KR20070030363A - 마일드 하이브리드 시스템에서의 회생 제동방법 및 장치 - Google Patents

마일드 하이브리드 시스템에서의 회생 제동방법 및 장치 Download PDF

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본 발명은 주행중인 차량의 각종 작동상태에 따라 일체형 모터-발전기가 발전기 모드와 모터 모드로 자동 전환되도록 하는 마일드 하이브리드 시스템에서의 회생 제동방법에 있어, 주행중인 차량의 보조 브레이크나 페달 브레이크의 작동상태를 감지하는 제1단계와, 보조 브레이크와 페달 브레이크 중 하나 또는 두 개의 브레이크가 작동되면 MCU의 제어로 일체형 모터-발전기가 엔진 휠의 관성에너지를 이용하는 발전기 모드로 전환되도록 하는 제2단계 및 일체형 모터-발전기로부터 발전되는 전원을 축전하는 제3단계를 포함하는 마일드 하이브리드 시스템에서의 회생 제동방법에 관한 것이다.
따라서, 본 발명에 의하면, 본 발명은 회생 제동시간(time)의 증가로 회생 제동에너지가 증가하고, 배기 브레이크나 엔진 브레이크 등과 같은 보조 브레이크의 효과 및 내구력이 증대되는 효과가 있다.
일체형 모터-발전기, 마일드 하이브리드 시스템, 회생 제동, 브레이크.

Description

마일드 하이브리드 시스템에서의 회생 제동방법 및 장치{Resurrection braking method and apparatus in Mild Hybrid System}
도 1은 종래의 마일드 하이브리드 시스템의 구성을 보인 도면이다.
도 2는 도 1의 마일드 하이브리드 시스템에서의 회생 제동과정을 보인 흐름도이다.
도 3은 마일드 하이브리드 시스템에서의 회생 제동을 위한 본 발명에 의한 구성을 보인 도면이다.
도 4는 도 3의 마일드 하이브리드 시스템에서 회생 제동과정을 보인 흐름도이다.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
11 : 엔진 12 : 일체형 모터-발전기
13 : 인버터 14 : 센서
14a : 차속센서 14b : 엔진 회전수 센서
15 : 보조 브레이크 스위치 15a : 배기 브레이크 스위치
15b : 제1엔진 브레이크 스위치 15c : 제2엔진 브레이크 스위치
16 : MCU 17 : 차량 제어 출력부
18 : 개폐밸브 19 : DC-DC 컨버터
20 : 28 V 시스템 21 : 42 V 시스템
22 : 페달 브레이크 스위치
본 발명은 마일드 하이브리드 시스템에서의 회생 제동방법 및 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 페달 브레이크뿐만 아니라 배기 브레이크나 엔진 브레이크 등과 같은 보조 브레이크의 작동상태를 함께 검출하여 일체형 모터-발전기의 작동모드를 제어함으로써 회생 제동에너지의 증가 및 브레이크의 효과 및 내구력을 배가할 수 있도록 하는 마일드 하이브리드 시스템에서의 회생 제동방법 및 장치에 관한 것이다.
신기술에 의해 개발된 각종 장비들이 차량에 탑재됨에 따라 기존에 28 V의 발전기로는 차량에서 소비되는 전력을 안정적으로 공급할 수 없어, 발전기의 출력이 42 V이고 모터로의 변환이 가능하며 엔진의 크랭크 풀리(crank pully)와 연결되어 엔진 스타트 모터의 역할을 할 수 있도록 하는 마일드 하이브리드 시스템(Mild Hybrid System)이 등장하였다.
즉, 모터와 발전기의 기능을 동시에 가지는 일체형 모터-발전기가 엔진과 연동할 수 있도록 차량에 장착되고, 이 일체형 모터-발전기의 구동을 제어하는 제어장치로서는 MCU(Motor Control Unit)를 예로 들 수 있는데, 이 MCU는 마일드 하이브리드 시스템을 통합 제어한다.
도 1은 MCU(104)에 의해 통합 제어되는 마일드 하이브리드 시스템을 도시한 개략도로서, 일체형 모터-발전기(102)는 엔진(101)의 스타트 모터의 역할과 함께 엔진(101)의 운동에너지를 전기에너지로 변환하는 역할을 할 수 있도록 엔진(101)에 결합되어 있다.
이 일체형 모터-발전기(102)가 엔진(101) 구동을 위한 스타트 모터(start motor)의 기능을 할 때에는 인버터(103)(Inverter)를 통해 구동전원을 공급받고, 발전기의 기능을 할 때에는 발전된 전원을 인버터(103)를 통해 MUC(104)에 공급된다. 물론, 일체형 모터-발전기(102)의 기능변환은 차량상태를 판단한 MCU(104)의 제어로 이루어진다.
이렇게 차량상태에 따라 일체형 모터-발전기(102)의 기능변환을 통합 제어하는 MCU(104)에는 차량상태를 판단할 수 있는 근거가 되는 각종 신호들을 제공하는 차량신호 정보 입력부(108)가 접속되어 있다. 이 차량신호 정보 입력부(108)는 차속이나 브레이크신호, 보조 브레이크신호, 클러치 신호, 변속기 위치, 브레이크 공기압 등과 같이 일체형 모터-발전기(102)의 구동제어 및 차량의 전반적인 구동제어를 위한 정보를 검출할 수 있는 센서들로 구성되어 있다.
또한, MCU(104)에는 DC-DC 컨버터(105)(converter)와 28 V 시스템(109), 42 V 시스템(106)(예를 들어, 엔진 구동의 라디에이터 쿨링팬 등을 말한다.), 차량 제어신호 출력부(107) 등이 연결되어 있다. 상기 28 V 시스템(109)은 기존 차량에서 28 V의 구동전원으로 구동되던 것으로서, 이에는 일체형 모터-발전기(102)에 의해 발전된 42 V의 전원이 DC-DC 컨버터(105)에 의해 28 V의 전원으로 변환되어 공급된 다. 뿐만 아니라, MCU(104)는 차량 제어신호 출력부(107)를 통해 차량의 각종 구동을 제어하기 위한 제어신호를 출력한다.
도 2는 운전자의 의지로 차량이 감속될 경우 휠(wheel)의 회전운동에너지를 전기에너지로 변환하여 축전(蓄電)하는 회생 제동과정을 보인 것으로서, MCU는 브레이크 스위치의 작동, 즉 운전자가 주행중인 차량의 페달 브레이크를 밟아 감속하고 있는지를 확인한다(S101).
차량 브레이크 페달의 작동상태를 감시하는 중에 운전자가 감속을 위해 브레이크 페달을 밟아 브레이크 스위치가 작동되면, MCU는 일체형 모터-발전기의 작동모드를 발전기 모드로 전환하여 일체형 모터-발전기가 주행중인 차량 휠의 관성에 의한 운동에너지를 이용하여 42 V의 전원을 발전할 수 있도록 한다(S102).
이와 동시에 MUC는 엔진 휠의 관성에너지에 의해 일체형 모터-발전기로부터 출력되는 42 V의 전원이 36 V 배터리나 슈퍼 캡(Super cap)에 축전되도록 제어한다(S103).
그러나, 상기한 바와 같은 방법에 의해서는 마일드 하이브리드 시스템에 의한 회생 제동에너지의 량이 크지 않다는 결점이 있다.
상기한 바와 같은 종래의 결점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 회생 제동시간(time)을 늘려 회생 제동에너지가 증가되도록 하는 한편 배기 브레이크나 엔진 브레이크 등과 같은 보조 브레이크의 효과 및 내구력이 증대되도록 하는데 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 마일드 하이브리드 시스템에서의 회생 제동방법은, 주행중인 차량의 각종 작동상태에 따라 일체형 모터-발전기가 발전기 모드와 모터 모드로 자동 전환되도록 하는 마일드 하이브리드 시스템에서의 회생 제동방법에 있어서, 상기 주행중인 차량의 보조 브레이크나 페달 브레이크의 작동상태를 감지하는 제1단계; 상기 보조 브레이크와 페달 브레이크 중 하나 또는 두 개의 브레이크가 작동되면 MCU의 제어로 일체형 모터-발전기가 엔진 휠의 관성에너지를 이용하는 발전기 모드로 전환되도록 하는 제2단계; 및 상기 일체형 모터-발전기로부터 발전되는 전원을 축전하는 제3단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 있어서, 상기 보조 브레이크는, 배기 매니폴드(exhaust manifold)를 막아 엔진의 폭발행정을 약화시켜 차량감속을 유도하는 배기 브레이크나 엔진의 흡배기밸브를 열어 엔진의 폭발행정을 약화시켜 차량감속을 유도하는 제1엔진 브레이크 또는 트랜스미션이나 크랭크 풀리에 자기력을 가해 차량감속을 유도하는 제2엔진 브레이크 중 하나 이상으로 하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 있어서, 상기 보조 브레이크와 페달 브레이크 중 하나 또는 2개의 브레이크가 작동되면, MCU의 제어로 엔진에 공급중인 연료를 차단하는 단계를 더 구비하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 의한 마일드 하이브리드 시스템에서의 회생 제동장치는, 차량의 주행상태를 감지하는 센서; 주행중인 차량의 페달 브레이크의 작동여부에 따 라 작동되는 페달 브레이크 스위치; 주행중인 차량의 감속을 위한 작동상태에 따라 작동되는 보조 브레이크 스위치; 차량의 주행상태와 페달 및 보조 브레이크 작동상태에 따라 일체형 모터-발전기가 모터 모드와 발전기 모드를 선택적으로 수행할 수 있도록 제어하는 한편 일체형 모터-발전기에 의해 발전된 전원의 축적을 제어하는 MCU; 및 상기 MCU의 제어로 엔진 휠의 관성에너지에 의해 구동되어 전원을 발전하는 일체형 모터-발전기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 있어서, 상기 센서는, 차속 센서 또는 엔진 회전수 센서 등을 사용할 수 있다.
또한, 본 발명에 있어서, 상기 보조 브레이크 스위치는, 엔진의 폭발행정을 약화시켜 차량감속을 유도하기 위한 배기 매니폴드(exhaust manifold)에 개폐에 연동되는 배기 브레이크 스위치나 엔진의 폭발행정을 약화시켜 차량감속을 유도하기 위한 엔진의 흡배기밸브의 개폐에 연동되는 제1엔진 브레이크 스위치 또는 차량감속을 위해 트랜스미션이나 크랭크 풀리에 가해지는 자기력의 유무에 연동되는 제2엔진 브레이크 스위치 중 하나 이상으로 하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 있어서, 상기 보조 브레이크 스위치와 페달 브레이크 스위치 중 하나 또는 2개의 브레이크 스위치가 작동되면, MCU의 제어로 엔진에 공급중인 연료를 차단하는 개폐밸브를 더 구비하는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
도 3은 마일드 하이브리드 시스템에서의 회생 제동을 위한 본 발명에 의한 구성을 보인 것으로서, 도 1 및 도 2에서와 마찬가지로 엔진(11)과 연동되도록 결 합된 일체형 모터-발전기(12)는 MUC(16)의 제어로 모터 모드와 발전기 모드로 자동 전환되는데, 모터 모드 시에는 엔진(11)의 스타트 모터의 역할을 수행하고, 발전기 모드 시에는 42 V의 전원을 발전하는 역할을 한다.
이렇게 일체형 모터-발전기(12)에 의해 발전된 42 V의 전원은 MCU(16)의 제어로 그대로 42 V 시스템(21)에 공급되기도 하지만, DC-DC 컨버터(19)에 의해 28 V의 전원으로 변환된 후 28 V 시스템(20)에 공급되기도 한다. 물론, MCU(16)의 기능이 전원 공급제어에 한정되지 않고 차량 제어 출력부(17)를 통해 차량 각부의 동작을 제어한다.
상기 MUC(16)는 센서(14)들로부터 제공되는 신호를 분석하여 차량상태를 판단하는데, 특히, MCU(16)는 차속 센서(14a)나 엔진 회전수 센서(14b) 등으로부터 제공되는 신호를 분석하여 해당 차량이 주행상태인지를 판단한다.
MCU(16)에 접속된 페달 브레이크 스위치(22)는 주행중인 차량의 페달 브레이크의 작동상태를 MCU(16)에 제공하는 스위치이고, 보조 브레이크 스위치(15)는 주행중인 차량의 감속을 위한 배기 브레이크나 엔진 브레이크의 작동상태를 MCU(16)에 제공하는 스위치이다.
여기서, 차량 감속을 위한 보조 브레이크에 연동되는 보조 브레이크 스위치(15)로서는 엔진의 폭발행정을 약화시켜 차량감속을 유도하기 위한 배기 매니폴드(exhaust manifold)에 개폐에 연동되는 배기 브레이크 스위치(15a)와 엔진의 폭발행정을 약화시켜 차량감속을 유도하기 위한 엔진의 흡배기밸브의 개폐에 연동되는 제1엔진 브레이크 스위치(15b) 및 차량감속을 위해 트랜스미션이나 크랭크 풀리에 가해지는 자기력의 유무에 연동되는 제2엔진 브레이크 스위치(15c) 등을 예로 들 수 있다.
위에서 설명된 차량의 주행상태와 페달 및 보조 브레이크 작동상태에 따라 일체형 모터-발전기(12)의 작동모드가 모터 모드와 발전기 모드로 자동 전환되도록 제어하는 MCU(16)는 엔진 휠의 관성에너지에 의해 구동되는 일체형 모터-발전기(12)에 의해 발전된 전원의 축적도 함께 제어한다.
또한, MCU(16)에는 보조 브레이크 스위치(15)와 페달 브레이크 스위치(22) 중 하나 또는 2개의 브레이크 스위치가 작동되면, MCU(16)의 제어로 엔진에 공급중인 연료를 차단하는 개폐밸브(18)가 연결되어 있어, 차량의 감속을 보다 효율적으로 제어할 수 있다.
도 4는 마일드 하이브리드 시스템에 의해 이루어지는 회생 제동과정을 보인 것으로서, 종래의 기술에서 마찬가지로 주행중인 차량의 각종 작동상태에 따라 일체형 모터-발전기(12)가 발전기 모드나 모터 모드로 자동 전환되는 중에 MCU(16)는 주행중인 차량(S11), 즉 엔진에 연료가 정상적으로 공급되고 있는 차량의 보조 브레이크나 페달 브레이크가 작동되는지를 감지(S12)(S13)한다.
여기서, 보조 브레이크라 함은 배기 매니폴드(exhaust manifold)를 막아 엔진의 폭발행정을 약화시켜 차량감속을 유도하는 배기 브레이크나 엔진의 흡배기밸브를 열어 엔진의 폭발행정을 약화시켜 차량감속을 유도하는 제1엔진 브레이크 또는 트랜스미션이나 크랭크 풀리에 자기력을 가해 차량감속을 유도하는 제2엔진 브레이크 등을 일컫는다.
위의 S12, S13의 결과, 보조 브레이크와 페달 브레이크 중 하나 또는 두 개의 브레이크가 작동되면, MCU(16)는 일체형 모터-발전기(12)가 엔진 휠의 관성에너지에 의해 구동되는 발전기 모드를 수행할 수 있도록 일체형 모터-발전기(12)를 발전기 모드로 전환(S14)함과 동시에 일체형 모터-발전기(12)로부터 발전되는 전원의 축전을 제어한다.
뿐만 아니라, 보조 브레이크와 페달 브레이크 중 하나 또는 2개의 브레이크가 작동되면, MCU(16)가 개폐밸브(18)를 구동시켜 엔진에 공급중인 연료를 차단함으로써 차량의 감속이 보다 효율적으로 이루어진다.
따라서, 본 발명에 의한 마일드 하이브리드 시스템에서의 회생 제동방법 및 장치에 의하면, 본 발명은 회생 제동시간(time)의 증가로 회생 제동에너지가 증가하고, 배기 브레이크나 엔진 브레이크 등과 같은 보조 브레이크의 효과 및 내구력이 증대되는 효과가 있다.
이상에서 본 발명은 기재된 구체적인 실시예에 대해서만 상세히 설명하였지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (7)

  1. 주행중인 차량의 각종 작동상태에 따라 일체형 모터-발전기가 발전기 모드와 모터 모드로 자동 전환되도록 하는 마일드 하이브리드 시스템에서의 회생 제동방법에 있어서,
    상기 주행중인 차량의 보조 브레이크나 페달 브레이크의 작동상태를 감지하는 제1단계;
    상기 보조 브레이크와 페달 브레이크 중 하나 또는 두 개의 브레이크가 작동되면 MCU의 제어로 일체형 모터-발전기가 엔진 휠의 관성에너지를 이용하는 발전기 모드로 전환되도록 하는 제2단계; 및
    상기 일체형 모터-발전기로부터 발전되는 전원을 축전하는 제3단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 마일드 하이브리드 시스템에서의 회생 제동방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 보조 브레이크는, 배기 매니폴드(exhaust manifold)를 막아 엔진의 폭발행정을 약화시켜 차량감속을 유도하는 배기 브레이크나 엔진의 흡배기밸브를 열어 엔진의 폭발행정을 약화시켜 차량감속을 유도하는 제1엔진 브레이크 또는 트랜스미션이나 크랭크 풀리에 자기력을 가해 차량감속을 유도하는 제2엔진 브레이크 중 하나 이상인 것을 특징으로 하는 마일드 하이브리드 시스템에서의 회생 제동방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 보조 브레이크와 페달 브레이크 중 하나 또는 2개의 브레이크가 작동되면, MCU의 제어로 엔진에 공급중인 연료를 차단하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 마일드 하이브리드 시스템에서의 회생 제동방법.
  4. 차량의 주행상태를 감지하는 센서;
    주행중인 차량의 페달 브레이크의 작동여부에 따라 작동되는 페달 브레이크 스위치;
    주행중인 차량의 감속을 위한 작동상태에 따라 작동되는 보조 브레이크 스위치;
    차량의 주행상태와 페달 및 보조 브레이크 작동상태에 따라 일체형 모터-발전기가 모터 모드와 발전기 모드를 선택적으로 수행할 수 있도록 제어하는 한편 일체형 모터-발전기에 의해 발전된 전원의 축적을 제어하는 MCU; 및
    상기 MCU의 제어로 엔진 휠의 관성에너지에 의해 구동되어 전원을 발전하는 일체형 모터-발전기;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 마일드 하이브리드 시스템에서의 회생 제동장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 센서는, 차속 센서 또는 엔진 회전수 센서인 것을 특징으로 하는 마일드 하이브리드 시스템에서의 회생 제동장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 보조 브레이크 스위치는, 엔진의 폭발행정을 약화시켜 차량감속을 유도하기 위한 배기 매니폴드(exhaust manifold)에 개폐에 연동되는 배기 브레이크 스위치나 엔진의 폭발행정을 약화시켜 차량감속을 유도하기 위한 엔진의 흡배기밸브의 개폐에 연동되는 제1엔진 브레이크 스위치 또는 차량감속을 위해 트랜스미션이나 크랭크 풀리에 가해지는 자기력의 유무에 연동되는 제2엔진 브레이크 스위치 중 하나 이상인 것을 특징으로 하는 마일드 하이브리드 시스템에서의 회생 제동장치.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 보조 브레이크 스위치와 페달 브레이크 스위치 중 하나 또는 2개의 브레이크 스위치가 작동되면, MCU의 제어로 엔진에 공급중인 연료를 차단하는 개폐밸브를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 마일드 하이브리드 시스템에서의 회생 제동장치.
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