KR100698994B1 - 자동차용 구동력 제어 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

자동차용 구동력 제어 장치 및 방법에 있어서, 내연기관이 차량의 메인 구동 바퀴를 구동하고, 상기 내연기관에 의해 발전기가 구동되며, 상기 발전기의 전력에 의해 모터가 구동되어 상기 메인 구동 바퀴 외의 다른 바퀴를 구동할 수 있고, 상기 발전기에 콘덴서가 상기 모터와 병렬로 전기 접속되며, 콘덴서 제어 섹션(8G)은 차속(Vv)이 소정 차속 이하인 경우에 콘덴서를 모터에 연결하고 차속이 소정 차속을 초과하는 경우에 콘덴서를 모터 및 발전기로부터 단절시킨다.
발전기, 모터, 콘덴서, 클러치, 계전기, 배터리

Description

자동차용 구동력 제어 장치 및 방법{DRIVING FORCE CONTROL APPARATUS AND METHOD FOR AUTOMOTIVE VEHICLE}
도1은 본 발명에 따른 바람직한 실시예에서의 구동력 제어 장치가 적용될 수 있는 자동차의 개략 시스템 구성도.
도2는 도1에 도시된 4륜구동 제어기 주위의 시스템 구성도.
도3은 도1 및 도2에 도시된 4륜구동 제어기를 나타내는 기능 블록선도.
도4는 4륜구동 제어기의 초과 토크 연산 섹션의 처리를 나타내는 플로우차트.
도5a 및 도5b는 가속기 개도, 차속, 및 제2 목표 모터 토크 사이의 관계를 나타내는 특성 그래프.
도6은 도1 및 도2에 도시된 4륜구동 제어기의 모터 변수 조정 섹션에서 수행되는 처리 플로우차트.
도7은 4륜구동 제어기의 배터리 제어 섹션의 처리 플로우차트.
도8은 도1에 도시된 엔진 제어기의 절차를 나타내는 처리 플로우차트.
도9의 (a) 및 (b)는 도7의 처리 플로우차트에 사용된 소정 차속을 각각 나타내는 특성 그래프.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
4: 모터
7: 발전기
12: 클러치
17: 가속기 페달
18: 엔진 제어기
20: 모터 제어기
30: 자동 변속기
34: 브레이크 페달
39: 구동 모드 스위치
40: 가속기 센서
42: 배터리
43: 잔여 용량 검출 섹션
본 발명은 배터리 또는 커패시터와 같은 콘덴서 및 발전기의 전력에 의해 보조 구동 바퀴를 구동시킬 수 있는 자동차용 구동력 제어 장치 및 방법에 관한 것이다. 상기 발전기는 차량의 내연기관에 의해 구동된다. 상기 내연기관은 차량의 메인 구동 바퀴를 구동한다.
일본 특허공개공보 제2000-318473호(공개일:2000년 11월 21일)는 종래에 제 안된 차량 구동력 제어 장치를 예시하고 있다. 이 구동력 제어 장치에서는, 차량이 4륜구동 상태에 있도록 메인 구동 바퀴가 내연기관에 의해 구동되고 보조 구동 바퀴가 모터에 의해 구동된다. 이 때, 내연기관의 동력학적 전력가 발전기를 구동시키고 발전기의 전력에 의해 모터가 구동된다.
종래에 제안된 구동력 제어 장치가 대형(고중량) 차량 및 출발 성능이 더 향상되는 차량에 적용되는 경우에는, 모터의 발생 토크를 증대시킬 필요가 있다. 이러한 발생 토크의 증대를 달성하기 위해서는, 발전기 전력이 증대될 필요가 있다. 예를 들면, 발전기는 대규모일 필요가 있다. 또한, 발전기 용량을 증대시키지 않고 모터의 발생 토크를 증가시키기 위해 배터리가 추가로 장착되고, 소요 전류가 보장된다. 그러나, 종래에 제안된 구동력 제어 장치에 배터리를 간단하게 추가하는 경우에, 발전기 전압과 모터 전압이 둘 다 낮은 저속 영역의 경우에는 배터리로부터 모터로 필요한 큰 전류를 공급할 수 있다. 그러나, 발전기 전압과 모터 전압이 높은 고속 영역의 경우에는, 이들 발전기와 모터의 전압이 배터리 전압보다 높을 때, 발전기의 출력 전류의 일부가 배터리로 흐르게 된다. 따라서, 소요 발전기 전압 및 모터 전압이 보장되지 않으므로, 4륜구동 차량에 필요한 구동력이 충분히 보장될 수 없을 가능성이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 모터의 발생 구동력을 효과적으로 증가시킬 수 있는 자동차용 구동력 제어 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 태양에 따르면, 차량의 메인 구동 바퀴를 구동하는 내연기관, 상기 내연기관에 의해 구동되는 발전기, 상기 발전기의 전력에 의해 구동되고 상기 메인 구동 바퀴 외의 다른 바퀴를 구동할 수 있는 모터, 상기 발전기에 상기 모터와 병렬로 전기 접속되는 콘덴서, 및 차속(Vv)이 소정 차속 이하인 경우에 콘덴서를 모터에 연결하고 차속이 소정 차속을 초과하는 경우에 콘덴서를 모터 및 발전기로부터 단절시키는 콘덴서 제어 섹션을 포함하는 자동차용 구동력 제어 장치가 제공된다.
본 발명의 다른 태양에 따르면, 차량의 메인 구동 바퀴를 구동하는 내연기관을 제공하는 단계, 상기 내연기관에 의해 구동되는 발전기를 제공하는 단계, 상기 발전기의 전력에 의해 구동되고 상기 메인 구동 바퀴 외의 다른 바퀴를 구동할 수 있는 모터를 제공하는 단계, 상기 발전기에 상기 모터와 병렬로 전기 접속되는 콘덴서를 제공하는 단계, 차속(Vv)이 소정 차속 이하인 경우에 콘덴서를 모터에 연결하는 단계, 및 차속이 소정 차속을 초과하는 경우에 콘덴서를 모터 및 발전기로부터 단절시키는 단계를 포함하는 자동차용 구동력 제어 방법이 제공된다.
본 발명에 따르면, 4륜구동 차량으로서 요구되는 구동력을 확보할 수 있다. 본 발명의 개요는 필요한 모든 특징들을 반드시 기술하는 것이 아니며, 따라서 본 발명은 이들 기술된 특징의 소결합(sub-combination)일 수도 있다.
실시예
본 발명에 대한 보다 양호한 이해를 돕기 위해 이제 도면을 참조할 것이다.
도1은 본 발명에 따른 바람직한 실시예에서의 차량 구동력 제어 장치의 시스 템 구성도를 도시한다. 도1에 도시하듯이, 본 실시예에서의 자동차는 엔진(2)에 의해 구동되는 메인 구동 바퀴로서의 좌우 앞 바퀴(1L, 1R)를 구비하며, 모터(4)에 의해 구동될 수 있는 보조 구동 바퀴로서의 좌우 뒷 바퀴(3L, 3R)를 구비한다. 엔진(2)의 출력 토크(Te)는 자동 변속기(30)와 제1 차동 기어(31)를 통해서 좌우 앞 바퀴(1L, 1R)에 전달된다.
자동 변속기(30)에는 현재의 기어-시프트 범위를 검출하기 위한 시프트 위치 검출 섹션(32)이 설치되어, 검출된 시프트 위치 신호를 4륜구동 제어기(8)에 송신한다. 기어 시프트 작업은 기어 시프트 제어부(도시되지 않음)로부터의 시프트 명령에 기초하여 이루어진다. 상기 기어 시프트 제어부에는 맵 형태의 차속(Vv) 및 가속기 개도(accelerator opening degree)(θ)에 기초한 기어 시프트 스케줄과 같은 정보가 제공되며, 상기 기어 시프트 제어부는 현재의 차속(Vv) 및 가속기 개도(θ)에 기초하여 기어 시프트 포인트를 지나고 있다고 판정될 때 자동 변속기(30)에 시프트 명령을 내린다.
엔진(2)의 흡기 통로(14)(예를 들면, 흡기 매니폴드)에는 메인 스로틀 밸브(15)와 서브 스로틀 밸브(16)가 배치된다. 메인 스로틀 밸브(15)에서, 스로틀 개도는 가속기 개도 지시계(가속 지시 조작부)인 가속기 페달(17)의 답입량(depression quantity)에 따라 각도적으로 제어된다. 이 메인 스로틀 밸브(15)는 가속기 페달(17)의 답입량에 기계적으로 연관되며, 그 스로틀 밸브는 가속기 센서(40)의 답입량 검출치에 따라 엔진 제어기(18)의 전기적으로 조절가능한 제어에 의해 조절된다. 가속기 센서(40)의 답입량 검출치는 또한 4륜구동 제어기(8)로 출력 된다.
또한, 서브 스로틀 밸브(16)의 개도는 액추에이터로서의 스테핑 모터(19)에 의해 또한 스테핑 모터(19)의 스텝 수(stepped number)와 합치되는 회전 각도에 따라 조절가능하게 제어된다. 스테핑 모터(19)의 회전 각도는 모터 제어기(20)로부터의 구동 신호에 따라 조절가능하게 제어된다. 서브 스로틀 밸브(16) 상에 스로틀 센서가 설치되고, 이 스로틀 센서에 의해 검출되는 스로틀 개도 검출치에 기초하여 스테핑 모터(19)의 스텝 수가 피드백 제어되는 것에 유의해야 한다. 서브 스로틀 밸브(16)의 스로틀 개도가 메인 스로틀 밸브(15)의 개도를 통해 조절되거나 그 이하일 때, 엔진(2)의 출력 토크는 가속기 페달을 통한 운전자의 조작과 무관하게 제어될 수 있다.
또한, 엔진(2)의 엔진 속도를 검출하기 위한 엔진 속도 센서(21)가 제공되며, 이는 검출된 신호를 엔진 제어기(18) 및 4륜구동 제어기(8)에 출력한다. 또한, 도면부호 34는 브레이크 페달을 지칭하며, 브레이크 페달(34)의 스트로크 양은 브레이크 스트로크 센서(35)에 의해 검출된다. 브레이크 스트로크 센서(35)는 검출된 브레이크 스트로크 양을 브레이크 제어기(36) 및 4륜구동 제어기(8)에 출력한다.
브레이크 제어기(36)는 각각의 바퀴(1L, 1R, 3L, 3R)에 장착된 디스크 브레이크와 같은 브레이크 유닛(37FL, 37FR, 37RL, 37RR)을 통해서, 입력되는 브레이크 스트로크 양에 따라 차량에 작용되는 제동력을 제어한다. 도면부호 39는 구동 모드 스위치를 지칭하며, 이 스위치는 2륜구동 상태와 4륜구동 상태 사이에서의 전환 명령을 출력하는 작용을 한다. 엔진(2)의 회전 토크(Te)의 일부는 무단 벨트(6)를 통해서 발전기(7)에 전달되며, 발전기(7)는 엔진(2)의 엔진 속도(Ne)와 풀리 비율(pulley ratio)을 곱한 값인 회전 속도(Nh)로 회전된다.
발전기(7)는 도2에 도시하듯이 발전기(7)의 출력 전압(Vg)을 조절하기 위한 전압 조정장치(22)(또는 전압 조절기)를 구비하며, 이 전압 조정장치는 4륜구동 제어기(8)의 발전기 제어 섹션(8F)으로부터의 발전기 제어 명령(C1)(듀티율:duty ratio)에 따라 계자(界磁) 전류(field current)(Ifh)를 조절함으로써 엔진(2)용 발전기 부하와 엔진(2)용 발전기 전압(Vg)을 제어한다. 즉, 전압 조절기(22)는 발전기 제어 섹션(8F)으로부터의 발전기 제어 명령(C1)(듀티율)을 수용하고, 발전기 제어 명령(C1)에 따라 발전기(7)의 계자 전류(Ifh)를 조절하며, 발전기(7)의 출력 전압(Vg)을 검출하고, 검출된 전압(Vg)을 4륜구동 제어기(8)에 출력할 수 있다.
발전기(7)의 회전 속도(Nh)는 엔진(2)의 회전 속도(Ne)로부터의 풀리 비율에 기초하여 계산될 수 있음에 유의해야 한다. 발전기(7)에 의해 발생된 전력은 전선(9)을 통해서 모터(4)에 공급될 수 있다. 전선(9)의 중간 지점에는 연결 박스(10)가 설치된다. 모터(4)의 구동축은 감속장치(11) 및 클러치(12)를 통해서 뒷 바퀴(3L, 3R)에 연결될 수 있다. 도면부호 13은 제2 차동 기어를 지칭한다.
연결 박스(10) 내에는 전류 센서(23)가 설치된다. 전류 센서(23)는 발전기(7)로부터 모터(4)로 공급되는 전력의 전류값(Ia)을 검출하고, 검출된 전기자(armature) 전류 신호를 4륜구동 제어기(8)로 출력하는 작용을 한다. 도면부호 24는 계전기(relay)를 지칭한다. 모터(4)에 공급되는 전압(전류)의 차단(단절) 및 연결은 4륜구동 제어기(8)로부터 나온 명령에 따라 계전기(24)를 통해서 제어된다.
또한, 모터(4)는 4륜구동 제어기(8)로부터 나온 명령에 따라 제어되는 계자 전류(Ifm)를 갖는다. 모터(4)의 계자 전류(Ifm) 조정은 모터(4)의 구동 토크를 목표 모터 토크(Tm)로 조정시킨다. 도면부호 25는 모터(4)의 온도를 측정하기 위한 서미스터(thermistor)를 지칭한다. 모터(4)에는 모터(4) 구동축의 회전 속도(Nm)를 검출하기 위한 모터 회전 속도 센서(26)가 제공된다. 이 모터 회전 속도 센서(26)는 모터(4)의 검출된 회전 속도 신호를 4륜구동 제어기(8)로 출력한다.
전선(9)은 연결 박스(10)의 상류 위치에서 제2 전선(44)으로 분기되며, 이 제2 전선(44)은 스위치(SW)를 통해서 콘덴서를 구성하는 배터리(42)에 연결된다. 이 스위치(SW)의 연결 및 차단(단절)은 4륜구동 제어기(8)로부터의 명령에 따라 제어된다. 배터리(42)는 일반적으로 구입할 수 있는 전기 부품 및 전자 부품(도시되지 않음)에 전력을 공급하는 배터리로서 작용할 수 있거나, 또는 구동을 위해서만 사용되는 배터리일 수 있음에 유의해야 한다. 배터리(42)의 잔여 용량(capacity)을 검출하기 위한 잔여 용량 검출 섹션(43)이 제공되며, 이 잔여 용량 검출 섹션(43)은 배터리(42)의 잔여 용량을 나타내는 검출된 신호를 4륜구동 제어기(8)에 출력하는 것에 유의해야 한다.
각각의 바퀴(1L, 1R, 3L, 3R)에는 바퀴 속도 센서(27FL, 27FR, 27RL, 27RR)가 제공된다. 각각의 바퀴 속도 센서(27FL, 27FR, 27RL, 27RR)는 대응 바퀴(1L, 1R, 3L, 3R)의 회전 속도에 따라 펄스 신호를 바퀴 속도 검출치로서 4륜구동 제어기(8)에 출력한다.
4륜구동 제어기(8)는 도3에 도시하듯이, 목표 모터 토크 연산 섹션(8A), 모터 변수 조정 섹션(8B), 모터 제어 섹션(8C), 계전기 제어 섹션(8D), 클러치 제어 섹션(8E), 발전기 제어 섹션(8F), 및 배터리 제어 섹션(8G)을 구비한다. 4륜구동 상태의 경우에는 구동 모드 스위치(39)가 작동된다.
계전기 제어 섹션(8D)은 발전기(7)로부터 모터(4)로의 전력 공급의 차단(단절) 및 연결을 제어한다. 4륜구동 상태 중에, 즉 목표 모터 토크(Tm)가 제로보다 큰 경우에, 계전기(24)는 연결 상태에 놓인다. 목표 모터 토크(Tm)가 제로인 경우, 계전기(24)는 차단 상태에 놓인다. 클러치 제어 섹션(8E)은 클러치(12)의 상태를 제어한다. 4륜구동 상태의 경우에, 즉 목표 모터 토크(Tm)가 제로보다 큰 경우에, 클러치(12)는 연결 상태에 놓인다. 목표 모터 토크(Tm)가 제로인 경우, 클러치(12)는 개방 상태에 놓인다.
모터 토크 연산 섹션(8A)은 초과(extra) 토크 연산 섹션(8Aa), 가속 보조 토크 연산 섹션(8Ab), 및 모터 토크 판정 섹션(8Ac)을 구비한다. 초과 토크 연산 섹션(8Aa)은, 앞 바퀴(1L, 1R)의 가속 슬립(slip)에 따른 초과 엔진 토크를 연산하고, 도4에 도시하듯이 소정의 샘플링 기간 각각 중에 입력된 각각의 신호에 기초하여 후속 처리를 수행하는 섹션이다. 즉, 단계 S10에서, 초과 토크 연산 섹션(8Aa)은 앞 바퀴(1L, 1R)의 가속 슬립량인 슬립 속도(△VF)를 유도하기 위해 앞 바퀴(1L, 1R)(메인 구동 바퀴)의 바퀴 속도로부터 뒷 바퀴(3L, 3R)(보조 구동 바퀴)의 바퀴 속도를 차감하며, 이들 바퀴 속도는 바퀴 속도 센서(27FL, 27FR, 27RL, 27RR)로부 터의 신호에 기초하여 연산된다. 이어서 루틴은 단계 S20으로 진행된다.
슬립 속도(△VF)의 연산은 예를 들면 다음과 같이 이루어진다: 평균 앞 바퀴 속도(VWf)와 평균 뒷 바퀴 속도(VWr)가 각각 계산된다. 다음으로, 메인 구동 바퀴인 앞 바퀴(1L, 1R)의 가속 슬립 정도를 나타내는 슬립 속도(가속 슬립량)가 하기 방정식에 따라 평균 앞 바퀴 속도(VWf)와 평균 뒷 바퀴 속도(VWr) 사이의 편차로부터 유도된다.
△VF = VWf - VWr
단계 S20에서, 초과 토크 연산 섹션(8Aa)은 슬립 속도(△VF)가 예를 들면 0(zero)과 같은 소정치보다 큰지 여부를 판정한다. 슬립 속도(△VF)가 0이하이면, 앞 바퀴(1L, 1R)는 가속 슬립 상태에 있지 않은 것으로 판정되며, 루틴은 단계 S30으로 진행된다. 단계 S30에서는, 0이 Tm1으로 대체되고, 루틴은 시작 위치로 복귀된다. 한편, 단계 S20에서 △VF가 0을 초과하면(Yes), 앞 바퀴(1L, 1R)에서 가속 슬립이 발생한 것이므로 루틴은 단계 S40으로 진행된다.
단계 S40에서, 초과 토크 연산 섹션(8Aa)은 앞 바퀴(1L, 1R)의 가속 슬립을 억제하기 위해 요구되는 흡수 토크(T△VF)를 연산한다. 이 흡수 토크(T△VF)는 가속 슬립량에 비례하며(T△VF = K1×△VF), 여기에서 K1은 실험에 따라 얻어지는 게인을 지칭한다.
단계 S50에서, 발전기(7)의 부하 토크(TG)는 하기의 방정식에 기초하여 연산 되며, 루틴은 단계 S60으로 진행된다.
TG = K2×(Vg×Ia)/(K3×Nh)
상기 방정식에서 Vg는 발전기(7)에 걸친 전압을 지칭하며, Ia는 발전기(7)의 전기자 전류를 지칭하고, Nh는 발전기(7)의 회전 속도를 지칭하며, K3은 효율을 지칭하고, K2는 계수를 지칭한다.
단계 S60에서, 초과 토크 연산 섹션(8Aa)은 발전기(7)에 가해질 발전기 부하 토크(Th)(초과 토크)를 유도하며, 루틴은 단계 S70으로 진행된다.
Th = TG + T△VF
단계 S70에서, 초과 토크 연산 섹션(8Aa)은 발전기 부하 토크(Th)가 사양에 따라 결정되는 발전기(7)의 최대 부하 용량(HQ)보다 큰지를 판정한다. 발전기 부하 토크(Th)가 최대 부하 용량(HQ) 이하이면, 루틴은 단계 S90으로 진행된다. 단계 S70에서 목표 발전기 부하 토크(Th)가 최대 부하 용량(HQ)을 초과하면(Yes), 루틴은 발전기 부하 토크(Th)가 최대 부하 용량(HQ)으로 제한되는 단계 S80으로 진행되며, 루틴은 단계 S90으로 진행된다.
단계 S90에서, 초과 토크 연산 섹션(8Aa)은 발전기 부하 토크(Th)에 따라 제1 목표 모터 토크(Tm1)를 유도하며, 루틴은 종료된다. 이 제1 목표 모터 토크(Tm1)는 앞 바퀴 가속 슬립량에 따라 목표 모터 토크를 제공한다. 상기 처리에서, 발전기(7)에서의 부하 토크가 유도되면, 제1 목표 모터 토크(Tm1)가 연산된다. 그러나, 제1 목표 모터 토크(Tm1)는 앞 바퀴 가속 슬립량으로부터 직접 유도될 수 있 다.
다음으로, 가속 보조 토크 연산 섹션(8Ab)에서의 처리에 대해 후술한다. 가속 보조 토크 연산 섹션(8Ab)은 도5a 및 도5b에 도시된 맵에 기초하여 차속(Vv) 및 가속기 개도(θ)(차량 운전자에 의한 가속 지시량)와 합치되는 제2 목표 모터 토크(Tm2)를 연산한다. 이 제2 목표 모터 토크(Tm2)는 가속기 개도(θ)가 커질수록(넓어질수록) 커지며, 차속(Vv)이 낮아질수록(느려질수록) 작아지고, 차속(Vv)이 소정 차속 이상으로 될 때 영으로 설정된다. 소정 차속은 예를 들면 차량이 출발 상태를 벗어나는 것으로 추정되는 소정의 느린 차속(VvvL)이다. 다음으로, 모터 토크 판정 섹션(8Ac)은 초과 토크 연산 섹션(8Aa) 및 가속 보조 토크 연산 섹션(8Ab)에 의해 연산된 제1 및 제2 목표 토크(Tm1, Tm2) 중에서 높은 것을 선택하며, 큰 토크를 목표 모터 토크(Tm)로 판정하고, 목표 모터 토크(Tm)를 모터 변수 조정 섹션(8B)에 출력한다.
다음으로, 모터 변수 조정 섹션(8B)의 처리에 대해 도6을 참조하여 기술한다. 모터 변수 조정 섹션(8B)은 각각의 소정 샘플링 기간 동안 작동한다. 단계 S200에서, 모터 변수 조정 섹션(8B)은 목표 모터 토크(Tm)가 영보다 큰지를 판정한다. 단계 S200에서 Tm>0(Yes)이면, 앞 바퀴(1L, 1R)가 가속 슬립 상태(모터 구동 요청 상태)(즉, 4륜구동 상태)에 있기 때문에 루틴은 단계 S210으로 진행된다. Tm≤0(No)이면, 차량은 4륜구동 상태에 있지 않으며(모터 구동 요청 상태가 아님) 루틴은 단계 S310으로 진행된다. 단계 S310에서는, 발전을 중지하라는(Vm =0) 신호와 같은 2륜구동 상태의 다양한 신호가 출력되고 루틴은 종료된다.
단계 S210에서, 모터 변수 조정 섹션(8B)은 4륜구동 상태로부터 2륜구동 상태로의 전환이 일어나는지를 판정한다. 단계 S210에서 2륜구동 상태로의 전환이 일어나면(Yes), 루틴은 발전 중지(Vm =0)와 같은 4륜구동 종료 처리가 이루어지는 단계 S310으로 진행되고, 루틴은 복귀된다. 예를 들어, 모터 회전 속도가 허용가능한 한계 회전 속도에 접근하고 있고 변속기(30) 범위가 비주행(non-drive) 범위(주차 또는 중립)에 있다고 판정되면, 2륜구동 상태로의 전환이 일어나는 것으로 판정된다. 한편, 4륜구동 상태의 경우에, 루틴은 단계 S220으로 진행된다.
단계 S220에서, 모터 변수 조정 섹션(8B)은 모터 회전 속도 센서(26)에 의해 검출된 모터(4)의 회전 속도(Nm)를 입력하고 모터(4)의 회전 속도(Nm)에 따른 목표 모터 계자 전류(Ifm)를 연산한다. 이후, 루틴은 단계 S230으로 진행된다. 모터 제어 섹션(8C)은 계자 전류 센서에 의해 검출된 모터(4)의 계자 전류값과 목표 모터 계자 전류(Ifm) 사이의 편차에 기초하여 피드백 제어를 수행함에 유의해야 한다.
모터(4)의 회전 속도(Nm)에 대한 모터(4)의 목표 모터 계자 전류(Ifm)는 회전 속도(Nm)가 소정 회전 속도 이하인 경우에 일정한 소정 전류값인 것에 유의해야 한다. 모터(4)의 회전 속도가 소정 회전 속도 이상인 경우에는, 공지의 약 계자(field-weakening) 제어 방법에 의해 모터(4)의 계자 전류(Ifm)가 감소된다. 즉, 모터(4)의 회전 속도가 높아지므로, 모터 유도 전압(E)의 상승으로 인해 모터 토크가 감소된다. 전술했듯이, 모터(4)의 회전 속도(Nm)가 소정 값 이상이면, 모터(4)를 통해 흐르는 전류가 소요 모터 토크를 얻기 위해 증가되도록 모터의 계자 전류 (Ifm) 및 모터(4)의 유도 전압(E)이 감소된다. 따라서, 모터(4)의 회전 속도가 높아지더라도, 유도 전압(E)의 상승이 억제되고 모터 토크의 감소가 억제된다. 이렇게 해서, 소요 모터 토크가 얻어질 수 있다. 또한, 모터 계자 전류(Ifm)가 소정 회전 속도 미만 및 소정 회전 속도 이상의 2단계(two stages)로 제어되므로, 제어 전자 회로가 연속 계자 전류 제어에 비해 저렴할 수 있다. 소요 모터 토크를 위한 모터(4)의 회전 속도(Nm)에 따라 계자 전류(Ifm)를 조정함으로써 모터 토크를 연속적으로 보정하는 모터 토크 보정 섹션이 설치될 수도 있음에 유의해야 한다. 즉, 2단계 전환을 위해서, 모터(4)의 계자 전류(Ifm)는 모터(4)의 회전 속도(Nm)에 따라 조정될 수 있다. 이 결과, 모터(4)의 회전 속도가 높아지더라도, 모터(4)의 유도 전압(E)의 상승이 억제되고 모터 토크의 감소가 억제된다. 이렇게 해서, 소요 모터 토크가 얻어질 수 있다. 또한, 원활한(smooth) 모터 토크 특성이 달성될 수 있으므로, 차량이 2단계 제어에 비해 안정적으로 주행될 수 있고 모터 구동 효율이 양호한 상태에 있을 수 있다.
다음으로, 단계 S230에서는, 목표 모터 토크(Tm)와 목표 모터 계자 전류(Ifm)를 변수로 하여, 대응 목표 전기자 전류(Ia)가 예를 들면 맵에 기초하여 유도되고, 루틴은 단계 S240으로 진행된다. 단계 S240에서는, 목표 전기자 전류(Ia)에 기초하여, 목표 모터 토크를 위한 발전기 전압(Vm)(Vm = Ia×R+ E, 여기에서 E는 모터의 유도 전압을 지칭하고, R은 발전기(7)와 모터(4) 사이의 저항을 지칭함)이 연산되어 출력된다. 이후, 과정은 종료된다. 또한, 모터 제어 섹션(8C)은 모터 변수 조정 섹션(8B)에서 결정되는 목표 계자 전류를 목표치로 하여 모터 계자 전류 에 대한 피드백 제어를 수행한다.
또한, 발전기 제어 섹션(8F)은 발전 전압(generated voltage) 판정 섹션(8Fa) 및 발전기 제어 섹션 주 본체(8Fb)를 구비한다. 발전 전압 판정 섹션(8Fa)은 모터 변수 조정 섹션(8B)에서 판정되는 목표 발전기 전압(Vm)과 후술될 배터리 제어 섹션(8C)(단계 S450)에서 판정되는 발전 전압(Vb) 사이에서 높은 것을 선택하여, 이를 목표 발전기 전압(Vt)으로 설정한다. 발전기 제어 섹션 주 본체(8Fb)는 목표 발전기 전압(Vt) 및 현재 출력 전압(Vg)에 기초하여 목표 발전기 전압(Vt)에 대한 계자 전류치를 유도하고, 상기 계자 전류치에 대응하는 발전기 제어 명령값(C1)(듀티율)을 유도하며, 이를 발전기(7)의 전압 조절기(22)로 출력하고, 발전기(7)의 출력 전압(Vg)을 제어한다.
다음으로, 콘덴서 제어 섹션인 배터리 제어 섹션(8G)의 처리과정에 대해 기술한다. 배터리 제어 섹션(8G)은 각각의 소정 샘플링 기간 동안 작동되며, 도7에 도시하는 처리과정을 수행한다. 단계 S410에서, 배터리 제어 섹션(8G)은 모터(4)가 구동되는지를 판정한다. 배터리 제어 섹션(8G)에 의해 모터가 구동되는 것으로, 즉 모터가 4륜구동(4WD) 상태에 있는 것으로 판정되면, 루틴은 단계 S420으로 진행된다. 그렇지 않으면(No), 루틴은 단계 S450으로 진행된다.
단계 S420에서, 배터리 제어 섹션(8G)은 차속(Vv)이 소정 차속(VvL)을 초과하는지를 판정한다. 차속(Vv)이 소정 차속(VvL)을 초과하는 것으로 판정되면(Yes), 루틴은 스위치(SW)가 오프되는 단계 S430으로 진행되며, 배터리(42)는 발전기(7) 및 모터(4)로부터 오프(단절)되도록 유지되거나 차단(단절)된다. 한편, 차 속이 소정 차속(VvL) 이하인 경우(No)에, 루틴은 스위치(SW)가 온으로 되고 배터리(42)는 발전기(7)에 연결되거나 연결되도록 유지되는 단계 S440으로 진행되고, 루틴은 종료된다. 이후, 처리가 종료된다.
상기 소정 차속(VvL)은 예를 들면 후술하는 처리들중 하나에 기초하여 판정된다.
(제1 판정 방법)
소정 차속(VvL)은 예를 들면 차량이 차량 출발 상태를 벗어날 때 평가되는 소정의 느린 차속(VvvL)과 같은, 가속기 감도에서 제2 목표 모터 토크(Tm2)가 판정될 때 사용되는 소정 차속과 동일한 값이다.
(제2 판정 방법)
발전기(7)의 출력 전압(Vg)이 배터리(42)의 전압(VD)에 일치할 때 평가되는 차속(Vvg)이 소정 차속(VvL)이다[도9의 (a) 및 (b) 참조).
(제3 판정 방법)
발전기(7)에 의해 구동되는 모터(4)의 유도 전압(E)이 배터리(42)의 전압에 일치할 때 평가되는 차속(Vvd)이 소정 차속(VvL)이다[도9의 (a) 및 (b) 참조].
한편, 단계 S450에서는, 배터리 제어 섹션(8G)이 잔여 용량 검출 섹션으로부터의 신호에 기초하여 배터리(42)의 잔여 용량이 소정 용량 이하인지를 판정하고, 스위치(SW)가 온으로 되며, 발전기(7)가 전력 발생 상태에 놓이고 충전 과정을 수행한다. 대안적으로, 제2 스위치(도시되지 않음)가 배터리(42)와 모터(4) 사이의 연결 및 차단(단절)을 수행하고 전선에 발전기(7)가 설치된 상태에서는, 스위치 (SW)가 온으로 되고 제2 스위치가 오프로 될 수 있으며, 모터 재생이 배터리(42)를 충전할 수 있다.
다음으로, 엔진 제어기(18)의 처리에 대해 기술한다. 엔진 제어기(18)는 각각의 소정 샘플링 기간 동안 입력되는 각각의 신호에 기초하여 도8에 도시된 처리를 수행한다. 즉, 단계 S600에서, 엔진 제어기(18)는 메인 구동 바퀴인 앞 바퀴(1L, 1R)의 가속 슬립량(△V)을 유도한다. 이후, 루틴은 단계 S610으로 진행된다. 단계 S610에서, 엔진 제어기(18)는 가속 슬립량(△V)이 목표 슬립량(Tslip)을 초과하는지를 판정한다. 단계 S610에서 가속 슬립량(△V)이 목표 슬립량(Tslip)을 초과하면(Yes), 루틴은 단계 S660으로 진행된다. 가속 슬립량(△V)이 목표 슬립량(Tslip) 이하이면(No), 루틴은 단계 S620으로 진행된다. 목표 슬립량(Tslip)은 예를 들어 슬립 비율에 있어서 대략 10%로 설정되는 것에 유의해야 한다.
단계 S620에서, 엔진 제어기(18)는 가속기 센서(40)로부터의 검출 신호에 기초하여 차량 운전자가 요구하는 목표 출력 토크(TeN)를 연산하며 루틴은 단계 S630으로 진행된다. 단계 S630에서, 엔진 제어기(18)는 스로틀 개도와 엔진 (회전) 속도(Ne)에 기초하여 현재의 출력 토크(Te)를 연산하며, 루틴은 단계 S640으로 진행된다. 단계 S640에서, 엔진 제어기(18)는 하기 방정식에 기초하여 현재의 출력 토크(Te)에 대한 목표 출력 토크(TeN)의 편차(△Te)를 출력하며, 루틴은 단계 S650으로 진행된다.
△Te = TeN -Te
한편, 단계 S660에서, 엔진 제어기(18)는 소위 엔진 TCS(Traction Control System) 제어를 수행하고 소정의 TCS 토크 변화를 편차△Te로 대체하며, 루틴은 단계 S650으로 진행된다. 상기 단계(S660)는 내연기관 출력 억제 섹션을 구성한다. 또한, 단계 S650에서, 엔진 제어기(18)는 편차(△Te)에 따른 스로틀 개도(α)의 편차(△α)를 연산하고, 그 개도 편차(△α)에 대응하는 개도 신호를 스테핑 모터(19)에 출력하며, 루틴은 복귀된다. 상기 설명에서, 편차(△Te)에 대응하는 개도 신호(△α)가 출력되는 것에 유의해야 한다. 실제 실시에서, 토크와 같은 편차를 매끄럽게 하기 위해서, 이 단계의 작동이 이루어질 때마다 토크는 소정 토크 증분(increment)씩 또는 소정 토크 감분(decrement)씩 변화된다.
다음으로, 상기 구동력 제어 시스템에서의 작동을 기술한다. 구동 모드 스위치(39)는 4륜구동 상태에서 작동하는 것으로 가정됨에 유의해야 한다. 차량 주행 중에, 엔진(2)으로부터 앞 바퀴(1L, 1R)에 전달된 토크가 각각의 타이어에 대한 작은 노면 마찰 계수로 인해 또는 가속기 페달(17)에 대한 큰 답입량으로 인해 노면 반력 한계 토크보다 크면, 즉 메인 구동 바퀴인 앞 바퀴(1L, 1R)가 가속 슬립 상태에 있으면, 클러치(12)가 연결되고, 발전기(7)는 가속 슬립량(△V)에 따라 발전 부하에서 발전되어 모터(4)를 구동시키며, 차량은 4륜구동 상태에서 이동된다. 이 때, 발전기(7)에 의해 발생된 초과 전력은 보조 구동 바퀴인 뒷 바퀴(3L, 3R)가 구동되도록 모터(4)를 구동시킨다. 따라서, 차량 가속 능력이 향상된다. 또한, 메인 구동 바퀴(1L, 1R)의 노면 반력 한계 토크를 초과하는 초과 토크에 의해 모터(4)가 구동된다. 그러므로, 에너지 효율이 향상되고 연료 절감(연비)이 향상된다.
다음으로, 앞 바퀴(1L, 1R)에 전달된 구동 토크가 앞 바퀴(1L, 1R)의 노면 반력 한계 토크에 근접하도록 조정되므로, 차량은 2륜구동 상태로 전환된다. 따라서, 메인 구동 바퀴인 앞 바퀴(1L, 1R)에서의 가속 슬립이 억제된다. 또한, 차량의 출발 중에, 앞 바퀴(1L, 1R)에서의 가속 슬립이 제로이거나 작은 상태일지라도, 모터(4)는 가속기 개도(θ)에 합치되는 목표 모터 토크(Tm2)에 의해 구동된다. 따라서, 출발 가속 특성이 보장된다. 또한, 본 실시예에서, 차속(Vv)이 소정 차속(VvL)보다 작은 경우에는, 모터 토크의 증대가 달성될 수 있도록 전류가 발전기(7)로부터의 출력부로부터 공급되고 배터리(42)로부터 모터로 공급된다. 따라서, 구동 토크가 요구되는 저속 영역에서, 발전기(7)를 대규모로 만들지 않고서도 전체 차량의 구동 토크 향상이 달성될 수 있다.
본 실시예에서는, 소정 차속(VvL)에 의한 두 설정 방식이 도시됨을 유의해야 한다. 다음으로, 각각의 설정에서의 작동 및 장점에 대해 기술한다.
(1) 소정 차속(VvL)이, 차량이 출발 상태를 벗어날 때 평가되는 소정의 느린 차속(VvvL)으로 설정되는 경우. 이 경우, 출발 가속 능력이 향상될 수 있다.
(2) 소정 차속(VvL)이, 발전기(7)의 발전 가능 전압이 배터리(42)의 전압에 일치할 때 평가되는 차속(Vvg)으로 설정되는 경우. 차속(Vv)이 증가됨에 따라, 발전기(7)의 회전은 차속(Vv)에 비례하여 증가된다. 따라서, 발전기(7)의 출력 가능 전압이 증가된다. 이후, 발전기(7)의 출력 전압이 배터리 전압(VD)을 초과하면, 발전기(7)에 의해 발생된 발전 전류의 일부가 배터리(42)측으로 흐르게 된다. 따라서, 소요 모터 전압 및 전류가 보장될 수 없게 될 가능성이 있다. 또한, 발전기(7)의 발전 전압이 배터리 전압에 대한 소정값 이상으로 되면, 배터리(42)가 과도 하게 충전될 가능성이 있다. 그러나, 본 실시예에서, 차속이 배터리측 전류가 발전기(7)로부터 흐르게 될 가능성이 있는 소정 차속(Vv)으로 될 때, 배터리(42)는 발전기(7) 및 모터로부터 단절된다. 따라서, 상기 문제가 해소될 수 있다.
(3) 소정 차속(VvL)이, 발전기(7)에 의해 구동되는 모터의 유도 전압(E)이 배터리(42)의 전압에 일치할 때 평가되는 차속(Vvd)으로 설정되는 경우. 차속(Vv)이 증가됨에 따라, 뒷 바퀴의 회전, 즉 모터의 회전이 증가되고, 모터(4)의 유도 전압(E)이 증가된다. 이후, 모터(4)의 유도 전압(E)이 배터리 전압을 초과하면, 배터리(42)로부터 모터(4)로 전류가 흐르지 않는다. 배터리(42)가 모터에 연결되더라도, 배터리에 의한 모터 전류 및 모터 전압의 증가가 달성될 수 없다. 또한, 모터 유도 전압(E)이 높아지므로 배터리(42)에 과도한 전압이 부하될 가능성이 있다.
한편, 본 실시예에서, 차속이, 모터 유도 전압(E)이 배터리 전압(VD)을 초과할 때 평가되는 차속(Vvd)으로 될 때, 배터리(42)는 발전기(7) 및 모터(4)로부터 단절된다. 따라서, 상기 문제가 해결된다. 본 실시예에서 예를 들어 소정 차속(VvL)의 판정은, 출발이 완료될 때의 차속, 발전 가능 전압이 배터리 전압에 일치할 때의 차속, 또는 모터 유도 전압(E)이 배터리 전압에 일치할 때의 차속인 것에 유의해야 한다. 그러나, 본 발명은 이것에 제한되지 않는다. 다른 조건으로부터 소정 차속(VvL)이 판정될 수 있다.
또한, 본 실시예에서는, 차속(Vv)에 기초한 배터리(42)와 모터 및 발전기(7) 사이의 단절 조건이 판정된다. 그러나, 본 발명은 이것에 제한되지 않는다. 예를 들면, 발전기(7)의 출력 전압(Vg)이 배터리 전압(VD)을 초과할 때 단절 조건이 형성될 수 있다. 실제 모터 유도 전압(E)이 배터리 전압(VD)을 초과할 때 단절 조건이 형성될 수도 있다. 또한, 구동력이 증가하는 영역에 따라서 장착 배터리(42)의 전압이 판정될 수도 있다. 또한, 콘덴서로서 배터리(42)가 예시되었다. 그러나, 커패시티가 콘덴서일 수도 있다. 또한, 모터(4)는 직류 모터 대신에 교류 모터일 수 있다.
본원에는 일본 특허출원 제2004-167914호(2004년 6월 7일 출원0의 전체 내용이 참조로 원용되고 있다. 본 발명의 범위는 후술하는 청구범위에 의해 정해진다.
본 발명에 따르면, 모터의 발생 구동력을 효과적으로 증가시킬 수 있고, 4륜구동 차량으로서 요구되는 구동력을 확보할 수 있다.

Claims (17)

  1. 차량의 메인 구동 바퀴를 구동하는 내연기관과,
    상기 내연기관에 의해 구동되는 발전기와,
    상기 발전기의 전력에 의해 구동되고 상기 메인 구동 바퀴 외의 다른 바퀴를 구동할 수 있는 모터와,
    상기 발전기에 상기 모터와 병렬로 전기 접속되는 콘덴서와,
    차속(Vv)이 소정 차속 이하인 경우에 콘덴서를 모터에 연결하고 차속이 소정 차속을 초과하는 경우에 콘덴서를 모터 및 발전기로부터 단절시키는 콘덴서 제어 섹션을 포함하는 자동차용 구동력 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 소정 차속은 모터 유도 전압(E)이 콘덴서를 가로지르는 전압에 일치할 때 평가되는 차속인 자동차용 구동력 제어 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 소정 차속은 발전기가 발전시킬 수 있는 전압이 콘덴서를 가로지르는 전압에 일치할 때 평가되는 차속인 자동차용 구동력 제어 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 콘덴서 제어 섹션은 모터가 구동 상태에 있고 발전기의 출력 전압이 콘덴서를 가로지르는 전압 미만인 경우에 콘덴서를 모터에 연결하고, 발전기를 가로지르는 출력 전압이 콘덴서를 가로지르는 전압 이상인 경우에 콘 덴서를 모터 및 발전기로부터 단절시키는 자동차용 구동력 제어 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 콘덴서 제어 섹션은 모터가 구동 상태에 있고 모터의 유도 전압이 콘덴서를 가로지르는 전압 미만인 경우에 콘덴서를 모터에 연결하고, 모터의 유도 전압이 콘덴서를 가로지르는 전압 이상인 경우에 콘덴서를 모터 및 발전기로부터 단절시키는 자동차용 구동력 제어 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 콘덴서는 배터리이며, 상기 콘덴서 제어 섹션은 모터가 구동되고 있는지를 판정하는 제1 판정 섹션과, 상기 제1 판정 섹션이 모터가 구동되고 있다고 판정할 때 차속(Vv)이 소정 차속(VvL)을 초과하는지를 판정하는 제2 판정 섹션과, 상기 제2 판정 섹션이 차속(Vv)이 소정 차속(VvL) 이하라고 판정할 때 배터리와 모터 및 발전기 사이를 연결하거나 연결 상태를 유지하도록 온으로 되고 상기 제2 판정 섹션이 차속(Vv)이 소정 차속(VvL)을 초과한다고 판정할 때 배터리를 모터 및 발전기로부터 단절하거나 단절 상태를 유지하도록 오프로 되는 스위치(SW)를 포함하는 배터리 제어 섹션인 자동차용 구동력 제어 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 배터리 제어 섹션은 배터리의 잔여 용량을 검출하는 잔여 용량 검출 섹션을 추가로 포함하며, 상기 배터리 제어 섹션은 제1 판정 섹션이 모터가 구동되고 있지 않다고 판정할 때 배터리의 잔여 용량이 소정 용량 이하일 때의 전력 발생 상태에서 배터리를 발전기로부터 충전하기 위해 스위치(SW)를 온시키는 자동차용 구동력 제어 장치.
  8. 제6항에 있어서, 상기 소정 차속은 차량이 출발 상태를 벗어날 때 평가되는 소정의 낮은 차속(VvvL)인 자동차용 구동력 제어 장치.
  9. 제6항에 있어서, 상기 소정 차속(VvL)은 발전기(7)의 출력 전압(Vg)이 배터리의 전압(VD)에 일치할 때 평가되는 차속(Vvg)인 자동차용 구동력 제어 장치.
  10. 제6항에 있어서, 상기 소정 차속(VvL)은 발전기에 의해 구동되는 모터의 유도 전압(E)이 배터리의 전압(VD)에 일치할 때 평가되는 차속(Vvd)인 자동차용 구동력 제어 장치.
  11. 제6항에 있어서, 상기 좌우 앞 바퀴는 메인 구동 바퀴이고, 이들 좌우 앞 바퀴가 가속 슬립량(△V)만큼 가속 슬립 상태에 있을 때, 발전기는 차량 구동 상태가 4륜구동 상태로 전환되도록 엔진의 가속 슬립량(△V)에 따라 발전 부하에서 발전하며, 좌우 뒷 바퀴는 발전기의 초과 전력에 의해 구동되는 모터에 의해 구동되는 자동차용 구동력 제어 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 모터는 좌우 앞 바퀴의 노면 반력 한계 토크를 초과하는 초과 토크에 의해 구동되는 자동차용 구동력 제어 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 좌우 앞 바퀴에 전달되는 구동 토크는 차량 구동 상태가 2륜구동 상태로 전환되도록 노면 반력 한계 토크에 근접하여 조정되는 자동차용 구동력 제어 장치.
  14. 제13항에 있어서, 차량은 가속기 개도(θ)에 따라 구동되는 모터에 의해 출발되는 자동차용 구동력 제어 장치.
  15. 제14항에 있어서, 차속(Vv)이 소정 차속(VvL) 이하일 때, 전류가 발전기의 출력부로부터 공급되고 배터리로부터 모터로 공급되는 자동차용 구동력 제어 장치.
  16. 차량의 메인 구동 바퀴를 구동하는 내연기관을 제공하는 단계와,
    상기 내연기관에 의해 구동되는 발전기를 제공하는 단계와,
    상기 발전기의 전력에 의해 구동되고 상기 메인 구동 바퀴 외의 다른 바퀴를 구동할 수 있는 모터를 제공하는 단계와,
    상기 발전기에 상기 모터와 병렬로 전기 접속되는 콘덴서를 제공하는 단계와,
    차속(Vv)이 소정 차속 이하인 경우에 콘덴서를 모터에 연결하는 단계와,
    차속이 소정 차속을 초과하는 경우에 콘덴서를 모터 및 발전기로부터 단절시키는 단계를 포함하는 자동차용 구동력 제어 방법.
  17. 차량의 메인 구동 바퀴를 구동하기 위한 내연기관 수단과,
    상기 내연기관에 의해 구동되는 발전기 수단과,
    상기 발전기의 전력에 의해 구동되고 상기 메인 구동 바퀴 외의 다른 바퀴를 구동할 수 있는 모터 수단과,
    상기 발전기에 상기 모터와 병렬로 전기 접속되는 콘덴서 수단과,
    차속(Vv)이 소정 차속 이하인 경우에 콘덴서를 모터에 연결하고 차속이 소정 차속을 초과하는 경우에 콘덴서를 모터 및 발전기로부터 단절시키기 위한 콘덴서 제어 수단을 포함하는 자동차용 구동력 제어 장치.
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