KR20160149740A - 오토 홀드 기능을 갖는 전기 자동차 및 그 방법 - Google Patents

오토 홀드 기능을 갖는 전기 자동차 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 오토 홀드 기능을 갖는 스마트 전기 자동차 및 그 방법에 관한 것으로서, 본 발명의 실시예에 따른 스마트 전기 자동차는 차량의 브레이크 페달이 밟힘을 감지하는 제동 스위치, 오토 홀드(Auto Hold) 기능의 활성화에 대한 사용자의 요청을 받기 위한 오토 홀드 버튼, 및 상기 제동 스위치를 통해 상기 브레이크 페달의 밟힘이 감지되고, 상기 오토 홀드 버튼을 통해 오토 홀드 기능의 활성화를 요청 받은 상태에서, 상기 오토 홀드 기능의 활성화를 위한 조건이 만족하는 경우, 상기 오토 홀드 기능을 활성화하여 상기 차량이 제동되도록 보상 토크를 출력하는 차량제어유닛, 및 상기 차량제어유닛으로부터 수신되는 상기 보상 토크에 따라 상기 차량의 모터를 제어하여 상기 차량의 속도를 제어하는 모터제어유닛을 포함한다.

Description

오토 홀드 기능을 갖는 전기 자동차 및 그 방법{Electric vehicle with auto hold function and method thereof}
본 발명은 전기 자동차에 관한 것으로, 특히 오토 홀드 기능을 갖는 전기 자동차 및 그 방법에 관한 것이다.
차량에 구현된 오토 홀드(Auto Hold) 시스템은 엔진 자동차를 이용하여 오랫동안 시내운전을 하거나 혹은 경사로에서 잠시 정차하는 경우 유용한 기술이다. Auto Hold 시스템은 운전자의 발목의 긴장을 풀어주며 편안하게 운전할 수 있도록 하는 목적으로 만들어진 기능이다.
도 1을 종래의 오토 홀드(Auto Hold) 시스템의 각 구성들을 도시한 도면이다.
종래의 Auto Hold 시스템은 차량의 엔진 동작을 제어하기 위한 엔진 전자제어유닛(Electronic Control Unit, ECU)(11), 제동 페달(Brake Pedal)(12), 가속 페달(Accelerator Pedal)(13), 오토 홀드 버튼(Auto Hold Button)(14), 변속 레버(Switch Lever)(15), 바퀴 잠김 방지 장치(Antilock Braking System, ABS)(16) 등의 구성을 포함하며, 각 구성은 CAN 통신을 통해 서로 통신할 수 있다.
종래의 Auto Hold 시스템은 Auto Hold 버튼(14)이 눌러서 Auto Hold 기능이 동작 가능(enable) 상태에서, 운전자가 브레이크 페달(Brake Pedal)(12)을 밟지 않더라도(release 하더라도) 자동으로 차량의 상태를 정지 상태로 유지해준다. 이는 운전에 미숙한 운전자나 장시간 시내 주행을 하는 운전자에게 아주 유용한 시스템이고, 사고예방에 큰 효과가 있다.
구체적으로, 종래의 Auto Hold 시스템의 작동은 운전석 도어, 엔진후드, 테일게이트, 운전석 안전벨트 체결 상태가 정상으로 인지가 된 상태에서, Auto Hold 버튼(14)이 활성화되면, 작동 가능한 상태가 된다. Auto Hold 시스템의 기능이 정상적으로 활성화되고, 변속레버(15)가 D, N, R 단 중 하나의 단에 있는 상태에서, 차량이 정지하고 브레이크 페달(12)이 release 되더라도, 차량은 브레이크 페달(12)을 밟고 있는 것과 같은 상태로 차량은 유지 된다. 이때, 전자제어유닛(11)은 ABS(16)를 제어하여 차량의 제동을 유지한다.
단, 운전자가 차량의 전자식 주차 브레이크(Electric Parking Brake, EPB)를 동작시킨 상태에서 또는 변속레버(15)가 P 단에 있는 경우, Auto Hold 시스템은 동작 하지 않는다.
Auto Hold가 해지되는 조건은 수동으로 브레이크 페달(12)을 밟은 후 Auto Hold 버튼(14)을 눌러 완전히 Auto hold 기능이 해지되거나, 가속 페달(Accel Pedal)(13)을 서서히 밟아서 가속하게 되면 자동으로 해지된다.
만약, 완전히 해지 되지 않은 경우에는 차량이 다시 정지를 하면 본래의 Auto Hold 기능이 다시 동작 한다.
기존의 엔진 자동차의 경우, Auto Hold 활성화 버튼에 따라 전기 신호로 ABS(16)를 제어하여 기계적인 브레이크 유압을 통해 차량의 정지상태를 유지한다. 이는, 엔진의 제어로 하는 것이 아니라 기계적인 브레이크를 이용한 것이다. 이와 같이 종래의 Auto Hold 시스템은 기계적인 기구를 사용하여 하므로, 브레이크 패드와 같은 소모성 부품의 마모를 빨리 가져오는 단점이 있다.
본 발명의 목적은 차량이 정지한 상태에서 운전자가 브레이크 페달을 밟지 않더라도 브레이크 페달을 밟고 있는 것과 같은 상태로 차량을 유지하는 오토 홀드 기능을 갖는 전기 자동차 및 그 방법을 제공함에 있다.
전술한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 양상에 따른 오토 홀드 기능을 갖는 스마트 전기 자동차는 차량의 브레이크 페달이 밟힘을 감지하는 제동 스위치, 오토 홀드(Auto Hold) 기능의 활성화에 대한 사용자의 요청을 받기 위한 오토 홀드 버튼, 및 상기 제동 스위치를 통해 상기 브레이크 페달의 밟힘이 감지되고, 상기 오토 홀드 버튼을 통해 오토 홀드 기능의 활성화를 요청받은 상태에서, 상기 오토 홀드 기능의 활성화를 위한 조건이 만족하는 경우, 상기 오토 홀드 기능을 활성화하여 상기 차량이 제동되도록 보상 토크를 출력하는 차량제어유닛, 및 상기 차량제어유닛으로부터 수신되는 상기 보상 토크에 따라 상기 차량의 모터를 제어하여 상기 차량의 속도를 제어하는 모터제어유닛을 포함한다.
상기 차량제어유닛은 상기 차량이 정지하고, EPB(Electronic Parking Brake, 전자식 파킹브레이크) 버튼이 오프(off) 상태인 경우, 상기 오토 홀드 기능을 활성화한다.
상기 차량제어유닛은 상기 오토 홀드 기능이 활성화된 상태에서, 상기 EPB 버튼이 온(on) 상태로 전환되는 경우, 기 차량의 액셀레이터 페달의 밟힘을 감지하는 가속 스위치를 통해 상기 액셀레이터 페달의 밟힘이 감지되는 경우, 상기 차량의 브레이크 페달의 밟힘이 감지되고, 상기 오토 홀드 버튼이 오프 상태로 전환되는 경우 중 어느 하나의 경우, 상기 오토 홀드 기능을 비활성화한다.
상기 차량제어유닛은 상기 액셀레이터 페달의 밟힘이 감지되어 상기 오토 홀드 기능이 비활성화된 상태에서, 상기 브레이크페달의 밟힘이 감지되면 상기 오토 홀드 기능을 다시 활성화한다.
상기 모터제어유닛은 상기 모터의 속도를 상기 차량제어유닛으로 전달하며, 상기 모터의 속도에 따라 상기 차량제어유닛에서 계산된 상기 보상 토크를 수신하여 상기 차량의 속도를 제어한다.
상기 차량제어유닛은 상기 차량의 고전압배터리의 전압레벨에 따라 상기 고전압배터리의 충전상태를 확인하고, 상기 고전압배터리의 충전상태가 정상충전상태인 경우 상기 모터제어유닛으로 상기 차량을 제동하며, 상기 고전압배터리의 충전상태가 과방전이나 과충전상태인 경우 상기 모터제어유닛과 ABS(Antilock Braking System)의 협조제어로 상기 차량을 제동한다.
상기 차량제어유닛은 상기 차량의 운전자석 안전벨트가 착용된 상태, 상기 차량의 테일게이트 및 후드가 닫힌 상태, 상기 차량의 변속 레버가 주차(P)단을 제외한 다른 단에 위치한 상태 중 적어도 하나의 상태인 경우, 상기 오토 홀드 기능의 활성화를 위한 조건의 만족 여부를 확인한다.
한편, 전술한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 양상에 따른 스마트 전기 자동차의 오토 홀드 기능 동작 방법은 차량의 브레이크 페달의 밟힘을 감지되고 오토 홀드 버튼을 통해 오토 홀드 기능의 활성화를 요청받은 상태에서, 상기 오토 홀드 기능의 활성화를 위한 조건이 만족하는지 확인하는 단계, 상기 오토 홀드 기능의 활성화를 위한 조건이 만족하는 경우, 상기 오토 홀드 기능을 활성화하는 단계, 및 상기 오토 홀드 기능의 활성화에 따라 보상 토크를 출력하여 상기 차량이 제동하는 단계를 포함한다.
상기 오토 홀드 기능을 활성화하는 단계는 상기 차량이 정지하고, EPB(Electronic Parking Brake, 전자식 파킹브레이크) 버튼이 오프(off) 상태인 경우, 상기 오토 홀드 기능을 활성화한다.
상기 스마트 전기 자동차의 오토 홀드 기능 동작 방법은 상기 오토 홀드 기능이 활성화된 상태에서, 상기 EPB 버튼이 온(on) 상태로 전환되는 경우, 기 차량의 액셀레이터 페달의 밟힘을 감지하는 가속 스위치를 통해 상기 액셀레이터 페달의 밟힘이 감지되는 경우, 상기 차량의 브레이크 페달의 밟힘이 감지되고, 상기 오토 홀드 버튼이 오프 상태로 전환되는 경우 중 어느 하나의 경우, 상기 오토 홀드 기능을 비활성화하는 단계를 더 포함한다.
상기 스마트 전기 자동차의 오토 홀드 기능 동작 방법은 상기 액셀레이터 페달의 밟힘이 감지되어 상기 오토 홀드 기능이 비활성화된 경우, 상기 브레이크페달의 밟힘이 감지되면 상기 오토 홀드 기능을 다시 활성화하는 단계를 더 포함한다.
상기 차량을 제동하는 단계는 모터제어유닛으로부터 수신되는 상기 차량의 모터의 속도에 따라 보상 토크를 계산하고, 상기 계산된 보상 토크를 상기 모터제어유닛으로 출력한다.
상기 차량을 제동하는 단계는 상기 차량의 고전압배터리의 전압레벨에 따라 상기 고전압배터리의 충전상태를 확인하며, 상기 고전압배터리의 충전상태가 정상충전상태인 경우 상기 모터제어유닛으로 이용하여 상기 차량을 제동하고, 상기 고전압배터리의 충전상태가 과방전이나 과충전상태인 경우 상기 모터제어유닛과 ABS(Antilock Braking System)의 협조제어로 상기 차량을 제동한다.
상기 활성화하는 단계는 상기 차량의 운전자석 안전벨트가 착용된 상태, 상기 차량의 테일게이트 및 후드가 닫힌 상태, 상기 차량의 변속 레버가 주차(P)단을 제외한 다른 단에 위치한 상태 중 적어도 하나의 상태인 경우, 상기 오토 홀드 기능의 활성화를 위한 조건의 만족 여부를 확인한다.
본 발명의 실시예에 따르면 전기 자동차의 모터와 인버터를 이용하여 오토 홀드 기능을 구동함에 따라, 기존의 기계적인 유압식 브레이크만을 이용하는 기존의 오토 홀드 기능에 비해 브레이크 마모로 인한 유지보수 비용을 줄일 수 있으며, 동력원을 제어하여 작동되므로 기계적인 동작보다 부드러운 차량을 구현할 수 있다.
아울러, 본 발명의 실시예에 따르면 ABS 및 BCM이 있는 전기 자동차라면 추가적인 부품 추가 없이 소프트웨어 수정만으로 구현이 가능하며, 고전압배터리의 충전상태에 따라 모터만을 이용하여 회생제동하거나, 모터와 ABS(Anti Brake System)가 연계되어 회생제동에너지를 생성하도록 제어됨으로써, 일반적인 전기 자동차에 비해 높은 연비효율을 가짐으로써, 비용이 절감되는 효과를 창출한다.
도 1을 종래의 오토 홀드(Auto Hold) 시스템의 각 구성들을 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량의 정지 유지(Auto Hold, 오토 홀드) 기능을 제공하는 전기 자동차의 구성도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차의 속도 제어 동작을 설명하기 위한 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차의 고전압 배터리의 전압 레벨에 따른 회생제동 제어를 설명하기 위한 도면.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차의 오토 홀드 기능 동작을 설명하기 위한 동작 흐름도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차의 속도 제어 동작을 설명하기 위한 도면.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차의 회생제동 수행을 설명하기 위한 동작 흐름도.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 기재에 의해 정의된다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자 이외의 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가급적 동일한 부호를 부여하고, 또한 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량의 정지 유지(Auto Hold, 오토 홀드) 기능을 제공하는 전기 자동차의 구성도이다.
여기서, 차량의 오토 홀드 기능이란, 차량이 정지한 상태에서 운전자가 브레이크 페달을 밟지 않더라도 브레이크 페달을 밟고 있는 것과 같은 상태로 차량을 유지하는 기능이다.
차량의 오토 홀드 기능을 활성화/비활성화하기 위해 전기 자동차(200)는 도 2에 도시된 바와 같이, 제동 스위치(Brake Switch)(210), 가속 스위치(Accelerator Switch)(220), 오토 홀드(Auto Hold) 버튼(230), 변속 레버(240), 차량제어유닛(Vehicle Control Unit, VCU)(250), 모터제어유닛(Motor Control Unit, MCU)(260), 및 차체제어모듈(Body Control Module, BCM)(270)을 포함한다. 이러한 각 구성은 CAN(Controller Area Network) 통신을 통해 서로 통신할 수 있다.
제동 스위치(210)는 차량의 속도를 감속하기 위한 브레이크 페달의 밝힘을 감지한다. 예컨대, 제동 스위치(210)가 온(On) 상태이면 브레이크 페달이 밟힌 상태인 것으로 확인할 수 있으며, 오프(Off) 상태이면 브레이크 페달이 밟히지 않은(release) 상태인 것으로 확인할 수 있다. 이러한 제동 스위치(210)는 오토 홀드 기능의 활성화 및 비활성화를 위한 기준이 된다.
가속 스위치(220)는 차량의 속도를 가속하기 위한 액셀레이터 페달의 밟힘을 감지한다. 예컨대, 가속 스위치(220)가 온 상태이면 액셀레이터 페달이 밟힌 상태인 것으로 확인할 수 있으며, 오프 상태이면 액셀레이터 페달이 밟히지 않은(release) 상태인 것으로 확인할 수 있다. 이러한 가속 스위치(220)는 오토 홀드 기능의 비활성화의 기준이 될 수 있다.
오토 홀드 버튼(230)은 오토 홀드 기능의 활성화/비활성화를 위한 버튼으로서, 차량의 운전자에 의해 버튼이 조작될 수 있다. 오토 홀드 버튼(230)은 차량 운전자의 조작이 용이하도록 차량 운전자석 주변의 소정 위치(예컨대, 변속 레버 근처)에 장착될 수 있다.
변속 레버(240)는 차량의 변속을 제어하는 것으로서, 주차(P)단, 후진(R)단, 중립(N)단, 주행(D)단, 스포츠(S)단 중 적어도 하나의 변속 상태를 확인할 수 있다.
차체제어모듈(270)은 차량 차체(Body)의 상태를 확인하는 모듈이다. 바람직하게, 차체제어모듈(270)은 안전벨트 스위치(272)를 통해 차량의 안전벨트의 탈착 상태를 확인할 수 있으며, 도어 스위치(271)를 통해 차량의 후드 및 트렁크의 열림 상태를 확인할 수 있다.
차량제어유닛(250)은 오토 홀드 기능을 제공하는 전기 자동차(200)의 전반적인 기능을 수행하기 위한 유닛으로써, 기존의 전자제어유닛(Electronic Control Unit, ECU)와 유사한 기능을 수행할 수 있다.
차량제어유닛(250)은 제동 스위치(210), 가속 스위치(220), 오토 홀드 버튼(230), 변속 레버(240), 차체제어모듈(270) 각각에서 수집되는 정보를 이용하여 오토 홀드 기능을 활성화하기 위한 조건이 만족하는지 판단한다. 아울러, 차량제어유닛(250)은 판단 결과에 따라 차량의 오토 홀드 기능을 활성화/비활성화한다.
차량제어유닛(250)은 오토 홀드 기능의 활성화를 위한 조건을 확인하기 전, 차체제어모듈(270)을 통해 수신되는 차체 상태 정보를 이용하여 오토 홀드 기능에 활성화할 수 있는 차량 환경인지 확인한다. 여기서, 오토 홀드 기능을 활성화할 수 있는 차량 환경이란, 안전벨트 스위치(272)를 통해 차량의 운전자가 안전벨트를 착용한 것으로 확인된 상태, 도어 스위치(271)를 통해 차량의 다수의 도어 중 테일게이트(트렁크) 및 차량의 후드가 닫힌 것으로 확인된 상태를 모두 만족하는 경우를 말한다. 아울러, 변속 레버(240)의 위치가 P단을 제외한 다른 단에 위치한 경우를 더 만족하면 오토 홀드 기능을 활성화 할 수 있는 차량 환경으로 판단한다.
상기의 조건들이 만족한 차량 환경에서, 차량제어유닛(250)은 오토 홀드 기능을 활성화하기 위한 조건의 만족 여부를 판단한다. 여기서, 오토 홀드 기능의 활성화 조건은 전자 주차 브레이크(Electric Parking Brake, EPB) 버튼이 입력되지 않은 오프 상태이고, 제동 스위치(210)를 토해 차량의 브레이크가 밟힌 것으로 확인되고, 오토 홀드 버튼(230)이 온 상태로 전환되고, 차량의 모터 속도가 소정 값(예컨대, 0rpm)인 경우이다.
오토 홀드 기능을 활성화하기 위한 조건이 만족하면, 차량제어유닛(250)은 오토 홀드 기능을 활성화하고, 차량의 속도가 지령속도로 유지되도록 차량의 속도를 제어한다(S303). 여기서, 지령속도는 0rpm일 수 있으며, 차량의 속도를 지령속도인 0rpm로 유지시킴으로써, 오토 홀드 기능을 수행할 수 있다.
이때, 차량제어유닛(250)은 모터제어유닛(260)에 속도 정보를 제공하여 차량의 속도를 제어할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차의 속도 제어 동작을 설명하기 위한 도면이다.
모터제어유닛(260)은 제어부(130)에 연계되어 모터 토크를 제어하며, 이에 따라 모터(280)의 모터 출력이 변화한다. 모터제어유닛(260)은 PI(PROPORTIOP and Integration) 타입의 속도PI 제어기(251)를 포함한 차량제어유닛(250)에 의해 제어될 수 있으며, 차량제어유닛(250)과 모터제어유닛(260)은 서로 CAM 통신 방식으로 서로 통신할 수 있다.
모터제어유닛(260)은 3상PWM 제어를 위한 3상PWM블록(261), 3상을 2상으로 변환하는 3/2변환기(262), 2상을 3상으로 변환하는 2/3변환기(263), 및 PI(Proportion and Integration)타입 전류PI제어기(263)를 포함한다.
오토 홀드 기능이 수행되면, 모터제어유닛(260)은 모터(280)의 회전속도(토크)를 연산하여 차량제어유닛(250)으로 제공한다. 차량제어유닛(250)의 속도PI제어기(251)는 모터제어유닛(260)에서 제공된 모터(280)의 속도 정보를 피드백 정보로 사용해 차량의 속도가 지령속도(0rpm)로 유지되도록 보상 토크를 계산하고, 계산된 보상 토크를 모터제어유닛(260)으로 전달한다. 모터제어유닛(260)은 차량제어유닛(250)으로부터 수신된 보상 토크에 따라 모터(280)의 회전을 제어함으로써, 차량의 속도가 지령속도(0rpm)로 유지될 수 있다.
이때, 차량이 회생 제동을 하게 되면, 제동 에너지가 고전압 배터리로 충전이 되고, 구동을 하게 되면 고전압 배터리가 방전된다. 여기서, 고전압 배터리의 충전량과 방전량에는 한계가 존재하여, 모터제어유닛(260)에는 배터리의 과충전 및 과방전을 보호하기 위해, 구동 및 회생 시 에너지 제한을 건다. 이하, 도 4를 참조하여, 고전압 배터리의 전압 레벨에 따른 회생제동을 설정하는 동작에 대해 구체적으로 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차의 고전압 배터리의 전압 레벨에 따른 회생제동 제어를 설명하기 위한 도면이다.
도 4의 그래프에서 X축은 고전압배터리의 전압이고, Y축은 토크이며, 각각의 전압레벨(V1, V2, V3, V4)에 따라 인버터로 제한되는 토크 제한 값이다. 이때, 고전압배터리의 용량이 다르므로, 전압레벨(V1, V2, V3, V4)은 고전압배터리의 용량에 맞게 설정된다.
일 예로서, Sec1, Sec4(V1-V2)구간은 고전압 배터리의 과방전 상태이고, Sec2, Sec5(V2-V3)구간은 고전압 배터리의 정상상태이며, Sec3, Sec6(V3-V4)구간은 고전압 배터리의 과충전 상태로 구분될 수 있다.
Sec1, Sec4(V1-V2)구간과 Sec3, Sec6(V3-V4)구간은 토크가 제로(Zero)가 될 때까지 선형(Linear)적으로 토크 제한치를 낮추어야 하는 상태를 의미한다. 반면, Sec2, Sec5(V2-V3)구간은 회생제동에너지를 최대로 낼 수 있는 상태를 의미한다.
회생 운전 시, 차량제어유닛(250)은 회생량을 제한하여 모터 토크를 달리 제어하는 회생제동제어를 위해 고전압배터리의 충전량을 확인한다. 이를 위해, 고전압 배터리의 전압레벨(Voltage Level)이 적용된다. 이때, 전압레벨은 전압 레벨 1(Level 1)과 전압레벨 1보다 상대적으로 낮은 전압의 전압레벨 2(Level 2)로 구분한다. 도 4를 참조하면 전압레벨 1(Level 1)은 V2로 정의되고, 전압레벨 2(Level 2)는 V3로 정의된다.
만약, 고전압 배터리의 충전량이 전압레벨 1을 초과하거나, 전압레벨 2 미만이면, 차량제어유닛(250)은 모터제어유닛(260)과 ABS(Anti Brake System)(290)를 연계하여 모터(280)의 회생제동을 수행한다.
이는, 고전압배터리의 전압레벨이 과방전인 Sec1, Sec4(V1-V2)구간이나 과충전인 Sec3, Sec6(V3-V4)구간에 위치한 것으로써, 제동 시 모터(280)와 ABS(290)를 이용하여 회생 제어한다.
이 경우, 차량제어유닛(250)은 모터제어유닛(260)이 ABS(290)와 함께 연계되어 모터(280)를 제어하는 ABS협조제어한다. 모터(280)의 토크제어는 모터제어유닛(260)의 인버터가 담당하는 인버터 토크와 ABS(290)가 담당하는 ABS 토크로 분담되고, 토크가 제로(Zero)가 될 때까지 선형(Linear)적으로 토크 제한치를 낮추도록 제어된다.
반면, 고전압 배터리의 충전량이 전압레벨 1 이하이고, 전압레벨 2 이상이면, 차량제어유닛(250)은 모터제어유닛(260)을 통해 모터(280)를 이용하여 회생제동을 수행한다. 이는, 고전압 배터리의 전압레벨이 정상상태인 Sec2, Sec5(V2-V3)구간에 위치한 것으로써, 차량의 감속에 따른 제동 시 회생제동에너지를 최대회생까지 낼 수 있도록 모터토크가 제어될 수 있음을 나타낸다. 이 경우, 차량제어유닛(250)은 모터제어유닛(260)이 인버터를 이용해 모터(280)를 제어하는 인버터제어한다. 모터(280)의 토크제어는 기 산출된 보상 토크를 참조 값(Reference Value)으로 하는 모터제어유닛(260)의 인버터 제어로 이루어진다.
이와 같은 과정을 통해, 정지 상태게 많은 시내 주행 때, 비탈길 혹은 내리막길에서 차량의 정지를 유지하여 연속적인 브레이크 조작 없이 차량을 정지 상태로 유지할 수 있다.
한편, 이와 같은 과정을 통해 오토 홀드 기능이 동작하여 차량의 속도가 지령속도(0rpm)로 유지되는 동안, 차량제어유닛(250)은 오토 홀드 기능의 비활성화 조건이 만족하는지 계속해서 확인한다. 여기서, 오토 홀드 기능의 비활성화 조건은 다수가 있다.
일 예로서, 오토 홀드 기능의 동작으로 인해 차량의 속도가 지령속도로 유지되는 동안, EPB 버튼이 조작되어 온 상태로 전환되면, 오토 홀드 기능은 비활성화된다. 이와 같이, EPB 버튼이 조작되어 오토 홀드 기능이 비활성화되면, 오토 홀드 기능은 완전 해지가 되어, EPB 버튼이 오프 상태로 전환된 후 상기의 오토 홀드 기능을 활성화하기 위한 조건이 만족하지 않는 한, 오토 홀드 기능이 재동작하지 않는다.
다른 예로서, 오토 홀드 기능의 동작으로 인해 차량의 속도가 지령속도로 유지되는 동안, 가속 스위치(220)를 통해 액셀레이터 페달이 밟힌 것으로 확인되는 경우, 오토 홀드 기능은 비활성화된다. 이와 같이, 액셀레이터 페달의 밟힘 입력에 의해 오토 홀드 기능이 비활성화된 경우에는, 오토 홀드 기능은 완전히 해지되지 않고, 제동 스위치(210)를 통해 차량의 브레이크 페달의 밟힘 입력이 다시 감지되면, 오토 홀드 기능이 다시 동작한다.
또 다른 예로서, 오토 홀드 기능의 동작으로 인해 차량의 속도가 지령속도로 유지되는 동안, 제동 스위치(210)를 통해 차량의 브레이크 페달의 밟힌 것으로 감지되고 오토 홀드 버튼(230)이 오프로 전환되면, 오토 홀드 기능은 비활성화된다. 이와 같이, 오토 홀드 버튼(230)의 오프 전환으로 인해 오토 홀드 기능이 비활성화되면, 오토 홀드 기능은 완전 해지가 되어, 오토 홀드 버튼(230)이 온 상태로 전환된 후 상기의 오토 홀드 기능을 활성화하기 위한 조건이 만족하지 않는 한, 오토 홀드 기능은 재 동작하지 않는다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면 전기 자동차의 모터와 인버터를 이용하여 오토 홀드 기능을 구동함에 따라, 기존의 기계적인 유압식 브레이크만을 이용하는 기존의 오토 홀드 기능에 비해 브레이크 마모로 인한 유지보수 비용을 줄일 수 있으며, 동력원을 제어하여 작동되므로 기계적인 동작보다 부드러운 차량을 구현할 수 있다.
아울러, 본 발명의 실시예에 따르면 ABS 및 BCM이 있는 전기 자동차라면 추가적인 부품 추가 없이 소프트웨어 수정만으로 구현이 가능하며, 고전압배터리의 충전상태에 따라 모터만을 이용하여 회생제동하거나, 모터와 ABS(Anti Brake System)가 연계되어 회생제동에너지를 생성하도록 제어됨으로써, 일반적인 전기 자동차에 비해 높은 연비효율을 가짐으로써, 비용이 절감되는 효과를 창출한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차의 오토 홀드 기능 동작을 설명하기 위한 동작 흐름도이다.
이하, 별도의 언급이 없는 한, 전기 자동차(200)(차량)의 차량제어유닛(250)에 의해 동작되는 것으로 간주한다.
오토 홀드 기능의 활성화를 위한 조건을 확인하기 전, 차체제어모듈(270)을 통해 수신되는 차체 상태 정보를 이용하여 오토 홀드 기능에 활성화할 수 있는 차량 환경인지 확인한다(S501). 여기서, 오토 홀드 기능을 활성화할 수 있는 차량 환경이란, 안전벨트 스위치(272)를 통해 차량의 운전자가 안전벨트를 착용한 것으로 확인된 상태, 도어 스위치(271)를 통해 차량의 다수의 도어 중 테일게이트(트렁크) 및 차량의 후드가 닫힌 것으로 확인된 상태를 모두 만족하는 경우를 말한다. 아울러, 변속 레버(240)의 위치가 P단을 제외한 다른 단에 위치한 경우를 더 만족하면 오토 홀드 기능을 활성화 할 수 있는 차량 환경으로 판단한다.
단계 S301의 조건들이 만족한 차량 환경이면, 오토 홀드 기능을 활성화하기 위한 조건의 만족 여부를 판단한다(S502). 여기서, 오토 홀드 기능의 활성화 조건은 전자 주차 브레이크(Electric Parking Brake, EPB) 버튼이 입력되지 않은 오프 상태이고, 제동 스위치(210)를 토해 차량의 브레이크가 밟힌 것으로 확인되고, 오토 홀드 버튼(230)이 온 상태로 전환되고, 차량의 모터 속도가 소정 값(예컨대, 0rpm)인 경우이다.
단계 S502의 판단 결과 오토 홀드 기능을 활성화하기 위한 조건이 만족하면, 오토 홀드 기능을 활성화하고, 차량의 속도가 지령속도로 유지되도록 차량의 속도를 제어한다(S503). 여기서, 지령속도는 0rpm일 수 있으며, 차량의 속도를 지령속도인 0rpm로 유지시킴으로써, 오토 홀드 기능을 수행할 수 있다.
이때, 도 6의 동작 과정을 통해 차량의 주행 속도를 일정하게 제어할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차의 속도 제어 동작을 설명하기 위한 도면이다.
모터제어유닛(260)에서 연산된 모터(280)의 속도를 제공받는다(S601). 이때, 차량제어유닛(250)은 CAN 네트워크를 통해 모터속도피드백을 모터제어유닛(260)으로부터 수신할 수 있다.
모터제어유닛(260)에서 제공된 모터속도를 이용하여 차량의 속도가 지령속도(0rpm)로 유지되도록 보상토크를 계산한 후, 이를 모터제어유닛(260)에 제공한다(S602). 이때, 계산된 보상토크는 CAN 네트워크를 통해 모터제어유닛(260)으로 전달할 수 있다.
다시 도 5의 동작 흐름도로 되돌아가서, 지령속도(0rpm)으로 차량의 속도를 유지하기 위해 차량이 회생 제동을 하게 되면, 제동 에너지가 고전압 배터리로 충전이 되고, 구동을 하게 되면 고전압 배터리가 방전된다. 여기서, 고전압 배터리의 충전량과 방전량에는 한계가 존재하여, 모터제어유닛(260)에는 배터리의 과충전 및 과방전을 보호하기 위해, 차량의 고전압 배터리의 충전상태에 따라 구동 및 회생 시 에너지 제한을 걸어 회생 제동을 제어한다(S504).
이하, 도 7의 동작 과정을 통해, 고전압 배터리의 전압 레벨에 따른 회생제동을 설정하는 동작에 대해 구체적으로 설명한다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차의 회생제동 수행을 설명하기 위한 동작 흐름도이다.
도 7는 본 발명의 실시예에 따른 전기 자동차의 고전압 배터리의 전압 레벨에 따른 회생제동 제어를 설명하기 위한 도면이다.
회생 운전 시, 차량제어유닛(250)은 회생량을 제한하여 모터 토크를 달리 제어하는 회생제동제어를 위해 고전압배터리의 충전량이 전압레벨 1을 초과하거나, 전압레벨 2 미만인지 확인한다(S701). 전압 레벨 1(Level 1)과 전압레벨 1보다 상대적으로 낮은 전압의 전압레벨 2(Level 2)로 구분한다. 도 4를 참조하면 전압레벨 1(Level 1)은 V2로 정의되고, 전압레벨 2(Level 2)는 V3로 정의된다.
만약, 단계 S701의 확인결과 고전압 배터리의 충전량이 전압레벨 1을 초과하거나 전압레벨 2 미만이면, 차량제어유닛(250)은 모터(280)와 ABS(290)의 협조제어로 차량의 회생 제동을 수행한다(S702). 이는, 고전압배터리의 전압레벨이 도 4의 과방전인 Sec1, Sec4(V1-V2)구간이나 과충전인 Sec3, Sec6(V3-V4)구간에 위치한 것으로써, 제동 시 모터(280)와 ABS(290)를 이용하여 회생 제어한다.
이 경우, 차량제어유닛(250)은 모터제어유닛(260)이 ABS(290)와 함께 연계되어 모터(280)를 제어한다. 모터(280)의 토크제어는 모터제어유닛(260)의 인버터가 담당하는 인버터토크와 ABS(290)가 담당하는 ABS토크로 분담되고, 토크가 제로(Zero)가 될 때까지 선형(Linear)적으로 토크 제한치를 낮추도록 제어된다.
반면, 단계 S701의 확인결과 고전압 배터리의 충전량이 전압레벨 1 이하이고, 전압레벨 2 이상이면, 차량제어유닛(250)은 모터제어유닛(260)을 통해 모터(280)를 이용하여 회생제동을 수행한다(S703). 이는, 고전압 배터리의 전압레벨이 정상상태인 Sec2, Sec5(V2-V3)구간에 위치한 것으로써, 차량의 감속에 따른 제동 시 회생제동에너지를 최대회생까지 낼 수 있도록 모터토크가 제어될 수 있음을 나타낸다. 이 경우, 차량제어유닛(250)은 모터제어유닛(260)이 인버터를 이용해 모터(280)를 제어하는 인버터제어한다. 모터(280)의 토크제어는 기 산출된 보상 토크를 참조값(Reference Value)으로 하는 모터제어유닛(260)의 인버터 제어로 이루어진다.
이와 같은 과정을 통해, 정지 상태게 많은 시내 주행 때, 비탈길 혹은 내리막길에서 차량의 정지를 유지하여 연속적인 브레이크 조작 없이 차량을 정지 상태로 유지할 수 있다.
다시 도 5의 동작 흐름도로 되돌아가서, 오토 홀드 기능이 동작하여 차량의 속도가 지령속도(0rpm)로 유지되는 동안, 차량제어유닛(250)은 오토 홀드 기능의 비활성화 조건이 만족하는지 계속적으로 확인할 수 있다.
먼저, 오토 홀드 기능의 동작으로 인해 차량의 속도가 지령속도로 유지되는 동안, EPB 버튼이 조작되어 온 상태로 전환되는지 확인한다(S505).
만약, 단계 S505의 확인결과 EPB 버튼이 조작되어 온 상태로 전환된 것이 확인되면, 오토 홀드 기능은 완전 해지된다(S506). 여기서, 오토 홀드 기능이 완전 해지되면, EPB 버튼이 오프 상태로 전환된 후 상기의 단계 S501 및 단계 S502의 오토 홀드 기능을 활성화하기 위한 조건이 만족하지 않는 한, 오토 홀드 기능이 재동작하지 않는다.
또한, 오토 홀드 기능의 동작으로 인해 차량의 속도가 지령속도로 유지되는 동안, 가속 스위치(220)를 통해 액셀레이터 페달의 밟힘 여부를 확인한다(S507).
만약, 단계 S508의 확인 결과 액셀레이터 페달이 밟힌 것으로 확인되는 경우, 오토 홀드 기능은 동작은 정지된다(S508). 이와 같이, 액셀레이터 페달의 밟힘 입력에 의해 오토 홀드 기능이 동작 정지된 경우에는, 오토 홀드 기능은 완전히 해지되지 않고, 제동 스위치(210)를 통해 차량의 브레이크 페달의 밟힘 입력이 다시 감지되면, 오토 홀드 기능이 다시 동작한다.
나아가, 오토 홀드 기능의 동작으로 인해 차량의 속도가 지령속도로 유지되는 동안, 제동 스위치(210)를 통해 차량의 브레이크 페달의 밟힌 것으로 감지되고 오토 홀드 버튼(230)이 오프로 전환되는지 확인한다(S509).
만약, 단계 S509의 확인 결과 차량의 브레이크 페달의 밟힌 것으로 감지되고 오토 홀드 버튼(230)이 오프로 전환되면, 오토 홀드 기능은 완전 해지된다(S506). 이와 같이, 오토 홀드 버튼(230)의 오프 전환으로 인해 오토 홀드 기능이 완전 해지되면, 오토 홀드 버튼(230)이 온 상태로 전환된 후 상기의 S501 및 단계 S502의 오토 홀드 기능을 활성화하기 위한 조건이 만족하지않는 한, 오토 홀드 기능은 재 동작하지 않는다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면 전기 자동차의 모터와 인버터를 이용하여 오토 홀드 기능을 구동함에 따라, 기존의 기계적인 유압식 브레이크만을 이용하는 기존의 오토 홀드 기능에 비해 브레이크 마모로 인한 유지보수 비용을 줄일 수 있으며, 동력원을 제어하여 작동되므로 기계적인 동작보다 부드러운 차량을 구현할 수 있다.
아울러, 본 발명의 실시예에 따르면 ABS 및 BCM이 있는 전기 자동차라면 추가적인 부품 추가 없이 소프트웨어 수정만으로 구현이 가능하며, 고전압배터리의 충전상태에 따라 모터만을 이용하여 회생제동하거나, 모터와 ABS(Anti Brake System)가 연계되어 회생제동에너지를 생성하도록 제어됨으로써, 일반적인 전기 자동차에 비해 높은 연비효율을 가짐으로써, 비용이 절감되는 효과를 창출한다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 통하여 본 발명의 구성을 상세히 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 본 명세서에 개시된 내용과는 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 보호범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
200 : 전기 자동차
210 : 제동 스위치 220 : 가속 스위치
230 : 오토 홀드 버튼 240 : 변속 레버
250 : 차량제어유닛 260 : 모터제어유닛
270 : 차체제어모듈 280 : 모터
290 : ABS

Claims (14)

  1. 차량의 브레이크 페달이 밟힘을 감지하는 제동 스위치;
    오토 홀드(Auto Hold) 기능의 활성화에 대한 사용자의 요청을 받기 위한 오토 홀드 버튼; 및
    상기 제동 스위치를 통해 상기 브레이크 페달의 밟힘이 감지되고, 상기 오토 홀드 버튼을 통해 오토 홀드 기능의 활성화를 요청 받은 상태에서, 상기 오토 홀드 기능의 활성화를 위한 조건이 만족하는 경우, 상기 오토 홀드 기능을 활성화하여 상기 차량이 제동되도록 보상 토크를 출력하는 차량제어유닛; 및
    상기 차량제어유닛으로부터 수신되는 상기 보상 토크에 따라 상기 차량의 모터를 제어하여 상기 차량의 속도를 제어하는 모터제어유닛;
    을 포함하는 오토 홀드 기능을 갖는 스마트 전기 자동차.
  2. 제1항에 있어서, 상기 차량제어유닛은,
    상기 차량이 정지하고, EPB(Electronic Parking Brake, 전자식 파킹브레이크) 버튼이 오프(off) 상태인 경우, 상기 오토 홀드 기능을 활성화하는 것
    인 오토 홀드 기능을 갖는 스마트 전기 자동차.
  3. 제2항에 있어서, 상기 차량제어유닛은,
    상기 오토 홀드 기능이 활성화된 상태에서, 상기 EPB 버튼이 온(on) 상태로 전환되는 경우, 기 차량의 액셀레이터 페달의 밟힘을 감지하는 가속 스위치를 통해 상기 액셀레이터 페달의 밟힘이 감지되는 경우, 상기 차량의 브레이크 페달의 밟힘이 감지되고, 상기 오토 홀드 버튼이 오프 상태로 전환되는 경우 중 어느 하나의 경우, 상기 오토 홀드 기능을 비활성화하는 것
    인 오토 홀드 기능을 갖는 스마트 전기 자동차.
  4. 제3항에 있어서, 상기 차량제어유닛은,
    상기 액셀레이터 페달의 밟힘이 감지되어 상기 오토 홀드 기능이 비활성화된 상태에서, 상기 브레이크페달의 밟힘이 감지되면 상기 오토 홀드 기능을 다시 활성화하는 것
    인 오토 홀드 기능을 갖는 스마트 전기 자동차.
  5. 제4항에 있어서, 상기 모터제어유닛은,
    상기 모터의 속도를 상기 차량제어유닛으로 전달하며, 상기 모터의 속도에 따라 상기 차량제어유닛에서 계산된 상기 보상 토크를 수신하여 상기 차량의 속도를 제어하는 것
    인 오토 홀드 기능을 갖는 스마트 전기 자동차.
  6. 제5항에 있어서, 상기 차량제어유닛은,
    상기 차량의 고전압배터리의 전압레벨에 따라 상기 고전압배터리의 충전상태를 확인하고, 상기 고전압배터리의 충전상태가 정상충전상태인 경우 상기 모터제어유닛으로 상기 차량을 제동하며, 상기 고전압배터리의 충전상태가 과방전이나 과충전상태인 경우 상기 모터제어유닛과 ABS(Antilock Braking System)의 협조제어로 상기 차량을 제동하는 것
    인 오토 홀드 기능을 갖는 스마트 전기 자동차.
  7. 제6항에 있어서, 상기 차량제어유닛은,
    상기 차량의 운전자석 안전벨트가 착용된 상태, 상기 차량의 테일게이트 및 후드가 닫힌 상태, 상기 차량의 변속 레버가 주차(P)단을 제외한 다른 단에 위치한 상태 중 적어도 하나의 상태인 경우, 상기 오토 홀드 기능의 활성화를 위한 조건의 만족 여부를 확인하는 것
    인 오토 홀드 기능을 갖는 스마트 전기 자동차.
  8. 차량의 브레이크 페달의 밟힘을 감지되고 오토 홀드 버튼을 통해 오토 홀드 기능의 활성화를 요청 받은 상태에서, 상기 오토 홀드 기능의 활성화를 위한 조건이 만족하는지 확인하는 단계; 및
    상기 오토 홀드 기능의 활성화를 위한 조건이 만족하는 경우, 상기 오토 홀드 기능을 활성화하는 단계;
    상기 오토 홀드 기능의 활성화에 따라 보상 토크를 출력하여 상기 차량이 제동하는 단계;
    를 포함하는 스마트 전기 자동차의 오토 홀드 기능 동작 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 오토 홀드 기능을 활성화하는 단계는,
    상기 차량이 정지하고, EPB(Electronic Parking Brake, 전자식 파킹브레이크) 버튼이 오프(off) 상태인 경우, 상기 오토 홀드 기능을 활성화하는 것
    인 스마트 전기 자동차의 오토 홀드 기능 동작 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 오토 홀드 기능이 활성화된 상태에서, 상기 EPB 버튼이 온(on) 상태로 전환되는 경우, 기 차량의 액셀레이터 페달의 밟힘을 감지하는 가속 스위치를 통해 상기 액셀레이터 페달의 밟힘이 감지되는 경우, 상기 차량의 브레이크 페달의 밟힘이 감지되고, 상기 오토 홀드 버튼이 오프 상태로 전환되는 경우 중 어느 하나의 경우, 상기 오토 홀드 기능을 비활성화하는 단계;
    를 더 포함하는 스마트 전기 자동차의 오토 홀드 기능 동작 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 액셀레이터 페달의 밟힘이 감지되어 상기 오토 홀드 기능이 비활성화된 경우, 상기 브레이크페달의 밟힘이 감지되면 상기 오토 홀드 기능을 다시 활성화하는 단계;
    를 더 포함하는 스마트 전기 자동차의 오토 홀드 기능 동작 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 차량을 제동하는 단계는,
    모터제어유닛으로부터 수신되는 상기 차량의 모터의 속도에 따라 보상 토크를 계산하고, 상기 계산된 보상 토크를 상기 모터제어유닛으로 출력하는 것
    인 스마트 전기 자동차의 오토 홀드 기능 동작 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 차량을 제동하는 단계는,
    상기 차량의 고전압배터리의 전압레벨에 따라 상기 고전압배터리의 충전상태를 확인하며, 상기 고전압배터리의 충전상태가 정상충전상태인 경우 상기 모터제어유닛으로 이용하여 상기 차량을 제동하고, 상기 고전압배터리의 충전상태가 과방전이나 과충전상태인 경우 상기 모터제어유닛과 ABS(Antilock Braking System)의 협조제어로 상기 차량을 제동하는 것
    인 스마트 전기 자동차의 오토 홀드 기능 동작 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 활성화하는 단계는,
    상기 차량의 운전자석 안전벨트가 착용된 상태, 상기 차량의 테일게이트 및 후드가 닫힌 상태, 상기 차량의 변속 레버가 주차(P)단을 제외한 다른 단에 위치한 상태 중 적어도 하나의 상태인 경우, 상기 오토 홀드 기능의 활성화를 위한 조건의 만족 여부를 확인하는 것
    인 스마트 전기 자동차의 오토 홀드 기능 동작 방법.
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CN109367535A (zh) * 2018-10-15 2019-02-22 北京汽车研究总院有限公司 一种自动驻车控制方法及装置
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