KR20140032703A - 노면 조건을 고려한 차량의 제동 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 노면 조건을 고려한 차량의 제동 제어 방법에 관한 것으로서, 차량 주행 동안 회생제동력의 결정과 전륜, 후륜의 제동력 분배에 있어서 노면 조건을 반영함으로써 차량의 휠 락 발생으로 인한 제동거리 증가를 방지하고, 회생제동 중단의 최소화를 통해 연비 저하를 방지할 수 있는 제동 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있는 것이다. 상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 운전자 제동 요구가 있게 되면 운전자 요구 제동 감가속도와 현재 주행 도로의 노면 마찰계수를 계산하는 단계; 상기 운전자 요구 제동 감가속도와 노면 마찰계수를 비교하여 운전자 요구 제동 감가속도가 노면 마찰계수 이하이면 구동륜만으로 제동할 때 휠 락이 발생하지 않는 최대 감가속도를 구하는 단계; 상기 최대 감가속도를 운전자 요구 제동 감가속도와 비교하여 최대 감가속도가 운전자 요구 제동 감가속도보다 작으면 구동륜의 회생제동력과 피동륜의 마찰제동력을 노면 마찰계수에 따라 분배하여 결정하는 단계; 및 상기 결정된 회생제동력과 마찰제동력을 발생시키도록 구동모터와 마찰제동장치를 제어하는 단계;를 포함하는 차량의 제동 제어 방법을 제공한다.

Description

노면 조건을 고려한 차량의 제동 제어 방법{METHOD FOR CONTROLLING BRAKING OF VEHICLE}
본 발명은 차량의 제동 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전기모터를 구동원으로 하는 친환경 자동차에서 노면 조건이 반영된 회생제동력의 결정과 전륜, 후륜에 대한 최적의 제동력 분배가 이루어질 수 있도록 함으로써 차량의 휠 락(wheel lock) 발생 및 회생제동 중단을 최소화할 수 있는 차량의 제동 제어 방법에 관한 것이다.
주지된 바와 같이 전기모터를 이용하여 주행하는 차량, 즉 순수 전기자동차(EV)나 하이브리드 자동차(HEV), 연료전지 자동차(FCEV)와 같은 친환경 자동차에서는 차량 제동시 회생제동을 한다.
친환경 자동차의 회생제동 시스템은 차량이 제동하는 동안 차량의 운동에너지를 전기에너지로 변환하여 배터리에 저장한 뒤 차량이 주행할 때 전기모터를 구동하는데 재사용(회수된 전기에너지를 차량의 운동에너지로 재사용)할 수 있도록 함으로써 차량의 연비를 향상시킨다.
이러한 회생제동이 수행되는 차량에서는 회생제동을 하는 동안 전기모터(구동모터)에서 발생하는 회생제동 토크와 마찰제동장치(유압제동장치)에서 발생하는 마찰제동 토크의 합이 운전자 요구 제동 토크를 충족시키도록 하는 회생제동 협조제어 기술이 요구된다.
이때, 모터의 발전 동작 및 회전저항에 의한 전기제동력, 즉 회생제동력과 마찰제동장치에 의한 마찰제동력 간의 적절한 분배가 필수적이다.
전륜에 구동모터가 장착된 차량의 경우 구동륜인 전륜에서만 회생제동을 수행하므로 에너지 회수율을 증가시키기 위해 전륜에 제동력을 집중시키는 회생제동 협조제어 기술이 적용된다.
도 1은 종래의 제동력 분배 방법을 나타내는 도면으로, 운전자 요구 제동 감가속도(Deceleration, D)에 따라 회생제동력과 마찰제동력이 분배되는 예를 보여주고 있다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 운전자 요구 제동 감가속도(D)가 제1기준치(Df _1) 이하인 경우 전륜(구동륜)의 회생제동력(최대 회생제동력값은 Ff _1임)에 의해서만 차량 제동이 이루어지도록 하고, 운전자 요구 제동 감가속도가 제1기준치(Df _1)보다 큰 경우에는 전륜의 회생제동력(Ff _1)과 후륜(피동륜)의 마찰제동력(D1 이하 영역에서 최대 마찰제동력값은 Fr _1임)에 의해 차량 제동이 이루어지도록 한다.
또한 운전자 요구 제동 감가속도(D)가 제2기준치(D1)보다 큰 경우에는 전륜의 회생제동력 및 마찰제동력, 후륜의 마찰제동력의 합으로 운전자 총 요구제동력을 충족시켜 차량 제동이 이루어지도록 한다.
그러나, 비나 눈이 와서 노면의 마찰계수가 마른 노면보다 낮아지면 전륜에 집중된 제동력으로 인해 전륜 휠 락(wheel lock)이 발생하여 제동거리가 증가하고, 이때 ABS(Anti-lock Brake System)가 작동하면서 회생제동은 중단된다.
이와 같이 종래에는 회생제동 수행 동안 노면 마찰계수의 변화로 인해 구동륜 휠 락이 발생하면 모터가 정지하므로 회생제동을 중단하고 마찰제동만으로 제동을 수행하며, 이 경우 회생제동의 중단으로 인해 에너지 회수율이 감소하여 차량의 연비가 저하되는 문제점이 있게 된다.
이러한 상황을 방지하기 위해서는 노면 조건을 반영한 전륜과 후륜의 제동력 분배를 수행하여 휠 락이 발생하지 않도록 함으로써 회생제동이 가능한 한 중단되지 않도록 하는 회생제동 제어전략이 요구된다.
즉, 노면 조건을 고려한 회생제동력의 결정과 전륜, 후륜의 적절한 제동력 분배가 이루어져야 하나, 종래의 경우 노면 조건을 전혀 반영하고 있지 않으므로 개선이 필요한 실정이다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로, 차량 주행 동안 회생제동력의 결정과 전륜, 후륜의 제동력 분배에 있어서 노면 조건을 반영함으로써 차량의 휠 락 발생으로 인한 제동거리 증가를 방지하고, 회생제동 중단의 최소화를 통해 연비 저하를 방지할 수 있는 제동 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 운전자 제동 요구가 있게 되면 운전자 요구 제동 감가속도와 현재 주행 도로의 노면 마찰계수를 계산하고, 계산된 현재의 노면 마찰계수에 해당하는 차량의 감가속도를 구하는 단계; 상기 운전자 요구 제동 감가속도와 차량의 감가속도를 비교하여 운전자 요구 제동 감가속도가 노면 마찰계수 이하이면 구동륜만으로 제동할 때 휠 락이 발생하지 않는 최대 감가속도를 구하는 단계; 상기 최대 감가속도를 운전자 요구 제동 감가속도와 비교하여 최대 감가속도가 운전자 요구 제동 감가속도보다 작으면 구동륜의 회생제동력과 피동륜의 마찰제동력을 노면 마찰계수에 따라 분배하여 결정하는 단계; 및 상기 결정된 회생제동력과 마찰제동력을 발생시키도록 구동모터와 마찰제동장치를 제어하는 단계;를 포함하는 차량의 제동 제어 방법을 제공한다.
상기한 본 발명에서, 상기 운전자 요구 제동 감가속도와 차량의 감가속도를 비교하여 운전자 요구 제동 감가속도가 노면 마찰계수보다 크면 회생제동을 중단하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 최대 감가속도를 운전자 요구 제동 감가속도와 비교하여 최대 감가속도가 운전자 요구 제동 감가속도 이상으로 큰 경우에는 구동륜의 회생제동만으로 차량 제동을 수행하는 것을 특징으로 한다.
또한 구동륜만으로 제동할 때 휠 락이 발생하지 않는 최대 감가속도가 노면 마찰계수에 따라 정의된 데이터를 구비하고, 상기 데이터를 이용하여 현재 주행 도로의 노면 마찰계수에 해당하는 최대 감가속도가 구해지는 것을 특징으로 한다.
또한 노면 마찰계수에 따라 구동륜의 회생제동력과 피동륜의 마찰제동력의 분배 값이 정의된 데이터를 구비하고, 상기 데이터를 이용하여 현재 주행 도로의 노면 마찰계수에 따른 구동륜의 회생제동력과 피동륜의 마찰제동력을 결정하는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 본 발명의 제동 제어 방법에서는 노면 마찰계수를 고려한 회생제동 여부 결정, 구동륜과 피동륜의 제동력 분배가 이루어지므로 구동륜의 휠 락 발생으로 인한 제동거리 증가와 회생제동 중단을 효과적으로 방지할 수 있으며, 차량 연비를 향상시키는 이점이 있게 된다.
즉, 본 발명에서는 상술한 과정에 의해 현재 주행 도로의 노면 마찰계수에 따라 구동륜의 회생제동력과 피동륜의 마찰제동력이 결정되어(노면 마찰계수가 달라질 경우 회생제동력과 마찰제동력이 변화함), 이때 결정된 회생제동력과 마찰제동력에 의해 차량 제동이 이루어질 경우, 휠 락이 발생하지 않아 제동거리가 줄어들고, 회생제동이 중단되지 않는 것이다.
특히, 다양한 마찰계수를 갖는 노면에서 휠 락이 발생하지 않는 범위에서 최대한의 회생제동을 수행할 수 있으므로 에너지 회수율을 높일 수 있고, 제동거리를 줄일 수 있는 효과가 제공된다.
도 1은 종래의 제동력 분배 방법을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 제동 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
도 3은 본 발명에서 제동력 분배를 위해 이용 가능한 데이터의 예시 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 제동력 분배 상태를 개략적으로 나타내는 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.
본 발명에서는 노면 조건, 보다 명확히는 노면 마찰계수를 반영하여 전륜과 후륜의 제동력을 분배하는 점에 주된 특징이 있으며, 특히 후술하는 바와 같이 운전자의 요구 제동 감가속도와 노면 마찰계수를 계산하고, 운전자의 요구 제동 감가속도, 노면 마찰계수, 구동륜만으로 제동할 때 휠 락이 발생하지 않는 최대 감가속도 정보를 이용하여 구동륜의 회생제동력과 피동륜의 마찰제동력을 결정하도록 구성된다.
도 2는 본 발명에 따른 제동 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
먼저, 도 2에 나타낸 바와 같이, 차량 주행 중 운전자가 브레이크 페달을 밟음에 따라 운전자 제동 요구가 있게 되면, 본 발명의 제동 제어를 수행하는 제어기가 운전자 요구 제동 감가속도(D)와 현재 주행 도로의 노면 마찰계수(μ)를 계산한다(S11,S12).
여기서, 운전자 요구 제동 감가속도(D)는 차량의 제동 제어를 위해 이미 이용되고 있는 제어변수로, 그 계산 방법 및 과정이 다양하게 알려져 있으므로, 본 발명에서 계산 방법 및 과정 자체에 대해서는 특정하게 한정하지 않으며(공지된 방법 중 선택하여 적용함), 또한 본 명세서에서 계산 방법 및 과정에 대한 설명은 생략하기로 한다.
일반적으로 운전자가 브레이크 페달을 밟는 양(스트로크량)이나 밟는 힘(압력), 필요에 따라서는 현재 차속 등의 정보가 차량 내 센서를 통해 검출되면, 이들 정보를 이용하여 운전자 요구 제동 감가속도를 계산하는 방식이 알려져 있다.
더불어 노면 마찰계수(μ) 역시 ABS 제어 등에 이미 이용되고 있는 알려진 제어변수이므로 본 명세서에서 노면 마찰계수의 계산 방법 및 과정에 대해 설명을 생략하기로 한다.
또한 본 발명에서 상기 제어기가 운전자 요구 제동 감가속도와 현재 주행 도로의 노면 마찰계수를 직접 계산할 수 있으나, 상기 제어기가 이들 정보를 산출하여 사용하고 있는 차량 내 타 제어기로부터 전달받아 이용하는 방식의 적용도 가능하다.
상기와 같이 운전자 요구 제동 감가속도(D)와 노면 마찰계수(μ)가 계산되면, 이 중에서 현재 주행 도로의 노면 마찰계수(μ)로부터는 차량의 감가속도(Dv)를 산출한다(S13).
상기 차량의 감가속도(Dv)는 후술하는 도 3의 맵 데이터 정보, 즉 각 노면 마찰계수(μ)에 따라 전륜 제동력(회생제동력)(횡축 값)과 후륜 제동력(마찰제동력)(종축 값)이 정의된 맵 데이터 정보로부터 구해질 수 있다.
예를 들어, 도 3에서 현재의 노면 마찰계수가 μ1이라면, μ1의 선과 횡축(X축)이 만나는 교점의 값이 전륜 제동력이 되고, μ1의 선과 종축(Y축)이 만나는 교점의 값이 후륜 제동력이 되는바, 전류 제동력과 후륜 제동력의 합인 전, 후륜의 총 제동력(차량 제동력)을 구하여, 이 총 제동력과 차량 중량 등 고유의 차량 제원 정보(제어기에 저장됨)를 이용해 현재 노면 마찰계수(μ=μ1)에서의 차량 감가속도(Dv)를 구할 수 있다.
이와 같이 차량의 감가속도(Dv)가 구해지면, 운전자 요구 제동 감가속도(D)와 차량의 감가속도(Dv)를 비교하여 회생제동 수행 여부를 결정한다(S14),
운전자 요구 제동 감가속도(D)가 현재 노면 마찰계수(μ)에서의 차량 감가속도(Dv)보다 크면 구동륜 또는 피동륜의 휠 락이 발생하므로 회생제동을 중단한다(ABS 제어가 이루어짐)(S16).
반면, 운전자 요구 제동 감가속도(D)가 차량 감가속도(Dv) 이하인 경우, 구동륜(전륜)만으로 제동할 때 휠 락이 발생하지 않는 최대 감가속도(Df _2)를 구하고(S15), 이때 결정된 최대 감가속도(Df _2)를 운전자 요구 제동 감가속도(D)와 비교하여(S17), 구동륜의 회생제동만으로 차량 제동을 수행할지, 아니면 구동륜의 회생제동과 피동륜의 마찰제동의 조합으로 차량 제동을 수행할지를 결정한다.
여기서, 전륜에 구동모터가 장착된 차량의 경우 전륜이 회생제동을 수행하는 구동륜이 되고 후륜이 피동륜이 되나, 후륜에 구동모터가 장착된 차량의 경우에는 후륜이 구동륜, 전륜이 피동륜이 되며, 이하 설명에서는 전륜이 구동륜인 경우의 예를 들어 설명하기로 한다.
위에서 전륜 제동시의 최대 감가속도(Df _2)가 운전자 요구 제동 감가속도(D) 이상으로 큰 경우에는 전륜의 휠 락 발생 없이 전륜의 회생제동력만으로 운전자 총 요구제동력을 충족시킬 수 있으므로 전륜의 회생제동만으로 차량 제동을 수행한다(S19).
반면, 전륜 제동시의 최대 감가속도(Df _2)가 운전자 요구 제동 감가속도(D)보다 작음을 판단한 경우, 전륜의 회생제동력만으로 운전자 요구제동력을 충족시킬 경우 휠 락이 발생할 수 있고, 결국 휠 락 발생을 방지하면서 운전자 요구제동력을 충족시키기 위해 후륜의 마찰제동이 필요한 상황이므로, 전륜 회생제동과 후륜 마찰제동의 조합으로 차량 제동을 수행한다(S18).
이때, 노면 마찰계수(μ)가 반영된 값으로 전륜 회생제동력과 후륜 마찰제동력이 분배되어 결정되는데, 이를 위해 제어기에는 노면 마찰계수(μ)에 따라 이상적인 제동력 분배 값을 결정하기 위한 수식 정보(현재의 노면 마찰계수로부터 전륜 회생제동력과 후륜 마찰제동력을 산출하기 위한 수식 정보) 또는 맵 데이터 정보(노면 마찰계수에 따라 이상적인 전륜 회생제동력과 후륜 마찰제동력이 정의된 맵 데이터 정보)가 미리 저장된다.
도 3은 맵 데이터 정보의 형태를 예시한 도면으로, 이 경우 노면 마찰계수에 따라 이상적인 전륜 제동력(회생제동력)(횡축 값)과 후륜 제동력(마찰제동력)(종축 값)을 결정할 수 있는 이상 제동 분배 곡선이 정의되어 있다.
예를 들어, 현재의 노면 마찰계수(μ)가 도 3에서와 같이 μ1이라면, μ1의 선과 이상 제동 분배 곡선이 만나는 교점에서 횡축(X축) 값(Ff)이 휠 락을 발생시키지 않는 전륜의 이상적인 회생제동력이 된다.
이 전륜의 이상적인 회생제동력을 현재의 노면 마찰계수에서 전륜의 회생제동력으로 결정하고, 이어 운전자 총 요구제동력에서 상기와 같이 결정된 전륜의 회생제동력을 감한 값을 후륜의 마찰제동력으로 결정하게 된다.
상기 후륜의 마찰제동력은 도 3의 맵 데이터 정보에서 μ1의 선과 이상 제동 분배 곡선이 만나는 교점에서 종축(Y축) 값(Fr _2)으로 결정될 수 있다.
결국, 상기와 같이 전륜 회생제동력과 후륜 마찰제동력이 결정되고 나면, 결정된 전륜 회생제동력과 후륜 마찰제동력이 발생할 수 있도록 구동모터의 회생제동과 마찰제동장치의 마찰제동을 제어한다.
그리고, 상기의 과정에서 전륜(구동륜)만으로 제동할 때 휠 락이 발생하지 않는 최대 감가속도(Df _2)는 피동륜인 후륜의 제동 없이 구동륜인 전륜만으로 회생제동할 때 휠 락이 발생하지 않는 최대 감가속도로서, 위에서 전륜 제동시의 최대 감가속도(Df _2)를 구한 뒤, 이를 운전자 요구 제동 감가속도(D)와 비교함을 설명하였는바, 전륜 제동시의 최대 감가속도(Df _2)는 도 3의 맵 데이터 정보에서 노면 마찰계수(μ)에 따른 값으로 미리 정의된 값이 될 수 있다.
즉, 각 노면 마찰계수(μ)의 선이 횡축(X축)과 만나는 교점에 해당하는 값으로 전륜 제동시의 최대 감가속도가 도 3의 맵 데이터 정보에 미리 정의된 뒤, 일례로 도 3의 맵 데이터 정보에서 현재의 노면 마찰계수가 μ1이라면, μ1의 선과 횡축이 만나는 교점에 해당하는 최대 감속도 값(도 3에서 Df _2로 나타냄)이 구해지도록 하는 것이다.
이와 같이 구해진 전륜 제동시의 최대 감가속도 값(Df _2)을 운전자 요구 제동 감가속도(D)와 비교하여 전륜의 회생제동만으로 차량을 제동시킬지, 아니면 전륜 회생제동과 후륜(피동륜) 마찰제동의 조합으로 차량을 제동시킬지 결정한다.
도 4는 도 2의 제어 과정에 따라 이루어지는 제동력 분배 상태를 개략적으로 나타낸 도면으로, 도시된 바와 같이, 운전자 요구 제동 감가속도(D)가 전륜 제동시의 최대 감가속도(Df _2) 이하로 작은 경우에는 전륜의 회생제동만으로 차량 제동을 수행한다.
반면, 운전자 요구 제동 감가속도(D)가 전륜 제동시의 최대 감가속도(Df _2)보다 큰 경우에는 전륜 회생제동과 후륜 마찰제동의 조합으로 차량 제동을 수행한다.
이와 같이 하여, 본 발명에서는 노면 마찰계수를 고려한 회생제동 여부 결정, 구동륜과 피동륜의 제동력 분배가 이루어지므로 구동륜(상기한 예에서 전륜임)의 휠 락 발생으로 인한 제동거리 증가와 회생제동 중단을 효과적으로 방지할 수 있으며, 차량 연비를 향상시키는 이점이 있게 된다.
즉, 본 발명에서는 상술한 과정에 의해 현재 주행 도로의 노면 마찰계수에 따라 구동륜의 회생제동력과 피동륜의 마찰제동력이 결정되어(노면 마찰계수가 달라질 경우 회생제동력과 마찰제동력이 변화함), 이때 결정된 회생제동력과 마찰제동력에 의해 차량 제동이 이루어질 경우, 휠 락이 발생하지 않아 제동거리가 줄어들고, 회생제동이 중단되지 않는 것이다.
특히, 다양한 마찰계수를 갖는 노면에서 휠 락이 발생하지 않는 범위에서 최대한의 회생제동을 수행할 수 있으므로 에너지 회수율을 높일 수 있고, 제동거리를 줄일 수 있는 효과가 제공된다.
이상으로 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하였는바, 본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.

Claims (5)

  1. 운전자 제동 요구가 있게 되면 운전자 요구 제동 감가속도와 현재 주행 도로의 노면 마찰계수를 계산하고, 계산된 현재의 노면 마찰계수에 해당하는 차량의 감가속도를 구하는 단계;
    상기 운전자 요구 제동 감가속도와 차량의 감가속도를 비교하여 운전자 요구 제동 감가속도가 노면 마찰계수 이하이면 구동륜만으로 제동할 때 휠 락이 발생하지 않는 최대 감가속도를 구하는 단계;
    상기 최대 감가속도를 운전자 요구 제동 감가속도와 비교하여 최대 감가속도가 운전자 요구 제동 감가속도보다 작으면 구동륜의 회생제동력과 피동륜의 마찰제동력을 노면 마찰계수에 따라 분배하여 결정하는 단계; 및
    상기 결정된 회생제동력과 마찰제동력을 발생시키도록 구동모터와 마찰제동장치를 제어하는 단계;
    를 포함하는 차량의 제동 제어 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 운전자 요구 제동 감가속도와 차량의 감가속도를 비교하여 운전자 요구 제동 감가속도가 노면 마찰계수보다 크면 회생제동을 중단하는 것을 특징으로 하는 차량의 제동 제어 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 최대 감가속도를 운전자 요구 제동 감가속도와 비교하여 최대 감가속도가 운전자 요구 제동 감가속도 이상으로 큰 경우에는 구동륜의 회생제동만으로 차량 제동을 수행하는 것을 특징으로 하는 차량의 제동 제어 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    구동륜만으로 제동할 때 휠 락이 발생하지 않는 최대 감가속도가 노면 마찰계수에 따라 정의된 데이터를 구비하고, 상기 데이터를 이용하여 현재 주행 도로의 노면 마찰계수에 해당하는 최대 감가속도가 구해지는 것을 특징으로 하는 차량의 제동 제어 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    노면 마찰계수에 따라 구동륜의 회생제동력과 피동륜의 마찰제동력의 분배 값이 정의된 데이터를 구비하고, 상기 데이터를 이용하여 현재 주행 도로의 노면 마찰계수에 따른 구동륜의 회생제동력과 피동륜의 마찰제동력을 결정하는 것을 특징으로 하는 차량의 제동 제어 방법.
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