KR101000668B1 - 하이브리드 연료전지 차량의 오토홀드 구현 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하이브리드 연료전지 차량의 오토홀드 구현 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 하이브리드 또는 연료전지 차량의 모터 또는 하이드롤릭 브레이크 시스템을 이용하여, 도로 정체 및 언덕길 등에서 브레이크에서 발을 떼어도 제동력을 유지시켜줄 수 있도록 한 하이브리드 연료전지 차량의 오토홀드 구현 방법에 관한 것이다.

즉, 본 발명은 하이브리드 또는 연료전지 차량이 교통 정체 상황 또는 언덕길 상황에서 정차중일 때, 모터를 속도제어모드로 전환하여 제동상태를 계속적으로 유지시키거나, 또는 하이드롤릭 브레이크 시스템의 지속적인 작동으로 제동상태를 계속적으로 유지시키거나, 또는 에너지 저장장치의 충전량에 따라 모터 및 하이드롤릭 브레이크 시스템에 제동토크를 적절히 분배하여 제동상태를 계속적으로 유지시킴으로써, 별도의 장치를 추가하지 않고도 오토홀드 기능을 용이하게 구현할 수 있도록 한 하이브리드 연료전지 차량의 오토홀드 구현 방법을 제공하고자 한 것이다.

하이브리드, 연료전지, 차량, 오토홀드, 모터, 하이드롤릭 브레이크 시스템

Description

하이브리드 연료전지 차량의 오토홀드 구현 방법{Auto hold control method for hybrid and fuel cell vehicle}

본 발명은 하이브리드 연료전지 차량의 오토홀드 구현 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 하이브리드 또는 연료전지 차량의 모터 또는 하이드롤릭 브레이크 시스템을 이용하여, 도로 정체 및 언덕길 등에서 브레이크에서 발을 떼어도 제동력을 유지시켜줄 수 있도록 한 하이브리드 연료전지 차량의 오토홀드 구현 방법에 관한 것이다.

자동차의 오토홀드 시스템은 운전자의 운전 편의성 및 안전 운전성을 위하여, 정차시 브레이크의 압력유지 기능을 통해 지속적으로 브레이크를 밟고 있어야 하는 불편함을 해소시킨 일종의 편의장치를 말한다.

상기 오토홀드 시스템은 일반 가솔린 차량의 제동장치중 하나인 마스터실린더에 장착되는 유압식 솔레노이드 밸브와, 이 솔레노이드 밸브를 제어하는 제어유니트와, 차량의 속도를 감지하는 속도감지센서와, 가속페달의 터치 여부를 감지하 는 터치센서와, 브레이크 페달의 밟음 유무를 감지하는 브레이크 센서 등을 포함하여 구성되어 있다.

정차시 또는 교차로 신호 대기시, D단(드라이브단) 이나 N단(중립단) 상태에서 브레이크 페달을 밟으면, 이를 브레이크 센서에서 감지하여 그 신호를 제어유니트로 보내고, 제어유니트에서 솔레노이드 밸브를 작동시켜 마스터 실린더의 유압력을 유지시켜 줌으로써, 몇초후 운전자가 브레이크페달에서 발을 떼어도 차량은 제동 상태를 그대로 유지하게 된다.

이와 같이, 오토홀드 시스템은 브레이크 압력유지 기능을 통해 운전자는 발을 편하게 쉴 수 있고, 언덕 또는 심한 경사에서도 밀리지 않고 차량을 다시 출발시킬 수 있는 장점이 있다.

또한 차량의 정지 상태에서만 시스템이 작동하고, 주행중 및 후진시에서는 시스템이 작동하지 않아 안전성이 있는 것으로 알려져 있다.

물론, 오토홀드 시스템의 작동으로 차량의 제동력이 유지되고 있다가, 출발시 가속페달을 밟으면 자동으로 제동력이 해제된다.

이러한 오토홀드 시스템은 향후 출시될 미래형 자동차인 하이브리드 차량 또는 연료전지 차량에도 적용될 가능성이 있지만, 상기와 같이 솔레노이드 밸브 및 제어유니트 등을 추가로 장착해야 하므로 비용 상승을 초래할 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 하이브리드 차량 및 연료전지 차량에 포함되어 있는 구동모터 또는 브레이크 제어 시스템에 대한 제어 방법을 새롭게 개선하여, 별도의 장치를 추가하지 않고도 오토홀드 기능을 용이하게 구현할 수 있도록 한 하이브리드 연료전지 차량의 오토홀드 구현 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 구현예에 따른 하이브리드 연료전지 차량의 오토홀드 구현 방법은: 브레이크 페달을 밟아서 차량의 제동이 이루어지는 단계와; 모터의 회전수를 속도감지센서에서 감지하는 동시에 가속페달의 위치를 감지하는 단계와; 상기 모터의 회전수가 임계회전수 이하이고, 상기 가속페달의 위치각이 임계각도 이하이면, 상기 모터의 제어모드를 토크제어모드에서 속도제어모드로 전환하는 단계와; 상기 모터에 대한 제어모드가 속도제어모드로 전환된 후, 모터의 속도가 제로(ZERO)가 되도록 제어하여, 차량의 제동 상태를 계속 유지시키는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 구현예에 따른 하이브리드 연료전지 차량의 오토홀드 구현 방법은: 브레이크 페달을 밟아서 차량의 제동이 이루어지는 단계와; 모터의 회전수를 속도감지센서에서 감지하는 동시에 가속페달의 위치를 감지하는 단계와; 상기 모터의 회전수가 임계회전수 이하이고, 상기 가속페달의 위치각이 임계각도 이하이면, 하이드롤릭 브레이크 제동 유니트의 제어에 의하여 브레이크 오일펌프가 지속적으로 작동하는 단계와; 상기 브레이크 오일펌프가 지속적으로 작동하여, 차량의 제동 상태가 계속 유지되는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 구현예에 따른 하이브리드 연료전지 차량의 오토홀드 구현 방법은: 브레이크 페달을 밟아서 차량의 제동이 이루어지는 단계와; 모터의 회전수를 속도감지센서에서 감지하는 동시에 가속페달의 위치를 감지하는 단계와; 상기 모터의 회전수가 임계회전수 이하이고, 상기 가속페달의 위치각이 임계각도 이하이면, 상기 모터의 제어모드를 토크제어모드에서 속도제어모드로 전환하는 단계와; 제동에 필요한 총요구 제동토크를 측정하는 동시에 에너지 저장장치의 SOC를 확인하는 단계와; 상기 에너지 저장장치의 SOC에 따라, 상기 총요구 제동토크는 모터에 의한 제동토크와 하이드롤릭 브레이크 시스템에 의한 제동토크로 분배되는 단계와; 상기 모터에 의한 제동토크에 맞게 모터의 속도가 제로(ZERO)가 되도록 제어되는 동시에 상기 하이드롤릭 브레이크 시스템에 의한 제동토크에 맞게 브레이크 오일펌프가 작동되는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 가속페달의 위치를 감지하는 액셀 포지션 센서의 감지값이 임계각도 이상이면, 차량의 재출발을 위하여 상기 모터의 제어모드는 다시 토크제어모드로 전환되는 것을 특징으로 한다.

상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.

본 발명에 따르면, 하이브리드 또는 연료전지 차량이 교통 정체 상황 또는 언덕길 상황에서 정차중일 때, 모터를 속도제어모드로 전환하여 제동상태를 계속적으로 유지시키거나, 또는 하이드롤릭 브레이크 시스템의 지속적인 작동으로 제동상태를 계속적으로 유지시키거나, 또는 에너지 저장장치의 충전량에 따라 모터 및 하이드롤릭 브레이크 시스템에 제동토크를 적절히 분배하여 제동상태를 계속적으로 유지시킴으로써, 별도의 하드웨어 장치를 추가하지 않고도 오토홀드 기능을 용이하게 구현할 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.

첨부한 도 1에 도시된 바와 같이, 하이브리드 및 연료전지 차량의 동력 전달 구성을 살펴보면, 배터리 또는 연료전지 등에 해당하는 에너지 발생 및 저장장치(10)와, 차량의 바퀴(12: 휠)를 구동시킬 수 있도록 연결된 모터(14)와, 상기 모터(14)를 제어하는 인버터(16)와, 상기 바퀴(12)에 대한 제동력을 제공하는 하이드롤릭 브레이크 시스템(18)과, 주제어기인 HCU(20)와 모터 제어용 MCU(22) 등을 포함하고, 또한 하이브리드 차량의 경우에는 구동원으로서 모터(14)이외에 엔진 및 자동변속기, 엔진을 제어하는 엔진제어유니트(24: ECU)를 더 포함하고 있다.

이러한 하이브리드 및 연료전지 차량은 일반 가솔린 차량과 달리, 제동시 회 생에너지를 회수하여 저장하는 것을 극대화하기 위하여, 모터와 브레이크의 토크를 적절히 조절하기 위한 하이드롤릭 브레이크 시스템을 포함하고 있다.

본 발명에 따르면, 상기와 같은 하이브리드 및 연료전지 시스템에 별도의 하드웨어 추가없이, 가속페달과 차량속도를 감지한 센싱값을 기반으로 바퀴와 연결되어 있는 모터를 토크제어모드에서 속도제어모드로 전환하여 제동력을 유지하거나, 또는 하이드롤릭 브레이크 제동 시스템을 이용하여 제동력을 유지시키는 오토홀드 기능을 제공할 수 있다.

여기서, 본 발명에 따른 하이브리드 연료전지 차량의 오토홀더 구현 방법에 대한 각 실시예를 통해 설명하면 다음과 같다.

제1실시예

하이브리드 또는 연료전지 차량의 주행모드중 모터 동력만을 이용하는 순수 전기자동차 모드인 EV(electric vehicle)모드와, 차량의 제동 혹은 관성에 의한 주행시 차량의 제동 및 관성 에너지를 상기 모터에서 발전을 통하여 회수하여 배터리에 충전하는 회생제동(RB: Regenerative Braking)모드가 있다.

이러한 주행모드로 차량이 주행할 때, 상기 모터는 주제어기인 HCU(Hybrid Control Unit) 및 모터 제어기(Motor Control Unit)의 제어를 통해 토크제어모드로 작동하게 된다.

상기 모터가 토크제어모드로 작동하는 중에, 운전자가 브레이크 페달을 밟게 되면, 차량의 제동 및 관성에너지를 모터에서 발전을 통해 회수하는 회생제동이 이 루어지며 차량의 제동이 이루어진다.

본 발명의 제1실시예에 따른 오토홀드 구현을 위하여, 차량의 제동시 모터 동작을 위한 제어모드를 토크제어모드에서 속도제어모드로 전환시킨다.

즉, 브레이크 페달(26)에 의한 제동과 함께, 회생제동을 위한 발전을 마친 상기 모터(14)의 회전수를 속도감지센서(28)에서 감지하고, 상기 가속페달(30)의 위치를 액셀 포지션 센서(32)에서 감지한 결과, 상기 모터(14)의 회전수를 감지한 감지값이 임계회전수 이하이고, 그리고 가속페달(30)의 위치를 감지한 액셀 포지션 센서의 감지값이 임계각도 이하이면, 상기 HCU(20) 또는 MCU(22)에서 모터의 제어모드를 토크제어모드에서 속도제어모드로 전환하게 된다.

따라서, 상기 모터에 대한 제어모드가 속도제어모드로 전환된 후, 상기 HCU(20) 또는 MCU(20)에서 모터(14)의 속도가 제로(ZERO)가 되도록 제어하게 된다.

이렇게 모터의 속도가 제어가 되도록 제어하게 되면, 운전자가 브레이크 페달에서 발을 떼더라도 모터의 속도는 계속 제로를 유지하게 되므로, 모터와 동축상에 연결된 차량의 바퀴도 움직이지 않는 상태가 되어, 결국 운전자가 발을 편한하게 쉴 수 있는 오토홀드 기능이 구현되어진다.

한편, 상기 가속페달(30)의 위치를 감지하는 액셀 포지션 센서(32)의 감지값이 임계각도 이상이면, 이를 수신한 상기 HCU(20) 또는 MCU(22)가 차량의 재출발로 인식하여 상기 모터의 제어모드를 다시 토크제어모드로 전환시키게 되어, 모터 구동에 의한 차량의 출발 주행 즉, EV(electric vehicle)모드에 의한 차량 주행이 이루어진다.

제2실시예

본 발명의 제2실시예에 따른 오토홀드 구현 방법은 제1실시예와 달리, 하이드롤릭 브레이크 제어 시스템을 이용한 점에 특징이 있다.

하이브리드 또는 연료전지 차량의 제동을 위한 하이드롤릭 브레이크 제어 시스템은 브레이크 오일펌프를 갖는 하이드롤릭 브레이크 제동장치와, 이를 제어하는 하이드롤릭 브레이크 제어 유니트로 구성되어 있다.

이에, 상기와 같이 브레이크 페달(26)에 의한 제동과 함께, 회생제동을 위한 발전을 마친 상기 모터(14)의 회전수를 속도감지센서(28)에서 감지하고, 상기 가속페달(30)의 위치를 액셀 포지션 센서(32)에서 감지한 결과, 상기 모터(14)의 회전수를 감지한 감지값이 임계회전수 이하이고, 그리고 가속페달(30)의 위치를 감지한 액셀 포지션 센서(32)의 감지값이 임계각도 이하이면, 상기 하이드롤릭 브레이크 제동 유니트(18)에서 브레이크 오일펌프(34)를 지속적으로 작동시키는 제어를 하게 된다.

따라서, 운전자가 브레이크 페달에서 발을 떼더라도 상기 브레이크 오일펌프(34)가 지속적으로 작동하여 차량의 바퀴에 대한 제동이 계속 이루어지게 되므로, 결국 운전자가 발을 편한하게 쉴 수 있는 오토홀드 기능이 구현되어진다.

마찬가지로, 상기 가속페달(30)의 위치를 감지하는 액셀 포지션 센서(32)의 감지값이 임계각도 이상이면, 이를 수신한 상기 HCU(20) 또는 MCU(22)가 차량의 재출발로 인식하여 상기 모터에 대한 토크제어모드를 실행시킴으로써, EV(electric vehicle)모드에 의한 차량 주행이 다시 시작된다.

제3실시예

본 발명의 제3실시예에 따른 오토홀드 구현 방법은 배터리의 충전량을 고려하여, 모터와 하이드롤릭 브레이크 제어 시스템을 함께 이용한 점에 특징이 있다.

상술한 제1실시예와 같이 모터를 이용하여 제동력을 유지하는 경우, 에너지저장장치(배터리)의 충전에너지가 고갈된다면, 모터 자체의 구동이 불가하므로, 결국 제동력 유지를 위한 오토홀드 기능의 구현도 불가능한 경우가 발생할 수 있다.

상술한 제2실시예와 같이 하이드롤릭 브레이크 시스템을 이용하여 제동력을 유지하는 경우, 하이드롤릭 브레이크 시스템의 전동식 오일펌프를 지속적으로 구동하여야 하므로 연비저하 및 소음이 발생하는 문제가 있을 수 있다.

이러한 점을 감안하여, 본 발명의 제3실시예에 따른 오토홀드 구현 방법은 상기 에너지 저장 및 발생장치의 SOC(STATE OF CHARGE: 배터리 충전상태)를 고려하여 모터와 하이드롤릭 브레이크 시스템에 대한 제동토크를 적절히 분배하되, SOC가 충분한 경우 모터를 이용하여 오토홀더를 위한 제동력을 확보함으로써 연비저하나 소음을 방지할 수 있도록 하고, 반면에 SOC가 낮은 경우 하이브롤릭 브레이크 시스템을 이용하여 오토홀드를 위한 제동력을 확보하도록 한 점에 특징이 있다.

여기서, 본 발명의 제3실시예에 따른 오토홀드 구현 방법을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

상기와 같이, 브레이크 페달(26)에 의한 제동과 함께, 회생제동을 위한 발전 을 마친 상기 모터(14)의 회전수가 임계회전수 이하이고, 그리고 가속페달(30)의 위치를 감지하는 액셀 포지션 센서(32)의 감지값이 임계각도 이하이면, 상기 HCU(20) 또는 MCU(22)에서 모터의 제어모드를 토크제어모드에서 속도제어모드로 전환하게 된다.

상기 모터에 대한 제어모드가 속도제어모드로 전환된 후, 일단 상기 HCU(20) 또는 MCU(22)는 모터의 속도를 제로(ZERO)로 제어하기 전 상태로 셋팅된다.

이때, 제동에 필요한 총요구 제동토크(Ttb: total required braking torque)를 측정하고, 상기 에너지 저장 및 발생장치(10)의 충전량 즉, SOC를 확인한다.

따라서, 상기 에너지 저장 및 발생장치(10)의 충전량 즉, SOC에 따라, 총요구 제동토크는 모터에 의한 제동토크(Tm: Motor Torque)와 하이드롤릭 브레이크 시스템에 의한 제동토크(Tb: Hydraulic braking system torque)로 분배된다.

즉, 상기 주제어기인 HCU(20)에서 총요구 제동토크(Ttb)를 모터에 의한 제동토크(Tm = F(SOC)×Ttb)와, 하이드롤릭 브레이크 시스템에 의한 제동토크(Tb = (1-F(SOC)×Ttb)로 분배하는 제어를 하게 된다.

이에 따라, 모터에 의한 제동토크(Tm)에 맞게 모터의 속도가 제로(ZERO)가 되도록 제어하고, 하이드롤릭 브레이크 시스템에 의한 제동토크(Tb)에 맞게 브레이크 오일펌프(34)를 지속적으로 작동시키는 제어를 통해, 제3실시예에 따른 오토홀드 기능이 구현되어진다.

상기와 같은 제1 내지 제3실시예에 따른 오토홀드 구현예 있어서, 가속페 달(30)의 위치를 감지하는 액셀 포지션 센서(32) 및 모터(14)의 속도를 감지하는 속도감지센서(28)의 센싱 한계, 그리고 액셀 포지션 센서(32) 및 속도감지센서(28)에 의한 감지값을 기반으로 오토홀드를 구현하는 제어 과정에서의 오차 등이 원인이 되어, 차량의 오토홀드를 위한 제동성능 저하를 초래할 가능성이 있다.

이러한 가능성을 방지하기 위하여, 모터제어장치(MCU 또는 인버터)의 제어 게인값을 실시간 설정(adaptive)함에 있어서, 차량의 경사각센서(36)에 의한 감지정보를 오토홀드 구현을 위한 제어 과정에 더 추가하여, 모터의 +/- 구동방향에 대한 이원화 제어가 이루어지도록 함으로써, 차량 제동성능, 즉 보다 안정적인 오토홀드 기능을 구현할 수 있다.

즉, 차량이 언덕길과 같은 경사로에서 제동하는 경우를 대비하여, 상기 경사각센서(36)의 감지값을 기반으로 모터의 회전수가 제로(ZERO)가 되는 순간까지 모터의 회전 구동을 정(+) 또는 역(-)방향으로 제어함으로써, 차량이 경사로에서도 밀리지 않고, 안정적인 오토홀드 상태를 유지할 수 있도록 한다.

한편, 하이브리드 차량의 정차시 엔진 시동을 계속 유지하는 경우, 엔진과 모터 사이에 있는 클러치를 분리하고, 모터와 바퀴 사이의 클러치를 붙여주는 제어를 통해, 모터에 의한 오토홀드 구현이 가능하도록 해주는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 오토홀드 구현을 위하여, 하이드롤릭 브레이크 시스템을 사용하지 않고, 에너지 저장장치의 충전 상태가 낮은 경우(SOC가 낮은경우)라면, 모터 구동에 의한 HV주행모드 및 모터에 의한 제동 성능을 확보할 수 있도록 별도의 통합시동발전기(예: ISG)를 이용할 수 있다.

즉, 엔진과 모터가 직결된 하이브리드 차량에 있어서, 상기 통합시동발전기(Integrated Starter Generator;ISG)가 엔진에 기계적으로 연결되고, 바퀴는 엔진과 기계적으로 연결되며, 상기 엔진과 모터간의 클러치를 분리시킨 상태에서, 상기 통합시동발전기를 통해 확보한 에너지로 모터를 구동하고, 또한 제동시 모터의 회전수를 제로가 되도록 제어하여 오토홀드를 위한 제동성능을 확보할 수 있다.

도 1은 하이브리드 또는 연료전지 차량의 시스템 구성을 설명하는 블럭도,

도 2는 본 발명에 따른 하이브리드 연료전지 차량의 오토홀드 구현 방법에 대한 제1실시예를 설명하는 순서도,

도 3은 본 발명에 따른 하이브리드 연료전지 차량의 오토홀드 구현 방법에 대한 제2실시예를 설명하는 순서도,

도 4는 본 발명에 따른 하이브리드 연료전지 차량의 오토홀드 구현 방법에 대한 제3실시예를 설명하는 순서도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 에너지 발생 및 저장장치 12 : 바퀴

14 : 모터 16 : 인버터

18 : 하이드롤릭 브레이크 시스템 20 : HCU

22 : MCU 24 : ECU

26 : 브레이크 페달 28 : 속도감지센서

30 : 가속페달 32 : 액셀 포지션 센서

34 : 브레이크 오일펌프 36 : 차량 경사각센서

Claims (4)

1. 브레이크 페달을 밟아서 제동이 이루어지는 단계와;

   모터의 회전수를 속도감지센서에서 감지하는 동시에 가속페달의 위치를 감지하는 단계와;

   상기 모터의 회전수가 임계회전수 이하이고, 상기 가속페달의 위치각이 임계각도 이하이면, 상기 모터의 제어모드를 토크제어모드에서 속도제어모드로 전환하는 단계와;

   상기 모터에 대한 제어모드가 속도제어모드로 전환된 후, 모터의 속도가 제로(ZERO)가 되도록 제어하여, 차량의 제동 상태를 계속 유지시키는 단계;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 연료전지 차량의 오토홀드 구현 방법.
2. 삭제
3. 브레이크 페달을 밟아서 제동이 이루어지는 단계와;

   모터의 회전수를 속도감지센서에서 감지하는 동시에 가속페달의 위치를 감지하는 단계와;

   상기 모터의 회전수가 임계회전수 이하이고, 상기 가속페달의 위치각이 임계각도 이하이면, 상기 모터의 제어모드를 토크제어모드에서 속도제어모드로 전환하는 단계와;

   제동에 필요한 총요구 제동토크를 측정하는 동시에 에너지 저장장치의 SOC를 확인하는 단계와;

   상기 에너지 저장장치의 SOC에 따라, 상기 총요구 제동토크는 모터에 의한 제동토크와 하이드롤릭 브레이크 시스템에 의한 제동토크로 분배되는 단계와;

   상기 모터에 의한 제동토크에 맞게 모터의 속도가 제로(ZERO)가 되도록 제어되는 동시에 상기 하이드롤릭 브레이크 시스템에 의한 제동토크에 맞게 브레이크 오일펌프가 작동되는 단계;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 연료전지 차량의 오토홀드 구현 방법.
4. 청구항 1 또는 청구항 3중 어느 하나의 항에 있어서,

   상기 가속페달의 위치를 감지하는 액셀 포지션 센서의 감지값이 임계각도 이상이면, 차량의 재출발을 위하여 상기 모터의 제어모드는 다시 토크제어모드로 전환되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 연료전지 차량의 오토홀드 구현 방법.

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