KR102163963B1 - 자동차의 페달 답력 제어 시스템 및 방법 - Google Patents

자동차의 페달 답력 제어 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량의 하중을 별도의 무게 센서 없이 실시간으로 계산하여, 차량 하중이 증가한 고하중 상태에서 차량의 주행 구동시 운전자가 밟는 가속페달 답력을 저하중시의 수준으로 조절하고, 제동시 차량 하중에 따라 회생제동량을 변화시켜 브레이크 페달 답력을 일정하게 조절할 수 있도록 한 자동차의 페달 답력 제어 시스템 및 방법을 제공하고자 한 것이다.

Description

자동차의 페달 답력 제어 시스템 및 방법{System and method for controlling pedal effort of vehicle}
본 발명은 자동차의 페달 답력 제어 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 차량의 하중이 변화더라도 주행 구동을 위한 가속페달 답력과 제동을 위한 브레이크 페달 답력을 일정한 수준으로 조절할 수 있도록 한 자동차의 페달 답력 제어 시스템 및 방법에 관한 것이다.
버스 및 트럭과 같은 상용차량의 경우, 적재 중량(버스 탑승 승객, 트럭 적재 화물)와 공차 중량 간의 편차가 승용차와 달리 매우 크며, 이를 감안하여 차량의 적재하중에 따른 주행 구동 및 제동 제어 방법에 대한 변경이 필요하다.
예를 들어, 적재 중량이 있는 고하중일 경우의 특정 가속력을 위한 운전자의 가속페달 답력과, 공차 중량과 같은 저하중일 때의 같은 가속력을 위한 운전자의 가속페달 답력이 다르기 때문에, 적재 중량이 있는 고하중 상태에서 고구배를 운전하는 경우 운전자에게 피로함을 느끼게 할 수 있으므로, 차량의 적재하중을 고려한 주행 구동 제어가 필요하다.
또한, 제동시에도 적재 중량이 있는 고하중일 경우의 제동력과, 공차 중량과 같은 저하중일 때의 제동력이 다르기 때문에, 차량이 고하중 상태에서 고구배의 도로를 내려올 때 보조제동장치의 제동 기대값이 상대적으로 낮아지게 되므로, 운전자에 의한 기대 이상의 브레이크 페달 답력이 요구된다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 차량의 하중을 별도의 무게 센서 없이 실시간으로 계산하여, 차량 하중이 증가한 고하중 상태에서 차량의 주행 구동시 운전자가 밟는 가속페달 답력을 저하중시의 수준으로 조절하고, 제동시 차량 하중에 따라 회생제동량을 변화시켜 브레이크 페달 답력을 일정하게 조절할 수 있도록 한 자동차의 페달 답력 제어 시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 구현예는: 가속페달 변위에 대응되는 전압 신호를 상위 제어기로 출력하는 가속페달 포지션 센서; 차량의 현재 하중을 연산하여 상위 제어기로 출력하는 차량 하중 연산부; 현재 차량 속도를 감지하여 상위 제어기로 출력하는 휠속도 센서; 상기 가속페달 포지션 센서의 신호 및 차량의 현재 하중을 기반으로 가속페달 답력 기울기를 변경하여 결정하거나, 상기 차량의 현재 하중과 휠 속도와 보조브레이크 단수를 기반으로 구축된 맵 테이블 데이터를 기반으로 회생제동량을 변경하여 결정하는 상위 제어기; 및 상기 상위 제어기에서 변경 결정된 가속페달 답력 기울기에 맞는 요구토크대로 모터를 구동시키거나, 상기 상위 제어기에서 변경 결정된 회생제동량에 따라 모터를 구동시키는 모터 제어기; 를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 자동차의 페달 답력 제어 시스템을 제공한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 구현예는: 가속페달 포지션 센서에서 가속페달 변위에 대응되는 전압 신호를 상위 제어기로 출력하는 단계; 차량 하중 연산부에서 차량의 현재 하중을 연산하여 상위 제어기로 출력하는 단계; 상기 상위 제어기에서 가속페달 포지션 센서의 신호 및 차량 하중을 기반으로 가속페달 답력 기울기를 변경하여 결정하는 단계; 및 상기 상위 제어기에서 결정된 가속페달 답력 기울기에 따른 요구토크에 맞게 모터 제어기에서 모터를 구동 제어하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차의 페달 답력 제어 방법을 제공한다.
또한, 상기 상위 제어기는 차량이 저하중 상태일 때 가속페달을 밟을 때의 가속페달 답력 기울기를 가장 작은 최소 상승기울기 값으로 변경하고, 차량이 일정 하중 이상인 고하중 상태일 때 가속페달을 밟을 때의 가속페달 답력 기울기를 가장 큰 최대 상승기울기 값으로 변경하는 것을 특징으로 한다.
또는, 상기 상위 제어기는 차량이 저하중 상태일 때 가속페달을 밟은 후 뗄 때의 가속페달 답력 기울기를 가장 큰 최대 하강기울기 값으로 변경하고, 차량이 일정 하중 이상인 고하중 상태일 때 가속페달을 밟은 후 뗄 때의 가속페달 답력 기울기를 가장 작은 최소 하강기울기 값으로 변경하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 상위 제어기는 차량의 하중이 저하중 상태와 고하중 상태의 사이 범위인 경우에는 가속페달을 밟을 때의 가속페달 답력 기울기는 최소 상승기울기 값과 최대 상승기울기 값 사이의 특정 상승기울기 값으로 변경하고, 가속페달을 밟은 후 뗄 때의 가속페달 답력 기울기는 최대 하강기울기 값과 최소 하강기울기 값 사이의 특정 하강기울기 값으로 변경하는 것을 특징으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 구현예는: 제동시 차량 하중 연산부에서 차량의 현재 하중을 연산하여 상위 제어기로 출력하는 단계; 휠속도 센서에서 현재 차량 속도를 감지하여 상위 제어기로 출력하는 단계; 현재 차량의 보조브레이크 단수를 상위 제어기에서 확인하는 단계; 상기 상위 제어기에서 차량의 현재 하중과, 휠 속도와, 보조브레이크 단수를 기반으로 구축된 맵 테이블 데이터를 기반으로 회생제동량을 변경하여 결정하는 단계; 및 상기 상위 제어기에서 결정된 회생제동량에 맞게 모터 제어기에서 모터를 구동 제어하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차의 페달 답력 제어 방법을 제공한다.
바람직하게는, 상기 맵 테이블 데이터는 차량 하중을 저중량, 중중량, 고중량으로 구분함과 함께 각 중량별로 보조 브레이크 단수를 세분화시키고, 세분화된 중량별 보조 브레이크 단수마다 회생 제동량이 다르게 산출된 것임을 특징으로 한다.
상기한 과제 해결 수단을 통하여 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.
첫째, 차량이 고하중 상태가 되더라도 가속페달 답력 기울기를 하중에 비례하여 증가시키는 동시에 모터를 구동시키기 위한 요구토크가 용이하게 도달되도록 함으로써, 운전자가 고하중 상태에서 가속페달을 세게 밟지 않아도 저하중 상태일 때와 비슷한 느낌으로 고구배 혹은 고하중 주행을 할 수 있고, 그에 따라 가속페달 답력으로 인한 운전자 피로감을 줄일 수 있다.
둘째, 차량 하중별로 세분화된 보조브레이크 단수(회생제동 단수) 등을 기반으로 회생제동량을 변경 결정하게 되므로, 운전자의 브레이크 페달 답력을 줄일 수 있고, 그에 따라 브레이크 페달 답력으로 인한 피로감을 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 자동차의 가속페달 답력 제어 시스템을 도시한 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 자동차의 가속페달 답력 제어 방법을 도시한 순서도,
도 3은 본 발명에 따른 자동차의 가속페달 답력 제어 방법을 도시한 개념도,
도 4는 본 발명에 따른 자동차의 브레이크 페달 답력 제어 시스템을 도시한 구성도,
도 5는 본 발명에 따른 자동차의 브레이크 페달 답력 제어 방법을 도시한 순서도,
도 6은 본 발명에 따른 자동차의 브레이크 페달 답력 제어 방법을 위한 맵 테이블 예를 도시한 도면.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.
상용 전기/수소전기 차량의 상위 제어기(VCU, Vehicle Control Unit)는 운전자의 가속페달 답력을 통하여 모터 구동을 위한 요구 토크량을 산출하여 모터 제어기(MCU, Motor Control Unit)에 전송하고, 모터 제어기에서 요구 토크에 맞게 모터에 전류를 인가하는 등의 제어를 함으로써, 차량의 주행 구동이 이루어진다.
즉, 운전자가 가속페달을 밟는 답력에 따라 가속페달 주변에 장착된 가속페달 포지션 센서(APS, Accelerator Position Sensor)에서 가속페달 변위에 대응되는 전압 신호를 상위 제어기에 출력하고, 상위 제어기는 모터 구동을 위한 요구 토크량을 산출하여 모터 제어기(MCU, Motor Control Unit)에 전송하고, 모터 제어기에서 요구 토크에 맞게 모터에 전류를 인가하는 등의 제어를 함으로써, 차량의 주행 구동이 이루어진다.
대개, 버스와 같은 상용차량의 경우 승객의 승하차가 이루어지고, 트럭과 같은 사용차량의 경우 화물의 적차 및 하차가 이루어지므로, 차량의 하중이 달라지게 된다.
이때, 적재 중량이 있는 고하중일 경우의 특정 가속력을 위한 운전자의 가속페달 답력이 공차 중량과 같은 저하중일 때의 같은 가속력을 위한 운전자의 가속페달 답력에 비하여 크게 됨으로써, 운전자 입장에서 불편함을 느끼게 된다.
즉, 페달 답력이란 페달을 밟는데 필요한 힘이므로, 차량의 저하중 상태에 비하여 고하중 상태에서는 가속페달 및 브레이크 페달 답력이 증가하게 되어 운전자 입장에서 불편함을 느낄 수 밖에 없다.
이러한 문제점을 해소하고자, 본 발명은 차량의 하중을 별도의 무게 센서 없이 실시간으로 계산하여, 주행 구동시 차량 하중과 관계없이 가속페달 답력을 일정한 수준으로 조절하고, 제동시 차량 하중에 따라 회생제동량을 변화시켜 브레이크 페달 답력을 일정한 수준으로 조절할 수 있도록 한 점에 주안점이 있다.
첨부한 도 1은 본 발명에 따른 자동차의 가속페달 답력 제어 시스템을 도시한 구성도이고, 도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 자동차의 가속페달 답력 제어 방법을 도시한 순서도 및 개념도이다.
전기자동차(예, 상용 전기 버스 또는 트럭)의 주행 중 승객의 승하차 반복, 적재물 적재 등으로 인하여 차량의 하중이 고하중 상태로 증가하거나 저하중 상태로 감소할 수 있다.
이러한 주행 상태에서, 운전자가 가속페달을 밟는 답력에 따라 가속페달 주변에 장착된 가속페달 포지션 센서(10)에서 가속페달 변위에 대응되는 전압 신호를 상위 제어기(40)로 출력하는 센싱 동작이 이루어진다(S101).
이와 함께, 차량의 하중 변화 여부를 체크하기 위하여 차량의 현재 하중을 차량 하중 연산부(20)에서 연산하여 상위 제어기(40)로 출력한다(S102).
이때, 상기 차량 하중 연산부(20)에서 차량 하중을 연산하는 방법은 무게 센서를 직접적으로 사용할 수 있지만, 차량에 탑재된 전자 제동 시스템(EBS, Electronic Brake Systems)에서 차량 하중에 따라 제동력을 제어하는 점을 감안하여, 전자 제동 시스템으로부터 차량 하중 정보를 캔 통신을 통해 수신받을 수 있고, 또는 차량 구동토크와 현재 가속도를 이용하여 차량 하중을 예측하는 연산 방법을 사용할 수 있다.
다음으로, 상기 상위 제어기(40)에서 가속페달 포지션 센서의 신호 및 차량 하중을 기반으로 가속페달 답력 기울기를 변경하여 결정한다(S103).
예를 들어, 상기 상위 제어기(40)는 도 3에서 보듯이, 차량이 저하중 상태일 때(예, 상용 트럭의 적재물이 없는 상태) 가속페달을 밟을 때의 가속페달 답력 기울기를 가장 작은 최소 상승기울기 값으로 변경하고, 차량이 일정 하중 이상인 고하중 상태일 때(예, 상용 트럭에 일정 무게 이상의 적재물이 적재된 상태) 가속페달을 밟을 때의 가속페달 답력 기울기를 가장 큰 최대 상승기울기 값으로 변경한다.
반대로, 도 3에서 보듯이 차량이 저하중 상태일 때(예, 상용 트럭의 적재물이 없는 상태) 가속페달을 밟은 후 뗄 때의 가속페달 답력 기울기를 가장 큰 최대 하강기울기 값으로 변경하고, 차량이 일정 하중 이상인 고하중 상태일 때(예, 상용 트럭에 일정 무게 이상의 적재물이 적재된 상태) 가속페달을 밟은 후 뗄 때의 가속페달 답력 기울기를 가장 작은 최소 하강기울기 값으로 변경한다.
이때, 상기 상위 제어기(40)는 차량의 하중이 저하중 상태와 고하중 상태의 사이 범위인 경우에는 가속페달을 밟을 때의 가속페달 답력 기울기는 최소 상승기울기 값과 최대 상승기울기 값 사이의 특정 상승기울기 값으로 변경하고, 가속페달을 밟은 후 뗄 때의 가속페달 답력 기울기는 최대 하강기울기 값과 최소 하강기울기 값 사이의 특정 하강기울기 값으로 변경한다.
아울러, 상기 상위 제어기(40)는 가속페달 답력 기울기에 따른 요구토크를 모터 제어기(50)로 출력하고(S104), 모터 제어기(50)는 수신된 요구토크에 맞게 주행을 위한 모터를 구동시키는 제어를 하게 된다(S105)
예를 들어, 상기 상위 제어기(40)는 차량이 저하중(예, 상용 트럭의 적재물이 없는 상태)일 때 가속페달을 밟을 때의 가속페달 답력 기울기를 가장 작은 최소 상승기울기 값으로 변경하여 원하는 요구토크를 출력하고, 반면 차량이 고하중(예, 상용 트럭에 일정 무게 이상의 적재물이 적재된 상태)일 때 가속페달을 밟을 때의 가속페달 답력 기울기를 가장 큰 최대 상승기울기 값으로 변경하여 동일한 요구토토크를 출력하게 되므로, 결국 차량의 저하중 및 고하중 시 운전자가 가속페달을 밟는 답력은 유사한 수준으로 느끼게 된다.
이와 같이, 차량이 고하중 상태가 되더라도 가속페달 답력 기울기를 하중에 비례하여 증가시키는 동시에 모터를 구동시키기 위한 요구토크가 용이하게 도달되도록 함으로써, 운전자가 고하중 상태에서 가속페달을 세게 밟지 않아도 저하중 상태일 때와 비슷한 느낌으로 고구배 혹은 고하중 주행을 할 수 있고, 그에 따라 페달 답력으로 인한 운전자 피로감을 줄일 수 있다.
한편, 가속페달을 밟은 후 뗄 때의 가속페달 답력 기울기는 감속 기울기로서, 고하중 상태에서 가속페달을 밟은 후 뗄 때의 가속페달 답력 기울기는 가장 작은 최소 하강기울기 값으로 변경되므로, 차량이 급격히 감속되는 충격감을 줄일 수 있다.
첨부한 도 4는 본 발명에 따른 자동차의 브레이크 페달 답력 제어 시스템을 도시한 구성도이고, 도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 자동차의 브레이크 페달 답력 제어 방법을 도시한 순서도 및 맵 테이블 예시도이다.
전기자동차의 주행 중 승객의 승하차 반복 또는 적재물 적차 등에 따라 차량의 하중이 고하중 상태로 증가하거나 저하중 상태로 감소할 수 있다.
이러한 전기자동차(예, 상용 전기 버스 또는 트럭)의 주행 중 가속페달에서 발을 떼면 주행용 모터는 회생 제동을 하여 배터리 충전을 하고, 주 브레이크를 밟을 때 주행용 모터는 회생 제동을 하여 제동력을 보조하게 된다.
이때, 상기 회생 제동시 차량 하중에 따라 회생제동량을 변경시키기 위하여 차량의 현재 하중을 상기한 바와 같이 차량 하중 연산부(20)에서 연산하여 상위 제어기(40)로 출력한다(S201).
또한, 현재 차량 속도를 확인하기 위하여 휠속도 센서(30)로부터 출력된 휠 속도 정보와, 현재 차량의 보조브레이크 단수(회생제동 단수)를 상위 제어기(40)에서 확인한다(S202).
이에, 상기 상위 제어기(40)에서 차량의 현재 하중과, 휠 속도와, 보조브레이크 단수를 기반으로 구축된 맵 테이블 데이터를 기반으로 회생제동량을 변경하여 결정하게 된다(S203).
상기 맵 테이블 데이터는 차량 하중을 저중량, 중중량, 고중량으로 구분함과 함께 각 중량별로 보조 브레이크 단수를 세분화시키고, 세분화된 중량별 보조 브레이크 단수마다 회생 제동량을 미리 시험을 통해 산출시켜서 상위 제어기(40)에 저장된 것이다.
예를 들어, 상기 맵 테이블 데이터는 도 6에서 보듯이 기존에 차량 하중을 고려하지 않은 맵 테이블 데이터와 달리, 보조 브레이크 단수(회생제동 단수)가 1단일 경우 1단(저중량), 1단(중중량), 1단(고중량) 등으로 세분화되고, 마찬가지로 2 내지 4단도 동일하게 세분화되며, 각 세분화된 보조 브레이크 단수마다 휠 속도별 회생 제동량이 미리 시험을 통해 결정된다.
따라서, 상기 상위 제어기(40)에 휠속도 센서(30)로부터의 시속, 차량 하중 연산부(20)로부터의 차량 하중 정보, 차량 하중별로 세분화된 보조브레이크 단수 (회생제동 단수) 등을 기반으로 회생제동량을 변경 결정하게 된다.
연이어, 상기 상위 제어기(40)는 변경 결정된 회생제동량을 모터제어기(50)에 전송하면, 모터제어기(50)의 제어에 의하여 모터가 회생제동을 위한 구동을 하게 된다(S204).
기존에는 보조 브레이크(회생제동)의 경우 단수를 1단 ~ 4단으로 나누어서 회생제동량을 결정하였지만, 차량의 하중이 고하중이 되었을 때 기대했던 것보다 제동력이 부족하여, 보조 브레이크 단수 변경 혹은 운전자가 브레이크 페달을 더 세게 밟아야 한다.
이에, 운전자가 차량의 하중이 고하중이 되었을 때 제동력이 부족하여 브레이크 페달을 더 세게 밟음에 따라, 브레이크 페달 답력이 크게 증가할 수 밖에 없어 불편함을 느끼게 된다.
이와 달리, 본 발명에 따르면 상기와 같이 상위 제어기(40)에서 차량 하중별로 세분화된 보조브레이크 단수(회생제동 단수) 등을 기반으로 회생제동량을 변경 결정하게 되므로, 즉 차량 하중 변화에 따라 회생제동량을 변화시키므로, 운전자의 브레이크 페달 답력을 줄일 수 있고, 그에 따라 페달 답력으로 인한 피로감을 줄일 수 있다.
10 : 가속페달 포지션 센서
20 : 차량 하중 연산부
30 : 휠속도 센서
40 : 상위 제어기
50 : 모터 제어기

Claims (7)

  1. 가속페달 변위에 대응되는 전압 신호를 상위 제어기로 출력하는 가속페달 포지션 센서;
    차량의 현재 하중을 연산하여 상위 제어기로 출력하는 차량 하중 연산부;
    현재 차량 속도를 감지하여 상위 제어기로 출력하는 휠속도 센서
    상기 가속페달 포지션 센서의 신호 및 차량의 현재 하중을 기반으로 가속페달 답력 기울기를 변경하여 결정하거나, 상기 차량의 현재 하중과 휠 속도와 보조브레이크 단수를 기반으로 구축된 맵 테이블 데이터를 기반으로 회생제동량을 변경하여 결정하는 상위 제어기; 및
    상기 상위 제어기에서 변경 결정된 가속페달 답력 기울기에 맞는 요구토크대로 모터를 구동시키거나, 상기 상위 제어기에서 변경 결정된 회생제동량에 따라 모터를 구동시키는 모터 제어기;
    를 포함하고,
    상기 맵 테이블 데이터는 차량 하중을 저중량, 중중량, 고중량으로 구분함과 함께 각 중량별로 보조 브레이크 단수를 세분화시키고, 세분화된 중량별 보조 브레이크 단수마다 회생 제동량이 다르게 산출된 것임을 특징으로 하는 자동차의 페달 답력 제어 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제동시 차량 하중 연산부에서 차량의 현재 하중을 연산하여 상위 제어기로 출력하는 단계;
    휠속도 센서에서 현재 차량 속도를 감지하여 상위 제어기로 출력하는 단계;
    현재 차량의 보조브레이크 단수를 상위 제어기에서 확인하는 단계;
    상기 상위 제어기에서 차량의 현재 하중과, 휠 속도와, 보조브레이크 단수를 기반으로 구축된 맵 테이블 데이터를 기반으로 회생제동량을 변경하여 결정하는 단계; 및
    상기 상위 제어기에서 결정된 회생제동량에 맞게 모터 제어기에서 모터를 구동 제어하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 맵 테이블 데이터는 차량 하중을 저중량, 중중량, 고중량으로 구분함과 함께 각 중량별로 보조 브레이크 단수를 세분화시키고, 세분화된 중량별 보조 브레이크 단수마다 회생 제동량이 다르게 산출된 것임을 특징으로 하는 자동차의 페달 답력 제어 방법.
  7. 삭제
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