KR20150018010A - 회생 제동을 이용한 하이브리드 차량의 자세 제어 장치 및 방법 - Google Patents

회생 제동을 이용한 하이브리드 차량의 자세 제어 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량의 자세가 불안할때 차량의 회생 제동력을 감소 또는 증가하여 차량의 자세를 보정할 수 있도록 한 회생 제동을 이용한 하이브리드 차량의 자세 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 하이브리드 차량의 자세 제어 방법으로서, 상기 하이브리드 차량의 주행상태정보를 수신받아 요레이트를 계산하는 단계; 상기 계산된 요레이트와 요레이트 센서로부터 측정된 요레이트를 기초로 계산된 델타 요레이트와 요레이트 임계값과의 비교를 통해 상기 하이브리드 차량이 오버 스티어/언더 스티어 경향이 있는지 여부를 판단하는 단계; 상기 판단하는 단계의 판단결과, 상기 하이브리드 차량이 오버 스티어/언더 스티어 경향이 있는 경우 운전자의 브레이크 페달 조작량에 따른 신호를 인가받아 상기 신호를 기초로 계산된 운전자 제동력을 충족하도록 회생 제동력과 유압 제동력을 각각 결정하는 단계; 및 상기 결정된 회생 제동력에서 상기 델타 요레이트에 따른 추가 회생제동력을 증가 또는 감소시켜 상기 하이브리드 차량의 제동을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 자세 제어 방법이 제공된다.

Description

회생 제동을 이용한 하이브리드 차량의 자세 제어 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING POSTURE OF HYBRID ELECTRIC VEHICLE USING REGENERATIVE BREAKING}
본 발명은 회생 제동을 이용한 하이브리드 차량의 자세 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차량의 자세가 불안할때 차량의 회생 제동력을 감소 또는 증가하여 차량의 자세를 보정할 수 있도록 한 회생 제동을 이용한 하이브리드 차량의 자세 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
하이브리드 차량은 서로 다른 두 종류 이상의 동력원을 효율적으로 조합하여 차량을 구동시키는 것을 의미하나, 대부분의 경우는 연료(가솔린 등 화석연료)를 연소시켜 회전력을 얻는 엔진과 배터리 전력으로 회전력을 얻는 전기모터에 의해 구동하는 차량을 의미하며, 이를 통상 하이브리드 차량(Hybrid Electric Vehicle, HEV)이라 부르고 있다.
이러한 하이브리드 차량은 엔진뿐만 아니라 전기모터를 보조동력원으로 채택하여 연비 향상 및 배기가스 저감을 도모할 수 있는 미래형 차량으로, 연비를 개선하고 환경친화적인 제품을 개발해야 한다는 시대적 요청에 부응하여 더욱 활발한 연구가 진행되고 있다.
하이브리드 차량은 전기모터(구동모터)의 동력만을 이용하는 순수 전기자동차 모드인 EV(Electric Vehicle) 모드, 엔진의 회전력을 주동력으로 하면서 구동모터의 회전력을 보조동력으로 이용하는 HEV(Hybrid Electric Vehicle) 모드, 차량의 제동 혹은 관성에 의한 주행시 제동 및 관성 에너지를 상기 구동모터의 발전을 통해 회수하여 배터리를 충전하는 회생제동(Regenerative Braking, RB) 모드 등의 주행모드로 주행한다.
이와 같이 엔진의 기계적 에너지와 배터리의 전기 에너지를 함께 이용하고 엔진과 구동모터의 최적 작동영역을 이용함은 물론 제동시에는 구동모터로 에너지를 회수하므로 차량 연비 향상 및 효율적인 에너지 이용이 가능해진다.
한편, 상기와 같은 하이브리드 차량과 더불어 모터를 구동시켜 주행하는 순수 전기 차량(Electric Vehicle, EV)이나, 연료전지에서 생성되는 전력으로 모터를 구동시켜 주행하는 연료전지 차량(Fuel Cell Electric Vehicle, FCEV) 등의 전기자동차에서는 제동이 필요한 경우 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하는 회생제동을 통해 연비를 향상시키는데, 이때 유압제동장치에 의한 제동력, 즉 유압제동력과, 모터의 발전 동작 전환 및 회전 저항에 의한 전기 제동력, 즉 회생제동력 간의 적절한 분배가 필수적이다. 하이브리드 차량의 제동 제어 방법으로는 대한민국 공개특허공보 제2012-24001호 외에도 다수개 출원되어 있는 상태이다.
그러나, 상기 특허를 포함하는 종래의 자세 제어 장치는 유압제동력과 회생 제동력을 분배할때 차량의 자세를 고려하지 않고 분배함에 따라 운전자 의도대로 차량이 주행되는 상태가 아닌, 차량의 자세가 불안할때 운전자가 원하는대로 차량이 거동되지 않아 위험에 빠뜨릴 수 있는 문제를 가지고 있다. 예를 들면 언더 시티어(understeer)시에 운전자가 조향하는 것보다 차량이 못 따라오고 오버 시티어(oversteer)시에 운전자가 원하는 것보다 많이 조향되어 매우 위험한 상황에 처할 수 있다.
[문헌 1] 대한민국공개특허공보 제2012-0024001호 전기자동차의 제동 제어 방법(현대자동차주식회사) 2012.03.14
본 발명의 목적은, 차량의 자세가 불안할때 차량의 회생 제동력을 감소 또는 증가하여 차량의 자세를 보정할 수 있도록 한 회생 제동을 이용한 하이브리드 차량의 자세 제어 장치 및 방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 하이브리드 차량의 자세 제어 방법으로서, 상기 하이브리드 차량의 주행상태정보를 수신받아 요레이트를 계산하는 단계; 상기 계산된 요레이트와 요레이트 센서로부터 측정된 요레이트를 기초로 계산된 델타 요레이트와 요레이트 임계값과의 비교를 통해 상기 하이브리드 차량이 오버 스티어/언더 스티어 경향이 있는지 여부를 판단하는 단계; 상기 판단하는 단계의 판단결과, 상기 하이브리드 차량이 오버 스티어/언더 스티어 경향이 있는 경우 운전자의 브레이크 페달 조작량에 따른 신호를 인가받아 상기 신호를 기초로 계산된 운전자 제동력을 충족하도록 회생 제동력과 유압 제동력을 각각 결정하는 단계; 및 상기 결정된 회생 제동력에서 상기 델타 요레이트에 따른 추가 회생제동력을 증가 또는 감소시켜 상기 하이브리드 차량의 제동을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 자세 제어 방법이 제공된다.
상기 추가 회생제동력은 세츄레이션되는 회생 제동력을 기준으로 상기 운전자 제동력부터 상기 회생 제동력보다 일정량만큼 낮은 지점까지의 구간 내에서 상기 델타 요레이트에 따라 정해지는 것이 바람직하다.
상기 계산하는 단계는 전륜의 종방향 힘과 반비례 관계에 있는 전륜의 횡방향 힘에 근거하여 상기 델타 요레이트를 계산하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 하이브리드 차량의 자세 제어 장치에 있어서, 상기 하이브리드 차량의 주행상태정보를 수신받아 델타요레이트를 계산하는 계산부; 상기 계산된 델타 요레이트와 요레이트 임계값과의 비교를 통해 상기 하이브리드 차량이 오버 스티어/언더 스티어 경향이 있는지 여부를 판단하는 판단부; 상기 판단부의 판단결과, 상기 하이브리드 차량이 오버 스티어/언더 스티어 경향이 있는 경우 운전자의 브레이크 페달 조작량에 따른 신호를 인가받아 상기 신호를 기초로 계산된 운전자 제동력을 충족하도록 회생 제동력과 유압 제동력을 각각 결정하는 결정부; 및 상기 결정된 회생 제동력에서 상기 델타 요레이트에 따른 추가 회생제동력을 증가 또는 감소시켜 상기 하이브리드 차량의 제동을 수행하는 제동 수행부를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 자세 제어 장치가 제공된다.
상기 추가 회생제동력은 세츄레이션되는 회생 제동력을 기준으로 상기 운전자 제동력부터 상기 회생 제동력보다 일정량만큼 낮은 지점까지의 구간 내에서 상기 델타 요레이트에 따라 정해지는 것이 바람직하다.
상기 계산부는 전륜의 종방향 힘과 반비례 관계에 있는 전륜의 횡방향 힘에 근거하여 상기 델타 요레이트를 계산하는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예에 따르면 차량의 자세가 불안할때 차량의 회생 제동력을 감소 또는 증가하여 차량의 자세를 보정함에 따라 운전자가 원하는대로 차량이 거동될 수 있어 선회 안정성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 자세 제어 장치를 설명하기 위한 도면,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 자세 제어 장치의 제어 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도,
도 3은 운전자 제동력, 회생 제동력 및 유압제동력을 나타낸 그래프,
도 4는 델타 요레이트에 따른 추가 회생제동력을 도시한 그래프,
도 5는 전륜의 종방향 힘과 횡방향 힘을 나타낸 그래프, 그리고
도 6은 차량의 요레이트를 구하기 위한 수학식을 설명하기 위한 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 자세 제어 장치를 설명하기 위한 도면을 도시하고 있다.
도 1을 참조하면 본 발명의 실시에에 따른 하이브리드 차량의 자세 제어 장치(10)는 수신부(11), 계산부(12), 판단부(13), 결정부(14), 제동 수행부(15) 및 메모리(16)를 포함하여 구성된다. 메모리(16)에는 차량의 제원을 저장한다. 또한 메모리(16)는 요레이트 임계값을 저장하고 있으며, 델타 요레이트 값별 추가 회생제동력이 저장될 수 있다.
수신부(11)는 하이브리드 차량에 설치된 각종 센서로부터 측정된 측정정보, 즉 차량의 주행상태정보를 수신한다. 여기서, 각종 센서는 운전자로부터 입력된 브레이크 페달의 조작량을 측정하는 센서, 조향각을 측정하는 센서, 차속을 측정하는 센서 및 요레이트를 측정하는 센서 등이 포함될 수 있다.
계산부(12)는 수신부(11)에 의해 수신된 차량의 주행상태정보 중 차속과 조향각을 이용하여 요레이트를 계산한다. 또한 요레이트는 도 6에서 보는 bicycle 모델과 다음의 수학식 1을 통하여 계산된다.
Figure pat00001
도 6의 bicycle 모델에서 lf는 전륜(Ff) 차축부터 무게 중심(CG)까지의 거리이고, lr은 후륜(Fr) 차축부터 무게 중심(CG)까지의 거리이고, v는 종방향의 차륜 속도이며,
Figure pat00002
는 조향각이고, Iz는 z축방향으로의 관성모멘트이며, Fy는 타이어의 횡방향 힘이다.
상술된 수학식 1의 결과를 보면 타이어, 즉 전륜의 횡방향 힘에 의해서 요레이트가 결정된다.
도 5는 타이어의 힘의 분포를 나타낸 그래프를 도시하고 있다. 타이어의 힘은 도 5에서 보는 바와 같이 Radius 선을 따라 움직이며 횡방향 힘(Fy)이 커질수록 종방향 힘(Fx)은 작아지고 Fx가 커지면 Fy가 작아짐을 알 수 있다. 따라서 요레이트가 커질때 전륜의 횡력을 감소시키기 위해서 전륜의 종방향 힘을 키워주면 된다는 것을 알 수 있다. 요레이트는 전륜의 종방향 힘과 반비례 관계에 있는 전륜의 횡방향 힘에 근거하여 계산된다.
또한 계산부(12)는 수신부(11)에 의해 수신된 차량의 주행상태정보 중 요레이트 센서로부터 측정된 요레이트와 계산된 요레이트를 이용하여 델타 요레이트를 계산한다.
판단부(13)는 델타 요레이트를 미리 설정된 요레이트 임계값과의 비교를 통해 하이브리드 차량이 오버 스티어 경향이 있는지 또는 언더 스티어 경향이 있는지 여부를 판단한다.
또한 판단부(13)는 수신부(11)에 의해 수신된 차량의 주행상태정보 중 브레이크 페달의 조작량에 근거하여 제동중인지 여부를 판단한다.
결정부(14)는 판단부(13)의 판단결과, 제동중인 경우 수신부(11)에 의해 수신된 브레이크 페달의 조작량에 따라 계산된 운전자 제동력을 충족하도록 회생 제동력과 유압제동력을 각각 결정한다. 여기서, 친환경 하이브리드 차량의 제동력은 유압에 의한 제동과 모터에 의한 제동 두가지로 구분되고, 도 3에서 보는 바와 같이 운전자의 제동력은 유압에 의한 제동력과 모터로 제동하는 회생 제동력의 합으로 이루어진다.
즉, 결정부(14)는 운전자의 브레이크 페달 조작량(Brake Pedal Depth)에 따른 신호를 인가받아 이를 기초로 운전자 제동력인 총 제동요구량을 계산한 뒤 제동 분배, 즉 총 제동요구량을 충족하도록 회생제동력과 유압제동력을 분배하여 각각 결정한다.
제동 수행부(15)는 판단부(13)의 판단결과 오버 스티어 또는 언더 스티어 경향이 있는 경우 계산된 델타 요레이트에 따른 추가 회생 제동력을 결정하고 결정된 추가 회생 제동력을 반영하여 차량의 제동을 수행한다. 여기서 추가 회생 제동력은 도 4의 그래프에 잘 도시되어 있으며, 세츄레이션되는 회생 제동력을 기준으로 운전자 제동력부터 회생 제동력보다 일정량만큼 낮은 지점까지의 구간 내에서 델타 요레이트의 크기에 따라 정해진다.
더 설명하면, 제동 수행부(15)는 결정된 회생 제동력에서 델타 요레이트에 따른 추가 회생 제동력만큼 증가 또는 감소시켜서 하이브리드 차량의 제동을 수행한다. 오버 스티어 또는 언더 스티어 경향이 없는 경우 제동 수행부(15)는 결정부(14)에 의해 결정된 회생 제동력과 유압제동력으로 하이브리드 차량의 제동을 수행한다.
또한 제동 수행부(15)는 회생 제동력에 사응하는 최종 회생제동토크를 모터 제어기(미도시)로 전달하고, 유압 제동력에 상응하는 유압제동코트를 브레이크 제어기(미도시)로 전달한다. 여기서 모터 제어기는 전달된 회생제동토크 지령에 따라 실제 모터의 회생제동을 제어하고, 브레이크 제어기는 유압제동토크 지령에 따라 유압제동장치(미도시)의 유압 제어를 통해 유압제동을 제어하게 된다.
하이브리드 차량의 모터에 의한 회생제동력은 자동차의 구조상 전륜에만 인가되는 시스템으로, 차량이 언더 스티어 경향을 보이면 전륜의 회생 제동력을 증가 혹은 감소하여 차량의 자세를 제어할 수 있다.
따라서, 하이브리드 차량의 자세가 불안할때 델타 요레이트를 반영한 추가 회생 제동력만큼 회생 제동력에서 증감하여 차량의 자세를 제어할 수 있다.
이와 같은 구성을 갖는 회생 제동을 이용한 차량의 자세 제어 방법을 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
전술된 자세 제어 장치(10)의 수신부(11)는 차량의 주행상태정보를 수신한다(S11). 자세 제어 장치(10)는 하이브리드 차량인지 여부를 판단하는 과정을 수행할 수 있다. 하이브리드 차량이 아닌 경우 유압에 의한 제동력을 수행하고, 하이브리드 차량인 경우 유압에 의한 제동력과 모터로 인한 회생 제동력을 수행하기 때문에 후술하는 S17 단계 이전에 하이브리드 차량인지 여부를 판단하는 단계를 거침이 바람직하다.
자세 제어 장치(10)의 계산부(12)는 차량의 주행상태정보를 이용하여 요레이트를 계산한다(S12). 요레이트는 상술된 bicycle 모델과 수학식 1을 통하여 계산되며, 전륜의 횡방향 힘에 의해서 결정된다. 또한 요레이트는 차량의 주행상태정보 중 조향각과 차속을 이용해서도 계산될 수 있다.
자세 제어 장치(10)의 계산부(12)는 계산된 요레이트와 요레이트 센서(미도시)로부터 측정된 요레이트를 이용하여 델타 요레이트를 계산한다(S13).
자세 제어 장치(10)의 판단부(13)는 계산된 델타 요레이트와 미리 설정된 요레이트 임계값과의 비교를 통해 오버 스티어/언더 스티어 경향이 있는지 여부를 판단한다(S15).
상기 S15 단계의 판단결과, 오버 스티어/언더 스티어 경향이 없는 경우 자세 제어 장치(10)의 제동 수행부(15)는 운전자의 브레이크 페달 조작량이 입력된 경우 그 입력된 조작량에 따라 계산된 운전자 제동력을 충족하도록 결정된 유압 제동력과 회생제동력으로 차량의 제동을 수행한다(S18).
상기 S15 단계의 판단결과, 오버 스티어/언더 스티어 경향이 있는 경우 자세 제어 장치(10)의 판단부(13)는 운전자가 제동중인지 여부를 판단한다(S17). 즉, 판단부(13)는 운전자로부터 입력된 브레이크 페달 조작량이 있는 경우 운전자가 제동중으로 판단하고, 브레이크 페달 조작량이 없는 경우 운전자가 제동중이 아닌 경우로 판단한다.
상기 S17 단계의 판단결과, 운전자가 제동중이 아닌 경우 자세 제어 장치(10)는 상술된 S11 단계로 프로세스를 이동하여 차량의 주행상태정보를 수신한다.
상기 S17 단계의 판단결과, 운전자가 제동중인 경우 자세 제어 장치(10)의 결정부(14)는 운전자의 브레이크 페달 조작량에 따라 계산된 운전자 제동력을 충족하도록 회생 제동력과 유압 제동력을 결정한다(S19).
이후 자세 제어 장치(10)의 제동 수행부(15)는 델타 요레이트에 따른 추가 회생 제동력을 결정하고 결정된 추가 회생 제동력을 S19 단계에서 결정된 회생 제동력에 반영하여 최종적으로 결정된 회생 제동력과 유압 제동력으로 차량의 제동을 수행한다(S21).
이렇게 함으로써, 차량의 자세가 불안할때 불안한 자세를 보정할 수 있도록 추가 회생 제동력을 반영하여 차량의 제동을 수행할 수 있다.
이상의 본 발명은 상기에 기술된 실시예들에 의해 한정되지 않고, 당업자들에 의해 다양한 변형 및 변경을 가져올 수 있으며, 이는 첨부된 청구항에서 정의되는 본 발명의 취지와 범위에 포함된다.
10 : 자세 제어 장치 11 : 수신부
12 : 계산부 13 : 판단부
14 : 결정부 15 : 제동 수행부
16 : 메모리

Claims (6)

  1. 하이브리드 차량의 자세 제어 방법으로서,
    상기 하이브리드 차량의 주행상태정보를 수신받아 요레이트를 계산하는 단계;
    상기 계산된 요레이트와 요레이트 센서로부터 측정된 요레이트를 기초로 계산된 델타 요레이트와 요레이트 임계값과의 비교를 통해 상기 하이브리드 차량이 오버 스티어/언더 스티어 경향이 있는지 여부를 판단하는 단계;
    상기 판단하는 단계의 판단결과, 상기 하이브리드 차량이 오버 스티어/언더 스티어 경향이 있는 경우 운전자의 브레이크 페달 조작량에 따른 신호를 인가받아 상기 신호를 기초로 계산된 운전자 제동력을 충족하도록 회생 제동력과 유압 제동력을 각각 결정하는 단계; 및
    상기 결정된 회생 제동력에서 상기 델타 요레이트에 따른 추가 회생제동력을 증가 또는 감소시켜 상기 하이브리드 차량의 제동을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 자세 제어 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 추가 회생제동력은 세츄레이션되는 회생 제동력을 기준으로 상기 운전자 제동력부터 상기 회생 제동력보다 일정량만큼 낮은 지점까지의 구간 내에서 상기 델타 요레이트에 따라 정해지는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 자세 제어 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 계산하는 단계는 전륜의 종방향 힘과 반비례 관계에 있는 전륜의 횡방향 힘에 근거하여 상기 요레이트를 계산하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 자세 제어 방법.
  4. 하이브리드 차량의 자세 제어 장치에 있어서,
    상기 하이브리드 차량의 주행상태정보를 수신받아 델타요레이트를 계산하는 계산부;
    상기 계산된 델타 요레이트와 요레이트 임계값과의 비교를 통해 상기 하이브리드 차량이 오버 스티어/언더 스티어 경향이 있는지 여부를 판단하는 판단부;
    상기 판단부의 판단결과, 상기 하이브리드 차량이 오버 스티어/언더 스티어 경향이 있는 경우 운전자의 브레이크 페달 조작량에 따른 신호를 인가받아 상기 신호를 기초로 계산된 운전자 제동력을 충족하도록 회생 제동력과 유압 제동력을 각각 결정하는 결정부; 및
    상기 결정된 회생 제동력에서 상기 델타 요레이트에 따른 추가 회생제동력을 증가 또는 감소시켜 상기 하이브리드 차량의 제동을 수행하는 제동 수행부를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 자세 제어 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 추가 회생제동력은 세츄레이션되는 회생 제동력을 기준으로 상기 운전자 제동력부터 상기 회생 제동력보다 일정량만큼 낮은 지점까지의 구간 내에서 상기 델타 요레이트에 따라 정해지는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 자세 제어 장치.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 계산부는 전륜의 종방향 힘과 반비례 관계에 있는 전륜의 횡방향 힘에 근거하여 상기 델타 요레이트를 계산하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 자세 제어 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US11834028B2 (en) * 2022-04-05 2023-12-05 Mazda Motor Corporation Vehicle gear-shifting control apparatus
US11845427B2 (en) 2019-08-06 2023-12-19 Hyundai Motor Company Hybrid vehicle and stability control method for the same

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