KR102563598B1 - 친환경자동차의 제동 제어 장치 - Google Patents

친환경자동차의 제동 제어 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 친환경자동차의 제동 제어 장치에 관한 것으로서, 차량에서 단순히 회생제동과 관련된 정보를 안내하고 회생제동을 유도하는 수동적 방식이 아닌, 운전자의 브레이크 페달 조작에 대해 능동적으로 총 제동량 중 회생제동량의 비율을 최대한 늘리고 마찰제동량을 줄일 수 있는 친환경자동차의 제동 제어 장치를 제공하는데 주된 목적이 있는 것이다. 상기한 목적을 달성하기 위해, 운전자 브레이크 조작에 따른 브레이크 입력 값과 현재의 차량 주행 상태를 검출하는 운전정보 검출부; 및 상기 운전정보 검출부에 의해 검출된 브레이크 입력 값과 현재의 차량 주행 상태에 따른 값으로 총 제동 토크를 결정하는 총 제동 토크 결정부를 포함하고, 상기 총 제동 토크 결정부에는 총 제동 토크가 운전자 브레이크 입력 값과 차량 주행 상태의 함수로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 친환경자동차의 제동 제어 장치가 개시된다.

Description

친환경자동차의 제동 제어 장치{Brake control system of eco-friendly vehicle}
본 발명은 친환경자동차의 제동 제어 장치에 관한 것으로, 운전자가 브레이크 페달을 조작하였을 때 회생제동이 최대한 많이 수행될 수 있도록 제어하는 친환경자동차의 제동 제어 장치에 관한 것이다.
알려진 바와 같이, 하이브리드 자동차나 순수 전기 전기자동차, 연료전지 자동차와 같은 친환경자동차에서는 제동시 모터를 이용하여 차량 감속에 필요한 제동력을 생성하는 회생제동을 실시한다.
보다 상세히는, 친환경자동차의 경우, 운전자가 브레이크 페달을 밟아 차량을 제동 또는 감속시킬 때, 모터에 의한 발전작동 및 회전저항에 의한 전기제동력을 생성하는 회생제동이 수행되고, 회생제동시 차량의 운동에너지를 모터의 발전을 통해 전기에너지로 회수하여 배터리에 저장한다.
이렇게 배터리에 저장된 전기에너지를 차량 주행시 모터를 구동하는데 재사용할 수 있으므로 회생제동은 차량 연비를 향상시키는데 크게 기여한다.
회생제동이 수행되는 차량에서는 제동 동안 모터에서 발생하는 회생제동 토크(회생제동력)와 마찰제동장치에서 발생하는 마찰제동 토크(마찰제동력)의 합을, 운전자의 브레이크 페달 조작에 의해 요구되는 총 제동 토크(총 제동력)와 동일하게 해주는 회생제동 협조 제어 기술이 필요하다.
이때, 모터에 의한 회생제동력과 마찰제동장치에 의한 마찰제동력의 적절한 제동력 분배가 필수적이고, 이를 위해 차량 내 제어기 사이에 협조 제어가 적절히 이루어져야 한다.
통상의 마찰제동장치로는 유압제동장치가 이용되고 있으며, 운전자 브레이크 조작에 대응하는 브레이크 신호, 즉 브레이크 페달 조작에 따른 브레이크 페달 센서(BPS:Brake pedal Position Sensor)의 신호에 기초하여 운전자 요구 제동력인 목표 제동력(총 제동력)을 산출하고, 목표 제동력을 충족하는 회생제동력과 유압제동력(마찰제동력)의 분배가 이루어진다.
또한, 제동력 분배를 통해 회생제동력과 유압제동력이 결정되면, 모터와 유압제동장치에 대해서 상기와 같이 분배된 각 제동력을 생성하기 위한 회생 작동 제어 및 유압 제어가 수행된다.
한편, 친환경자동차의 실 도로 연비는 회생제동량과 밀접한 관계가 있으며, 회생제동은 차량의 운동에너지를 모터를 통해 전기에너지로 변환하여 배터리에 저장한 뒤 재사용하는 것이지만, 마찰제동에서는 차량의 운동에너지를 브레이크 캘리퍼-로터(마찰패드-디스크) 사이의 열로 소모하는 것이어서 재사용이 불가능해진다.
따라서, 제동시 회생제동량 대비 마찰제동량을 최소화하고 회생제동량을 극대화하는 것은 차량 연비를 향상시키기 위한 중요한 과제이다.
그러나, 이러한 사실에도 불구하고 차량 주행 중 제동이나 감속할 때 운전자가 회생한계를 고려하여 정확히 브레이크 입력을 인가하고 이를 통해 마찰제동량을 스스로 최소화하는 것은 운전의 피로도를 높일 수 있고, 제어의 정확도 측면에서도 부족함이 있다.
최근에는 차량에서 회생제동과 관련된 정보를 클러스터나 모니터 등의 표시장치를 통해 운전자에게 제공함으로써 마찰제동량을 최소화하고 회생제동량을 극대화할 수 있도록 운전자의 브레이크 조작을 유도 및 안내하는 기술이 적용되고 있다.
하지만, 이는 운전자를 대상으로 브레이크 조작을 안내하여 최적의 제동을 위한 회생제동을 유도하는 것일 뿐, 차량이 스스로 마찰제동량을 최소화하고 회생제동량을 극대화하는 제어를 수행하는 것이 아니다.
따라서, 차량에서 최적의 제동을 위해 운전자의 브레이크 조작을 안내하고 회생제동을 유도하고 있더라도, 실제로는 그러한 차량의 유도 및 안내에 따라 운전자가 브레이크 페달을 조작해주어야만 목표로 하는 차량 연비를 극대화할 수 있는 최적의 제동이 이루어질 수 있는 것이고, 차량의 유도 및 안내에 따라 브레이크 페달을 조작하려는 운전자의 의지가 필요한 것이다.
이에 운전자가 브레이크 페달을 밟아 차량을 제동 내지 감속시킬 때 운전자의 브레이크 조작에 대해 차량에서 능동적으로 마찰제동량을 최소화하고 회생제동량을 극대화하는 제어 기술이 요구되고 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로서, 차량에서 단순히 회생제동과 관련된 정보를 안내하고 회생제동을 유도하는 수동적 방식이 아닌, 운전자의 브레이크 페달 조작에 대해 운전자가 요구하는 총 제동량 중 회생제동량의 비율을 최대한 늘리고 마찰제동량을 줄일 수 있도록 제어하는 친환경자동차의 제동 제어 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따르면, 운전자 브레이크 조작에 따른 브레이크 입력 값과 현재의 차량 주행 상태를 검출하는 운전정보 검출부; 및 상기 운전정보 검출부에 의해 검출된 브레이크 입력 값과 현재의 차량 주행 상태에 따른 값으로 총 제동 토크를 결정하는 총 제동 토크 결정부를 포함하고, 상기 총 제동 토크 결정부에는 총 제동 토크가 운전자 브레이크 입력 값과 차량 주행 상태의 함수로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 친환경자동차의 제동 제어 장치를 제공한다.
이로써, 본 발명에 따른 친환경자동차의 제동 제어 장치에 의하면, 차량 주행 중 운전자의 브레이크 조작시 총 제동 토크가 운전자의 브레이크 조작 값과 차속의 함수로 결정되도록 함으로써, 총 제동 토크가 가능한 회생한계 토크를 추종하도록 할 수 있으며, 결국 운전자가 요구하는 총 제동량 중 회생제동량의 비율을 최대한 늘리고 마찰제동량을 줄일 수 있는 효과가 있게 된다.
이와 같이 차량 제동시 회생제동량을 크게 할 수 있으므로 차량 연비를 향상시키는 것이 가능해진다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 제동 제어 장치 중 회생제동을 위한 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 제동 제어 장치에서 브레이크 페달 위치와 차속에 따른 총 제동 토크의 설정 상태를 예시한 도면이다.
도 3 및 도 4는 종래의 제동 제어 상태와 본 발명에 따른 제동 제어 상태를 설명하기 위한 도면이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다.
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.
본 발명은 운전자의 브레이크 조작에 대해 총 제동량 중 회생제동량의 비율을 최대한 늘리고 마찰제동량을 줄일 수 있는 친환경자동차의 제동 제어 장치에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명에서는 운전자가 회생제동 유도 기능을 선택하여 활성화시켰을 때 운전자의 브레이크 조작에 따른 총 제동 토크(즉 목표 제동 토크)를 센서를 통해 검출되는 차속(또는 휠속, 또는 모터 속도)에 따라 가변시키는 점에 특징이 있다.
즉, 종래에는 총 제동 토크가 운전자의 브레이크 입력 값(즉 BPS 값)만의 함수로 결정되었다면, 본 발명에서는 운전자의 브레이크 입력 값과 차속의 함수로 결정되도록 하는 것이다.
여기서, 차속은 구동모터(이하 '모터'라 칭함)가 연결된 구동 휠의 회전속도(이하 '휠속'이라 칭함)로 대체될 수 있고, 또는 차속은 구동모터의 회전속도(이하 '모터 속도'라 칭함)로 대체될 수 있다.
또한, 상기 브레이크 조작 및 입력은 운전자의 브레이크 페달 조작을 의미하는 것일 수 있고, 브레이크 입력 값은 브레이크 페달 위치(또는 페달 변위)가 될 수 있으며, 이 브레이크 페달 위치(또는 페달 변위)는 통상의 차량에서 브레이크 페달 센서(Brake pedal Position Sensor, BPS)에 의해 검출된다.
그리고, 본 발명의 제동 제어 과정은 복수 개의 차량 내 제어기 사이에 이루어지는 협조 제어하에 수행될 수 있다.
친환경자동차에는 차량 작동의 전반을 제어하는 최상위 제어기로서 차량 제어기(HCU:Hybrid Control Unit 또는 VCU:Vehicle Control Unit)가 탑재되고, 더불어 차량의 각종 장치를 제어하기 위한 여러 제어기들이 구비된다.
예를 들어, 차량의 제동 제어를 수행하고 마찰제동장치(유압제동장치)의 작동을 제어하는 브레이크 제어기(BCU:Brake Control Unit, 또는 iBAU:integrated Brake Actuation Unit), 모터의 작동(구동 및 회생)을 제어하는 모터 제어기(MCU:Motor Control Unit), 변속기의 작동을 제어하는 변속 제어기(TCU:Transmission Control Unit), 배터리 상태 정보를 수집하고 배터리를 관리하기 위한 제어를 수행하는 배터리 제어기(BMS:Battery Management System) 등이 구비된다.
상기 제어기들은 차량 네트워크를 통해 신호를 주고받으면서 차량 제동을 위한 협조 제어를 수행하고, 이는 본 발명에 따른 제동 제어를 수행함에 있어서도 마찬가지이다.
다만, 본 발명에 따른 제동 제어 장치는 운전자가 브레이크 페달을 조작하였을 때 총 제동 토크(총 제동량)를 결정하는 장치 구성 및 그 방법에 있어서는 공지의 제동 제어 장치과 비교하여 차이가 있다.
하지만, 상기와 같이 운전자 요구 제동 토크인 총 제동 토크가 결정되고 나면, 총 제동 토크를 목표 값(목표 제동 토크)으로 하여 총 제동 토크를 충족하는 회생제동 토크와 마찰제동 토크의 분배 및 결정 과정과 방법 측면에 있어서는 공지의 제동 제어 장치과 비교하여 차이가 없다.
이하에서는 본 발명에 따른 제동 제어 장치에 대해 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 제동 제어 장치 중 회생제동을 위한 구성을 나타내는 블록도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 제동 제어 장치에서 브레이크 페달 위치(BPS 값)와 차속에 따른 총 제동 토크의 설정 상태를 예시한 도면이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 제동 제어 장치는 운전정보 검출부(11), 운전자 조작부(12), 총 제동 토크 결정부(21), 회생제동 토크 결정부(22) 및 모터 제어부(23)를 포함하여 구성된다.
본 발명에서는 차량 주행 동안 운전정보 검출부(11)에 의해 차량 운전 상태 정보가 검출되고, 총 제동 토크 결정부(21)가 상기 운전정보 검출부(11)를 통해 차량에서 수집되는 차량 운전 상태 정보에 기초하여 목표로 하는 총 제동 토크(목표 제동 토크)를 결정한다.
본 발명에서 차량 운전 상태 정보는 운전자 브레이크 입력 값과 함께, 차량의 현재 주행 상태 값을 나타내는 정보인 현재 차속을 포함할 수 있고, 운전정보 검출부(11)에 의해 현재의 운전자 브레이크 입력 값과 차속이 검출되면, 총 제동 토크 결정부(21)에서 운전정보 검출부(11)에서 입력되는 현재의 운전자 브레이크 입력 값과 차속에 기초하여 총 제동 토크를 결정한다.
여기서, 상기 차속 대신 모터 속도나 휠속이 이용될 수 있으며, 이 경우 총 제동 토크 결정부(21)는 현재의 운전자 브레이크 입력 값과 함께, 차속 대신, 차량의 현재 주행 상태를 나타내는 모터 속도나 휠속을 이용하여 운전자가 요구하는 총 제동 토크를 결정하게 된다.
상기 운전정보 검출부(11)는 운전자 브레이크 입력 값을 검출하는 센서와, 차속(이하 설명에서 모터 속도 또는 휠속일 수 있음)을 검출하기 위한 센서를 포함할 수 있고, 이 중에서 운전자 브레이크 입력 값을 검출하는 센서는, 운전자가 조작하는 브레이크 페달의 위치(이하 설명에서 페달 변위일 수 있음)를 검출하는 통상의 브레이크 페달 센서(BPS)가 될 수 있다.
이로써, 운전자 브레이크 입력 값은 브레이크 페달 위치(또는 브레이크 페달 변위)를 나타내는 센서 값, 즉 도 2에서와 같은 BPS(브레이크 페달 센서) 값이 될 수 있다.
또한, 운전정보 검출부(11)는 차속을 검출하기 위한 센서 대신, 휠속을 검출하는 센서를 포함할 수 있고, 또는 모터 속도를 검출하는 센서를 포함할 수 있다.
위에서 차속을 검출하기 위한 센서와 휠속을 검출하는 센서를 구분하였으나, 통상의 차량에서 각 차량 휠에 설치된 휠속 센서의 신호로부터 차속 정보를 취득할 수 있으므로 두 센서는 동일한 것을 의미할 수 있다.
또한, 모터 속도를 검출하는 센서는 친환경자동차에서 모터에 설치되는 통상의 레졸버가 될 수 있으며, 레졸버의 신호로부터 현재의 모터 속도 정보가 취득될 수 있다.
이하에서는 차속과 휠속, 모터 속도 중 차속을 이용하는 경우의 예를 들어 설명하기로 하며, 이하의 설명에서 차속은 전술한 바와 같이 휠속이나 모터 속도로 대체될 수 있다.
이와 같이 차속을 이용하는 것과 휠속을 이용하는 것, 그리고 모터 속도를 이용하는 것의 결과에 있어서 차이는 없으며, 그 이유는 변속비를 고려한 제동 파워가 같기 때문이다.
상기 운전자 조작부(12)는 기존의 회생제동 제어와 구분되는 본 발명의 회생제동 제어의 기능을 온/오프(on/off)할 수 있도록 구비되는 것으로, 본 발명의 제동 제어 로직, 특히 이에 의해 수행되는 회생제동 제어는 기존의 회생제동시와 비교하여 차량의 제동성을 달라지게 하므로 운전자가 원하여 기능을 온(on) 시킨 경우에만 본 발명의 회생제동 제어가 작동하도록 하는 것이 바람직하다.
따라서, 운전자가 본 발명에 따른 회생제동 제어 기능을 선택적으로 온/오프하기 위해 조작할 수 있는 수단으로서 상기 운전자 조작부(12)가 구비되고, 이는 운전자가 조작함에 따른 전기적인 신호를 총 제동 토크 결정부(21)에 인가할 수 있는 것이라면 적용 가능하고, 스위치나 버튼, 터치 스크린 등이 될 수 있다.
이로써, 운전자가 원하는 경우에만 운전자 조작부(12)를 조작하여 본 발명의 회생제동 제어 기능을 온(on) 시킬 수 있고, 온(on) 상태에서만 후술하는 바와 같이 브레이크 페달 위치(BPS 값)와 차속(또는 휠속, 또는 모터 속도)을 변수로 하여 총 제동 토크를 결정하는 회생제동 제어가 수행된다.
한편, 종래의 경우에는 일반 내연기관 자동차뿐만 아니라 회생제동이 수행되는 친환경자동차에서도 운전자 제동 요구 값인 총 제동 토크(목표 제동 토크)가 브레이크 페달 위치(BPS 값)만의 함수로 결정된다.
즉, 운전자가 브레이크 페달을 조작하면, BPS에 의해 검출된 브레이크 페달 위치(BPS 값)에 의해서만 총 제동 토크가 결정되는 것이며, 이를 위해 종래에는 총 제동 토크와 브레이크 페달 위치만의 상관관계를 나타내는 설정 정보가 이용되었다.
통상의 차량에서 운전자에 의한 브레이크 조작이 있게 되면, 브레이크 조작에 따른 요구 감속도(Deceleration, D)가 결정되며, 상기 결정된 요구 감속도에 해당하는 총 제동 토크가 결정되므로, 상기 총 제동 토크는 차량 감속도로 대체될 수 있고, 이는 본 발명에서도 마찬가지이다(도 2 참조).
운전자가 브레이크 페달의 조작량을 크게 할수록, 즉 브레이크 페달을 깊이 밟을수록(페달 깊이가 클수록) 브레이크 페달 위치(BPS 값)가 큰 값인 것으로 정의한다면, 종래에는 상기 설정 정보에서 총 제동 토크 및 차량 감속도가 브레이크 페달 위치와 비례 관계를 나타내도록 설정되었으며, 특히 브레이크 페달 위치가 클수록 총 제동 토크 및 차량 감속도가 선형적으로 증가하도록 설정되었다(도 2에서 직선 참조).
반면, 본 발명에서는 총 제동 토크 결정부(21)가 브레이크 페달 위치와 함께 차속(또는 휠속, 또는 모터 속도)을 추가적인 변수로 이용하여 총 제동 토크(또는 차량 감속도)를 결정하도록 설정된다.
이를 위해, 총 제동 토크 결정부(21)에는 브레이크 페달 위치(BPS 값)와 차속으로부터 총 제동 토크가 결정될 수 있도록 브레이크 페달 위치와 차속, 총 제동 토크 간의 상관관계를 정의해놓은 설정 정보가 미리 입력 및 저장되어 이용된다.
이로써, 운전자가 브레이크 페달을 조작하면, 총 제동 토크 결정부(21)가 상기 설정 정보를 이용하여 각 센서에 의해 검출된 현재의 브레이크 페달 위치(BPS 값)와 차속에 해당하는 총 제동 토크를 결정할 수 있게 된다.
도 2는 이러한 설정 정보의 예를 나타낸 도면으로, 브레이크 페달 위치와 차속에 따른 본 발명의 총 제동 토크 설정 값 외에도, 브레이크 페달 위치에 따른 종래의 총 제동 토크 설정 값이 직선으로 함께 예시되어 있다.
도 2를 참조하면, 종래에는 브레이크 페달 위치와 총 제동 토크가 비례 관계가 되도록 설정됨을 알 수 있고, 브레이크 페달 위치가 증가함에 따라 총 제동 토크가 선형적으로 증가하도록 설정됨을 알 수 있다.
따라서, 브레이크 페달 위치에 따른 종래의 총 제동 토크를 나타내는 선도는 도 2에서와 같은 직선의 선도가 되며, 이러한 선도는 전술한 바와 같이 운전자가 운전자 조작부(12)를 조작하여 본 발명에 따른 회생제동 기능을 오프하였을 때, 즉 본 발명에 따른 것이 아닌 통상의 회생제동 제어 로직이 작동되도록 하였을 때, 브레이크 페달 위치(BPS 값)로부터 총 제동 토크를 결정하는데 이용될 수 있는 종래의 설정 정보이다.
반면, 도 2에는 차속별로 브레이크 페달 위치에 따른 총 제동 토크를 나타내는 또 다른 선도들이 도시되어 있으며, 이러한 차속별 선도들을 포함하는 맵 데이터가 본 발명에서 총 제동 토크를 결정하는데 이용되는 상기 설정 정보가 될 수 있다.
즉, 도 2에서와 같이 브레이크 페달 위치(BPS 값)에 따른 총 제동 토크를 나타내는 차속별 선도들을 포함하는 맵 데이터가 총 제동 토크 결정부(21)에 미리 입력 및 저장되어 이용될 수 있는 것이며, 총 제동 토크 결정부(21)에서 상기한 맵 데이터를 이용하여 브레이크 페달 위치와 차속으로부터 총 제동 토크가 결정될 수 있도록 한다.
도 2를 참조하면, 설정 정보의 예로서, 구분된 차속 20km/hr, 40km/hr, 60km/hr, 80km/hr별로 브레이크 페달 위치와 총 제동 토크 사이의 상관관계를 나타내는 선도가 설정됨을 볼 수 있다.
이때, 선도로 구분되지 않는 차속, 즉 20km/hr, 40km/hr, 60km/hr, 80km/hr가 아닌, 이들 사이의 임의의 차속에 대해서는 상기 선도들의 값을 이용하여 보간의 방법으로 상기 임의의 차속에서의 브레이크 페달 위치에 해당하는 총 제동 토크가 결정될 수 있다.
도 2에서 차속별 브레이크 페달 위치에 따른 총 제동 토크의 관계를 더욱 상세히 살펴보면, 횡축은 브레이크 페달 위치(BPS 값)를 나타내고, 종축은 총 제동 토크(또는 차량 감속도)를 나타낸다.
도 2에서 알 수 있듯이, 낮은 차속일수록 동일 브레이크 페달 위치에서의 총 제동 토크 값이 큰 값으로 설정된다.
즉, 본 발명에 따른 설정 정보에서, 브레이크 페달 위치가 동일한 조건일 때, 차속이 낮을수록 총 제동 토크가 큰 값으로 설정되고, 차속이 높을수록 총 제동 토크의 값이 작은 값으로 설정되는 것이다.
일반적으로 친환경자동차의 회생제동시 휠 토크 기준 최대 가능 회생제동량(최대 가능 회생제동 토크)은 차속이 낮아질수록 증가한다(도 3 및 도 4 참조).
이와 관련하여, 본 발명에서는 브레이크 페달 위치가 동일한 조건에서 차속이 낮을수록 총 제동 토크의 값이 큰 값으로 정해져 있는 설정 정보, 즉 도 2와 같은 각 차속별 선도를 포함하는 설정 정보를 이용하여 총 제동 토크를 결정한다.
또한, 상기 결정된 총 제동 토크를 차량에서 발생시켜야 하는 제동 토크의 목표(목표 제동 토크) 값으로 하여, 상기 최대 가능 회생제동량 범위 내에서 회생제동 토크를 발생시키거나, 이때 회생제동 토크만으로 총 제동 토크를 만족시킬 수 없을 경우 총 제동 토크에서 부족한 제동 토크만큼의 마찰제동 토크를 발생시킨다.
이에 따라, 본 발명에서는 최대 가능 회생제동량 범위 내에서 회생제동의 커패시티(capacity)를 최대한 활용할 수 있게 된다.
상기 총 제동 토크는 운전자가 브레이크 조작을 통해 요구한 제동 토크(운전자 요구 제동 토크)로서, 운전자의 브레이크 조작에 따라 회생제동, 또는 마찰제동, 또는 회생제동과 마찰제동의 조합으로 생성해야 하는 제동 목표 값의 토크(제동 목표 토크)이다.
도 2에서 종래의 총 제동 토크를 나타내는 직선의 선도를 가상 토크 선도라 칭하면, 이 직선의 가상 토크 선도는 차속에 상관없이 브레이크 페달 위치가 증가함에 따라 총 제동 토크가 선형적으로 증가함을 나타내게 된다.
또한, 본 발명에 따른 설정 정보에서 차속(예, 20, 40, 60, 80km/hr)별로 브레이크 페달 위치에 따른 총 제동 토크가 도 2에 예시된 각 선도와 같이 설정될 수 있고, 이때 각 차속별 선도는 곡선의 선도가 될 수 있으며, 기본적으로 브레이크 페달 위치가 증가함에 따라 총 제동 토크가 증가하는 관계를 나타내도록 각 선도 값이 설정된다.
또한, 브레이크 페달 위치(BPS 값)에 있어서 회생유도 BPS 임계값이 미리 설정되고, 각 차속(예, 20, 40, 60, 80km/hr)별로 회생한계 토크 값이 미리 설정되며, 이때 20, 40, 60, 80 외의 나머지 차속의 회생한계 토크 값은 상기 각 20, 40, 60, 80의 회생한계 토크 값을 이용하여 보간의 방법으로 결정될 수 있다.
또한, 미리 설정된 설정차속(차량 주행 상태에 대한 설정값) 이상의 높은 차속 구간, 예를 들어 40km/hr, 60km/hr, 80km/hr 등의 차속에서는 상기 BPS 임계값에서의 총 제동 토크가, 가상 토크 선도가 나타내고 있는 종래의 BPS 임계값에서의 총 제동 토크보다 작은 값으로 설정될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 설정 정보에서, 상기 설정차속 이상의 높은 차속 구간에서는 상기 BPS 임계값에서의 총 제동 토크 값이 회생한계 토크 값일 수 있다.
또한, 상기 설정차속 이상의 높은 차속 구간에서는 BPS 임계값 이하의 브레이크 페달 위치에서의 총 제동 토크 값이, 상기 직선의 가상 토크 선도가 나타내는 동일 브레이크 페달 위치에서의 총 제동 토크 값(즉 종래의 총 제동 토크 값)에 비해 크게 설정된 브레이크 페달 위치 구간(도 2에서 횡축의 BPS 값 구간)을 가질 수 있다.
이때, 상기 설정차속 이상의 높은 차속 구간에서, 브레이크 페달 위치 값이 BPS 임계값 이하일 때, 상기 직선의 가상 토크 선도가 나타내는 동일 브레이크 페달 위치에서의 총 제동 토크 값(즉 종래의 총 제동 토크 값)에 비해, 총 제동 토크 값이 더 크게 설정된 BPS 값 구간과, 그렇지 않은 BPS 구간을 모두 가질 수 있는데, 각 차속별 선도에서 차속에 따라 다르게 정해지는 BPS 기준값을 기준으로 그 이하의 구간에서는 본 발명에서의 차속별 총 제동 토크가 가속 토크 선도가 나타내는 총 제동 토크 값(종래의 값)보다 크지만, 상기 차속별 BPS 기준값을 초과하는 구간에서는 본 발명에서의 차속별 총 제동 토크가 가속 토크 선도가 나타내는 총 제동 토크 값(종래의 값)보다 작게 설정될 수 있다.
상기 BPS 기준값은 도 2에서 각 차속별 곡선 선도와 직선의 가상 토크 선도의 교차점이 나타내는 BPS 값이 된다.
반면, 상기 설정차속 이상의 높은 차속 구간에서 BPS 임계값보다 큰 브레이크 페달 위치에서는 총 제동 토크 값이, 상기 직선의 가상 토크 선도가 나타내는 동일 브레이크 페달 위치에서의 총 제동 토크 값(즉 종래의 총 제동 토크 값)에 비해 항상 작게 설정될 수 있다.
반대로, 상기 설정차속 미만의 낮은 차속 구간(예, 도 2에서 시속 20km/hr)에서는 BPS 임계값에서의 총 제동 토크가 가상 토크 선도가 나타내는 종래의 BPS 임계값에서의 총 제동 토크에 비해 큰 값으로 설정될 수 있다.
이때, 상기 설정차속 미만의 낮은 차속 구간에서 브레이크 페달 위치(BPS 값)에 상관없이 총 제동 토크 값이, 상기 직선의 가상 토크 선도가 나타내는 동일 브레이크 페달 위치에서의 총 제동 토크 값(즉 종래의 총 제동 토크 값)에 비해 항상 큰 값이 되도록 설정될 수 있다.
즉, 상기 설정차속 미만의 차속에서는, 브레이크 페달 위치의 전 범위에서, 총 제동 토크 값이, 상기 직선의 가상 토크 선도가 나타내는 동일 브레이크 페달 위치에서의 총 제동 토크 값(즉 종래의 총 제동 토크 값)에 비해 항상 큰 값이 되도록 설정될 수 있는 것이다(도 2에서 시속 20km/hr의 곡선 선도 참조).
또한, 본 발명에서 각 차속별 선도가 나타내는 총 제동 토크는, 브레이크 페달 위치가 증가함에 따라. 상기 가상 토크 선도가 나타내는 최대 브레이크 페달 위치에서의 총 제동 토크 값에 모두 수렴하도록 설정된다.
결국, 본 발명에서 총 제동 토크 결정부(21)가 상술한 바와 같이 도 2에 예시한 설정 정보를 이용하여 현재의 브레이크 페달 위치 및 차속에 해당하는 총 제동 토크를 결정하고 나면, 상기 결정된 총 제동 토크를 목표 값으로 하여 회생제동과 마찰제동을 수행하는 제어 과정이 통상의 과정과 동일하게 수행된다.
즉, 종래와 마찬가지로, 상기 결정된 총 제동 토크로부터 제동력 분배를 통해 운전자 요구 토크인 총 제동 토크를 충족하는 회생제동 토크와 마찰제동 토크가 결정되고, 제동력 분배를 통해 회생제동 토크와 마찰제동 토크가 결정되면, 분배된 각 토크 값을 내기 위한 모터의 회생 작동 제어 및 마찰제동장치의 제어가 수행된다.
여기서, 총 제동 토크를 충족시키기 위한 최종의 회생제동 토크는 도 1의 회생제동 토크 결정부(22)에 의해 결정될 수 있고, 이어 상기 결정된 최종의 회생제동 토크를 발생시키기 위한 모터의 회생 작동은 도 1의 모터 제어부(23)에 의해 제어된다.
이와 같이 하여, 본 발명에 따른 제동 제어 장치에 대해 상술하였는바, 도 3 및 도 4는 종래의 제동 제어 상태와 본 발명에 따른 제동 제어 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 3 및 도 4에서 회생제동 토크, 마찰제동 토크, 총 제동 토크 및 회생한계 토크는 모두 음의 토크로 도시되었으며, 이하의 설명에서 이들 토크 값이 크다는 것은 토크의 절대값이 크다는 것을 의미한다.
도 3 및 도 4에서 알 수 있듯이, 통상적인 친환경자동차의 제동 제어에 있어서 회생제동의 한계 토크 값인 회생한계 토크 값이 설정되어 있으며, 이러한 회생한계 토크 값은 차속이 낮을수록 점차 큰 값으로 설정된다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 설정 정보인 차속별 곡선 선도에서도 브레이크 페달 위치가 동일한 조건에서 차속이 낮을수록 회생한계 토크 값은 점차 큰 값임을 알 수 있다.
또한, 종래에는 전술한 바와 같이 브레이크 페달 위치만의 함수로 총 제동 토크(총 제동량)이 결정되고, 이때 도 2에 나타낸 바와 같이 총 제동 토크(총 제동량)이 브레이크 페달 위치(BPS 값)에 비례하여 선형적으로 증가하도록 설정된다.
따라서, 브레이크 페달 위치(운전자의 브레이크 페달 입력)가 동일하다면, 즉 브레이크 페달 위치의 증감 없이 운전자가 동일한 양만큼 브레이크 페달을 계속 밟고 있다면, 도 3에서 알 수 있듯이, 종래에는 밟고 있는 동안 총 제동 토크 또한 증감 없이 일정하게 유지된다.
이때, 회생제동의 최대 가능량이 되는 회생한계 토크 값은 총 제동 토크와 달리 감속 중 차속이 낮아질수록 점차 증가하도록 설정되어 있으므로, 운전자가 브레이크 페달을 밟은 뒤 차속이 점차 감소하여 특정 차속이 될 때까지는, 총 제동 토크에 비해 회생한계 토크 값이 작아 부족할 수 있으므로, 이때 총 제동 토크를 만족시키기 위해 회생제동에 더해 마찰제동을 함께 실시해야 한다.
즉, 도 3에서와 같이 회생제동 토크(회생제동량)과 마찰제동 토크(마찰제동량)의 합으로 총 제동량을 충족시켜야 하는 것이다.
물론, 도 3에서 알 수 있듯이, 차속이 상기 특정 차속 이하로 낮아진 경우에는, 마찰제동 토크 없이, 회생한계 토크 이내에서 회생제동 토크만으로 총 제동 토크를 만족시킬 수 있다.
또한, 종래에는 브레이크 페달 위치가 변함없이 동일하게 유지될 때, 차량에서 생성하는 총 제동 토크가 일정하므로, 차량 감속도 또한 일정하고, 결국 차속이 도 3에서와 같이 선형적으로 감소하게 된다.
따라서, 종래의 경우, 동일한 브레이크 페달 위치(BPS 값)라 하더라도 본 발명과 비교하여 마찰제동 토크를 크게 발생시켜야 하고, 결국, 본 발명에 비해 총 제동량 중 회생제동량의 비율은 작고 마찰제동량의 비율은 큰 상황이 된다.
이때, 후술하는 도 4의 본 발명에 비해 제동 초반에 총 제동량(총 제동 토크)과 차량 감속도가 크기 때문에 차속이 더 빠르게 감소한다.
하지만, 차속이 낮아지더라도 총 제동 토크는 일정하므로, 총 제동 토크에 비해 회생한계 토크 값이 더 커지는 시점부터, 마찰제동 없이 회생제동만으로 차량을 감속시킬 수 있다.
상기와 같이 본 발명에 비해 차속이 더 빠르게 감소하는 종래의 제어에서, 회생제동 토크(회생제동량)이 일정한 총 제동 토크(총 제동량)만을 충족하면 되므로, 회생한계 토크 값까지 회생제동의 큰 여유가 있음에도, 차속이 더 빨리 낮아진 상태(이때 총 제동 토크는 도 4의 동일 시점 총 제동 토크보다 작음)로 회생제동 토크를 총 제동 토크와 일치시켜 일정하게 유지한다.
총 제동 토크에 비해 회생한계 토크 값이 큰 상황 및 이미 차속이 빠르게 많이 감소한 상태에서, 회생제동 토크를 총 제동 토크와 일치시키기만 하면 되고, 회생제동에 여유가 있음에도 회생제동 토크를 크게 할 필요가 없는 것이다.
요컨대, 도 3에서 알 수 있듯이, 종래에는 제동 초반에 회생한계 토크가 총 제동 토크보다 작아서 회생제동 토크를 늘리지 못하고 마찰제동 토크의 합으로 총 제동 토크를 충족시켜야 할 뿐만 아니라, 회생한계 토크가 총 제동 토크(일정 값 유지)보다 커진 시점에서는 총 제동 토크를 만족시키기 위해 회생제동 토크만으로 차량을 감속 및 제동해야 하며, 이때 회생한계 토크까지는 큰 여유가 있음에도 회생제동 토크를 크게 할 수 없고 총 제동 토크와 일치되도록 제한해야 하는바, 본 발명에 비해 차속이 이미 더 빠르게 감소한 상태에서 회생제동 토크를 극대화시키는 것이 불가능하다.
반면, 본 발명에서는 도 3의 경우와 동일한 양으로 운전자가 브레이크 페달을 밟고 있다면, 즉 도 3과 동일한 값으로 일정하게 브레이크 페달 위치를 유지하였다면, 제동 초반에 차속이 높을 때에는 도 2에서와 같이 차량 감속도와 총 제동 토크가 종래(기존 총 제동 토크)에 비해 작으므로, 차속이 제동 초반에 완만하게 감소한다.
또한, 본 발명에서는 브레이크 페달 위치와 더불어 차속(또는 휠속, 또는 모터 속도)에 따라 총 제동 토크가 결정되고, 브레이크 페달 위치(BPS 값)가 일정하더라도, 도 4에서와 같이 제동이 시작된 뒤 차속이 감소할수록 회생한계 토크 값과 마찬가지로 총 제동 토크 또한 점차 커지도록 되어 있다(여기서, 제동 토크 및 제동량은 음의 값이므로, 도면에서 아래로 내려올수록 증가하는 것임).
특히, 도 2에서 알 수 있듯이, 차속이 설정차속보다 낮은 조건(예, 도 2에서 60km/hr, 80km/hr 등)에서, 그리고 BPS 값이 BPS 기준값(직선과 곡선의 교차점의 BPS 값) 이상인 구간에서는, 총 제동 토크가 종래의 총 제동 토크(기존 총 제동 토크)에 비해 작으므로, 제동 시작 후 차속이 완만하게 감소하는 제동 초반에 마찰제동 없이 회생제동만으로 총 제동량을 충족시킬 수 있다.
이때, 차속은 종래에 비해 천천히 감소하지만, 차속이 점차 감소할 때, 동일 브레이크 페달 위치인 조건에서 총 제동 토크가 종래의 총 제동 토크에 비해 작으므로, 회생제동 토크만으로 총 제동 토크를 충족시킬 수 있는 것이다.
더욱이, 도 2를 참조하면, 동일 브레이크 페달 위치(BPS 값)이라 하더라도, 차속이 감소함에 따라 총 제동 토크가 증가하고, 설정차속보다 낮은 차속(예, 20km/hr)에서는 총 제동 토크가 기존 총 제동 토크에 비해 큰 값이 되므로, 결국 도 4에 나타낸 바와 같이 회생한계 토크 값이 증가하는 만큼 총 제동 토크 또한 커지면서, 증가한 총 제동 토크 내에서 회생제동 토크를 최대한 증가시킬 수 있고, 결국 종래에 비해 회생제동 토크를 더 크게 할 수 있다.
이로써, 제동 초반과 같이 총 제동량 중 회생제동량의 비율을 종래에 비해 크게 할 수 있는 것은 물론, 차속이 완만이 감소하는 동안 차속이 감소할수록 총 제동 토크 및 회생한계 토크 값(회생제동을 제한하는 상한값임)이 모두 증가하므로, 제동 동안의 회생제동량을 극대화할 수 있고, 회생제동을 최대한 활용하여 차량을 감속시킬 수 있다.
이와 같이 본 발명에서는, 운전자가 총 제동 토크를 가변시키는 본 발명의 제어 기능이 작동하도록 운전자 조작부(12)에서 온(on)을 선택하였을 때, 제동 초반에 차속이 상대적으로 완만하게 감속하고, 차량 감속도가 종래에 비해 작을 수 있으므로, 브레이크 페달을 밟는 것만큼 차량이 감속하는 것을 운전자가 못 느낄 수 있고, 페달 조작에 비해 차량 제동의 반응이 느린 것처럼 운전자가 느낄 수 있으나, 종래에 비해 회생제동량을 크게 할 수 있다는 장점이 있는바, 차량 연비를 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 따르면, 운전자의 브레이크 입력이 정확히 회생제동의 한계 토크(회생한계 토크)를 추종하지 못하더라도, 종래에 비해 넓은 범위의 브레이크 페달 입력에 대해서 회생제동의 한계 토크 내로 총 제동량을 유지할 수 있으므로, 그리고 총 제동량이 페달 입력의 함수가 아닌, 페달 입력과 차속의 함수로 결정되므로, 운전자로 하여금 총 제동 토크가 회생제동의 한계 토크를 편리하게 추종하도록 할 수 있는바, 경제적이고 연비를 향상시킬 수 있는 운전자의 운전 습관이 유도될 수 있다.
이상으로 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당 업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.
11 : 운전정보 검출부
12 : 운전자 조작부
21 : 총 제동 토크 결정부
22 : 회생제동 토크 결정부
23 : 모터 제어부

Claims (13)

  1. 운전자 브레이크 조작에 따른 브레이크 입력 값과 현재의 차량 주행 상태를 검출하는 운전정보 검출부; 및
    상기 운전정보 검출부에 의해 검출된 브레이크 입력 값과 현재의 차량 주행 상태에 따른 값으로 총 제동 토크를 결정하는 총 제동 토크 결정부를 포함하고,
    상기 총 제동 토크 결정부에는 총 제동 토크가 브레이크 입력 값과 차량 주행 상태의 함수로 설정한 설정 정보가 입력 및 저장되며,
    상기 설정 정보는 정해진 각 차량 주행 상태 값별로 브레이크 입력 값에 따른 총 제동 토크가 설정된 선도들을 포함하고,
    상기 브레이크 입력 값은 브레이크 페달 센서(BPS:Brake pedal Position Sensor)에 의해 검출되는 브레이크 페달 위치 또는 브레이크 페달 변위이며,
    상기 설정 정보에서,
    브레이크 페달 위치 또는 브레이크 페달 변위가 증가함에 따라 총 제동 토크가 선형적으로 증가하도록 설정된 직선의 선도를 가상 토크 선도라 할 때,
    상기 각 차량 주행 상태 값별로 브레이크 입력 값에 따른 총 제동 토크가 설정된 선도들은 브레이크 페달 위치 또는 브레이크 페달 변위가 증가함에 따라 총 제동 토크가 증가하도록 설정된 곡선의 선도인 것을 특징으로 하는 친환경자동차의 제동 제어 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 운전정보 검출부는,
    상기 브레이크 입력 값으로서 브레이크 페달 위치 또는 브레이크 페달 변위를 검출하는 브레이크 페달 센서(BPS:Brake pedal Position Sensor); 및
    상기 차량 주행 상태로서 차속을 검출하기 위한 센서를 포함하고,
    상기 총 제동 토크 결정부는 상기 각 센서에 의해 검출된 브레이크 페달 위치 또는 브레이크 페달 변위와 차속에 따른 값으로 총 제동 토크를 결정하는 것을 특징으로 하는 친환경자동차의 제동 제어 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 운전정보 검출부는,
    상기 브레이크 입력 값으로서 브레이크 페달 위치 또는 브레이크 페달 변위를 검출하는 브레이크 페달 센서(BPS:Brake pedal Position Sensor); 및
    상기 차량 주행 상태로서 구동 휠의 휠속을 검출하는 센서를 포함하고,
    상기 총 제동 토크 결정부는 상기 각 센서에 의해 검출된 브레이크 페달 위치 또는 브레이크 페달 변위와 휠속에 따른 값으로 총 제동 토크를 결정하는 것을 특징으로 하는 친환경자동차의 제동 제어 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 운전정보 검출부는,
    상기 브레이크 입력 값으로서 브레이크 페달 위치 또는 브레이크 페달 변위를 검출하는 브레이크 페달 센서(BPS:Brake pedal Position Sensor); 및
    상기 차량 주행 상태로서 차량 구동용 모터의 속도를 검출하는 센서를 포함하고,
    상기 총 제동 토크 결정부는 상기 각 센서에 의해 검출된 브레이크 페달 위치 또는 브레이크 페달 변위와 모터 속도에 따른 값으로 총 제동 토크를 결정하는 것을 특징으로 하는 친환경자동차의 제동 제어 장치.
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 차량 주행 상태는 차속 또는 구동 휠의 휠속 또는 차량 구동용 모터의 속도인 것을 특징으로 하는 친환경자동차의 제동 제어 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 설정 정보의 선도들은 브레이크 페달 위치 또는 브레이크 페달 변위가 동일한 조건에서 상기 차속 또는 휠속 또는 모터 속도가 낮을수록 총 제동 토크 값이 큰 값으로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 친환경자동차의 제동 제어 장치.
  8. 삭제
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 설정 정보에서,
    상기 브레이크 페달 위치 또는 브레이크 페달 변위 값에 있어서 회생유도 BPS 임계값이 미리 설정되고,
    상기 각 차량 주행 상태 값별로 회생제동의 최대 가능량이 되는 회생한계 토크 값이 미리 설정되며,
    설정값 이상인 차량 주행 상태 값의 곡선 선도들에서 상기 회생유도 BPS 임계값에 해당하는 총 제동 토크 값이 상기 회생한계 토크 값으로 설정되고,
    상기 회생유도 BPS 임계값 이하의 브레이크 페달 위치 또는 브레이크 페달 변위 구간에서는 상기 설정값 이상인 차량 주행 상태 값의 곡선 선도들과 상기 가상 토크 선도가 교차점을 가지는 것을 특징으로 하는 친환경자동차의 제동 제어 장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 곡선의 선도들과 상기 가상 토크 선도의 각 교차점의 브레이크 페달 위치 또는 브레이크 페달 변위 값을 BPS 기준값이라 할 때,
    상기 설정값 이상인 차량 주행 상태 값의 곡선 선도들에서, 상기 BPS 기준값 이하의 브레이크 페달 위치 또는 브레이크 페달 변위 구간에서는 상기 곡선 선도들의 총 제동 토크 값이 상기 가상 토크 선도의 총 제동 토크 값보다 항상 큰 값으로 설정되고, 상기 BPS 기준값보다 큰 브레이크 페달 위치 또는 브레이크 페달 변위 구간에서는 상기 곡선 선도들의 총 제동 토크 값이 상기 가상 토크 선도의 총 제동 토크 값보다 항상 작은 값으로 설정된 것을 특징으로 하는 친환경자동차의 제동 제어 장치.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 설정값 이상의 차량 주행 상태 값의 곡선 선도들에서, 상기 회생유도 BPS 임계값보다 큰 브레이크 페달 위치 또는 브레이크 페달 변위 구간에서는 총 제동 토크 값이 상기 가상 토크 선도의 총 제동 토크 값보다 항상 작게 설정된 것을 특징으로 하는 친환경자동차의 제동 제어 장치.
  12. 청구항 9에 있어서,
    상기 설정값 미만의 차량 주행 상태 값의 곡선 선도에서는 브레이크 페달 위치 또는 브레이크 페달 변위의 전 구간에서 총 제동 토크 값이 상기 가상 토크 선도가 나타내는 총 제동 토크 값에 비해 항상 큰 값으로 설정된 것을 특징으로 하는 친환경자동차의 제동 제어 장치.
  13. 청구항 9에 있어서,
    상기 차량 주행 상태 값별 곡선 선도들의 총 제동 토크는 브레이크 페달 위치 또는 브레이크 페달 변위가 증가함에 따라 상기 가상 토크 선도가 나타내는 최대 브레이크 페달 위치 또는 최대 브레이크 페달 변위에서의 총 제동 토크 값에 모두 수렴하도록 설정된 것을 특징으로 하는 친환경자동차의 제동 제어 장치.
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