KR100980079B1 - 전기 차량을 위한 경사 유지 - Google Patents

전기 차량을 위한 경사 유지 Download PDF

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올리버 에이. 주니어. 벨
워렌 클락
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텍스트론 인크.
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Abstract

모터와 전기기계형 제동기를 구비한 전기 유틸리티 차량의 제동 방법은, 상기 전기 유틸리티 차량의 정지 상태를 유지하기 위해 상기 전기 유틸리티 차량의 상기 모터로 명령되는 전류량, 전압, 및 전력 중 적어도 하나를 나타내는 값을 저장하는 것; 상기 저장 이후에 상기 전기기계형 제동기의 주차 제동 기능을 유발하는 것; 상기 예약 이후에 상기 모터를 비활성화하는 것; 가속 페달이 밟히면 상기 저장된 값으로 상기 전류, 전압, 및 전력 중 적어도 하나를 상기 모터로 명령하는 것; 그리고 상기 명령 후에 상기 주차 제동 기능을 유발억제하는 것을 포함한다.

Description

전기 차량을 위한 경사 유지{HILL HOLD FOR AN ELECTRIC VEHICLE}
본 발명은 경사(hill)에 있는 전자 유틸리티 차량들(electric utility vehicles)에게 제동(braking) 및 가속(acceleration)을 제공하는 것에 관한 것이다.
본 설명은 단지 본 발명과 관련된 배경기술을 제공하기 위한 것으로서, 종래 기술(prior art)을 구성하는 것은 아니다.
정비 차량들(maintenance vehicles), 카고 차량들(cargo vehicles), 셔틀 차량들(shuttle vehicles), 그리고 골프 카(golf cars)와 같은 유틸리티 차량들(utility vehicles)이 경사에 위치해 있을 때 유휴 구간 동안 차량 롤-백 이벤트(vehicle roll-back events)를 경험할 수 있다. 특히, 만일 유틸리티 차량이 충분한 경사(sufficient grade)를 갖는 표면에서 운행되지 않는 상태(idling)에 있다면 가속기(accelerator)가 한번 밟히고 주차 제동기(parking brake)가 풀어졌을 때(released) 유틸리티 차량은 후진이 유발될 수 있을 것이다.
특히, 주차 제동기가 풀렸을 때 모터 전류가 차량의 위치를 유지하기에 충분치 않은 경우 전자 유틸리티 차량들에서 이러한 현상이 발생하게 된다. 어떤 경우, 한정된 모터 전류(limited motor current)는 저속에서 제한된 동적 제동 능력(dynamic braking capability)으로부터 유래된다. 또 다른 경우, 한정된 모터 전류는 제로(zero)부터 동적 제동(dynamic braking)이 발생될 수 있는 지점까지 형성된 펄스폭변조신호(pulse width modulated signal)의 시간 지연으로부터 유래된다.
따라서, 본 발명의 목적은 상술한 제반 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 전기 유틸리티 차량이 경사에 정차한 후 가속기가 처음 밟혀졌을 때 롤링 백 현상과 앞으로 튀어나오는 현상이 방지될 수 있는 경사 유지 방안을 제공하는 데 있다.
따라서, 모터와 전기기계형 제동기를 구비한 전기 유틸리티 차량의 제동 방법이 제공된다. 상기 제동 방법은, 상기 전기 유틸리티 차량의 정지 상태를 유지하기 위해, 상기 전기 유틸리티 차량의 상기 모터로 명령되는 전류량, 전압, 및 전력 중 적어도 하나를 나타내는 값을 저장하는 것; 상기 저장 이후에 상기 전기기계형 제동기의 주차 제동 기능을 유발하는 것; 상기 유발 이후에 상기 모터를 비활성화하는 것; 가속 페달이 밟히면 상기 저장된 값으로 상기 전류, 전압, 및 전력 중 적어도 하나를 상기 모터로 명령하는 것; 그리고 상기 명령 이후에 상기 주차 제동 기능을 유발억제하는 것을 포함하는 것을 특징으로 한다.
다른 형태로서 전기 유틸리티 차량의 동적 제동을 제어하는 시스템이 제공된다. 상기 시스템은 제동 페달의 위치에 대응되는 제동 신호를 발생하는 제동 페달 위치 센서를 포함한다. 가속 페달 위치 센서는 가속 페달의 위치에 대응되는 가속 신호를 발생한다. 제어기는 상기 제동 신호 및 상기 가속 신호를 받아들이고, 상기 제동 신호 및 상기 가속 신호를 근거로 하여 모터 제어 신호를 모터로 전송한다. 상기 제어기는 상기 전기 유틸리티 차량이 소정의 제 1 속도에 이르렀을 때, 전류량, 전압, 및 전력 중 적어도 하나를 나타내는 값을 저장한다. 상기 제어기는 상기 가속 신호가 상기 전기 유틸리티 차량의 속도를 소정의 제 2 속도 이상으로 증가시키는 명령을 나타낼 때 상기 저장된 값과 일치하는 상기 모터 제어 신호를 발생 한다.
본 발명의 다른 응용 분야는 여기에 개시된 설명으로부터 명백할 것이다. 본 출원에 개시된 발명에 대한 설명 및 실시 예는 단지 설명을 위한 것일 뿐 본 발명의 권리범위를 제한하려는 것은 아니다.
이상과 같은 본 발명에 의하면, 전기 유틸리티 차량이 경사에 정차한 후 가속기가 처음 밟혀졌을 때 롤링 백 현상과 앞으로 튀어나오는 현상이 방지된다.
아래에 기술된 내용은 단지 예시적인 것이며, 결코 본 발명의 개시, 응용 또는 용도를 제한하려고 한 것은 아니다. 설명을 명확히 하기 위해, 도면에서는 동일한 참조 번호들이 동일한 구성요소들을 구별하기 위해 사용될 것이다.
도 1은 다양한 실시 예에 따른 경사 유지 시스템(hill holding system)을 포함하는 전자 유틸리티 차량(10)을 예시적으로 보여주는 블록도로서 여기에 보여진 시스템에 한정되는 것은 아니다.
모터(12)는 스플라인 샤프트(spline shaft)와 같은 출력 샤프트(output shaft ; 14)를 통해, 입력 샤프트(input shaft)와 같은 후방 차축(rear axle ; 16) 의 입력에 연결(couple)된다. 모터(12)는 전기 모터(electrical motor), 제너레이터(genertor) 또는 모터 제너레이터 기술에서 알려져 있는 것, 예를 들어 AC 인덕션 머신(AC induction machines), DC 머신(DC machines), 동기 머신(synchronous machines), 그리고 스위치 자기저항 머신(switched reluctance machines)를 포함하여 여기에 한정되지 않는다. 차동장치(differential ; 15)는 후방 차축(16)을 구동하여 후방 구동 휠들(rear driven wheels ; 20A, 20B)을 구동한다. 전방 차축 샤프트(front axle shaft ; 22)는 전방 비-구동 휠들(24A, 24B)에 연결된다.
가속기 어셈블리(accelerator assembly)는 적어도 하나의 가속기 위치 센서(accelerator position sensor ; 26)와 가속 페달(accelerator pedal ; 28)을 포함한다. 가속기 위치 센서(26)는 가속 페달(28)의 감지된 위치를 근거로 하여 가속 신호(accelerator signal ; 30)를 발생한다. 제동 페달 어셈블리(brake pedal assembly)는 제동 페달(brake pedal ; 32)과 제동 페달 위치 센서(34)를 포함한다. 제동 페달 위치 센서(34)는 제동 페달(32)의 감지된 위치를 근거로 하여 제동 신호(brake signal ; 36)를 발생한다. 전기기계형 제동기(electromechanical brake ; 38)는 모터(12)에 연결된다. 제어기(controller ; 40)는 제동 신호(36)를 근거로 하여 모터(12)의 동작을 제어한다.
특히, 구동 상태 동안 전기기계형 제동기(38)는 제어기(40)로부터 동력을 공급받아 어떠한 제동력도 모터(12)에 공급되지 않는 해제 위치(released position)로 될 수 있다. 제동 페달(32)이 밟힐 때, 제동 페달 위치 센서(34)는 제동 페달(32)의 위치를 판별하여 제동 제어 신호(brake control signal ; 31)을 통 해 전기기계형 제동기(38)로 제공되는 전기 에너지를 변화시킨다.
최대 제동 페달 조작(maximum brake pedal stroke)의 선택될 수 있는 퍼센트 이내에서 제동 페달(32)이 밟힐 때, 전기기계형 제동기(38)로 제공되는 동력(power)이 중단되어 전기기계형 제동기(38)의 주차(parking) 또는 비상 제동(emergency brake) 기능을 발동(actuation)시킬 수 있다. 경사 주차 제동 기능을 발동하는 것에 대한 상세 내용은 아래에서 상세히 설명될 것이다. 주차 제동 기능을 발동하기 위해, 전기기계형 제동기(38)로부터 전력이 제거될 수 있으며, 마찰 물질(friction material)이 스프링(spring) 성으로 전기기계형 제동기(38)의 디스크(disk)로 제공될 수 있다. 모터 최대 동적 토크(motor maximum dynamic torque)와 같거나 큰 제동 토크(braking torque)를 제공하기 위해, 마찰 물질로 압박감을 제공하도록 전기기계형 제동기(38)의 스프링들의 사이즈가 결정될 수 있다. 이러한 동작은 전기 유틸리티 차량(10)이 제로 속도에 이를 때까지, 또는 제동 페달(32)이 풀릴 때(released)까지 모터(12)의 속도를 제로로 줄인다.
제어기(40)는 또한 가속 신호(30) 및 제동 신호(36)의 적어도 어느 하나를 근거로 하여 배터리 팩(42)에 의해 모터(12)로 제공되는 전압, 전류, 또는 전력을 조절할 수 있다. 배터리 팩(42)은 배터리 기술에서 알려져 있는 것을 포함하며, 납배터리(lead acid), 리튬 이온(lithium ion) 배터리, 및 리튬 폴리머(lithium polymer) 배터리에 한정되는 것은 아니다. 제어기(40)는 잘 알려져 있는 마이크로프로세서(microprocessor), 제어기, 또는 상기 기술들의 결합으로 인식될 수 있다. 다양한 실시 예에 있어서, 제어기(40)는 ROM(read only memory), RAM(random accxess memory), CPU(central processing unit)을 구비한 마이크로프로세서를 포함한다. 마이크로프로세서는 전기 유틸리티 차량(10)의 경사 유지 기능을 제공하는 몇 개의 소프트웨어 컨트롤 모듈들 또는 알고리즘들을 포함할 수 있다. 다양한 실시 예에 있어서, 제어기(40)는 경사 유지 기능을 제공하는 ASIC(application specific integrated circuit), 전자회로(electronic circuit), CLC(combinational logic circuit), 또는 다른 적절한 구성요소들일 수 있다.
도 2를 참조하면, 도 1에 도시된 다양한 실시 예에 따른 경사 유지 시스템에 의해 수행되는 경사 유지 어플리케이션의 흐름도가 도시되어 있다.
100 단계에서 만일 전기 유틸리티 차량(10)이 선택가능한 시간 주기 'X' 동안 경사에 멈춘다면(stop), 110 단계에서는 차량을 경사에 멈추는 데 필요한 모터 전류를 나타내는 값이 메모리에 저장된다. 다양한 실시 예에 있어서, 시간 주기 'X'는 0.8초에서 2.2초 사이의 범위를 가질 수 있다. 이와 달리, 100 단계에서는 모터(12)에 의해 전기 유틸리티 차량(10)이 경사에 정차했는지 여부를 알 수 있도록 전기 유틸리티 차량(10)의 상태가 모니터링 된다. 일단 전기 유틸리티 차량(10)이 시간 주기 'X' 동안 경사에 정차하고 모터 전류 값이 저장되면, 120 단계에서는 전기기계형 제동기(38)의 주차 제동 기능이 유발(engage)된다. 그리고 나서, 120 단계에서는 전력을 유지하고 모터(12) 내부의 열(heating)을 감소시키기 위해 모터(12)로 제공되는 전류가 턴 오프된다.
140 단계에서 가속 신호(30)가 가속 페달(28)이 밟힌 것을 나타내면, 150 단계에서는 이전에 저장된 모터 전류 값을 가지는 전류가 모터(12)로 명령된 다.(commanding)된다. 그리고, 160 단계에서는 전기기계형 제동기(38)의 주차 제동 기능이 유발억제(disengaged)된다. 이와 달리, 120 및 130 단계에서는 가속 신호(30)가 가속 페달(28)이 밟힌 것을 나타낼 때까지 전기기계형 제동기(38)의 주차 제동 기능이 유발 상태를 유지하고 모터 전류가 오프된 상태를 각각 유지하게 된다.
다양한 실시 예에 있어서, 전기 유틸리티 차량(10)을 경사에 정차시키기 위해 모터(12)로 제공되는 전류, 전압, 또는 전력 중 적어도 어느 하나를 나타내는 값이 저장된다. 그리고, 주차 제동 기능이 비활성화 또는 유발억제된 후 경사에 정차된 전기 유틸리티 차량(10)을 유지하기 위해 가속 페달(28)이 밟히면, 저장된 전류, 전압, 또는 전력값을 갖는 전압이 모터(12)로 명령된다. 다양한 실시 예에 있어서, 차량 속도, 또는 전기 유틸리티 차량(10)을 상기 차량 속도로 유지하는데 필요로 하는 토크를 근거로 하여 전기 유틸리티 차량(10)이 경사에 정차했는지 여부가 결정될 수 있다. 다양한 실시 예에 있어서, 경사 유지 어플리케이션은 전기 유틸리티 차량(10)이 소정의 속도에 도달하는 시각에 수행될 수 있다. 다양한 실시 예에 있어서, 경사 유지 어플리케이션은 전기 유틸리티 차량(10)의 속도가 제로에 다다를 때 수행될 수 있다. 이상에서 설명된 경사 유지 방법들과 시스템들은 경사에 정차한 후 가속기가 처음 밟혀졌을 때 차량의 롤링 백 현상과 앞으로 튀어나오는 현상을 방지한다.
이상에서, 본 발명에 따른 회로의 구성 및 동작을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능함은 물론이다.
아래에서 설명되는 도면들은 설명을 목적으로 사용되는 것이지 어떠한 방식으로든 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.
도 1은 다양한 실시 예에 따른 경사 유지 시스템(hill holding system)을 포함하는 전자 유틸리티 차량을 보여주는 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 다양한 실시 예에 따른 경사 유지 시스템에 의해 수행되는 경사 유지 어플리케이션의 흐름도이다.

Claims (19)

  1. 모터와 전기기계형 제동기를 구비한 전기 유틸리티 차량의 제동 방법에 있어서:
    상기 전기 유틸리티 차량의 정지 상태를 유지하기 위해, 상기 전기 유틸리티 차량의 상기 모터로 명령되는 전류량, 전압, 및 전력 중 적어도 하나를 나타내는 값을 저장하는 것;
    상기 저장 이후에 상기 전기기계형 제동기의 주차 제동 기능을 유발하는 것;
    상기 유발 이후에 상기 모터를 비활성화하는 것;
    가속 페달이 밟히면 상기 저장된 값으로 상기 전류, 전압, 및 전력 중 적어도 하나를 상기 모터로 명령하는 것; 그리고
    상기 명령 이후에 상기 주차 제동 기능을 유발억제하는 것을 포함하는 제동 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기 유틸리티 차량이 언제 경사에 정차하는가를 판별하는 것 및 상기 전기 유틸리티 차량이 경사에 정차된 것으로 판별되면 상기 저장하는 것, 유발하는 것, 비활성화하는 것, 명령하는 것, 및 유발억제하는 것을 수행하는 것을 더 포함하는 제동 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 판별하는 것은 상기 전기 유틸리티 차량의 정차 상태를 판별하기 위해 상기 전기 유틸리티 차량의 속도 및 홀딩 토크 중 적어도 하나를 모니터하는 것을 포함하는 제동 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기 유틸리티 차량의 속도를 근거로 하여 언제 주차 제동 기능이 요구되는가를 판별하는 것 및 상기 주차 제동 기능이 요구되면 상기 저장하는 것, 유발하는 것, 비활성화하는 것, 명령하는 것 및 유발억제하는 것을 수행하는 것을 더 포함하는 제동 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 저장하는 것은 상기 전기 유틸리티 차량이 소정의 시간 주기 동안 정차된 후, 상기 전류, 전압, 및 전력 중 적어도 하나를 나타내는 값을 저장하는 것을 포함하는 제동 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 소정의 시간 주기는 0.8 내지 2.2초의 범위를 갖는 제동 방법.
  7. 전기 유틸리티 차량의 동적 제동을 제어하는 시스템에 있어서:
    제동 페달의 위치에 대응되는 제동 신호를 발생하는 제동 페달 위치 센서;
    가속 페달의 위치에 대응되는 가속 신호를 발생하는 가속 페달 위치 센서; 그리고
    상기 제동 신호 및 상기 가속 신호를 받아들이고, 상기 제동 신호 및 상기 가속 신호를 근거로 하여 모터 제어 신호를 모터로 전송하는 제어기를 포함하며,
    상기 제어기는 상기 전기 유틸리티 차량이 소정의 제 1 속도에 이르러 주차 제동 기능이 비활성화 또는 유발억제된 후에 상기 전기 유틸리티 차량이 경사에서 정차된 상태를 유지할 수 있도록 전류, 전압, 및 전력 중 적어도 하나의 양을 나타내는 값을 저장하고, 그리고 상기 제어기는 상기 가속 신호가 상기 전기 유틸리티 차량의 속도를 소정의 제 2 속도 이상으로 증가시키는 명령을 나타낼 때 상기 저장된 값에 따라서 상기 모터 제어 신호를 발생하는 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 소정의 제 1 속도는 제로인 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제어기는 차량 속도와, 상기 차량을 상기 차량 속도로 유지하기 위해 필요로 하는 토크 중 적어도 하나를 근거하여 상기 값을 저장하도록 구성되는 시스템.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 제어기는 소정의 시간 주기 동안 상기 전기 유틸리티 차량이 상기 제 1 속도에 이를 때 상기 전류, 전압, 및 전력 중 적어도 하나를 나타내는 상기 값을 저장하도록 구성되는 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 소정의 시간 주기는 0.8 내지 2.2초의 범위를 갖는 시스템.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 값을 저장한 후에 전기기계형 제동기의 주차 제동 기능이 온되고 상기 모터가 오프되는 명령을 하도록 구성되는 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 가속 신호가 상기 전기 유틸리티 차량의 속도를 소정의 제 2 속도 이상으로 증가시키는 명령을 나타낼 때 상기 주차 제동 기능이 오프되는 명령을 하도록 구성되는 시스템.
  14. 전기 유틸리티 차량에 있어서:
    상기 전기 유틸리티 차량의 속도를 근거로 하는 주차 제동으로서의 기능들을 수행하는 전기기계형 제동기;
    성기 전기 유틸리티 차량을 구동하는 모터;
    상기 전기기계형 제동기와 상기 모터를 제어하며, 상기 전기기계형 제동기의 상기 주차 제동 기능이 유발되기 전에 상기 모터로 제공되는 전류량을 나타내는 값을 저장하고, 상기 주차 제동 기능이 유발억제되기 전에 상기 저장된 값을 갖는 전류를 상기 모터로 제공하는 제어기를 포함하는 전기 유틸리티 차량.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 전기 유틸리티 차량이 경사에 정차한 후에 상기 전기기계형 제동기의 주차 제동 기능을 유발하는 명령을 하도록 구성되는 전기 유틸리티 차량.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 제어기는 차량 속도와, 소정의 차량 속도를 유지하기 위해 필요로 하는 토크를 근거로 하여 상기 전기 유틸리티 차량이 경사에 정차하였는지를 판별하도록 구성되는 전기 유틸리티 차량.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 전기 유틸리티 차량이 소정의 속도에 도달하고 소정의 시간 구간 동안 상기 소정의 속도 또는 그 이하의 속도를 유지한 후에, 상기 전기기계형 제동기의 주차 제동 기능을 유발억제하는 명령을 하도록 구성되는 전기 유 틸리티 차량.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 소정의 시간 주기는 0.8 내지 2.2초의 범위를 갖는 전기 유틸리티 차량.
  19. 제 15 항에 있어서,
    상기 제어기는 가속 페달이 밟히고 상기 모터가 전류를 복원한 후에 상기 전기기계형 제동기의 주차 제동 기능을 유발억제하는 명령을 하도록 구성되는 전기 유틸리티 차량.
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