KR101269927B1 - 전기모터가 장착된 차량의 회생 제동 시 유압 제어 방법 - Google Patents

전기모터가 장착된 차량의 회생 제동 시 유압 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기모터를 장착한 차량의 회생 제동 시 유압 제어 방법에 관한 것으로, 본 발명의 목적은 차량의 회생 제동시 생성되는 회생 제동력만큼 유압 제동력을 감소시켜 제동력의 과부하를 방지하는 전기모터를 장착한 차량의 회생 제동시 유압 제어 방법을 제공함에 있다.
이를 위한 본 발명은 마스터실린더와, 각 휠 실린더의 입구에 마련된 노멀오픈형의 입구밸브와 출구에 마련된 노멀클로즈형의 출구밸브와, 노멀클로즈형의 출구밸브와 연결되어 노멀클로즈형의 출구밸브로부터 공급되는 유압을 저장하는 저압 어큐뮬레이터와, 저압 어큐뮬레이터에 저장된 유압을 펌핑하여 각 휠 실린더 측으로 제공하는 복수의 유압펌프와, 복수의 유압펌프를 작동시키는 모터와, 차량의 운동에너지를 전기에너지로 변환하여 회생제동으로 차량을 제동하는 전기모터가 장착된 차량의 회생 제동 시 유압 제어 방법에 있어서, 마스터 실린더에 인가된 제동력을 구하는 단계와, 회생 제동으로 발생한 회생 제동력을 구하는 단계와, 제동력과 회생 제동력의 차에 상응하는 유압 제동력이 각 휠 실린더로 공급되도록 각 밸브, 유압펌프 및 모터를 제어하는 단계를 포함한다.

Description

전기모터가 장착된 차량의 회생 제동 시 유압 제어 방법{CONTROLLING METHOD OF OIL PRESSURE BRAKE DURING REGENERATIVE BRAKE FOR VEHICLE EQUIPPED WITH THE ELECTRIC MOTOR}
본 발명은 전기 모터가 장착된 차량의 회생 제동 시 유압 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차량의 회생 제동을 수행 시 유압을 제어하는 전기모터가 장착된 차량의 회생 제동 시 유압 제어 방법에 관한 것이다.
종래의 엔진에 의해 구동되는 차량은 엔진, 변속기 및 드라이브샤프트, 유압브레이크, 기타 엔진과 관련하여 연료공급장치, 흡기 및 배기장치, 냉각 및 윤활장치, 방진장치 등 수많은 부품이 소요되고 배기가스에 의해 대기를 오염시키는 많은 문제점을 발생시키고 있었다.
이러한 문제점을 해소하기 위하여 현재 전기모터를 장착한 차량, 수소자동차, 연료전지 또는 태양에너지를 이용한 차세대 자동차 등이 개발되고 있으며, 최근에는 전기모터를 장착한 차량의 제동방식으로, 전기모터를 장착한 차량의 연비 향상을 위한 회생제동방식이 채용되고 있다.
이러한 전기모터를 장착한 차량에서는 전기에너지에 의해 동작하는 전기모터 로 차량의 구동륜을 회전시켜서 차량을 운행시키는데, 이러한 전기자동차에서는 모터를 구동하는 전기에너지를 얼마만큼 효율적으로 이용하는가 하는 것이 큰 과제로 대두되어 있다. 이를 위해, 전기모터는 운전자로부터 감속이나 제동명령이 발생한 경우에 발전기로 기능하여 발생된 전기에너지를 축전기에 저장한다.
그리고, 전기모터가 발전기로 기능하는 동안에는 차륜에 제동력이 발생하게 되는데 이러한 제동력을 회생제동력이라 한다. 결과적으로 차륜에 가해지는 제동력은 전기모터에 의한 회생제동력과 유압장치에 의한 유압제동력의 합이 된다.
그러나, 종래의 전기모터를 장착한 차량의 제동 제어는 전기모터에 의하여 발생하는 회생제동력을 고려하지 않고 유압 제동력을 발생시킴에 따라 제동력의 과부하가 발생하는 문제점이 있었다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 차량의 회생 제동시 생성되는 회생 제동력만큼 유압 제동력을 감소시켜 제동력의 과부하를 방지하는 전기모터를 장착한 차량의 회생 제동시 유압 제어 방법을 제공함에 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 마스터실린더와, 각 휠 실린더의 입구에 마련된 노멀오픈형의 입구밸브와 출구에 마련된 노멀클로즈형의 출구밸브와, 노멀클로즈형의 출구밸브와 연결되어 노멀클로즈형의 출구밸브로부터 공급되는 유압을 저장하는 저압 어큐뮬레이터와, 저압 어큐뮬레이터에 저장된 유압을 펌핑하여 각 휠 실린더 측으로 제공하는 복수의 유압펌프와, 복수의 유압펌프를 작동시키는 모터와, 차량의 운동에너지를 전기에너지로 변환하여 회생제동으로 차량을 제동하는 전기모터가 장착된 차량의 회생 제동 시 유압 제어 방법에 있어서, 마스터 실린더에 인가된 제동력을 구하는 단계; 회생 제동으로 발생한 회생 제동력을 구하는 단계; 제동력과 상기 회생 제동력의 차에 상응하는 유압 제동력이 각 휠 실린더로 공급되도록 각 밸브, 유압펌프 및 모터를 제어하는 단계를 포함한다.
또한, 회생 제동력이 증가하면 입구밸브를 폐쇄하고 출구밸브를 개방하여 유압이 저압 어큐뮬레이터에 저장되도록 하고, 회생 제동력이 감소하면 입구밸브를 개방하고 출구 밸브를 폐쇄하며 펌프를 구동하여 저압 어큐뮬레이터에 저장된 유압이 각 휠실린더로 공급되도록 한다.
또한, 회생 제동력이 없다면 마스터 실린더에 인가된 제동력이 휠 실린더로 모두 인가되도록 입구밸브를 개방하고 출구밸브를 폐쇄한다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 차량의 회생 제동시 유압 제동력을 조절하여 운전자가 요구한 제동력만을 발생시킴에 따라 제동력의 과부하가 발생되는 문제를 해결하는 장점이 있다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 본 도면을 참조하여 상세하게 설명하도록 한다.
도 1 은 본 발명의 일실시예에 따른 전자제어 유압 브레이크 장치의 개략도 이다. 도 1 에 도시된 바와 같이, 브레이크 페달(BP)의 압박에 의한 부스터(B)의 작동에 의해 브레이크 압력을 발생시키는 마스터실린더(MC)를 구비한다.
이 마스터실린더(MC)는 두 개의 챔버(MCP, MCS)를 가지며, 마스터실린더(MC)로부터 휠 실린더(WFR, WRL)에 전달되는 브레이크 액압을 제어하기 위해 첫 번째 챔버(MCP)와 전륜 우측 바퀴(FR)와 후륜 좌측 바퀴(RL)에 각각 설치된 휠 실린더(WFR, WRL) 사이의 액압라인에는 노멀오픈형 컷밸브(TC1)가 마련된다. 그리고, 이 노멀오픈형 컷밸브(TC1)와 각 휠 실린더(WFR, WRL) 사이의 유압라인에는 노멀오픈형 입구밸브(INLET1, INLET2)가 마련된다.
또한, 각 휠 실린더(WFR, WRL)의 출구측에는 제 1 노멀클로즈형 출구밸브(OUTLET1, OUTLET2)가 마련된다. 이 제 1 노멀클로즈형 출구밸브(OUTLET1, OUTLET2)의 출구측에는 각 휠 실린더(WFR, WRL)에서 배출되는 브레이크액을 일시 저장하는 저압 어큐뮬레이터(LACC) 및 이 저압 어큐뮬레이터(LACC)에 저장된 브레이크액을 펌핑하여 각 휠 실린더측으로 강제 환류시키는 두 개씩 한 쌍을 이루는 4개의 유압펌프 중 유압펌프(HP1,HP2)와, 이 유압펌프들에 접속된 한 개의 모터(M)가 마련된다.
한편, 유압펌프(HP1,HP2)의 흡입측과 마스터실린더(MC)의 첫 번째 챔버(MCP)사이의 보조액압라인사이에는 제 2 노멀클로즈형 출구밸브(SUC1,SUC2)가 마련된다. 이에 따라, 제 2 노멀클로즈형 출구밸브(SUC1,SUC2)가 개방되면, 마스터 실린더(MC)와 유압펌프(HP1)사이의 보조액압라인이 개방되고, 제 2 노멀클로즈형 출구밸브(SUC1,SUC2)가 폐쇄되면, 마스터 실린더(MC)와 유압펌프(HP1, HP2)사이의 보조액압라인이 폐쇄된다.
한편, 전륜 좌측 바퀴(FL)와 후륜 우측 바퀴(RR)의 유압회로에서는 각각의 부품들이 상술한 전륜 우측 바퀴(FR)와 후륜 좌측 바퀴(RL)의 유압회로와 동일하게 구성된다.
참고로, 참조부호 DP1, DP2는 고압 어큐뮬레이터이다.
도 1의 노멀오픈형 컷밸브(TC1, TC2), 제 2 노멀클로즈형 출구밸브(SUC1,SUC2), 그리고 각 휠 실린더(WFR, WRL, WFL, WRR)에서의 노멀오픈형 입구밸브(INLET1~INLET4)와 제 1 노멀클로즈형 출구밸브(OUTLET1~OUTLET4), 유압펌프(HP1,HP2, HP3, HP4)를 작동시키는 모터(M)는 ESP 모드 등의 제어모드를 수행하는 전자제어유닛(ECU)에 의해 작동된다.
전륜 좌우측 바퀴(FL, FR)와 후륜 좌우측 바퀴(RL, RR)에 각각 마련된 휠 속도센서(WS1~WS4)는 검출된 바퀴의 속도를 제공할 수 있도록 전자제어유닛(ECU)에 전기적으로 연결된다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 회생제동시스템은 기존 ESP 시스템의 유압제어장치에 성능 향상과 회생 제동을 수행하기 위한 요소 추가 및 성능 업그레이드된 시스템이다. 즉, 각 휠 실린더의 휠 압력을 측정하기 위해 4개의 압력센서와, 마스터실린더의 압력을 측정하기 위해 1개의 압력센서가 장착된다. 이는 보다 정밀한 휠 압력제어를 수행하기 위한 것이다.
유압 상승 시에 제어 오차 및 페달감 개선을 위해서 전기모터에 4개의 유압펌프(HP1,HP2,HP3,HP4)를 위치시켰다. 또한, 운전자의 제동의지를 파악하기 위하여 브레이크 페달 부근에 페달 트래블 센서(PTS)를 부착하였다.
도 2는 본 발명에 따른 제동시스템의 간략화한 개념도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 전자제어 유압브레이크장치(22)에서 운전자 요구제동력을 계산한다. 하 이브리드 제어장치(HCU)(24)에서는 가능한 회생 제동토크를 연산하여 회생제동을 수행하게 된다. 전기모터에 의한 회생 제동토크에 해당하는 양을 제외한 나머지 양만큼만 전자제어 유압브레이크장치(22)의 제어를 통해 각 휠 압력을 조절하게 한다. 전자제어 유압브레이크장치(22)와 HCU 제어장치(24)를 위해 필요한 정보들은 캔 통신을 이용하여 주고받게 된다.
도 3 은 본 발명의 일실시예에 따른 차량의 제동 시 회생제동과 유압제동을 나타낸 그래프이고, 도 4 는 본 발명의 일실시예에 따른 차량의 제동시 밸브 제어를 나타낸 도표이다.
도 3 에 나타낸 바와 같이 제동력이 인가되고 차량이 감속을 시작하는 스텝1과 같은 단계에서는 회생 제동은 아직 발생되지 않기 때문에 마스터 실린더에서 발생한 제동 유압이 각 휠로 토출되도록 밸브 제어를 수행하는 스텝 1과 같은 밸브 제어를 수행한다.
한편, 스텝 2와 같이 회생 제동이 점진적으로 증가하는 경우는 회생 제동에 의하여 증가한 제동력만큼 유압 제동에 의하여 발생하는 제동력을 감소시키기 위하여 스텝 2와 같은 밸브 제어를 수행한다. 스텝 2와 같은 밸브 제어를 통하여 마스터 실린더로부터 토출된 일부 유압이 휠로 공급되지 못하고 저압 어큐뮬레이터(LACC)에 축적된다.
한편, 스텝 3과 같이 회생 제동의 증가가 일정한 경우는 스텝 3과 같은 밸브 제어를 수행하여 감압된 유압이 변하지 않도록 한다.
한편, 스텝 4와 같이 회생 제동이 급격히 감소하면 부족한 제동력을 보상하 기 위하여 스텝 2에 의하여 저압 어큐뮬레이터(LACC)에 저장된 유압을 펌프를 구동하여 다시 휠 실린더로 공급되도록 하는 밸브 제어를 수행한다.
한편, 스텝 2과 같은 감압 제어를 수행하여 저압 어큐률레이터(LACC)에 유압이 채워진 상태에서 운전자에 의한 제동력이 사라지면(즉, 차량이 멈추지 않은 상태에서 운전자가 브레이크 페달에서 급격하게 발을 떼는 경우) 저압 어큐뮬레이터(LACC)에 채워진 유압은 사라지지 않고 그 상태를 유지한다. 그러나, 추후에 운전자에 의하여 제동력이 인가되는 경우 저압 어큐뮬레이터(LACC)에는 유압이 채워져 있기 때문에 다시 회생 제동이 점진적으로 발생하는 스텝 2와 같은 감압과정을 거치더라도 더 이상 어큐뮬레이터에 유압이 저장되지 않기 때문에 감압이 정상적으로 이루어 지지 않는다. 이에, 차량의 제동이 발생하지 않는 때에는 스텝 5와 같은밸브 제어를 수행하여 저압 어큐뮬레이터에 저장된 유압을 제거하다.
이하에서는 도 5 를 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 전기모터가 장착된 차량의 유압 제어 방법을 설명하도록 한다.
차량의 주행이 시작되면, 전기제어 유압브레이크장치(22)는 마스터 실린더(MC)에 마스터 실린더 인가 제동력이 입력되었는지 판단한다(500).
500 단계에서 마스터 실린더(MC)에 마스터 실린더 인가 제동력이 입력되지 않으면, 전기제어 유압브레이크장치(22)는 스텝 5를 수행하여 저압 어큐률레이터(LACC)에 저장된 유압을 배출한다(510).
한편, 500 단계에서 마스터 실린더(MC)에 마스터 실린더 인가 제동력이 입력되면, 전기제어 유압브레이크 장치(22)는 HCU(24)로부터 회생 제동이 작동되는지 확인한다(520).
520 단계에서 HCU(24)에 의하여 회생 제동이 발생하지 않으면, 전기제어 유압 브레이크 장치(22)는 스텝 1을 수행하여 마스터 실린더(MC)에 마스터 실린더 인가 제동력(즉, 마스터 실린더에서 토출되는 유압)이 휠실린더로 모두 공급되도록 한다(530).
한편, 520 단계에서 HCU(24)에 의하여 회생 제동이 발생하면, 전기제어 유압 브레이크 장치(22)는 회생 제동력이 증가하는지 확인한다(540).
540 단계의 판단 결과 회생 제동력이 증가하면, 전기제어 유압 브레이크 장치(22)는 증가한 회생 제동력만큼 마스터 실린더(MC)에서 토출된 유압 제동력을 감소시키기 위하여 스텝 2를 수행한다(550).
한편, 540 단계의 판단 결과 회생 제동력이 일정하다면(560), 전기제어 유압 브레이크 장치(22)는 제 3 스텝을 수행하여 마스터 실린더(MC)에서 토출된 유압을 일정하게 차압시켜 휠실린더로 공급한다(570).
만약, 560 단계에서 회생 제동력이 일정하지 않다면, 전기제어 유압 브레이크 장치 회생 제동력이 감압하고 있다고 판단하여 제4 스텝을 수행하고, 이때 펌프를 구동하여 저압 어큐뮬레이터(LACC)에 저장된 유압이 휠실린더로 공급되도록 하여 회생 제동력의 감소분을 보충하도록 한다(580).
전기제어 유압 브레이크장치(22)는 운전자가 브레이크 페달에서 발을 떼거나 차량의 속도가 0이되어 제동이 완료되면 제동제어를 종료하고, 제동이 완료되지 않으면 500 단계로 회귀하여 제동제어를 수행한다(590).
도 1 은 본 발명의 일실시예에 따른 전자제어 유압 브레이크 장치의 개략도이다.
도 2 는 본 발명의 일실시예에 따른 제동시스템을 간략화한 개념도이다.
도 3 은 본 발명의 일실시예에 따른 차량의 제동 시 회생제동과 유압제동을 나타낸 그래프이다.
도 4 는 본 발명의 일실시예에 따른 차량의 제동시 밸브 제어를 나타낸 도표이다.
도 5 는 본 발명의 일실시예에 따른 전기모터가 장착된 차량의 회생 제동 시 유압 제어 방법을 도시한 흐름도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *
MC : 마스터실린더 TC1,TC2 : 노멀오픈형 컷밸브
SUC1,SUC2 : 제 2 노멀클로즈형 출구밸브
INLET1~INLET4 : 노멀오픈형 입구밸브
OUTLET1~OUTLET4 : 제 1 노멀클로즈형 출구밸브
ECU : 전자제어유닛

Claims (3)

  1. 마스터실린더와, 각 휠 실린더의 입구에 마련된 노멀오픈형 입구밸브와, 상기 각 휠 실린더의 출구에 마련된 제 1 노멀클로즈형 출구밸브와, 상기 제 1 노멀클로즈형 출구밸브와 연결되어 상기 제 1 노멀클로즈형 출구밸브로부터 공급되는 유압을 저장하는 저압 어큐뮬레이터와, 상기 마스터실린더 및 상기 노멀오픈형 입구밸브와 연결된 노멀오픈형 컷밸브와, 상기 마스터실린더 및 상기 저압 어큐뮬레이터와 연결된 제 2 노멀클로즈형 출구밸브와, 상기 저압 어큐뮬레이터에 저장된 유압을 펌핑하여 각 휠 실린더 측으로 제공하는 복수의 유압펌프와, 상기 복수의 유압펌프를 작동시키는 모터와, 차량의 운동에너지를 전기에너지로 변환하여 회생제동으로 차량을 제동하는 전기모터가 장착된 차량의 회생 제동 시 유압 제어 방법에 있어서,
    상기 마스터 실린더에 인가된 마스터 실린더 인가 제동력을 구하는 단계;
    상기 회생 제동으로 발생한 회생 제동력을 구하는 단계; 및
    상기 마스터 실린더 인가 제동력과 상기 회생 제동력의 차에 상응하는 유압 제동력이 상기 각 휠 실린더 측으로 공급되도록 상기 노멀오픈형 입구밸브 및 상기 제 1 노멀클로즈형 출구밸브와 상기 노멀오픈형 컷밸브 및 상기 제 2 노멀클로즈형 출구밸브와 상기 복수의 유압펌프 및 상기 모터를 제어하는 단계를 포함하되,
    상기 마스터 실린더 인가 제동력이 인가되고 상기 차량이 감속을 시작하는 단계인 스텝 1 단계일 때에 상기 노멀오픈형 입구밸브를 개방하고 상기 제 1 노멀클로즈형 출구밸브를 폐쇄하며 상기 노멀오픈형 컷밸브를 개방하고 상기 제 2 노멀클로즈형 출구밸브를 폐쇄하며 상기 복수의 유압펌프를 비구동시키고, 상기 회생 제동이 점진적으로 증가하는 단계인 스텝 2 단계일 때에 상기 노멀오픈형 입구밸브를 폐쇄하며 상기 제 1 노멀클로즈형 출구밸브를 개방하고 상기 노멀오픈형 컷밸브를 개방하며 상기 제 2 노멀클로즈형 출구밸브를 폐쇄하고 상기 복수의 유압펌프를 비구동시키고, 상기 회생 제동의 증가가 일정한 단계인 스텝 3 단계일 때에 상기 노멀오픈형 입구밸브를 폐쇄하며 상기 제 1 노멀클로즈형 출구밸브를 폐쇄하고 상기 노멀오픈형 컷밸브를 개방하며 상기 제 2 노멀클로즈형 출구밸브를 폐쇄하고 상기 복수의 유압펌프를 비구동시키고, 상기 회생 제동이 급격히 감소하는 단계인 스텝 4 단계일 때에 상기 노멀오픈형 입구밸브를 개방하며 상기 제 1 노멀클로즈형 출구밸브를 폐쇄하고 상기 노멀오픈형 컷밸브를 개방하며 상기 제 2 노멀클로즈형 출구밸브를 폐쇄하고 상기 복수의 유압펌프를 구동시키는 단계를 포함하는 전기모터가 장착된 차량의 회생 제동시 유압 제어 방법.
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