KR101794460B1 - 차량 감속기 변속 제어 시스템 및 그 방법 - Google Patents

차량 감속기 변속 제어 시스템 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기 자동차나 하이브리드 차량 등에 사용하는 감속기의 변속 실패 시에, 변속 모터의 위치를 검출하여 변속이 실패한 감속기의 변속 모터를 초기 위치로 강제 변속시켜 전후방 변속단을 일치시킴으로써 구동계를 보호할 수 있도록 하는, 차량 감속기 변속 제어 시스템 및 그 방법이 개시된다.
개시된 차량 감속기 변속 제어 시스템은, 전기 에너지로 차량의 구동력을 생성하는 구동 모터; 상기 구동 모터의 회전수를 낮추어, 회전수가 낮추어진 구동력을 바퀴의 구동축에 전달하는 감속기; 상기 감속기의 목표 변속 위치를 설정하는 변속 스위치; 상기 감속기를 동작시키기 위한 변속 모터; 상기 변속 모터의 위치를 검출하기 위한 위치 검출부; 및 상기 설정된 목표 변속 위치로의 변속 실패 시에, 상기 변속 모터의 위치 검출이 가능하면, 변속을 실패한 변속 모터의 위치가 초기 위치로 되도록 제어하고, 변속을 3회 재시도하여 목표 변속 위치에 도달하지 못하면, 상기 변속 모터의 위치가 상기 변속 스위치의 조작 전 초기 위치로 되도록 상기 변속 모터를 강제로 제어하는 제어부를 포함한다.
본 발명에 의하면, 실패 안전(Fail-Safety) 로직을 통해 전후방 변속단을 일치시키고 구동계를 보호할 수 있다.

Description

차량 감속기 변속 제어 시스템 및 그 방법{Transmission control system in electrical vehicle reducer, and method thereof}
본 발명은 차량 감속기 변속 제어 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 전기 자동차나 하이브리드 차량 등에 사용하는 감속기의 변속 실패 시에, 변속 모터의 위치를 검출하여 변속이 실패한 감속기의 변속 모터를 초기 위치로 강제 변속시켜 전후방 변속단을 일치시킴으로써 구동계를 보호할 수 있도록 하는, 차량 감속기 변속 제어 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 감속기는 차륜에 전달되는 구동력과 회전속도를 구동모터를 통해 조절하며, 고변속단 및 저변속단의 2단 감속을 수행하거나, 중립단을 더 구비한 형태가 널리 사용되고 있다.
여기서, 고변속단은 높은 기어비로 연비 효율을 높일 수 있는 변속 모드이며, 저변속단은 낮은 기어비로 충분한 토크를 출력하기 위한 변속 모드이다. 중립(Neutral)단은 기어 클러치와 슬리브가 분리되어 있어 구동모터로 동력을 전달할 수 없는 모드이다.
한편, 4륜 구동차량(4WD)은 엔진의 구동토크를 주행상황에 따라 전후륜으로 적절하게 분배하여 전후륜을 동시에 구동시키는 것으로, 눈길이나 빙판길 등의 미끄러운 도로, 모래 땅이나 가파른 언덕, 진흙길 등 큰 구동력이 필요로 하는 도로에서 구동 타이어와 도로면의 슬립을 최소화하여 주행 안전성과 탈출성을 제공한다.
그런데, 4륜 구동 감속기나 하이브리드 자동차에서, 변속/감속 장치의 이상으로 정상적인 변속이 수행되지 않는 경우, 전륜과 후륜의 비동기로 인한 차량 파손 및 안전에 문제가 발생할 수 있다.
한국 등록특허공보 제10-1494886호(등록일: 2015.02.12)
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 전기 자동차나 하이브리드 차량 등에 사용하는 감속기의 변속 실패 시에, 변속 모터의 위치를 검출하여 변속이 실패한 감속기의 변속 모터를 초기 위치로 강제 변속시켜 전후방 변속단을 일치시킴으로써 구동계를 보호할 수 있도록 하는, 차량 감속기 변속 제어 시스템 및 그 방법을 제공함에 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량 감속기 변속 제어 시스템은, 전기 에너지로 차량의 구동력을 생성하는 구동 모터; 상기 구동 모터의 회전수를 낮추어, 회전수가 낮추어진 구동력을 바퀴의 구동축에 전달하는 감속기; 상기 감속기의 목표 변속 위치를 설정하는 변속 스위치; 상기 감속기를 동작시키기 위한 변속 모터; 상기 변속 모터의 위치를 검출하기 위한 위치 검출부; 및 상기 설정된 목표 변속 위치로의 변속 실패 시에, 상기 변속 모터의 위치 검출이 가능하면, 변속을 실패한 변속 모터의 위치가 초기 위치로 되도록 제어하고, 변속을 3회 재시도하여 목표 변속 위치에 도달하지 못하면, 상기 변속 모터의 위치가 상기 변속 스위치의 조작 전 초기 위치로 되도록 상기 변속 모터를 강제로 제어하는 제어부를 포함한다.
여기서, 상기 감속기는, 상기 차량의 전륜 구동축에 구동력을 인가하는 전륜 감속기; 및 상기 차량의 후륜 구동축에 구동력을 인가하는 후륜 감속기를 포함하고, 상기 변속 모터는, 상기 전륜 감속기를 동작시키기 위한 전륜 모터; 및 상기 후륜 감속기를 동작시키기 위한 후륜 모터를 포함하며, 상기 제어부는, 상기 구동 모터를 제어하는 구동 제어기; 상기 전륜 모터의 동작을 제어하는 전륜변속 제어기; 및 상기 후륜 모터의 동작을 제어하는 후륜변속 제어기를 포함할 수 있다.
또한, 상기 구동 모터의 구동 속도를 검출하거나, 상기 전륜 구동축의 회전 속도 또는 상기 후륜 구동축의 회전 속도를 검출하기 위한 속도 센서를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 차량의 운전자가 가속페달을 밟아 조작했는지의 여부를 감지하기 위한 페달 감지부를 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 제어부는, 상기 변속에 성공한 감속기에 대해 변속 상태를 유지하고, 상기 변속에 실패한 나머지 변속기에 대해 중립(Neutral)을 유지하여 2륜 구동(2WD) 상태를 유지하도록 제어할 수 있다.
한편, 전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량 감속기 변속 제어 방법은, 변속 스위치와 구동 모터, 감속기, 변속 모터, 위치 검출부 및 제어부를 포함하는 시스템의 차량 감속기 변속 제어 방법으로서, (a) 변속 스위치가 목표 변속 위치를 설정하는 단계; (b) 제어부가 상기 설정된 목표 변속 위치로 변속하도록 상기 변속 모터에 변속 수행을 지시하는 단계; (c) 변속 모터가 상기 설정된 목표 변속 위치로 변속을 실행하는 단계; (d) 위치 검출부가 변속을 실패한 변속 모터의 위치를 검출하는 단계; (e) 제어부는 상기 변속을 실패한 변속 모터의 위치가 초기 위치로 되도록 제어하고, 상기 목표 변속 위치로 변속하도록 변속 수행을 재지시하는 단계; 및 (f) 제어부는 상기 변속 모터가 변속을 재시도하여 목표 변속 위치에 일정 횟수로 도달하지 못하면, 상기 변속 모터의 위치가 상기 변속 스위치의 조작 전 초기 위치로 되도록 상기 변속 모터를 강제로 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 (a) 단계는, 상기 변속 스위치가 운전자에 의해 다이나믹 고출력 주행을 위한 저변속 모드로 설정하거나, 고연비 주행을 위한 고변속 모드로 설정하거나, 주정차를 위한 중립 모드로 설정할 수 있다.
또한, 상기 (f) 단계에서, 상기 제어부는 가속페달의 동작 정보를 구동 제어기에 전달하기 전에, 상기 구동 모터의 회전속도와 구동차축의 회전속도를 비교하여 그 차이가 기 설정된 싱크로 용량의 허용범위 내에 있는지를 확인하고, 상기 구동 모터와 구동차축의 회전 속도차가 허용범위 내에 있으면 상기 구동 제어기로 곧바로 가속페달의 동작 정보를 전달하고, 허용범위를 벗어나 있으면 변속이 완료될 때까지 기다렸다가 변속이 완료된 후에 가속페달의 동작 정보를 상기 구동 제어기에 전달할 수 있다.
그리고, 상기 (f) 단계에서 상기 제어부는, 상기 변속에 성공한 감속기에 대해 변속 상태를 유지하고, 상기 변속에 실패한 나머지 변속기에 대해 중립(Neutral)을 유지하여 2륜 구동(2WD) 상태를 유지하도록 제어할 수 있다.
본 발명의 다른 양상들, 장점들 및 특징들은 다음의 섹션들: 도면의 간단한 설명, 상세한 설명 및 청구범위를 포함하는 전체 출원 명세서에 기재된 내용에 기초하여 보다 명백해질 것이다.
본 발명에 의하면, 전방과 후방에 설치된 2 대의 감속기 중 1대 또는 2대의 감속기가 변속에 실패할 경우에 실패 안전(Fail-Safety) 로직을 통해 전후방 변속단을 일치시키고 구동계를 보호하는 동시에 최소 구동력을 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량 감속기 변속 제어 시스템의 전반적인 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 감속기와 변속 모터 및 제어부의 구성 예를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차량 감속기 변속 제어 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전후륜 변속 모터의 회전 위치를 감지하기 위해 사용되는 모터 포지션 센서를 위한 회전 패턴을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 변속 재시도 실패 시에 초기 상태로 복귀하는 동작들을 표로 예시하여 나타낸 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우 뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 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.
어느 부분이 다른 부분의 "위에" 있다고 언급하는 경우, 이는 바로 다른 부분의 위에 있을 수 있거나 그 사이에 다른 부분이 수반될 수 있다. 대조적으로 어느 부분이 다른 부분의 "바로 위에" 있다고 언급하는 경우, 그 사이에 다른 부분이 수반되지 않는다.
제1, 제2 및 제3 등의 용어들은 다양한 부분, 성분, 영역, 층 및/또는 섹션들을 설명하기 위해 사용되나 이들에 한정되지 않는다. 이들 용어들은 어느 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션을 다른 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션과 구별하기 위해서만 사용된다. 따라서, 이하에서 서술하는 제1 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 제2 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션으로 언급될 수 있다.
여기서 사용되는 전문 용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
"아래", "위" 등의 상대적인 공간을 나타내는 용어는 도면에서 도시된 한 부분의 다른 부분에 대한 관계를 보다 쉽게 설명하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 용어들은 도면에서 의도한 의미와 함께 사용 중인 장치의 다른 의미나 동작을 포함하도록 의도된다. 예를 들면, 도면 중의 장치를 뒤집으면, 다른 부분들의 "아래"에 있는 것으로 설명된 어느 부분들은 다른 부분들의 "위"에 있는 것으로 설명된다. 따라서 "아래"라는 예시적인 용어는 위와 아래 방향을 전부 포함한다. 장치는 90˚ 회전 또는 다른 각도로 회전할 수 있고, 상대적인 공간을 나타내는 용어도 이에 따라서 해석된다.
다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련 기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.
전기 자동차의 변속 수단은 높은 회전수의 모터 회전을 감속시켜 구동축으로 전달하기 위한 감속기로 구현됨이 일반적이나, 이해의 편의상 변속기로도 칭할 수 있다.
일반적으로 변속기에서 고변속 모드는 높은 구동축 회전수를 얻기 위한 모드이며, 전기 자동차의 감속기에 적용하는 경우, 낮은 감속비로 감속시키는 모드이다.
반대로, 저변속 모드는 낮은 구동축 회전수를 얻기 위한 모드이며, 전기 자동차의 감속기에 적용하는 경우, 높은 감속비로 감속시키는 모드이다. 이하의 설명에서는 고변속 모드 및 저변속 모드의 용어를 모두 사용한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량 감속기 변속 제어 시스템의 전반적인 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 차량 감속기 변속 제어 시스템(100)은, 구동 모터(3), 감속기(5), 변속 액추에이터(7), 속도 센서(9), 변속 스위치(11), 제어부(13), 변속 모터(15), 변속 표시부(17), 케이스(21), 구동차축(23), 가속페달(25), 변속 제어기(27) 및 구동 제어기(29)를 포함한다.
구동 모터(3)는 전기 에너지로 차량의 구동력을 생성한다.
감속기(5)는 구동 모터(3)의 회전수를 낮추어, 회전수가 낮추어진 구동력을 바퀴의 구동축에 전달한다.
이때, 감속기(5)의 변속은 도시된 바와 같이, 변속 액추에이터(7)에 의해 이루어지며, 이 변속 액추에이터(7)는 변속 모터(15)에 의해 작동되는 바, 이 변속 모터(15)의 동작은 제어부(13)의 변속 제어기(27)에 의해 제어되며, 이를 위해 변속 스위치(11)의 변속단 위치 정보, 가속페달(25)의 동작 정보, 및 구동차축(23)의 속도 정보 등 다양한 정보들이 신호 형태로 변속 제어기(27)에 전달되는데, 특히 구동 모터(3)를 제어하는 구동 제어기(29)에서도 구동 모터(3)에 대한 정보가 변속 제어기(27)에 전달된다.
가속페달(25)이 동작되었음을 알리는 정보를 구동 제어기(29)에 전달하며, 감속기(5)의 변속 상태에 따라 즉, 감속기(5)가 계속해서 변속 중인 때는 감속기(5)의 변속이 완료된 후에, 반대로 감속기(5)가 변속 중이 아닌 때는 곧 바로 확인된 가속페달(25)의 동작정보를 구동 제어기(29)로 전달한다.
구동 제어기(29)에 전달된 가속페달(25)의 동작 정보에 따라 구동 모터(3)가 동작하여 구동차축(23)에 회전 구동력을 발생시킨다. 이때, 구동차축(23)은 감속기(5)에 의해 감속되면서 감속기(5)의 기어비에 따라 저속 또는 고속 두 종류의 속도로 회전하게 된다.
속도 센서(9)는 구동 모터(3)의 구동 속도를 검출하거나, 전륜 구동축의 회전 속도 또는 후륜 구동축의 회전 속도를 검출한다.
변속 스위치(11)는 운전자에 의해 감속기(5)의 목표 변속 위치를 설정한다.
제어부(13)는 설정된 목표 변속 위치로의 변속 실패 시에, 변속 모터의 위치 검출이 가능하면, 변속을 실패한 변속 모터의 위치가 초기 위치로 되도록 제어하고, 변속을 3회 재시도하여 목표 변속 위치에 도달하지 못하면, 변속 모터의 위치가 변속 스위치의 조작 전 변속 모터의 초기 위치로 되도록 변속 모터를 강제로 제어한다.
변속 모터(15)는 회전 동작으로 감속기(5)를 동작시킨다.
변속 표시부(17)는 변속 위치를 운전자가 볼 수 있도록 표시한다.
운전자는 변속 스위치(11)를 현재의 상태로 그대로 유지하든지 아니면, 변속 스위치(11)를 조작하여 현재의 변속단을 다른 변속단으로 변경할 수 있다. 변속 스위치(11)의 변속단이 저속단과 고속단 두 가지만 있는 경우 변속단 위치는 저속단과 고속단 이렇게 두 가지이고, 여기에 중간의 중립단 세 가지가 있을 수 있으며, 변속 스위치(11)는 선택된 변속단 위치를 운전자가 육안으로 파악할 수 있도록 저속단을 LOW로, 고속단을 High로 각각 표시하는 변속 표시부(17)를 구비할 수 있다.
위치 검출부(30)는 도면에 도시하지는 않았지만 변속 모터의 위치를 검출한다.
또한, 차량의 운전자가 가속페달을 밟아 조작했는지의 여부를 감지하기 위한 페달 감지부(32)를 더 포함할 수 있다.
그리고, 제어부(13)는, 변속에 성공한 감속기에 대해 변속 상태를 유지하고, 변속에 실패한 나머지 변속기에 대해 중립(Neutral)을 유지하여 2륜 구동(2WD) 상태를 유지하도록 제어할 수 있다.
이때, 제어부(13)는 차량의 주행을 제어하는 ECU 등, 전/후륜 변속 장치(7-1, 7-2) 중 어느 하나의 편중되지 않는 장소에 위치하도록 설치된 제어 장치일 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 감속기와 변속 모터 및 제어부의 구성 예를 나타낸 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 감속기(5)는, 전륜 감속기(5-1)와 후륜 감속기(5-2)를 포함하고, 변속 모터(15)는 전륜 모터(15-1)와 후륜 모터(15-2)를 포함하며, 제어부(13)는 구동 제어기(29)와 변속 제어기(27)를 포함한다.
여기서, 변속 제어기(27)는 전륜 변속 제어기(27-1)와 후륜 변속 제어기(27-2)를 포함한다. 도면에서, 전륜 변속 제어기(27-1) 및 후륜 변속 제어기(27-2)는 각각 개별적으로 변속 이상 여부를 판단할 수 있는데, 어느 한 변속 제어기(27-1, 27-2)에서, 변속 이상에 따른 림폼(Limphome) 필요 상황을 판단하면, 이에 대한 정보(즉, 림폼 정보)를 다른 변속 제어기(27-1, 27-2)로 전송하여, 차량의 전/후륜이 동일한 형태의 림폼(Limphome) 운전을 수행하도록 한다. 변속 제어기(27-1, 27-2) 간의 림폼(Limphome) 정보는 직접 전달되거나, 제어부(13)를 경유하여 전달될 수 있다.
전/후륜 변속 제어기(27-1, 27-2)는 전/후륜 변속 모터(15-1, 15-2)의 회전 위치 감지 정보로부터 이상 여부를 판단할 수 있다.
전륜 감속기(5-1)는 차량의 전륜 구동축에 구동력을 인가하고, 후륜 감속기(5-2)는 차량의 후륜 구동축에 구동력을 인가한다.
전륜 모터(15-1)는 전륜 감속기(5-1)를 동작시키고, 후륜 모터(15-2)는 후륜 감속기(5-2)를 동작시킨다.
구동 제어기(29)는 구동 모터(3)를 제어하고, 전륜 변속 제어기(27-1)는 전륜 모터(15-1)의 동작을 제어하며, 후륜 변속 제어기(27-2)는 후륜 모터(15-2)의 동작을 제어한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차량 감속기 변속 제어 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도를 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 차량 감속기 변속 제어 시스템(100)은, 먼저 변속 스위치(11)가 목표 변속 위치를 설정한다(310).
즉, 변속 스위치(11)는 운전자의 조작에 따라 고변속(H), 저변속(L) 및 중립(N) 중 하나의 상태로 목표 변속 위치를 설정하는 것이다. 예를 들면, 변속 스위치(11)는 운전자에 의해 다이나믹 고출력 주행을 위한 저변속(L) 모드로 설정하거나, 고연비 주행을 위한 고변속(H) 모드로 설정하거나, 주정차를 위한 중립(N) 모드로 설정할 수 있다.
또는, 다른 구현의 경우, 차량 내 제어부(13)가 주행 데이터 및 변속기에서 수집된 정보에 기반하여 변속을 수행하여야 할 시점으로 판단하는 경우 수행하는 방식으로 적용할 수 있다. 이 경우, 차량의 속도 및 RPM 같은 주행 정보 및 변속기 정보를 수집하고, 수집된 정보와 변속 맵으로부터 변속 여부를 판단하는 과정을 더 포함할 수 있다.
운전자는 변속 스위치(11)를 현재의 상태로 그대로 유지하든지 아니면, 변속 스위치(11)를 조작하여 현재의 변속단을 다른 변속단으로 변경할 수 있다. 변속 스위치(11)의 변속단이 저속단과 고속단 두 가지만 있는 경우 변속단 위치는 저속단과 고속단이 될 수 있으며, 중간의 중립단이 하나 더 있는 경우에 변속단 위치는 저속단, 고속단, 중립단 이렇게 세 가지가 될 수 있다. 변속 스위치(11)는 선택된 변속단 위치를 운전자가 육안으로 파악할 수 있도록 저속단을 LOW로, 고속단을 High로 각각 표시하는 변속단 표시부(17)를 구비할 수 있다.
전기 자동차는 주행을 위해 2 이상의 구동 모터들 및 각 구동 모터에 대한 변속을 수행하는 2 이상의 변속 장치(감속기)들을 구비할 수 있다. 예컨대, 4륜 구동 전기 자동차의 경우, 전륜 구동축에 구동력을 인가하는 전륜 변속 장치와, 후륜 구동축에 구동력을 인가하는 후륜 변속 장치를 구비할 수 있다. 또는, 차동 장치(디퍼렌셜)를 생략한 2륜 구동 전기 자동차의 경우, 좌측 바퀴에 구동력을 인가하는 좌륜 변속 장치와, 우측 바퀴에 구동력을 인가하는 우륜 변속 장치를 구비할 수 있다. 또는, 차동 장치(디퍼렌셜)를 생략한 2륜 구동 전기 자동차의 경우 4개의 변속 장치를 각 차륜에 대하여 구비할 수 있다.
이어, 제어부(13)는 설정된 목표 변속 위치로 변속하도록 변속 모터(15)에 변속 수행을 지시하고, 변속 모터(15)는 변속 지시에 따라 설정된 목표 변속 위치로 변속을 수행한다(S320).
즉, 차량 내 제어부(13)가 변속기로 소정 단수로의 변경을 지시하는 신호를 전송하는 방식으로 수행하고, 변속 모터(15)는 설정된 목표 변속 위치가 고변속(H)인 경우에 기어를 고속단으로 변속을 수행하고, 설정된 목표 변속 위치가 저변속(L)인 경우에 저속단으로 변속을 수행하는 것이다.
이어, 제어부(13)는 변속 모터(15)에 대한 변속 수행의 성공 여부를 확인하여, 변속이 성공하면(S330-Y) 변속을 종료한다(S340).
즉, 제어부(13)는 변속 기어의 위치를 감지하는 센서 수단의 감지 신호를 분석하는 방식으로 변속 수행의 성공 여부를 할 수 있다.
이때, 제어부(13)는 2 이상의 변속 장치(감속기) 중 하나 이상이 변속에 실패하면 변속 실패로 확인할 수 있다.
이어, 제어부(13)는 변속에 실패하면(S330-N), 변속 모터(15)의 위치를 검출하는 위치 검출부(30)가 정상인지를 확인한다(S350).
이어, 제어부(13)는 위치 검출부(30)가 비정상으로 변속 위치의 검출이 불가능하면(S350-N), 감속기(5)의 변속 기어를 초기 위치로 변경하고 림폼 모드(Limphome mode)로 동작한다(S352).
이때, 림폼 모드(Limphome mode)로의 동작 수행에 있어서도, 차량 내 모든 변속 장치에 대하여 동일한 변속 위치로 변경한 후 림폼(Limphome)을 수행하도록 구현할 수 있다. 여기서, 림폼 모드(Limphome mode)는, 고장 발생 상황에서 차량의 파손 없이 정비소까지 갈 수 있는 페일 세이프티(Fail-Safety) 모드 중 한 가지이다.
예컨대, 초기 위치로 변속 기어를 변경하고 림폼 모드(Limphome mode)로 설정하는 단계에서는, 2 이상의 변속 장치들의 변속 기어를 초기 위치로 변경할 수 있거나, 목표 위치로 변속 기어를 변경하고 림폼 모드로 설정하는 단계에서는, 2 이상의 변속 장치들의 변속 기어를 목표 위치로 변경할 수 있다.
도시한 전기 자동차의 변속 제어 방법을 수행하면, 4륜 전기 자동차가 변속에 실패하여 중립 모드에 위치하거나 전/후방 감속모드가 다를 경우, 전기 자동차에 림폼 모드(Limphome mode)를 지원함으로써, 페일 세이프티(Fail Safety)와 최소 구동력을 확보할 수 있다.
그런데, 위치 검출부(30)의 위치 센서가 정상이면(S350-Y), 위치 검출부(30)는 변속을 실패한 변속 모터의 위치를 검출한다(S354).
이어, 제어부(13)는 변속을 3회 재시도하고(S360), 변속 모터(15)가 변속을 재시도하여 일정 횟수, 즉 3회가 되도록 목표 변속 위치에 도달하지 못하는 경우에(S360-N), 변속을 실패한 변속 모터(15)의 위치가 변속 스위치(11)의 입력(설정) 전 초기 위치로 되도록 변속 모터(15)를 강제로 제어하고(S362), 목표 변속 위치로 변속하도록 변속 수행을 재지시한다.
여기서, 제어부(13)는 변속에 성공한 감속기에 대해 변속 상태를 유지하고, 변속에 실패한 나머지 변속기에 대해 중립(Neutral)을 유지하여 2륜 구동(2WD) 상태를 유지하도록 제어할 수 있다.
즉, 제어부(13)는 변속 스위치(11)의 입력(설정) 전의 변속 모터(15) 초기 위치가 중립(Neutral)인 경우에(S362-Y), 감속기(5)에 대해 중립을 유지하여 변속을 정지하고 2륜(2WD) 상태를 유지한다(S364).
또한, 제어부(13)는 변속 스위치(11)의 입력(설정) 전의 변속 모터(15) 초기 위치가 중립(Neutral)인 경우에(S362-N), 전륜과 후륜 변속 모터의 위치가 모두 변속 스위치(11)의 입력(설정) 전 초기 위치로 되도록 강제로 이동시킨다(S366).
한편, 위치 검출부(30)의 위치 센서가 정상이고, 변속 모터(15)가 변속을 재시도하여 3회가 되는 상태에서(S360-Y), 제어부(13)는 도 5에 도시된 바와 같이 변속 모터(15)의 초기 위치가 고속(High)단이면(S370-Y) 전륜과 후륜 중 변속을 실패한 감속기만 고속(High)단으로 이동한다(S380). 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 변속 재시도 실패 시에 초기 상태로 복귀하는 동작들을 표로 예시하여 나타낸 도면이다.
또한, 위치 검출부(30)의 위치 센서가 정상이고, 변속 모터(15)가 변속을 재시도하여 3회가 되는 상태에서(S360-Y), 제어부(13)는 도 5에 도시된 바와 같이 변속 모터(15)의 초기 위치가 저속(Low)단이면(S372-Y) 전륜과 후륜 중 변속을 실패한 감속기만 저속(Low)단으로 이동한다(S382).
그리고, 위치 검출부(30)의 위치 센서가 정상이고, 변속 모터(15)가 변속을 재시도하여 3회가 되는 상태에서(S360-Y), 제어부(13)는 도 5에 도시된 바와 같이 변속 모터(15)의 초기 위치가 중립(Neutral)단이면(S374-Y) 전륜과 후륜 중 변속을 실패한 감속기만 중립(Neutral)단으로 이동한다(S384).
한편, 제어부(13)는 가속페달(25)의 동작 정보를 구동 제어기(29)에 전달하기 전에, 구동 모터(3)의 회전속도와 구동차축(23)의 회전속도를 비교하여 그 차이가 기 설정된 싱크로 용량의 허용범위 내에 있는지를 확인할 수 있다.
이때, 제어부(13)는 구동 모터(3)와 구동차축(23)의 회전 속도차가 허용범위 내에 있으면 구동 제어기(29)로 곧바로 가속페달(25)의 동작 정보를 전달하고, 허용범위를 벗어나 있으면 변속이 완료될 때까지 기다렸다가 변속이 완료된 후에 가속페달(25)의 동작 정보를 구동 제어기((29)에 전달할 수 있다.
여기서, 구동 모터(3)의 구동속도와 구동차축(23)의 회전속도를 각각 파악하는 방법은 다음과 같다.
즉, 변속 스위치(11)에 의해 선택된 변속단으로 차량을 주행하는 도중에 감속기(5)의 케이스(21) 일측에 장착되는 속도센서(9)에 의해 예컨대, 전륜차축과 같은 구동차축(23)의 회전속도 즉, 전륜의 회전속도를 감지하는 한편, 구동모터(3)는 자체로 회전속도를 파악한다. 또한, 운전자가 가속페달(25)을 밟아 조작했는지 여부를 가속페달 센서 등에 의해 파악하기 위한 페달 감지부(32)를 더 포함할 수 있다.
감지 결과, 가속페달(25)이 동작된 것으로 확인되면, 제어부(13)는 이에 적합한 변속 동작이 수행되도록 제어할 수 있다. 예컨대, 가속페달(25)이 동작된 것으로 확인된 때 구동모터(3)를 가동하여 차속을 높이기 전에 감속기(5)에서의 변속이 완료되었는지를 확인할 수 있다.
이때, 감속기(5)의 변속은 도시된 바와 같이, 변속 액추에이터(7)에 의해 이루어지며, 이 변속 액추에이터(7)는 변속 모터(15)에 의해 작동되는 바, 이 변속 모터(15)의 동작은 제어부(13)의 변속 제어기(27)에 의해 제어되며, 이를 위해 변속 스위치(11)의 변속단 위치정보, 가속페달(25)의 동작정보, 및 구동차축(23)의 속도정보 등 다양한 정보들이 신호 형태로 변속 제어기(27)에 전달되는데, 특히 구동모터(3)를 제어하는 구동 제어기(29)에서도 구동모터(3)에 대한 정보가 변속 제어기(27)에 전달된다.
가속페달(25)의 동작을 알리는 정보가 구동 제어기(29)에 전달되고, 감속기(5)의 변속상태에 따라 즉, 감속기(5)가 계속해서 변속 중인 때는 감속기(5)의 변속이 완료된 후에, 반대로 감속기(5)가 변속 중이 아닌 때는 곧 바로 확인된 가속페달(25)의 동작정보를 구동 제어기(29)로 전달할 수 있다.
구동 제어기(29)에 전달된 가속페달(25)의 동작정보에 따라 구동 모터(3)가 동작하여 구동차축(23)에 회전 구동력을 발생시킨다. 이때, 구동차축(23)은 감속기(5)에 의해 감속되면서 감속기(5)의 기어비에 따라 저속 또는 고속 두 종류의 속도로 회전하게 된다.
구현에 따라, 변속 제어기(27)는 변속 액추에이터(7), 구동모터(3) 등에서 감지한 신호로부터 차량의 이상 여부를 판정한 결과에 따라 림폼(Limphome) 운전을 제어할 것인지 혹은 정상운전을 제어할 것인지를 판단하고, 그에 대한 결과를 구동 제어기(29)에 제공할 수 있다. 구동 제어기(29)는 변속 제어기(27)에서 인가되는 정보에 따라 림폼(Limphome) 운행 혹은 정상운행을 수행할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전후륜 변속 모터의 회전 위치를 감지하기 위해 사용되는 모터 포지션 센서를 위한 회전 패턴을 나타낸 도면이다.
도 4에서, 전/후륜 작동모터(15-1, 15-2)는 도시한 모터 포지션 센서의 4개의 그레이 코드(Gray Code) 값을 통해 변속 목표 위치를 결정할 수 있다. 도시한 패턴에서 초록선 부채꼴은 유효한 모터포지션 구간이고, 빨간색 부채꼴은 스톱퍼(Stopper)에 의해 물리적으로 도달할 수 없는 구간이다.
변속 제어기(27-1, 27-2) 및/또는 MCU(Micro Controller Unit)는 절환 시에 초기 위치와 목표 위치 사이의 포지션 값을 읽고 모터가 순차적으로 절환하는지 확인할 수 있다. 만약 포지션 값이 Error Position이나 비순차적으로 읽히면 모터 포지션 라인의 단선/단락 또는 절환 중 모터 튕김으로 인해 모터는 더 이상 참조할 값이 없어 모터 구동이 불가능하다. 이 경우, 이상으로 판단하고, 림폼(Limphome) 동작을 통해 최소 구동력을 확보해 줄 수 있다.
예컨대, 모터 포지션 센서의 단선/단락, 유효하지 않은 모터 포지션 값(Error Position Value) 감지, 비순차적 모터 포지션센서 값 감지 등이 발생된 경우, 변속 제어기(27-1, 27-2) 및/또는 MCU는, 포지션 센서 값을 신뢰하지 않을 수 있다.
전술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 전기 자동차나 하이브리드 차량 등에 사용하는 감속기의 변속 실패 시에, 변속 모터의 위치를 검출하여 변속이 실패한 감속기의 변속 모터를 초기 위치로 강제 변속시켜 전후방 변속단을 일치시킴으로써 구동계를 보호할 수 있도록 하는, 차량 감속기 변속 제어 시스템 및 그 방법을 실현할 수 있다.
본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있으므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 차량 감속기 변속 제어 시스템 3: 구동 모터
5 : 감속기 5-1 : 전륜 감속기
5-2 : 후륜 감속기 7 : 변속 액추에이터
9 : 속도 센서 11 : 변속 스위치
13 : 제어부 15 : 변속 모터
15-1 : 전륜 모터 15-2 : 후륜 모터
17 : 변속 표시부 21 : 케이스
23 : 구동차축 25 : 가속페달
27 : 변속 제어기 27-1 : 전륜변속 제어기
27-2 : 후륜 변속 제어기 29 : 구동 제어기
30 : 위치 검출부 32 : 페달 감지부

Claims (9)

  1. 전기 에너지로 차량의 구동력을 생성하는 구동 모터;
    상기 구동 모터의 회전수를 낮추어, 회전수가 낮추어진 구동력을 바퀴의 구동축에 전달하는 감속기;
    상기 감속기의 목표 변속 위치를 설정하는 변속 스위치;
    상기 감속기를 동작시키기 위한 변속 모터;
    상기 변속 모터의 위치를 검출하기 위한 위치 검출부; 및
    상기 설정된 목표 변속 위치로의 변속 실패 시에, 상기 변속 모터의 위치 검출이 가능하면, 변속을 실패한 변속 모터의 위치가 초기 위치로 되도록 제어하고, 변속을 3회 재시도하여 목표 변속 위치에 도달하지 못하면, 상기 변속 모터의 위치가 상기 변속 스위치의 조작 전 상기 변속 모터의 초기 위치로 되도록 상기 변속 모터를 강제로 제어하는 제어부;
    를 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 변속에 성공한 감속기에 대해 변속 상태를 유지하고, 상기 변속에 실패한 나머지 변속기에 대해 중립(Neutral)을 유지하여 2륜 구동(2WD) 상태를 유지하도록 제어하는, 차량 감속기 변속 제어 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 감속기는, 상기 차량의 전륜 구동축에 구동력을 인가하는 전륜 감속기; 및 상기 차량의 후륜 구동축에 구동력을 인가하는 후륜 감속기를 포함하고,
    상기 변속 모터는, 상기 전륜 감속기를 동작시키기 위한 전륜 모터; 및 상기 후륜 감속기를 동작시키기 위한 후륜 모터를 포함하며,
    상기 제어부는, 상기 구동 모터를 제어하는 구동 제어기; 상기 전륜 모터의 동작을 제어하는 전륜변속 제어기; 및 상기 후륜 모터의 동작을 제어하는 후륜변속 제어기를 포함하는, 차량 감속기 변속 제어 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 구동 모터의 구동 속도를 검출하거나, 상기 전륜 구동축의 회전 속도 또는 상기 후륜 구동축의 회전 속도를 검출하기 위한 속도 센서;
    를 더 포함하는 차량 감속기 변속 제어 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 차량의 운전자가 가속페달을 밟아 조작했는지의 여부를 감지하기 위한 페달 감지부;
    를 더 포함하는 차량 감속기 변속 제어 시스템.
  5. 삭제
  6. 변속 스위치와 구동 모터, 감속기, 변속 모터, 위치 검출부 및 제어부를 포함하는 시스템의 차량 감속기 변속 제어 방법으로서,
    (a) 변속 스위치가 목표 변속 위치를 설정하는 단계;
    (b) 제어부가 상기 설정된 목표 변속 위치로 변속하도록 상기 변속 모터에 변속 수행을 지시하는 단계;
    (c) 변속 모터가 상기 설정된 목표 변속 위치로 변속을 실행하는 단계;
    (d) 위치 검출부가 변속을 실패한 변속 모터의 위치를 검출하는 단계;
    (e) 제어부는 상기 변속을 실패한 변속 모터의 위치가 초기 위치로 되도록 제어하고, 상기 목표 변속 위치로 변속하도록 변속 수행을 재지시하는 단계; 및
    (f) 제어부는 상기 변속 모터가 변속을 재시도하여 목표 변속 위치에 일정 횟수로 도달하지 못하면, 상기 변속 모터의 위치가 상기 변속 스위치의 조작 전 상기 변속 모터의 초기 위치로 되도록 상기 변속 모터를 강제로 제어하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 (f) 단계에서 상기 제어부는, 상기 변속에 성공한 감속기에 대해 변속 상태를 유지하고, 상기 변속에 실패한 나머지 변속기에 대해 중립(Neutral)을 유지하여 2륜 구동(2WD) 상태를 유지하도록 제어하는, 차량 감속기 변속 제어 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 (a) 단계는, 상기 변속 스위치가 운전자에 의해 다이나믹 고출력 주행을 위한 저변속 모드로 설정하거나, 고연비 주행을 위한 고변속 모드로 설정하거나, 주정차를 위한 중립 모드로 설정하는, 차량 감속기 변속 제어 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 (f) 단계에서, 상기 제어부는 가속페달의 동작 정보를 구동 제어기에 전달하기 전에, 상기 구동 모터의 회전속도와 구동차축의 회전속도를 비교하여 그 차이가 기 설정된 싱크로 용량의 허용범위 내에 있는지를 확인하고, 상기 구동 모터와 구동차축의 회전 속도차가 허용범위 내에 있으면 상기 구동 제어기로 곧바로 가속페달의 동작 정보를 전달하고, 허용범위를 벗어나 있으면 변속이 완료될 때까지 기다렸다가 변속이 완료된 후에 가속페달의 동작 정보를 상기 구동 제어기에 전달하는, 차량 감속기 변속 제어 방법.
  9. 삭제
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