KR20190048254A - 하이브리드 전기 자동차의 강제 사륜구동장치 및 그 방법 - Google Patents

하이브리드 전기 자동차의 강제 사륜구동장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

전기 모터발전기가 복수로 구비된 하이브리드 전기 자동차에서, 험로탈출이나 눈길, 빗길 등 미끄러운 도로를 주행할 때 강제로 사륜으로 구동하도록 하여 차량이 험로에서 탈출하거나 차량의 주행 안정성을 향상하기 위한 하이브리드 전기 자동차의 강제 사륜구동장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 엔진에 벨트와 풀리로 연결되거나 엔진과 트랜스미션 사이에 장착되어 하이브리드 배터리를 충전 또는 방전하는 제1 전기 모터발전기, 연비 및 동력성능 향상을 위해 별도로 부가되어 상기 하이브리드 배터리를 충전 또는 방전하는 제2 전기 모터발전기, 강제 사륜구동을 선택하기 위한 사륜 선택 스위치, 강제 사륜구동이 선택되면 차량을 강제로 사륜 구동으로 동작시키고, 제1 전기 모터발전기를 발전 모드로, 제2 전기 모터발전기를 모터링 모드로 동작시키며, 하이브리드 배터리의 충전량에 따라 제2 전기 모터발전기의 출력량과 제1 전기 모터발전기의 발전량을 제어하는 제어기를 포함하는 하이브리드 전기 자동차의 강제 사륜구동장치를 구현한다.

Description

하이브리드 전기 자동차의 강제 사륜구동장치 및 그 방법{Forced four-wheel driving device and method of hybrid electric vehicle}
본 발명은 하이브리드 전기 자동차의 강제 사륜구동장치 및 그 방법에 관한 것으로, 특히 전기 모터발전기가 복수로 구비된 하이브리드 전기 자동차에서, 험로탈출이나 눈길, 빙판길 등 미끄러운 도로를 주행할 때 강제로 사륜으로 구동하도록 하여 차량이 험로에서 탈출하거나 차량의 주행 안정성을 향상하기 위한 하이브리드 전기 자동차의 강제 사륜구동장치 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적인 하이브리드 전기 자동차는 그 형태에 따라 엔진출력이 차량의 구동과는 관련 없이 발전기를 거쳐 구동용 모터에 전기 에너지를 공급하고, 여분의 에너지는 고전압 배터리를 충전하는 역할만 수행하는 직렬형 하이브리드 전기 자동차, 상기 직렬형 하이브리드 기능 이외에 엔진 출력이 차량 구동을 위한 동력원으로 동작을 하는 혼합형 하이브리드 전기 자동차, 그리고 차량 구동에너지로 엔진출력과 구동용 출력을 병열로 사용하는 병렬형 하이브리드 전기 자동차로 대별 된다.
이러한 하이브리드 전기 자동차의 기본 목적은 제동 시 버려지는 관성에너지를 저장하였다가 차량 출발이나 가속 시에 사용하여 차량의 연료소모를 줄이거나, 저장된 에너지를 이용하여 전기 모터발전기로 엔진의 토크를 보조하여 차량의 동력성능을 향상하는 것이다.
도 1은 일반적인 48V 하이브리드 전기 자동차의 시스템 구성도로서, 엔진(10), 전기 모터발전기(1), 상기 전기 모터발전기(1)에서 생성된 교류(AC)를 소정의 직류로 변환하거나 48V 배터리의 직류 전압을 이용하여 전기 모터발전기(1)가 동작하도록 소정의 교류(AC)를 공급하는 인버터(Inverter)(2), 상기 인버터(2)에 의해 변환된 직류를 저장하는 48V 배터리(3), 상기 48V 배터리(3)의 충전을 제어하고 충전 상태를 관리하는 배터리 컨트롤러(4), 상기 48V 배터리(3)의 직류 전압을 12V 배터리(6)에 적합한 전압으로 변환하여 12V 배터리(6)를 충전하는 직류/직류 컨버터(DC/DC converter)(5), 12V 전기 분배 센터(7) 등으로 구성된다.
이렇게 구성되는 48V 하이브리드 전기 자동차에도 12V 배터리가 필요하며, 이 12V 배터리(6)는 상기 직류/직류 컨버터(5)에 의해 충전된다.)
도 2는 전기 모터발전기의 위치에 따른 하이브리드 전기 자동차의 형태를 나타낸 도면이다.
예컨대, 엔진의 크랭크 샤프트(Crank Shaft) 풀리(Pullery)와 전기 모터발전기가 벨트로 연결되어 있는 구조를 P0라고 명명하며, 뒷바퀴 구동이 가능한 구조를 일반적으로 P4라고 부른다.
도 3은 도 2의 형태별 하이브리드 전기 자동차를 구성할 때의 전기 모터발전기의 제작 예시를 나타낸 것이고, 도 4는 상기 도 2의 P0를 구성하는 실시 예를 보인 도면으로서, 연비향상이나 동력성능 향상 이외에 노이즈 저감에 따른 승차감 향상이 가능함을 보인 것이다.
P0의 경우, 뒷바퀴 구름이라는 특성으로 인해 앞바퀴 구름을 담당하는 별도의 전기 모터발전기를 추가하여 하이브리드 효과를 더욱 높일 수 있다.
한편, 하이브리드 차량에서 배터리 충전상태 기반으로 차량이 주행을 제어하는 종래기술이 하기의 <특허문헌 1> 에 개시되었다.
<특허문헌 1> 에 개시된 종래기술은 엔진 회전수가 차량속도에 동기되는 시점에서 진동 모터 토크의 감소 제어를 실행하고, 전동 모터 토크 감소시점에서 엔진 클러치를 직결 제어함에 따라 전동 모터 토크의 제어와 엔진 토크의 동시 제어로 인해 발생하는 엔진 토크의 이상 거동을 미리 방지한다.
대한민국 공개특허 10-2010-0088815호(2010.08.11. 공개)
상기와 같은 일반적인 하이브리드 전기 자동차 및 종래기술은 제동 시 버려지는 관성에너지를 저장하였다가 차량 출발이나 가속 시에 사용하여 차량의 연료소모를 줄이거나, 저장된 에너지를 이용하여 전기 모터발전기로 엔진의 토크를 보조하여 차량의 동력성능을 향상하는 기능만 가능할 뿐, 사륜 구동이 불가능하여 험로탈출이나 눈길, 빗길 등 미끄러운 도로를 주행할 때 차량이 험로에서 탈출하거나 차량의 주행 안정성을 향상하는 것은 불가능한 단점이 있다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 일반적인 하이브리드 전기 자동차 및 종래기술에서 발생하는 제반 문제점을 해결하기 위해서 제안된 것으로서, 전기 모터발전기가 복수로 구비된 하이브리드 전기 자동차에서, 험로탈출이나 눈길, 빙판길 등 미끄러운 도로를 주행할 때 강제로 사륜으로 구동하도록 하여 차량이 험로에서 탈출하거나 차량의 주행 안정성을 향상하기 위한 하이브리드 전기 자동차의 강제 사륜구동장치 및 그 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 하이브리드 전기 자동차의 강제 사륜구동장치는 엔진에 벨트와 풀리로 연결되거나 엔진과 트랜스미션 사이에 장착되어 하이브리드 배터리를 충전하는 제1 전기 모터발전기; 연비 및 동력성능 향상을 위해 별도로 부가되어 상기 하이브리드 배터리를 충전하는 제2 전기 모터발전기; 강제 사륜구동을 선택하기 위한 사륜 선택 스위치; 상기 사륜 선택 스위치에 의해 강제 사륜구동이 선택되면 차량을 강제로 사륜 구동으로 동작시키고, 상기 제2 전기 모터발전기를 발전 모드로 동작시키며, 상기 하이브리드 배터리의 충전량을 기초로 상기 제2 전기 모터발전기의 발전량과 상기 제1 전기 모터발전기의 출력량을 제어하는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 제어기는 차량을 강제로 사륜구동으로 동작시키는 상태에서 상기 제1 전기 모터발전기의 발전량과 상기 제2 전기 모터발전기의 소모 전력을 비교하여, 상기 제1 전기 모터발전기의 발전량이 상기 제2 전기 모터발전기의 소모 전력보다 크면 상기 제2 전기 모터발전기에서 남는 전력으로 상기 하이브리드 배터리를 충전하고, 상기 제2 전기 모터발전기의 소모 전력이 상기 제1 전기 모터발전기의 발전량보다 크면 상기 하이브리드 배터리에 충전된 전력을 상기 제2 전기 모터발전기에 공급해주는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 하이브리드 전기 자동차의 강제 사륜구동장치는 노면 상태를 검출하는 노면 검출부를 더 포함하고,
상기 제어기는 상기 노면 검출부에 의해 검출한 노면 상태가 강제로 사륜구동을 해야 하는 시점으로 판단이 되면, 상기 사륜 선택 스위치의 조작과는 무관하게 차량을 강제로 사륜구동으로 동작시키는 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 하이브리드 전기 자동차의 강제 사륜구동방법은 (a) 차량 구동시 엔진에 연결된 제1 모터발전기와 후륜에 연결된 제2 모터발전기를 일반적인 하이브리드 전기 자동차와 같이 동작 시키는 단계; (b) 사륜 구동이 요청되면, 차량을 강제로 사륜구동으로 동작시키고, 제2 전기 모터발전기를 모터링 모드(Motoring Mode)로 동작시키는 단계; (c) 상기 제1 전기 모터발전기와 제2 전기 모터발전기의 발전량과 출력량을 동일하게 제어하는 단계; (d) 상기 제1 전기 모터발전기의 발전량과 상기 제2 전기 모터발전기의 소모 전력을 비교하여, 하이브리드 배터리 충전 또는 제2 전기 모터발전기의 전력 공급을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 (d)단계는 (d1) 상기 제1 전기 모터발전기의 발전량이 상기 제2 전기 모터발전기의 소모 전력보다 크면 상기 제2 전기 모터발전기에서 남는 전력으로 상기 하이브리드 배터리를 충전하는 단계; (d2) 상기 제2 전기 모터발전기의 소모 전력이 상기 제1 전기 모터발전기의 발전량보다 크면 상기 하이브리드 배터리에 충전된 전력을 상기 제2 전기 모터발전기에 공급해주는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
편의를 위하여 상기 제1 전기 모터발전기가 엔진에 벨트와 풀리와 연결된 형태에 대해 설명을 하겠으나 제1 전기 모터발전기가 엔진과 트랜스미션 사이에 장착되는 형태의 경우에도 본 발명에서 달성하고자 하는 강제 사륜구동 방법은 동일하다.
본 발명에 따르면 전기 모터발전기가 복수로 구비된 하이브리드 전기 자동차에서, 험로탈출이나 눈길, 빗길 등 미끄러운 도로를 주행할 때 강제로 사륜으로 구동하도록 하여 차량이 험로에서 탈출하거나 눈길, 빗길 등 미끄러운 도로에서도 차량이 안정적으로 주행할 수 있다.
도 1은 일반적인 하이브리드 전기 자동차의 구성 예시도,
도 2는 전기 모터발전기의 위치에 따른 하이브리드 전기 자동차의 형태 예시도,
도 3은 형태별 하이브리드 전기 자동차를 구성할 때의 전기 모터발전기의 제작 예시도,
도 4는 P0를 구성하는 하이브리드 전기 자동차의 실시 예시도,
도 5는 본 발명에 따른 하이브리드 전기 자동차의 강제 사륜구동장치의 구성도,
도 6은 본 발명에 따른 하이브리드 전기 자동차의 강제 사륜구동방법을 보인 흐름도.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 하이브리드 전기 자동차의 강제 사륜구동장치 및 그 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 하이브리드 전기 자동차의 강제 사륜구동장치의 구성도이다.
본 발명에 따른 하이브리드 전기 자동차의 강제 사륜구동장치는 엔진에 벨트와 풀리로 연결되어 하이브리드 배터리(110)를 충전하는 제1 전기 모터발전기(120), 연비 및 동력성능 향상을 위해 별도로 후륜에 부가되어 상기 하이브리드 배터리(110)를 충전하거나 후륜 구동을 담당하는 제2 전기 모터발전기(130), 강제 사륜구동을 선택하기 위한 사륜 선택 스위치(180), 상기 사륜 선택 스위치(180)에 의해 강제 사륜구동이 선택되면 차량을 강제로 사륜 구동으로 동작시키고, 상기 제2 전기 모터발전기(130)를 모터링 모드로 동작시키며, 상기 하이브리드 배터리(110)의 충전량을 기초로 상기 제2 전기 모터발전기(130)의 출력량과 상기 제1 전기 모터발전기(120)의 발전량을 제어하는 제어기(140), 클러치(150), 트랜스미션(160) 및 전기 구동 보조장치(170)를 포함한다. 상기 제어기(140)는 차량에 기본적으로 구비되는 엔진제어장치(ECU)와 일체형으로 구현될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 하이브리드 전기 자동차의 강제 사륜구동장치는 노면 상태를 검출하는 노면 검출부(190)를 더 포함할 수 있으며, 상기 노면 검출부(190)가 마련된 상태에서, 상기 제어기(140)는 상기 노면 검출부(190)에 의해 검출한 노면 상태가 강제로 사륜 구동할 시점으로 판단이 되면, 상기 사륜 선택 스위치의 조작 유무와는 무관하게 차량을 강제로 사륜구동으로 동작시키는 것이 바람직하다.
상기 제1 전기 모터발전기(120)는 앞 바퀴(전륜) 구름을 담당하는 P0 전기 모터발전기를 나타내고, 제2 전기 모터발전기(130)는 뒷바퀴(후륜) 구름을 담당하는 P4 전기 모터발전기를 나타낸다.
이와 같이 구성된 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 하이브리드 전기 자동차의 강제 사륜구동장치의 동작을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
차량의 동작이 정상적이면, 엔진과 벨트로 연결된 P0 전기 모터발전기인 제1 전기 모터발전기(120)는 동작을 하여 차량의 회생제동에너지를 흡수하며, 아울러 엔진의 동력을 이용하여 상기 하이브리드 배터리(110)를 충전한다.
여기서 P0 전기 모터발전기는 발전 모드와 반대되는 모터링 모드로 동작하여 엔진의 동력을 보조하여, 연비와 동력성능을 향상시키는 역할을 한다.
상기 P0 전기 모터발전기가 정상적으로 작동을 하면, 추가로 부가된 P4 전기 모터발전기인 제2 전기 모터발전기(130)는 차량의 회생제동에너지를 흡수하거나 차량의 동력을 보조하는 역할을 한다.
여기서 P4 전기 모터발전기가 발전 모드로 동작을 하면, 전기 모터발전기의 회전방향과 반대되는 방향으로 토크가 발생되어 차량의 진행방향에 반대되는 힘이 작용한다. 이런 힘을 차량의 제동력으로 이용할 수 있기 때문에 이를 회생제동이라 칭한다. 즉, P4 전기 모터발전기가 발전 모드로 동작하게 되면 차량에 역토크가 가해지게 되는 것이다. P0 전기 모터발전기가 발전 모드로 동작할 때 엔진은 P0 전기 모터발전기가 발전하기 위한 토크를 차량 주행에 필요에 토크에 더하여 출력해야 한다. 이는 일반 차량의 알터네이터(Alternator)가 12V 배터리를 충전하는 것과 같은 원리이다.
운전자는 차량을 운행하는 도중에 차량이 험로에 빠졌거나 빗길, 눈길 등의 열악한 도로를 주행하기 위해 네 바퀴 구름을 원하는 경우, 사륜 선택 스위치(180)를 온 상태로 조작한다.
제어기(140)는 상기와 같이 제1 전기 모터발전기(120)와 제2 전기 모터발전기(130)를 동작시켜 하이브리드 배터리(110)를 충전 또는 방전하는 일반적인 차량 운행상황에서, 상기 사륜 선택 스위치(180)에 의해 사륜 구동이 요청되면, 차량을 강제로 사륜구동으로 동작시킨다.
이를 위해, 제2 전기 모터발전기(P4 전기 모터발전기)를 모터링 모드로 동작시키고, 제1 전기 모터발전기(120)와 제2 전기 모터발전기(130) 중 작은 용량의 전기 모터발전기의 출력에 맞추어 뒷바퀴 구름력을 제한하며, 하이브리드 배터리(110)를 전기 에너지의 버퍼(Buffer)로 활용하여 제어의 편의성을 향상시킨다.
예컨대, 제1 전기 모터발전기(120)가 10kW급이고, 제2 전기 모터발전기(130)가 20kW급이라고 가정하면, 뒷바퀴 구름을 위한 제2 전기 모터발전기(130)의 출력은 하이브리드 배터리(110)의 충전상태가 일정 레벨 이상으로 유지되는 범위에서는 20kW 출력을 유지한다. 이와는 달리 하이브리드 배터리(110)의 충전율이 일정 레벨 이하가 되면, 제2 전기 모터발전기(130)의 출력을 제1 전기 모터발전기(120)의 발전량과 동일하도록 제어하여, 하이브리드 배터리(110)의 충전율이 더는 떨어지지 않도록 한다.
상기 제어기(140)는 제2 전기 모터발전기(130)의 효율을 고려하여 제1 전기 모터발전기(120)의 출력에 맞추어 제2 전기 모터발전기(130)에 구름력을 제어해야 하며, 운전상황에 따라 제1 전기 모터발전기(120) 출력과 제2 전기 모터발전기(130)의 출력이 순간적으로 불일치할 경우에는 하이브리드 배터리(110)를 버퍼로 활용하여 이를 상쇄한다.
즉, 제1 전기 모터발전기(120)의 발전량보다 제2 전기 모터발전기(130)의 소모 전력이 더 크면 하이브리드 배터리(110)에서 부족분을 공급하고, 반대의 경우 여분의 전력을 하이브리드 배터리(110)에 저장하게 된다.
본 발명은 강제 사륜구동이 운전자의 사륜 선택 스위치(180)의 조작에 의해서만 동작하는 것으로 설명하였으나, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니며, 제어기(140)에서 노면 검출부(190)에 의해 검출한 노면이 강제로 사륜 구동해야 할 시점이라고 판단이 되면 즉, 험로에 차량이 빠지거나 눈길 또는 빙판길 등으로 판단이 되면 상기 사륜 선택 스위치(180)의 조작과 무관하게 차량을 강제로 사륜 구동으로 동작시키는 것이 가능하다. 노면 검출에 따라 강제로 사륜 구동 모드로 전환된 경우의 제1 전기 모터발전기(120)와 제2 전기 모터발전기(130)의 제어는 상기 사륜 선택 스위치(180)에 의해 강제로 사륜 구동 모드로 전환한 경우와 동일하게 제어가 이루어지므로, 중복 설명을 회피하기 위해서 생략하기로 한다.
이와 같이 본 발명은 정상적인 운전 여건에서는 연비 또는 동력성능이 향상되도록 하이브리드 시스템으로 동작하다가, 험로나 눈길, 빙판길 등과 같이 운전자가 사륜구동을 원하면 간단한 조작으로 하이브리드 제어기가 운전자의 사륜구동 의지를 전달받아, 차량을 험로에서 탈출시키거나 눈길, 빙판길 등에서 운전 안정성 향상을 도모한다.
예컨대, 본 발명은 하이브리드 전기 자동차의 장점을 그대로 가지면서 기존의 기계식 사륜구동 시스템과 같은 험로 탈출과 눈길, 빙판길의 주행 능력도 크게 향상시킬 수 있으며, 이로 인해 주행 안정성 향상과 운전자의 안전을 도모할 수 있게 되는 것이다.
도 6은 본 발명에 따른 하이브리드 전기 자동차의 강제 사륜구동방법을 보인 흐름도로서, (a) 차량 구동시 엔진에 벨트와 풀리로 연결된 제1 전기 모터발전기(120)와 후륜에 연결된 제2 전기 모터발전기(130)를 동작시켜 하이브리드 배터리(110)를 충전 또는 방전하는 단계(S11), (b) 사륜 구동이 요청되면, 차량을 강제로 사륜구동으로 동작시키고, 제2 전기 모터발전기(130)를 모터링 모드로 동작시키는 단계(S12 ~ S14), (c) 상기 제1 전기 모터발전기(120)와 제2 전기 모터발전기의 출력을 동일하게 제어하는 단계(S15), (d) 상기 제1 전기 모터발전기(120)의 발전량과 상기 제2 전기 모터발전기(130)의 소모 전력을 비교하여, 하이브리드 배터리(110)의 충전 또는 제2 전기 모터발전기(130)의 전력 공급을 제어하는 단계(S16 ~ S19)를 포함한다.
상기 (d)단계는 (d1) 상기 제1 전기 모터발전기(120)의 발전량이 상기 제2 전기 모터발전기(130)의 소모 전력보다 크면 상기 제2 전기 모터발전기(130)에서 남는 전력으로 상기 하이브리드 배터리(110)를 충전하는 단계(S16 ~ S17), (d2) 상기 제2 전기 모터발전기(130)의 소모 전력이 상기 제1 전기 모터발전기(120)의 발전량보다 크면 상기 하이브리드 배터리(110)에 충전된 전력을 상기 제2 전기 모터발전기(130)에 공급해주는 단계(S18 ~ S19)를 포함한다.
본 단계에서 하이브리드 배터리(110)의 전력단자가 제1 전기 모터발전기와 제2 전기 모터발전기의 전력단자가 연결 되어 있는 경우 별도의 제어를 하지 않아도 자연스러운 전기의 흐름에 의해서 하이브리드 배터리(110)가 충전 또는 방전된다.
이와 같이 구성된 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 하이브리드 전기 자동차의 강제 사륜구동방법을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
일반적인 차량의 운행에서는 단계 S11과 같이 제어기(140)는 엔진과 벨트로 연결된 P0 전기 모터발전기인 제1 전기 모터발전기(120)가 동작을 하여 차량의 회생제동에너지를 흡수하며, 아울러 엔진의 동력을 이용하여 상기 하이브리드 배터리(110)를 충전한다.
여기서 P0 전기 모터발전기는 발전 모드와 반대되는 모터링 모드로 동작하여 엔진의 동력을 보조하여, 연비와 동력성능을 향상시키는 역할도 한다.
상기 P0 전기 모터발전기가 정상적으로 작동을 하면, 추가로 부가된 P4 전기 모터발전기인 제2 전기 모터발전기(130)는 차량의 회생제동에너지를 흡수하거나 차량의 동력을 보조하는 역할을 한다.
여기서 P4 전기 모터발전기가 발전 모드로 동작을 하면, 전기 모터발전기의 회전방향과 반대되는 방향으로 토크가 발생되어 차량의 진행방향에 반대되는 힘이 작용한다. 이런 힘을 차량의 제동력으로 이용할 수 있기 때문에 이를 회생제동이라 칭한다. 즉, P4 전기 모터발전기가 발전 모드로 동작하게 되면 차량에 역토크가 가해지게 되는 것이다. P0 전기 모터발전기가 발전 모드로 동작할 때 엔진은 P0 전기 모터발전기가 발전하기 위한 토크를 차량 주행에 필요에 토크에 더하여 출력해야 한다.
운전자는 차량을 운행하는 도중에 차량이 험로에 빠졌거나 빗길, 눈길 등의 열악한 도로를 주행하기 위해 네 바퀴 구름을 원하는 경우, 단계 S12와 같이 사륜 선택 스위치(180)를 온 상태로 조작한다.
제어기(140)는 상기와 같이 제1 전기 모터발전기(120)와 후륜에 연결된 제2 전기 모터발전기(130)를 동작시켜 하이브리드 배터리(110)를 충전 또는 방전하는 일반적인 차량 운행상황에서, 단계 S12와 같이 상기 사륜 선택 스위치(180)에 의해 사륜 구동이 요청되면, 단계 S13으로 이동하여 차량을 강제로 사륜구동 모드로 전환시킨다.
다음으로, 단계 S14에서 제2 전기 모터발전기(P4 전기 모터발전기)를 모터링 모드로 동작시키고, 단계 S15에서 제1 전기 모터발전기(120)와 제2 전기 모터발전기(130) 중 작은 용량의 전기 모터발전기의 출력에 맞추어 뒷바퀴 구름력을 제한하며, 하이브리드 배터리(110)를 전기 에너지의 버퍼로 활용하여 제어의 편의성을 향상시킨다.
예컨대, 제1 전기 모터발전기(120)가 10kW급이고, 제2 전기 모터발전기(130)가 20kW급이라고 가정하면, 뒷바퀴 구름을 위한 제2 전기 모터발전기(130)의 출력은 하이브리드 배터리(110)의 충전상태가 일정 레벨 이상으로 유지되는 범위에서는 20kW 출력을 유지한다. 이와는 달리 하이브리드 배터리(110)의 충전율이 일정 레벨 이하가 되면, 제2 전기 모터발전기(130)의 출력을 제1 전기 모터발전기(120)의 발전량과 동일하도록 제어하여, 하이브리드 배터리(110)의 충전율이 더는 떨어지지 않도록 한다.
상기 제어기(140)는 제2 전기 모터발전기(130)의 효율을 고려하여 제1 전기 모터발전기(120)의 출력에 맞추어 제2 전기 모터발전기(130)의 구름력을 제어해야 하며, 운전상황에 따라 제1 전기 모터발전기(120) 출력과 제2 전기 모터발전기(130)의 출력이 순간적으로 불일치할 경우에는 하이브리드 배터리(110)를 버퍼로 활용하여 이를 상쇄한다.
예컨대, 단계 S16과 같이 차량을 사륜구동으로 동작시키는 상황에서, 상기 제1 전기 모터발전기(120)의 발전량과 상기 제2 전기 모터발전기(130)의 소모 전력을 비교하여, 상기 제1 전기 모터발전기(120)의 발전량이 상기 제2 전기 모터발전기(130)의 소모 전력보다 크면 단계 S17로 이동하여 상기 제2 전기 모터발전기(130)에서 남는 전력으로 상기 하이브리드 배터리(110)를 충전한다.
이와는 달리, 상기 제2 전기 모터발전기(130)의 소모 전력이 상기 제1 전기 모터발전기(120)의 발전량보다 크면, 단계 S18로 이동하여 전력 부족분을 산출하고, 이어 단계 S19로 이동하여 상기 하이브리드 배터리(110)에 충전된 전력을 상기 제2 전기 모터발전기(130)에 공급해준다.
즉, 하이브리드 배터리(110)를 버퍼로 활용하여 제1 전기 모터발전기(120)의 발전량과 제2 전기 모터발전기(130)에서 소모되는 출력량을 효율적으로 제어하게 되는 것이다. 본 단계에서 하이브리드 배터리(110)의 전력단자가 제1 전기 모터발전기와 제2 전기 모터발전기의 전력단자가 연결 되어 있는 경우 별도의 제어를 하지 않아도 자연스러운 전기의 흐름에 의해서 하이브리드 배터리(110)가 충전 또는 방전된다.
본 발명은 강제 사륜구동이 운전자의 사륜 선택 스위치(180)의 조작에 의해서만 동작하는 것으로 설명하였으나, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니며, 제어기(140)에서 노면 검출부(190)에 의해 검출한 노면이 강제로 사륜 구동해야 할 시점이라고 판단이 되면 즉, 험로에 차량이 빠지거나 눈길 또는 빙판길 등으로 판단이 되면 상기 사륜 선택 스위치(180)의 조작과 무관하게 차량을 강제로 사륜 구동으로 동작시키는 것이 가능하다. 노면 검출에 따라 강제로 사륜 구동 모드로 전환된 경우의 제1 전기 모터발전기(120)와 제2 전기 모터발전기(130)의 제어는 상기 사륜 선택 스위치(180)에 의해 강제로 사륜 구동 모드로 전환한 경우와 동일하게 제어가 이루어지므로, 중복 설명을 회피하기 위해서 생략하기로 한다.
이와 같이 본 발명은 정상적인 운전 여건에서는 연비 또는 동력성능이 향상되도록 하이브리드 시스템으로 동작하다가, 험로나 눈길, 빙판길 등과 같이 운전자가 사륜구동을 원하면 간단한 조작으로 하이브리드 제어기가 운전자의 사륜구동 의지를 전달받아, 차량을 험로에서 탈출시키거나 눈길, 빙판길 등에서 운전 안정성 향상을 도모한다.
예컨대, 본 발명은 하이브리드 전기 자동차의 장점을 그대로 가지면서 기존의 기계식 사륜구동 시스템과 같은 험로 탈출과 눈길, 빙판길의 주행 능력도 크게 향상시킬 수 있으며, 이로 인해 주행 안정성 향상과 운전자의 안전을 도모할 수 있게 되는 것이다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다.
110: 하이브리드 배터리 120: 제1 전기 모터발전기
130: 제2 전기 모터발전기 140: 제어기
150: 클러치 160: 트랜스미션
180: 사륜 선택 스위치 190: 노면 검출부

Claims (5)

  1. 엔진에 벨트와 풀리로 연결되거나 엔진과 트랜스미션 사이에 장착되어 차량의 전륜 구동에 관여하는 전기 모터발전기 이외에 추가로 후륜 구동에 관여하는 전기 모터발전기가 구비된 하이브리드 전기 자동차에서 사륜 구동을 제어하는 장치로서,
    엔진에 벨트와 풀리로 연결되거나 엔진과 트랜스미션 사이에 장착되어 앞 바퀴 굴림에 관여하며 하이브리드 배터리를 충전 또는 방전하는 제1 전기 모터발전기;
    연비 및 동력성능 향상을 위해 별도로 부가되어 뒷바퀴 구름에 관여하며, 상기 하이브리드 배터리를 충전 또는 방전하는 제2 전기 모터발전기;
    강제 사륜구동을 선택하기 위한 사륜 선택 스위치;
    상기 사륜 선택 스위치에 의해 강제 사륜구동이 선택되면 차량을 강제로 사륜 구동으로 동작시키고, 상기 제1 전기 모터발전기를 발전 모드로 하고 제2 전기 모터발전기를 모터링 모드로 동작시키며, 상기 하이브리드 배터리의 충전량을 기초로 상기 제2 전기 모터발전기의 출력량과 상기 제1 전기 모터발전기의 발전량을 제어하는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기 자동차의 강제 사륜구동장치.
  2. 청구항 1에서, 상기 제어기는 차량을 강제로 사륜구동으로 동작시키는 상태에서 상기 제1 전기 모터발전기의 발전량과 상기 제2 전기 모터발전기의 소모 전력을 비교하여, 상기 제1 전기 모터발전기의 발전량이 상기 제2 전기 모터발전기의 소모 전력보다 크면 상기 제2 전기 모터발전기에서 소모하고 남는 전력으로 상기 하이브리드 배터리를 충전하고, 상기 제2 전기 모터발전기의 소모 전력이 상기 제1 전기 모터발전기의 발전량보다 크면 상기 하이브리드 배터리에 충전된 전력을 상기 제2 전기 모터발전기에 공급해주는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기 자동차의 강제 사륜구동장치.
  3. 청구항 1에서, 노면 상태를 검출하는 노면 검출부를 더 포함하고,
    상기 제어기는 상기 노면 검출부에 의해 검출한 노면 상태가 강제로 사륜 구동해야 할 시점으로 판단이 되면, 상기 사륜 선택 스위치의 조작과는 무관하게 차량을 강제로 사륜구동으로 동작시키는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기 자동차의 강제 사륜구동장치.
  4. 엔진에 벨트와 풀리로 연결된 전기 모터발전기 이외에 추가로 전기 모터발전기가 구비된 하이브리드 전기 자동차에서 사륜 구동을 제어하는 방법으로서,
    (a) 차량 구동 시 엔진에 벨트와 풀리로 연결된 제1 전기 모터발전기를 이용하여 하이브리드 배터리를 충전하는 단계;
    (b) 사륜 구동이 요청되면, 차량을 강제로 사륜구동으로 동작시키고, 제2 전기 모터발전기를 모터링 모드로 동작시키는 단계;
    (c) 상기 제1 전기 모터발전기와 제2 전기 모터발전기의 출력량을 동일하게 제어하는 단계; 및
    (d) 상기 제1 전기 모터발전기의 발전량과 상기 제2 전기 모터발전기의 소모 전력을 비교하여, 하이브리드 배터리 충전 또는 제2 전기 모터발전기의 전력 공급을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기 자동차의 강제 사륜구동방법.
  5. 청구항 4에서, 상기 (d)단계는 (d1) 상기 제1 전기 모터발전기의 발전량이 상기 제2 전기 모터발전기의 소모 전력보다 크면 상기 제2 전기 모터발전기에서 소비하고 남는 전력으로 상기 하이브리드 배터리를 충전하는 단계; (d2) 상기 제2 전기 모터발전기의 소모 전력이 상기 제1 전기 모터발전기의 발전량보다 크면 상기 하이브리드 배터리에 충전된 전력을 상기 제2 전기 모터발전기에 공급해주는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기 자동차의 강제 사륜구동방법.
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