KR20050051579A - 모터 구동 4ｗｄ 차량의 제어 장치 및 관련 제어 방법 - Google Patents

모터 구동 4ｗｄ 차량의 제어 장치 및 관련 제어 방법 Download PDF

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Abstract

모터 구동 4WD 차량의 제어 장치는 엔진에 의해 구동되어 42V의 3상 AC 전력을 발생하는 42V 교류 발전기(모터 발전기)와; 상기 42V 교류 발전기에 의해 발생된 3상 AC 전력을 14V의 DC 전력으로 정류하고 셋다운시키는 셋업 및 셋다운 인버터와; 상기 셋업 및 셋다운 인버터로부터 출력된 14V의 DC 전력이 공급되어 충전되는 배터리를 구비한다. 다이오드 브리지 회로는 상기 42V 교류 발전기에 의해 발생되는 42V의 AC 전력을 DC 전력으로 정류하며, 이 DC 전력으로 인해 모터를 회전시켜 차량이 4WD 구동 모드에서 작동되도록 한다.

Description

모터 구동 4ＷＤ 차량의 제어 장치 및 관련 제어 방법{CONTROL DEVICE FOR MOTOR-DRIVEN 4WD VEHICLE AND RELATED CONTROL METHOD}
본 발명은 전륜 또는 후륜 중 하나가 엔진에 의해 구동되고 다른 방향의 차륜들은 필요에 따라 모터에 의해 구동되는 모터 구동 4WD 차량의 제어 장치 및 제어 방법에 관한 것이다.
종래에는, 엔진의 구동력으로 전륜을 구동시키고 이에 의해 전력 발전기가 전력을 발생하여 모터를 회전시켜 구동력을 공급함으로써 후륜을 구동시키는 차량이 공지되어 있다(참조: 일본국 특개평 제2002-152911 및 제2002-200932).
그런나, 종래 기술의 차량에는 차륜 구동용 전력과 차량 부품으로의 전력 공급용 전력 발전기가 별도로 구비되어 있으므로, 부품수가 증가되어 배치에 제약을 가져왔다. 또한, 부품수의 증가로 차량의 무게가 증가되고, 비용도 증가되는 문제가 있었다.
본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위한 것으로, 장치 구조를 간단하게 할 수 있는 모터 구동 4WD 차량의 제어 장치 및 제어 방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일실시예에 따르면, 전륜 또는 후륜 중 하나가 엔진에 의해 구동되고 다른 방향의 차륜들은 필요에 따라 모터에 의해 구동되는 모터 구동 4WD 차량의 제어 장치로서, 제1정격전압의 제1전력을 발생시키도록 엔진에 의해 구동되는 모터 발전기와; 제1전력을, 제1정격전압보다 낮은 제2정격전압의 제2전력으로 셋다운시키는 셋업 및 셋다운 인버터와; 상기 셋업 및 셋다운 인버터로부터 출력된 제2전력이 공급되는 전기 장비를 구비하며, 상기 모터 발전기로부터 출력된 제1정격전압의 제1전력으로 모터를 구동시키는 것을 특징으로 하는 모터 구동 4WD 차량의 제어 장치가 제공된다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 또다른 실시예에 따르면, 전륜 또는 후륜 중 하나가 엔진에 의해 구동되고 다른 방향의 차륜들은 필요에 따라 모터에 의해 구동되는 모터 구동 4WD 차량의 제어 방법으로서, 모터 발전기에 의해 발생된 제1정격전압의 제1전력을, 차량 상에 장착된 전기 장비에 제2전력을 공급하기 위해 제1정격전압보다 낮은 제2정격전압의 제2전력으로 정류하고 셋다운시키도록 셋업 및 셋다운 인버터를 작동시키는 단계와; 상기 셋업 및 셋다운 인버터를 작동시켜 상기 전기 장비에 의해 발생된 제3정격전압의 제3전력을, 상기 제3정격전압보다 높은 제4정격전압의 제4전력으로 증가시키고, 또한 상기 제1전력을 제5정격전압의 제5전력으로 변환시켜 모터에 제5전력을 공급하여 4WD 구동을 행하는 단계를 구비하는 모터 구동 4WD 차량의 제어 방법이 제공된다.
이하, 본 발명의 여러 실시예를 도면을 참고하여 설명한다.
제1실시예
제1실시예의 제어 장치는 전륜 또는 후륜 중 하나가 엔진에 의해 구동되고 다른 방향 차륜은 모터에 의해 구동되는 구조의 차량을 제어하는 기능을 한다. 도1에 도시된 바와 같이, 차량은, 엔진(1)과; 벨트를 통해 엔진(1)에 연결되어 엔진(1)의 회전력을 전달하고 42V (제1정격 전압) AC 전력(3상 AC 전력)을 발생하며 또한 엔진 시동동안은 전기 모터로 작용하는 42V 교류 발전기(모터 발전기)(ALT)(2)와; 상기 42V 교류 발전기(2)에 의해 발생된 AC 전력을 정류하는 다이오드 브리지 회로(14)(정류 수단)와; 셋업 및 셋다운 인버터(3)와; 차량 상에 설치된 여러 기계부품에 구동전력을 공급하는 14V 배터리(전기 장비)(BAT)(E1)를 구비한다.
또한, 상기 차량은 다이오드 브릿지 회로(14)에 의해 정류된 DC 전력이 공급되어 회전되는 DC 모터(MOT)(M1)와; 상기 모터(M1)의 출력축에 연결된 차동 기어(4)와; 모터(M1)의 구동력으로 회전되는 후륜(5)을 더 포함한다. 또한, 엔진(1)이 전륜을 구동하고 모터(M1)가 후륜을 구동시키는 예시적인 경우를 참고하여 본 실시예를 이하에 설명하는 것이므로, 엔진(1)이 후륜을 구동시키면 모터(M1)가 전륜을 구동시키게 됨을 알 수 있다.
또한, 제어 장치는 엔진(1)의 구동 조건을 제어하는 엔진 제어기(ENG CONT)(12)와; 엔진(1)의 회전 속도를 검출하는 엔진 속도 센서(10)와; 모터(M1)의 자계 권선을 거쳐 흐르는 전류를 제어하는 자계 제어부(FIELD CONT)(8)와; 42V 교류 발전기(2)의 회전자 위치를 검출하는 위치 센서(11)와; 모터(M1)의 자계 권선을 거쳐 흐르는 자계 전류를 제어하는 자계 제어 섹션(FIELD CONT)(13)와; 14V 배터리(E1)의 충전 전압을 검출하는 전압센서(7)로 이루어진다.
셋업 및 셋다운 인버터(3)는 여섯 피스의 IGBT 또는 MOS FET등과 같은 스위칭 소자(Q1-Q8)로 된 인버터 섹션(3a)와; 스위칭 소자(Q1, Q2) 및 코일(L1)로 구성된 컨버터 섹션(3b)를 포함한다. 턴온/오프를 제어할 수 있는 각각의 스위칭 소자(Q1-Q8)로 인해, 인버터 섹션(3a)은 42V 교류 발전기(2)에 의해 발생된 3상의 AC 전력(제1정격전압의 제1전력)(최대 전력: 약 4kW, 전압: 11 Vrms 내지 42 Vrms)을 DC 전력으로 변환시키고, 컨버터 섹션(3b)로부터 출력된 DC 전력(제3정격전압의 제3전력)(최대 전력: 약 1kW, 전압: 14V)을, 42V 교류 발전기(2)에 공급되는 3상 AC 전력(제4정격전압의 제4전력)(최대 전력: 약 1kW, 전압: 20Vrms)로 변환시킨다.
또한, 컨버터 섹션(3b)은 인버터섹션(3a)로부터 출력된 42V DC 전력을, 충전을 위해 14V 배터리(E1)에로 공급되는 14V DC 전력(제2정격전압의 제2전력)(최대 전력: 약 1kW, 전압: 14V)으로 감소시키며, 14V 배터리(E1)로부터 출력된 14V DC 전력(제3전력)을 42V DC 전력으로 증가시키므로, 이 증가된 DC 전력은 인버터 섹션(3a)로 공급될 수가 있다.
또한, 제어 장치에는 4WD 제어기(4WD CONT)(9)가 포함되어 있으며, 차륜이 미끌어지는 것이 검출되면, 이 제어기는 차량에 설치된 가속 페달(미도시)의 위치 변동량을 검출하는 가속 센서(ACCEL SENS)(미도시)의 검출 신호와 차륜 속도 센서(미도시)의 검출신호에 응답하여 4WD 구동을 제어한다. 4WD 구동을 행함에 있어서, 4WD 제어기(9)는 제어신호를 자계 제어 섹션(8,13)으로 출력하며, 모터(M1)와 다이오드 브리지 회로(14) 사이에 연결된 스위치(SW1)을 폐쇄하는 명령신호를 출력한다.
또한, 제어 장치는 온/오프 신호를 출력하여, 가속 센서에 의해 검출된 가속 페달의 위치 변동량이 소정의 양을 초과한 때에(즉, 주어진 조건이 만족되는 때에) 턴온되는 가속 스위치(ACCEL SWITCH)(SW2)의 검출신호와 위치 센서(11)에 의해 검출된 42V 교류 발전기의 회전자 위치 신호에 응답하여 셋업 및 셋다운 인버터(3)의 각각의 스위칭 소자 (Q3-Q8)의 입력 단자를 제어하는 인버터 구동기 회로(INV DR CKT)(6)와; 온/오프 신호를 출력하여 가속 스위치(SW2)의 검출신호, 위치센서(11)로부터 유도된 검출신호, 전압 센서(7)로부터 유도된 검출신호에 응답하여 셋업 및 셋다운 인버터(3)의 각각의 스위칭 소자(Q1,Q2)의 입력 단자를 제어하는 컨버터 구동기 회로(CONV DR CKT)(15)를 포함한다.
이제, I) 엔진시동모드, II) 14V 배터리 충전 모드, III) 4WD 구동 모드와 연관하여 본 실시예의 모터 구동의 4WD 차량의 제어 장치의 기본적인 순차적 동작을 설명한다. 또한, 각각의 작동 모드에서 42V 교류 발전기(2), 셋업 및 셋다운 인버터(3), 14V 배터리(E1), 스위치(SW1) 및 모터(M1)의 각각의 동작을 도5에 도시한다.
I) 엔진시동모드의 동작 (ENG 시동모드)
이하, 도2의 흐름도를 참고하여 엔진(1)의 시동모드에서의 작동에 대해 설명한다. 인버터 제어회로(6)의 제어하에서 액셀 스위치(SW2)가 턴온되면(1단계), 자계 명령신호는 자계제어부(8)에 부가되어 42V 교류 발전기(2)의 자계 권선을 여기시켜 교류 발전기가 전기 모터로 작용되도록 한다(2단계).
다음에, 셋업 및 셋다운 인버터(3)의 컨버터 섹션(3b)에는 14V 배터리(E1)으로부터 방전된 14V DC 전력(제3전력)이 공급되며, 컨버터 구동기 회로(15)의 제어하에서, 각각의 스위칭 소자(Q1-Q2)는 턴온 제어되거나 턴오프 제어된다. 이로인해, 인버터 섹션(3a)에 출력되는 42V DC 전력까지 14V DC 전력(제3전력)이 증가되게 된다(3단계).
따라서, 인버터 구동기 회로(6)의 제어하에서,인버터 섹션(3a)의 각각의 스위칭 소자(Q3-Q8)는 위치 센서(11)로부터 운반된 검출신호와 동기하여 턴온 제어되거나 턴오프 제어되므로, 42V DC전력을 3상 42V AC전력(제4전력)으로 변환시킨다(4단계). 다음에, 이 3상 AC전력(제4전력)은 42V 교류 발전기(2)로 인가되어 이를 전기모터로서 회전시키므로, 교류 발전기에 연결된 엔진(1)을 회전시키게 된다. 한편, 엔진 제어기(12)는 엔진(1)의 회전과 같은 위상으로 연료 분사를 허용하는 한편, 엔진(1)을 시동시키도록 점화를 개시한다.
이어서, 엔진(1)이 시동 작동된 것이 확인된다(5단계). 엔진(1) 시동 확인시, 자계 제어부(13)는 자계 전류를 제어하여 42V 교류 발전기(2)의 자계 권선의 여기 정도를 약하게 하며(6단계), 이후에 셋업 및 셋다운 인버터(3)의 인버터 섹션(3a)의 작동은 중지된다(7단계). 7단계와 동시 진행되는 8단계에서, 컨버터 섹션(3b)의 작동이 중단된다.
따라서, 엔진(1)의 시동 동작은 턴온된 액셀 스위치(S2)의 턴온과 동기하여 수행될 수 있다. 한편, 도5에 도시된 바와 같이, 작동 I)가 동작되는 동안, 배터리(E1)은 방전되며(DISCH), 셋업 및 셋다운 인버터(3)는 파워 운전모드(PWR)에서 작동되며, 42V 교류 발전기(ALT)(2)는 모터 발전기(MOT)로서 작동한다(MOT).
II) 14V 배터리 충전모드에서의 작동 (BAT CHG MODE)
다음에, 도3의 흐름도를 참고하여 14V 배터리(E1)의 충전모드에서의 작동의 기본적인 순서를 설명한다.
먼저, 4WD 제어기(9)는 차륜 속도 센서의 검출 신호 및 액셀 센서의 검출 신호에 응답하여 현재 상태하에서 4WD 구동이 실행될 수 있는가를 판단한다. 즉, 현재 상태하에서 모터(M1)가 회전될 수 있는가를 판단한다(11단계). 44WD 구동이 가능한 것으로 판단되면, 작동은 도4의 단계로 진행된다.
현 상태에서 어떠한 4WD도 실행될 수 없는 것으로 판단되면, 전압 센서(7)의 출력 신호에 응답하여 14V 배터리(E1)의 충전 전압이 검출된다(12단계). 다음에, 자계 제어부(8)은 42V 교류 발전기(2)가 전력을 발생하도록 하기 위해 전압 센서(7)의 검출 신호에 응답하여 42V 교류 발전기(2)의 자계 권선을 거쳐 흐르는 자계 전류를 제어하며, 발생된 3상 AC전력(제1전력)은 셋업 및 셋다운 인버터(3)의 인버터 섹션(3a)에 공급되므로, 이에 의해 상기 3상 AC전력은 42V DC 전력으로 정류된다(13단계).
이후에, 컨버터 구동기 회로(15)는 컨버터 섹션(3b)의 각각의 스위치 소자(Q1,Q2)를 턴온하거나 턴오프 제어하므로, 42V DC 전력을 14V DC 전력(제2전력)으로 변환시킨다(14단계). DC 전력을 이용하여, 14V로 강압시키며, 14V 배터리(E1)를 충전시키다(15단계). 이러한 때에, 전압 센서(7)의 검출 신호에 응답하여 14V 배터리(E1)는 적정 전압에서 충전된다. 또한, 42V 교류 발전기(2)는 여기 상태보다 낮은 레벨에서 여기된다.
따라서, 42V 교류 발전기(2)에 의해 발생된 3상 AC전력(제1전력)을 이용함으로써 배터리(E1)가 충전될 수 있다. 또한, 42V 교류 발전기(2)의 자계 전류는 전압 센서(7)의 검출 신호에 응답하여 제어되고 42V 교류 발전기(2)의 출력 전압을 제어하므로, 컨버터 섹션(3b)의 전력 소모의 감소를 가능케 한다. 한편, 도5에 도시한 바와 같이, 작동 II)동안, 셋업 및 셋다운 인버터(3)는 재생성 모드(REGEN)에서 작동하며, 42V 교류 발전기(2)는 교류 발전기(ALT)로서 기능을 수행한다.
Ⅲ) 4WD 구동에서의 작동 (4WD 모드)
다음에는 도4의 흐름도를 참고하여 4WD 구동 모드에서의 기본적 작동 순서를 설명한다. 상술한 바와 같이, 도3의 11단계에서 4WD 구동 모드가 실행가능한 것으로 판단된 때에 다음의 작동들이 행해진다.
액셀 센서 및 차륜 센서로부터 전달된 검출 신호에 응답하여 4WD 구동이 필요한 것으로 4WD 제어기(9)에 의해 판단이 이루어지면(21단계), 4WD 제어기(9)는 자계 제어 섹션(8)에 제어 명령을 출력하며, 이에 의해 자계 권선이 완전히 여기되어 42V 교류 발전기(2)가 최대 출력을 제공할 수 있게 된다(22단계). 다음에, 스위치(SW1)가 턴온되고, 다이오드 브리지 회로(14) 및 모터(M1)가 전기 접속하게 된다(23단계).
이후에, 4WD 제어기(9)는 자계 제어부(13)에 제어명령 신호를 출력하여 모터(M1)의 자계 권선을 여기시켜 이를 회전시킨다(24단계).
결과적으로, 다이오드 브리지 회로(14)에 의해 정류된 42V DC 전력(제5 정격전압의 제5전력)(최대 전력: 약 4kW, 전압: 16V-60V)은 모터(M1)에 인가되어 이를 구동시키며(도5의 DR), 후방 차륜(5)은 4WD 구동을 얻기 위해 차동 기어(5)를 통해 회전된다.
또한, 4WD 구동 모드 동안에, 전압 센서(7)로부터 전달된 검출 신호에 응답하여, 14V 배터리(E1)가 소정의 충전 전압(25단계) 아래로 떨어지는 것으로 확인되면, 42V 교류 발전기(2)로부터 발생되는 3상 AC 전력(제1전력)은 셋업 및 셋다운 인버터의 인버터 섹션(3a)에 의해 정류되어 DC 전력(제2전력)이 14V 배터리(E1)에 공급되어 충전시킨다(26단계). 이로 인해, 14V 배터리(E1)가 소정의 낮은 레벨까지 떨어지면, 14V 배터리(E1)를 4WD 구동모드동안에 충전시킬 수 있다.
따라서, 본 실시예의 모터 구동의 4WD 차량의 제어 장치에서는 42V 교류 발전기(2)에 의해 발생된 전력(제1전력)을 사용함으로써 14V 배터리(E1)를 충전시키도록 DC 전력(제2전력)을 공급하고 모터(M1)를 구동시키도록 전력(제5전력)을 공급하므로, 배터리 충전과 모터 구동을 위해 별도의 전력 발전기를 구비할 필요가 없어서 장치 구성을 간소화시킬 수 있다. 이로 인해, 배치 자유도가 개선되며, 중량 비용도 절갑된다.
즉, 제1 정격 전압의 전력이 공급되는 모터와 제2 정격 전압의 전력이 공급되는 전기 장비 둘다에 전력을 공급하기 위해서 한 개의 모터 발전기만을 이용하므로, 장치 구성이 단순화될 수 있으며, 배치 자유도가 개선되고 중량 및 비용이 줄어든다.
또한, 14V 배터리(E1)로부터 방전된 DC 전력(제3전력)을, 42V 교류 발전기(2)에 공급되는 3상 42V AC 전력(제4전력)으로 변환시키도록 셋업 및 셋다운 인버터(3)를 작동시킴으로써 42V 교류 발전기(2)를 전기 모터로 작동시켜 엔진(1)을 시동시키는 회전력을 공급하게 되므로, 엔진(1) 시동을 위해 다른 전원이 필요하지 않으며, 장치 구성을 간소화시킨다.
즉, 배터리에 충전된 제1 정격 전압의 전력이 셋업 및 셋다운 인버터에서 제2 정격 전압의 AC 전력으로 변환되어 생성 AC 전력이 모터 발전기를 회전시키는 데에 이용되어 엔진 시동용 구동력을 공급할 수 있으므로, 엔진 시동을 위해 다른 구동원을 구비할 필요가 없어서 장치 구성을 간소화시킬 수 있다.
또한, 턴온되는 액셀 스위치(SW2)로 인해, 엔진(1)이 시동되고, 공회전 모드가 실현될 수 있으므로, 연료 소모성이 향상된다.
즉, 운전자가 주어진 조건하에서 가속 운전을 행하는 때에 엔진이 시동되기 때문에, 공회전 모드가 실현될 수 있다. 또한, 공회전 스톱 모드에서는 차가 멈춘 때에 엔진이 자동 정지되므로, 연료 소모율이 개선될 수 있다.
이외에도, 42V 교류 발전기(2)에 의해 발생된 3상 AC 전력(제1전력)을, 컨버터 섹션(3b)에 의해 셋다운되는 DC 전력(제2전력)으로 정류하고 상기 DC 전력(제2전력)을 14V 배터리(E1)에 충전시키는 셋업 및 셋다운 인버터(3)의 인버터 섹션(3a)의 성능때문에, 14V 배터리(E1)는 필요시 항상 충전 전력을 공급받으며, 적정 충전 전압에 유지될 수 있다.
즉, 모터 발전기에 의해 발생된 3상 AC 전력이 셋업 및 셋다운 인버터에 의해 정류되고 셋다운되어, 배터리 충전용 DC 전력을 공급하므로, 배터리 충전전압은 항시 적정 전압치에서 유지될 수 있다.
또한, 42V 교류 발전기(2)에 의해 발생된 3상 AC 전력은 다이오드 브리지 회로(14)에 의해 정류되어 생성 DC 전력(제5전력)을 DC 모터(M1)에 공급하여 후륜(5)의 회전을 야기하므로 복잡한 제어없이도 모터(M1)를 구동시키는 DC 전력을 얻을 수 있으며, 간단한 제어 동작을 얻을 수 있다. 또한, 간단해진 제어동작으로, 에러 발생이 줄어들고, 모터 구동 모드의 신뢰도가 향상될 수 있다.
즉, 정류 수단은 모터 발전기로부터 발생된 3상 AC 전력을, 4WD 구동을 위한 DC 모터 회전용 DC 전력으로 정류하기 때문에, 복잡한 제어없이도 DC 전력을 얻을 수 있으며, 제어 동작을 간단하게 할 수 있다.
또한, 42V 교류 발전기(2)에 의해 발생된 전력이 14V 배터리(E1) 충전용으로만 이용되는 경우(즉, 어떤 모터(M1)도 회전 구동되지 않는 경우), 자계 제어부(8)은 42V 교류 발전기(2)가 약한 자계를 가질 수 있도록 제어하므로, 이에 의해 42V 교류 발전기(2)의 출력의 감소를 야기하여 컨버터 섹션(3b)의 에너지 손실의 감소를 가져온다.
즉, 모터는 동작되지 않도록 하는 한편 모터 발전기에 의해 발생된 전력을 이용하여 배터리를 충전시키는 때에, 모터 발전기에 의해 발생된 출력 전압은 최대 출력보다 낮은 전압이 되도록 제어되므로, 셋업 및 셋다운 인버터의 에너지 손실을 줄이는 효과가 있다.
제2실시예
도6에 도시한 바와 같이, 제2실시예의 제어 장치는 엔진(1), 42V 교류 발전기(ALT)(2), 셋업 및 셋다운 인버터 (3A), 다이오드 브리지 회로(14), DC 전력으로 구동되는 모터(M1), 구동기 회로(DR CKT)(16), 14V 배터리(E1) 및 전압센서(7)로 구성된다.
또한, 제어 장치는 엔진(1)의 회전 속도를 검출하는 엔진속도센서(10)와; 42V 교류 발전기(2)의 회전자 위치를 검출하는 위치 센서(11)와; 엔진(1)을 제어하는 엔진 제어기(ENG CONT)(12)와; 4WD 구동을 제어하는 4WD 제어기(4WD CONT)(9)와; 모터(M1)의 자계 권선을 거쳐 흐르는 자계 전류를 제어하는 자계 제어부(8)과; 모터(M1)의 자계 권선을 거쳐 흐르는 자계 전류를 제어하는 자계 제어부(FIELD CONT)(13)를 구비한다.
14V 배터리(E1)의 음의 단자는 셋업 및 셋다운 인버터(3A)의 음의 출력 단자에 접속되어 있으며, 14V 배터리(E1)의 양의 단자는 스위치(스위치 수단)(SW3)을 통해 42V 교류 발전기(2)의 중성점에 연결되어 있다.
셋업 및 셋다운 인버터(3A)는 42V 교류 발전기(2)에 의해 발생된 3상 AC 전력(제1정격전압의 제1전력)을 정류하도록 턴온 또는 턴오프되게 제어되는 IGBT 또는 MOS-FET 등의 스위치 소자(Q11-Q16)를 포함하여, 전압을 셋다운시켜 14V 배터리(E1)에 공급되는 충전 전력(제2정격전압의 제2전력)을 공급하는 한편, 14V 배터리(E1)로부터 방전되는 DC 전력(제3정격전압의 제3전력)을 42V 교류 발전기(2) 공급용 3상 42V AC 전력(제4정격전압의 제4전력)으로 셋업하고 변환시킨다.
구동기 회로(16)는 액셀 스위치(SW2)의 작용 신호, 전압 센서(7)의 검출 신호, 위치 센서(11)의 검출 신호에 응답하여 엔진 시동시 스위치(SW2)가 턴온된 상태에서 파워 운전 모드에서 동작을 행하는 스위칭 소자(Q11-Q16)의 입력 단자를 제어하는 온/오프 작용 신호를 구동기 회로(16)가 출력하도록 제어한다. 파워운전모드에서는 14V 배터리(E1)로부터 방전된 DC 전력(제3전력)이 셋업되어 3상 AC 전력(제4전력)으로 변화된다. 또한, 14V 배터리(E1)의 충전 모드 동안에 스위치(SW3)가 턴온되어 있는 때에, 구동기 회로(16)는 스위치 소자(Q11-Q16)의 제어입력단자에 온/오프 작용 신호를 출력하도록 제어하여, 42V 교류 발전기(2)에 의해 발생된 3상 AC 전력을 정류하고 14V 배터리(E1) 충전용 DC 전력으로 셋다운시키는 재생성 모드에서의 작동을 수행한다.
이제, 제2실시예의 모터 구동 4WD 차량의 제어 장치의 기본적인 순차 작동에 대해 설명한다. 또한, 엔진시동모드, 14V 배터리 충전 모드 및 4WD 구동 모드에서 42V 교류 발전기(2), 셋업 및 셋다운 인버터(3A), 14V 배터리(E1), 스위치(SW1,SW3 ), 모터(M1)를 도7에 도시한다.
먼저, 엔진시동모드를 설명하면, 액셀 스위치(SW2)가 턴온된 것을 구동기 회로(16)가 검출하면, 구동기 회로(16)는 셋업 및 셋다운 인버터(3A)가 파워운전모드에서 작동되도록 셋업 및 셋다운 인버터(3A)의 스위칭 소자(Q11-Q16)를 턴온 또는 턴오프제어하는 상태하에서 스위치(SW3)을 (폐쇄상태에서) 턴온시킨다.
이는 14V 배터리(E1)로부터 방전된 DC 전력(제3전력)을 셋업시켜 42V 교류 발전기(2)에 공급하기 위한 3상 AC 전력(제4전력)으로 변환하며, 42V 교류 발전기(2)는 전기 모터로서 회전되어 엔진(1)에 전달되는 구동력을 제공한다. 이는 엔진(1) 시동을 일으킨다.
또한, 14V 배터리(E1) 충전에 있어서, 스위칭 소자(Q11-Q16)는 스위치(SW3)가 턴온된 상태에서 턴온/오프 제어되어 셋업 및 셋다운 인버터(3A)가 재생성 모드(42V 교류 발전기(2)에 의해 발생된 AC 전력이 14V 배터리(E1) 공급용 14V DC 전력(제3전력)으로 정류되고 강압되는 모드)에서 작동되게 한다. 이 경우, 충전된 전압은 전압 센서(7)의 검출 신호에 응답하여 적정값에 있도록 제어된다. 따라서, 14V 배터리(E1)는 충전된다.
또한, 42V 교류 발전기(2)가 더 큰 출력을 발생하면, 스위치(SW3)는 (개방상태에서) 턴온되어 14V 배터리(E1)에 과도 전압이 공급되는 것을 방지하므로 14V 배터리(E1)에로의 전압의 공급을 차단한다.
한편, 4WD 구동시에는 스위치 SW3이 턴오프되는 한편, 스위치 SW1이 턴온되며, 셋업 및 셋다운 인버터(3A)가 중지된 상태에서, 자계 제어 섹션(13)은 모터(M1)의 자계 권선을 거쳐 자계 전류가 흐르게 허용한다. 이어서, 다이오드 브리지 회로(14)는 42V 교류 발전기(2)에 의해 발생된 3상 AC 전력을, 모터(M1)에 공급되는 DC 전력으로 정류하고, 모터(M1)를 회전시키므로, 후륜(5)을 구동시킨다.
이러한 식으로, 제2실시예의 모터 구동의 4WD 차량에 대한 제어 장치에서는 42V 교류 발전기(2)에 의해 발생된 전력(제1 전력)을 이용하므로, 14V 배터리(E1)를 충전시키도록 DC 전력(제2전력)을 공급할 수 있으며, 모터(M1)를 구동시키도록 전력을 공급할 수 있으므로, 14V 배터리(E1)를 충전시키고 모터를 구동시키기 위해 별도의 전력 발전기를 구비할 필요가 없어서 장치 구성이 간단해진다. 이는 배치 자유도를 개선시켜 중량 및 비용의 절감을 가져온다.
또한, 14V 배터리(E1)로부터 방전된 DC 전력(제3전력)을, 42V 교류 발전기(2)에 공급되는 3상 AC 전력으로 바꾸는 셋업 및 셋다운 인버터(3A)의 작동으로 인해서, 42V 교류 발전기(2)는 전기 모터로서 회전되게 되어 이 회전 구동력이 엔진을 시동시키므로 엔진(1) 시동을 위한 다른 전원을 준비할 필요가 없어서 장치 구조가 간단해진다.
또한, 스위치(SW2)가 턴온된 상태에서 엔진(1)이 시동되므로 공회전 스톱 모드를 실현할 수 있어서 연료 소모성이 개선된다.
또한, 42V 교류 발전기(2)에 의해 발생된 3상 AC 전력(제1전력)을, 14V 배터리(E1)에 공급되는 DC 전력(제2전력)으로 정류하고 셋다운시키는 셋업 및 셋다운 인버터(3A)의 작동하에서, 14V 배터리(E1)에는 필요시마다 충전 전력이 공급될 수 있으므로, 14V 배터리(E1)를 항시 적정 충전전압으로 유지시킬 수 있다.
또한, 셋업 및 셋다운 인버터(3A)는 42V 교류 발전기(2)에 의해 발생된 3상 AC 전력(제1전력)을, 모터(M1)에 공급되는 DC 전력(제5전력)으로 정류하여 감소시켜, 모터(M1)를 회전시키므로 이에 의해 후륜(5)이 회전되고, 복잡한 제어없이 DC 전력을 얻을 수 있으며, 제어 작동이 간단해진다. 또한, 간단해진 제어 작동으로 인해 오차 발생이 감소하고, 모터 구동 모드 동안 작동의 신뢰성이 향상된다.
게다가, 42V 교류 발전기(2)가 높은 출력을 발생하는 상태에서, 스위치(SW3)가 턴오프되므로, 14V 배터리(E1)에 과도한 전압이 공급되는 것을 막을 수 있다.
즉, 모터 발전기의 출력이 소정의 값(예를 들어, 20 Vrms)을 초과하면, 스위치 수단이 턴오프되어 배터리로의 전력공급을 차단하여 배터리로의 과다 전압의 공급을 방지하므로 배터리를 보호하게 된다.
상술한 바와 같이, 몇 실시예를 참고하여 본 발명에 따른 모터구동 4WD 차량용 제어 장치 및 제어 방법을 설명하였으나, 본 발명은 이에만 제한되는 것은 아니며, 유사 기능을 가진 임의 구성체로 각 부품을 교체하는 등 여러 대체 형태가 가능하다.
상술한 실시예에서는 차량에 설치한 전기 부품이 배터리를 포함하는 구조를 참고하여 설명하였으나, 본 발명은 이에만 제한되지 않으며, 다른 부하를 포함할 수도 있다. 또한, 본 발명은 엔진이 시동되는 소정의 조건이 가속 스위치가 턴온되어 있는 상태에 기초하는 것을 예로 들어 설명하였으며, 본 발명은 특정 응용에 제한되는 것은 아니며, 엔진 시동이 행해지는 여러 조건을 포함할 수 있다.
이상에서 본 발명을 여러 실시예를 참고하여 설명하였으나, 본 발명은 이에만 제한되는 것은 아니며, 청구범위에 의해 한정된 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않는 한에서 당 분야의 전문가에 의한 여러 변형 및 수정이 가능하다. 따라서, 실시예들은 본 발명을 예시적으로 설명하기 위한 것이며, 한정하기 위한 것은 아니다.
참고로, 2003년 11월 27일 출원된 일본 특허 P2003-397242의 전문을 첨부한다.
본 발명의 몇몇 실시예를 참고하여 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 상술한 실시예에만 제한되는 것은 아니며, 당 분야의 전문가에게 제시적으로 기술한 것이다. 본 발명의 범위는 다음의 청구범위를 참고하여 한정한다.
본 발명에 따르면, 장치 구조를 간단하게 할 수 있는 모터 구동 4WD 차량의 제어 장치 및 제어 방법을 획득할 수 있다.
도1은 본 발명에 따른 제1실시예의 모터 구동 4WD 차량의 제어 장치의 구성을 도시한 블럭도이고,
도2는 엔진 시동동안에, 본 실시예의 모터 구동 4WD 차량의 제어 장치의 순차적인 기본 작동을 도시한 흐름도이며,
도3은 14V 배터리 충전모드동안에 본 실시예의 모터 구동 4WD 차량의 제어 장치의 순차적인 기본 작동을 도시한 흐름도이고,
도4는 4WD 구동 모드동안에 본 실시예의 모터 구동 4WD 차량의 제어 장치의 순차적인 기본 작동을 도시한 흐름도이며,
도5는 제1실시예의 모터 구동 4WD 차량의 제어 장치를 이루는 여러 부품의 작동상태를 도시한 표이고,
도6은 본 발명의 제2실시예의 모터 구동 4WD 차량의 제어 장치의 구성을 도시한 블럭도이며,
도7은 제2실시예의 모터구동 4WD 차량의 제어 장치를 이루는 여러 부품의 작동 상태를 도시한 표이다.

Claims (11)

  1. 전륜 또는 후륜 중 하나는 엔진에 의해 구동되고 다른 방향의 차륜들은 필요에 따라 모터에 의해 구동되는 모터 구동 4WD 차량의 제어 장치에 있어서,
    제1정격전압의 제1전력을 발생시키도록 엔진에 의해 구동되는 모터 발전기;
    제1전력을, 제1정격전압보다 낮은 제2정격전압의 제2전력으로 셋 다운(set down)시키는 셋업 및 셋다운 인버터; 및
    상기 셋업 및 셋다운 인버터로부터 출력된 제2전력이 공급되는 전기 장비를 구비하며,
    상기 모터 발전기로부터 출력된 제1정격전압의 제1전력으로 상기 모터를 구동시키는, 모터 구동 4WD 차량의 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전기 장비는 배터리를 포함하며,
    상기 셋업 및 셋다운 인버터는 제1전력을 제2전력으로 셋 다운시키는 제1기능과, 배터리로부터 방전된 제3정격전압의 제3전력을 상기 제3정격전압보다 높은 제4정격전압의 제4전력까지 셋 업시키는 제2기능을 가지며,
    상기 모터 발전기는 상기 셋업 및 셋다운 인버터로부터 출력된 제4전력에 응답하여 구동력을 발생시키는 기능을 가지며,
    상기 모터 발전기에 의해 발생된 구동력에 응답하여 엔진이 시동되는, 모터 구동 4WD 차량의 제어 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제3전력은 DC 전력이고, 상기 제4전력은 AC 전력이며, 상기 셋업 및 셋다운 인버터는 DC 전력을 AC 전력으로 변환시키는, 모터 구동 4WD 차량의 제어 장치.
  4. 제2항에 있어서, 조건이 만족되면, 상기 엔진이 시동되는, 모터 구동 4WD 차량의 제어 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 조건은 승원(occupant)에 의해 행해진 액셀 페달 작동을 포함하는, 모터 구동 4WD 차량의 제어 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1전력은 AC 전력이고, 상기 제2전력을 DC 전력이며,
    상기 전기 장비는 배터리를 포함하고,
    상기 셋업 및 셋다운 인버터는 모터 발전기에 의해 발생되 AC 전력을, 배터리에 충전되는 DC 전력으로 변환시키는, 모터 구동 4WD 차량의 제어 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 모터는 DC 모터를 포함하며, 상기 제1전력은 AC 전력이고, 상기 제어 장치는 상기 모터 발전기에 의해 발생된 AC 전력을, 모터 구동용 제5정격전압의 제5 DC 전력으로 정류하는 정류기를 더 포함하는, 모터 구동 4WD 차량의 제어 장치.
  8. 제2항에 있어서, 상기 모터 발전기의 중성점과 배터리 사이에 연결되어, 상기 모터 발전기에 의해 발생된 제1전력의 제1정격전압이 소정의 전압값을 초과하는 때에 개방되도록 동작하는 스위치를 더 포함하는, 모터 구동 4WD 차량의 제어 장치.
  9. 제2항에 있어서, 상기 배터리는 모터 발전기에 의해 발생된 제1전력으로 충전되며, 모터가 구동되지 않은 때에는 상기 모터 발전기의 출력 전압인 제1정격전압은 상기 모터 발전기에 의해 발생된 최대 전력 출력의 전압값보다 낮은 전압값에 유지되는, 모터 구동 4WD 차량의 제어 장치.
  10. 전륜 또는 후륜 중 하나가 엔진에 의해 구동되고 다른 방향의 차륜들은 필요에 따라 모터에 의해 구동되는 모터 구동 4WD 차량의 제어 방법에 있어서,
    셋업 및 셋다운 인버터가, 모터 발전기에 의해 발생된 제1정격전압의 제1전력을, 차량상에 장착된 전기 장비에 제2전력을 공급하기 위해 제1정격전압보다 낮은 제2정격전압의 제2전력으로 정류하고 셋 다운시키도록 하는 단계; 및
    상기 셋업 및 셋다운 인버터가, 상기 전기 장비에 의해 발생된 제3정격전압의 제3전력을, 상기 제3정격전압보다 높은 제4정격전압의 제4전력으로 셋업시키고, 상기 제1전력을, 제5정격전압의 제5전력으로 변환시켜 모터에 제5전력을 공급하여 4WD 구동을 행하도록 하는 단계를 구비하는, 모터 구동 4WD 차량의 제어 방법.
  11. 전륜 또는 후륜 중 하나가 엔진에 의해 구동되고 다른 방향의 차륜들은 필요에 따라 모터에 의해 구동되는 모터 구동 4WD 차량의 제어 장치에 있어서,
    제1정격전압의 제1전력을 발생시키도록 엔진에 의해 구동되는 발전 수단;
    제1전력을, 제1정격전압보다 낮은 제2정격전압의 제2전력으로 셋다운시키는 셋업 및 셋다운 인버팅 수단; 및
    상기 셋업 및 셋다운 인버팅 수단으로부터 출력된 제2전력이 공급되는 전기 장비를 구비하며,
    상기 제1전력으로 모터를 구동시키는, 모터 구동 4WD 차량의 제어 장치.
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