 발전 전력의 감소율을 크게 하고 신속하게 모터의 구동을 정지하는 방법을 취하면 운전자의 의도에 따라 보다 빠른 가속이 얻어진다.
답입 패턴의 판별을 하려면, 간편하게는 도5의 블록(51)로부터 블록(53)으로 도시하는 방법이 있다.
블록(51)에서는 블록(42)과 마찬가지로 드로틀 개방도를 검출한다. 블록(52)에서는 블록(51)의 시각(時刻) 이력을 기록해두고, 시각 이력으로부터 드로틀 밸브의 개방도의 시간 변화율을 연산한다. 블록(53)에는 블록(51)에서 구한 현재의 드로틀 밸브 개방도와 블록(52)에서 연산한 드로틀 밸브의 시간 변화율을 파라미터로 한 발전 전력의 감소 속도를 나타내는 계수(K)의 테이블이 있다. 이 테이블은 시간 변화율 혹은 드로틀 밸브의 개방도가 커지면 계수(K)가 증대하도록 되어 있다.
운전자가 빠른 가속을 하려고 액셀 페달의 답입량이 크거나 혹은 액셀 페달의 답입 속도가 빠른 경우에는 계수(K)가 크게 나타난다. 그 결과 발전기의 발전 전력의 감소 속도는 빨라지고 보다 신속하게 모터의 구동이 정지되고, 엔진의 구동력에 의한 차량의 가속이 가능해진다.
본 실시 형태의 제어를 사용한 결과예를 도6의 (a) 내지 도6의 (d)에 도시한다. 도6의 (a)에 계수(K)가 큰 경우(선 B)와 작은 경우(선 A)의 발전량의 시간 변화, 도6의 (b)에 발전 토오크의 시간 변화, 도6의 (c)에 엔진 구동륜의 토오크의 변화, 도6의 (d)에 모터 토오크의 시간 변화를 도시한다. 계수 K가 큰 경우(선 B)는 작은 경우에 비해서, 발전량, 발전 토오크, 모터 토오크는 급격하게 저하한다. 반대로 엔진 구동륜의 토오크는 급격하게 증대하고 있다.
도7에 차륜에 슬립이 있는 경우의 차륜 속도의 시간 변화 및 슬립비와 시간의 변화를 표시한다. 선 B(실선)가 본 실시 형태를 사용한 경우의 플롯이며, 계수 K는 크다. 비교를 위해 계수 K가 작은 경우의 구획을 선 A(점선)로 표시한다. 슬립된 경우에 계수 K를 크게 함으로써 엔진 구동륜과 모터 구동륜의 차륜 속도가 신속하게 일치하고, 즉 슬립비가 제로에 가까우며, 보다 신속하게 차량을 안정하여 주행시킬 수 있음을 알 수 있다.
도8에 본 실시 형태를 차륜이 슬립되지 않는 경우에 적용한 예를 도시한다. 차륜이 슬립되지 않으므로 계수 K는 작아지고, 그 때문에 발전 토오크의 감소는 완만해져 있다. 그 때문에 모터의 구동륜 토오크의 감소도 완만해 있고, 차륜의 슬립은 생기지 않는다.
본 발명에 의해 간단한 시스템 구성으로 모터에 의한 구동을 정지하고, 엔진 만 구동으로 절환된 경우도 원활한 차량의 가속이 얻어지고, 엔진의 회전수가 안정된 상태로 운행할 수 있다.
도1은 본 발명을 적용한 차량을 도시한 도면.
도2는 발전기의 발전 전력을 저감할 때의 기본 제어 블록의 설명.
도3은 발전기의 발전 전력을 저감할 때의 저감 속도를 결정하는 제어 블록의 설명.
도4는 차륜이 슬립되지 않는 경우의 발전 전력의 저감 속도를 결정하는 제어 블록의 설명.
도5는 운전자의 액셀 조작 패턴을 고려한 경우의 발전 전력의 저감 속도를 결정하는 제어 블록의 설명.
도6의 (a) 내지 도6의 (d)는 발전기의 목표 발전 전력을 결정하는 제어 블록의 설명.
도7은 본 발명을 적용한 경우의 발전 전력과 토오크의 변화를 도시하는 도면.
도8은 슬립되지 않는 때의 제어의 효과를 설명하는 도면.
도9는 슬립되었을 때의 제어 효과를 설명하는 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 엔진
2 : 발전기
3 : 입력 신호
4 : 제어 장치
5 : 모터
6 : 디퍼렌셜
7 : 차륜 속도 센서
8 : 모터 구동륜
9 : 엔진 구동륜
10 : 전력선

Claims (6)

  1. 차량의 구동을 보조하는 모터에 전력을 공급하는 발전기의 전력량을 제어하는 차량용 발전기의 제어 장치에 있어서,
    차량의 차륜의 속도 신호를 기초로 하여 차륜의 회전 상태를 검출하고, 그 차륜의 회전 상태와 모터의 회전 신호를 기초로 하여 발전기의 전력량을 제어하는 제어 신호를 생성하고 출력하는 연산부와, 그 연산부에 의해 출력된 제어 신호를 기초로 하여 발전기의 전력 제어용 코일에 흐르는 전류를 생성하는 전류 발생부를 갖는 것을 특징으로 하는 차량용 발전기의 제어 장치.
  2. 차량을 구동하는 엔진에 연결되고 또 구동되는 발전기의 발전 전력을 제어하는 차량용 발전기의 제어 장치에 있어서,
    차륜의 회전수를 검출하는 차륜 회전수 검출 수단을 구비하고, 발전 전력을 저감할 때에 차륜이 슬립되지 않는 경우에는 슬립되는 경우에 비해서 발전기의 발전 전력을 완만하게 저감시키는 것을 특징으로 하는 차량용 발전기의 제어 장치.
  3. 차량을 구동하는 엔진에 연결되고 또 구동되는 발전기의 발전 전력을 제어하는 차량용 발전기의 제어 장치에 있어서,
    엔진의 회전수를 검출하는 엔진 회전수 검출 수단과 드로틀 밸브의 개방도를 검출하는 드로틀 개방도 검출 수단과, 현재의 발전 전력을 검출하는 발전 전력 검출 수단을 구비하고, 상기 발전 전력 제어 장치가 상기 엔진 회전수 검출 수단과 드로틀 밸브 개방도 검출 수단과 발전 전력 검출 수단의 검출 값에 의해 발전 전력을 저감할 때의 발전 전력의 감소 속도를 바꾸는 것을 특징으로 하는 차량용 발전기의 제어 장치.
  4. 제2항에 있어서, 차량용 발전기의 제어 장치에 있어서, 발전 전력을 저감할 경우에 발전 전력 검출 수단이 검출된 발전 토오크에 의존하지 않고, 상기 드로틀 개방도 검출 수단이 검출된 드로틀 개방도와 상기 엔진 회전수 검출 수단이 검출된 엔진 회전수가 동일한 경우, 발전 토오크 검출 수단이 검출된 발전 토오크가 클수록 발전 전력의 감소 속도를 빠르게 하는 것을 특징으로 하는 차량용 발전기의 제어 장치.
  5. 차량을 구동하는 엔진에 연결되어 구동되고 엔진의 비구동륜을 구동 가능하게 하는 전동 모터에 접속된 발전기의 발전 전력을 제어하는 차량용 발전기의 제어 장치에 있어서,
    차량의 속도를 검출하는 수단을 구비하고, 소정의 차륜 속도를 초과한 범위에서 차륜 속도의 증가와 동시에 발전 전력을 점감(漸減)시키는 것을 특징으로 하는 차량용 발전기의 제어 장치.
  6. 차량을 구동하는 엔진에 연결되어 구동되고, 엔진의 비구동륜을 구동 가능하게 하는 전동 모터에 접속된 발전기의 발전 전력을 제어하는 차량용 발전기의 제어 장치에 있어서,
    드로틀 밸브의 개방도를 검출하는 드로틀 밸브 개방도 검출 수단과, 엔진의 회전수를 검출하는 엔진 회전수 검출 수단과, 차륜의 회전 속도를 검출하는 차륜 속도 검출 수단을 구비하고, 소정의 차륜 속도를 초과한 범위에서 차륜 속도 검출 수단이 검출된 차륜 속도의 증가와 동시에 발전 전력을 점감(漸減)시키고, 또 드로틀 밸브의 개방도와 드로틀 밸브의 개방도의 변화율에 따라서, 소정의 차륜 속도를 설정하는 것을 특징으로 하는 차량용 발전기의 제어 장치.
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