KR20120107663A - 하이브리드 자동차의 적응형 순항 제어장치 및 제어방법 - Google Patents

하이브리드 자동차의 적응형 순항 제어장치 및 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량의 움직임을 감지하는 감지부, 선행차량의 속도 및 자차와의 거리를 감지하고 요구가속도를 산출하는 레이더, 상기 레이더로부터 요구가속도를 전달받아 목표압력 및 목표구동토크를 산출하는 전자식 안정성제어부(ESC), 상기 전자식 안정성제어부(ESC)로부터 목표구동토크를 전달받아 엔진과 구동모터를 제어하는 하이브리드 컨트롤 유닛(HCU) 및 상기 전자식 안정성제어부(ESC)로부터 목표압력을 전달받아 회생제동가능한 양은 HCU에 요구하고 나머지에 해당하는 압력을 생성하기 위해 마스터실린더를 제어하여 제동력을 발생시키는 전동식 유압부스터(AHB)를 포함하는 적응형 순항 제어장치 그 제어방법에 관한 것이다.

Description

하이브리드 자동차의 적응형 순항 제어장치 및 제어방법{ ADAPTIVE CRUISE CONTROL APPARATUS AND METHOD OF HYBRID VEHICLE}
본 발명은 하이브리드 자동차에 장착된 적응형 순항 제어장치 및 제어방법에 관한 것으로서, 차량의 제동을 수행하는 전자식 제동장치를 회생제동용 브레이크 시스템인 AHB(Active Hydraulic Booster)로 하여 회생제동력을 발생시키고 ESC(Electrical Stability Control)에서 목표구동토크와 목표압력을 산출하는 것을 특징으로 한다.
최근에 차량의 편의장치 중 하나로 적응형 순항 제어(Adaptive Cruise Control ; ACC) 시스템에 관한 연구가 활발히 진행중이고 이미 적응형 순항 제어 시스템이 장착된 차량들이 전세계에서 시판되고 있다.
상기 적응형 순항 제어 시스템은 차량 전방에 장착된 레이더에서 선행차량의 위치 및 선행차량과의 거리 등에 따라 차량의 스로들밸브, 브레이크, 변속기를 자동 제어하여 적절한 가감속을 수행함으로써 선행차량과의 적정 거리를 유지하도록 하는 시스템이다. 상기 적응형 순항 제어 시스템은 선행차량이 없는 경우에는 정속 주행 제어를 수행하고 선행차량이 있는 경우에는 선행차량과 일정한 간격을 유지하도록 차간거리 제어를 수행한다.
위와 같은 기능을 수행하기 위해서는 차량의 상태를 감지하는 레이더 센서와 차량의 가감속 제어를 수행하는 전자식 제동장치로 구성된다.
상기 적응형 순항 제어 시스템은 하이브리드 차량에도 적용이 가능하다.
하이브리드 차량이란 넓은 의미에서는 서로 다른 두 종류 이상의 동력원을 효율적으로 조합하여 구동되는 차량을 의미하나 최근에 하이브리드 차량이라고 불리는 차량은 대부분 기존의 석유의 연소에 의해 회전력을 얻는 엔진과 배터리의 전력으로 회전력을 얻는 전기모터에 의해 구동되는 차량이다.
상기 하이브리드 차량은 엔진의 기계적 에너지와 배터리의 전기에너지를 함께 사용할 수 있고 제동시에는 전기모터로 에너지를 회수하므로 효율적인 에너지의 이용이 가능하다.
하이브리드 차량은 엔진을 이용하는 차량과 다른 전자식 제동장치를 사용하는데, 바로 전자식 유압브레이크(Electronic Hydraulic Brake ; EHB)와 전동식 유압장치(Active Hydraulic Booster ; AHB)이다. 따라서 하이브리드 차량에 적용되는 적응형 순항 제어 시스템 역시 기존 차량과는 달리 EHB를 전자식 제동장치로 이용하는데, 아직까지 AHB를 이용한 기술은 개발되지 못하였다.
본 발명은 하이브리드 자동차의 적응형 순항 제어 시스템에 있어서, 회생제동용 브레이크 시스템인 AHB를 전자식 제동장치로 사용하는 적응형 순항 제어 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따른 차량의 적응형 순항 제어 장치는 선행차량의 상태를 감지하는 감지부, 상기 감지된 선행차량의 상태를 이용하여 하이브리드 차량의 제어를 수행하는 제어부 및 상기 제어부의 판단결과에 따라 하이브리드 차량을 제동시키는 전동식 유압부스터(AHB)를 포함한다.
상기 감지부는 차량의 각종 움직임을 감지하는 움직임 센서와, 선행차량과의 거리 및 선행차량의 속도 측정하고 주행상황에 맞는 요구가속도를 산출하는 레이더(radar) 를 포함한다.
상기 제어부는 전자식 안정성제어부(Electronic Stability Control ; ESC) 및 하이브리드 컨트롤 유닛(Hybrid Control Unit ; HCU)을 포함한다.
상기 전자식 안정성제어부(ESC)에서는 상기 감지부에서 요구한 요구가속도 생성을 위해 필요한 목표구동토크와 목표압력을 만들고 상기 필요한 목표구동토크는 하이브리드 컨트롤 유닛(HCU)으로 전송하고 상기 필요한 목표압력은 전동식 유압부스터(AHB)로 전송한다.
상기 하이브리드 컨트롤 유닛(HCU)에서는 상기 목표구동토크를 생성하기 위해 엔진과 구동모터를 제어한다.
상기 전동식 유압부스터(AHB)에서는 상기 목표압력 중에서 회생제동가능한 양은 하이브리드 컨트롤 유닛(HCU)에 요구하고 나머지에 해당하는 압력을 생성하기 위해 마스터실린더 압력을 제어하여 제동력을 발생시킨다.
본 발명의 일 측면에 따른 차량의 적응형 순항 제어방법은 차량의 상태를 감지하고, 상기 감지된 차량의 상태를 이용하여 주행상황에 맞는 요구가속도를 산출하고, 상기 요구가속도를 이용하여 목표구동토크와 목표압력을 산출하고, 상기 목표구동토크를 하이브리드 컨트롤 유닛으로 전송하고, 상기 목표압력을 전동식 유압부스터(AHB)로 전송하여 차량을 가속 또는 감속시킨다.
상기 차량의 상태를 감지하는 것은 선행차량과의 거리, 선행차량의 속도 및 자차 속도를 측정하여 가속 또는 감속 여부를 결정하는 것이고, 상기 요구 가속도는 선행차량과 안전거리를 유지하기 위해 필요한 가속도인 것으로 한다.
상기 요구가속도를 이용하여 목표구동토크와 목표압력을 산출하는 것은 전자식 안정성제어부(ESC)에서 수행하는 것으로 한다.
상기 하이브리드 컨트롤 유닛(HCU)은 상기 목표구동토크를 생성하기 위해 엔진과 구동모터를 제어하고, 상기 전동식 유압부스터(AHB)는 상기 목표압력을 생성하기 위해 마스터실린더 압력을 제어한다.
상기 전동식 유압부스터(AHB)는 상기 전송받은 목표압력 중에서 회생제동가능한 양을 하이브리드 컨트롤 유닛(HCU)으로 보내고 나머지에 해당하는 제동압력을 생성한다.
본 발명에 따른 하이브리드 차량의 적응형 순항제어(ACC)장치 및 제어방법에 따르면 하이브리드 차량의 ACC 기능을 수행함에 있어 제동시 방출되는 열에너지를 전기에너지로 저장하여 회생제동력으로 사용할 수 있어 에너지를 효율적으로 사용할 수 있다.
도 1은 하이브리드 차량의 적응형 순항제어장치의 간략한 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 적응형 순항제어장치의 전체 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 적응형 순항제어장치의 중요부품의 기능을 나타낸 블록도이다.
도 4는 하이브리드 컨트롤 유닛(HCU) 제어기능에 관한 블록도이다.
도 5는 본 발명에 따른 적응형 순항제어방법의 순서도이다.
도 1에는 일반적인 하이브리드 차량의 적응형 순항제어(Adaptive Cruise Control ; ACC)장치의 간략한 구성을 도시하였다.
도 1을 참조하면 선행차량의 존재 및 선행차량의 속도 등을 감지하는 레이더 센서(14), 자차의 속도를 감지하는 휠 스피드 센서(16), 센서에서 감지된 상황에 따라 차량을 제동시키는 브레이크 컨트롤 유닛(11) 및 브레이크 액추에이터(12), 센서에서 감지된 상황에 따라 차량을 가속시키는 엔진 제어기(15) 등이 주요 구성요소이다.
도 2에는 본 발명의 일 측면에 따른 적응형 순항 제어장치의 구성도가 도시되어 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 차량의 적응형 순항 제어장치는 자차의 속도를 비롯한 각종 차량의 움직임을 감지하는 움직임 센서(40)와 선행차량 사이의 거리, 선행차량의 속도 감지하고 요구가속도를 산출하는 레이더(20), 상기 요구가속도를 이용하여 목표구동토크 및 목표압력을 산출하고 이를 하이브리드 컨트롤 유닛과 전동식 유압부스터(Active Hydraulic Boost ; AHB)로 전송하는 전자식 안정성제어부(ESC)(30) 및 제동력을 생성하는 전자제동장치를 포함하며 상기 전자제동장치는 회생제동용 브레이크 시스템인 전동식 유압부스터(Active Hydraulic Boost ; AHB)(70)인 것으로 한다.
상기 레이더 센서(20)는 마이크로파 정도의 전자기파를 물체에 발사시켜서 그 물체에서 반사되는 전자기파를 수신하여 물체와의 거리, 방향, 고도 등을 알 수 있는 무선장치이다. 본 발명의 일 실시예에서는 상기 레이더 센서가 요구 가속도를 산출하여 전자식 안전성제어부(ESC)(30)로 전달하면, 전자식 안정성제어부(ESC)에서는 목표구동토크와 목표압력을 산출하여 하이브리드 컨트롤 유닛(90)에는 목표구동토크를, 전동식 유압부스터(AHB)에는 목표압력을 전달한다. 또한 제동이 필요하다고 판단한 경우, CAN 통신을 이용해 브레이크 램프(60)에 점등이 되도록 한다.
그 밖에 차량의 움직임을 감지하는 각종 움직임 센서(40)들이 측정한 자차의 정보들은 전자식 안정성제어부(30)로 전달되어 차량제어에 사용된다.
도 3에는 본 발명에 따른 적응형 순항 제어장치의 각 부품들의 기능이 도시되어 있다.
도 3을 참조하면, 스마트 크루즈 컨트롤(SCC) 또는 적응형 순항 제어(ACC) 시스템에서 레이더(130)는 전방의 표적을 탐지하고 추적한다. 경로를 예측하고 표적을 선택하여 표적으로 선택된 선행차량의 위치, 속도 등을 감지하고 이를 이용하여 선행차량과 충돌하지 않고 안전거리를 유지할 수 있게 주행상황에 맞는 요구 가속도를 산출한다.
상기 레이더는 상기 산출된 요구 가속도를 전자식 안정성 제어부(ESC)(120)로 전송한다. 데이터 전송시에는 주로 CAN 방식을 사용한다. 상기 전자식 안정성 제어 시스템은 전송받은 요구 가속도를 이용하여 차량의 가감속에 필요한 목표구동토크와 목표압력을 산출한다. 상기 목표구동토크는 하이브리드 차량의 구동계를 제어하는 하이브리드 컨트롤 유닛(HCU)(110)으로 전달하고 상기 목표압력은 회생제동용 브레이크 시스템인 AHB(100)로 전달한다.
또한 레이더에는 페일세이프(Failsafe) 기능도 탑재되어 있어 고장 발생시의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
상기 목표구동토크와 상기 목표압력 신호의 전달 이외에도 전자식 안정성 제어부(ESC)는 차량의 움직임을 감지하는 각종 움직임 센서들로부터 신호를 받아 데이터 프로세스를 수행하고 이를 레이더로 전달하여 이 자료들을 이용해 요구 가속도를 산출하도록 한다. 또한 전자식 안정성 제어부(ESC)는 페일세이프(Failsafe) 기능도 구비하고 있어 차량의 안정성 향상에 도움이 되고, 제동이 필요하다고 판단될 경우 브레이크 램프에 신호를 보내 점등시킴으로써 후행차량과의 충돌도 미연에 방지할 수 있다.
하이브리드 컨트롤 유닛(HCU)은 전자식 안정성 제어부(ESC)로부터 목표구동토크를 전달받아 엔진과 구동모터를 제어한다. 도 4에는 하이브리드 컨트롤 유닛(HCU)의 제어기능에 대한 블록도가 도시되어 있다.
하이브리드 컨트롤 유닛(HCU)은 하이브리드 차량 전반의 시스템을 제어하고 그 하위에는 각 장치들을 제어하는 하위제어기가 있다. 대표적인 제어기로는 기본적인 엔진 작동의 전반을 제어하는 엔진 제어기(Engine Control Unit ; ECU)(240), 브레이크 작동을 제어하는 브레이크 제어기(Brake Control Unit ; BCU)(230), 변속기를 제어하는 변속기 제어기(Transmission ; TCU)(250) 및 모터의 작동 전반을 제어하는 모터 제어기(Motor Control Unit ; ECU)(260) 등이 있다. 따라서 하이브리드 컨트롤 유닛(HCU)의 제어를 통해 엔진, 변속기, 모터 등을 제어할 수 있다. 다만, 본 발명에서는 전반적인 브레이크 제어는 전동식 유압장치에서 수행하며, 하이브리드 컨트롤 유닛에서는 회생제동을 제어한다.
전자식 안정성제어부(ESC)에서 하이브리드 컨트롤 유닛(HCU)에 주행상황에 맞는 목표구동토크를 전달하면 하이브리드 컨트롤 유닛(HCU)은 엔진 컨트롤 유닛(ECU)(240)에 목표구동토크를 전달하여 엔진 제어가 이루어지도록 하고, 변속기 컨트롤 유닛(TCU)(250)으로는 요구 변속비를 전달하여 변속 제어가 이루어지도록 한다. 모터 컨트롤 유닛(MCU)(260)을 통해서는 모터를 이용한 엔진 시동 및 회생제동 제어를 수행하게 된다. 회생제동 제어에 대해서는 뒤에서 상술하기로 한다.
본 발명의 회생제동용 브레이크 시스템인 AHB는 전자식 안정성 제어부(ESC)로부터 목표압력을 전달받아 마스터실린더 압력을 제어하여 제동력을 발생시킨다. 이하 AHB의 제동수행 과정에 대하여 자세히 살펴본다.
일반적으로 차량에서 운동에너지는 속도의 제곱에 비례하여 증가되는데, 기존의 차량은 제동시 브레이크 마찰열의 형태로 운동에너지를 방출하게 된다. 반면에 하이브리드 차량에서는 전기모터를 발전기로 사용하여 운동에너지를 전기에너지 형태로 변환시켜 배터리에 충전할 수 있는데 이러한 역할을 회생제동용 브레이크 시스템에서 수행한다. 따라서 회생제동용 브레이크 시스템을 사용하지 않는 차량의 경우에는 제동시 브레이크에서 운동에너지를 불필요하게 열에너지로 방출시키므로 에너지 효율이 낮아지지만 회생제동용 브레이크 시스템을 사용하는 차량은 회생제동을 실시하여 에너지를 효율적으로 사용할 수 있게 된다.
본 발명의 회생제동용 브레이크 시스템인 전동식 유압부스터(AHB)는 모터를 이용하여 유압을 직접 생성하고 그 유압을 통해 제동력을 확보한다. 즉, AHB는 마스터실린더 압력을 제어하여 목표압력을 만들어 내는데, 목표압력 중에서 회생제동가능한 양은 HCU에 요구하고 나머지에 해당하는 제동압력을 AHB에서 생성한다.
상기 AHB를 사용할 경우 일관된 제동력과 제동감 구현이 가능하고 주행상태에 따라 수시로 변화하는 모터 발전량과 연동하여 일정한 제동력을 발생시킬 수 있으며 회생제동시 모터 발전량을 최대화시킬 수 있도록 함으로써 1회 충전으로 주행가능한 거리를 크게 증가시킬 수 있다.
상기 AHB에서 회생제동신호를 전달받은 HCU는 MCU를 통해 구동모터를 제어하여 회생제동력을 발생시킨다.
이하에서는 본 발명의 일 측면에 따른 적응형 순항 제어 방법에 대하여 살펴본다.
도 5에는 하이브리드 차량의 적응형 순항 제어 방법에 대한 일련의 과정이 순서도로 도시되어 있다.
도 5를 참조하면, 먼저 레이더에서 선행차량의 존재여부를 판단하고 차량의 움직임 센서에서 자차의 속도 등 차량상태를 감지한다(300). 선행차량이 존재하는 것으로 판단되면(310단계의 '예') 주행상황에 맞는 요구 가속도를 산출하고(320) 이를 ESC에 전송한다.
ESC에서는 요구 가속도를 전송받아 목표압력을 산출하고(330) 상기 목표압력을 AHB로 전송한다. 상기 목표압력을 전송받은 AHB는 회생제동 가능한 양은 HCU로 신호를 보내 회생제동력을 발생시키도록 하고 마스터 실린더를 제어하여 나머지에 해당하는 압력을 발생시킨다(340).
계속하여 감속이 필요한 경우(350단계의 '예')에는 상기 과정을 반복하고 더이상 선행차량이 존재하지 않거나 거리가 멀어져서 감속이 필요하지 않은 경우(350단계의 '아니오') 전자식 안정성제어부(ESC)에서 목표구동토크를 산출하여(360) HCU로 전송하고 HCU는 엔진 및 구동 모터를 제어하여 토크를 발생시킨다.(370) 그리고 선행차량과 일정한 거리를 유지하여 정속주행을 한다.(380)
20 : 레이더 30 : 전자식 안정성제어부(ESC)
90 : 하이브리드 컨트롤 유닛(HCU) 70 : 전동식 유압부스터(AHB)

Claims (10)

  1. 자차의 움직임을 감지하는 움직임 감지부;
    선행차량의 상태를 감지하고, 상기 감지된 자차의 움직임과 상기 감지된 선행차량의 상태를 이용하여 요구 가속도를 산출하는 레이더;
    상기 레이더에서 산출한 요구 가속도를 이용하여 목표압력을 산출하는 전자식 안정성제어부(ESC);
    상기 목표압력을 전달받아 브레이크를 제어하는 전동식 유압부스터(Active Hydraulic Boost ; AHB)를 포함하는 적응형 순항 제어장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전자식 안정성제어부(ESC)에서 상기 요구 가속도를 이용하여 목표구동토크를 산출하는 것을 더 포함하는 적응형 순항 제어장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 목표구동토크를 전달받아 엔진과 구동모터를 제어하는 하이브리드 컨트롤 유닛(HCU)을 더 포함하는 적응형 순항 제어장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 전동식 유압부스터(AHB)에서는 상기 목표압력 중에서 회생제동가능한 양은 하이브리드 컨트롤 유닛(HCU)에 요구하고 나머지에 해당하는 압력을 생성하기 위해 마스터실린더 압력을 제어하여 제동력을 발생시키는 적응형 순항 제어장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 회생제동가능한 양을 요구받은 하이브리드 컨트롤 유닛(HCU)은 구동모터를 제어하여 회생제동력을 발생시키는 적응형 순항 제어 장치.
  6. 움직임 센서에서 자차의 움직임을 감지하고;
    레이더에서 선행차량의 상태를 감지하고, 상기 감지된 자차의 움직임과 상기 감지된 선행차량의 상태를 이용하여 요구 가속도를 산출하고;
    전자식 안정성제어부(ESC)에서 상기 산출한 요구 가속도를 이용하여 목표압력을 산출하고;
    전동식 유압부스터(AHB)에서 상기 목표압력을 전달받아 브레이크를 제어하는 적응형 순항 제어방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 전자식 안정성제어부(ESC)에서 상기 요구 가속도를 이용하여 목표구동토크를 산출하고 하이브리드 컨트롤 유닛으로 이를 전송하는 과정을 더 포함하는 적응형 순항 제어 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 하이브리드 컨트롤 유닛에서 상기 목표구동토크를 전달받아 엔진과 구동모터를 제어하는 과정을 더 포함하는 적응형 순항 제어 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 전동식 유압부스터(AHB)에서는 상기 목표압력 중에서 회생제동가능한 양은 하이브리드 컨트롤 유닛(HCU)에 요구하고 나머지에 해당하는 압력을 생성하기 위해 마스터실린더 압력을 제어하여 제동력을 발생시키는 적응형 순항 제어방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 회생제동가능한 양을 요구받은 하이브리드 컨트롤 유닛(HCU)은 구동모터를 제어하여 회생제동력을 발생시키는 적응형 순항 제어방법.
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