KR20210072012A - 트랙션 제어 시스템 - Google Patents

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KR20210072012A
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wheel speed
torque
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리차드 포드
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프로틴 일렉트릭 리미티드
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Abstract

제 1 전기 모터에 의해 구동되는 제 1 휠을 갖는 차량용 트랙션 제어 시스템으로서, 상기 제 1 전기 모터는 제 1 세트의 코일 권선들을 포함하고, 상기 트랙션 제어 시스템은: 상기 제 1 휠을 구동하기 위한 구동 토크를 생성하기 위한 상기 제 1 세트의 코일 권선들의 전류를 제어하는 제 1 컨트롤러; 및 차량 속도 및 상기 제 1 휠에 대한 제 1 미끄러짐 비율 값에 기초한 최대 휠 속도와 차량 속도 및 상기 제 1 휠에 대한 제 2 미끄러짐 비율 값에 기초한 최소 휠 속도를 결정하는 제 2 컨트롤러를 포함하고, 상기 제 2 컨트롤러는 상기 제 1 휠을 구동하기 위한 구동 토크에 상응하는 토크 요구 값 및 상기 최대 휠 속도와 상기 최소 휠 속도를 상기 제 1 컨트롤러에 전달하고, 상기 제1 컨트롤러는 상기 제 2 컨트롤러로부터 수신한 상기 최대 휠 속도, 상기 최소 휠 속도 및 상기 토크 요구 값에 기초하여 구동 토크를 생성하기 위해 상기 제 1 세트의 코일 권선들의 전류를 제어한다.

Description

트랙션 제어 시스템
본 발명은 트랙션 제어 시스템에 관한 것으로서, 특히 전기 모터에 의해 구동되는 휠을 갖는 차량용 트랙션 제어 시스템에 관한 것이다.
트랙션 제어 시스템은 차량이 운전자의 의도에 따라 가속, 감속 또는 회전할 수 있도록하여 차량의 제어성과 기동성을 향상시키는 것을 목표로 한다.
결과적으로 트랙션 제어 시스템은 현대 차량에서 유비쿼터스화 되고 있으며, 이러한 시스템은 각 로드 휠들의 속도를 조절하여 차량 속도에 비해 적절한 범위 내에 머물도록 하는 것을 목표로 한다. 현대 차량에서 트랙션 제어 시스템은 일반적으로 중앙 제어 장치를 통해 차량 휠의 과도한 미끄러짐(slipping)이나 슬라이딩(sliding)을 방지하는데, 중앙 제어 장치는 ABS 밸브와 엔진 토크 전달 시스템을 작동시켜 전달된 토크를 조절한다. 이러한 시스템 내에서 토크 작동은 차량 엔진 또는 중앙에 위치한 ABS 매니폴드들에서 발생하며, 생성된 토크는 변속기/구동라인 및 브레이크 유압 라인을 통해 휠들로 전달된다.
그러나 토크 작동을 중앙에서 수행하는 트랙션 제어 시스템의 경우, 이러한 시스템은 토크의 중앙 작동과 생성된 토크를 차량의 바퀴를 통한 노면에의 적용 사이의 지연으로 인해 성능 제한을 겪을 수 있다.
전기 차량 모터에서 점점 인기를 얻고 있는 드라이브 설계는 전기 모터가 차량의 휠에 통합된 통합 인휠(in-wheel) 전기 모터 설계로, 인휠 모터를 사용하면 토크 작동 기능은 휠 자체로 바깥쪽으로 이동한다.
그러나 차량의 과도한 슬라이딩이나 차량 바퀴의 스핀(spin)을 방지하기 위한 토크 요구를 조절하는 중앙에 장착된 트랙션 제어 장치와 인휠 모터 간의 통신은 여전히 트랙션 제어 시스템 성능에 제한을 부과할 수 있다.
위와 같은 상황을 개선하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 특허청구범위 청구항들에 따른 트랙션 제어 시스템이 제공된다.
본 발명은 트랙션 제어 시스템은 각 인휠 모터에 대한 적절한 제한 속도를 계산하는 중앙 컨트롤러에서 실행되는 저속 루프 구성 요소와 상기 저속 루프에 의해 계산된 제한 속도 내에서 제한 속도를 유지하기 위해 인휠 전기 모터들에 의해 생성된 토크 작동 제어하는 고속 루프 제어 루프로 분리되는 이점을 제공한다.
본 발명은 이제 첨부된 도면을 참조하여 예로서 설명될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 트랙션 제어 시스템을 통합한 차량을 도시한다.
도 2는 본 발명을 구현하는 모터의 분해 사시도를 예시한다.
도 3은 제어 장치의 개략도를 도시한다.
도 4는 다양한 도로 조건에 대한 미끄러짐 비율의 그래프를 보여준다.
도 1은 4개의 휠(wheel)(101)을 갖는 차량(100), 예를 들어 자동차 또는 트럭을 도시하며, 여기서 2개의 휠은 각각 차량의 전방에서 좌측(near side) 및 우측(off side)에 위치한다. 유사하게, 두 개의 추가 휠이 기존 차량 구성의 일반적인 경우와 같이 차량 후방에서 각각 좌측 및 우측에 위치한다. 그러나 당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 차량은 임의의 수의 휠을 가질 수 있다.
인휠(in-wheel) 전기 모터들이, 이하에서 상세히 설명되는 바와 같이, 차량의 후미 위치의 휠(101)들 내에 통합된다. 본 실시 예는 차량의 후미 위치에 위치한 휠(101)들과 관련된 인휠 전기 모터를 갖는 차량을 설명하지만, 당업자에 의해 이해되는 바와 같이 인휠 전기 모터들은 다른 휠들에 위치할 수 있다. 예를 들어, 인휠 전기 모터들은 전방의 두 휠에 위치할 수 있다. 추가로, 본 실시 예는 인휠 전기 모터의 사용을 설명하지만, 다른 전기 모터 구성, 예를 들어 2개의 인보드(in-board) 장착 전기 모터가 사용될 수 있으며, 여기서 각 전기 모터들은 구동 샤프트를 사용하여 각각의 휠을 구동한다.
인휠 전기 모터들 및 차량 통신 버스, 예를 들어 CAN 버스(미도시)에 결합 된 제어 유닛(control unit)(102)은 각각의 인휠 전기 모터에 장착된 제어 장치(control device)와 함께 아래에 설명된 바와 같이 인휠 전기 모터에 의해 생성된 토크를 제어하도록 제공된다.
설명의 목적을 위해, 인휠 전기 모터는 차량에 부착하기 위한 고정자의 일부인 코일 세트를 갖는 유형이고, 휠에 부착하기 위한 자석 세트를 가진 회전자에 의해 방사상으로 둘러싸여 있다. 그러나 당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 본 발명은 다른 유형의 전기 모터에 적용될 수 있다. 일반적으로 요청시 인휠 전기 모터는 구동 토크(drive torque)와 회생 제동 토크(regenerative braking torque)를 모두 제공하도록 구성된다.
본 실시 예의 목적을 위해, 도 2에 도시된 바와 같이, 인휠 전기 모터는 고정자(252)를 포함하며 이는 방열판(heat sing) 역할을 하는 원주 지지대(253), 다중 코일(multiple coils)(254), 코일들을 구동하기 위해 고정자 후방(rear portion)의 원주 지지대(253) 상에 장착된 두 개의 제어 장치, DC 링크 커패시터라고도 하는 환형 커패시터(미도시), 및 아래에 설명되는 바와 같이 제어 장치들을 코일들에 결합하기 위해 원주 지지대 상에 장착된 축 플랜지(axial flange)와 코일들의 축 가장자리(axial edge) 사이에 장착된 리드 프레임(lead frame)(미도시)을 포함한다. 코일(254)들은 코일 권선들을 형성하기 위해 고정자 치 라미네이션들(stator tooth laminations) 상에 형성된다. 고정자 커버(256)는 고정자(252)의 후방 부분에 장착되고, 제어 장치들 및 환형 커패시터를 둘러싸서 고정자(252)를 형성하며, 고정자(252)는 차량에 고정될 수 있고 사용 중에 차량에 대해 회전하지 않는다.
도 3에 개략적으로 나타낸 바와 같이, 각 제어 장치(400)는 인버터(410)를 포함하되, 제어 장치들 중 하나는 제어 로직(control logic)(420)을 포함하며 이는 본 실시 예에서 두 인버터(410)의 동작을 제어하기 위한 프로세서(processor)를 포함한다. 각 인버터는 아래에 설명되는 바와 같이, 세 개의 서브 모터(sub motor)로 구성된 세트를 형성하기 위해 전기적으로 병렬로 배열된, 세 세트의 코일 권선에 결합한다.
환형 커패시터는 전기 모터의 전원 공급 라인 (또는 DC 버스 라인이라고도 함)의 전압 리플(voltage ripple)을 줄이고 전기 모터의 작동 중 전압 오버슈트(overshoot)를 감소시키기 위해, 인버터(410)와 전기 모터의 DC 전원 사이에 결합된다. 인덕턴스 감소를 위해 커패시터는 바람직하게는 제어 장치(400)에 인접하게 장착된다.
회전자(240)는 전방 부분(front portion)(220) 및 실질적으로 고정자(252)를 둘러싸는 커버를 형성하는 원통형 부분(cylindrical portion)(221)을 포함한다. 회전자는 원통형 부분(221)의 내부 주위에 배열된 복수의 영구 자석(242)을 포함한다. 본 실시 예의 목적을 위해 32개의 자석 쌍이 원통형 부분(221)의 내부에 장착된다. 그러나, 임의의 수의 자석 쌍이 사용될 수 있다.
자석은 고정자(252)의 코일 권선에 매우 근접하여 코일에 의해 생성된 자기장이 회전자(240)의 원통형 부분(221)의 내부 주위에 배열된 자석(242)과 상호 작용하여 회전자(240)를 회전시킨다. 영구 자석(242)이 전기 모터를 구동하기 위한 구동 토크를 생성하기 위해 이용되기 때문에, 영구 자석은 전형적으로 구동 자석이라고 불린다.
회전자(240)는 베어링 블록 (미도시)에 의해 고정자(252)에 부착된다. 베어링 블록은 이 모터 어셈블리가 장착되는 차량에 사용되는 표준 베어링 블록이 될 수 있다. 베어링 블록은 고정자에 고정된 첫 번째 부분과 회전자에 고정된 두 번째 부분의 두 부분으로 구성된다. 베어링 블록은 고정자(252) 벽의 중앙 부분과 또한 회전자(240)의 하우징 벽(220)의 중앙 부분에 고정된다. 따라서 회전자(240)는 회전자(240)의 중앙 부분에서 베어링 블록을 통해서 차량에 회전 가능하게 고정된다. 이로써 휠 림(wheel rim)과 타이어가, 휠 림을 회전자의 중앙 부분에 고정하는 일반적인 휠 볼트를 사용하여, 중앙 부분에서 회전자(240)에 고정될 수 있어 베어링 블록의 회전 가능한 쪽에 단단히 고정된다. 휠 볼트는 회전자의 중앙 부분을 통해 베어링 블록 자체에 끼워질 수 있다. 회전자(240)와 휠이 베어링 블록에 장착되면 휠과 회전자의 회전 각도 사이에 일대일 대응이 존재한다.
회전자에는 정류 자석(commutation magnet)이라고도 하는, 위치 감지를 위한 자석들 세트(미도시)도 포함되어 있으며 이는 고정자에 장착된 센서와 함께 회전자 자속 각도(flux angle)를 추정할 수 있으며, 이는 제어 장치가 후술하는 바와 같이 공간 벡터 펄스 폭 변조(space vector pulse width modulation)를 사용하여 코일들 내 전류 흐름을 제어하는데 사용된다. 회전자 자속 각도는 코일 권선에 대한 구동 자석의 위치 관계를 정의한다. 대안적으로, 분리된 자석들 세트 대신에, 회전자는 분리된 자석들 세트로 작용하는 다중 극(multiple poles)을 갖는 자성 재료의 링(ring)을 포함 할 수 있다.
정류 자석이 회전자 자속 각도를 계산하는 데 사용되도록 하기 위해, 바람직하게 각 구동 자석에는 연관된 정류 자석이 있으며, 여기서 회전자 자속 각도는 측정된 정류 자속을 보정하여 정류 자석 세트들과 연관된 자속 각도에서 파생된다. 정류 자속 각도와 회전자 자속 각도 사이의 상관관계를 단순화하기 위해, 바람직하게 정류 자석 세트는 구동 자석 쌍 세트와 동일한 수의 자석 또는 자극 쌍을 가지며, 여기서 정류 자석 및 연관된 구동 자석은 서로 대략 방사형으로(radially) 정렬된다. 따라서, 본 실시 예의 목적을 위해, 정류 자석 세트는 32개의 자석 쌍을 가지며, 여기서 각 자석 쌍은 각각의 구동 자석 쌍과 대략 방사상으로 정렬된다.
이 실시 예에서 홀 센서(Hall sensor) 인 센서는 고정자에 장착된다. 이 센서는 회전자가 회전할 때 정류 자석 링을 형성하는 각 정류 자석이 각각 센서를 지나 회전하도록 배치된다.
회전자가 고정자에 대해 회전함에 따라 정류 자석들은 센서를 지나서 회전하며 홀 센서는 AC 전압 신호를 출력하고, 여기서 센서는 센서를 통과하는 각 자석 쌍에 대해 전기각도(electrical degree) 360도의 완전한 전압 사이클을 출력하고, 여기서 홀 센서가 출력하는 AC 전압 신호는 회전자 위치 검출과 회전자 속도(ω)를 결정하는 데 사용할 수 있다.
개선된 위치 검출을 위해, 바람직하게 센서는 제1 센서로부터 전기각도 90도로 변위된 연관된 제2 센서를 포함한다.
실시 예에서 전기 모터는 6개의 코일 세트를 포함하며 각 코일 세트는 3 상 서브 모터를 형성하기 위해 와이(Y) 형태로 결합된 3개의 코일 서브 세트를 가지며 결과적으로 모터는 3 상 서브-모터 6개를 갖는다. 위에서 언급했듯이 6개의 코일 세트의 각 코일은 고정자의 일부를 형성하는 개별 고정자 치(stator tooth)에 감겨 있다. 각 서브 모터의 동작은 후술하는 바와 같이 2개의 제어 장치(300) 중 하나를 통해 제어된다. 본 실시 예는 6개의 코일 세트(즉, 6개의 서브 모터)를 갖는 전기 모터를 설명하지만, 모터는 연관된 제어 장치를 갖는 하나 이상의 코일 세트를 가질 수 있다. 동일하게, 각 코일 세트는 임의의 수의 코일 서브 세트를 가질 수 있으며, 따라서 각 서브 모터는 2개 이상의 위상을 가질 수 있다.
도 3은 각 코일 세트(60)와 제어 장치(400) 사이의 연결을 도시하며, 여기서 3개의 코일 세트(60)는 제어 장치(400)에 포함된 대응하는 3 상 인버터(410)에 연결된다. 당업자에게 잘 알려진 바와 같이, 3 상 인버터는 6개의 스위치를 포함하며 6개의 스위치를 제어하여 3상 교류 전압을 생성 할 수 있다.
6개의 스위치는 2개의 스위치로 구성된 3개의 병렬 세트로 구성되며 각 스위치 쌍은 직렬로 배치되어 3상 브리지 회로의 레그(leg)를 형성한다.
그러나 스위치의 수는 각 서브 모터에 적용되는 전압 위상의 수에 따라 달라지며 서브 모터는 임의의 수의 위상을 갖도록 구성될 수 있다. 각 제어 장치(400)는 통신 버스(440)를 통해 다른 제어 장치(400)와 통신하도록 배열된다.
바람직하게는, 제어 장치(400)는 모듈식 구성이다. 바람직한 실시 예에서, 전력 모듈로 알려진 각 제어 장치는 제어 인쇄 회로 기판이 장 된 전력 인쇄 회로 기판, DC 링크 커패시터를 통해 DC 배터리에 연결하기 위한 2개의 전원 버스바(busbar), 리드 프레임을 통해 대응하는 코일 권선들에 연결하기 위한 3 상 권선 버스바 및 인버터를 포함하는 전력 기판 어셈블리를 포함한다.
전력 인쇄 회로 기판은, 전력 기판 어셈블리 상에 형성된 인버터 스위치용 드라이버들을 포함하는 다양한 기타 구성 요소를 포함하며, 여기에서 드라이버들은, 제어 인쇄 회로 기판에서 온 제어 신호를 전력 인쇄 회로 기판상에 장착된 스위치들의 동작을 위해 적절한 형태로 변환하는데 사용된다. 그러나 이러한 구성 요소들은 더 이상 자세히 설명하지 않는다.
제어 장치(400) 중 하나는 두 제어 장치(400)에서 인버터 스위치들의 동작을 제어하기 위한 프로세서(420)를 포함한다. 또한, 각 제어 장치(400)는 통신 버스(440)를 통해 각 제어 장치(400) 사이의 통신을 허용하는 인터페이스 장치를 포함하며, 하나의 제어 장치(400)는 전기 모터 외부에 장착된 제어 유닛(102)과 통신하도록 배열된다.
제어 장치(400)의 프로세서(420)는 각 제어 장치(400) 내에 장착된 인버터 스위치들의 작동을 제어하도록 배치되어 각각의 전기 모터 코일 세트(60)에 3 상 전압 공급이 공급되도록 하며, 이에 따라 각 코일 서브 세트가 회전 자기장을 생성한다. 전술한 바와 같이, 본 실시 예에서는 각각의 코일 세트(60)가 3개의 코일 서브 세트를 갖는 것으로 설명하고 있지만, 본 발명은 이에 제한되지 않으며 각 코일 세트(60)는 하나 이상의 코일 서브 세트를 가질 수 있음을 이해할 것이다.
프로세서의 제어하에, 각각의 3 상 브리지 인버터(410)는 대응하는 코일 서브 세트에 PWM 전압 제어를 제공하도록 배열되며, 각 서브 모터가 필요한 토크를 제공하기 위해 각 코일 서브 세트에서 전류 흐름을 생성한다.
PWM 제어는, 모터 인덕턴스를 사용하여 인가된 펄스 전압을 평균화하여 필요한 전류를 모터 코일로 구동하는 방식으로 작동한다. PWM 제어를 사용하면 인가된 전압이 모터 권선들에서 전환된다. 전압이 모터 코일들에서 전환되는 기간 동안 모터 코일의 전류는 인덕턴스와 인가된 전압에 의해 지정된 속도로 상승한다. PWM 전압 제어는 전류가 필요한 값 이상으로 증가하기 전에 꺼져 전류를 정밀하게 제어할 수 있다.
주어진 코일 세트(60)에 대해 3 상 브리지 인버터(310) 스위치들은 각 코일 서브 세트에 단일 전압 위상을 인가한다.
PWM 스위칭을 사용하여, 복수의 스위치는 각 코일 서브 세트에 교류 전압을 인가한다. 전기 신호의 위상 각도 및 전압 포락선은 변조 전압 펄스에 의해 결정된다.
인버터 스위치는 MOSFET 또는 IGBT와 같은 반도체 장치를 포함할 수 있다. 본 실시 예에서 스위치는 IGBT를 포함한다. 그러나 전류를 제어하기 위해 임의의 적절한 알려진 스위칭 회로가 사용될 수 있다.
어떤 제어 장치(400)의 전력 어셈블리에 형성된 인버터(410)는 3개의 코일 세트에 결합되어 3개의 서브 모터의 제 1 세트를 형성하고, 다른 제어 장치(400)의 전력 어셈블리에 형성된 인버터(410)는 다른 코일 세트에 결합되어 3개의 서브 모터의 제 2 세트를 형성한다.
두 인버터(410)는 리드 프레임을 통해 대응하는 코일 세트에 연결되며, 여기서 각 인버터의 각 레그는 각각의 위상 권선 버스바를 통해 리드 프레임에 연결된다. 본 실시 예의 목적을 위해, 각 인버터 레그에 의해 생성된 상이한 전압 위상은 W, V 및 U로 지칭된다.
코일 권선들은 아래 설명된 바와 같이 리드 프레임에 결합되어 제어 장치들의 각 인버터를 통해 DC 전원에서 코일 권선들로 전류가 흐르도록 하여 전기 모터에 의해 구동 토크가 생성되도록한다.
전술한 바와 같이, 프로세서는 CAN 인터페이스를 통해 제어 유닛(102)으로부터 토크 요구를 수신하도록 배열되지만, 제어 유닛(102)과 각각의 모터 구동 컨트롤러(80) 사이의 임의의 형태의 통신 링크가 사용될 수 있다.
각각의 인휠 전기 모터가 휠에 직접 연결되어 있으므로 각 인휠 전기 모터에서 생성된 토크를 휠에 즉시 인가할 수 있으며, 이때 생성된 토크는 인휠 전기 모터에 부착된 제어 장치 내의 제어 회로에 의해 임의의 시간에 정확하게 알 수 있다. 따라서 휠 내 전기 모터는 매우 빠른 토크 응답과 속도 감지 루프를 모두 갖는 이점을 제공한다.
토크 요구는 예를 들어 스로틀 페달(throttle pedal)을 사용하여 차량의 가속을 증가 또는 감소시키고자 하는 차량(100)의 사용자에 의하거나, 자율 주행을 제공하는 자율 주행 차량 컨트롤러와 같은, 차량의 속도/가속도를 자동으로 제어하는, 제어 유닛(102) 내에 통합될 수 있는 차량 제어 유닛을 통해서 촉발된다. 토크 요구는 제어 유닛(102)에 의해 수신되고 토크 요구 명령의 형태로 각각의 휠 내 전기 모터로 전달된다.
제어 유닛(102) 및 각각의 인휠 전기 모터에 장착된 제어 장치들을 이용하여 트랙션 제어를 수행하기 위한 실시 예가 설명될 것이며, 여기서 트랙션 제어는, 차량의 가속 또는 제동 중에 인휠 전기 모터들에 의해 인가된 구동 토크를 제어함으로써 차량과 노면 사이의 마찰 계수를 최대화하기 위해 사용된다.
당업자에게 잘 알려진 바와 같이, 차량을 가속 또는 제동할 때 차량의 타이어와 도로 사이에서 슬라이딩의 결과로, 타이어의 관찰 된 각속도(angular velocity)는 차량의 속도(velocity)와 상이하다. 속도의 차이는 일반적으로 백분율로 표시되며 '미끄러짐 비율'(slip ratio)이라고 한다. 차량 요(yaw)가 없을 때 미끄러짐 비율을 결정하는 데 사용되는 한 방정식은 다음과 같다:
Figure pct00001
.
여기서 Vvehicle은 차량의 종 방향 속도(longitudinal velocity)이고; r은 접점(contact point)에서 휠 반경이고; ω는 타이어의 각속도이다.
위의 방정식이 종 방향 가속 또는 감속을 겪는 차량에 대한 미끄러짐 비율을 제공하지만, 적절한 방정식이 종 방향 및 횡 방향(lateral) 가속의 조합을 겪는 차량에 대한 미끄러짐 비율을 결정하는 데에도 사용될 수 있다는 것은 당업자에게 분명하다.
도 4는 다른 도로 조건에 대한 가속 차량의 미끄러짐 비율에 대한 마찰 계수의 변화의 예를 보여주는 그래프이다. 가속 상태에서 타이어와 노면 사이의 최대 마찰 계수를 제공하는 미끄러짐 비율 값은 도로와 차량 사이의 최대 토크 전달을 제공한다. 도 4에서 볼 수 있듯이 특정 미끄러짐 비율 이상에서는 노면과 타이어 사이의 마찰 계수가 급격히 떨어지며 이는 휠 스핀 또는 휠 잠금 상태가 발생할 수 있다. 설 된 트랙션 제어 시스템의 목적은 이러한 발생을 방지하는 것이다.
트랙션 제어 시스템 내의 기능의 일부로서, 제어 유닛(102)은 차량의 속도(speed)를 결정하도록 마련된다. 예를 들어, 차량의 비-구동(non-driven) 휠의 속도를 측정하거나 GPS 측정을 사용하여 차량의 속도를 결정할 수 있다. 그러나 임의의 적절한 수단이 사용될 수 있다.
가속 및 제동 모두에서 도로와 차량 사이의 최적의 토크 전달을 달성하기 위해 제어 유닛(102)은 차량 속도 정보를 사용하여 각 휠에 대한 가속 조건에 대한 최대 원하는 미끄러짐 비율 한계(maximum desired slip ratio limit) 및 각 휠에 대한 제동 조건에 대한 최소 원하는 미끄러짐 비율 한계(minimum desired slip ratio limit)를 결정하도록 구성된다.
예를 들어, 제어 유닛(102)은 차량 속도를 최대/최소 미끄러짐 비율로 매핑하도록 마련될 수 있으며, 여기서 매핑 기능(mapping fuction)은 테이블을 통하거나 알고리즘을 사용하는 것과 같은 다양한 방식으로 수행될 수 있다.
차량의 속도를 알고 있고 최대 및 최소 원하는 미끄러짐 비율 제한 값이 있으면, 위의 미끄러짐 비율 방정식을 사용하여 제어 유닛(102)은 인휠 전기 모터에 의해 구동되는 각 휠에 대한 최대 및 최소 제한 속도(speed limit)를 계산한다. 즉, 차량의 주어진 속도에 대해, 휠의 최대 제한 속도 (즉, 가속 상태)는, 최대 원하는 미끄러짐 비율에 해당하는 도로와 휠에 장착된 타이어 사이의 슬라이딩을 초래하고, 휠의 최소 제한 속도 (즉, 제동 상태)는 최소 원하는 미끄러짐 비율에 대응하는 도로와 휠에 장착된 타이어 사이의 슬라이딩을 초래한다. 그러나 최대 및 최소 원하는 미끄러짐 제한 값을 사용하여 최대 및 최소 제한 속도를 결정하기 위한 적절한 수단이 사용될 수 있다.
제어 유닛(102)은 예를 들어 CAN 버스를 통해 각각의 구동 휠과 연관된 최대 및 최소 제한 속도 값과 토크 요구 요청을 각 인휠 전기 모터들에 전달하도록 구성된다.
각 인휠 전기 모터가 토크 요구 요청을 수신하게 되면, 인휠 전기 모터들은 회전자의 회전 속도를 모니터링하면서 위에서 논의한 바와 같이 요청된 토크 요구를 생성하기 위해 코일 권선 내의 전류 흐름을 제어한다.
차량의 휠에 비해 차량은 질량이 더 높기 때문에 일반적으로 토크가 휠에 직접 적용되는 상황에서 차량의 속도 변화는 휠의 속도 변화에 비해 상대적으로 느리며, 이로 인해 휠이 미끄러지게 된다.
결과적으로, 제어 유닛(102)에 의해 생성되는 차량의 최대 및 최소 제한 속도의 업데이트 속도(update rate)는 인휠 전기 모터의 제어 장치에 의해 인가되는 토크 제어에 필요한 업데이트 속도에 비해 상대적으로 느리게 수행 될 수 있다.
결과적으로, 본 발명은 인휠 전기 모터를 통해 차량 휠에서 직접 제어되는 고속 루프 제어 토크 제한(fast loop control torque limit)과 함께 원격 트랙션 제어 유닛에서 저속 루프 차량 속도 제한(slow loop vehicle speed limit)을 생성할 수 있는 이점을 제공한다.
각각의 인휠 전기 모터에 대한 제어 장치가, 수신된 토크 요구 요청이 최대 또는 최소 제한 속도에 대응하거나, 최대 제한 속도 초과 또는 최소 제한 속도 미만의 임계 값에 대응하는 값을 초과하는 임의의 인휠 전기 모터에 대한 회전자의 회전 속도를 초래하는 토크를 생성하는 각 인휠 전기 모터를 야기한다고 결정하는 경우, 각 인휠 전기 모터에 대한 제어 장치는 이러한 현상이 발생하는 것을 방지하도록 구성되고, 설령 그 같은 현상이 발생하더라도 각 인휠 전기 모터에 의해 생성된 토크는 제어 유닛(102)에서 수신한 토크 요구 값과 다르다.
결과적으로, 제어 유닛(102)으로부터 각각의 인휠 전기 모터가 수신한 토크 요구가 각각의 인휠 전기 모터에 결합된 휠에서 미끄러짐 비율이 최대 또는 최소 미끄러짐 제한을 초과하게 하는 경우, 각각의 인휠 전기 모터와 연관된 제어 장치는 제어 유닛(102)으로부터 수신된 토크 요구보다 작은 값으로 토크를 제한하여, 최대 또는 최소 미끄러짐 제한이 초과되는 것을 방지한다. 바람직하게는, 이 시나리오에서 각각의 인휠 전기 모터와 연관된 제어 장치는 최대 또는 최소 휠 속도에 실질적으로 대응하는 휠 속도를 야기하는 구동 토크를 생성하도록 구성된다.

Claims (14)

  1. 제 1 전기 모터에 의해 구동되는 제 1 휠을 갖는 차량용 트랙션 제어 시스템으로서,
    상기 제 1 전기 모터는 제 1 세트의 코일 권선들을 포함하고,
    상기 트랙션 제어 시스템은:
    상기 제 1 휠을 구동하기 위한 구동 토크를 생성하기 위한 상기 제 1 세트의 코일 권선들의 전류를 제어하는 제 1 컨트롤러; 및
    차량 속도 및 상기 제 1 휠에 대한 제 1 미끄러짐 비율 값에 기초한 최대 휠 속도와, 차량 속도 및 상기 제 1 휠에 대한 제 2 미끄러짐 비율 값에 기초한 최소 휠 속도를 결정하는 제 2 컨트롤러를 포함하고,
    상기 제 2 컨트롤러는 상기 제 1 휠을 구동하기 위한 구동 토크에 상응하는 토크 요구 값 및 상기 최대 휠 속도의 값과 상기 최소 휠 속도의 값을 상기 제 1 컨트롤러에 전달하고,
    상기 제1 컨트롤러는 상기 제 2 컨트롤러로부터 수신한 상기 최대 휠 속도의 값, 상기 최소 휠 속도의 값 및 상기 토크 요구 값에 기초하여 구동 토크를 생성하기 위해 상기 제 1 세트의 코일 권선들의 전류를 제어하는,
    트랙션 제어 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 미끄러짐 비율 값은 최대 원하는 미끄러짐 비율인,
    트랙션 제어 시스템.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 미끄러짐 비율 값은 최소 원하는 미끄러짐 비율인,
    트랙션 제어 시스템.
  4. 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 토크 요구 값은 사용자 입력으로부터 도출되거나 제 3 컨트롤러로부터 수신되거나 또는 상기 제 2 컨트롤러에 의해 생성되는,
    트랙션 제어 시스템.
  5. 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 컨트롤러는, 수신한 토크 요구 값이 상기 최대 휠 속도를 초과하는 결과로 이어지지 않는 것으로 판단하면, 상기 토크 요구 값에 실질적으로 상응하는 구동 토크를 생성하도록 상기 제 1 세트의 권선 코일들의 전류를 제어하는,
    트랙션 제어 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 컨트롤러는, 수신한 토크 요구 값이 상기 최대 휠 속도를 초과하는 결과로 이어지는 것으로 판단하면, 임계 값 이상으로 상기 최대 휠 속도가 초과하지 않는 결과를 야기하도록 구동 토크를 생성하는,
    트랙션 제어 시스템.
  7. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 컨트롤러는, 상기 토크 요구 값이 상기 최소 휠 속도를 밑도는 결과로 이어지지 않는 것으로 판단하면, 상기 토크 요구 값에 실질적으로 상응하는 구동 토크를 생성하도록 상기 제 1 세트의 권선 코일들의 전류를 제어하는,
    트랙션 제어 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 컨트롤러는, 수신한 토크 요구 값이 상기 최소 휠 속도를 밑도는 결과로 이어지는 것으로 판단하면, 임계 값 이상으로 상기 최소 휠 속도가 내려가지 않는 결과를 야기하도록 구동 토크를 생성하는,
    트랙션 제어 시스템.
  9. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 컨트롤러는 상기 토크 요구 값이 상기 제 1 휠이 상기 최대 휠 속도의 값을 초과하는 결과로 이어지는지를 판단하며,
    상기 제 1 제어기는, 상기 토크 요구 값이 상기 제 1 휠이 상기 최대 휠 속도의 값을 초과하는 결과로 이어진다고 판단하면, 상기 최대 휠 속도에 실질적으로 상응하는 휠 속도를 초래하는 구동 토크를 생성하는,
    트랙션 제어 시스템.
  10. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 컨트롤러는 상기 토크 요구 값이 상기 제 1 휠이 상기 최소 휠 속도의 값을 밑도는 결과로 이어지는지를 판단하며,
    상기 제 1 제어기는, 상기 토크 요구 값이 상기 제 1 휠이 상기 최소 휠 속도의 값을 밑도는 결과로 이어진다고 판단하면, 상기 최소 휠 속도에 실질적으로 상응하는 휠 속도를 초래하는 구동 토크를 생성하는,
    트랙션 제어 시스템.
  11. 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 컨트롤러는 차량에 대한 속도 값을 수신하기 위한 수단을 포함하는,
    트랙션 제어 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    차량에 대한 속도 값을 수신하기 위한 상기 수단은 구동 토크에 의해 구동되지 않는 차량의 제 2 휠에 대한 속도 값을 수신하도록 구성되는,
    트랙션 제어 시스템,
  13. 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 전기 모터는 제 1 인휠 전기 모터인,
    트랙션 제어 시스템.
  14. 전기 모터에 의해 구동되는 휠을 갖는 차량의 트랙션 제어를 수행하는 방법으로서,
    상기 전기 모터는 제 1 세트의 코일 권선들을 포함하고,
    상기 방법은:
    상기 제 2 컨트롤러로부터 상기 휠을 구동하기 위한 구동 토크에 상응하는 토크 요구 값과 최대 휠 속도의 값 및 최소 휠 속도의 값을 상기 제 1 컨트롤러에 전달함을 포함하고,
    상기 제 2 컨트롤러는 차량 속도 및 상기 휠에 대한 제 1 미끄러짐 비율 값에 기초한 최대 휠 속도와, 차량 속도 및 상기 휠에 대한 제 2 미끄러짐 비율 값에 기초한 최소 휠 속도를 결정하고,
    상기 제1 컨트롤러는 상기 제 2 컨트롤러로부터 수신한 상기 최대 휠 속도의 값, 상기 최소 휠 속도의 값 및 상기 토크 요구 값에 기초하여 구동 토크를 생성하기 위해 상기 제 1 세트의 코일 권선들의 전류를 제어하는,
    방법.
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