KR101637707B1 - 회생 제동량 제어 장치 및 그 방법 - Google Patents

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KR101637707B1
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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 회생 제동량 제어 시스템은 브레이크 페달의 작동 여부 및 변속 정보를 검출하는 운전정보 검출부; 및 상기 변속정보에 따라 실변속 시 회생 제동량을 고정하고 실변속이 아닌 경우 요구 제동력을 이용하여 회생 제동량을 계산하는 하이브리드 제어기를 포함할 수 있다.

Description

회생 제동량 제어 장치 및 그 방법{System for controlling a regenerative braking and method thereof}
본 발명은 회생 제동량 제어 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 실변속 중에 회생 제동량을 제어하는 기술에 관한 것이다.
전기자동차는 배터리(battery)에 저장된 전기에너지를 이용하여 모터(motor)를 구동하고, 모터의 구동력을 전체 또는 일부 동력원으로 사용하는 자동차를 의미한다. 현재, 전기자동차는 배터리의 전기에너지만을 동력원으로 사용하는 순수 전기자동차(pure electric vehicle)와 내연기관 엔진을 구비하여 엔진에서 발생되는 동력을 배터리의 충전 및/또는 자동차의 구동에 사용하는 하이브리드 전기자동차(HEV: Hybrid Electric Vehicle)로 구분된다.
보통, 전기자동차는 제동(braking)시에 제동력의 일부를 발전에 사용하고, 발전된 전기에너지를 배터리의 충전에 사용하는 바, 자동차의 주행속도에 의한 운동에너지(kinetic energy)의 일부를 발전기의 구동에 필요한 에너지로 사용함으로써, 운동에너지의 저감(즉, 주행속도의 감소)과 전기에너지의 발전을 동시에 구현된다. 이러한 방식의 제동방법을 회생제동(regenerative braking)이라고 한다.
상기 회생제동시 전기에너지의 생성은 별도의 발전기 혹은 상기 모터를 역구동함으로써 이루어질 수 있다. 전기자동차의 제동시 회생제동(regenerative braking) 제어에 의하여 전기자동차의 주행거리를 향상시킬 수 있고, 하이브리드 전기자동차의 경우에는 연비를 향상함과 아울러, 유해 배기가스의 배출을 줄일 수 있다.
이러한 회생제동 시 적절한 회생 제동량을 제어하는 것이 중요하다.
도 1을 참조하면, 종래에는 회생 제동량을 계산하기 위해 요구 제동력을 계산하고(S10), 요구 제동력을 이용하여 인터벤션전 모터토크를 계산한 후(S20), 인터벤션 전 모터토크를 이용하여 회생제동량을 계산한다(S30).
변속이 없는 일반적인 상황에서는 인터벤션 후 모터토크를 제어함으로써 변속기 입력 토크를 제어하고, 변속기 내부의 클러치 및 브레이크 요소의 슬립을 통해 인터벤션 전 모터토크의 프로파일로 변속기 출력축 토크가 결정된다. 대부분의 변속의 경우에는 위와 같이 제어할 경우 매우 정확한 변속기 출력축 토크 추정이 가능하기 때문에 회생제동 시스템 대비 운전성 및 연비 측면에서 월등히 앞설 수 있다.
그런데, 변속 시 변속기 내부 클러치 및 브레이크 요소의 슬립으로 인해 토크가 증배되는 효과가 발생하는데, 변속기 출력축 토크를 맞추기 위해 토크인터벤션을 통해 입력축 토크를 저감시키게 된다.
현재 실변속 중 제동 시에는 실변속 진입 전에 토크인터펜션전 토크를 참조하여 변속을 수행하기 때문에 운전자의 제동 의지가 바뀌어도 변속에 반영되지 않는다.
도 2를 참조하면 실변속 중 제동력이 증가할 경우에도 인터벤션 전 모터토크를 이용하여 회생제동량을 계산하므로 회생제동량의 오계산이 될 수 있다. 즉, 실변속 중 제동이 시작될 경우 하이브리드 제어기(HCU)는 운전자의 요구 제동량이 늘었기 때문에 인터벤션 전 모터토크를 발생시킨다. 하지만 차량 주행 제어기(TCU)에서는 실변속 중에는 실변속 전 모터토크를 참조하기 때문에 제동력이 상실되어 밀림감이 발생한다.
이처럼 종래에는 실변속 중에도 인터벤션 전 모터토크를 이용하여 회생재동량을 계산함으로써 충전도 되지 않는 영역을 회생제동 중으로 잘못 판단하는 문제점이 있었다.
본 발명의 실시예는 실변속 중 제동 진입 여부를 판정하여 운전자의 요구 회생제동 토크를 실변속 전 토크로 가정하고 인터벤션 전 모터토크를 증가시키지 않도록 하여 회생제동량의 오계산을 방지할 수 있는 회생 제동량 제어 시스템 및 그 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예에 따른 회생 제동량 제어 시스템은 브레이크 페달의 작동 여부 및 변속 정보를 검출하는 운전정보 검출부; 및 상기 변속정보에 따라 실변속 시 회생 제동량을 고정하고 실변속이 아닌 경우 요구 제동력을 이용하여 회생 제동량을 계산하는 하이브리드 제어기를 포함할 수 있다.
또한, 상기 하이브리드 제어기는, 상기 실변속 시 상기 브레이크 페달 작동 여부에 따라 요구 제동력이 상승하였는지를 판단할 수 있다.
또한, 상기 하이브리드 제어기는, 상기 실변속 시 상기 요구 제동력이 상승하면 상기 회생 제동력을 고정시키고, 상기 요구 제동력이 상승하지 않은 경우 상기 회생 제동량을 계산할 수 있다.
또한, 상기 하이브리드 제어기는 상기 실변속 종료 후 상기 요구 제동력만큼 인터벤션 전 모터토크의 절대량을 증대시켜 상기 회생 제동량을 계산할 수 있다.
본 발명에 따른 회생 제동량 제어 방법은 요구 제동력을 계산하는 단계; 실변속 여부를 판단하는 단계; 상기 실변속 중이 아닌 경우 인터벤션 전 모터토크를 이용하여 회생제동량을 계산하는 단계; 및 상기 실변속 중인 경우 상기 요구 제동력이 상승하였는지를 판단하는 단계; 상기 실변속 중 상기 요구 제동력이 상승한 경우 상기 회생 제동량을 이전 회생 제동량으로 고정시키는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 실변속 중 상기 요구 제동력이 상승하지 않은 경우, 상기 인터벤션 전 모터토크를 이용하여 회생제동량을 계산하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 실변속 종료 시, 상기 상승된 요구 제동력을 이용하여 인터벤션 전 모터토크를 계산하고, 상기 인터벤션 전 모터토크를 이용하여 회생 제동량을 계산하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 실변속 종료 시, 상기 상승된 요구 제동력을 3단 기울기로 적용할 수 있다.
본 기술은 실변속 중 회생제동량의 오계산을 방지함으로써 회생제동량 오계산에 의한 운전성 및 연비 악화를 방지할 수 있다.
도 1은 일반적인 회생 제동량 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
도 2는 일반적인 회생 제동량 제어에 따른 실험값을 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 회생 제동량 제어 시스템의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 회생 제동량 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 회생 제어에 따른 실험값을 나타내는 그래프이다.
이하 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 설명하기로 한다.
본 발명은 실변속이 없는 일반상태에서는 인터벤션 전 모터토크를 이용하여 회생 제동량을 계산하고, 실변속 시 회생 제동량을 이전 회생 제동량으로 고정시키고, 실변속이 종료되면 운전자의 요구 제동력만큼 인터벤션전 모터토크의 절대량을 증대시켜 회생 제동량을 계산하여, 빠른 회생 제동의 진입이 가능하고 제동감 상실 방지 및 제동 이질감을 최소화하는 기술을 개시한다.
이하, 도 3 내지 도 5를 참조하여, 본 발명의 실시예들을 구체적으로 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 회생제동량 제어장치를 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예는 운전정보 검출부(101)와 ECU(Engine Control Unit : 102), HCU(Hybrid Control Unit : 103), CCU(Clutch Control Unit : 104), PCU(Power Control Unit : 105), 배터리(106), BMS(Battery Management System : 107), 엔진(200), 엔진클러치(250), 모터(300), 변속기(400)를 포함한다.
운전정보 검출부(101)는 브레이크 페달의 작동 여부를 검출하는 브레이크 페달센서, 가속페달의 작동 변위를 검출하는 APS(Accelerator Pedal Sensor)를 포함하며, 브레이크 페달 작동 여부 검출 신호를 HCU(103;이하, 하이브리드 제어기라 칭함)에 제공한다. 또한, 운전정보 검출부(101)는 변속기(미도시) 등으로부터 변속정보를 검출하여 하이브리드 제어기(103)로 제공한다.
ECU(102)는 네트워크로 연결되는 하이브리드 제어기(103)와 연동하여 엔진(200)의 제반적인 동작을 제어하며, 엔진(200)의 동작 상태정보를 HCU(103)에 제공한다.
하이브리드 제어기(103)는 최상위 제어기로, 네트워크로 연결되는 하위 제어기들을 통합 제어하고, 각 하위 제어기들의 정보를 수집 분석하여 하이브리드 차량의 전반적인 거동을 제어한다. 또한 하이브리드 제어기(103)는 운전정보 검출부(101)의 브레이크 페달 작동 여부 검출 신호에 따라 요구 제동력을 계산하고 실변속 여부를 판단하여 실변속 시 회생제동량을 고정시키고 실변속이 아닌 경우 계산된 요구 제동력을 적용하고 인터벤션전 모터 토크를 이용하여 회생 제동량을 계산한다. 즉, 하이브리드 제어기(103)는 실 변속 중 제동 시 인터벤션 전 모터토크의 절대량이 증가하더라도 그 값을 반영하지 않고 실변속 전 모터토크를 참조하여 토크 인터벤션을 수행한다. 따라서, 실변속 중 제동력 증가 시 실변속 전 모터토크를 유지시킴으로써 제동감 상실을 방지하고 제동력 감소시에는 요구 제동력을 추종함으로써 운전자가 제동 이질감을 느끼지 않도록 한다. 한편, 하이브리드 제어기(103)는 실변속 종료 후 운전자의 요구 제동력만큼 인터벤션 전 모터토크의 절대량을 증대시킴으로써 기존에 비해 빠른 회생제동 진입이 가능하여 연비 상승 효과가 발생하고 제동 이질감이 개선될 수 있다. 또한, 하이브리드 제어기(103)는 브레이크 유압 추종성을 고려하여 3단 기울기를 적용함으로써 더욱 빠른 회생 제동력 확보 및 운전성 개선 효과를 발생시킬 수 있다.
CCU(104)는 회생제동 제어가 실행되는 상태에서 전원 차단이 검출되는 경우에도 하이브리드 제어기(103)의 제어에 따라 변속기(400)의 기어 결합을 유지시킨다.
PCU(105)는 MCU(Motor Control Unit)와 복수개의 전력 스위칭소자로 구성되는 인버터 및 보호회로를 포함하며, 하이브리드 제어기(103)에서 인가되는 제어신호에 따라 배터리(106)에서 공급되는 직류전압을 3상 교류전압으로 변환시켜 모터(300)를 구동을 제어한다.
배터리(106)는 HEV모드에서 엔진(200)의 출력을 보조하기 위하여 모터(300)에 전원을 공급하고, 회생제동 제어로 모터(300)에서 발전되는 전압을 충전한다. 그리고, EV모드에서 모터(300)에 전원을 공급하고, 회생제동 제어시 발전기로 동작되는 모터(300)에서 생성되는 전압을 충전한다.
BMS(107)는 배터리(106)의 전압, 전류, 온도 등의 정보를 종합 검출하여 충전상태를 관리 제어하며, 배터리(106)의 충방전 전류량을 제어하여 한계전압 이하로 과방전되거나 한계전압 이상으로 과충전되지 않도록 한다.
BMS(107)는 하이브리드 제어기(103)에서 요구되는 제어신호에 따라 배터리(106)의 출력을 단속하는 메인 릴레이를 온 혹은 오프로 제어한다.
엔진(200)은 ECU(102)의 제어에 따라 최적의 운전점으로 구동 제어된다.
ISG(210)는 차량의 운전상황에 따라 엔진(200)의 아이들 정지 및 재시동을 실행시킨다.
엔진클러치(250)는 엔진(200)과 모터(300)의 사이에 배치되고, CCU(104)의 제어에 따라 동작되어 엔진(200)과 모터(300)간의 동력 전달을 단속한다.
모터(300)는 PCU(105)를 통해 공급되는 3상 교류전압으로 구동되어 엔진(200)의 출력토크를 지원하고, 엔진(200)의 출력에 잉여 토크가 있는 경우나 제동시 발전기로 동작된다.
변속기(400)는 상기 CCU(104)의 제어에 따라 변속비가 조정되며, 운전모드에 따라 클러치(250)를 통해 합산되어 인가되는 출력토크를 변속비로 분배하여 구동륜에 전달시켜 자동차가 주행될 수 있도록 한다. 변속기(400)는 자동변속기 혹은 무단변속기로 적용될 수 있다.
상기한 기능을 포함하는 본 발명에 따른 하이브리드 자동차에서 통상적인 동작은 종래의 하이브리드 자동차와 동일 내지 유사하게 실행되므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
이하, 도 4를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 회생 제동량 제어 방법을 구체적으로 설명하기로 한다.
먼저, 하이브리드 제어기(103)는 운전 정보 검출부(101)로부터 출력된 브레이크 페달 작동 신호를 이용하여 사용자의 요구 제동력을 계산한다(S101).
그 후 하이브리드 제어기(103)는 운전 정보 검출부(101)로부터 출력된 변속정보를 이용하여 현재 차량이 실변속 모드인지를 판단한다(S102).
차량이 실변속 모드가 아닌 경우 상기 계산된 요구 제동력을 이용하여 인터벤션 전 모터토크를 계산하고(S107), 계산된 모터토크를 이용하여 회생 제동량을 계산한다(S108).
한편 차량이 실변속 모드인 경우, 하이브리드 제어기(103)는 운전 정보 검출부(101)로부터 출력된 브레이크 페달 작동 신호를 이용하여 실변속 후 요구 제동력이 상승하였는지를 판단한다(S103).
상기 S103의 판단결과, 요구 제동력이 상승하지 않은 경우 하이브리드 제어기(103)는 계산된 요구 제동력을 이용하여 인터벤션 전 모터토크를 계산하고(S107), 계산된 모터토크를 이용하여 회생 제동량을 계산한다(S108).
상기 S103의 판단 결과, 요구 제동력이 상승한 경우 하이브리드 제어기(103)는 이전에 산출된 회생 제동량으로 고정하고(S104), 실변속의 종료여부를 판단한다(S105).
상기 과정 S105의 판단 결과 하이브리드 제어기(103)는 실변속이 종료되지 않은 경우 상기 과정 S105를 반복수행하고 실변속이 종료된 경우, 하이브리드 제어기(103)는 상기 과정 S103에서 상승된 요구 제동력(요구 토크)을 산출하여 3단 기울기로 적용하고(S106), 상승된 요구 제동력을 이용하여 인터벤션 전 모터토크를 계산하고(S107), 계산된 모터토크를 이용하여 회생 제동량을 계산한다(S108).
이와 같이, 본 발명은 크게 두 가지의 특징을 가진다. 본 발명의 실시예에 따른 회생 제어에 따른 실험값을 나타내는 그래프인 도 5를 참조하여 본 발명의 특징을 설명하면 아래와 같다.
첫째, 실변속 중 제동 시 회생제동량 계산 방법이다. 실변속 중 제동 시 앞에서 설명한 바와 같이 변속기(미도시)는 인터벤션 전 모터토크의 절대량이 증가하더라도 그 값을 반영하지 않고 실변속 전 모터토크를 참조하여 토크 인터벤션을 수행한다. 따라서 실변속 중 제동력 증가 시 회생제동 요구토크는 실변속 중에는 기존 토크를 유지시킴으로써 제동감 상실을 방지하며, 제동력 감소 시에는 요구제동력을 추종함으로써 운전자가 제동 이질감을 느끼지 않도록 한다.
둘째, 실변속 종료 후 운전자의 요구 제동력만큼 인터벤션 전 모터토크의 절대량을 증대시킴으로써 기존 대비 빠른 회생제동 진입이 가능하여 연비 상승 효과가 발생하며, 제동 이질감을 개선할 수 있다. 또한 이 경우 브레이크 유압 추종성을 고려하여 3단 기울기를 적용함으로써 더욱 빠른 회생제동력 확보 및 운전성 개선 효과를 발생시킬 수 있다.
상술한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위한 것으로, 당업자라면 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상과 범위를 통해 다양한 수정, 변경, 대체 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

Claims (8)

  1. 브레이크 페달의 작동 여부 및 변속 정보를 검출하는 운전정보 검출부; 및
    상기 운전정보 검출부로부터 출력되는 브레이크 페달의 작동 신호를 이용하여 요구 제동력을 계산하고 상기 변속정보에 따라 실변속 여부를 판단하여 실변속 중인 경우 상기 브레이크 페달 작동 신호에 따라 실변속 후 요구 제동력이 상승하였는지를 판단하고 상기 실변속 후 요구 제동력이 상승하면 회생 제동량을 이전에 산출된 회생 제동량으로 고정하고 실변속 중이 아닌 경우 계산된 요구 제동력을 이용하여 회생 제동량을 계산하는 하이브리드 제어기
    를 포함하는 회생 제동량 제어 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 하이브리드 제어기는
    상기 실변속 종료 후 상기 요구 제동력만큼 인터벤션 전 모터토크의 절대량을 증대시켜 상기 회생 제동량을 계산하는 것을 특징으로 하는 회생 제동량 제어 장치.
  5. 운전정보 검출부로부터 출력되는 브레이크 페달의 작동 신호를 이용하여 요구 제동력을 계산하는 단계;
    상기 운전정보 검출부로부터 출력되는 변속 정보를 이용하여 실변속 여부를 판단하는 단계;
    상기 실변속 중이 아닌 경우 인터벤션 전 모터토크를 이용하여 회생제동량을 계산하는 단계; 및
    상기 실변속 중인 경우 상기 브레이크 페달의 작동 신호에 따라 실변속 후 요구 제동력이 상승하였는지를 판단하는 단계;
    상기 실변속 중 상기 실변속 후 요구 제동력이 상승한 경우 상기 회생 제동량을 이전에 산출된 회생 제동량으로 고정시키는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 회생 제동량 제어 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 실변속 중 상기 요구 제동력이 상승하지 않은 경우, 상기 인터벤션 전 모터토크를 이용하여 회생제동량을 계산하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 회생 제동량 제어 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 실변속 종료 시, 상기 상승된 요구 제동력을 이용하여 인터벤션 전 모터토크를 계산하고, 상기 인터벤션 전 모터토크를 이용하여 회생 제동량을 계산하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 회생 제동량 제어 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 실변속 종료 시, 상기 상승된 요구 제동력을 3단 기울기로 적용하는 것을 특징으로 하는 회생 제동량 제어 방법.
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