KR20050030047A - 모터를 이용한 사륜구동 장치 및 그 제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 모터를 이용한 사륜구동 장치는, 전륜 축을 구동하는 엔진과 연결되어 전류를 생성하는 알터네이터로부터 생성되는 전류를 이용하여 배터리를 충전하거나, 차량의 후륜 축에 구동력을 제공하는 모터를 구동한다. 상기 사륜구동 장치는 상기 알터네이터와 상기 모터의 접점을 스위칭하는 제1 릴레이 및 상기 알터네이터와 상기 배러리의 접점을 스위칭하는 제2 릴레이를 구비하여, 상기 알터네이터에 의해 생성되는 전류를 상기 모터 또는 배터리로 선택적으로 공급한다.
따라서, 상기 사륜구동 장치에 의하면, 하나의 알터네이터에 의해 모터를 구동하거나 배터리를 충전함으로써, 간단한 구조의 사륜구동 장치를 제공할 수 있다.

Description

모터를 이용한 사륜구동 장치 및 그 제어방법{FOUR WHEEL DRIVE APPARATUS UTILIZING MOTOR AND CONTROLLING METHOD THEREOF}
본 발명은 모터를 이용한 사륜구동 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 엔진에 의해 전륜이 구동되는 자동차에서 모터를 이용하여 후륜을 구동하기 위한 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
사륜구동 장치는 일반적으로 보통의 이륜구동(2WD) 방식의 차량과는 달리 상시, 또는 필요시 차량의 전후륜 모두를 구동륜으로 사용할 수 있는 장치로서, 네 바퀴에 모두에 동력이 전달되어, 일반적인 자동차 구동방식인 이륜구동에 비하여, 추진력이 월등하므로 비포장도로와 같은 험로, 경사가 아주 급한 도로 및 노면이 미끄러운 도로를 주행하는 경우 주행 안정성 및 안전도을 향상시킨다.
그러나, 종래의 사륜구동 장치는 엔진에서 나오는 동력은 기계적인 결합에 의해 트랜스퍼 케이스(transfer case)를 거쳐 앞뒤 바퀴에 배분 전달되어, 기계적인 결합에 의한 동력 손실이 발생하고, 추가적으로 기계적인 동력 전달장치를 갖추어야 함으로서 차량의 무게가 증가하는 등의 문제점이 있었다.
본 발명은 기계적 구동방식에 의한 종래의 사륜구동 장치의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 모터를 이용한 사륜구동 장치 및 그 제어방법을 제공하는 하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 사륜구동 작동시에는 알터네이터에 의해 생성되는 전류를 이용하여 후륜 구동용 모터를 구동하고, 사륜구동 미작동시에는 상기 알터네이터에 의해 생성된 전류를 이용하여 차량에 구비된 배터리를 충전하는 사륜구동 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 배터리 충전시 알터네이터의 전압을 직접 제어하여 배터리로 인가함으로써 DC/DC 컨버터가 필요 없으며, 구조가 간단한 사륜구동 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 사륜구동 장치의 제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 사륜구동 장치는 엔진에 의해 전륜 축이 구동되는 차량의 사륜구동 장치에서, 엔진의 출력측과 연결되어 전류를 생성하는 알터네이터; 상기 알터네이터로부터 공급되는 전류에 의해 구동되어 후륜 축을 구동하는 구동력을 제공하는 모터; 상기 알터네이터로부터 공급되는 전류에 의해 충전되는 배터리; 상기 알터네이터와 상기 모터의 접점을 스위칭하는 제1 릴레이; 및 상기 알터네이터와 상기 배터리의 접점을 스위칭하는 제2 릴레이를 포함하되, 상기 알터네이터에 의해 생성되는 전류는 상기 모터 또는 배터리로 선택적으로 공급된다.
바람직하게는, 상기 사륜구동 장치는 제어부를 더 포함하되, 상기 제어부는 상기 모터 구동시 상기 제1 릴레이를 온 제어하고, 상기 제2 릴레이를 오프 제어하며, 상기 배터리 충전시 상기 제1 릴레이를 오프 제어하고, 상기 제2 릴레이를 온 제어한다.
바람직하게는, 상기 사륜구동 장치는 배터리 출력 전압을 검출하는 제1 전압 검출부; 및 알터네이터 출력 전압을 검출하는 제2 전압 검출부를 더 포함하되, 배터리 충전시 상기 제어부는 상기 배터리 전압과 알터네이터 전압 차를 기초로 상기 알터네이터의 여자 전류를 인가한다.
이때, 상기 알터네이터는 펄스폭 변조 방식에 의해 제어되며, 상기 알터네이터에 인가되는 여자 전류의 듀티값은 0으로 설정된 초기값으로부터 순차적으로 상승한다.
바람직하게는, 상기 사륜구동 장치는 전륜 축의 회전속도를 검출하는 제1 속도 검출부; 및 후륜 축의 회전속도를 검출하는 제2 속도 검출부를 더 포함하되, 모터 구동시 상기 제어부는 상기 전륜 축의 회전수와 상기 후륜 축의 회전 속도 차를 기초로 상기 알터네이터로 여자 전류를 인가한다.
이때, 상기 알터네이터는 펄스폭 변조 방식에 의해 제어된다.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 차량의 전륜 축을 구동하는 엔진의 출력측과 연결되어 전류를 생성하는 알터네이터; 상기 알터네이터로부터 공급되는 전류에 구동되어 후륜 축을 구동하기 위한 구동력을 제공하는 모터; 상기 알터네이터로부터 공급되는 전류에 의해 충전되는 배터리; 상기 알터네이터와 상기 배터리의 접점을 스위칭하는 제1 릴레이; 및 상기 알터네이터와 상기 모터의 접점을 스위칭하는 제2 릴레이를 포함하는 차량의 사륜구동 장치의 제어 방법에서, 배터리 출력 전압을 검출하여 검출된 배터리 출력 전압이 설정된 전압 이상인지 판단하는 단계; 검출된 배터리 출력 전압이 설정된 전압 이상인 경우, 사륜구동 작동 조건을 판단하는 단계; 사륜구동 작동 조건을 만족하는 경우, 상기 제1 릴레이를 온 제어하고, 상기 제2 릴레이를 오프 제어하는 단계; 전/후륜의 속도차를 기초로 상기 알터네이터에 여자 전류를 인가하여 전류를 생성하는 단계; 및 상기 알터네이터로부터 공급되는 전류에 의해 모터를 구동하여 후륜 축으로 구동력을 전달하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 사륜구동 작동 조건을 판단하는 단계는, 전/후륜의 회전 속도를 검출하는 단계; 검출된 상기 전/후륜의 회전 속도차를 계산하는 단계; 및 상기 회전 속도차를 설정된 속도차와 비교하는 단계를 포함하되, 상기 속도차가 설정된 속도차 이상이면 작동조건을 만족하는 것으로 판단한다.
바람직하게는, 상기 검출된 배터리 출력 전압이 설정된 전압 이상이지 판단하는 단계에서, 상기 검출된 배터리 출력 전압이 설정된 전압 미만인 경우, 상기 알터네이터로 초기 듀티값이 0으로부터 순차적으로 상승하는 여자 전류를 인가하는 단계; 알터네이터의 출력 전압을 검출하여, 상기 알터네이터 출력 전압이 상기 검출된 배터리 출력 전압 이상인지 판단하는 단계; 알터네이터 출력 전압이 상기 검출된 배터리 출력 전압 이상인 경우, 상기 제1 릴레이를 오프 제어하고, 상기 제2 릴레이를 온 제어하는 단계; 및 배터리 출력 전압을 피드백 제어하여 설정된 전압으로 유지하는 단계를 더 포함한다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 상기의 특징을 가지는 본 발명의 일 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터를 이용한 사륜구동 장치의 블록도가 도시되어 있다.
엔진(11)은 트랜스미션(13)과 연결되어 차량의 전륜 축을 구동하는 동시에 알터네이터(15)와 연결되어 전류를 생성한다. 바람직하게는 알터네이터(15)는 직류기로 구비된다.
알터네이터(15)는 배터리(19) 및 모터(23)와 연결되어, 생성되는 전류를 이용하여 선택적으로 배터리(19)를 충전하거나 모터(23)을 구동한다. 바람직하게는 상기 모터(23)는 직류기로 구비된다.
제1 릴레이(21)는 알터네이터(15)와 모터(23) 사이의 접점을 스위칭하며, 제2 릴레이(17)는 알터네이터(15)와 배터리(19) 사이의 접점을 스위칭 한다.
모터(23)의 구동시에는, 제1 릴레이(21)가 알터네이터(15)와 모터(23) 사이의 접점을 연결하고, 제2 릴레이(17)가 알터네이터(15)와 모터(23) 사이의 접점을 차단하여, 알터네이터(15)에서 생성된 전류가 모터(23)로 공급될 수 있도록 한다.
반면, 배터리의 충전시에는, 제2 릴레이(17)가 알터네이터(15)와 모터(23) 사이의 접점을 연결하고, 제1 릴레이(21)가 알터네이터(15)와 모터(23) 사이의 접점을 차단하여, 알터네이터(15)에서 생성된 전류가 배터리(19)로 공급될 수 있도록 한다.
배터리(19)에는 제1 전압 검출기(31)가 연결되어, 배터리(19)의 출력 전압을 검출하며, 알터네이터(15)에는 제2 전압 검출기(37)이 연결되어 알터네이터(15)의 출력 전압을 검출한다. 전륜 축과 후륜 축에는 각각 회전수 검출기(33,35)가 구비되어 전륜 축과 후륜 축의 회전수를 검출한다.
검출된 배터리(19)의 출력 전압, 검출된 알터네이터(15)의 출력 전압 및 전후륜의 회전수에 대한 신호는 제어부(29)로 전달된다.
제어부(29)는 설정된 프로그램에 의해 작동하는 마이크로 프로세서로서, 후술하는 제어방법에 의해 알터네이터(15), 클러치(25), 제1 릴레이(21), 제2 릴레이(17)를 제어한다.
도 2에는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터를 이용한 사륜구동 장치의 제어블록도가 도시되어 있다.
제어부(29)는 펄스폭 변조 방식에 의해 알터네이터(15)의 여자 전류를 지령하며, 알터네이터(15)에서 생성된 전류는 제1 릴레이(21)와 제2 릴레이(17)의 스위칭 동작에 따라 모터(23)를 구동하거나 배터리(19)를 충전한다.
배터리 충전시, 제어부(29)는 제1 전압 검출기(31)에 의해 검출된 배터리(19)의 출력 전압 및 제2 전압 검출기(37)에 의해 검출된 알터네이터(15)의 출력 전압을 기초로 여자 전류를 알터네이터(31)에 인가한다.
이하, 도 3을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 모터를 이용한 사륜구동 장치의 제어 방법을 구체적으로 설명한다.
제1 전압 검출기(31)에 의해 검출된 배터리(19)의 출력 전압은 제어부(29)로 전달되며, 제어부(29)는 배터리(19)의 출력 전압이 설정된 전압 이상인지 판단한다(S301).
상기 설정된 전압은 차량에 구비된 전기 장비의 정상적인 작동을 위한 최소 전압이며, 바람직하게는 12V 배터리(19)인 경우 11V로 설정된다.
배터리(19)의 검출된 출력 전압이 상기 설정된 전압 이상인 경우 상기 제어부(29)는 사륜구동 작동 조건을 판단한다(S303).
사륜구동 작동 조건은 회전수 검출기(33,35)에서 각각 검출된 전륜 축과 후륜 축의 회전 속도를 기초로 판단된다. 제어부(29)는 전륜 축과 후륜 축의 회전 속도 차가 설정된 속도 이상인 경우 사륜구동 작동 조건을 만족하는 것으로 판단한다.
사륜구동 작동 조건을 만족하는 경우, 제어부(29)는 제1 릴레이(21)를 온(on) 제어하고, 제2 릴레이(17)를 오프(off) 제어한다. 즉, 알터네이터(15)와 모터(23)의 접점을 연결하여 알터네이터(15)에서 생성된 전류를 모터(23)로 공급한다(S305).
이때, 상기 전륜 축과 후륜 축의 회전 속도차를 기초로 산출된 여자 전류가 알터네이터(15)로 인가되며, 모터(23)와 차동기어(27) 사이에 개재된 클러치(25)가 접속되어 구동력을 후륜 축으로 전달한다(S307).
바람직하게는, 여자전류를 인가하는 상기 제어부(29)는 펄스폭 변조 방식에 의해 상기 알터네이터(15)를 제어한다.
배터리(19)의 출력 전압이 설정된 전압 미만이거나, 사륜구동 작동 조건을 만족하지 못하는 경우에는, 상기 제어부(29)는 상기 알터네이터(15)에 여자 전류를 인가한다(S309). 이때, 제어부(29)는 펄스폭 변조 방식에 의해 알터네이터(15)를 제어하되, 초기 듀티값은 0으로 설정된다.
제어부(29)는 제2 전압 검출기(37)로부터 검출된 알터네이터(15)의 출력 전압이 제1 전압 검출기(31)로부터 검출된 배터리(19)의 출력 전압 이상인지를 판단한다(S311).
알터네이터(15)의 출력 전압이 배터리(11)의 출력 전압 미만인 경우, 상기 여자 전류를 인가하는 단계(S309)로 되돌아가, 듀티값을 증가시켜 여자 전류를 알터네이터(15)에 인가한다.
여자 전류를 알터네이터(19)로 인가시, 듀티값를 순차적으로 증가시킴으로써, 알터네이터(15)와 배터리(19)의 접점을 연결하는 경우, 양단의 전압차에 의한 과도한 발전 전류가 배터리(19)로 공급되는 것을 방지할 수 있다.
알터네이터(15)의 출력 전압 상승하여 배터리(19)의 출력 전압 이상인 경우, 상기 제어부(29)는 제1 릴레이(21)를 오프(off) 제어하고, 제2 릴레이(17)를 온(on) 제어하여, 알터네이터(15)에서 생성되는 전류를 배터리(19)로 공급하여 충전한다(S313).
상기 제어부(29)는 제1 전압 검출기에 의해 검출되는 배터리(19)의 출력 전압이 설정된 전압으로 유지되도록 피드백 제어한다(S315). 12V 배터리를 사용하는 경우 바람직하게는 상기 설정된 전압은 13V로 설정된다.
배터리 전압이 설정된 전압으로 제어된 후, 제어부(29)는 사륜구동 작동 조건을 판단한다(S317). 사륜구동 작동 조건을 판단하는 단계(S317)는 상기 전술한 사륜구동 작동 조건을 판단하는 단계(S303)와 동일한 방법으로 수행된다.
본 발명에 따른 모터를 이용한 사륜구동 장치 및 그 제어방법에 의하면, 사륜구동의 작동시에는 알터네이터에 의해 생성된 전류를 이용하여 후륜에 구동력을 제공하는 모터를 구동하고, 사륜구동 미작동시에는 하나의 상기 알터네이터에 의해 생성된 전류를 이용하여 차량에 구비된 배터리를 충전함으로써, 효율적인 사륜구동 장치를 제공한다.
또한, 상기 사륜구동 장치는 배터리 충전시 알터네이터의 출력 전압을 직접 제어하여 배터리로 인가함으로써 DC/DC 컨버터가 필요 없으며, 구조가 간단한 사륜구동 장치를 제공하며, 상기 사륜구동 장치의 사륜구동 작동시와 사륜구동 미작동시의 제어방법의 제어방법을 제공하여 모터의 구동과 배터리 충전을 하나의 알터네이터에 의해 수행한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터를 이용한 사륜구동 장치의 블록도;
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터를 이용한 사륜구동 장치의 제어 블록도; 및
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 사륜구동 장치의 제어 방법을 도시한 흐름도.

Claims (11)

  1. 엔진에 의해 전륜 축이 구동되는 차량의 사륜구동 장치에서,
    엔진의 출력측과 연결되어 전류를 생성하는 알터네이터;
    상기 알터네이터로부터 공급되는 전류에 구동되어 후륜 축을 구동하는 구동력을 제공하는 모터;
    상기 알터네이터로부터 공급되는 전류에 의해 충전되는 배터리;
    상기 알터네이터와 상기 모터의 접점을 스위칭하는 제1 릴레이; 및
    상기 알터네이터와 상기 배터리의 접점을 스위칭하는 제2 릴레이를 포함하되,
    상기 알터네이터에 의해 생성되는 전류는 상기 모터 또는 배터리로 선택적으로 공급되는 사륜구동 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 사륜구동 장치는 제어부를 더 포함하되,
    상기 제어부는,
    상기 모터 구동시 상기 제1 릴레이를 온 제어하고, 상기 제2 릴레이를 오프 제어하며,
    상기 배터리 충전시 상기 제1 릴레이를 오프 제어하고, 상기 제2 릴레이를 온 제어하는 것을 특징으로 하는 차량의 사륜구동 장치.
  3. 제2항에서,
    배터리 전압을 검출하는 제1 전압 검출부; 및
    알터네이터 전압을 검출하는 제2 전압 검출부를 더 포함하되,
    배터리 충전시 상기 제어부는 상기 배터리 전압과 알터네이터 전압 차를 기초로 상기 알터네이터의 여자 전류를 인가하는 것을 특징으로 하는 사륜구동 장치.
  4. 제3항에서,
    상기 알터네이터는 펄스폭 변조 방식에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 사륜구동 장치.
  5. 제4항에서,
    상기 알터네이터에 인가되는 여자 전류의 듀티값은 0으로 설정된 초기값으로부터 단계적으로 상승하는 것을 특징으로 하는 사륜구동 장치.
  6. 제2항에서,
    전륜 축의 회전속도를 검출하는 제1 속도 검출부; 및
    후륜 축의 회전속도를 검출하는 제2 속도 검출부를 더 포함하되,
    모터 구동시 상기 제어부는 상기 전륜 축의 회전수와 상기 후륜 축의 회전 속도 차를 기초로 상기 알터네이터로 여자 전류를 인가하는 것을 특징으로 하는 사륜구동 장치.
  7. 제6항에서,
    상기 알터네이터는 펄스폭 변조 방식에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 사륜구동 장치.
  8. 차량의 전륜 축을 구동하는 엔진의 출력측과 연결되어 전류를 생성하는 알터네이터; 상기 알터네이터로부터 공급되는 전류에 구동되어 후륜 축을 구동하기 위한 구동력을 제공하는 모터; 상기 알터네이터로부터 공급되는 전류에 의해 충전되는 배터리; 상기 알터네이터와 상기 모터의 접점을 스위칭하는 제1 릴레이; 및 상기 알터네이터와 상기 배터리의 접점을 스위칭하는 제2 릴레이를 포함하는 차량의 사륜구동 장치의 제어 방법에서,
    배터리 전압을 검출하여 검출된 배터리 전압이 설정된 전압 이상인지 판단하는 단계;
    검출된 배터리 전압이 설정된 전압 이상인 경우, 사륜구동 작동 조건을 판단하는 단계;
    사륜구동 작동 조건을 만족하는 경우, 상기 제1 릴레이를 온 제어하고, 상기 제2 릴레이를 오프 제어하는 단계;
    전/후륜의 속도차를 기초로 상기 알터네이터에 여자 전류를 인가하여 전류를 생성하는 단계; 및
    상기 알터네이터로부터 공급되는 전류에 의해 모터를 구동하여 후륜 축으로 구동력을 전달하는 단계를 포함하는 차량의 사륜구동 방법.
  9. 제8항에서,
    상기 사륜구동 작동 조건을 판단하는 단계는,
    전/후륜의 회전 속도를 검출하는 단계;
    검출된 상기 전/후륜의 회전 속도차를 계산하는 단계; 및
    상기 회전 속도차를 설정된 속도차와 비교하는 단계를 포함하되,
    상기 속도차가 설정된 속도차 이상이면 작동조건을 만족하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 차량의 사륜구동 방법.
  10. 제8항 또는 제9항에서,
    상기 검출된 배터리 전압이 최소 요구 전압 이상이지 판단하는 단계에서,
    상기 검출된 배터리 전압이 설정된 전압 미만인 경우,
    상기 알터네이터로 초기 듀티값이 0으로부터 순차적으로 상승하는 여자 전류를 인가하는 단계;
    알터네이터의 출력 전압을 검출하여, 상기 알터네이터 출력 전압이 상기 검출된 배터리 전압 이상인지 판단하는 단계;
    알터네이터 출력 전압이 상기 검출된 배터리 전압 이상인 경우, 상기 제1 릴레이를 오프 제어하고, 상기 제2 릴레이를 온 제어하는 단계; 및
    배터리 전압을 피드백 제어하여 설정된 정격 전압으로 유지하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 사륜구동 방법.
  11. 제8항 또는 제9항에서,
    상기 알터네이터로 초기 듀티값이 0으로부터 순차적으로 상승하는 여자 전류를 인가하는 단계;
    알터네이터의 출력 전압을 검출하여, 상기 알터네이터 출력 전압이 상기 검출된 배터리 전압 이상인지 판단하는 단계;
    알터네이터 출력 전압이 상기 검출된 배터리 전압 이상인 경우, 상기 제1 릴레이를 오프 제어하고, 상기 제2 릴레이를 온 제어하는 단계; 및
    배터리 전압을 피드백 제어하여 설정된 정격 전압으로 유지하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 사륜구동 방법.
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