KR20070059556A - 전기모터가 장착된 차량의 회생제동방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전기모터를 장착한 차량의 회생제동방법에 관한 것으로, 특히 본 발명은 전기모터를 장착한 차량에서 회생제동초기에는 회생제동발생량 만큼의 유량을 비구동륜의 출구밸브를 열어 레저버로 보내 운전자의 요구제동력에 해당하는 회생제동력만큼의 유압제동력만을 생성시키고, 회생 제동량의 증가시에는 구동륜의 출구밸브 제어를 통하여 전체 운전자 요구 제동력을 만족시키고, 회생 제동량의 감소시에는 운전자의 의지를 만족시키기 위하여 휠 압력을 증가시킨다.
이를 위해 본 발명은 운전자가 요구한 제동량에서 전기모터에 의해 발전된 양에 해당하는 회생제동량을 뺀 나머지를 제동량을 생성시켜 제동하는 차량의 회생제동방법에 있어서, 회생제동시, 마스터실린더의 압력과 휠 압력사이의 차압을 이용하여 구동륜의 입구밸브 제어를 통하여 운전자의 페달감을 구현하고, 구동륜의 출구밸브 제어를 통하여 휠 압력을 목표압력에 추종시키는 것을 특징으로 한다.

Description

전기모터가 장착된 차량의 회생제동방법{Regenerative Brake Control Method for Vehicle equipped with the Electric Motor}
도 1은 본 발명에서 사용한 전자제어 유압브레이크장치의 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 회생제동시스템의 간략화한 개념도이다.
도 3은 전기모터 속도에 따른 회생제동토크의 일반적인 형태를 설명하기 위한 그래프이다.
도 4는 본 발명에 따른 전기모터가 장착된 차량의 회생제동방법을 설명하기 위한 제어흐름도이다.
*도면의 주요 기능에 대한 부호의 설명*
MC : 마스터실린더 TC1,TC2 : 노멀오픈형 컷밸브
SUC1,SUC2, SUC3, SUC4 : 노멀클로즈형 출구밸브
PC1~PC4 : 노멀오픈형 입구밸브
PC5~PC8 : 노멀클로즈형 출구밸브
ECU : 전자제어유닛
본 발명은 전기모터가 장착된 차량의 회생제동방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전기모터를 이용한 회생제동 기능을 갖는 차량에서 회생제동력을 고려하여 액압제동장치를 제어할 수 있도록 한 전기모터가 장착된 차량의 회생제동방법에 관한 것이다.
종래에 엔진에 의해 구동되는 차량은 엔진, 변속기 및 드라이브샤프트, 유압브레이크, 기타 엔진과 관련하여 연료공급장치, 흡기 및 배기장치, 냉각 및 윤활장치, 방진장치 등 수많은 부품이 소요되고 배기가스에 의해 대기를 오염시키는 많은 문제점을 발생시키고 있었다. 이러한 문제점을 해소하기 위하여 현재 전기모터를 장착한 차량, 수소자동차, 연료전지 또는 태양에너지를 이용한 차세대 자동차 등이 개발되고 있다.
특히 최근에는 전기모터를 장착한 차량의 제동방식으로, 전기모터를 장착한 차량의 연비 향상을 위한 회생제동방식이 채용되고 있다.
이러한 전기모터를 장착한 차량에서는 전기에너지에 의해 동작하는 전기모터로 차량의 구동륜을 회전시켜서 차량을 운행시키는데 이러한 전기자동차에서는 모터를 구동하는 전기에너지를 얼마만큼 효율적으로 이용하는가 하는 것이 큰 과제로 대두되어 있다. 이를 위해 운전자로부터 감속이나 제동명령이 발생한 경우에 전기모터가 발전기로 기능하게 하여 발생된 전기에너지를 축전기에 저장하게 된다. 그런데 이렇게 전기모터가 발전기로 기능하는 동안에는 차륜에 제동력이 발생하게 되는데 이러한 제동력을 회생제동력이라 한다. 결과적으로 차륜에 가해지는 제동력은 전기모터에 의한 회생제동력과 유압장치에 의한 유압제동력 마찰제동력의 합이 된 다.
전기모터에 의한 발전은 브레이크 작동 중에도 가능하다. 즉 브레이크 작동 중에 열로 발산될 열에너지를 전기모터를 장착한 차량의 전기모터를 이용하여 발전하게 된다. 이 때 발전 가능한 양은 차량의 속도 및 배터리 충전량 등에 따라 달라지게 된다.
따라서, 운전자의 제동 의지를 만족시켜 주기 위해서는 운전자가 요구한 제동력은 회생제동력과 유압제동력의 합력이므로, 운전자가 요구한 제동력에서 전기모터에 의해 발전된 양에 해당하는 회생제동력을 뺀 나머지만 유압제동력만을 생성시킨다.
그러나, 이로 인해 운전자의 브레이크 페달감이 다를 수 있기 때문에 이에 따른 악영향을 최소화할 필요가 있다.
이를 위해서는 기존 브레이크 시스템과는 달리 운전자 의지가 반영되는 마스터실린더와 휠 실린더사이의 분리가 이루어져야만 가능하게 된다. 즉, 운전자가 밟은 마스터실린더와 휠 실린더사이의 압력이 각각 다르게 제어되어야 할 필요가 있다.
본 발명은 목적은 전기모터를 장착한 차량에서 회생제동발생시의 과제동을 방지함과 함께 기존 차량의 운전자의 페달감을 유지시킬 수 있는 전기모터를 장착한 차량의 회생제동방법을 제공하는 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전기모터가 장착된 차량의 회생제동방법은 차량의 운동에너지를 전기에너지로 변환하여 회생제동으로 차량을 제동하는 전기모터와, 브레이크 오일을 저장하는 레저버와, 마스터실린더와, 각 휠 실린더의 입구에 마련된 노멀오픈형의 입구밸브와 출구에 마련된 노멀클로즈형의 출구밸브와, 유압을 펌핑하여 각 휠 실린더 측으로 제공하는 복수의 유압펌프와, 상기 복수의 유압펌프를 작동시키는 모터와, 상기 레저버와 상기 유압펌프의 흡입측을 연결하는 유압라인에 마련된 개폐밸브를 구비하고, 운전자가 요구한 제동량에서 상기 전기모터에 의해 발전된 양에 해당하는 회생제동량을 뺀 나머지를 제동량을 생성시켜 제동하는 차량의 회생제동방법에 있어서, 회생제동시, 마스터실린더의 압력과 휠 압력사이의 차압을 이용하여 구동륜의 입구밸브 제어를 통하여 운전자의 페달감을 구현하고, 구동륜의 출구밸브 제어를 통하여 휠 압력을 목표압력에 추종시키는 것을 특징으로 한다.
회생제동초기에는 상기 전기모터에 의한 회생제동량에 해당하는 유량을 비구동륜의 출구밸브를 열어 외부로 배출시키고, 회생 제동량의 증가시에는 구동륜의 출구밸브 제어를 통하여 전체 운전자 요구 제동력을 만족시키고, 회생 제동량의 감소시에는 운전자의 의지를 만족시키기 위하여 휠 압력을 증가시키는 것을 특징으로 한다.
브레이크유압의 상승이 필요한 경우, 필요유량을 상기 레저버와 유압펌프사이의 유압라인에 마련된 상기 개폐밸브를 열고 상기 모터를 구동하여 레저버로부터 직접 펌핑해오는 것을 특징으로 한다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 본 도면을 참조하여 상세하게 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명이 적용되는 전자제어 유압브레이크장치의 개략도를 나타낸 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 브레이크 페달(BP)의 압박에 의한 부스터(B)의 작동에 의해 브레이크 압력을 발생시키는 마스터실린더(MC)를 구비한다.
이 마스터실린더(MC)는 두 개의 챔버(MCP, MCS)를 가지며, 마스터실린더(MC)로부터 휠 실린더(WFR, WRL)에 전달되는 브레이크 액압을 제어하기 위해 첫 번째 챔버(MCP)와 전륜 우측 바퀴(FR)와 후륜 좌측 바퀴(RL)에 각각 설치된 휠 실린더(WFR, WRL) 사이의 액압라인에는 노멀오픈형 컷밸브(TC1)가 마련된다. 그리고, 이 노멀오픈형 컷밸브(TC1)와 각 휠 실린더(WFR, WRL) 사이의 유압라인에는 노멀오픈형 입구밸브(PC1, PC2)가 마련된다.
또한, 각 휠 실린더(WFR, WRL)의 출구측에는 노멀클로즈형 출구밸브(PC5, PC6)가 마련된다. 이 노멀클로즈형 출구밸브(PC5, PC6)의 출구측에는 각 휠 실린더(WFR, WRL)에서 배출되는 브레이크액을 일시 저장하는 저압 어큐뮬레이터(RS1) 및 이 저압 어큐뮬레이터(RS1)에 저장된 브레이크액을 펌핑하여 각 휠 실린더측으로 강제 환류시키는 두 개씩 한 쌍을 이루는 4개의 유압펌프(HP1,HP2)와, 이 유압펌프들에 접속된 한 개의 모터(M)가 마련된다.
한편, 유압펌프(HP1,HP2)의 흡입측과 마스터실린더(MC)의 첫 번째 챔버(MCP)사이의 보조액압라인사이에는 노멀클로즈형 출구밸브(SUC1,SUC3)가 마련되고, 유압펌프(HP1,HP2)의 흡입측과 레저버(LRS)사이의 보조액압라인에는 노멀클로즈형 출구 밸브(SUC2, SUC4)가 마련된다. 이에 따라, 출구밸브(SUC1,SUC3)가 개방되면, 마스터 실린더(MC)와 유압펌프(HP1)사이의 보조액압라인이 개방되고, 출구밸브(SUC1,SUC3)가 폐쇄되면, 마스터 실린더(MC)와 유압펌프(HP1, HP2)사이의 보조액압라인이 폐쇄된다. 한편, 출구밸브(SUC2,SUC4)가 개방되면, 레저버(LRS)와 유압펌프(HP1,HP2)사이의 보조액압라인이 개방되고, 출구밸브(SUC2,SUC4)가 폐쇄되면, 레저버(LRS)와 유압펌프(HP1, HP2)사이의 보조액압라인이 폐쇄된다.
한편, 전륜 좌측 바퀴(FL)와 후륜 우측 바퀴(RR)의 유압회로에서는 각각의 부품들이 상술한 전륜 우측 바퀴(FR)와 후륜 좌측 바퀴(RL)의 유압회로와 동일하게 구성된다.
참고로, 참조부호 DP1, DP2는 고압 어큐뮬레이터이다.
도 2의 컷밸브(TC1, TC2), 출구밸브(SUC1,SUC2,SUC3,SUC4), 그리고 각 휠 실린더(WFR, WRL, WFL, WRR)에서의 입구밸브(PC1~PC4)와 출구밸브(PC5~PC8), 유압펌프(HP1,HP2, HP3, HP4)를 작동시키는 모터(M)는 ESP 모드 등의 제어모드를 수행하는 전자제어유닛(ECU)에 의해 작동된다.
전륜 좌우측 바퀴(FL, FR)와 후륜 좌우측 바퀴(RL, RR)에 각각 마련된 휠 속도센서(WS1~WS4)는 검출된 바퀴의 속도를 제공할 수 있도록 전자제어유닛(ECU)에 전기적으로 연결된다.
상기와 같이, 본 발명의 회생제동시스템은 기존 ESP 시스템의 유압제어장치에 성능 향상과 회생 제동을 수행하기 위한 요소 추가 및 성능 업그레이드된 시스템이다. 즉, 각 휠 실린더의 휠 압력을 측정하기 위해 4개의 압력센서와, 마스터실 린더의 압력을 측정하기 위해 1개의 압력센서가 장착된다. 이는 보다 정밀한 휠 압력제어를 수행하기 위한 것이다.
한편, 본 발명의 회생제동시스템은 회생 제동량만큼의 브레이크 유액을 레저버(LRS)로 배출하고, 또한 브레이크 유압을 상승시켜줄 필요성이 있을 때 레저버로부터 유량을 펌핑해오기 위한 추가적인 유압회로를 가진다. 이 유압회로 중간에는 유량을 단속할 수 있는 개폐밸브(SUC2,SUC4)를 가진다. 유압 상승 시에 제어 오차 및 페달감 개선을 위해서 전기모터에 4개의 유압펌프(HP1,HP2,HP3,HP4)를 위치시켰다. 또한, 운전자의 제동의지를 파악하기 위하여 브레이크 페달 부근에 페달 트래블 센서(PTS)를 부착하였다.
도 2는 본 발명에 따른 회생제동시스템의 간략화한 개념도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 전자제어 유압브레이크장치에서 운전자 요구제동력을 계산한다. 하이브리드 제어장치(HCU)에서 가능한 회생 제동토크를 연산하고, 회생제동을 수행하게 된다. 전기모터에 의한 회생 제동토크에 해당하는 양을 제외한 나머지 양만큼만 전자제어 유압브레이크장치의 제어를 통해 각 휠 압력을 조절하게 한다. 전자제어 유압브레이크장치와 HCU 제어를 위해 필요한 정보들은 캔 통신을 이용하여 주고받게 된다.
도 3은 전기모터 속도에 따른 회생 제동 토크의 일반적인 형태를 나타내고 있다. 이 그림은 차량이 제동했을 때의 상황을 묘사하고 있다. X축은 시간으로 차량의 속도가 감소하는 상황을 나타내고 있다. 회생제동토크는 속도가 클수록 작고 속도가 낮아질수록 커지다가 어느 일정 낮은 속도에서는 갑자기 급격히 작아지는 특성을 가지고 있다. 따라서 회생 제동량이 커지는 구간에서는 유압 브레이크력을 줄여주어야 하며 회생 제동량이 적어지는 구간에서는 유압 브레이크력을 상승시켜 주어야 한다.
도 4는 본 발명에 따른 전기모터가 장착된 차량의 회생제동방법을 설명하기 위한 제어흐름도이다.
도 4를 살펴보면, 단계 S100에서 운전자가 페달을 밟으면서부터 전자제어 유압브레이크장치의 제어는 시작된다. 단계 S101에서 전기모터가 장착된 차량의 정보, 회생제동 가능여부 및 브레이크 페달의 신호 변화율, 휠의 슬립율 등을 참조하여 현재 상황에 대한 회생 제동 가능여부를 판단한다.
만약, 판단결과 패닉 브레이크나 ABS와 같이 급박한 상황으로 판단되면, 단계 S102에서 회생제동을 금지시키고, CBS 또는 ABS 제어를 수행한다.
한편, 판단결과 회생제동이 가능한 상황이라면, 단계 S103에서 브레이크 페달(BP)의 신호 등을 이용하여 운전자가 의도하는 총 제동요구량을 계산하게 된다.
이 운전자 총제동요구량은 단계 S104에서 HCU에 전송되고, 단계 S105에서 다시 HCU로부터는 회생제동량을 전송 받게 되며, 단계 S106에서 이를 바탕으로 전자제어 유압브레이크 장치에서 회생제동에 의한 소모된 예측 브레이크량을 계산한다. 즉, 운전자의 총제동요구량에서 회생제동량을 뺀 나머지 부분을 유압브레이크를 이용하여 구현하여야 하기 때문에 각 휠에 가해줘야 할 유압 브레이크 압력을 계산하게 된다.
단계 S107에서 전자제어 유압브레이크 장치에서 회생 제동량이 증가하거나 유지하는 상황인지를 판단한다. 만약, 판단결과, 증가 또는 유지 상태로 파악되면, 단계 S108에서 마스터실린더(MC)와 각 휠에 장착된 압력센서로부터 압력정보들을 이용하여 구동륜의 입구밸브를 제어한다. 구동륜의 입구밸브의 제어목적은 마스터실린더(MC)의 압력을 CBS와 비슷한 상태로 유지하고, 운전자 요구 제동량을 충족시키면서 동시에 목표 휠 압력을 유지하도록 하는 것이다. 이때, 구동륜의 입구밸브 제어는 마스터실린더(MC)의 압력센서와 각 휠의 압력센서로부터의 압력값들의 차압과 입구밸브 전류와의 상관관계를 이용하게 된다. 이때, 전자제어 유압브레이크 장치에서 회생제동량이 감소하면, 구동륜의 출구밸브를 제어하여 유량을 밖으로 배출시킴으로써 휠 압력이 목표압력을 추종하도록 한다.
위와 같은 제어수행은 CBS와는 달리 마스터실린더 압력과 휠 압력의 차이가 발생하게 된다. 이 차이는 바로 회생 제동토크에 의한 것으로 전기모터가 장착된 차량의 회생제동에 의한 추가적인 제동이 발생했기 때문에 회생 제동에 해당하는 유압 제동력을 제거해 주어야 한다.
단계 S109, S110, S111, S112, S114에 걸쳐, 다음과 같은 제어를 수행한다. 먼저, 전자제어 유압브레이크 장치에서 HCU에 의한 회생제동량에 해당하는 유량(RB_F)을 계산한다. 이 RB_F 유량이 바로 비구동륜의 출구밸브를 열어 배출시킬 양(Discharge_F)에 해당한다. 비구동륜의 출구밸브를 이용한 브레이크액의 배출을 제동 초기에 한하여 발생하도록 하기 위하여 출구터미널(Outlet_Terminal)이라는 플래그(Flag)를 정의한다. 배출량(Discharge_F)가 RB_F보다 적으면, 이 플래그는 0의 값을 유지하며 비구동륜의 출구밸브를 열어 배출시켜 준다. 브레이크 유량 의 배출이 계속 이루어지다가 배출량(Discharge_F)가 RB_F보다 같아지면, 이 플래그는 1로 세트되고 비구동륜의 출구밸브를 닫히게 되어 더 이상의 배출이 발생하지 않도록 한다. 제동이 종료되기 전에는 계속 이 플래그의 값을 1로 유지하여 비구동륜의 출구밸브는 계속 닫혀 있게 한다. 이로써 이러한 동작이 제동 중에 단 한번만 발생하도록 한다.(312~320). 출구터미널(Outlet_Terminal)이 1의 값을 가지는 상황이 되었을 때는 목표압력보다 휠 압력이 커지게 될 경우 구동륜의 출구밸브를 이용하여 휠 압력을 조절하게 된다.
한편, 판단결과 전자제어 유압브레이크 장치에서 회생제동량이 감소하는 상황으로 판단되면, 단계 S113에서, 그에 해당하는 만큼 필요한 휠 압력을 상승시켜서 운전자 총요구제동력을 만족시켜 주어야 한다. 필요한 브레이크 유액은 출구밸브(SUC2, SUC4)를 열고 모터를 구동해서 레저버(LRS)로부터 펌핑해 온다. 이 때 마스터실린더(MC)와 휠 실린더의 회로 단절을 위해서는 TC 밸브(TC1, TC2)를 닫아준다. 또한 구동륜의 입구밸브를 이용하여 휠 압력이 목표 휠 압력을 추종하도록 제어한다. 이때, 비구동륜의 입구밸브는 닫아주어 비구동륜의 휠 압력이 상승하지 않도록 한다.
회생 제동량이 완전히 사라지고 각 휠의 압력도 목표 압력에 도달하면 모든 회생 제동 제어가 종료되고 완전히 CBS모드로 전환하게 된다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 전기모터를 장착한 차량의 회생제동시, 구동륜의 입구밸브 제어를 통하여 운전자의 페달감을 구현하면서 구동륜 의 출구밸브 제어를 통하여 휠 압력을 목표압력에 추종시킨다.
또한, 본 발명은 전기모터를 장착한 차량에서 회생제동초기에는 회생제동발생량 만큼의 유량을 비구동륜의 출구밸브를 열어 레저버로 보내 운전자의 요구제동력에 해당하는 회생제동력만큼의 유압제동력만을 생성시키고, 회생 제동량의 증가시에는 구동륜의 출구밸브 제어를 통하여 전체 운전자 요구 제동력을 만족시키고, 회생 제동량의 감소시에는 운전자의 의지를 만족시키기 위하여 휠 압력을 증가시킨다.
또한, 본 발명은 브레이크 유압의 상승이 필요할 때, 필요유량을 저압어큐뮬레이터의 유량을 이용하는 대신에 전자제어 유압브레이크장치와 레저버사이의 개폐밸브를 열고 모터를 구동하여 레저버로부터 직접 펌핑해온다.

Claims (3)

  1. 차량의 운동에너지를 전기에너지로 변환하여 회생제동으로 차량을 제동하는 전기모터와, 브레이크 오일을 저장하는 레저버와, 마스터실린더와, 각 휠 실린더의 입구에 마련된 노멀오픈형의 입구밸브와 출구에 마련된 노멀클로즈형의 출구밸브와, 유압을 펌핑하여 각 휠 실린더 측으로 제공하는 복수의 유압펌프와, 상기 복수의 유압펌프를 작동시키는 모터와, 상기 레저버와 상기 유압펌프의 흡입측을 연결하는 유압라인에 마련된 개폐밸브를 구비하고, 운전자가 요구한 제동량에서 상기 전기모터에 의해 발전된 양에 해당하는 회생제동량을 뺀 나머지를 제동량을 생성시켜 제동하는 차량의 회생제동방법에 있어서,
    회생제동시, 마스터실린더의 압력과 휠 압력사이의 차압을 이용하여 구동륜의 입구밸브 제어를 통하여 운전자의 페달감을 구현하고, 구동륜의 출구밸브 제어를 통하여 휠 압력을 목표압력에 추종시키는 것을 특징으로 하는 전기모터가 장착된 차량의 회생제동방법.
  2. 제1항에 있어서, 회생제동초기에는 상기 전기모터에 의한 회생제동량에 해당하는 유량을 비구동륜의 출구밸브를 열어 외부로 배출시키고, 회생 제동량의 증가시에는 구동륜의 출구밸브 제어를 통하여 전체 운전자 요구 제동력을 만족시키고, 회생 제동량의 감소시에는 운전자의 의지를 만족시키기 위하여 휠 압력을 증가시키는 것을 특징으로 하는 전기모터가 장착된 차량의 회생제동방법.
  3. 제2항에 있어서, 브레이크유압의 상승이 필요한 경우, 필요유량을 상기 레저버와 유압펌프사이의 유압라인에 마련된 상기 개폐밸브를 열고 상기 모터를 구동하여 레저버로부터 직접 펌핑해오는 것을 특징으로 하는 전기모터가 장착된 차량의 회생제동방법.
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