KR101262973B1 - 하이브리드 전기 차량의 비상주행 제어시스템 및 그 제어방법 - Google Patents

하이브리드 전기 차량의 비상주행 제어시스템 및 그 제어방법 Download PDF

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Abstract

저전압 직류변환장치에서 이상이 발생되고 저전압 배터리의 전압이 제동장치의 작동 전압범위를 벗어나는 경우에도 운전자의 안전을 확보할 수 있는 하이브리드 전기 차량의 비상주행 제어시스템 및 그 제어방법이 소개된다. 이 중에서 하이브리드 전기 차량의 비상주행 제어방법은, 저전압 직류변환장치의 이상여부를 판단하는 단계와, 저전압 직류변환장치에서 이상이 발생된 것으로 판단되면 저전압 배터리의 전압이 제동장치의 작동 전압범위를 벗어나는지를 판단하는 단계와, 저전압 배터리저전압 배터리 제동장치의 작동 전압범위를 벗어나면 기계적인 제동력을 고려하여 제한차속을 설정하는 단계와, 설정된 제한차속에 따라 구동모터의 토크를 제한하여 최대토크를 설정하는 단계를 포함한다.

Description

하이브리드 전기 차량의 비상주행 제어시스템 및 그 제어방법{SYSTEM FOR COTROLING EMERGENCY TRAVEL OF HYBRID ELECTRIC VEHICLE AND METHOD THEREOF}
본 발명은 하이브리드 전기 차량의 비상주행 제어방법 및 그 제어방법 관한 것으로, 보다 상세하게는 저전압 직류변환장치에서 이상이 발생되고 저전압 배터리의 전압이 제동장치의 작동 전압범위를 벗어나는 경우, 차량의 제한차속 및 최대토크를 제한하는 하이브리드 전기 차량의 비상주행 제어시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 하이브리드 전기 차량(HEV ; Hybrid Electric Vehicle)은 급가속시 모터(Motor)의 구동력 지원 및 제동시의 충전기능을 통해, 110V 이상의 고전압을 사용하고 있다.
이 하이브리드 전기 차량의 전장 시스템은 전력 효율 면이나 시스템의 새로운 구축 측면에서는 고전압 전원이 있으면 그 전원에 따라 시스템 전원을 올리는 것이 유리하나, 감전에 대한 위험성 및 기존 시스템의 전체 교체라는 것은 많은 시간적 노력 및 불필요한 개발 업무가 부가된다.
이에 따라, 현재 개발되고 있는 하이브리드 전기 차량은 250V 이상의 주전원을 사용하는 고전압용 주 배터리와 12V 전원을 사용하는 일반 차량용 보조 배터리의 2가지 배터리를 병행하여 사용한다. 고전압용 주배터리는 하이브리드 전기 차량에서 사용되는 구동계, 에어컨(Air Conditioner), 히터(Heater)와 같은 특수 전원을 공급하고, 12V 전원을 공급하는 보조 배터리는 일반 상용 차량의 시스템과 동일하게 각종 전장품에 전원을 공급한다.
특히, 하이브리드 전기 차량에서는 12V 전원으로 보조 배터리를 사용하고, 보조 배터리의 전원이 부족한 경우, 고전압에서 저전압으로 바꾸는 저전압 직류변환장치(LDC: Low Voltage DC to DC Converter)를 사용하여 충전시켜주고 있다.
그런데, 저전압 직류변환장치에 고장이 발생되거나 저전압 직류변환장치와의 통신불량이 발생하게 되면, 보조 배터리의 전압이 지속적으로 떨어지게 되어 전장품이 제대로 작동되지 못하게 되거나 오작동이 발생되는데, 특히, 제동장치에 전원이 원활하게 공급되지 못하게 되면, 차량의 제동 성능에 심각한 저하를 야기하여 안전 사고의 위험이 증가되기도 하였다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 저전압 직류변환장치에서 이상이 발생되고 저전압 배터리의 전압이 제동장치의 작동 전압범위를 벗어나는 경우에도, 안정적인 제동력을 확보할 수 있는 하이브리드 전기 차량의 비상주행 제어시스템 및 그 제어방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 하이브리드 전기 차량의 비상주행 제어방법은, 저전압 직류변환장치의 이상여부를 판단하는 단계와, 저전압 직류변환장치에서 이상이 발생된 것으로 판단되면 저전압 배터리의 전압이 제동장치의 작동 전압범위를 벗어나는지를 판단하는 단계와, 상기 저전압 배터리 전압이 상기 제동장치의 작동 전압범위를 벗어나면 기계적인 제동력을 고려하여 제한차속을 설정하는 단계와, 상기 설정된 제한차속에 따라 구동모터의 토크를 제한하는 최대토크를 설정하는 단계를 포함한다.
바람직하게, 본 발명은 차량의 주행속도를 상기 제한차속에 도달시키기 위해, 구동모터의 토크가 상기 최대토크에서 제로토크까지 선형적으로 감소되도록 토크를 제어하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게, 상기 저전압 직류변환장치의 이상여부를 판단하는 단계는, 상기 저전압 직류변환장치에서 고장이 발생되거나 상기 저전압 직류변환장치로부터 응답신호가 없는 경우에 상기 저전압 직류변환장치에서 이상이 발생된 것으로 판단한다.
바람직하게, 상기 제한차속은 10~30 Km/h 범위를 만족한다.
한편, 본 발명에 따른 하이브리드 전기 차량의 비상주행 제어시스템은, 고전압 배터리의 고전압을 저전압으로 변환하여 저전압 배터리에 공급하는 저전압 직류변환장치와, 상기 저전압 배터리로부터 전원을 공급받아 구동모터에 제동신호를 인가하거나 브레이크 답력으로 기계적인 제동력을 제공하는 제동장치와, 상기 저전압 직류변환장치에서 이상이 발생되고 상기 저전압 배터리 전압이 제동장치의 작동 전압범위를 벗어나면, 기계적인 제동력을 고려한 제한차속을 설정하여 구동모터의 최대토크를 설정하는 차량제어기를 포함한다.
바람직하게, 상기 차량제어기는 상기 저전압 직류변환장치로부터 고장에 따른 오류 신호가 수신되거나, 상기 저전압 직류변환장치에서 응답신호가 없는 경우 상기 저전압 직류변환장치에서 이상이 발생된 것으로 판단한다.
바람직하게, 상기 차량제어기는 차량의 주행속도를 상기 제한차속에 도달시키기 위해, 구동모터의 토크가 상기 최대토크에서 제로토크까지 선형적으로 감소되도록 토크를 제어한다.
본 발명에 의하면, 다음과 같은 현저한 효과가 구현될 수 있다.
첫째, 본 발명은 저전압 직류변환장치에서 이상이 발생되는 경우, 제동장치의 성능 저하를 방지하여, 차량의 제동시 운전자의 안전을 확보할 수 있다는 이점이 있다.
둘째, 본 발명은 제동장치의 기계적인 제동력을 사용하는 경우, 차량의 최대 주행속도를 일정 속도 이하로 제한함으로써, 적은 힘으로도 제동 거리를 확보할 수 있다는 이점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 하이브리드 전기 차량의 비상주행 제어시스템을 도시한 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 하이브리드 전기 차량의 비상주행 제어시스템에서 차속과 최대 토크 사이의 관계를 도시한 그래프.
도 3은 본 발명에 따른 하이브리드 전기 차량의 비상주행 제어방법을 도시한 블록도.
우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.
첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 하이브리드 전기 차량의 비상주행 제어시스템은, 저전압 직류변환장치(100)에 이상이 발생되고 저전압 배터리(420) 전압이 제동장치(200)의 작동 전압범위를 벗어나는 경우, 차량의 주행속도가 일정 속도로 제한되도록 최대토크를 설정한다.
이를 구현하기 위해, 본 발명은 저전압 배터리(420)에 저전압을 공급하는 저전압 직류변환장치(100)와, 주행중인 차량에 제동력을 제공하는 제동장치(200)와, 저전압 직류변환장치(100)의 이상시 차량의 제한차속을 설정하는 차량제어기(300)를 포함하여 구성된다.
구체적으로, 저전압 직류변환장치(100)(LDC : Low Voltage DC to DC Converter)는, 보조배터리의 저전압, 예컨대 12V을 사용하는 전장부품 또는 제동장치(200)와 같은 구성들의 구동을 위해, 고전압 배터리(410)의 고전압 출력을 저전압 출력으로 변환해주고, 변환된 저전압을 보조배터리에 충전한다.
이러한 저전압 직류변환장치(100)는 캠 통신을 통해 차량제어기(300)의 제어신호를 수신받아 스위칭 온/오프되고, 고장이 발생한 경우 차량제어기(300)에 오류(Fault)신호를 송신한다.
제동장치(200)는 회생제동(regenerative braking)을 구현하기 위해 저전압 배터리(420)로부터 전원을 공급받아 구동모터(미도시)에 제동신호를 인가한다. 여기서, 구동모터는 하이브리드 전기 차량의 급가속시 동력을 보조하고, 제동시 에너지를 회생시켜 고전압 배터리(410)를 충전하는 발전기 기능을 수행하기도 한다.
특히, 본 실시예에 따른 제동장치(200)는 저전압 배터리(420)로부터 전원이 공급되지 않을 경우 기계적인 브레이크 답력으로 제동력이 발생되도록 한다. 이때, 기계적인 브레이크 답력으로 유압식 브레이크 답력이 사용될 수 있다.
다만, 주행 중 차속이 높거나, 운전자에 따라 브레이크 가압력이 상이한 경우, 제동거리에 편차가 발생될 수 있으며, 이로 인해 운전자의 안전에 큰 영향이 야기될 수 있다. 본 실시예에서는 전원이 저전압 배터리(420)로부터 제동장치(200)에 공급되지 않을 경우, 이 원인을 저전압 직류변환장치(100)에서 이상이 발생되는 경우와 저전압 배터리(420) 전압이 제동장치(200)의 작동 전압범위를 벗어난 경우로 산정한다. 그리고, 이러한 원인을 해결하기 위해, 본 발명에서는 차량의 주행속도와 최대토크를 일정 범위로 제한하여 설정함으로써, 전원이 저전압 배터리(420)로부터 제동장치(200)에 공급되지 않게 되어 제동장치(200)의 성능이 저하되더라도, 차량의 제동시 운전자의 안전을 확보될 수 있도록 하는 것이다.
상기 전원이 저전압 배터리(420)로부터 제동장치(200)에 공급되지 않는 경우 그 원인에 대한 판단은, 차량제어기(300)를 통해 이루어진다.
차량제어기(300)는 먼저, 저전압 직류변환장치(100)에서 이상이 발생되고 저전압 배터리(420) 전압이 제동장치(200)의 작동 전압범위를 벗어나면, 전원이 저전압 배터리(420)로부터 제동장치(200)에 원활하게 공급되지 않는 것으로 판단한다. 이때, 차량제어기(300)는 저전압 직류변환장치(100)로부터 고장에 따른 오류 신호가 수신되거나, 저전압 직류변환장치(100)에서 응답신호가 없는 경우, 이를 저전압 직류변환장치(100)에서 이상이 발생된 것으로 판단한다.
전원이 저전압 배터리(420)로부터 제동장치(200)에 원활하게 공급되지 않는 것으로 판단되면, 차량제어기(300)는 제동장치(200)의 기계적인 제동력을 고려하여 차량의 제한차속을 설정하고, 설정된 제한차속에 따라 최대토크를 설정하여 구동모터의 토크를 제한한다.
[실시예 1]
제한차속과 최대토크에 대한 구체적인 실시예를 살펴보면 아래의 표 1과 같다. 표 1에서는, 먼저, 기계적인 제동력을 고려하여 제한차속과 최대토크를 설정하였다.
차속
(km/h)		 0 5 10 15 20 25 30
토크
(Nm)		 85 85 85 30 0 0 0
본 실시예에서는 제동장치(200)의 기계적인 브레이크 답력에 의해 제동 가능한 범위를 고려하여 차량의 제한차속을 20km/h로 설정하였다. 다만, 차량 관성이 큰 중/대형 차량의 경우에는 제한차속을 20km/h보다 낮추고, 차량 관성이 작은 소형 차량의 경우에는 제한차속을 20km/h보다 높이는 것이 바람직하다.
토크는 제한차속에 따라 가변적으로 변경될 수 있는데, 본 실시예와 같이 제한차속을 20km/h로 설정한 경우에는 20km/h속도 이전에서 서서히 토크를 줄이고, 20km/h속도 이상에서는 0 토크(Nm)로 출력하여야 차량의 차속이 제한차속인 20km/h를 넘지 않게 된다.
특히, 도 2에 도시된 바와 같이, 차량제어기(300)는 차량의 주행속도를 제한차속에 도달시키기 위해, 구동모터의 토크가 최대토크에서 제로토크까지 선형적으로 감소되도록 토크를 제어한다. 이는 운전자의 운전성을 고려한 것으로 제한차속의 부근의 토크를 선형적으로 줄이는 것이다.
이하, 본 발명에 따른 하이브리드 전기 차량의 비상주행 제어방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 저전압 직류변환장치(100)의 이상여부를 판단한다. 여기서, 저전압 직류변환장치(100)에서 이상이 발생된 것으로 판단되는 기준은, 저전압 직류변환장치(100)에서 고장이 발생되거나, 저전압 직류변환장치(100)로부터 응답신호가 없는 경우이다.
저전압 직류변환장치(100)에서 이상이 발생된 것으로 판단되면, 저전압 배터리(420)의 전압이 제동장치(200)의 작동 전압범위를 벗어나는지를 판단한다. 본 실시예에서는 제동장치(200)가 작동될 수 있는 전압범위를 12V 이상의 범위로 산정하였는 바, 제동장치(200)의 작동 전압범위가 저전압 배터리(420)의 12V보다 작으면, 저전압 배터리(420)의 전압이 제동장치(200)의 작동 전압범위를 벗어난 것으로 판단한다.
저전압 배터리(420) 전압이 제동장치(200)의 작동 전압범위를 벗어나면, 기계적인 제동력을 고려하여 제한차속을 설정하고, 설정된 제한차속에 따라 구동모터의 토크를 제한하여 최대토크를 설정한다. 이때, 제한차속은 10~30 Km/h 범위를 만족하도록 설정하며, 보다 바람직하게 20Km/h로 설정한다.
이후, 구동모터의 토크가 최대토크에서 제로토크까지 선형적으로 감소되도록 토크를 제어한다. 이와 같이, 제한차속의 부근의 토크가 선형적으로 줄어들도록 제어함으로써, 운전자의 운전성이 고려될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 저전압 직류변환장치에서 이상이 발생되는 경우, 제동장치의 기계적인 제동력이 효과적으로 구현될 수 있도록 차량의 최대 주행속도를 일정 속도 이하로 제한함으로써, 차량의 제동시 운전자의 안전을 확보하고, 적은 힘으로도 제동 거리를 확보할 수 있다는 우수한 장점을 갖는다.
상기에서 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
100 :저전압 직류변환장치 200 :제동장치
300 :차량제어기 410 :고전압 배터리
420 :보조 배터리

Claims (7)

  1. 저전압 직류변환장치의 이상여부를 판단하는 단계;
    저전압 직류변환장치에서 이상이 발생된 것으로 판단되면 저전압 배터리의 전압이 제동장치의 작동 전압범위를 벗어나는지를 판단하는 단계;
    상기 저전압 배터리 전압이 상기 제동장치의 작동 전압범위를 벗어나면 기계적인 제동력을 고려하여 제한차속을 설정하는 단계;
    상기 설정된 제한차속에 따라 구동모터의 토크를 제한하는 최대토크를 설정하는 단계; 및
    차량의 주행속도를 상기 제한차속에 도달시키기 위해, 구동모터의 토크가 상기 최대토크에서 제로토크까지 선형적으로 감소되도록 토크를 제어하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기 차량의 비상주행 제어방법.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 저전압 직류변환장치의 이상여부를 판단하는 단계는, 상기 저전압 직류변환장치에서 고장이 발생되거나 상기 저전압 직류변환장치로부터 응답신호가 없는 경우에 상기 저전압 직류변환장치에서 이상이 발생된 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기 차량의 비상주행 제어방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제한차속은 10~30 Km/h 범위를 만족하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기 차량의 비상주행 제어방법.
  5. 고전압 배터리(410)의 고전압을 저전압으로 변환하여 저전압 배터리(420)에 공급하는 저전압 직류변환장치(100);
    상기 저전압 배터리(420)로부터 전원을 공급받아 구동모터에 제동신호를 인가하거나 브레이크 답력으로 기계적인 제동력을 제공하는 제동장치(200); 및
    상기 저전압 직류변환장치(100)에서 이상이 발생되고 상기 저전압 배터리(420) 전압이 제동장치(200)의 작동 전압범위를 벗어나면, 기계적인 제동력을 고려한 제한차속을 설정하여 구동모터의 최대토크를 설정하는 차량제어기(300);를 포함하고,
    상기 차량제어기(300)는 차량의 주행속도를 상기 제한차속에 도달시키기 위해, 구동모터의 토크가 상기 최대토크에서 제로토크까지 선형적으로 감소되도록 토크를 제어하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기 차량의 비상주행 제어시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 차량제어기(300)는 상기 저전압 직류변환장치(100)로부터 고장에 따른 오류 신호가 수신되거나, 상기 저전압 직류변환장치(100)에서 응답신호가 없는 경우 상기 저전압 직류변환장치(100)에서 이상이 발생된 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기 차량의 비상주행 제어시스템.
  7. 삭제
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