KR20130073307A - 전기구동식 다목적 운반차량의 변속충격 저감을 위한 제어시스템 및 제어방법 - Google Patents

전기구동식 다목적 운반차량의 변속충격 저감을 위한 제어시스템 및 제어방법 Download PDF

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Abstract

전기구동식 다목적 운반차량의 변속충격 저감을 위한 제어시스템 및 방법이 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따른 제어시스템은, 모터의 출력 제어를 위한 콘트롤러와, 변속 시 변속된 기어의 단수 정보를 획득하는 변속단수 감지수단를 포함하며, 주행 중 급격한 다운변속이 행해지면 상기 변속단수 감지수단을 통해 해당신호가 출력되어 상기 콘트롤러로 제공되고, 변속단수 감지수단에 의한 변속신호를 기반으로 한 상기 콘트롤러의 제어에 의해 급격한 다운변속에 따른 변속비의 차이에 상응하는 회전속도만큼 일시적으로 상기 모터의 회전속도가 가속되도록 된 것을 구성의 요지로 한다.

Description

전기구동식 다목적 운반차량의 변속충격 저감을 위한 제어시스템 및 제어방법{Down shift shock decreasing system and methods of Electric Multi-purpose Utility vehicle}
본 발명은 변속충격 저감을 위한 제어시스템 및 제어방법에 관한 것으로, 상세하게는 전기로 구동되는 다목적 운반차량의 주행 중 고단에서 저단으로 급격한 기어단수 변속이 이행되는 경우 발생하는 변속충격을 저감시키기 위한 전기구동식 다목적 운반차량의 변속충격 저감을 위한 제어시스템 및 제어방법에 관한 것이다.
유통, 건설, 레져, 농용 등 폭넓은 분야에서 다목적 운반차량 Utility vehicle, UTV)이 최근 널리 이용되고 있다. 특히 이 다목적 운반차량은 험로주행에 유리한 구조로 되어 있기 때문에, 건설현장 또는 농업현장에서 흙이나 작물을 싣고 운반하거나 여러 가지 작업에 필요한 도구 등을 싣고 나르기 위한 운반수단으로 주로 이용된다.
최근에는 기계식 엔진을 장착하던 종래와는 달리 배기가스가 전혀 발생되지 않고 소음이 극히 적어 친환경을 구현할 수 있는 전기구동방식의 다목적 운반차량에 대한 연구 및 개발이 진행되고 있다. 전기구동식은 기본적으로, 구동력을 발생을 위한 모터와, 에너지원인 배터리와, 모터와 배터리 제어를 위한 각종 제어부품 및 그 외 주변부품 등을 포함하여 구성된다.
전기구동식은 가속페달 조작변위에 따라 비례하여 달라지는 모터의 출력 조절에 의해 주행속도가 달라지고 회전수에 관계 없이 일정한 출력을 내는 모터의 특성 때문에, 일반적으로 변속기가 요구되지 않지만 이로 인해 모터의 사용범위를 초과하는 동력특성이 필요한 비포장 도로 주행이나 경사지 등판과 같이 저 RPM 고토크가 지속적으로 요구되는 환경에서 안정된 저속주행을 구현하기 어렵다.
이를 해소하기 위해 전기구동식 차량에도 종래 기계식 엔진 차량과 마찬가지로 변속기를 채택하는 방식이 검토되고 있다. 그러나 변속기를 채택하게 되면, 전기구동방식 특성상 차량 정지 또는 감속을 위한 제동과정에서 고단에서 저단으로 내려오는 변속충격에 차량 움직임이 역으로 모터를 구동시키는 회생제동력이 더해져서, 가속페달에서 발을 떼는 순간 차량이 심하게 울컥거리는 것과 같이 제동 안정성과 차량 승차감이 극히 저하되는 문제가 있으며, 이로 인해 제품 신뢰도가 심각하게 떨어지는 단점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 변속기를 채택한 전기구동방식 다목적 운반차량에 있어, 주행 중 다운변속이 행해질 경우 변속비 차이만큼 일시적으로 구동수단(모터)를 가속시킴으로써 변속충격의 저감을 구현할 수 있는 전기구동식 다목적 운반차량의 변속충격 저감을 위한 시스템 및 방법을 제공하고자 하는 것이다.
과제의 해결 수단으로서 본 발명의 일 측면에 따르면, 변속기를 채택하며 전기에너지를 동력원으로 하는 모터의 출력에 의해 움직이는 전기구동방식 다목적 운반차량에 적용되고, 모터의 출력 제어를 위한 콘트롤러와, 변속 시 변속된 기어의 단수 정보를 획득하는 변속단수 감지수단를 포함하며, 주행 중 급격한 다운변속이 행해지면 상기 변속단수 감지수단이 이를 감지하여 콘트롤러 측으로 해당 신호를 출력하고, 변속단수 감지수단으로부터 제공된 다운변속신호를 기반으로 상기 콘트롤러가 급격한 다운변속에 따른 변속비의 차이에 상응하는 회전속도만큼 일시적으로 모터를 가속시켜 변속충격이 완화되도록 하는 것을 특징으로 하는 전기구동식 다목적 운반차량의 변속충격 저감을 위한 제어시스템을 제공한다.
본 실시예에서 상기 변속단수 감지수단은 변속기어의 포지션을 통해 변속단수를 검출하는 위치센서일 수 있으며, 급격한 다운변속이 완료되면 상기 콘트롤러에 의해 일시적으로 가속된 모터의 회전속도를 복귀시키기 위한 감속제어가 수행될 수 있다.
과제의 해결 수단으로서 본 발명의 다른 측면은, (a) 주행 중 변속을 감지하는 단계; (b) 상기 변속 감지단계를 통해 주행 중 변속이 감지된 경우 해당 변속이 미리 설정된 다운변속비 이상의 다운변속인가를 판단하는 단계; (c) 미리 설정된 다운변속비 이상의 다운변속인 것으로 판단되면 모터의 회전속도를 가속시키는 제어를 행하는 단계;를 포함하는 전기구동식 다목적 운반차량의 변속충격 저감을 위한 제어방법을 제공한다.
이때 상기 (c)단계에서는 급격한 다운변속에 따른 기어 변속비의 차이에 상응하는 회전속도만큼 모터의 회전속도를 일시적으로 가속시키는 제어가 행해지도록 함이 바람직하다.
그리고 상기 (c)단계에 의한 모터 회전속도를 가속시키는 제어 이후, 일시적으로 가속된 모터를 서서히 감속시키는 제어를 수행하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 변속충격 저감을 위한 제어시스템 및 방법에 의하면, 주행 중 가속페달에서 발을 떼거나 고속영역에서 저속영역으로 급격하게 감속시키는 가속페달 조작이 행해지는 경우에 있어, 고속에서 저속으로 감속되는 변속비의 차이에 상응하는 회전수만큼 일시적으로 원동기(모터)가 가속됨으로써 변속(감속)과정에서 발생하는 순간적인 변속충격을 줄일 수 있다.
또한, 변속충격이 줄어들면 변속충격으로 발생될 수 있는 낙상과 같은 안전사고 또한 예방할 수 있어 운전자의 안전을 도모할 수 있으며, 엔진 및 동력전달계통에 변속충격으로 무리한 힘이 전가되는 것이 현저히 줄어들게 되므로, 엔진 및 동력전달계통을 포함하여 차량의 전체적인 성능의 향상을 기대할 수 있으며 장치수명은 일층 연장시킬 수 있는 효과 또한 기대된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 변속충격 저감을 위한 제어시스템을 채택하고 있는 전기구동식 다목적 운반차량을 개략적으로 나타낸 평면 개략도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 변속충격 저감을 위한 제어시스템을 구성하는 요소들의 개략적 연결관계를 보인 블록 구성도.
도 3, 도 4는 변속충격 저감을 구현하기 위한 제어로직을 나타낸 도면으로서, 도 3은 고감속비의 변속기에 적용되는 제어로직이며, 도 4는 저감속비의 변속기에 적용되는 제어로직을 나타낸다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어 공지된 구성에 대해서는 그 상세한 설명은 생략하며, 또한 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 소지가 있는 구성에 대해서도 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 변속충격 저감을 위한 제어시스템을 채택하고 있는 전기구동식 다목적 운반차량을 개략적으로 나타낸 평면 개략도이다. 먼저 도 1을 참조하여 본 발명에 따른 변속충격 저감을 위한 제어시스템이 적용된 다목적 운반차량 구성에 대해 개략적으로 살펴보기로 한다.
본 발명에 적용된 전기구동식 다목적 운반차량은, 전기에너지를 저장하는 고전압 배터리(4)와, 이 고전압 배터리(4)에서 제공되는 전기에너지를 동력원으로 하여 차량 주행을 위한 동력을 출력하는 모터(3)와, 모터(3)에서 출력된 동력을 주행에 적합한 속도로 단계적 또는 연속적으로 변화시킬 수 있도록 여러 단의 기어 단수를 형성하고 있는 변속기(9)를 포함한다.
변속기(9)에서 변속된 동력은 후륜 구동축(92a)과 전륜 구동축(92b) 및 각 구동축이 연결된 후방차동장치(14)와 전방차동장치(12)를 거쳐 좌, 우 쌍을 이루는 후륜(RW) 및 전륜(FW)에 전달되고, 주행동력을 발생시키는 상기 모터(3)는 가속페달(1) 조작변위에 연계한 콘트롤러(2)의 제어로서 그 출력이 조절된다. 또한 콘트롤러(2)는 모터(3) 출력뿐 아니라 운동에너지를 다시 전기에너지로 회생시키는 회생제어에도 관여한다.
전륜(FW)과 후륜(RW) 사이에는 운전자 및 동승자가 탑승하고 운전을 위한 차량 조작을 행할 수 있는 운전석 공간이 마련된다. 그리고 운전자 착석을 위한 시트(미도시)가 상기 운전석 공간 적소에 마련된다. 운전석 공간 전방 즉, 대쉬보드 패널 쪽에는 조향을 위한 스티어링(부호 생략)을 포함, 각종 조작장치가 배치되어 있으며, 전기에너지를 저장한 고전압 배터리(4)을 탑재할 수 있는 공간(부호 생략)이 상기 시트 아래 쪽에 형성되어 있다.
변속기(9)에는 변속수행 시 변속된 기어의 단수 정보를 획득하는 변속단수 감지수단(10)이 마련된다. 이 변속단수 감지수단(10)은 변속기어의 포지션을 통해 변속단수를 검출하는 통상적인 위치센서일 수 있으며, 상기 콘트롤러(2)와 함께 주행 중 가속페달에서 발을 떼거나 고속영역에서 저속영역으로 급격한 다운변속이 행해질 경우 모터(3)의 출력을 제어함으로써 본 발명에 따른 변속충격 저감을 위한 제어시스템을 구축한다.
도 2는 위와 같이 변속단수 감지수단을 포함하여 구현되는 본 발명의 실시예에 따른 변속충격 저감을 위한 제어시스템을 개략적으로 나타낸 블록 구성도이다.
도 2를 참조하면, 전기구동식 다목적 운반차량에 적용되는 본 발명에 따른 변속충격 저감을 위한 제어시스템은, 변속단수 감지수단(10) 및 모터(3) 출력을 제어하는 상기한 콘트롤러(2)를 포함하여 구현되며, 주행 중 급격한 다운변속이 행해지면 상기 변속단수 감지수단(10)이 이를 감지하여 콘트롤러(2) 측으로 해당 신호를 출력하고, 콘트롤러(2)는 전달받은 다운변속신호를 기반으로 모터(3)의 회전속도를 제어함으로써 변속충격을 완화시킨다.
구체적으로 상기 콘트롤러(2)는, 고속영역에서 저속영역으로 급격한 다운이 행해졌을 때, 그 급격한 다운변속에 따른 변속비의 차이 예를 들어, 3단에서 1단으로 변속이 이행된 경우 3단과 1단의 변속비 차이에 상응하는 회전속도만큼 일시적으로 상기 모터(3)의 회전속도를 가속시키는 인위적 제어를 행하고, 변속이 완료되면 가속된 모터(3)의 회전수를 가속페달에 의해 설정된 회전수로 서서히 복귀시키는 감속제어를 행한다.
고속영역에서 저속영역으로 급격하게 감속시키는 조작이 행해지는 경우에 있어 고속에서 저속으로 감속되는 변속비의 차이에 상응하는 회전수만큼 일시적으로 모터(3)가 가속하게 되면, 고단에서 저단으로 변속되는 과정에서 발생하는 순간적인 변속충격을 줄일 수 있고, 다운변속완료 후 가속된 모터(3) 속도가 서서히 줄어들도록 감속제어를 행하면 변속 위화감이 줄어 승차감이 향상될 수 있다.
콘트롤러(2)에 의해 일시적으로 가속되는 상기 모터(3)의 회전속도는 기어 변속비의 차이 예컨대, 3단 변속기인 경우 3단에서 2단으로 다운변속이 행해질 경우의 변속비 차이, 3단에서 2단으로 다운변속이 행해질 경우의 변속비 차이, 그리고 2단에서 1단으로 다운변속이 행해질 경우의 변속비 차이 등 각 상황에 맞게 해당 변속비 차이를 고려하여 산출된 수치로서 콘트롤러(2)에 미리 입력되어 있다.
상기와 같은 전기구동식 다목적 운반차량의 변속충격 저감을 위한 제어시스템에 의해 행해지는 변속충격 저감과정을 본 발명의 다른 측면에 따른 변속충격 저감을 위한 제어방법을 통해 간단히 살펴보기로 한다.
도 3, 도 4는 변속충격 저감을 구현하기 위한 제어로직을 나타낸 도면으로서, 도 3은 고감속비의 변속기에 적용되는 제어로직이며, 도 4는 저감속비의 변속기에 적용되는 제어로직을 나타낸다. 앞서 첨부된 도면을 함께 참조하여 살펴보기로 한다.
차량의 주행속도는 가속페달(1) 조작 변위에 기반하는 콘트롤러(2)에 의한 모터(3) 출력 조절에 따라 결정된다. 그리고 주행 중 변속기(9)에 의해 차량을 가속시키거나 감속시키는 방향으로 변속이 이행되면 변속단수 감지수단(10)이 변속된 단수를 검출한다. 특히 주행 중 다운변속이 행해지면, 해당 다운변속에 따른 변속 전 기어비와 변속 후 기어비의 차이가 미리 설정된 다운변속비 이상의 다운변속인가를 판단한다.
계속해서, 검출된 변속이 변속비 차이가 큰 다운변속인 것으로 판단되면, 급격한 다운변속에 의한 변속충격이 최소화될 수 있도록, 모터(3)의 회전속도를 가속시키는 제어를 통해 변속 전 모터의 회전속도와 변속 후 모터의 회전속도를 차이를 보상한다. 구체적으로는 변속전과 후의 변속비 차이에 따른 모터(3)의 회전속도 차이를 보상할 수 있는 속도로 모터를 일시적으로 가속시킨다.
한편, 도 4의 도시와 같이 저감속비의 변속기인 경우에는, 이웃하는 변속단수 사이의 변속비 차이가 크지 않기 때문에, 다운변속이 행해졌을 경우 우선 변속비 차이를 연산을 통해 출력하고, 연산 출력된 변속비 차이를 기초로 하여 해당 변속비 차이가 미리 설정된 변속비 이상의 다운변속인 경우에 한하여, 위와 같이 모터를 가속시키는 제어가 행해질 수 있도록 한다.
이상에서 살펴본 본 발명의 실시예에 따르면, 주행 중 가속페달에서 발을 떼거나 고속영역에서 저속영역으로 급격하게 감속시키는 가속페달 조작이 행해지는 경우에 있어, 고속에서 저속으로 감속되는 변속비의 차이에 상응하는 회전수만큼 일시적으로 원동기(모터)가 가속됨으로써 변속(감속)과정에서 발생하는 순간적인 변속충격이 줄어들게 되고, 따라서 보다 편안하고 안정된 승차감이 확보될 수 있다.
또한, 변속충격이 줄어들면 변속충격으로 발생될 수 있는 낙상과 같은 안전사고 또한 예방할 수 있어 운전자의 안전을 도모할 수 있으며, 엔진 및 동력전달계통에 변속충격으로 무리한 힘이 전가되는 것이 현저히 줄어들게 되므로, 엔진 및 동력전달계통을 포함하여 차량의 전체적인 성능의 향상을 기대할 수 있으며 장치수명은 일층 연장시킬 수 있는 효과 또한 기대된다.
이상의 본 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시 예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
1 : 가속페달 2 : 콘트롤러
3 : 모터 4 : 고전압 배터리
9 : 변속기 10 : 변속단수 감지수단
12 : 전방차동장치 14 : 후방차동장치
92a : 후륜 구동축 92b : 전륜 구동축
FW : 전륜 RW : 후륜

Claims (5)

  1. 변속기를 채택하며 전기에너지를 동력원으로 하는 모터의 출력에 의해 움직이는 전기구동방식 다목적 운반차량에 적용되고,
    모터의 출력 제어를 위한 콘트롤러와,
    변속 시 변속된 기어의 단수 정보를 획득하는 변속단수 감지수단를 포함하며,
    주행 중 미리 설정된 다운변속비 이상의 다운변속이 행해지면 상기 변속단수 감지수단이 이를 감지하여 콘트롤러 측으로 해당 신호를 출력하고,
    변속단수 감지수단으로부터 제공된 다운변속신호를 기반으로 상기 콘트롤러가 상기 다운변속에 따른 변속비의 차이에 상응하는 회전속도만큼 일시적으로 모터를 가속시켜 변속충격이 완화되도록 하는 것을 특징으로 하는 전기구동식 다목적 운반차량의 변속충격 저감을 위한 제어시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 변속단수 감지수단은 변속기어의 포지션을 통해 변속단수를 검출하는 위치센서이며,
    다운변속이 완료되면 상기 콘트롤러에 의해 일시적으로 가속된 모터를 복귀시키기 위한 감속제어가 수행되는 것을 특징으로 하는 전기구동식 다목적 운반차량의 변속충격 저감을 위한 제어시스템.
  3. (a) 주행 중 변속을 감지하는 단계;
    (b) 상기 변속 감지단계를 통해 주행 중 변속이 감지된 경우 해당 변속이 미리 설정된 다운변속비 이상의 다운변속인가를 판단하는 단계;
    (c) 미리 설정된 다운변속비 이상의 다운변속인 것으로 판단되면 모터의 회전속도를 가속시키기 위한 제어를 행하는 단계;를 포함하는 전기구동식 다목적 운반차량의 변속충격 저감을 위한 제어방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 (c)단계에서는 다운변속에 따른 기어 변속비의 차이에 상응하는 회전속도만큼 모터의 회전속도를 일시적으로 가속시키는 제어가 행해지도록 하는 것을 특징으로 전기구동식 다목적 운반차량의 변속충격 저감을 위한 제어방법.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 (c)단계에 의한 모터 회전속도를 가속시키는 제어 이후, 일시적으로 가속된 모터를 감속시키는 제어를 수행하는 단계;를 더 포함하는 전기구동식 다목적 운반차량의 변속충격 저감을 위한 제어방법.
KR1020110141085A 2011-12-23 2011-12-23 전기구동식 다목적 운반차량의 변속충격 저감을 위한 제어시스템 및 제어방법 KR101361797B1 (ko)

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