KR100741622B1

KR100741622B1 - 발전 전력 제어 시스템

Info

Publication number: KR100741622B1
Application number: KR1020050129233A
Authority: KR
Inventors: 히데히꼬 스기따; 히데끼 가와시마; 도시로오 마쯔다; 야스끼 이시까와
Original assignee: 닛산 지도우샤 가부시키가이샤
Priority date: 2004-12-27
Filing date: 2005-12-26
Publication date: 2007-07-23
Anticipated expiration: 2025-12-26
Also published as: KR20060074848A; EP1674327A2; US7441616B2; US20060138995A1

Abstract

본 발명은 적절한 발전 제어를 수행하기 위해 발전기의 자기장을 목표 발전 전력에 기초하여 제어하는 발전 전력 제어 시스템에 관한 것이다. 바람직하게는, 발전 전력 제어 시스템은 제1 차륜을 구동시키는 내연 기관에 의해 구동되도록 구성되는 발전기 및 발전기로부터 AC 모터로 발전 전력을 공급하도록 배열된 인버터를 이용하여 내연 기관에 의해 구동되지 않는 제2 차륜을 구동시키는 AC 모터를 구비한 하이브리드 차량에 사용된다. 기본적으로, 발전 전력 제어는 기본적으로 AC 모터의 AC 모터 전력 조건과 AC 모터 전력 조건에 기초하여 발전기에 의해 발전될 목표 발전 전력을 계산하고, 계산된 목표 발전 전력에 기초하여 발전기의 자기장을 제어함으로써 발전기에 의해 발전된 발전 전력을 제어한다.

발전 전력 제어 시스템, AC 모터 전력 조건, 모터 전력 계산부, 목표 발전 전력 계산부, 자기장 제어부

Description

발전 전력 제어 시스템 {GENERATED POWER CONTROL SYSTEM}

도1은 본 발명의 다양한 실시예를 수행하도록 구성되는 발전기 전력 제어부를 구비한 차량 구동 제어 장치가 설치된 4륜 구동 차량을 개략적으로 도시한 블록 다이어그램.

도2는 본 발명의 다양한 실시예를 수행하기 위해 도1의 4륜 구동 차량에 사용되는 발전기의 두 가지 배열 예를 도시한 한 쌍의 회로도.

도3은 본 발명의 제1 실시예에 따르는 도1의 4WD 제어부의 한 가지 가능한 구성을 도시하는 블록 다이어그램.

도4는 본 발명의 제1 실시예에 따르는 도3의 목표 모터 토크 계산부의 한 가지 가능한 구성을 도시한 블록 다이어그램.

도5는 본 발명의 제1 실시예에 따르는 발전기 제어부의 한 가지 가능한 구성을 도시한 블록 다이어그램.

도6은 본 발명에 따른 발전기의 특성을 도시하는 그래프.

도7은 본 발명의 제1 실시예에 따르는 모터 제어부의 한 가지 가능한 구성을 도시한 블록 다이어그램.

도8은 본 발명의 제2 실시예에 따르는 도1의 4WD 제어부의 한 가지 가능한 구성을 도시하는 블록 다이어그램.

도9는 본 발명의 제2 실시예에 따르는 도8의 모터 제어부의 한 가지 가능한 구성을 도시한 블록 다이어그램.

도10은 본 발명의 제2 실시예에 따르는 도8의 발전기 제어부의 한 가지 가능한 구성을 도시한 블록 다이어그램.

도11은 본 발명의 제2 실시예에 따르는 발전 전력 제어부의 한 가지 가능한 구성을 도시한 블록 다이어그램.

도12는 본 발명의 제3 실시예에 따르는 발전 전력 제어부의 한 가지 가능한 구성을 도시한 블록 다이어그램.

도13은 본 발명의 제3 실시예에 따르는 계자 전류 및 PWM 듀티비 사이의 관계를 도시한 그래프.

도14는 본 발명의 제3 실시예에 따르는 상태 전이를 도시하는 다이어그램.

도15는 본 발명의 제4 실시예에 따르는 발전 전력 제어부의 한 가지 가능한 구성을 도시한 블록 다이어그램.

도16은 본 발명의 제4 실시예에 따르는 α 특성을 도시하는 그래프.

도17은 본 발명의 제4 실시예에 따르는 α 특성의 다른 예를 도시하는 그래프.

도18은 본 발명의 제5 실시예에 따르는 발전 전력 제어부의 한 가지 가능한 구성을 도시한 블록 다이어그램.

도19는 본 발명의 제6 실시예에 따르는 발전 전력 제어부의 한 가지 가능한 구성을 도시한 블록 다이어그램.

도20은 본 발명의 제6 실시예에 따르는 각 발전기 속도에 대한 출력 특징을 도시하는 맵.

도21은 본 발명의 제6 실시예에 따르는 목표 계자 전류 계산부의 목표 계자 전류 계산 방법을 도시하는 다이어그램.

도22는 본 발명의 제6 실시예에 따르는 도19의 발전 전력 제어부의 변경된 구성을 도시하는 블록 다이어그램.

도23은 본 발명의 제7 실시예에 따르는 발전 전력 제어부의 한 가지 가능한 구성을 도시한 블록 다이어그램.

도24는 본 발명의 제7 실시예에 따르는 도23의 발전 전력 제어부의 개량된 구성을 도시하는 블록 다이어그램.

도25는 본 발명의 제8 실시예에 따르는 발전 전력 제어부의 한 가지 가능한 구성을 도시한 블록 다이어그램.

도26은 본 발명의 제8 실시예에 따르는 목표 계자 전류 계산부의 목표 계자 전류 계산 방법을 도시하는 다이어그램.

도27은 본 발명에 따르는 장치의 작업 과정을 도시하는 다이어그램.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

2: 엔진

4: 모터

5: 차동 기어

6: 무단 벨트

7: 발전기

8: 4WD 제어부

9: 인버터

10: 연결 상자

8A: 목표 모터 토크 계산부

8B: 모터 전력 계산부

8C: 발전 전류 명령 계산부

8D: 발전기 제어부

8E: 모터 제어부

8F: TCS 제어부

8G: 클러치 제어부

본 출원은 일본 특허 출원 제2004-376551호 및 제2004-379594호에 대한 35 U.S.C. §119에 따른 우선권을 주장한 것이다. 일본 특허 출원 제2004-376551호 및 제2004-379594호의 전체 내용은 본 명세서에 인용되어 포함된다.

본 발명은 일반적으로 발전기를 제어하기 위한 발전 전력 제어 시스템에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 발전기가 주 구동륜을 구동시키기 위해 내연 기관에 의해 구동되고 AC 모터가 보조 구동륜을 구동시키기 위해 발전기에 의 해 구동되는 4WD(4륜 구동) 차량의 발전기의 발전 전력을 제어하는 발전 전력 제어 시스템에 관한 것이다.

공지된 다양한 발전 전력 제어 시스템에서는 전력이 모터로 공급되기에 앞서 발전기에 요구되는 전압 명령값이 모터 토크 명령값에 기초하여 계산되고 발전기의 출력 전압값이 이러한 전압 명령값이 되게 하는 피드백 제어가 수행된다(예컨대, 일본 특허 출원 공개 공보 제2001-239852호 참조). 본 공보에 따르면, 발전 전력 제어 시스템은 주 구동륜을 구동시키기 위해 내연 기관을 갖는 차량 구동 제어 시스템의 일부이며, DC 모터는 부 구동륜을 제어하기 위해 발전기에 의해 구동된다. 이러한 DC 모터의 계자 전류는 차량 구동 전력 조건을 충족시키기 위해 구동 토크를 제어하도록 제어된다.

상술한 점에 비추어 볼 때, 기술 분야의 당업자라면 본 개시 내용으로부터 개선된 발전 전력 제어 시스템이 필요하다는 점을 명백히 알 수 있을 것이다. 본 발명은 본 개시 내용으로부터 기술 분야의 당업자에게 명백하게 되는 다른 필요 사항과 함께 이러한 필요 사항을 해결하고자 한다.

상술한 종래의 발전 전력 제어 시스템에서, 전력 발전 제어는 단지 전압 명령값과 출력 전압값 사이의 편차를 피드백 제어에 연계시킴으로써 수행되며 발전 전압 및 발전 전류는 모두 제어될 수 없다. 그 결과, 모터의 요구에 대응하는 필요 전력이 공급될 수 없고, 이에 따라 적절한 양의 토크를 출력할 수 없을 가능성이 있다는 미해결 문제가 있다.

또한, 상술한 종래의 발전 전력 제어 시스템에서, 모터 토크는 DC 모터를 사 용하여 제어되기 때문에 토크를 상승시키기 위해서는 DC 모터의 전기자 전류가 증가되어야 하지만, DC 모터의 브러시 수명은 한계가 있기 때문에 전기자 전류가 증가될 수 있는 정도에도 한계가 있으며, 이에 따라 이와 같은 시스템은 질량이 무거운 차량에 적용하기에는 어려움이 있으며 4WD 성능은 개선될 수 없다는 미해결 문제가 있다.

DC 모터 대신에 AC 모터와 인버터를 채용함으로써 모터 토크가 제어될 수 있다고 생각할 수 있지만, 이 경우 배터리 또는 그 밖의 안정적 전원이 필요할 것이다. 이와 같은 안정적 전원이 전기 4WD 시스템과 사용되는 경우, 예컨대 적어도 50 V의 출력 전압을 발전할 수 있는 특수한 배터리가 요구되며, 따라서 이런 접근법에는 비용이 높고 설치가 어렵다는 문제가 있다.

상술한 문제에 비추어 볼 때, 본 발명은 상술한 종래 기술에 관련된 미해결 문제를 해결하고자 착안되었다. 본 발명의 일 목적은 발전기의 자기장이 적절한 발전 제어를 수행하도록 목표 발전 전력에 기초하여 제어되는 발전 전력 제어 시스템을 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 모터 토크가 발전기와 AC 모터의 조합에 의해 제어될 수 있는 발전 전력 제어 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 상술한 목적과 그 밖의 목적을 달성하기 위해, 제1 차륜을 구동시키는 내연 기관에 의해 구동되도록 구성되는 발전기와 인버터를 이용하여 내연 기관에 의해 구동되지 않는 제2 차륜을 구동시키는 AC 모터를 구비하고 상기 인버터는 발전기로부터 AC 모터로 발전 전력을 공급하도록 배열된 하이브리드 차량을 위 한 발전 전력 제어 시스템이 마련된다. 발전 전력 제어 시스템는 기본적으로 모터 전력 계산부와, 목표 발전 전력 계산부와, 자기장 제어부를 포함한다. 모터 전력 계산부는 AC 모터의 AC 모터 전력 조건을 계산하도록 구성된다. 목표 발전 전력 계산부는 모터 전력 계산부에 의해 계산된 AC 모터 전력 조건에 기초하여 발전기에 의해 발전될 목표 발전 전력을 계산하도록 구성된다. 자기장 제어부는 목표 발전 전력 계산부에 의해 계산된 목표 발전 전력에 기초하여 발전기의 자기장을 제어함으로써 발전기에 의해 발전되는 발전 전력을 제어하도록 구성된다.

본 발명의 이들 및 다른 목적, 특징, 태양 및 장점은 본 발명의 바람직한 실시예를 개시하고 첨부 도면과 함께 설명된 다음의 상세한 설명으로부터 기술 분야의 당업자에게 명백하게 될 것이다.

첨부 도면은 본 출원의 일부를 구성한다.

이하, 도면을 참조로 본 발명의 선택된 실시예들에 대해 설명하기로 한다. 기술 분야의 당업자라면 본 내용으로부터 본 발명의 실시예에 대한 다음의 설명이 단지 설명을 위한 것이고 첨부된 특허청구범위에 의해 한정된 본 발명 및 그 균등물을 제한하기 위한 것이 아님을 알 것이다.

도1은 본 발명에 따르는 발전기 전력 제어부를 구비한 차량 구동 제어 장치가 설치된 4륜 구동 차량을 개략적으로 도시한 블록 다이어그램이다. 이하, 본 발명의 각 실시예들을 설명함에 있어 본 블록 다이어그램을 사용하기로 한다. 본 발명의 다양한 실시예 사이의 유사성에 비추어, 동일하거나 동일한 기능을 갖는 제2 실시예의 부품들에 대하여는 각 실시예에서 동일한 인용 부호를 사용하기로 한다.

우선, 도1을 참조하여 각 실시예에 사용되는 4륜 구동 차량에 대해 설명하기로 한다. 도1에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 차량에서 좌전륜(1L) 및 우전륜(1R)은 엔진(2)(내연 기관)에 의해 구동되는 주 구동륜이고 좌후륜(3L) 및 우후륜(3R)은 모터(4)에 의해 구동될 수 있는 보조 구동륜이다.

주 쓰로틀 밸브와 보조 쓰로틀 밸브는 예컨대 엔진(2)의 흡기 통로를 따라 일정 지점에 마련된다. 주 쓰로틀 밸브는 가속기 페달이 눌려지는 정도(답입량) 등에 따라 쓰로틀 개방도를 조절하고 제어한다. 보조 쓰로틀 밸브는 스텝 모터 등에 의해 작동되며, 이 모터의 스텝수에 따르는 회전각에 의해 개방도를 조절하고 제어한다. 따라서, 엔진(2)의 출력 토크는 주 쓰로틀 밸브의 개방도 이하로 보조 쓰로틀 밸브의 쓰로틀 개방도를 조절함으로써 가속기 페달에 대한 운전자의 작업에 무관하게 감소될 수 있다. 즉, 보조 쓰로틀 밸브의 개방도에 대한 조절은 엔진(2)에 의한 전륜(1L, 1R)에서의 가속 미끄럼을 억제하는 구동력 제어가 된다.

엔진(2)의 출력 토크(Te)는 변속기 및 차동 기어(5)를 거쳐 좌우 전륜(1L, 1R)으로 전달된다. 엔진(2)의 출력 토크(Te) 중 일부는 무단 벨트(6)를 거쳐 발전기(7)로 전달되어서 엔진(2)의 속도(Ne)에 풀리비를 곱한 값에 대응하는 속도(Ng)로 발전기(7)를 회전시킨다.

발전기(7)는 4WD 제어부(8)에 의해 조절되는 계자 전류(Ifg)에 따라 엔진(2) 상의 부하가 되며 이런 부하 토크에 따르는 전력을 발전한다. 발전기(7)에 의해 발전된 전력의 양은 속도(Ng)와 계자 전류(Ifg)에 의해 결정된다. 발전기(7)의 속도(Ng)는 풀리비에 기초하여 엔진(2)의 속도(Ne)로부터 계산될 수 있다.

발전기(7)에 의해 발전되는 전력은 연결 상자(10)와 인버터(9)를 거쳐 모터(4)로 공급될 수 있다. 모터(4)의 구동축은 감속 기어(11)와 클러치(12)를 거쳐 후륜(3L, 3R)으로 연결될 수 있다. 본 실시예에서 모터(4)는 AC 모터이다. 클러치(12)와 후륜(3L, 3R) 사이에는 차동 기어(13)가 마련된다.

클러치(12)는 예컨대 습식 다판 클러치이며, 4WD 제어부(8)로부터의 명령에 따라 결합 및 분리된다. 본 실시예에서, 결합에 사용되는 클러치는 습식 다판 클러치이나 예컨대 파우더 클러치 또는 펌프 클러치일 수 있다.

연결 상자(10) 내측에는 발전 전압(Vdc)를 감지하기 위한 발전기 전압 센서(14)가 마련된다. 또한, 연결 상자(10) 내측에는 발전 전류(Idc)[인버터(9)의 입력 전류]를 감지하기 위한 발전기 전류 센서(15)가 마련된다. 리졸버가 모터(4)의 구동축에 링크되고 모터(4)의 자극 위치를 지시하는 신호(θ)가 출력된다. 또한, 연결 상자(10) 내측에는 인버터(9)와 발전기(7)를 연결 또는 고립시키기 위한 계전기가 마련된다. 이런 계전기가 연결 상태에 있는 경우, 발전기(7)로부터 정류기(비도시)를 거쳐 공급되는 DC 전력은 인버터(9)에서 3상 교류 전류로 전환되어서 모터(4)를 구동하는 데 사용된다. 계자 전류 센서(16)가 실제 계자 전류(Ifg)를 감지하기 위해 마련된다. 센서(14, 15, 16)로부터의 센서 신호는 4WD 제어부(8)로 출력된다.

차륜(1L, 1R, 3L, 3R)에는 각각 차속 센서(20FL, 20FR, 20RL, 20RR)가 마련 된다. 차속 센서(20FL, 20FR, 20RL, 20RR)는 감지된 차속값으로서 각각의 차륜(1L, 1R, 3L, 3R)의 회전 속도에 대응하는 펄스 신호를 4WD 제어부(8)로 출력한다.

4WD 제어부(8)는 예컨대 마이크로프로세서와 같은 계산 프로세서를 포함하며, 차속 센서(20FL, 20FR, 20RL, 20RR)에 의해 감지된 차속 신호와 같은 입력값과, 연결 상자(10) 내측의 전압 센서 및 전류 센서로부터의 출력 신호와, 모터(4)에 연결된 리졸버로부터의 출력 신호와, 가속 페달(비도시) 답입량에 대응하는 쓰로틀 밸브 개방도 등을 수신한다.

도2를 참조하면, 두 개의 회로도가 발전기(7)의 계자 전류 구동 회로의 구조를 개략적으로 도시한다. 도2의 회로도(a)에 도시된 바와 같이, 본 회로는 계자 전류 전원이 14 V 차량 배터리(7a)와 같은 일정한 전압 전원이거나 발전기(7) 자체의 출력 전압으로부터 선택된다. 계자 전류 전원의 양극측은 계자 코일(7b)에 접속되며 트랜지스터(7c)가 절환된다. 이 경우, 발전기 출력 전압(Vg)이 배터리 전압(Vb)보다 낮을 때, 발전기(7)는 개별 여기 영역에 있으며 배터리 전압(Vb)은 계자 코일(7b)의 전원이 된다. 그러나, 발전기 출력 전압(Vg)이 배터리 전압(Vb)보다 증가할 때, 발전기(7)는 자기-여기 영역에 있으며 발전기(7)의 출력 전압(Vg)이 선택된다. 따라서, 발전기 전압(Vg)이 배터리 전압(Vb)보다 증가할 때, 이러한 발전기(7)의 출력 전압(Vg)은 계자 코일(7b)의 전원이 된다. 특히, 계자 전류값은 발전기(7)의 전원 전압에 의해 증가될 수 있기 때문에, 발전기 출력의 대량 증가가 가능하다.

대안으로서, 도2의 회로도(b)에 도시된 바와 같이, 계자 전류 구동 회로는 단지 14V의 차량 배터리(7a)(단지 개별 여기 영역으로서)가 계자 전류 전원으로서 사용되도록 구성될 수 있다.

도3에 도시된 바와 같이, 제1 실시예에 따르는 4WD 제어부(8)는 목표 모터 토크 계산부(8A), 모터 전력 계산부(8B), 발전 전류 명령 계산부(8C)(목표 발전 전류 계산부로서 작용), 발전기 제어부(8D)(자기장 제어부로서 작용), 모터 제어부(8E), TCS 제어부(8F) 및 클러치 제어부(8G)를 포함한다. 본 발명의 제1 실시예에 따르면, 발전 전류와 발전 전압 모두는 발전기(7)의 자기장을 제어하고 인버터(9)의 부하를 변경시켜서 명령값에 일치화됨으로써, 모터(4)의 요구에 대응하는 전력이 보다 효율적으로 공급될 수 있고 적절한 발전 제어가 수행되어 필요한 토크가 출력될 수 있도록 한다.

목표 모터 토크 계산부(8A)는 네 개의 차륜에 대한 차륜 속도 신호에 기초하여 계산되는 전후륜 사이의 차륜 속도차와 가속기 페달 답입 신호(쓰로틀 밸브 개방 신호)(Acc)로부터 모터 토크 명령값(Tt)을 계산하도록 구성된다.

도4는 목표 모터 토크 계산부(8A)의 상세한 구성을 도시한 블록 다이어그램이다. 우선, 전후륜 속도차 계산부(81)는 네 개의 차륜에 대한 차륜 속도 신호(Vfr 내지 Vrr)에 기초한 수학식(1)으로부터 전후륜 속도차(ΔV)를 계산하도록 구성된다.

ΔV = (Vfr + Vfl)/2 - (Vrr - Vrl)/2

제1 모터 구동력 계산부(82)는 전후륜 속도차(ΔV)에 기초하여 사전 저장된 맵을 참조함으로써 제1 모터 구동력(TΔV)을 계산하도록 구성되며, 그 결과를 고-선택 유닛(후술함)으로 출력한다. 제1 모터 구동력(TΔV)은 전후륜 속도차(ΔV)가 증가함에 따라 비례해서 커지게 계산되도록 설정된다.

차속 계산부(83)는 네 개의 차륜에 대한 차륜 속도 신호와 저-선택 모드시 차량에 의해 발전되는 전체 구동력(F)을 이용하여 차속 신호(V)를 계산하도록 구성된다. 이때, 전체 구동력(F)은 토크 컨버터 미끄럼율로부터 계산된 전륜 구동력과 토크 명령값(Tt)으로부터 계산되는 후륜 구동력의 합이다.

제2 모터 구동력 계산부(84)는 제2 모터 구동력(Tv)을 계산하도록 구성된다. 구체적으로, 제2 모터 구동력은 가속기 페달 답입량 또는 쓰로틀 밸브 개방도(Acc) 및 차속 계산부(83)로부터 출력된 차속(V)에 기초하여 사전 저장된 맵을 참조하여 계산된다. 제2 모터 구동력(Tv)은 가속기 페달 답입량 또는 쓰로틀 밸브 개방도(Acc)에 비례하여 증가하고 차속(V)에 반비례하여 감소하도록 설정된다.

다음으로, 고-선택 유닛(85)은 모두 고-선택 모드에서 후륜 TCS 제어부(86)에 목표 토크(Ttt)로서 제1 모터 구동력 계산부(82)로부터 출력되는 제1 모터 구동력(TΔV) 및 제2 모터 구동력 계산부(84)로부터 출력되는 제2 모터 구동력(Tv)을 출력하도록 구성된다.

그 후, 후륜 견인 제어가 후륜 속도(Vrl, Vrr)와 차속(V)에 기초한 공지된 방법에 의해 수행되며 모터(4)의 최종 토크 명령값(Tt)이 출력된다.

모터 전력 계산부(8B)는 토크 명령값(Tt)과 모터 속도(Nm)에 기초하여 다음의 수학식 (2)로부터 발전기 요구 전력(Pg)을 계산하도록 구성된다.

Pg = Tt × Nm/Иm

본 식에서 Иm는 인버터 효율이다. 구체적으로, 발전기 요구 전력(Pg)은 모터(4)에 의해 요구되며 토크 명령값(Tt)과 모터 속도(Nm)의 곱으로부터 얻어진 전력 Pm (= Tt × Nm)보다 인버터 효율(Иm)만큼 큰 값이다.

발전 전류 명령 계산부(8C)는 모터 제어부(8E)(후술함)에 의해 계산되는 발전 전압 명령값 또는 목표 전압(Vdc*)에 기초하여 다음의 수학식(3)으로부터 발전 전류 명령값 또는 목표 전류(Idc*)를 계산하도록 구성된다.

Idc* = Pg/Vdc*

TCS 제어부(8F)는 엔진 토크 제어부(ECM)로부터 수신된 엔진 생성 구동 토크 요구 신호(Tet), 좌우 전륜의 회전 속도(Vfr, Vfl) 및 차속(V)에 기초하여 공지된 방법에 의해 엔진 생성 구동 토크 요구 신호(Tet)를 엔진 토크 제어부(ECM)로 반송시킴으로써 전륜 견인 제어를 수행하도록 구성된다. 따라서, 4WD 제어부(8)와 엔진 토크 제어부(ECM)는 하이브리드 차량에 의해 요구되는 구동력을 계산하도록 구성되는 차량 구동력 계산부를 보조하도록 서로 작용한다.

클러치 제어부(8G)는 클러치 제어부(8G)가 4륜 구동 상태가 기대되고 그리고/또는 요구된다고 결정할 때마다 클러치(12)가 연결 상태에 위치되도록 클러치(12) 의 결합 상태를 제어하도록 구성된다.

도5는 발전기(7)에 의해 발전된 전력을 제어하는 발전기 제어부(8D)의 상세한 구성을 도시한 블록 다이어그램이다. 발전기 제어부(8D)는 기본적으로 P 제어부(21), I 제어부(22), 피드-포워드 제어부(23), 제어량 합산부(24) 및 필드 제어부(25)를 포함한다. 발전기 제어부(8D)는 계자 전압 PWM 듀티비(C1)를 결정함으로써 PWM 제어를 사용하여 발전기(7)의 계자 전류(Ifg)를 제어하도록 구성된다.

P 제어부(21)는 상기 수학식(2)으로부터 계산된 실제 발전 전류값(Idc)과 발전 전류 명령값(Idc*) 사이의 편차에 기초하여 P 제어를 수행하도록 구성된다. 우선, 발전 전류 명령값(Idc*)과 실제 발전 전류값(Idc) 사이의 편차에는 특수 이득값이 곱해진다. 발전기(7)의 회전 속도 변동에 대해 이득 감응 상수를 유지하기 위해, 그 값에는 발전기 속도(Ng)의 역수가 곱해지며, 그 산출값은 P 제어시 제어량(Vp)으로서 제어량 합산부(24)(후술함)로 출력된다.

I 제어부(22)는 상기 수학식(3)으로부터 계산된 실제 발전 전류값(Idc)과 발전 전류 명령값(Idc*) 사이의 편차에 기초하여 I 제어를 수행하도록 구성된다. 즉, I 제어부(22)는 발전 전류 명령값(Idc*)과 실제 발전 전류값(Idc)의 편차를 적분한다. 적분된 값은 상한과 하한으로서 사용된다. 상기 P 제어에서와 같이, 이 적분값에는 발전기 속도(Ng)의 역수가 곱해지며, 그 산출값이 I 제어시 제어량(Vi)으로서 제어량 합산부(24)(후술함)로 출력된다.

피드-포워드 제어부(23)는 사전 저장된 다양한 속도 각각에 대한 발전기 특성 맵을 지칭하며, 발전 전압 명령값(Vdc*) 및 발전 전류 명령값(Idc*)에 기초하여 피드-포워드에 의해 발전기 계자 전압의 PWM 듀티비(D1)를 얻는다. 그 후, 피드-포워드 제어부(23)는 PWM 듀티비(D1)와 발전 전압 명령값(Vdc*)에 기초하여 다음의 수학식(4)으로부터 피드-포워드 제어시의 제어량(Vff)를 계산하다.

Vff = D1 × Vdc*

제어량 합산부(24)는 제어량(Vp)과 제어량(Vi)과 제어량(Vff)을 합산하며 그 합을 자기 코일에 인가될 전압(Vf)으로서 자기장 제어부(25)로 출력한다.

자기장 제어부(25)는 실제 발전 전압값(Vdc)이 배터리(계자 전류 전원으로서 작용) 전압(Vb)(12 V) 이하인지 여부를 판단하도록 구성된다. 이런 상태(Vdc ≤ Vb)가 존재하는 경우, 계자 전압 PWM 듀티비(C1)는 다음의 수학식(5)으로부터 계산된다.

C1 = Vf/Vb

그러나, 실제 발전 전압값(Vdc)이 배터리 전압(Vb)보다 큰 경우(즉, Vdc ＞ Vb), 계자 전압 PWM 듀티비(C1)는 다음의 수학식(6)으로부터 계산된다.

C1 = Vf/Vdc

발전기(7)의 계자 전류(Ifg)는 위와 같이 계산된 듀티비(C1)에 따라 제어된다. 즉, 발전기 제어부(8D)는 토크 명령값(Tt)으로부터 결정되는 발전기 요구 전력(Pg)을 나타내는 발전기 작동점을 피드-포워드 제어하고 발전 전압 명령값(Vdc*) 및 실제 발전 전압값(Vdc)을 PI 보상에 의한 피드백 제어로 연계시킴으로서 특수화에 의해 실제 발전 전압값(Vdc)을 발전 전압 명령값(Vdc*)에 일치시키도록 구성된다.

이때, PI 보상은 피드백 제어를 위한 제어 방법으로 사용되지만, 본 발명은 이에 제한되지 않으며 시스템을 안정화시키는 임의의 제어 방법이 사용될 수 있다.

따라서, 발전기(7)는 모터(4)가 토크 명령값(Tt)과 일치하게 되는 토크를 출력하도록 발전 전압 명령값(Vdc*)과 발전 전류 명령값(Idc*)을 출력한다. 발전 전압 명령값(Vdc*)과 발전 전류 명령값(Idc*)은 발전기(7)가 가장 효율적인 발전기 요구 전력(Pg)을 공급하게 되는 전압과 전류이다. 즉, 발전기 요구 전력(Pg)은 발전 전압 명령값(Vdc*)과 발전 전류 명령값(Idc*) 모두가 만족되는 한 효율적으로 출력될 수 있다.

도6은 발전기(7)의 특성을 도시하는 그래프로서, 수평축은 발전 전류이고 수직축은 발전 전압이다. 도6에서, 직선 A는 발전기(7)의 계자 전류(Ifg)가 일정할 때 발전기(7)의 출력이 인버터 부하(임피던스)에 의해 삭감될 수 있는 If 라인이다. 즉, 발전기(7)가 달성할 수 있는 작동점은 If 라인을 따라 이동한다. 예컨대, 임피던스가 낮은 경우, 주어진 계자 전류(Ifg)에서 지점 b에 의해 지시된 바와 같이 전압은 낮고 전류는 높다. 역으로, 임피던스가 높은 경우, 주어진 계자 전류(Ifg)에서 지점 c에 의해 지시된 바와 같이 전압은 높고 전류는 낮다. 따라서, 임피던스 부하는 가장 효율적인 작동점 a을 달성하기 위해 바람직하게는 발전 전압 명령값(Vdc*) 및 발전 전류 명령값(Idc*) 모두를 만족시키도록 조절된다.

도7은 인버터(9)에 의해 모터(4)를 제어하는 모터 제어부(8E)의 상세한 구성을 도시하는 블록 다이어그램이다. 모터 제어부(8E)는 Id 및 Iq 명령값 계산부(31)와, Vd 및 Vq 명령값 계산부(32)와, Vdc* 명령값 계산부(33)와, 2상/3상 컨버터(34)와, PI 제어부(35)와, 진폭 보정기(36)와, PWM 제어부(37)와, 계자 전류 명령값 계산부(38)와, 자속(field flux) 계산부(39)를 포함한다. 모터 제어부(8E)는 토크 명령값(Tt)이 입력되고 실제 모터 토크(T)가 토크 명령값(Tt)이 되도록(사실상 동일하게 되도록) 인버터(9)의 3상 전력 요소를 절환 제어하도록 구성된다.

Id 및 Iq 명령값 계산부(31)는 토크 명령값(Tt)과 모터 속도(Nm)에 기초하여 토크 명령값(Tt)에 일치하는 토크를 출력하기 위해 d축(자속 성분) 전류와 q축(토크 성분) 전류를 이용하여 명령값(Idr, Iqr)을 계산하도록 구성된다. Id 및 Iq 명령값 계산부(31)는 이들 값을 Vd 및 Vq 명령값 계산부(32)로 출력하도록 구성된다.

Vd 및 Vq 명령값 계산부(32)는 Id 및 Iq 명령값 계산부(31)로부터 입력된 전류 명령값(Idr, Iqr)과 모터 속도(Nm)와 자속 계산부(39)(후술함)로부터 입력되는 모터 매개 변수(임피던스 및 자속)에 기초하여 d축 전류값(Id)을 d축 전류 명령값(Idr)으로 전환하기 위한 d축 전압 명령값(Vdr)과 q축 전류값(Iq)을 q축 전류 명령값(Iqr)으로 전환하기 위한 q축 전압 명령값(Vqr)을 계산하도록 구성된다.

Vdc* 명령값 계산부(33)는 Vd 및 Vq 명령값 계산부(32)에 의해 계산된 전압 명령값(Vdr, Vqr)에 기초하여 발전 전압 명령값(Vdc*)을 계산하도록 구성된다. Vdc* 명령값 계산부(33)는 상술한 발전기 제어부(8D)로 이들 값을 출력하도록 구성된다(도4).

2상/3상 컨버터(34)는 d 및 q축 전압 명령값(Vdr, Vqr)을 3상 사인파 명령값들인 3상 좌표계의 U상 전압 명령값(Vur)과 V상 전압 명령값(Vvr)과 W상 전압 명령값(Vwr)로 전환시키고 이들 값들을 진폭 보정기(36)(후술함)로 출력한다.

PI 제어부(35)는 Vdc* 명령값 계산부(33)에 의해 계산된 발전 전압 명령값(Vdc*)과 실제 발전 전압값(Vdc) 사이의 편차(ΔVdc)를 입력값으로 사용하는 PI 제어를 수행하도록 구성되며 그 결과를 진폭 보정기(36)로 출력한다. 여기에서의 설명은 ΔVdc을 PI 제어한다고 하였지만, 본 발명은 이에 제한되지 않으며 시스템을 안정화시키는 임의의 보상 방법이 사용될 수 있다.

진폭 보정기(36)는 2상/3상 컨버터(34)로부터 출력된 3상 사인파 명령값들을 보정하도록 구성되며, PWM 제어부(37)는 보정된 3상 사인파 명령값과 삼각파를 비교함으로써 PWM 명령을 계산하고 인버터(9)로 출력되는 절환 신호를 생성한다. 인버터(9)는 이들 절환 신호에 대응하는 PWM파 전압을 생성해서 이 전압을 모터(4)에 인가한다. 모터(4)는 이 전압에 의해 구동된다.

상술한 진폭 보정시, PWM 펄스 폭은 발전 전압 명령값(Vdc*)과 실제 발전 전압값(Vdc)을 비교해서 Vdc* ＞ Vdc일 때 진폭을 줄임으로써 저감된다. 그 결과, 임피던스는 높고 전압은 상승될 수 있다. 역으로, Vdc* ＜ Vdc일 때 PWM 펄스 폭은 진폭을 증가시킴으로써 증가된다. 그 결과, 임피던스는 낮고 전압은 하강될 수 있다.

계자 전류 명령값 계산부(38)는 모터 속도(Nm)에 기초하여 계자 전류 명령값을 계산하도록 구성되며 이들 값을 자속 계산부(39)로 출력한다. 자속 계산부(39) 는 자속을 계산하고 계산된 자속을 Vd 및 Vq 명령값 계산부(32)로 출력하도록 구성된다.

도6에서, PI 제어부(35)와 진폭 보정기(36)는 부하 변동부(펄스 폭 변동부)에 대응하며, PWM 제어부(37)는 PWM 제어부에 대응한다.

이하, 본 실시예의 작업에 대해 설명하기로 한다.

차량은 4륜 구동 상태에 있는 것으로 판단되고 토크 명령값(Tt)은 차륜 속도 및 가속기 페달 답입량(쓰로틀 밸브 개방도)에 기초하여 계산되었다록 가정한다. 이 경우, 발전기 제어부(8D)는 토크 명령값(Tt)으로부터 계산된 발전 전류 명령값(Idc*)과 실제 발전 전류값(Idc) 사이의 편차에 대한 PI 제어를 수행하도록 구성된다. 그 후, 발전기(7)의 계자 전류(Ifg)는 실제 발전 전류값(Idc)이 발전 전류 명령값(Idc*)과 일치하게 되도록 제어된다. 도6의 발전기(7) 특성 그래프의 라인 A에 의해 지시된 If 라인은 이 지점에서 판단된다.

모터 제어부(8E)는 토크 명령값(Tt)과 모터 속도(Nm)에 기초하여 인버터(9)의 3상 전력 요소의 절환 제어를 위한 3상 사인파 명령을 계산한다. 그 후, 모터 제어부(8E)는 3상 사인파 명령에 기초하여 PWM 명령을 계산하고 이 PWM 명령을 인버터(9)로 출력한다. 발전 전압 명령값(Vdc*)과 실제 발전 전압값(Vdc) 사이의 편차는 PI 제어를 받게 되며, 3상 사인파 명령의 진폭은 보정된다.

실제 발전 전압값(Vdc)이 발전 전압 명령값(Vdc*)보다 낮은 경우, 작동 지점은 If 라인 상의 지점 b가 될 것이다. 이와 관련하여, 임피던스는 변동되며 작동 지점 b는 모터 토크를 얻기에 가장 효율적인 작동 지점 a로 이동된다.

즉, Vdc ＜ Vdc* 상태가 존재하는 경우, 3상 사인파 명령의 진폭은 낮게 보정된다. 그 결과 PWM 펄스 폭은 좁게 되고 인버터(9)의 임피던스는 높으며 실제 발전 전압값(Vdc)은 크다. 이로 인해 작동 지점 b는 작동 지점 a와 일치하게 된다. 이는 일점 쇄선[인버터 부하가 일정할 때 발전기(7)가 얻을 수 있는 작동 지점]에 의해 지시되는 부하선을 판단하는 것에 대응한다.

따라서, 실제 발전 전압값(Vdc)과 실제 발전 전류값(Idc)은 발전 전압 명령값(Vdc*)과 발전 전류 명령값(Idc*)과 일치하게 됨으로써 모터(4)를 가장 효율적인 작동 지점에서 구동시킨다.

도6의 곡선 B1 내지 B4는 발전기(7)의 부하가 점차 변경되고 계자 전압 PWM 듀티비(C1)가 발전기(7)의 자기-여기 영역에 고정되었을 때 작동 지점의 경로이다. 곡선 B1 내지 B4는 듀티비(C1)에서의 차이를 지시한다.

따라서, 본 실시예에서, 실제 발전 전류값은 발전기 제어시 실제 발전 전류값과 발전 전류 명령값 사이의 편차에 기초하여 발전 전류 명령값에 일치하도록 제어되며, 인버터의 부하는 모터 제어시 실제 발전 전압값과 발전 전압 명령값 사이의 편차에 기초하여 변경되며, 이런 제어의 결과 실제 발전 전압값이 발전 전압 명령값에 일치하게 됨으로써, 적절한 전력 발전 제어가 수행될 수 있고 토크는 보다 효율적으로 삭감될 수 있다.

또한, 인버터의 부하는 모터로 공급되는 PWM 펄스폭을 변경하여 변경됨으로써 실제 발전 전압값은 비교적 용이하게 발전 전압 명령값에 일치하게 될 수 있다.

상술한 실시예에서는 발전 전압 명령값과 실제 발전 전압 사이의 편차에 기 초하여 3상 사인파 명령값의 펄스 폭을 보정함으로써 PWM 펄스 폭을 변경시키는 것에 대해 설명하였다. 그러나, 본 발명은 이런 방법에만 제하되지 않는다. 이런 방법 대신, PWM 펄스 폭은 예컨대 발전 전압 명령값과 실제 발전 전압 사이의 편차에 기초하여 d 및 q축 전류 명령값 또는 d 및 q축 전압 명령값과 같은 인버터의 부하에 기여하는 변수를 보정함으로써 변경될 수 있다.

또한, 상기 실시예에서, 발전 전류는 발전기 제어시 목표값에 일치화되었고 발전 전압은 모터 제어시 목표값에 일치화되었다. 그러나, 본 발명은 이런 방법에 제한되지 않는다. 이런 방법 대신에, 발전 전압은 발전기 제어시 목표값에 일치화되며 발전 전류는 모터 제어시 목표값에 일치화될 수 있다.

이하, 도8 내지 도11을 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 대해 설명하기로 한다. 도8에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 4WD 제어부(8)는 기본적으로 목표 모터 토크 계산부(8A), 모터 전력 계산부(8B), 발전기 제어부(8D), 모터 제어부(8E), TCS 제어부(8F) 및 클러치 제어부(8G)를 포함한다. 그러나, 모터 제어부(8E)와 발전기 제어부(8D)는 후술하는 바와 같이 개조되었다. 목표 모터 토크 계산부(8A), 모터 제어부(8E), TCS 제어부(8F) 및 클러치 제어부(8G)는 달리 언급하지 않는 한 제1 실시예와 동일한 방식으로 구성된다. 본 발명의 제2 실시예에 따르면, 발전기(7)에 의해 출력될 목표 출력 전력은 AC 모터(4)에 의해 요구되는 전력으로부터 계산되고 발전기(7)의 출력 전력은 목표 출력 전력이 되도록 제어됨으로써, 모터 토크는 발전기(7)와 AC 모터(7)의 조합에 의해 제어될 수 있고 그로 인해 용이한 설치와 개선된 4WD 성능이라는 효과가 얻어진다.

도7에서 모터 전력 계산부(8B)는 목표 모터 토크 계산부(8A)에 의해 계산된 토크 명령값(Tt)과 모터 속도(Nm)에 기초하여 다음의 수학식(7)로부터 모터(4)에 의해 요구되는 전력(Pm)을 계산한다.

Pm = Tt × Nm

모터 제어부(8E)는 토크 명령값(Tt)과 모터 속도(Nm)를 이용하여 도4에 도시된 공지된 벡터 제어를 수행한다. 3상 교류 전류는 인버터(9)에 3상 전력 요소의 절환 제어 신호를 출력함으로써 제어된다.

도10은 발전기(7)에 의해 발전된 전력을 제어하는 발전기 제어부(8D)의 세부 구성을 도시한 블록 다이어그램이다. 발전기 제어부(8D)는 목표 발전 전력 계산부(101)와 발전 전력 제한부(102)와 목표 발전 전력 결정부(103)와 발전 전력 제어부(104)를 포함한다. 발전기 제어부(8D)는 발전기(7)의 계자 전류(Ifg)를 제어하도록 구성된다.

목표 발전 전력 계산부(101)는 모터 전력 계산부(8B)로부터 출력되는 모터 요구 전력(Pm)에 기초하여 다음의 수학식(8)으로부터 발전기(7)에 의해 출력될 발전기 요구 전력(Pgt)을 계산하도록 구성된다.

Pgt = Pm/Иm

본 식에서 Иm는 모터 효율이다. 구체적으로, 발전기 요구 전력(Pgt)은 모터 요구 전력(Pm)보다 모터 효율(Иm)만큼 큰 양으로 출력되는 값이다.

발전 전력 제한부(102)는 발전 전력 한계값(PL1, PL2)을 출력하도록 구성된다. 발전 전력 한계값(PL1)은 발전 전력이 초과해서는 안되는 상한값이다. 발전 전력 한계값(PL1)은 발전기(7)를 구동시키는 벨트에 의해 전달될 수 있는 토크의 양에 따라 결정된다. 이 한계값은 다음의 수학식(9)로부터 계산된다.

PL1 = Tb × ωg × Иg

본 식에서 Tb는 벨트에 의해 전달될 수 있는 토크이고 ωg는 발전기(7)의 회전 속도이고 Иg는 발전기 효율이다. 따라서, 발전 전력 한계값(PL1)은 벨트에 의해 전달될 수 있는 토크가 Tb일 때 발전기(7)에 의해 발전될 수 있는 전력의 최대량에 대응한다.

발전 전력 한계값(PL2)은 발전 전력이 엔진 과부하로 인해 엔진 스트레스 또는 구동능 감소를 가져올 수 있는 수준을 넘지 않도록 설정되는 상한값이다. 발전 전력 한계값(PL2)은 엔진 토크 제어부(ECM)에 의해 주어진다.

목표 발전 전력 계산부(101)와 발전 전력 제한부(102)의 계산 결과는 목표 발전 전력 결정부(103)로 입력되며, 그 후, 발전기 요구 전력(Pg)과 발전 전력 한계값(PL1, PL2)이 저-선택 모드에 있는 상태에서 발전기(7)의 목표 출력 전력(PG)이 계산된다.

목표 출력 전력(PG)은 발전 전력 제어부(104)로 입력되며 발전 전력 제어부(104)는 발전기(7)가 목표 출력 전력(PG)을 출력하도록 실제 출력 전력(P)을 제어한다.

도10에서, 목표 발전 전력 계산부(101)와 발전 전력 제한부(102)와 목표 발전 전력 결정부(103)의 과정은 (목표 출력 전력 계산부로도 알려진) 목표 발전 전력 계산부에 대응하며, 발전 전력 제어부(104)의 과정은 계자 전류 제어부에 대응한다.

도11은 제2 실시예에서 발전 전력 제어부(104)의 블록 다이어그램이다. 본 실시예에서 발전 전력 제어부(104)는 실제 발전기 계자 전류(Ifg)를 점검하면서 발전기 계자 전류값을 피드백함으로써, 목표 출력 전력(PG)과 실제 출력 전력(P) 사이의 편차는 0이 된다.

우선, 발전기 전압 센서(14)로부터의 출력 전압(Vdc)과 발전기 전류 센서(15)로부터의 출력 전압(Idc)이 실제 전력 계산부(201)로 입력되며, 이들 값은 실제 출력 전력(P)을 계산하기 위해 곱해진다(P = Vdc × Idc).

그 후, 실제 출력 전력(P)과 목표 출력 전력(PG) 사이의 편차(ΔP)는 PID 제어부(202)로 입력되며, PID 제어부(202)는 편차(ΔP)가 0이 되도록 목표 계자 전류(Ift)를 출력한다.

본 실시예에서, 계자 전류 센서(16)는 계자 전류 감지부로서 마련되며 실제 발전기 계자 전류(Ifg)를 감지하기 위해 사용된다. 계자 전류 센서(16)에 의해 감지되는 실제 계자 전류(Ifg)와 목표 계자 전류(Ift) 사이의 편차(ΔIf)가 얻어지고 PID 제어부(203)로 출력된다. PID 제어부(203)는 편차(ΔIf)가 0이 되도록 실제 계자 전류(Ifg)를 제어한다.

그 결과, 발전기(7)의 실제 출력 전력(P)은 목표 출력 전력(PG)과 일치한다. 도11에서, 실제 전력 계산부(201)의 과정은 출력 전력 계산부에 대응하며, PID 제어부(202, 203)의 과정은 발전기 출력 제어부에 대응한다.

따라서, 제2 실시예에서, 발전기(7)에 의해 출력될 목표 출력 전력은 모터(4)에 의해 요구되는 전력으로부터 계산되며, 발전기(7)의 계자 전류는 발전기(7)의 출력 전류 및 출력 전압으로부터 계산된 실제 출력 전력이 목표 출력 전력이 되도록 제어됨으로써, 발전기(7)는 모터(4)에 의해 요구되는 전력을 적절하게 공급할 수 있고 모터(4)는 적절한 토크를 출력할 수 있다.

또한, 발전기(7)의 계자 전류는 점검되며 실제 계자 전류가 목표 계자 전류와 일치하도록 피드백이 수행되기 때문에 발전 전력은 신뢰성 있게 목표 전력으로 일치화될 수 있다.

이하, 도12 내지 도14를 참조하여 본 발명의 제3 실시예에 대해 설명하기로 한다. 제3 실시예는 제2 실시예와 동일하지만, 발전기(7)의 계자 전류가 PWM 제어를 받게 되고 이로써 목표 출력 전력과 실제 출력 전력 사이의 편차는 0으로 된다.

도12는 제3 실시예의 발전 전력 제어부(104A)의 블록 다이어그램이다. 제2 실시예에서와 마찬가지로, 실제 전력 계산부(201)는 실제 출력 전력(P)을 계산하며, 실제 출력 전력(P)과 목표 출력 전력(PG) 사이의 편차(ΔP)는 PID 제어부(204)로 입력된다. PID 제어부(204)는 편차(ΔP)에 따라 발전기(7)의 계자 전류 구동 회로의 PWM 듀티비(D)를 제어한다. 구체적으로, PG가 P보다 크면 PID 제어부는 PWM 듀티비(D)를 증가시키고 PG가 P보다 작으면 PID 제어부는 PWM 듀티비(D)를 감소시킨다.

예컨대, 다음과 같은 PID 제어가 수행된다.

D = α × (PG - P) + β×∫(PG - P)

도13은 계자 전류(Ifg) 및 PWM 듀티비(D) 사이의 관계를 도시한 그래프로서, 수평축은 PWM 듀티비(D)이고 수직축은 계자 전류(Ifg)이다. 본 그래프에 도시된 바와 같이, 듀티비(D)가 0 %일 때에는 계자 전류(Ifg)의 흐름이 없지만, 듀티비(D)가 100 %에 근접하게 됨에 따라 계자 전류(Ifg)는 증가한다.

이러한 특성은 계자 전원 전압(Vf)이 클수록 경사도가 커지고 계자 코일의 저항이 작을수록 경사도가 커진다. 이는 발전기 출력 전압(Vg)이 배터리 전압(Vb) 이하일 때에는 Ifg = a×D로 표현되고 Vg 가 Vb 보다 클 때에는 Ifg = a×Vf×D로 표현된다. 이때 "a"는 상수이다.

계자 전류(Ifg)는 PWM 구동부(205)에 의해 출력된 PWM 듀티비(D)를 제어함으로써 제어될 수 있으며, 그 결과 발전기(7)의 실제 출력 전력(P)은 목표 출력 전력(PG)으로 제어될 수 있다.

도12의 과정에서, PID 제어부(204)와 PWM 구동부(205)의 과정은 듀티비 제어부에 대응한다.

따라서, 제3 실시예에서 발전기(7)의 계자 전류는 PWM 제어를 받게 되며, 이로써 계자 전류 제어시 계자 전류에서의 전압 변동 또는 계자 코일에서의 저항 변동과 같은 모든 오차의 제공원이 실제 출력 전력과 목표 출력 전력 사이에 큰 폐곡부를 갖고 제어될 수 있으며, 따라서 제2 실시예에서와 같이 계자 전류 센서를 마 련할 필요가 없게 되어 비용을 절감시킬 수 있다.

그럼에도 불구하고, 비록 상술한 제3 실시예는 비용 절감이라는 측면에서 최적으로 구성되어 있지만 발전기 제어능이라는 면에 있어 문제가 있을 수 있다. 특히, 발전기 전압(Vg)이 배터리 전압(Vb) 이하인 경우 PWM 듀티비(D)는 계자 전류(Ifg)에 사실상 비례하지만, 발전기 전압(Vg)이 배터리 전압(Vb)보다 큰 경우 계자 전원 전압(Vf)가 증가함으로써 계자 전류(Ifg)는 소정의 듀티비(D)에서 크다. 즉, 발전기 전압(Vg)이 큰 경우 PWM 듀티비(D)는 낮은 전압에서 동일한 계자 전류(Ifg)를 발전하기 위해 저하되어야 한다.

그러나, 상술한 제3 실시예에 따르면, PWM 듀티비(D)의 증감 여부는 오직 실제 출력 전력(P) 또는 목표 출력 전력(PG)이 큰지 여부에 따라 판단되며 계자 전원 전압(Vf)의 크기는 고려되지 않는다. 따라서, 도14에 도시된 바와 같이, 예컨대 Vg ≤ Vb인 하나의 제어 지점 a로부터 Vg ≥ Vb인 다른 제어 지점 b으로의 전이가 있는 경우 곡선 A에 의해 지시되는 상태 전이가 있으며, 이는 발전 전력 과다 및 출력 변동이 발생하다는 점에서 문제가 있다.

이하, 도15 내지 도17을 참조하여 본 발명의 제4 실시예에 대해 설명하기로 한다. 제3 실시예의 단점과 관련하여 제4 실시예는 제3 실시예의 단점을 해결하는 개선점을 부가한 것이다. 따라서, 제어 지점 a로부터 제어 지점 b으로의 전이가 있는 경우 곡선 B에 의해 지시되는 것과 같은 상태 전이가 있다. 제4 실시예는 상술한 제3 실시예와 동일하지만 PWM 듀티비의 중요도는 계자 전원 전압의 크기에 따라 변화된다.

구체적으로, 제4 실시예의 발전 전력 제어부(104B)의 블록 다이어그램인 도15에 도시된 바와 같이, 제4 실시예의 구성은 제3 실시예의 PID 제어부(204) 대신 계자 전원 전압(Vf)의 크기에 따라 PWM 듀티비의 중요도를 변경시키고 PWM 듀티비(D)를 출력하는 PID 제어부(206)가 사용된다는 점을 제외하고 도12에서와 동일하다. 동일한 구성을 갖는 이들 구성 요소에 대하여는 동일한 인용 부호가 사용되며 이에 대하여는 상세히 설명하지 않는다.

상술한 제3 실시예에서와 같이, PID 제어부(206)는 실제 출력 전력(P)과 목표 출력 전력(PG) 사이의 편차(ΔP)인 입력값을 수신하고 상기 수학식(10)에 의해 표현된 PID 제어를 수행함으로써 PWM 듀티비(D)를 출력한다.

이때, α 특성은 계자 전원 전압(Vf)의 크기에 따라 변경된다. 구체적으로, 본 실시예에서 α 특성은 도16에 도시된 바와 같이 설정되는데, α는 계자 전원 전압(Vf)이 특정값보다 작은 경우 α1으로 설정되고 계자 전원 전압(Vf)이 특정값 이상인 경우 α1보다 작은 α2로 설정된다.

그 결과, 발전기 전압(Vg)이 고 영역에 있을 때, 피드백 제어시 PWM 듀티비(D)의 중요도는 전압이 낮을 때 낮게 설정될 수 있고 목표 계자 전류를 발전하기 위한 PWM 듀티비(D)는 적절하게 제어될 수 있다. 따라서, 도14에서 제어 지점 a로부터 제어 지점 b으로의 전이가 있는 경우 예컨대 곡선 B에 의해 지시되는 상태 전이를 달성할 수 있다.

따라서, 상술한 제4 실시예에서는 PWM 듀티비의 중요도가 발전기 전압의 크기에 따라 변경됨으로써, 발전기 전압이 높을 때 PWM 듀티비는 발전기 전압이 낮을 때보다 낮게 설정될 수 있으며, 상술한 제3 실시예에서 직면했던 문제, 즉 발전 전력 출력의 과도 및 출력 변동의 발생이라는 문제점에 직면하지 않고 바람직한 제어가 수행될 수 있다.

또한, 상술한 제4 실시예에서는 α 특성이 계자 전원 전압(Vf)에 따라 변하는 것으로 설명했으나, 본 발명은 이에 제한되지 않으며 α 특성은 발전기 전압(Vg)에 따라 변경될 수도 있다.

또한, 상술한 제4 실시예에서는 α 특성을 도16에 도시된 바와 같이 설정하는 것에 대해 설명했으나, 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 구체적으로, Vg가 Vb보다 클 때 계자 전류는 Ifg = a × Vf × D로 표현되는 관계 때문에 이들 특성은 발전기 전압(Vg)이 클수록 PWM 듀티비(D)의 상대적 기여도가 도17의 도표(a)에 의해 도시된 바와 같이 작게 설정될 수 있다.

도17의 도표(b)에 의해 도시된 바와 같이, 발전기 전압(Vg)이 배터리 전압(Vb) 이하일 때 α가 특별한 값으로 고정되도록 설정될 수 있다. 그러나, 발전기 전압(Vg)이 배터리 전압(Vb)보다 클 때 α는 반비례하여 감소된다.

또한, 상술한 제4 실시예에서는 α 특성이 계자 전원 전압에 따라 변하는 것으로 설명했으나, 본 발명은 이에 제한되지 않으며 β 특성도 변경될 수 있다.

이하, 도18을 참조하여 본 발명의 제5 실시예에 대해 설명하기로 한다. 제5 실시예는 상술한 제3 실시예와 동일하지만, 계자 전원 전압에 PWM 듀티비를 곱하고 그 산출값을 피드백 제어하는 단계를 포함한다.

구체적으로, 제5 실시예에 따르는 발전 전력 제어부(104C)의 블록 다이어그 램인 도18에 도시된 바와 같이, 제5 실시예의 구성은 제3 실시예의 PID 제어부(204) 대신 계자 전원 전압(Vf)과 PWM 듀티비(D)의 곱(Vf×D)을 피드백 제어해서 PWM 듀티비(D)를 출력하는 PID 제어부(207)가 사용된다는 점을 제외하고 도12의 구성과 동일하다. 동일 구성을 갖는 이들 구성 요소에 대하여는 동일한 인용 부호가 사용되며 이에 대하여는 상세히 설명하지 않는다.

PID 제어부(207)는 실제 출력 전력(P)과 목표 출력 전력(PG) 사이의 편차(ΔP)인 입력값을 수신하고 다음의 수학식(11)에 의해 표현된 PID 제어를 수행함으로써 PWM 듀티비(D)를 출력한다.

Vf × D = α × (PG - P) + β×∫(PG - P)

D = {α × (PG - P) + β×∫(PG - P)}/Vf

상술한 바와 같이, 발전기 전압(Vg)은 배터리 전압(Vb)보다 크기 때문에 계자 전류 Ifg = a×Vf×D이고, 이런 관계로부터 (Vf×D)는 계자 전류(Ifg)로 결정되고 피드백 제어를 받을 수 있다.

따라서, 상술한 제5 실시예에 따르면, 계자 전원 전압과 PWM 듀티비의 곱은 피드백 제어를 받을 수 있으며, 따라서 사실상 계자 전류가 피드백 제어되는 최종 제어 효과가 얻어진다.

또한, 계자 전원 전압이 높을 때 PWM 듀티비의 중요도는 계자 전원 전압이 낮을 때보다 낮게 설정될 수 있으며, 제4 실시예에서와 같이 α 특성의 변경맵을 제공하지 않고도 계자 전원 전압의 크기에서 인자들을 적절히 제어할 수 있게 된 다.

이하, 도19 내지 도22를 참조하여 본 발명의 제6 실시예에 대해 설명하기로 한다. 제6 실시예는 상술한 제2 실시예와 동일하지만, 발전기의 회전 속도가 매개 변수로서 사용되는 발전 전력 특성으로부터 발전 전력을 제어하는 단계를 포함한다.

구체적으로, 제6 실시예에 따르는 발전 전력 제어부(104D)의 블록 다이어그램인 도19에 도시된 바와 같이, 제6 실시예의 구성은 제2 실시예에서 사용되고 도11에 도시된 실제 전력 계산부(201)가 생략되었고 PID 제어부(202) 대신 발전기(7)의 회전 속도(ωg)와 목표 출력 전력(PG)에 기초하여 목표 계자 전류(Ift)를 출력하는 목표 계자 전류 계산부(208)가 사용된다는 점을 제외하고 도11에 도시된 제2 실시예와 동일하다. 동일 구성을 갖는 이들 구성 요소에 대하여는 동일한 인용 부호가 사용되며 이에 대하여는 상세히 설명하지 않는다.

4WD 제어부(8)는 도20에 도시된 바와 같이 발전기(7)의 다양한 속도 각각에 대한 출력 특성 맵을 저정하고 있으며 목표 계자 전류 계산부(208)는 우선 발전기(7)의 속도(ωg)에 대응하는 출력 특성맵을 조사한다.

출력 특성맵은 계자 전류(Ifg)가 특정 속도(ωg)에서 일정할 때 발전기(7)에 의해 출력되는 전류 및 전압의 도표로서, 그 수평축은 출력 전류이고 수직축은 출력 전압이다. 속도 설정은 (100 rpm과 같이) 미세 증분된다.

도21에 도시된 바와 같이 전류 속도(ωg)에서의 출력 특성맵이 얻어질 때, 목표 출력 전력(PG)이 어느 정도의 여유를 두고 공급될 수 있는 계자 전류값(IfF) 은 목표 출력 전력(PG)에 의해 결정되는 전력선(P1)에 따라 계산된다.

구체적으로, 목표 출력 전력이 효율적으로 제공될 수 있는 범위의 영역(P2)이 출력선(P1) 상에서 결정되며 이는 제어를 위해 사용되는 전압 및 전류 범위로 간주된다. 어느 정도의 허용차를 두고 이 범위를 포괄할 수 있는 특성 (3)이 선택된다. 즉, 선택되는 것은 목표 출력 전력(PG)을 효율적으로 출력하기 위한 전압과 전류가 어느 정도의 허용차를 두고 출력될 수 있는 계자 전류값이다.

다음으로, 이러한 특성(3)에 대응하는 계자 전류값(IfF)이 목표 계자 전류(Ift)로서 출력된다. 너무 큰 허용차를 갖는 특성 (4) 내지 (6)은 증가된 계자 전류가 전력을 소모하게 될 가능성이 있기 때문에 부적절하다.

실제 출력 전력(P)은 이렇게 선택된 목표 계자 전류(Ift)와 계자 전류 센서에 의해 감지된 실제 계자 전류(Ifg) 사이의 편차가 0이 되도록 제어를 수행함으로써 목표 출력 전력(PG)으로 제어된다.

도19에서의 과정에서, 목표 계자 전류 계산부(208)의 과정은 목표 계자 전류 계산부에 대응한다.

따라서, 제6 실시예에서, 발전기(7)의 계자 전류는 발전기(7)의 회전 속도가 매개 변수로서 사용되는 발전 전력 특성으로부터 제어됨으로써 적절한 전력 발전 제어가 모터(4)에 필요한 전력을 제공하도록 수행될 수 있다.

또한, 발전기(7)의 전력을 효율적으로 출력시키는 계자 전류는 발전 전력 특성으로부터 선택되며 이는 계자 전류가 너무 낮아서 토크가 얻어질 수 없게 되거나 계자 잔류가 너무 높아서 전력이 소모되는 것과 같은 상황을 효율적으로 방지한다.

상술한 제6 실시예에서는 목표 계자 전류 계산부(208)에 의해 계산된 계자 전류값(IfF)을 직접 목표 계자 전류(Ift)로서 출력하는 것으로 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 그보다는, 예컨대 온도 변동 또는 발전기 특성의 변화로 인한 특성 변화가 고려될 수 있다. 도22에 도시된 바와 같이, 목표 계자 전류 계산부(208)에 의해 계산된 계자 전류값(IfF)이 피드-포워드 범주로서 사용될 수 있고 실제 출력 전력(P)과 목표 출력 전력(PG) 사이의 편차를 이용하여 보정되는 개량된 발전 전력 제어부(104E)가 마련될 수 있다. 이 경우, PID 제어부(209)가 목표 계자 전류 계산부(208) 다음에 마련되어 아래 수학식(12)에 의해 지시된 피드백 제어를 수행하고 목표 계자 전류(Ift)를 출력한다.

Ift = IfF + A × (PG - P) + B×∫(PG - P)

여기에서, 실제 출력 전력(P)은 상술한 제1 내지 제4 실시예에서와 같이 발전기 전류 센서값에 발전기 전압 센서값을 곱합으로써 얻어진다.

이하, 도23 내지 도24를 참조하여 본 발명의 제7 실시예에 대해 설명하기로 한다. 제7 실시예는 제6 실시예와 유사하지만 발전기의 계자 전류가 PWM 제어를 받는다는 점이 다르다.

도23은 제7 실시예에 따르는 발전 전력 제어부(104F)의 블록 다이어그램이다. 우선, 상술한 제6 실시예에서와 같이, 목표 계자 전류 계산부(208)는 목표 계자 전류(Ift)를 계산하고, 목표 계자 전류(Ift)와 계자 전류 전환값 사이의 편차(ΔIft)가 PID 제어부(210)로 출력된다. PID 제어부(210)는 이 편차(ΔIft)가 0이 되도록 PWM 듀티비(D)를 출력한다.

여기에서 계자 전류는 상술한 바와 같이 Ifg = a×Vf×D로서 표현되기 때문에, 목표 계자 전류 Ift는 Ift = a×Vf×Dt로 표현되며, 이때 Dt는 목표 PWM 듀티비이다. 따라서, (Vf×D)가 계자 전류로 간주되는 계자 전류 전환값을 사용하여 피드백 제어를 수행함으로써 계자 전류가 사실상 피드백 제어를 받게 되는 제어 효과를 얻는 것이 가능하다.

PWM 구동부(211)는 이렇게 출력된 PWM 듀티비(D)를 제어함으로써 계자 전류(Ifg)를 제어한다.

따라서, 상술한 제7 실시예에서 계자 전류는 제6 실시예에서와 같은 계자 전류 센서를 제공하지 않고 피드백 제어를 받게 됨으로서 수반 비용을 절감할 수 있다.

상술한 제7 실시예에서는 목표 계자 전류 계산부(208)에 의해 계산된 계자 전류값(IfF)을 직접 목표 계자 전류(Ift)로서 출력하는 것으로 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되지 않으며, 예컨대 온도 변동 또는 발전기 특성의 변화로 인한 특성 변화가 고려될 수 있다. 도24에 도시된 바와 같이, 목표 계자 전류 계산부(208)에 의해 계산된 계자 전류값(IfF)이 피드-포워드 범주로서 사용될 수 있고 실제 출력 전력(P)과 목표 출력 전력(PG) 사이의 편차를 이용하여 보정되는 개량된 발전 전력 제어부(104G)가 마련될 수 있다.

이 경우, PI 제어부(212)가 목표 계자 전류 계산부(208) 다음에 마련되어 아래 수학식(13)에 의해 지시된 PI 제어를 수행하고 목표 계자 전류(Ift)를 출력한다.

Ift = IfF + A × (PG - P) + B×∫(PG - P)

여기에서, 실제 출력 전력(P)은 상술한 제2 내지 제5 실시예에서와 같이 발전기 전압 센서값에 발전기 전류 센서값을 곱합으로써 얻어진다.

이하, 도25 및 도26을 참조하여 본 발명의 제8 실시예에 대해 설명하기로 한다. 제8 실시예는 모터(4)에 의해 요구되는 목표 전압 및 목표 전류에 기초하여 발전기(7)의 자기장을 제어하는 단계를 포함한다는 점에서 제1 실시예와 유사하다.

구체적으로, 제8 실시예에 따르는 발전기 제어부(8D)의 상세 구성을 도시한 도25에 도시된 바와 같이, 발전기 제어부(8D)는 목표 발전 전력 계산부(301), 목표 전압 계산부(302), 목표 전류 계산부(303), 목표 계자 전류 계산부(304) 및 계자 전류 제어부(305)를 포함하며, 모터(4)에 의해 요구되는 목표 전압 및 목표 전류에 기초하여 발전기(7)의 목표 계자 전류(Ift)를 계산하기 위해 맵을 사용하며, 실제 계자 전류(Ifg)가 목표 계자 전류(Ift)가 되도록 제어를 수행한다.

목표 발전 전력 계산부(301)는 상술한 모터 전력 계산부(8B)로부터 출력되는 모터 요구 전력(Pm)에 기초하여 아래 수학식(14)으로부터 발전기(7)에 의해 출력될 목표 출력 전력(PG)을 계산한다.

PG = Pm/Иm

목표 전압 계산부(302)는 사전 저장된 맵을 참조하며 토크 명령값(Tt)과 모 터 속도(Nm)에 기초하여 모터에 의해 요구되는 목표 출력 전압(Vdc*)을 계산한다.

목표 전류 계산부(303)는 인버터(9)에 의해 요구되는 전류, 즉 발전기(7)에 의해 출력될 목표 전류(Idc*)를 목표 전압 계산부(302)에 의해 계산되는 목표 출력 전압(Vdc*)과 목표 발전 전력 계산부(301)에 의해 계산되는 목표 출력 전력(PG)에 기초하여 아래 수학식(15)에 따라 계산한다.

Idc* = PG/Vdc*

목표 계자 전류 계산부(304)는 발전기(7)의 출력 전압과 출력 전류가 목표 출력 전압(Vdc*)과 목표 전류(Idc*)가 되도록 계자 전류(Ifg)를 제어하기 위한 제어 신호를 출력한다. 구체적으로, 출력 전압, 출력 전류 및 계자 전류가 매개 변수로서 작용하는 발전기 특성맵이 사용된다.

도26의 그래프 (a)는 발전기(7)의 자기-여기 특성을 도시한다. 자기-여기의 경우, 발전기(7) 자체에 의해 발전되는 전압은 계자 전류를 흐르게 하는 데 사용됨으로써, 발전기 특성의 매개 변수는 계자 전류 그 자체가 아닌 계자 전류 구동 회로에 인가되는 전압의 듀티비이다. 즉, 이들 발전기 특성은 발전기 계자 전류의 구동 회로의 펄스폭이 일정할 때 발전기(7)에 의해 출력되는 전압과 전류를 지시한다.

도26의 그래프 (b)는 발전기(7)의 개별 여기 특성을 도시한다. 개별 여기의 경우, 계자 전류는 다른 전원으로부터 계자 전압을 인가함으로써 흐르게 됨으로써, 계자 전류 자체는 매개 변수로서 이용된다. 즉, 이들 발전기 특성은 발전기 계자 전류가 일정할 때 발전기(7)에 의해 출력되는 전압과 전류를 지시한다.

즉, 자기-여기 작업이 수행되는 경우, 도26의 그래프 (a)에 도시된 자기-여기 그래프가 참조되며, 발전기(7)의 출력 전압 및 출력 전류가 목표 전압(Vdc*)과 목표 전류(Idc*)가 되도록 목표 출력 전압(Vdc*)과 목표 전류(Idc*)에 기초하여 특성 (2)가 선택된다. 계자 전류(Ifg)를 제어하기 위한 PWM 듀티비(D)는 이런 특성 (2)에 대응하여 계자 구동 펄스폭에 기초하여 출력된다.

개별 여기 작업이 수행되는 경우, 도26의 그래프 (b)에 도시된 개별 여기 그래프가 참조되며, 발전기(7)의 출력 전압 및 출력 전류가 목표 전압(Vdc*)과 목표 전류(Idc*)가 되도록 목표 전압(Vdc*)과 목표 전류(Idc*)에 기초하여 특성 (3)이 선택된다. 이런 특성 (3)에 대응하는 계자 전류가 목표 계자 전류(Ift)에 기초하여 출력된다.

계자 전류 제어부(305)는 목표 계자 전류 계산부(304)로부터 출력되는 목표 계자 전류(Ift) 또는 PWM 듀티비(D)에 기초하여 실제 계자 전류(Ifg)를 제어한다. 그 결과, 발전기(7)는 목표 전압(Vdc*)과 목표 전류(Idc*)에 일치하는 전압과 전류를 출력한다.

도25에서, 목표 발전 전력 계산부(301)의 과정은 (목표 출력 전력 계산부로 알려진) 목표 발전 전력 계산부에 대응하고, 목표 전압 계산부(302)의 과정은 전압 계산부에 대응하고, 목표 전류 계산부(303)의 과정은 전류 계산부에 대응한다.

따라서, 제8 실시에에서, 자기장은 발전기(7)가 모터에 의해 요구되는 전압과 전류를 발전하도록 제어되어 모터에 의해 소모되는 전력과 발전기(7)에 의해 발 전되는 전력 사이에는 양호한 균형이 이루어짐으로써, 시스템 손실은 억제되고 시스템은 양호한 작업 지점에서 작동될 수 있다.

또한, 상술한 제8 실시예에서는 목표 전압 계산부(302)가 토크 명령값(Tt)과 모터 속도(Nm)에 기초한 맵을 참조함으로써 목표 전압(Vdc*)을 계산한다고 설명하였으나, 본 발명은 이 방법으로만 제한되지 않는다. 그 대신, 목표 전압(Vdc*)은 모터 제어부(8E)의 벡터 제어시 토크 명령값(Tt)에 기초하여 계산된 d축 전압 명령값(Vdr)과 q축 전압 명령값(Vqr)의 벡터합으로부터 계산될 수 있다.

또한, 상술한 제8 실시예에서는 목표 발전 전력 계산부(301)가 수학식(13)으로부터 목표 출력 전력(PG)을 계산하는 것으로 설명되었지만, 본 발명은 이 방법에만 제한되지 않는다. 발전 전력 한계값(PL1, PL2)이 상술한 제2 내지 제7 실시예에서와 같이 목표 출력 전력(PG)을 계산하기 위해 마련될 수 있다.

이하, 도27을 참조하여 본 발명의 상술한 실시예들의 작업에 대해 설명하기로 한다.

도27에서 그래프(a)는 가속기 개방도를 도시하고 그래프(b)는 차속 신호를 도시하고 그래프(c)는 엔진 명령 토크를 도시하고 그래프(d)는 토크 명령값(Tt)을 도시하고 그래프(e)는 발전기(7)의 모터 요구 전력(Pm) 및 목표 출력 전력(PG)을 도시한다.

가속기 개방도가 도27의 그래프(a)에 도시된 바와 같이 변경될 때, 전륜 속도(Vfr, Vfl)는 도27의 그래프(b)의 점선에 의해 지시된 바와 같이 변하고 후륜 속도(Vrr, Vrl)는 도27의 그래프(b)의 일점 쇄선에 의해 지시된 바와 같이 변하며, 그 결과 차속(V)은 도27의 그래프(b)의 실선에 의해 지시된 바와 같이 변한다.

ECM이 가속기 개방도 등으로부터 결정하는 토크 요구 신호(Tet)는 도27의 그래프(c)의 점선에 의해 지시되고 TCS 제어부(8F)의 전륜 견인 제어에 의해 조율되는 토크 요구 신호(Te)는 도27의 그래프(c)의 실선에 의해 지시된다.

도27의 그래프(d)의 얇은 선은 제1 모터 구동력(TΔV)이고 일점 쇄선은 제2 모터 구동력(Tv)이다. 도10의 목표 모터 토크 계산부(8A)의 상세 블록 다이어그램에 도시된 바와 같이, 제1 모터 구동력(TΔV)과 제2 모터 구동력(Tv)이 고-선택 모드에 있을 때 선택되는 신호는 목표 토크(Ttt)이며, 차속(V)과 후륜 속도(Vrr, Vrl) 사이의 관계로부터 후륜 TCS 제어가 수행되지 않는다고 가정하는 경우, Tt = Ttt이고 이는 도27의 그래프(d)의 두터운 선에 의해 지시된다.

모터 전력 계산부(8B)는 이러한 토크 명령값(Tt)에 기초하여 모터 요구 전력(Pm)을 계산하며 이는 도27의 그래프(e)의 점선에 의해 지시된다. 도10의 목표 발전 전력 계산부(101)는 모터 요구 전력(Pm)에 기초하여 발전기 요구 전력(Pg)을 계산한다. 이때, 발전 전력 제한부(102)로부터 출력되는 전력 한계값(PL1, PL2)이 발전기 요구 전력(Pg)보다 큰 경우, 발전기(7)의 목표 출력 전력(PG)은 발전기 요구 전력(Pg)과 동일하고 이는 도27의 그래프(e)의 실선에 의해 지시된다.

도27의 그래프(f) 내지 (h)에 도시된 결과는 출력되는 다양한 신호에 기초하여 상기 제1 내지 제7 실시예의 발전기의 자기장 제어를 수행함으로써 얻어진다.

도27의 그래프(f)는 발전기(7)의 실제 출력 전력(P)을 도시한다. 본 도면은 실제 출력 전력(P)이 도27의 그래프(e)의 실선에 의해 지시되는 목표 출력 전력(PG)과 일치함을 명백히 보여주며, 이는 발전기(7)가 출력하기로 예정된 전력을 적절히 출력하고 있음을 의미한다.

도27의 그래프(g)는 모터(4)의 출력 전력(P₀)을 도시한다. 본 도면은 모터(4)의 출력 전력(P₀)이 도27의 그래프(e)의 점선에 의해 지시되는 모터 요구 전력(Pm)과 일치함을 명백히 보여주며, 이는 모터 토크(T)가 토크 명령값(Tt)과 일치하도록 하기 위해 발전기가 모터(4)에 의해 요구되는 전력을 적절히 출력하고 있음을 의미한다.

또한, 도27의 그래프(h)는 모터(4)에 의해 생성되는 모터 토크(T)를 도시한다. 본 도면은 모터 토크(T)가 도27의 그래프(d)의 두터운 선에 의해 지시되는 토크 명령값(Tt)과 일치함을 명백히 보여준다.

따라서, 상술한 여러 실시예에서, AC 모터(4)에 발전기(7)를 결합함으로써, 적절한 모터 토크 제어가 발전기(7)로부터 공급되는 DC 전력을 정류자를 거쳐 3상 교류로 전환하기 위한 인버터를 사용하여 수행될 수 있다. 그 결과 연비, 승객 탑승 공간의 크기, 설치 용이성, 용이한 정류장 공유 및 4WD 성능이라는 면에 있어 종래의 기계적 4WD 시스템보다 유리한 효과를 얻게 된다.

상기 실시예(들)을 설명하기 위해 사용된 것으로서, 구성 요소, 부분, 장치 등에 의해 수행되는 작업 또는 기능을 설명하기 위해 본 명세서에서 사용되는 용어 인 "검출"은 물리적 검출을 필요로 하기 보다 이들 작업 또는 기능을 수행하기 위한 결정, 측정, 모델링, 예측 또는 계산 등을 포함하는 구성 요소, 부분, 장치 등을 포함한다. 장치의 구성 요소, 부분 또는 부품을 설명하기 위해 본 명세서에서 사용되는 용어인 "구성된"이란 원하는 기능을 수행하도록 조직된 그리고/또는 프로그램된 하드웨어 및/또는 소프트웨어를 포함한다. 또한, 청구항에서 "수단 기능"으로서 표현되는 용어는 본 발명의 그 부분의 기능을 수행하기 위해 사용될 수 있는 임의의 구조를 포함해야만 한다. 본 명세서에서 사용되는 "사실상", "약" 및 "대략"과 같은 정도 용어는 최종 결과가 크게 변하지 않도록 수식된 항목의 합리적 편차량을 의미한다. 예컨대, 이들 용어는 그 편차가 이것이 수식하는 단어의 의미를 부정하지 않는다면 수식된 용어의 적어도 ±5 %의 편차를 포함하는 것으로 이해될 수 있다.

비록 정선된 실시예들만이 본 발명을 설명하기 위해 선택되었지만, 본 개시 내용으로부터 기술 분야의 당업자에게 있어 다양한 변경 및 개조가 첨부된 특허청구범위에 한정된 발명의 범위를 벗어나지 않고 이루어질 수 있음은 자명할 것이다. 또한, 본 발명에 따르는 상기 실시예들에 대한 상기 설명은 단지 설명을 위해 제공되며, 첨부된 특허청구범위에 의해 한정된 발명 및 그 균등물을 제한하기 위한 목적이 아니다. 따라서, 본 발명의 범위는 개시된 실시예들에 한정되지 않는다.

상술한 바로부터 명백히 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따르는 발전 전력 제어 시스템은 발전기의 자기장이 적절한 발전 제어를 수행하도록 목표 발전 전력 에 기초하여 제어되며 모터 토크는 발전기와 AC 모터의 조합에 의해 제어되는 효과를 제공한다.

Claims

제1 차륜을 구동시키는 내연 기관에 의해 구동되도록 구성되는 발전기와 인버터를 이용하여 내연 기관에 의해 구동되지 않는 제2 차륜을 구동시키는 AC 모터를 구비하고 상기 인버터는 발전기로부터 AC 모터로 발전 전력을 공급하도록 배열되는 하이브리드 차량을 위한 발전 전력 제어 시스템이며,

상기 AC 모터의 AC 모터 전력 조건을 계산하도록 구성된 모터 전력 계산부와,

모터 전력 계산부에 의해 계산된 AC 모터 전력 조건에 기초하여 발전기에 의해 발전될 목표 발전 전력을 계산하도록 구성된 목표 발전 전력 계산부와,

목표 발전 전력 계산부에 의해 계산된 목표 발전 전력에 기초하여 발전기의 자기장을 제어함으로써 발전기에 의해 발전되는 발전 전력을 제어하도록 구성된 자기장 제어부를 포함하는 발전 전력 제어 시스템.
제1항에 있어서,

인버터 상의 부하를 변경하도록 구성된 부하 변경부와,

목표 발전 전력 계산부에 의해 계산된 목표 발전 전력에 기초하여 발전기에 의해 출력될 목표 발전 전압을 계산하도록 구성된 목표 발전 전압 계산부와,

목표 발전 전력 계산부에 의해 계산된 목표 발전 전력에 기초하여 발전기에 의해 출력될 목표 발전 전류를 계산하도록 구성된 목표 발전 전류 계산부를 추가로 포함하며,

상기 자기장 제어부는 목표 발전 전압과 목표 발전 전류 중 하나가 발전기의 자기장을 제어하는 목표값으로 작용하도록 발전기의 자기장을 제어하도록 추가로 구성되며,

상기 부하 변경부는 목표 발전 전압과 목표 발전 전류 중 다른 하나가 인버터 상의 부하를 변경시키는 목표값으로 작용하도록 인버터 상의 부하를 변경하도록 추가로 구성되는 발전 전력 제어 시스템.
제2항에 있어서, 상기 인버터를 제어함으로써 AC 모터에 PWM파 전압을 인가하도록 구성되는 PWM 제어부를 추가로 포함하며, 상기 부하 변경부는 PWM파 전압의 펄스폭을 변경함으로써 인버터의 부하를 변경하도록 구성되는 펄스폭 변경부인 발전 전력 제어 시스템.
제1항에 있어서, 상기 자기장 제어부는 발전기의 출력 전압 및 출력 전류로부터 발전기의 실제 출력 전력을 계산하도록 구성되는 출력 전력 계산부와, 출력 전력 계산부에 의해 계산된 실제 출력 전력이 목표 발전 전력과 사실상 동일하도록 발전기의 자기장을 제어하도록 구성된 발전기 출력 제어부를 포함하는 발전 전력 제어 시스템.
제4항에 있어서, 발전기의 계자 전류를 감지하도록 구성되는 계자 전류 감지 부를 추가로 포함하며, 상기 발전기 출력 제어부는 실제 출력 전력이 목표 발전 전력과 동일하도록 피드백 제어하기 위해 계자 전류 감지부에 의해 감지된 계자 전류를 이용하는 발전 전력 제어 시스템.
제4항에 있어서, 상기 발전기 출력 제어부는 실제 출력 전력이 목표 발전 전력과 동일하도록 발전기의 계자 전류 구동 회로의 PWM 듀티비를 제어하도록 구성되는 듀티비 제어부를 포함하는 발전 전력 제어 시스템.
제6항에 있어서, 상기 듀티비 제어부는 계자 전류 구동 회로의 전원 전압량에 기초하여 PWM 듀티비를 설정하도록 추가로 구성되는 발전 전력 제어 시스템.
제1항에 있어서, 상기 자기장 제어부는 발전기가 하나의 매개 변수로서 발전기의 회전 속도를 적어도 포함하는 발전 전력 특성에 기초하여 목표 발전 전력보다 큰 전력을 출력하도록 발전기의 목표 발전기 계자 전류를 계산하도록 구성되는 목표 계자 전류 계산부를 포함하며,

상기 자기장 제어부는 발전기의 계자 전류가 목표 계자 전류 계산부에 의해 계산된 목표 발전기 계자 전류가 되도록 제어를 수행하도록 추가로 구성되는 발전 전력 제어 시스템.
제1항에 있어서, 상기 자기장 제어부는 AC 모터에 의해 요구되는 목표 전압 을 계산하도록 구성되는 목표 전압 계산부와, 목표 발전 전력 및 목표 전압에 기초하여 AC 모터에 의해 요구되는 목표 전류를 계산하도록 구성되는 목표 전류 계산부를 포함하며,

상기 자기장 제어부는 발전기의 발전기 출력 전압 및 발전기 출력 전류가 각각 목표 전압 및 목표 전류와 동일하도록 발전기의 자기장을 제어하도록 추가로 구성되는 발전 전력 제어 시스템.
제9항에 있어서, 상기 목표 전압 계산부는 토크 명령값 및 모터 속도에 기초하여 목표 전압을 계산하도록 구성되며,

상기 목표 전류 계산부는 목표 전압으로 목표 발전 전력을 나눔으로써 목표 전류를 계산하도록 구성되는 발전 전력 제어 시스템.
제1항에 있어서, 상기 자기장 제어부는 발전기를 구동시키는 벨트에 의해 전달될 수 있는 토크의 상한값에 대응하는 전력 한계값을 이용하여 목표 발전 전력에 상한값을 제공하도록 구성되는 발전 전력 제어 시스템.
제1항에 있어서, 상기 자기장 제어부는 내연 기관 상에서 발생하는 과부하로 인한 구동능 감소를 방지하는 전력 한계값을 이용하여 목표 발전 전력에 상한값을 제공하도록 구성되는 발전 전력 제어 시스템.
제1항에 있어서,

하이브리드 차량에 의해 요구되는 구동력을 계산하도록 구성되는 차량 구동력 계산부와,

차량 구동력 계산부에 의해 계산되는 차량 구동력에 기초하여 AC 모터에 의해 출력될 구동력을 계산하도록 구성되는 모터 구동력 계산부를 추가로 포함하며,

상기 모터 전력 계산부는 모터 구동력 계산부에 의해 계산되는 모터 구동력에 기초하여 AC 모터의 모터 전력 조건을 계산하도록 구성되는 발전 전력 제어 시스템.
제13항에 있어서,

상기 인버터 상의 부하를 변경하도록 구성된 부하 변경부와,

목표 발전 전력 계산부에 의해 계산된 목표 발전 전력에 기초하여 발전기에 의해 출력될 목표 발전 전압을 계산하도록 구성된 목표 발전 전압 계산부와,

목표 발전 전력 계산부에 의해 계산된 목표 발전 전력에 기초하여 발전기에 의해 출력될 목표 발전 전류를 계산하도록 구성된 목표 발전 전류 계산부를 추가로 포함하며,

자기장 제어부는 목표 발전 전압과 목표 발전 전류 중 하나가 발전기의 자기장을 제어하는 목표값으로 작용하도록 발전기의 자기장을 제어하도록 추가로 구성되며,

부하 변경부는 목표 발전 전압과 목표 발전 전류 중 다른 것이 인버터 상의 부하를 변경시키는 목표값으로 작용하도록 인버터 상의 부하를 변경하도록 추가로 구성되는 발전 전력 제어 시스템.
제14항에 있어서, 상기 인버터를 제어함으로써 AC 모터에 PWM파 전압을 인가하도록 구성되는 PWM 제어부를 추가로 포함하며, 부하 변경부는 PWM파 전압의 펄스폭을 변경함으로써 인버터의 부하를 변경하도록 구성되는 펄스폭 변경부인 발전 전력 제어 시스템.
제13항에 있어서, 상기 자기장 제어부는 발전기의 출력 전압 및 출력 전류로부터 발전기의 실제 출력 전력을 계산하도록 구성되는 출력 전력 계산부와, 출력 전력 계산부에 의해 계산된 실제 출력 전력이 목표 발전 전력과 동일하도록 발전기의 자기장을 제어하도록 구성된 발전기 출력 제어부를 포함하는 발전 전력 제어 시스템.
제16항에 있어서, 상기 발전기의 계자 전류를 감지하도록 구성되는 계자 전류 감지부를 추가로 포함하며, 발전기 출력 제어부는 실제 출력 전력이 목표 발전 전력과 동일하도록 피드백 제어하기 위해 계자 전류 감지부에 의해 감지된 계자 전류를 이용하는 발전 전력 제어 시스템.
제16항에 있어서, 상기 발전기 출력 제어부는 실제 출력 전력이 목표 발전 전력과 동일하도록 발전기의 계자 전류 구동 회로의 PWM 듀티비를 제어하도록 구성되는 듀티비 제어부를 포함하는 발전 전력 제어 시스템.
제18항에 있어서, 상기 듀티비 제어부는 계자 전류 구동 회로의 전원 전압량에 기초하여 PWM 듀티비를 설정하도록 추가로 구성되는 발전 전력 제어 시스템.
제13항에 있어서, 상기 자기장 제어부는 발전기가 하나의 매개 변수로서 발전기의 회전 속도를 적어도 포함하는 발전 전력 특성에 기초하여 목표 발전 전력보다 큰 전력을 출력하도록 발전기의 목표 발전기 계자 전류를 계산하도록 구성되는 목표 계자 전류 계산부를 포함하며,

자기장 제어부는 발전기의 계자 전류가 목표 계자 전류 계산부에 의해 계산된 목표 발전기 계자 전류가 되도록 제어를 수행하도록 추가로 구성되는 발전 전력 제어 시스템.
제13항에 있어서, 상기 자기장 제어부는 AC 모터에 의해 요구되는 목표 전압을 계산하도록 구성되는 목표 전압 계산부와, 목표 발전 전력 및 목표 전압에 기초하여 AC 모터에 의해 요구되는 목표 전류를 계산하도록 구성되는 목표 전류 계산부를 포함하며,

자기장 제어부는 발전기의 발전기 출력 전압 및 발전기 출력 전류가 각각 목표 전압 및 목표 전류와 동일하도록 발전기의 자기장을 제어하도록 추가로 구성되 는 발전 전력 제어 시스템.
제21항에 있어서, 상기 목표 전압 계산부는 토크 명령값 및 모터 속도에 기초하여 목표 전압을 계산하도록 구성되며,

목표 전류 계산부는 목표 전압으로 목표 발전 전력을 나눔으로써 목표 전류를 계산하도록 구성되는 발전 전력 제어 시스템.
제13항에 있어서, 상기 자기장 제어부는 발전기를 구동시키는 벨트에 의해 전달될 수 있는 토크의 상한값에 대응하는 전력 한계값을 이용하여 목표 발전 전력에 상한값을 제공하도록 구성되는 발전 전력 제어 시스템.
제13항에 있어서, 상기 자기장 제어부는 내연 기관 상에서 발생하는 과부하로 인한 구동능 감소를 방지하는 전력 한계값을 이용하여 목표 발전 전력에 상한값을 제공하도록 구성되는 발전 전력 제어 시스템.
제1 차륜을 구동시키는 내연 기관에 의해 구동되도록 구성되는 발전기와 인버터를 이용하여 내연 기관에 의해 구동되지 않는 제2 차륜을 구동시키는 AC 모터를 구비하고 상기 인버터는 발전기로부터 AC 모터로 발전 전력을 공급하도록 배열되는 하이브리드 차량을 위한 발전 전력 제어 시스템이며,

상기 AC 모터의 AC 모터 전력 조건을 계산하기 위한 모터 전력 계산 수단과,

모터 전력 계산 수단에 의해 계산된 AC 모터 전력 조건에 기초하여 발전기에 의해 발전될 목표 발전 전력을 계산하기 위한 목표 발전 전력 계산 수단과,

목표 발전 전력 계산 수단에 의해 계산된 목표 발전 전력에 기초하여 발전기의 자기장을 제어함으로써 발전기에 의해 발전되는 발전 전력을 제어하기 위한 자기장 제어 수단을 포함하는 발전 전력 제어 시스템.
제1 차륜을 구동시키는 내연 기관에 의해 구동되도록 구성되는 발전기와 인버터를 이용하여 내연 기관에 의해 구동되지 않는 제2 차륜을 구동시키는 AC 모터를 구비하고 상기 인버터는 발전기로부터 AC 모터로 발전 전력을 공급하도록 배열되는 하이브리드 차량의 발전 전력을 제어하는 방법에 있어서,

상기 AC 모터의 AC 모터 전력 조건을 계산하는 단계와,

계산된 AC 모터 전력 조건에 기초하여 발전기에 의해 발전될 목표 발전 전력을 계산하는 단계와,

계산된 목표 발전 전력에 기초하여 발전기의 자기장을 제어하는 단계를 포함하는 발전 전력 제어 방법.