KR100534796B1 - 4륜 하이브리드 전기자동차의 제동 제어방법 - Google Patents

4륜 하이브리드 전기자동차의 제동 제어방법 Download PDF

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Abstract

4륜 하이브리드 전기자동차에서 전/후륜 모터의 리젠(Regeneration ; 회생 발전) 토크 제어를 통해 제동에 의한 노즈 다운(Nose Down) 현상의 발생을 배제하여 안정된 차량 자세 제어를 제공하도록 하는 것으로,
주행 중 제동 요구가 검출되는지를 판단하는 과정, 제동 요구가 검출되면 리젠 토크 제어 조건을 만족하는지 판단하는 과정, 리젠 토크 제어 조건을 만족하면 브레이크 답력에 대한 제동 요구 토크를 산출하여 전륜 모터의 리젠 토크를 제어하는 과정, 전륜 모터의 리젠 토크 제어값이 제동 요구 토크값을 초과하면 전륜 모터의 리젠 토크 제어값을 설정된 양만큼 감소 제어함과 동시에 후륜 모터의 리젠 토크 제어를 개시하는 과정, 전륜 모터에서의 감소분 만큼 후륜 모터의 리젠 토크를 증가시켜 전륜 모터 및 후륜 모터에 대한 리젠 토크를 제어하는 과정 및 제동 요구의 해제에 따라 리젠 토크 제어를 클리어 하는 과정을 포함한다.

Description

4륜 하이브리드 전기자동차의 제동 제어방법{BRAKING CONTROL METHOD FOR 4 WHEEL HYBRID ELECTRIC VEHICLE}
본 발명은 4륜 하이브리드 전기자동차에 관한 것으로, 더 상세하게는 전/후륜 모터의 리젠(Regeneration ; 회생 발전) 토크 제어를 통해 제동시 노즈 다운(Nose Down) 현상의 발생을 배제하여 안정된 차량 자세 제어를 제공하도록 하는 4륜 하이브리드 전기자동차의 제동 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로, 하이브리드 전기자동차는 엔진과 배터리의 전원으로 구동되는 모터로 이루어지는 동력원이 구비되며, 전륜에 상기의 동력원을 적절히 조합한 구조를 적용하여 차량의 출발시나 가속시에 배터리의 전압에 의해 동작되는 모터의 동력 보조로 연비 향상을 유도한다.
또한, 4륜(Wheel Drive) 하이브리드 전기자동차는 차량의 전륜에 엔진과 독립적인 모터가 장착되고, 후륜에도 독립적인 모터가 장착되어 구성된다.
따라서, 주행 상황에 따라 후륜에 장착된 모터로만 차량을 구동하는 전기차 모드와 전륜의 엔진만이 동작하는 주행모드, 전륜의 엔진이 주 동력원으로 작용하고 전륜의 모터가 동력을 보조하는 하이브리드 모드 및 전륜의 엔진과 모터 그리고 후륜의 모터가 모두 작동되도록 하는 4륜 하이브리드 주행모드의 구현이 가능하다.
또한, 엔진 시동의 경우 전륜 모터가 아닌 별개의 스타트 제너레이터(Start Generator)로 시동이 가능하도록 되어 있다.
이로 인하여 아이들 정지시에도 모터로 독립 구동이 가능하며, 필요시 모터 구동 중에도 엔진 시동이 가능하도록 되어 있다.
이와 같은 4륜 하이브리드 전기자동차는 주행 중 차량 제동시 전륜/후륜 모터를 리젠시킴으로써 운동에너지를 전기에너지로 흡수하여 배터리를 충전하며, 더불어 발전 토크에 해당하는 제동 토크를 얻어 브레이크 제동 효과를 증대시킨다.
그러나, 전/후륜 모터를 일방적인 동일한 토크로 리젠시켜 회생 에너지를 얻는 제동 토크 제어를 수행함으로 인하여, 차량 제동 제어가 불안전하게 되어 고속 제동시 차량이 급격히 앞으로 쏠리는 노즈 다운(Nose Down) 현상이 발생하게 되며, 이에 따라 차량 자세 제어가 불안정하여 지는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로, 그 목적은 차량 제동시 별도의 디스크 브레이크 제어 시스템을 사용하지 않고도 전/후륜 모터에 대하여 독립적인 리젠 토크 제어를 통하여 제동에 의한 노즈 다운 현상이 발생되지 않도록 하여 제동시 안정된 차량 자세가 유지되도록 한 것이다.
상기와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은 4륜 하이브리드 전기자동차에 있어서, 주행 중 제동 요구가 검출되는지를 판단하는 과정; 제동 요구가 검출되면 리젠 토크 제어 조건을 만족하는지 판단하는 과정; 리젠 토크 제어 조건을 만족하면 브레이크 답력에 대한 제동 요구 토크를 산출하여 전륜 모터의 리젠 토크를 제어하는 과정; 전륜 모터의 리젠 토크 제어값이 제동 요구 토크값을 초과하면 전륜 모터의 리젠 토크 제어값을 설정된 양만큼 감소 제어함과 동시에 후륜 모터의 리젠 토크 제어를 개시하는 과정; 전륜 모터에서의 감소분 만큼 후륜 모터의 리젠 토크를 증가시켜 전륜 모터 및 후륜 모터에 대한 리젠 토크를 제어하는 과정 및; 제동 요구의 해제에 따라 리젠 토크 제어를 클리어 하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 4륜 하이브리드 전기자동차의 제동 제어방법을 제공한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명에 따른 운전 정보 검출부(10)와, ECU(Electric Control Unit ; 20), TCU(Torque Control Unit ; 30), HCU(Hybrid Control Unit ; 40), 배터리(50), BMS(Battery Management System ; 60), MCU(Motor Control Unit ; 70), 엔진(80), 제1인버터(90), 제2인버터(100), 제1모터(110), 제2모터(120) 및 CVT(Continuously Variable Transmission ; 130)로 구성된다.
운전 정보 검출부(10)는 운전자의 출발 및 가속 요구에 대한 APS(Accel Position Sensor) 신호와 제동 제어하는 브레이크 페달의 답력, 변속단 선택에 대한 인히비터 스위치의 신호 등 운전자의 운전 요구신호를 검출한다.
ECU(20)는 운전자의 운행 요구 신호와 냉각수온, 엔진 토크 등의 엔진 상태 정보 및 상위 제어기인 HCU(40)의 제어에 따라 엔진(80)의 동작에 대한 제반적인 동작을 제어한다.
TCU(30)는 현재의 차속, 기어비, 클러치 상태 등의 정보를 검출하여 상위 제어기인 HCU(40)의 제어에 따라 CVT(130)의 출력 토크 조절에 대한 전반적인 동작을 제어한다.
HCU(40)는 상위 제어기로 각 제어기들을 통합 제어하며, 현재의 운전조건과 배터리(50)의 SOC 상태에 따라 전륜 모터(110) 및 후륜 모터(120)의 구동을 제어하며, 제동 요구가 검출되는 경우 브레이크 답력에 따른 제동 요구 토크치를 연산하고, 감가속도가 설정된 기준속도 이상인 경우 전륜 모터(110)및 후륜 모터(120)에 대한 독립적인 리젠 제어를 총괄한다.
배터리(50)는 4륜 하이브리드 전기자동차에서 동력 보조를 위해 전륜 모터(110) 및 후륜 모터(120)에 구동 전압을 공급하는 고용량 고전압이 배터리로 구성되며, 제동 제어시 발생되는 회생 에너지 및 엔진(80)의 출력에 의해 충전된다.BMS(60)는 상기 배터리(50)의 전압, 전류, 온도 등의 정보를 종합 검출하여 배터리(50)의 SOC 상태를 관리 제어하며, 출력되는 전류량을 제어한다.
삭제
MCU(70)는 상위 제어기인 HCU(40)의 제어에 따라 전륜모터(110) 및 후륜모터(120)의 구동 속도 및 토크를 제어하며, 제동시 전륜모터(110) 및 후륜모터(120)에 대하여 독립적인 리젠 제어를 실행한다.
엔진(80)은 상기 ECU(20)의 제어에 의해 동작되며, 출력 샤프트가 전륜 모터(110)를 통해 CVT(130)에 직결된다.
제1인버터(90)는 MCU(70)의 제어에 따라 배터리(50)에서 인가되는 DC 전압을 스위칭 수단인 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)를 통해 교류 3상 전압으로 변환하여 엔진(80)의 출력 샤프트에 직결되는 전륜 모터(110)를 구동시킨다.
제2인버터(100)는 MCU(70)의 제어에 따라 배터리(50)에서 인가되는 DC 전압을 스위칭 수단인 IGBT를 통해 교류 3상 전압으로 변환하여 후륜 모터(120)를 구동시킨다.
전술한 바와 같은 기능을 포함하는 본 발명에 따른 4륜 하이브리드 전기자동차에서 제동시 전/후륜 모터에 대하여 독립적인 리젠 제어를 통해 제동 제어를 실행하는 동작에 대하여 설명하면 다음과 같다.
4륜 하이브리드 전기자동차가 소정의 목적지로 주행하는 상태에서(S101) 운전 정보 검출부(10)에 운전자의 제동 요구가 검출되는지를 판단한다(S102).
상기에서 운전자의 제동 요구가 검출되면 상위 제어기인 HCU(40)는 도시되지 않은 차속 센서로부터 제동 요구 시점에서의 주행 차속을 검출하여(S103) 주행 차속이 리젠 토크 제어 실행을 위해 설정한 제한 차속 이상의 속도로 주행 중에 있는지를 판단한다(S104).
상기에서 리젠 제어 실행을 위해 설정한 제한 차속 이상의 속도로 주행하고 있는 상태이면 제동 요구에 따라 발생되는 감가속도(G)를 연산하여 설정된 기준 감가속도 이상인지를 판단한다(S105).
상기에서 감가속도(G)가 설정된 기준 감속도 이상인 것으로 판단되면 노즈 다운 제한 제동을 위한 리젠 토크 제어모드로 진입한다.
이때, 브레이크 답력에 대한 제동 요구 토크를 전륜 모터(110)에 먼저 인가하여 차량에 필요한 제동력을 확보함과 동시에 후륜에 제동 토크를 가함으로써, 차체가 회전하는 현상이 발생되지 않도록 제어한다.
따라서, 운전자의 제동 요구에 대한 브레이크 답력으로부터 제동 요구 토크치를 연산한다(S106)(S107).
HCU(40)는 브레이크 답력으로부터 연산되는 제동 요구 토크치를 전륜 모터(110) 제동 리젠 토크 제어를 위한 값으로 결정하여(S108), MCU(70)를 통해 전륜 모터(110)의 리젠 토크를 제어함으로써, 리젠 제어에 따른 회생 운동 에너지를 전기 에너지로 회수하여 배터리(50)를 충전시킨다(S109).
상기와 같이 전륜 모터(110)에 대한 리젠 제어에 의한 제동 제어가 실행됨에 따라 전륜 모터(110)의 제동 리젠 토크가 브레이크 답력으로부터 연산된 제동 요구 토크 이상인지를 판단한다(S110).
상기에서 전륜 모터(110)의 제동 리젠 토크가 브레이크 답력으로부터 연산된 제동 요구 토크 이하의 상태를 유지하면 상기 S109의 단계로 리턴하고, 전륜 모터(110)의 제동 리젠 토크가 제동 요구 토크 이상일 경우에 현재 제어되는 리젠 토크에서 설정된 소정의 값만큼의 토크(αTq)를 감소시켜 전륜 모터(110)의 리젠 토크를 제어한다(S111).
이때, 전륜 모터(110)에서 소정의 값만큼 토크(αTq)가 감소된 리젠 토크를 후륜 모터(120)의 리젠 토크에 가산 해당 토크(αTq)를 증가시켜 후륜 모터(120)의 리젠 토크로 결정한 다음 MCU(70)를 통해 후륜 모터(120)에 전륜 모터(110) 보다 더 많은 양의 리젠 토크가 제어되도록 함으로써, 제동 제어에 따른 회생 운동 에너지를 전기 에너지로 회수하여 배터리(50)를 충전시키며(S112) 이에 따라 차량이 앞으로 쏠리는 노즈 다운이 발생되는 것을 방지한다.
즉, 첨부된 도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 전륜 모터(110) 및 후륜 모터(120)에 대한 리젠 토크가 전륜에서 후륜으로 천이된다.
이때, 전륜 모터(110)의 제동 토크와 후륜 모터(120)의 제동 토크 합은 항상 초기 전륜 모터(110)에 걸려진 최대 제동 토크가 유지되어 안정된 제동력이 유지된다.
상기와 같이 전륜 모터(110) 및 후륜 모터(120)에 대하여 리젠 토크가 제어되는 상태에서 후륜 모터(120)의 제동 리젠 토크가 브레이크 답력으로부터 연산되는 제동 요구 토크를 초과하는지 판단하여(S114), 제동 요구 토크를 초과하는 것으로 판단되면 전륜 모터(110) 및 후륜 모터(120)에 대한 리젠 토크 제어를 현재의 토크로 유지한다(S115).
상기와 같이 리젠 토크 제어가 수행되는 상태에서 브레이크 답력이 해제됨에 따른 제동 요구의 해제가 검출되는지를 판단하여 제동 요구의 해제가 검출되면 리젠 토크 제어를 해제한 후 초기 상태로 리턴된다(S116).
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 제동시 발생하는 노즈 다운 현상을 특별한 디스크 브레이크에 의한 브레이크 제어로 제어하지 않고 모터 리젠 토크 제어를 통하여 제어함으로 에너지의 회수를 극대화하여 차량 연비를 향상시키고, 차량 제동 자세 제어를 효과적으로 실현한다.
도 1은 본 발명에 따른 4륜 하이브리드 전기자동차의 구성을 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 4륜 하이브리드 전기자동차에서 제동 제어를 실행하는 일 실시예의 흐름도.
도 3은 본 발명에 따른 4륜 하이브리드 전기자동차에서 제동 제어 실행에 대한 그래프.

Claims (5)

  1. 4륜 하이브리드 전기자동차에 있어서,
    주행 중 제동 요구가 검출되는지를 판단하는 과정;
    제동 요구가 검출되면 리젠 토크 제어 조건을 만족하는지 판단하는 과정;
    리젠 토크 제어 조건을 만족하면 브레이크 답력에 대한 제동 요구 토크를 산출하여 전륜 모터의 리젠 토크를 제어하는 과정;
    전륜 모터의 리젠 토크 제어값이 제동 요구 토크값을 초과하면 전륜 모터의 리젠 토크 제어값을 설정된 양만큼 감소 제어함과 동시에 후륜 모터의 리젠 토크 제어를 개시하는 과정;
    전륜 모터에서의 감소분 만큼 후륜 모터의 리젠 토크를 증가시켜 전륜 모터 및 후륜 모터에 대한 리젠 토크를 제어하는 과정 및;
    제동 요구의 해제에 따라 리젠 토크 제어를 클리어 하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 4륜 하이브리드 전기자동차의 제동 제어방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제동 요구에 따른 리젠 토크 제어 조건은 제동 요구 시점에서의 주행 차속이 기준 차속 이상이고, 제동에 따른 감가속도(G)가 설정된 기준값 이상을 유지하는 조건인 것으로 특징으로 하는 4륜 하이브리드 전기자동차의 제동 제어방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기에서 제동 요구 검출시 리젠 토크 제어 조건을 만족하지 않으면 통상적인 제동 제어만을 실행하는 것을 특징으로 하는 4륜 하이브리드 전기자동차의 제동 제어방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전륜 모터 및 후륜 모터에 분배되는 리젠 토크의 합은 항상 초기 전륜 모터에 걸려진 최대 리젠 토크가 유지되는 것을 특징으로 하는 4륜 하이브리드 전기자동차의 제동 제어방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전륜 모터에 리젠 토크가 제어가 실행된 다음 후륜 모터로 리젠 토크가 천이되면 전륜 모터 보다 후륜 모터에 αTq 만큼의 리젠 토크가 더 가해지는 것을 특징으로 하는 4륜 하이브리드 전기자동차의 제동 제어방법.
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