KR20040020788A - 하이브리드 차량 제어 장치 - Google Patents

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KR20040020788A
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가부시키가이샤 히타치세이사쿠쇼
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Abstract

모터에 의해 구동되는 바퀴의 스핀을 감소시킬 수 있는 하이브리드 차량용 모터 제어 장치이며, 상기 하이브리드 차량은 엔진에 의해 구동되는 엔진 구동 바퀴와 엔진에 의해 구동되지 않는 바퀴를 구동하기 위해 모터에 의해 구동되는 모터 구동 바퀴를 포함한다. 엔진(11), 엔진(11)에 의해 구동되는 앞 바퀴(12), 엔진에 연결되어 이에 의해 구동되는 발전기(15)와, 엔진에 의해서 구동되지 않고 발전기에 의해 접속된 뒤 바퀴(14)를 구동하기 위한 전기 모터(13)와, 이 전기 모터의 출력을 제하기 위해 자동차 상에 장착된 제어기(20)를 포함한다. 제어기(20)는 전기 모터에 의해 구동되는 모터 구동 엔진의 구동 토크가 엔진에 의해 구동되는 엔진 구동 바퀴의 구동 토크보다 작도록 전기 모터와 발전기의 계자 전류를 제어함에 의해서, 트랙션 및 자동차 안정성을 확보한다.

Description

하이브리드 차량 제어 장치 {HYBRID CAR CONTROL APPARATUS}
본 발명은 앞 바퀴 또는 뒤바퀴 중 하나가 엔진에 의해서 구동되고 다른 바퀴가 모터에 의해 구동되는 하이브리드 차량 제어 장치에 관한 것이다.
본 발명은 축전기 또는 배터리의 전력을 흡수하는 요소를 이용하지 않고 엔진에 의해 구동되는 발전기에 의해 발전된 전력을 이용하여 차량 구동 모터가 직접 구동되는 간소화된 하이브리드 차량 제어 장치에 관한 것이다.
종래의 하이브리드 차량에서는, 엔진에 의해 구동되는 엔진 구동 바퀴가 슬립될 때, 예를 들면 일본 특허 출원 공개 제2001-63392호(제21 및 제22 문단 및 도4 참조)에 개시된 바와 같은 종래 기술의 방법에 따르면, 엔진 구동 바퀴의 슬립은 엔진에 접속된 발전기에 의해 발전된 전력량을 증가시킴에 의해서 감소된다.
그러나, 전술한 종래 기술은 축전기 또는 배터리의 전력을 흡수하는 요소를 이용하지 않고 엔진에 의해 구동되는 발전기에 의해 발전된 전력을 이용하여 차량 구동 모터가 직접 구동되는 간소화된 하이브리드 차량 시스템에 대해서는 충분한 고려를 제공하지는 못한다.
이러한 구성은 또한 엔진 구동 바퀴의 슬립을 감소시키기 위해 발전기에 의해 발전되는 전력량이 증가된다면 모터 구동 전류를 또한 증가시켜서, 그 결과 모터 토크가 증가되어 모터 구동 바퀴에 휠 스핀이 발생할 수도 있다.
본 발명에서, 본 발명의 발명자에 의해 수행된 다양한 실험의 결과에 따르면 이 관계에서 바퀴 스핀은 바퀴의 원주 속도가 차 속도보다 클 때, 후에 정의될 슬립율(수학식 2)이 -0.25 아래로 감소되는 현상을 의미한다.
휠 스핀이 발생하면, 트랙션 즉 바퀴에 의해 노면에 전달되는 토크의 감소가 있어서, 그 결과 가속 성능이 악화된다. 만일 모터 구동 바퀴가 휠 스핀되면서 엔진 구동 바퀴의 휠 스핀이 사라진다면 예를 들면 차의 스피닝(spinning)에 기인한 안정성의 결여가 생길 수 있다.
이 현상은 엔진이 앞바퀴를 구동하고 뒤바퀴가 전기 모터에 의해 구동되는 간소화된 하이브리드 차량 시스템을 갖는 차량에서 특히 발생하기 쉽다.
또한, 앞바퀴 및 뒤바퀴가 휠 스핀되면, 차체 속도를 검출하는 것이 어려워져서 ABS와 같은 다른 자동차 작동 제어 시스템에 악영향을 끼친다. 이 경우, 차량 속도를 검출하기 위해 가속도 센서와 같은 새로운 센서가 부가되어야 하며, 이는 복잡해진 시스템 구성 및 증가된 비용을 유발한다.
본 발명의 목적은 모터에 의해 구동되는 바퀴의 스핀을 감소시키고 트랙션 및 안정성을 확보하는 하이브리드 차량 제어 장치를 제공하는 것이다.
종래 하이브리드 차량의 전술된 문제점들이 엔진, 전술된 엔진에 의해 구동되는 엔진 구동 바퀴, 엔진에 의해 구동되지 않는 바퀴를 구동하기 위한 전기 모터, 전기 모터에 의해 구동될 모터 구동 바퀴 및 전술된 전기 모터에 의해 직접 구동하도록 엔진에 접속된 발전기를 포함하는 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 제어 장치에 의해 해결될 수 있다.
여기서, 차량의 운동 상태에 대응하여 발전기에 의해 발전되는 전력량에 상한이 설정되고, 상한은 모터 구동 바퀴의 휠 스핀을 감소시키도록 제한된다.
바람직하게는, 전술한 문제점은 차량의 엔진 구동 바퀴에 의해 노면에 전달되는 토크가 검출되고 상기 토크에 대응하여 발전기에 의해 발전되는 전력량에 제한이 부과되는 방식의 제어를 제공하는 하이브리드 차량의 제어 장치를 사용하여 해결될 수 있다.
더 간단한 구성을 이용하기 위해서, 전술한 문제점들은 모터 구동 바퀴의 구동 토크가 상기 엔진 구동 바퀴의 것보다 작은 방식으로의 제어를 제공하는 하이브리드 차량의 제어 장치를 사용함에 의해서 해결될 수 있다.
또한, 트랙션 및 안정성을 모두 확보하기 위해서, 이들 문제점들은 만일 휠 스핀이 모터 구동 바퀴에 발생된다면 발전기에 의해 발전되는 발전량이 감소되는 방식의 제어를 제공하는 하이브리드 차량의 제어기를 사용함에 의해서 해결될 수 있다.
도1은 본 발명이 적용되는 하이브리드 차량을 나타내는 도면.
도2는 슬립율과 마찰 계수 사이의 관계를 나타내는 도면.
도3은 모터 트레인 제어기를 나타내는 도면.
도4는 모터 트레인 제어기의 제어 흐름을 나타내는 도면.
도5는 본 발명이 적용된 때 자동차 주행 상태를 나타내는 도면.
도6은 간소화된 모터 트레인 제어기의 제어 흐름을 나타내는 도면.
도7은 휠 스핀의 추가적인 감소를 위한 모터 트레인 제어기의 제어 흐름을 나타내는 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
11 : 엔진
12 : 앞 바퀴
13 : 모터
14 : 뒤 바퀴
15 : 발전기
17 : 변속기
32 : 발전기 구동기
33 : 클러치 구동기
34 : 모터 구동기
도1은 본 발명의 실시예로서 본 발명이 장착된 하이브리드 차량을 도시한다. 도1에 도시된 하이브리드 차량에서, 엔진(11)은 토크 컨버터를 갖춘 변속 기어(17)를 통해서 앞 바퀴(12)를 구동하고, 모터(13)는 클러치(18)를 갖춘 변속 기어를 통해서 뒤 바퀴(14)를 구동한다. 모터(13)는 엔진(11)의 출력축에 기계적으로 접속된 전용 모터 구동 발전기(15)로부터 동력 공급 케이블(21)을 통해 직접적으로 전력을 받는다.
다시 말해, 발전기(15)는 모터(13)를 직접적으로 구동한다. 이 하이브리드 차량은 또한 엔진 점화 장치, 전기 라이트 및 공조기의 송풍 모터와 같은 전기적인 부하를 위한 다른 발전기(도시 생략)를 가지며, 이 발전기는 모터를 구동하지 않는다. 하이브리드 차량의 각각의 바퀴에는 바퀴 속도를 검출하기 위한 바퀴 속도 센서(16)가 제공된다.
엔진(11)의 출력 및 변속 기어(17)의 기어비는 엔진 트레인 제어기(19)에 의해서 제어된다. 모터(13)의 출력, 발전기(15)에 의해 발전되는 전력량 및 클러치(18)를 갖춘 변속 기어의 온-오프 작동은 모터 트레인 제어기(20)에 의해서 제어된다. 모터 트레인 제어기(20)는 모터 계자 전류 및 변속기 계자 전류 양자를 제어한다. 또한, 이는 발전기에 의해서 발전되는 전력량 및 모터의 출력을 제어한다.
인가된 토크가 엔진 구동 바퀴에 의해 노면에 전달된 것보다 클 때 다음과 같은 이유로 휠 스핀이 엔진 구동 바퀴에 발생한다. 엔진 구동 바퀴에 의해서 노면에 전달되는 토크는 바퀴(이 경우 전체 4개의 바퀴)와 노면 사이의 마찰 계수(μ), 노면에 직각인 방향으로 바퀴에 의해 주어지는 하중(Wz) 및 이동 중의 타이어 유효 반경[R(타이어)] 사이의 곱(products)에 의존한다.
여기서, 마찰 계수(μ)는 슬립율(λ)에 의존한다. 슬립율(λ)은 다음과 같이 정의된다.
[수학식 1]
λ= (V-R)/V
여기서, V는 하이브리드 차량의 속도이고,은 바퀴의 각속도이고, R은 타이어 유효 반경이다.
여기서, 분자는 양(positive)이다.
[수학식 2]
λ= (V-R)/ (R)
여기서, 분자는 음(negative)이다.
수학식 1 및 수학식 2 모두에서, 슬립율(λ)(λ가 음일 때 절대값) 및 마찰 계수(η)는 도2에 도시된 바와 같이 서로 관련된다.
슬립율(λ)이 0에서 0.05 내지 0.20의 범위에 있을 때, 마찰 계수(η)는 단조 증가를 나타낸다. 이 범위를 넘게 되면, 마찰 계수(η)는 일정하거나 또는 감소된다. 이 때의 마찰 계수(η), 구동 바퀴에 의해 차량에 주어지는 추진력[F(차량 추진력)] 및 차량의 토크[T(차량 추진력)]는 다음의 관계로 표시될 수 있고, 여기서 노면에 직각으로 인가되는 바퀴의 하중은 WZ으로 한다.
[수학식 3]
F = μWZ
[수학식 4]
T = μWZR
다음 수학식은 구동 토크[T(바퀴 구동)]가 바퀴에 인가될 때 토크 균형을 고려한 바퀴 운동을 나타내고, 전술한 (수학식 4)가 포함된다.
[수학식 5]
T1 = J+ T2 + T3
좌측은 바퀴를 구동하는 구동 토크[T1(바퀴 구동)]를 나타낸다. 우측의 첫번째 항은 바퀴로부터 관찰된 구동 시스템의 회전에 대한 관성 모멘트[J(구동 시스템)]과 시간에 대한 바퀴 속도 상의 정보를 미분함에 의해서 얻어진 구동 바퀴의 각 가속도() 사이의 곱이다. 이는 바퀴의 가속도로 이용되는 토크를 나타낸다.
2번째 항은 수학식 4에서 주어지는 바와 같은 노면에 전달되는 차량 토크[T2(차량 추진력)]를 나타내고, 차체를 가속하는 데 기여한다. 3번째 항은 바퀴의 회전 중에 마찰 등에 의해 유발되는 토크 손실(전달 손실)을 나타낸다.
도2를 참조하여 전술한 바와 같이, 차량 토크[T(우측의 2번째 항과 같은 차량 추진력)]는 마찰 계수(μ)에 의존하고 상한을 갖는다. 따라서, 만일 바퀴 구동 토크[T(바퀴 구동)]가 증가된다면, 우측의 1번째 항과 같은 바퀴의 각 가속도도 또한 증가된다. 따라서, 바퀴 속도는 차체 속도보다 커지게 되어, 휠 스핀을 유발한다.
휠 스핀을 피하기 위하여, 노면으로 전달되는 차량 토크[T(바퀴 추진력)]가 상한에 도달하지 않게 보장하는 것이 필요하다. 노면과 바퀴 사이의 마찰 계수(μ)는 항상 노면의 상태와 운동의 상태 양자에 의존하기 때문에, 이는 상한이 가변적일 것을 요구한다. 따라서, 본 실시예에서는, 다음 방법이 모터 구동 바퀴가 슬립하는 것을 방지하기 위해서 이용된다.
도3에서 도시된 바와 같이, 모터 구동 바퀴로의 구동 토크를 제어하기 위한 모터 트레인 제어기(20)는 신호 입력/출력 및 작동을 위한 제어 작동부(31), 발전기 계자 코일의 전류를 제어하기 위한 발전기 구동기(32), 클러치 작동 솔레노이드를 구동하기 위한 클러치 구동기(33) 및 모터 계자 코일 전류를 제어하기 위한 모터 구동기(34)를 포함한다.
전술한 바와 같이, 모터 트레인 제어기(20)는 모터 구동력을 제어하는 장비를 위한 제어 작동부 및 구동 회로를 포함하여, 우수한 차량 등판력으로 특징지어 진다.
제어 작동부(31)는 엔진 트레인 제어기(19)로부터 엔진(11)의 속도 및 토크, 변속 기어(17)의 변속비와, 바퀴 속도 센서(16)에 의해 검출된 각각의 바퀴의 속도에 관한 정보를 얻는다.
이는 발전기 구동기(13) 내에 포함된 전류 센서에 의해 검출된 발전기(15)의 계자 전류, 모터 구동기(34)에 포함된 전류 센서에 의해 검출된 모터(13)의 계자 전류 및 다른 센서에 의해 검출되는 모터(13)를 구동하기 위한 전원 케이블(16)로 흐르는 모터 구동 전류에 관한 정보를 추가로 얻는다.
이러한 정보에 기초하여, 제어 작동 유닛(31)은 발전기 구동기(32)에 계자 전류 명령치를, 클러치 구동기(33)에 클러치 솔레노이드 온/오프 명령치를 그리고,모터 구동기(34)에 모터(13)의 계자 전류 명령치를 보낸다.
도4는 제어 작동 유닛(31) 내에 포함된 제어 블록을 도시한다. 차량을 시동하기 위한 준비 시에, 시스템은 블록(41)으로 진행하고, 클러치 구동기(33)에 클러치를 결합하라는 명령이 주어진다. 이는 클러치 결합의 지연을 보정하고 모터 토크가 모터 구동 바퀴에 즉시 인가되는 것을 허용한다. 클러치의 결합 시에, 시스템은 블록(42)으로 진행한다.
블록(42)은 엔진 구동 바퀴에 인가되는 토크를 산출하는 단계이다. 엔진 구동 바퀴의 구동 토크를 검출하기 위한 센서가 없는 실시예에 따른 챠랑에는 엔진 구동 바퀴에 인가되는 토크를 추정하기 위한 수단으로서 다음 방법이 있다. 토크 컨버터 출력축의 회전 속도는 엔진 구동 바퀴 속도와 변속 기어의 현행 기어비에 관한 정보로부터 얻어진다.
미리 기억된 토크 컨버터의 구동력 전달 특성맵은 이 정보 및 토크 컨버터 입력축의 회전 속도에 상당하는 엔진 속도에 관한 정보로부터 구해져서, 토크 컨버터로부터 부여되는 토크를 얻는다.
그런 후 이러한 방식으로 얻어진 토크는 변속 기어의 기어비와 메모리에 기억된 디퍼렌셜 기어비에 의해 곱해짐으로써, 엔진 구동 바퀴에 인가된 구동 토크[T11(바퀴 구동, 1)]를 구한다.
블록(43)은 노면에 전달된 토크를 산출하는 단계이다. 다음 수학식이 이 산출에 이용된다.
[수학식 6]
T11= T21- J1 1- T31
아래 첨자 "1"은 엔진 구동 바퀴를 나타낸다.
좌측은 좌측 바퀴에 의해 노면에 전달된 토크를 나타낸다. 우측의 1번째 항은 선행 블록에서 얻어진 엔진 구동 바퀴에 인가된 토크를 나타내고, 2번째 항은 미리 기억된 바퀴에 관한 바퀴로부터 토크 컨버터 출력축으로의 등가 관성 모멘트와 엔진 구동 바퀴의 바퀴 속도 센서를 미분함에 의해서 얻어진 바퀴 각 가속도 사이의 곱에 등가인 바퀴의 가속도로 이용되는 토크를 나타낸다. 3번째 항은 미리 설정된 구동 전달 손실을 도시한다.
블록(44)은 노면과 엔진 구동 바퀴 사이의 마찰 계수(μ1)를 산출하는 단계이다. 여기서, 구해진 T11(차량 추진력, 1)을 이용하는 다음 수학식이 사용된다. 만일 있다면, 마찰 계수(μ1)를 추정하고 검출하는 다른 수단이 이용될 수 있음은 말할 필요가 없다.
[수학식 7]
μ1= Wz1R/T11
바퀴에 의해 노면에 직각으로 인가되는 하중(WZ1)은 차량의 가속도 및 차량의 하중의 중량에 따라 변한다. 만일 이것이 검출되거나 추정될 수 있다면 가장 바람직하지만, T11(자동차 추진력,1)과 같은 큰 변동이 없기 때문에 하중(WZ1)을 상수로한 때 아무런 실질적인 문제가 없다.
블록(45)은 수학식 7에서 얻어진 마찰 계수(μ1)이 값을 예측하기 위해서 사용될 때 모터 구동 바퀴에 휠 스핀을 유발하지 않고 인가될 수 있는(슬립율이 0.25 미만) 모터 구동 바퀴의 구동 토크의 상한을 산출하는 단계이다.
다음의 운동의 수학식은 모터 구동 바퀴의 운동을 고려할 때 얻어진다.
[수학식 8]
T11= J2 2+ T22+ T32
여기서,
[수학식 9]
T12= Cμ1Wz2R
여기서, 아래 첨자 "2"는 모터 구동 바퀴를 나타낸다.
수학식 8의 좌측은 모터 구동 바퀴의 구동 토크를 나타낸다. 우측의 1번째 항은 모터 구동축에 대한 모터 구동 시스템의 등가 관성 모멘트와 모터 구동축 상의 바퀴 속도 센서의 정보에 기초하여 구해진 각 가속도 사이의 곱을 나타낸다. 2번째 항은 수학식 9에 의해 결정되고, 마찰 계수(μ1)에 의해 노면에 전달되는 토크를 나타낸다.
C는 차량 시험으로부터 얻은 상수이고 바퀴 구동 토크에 의해 유발되는 슬립을 회피하기 위한 여유를 설정하는 데 사용된다. 일반적으로, 이 상수는 "1"이다.슬립은 이 값의 감소에 의해 덜 발생하게 된다. Wz2는 모터 구동 바퀴의 하중을 나타낸다. R(타이어 유효 반경)은 바퀴의 동작의 반경을 나타내고, 3번째 항인 T32(전달 손실, 2)는 모터 구동 시스템의 토크 전달 손실을 나타낸다.
수학식 8은 수학식 5와 유사하게 모터 구동 바퀴에 인가된 구동 토크와 소모된 구동 토크를 위한 인자 사이의 관계를 나타낸다. 우측의 1번째 항은 바퀴 속도 센서의 정보에 따라서 설정되고, 2번째 항은 수학식 7 및 수학식 9에 따라서, 그리고 3번째 항은 경험 수단에 의해서 설정될 수 있다. 이는 수학식 8의 좌측의 T11(바퀴 구동, 2)을 얻는 것을 가능하게 한다.
다른 관점으로부터의 요점을 연구하기 위해서, 2번째 항으로서 노면으로 전달될 수 있는 토크[T12(차체 추진력, 2)]가 결정된다. 따라서, 휠 스핀을 유발하지 않는 바퀴 구동 토크[T12(바퀴 구동, 2)]가 또한 결정된다. 이는 모터에 의해 구동된 바퀴 구동 토크가 수학식 8로부터 얻은 T12(바퀴 구동, 2)을 초과하지 않도록 보장하는 제어에 의해 휠 스핀을 최소화하는 효과를 제공한다.
블록(47)은 블록(45)에서 구해진 모터 구동 바퀴의 구동 토크의 상한치(T 바퀴 구동, 2)를 초과하지 않도록 모터 토크의 상한치[T(모터 상한)]를 결정하는 단계이다.
[수학식 10]
Tu1< T12/GR
Tu1은 모터의 상한을 가르키고, GR(모터 감속도)는 클러치(18)를 갖춘 변속 기어의 감속비를 나타낸다.
모터 구동 토크는 모터(13) 및 모터(13)에 동력을 공급하는 발전기(15)에 직접 결합되고, 따라서 발전기에 의해 발전된 모터 구동 전류 및 모터 계자 전류 양자에 의해 결정된다. 보다 구체적으로는, 모터의 토크 상수는 미리 기억된 모터 계자 전류, 모터 토크 상수의 맵 및 전류 계자 전류에 의해서 구해진다.
모터 토크의 상한치[Tu1(모터 상한)]은 모터 구동 전류를 구하기 위해 토크 상수로 나누어지고, 그 결과는 상한치로서 이용된다. 발전기 구동기(32)는 모터 구동 전류가 상한치를 초과하지 않도록 하는 방식으로 발전기 계자 전류를 제어한다.
블록(48)에서, 모터 구동 바퀴의 모터 구동이 필요한 지에 대한 결정에 응답하여, 만일 모터 구동이 요구되면 블록(41)으로 시스템이 복귀하는 방식으로 제어가 제공된다. 만일 모터 구동이 요구되지 않으며, 시스템은 블록(49)으로 진행한다.
블록(49)에서, 모터 구동축으로의 모터 토크를 중단하기 위해서 모터 토크는 점진적으로 감소된다. 모터 토크가 미리 설정된 경계치 이하로 감소될 때, 클러치를 결합해제하라는 명령이 클러치 구동기(33)로 보내진다. 이 명령을 송신한 때, 클러치 구동기는 클러치 구동 솔레노이드의 전류를 차단하고 클러치(18)를 이용하여 변속 기어를 결합해제한다.
전술한 바와 같이, 바퀴 구동 휠 스핀은 모터 토크가 블록(45)에서 구해진 모터 토크의 상한치를 초과하지 않도록 제어함에 의해서 최소화될 수 있다. 발전기가 모터에 직접 접속되고 발전기에 의해서 발전된 전력이 흡수될 수 없는 하이브리드 차량에서는 특히, 발전기에 의해서 발전된 동력은 모터에 직접 공급된다.
따라서, 발전기 및 모터의 계자 전류치는 모터 토크가 블록(45)에서 구해진 상한치를 초과하지 않도록 설정되는 방식으로 제어된다. 다르게는, 블록(45)에서 결정된 발전기 계자 전류는 상한치로 사용되고 제어 장치는 계자 전류가 이 값을 초과하지 않도록 하는 방식의 제어를 제공하는 데 이용된다. 이 방법은 모터 구동 바퀴 스핀을 회피하는 데 효과적이다.
비록 사소한 성능이 열등하더라도, 전술된 제어가 제어 작동부(31)의 작동 용량의 아주 바깥에 있을 때, 바퀴 속도 센서에 의해 제공되는 바퀴 속도에 대한 정보에 큰 오차가 있어 바퀴 각 가속도가 결정될 수 없을 때, 전방 바퀴가 후방 바퀴에 근접하여 위치된 때, 엔진 구동 시스템의 관성 모멘트가 모터 구동 시스템의 것과 근접할 때 또는 엔진 또는 모터로부터 바퀴에 전달되는 토크의 전달 손실이 무시될 수 있을 때, 모터 구동 바퀴 스핀이 다음의 간단화된 제어 방법에 의해서 감소될 수 있다.
전술한 상태를 고려할 때, 수학식 5의 운동의 수학식은 다음과 같이 간단하게 될 수 있다.
[수학식 11]
T1'≒ T2'
여기서, T1'는 바퀴 구동 토크 값을 나타내고, T2'는 차량 추진력 값을 나타낸다. 그러면, 엔진 구동 바퀴의 마찰 계수(μ1)은 다음과 같이 표시된다.
[수학식 12]
μ'1≒Wz1R1/T2'1
따라서, 모터 구동 바퀴에 의해 노면으로 전달되는 상한 토크는 다음의 수학식으로부터 구해질 수 있다.
[수학식 13]
T1'2≒ μ'1Wz2R
노면 상의 앞 바퀴의 하중(Wz1)이 노면 상의 뒤 바퀴의 하중(Wz2)에 근접할 때, 다음의 수학식이 얻어질 수 있다.
[수학식 14]
T1'2≒ μ'1Wz2R ≒ μ'1Wz1R ≒ T'11
수학식 14 및 수학식 11을 이용하여 모터 구동 바퀴의 상한 구동 토크를 얻기 위해서, 다음의 수학식이 얻어질 수 있다.
[수학식 15]
T1'2≒ T1'
따라서, 휠 스핀은 모터 구동 바퀴의 구동 토크가 엔진 구동 바퀴의 구동 토크를 초과하지 않도록 보장함에 의해서 최소화될 수 있다. 이 경우, 센서로부터의속도 등의 산출의 필요가 없기 때문에 계산이 간단하게 된다. 보다 구체적으로는, 모터 토크의 상한은 다음 수학식을 만족하도록 설정되어야 한다.
[수학식 16]
T'u1< T1'1/GR
도6은 전술한 수학식을 달성하기 위한 제어 흐름을 나타낸다. 도4를 참조하여 설명된 흐름과는 달리, 블록(42)의 엔진 구동 바퀴를 구동하는 토크의 산출 후에, 엔진 구동 바퀴를 구동하는 토크가 모터 구동 바퀴 구동 토크의 상한치로서 이용된 상태에서 모터 토크 상한치가 블록(61)에서 결정된다.
그런 후, 토크 상수는 상한으로서 모터 구동 전류를 결정하기 위해서 모터 계자 전류로부터 산출된다. 모터 트레인 제어기는 모터 구동 전류가 얻어진 상한을 초과하지 않게 하는 방식으로 발전기 계자 전류를 제어한다.
전술된 바와 같이, 발전기 전류 즉 발전되는 전력량이 제한될 때, 휠 스핀이 감소될 수 있다. 휠 스핀의 보다 신뢰성있는 감소를 위해서, 모터 구동 휠 스핀이 있을 때 발전기에 의해 발전된 전력량을 감소시키는 것도 효과적이다.
도7은 제어 흐름을 도시한다. 이는 도4 또는 도6을 참조하여 이미 설명된 흐름의 실행을 나타낸다. 동시에, 휠 스핀을 검출하기 위한 블록이 블록(71)에 도시된 것과 같이 제공된다.
휠 스핀이 발생한 때, 블록(45)에서 산출된 모터 구동 바퀴 구동 토크의 상한치가 영(zero) 또는 블록(72)에서의 구동 토크보다 낮은 수준으로 설정되어, 발전기에 의해 발전되는 전력량이 감소된다. 이러한 절차는 모터 구동 바퀴의 휠 스핀을 더 감소시킨다.
도5는 본 발명에 따른 제어 장치를 사용하여 바퀴를 구동하는 것으로부터 얻어지는 효과를 나타낸다. 도5에서, 엔진 구동 바퀴 및 모터 구동 바퀴의 구동 토크, 노면에 전달된 토크, 모터 구동 바퀴 및 엔진 구동 바퀴의 속도, 차체 속도, 각각의 바퀴의 슬립율 및 발전기로부터 발전된 전력에 의해 흐르게 되는 전류가 세로축에 표시되고, 시간은 가로축 상에 표시된다.
2개의 엔진 구동 바퀴 및 2개의 모터 구동 바퀴가 제공되고, 이들은 각각 평균값으로 표시된다. 각각의 바퀴에서, 노면으로 전달된 토크는 직접 측정될 수 없어서, 노면으로 전달된 토크는 각각의 바퀴의 구동 토크에서 관성 모멘터와 각 가속도의 곱을 감하여서 구해진다. 시험은 자동차가 시간 0에서 정지된 상태일 때 스로틀 밸브를 완전히 개방함에 의해서 수행된다.
결과적으로, 엔진 구동 바퀴의 슬립율은 0.25를 초과하지 않고, 휠 스핀은 즉시 발생한다. 이는 또한 엔진 구동 바퀴 구동 토크와 노면에 전달된 토크 사이의 관계로부터 판독될 수 있다. 노면에 전달된 토크는 구동 토크의 대략 절반에서 포화된다. 따라서, 잔류 구동 토크는 바퀴를 가속하는 데 이용되고, 그 결과 차체 속도 증가 및 보다 급격한 속도 증가가 있다.
발전기로부터 발전된 전류에 제한이 가해지기 때문에, 모터 구동 바퀴 구동 토크는 엔진 구동 바퀴 구동 토크보다 작고, 모터 구동 바퀴에 의해 노면에 전달된 토크는 엔진 구동 바퀴에 의한 것보다 작다. 따라서, 모터 구동 바퀴 스핀은 발생하지 않는다.
이는 모터 구동 바퀴 슬립율 곡선과 차속 곡선 사이에 일치가 있고 모터 구동 바퀴에 의해 노면에 전달되는 토크 사이에 대략적인 일치가 있다는 사실로부터 입증될 수 있다.
모터에 의해 구동되는 바퀴로부터 노면으로 전달되는 구동력이 엔진에 의해 구동되는 바퀴에 의해 노면에 전달되는 구동력보다 작도록 발전기 출력 또는 모터 출력에 제한이 부과함에 의해서, 모터 구동 바퀴가 스피닝하는 것이 방지되고, 이에 의해서 모터 구동 바퀴는 스핀닝되는 것이 방지되어 트랙션이 확보되고 차량 안정성이 개선된다.

Claims (4)

  1. 엔진과,
    상기 엔진에 의해 구동되는 엔진 구동 바퀴와,
    바퀴를 구동하기 위한 전기 모터와,
    상기 전기 모터에 의해 구동되는 모터 구동 바퀴와,
    상기 전기 모터를 직접 구동하도록 상기 엔진에 접속된 발전기를 포함하는 하이브리드 차량의 제어 장치이며,
    상기 하이브리드 차량의 운동 상태에 대응하여 상기 발전기에 의해 발전되는 전력량에 상한이 설정되고,
    상기 상한은 상기 모터 구동 바퀴의 휠 스핀을 감소시키도록 제한되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 제어 장치.
  2. 엔진과,
    상기 엔진에 의해 구동되는 엔진 구동 바퀴와,
    바퀴를 구동하기 위한 전기 모터와,
    상기 전기 모터에 의해 구동되는 모터 구동 바퀴와,
    상기 전기 모터를 직접 구동하도록 상기 엔진에 접속된 발전기를 포함하는 하이브리드 차량의 제어 장치이며,
    상기 엔진 구동 바퀴로부터 노면에 전달되는 토크에 대응하여 상기 발전기에의해 발전되는 전력량에 상한이 설정되고,
    상기 상한은 상기 모터 구동 바퀴의 휠 스핀을 감소시키도록 제한되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 제어 장치.
  3. 엔진과,
    상기 엔진에 의해 구동되는 엔진 구동 바퀴와,
    바퀴를 구동하기 위한 전기 모터와,
    상기 전기 모터에 의해 구동될 모터 구동 바퀴와,
    상기 전기 모터를 직접 구동하도록 상기 엔진에 접속된 발전기를 포함하는 하이브리드 차량의 제어 장치이며,
    상기 발전기에 의해 발전되는 전력량은 모터 구동 바퀴의 구동 토크가 상기 엔진 구동 바퀴의 것보다 작도록 제어되고,
    상기 전력량은 상기 모터 구동 바퀴의 휠 스핀을 감소시키도록 제한되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 제어 장치.
  4. 엔진과,
    상기 엔진에 의해 구동되는 엔진 구동 바퀴와,
    바퀴를 구동하기 위한 전기 모터와,
    상기 전기 모터에 의해 구동될 모터 구동 바퀴와,
    상기 전기 모터를 직접 구동하도록 상기 엔진에 접속된 발전기를 포함하는하이브리드 차량의 제어 장치이며,
    상기 모터 구동 바퀴에 의해 발전된 전력량은 상기 엔진 구동 바퀴에 휠 스핀이 발생할 때마다 감소되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 제어 장치.
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