KR20050040778A - 차량 구동력 제어 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 일반적으로 전륜 또는 후륜이 엔진에 의해 구동되고 부 구동륜이 전기 모터에 연결되어 이에 의해 구동되는 차량 구동력 제어 장치에 관한 것이다. 본 발명의 차량 구동력 제어 장치는, 주 구동륜을 구동하도록 배열 및 구성된 주 구동원과, 부 구동륜을 구동하도록 배열 및 구성된 전기 모터와, 전기 모터와 부 구동륜 사이의 토크 전달 경로 중에 설치되고, 전기 모터를 부 구동륜으로 및 그로부터 선택적으로 연결 및 분리시키도록 구성 및 배열된 연결 장치와, 전기 모터가 연결 장치에 의해 부 구동륜으로부터 분리된 직후에 전기 모터를 제동하도록 배열 및 구성된 제동 장치를 포함한다.

Description

차량 구동력 제어 장치{VEHICLE DRIVE FORCE CONTROL APPARATUS}
본 발명은 일반적으로 전륜 또는 후륜이 엔진에 의해 구동되고 부 구동륜이 전기 모터에 연결되어 이에 의해 구동되는 차량 구동력 제어 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 본 발명은 엔진에 의해 구동되는 주 구동륜과 전기 모터에 의해 제동 및 구동될 수 있는 부 구동륜을 갖는 4륜 구동 차량에 적합하다.
전륜(이하 "주 구동륜"으로도 지칭됨)이 엔진에 의해 구동되고 후륜(이하 "부 구동륜"으로도 지칭됨)이 보조 방식으로 전기 모터에 의해 구동되는 소위 모터 구동형 4륜 구동 차량의 일예가 일본 특허 공개 공보 제2001-253256호에 개시되어 있다. 상기 공보에 개시된 차량은 후륜들과 전기 모터 사이에 설치된 클러치(연결 장치)가 차량의 주행 속도가 소정치에 도달하거나 초과할 때 해제됨으로써, 전기 모터가 최대 허용 회전 속도를 초과하는 속도로 회전하는 것을 방지하도록 설계된다.
상기와 같은 견지에서, 본 명세서로부터 당해 분야의 숙련자라면 개선된 구동력 제어 장치가 필요함을 분명히 알 수 있을 것이다. 본 발명은 다른 필요성뿐 아니라 당해 분야의 이러한 요구에 역점을 둔 것으로서, 당해 분야의 숙련자라면 본 명세서로부터 분명히 알게 될 것이다.
예를 들어, 전기 모터와 부 구동륜들 사이의 클러치가 차량의 가속 중에 해제되는 습식 마찰 클러치이면, 클러치에 충전된 작동 유체의 점도는 전기 모터가 동시 회전(co-rotation)하게 하고 전기 모터의 회전 속도가 증가하게 하는 것을 발견하였다. 일반적으로, 작동 유체의 점도는 온도가 감소함에 따라 증가하고, 이에 따라 작동 유체의 온도가 감소하면서 동시 회전의 문제점이 더욱 지배적이게 된다. 전기 모터의 회전 속도가 클러치가 해제된 후의 동시 회전으로 인해 증가하게 될 상황에서, 클러치는 전기 모터의 회전 속도가 전기 모터의 최대 허용 회전 속도 미만일 때 해제되어야 한다. 결과적으로, 4륜 구동이 사용될 수 있는 차량 주행 속도 범위가 좁게 된다.
본 발명은 이러한 문제점들을 해결하기 위해서 개발되었다. 본 발명의 하나의 목적은 전기 모터의 동시 회전을 방지함으로써 4륜 구동이 사용될 수 있는 주행 속도 범위를 확대시킬 수 있는 4륜 구동 차량을 제공하는 것이다.
이상으로부터, 주 구동원, 전기 모터, 연결 장치 및 제동 장치를 기본적으로 포함하는 차량 구동력 제어 장치가 제공된다. 주 구동원은 주 구동륜을 구동시키도록 구성 및 배열된다. 전기 모터는 부 구동륜을 구동시키도록 구성 및 배열된다. 부 구동륜은 전기 모터에 의해 구동되도록 구성 및 배열된다. 연결 장치는 전기 모터와 부 구동륜 사이의 토크 전달 경로 중에 설치된다. 연결 장치는 전기 모터를 부 구동륜에 선택적으로 연결 또는 분리시키도록 구성 및 배열된다. 제동 장치는 전기 모터가 연결 장치에 의해 부 구동륜으로부터 분리된 직후에 전기 모터를 제공하도록 배열 및 구성된다.
본 발명의 상기 및 다른 목적, 특징, 태양 및 이점들은, 당해 분야의 숙련자라면 첨부된 도면들과 연계하여 본 발명의 양호한 실시예를 개시한 다음의 상세한 설명으로부터 자명할 것이다.
이하 본 최초 기재사항의 일부를 구성하는 첨부된 도면들을 참조하기로 한다.
이하 본 발명의 선택된 실시예들을 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 당해 분야의 숙련자라면 본 명세서로부터 본 발명의 실시예들에 관한 다음의 설명이 단지 설명을 위한 것일 뿐 첨부된 특허청구범위에 정의된 본 발명 및 그 균등물을 제한하는 목적이 아님을 분명히 알 수 있을 것이다.
제1 실시예
우선 도1 내지 도8을 참조하여, 이하 본 발명의 제1 실시예에 따른 차량 구동력 제어 장치를 설명하기로 한다. 도1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 차량 구동력 제어 장치가 설치된 4륜 구동 차량이 개략적으로 도시되었다. 도1에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 차량은 내연 기관 또는 주 구동원(2)에 의해 구동되는 좌우측 전륜(1L, 1R)과, 양호하게는 직류(DC) 전기 모터인 전기 모터 또는 부 구동원(4)에 의해 구동되는 좌우측 후륜(3L, 3R)을 갖는다. 따라서, 전륜(1L, 1R)은 주 구동륜으로 작용하고, 후륜(3L, 3R)은 부 구동륜으로 작용한다. 엔진(2)의 출력 토크(Te)는 변속기(5a)와 차동 기어(5b)를 통과한 후에 좌우측 전륜(1L, 1R)에 전달된다. 무한 구동 벨트(6)는 동력을 내연 기관(2)으로부터 발전기(7)로 전달하는데, 이는 전기 에너지를 전기 모터(4)에 공급한다. 엔진(2)의 출력 토크(Te) 부분은 무한 구동 벨트(6)에 의해 발전기(7)로 전달된다. 바꿔 말하면, 발전기(7)는 회전 속도(Nh)로 회전되는데, 이는 내연 기관(2)의 회전 속도(Ne)에 무한 구동 벨트(6)의 풀리 비(pulley ratio)를 곱함으로써 얻어진다.
변속기(5a)에는 변속기(5a)의 현재 변속단 또는 기어 위치를 감지하도록 구성된 변속 또는 기어 위치 검출 장치(5c)(기어 비 검출 장치)가 구비된다. 변속 위치 검출 장치(5c)는 검출된 변속 위치를 나타내는 신호를 4WD 제어기(8)로 보낸다. 변속기(5a)는 변속기 제어 유닛(도면에 도시되지 않음)으로부터의 변속 명령에 응답하여 기어 변속을 수행한다. 변속기 제어 유닛은 차량 속도 및 가속기 위치에 기초한 변속기의 변속 스케쥴을 나타내는 정보를 수용한 표 등을 보유한다. 차량이 현재 차량 속도 및 가속기 위치에 기초하여 변속점을 통과하게 될 것으로 판단하면, 변속기 제어 유닛은 변속 명령을 변속기에 발생시킨다.
발전기(7)는 내연 기관(2)의 회전 속도(Ne)와 무한 구동 벨트(6)의 풀리 비의 곱에 해당하는 회전 속도(Nh)로 회전시킨다. 발전기의 전계 전류로 인해 발전기에 의해 내연 기관(2)에 부여되는 부하(토크)는 부하 토크에 해당하는 전압을 발생시키도록 4WD 제어기에 의해 조정된다. 발전기(7)에 의해 발생되는 전압은 전선(9)을 통해 전기 모터(4)로 공급될 수 있다. 접속 상자(10)가 전기 모터(4)와 발전기(7) 사이의 전선 내 중간 지점에 구비된다. 전기 모터(4)의 구동축은 종래의 방식으로 감속 기어(11), 클러치(12) 및 차동 기어(13)를 매개로 후륜(3L, 3R)에 연결될 수 있다.
이하에 설명된 바와 같이, 본 발명에 따른 4륜 구동 차량은 클러치 또는 다른 연결 장치(12)가 전기 모터(4)를 부 구동륜(3L, 3R)으로부터 분리시킨 직후에 전기 모터(4)가 제동되어, 전기 모터(4)의 동시 회전이 방지되고 4륜 구동이 사용될 수 있는 주행 속도 범위가 확대되도록 구성된다.
내연 기관(2)은 주 스로틀 밸브(15)와 부 스로틀 밸브(16)를 포함하는 공기 흡입 통로(14)(예를 들어, 흡기 다기관)를 갖는다. 주 스로틀 밸브(15)의 스로틀 개도는 가속기 페달(17)의 눌림 정도에 따라 조정/제어되는데, 이는 또한 가속기 위치 검출 장치 또는 센서, 또는 스로틀 개도 지시 장치 또는 센서로서 기능하거나 이를 구성한다. 주 스로틀 밸브(15)의 스로틀 개도를 조정하기 위해, 주 스로틀 밸브(15)는 가속기 페달(17)의 눌림 정도에 기계적으로 연결되거나, 가속기 페달(17)의 눌림 정도 또는 주 스로틀 밸브(15)의 개도를 검출하는 가속기 센서(29)로부터의 눌림 정도 검출값에 따라 엔진 제어기(18)에 의해 전기적으로 조절/제어된다. 가속기 센서(29)로부터의 눌림 정도 검출값은 제어 신호로서 4WD 제어기(8)에 출력된다. 가속기 센서(29)는 가속 또는 스로틀 검출 장치 또는 센서를 구성한다. 이리하여, 본 명세서에 사용된 "가속기 위치 개도"라는 문구는 주 스로틀 밸브(15)의 스로틀 개도 또는 가속기 페달(17) 또는 유사한 가속기 장치의 눌림 정도를 나타낸다.
부 스로틀 밸브(16)는 스로틀 개도를 조절하기 위한 액추에이터로서 스텝퍼 모터(19)를 사용한다. 구체적으로, 부 스로틀 밸브(16)의 스로틀 개도는 스텝퍼 모터(19)의 회전각에 의해 조절/제어되는데, 회전각은 스텝 수에 대응한다. 스텝퍼 모터(19)의 회전 각도는 모터 제어기(20)로부터의 구동 신호에 의해 조절/제어된다. 부 스로틀 밸브(16)에는 도2에 도시된 스로틀 센서(19a)가 구비된다. 스텝퍼 모터(19)의 스텝 수는 스로틀 센서(19a)에 의해 검출되는 스로틀 개도 검출값에 기초하여 피드백 제어된다. 내연 기관(2)의 출력 토크는 주 스로틀 밸브(15)의 스로틀 개도보다 작도록 부 스로틀 밸브(16)의 스로틀 개도를 조절함으로써 가속기 페달(17)의 운전자 작동과는 무관하게 제어(감소)될 수 있다.
차량 구동력 제어 장치에는 또한 내연 기관(2)의 회전 속도(Ne)를 검출하는 엔진 회전 속도 센서(21)가 설치된다. 엔진 회전 속도 센서(21)는 엔진 회전 속도(Ne)를 나타내는 제어 신호를 엔진 제어기(18)와 4WD 제어기(8) 모두에 출력한다.
도2에 도시된 바와 같이, 발전기(7)에는 출력 전압(V)을 조정하기 위한 전압 조정기(22)(조절기)가 설치된다. 4WD 제어기(8)는 발전기 제어 명령값(c1)(듀티 비 또는 전계 전류값)을 제어하는 것과 같이 전계 전류(Ifh)를 조정함으로써 내연 기관(2)에 대하여 발전기 부하 토크(Th)와 발전 전압(V)을 제어한다. 바꿔 말하면, 예를 들어, 4WD 제어기(8)로부터 발생된 발전기 제어 명령값(c1)(듀티비)에 기초하여, 전압 조정기(22)가 발전기(7)의 전계 전류(Ifh)를 제어함으로써 발전기(7)에 의해 엔진(2)에 부과되는 발전기 부하 토크(Th)와 발전기(7)에 의해 발전된 출력 전압(V)을 제어한다. 요약하면, 전압 조정기(22)는 4WD 제어기(8)로부터 발전기 제어 명령값(c1)(듀티 비 또는 전계 전류값)을 받아서 발전기 제어 명령값(c1)에 해당하는 값으로 발전기(7)의 전계 전류(Ifh)를 조정한다. 전압 조정기(22)는 또한 발전기(7)의 출력 전압(V)을 검출한 후에 검출된 전압값을 4WD 제어기(8)에 출력하도록 구성 및 배열된다. 이런 배열은 발전기 출력 전압 조절 섹션을 구성한다. 추가로, 발전기(7)의 회전 속도(Nh)는 내연 기관(2)의 회전 속도(Ne)와 무한 구동 벨트(6)의 풀리 비에 기초하여 연산될 수 있다.
전류 센서(23)는 접속 상자(10) 내에 구비된다. 전류 센서(23)는 발전기(7)로부터 전기 모터(4)로 공급되는 전력의 전류값(Ia)을 검출하고 검출된 전기자 전류 신호를 4WD 제어기(8)에 출력한다. 전선(9)을 통해 흐르는 전압값은 4WD 제어기(8)에 의해 검출되어 전기 모터(4)를 통한 전압을 나타내는 제어 신호를 생성한다. 릴레이(24)는 4WD 제어기(8)로부터의 제어 명령에 따라 전기 모터(4)로 공급되는 전압(전류)을 차단 또는 연결한다. 릴레이는 오프 상태일 때 모터(4)가 접지, 즉 단락되도록 구성된다.
4WD 제어기(8)로부터의 제어 명령은 전기 모터(4)의 구동 토크를 목표 모터 토크(Tm)로 조정하도록 전기 모터(4)의 전계 전류(Ifm)를 제어한다. 바꿔 말하면, 4WD 제어기(8)에 의한 전계 전류(Ifm)의 조정은 전기 모터(4)의 구동 토크(Tm)를 목표 모터 토크로 조정한다. 서미스터(25)가 전기 모터(4)의 브러시 온도를 측정하여 4WD 제어기(8)로 출력되는 전기 모터(4)의 온도를 나타내는 제어 신호를 생성한다.
차량 구동력 제어 장치에는 또한 전기 모터(4)의 구동축의 회전 속도(Nm)를 검출하는 모터 회전 속도 장치 또는 센서(26)가 설치된다. 모터 회전 속도 센서(26)는 전기 모터(4)의 검출 회전 속도를 나타내는 제어 신호를 4WD 제어기(8)로 출력한다. 모터 회전 속도 센서(26)는 입력축 회전 속도 검출기 또는 클러치(12) 센서를 구성한다.
클러치(12)는 유압 클러치와 같은 습식 마찰 클러치로서, 4WD 제어기(8)로부터 발생되는 명령에 따라 고정(연결) 및 해제(분리)시키도록 구성된다. 온도 센서(40)가 클러치(12) 내에 설치되어 클러치(12) 내의 작동 유체의 온도를 검출하기 위한 작동 유체 온도 검출 장치로서의 역할을 한다.
차륜(1L, 1R, 3L, 3R)에는 차륜 속도 센서(27FL, 27FR, 27RL, 27RR)가 각각 구비된다. 각 속도 센서(27FL, 27FR, 27RL, 27RR)는 각 차륜(1L, 1R, 3L, 3R)의 회전 속도에 대응하는 펄스 신호를 4WD 제어기에 출력한다. 각각의 펄스 신호는 각 차륜(1L, 1R, 3L, 3R)의 회전 속도를 각각 나타내는 차륜 속도 검출값으로서 작용한다. 차륜 속도 센서(27RL, 27RR)는 출력축 회전 속도 검출기 또는 클러치(12) 센서를 구성한다.
도3에 도시된 바와 같이, 4WD 제어기(8)에는 발전기 제어 유닛 또는 제어부(8A), 릴레이 제어 유닛 또는 제어부(8B), 모터 제어 유닛 또는 제어부(8C), 클러치 제어 유닛 또는 제어부(8D), 잉여 토크 연산 유닛 또는 연산부(8E), 목표 토크 제한 유닛 또는 제한부(8F), 잉여 토크 변환 유닛 또는 변환부(8G) 및 4륜 구동 종료 처리 유닛 또는 처리부(8H)가 설치된다.
4WD 제어기(8)는 양호하게는 내연 기관(2)에 의해 좌우측 전륜(1L, 1R)에 인가되는 토크와 이하에 논의된 바와 같이 전기 모터(4)에 의해 좌우측 후륜(3L, 3R)에 인가되는 토크를 제어하도록 내연 기관(2)과 전기 모터(4)에 작동식으로 결합되는 4WD 제어 프로그램을 갖춘 마이크로컴퓨터를 포함하는 제어 유닛이다. 4WD 제어기(8)는 또한 입력 인터페이스 회로, 출력 인터페이스 회로, ROM(Read Only Memory) 장치 및 RAM(Random Access Memory) 장치와 같은 저장 장치와 같은 다른 종래의 구성 요소들을 포함할 수 있다. 메모리 회로는 처리 결과와 제어 프로그램을 저장한다. 4WD 제어기(8)의 RAM은 작업 플랙의 상태들 및 제어 프로그램의 다양한 제어 데이터를 저장한다. 4WD 제어기(8)의 ROM은 제어 프로그램의 다양한 작업들을 저장한다. 4WD 제어기(8)는 제어 프로그램에 따른 구동력 제어 장치의 임의의 성분들을 선택적으로 제어할 수 있다. 본 명세서로부터 당해 분야의 숙련자는 4WD 제어기(8)의 정밀한 구조 및 알고리즘은 본 발명의 기능을 수행하는 하드웨어와 소프트웨어의 임의의 조합일 수 있음을 잘 알 수 있을 것이다. 다시 말해서, 특허청구범위에 사용되는 바와 같은 "기능-수단" 청구항은 "기능-수단" 청구항의 기능을 수행하는 데에 활용될 수 있는 하드웨어 및/또는 알고리즘 또는 소프트웨어를 포함한 임의의 구조를 포함하며, 그것으로 한정되지 않아야 한다. 또한, 특허청구범위에 사용되는 용어 "장치" 및 "부"는 임의의 구조, 즉 하드웨어 단독, 소프트웨어 단독 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 조합을 포함해야 한다.
발전기 제어부(8A)는 전기 발전기(7)의 출력 전압을 감시하기 위해 전압 조정기(22)를 사용한다. 이리하여, 발전기 제어부(8A)는 발전기 명령값(c1)에 따라 전계 전류(Ifh)를 조정하기 위해서 발전기(7)의 발전기 제어 명령값(c1)을 출력하도록 구성된다. 다시 말해서, 발전기 제어부(8A)는 소정 출력 전압(V)을 얻기 위한 방식으로 전기 발전기(7)의 전계 전류(Ifh)를 조정한다.
릴레이 제어부(8B)는 발전기(7)로부터 공급되는 전력을 전기 모터(4)로부터 차단 또는 연결시키는 것을 제어(연결 및 분리)한다. 요약하면, 모터(4)를 구동 상태와 비구동 상태 사이에서 절환하는 기능을 한다.
모니터 제어부(8C)는 전기 모터(4)의 전계 전류(Ifm)를 조정함으로써 전기 모터(4)의 토크를 요구 소정 값으로 조정한다.
클러치 제어부(8D)는 클러치 제어 명령을 클러치(12)에 출력함으로써 클러치(12)의 상태를 제어한다. 바꿔 말하면, 클러치 제어부(8D)는 차량이 4륜 구동 모드인 것으로 결정되면 클러치(12)를 맞물린(연결된) 상태로 작동시킨다.
다양한 입력 신호에 기초하여, 잉여 토크 연산부(8E), 목표 토크 제한부(8F) 및 잉여 토크 변환부(8G)는 도4에 도시된 바와 같은 소정의 샘플링 시간을 따라 그들 각각의 처리 절차들을 연속하여(즉, 우선 8E, 그런 다음 8G, 다시 8E 등) 수행한다.
이하 도5를 참조하여 잉여 토크 연산부(8E)에 의해 수행되는 처리 절차를 설명하기로 한다.
우선, 단계 S10에서, 잉여 토크 연산부(8E)는 미끄러짐 속도 또는 속력(ΔVF)을 연산하는데, 이는 전륜(1L, 1R)의 가속 미끄러짐의 양이다. 특히, 평균 차륜 속도는 차륜 속도 센서(27FL, 27FR, 27RL, 27RR)로부터의 신호에 기초하여 연산된다. 잉여 토크 연산부(8E)는 미끄러짐 속도 또는 속력(ΔVF)을 구하기 위해서 전륜(1L, 1R)(주 구동륜)의 차륜 속도로부터 후륜(3L, 3R)(부 구동륜)의 평균 차륜 속도를 제한다.
이하 미끄러짐 속도(ΔVF)를 어떻게 연산하는지의 예를 제시하기로 한다.
우선, 평균 전륜 속력(VWf)(전륜(1L, 1R)의 좌우측 차륜 속력의 평균)과 평균 후륜 속력(VWr)(후륜(3L, 3R)의 좌우측 차륜 속력의 평균)은 다음 두 수학식 1 및 2를 사용하여 계산된다.
[수학식 1]
VWf = (VWfl + VWfr)/2
[수학식 2]
VWr = (VWrl + VWrr)/2
다음은, 전륜 또는 주 구동륜(1L, 1R)의 미끄러짐 속력(가속 미끄러짐 양)(ΔVF)는 다음의 수학식 3을 사용하여 평균 전륜 속력(VWf)과 평균 후륜 속력(VWr ) 간의 차이에 의해 계산된다.
[수학식 3]
ΔVF = VWf - VWr
그런 다음, 4WD 제어기(8)는 단계(S20)로 진행한다.
단계(S20)에서, 4WD 제어기(8)의 잉여 토크 연산부(8E)는 계산된 미끄러짐 속도(ΔVF)가 0(zero)과 같은 소정 값을 초과하는지 여부를 결정한다. 이리하여, 단계(S10, S20)는 내연 기관(2)에 의해 구동되는 전륜(1L, 1R) 내에서 가속 미끄러짐이 발생하는지를 평가하는 가속 미끄러짐 검출부를 구성한다. 미끄러짐 속도(ΔVF)가 0 또는 그 이하인 것으로 결정되면, 전륜(1L, 1R)은 가속 미끄러짐을 경험하지 않는 것으로 평가하며 4WD 제어기(8)는 단계(S30)로 진행하는데, 여기서 목표 발전기 부하 토크(Th)는 0으로 설정되고 4WD 제어기(8)의 잉여 토크 연산부(8E)는 제어 루프의 시작으로 복귀하며, 4WD 제어기(8)는 메인 프로그램으로 복귀한다.
반대로, 단계(S20)에서, 미끄러짐 속도(ΔVF)가 0보다 큰 것으로 결정되면, 잉여 토크 연산부(8E)는 전륜(1L, 1R)이 가속 미끄러짐을 경험하는 것으로 평가하여, 제어부는 단계(S40)로 진행한다.
단계(S40)에서, 잉여 토크 연산부(8E)는 전륜(1L, 1R)의 가속 미끄러짐을 억제하기 위해서 흡수되어야 하는 토크양(TΔVF)을 계산한다. 다시 말해, 흡수 토크(TΔVF)는 가속 미끄러짐양에 비례하는 양이다. 흡수 토크(TΔVF)는 다음의 수학식 4를 사용하여 계산된다.
[수학식 4]
TΔVF = K1 × ΔVF
여기서, K1은 실험 등을 통해 구한 이득(gain)이다.
그런 다음, 4WD 제어기(8)의 잉여 토크 연산부(8E)는 단계(S50)로 진행한다.
단계(S50)에서, 발전기(7)의 전류 부하 토크(TG)는 다음의 수학식 5에 기초하여 잉여 토크 연산부(8E)에 의해 연산되고, 그런 다음 잉여 토크 연산부(8E)는 단계(S60)로 진행한다.
[수학식 5]
여기서, V : 발전기(7)의 전압
Ia: 발전기(7)의 전기자 전류
Nh: 발전기(7)의 회전 속도
K3: 효율
K2: 계수
단계(S60)에서, 잉여 토크 연산부(8E)는 잉여 토크, 즉 전기 발전기(7)에 의해 부여하고자 하는 목표 발전기 부하 토크(Th)를 계산한다. 예를 들어, 목표 발전기 부하 토크(Th)는 후술된 수학식 6에 기초하여 구하며, 4WD 제어기(8)는 제어 루프의 시작으로 복귀한다.
[수학식 6]
Th = TG ＋ TΔVF
다음은, 목표 토크(제어) 제한부(8F)에 의해 수행되는 처리를 도6에 기초하여 설명하기로 한다. 도6의 흐름도에서 목표 발전기 부하 토크(Th)의 처리는, 가속 미끄러짐 검출부가 구동륜에서 가속 미끄러짐의 발생을 판단한 때, 발전기(7)의 발전 부하 토크(7)가 구동륜의 가속 미끄러짐 양에 대체로 대응하게 제어하도록 구성된 발전기 제어부를 구성한다.
우선, 단계(S200)에서, 4WD 제어기(8)의 목표 토크 제한부(8F)는 목표 발전기 부하 토크(Th)가 발전기(7)의 최대 부하 용량(HQ)보다 큰지 여부를 판단한다. 목표 토크 제한부(8F)는 목표 발전기 부하 토크(Th)가 발전기(7)의 최대 부하 용량(HQ) 이하인 것으로 결정하면 목표 토크 제한부(8F)는 처리를 반복하기 위해서 제어 프로그램의 시작으로 진행한다. 반대로, 목표 발전기 부하 토크(Th)가 발전기(7)의 최대 부하 용량(HQ)보다 큰 것으로 4WD 제어기(8)가 판단하면 목표 토크 제한부(8F)는 단계(S210)로 진행한다.
단계(S210)에서, 목표 토크 제한부(8F)는 잉여 토크(VTb)를 계산하는데, 이는 목표 발전기 부하 토크(Th)가 최대 부하 토크(HQ)를 초과하는 양이다. 잉여 토크(ΔTb)는 다음의 수학식 7에 따라 계산될 수 있다.
[수학식 7]
ΔTb = Th - HQ
그런 다음, 목표 토크 제한부(8F)는 단계(S220)로 진행한다.
단계(S220)에서, 목표 토크 제한부(8F)는 현재 엔진 토크(Te)를 계산한다. 예를 들어, 현재 엔진 토크(Te)는 엔진 토크 연산 맵을 사용하여 스로틀 센서(19a)와 엔진 회전 속력 센서(21)들로부터의 신호에 기초하여 연산된다. 그런 다음, 4WD 제어기(8)는 단계(S230)로 진행한다.
단계(S230)에서, 목표 토크 제한부(8F)는 엔진 토크 상한값(TeM)을 연산한다. 엔진 토크 상한값(TeM)은 다음의 수학식 8에 기술된 바와 같이 엔진 토크(Te)로부터 잉여 토크(ΔTb)를 뺌으로써 계산된다.
[수학식 8]
TeM = Te - ΔTb
엔진 토크 상한값(TeM)이 엔진 제어기(18)에 출력된 후에, 목표 토크 제한부(8F)는 단계(S240)로 진행한다.
여기서, 엔진 제어기(18)는 목표 토크 제한부(8F)로부터 받은 엔진 토크 상한값(TeM)이 운전자에 의한 가속기 페달(17)의 작동과는 무관하게 엔진 토크(Te)의 상한값이 되게 하는 방식으로 엔진 토크(Te)를 제한한다.
단계(S240)에서, 목표 토크 제한부(8F)는 목표 발전기 부하 토크(Th)와 4WD 제어기(8)가 메인 프로그램으로 복귀하면 최대 부하 용량(HQ)을 대체한다.
단계(S240)에서, 목표 토크 제한부(8F)는 최대 부하 용량(HQ)을 목표 발전기 부하 토크(Th)로 대체한다. 다시 말해서, 최대 부하 용량(HQ)이 목표 발전 부하 토크(Th)로서 할당되고, 그런 다음 목표 토크 제한부(8F)는 제어 루프의 시작으로 복귀하고 4WD 제어기(8)는 메인 프로그램으로 복귀한다.
다음은, 잉여 토크 변환부(8G)에 의해 수행되는 처리 과정을 도7에 기초하여 설명하기로 한다.
우선, 단계(S300)에서, 4WD 제어기(8)의 잉여 토크 변환부(8G)는 목표 발전기 부하 토크(Th)가 0 이상인지를 결정한다. 목표 발전기 부하 토크(Th)가 0 이상인 것으로 결정하면, 전륜(1L, 1R)이 가속 미끄러짐을 경험하기 때문에 잉여 토크 변환부(8G)의 프로그램은 단계(S310)로 진행한다. 잉여 토크 변환부(8G)는 목표 발전기 부하 토크(Th)가 0 이하인지 여부를 결정하고, 그런 다음 잉여 토크 변환부(8G)는 전륜(1L, 1R)이 가속 미끄러짐을 경험하지 않기 때문에 제어 루프의 시작으로 복귀하거나, 모터(4)가 모터(4) 최대 허용 회전 속력을 초과하는 회전 속도로 회전하게 될 주행 속도이므로, 4WD 제어기(8)는 잉여 토크 변환부(8G)의 추가 단계들을 수행하지 않고 메인 프로그램으로 복귀하게 된다. 따라서, 차량은 2륜 구동 모드를 유지하게 된다.
단계(S310)에서, 잉여 토크 변환부(8G)는 모터 회전 속력 센서(26)에 의해 검출된 전기 모터(4)의 회전 속도(Nm)를 판독한다. 전기 모터(4)의 회전 속도(Nm)에 해당하는 목표 모터 전계 전류(Ifmt)가 연산된다. 그런 다음, 잉여 토크 변환부(8G)는 잉여 토크 변환부(8G)가 단계(S320)로 진행하기 전에 계산된 목표 모터 전계 전류(Ifmt)를 모터 제어부(8C)로 보낸다.
목표 모터 전계 전류(Ifmt)는 회전 속도(Nm)가 소정 회전 속도 미만이기만 하면 전기 모터(4)의 회전 속도에 대하여 고정 전류값으로 유지된다. 회전 속도(Nm)가 소정 회전 속도를 초과하면, 전기 모터(4)의 전계 전류(Ifm)는 주지의 약전계 제어 방법(weak field control method)을 사용하여 감소된다. 보다 구체적으로, 전기 모터(4)의 회전 속도가 높아지면, 모터 유도 전압(E)이 증가하고 모터 토크가 감소한다. 이리하여, 전기 모터(4)의 회전 속도가 소정 값을 초과하면, 전기 모터(4)의 전계 전류(Ifmt)는 유도 전압(E)을 줄이기 위해서 감소되며, 이로써 모터(4)로의 전류를 증가시켜서 소정 모터 토크(Tm)를 얻게 된다. 그 결과, 전기 모터(4)의 회전 속도가 높아지더라도, 유도 전압(E)이 증가하는 것을 막아서 모터 토크가 감소하는 것을 막기 때문에 소정 토크(Tm)를 얻을 수 있다. 모터 전계 전류(Ifmt)는 2개의 단계, 즉 소정 회전 속도 미만의 회전 속도에 대한 하나의 전계 전류와, 소정 회전 속도 이상의 회전 속도에 대한 다른 전계 전류로 제어되므로, 전계 전류가 연속 방식으로 제어되는 경우에 비해서 전자 회로의 비용이 절감될 수 있다.
전기 모터(4)의 회전 속도(Nm)에 따라 전계 전류(Ifmt)를 조정함으로써 모터 토크(Tm)를 연속 방식으로 수정하는 모터 토크 수정 장치를 제공할 수도 있다. 다시 말해서, 2단계 방식이 아닌 모터 회전 속도(Nm)에 따라 연속 방식으로 전기 모터(4)의 전계 전류(Ifmt)를 조정할 수 있다. 여기서 다시, 전기 모터(4)의 회전 속도가 높으면, 전기 모터(4)의 유도 전압(E)이 증가하지 못하게 하여 모터 토크가 감소하는 것을 막기 때문에 요구 모터 토크(Tm)를 얻을 수 있다. 이러한 방법은 매끄러운 모터 토크 특성을 제공하며 이로써 차량이 2단계 제어의 경우보다 더욱 안정적인 방식으로 주행될 수 있게 하며 모터가 항상 효율적인 상태로 구동될 수 있게 한다.
단계(S320)에서, 잉여 토크 변환부(8G)는 목표 모터 전계 전류(Ifm)와 모터 회전 속도(Nm)에 기초하여 유도 전압(E)을 계산하고 단계(S330)로 진행한다.
단계(S330)에서, 잉여 토크 변환부(8G)는 잉여 토크 연산부(8E)에 의해 연산된 발전기 부하 토크(Th)에 대응하는 목표 모터 토크(Tm)를 계산한다.
단계(S340)에서, 잉여 토크 변환부(8G)는 목표 모터 토크(Tm)와 목표 모터 전계 전류(Ifm)에 해당하는 목표 전기자 전류(Ia)를 연산하고 단계(S350)로 진행한다.
단계(S350)에서, 잉여 토크 변환부(8G)는 다음의 수학식 9를 사용하여 목표 전기자 전류(Ia), 저항(R) 및 유도 전압(E)에 기초하여 전기 발전기(7)의 목표 전압(V)을 계산한다.
[수학식 9]
V = Ia × R ＋ E
저항(R)은 모터의 전선(9)과 코일의 저항이다.
그런 다음 잉여 토크 변환부(8G)는 전기 발전기(7)의 계산된 목표 전압(V)을 발전기 제어부(8A)로 보내며 4WD 제어기(8)는 메인 프로그램으로 복귀한다.
본 실시예에서는 목표 발전기 부하 토크(Th)를 얻는 데 필요한 전기 발전기(7)의 목표 전압(V)을 계산할 때 잉여 토크 변환부(8G)가 모터(4)의 제어를 고려하고 있지만, 목표 발전기 부하 토크(Th)로부터 직접 목표 전압값(V)을 계산하는 것도 가능하다.
이하 클러치 제어부(8D)에 의해 수행되는 처리 순서를 도8을 참조하여 설명하기로 한다.
단계(S410)에서, 클러치 제어부(D)는 목표 발전기 부하 토크(Th)가 0 이상인지를 결정한다. 목표 발전기 부하 토크(Th)가 0을 초과하면, 클러치 제어부(D)는 전륜(1L, 1R)이 미끄러지고 있는 것으로, 즉 4개의 차륜 구동을 위한 조건이 만족되는 것으로 판단하여, 단계(S420)로 진행한다. 한편, 목표 발전기 부하 토크(Th)가 0 이하이면, 클러치 제어부(D)는 전륜(1L, 1R)이 미끄러지지 않는 것으로, 즉 차량이 2개 차륜 구동 상태인 것으로 판단하여, 단계(S450)로 진행한다.
차량이 정지 상태에서 4륜 구동 모드 움직이기 시작한 후에, 전륜(1L, 1R)이 가속 미끄러짐을 경험하는 것을 멈추게 되는 시점, 즉 목표 발전기 부하 토크(Th)가 0이 되는 시점은 도로면의 마찰 계수(μ) 및 가속기 위치와 같은 인자들에 따라 차이가 있을 수 있다. 보다 구체적으로, 노면의 마찰 계수(μ)가 크면, 전륜(1L, 1R)의 가속은 낮은 차량 주행 속도 범위 내에서만 일어날 것이다. 마찬가지로, 가속기 페달의 눌림 정도가 작은 경우에는 가속 미끄러짐이 발생하기 어렵다. 따라서, 차량이 4륜 구동에서 2륜 구동으로 바뀌는 시점은 차량의 주행 상태에 따라 차이가 있다. 보다 구체적으로, 차량이 4륜 구동에서 2륜 구동으로 바뀌는 주행 속도 또는 모터 회전 속도는 차량의 주행 상태에 따라 차이가 있다.
단계(S420)에서, 클러치 제어부(8D)는 클러치를 분리시키기 위한 조건이 만족되는지를 결정한다. 만약 그렇다면, 클러치 제어부(D)는 단계(S450)로 진행한다. 그렇지 않은 경우에는, 클러치 제어부(D)는 단계(S430)로 진행한다. 클러치 분리 조건이 만족되는지에 관한 결정이 현재 모터 회전 속도(Nm)가 30 ㎞/h와 같은 차량 속력값에 해당하는 기준 속력(VC) 미만인지를 결정함으로써 수행된다. 현재 모터 회전 속도(Nm)가 기준 속도(VC) 이상이면, 클러치 제어부(8D)는 클러치 분리 조건이 만족되는 것으로 결정한다. 이 실시예에서, 클러치 분리 조건은 실제 주행 속력이 아닌 모터 회전 속도(Nm)가 기준 속도(VC)보다 큰지 여부에 기초한다. 다시 말해서, 모터 회전 속도(Nm)는 현재 주행 속도를 평가하는 데에 사용되며 평가된 속도는 소정의 기준 속도와 비교된다. 기준 속도(VC)에 대응하는 주행 속도는 기준 주행 속도이며 기준 속도(VC)에 적당한 기어비를 곱함으로써 얻어진다. 말할 필요도 없이, 실제 주행 속도가 기준 주행 속도값보다 큰지를 결정하는 것도 가능하다.
단계(S430)에서, 클러치 제어부(8D)는 클러치 온(ON) 명령을 발생시키며 단계(S440)로 진행한다.
단계(S440)에서, 클러치 제어부(8D)는 릴레이 온 명령을 릴레이 제어부(8D)에 제공하여 차량을 4륜 구동에 두고 4WD 제어기(8)는 메인 프로그램으로 복귀한다.
단계(S450)에서, 클러치 제어부는 클러치 오프 명령을 발생시키며 단계(S460)로 진행한다.
단계(S460)에서, 클러치 제어부(8D)는 릴레이 오프 명령을 릴레이 제어부(8B)에 제공하여 모터 전기자(29)를 단락시키며 단계(S470)로 진행한다.
단계(S470)에서, 클러치 제어부(8D)는 모터 회전 속도(Nm)가 O인지를 결정한다. 모터 회전 속도(Nm)가 0이면, 클러치 제어부(8D)는 단계(S480)로 진행한다.
단계(S480)에서, 클러치 제어부(8D)는 모터 제동 명령을 모터 제어부(8C)에 발생시키며, 이로써 모터 전계 전류(Ifm)를 0으로 설정함으로써 모터(4)를 제동한다. 이리하여, 단계(S480)는 모터 제동 장치를 구성한다. 4WD 제어기는 그런 다음 메인 프로그램으로 복귀한다.
이하 지금까지 기술한 바와 같이 구성된 4륜 구동 차량의 작동 효과에 대해 설명하기로 한다.
엔진(2)으로부터 전륜(1L, 1R)으로 전달된 토크가 노면 반동력 토크 한계를 초과하면, 즉 노면의 마찰 계수(μ)가 작거나 가속기 페달(17)이 운전자에 의해 깊이 눌려진 것으로 인해 전륜(1L, 1R)(주 구동륜(1L, 1R))이 가속 미끄러짐을 경험하면, 전기 발전기(7)는 가속 미끄러짐의 양에 대응하는 부하 토크(Th)로 작동되어 전륜(1L, 1R)에 전달되는 구동 토크는 전륜(1L, 1R)의 노면 반동력 토크 제한에 근접한 값으로 조정된다. 그 결과, 전륜(1L, 1R)(주 구동륜(1L, 1R))의 가속 미끄러짐이 억제된다.
추가로, 전기 발전기(7)에 의해 발전된 잉여 전력이 전기 모터(4)를 구동하며, 이 전기 모터는 다시 부 구동륜, 즉 후륜(3L, 3R)(4륜 구동)을 구동시키는 데에 사용되기 때문에 차량의 가속 성능이 개선된다.
또한, 전기 모터(4)가 주 구동륜(1L, 1R)의 노면 반동 토크 제한을 초과하는 잉여 토크를 사용하여 구동되므로, 에너지 효율 및 차량의 연료 절감 또한 개선된다.
후륜(3L, 3R)이 항상 구동되면, 몇 가지 에너지 변환(역학적 에너지로부터 전기 에너지로, 다시 전기 에너지로부터 역학적 에너지로)이 일어나서, 변환 효율에 따른 에너지 손실을 일으킨다. 그 결과, 차량의 가속 성능은 전륜(1L, 1R)만 구동되는 경우에 비해서 감소하게 된다. 따라서, 후륜(3L, 3R)의 구동을 피하는 것으로 일반적으로 바람직하다. 반대로, 본 실시예는 미끄러운 노면 등에서 주행할 때, 심지어 내연 기관(2)의 모든 출력 토크(Te)가 전륜(1L, 1R)에 전륜에 전달되는 경우에도, 모든 토크가 구동력으로 사용되지 않게 된다는 사실을 고려하고 있다. 전륜(1L, 1R)에 의해서 효율적으로 활용될 수 없는 구동력은 후륜(3L, 3R)으로 출력되고 가속 성능이 개선된다.
차량이 4륜 구동 모드가 된 후에, 클러치(12)는 해제되고 차량의 주행 속도가 소정의 기준 주행 속도값에 도달하거나 이를 초과하면, 즉 모터 회전 속도(Nm)가 소정 기준 속도(VC)에 도달하거나 이를 초과하면 차량은 2륜 구동 모드로 복귀한다. 클러치의 해제는 모터(4)가 최대 허용 회전 속도를 초과하는 회전 속도에 도달하는 것을 막음으로써 모터(4)를 보호한다. 본 실시예에서, 클러치(12)가 해제되면, 릴레이(24)는 오프 상태가 되고 모터(4)의 전기자는 단락되어, 제동력이 모터(4)에 작용하게 된다. 추가로, 이러한 제동력이 모터(4)의 회전 속도(Nm)가 0으로 감소한 후에, 모터(4)에 인가되는 전계 전류(Ifm)를 0까지 떨어뜨림으로써 다른 제동력이 모터(4)에 인가되게 한다. 이리하여, 클러치(12)가 습식 마찰 클러치인 경우에도, 모터(4)는 후륜(3L, 3R)과 동시 회전하는 것을 막을 수 있으며 4륜 구동에서 2륜 구동으로 변환하기 위한 임계값으로서 작용하는 모터 회전 속도(Nm), 즉 기준 속도(VC)는 모터 보호 제한값으로 설정될 수 있다. 결과적으로, 4륜 구동이 사용될 수 있는 속도 범위가 확대될 수 있게 된다. 추가로, 모터(4)의 제동이 전기자를 단락시킴으로써 달성되므로, 전용 제동 기구를 필요로 하지 않으며 비용 상승을 피할 수 있다. 더욱이, 모터(4)를 정지시키는 데 요구되는 시간이 감소될 수 있으므로, 정류 브러시의 마모를 줄일 수 있으며 회전자 불균형으로 인한 회전 진동이 발생하는 시간을 단축할 수 있다.
일반적으로, 클러치의 용량이 클수록, 모터에 작용하는 동시 회전 토크가 커지게 되기 때문에 클러치의 용량이 제한되었었다. 그러나, 본 발명에 의하면, 모터의 동시 회전을 막을 수 있기 때문에 큰 용량의 클러치를 사용할 수 있다.
제2 실시예
이하 도9를 참조하여, 제2 실시예에 따른 차량 구동력 제어 장치를 설명하기로 한다. 본 제2 실시예에 사용된 차량의 구성은 제1 실시예의 차량의 구성과 동일하다(도1 참조). 제1 및 제2 실시예들이 유사하므로, 제1 실시예의 부분 또는 단계들과 동일한 제2 실시예의 부분 또는 단계들에 대한 설명은 간략한 설명을 위해 생략하기로 한다. 다시 말해서, 구체적으로 명시하지 않으면, 제2 실시예의 차량 및 처리 과정의 구성의 나머지 부분들은 제1 실시예의 구성과 동일한 것이다.
도9에 도시된 흐름도는 제1 실시예의 클러치 제어부(8D)의 처리 과정을 도시한 도8의 대안이다. 도9에 도시된 제2 실시예의 처리는 도8에 도시된 제1 실시예의 처리와 유사하면 많은 단계들은 동일하다. 제3 실시예와 동일한 단계들은 동일한 참조번호로 표시하며 그에 대한 설명은 간략한 설명을 위해 생략하기로 한다. 보다 구체적으로, 도9는 새로운 단계(S462)가 단계(S460)와 단계(S470) 사이에 삽입된 것에서 도8과 차이가 있다.
단계(S462)에서, 클러치 제어부(8D)는 클러치 해제 시점에 모터 회전 속도 센서(26)에 의해 검출되는 모터 회전 속도(Nm)에 기초하여 모터 전계 전류(제동 방향)(Ifm)를 계산하고 단계(S470)로 진행한다. 모터 전계 전류(Ifm)의 값은 모터 회전 속도(Nm)가 작은 경우에는 작아지고 모터 회전 속도가 큰 경우에 커지도록 설정된다. 다시 말해서, 모터 회전 속도(Nm)가 작을수록, 모터(4)에 인가되는 제동력은 더 작아진다.
단계(S470)에서, 모터 회전 속도가 0 이상인 것을 클러치 제어부(8D)가 발견하면 클러치 제어부(8D)는 단계(S462)로 복귀한다.
간략히, 제2 실시예에 따른 4륜 구동 차량에서, 모터 회전 속도(Nm)가 작으면 모터(4) 상에 작용하는 제동력은 작아지고 모터 회전 속도(Nm)가 커지면 커지는 방식으로 클러치의 해제 시점에 검출된 모터의 회전 속도에 따라 모터의 전계 전류가 제어된다. 이리하여, 제2 실시예의 효과에 덧붙여, 제2 실시예는 소음의 발생 및 물리적 충격을 피할 수 있으며 모터가 안정적인 방식으로 정지될 수 있게 하는 효과를 갖는다.
제3 실시예
이하 도10을 참조하여, 제3 실시예에 따른 차량 구동력 제어 장치를 설명하기로 한다. 본 제3 실시예에 사용된 차량의 구성은 제1 실시예의 차량의 구성과 동일하다(도1 참조). 제3 실시예와 앞의 실시예들이 유사하므로, 앞의 실시예들의 부분 또는 단계들과 동일한 제3 실시예의 부분 또는 단계들에 대한 설명은 간략한 설명을 위해 생략하기로 한다. 다시 말해서, 구체적으로 명시하지 않으면, 제3 실시예의 차량과 처리의 구성에 관한 나머지 부분들은 앞선 실시예들의 구성과 동일하다.
도10의 흐름도는 제2 실시예의 클러치 제어부(8D)의 처리 과정을 도시한 도9의 대안이다. 도10에 도시된 제3 실시예의 처리 과정은 도9에 도시된 제2 실시예의 처리 과정과 유사하며 대부분의 단계들은 동일하다. 제3 실시예와 동일한 단계들은 동일한 참조 번호로 표시되었으며 그에 관한 설명은 간략한 설명을 위해 생략하기로 한다. 보다 구체적으로 도10은 새로운 단계(S461)가 단계(S460)와 단계(S462) 사이에 삽입된 점에서 차이가 있으며 단계(S462)는 단계(S462')로 변형되었다.
단계(S461)에서, 클러치 제어부(8D)는 클러치 해제 시점에 온도 센서(40)에 의해 검출된 클러치 작동 유체의 온도에 기초하여 전계 전류 비례 상수(If0)를 계산하고 단계(S462)로 진행한다. 비례 상수(If0)는 작동 유체의 온도가 낮을수록 비례 상수(If0)의 값이 커지도록 계산된다. 전술한 실시예의 단계(S462)의 모터 전계 전류와 유사하게, 단계(S462')의 모터 전계 전류(Ifm)가 모터(4)의 제동을 목적으로 설정된다. 그러므로, 비례 상수(If0)가 커짐에 따라, 즉 작동 유체의 온도가 낮아짐에 따라 모터(4)에 인가되는 제동력이 커지도록 모터 전계 전류(Ifm)가 설정된다.
단계(S462)와 유사하게, 단계(S462')에서, 클러치 제어부(8D)는 클러치 해제 시점에 모터 회전 속도 센서(26)에 의해 검출된 모터 회전 속도(Nm)에 기초하여 기준 모터 전계 전류(If)를 계산하고 그런 다음 기준 모터 전계 전류(If)에 단계(S461)에서 계산한 비례 상수(If0)를 곱함으로써 모터 전계 전류(제동 방향)(Ifm)를 계산한다. 그런 다음 클러치 제어부(8D)는 단계(S470)로 진행한다. 기준 모터 전계 전류(If)의 값은 모터 회전 속도(Nm)가 작으면 작아지고 모터 회전 속도가 크면 커지도록 설정된다. 다시 말해서, 모터 회전 속도(Nm)가 작을수록, 모터(4)에 인가되는 제동력도 작아지게 된다.
단계(S470)에서, 모터 회전 속도가 0 이상인 것으로 클러치 제어부(8D)가 발견하면 클러치 제어부(8D)는 단계(S462')로 복귀한다.
간략히, 제3 실시예에 따른 4륜 구동 차량에서, 모터의 전계 전류는, 클러치 작동 유체의 온도가 낮으면 모터(4)에 작용하는 제동력이 커지고 작동 유체의 온도가 높으면 작아지는 방식으로 클러치 해제(즉, 연결 장치 해제) 시점에서 검출되는 작동 유체의 온도에 따라 제어된다. 이리하여, 제2 실시예의 효과에 덧붙여, 제3 실시예는, 작동 유체의 온도가 감소하고 작동 유체의 점성이 증가함에 따라 증가하는 동시 회전 토크에 기인한 모터의 회전을 신뢰성 있게 막는 효과를 갖는다.
제4 실시예
이하 도11을 참조하여, 제4 실시예에 따른 차량 구동력 제어 장치를 설명하기로 한다. 본 제4 실시예에 사용된 차량의 구성은 제1 실시예의 차량과 구성과 동일하다(도1 참조). 제4 실시예와 앞의 실시예들이 유사하므로, 앞의 실시예들의부분 또는 단계들과 유사한 제4 실시예의 부분 또는 단계들에 관한 설명은 간략한 설명을 위해 생략하기로 한다. 다시 말해서, 구체적으로 명시하지 않으면, 제4 실시예의 차량 및 처리 과정의 구성의 나머지는 앞의 실시예들의 구성과 동일하다.
이하 본 발명에 따른 4륜 구동 차량의 제4 실시예를 도11에 도시된 흐름도를 사용하여 설명하기로 한다. 도11에 도시된 흐름도는, 제3 실시예의 클러치 제어부(8D)의 처리 과정을 도시한 도10의 대안이다. 도11에 도시된 제4 실시예의 처리 과정은 도10에 도시된 제3 실시예의 처리 과정과 유사하며 대부분의 단계들은 동일하다. 제3 실시예와 동일한 단계들은 동일한 참조번호로 표기되었으며 그에 대한 설명은 간략한 설명을 생략하기로 한다. 보다 구체적으로, 도11은 단계(S461)가 단계(S461')로 변형되고 단계(S462')가 단계(S462")로 변형된 점에서 차이가 있다.
단계(S461')에서, 클러치 제어부(8D)는 후륜(3L, 3R)(부 구동륜)의 회전 속도를 미분함으로써 클러치 해제 시점에서의 차량의 가속도를 계산하고 그런 다음 계산된 차량 가속도에 기초하여 전계 전류 비례 상수(Ifa)를 계산한다. 비례 상수(Ifa)의 값은 차량 가속도가 크면 커지고 차량 가속도가 작으면 작아지는 방식으로 설정된다. 앞선 실시예의 단계(S462')에 설정된 모터 전계 전류와 유사하게, 단계(S462")에 설정된 모터 전계 전류(Ifm)는 모터(4)를 제동하기 위해서 설정된다. 그러므로, 비례 상수(Ifa)가 클수록, 차량 가속도가 클수록 모터(4)에 인가되는 제동력이 커지도록 모터 전계 전류(Ifm)가 설정된다.
단계(S462")에서, 앞의 실시예의 단계(S461')와 유사하게, 클러치 제어부(8D)는 클러치 해제 시점에 모터 회전 속도 센서(26)에 의해 검출된 모터 회전 속도(Nm)에 기초하여 기준 모터 전계 전류(If)를 계산하고 그런 다음 기준 모터 전계 전류(If)에 단계(S461')에서 계산된 비례 상수(Ifa)를 곱함으로써 모터 전계 전류(제동 방향)(Ifm)를 계산한다. 그런 다음 클러치 제어부(8D)는 단계(S470)로 진행한다. 기준 모터 전계 전류(If)는 모터 회전 속도(Nm)가 작으면 작아지고 모터 회전 속도가 크면 커지는 방식으로 설정된다. 다시 말해서, 모터 회전 속도(Nm)가 작아지면, 모터(4)에 인가되는 제동력도 작아지게 된다.
단계(S470)에서, 클러치 제어부(8D)는 모터 회전 속도가 0 이상인 것을 발견하면 단계(S462")로 복귀한다.
간략히 말해서, 제4 실시예에 따른 4륜 구동 차량에서, 모터의 전계 전류는 차량 가속도가 크면 모터(4)에 인가되는 제동력이 커지고 차량 가속도가 작으면 작아지는 방식으로 클러치 해제 시점의 차량 가속도에 따라 제어된다. 이리하여, 제2 실시예의 효과에 덧붙여, 제4 실시예는, 차량 가속도가 증가하면 증가하는 동시 회전 토크에 기인하는 모터의 회전을 신뢰성 있게 방지하는 효과를 갖는다.
지금까지 기술한 실시예들이 모터가 직류 모터인 상황으로 기재되었지만, 본 발명은 또한 교류 모터를 사용하는 경우에도 적용될 수 있다. 교류 모터가 사용되는 경우에는 인버터가 일반적으로 사용되며 교류 모터의 전기자는, 예를 들어 인버터의 모든 위상의 상부 아암을 온(ON)시키거나 인버터의 모든 위상의 하부 아암을 온시킴으로써 단락될 수 있다.
지금까지 기술한 실시예들은 4륜 구동이 전기 발전기(7)에 의해 발전된 전력에 의해 전기 모터(4)를 구동시킴으로써 달성되는 상황으로 기재되었지만, 본 발명은 이와 같은 구성으로만 제한되지 않는다. 구동 모터(4)는 별도의 배터리에 의해 구동되는 것도 가능하다. 이 같은 경우에는, 전기 발전기(7)에 의해 발전된 전력은 모터(4)가 아닌 부하 장치에 공급함으로써 소모되어야 한다.
지금까지 기술한 실시예들은 엔진 출력이 스로틀 제어에 의해 제한되는 상황으로 기재되었지만, 본 발명은 이와 같은 접근 방법으로 제한되지 않는다. 엔진의 점화 시기의 지연, 점화 차단 및 엔진으로의 연료 공급을 줄이거나 정지하는 방법에 의해 구동력을 제어하는 것도 가능하다.
지금까지 기술한 실시예들은 다양한 전산화된 제어 작업들을 수행하기 위해서 마이크로컴퓨터를 사용하고 있지만, 동일한 제어 처리를 달성할 수 있는 적당한 기능성 유닛의 임의의 조합을 사용하는 것도 가능하다.
지금까지 기술한 실시예들은 연결 장치와 같은 습식 마찰 클러치를 사용하고 있지만, 예를 들어, 펌프식 클러치 또는 일본 특허 공개 공보 (평)10-213158호에 기재된 바와 같은 전자식 파워 클러치를 사용하는 것도 가능하다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, 다음의 방향 용어 "전방, 후방, 상부, 하방, 수직, 수평, 하부, 횡단"뿐 아니라 다른 유사한 방향 용어들은 본 발명이 설치된 차량의 방향을 나타낸다. 따라서, 본 발명을 설명하는 데 사용된 이들 용어들은 본 발명이 설치된 차량에 대해서 해석되어야 한다.
장치의 요소, 부 또는 부분을 설명하기 위해 본문에 사용된 바와 같은 용어 "구성된"은 소정의 기능을 수행하도록 구성 및/또는 프로그래밍된 하드웨어 및/또는 소프트웨어를 포함한다. 더욱이, 특허청구범위에 "기능-수단" 청구항으로 표현된 용어는 본 발명의 그 부분의 기능을 수행하는 데 활용될 수 있는 임의의 구성을 포함한다. 본문에 사용된 "대체로", "약" 및 "대략"과 같은 정도를 나타내는 용어는 최종 결과가 현저하게 변경되지 않도록 변형된 용어의 합리적인 편차량을 의미한다. 예를 들어, 이들 용어들은 편차량이 이들 용어들이 수식하는 용어의 의미를 부정하지 않는다면 수식된 용어의 적어도 ±5％의 편차를 포함하는 것으로 해석될 수 있다.
본 출원은 일본 특허 출원 제2003-369452호의 우선권을 청구한다. 일본 특허 출원 제2003-369452호의 전체 명세서는 본문에 참고로 포함되었다.
본 발명을 설명하기 위해 선택된 실시예들만을 선택하였으나, 본문으로부터 당해 분야의 숙련자라면 첨부된 특허청구범위에 정의된 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않으면서 다양하게 변형 및 수정할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 더욱이, 본 발명에 따른 실시예들에 대한 앞의 설명은 오직 설명을 위한 것으로 첨부된 특허청구범위에 의해 정의된 본 발명 및 그 균등물을 제한하고자 하는 것은 아니다. 따라서, 본 발명의 범위는 개시된 실시예들에 제한되지 않는다.
본 발명에 따르면, 전기 모터의 동시 회전을 방지함으로써 4륜 구동이 사용될 수 있는 주행 속도 범위를 확대시킬 수 있는 4륜 구동 차량이 제공된다.
도1은 본 발명의 양호한 실시예들에 따른 차량 구동력 제어 장치가 설치된 차량의 개략적인 블록선도.
도2는 본 발명의 양호한 실시예들에 따른 도1에 도시된 차량 구동력 제어 장치를 위한 제어 시스템 구성을 도시한 블록선도.
도3은 본 발명의 도시된 양호한 실시예에 따라 도1에 도시된 차량 구동력 제어 장치를 위한 4WD 제어기를 도시한 블록선도.
도4는 본 발명의 도시된 실시예의 도1 내지 도3에 도시된 차량 구동력 제어 장치를 위한 4WD 제어기에 의해 수행되는 처리 절차(잉여 부하 연산부, 목표 토크 제한부 및 잉여 토크 변환부)를 도시한 흐름도.
도5는 본 발명의 도시된 실시예들에 따라 도1에 도시된 차량 구동력 제어 장치를 위한 4WD 제어기의 잉여 토크 연산부에 의해 수행되는 처리 절차를 도시한 흐름도.
도6은 본 발명의 도시된 실시예들에 따라 도1에 도시된 차량 구동력 제어 장치를 위한 4WD 제어기의 목표 토크 제어(제한)부에 의해 수행되는 처리 절차를 수행하는 흐름도.
도7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 잉여 토크 연산부에 의해 수행되는 처리 과정을 도시한 흐름도.
도8은 도3에 도시된 클러치 제어부에 의해 수행되는 처리 과정의 제1 실시예를 도시한 흐름도.
도9는 도3에 도시된 클러치 제어부에 의해 수행되는 처리 과정의 제2 실시예를 도시한 흐름도.
도10은 도3에 도시된 클러치 제어부에 의해 수행되는 처리 과정의 제3 실시예를 도시한 흐름도.
도11은 도3에 도시된 클러치 제어부에 의해 수행되는 처리 과정의 제4 실시예를 도시한 흐름도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
2 : 내연 기관
4 : 전기 모터
6 : 무한 구동 벨트
7 : 발전기
8 : 4WD 제어기
22 : 전압 조정기
23 : 전류 센서
24 : 릴레이
25 : 서미스터
26 : 모터 회전 속도 센서

Claims (12)

  1. 주 구동륜을 구동하도록 배열 및 구성된 주 구동원과,
    부 구동륜을 구동하도록 배열 및 구성된 전기 모터와,
    전기 모터와 부 구동륜 사이의 토크 전달 경로 중에 설치되고, 전기 모터를 부 구동륜으로 그리고 그로부터 선택적으로 연결 및 분리시키도록 구성 및 배열된 연결 장치와,
    전기 모터가 연결 장치에 의해 부 구동륜으로부터 분리된 직후에 전기 모터를 제동하도록 배열 및 구성된 제동 장치를 포함하는 차량 구동력 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서, 제동 장치는 전기 모터의 전기자 코일을 단락시킴으로써 전기 모터를 제동시키도록 구성된 차량 구동력 제어 장치.
  3. 제1항에 있어서, 제동 장치는 연결 장치가 전기 모터를 부 구동륜으로부터 분리시킨 때 회전 속도 검출 장치에 의해 검출된 전기 모터의 회전 속도에 기초하여 전기 모터의 전계 전류를 제어하도록 추가로 구성된 차량 구동력 제어 장치.
  4. 제2항에 있어서, 제동 장치는 연결 장치가 전기 모터를 부 구동륜으로부터 분리시킨 때 유체 온도 검출 장치에 의해 검출된 연결 장치 내 작동 유체의 온도에 기초하여 전기 모터의 전계 전류를 제어하도록 추가로 구성된 차량 구동력 제어 장치.
  5. 제2항에 있어서, 제동 장치는 연결 장치가 전기 모터를 부 구동륜으로부터 분리시킨 때 가속 검출 장치에 의해 검출된 차량의 가속도에 기초하여 전기 모터의 전계 전류를 제어하도록 추가로 구성된 차량 구동력 제어 장치.
  6. 제2항에 있어서, 제동 장치는 연결 장치가 전기 모터를 부 구동륜으로부터 분리시킨 때 회전 속도 검출 장치에 의해 검출된 전기 모터의 회전 속도와 유체 온도 검출 장치에 의해 검출된 연결 장치 내 작동 유체의 온도에 기초하여 전기 모터의 전계 전류를 제어하도록 추가로 구성된 차량 구동력 제어 장치.
  7. 제2항에 있어서, 제동 장치는 연결 장치가 전기 모터를 부 구동륜으로부터 분리시킨 때, 회전 속도 검출 장치에 의해 검출된 전기 모터의 회전 속도와 가속 검출 장치에 의해 검출된 차량의 가속도에 기초하여 전기 모터의 전계 전류를 제어하도록 추가로 구성된 차량 구동력 제어 장치.
  8. 제1항에 있어서, 주 구동원에 의해 구동되도록 구성 및 배열된 전기 발전기를 더 포함하는 차량 구동력 제어 장치.
  9. 제1항에 있어서, 주 구동원은 내연 기관인 차량 구동력 제어 장치.
  10. 제1항에 있어서, 주 구동원은 한 쌍의 주 구동륜을 구동시키도록 추가로 구성되고, 전기 모터는 한 쌍의 부 구동륜을 구동시키도록 추가로 구성된 차량 구동력 제어 장치.
  11. 주 구동륜을 회전시키기 위한 주 구동 수단과,
    부 구동륜을 회전시키기 위한 전기 모터 수단과,
    전기 모터를 부 구동륜으로 그리고 그로부터 선택적으로 연결 및 분리시키기 위한 연결 수단과,
    연결 수단에 의해 전기 모터가 부 구동륜으로부터 분리된 직후에 전기 모터 수단을 제동하기 위한 제동 수단을 포함하는 차량 구동력 제어 장치.
  12. 차량 구동력 제어 장치를 제어하기 위한 방법이며,
    주 구동륜을 회전시키기 위해 회전 구동력을 공급하는 단계와,
    부 구동륜을 회전시키기 위해 전기 모터에 전력을 공급하는 단계와,
    전기 모터를 부 구동륜으로 그리고 그로부터 선택적으로 연결 및 분리시키는 단계와,
    전기 모터가 부 구동륜으로부터 분리된 직후에 전기 모터를 제동하는 단계
    를 포함하는 방법.
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