KR20120018015A - 전기자동차의 엔진 브레이크 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기자동차의 운전자가 브레이크 페달을 밟는 등 브레이크 장치를 직접 조작하지 않고도 종래 내연기관 자동차를 사용할 때와 마찬가지로 자유롭게 엔진 브레이크를 걸 수 있도록 해준다. 이를 위하여 운전자가 전기자동차의 기어조작 레버나 별도로 구비된 아날로그 타입 조절기 또는 디지털 타입 조절기를 통해 엔진 브레이크 명령을 내릴 수 있도록 하고, 운전자의 엔진 브레이크 명령에 따라 전기자동차에 회생제동을 실행하여 엔진 브레이크가 걸리는 효과를 발생시킨다. 이에 따라 굴곡있는 도로를 주행하거나 내리막 길을 운전할 때 더욱 안전하고 편리하게 전기자동차를 제어할 수 있으며, 브레이크가 고장나거나 파열되어 제대로 동작하지 않는 위험한 상황에도 적극적으로 대처할 수 있게 된다.

Description

전기자동차의 엔진 브레이크 장치{ Apparatus for Engine Brake of Electric Vehicle }

본 발명은 전기자동차의 엔진 브레이크 장치에 관한 것으로서, 특히 전기자동차의 운전자가 회생제동을 이용한 엔진 브레이크를 자유롭게 사용할 수 있도록 하여 전기자동차를 더욱 안전하고 편리하게 운전할 수 있도록 한다.

화석연료의 고갈에 대비하고 환경오염을 줄이기 위하여 전기자동차가 개발되어 상용화되고 있다.

전기자동차는 배터리에 저장된 전기 에너지를 이용하여 모터를 회전시켜 구동력을 얻는다. 전기자동차에는 배터리에 저장된 전기 에너지만을 동력원으로 사용하는 순수 전기자동차와, 배터리와 내연기관을 모두 구비하여 선택적으로 사용하는 하이브리드 전기자동차(Hybrid Electric Vehicle)가 있다.

전기자동차는 제동시 제동력의 일부를 이용하여 모터를 발전기로 동작시키고, 발생된 전기 에너지로 배터리를 충전한다. 즉, 전기자동차의 주행속도에 의한 운동에너지(Kinetic Energy)의 일부를 발전기의 구동 에너지로 사용하여 주행속도를 감소시킴과 동시에 전기 에너지를 얻는다.

이러한 제동방식을 회생제동(Regenerative Braking)이라고 하며, 종래의 전기자동차에서는 운전자가 브레이크 페달을 조작하였을 때 회생제동을 실행한다.

한편, 종래 내연기관 자동차에서는 보다 안전하고 편리한 주행을 위하여 엔진 브레이크 기법을 사용할 수 있었다.

즉, 자동차 주행 도중 운전자가 기어를 한 단 내지 두 단 정도 내리면 엔진의 부하에 의해 자동차의 주행 속도가 줄어들게 된다.

이러한 엔진 브레이크 기법을 사용하면, 브레이크의 과도한 사용을 막을 수 있고, 차량의 주행상태가 안정적으로 유지되며, 특히 브레이크 장치의 고장시 자동차의 주행 속도를 줄일 수 있는 매우 효과적인 수단이 된다.

이와 같이 운전자가 브레이크 장치를 직접적으로 조작하지 않고 자동차의 속도를 제어할 수 있는 엔진 브레이크 기법은 자동차의 안전 운행과도 직결되는 중요한 사항이다

그런데 모터로 구동하는 전기자동차의 경우에는 운전자가 브레이크를 조작하였을 때 회생제동을 실행하여 엔진 브레이크의 효과를 내고는 있지만, 운전자가 종래 내연기관 자동차에서 처럼 자신의 의도에 따라 자유롭게 엔진 브레이크를 사용할 수 있도록 되어 있지는 않다.

그러므로 전기자동차에서도 운전자가 엔진 브레이크를 자유롭게 사용할 수 있도록 해 줄 필요성이 크다.

이에 본 발명은 상기와 같은 필요성에 부응하기 위하여 안출된 것으로서, 운전자가 전기자동차의 브레이크 장치를 직접 조작하지 않고도 자유롭게 엔진 브레이크를 걸 수 있도록 해주는 전기자동차의 엔진 브레이크 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 전기자동차의 엔진 브레이크 장치는, 전기자동차의 모터를 제어하는 인버터; 운전자가 엔진 브레이크 명령을 입력할 수 있도록 하는 엔진 브레이크 명령 입력부; 및 상기 엔진 브레이크 명령 입력부를 통해 입력되는 엔진 브레이크 명령에 따라 상기 인버터를 제어하여 회생제동을 실행하는 제어부를 포함하여 이루어진다.

상기 엔진 브레이크 명령 입력부는 기어조작 레버를 포함할 수 있으며, 이 경우 상기 제어부는 상기 전기자동차가 정지 상태가 아닐 때 상기 기어조작 레버가 중립 위치에 있는 경우 상기 회생제동을 실행할 수 있다.

상기 엔진 브레이크 명령 입력부는 기어조작 레버와는 별도로 구비되어 운전자가 엔진 브레이크 명령을 입력할 수 있도록 하는 조절기를 포함할 수 있다.

상기 조절기는 상기 엔진 브레이크 명령을 연속적인 값으로 입력할 수 있는 아날로그 타입 조절기일 수 있다.

이 경우 상기 제어부는 상기 전기자동차가 정지 상태가 아닐 때 상기 아날로그 타입 조절기를 통해 입력되는 값에 따라 상기 회생제동을 실행할 수 있다.

상기 조절기는 하나 이상의 스위치를 포함하는 디지털 타입 조절기일 수 있다. 이 경우 상기 제어부는 상기 전기자동차가 정지 상태가 아닐 때 온(ON) 상태가 되는 스위치에 따라 상기 회생제동을 실행할 수 있다.

본 발명에 따르면, 전기자동차의 운전자는 기어조작 레버 또는 다양한 조절기를 이용하여 엔진 브레이크 명령을 입력할 수 있으며, 전기자동차는 운전자가 입력하는 엔진 브레이크 명령에 따라 회생제동을 실행하여 차속을 감소시킨다.

그러므로 운전자는 굴곡있는 도로를 주행하거나 내리막 길을 운전할 때 더욱 안전하고 편리하게 전기자동차를 제어할 수 있으며, 브레이크가 고장나거나 파열되어 제대로 동작하지 않는 위험한 상황에도 적극적으로 대처할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 엔진 브레이크 장치가 채용된 전기자동차의 개략도,
도 2와 도 3은 기어조작 레버를 이용하여 엔진 브레이크 명령이 입력되는 실시예의 개요,
도 4는 아날로그 타입 조절기를 사용하는 실시예,
도 5는 디지털 타입 조절기를 사용하는 실시예,
도 6은 조절기를 통해 입력되는 엔진 브레이크 명령에 따라 회생제동을 실행하는 과정의 예이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

본 발명과 관련하여 전기자동차란 배터리에 저장된 전기 에너지를 이용하여 구동력을 얻는 모든 자동차를 의미한다. 그러므로 본 발명은 배터리에 저장된 전기 에너지만을 이용하여 모터를 구동시키는 순수 전기자동차뿐 아니라, 배터리와 내연기관을 모두 구비한 하이브리드 전기자동차에도 당연히 적용될 수 있다.

도 1을 참조하여, 본 발명에 따른 엔진 브레이크 장치가 구비된 전기자동차의 일 실시예를 설명하기로 한다.

전기자동차에는 모터(10-11)가 탑재되어 있으며, 모터(10-11)의 회전축에는 차동장치 등을 통해 바퀴(10-12,10-13)가 연결된다. 모터(10-11)는 전기자동차의 바퀴(10-12,10-13)에 구동력을 공급하고, 회생제동시에는 발전기로서 동작하여 전기 에너지를 발생한다.

일반적으로 배터리(10-9)는 충전이 가능하도록 하기 위하여 고전압 2차 전지가 사용된다.

인버터(10-10)는 배터리(10-9)의 전압과 전류를 조정하여 안정된 전력을 모터(10-11)에 공급하거나, 회생제동시에는 모터(10-11)에 의해 발전된 전압과 전류를 조정하여 안정된 전력을 배터리(10-9)에 공급한다.

인버터(10-10)는 전자 콘트롤 유닛(ECU: Electronic Control Unit)이라고 불리는 제어부(10-8)와 통신 가능하도록 연결되어 있다.

제어부(10-8)의 입력 측에는 엑셀페달(10-5)의 조작량을 검출하는 엑셀센서(10-6)와, 차속을 검출하는 차속센서(10-7)가 연결되어 있다. 차속 센서(10-7)는 차륜속도 정보에 근거하여 차속을 검출할 수 있다.

또한, 제어부(10-8)에는 제동장치인 브레이크 유닛(10-4)을 제어하여 전기자동차의 제동 기능을 수행하도록 하는 브레이크 콘트롤러(10-3)가 연결되고, 브레이크 콘트롤러(10-3)에는 브레이크 페달(10-1)의 조작량을 검출하는 브레이크 센서(10-2)가 연결되어 있다.

제어부(10-8)는 주행시 엑셀센서(10-6)에 의해 검출되는 엑셀페달(10-5)의 조작량에 대응하는 모터 토크 신호를 인버터(10-10)에 전달하고, 인버터(10-10)는 해당 신호에 따라 배터리(10-9)의 전압과 전류를 조정하여 모터(10-11)를 제어함으로써 모터(10-11)에 해당 토크(Torque)를 발생시킨다.

만일 브레이크 페달(10-1)이 조작되어 제동 상태가 되고 엑셀페달(10-1)의 조작량이 0이면, 제어부(10-8)는 인버터(10-10)를 제어하여 회생제동을 실행한다. 이에 따라 모터(10-11)는 발전기로서의 역할을 수행하여 운동 에너지를 소모시키므로 엔진 브레이크가 걸리게 된다.

일반적으로 모터(10-11)는 공급되는 전원 주파수와 회전속도의 관계에 따라 부하로 동작하거나 발전기로 동작한다.

모터(10-11)가 부하로 동작하고 있을 때는 인버터(10-10)에서 모터(10-11)로 에너지가 공급되고, 발전기로 동작하고 있을 때는 모터(10-11)로부터 인버터(10-10)로 에너지가 전달된다.

인버터(10-10)는 모터(10-11)가 발전기로서 동작하여 발생되는 전기 에너지를 이용하여 배터리(10-9)를 재충전할 수 있다.

한편, 제어부(10-8)에는 운전자가 엔진 브레이크 명령을 입력할 수 있도록 하는 엔진 브레이크 명령 입력부(10-15)가 연결되어 있으며, 제어부(10-8)는 엔진 브레이크 명령 입력부(10-15)를 통해 입력되는 엔진 브레이크 명령에 따라 인버터(10-10)를 제어하여 회생제동을 실행한다.

엔진 브레이크 명령 입력부(10-15)는 운전자가 주행 중 보다 안전하고 편리하게 엔진 브레이크 명령을 입력할 수 있도록 하기 위하여 다양한 형태와 구조의 사용자 인터페이스를 가질 수 있다.

엔진 브레이크 명령 입력부(10-15)가 운전자와 인터페이스 하는 하나의 실시예는 전기자동차에 구비된 기어조작 레버를 이용하는 것이다.

도 2를 참조하자면, 전기자동차의 기어조작 모드에는 전기자동차를 전방으로 진행시키기 위한 주행모드, 전기자동차를 후방으로 진행시키기 위한 후진모드, 중립모드가 있다.

운전자는 기어조작 레버(21)를 주행모드나 후진모드로 위치시킨 후 엑셀페달(10-5)을 조작하여 전기자동차를 전방 또는 후방으로 진행시킬 수 있다.

기어조작 레버(21)를 이용하여 엔진 브레이크 명령을 내리는 실시예에서는 기어조작 레버(21)를 중립모드에 위치시킴으로써 엔진 브레이크 명령을 내리도록 구성할 수 있다.

도 3을 참조하자면, 제어부(10-8)는 차속센서(10-7)의 출력 값이 0이 아니고(전기자동차가 정지 상태가 아닌 경우)(S31), 기어조작 레버(21)가 중립 위치에 있으면(S32), 인버터(10-10)를 제어하여 회생제동을 실행할 수 있다.

이때 제어부(10-8)는 더욱 안전하고 효율적으로 엔진 브레이크 동작을 실행하기 위하여, 차속센서(10-7)의 출력 값에 관한 조건이나 엑셀센서(10-6)의 출력 값에 관한 조건 등 다양한 부가적인 조건을 만족할 때만 회생제동을 실행하도록 구성될 수 있음은 물론이다.

엔진 브레이크 명령 입력부(10-15)는 기어조작 레버와는 별도의 조절기를 통해 운전자와 인터페이스하도록 구성될 수 있다.

이러한 조절기의 일 실시예는 운전자가 엔진 브레이크 명령을 연속적인 값으로 입력할 수 있는 아날로그 타입 조절기이다.

도 4를 참조하자면, 엔진 브레이크 명령 입력부(10-15)는 운전자가 엔진 브레이크 명령을 연속적인 값으로 입력할 수 있도록 하는 아날로그 타입 조절기(41)와, 아날로그 타입 조절기(41)의 조작 정도를 검출하여 제어부(10-8)로 전달하는 조절기 센서(42)를 포함하여 이루어질 수 있다.

아날로그 타입 조절기(41)를 구성하는 일 예는 운전자의 조작 정도에 따라 저항값이 변하는 가변저항을 이용하는 것으로서, 조절기 센서(42)는 가변저항값에 따라 결정되는 신호를 제어부(10-8)로 전달할 수 있다.

도 6을 참조하여 아날로그 타입 조절기(41)를 사용하는 실시예에서 제어부(10-8)의 동작을 살펴보자면, 제어부(10-8)는 차속센서(10-7)의 출력 값이 0이 아니고(전기자동차가 정지 상태가 아니고)(S61), 조절기 센서(42)의 출력 값이 0이 아닌 경우(S62), 인버터(10-10)를 제어하여 회생제동을 실행한다(S63).

이때 제어부(10-8)는 조절기 센서(42)의 출력 값에 비례하는 회생제동력을 가지도록 인버터(10-10)를 제어할 수 있으므로, 운전자는 자신이 원하는 정도의 엔진 브레이크를 걸 수 있다.

조절기의 또 다른 실시예는 하나 이상의 스위치를 포함하는 디지털 타입 조절기이다.

도 5를 참조하자면, 엔진 브레이크 명령 입력부(10-15)는 운전자가 온/오프시킬 수 있는 하나 이상의 스위치(51)와, 현재 온 상태의 스위치가 어느 것인지를 제어부(10-8)로 전달하는 조절기 센서(52)를 포함하여 이루어질 수 있다.

이때 제어부(10-8)는 온(ON) 상태가 되는 스위치가 어느 것인지에 따라 회생제동을 실행하게 된다.

도 6을 참조하여 디지털 타입 조절기(51)를 사용하는 실시예에서 제어부(10-8)의 동작을 살펴보자면, 제어부(10-8)는 차속센서(10-7)의 출력 값이 0이 아니고(전기자동차가 정지 상태가 아니고)(S61), 조절기 센서(52)의 출력 값이 스위치 EB1 내지 EBn 중 어느 하나의 스위치에 대응하는 값인 경우(S62), 인버터(10-10)를 제어하여 회생제동을 실행한다(S63).

이때 제어부(10-8)는 조절기 센서(52)의 출력 값에 비례하는 회생제동력을 가지도록 인버터(10-10)를 제어할 수 있으므로, 운전자는 스위치 EB1 내지 EBn 중 어느 하나를 선택하여 자신이 원하는 정도의 엔진 브레이크를 걸 수 있다.

도 3과 도 6을 참조하여 설명한 상기 각 실시예에서 제어부(10-8)는 차속센서(10-7)의 출력 값이 일정 기준 값 이상이어야 한다는 조건이나, 엑셀센서(10-6)의 출력 값이 0이어야 한다는 조건 등 더욱 안전하고 효율적인 엔진 브레이크 동작을 위해 다양한 부가 조건을 더 만족할 때만 회생제동을 실행하도록 구성될 수 있음은 물론이다.

상술한 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것이며, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당업자에 의해 다양하게 변형하여 실시할 수 있는 것임은 물론이다.

10-1: 브레이크 페달 10-2: 브레이크 센서
10-3: 브레이크 콘트롤러 10-4: 브레이크 유닛
10-5: 엑셀페달 10-6: 엑셀센서
10-7: 차속센서 10-8: 제어부
10-9: 배터리 10-10: 인버터
10-11: 모터 10-12,10-13: 바퀴
10-15: 엔진 브레이크 명령 입력부
21: 기어조작 레버 41: 아날로그 타입 조절기
42,52: 조절기 센서 51: 디지털 타입 조절기

Claims (5)

1. 전기자동차의 엔진 브레이크 장치에 있어서,
   상기 전기자동차의 모터를 제어하는 인버터;
   운전자가 엔진 브레이크 명령을 입력할 수 있도록 하는 엔진 브레이크 명령 입력부; 및
   상기 엔진 브레이크 명령 입력부를 통해 입력되는 엔진 브레이크 명령에 따라 상기 인버터를 제어하여 회생제동을 실행하는 제어부를 포함하는 전기자동차의 엔진 브레이크 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 엔진 브레이크 명령 입력부는 기어조작 레버를 포함하고,
   상기 제어부는 상기 전기자동차가 정지 상태가 아닐 때 상기 기어조작 레버가 중립 위치에 있는 경우 상기 회생제동을 실행하는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 엔진 브레이크 장치.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 엔진 브레이크 명령 입력부는 기어조작 레버와는 별도로 구비되어 운전자가 엔진 브레이크 명령을 입력할 수 있도록 하는 조절기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 엔진 브레이크 장치.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 조절기는 상기 엔진 브레이크 명령을 연속적인 값으로 입력할 수 있는 아날로그 타입 조절기이고,
   상기 제어부는 상기 전기자동차가 정지 상태가 아닐 때 상기 아날로그 타입 조절기를 통해 입력되는 값에 따라 상기 회생제동을 실행하는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 엔진 브레이크 장치.
5. 제 3 항에 있어서,
   상기 조절기는 하나 이상의 스위치를 포함하는 디지털 타입 조절기이고,
   상기 제어부는 상기 전기자동차가 정지 상태가 아닐 때 온(ON) 상태가 되는 스위치에 따라 상기 회생제동을 실행하는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 엔진 브레이크 장치.

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