KR101371898B1

KR101371898B1 - 하이브리드 차량의 제동 제어장치 및 제어방법

Info

Publication number: KR101371898B1
Application number: KR1020120128652A
Authority: KR
Inventors: 심재훈; 이중희; 전갑배; 최재일; 최진환
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2012-11-14
Filing date: 2012-11-14
Publication date: 2014-03-07

Abstract

본 발명은 ESC를 이용한 회생제동 협조제어를 통해 연비 개선 및 가격 경쟁력 확보가 가능한 하이브리드 차량의 제동 제어장치 및 제어방법에 관한 것이다.
이에 본 발명은, 페달 스트로크에 따라 브레이크 유압을 발생시키는 마스터 실린더와, 회생제동시 상기 마스터 실린더로부터 휠 브레이크에 공급되는 브레이크 유압을 제어하는 ESC와, 상기 ESC를 통해 마스터 실린더와 연결되는 휠 브레이크를 포함하여 회생제동 협조제어를 수행하는 것으로,
상기 ESC는 회생제동 협조제어시 휠 브레이크의 브레이크 유압을 LPA로 배출가능한 아웃렛 밸브와, 회생제동력의 감소시 회생제동력의 감소량만큼 LPA의 브레이크 유압을 휠 브레이크로 공급가능한 ESC 펌프를 포함하고, 상기 아웃렛 밸브는 회생제동력이 최대치일 때 추가로 발생하는 페달 스트로크에 따라 클로즈되어 휠 브레이크로 브레이크 유압이 공급가능하도록 된 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 제동 제어장치를 제공한다.

Description

하이브리드 차량의 제동 제어장치 및 제어방법 {Brake system and method for brake controlling of hybrid vehicle}

본 발명은 하이브리드 차량의 제동 제어장치 및 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 ESC를 이용한 회생제동 협조제어를 통해 연비 개선 및 가격 경쟁력 확보가 가능한 하이브리드 차량의 제동 제어장치 및 제어방법에 관한 것이다.

하이브리드 차량은 주행 중에 차속을 감속하거나 정지시키기 위한 제동 제어가 실행되면, 엔진의 출력토크를 보조하는 모터는 회생제동이 실행되어 감속 에너지를 회수하여 배터리를 충전시킨다.

운전자가 브레이크 페달을 밟음에 따라 발생하는 페달 스트로크에 의해 결정되는 총 제동량은 회생제동량과 각 휠 브레이크에 공급되는 유압으로 실행되는 브레이크 제동량으로 분배되어 협조제어가 실행된다.

기존의 일부 하이브리드 차량은 회생제동 협조제어를 미실시함으로 회생제동에 의한 연비 개선에 그치고 있고, 상기의 협조제어를 위한 기존의 하이브리드 차량의 제동 제어장치는 유압부스터를 통해 회생제동 협조제어를 수행한다.

종래에는 유압부스터에서 기본 제동력으로 브레이크 유압(유압제동력)을 생성하고 회생제동을 제어하여 회생제동 협조제어를 수행하게 되며, 상기 유압부스터의 페일(fail) 시에는 모터와 펌프를 구동하여 보조제동력을 발생시키는 ESC(Electronic Stability Control)를 이용한다.

이와 같은 종래의 제동 제어장치는 제동시 소산되는 감속 에너지를 일부 회수 가능하여 회생제동 협조제어를 미실시할 시보다 연비가 개선되는 효과를 얻게 되기는 하나, 유압부스터가 마스터 실린더부터 휠 브레이크까지의 압력을 직접 제어함으로 페달 조작감을 위한 페달 시뮬레이터를 구비해야 함에 따라 원가 상승이 발생되어 가격 경쟁력이 떨어지는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 점을 개선하기 위해 고안한 것으로서, 회생제동 협조제어를 통해 연비 개선율을 향상시킬 수 있도록 하는 동시에, 유압부스터를 통한 종래의 회생제동 협조제어 시 대비 가격 경쟁력을 높일 수 있는 하이브리드 차량의 제동 제어장치 및 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 페달 스트로크에 따라 브레이크 유압을 발생시키는 마스터 실린더와, 회생제동시 상기 마스터 실린더로부터 휠 브레이크에 공급되는 브레이크 유압을 제어하는 ESC와, 상기 ESC를 통해 마스터 실린더와 연결되는 휠 브레이크를 포함하여 회생제동 협조제어를 수행하는 것으로,

상기 ESC는 회생제동 협조제어시 휠 브레이크의 브레이크 유압을 LPA로 배출가능한 아웃렛 밸브와, 회생제동력의 감소시 회생제동력의 감소량만큼 LPA의 브레이크 유압을 휠 브레이크로 공급가능한 ESC 펌프를 포함하고, 상기 아웃렛 밸브는 회생제동력이 최대치일 때 추가로 발생하는 페달 스트로크에 따라 클로즈되어 휠 브레이크로 브레이크 유압이 공급가능하도록 된 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 제동 제어장치를 제공한다.

바람직하게, 상기 ESC는 ESC 펌프의 작동시 ESC 펌프와 마스터 실린더 사이 유로를 차단하는 TC 밸브를 포함하여 구성된다.

또한 본 발명은, 페달 스트로크 신호에 따라 회생제동 협조제어를 수행하기 위하여, 회생제동력이 증가중이면 휠 브레이크의 브레이크 유압을 ESC의 아웃렛 밸브를 통해 LPA로 저장하는 단계; 회생제동력이 최대치이면 추가로 발생하는 페달 스트로크 신호에 따라 상기 아웃렛 밸브를 클로즈시켜 휠 브레이크로 마스터 실린더의 브레이크 유압을 공급하는 단계; 회생제동력이 감소중이면 ESC 펌프를 구동하여 회생제동력의 감소량만큼 상기 LPA의 브레이크 유압을 휠 브레이크로 공급하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 제동 제어방법을 제공한다.

바람직하게, 상기 LPA의 브레이크 유압을 휠 브레이크로 공급하는 단계에서는, TC 밸브를 닫아서 마스터 실린더와 ESC 펌프 사이 유로를 차단하도록 한다.

본 발명에 따른 하이브리드 차량의 제동 제어장치 및 제어방법에 의하면 최대 제동 감속도로 제동시 소산되는 에너지의 대부분을 회수 가능하여 회생제동 협조제어를 미실시할 시보다 연비 개선율이 향상되며, 종래의 회생제동 협조제어시 대비 페달 시뮬레이터의 생략을 통해 원가 절감의 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 제동 제어장치를 개략적으로 나타낸 도면,
도 2는 본 발명에 따른 제동 제어장치의 유압 회로도를 나타낸 도면,
도 3a는 본 발명에 따른 제동 제어시 제동 구간별 제어모드를 나타낸 일 예시도,
도 3b는 본 발명에 따른 제동 제어시 제동 구간별 제어모드를 나타낸 다른 예시도,
도 4는 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 제동 제어과정을 나타낸 흐름도.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명하기로 한다.

본 발명은 마일드 타입 하이브리드 차량의 회생제동 협조제어 제동에 관한 것으로, 회생제동시 ESC를 통해 휠 브레이크의 브레이크 유압(혹은 유압제동력)을 제어하여 회생제동 협조제어를 통한 연비 개선이 가능하도록 한다.

도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 제동 제어장치는 HCU(Hybrid Control Unit : 10), 브레이크 ECU(Electric Control Unit : 11), ESC(Electronic Stability Control : 12), MCU(Motor Control Unit : 13), 마스터 실린더(14), 유압부스터(15), 휠 브레이크(16) 등을 포함하여 구성된다.

HCU(10)는 하이브리드 차량에 구성되는 각 제어기를 네트워크로 연결하여 차량의 거동과 회생제동 협조제어의 제반적인 동작을 제어한다.

브레이크 ECU(11)는 상기 HCU(10)와 네트워크로 연결되어 제어정보 및 분석정보를 상호 교환하며, 운전자의 제동요구인 브레이크 페달의 동작에 의한 페달 스트로크가 검출되면 페달 스트로크에 따른 제동력을 결정한 다음 회생제동력(회생제동토크량)에 따라 ESC(12)를 작동시켜 휠 브레이크(16)에 공급되는 브레이크 유액의 유량을 조정한다.

ESC(12)는 제동시 브레이크 ECU(11)에서 페달 스트로크 신호에 따라 결정된 제동력에 따라 휠 브레이크(16)의 브레이크 유압을 변경 제어하는 것으로, 유압부스터(15)를 통해 마스터 실린더(14)와 ESC 펌프(21)(또는 인렛 밸브) 사이에 연결되는 TC 밸브(), 이 TC 밸브(18)와 휠 브레이크(16)(또는 아웃렛 밸브) 사이에 연결되는 인렛 밸브(19), 이 인렛 밸브(19)와 휠 브레이크(16) 사이에 일측이 연결되는 아웃렛 밸브(20), 및 아웃렛 밸브(20)와 ESC 펌프(21) 사이에 구성되는 LPA(Low Pressure Accumulator)(22)를 포함한다.

TC 밸브(18)와 인렛 밸브(19)는 상시열림형 밸브로서, 상기 TC 밸브(18)는 열림 상태에서 마스터 실린더(14)에서 발생되는 유압을 인렛 밸브(19) 측으로 전달하다가 회생제동이 해제되어 회생제동력이 감소되고 ESC 펌프(21)가 구동되면 닫힘 상태가 되어 ESC 펌프(21)에서 발생되는 압력이 마스터 실린더(14)로 전달되지 않도록 마스터 실린더(14)와 ESC 펌프(21) 사이 유로를 차단하는 역할을 하고, 인렛 밸브(19)는 항시 열림 상태를 유지하여 TC 밸브(18)의 출력단(혹은 인렛 밸브의 입력단) 유로를 통해 전달된 유압을 휠 브레이크(16) 측으로 전달하는 역할을 한다.

아웃렛 밸브(20)는 상시닫힘형 밸브로서 회생제동력 상승시 열림 상태가 되어 휠 브레이크(16)의 유압(즉, 마스터 실린더에서 휠 브레이크로 공급된 유압)을 LPA(22)로 배출시켜 마스터 실린더(14)와 휠 브레이크(16) 구간의 배관 압력을 낮추는 역할을 한다.

ESC 펌프(21)는 허용가능한 최대 회생제동력을 초과한 제동력이 요구되면 LPA(22)의 브레이크 유액을 펌핑하여 휠 브레이크(16)로 공급하여 추가되는 페달 스트로크에 따라 제동 압력을 증가시킬 수 있도록 한다. 이때 아웃렛 밸브(20)는 닫힘 상태로 구동된다.

도면으로 나타내지는 않았으나, ESC(12)는 ECU(즉, ESC ECU)를 포함하고 있으며, 상기 ECU는 브레이크 ECU(11)로부터 수신한 신호에 따라 ESC(12) 내 각종 밸브 및 펌프 등을 구동 제어한다.

마스터 실린더(14)는 브레이크 페달의 작동에 따라 제동 유압을 발생시켜 ESC(12)를 통해 휠 브레이크에 공급하며, 유압부스터(15)는 마스터 실린더(14)의 유압을 상승시키는 역할을 한다.

휠 브레이크(16)는 ESC(12)를 통해 공급되는 브레이크 유액의 압력에 따라 휠을 구속하여 유압제동력을 발생시킨다.

그리고, MCU(13)는 상기의 HCU(10)와 네트워크로 연결되어 제어정보 및 분석정보를 상호 교환하며, HCU(10)의 제어신호를 입력받아 모터가 회생제동을 실시하여 배터리를 충전시키게 한다.

상기와 같이 구성되는 하이브리드 차량용 제동 제어장치의 동작을 도 3a 및 도 3b의 제동 구간별 제어모드와 도 4의 흐름도를 참조로 하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 4를 참조하여 회생제동 협조제어 과정을 설명하도록 한다.

차량이 소정의 속도로 주행하는 상태에서 운전자가 브레이크 페달을 밟아 감속 또는 정지 등의 제동을 요구하게 되면, 페달 스트로크 센서(17)는 운전자의 페달 가압(답력)에 따라 페달 스트로크를 감지하고 감지신호(페달 스트로크 신호)를 브레이크 ECU(11)로 출력하며, 마스터 실린더(14)는 페달 스트로크에 따라 브레이크 유액에 제동 압력을 발생시키고, 브레이크 ECU(11)는 부스터의 압력센서를 통해 이러한 마스터 실린더 유압을 인지한다.

상기 브레이크 ECU(11)는 페달 스트로크 신호에 따라 운전자가 요구하는 운전자요구제동토크량을 검출하고(S10), 상기 검출한 운전자요구제동토크량에 따라 전륜 제동을 위한 전륜제동토크량을 연산하며(S11), 상기 전륜제동토크량 중 회생제동력에 의해 최대로 제동가능한 최대 회생제동토크량을 산출하여 HCU로 출력 전송한다(S12).

이때 HCU(10)는 전기모터의 RPM, 배터리의 충전상태, 차량속도, 전기모터 온도 등 차량상태 등에 따라 최대 허용가능한 최대 회생제동토크량을 연산하고(S13) 이를 브레이크 ECU(11)에서 입력받은 최대 회생제동토크량과 비교하여(S14) 둘 중 작은 값을 이용하여 실제 회생제동을 실행하기 위한 실행 회생제동토크량을 계산하여 MCU(13)로 출력 전송한다(S15).

MCU(13)는 입력받은 제어신호(실행 회생제동토크량)에 따라 전기모터의 회생제동을 실행시켜 회생제동토크 제어를 실행한다(S16).

또한, 상기 브레이크 ECU(11)는 HCU(10)에서 입력받은 실행 회생제동토크량을 브레이크 ECU(11) 내부에서 산출한 전륜제동토크량으로부터 차감하여(S17) 실제 유압제동을 실행하기 위한 실행 유압제동토크량을 산출하여 ESC로 출력한다(S18).

ESC(12)는 브레이크 ECU(11)에서 입력받은 제어신호(실행 유압제동토크량 또는 휠 브레이크 제동 액압)에 따라 유압제동 제어를 실행한다(S19).

다음, 도 3a 및 도 3b를 참조하여 회생제동 협조제어시 ESC(12)를 통한 유압제동 제어과정을 설명한다.

ESC(12)는 회생제동 협조제어시 아래와 같이 제동 구간별 제어 모드에 따라 휠 브레이크(16)에 공급되는 브레이크 유압을 제어한다.

도 3a에 나타낸 바와 같이, 제동 구간별 제어 모드는 제동시의 회생제동력을 기준으로 구분할 수 있는데, 회생제동력만으로 제동하는 제1구간(①), 회생제동력을 일정하게 유지하고 브레이크 유압을 상승시키는 제2구간(②), 회생제동을 해제하여 회생제동력 감소량만큼 브레이크 유압을 증가시키는 제3구간(③)으로 분류할 수 있다.

상기 제1구간은 시간에 따른 운전자의 요구제동력(혹은 운전자요구제동토크량)이 0.1g 이하인 구간으로, 유압제동력 없이 모터의 회생제동력만으로 제동이 가능하며, ESC(12)의 아웃렛 밸브(20)를 개방하여 마스터 실린더(14)로부터 공급되는 브레이크 유압을 LPA(22)에 저장하여 휠 브레이크(16)의 브레이크 유압 상승을 차단한다.

운전자가 브레이크 페달을 밟으면 마스터 실린더(14)에서 휠 브레이크(16)까지의 배관에 브레이크압이 생성되고 운전자의 페달 가압에 따라 회생제동력이 증감하여 발생하는데, 상기 제1구간과 같은 제동 초기에는 회생제동력만으로도 제동이 가능하므로 이 구간에서는 유압 발생을 최소화하기 위해 ESC(12)의 아웃렛 밸브(20)를 오픈하여 LPA(22)로 브레이크 유압을 배출하게 되며, 이에 마스터 실린더(14)와 휠 브레이크(16) 사이 배관 압력이 낮아지게 된다.

상기 제2구간에서 회생제동력은 제1구간에서 상승 형성된 최대치(최대 회생제동력)를 그대로 유지하고, 운전자가 브레이크 페달을 추가 가압하여 회생제동력을 초과하는 제동력이 요구되면 브레이크 유압을 증가시킨다.

상기 제2구간은 회생제동력으로 낼 수 있는 제동력보다 큰 제동력을 요구하는 구간으로, LPA(22)로 통하는 아웃렛 밸브(20)를 닫아서 운전자의 페달 조작량에 따라 형성되는 마스터 실린더(14)의 브레이크 유압을 공급받아 휠 브레이크(16)의 브레이크 유압이 증가할 수 있도록 한다.

상기 제3구간은 회생제동이 해제되어 회생제동량이 감소하는 구간으로, 이 구간에서는 운전자가 요구하는 전체 제동력을 형성하기 위해 회생제동력의 감소량만큼 유압제동력을 증가시키며, 이를 위해 ESC 펌프(21)를 구동하여 LPA(22)에 저장해둔 브레이크 유압을 휠 브레이크(16)로 공급하여 휠 브레이크(16)의 유압을 증가시킨다. 이때 발생된 유압이 마스터 실린더(14) 측에 영향을 주지 않고 휠 브레이크(16)에만 영향을 주도록 하기 위해 TC 밸브(18)를 닫는다.

운전자가 요구하는 전체 제동력을 형성 완료하게 되면 ESC 펌프(21)의 구동을 정지한다.

이와 같이 본 발명에서는 ESC(12)를 통해 회생제동시 휠 브레이크(16)에 공급되는 유압을 제어하여 회생제동 협조제어를 실시하게 되며, 이때 기본 유압 생성은 유압부스터(15)의 배력을 이용하고, 회생제동 협조제어 중 유압 상승은 ESC(12)를 구동하여 구현한다.

또한, 제동 구간별 제어 모드(제동력 제어 모드)는 도 3b에 나타낸 바와 같이, 도 3a의 제어 모드와 유사한 제1구간 내지 제3구간(①,②,③)과 더불어 제4구간(④)으로 구분할 수 있다.

도 3b의 제1구간 내지 제3구간에서 회생제동 협조제어시 ESC를 통한 유압제동 제어과정은 전술한 바와 동일하게 이루어지며, 제3구간 이후 계속적으로 제4구간(④)을 포함한다.

도 3b에서는 제3구간에서 전체 제동력이 감소하지 않고 제2구간과 동일하게 유지되며, 이에 제3구간에 이어 제4구간에서도 전체 제동력을 동일하게 유지한다. 이를 위한 ESC(12) 내 각 밸브(18~20)와 펌프(21)는 아래 표 1과 같은 작동모드로 동작한다.

이상으로 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하였는바, 본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.

10 : HCU(Hybrid Control Unit)
11 : 브레이크 ECU(Electric Control Unit)
12 : ESC(Electronic Stability Control)
13 : MCU(Motor Control Unit)
14 : 마스터 실린더
15 : 유압부스터
16 : 휠 브레이크
17 : 페달 스트로크 센서
18 : TC 밸브
19 : 인렛 밸브
20 : 아웃렛 밸브
21 : ESC 펌프
22 : LPA

Claims

페달 스트로크에 따라 브레이크 유압을 발생시키는 마스터 실린더와, 회생제동시 상기 마스터 실린더로부터 휠 브레이크에 공급되는 브레이크 유압을 제어하는 ESC와, 상기 ESC를 통해 마스터 실린더와 연결되는 휠 브레이크를 포함하여 회생제동 협조제어를 수행하는 것으로,
상기 ESC는 회생제동 협조제어시 휠 브레이크의 브레이크 유압을 LPA로 배출가능한 아웃렛 밸브와, 회생제동력의 감소시 회생제동력의 감소량만큼 LPA의 브레이크 유압을 휠 브레이크로 공급가능한 ESC 펌프를 포함하고, 상기 아웃렛 밸브는 회생제동력이 최대치일 때 추가로 발생하는 페달 스트로크에 따라 클로즈되어 휠 브레이크로 브레이크 유압이 공급가능하도록 된 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 제동 제어장치.
청구항 1에 있어서,
상기 ESC는 ESC 펌프의 작동시 ESC 펌프와 마스터 실린더 사이 유로를 차단하는 TC 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 제동 제어장치.
페달 스트로크 신호에 따라 회생제동 협조제어를 수행하기 위하여,
회생제동력이 증가중이면 휠 브레이크의 브레이크 유압을 ESC의 아웃렛 밸브를 통해 LPA로 저장하는 단계;
회생제동력이 최대치이면 추가로 발생하는 페달 스트로크 신호에 따라 상기 아웃렛 밸브를 클로즈시켜 휠 브레이크로 마스터 실린더의 브레이크 유압을 공급하는 단계;
회생제동력이 감소중이면 ESC 펌프를 구동하여 회생제동력의 감소량만큼 상기 LPA의 브레이크 유압을 휠 브레이크로 공급하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 제동 제어방법.
청구항 3에 있어서,
상기 LPA의 브레이크 유압을 휠 브레이크로 공급하는 단계에서는, TC 밸브를 닫아서 마스터 실린더와 ESC 펌프 사이 유로를 차단하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 제동 제어방법.