KR101664082B1 - 차량 제동 시스템 및 그 제어 방법 - Google Patents

차량 제동 시스템 및 그 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 차량 제동 시스템은, 차량 배터리; 차량 제동을 제공하기 위한 공압을 생성하는 컴프레서; 상기 차량 배터리로부터 제공되는 직류 전압을 입력받고, 상기 컴프레서를 구동시키는 교류 전압을 출력하는 인버터; 및 차량 주행 중 상기 인버터로부터 검출된 전류 또는 전압이 미리 결정된 임계 대역을 초과하는지 여부를 검출하고, 상기 전류 또는 전압이 상기 임계 대역을 초과한 검출 횟수를 카운트하고, 상기 카운트된 검출 횟수가 미리 결정된 임계 횟수 이하인 경우 상기 인버터를 리부트시키고, 상기 차량 주행을 유지시키며, 상기 검출 횟수가 상기 임계 횟수를 초과하는 경우 상기 차량 주행을 정지시키는 차량 제어기를 포함한다.

Description

차량 제동 시스템 및 그 제어 방법{VEHICLE BRAKE SYSTEM AND CONTROLLING METHOD THEREOF}
본 발명은 차량 제동 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
에어브레이크(air-brake)를 사용하는 차량 제동 시스템에서는, 컴프레서(compressor)에서 생성된 압축공기가 에어탱크(air-tank)에 저장되고, 이러한 압축공기를 각 에어라인(air-line)을 통해 전후방 브레이크 챔버(chamber)에 전달하여 차량 제동이 수행된다.
이러한 컴프레서의 구동 모터는 보기류(보조기계류) 인버터에 의해서 제어되는데, 인버터에 이상 전압 또는 전류가 발생하면 인버터와 컴프레서를 보호하기 위하여 각 기기의 작동이 정지되게 된다.
하지만 전술한 바와 같이 컴프레서가 작동 정지되는 경우 차량 제동 시스템이 제대로 작동할 수 없게되고, 운전자와 승객의 안전에 큰 영향을 미치게 되는 문제점이 있다.
따라서 인버터에 이상 전압 또는 전류가 발생하는 경우에도 차량 제동이 수행가능한 차량 제동 시스템이 필요하다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 인버터에 이상 전압 또는 전류가 발생하는 경우에도 차량 제동이 수행가능한 차량 제동 시스템 및 그 제어 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 차량 제동 시스템은, 차량 배터리; 차량 제동을 제공하기 위한 공압을 생성하는 컴프레서; 상기 차량 배터리로부터 제공되는 직류 전압을 입력받고, 상기 컴프레서를 구동시키는 교류 전압을 출력하는 인버터; 및 차량 주행 중 상기 인버터로부터 검출된 전류 또는 전압이 미리 결정된 임계 대역을 초과하는지 여부를 검출하고, 상기 전류 또는 전압이 상기 임계 대역을 초과한 검출 횟수를 카운트하고, 상기 카운트된 검출 횟수가 미리 결정된 임계 횟수 이하인 경우 상기 인버터를 리부트시키고, 상기 차량 주행을 유지시키며, 상기 검출 횟수가 상기 임계 횟수를 초과하는 경우 상기 차량 주행을 정지시키는 차량 제어기를 포함한다.
상기 차량 제어기는 상기 인버터가 리부트된 이후에 정상 구동되는지 여부를 판단하고, 상기 인버터가 정상 구동되지 않는 경우 상기 차량의 주행을 정지시킬 수 있다.
삭제
상기 차량 배터리를 제어하는 배터리 제어기를 더 포함하고, 상기 차량 제어기는, 상기 인버터로부터 검출된 전류 또는 전압이 상기 임계 대역을 초과하는 경우, 상기 차량 배터리로부터 상기 인버터로 전력이 공급되지 않도록 상기 배터리 제어기를 제어할 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 차량 제동 시스템의 제어 방법은, 차량 주행 중 컴프레서를 구동시키는 인버터로부터 전류 또는 전압을 검출하는 단계; 상기 인버터로부터 검출된 전류 또는 전압이 미리 결정된 임계 대역을 초과하는 지 여부를 판별하는 단계; 상기 인버터로부터 검출된 전류 또는 전압이 상기 임계 대역을 초과하는 경우, 상기 전류 또는 전압이 상기 임계 대역을 초과한 검출 횟수를 카운트하는 단계; 및 상기 카운트된 상기 검출 횟수가 미리 결정된 임계 횟수 이하인 경우 상기 인버터를 리부트시키고, 상기 차량 주행을 유지시키며, 상기 검출 횟수가 상기 임계 횟수를 초과하는 경우 상기 차량 주행을 정지시키는 단계를 포함한다.
상기 인버터가 리부트된 이후에 정상 구동되는지 여부를 판단하고, 상기 인버터가 정상 구동되지 않는 경우 상기 차량의 주행을 정지시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
삭제
상기 인버터로부터 검출된 전류 또는 전압이 상기 임계 대역을 초과하는 경우, 차량 배터리로부터 상기 인버터로 전력이 공급되지 않도록 상기 차량 배터리를 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면 인버터에 이상 전압 또는 전류가 발생하는 경우에도 차량 제동이 수행가능한 차량 제동 시스템 및 그 제어 방법를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 차량 제동 시스템을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 차량 제동 시스템의 제어 방법을 도시한 도면이다.
이하에서 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서 전체에서, "~상에"라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것이며, 반드시 중력 방향을 기준으로 상 측에 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 차량 제동 시스템을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 차량 제동 시스템은 차량 배터리(100), 배터리 제어기(110), 인버터(200), 인버터 제어기(210), 컴프레서(300) 및 차량 제어기(400)를 포함한다. 차량 제어기(400), 배터리 제어기(110) 및 인버터 제어기(210)는 차량 제어 시스템을 구성하며, 제조사에 따라 둘 이상의 제어기를 통합해서 하나의 제어기로 제조할 수도 있다. 또한 각 제어기를 세분화하여 복수의 제어기로 제조할 수도 있다. 따라서 도 1에 도시된 차량 제어기(400), 배터리 제어기(110) 및 인버터 제어기(210)의 구성은 예시적인 것이다.
차량 배터리(100)는 인버터(200)에 전력을 공급한다. 차량 배터리(100)의 직류 전압이 고전압인 경우에는 차량 배터리(100)와 인버터(200) 사이에 저전압 직류변환기(Low-voltage DC/DC Converter, LDC)를 개재하여 인버터(200)가 요구하는 전압 수준으로 맞춰줄 수도 있다. 차량 배터리(100)는 하이브리드 차량인 경우 엔진의 구동력으로 충전되거나, 모터의 회생 제동으로 인해 충전되거나, 충전기를 통해 직접 충전될 수도 있다.
배터리 제어기(110)는 BMS(Battery Management System)로 불리기도 한다. 배터리 제어기(110)는 차량 배터리(100)의 복수 배터리 셀의 SOC(State Of Charge)를 감시하고 충방전률을 조절하는 등의 기능을 수행할 수 있다. 또한 배터리 제어기(110)는 차량 제어기(400)의 상황에 따른 명령에 따라 인버터(200)로 출력되는 전력 공급을 중단시킬 수 있다.
인버터(200)는 차량 배터리(100)로부터 직류 전압을 입력받고, 이러한 직류 전압을 교류 전압으로 변환하여 컴프레서(300)를 구동시킨다. 인버터(200)는 일명 보기류 인버터일 수 있다. 인버터는 다수의 IGBT 등의 전력 반도체 스위치를 포함하도록 구성될 수 있다. 인버터(200)를 구성하는 각각의 스위치는 인버터 제어기(210)에 연결되어 스위칭 제어될 수 있다.
인버터 제어기(210)는 인버터(200)에 대한 제어 알고리즘을 탑재한 마이크로프로세서(microprocessor) 또는 DSP(Digital Signal Processor) 등을 포함한 전자 시스템으로 구성될 수 있다. 인버터 제어기(210)는 인버터(200)의 각종 센서로부터 읽어들인 전압, 전류, 온도 등의 물리량을 반영하여 인버터(200)를 보호하기 위한 IGBT 제어 스위칭 신호를 생성할 수 있다.
컴프레서(300)는 인버터(200)로부터 전달된 교류 전력을 이용하여 공기를 압축하고, 에어라인을 통해 차량의 에어탱크에 공급한다. 이러한 압축 공기는 차량의 제동에 사용된다.
차량 제어기(400)는 배터리 제어기(110), 인버터 제어기(210) 등의 하위 제어기에 대한 상위 제어기이다. 차량 제어기(400)는 제조사에 따라 VCU(Vehicle Control Unit), HCU(Hybrid Control Unit) 등으로 불리기도 한다.
차량 제어기(400)는 인버터 제어기(210)로부터 인버터(200)로부터 검출된 전류 또는 전압 정보를 전달받을 수 있다. 차량 제어기(400)는 인버터(200)로부터 검출된 전류 또는 전압이 미리 결정된 임계 대역을 초과하는 경우, 인버터(200), 더 구체적으로는 인버터 제어기(210)의 전자 시스템을 리부트(re-boot)할 수 있다. 또한 차량 제어기(400)는 배터리 제어기(110)를 제어하여, 차량 배터리(100)로부터 인버터(200)로 전력이 공급되지 않도록 할 수 있다.
차량 제어기(400)는 인버터(200)로부터 이상 전류 또는 전압이 검출될 때 그 검출 횟수를 카운트할 수 있고, 검출 횟수가 미리 결정된 임계 횟수 이하이면 인버터 제어기(200)의 전자 시스템을 리부트시키며 차량 주행을 계속 유지시킨다. 하지만 그 검출 횟수가 미리 결정된 임계 횟수를 초과하면 인버터(200)에 물리적인 문제가 발생한 것으로 판단하고 차량 주행을 정지시켜 인버터(200) 및 컴프레서(300)의 완전한 파손을 방지한다. 이에 대해서, 도 2에 관련된 설명에서 보충적으로 더 설명한다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 차량 제동 시스템의 제어 방법을 도시한 도면이다. 차량 제동 시스템의 제어 방법을 설명함에 있어서, 도 1의 도면 부호를 함께 사용해서 설명한다.
먼저 사용자의 차량은 현재 주행 중인 경우로 가정한다(S100). 전술한 바와 같이 인버터 제어기(210)는 각종 센서를 사용하여 인버터(200)의 전압, 전류, 온도 등을 감시한다. 차량 제어기(400)의 기억 장치에는 인버터(200)의 전압 또는 전류에 대한 허용 가능 범위인 임계 대역이 미리 결정되어 저장되어 있다. 따라서 차량 제어기(400)는, 인버터 제어기(210)로부터 수신한 인버터(200)의 전압 또는 전류 정보로부터, 인버터(200)의 전압 또는 전류가 미리 결정된 임계 대역을 초과하는 지 여부를 판별할 수 있다(S101).
이러한 임계 대역은 인버터(200)의 소자 한계치, 즉 인버터(200)의 구성 스위치 등이 소손(Fault)되는 전압 또는 전류치의 90% 정도로 정해질 수 있다. 소손이 발생하면 인버터(200)는 정상 작동되지 않는다. 소손 전압 또는 전류의 몇 퍼센트를 임계 대역으로 설정할 지에 대한 구체적인 수치 사항은, 인버터(200)의 소자 한계치에 따라 또는 제조사의 안전 정책에 따라 달리 정해질 수 있다.
인버터(200)의 전압 또는 전류 검출은 인버터(200)의 입력단, 즉 차량 배터리(100)와 인버터(200)의 사이 전력선에서 수행될 수 있다. 즉, 인버터(200)의 전압 또는 전류 센서(미도시)가 차량 배터리(100)와 인버터(200) 사이의 전력선에 위치할 수 있다. 인버터(200) 어느 부분의 전압 또는 전류를 검출할지는 각 제조사의 인버터(200) 소손 방지 알고리즘에 따라 달라질 수 있다.
위에서는 과전압(Over Coltage) 및 과전류(Over Current)만 설명하였으나, 과소전압(Under Voltage)이 검출되는 경우도 인버터(200)가 정상 작동하지 않을 수 있으므로, 상술한 임계 대역은 과소전압 이상의 하한선을 가질 수 있다.
단계(S101)에서 검출된 전압 또는 전류가 인버터(200)의 임계 대역을 초과하지 않는다면, 차량 주행(S100)은 유지되며, 인버터(200) 전압 또는 전류의 감시 단계(S101)는 반복된다.
단계(S101)에서, 센싱된 전압 또는 전류가 임계 대역을 초과한 것으로 검출되는 경우, 차량 제어기(400)는 이러한 검출 횟수를 카운트한다(S102). 다음으로, 차량 제어기(400)는 카운트된 총 검출 횟수가 미리 결정된 임계 횟수를 초과하는지를 판별한다(S103). 판별 결과, 총 검출 횟수가 임계 횟수를 초과하지 않는 경우, 차량 제어기(400)는 인버터(200)를 리부트시킨다(S104).
인버터(200)를 리부트시키는 단계(S104)는, 차량 제어기(400)가 배터리 제어기(110) 및 인버터 제어기(210)를 제어함에 있어서, 배터리 제어기(110)가 차량 배터리(100)로부터 인버터(200)로의 전력 공급을 중단시키는 단계 및 인버터 제어기(210)가 자체 전자 시스템을 재기동시키는 단계를 포함하도록 구성될 수 있다. 따라서 일시적으로 컴프레서(300)에 공급되는 전력이 없으므로, 컴프레서(300)의 작동은 중단된다.
컴프레서(300)의 작동이 중단되더라도, 차량의 에어탱크의 버퍼(buffer)에는 여분의 압축 공기가 준비되어 있고, 이러한 여분의 압축 공기를 사용하면 컴프레서(300)의 일시 중단 기간 동안에도 에어브레이크를 작동시킬 수 있으므로, 차량 제동의 제공에 문제되지 않는다.
인버터(200)가 리부트된 후에, 인버터(200)가 정상구동된다고 판정되는 경우(S105), 단계(S101)로 돌아간다. 만약, 인버터(200)가 리부트된 후에 정상 구동되지 않는 경우는 인버터(200)에 물리적인 문제 또는 소손이 발생한 것으로 간주하여, 차량 제어기(400)가 차량의 주행을 정지시킨다(S106).
단계(S103)에서 총 검출 횟수가 임계 횟수를 초과하는 경우에도 인버터(200)에 문제가 발생한 것으로 보아, 차량 제어기(400)가 차량의 주행을 정지시킨다(S106).
이러한 임계 횟수를 설정해두는 것은, 한두번의 과전압, 과전류 또는 과소전압이 발생하더라도 인버터(200) 소손의 문제가 아닐 수 있기 때문이다. 예를 들어, 운전자의 부주의나 교통 상황으로 인해서 급제동이 여러 번 발생한 경우, 에어탱크에는 압축 공기가 부족하게 되며, 컴프레서(300)는 부족한 압축 공기를 빠르게 보충하기 위해서, RPM(Revolution Per Minute)을 부득이하게 높여 가동될 수 밖에 없다. 이러한 경우, 전압 인가에 지연시간을 주는 등 보호 알고리즘이 마련되어 있는 것이 일반적이지만, 악조건의 상황이 겹치는 경우 순간적인 과전압, 과전류 또는 과소전압이 발생할 수 있다. 따라서 이러한 경우는 인버터(200)를 리부트시킬 필요가 없으므로, 전술한 임계 횟수를 설정해놓는 것이다.
이러한 임계 횟수는 3회 정도로 설정될 수 있으나, 제조사 및 차량 구성에 따라 달라질 수 있다.
상술한 단계 외에도, 본 발명의 한 실시예에 따른 차량 제동 시스템의 제어 방법에는 사용자 인터페이스 관련 단계가 더 추가될 수 있다. 예를 들어, 단계(S104)에서 인버터(200)가 리부트될 때 사용자에게 소리나 디스플레이 화면으로 경고를 하도록 구성될 수 있다. 또한, 단계(S105)에서 인버터(200)가 정상 구동되지 않는다고 판단되는 경우, 사용자에게 인버터(200)에 문제가 발생하였음을 알리고, 차량 주행 정지를 안내할 수 있다.
지금까지 참조한 도면과 기재된 발명의 상세한 설명은 단지 본 발명의 예시적인 것으로서, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
100: 차량 배터리
110: 배터리 제어기
200: 인버터
210: 인버터 제어기
300: 컴프레서
400: 차량 제어기

Claims (8)

  1. 차량 배터리;
    차량 제동을 제공하기 위한 공압을 생성하는 컴프레서;
    상기 차량 배터리로부터 제공되는 직류 전압을 입력받고, 상기 컴프레서를 구동시키는 교류 전압을 출력하는 인버터; 및
    차량 주행 중 상기 인버터로부터 검출된 전류 또는 전압이 미리 결정된 임계 대역을 초과하는지 여부를 검출하고, 상기 전류 또는 전압이 상기 임계 대역을 초과한 검출 횟수를 카운트하고, 상기 카운트된 검출 횟수가 미리 결정된 임계 횟수 이하인 경우 상기 인버터를 리부트시키고, 상기 차량 주행을 유지시키며, 상기 검출 횟수가 상기 임계 횟수를 초과하는 경우 상기 차량 주행을 정지시키는 차량 제어기를 포함하는
    차량 제동 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 차량 제어기는 상기 인버터가 리부트된 이후에 정상 구동되는지 여부를 판단하고, 상기 인버터가 정상 구동되지 않는 경우 상기 차량의 주행을 정지시키는 차량 제동 시스템.
  3. 삭제
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 차량 배터리를 제어하는 배터리 제어기를 더 포함하고,
    상기 차량 제어기는,
    상기 인버터로부터 검출된 전류 또는 전압이 상기 임계 대역을 초과하는 경우, 상기 차량 배터리로부터 상기 인버터로 전력이 공급되지 않도록 상기 배터리 제어기를 제어하는
    차량 제동 시스템.
  5. 차량 주행 중 컴프레서를 구동시키는 인버터로부터 전류 또는 전압을 검출하는 단계;
    상기 인버터로부터 검출된 전류 또는 전압이 미리 결정된 임계 대역을 초과하는 지 여부를 판별하는 단계;
    상기 인버터로부터 검출된 전류 또는 전압이 상기 임계 대역을 초과하는 경우, 상기 전류 또는 전압이 상기 임계 대역을 초과한 검출 횟수를 카운트하는 단계; 및
    상기 카운트된 상기 검출 횟수가 미리 결정된 임계 횟수 이하인 경우 상기 인버터를 리부트시키고, 상기 차량 주행을 유지시키며, 상기 검출 횟수가 상기 임계 횟수를 초과하는 경우 상기 차량 주행을 정지시키는 단계를 포함하는
    차량 제동 시스템의 제어 방법.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 인버터가 리부트된 이후에 정상 구동되는지 여부를 판단하고, 상기 인버터가 정상 구동되지 않는 경우 상기 차량의 주행을 정지시키는 단계를 더 포함하는
    차량 제동 시스템의 제어 방법.
  7. 삭제
  8. 제5 항에 있어서,
    상기 인버터로부터 검출된 전류 또는 전압이 상기 임계 대역을 초과하는 경우, 차량 배터리로부터 상기 인버터로 전력이 공급되지 않도록 상기 차량 배터리를 제어하는 단계를 더 포함하는
    차량 제동 시스템의 제어 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2015117694A (ja) * 2013-11-13 2015-06-25 株式会社荏原製作所 真空ポンプおよびその運転方法

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