KR20190095569A - 자율주행 전기자동차의 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자율주행 전기자동차의 제어방법에 관한 것으로, 차체에 구비된 신호 수신부가 도로에 설치된 복수의 신호 발신부 중 어느 하나의 상측에 위치하는 경우 그 신호 발신부와 일대일 무선통신하여 신호상태, 시간정보, 거리정보, 그리고 차선정보를 수신하는 교차로 정보 수신단계와, 내비게이션으로부터 목적지 도착을 위한 주행방향, 주행도로의 규정속도, 그리고 현재 주행속도를 제공받는 운행상태 파악단계와, 상기 신호 수신부와 상기 내비게이션으로부터 수신한 정보와 현재 운행상태를 비교하여 주행방향과, 주행동력을 발생시키는 구동모터를 동작시켜 주행속도를 제어하는 주행제어단계, 그리고 주행제어에 대응하여 상기 구동모터에 전원을 공급하는 배터리부를 냉매의 잠열을 이용하여 냉각시키는 냉각수단을 제어하는 배터리부 냉각단계;를 포함한다. 이러한 방법으로, 교차로에서 안전하게 차량의 주행을 제어할 수 있고, 배터리부를 효과적으로 냉각하여 배터리부의 성능 유지 및 수명을 연장할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

Description

자율주행 전기자동차의 제어방법{CONTROL METHOD FOR AUTONOMOUS ELECTRIC VEHICLE}

본 발명은 자율주행 전기자동차의 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 도로에 설치된 신호 발신부로부터 신호등 정보를 일대일로 수신하여 교차로에서 안전하게 차량의 주행을 제어할 수 있는 자율주행 전기자동차의 제어방법에 관한 것이다.

자동차는 운전자에게 보다 편안하고 안전한 주행환경을 제공하기 위해 개발되어왔다. 하지만, 인구 증가와 함께 자동차 밀도의 급진적인 증가로 인하여 교통 사고가 증가하고, 운전자에게 안전한 주행환경을 제공하는 일이 점점 어려워지고 있는 실정이다. 최근, 운전자의 안전 및 편의를 향상시키기 위한 안전 제어 시스템들이 많이 개발되고 있고, 특히 운전자의 조작없이 목적지까지 자율적으로 운행할 수 있는 자율주행차량에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다.

이러한, 자율주행을 위하여 제공되는 기술은 GPS를 이용한 차량항법시스템이다. 차량항법시스템은 주행중인 자동차의 위치를 검색하고, 지리정보 등을 기록해 둔 기록매체로부터 자동차의 위치에 대응하는 전자지도를 재생하여 차량단말기에 차량의 주행궤적을 전자지도상에 표시하는 동작을 수행하게 된다. 차량항법시스템은 지구상에 배치된 GPS 위성으로부터 GPS 모듈을 통해서 위성신호를 수신하고, 차량의 현재위치, 진행방향을 파악하여 주행궤적을 추적하여 목적지까지 자율주행으로 도달할 수 있다.

하지만, 자율주행차량이 교차로를 통과하는 경우에는 신호등 정보를 별도로 파악하여 차량을 정차할지 또는 주행할지를 판단하여 주행하여야 한다.

종래에는 차량에 설치된 카메라를 통하여 현재 신호등의 색깔을 파악 후 차량의 운행을 제어하는 방법이 공지되어 있지만, 이 경우 촬영 오류에 의해 신호등 색깔을 정확히 파악하지 못한 경우 교통사고가 발생할 수 있는 문제가 있다.

또는, 신호등에 무선통신장비를 구비하고 신호등에 근접하는 모든 차량에 신호등 정보를 제공하여 차량의 운행을 제어하는 방법이 공지되어 있지만, 이 경우 교통체증으로 다수의 차량이 혼잡되어 있는 경우 동시에 송수신해야 하는 데이터의 양이 방대하여 교통신호 송수신 장치에 데이터 트래픽이 발생할 수 있고, 이로 인하여 데이터 송수신에 오류가 발생하는 경우 교통사고가 발생할 수 있는 문제가 있다.

아울러, 최근 환경문제와 화석 연료 고갈 등의 문제로 인해 전기자동차의 개발이 가속화되고 있고, 이러한 전기자동차에 자율주행 시스템을 적용할 수 있다.

전기자동차는 구동 에너지를 기존의 자동차와 같이 화석 연료의 연소로부터 얻어진 에너지가 아닌 전기에너지를 이용하여 차량을 주행할 수 있어 배기가스가 전혀 없고, 소음이 아주 작은 장점이 있다.

이러한 전기자동차에는 주행을 위해 동력을 발생시키는 구동모터와, 상기 구동모터에 전원을 공급하는 배터리가 구비되고, 상기 배터리를 충전하여 사용하게 된다. 여기서, 상기 배터리는 다수의 배터리 셀이 집약적으로 설치된 배터리 팩으로 마련될 수 있다.

하지만, 이러한 배터리 팩은 충전 및 방전이 이루어지면 배터리 셀로부터 열이 발생하는데, 이렇게 발생된 열을 그대로 방치할 경우 배터리 셀의 성능이 저하되고, 배터리 셀의 수명이 단축될 수 있다.

따라서, 전기자동차는 배터리를 효과적으로 냉각시킬 수 있는 냉각장치가 필요한 실정이다.

대한민국 등록특허 제10-1750547호(2017.06.19) 대한민국 등록특허 제10-1798144호(2017.11.09)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 보다 상세하게는 도로에 설치된 신호 발신부로부터 신호등 정보를 일대일로 수신하여 교차로에서 안전하게 차량의 주행을 제어할 수 있는 자율주행 전기자동차의 제어방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.

그리고, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 냉매의 잠열을 이용하여 배터리부를 냉각하는 냉각수단을 구비하여 배터리부를 효과적으로 냉각할 수 있는 자율주행 전기자동차의 제어방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자율주행 전기자동차의 제어방법은 복수로 마련되어 차량의 주행 방향을 따라 일정 간격으로 이격되어 도로에 설치되며, 신호등으로부터 신호상태와 신호가 변경되기까지 남은 시간정보를 수신하여 저장하고, 설치위치에서 교차로의 정차선까지의 거리정보와 현재 차선의 주행방향인 차선정보가 각각 저장된 신호 발신부와 무선통신하여 제어한다.

보다 구체적으로, 상기 자율주행 전기자동차의 제어방법은 차체에 구비된 신호 수신부가 도로에 설치된 복수의 신호 발신부 중 어느 하나의 상측에 위치하는 경우 그 신호 발신부와 일대일 무선통신하여 신호상태, 시간정보, 거리정보, 그리고 차선정보를 수신하는 교차로 정보 수신단계; 내비게이션으로부터 목적지 도착을 위한 주행방향, 주행도로의 규정속도, 그리고 현재 주행속도를 제공받는 운행상태 파악단계; 상기 신호 수신부와 상기 내비게이션으로부터 수신한 정보와 현재 운행상태를 비교하여 주행방향과, 주행동력을 발생시키는 구동모터를 동작시켜 주행속도를 제어하는 주행제어단계; 및 주행제어에 대응하여 상기 구동모터에 전원을 공급하는 배터리부를 냉매의 잠열을 이용하여 냉각시키는 냉각수단을 제어하는 배터리부 냉각단계;를 포함한다.

여기서, 상기 주행제어단계는, 현재 운행상태가 주행상태이고 신호상태가 정차신호이면, 현재 주행속도와 거리정보로부터 정차선까지 도달시간을 산출한 후 시간정보와 비교하여 신호가 변경된 후 정차선을 통과하기 위한 주행속도를 산출하고 산출된 주행속도로 주행하도록 제어하고, 현재 운행상태가 주행상태이고 신호상태가 주행신호이면, 현재 주행속도와 거리정보로부터 정차선까지 도달시간을 산출한 후 시간정보와 비교하여 신호가 변경되기 전 정차선을 통과하기 위한 주행속도를 산출하고 산출된 주행속도로 주행하도록 제어하되, 산출된 주행속도가 주행도로의 규정속도를 초과하는 경우에는 정차선에 정차하도록 주행속도를 제어하고, 현재 운행상태가 정차상태이고 신호상태가 정차신호이면, 신호가 변경된 후 주행하도록 제어하고, 상기 신호 수신부에서 수신한 차선정보의 주행방향과 상기 내비게이션에서 수신한 주행방향을 비교하여 일치하면 차선을 유지하고, 다르면 차선을 변경하도록 제어할 수 있다.

그리고, 상기 배터리부 냉각단계는, 냉매가 저장된 저장탱크와 상기 배터리부에 형성된 냉각유로를 연결하여 상기 냉각유로에 냉매를 공급하는 냉매 공급라인에 구비된 유입냉매 온도센서로부터 상기 냉각유로에 유입되는 냉매의 온도를 측정하는 유입냉매 온도측정단계; 상기 냉각유로에 유입되는 냉매를 증발온도의 97~99.5%까지 가열하도록 상기 냉매 공급라인에 구비된 가열부를 제어하는 가열단계; 상기 저장탱크와 상기 냉각유로를 연결하여 상기 냉각유로에서 배출되는 냉매를 상기 저장탱크에 공급하는 냉매 배출라인에 구비된 배출냉매 온도센서로부터 상기 냉각유로에서 배출되는 냉매의 온도를 측정하는 배출냉매 온도측정단계; 및 상기 냉각유로에서 배출되는 냉매의 온도가 증발온도보다 높으면 냉매의 공급유량을 증가시켜 배출되는 냉매의 온도가 증발온도를 유지하도록 상기 저장탱크에 마련된 유량 조절부를 제어하는 유량제어단계;를 포함할 수 있다.

본 발명에 의한 자율주행 전기자동차의 제어방법에 따르면, 도로에 설치된 신호 발신부로부터 신호등 정보를 일대일로 수신하여 교차로에서 안전하게 차량의 주행을 제어할 수 있는 할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

그리고, 본 발명에 의하면, 배터리부에 냉매의 잠열을 이용하여 냉각하는 냉각수단을 구비하여 배터리부를 효과적으로 냉각하여 배터리부의 성능 유지 및 수명을 연장할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 자율주행 전기자동차의 주행을 제어하기 위한 구성을 개략적으로 나타낸 블록도,
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 자율주행 전기자동차가 도로를 주행하는 상태를 개략적으로 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 자율주행 전기자동차에서 냉각수단을 개략적으로 도시해 보인 도면,
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 자율주행 전기자동차에서 냉각수단을 개략적으로 도시해 보인 블록도,
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 전기자동차용 자율주행 제어시스템을 개략적으로 나타낸 블록도이다.

본 발명의 특징들에 대한 이해를 돕기 위하여, 이하 본 발명의 실시예와 관련된 자율주행 전기자동차의 제어방법에 대하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.

이하 설명되는 실시예의 이해를 돕기 위하여 첨부된 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

이하에서는 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 구체적인 실시예에 대하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 자율주행 전기자동차의 주행을 제어하기 위한 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이고, 도 2는 상기 자율주행 전기자동차가 도로를 주행하는 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 자율주행 전기자동차(100)는 도로에 설치되어 신호정보를 제공하는 신호 발신부(30)와 일대일 무선통신하여 제공받은 신호정보에 대응하여 주행을 제어하도록 마련된다.

상기 신호 발신부(30)는 복수로 마련되어 차량의 주행 방향을 따라 일정 간격으로 이격되어 도로에 설치되어 신호등(21)으로부터 신호상태와 신호가 변경되기까지 남은 시간정보를 실시간으로 수신한다. 그리고, 상기 신호 발신부(30)는 설치위치에서 교차로의 정차선(10)까지의 거리정보와 현재 차선의 주행방향인 차선정보가 각각 저장된다. 즉, 각각의 신호 발신부(30)는 설치된 위치에서 정차선(10)까지의 거리정보가 저장된다.

예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 도로가 4차선으로 마련되고, 1차선은 유턴 차선으로 1차선에 배치된 제1 신호 발신부(31)에는 정차선(10)까지의 각각의 거리정보(D)와 유턴 차선이라는 차선정보가 저장된다. 그리고, 2차선은 좌회전 차선으로 2차선에 배치된 제2 신호 발신부(32)에는 정차선(10)까지의 각각의 거리정보와 좌회전 차선이라는 차선정보가 저장된다. 그리고, 3차선은 직진 차선으로 3차선에 배치된 제3 신호 발신부(33)에는 정차선(10)까지의 각각의 거리정보와 직진 차선이라는 차선정보가 저장된다. 마지막으로, 4차선은 우회전 차선으로 4차선에 배치된 제4 신호 발신부(34)에는 정차선(10)까지의 각각의 거리정보와 우회전 차선이라는 차선정보가 저장된다.

본 발명의 실시예에 의한 자율주행 전기자동차(100)는 도로에 설치된 신호 발신부(30)와 일대일 무선통신하여 정보를 수신하는 신호 수신부(200)와, GPS 위성과 통신하는 내비게이션(300)과, 상기 신호 수신부(200)와 상기 내비게이션(300)으로부터 수신한 정보와 현재 운행상태를 비교하여 주행속도와 주행방향을 제어하는 제어부(400), 그리고 주행동력을 발생시키는 구동모터(500)에 전원을 공급하는 배터리부(600)를 냉매의 잠열을 이용하여 냉각하는 냉각수단(700)을 포함한다.

상기 신호 수신부(200)는 차체에 구비되고, 도로에 설치된 복수의 신호 발신부(30) 중 어느 하나의 상측에 위치하는 경우 그 신호 발신부와 일대일로 무선통신하여 거리정보, 신호상태, 시간정보, 그리고 차선정보를 수신하여 상기 제어부(400)에 제공하도록 마련된다. 즉, 상기 신호 수신부(200)는 상기 신호 발신부(30)와 일대일로 무선통신하므로 데이터 트래픽이 발생할 염려가 없다. 여기서, 상기 신호 수신부(200)와 상기 신호 발신부(30)는 RFID(Radio Frequency Identification)로 마련될 수 있다. 물론, 이에 한정되는 것은 아니고 무선으로 데이터를 송수신 및 저장할 수 있다며 어떠한 장치로도 마련될 수 있다.

상기 내비게이션(300)은 GPS 위성으로부터 위성신호를 수신하여 주행중인 차량의 위치를 검색하고, 지리정보 등을 기록해 둔 기록매체로부터 차량의 위치에 대응하는 전자지도를 재생하여 차량의 주행궤적을 전자지도상에 표시한다. 따라서, 상기 내비게이션(300)은 차량의 현재위치, 목적지 도착을 위한 차량의 주행방향, 주행도로의 규정속도, 그리고 현재 주행속도를 제공할 수 있다.

상기 제어부(400)는 상기 신호 수신부(200)와 상기 내비게이션(300)으로부터 수신한 정보와 현재 운행상태를 비교하여 주행속도와 주행방향을 제어한다.

보다 구체적으로, 상기 제어부(400)는 현재 운행상태가 주행상태이고 신호상태가 정차신호이면, 현재 주행속도와 거리정보로부터 정차선(10)까지 도달시간을 산출한 후 시간정보와 비교하여 신호가 변경된 후 정차선(10)을 통과하기 위한 주행속도를 산출하고 산출된 주행속도로 주행하도록 제어한다. 즉, 상기 제어부(400)는 정차신호에서 주행신호로 변경되기 전에 정차하지 않고 서행으로 주행하도록 주행속도를 제어하여 에너지 소모를 절약할 수 있다.

그리고, 상기 제어부(400)는 현재 운행상태가 주행상태이고 신호상태가 주행신호이면, 현재 주행속도와 거리정보로부터 정차선(10)까지 도달시간을 산출한 후 시간정보와 비교하여 신호가 변경되기 전 정차선(10)을 통과하기 위한 주행속도를 산출하고 산출된 주행속도로 주행하도록 제어한다. 이때, 산출된 주행속도가 주행도로의 규정속도를 초과하는 경우에는 정차선(10)에 정차하도록 주행속도를 제어한다. 이를 통하여, 교통범규를 지키면서 보다 안전하게 차량을 운행할 수 있다.

또한, 상기 제어부(400)는 현재 운행상태가 정차상태이고 신호상태가 정차신호이면, 신호가 변경된 후 주행하도록 제어한다.

나아가, 상기 제어부(400)는 상기 신호 수신부(200)에서 수신한 차선정보의 주행방향과 상기 내비게이션(300)에서 수신한 주행방향과 비교하여 일치하면 차선을 유지하고, 다르면 차선을 변경하도록 제어한다. 예를 들어, 도 2를 참조하면, 교차로에서 좌회전해야 하는 경우 현재 2차선에서 주행하고 있으면 이는 좌회전 차선이므로 현재 차선을 유지하여 주행하고, 현재 3차선에서 주행하고 있으면 이는 직진 차선이므로 좌회전 차선인 2차선으로 이동하도록 제어한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 의한 자율주행 전기자동차에서 냉각수단을 개략적으로 도시해 보인 도면이고, 도 4는 상기 자율주행 전기자동차에서 냉각수단을 개략적으로 도시해 보인 블록도이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 냉각수단(700)은 주행동력을 발생시키는 구동모터(500)에 전원을 공급하는 배터리부(600)의 냉각유로(610)에 냉매를 공급하고 냉매의 잠열을 이용하여 배터리부(600)를 효과적으로 냉각할 수 있다.

즉, 냉매를 가열하여 액체와 기체 상태가 함께 존재하는 2상 상태로 만든 후 상기 배터리부(600)의 내부에 형성된 냉각유로(610)에 공급하여 냉매의 잠열을 이용하여 상기 배터리부(600)을 냉각한다. 이를 위하여, 냉매는 낮은 온도에서도 쉽게 증발될 수 있는 물질이 사용되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 냉매는 R-134a, R-245fa, R-1234yf, R-1233zd 등 공지의 다양한 냉매 중 어느 하나로 마련될 수 있다.

물을 사용하여 배터리부를 냉각하는 경우, 배터리부의 냉각유로를 통과하여 40℃의 물이 50℃로 가열되면 현열 엔탈피 차는 42kJ/kg 정도가 된다. 이와 비교하여, 40℃에서 냉매인 R-134a의 잠열 엔탈피 차는 163kJ/kg이고, R-245fa의 잠열 엔탈피 차는 181kJ/kg, 그리고 R-1234yf의 잠열 엔탈피 차는 132kJ/kg 정도가 된다. 즉, 물과 비교하였을 때 냉매의 잠열 엔탈피 차가 3배 이상으로 크게 차이가 나므로, 이러한 냉매를 사용하는 경우 냉각시 사용되는 냉매의 유량을 줄일 수 있어 전체적인 시스템의 에너지 소모를 절감할 수 있다.

보다 구체적으로, 상기 냉각수단(700)은 액상의 냉매가 저장되는 저장탱크(710)와, 상기 저장탱크(710)와 상기 배터리부(600)에 형성된 냉각유로(610)의 냉각유로 유입부(611) 간을 연결하는 냉매 공급라인(720)과, 상기 저장탱크(710)에 마련되고 상기 냉매 공급라인(720)에 공급되는 냉매의 유량을 조절하는 유량 조절부(711)와, 상기 냉매 공급라인(720)에 배치되고 냉매가 상기 배터리부(600) 측으로 유동하도록 일정 압력으로 냉매를 순환시키는 펌프(721)와, 상기 냉매 공급라인(720)에서 상기 펌프(721)와 상기 배터리부(600) 사이에 배치되고 액상의 냉매를 증발온도까지 가열하는 가열부(722), 그리고 상기 배터리부(600)의 냉각유로(610)를 통과한 냉매를 상기 저장탱크(710)로 배출하도록 상기 배터리부(600)의 냉각유로 배출부(612)와 상기 저장탱크(710) 간을 연결하는 냉매 배출라인(730)을 포함한다.

그리고, 상기 냉매 공급라인(720)에 구비되고 상기 배터리부(600)의 냉각유로(610)에 유입되는 냉매의 온도를 측정하는 유입냉매 온도센서(723)와, 상기 냉매 배출라인(730)에 구비되고 상기 배터리부(600)의 냉각유로(610)에서 배출되는 냉매의 온도를 측정하는 배출냉매 온도센서(731), 그리고 상기 유입냉매 온도센서(723)와 상기 배출냉매 온도센서(731)로부터 온도 데이터를 수신하고 측정된 온도에 대응하여 상기 가열부(722)와 상기 유량 조절부(711)를 제어하는 냉각 제어부(740)를 포함한다.

이러한 구성으로, 상기 저장탱크(710)에 저장되어 있는 액상의 냉매를 상기 유량 조절부(711)가 유량을 조절하여 상기 냉매 공급라인(720)으로 공급하면 상기 펌프(721)가 동작하여 일정 압력으로 냉매를 상기 배터리부(600) 측으로 공급한다. 그리고, 냉매가 상기 배터리부(600)의 냉각유로(610)에 유입되기 전에 상기 가열부(722)가 냉매를 증발온도까지 가열하여 액체와 기체 상태가 함께 존재하는 2상 상태, 바람직하게는 2상 상태가 되기 직전까지 가열한다.

즉, 상기 배터리부(600)의 냉각유로(610)를 통과하는 냉매는 증발구간이므로 상기 배터리부(600)으로부터 열을 전달 받아도 냉매의 온도는 더 이상 증가하지 않게 되고 잠열을 이용하여 상기 배터리부(600)을 냉각시키게 된다. 여기서, 증발구간은 액체상태에서 기체상태로 상변이되는 구간으로 액상의 냉매가 증발온도에 도달하면 증발하기 시작하게 되고, 액상의 냉매가 모두 기상이 될 때까지 열에너지를 흡수하여 엔탈피는 증가되지만 온도는 변하지 않는 구간이다.

따라서, 상기 배터리부(600)의 냉각유로(610)를 통과하는 냉매는 일정한 온도를 유지한 상태로 통과하게 되므로 배터리부(600)의 내부의 위치에 관계없이 균일하게 냉각시킬 수 있어 냉각 불균일의 문제를 방지할 수 있다.

그리고, 상기 배터리부(600)의 냉각유로(610)를 통과한 냉매는 상기 냉매 배출라인(730)을 통하여 상기 저장탱크(710)로 배출되어 저장된다. 여기서, 상기 냉매 배출라인(730)에 열교환기(732)가 더 구비되어 냉매를 완전한 액체 상태로 응축시켜 상기 저장탱크(710)에 저장할 수 있다.

즉, 상기 열교환기(732)는 상기 냉매 배출라인(730)에 배치되고, 상기 저장탱크(710)로 배출되는 냉매가 액체가 되도록 냉매와 열교환한다. 이를 위하여, 상기 열교환기(732)에는 냉매와 열교환하는 냉각수가 냉각칠러(733)를 통하여 공급될 수 있다.

상기 냉각 제어부(740)는 냉매의 잠열을 이용하여 상기 배터리부(600)을 냉각할 수 있도록 상기 가열부(722), 상기 유량 조절부(711), 그리고 상기 열교환기(732)를 제어한다.

보다 구체적으로, 상기 냉각 제어부(740)는 상기 유입냉매 온도센서(723)로부터 상기 배터리부(600)의 냉각유로(610)에 유입되는 냉매의 온도 데이터를 수신하고, 상기 배터리부(600)의 냉각유로(610)에 유입되는 냉매의 온도가 증발온도의 97~99.5% 범위 내를 만족하도록 상기 가열부(722)를 제어한다. 즉, 증발온도 직전까지 가열한 후 상기 배터리부(600)의 냉각유로(610)에 냉매가 유입되도록 제어한다. 여기서, 도면에 도시하지는 않았지만, 보다 정밀한 온도 제어를 위하여 상기 가열부(722)의 초입부에 온도센서를 더 구비하여 상기 가열부(722)에 진입하는 냉매의 온도를 측정할 수도 있다.

냉매를 증발온도까지 가열하게 되면 증발온도에서는 더 가열하여도 온도가 변하지 않고 엔탈피만 증가하게 되고, 엔탈피가 증가된 상태로 냉매가 유입되면 증발구간 내에서 흡수할 수 있는 열량이 감소하게 된다.

예를 들어, 냉매를 증발온도에서 더 가열한 상태로 상기 배터리부(600)에 공급하게 되면 상기 배터리부(600)의 냉각유로(610)를 통과하면서 많은 열량에너지를 전달받아 냉매가 과열증기 상태로 배출될 수 있다. 냉매가 과열증기 상태로 배열되면 이를 액상의 냉매로 냉각시키기 위하여 많은 에너지가 소모된다. 또한, 상기 가열부(722)에서 냉매를 가열하는 데에도 많은 에너지가 소모 되었으므로, 불필요하게 이중으로 많은 에너지를 소모하게 된다.

따라서, 증발온도까지 가열하게 되면 증발구간 내에서 어떤 엔탈피 값을 가지는지 측정하기 어렵기 때문에 증발온도 직전 온도까지 가열한 후 냉매를 공급하여 배출되는 냉매도 증발온도로 배출되도록 제어하여 최소한의 에너지 소모로 효과적으로 배터리부(600)을 냉각할 수 있다.

그리고, 상기 냉각 제어부(740)는 상기 배터리부(600)의 냉각유로(610)에 배출되는 냉매의 온도가 증발온도보다 높으면 냉매의 공급유량을 증가시키도록 상기 유량 조절부(711)를 제어한다. 즉, 배출되는 냉매의 온도가 증발온도보다 높은 과열증기 상태로 배출되면 냉각 단계에서 냉매의 잠열 엔탈피보다 높은 열에너지 교환이 발생하는 것이므로 냉매의 유량을 증가시켜 배출되는 냉매의 온도가 증발온도를 유지하도록 제어한다.

또한, 상기 냉각 제어부(740)는 상기 열교환기(732)에 유입되는 냉매의 온도가 증발온도이면 상기 열교환기(732)가 동작하도록 제어하고, 증발온도보다 낮으면 상기 열교환기(732)가 동작하지 않도록 제어할 수 있다. 이를 위하여, 도면에 도시하지는 않았지만, 상기 열교환기(732)에 냉매의 온도를 측정하는 온도센서가 더 구비될 수 있다.

즉, 상기 배터리부(600)을 냉각하고 배출된 냉매는 적어도 가열온도 이상이지만 상기 냉매 배출라인(730)을 통과하면서 냉각될 수 있으므로, 에너지 소모를 최소화하기 위하여 상기 열교환기(732)에 유입될 시 냉매의 온도가 증발온도보다 낮으면 냉매가 액상이므로 상기 열교환기(732)를 동작시키지 않고 냉매를 상기 저장탱크(710)로 공급하여 저장한다.

나아가, 상기 냉매 공급라인(720)과 상기 냉매 배출라인(730)에는 유로를 개폐하는 밸브(724, 734)가 각각 구비될 수 있다. 이는 배터리부(600)가 교체되는 경우 상기 냉매 공급라인(720)과 상기 냉매 배출라인(730) 내부에 잔존하는 냉매의 소모를 최소화하기 위함이다. 즉, 상기 배터리부(600)를 교체하는 경우, 상기 밸브(724, 734)를 닫아 상기 냉매 공급라인(720)과 상기 냉매 배출라인(730)을 폐쇄한 후 상기 배터리부(600)에서 상기 냉매 공급라인(720)과 상기 냉매 배출라인(730)을 분리시켜 상기 냉매 공급라인(720)과 상기 냉매 배출라인(730)에 잔존하는 냉매가 외부로 배출되어 버려지는 것을 방지할 수 있다.

나아가, 본 발명의 실시예에 의한 자율주행 전기자동차(100)는 전방에 위치한 차량과의 거리를 측정하는 거리 측정센서(미도시)를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 제어부(400)는 상기 거리 측정센서로부터 전방 차량과의 거리 데이터를 수신하고, 상기 거리 데이터에 대응하여 주행속도를 제어할 수 있다.

또는 상기 자율주행 전기자동차(100)는 전방에 위치한 차량의 속도를 측정하는 속도 측정센서(미도시)를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 제어부(400)는 상기 속도 측정센서로부터 전방 차량의 속도 데이터를 수신하고, 상기 속도 데이터에 대응하여 주행속도를 제어할 수도 있다.

이하에서는 상기에서 설명한 자율주행 전기자동차의 제어방법에 대하여 설명한다.

상기 자율주행 전기자동차는 복수로 마련되어 차량의 주행 방향을 따라 일정 간격으로 이격되어 도로에 설치되며 신호등으로부터 신호상태와 신호가 변경되기까지 남은 시간정보를 수신하여 저장하고 설치위치에서 교차로의 정차선까지의 거리정보와 현재 차선의 주행방향인 차선정보가 각각 저장된 신호 발신부와 무선통신한다.

이러한 자율주행 전기자동차의 제어방법은 차체에 구비된 신호 수신부가 도로에 설치된 복수의 신호 발신부 중 어느 하나의 상측에 위치하는 경우 그 신호 발신부와 일대일 무선통신하여 신호상태, 시간정보, 거리정보, 그리고 차선정보를 수신하는 교차로 정보 수신단계와, 내비게이션으로부터 목적지 도착을 위한 주행방향, 주행도로의 규정속도, 그리고 현재 주행속도를 제공받는 운행상태 파악단계와, 상기 신호 수신부와 상기 내비게이션으로부터 수신한 정보와 현재 운행상태를 비교하여 주행방향과, 주행동력을 발생시키는 구동모터를 동작시켜 주행속도를 제어하는 주행제어단계, 그리고 주행제어에 대응하여 상기 구동모터에 전원을 공급하는 배터리부를 냉매의 잠열을 이용하여 냉각시키는 냉각수단을 제어하는 배터리부 냉각단계를 포함한다.

여기서, 상기 주행제어단계는 현재 운행상태가 주행상태이고 신호상태가 정차신호이면, 현재 주행속도와 거리정보로부터 정차선까지 도달시간을 산출한 후 시간정보와 비교하여 신호가 변경된 후 정차선을 통과하기 위한 주행속도를 산출하고 산출된 주행속도로 주행하도록 제어한다.

또는, 상기 주행제어단계는 현재 운행상태가 주행상태이고 신호상태가 주행신호이면, 현재 주행속도와 거리정보로부터 정차선까지 도달시간을 산출한 후 시간정보와 비교하여 신호가 변경되기 전 정차선을 통과하기 위한 주행속도를 산출하고 산출된 주행속도로 주행하도록 제어하되, 산출된 주행속도가 주행도로의 규정속도를 초과하는 경우에는 정차선에 정차하도록 주행속도를 제어한다.

또는, 상기 주행제어단계는 현재 운행상태가 정차상태이고 신호상태가 정차신호이면, 신호가 변경된 후 주행하도록 제어한다.

그리고, 상기 주행제어단계는 상기 신호 수신부에서 수신한 차선정보의 주행방향과 상기 내비게이션에서 수신한 주행방향을 비교하여 일치하면 차선을 유지하고, 다르면 차선을 변경하도록 제어한다.

상기 배터리부 냉각단계는 냉매가 저장된 저장탱크와 상기 배터리부에 형성된 냉각유로를 연결하여 상기 냉각유로에 냉매를 공급하는 냉매 공급라인에 구비된 유입냉매 온도센서로부터 상기 냉각유로에 유입되는 냉매의 온도를 측정하는 유입냉매 온도측정단계와, 상기 냉각유로에 유입되는 냉매를 증발온도의 97~99.5%까지 가열하도록 상기 냉매 공급라인에 구비된 가열부를 제어하는 가열단계와, 상기 저장탱크와 상기 냉각유로를 연결하여 상기 냉각유로에서 배출되는 냉매를 상기 저장탱크에 공급하는 냉매 배출라인에 구비된 배출냉매 온도센서로부터 상기 냉각유로에서 배출되는 냉매의 온도를 측정하는 배출냉매 온도측정단계, 그리고 상기 냉각유로에서 배출되는 냉매의 온도가 증발온도보다 높으면 냉매의 공급유량을 증가시켜 배출되는 냉매의 온도가 증발온도를 유지하도록 상기 저장탱크에 마련된 유량 조절부를 제어하는 유량제어단계를 포함한다.

이하에서는, 교차로 정보를 이용하여 교차로에서 상기 자율주행 전기자동차의 자율주행을 제어하는 전기자동차용 자율주행 제어시스템에 대하여 설명한다.

도 5는 본 발명의 실시예에 의한 전기자동차용 자율주행 제어시스템을 개략적으로 나타낸 블록도이다.

도 5를 참조하면, 교차로 정보를 이용한 전기자동차(100)의 자율주행 제어시스템은 신호 발신부(30)와, 신호등(21)과, 교차로 감지부(22)와, 횡단보도 감지부(23)와, 신호 수신부(200)와, 내비게이션(300)과, 구동모터(500)와, 제어부(400), 그리고 냉각수단(700)을 포함한다.

상기 신호 발신부(30)는 복수로 마련되어 차량의 주행 방향을 따라 일정 간격으로 이격되어 도로에 설치되고, 설치위치에서 교차로의 정차선까지의 거리정보와 현재 차선의 주행방향인 차선정보가 각각 저장된다.

상기 신호등(21)은 교차로에 배치되고, 신호상태와, 신호가 변경되기까지 남은 시간정보를 상기 신호 발신부(30)에 전송한다.

상기 교차로 감지부(22)는 교차로에 차량이 진입하여 통과하는 것을 감지하고, 교차로에 진입한 차량의 통행정보를 상기 신호 발신부(30)에 전송한다.

상기 횡단보도 감지부(23)는 횡단보도에 사람이 진입하여 보행하는 것을 감지하고, 횡단보도에 사람이 진입한 보행정보를 상기 신호 발신부(30)에 전송한다.

상기 신호 수신부(200)는 전기자동차(100)에 구비되고, 도로에 설치된 복수의 신호 발신부(30) 중 어느 하나의 상측에 위치하는 경우 그 신호 발신부와 일대일 무선통신하여 신호상태, 시간정보, 통행정보, 보행정보, 거리정보, 그리고 차선정보를 수신한다.

상기 내비게이션(300)은 상기 전기자동차(100)에 구비되고, 목적지 도착을 위한 주행방향, 주행도로의 규정속도, 그리고 현재 주행속도를 제공한다.

상기 구동모터(500)는 배터리부(600)로부터 전원을 공급받아 상기 전기자동차(100)의 주행동력을 발생시킨다.

상기 제어부(400)는 상기 신호 수신부(200)와 상기 내비게이션(300)으로부터 수신한 정보와 현재 운행상태를 비교하여 상기 전기자동차(100)의 주행방향과, 상기 구동모터(500)를 동작시켜 상기 전기자동차(100)의 주행속도를 제어한다.

보다 구체적으로, 상기 제어부(400)는 현재 운행상태가 주행상태이고 신호상태가 정차신호이면, 현재 주행속도와 거리정보로부터 정차선까지 도달시간을 산출한 후 시간정보와 비교하여 신호가 변경된 후 정차선을 통과하기 위한 주행속도를 산출하고 산출된 주행속도로 주행하도록 제어한다.

또는, 상기 제어부(400)는 현재 운행상태가 주행상태이고 신호상태가 주행신호이면, 현재 주행속도와 거리정보로부터 정차선까지 도달시간을 산출한 후 시간정보와 비교하여 신호가 변경되기 전 정차선을 통과하기 위한 주행속도를 산출하고 산출된 주행속도로 주행하도록 제어하되, 산출된 주행속도가 주행도로의 규정속도를 초과하는 경우에는 정차선에 정차하도록 주행속도를 제어한다.

또는, 상기 제어부(400)는 현재 운행상태가 정차상태이고 신호상태가 정차신호이면, 신호가 변경된 후 주행하도록 제어한다.

그리고, 상기 제어부(400)는 상기 신호 수신부(200)에서 수신한 차선정보의 주행방향과 상기 내비게이션(300)에서 수신한 주행방향을 비교하여 일치하면 차선을 유지하고, 다르면 차선을 변경하도록 제어한다.

나아가, 상기 제어부(400)는 상기 신호 수신부(200)에서 수신한 통행정보로부터 교차로에 진입한 차량이 일정 시간이상 교차로를 통과하지 못하고 있음을 판단하면 정차선에 정차하도록 제어한다.

또한, 상기 제어부(400)는 상기 신호 수신부(200)에서 수신한 보행정보로부터 횡단보도에 사람이 진입하여 보행하고 있음을 판단하면 정차선에 정차하도록 제어한다.

상기 냉각수단(700)은 상기 제어부(400)의 주행제어에 대응하여 상기 구동모터(500)에 전원의 공급 및 차단이 반복됨에 따라 가열되는 상기 배터리부(600)를 냉매의 잠열을 이용하여 냉각한다.

이러한 상기 냉각수단(700)은 상기 도 3 및 도 4를 참조하여 설명한 냉각수단(700)과 동일한 구성인바 그 상세한 설명은 생략한다.

이하에서는, 상기에서 설명한 전기자동차용 자율주행 제어시스템을 이용한 전기자동차용 자율주행 제어시스템의 제어방법에 대하여 설명한다.

상기 전기자동차용 자율주행 제어시스템의 제어방법은 신호등 정보 수신단계와, 통행정보 수신단계와, 보행정보 수신단계와, 교차로 정보 수신단계와, 운행상태 파악단계와, 주행제어단계, 그리고 배터리부 냉각단계를 포함한다.

상기 신호등 정보 수신단계는 복수로 마련되어 차량의 주행 방향을 따라 일정 간격으로 이격되어 도로에 설치되고 설치위치에서 교차로의 정차선까지의 거리정보와 현재 차선의 주행방향인 차선정보가 각각 저장된 신호 발신부가 신호등으로부터 신호상태와 신호가 변경되기까지 남은 시간정보를 수신하여 저장한다.

상기 통행정보 수신단계는 상기 신호 발신부가 교차로에 차량이 진입하여 통과하는 것을 감지하는 교차로 감지부로부터 교차로에 진입한 차량의 통행정보를 수신하여 저장한다.

상기 보행정보 수신단계는 상기 신호 발신부가 횡단보도에 사람이 진입하여 보행하는 것을 감지하는 횡단보도 감지부로부터 횡단보도에 사람이 진입한 보행정보를 수신하여 저장한다.

상기 교차로 정보 수신단계는 전기자동차에 구비된 신호 수신부가 도로에 설치된 복수의 신호 발신부 중 어느 하나의 상측에 위치하는 경우 그 신호 발신부와 일대일 무선통신하여 신호상태, 시간정보, 통행정보, 보행정보, 거리정보, 그리고 차선정보를 수신한다.

상기 운행상태 파악단계는 전기자동차에 구비된 내비게이션으로부터 목적지 도착을 위한 주행방향, 주행도로의 규정속도, 그리고 현재 주행속도를 제공받는다.

상기 주행제어단계는 상기 신호 수신부와 상기 내비게이션으로부터 수신한 정보와 현재 운행상태를 비교하여 상기 전기자동차의 주행방향과, 주행동력을 발생시키는 구동모터를 동작시켜 상기 전기자동차의 주행속도를 제어한다.

보다 구체적으로, 상기 주행제어단계는 현재 운행상태가 주행상태이고 신호상태가 정차신호이면, 현재 주행속도와 거리정보로부터 정차선까지 도달시간을 산출한 후 시간정보와 비교하여 신호가 변경된 후 정차선을 통과하기 위한 주행속도를 산출하고 산출된 주행속도로 주행하도록 제어한다.

또는, 상기 주행제어단계는 현재 운행상태가 주행상태이고 신호상태가 주행신호이면, 현재 주행속도와 거리정보로부터 정차선까지 도달시간을 산출한 후 시간정보와 비교하여 신호가 변경되기 전 정차선을 통과하기 위한 주행속도를 산출하고 산출된 주행속도로 주행하도록 제어하되, 산출된 주행속도가 주행도로의 규정속도를 초과하는 경우에는 정차선에 정차하도록 주행속도를 제어한다.

또는, 상기 주행제어단계는 현재 운행상태가 정차상태이고 신호상태가 정차신호이면, 신호가 변경된 후 주행하도록 제어한다.

그리고, 상기 주행제어단계는 상기 신호 수신부에서 수신한 차선정보의 주행방향과 상기 내비게이션에서 수신한 주행방향을 비교하여 일치하면 차선을 유지하고, 다르면 차선을 변경하도록 제어한다.

나아가, 상기 주행제어단계는 상기 신호 수신부에서 수신한 통행정보로부터 교차로에 진입한 차량이 일정 시간이상 교차로를 통과하지 못하고 있음을 판단하면 정차선에 정차하도록 제어한다.

또한, 상기 주행제어단계는 상기 신호 수신부에서 수신한 보행정보로부터 횡단보도에 사람이 진입하여 보행하고 있음을 판단하면 정차선에 정차하도록 제어한다.

상기 배터리부 냉각단계는 주행제어에 대응하여 상기 구동모터에 전원을 공급하는 배터리부를 냉매의 잠열을 이용하여 냉각시키는 냉각수단을 제어한다.

보다 구체적으로, 상기 배터리부 냉각단계는 냉매가 저장된 저장탱크와 상기 배터리부에 형성된 냉각유로를 연결하여 상기 냉각유로에 냉매를 공급하는 냉매 공급라인에 구비된 유입냉매 온도센서로부터 상기 냉각유로에 유입되는 냉매의 온도를 측정하는 유입냉매 온도측정단계와, 상기 냉각유로에 유입되는 냉매를 증발온도의 97~99.5%까지 가열하도록 상기 냉매 공급라인에 구비된 가열부를 제어하는 가열단계와, 상기 저장탱크와 상기 냉각유로를 연결하여 상기 냉각유로에서 배출되는 냉매를 상기 저장탱크에 공급하는 냉매 배출라인에 구비된 배출냉매 온도센서로부터 상기 냉각유로에서 배출되는 냉매의 온도를 측정하는 배출냉매 온도측정단계, 그리고 상기 냉각유로에서 배출되는 냉매의 온도가 증발온도보다 높으면 냉매의 공급유량을 증가시켜 배출되는 냉매의 온도가 증발온도를 유지하도록 상기 저장탱크에 마련된 유량 조절부를 제어하는 유량제어단계를 포함한다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 가능함은 물론이다.

10 : 정차선 21 : 신호등
22 : 교차로 감지부 23 : 횡단보도 감지부
30 : 신호 발신부
100 : 자유주행 전기자동차 200 : 신호 수신부
300 : 내비게이션 400 : 제어부
500 : 구동모터 600 : 배터리부
610 : 냉각유로 700 : 냉각수단
710 : 저장탱크 711 : 유량 조절부
720 : 냉매 공급라인 721 : 펌프
722 : 가열부 723 : 유입냉매 온도센서
730 : 냉매 배출라인 731 : 배출냉매 온도센서
732 : 열교환기 733 : 냉각칠러
740 : 냉각 제어부

Claims (1)

1. 복수로 마련되어 차량의 주행 방향을 따라 일정 간격으로 이격되어 도로에 설치되며, 신호등으로부터 신호상태와 신호가 변경되기까지 남은 시간정보를 수신하여 저장하고, 설치위치에서 교차로의 정차선까지의 거리정보와 현재 차선의 주행방향인 차선정보가 각각 저장된 신호 발신부와 무선통신하는 자율주행 전기자동차의 제어방법에 있어서,
   차체에 구비된 신호 수신부가 도로에 설치된 복수의 신호 발신부 중 어느 하나의 상측에 위치하는 경우 그 신호 발신부와 일대일 무선통신하여 신호상태, 시간정보, 거리정보, 그리고 차선정보를 수신하는 교차로 정보 수신단계;
   내비게이션으로부터 목적지 도착을 위한 주행방향, 주행도로의 규정속도, 그리고 현재 주행속도를 제공받는 운행상태 파악단계;
   상기 신호 수신부와 상기 내비게이션으로부터 수신한 정보와 현재 운행상태를 비교하여 주행방향과, 주행동력을 발생시키는 구동모터를 동작시켜 주행속도를 제어하는 주행제어단계; 및
   주행제어에 대응하여 상기 구동모터에 전원을 공급하는 배터리부를 냉매의 잠열을 이용하여 냉각시키는 냉각수단을 제어하는 배터리부 냉각단계;를 포함하고,
   상기 주행제어단계는,
   현재 운행상태가 주행상태이고 신호상태가 정차신호이면, 현재 주행속도와 거리정보로부터 정차선까지 도달시간을 산출한 후 시간정보와 비교하여 신호가 변경된 후 정차선을 통과하기 위한 주행속도를 산출하고 산출된 주행속도로 주행하도록 제어하고,
   현재 운행상태가 주행상태이고 신호상태가 주행신호이면, 현재 주행속도와 거리정보로부터 정차선까지 도달시간을 산출한 후 시간정보와 비교하여 신호가 변경되기 전 정차선을 통과하기 위한 주행속도를 산출하고 산출된 주행속도로 주행하도록 제어하되, 산출된 주행속도가 주행도로의 규정속도를 초과하는 경우에는 정차선에 정차하도록 주행속도를 제어하고,
   현재 운행상태가 정차상태이고 신호상태가 정차신호이면, 신호가 변경된 후 주행하도록 제어하고,
   상기 신호 수신부에서 수신한 차선정보의 주행방향과 상기 내비게이션에서 수신한 주행방향을 비교하여 일치하면 차선을 유지하고, 다르면 차선을 변경하도록 제어하며,
   상기 배터리부 냉각단계는,
   냉매가 저장된 저장탱크와 상기 배터리부에 형성된 냉각유로를 연결하여 상기 냉각유로에 냉매를 공급하는 냉매 공급라인에 구비된 유입냉매 온도센서로부터 상기 냉각유로에 유입되는 냉매의 온도를 측정하는 유입냉매 온도측정단계;
   상기 냉각유로에 유입되는 냉매를 증발온도의 97~99.5%까지 가열하도록 상기 냉매 공급라인에 구비된 가열부를 제어하는 가열단계;
   상기 저장탱크와 상기 냉각유로를 연결하여 상기 냉각유로에서 배출되는 냉매를 상기 저장탱크에 공급하는 냉매 배출라인에 구비된 배출냉매 온도센서로부터 상기 냉각유로에서 배출되는 냉매의 온도를 측정하는 배출냉매 온도측정단계; 및
   상기 냉각유로에서 배출되는 냉매의 온도가 증발온도보다 높으면 냉매의 공급유량을 증가시켜 배출되는 냉매의 온도가 증발온도를 유지하도록 상기 저장탱크에 마련된 유량 조절부를 제어하는 유량제어단계;
   를 포함하는 자율주행 전기자동차의 제어방법.
   

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