KR20100039639A - 회생제동시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 회생제동시스템에 관한 것으로, 특히 본 발명은 마스터실린더의 두 챔버(MCP, MCS)에 각각 마련된 전자밸브와 ECU를 구비하는 전자제어부스터를 채용하여 회생제동시 유압제동력을 유압모듈레이터 대신에 전자제어부스터를 통해 생성함으로써 회생제동을 위한 유압제동력을 생성하기 위해 ABS나 ESP 제어로직의 수정할 필요없어 제어를 간편히 할 수 있고, ABS나 ESP 등의 제어부담을 줄일 수 있으며, 다른 제동장치와의 호환성을 높일 수 있다.

Description

회생제동시스템{Regenerative brake control system for Vehicle}

본 발명은 회생제동시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전기모터를 이용한 회생제동 기능을 갖는 회생제동시스템에 관한 것이다.

하이브리드 차량, 연료전지 차량, 수소전지 차량 등의 전기 차량은 배기가스가 없고 효율은 높지만 주행거리가 짧은 전기자동차와 고출력이고 주행거리가 길지만 효율이 낮고 유해물질을 배출하는 소형의 내연기관을 조합해 양자의 장점만을 취합한 차량이다. 따라서 연료의 연소 반응을 이용하여 동력을 발생시키는 엔진과 상기 엔진 또는 배터리에서 공급되는 전기 동력에 의해 휠(wheel)의 구동력을 발생시키기 위한 전기모터를 함께 구비한다. 이러한 전기 차량은 연비 향상을 위한 회생제동방식이 채용되고 있다.

이러한 전기 차량에서는 전기에너지에 의해 동작하는 전기모터로 차량의 구동륜을 회전시켜서 차량을 운행시키는데 전기모터를 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 유압제동장치에 의한 유압제동력의 합이 된다.

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 달라진다.

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.

하지만, 종래에는 회생제동시 유압제동력을 생성하기 위해서는 ABS, ESP 등에 사용되는 유압모듈레이터의 밸브 제어를 해야 하기 때문에 기존 ABS나 ESP의 알고리즘을 수정해야 하는 번거로움이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 전자제어부스터를 채용하여 회생제동시 유압제동력을 유압모듈레이터 대신에 전자제어부스터를 통해 간편하게 생성할 수 있는 회생제동시스템을 제공하는 것이다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 회생제동시스템은 바퀴에 접속된 전기 모터의 회생 제동에 의해 휠에 회생제동토크를 제공하는 회생제동장치와, 상기 회생제동장치와 네트워크 통신을 통해 정보를 교환하여 유압제동토크를 바퀴에 제공하는 유압제동장치를 포함하고, 상기 유압제동장치는 상기 회동제동장치로부터 수신한 회동제동토크와, 페달스트로크센서에 의해 감지한 운전자 요구 제동토크에 기초하여 목표 유압제동토크를 산출하고, 상기 목표 유압제동토크를 근거로 하여 목표 휠 압력을 산출하고, 상기 목표 휠 압력에 마스터 실린더의 압력이 일치하도록 상기 마스터실린더의 압력을 조절하는 전자제어부스터와, 상기 전자제어부스터와 유압라인에 의해 연결되고 각 휠 실린더에 제공되는 압력을 조절하는 유압모듈레이터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 전자제어부스터는 상기 마스터실린더의 두 개의 챔버의 압력을 조절하는 제1밸브 및 제2밸브와, 회생제동토크 및 운전자 요구 제동토크를 근거로 하여 상기 제1배브 및 제2밸브를 제어하는 전자제어유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 전자제어부스터는 다음의 식 [1]에 의해 목표 휠 압력을 산출하는 것을 특징으로 한다.

목표 휠 압력 = 목표 유압제동토크/(전륜토크요소 + 후륜토크요소) 식[1]

(여기서, 전륜토크요소는 전륜 양쪽 바퀴가 각각 1BAR 일 때 전륜 축에 걸리는 토크이고, 후륜토크요소는 후륜 양쪽 바퀴가 각각 1BAR 일 때 후륜 축에 걸리는 토크이다.)

본 발명에 따르면, ECU와 마스터실린더의 두 챔버(MCP, MCS)에 각각 마련된 전자밸브를 구비하는 전자제어부스터를 채용하여 회생제동시 유압제동력을 유압모듈레이터 대신에 전자제어부스터를 통해 생성함으로써 ABS나 ESP 제어로직의 수정할 필요없어 제어를 간편히 할 수 있고, ABS나 ESP 등의 제어부담을 줄일 수 있으며, 다른 제동장치와의 호환성을 높일 수 있는 효과가 있다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 본 도면을 참조하여 상세하게 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 회생제동시스템의 간략화한 개념도를 나타낸 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 유압제동장치(100)에서 운전자 요구제동력을 계산한다. 일예로, 회생제동장치(200)에서 가능한 회생 제동토크를 연산하고, 회생제동을 수행하게 된다. 전기모터에 의한 회생 제동토크에 해당하는 양을 제외한 나머지 양만큼만 유압제동장치(100)의 제어를 통해 각 휠 압력을 조절하게 한다. 유압제동장치(100)와 회생제동장치(200)는 필요한 정보들은 캔 통신을 이용하여 주고받게 된다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 유압제동장치의 개략도를 나타낸 것이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 브레이크 페달(BP)의 압박에 의해 브레이크 압력을 발생시키는 마스터 실린더를 갖는 전자제어부스터(B)를 구비한다.

이 전자제어부스터(B)는 두 개의 챔버(MCP, MCS)를 가지며, 이 두 개의 챔버(MCP, MCS)에는 각 휠 실린더에 전달되는 브레이크 액압을 조절하는 유압모듈레이터(HU)를 연결된다.

유압모듈레이터(HU)는 전자제어부스터(B)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 액압라인에 마련된 노멀오픈형 컷밸브(TC1)가 구비한다. 그리고, 이 노멀오픈형 컷밸브(TC1)와 각 휠 실린더(WFR, WRL) 사이의 유압라인에 마련된 노멀오픈형 입구밸브(PC1, PC2)를 구비한다.

또한, 유압모듈레이터(HU)는 각 휠 실린더(WFR, WRL)의 출구측에 노멀클로즈형 출구밸브(PC5, PC6)를 구비한다. 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 출구밸브(SUC2, SUC4)가 마련된다. 이에 따라, 출구밸브(SUC1,SUC3)가 개방되면, 마스터 실린더(MC)와 유압펌프(HP1)사이의 보조액압라인이 개방되고, 출구밸 브(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 ESP 전자제어유닛(ESP 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 ESP 전자제어유닛(ESP ECU)에 전기적으로 연결된다.

상기와 같이, 본 발명의 회생제동시스템은 기존 ESP 등의 유압제동장치에 성능 향상과 회생 제동을 수행하기 위한 요소 추가 및 성능 업그레이드된 시스템이다. 즉, 각 휠 실린더의 휠 압력을 측정하기 위해 4개의 압력센서와, 전자제어부스터(B)의 마스터실린더 압력을 측정하기 위해 1개의 압력센서가 장착된다. 이는 보다 정밀한 휠 압력제어를 수행하기 위한 것이다.

한편, 본 발명의 회생제동시스템은 회생 제동량 만큼의 브레이크 유액을 레 저버(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 3은 본 발명의 실시예에 따른 회생제동시스템의 전자제어부스터의 개략적인 구성을 나타낸 것이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 상기한 전자제어부스터(B)는 전반적인 제어를 수행하는 전자제어유닛(ECU)(10)과, 마스터 실린더의 두 개의 챔버 상에 마련되어 압력을 조절하는 제1밸브(20)와 제2밸브(21)를 구비한다.

상기한 전자제어유닛(10)은 회동제동장치(200)로부터 수신한 회동제동토크와, 페달센서에 의해 의해 감지한 운전자 요구 제동토크에 기초하여 목표 유압제동토크를 산출한다. 이때, 목표 유압제동토크는 운전자 요구 제동토크에서 회생제동토크를 뺀 토크값이다. 목표 유압제동토크를 산출한 후 이 목표 유압제동토크를 근거로 하여 목표 휠 압력을 산출하고, 목표 휠 압력에 마스터 실린더의 압력이 일치하도록 제1밸브(20)와 제2밸브(21)의 개폐를 통해 마스터실린더의 압력을 조절한다.

상기한 목표 휠 압력은 4개의 바퀴에 모두 동일하게 인가할 압력이며, 상기한 전자제어유닛(10)은 다음의 식 [1]에 의해 목표 휠 압력 산출한다.

목표 휠 압력 = 목표 유압제동토크/(전륜토크요소 + 후륜토크요소) 식 [1]

이때, 전륜토크요소는 차량에 따른 상수로서, 전륜 양쪽 바퀴가 각각 1BAR 일 때 전륜 축에 걸리는 토크이고, 후륜토크요소는 차량에 따른 상수로서, 후륜 양쪽 바퀴가 각각 1BAR 일 때 후륜 축에 걸리는 토크이다.

상기한 전자제어유닛(10)은 제1밸브(20)와 제2밸브(21)의 제어를 통해 마스터 실린더 압력이 목표 휠 압력을 형성하도록 제어한다. 마스터 실린더 압력이 곧 휠 압력이므로, 각 바퀴에는 목표 휠 압력이 형성된다.

이상에서와 같이, 회생제동장치(200)는 유압제동장치(100)의 유압모듈레이터(HU)와 ABS/ESP 제어를 위한 캔 통신을 수행할 수 있다.

또한, 회생제동장치(200)는 유압제동장치(100)의 전자제어부스터(B) 및 전기 모터(M)와 회생 제동을 위한 캔 통신을 수행할 수 있다.

유압제동장치(100)의 전자제어부스터(B)는 유압모듈레이터(HU)와 ABS/ESP 제어를 위한 캔 통신을 수행할 수 있고, 회생제동시 전자제어부스터(B)의 마스터실린더의 압력을 조절함으로서 각 휠 실린더에 전달되는 유압제동력을 조절할 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 회생제동시스템의 제동패턴을 도시한 것이다. 도 3은 차량이 제동했을 때의 상황을 묘사하고 있다. X축은 시간으로 차량의 속도가 감소하는 상황을 나타내고 있고, Y축은 압력을 나타내고 있다. 회생제동토크는 차량의 속도가 클수록 작고 속도가 낮아질수록 커지다가 어느 일정 낮은 속도에서는 갑자기 급격히 적어지는 특성을 가지고 있다. 따라서 회생 제동량이 커지는 구간에서는 유압 브레이크력을 줄여주며, 회생 제동량이 적어지는 구간에서는 유압 제동토크를 상승시킨다. 이때, 전자제어부스터의 제어에 따라 마스터 실린더의 압력, 전륜 압력, 후륜 압력은 동일한 패턴으로 제어되는 것을 확인할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 회생제동시스템의 개념을 설명하기 위한 개념도이다.

도 2는 도 1에 도시된 유압제동장치의 일예를 개략적으로 도시한 액압회로도이다.

도 3은 도 2에 도시된 전자제어부스터의 일예를 개략적으로 도시한 제어블록도이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 회생제동시스템의 작동을 설명하기 위한 시스템구성도이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 회생제동시스템의 제동패턴을 도시한 도면이다.

*도면의 주요 기능에 대한 부호의 설명*

B : 전자제어부스터 TC1,TC2 : 노멀오픈형 컷밸브

SUC1,SUC2, SUC3, SUC4 : 노멀클로즈형 출구밸브

PC1~PC4 : 노멀오픈형 입구밸브

PC5~PC8 : 노멀클로즈형 출구밸브

100 : 유압제동장치 200 : 회생제동장치

Claims (3)

1. 바퀴에 접속된 전기 모터의 회생 제동에 의해 휠에 회생제동토크를 제공하는 회생제동장치와,

   상기 회생제동장치와 네트워크 통신을 통해 정보를 교환하여 유압제동토크를 바퀴에 제공하는 유압제동장치를 포함하고,

   상기 유압제동장치는 상기 회동제동장치로부터 수신한 회동제동토크와, 페달스트로크센서에 의해 감지한 운전자 요구 제동토크에 기초하여 목표 유압제동토크를 산출하고, 상기 목표 유압제동토크를 근거로 하여 목표 휠 압력을 산출하고, 상기 목표 휠 압력에 마스터 실린더의 압력이 일치하도록 상기 마스터실린더의 압력을 조절하는 전자제어부스터와, 상기 전자제어부스터와 유압라인에 의해 연결되고 각 휠 실린더에 제공되는 압력을 조절하는 유압모듈레이터를 포함하는 회생제동시스템.
2. 제1항에 있어서,

   상기 전자제어부스터는 상기 마스터실린더의 두 개의 챔버의 압력을 조절하는 제1밸브 및 제2밸브와, 회생제동토크 및 운전자 요구 제동토크를 근거로 하여 상기 제1배브 및 제2밸브를 제어하는 전자제어유닛을 포함하는 회생제동시스템.
3. 제1항에 있어서,

   상기 전자제어부스터는 다음의 식 [1]에 의해 목표 휠 압력을 산출하는 회생제동시스템.

   목표 휠 압력 = 목표 유압제동토크/(전륜토크요소 + 후륜토크요소) 식[1]

   (여기서, 전륜토크요소는 전륜 양쪽 바퀴가 각각 1BAR 일 때 전륜 축에 걸리는 토크이고, 후륜토크요소는 후륜 양쪽 바퀴가 각각 1BAR 일 때 후륜 축에 걸리는 토크이다.)

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