KR100311237B1 - 섀시다이나모미터의주행저항제어장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전기 관성 제어의 신뢰도를 개선하고 가속 및 감속 중에 차량속도를 목표 차속에 일치시켜 연료 소비량과 배기 가스 성능에 영향을 미치지 않도록 하는 개선된 섀시 다이나모미터의 주행저항 제어 장치를 제공한다.
섀시 다이나모미터의 주행저항 제어장치는 목표 차속 연산부를 구비하여, 다이나모미터의 제어 토크, 주행저항 토크, 기계 손실 토크, 검출 차속, 롤러 및 다이나모미터의 기계중량에 기초하여 목표 차속을 연산한다. 검출 차속과 목표 차속간의 차이에 따라 전기 관성 토크를 보상하여 목표 차속에 검출 차속을 근접시킨다.
본 발명은 연료 소모량과 배기가스성능이 전기 관성제어의 지연에 영향을 받지 않고 차속신호가 가속신호와 비교하여 안정적이므로, 속도제어 루프의 게인-업(Gain-Up)은 전기 관성 제어의 제어지연을 절반으로 감소시키며 본 발명에 따른 주행저항 제어장치는 그 응답성이 더욱 향상된다.

Description

섀시 다이나모미터의 주행저항 제어장치
본 발명은 섀시 다이나모미터의 주행저항 제어장치에 관한 것이다.
일반적으로, 섀시 다이나모미터는 배기가스 특성과 연료 소비량과 같은 여러 가지 특성을 측정하기 위하여, 시험 차량의 주행 시뮬레이션을 수행하는데 설치된다. 상기 시뮬레이션은 시험 차량을 섀시 다이나모미터 위에 적재하고 시험차량을 소정의 도로 패턴 하에서 주행시키면서 주행저항 제어를 수행한다. 다양한 중량을 가지는 여러 차량에 섀시 다이나모미터를 적응 시키기 위하여 종래의 섀시 다이나모미터는 시험차량의 여러 중량을 전기적으로 시뮬레이션 하는 전기적 관성제어를 이용한다.
도2에서 보는 바와 같이, 종래의 섀시 다이나모미터는 베이스에 회전 가능하게 지지되는 롤러(1)를 구비하여 시험차량(2)의 구동바퀴가 그 위에 설치된다. 다이나모미터(3)는 롤러(1)와 서로 연결되어 시험차량(2)의 구동에 의해 회전되는 롤러의 회전력을 흡수하기 위해서 설치된다. 로드셀(4)은 다이나모미터(3)의 흡수 토크를 검출한다. 스케일-업(Scale-up)부(5)는 밀리볼트(mV) 단위에서 볼트(V) 단위로 로드 출력(4)을 스케일 업 한다. 펄스 픽업(Pulse Pickup)(6)은 시험차량의 차속에 해당하는 다이나모미터(3)의 회전속도를 검출한다. 차량(2)속도를 지시하는 출력 펄스는 펄스 픽업(6)에서 주파수 변환부(주파수 변조기)(7)로 출력되고 여기서 출력펄스는 해당 전압값으로 변환된다.
주파수 변환부(7)에 연결된 주행저항 설정부(8)는 차속과 주행저항토크의 소정의 관계에 기초하여 입력전압에 해당하는 주행저항 토크 FRL을 출력한다. 기계 손실 설정부(9)는 차속 지시 전압을 수신하여 차속과 기계손실 토크간의 소정의 관계에 기초하여 차속에 해당하는 기계손실 토크 FML을 출력한다. 전압관성 설정부(10)는 미분연산부(11) 및 전기관성연산부(12)로 이루어 진다. 미분연산부(11)는 주파수 변환부(7)의 출력을 미분하여 차량(2)의 가속도 dv/dt 를 얻는다. 전기관성연산부(12)는 차량의 중량Wcar을 설정하는 관성설정부(13)의 출력 및 미분 연산부(11)의 출력으로 부터 전기 관성 토크 FE=(Wcar-Wo)dv/dt를 연산하는데, 여기서 Wo는 이미 기억된 롤러(1) 및 다이나모미터(3)의 기계중량이다.
가감산부(14)는 주행저항 토크 FRL에 전기 관성 토크 FE을 가산하고 전기 관성 토크 FE및 주행저항 토크 FRL의 합에서 기계손실 토크 FML을 감산한다. 편차 검출부(15)는 가감산부(14)의 출력이 되는 토크 명령치와 스케일-업부(5)의 출력인 검출 토크의 편차를 검출한다. 토크 제어부(16)는 편차 검출부(15)의 출력을 증폭하는 증폭부(17), 증폭부(17)의 출력에 따른 위상 제어신호를 출력하는 위상 제어부(18) 및 상기 위상 신호에 따라 스위칭을 하는 정류기(17)로 구성된다. 토크 제어부(16)는 레나드 제어 또는 인버터 제어에 의해서 AC 전원을 제어하고, 제어 전압을다이나모미터(3)에 공급한다.
도3은 종래의 주행저항 제어장치를 나타내는데, 주행저항 설정부(8)는 시험차량(2)의 검출 차속 V 에 따라 주행저항 토크 FRL을 설정하고 출력한다. 기계 손실 설정부(9)는 검출 차속 V 에 따라 기계 손실 FML을 설정하고 출력한다. 미분 연산부(11)는 검출차속 V 를 미분하여 차량(2)의 가속도를 얻는다. 전기 관성 연산부(12)는 미분 연산부(11)의 출력과 차량중량 Wcar및 롤러(1)와 다이나모미터(3)의 기계중량 Wo로부터 전기 관성 토크 FE를 식 FE=(Wcar-Wo)dv/dt 를 사용하여 연산한다. 가감산부(14)는 주행저항 토크 FRL와 전기 관성 토크 FE를 가산하고 기계 손실 토크 FML을 감산한다. 가감산부(14)의 출력은 다이나모미터 토크 제어부(20)에 입력된다. 다이나모미터 토크 제어부(20)는 다이나모미터 제어 토크 FLC를 얻고 가감산부(24)로 입력한다. 섀시 다이나모미터(21)는 롤러(1) 및 다이나모미터(3)을 포함하고 기계중량 Wo의 적분요소로 구성되는 고정관성부(22), 기계손실부(23) 및 가감산부(24)로 대표된다. 가감산부(24)는 차량중량 Wcar에 대응하는 구동 토크 Fcar에서 다이나모미터 제어 토크 FLC및 기계손실부(23)의 출력을 감산한다.
그러나, 종래의 섀시 다이나모미터의 주행저항 제어장치는 전기 관성 제어중 약 100 ms 의 제어 지연 시간이 발생한다. 따라서, 검출 차속 V 는 차량의 이상적인 주행조건하에서 얻어진 목표 차량 속도 VR에 대하여 제어 오차를 발생시킨다. 도4에서, 실선은 차량(2)이 설정된 주행저항을 받으면서 이상적으로 주행할 때 얻을 수 있는 목표 차량 속도 VR을 나타낸다. 점선은 전기 관성 제어의 지연에 영향을 받는 검출 차속 V 를 나타낸다. 도4에서 보여주는 목표 차속 VR과 검출 차속 V 의 관계는 설정된 차량중량 Wcar이 고정관성보다 클 때 확립된다. 설정된 차량중량 Wcar이 고정관성보다 작을 때는 차속의 가속과 감속은 설정된 차량중량이 고정관성보다 클 때와 비교하면 반대로 된다. 전기 관성 제어의 지연 때문에 가속 및 감속 중에 검출 차속 V 는 목표 차속에 대해 오차를 발생시킨다. 상기 오차는 차량(2)이 도로상에서 실제로 주행하는 경우와 비교하면 배기 가스 성능과 연료 소비량에 악영향을 끼친다.
본 발명의 목적은 전기 관성 제어의 신뢰도를 개선하고 가속 및 감속 중에 차량속도를 목표 차속에 일치시켜 연료 소비량과 배기 가스 성능에 영향을 미치지 않도록 하는 개선된 섀시 다이나모미터의 주행저항 제어 장치를 제공하는 데 있다.
도1은 본 발명에 따른 섀시 다이나모미터의 주행저항 제어장치를 보여 주는 블럭도이다.
도2는 종래의 주행저항 제어장치를 포함한 섀시 다이나모미터를 나타내는 블럭도이다.
도3은 종래의 섀시 다이나모미터의 주행저항 제어장치의 블럭도이다.
도4는 종래의 주행저항 제어장치의 제어편차를 설명하는 그래프이다.
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 : 롤러 2 : 시험차량
3 : 다이나모미터 8 : 주행저항 설정부
9 : 기계손실 설정부 11, 28 : 미분연산부
12 : 전기관성 연산부 14 : 가감산부
20 : 다이나모미터토크 제어부 21 ; 섀시 다이나모미터
25 : 목표차속연산부 27 : 속도증폭부
29 : 제한 비례연산부 30 : 가산부
31 : 감산부
본 발명에 따른 주행저항 제어장치는 시험차량이 설치되는 롤러와 상기롤러에 연결된 다이나모미터를 구비하여 이루어지는 섀시 다이나모미터에 관한 것이다. 상기 주행저항 제어 장치는 시험차량의 검출 차속에 따라 시험차량의 주행저항 토크를 설정하는 주행저항 설정부를 구비한다. 기계손실 설정부는 시험차량의 검출차속에 따라 기계손실 토크를 설정한다. 미분 연산부는 시험차량의 검출 차속을 미분한다. 전기 관성 연산부는 미분 연산부의 출력, 시험차량의 중량, 및 롤러와 다이나모미터의 기계중량에서 전기 관성 토크를 연산한다. 목표 차속 연산부는 검출 차속, 다이나모미터의 제어 토크, 주행저항 토크 및 기계손실 토크에서 목표 차속을 연산한다. 속도 증폭부는 목표 차속 연산부의 출력과 검출 차속 간의 편차를 증폭한다. 감산부는 전기 관성 연산부의 출력에서 속도 증폭부의 출력을 감산한다. 가감산부는 주행저항 설정부의 출력과 감산부의 출력을 가산하고 기계손실의 출력을 감산한다. 토크 제어부는 가감산부의 출력에 따라 다이나모미터의 제어 토크를 제어한다.
도1을 참조하면, 본 발명에 따른 섀시 다이나모미터의 주행저항 제어장치의 일 실시예를 도시한다. 본 발명에 따른 주행저항 제어장치는 도2의 도시된 섀시 다이나모미터에 종래의 주행저항 제어장치 대신에 적용된다.
도1에서처럼, 본 발명에 따른 주행저항 제어장치는 부분 (8, 9, 11, 12, 21, 22, 23 및 24)와 같은 도3의 종래의 주행저항 제어장치를 구성하는 요소 외에 목표 차속 연산부 (25), 편차검출부 (26), 속도 증폭부 (27) 및 감산부 (31)로 구성된다. 목표 차속 연산부 (25)는 다이나모미터 토크제어부 (20)에서 출력된 제어토크 FLC, 주행저항 설정부 (8)에서 출력된 주행저항토크 FRL,기계손실 설정부 (9) 에서 출력된 기계손실 토크 FML, 섀시 다이나모미터 (21)에서 출력된 검출 차속 V 를 수신한다. 목표 차속 연산부 (25)는 식 (1) 및 식 (2) 에서 유도되는 다음식 (3)으로부터 수신된 입력에 기초하여 목표차속 VR을 연산한다.
Fcar= FRL+ WcarR ---(1)
F'car= FLC+ FML+ WO---(2)
여기서 Fcar는 노상에서 시험차량(2)의 구동토크이고, F'car는 섀시 다이나모미터(21) 상의 시험차량의 구동토크이다.
식 (1)이 식 (2)와 동일 하다고 가정하면, 다음 식 (3)이 얻어진다.
VR= car(FEdt+WoV) ---(3)
여기서 FE= FLC+ FML- FRL이다.
목표 차속 연산부 (25)는 위와 같은 방법으로 목표 차속 VR을 연산하고 편차검출부 (26)로 연산된 목표 차속 VR을 출력한다. 편차검출부 (26)는 목표 차속 VR및 차속 V 를 수신하여 차속 V 에서부터 목표 차속 VR을 감산하여 편차를 얻는다. 편차검출부 (26)에서 얻어진 편차는 속도 증폭부 (27)로 입력된다. 속도 증폭부 (28)는 편차를 미분하기 위한 미분 연산부(28), 상기 편차를 선형 증폭한 값을 연산하는 제한비례연산부 (29) 및 미분연산부 (28)의 출력과 제한비례연산부 (29)의 출력을 가산하는 가산부 (30)을 구비한다. 속도증폭부 (27)의 출력은 감산부 (31)로 입력된다. 감산부 (31)는 속도 증폭부 (27)의 출력과 전기 관성 연산부 (12)에서 출력된 전기 관성 토크 FE를 수신하여 전기 관성 토크 FE에서 속도 증폭부의 출력을 감산한다. 감산부 (31)의 출력은 가감산부로 입력되어 감산부 (31)의 출력과 주행저항토크 FRL이 가산되고 기계손실 토크 FML이 감산된다. 다이나모미터 제어부 (20)는 가감산부(14)의 출력에 따라서 다이나모미터 (3)의 토크 제어를 수행한다.
본 발명의 상기의 실시예에서 검출 차속 V 와 목표 차속 VR의 편차에 따른 전기 관성 토크 FE를 보상하기 위한 속도 제어 루프가 설치되어 상기 보상에 의해 검출 차속 V 를 목표 차속 VR에 일치시킬 수 있다. 따라서, 연료 소모량과 배기가스성능은 전기 관성제어의 지연에 영향을 받지 않는다. 또한, 차속신호가 미분연산에 의해 얻어진 가속신호와 비교하여 안정적이므로, 속도제어 루프의 게인-업(Gain-Up)을 수행하는 것이 가능하다. 상기 게인-업은 전기 관성 제어의 제어지연을 절반으로 감소시킨다. 더욱이, 본 발명에 따른 주행저항 제어장치는 속도증폭부 (27)에서 비례미분(진행(Advance)) 연산을 수행하도록 구성되어, 그 응답성이 더욱 향상되었다.

Claims (5)

  1. 시험차량이 설치되는 롤러 및 상기 롤러에 연결된 다이나모미터를 구비하는 섀시 다이나모미터의 주행저항 제어장치에 있어서,
    시험차량의 검출 차속에 따라 시험차량의 주행저항 토크를 설정하는 주행저항 설정부;
    시험차량의 검출 차속에 따라 기계 손실 토크를 설정하는 기계손실 설정부;
    시험차량의 검출 차속을 미분하는 미분연산부;
    상기 미분연산부의 출력, 시험차량의 중량과 롤러 및 다이나모미터의 소정의 기계중량에서부터 전기 관성 토크를 연산하는 전기 관성 토크 연산부;
    상기 검출 차속, 다이나모미터의 제어토크, 상기 주행저항 토크 및 기계손실 토크에서부터 목표 차속을 연산하는 목표 차속 연산부;
    상기 목표 차속 연산부의 출력과 검출 차속의 편차를 증폭하는 속도 증폭부;
    상기 전기 관성 연산부의 출력으로부터 상기 속도 증폭부의 출력을 감산하는 감산부;
    상기 주행저항 설정부의 출력과 상기 감산부의 출력을 가산하고 상기 기계손실 설정부의 출력을 감산하는 가감산부; 및
    상기 가감산부의 출력에 따라 다이나모미터의 제어토크를 제어하는 토크제어부를 구비한 것을 특징으로 하는 섀시 다이나모미터의 주행저항 제어장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 속도 증폭부는 상기 편차의 비례치를 얻기 위한 비례 연산부, 편차의 미분을 얻기 위한 미분 연산부, 상기 비례연산부의 출력과 상기 미분 연산부의 출력을 가산하기 위한 가산부를 구비하는 것을 특징으로 하는 상기 섀시 다이나모미터의 주행저항 제어장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 목표 차속 연산부는 다음식
    (여기에서 FE= FLC+ FML- FRL이고, FLC는 제어토크, FML은 기계 손실 토크이고, Wcar은 차량 중량, Wo는 롤러와 다이나모미터의 기계 중량이고, V 는 검출 차속임)으로부터 목표 차속 VR을 연산하는 것을 특징으로 하는 상기 섀시 다이나모미터의 주행저항 제어장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 속도 증폭부는 검출 차속과 목표 차속의 편차를 미분하기 위한 미분 연산부, 상기 편차의 선형 증폭된 값을 연산하기 위한 제한 비례연산부, 및 상기 미분 연산부의 출력과 상기 제한 비례 연산부의 출력을 가산하기 위한 가산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 섀시 다이나모미터의 주행저항 제어장치.
  5. 시험차량이 설치되는 롤러 및 상기 롤러에 연결된 다이나모미터를 구비하는 섀시 다이나모미터의 주행저항 제어장치에 있어서,
    다이나모미터의 제어토크, 주행저항 토크, 기계 손실 토크, 검출 차속, 차량중량 과 롤러 및 다이나모미터의 기계적 중량에 기초하여 목표 차속을 연산하는 목표 차속 연산부; 및
    목표 차속에 검출 차속을 근접시키기 위하여 검출 차속과 목표 차속의 편차에 따라 전기 관성 토크를 보상하는 전기 관성 토크 보상부를 구비하는 것을 특징으로 하는 섀시 다이나모미터의 주행저항 제어장치.
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