KR101055837B1 - 멀티구동시스템을 갖는 연료전지차량의 제어장치 및 방법 - Google Patents

멀티구동시스템을 갖는 연료전지차량의 제어장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 복수개의 구동계를 갖는 멀티구동시스템의 연료전지차량에서 각 기어부에 대한 피로도를 판단하여 피로도에 따라 토크 분배제어를 실행하여 감속장치의 내구성을 안정되게 유지시키는 것이다.
본 발명은 운전자의 토크요구가 검출되면 인버터와 모터 총합의 효율이 최대가 되는 운전점을 검출하여 모터별 토크 명령을 결정하는 과정, 모터별 구동시간과 토크량에 따라 모터별 기어부의 피로도를 판단하는 과정, 피로도 최대값과 최소값을 갖는 기어부를 추출하는 과정, 기어부의 피로도에 따라 상기 모터별 토크명령을 분배하여 모터별 구동을 독립 제어하는 과정을 포함한다.
연료전지차량, 연료전지스택, 멀티구동시스템, 기어부, 피로도

Description

멀티구동시스템을 갖는 연료전지차량의 제어장치 및 방법{CONTROL DEVICE AND METHOD OF FUEL CELL VEHICLE WITH MULTI DRIVE SYSTEM}
본 발명은 연료전지차량의 제어장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 복수개의 구동계를 갖는 멀티구동시스템에서 각 기어부에 대한 피로도를 판단하여 피로도에 따라 토크 분배제어를 실행하도록 하는 멀티구동시스템을 갖는 연료전지 차량의 제어장치 및 방법에 관한 것이다.
연료전지는 연료가 가지고 있는 화학 에너지를 직접 전기 에너지로 변환시키는 일종의 발전 시스템으로, 전해질을 사이에 두고 한 쌍의 애노드(Anode)와 캐소드(Cathode) 전극으로 구성되는 단위 셀이 연속적으로 배치되어 구성된다.
주변장치(Balance Of Plant : BOP)를 이용하여 상기 단위 셀의 애노드에 수소를 공급하고, 캐소드에 산소를 공급함으로써 이온화된 물질의 화학적 반응을 통해 전기와 열을 생성한다.
연료전지는 화석연료의 연소(산화) 반응을 거치지 않으므로, NOx나 SOx, HC, CO 등의 유해물질을 배출시키지 않고, 발전 효율이 매우 높아 미래의 발전 기술로 평가받고 있으며 에너지 절약과 환경 공해 문제 그리고 최근에 부각되고 있는 지구 온난화 문제에 대응하기 위하여 차량의 동력원으로 적용되고 있다.
도 6은 종래 연료전지차량의 파워 넷 구성을 도시한 도면으로, 연료전지 스택(100)과 수퍼캡(Super Capacitor:120), 인버터(130), 모터(140), RGU(Reduction Gear Unit:150) 및 GDU(Gear Differential Unit:160)를 포함한다.
상기 연료전지 스택(100)은 주동력원으로, 도시되지 않은 주변장치를 통해 단위 셀의 애노드에 공급되는 수소와 캐소드에 공급되는 산소의 화학적 반응을 통해 전기를 생성한다.
수퍼캡(120)은 신속한 고출력 충방전이 가능한 보조동력원으로, 파워라인(102)에 병렬로 접속되어 연료전지 스택(100)의 출력 파워를 보조하고 회생제동에너지를 충전하여 연료전지의 효율적인 사용을 제공한다.
인버터(130)는 반도체 소자인 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)로 구성되며, 상기 주동력원인 연료전지 스택(100)과 보조동력원인 수퍼캡(120)으로부터 출력되는 직류 형태의 고전압을 고속 스위칭을 통해 상변환시켜 모터(140)를 구동시킨다.
따라서, 모터(140)의 출력토크는 감속기어인 RGU(150)를 통해 1차로 증대되고, 차동기어인 GDU(160)를 거쳐 2차로 증대되어 구동휠에 전달된다.
상기한 종래의 연료전지차량 파워 넷은, 하나의 연료전지와 하나의 모터가 사용되므로 모터의 속도제한으로 인해 차량의 최고속도가 제한되는 단점이 있으며, 최고속도의 제한을 해소하기 위하여 감속비를 감소시킬 경우 등판 성능이 저하되는 문제가 있다.
또한, 연료전지 스택의 이상이 발생되는 경우 수퍼캡이 동력을 보조하는데, 수퍼캡은 연료전지 스택의 출력을 보조하는 수단일 뿐 지속적인 주행이 불가능하므로, 결국 차량을 정비센터로 이동시킨 후 비정상의 연료전지 스택을 모두 교체하여야 차량의 운행이 가능하게 되는 문제점이 발생한다.
따라서, 큰 구동토크를 확보하기 위하여 다수개의 모터를 크로스 오버(Cross Over)하여 연결하고, 상기 다수개 모터의 각각에 대응되어 모터의 구동을 제어하는 인버터를 포함하는 멀티구동시스템이 제공되고 있다.
멀티구동시스템은 차량의 주행에 필요한 총 토크량을 각각의 모터에 분배할 때 각 모터의 효율이 가장 높은 운전점에서 운전되도록 함으로써, 연비향상을 제공한다.
상기 멀티구동시스템은 하나 혹은 두 개의 동력원이나 구동계에 이상이 발생한 경우 정상을 유지하는 다른 동력원, 구동계를 이용하여 비상운전상황에서도 모터 및 전력 차단을 통해 차량을 구동할 수 있는 비상운전제어 기능이 제공된다.
즉, 파워라인에 접속되는 고전압 릴레이는 운행 중 과전압 혹은 과전류에 의해 모터 제어기에 포함되는 인버터인 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)의 절연파괴 혹은 문제가 발생하는 경우 해당 모터 및 모터 제어기로 공급되는 전력을 차단하고, 정상상태를 유지하는 나머지의 모터 및 모터 제어기를 이용하여 비상운전을 실행시킨다.
상기한 멀티구동시스템은 첨부된 도 5에 도시된 바와 같이, 통상적으로 3개 모터로 구성되며, 모터의 회전축에 각각 결합되는 기어를 맞물려 하나의 축으로 구 동력을 전달하는 감속기(Power Coupling Device : PCD) 구조를 갖는다.
따라서, 멀티구동시스템은 효율 향상을 위해 모터 및 인버터에 각기 다른 토크 명령이 입력되어 대응되는 모터의 구동이 서로 다른 토크로 실행되므로, 감속기(PCU)의 입력축(A)에는 균일하지 않은 토크가 걸리게 되어 감속기 자체의 내구성을 저하시키는 문제점이 있다.
또한, 각각의 모터 및 인버터의 구동시간이 달라지게 되어 모터 및 인버터의 내구수명도 각각 차이가 발생되게 된다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로, 그 목적은 멀티구동시스템에서 감속기(PCD)에 연결되는 각 모터별 구동시간 및 토크량을 누적시켜 각각의 모터와 감속기를 연결하는 각 기어부의 피로도를 판단하고, 판단되는 피로도에 따라 모터의 구동시간과 토크를 적정하게 분배함으로써, 감속장치의 내구성을 향상시키도록 하는 것이다.
상기한 목적을 실현하기 위한 본 발명의 특징에 따른 멀티구동시스템을 갖는 연료전지 차량의 제어장치는, 가속페달센서의 신호와 모터속도를 제어 맵에 적용하여 토크 요구량을 산출하는 차량제어기; 운전모드와 운전조건에 따라 연료전지의 총 가용동력을 출력시키는 연료전지 제어기; 가속페달센서의 신호에 따른 토크 요구량과 연료전지의 총 가용동력을 기반으로 총 토크량을 결정하여 모터별 운전점을 결정하고, 모터별 구동시간과 토크량에 따른 기어부의 피로도를 판단하여 총 토크량을 피로도에 따라 분배하는 출력제어기; 상기 출력제어기에서 인가되는 제어신호에 따라 총 토크량을 각각의 모터에 분배하는 모터제어기를 포함한다.
상기 차량제어기에서 추출되는 요구 토크량은 멀티구동시스템을 구성하는 모터의 사용여부와 관계없이 총 요구 토크량으로 결정한다.
또한, 연료전지제어기는 연료전지 중 일부 만 작동시키는 마일드 모드, 연료전지를 모두 작동시키는 파워모드로 구분되는 운전모드와; 온도, 압력, 유량, 가습 조건이 포함되는 운전조건을 적용하여 총 가용동력을 출력한다.
상기 출력제어기는 피로도가 최대값을 갖는 기어부와 맞물리는 모터에 대해서는 최소 토크가 걸리도록 하고, 피로도가 최소값을 갖는 기어부와 맞물리는 모터에 대해서는 최대 토크가 걸리도록 조정한다.
상기 출력제어기는 각 모터에 인가되는 토크 명령 * 토크 가중치 * 속도 * 속도 가중치 * 시간 경과의 연산을 통해 피로도를 판정한다.
또한, 본 발명의 특징에 따른 멀티구동시스템을 갖는 연료전지 차량의 제어방법은, 운전자의 토크요구가 검출되면 인버터와 모터 총합의 효율이 최대가 되는 운전점을 검출하여 모터별 토크 명령을 결정하는 과정; 모터별 구동시간과 토크량에 따라 모터별 기어부의 피로도를 판단하는 과정; 상기 피로도 최대값과 최소값을 갖는 기어부를 추출하는 과정; 상기 추출되는 기어부의 피로도에 따라 상기 모터별 토크명령을 분배하여 모터별 구동을 독립 제어하는 과정을 포함한다.
전술한 구성에 의하여 본 발명은 멀티구동시스템을 갖는 연료전지차량에서 최적의 운전점에서 운전되는 다수개 모터와 감속기가 연결되는 기어부의 피로도에 따라 모터별 구동시간 및 토크 분배가 제어됨으로써 기어부에 걸리는 부하가 분산되어 감속장치의 피로도를 경감시켜 내구성을 향상시키는 효과를 기대할 수 있다.
아래에서는 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않으며, 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략하였다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 멀티구동시스템을 갖는 연료전지차량의 파워 넷 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
본 발명은 주동력원인 연료전지 스택(10)과 신속한 고출력 방전이 가능한 보조동력원인 수퍼캡(20), 복수개의 인버터(31-33), 복수개의 모터(41-43), RGU(51), PCD(52) 및 GDU(53)를 포함한다.
연료전지 스택(10)는 용량에 따라 복수개로 구성되며, 주변장치(BOP)의 작동에 따라 단위 셀의 애노드에 공급되는 수소와 캐소드에 공급되는 산소의 화학적 반응을 통해 전기를 생성한다.
수퍼캡(20)은 파워라인(12)에 병렬로 접속되어 연료전지 스택(10)의 출력 파 워를 보조하고 회생제동에너지를 충전하여 연료전지의 효율적인 사용을 제공한다.
인버터(31-33)는 복수개로 구성되어 파워라인(12)에 연결되며, 연료전지 스택(10)과 수퍼캡(20)에서 출력되는 직류 형태의 고전압을 고속 스위칭을 통해 상변환시켜 대응되는 모터(41-43)를 구동시킨다.
모터(41-43)는 대응되는 인버터(31-33)의 제어에 따라 구동토크 및 구동시간이 조정되어 총 효율이 최대가 되는 점에서 운전되며, 각 모터(41-43)의 출력토크는 PCD(Power Coupling Device : 52)에 의해 하나의 출력으로 변환되고, GDU(53)를 거쳐 구동휠에 전달된다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지차량에서 멀티구동시스템의 동력 연결구조를 도시한 도면이다.
도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 하나의 파워라인(12)을 공유하여 병렬로 연결된 제1 내지 제3모터(41-43)와, 제1 내지 제3모터(41-43)의 출력축이 입력으로 직결되고, 제2모터(42)가 RGU(51)를 통해 병합되는 PCD(52)를 포함한다.
상기 제1모터(41)와 제3모터(43)의 토크는 PCD(52)의 일정 기어비를 거쳐 각각 동일하게 증대되며, 제2모터(42)의 토크는 RGU(51)를 거쳐 제1모터(41)와 제3모터(43)의 토크와 동일하게 증대된다.
상기 RGU(51)는 제2모터(42)의 토크를 최대로 끌어올리기 위해 사용되는 부분으로, PCD(52)와 함께 유성기어의 조합으로 구현될 수 있다.
도 2에 도시한 바와 같이 제2모터(42)의 출력축은 RGU(51)의 선기어(55)에 연결되며, 링기어(56)는 고정되고, 캐리어축은 PCD(52)와 결합된 상태로 캐리 어(57)를 통해 제2모터(42)의 토크가 증대되는 구조로 설치된다.
이때, 제1 내지 제3모터(41-43)는 모두 동일한 토크 증대비를 갖는다.
상기 PCD(52)를 거친 최종 출력축은 GDU(53)와 유니버셜 조인트(54)를 통해 결합된다.
상기에서 제2모터(42)가 RGU(51)를 통해 PCD(52)에 결합되도록 한 이유는, 예를 들어 제1 내지 제3모터(41-43)가 각각 100kW일 때 RGU(51) 없이 제2모터(42)가 PCD(52)에 직결되는 경우 차량 구동 토크를 최대화 할 수 없고 제2모터(42)의 최고 회전속도에 의해 차량 최고속도가 제한되므로, 제1 내지 제3모터(41-43)를 모두 동일 기어비로 동일하게 증대시킴으로써, 차량 최고속도 제한을 상당히 완화시키면서 차량 구동 토크를 극대화시키기 위함이다.
상기 RGU(51)와 PCD(52) 및 GDU(53)의 감속비는 높은 등판성능 확보와 최고속도 및 발진/추월 성능을 향상시킬 수 있도록 설계된다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지차량의 제어장치 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
본 발명은 VCU(Vehicle Control Unit ; 71), FCU(Fuel cell Control Unit : 72), PCU(Power Control Unit : 73), MCU(Motor Control Unit : 74)를 포함한다.
상기 VCU(71)는 차량제어기로서, 운전자의 가속의지인 가속페달센서(APS)의 신호와 모터속도를 검출하고, 설정된 제어 맵에 적용하여 토크 요구량을 산출한 다음 PCU(73)에 출력한다.
이때, 토크 요구량은 3개의 모터(41-43)를 사용하는 멀티구동시스템인 경우 현재 사용여부와 관계없이 총 3개 모터의 출력을 모두 고려하여 계산한다.
FCU(72)는 연료전지 제어기로서, 운전모드와 운전조건에 따라 연료전지가 갖는 전체 가용동력을 출력하여 PCU(73)에 제공한다.
상기 운전모드는, 연료전지 중 일부 만 작동시키는 마일드 모드, 연료전지를 모두 작동시키는 파워모드로 구분된다.
그리고, 운전조건은 온도, 압력, 유량, 가습 등의 조건을 포함한다.
PCU(73)는 출력제어기로, 운전자의 의지로부터 추출되는 토크 요구량과 연료전지의 총 가용동력을 기반으로 총 토크량을 결정한 다음 각 모터의 효율이 가장 높은 점에서 운행될 수 있는 운전점을 찾아 MCU(74)에 출력한다.
MCU(74)는 모터제어기로 인버터를 포함하며, 상기 PCU(73)에서 인가되는 제어신호에 따라 총 토크량을 각각의 모터에 분배한다.
예를 들어, 토크 명령이 120kW이고, 주어진 모터속도에서 총 토크량이 300Nm일 경우, 제1 내지 제3모터(41-43)에 각각 출력 40kW를 출력하도록 토크 명령을 출력하고, 각각의 모터(41-43)의 출력토크를 100Nm로 균등하게 분배하면 효율은 80%가 된다.
그러나, 제1모터(41)와 제3모터(43)에 60kW를 출력하도록 토크 명령을 출력하고, 출력토크를 150Nm로 분배하며, 제2모터(42)는 아이들 상태로 유지할 경우 효율은 90%가 되어 전체의 에너지효율이 향상되어 연비 향상을 제공한다.
상기와 같이 각 모터의 효율을 고려하여 출력토크를 독립적으로 제어하게 되면, 병렬로 연결된 모터의 선택에 대한 자유도를 높여 에너지 효율 측면에서 동일 한 파워가 입력되더라도 휠에 더 많은 출력을 공급할 수 있게 된다.
상기한 바와 같이 PCU(73)에서 인가되는 총 토크량에 따라 제1 내지 제3모터(41-43)에 각기 다른 토크명령이 공급됨에 따라 각 모터(41-43)의 출력토크 역시 상이하여, PCD(52)의 각 기어부에 걸리는 토크량이 달라지게 된다.
따라서, 상기 PCU(73)는 제1 내지 제3모터(41-43)의 구동시간과 토크량을 검출 누적하여 각 기어부의 피로도를 판단하고, 운전자의 의지로부터 추출되는 토크 요구량과 연료전지의 총 가용동력을 기반으로 결정되는 총 토크량을 피로도에 따라 적절하게 분배한다.
즉, 피로도가 가장 큰 기어부와 맞물리는 모터에 대해서는 최소 토크가 걸리도록 하고, 피로도가 가장 작은 기어부와 맞물리는 모터에 대해서는 최대 토크가 걸리도록 한다.
상기 각 기어부의 피로도는 각각 모터에 인가되는 토크 명령 * 토크 가중치 * 속도 * 속도 가중치 * 시간 경과의 연산을 통해 판단한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지차량의 제어절차를 도시한 흐름도이다.
본 발명에 따른 멀티구동시스템을 갖는 연료전지차량이 주행 혹은 주행을 대기하는 상태에서(S101) VCU(71)는 운전자의 가속의지인 가속페달센서(APS)의 신호로부터 토크 요구가 검출되는지 판단한다(S102).
상기 S102에서 운전자의 가속의지에 따른 토크요구가 검출되면 모터속도를 검출하고, 모터속도와 가속페달센서의 정보를 설정된 제어 맵에 적용하여 토크 요 구량을 산출한 다음 PCU(73)에 출력한다.
이때, 토크 요구량은 3개의 모터(41-43)를 사용하는 멀티구동시스템인 경우 현재 사용여부와 관계하게 총 3개 모터의 출력을 모두 고려하여 계산한다.
이때, PCU(73)는 운전자의 의지로부터 추출되는 토크 요구량과 연료전지의 총 가용동력을 기반으로 총 토크량을 결정한 다음 인버터와 모터의 총합의 효율이 가장 높은 점에서 운행될 수 있는 운전점을 추출한다(S103).
그리고, 제1내지 제3모터(41-43)의 토크 명령어를 결정한다(S104).
이후, PCU(73)는 제1 내지 제3모터(41-43)의 누적된 구동시간과 토크량으로부터 각 기어부의 피로도를 판단한다(S105).
상기 각 기어부의 피로도는 각각 모터에 인가되는 토크 명령 * 토크 가중치 * 속도 * 속도 가중치 * 시간 경과의 연산을 통해 판단한다.
상기 S105의 각 기어부에 대한 피로도의 판단에서 피로도가 최대값을 갖는 기어부와 최소값을 갖는 기어부를 추출한 다음(S106) 토크 명령을 교체하여(S107) 제1내지 제3모터(41-43)의 토크 제어를 위한 제어신호를 MCU(74)에 출력한다(S108).
즉, 피로도가 가장 큰 기어부와 맞물리는 모터에 대해서는 최소 토크가 걸리도록 하고, 피로도가 가장 작은 기어부와 맞물리는 모터에 대해서는 최대 토크가 걸리도록 한다.
이에 따라 MCU(74)는 제1 내지 제3모터(41-43)의 거동을 개별적으로 제어하여 PCD에 대한 내구성을 안정되게 유지하여 준다(S109).
상기한 토크의 분배는 총 토크량에 대하여 각 기어부의 피로도에 따라 적절하게 가변 제어된다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것이 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 멀티구동시스템을 갖는 연료전지차량의 파워 넷 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지차량에서 멀티구동시스템의 동력 연결구조를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지차량의 제어장치 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지차량의 제어절차를 도시한 흐름도이다.
도 5는 종래의 멀티구동시스템에 대한 기어 연결을 도시한 사시도이다.
도 6은 종래 연료전지차량의 파워 넷 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.

Claims (8)

  1. 가속페달센서의 신호와 모터속도를 제어 맵에 적용하여 토크 요구량을 산출하는 차량제어기;
    운전모드와 운전조건에 따라 연료전지의 총 가용동력을 출력시키는 연료전지 제어기;
    가속페달센서의 신호에 따른 토크 요구량과 연료전지의 총 가용동력을 기반으로 총 토크량을 결정하여 모터별 운전점을 결정하고, 모터별 구동시간과 토크량에 따른 기어부의 피로도를 판단하여 총 토크량을 피로도에 따라 분배하는 출력제어기;
    상기 출력제어기에서 인가되는 제어신호에 따라 총 토크량을 각각의 모터에 분배하는 모터제어기;
    를 포함하는 멀티구동시스템을 갖는 연료전지 차량의 제어장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 차량제어기에서 추출되는 요구 토크량은 멀티구동시스템을 구성하는 모터의 사용여부와 관계없이 총 요구 토크량으로 결정되는 것을 특징으로 하는 멀티구동시스템을 갖는 연료전지 차량의 제어장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 연료전지제어기는 연료전지 중 일부 만 작동시키는 마일드 모드, 연료전지를 모두 작동시키는 파워모드로 구분되는 운전모드와;
    온도, 압력, 유량, 가습 조건이 포함되는 운전조건을 적용하여 총 가용동력을 출력하는 것을 특징으로 하는 멀티구동시스템을 갖는 연료전지 차량의 제어장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 출력제어기는 피로도가 최대값을 갖는 기어부와 맞물리는 모터에 대해서는 최소 토크가 걸리도록 하고,
    피로도가 최소값을 갖는 기어부와 맞물리는 모터에 대해서는 최대 토크가 걸리도록 조정하는 것을 특징으로 하는 멀티구동시스템을 갖는 연료전지 차량의 제어장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 출력제어기는 각 모터에 인가되는 토크 명령 * 토크 가중치 * 속도 * 속도 가중치 * 시간 경과의 연산을 통해 피로도를 판정하는 것을 특징으로 하는 멀티구동시스템을 갖는 연료전지 차량의 제어장치.
  6. 운전자의 토크요구가 검출되면 인버터와 모터 총합의 효율이 최대가 되는 운전점을 검출하여 모터별 토크 명령을 결정하는 과정;
    모터별 구동시간과 토크량에 따라 모터별 기어부의 피로도를 판단하는 과정;
    상기 피로도 최대값과 최소값을 갖는 기어부를 추출하는 과정;
    상기 추출되는 기어부의 피로도에 따라 상기 모터별 토크명령을 분배하여 모터별 구동을 독립 제어하는 과정;
    을 포함하는 멀티구동시스템을 갖는 연료전지 차량의 제어방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 모터별 토크명령 분배에서,
    피로도 최대값을 갖는 기어부와 결합되는 모터에 최소토크 명령을 출력하고, 피로도 최소값을 갖는 기어부와 결합되는 모터에 최대토크 명령을 출력하는 것을 특징으로 하는 멀티구동시스템을 갖는 연료전지 차량의 제어방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 기어부의 피로도는,
    각 모터에 인가되는 토크 명령 * 토크 가중치 * 속도 * 속도 가중치 * 시간 경과의 연산을 통해 판정되는 것을 특징으로 하는 멀티구동시스템을 갖는 연료전지 차량의 제어방법.
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Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8618752B2 (en) * 2010-07-21 2013-12-31 Superior Electron, Llc System, architecture, and method for minimizing power consumption and increasing performance in electric vehicles
CN105730257B (zh) * 2014-12-08 2018-05-22 通用电气公司 推进系统、能量管理系统及方法
CN105730256A (zh) * 2016-02-17 2016-07-06 陆玉正 一种带超级电容的燃料电池电动汽车动力装置
KR101875642B1 (ko) * 2016-04-18 2018-07-06 현대자동차 주식회사 차량용 모터 제어 장치 및 방법
JP6526614B2 (ja) * 2016-11-04 2019-06-05 株式会社豊田自動織機 燃料電池車両
CN109795326A (zh) * 2019-01-28 2019-05-24 汉腾汽车有限公司 氢燃料电池汽车制动能量回收系统及其制动能量回收方法
KR20200126249A (ko) * 2019-04-29 2020-11-06 현대자동차주식회사 연료전지 시스템 및 그 연료전지 시스템의 스택모듈 교체방법
FR3100944A1 (fr) * 2019-09-12 2021-03-19 Airbus Systeme de propulsion d’un vehicule, tel qu’un aeronef
CN113183830B (zh) * 2021-05-06 2023-03-21 潍柴动力股份有限公司 氢能源车辆冷启动控制方法、装置、存储介质和设备

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100611024B1 (ko) 1997-03-26 2007-02-05 로베르트 보쉬 게엠베하 차량내의무단변속기제어장치및방법

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19810033A1 (de) * 1998-03-09 1999-09-16 Mannesmann Sachs Ag Anordnung zur Überwachung des Verschleißzustandes einer Reibungskupplung
US5952587A (en) * 1998-08-06 1999-09-14 The Torrington Company Imbedded bearing life and load monitor
US6225892B1 (en) * 1999-04-15 2001-05-01 Meritor Heavy Vehicle Systems, Llc Gear fatigue monitor
US6480774B1 (en) * 1999-07-23 2002-11-12 Eaton Corporation Convertible transmission system
US20030119620A1 (en) * 2001-12-21 2003-06-26 Caterpillar Inc. Variable and differential output drive system
US7110867B2 (en) * 2002-08-26 2006-09-19 Nissan Motor Co., Ltd. Vibration suppression apparatus and method for hybrid vehicle
US6943676B2 (en) * 2002-10-01 2005-09-13 Eaton Corporation Clutch protection system
US7441623B2 (en) * 2005-02-28 2008-10-28 Caterpillar Inc. Multi-motor drive system for a work machine
KR100921125B1 (ko) * 2008-03-04 2009-10-12 현대자동차주식회사 멀티동력원 및 멀티구동계를 갖는 하이브리드 연료전지차량

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100611024B1 (ko) 1997-03-26 2007-02-05 로베르트 보쉬 게엠베하 차량내의무단변속기제어장치및방법

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