KR20210095275A - 전동 이동 장치 및 이의 제어 방법 - Google Patents

전동 이동 장치 및 이의 제어 방법 Download PDF

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KR20210095275A
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electric
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electric mobile
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이준호
송하민
조석희
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엘지전자 주식회사
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Abstract

전동 이동 장치의 제어 방법 및 장치가 개시된다. 전동 이동 장치(electric mobility apparatus)의 제어 방법은, 주행 속도를 확인하는 단계; 전기적 제동을 요청하는 입력을 수신하는 단계; 상기 입력에 대응하여 상기 전기적 제동과 관련하여 인버터를 제어하는 제어 신호를 생성하는 단계; 및 상기 제어 신호에 따라 상기 전동 이동 장치의 상기 주행 속도를 감속하는 단계를 포함할 수 있다. 이때, 상기 전동 이동 장치의 주행 속도 값이 기준 속도 이상의 제1 구간 내에 포함될 경우, 상기 제어 신호는 오프에 대응하는 신호 구간을 적어도 2회 이상 포함하도록 생성될 수 있다.

Description

전동 이동 장치 및 이의 제어 방법{ELECTRIC MOBILITY APPARATUS AND CONTROL METHOD THEREOF}
본 명세서의 실시 예는 전동 이동 장치 및 이의 제어 방법에 관한 것으로, 구체적으로 전동 이동 장치의 주행 속도와 기준 속도 간의 비교에 기초한 제동 방식을 이용하여 전동 이동 장치를 안정적으로 제동하는 기술에 관한 것이다.
전방 휠과 후방 휠에 의한 이륜 구동인 전동 이동 장치는 기계식 제동과 전기식 제동이 적용될 수 있다. 예를 들면, 전방 휠은 기계식 제동이 적용될 수 있고 후방 휠은 전기식 제동이 적용될 수 있다. 전동 이동 장치가 상대적으로 큰 속도로 주행할 경우, 주행 속도의 고려 없이 전방 휠에 대한 기계식 제동이 적용될 경우 전동 이동 장치는 전복될 가능성이 높다. 또는 전동 이동 장치가 상대적으로 큰 속도로 주행할 경우, 주행 속도의 고려 없이 후방 휠에 대한 전기식 제동이 적용될 경우 전동 이동 장치는 슬립될 가능성이 높다.
대한민국 등록특허 10-1714084B1(2017.03.02 설정등록)은 인휠 모터를 이용한 ABS 시스템에 관한 것이다. 구체적으로, 휠 속도 센서를 이용하여 바퀴 속도를 검출하고, 바퀴 속도를 이용하여 인휠 모터를 이용한 회생 제동과 브레이크를 이용한 마찰 제동을 함께 구현하여 ABS 기능을 구현하고, 이때 배터리의 SOC에 기초하여 회생 에너지를 이용하여 배터리 효율성을 향상시키는 구성을 개시하고 있다. 즉, 등록특허 10-1714084B1은 휠 속도 센서를 이용하여 회생 제동을 통해 차량을 제어하는 구성을 개시하고 있으므로, 본 명세서와 기술 분야가 동일하다고 볼 수 있다. 그러나, 등록특허 10-1714084B1은 휠 속도를 이용하여 검출한 바퀴 속도를 이용하여 회생 제동과 마찰 제동을 함께 구현하는 구성을 개시하고 있을 뿐, 본 명세서와 같이 주행 속도와 기준 속도 간의 비교에 의해 다른 제동 방식이 결정되고, 다른 제동 방식에 의해 전동 이동 장치가 제어되는 구성에 대해서는 개시하고 있지 않습니다.
이에, 전복 또는 슬립의 위험 없이 전동 이동 장치를 주행 속도와 기준 속도 간의 비교에 기초하여 전동 이동 장치가 안정적으로 제동될 수 있는 기술이 필요하다.
본 명세서의 실시 예는 상술한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로 전동 이동 장치의 주행 속도와 기준 속도 간의 비교에 기초한 제동 방식을 이용하여 전동 이동 장치를 안정적으로 제동하는 제어 방법에 관한 기술을 개시한다. 구체적으로, 본 명세서는 주행 속도가 기준 속도 이상인 경우 듀티 비를 조절하여 전동 이동 장치를 안정적으로 제동하는 기술을 개시한다. 또는, 본 명세서는 주행 속도가 기준 속도 보다 작은 경우 듀티 비를 최대로 하여 전동 이동 장치를 안정적으로 제동하는 기술을 개시한다. 본 실시 예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 이하의 실시 예 들로부터 또 다른 기술적 과제들이 유추될 수 있다.
상술한 과제를 달성하기 위하여, 본 명세서의 일 실시 예에 따르는 전동 이동 장치(electric mobility apparatus)는 모터와 연결되어 상기 모터를 제어하는 인버터; 상기 전동 이동 장치의 주행과 관련된 속도를 감지하는 센서; 및 상기 전동 이동 장치에 대한 전기적 제동을 요청하는 입력에 대응하여 상기 인버터를 제어하는 제어 신호를 생성하는 제어부;를 포함할 수 있다. 이때, 상기 전동 이동 장치의 주행 속도 값이 기준 속도 이상의 제1 구간 내에 포함될 경우, 상기 제어 신호는 오프에 대응하는 신호 구간을 적어도 2회 이상 포함하도록 생성될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 전동 이동 장치의 주행 속도 값이 상기 기준 속도 이하의 제2 구간 내에 포함될 경우, 상기 제어 신호는 전체 신호 구간에서 온에 대응하는 신호 구간의 비가 최대가 되도록 생성될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 기준 속도는 상기 전동 이동 장치에 탑승된 객체의 무게에 기초하여 설정되는 것을 특징으로 할 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 전동 이동 장치의 주행 속도 값이 상기 제1 구간 내에 포함될 경우, 상기 제어 신호는 on에 대응하는 구간 및 off에 대응하는 구간이 반복적으로 포함되도록 생성되며, 상기 on에 대응하는 구간의 비율은 상기 주행 속도 값에 기초하여 조절되는 것을 특징으로 할 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 전동 이동 장치의 주행 속도 값이 상기 제1 구간 내에 포함될 경우, 상기 제어 신호는 on에 대응하는 구간 및 off에 대응하는 구간이 반복적으로 포함되도록 생성되며, 상기 on에 대응하는 구간의 길이는 상기 주행 속도 값에 기초하여 조절되는 것을 특징으로 할 수 있다. 이때, 상기 듀티 비는 상기 주행 속도와 상기 기준 속도 간의 차이에 기반하여 설정되는 것을 특징으로 할 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 전동 이동 장치의 배터리 출력 전압이 만충 레벨에 대응하는 경우 상기 제어 신호는 발전 제동을 수행하도록 생성되고, 상기 전동 이동 장치의 출력 전압이 만충 레벨 보다 낮을 경우 상기 제어 신호는 회생 제동을 수행하도록 생성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상술한 과제를 달성하기 위하여, 본 명세서의 일 실시 예에 따르는 전동 이동 장치(electric mobility apparatus)의 제어 방법은 주행 속도를 확인하는 단계; 전기적 제동을 요청하는 입력을 수신하는 단계; 상기 입력에 대응하여 상기 전기적 제동과 관련하여 인버터를 제어하는 제어 신호를 생성하는 단계; 및 상기 제어 신호에 따라 상기 전동 이동 장치의 상기 주행 속도를 감속하는 단계를 포함할 수 있다. 이때, 상기 전동 이동 장치의 주행 속도 값이 기준 속도 이상의 제1 구간 내에 포함될 경우, 상기 제어 신호는 오프에 대응하는 신호 구간을 적어도 2회 이상 포함하도록 생성될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 전동 이동 장치의 주행 속도 값이 상기 기준 속도 이하의 제2 구간 내에 포함될 경우, 상기 제어 신호는 전체 신호 구간에서 온에 대응하는 신호 구간의 비가 최대가 되도록 생성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 기준 속도는 상기 전동 이동 장치에 탑승된 객체의 무게에 기초하여 설정되는 것을 특징으로 할 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 전동 이동 장치의 주행 속도 값이 상기 제1 구간 내에 포함될 경우, 상기 제어 신호는 on에 대응하는 구간 및 off에 대응하는 구간이 반복적으로 포함되도록 생성되며, 상기 on에 대응하는 구간의 비율은 상기 주행 속도 값에 기초하여 조절되는 것을 특징으로 할 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 전동 이동 장치의 주행 속도 값이 상기 제1 구간 내에 포함될 경우, 상기 제어 신호는 on에 대응하는 구간 및 off에 대응하는 구간이 반복적으로 포함되도록 생성되며, 상기 on에 대응하는 구간의 길이는 상기 주행 속도 값에 기초하여 조절되는 것을 특징으로 할 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 전동 이동 장치의 배터리 출력 전압이 만충 레벨에 대응하는 경우 상기 제어 신호는 발전 제동을 수행하도록 생성되고, 상기 전동 이동 장치의 출력 전압이 만충 레벨 보다 낮을 경우 상기 제어 신호는 회생 제동을 수행하도록 생성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상술한 과제를 달성하기 위하여, 본 명세서의 일 실시 예에 따르는 전동 이동 장치(electric mobility apparatus)의 제어 방법은 상기 전동 이동 장치에 대한 제동 요청을 확인하는 단계; 상기 제동 요청에 대응하여 상기 전동 이동 장치의 주행 속도 값이 기준 속도 이상의 제1 구간 내에 포함될 경우와 상기 전동 이동 장치의 주행 속도 값이 상기 기준 속도 이하의 제2 구간 내에 포함될 경우 서로 다른 제어 신호를 생성하는 단계; 및 상기 생성된 제어 신호를 기반으로 결정된 제동 방식에 따라 상기 전동 이동 장치의 상기 주행 속도를 감속하는 단계를 포함할 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 주행 속도 값이 상기 제1 구간 내에 포함될 경우 상기 제어 신호는 오프에 대응하는 신호 구간을 적어도 2회 이상 포함하도록 생성되거나, 또는 상기 주행 속도 값이 상기 제2 구간 내에 포함될 경우 상기 제어 신호는 전체 신호 구간에서 온에 대응하는 신호 구간의 비가 최대가 되도록 생성될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 기준 속도는 상기 전동 이동 장치에 탑승된 객체의 무게에 기초하여 설정될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 전동 이동 장치의 주행 속도 값이 상기 제1 구간 내에 포함될 경우, 상기 제어 신호는 on에 대응하는 구간 및 off에 대응하는 구간이 반복적으로 포함되도록 생성되며, 상기 on에 대응하는 구간의 비율은 상기 주행 속도 값에 기초하여 조절되는 것을 특징으로 할 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 전동 이동 장치의 배터리 출력 전압이 만충 레벨에 대응하는 경우 상기 제어 신호는 발전 제동을 수행하도록 생성되고, 상기 전동 이동 장치의 출력 전압이 만충 레벨 보다 낮을 경우 상기 제어 신호는 회생 제동을 수행하도록 생성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
기타 실시 예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 명세서의 실시 예에 따르면 아래와 같은 효과가 하나 혹은 그 이상 있다.
첫째, 전동 이동 장치의 주행 속도를 고려한 제동 방식을 이용하여, 전동 이동 장치가 전복 또는 슬립 위험 없이 안정적으로 제동될 수 있다.
둘째, 전동 이동 장치의 주행 속도와 기준 속도 간의 비교에 따른 제동 방식을 결정하고, 결정된 제동 방식을 이용하여 전동 이동 장치의 배터리가 충전되면서 제동 거리가 줄어 전동 이동 장치가 안정적으로 제어될 수 있다.
셋째, 전동 이동 장치의 주행 속도가 기준 속도 이상인 경우 듀티 비를 조절하여 안정적으로 전동 이동 장치를 제어할 수 있고, 주행 속도가 기준 속도 보다 작은 경우 듀티 비를 최대로 하여 전동 이동 장치를 제어할 수 있다.
개시의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당해 기술 분야의 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 일 실시 예에 따른 전동 이동 장치의 사시도를 나타내는 도면이다.
도 2는 일 실시 예에 따른 전동 이동 장치의 측면 단면도를 나타내는 도면이다.
도 3은 일 실시 예에 따른 전동 이동 장치의 구동부를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 일 실시 예에 따른 인버터에 포함된 스위치를 제어하기 위한 신호를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 일 실시 예에 따른 발전 제동을 수행하기 위한 스위치 제어 방법을 나타내는 도면이다.
도 6은 일 실시 예에 따른 모터의 구동 및 발전 제동의 수행에 따른 일 스위치 쌍에 입력되는 제어 신호를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 일 실시 예에 따른 회생 제동에 따른 스위치 제어 방법을 설명하기 위한 나타내는 도면이다.
도 8은 일 실시 예에 따른 여력 제동을 나타내는 도면이다.
도 9는 일 실시 예에 따른 전동 이동 장치와 관련된 블록도이다.
도 10은 일 실시 예에 따른 전동 이동 장치에 대한 ABS(Auto Braking System)을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 일 실시 예에 따른 전동 이동 장치의 전기적 제동 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 일 실시 예에 따른 전동 이동 장치에 대한 제동 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 일 실시 예에 따른 전동 이동 장치에 대한 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 다른 일 실시 예에 따른 전동 이동 장치에 대한 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 개시의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 개시의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
실시 예를 설명함에 있어서 본 개시가 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고 본 개시와 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 개시의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.
마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다. 또한, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. 각 도면에서 동일한 또는 대응하는 구성요소에는 동일한 참조 번호를 부여하였다.
본 개시의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 개시는 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 개시의 개시가 완전하도록 하고, 본 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 개시의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 개시는 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
도 1은 일 실시 예에 따른 전동 이동 장치의 사시도를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 전동 이동 장치에 포함되는 각 부품들이 도시된다.
전동 이동 장치(Electric Mobility Apparatus)는 핸들바(Handlebar, 101), 디스플레이(display, 103), 브레이크 레버(105), 전방 휠(front wheel, 107), 후방 휠(real wheel, 109) 및 바디 프레임(111) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
핸들바(101)는 사용자에 의해 조작되어 전동 이동 장치의 방향이 변경될 수 있다. 또한, 사용자의 핸들바(101)의 조작기초하여 가속 입력이 수신될 수 있으며, 가속 입력에 기초하여 전동 이동 장치의 속도가 조절될 수 있다. 예를 들면, 사용자가 핸들바(101)를 특정 방향으로 당기거나 회전시킨 경우 전동 이동 장치가 가속될 수 있다.
디스플레이(103)는 전동 이동 장치와 관련된 정보가 표시될 수 있다. 예를 들면, 전동 이동 장치의 현재 속도, 배터리 잔량 상태, 사용자 인증 여부, 차량 상태, 제한 속도, 파워 on/off, 통신 모듈과 관련된 동작 정보, 가속 토크와 관련된 정보, 감속 토크와 관련된 정보, 제동에 따른 충전과 관련된 정보 등 여러 가지 정보들이 디스플레이(103)에 표시될 수 있다.
전동 이동 장치 내부에 실장 될 수 있는 통신 모듈은 유무선 통신을 이용하여 외부 장치들과 데이터를 송수신할 수 있다. 이때, 통신 모듈이 이용하는 통신 기술에는 GSM(Global System for Mobile communication), CDMA(Code Division Multi Access), LTE(Long Term Evolution), 5G, WLAN(Wireless LAN), Wi-Fi(Wireless-Fidelity), 블루투스(Bluetooth™), RFID(Radio Frequency Identification), 적외선 통신(Infrared Data Association; IrDA), ZigBee, NFC(Near Field Communication) 등이 있다. 전동 이동 장치는 통신 모듈을 사용하여 다른 전동 이동 장치, 휴대용 단말, 기지국, AP(access point) 및 인프라스트럭쳐 중 적어도 하나와 통신을 수행할 수 있다.
브레이크 레버(105)를 사용자가 조작함에 따라 전동 이동 장치의 속도가 감속될 수 있다. 브레이크 레버(105)는 양측 핸들바 중 적어도 일측과 연결될 수 있다. 일 예로 브레이크 레버(105)의 조작에 대응하여 전방 휠(107) 및 후방 휠(109) 중 적어도 하나에 대한 기계적 제동력이 가해질 수 있다. 실시 예에 따르면 사용자가 브레이크 레버(105)를 조절하여 전방 휠(107)에 대한 기계적 제동이 발생되어, 전동 이동 장치의 속도가 감속될 수 있다. 일 예로 브레이크 레버(105)의 조작에 따라 전방 휠(107)의 일부가 브레이크 패드와 접촉하고, 마찰에 의해 제동력이 발생할 수 있다.
브레이크 레버(105)에 의해 기계적 제동되는 전방 휠(107)은 일례에 불과하고, 후방 휠(109)이 브레이크 레버(105)에 의해 제동될 수도 있다. 다른 예로 브레이크 레버(105)의 조작에 대응하여 전방 휠(107) 및 후방 휠(109) 중 적어도 하나에 대한 전기적 제동력이 가해질 수 있다. 전기적 제동은 전방 휠(107) 및 후방 휠(109) 중 적어도 하나와 연결된 모터가 회전할 때 인버터를 제어함으로써, 모터의 회전이 제동될 수 있다.
전기적 제동은 인버터 제어에 따라 생성된 전기 에너지로 배터리를 충전 시키는 회생 제동, 발생된 전기 에너지를 열 에너지로 변환하여 소비하는 발전 제동 및 인버터의 모든 스위치를 오프하는 여력 제동 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 전방 휠(107)은 사용자에 의해 조작된 핸들바(101)에 기초하여 움직임이 결정될 수 있다. 또한, 전방 휠(107)은 브레이크 레버(105)에 의한 기계적 제동에 의해 회전 속도가 감속될 수 있다. 후방 휠(109)은 인버터와 연결된 모터에 의해 동력을 전달받으므로, 후방 휠(109)은 모터에 의해 속도가 증가될 수 있다. 또한, 후방 휠(109)는 전기적 제동에 의해 회전 속도가 감속될 수 있다. 전방 휠(107) 또는 후방 휠(109)의 회전 속도 감속에 의해 전동 이동 장치의 속도는 감속될 수 있다. 여기서, 모터는 BLDC(Brushless direct current motor)이거나 또는 유도 모터(induction motor)이거나 또는 릴럭턴스 모터(reluctance motor)이거나 또는 구동 및 회생 제동 타입 전동기(예를 들면, 모터 및 발전기 겸용)를 포함할 수 있다.
바디 프레임(111)은 사용자를 탑승과 관련된 지지면의 역할을 할 수 있다. 이때, 바디 프레임(111)의 형상은 사용자가 서서 탑승하는 구조물로 구성되거나 또는 상면에 좌석부를 더 포함할 수 있으며, 바디 프레임(111)은 탑재된 무게를 측정하기 위한 센서를 포함할 수 있다. 또한 바디 프레임(111) 내부에 배터리와 제어부 및 인버터 중 적어도 하나가 실장될 수 있으며, 이에 따라 실장된 부품이 외부로부터 충격에 보호될 수 있다.
도 2는 일 실시 예에 따른 전동 이동 장치의 측면 단면도를 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면 전동 이동 장치에 실장되거나 부착되어 포함된 부품들이 도시된다.
전조등(front lamp, 201)는 운행시 전동 이동 장치의 전방 영역을 비추는 조명을 조사할 수 있다. 또한, 후미등(rear lamp, 207)는 운행시 전동 이동 장치의 후방 영역을 비추는 조명을 조사할 수 있다. 또한 실시 예에 따라 바디 프레임 저면에 부착되는 저면등(209)이 포함될 수 있다. 저면등(209)은 운행시 전동 이동 장치가 주행하는 도로에 조명을 조사할 수 있다. 전조등(201), 후미등(207) 및 저면등(209) 중 적어도 하나는 배터리에 연결되어 전원을 공급받을 수 있다.
제어부(203)는 전동 이동 장치 전반에 대한 제어를 수행할 수 있다. 배터리 팩(205)은 배터리 및 배터리 관리 시스템(Battery Management System, BMS)을 포함하고, 배터리 팩(205)의 외장이 배터리 및 BMS를 외부의 충격으로부터 보호할 수 있다. 배터리는 복수 개의 배터리 셀을 포함할 수 있으며, 재 충전 가능한 리차저블 충전 전지팩을 포함할 수 있다. 배터리는 모터, 제어부, 인버터, 통신부, 전조등, 후미등과 같은 부품에 전원을 공급할 수 있다.
도 3은 일 실시 예에 따른 전동 이동 장치의 구동부를 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 전동 이동 장치의 구동부의 구성이 개시된다. 구동부는 인버터(330), 모터(350) 및 션트 저항(370) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있고, 이외에도 전방 휠(107), 후방 휠(109), 브레이크(105)를 포함할 수 있다.
전동 이동 장치는 배터리(310), 커패시터(320), 인버터(330), 제어부(340), 모터(350), 센서부(360) 및 션트 저항(370) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 커패시터(320)는 배터리(310)와 병렬 연결되어, 배터리(310)로부터 공급되는 전압을 평활하게 하는 기능을 수행할 수 있다. 커패시터(320)는 직류 전원을 저장할 수 있고, 커패시터(320)의 양단을 DC 링크단으로 칭할 수 있다. 실시 예에서는 하나의 커패시터(320) 소자가 표시되었지만, 복수 개의 커패시터를 구비하여 안정성을 확보할 수 있다.
제어부(340)는 구동부와 관련된 전반적인 제어 동작을 수행할 수 있다. 일 예로 제어부는(340)는 DC 링크단인 커패시터(320)의 양단 전압을 모니터링할 수 있다. 제어부(340)는 전술한 도 1 및 도 2의 제어부에 대응되거나 제어부에 포함되어 동작할 수 있다. 제어부(340)는 모니터링한 DC 전압과 센서부(360)에서 센싱한 정보를 고려하여 인버터(330)를 제어할 수 있다. 일 예로 제어부(340)는 획득한 정보를 기반으로 인버터(330)의 스위치를 제어할 수 있으며, 보다 구체적으로 인버터 스위치으로 입력되는 PWM(Pulse Width Modulation) 신호를 제어할 수 있다. PWM 신호에 기초하여 인버터(330)에 포함된 스위치(331~336)의 on 또는 off가 결정될 수 있으며, 이에 따라 모터가 구동될 수 있으며, 모터를 이용한 전기적 제어도 수행될 수 있다.
또한, 제어부(340)는 PWM 신호의 듀티 비(Duty ratio)를 제어할 수 있다. 듀티 비는 PWM 신호의 하나의 주기 내에서 신호가 high에 대응하는 시간의 비를 지시한다. 이와 같이 듀티 비를 제어함으로써 스위치가 on 상태인 시간의 비율을 조절할 수 있다. 실시 예에서 듀티 비의 최대 값은 100%이고, 최소값은 0%일 수 있으며, 제어부(340)는 획득한 정보를 기반으로 듀티 비를 가변적으로 조절할 수 있다. 스위치의 듀티 비가 최대값으로 설정되는 것은 풀 온(Full On) 모드일 수 있고, 스위치의 듀티 비가 최소값으로 설정되는 것은 풀 오프(Full off) 모드일 수 있다. 이와 같이 실시 예에서 제어부(340)에 의해 설정된 듀티 비에 따라 스위치의 한 주기 동안 온 상태로 유지되는 시간과 오프 상태로 유지되는 시간이 변경될 수 있다. 이때, 스위치의 한 주기 동안 스위치가 계속 온 상태로 유지되는 것은 풀 온 모드일 수 있고, 스위치의 한 주기 동안 스위치가 계속 오프 상태로 유지되는 것은 풀 오프 모드 일 수 있다.
제어부(340)는 PWM 신호에 따라 인버터(330)를 제어하여, 배터리(310)에서 공급되는 직류 전원을 원하는 주파수의 교류 전원으로 변경할 수 있으며, 교류 전원을 통해 모터(350)를 구동시킬 수 있다. 인버터(330)에 포함된 스위치(331~336)는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)일 수 있다. IGBT는 금속 산화막 반도체 전계효과 트랜지스터(MOSFET)를 게이트에 넣은 접합형 트랜지스터로, 게이트-이미터 간의 전압이 구동되어 입력 신호에 의해서 ON 또는 OFF 제어되는 파워의 스위칭이 가능한 소자이다. 그러나 이는 일례에 불과하며, 이에 한정되지 않는다.
인버터(330)에 포함된 스위치(331~336)은 설치 위치에 따라 상단 스위치와 하단 스위치로 구분될 수 있고, 스위치 쌍은 상단 스위치와 하단 스위치를 포함할 수 있다. 예를 들면, 인버터(330)은 제1 상단 스위치(331) 및 제1 하단 스위치(334)를 포함하는 제1 스위치 쌍, 제2 상단 스위치(332) 및 제2 하단 스위치(335)를 포함하는 제2 스위치 쌍, 제3 상단 스위치(333) 및 제3 하단 스위치(336)를 포함하는 제3 스위치 쌍을 포함할 수 있다.
인버터(330)에 포함된 스위치는 여러가지 원인에 의해 손실될 수 있다. 예를 들어, 스위치에 과전압이 인가되는 경우, 과전류가 흐르는 경우, 역 기전력이 생기는 경우, 스위치의 온도가 특정 값 이상 올라가는 경우 및 스위치 온도가 특정 값 이상으로 유지되는 경우 중 적어도 하나의 경우에 손실될 수 있다. 위의 예 중 스위치에 흐르는 과 전류로 인해 스위치 손상 되는 경우가 많으며, 이에 따라 스위치에 흐르는 전류 값을 모니터링 할 필요성이 있다.
스위치에 흐르는 전류를 모니터링 하기 위해 스위치 중 적어도 하나와 션트 저항(shunt, 370)이 연결될 수 있다. 이와 같이 연결된 션트 저항(370)에 의해 상전류가 감지될 수 있다. 구체적으로, 션트 저항(370)에 걸리는 전압과 션트 저항의 저항 값에 의해 스위치를 흐르는 전류를 확인할 수 있고, 기 설정된 기준 전류를 초과하면 과전류로 판단될 수 있다. 도 3에 도시된 션트 저항(370)은 스위치 들의 그라운드 단에 1개가 연결되어 있으나, 실시 예에 따라 각 스위치 별로 션트 저항에 연결될 수 있으며, 제어부(340)는 션트 저항에 인가되는 전압을 모니터링하여 스위치에 흐르는 전류를 확인할 수 있다.
모터(350)는 고정자(stator)와 회전자(rotator)를 포함하며, 각 상(U, V, W)의 고정자의 코일에 소정 주파수의 교류 전원이 인가되어, 회전자가 회전될 수 있다. 고정자는 3상(U, V, W)으로 구분될 수 있고, 각각의 상에는 코일이 권선되어 있다. 고정자로 입력되는 전류의 방향 변화로 인하여 고정자 내부에 형성되는 자계의 방향도 지속적으로 변화할 수 있고, 이러한 자계 방향 변화로 인해 회전자가 회전될 수 있다. 회전자의 회전은 회전축을 통해 휠(wheel)에 전달되어, 휠(wheel)이 회전될 수 있다.
센서부(360)는 복수의 센서를 포함할 수 있으며, 센서의 일 예로 모터(350)의 회전 속도를 센싱하는 홀 센서를 포함할 수 있다. 제어부(340)는 센서부(360)로부터 회전 속도를 수신 하고, 이를 기반으로 인버터(330)을 제어할 수 있다.
도 4는 일 실시 예에 따른 인버터에 포함된 스위치를 제어하기 위한 신호를 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 인버터의 스위치에 인가되는 신호가 도시된다.
인버터는 전술한 바와 같이 제1 상단 스위치와 제1 하단 스위치를 포함하는 제1 스위치 쌍, 제2 상단 스위치와 제2 하단 스위치를 포함하는 제2 스위치 쌍 및 제3 상단 스위치와 제3 하단 스위치를 포함하는 제3 스위치 쌍을 포함할 수 있다. 실시 예에서 도 4를 함께 참조하여 설명하면, 제1 상단 스위치(331)는 Sa, 제2 상단 스위치(332)는 Sb, 제3 상단 스위치(333)는 Sc일 수 있다. 또한 제1 하단 스위치(334)는 Sa', 제2 하단 스위치(335)는 Sb', 제3 하단 스위치(336)는 Sc'일 수 있다. 실시 예에서 각 인버터에 인가되는 신호가 도시된다.
제1 상단 스위치와 제1 하단 스위치는 직렬 연결되고, 제2 상단 스위치와 제2 하단 스위치는 직렬 연결되고, 제3 상단 스위치와 제3 하단 스위치는 직렬 연결될 수 있다. 또한, 제1 스위치 쌍과 제2 스위치 쌍 및 제3 스위치 쌍은 서로 병렬 연결될 수 있다.
실시 예에 따른 V0는 (Sa, Sb, Sc)=(0, 0, 0)으로서, 제1 상단 스위치와 제2 상단 스위치 및 제3 상단 스위치가 오프 상태일 수 있다. 이때, 반대로 제1 하단 스위치와 제2 하단 스위치와 제3 하단 스위치는 온 상태일 수 있다. 따라서, 제1 하단 스위치, 제2 하단 스위치, 제3 하단 스위치 및 모터에 의해 발전 제동이 될 수 있다.
또한, V1은 (Sa, Sb, Sc)=(1, 0, 0)으로서, 제1 상단 스위치는 온 상태이고 제2 상단 스위치와 제3 상단 스위치는 오프 상태일 수 있다. 이때, 제1 하단 스위치는 오프 상태이고, 제2 하단 스위치와 제3 하단 스위치는 온 상태일 수 있다. 따라서, 제1 상단 스위치, 제2 하단 스위치 및 제3 하단 스위치에 기초하여 회생 제동이 될 수 있다.
또한, V2는 (Sa, Sb, Sc)=(1, 1, 0)으로서, 제1 상단 스위치와 제2 상단 스위치는 온 상태일 수 있고 제3 상단 스위치는 오프 상태일 수 있다. 이때, 제1 하단 스위치와 제2 하단 스위치는 오프 상태이고, 제3 하단 스위치는 온 상태일 수 있다. 따라서, 제1 상단 스위치, 제2 상단 스위치 및 제3 하단 스위치에 기초하여 회생 제동이 될 수 있다.
또한, V3는 (Sa, Sb, Sc)=(1, 1, 1)로서 제1 상단 스위치와 제2 상단 스위치와 제3 상단 스위치는 온 상태일 수 있다. 이때, 반대로 제1 하단 스위치와 제2 하단 스위치와 제3 하단 스위치는 오프 상태일 수 있다. 따라서, 제1 상단 스위치, 제2 상단 스위치, 제3 상단 스위치 및 모터에 의해 발전 제동이 될 수 있다.
여기서, V1 ~ V3에 따른 각각의 스위치의 온 또는 오프 상태의 유지 시간은 서로 상이할 수 있고, 이에 기초하여 듀티 비가 결정될 수 있다.
도 5는 일 실시 예에 따른 발전 제동을 수행하기 위한 스위치 제어 방법을 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 발전 제동을 수행하기 위한 스위치 제어 및 회로 구성이 도시된다.
도 4를 함께 참조하여 설명하면, 식별번호 510은 도 4의 V0 상태로서, 제1 상단 스위치(531)와 제2 상단 스위치(532)와 제3 상단 스위치(533)는 오프 상태이고, 제1 하단 스위치(534)와 제2 하단 스위치(535)와 제3 하단 스위치(536)는 온 상태일 수 있다. 이때, 전동 이동 장치는 발전 제동 방식으로 동작할 수 있다. 발전 제동 방식으로 동작하는 경우, 모터는 발생된 역 기전력에 의해 제동될 수 있다.
발전 제동에 따라 제동 전류가 발생될 수 있고, 발생되는 제동 전류의 양은 아래와 같은 수학식 1과 같이 도시될 수 있다. 여기서, Rs는 모터에 포함된 고정자 저항을 나타내고, We는 각속도를 나타내고, Ls는 모터에 따른 인덕턴스를 나타내고, Ke는 역기전력 상수를 나타낼 수 있다. 실시 예에 따라 모터의 회전 속도가 빨라질수록 발전 제동에 따라 발생되는 전류의 양 역시 증가하며, 모터의 회전 속도에 따라 과도한 발전 제동 전류가 발생되어 스위치의 손상이 발생될 수 있다.
Figure pat00001
식별번호 540은 3상 모터에 대한 발전 제동을 수행하는 경우 스위치 제어에 따른 전류의 흐름을 나타내는 도면이다. 경로 ①의 경우 (U=>V, W)로 흐르는 전류의 흐름이 도시되고, 경로 ②의 경우 (V=>W, U)로 흐르는 전류의 흐름이 도시되고, 경로 ③의 경우 (W=>U, V)로 흐르는 전류의 흐름이 도시된다. 실시 예에서 경로 ① ~ 경로 ③ 모두 발전 제동에 따른 전류가 모터와 하단 스위치(534, 535, 536)을 흐르는 경우를 나타낸다.
도 6은 일 실시 예에 따른 모터의 구동 및 발전 제동의 수행에 따른 일 스위치 쌍에 입력되는 제어 신호를 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, U+와 U-에 대응하는 스위치를 제어하기 위한 신호가 도시된다. 일례로서, U+는 제1 상단 스위치일 수 있고, U-는 제1 하단 스위치에 대응할 수 있다.
모터를 일반 운전으로 구동하기 위한 제어 신호가 제1구간(610)에서 인버터에 입력된다. 모터가 일반 운전을 위해 구동되는 경우, 제1 상단 스위치인 U+가 on인 경우 제1 하단 스위치인 U-는 off일 수 있다. 이와 같이 U+와 U-의 온 또는 오프의 교차에 의해 모터는 일반 운전할 수 있으며, 모터의 회전력에 의해 휠이 구동될 수 있다.
발전 제동의 경우 도 4의 V0 또는 V3 상태에 대응하는 제어 신호가 입력될 수 있고, 그에 따라 스위치가 조절될 수 있다. 실시 예에서 제어부의 제어에 따라 발전 제동이 지속되거나 제2구간(620)과 같이 일부 구간에서 발전 제동을 off할 수 있다. 이 때 제2구간(620)에서 발전 제동이 on 되는 구간이 차지하는 비율이 발전 제동 듀티 비에 대응할 수 있다. 발전 제동이 on인 경우 역기전력에 의해 모터가 제동될 수 있고, 발전 제동이 off인 경우 역기전력이 발생하지 않을 수 있다. 도 6은 도 4의 V3 상태에 따라 상단 스위치에 의한 발전 제동인 경우로서, 제2구간(620)일 때 하단 스위치인 U-는 오프 상태일 수 있다.
도 7은 일 실시 예에 따른 회생 제동에 따른 스위치 제어 방법을 설명하기 위한 나타내는 도면이다.
도 7을 참조하면 회생 제동을 수행하기 위한 스위치 제어 방법과 그에 따른 전류의 흐름이 도시된다.
실시 예에서 회생 제동은 모터의 회전에 대한 전기적 제동에 따라 발생하는 회생 전력을 배터리측으로 환원하여 배터리를 충전시키는 제동 방식을 포함할 수 있다. 실시 예에서 회생 제동을 수행할 때 인버터의 스위치 상태에 따른 전류가 배터리(710) 측으로 흐를 수 있으며, 이에 따라 배터리(710)가 충전될 수 있다. 제1 하단 스위치(734), 제2 상단 스위치(732), 제3 상단 스위치(733)은 온 상태이고, 제1 상단 스위치(731), 제2 하단 스위치(735), 제3 하단 스위치(736)은 오프 상태일 수 있다. 회생 제동하는 순간, 발생한 회생 전력은 제1 하단 스위치(734), 모터(740), 제2 상단 스위치(732), 제3 상단 스위치(733)을 통해 배터리(710)측으로 환원되어 배터리가 충전될 수 있으며, 이에 따라 에너지 효율이 향상될 수 있다.
일 실시 예에서 제어부는 배터리(710)가 만충 상태에 대응할 경우 과충전을 방지하기 위해 다른 방법으로 제동할 수 있도록 인버터를 제어할 수 있다.
도 8은 일 실시 예에 따른 여력 제동을 나타내는 도면이다.
도 8을 참조하면, 실시 예에 따른 여력 제동을 실시 하기 위한 인버터 스위치의 상태가 도시된다.
실시 예에서 인버터에 포함된 모든 스위치가 오프 상태일 일 경우 별도의 전기적 제동력은 발생하지 않을 수 있으나, 모터 자체의 회전 마찰에 의한 기계적 제동력이 발생할 수 있다. 실시 예에서 이와 같은 상태에 따른 제동은 여력 제동이라 칭할 수 있다. 이와 같이 여력 제동으로 동작하는 경우 모터에 인가되는 전원이 차단되고, 모터의 회전에 따른 별도의 기전력이 발생하지 않으나, 모터 자체의 회전에 따른 마찰등에 의해 제동력이 발생할 수 있으며, 이에 따라 전동 이동 장치가 제동될 수 있다.
이와 같이 실시 예에서 제어부는 모터와 관련해서 발전 제동, 회생 제동 및 여력 제동 중 적어도 하나를 통해 제동력을 발생시킬 수 있다. 또한 제어부는 전동 이동 장치의 속도, 배터리 충전 상태, 전동 이동 장치와 관련된 기울기, 전동 이동 장치의 인증 여부, 인버터에 흐르는 전류의 양, 인버터의 온도 및 전동 이동 장치의 전력 소비 중 적어도 하나를 고려하여 모터와 관련된 제동 방법을 다르게 적용할 수 있다.
도 9는 일 실시 예에 따른 전동 이동 장치와 관련된 블록도이다.
도 9를 참조하면, 전동 이동 장치에 포함된 구성과 관련된 블록도가 표시된다.
전동 이동 장치(900)는 라이트(910), 센서(920), 구동부(930), 통신 회로(940), 통신회로 배터리(950), 메인 배터리(960) 및 출력부(970) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
라이트(910)는 조명을 조사할 수 있는 하나 이상의 발광체를 포함할 수 있으며, 실시 예의 전동 이동 장치(900)는 전조등(912), 후미등(914) 및 저면등(916)을 포함할 수 있다. 전조등은 전동 이동 장치(900)의 전방 영역을 비추는 조명을 조사할 수 있고, 후미등은 전동 이동 장치(900)의 후방 영역을 비추는 조명을 조사할 수 있고, 저면등은 전동 이동 장치(900)의 아래를 비추는 조명을 조사할 수 있다.
센서부(920)는 전동 이동 장치(900)와 관련된 물리적, 전기적 측정치를 센싱할 수 있다. 센서부(920)는 회전속도 센서(922), 가속도 센서(924) 및 무게 센서(926) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
회전속도 센서(922)는 모터의 회전 속도를 센싱할 수 있다. 회전 속도 센서(922)의 일례로서 홀 센서를 포함할 수 있으며, 홀 센서는 모터를 구성하는 고정자 및 회전자에 의한 자속 변화를 감지하여 모터의 회전 속도를 센싱할 수 있다.
가속도 센서(924)는 3차원 상의 각 축 방향의 회전을 감지할 수 있다. 구체적으로, 가속도 센서(924)는 X축, Y축, Z축 방향에서 전동 이동 장치에 대한 가속도를 센싱할 수 있고, 또한 3축 방향에서의 가속도의 변화를 센싱할 수 있다.
또한, 무게 센서(926)는 전동 이동 장치(900)에 탑승된 무게를 감지할 수 있다.
구동부(930)는 전방 휠, 후방 휠, 인버터, 모터 및 브레이크와 같이 전동 이동 장치의 구동과 관련된 기기를 포함할 수 있다. 전방 휠은 사용자에 의해 조작된 핸들바에 기초하여 움직임이 결정될 수 있고, 전방 휠은 기계적 제동에 의해 회전 속도가 감속될 수 있다. 또한, 후방 휠은 인버터와 연결된 모터에 의해 동력을 전달받으므로 후방 휠은 모터에 의해 속도가 증가될 수 있고, 후방 휠은 전기적 제동에 의해 회전 속도가 감속될 수 있다. 그러나 전방 휠과 후방 휠의 제동 방식은 위의 방식에 제한되지 않으며, 두 가지 제동 방식 중 적어도 하나를 통해 제동될 수 있다.
통신 회로(940)는 유무선 통신 통해 외부 장치들과 정보를 송수신할 수 있다.
통신 회로 배터리(950)는 통신 회로 (940)에 전력을 공급하는 배터리일 수 있다. 통신 회로 배터리(950)는 메인 배터리(960)와 별도로 존재할 수 있거나 또는 메인 배터리(960) 내부에 존재할 수 있으며, 메인 배터리(960)에 의해 충전되거나, 별도의 연결 회로를 통해 충전될 수 있다.
메인 배터리(960)는 모터, 인버터, 라이트(910), 출력부(970) 및 통신 회로(940) 중 적어도 하나에 전력을 공급할 수 있다.
출력부(970)는 사용자에게 정보를 제공하기 위한 출력 장치를 포함할 수 있으며, 사운드 출력을 제공하는 스피커(972) 및 시각적 출력을 제공하는 디스플레이(924) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이와 같은 출력부(970)를 통해 배터리 충전 상태 정보, 사용자 인증 여부에 관한 정보, 속도에 관한 정보, 차량 상태 정보, 제한 속도관련 정보, 전원 정보, 탑승 무게 정보 및 통신회로 상태 정보 중 적어도 하나의 정보가 제공될 수 있다.
제어부(980)은 전동 이동 장치(900) 전반의 동작을 제어할 수 있으며, 실시 예에서 설명되는 제어 방법 중 적어도 하나를 통해 전동 이동 장치(900)의 동작을 제어할 수 있다.
도 10은 일 실시 예에 따른 전동 이동 장치에 대한 ABS(Auto Braking System)을 설명하기 위한 도면이다.
도 10을 참조하면, 이륜 구동인 전동 이동 장치에 포함된 전방 휠과 후방 휠 각각 서로 다른 제동이 적용될 수 있다. 예를 들면, 전방 휠은 기계식 제동이 적용될 수 있고 후방 휠은 전기식 제동이 적용될 수 있다. 이때, 전방 휠에 대한 기계식 제동만 적용될 경우 전동 이동 장치가 전복될 위험이 있거나 또는 후방 휠에 대한 전기식 제동만 적용될 경우 전동 이동 장치가 슬립 될 위험이 있다. 따라서, 이와 같은 위험을 줄이기 위해 ABS가 전동 이동 장치에 적용될 수 있다.
전동 이동 장치의 주행 속도가 빠른 경우 전동 이동 장치에 대한 풀 온 상태의 전기적 제동은 전동 이동 장치에 대해 슬립을 유발할 수 있지만, 전동 이동 장치의 주행 속도가 상대적으로 느린 경우 전동 이동 장치에 대한 풀 온 상태의 전기적 제동은 전동 이동 장치에 대해 슬립을 유발하지 않을 수 있다.
ABS는 주행 속도가 기준 속도 보다 빠른 경우 슬립을 방지하기 위해 듀티 비를 조절한 전기적 제동에 기초하여 전동 이동 장치를 제어하거나 또는 주행 속도가 기준 속도 보다 느린 경우 풀 온 상태의 전기적 제동에 기초하여 전동 이동 장치를 제어하는 시스템일 수 있다.
전동 이동 장치에 포함된 제어부는 인버터에 대한 제어 신호를 생성할 수 있고, 제어 신호에 기초하여 인버터에 포함된 스위치의 on/off가 조절될 수 있고, 이에 모터가 제동될 수 있다. 제어부는 제어 신호를 통해 스위치의 on/off에 대한 듀티 비를 조절할 수 있다. 즉, 제어부는 제어 신호를 통해 인버터에 포함된 스위치의 on/off뿐만 아니라 on/off에 대응하는 시간도 조절할 수 있다. 구체적으로, 인버터에 포함된 스위치가 한 주기 동안 on 상태로 계속 유지되는 경우(100% on인 상태)가 풀 온 상태일 수 있고, 인버터에 포함된 스위치가 한 주기 동안 off 상태로 계속 유지되는 경우(100% off인 상태)가 풀 오프 상태일 수 있다.
이때, 전기적 제동은 회생 제동, 발전 제동을 포함할 수 있으며, 배터리 충전 상태를 고려하여, 회생 제동 및 발전 제동 중 적어도 하나가 선택적으로 수행될 수 있다. 배터리가 만충 레벨에 대응하는 경우, 발전 제동이 적용될 수 있고, 배터리가 만충 레벨을 만족하지 않는 경우 회생 제동이 적용될 수 있다. 여기서, 만충 레벨은 배터리의 출력 전압이 특정 전압 값에 대응하는 상태를 포함할 수 있으며, 특정 전압은 사전에 설정될 수 있다. 예를 들면, 특정 전압이 최대 전압의 90%로 설정된 경우 배터리의 충전 상태가 91%라면 발전 제동이 적용될 수 있고, 배터리의 충전 상태가 80%라면 회생 제동이 적용될 수 있다. 다른 예를 들면, 특정 전압이 최대 전압의 90%로 설정된 경우 배터리의 충전 상태가 88%라면 회생 제동이 적용되고, 회생 에너지에 의해 배터리가 충전되어 만충 레벨에 도달한 경우 발전 제동이 적용될 수 있다.
그림 1010과 그림 1030은 ABS가 적용되지 않은 경우 전동 이동 장치에 적용되는 제동을 나타낸다. 구체적으로, 그림 1010과 같이 전동 이동 장치의 주행 속도가 기준 속도 이상인 경우에도 전기적 제동은 풀 온 상태로 적용될 수 있고, 그림 1030과 같이 전동 이동 장치의 주행 속도가 기준 속도 보다 작은 경우에도 전기적 제동은 풀 온 상태로 적용될 수 있다. 즉, ABS가 적용되지 않은 경우, 전동 이동 장치의 주행 속도와 관계 없이 전기적 제동은 풀 온 상태로 적용될 수 있다.
그림 1020과 그림 1040은 ABS가 적용된 경우 전동 이동 장치에 적용되는 제동을 나타낸다. 구체적으로, 그림 1020과 같이 전동 이동 장치의 주행 속도가 기준 속도 이상인 경우, 슬립을 방지하기 위해 듀티 비가 조절된 전기적 제동이 전동 이동 장치에 적용될 수 있다. 또한, 그림 1040과 같이 전동 이동 장치의 주행 속도가 기준 속도 보다 작은 경우 풀 온 상태의 전기적 제동이 전동 이동 장치에 적용될 수 있다. 여기서, 기준 속도는 전기적 제동의 동작에 따른 전동 이동 장치의 슬립 여부를 고려하여 결정될 수 있다. 한편 실시 예에서, 전동 이동 장치에 탑승한 사용자의 무게에 따라 슬립이 발생 가능한 속도가 다를 수 있다. 예를 들면, 사용자의 무게가 상대적으로 무거운 경우 관성에 따라 슬립 발생 가능성이 높으므로, 사용자의 무게가 상대적으로 가벼운 경우보다 기준 속도는 낮게 설정될 수 있다.
실시 예에 따르면, 기준 속도와 주행 속도 간의 비교하고, 비교 결과에 따라 다른 제동 방식을 적용하는 ABS가 적용될 경우, 전동 이동 장치의 제동에 따라 슬립이 발생할 가능성이 감소될 수 있다.
도 11은 일 실시 예에 따른 전동 이동 장치의 전기적 제동 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 11을 참조하면, 도로를 주행 중인 전동 이동 장치의 주행 속도가 확인(1101)될 수 있다. 주행 중인 전동 이동 장치는 제동 요청 입력을 기반으로 제동될 수 있다. 구체적으로, 전동 이동 장치는 사용자의 입력을 기반으로 전기적 제동에 대한 요청을 확인할 수 있다. 예를 들면, 사용자가 브레이크 레버를 당긴 경우, 전기적 제동을 요청하는 입력이 제어부에서 확인될 수 있다.
제어부는 기준 속도를 확인(1103)할 수 있다. 여기서, 기준 속도는 전동 이동 장치의 슬립을 고려하여 결정될 수 있다. 구체적으로, 전동 이동 장치에 탑승한 사용자의 무게에 따라 슬립이 발생 가능한 속도가 다를 수 있다. 예를 들면, 동일한 속도에서 탑승한 사용자의 무게가 50kg인 경우 사용자의 무게가 30kg인 경우보다 전동 이동 장치의 주행에 따른 운동량이 보다 크게 되는바, 제동에 따라 슬립 발생 가능성이 상대적으로 높을 수 있다. 이에, 사용자의 무게에 따라 서로 다른 기준 속도가 설정될 수 있다. 이때, 사용자의 무게에 따른 슬립 발생 가능성을 고려하는 통계적 데이터에 기초하여 기준 속도가 결정될 수 있다. 인증된 사용자가 전동 이동 장치에 탑승한 경우, 무게 센서에서 측정된 사용자의 무게에 기초하여 기준 속도가 결정될 수 있다. 이때, 사용자는 전동 이동 장치에 탑승한 일례에 해당하며, 전동 이동 장치에 탑승한 객체의 무게에 기초하여 기준 속도가 결정될 수 있다.
전동 이동 장치에 포함된 제어부는 주행 속도와 기준 속도를 비교(1105)할 수 있다. 주행 속도가 기준 속도 이상인 경우, 전기적 제동의 듀티 비가 조절(1107)되어 전동 이동 장치가 제어될 수 있다. 이때, 제어부는 인버터의 스위치를 조절하는 제어 신호를 생성할 수 있고, 제어부는 제어 신호의 듀티 비를 조절할 수 있다. 또한 듀티 비가 조절된 제어 신호를 기반으로 수행되는 전기적 제동에 의해 전동 이동 장치의 주행 속도가 감속되는 경우에도, 감속된 주행 속도와 기준 속도를 반복적으로 비교(1105)할 수 있다.
주행 속도가 기준 속도 보다 작은 경우, 풀 온 상태의 전기적 제동(1109)을 수행하도록 제어 신호가 생성될 수 있다. 실시 예에서 풀 온 상태의 전기적 제동에 따른 제어 신호는 전기적 제동을 위한 제어 신호의 듀티비를 최대로 하는 것을 포함할 수 있다. 전동 이동 장치는 풀 온 상태의 전기적 제동에 의해 감속되어, 정지(1111)될 수 있다.
이때, 전기적 제동은 배터리의 만충 레벨 만족 여부에 따라 회생 제동 또는 발전 제동을 포함할 수 있다. 배터리의 충전 상태가 만충 레벨을 만족하지 않는 경우, 회생 제동에 의한 회생 에너지로 인해 에너지 효율이 향상될 뿐만 아니라 전동 이동 장치의 슬립 방지로 안전성이 향상될 수 있다.
도 12는 일 실시 예에 따른 전동 이동 장치에 대한 제동 과정을 설명하기 위한 도면이다.
그림 1210은 주행 속도와 기준 속도의 차이를 비교하여 듀티비가 설정되는 경우를 설명하기 위한 그림이다.
전동 이동 장치에 탑승한 사용자의 무게를 고려하여 기준 속도가 설정(1201)될 수 있다. 사용자의 무게가 무거워 질 수록 기준 속도는 낮아질 수 있고, 사용자의 무게가 가벼워질 수록 기준 속도는 높아질 수 있다.
전동 이동 장치의 주행 속도가 기준 속도 이상인 경우, 전기적 제동을 수행하기 위한 제어 신호의 듀티 비가 설정될 수 있다. 이때, 듀티 비는 주행 속도와 기준 속도 간의 차이를 비교하여 설정(1203)될 수 있다. 구체적으로, 주행 속도와 기준 속도 간의 차이 값에 반비례하도록 듀티 값이 결정될 수 있다. 주행 속도와 기준 속도 간의 차이가 큰 경우 큰 듀티 비로 전동 이동 장치가 제어될 경우, 전동 이동 장치가 슬립될 가능성이 증가하기 때문이다. 예를 들면, 기준 속도가 10km/h로 설정된 경우 주행 속도가 20km/h라면, 듀티 비는 50:50으로 설정될 수 있다. 다른 예를 들면, 기준 속도가 10km/h로 설정된 경우 주행 속도가 15km/h라면, 듀티 비는 75:25으로 설정될 수 있다.
또한 실시 예에서 주행 속도의 값에 반비례 하게 전기적 제동을 위한 on/off의 주기를 결정할 수 있다. 일 예시로 주행 속도가 빨리지는 경우, 전기적 제동을 위한 on/off 주기를 보다 짧게 설정할 수 있다. 이와 같이 on/off 주기를 짧게 함으로써 슬립을 방지하고, 보다 효과적으로 제동을 수행할 수 있다.
설정된 듀티 비에 의해 전동 이동 장치는 전기적 제동(1205)될 수 있다. 이때, 전기적 제동은 회생 제동 또는 발전 제동일 수 있다. 전기적 제동에 의해 전동 이동 장치의 속도는 감속(1207)될 수 있다.
그림 1220은 주행 속도와 관계 없이 듀티비가 설정되는 경우를 설명하기 위한 그림이다. 식별 번호 1211, 1215, 1217에 전술한 기재가 적용될 수 있다.
또는, 듀티 비는 전동 이동 장치의 주행 속도와 관계 없이 기 설정된 값으로 설정(1213)될 수 있다. 구체적으로, 전동 이동 장치의 주행 속도가 20km/h인 경우와 15km/h인 경우 모두 듀티 비는 50:50으로 설정될 수 있다.
도 13은 일 실시 예에 따른 전동 이동 장치에 대한 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다. 전술한 기재가 도 13의 설명에 적용될 수 있다.
도 13을 참조하면, 단계 1310에서, 전동 이동 장치의 주행 속도가 확인될 수 있다. 전동 이동 장치의 주행 속도는 센서부에 의해 센싱된 값을 이용하여 확인될 수 있다. 일 예로 홀센서에 의해 센싱된 모터의 회전 속도에 기초하여 전동 이동 장치의 주행 속도가 확인될 수 있다.
단계 1320에서, 전동 이동 장치에 대한 전기적 제동을 요청하는 입력을 사용자로부터 수신할 수 있다. 예를 들면, 사용자가 브레이크 레버를 당기는 경우, 이에 대응하여 제어부는 제동을 요청하는 입력을 확인할 수 있다.
단계 1330에서, 입력에 대응하여 전기적 제동과 관련하여 인버터를 제어하는 제어 신호가 생성될 수 있다. 제어 신호에 의해 인터버가 제어될 수 있고, 이에 모터의 회전 속도가 제어될 수 있다.
단계 1340에서, 제어 신호에 따라 전동 이동 장치의 주행 속도가 감속될 수 있다. 전동 이동 장치의 주행 속도 값이 기준 속도 이상의 제1 구간 내에 포함될 경우 제어 신호는 오프에 대응하는 신호 구간을 적어도 2회 이상 포함하도록 생성될 수 있다. 즉, 제어 신호는 한 주기 동안 on/off가 반복될 수 있다. 전체 신호 구간은 오프에 대응하는 신호 구간과 온에 대응하는 신호 구간을 포함할 수 있고, 전체 신호 구간의 길이는 한 주기를 나타낼 수 있다. 듀티 비는 전체 신호 구간에서 온에 대응하는 신호 구간의 비율을 포함할 수 있다. 전동 이동 장치의 주행 속도 값이 제1 구간 내에 포함될 경우, 제어 신호는 온에 대응하는 구간 및 오프에 대응하는 구간이 반복적으로 포함되도록 생성될 수 있으며, 온에 대응하는 구간의 비율은 주행 속도 값에 기초하여 조절될 수 있다. 즉, 주행 속도 값에 기초하여 듀티 비가 결정될 수 있다. 여기서, 기준 속도는 전동 이동 장치에 탑승된 객체(예를 들면, 사용자)의 무게에 기초하여 설정될 수 있다.
듀티 비는 전동 이동 장치의 주행 속도와 기준 속도 간의 차이에 기초하여 결정될 수 있다. 듀티 비는 주행 속도와 기준 속도 간의 차이에 기반하여 설정되거나 또는 주행 속도와 관계 없이 특정 값으로 설정될 수 있다. 예를 들면, 만충 레벨이 90%이고 기준 속도가 10km/h인 경우 배터리의 출력 전압이 80%이고 주행 속도가 20km/h라면, 전동 이동 장치는 50:50의 듀티 비로 회생 제동에 의해 감속될 수 있다. 만약, 회생 제동에 의해 전동 이동 장치의 배터리의 출력 전압이 90%에 도달한 경우 주행 속도가 15km/h라면, 전동 이동 장치는 75:25의 듀티 비로 발전 제동에 의해 감속될 수 있다.
전동 이동 장치의 주행 속도 값이 제1 구간 내에 포함될 경우, 제어 신호는 온에 대응하는 구간 및 오프에 대응하는 구간이 반복적으로 포함되도록 생성되며, 온에 대응하는 구간의 길이는 주행 속도 값에 기초하여 조절될 수 있다. 일예로, 전체 신호 구간은 주기 1, 주기 2과 같이 2번의 주기가 반복되는 신호 구간을 포함할 수 있다. 또는 전체 신호 구간은 주기 1, 주기 2, 주기 3과 같이 3번의 주기가 반복되는 신호 구간을 포함할 수 있다. 이때, 2번의 주기가 반복될 때 on에 대응하는 신호 구간의 길이와 3번의 주기가 반복될 때 on에 대응하는 신호 구간의 길이는 서로 상이할 수 있다.
전동 이동 장치의 배터리 출력 전압이 만충 레벨에 대응하는 경우 제어 신호는 발전 제동을 수행하도록 생성되고, 전동 이동 장치의 출력 전압이 만충 레벨 보다 낮은 경우 제어 신호는 회생 제동을 수행하도록 생성될 수 있다.
도 14는 다른 일 실시 예에 따른 전동 이동 장치에 대한 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다. 전술한 기재가 도 14의 설명에 적용될 수 있다.
도 14를 참조하면, 단계 1410에서, 전동 이동 장치에 대한 제동 요청을 확인할 수 있다. 제동 요청은 사용자가 브레이크 레버를 당기는 입력에 따라 확인될 수 있으며, 이에 따라 전동 이동 장치의 주행 속도가 감속될 수 있다.
단계 1420에서, 제동 요청에 대응하여 전동 이동 장치의 주행 속도 값이 기준 속도 이상의 제1 구간 내에 포함될 경우와 주행 속도 값이 기준 속도 이하의 제2 구간 내에 포함될 경우 서로 다른 제어 신호가 생성될 수 있다.
단계 1430에서, 생성된 제어 신호를 기반으로 결정된 제동 방식에 따라 전동 이동 장치의 주행 속도가 감속될 수 있다. 제어부는 인버터를 제어하는 제어 신호를 생성할 수 있고, 인버터의 제어에 따라 모터가 제동될 수 있다. 모터의 제동에 의해 전동 이동 장치의 주행 속도가 감속될 수 있다.
전동 이동 장치의 주행 속도 값이 기준 속도 이상의 제1 구간 내에 포함될 경우 제어 신호는 오프에 대응하는 신호 구간을 적어도 2회 이상 포함하도록 생성될 수 있다. 즉, 제어 신호는 한 주기 동안 on/off가 반복될 수 있다. 전체 신호 구간은 오프에 대응하는 신호 구간과 온에 대응하는 신호 구간을 포함할 수 있고, 전체 신호 구간의 길이는 한 주기를 나타낼 수 있다. 듀티 비는 전체 신호 구간에서 온에 대응하는 신호 구간의 비율을 포함할 수 있다. 전동 이동 장치의 주행 속도 값이 제1 구간 내에 포함될 경우, 제어 신호는 온에 대응하는 구간 및 오프에 대응하는 구간이 반복적으로 포함되도록 생성될 수 있으며, 온에 대응하는 구간의 비율은 주행 속도 값에 기초하여 조절될 수 있다. 즉, 주행 속도 값에 기초하여 듀티 비가 결정될 수 있다. 여기서, 기준 속도는 전동 이동 장치에 탑승된 객체(예를 들면, 사용자)의 무게에 기초하여 설정될 수 있다.
듀티 비는 전동 이동 장치의 주행 속도와 기준 속도 간의 차이에 기초하여 결정될 수 있다. 듀티 비는 주행 속도와 기준 속도 간의 차이에 기반하여 설정되거나 또는 주행 속도와 관계 없이 특정 값으로 설정될 수 있다. 예를 들면, 만충 레벨이 90%이고 기준 속도가 10km/h인 경우 배터리의 출력 전압이 80%이고 주행 속도가 20km/h라면, 전동 이동 장치는 50:50의 듀티 비로 회생 제동에 의해 감속될 수 있다. 만약, 회생 제동에 의해 전동 이동 장치의 배터리의 출력 전압이 90%에 도달한 경우 주행 속도가 15km/h라면, 전동 이동 장치는 75:25의 듀티 비로 발전 제동에 의해 감속될 수 있다.
전동 이동 장치의 주행 속도 값이 제1 구간 내에 포함될 경우, 제어 신호는 온에 대응하는 구간 및 오프에 대응하는 구간이 반복적으로 포함되도록 생성되며, 온에 대응하는 구간의 길이는 주행 속도 값에 기초하여 조절될 수 있다. 일예로, 전체 신호 구간은 주기 1, 주기 2과 같이 2번의 주기가 반복되는 신호 구간을 포함할 수 있다. 또는 전체 신호 구간은 주기 1, 주기 2, 주기 3과 같이 3번의 주기가 반복되는 신호 구간을 포함할 수 있다. 이때, 2번의 주기가 반복될 때 on에 대응하는 신호 구간의 길이와 3번의 주기가 반복될 때 on에 대응하는 신호 구간의 길이는 서로 상이할 수 있다.
전동 이동 장치의 배터리 출력 전압이 만충 레벨에 대응하는 경우 제어 신호는 발전 제동을 수행하도록 생성되고, 전동 이동 장치의 출력 전압이 만충 레벨 보다 낮은 경우 제어 신호는 회생 제동을 수행하도록 생성될 수 있다.
한편, 본 명세서와 도면에는 본 개시의 바람직한 실시 예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 개시의 기술 내용을 쉽게 설명하고 개시의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 개시의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예 외에도 본 개시의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

Claims (12)

  1. 전동 이동 장치(electric mobility apparatus)에 있어서,
    모터와 연결되어 상기 모터를 제어하는 인버터;
    상기 전동 이동 장치의 주행과 관련된 속도를 감지하는 센서; 및
    상기 전동 이동 장치에 대한 전기적 제동을 요청하는 입력에 대응하여 상기 인버터를 제어하는 제어 신호를 생성하는 제어부;
    를 포함하고,
    상기 전동 이동 장치의 주행 속도 값이 기준 속도 이상의 제1 구간 내에 포함될 경우, 상기 제어 신호는 오프에 대응하는 신호 구간을 적어도 2회 이상 포함하도록 생성되는,
    전동 이동 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전동 이동 장치의 주행 속도 값이 상기 기준 속도 이하의 제2 구간 내에 포함될 경우, 상기 제어 신호는 전체 신호 구간에서 온에 대응하는 신호 구간의 비가 최대가 되도록 생성되는,
    전동 이동 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기준 속도는 상기 전동 이동 장치에 탑승된 객체의 무게에 기초하여 설정되는 것을 특징으로 하는,
    전동 이동 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전동 이동 장치의 주행 속도 값이 상기 제1 구간 내에 포함될 경우, 상기 제어 신호는 on에 대응하는 구간 및 off에 대응하는 구간이 반복적으로 포함되도록 생성되며, 상기 on에 대응하는 구간의 비율은 상기 주행 속도 값에 기초하여 조절되는 것을 특징으로 하는,
    전동 이동 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전동 이동 장치의 주행 속도 값이 상기 제1 구간 내에 포함될 경우, 상기 제어 신호는 on에 대응하는 구간 및 off에 대응하는 구간이 반복적으로 포함되도록 생성되며, 상기 on에 대응하는 구간의 길이는 상기 주행 속도 값에 기초하여 조절되는 것을 특징으로 하는,
    상기 듀티 비는 상기 주행 속도와 상기 기준 속도 간의 차이에 기반하여 설정되는 것을 특징으로 하는,
    전동 이동 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전동 이동 장치의 배터리 출력 전압이 만충 레벨에 대응하는 경우 상기 제어 신호는 발전 제동을 수행하도록 생성되고, 상기 전동 이동 장치의 출력 전압이 만충 레벨 보다 낮을 경우 상기 제어 신호는 회생 제동을 수행하도록 생성되는 것을 특징으로 하는,
    전동 이동 장치.
  7. 전동 이동 장치(electric mobility apparatus)의 제어 방법에 있어서,
    주행 속도를 확인하는 단계;
    전기적 제동을 요청하는 입력을 수신하는 단계;
    상기 입력에 대응하여 상기 전기적 제동과 관련하여 인버터를 제어하는 제어 신호를 생성하는 단계; 및
    상기 제어 신호에 따라 상기 전동 이동 장치의 상기 주행 속도를 감속하는 단계
    를 포함하고,
    상기 전동 이동 장치의 주행 속도 값이 기준 속도 이상의 제1 구간 내에 포함될 경우, 상기 제어 신호는 오프에 대응하는 신호 구간을 적어도 2회 이상 포함하도록 생성되는,
    제어 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 전동 이동 장치의 주행 속도 값이 상기 기준 속도 이하의 제2 구간 내에 포함될 경우, 상기 제어 신호는 전체 신호 구간에서 온에 대응하는 신호 구간의 비가 최대가 되도록 생성되는 것을 특징으로 하는,
    제어 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 기준 속도는 상기 전동 이동 장치에 탑승된 객체의 무게에 기초하여 설정되는 것을 특징으로 하는,
    제어 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 전동 이동 장치의 주행 속도 값이 상기 제1 구간 내에 포함될 경우, 상기 제어 신호는 on에 대응하는 구간 및 off에 대응하는 구간이 반복적으로 포함되도록 생성되며, 상기 on에 대응하는 구간의 비율은 상기 주행 속도 값에 기초하여 조절되는 것을 특징으로 하는,
    제어 방법.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 전동 이동 장치의 주행 속도 값이 상기 제1 구간 내에 포함될 경우, 상기 제어 신호는 on에 대응하는 구간 및 off에 대응하는 구간이 반복적으로 포함되도록 생성되며, 상기 on에 대응하는 구간의 길이는 상기 주행 속도 값에 기초하여 조절되는 것을 특징으로 하는,
    제어 방법.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 전동 이동 장치의 배터리 출력 전압이 만충 레벨에 대응하는 경우 상기 제어 신호는 발전 제동을 수행하도록 생성되고, 상기 전동 이동 장치의 출력 전압이 만충 레벨 보다 낮을 경우 상기 제어 신호는 회생 제동을 수행하도록 생성되는 것을 특징으로 하는,
    제어 방법.
KR1020200008704A 2020-01-22 2020-01-22 전동 이동 장치 및 이의 제어 방법 KR20210095275A (ko)

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