KR20210074786A

KR20210074786A - 전기차 변속 제어방법 및 전기차 변속기

Info

Publication number: KR20210074786A
Application number: KR1020190165844A
Authority: KR
Inventors: 권오석; 박제석; 이용희; 박준영
Original assignee: 삼보모터스주식회사
Priority date: 2019-12-12
Filing date: 2019-12-12
Publication date: 2021-06-22

Abstract

본 발명은 전기자동차에 사용되는 변속기 제어방법 및 전기차 변속기에 관한 것으로, 구동모터의 회전수 제어와 절대위치센서를 이용하여 구동모터와 변속기 사이에 클러치 없이 2단 변속이 가능한 효과를 달성할 수 있다.

Description

전기차 변속 제어방법 및 전기차 변속기{Electric Vehicle Shift Control Method and Electric Vehicle Transmission}

본 발명은 전기자동차에 사용되는 변속기 제어방법 및 전기차 변속기에 관한 것이다.

일반적인 전기자동차는 특성이 우수한 모터와 단일 기어비를 갖는 감속기만으로 기본적인 차량의 성능을 얻을수 있도록 되어 있다.

즉, 종래의 전기자동차는 단일기어 감속기를 사용하므로, 운전자가 가속페달을 밟으면, 가속페달 동작 신호가 구동제어부로 전달되어 구동모터를 단일 속도로 구동시켜 구동차륜을 회전시키도록 되어 있으나, 구동모터에서 발생되는 회전 구동력이 감속기어부를 거치면서 감속되어 토크가 증대되는 바, 감속기어부의 기어비가 고정 불변의 단일 기어비를 가지므로, 단일 기어비에서 나오는 차량 속도 및 등판 능력의 한계를 극복할 수 없는 문제점이 있었다.

때문에 최근에는 전기자동차에 2단으로 변속이 되는 변속기를 채택하여 배터리의 효율을 높이고자 하는 시도가 이루어지고 있다. 통상적으로 1단에서 2단으로 변속을 하는 방식에서는 내연기관차량의 수동변속기에 사용되는 변속기구를 사용하는데 이 변속기구를 기계적으로 제어하여 변속할 경우에는 모터와 변속기 사이에 클러치가 있어야 원활한 변속이 이루어진다. 그러나 전기자동차에서 클러치가 사용될 경우 구조가 복잡해지고 변속충격에 의한 운전자의 불쾌감 등으로 인해 사용을 하지 못하여 이를 해결하기 위한 방안이 시급한 실정이다.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로 정밀 회전수 제어가 가능한 구동모터의 특징을 이용하여 1단에서 2단으로 변속할 시에 클러치를 사용하지 않고 구동모터의 회전수 제어를 통해 부드럽게 변속하도록 하는 전기자동차에 사용되는 전기차 변속 제어방법 및 전기차 변속기를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 최소한 하나의 실시예에 의하면, 쉬프트 포크의 위치를 센싱하는 싱크로 위치센서 값으로부터 1단 여부를 확인하는 단계; 차량 주행시 휠 회전수와 가속페달 동작 여부를 확인하여 2단으로의 변속이 필요한지 여부를 판단하는 단계;상기 판단에서 상기 2단으로의 변속이 결정된 경우, 변속 엑추에이터를 구동하여 상기 쉬프트 포크를 작동시켜 싱크로나이저 슬리브를 중립단으로 이동시키는 단계;상기 싱크로 위치센서 값으로부터 중립단 상태인지 여부를 확인하는 단계; 구동모터의 회전수를 조절하여 상기 휠 회전수와 상기 구동모터의 회전수를 상기 2단 변속이 가능한 상태로 매칭하는 단계; 및 상기 휠 회전수와 상기 구동모터의 회전수가 매칭되면 상기 변속 엑추에이터를 구동하여 상기 쉬프트 포크를 작동시켜 상기 싱크로나이저 슬리브를 2단으로 이동시키는 단계; 상기 싱크로 위치센서 값으로부터 2단 여부를 확인하는 단계를 포함하는 전기차 변속기 제어방법을 제공한다.

본 발명의 최소한 하나의 실시예에 있어서, 상기 회전수 매칭단계는 상기 구동모터의 영전류 제어를 통해 토크를 영으로 전환하는 단계를 추가로 포함하고, 상기 변속기 제어방법은 상기 2단 여부 확인 단계에서 상기 2단 변속으로 확인 되면 상기 영전류 제어를 해제하고 주행모드로 전환하여 구동모터를 제어하는 단계를 추가로 포함한다.

본 발명의 최소한 하나의 실시예에 의하면, 샤프트를 포함하는 구동모터; 상기 샤프트에 의해 회전되는 입력축과 상기 입력축에서 자유회전되는 1단 메시기어 및 2단 메시기어를 포함하고, 상기 입력축과 함께 회전하며 축방향 으로 이동가능한 싱크로나이저 슬리브와 싱크로나이저 슬리브와 연결된 시프트 포크와 상기 시프트 포크를 이동시키는 변속 엑추에이터를 포함하는 싱크로메시; 상기 1단 입력기어와 치합되는 1단 중간기어와, 상기 2단 입력기어와 치합되는 중간기어와, 출력중간기어를 포함하는 중간기어부; 상기 출력중간기어와 치합되는 출력기어; 및 상기 쉬프트 포크에 설치되어 상기 쉬프트 포크의 위치를 감지하는 싱크로 위치 센서; 상기 싱크로 위치센서와 차량의 휠 속 센서로부터 받은 센싱 정보를 통해 상기 변속 엑추에이터를 제어하는 제어부를 포함하는 전기차 변속기를 제공한다.

본 발명의 최소한 하나의 실시예에 있어서, 상기 변속 엑추에이터는 BLDC모터이고, 상기 BLDC모터는 회전자 위치를 센싱하는 회전자 절대위치 센서를 포함하고, 상기 싱크로 위치 센서는 홀센서일 수 있다.

본 발명의 최소한 하나의 실시예에 있어서, 상기 제어부는 상기 제1항 또는 상기 제2항의 변속기 제어방법에 따라 변속을 수행할 수 있다.

본 발명의 최소한 하나의 실시예에 있어서, 상기 변속기구는 상시물림식 변속기구 또는 동기물림식 변속기구일 수 있다.

상술한 바와 같은 구조로 이루어진 전기차 변속 제어방법 및 전기차 변속기에 따르면, 싱크로메시 시프트 포크의 위치를 싱크로 위치센서로 정확히 검출하며, 구동모터의 회전수 제어를 통해 클러치 없이 2단 변속이 가능한 효과를 달성할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전기차 변속 제어방법의 제어과정을 도시한 플로우 차트이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전기차 변속기를 도시한 도면이다.
도 3는 본 발명의 실시예에 따른 전기차 변속기의 싱크로메시를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전기차 변속기의 기어배치를 도시한 도면이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전기차 변속 제어방법에 대하여 살펴본다.

도 1을 참조하면 본 발명에 따른 전기차 변속방법은 싱크로 위치센서(120)를 통해 측정되는 센싱 값으로 변속단의 위치를 판단한다.(S100) 본 실시예에 있어서, 싱크로 위치센서(120)의 그 센싱 값은 쉬프트 포크가 어느 쪽에 위치되어 있느냐에 따라 0에서 1사이의 센싱 값으로 측정되는데 1단기어 쪽에 위치되어 있을 경우 0.9로 측정되고, 2단기어 쪽에 위치되어 있을 경우 0.1로 측정되며, 중립에 위치될 경우 0.4 ~ 0.6 사이의 값으로 측정된다.

변속단의 위치가 판단되면 운전자가 밟는 가속페달과 휠 회전수를 고려하여 변속이 필요한지 여부를 판단한다.(S110)

변속이 필요하다고 판단되면 주행상황에 맞는 타겟기어를 설정한다.(S120) 타겟기어는 가속페달이 작동하고 휠 회전수가 증가하면 2단이 타겟기어이고, 가속페달이 동작하지 않고 휠 회전수가 감소하면 1단이 타겟기어가 된다.

타겟기어가 설정되면 회전수가 매칭된 것으로 판단되면 변속을 위해 구동모터의 영전류 제어를 통해 토크를 0으로 전환한다.(S130) 영전류 제어는 모터 제어 분야에서 통상의 지식을 가진자에게 있어 자명한 사항으로 상세한 설명은 생략한다.

영전류 제어가 완료되면 변속 엑추에이터(200)를 구동하여 쉬프트 포크를 움직여 싱크로나이저 슬리브(150)를 중립 기어로 변속한다.(S140) 중립기어는 1단에서 2단으로의 변속 또는 2단에서 1단으로의 변속시에 센싱되는 센싱값이 차이가 있는데 2단 변속을 위해 중립단에 위치될 경우 센싱 값이 0.6으로 측정되고 1단 변속을 위해 중립단에 위치될 경우 센싱 값이 0.4로 측정되기 때문에 같은 중립단에 있더라도 2단으로의 변속인지 1단으로의 변속인지를 판단할 수 있다.

중립기어로 변속되면 싱크로 위치센서(120)를 통해 센싱된 센싱 값으로 중립을 확인한다.(S150)

센싱 값을 통해 쉬프트 포크가 중립단으로 이동되었는지 확인되면 구동모터의 회전수를 조절하여 휠 회전수와 구동모터의 회전수를 타겟기어로 변속이 가능한 상태로 매칭한다.(S160) 회전수 매칭은 구체적으로 차량의 바퀴가 회전되면 차동기어가 회전되고 차동기어는 출력기어(110)와 중간기어를 거쳐 메시기어를 회전시키는데 이때 메시기어의 회전수와 구동모터의 회전수가 일치되면 타겟기어로 변속이 가능한 상태가 되는 것이다.

회전수가 매칭되었는지 확인되면(S170), 변속 엑추에이터(200)를 구동하여 쉬프트 포크를 움직여 싱크로나이저 슬리브(150)를 타겟 기어단으로 이동시킨다.(S180)

그리고, 싱크로나이저 슬리브(150)가 타겟 기어단으로 이동되면 싱크로 위치센서(120) 값으로부터 타겟 기어단 상태인지를 확인한다. 상기에 언급한 바와 같이 2단으로의 변속인 경우 센싱 값은 0.1이고 1단으로의 변속인 경우 0.9이다. 타겟 기어로의 변속이 완료되면 영전류 제어를 해제하고 주행모드로 전환하여 구동모터를 제어한다. 주행모드로 전환되면 운전자가 밟은 가속페달 만큼 모터의 회전수로 복귀시켜 차량이 운전자가 원하는 속도로 주행되도록 한다.(S190)

다음으로 본 발명의 실시예에 따른 변속기 제어방법은 구동모터, 싱크로메시(100), 중간기어부, 출력기어(110), 싱크로 위치센서(120) 및 제어부를 포함한다.

구동모터는 샤프트를 포함한다.

싱크로메시(100)는 샤프트에 의해 회전되는 입력축(220)과 입력축(220)에서 자유회전되는 1단 메시기어(130) 및 2단 메시기어(140)를 포함한다. 또한, 싱크로메시(100)는 입력축(220)과 함께 회전하는 싱크로 나이저 허브(미도시)와 싱크로나이저 허브와 함께 회전하며 싱크로나이저 허브에 결합된 상태에서 축방향으로 이동가능한 싱크로나이저 슬리브(150)를 포함한다. 싱크로나이저 양단에는 싱크로나이저 링(미도시)이 배치된다. 상크로나이저 링은 싱크로 나이저 허브와 함께 회전된다.

싱크로메시(100)는 싱크로나이저 슬리브(150)를 축방향으로 이동시키는 시프트 포크(160)와 시프트 포크(160)를 축방향으로 이동시킬 수 있도록 시프트 포크(160)와 결합된 변속 엑추에이터(200)를 포함한다.

변속 엑추에이터(200)는 BLDC모터(210)가 사용될 수 있다. BLDC모터(210)가 사용될 경우 변속 엑추에이터(200)는 회전자 위치를 센싱하는 회전자 절대위치 센서를 포함한다. 절대위치센서는 변속 엑추에이터(200)에 전원이 차단되었다가 다시 공급되는 상태 예컨데 초기 시동시에 BLDC모터(210)의 회전자 위치 검출이 가능하다.

실시예에 따라 변속 엑추에이터에는 커런트 센서를 추가로 포함할 수 있다. 커런트 센서는 변속 엑추에이터(200)의 전류를 검출하고, 변속 엑추에이터(200)의 전류 제어로 변속 토크 제어가 가능하며, 출력 과부하를 보호하는 기능을 수행하는 데 사용될 수 있다.

중간기어부는 상기 1단 메시기어(130)와 치합되는 1단 중간기어(170)와 2단 메시기어(140)와 치합되는 2단 중간기어(180)와 출력중간기어(190)를 포함한다. 출력중간기어(190)는 도면에 도시된 바와 같이 1단 메시기어(130)와 2단 메시기어(140) 사이에 배치되고 동일 축상에 배치된다.

출력기어(110)는 출력중간기어(190)와 치합된다.

싱크로 위치센서(120)는 도면에 도시된 바와 같이 쉬프트 포크의 상부에 설치되어 쉬프트 포크의 이동을 감지한다. 싱크로 위치 센서는 홀센서일 수 있다.

제어부는 싱크로 위치센서(120)와 차량의 휠 회전수 센서로부터 받은 센싱 정보를 통해 변속 엑추에이터(200)를 제어한다. 제어 방식은 상기에 언급한 변속기 제어방법에 기재된 과정을 통해 변속을 수행한다.

본 발명은 특정한 실시 예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

100: 싱크로메시
110: 출력기어
120: 싱크로 위치센서
130: 1단 메시기어
140: 2단 메시기어
150: 싱크로나이저 슬리브
160: 시프트 포크
170: 1단 중간기어
180: 2단 중간기어
190: 출력중간기어
200: 변속 엑추에이터
210: BLDC모터
220: 입력축

Claims

쉬프트 포크의 위치를 센싱하는 싱크로 위치센서 값으로부터 1단 여부를 확인하는 단계;
차량 주행시 휠 회전수와 가속페달 동작 여부를 확인하여 2단으로의 변속이 필요한지 여부를 판단하는 단계;
상기 판단에서 상기 2단으로의 변속이 결정된 경우, 변속 엑추에이터를 구동하여 상기 쉬프트 포크를 작동시켜 싱크로나이저 슬리브를 중립단으로 이동시키는 단계;
상기 싱크로 위치센서 값으로부터 중립단 상태인지 여부를 확인하는 단계;
구동모터의 회전수를 조절하여 상기 휠 회전수와 상기 구동모터의 회전수를 상기 2단 변속이 가능한 상태로 매칭하는 단계; 및
상기 휠 회전수와 상기 구동모터의 회전수가 매칭되면 상기 변속 엑추에이터를 구동하여 상기 쉬프트 포크를 작동시켜 상기 싱크로나이저 슬리브를 2단으로 이동시키는 단계;
상기 싱크로 위치센서 값으로부터 2단 여부를 확인하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기차 변속기 제어방법.
제1항에 있어서,
상기 회전수 매칭단계는 상기 구동모터의 영전류 제어를 통해 토크를 영으로 전환하는 단계를 추가로 포함하고,
상기 변속기 제어방법은 상기 2단 여부 확인 단계에서 상기 2단 변속으로 확인 되면 상기 영전류 제어를 해제하고 주행모드로 전환하여 구동모터를 제어하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 전기차 변속기 제어방법.
샤프트를 포함하는 구동모터;
상기 샤프트에 의해 회전되는 입력축과 상기 입력축에서 자유회전되는 1단 메시기어 및 2단 메시기어를 포함하고, 상기 입력축과 함께 회전하며 축방향 으로 이동가능한 싱크로나이저 슬리브와 싱크로나이저 슬리브와 연결된 시프트 포크와 상기 시프트 포크를 이동시키는 변속 엑추에이터를 포함하는 싱크로메시;
상기 1단 메시기어와 치합되는 1단 중간기어와, 상기 2단 메시기어와 치합되는 2단 중간기어와, 출력중간기어를 포함하는 중간기어부;
상기 출력중간기어와 치합되는 출력기어;
상기 쉬프트 포크에 설치되어 상기 쉬프트 포크의 위치를 감지하는 싱크로 위치 센서; 및
상기 싱크로 위치센서와 차량의 휠 속 센서로부터 받은 센싱 정보를 통해 상기 변속 엑추에이터를 제어하는 제어부
를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기차 변속기.
제3항에 있어서,
상기 변속 엑추에이터는 BLDC모터이고, 상기 BLDC모터는 회전자 위치를 센싱하는 회전자 절대위치 센서를 포함하고,
상기 싱크로 위치 센서는 홀센서인 것을 특징으로 하는 전기차 변속기.
제3항에 있어서,
상기 제어부는 상기 제1항 또는 상기 제2항의 변속기 제어방법에 따라 변속을 수행하는 것을 특징으로 하는 전기차 변속기.