KR20170079022A - 자율주행 전기 자동차의 회생제동을 이용한 감속 및 정지방법 - Google Patents

Abstract

고가의 자율주행 전용 브레이크 유닛 또는 액츄에이터를 별도 장착할 필요없이 전기동력 모터의 회생제동 값만을 이용하여 주행 중인 차량의 감속 및 정지를 구현할 수 있도록 한 자율주행 전기 자동차의 회생제동을 이용한 감속 및 정지 방법에 관한 것으로서, 차량의 주행 중, 자율주행 센서 값을 입력 받는 단계; 상기 입력 받은 자율주행 센서 값과 감속을 위해 미리 설정된 감속 기준과 비교하는 단계; 상기 자율주행 센서 값이 상기 감속 기준 이하이면, 현재 차량 속도를 기반으로 회생제동 토크를 계산하는 단계; 및 상기 계산한 회생제동 토크와 배터리 충전량을 대비하여, 회생제동 에너지를 최종적으로 결정하고, 결정한 회생제동 에너지를 기반으로 구동모터의 인버터를 통해 차량 속도를 감속시키는 단계를 포함하여, 자율주행 전기 자동차의 회생제동을 이용한 감속 및 정지 방법을 구현한다.

Description

자율주행 전기 자동차의 회생제동을 이용한 감속 및 정지방법{The application of Vehicle Decelerate and stop Function by Using Regenerative breaking system for Autonomous Electric Vehicles}

본 발명은 자율주행 전기 자동차의 회생제동을 이용한 감속 및 정지방법에 관한 것으로, 특히 고가의 자율주행 전용 브레이크 유닛 또는 액츄에이터를 별도 장착할 필요 없이 전기동력 모터의 회생제동 값만을 이용하여 주행중인 차량의 감속 및 정지를 구현할 수 있도록 한 자율주행 전기 자동차의 회생제동을 이용한 감속 및 정지 방법에 관한 것이다.

일반적으로 전기 자동차는 내연기관 차량과는 달리 축전지(battery)에 저장된 전기에너지로 구동모터를 구동하고, 이를 동력전달장치를 통해 바퀴를 회전시켜 주행하는 무공해 자동차로서, 석유자원의 고갈과 함께 심각한 환경오염 문제가 우리 인류 모두의 문제로 등장하면서 저공해 무공해 자동차의 개발이 요구되고 있다.

이러한 전기 자동차에서 구동모터를 정지시킬 시(특히, 브레이크 페달을 가압할 시)에는, 구동모터의 진행방향으로 인가하던 토크를 차단하고, 관성에 의해 회전하는 구동모터의 진행방향에 대한 역으로 회전하게끔 토크를 인가함으로써 구동모터에 의한 차량제동이 가능하도록 되어 있다.

즉, 전기 자동차가 진행 중에 브레이크 페달을 밟게 되면 구동모터에 공급되는 전원을 차단하고, 차량의 진행 관성력에 의해 회전하는 구동모터의 전원인가 단자에서 역으로 발생하는 역기전력을 다시 구동모터에 인가하여 진행방향에 대해 구동모터가 역으로 회전하게끔 함으로써 제동력이 발생하는 데, 이러한 제동력 발생을 '회생제동'이라 한다.

통상의 전기 자동차에서 회생제동 방식은 감속페달의 단순 온(on)/오프(off) 신호를 이용하며, 감속페달을 밟는 그 순간의 차량속도 또는 구동모터의 회전 수를 판별하여 모터의 토크 및 회전수 특성 곡선을 이용하여 구동모터의 회생제동량을 결정하는 방법을 이용하거나, 또는 유압제동기의 제동량과 구동모터의 회생제동량을 동시에 결정하는 제어방법을 이용한다.

또한, 근래 개발중인 자율주행 자동차는 가속이나 제동을 위해 페달을 제어하는 액츄에이터가 장착되어 있거나, ABS, ESP(electronic stability program) 등을 이용하여 유압을 조정하는 방법으로 차량 제동을 수행한다.

한편, 전기 자동차에서 회생제동에 대한 다른 기술이 대한민국특허청 공개특허공보 공개번호 10-2009-0014826호(2009.02.11. 공개)(발명의 명칭: 전기 자동차의 회생제동 중 감속도 제어방법)(이하, "종래기술"이라 약칭함)에 개시된다.

개시된 종래기술은 엑셀 페달 포지션이 미 작동 위치에 있으면 미리 정해진 값에 따라 구동축에서의 엔진 브레이크효과에 상당하는 제동 토크를 발생시키고, 미리 정해진 차속 이하로 차량이 감속하였을 경우 미리 정해진 값에 따라 엔진브레이크 효과를 감소시키고 차속이 더 감속함에 따라 미리 정해진 크립 토크(creep torque)를 발생시키며, 크립 토크가 발생하였을 경우 마찰 제동 토크 보상량을 연산하여 그 보상량만큼 마찰 제동 토크를 증가시키게 된다.

이러한 종래기술은 제동 시에 구동축을 발전기에 연결하여 배터리를 충전하는 회생제동 도중에 안정적인 감속도를 확보할 수 있게 되는 것이다.

대한민국특허청 공개특허공보 공개번호 10-2009-0014826호(2009.02.11. 공개)(발명의 명칭: 전기 자동차의 회생제동 중 감속도 제어방법)

그러나 상기와 같은 종래기술은 고가의 ABS, ESP 또는 별도의 액츄에이터를 추가한 회생제동 브레이크 시스템을 사용하므로, 차량의 원가 상승을 초래하는 단점으로 인해 대중화 실현도 어렵게 될 수 있다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래기술에서 발생하는 제반 문제점을 해결하기 위해서 제안된 것으로서, 고가의 자율주행 전용 브레이크 유닛 또는 액츄에이터를 별도 장착할 필요 없이 전기동력 모터의 회생제동 값만을 이용하여 주행중인 차량의 감속 및 정지를 구현할 수 있도록 한 자율주행 전기 자동차의 회생제동을 이용한 감속 및 정지 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 전기 모터의 회생제동 기능만을 이용하여 감속 또는 정지를 구현하여, 기존 일반 자율주행 차량에서 사용되는 ABS, ESP 등의 별도 브레이크 관련 제어기 및 액츄에이터를 삭제하여, 차량 구성을 단순화할 수 있도록 한 자율주행 전기 자동차의 회생제동을 이용한 감속 및 정지 방법을 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 자율주행 전기 자동차의 회생제동을 이용한 감속 및 정지 방법은 (a) 차량의 주행 중, 자율주행 센서 값을 입력 받는 단계; (b) 상기 입력 받은 자율주행 센서 값과 감속을 위해 미리 설정된 감속 기준과 비교하는 단계; (c) 상기 (b)단계의 비교 결과 상기 자율주행 센서 값이 상기 감속 기준 이하이면, 현재 차량 속도를 기반으로 회생제동 토크를 계산하는 단계; (d) 상기 계산한 회생제동 토크와 배터리 충전량을 대비하여, 회생제동 에너지를 최종적으로 결정하고, 결정한 회생제동 에너지를 기반으로 구동모터의 인버터를 통해 차량 속도를 감속시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 자율주행 전기 자동차의 회생제동을 이용한 감속 및 정지 방법은 (e) 상기 (d) 단계를 수행하는 도중에 상기 자율주행 센서 값이 차량 정지를 위해 미리 설정된 정지 기준 값 이하이면, 산출된 회생제동 에너지로 브레이크 기능을 수행하여 차량을 자동으로 정지시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 (a) 단계의 자율주행 센서 값은 전방 차량과의 거리 값인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면 기존 자율주행 차량의 제동 기능을 수행하기 위해 적용중인 EPS 및 유닛, 액츄에이터 없이 자율주행에 필요한 센서 및 제어기를 그대로 사용하여 전/후방의 상황을 실시간으로 감시하여 차량의 감속 및 제동이 필요한 경우 전기구동모터의 회생제동 기능을 이용하여 차량의 감속 및 정지시킬 수 있으므로, 고가의 회생제동 브레이크 유닛을 삭제할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따르면 차량의 감속 및 정지 시 회생제동의 사용 비율을 최대화함으로써, 유압 브레이크의 사용 비율을 줄여 브레이크 패드의 수명을 증가시킬 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따르면 차량의 운동에너지를 구동모터의 회생제동 기능으로 구동용 배터리를 충전시킴으로써, 에너지 효율 향상을 도모할 수 있는 장점도 있다.

도 1은 본 발명에 따른 자율주행 전기 자동차의 회생제동을 이용한 감속 및 정지방법이 적용되는 자율주행 전기 자동차의 블록 구성도,
도 2는 본 발명에서 자율주행 전기 자동차의 제동 상황 개념도,
도 3은 본 발명에 따른 자율주행 전기 자동차의 회생제동을 이용한 감속 및 정지방법을 보인 흐름도.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 자율주행 전기 자동차의 회생제동을 이용한 감속 및 정지방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 자율주행 전기 자동차의 회생제동을 이용한 감속 및 정지방법이 적용되는 전기 자동차의 개략 구성도이다.

본 발명이 적용되는 자율주행 전기 자동차는 자율주행을 위한 각각의 센서 값을 출력하는 자율주행 센서(10), 차량 속도를 획득하는 차량 속도 센서(20), 배터리를 관리하며, 배터리 충전량 등을 제공하는 배터리 관리 시스템(BMS)(30), 회생제동 에너지를 산출하는 회생제동 에너지 계산부(40), 상기 자율주행 센서(10), 차량 속도 센서(20), 배터리 관리 시스템(30) 및 회생제동 에너지 계산부(40)와 연계하여 자율주행 시 자동으로 차량을 감속 및 정지하기 위한 제어를 수행하는 브레이크 제어기(50)를 포함한다.

이러한 본 발명이 적용되는 자율주행 전기 자동차는 도면에는 도시하지 않았지만, 자율주행 자동차에 기본적으로 사용되는 ACC(Adaptive Cruise Control), Around View Monitoring System, ADAS의 스테레오 카메라, 레이더 센서 등을 그대로 이용하는 것으로 가정한다.

도 3은 본 발명에 따른 자율주행 전기 자동차의 회생제동을 이용한 감속 및 정지 방법을 보인 흐름도로서, (a) 차량의 주행 중, 자율주행 센서 값을 입력 받는 단계(S10 ~ S20); (b) 상기 입력 받은 자율주행 센서 값과 감속을 위해 미리 설정된 감속 기준과 비교하는 단계(S30); (c) 상기 (b)단계의 비교 결과 상기 자율주행 센서 값이 상기 감속 기준 이하이면, 현재 차량 속도를 기반으로 회생제동 토크를 계산하는 단계(S40); (d) 상기 계산한 회생제동 토크와 배터리 충전량을 대비하여, 회생제동 에너지를 최종적으로 결정하고, 결정한 회생제동 에너지를 기반으로 구동모터의 인버터를 통해 차량 속도를 감속시키는 단계(S50 ~ S60); (e) 상기 (d) 단계를 수행하는 도중에 상기 자율주행 센서 값이 차량 정지를 위해 미리 설정된 정지 기준 값 이하이면, 산출된 회생제동 에너지로 브레이크 기능을 수행하여 차량을 자동으로 정지시키는 단계(S70 ~ S80)를 포함한다.

상기에서 (a) 단계의 자율주행 센서 값은 전방 차량과의 거리 값을 이용하는 것이 바람직하다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 자율주행 전기 자동차의 회생제동을 이용한 감속 및 정지 방법을 첨부한 도면 도 1 내지 도 3을 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명은 일반 자율주행 자동차에서 주루 사용하는 ACC(Adaptive Cruise Control), Around View Monitoring System, ADAS의 스테레오 카메라, 레이더 센서 등 주행 중 상황을 인식할 수 있는 센서 및 제어기가 장착되어 있는 전기동력 자동차(하이브리드 전기 자동차)에 적용된다.

고가의 자율주행 전용 브레이크 유닛 또는 액츄에이터를 별도 장착할 필요 없이 전기동력 모터의 회생제동 에너지를 이용하여 주행 중인 차량의 감속 및 정차를 구현한다.

이를 위해, 단계 S10과 같이 브레이크 제어기(50)에서 차량 속도 센서(20)를 이용하여 차량이 주행 중인지를 확인한다. 예컨대, 차량 속도가 0보다 클 경우, 주행 중으로 판단한다.

차량이 주행중이면, 단계 S20으로 이동하여 자율주행 센서 값을 입력 받는다.

여기서 자율주행 센서 값은 ACC, ADAS와 같은 장치를 통해 획득하는 것이 바람직하다.

이어, 단계 S30에서 상기 입력 받은 자율주행 센서 값과 감속을 위해 미리 설정된 감속 기준과 비교하여, 감속 제어 여부를 판단한다. 예컨대, 차량 전면에 장착된 다양한 자율주행 센서들로부터 획득한 센서 값 중 전방정지 차량 또는 적색 신호 또는 장애물 등의 거리를 측정하고, 이를 자율주행 센서 값으로 획득한다.

다음으로, 상기 획득한 센서 값과 미리 설정된 감속 기준 값을 비교하여, 상기 자율주행 센서 값이 상기 감속 기준보다 작으면, 감속으로 결정하고, 단계 S40으로 이동하여 회생제동 토크를 계산한다. 도 2에 도시한 바와 같이, Level 1이 회생제동 브레이크 구간 중 감속 구간을 나타낸 것이다.

여기서 회생제동 토크 계산은 구동모터의 회전수로 제동 토크의 최대치(T_max)를 산출하고, 상기 산출한 제동 토크의 최대치에 현재 차량의 속도를 고려하여 회생제동 토크를 산출하는 것이 바람직하다.

이후, 단계 S50에서 상기 계산한 회생제동 토크와 배터리 충전량을 대비하여, 회생제동 에너지를 확인한다. 즉, 배터리 관리 시스템(30)과 연계하여 배터리 수용 가능한 회생제동 에너지량인지를 확인한다.

이 확인 결과 배터리 수용 가능한 회생제동 에너지량일 경우, 단계 S60에서 최종적으로 각 상황에 맞게 회생제동 에너지를 결정하고, 결정한 최종 회생제동 에너지를 이용하여 구동모터의 인버터를 통해 차량 속도를 감속시킨다. 여기서 인버터는 각 상황에 맞게 모터를 제어한다. 이때, 차량의 운동에너지를 구동모터의 회생제동 기능으로 구동용 배터리를 충전한다.

이와 같이, 기존 자율주행 차량에 적용중인 EPS 및 유닛, 액츄에이터 없이 자율주행에 필요한 센서 및 제어기만을 사용하고, 전기구동모터의 회생제동 기능을 이용하여 차량을 감속시킴으로써, 고가의 회생제동 브레이크 유닛을 삭제할 수 있는 장점이 있다. 또한, 차량의 감속 시 회생제동의 사용 비율을 최대화함으로써, 유압 브레이크의 사용 비율을 줄여 브레이크 패드의 수명도 증가할 수 있다. 더욱이, 차량의 운동에너지를 구동모터의 회생제동 기능으로 구동용 배터리를 충전시킴으로써, 에너지 효율 향상을 도모할 수 있게 된다.

한편, 상기와 같은 과정을 통해 차량을 감속시키는 도중에, 단계 S70과 같이 상기 자율주행 센서 값이 차량 정지를 위해 미리 설정된 정지 기준 값 이하이면, 단계 S80으로 이동하여 산출된 회생제동 에너지로 브레이크 기능을 수행하여 차량을 자동으로 정지시키게 된다. 도 2에서 Level2 구간이 회생제동 브레이크 구간 중 정지 구간을 나타낸다. 여기서 정지 기준 값은 상기 감속 기준 값보다 작은 값으로 설정하는 것이 바람직하다.

이와 같이 본 발명은 전방 차량 및 신호등 장애물과의 거리에 따라 계산된 회생제동 에너지로 브레이크 기능을 수행할 수 있으며, 상기와 같은 기능 구현으로 운전자의 별도 브레이크 페달 조작 없이 목표 지점에서 자동으로 차량을 감속하거나 정지시킬 수 있게 된다.

이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.

10: 자율주행 센서 20: 차량 속도 센서
30: 배터리 관리 시스템 40: 회생제동 에너지 계산부
50: 브레이크 제어기

Claims (4)

1. 자율주행 전기 자동차에서 전기구동모터의 회생제동만을 이용하여 차량을 자동으로 감속 및 정지시키기 위한 방법으로서,
   (a) 차량의 주행 중, 자율주행 센서 값을 입력 받는 단계;
   (b) 상기 입력 받은 자율주행 센서 값과 감속을 위해 미리 설정된 감속 기준과 비교하는 단계;
   (c) 상기 (b)단계의 비교 결과 상기 자율주행 센서 값이 상기 감속 기준 이하이면, 현재 차량 속도를 기반으로 회생제동 토크를 계산하는 단계; 및
   (d) 상기 계산한 회생제동 토크와 배터리 충전량을 대비하여, 회생제동 에너지를 최종적으로 결정하고, 결정한 회생제동 에너지를 기반으로 구동모터의 인버터를 통해 차량 속도를 감속시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자율주행 전기 자동차의 회생제동을 이용한 감속 및 정지 방법.
   
2. 청구항 1에서, (e) 상기 (d) 단계를 수행하는 도중에 상기 자율주행 센서 값이 차량 정지를 위해 미리 설정된 정지 기준 값 이하이면, 산출된 회생제동 에너지로 브레이크 기능을 수행하여 차량을 자동으로 정지시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자율주행 전기 자동차의 회생제동을 이용한 감속 및 정지 방법.
   
3. 청구항 1에서, 상기 (a) 단계의 자율주행 센서 값은 전방 차량과의 거리 값인 것을 특징으로 하는 자율주행 전기 자동차의 회생제동을 이용한 감속 및 정지 방법.
   
4. 청구항 1에서, 상기 정지 기준은 상기 감속 기준보다 작은 값인 것을 특징으로 하는 자율주행 전기 자동차의 회생제동을 이용한 감속 및 정지 방법.
   
   
   
   
   

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