KR100902941B1 - 전기자동차의 최대속도 제한방법 - Google Patents

전기자동차의 최대속도 제한방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기자동차에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 회생되는 전압의 편차를 체크하여 경사로를 감지하고, 경사로에서의 최대속도를 자동으로 제한하는 전기자동차의 최대속도 제한방법에 관한 것이다.
본 발명은 모터를 구비한 전기자동차의 최대속도 제한방법에 있어서, a) 배터리의 현재전압을 검출하는 단계; b) 검출된 상기 현재전압과 기 설정된 기준전압의 전압편차를 산출하는 단계; c) 상기 산출된 전압편차와 기 설정된 비교전압을 비교하여 경사로를 감지하는 단계; d) 상기 전압편차가 상기 비교전압보다 크면 기 설정된 최대속도를 감소시켜 갱신 등록하는 단계; 및 e) 상기 전기자동차의 현재속도를 상기 갱신된 최대속도로 감속시키는 단계를 포함할 수 있다.
Figure R1020070074499
전기자동차, 모터, 배터리, 전압 비교, 경사로 감지, 최대속도 제한, 감속

Description

전기자동차의 최대속도 제한방법{MAXIMUM SPEED LIMIT METHOD FOR ELECTRIC VEHICLE}
본 발명은 전기자동차에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 회생되는 전압의 편차를 체크하여 경사로를 감지하고, 경사로에서의 최대속도를 자동으로 제한하는 전기자동차의 최대속도 제한방법에 관한 것이다.
자동차 배기가스에 의한 환경오염을 줄이고, 제한된 석유자원에 대응할 수 있도록 , 자동차의 동력원으로서 전통적인 내연기관 엔진(internal combustion engine)(이하, "엔진"이라 약칭함) 외의 대체동력원(alternative power source)을 사용하고자 하는 시도가 이루어지고 있다. 그 대표적인 예로 전기자동차를 들 수 있다. 전기자동차는 배터리에 저장된 전기에너지를 이용하여 모터를 구동하고, 모터의 구동력을 자동차의 전체 또는 일보 동력원으로 사용하는 자동차이다.
이러한 전기자동차는, 배터리의 전기에너지만을 동력원으로 사용하는 순수 전기자동차(pure electric vehicle)와, 내연기관 엔진을 구비하여 엔진에서 발생되 는 동력을 배터리의 충전 및/또는 자동차의 구동에 사용하는 하이브리드 전기자동차(hybrid electric vehicle, HEV)로 대별된다.
전기자동차의 용어는 좁은 의미로, 하이브리드 전기자동차와 구별될 수 있도록, 순수 전기자동차만을 의미하기도 한다. 그러나 본 명세서에서 전기자동차의 용어는, 순수 전기자동차와 하이브리드 전기자동차를 포괄하는 넓은 의미로서, 하나 이상의 배터리가 구비되고 그 배터리에 저장된 전기에너지가 자동차의 구동력으로 사용되는 임의의 자동차를 지칭하는 의미로 사용된다.
전기자동차는, 제동(braking)시에 제동력의 일부를 발전에 사용하여 발생된 전기에너지를 배터리의 충전에 사용하는 시도가 이루어지고 있다. 즉, 자동차의 주행속도에 의한 운동에너지(kinetic energy)의 일부를, 발전기의 구동에 필요한 에너지로 사용함으로써, 운동에너지의 저감(즉, 주행속도의 감소)과 전기에너지의 발전을 동시에 구현하는 것이다. 이러한 방식의 제동방법을 회생제동(regenerative braking)이라고 한다. 회생제동 시 전기에너지의 생성은, 별도의 발전기로써 혹은 모터를 역 구동함으로써 이루어질 수 있다.
전기자동차의 제동 시, 회생제동 제어에 의하여 전기자동차의 주행거리(mileage)를 향상시킬 수 있다. 하이브리드 전기자동차의 경우에는 연비(fuel mileage)를 향상함과 아울러, 유해 배기가스(noxious exhaust gas) 배출을 줄일 수 있다.
통상적으로, 모터를 동력으로 사용하여 추진하는 전기자동차들은 대부분 배 터리를 동력원으로 사용한다. 동력으로 배터리를 사용하고 모터로 구동하는 전기자동차는 평지나 오르막 경사로에서 가속할 때나 속도를 유지할 경우에는 배터리의 에너지가 모터 측으로 이동하게 된다.
반대로 평지나 내리막 경사로에서 감속하거나 속도를 유지할 경우에는 모터가 회생제동을 하며 모터가 발전기처럼 동작하여 모터의 에너지가 배터리로 이동하게 된다.
속도 제어를 하는 전기자동차의 경우 액셀레이터(accelerator)를 밟으면 속도가 증가하고, 액셀레이터에 가하던 힘을 해제하면 차가 정지하기 때문에 브레이크를 사용하지 않는 경우가 종종 있다. 이러한 운전 습관 때문에 운전자는 액셀레이터를 밟은 상태에서 내리막 급경사를 진행하다가 속도가 증가하더라도 브레이크를 밟지 않아 사고가 발생할 우려가 항상 존재한다.
본 발명은 전기자동차에서 경사센서가 필요 없이 경사로를 판단하는 전기자동차의 최대속도 제한방법을 제공한다.
본 발명은 경사로를 감지하여 경사로에서 전기자동차의 최대속도를 제한함으로써 사고를 미연에 방지하는 전기자동차의 최대속도 제한방법을 제공한다.
본 발명은 모터를 구비한 전기자동차의 최대속도 제한방법에 있어서, a) 배터리의 현재전압을 검출하는 단계; b) 검출된 상기 현재전압과 기 설정된 기준전압의 전압편차를 산출하는 단계; c) 상기 산출된 전압편차와 기 설정된 비교전압을 비교하여 경사로를 감지하는 단계; d) 상기 전압편차가 상기 비교전압보다 크면 기 설정된 최대속도를 감소시켜 갱신 등록하는 단계; 및 e) 상기 전기자동차의 현재속도를 상기 갱신된 최대속도로 감속시키는 단계를 포함할 수 있다.
삭제
또한, f) 상기 c 단계에서 상기 전압편차가 상기 비교전압보다 작으면 현재 설정된 최대속도를 증가시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 d 단계는, 상기 최대속도를 "갱신 최대속도=현재 설정된 최대속도-(전압편차×감소상수)"의 공식에 의해 산출된 최대속도로 갱신 등록한다.
또한, 상기 f 단계는, 상기 최대속도를 "갱신 최대속도=현재 설정된 최대속도×증가상수"의 공식에 의해 산출된 최대속도로 갱신 등록한다.
본 발명은 배터리에 귀환되는 회생전압의 레벨을 분석하여 경사로를 판단하도록 함으로써, 별도의 경사 센서가 필요 없어 구성회로가 간소화되고, 센서의 오동작으로 인해 발생할 수 있는 사고를 미연에 방지할 수 있다.
본 발명은 내리막 경사로에서 운전자가 브레이크 페달을 밟지 않더라도 전기자동차의 최대속도가 자동으로 제한되므로, 내리막 경사로에서 전기자동차가 갱신된 최대속도를 초과한 속도로 주행될 때 자동 감속되어 사고를 미연에 방지할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예(들)에 대하여 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다. 또한, 하기의 설명에서는 구체적인 회로의 구성소자 등과 같은 많은 특정사항들이 도시되어 있는데, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 특정 사항들 없이도 본 발명이 실시될 수 있음은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차의 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차의 최대속도 제한방법의 수행과정을 나타내는 동작흐름도이다.
본 발명은 하이브리드 전기자동차 뿐만 아니라, 순수 전기자동차에도 적용 가능하다. 그러나 본 발명의 기술적 사상이 순수 전기자동차에 적용되는 실시예에 관하여는, 본 발명의 하이브리드 전기자동차에 적용된 실시예에 관한 이하의 설명으로부터 자명하다. 따라서 이하에서는 본 발명의 기술적 사상이 하이브리드 전기자동차에 적용된 실시예에 관하여 상세히 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 전기자동차는, 동력원으로서 엔진(101)과 모터/발전기 유닛(motor/generator unit: 이하, "M/G 유닛"이라 약칭함)(102)을 포함한다.
동력원에 의하여 구동되는 구동륜(driven wheel)은 전륜구동 차량(front-wheel drive vehicle)에서는 전륜(front-wheel), 그리고 후륜구동 차량(rear-wheel drive vehicle)에서는 후륜(rear-wheel)이다. 다만, 이하에서 본 발명의 실시에는 전륜구동 차량에 관하여 설명한다. 후륜구동 차량에 관한 실시예는 전륜구동 차량에 관한 이하의 설명으로부터 자명하다.
M/B 유닛(102)은 구동상태에 따라 모터로 또는 발전기로 선택적으로 기능하는 장치로서, 당업자에게 자명하다. 따라서 이하의 설명에서는 이해의 편의상 M/G 유닛(102)을 모터 혹은 발전기와 같은 명칭으로 사용할 수 있으나, 모두 동일한 구성요소를 지칭하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차에서는, 엔진(101)과 모터(102)가 직렬로 변속기(transmission)에 연결되어 있다.
M/G 유닛(102)은 모터 제어 유닛(motor control unit: MCU(103)의 제어에 따라 인버터(inverter)(104)의 신호에 의해 구동된다. 인버터(104)는 MCU(103)의 제어에 의하여, 배터리(105)에 저장된 전기에너지를 이용하여 M/G 유닛(102)을 동력원으로서 구동하고, 또한 M/G 유닛(102)을 발전기로 구동하는 경우에 M/G 유닛(102)에서 발전된 전기에너지를 배터리(105)에 충전한다.
엔진(101)과 M/G 유닛(102)의 동력은 클러치(106)를 통해 변속기(107)로 전달되며, 최종 감속 기어(final drive gear)(108)를 통해 전륜(109)으로 전달된다. 후륜(110)은 엔진(101)과 M/G 유닛(102)에 의해 구동되지 않는 비구동륜이다.
전륜(109)과 후륜(110) 각각에는 각 바퀴의 회전속도를 저감시키기 위한 휠 브레이크 장치(wheel brake apparatus)(111)가 개재된다.
그리고 각 휠 브레이크 장치(111)를 구동할 수 있도록, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차는, 브레이크 페달(112) 및 브레이크 페달(112)의 조작에 따라 생성된 유압을 기초로 각 휠 브레이크 장치(111)를 유압 제동하는 유압제어 시스템(hydraulic control system)(113)을 포함한다.
그리고 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차는, 유압제어 시스템(113)을 제어하고 유압제어 시스템(113)으로부터 브레이크 제어 상태를 수신하는 브레이크 제어 유닛(brake control unit: BCU)(114)을 포함한다.
BCU(114)는 운전자의 브레이크 페달(112) 조작 시에, 유압제어 시스템(113)에서 발생되는 유압을 검출한다. 그리고 BCU(114)는 이를 기초로 구동륜(즉, 본 발명의 일 실시예에서는 전륜(109))에 인가될 제동력과 이 중 유압에 의해 제동될 유압 제동력 및 회생제동에 의해 제동될 회생제동력을 산출한다. 이에 따라 BCU(114)는 산출된 유압제동력을 유압제어 시스템(113)의 제어를 통해 전륜(109)의 휠 브레이크 장치(111)에 공급한다.
그리고 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차는, BCU(114) 및 MCU(103)와 통신(communication)하여 이들을 제어함으로써 본 발명의 일 실시예에 따른 최대속도 제한방법을 수행하는 전기자동차를 구현하는 전기자동차 전자제어유닛(hybrid electric vehicle electronic control unit: HEV-ECU)(115)을 포함한다.
BCU(114)에서 산출된 회생제동력은 HEV-ECU(115)로 전달되고, 이에 따라 HEV-ECU(115)는 수신한 회생제동력을 기초로 MCU(103)를 제어한다. 따라서 MCU(103)는 HEV-ECU(115)로부터 지정된 회생제동력이 구현되도록 M/G 유닛(102)을 발전기로서 구동한다. 이때 M/G 유닛(102)에 의해 발전된 전기에너지는 배터리(105)에 저장된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차는, 전기자동차의 차속을 검출하는 차속 검출기(116)가 구비된다. HEV-ECU(115)는 차속 검출기(116)에서 검출된 차속을 BCU(114) 및 MCU(103)의 제어를 위한 데이터로 활용한다.
그리고 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차는, 배터리(105)의 전압을 검출하는 배터리 전압 검출부(117)를 포함한다. 배터리 전압 검출부(117)는 배터리(105)의 현재전압을 검출하고, 검출된 현재전압과 기 설정된 기준전압의 편차에 따라 HEV-ECU(115)가 전기자동차의 최대속도를 제한할 수 있도록 결과데이터를 제공한다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차의 최대속도 제한방법은 도 2에 도시된 바와 같다.
전술한 바와 같이, 모터(102)를 동력으로 사용하여 추진하는 전기자동차들은 대부분 배터리(105)를 동력원으로 사용한다. 동력으로 배터리(105)를 사용하고 모터(102)로 구동되는 전기자동차는 평지나 오르막 경사로에서 가속할 때나 속도를 유지할 때에는 배터리(105)의 에너지가 모터(102) 측으로 이동하게 된다. 반대로 평지나 내리막 경사로에서 감속하거나 속도를 유지할 때에는 모터(102)가 회생제동을 하고 모터(102)가 발전기로 동작하며 모터(102)의 에너지가 배터리(105)로 이동하게 된다.
급한 내리막 경사로를 내려오며 모터(102)가 제동할 때에는 배터리(105)로 이동하는 에너지가 많아지게 되고 배터리(105)는 발생하는 전기에너지를 화학에너 지로 신속하게 변환하지 못하여 배터리(105)의 전압이 기 설정된 기준 전압보다 높아지게 된다.
전압의 상승은 배터리(105)의 특성마다 상이하지만 내리막 경사가 급할수록 배터리(105)의 전압도 비례하여 상승한다.
HEV-ECU(115)에서 배터리(105)의 현재 전압을 검출한다(S101).
검출된 현재전압은 기 설정된 배터리(105)의 기준전압과 비교되는데, HEV-ECU(115)는 배터리(105)의 현재전압과 기준전압의 차로부터 전압편차를 산출한다(S102).
HEV-ECU(115)는 산출된 전압편차와 기 설정된 비교전압의 크기를 비교한다(S103). 이 단계(S103)에서 전압편차가 비교전압보다 큰 경우에는 현재 전기자동차가 내리막 경사로를 주행 중인 것으로 판단하고, 현재 설정된 최대속도를 아래의 수학식 1과 같은 연산을 통해 산출된 값으로 갱신 등록한다(S104).
갱신 최대속도=현재 설정된 최대속도-(전압편차×감소상수)
또한, HEV-ECU(115)는 현재속도가 갱신된 최대속도보다 큰 값인가를 분석하고(S105), 현재속도가 갱신된 최대속도보다 큰 값이면 전기자동차의 현재속도를 최대속도만큼 감속시킨다(S106).
HEV-ECU(115)에서 감속 명령이 출력되면, MCU(103)는 감속명령을 수신하여 인버터(104)를 통해 모터(102)의 구동을 감속하거나 BCU(114)를 통해 휠 브레이크 장치(111)를 구동시킨다. 이에 따라 전기자동차는 감속하고, 회생과정에 의해 배 터리(105)로 귀환되는 에너지의 량이 감소한다.
만약 위의 단계(S105)에서 현재속도가 최대속도보다 큰 값이 아니면 속도 감속과정은 수행되지 않는다.
여기서, 최대속도를 갱신함에 있어서, 최대속도의 최저치를 미리 설정해두고, HEV-ECU(115)는 최대속도가 이 최저치 이하로 내려가는 것을 방지한다.
한편, 단계(S103)에서 전압편차가 기 설정된 비교전압보다 크지 않으면 HEV-ECU(115)는 현재 설정된 최대속도를 아래의 수학식 2와 같은 연산을 통해 산출된 값으로 갱신 등록한다(S107).
갱신 최대속도=현재 설정된 최대속도×증가함수
또한, HEV-ECU(115)는 전기자동차의 현재속도를 갱신된 최대속도에 도달할 때가지 가속시킨다(S108, S109).
이때, 최대속도를 갱신함에 있어서, 최대속도의 최대치를 미리 설정해두고, HEV-ECU(115)는 최대속도가 이 최대치 이상으로 올라가는 것을 방지한다.
따라서 배터리의 귀환전압을 분석하여 경사로를 판단하고, 내리막 경사로에서 운전자가 브레이크 페달을 밟지 않더라도 전기자동차의 최대속도가 자동으로 제한되므로, 사고를 미연에 방지할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예(들)에 관해 설명 하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예(들)에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차의 구성도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차의 경사로 감지 및 최대속도 제한방법의 수행과정을 나타내는 동작흐름도.
＜도면의 주요부분에 사용된 부호의 설명＞
102: M/G 유닛 105: 배터리
115: HEV-ECU 117: 배터리전압 검출부

Claims (5)

  1. 삭제
  2. 모터를 구비한 전기자동차의 최대속도 제한방법에 있어서,
    a) 배터리의 현재전압을 검출하는 단계;
    b) 검출된 상기 현재전압과 기 설정된 기준전압의 전압편차를 산출하는 단계;
    c) 상기 산출된 전압편차와 기 설정된 비교전압을 비교하는 단계;
    d) 상기 전압편차가 상기 비교전압보다 크면 기 설정된 최대속도를 감소시켜 갱신 등록하는 단계; 및
    e) 상기 전기자동차의 현재속도를 상기 갱신된 최대속도로 감속시키는 단계를 포함하는 전기자동차의 최대속도 제한방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    f) 상기 c 단계에서 상기 전압편차가 상기 비교전압보다 작으면 현재 설정된 최대속도를 증가시키는 단계
    를 더 포함하는 전기자동차의 최대속도 제한방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 d 단계는,
    상기 최대속도를
    갱신 최대속도=현재 설정된 최대속도-(전압편차×감소상수)
    의 공식에 의해 산출된 최대속도로 갱신 등록하는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 최대속도 제한방법.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 f 단계는,
    상기 최대속도를
    갱신 최대속도=현재 설정된 최대속도×증가상수
    의 공식에 의해 산출된 최대속도로 갱신 등록하는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 최대속도 제한방법.
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