KR101601430B1 - 모터구동차량의 크립토크 제어방법 - Google Patents

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Abstract

주행로의 내리막기울기를 산출하는 내리막기울기산출단계; 내리막기울기, 미리 마련된 기본크립토크, 설정속도, 설정속도에 대응되는 기본크립토크의 보상계수를 이용하여 필터 시정수를 산출하는 시정수산출단계; 및 산출된 시정수를 필터에 대입하고, 기본크립토크를 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, 내리막경사로에서 과도한 에너지의 사용을 방지하고 의도치 않은 가속을 방지하기 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 작을수록 크립 토크 과다로 인해 내리막 출발시 가속량이 과도하게 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, 내리막경사로에서 과도한 에너지의 사용을 방지하고 의도치 않은 가속을 방지하기 위한 모터주행차량의 크립토크 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 모터주행차량의 크립토크 제어방법은, 주행로의 내리막기울기를 산출하는 내리막기울기산출단계; 내리막기울기와 미리 마련된 기본크립토크를 이용하여 필터 시정수를 산출하는 시정수산출단계; 및 산출된 시정수를 필터에 대입하고, 기본크립토크를 필터에 입력하며, 필터로부터 출력된 토크값을 요구토크로 하여 모터를 제어하는 가변제어단계;를 포함한다.
시정수산출단계는 내리막기울기, 미리 마련된 기본크립토크, 설정속도, 설정속도에 대응되는 기본크립토크의 보상계수를 이용하여 필터 시정수를 산출할 수 있다.
상기 시정수는 아래의 식에 의해 계산된 시정수 최대값보다 작거나 같을 수 있다.
Figure 112014055357295-pat00001
상기 시정수는 아래의 식에 의해 계산된 시정수 최소값보다 크거나 같을 수 있다.
Figure 112014055357295-pat00002
상기 가변제어단계는 산출된 시정수를 필터에 대입하고, 기본크립토크에 기어비/타이어반경을 곱하여 기본등판력을 구하고, 기본등판력을 필터에 입력하며, 필터로부터 출력된 필요등판력으로 모터를 제어할 수 있다.
상기 가변제어단계는 필요등판력에서 중력을 제거하여 최종등판력을 구하고, 최종등판력으로 모터를 제어할 수 있다.
상기 중력은 차량중량과 중력가속도 및 내리막기울기를 곱하여 계산할 수 있다.
상기 필터는 아래의 식에 의해 표현될 수 있다.
F(s) =
Figure 112014055357295-pat00003
(여기서, k는 시정수이다.)
시정수산출단계에서는 아래 식에 의해 도출된 최대크립토크 프로파일을 기본크립토크로 선정할 수 있다.
Figure 112014055357295-pat00004
기본크립토크의 가속도 프로파일은 미리 마련된 내리막에서의 목표가속도 프로파일일 수 있다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 모터주행차량의 크립토크 제어방법에 따르면, 내리막의 경사도에 따라 시정수가 가변됨으로써 최적의 크립토크를 생성하여 주행감 및 안전성을 증대시키고 연비를 향상시킬 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 제어방법을 수행하기 위한 목표가속도 그래프의 예시.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터주행차량의 크립토크 제어방법의 수행을 위한 최대크립토크 그래프의 예시.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터주행차량의 크립토크 제어방법의 수행을 위한 시정수그래프의 예시.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터주행차량의 크립토크 제어방법의 블록도.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터주행차량의 크립토크 제어방법에 따른 효과를 나타낸 그래프.
도 8은 차량의 내리막 주행 모델에 대한 블록도.
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 제어방법을 수행하기 위한 목표가속도 그래프의 예시이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터주행차량의 크립토크 제어방법의 수행을 위한 최대토크 그래프의 예시이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터주행차량의 크립토크 제어방법의 수행을 위한 시정수그래프의 예시이고, 도 6 은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터주행차량의 크립토크 제어방법의 블록도이다.
본 발명은 모터구동차량에 있어 내리막에서 과도한 가속을 발생시키지 않도록 하기 위한 것으로서, 주행로의 내리막기울기를 산출하는 내리막기울기산출단계(S100); 내리막기울기, 미리 마련된 기본크립토크, 설정속도, 설정속도에 대응되는 기본크립토크의 보상계수를 이용하여 필터 시정수를 산출하는 시정수산출단계(S200); 및 산출된 시정수를 필터에 대입하고, 기본크립토크를 필터에 입력하며, 필터로부터 출력된 토크값을 요구토크로 하여 모터를 제어하는 가변제어단계(S300);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 발생할 수 있다.
따라서, 먼저 주행로의 내리막기울기를 산출한다. 내리막기울기는 G센서 또는 정밀 지도의 고도값 등을 이용하여 산출할 수 있다.
그리고, 미리 기본크립토크를 도출하고, 평지 등에서는 그 기본크립토크로 모터를 구동하되 내리막에서는 이를 변형하여 모터를 제어하도록 한다.
산출된 내리막기울기에 따라 기본크립토크의 그래프 개형을 변화시켜 모터를 제어하는데, 이를 위해, 내리막기울기, 미리 마련된 기본크립토크, 설정속도, 설정속도에 대응되는 기본크립토크의 보상계수를 이용하여 필터 시정수를 산출한다.
그리고 산출된 시정수를 필터에 대입하고, 기본크립토크를 필터에 입력하며, 필터로부터 출력된 토크값을 요구토크로 하여 모터를 제어함으로써 내리막기울기의 상황에 따라 기본크립토크가 목표값에 수렴하는 민감도의 정도를 조절할 수 있는 것이다.
구체적으로, 도 2와 같이 차량이 언덕길에 있는 경우에는 아래의 식으로 모델링될 수 있을 것이다.
Figure 112014055357295-pat00005
Figure 112014055357295-pat00006
(여기서, A는 기어비(GR)/타이어반경(R_tire)이고, T는 기본크립토크이며, M은 차량중량이고, g는 중력가속도이며, θ는 내리막기울기이다.)
한편, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터주행차량의 크립토크 제어방법의 블록도로서, 본 발명의 경우 먼저 내리막기울기인 θ를 계측하고, 이를 정량화(estimation model)하며, 그 값으로부터 시정수 k를 구한다.
그리고 시정수 k를 필터 F(s)에 대입하고, 그 필터에 기본크립토크 T와 A(기어비(GR)/타이어반경(R_tire))의 곱을 대입하여 필요등판력을 구하는 것이다.
또한, 필요등판력에서 중력을 제거하여 최종등판력을 구하고, 최종등판력으로 Motor Controller에서 모터를 제어할 수 있다. 참고로, 최종등판력은 A(기어비(GR)/타이어반경(R_tire))로 나눌 경우 모터에서 필요한 구동토크로 산출되고, 이를 통해 모터에 토크제어를 수행할 수 있게 된다.
한편, 도 8의 차량의 내리막 주행 모델링은 아래의 식으로 표현되며, 이를 시간영역으로 역라플라스를 취하면 아래와 같이 표현된다.
Figure 112014055357295-pat00007
Figure 112014055357295-pat00008

그리고, 도 3과 같이 내리막에서 목표가속도의 프로파일을 수정하여 실제 원하는 목표가속도의 프로파일(target)을 마련한다.
그리고 그 가속도 프로파일을 수학식 1의
Figure 112014055357295-pat00009
에 대입하여 도 4와 같은 최대크립토크의 프로파일을 생성한다. 그리고 이를 기본크립토크로 한다.
한편, 수학식 2의 경우 푸리에급수를 전개하여 선형화할 경우 아래와 같이 표현이 가능하다.
Figure 112014055357295-pat00010
그리고, 상기 식에서, 시간 tn에 목표로 하는 설정속도 Vn으로 도달된다는 가정을 세우면, 수학식 3은 아래와 같이 정리된다.
Figure 112014055357295-pat00011
따라서, 목표로 하는 설정속도 Vn으로 도달하는 시간 tn에 있어 크립토크가 원하는 토크인 γT에 수렴하도록 가정한다면, 수학식 4의 결과를 아래의 크립토크에 관한 모델링인 수학식 5에 대입하여 수학식 6과 같이 정리 가능해진다.
Figure 112014055357295-pat00012
Figure 112014055357295-pat00013
즉, 목표 설정속도에 도달하는 시점에 있어 원하는 크립토크가 최대크립토크(기본크립토크)의 γ배인 γT에 수렴하는 것으로 제어하고자 한다면, 이를 위한 필터의 시정수는 상기 수학식 6과 같이 제어되어야 하는 것이다.
즉, 기본크립토크 T는 내리막기울기를 수학식 1에 대입하여 도출하고, 보정계수 γ는 원하는 시간 tn에서의 원하는 설정속도 Vn에 따라 미리 설정하여 두는 것이다. 그리고 이에 변수로서 내리막기울기를 측정값을 대입할 경우 시정수가 정해진다.
한편, 시간 tn에 있어 원하는 크립토크가 αT 이상이 되어야 한다면, 상기 시정수는 아래의 식에 의해 계산된 시정수 최대값보다 작거나 같아야 한다.
Figure 112014055357295-pat00014
그리고, 시간 tn에 있어 원하는 크립토크가 βT 이하가 되어야 한다면, 상기 시정수는 아래의 식에 의해 계산된 시정수 최소값보다 크거나 같아야 한다.
Figure 112014055357295-pat00015
즉, 시정수는 상기 최대값과 최소값의 사이에서 즉, 도 5의 그래프의 α에 의한 커브와 β에 의한 커브의 사이에서 선택되는 것인데, 이에 관한 중간의 적절한 값으로서 앞서 살핀 γ값을 보정계수로 활용할 수 있는 것이다.
한편, 상기 가변제어단계는 산출된 시정수를 필터에 대입하고, 기본크립토크에 기어비/타이어반경을 곱하여 기본등판력을 구하고, 기본등판력을 필터에 입력하며, 필터로부터 출력된 필요등판력으로 모터를 제어할 수 있다. 그리고, 상기 가변제어단계는 필요등판력에서 중력을 제거하여 최종등판력을 구하고, 최종등판력으로 모터를 제어할 수 있다. 또한, 상기 중력은 차량중량과 중력가속도 및 내리막기울기를 곱하여 계산할 수 있으며, 상기 필터의 전달함수 F(s)는 아래의 식에 의해 표현될 수 있다.
Figure 112014055357295-pat00016
한편, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터주행차량의 크립토크 제어방법의 효과를 비교하는 그래프로서, 크립토크의 시정수를 내리막 구배에 따라 변경한 경우 모터토크(Torque Command)의 최대값이 감소하고 상승률이 둔화됨을 알 수 있다. 그리고 가속(Acceleration)의 피크치가 감소되고, 최종적인 소모에너지(Load Energy)가 저감됨을 알 수 있다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 모터주행차량의 크립토크 제어방법에 따르면, 경사도에 따라 시정수가 가변됨으로써 최적의 크립토크를 생성하여 주행감 및 안전성을 증대시키고, 내리막에서 과도한 가속을 저감하여 연비를 향상시킬 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 : 내리막기울기산출단계 S200 : 시정수산출단계
S300 : 가변제어단계

Claims (10)

  1. 주행로의 내리막기울기를 산출하는 내리막기울기산출단계;
    내리막기울기와 미리 마련된 기본크립토크를 이용하여 필터 시정수를 산출하는 시정수산출단계; 및
    산출된 시정수를 필터에 대입하고, 기본크립토크를 필터에 입력하며, 필터로부터 출력된 토크값을 요구토크로 하여 모터를 제어하는 가변제어단계;를 포함하는 모터주행차량의 크립토크 제어방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    시정수산출단계는 내리막기울기, 미리 마련된 기본크립토크, 설정속도, 설정속도에 대응되는 기본크립토크의 보상계수를 이용하여 필터 시정수를 산출하는 것을 특징으로 하는 모터주행차량의 크립토크 제어방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 시정수는 아래의 식에 의해 계산된 시정수 최대값보다 작거나 같은 것을 특징으로 하는 모터주행차량의 크립토크 제어방법.
    Figure 112015097946858-pat00017
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 시정수는 아래의 식에 의해 계산된 시정수 최소값보다 크거나 같은 것을 특징으로 하는 모터주행차량의 크립토크 제어방법.
    Figure 112015097946858-pat00018
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 가변제어단계는 산출된 시정수를 필터에 대입하고, 기본크립토크에 기어비/타이어반경을 곱하여 기본등판력을 구하고, 기본등판력을 필터에 입력하며, 필터로부터 출력된 필요등판력으로 모터를 제어하는 것을 특징으로 하는 모터주행차량의 크립토크 제어방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 가변제어단계는 필요등판력에서 중력을 제거하여 최종등판력을 구하고, 최종등판력으로 모터를 제어하는 것을 특징으로 하는 모터주행차량의 크립토크 제어방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 중력은 차량중량과 중력가속도 및 내리막기울기를 곱하여 계산되는 것을 특징으로 하는 모터주행차량의 크립토크 제어방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 필터는 아래의 식에 의해 표현되는 것을 특징으로 하는 모터주행차량의 크립토크 제어방법.
    F(s) =
    Figure 112014055357295-pat00019
    (여기서, k는 시정수이다.)
  9. 청구항 1에 있어서,
    시정수산출단계에서는 아래 식에 의해 도출된 최대크립토크 프로파일을 기본크립토크로 선정하는 것을 특징으로 하는 모터주행차량의 크립토크 제어방법.
    Figure 112014055357295-pat00020
  10. 청구항 9에 있어서,
    기본크립토크의 가속도 프로파일은 미리 마련된 내리막에서의 목표가속도 프로파일인 것을 특징으로 하는 모터주행차량의 크립토크 제어방법.
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