KR102506758B1 - 제동에너지 회생단계 가변 제어시스템 및 제어방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 도로구배에 따라 제동에너지 회생단계를 가변하는 제어시스템 및 제어방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 제동에너지 회생단계 가변 제어시스템은 운전자가 패들 시프트로 수동 설정한 회생단계에 따라 정해진 감속도로 평지에서 타력주행 중 강판로나 등판로 진입으로 도로구배에 따른 감속도 차이가 발생하면, 상기 감속도 차이에 따른 보상토크를 반영하여 회생단계를 가변 제어하는 시스템으로서, 상기 시스템은 동작조건 판단부, 경사부하 기반 FF 제어부, 감속도 기반 FB 제어부, 및 코스팅 토크 반영부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명에 따른 제동에너지 회생단계 가변 제어방법은 동작조건 판단 단계, 경사부하 기반 FF 제어값 출력 단계, 감속도 기반 FB 제어값 출력 단계, 및 코스팅 토크 반영 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 구동모터와 전기 저장장치를 포함하는 차량에서의 회생제동 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 도로구배에 따라 제동에너지 회생단계를 가변하는 제어시스템 및 제어방법에 관한 것이다.
구동모터와 전기 저장장치를 포함하는 차량에서의 제동은 브레이크 유압제동과 모터에 의한 회생제동이 있다.
최근, 효율적인 회생제동을 위해 회생단계를 수동으로 설정할 수 있는 패들 시프트(Paddle Shift)가 차량에 적용되어 있으며, 타력주행시 운전자가 패들 시프트의 [+]입력 또는 [-]입력을 통해 원하는 회생단계를 조절하여 회생제동에 의한 감속도를 조절할 수 있도록 하고 있다. 도 1은 패들 시프트로 설정되는 회생단계별 차량속도에 따른 재생토크를 도시한 도면으로서, 패들 시프트로 설정되는 4단계(D0, D1, D2, D3)의 회생단계에 따른 재생토크 차이를 보여준다.
하지만, 운전자의 수동 조작에만 의존하여 회생단계를 조절하게 되면, 도로구배의 변화 등 주행상황에 따라 운전자가 패들 시프트 입력, 가속 및 제동 동작을 빈번하게 수행하게 되는 불편함이 발생하며, 이에 따라 회생제동을 효율적으로 수행할 수 없게 되어 기대하는 연비향상을 달성할 수 없게 되는 문제가 있다.
본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 운전자의 패들 시프트 수동 입력과 함께 도로구배에 따른 주행상황을 판단하여 회생단계를 가변 제어함으로써, 불필요한 패들 시프트 입력, 가속 및 제동 동작을 최소화하여 운전 편의성 및 실도로 연비를 향상시킬 수 있는 제동에너지 회생단계 가변 제어시스템 및 제어방법을 제공하는데 있다.
위와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 제동에너지 회생단계 가변 제어시스템은 운전자가 패들 시프트로 수동 설정한 회생단계에 따라 정해진 감속도로 평지에서 타력주행 중 강판로나 등판로 진입으로 도로구배에 따른 감속도 차이가 발생하면, 상기 감속도 차이에 따른 보상토크를 반영하여 회생단계를 가변 제어하는 시스템으로서, 상기 시스템은 동작조건 판단부, 경사부하 기반 FF 제어부, 감속도 기반 FB 제어부, 및 코스팅 토크 반영부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 동작조건 판단부는 APS, 브레이크 및 기어단 정보로부터 차량의 타력주행 여부를 판단하고, 종가속도 센서에 의해 측정되는 경사도 정보로부터 도로구배가 특정 경사 이상인지를 판단하여, 타력주행 중 도로구배가 특정 경사 이상인 경우 회생단계 가변 제어 동작조건을 만족하는 것으로 최종 판단한다.
바람직하게, 상기 동작조건 판단부는 회생단계 가변 제어 동작조건 만족시 상기 경사도 정보를 상기 경사부하 기반 FF 제어부에 제공한다.
바람직하게, 상기 경사부하 기반 FF 제어부는 상기 경사도 정보를 이용해 경사부하 토크를 산출하여 FF 제어값으로 출력한다.
바람직하게, 상기 감속도 기반 FB 제어부는 운전자가 수동으로 설정한 회생단계에 따른 감속도와 실제 차량 감속도의 차이를 PID 제어로 피드백 보상하기 위한 FB 제어값을 출력한다.
바람직하게, 상기 코스팅 토크 반영부는 운전자가 수동으로 설정한 회생단계에 따른 재생토크에 상기 FF 제어값과 FB 제어값의 합으로 산출되는 보정토크를 반영하여 코스팅 토크를 출력한다.
바람직하게, 운전자가 타력주행 중 실제로 실시되고 있는 회생단계를 인지할 수 있도록 운전자가 수동으로 설정한 회생단계에 따른 재생토크와 상기 경사부하 기반 FF 제어부에서 산출된 경사부하 토크의 합에 준하는 재생토크를 갖는 회생단계를 역산하여 계기판에 표시하는 회생단계 표시부를 더 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 제동에너지 회생단계 가변 제어방법은 동작조건 판단 단계, 경사부하 기반 FF 제어값 출력 단계, 감속도 기반 FB 제어값 출력 단계, 및 코스팅 토크 반영 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 동작조건 판단 단계는 상기 동작조건 판단부에 의해 회생단계 가변 제어 동작조건 만족 여부를 판단하는 단계이다.
바람직하게, 상기 경사부하 기반 FF 제어값 출력 단계는 상기 경사부하 기반 FF 제어부에 의해 경사부하 토크를 산출하여 FF 제어값으로 출력하는 단계이다.
바람직하게, 상기 감속도 기반 FB 제어값 출력 단계는 상기 감속도 기반 FB 제어부에 의해 운전자가 수동으로 설정한 회생단계에 따른 감속도와 실제 차량 감속도의 차이를 PID 제어로 피드백 보상하기 위한 FB 제어값을 출력하는 단계이다.
바람직하게, 상기 코스팅 토크 반영 단계는 상기 코스팅 토크 반영부에 의해 운전자가 수동으로 설정한 회생단계에 따른 재생토크에 상기 FF 제어값과 FB 제어값의 합으로 산출되는 보정토크를 반영하여 코스팅 토크를 출력하는 단계이다.
바람직하게, 회생단계 표시부에 의해 운전자가 수동으로 설정한 회생단계에 따른 재생토크와 상기 경사부하 기반 FF 제어부에서 산출된 경사부하 토크의 합에 준하는 재생토크를 갖는 회생단계를 역산하여 계기판에 표시하는 회생단계 표시 단계를 더 포함한다.
본 발명에 따른 제동에너지 회생단계 가변 제어시스템 및 제어방법은 운전자의 패들 시프트 수동 입력과 함께 도로구배에 따른 주행상황을 판단하여 회생단계를 가변 제어함으로써, 불필요한 패들 시프트 입력, 가속 및 제동 동작을 최소화하여 운전 편의성 및 실도로 연비를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 패들 시프트로 설정되는 회생단계별 차량속도에 따른 재생토크를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 기본 개념을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 제동에너지 회생단계 가변 제어시스템의 구성도이다.
도 4는 본 발명에 따른 제동에너지 회생단계 가변 제어방법의 순서도이다.
도 2는 본 발명의 기본 개념을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 제동에너지 회생단계 가변 제어시스템의 구성도이다.
도 4는 본 발명에 따른 제동에너지 회생단계 가변 제어방법의 순서도이다.
아래에서는 본 발명에 따른 제동에너지 회생단계 가변 제어시스템 및 제어방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 2는 본 발명의 기본 개념을 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명은 운전자가 수동으로 설정한 회생단계에 따라 정해진 감속도로 평지에서 타력주행(Coasting) 중 강판로나 등판로 진입으로 도로구배에 따른 감속도 차이가 발생하면, 상기 감속도 차이에 따른 보상토크를 반영하여 회생단계를 가변 제어함으로써, 운전자가 패들 시프트 입력, 가속 및 제동 동작을 수행하지 않고도 회생제동 중 도로구배와 상관없이 운전자가 원하는 감속도를 계속 유지할 수 있도록 하는 것을 기본 개념으로 한다.
도 3은 본 발명에 따른 제동에너지 회생단계 가변 제어시스템의 구성도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 제동에너지 회생단계 가변 제어시스템은 동작조건 판단부(10), 경사부하 기반 FF(Feed Forward) 제어부(20), 감속도 기반 FB(Feed Back) 제어부(30), 및 코스팅 토크 반영부(40)를 포함하여 이루어진다.
동작조건 판단부(10)는 APS(Accelerator Position Sensor), 브레이크 및 기어단 정보로부터 차량의 타력주행 여부를 판단하고, 종가속도 센서에 의해 측정되는 경사도 정보로부터 도로구배가 특정 경사 이상인지를 판단하여, 타력주행 중 도로구배가 특정 경사 이상인 경우 회생단계 가변 제어의 동작조건을 만족하는 것으로 최종 판단하고 경사도 정보를 경사부하 기반 FF 제어부(20)에 제공한다. 상기 특정 경사는 예를 들어 경사각 45°에 대한 탄젠트 값을 기준으로 5%에 해당하는 경사도(θ=tan-1(0.05))로 설정될 수 있다.
경사부하 기반 FF 제어부(20)는 경사도 정보를 이용해 아래 식 1과 같이 경사부하 토크를 산출하여 FF 제어값으로 출력한다.
경사부하 토크 = (mgsinθ)×r×k (식 1)
여기서 m은 차량의 공차중량, g는 중력가속도, θ는 도로경사각, r은 타이어동반경이며, k는 기타 저항요소를 반영하기 위한 보정계수이다.
감속도 기반 FB 제어부(30)는 운전자가 수동으로 설정한 회생단계에 따른 감속도와 실제 차량 감속도의 차이를 PID(Proportional Integral Derivative) 제어로 피드백 보상하기 위한 FB 제어값을 출력한다. 이에 따라, 감속도 기반 FB 제어부(30)는 경사부하 기반 FF 제어부(20)에서 출력된 FF 제어값에서 차량의 중량오차 및 노면 조건에 의해 발생되는 차량 감속도 오차를 보정한다.
코스팅 토크 반영부(40)는 운전자가 수동으로 설정한 회생단계에 따른 재생토크에 상기 FF 제어값과 FB 제어값의 합으로 산출되는 보정토크를 반영하여 코스팅 토크를 출력한다.
한편, 본 발명에 따른 제동에너지 회생단계 가변 제어시스템은 운전자가 타력주행 중 실제로 실시되고 있는 회생단계를 인지할 수 있도록 운전자가 수동으로 설정한 회생단계에 따른 재생토크와 경사부하 기반 FF 제어부(20)에서 산출된 경사부하 토크의 합에 준하는 재생토크를 갖는 회생단계를 역산하여 계기판에 표시하는 회생단계 표시부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 제동에너지 회생단계 가변 제어방법의 순서도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 제동에너지 회생단계 가변 제어방법은 동작조건 판단 단계(S10), 경사부하 기반 FF 제어값 출력 단계(S20), 감속도 기반 FB 제어값 출력 단계(S30), 코스팅 토크 반영 단계(S40) 및 회생단계 표시 단계(S50)를 포함하여 이루어진다.
동작조건 판단 단계(S10)는 동작조건 판단부(10)에 의해 회생단계 가변 제어의 동작조건 만족 여부를 판단하는 단계이다.
경사부하 기반 FF 제어값 출력 단계(S20)는 경사부하 기반 FF 제어부(20)에 의해 경사부하 토크를 산출하여 FF 제어값으로 출력하는 단계이다.
감속도 기반 FB 제어값 출력 단계(S30)는 감속도 기반 FB 제어부(30)에 의해 운전자가 수동으로 설정한 회생단계에 따른 감속도와 실제 차량 감속도의 차이를 PID 제어로 피드백 보상하기 위한 FB 제어값을 출력하는 단계이다.
코스팅 토크 반영 단계(S40)는 코스팅 토크 반영부(40)에 의해 운전자가 수동으로 설정한 회생단계에 따른 재생토크에 상기 FF 제어값과 FB 제어값의 합으로 산출되는 보정토크를 반영하여 코스팅 토크를 출력하는 단계이다.
회생단계 표시 단계(S50)는 회생단계 표시부(미도시)에 의해 운전자가 수동으로 설정한 회생단계에 따른 재생토크와 경사부하 기반 FF 제어부(20)에서 산출된 경사부하 토크의 합에 준하는 재생토크를 갖는 회생단계를 역산하여 계기판에 표시하는 단계이다.
이상 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 제동에너지 회생단계 가변 제어시스템 및 제어방법에 의하면, 운전자의 패들 시프트 수동 입력과 함께 도로구배에 따른 주행상황을 판단하여 회생단계를 가변 제어함으로써, 불필요한 패들 시프트 입력, 가속 및 제동 동작을 최소화하여 운전 편의성 및 실도로 연비를 향상시킬 수 있게 된다.
본 명세서와 첨부된 도면에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 쉽게 설명하기 위한 목적으로 사용된 것일 뿐, 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
10: 동작조건 판단부 20: 경사부하 기반 FF 제어부
30: 감속도 기반 FB 제어부 40: 코스팅 토크 반영부
S10: 동작조건 판단 단계
S20: 경사부하 기반 FF 제어값 출력 단계
S30: 감속도 기반 FB 제어값 출력 단계
S40: 코스팅 토크 반영 단계
S50: 회생단계 표시 단계
30: 감속도 기반 FB 제어부 40: 코스팅 토크 반영부
S10: 동작조건 판단 단계
S20: 경사부하 기반 FF 제어값 출력 단계
S30: 감속도 기반 FB 제어값 출력 단계
S40: 코스팅 토크 반영 단계
S50: 회생단계 표시 단계
Claims (13)
- 운전자가 패들 시프트로 수동 설정한 회생단계에 따라 정해진 감속도로 평지에서 타력주행 중 강판로나 등판로 진입으로 도로구배에 따른 감속도 차이가 발생하면, 상기 감속도 차이에 따른 보상토크를 반영하여 회생단계를 가변 제어하는 시스템으로서,
상기 시스템은 동작조건 판단부, 경사부하 기반 FF 제어부, 감속도 기반 FB 제어부, 코스팅 토크 반영부, 및 운전자가 수동으로 설정한 회생단계에 따른 재생토크와 상기 경사부하 기반 FF 제어부에서 산출된 경사부하 토크의 합에 준하는 재생토크를 갖는 회생단계로 상기 가변 제어에 대한 회생단계 구분이 이루어지는 회생단계 표시부를 포함하며,
상기 동작조건 판단부는 APS, 브레이크 및 기어단 정보로부터 차량의 타력주행 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 제동에너지 회생단계 가변 제어시스템. - 청구항 1에 있어서,
상기 동작조건 판단부는 종가속도 센서에 의해 측정되는 경사도 정보로부터 도로구배가 특정 경사 이상인지를 판단하여, 타력주행 중 도로구배가 특정 경사 이상인 경우 회생단계 가변 제어 동작조건을 만족하는 것으로 최종 판단하는 것을 특징으로 하는 제동에너지 회생단계 가변 제어시스템. - 청구항 2에 있어서,
상기 동작조건 판단부는 회생단계 가변 제어 동작조건 만족시 상기 경사도 정보를 상기 경사부하 기반 FF 제어부에 제공하는 것을 특징으로 하는 제동에너지 회생단계 가변 제어시스템. - 청구항 3에 있어서,
상기 경사부하 기반 FF 제어부는 상기 경사도 정보를 이용해 경사부하 토크를 산출하여 FF 제어값으로 출력하는 것을 특징으로 하는 제동에너지 회생단계 가변 제어시스템. - 청구항 4에 있어서,
상기 감속도 기반 FB 제어부는 운전자가 수동으로 설정한 회생단계에 따른 감속도와 실제 차량 감속도의 차이를 PID 제어로 피드백 보상하기 위한 FB 제어값을 출력하는 것을 특징으로 하는 제동에너지 회생단계 가변 제어시스템. - 청구항 5에 있어서,
상기 코스팅 토크 반영부는 운전자가 수동으로 설정한 회생단계에 따른 재생토크에 상기 FF 제어값과 FB 제어값의 합으로 산출되는 보정토크를 반영하여 코스팅 토크를 출력하는 것을 특징으로 하는 제동에너지 회생단계 가변 제어시스템. - 청구항 1에 있어서,
상기 가변 제어는 상기 운전자의 회생단계와 상기 경사부하 기반 FF 제어부의 회생단계를 역산하여 계기판에 표시하는 것을 특징으로 하는 제동에너지 회생단계 가변 제어시스템. - 청구항 1에 따른 제동에너지 회생단계 가변 제어시스템에 의해 제동에너지 회생단계를 가변 제어하는 방법으로서,
상기 제어방법은 동작조건 판단 단계, 경사부하 기반 FF 제어값 출력 단계, 감속도 기반 FB 제어값 출력 단계, 및 코스팅 토크 반영 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제동에너지 회생단계 가변 제어방법. - 청구항 8에 있어서,
상기 동작조건 판단 단계는 상기 동작조건 판단부에 의해 회생단계 가변 제어 동작조건 만족 여부를 판단하는 단계인 것을 특징으로 하는 제동에너지 회생단계 가변 제어방법. - 청구항 9에 있어서,
상기 경사부하 기반 FF 제어값 출력 단계는 상기 경사부하 기반 FF 제어부에 의해 경사부하 토크를 산출하여 FF 제어값으로 출력하는 단계인 것을 특징으로 하는 제동에너지 회생단계 가변 제어방법. - 청구항 10에 있어서,
상기 감속도 기반 FB 제어값 출력 단계는 상기 감속도 기반 FB 제어부에 의해 운전자가 수동으로 설정한 회생단계에 따른 감속도와 실제 차량 감속도의 차이를 PID 제어로 피드백 보상하기 위한 FB 제어값을 출력하는 단계인 것을 특징으로 하는 제동에너지 회생단계 가변 제어방법. - 청구항 11에 있어서,
상기 코스팅 토크 반영 단계는 상기 코스팅 토크 반영부에 의해 운전자가 수동으로 설정한 회생단계에 따른 재생토크에 상기 FF 제어값과 FB 제어값의 합으로 산출되는 보정토크를 반영하여 코스팅 토크를 출력하는 단계인 것을 특징으로 하는 제동에너지 회생단계 가변 제어방법. - 청구항 8에 있어서,
회생단계 표시부에 의해 운전자가 수동으로 설정한 회생단계에 따른 재생토크와 상기 경사부하 기반 FF 제어부에서 산출된 경사부하 토크의 합에 준하는 재생토크를 갖는 회생단계를 역산하여 계기판에 표시하는 회생단계 표시 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제동에너지 회생단계 가변 제어방법.
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