KR101439029B1 - 모터구동차량의 크립토크 제어방법 - Google Patents

모터구동차량의 크립토크 제어방법 Download PDF

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Abstract

주행로의 기울기를 산출하는 기울기산출단계; 미리 마련된 기본 크립토크에 따라 모터를 제어하는 기본제어단계; 상기 기본 크립토크, 기울기 및 미리 설정된 밀림속도 한계값을 이용하여 필터 시정수를 산출하는 시정수산출단계; 및 산출된 시정수를 필터에 대입하고, 기본 크립토크를 필터에 입력하며, 필터로부터 출력된 토크값을 요구토크로 하여 모터를 제어하는 가변제어단계;를 포함하는 모터주행차량의 크립토크 제어방법이 소개된다.

Description

모터구동차량의 크립토크 제어방법 {METHOD FOR CONTROLLING CREEP TORQUE OF MOTOR DRIVEN VEHICLE}
본 발명은 모터구동차량에 있어, 경사로 등에서 뒤로 과도하게 밀리지 않도록 하기 위한 모터주행차량의 크립토크 제어방법에 관한 것이다.
전기자동차나 하이브리드 차량 또는 연료전지차량 등과 같이 전기모터 구동 차량의 경우 엔진 차량과 달리 아이들 토크가 없기 때문에 크립 주행을 위한 별도의 제어가 필요한 상황이다.
또한, 크립토크의 인가시 스텝제어를 하게 되면 승차감에 있어 불리하기에, 필터링을 통하여 부드럽게 모터에 토크가 출력되도록 한다. 다만, 그 필터링을 위한 시정수를 산정함에 있어, 크립 토크 제어의 토크 필터 시정수 결정은 아래와 같은 트레이드 오프의 관계가 있다.
1. 차량의 원활한 크립 출발 (특히, 등판 상황)을 위해서는 시정수를 낮춤.
2. 출발시 당돌감을 저감하고 제동시 브레이크 크립 이음 저감(특히, 평지 및 강판 상황)을 위해서는 시정수를 높임.
따라서, 시정수가 클수록 크립 토크 부족으로 인해 경사로 출발시 밀림량이 커지게 된다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 10-2012-0080720 A
본 발명은 모터구동차량에 있어, 경사로 등에서 뒤로 과도하게 밀리지 않도록 하기 위한 모터주행차량의 크립토크 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 모터주행차량의 크립토크 제어방법은, 주행로의 기울기를 산출하는 기울기산출단계; 미리 마련된 기본 크립토크에 따라 모터를 제어하는 기본제어단계; 상기 기본 크립토크, 기울기 및 미리 설정된 밀림속도 한계값을 이용하여 필터 시정수를 산출하는 시정수산출단계; 및 산출된 시정수를 필터에 대입하고, 기본 크립토크를 필터에 입력하며, 필터로부터 출력된 토크값을 요구토크로 하여 모터를 제어하는 가변제어단계;를 포함한다.
상기 시정수는 아래의 식에 의해 계산된 시정수 최대값보다 작을 수 있다.
시정수 최대값 =
Figure 112013047692725-pat00001
(여기서, A는 기어비/타이어반경이고, T는 기본 크립토크이며, M은 차량 중량이고, g는 중력가속도이며, θ는 기울기이고, v_back은 밀림속도 한계값이다.)
상기 가변제어단계는 산출된 시정수를 필터에 대입하고, 기본 크립토크에 기어비/타이어반경을 곱하여 기본 등판력을 구하고, 기본 등판력을 필터에 입력하며, 필터로부터 출력된 필요 등판력으로 모터를 제어할 수 있다.
상기 가변제어단계는 필요 등판력에서 중력을 제거하여 최종 등판력을 구하고, 최종 등판력으로 모터를 제어할 수 있다.
상기 중력은 차량 중량과 중력가속도 및 기울기를 곱하여 계산할 수 있다.
상기 필터는 아래의 식에 의해 표현될 수 있다.
H(s) =
Figure 112013047692725-pat00002
(여기서, k는 시정수이다.)
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 모터주행차량의 크립토크 제어방법에 따르면, 경사도에 따라 시정수가 가변됨으로써 최적의 크립토크를 생성하여 주행감 및 안전성을 증대시킬 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터주행차량의 크립토크 제어방법의 순서도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터주행차량의 크립토크 제어방법을 설명하기 위한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터주행차량의 크립토크 제어방법의 밀림속도 한계값을 설명하기 위한 그래프.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터주행차량의 크립토크 제어방법의 시정수를 설명하기 위한 그래프.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터주행차량의 크립토크 제어방법의 블록도.
도 6 내지 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터주행차량의 크립토크 제어방법의 효과를 비교하는 그래프.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 모터주행차량의 크립토크 제어방법에 대하여 살펴본다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터주행차량의 크립토크 제어방법의 순서도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터주행차량의 크립토크 제어방법을 설명하기 위한 도면이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터주행차량의 크립토크 제어방법의 밀림속도 한계값을 설명하기 위한 그래프이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터주행차량의 크립토크 제어방법의 시정수를 설명하기 위한 그래프이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터주행차량의 크립토크 제어방법의 블록도이고, 도 6 내지 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터주행차량의 크립토크 제어방법의 효과를 비교하는 그래프이다.
본 발명은 모터구동차량에 있어, 경사로 등에서 뒤로 과도하게 밀리지 않도록 하기 위한 모터주행차량의 크립토크 제어방법으로서, 본 발명에 따른 모터주행차량의 크립토크 제어방법은, 주행로의 기울기를 산출하는 기울기산출단계(S100); 미리 마련된 기본 크립토크에 따라 모터를 제어하는 기본제어단계(S200); 상기 기본 크립토크, 기울기 및 미리 설정된 밀림속도 한계값을 이용하여 필터 시정수를 산출하는 시정수산출단계(S300); 및 산출된 시정수를 필터에 대입하고, 기본 크립토크를 필터에 입력하며, 필터로부터 출력된 토크값을 요구토크로 하여 모터를 제어하는 가변제어단계(S400);를 포함한다.
즉, 일반적으로 모터 구동차량의 경우 인위적인 크립토크를 모터로부터 출력하여 등판길 등에서 안정성을 보장하는데, 그 크립토크를 일률적으로 처리하여 출력할 경우에는 상황에 따라 종래 내연기관 차량에 비해 운전 이질감이 바라생할 수 있다.
따라서, 먼저 주행로의 기울기를 산출한다. 기울기는 G센서 또는 정밀 지도의 고도값 등을 이용하여 산출할 수 있다.
그리고, 미리 기본 크립토크를 저장하였다가 일정 기울기 이상시에는 기본 크립토크로서 모터를 제어한다.
그리고 산출된 기울기에 따라 기본 크립토크의 그래프 개형을 변화시켜 모터를 제어하는데, 이를 위해, 기본 크립토크, 기울기 및 미리 설정된 밀림속도 한계값을 이용하여 필터 시정수를 산출한다.
그리고 산출된 시정수를 필터에 대입하고, 기본 크립토크를 필터에 입력하며, 필터로부터 출력된 토크값을 요구토크로 하여 모터를 제어함으로써 기울기의 상황에 따라 기본 크립토크가 목표값에 수렴하는 민감도의 정도를 조절할 수 있는 것이다.
구체적으로, 도 2와 같이 차량이 언덕길에 있는 경우에는 아래의 식으로 모델링될 수 있을 것이다.
Figure 112013047692725-pat00003
(여기서, A는 기어비(GR)/타이어반경(R_tire)이고, T는 기본 크립토크이며, M은 차량 중량이고, g는 중력가속도이며, θ는 기울기이다.)
이와 같은 모델링에 의해 차량이 등판로에서 최소한 정차 상태를 유지하기 위한 구동력을 구한다면 역으로 모터에서 필요한 구동토크를 구할 수 있음을 알 수 있다.
한편, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터주행차량의 크립토크 제어방법의 블록도로서, 본 발명의 경우 먼저 기울기인 θ를 계측하고, 이를 정량화(estimation model)하며, 그 값으로부터 시정수를 구한다.
그리고 시정수를 필터에 대입하고, 그 필터에 기본 크립토크와 A(기어비(GR)/타이어반경(R_tire))의 곱을 대입하여 필요 등판력을 구하는 것이다.
또한, 필요 등판력에서 중력을 제거하여 최종 등판력을 구하고, 최종 등판력으로 모터를 제어할 수 있다. 최종 등판력은 A(기어비(GR)/타이어반경(R_tire))로 나눌 경우 모터에서 필요한 구동토크로 산출되고, 이를 통해 모터에 토크제어를 수행할 수 있게 된다.
한편, 시정수는 아래의 식에 의해 계산된 시정수 최대값보다 작을 수 있다.
Figure 112013047692725-pat00004
(여기서, A는 기어비/타이어반경이고, T는 기본 크립토크이며, M은 차량 중량이고, g는 중력가속도이며, θ는 기울기이고, v_back은 밀림속도 한계값이다.)
즉, 시정수는 상기 최대값의 내에서 선택되는 것인데, 차량이 성격에 따라 최대값을 그대로 이용할 수도 있고, 이를 일정비율로 삭감하여 이용할 수도 있을 것이다.
구체적으로, 차량 등판 모델링은 아래의 식으로 표현되며, 이를 시간영역으로 역라플라스를 취하면 아래와 같이 표현된다.
Figure 112013047692725-pat00005
Figure 112013047692725-pat00006
또한, 도 3에서 볼 수 있듯이, 일정 조건하에서 실험을 수행하였을 경우, 등판에서 출발하는 경우 가속도가 0인 t0 지점에서 최저속도가 나타남을 알 수 있다. 즉, 등판에 차량이 정차된 상태에서 재출발을 하는 경우에는 초기에 차가 다소 뒤로 밀리다가 가속도가 0인 지점에서 그 밀리는 속도가 최대를 이루며, 다시 가속도가 양의 값을 가짐에 따라 속도 역시 양의 방향 즉, 언덕을 올라가는 방향으로 증가하게 되는 것이다.
따라서, 등판로에서 원하는 밀림속도 한계값을 정할 경우, 역으로 그에 알맞은 시정수를 찾을 수 있게 된다.
구체적으로, 이러한 과정은 아래의 수식으로 이해될 수 있다.
Figure 112013047692725-pat00007
즉, 가속도가 0인 지점에서의 t0를 구하는 것이다. 그리고, 그 t0 값을 속도의 함수에 대입하여 나온 결과가 밀림속도 한계값보다 작도록 하는 조건의 시정수를 구하는 것이다.
Figure 112013047692725-pat00008
시정수 최대값 =
Figure 112013047692725-pat00009
(여기서, A는 기어비/타이어반경이고, T는 기본 크립토크이며, M은 차량 중량이고, g는 중력가속도이며, θ는 기울기이고, v_back은 밀림속도 한계값이다.)
상기와 같은 방식으로, 원하는 밀림속도 한계값의 조건하에서 시정수의 최대값을 이용할 경우 최소한 뒤로는 밀리지 않으면서도 너무 갑작스럽게 토크가 인가되는 것을 방지하여 최적의 성능과 주행감을 제공할 수 있게 되는 것이다. 도 4는 이러한 기울기에 따른 시정수의 변화를 나타낸 그래프이다.
한편, 상기 가변제어단계는 산출된 시정수를 필터에 대입하고, 기본 크립토크에 기어비/타이어반경을 곱하여 기본 등판력을 구하고, 기본 등판력을 필터에 입력하며, 필터로부터 출력된 필요 등판력으로 모터를 제어할 수 있다. 그리고, 상기 가변제어단계는 필요 등판력에서 중력을 제거하여 최종 등판력을 구하고, 최종 등판력으로 모터를 제어할 수 있다. 또한, 상기 중력은 차량 중량과 중력가속도 및 기울기를 곱하여 계산할 수 있으며, 상기 필터의 전달함수 H(s)는 아래의 식에 의해 표현될 수 있다.
Figure 112013047692725-pat00010
한편, 도 6 내지 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터주행차량의 크립토크 제어방법의 효과를 비교하는 그래프로서, 도 6의 경우는 시정수의 변화 없이 주행한 경우이고, 도 7은 본 발명에 따라 적절히 시정수를 변화하여 주행한 경우를 나타낸다. 양 그래프에서 볼 수 있듯이, 시정수의 변화에 따라 목표 토크에 수렴하는 속도가 달라지며, 모터 회전속도 역시 본 발명의 경우 (a)구간에서 최소한 음의 값은 나오지 않도록 함으로써 차량이 뒤로 밀리지 않음을 확인할 수 있는 것이다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 모터주행차량의 크립토크 제어방법에 따르면, 경사도에 따라 시정수가 가변됨으로써 최적의 크립토크를 생성하여 주행감 및 안전성을 증대시킬 수 있게 된다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
S100 : 기울기산출단계 S200 : 기본제어단계
S300 : 시정수산출단계 S400 : 가변제어단계

Claims (6)

  1. 주행로의 기울기를 산출하는 기울기산출단계;
    미리 마련된 기본 크립토크에 따라 모터를 제어하는 기본제어단계;
    상기 기본 크립토크, 기울기 및 미리 설정된 밀림속도 한계값을 이용하여 필터 시정수를 산출하는 시정수산출단계; 및
    산출된 시정수를 필터에 대입하고, 기본 크립토크를 필터에 입력하며, 필터로부터 출력된 토크값을 요구토크로 하여 모터를 제어하는 가변제어단계;를 포함하는 모터주행차량의 크립토크 제어방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 시정수는 아래의 식에 의해 계산된 시정수 최대값보다 작은 것을 특징으로 하는 모터주행차량의 크립토크 제어방법.
    시정수 최대값 =
    Figure 112013047692725-pat00011

    (여기서, A는 기어비/타이어반경이고, T는 기본 크립토크이며, M은 차량 중량이고, g는 중력가속도이며, θ는 기울기이고, v_back은 밀림속도 한계값이다.)
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 가변제어단계는 산출된 시정수를 필터에 대입하고, 기본 크립토크에 기어비/타이어반경을 곱하여 기본 등판력을 구하고, 기본 등판력을 필터에 입력하며, 필터로부터 출력된 필요 등판력으로 모터를 제어하는 것을 특징으로 하는 모터주행차량의 크립토크 제어방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 가변제어단계는 필요 등판력에서 중력을 제거하여 최종 등판력을 구하고, 최종 등판력으로 모터를 제어하는 것을 특징으로 하는 모터주행차량의 크립토크 제어방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 중력은 차량 중량과 중력가속도 및 기울기를 곱하여 계산되는 것을 특징으로 하는 모터주행차량의 크립토크 제어방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 필터는 아래의 식에 의해 표현되는 것을 특징으로 하는 모터주행차량의 크립토크 제어방법.
    H(s) =
    Figure 112013047692725-pat00012
    (여기서, k는 시정수이다.)
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