KR20140107636A - 차량 제어 장치 - Google Patents

Abstract

차량 제어 장치에는, 엔진 제어기와 컨버터를 통괄적으로 제어하는 상위 제어기가 마련되고, 상위 제어기에는, 엔진 발전 지령 생성부 및 발전기 토크 지령 생성부가 마련된다. 발전기 토크 지령 생성부는, 엔진 발전 지령 및 회전 속도 검출기의 검출 신호에 기초하여 엔진의 이상 동작을 감시하고, 엔진의 이상 동작을 검지했을 경우에는 발전기 토크 지령으로서 미리 설정된 이상시용 토크 지령치의 최저치로 전환하고, 그 후, 발전기 토크 지령을 점증시키고, 엔진의 이상 동작을 재차 검지했을 때의 발전기 토크 지령의 크기(이상시용 토크 지령치 3)를 토크 한계치로서 기록한 후, 발전기 토크 지령을 토크 한계치보다 작은 값의 이상시용 토크 지령치(이상시용 토크 지령치 2)로 전환한다.

Description

차량 제어 장치{VEHICLE CONTROL DEVICE}

본 발명은, 예를 들면 하이브리드 차량을 제어하는 차량 제어 장치에 관한 것이다.

종래, 전동기로부터 출력되는 동력에 의해 주행 가능한 하이브리드 차량에 있어서, 내연 기관의 공연비(空燃比)의 검출에 이용되는 검출 소자가 침수되었는지 여부를 보다 적정하게 판정함과 아울러, 검출 소자가 침수되었을 때에도 검출 소자를 보호하면서 주행을 확보하는 것을 목적으로 하여, 공연비 센서의 소자 임피던스에 기초하여 공연비 센서의 침수에 의한 이상을 판정해, 이상이 없는 경우에는 엔진으로부터 요구 파워 Pe*가 출력됨과 아울러, 요구 토크 Tr*이 구동축에 출력되도록 엔진 및 모터를 제어하고, 이상이 판정되었을 때에는, 요구 파워를 제한한 침수시 제한 파워 Pew가 엔진으로부터 출력됨과 아울러, 요구 토크 Tr*이 구동축에 출력되도록 엔진 및 모터를 제어하는 기술이 개시되어 있다(예를 들면, 하기 특허 문헌 1).

특허 문헌 1: 일본국 특허 제3890459호 공보

그렇지만, 상기 종래 수법은, 공연비 센서에 이상이 있으면, 통상시의 요구 파워를 보다 제한한 단일의 침수시 제한 파워로 변경한다고 하는 생각이기 때문에, 미세한 엔진의 파워 제어나 토크 제어를 할 수 없다고 하는 과제가 있다. 통상시의 파워 제어나 토크 제어는 복잡하고, 한마디로 이상이라고 말하더라도 이상의 정도는 여러 가지의 제어의 상황에 따라 다르기 때문에, 단일의 보호 레벨이 아니라, 복수의 보호 레벨을 설정한 보호 동작 협조를 행하는 것이 바람직하다.

본 발명은 상기를 감안하여 이루어진 것으로서, 복수의 보호 레벨을 설정한 보호 동작 협조를 행할 수 있는 차량 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 과제를 해결하여 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 엔진과, 엔진의 동작을 제어하는 엔진 제어기와, 상기 엔진에 연결되는 발전기와, 상기 발전기가 출력하는 교류 전력을 원하는 직류 전력으로 변환하는 컨버터와, 상기 컨버터로부터 직류 전력의 공급을 받아 동작하는 부하 장치와, 상기 발전기의 회전 속도를 검출하는 회전 속도 검출기를 구비한 차량 구동 시스템에 적용되어, 상기 엔진 제어기 및 상기 컨버터의 동작을 제어 가능하게 구성되는 차량 제어 장치로서, 상기 엔진 제어기 및 상기 컨버터를 통괄적으로 제어하는 상위 제어기가 마련되고, 상기 상위 제어기는, 상기 엔진을 동작시켜 상기 발전기를 구동하기 위한 엔진 발전 지령을 생성하여 상기 엔진 제어기에 출력하는 엔진 발전 지령 생성부와, 상기 엔진 발전 지령에 포함되는 복수 단계의 노치 정보(notch information)를 수령하여, 노치의 크기에 따른 토크를 선택하고, 선택한 토크를 발전기 토크 지령으로서 상기 컨버터에 출력하는 발전기 토크 지령 생성부를 구비하고, 상기 발전기 토크 지령 생성부는, 상기 엔진 발전 지령 및 상기 회전 속도 검출기의 검출 신호에 기초하여 상기 엔진의 이상 동작을 감시하고, 상기 엔진의 이상 동작을 검지했을 경우에는, 상기 발전기 토크 지령으로서 미리 설정된 이상시용 토크 지령치의 최저치로 전환하고, 그 후, 상기 발전기 토크 지령을 점증(漸增)시키고, 상기 엔진의 이상 동작을 재차 검지했을 때의 발전기 토크 지령의 크기를 토크 한계치로서 기록한 후, 상기 발전기 토크 지령을, 상기 토크 한계치보다 작은 값의 이상시용 토크 지령치로 전환하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 복수의 보호 레벨을 설정한 보호 동작 협조를 행할 수 있다고 하는 효과를 달성한다.

도 1은 실시 형태 1에 따른 차량 제어 장치를 포함하는 차량 구동 시스템의 일 구성예를 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 발전기 토크 지령 생성부의 동작을 달성하기 위한 내부 구성의 일례를 나타내는 도면이다.
도 3은 엔진 제어기가 가지는 엔진의 구동 제어 특성의 일례를 나타내는 도면이다.
도 4는 실시 형태 1에 따른 차량 제어 장치에 있어서의 동작 추이의 일례를 나타내는 도면이다.
도 5는 도 4에 도시된 동작 추이의 일례를 타임 차트로서 나타낸 도면이다.
도 6은 실시 형태 2에 따른 차량 제어 장치에 있어서의 동작 추이의 일례를 나타내는 도면이다.
도 7은 도 6에 도시된 동작 추이의 일례를 타임 차트로서 나타낸 도면이다.

이하에 첨부 도면을 참조하여, 본 발명의 실시 형태에 따른 차량 제어 장치에 대해 설명한다. 또한, 이하에 나타내는 실시 형태에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.

실시 형태 1.

도 1은 본 발명의 실시 형태 1에 따른 차량 제어 장치를 포함하는 차량 구동 시스템의 일 구성예를 나타내는 도면으로, 시리즈 하이브리드 방식의 엔진 시스템에 적용한 경우의 구성을 나타내고 있다. 도 1에 도시된 것처럼, 실시 형태 1에 따른 차량 구동 시스템은 엔진(1), 엔진 제어기(2), 발전기(3), 컨버터(4), 회전 속도 검출기로서의 속도 센서(5), 상위 제어기(6) 및 부하 장치(7)를 구비하여 구성된다. 이들 구성부 중, 실시 형태 1에 따른 차량 제어 장치는 발전기(3), 컨버터(4) 및 상위 제어기(6)를 가지고 구성된다. 또한, 차량 제어 장치로서, 엔진(1), 엔진 제어기(2), 속도 센서(5) 및 부하 장치(7) 중 일부를 포함하여 구성되어 있어도 상관없다.

엔진(1)은 엔진 제어기(2)가 지시하는 연료 분사량 지령(2a)에 따라서, 내연 기관으로서 연료를 소비하여 회전력을 출력한다. 엔진(1)의 회전축은 발전기(3)의 회전축과 직결되어 있어, 엔진(1)의 회전력은 직접적으로 발전기(3)에 전달된다. 한편, 발전기(3)는, 일반적으로는 삼상 교류 발전기이며, 고정자 삼상 권선의 출력 단자가 컨버터(4)에 접속되어, 엔진(1)으로부터의 기계적 회전력의 출력을 삼상 교류 전력으로 변환하여 컨버터(4)에 공급한다. 컨버터(4)는 발전기(3)로부터 공급되는 삼상 교류 전력을, 직류 전력으로 변환하여 부하 장치(7)에 공급한다. 또한, 부하 장치(7)의 구성요소는 도시하고 있지 않지만, 예를 들면, 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 인버터 장치, 직류 전력을 축전(蓄電)하는 배터리, 차량을 구동하는 전동기, 전동기의 출력을 감속하여 윤축(輪軸)에 전달하는 감속기 등으로 구성된다.

다음으로, 상위 제어기(6)의 기능을 포함하는 차량 제어 장치의 동작에 대해 설명한다. 상위 제어기(6)는, 도 1에 도시된 것처럼, 발전기 토크 지령 생성부(10) 및 엔진 발전 지령 생성부(11)를 내포하여 구성되고, 엔진(1), 엔진 제어기(2), 발전기(3) 및 컨버터(4)의 전체 동작을 통괄적으로 협조 제어하는 기능을 가진다.

엔진 발전 지령 생성부(11)는 엔진(1)을 동작시켜 발전기(3)를 구동하기 위한 엔진 발전 지령(11a)을 엔진 제어기(2)에 출력한다. 이 엔진 발전 지령(11a)의 레벨에 따라 엔진 제어기(2)가 연료 분사량 지령(2a)을 조정하여 엔진(1)이 구동된다. 엔진 제어기(2)가 가지는 엔진(1)의 구동 제어 특성의 일례를 도 3에 나타낸다. 도 3에 있어서, 가로축은 엔진 회전축의 회전 속도이고, 세로축은 출력할 수 있는 부하 토크이다. 또, 엔진 발전 지령은 복수의 단계를 가지고 설정되며, 보다 큰 엔진 발전 출력을 요구하는 경우에는, 보다 고속 회전을 하도록 제어된다. 도 3의 예에서는 엔진 발전 지령이 3단계(3노치：1N, 2N, 3N)로 설정되어 있는 경우를 나타내고 있다.

각 노치(1N, 2N, 3N) 모두, 회전축에 인가되는 부하 토크가 0인 경우에는, 각 노치 마다의 특성으로 정해진 최고 속도로 회전하며, 부하 토크가 상승하면, 각 노치 마다 정해진 속도-토크 특성에 따라서, 연료 분사를 늘려서, 출력 토크를 올려, 부하 토크와 균형이 맞게 동일한 출력 토크로 운전된다. 기계적 출력[W]는 속도와 출력 토크의 곱이다. 이 때문에 속도가 고속일수록, 또 출력 토크가 클수록, 큰 기계적 출력[W]이 얻어지고, 그 결과, 발전기(3), 컨버터(4)를 통해서 큰 전력이 얻어지게 된다. 따라서, 도 3의 예로 설명하면, 엔진 발전 지령 생성부(11)는, 보다 큰 발전 전력이 요구되는 경우에는, 엔진 발전 지령 3N을 엔진 제어기(2)에 출력하고, 작은 발전 전력이 요구되는 경우에는 엔진 발전 지령 1N을 출력한다.

한편, 발전기 토크 지령 생성부(10)는, 엔진 발전 지령 생성부(11)가 엔진 제어기(2)를 향해서 출력한 엔진 발전 지령(11a)에 포함되는 노치 정보(11b)를 수령한다. 발전기 토크 지령 생성부(10)는 노치의 크기에 따른 토크를 선택하고, 선택한 토크를 발전기 토크 지령(10a)으로서 컨버터(4)에 출력한다. 이것에 의해, 엔진(1) 및 발전기(3)에 있어서의 속도 및 토크의 동작점은, 엔진 발전 지령의 각 레벨에 따라서 정해지고, 도 3에 동그라미 표시("○")로 나타낸 각 동작점에서 발전 동작을 계속한다. 이와 같이, 상위 제어기(6)가, 엔진(1)과 발전기(3)의 속도 및 토크를 제어함으로써 원하는 발전 전력을 얻는다. 이 발전기 토크 지령 생성부(10)는, 예를 들면 도 2와 같이 구성할 수 있다. 또한, 이 토크 지령 생성부(10)의 세부 구성에 대해서는, 후술한다.

다음으로, 본원 발명의 주요부를 이루는 엔진(1)과 발전기(3) 사이의 보호 협조 동작에 대해서, 도 1, 도 4 및 도 5의 도면을 참조하여 설명한다.

발전기 토크 지령 생성부(10)는, 엔진(1) 및 발전기(3)의 회전축 속도를 검지하는 속도 센서(5)의 검지 신호(5a)를 상시 감시하고 있다. 그리고 엔진 발전 지령 생성부(11)의 지령 레벨마다, 즉 각 노치마다, 이상 판정 속도 K1가 판정 임계치로서 설정되어 있다.

엔진(1)은, 구성 부품의 일부 장애(disorder)나 고장에 의해서, 엔진 제어기(2)의 지령 대로의 기계적 출력을 발생할 수 없게 되는 경우가 있다. 그때, 엔진 제어기(2)는, 도시를 생략한 엔진(1)의 여러가지 구성 부품에 설치된 센서 정보에 의해, 장애나 고장을 검지하여, 연료 분사량을 줄이고, 보호 모드로 이행한다. 또한, 이러한 출력 제한이 수행되는 경우의 출력 토크 특성의 예를 도 4에 나타내고 있다.

도 4에서는, 도 3에 있어서의 엔진 발전 지령 2N에서의 동작 상황을 발췌하여 나타내고 있다. 엔진(1)이 보호 모드로 이행했을 경우에는, 엔진(1)의 출력 토크가 감소되어 저하하기 때문에, 엔진(1)의 출력 토크보다도 발전기(3)의 출력 토크의 쪽이 상회(上回)하게 된다. 그 결과, 엔진(1)의 출력 토크와 발전기(3)의 출력 토크 사이의 밸런스가 무너져, 발전기(3)의 출력 토크와 엔진(1)의 출력 토크의 차분이 엔진(1) 및 발전기(3)의 회전축으로의 감속 토크로서 작용하여, 회전 속도가 감속된다. 이 상황을 도 4에서는 (1)로 도시하고 있으며, 정상시(健全時)의 엔진 출력 토크 곡선 K2 상에 있는 동작점 P가 K2로부터 멀어져 왼쪽 방향으로 천이하게 된다.

회전 속도가 감속하여 이상 판정 속도 K1을 하회하면, 발전기 토크 지령 생성부(10)는 엔진(1)의 이상을 인식하여, 발전기 토크 지령으로서 잠정적으로 영(零) 토크 지령치를 선택해, 0[Nm]까지 줄인다. 이 추이를 도 4에서는 (2)로 나타내고 있다. 발전기 토크 지령이, 보호시의 엔진 출력 토크 곡선 K3(엔진(1)의 보호 모드용 토크 출력 곡선)보다 하회하면, (1)과는 반대로, 발전기(3)의 출력 토크와 엔진(1)의 출력 토크의 차분이, 엔진(1) 및 발전기(3)의 회전축으로의 가속 토크로서 작용하여, 회전 속도가 가속되어 원래대로 복귀한다.

그 후, 발전기 토크 지령 생성부(10)는, 미리 복수 단계로 설정된 이상시용 토크 지령치를 출력한다. 실시 형태 1에서는, 도 4에 도시된 것처럼, 미리 설정된 이상시용 토크 지령치 중, 가장 낮은 값의 이상시용 토크 지령치 1에서부터 인가해 간다. 그 결과, 도 4에서는 동작점 (3)으로 이행한다. 이 이행기에 있어서의 이상시용 토크 지령치 1의 인가 시간 T는, 미리 설정되어 있고, 시간 T의 경과 후, 회전 속도가 이상 판정 속도를 하회하고 있지 않으면, 발전기 토크 지령 생성부(10)는 이상시용 토크 지령치의 크기를 다음으로 큰 레벨로 올려, 도 4에서는 동작점 (4)로 이행한다. 다시 시간 T가 경과 후, 회전 속도가 이상 판정 속도를 하회하고 있지 않으면, 이상시용 토크 지령치의 크기를 다음으로 큰 레벨로 올린다. 이와 같이, 회전 속도가 이상 판정 속도를 하회하지 않는 한, 이상시용 토크 지령치를 서서히 올려 간다.

여기서, 어느 단계에서의 이상시용 토크 지령치가, 엔진(1)측의 보호 모드시의 출력 토크를 상회하면, 다시 발전기(3)의 출력 토크와 엔진(1)의 출력 토크의 차분이, 엔진 및 발전기의 회전축으로의 감속 토크로서 작용하여, 회전 속도가 감속된다. 그 결과, 재차, 회전 속도가 이상 판정 속도 K1을 하회하므로, 발전기 토크 지령 생성부(10)는 엔진(1)의 이상을 재인식한다. 이 상태를 도 4에서는 동작점 (5)로 나타내고 있다.

여기서, 이 예에 있어서의 동작점 (5)에서의 발전기 토크 지령을 N 단계째의 이상시용 토크 지령치라고 하면, 발전기 토크 지령 생성부(10)는 발생한 엔진 보호 모드 상황하에서 인가 가능한 발전기 토크의 한계치로서, N－1 단계째의 이상시용 토크 지령치를 선택하여 기억한다. 도 4의 예에서는 N=3이다.

그 후, 발전기 토크 지령 생성부(10)는, 재차의 엔진 이상의 인식과 함께, 발전기 토크 지령을 재차, 이상시용 토크 지령의 최저치로 줄임으로써 회전 속도를 복귀시킨 후, 상기에서 기억한 발전기 토크의 한계치로서의 N－1 단계째의 이상시용 토크 지령치를 출력하여, 운전을 계속시킨다. 도 4의 예라면, 동작점 (4)에서 운전이 계속된다.

다음으로, 도 2로 돌아가, 발전기 토크 지령 생성부(10)의 세부 구성에 대해 설명한다. 발전기 토크 지령 생성부(10)는, 도 2에 도시된 것처럼, 정상시 토크 지령 생성부(100), 영 토크 지령 생성부(101), 이상시용 토크 지령 생성부(102), 회전수 이상 검지부(103), 전환부(104) 및 변화율 제한부(105)를 구비하여 구성된다.

엔진이 정상적으로 운전을 하고 있는 통상시에는, 발전기 토크 지령(10a)으로서는, 정상시 토크 지령 생성부(100)가 출력하는 정상시의 토크 지령치가 전환부(104)에 의해서 선택되어 출력된다. 반면에, 회전수 이상 검지부(103)에는, 전술한 이상 판정 속도 K1가 엔진 노치 조건마다 설정되어 있다. 회전수 이상 검지부(103)는, 엔진의 노치 정보(11b)와 속도 검지 신호(5a)를 감시하면서, 속도 검지 신호(5a)가 이상 판정 속도 K1을 하회했다고 판단하면 전환부(104)에 신호를 출력하고, 이것에 기초하여 전환부(104)는, 영 토크 지령 생성부(101)가 출력하는 영 토크 지령치(0[Nm])를 선택하여 출력한다. 그 후, 이상시 토크 지령 생성부(102)에 설정되어 있는 복수 단계의 이상시 토크 지령치 1~M 중, 낮은 토크 지령치에서부터 차례로 선택 출력해 간다. 여기서, 이상시 토크 지령치 M을 출력한 기간에 있어서, 다시 회전수 이상 검지부(103)가 이상을 검지했을 때에는, 회전수 이상 검지부(103)는, 발생하고 있는 엔진 보호 모드에서의 발전기 토크의 한계치로서 M－1 단계째의 이상시 토크 지령치를 선택하여 기억함과 아울러, 전환부(104)에 전환 신호를 출력함으로써 최종적으로 M－1 단계째의 이상시 토크 지령치를 발전기 토크 지령(10a)으로서 출력한다. 또한, 변화율 제한부(105)는, 이상에서 설명한 발전기 토크 지령(10a)의 값을 전환할 때에, 스텝상의 토크 변화를 피해 스무스하게 발전기에 토크를 인가하기 위해서, 토크 지령 상승, 하강에 대해서 변화율을 제한한다.

도 5는 상기의 동작 추이를 타임 차트로서 나타낸 도면이며, 가로축에는 시간을, 세로축에는 엔진 회전수(발전기 회전수), 이상 판정 속도 및 발전기 토크를 나타내고 있다. 이하, 이 타임 차트를 도 1, 도 4 및 도 5의 도면을 적당히 참조하여 설명한다.

[1] 우선, 엔진(1)에 어떠한 이상이 발생하면, 발전기(3)의 회전 속도 저하에 의한 엔진(1)의 이상이 검지되어, 발전기 토크 지령이 저감(줄임)된다(스텝 (a)). 이때, 동작점은 (1)에서 (2)로 천이된다(도 4 참조).

[2] 다음으로, 발전기 토크 지령이 차례로 점증되고, 엔진(1)에 인가 가능한 토크 한계치도 차례로 기록된다(스텝 (b)). 이때, 동작점은 (3), (4), (5)와 같이 천이된다.

[3] 동작점이 (5)로 천이되면, 발전기(3)의 회전 속도가 저하되어 재차, 엔진(1)의 이상이 검지된다. 그 결과, 발전기 토크 지령은 재차 저감되고, 동작점은 (2)로 천이된다(스텝 (c)).

[4] 스텝 (b)에서 기록한 토크 한계치로서의 발전기 토크 지령 중, 발전기 토크 지령을 점증했을 때에, 발전기(3)의 회전 속도의 저하가 검지된 발전기 토크 지령의 하나 전의 기록치를 토크 한계치로서 선택하고, 당해 토크 한계치를 발전기 토크 지령으로서 인가한다(스텝 (d)). 그 결과, 동작점은 (4)로 천이된다.

[5] 또한, 스텝 (d)에서 인가하는 발전기 토크 지령(도 4의 예라면, 이상시용 토크 지령치 2)은, 스텝 (b)의 처리에 있어서, 회전 속도의 저하가 검지되지 않는 것이 보증되어 있으므로, 이 동작점에서 엔진(1) 및 발전기(3)를 안정적으로 동작시키는 것이 가능해진다.

이상 설명한 것처럼, 실시 형태 1에 따른 차량 제어 장치에 의하면, 발전기 토크 지령 생성부(10)는, 엔진(1) 및 엔진 제어기(2)가 보호 모드로 이행했을 경우에는, 발전기(3)에서 인가 가능한 토크 지령의 크기를 탐색하여, 그 결과 파악한 한계치 이하의 토크를 선택 출력하여 운전을 계속시키는 것으로 했다. 이 제어에 의해, 엔진(1)에 이상이나 고장이 발생하여 출력이 줄여진 경우에도, 발전기(3)측에서 인가 가능한 토크를 탐색하여, 그 토크값으로 운전을 계속시킬 수 있어, 차량을 구동하는 전동기 부하로의 전력 공급을 한정적이면서도 계속시킬 수 있어, 차량을 근처의 메인터넌스(maintenance) 가능한 차고나 정거장으로 이동시키는 것이 가능해진다.

실시 형태 2.

실시 형태 1에서는, 엔진(1)측의 이상에 의해 엔진(1)의 출력이 줄여진 경우에 있어서, 발전기(3)가 인가 가능한 한계 토크값의 탐색으로서, 이상시용 토크 지령치를 작은 값에서부터 단계적으로 올려 가는 수법에 대해 설명했다. 한편, 이상시용 토크 지령치를 큰 값에서부터 단계적으로 내려 가도록 해도 좋다. 실시 형태 2에서는, 이 수법에 대해서, 도 1, 도 6 및 도 7의 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 구성 부품의 일부 장애 등에 의해 보호 모드로 천이할 때까지의 동작은 실시 형태 1과 마찬가지이므로, 그 설명을 생략한다.

도 6에서는, 도 3에 있어서의 엔진 발전 지령 2N에서의 동작 상황을 발췌하여 나타내고 있다. 엔진(1)이 보호 모드로 이행했을 경우에는, 엔진(1)의 출력 토크가 줄어서 저하하기 때문에, 발전기(3)의 출력 토크와 엔진(1)의 출력 토크의 차분이, 엔진(1) 및 발전기(3)의 회전축으로의 감속 토크로서 작용하여, 회전 속도가 감속된다. 이 상황을 도 6에서는 (1)로 도시하고 있고, 실시 형태 1의 경우와 마찬가지로, 정상시의 엔진 출력 토크 곡선 K2상에 있는 동작점 P가 K2로부터 멀어져서 왼쪽 방향으로 천이하게 된다.

회전 속도가 감속하여 이상 판정 속도를 하회하면, 발전기 토크 지령 생성부(10)는 엔진(1)의 이상을 인식하고, 발전기 토크 지령을 잠정적으로 영 토크 지령치(0[Nm])까지 줄인다. 이 추이를 도 6에서는 (2)로 나타내고 있다. 발전기 토크 지령이, 보호시의 엔진 출력 토크 곡선 K3(엔진(1)의 보호 모드용의 토크 출력 곡선)보다 하회하면, (1)과는 반대로, 발전기(3)의 출력 토크와 엔진(1)의 출력 토크의 차분이, 엔진(1) 및 발전기(3)의 회전축으로의 가속 토크로서 작용하여, 회전 속도가 가속되어 원래대로 복귀한다. 이상의 회전수 복귀 동작까지는, 실시 형태 1과 마찬가지이다.

그 후, 발전기 토크 지령 생성부(10)는, 미리 복수 단계로 설정된 이상시용 토크 지령치를 출력한다. 실시 형태 2에서는, 도 6에 도시된 것처럼, 미리 설정된 M단의 이상시용 토크 지령치 중, 가장 높은 값의 이상시용 토크 지령치 M에서부터 인가해 간다. 그 결과, 도 6에서는, 동작점 (A)로 이행한다.

여기서, 이 예의 동작점 (A)에서는, 보호 모드시의 엔진 출력 토크보다, 선택한 이상시용 토크 지령치의 M단계째의 토크 출력 쪽이 크기 때문에, 다시 발전기(3)의 출력 토크와 엔진(1)의 출력 토크의 차분이, 엔진(1) 및 발전기(3)의 회전축으로의 감속 토크로서 작용하여, 회전 속도가 감속된다. 그 결과, 재차, 회전 속도가 이상 판정 속도 K1을 하회하므로, 발전기 토크 지령 생성부(10)는 엔진(1)의 이상을 재인식하여, 발전기 토크 지령을 영 토크 지령치(0[Nm])까지 줄인다.

재차의 이상 판정이 수행됨으로써, 발전기 토크 지령 생성부(10)는 이상시용 토크 지령치로서, 다음으로 토크값이 높은 이상시용 토크 지령치(M－1)를 선택하여 출력한다. 그 결과, 도 6에서는, 동작점 (B)로 이행한다.

그 후, 선택한 (M－1)단째의 토크 출력 쪽이, 엔진(1)의 출력 토크보다 크면, 추가로 다시 회전 속도가 감속하여, 이상 판정 속도를 하회하여, 발전기 토크 지령 생성부(10)는 이상을 인식하여 발전기 토크 지령을 영 토크 지령치(0[Nm])까지 줄인다.

추가로 그 후, 이상시용 토크 지령치(M－2)를 선택하여 출력하면, 도 6에서는, 동작점 (C)로 이행한다. 이 동작점 (C)에서는, 선택한 (M－1)단째의 토크 출력 쪽이, 엔진(1)의 출력 토크보다도 작기 때문에, 회전 속도는 안정된다. 여기서, 미리 설정된 시간 임계치 T를 넘어도, 다음의 회전 속도의 이상 판정이 발생되지 않으면, 발전기 토크 지령 생성부(10)는, 현재 출력 중인 토크 지령 레벨을 발전기 토크의 한계치라고 인식하여, 그대로의 레벨의 이상시용 토크 지령치를 계속하여 출력해, 발전 동작을 계속시킨다.

이와 같이 하여, 실시 형태 2의 발전기 토크 지령 생성부(10)는, 발전기(3)의 회전수가 이상 판정 속도 K1을 하회하지 않게 될 때까지, 발전기(3)에 대한 이상시용 토크 지령치를 높은 값에서부터 단계적으로 선택하는 제어를 행한다. 엔진(1)의 보호 모드에서의 출력 제한에 의한 출력 저하가 낮은 경우에는, 발전기(3)에 출력 가능한 한계 토크의 탐색을 실시 형태 1보다도 빨리 완료할 수 있다고 하는 효과가 얻어진다.

도 7은 상기의 동작 추이를 타임 차트로서 나타낸 도면이며, 가로축에는 시간을, 세로축에는 엔진 회전수(발전기 회전수), 이상 판정 속도 및 발전기 토크를 나타내고 있다. 이하, 이 타임 차트를 도 1, 도 6 및 도 7의 도면을 적당히 참조하여 설명한다.

[1] 우선, 엔진(1)에 어떠한 이상이 발생하면, 발전기(3)의 회전 속도 저하에 의한 엔진(1)의 이상이 검지되어, 발전기 토크 지령이 저감(줄임)된다(스텝 (a)). 이때, 동작점은 (1)에서 (2)로 천이된다(도 6 참조).

[2] 다음으로, 발전기 토크 지령으로서 이상시용 토크 지령치 M이 인가되어, 동작점은 (A)로 천이된다(스텝 (b)).

[3] 동작점이 (A)로 천이되면, 발전기(3)의 회전 속도가 저하하여 재차, 엔진(1)의 이상이 검지된다. 그 결과, 발전기 토크 지령은 재차 저감되어, 동작점은 (2)로 천이된다(스텝 (c)).

[4] 그 다음에, 발전기 토크 지령으로서, 스텝 (b)에서 선택된 이상시용 토크 지령치 M의 다음으로 토크값이 높은 이상시용 토크 지령치(M－1)가 인가되어, 동작점은 (B)로 천이된다(스텝 (d)).

[5] 여기서, 동작점 (B)는, 동작점 (A)와 마찬가지로, 발전기(3)의 회전 속도의 저하가 검지되는 동작점이기 때문에, 발전기 토크 지령의 저감이 재차 실행되어, 동작점은 (2)로 천이된다(스텝 (e)).

[6] 그 다음에, 발전기 토크 지령으로서 스텝 (d)에서 선택된 이상시용 토크 지령치(M－1)의 다음으로 토크값이 높은 이상시용 토크 지령치(M－2)가 인가되어, 동작점은 (C)로 천이된다(스텝 (e)).

[7] 그 다음은, 도 6을 참조하여 설명한 것처럼, 회전 속도의 이상 판정이 발생하지 않은 시간을 계측하여, 그 계측치가 미리 설정된 시간 임계치 T를 넘었으면, 현재 출력 중인 토크 지령(이상시용 토크 지령치(M－2))을 계속하여 출력해, 발전 동작을 계속시킨다.

이상 설명한 것처럼, 실시 형태 2에 따른 차량 제어 장치에 의하면, 발전기 토크 지령 생성부(10)는, 엔진(1) 및 엔진 제어기(2)가 보호 모드로 이행했을 경우에는, 발전기(3)의 회전수가 이상 판정 속도 K1을 하회하지 않게 될 때까지, 발전기(3)에 대한 이상시용 토크 지령치를 높은 값에서부터 단계적으로 선택하는 제어를 행하는 것으로 했으므로, 엔진(1)에 이상이나 고장이 발생하여 출력이 줄여진 경우에도, 발전기(3)측에서 인가 가능한 토크를 탐색하여, 그 토크값으로 운전을 계속시킬 수 있어, 차량을 구동하는 전동기 부하로의 전력 공급을 한정적이면서도 계속시킬 수 있어, 차량을 근처의 메인터넌스 가능한 차고나 정거장으로 이동시키는 것이 가능해진다.

[산업상의 이용 가능성]

이상과 같이, 본 발명은 복수의 보호 레벨을 설정한 보호 동작 협조를 행할 수 있는 차량 제어 장치로서 유용하다.

1: 엔진
2: 엔진 제어기
2a: 연료 분사량 지령
3: 발전기
4: 컨버터
5: 속도 센서
5a: 검지 신호
6: 상위 제어기
7: 부하 장치
10: 발전기 토크 지령 생성부
10a: 발전기 토크 지령
11: 엔진 발전 지령 생성부
11a: 엔진 발전 지령
11b: 노치 정보
100: 정상시 토크 지령 생성부
101: 영 토크 지령 생성부
102: 이상시용 토크 지령 생성부
103: 회전수 이상 검지부
104: 전환부
105: 변화율 제한부

Claims (4)

1. 엔진과, 엔진의 동작을 제어하는 엔진 제어기와, 상기 엔진에 연결되는 발전기와, 상기 발전기가 출력하는 교류 전력을 원하는 직류 전력으로 변환하는 컨버터와, 상기 컨버터로부터 직류 전력의 공급을 받아 동작하는 부하 장치와, 상기 발전기의 회전 속도를 검출하는 회전 속도 검출기를 구비한 차량 구동 시스템에 적용되어, 상기 엔진 제어기 및 상기 컨버터의 동작을 제어 가능하게 구성되는 차량 제어 장치로서,
   상기 엔진 제어기 및 상기 컨버터를 통괄적으로 제어하는 상위 제어기가 마련되고,
   상기 상위 제어기는,
   상기 엔진을 동작시켜 상기 발전기를 구동하기 위한 엔진 발전 지령을 생성하여 상기 엔진 제어기에 출력하는 엔진 발전 지령 생성부와,
   상기 엔진 발전 지령에 포함되는 복수 단계의 노치 정보를 수령하여, 노치의 크기에 따른 토크를 선택하고, 선택한 토크를 발전기 토크 지령으로서 상기 컨버터에 출력하는 발전기 토크 지령 생성부를 구비하고,
   상기 발전기 토크 지령 생성부는, 상기 엔진 발전 지령 및 상기 회전 속도 검출기의 검출 신호에 기초하여 상기 엔진의 이상 동작을 감시하고,
   상기 엔진의 이상 동작을 검지했을 경우에는, 상기 발전기 토크 지령으로서 미리 설정된 이상시용 토크 지령치의 최저치로 전환하고, 그 후, 상기 발전기 토크 지령을 점증시키고,
   상기 엔진의 이상 동작을 재차 검지했을 때의 발전기 토크 지령의 크기를 토크 한계치로서 기록한 후,
   상기 발전기 토크 지령을, 상기 토크 한계치보다 작은 값의 이상시용 토크 지령치로 전환하는 것을 특징으로 하는 차량 제어 장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 상위 제어기에는, 미리 M단(M은 자연수)의 이상시용 토크 지령치가 설정되어 있으며,
   상기 발전기 토크 지령 생성부는,
   상기 엔진의 이상 동작을 검지 후에 상기 발전기 토크 지령을 점증시키는 경우에는, 최소단의 이상시용 토크 지령치를 상기 발전기 토크 지령으로서 선택하고,
   상기 선택한 이상시용 토크 지령치의 다음으로 작은 단의 이상시용 토크 지령치를 선택하면서 상기 엔진의 이상 동작의 감시를 계속하여,
   K번째(K는 M보다도 작은 자연수)로 작은 단의 이상시용 토크 지령치를 인가했을 때에 상기 엔진의 이상 동작을 검지했을 때에는, K－1번째로 작은 이상시용 토크 지령치를 발전기 토크 지령으로서 선택하는 것을 특징으로 하는 차량 제어 장치.
3. 엔진과, 엔진의 동작을 제어하는 엔진 제어기와, 상기 엔진에 연결되는 발전기와, 상기 발전기가 출력하는 교류 전력을 원하는 직류 전력으로 변환하는 컨버터와, 상기 컨버터로부터 직류 전력의 공급을 받아 동작하는 부하 장치와, 상기 발전기의 회전 속도를 검출하는 회전 속도 검출기를 구비한 차량 구동 시스템에 적용되어, 상기 엔진 제어기 및 상기 컨버터의 동작을 제어 가능하게 구성되는 차량 제어 장치로서,
   상기 엔진 제어기 및 상기 컨버터를 통괄적으로 제어하는 상위 제어기가 마련되고,
   상기 상위 제어기는,
   상기 엔진을 동작시켜 상기 발전기를 구동하기 위한 엔진 발전 지령을 생성하여 상기 엔진 제어기에 출력하는 엔진 발전 지령 생성부와,
   상기 엔진 발전 지령에 포함되는 복수 단계의 노치 정보를 수령하여, 노치의 크기에 따른 토크를 선택하고, 선택한 토크를 발전기 토크 지령으로서 상기 컨버터에 출력하는 발전기 토크 지령 생성부를 구비하고,
   상기 발전기 토크 지령 생성부는, 상기 엔진 발전 지령 및 상기 회전 속도 검출기의 검출 신호에 기초하여 상기 엔진의 이상 동작을 감시하고,
   상기 엔진의 이상 동작을 검지했을 경우에는, 상기 발전기 토크 지령으로서 소정의 이상시용 토크 지령치를 선택하여 상기 컨버터에 출력하고,
   그 후, 재차 엔진의 이상 동작을 검지했을 경우에는, 상기 소정의 이상시용 토크 지령치보다도 작은 이상시용 토크 지령치로 전환하는 것을 특징으로 하는 차량 제어 장치.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 상기 제어기에는, 미리 M단(M은 자연수)의 이상시용 토크 지령치가 설정되어 있으며,
   상기 발전기 토크 지령 생성부는,
   상기 엔진의 이상 동작을 최초로 검지했을 경우에는, 상기 발전기 토크 지령으로서 상기 M단의 이상시용 토크 지령치 중 최대치를 선택하여 상기 컨버터에 출력하고,
   그 후, 재차 엔진의 이상 동작을 검지했을 경우에는, 상기 M단의 이상시용 토크 지령치 중에서 전회(前回) 선택한 이상시용 토크 지령치보다도 작은 이상시용 토크 지령치로 전환하고,
   그 후 추가로, 재차 엔진의 이상 동작을 검지했을 경우에는, 상기 M단의 이상시용 토크 지령치 중에서 전회 및 전전회에 선택한 이상시용 토크 지령치보다도 작은 이상시용 토크 지령치로 추가로 전환하는 것을 특징으로 하는 차량 제어 장치.

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