KR20180065741A - 고성능 네트워크 차량의 vcu를 이용한 연산 시스템 및 방법 - Google Patents

고성능 네트워크 차량의 vcu를 이용한 연산 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

고성능 네트워크 차량의 차량 제어 유닛(VCU : Vehicle Control Unit)을 이용한 토크 연산 시스템 및 방법이 개시된다. 본 발명에 의한 고성능 네트워크 차량의 VCU를 이용한 연산 시스템(방법)은, 운전자 및 엔진, 트랜스 미션, ADAS 센서와 같은 여러개의 전자 구동시스템으로부터 모든 정보의 요약 계산, 소형 트럭부터 대형 트럭 및 버스까지 브레이크 시스템 중앙 제어를 사용하는 차량 제어 장치이다. 본 발명에 따르면, 차량 운전에 최적인 구동력 확보를 위해 계산하는 토크의 제어값을 관련 정보가 모이는 차량 제어 유닛에서 담당하여 모터 제어 유닛에 실시간으로 전달함으로써 연산 및 제어의 신속성 및 효율성을 이룰 수 있고, 토크 계산의 연산 부하를 차량 제어 유닛에서 전담함으로써 모터의 구동을 담당하는 모터 제어 유닛의 부하를 줄일 수 있다.

Description

고성능 네트워크 차량의 VCU를 이용한 연산 시스템 및 방법{System and method for calculating torch by vehicle control unit for high effectiveness network vehicle}
본 발명은 전기 자동차에 관한 것이다. 더 구체적으로는 현재의 차량 속도 및 모터 속도에 근거한 가속 페달 조작값 등에 따른 구동 목표 토크로부터 손실 토크를 제거하여 제어 목표 토크를 연산하고, 운전 모드, 배터리 충ㆍ방전 상태 및 보기류 작동 상태 등에 따라 제어 목표 토크를 보정하여 최종 제어 목표 토크를 설정하는 고성능 네트워크 차량의 VCU를 이용한 연산 시스템 및 방법에 관한 것이다.
전기 자동차의 운행은 차량의 설계 구성 및 모터의 출력 특성 등에 따라 기존 내연기관을 동력으로 하는 자동차와 대비하여 다른 운전 패턴을 가지고 있다.
또한, 전기 자동차의 구성상 동력의 원천인 배터리 충전 상태 및 이에 따른 주행 거리, 운전자가 요구하는 동력 성능의 병립은 기술적으로 절충 (trade-off) 관계에 있다.
이러한 서로 병립되는 요구사항들을 효과적으로 절충하기 위해, 전기 자동차의 제어를 위한 해당 입출력 및 통신들이 수렴되는 차량 제어 유닛에서, 운전자의 구동 목표 토크 및 전기 동력의 사용에 따른 손실 토크, 그리고 배터리 충전 상태와 에너지 절약 운전 모드 등의 선택에 의해 최종적으로 모터 제어 유닛에 최종 제어 목표 토크를 요청하여 모터 구동을 최적화할 필요가 있다.
문헌 1. 대한민국특허청 특허등록번호 제10-0428325호, "하이브리드 전기자동차의 토크 제어장치" 문헌 2. 대한민국특허청 특허등록번호 제10-1517693호, "전기자동차의 배터리 전압예측을 이용한 토크 제어방법"
따라서, 본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 전기 자동차에서 서로 상충되는 구동 요구 사항들을 최적화기 위해, 현재의 차량 속도 및 모터 속도에 근거한 가속 페달 조작값 등에 따른 구동 목표 토크로부터 손실 토크를 제거하여 제어 목표 토크를 연산하고, 운전 모드, 배터리 충ㆍ방전 상태 및 보기류 작동 상태 등에 따라 제어 목표 토크를 보정하여 최종 제어 목표 토크를 설정하는 제어 방법을 소프트웨어적인 방법으로 차량 제어 유닛을 통해 제공할 수 있도록 하는 고성능 네트워크 차량의 VCU를 이용한 연산 시스템 및 방법을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 고성능 네트워크 차량의 VCU를 이용한 연산 시스템은, 운전자의 가속 페달 조작을 감지하여 가속 페달 조작값을 생성하는 가속 페달 센서; 차량 속도를 감지하여 차량 속도 신호를 생성하는 차량 속도 센서; 모터 제어 신호를 생성하며, 모터 속도를 감지하여 모터 속도 신호를 생성하는 모터 제어 유닛; 상기 모터 제어 신호에 대응하여 구동되는 인버터를 포함하는 모터; 배터리의 충ㆍ방전 전압을 관리하는 배터리 관리 시스템; 적어도 하나 이상의 배터리 그룹인 전지팩; 및 상기 차량 속도 신호 및 모터 속도 신호와 상기 가속 페달 조작값을 이용하여 계산된 구동 목표 토크로부터 손실 토크를 제거하여 제어 목표 토크를 연산하고, 배터리 전압에 따라 제어 목표 토크를 보정하여 최종 제어 목표 토크를 설정하는 차량 제어 유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이 때, 상기 차량 제어 유닛에는 운전 모드 제어 유닛이 더 접속될 수 있으며, 이에 상기 제어 목표 토크의 보정에 운전 모드 상태가 반영될 수 있다.
여기서, 상기 차량 제어 유닛과 모터 제어 유닛 간 접속에 있어, 상기 차량 제어 유닛과 모터 제어 유닛 사이에 동력 배분 제어 유닛이 형성될 수 있으며, 상기 동력 배분 제어 유닛은, 상기 최종 제어 목표 토크, 차량 속도, 상기 모터 제어 유닛의 입력 전류를 통해 최종 모터 전류 지령값 및 최종 모터 토크 지령값을 생성하여 상기 모터 제어 유닛으로 전달한다.
한편, 본 발명의 고성능 네트워크 차량의 VCU를 이용한 연산 방법은, 차량 제어 유닛이, 차량 속도 신호 및 모터 속도 신호를 입력받는 단계; 가속 페달 조작값이 생성되면, 상기 차량 속도 신호 및 모터 속도 신호와 상기 가속 페달 조작값을 이용하여 구동 목표 토크를 계산 및 설정하는 단계; 상기 구동 목표 토크로부터 손실 토크를 제거하여 제어 목표 토크를 연산하는 단계; 및 배터리 전압에 따라 상기 제어 목표 토크를 보정하여 최종 제어 목표 토크를 모터 제어 유닛으로 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이 때, 상기 제어 목표 토크를 연산하는 단계는, 상기 구동 목표 토크를 계산 및 설정하면, 차량의 운전 상태 및 제어에 따라 작동하고 있는 보기류에 의해 차량의 토크 손실을 유발하는 인자들의 값을 계산하여 손실 토크를 계산하는 단계; 상기 구동 목표 토크에서 상기 손실 토크를 차감하여 실제 구동 토크를 계산하는 단계; 및 손실 토크에 의해 저감된 토크를 보상하기 위해, 상기 실제 구동 토크에 손실 토크를 더하여 운전자가 기대하는 동력 성능에 대응하는 모터 구동을 위한 제어 목표 토크를 설정하는 단계를 포함할 수 있다.
또는, 상기 제어 목표 토크를 연산하는 단계는, 차량 제어 유닛이, 차량 속도, 가속 페달 조작값, 시프트 기어의 변속단의 신호를 입력받아 1차 모터 토크 지령값을 산출하는 단계; 동력 배분 제어 유닛이, 상기 차량 속도 및 1차 모터 토크 지령값으로부터 최종 모터 토크 지령값을 산출하고, 상기 모터 제어 유닛의 입력 전류를 피드백받아 최종 모터 전류 지령값을 생성하는 단계; 및 상기 최종 모터 전류 지령값 및 최종 모터 토크 지령값을 상기 모터 제어 유닛으로 전달하는 단계를 포함할 수 있다.
한편, 상기 제어 목표 토크를 보정하는 과정은, 운전자의 특정 운전 모드 선택에 따라 제어 목표 토크를 보정하는 과정을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어 목표 토크를 보정하는 과정은, 운전 안전성 및 성능 최적화를 위해, 외부 제어기나 시스템으로부터 토크 간섭을 요구하는 경우, 요구 간섭 토크를 제거하여 제어 목표 토크를 보정하는 과정을 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 고성능 네트워크 차량의 VCU를 이용한 연산 시스템 및 방법에 따르면, 아래의 여러 효과를 기대할 수 있다.
첫째, 배터리 충전 상태가 충분한 상태에서는 손실 인자들에서 발생하는 토크 손실을 감안하여 운전자가 기대하고 요구하는 구동 목표 토크를 모터로부터 발생시킴으로써 운전의 쾌적성을 유지할 수 있다.
둘째, 배터리 충전 상태가 충전을 필요로 하거나 설정값 이하의 수준일 경우, 구동 목표 토크의 요구값을 줄여서 모터의 출력을 조정함으로써 상대적으로 주행 거리를 확장할 수 있다.
셋째, 차량 운전에 최적인 구동력 확보를 위해 계산하는 토크의 제어값을 관련 정보가 모이는 차량 제어 유닛에서 담당하여 모터 제어 유닛에 실시간으로 전달함으로써 연산 및 제어의 신속성 및 효율성을 이룰 수 있다.
넷째, 토크 계산의 연산 부하를 차량 제어 유닛에서 전담함으로써 모터의 구동을 담당하는 모터 제어 유닛의 부하를 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고성능 네트워크 차량의 VCU를 이용한 연산 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고성능 네트워크 차량의 VCU를 이용한 연산 방법의 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 목표 토크를 연산하는 과정을 나타낸 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 제어 목표 토크를 연산하는 개념도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 목표 토크를 보정하는 과정을 나타낸 흐름도이다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예 및 첨부하는 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하되, 도면의 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭함을 전제하여 설명하기로 한다.
발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에서 어느 하나의 구성요소가 다른 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 당해 구성요소만으로 이루어지는 것으로 한정되어 해석되지 아니하며, 다른 구성요소들을 더 포함할 수 있는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에서 "~수단", "~부", "~모듈", "~블록"으로 명명된 구성요소들은 적어도 하나 이상의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이들 각각은 소프트웨어 또는 하드웨어, 또는 이들의 결합에 의하여 구현될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 고성능 네트워크 차량의 VCU를 이용한 연산 시스템 및 방법이 구현된 일 예를 특정한 실시예를 통해 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고성능 네트워크 차량의 VCU를 이용한 연산 시스템의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 고성능 네트워크 차량의 VCU를 이용한 연산 시스템은, 운전자의 가속 페달 조작을 감지하여 가속 페달 조작값을 생성하는 가속 페달 센서(1)와, 차량 속도를 감지하여 차량 속도 신호를 생성하는 차량 속도 센서(2)와, 모터 제어 신호를 생성하며, 모터 속도를 감지하여 모터 속도 신호를 생성하는 모터 제어 유닛(3)과, 모터 제어 신호에 대응하여 구동되는 인버터를 포함하는 모터(4)와, 배터리의 충ㆍ방전 전압을 관리하는 배터리 관리 시스템(5)과, 적어도 하나 이상의 배터리 그룹인 전지팩(6)과, 현재의 차량 속도 신호 및 모터 속도 신호와 가속 페달 조작값을 이용하여 계산된 구동 목표 토크로부터 손실 토크를 제거하여 제어 목표 토크를 연산하고, 배터리 전압에 따라 제어 목표 토크를 보정하여 최종 제어 목표 토크를 설정하는 차량 제어 유닛(7)을 포함한다.
여기에, 차량 제어 유닛(7)에는 운전 모드 제어 유닛(8)이 더 접속될 수 있다. 이에 제어 목표 토크를 보정에 운전 모드 상태가 적용될 수 있다.
한편, 미도시되어 있으나, 차량 제어 유닛(7)에는, 제동 페달 센서, 모터 구동 조향 시스템, 냉각팬, 냉각수 펌프, 램프 릴레이, 공조 제어 유닛, 협조 회생 제어 유닛, 변속기 제어 유닛, 변속기가 더 접속될 수 있다. 즉, 손실 토크의 원인으로 작용하는 보기류 등이 더 접속될 수 있다. 이러한 보기류는 제어 목표 토크 연산에 있어 손실 토크로 적용될 수 있다.
이와 같이 구성된 본 발명의 고성능 네트워크 차량의 VCU를 이용한 연산 시스템은, 전기 자동차의 동력 원천인 전원이 전지팩(6)에 저장되며, 배터리 관리 시스템(5)에서는 배터리의 충ㆍ방전 상태 및 안전한 사용을 위한 관리를 수행한다. 이렇게 저장된 전원은, 인버터를 통해 차량 제어 유닛(7)에서 설정된 최종 제어 목표 토크에 대응한 변환 과정을 거쳐 모터(4)를 구동시키게 된다. 이 때, 차량 제어 유닛(7)에서는, 상기한 바와 같이, 현재의 차량 속도 신호 및 모터 속도 신호와 가속 페달 조작값을 이용하여 계산된 구동 목표 토크로부터 손실 토크를 제거하여 제어 목표 토크를 연산하고, 배터리 전압에 따라 제어 목표 토크를 보정하여 최종 제어 목표 토크를 설정한다.
한편, 차량 제어 유닛(7)은, 전기 자동차의 동력을 발생시키는 제어 기능을 하는 모터 제어 유닛(3), 배터리 관리 시스템(5), 제동 및 에너지 회생을 담당하는 협조 회생 제어 유닛, 차량 실내 및 고온을 발산하는 부품의 온도 조절을 위해 기능하는 공조 제어 유닛들과 고속 통신을 통해 차량의 최적 제어를 위해 서로 간에 필요한 정보를 송수신한다.
또한, 차량 제어 유닛(7)은, 가속 페달 센서(1)로부터 운전자 조작에 의해 생성되는 가속 페달 조작값을 분석하여 운전자가 원하는 가속 및 동력 성능의 정도를 판단하며, 제동 페달 센서로부터 운전자 조작에 의해 생성되는 제동 페달 신호를 분석하여 운전자가 원하는 제동의 요구 수준을 예측한다.
그리고, 차량 제어 유닛(7)은, 전기 자동차의 운전 조향을 위해 기능하는 모터 구동 조향 시스템 및 차량의 정상적 작동을 위해 필요로 하는 냉각팬, 냉각수 펌프, 램프 릴레이를 전자적으로 작동 및 제어한다.
한편, 협조 회생 제어 유닛은 차량 감속 및 제동 시 관성에 의해 발생하는 전기를 전지팩(6)에 저장하고 차량의 최적 제동을 위해 기능한다.
그러면, 여기서 상기와 같이 구성된 시스템을 이용한 본 발명의 고성능 네트워크 차량의 VCU를 이용한 연산 방법에 대해 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고성능 네트워크 차량의 VCU를 이용한 연산 방법의 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 차량 제어 유닛(7)은, 우선적으로 차량의 운전 상태를 파악하기 위해, 차량 속도 센서(2)로부터 차량 속도 신호를 입력받고, 모터 제어 유닛(3)으로부터 모터 속도 신호를 입력받는다(S1).
차량 제어 유닛(7)에서 차량 속도 및 모터 속도를 모니터링하고 있는 상태에서, 운전자에 의한 가속 페달 조작이 있을 경우에, 가속 페달 센서(1)로부터 생성되는 가속 페달 조작값을 입력받는다(S2). 가속 페달 조작값은 가속 페달의 기울기 등으로부터 구할 수 있다.
이에 차량 제어 유닛(7)에서는, 차량 속도 신호, 모터 속도 신호 및 가속 페달 조작값을 이용하여 구동 목표 토크를 계산 및 설정한다(S3). 이 때, 차량 제어 유닛(7)에 미리 설정되어 있는 차량 속도, 모터 속도, 가속 페달 조작값과의 비교를 통해 구동 목표 토크를 결정할 수 있다.
이어서, 구동 목표 토크로부터 손실 토크를 제거하여 제어 목표 토크를 연산한다(S4). 즉, 구동 목표 토크 계산에 있어, 모터 구동 조향 시스템 및 보기류들이 작동되는 상태들에 대한 손실 토크를 연산에 반영한다.
이 때, 운전자에 의해 설정된 운전 모드, 배터리 전압 등에 따라 제어 목표 토크를 보정한다(S5). 한편, 차량 안전 및 안정성을 위해 토크 간섭을 고려한 최종 제어 토크값의 계산 및 적용하는 과정을 더 진행할 수 있다.
마지막으로, 보정을 통해 최종 제어 목표 토크를 출력하고, 최종 제어 목표 토크값은 모터 제어 유닛(3)으로 전달된다(S6).
이와 같이 차량 제어 유닛(7)은, 운전자의 페달 조작, 동력 손실 장치들의 작동 상태, 배터리 충전 상태 등을 포함한 입력 변수 및 상태 변수를 받아 구동 목표 토크를 계산 및 설정하고, 손실 토크를 반영 및 보정하며, 운전자의 운전 모드 선택 및 배터리 충전 상태에 따라 제어 목표 토크를 다시 연산하고, 마지막 단계로 토크 간섭을 고려한 최종 제어 목표 토크를 실시간으로 계산한다.
이에 차량 제어 유닛(7)이 계산 및 설정한 최종 제어 목표 토크값에 대응하여 모터 제어 유닛(3)에서 모터 제어가 이루어질 수 있다. 한편, 모터 제어 유닛(3)은 토크 연산이 차량 제어 유닛(7)에서 이루어짐에 따라 연산 부하를 최소화할 수 있고, 또한 차량 전체의 신호의 입출력이 이루어지는 차량 제어 유닛(7)에서 토크 연산이 이루어지므로 효율적으로 실시간 처리가 가능하다.
또한, 차량 제어 유닛(7)의 데이터 저장소 기능 확장을 통해 관리 영역을 더욱 확장시킬 수 있다. 즉, 전기 자동차에는 여러 가지 기능을 담당하는 제어기들이 존재하며, 관련 데이터들은 차량 제어 유닛(7)을 중심으로 통신이 이루어지게 된다. 즉, 차량 제어 유닛(7)은 각 제어기와의 통신 트래픽의 제어를 담당하게 된다. 이에 통신을 통해 입출력되는 데이터들을 추후에 가공하기 위한 저장소로서의 기능을 추가함으로써 기본 데이터를 확보할 수 있다. 전기 자동차에서 수집되는 데이터는 크기가 방대할 뿐 아니라 취득 속도가 빠르므로, 별도의 외부 장치에 저장하기가 용이하지 않고 비용이나 설계 등의 측면에서 불리하다. 이러한 이유로 차량 제어 유닛(7)에 데이터의 저장소가 고정되는 것이 바람직하다. 따라서, 차량 제어 유닛(7)에 데이터 저장소를 데이터 취득 목적에 따라 가변적으로 직렬 혹은 병렬의 형태로 직접 연결하여 관리한다면 관리 영역의 확장 및 방대한 데이터의 실시간 처리가 가능할 것이다.
여기서, 전기 자동차의 운행 중 취득되는 데이터의 획득 방법에 대해 간단히 설명한다.
전기 자동차는 자동차로서의 고유한 운전의 기능들을 위한 제어기들(모터 제어 유닛(3), 배터리 관리 시스템(5), 차량 제어 유닛(7), 전동 모터 조향 시스템, 협조 회생 제동 시스템 등)의 기본적인 기능들과, 운전자 및 탑승자의 편의성 등을 위해 추가되는 시스템들(네비게이션 시스템, 텔레매틱스 시스템, 자율 운전 및 운전 보조 시스템 등)의 추가적인 기능들의 증가에 따라 통신 데이터의 양과 속도는 비약적으로 증가하고 있다.
전기 자동차의 운행 중 취득되는 빅데이터를 해석 및 분석하여 목적하고자 하는 유용한 데이터 혹은 결과로 도출해 내기 위해서,
(1) 차량 내의 유무선 통신에서 기 정의된 전체 데이터 중에서 해시태그(#)를 통해 개별 데이터의 연관성을 정의하고,
- 각 데이터는 차량 내 데이터 취득 및 통신에 사용되는 전체 데이터베이스에서 개별적으로 정의
- 각 데이터는 하나 이상의 해시태그(#)로 연관 분야를 정의
(2) 차량 내에 존재하는 데이터 저장소의 크기와 속도에 따른 최적의 실시간 저장을 위해 취득을 원하는 연관 데이터들의 선택 및 저장 주기를 설정하고,
- 데이터 저장의 설정은 최대 충전 후 다음 번 충전 시까지 가능한 데이터의 크기로 제한
(3) 운행 중 데이터를 취득하며,
(4) 전기 자동차를 충전하는 장소 및 충전기는 저장 데이터의 데이터 취합 및 분석을 위한 서버로 전송이 이루어진다.
- 이 경우 유무선 통신이 모든 방법이 가능하며, 통신은 충전기에 내장된 장치로 이루어지는 것이 바람직
- 무선의 경우 블루투스, WLAN 등의 방법이 가능
- 유선의 경우 충전기에 통신선이 내장된 형태로 LAN, CAN 등이 가능
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 목표 토크를 연산하는 과정을 나타낸 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 차량 속도 신호, 모터 속도 신호 및 가속 페달 조작값을 이용하여 가상의 구동 목표 토크를 계산 및 설정하면, 차량의 운전 상태 및 제어에 따라 작동하고 있는 모터 구동 조향 시스템, 냉각팬, 냉각수 펌프, 램프 릴레이 등 보기류에 의해 차량의 토크 손실을 유발하는 인자들의 값을 계산하여 손실 토크를 계산한다(S41).
이에, 가상의 구동 목표 토크에서 계산된 손실 토크를 차감하여 실제 구동 토크를 계산한다(S42).
한편, 손실 토크에 의해 저감된 토크를 보상하기 위해, 실제 구동 토크에 손실 토크를 더하여 운전자가 기대하는 동력 성능에 대응하는 모터(4) 구동을 위한 제어 목표 토크를 설정한다(S43).
한편, 본 실시예에서는 차량 제어 유닛(7)에서 제어 목표 토크를 연산하는 경우에 대해 설명하고 있으나, 동력 배분 제어 유닛(9)을 연동하여 제어 목표 토크를 연산할 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 제어 목표 토크를 연산하는 개념도이다.
도 4를 참조하면, 먼저 차량 제어 유닛(7)은, 차량 속도(모터 회전수로부터 계산), 가속 페달 조작값, 시프트 기어의 변속단의 신호를 입력받게 되면, 이들 신호로부터 운전자 의지를 반영한 1차 모터 토크 지령값을 산출하여 동력 배분 제어 유닛(9)으로 전달하는데, 가속 페달 조작값에 미리 설정된 스케일 값을 곱해서 1차 모터 토크 지령값을 산출하여 동력 배분 제어 유닛(9)으로 전달한다.
이에 동력 배분 제어 유닛(9)은, 차량 제어 유닛(7)으로부터 전달되는 차량 제어 유닛(7)의 1차 모터 토크 지령값과 차량 속도를 입력받아, 이를 토대로 차량 속도에 따른 최대 구동 토크 추출 맵을 통해 최종 모터 토크 지령값을 산출하게 된다.
또한 동력 배분 제어 유닛(9)은, 피드백 제어모듈(미도시)에서 모터 제어 유닛(3) 입력단의 현재 모터 전류 제한값과 스택 및 배터리 출력 가용량을 토대로 미리 설정된 맵을 통해 최종 모터 전류 제한값을 산출한 뒤 이를 모터 제어 유닛(3)으로 출력하여 모터 전류 제한값을 최종 모터 전류 제한값으로 피드백 제어한다. 이 때, 모터 제어 유닛(3)의 입력단에서의 전류값은 모터 제어 유닛(3) 입력단에서 측정된 고전압 DC-DC 컨버터 입력단의 전류값이다.
이와 같이, 동력 배분 제어 유닛(9)은, 차량 속도와 차량 제어 유닛(7)의 1차 모터 토크 지령값을 토대로, 즉 최대 구동 토그 추출 맵을 통해 산출된 최대 구동 토크에 피드백 제어모듈에서 산출된 토크 보정계수를 곱하여 최종 모터 토크 지령값을 산출하고 이를 모터 제어 유닛(3)으로 출력한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 목표 토크를 보정하는 과정을 나타낸 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 운전자의 특정 운전 모드 선택에 따라 해당 특정 모드(예를 들어, 경제 운전 모드)에서 주행 거리를 우선적으로 감안하는 모터(4)의 출력을 제한하며, 제어 목표 토크를 보정한다(S51 ~ S52). 한편, 해당 특정 모드가 다른 모드로 전환될 때까지 미리 정의된 연산 과정은 계속 유지된다.
또한, 배터리 충전 상태에 대한 정보를 배터리 관리 시스템(5)으로부터 실시간으로 확인하여 배터리 충전 상태(전압)가 미리 설정된 기준 이하인 경우, 모터(4)의 출력을 추가적으로 제한하여 주행 거리 확장 위주의 주행을 할 수 있도록 제어 목표 토크를 추가적으로 보정한다(S53 ~ S54). 한편, 배터리 충전 상태가 미리 설정된 기준을 초과하는 경우에는 운전자가 기대하고 요구하는 최종 제어 목표 토크로 제어하거나, 추가적인 보정을 수행하지 않는다.
마지막으로, 운전 안전성 및 쾌적성 목적 혹은 성능 최적화를 위해 외부 제어기나 시스템으로부터 토크 간섭을 요구하는 경우, 이를 최종적으로 반영하여 모터(4)에서 차량을 구동하고자 하는 최종 제어 목표 토크를 계산한다(S55 ~ S56).
이후, 최종 제어 목표 토크값은 모터 제어 유닛(3)에 전달되어 최적의 모터(4) 제어가 이루어질 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명에서는 전기 자동차의 주행을 위해 실시간으로 제어되는 모터(4)의 제어 토크를 연산함에 있어, 모터 속도, 차량 속도 및 가속 페달 조작으로 대표되는 운전자의 운전 의도와, 보기류 등에 의한 손실, 안전장치 등에 의한 동력 간섭 등을 고려하여 최종 제어 목표 토크를 출력하는 기술을 제시하고 있다. 즉, 본 발명은 구동 목표 토크 계산 및 설정, 손실 토크 계산 및 실제 구동 토크 계산, 간섭 토크 인자 고려에 따른 실시간 제어 토크의 계산 및 적용을 포함한다.
이상 몇 가지의 실시예를 통해 본 발명의 기술적 사상을 살펴보았다.
본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기재사항으로부터 상기 살펴본 실시예를 다양하게 변형하거나 변경할 수 있음은 자명하다. 또한, 비록 명시적으로 도시되거나 설명되지 아니하였다 하여도 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기재사항으로부터 본 발명에 의한 기술적 사상을 포함하는 다양한 형태의 변형을 할 수 있음은 자명하며, 이는 여전히 본 발명의 권리범위에 속한다. 첨부하는 도면을 참조하여 설명된 상기의 실시예들은 본 발명을 설명하기 위한 목적으로 기술된 것이며 본 발명의 권리범위는 이러한 실시예에 국한되지 아니한다.
1 : 가속 페달 센서
2 : 차량 속도 센서
3 : 모터 제어 유닛
4 : 모터
5 : 배터리 관리 시스템
6 : 전지팩
7 : 차량 제어 유닛
8 : 운전 모드 제어 유닛
9 : 동력 배분 제어 유닛

Claims (8)

  1. 운전자의 가속 페달 조작을 감지하여 가속 페달 조작값을 생성하는 가속 페달 센서;
    차량 속도를 감지하여 차량 속도 신호를 생성하는 차량 속도 센서;
    모터 제어 신호를 생성하며, 모터 속도를 감지하여 모터 속도 신호를 생성하는 모터 제어 유닛;
    상기 모터 제어 신호에 대응하여 구동되는 인버터를 포함하는 모터;
    배터리의 충ㆍ방전 전압을 관리하는 배터리 관리 시스템;
    적어도 하나 이상의 배터리 그룹인 전지팩; 및
    상기 차량 속도 신호 및 모터 속도 신호와 상기 가속 페달 조작값을 이용하여 계산된 구동 목표 토크로부터 손실 토크를 제거하여 제어 목표 토크를 연산하고, 배터리 전압에 따라 제어 목표 토크를 보정하여 최종 제어 목표 토크를 설정하는 차량 제어 유닛을 포함하는 고성능 네트워크 차량의 VCU를 이용한 연산 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 차량 제어 유닛에는 운전 모드 제어 유닛이 더 접속되며, 상기 제어 목표 토크의 보정에 운전 모드 상태가 반영되는 고성능 네트워크 차량의 VCU를 이용한 연산 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 차량 제어 유닛과 모터 제어 유닛 간 접속에 있어,
    상기 차량 제어 유닛과 모터 제어 유닛 사이에 동력 배분 제어 유닛이 형성되며,
    상기 동력 배분 제어 유닛은,
    상기 최종 제어 목표 토크, 차량 속도, 상기 모터 제어 유닛의 입력 전류를 통해 최종 모터 전류 지령값 및 최종 모터 토크 지령값을 생성하여 상기 모터 제어 유닛으로 전달하는 고성능 네트워크 차량의 VCU를 이용한 연산 시스템.
  4. 차량 제어 유닛이,
    차량 속도 신호 및 모터 속도 신호를 입력받는 단계;
    가속 페달 조작값이 생성되면, 상기 차량 속도 신호 및 모터 속도 신호와 상기 가속 페달 조작값을 이용하여 구동 목표 토크를 계산 및 설정하는 단계;
    상기 구동 목표 토크로부터 손실 토크를 제거하여 제어 목표 토크를 연산하는 단계; 및
    배터리 전압에 따라 상기 제어 목표 토크를 보정하여 최종 제어 목표 토크를 모터 제어 유닛으로 출력하는 단계를 포함하는 고성능 네트워크 차량의 VCU를 이용한 연산 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어 목표 토크를 연산하는 단계는,
    상기 구동 목표 토크를 계산 및 설정하면, 차량의 운전 상태 및 제어에 따라 작동하고 있는 보기류에 의해 차량의 토크 손실을 유발하는 인자들의 값을 계산하여 손실 토크를 계산하는 단계;
    상기 구동 목표 토크에서 상기 손실 토크를 차감하여 실제 구동 토크를 계산하는 단계; 및
    손실 토크에 의해 저감된 토크를 보상하기 위해, 상기 실제 구동 토크에 손실 토크를 더하여 운전자가 기대하는 동력 성능에 대응하는 모터 구동을 위한 제어 목표 토크를 설정하는 단계를 포함하는 고성능 네트워크 차량의 VCU를 이용한 연산 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제어 목표 토크를 연산하는 단계는,
    차량 제어 유닛이, 차량 속도, 가속 페달 조작값, 시프트 기어의 변속단의 신호를 입력받아 1차 모터 토크 지령값을 산출하는 단계;
    동력 배분 제어 유닛이, 상기 차량 속도 및 1차 모터 토크 지령값으로부터 최종 모터 토크 지령값을 산출하고, 상기 모터 제어 유닛의 입력 전류를 피드백받아 최종 모터 전류 지령값을 생성하는 단계; 및
    상기 최종 모터 전류 지령값 및 최종 모터 토크 지령값을 상기 모터 제어 유닛으로 전달하는 단계를 포함하는 고성능 네트워크 차량의 VCU를 이용한 연산 방법.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 제어 목표 토크를 보정하는 과정은,
    운전자의 특정 운전 모드 선택에 따라 제어 목표 토크를 보정하는 과정을 포함하는 고성능 네트워크 차량의 VCU를 이용한 연산 방법.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 제어 목표 토크를 보정하는 과정은,
    운전 안전성 및 성능 최적화를 위해, 외부 제어기나 시스템으로부터 토크 간섭을 요구하는 경우, 요구 간섭 토크를 제거하여 제어 목표 토크를 보정하는 과정을 포함하는 고성능 네트워크 차량의 VCU를 이용한 연산 방법.
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