KR100618505B1 - 차량 구동력 제어 장치 - Google Patents

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마쯔다도시로오
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닛산 지도우샤 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 전기 발전기의 크기를 증가시키지 않고서, 차량이 정지된 상태로부터 가속하고 있을 때 구동력을 증가시키는 것을 가능하게 하도록 구성된 차량 구동력 제어 장치에 관한 것이다. 특히, 엔진의 출력은 좌측 및 우측 전방 휠과 전기 발전기로 송출된다. 전기 발전기의 출력 전압은 전기 모터에 공급되고, 전기 모터의 출력은 좌측 및 우측 후방 휠을 구동한다. 차량이 정지된 상태로부터 가속(정지로부터 움직이기 시작)하려고 시도하고 있을 때 차량이 고착되어 있다고 결정되면, 엔진 TCS 제어를 위해 사용되는 목표 슬립량이 증가된다.
구동력 제어, 엔진, 발전기, 전기 모터, 가속 슬립

Description

차량 구동력 제어 장치 {VEHICLE DRIVING FORCE CONTROL APPARATUS}
도1은 본 발명의 양호한 실시예에 따른 차량 구동력 제어 장치를 갖춘 차량의 개략적인 블록 선도.
도2는 본 발명의 도시된 실시예에 따른 도1에 도시된 차량 구동력 제어 장치를 위한 제어 시스템 구성을 도시하는 블록 선도.
도3은 본 발명의 도시된 양호한 실시예에 따른 도1에 도시된 차량 구동력 제어 장치를 위한 4륜 구동 제어기를 도시하는 블록 선도.
도4는 본 발명의 도시된 실시예에 따른 도1에 도시된 차량 구동력 제어 장치를 위한 4륜 구동 제어기의 잉여 토크 계산부에 의해 실행되는 처리 시퀀스를 도시하는 흐름도.
도5는 본 발명의 도시된 실시예에 따른 도1에 도시된 차량 구동력 제어 장치를 위한 4륜 구동 제어기의 목표 토크 제어(제한)부에 의해 실행되는 처리 시퀀스를 도시하는 흐름도.
도6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 잉여 토크 변환부에 의해 실행되는 처리를 도시하는 흐름도.
도7은 본 발명의 실시예에 따른 구동 상태 결정부에 의해 실행되는 처리를 도시하는 흐름도.
도8은 본 발명의 실시예에 따른 목표 TCS 수정부에 의해 실행되는 처리를 도시하는 흐름도.
도9는 본 발명의 실시예의 목표 슬립량과 차량 속도 사이의 관계를 도시하는 그래프.
도10은 본 발명에 기초한 제1 실시예에 따른 엔진 제어기에 의해 실행되는 처리를 도시하는 흐름도.
도11은 본 발명의 실시예에 따른 시간 도표.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1L, 1R : 주 구동 휠
2 : 내연 기관
3L, 3R : 부 구동 휠
4 : 전기 모터
7 : 발전기
8 : 4륜 구동 제어기
18 : 엔진 제어기
본 발명은 주 구동원에 의해 구동되는 휠 또는 휠 세트 및 주 구동원에 의해 구동되는 전기 모터를 갖는 차량을 위한 차량 구동력 제어 장치에 관한 것이다. 양호하게는, 전기 모터는 주 구동원에 의해 구동되는 발전기에 의해 발생되는 전력으로 구동된다. 본 발명은 한 쌍의 주 구동 휠이 내연 기관과 같은 주 구동원에 의해 구동되고 한 쌍의 부 구동 휠이 전기 모터에 의해 구동되는 전륜(全輪) 구동 차량에서 특히 유용하다. 따라서, 본 발명은 엔진이 발전기를 구동하고 발전기로부터 발생되는 전력이 전기 모터에 공급되는 소위 무배터리 4륜 구동 차량에 대해 특히 적합하다.
구동력 제어 장치의 일례가 일본 특허 출원 공개 제2000-318473호에 개시되어 있다. 이러한 문헌의 구동력 제어 장치는 전방 또는 주 구동 휠이 내연 기관에 의해 구동되고, 후방 또는 부 구동 휠이 전기 모터에 의해 구동되는 차량을 개시한다. 전기 모터는 엔진에 의해 구동되는 전기 발전기에 의해 발생되는 전력에 의해 구동된다. 이러한 문헌에 개시된 구동력 제어 장치가 사용될 때, 전기 모터에 전력을 공급하는 배터리를 갖는 것이 필수적이지는 않다. 더욱이, 이러한 문헌에서 제공되는 장치는 차량이 정지로부터 움직이기 시작할 때에만, 전기 모터로 후방 휠을 구동함으로써 정지된 상태로부터의 가속을 보조하도록 구성된다.
상기 관점에서, 개선된 차량 구동력 제어 장치에 대한 요구가 존재한다는 것이 이러한 문헌으로부터 당업자에게 명백할 것이다. 본 발명은 본 기술 분야의 이러한 요구 및 다른 요구를 처리하며, 이는 본 개시 내용으로부터 당업자에게 명백할 것이다.
주 구동 휠의 가속 슬립을 저지하기 위해, 몇몇의 4륜 구동 차량은 주 구동 휠의 가속 슬립의 양을 목표 슬립량으로 조정하는 방식으로 엔진의 출력을 억제하는 (소위, "엔진 TCS"로 불리는) 트랙션 제어 기능을 구비하는 것이 알려져 있다.
그러한 차량에서, 트랙션 제어 기능이 정지된 상태로부터의 가속 중에 가속 슬립에 응답하여 엔진의 회전 속도 증가를 억제하면, 모터가 목표 모터 토크를 달성할 수 없는 지점까지 전기 발전기의 출력 전류가 억제되는 결과를 낳을 수 있다.
한편, 트랙션 제어 기능이 중지되거나, 트랙션 제어 효과가 단순히 목표 슬립량을 영구적으로 증가시킴으로써 약화되면, 차량 주행 중의 조향 응답이 저하되고 차량의 회전 성능 및 주행 안정성이 감소될 것이다. 더욱이, 엔진 출력을 억제하지 않고서 트랙션 제어 기능을 제공하기 위해, 주 구동 휠의 잉여 토크를 흡수하기에 충분히 큰 용량을 갖는 전기 발전기를 사용하는 것이 필요하다.
본 발명은 이러한 문제점의 관점에서 착안되었다. 본 발명의 목적은 큰 전기 발전기를 요구하지 않고서, 정지된 상태로부터의 가속 중에 차량에 부가되는 구동력이 증가되는 것을 가능케 하는 것이다.
상기 관점에서, 주 구동원, 전기 발전기, 전기 모터, 주 구동원 출력 억제부, 가속 슬립 정도 수정부를 기본적으로 포함하는 차량 구동력 제어 장치가 제공된다. 주 구동원은 주 구동 휠을 구동하도록 구성되고 배열된다. 전기 발전기는 주 구동원에 의해 구동되도록 구성되고 배열된다. 전기 모터는 전기 발전기에 의해 발생되는 전력으로부터 부 구동 휠을 구동하도록 구성되고 배열된다. 주 구동원 출력 억제부는 주 구동 휠이 가속 슬립을 겪을 때 주 구동 휠의 가속 슬립의 정도가 미리 설정된 목표 슬립 정도에 상응하도록 주 구동원의 출력을 억제하도록 구 성된다.
가속 슬립 정도 수정부는 차량 속도가 증가함에 따라 목표 슬립 정도를 감소시키는 것과, 차량이 정지된 상태로부터 가속하려고 시도하고 있다고 결정되었을 때 목표 슬립 정도를 증가시키는 것 중 적어도 하나를 수행함으로써 목표 슬립 정도를 조정하도록 구성된다.
본 발명의 이러한 그리고 다른 목적, 특징, 태양, 및 장점은 첨부된 도면과 관련하여 본 발명의 양호한 실시예를 개시하는 다음의 상세한 설명으로부터 당업자에게 명백할 것이다.
이제 본 명세서의 일부를 형성하는 첨부된 도면을 참조한다.
본 발명의 선택된 실시예가 이제 도면을 참조하여 설명될 것이다. 본 발명의 실시예의 다음의 설명은 단지 예시적으로만 제공되었으며 첨부된 청구범위 및 그의 등가물에 의해 한정되는 본 발명을 제한하려는 목적으로 제공되지 않았다는 것이 본 개시 내용으로부터 당업자에게 명백할 것이다.
먼저 도1 및 도2를 참조하면, 차량 구동력 제어 장치가 이제 본 발명의 제1 실시예에 따라 설명될 것이다. 도1에서 보이는 바와 같이, 본 발명에 따른 차량 구동력 제어 장치를 갖춘 4륜 구동 차량이 도식적으로 도시되어 있다. 도1에 도시된 바와 같이, 이러한 실시예에 따른 차량은 내연 기관 또는 주 구동원(2)에 의해 구동되는 좌측 및 우측 전방 휠(1L, 1R)과, 양호하게는 직류(DC) 전기 모터인 전기 모터 또는 부 구동원(4)에 의해 구동되는 좌측 및 우측 후방 휠(3L, 3R)을 갖는다. 따라서, 전방 휠(1L, 1R)은 주 구동 휠로서 역할하고, 후방 휠(3L, 3R)은 부 구동 휠로서 역할한다. 엔진(2)의 출력 토크(Te)가 트랜스미션(5a) 및 차동 기어(5b)를 통과한 후에 좌측 및 우측 전방 휠(1L, 1R)로 송출된다. 무한 구동 벨트(6)가 내연 기관(2)으로부터, 전기 모터(4)에 전기 에너지를 공급하는 전기 발전기(7)로 동력을 전달한다. 엔진(2)의 출력 토크(Te)의 일부는 무한 구동 벨트(6)에 의해 전기 발전기(7)로 송출된다. 바꾸어 말하면, 발전기(7)는 내연 기관(2)의 회전 속도(Ne)를 무한 구동 벨트(6)의 풀리비로 곱해서 얻어진 회전 속도(Nh)로 회전된다. 또한, 발전기(7)의 회전 속도(Nh)는 내연 기관(2)의 회전 속도(Ne) 및 무한 구동 벨트(6)의 풀리비에 기초하여 계산될 수 있다.
트랜스미션(5a)은 트랜스미션(5a)의 현재의 변속 범위 또는 기어 위치를 검출하도록 구성된 변속 또는 기어 위치 검출 장치(5c; 기어비 검출 장치)를 구비한다. 변속 위치 검출 장치(5c)는 검출된 변속 위치를 표시하는 신호를 4륜 구동 제어기(8)로 보낸다. 트랜스미션(5a)은 (도면에 도시되지 않은) 트랜스미션 제어 유닛으로부터의 변속 명령에 응답하여 기어 변속을 실행한다. 트랜스미션 제어 유닛은 차량 속도 및 가속기 위치에 기초한 트랜스미션의 변속 계획을 설명하는 정보를 포함하는 표 등을 보유한다. 트랜스미션 제어 유닛은 현재의 차량 속도 및 가속기 위치에 기초하여 차량이 변속점을 통과할 것이라고 결정하면, 변속 명령을 트랜스미션으로 발송한다.
발전기(7)는 내연 기관(2)의 회전 속도(Ne)와 무한 구동 벨트(6)의 풀리비의 곱과 동일한 회전 속도(Nh)로 회전한다. 발전기(7)의 계자 전류(Ifh)로 인해 발전 기(7)에 의해 내연 기관(2)에 가해지는 부하(토크)는 4륜 구동 제어기(8)에 의해 부하 토크에 대응하는 전압을 발생시키도록 조정된다. 발전기(7)에 의해 발생되는 전압은 전기선(9)을 통해 전기 모터(4)에 공급될 수 있다. 접속 박스(10)가 전기 모터(4)와 발전기(7) 사이의 전기선(9) 내의 중간점에 제공된다. 전기 모터(4)의 구동 샤프트는 감속 기어(11), 클러치(12), 및 차동 기어(13)를 거쳐 종래의 방식으로 후방 휠(3L, 3R)에 연결될 수 있다.
내연 기관(2)은 주 스로틀 밸브(15) 및 부 스로틀 밸브(16)를 포함하는 흡기 통로(14; 예를 들어 흡기 매니폴드)를 갖는다. 주 스로틀 밸브(15)의 스로틀 개방은 가속기 페달(17)의 눌림량에 따라 조정/제어되고, 가속기 페달은 또한 가속기 위치 검출 장치 또는 센서, 또는 스로틀 개방 지시 장치 또는 센서를 구성하거나 그러한 기능을 한다. 주 스로틀 밸브(15)의 스로틀 개방을 조정하기 위해, 주 스로틀 밸브(15)는 가속기 페달(17)의 눌림량에 기계적으로 연결되거나, 가속기 페달(17)의 눌림량 또는 주 스로틀 밸브(15)의 개도를 검출하는 가속기 센서(29)로부터의 눌림량 검출값에 따라 엔진 제어기(18)에 의해 전기적으로 조정/제어된다. 가속기 센서(29)로부터의 눌림량 검출값은 제어 신호로서 4륜 구동 제어기(8)로 출력된다. 가속기 센서(29)는 가속 또는 스로틀 지시 센서를 구성한다. 따라서, 본원에서 사용되는 "가속기 위치 개도"라는 용어는 주 스로틀 밸브(15)의 스로틀 개방량 또는 가속기 페달(17) 또는 유사한 가속기 장치의 눌림량을 말한다.
부 스로틀 밸브(16)는 그의 스로틀 개방을 조정하기 위한 액츄에이터로서 스테퍼 모터(19)를 사용한다. 특히, 부 스로틀 밸브(16)의 스로틀 개방은 스텝 카운 트에 대응하는 스테퍼 모터(19)의 회전각에 의해 조정/제어된다. 스테퍼 모터(19)의 회전각은 모터 제어기(20)로부터의 구동 신호에 의해 조정/제어된다. 부 스로틀 밸브(16)는 도2에 도시된 스로틀 센서(19a)를 구비한다. 스테퍼 모터(19)의 스텝 카운트는 이러한 스로틀 센서(19a)에 의해 검출되는 스로틀 개방 검출값에 기초하여 피드백 제어된다. 내연 기관(2)의 출력 토크는 부 스로틀 밸브(16)의 스로틀 개방을 주 스로틀 밸브(15)의 스로틀 개방보다 작게 조정함으로써 가속기 페달(17)의 운전자 작동에 관계없이 제어(감소)될 수 있다.
차량 구동력 제어 장치는 또한 내연 기관(2)의 회전 속도(Ne)를 검출하는 엔진 회전 속도 센서(21)를 갖추고 있다. 엔진 회전 속도 센서(21)는 엔진 회전 속도(Ne)를 표시하는 제어 신호를 엔진 제어기(18) 및 4륜 구동 제어기(8)로 출력한다.
브레이크 지시/작동부를 구성하는 브레이크 페달(34)이 제공된다. 브레이크 페달(34)의 스트로크량은 브레이크 작동량 센서를 구성하는 브레이크 스트로크 센서(35)에 의해 검출된다. 브레이크 스트로크 센서(35)는 브레이크 페달(34)의 실제 스트로크량을 측정하는 센서, 또는 브레이크 페달(34)의 스트로크량을 표시하는 매스터 실린더 압력을 감지하는 매스터 실린더 압력 센서일 수 있다. 각각의 경우에, 브레이크 스트로크 센서(35)는 그가 검출한 브레이크 스트로크량을 브레이크 제어기(36) 및 4륜 구동 제어기(8)로 출력한다. 브레이크 스트로크 센서(35)는 브레이크 페달(34)이 소정량만큼 눌렸는 지를 표시하는 브레이크 스위치를 포함하도록 구성되고 배열될 수도 있다. 따라서, 브레이크 페달(34)이 소정량만큼 눌렸다 는 것을 표시하는 브레이크 작동(on) 신호가 4륜 구동 제어기(8)로 보내진다.
브레이크 제어기(36)는 브레이크 페달(34)에 의해 입력된 브레이크 스트로크량에 응답하여 휠(1L, 1R, 3L, 3R) 상에 설치된 제동 장치(37FL, 37FR, 37RL, 37RR; 예를 들어 디스크 브레이크)를 제어함으로써 차량에 작용하는 제동력을 제어한다. 바꾸어 말하면, 브레이크 스트로크 센서(35)로부터 수신된 브레이크 페달 눌림량에 기초하여, 브레이크 제어기(36)는 디스크 브레이크 등인 제동 장치(37FL, 37FR, 37RL, 37RR)에 의해 휠(1L, 1R, 3L, 3R)에 인가되는 제동력을 제어한다. 제동 장치(37FL, 37FR, 37RL, 37RR) 각각은 4륜 구동 제어기(8)에 작동식으로 연결된 휠 실린더 압력 센서를 포함한다.
도2에 도시된 바와 같이, 발전기(7)는 출력 전압(V)을 조정하기 위한 전압 조정기(22; 조절기)를 갖추고 있다. 4륜 구동 제어기(8)는 발전기 제어 명령값(c1; 듀티비 또는 계자 전류값)을 제어하는 것과 같이 계자 전류(Ifh)를 조정함으로써 내연 기관(2) 및 발생 전압(V)에 대한 발전기 부하 토크(Th)를 제어한다. 바꾸어 말하면, 예를 들어, 4륜 구동 제어기(8)로부터 발송된 발전기 제어 명령값(c1; 듀티비)에 기초하여, 전압 조절기(22)는 전기 발전기(7)의 계자 전류(Ifh)를 제어하고, 이에 의해 발전기(7)에 의해 엔진(2)에 부가되는 발전기 부하 토크(Th) 및 발전기(7)에 의해 발생되는 출력 전압(V)을 제어한다. 간단히, 전압 조절기(22)는 4륜 구동 제어기(8)로부터의 발전기 제어 명령값(c1; 듀티비 또는 계자 전류값)을 수신하여, 발전기(7)의 계자 전류(Ifh)를 발전기 제어 명령값(c1)에 대응하는 값으로 조정한다. 전압 조정기(22)는 또한 발전기(7)의 출력 전압(V)을 검출 한 다음 검출된 전압값을 4륜 구동 제어기(8)로 출력하도록 구성되고 배열된다. 이러한 배열은 발전기 출력 전압 조절부를 구성한다.
전류 센서(23)가 접속 박스(10) 내부에 제공된다. 전류 센서(23)는 발전기(7)로부터 전기 모터(4)에 공급되는 전력의 전류값(Ia)을 검출하여, 검출된 전기자 전류 신호를 4륜 구동 제어기(8)로 출력한다. 전기선(9)을 통해 흐르는 전압값은 4륜 구동 제어기(8)에 의해 검출되어, 전기 모터(4)에 걸친 전압을 표시하는 제어 신호를 생성한다. 릴레이(24)가 4륜 구동 제어기(8)로부터의 제어 명령에 따라 전기 모터(4)에 공급되는 전압(전류)을 차단하거나 연결한다.
4륜 구동 제어기(8)로부터의 제어 명령은 전기 모터(4)의 구동 토크를 목표 모터 토크(Tm)로 조정하기 위해 전기 모터(4)의 계자 전류(Ifm)를 제어한다. 바꾸어 말하면, 4륜 구동 제어기(8)에 의한 계자 전류(Ifm)의 조정은 전기 모터(4)의 구동 토크(Tm)를 목표 모터 토크로 조정한다. 써미스터(25)가 전기 모터(4)의 브러쉬 온도를 측정하여 4륜 구동 제어기(8)로 출력되는 전기 모터(4)의 온도를 표시하는 제어 신호를 생성한다.
차량 구동력 제어 장치는 또한 전기 모터(4)의 구동 샤프트의 회전 속도(Nm)를 검출하는 모터 회전 속도 센서(26)를 갖추고 있다. 모터 회전 속도 센서(26)는 전기 모터(4)의 검출된 회전 속도를 표시하는 제어 신호를 4륜 구동 제어기(8)로 출력한다. 모터 회전 속도 센서(26)는 클러치(12)의 입력 샤프트 회전 속도 검출기 또는 센서를 구성한다.
휠(1L, 1R, 3L, 3R)은 각각 횔 속도 센서(27FL, 27FR, 27RL, 27RR)를 구비한 다. 각각의 속도 센서(27FL, 27FR, 27RL, 27RR)는 각각의 휠(1L, 1R, 3L, 3R)의 회전 속도에 대응하는 펄스 신호를 4륜 구동 제어기(8)로 출력한다. 펄스 신호 각각은 각각의 휠(1L, 1R, 3L, 3R)의 회전 속도를 표시하는 휠 속도 검출값으로서 역할한다. 휠 속도 센서(27RL, 27RR)는 클러치(12)의 출력 샤프트 회전 속도 검출기 또는 센서를 구성한다.
도3에 도시된 바와 같이, 4륜 구동 제어기(8)는 발전기 제어 유닛 또는 제어부(8A), 릴레이 제어 유닛 또는 제어부(8B), 모터 제어 유닛 또는 제어부(8C), 클러치 제어 유닛 또는 제어부(8D), 잉여 토크 계산 유닛 또는 계산부(8E), 목표 토크 제한 유닛 또는 제한부(8F), 잉여 토크 변환 유닛 또는 변환부(8G), 4륜 구동 종결 처리 유닛 또는 처리부(8H), TCS 목표 수정 유닛 또는 수정부(8J), 및 구동 상태 결정 유닛 또는 결정부(8K)를 갖추고 있다.
4륜 구동 제어기(8)는 양호하게는 아래에서 설명되는 바와 같이 내연 기관(2)에 의해 좌측 및 우측 전방 휠(1L, 1R)에 인가되는 토크 및 전기 모터(4)에 의해 좌측 및 우측 후방 휠(3L, 3R)에 인가되는 토크를 제어하기 위해, 내연 기관(2) 및 전기 모터(4)에 작동식으로 결합된 4륜 구동 제어 프로그램을 갖는 마이크로 컴퓨터를 포함하는 제어 유닛이다. 4륜 구동 제어기(8)는 입력 인터페이스 회로, 출력 인터페이스 회로, 및 ROM(읽기 전용 메모리) 장치 및 RAM(임의 접근 메모리) 장치와 같은 저장 장치와 같은 다른 종래의 구성요소를 또한 포함할 수 있다. 메모리 회로는 처리 결과 및 제어 프로그램을 저장한다. 4륜 구동 제어기(8)의 RAM은 작동 플래그의 상태 및 제어 프로그램을 위한 다양한 제어 데이터를 저장한다. 4 륜 구동 제어기(8)의 ROM은 제어 프로그램을 위한 다양한 작업을 저장한다. 4륜 구동 제어기(8)는 제어 프로그램에 따라 구동력 제어 장치의 구성요소 중 하나를 선택적으로 제어할 수 있다. 4륜 구동 제어기(8)를 위한 정밀한 구조 및 알고리즘은 본 발명의 기능을 수행하는 하드웨어 및 소프트웨어의 임의의 조합일 수 있다는 것이 이러한 개시 내용으로부터 당업자에게 명백할 것이다. 바꾸어 말하면, 청구범위에서 이용되는 "기능적 수단" 용어는 "기능적 수단" 용어의 기능을 수행하기 위해 이용될 수 있는 하드웨어 및/또는 알고리즘 또는 소프트웨어를 포함하지만 그에 제한되지 않는 임의의 구조를 포함해야 한다. 또한, 청구범위에서 이용되는 "장치" 및 "부(section)"라는 용어는 임의의 구조, 즉 하드웨어 단독, 소프트웨어 단독, 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 조합을 포함해야 한다.
아래에서 설명되는 바와 같이, 본 발명의 4륜 구동 제어기(8)는 차량의 속도가 0이거나 0에 가까운 매우 느린 속도일 때, 목표 슬립 정도를 증가시키도록 구성된다. 따라서, 차량이 정지된 상태로부터 가속하려고 시도하고 있지만 고착되어 있기 때문에 움직이기 시작할 수 없을 때 가속 슬립이 발생하면, 가속 슬립의 최대 허용 가능한 양이 크기 때문에 전기 발전기(7)의 회전 속도가 증가한다. 전기 발전기(7)의 회전 속도의 이러한 증가는 전기 모터(4)로부터 부 구동 휠(3L, 3R)에 부가되는 구동력 또한 증가시킨다. 결과적으로, 차량이 정지된 상태로부터 가속하는 데 큰 구동력이 필요할 때 (즉, 차량이 고착되어 있을 때) 큰 구동력이 얻어질 수 있고, 큰 전기 발전기가 필요하지 않다.
발전기 제어부(8A)는 전기 발전기(7)의 출력 전압을 모니터링하기 위한 전압 조절기(22)를 사용한다. 따라서, 발전기 제어부(8A)는 발전기 명령값(c1)에 따라 계자 전류(Ifh)를 조정하기 위해 발전기(7)의 발전기 제어 명령값(c1)을 출력하도록 구성된다. 바꾸어 말하면, 발전기 제어부(8A)는 소정의 출력 전압(V)을 얻는 방식으로 전기 발전기(7)의 계자 전류(Ifh)를 조정한다.
릴레이 제어부(8B)는 발전기(7)로부터 전기 모터(4)에 공급되는 전력을 차단하고 연결하는 것(연결 및 분리)을 제어한다. 간단히, 이는 모터(4)를 구동 상태와 비구동 상태 사이에서 절환하도록 기능한다.
모터 제어부(8C)는 전기 모터(4)의 계자 전류(Ifh)를 조정함으로써 전기 모터(4)의 토크를 요구되는 소정값으로 조정한다.
클러치 제어부(8D)는 클러치 제어 명령을 클러치(12)로 출력함으로써 클러치(12)의 상태를 제어한다. 바꾸어 말하면, 클러치 제어부(8D)는 차량이 4륜 구동 모드에 있다고 결정되었을 때 클러치(12)를 결합(연결) 상태로 작동시킨다.
입력 신호에 기초하여, 잉여 토크 계산부(8E), 목표 토크 제한부(8F), 및 잉여 토크 변환부(8G)는 그들 각각의 처리 시퀀스를 소정의 샘플링 시간에 따라 순차적으로 (즉, 먼저 8E, 다음으로 8F, 다음으로 8G, 다시 8E 등으로) 실행한다.
잉여 토크 계산부(8E)에 의해 실행되는 처리 시퀀스가 이제 도4를 참조하여 설명될 것이다.
먼저, 단계(S10)에서, 잉여 토크 계산부(8E)는 전방 휠(1L, 1R)의 가속 슬립의 크기인 슬립 속력 또는 속도(ΔVF)를 계산한다. 특히, 평균 휠 속도는 휠 속도 센서(27FL, 27FR, 27RL, 27RR)로부터의 신호에 기초하여 계산된다. 잉여 토크 계산부(8E)는 슬립 속력 또는 속도(ΔVF)를 구하기 위해, 전방 휠(1L, 1R; 주 구동 휠)의 휠 속도로부터 후방 휠(3L, 3R; 부 구동 휠)의 평균 휠 속도를 뺀다.
슬립 속도(ΔVF)가 어떻게 계산될 수 있는 지의 예가 이제 제공될 것이다.
먼저, (전방 휠(1L, 1R)에 대한 좌측 및 우측 휠 속도의 평균인) 평균 전방 휠 속도(VWf)와 (후방 휠(3L, 3R)에 대한 좌측 및 우측 휠 속도의 평균인) 평균 후방 휠 속도(VWr)가 다음 두 개의 방정식(1, 2)을 사용하여 계산된다.
[수학식 1]
VWf = (VWfl + VWfr)/2
[수학식 2]
VWr = (VWrl + VWrr)/2
두 번째로, 전방 또는 주 구동 휠(1L, 1R)의 슬립 속도(ΔVF; 가속 슬립 크기)가 다음의 방정식(3)을 사용하여 평균 전방 휠 속도(VWf)와 평균 후방 휠 속도(VWr) 사이의 차이에 의해 계산된다.
[수학식 3]
ΔVF = VWf - VWr
그 다음, 4륜 구동 제어기(8)는 단계(S20)로 진행한다.
단계(S20)에서, 4륜 구동 제어기(8)의 잉여 토크 계산부(8E)는 계산된 슬립 속도(ΔVF)가 0과 같은 소정값을 초과하는 지를 결정한다. 따라서, 단계(S10, S20)는 가속 슬립이 내연 기관(2)에 의해 구동되는 전방 휠(1L, 1R)에서 발생하고 있는 지를 추정하는 가속 슬립 검출부를 구성한다. 슬립 속도(ΔVF)가 0 이하라고 결정되면, 전방 휠(1L, 1R)이 가속 슬립을 겪지 않고 있다고 추정되고, 4륜 구동 제어기(8)는 단계(S30)로 진행하고, 여기서 목표 발전기 부하 토크(Th)가 0으로 설정되고 4륜 구동 제어기(8)의 잉여 토크 계산부(8E)는 제어 루프의 처음으로 복귀하고 4륜 구동 제어기(8)는 주 프로그램으로 복귀한다.
역으로, 단계(S20)에서, 슬립 속도(ΔVF)가 0보다 크다고 결정되면, 잉여 토크 계산부(8E)는 전방 휠(1L, 1R)이 가속 슬립을 겪고 있다고 추정하고, 따라서 제어는 단계(S40)로 진행한다.
단계(S40)에서, 잉여 토크 계산부(8E)는 전방 휠(1L, 1R)의 가속 슬립을 억제하기 위해 흡수되어야 하는 토크(TΔVF)의 양을 계산한다. 바꾸어 말하면, 흡수 토크(TΔVF)는 가속 슬립 크기에 비례하는 양이다. 흡수 토크(TΔVF)는 다음의 방정식(4)을 사용하여 계산된다.
[수학식 4]
TΔVF = K1 ×ΔVF
여기서, K1은 실험 등을 통해 구한 게인이다.
그 다음, 4륜 구동 제어기(8)의 잉여 토크 계산부(8E)는 단계(S50)로 진행한다.
단계(S50)에서, 발전기(7)의 현재의 부하 토크(TG)가 아래의 방정식(5)에 기초하여 잉여 토크 계산부(8E)에 의해 계산되고, 그 다음 잉여 토크 계산부(8E)는 단계(S60)로 진행한다.
[수학식 5]
Figure 112004053245232-pat00001
여기서,
V: 발전기(7)의 전압
Ia: 발전기(7)의 전기자 전류
Nh: 발전기(7)의 회전 속도
K3: 효율
K2: 계수
단계(S60)에서, 잉여 토크 계산부(8E)는 잉여 토크, 즉 전기 발전기(7)에 의해 부가되어야 하는 목표 발전기 부하 토크(Th)를 계산한다. 예를 들어, 목표 발전기 부하 토크(Th)는 아래에 기재된 방정식(6)에 기초하여 구해지고, 잉여 토크 계산부(8E)는 제어 루프의 처음으로 복귀한다.
[수학식 6]
Th = TG + TΔVF
다음으로, 목표 토크 제한(제어)부(8F)에 의해 실행되는 처리가 도5에 기초하여 설명될 것이다. 도5의 흐름도의 목표 발전기 부하 토크(Th)의 처리는 가속 슬립 검출부가 가속 슬립이 구동 휠에서 발생한다고 추정했을 때, 발전기(7)의 발전 부하 토크를 구동 휠의 가속 슬립 크기에 대체로 대응하게 제어하도록 구성된 발전기 제어부를 구성한다.
먼저, 단계(S110)에서, 4륜 구동 제어기(8)의 목표 토크 제한부(8F)는 목표 발전기 부하 토크(Th)가 발전기(7)의 최대 부하 용량(HQ)보다 큰 지를 결정한다. 목표 토크 제한부(8F)가 목표 발전기 부하 토크(Th)가 발전기(7)의 최대 부하 용량(HQ) 이하라고 결정하면, 목표 토크 제한부(8F)는 제어 프로그램의 처음으로 복귀하여 처리를 반복한다. 역으로, 4륜 구동 제어기(8)가 목표 발전기 부하 토크(Th)가 발전기(7)의 최대 부하 용량(HQ)보다 크다고 결정하면, 목표 토크 제한부(8F)는 단계(S120)로 진행한다.
단계(S120)에서, 목표 토크 제한부(8F)는 목표 발전기 부하 토크(Th)가 최대 부하 토크(HQ)를 초과하는 양인 초과 토크(ΔTb)를 계산한다. 초과 토크(ΔTb)는 다음의 방정식(7)에 따라 계산될 수 있다.
[수학식 7]
ΔTb = Th - HQ
그 다음, 목표 토크 제한부(8F)는 단계(S130)로 진행한다.
단계(S130)에서, 목표 토크 제한부(8F)는 현재의 엔진 토크(Te)를 계산한다. 예를 들어, 현재의 엔진 토크(Te)는 엔진 토크 계산 맵을 사용하여 스로틀 센서(19a) 및 엔진 회전 속도 센서(21)로부터의 신호에 기초하여 계산된다. 그 다음, 4륜 구동 제어기(8)는 단계(S140)로 진행한다.
단계(S140)에서, 목표 토크 제한부(8F)는 엔진 토크 상한값(TeM)을 계산한다. 엔진 토크 상한값(TeM)은 다음의 방정식(8)에 설명된 바와 같이 엔진 토크(Te)로부터 초과 토크(ΔTb)를 빼서 계산된다.
[수학식 8]
TeM = Te - ΔTb
엔진 토크 상한값(TeM)이 엔진 제어기(18)로 출력된 후에, 목표 토크 제한부(8F)는 단계(S150)로 진행한다.
단계(S150)에서, 목표 토크 제한부(8F)는 최대 부하 용량(HQ)을 목표 발전기 부하 토크(Th)로서 치환한다. 바꾸어 말하면, 최대 부하 용량(HQ)이 목표 발전기 부하 토크(Th)로서 할당되고, 그 다음 목표 토크 제한부(8F)는 제어 루프의 처음으로 복귀하고 4륜 구동 제어기(8)는 주 프로그램으로 복귀한다.
다음으로, 잉여 토크 변환부(8G)에 의해 실행되는 처리가 도6에 기초하여 설명될 것이다.
먼저, 단계(S200)에서, 4륜 구동 제어기(8)의 잉여 토크 변환부(8G)는 목표 발전기 부하 토크(Th)가 0보다 큰 지를 결정한다. 목표 발전기 부하 토크(Th)가 0보다 크다고 결정되면, 잉여 토크 변환부(8G)의 프로그램은 전방 휠(1L, 1R)이 가 속 슬립을 겪고 있기 때문에 단계(S210)로 진행한다. 잉여 토크 변환부(8G)가 목표 발전기 부하 토크(Th)가 0 이하라고 결정하면, 잉여 토크 변환부(8G)는 전방 휠(1L, 1R)이 가속 슬립을 겪지 않고 있기 때문에 제어 루프의 처음으로 복귀한다. 따라서, 차량은 2륜 구동 모드로 유지된다.
단계(S215)에서, 잉여 토크 변환부(8G)는 클러치 작동(ON) 명령을 클러치 제어부(8D)로 송출하고, 단계(S220)로 진행한다.
단계(S220)에서, 잉여 토크 변환부(8G)는 모터 회전 속도 센서(21)에 의해 검출된 전기 모터(4)의 회전 속도(Nm)를 읽어 들인다. 전기 모터(4)의 회전 속도(Nm)에 대응하는 목표 모터 계자 전류(Ifmt)가 계산된다. 그 다음, 잉여 토크 변환부(8G)는 잉여 토크 변환부(8G)가 단계(S230)로 진행하기 전에 계산된 목표 모터 계자 전류(Ifmt)를 모터 제어부(8C)로 보낸다.
목표 모터 계자 전류(Ifmt)는 회전 속도(Nm)가 소정의 회전 속도보다 작으면, 전기 모터(4)의 회전 속도(Nm)에 대해 고정된 전류값으로 유지된다. 회전 속도(Nm)가 소정의 회전 속도를 초과하면, 전기 모터(4)의 계자 전류(Ifmt)는 잘 알려진 약자장 제어 방법을 사용하여 감소된다. 특히, 전기 모터(4)의 회전 속도가 높아질 때, 모터 유도 전압(E)이 증가하고 모터 토크가 저하된다. 따라서, 전기 모터(4)의 회전 속도(Nm)가 소정값을 초과하면, 전기 모터(4)의 계자 전류(Ifmt)는 유도 전압(E)을 감소시키기 위해 감소되고, 이에 의해 요구되는 모터 토크를 얻기 위해 모터(4)로 흐르는 전류를 증가시킨다. 결과적으로, 전기 모터(4)의 회전 속도가 높아지더라도, 유도 전압(E)이 증가하는 것이 방지되어 모터 토크가 저하되는 것이 방지되기 때문에, 요구되는 토크가 얻어질 수 있다. 모터 계자 전류(Ifmt)가 2단계로 제어되므로, 즉 하나의 계자 전류가 소정의 회전 속도 아래의 회전 속도에 대해 사용되고 다른 계자 전류가 소정의 회전 속도 이상의 회전 속도에 대해 사용되므로, 전자 회로의 비용은 계자 전류가 연속적으로 제어되는 경우와 비교하여 감소될 수 있다.
전기 모터(4)의 회전 속도(Nm)에 따라 계자 전류(Ifm)를 조정함으로써 모터 토크를 연속적으로 교정하는 모터 토크 교정 장치 또는 교정부를 제공하는 것도 허용될 수 있다. 바꾸어 말하면, 전기 모터(4)의 계자 전류(Ifmt)를 2단계 대신에 모터 회전 속도(Nm)에 따라 연속적으로 조정하는 것이 허용될 수 있다. 여기서 다시, 전기 모터(4)의 회전 속도가 높아지더라도, 전기 모터(4)의 유도 전압(E)이 증가하는 것이 방지되어 모터 토크가 저하되는 것이 방지되기 때문에, 요구되는 토크가 얻어질 수 있다. 이러한 접근법은 매끄러운 모터 토크 특성을 제공하고, 이에 의해 차량이 2단계 제어의 경우에서보다 더 안정된 방식으로 주행하고 모터가 항상 효율적인 상태로 구동되는 것을 가능케 한다.
단계(S230)에서, 잉여 토크 변환부(8G)는 맵 등을 사용하여 잉여 토크 계산부(8E)에 의해 계산된 발전기 부하 토크(Th)에 대응하는 목표 모터 토크(Tm)를 계산하고, 단계(S250)로 진행한다.
단계(S250)에서, 잉여 토크 변환부(8G)는 맵 등을 사용하여 목표 모터 토크(Tm)에 대응하는 목표 전기자 전류(Ia) 및 목표 모터 계자 전류(Ifm)를 계산하고, 단계(S260)로 진행한다.
단계(S260)에서, 잉여 토크 변환부(8G)는 목표 전기자 전류(Ia)에 기초하여 목표 모터 전압을 달성하는 데 요구되는 듀티비(c1; 발전기 제어 명령값)를 계산하고, 제어 시퀀스를 종료하기 전에 듀티비(c1)를 출력한다.
구동 상태 결정부(8K)에 의해 실행되는 처리 시퀀스가 이제 도7을 참조하여 설명될 것이다.
구동 상태 결정부(8K)는 소정의 샘플링 시간에 따라 (즉, 소정의 샘플링 시간이 경과할 때마다 한 번씩) 작동한다. 단계(S300)에서, 구동 상태 결정부(8K)는 트랜스미션(5a)의 기어 변속 위치가 구동 범위 (즉, 구동력이 휠(들)로 전달되는 기어 위치)에 있는 지를 결정한다. 트랜스미션(5a)이 구동 범위에 있으면, 구동 상태 결정부(8K)는 단계(S310)로 진행한다. 그렇지 않다면 (즉, 트랜스미션(5a)이 주차 또는 중립에 있으면), 구동 상태 결정부(8K)는 단계(S370)로 진행한다.
단계(S310)에서, 구동 상태 결정부(8K)는 가속 요구량을 표시하는 가속기 위치가 소정의 가속기 위치 이상인 지를 결정한다. 가속기 위치가 소정의 가속 위치 이상이면, 구동 상태 결정부(8K)는 단계(S320)로 진행한다. 가속기 위치가 소정의 가속기 위치보다 작으면, 구동 상태 결정부는 단계(S370)로 진행한다. 소정의 가속기 위치는 운전자가 차량을 가속하려고 의도한다고 가정할 수 있는 최소의 가속기 위치값이다.
단계(S320)에서, 구동 상태 결정부(8K)는 주차 브레이크(PBK)가 오프(OFF)인 지를 결정한다. 주차 브레이크가 오프이면, 구동 상태 결정부(8K)는 단계(S330)로 진행한다. 주차 브레이크(PBK)가 온(ON)이면, 구동 상태 결정부(8K)는 단계(S370) 로 진행한다.
단계(S330)에서, 구동 상태 결정부(8K)는 예를 들어 브레이크 페달(34)의 눌림량에 기초하여 브레이크가 작동되고 있는 지를 결정한다. 브레이크가 작동되지 않고 있으면, 구동 상태 결정부(8K)는 단계(S340)로 진행한다. 브레이크가 작동되고 있으면, 구동 상태 결정부(8K)는 단계(S370)로 진행한다.
단계(S340)에서, 구동 상태 결정부(8K)는 카운터값(Fcnt)이 소정값(ΔF) 이상인 지를 결정한다. 카운터(Fcnt)의 값이 소정값(ΔF) 이상이면, 구동 상태 결정부(8K)는 단계(S360)로 진행한다. 카운터값(Fcnt)이 소정값(ΔF)보다 작으면, 구동 상태 결정부(8K)는 단계(S350)로 진행한다.
단계(S350)에서, 구동 상태 결정부(8K)는 카운터(Fcnt)의 값을 하나의 증분만큼 증가시키고, 처리 시퀀스를 종료한다.
단계(S360)에서, 구동 상태 결정부(8K)는 1을 카운터(Fcnt)의 값으로서 치환하고, 이는 차량이 정지된 상태로부터 가속하기 시작하고 있는 지를 표시하고, 처리 시퀀스를 종료한다.
단계(S370)에서, 구동 상태 결정부(8K)는 0을 카운터(Fcnt)의 값으로서 치환하고, 단계(S380)로 진행하고, 여기서 구동 상태 결정부(8K)는 0을 카운터(Fcnt)의 값으로서 치환한다.
단계(S300 내지 S330)는 고착 검출 장치 또는 검출부와 단계(S380)를 구성한다.
가속 보조부 또는 가속 슬립 정도 수정부를 구성하는 목표 TCS 수정부(8J)에 의해 실행되는 처리 시퀀스가 이제 도8 및 도9를 참조하여 설명될 것이다. 목표 TCS 수정부(8J)는 또한 고착 탈출 장치 또는 탈출부를 구성하는 것으로 고려될 수 있다.
이러한 실시예에서, 도9에 도시된 바와 같이, 엔지 TCS 제어를 위해 사용되는 목표 슬립량(Tslip)은 차량 속도가 증가함에 따라 단차식으로 또는 연속적으로 감소된다. 특히, 목표 슬립량(Tslip)은 차량이 움직이기 시작한 직후까지 가속이 먼저 시작되는 기간 중에, 즉 차량 속도가 매우 느리고 차량 속도(Vrl; 예를 들어 1.0 km/h)보다 작을 때, Tslip1(예를 들어, 15 km/h)로 설정된다. 차량 속도가 Vr1 내지 Vr2의 범위(예를 들어, 10 km/h)이고 차량이 성공적으로 움직이기 시작했다고 가정될 수 있는 기간 중에, 목표 슬립량(Tslip)은 Tslip2(예를 들어, 10 km/h)로 설정된다. 그 다음, 차량 속도가 Vr2를 초과하면, 목표 슬립량(Tslip)은 Tslip0(예를 들어, 8 km/h)로 설정된다. 따라서, 목표 슬립값은 다음의 관계를 갖는다. Tslip1 > Tslip2 > Tslip0.
이러한 실시예에서, 목표 슬립량(Tslip)의 기본값은 위에서 설명한 미리 설정된 값들 중 가장 작은 값, 즉 Tslip0이다. 목표 슬립량(Tslip)은 차량이 정지된 상태에 있거나, 차량이 움직이고 있지만 차량이 제동되도록 브레이크 페달이 눌리거나, 트랜스미션이 비구동 범위에 있을 때, Tslip0로 설정된다. 도9에 도시된 간단한 그래프는 갑작스럽게 변경되는 목표 슬립량을 도시하지만, 실제로 목표 슬립량이 점진적으로 변경되는 전이 기간이 있다.
목표 TCS 수정부(8J)는 소정의 샘플링 시간이 경과할 때마다 시작하고, 이에 의해 실행되는 처리가 도8에 도시되어 있다. 단계(S400)에서, 목표 TCS 수정부(8J)는 카운터(Ccnt)의 값이 구동 상태 결정부(8K)에 의해 설정되었는 지, 즉 차량이 이미 정지로부터 가속하기 시작했는 지를 결정한다. Ccnt의 값이 1이면, 목표 TCS 수정부(8J)는 단계(S420)로 진행한다. 그렇지 않으면, 목표 TCS 수정부(8J)는 단계(S410)로 진행한다.
단계(S410)에서, 목표 TCS 수정부(8J)는 목표 가속 슬립량(Tslip)을 기본값(Tslip0)으로 설정하고, 처리 시퀀스를 종료한다.
단계(S420)에서, 목표 TCS 수정부(8J)는 후방 휠 속도가 Vr1 이상인 지를 결정한다. 그렇다면, 목표 TCS 수정부(8J)는 단계(S440)로 진행한다. 그렇지 않다면, 목표 TCS 수정부는 단계(S430)로 진행한다.
Vr1은 차량이 대체로 정지된 상태에 있다고 간주될 수 있는 최대 속도이다. 바꾸어 말하면, Vr1은 차량이 실질적으로 정지되어 있다고 가정될 수 있는 값이고, 차량이 고착 상태로부터 탈출했다고 결정될 수 있는 휠 속도값이다. Vr1은 예를 들어 0.1 내지 5 km/h 사이의 값으로 설정된다.
단계(S430)에서, 목표 TCS 수정부(8J)는 목표 슬립량(Tslip)을 차량이 움직이기 시작하고 있는 구동 상태에 대응하는 가장 큰 값(Tslip1)으로 설정하고, 처리 시퀀스를 종료한다.
단계(S440)에서, 목표 TCS 수정부(8J)는 후방 휠 속도가 Vr2 이상인 지를 결정한다. 그렇다면, 목표 TCS 수정부(8J)는 단계(S460)로 진행한다. 그렇지 않다면, 목표 TCS 수정부는 단계(S450)로 진행한다.
Vr2는 보통 차량이 저속 주행으로부터 중속 주행으로 진행할 때에 대응하는 차량 속도이고, 예를 들어 10 km/h로 설정된다.
단계(S450)에서, 목표 TCS 수정부(8J)는 목표 슬립량(Tslip)을 값(Tslip2)으로 설정하고, 처리 시퀀스를 종료한다.
단계(S460)에서, 목표 TCS 수정부(8J)는 목표 슬립량(Tslip)을 값(Tslip0)으로 설정하고, 처리 시퀀스를 종료한다.
엔진 제어기(18)에 의해 실행되는 처리가 이제 설명될 것이다.
엔진 제어기(18)는 소정의 샘플링 시간에 따라 (즉, 샘플링 시간 주기마다 한 번씩) 다양한 입력 신호에 기초하여 도10에 도시된 처리를 실행한다.
단계(S590)에서, 엔진 제어기(18)는 전방 휠의 가속 슬립량(ΔV)을 구하고, 단계(S600)로 진행한다. 단계(S600)에서, 엔진 제어기(18)는 가속 슬립량(ΔV)이 목표 슬립량(Tslip)을 초과하는 지를 결정한다. 가속 슬립량(ΔV)이 목표 슬립량(Tslip)을 초과하면, 엔진 제어기(18)는 단계(S700)로 진행한다. 가속 슬립량(ΔV)이 목표 슬립량(Tslip) 이하이면, 엔진 제어기(18)는 단계(S610)로 진행한다. 목표 슬립량(Tslip)의 기본값은 기준값(Tslip0)이다.
단계(S610)에서, 엔진 제어기(18)는 가속기 센서(29)로부터 수신된 검출 신호에 기초하여 운전자에 의해 요구되는 목표 엔진 출력 토크(TeN)를 계산하고, 단계(S620)로 진행한다.
단계(S620)에서, 엔진 제어기(18)는 엔진 출력 토크 한계(TeM)가 4륜 구동 제어기(8)로부터 수신되고 있는 지를 결정한다. 그렇다면, 엔진 제어기(18)는 단 계(S630)로 진행한다. 그렇지 않다면, 엔진 제어기(18)는 단계(S670)로 진행한다.
단계(S630)에서, 엔진 제어기(18)는 엔진 출력 토크 한계(TeM)가 목표 엔진 출력 토크(TeN)보다 작은 지를 결정한다. 엔진 출력 토크 한계(TeM)가 작으면, 엔진 제어기(18)는 단계(S640)로 진행한다. 한편, 엔진 출력 토크 한계(TeM)가 목표 엔진 출력 토크(TeN) 이상이면, 엔진 제어기(18)는 단계(S670)로 진행한다.
단계(S640)에서, 엔진 제어기(18)는 목표 엔진 출력 토크(TeN)를 엔진 출력 토크 한계(TeM)로 치환함으로써 목표 엔진 출력 토크(TeN)를 제한하고, 단계(S670)로 진행한다.
단계(S670)에서, 엔진 제어기(18)는 스로틀 개방, 엔진 회전 속도 등에 기초하여 현재의 엔진 출력 토크(Te)를 계산하고, 단계(S680)로 진행한다.
단계(S680)에서, 엔진 제어기(18)는 현재의 출력 토크와 목표 출력 토크(TeN) 사이의 차이(ΔTe')를 구한다. 차이(ΔTe')는 다음의 방정식(9)을 사용하여 계산된다.
[수학식 9]
ΔTe' = TeN - Te
그 다음, 엔진 제어기(18)는 단계(S690)로 진행한다.
한편, 단계(S700)에서, 엔진 제어기(18)는 소위 TCS 제어를 실행하여, 차이(ΔTe')를 소정의 TCS 토크 감소량(>0)으로 치환한다. 이러한 단계는 주 구동원 출력 억제 장치 또는 억제부를 구성한다.
단계(S690)에서, 엔진 제어기(18)는 차이(ΔTe')에 대응하는 스로틀 개방( θ)의 조정량(Δθ)을 계산하여, 제어 시퀀스의 처음으로 복귀하기 전에 스로틀 개방 조정량(Δθ)에 대응하는 스로틀 개방 신호를 스테핑 모터(19)로 보낸다.
이전의 설명에서, 엔진 제어기(18)는 설명을 간단하게 하기 위해 차이(ΔTe')에 대응하는 스로틀 개방 신호(Δθ)를 발송하는 것으로 설명되었다. 그러나, 실제로는, 스로틀 개방(θ)은 토크 및 다른 작동 조건이 매끄럽게 변경되도록 단계(S700)가 실행될 때마다 소정의 토크 증가량 또는 토크 감소량에 대응하는 연속적인 증분으로 조정된다.
지금까지 설명된 장치의 작동 효과가 이제 설명될 것이다.
차량이 주행하고 있을 때 노면의 작은 마찰 계수(μ) 또는 운전자에 의해 깊이 눌린 가속기 페달(17)로 인해, 엔진(2)으로부터 전방 휠(1L, 1R)로 전달되는 토크가 노면 반응력 토크 한계를 초과하면, 즉 전방 휠(1L, 1R; 주 구동 휠(1L, 1R))이 가속 슬립을 겪으면, 클러치(12)가 연결되며 전기 발전기(7)가 가속 슬립의 크기에 대응하는 부하 토크(Th)로 작동되고, 따라서 차량을 4륜 구동 모드로 전환시킨다. 특히, 전기 발전기(7)에 의해 발생되는 잉여 전력이 전기 모터(4)를 구동하도록 사용되고, 이는 결국 부 구동 휠, 즉 후방 휠(3L, 3R)을 구동한다. 부 휠의 이러한 구동은 차량의 가속 성능을 개선한다. 또한, 전기 모터(4)가 주 구동 휠(1L, 1R)의 노면 반응 토크 한계를 초과한 잉여 토크를 사용하여 구동되므로, 차량의 에너지 효율 및 연료 절감도 개선된다.
그 후에, 전방 휠(1L, 1R)로 전달되는 구동 토크는 전방 휠(1L, 1R)의 노면 반응 토크 한계에 가까운 값에 접근하도록 조정되고, 차량은 2륜 구동으로 다시 전 환된다. 결과적으로, 전방 휠(1L, 1R; 주 구동 휠(1L, 1R))의 가속 슬립이 억제된다.
한편, 차량이 주행하고 있을 때 가속 슬립량(ΔV)이 목표 슬립 비율(Tslip)을 초과하면, 엔진 TCS 제어가 실행되어, 엔진(2)의 출력을 억제하고 전기 발전기(7)의 작동과 별도로 주 구동 휠, 즉 전방 휠(1L, 1R)의 가속 슬립을 목표 슬립량(Tslip)으로 제어한다.
또한, 차량이 정지된 상태로부터 가속하고 있을 때 전방 휠(1L, 1R; 주 구동 휠(1L, 1R))이 가속 슬립을 겪으면, 발전기(7)는 가속 슬립량(ΔV)에 상응하는 발전기 부하 토크(Th)로 작동되고, 전기 모터(4)는 가속 슬립량(ΔV)에 상응하는 전기자 전류로 구동된다. 이에 의해, 모터(4)는 차량의 가속을 보조하기 위한 보조 구동력을 제공한다.
차량이 정지로부터 움직이기 시작할 때 몇몇의 경우에, 차량이 정지되어 있는 노면은 깊은 눈, 모래, 웅덩이, 또는 녹은 눈으로 인해 차량의 움직임에 대한 큰 저항을 갖는다. 전방 휠(1L, 1R; 주 구동 휠(1L, 1R))이 그러한 노면 상에서 가속 슬립을 겪으면, 차량은 고착되어 움직이기 시작할 수 없다.
이러한 실시예에서, 차량이 Vr1보다 낮은 매우 낮은 속도로 주행하고 있다고 결정되고 운전자가 차량을 움직이기 시작하려고 의도한다고 (즉, 가속기 페달(17)이 깊이 눌리고, 트랜스미션(5a)이 구동 범위에 있고, 브레이크 장치가 작동되지 않는다고) 결정되면, 차량은 고착되어 있다고 결정되고, 구동력 제어 장치는 목표 슬립량(Tslip)을 Tslip1으로 증가시킨다. 간단히, 트랙션 제어 기능의 효과를 의 도적으로 약화시킴으로써, 허용 가능한 엔진 회전 속도는 목표 슬립량(Tslip)이 Tslip0으로 설정되어 있는 경우와 비교하여 증가되고, 전기 발전기(7)의 출력은 증가된다. 결과적으로, 전기 모터(4)에 의해 후방 휠(3L, 3R)에 부가되는 구동력은 증가되고, 차량을 움직이기 시작하는 데 이용 가능한 구동력이 증가된다. 차량이 소정의 차량 속도(Vr1)에 도달하거나 초과하여 고착 상태로부터 탈출했다고 가정될 수 있은 후에, 목표 슬립량(Tslip)은 값(Tslip0)으로 낮아져서, 조향 응답이 정상으로 복귀되고 차량의 회전 성능 및 주행 안정성에 대한 가속 보조 장치 또는 보조부(목표 TCS 수정부)의 효과가 저지된다.
이러한 실시예에서, 목표 슬립량을 증가시킴으로써 생성된 조향 응답의 저하는 목표 슬립량(Tslip)이 단지 차량이 고착되어 실질적으로 정지되어 있는 (즉, 실제로 정지되거나 매우 느린 속도로 움직이는) 상황에서 증가되기 때문에, 문제를 일으키지 않는다.
또한, 이러한 실시예에서, 차량이 정지로부터 움직이기 시작하고 있다고 결정하는 데 사용되는 (즉, 가속기 페달이 눌리고, 트랜스미션이 구동 범위에 있고, 브레이크 장치가 작동되지 않고 있으며, 차량이 실질적으로 정지되어 있는) 조건이 소정의 기간(예를 들어, 5초) 동안 계속될 때, 차량은 정지로부터 가속하기 시작하고 있다고 결정된다. 결과적으로, 구동력 제어 장치는 실제로 운전자가 차량을 움직이기 시작하기를 원하는 지를 신뢰할 수 있게 검출할 수 있다.
차량 속도가 Vr2 이상으로 (중속 이상으로) 증가하면, 목표 슬립량(Tslip)은 Tslip0(도9 참조)로 낮아져서, 차량 속도에 대해 더 적절한 목표 슬립량을 얻는다.
도11은 움직이기 시작(정지된 상태로부터 가속)하려고 시도할 때 차량이 고착되는 경우에 대한 시간 도표를 도시한다. 도11에 표시된 바와 같이, 먼저 기어 변속 위치가 구동 범위로 설정되고, 브레이크 페달이 해제되고, 주차 브레이크가 오프(해제)된다. 그 다음 가속기 페달(17)이 눌리면, 엔진(2)은 구동력을 전방 휠(1L, 1R; 주 구동 휠(1L, 1R))로 송출함으로써 응답한다. 이러한 상태가 소정량의 시간(예를 들어, 5초) 동안 계속되면, 운전자가 정지로부터 가속(차량을 움직이기 시작)하려고 의도한다고 결정되고, 목표 슬립량이 Tslip1으로 증가된다. 결과적으로, 차량이 깊은 눈, 모래, 웅덩이, 또는 녹은 눈으로 인해 차량의 움직임에 대한 큰 저항을 갖는 노면 상에서 움직이기 시작하고 있더라도, 후방 휠의 구동 토크가 증가될 수 있어서, 차량은 고착 상태로부터 더 쉽게 탈출할 수 있다.
그 다음, 차량이 고착 상태로부터 탈출하여 차량 속도가 Vr1에 도달하거나 초과하면, 목표 슬립량은 저속 주행에 대해 적합한 Tslip2로 설정된다. 도11에 도시된 바와 같이, 목표 슬립량(Tslip)은 난조(hunting)가 회피될 수 있도록 1차 제어 릴레이 등을 사용하여 점진적으로 낮아진다.
또한, 도11에 도시되어 있지 않지만, 목표 슬립량(Tslip)은 차량 속도가 Vr2에 도달하거나 초과하면, 기본값(Tslip0)으로 설정된다.
이러한 실시예에서, 전기 발전기(7)는 전방 휠(1L, 1R)의 가속 슬립량(ΔV)에 대응하는 전력량을 발생시키도록 구동된다. 결과적으로, 도11에 도시된 바와 같이, 모터(4)에 의해 후방 휠(3L, 3R)에 부가되는 구동력은 전방 휠(1L, 1R)의 가속 슬립량(ΔV)을 대체로 따르는 방식으로 변한다.
이러한 실시예에서 차량이 저속 주행으로부터 중속 주행으로 진행할 때 목표 슬립량(Tslip)이 낮아졌지만, 본 발명은 그러한 배열로 제한되지 않는다. 예를 들어, 차량 속도가 증가함에 따라 목표 슬립량을 복수의 단계(증분)로 감소시키거나, 차량 속도가 증가함에 따라 목표 슬립량을 연속적으로 변하는 방식으로 감소시키는 것도 허용될 수 있다.
차량 속도가 Vr1보다 작을 때, 조향 응답은 별로 중요하지 않고, Tslip1의 값은 훨씬 더 큰 값으로 설정될 수 있거나 Tslip1의 값은 가속기 위치에 따라, 즉 운전자에 의해 요구되는 가속량에 따라 증가될 수 있다. 차량 속도가 Vr1보다 작을 때 엔진 TCS 제어를 일시적으로 정지시키는 것도 허용될 수 있다.
또한, 실시예에서 차량이 저속 주행으로부터 중속 주행으로 진행할 때 목표 가속 슬립량(Tslip)이 변경되었지만, Tslip2의 값을 Tslip0의 값과 동일하게 설정하는 것도 허용될 수 있다.
본 발명은 대체로 차량 속도가 증가함에 따라 단차식으로 목표 슬립량을 감소시키도록 착안되었지만, 차량 속도가 Vr1보다 작을 때 정지로부터의 가속이 시작된 때로부터 경과한 시간량에 따라 목표 슬립량을 점진적으로 증가시키는 것도 허용될 수 있으며, 이는 큰 가속 슬립량이 매우 낮은 속도에서 조향 응답에 대해 거의 영향을 주지 않기 때문이다. 바꾸어 말하면, 고착 상태가 계속된 시간량에 따라 목표 슬립량(Tslip)을 증가시키거나, 차량이 고착되어 있다고 결정되면 엔진 TCS 제어를 정지시키고 (즉, 목표 슬립량(Tslip)을 무한대로 설정하고), 이에 의해 허용되는 가속 슬립의 양을 증가시키는 것도 허용될 수 있다. 이러한 제어 배열은 정지로부터 가속하기 위한 시도를 시작한 후에 차량이 고착되어 유지된 시간이 증가함에 따라 전기 모터(4)로부터 후방 휠로 가해지는 구동 토크를 증가시키는 효과를 가질 것이다 (즉, 차량이 더 오래 고착될 수록, 후방 휠의 구동 토크는 더 커진다).
실시예가 전방 휠(1L, 1R)이 가속 슬립을 겪을 때 차량이 4륜 구동으로 전환되는, 즉 모터(4)가 구동되는 상황을 설명하지만, 본 발명은 그러한 배열로 제한되지 않는다. 본 발명은 차량이 정지된 상태로부터 움직이기 시작하거나 가속기 페달이 소정의 위치를 넘어 눌릴 때 차량이 4륜 구동으로 전환되는 시스템에 적용될 수도 있다.
실시예가 엔진 TCS 제어가 목표 슬립량에 기초하여 실행되는 상황을 설명하지만, 목표 슬립 비율에 기초하여 TCS 제어를 실행하는 것도 허용될 수 있다. 간단히, 목표 슬립 정도를 표현하는 한, 슬립량, 슬립 비율, 또는 임의의 다른 양을 사용하는 것이 허용될 수 있다.
목표 슬립량(Tslip)이 증가되었지만 실제 가속 슬립량(ΔV)은 새로운 목표 슬립량(Tslip)을 향해 증가되지 않을 때, 엔진 회전 속도가 슬립량을 신뢰할 수 있게 증가시키기 위해 가속기 위치에 관계없이 증가되도록 구성된 시스템에 본 발명을 적용하는 것도 허용될 수 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 다음의 방향 용어 "전방, 후방, 위, 하방, 수직, 수평, 아래, 횡방향" 및 임의의 다른 유사한 방향 용어는 본 발명을 갖춘 차량의 그러한 방향을 말한다. 따라서, 본 발명을 설명하기 위해 이용되는 이러한 용 어들은 본 발명을 갖춘 차량에 대해 해석되어야 한다. 장치의 구성요소, 부, 또는 부품을 설명하기 위해 본원에서 사용되는 "구성된"이라는 용어는 원하는 기능을 수행하도록 구성되고 그리고/또는 프로그램된 하드웨어 및/또는 소프트웨어를 포함한다. 또한, 청구범위에서 "기능적 수단"으로서 표현되는 용어는 본 발명의 그러한 부분의 기능을 수행하기 위해 이용될 수 있는 임의의 구조를 포함해야 한다. 본원에서 사용되는 "실질적으로", "약", 및 "대체로"와 같은 정도의 용어는 최종 결과가 현저하게 변경되지 않도록 변형된 용어의 편차의 적당량을 의미한다. 예를 들어, 이러한 용어들은 이러한 편차가 그가 변형시킨 단어의 의미를 부정하지 않으면, 변형된 용어의 적어도 ±5%의 편차를 포함하는 것으로 파악될 수 있다.
본 출원은 일본 특허 출원 제2003-388211호를 기초로 하여 우선권을 주장한다. 일본 특허 출원 제2003-388211호의 전체 개시 내용은 본원에서 참조되었다.
단지 선택된 실시예만이 본 발명을 설명하기 위해 선정되었지만, 다양한 변경 및 변형이 본원에서 첨부된 청구범위에 한정되는 본 발명의 범주를 벗어나지 않고 이루어질 수 있다는 것이 이러한 개시 내용으로부터 당업자에게 명백할 것이다. 더욱이, 본 발명에 따른 실시예의 이상의 설명은 단지 예시적으로만 제공되었으며, 첨부된 청구범위 및 그의 등가물에 의해 한정되는 본 발명을 제한하려는 목적으로 제공되지 않았다. 따라서, 본 발명의 범주는 개시된 실시예로 제한되지 않는다.
본 발명에 따르면, 주 구동 휠이 내연 기관에 의해 구동되고 부 구동 휠이 내연 기관에 의해 구동되는 발전기에 의해 발생되는 전력으로 구동되는 전기 모터 에 의해 구동되는 차량에서, 용량이 큰 전기 발전기가 없이도 정지된 상태로부터의 가속 중에 차량에 부가되는 구동력을 증가시킬 수 있다.

Claims (15)

  1. 차량 구동력 제어 장치이며,
    주 구동 휠을 구동하도록 구성되고 배열된 주 구동원과,
    상기 주 구동원에 의해 구동되도록 구성되고 배열된 전기 발전기와,
    상기 전기 발전기에 의해 발생되는 전력으로부터 부 구동 휠을 구동하도록 구성되고 배열된 전기 모터와,
    상기 주 구동 휠이 가속 슬립을 겪을 때 상기 주 구동 휠의 가속 슬립의 정도가 미리 설정된 목표 슬립 정도에 상응하도록 상기 주 구동원의 출력을 억제하도록 구성된 주 구동원 출력 억제부와,
    차량 속도가 증가함에 따라 목표 슬립 정도를 감소시키는 것과, 차량이 정지된 상태로부터 가속하려고 시도하고 있다고 결정되었을 때 목표 슬립 정도를 증가시키는 것 중 적어도 하나를 수행함으로써 목표 슬립 정도를 조정하도록 구성된 가속 슬립 정도 수정부를 포함하는 차량 구동력 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 가속 슬립 정도 수정부는 차량 속도가 증가함에 따라 목표 슬립 정도를 감소시킴으로써 목표 슬립 정도를 조정하도록 구성된 차량 구동력 제어 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 가속 슬립 정도 수정부는 차량 속도가 증가함에 따라 목표 슬립 정도를 단차식으로 또는 대체로 연속적으로 감소시키도록 구성된 차량 구동력 제어 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 전기 발전기는 적어도 차량이 실질적으로 정지된 상태로부터 가속하고 있을 때, 상기 주 구동 휠의 가속 슬립의 양에 따라 전력을 발생시키도록 구성된 차량 구동력 제어 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 가속 슬립 정도 수정부는 차량이 정지된 상태로부터 가속하려고 시도하고 있다고 결정되었을 때 목표 슬립 정도를 먼저 증가시킨 다음 차량 속도가 소정의 차량 속도를 넘어 증가함에 따라 목표 슬립 정도를 감소시킴으로써 목표 슬립 정도를 조정하도록 구성된 차량 구동력 제어 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 가속 슬립 정도 수정부는 차량이 정지된 상태로부터 가속하려고 시도하고 있다고 결정되었을 때 목표 슬립 정도를 증가시킴으로써 목표 슬립 정도를 조정하도록 구성된 차량 구동력 제어 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 가속 슬립 정도 수정부는 상기 주 구동원의 요구되는 가속량에 따라 목표 슬립 비율을 증가시키도록 구성된 차량 구동력 제어 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 가속 슬립 정도 수정부는 차량이 정지된 상태로부터 가속하려고 시도하고 있다고 결정된 때로부터 소정량의 시간이 경과했을 때, 목표 슬립 정도를 증가시키도록 구성된 차량 구동력 제어 장치.
  9. 제8항에 있어서, 차량이 고착 상태로부터 탈출했다고 가정될 수 있는 소정의 속도 아래의 매우 낮은 속도로 차량이 움직이고 있을 때, 차량이 정지된 상태로부터 가속하려고 시도하고 있다고 결정하도록 구성된 구동 상태 결정부를 더 포함하는 차량 구동력 제어 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 전기 발전기는 적어도 차량이 실질적으로 정지된 상태로부터 가속하고 있을 때, 상기 주 구동 휠의 가속 슬립의 양에 따라 전력을 발생시키도록 구성된 차량 구동력 제어 장치.
  11. 제6항에 있어서, 상기 가속 슬립 정도 수정부는 차량이 정지된 상태로부터 가속하려고 시도하고 있다고 결정된 때로부터 소정량의 시간이 경과했을 때, 목표 슬립 정도를 증가시키도록 구성된 차량 구동력 제어 장치.
  12. 제6항에 있어서, 차량이 고착 상태로부터 탈출했다고 가정될 수 있는 소정의 속도 아래의 매우 낮은 속도로 차량이 움직이고 있을 때, 차량이 정지된 상태로부터 가속하려고 시도하고 있다고 결정하도록 구성된 구동 상태 결정부를 더 포함하는 차량 구동력 제어 장치.
  13. 제6항에 있어서, 상기 전기 발전기는 적어도 차량이 실질적으로 정지된 상태로부터 가속하고 있을 때, 상기 주 구동 휠의 가속 슬립의 양에 따라 전력을 발생시키도록 구성된 차량 구동력 제어 장치.
  14. 차량 구동력 제어 장치이며,
    주 구동 휠을 회전시키기 위한 주 구동 수단과,
    주 구동 수단의 회전에 의해 전력을 발생시키기 위한 발전기 수단과,
    상기 발전기 수단으로부터 공급되는 출력 전압으로부터 부 구동 휠을 회전시키기 위한 전기 모터 수단과,
    상기 주 구동 휠이 가속 슬립을 겪을 때 상기 주 구동 휠의 가속 슬립의 정도가 미리 설정된 목표 슬립 정도에 상응하도록 상기 주 구동 수단의 출력을 억제하기 위한 주 구동원 출력 억제 수단과,
    차량 속도가 증가함에 따라 목표 슬립 정도를 감소시키는 것과, 차량이 정지된 상태로부터 가속하려고 시도하고 있다고 결정되었을 때 목표 슬립 정도를 증가시키는 것 중 적어도 하나를 수행함으로써 목표 슬립 정도를 조정하기 위한 가속 슬립 정도 수정 수단을 포함하는 차량 구동력 제어 장치.
  15. 차량 구동력 제어 장치를 제어하는 방법이며,
    주 구동 휠을 회전시키기 위해 사용되는 주 구동원의 회전에 의해 구동되는 발전기를 사용하여 전력을 발생시키는 단계와,
    상기 발전기로부터 공급되는 출력 전압으로부터 부 구동 휠을 회전시키기 위해 상기 발전기로부터 전기 모터에 전력을 공급하는 단계와,
    상기 주 구동 휠이 가속 슬립을 겪을 때 상기 주 구동 휠의 가속 슬립의 정도가 미리 설정된 목표 슬립 정도에 상응하도록 상기 주 구동원의 출력을 억제하는 단계와,
    차량 속도가 증가함에 따라 목표 슬립 정도를 감소시키는 것과, 차량이 정지된 상태로부터 가속하려고 시도하고 있다고 결정되었을 때 목표 슬립 정도를 증가시키는 것 중 적어도 하나를 수행함으로써 목표 슬립 정도를 조정하는 단계를 포함하는 방법.
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