KR100629221B1 - 모터 구동 4륜 구동 차량의 제어 시스템 및 제어 방법 - Google Patents

모터 구동 4륜 구동 차량의 제어 시스템 및 제어 방법 Download PDF

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Abstract

차량의 전륜을 구동시키는 엔진 및, 차량의 후륜을 구동시키는 모터를 가진 차량을 제어하는 제어 시스템이 개시된다. 이 제어 시스템은 엔진에 의해 구동되어, 제 1 전압의 3상 교류 전력을 발전시키는 모터 발전기, 이 3상 교류 전력을 제 1 전압보다 낮은 제 2 전압의 직류 전력으로 변환하는 인버터, 인버터로부터 공급되는 직류 전력에 의해 충전되는 배터리, 및 인버터에 접속되는 커패시터 장치를 포함한다. 차량의 모터에는 제 1 교류 전력으로부터 변환된 제 3 전압의 제 3 전력이 공급된다.

Description

모터 구동 4륜 구동 차량의 제어 시스템 및 제어 방법{CONTROL SYSTEM AND CONTROL METHOD FOR MOTOR POWERED FOUR WHEEL DRIVE VEHICLE}
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 모터 구동 4WD(four wheel drive) 차량의 제어 시스템의 구성을 도시한 블록도.
도 2는 엔진 시동 시에 제 1 실시예에 따른 모터 구동 4WD 차량의 제어 시스템의 구성을 도시한 플로우챠트.
도 3은 14 V 배터리 충전 시에 제 1 실시예에 따른 모터 구동 4WD 차량의 제어 시스템의 구성을 도시한 플로우챠트.
도 4는 전기 이중층 커패시터를 충전할 시에 제 1 실시예에 따른 모터 구동 4WD 차량의 제어 시스템의 구성을 도시한 플로우챠트.
도 5는 모터 구동 시에 제 1 실시예에 따른 모터 구동 4WD 차량의 제어 시스템의 구성을 도시한 플로우챠트.
도 6은 제 1 실시예에 따른 모터 구동 4WD 차량의 제어 시스템의 각 기기의 동작 상태를 나타낸 테이블도.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 모터 구동 4WD 차량의 제어 시스템의 구성을 도시한 블록도.
도 8은 제 2 실시예에 따른 모터 구동 4WD 차량의 제어 시스템의 각 기기의 동작 상태를 나타낸 테이블도.
본 발명은 한쌍의 전륜 또는 한쌍의 후륜 중 하나가 엔진에 의해 구동되고, 다른 쌍은 모터에 의해 구동되는 4WD 차량의 제어 시스템 및 제어 방법에 관한 것이다.
일본 특허 출원 공개 공보 제2002-152911호 및 제2002-200932호에는, 차량의 전륜이 엔진에 의해 구동되고, 후륜이 모터에 의해 구동되는 4WD 차량이 개시되어 있다. 모터에 공급되는 전력은 엔진에 의해 구동되는 발전기에 의해 발전된다.
상술한 차량에서는, 모터용 발전기가 차량의 전기 장치용 발전기와 개별적으로 제공된다. 따라서, 부품/장치의 수가 많아지고, 공간을 많이 차지하게 된다. 또한, 차량의 중량 및 단가가 증가된다.
본 발명의 목적은 장치 구성을 간소화한 모터 구동 4WD 차량을 제어하는 제어 시스템 및 제어 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 한 태양으로서, 차량의 전륜 또는 후륜 중 적어도 하나를 구동시키는 엔진, 및 차량의 전륜 또는 후륜의 나머지 중 적어도 하나를 구동시키는 모터를 가진 차량을 제어하는 제어 시스템이 있는데, 이 제어 시스템은, 엔진에 의해 구동되도록 구성되어, 제 1 전압의 제 1 교류 전력을 발전시키는 모터 발전기, 상 기 제 1 교류 전력을 상기 제 1 전압 보다 낮은 제 2 전압의 제 2 전력으로 변환하는 인버터, 상기 인버터로부터 공급되는 상기 제 2 전력에 의해 충전되는 제 1 배터리 및, 상기 인버터에 접속되는 커패시터 장치를 포함하며, 여기서, 모터에는 상기 제 1 교류 전력으로부터 변환된 제 3 전압의 제 3 전력이 공급된다.
이하, 첨부한 도면을 참조로 본 발명을 기술하기로 한다.
본 발명의 실시예는 도면을 참조로 아래에서 설명되며, 동일 부재는 동일 참조 문자로 표시된다.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 제어 시스템(CS1)은, 한쌍의 전륜 또는 한쌍의 후륜 중 하나가 엔진에 의해 구동되고, 다른 쌍은 모터에 의해 구동되는 차량을 제어한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 이 장치(CS1)는, 엔진(1), 벨트에 의해 엔진(1)에 연결되어, 엔진(1)의 회전력을 이용하여 42V(제 1 정격 전압)의 3상 교류 전력을 발전시키는 42V 교류 발전기(모터 발전기)(2), 차량에 탑재되는 각종 전기 장치에 14V(제 2 정격 전압)의 전력을 공급하는 14V 배터리(E1)(제 1 배터리) 및, 엔진 시동 시에 42V 교류 발전기에 구동력을 공급하는 커패시터(전기 이중층 커패시터(DLC); 커패시터 장치)(C1)를 포함한다.
또한, 장치(CS1)는 승압 및 강압 인버터(3)를 포함한다. 이 승압 및 강압 인버터(3)는 42V 교류 발전기(2)로부터 출력되는 3상 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여, 커패시터(C1)를 소정의 전압까지 충전하여, 14V 배터리(E1)를 충전하기 위해 전력을 공급한다. 게다가, 승압 및 강압 인버터(3)는 커패시터(C1)로부터 방전 된 직류 전력을 3상 교류 전력으로 변환하여, 이의 전압을 증가시킨다. 3상 교류 전력은 42V 교류 발전기(2)에 공급된다. 42V 교류 발전기(2)는 42V 교류 발전기(2)의 회전 위치를 검출하는 회전 위치 센서(11)를 포함한다.
또한, 장치(CS1)는, 42V 교류 발전기(2)에 의해 발전되는 3상 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 정류 회로(14)를 포함한다. 획득된 직류 전력은 모터(M1)에 공급된다.
모터(M1)의 출력축은 차동(differential) 장치(4)를 통해 후륜(5)에 연결된다. 여기서, 모터(M1)에 의해 후륜(5)을 구동하는 일례가 설명된다. 그러나, 엔진 동력에 의해 후륜(5)을 구동할 경우에는, 모터(M1)는 전륜을 구동한다.
게다가, 장치(CS1)는 엔진 콘트롤러(12), 모터(M1)의 구동을 제어하는 모터 콘트롤러(9) 및 구동/충전 제어 회로(6)를 포함한다. 엔진 콘트롤러(12)는, 점화 신호를 엔진(1)으로 출력하여, 엔진(1)에 제공된 회전 센서(10)의 검출 신호 및 (도시되지 않은) 가속 센서의 검출 신호에 기초하여 분사기를 제어한다. 구동/충전 제어 회로(6)는 승압 및 강압 인버터(3) 및 42V 교류 발전기(2)의 구동을 제어하고, 또한, 커패시터(C1) 및 14V 배터리(E1)의 충전 및 방전을 제어한다.
(도시되지 않은) 차륜 속도 센서의 검출 신호 및 가속 센서의 검출 신호는 모터 콘트롤러(9)로 입력된다. 각각의 검출 신호에 기초하여, 모터 콘트롤러(9)는, 정류 회로(14)와 모터(M1) 사이에 제공된 스위치(제 3 스위치)(SW3)를 개폐하고, 또한, 모터(M1)의 자계 전류(자계 코일에 흐르는 전류)를 제어하는 자계 콘트롤러(13)로 제어 신호를 출력한다.
42V 교류 발전기(2)에는, 42V 교류 발전기(2)의 자계 전류를 제어하는 자계 콘트롤러(8)가 제공된다. 이 자계 콘트롤러(8)는 구동/충전 제어 회로(6) 및 엔진 콘트롤러(12)를, 제어 하에 동작된다.
승압 및 강압 인버터(3)는, 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT), 금속 산화막 반도체 전계 효과 트랜지스터(MOS-FET) 등의 6개의 스위칭 소자(Trl 내지 Tr6)를 포함한다. 승압 및 강압 인버터(3)의 접지측의 버스는 14 V 배터리(E1)의 음(negative) 단자에 접속된다. 14V 배터리(E1)의 양(positive) 단자는 스위치(제 1 스위치)(SW1)를 통해 42V 교류 발전기(2)의 3상 자계 코일의 중성점(neutral point)에 접속된다. 게다가, 전압 센서(7)는 14V 배터리(E1)의 충전 전압을 측정하기 위해 제공된다.
한편, 승압 및 강압 인버터(3)의 후속단에는, 구동/충전 제어 회로(6) 및 커패시터(C1)의 제어 하에 개폐되는 스위치(제 2 스위치)(SW2)의 직렬 접속 회로가 제공된다. 더욱이, 커패시터(C1)의 충전 전압을 검출하는 전압 센서(15)는 커패시터(C1)와 병렬로 접속된다.
액셀 스위치(SW3)의 동작 신호, 전압 센서(7 및 15)의 검출 신호 및, 회전 위치 센서(11)의 검출 신호는 구동/충전 제어 회로(6)에 입력된다. 이들 신호를 수신함과 동시에, 구동/충전 제어 회로(6)는 구동 신호를 출력하여, 승압 및 강압 인버터(3) 내의 6개의 스위칭 소자(Trl 내지 Tr6)의 입력 단자를 제어한다. 또한, 구동/충전 제어 회로(6)는 제어 신호를 스위치(SW1) 및 스위치(SW2)로 출력하여 이들 스위치를 개폐한다.
장치(CS1)에서는, 구동/충전 제어 회로(6)의 제어 하에 스위치(SW1)를 턴 오프시키고, 스위치(SW2)를 턴 온시키면서, 승압 및 강압 인버터(3)가 구동 동작을 실행시키도록 함으로써, 커패시터(C1)로부터 방전된 직류 전력을 3상 교류 전력으로 변환하여, 이 3상 교류 전력을 공급하는 42V 교류 발전기(2)를 전기 모터로서 사용함으로써, 엔진(1)을 시동할 수 있다.
한편, 스위치(SW1)를 턴 온시키고, 스위치(SW2) 및 스위치(SW3)를 턴 오프시키고, 42V 교류 발전기(2)를 발전기로서 이용하여 승압 및 강압 인버터(3)를 재생 동작시킴으로써, 42V 교류 발전기(2)에 의해 발전된 3상 교류 전력을 정류하여, 이 전압을 강압시켜, 강압 전압 및 정류 후에 직류 전력에 의해 14V 배터리(E1)를 충전할 수 있다.
게다가, 스위치(SW1)를 턴 오프하고, 스위치(SW2)를 턴 온하며, 스위치(SW3)를 턴 오프하고, 42V 교류 발전기(2)를 발전기로서 이용하여 승압 및 강압 인버터(3)를 재생 동작시킴으로써, 42V 교류 발전기(2)에 의해 발전된 3상 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여, 이 직류 전력에 의해 커패시터(C1)를 충전할 수 있다.
게다가, 스위치(SW1) 및 스위치(SW2)를 턴 오프하고, 스위치(SW3)를 턴 온하면서, 승압 및 강압 인버터(3)를 정지시킴으로써, 정류 회로(14)를 이용하여 42V 교류 발전기(2)에 의해 발전된 3상 교류 전력을 정류시킬 수 있다. 더욱이, 정류 전력을 모터(M1)에 공급함으로써, 모터(M1)를 구동시켜, 차량을 4WD 구동시킬 수 있다.
그 다음, 제어 시스템(CS1)의 동작이, 제각기 (1) 엔진 시동, (2) 14V 배터 리 충전, (3) 커패시터(C1) 충전, 및 (4) 4WD 모드 구동에 관하여 기술된다. 여기서, 각각의 동작에서, 42V 교류 발전기(2), 승압 및 강압 인버터(3), 14V 배터리(E1), 커패시터(C1), 스위치(SW1, SW2 및 SW3)는 도 6에 도시된 바와 같이 작용한다.
(1) 엔진 시동 시의 동작
도 2는 엔진을 시동할 시에 처리 동작을 도시한 플로우챠트이다. 첫째로, 단계(S1)에서, 커패시터(C1)의 충전 전압(28 V 내지 42 V)이 전압 센서(15)로부터의 출력 신호에 기초하여 소정의 전압(28 V)에 도달하는 지가 판단된다.
충전 전압이 소정의 전압에 도달하면, 단계(S2)에서, 액셀 스위치(SW4)가 온 상태인지 아닌지의 여부가 판단된다. 액셀 스위치(SW4)가 온 상태이면, 단계(S3)에서, 구동/충전 제어 회로(6)의 제어 하에, 스위치(SW2)는 턴 온된다.
이와 같이, 커패시터(C1)의 충전 전압은 승압 및 강압 인버터(3)에 인가된다. 따라서, 단계(S4)에서, 승압 및 강압 인버터(3)는 구동 동작을 행하게 되어, 승압 및 강압 인버터(3)에 의해 발전된 대략 40Vrms(제곱 평균 제곱근 전압)의 3상 교류 전력(최대 약 1kw(킬로와트))가 42V 교류 발전기(2)에 인가된다. 그래서, 42V 교류 발전기(2)는 전기 모터로서 동작하여, 엔진(1)을 크랭크한다. 동시에, 엔진 콘트롤러(12)는 점화 신호를 엔진(1)으로 출력하여, 연료 분사 신호를 분사기로 출력한다. 따라서, 단계(S5)에서, 엔진(1)은 완전히 점화되어, 시동된다. 그 후, 단계(S6)에서, 승압 및 강압 인버터(3)의 구동은 정지되고, 단계(S7)에서, 스위치(SW2)는 턴 오프된다.
이와 같이, 커패시터(C1)로부터 방전된 전력(최대 약 1kw)을 이용하여 엔진(1)을 시동할 수 있다.
한편, 단계(S1)에서, 커패시터(C1)의 충전 전압이 소정의 전압(28 V)에 도달하지 않은 것으로 판단되면, 단계(S8 및 S9))에서, 스위치(SW1 및 SW2)는 턴 온된다. 그 다음, 단계(S10)에서, 승압 및 강압 인버터(3)는 구동된다. 따라서, 14V 배터리(E1)로부터 방전된 직류 전력(최대 약 1kw)의 전압(최대 14V)은 28V 내지 42V까지 상승되고, 직류 전력(최대 약 1kw)은 커패시터(C1)에 공급되어 커패시터(C1)를 충전한다.
그 후, 단계(S11)에서, 커패시터(C1)의 충전 전압이 소정의 전압(28V)에 도달한 것으로 판단되면, 승압 및 강압 인버터(3)는 정지되고, 단계(S12 및 S13))에서, 스위치(SW1 및 SW2)는 턴 오프된다. 이와 같이, 엔진(1)을 시동하면, 커패시터(C1)의 충전 전압이 충분치 않을 시에도 14V 배터리(E1)로부터 출력되는 직류 전력에 의해 커패시터(C1)를 충전할 수 있다. 따라서, 엔진(1) 시동이 확실해진다.
(2) 배터리 충전 시의 동작
그 다음, 도 3에 도시된 플로우챠트를 참조로 14V 배터리(E1)를 충전할 시의 동작이 기술된다.
첫째로, 단계(S21)에서, 차량이 4WD 모드에 있는지, 또는 환언하면, 모터(M1)가 동작 중에 있는 지가 판단된다. 차량이 4WD 모드에 있지 않으면, 단계(S21)에서, NO로 판정된다. 단계(S22)에서, 14V 배터리(E1)의 충전 전압이 전압 센서(7)의 검출 신호에 기초로 하여 소정의 전압에 도달한 것으로 판단된다. 결과적으로, 이 충전 전압이 소정의 전압에 도달하지 않으면, 단계(S22)에서, NO로 판정된다. 그 후, 단계(S23)에서, 스위치(SW1)는 턴 온된다. 게다가, 단계(S24)에서, 자계 콘트롤러(8)는 42V 교류 발전기(2)의 자계 제어를 행한다. 그 후, 42V 교류 발전기(2)에 의해 발전된 11Vrms 내지 42Vrms의 전력(대략 최대 4kW)은 승압 및 강압 인버터(3)에 의해 14V의 강압 전압의 직류 전력(대략 최대 1kW)으로 변환된다. 단계(S25)에서, 14V 배터리(E1)는 이 전력에 의해 충전된다.
한편, 단계(S21)에서, 차량이 4WD 모드에 있는 것으로 판단되면, 42V 교류 발전기(2)에 의해 발전된 전력은 모터(M1)를 구동하기 위해 사용되고, 14V 배터리(E1)를 충전할 수 없다. 따라서, 단계(S27)에서, 스위치(SW1)는 턴 오프된다.
한편, 단계(S22)에서, 14V 배터리(E1)의 충전 전압이 소정의 전압에 도달한 것으로 판단되면, 단계(S26)에서, 커패시터(C1)의 충전 전압은 소정의 전압에 도달한 것으로 판단된다. 이 충전 전압이 소정의 전압에 도달하지 않으면, 단계(S26)에서, NO로 판정된다. 그 후, (후술하는) 커패시터(C1)를 충전하는 동작이 실행된다.
이와 같이, 차량이 4WD 모드에 있지 않을 시에, 42V 교류 발전기(2)에 의해 발전된 전력에 의해 14V 배터리(E1)를 충전할 수 있다. 따라서, 많은 전기가 14V 배터리(E1)로부터 방전될 시에도, 배터리(E1)의 완전 충전을 급속히 회복시킬 수 있다. 따라서, 차량에 탑재된 각종 전기 장치에 전력을 확실히 공급한다.
(3) 커패시터(C1) 충전 시의 동작
그 다음, 도 4에 도시된 플로우챠트를 참조로 커패시터(C1)를 충전할 시의 동작이 기술된다. 도 3에 도시된 단계(S26)를 처리할 시에 NO로 판정되면, 커패시 터(C1)의 충전 동작이 실행된다. 14V 배터리(E1)로부터 방전된 전력은 도 2에 도시된 단계(S8 내지 S13)를 처리할 시에 이용되지만, 이 충전 동작에서는 충전에 이용되는 전력이 엔진(1)에 의해 구동되는 42V 교류 발전기(2)에 의해 발전된다.
첫째로, 도 4에 도시된 단계(S31)에서, 스위치(SW2)는 턴 온된다. 그 다음, 단계(S32)에서, 42V 교류 발전기(2)에 의해 발전된 전력은 정류되고, 이의 전압은 승압 및 강압 인버터(3)에 의해 28V 내지 42V까지 강압되어, 최대 약 1kw의 커패시터(C1)에 공급되어 커패시터(C1)를 충전한다.
그 후, 단계(S33)에서, 커패시터(C1)의 충전 전압이 전압 센서(15)의 검출 신호에 기초로 하여 소정의 전압에 도달하는 것으로 판단된다. 이 충전 전압이 소정의 전압에 도달하면, 단계(S34)에서, 스위치(SW2)는 턴 오프되고, 커패시터(C1)의 충전은 완료된다.
이와 같이, 커패시터(C1)의 충전 전압이 소정의 전압에 도달하지 않으면, 커패시터(C1)의 충전은, 차량이 4WD 모드에 있지 않을 시(모터를 구동하지 않을 시) 및, 14V 배터리(E1)의 충전이 완료될 시(제 1 배터리를 충전하지 않을 시)에 실행된다. 따라서, 커패시터(C1)의 충전 전압이 강압될 시에도, 커패시터(C1)의 완전한 충전을 급속히 할 수 있다. 이와 같이, 엔진을 시동할 준비를 할 수 있다.
(4) 4WD 모드 시의 동작
그 다음, 도 5에 도시된 플로우챠트를 참조로 4WD 모드 시의 동작에 대해 기술된다. 첫째로, 단계(S41)에서, 모터 콘트롤러(9)는, 차륜 속도 센서의 검출 신호 및 가속 센서의 검출 신호에 따라 4WD 구동이 실행되는 지의 여부를 판단한다. 단 계(S42)에서, 4WD 구동을 실행하면, 구동/충전 제어 회로(6)는 명령 신호를 자계 콘트롤러(8)로 출력하여 자계 전류를 이 자계 콘트롤러(8)에 인가한다. 이와 같이, 42V 교류 발전기(2)의 자계 전류는 제어 가능하게 된다.
그 후, 단계(S43)에서, 스위치(SW3)는 턴 온된다. 따라서, 42V 교류 발전기(2)에 발전되어, 정류 회로(14)에 의해 정류된 전력은 모터(M1)에 급전 가능하게 된다.
더욱이, 단계(S44)에서, 모터 콘트롤러(9)는 다른 명령 신호를 자계 콘트롤러(13)로 출력하여 자계 전류를 이 자계 콘트롤러(13)에 인가한다. 이와 같이, 모터(M1)의 자계 전류는 제어 가능하게 된다.
그 다음, 42V 교류 발전기(2)의 축은 엔진(1)의 회전력을 이용하여 회전되어, 42V 교류 발전기(2)는 발전기로서 동작된다. 42V 교류 발전기(2)에 의해 발전된 3상 교류 전력은 정류 회로(14)에 의해 정류되고, 이 정류에 의해 획득된 16 내지 60V의 전력(대략 최대 4kW)은 모터(M1)로 급전되어, 모터(M1)를 구동시킨다. 따라서, 4WD 모드는 엔진(1)에 의해 전륜을 구동하고, 모터(M1)에 의해 후륜을 구동함으로써 달성된다.
이와 같이, 4WD 모드에서는, 엔진(1)의 회전력에 의해 42V 교류 발전기(2)를 구동하여, 42V 교류 발전기(2)에 의해 발전된 3상 교류 전력을 정류 회로(14)에 의해 정류하며, 이에 의해 이 직류 전력을 이용하여 모터(M1)를 구동할 수 있다.
상술한 바와 같이, 제어 시스템(CS1)에서, 엔진(1)을 구동하면, 42V 교류 발전기(2)에 의해 발전된 전력을 정류하여, 승압 및 강압 인버터(3)를 이용하여 이 전력의 전압을 강압하며, 이에 의해 14V 배터리(E1) 및 커패시터(C1)를 정류 전력에 의해 충전할 수 있다. 더욱이, 4WD 모드에서, 정류 회로(14)를 이용하여 42V 교류 발전기(2)에 의해 발전된 3상 교류 동력을 정류하여, 정류된 전력을 모터(M1)에 공급하여 모터(M1)를 구동할 수 있다. 그래서, 42V 교류 발전기(2)를 이용하여, 모터(M1)를 구동하는 제 1 정격 전압 및, 14V 배터리(E1)를 충전하는 제 2 정격 전압의 양쪽을 획득하여, 전력을 제각기 모터(M1) 및 14V 배터리(E1)에 공급할 수 있다. 따라서, 장치 구성을 간소화하고, 레이아웃의 유연성을 제공하며, 중량 및 단가를 절감할 수 있다.
환언하면, 모터 발전기는 일반적으로 4WD 모드 시에 전력을 모터에 공급하고, 제 1 배터리를 충전할 시에 전력을 공급하는데 사용된다. 따라서, 장치 구성을 간소화하고, 레이아웃의 유연성을 제공하며, 중량 및 단가를 절감할 수 있다.
더욱이, 승압 및 강압 인버터(3)는 42V 교류 발전기(2)에 의해 발전된 3상 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여, 이 직류 전력에 의해 14V 배터리(E1)를 충전한다. 따라서, 14V 배터리(E1)에 대한 충전 전력을 생성하기 위해 임의의 다른 정류 회로를 준비할 필요가 없다. 이와 같이, 장치 구성을 간소화할 수 있다.
환언하면, 승압 및 강압 인버터(3)는 모터 발전기(2)에 의해 발전된 3상 교류 전력을 강압된 전압의 직류 전력을 변환한다. 그 후, 이 직류 전력는 제 1 배터리에 공급되어 제 1 배터리를 충전한다. 따라서, 임의의 다른 정류 회로를 탑재할 필요가 없다. 이와 같이, 장치 구성을 간소화할 수 있다.
게다가, 엔진(1)을 시동하면, 커패시터(C1)로부터 방전된 전력은, 승압 및 강압 인버터(3)를 이용하여 제 1 정격 전압의 3상 교류 전압으로 변환되고, 이 3상 교류 전력은 42V 교류 발전기(2)에 공급되어 42V 교류 발전기(2)의 축을 회전시켜, 엔진(1)을 시동한다. 따라서, 어떤 다른 전원이 필요하지 않다. 따라서, 장치 구성을 간소화할 수 있다.
환언하면, 엔진을 시동하면, 커패시터 장치로부터 방전된 전력은, 승압 및 강압 인버터(3)를 이용하여 제 1 정격 전압의 3상 교류 전압으로 변환된다. 이 3상 교류 전력을 이용하여, 모터 발전기의 축을 회전시켜, 엔진을 시동할 수 있다. 따라서, 어떤 다른 전원이 필요하지 않다. 따라서, 장치 구성을 간소화할 수 있다.
한편, 커패시터(C1)의 충전 전압이 엔진(1)을 시동할 시에 소정의 전압에 도달하지 않으면, 14V 배터리(E1)로부터 방전된 전력의 전압은 승압 및 강압 인버터(3)에 의해 승압되고, 승압된 전압의 전력은 커패시터(C1)에 공급되어 커패시터(C1)를 충전한다. 그 후, 엔진(1)은 커패시터(C1)로부터 방전된 전력을 이용하여 시동된다. 따라서, 커패시터(C1)의 충전 전압이 낮을 경우에도 엔진(1)을 확실히 시동시킬 수 있다.
환언하면, 커패시터 장치의 충전 전압이 엔진을 시동할 시에 소정의 전압에 도달하지 않으면, 커패시터 장치는 제 1 배터리로부터 방전된 전력의 소정의 전압을 갖도록 충전된다. 따라서, 커패시터(C1)의 충전 전압이 낮을 경우에도 엔진을 확실히 시동시킬 수 있다.
게다가, 액셀 스위치(SW4)가 턴 온되면, 엔진(1)은 시동되어, 커패시터(C1)로부터 방전된 전력이 급전된다. 따라서, 차량이 이동 중이지 않을 동안에만 엔진 을 일시 정지하는 아이들 정지(idle stop) 동작을 실현하여, 연비를 향상시킬 수 있다.
환언하면, 소정의 조건이 충족되거나, 예컨대, 액셀 스위치가 턴 온될 시에, 엔진이 시동된다. 따라서, 아이들 정지 동작을 실현하여, 연비를 향상시킬 수 있다.
한편, 42V 교류 발전기(2)에 의해 발전된 3상 교류 전력은 정류 회로(14)를 이용하여 정류되고, 정류된 전력은 모터(M1)에 공급된다. 따라서, 승압 및 강압 인버터(3)를 이용하지 않고 모터(M1)를 구동하는 직류 전력을 획득할 수 있다.
환언하면, 모터 발전기에 의해 발전된 3상 교류 전력은 정류 회로(14)를 이용하여 정류되고, 이 전력은 모터에 공급된다. 따라서, 승압 및 강압 인버터를 이용하지 않고 모터를 구동하는 직류 전력을 획득할 수 있다.
더욱이, 모터(M1)가 구동되지 않고, 14V 배터리(E1)가 충전되지 않을 시에 커패시터(C1)는 충전된다. 따라서, 커패시터(C1)의 충전 전압이 강압될 시에도, 충전 전압을 급속히 승압하여, 엔진(1)을 시동할 준비를 할 수 있다.
환언하면, 모터를 구동하지 않고, 제 1 배터리(E1)를 충전하지 않을 시에 커패시터 장치는 충전된다. 따라서, 커패시터 장치의 충전 전압을 언제라도 소정의 전압 이상으로 유지하여, 장치의 엔진을 시동할 준비를 할 수 있다.
한편, 제어 시스템은 스위치(SW1, SW2 및 SW3)를 포함한다. 이 장치의 동작은, 즉, 엔진(1)의 시동, 14V 배터리(E1)의 충전, 커패시터(C1)의 충전 및 모터(M1)의 구동은 각각의 스위치를 개폐하여 스위치된다. 따라서, 스위칭 동작을 확실 히 용이하고 안전하게 할 수 있어, 장치의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
환언하면, 제 1 스위치, 제 2 스위치 및 제 3 스위치를 이용하여, 이들 스위치를 적절히 개폐함으로써, 엔진의 시동, 제 1 배터리의 충전, 커패시터 장치의 충전 및 모터의 구동을 스위치할 수 있다. 따라서, 스위칭 동작을 확실히 하여, 동작의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
그 다음, 본 발명의 제 2 실시예가 기술된다. 도 6은 제 2 실시예에 따른 모터 구동 4WD 차량용 제어 시스템(CS2)의 구성을 도시한 블록도이다. 이 도면에 도시된 바와 같이, 제어 시스템(CS2)은, 상술한 제 1 실시예와 유사한 바와 같이, 엔진(1), 42V 교류 발전기(모터 발전기)(2), 승압 및 강압 인버터(3), 14V 배터리(E1), 모터 콘트롤러(9), 자계 콘트롤러(8), 구동/충전 제어 회로(6), 엔진 콘트롤러(12), 회전 센서(10), 회전 위치 센서(11), 전압 센서(7) 및 스위치(제 1 스위치)(SW1)를 포함한다.
더욱이, 장치(CS2)에서, 스위치(제 2 스위치)(SW2) 및 42V 배터리(제 2 배터리: 커패시터 장치)(E2)의 직렬 접속 회로는 후속 단계에서 승압 및 강압 인버터(3)에 제공된다. 더욱이, 장치(CS2)는 42V 배터리(E2)의 충전 전압을 검출하는 전압 센서(16)를 포함한다. 여기서, 또한, 42V 배터리(E2) 대신에 전기 이중층 커패시터(DLC)(커패시터 장치)를 이용할 수 있다.
게다가, 4개의 스위칭 소자(Tr11 내지 Tr14)를 포함하는 H-브리지 회로(18)는 후속 단계에서 스위치(SW2) 및 42V 배터리(E2)로 구성된 직렬 접속 회로에 제공된다. 더욱이, 영구 자석의 직류 모터(M2)는 후속 단계에서 H-브리지 회로(18)에 제공된다. 상술한 제 1 실시예와 마찬가지로, 모터(M2)는 차동 장치(4)를 통해 후륜(5)에 연결된다.
장치(CS2)는 또한 H-브리지 회로(18)내의 각각의 스위칭 소자(Tr11 내지 Tr14)의 온 및 오프 동작을 제어하는 구동 회로(17)를 포함한다. 각각의 스위칭 소자(Tr11 내지 Tr14)를 구동 회로(17)의 제어 하에 턴 온 및 오프함으로써, 모터(M2)의 회전 방향 및 구동 또는 정지를 제어할 수 있다.
그 다음, 제어 시스템(CS2)의 동작에 대해 기술된다. 여기서, 엔진 시동 시, 14V 배터리 충전 시, 4WD 모드 구동 시 및 42V 배터리 충전 시에 취해지는 동작은 도 7에 도시된 바와 같이 행해진다.
먼저, 구동/충전 제어 회로(6)는, 액셀 스위치(SW4)가 턴 온됨을 검출할 시에, 엔진(1)을 시동한다. 엔진(1)을 시동하면, 스위치(SW2)는 턴 온되고, 스위치(SW1)는 턴 오프된다. 더욱이, H-브리지 회로(18)는 오프 상태로 설정된다.
이 상태에서, 42V 배터리(E2)에 의해 방전된 직류 전력은 승압 및 강압 인버터(3)에 공급되고, 승압 및 강압 인버터(3)는 42V의 직류 전력을 3상 교류 전력으로 변환한다. 그 후, 이 3상 교류 전력은 42V 교류 발전기(2)에 공급된다. 선택적으로, 42V 교류 발전기(2')의 축은 회전되어, 모터로서 기능을 한다. 이 모터의 회전력을 이용하여, 엔진(1)이 시동된다.
한편, 42V 배터리(E2)의 충전 전압이 전압 센서(16)의 검출 신호에 기초로 하여 소정의 전압에 도달하지 않은 것으로 판단되면, 42V 배터리(E2)를 충전하는 동작은 14V 배터리(E1)로부터 방전된 전력을 이용하여 실행된다. 특히, 스위치 (SW1)가 턴 온되고, 14V 배터리(E1)로부터 방전된 직류 전력의 전압은 승압 및 강압 인버터(3)에 의해 승압된다. 42V 배터리(E2)는 이런 전력에 의해 충전된다. 그 후, 42V 배터리(E2)의 충전 전압이 이런 충전 동작에 의해 소정의 전압에 도달한 후, 상술한 동작은 엔진(1)을 시동하도록 실행된다.
한편, 14V 배터리(E1)의 충전 전압이 엔진(1) 시동 시에 소정의 전압 미만으로 강압하는 것으로 판단되면, 스위치(SW1)는 턴 온되고, 스위치(SW2)는 턴 오프된다. 이런 상태에서, 42V 교류 발전기(2)에 의해 발전되는 전력은 정류되고, 이 전력의 전압은 승압 및 강압 인버터(3)에 의해 강압된다. 따라서, 강압되고 정류된 전력은 14V 배터리(E1)에 공급되어, 14V 배터리(E1)를 충전한다.
더욱이, 42V 배터리(E2)의 충전 전압이 엔진(1) 시동 시에 소정의 전압 미만으로 강압하는 것으로 판단되면, 스위치(SW1)는 턴 오프되고, 스위치(SW2)는 턴 온된다. 이런 상태에서, 42V 교류 발전기(2)에 의해 발전되는 전력은 정류되어, 42V 배터리(E2)에 공급된다. 이와 같이, 42V 배터리(E2)의 충전 전압이 소정의 전압에 도달할 때까지 42V 배터리(E2)를 충전할 수 있다.
한편, 모터 콘트롤러(9)의 제어 하에 4WD를 실행하면, 스위치(SW1 및 SW2)는 턴 오프된다. 이 상태에서, H-브리지 회로(18)내의 각각의 스위칭 소자(Tr11 내지 Tr14)의 온 및 오프 상태는 구동 회로(17)에 의해 제어된다. 이와 같이, 42V 배터리(E2)로부터 방전되는 전력은 모터(M2)에 공급되는 소정의 전압의 전력으로 변환된다. 따라서, 후륜(5)을 구동하여 회전시켜, 4WD 동작을 달성한다.
게다가, 42V 배터리(E2)를 충전할 시, 스위치(SW2)는 턴 온되고, 스위치 (SW1)은 턴 오프된다. 이 상태에서, 42V 교류 발전기(2)에 의해 발전되는 3상 교류 전력은 승압 및 강압 인버터(3)에 의해 정류되고, 정류된 전력은 42V 배터리(E2)에 공급된다. 이와 같이, 42V 배터리(E2)를 충전할 수 있다.
상술한 바와 같이, 제 2 실시예에 따른 모터 구동 4WD 차량용 제어 시스템(CS2)에 따르면, 엔진(1)을 구동할 시에, 42V 교류 발전기(2)에 의해 발전된 전력을 정류하여, 승압 및 강압 인버터(3)를 이용하여 이 전력의 전압을 강압하고, 이에 의해, 상술한 제 1 실시예와 마찬가지로 14V 배터리(E1) 및 42V 배터리(E2)를 충전할 수 있다.
더욱이, 4WD 모드 시에, 승압 및 강압 인버터(3)를 이용하여 42V 교류 발전기(2)에 의해 발전된 3상 교류 전력을 정류하여, 정류된 전력을 H-브리지 회로(18)를 통해 모터(M2)에 공급하며, 이에 의해 모터(M2)를 구동할 수 있다.
그래서, 42V 교류 발전기(2)를 이용하여, 모터(M2)를 구동하는 제 1 정격 전압 및, 14V 배터리(E1)를 충전하는 제 2 정격 전압의 양방을 획득하여, 전력을 제각기 모터(M2) 및 14V 배터리(E1)에 공급할 수 있다. 따라서, 장치 구성을 간소화하고, 레이아웃의 유연성을 제공하며, 중량 및 단가를 절감할 수 있다.
한편, 승압 및 강압 인버터(3)는 42V 교류 발전기(2)에 의해 발전된 3상 교류 전력을 직류 전력으로 변환하며, 이 직류 전력은 14V 배터리(E1)를 충전하기 위해 14V 배터리(E1)에 공급되고, 또한 모터(M2)를 구동하기 위해 모터(M2)에 공급된다. 이것은, 임의의 다른 정류 회로를 준비할 필요성을 제거한다. 따라서, 장치 구 성을 간소화할 수 있다.
게다가, 엔진(1)을 시동하면, 42V 배터리(E2)로부터 방전된 전력은, 승압 및 강압 인버터(3)를 이용하여 제 1 정격 전압의 3상 교류 전압으로 변환되고, 이 3상 교류 전압은 42V 교류 발전기(2)에 공급되어 42V 교류 발전기(2')의 축을 회전시켜, 엔진(1)을 시동한다. 따라서, 어떤 다른 전원이 필요하지 않다. 이와 같이, 장치 구성을 간소화할 수 있다.
한편, 42V 배터리(E2)의 충전 전압이 엔진(1)을 시동할 시에 소정의 전압에 도달하지 않으면, 14V 배터리(E1)로부터 방전된 전력의 전압은 승압 및 강압 인버터(3)에 의해 승압되고, 승압된 전압의 전력은 42V 배터리(E2)에 공급되어 42V 배터리(E2)를 충전한다. 그 후, 엔진(1)은 42V 배터리(E2)로부터 방전된 전력을 이용하여 시동된다. 따라서, 42V 배터리(E2)의 충전 전압이 낮을 경우에도 엔진(1)이 확실히 시동될 수 있다.
게다가, 액셀 스위치(SW4)가 턴 온되면, 엔진(1)은 42V 배터리(E2)로부터 방전된 전력을 이용하여 시동된다. 따라서, 아이들 정지 동작을 실현하여, 연비를 향상시킬 수 있다.
한편, 모터(M2)가 구동되지 않을 시와, 14V 배터리(E1)가 도통되지 않을 시에, 42V 배터리(E2)는 충전된다. 따라서, 42V 배터리(E2)의 충전 전압이 강압될 시에도, 이 충전 전압을 급속히 승압하여, 언제라도 엔진(1)을 시동할 준비를 할 수 있다.
게다가, 제어 시스템은 스위치(SW1 및 SW2)를 포함한다. 엔진(1)의 시동, 14V 배터리(E1)의 충전, 42V 배터리(E2)의 충전 및 모터(M1)의 구동은 각각의 스위치를 개폐하여 스위치된다. 따라서, 스위칭 동작을 확실히 용이하고 안전하게 할 수 있어, 동작의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
여기에 기술된 양호한 실시예는 예시적이고, 제한하는 것은 아니며, 본 발명은 본 발명의 정신 또는 범주로부터 벗어나지 않고 다른 방식으로 실시될 수 있다. 청구범위에 의해 지시된 본 발명의 범주 및, 청구범위에 따른 의미내의 모든 변형이 여기에 포함될 수 있다.
본 발명은, 2003년 11월 14일자로 출원된 일본 특허 출원 제2003-384958호에 포함된 주 문제에 관계하고, 이는 여기서 전적으로 참조로 포함된다.

Claims (12)

  1. 차륜의 적어도 하나를 구동시키는 엔진 및, 차륜의 나머지의 적어도 하나를 구동시키는 모터를 가진 차량을 제어하는 제어 시스템에 있어서,
    엔진에 의해 구동되도록 구성되어, 제 1 전압의 제 1 교류 전력을 발전시키는 모터 발전기;
    상기 제 1 교류 전력을 상기 제 1 전압 보다 낮은 제 2 전압의 제 2 전력으로 변환하는 인버터;
    상기 인버터로부터 공급되는 상기 제 2 전력에 의해 충전되는 제 1 배터리; 및
    상기 인버터에 접속되는 커패시터 장치를 구비하며,
    상기 모터에는 상기 제 1 교류 전력으로부터 변환된 제 3 전압의 제 3 전력이 공급되는, 차량 제어용 제어 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 인버터에는 상기 커패시터 장치로부터 방전되는 제 4 전압의 제 4 전력이 공급되어, 상기 제 4 전력을 제 5 전압의 제 5 교류 전력으로 변환하며,
    상기 모터 발전기에는 상기 제 5 교류 전력이 공급되어, 상기 엔진을 시동하기 위해 구동력을 생성시키는, 차량 제어용 제어 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 엔진을 시동하면, 상기 커패시터 장치의 전압이 소정의 전압 미만일 경우, 상기 인버터에는 상기 제 1 배터리로부터 방전되는 제 6 전압의 제 6 전력이 공급되어, 상기 제 6 전력을 제 7 전압의 제 7 전력으로 승압시켜, 상기 커패시터 장치를 충전하기 위해 상기 제 7 전력을 상기 커패시터 장치에 공급하는, 차량 제어용 제어 시스템.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 엔진은 소정의 조건이 충족될 경우에 시동되는, 차량 제어용 제어 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 소정의 조건은 액셀 스위치가 턴 온되는 것인, 차량 제어용 제어 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 전력은 직류 전력인, 차량 제어용 제어 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 교류 전력을 상기 모터에 공급되는 제 3 직류 전력으로 정류하는 정류 회로를 더 구비하는, 차량 제어용 제어 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 인버터는 상기 커패시터 장치를 충전하기 위해 상기 제 1 교류 전력을 제 8 전압의 제 8 직류 전력으로 정류하는, 차량 제어용 제어 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 인버터와 상기 제 1 배터리 간의 전기 접속을 변경하는 제 1 스위치; 및
    상기 인버터와 상기 커패시터 장치 간의 전기 접속을 변경하는 제 2 스위치를 더 구비하며,
    상기 엔진을 시동하면, 상기 제 2 스위치는 폐쇄되고, 상기 제 1 스위치는 개방되어, 상기 커패시터 장치로부터 상기 인버터로 전기가 공급될 수 있고,
    상기 제 1 배터리를 충전하면, 상기 제 1 스위치는 폐쇄되고, 상기 제 2 스위치는 개방되어, 상기 인버터로부터 상기 제 1 배터리로 전기가 공급될 수 있으며,
    상기 커패시터 장치를 충전하면, 상기 제 2 스위치는 폐쇄되고, 상기 제 1 스위치는 개방되어, 상기 인버터로부터 상기 커패시터 장치로 전기가 공급될 수 있는. 차량 제어용 제어 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 모터 발전기와 상기 모터 간의 전기 접속을 변경하는 제 3 스위치를 더 구비하며,
    상기 엔진을 시동하고, 상기 제 1 배터리를 충전하며, 상기 커패시터 장치를 충전하면, 상기 제 3 스위치는 개방되고,
    상기 모터를 구동하면, 상기 제 1 및 제 2 스위치는 개방되고, 상기 제 3 스위치는 폐쇄되어, 상기 모터 발전기로부터 상기 모터로 전기가 공급될 수 있는, 차량 제어용 제어 시스템.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 커패시터 장치는 커패시터 또는 제 2 배터리 중 어느 하나를 구비하는, 차량 제어용 제어 시스템.
  12. 차륜 중 적어도 하나를 구동시키는 엔진 및, 차륜의 나머지 중 적어도 하나를 구동시키는 모터를 가진 차량을 제어하는 방법에 있어서,
    모터 발전기에 의해 발전되는 제 1 전압의 제 1 교류 전력을 상기 제 1 전압 보다 낮은 제 2 전압의 제 2 직류 전력으로 변환하여, 배터리를 충전하기 위해 상기 제 2 직류 전력을 상기 배터리에 공급하는 단계;
    상기 모터 발전기에 의해 발전되는 상기 제 1 교류 전력을 제 3 전압의 제 3 직류 전력으로 정류하여, 상기 모터를 구동하기 위해 상기 제 3 직류 전력을 상기 모터에 공급하는 단계;
    커패시터 장치로부터 방전되는 제 4 전압의 제 4 전력을 제 5 전압의 제 5 교류 전력으로 변환하여, 상기 제 5 교류 전력을 모터 발전기에 공급하여, 상기 모터 발전기의 구동력에 의해 상기 엔진을 시동하는 단계; 및
    상기 모터 발전기에 의해 발전되는 상기 제 1 교류 전력을 정류하여, 상기 커패시터 장치를 충전하기 위해 정류된 전력을 상기 커패시터 장치에 공급하는 단계를 구비하는, 차량 제어 방법.
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