KR20060052341A - 전기적으로 구동되는 차량용 교류 구동 시스템 - Google Patents

전기적으로 구동되는 차량용 교류 구동 시스템 Download PDF

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Abstract

구동 토크를 공급하는 교류 구동 모터를 포함하는 기능성 차량을 위한 구동 시스템이 제공된다. 교류 모터 제어기는 배터리 전압 신호, 스로틀 페달 위치 신호, 브레이크 페달 위치 신호, 키 스위치 신호, 전진/중립/후진(FNR) 신호, 그리고 기능성 차량의 주행 및 견인 상태를 나타내는 주행/견인(run/tow) 신호를 받는다. 상기 교류 모터 제어기는 상기 교류 모터를 위해 교류 구동 신호를 발생한다. 상기 교류 구동 신호는 상기 배터리 전압 신호, 상기 스로틀 페달 위치, 상기 브레이크 페달 위치, 상기 키 스위치 신호, 상기 전진/중립/후진 신호, 그리고 상기 주행/견인 신호에 근거한다.
전기 차량, 교류 모터, 무브러시

Description

전기적으로 구동되는 차량용 교류 구동 시스템{AC DRIVE SYSTEM FOR ELECTRICALLY OPERATED VEHICLE}
도 1은 다양한 실시예들에 따른 교류 구동 시스템의 블록도이다.
도 2는 다양한 실시예들에 따른 계기판의 블록도이다.
도 3은 다양한 실시예들에 따른 CAN 통신칩의 배열을 도시하는 블록도이다.
도 4는 다양한 실시예들에 따른 앞 바퀴의 속도 센서를 도시하는 블록도이다.
도 5는 다양한 실시예들에 따른 전륜구동 배열을 도시하는 블록도이다.
이 출원은 2004년 10월 28일 미합중국 특허청에 출원된 출원번호 60/623,149에 관련된 것이다. 이 출원의 명세서는 전부 미합중국 출원에 관련된 것이다.
본 발명은 전기로 작동되는 차량(vehicle)의 바퀴를 구동하는 추진력을 제공하기 위한, 무브러시 교류 구동 시스템(brushless alternation current drive system)에 관한 것이다.
교류 모터 혹은 직류 모터와 같은 모든 전기 모터들은 원칙적으로 서로에 대 하여 근접한 두 개의 자기장이 정렬되도록 하여 작동한다. 자기장을 유도하기 위한 하나의 방법은 전선 코일을 통하여 전류를 흘리는 것이다. 전류가 흐르는 두 개의 코일이 서로에 대하여 근접하면, 유도된 각각의 자기장은 서로가 정렬되도록 한다. 두개의 코일에 0 내지 180 도 오정렬(out of alignment)된 경우, 두 개의 코일 사이에서는 토크가 발생된다. 이들 코일 중의 하나가 샤프트에 기계적으로 고정되고 다른 하나가 외부 하우징에 고정되도록 배치된 것이 전기 모터로 알려져 있다. 이들 사이에 발생되는 토크는 코일을 흐르는 전류에 따라 변화할 수 있다.
교류 모터는 단일/멀티 상(single/multiphase) 모터, 유니버살(universal) 모터, 서보(servo) 모터, 유도(induction) 모터, 싱크로너스(synchronous) 모터, 기어(gear motor) 모터 등의 여러 가지를 포함한다. 교류 모터에 의하여 유도된 자기장은 모터 코일에서와 같은 교류 전압에 의한 전자석에 의하여도 만들어질 수 있다. 자기장은 형성하는 코일은 전통적으로 계자 코일(field coil)이라 불리며, 반면에 회전하는 코일과 코일 코어는 전기자 코일(armature coil)이라 불린다.
교류 모터는 직류 모터보다 몇 가지 장점이 있다. 직류 모터의 어떤 것은 정류자(commutator)라 불리는 소자를 포함한다. 모터 샤프트가 180도를 초과하여 회전하면 토크를 발생시키도록 하기 위하여, 정류자는 두개의 코일이 항상 어떤 각도를 갖도록 한다. 정류자는 전기자 코일로부터 전류를 단절시키고, 모터 하우징에 연결된 전기자 코일과 계자 코일 사이의 각도가 영(0)이 되기 전에 2차 전기자 코일을 연결한다.
전기자 코일들 각각의 단부에는 정류자편(commutator bar)으로 알려진 접촉 면을 가진다. 브러시(brush)라고 알려진 카본으로 만들어진 접촉면은 모터 하우징에 고정된다. 정류자와 브러시를 갖는 직류 모터는 예를 들어, 브러시드 직류 모터('brushed' DC motor)라고 알려진다. 직류 모터 샤프트가 회전함에 따라 브러시는 한 세트의 정류자편들과의 접촉을 해제하고 다음 세트의 정류자편들과 접촉한다. 이러한 조작에 따라 전기자 코일과 계자 코일 사이의 각도가 상대적으로 일정하게 유지된다. 이에 따라 직류 모터의 회전 동안에 일정한 토크가 유지되도록 한다.
무브러시 교류 모터로 알려진 교류 모터의 어떤 타입은 브러시나 정류자편을 사용하지 않는다. 브러시드 직류모터는 정형적으로 검사를 하여야 하고 낡은 브러시의 교체 및 모터 표면의 카본 먼지의 제거와 같은 주기적인 유지관리를 필요로 한다. 카본 먼지는 잠재적인 스파킹 위험을 유발할 수 있다. 따라서, 브러시드 직류 모터 대신에 무브러시 직류 모터의 사용이 유지보수와 낡아지는 문제는 제거할 수 있다. 뿐만 아니라, 위험한 스파킹의 문제 또한 제거할 수 있다. 또한, 교류 모터는 정속(constant speed)을 위한 응용에 매우 유용하다. 직류 모터와는 달리, 교류 모터에서의 속도는 모터 단자에 공급되는 교류 전압의 주파수에 의하여 결정되기 때문이다.
교류 모터에는 교류 싱크로너스 모터와 교류 유도 모터라는 두 가지의 특징적인 형태가 있다. 싱크로너스 모터는 간단한 회전면을 갖는 고정자부에 직권된 권선 구성된다. 전류는 코일을 통과하여, 코일에 토크를 발생한다. 전류는 교류이기 때문에, 모터는 전형적으로 사인파의 주파수에 대응되도록 부드럽게 회전한 다. 이에 따라 부하가 있고 없음에 관계없이 미끄러짐 없이 일정한 속도를 갖게 된다.
교류 유도 모터는 두 개의 교류 모터 타입 중 더 일반적이다. 교류 유도 모터는 직접적으로 회전되기 보다는 코일에 회전을 유도하는 전류를 사용한다. 더구나, 교류 유도 모터는 회전 전기자(rotating armature) 상에 단선된 와이어 루프를 사용하고, 계자 코일에서 발생된 변화하는 자기장에 의하여 상기 루프에 유도된 전류로부터 모터 토크를 얻는다.
골프카 및 소형 차량(small utility vehicle)과 같은 통상적인 전기모터에 의해 구동되는 차량은 주로 션트식(shunt-type) 직류 구동 시스템에 의하여 공급되는 직류 전원을 사용한다. 션트식 직류 모터는 골프카와 같은 차량을 구동 위하여 종래에 사용되던 직권(series wound)된 직류 모터를 교체하고 있다. 션트식 직류 모터는 공통 전압 전원에 평행하게 연결된 전기자와 계자 권선(field winding)을 가지고, 직권된 직류 모터보다 모터 성능의 조절이 더 쉽다. 그러나, 이러한 션트식 모터는 여전히 유지보수와 잠재적인 스파크 위험에 따르는 문제를 안고 있다. 종전에는 무브러시 교류 구동 모터 시스템은 골프카와 같은 차량의 바퀴을 구동하기 위한 구동력을 제공하지 못하는 것으로 여겨진다.
본 발명은 전기로 작동되는 차량(vehicle)의 바퀴를 구동하기 위한 추진력을 제공하기 위한, 브러쉬가 없는 교류 구동 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 기능성 차량 구동 시스템을 제공한다.
일 예에 의하면, 기능성 차량 구동 시스템은 구동 토크를 제공하는 교류 모터 및 배터리 전압 신호, 스로틀 페달 위치 신호, 브레이크 페달 위치 신호, 키 스위치 신호, 전진/중립/후진(FNR) 신호, 그리고 기능성 차량의 주행 및 견인 상태를 나타내는 주행/견인(run/tow) 신호를 받아 상기 교류 모터를 위해 교류 구동 신호를 발생하는 교류 모터 제어기를 포함하고, 상기 교류 구동 신호는 상기 배터리 전압 신호, 상기 스로틀 페달 위치, 상기 브레이크 페달 위치, 상기 키 스위치 신호, 상기 전진/중립/후진 신호, 그리고 상기 주행/견인 신호에 근거한다.
다른 예에 의하면, 기능성 차량 구동 시스템은 각각이 연관된 바퀴를 구동하기 위한 구동 토크를 제공하는 복수 개의 교류 구동 모터들 및 배터리 전압 신호, 스로틀 페달 위치 신호, 브레이크 페달 위치 신호, 키 스위치 신호, 전진/중립/후진(FNR) 신호, 그리고 기능성 차량의 주행 및 견인 상태를 나타내는 주행/견인(run/tow) 신호를 받아 대응하는 교류 모터들을 위한 복수 개의 교류 구동 신호를 발생하는 복수 개의 교류 모터 제어기를 포함하고, 상기 교류 구동 신호는 상기 배터리 전압 신호, 상기 스로틀 페달 위치, 상기 브레이크 페달 위치, 상기 키 스위치 신호, 상기 전진/중립/후진 신호, 그리고 상기 주행/견인 신호에 근거한다.
또 다른 예에 의하면, 기능성 차량(utility vehicle) 구동 시스템은 상기 차량을 지지하며 적어도 하나는 구동 바퀴(drive wheel)인 복수의 바퀴들, 상기 구동 바퀴에 구동 토크(drive torque)를 제공하는 교류 모터(alternating-current motor), 그리고 상기 교류 모터를 위해 교류 구동 신호(AC drive signal)를 발생시 키고, 복수의 입력들을 받는 교류 모터 제어기를 포함하고, 상기 교류 구동 신호는 적어도 하나의 배터리 전압 신호(at least a battery voltage signal), 스로틀 페달 위치 신호(a throttle pedal position signal), 그리고 브레이크 페달 위치 신호(brake pedal position signal)에 근거하여 발생된다.
또 다른 예에 의하면, 복수의 바퀴들을 포함하는 기능성 차량을 위한 구동 시스템은 각각이 바퀴들 중 연관된 하나를 구동하기 위한 구동 토크를 제공하는 복수 개의 교류 구동 모터들 및 키 스위치 신호, 전진/중립/후진(FNR) 신호, 그리고 기능성 차량의 주행 및 견인 상태를 나타내는 주행/견인(run/tow) 신호 중 적어도 어느 하나와 배터리 전압 신호, 스로틀 페달 위치 신호, 브레이크 페달 위치 신호를 받고, 대응하는 교류 모터들을 위한 복수 개의 교류 구동 신호를 발생하는 복수 개의 교류 모터 제어기를 포함하며, 상기 교류 구동 신호는 상기 배터리 전압 신호, 상기 스로틀 페달 위치, 상기 브레이크 페달 위치, 상기 키 스위치 신호, 상기 전진/중립/후진 신호, 그리고 상기 주행/견인 신호에 근거한다.
또한, 본 발명은 기능성 차량 구동 시스템의 동작 방법을 제공한다.
일 예에 의하면, 기능성 차량 구동 시스템의 동작 방법은 구동 토크를 제공하고 배터리 전압 신호, 스로틀 페달 위치 신호, 브레이크 페달 위치 신호, 키 스위치 신호, 전진/중립/후진(FNR) 신호, 그리고 기능성 차량의 주행 및 견인 상태를 나타내는 주행/견인(run/tow) 신호를 받고 상기 배터리 전압 신호, 스로틀 페달 위치, 브레이크 페달 위치, 키 스위치 신호, 전진/중립/후진 신호, 그리고 주행/견인 신호에 근거하여 교류 구동 신호를 발생하고, 그리고 상기 교류 구동 신호를 기능성 차량을 추진하기 위한 구동 토크로 전환하는 것을 포함한다.
다른 예에 의하면, 기능성 차량 구동 시스템의 동작 방법은 구동 토크를 제공하고, 키 스위치 신호, 전진/중립/후진(FNR) 신호, 그리고 기능성 차량의 주행 및 견인 상태를 나타내는 주행/견인(run/tow) 신호 중 적어도 어느 하나와 배터리 전압 신호, 스로틀 페달 위치 신호, 브레이크 페달 위치 신호를 받고, 상기 받은 신호에 근거하여 교류 구동 신호를 발생하고, 그리고 상기 교류 구동 신호를 기능성 차량을 추진하기 위한 구동 토크로 전환하는 것을 포함한다.
또 다른 예에 의하면, 기능성 차량 구동 시스템의 동작 방법은 키 스위치 신호, 전진/중립/후진(FNR) 신호, 그리고 기능성 차량의 주행 및 견인 상태를 나타내는 주행/견인(run/tow) 신호 중 적어도 어느 하나와 배터리 전압 신호, 스로틀 페달 위치 신호, 브레이크 페달 위치 신호를 받고, 상기 키 스위치 신호, 상기 전진/중립/후진 신호, 그리고 상기 주행/견인 신호 중 어느 하나와 상기 배터리 전압 신호, 상기 스로틀 페달 위치, 상기 브레이크 페달 위치 신호에 근거하여 교류 구동 신호를 발생하고, 그리고 상기 교류 구동 신호를 기능성 차량을 추진하기 위한 구동 토크로 전환한다.
도 1은 다양한 실시예들에 따른 교류 구동 시스템의 대표적인 블록도이다. 도 1에서, 유도 모터 또는 영구자석 모터와 같은 3상(3φ) 교류 모터(110), 골프카 및/또는 소형 차량(small utility vehicle)과 같은 전기적으로 작동되는 차량(190) 에 결합되어 사용되는 매치드 교류 구동 모터 제어기(matched AC drive motor controller)(120)를 포함하는 교류 구동 시스템이 도시된다. 아래에서 보다 상세하게 설명되는 바와 같이, 교류 구동 시스템(100)은 견인력, 상용 브레이크 능력, 및 차량(190)의 운동으로부터 기전력(EMF) 형태의 포텐샬 에너지로의 역학적 에너지의 변환 또는 복원을 제공한다.
도 1을 참조하여, 제어부(120)에 반응하여, 모터(110)는 잠금 차동기(194) 및 샤프트(196)를 통한 차축에 의하여 후륜(198)에 추진력 또는 견인력을 전달하여, 구동 바퀴(198)에 추진력을 제공할 수 있다. 모터(110)는 신호선(185) 및/또는 모터(110)를 통하여, 모터 제어기(120)의 제어 하에 전기 브레이크(180)에 효과적으로 연결될 수 있다. 게다가, 스로틀(가속 페달)(170)을 위한 스로틀 조절은 모터 제어기(120)로부터 라인(126)을 통하여 전달되는 신호에 기초하여, 스로틀 위치 센서(175) 및 스로틀 활성화 센서(throttle enable sensor)(177)을 통하여 제공될 수 있다. 나아가, 교류 구동 시스템(100)은 모터 제어기(120)로부터의 신호에 대응하여 모터(110)에 의한 제동을 효과적으로 제어하기 위한 상용 브레이크 패달(160)을 포함할 수 있다. 상용 브레이크 페달(160)의 동작은, 통신 라인(122)을 통하여 모터 제어기(120)로 전달되는 제어 신호를 발생하는 하나 또는 두 개의 센서에 의하여 검출된다. 브레이크 페달(160)에 결합된 센서들은 아래에서 더 설명되는 브레이크 위치 센서(163) 및 풀 스트로크(full stroke) 센서(165)를 포함할 수 있다.
모터 제어기(120)는 도 1에 도시된 바와 같이, 직접 연결 또는 계측 제어기 통신망(controller area network: CAN) 버스(145) 및 결합된 커넥터 인터페이스(associated connector interface; 120)을 통하여, 적어도 하나 이상의 휴대용 배터리팩(130), 충전기(140), 외부 네트워크(150), 및 후진 경보(reverse alarm) 센서와 같은 다른 외부 장치 또는 출력(155)과 효과적인 통신을 한다. 모터 제어기(120)와 충전기(140) 및 외부 네트워크(150)와의 데이터 교환 및 효과적인 제어는 아래에서 더 설명된다.
교류 구동 시스템(100)을 위한 교류 시스템 로직은 일련의 구동 입력과 구동 출력을 포함할 수 있다. 다음은 대표적으로 모터 제어기(120)과 같은 지능형 장치에서 실행되는 시스템 로직으로의 입출력에 대하여 설명한다. 아래에서 설명되는 입출력 파라미터 또는 신호들은 대표적인 교류 구동 시스템에서 실행될 수 있다.
도 2는 다양한 실시예들에 따른 대표적인 장치의 블록도이다. 도 2를 참조하면, 적당한 장치 패널(200)은 키 스위치(220), 전진/중립/후진(FNR) 스위치(230), 배터리 부족(low battery) 표시기(235), 적산 전류계(amp-hour meter; 240), 제어부 표시기(248), 및 후진 경보 표시기(250)을 포함할 수 있다. 제어부 표시기(248)은 정상 상태, 경고 등 및 교류 모터 제어 시스템의 교류 제어부 또는 다른 부품들의 상태를 표시할 수 있다. 엘이디(LED; 245)는 단일 또는 복수개의 엘이디들로 구성될 수 있고, 적당한 숫자, 또는 문자와 숫자를 조합한 에러 코드를 표시하도록 배열될 수 있다. 에러 코드는 교류 모터(110), 모터 제어기(120), 배터리 팩(130), 상용 브레이크(160), 전기적으로 동작하는 브레이크(180) 등의 상황에 대하여 임계치에 근접하고 있다는 것 또는 경보에 관한 것을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
차량(190)은 차량(190)의 운전자에 의한 작동을 위하여 소정의 위치에 제공되는 운전(run)/견인(tow) 스위치(210)를 포함할 수 있다. 운전(run)/견인(tow) 스위치(210)는 견인에 편리한 위치의 차량(190) 상에 위치할 수 있다. 단, 차량(190)의 정상적인 동작 동안에 의도적이거나 부주의한 스위치(210)의 순환을 피하기 위하여, 스위치는 운전자 또는 승객의 위치에서 쉽게 작동될 수 없는 위치일 수 있다.
운전(run)/견인(tow) 스위치(210)가 운전(RUN)으로 선택되면, 모터 제어기(120)와 모터(110)에 의하여 차량(190)을 구동하도록 추진력이 제공될 수 있다. 운전(run)/견인(tow) 스위치(210)가 견인(TOW)으로 선택되면, 전기 브레이크(180) 및 모터 제어기(120)을 가동하기에 충분한 시간 동안, 예들 들면 1초 동안, 활성화될 수 있고, 그 후 소정의 펄스폭 변조된(pulse width modulated: PWM) 비율, 예컨대 40%로 전기 브레이크(180)에 지속하도록 견인력이 공급된다. 더욱 상세하게 설명되는 바와 같이, 이것은 차량(190)이 정격 모터 속도까지 혹은 약간 상회라는 속도로 견인되도록 할 수 있다. 정격 모터 속도는 대표적인 골프카의 응용을 위하여는 4650RPM일 수 있다. 운전(run)/견인(tow) 스위치(210)가 견인(TOW)인 상태에서, 견인 모드(towing mode)는 바퀴 토크를 영(0)으로 만들 수 있다.
시스템 로직으로의 다른 입력은 온/오프 스위치 위치를 가지는 키 스위치(220)을 통하여 제공될 수 있다. 키 스위치(220)가 온 위치에 세팅되면, 구동 로직 전원은 모터 제어기(120)를 작동시키고, 전기 브레이크(180)를 작동시킬 수 있 다. 키 스위치(220)를 오프 위치에 세팅하면, 로직 전원은 모터 제어기(120)의 기능을 억제하고, 전기 브레이크(180)에 전원을 끊을 수 있다.
FNR 스위치(230)의 전진(FWD)으로의 작동은 전진 구동 방향을 선택하도록 구동 로직 전원을 작동시킨다. 전진 속도는 정격 속도까지일 수 있고, 정격 모터 속도에 대응되는 차량 속도일 수 있다. FNR 스위치(230)의 중립(NEUTRAL)으로의 작동은 교류 모터(110)가 상대적으로 일정 알피엠(RPM), 즉 아이들(idle) 상태에서 바퀴이 자유롭게 움직일 수 있는 모드(free-wheeling mode)에 놓이도록, 전진 구동 방향 또는 후진 구동 방향 어느 것이던지 선택하도록 구동 로직 전원을 작동시킨다. FNR 스위치(230)의 후진(REV)으로 작동은 후진 구동 방향을 선택하도록 로직 전원을 작동시킨다. 이 후진 스위치 위치는 선택적으로 후진 경보음을 발생할 수 있다. 바람직하게는 후진 방향은 정격 속도보다 적은 속도, 즉 최대 모터 속도의 60% 혹은 약 10MPH의 차량 속도로 한정될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 시스템 로직으로의 다른 구동 입력은 스로틀 위치 센서(175)를 포함할 수 있다. 스로틀 위치 센서(175)는 가속 페달 또는 스로틀(170)과, 모터 제어기(120) 사이의 신호선(126)에 위치할 수 있고, 제어부(120)의 A/D 컨버터에서 디지털 신호로 변환할 수 있는 아날로그 신호를 출력하도록 할 수 있다. 전압은 스로틀(170)의 위치 또는 후퇴에 대응되는 0 내지 5 V 사이에서 변할 수 있다. 대표적으로는, 0 내지 0.5 V는 0 RPM의 속도이고, 4.5 V 이상은 최대 요구 모터 속도를 표시할 수 있다. 다시 말하면, 0.5 V 출력은 0%의 모터 속도 또는 영(0) RPM에 대응될 수 있다. 4.5 V 이상의 출력은 전진 방향으로 100%의 모터 속도(4650 RPM), 후진 방향으로 약 60%의 모터 속도(2790 RPM)에 대응될 수 있다. 스로틀 위치 센서(175)는 적당한 전압계 또는 홀 센서일 수 있고, 전진 또는 후진 방향에서 실제 속도가 모터 속도의 100%로 제한되도록 할 수 있다.
시스템 로직으로의 다른 구동 입력은 스로틀 활성화 센서(177)를 통하여 있을 수 있다. 또한 스로틀 활성화 센서(177)(때로는, 페달-업(pedal-up) 센서라고도 함)는 가속 페달 또는 스로틀(170)의 위치에 기초하여 구동 모드와 페달-업 모드 중의 하나를 센싱할 수 있다. 페달이 눌려진 위치에 있는 구동 모드를 센싱하면, 스로틀 활성화 센서(177)는 교류 모터(110)가 작동되도록 주 접촉기(main contactor)를 활성화하고 전기 브레이크(180)을 비활성화한다. 이에 따라, 구동 전원이, 모터 제어기(120) 및 모터(11)을 통하여, 바퀴(198)로 전달된다. 페달-업 모드가 센싱되면, 즉 가속 페달이 완전히 업(up)되고 눌려지지 않으면, 주 접촉기는 구동되지 않도록 비활성화된다.
따라서, 추진력이 바퀴(198)로 제공되도록 하는 대표적인 입력 조건은, 온(ON) 위치에 위치하는 키 스위치(220)와, 전진 또는 후진 위치 중의 하나를 선택하는 FNR 스위치(230)와, 운전(RUN)을 선택하기 위한 운전/견인 스위치(210)와, 모터 제어기(120)로부터 0% 브레이킹 명령을 받는 브레이크 위치 센서(163)와, 적어도 20%의 배터리(130) 충전 상태(state of charge: SOC)를 포함할 수 있다. 이러한 것은 단지 추진력을 제공하기 위한 대표적인 조건일 뿐이고, 당업자에게는 다른 조건들이 있을 수 있다.
시스템 로직으로의 다른 구동 입력은 브레이크 위치 센서(163)를 통하여 제 공될 수 있다. 예를 들면, 0.5 V 출력 이상의 센싱은 바퀴(198)에 추진력의 작동과 0%의 제동력을 나타낼 수 있다. 0.51 V 내지 1.0 V의 출력에서는, 회생 제동(regenerative braking)에 의하여 실제 속도가 유지되고, 어떠한 추진력도 바퀴(180)에 전달되지 않을 수 있다. 1.01 V 내지 4.0 V의 출력에서는, 입력 전압에 따라 비례하도록 감속될 수 있다. 출발과 종료 조건은 조절될 수 있다. 4.1 내지 5.0 V 혹은 그 이상의 출력에서는, 모터 속도가 0%일 수 있고, 전기 브레이크(180)는 모터(110)에 제동 압력을 가하도록 할 수 있다. 제동 기능은 코스의 조건, 즉 노면이 젖거나 건조하거나 언덕이 있거나 평탄한 조건, 및 제동 작용이 일관되게 제공될 수 있도록 하는 차량 성능에 따라 조율될 수 있다.
브레이크 위치 센서(163)의 로직 기능은 스로틀 밸브(170)로의 스로틀 입력을 무시하고 우선할 수 있다. 브레이크 위치 센서(163)를 위한 로직 기능은 키 스위치(220)가 온(ON), FNR 스위치(230)가 전진 또는 후진, 운전(run)/견인(tow) 스위치(210)가 운전 또는 견인, 스로틀 활성화 센서(177)가 구동 모드 또는 페달-업 모드를 센싱, 스로틀 위치 센서(175)가 0% 내지 100% 사이의 모터 속도를 센싱하는 것에 따라 작동될 수 있다. 추가적인 조건은 0% 이상의 배터리 충전 상태(SOC)일 수 있다.
시스템 로직으로의 다른 구동 입력은 배터리 전압일 수 있다. 모터 제어기(120)는 배터리 팩(130)의 충전 상태(SOC)를 결정하기 위하여 배터리 팩(130)의 내부저항(임피던스)를 모니터하거나, 배터리 팩(130)에 연결된 부하의 전압을 모니터 수 있다. 충전상태가 25% 내지 100%일 경우, 제어부(120)는 차량(190)이 구동하기 위하여 추진력이 작동되도록 한다. 24% 내지 20%인 경우, 모터 제어기(120)는 최대 속도의 40%의 속도, 또는 약 1860 RPM 또는 림프 홈(limp home) 모드를 위하여 약 6 RPM로 운행하도록 제한한다. 20% 이하인 경우, 어떠한 추진력도 제공되지 않는다. 로직은 명령된 속도를 제로(0) RPM으로 제한할 수 있고, 전기 브레이크(180)는 비활성화되며, 모터(110)를 통한 모터 브레이킹이 활성화되어서 배터리 팩(130)이 심하게 방전되는 것을 보호할 수 있다. 전기 브레이크(180)는 주행/견인 스위치가 TOW로 선택되는 것에 의해 SOC 범위의 후반에 활성화될 수 있다.
표 1은 모터 제어기(120)의 로직으로의 바람직한 구동입력들을 나타낸다.
- 구동 입력들
입력 상태 기능
주행/견인 스위치(210) 주행(Run) 차량을 구동하는 동기 파워를 활성화하도록 선택되어야함
견인(Tow) 전기 브레이크(180)을 1초 동안 활성화한 후, 전기 브레이크(180)을 홀드온하도록 40%PWM을 적용함. 차량(190)이 견인되도록 가속이 이루어지고 서서히 모터 속도가 상향됨(4650rpm). 견인모드는 제로 바퀴 토오크를 제공함. 견인은 매일 여러 번 발생함. U, V 및 W 파워 배선들의 외부 스위칭은 요구되지 않음.
키 스위치(220) 온(ON) 모터 제어기(120)에 구동 로직 파워를 활성화하고 전기 브레이크(190)을 활성화함
오프(OFF) 모터 제어기(120)에 로직 파워를 디세이블하고, 전기 브레이크(180)을 비활성화함.
스로틀 활성화 센서(177) 드라이브(DRIVE) 메인 콘택터를 활성하함. 전기 브레이크(180)을 비활성화함. 구동을 활성화함.
페달-업(PEDAL-UP) 메인 콘택터를 비활성화함. 구동을 디세이블함.
스로틀 위치 센서(175) 0.5V 입력(input) 0% 명령된 모터 속도(0 rpm)
4.5V 입력(input) 100% 명령된 모터 속도(4650 rpm) FWD 및 (2790 rpm) REV
실제 속도를 100% 모터 속도 (4650 rpm) FWD 및 REV로 제한
동기 파워를 제공하는 데 부합할 수 있는 다른 조건들: · 키 스위치(220)=ON 및 FNR 스위치=FWD 또는 REV ·주행/견인 스위치(210)=Run · 브레이크 위치센서(163)=0% 브레이크 명령 · 배터리 SOC > 20%
브레이크 위치 센서(163) 0.5V 입력 0% 브레이킹, 동기 파워는 활성화됨.
0.51V - 1.0V 입력 재생 브레이킹을 통해 실제 속도 유지 - 동기 파워 없음.
1.01V - 4.0V 입력 감속 경사는 증가된 입력 전압에 비례적으로 증가함(시작 및 종료 기울기는 조절가능)
4.01V - 4.5V 입력 명령된 모터 속도는 0%(0 rpm). 전기 브레이크는 비활성화됨.
이 로직 기능은 스로틀 입력 보다 우선함. 아래 조건들에서 동작함: · 키 스위치 = ON 및 FNR 스위치 = FWD 또는 REV · 주행/견인스위치(210) = Run 또는 Tow · 스로틀 활성화스위치(177) = 0% 내지 100% · 배터리 SOC > 0 %
배터리 전압 부하 또는 배터리 팩의 내부 저항 하에서 배터리 팩(130)을 모니터하여 충전 배터리 팩 상태(SOC)를 결정함
SOC = 100% 내지 25% 동기 파워를 활성화하여 차량(190)을 구동함.
SOC = 24% 내지 20% 명령된 속도를 40% 최대 속도 구동으로 제한함(1860 rpm).
SOC = 19% 내지 0% 명령된 속도를 0% (0 rpm)로 제한함. 전기 브레이크(180)는 비활성화됨. 모터 브레이킹은 활성화됨. 전기 브레이크(180)은 주행/견인 스위치(210)=TOW인 경우에 한하여 활성화될 수 있음. 전기 브레이크는 수동 제어 제동 장치를 구비하여 스프링을 기계적으로 풀어줌.
FNR 스위치(230) (FWD/NEUTRAL/REV) 전진 구동 로직 파워를 활성화하고 전진 구동 방향을 선택함. 전진 속도는 최대 모터 속도의 100% 임. (4650 rpm)
중립 로직 파워를 디세이블함. 전기 브레이크(180)을 비활성화함.
후진 구동 로직 파워를 활성화하고, 후진 구동 방향을 선택함. 후진 경보(250)를 울림. 후진 방향 속도는 최대 모터 속도의 60%임(2790 rpm)
교류 구동 시스템(100)은 모터 제어기(120)에 의해 발생된 몇몇 전형적인 구동 출력들을 가질 수 있다. 예컨대, 키 스위치(220)가 오프 상태이고 상기 FNR 스위치(230)이 REV 상태이며 주행/견인(run/tow) 스위치(210)가 주행(RUN)으로 선택되었을 때, 후진 경보(250)를 활성화하기 위해 후진 경보 출력이 제어기(120)에 의해 발생될 수 있다. 키 스위치(220)가 오프(OFF)로 선택되거나 주행/견인 스위치(210)가 견인(TOW)로 선택되면, 모터 제어기(120)가 후진 경보(250)를 디세이블시킬 수 있다.
주행/견인 스위치가 TOW 상태로 선택되거나, 키 스위치(220)가 ON 상태로 선택되고 FNR 스위치(230)가 FWD 또는 REV 상태로 선택되고, 스로틀 활성화 센서(177)가 구동 모드이고, 실제 모터 속도가 제로(0) RPM이면, 구동 출력 로직은 전기 브레이크(180)로 제공될 수 있다. 모터 제어기(120)의 구동 출력 로직은 전기 브레이크(180)를 최대 활성 전압, 예컨대 48 볼트로 1초 동안 활성화 시킬 수 있고, 그리고 40% PWM으로 강하실 수 있다. 이들 조건은 단지 바람직한 조건일 뿐이고, 다른 조건들도 당업자로서는 적용 가능하다.
주행/견인 스위치(210)가 TOW 상태로 선택되거나, 주행/견인 스위치(210)가 RUN 상태로 선택되고, 키 스위치(220)가 ON 및 FNR 스위치(230)이고 FWD 또는 REV로 선택되며, 스로틀 활성화 센서(177)이 구동 모드이면, 교류 구동 시스템(100)은 구동 출력 로직을 제공하여 주 접촉기(main contactor)를 제공할 수 있다. 구동 출력 로직은 상기 주 접촉기를 선택 최대 전압, 예컨대 36 볼트 (또는 다른 전압)로 1초 동안 활성화 시킬 수 있다. 주행/견인 스위치(210)가 RUN 상태로 선택되고, 키 스위치(22)가 ON 상태로 선택되고, FNR 스위치(230)가 FWD 또는 REV 상태이며, 스로틀 활성화 센서(177)의 위치가 구동 모드이면, 제어기(120)는 주 접촉기를 제로(0) 볼트로 디세이블 시킬 수 있다.
또한, 구동 출력 로직은 잠금 차동기(locking differential, 194)를 제어하기 위해 제공될 수 있다. 로직은 잠금 차동기(194)를 선택 최대 전압, 예컨대 12 볼트에서 1초 동안 체결되도록 활성화 시킨 후, 40% PWM으로 강하시키거나 다른 선택 중간 전압에서 체결되도록 활성화 시킬 수 있다. 주행/견인 스위치(210)가 TOW 상태로 선택되거나, 또는 키 스위치(220)가 ON 상태로 선택되고 FNR 스위치(230)가 FWD 및 REV 상태로 선택되며 스로틀 활성화 센서(177)가 구동 모드이고 실제 모터 속도가 제로(0) RPM 보다 크면, 잠금 차동 장치(194)를 체결하기 위한 조건들은 만족될 수 있다. 만일, 주행/견인 스위치(210)가 RUN 상태로 선택되고 키 스위치(220)가 OFF 상태로 선택되거나, 키 스위치(220)이 ON 상태로 선택되고, FNR 스위치(230)이 FWD 및 REV 상태로 선택되며 상기 스로틀 활성화 센서(177)가 페달 업(pedal-up) 모드이고 실제 모터 속도가 제로(0) RPM 이면, 구동 출력 로직은 잠금 차동기(194)를 제로(0) 볼트로 디세이블시킬 수 있다. 이들 조건들은 단지 잠금 차동기(194)를 체결/비체결하는 조건일뿐, 당업자에 의해 다른 조건들로 설정될 수 있다.
표 2는 모터 제어기(120)의 로직으로부터의 구동 출력들을 나타낸다.
구동 출력들
출력 위치 기능
후진 경보(250) 활성화 키 스위치(220) = ON, FNR 스위치(230) = REV 이고 주행/견인 스위치(210) = 주행(RUN) 일때 12V
비활성화 키 스위치(220) = ON, FNR 스위치(230) = FWD 또는 REV 이고 주행/견인 스위치(210) = 견인(TOW) 일때 0V
전기 브레이크(180) 활성화 주행/견인 스위치(210) = TOW 이거나, 또는 키 스위치(220) = 온(ON)이고 FNR 스위치(230) = FWD 또는 REV이고 스로틀 활성화 센서(177) = 구동이이거나 실제 모터 속도 > 0 rpm 일때, 1초 동안 48V이고 이후 40% PWM으로 강하함.
메인 콘택터 활성화 주행/견인 스위치(210) = TOW 이거나, 또는 주행/견인 스위치(210) = 주행(RUN)이고, 키 스위치(220) = 온(ON)이고 FNR 스위치(230) = FWD 또는 REV이고 스로틀 활성화 센서(177) = 구동일 때, 1초 동안 36V이고 이후 40% PWM으로 강하함.
비활성화 주행/견인 스위치(210) = RUN 이고 키 스위치(220) = 오프(OFF)이거나, 또는 주행/견인 스위치(210) = RUN 이고 키 스위치(220) = 온(ON)이고 FNR 스위치(230) = FWD 또는 REV이고 스로틀 활성화 센서(177) = 페달-업일 때, 0V
잠금 차동기 활성화 주행/견인 스위치(210) = TOW 이거나, 또는 키 스위치 = FWD 또는 REV이고 (스로틀 활성화 센서(177) = 구동이거나 실제 모터 속도 > 0 rpm) 일때, 1초 동안 12V이고 이후 40% PWM으로 강하함.
비활성화 (주행/견인 스위치(210) = RUN이고 키 스위치(220) = OFF) 이거나 또는, 키 스위치 = 온(ON), FNR 스위치(230) = FWD 또는 REV이고 스로틀 활성화 센서(177) = 페달-업이고 실제 모터 속도 > 0% (0 rpm) 일때, 0V.
지능형 기기들, 예컨대 모터 제어기(120), 배터리 팩(130), 충전기(140), 외부 네트워크(150) 및 다양한 감지기들 및 스로틀 밸브(170)와 같은 작동기들, 전기 브레이크(180), 서비스 제동 페달(160) 등, 사이의 통신은 계측 제어기 통신망 (CAN) 버스를 통하여 이루어질 수 있고, CAN 커넥터 인터페이스들과 관련된다. 예컨대, 하이, 로우 및 접지핀들을 갖는 CAN 칩은 적절한 구동 커넥터로 모터 제어기(120)에 제공될 수 있다. 이하에서 상세하게 설명되고 있는 바와 같이, 통신 프로토콜로서 CAN 오픈 2.0B (CAN open 2.0B) 또는 겸용 프로토콜 (compatible protocol)과 같은 적절한 CAN 프로토콜이 제공될 수 있다. 상기 교류 구동 시스템(100)내의 상기 CAN 버스 인터페이스들은 충전기(140)를 이용한 통신과 같이 외부 네트워크(150)를 통해 간헐 진단 능력(intermittent diagnostic ability)을 제공할 수 있다. 데이터는 교류 구동 시스템(100)의 다양한 구성요소들의 사이에서 대체될 수 있고, 모터 제어기(120)에 저장될 수 있다. 이러한 데이터는 구동 오류들, 경고들, 결함 코드들, 배터리 충전상태, 배터리 전압, 충전 횟수, 주행 타임(run times) 및 충전량, 총 구동 시간 및 총 로직 파워 시간 등의 데이터를 포함할 수 있으나, 이들로 제한되는 것은 아니다. CAN 버스가 바람직한 버스 아키텍쳐로서 설명되었지만, 이 바람직한 실시예는 버스 아키텍쳐를 다양한 버스 아키텍쳐를 채용할 수 있다. 또 다른 적절한 버스 아키텍쳐들은 RS 232, RS 422, USB, 직렬(serial), 병렬(parallel), 무선(wireless), 블루투스(Bluetooth) 및/또는 광학 버스들을 포함할 수 있으나, 반드시 이들로만 제한될 필요는 없다.
교류 모터 (AC motor)
도 1을 다시 참조하면, 모터(110)는 유도 모터 또는 영구 자석 모터와 같은 3상 4극 교류 모터로서 구성될 수 있다. 이러한 모터들은 무브러시(brushless)일 수 있다. 내부에, 모터(110)은 권선 고정자 및 영구자석 회전자를 포함할 수 있다. 상기 고정자의 내부의 권선들은 권선열을 효과적으로 소산시킬 수 있도록 한다. 상기 고정자 권선들은 3상 Y자형 구성, 예컨대, 3상 구동 위상들 U, V 및 W(도 1에 배선들 U, V 및 W로서 구현됨)로서 나타낸 바와 같이 연결될 수 있다. 상기 회전자는 희귀성 토류 영구 자석(rare earth permanent magnets)를 이용하여 샤프트와 코어로 구성될 수 있고, 그 주위에 고유의 낮은 관성이 제공된다.
일반적으로, 회전자 작동은 고정자에서의 영구 자장과 상호 작용하는 고정자 권선들에 공전 자장을 발생시키는 것에 의해 시작될 수 있다. 상기 공전 자장은 3상 구동 위상들 U, V 및 W의 권선 위상쌍들을 순차적으로 전압을 가하므로써 발생될 수 있다. 상기 권선 위상 쌍들은 주어진 순서에 따른 전류 흐름에 의해서 활성되어서 원하는 자전 방향을 이룰 수 있다. 어느 때이던지, 3상 중에 2상은 세번째 상이 오프되어 있는 동안 활성화된 상태를 이룬다. 2상을 활성화는 양 상(both phases)의 토크 출력을 동시에 결합한다.
교류 구동 시스템(100)은 직류 전압원을 주행 오프(run off)할 수 있으나, 무브러시(brushless) 직류 구동 시스템 보다 조금은 복잡한 통신 로직을 갖는다. 교류 구동 시스템(100)에 있어서, 각 상의 파워는 펄스 폭 변조(PWM)를 이용하는 것에 의해 서서히 턴 온되고 턴 오프될 수 있다
일반적으로, 펄스 폭 변조(PWM)는 변조 신호의 몇몇 특성에 따라 펄스들의 폭이 변화하는 변조 방식이다. 예로서, 펄싱 반도체(pulsing semiconductor) 또는 FET (전자 산업에서 일반적으로 사용되고 있는)와 같은 펄스 폭 변조기는 듀티 사이클에 비례하고 주어진 위상이 턴 온 또는 턴 오프시키는 파워를 유발하는 바람직한 전압을 발생할 수 있다. 어느 경우이든, 상기 FET는 온(ON) 및 오프(OFF) 상태의 사이에서 스위치 될 수 있고, 스위칭 되는 듀티 사이클에 비례하는 바람직한 전압을 발생할 수 있다.
차량(190)에 교류 모터(110)를 사용하는 것에 의해 유지관리가 손쉽고, 실질적으로 긴 수명을 가지며, 낮은 전자파 방해 (EMI), 실질적으로 조용한 동작 등을 요구하는 모터를 제공할 수 있다. 상술한 모터(110)와 같은 교류 모터는 PM 또는 션트(shunt) 타입 직류 모터들 및 기어 모터들 보다 프레임 크기 당 보다 높은 출력을 발생할 수 있다. 모터(110)의 낮은 회전자 관성은 동작 주기가 짧아짐에도 향상된 가속 및 감속 시간을 제공할 수 있고, 모터(110)와 같은 무브러시 교류 모터들의 선형속도/토크 특성들은 예측 가능한 속도 변화률을 발생할 수 있다. 더욱이, 무브러시 교류 모터들을 이용하면 브러시를 검사할 필요가 없고, 골프 카(golf car)와 같이 제한된 사용 영역들 용으로서 이상적으로 적용될 수 있다.
모터 제어기
모터 제어기(120)는 하드웨어 그리고/또는 소프트웨어로 구현될 수 있으며, 예를 들어 인쇄회로기판 상에 제공될 수 있는 하나 또는 그 이상의 디지털 마이크로프로세서로 구현될 수 있다. 그러나, 디지털 마이크로프로세서 대신에, 모터 제어기(120)는 아날로그 프로세서, 디지털 시그널 프로세서 그리고/또는 적절한 마이크로컨트롤러 또는 마이크로프로세서(미도시)에 의해 제어되는 하나 이상의 응용 특별 집적회로들로서 구현될 수 도 있다.
계측 제어기 통신망(CAN)
계측 제어기 통신망(Controller Area Network;CAN)은 실시간 응용을 위한 고집적 직렬 데이터 통신 버스이다. 계측 제어기 통신망은 초당 1메가비트의 데이터율로서 동작을 할 수 있으며, 우수한 에러 검출과 제한 용량(confinement capability)을 가진다. 계측 제어기 통신망은 예를 들어 자동 제어 응용분야, 산업 자동화 분야 그리고 제어 응용분야 등에 전형적으로 사용될 수 있다.
도 1을 참조하면, 위에서 언급한 것 같이 다른 버스 구조도 적절하지만, CAN 버스(145)는 시스템 내의 센서 및 작동기(actuator)뿐만 아니라, 모터 제어기(120) 같은 통신망 지능형 소자에 특별히 적합한 직렬 버스 시스템일 수 있다. 일반적으로, CAN 버스는 다중-마스터 능력을 가지는 직렬 버스 시스템이다. 즉, 모든 CAN 노드는 데이터를 전송할 수 있고 몇몇 CAN 노드는 동시에 CAN 버스(145)를 요청할 수 있다. 실시간 능력을 가지는 직렬 버스 시스템은 ISO 11898 국제 표준의 주제이며, ISO/OSI 레퍼주행스 모델의 최하위 두층에 관여한다. CAN 에서, 통상적인 의미에서 서브스크라이버(subscriber) 또는 스테이션(station)의 어드레싱(addressing)이 없으나, 대신, 우선 메세지가 전송될 수 있다.
일반적으로 CAN에서 트랜스미터(transmitter)는 모든 CAN 노드에 메세지를 보낸다. 각 노드는 받은 식별자(identifier)에 근거하여 메세지를 처리할 것인지 말 것인지를 결정한다. 식별자는 또한 메세지가 CAN 버스(145) 엑세스 경쟁을 하는 데 있어서 우선순위를 결정한다. 상대적으로 단순한 CAN 프로토콜은 낮은 가격을 의미하며, CAN 칩 인터페이스는 응용 프로그램을 상대적으로 단순하게 한다.
교류 구동 시스템(100)을 위한 CAN 칩은 상업적으로 입수가 가능하고, 제어기 칩의 비용이 낮다. 이 같은 제어기 칩은 실리콘 같은 적절한 물질에서 CAN 데이터 링크 층 프로토콜을 수행하고 예를 들어 모터 제어기(120) 또는 충전기(140)의 적절한 제어기에 간단하게 연결될 수 있다.
CAN 프로토콜의 특징은 신뢰성 있는 높은 전송이다. CAN 제어기는, 예를 들어 모터 제어기(120)와 함께 인쇄회로기판상에 칩으로 적절히 구현될 수 있는데, 스테이션 에러를 등록하고 적절한 측정을 위해서 통계적으로 에러를 평가한다. 이 측정들은 예를 들어 에러의 근원인 CAN 노드의 연결을 끊는 것으로 확장할 수 있다. 또한, 각 CAN 메세지는 0부터 8바이트의 정보를 전송할 수 있다. 물론, 더 긴 데이터 정보도 잘 알려진 세분화(segmentation)를 통해서 전송될 수 있다. ISO 11898에서 규격된 최대 전송율은 초당 1메가비트이다. 이 데이터 전송율은 약 40 미터의 네트워크에 적용될 수 있다. 더 긴 길이의 네트워크를 위해서, 데이터 전송율은 감소될 수 있다; 예를 들어 거리 500미터까지는 50kbit/s 이 가능하고, 약 1킬로미터까지는 적어도 50kbit/s 가 가능하다.
도 3은 다양한 실시예에 따른 CAN 통신 칩의 배열을 도시하는 블록 다이아그램이다. 도 3을 참조하면, 적절한 CAN 통신 칩(310)은 차량(190) 상의 모터(110) 또는 모터(120) 중 어느 것의 모터 드라이브에 설치될 수 있다. 제2 CAN 통신 칩(320)은 충전기(140)에 설치될 수 있다. 충전기(140)는 차량 충전 지역, 예를 들어 차량이 정지 시간(down-time) 또는 야간에 주차되는 지역에 전형적으로 탑재(mount)될 수 있으며, 출구(110V)에 연결된다. 직류 충전 플러그(330)는 필요에 따라 예를 들어 밤 중에 배터리 팩(130)을 충전하기 위해서 차량(190)의 충전기 수용기(receptacle)(340)에 연결될 수 있다. 차량(190)을 위해서 하나 이상의 직류 충전기 케이블(350), 플러그(330) 차량 충전기 수용기(340), 그리고 차량 전선 설비(wire harness)(미도시)가 CAN 전용의 높은 신호, 낮은 신호 그리고 접지 신호(in-ground) 전선들을 포함할 수 있다. 충전을 위해서 연결된 경우, 이 같은 연결들은 모터 제어기(120)를 충전기(140) 및 예를 들어 데이터 교환을 위해서 다른 지능형 장치에 연결하는 CAN 버스(145)를 형성할 수 있다.
앞서 설명된 바와 같이, 모터 제어기(120)는 차량(190)이 사용됨에 따라 적절한 메모리 또는 스토리지에 정보를 기록하고 저장할 것이다. 내장 메모리 매체의 예들은 롬, 플래시 메모리, 그리고 하드디스크와 같은 재기록 가능한 불 휘발성 메모리들을 포함하지만, 이에 국한되지 않는다. 탈착식 저장 매체의 예들은 CD-ROM 및 DVD와 같은 광 저장 매체, MO(Magneto Optical)와 같은 광 자기 저장 매체, 플로피 디스크, 카세트 테이프, 그리고 탈착식 하드디스크와 같은 자기 저장 매체, 메모리 카드와 같은 내장된 재기록 가능한 불 휘발성 메모리를 갖는 매체, 그리고 ROM 카세트와 같은 내장 ROM을 갖는 매체를 포함하지만, 이에 국한되지 않는다.
충전기(140)와의 추후 교환을 위한 모터 제어기(120)의 관련된 메모리 또는 매체에 저장된 일반적인 데이터는 전진 구동 시간, 후진 구동 시간, 로직 타임 온(즉, 키 스위치(220)를 위한 키-온 시간, 로직 파워가 모터 제어기(120)에 인가된 시간), 다양한 경보들, 조건들 및 결함들, 배터리 팩(130) SOC, 소모된 시간당 암페어 및 전압 데이터, 그리고 충전기(140)를 동작시키는 데 도움이 되는 데이터를 포함하지만, 이에 국한되지 않는다. CAN 버스(145)를 통한 통신 데이터 교환은 양방향일 것이다. 즉, 충전기(140)는 모터 제어기(120)로 데이터를 전송할 것이다. 이 기능은 전체 차량들에 대해, 또는 전체 차량에서 소정 수의 단일 차들에 대해 구매된 선택된 서비스들을 제공할 수 있는 전체 차량의 파라미터들을 변화하는 수단을 포함할 수 있다.
소정 수의 충전기들(140)이, 예를 들면, 보다 큰 계측 제어기 통신망을 구성하도록 연결될 수 있다. 차대에서 CAN이 지원되는 원격 컴퓨터와 어떤 자동차(190) 사이의 데이터 교환이 행해지는 시스템을 제공하기 위해서 동글(Dongle), 랩탑 컴퓨터, 휴대용 컴퓨터 또는 서버와 같은 CAN를 지원할 수 있는 외부 네트워크(150)가 또한 CAN 버스(145)에 연결될 수 있다. 따라서, CAN 버스(145)를 통한 양방향 데이터 교환은 차량 사용을 유지하기 위해서 차대를 회전시키는 능력을 제공하고/하거나 이용(즉, 시간, 마일리지)를 고려하여 차량(190)을 보증하는 능력을 제공할 것이다. 게다가, CAN 버스(145)를 통한 양방향 데이터 교환은 서비스 요구를 예측하고 코스 사용, 듀티 사이클, 온도 사이클, 구동 스타일, 등의 데이터를 수집하는 능력을 제공할 것이다.
배터리 팩(130)은 직렬 연결된 복수의 배터리 셀들(즉, 차량(190)에 전원을 공급하기 위해 4개의 직렬 연결된 DC-12V 배터리들을 통한 DC-48V 전원)을 포함할 것이다. 팩(130)은 팩(130)의 개별 셀들, 전극들, 그리고 전해액의 화학적 구성을 기초로 하여 리듐 이온(Li+), 니켈 카드뮬(NiCd), 니켈 금속 하이브리드(NiMH), 또는 납-산 배터리 팩 중 어느 것으로 구현될 것이다.
다른 실시예에 있어서, 모터 제어기(120)는, 퍼센트 값으로서 배터리 팩(130)의 충전 상태(SOC)를 결정하기 위해서, 마지막 충전 사이클부터 차량 동작 동안 모터(110)에 인가된 에너지를 모니터링함으로써 차량의 배터리 팩(130)으로 회송하여 이상적인 전력량을 결정하도록 구성될 것이다. 충전 상태를 기초로 하여, 모터 제어기(120)는 데이터를 충전기(140)에 제공하고, 충전기(140)는 충전기(140)가 동작상 차량(190)에 연결될 때 충전 상태(SOC)에 따라 또는 그것에 비례하여 배터리 팩(130)에 에너지를 되돌려줄 수 있다.
예를 들면, 모터 제어기(120)는 알려진 마지막 충전 사이클부터 차량(190)의 동작 동안 소모된 에너지 량을 더할 것이다. 사용된 에너지는 소정의 알려진 마지막 충전 사이클에서 감산되며, 그 결과 배터리 팩(130)의 충전 상태(SOC)가 결정된다. 소모된 에너지 대 배터리 팩(130)으로의 회송된 에너지 비율과 같은 양의 에너지는 모터 제어기(120) 또는 충전기(140)와 같은 다른 지능이 있는 장치 내의 적절한 소프트웨어에 의해서 계산될 것이다. 이 비율은, 예를 들면, 비록 다른 파라미터들이 소모된 에너지 대 배터리 팩(130)으로의 회송된 에너지 비율의 최적화를 위해 사용될 수 있지만, 구동 시스템 효율, 배터리 팩 타입, 배터리 팩 연령, 그리고 에너지 소비율과 관련하여 최적화될 수 있다. 이는 배터리 팩(130)의 내부 저항 성분에 비례할 것이다.
예시적인 실시예의 다른 특징은 전기적으로 동작하는 주차 브레이크(180)에 관한 것이다. 브레이크 페달(160)은 차량(190)의 브레이크 가속 페달(160)이 최대 스트로크시 작동될 것이다. 브레이크(180)는 도 1에 도시된 바와 같이 브레이크 페달 위치 센서(163)와 브레이크 풀 스트로크 센서(165)를 포함하는 와이어 설계에 의한 브레이크이다.
도 1을 참조하면, 정상 운전 상황 동안, 전기 브레이크(180)는 모터 제어기(120)에 의해서 풀린 위치로 가동될 것이다. 브레이크 페달 센서(163)는 브레이크 페달(160)의 위치를 결정하여 신호 라인(162)를 통해 브레이크(180)에 가해진 전기적인 에너지를 변화시킨다. 브레이크 페달(160)이, 예를 들면, 최대 브레이크 페달 스트로크의 약 5% 범위 내에서 눌려질 때, 브레이크(180)로의 파워는 주차 또는 응급 브레이크 기능이 생기도록 차단될 것이다. 일단 이 회로가 개방되면, 전기적인 브레이크(180)로부터 파워가 제거되고 마찰 물질은 디스크에 가해지는 스프링일 것이다. 전기적인 브레이크(180)의 스프링들은 마찰 물질에 압력을 가하도록 임의 크기로 만들어지며, 모터(110)의 최대 다이내믹 토크의 약 120%와 같은 또는 그 보다 큰 브레이킹 토크를 제공한다. 이러한 동작은 차량(190)이 제로 속도에 도달할 때까지 또는 브레이크 풀 스트로크 센서(165)가 중지될 때까지 모터 속도를 제로로 줄일 것이다. 다른예로서, 제어기(120)는 브레이크 페달 센서(163)와 독립적으로 풀 스트로크 센서를 이용하여 단지 그것의 입력을 이용하는 주차 브레이크 기능을 시작한다. 시스템은 제로 속도로의 브레이크 페달(160)의 작동이 전기적인 브레이크(180)를 풀어주고 차량(190)이 움직이지 않도록 구성될 것이다. 브레이크 풀 스트로크 센서(165)를 작동시키지 않게 하게 페달(160)이 풀리는 시점에서, 정상적으로 지시된 차량 운전이 재개될 것이다.
브레이크 페달 위치 센서(163)는 단위 시간 당 정해진 모터 속도 감소를 지시함으로써 서비스 브레이킹을 위해 사용될 것이다. 브레이크 페달 센서에 의해서 감지되는 브레이크 페달(160)의 위치는 제어기(120)로 입력을 제공하여 차량(190)의 감속 비율을 결정한다. 전기적으로 작동된 브레이크(180)는, 예를 들면, 설치된 모터 샤프트, 설치된 스프링, 그리고 전기적으로 풀리는 디스크 브레이크일 것이다. 전기적인 브레이크(180)는 또한 다운-힐 브레이킹을 지원할 것이다.
브레이크 페달(160)의 위치에 따르면, 브레이크 페달 위치 센서(163)는 모터 속도를 줄이도록 모터 제어기(120)의 신호를 전달하며, 페달 위치에 비례하는 브레이킹 토크를 유발한다. 브레이킹 토크는, 예를 들면, 브레이크 페달의 최소 눌림으로 최소가 되며, 브레이크 페달의 최대 눌림시 최대가 될 것이다.
브레이크 풀 스트로크 센서(165)는 비상 정지를 보충하지만 비상 정지를 대체하지 않으며, 그 결과 차량(190)이 확실히 정지된다. 비상 정지는 키 스위치(220)를 오프 위치로 돌림으로써 진행된다. 브레이크 풀 스트로크 센서(165)는 여분의 안전 스위치로서 작동하고, 차량(190)이 비정상적이고 예기치 않은 돌발 사고에서 정지되는 안전 운전 조건을 유지하도록 제공된다. 그러한 사고는, 예를 들면, 모터 제어기(120)의 동작 중지, 고장, 운전자 에러 그리고/또는 다른 외부적인 사고를 포함할 것이다.
모터 제어기(120)가 주차 브레이크(180)를 자동적으로 관여시키게 하는 몇 가지 가능한 조건들이 있을 수 있다. 예를 들면, 차량(190)이 가속기(스로틀 170) 또는 브레이크 페달(160)로부터의 지시 없이 전진할 때 한 가지 조건이 발생한다. 이러한 조건이 존재할 때, 차량(190)은 움직이고, 키 스위치(220)는 ON으로 선택되고 FNR 스위치(230)는 FWD 위치로 향한다. 이러한 입력 조건들에 따르면, 모터 제어기(120)는 단위 시간 당 정해진 양만큼 모터 속도를 줄이며, 이는 "중립 브레이킹"이라 칭한다. 만약 차량(190)이 이러한 조건으로 유지되고 실제 모터 속도가 제로 속도 근처의 정해진 범위 내에 있으면, 모터 제어기(120)는 전기적인 브레이크(180)로부터 파워를 제거하고 주차 브레이크(180)는 세트되도록 지시받을 것이다. 정해진 시간 후에, 모터 제어기(120)는 모터(110)를 디세이블한다. 만약 모터 제어기(120)가 제로 속도 근처의 정해진 범위를 초과한 실제 모터 속도를 검출하면, 모터 제어기(120)는 모터(110)가 회전하는 것을 방지하려고 시도하며, 차량(190)은 정지 상태로 유지된다.
다른 조건은 만약 차량(190)이 완전히 정지하기에 충분한 시간에 브레이크 페달(160)이 아래로 밀리고 주차 브레이크(180)가 관여되면 생길 수 있다. 완전한 정지는, 예를 들면, 제로 속도 근처의 정해진 범위로서 정의될 수 있다. 이 조건이 존재하면, 브레이크 페달(160)을 아래로 밀음으로써 차량(190)은 정지 상태로 지시받으며, 키 스위치(220)는 온 되고, 지시된 속도 및 실제 속도는 0RPM이거나 제로 속도 근처의 정해진 속도 범위 내에 속한다. 주어진 시간이 경과 한 후, 모터 제어기(120)는 모터(110)를 디세이블한다. 만약 모터 제어기(120)가 제로 속도 근처의 주어진 범위를 초과하는 실제 모터 속도를 검출하면, 모터 제어기(120)는 모터(110)가 회전하는 것을 방지하려 하고, 차량(190)은 정지 상태로 유지된다.
다른 조건은 만약 AC 구동 시스템(100)으로의 로직 입력에 에러가 생기면, 센서가 범위를 벗어나면, 또는 만약 모터 제어기(120)가 과전류, 과전압, 저전압, 고온, 또는 저온 상태로 인해 고장나면 생길 수 있다. 각 고장 조건은 모터 제어기(120)의 제어 하에 예방적인 측정 또는 반응에 관하여 유일한 결과를 가지며, 그러한 예방 측정 또는 반응은 미터(meter)(240)를 통한 시그널링 경고 코드 또는 계기 패널의 LED(245) 상의 경고 불빛를 포함하며, 결과적으로 연속된 드라이브 동작, 즉시의 셧다운, 그리고 그와 같은 것을 위해 모터(110)의 성능이 감소된다. 이러한 결함 상황들은 임의의 차량 속도에서 또는 모터 제어기(120)가 앞서 언급된 결함 상황들 중 하나 또는 그 보다 많이 검출하는 어떤 운전자 상황에서 발생할 수 있다. 이 실시예에 있어서, 모터 제어기(120)는 제로 모터 속도를 지시하고 짧은 구간 내에 또는 즉각적으로 주차 브레이크(160)를 관여시키는 예방적인 동작을 행하며, 예를 들면, 몇몇 보다 극한 상황에서 모터(110)를 디세이블할 것이다.
다른 조건은 만약 키 스위치(220)가 OFF 위치로 설정되면 생길 수 있다. 모터 제어기(120)는 차량 속도를 포함한 어떤 다른 입력 조건에 관계없이 키 스위치(220)가 OFF로 설정되는 경우에 전기적인 브레이크(180)를 관여시킬 것이다. 이는 키 스위치(220)가 또한 차량(190)에 있는 운전자의 유일한 비상 정지 스위치인 경우 필요한 안정 기능을 제공할 것이다.
다른 실시예들은 브레이크 페달이 관여되지 않을 때 구현된 요구되는 브레이킹 조건을 검출하기 위해서, 모터 제어기(120)가 주어진 모니터 입력에 따라 페달 업 브레이킹 또는 중립 브레이킹 기능을 제공하게 한다. 페달 업 브레이킹에 의하면, 차량 가속기 페달이 풀려있는 동안, 모터 제어기(120)는 재생 브레이킹 상황을 실제 실행하여 모터(110)의 베이스 속도로 차량 속도를 낮춘다. 따라서, 페달 업 또는 중립 브레이킹은, 브레이크 페달(160)과 가속기 페달(스로틀)(170) 어느 것도 관여되지 않을 때, 차량 기울기(예를 들면, 언덕에 있는 차량의 기울기)와 독립적으로, 단위 시간 당 정해진 양만큼 차량 속도를 줄여 차량의 능력을 나타낼 것이다.
차량(190)의 정상 동작 동안, 모터 제어기(120)는 몇몇 운전자 입력 및 차량 상황들을 모니터할 것이다. 예를 들면, 브레이크 페달 위치, 가속기 페달 위치, 그리고 실제 모터 속도가 모터 제어기(120)에 의해서 모니터링되어 페달 업 브레이킹이 가능해진다. 가속기 페달(170)과 브레이크 페달(160)이 운전자에 의해서 관여되지 않고 차량(190)의 실제 모터 속도가 주어진 범위 내에 있는 것으로 판별될 때, 모터 제어기(120)는, 예를 들면, 단위 시간 당 정해진 양만큼 속도를 줄이도록 모터(110)에 지시한다. 단위 시간 당 모터 속도의 감소는 입력 조건들까지 또는 모터 속도가 거의 제로 속도 조건에 도달할 때까지 계속될 것이다. 만약 거의 제로 모터 속도가 달성되면, 모터 제어기(120)는 자동적인 주차 브레이크의 관여를 지시하며, 그 결과 실제 모터 속도가 감소되고 차량(190)이 정지할 것이다. 따라서, 자동적으로 차량 속도를 감소시키는 덕분에, 내리막 기울기에서조차, 다양한 실시예들에 따른 페달 업 브레이킹은 차량(190) 운전에 안전의 추가적인 수단을 제공할 것이다.
다른 실시예들은 견인 모드의 구현에 관한 것이다. 견인 모드에 있어서, 모터 제어기(120)는 차량(190)의 최대 견인 속도를 제한하고 모터(110)를 제어하도록 구성될 것이다. 이는 차량(190)이 견인되고 있을 때 모터(110)가 파워를 소모하지 않게 그리고 파워를 생성하지 않게 하기 위한 것이다.
견인 모드는 키 스위치(220)를 ON 위치로 설정하고, FNR 스위치(230)를 REV 위치로 설정하며, 운행/견인 스위치(210)의 TOW 위치를 선택함으로써 선택될 것이다. 앞서 언급된 바와 같이, 운행/견인 스위치(210)는 견인에 편리한 차량(190) 상의 위치, 즉 스위치(210)가 운전자/승객의 위치에서 쉽게 작동되지 않는 위치에 놓여질 것이다. 이는 운행/견인 스위치(210)가 차량(190)의 정상 운행 상황 동안 의도적으로 또는 예기치 않게 작동되지 않는다는 확신을 제공할 것이다.
견인 모드의 한 기능은 ANSI Z130으로 표기된 바와 같이, 예를 들면, 시속 15마일로 차량 속도를 제한하는 것이다. 키 스위치(220)를 ON 상태로 선택하는 것은 로직 파워가 모터 제어기(120)로 전달 가능하게 한다. 운행/견인 스위치(210) 상의 TOW 위치를 선택하는 것은 견인을 위해 차량(190)을 준비하기 위해서 전기적인 주차 브레이크(180)를 중지시키게 한다.
모터 제어기(120)에 공급되는 로직이 키 ON 조건에 의해서 동작됨에 따라, 모터 제어기(120)는 차량(190)의 실제 견인 속도를 모니터링 할 것이다. 이는 모터(110)로부터 또는 바퀴(198)로부터 모터 제어기(120)로의 피드백 신호를 통해 달성될 것이다. 모터 신호는 적절한 모터 속도 엔코더, 바퀴 속도 엔코더, 센서-리스(sensor-less) 장치, 그리고/또는 모터(110)의 주파수 또는 전압을 모니터링함으로써 제공될 것이다. 이러한 입력들에 따르면, 모터 제어기(1200는 차량(190)이 (15MPH±주어진 허용 오차)와 동일한 속도에 도달함을 계산할 것이다. 모터 제어기(120)는 15MPH로 감속하도록 모터(110) 그리고/또는 전기적인 브레이크(180)를 통해 차량(190)에 지시함으로써 차량 움직임에 저항하려 할 것이다.
견인 모드의 다른 기능은 배터리 팩(130)의 충전 상태에 무시할 만한 영향을 갖도록 견인을 지원하는 것이다. 예를 들면, 차량(190)이 견인중에 있는 동안, 모터 제어기(120)는 배터리 팩(130)과 모터 제어기(120) 사이의 전류를 모니터링할 것이다. 모터 제어기(1200는 그 다음에 전진 EMF로 후진 EMF를 벌충하기 위해서 모터 속도 또는 토크가 제로 암페어 배터리 전류의 실질 소모를 가지도록 지시할 것이다. 모터 제어기(120)가 단지 빠르게 회전자를 회전시킬 수 있기 때문에 전류가 제한된다. 비록 제어 암페어 소모가 실제 얻어질 수 없지만, AC 구동 시스템(100)의 허용 오차는 배터리 팩(120)으로/로부터의 정/부 전류가 배터리 백(130)의 전반적인 충전 상태 조건에 무시할 만한 영향을 갖는 상태에서 견인 기능을 수월하게 할 것이다. 게다가, 차량이 견인 모드에 있는 동안, 제어기(120)는 브레이크(180)를 선택적으로 작동시켜 분당 정해진 모터 회전(4800RPM)과 같은 정해진 값 이하로 견인 속도를 제한한다. 그러한 견인 속도는 모터(110)를 동작시키는 제어기(120)의 능력에 따라 결정될 것이다.
도 4는 본 발명의 여러 실시예들에 따른 앞바퀴 속도 센서를 도시하는 블록 다이아그램이다. 도 4를 참조하면, 다른 다양한 실시예들은 앞바퀴 속도 센서(510)에 관련될 수 있다. 앞바퀴 속도 센서(510)는 하나 또는 그 이상의 안티록 브레이크(antilock braking) 및 트랙션 컨트롤(traction control) 특징들을 골프 차 또는 소형 기능형 차량 같은 차량(190) 구현할 수 있다. 트랙션 컨트롤 및 안티록 브레이크는 구동 및 브레이크된 바퀴들이 노면에 대하여 나타내는 능력을 제한할 수 있다. 바퀴 미끄러짐(wheel slip) 감소는 차량(190)이 미끄러지는 상태가 되는 능력을 감소시키는 것에 의해서 차량 제어 능력을 향상시킬 수 있다. 이 같은 특징들은 예를 들어 노면의 젖은 풀들 같이 노면이 감소된 마찰을 가지게 될 경우에 있어서, 차량 정지 거리를 매우 감소시킬 수 있다. 차량의 노면이 잔디 표면(turf surface)일 경우, 트랙션 컨트롤 및 안티록 브레이크 특성들은 바퀴(198)와 잔디의 표면 사이의 미끄러짐 정도를 감소시키는 것에 의해서 잔디에 의한 손상을 줄일 수 있다.
모터 제어기(120)는 모터 속도를 모니터한다. 모터 속도는 구동 바퀴의 속도에 비례한다. 모터 제어기(120)는 차량(190)의 전체 기어 비율과 관련된 저장된 프로그램 데이터를 포함할 수 있으며, 모터 제어기(120)는 예를 들어 구동 바퀴의 속도를 계산할 수 있다.
도 4에 나타난 것 처럼, 적절한 바퀴 속도 센서(510)는 비구동 및 브레이크되지 않은 바퀴(198)의 바퀴통(hub)에 탑재되어 노면 또는 잔디 표면에 대하여 상대적으로 미끄러지지 않는 바퀴의 속도를 측정할 수 있다. 센서(510)으로부터 측정가능한 데이터는 미끄러짐 없이 최대의 브레이크 그리고/또는 가속을 가능하게 하는데 사용될 수 있다. 이 데이터는 예를 들어 CAN 버스(145)를 통해서 모터 제어기(120)와 통신할 수 있다. 모터 제어기(120)는 구동 바퀴(198)로부터의 계산된 바퀴 속도를 브레이크되지 않은 바퀴(198)로부터의 바퀴 속도의 입력과 비교할 수 있다. 모터 제어기(120)는 모터 속도를 조절하여 구동 및 비구동 바퀴 사이의 에러를 감소시킴에 있어서 속도를 정합한다. 에러가 감소되면, 모터(110)는 실제 모터 속도를 명령된 모터 속도와 정합하기 위해서 가속 또는 감속할 수 있다. 추가적인 에러가 모터 제어기(120)에 의해서 비구동 및 구동 바퀴들 사이에서 측정되면, 모터 제어기(120)는 허용되는 한계 내에서 주어진 에러를 감소하기 위해서 모터 속도를 더 조절한다. 이 같은 제어는 미끄러짐을 최소화하면서 최대의 브레이크 또는 가속을 제공한다.
도 5는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 다중 또는 모든 바퀴 구동 배열을 도시하는 블록 다이아그램이다. 비록 도 1에서는 모터(110)가 후방 축(192) 및 잠금 차동기(194)를 구동하는 다른 실시예가 도시되었지만, 차량은 다중 또는 모든 바퀴 구동 시스템을 포함하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 탄뎀 모터(tandem motor) 배열 또는 4개의 분리된 교류 구동 모터들(610A-610D)이 제공되어 개별 바퀴 또는 대응하는 바퀴(198)에 동력(power)을 제공할 수 있다.
둘 이상의 바퀴(190)를 독립적으로 구동하는 것은 골프 차 같은 차량에서 통상적으로 사용되는 공통 고체 축(solid axle)에 비해서 여러 이점들을 가진다. 예를 들어 차동 캐리어는 제거될 수 있다. 차동기(194)를 제거하는 것은 기계적으로 바퀴 속도를 차이나게 하는 것과 관련된 기계적 손실을 제거할 수 있다. 센서에 근거해서 방향을 조종한 후 균일하지 않은 토크 또는 속도로 바퀴를 구동함으로써, 조종 시스템은 바퀴를 조종하는 데 도움이 되고, 조종에 필요한 노력을 감소할 수 있다. 또한, 직접적으로 두 바퀴를 구동하는 것은 차동 잠금의 기능을 제공할 수 있다. 이 같은 특징은 추가적인 마찰 또는 브레이크 노력을 위해서 일반적으로 제공한다. 또한, 두 바퀴 또는 모든 바퀴 구동으로서, 고체 빔 축(192)은 제거될 수 있어 독립적인 후방 현가(rear suspension)를 촉진하다. 따라서, 각 바퀴는 대응하는 무브러시 교류 모터들(610A-D)에 의해서 구동될 수 있고, 각 모터(610A-D)는 3φ 출력을 제공한다. 도한, 각 바퀴는 선택적으로 예를 들어 도 4에 보인 것 같은 대응하는 속도 센서(510)를 포함할 수 있다. 또는 4-모터 구성 대신에, 하나의 교류 무브러시 모터(610A 또는 610B)가 앞 바퀴를 구동하고 다른 무브러시 모터(160C 또는 610D)가 뒷 바퀴를 구동하는 탄뎀 구성을 취할 수 있다.
네 개의 분리된 모터(110)를 사용하여 차량(190)의 각각의 바퀴를 구동함에 따라, 필요에 따라 차량 가속 또는 브레이크 중에 마찰을 향상시키기 위해서 바퀴를 독립적으로 브레이크 할 수 있으며, 앞 바퀴 센서를 사용하여 구동 바퀴들의 속도가 독립적으로 측정될 수 있다. 또한 이 같은 배열은 모터의 무동작의 경우에 있어서 차량(190)이 단지 모터 시스템으로서만 동작하는 것 같은 여분의 동작(redundant operation)을 제공한다. 또한, 동일 또는 향상된 차량 성능을 제공하면서 모터 크기는 감소될 수 있다. 동력 레벨이 감소하여, 여기서 기술적으로 실현 가능하게 그리고 경제적으로 기술된 무브러시 교류 모터(110) 같은 모터들을 만들수 있다. 또한, 무스프링 하중(unsprung weight)이 감소할 수 있고, 이에 따라 현가 시스템을 통해서 운전의 질의 향상시킬 수 있다.
따라서, 골프 차 그리고/또는 소형 기능성 차량 같은 차량에서 교류 구동 시스템을 사용하는 것은, 정확한 위치 제어가 주요 목적이 아니고 그리고/또는 교류 전류원이 쉽게 입수되지 않는 상황에서, 여러 가지 구별되는 장점들을 제공할 수 있으며, 3-상 동력 인버터와 직류 배터리 팩(130)을 사용하는 것에 의해서도 시연(simulated)될 수 있다.
예를 들어, 선택된 교류 모터의 구동 효율은 전형적인 직렬 모터들, 또는 개별적으로 자극되는 전기자 및 필드(armature and field)(션트 유형) 직류 모터를 훨씬 능가할 수 있다. 높은 효율은 작은 배터리 팩(130)으로도 차량(190)을 오랜 시간 그리고 멀리 운전할 수 있게 한다.
또한, 모터 토크의 피크(peak)는 제로 모터 RPM 에서 얻을 수 있으며, 이는 모터(110)가 차량을 재위치에 있도록 한다. 이는 차량(190)이 장시간 동안 안전-임계 상황으로 이동하는 것을 방지하여, 예를 들어 주차 브레이크(180)가 걸리게 하고 차량 접침대(rollaway) 발생을 피하게 한다.
또한, 모터(110)는 양 방향에서 제어 토크를 발생하기 위해서 모터 제어기(120)에 의해 제어될 수 있다. 이는 모터(110)를 서비스 브레이크로 사용하는 것을 가능하게 하여, 예를 들어 기계적인 서비스 브레이크가 필요치 않게 된다. 교류 구동 시스템(100)을 차량 서비스 브레이크로 사용하게 할 수 있어, 차량의 운동 에너지를 전기 포텐셜 에너지로 전환할 수 있고 관련 배터리 팩(130)을 충전하는 능력을 제공할 수 있다. 또한, 모터(110)를 서비스 브레이크로 사용함으로써 기계적 서비스 브레이크를 사용함으로써 발생되는 열 에너지를 감소할 수 있다. 서비스 브레이크 사용 동안 발생되는 열의 제거는 예를 들어 차량(190)의 몸체 파넬, 구성 및 바퀴를 위해서 저온 플라스틱의 사용을 가능하게 한다. 또한, 직렬 또는 션트형 직류 모터에 비해서 무브러시 영구 자석 또는 유도 모터의 높은 효율로 인해서, 더 작은, 더 가벼운 모터가 사용될 수 있다.
본 발명과 관련하여 여기에서 언급된 사항들은 단지 예시적인 것이며, 따라서 본 발명의 요점에서 벗어나지 않도록 언급된 변형들은 본 발명의 범위 내에 있다. 그 같은 변형들은 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나는 것으로 간주되어서는 안된다.
본 발명에 의하면, 브러쉬가 없이 전기로 작동되는 차량(vehicle)의 바퀴를 구동하기 위한 추진력을 효율적으로 제공할 수 있다.

Claims (115)

  1. 구동 토크를 제공하는 교류 모터; 그리고
    배터리 전압 신호, 스로틀 페달 위치 신호, 브레이크 페달 위치 신호, 키 스위치 신호, 전진/중립/후진(FNR) 신호, 그리고 기능성 차량의 주행 및 견인 상태를 나타내는 주행/견인(run/tow) 신호를 받아 상기 교류 모터를 위해 교류 구동 신호를 발생하는 교류 모터 제어기를 포함하되,
    상기 교류 구동 신호는 상기 배터리 전압 신호, 상기 스로틀 페달 위치, 상기 브레이크 페달 위치, 상기 키 스위치 신호, 상기 전진/중립/후진 신호, 그리고 상기 주행/견인 신호에 근거하는 기능성 차량 구동 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 교류 모터는 유도 모터 및 영구 자석 모터 중 어느 하나를 포함하는 기능성 차량 구동 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 교류 모터는 3-상, 4-극, 무브러시 모터(three-phase, 4-pole, brushless motor)인 기능성 차량 구동 시스템.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 교류 모터는 권선 고정자 및 영구 자석 회전자를 포함하는 기능성 차량 구동 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 영구 자석은 희귀성 지자석(rare earth magnet)을 포함하는 기능성 차량 구동 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 교류 모터 제어기는 콤팩트 디스크(CD), 디지탈 다방면 디스크(DVD), 자기 매체(magnetic media), 그리고 메모리 카드를 포함하는 착탈식(이동식) 저장 매체를 수용하는 매체 드라이브를 더 포함하는 기능성 차량 구동 시스템.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 교류 모터 제어기는 풀 브레이크 스트로크 신호 및 스로틀 활성화 신호를 더 받는 기능성 차량 구동 시스템.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 교류 모터 제어기는 경고 신호를 더 발생하는 기능성 차량 구동 시스템.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 교류 구동 신호는 3-상 교류 구동 신호를 포함하는 기능성 차량 구동 시스템.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 교류 구동 신호는 펄스 폭 변조 신호 및 펄스 주파수 변호 신호중 적어도 하나를 포함하는 기능성 차량 구동 시스템.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 교류 모터 제어기는 상기 배터리 전압 신호에 근거하여 상기 교류 모터의 최대 속도를 결정하는 기능성 차량 구동 시스템.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 교류 모터 제어기는 상기 견인 스위치 신호 및 상기 전진/중립/후진 신호에 근거하여 상기 교류 모터의 최대 속도를 결정하는 기능성 차량 구동 시스템.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 교류 모터 제어기는 표시 장치와 통신하는 상태 신호를 더 발생하는 기능성 차량 구동 시스템.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 상태 신호는 배터리 상태, 적산 전류(amp-hour) 표시, 에러 코드, 그리고 후진 상태중 적어도 하나를 표시하는 기능성 차량 구동 시스템.
  15. 청구항 13에 있어서,
    상기 표시 장치는 발광 다이오드, 숫자 표시 장치, 그리고 영숫자 표지 장치중 적어도 하나를 포함하는 기능성 차량 구동 시스템.
  16. 청구항 1에 있어서,
    상기 교류 모터 제어기는, 상기 키 스위치가 온 위치에 있고, 상기 전진/중립/후진 스위치가 전진 및 후진 위치 중에서 어느한 위치에 있고, 상기 견인 스위치가 주행 위치에 있고, 상기 제동 신호가 0% 제동 명령이고, 배터리 충전 상태(SOC)가 미리 결정된 배터리 충전 상태보다 클 때, 상기 교류 구동 신호를 발생하는 기능성 차량 구동 시스템.
  17. 청구항 1에 있어서,
    상기 교류 모터 제어기는 상기 배터리 전압 신호, 상기 스로틀 페달 위치, 상기 주행/견인 신호, 그리고 상기 전진/중립/후진 신호에 상관없이 상기 제동 신호가 0% 제동 명령을 나타낼 때 상기 교류 모터의 속도를 늦추는 기능성 차량 구동 시스템.
  18. 청구항 1에 있어서,
    상기 교류 모터 제어기는 배터리 충전 상태를 결정하고 상기 배터리 충전 상태에 근거하여 상기 교류 모터의 최대 속도를 결정하는 기능성 차량 구동 시스템.
  19. 청구항 1에 있어서,
    상기 교류 구동 신호를 선택적으로 상기 교류 모터에 연결하는 콘택터를 더 포함하되,
    상기 교류 모터 제어기는 상기 콘택터와 통신하는 펄스폭 변조 콘택터 제어 신호를 더 발생하며,
    상기 교류 모터 제어기는 상기 콘택터를 폐쇄할 때 첫 번째 펄스폭변조 듀티 사이클에서 상기 콘택터 제어 신호를 발생하고 상기 콘택터가 폐쇄된 이후에 두번 째 펄스폭변조 듀티 사이클에서 상기 콘택터 제어 신호를 발생하는 기능성 차량 구동 시스템.
  20. 청구항 1에 있어서,
    상기 교류 모터를 선택적으로 늦추는 브레이크를 더 포함하되,
    상기 교류 모터 제어기는 상기 브레이크와 통신하는 브레이크 제어 신호를 더 발생하며,
    상기 교류 모터 제어기는 상기 브레이크를 적용할 때 첫번 째 펄스폭변조 듀 티 사이클에서 상기 브레이크 제어 신호를 발생하고,
    상기 교류 모터 제어기는 상기 브레이크가 적용된 이후에 두 번째 펄스폭변조 듀티 사이클에서 상기 브레이크 제어 신호를 발생하는 기능성 차량 구동 시스템.
  21. 청구항 20에 있어서,
    상기 브레이크는 상기 교류 모터가 정지할 때 적용되는 주차 브레이크(parking brake)를 포함하는 기능성 차량 구동 시스템.
  22. 청구항 1에 있어서,
    상기 교류 모터 제어기는 상기 브레이크 신호가 0% 제동 명령을 표시하고 상기 스로틀 신호가 0% 스로틀 명령을 표시할 때, 상기 교류 모터의 속도를 미리 결정된 비율로 감속하는 기능성 차량 구동 시스템.
  23. 청구항 1에 있어서,
    상기 교류 모터 제어기는, 상기 주행/견인 신호가 상기 기능성 차량이 견인된다는 것을 가리킬 때, 전진 및 후진 방향에서 상기 구동 토크를 최소화하는 기능성 차량 구동 시스템.
  24. 청구항 1에 있어서,
    상기 교류 모터 제어기에 전기 에너지 소오스를 제공하는 충전식 배터리를 더 포함하되,
    상기 충전식 배터리는 리튬 이온, 니켈 카드뮴, 니켈 금속 하이브리드, 그리고 납-산 중 하나를 포함하는 기능성 차량 구동 시스템.
  25. 청구항 24에 있어서,
    상기 교류 모터 제어기는 상기 주행/견인 신호가 상기 기능성 차량이 견인 상태라는 것을 가리킬 때 상기 충전식 배터리를 통해서 전류 흐름(current flow)을 최소화하는 기능성 차량 구동 시스템.
  26. 청구항 24에 있어서,
    상기 교류 모터 제어기는 상기 교류 모터로부터 받은 에너지를 사용하여 상기 충전식 배터리를 충전하는 기능성 차량 구동 시스템.
  27. 청구항 26에 있어서,
    상기 교류 모터 제어기는 배터리 팩 유형, 배터리 팩 수명, 그리고 에너지 소모 비율에 근거하여 상기 충전식 배터리에 제공할 에너지의 퍼센트를 결정하는 기능성 차량 구동 시스템.
  28. 청구항 1에 있어서,
    상기 기능성 차량의 속도를 늦추는 브레이크를 더 포함하되,
    상기 교류 모터 제어기는 상기 브레이크 위치 신호, 상기 키 스위치 신호, 그리고 상기 주행/견인 신호에 근거하여 상기 브레이크를 제어하는 브레이크 신호를 발생하는 기능성 차량 구동 시스템.
  29. 청구항 1에 있어서,
    상기 교류 모터 제어기는 통신 데이터를 위한 통신 버스 인터페이스를 더 포함하는 기능성 차량 구동 시스템.
  30. 청구항 29에 있어서,
    상기 통신 데이터는 실시간 제어 데이터를 포함하는 기능성 차량 구동 시스템.
  31. 청구항 29에 있어서,
    상기 통신 버스 인터페이스는 계측 제어기 통신망(CAN), RS-232, RS-422, USB, 직렬, 병렬, 무선, 불루투스, 그리고 광 포맷 중 하나와 양립하는 기능성 차량 구동 시스템.
  32. 청구항 30에 있어서,
    상기 실시간 제어 데이터는 상기 배터리 전압 신호, 상기 스로틀 페달 위치 신호, 상기 브레이크 페달 위치 신호, 상기 키 스위치 신호, 상기 전진/중립/후진 신호, 그리고 상기 주행/견인 신호 중 적어도 하나를 포함하는 기능성 차량 구동 시스템.
  33. 청구항 29에 있어서,
    배터리 충전 상태와 상기 교류 모터 제어기의 상기 통신 버스 인터페이스와의 통신을 위한 제2 통신 버스 인터페이스를 포함하는 배터리 충전기를 더 포함하는 기능성 차량 구동 시스템.
  34. 청구항 1에 있어서,
    한 쌍의 축에 대한 상기 구동 토크를 받고 방향을 재설정하는 잠금 차동기를 더 포함하는 기능성 차량 구동 시스템.
  35. 청구항 34에 있어서,
    상기 잠금 차동기는 상기 교류 모터 제어기에 의해 발생되는 차동 제어 신호에 따라 잠그고 푸는 기능성 차량 구동 시스템.
  36. 청구항 35에 있어서,
    상기 교류 모터 제어기는 상기 잠금 차동기를 잠글때 첫 번째 펄스폭변조 듀티 사이클에서 상기 차동 제어 신호를 발생하고, 상기 잠금 차동기가 잠긴 후에 두 번째 펄스폭변조 듀티 사이클에서 상기 차동 제어 신호를 발생하는 기능성 차량 구동 시스템.
  37. 청구항 1에 있어서,
    복수 개의 바퀴 속도 신호들을 더 포함하되, 상기 교류 구동 신호는 또한 상기 바퀴 속도 신호들에 근거하는 기능성 차량 구동 시스템.
  38. 청구항 37에 있어서,
    상기 교류 모터 제어기는 상기 바퀴 속도 신호들을 받고 상기 교류 모터의 가속 및 감속을 제한하는 안티록 브레이킹 시스템(antilock braking system)과 트랙션 컨트롤 시스템(traction control system) 중 적어도 하나를 더 포함하는 기능성 차량 구동 시스템.
  39. 청구항 38에 있어서,
    상기 트랙션 컨트롤 시스템은 각각의 구동 바퀴 및 비구동 바퀴와 연관된 바퀴 구동 속도들의 비교에 근거하여 상기 가속 및 감속을 제한하는 기능성 차량 구동 시스템.
  40. 청구항 1에 있어서,
    제2 구동 토크를 제공하기 위한 제2 교류 모터를 더 포함하되,
    상기 교류 모터 제어기는 제2 교류 구동 신호와 상기 제2 교류 모터 사이의 통신을 제어하고,
    상기 제2 교류 구동 신호는 상기 교류 모터의 동작 조건에 근거하는 기능성 차량 구동 시스템.
  41. 구동 토크를 제공하고;
    배터리 전압 신호, 스로틀 페달 위치 신호, 브레이크 페달 위치 신호, 키 스위치 신호, 전진/중립/후진(FNR) 신호, 그리고 기능성 차량의 주행 및 견인 상태를 나타내는 주행/견인(run/tow) 신호를 받고;
    상기 배터리 전압 신호, 스로틀 페달 위치, 브레이크 페달 위치, 키 스위치 신호, 전진/중립/후진 신호, 그리고 주행/견인 신호에 근거하여 교류 구동 신호를 발생하고; 그리고,
    상기 교류 구동 신호를 기능성 차량을 추진하기 위한 구동 토크로 전환하는 것을 포함하는 기능성 차량 구동 시스템의 동작 방법.
  42. 청구항 41에 있어서,
    상기 교류 구동 신호를 발생하는 것은 3-상 교류 구동 신호를 발생하는 것을 포함하는 기능성 차량 구동 시스템의 동작 방법.
  43. 청구항 41에 있어서,
    상기 배터리 전압 신호, 상기 스로틀 페달 위치 신호, 상기 브레이크 페달 위치 신호, 상기 키 스위치 신호, 상기 전진/중립/후진 신호, 그리고 상기 주행/견입 신호 중 적어도 하나의 값을 기록하는 것을 더 포함하는 기능성 차량 구동 시스템의 동작 방법.
  44. 청구항 41에 있어서,
    풀 브레이크 스트로크 신호 및 스로틀 활성화 신호를 받는 것을 더 포함하는 기능성 차량 구동 시스템의 동작 방법.
  45. 청구항 41에 있어서,
    상기 배터리 전압 신호, 상기 스로틀 페달 위치 신호, 상기 브레이크 페달 위치 신호, 상기 키 스위치 신호, 상기 전진/중립/후진 신호, 그리고 상기 주행/견입 신호 중 적어도 하나에 근거하여 경고 신호를 발생하는 것을 더 포함하는 기능성 차량 구동 시스템의 동작 방법.
  46. 청구항 41에 있어서,
    상기 교류 구동 신호는 펄스폭변조 신호 및 펄스주파수변조 신호중 적어도 하나를 포함하는 기능성 차량 구동 시스템의 동작 방법.
  47. 청구항 41에 있어서,
    상기 배터리 전압 신호에 근거하여 상기 교류 구동 신호의 최대 주파수를 결정하는 것을 더 포함하는 기능성 차량 구동 시스템의 동작 방법.
  48. 청구항 41에 있어서,
    상기 견인 스위치 신호 및 상기 전진/중립/후진 신호에 근거하여 상기 교류 구동 신호의 최대 주파수를 결정하는 것을 더 포함하는 기능성 차량 구동 시스템의 동작 방법.
  49. 청구항 41에 있어서,
    상태 신호를 발생하고 상기 상태 신호에 근거하여 상태를 표시하는 것을 더 포함하는 기능성 차량 구동 시스템의 동작 방법.
  50. 청구항 49에 있어서,
    상기 상태 신호는 배터리 상태, 적산 전류(amp-hour) 표시, 에러 코드, 그리고 후진 구동 상태 중 적어도 어느 하나를 가리키는 기능성 차량 구동 시스템의 동작 방법.
  51. 청구항 41에 있어서,
    상기 키 스위치가 온 상태를 가리키고, 상기 전진/중립/후진 신호가 전지 및 후진위치 중 어느 하나를 가리키고, 상기 주행/견인 신호가 주행 위치를 가리키고, 상기 브레이크 신호가 0% 브레이크 명령을 가리키고, 배터리 충전 상태가 미리 결정된 배터리 충전 상태보다 클 때, 상기 교류 구동 신호를 발생하는 것을 더 포함하는 기능성 차량 구동 시스템의 동작 방법.
  52. 청구항 41에 있어서,
    상기 배터리 전압 신호, 상기 스로틀 페달 위치 신호, 상기 주행/견인 신호, 그리고 상기 전진/중립/후진 신호에 관계없이, 상기 브레이크 신호가 0% 브레이크 명령을 가리킬 때, 상기 교류 구동 신호의 주파수를 감소하는 것을 더 포함하는 기능성 차량 구동 시스템의 동작 방법.
  53. 청구항 41에 있어서,
    배터리 충전 상태를 결정하고 상기 배터리 충전 상태에 근거하여 상기 교류 구동 신호의 최대 주파수를 결정하는 것을 더 포함하는 기능성 차량 구동 시스템의 동작 방법.
  54. 청구항 41에 있어서,
    상기 교류 구동 신호을 상기 전환 단계에 선택적으로 적용하는 것을 더 포함하는 기능성 차량 구동 시스템의 동작 방법.
  55. 청구항 41에 있어서,
    미리 결정된 시간 동안 첫 번째 펄스폭변조 듀티 사이클에서 그리고 그 이후에 두 번째 펄스폭변조 듀티 사이클에서 상기 브레이크 신호가 0% 브레이크 명령보다 큰 것을 가리킬 때 브레이크 제어 신호를 발생하는 것을 더 포함하는 기능성 차량 구동 시스템의 동작 방법.
  56. 청구항 41에 있어서,
    상기 브레이크 신호가 0% 브레이크 명령을 가키고 상기 스로틀 신호가 0% 스로틀 명령을 가리킬 때 상기 교류 구동 신호의 주파수를 감소시키는 것을 더 포함하는 기능성 차량 구동 시스템의 동작 방법.
  57. 청구항 41에 있어서,
    상기 주행/견인 신호가 견인 위치를 가리킬 때 전진 방향 및 후진 방향에서 상기 주행 토크를 최소화하는 것을 더 포함하는 기능성 차량 구동 시스템의 동작 방법.
  58. 청구항 41에 있어서,
    상기 주행/견인 신호가 견인 위치를 가리킬 때, 배터리 충전 상태의 변화를 최소화하는 것을 더 포함하는 기능성 차량 구동 시스템의 동작 방법.
  59. 청구항 41에 있어서,
    배터리 충전 상태를 증가시키기 위해서, 상기 기능성 차량의 운동 에너지를 전기 에너지로 전환하는 것을 더 포함하는 기능성 차량 구동 시스템의 동작 방법.
  60. 청구항 59에 있어서,
    배터리 팩 유형, 배터리 팩 수명, 그리고 에너지 소모 비율에 근거하여 상기 운동 에너지를 전기 에너지로 전화하는 퍼센트를 결정하는 것을 더 포함하는 기능성 차량 구동 시스템의 동작 방법.
  61. 청구항 41에 있어서,
    상기 브레이크 위치 신호, 상기 키 스위치 신호, 그리고 상기 주행/견인 신호 중 적어도 하나에 근거하여 상기 기능성 차량을 브레이크하는 것을 더 포함하는 기능성 차량 구동 시스템의 동작 방법.
  62. 청구항 41에 있어서,
    상기 기능성 차량으로부터의 제어 데이터를 통신하는 단계를 더 포함하되,
    상기 제어 데이터는 상기 배터리 전압 신호, 상기 스로틀 페달 위치 신호, 상기 브레이크 페달 위치 신호, 상기 키 스위치 신호, 상기 전진/중립/후진 신호, 그리고 상기 주행/견인 신호 중 적어도 하나를 포함하는 기능성 차량 구동 시스템의 동작 방법.
  63. 청구항 62에 있어서,
    상기 제어 데이터는 실시간 제어 데이터를 포함하는 기능성 차량 구동 시스템의 동작 방법.
  64. 청구항 62에 있어서,
    상기 통신 단계를 통해서 받은 배터리 충전 상태를 가리키는 데이터에 기초하여 상기 기능성 차량을 충전하는 것을 더 포함하는 기능성 차량 구동 시스템의 동작 방법.
  65. 청구항 41에 있어서,
    한 쌍의 축들에 대한 상기 구동 토크를 받고 선택적으로 방향을 재설정하는 것을 더 포함하는 기능성 차량 구동 시스템의 동작 방법.
  66. 청구항 41에 있어서,
    복수 개의 바퀴 속도 신호들을 받는 것을 더 포함하되, 상기 교류 구동 신호는 또한 상기 바퀴 속도 신호들에 근거하는 기능성 차량 구동 시스템의 동작 방법.
  67. 청구항 66에 있어서,
    상기 교류 구동 신호 주파수의 변화율은 상기 바퀴 속도 신호에 근거한 변화율 한계보다 작은 기능성 차량 구동 시스템의 동작 방법.
  68. 청구항 67에 있어서,
    상기 변화율의 한계는 대응하는 구동 바퀴 및 비구동 바퀴과 연관된 바퀴 속도 신호들의 비교에 근거하는 기능성 차량 구동 시스템의 동작 방법.
  69. 청구항 41에 있어서,
    상기 전환단계의 결과에 근거하여 제2 교류 구동 신호를 발생하고; 그리고,
    상기 제2 교류 구동 신호를 상기 기능성 차량을 구동하기 위한 제2 구동 토크로 전환하는 것을 더 포함하는 기능성 차량 구동 시스템의 동작 방법.
  70. 청구항 69에 있어서,
    상기 교류 구동 신호를 발생하는 것은 3-상 교류 구동 신호를 발생하는 것을 포함하는 기능성 차량 구동 시스템의 동작 방법.
  71. 각각이 연관된 바퀴를 구동하기 위한 구동 토크를 제공하는 복수 개의 교류 구동 모터들; 그리고
    배터리 전압 신호, 스로틀 페달 위치 신호, 브레이크 페달 위치 신호, 키 스위치 신호, 전진/중립/후진(FNR) 신호, 그리고 기능성 차량의 주행 및 견인 상태를 나타내는 주행/견인(run/tow) 신호를 받아 대응하는 교류 모터들을 위한 복수 개의 교류 구동 신호를 발생하는 복수 개의 교류 모터 제어기를 포함하되,
    상기 교류 구동 신호는 상기 배터리 전압 신호, 상기 스로틀 페달 위치, 상기 브레이크 페달 위치, 상기 키 스위치 신호, 상기 전진/중립/후진 신호, 그리고 상기 주행/견인 신호에 근거하는 기능성 차량 구동 시스템.
  72. 청구항 69에 있어
    상기 교류 모터 제어기와 통신하는 조종신호를 발생하는 조종 센서를 더 포함하되, 상기 교류 구동 신호는 또한 상기 조종 신호에 근거하는 기능성 차량 구동 시스템.
  73. 기능성 차량(utility vehicle) 구동 시스템에 있어서,
    상기 차량을 지지하는, 그리고 적어도 하나는 구동 바퀴(drive wheel)인 복수의 바퀴들과;
    상기 구동 바퀴에 구동 토크(drive torque)를 제공하는 교류 모터(alternating-current motor)와; 그리고
    상기 교류 모터를 위해 교류 구동 신호(AC drive signal)를 발생시키고, 복수의 입력들을 받는 교류 모터 제어기를 포함하되.
    상기 교류 구동 신호는 적어도 하나의 배터리 전압 신호(at least a battery voltage signal), 스로틀 페달 위치 신호(a throttle pedal position signal), 그리고 브레이크 페달 위치 신호(brake pedal position signal)에 근거하여 발생되는 것을 특징으로 하는 기능성 차량 구동 시스템.
  74. 청구항 73에 있어서,
    상기 교류 모터는 유도 모터(induction motor)와 영구 자석 모터(permanent magnet motor) 중 하나를 포함하는 기능성 차량 구동 시스템.
  75. 청구항 73에 있어서,
    상기 교류 모터는 3상, 4극, 무브러시 모터(three-phase, 4-pole, burshless motor)인 기능성 차량 구동 시스템.
  76. 청구항 75에 있어서,
    상기 교류 모터는 권선 고정자(wound stator)와 영구 자석 회전자(permanent magnet rotor)를 포함하는 기능성 차량 구동 시스템.
  77. 청구항 76에 있어서,
    상기 영구 자석들은 희귀성 지자석들(rare earth magnets)을 포함하는 기능성 차량 구동 시스템.
  78. 청구항 73에 있어서,
    상기 교류 모터 제어기는 탈착식 저장 매체(removable storage media)를 받는 매체 드라이브(media drive)를 더 포함하는 기능성 차량 구동 시스템.
  79. 청구항 73에 있어서,
    상기 교류 모터 제어기는 풀 브레이크 스트로크 신호(brake full stroke signal) 및 스로틀 활성화 신호(throttle enable signal)를 더 받는 기능성 차량 구동 시스템.
  80. 청구항 73에 있어서,
    상기 교류 모터 제어기는 경고 신호를 더 발생하는 기능성 차량 구동 시스템.
  81. 청구항 73에 있어서,
    상기 교류 구동 신호는 3상 교류 구동 신호(3-phase AC drive signal)를 포함하는 기능성 차량 구동 시스템.
  82. 청구항 73에 있어서,
    상기 교류 구동 신호는 펄스 폭 변조 신호(pulse width modulation signal) 및 펄스 주파수 변조 신호(pulse frequency modulation signal) 중 적어도 하나를 포함하는 기능성 차량 구동 시스템.
  83. 청구항 73에 있어서,
    상기 교류 모터 제어기는 상기 배터리 전압 신호에 근거하여 상기 교류 모터의 최대 속도를 결정하는 기능성 차량 구동 시스템.
  84. 청구항 73에 있어서,
    상기 교류 모터 제어기는 견인 스위치 신호(tow switch signal)와 전진/중립/후진 신호(FNR signal)에 근거하여 상기 교류 모터의 최대 속도를 결정하는 기능성 차량 구동 시스템.
  85. 청구항 73에 있어서,
    상기 교류 모터 제어기는 표시 장치와 통신하는 상태 신호를 더 발생하는 기능성 차량 구동 시스템.
  86. 청구항 85에 있어서,
    상기 상태 신호는 배터리 상태(battery condition), amp-hour 표시, 에러 코드들(error codes), 그리고 후진 상태(reverse drive condition) 중 적어도 어느 하나를 표시하는 기능성 차량 구동 시스템.
  87. 청구항 85에 있어서,
    상기 표시 장치는 발광 다이오드들(light emitting diodes), 숫자 표시 장치(numeric display), 그리고 영숫자 표시 장치(alphanumeric display) 중 적어도 어 느 하나를 포함하는 기능성 차량 구동 시스템.
  88. 청구항 73에 있어서,
    상기 교류 모터 제어기는 키 스위치가 온 상태에 있고, 전진/중립/후진 스위치가 전진 및 후진 중에서 어느 한 위치에 있고, 견인 스위치가 주행 위치에 있고, 제동 스위치가 0% 제동 명령이고, 배터리 충전 상태(SOC)가 미리 결정된 배터리 충전 상태보다 클 때, 상기 교류 구동 신호를 발생하는 기능성 차량 구동 시스템.
  89. 청구항 73에 있어서,
    상기 교류 모터 제어기는 상기 배터리 전압 신호, 상기 스로틀 페달 위치 신호, 주행/견인 신호, 전진/중립/후진 신호에 상관없이 상기 제동 신호가 0% 제동 명령보다 클 때 상기 교류 모터를 늦추는 기능성 차량 구동 시스템.
  90. 청구항 73에 있어서,
    상기 교류 모터 제어기는 배터리 충전 상태(SOC of a battery)를 결정하고, 상기 배터리 충전 상태에 근거하여 상기 교류 모터의 최대 속도를 결정하는 기능성 차량 구동 시스템.
  91. 청구항 73에 있어서,
    상기 교류 구동 신호와 상기 교류 모터를 선택적으로 연결하는 콘택터를 더 포함하되,
    상기 교류 모터 제어기는 상기 콘택터와 통신하는 펄스 폭 변조 콘택터 제어 신호(PWM contactor control signal)를 더 발생하며,
    상기 교류 모터 제어기는 상기 콘택터를 폐쇄할 때 첫 번째 펄스폭변조 듀티 사이클(a first PWM duty cycle)에서 상기 콘택터 제어 신호를 발생하고 상기 콘택터가 폐쇄된 이후에 두번 째 펄스폭변조 듀티 사이클(a second PWM duty cycle)에서 상기 콘택터 제어 신호를 발생하는 기능성 차량 구동 시스템.
  92. 청구항 73에 있어서,
    상기 교류 모터를 선택적으로 늦추는 제동기를 더 포함하되,
    상기 교류 모터 제어기는 상기 제동기와 통신하는 제동기 제어 신호를 더 발생하며,
    상기 교류 모터 제어기는 상기 제동기를 적용할 때 첫번 째 펄스폭변조 듀티 사이클에서 상기 제동기 제어 신호를 발생하고,
    상기 교류 모터 제어기는 상기 제동기가 적용된 이후에 두 번째 펄스폭변조 듀티 사이클에서 상기 제동기 제어 신호를 발생하는 기능성 차량 구동 시스템.
  93. 청구항 92에 있어서,
    상기 제동기는 상기 교류 모터가 정지할 때 적용되는 주자 제동기를 포함하는 기능성 차량 구동 시스템.
  94. 청구항 73에 있어서,
    상기 교류 모터 제어기는 상기 제동기 신호가 0% 제동 명령을 표시하고 상기 스로틀 신호가 0% 스로틀 명령을 표시할 때, 상기 교류 모터의 속도를 미리 결정된 비율로 감속하는 기능성 차량 구동 시스템.
  95. 청구항 73에 있어서,
    상기 교류 모터 제어기는, 상기 주행/견인 신호가 상기 기능성 차량이 견인된다는 것을 가리킬 때, 전진 및 후진 방향에서 상기 구동 토크를 최소화하는 기능성 차량 구동 시스템.
  96. 청구항 73에 있어서,
    상기 교류 모터 제어기에 전기 에너지 소오스를 제공하는 충전식 배터리를 더 포함하되,
    상기 충전식 배터리는 리튬 이온(lithium ion), 니켈 카드뮴(niclel cadmium), 니켈 금속 하이브리드(nickle metal hydride), 그리고 납-산(lead-acid) 중 하나를 포함하는 기능성 차량 구동 시스템.
  97. 청구항 96에 있어서,
    상기 교류 모터 제어기는 상기 주행/견인 신호가 상기 기능성 차량이 견인 상태라는 것을 가리킬 때 상기 충전식 배터리를 통해서 전류 흐름(current flow)을 최소화하는 기능성 차량 구동 시스템.
  98. 청구항 96에 있어서,
    상기 교류 모터 제어기는 상기 교류 모터로부터 받은 에너지를 사용하여 상기 충전식 배터리를 충전하는 기능성 차량 구동 시스템.
  99. 청구항 98에 있어서,
    상기 교류 모터 제어기는 배터리 팩 유형, 배터리 팩 수명, 그리고 에너지 소모 비율에 근거하여 상기 충전식 배터리에 제공할 에너지의 퍼센트를 결정하는 기능성 차량 구동 시스템.
  100. 청구항 73에 있어서,
    상기 기능성 차량의 속도를 늦추는 제동기를 더 포함하되,
    상기 교류 모터 제어기는 상기 제동기 위치 신호, 상기 키 스위치 신호, 그리고 상기 주행/견인 신호에 근거하여 상기 제동기를 제어하는 제동기 신호를 발생하는 기능성 차량 구동 시스템.
  101. 청구항 73에 있어서,
    상기 교류 모터 제어기는 통신 데이터를 위한 통신 버스 인터페이스를 더 포 함하는 기능성 차량 구동 시스템.
  102. 청구항 101에 있어서,
    상기 데이터는 제어 데이터를 포함하는 기능성 차량 구동 시스템.
  103. 청구항 101에 있어서,
    상기 통신 버스 인터페이스는 계측 제어기 통신망(Controller Area Network, CAN), RS-232, RS-422, 범용 직렬 버스(universal serial bus, USB), 직렬(serial), 병렬(parallel), 무선(wireless), 불루투스(Bluetooth), 그리고 광 포맷(optical formats) 중 하나와 양립하는 기능성 차량 구동 시스템.
  104. 청구항 103에 있어서,
    상기 실시간 제어 데이터는 상기 배터리 전압 신호, 상기 스로틀 페달 위치 신호, 상기 브레이크 페달 위치 신호, 상기 키 스위치 신호, 상기 전진/중립/후진 신호, 그리고 상기 주행/견인 신호 중 적어도 하나를 포함하는 기능성 차량 구동 시스템.
  105. 청구항 102에 있어서,
    배터리 충전 상태와 상기 교류 모터 제어기의 상기 통신 버스 인터페이스와의 통신을 위한 제2 통신 버스 인터페이스를 포함하는 배터리 충전기를 더 포함하 는 기능성 차량 구동 시스템.
  106. 청구항 73에 있어서,
    한 쌍의 축에 대한 상기 구동 토크를 받고 방향을 재설정하는 잠금 차동기를 더 포함하는 기능성 차량 구동 시스템.
  107. 청구항 106에 있어서,
    상기 잠금 차동기는 상기 교류 모터 제어기에 의해 발생되는 차동 제어 신호에 따라 잠그고 푸는 기능성 차량 구동 시스템.
  108. 청구항 107에 있어서,
    상기 교류 모터 제어기는 상기 잠금 차동기를 잠글때 첫 번째 펄스폭변조 듀티 사이클에서 상기 차동 제어 신호를 발생하고, 상기 잠금 차동기가 잠긴 후에 두 번째 펄스폭변조 듀티 사이클에서 상기 차동 제어 신호를 발생하는 기능성 차량 구동 시스템.
  109. 청구항 73에 있어서,
    복수 개의 바퀴 속도 신호들을 더 포함하되, 상기 교류 구동 신호는 또한 상기 바퀴 속도 신호들에 근거하는 기능성 차량 구동 시스템.
  110. 청구항 109에 있어서,
    상기 교류 모터 제어기는 상기 바퀴 속도 신호들을 받고 상기 교류 모터의 가속 및 감속을 제한하는 안티록 브레이킹 시스템(antilock braking system)과 트랙션 컨트롤 시스템(traction control system) 중 적어도 하나를 더 포함하는 기능성 차량 구동 시스템.
  111. 청구항 110에 있어서,
    상기 트랙션 컨트롤 시스템은 각각의 구동 바퀴 및 비구동 바퀴와 연관된 바퀴 구동 속도들의 비교에 근거하여 상기 가속 및 감속을 제한하는 기능성 차량 구동 시스템.
  112. 청구항 73에 있어서,
    제2 구동 토크를 제공하기 위한 제2 교류 모터를 더 포함하되,
    상기 교류 모터 제어기는 제2 교류 구동 신호와 상기 제2 교류 모터 사이의 통신을 제어하고,
    상기 제2 교류 구동 신호는 상기 교류 모터의 동작 조건에 근거하는 기능성 차량 구동 시스템.
  113. 구동 토크를 제공하고;
    키 스위치 신호, 전진/중립/후진(FNR) 신호, 그리고 기능성 차량의 주행 및 견인 상태를 나타내는 주행/견인(run/tow) 신호 중 적어도 어느 하나와 배터리 전압 신호, 스로틀 페달 위치 신호, 브레이크 페달 위치 신호를 받고,
    상기 받은 신호에 근거하여 교류 구동 신호를 발생하고; 그리고,
    상기 교류 구동 신호를 기능성 차량을 추진하기 위한 구동 토크로 전환하는 것을 포함하는 기능성 차량 구동 시스템의 동작 방법.
  114. 복수의 바퀴들을 포함하는 기능성 차량을 위한 구동 시스템에 있어서,
    각각이 바퀴들 중 연관된 하나를 구동하기 위한 구동 토크를 제공하는 복수 개의 교류 구동 모터들; 그리고
    키 스위치 신호, 전진/중립/후진(FNR) 신호, 그리고 기능성 차량의 주행 및 견인 상태를 나타내는 주행/견인(run/tow) 신호 중 적어도 어느 하나와 배터리 전압 신호, 스로틀 페달 위치 신호, 브레이크 페달 위치 신호를 받고, 대응하는 교류 모터들을 위한 복수 개의 교류 구동 신호를 발생하는 복수 개의 교류 모터 제어기를 포함하되,
    상기 교류 구동 신호는 상기 배터리 전압 신호, 상기 스로틀 페달 위치, 상기 브레이크 페달 위치, 상기 키 스위치 신호, 상기 전진/중립/후진 신호, 그리고 상기 주행/견인 신호에 근거하는 기능성 차량 구동 시스템.
  115. 구동 토크를 제공하고;
    키 스위치 신호, 전진/중립/후진(FNR) 신호, 그리고 기능성 차량의 주행 및 견인 상태를 나타내는 주행/견인(run/tow) 신호 중 적어도 어느 하나와 배터리 전압 신호, 스로틀 페달 위치 신호, 브레이크 페달 위치 신호를 받고,
    상기 키 스위치 신호, 상기 전진/중립/후진 신호, 그리고 상기 주행/견인 신호 중 어느 하나와 상기 배터리 전압 신호, 상기 스로틀 페달 위치, 상기 브레이크 페달 위치 신호에 근거하여 교류 구동 신호를 발생하고; 그리고,
    상기 교류 구동 신호를 기능성 차량을 추진하기 위한 구동 토크로 전환하는 것을 포함하는 기능성 차량 구동 시스템의 동작 방법.
KR1020050102591A 2004-10-28 2005-10-28 전기적으로 구동되는 차량용 교류 구동 시스템 KR100747105B1 (ko)

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