KR20040003278A

KR20040003278A - 하이브리드 차량의 회생 제동 방법

Info

Publication number: KR20040003278A
Application number: KR1020020037936A
Authority: KR
Inventors: 송성재; 조성태
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2002-07-02
Filing date: 2002-07-02
Publication date: 2004-01-13

Abstract

본 발명은 하이브리드 차량의 회생 제동 방법에 관한 것으로, 브레이크 페달 개도량 및 차속을 체크하는 단계와, 상기 브레이크 페달 개도량 및 차속을 바탕으로 발전기에서 흡수되는 회생 제동 에너지를 계산하는 단계와, 상기 발전기에서 흡수되는 회생 제동 에너지를 바탕으로 각 변속비에 해당하는 배터리에 저장되는 회생 제동 에너지를 계산하는 단계와, 상기와 같이 계산된 각 변속비에 해당하는 배터리에 저장되는 회생 제동 에너지들 중에서 최대값을 가지는 변속비를 선택하는 단계 및, 상기 선택된 변속비로 제동시 변속하는 단계를 포함하여 구성되어, 회생 제동시 발전기가 최대효율의 발전을 수행할 수 있도록 변속비를 결정함으로써, 회생 제동 에너지를 최대로 흡수할 수 있도록 하는 효과가 있다.

Description

하이브리드 차량의 회생 제동 방법{Regenerative braking method of a hybrid vehicle}

본 발명은 하이브리드 차량의 회생 제동 방법에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 회생 제동시 발전기가 최대효율의 발전을 수행할 수 있도록 변속비를 결정함으로써, 회생 제동 에너지를 최대로 흡수할 수 있도록 하는 하이브리드 차량의 회생 제동 방법에 관한 것이다.

일반 내연 기관 차량의 경우 제동시 차량의 에너지가 모두 열로 소산되는 반면에 하이브리드 차량은 도 1에 도시된 바와 같이, 발전기를 이용하여 이를 회생하는 것이 가능하다. 즉, 차량 제동시 휠(40)에서 발생되는 기계적인 에너지는 변속기(30)를 통해 연료(22)를 공급받는 엔진(20)을 포함하는 엔진시스템(20) 및 전기시스템(10)으로 각각 전달되고, 상기 엔진시스템(20)은 상기와 같이 전달된 기계적인 힘에 의해 엔진브레이크가 작동하며, 상기 전기시스템(10)에서는 발전기(14)가상기와 같이 전달된 기계적인 에너지를 전기에너지로 변환하여 배터리(12)를 충전시키는 것이다.

따라서, 하이브리드 차량에서는 회생 제동 시스템의 설계가 매우 중요한 문제인데, 상기와 같은 회생 제동 시스템의 설계는 주로 마찰 브레이크의 성능 개선에 무게를 두고 있다. 즉, 마찰 브레이크의 제동량을 저하시킴으로써 회생 제동 시스템으로 들어가는 동력을 증가시키는데 중점을 둔 연구가 주로 진행되고 있는 것이다.

상기와 같이 종래에는 발전기의 발전에 의한 제동 에너지의 회생 효율 자체에 대해서는 고려하고 있지 않으므로, 제동시에는 별다른 최적 변속제어를 하지 않고 발전기의 발전 영역 또는 임의의 점에서 변속을 결정하게 된다.

그러나, 상기와 같은 종래기술은, 발전기의 발전 효율이 발전 영역에 따라 매우 차이가 나며 이로 인하여 회생 제동시 발전기의 발전 조건에 따라 실제로 회생되는 에너지량이 크게 달라지게 되며, 발전기의 발전 효율을 고려하지 않음에 따라 실질적으로 회생 가능한 에너지 보다 훨씬 적은 양만을 회생하게 되는 문제점이 있었다.

이에, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 제 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 회생 제동시 발전기가 최대효율의 발전을 수행할 수 있도록 변속비를 결정함으로써, 회생 제동 에너지를 최대로 흡수할 수 있도록 하는 하이브리드 차량의 회생 제동 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 회생 제동 방법은, 브레이크 페달 개도량 및 차속을 체크하는 단계와, 상기 브레이크 페달 개도량 및 차속을 바탕으로 발전기에서 흡수되는 회생 제동 에너지를 계산하는 단계와, 상기 발전기에서 흡수되는 회생 제동 에너지를 바탕으로 각 변속비에 해당하는 배터리에 저장되는 회생 제동 에너지를 계산하는 단계와, 상기와 같이 계산된 각 변속비에 해당하는 배터리에 저장되는 회생 제동 에너지들 중에서 최대값을 가지는 변속비를 선택하는 단계 및, 상기 선택된 변속비로 제동시 변속하는 단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

도 1은 일반적인 하이브리드 차량에서 제동시의 에너지 흐름도,

도 2는 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 회생 제동 방법의 순서도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 회생 제동 방법의 순서도로서, 도 2에서 S는 스텝(step)을 의미한다.

상기 도 2에 도시된 바와 같이, 단계(S1)에서는, 브레이크 포지션 센서를 사용하여 브레이크 페달 개도량(BPS)을 체크하고, 단계(S2)에서는 차속센서를 사용하여 차속(V)을 체크한다.

이어서, 단계(S3)에서는, 하기의 수학식 1, 2를 사용하여 발전기에서 흡수되는 회생 제동 에너지(Em)를 계산한다.

Em = eta_pt ×Ev

상기 수학식에서 eta_pt는 동력전달계의 동력전달효율로서 미리 정해진 값을가지며, Ev는 차량의 제동 에너지이다.

Ev = 0.5 ×M ×V²×f(BPS)

상기 수학식에서 M은 차량의 총질량, V는 차속, f(BPS)는 운전자의 브레이크 페달 입력에 의해 결정되는 회생 제동량, BPS는 브레이크 페달 개도로서, 상기 M은 미리 정해진 값이며, 별도의 센서를 사용하여 측정할 수도 있다. 상기 f(BPS)는 BPS에 따라 미리 설정된 맵 데이터를 사용한다.

이어서, 단계(S4)에서는, 상기 발전기에서 흡수되는 회생 제동 에너지(Em)를 바탕으로 하기의 수학식 3을 사용하여 각 변속비(GR)에 해당하는 배터리에 저장되는 회생 제동 에너지(Eb)를 계산한다.

Eb = eta_charge(GR) ×Em

상기 수학식에서 eta_charge는 발전기의 충전 효율 함수로서, 실험에 의한 맵 데이터로 구현되며, 상기 GR은 기어비이며, Em는 발전기에서 흡수되는 회생 제동 에너지이다.

이때, 변속비(GR)가 모두 다섯개 예를 들어, GR1, GR2, GR3, GR4, GR5가 존재 한다면, 각 변속비 GR1, GR2, GR3, GR4, GR5에 대한 배터리에 저장되는 회생 제동 에너지(Eb)를 구하는 것이다. 따라서, 5개의 Eb 값이 계산된다.

이어서, 단계(S5)에서는, 상기와 같이 계산된 각 변속비(GR)에 해당하는 배터리에 저장되는 회생 제동 에너지(Eb)들 중에서 최대값을 가지는 변속비(GR)를 선택하고, 단계(S6)에서는 상기와 같이 선택된 변속비로 제동시 변속한다.

한편, 상기와 같이 각 변속비(GR)에 해당하는 배터리에 저장되는 회생 제동 에너지(Eb)를 계산하는 수학식 3이 도출된 과정을 설명하면 다음과 같다.

배터리에 저장되는 회생 제동 에너지(Eb)는 하기의 수학식 4와 같이 표현될 수 있다.

Eb = eta_charge ×Em

이때, 상기 eta_charge는 발전기의 발전 효율로 발전기의 작동 조건에 의해 결정되는 값이므로, 상기 수학식 4를 하기의 수학식 5와 같이 표현할 수 있다.

Eb = eta_charge(Tm, Wm) ×Em

상기 수학식 5에서, Tm은 회생제동시 발전기 작동 토크이고, Wm은 회생제동시 발전기 작동 속도이다.

상기 수학식 5를 차 바퀴축의 작동 조건으로 다시 쓰면 하기의 수학식 6과 같이 표현할 수 있다.

Eb = eta_charge(Tv, V, GR) ×Em

상기 수학식 6에서 Tv는 제동시 차량에 작동하는 제동 토크, V는 제동시의 차량속도, GR은 변속장치의 변속비이다.

상기 수학식 6에서 제동 토크(Tv)는 하기의 수학식 7과 같이 정의된다.

Tv = Td + Tf + GR ×Tm = Td + Tf(BPS) + GR ×Tm(GR, BPS)

상기 수학식 7에서, Td는 엔진브레이크, 동력전달계등의 마찰손실이고, Tf는 마찰 제동장치의 제동력, Tm은 회생제동시 발전기 작동 토크이다.

이때, 상기 마찰 제동장치의 제동력(Tf)은 마찰 브레이크의 특성에 의해 BPS의 함수로 정의되며, 회생제동시 발전기 작동 토크(Tm)는 발전기에 입력되는 회생 에너지(Em)를 그때의 발전기 작동 속도(Wm)으로 나눈 값에 의해 결정되므로, 결국 Tm은 변속비(GR)와 BPS의 함수로 정의된다.

상기한 바와 같이, 수학식 6에서 차속(V)은 현재 차량의 상태 변수이고, Tv는 수학식 7에 의해 운전자의 의지인 BPS의 함수로 결정되므로, 회생 제동 에너지(Eb)는 수학식 3과 같이 변속비(GR)의 함수로 표현될 수 있는 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 회생 제동시 발전기가 최대효율의 발전을 수행할 수 있도록 변속비를 결정함으로써, 회생 제동 에너지를 최대로 흡수할 수 있도록 하는 효과가 있다.

Claims

브레이크 페달 개도량 및 차속을 체크하는 단계와, 상기 브레이크 페달 개도량 및 차속을 바탕으로 발전기에서 흡수되는 회생 제동 에너지를 계산하는 단계와, 상기 발전기에서 흡수되는 회생 제동 에너지를 바탕으로 각 변속비에 해당하는 배터리에 저장되는 회생 제동 에너지를 계산하는 단계와, 상기와 같이 계산된 각 변속비에 해당하는 배터리에 저장되는 회생 제동 에너지들 중에서 최대값을 가지는 변속비를 선택하는 단계 및, 상기 선택된 변속비로 제동시 변속하는 단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 회생 제동 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 발전기에서 흡수되는 회생제동에너지(Em)는 하기의 수학식들에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 회생 제동 방법.

Em=eta_pt ×Ev

Ev=0.5 ×M ×V²×f(BPS)

상기 수식에서 eta_pt는 동력전달계의 동력전달효율이며, M은 차량의 총질량, V는 차속, f(BPS)는 운전자의 브레이크 페달 입력에 의해 결정되는 회생 제동량, BPS는 브레이크 페달 개도이다.
제 1 항에 있어서,

상기 배터리에 저장되는 회생 제동 에너지(Eb)는 하기의 수학식들을 바탕으로 계산되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 회생 제동 방법.

Eb = eta_charge(GR) ×Em

상기 수학식에서 eta_charge는 발전기의 충전 효율 함수로서, 맵 데이터로 구현되며, 상기 GR은 기어비이며, Em는 발전기에서 흡수되는 회생 제동 에너지이다.