KR20130066177A - 실시간 경사도 예측 알고리즘을 통한 연료전지 및 전기차량의 비상용 등판밀림방지 모터토크제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 페달치를 인식하여 비상등판 크립영역으로 판단되면, 현재의 차속과 가속도를 기준값과 비교하여 차량밀림여부를 판단하고, 등판 경사각을 예측하고 등판 크립토크를 계산하는 알고림즘에 관한 것으로, 모터의 구동 토크와 차량의 가속도를 알면 등판로의 실시간 경사도를 예측할 수 있고, 이에 적절한 크립토크 명령치를 계산함으로써 과도한 경사로에서도 등판 초기 밀림 현상을 경사로 밀림방지장치 등의 보조수단 없이 해결할 수 있다.

Description

실시간 경사도 예측 알고리즘을 통한 연료전지 및 전기차량의 비상용 등판밀림방지 모터토크제어방법{Method of the Motor Torque Control for Preventing Reverse-traveling on Slope Road for a Fuel cell and a Electric Vehicle by Real Time Slope Prediction Algorithm}
본 발명은 연료전지 및 전기자동차의 등판 시 밀림방지를 위해 비상용 모터토크를 제어하는 방법으로서 실시간 경사도 예측 알고리즘이 적용된 기술이다.
일반적인 내연기관 차량은 주행 중 엑셀 페달과 브레이크 페달을 밟지않는 상황에서도 엔진의 아이들 토크가 토크컨버터 및 변속기로 전달되기 때문에 차량이 서서히 작은 속도를 유지하면서 주행하는 크립(creep) 주행이 이루어진다. 등판길 주행 상황에 있는 차량은 구름저항 뿐 만아니라 경사 저항을 받게 되며, 이러한 경사 저항으로 인하여 운전자의 브레이크 페달 조작에 의한 마찰 제동력에 의하여 등판길에서 차량이 멈춘 후, 브레이크 페달을 해제하게 되면 차량이 뒤로 밀리게 된다. 차량이 뒤로 밀리는 상황을 벗어나기 위해 운전자는 다시 브레이크 페달을 밟거나 엑셀 페달을 조작하는 등 차량의 밀림 방지를 위한 조작을 하게 된다. 이렇게 등판길 주행에서 뒤로 밀리는 것을 방지하기 위한 조작의 불편함을 없애기 위해, 엑셀페달 및 브레이크 페달을 인가하지 않는 상황에서도 일정량의 마찰 브레이크를 유지하여 밀림을 방지하고, 다시 운전자가 엑셀페달을 인가하면 마찰 브레이크를 해제하여 정상 운전상황으로 전환하는 크립 제어 기술이 도입되어 있다.
연료전지 및 전기 자동차는 일반 내연기관 자동차와 동일한 주행감을 만족시키기 위해 엔진 아이들 토크와 유사한 토크를 생성하기 위한 크립 제어 알고리즘이 필요하고, 크립 운행시 주행감 향상을 위한 크립 제어 알고리즘 개발과 더불어 등판길에서의 정지후 재출발시 밀림을 방지하는 기술이 필요하다.
하기의 선행기술문헌은 하이브리드 전기 자동차의 밀림방지 제어장치 및 방법에 관한 발명으로, 청구항3 및 도3 에 관련 기술이 개시되어 있다.
KR 10-2007-0065031 A
본 발명은 연료전지나 전기자동차의 경사로 정지시 노면상태에 따라 밀림을 방지하기 위해서는 주행상태에서 브레이크 페달의 신호와 차속을 검출하여, 밀림방지로 판단되면 차량의 가속도와 노면 경사도를 추출하여 밀림을 방지하기 위해 모터 토크를 제어하는데 있어서, 경사로 밀림방지장치(HAC: Hill-start Assist Control) 혹은 가속도 센서(G센서)의 고정 시 적용할 수 있는 등판 초기밀림을 방지하는 동시에 밀림방지기능 혹은 가속도 센서가 없는 저가 사양 연료전지 및 전기 자동차에도 적용될 수 있는 비상용 크립토크 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 페달치를 인식하여 비상등판 크립영역으로 판단되면, 현재의 차속과 가속도를 기준값과 비교하여 차량밀림여부를 판단하고, 등판 경사각을 예측하고 등판 크립토크를 계산하는 알고림즘에 관한 것으로, 모터의 구동 토크와 차량의 가속도를 알면 등판로의 실시간 경사도를 예측할 수 있고, 이에 적절한 크립토크 명령치를 계산함으로써 과도한 경사로에서도 등판 초기 밀림 현상을 경사로 밀림방지장치 등의 보조수단 없이 해결할 수 있다.
이러한 본 발명은 모터의 구동 토크와 차량의 가속도를 알면 등판로의 실시간 경사도를 예측할 수 있고, 이에 적절한 크립토크 명령치를 계산함으로써 과도한 경사로에서도 등판 초기 밀림 현상을 경사로 밀림방지장치 등의 보조수단 없이 개선할 수 있으며, 현재 토크와 가속도에 대한 경사도의 관계를 이터레이션 룹(Iteration Loop)으로 실시간 되먹임 제어 함으로써, 가속도 센서 사용없이 경사도의 예측 정확도를 높일 수 있다.
도 1은 경사로에서 등판 초기 밀림 현상을 경사로 밀림방지장치 없이 해결할 수 있는 블록 다이어그램과 등판 경사각 및 등판 크립토크 계산식이며, 도 2는 비상용 등판밀림방지 토크제어로직이며, 도 3은 크립토크과 차량속도와의 맵이다.
이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있는 바, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않으며, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도1에서 나타나듯이, 차량 등판에 필요한 차량 가속도는 중력 방향에 대해 지면에 평행한 방향(x: 횡방향)과 지면에 수직한 방향으로 분기되는데, 그 중 지면에 수직한 구름 마찰력은 횡방향 힘에 비해 매우 작으므로 무시될 수 있다. 이에, 지면에 대한 모멘트 식을 유도해보면 경사각 예측치, 모터토크, 공차중량, 가속도, 기어비, 타이어 동반경, 중력가속도에 대해 도 1에서와 같이 등판 경사각과 등판 크립토크가 계산되어 모터로 출력된다.
도 2에서 이를 상세히 설명한다. 정상 토크제어가 시작되면 경사로 차량밀림방지 장치나 가속도 센서의 고장신호를 체크한다(S01단계). 만약 고장이 아니라면 S02 단계로 넘어가 정상토크 제어를 지속실시하고, 고장이라면 S03의 페달치 판단으로 넘어간다. S03단계에서는 악셀 페달치<기설정된 악셀페달치(DA)인 동시에, 브레이크 페달치 <기 설정 브레이크 페달치(DB)를 만족하면, 악셀 토크나 브레이크(리젠) 토크를 발생시키지 않는 크립제어 영역이므로 S04단계의 비상 등판 크립제어를 시작한다. 이때, S03단계의 조건을 만족하지 않는다면 S02단계로 복귀하여 정상토크 제어를 지속 실시한다. S04단계의 비상 크립제어가 시작되면 S05단계에서 크립토크 초기값(CrpTq0)은 크립 기본토크치로 설정하고, 경사각 예측치 초기값(θ0)은 0으로 초기 설정한다. 이후, S06단계에서 S03단계에서처럼 페달치 판단을 다시하고, 악셀 페달치<기설정된 악셀페달치(DA)인 동시에, 브레이크 페달치 <기 설정 브레이크 페달치(DB)를 만족하지 않으면 크립제어 영역을 벗어난 상황이므로 S07단계에서 이터레이션 인덱스 n=1로 초기화하고 S02단계로 복귀하여 정상토크 제어를 지속 실시하고, 악셀 페달치<기설정된 악셀페달치(DA)인 동시에, 브레이크 페달치 <기 설정 브레이크 페달치(DB)를 만족하면, S08단계로 진행한다. S08단계에서는 현재 차속(Spdn)을 기설정된 크립 중간속도치(VCrpMid)와 비교하는데, 기설정된 크립 중간속도치(VCrpMid)는 도3에서 운전영역A(Region A)와 운전영역 B(Region B)를 구분짓는 경계조건이다.
상기 S08단계의 크립토크치와 차속의 관계맵은 운전영역 A와 운전영역 B로 구분되고, 상기 운전영역A란 크립 기본토크치 (Creep_Torque_Base)<크립 토크치<크립 최대토크치(Creep_Torque_Max)이면서, 차속<크립 중간속도치(VCrpMid)인 영역으로서, 차속이 0이고 상기 크립 토크치가 크립 기본토크치 (Creep_Torque_Base)인 지점을 시작점으로 해서 상기 차속은 선형적으로 음의 방향으로 감소하고, 크립 토크치는 증가하는 라인 1-1(line1-1)선도와 특정 지점 이후에는 상기 크립 토크치는 일정한 채, 상기 차속만 크립 중간속도치(VCrpMid)까지 증가하는 라인1-2(line 1-2)선도, 차속이 0과 크립 중간속도치 (VCrpMid) 사이의 어느 한 지점을 시작점으로서 해서, 상기 차속은 감소하고, 상기 크립 토크치는 증가하는 라인 2-1(line2-1)선도, 특정 지점 이후에는 크립 토크치는 일정한 채, 상기 차속만 크립 중간속도치(VCrpMid)까지 증가하는 라인2-2(line 2-2)선도가 포함된 영역이며, 상기 운전영역 B는 상기 운전영역A로부터 상기 차속이 증가함에 따라 선형적으로 상기 크립 토크치가 감소하는 라인으로서 상기 라인1-2(line1-2)에서 연장되면서 최대 차속은 크립 한계차속(VcrpLim)을 초과하지 않는 라인 2-3(line2-3)선도, 상기 차속이 증가함에 따라 선형적으로 상기 크립 토크치가 감소하는 라인으로서 상기 라인2-2(line2-2)에서 연장되면서, 최대 차속은 크립 한계차속(VcrpLim)을 넘지 않는 라인 2-3(line2-3)선도를 포함하며, 상기 라인1-3과 라인2-3은 상기 크립 한계차속 (VcrpLim)에서의 상기 크립 토크치가 0인 영역인것을 특징으로 하는 영역이다.
S08단계에서 현재 차속(Spdn)< 기설정된 크립중간속도치 (VCrpMid)이면, S10단계로 진행하여, 운전영역A의 이터레이션 제어를 수행하고, 현재 차속(Spdn)> 기설정된 크립중간속도치 (VCrpMid)이면, S09단계로 진행하여 운전영역B에서 상기 라인1-3과 라인2-3의 크립토크 감소맵에 따라 크립토크를 결정하고 S06이전으로 복귀한다. S10단계에서 현재 가속도(Accn)를 기 설정된 최소 가속도치(ASlopeMin)와 비교하는데, 최소 가속도치(ASlopeMin)란 차량 밀림으로 판단하는 최소설정치로서 음의 값이다.
현재 가속도(Accn)< 최소 가속도치(ASlopeMin)이면 차량밀림상태로서, S11단계에서 등판 경사각을 예측한 후, S12단계에서 경사각 예측치에 해당하는 등판 크립토크를 계산하며, S13단계에서 크립 토크(CrpTqn)가 크립 기본토크치(CrpTq0) ~ 크립 최대토크치 (CrpTqmx)사이에 들어오도록 경계 설정을 한다. 만약, S10단계에서 현재 가속도(Accn)< 최소 가속도치(ASlopeMin)이 아니면 차량밀림이 아니므로 S14단계로 진행하여 크립토크와 경사각 예측치를 이전값으로 유지하고 S13 단계 실행 이후로 넘어간다.
등판 경사각
Figure pat00001
등판 크립토크 (
Figure pat00002
)
Θ: 경사각 예측치, Tq: 모터토크, Mveh: 공차중량, Acc: 가속도, GR: 기어비, Rtire: 타이어 동반경, g: 중력가속도
여기서, S10~S13으로 진행하는 과정은 도 3에서 정지 등판시 라인1-1(line 1-1)에 해당하고 비정지 등판시 라인2-1(line 2-1)에 해당한다. S10-S14로 진행하는 과정은 정지 등판시 라인1-2(line 1-2)에 해당하고 비정지 등판시 라인2-2(line 2-2)에 해당하며, S13 이후, 이터레이션 인덱스 n을 1 증가하고 S06 이전으로 복귀하여 알고리즘을 반복하게된다.
S11 : 등판 경사각 예측
S12 : 등판 크립토크 계산

Claims (8)

  1. 연료전지 및 전기 자동차의 비상용 등판 밀림 방지 모터토크 제어방법에 있어서, 경사로 차량밀림방지 장치나 가속도 센서의 고장을 판단하는 S01단계,
    상기 S01단계에서 고장판정 시, 악셀 페달치와 브레이크 페달치가 기설정된 악셀페달치와 브레이크 페달치보다 작은 지를 판단하는 S02단계,
    상기 S02단계에서 악셀 페달치와 브레이크 페달치가 기설정된 악셀페달치와 브레이크 페달치보다 작지 않은 경우, 정상토크제어를 수행하는 S03단계,
    상기 S02단계에서 악셀 페달치와 브레이크 페달치가 기설정된 악셀페달치와 브레이크 페달치보다 작은 경우, 비상등판 크립제어를 개시하는 S04단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 및 전기 자동차의 비상용 등판 밀림 방지 모터토크 제어방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 S04단계의 비상등판 크립제어는 크립토크 초기값(CrpTq0)은 크립기본토크치로 설정하고, 경사각 예측치 초기값(θ0)은 0으로 초기 설정하는 S05단계,
    상기 S05단계 이후에, 악셀 페달치 및 브레이크 페달치가 기설정된 악셀페달치 및 브레이크 페달치보다 작은 지를 판단하는 S06단계,
    상기S06단계에서 악셀 페달치 및 브레이크 페달치가 기설정된 악셀페달치 및 브레이크 페달치보다 작지 않은 경우는 크립제어영역을 벗어나서 정상토크제어를 하는 S07단계가 포함된 것을 특징으로 하는 연료전지 및 전기 자동차의 비상용 등판 밀림 방지 모터토크 제어방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 S06단계에서 악셀 페달치 및 브레이크 페달치가 기설정된 악셀페달치 및 브레이크 페달치보다 작은 경우는 현재 차속과 기설정된 크립 중간속도치(VCrpMid)를 비교하는 S08단계가 포함되며, 상기 기설정된 크립 중간속도치(VCrpMid)는 운전영역 크립토크치와 차속과의 관계맵에서 각 운전영역을 구분짓는 경계지점인 것을 특징으로 하는 연료전지 및 전기 자동차의 비상용 등판 밀림 방지 모터토크 제어방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 S08단계의 크립토크치와 차속의 관계맵은 운전영역 A와 운전영역 B로 구분되고, 상기 운전영역A란 크립 기본토크치 (Creep_Torque_Base)<크립 토크치<크립 최대토크치(Creep_Torque_Max)이면서, 차속<크립 중간속도치(VCrpMid)인 영역으로서, 차속이 0이고 상기 크립 토크치가 크립 기본토크치(Creep_Torque_Base)인 지점을 시작점으로 해서 상기 차속은 선형적으로 음의 방향으로 감소하고, 크립 토크치는 증가하는 라인 1-1(line1-1)선도와 특정 지점 이후에는 상기 크립 토크치는 일정한 채, 상기 차속만 크립 중간속도치(VCrpMid)까지 증가하는 라인1-2(line 1-2)선도, 차속이 0과 크립 중간속도치 (VCrpMid) 사이의 어느 한 지점을 시작점으로서 해서, 상기 차속은 감소하고, 상기 크립 토크치는 증가하는 라인 2-1(line2-1)선도, 특정 지점 이후에는 크립 토크치는 일정한 채, 상기 차속만 크립 중간속도치(VCrpMid)까지 증가하는 라인2-2(line 2-2)선도가 포함된 영역이며, 상기 운전영역 B는 상기 운전영역A로부터 상기 차속이 증가함에 따라 선형적으로 상기 크립 토크치가 감소하는 라인으로서 상기 라인1-2(line1-2)에서 연장되면서 최대 차속은 크립 한계차속(VcrpLim)을 초과하지 않는 라인 2-3(line2-3)선도, 상기 차속이 증가함에 따라 선형적으로 상기 크립 토크치가 감소하는 라인으로서 상기 라인2-2(line2-2)에서 연장되면서, 최대 차속은 크립 한계차속(VcrpLim)을 넘지 않는 라인 2-3(line2-3)선도를 포함하며, 상기 라인1-3과 라인2-3은 상기 크립 한계차속 (VcrpLim)에서의 상기 크립 토크치가 0인 영역인 것을 특징으로 하는 연료전지 및 전기 자동차의 비상용 등판 밀림 방지 모터토크 제어방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 S08단계에서 상기 차속(Spdn)이 기설정된 크립중간속도치 (VCrpMid)보다 작으면, 현재 가속도(Accn)가 최소 가속도치(ASlopeMin)의 크기를 비교하여 상기 운전영역A의 이터레이션 제어를 수행하는 S10단계로 진행하며, 상기 S08단계에서 현재 차속(Spdn)이 기설정된 크립중간속도치(VCrpMid)보다 크면, S09단계로 진행하여 상기 운전영역B에서 상기 라인1-3과 라인2-3의 크립토크 감소맵에 따라 크립토크를 결정하고 상기 S06단계 이전으로 복귀하는 것을 특징으로 하는 연료전지 및 전기 자동차의 비상용 등판 밀림 방지 모터토크 제어방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 S10단계에서 상기 현재 가속도(Accn)가 최소 가속도치(ASlopeMin)보다 작으면 S11단계에서 등판 경사각
    Figure pat00003
    를 예측하고, S12단계에서 상기 등판경사각 예측치에 해당하는 등판 크립토크 (
    Figure pat00004
    , Θ: 경사각 예측치, Tq: 모터토크, Mveh: 공차중량, Acc: 가속도, GR: 기어비, Rtire: 타이어 동반경, g: 중력가속도)를 계산하며, S13단계에서 크립 기본토크치(CrpTq0)< 크립 토크(CrpTqn)< 크립 최대토크치(CrpTqmx)이 되도록 경계 설정을 하는 것을 특징으로 하는 연료전지 및 전기 자동차의 비상용 등판 밀림 방지 모터토크 제어방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 S10단계에서 현재 가속도(Accn)가 최소 가속도치(ASlopeMin)보다 크면, 차량밀림이 아니라고 판단하고 크립토크와 경사각 예측치를 이전값으로 유지하는 S14단계로 진행하는 것을 특징으로 하는 연료전지 및 전기 자동차의 비상용 등판 밀림 방지 모터토크 제어방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 S10 내지 S13단계로 진행하는 과정은 상기 크립토크치와 차속의 관계맵에서 정지 등판시 상기 라인1-1(line 1-1)에 해당하고, 비정지 등판시 상기 라인2-1(line 2-1)에 해당하며, 상기 S10 내지 S13단계로 진행하는 과정은 정지 등판시 상기 라인1-2(line 1-2)에 해당하고, 비정지 등판시 상기 라인2-2(line 2-2)에 해당하는 것을 특징으로 하는 연료전지 및 전기 자동차의 비상용 등판 밀림 방지 모터토크 제어방법.
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