KR20210136495A - 빅데이터를 이용한 차량 파워 제어 시스템 - Google Patents

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박현수
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현대자동차주식회사
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Abstract

차량에서 생성된 차량 주행 관련 데이터를 입력 받고, 입력 받은 데이터를 가공하여 상기 차량의 가속 패턴에 관련된 인자를 생성하고 저장하는 빅데이터 서버; 및 상기 차량의 가속 또는 발진이 요구되는 경우, 사전 저장된 배터리의 가용 파워 및 상기 빅데이터 서버에서 저장된 상기 인자를 참조하여 배터리의 출력 파워를 변경하는 상기 차량에 설치된 컨트롤러를 포함하는 빅데이터를 이용한 차량 파워 제어 시스템이 개시된다.

Description

빅데이터를 이용한 차량 파워 제어 시스템{SYSTEM FOR CONTROLLING VEHICLE POWER USING BIG DATA}
본 발명은 빅데이터를 이용한 차량 파워 제어 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 빅데이터 서버를 통해 구축된 빅데이터를 이용하여 차량의 가속 패턴을 구축하고 차량 발진 시 구축된 가속 패턴을 활용하여 차량의 파워를 제어할 수 있는 빅데이터를 이용한 차량 파워 제어 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 환경차의 구동 전력을 저장하는 고전압 배터리의 충방전 시 가용 파워값은 기준 시간 동안 연속으로 충방전 가능한 파워값에 해당하는 값으로서, 이 가용 파워값은 사전에 결정하여 데이터 맵의 형태로 차량 내 배터리 관리 시스템(BMS: Battery Management System)에 저장해 두고 차량의 파워 제어에 적용하고 있다.
따라서, 운전자가 더 높은 차량 가속 또는 발진을 원하는 경우에도 사전에 저장해 둔 가용 파워값의 범위 내에서만 차량 출력이 가능하므로, 운전자가 요구하는 차량 가속이나 발진 성능을 실제 구현하는 것이 불가능하게 되는 문제가 있다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 10-2015-0042566 A KR 10-2019-0122298 A
이에 본 발명은, 빅데이터 서버를 통해 구축된 빅데이터를 이용하여 차량의 가속 패턴을 구축하고 차량 발진 시 구축된 가속 패턴을 활용하여 운전자가 원하는 가속 또는 발진을 구현할 수 있도록 차량의 파워를 제어할 수 있는 빅데이터를 이용한 차량 파워 제어 시스템을 제공하는 것을 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서 본 발명은,
차량에서 생성된 차량 주행 관련 데이터를 입력 받고, 입력 받은 데이터를 가공하여 상기 차량의 가속 패턴에 관련된 인자를 생성하고 저장하는 빅데이터 서버; 및
상기 차량의 가속 또는 발진이 요구되는 경우, 사전 저장된 배터리의 가용 파워 및 상기 빅데이터 서버에서 저장된 상기 인자를 참조하여 배터리의 출력 파워를 변경하는 상기 차량에 설치된 컨트롤러;
를 포함하는 빅데이터를 이용한 차량 파워 제어 시스템을 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 빅데이터 서버는, 상기 인자를 기준으로 유사도를 갖는 가속 패턴을 그룹핑하고, 그룹핑된 그룹별로 해당 가속 패턴에 대응되는 고출력 허용율을 연산할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 빅데이터 서버는, 복수의 계층 구조를 가지며, 상기 차량으로부터 상기 차량 주행 관련 데이터를 직접 입력 받고 가속 패턴에 관련된 상기 인자의 연산에 사용되는 데이터를 분류하는 하위 계층 클라우딩 서버; 및 상기 하위 클라우딩 서버에서 분류된 데이터를 입력 받아 가공하여 상기 인자를 생성하며, 생성된 인자를 기준으로 유사도를 갖는 가속 패턴들을 서로 그룹핑하는 상위 계층 클라우딩 서버를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 사전 저장된 배터리의 가용 파워는, 배터리의 충전 상태와 주변 온도를 기준으로 하는 데이터 맵의 형태로 상기 컨트롤러에 저장될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 컨트롤러는, 상기 차량이 가속 또는 발진 조건에 해당하는 경우 사전 저장된 배터리의 가용 파워에 상기 고출력 허용율을 적용하여 최종적으로 상기 배터리의 출력 파워를 결정할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 고출력 허용율은, 상기 그룹에 속하는 가속 패턴의 특성을 반영한 시간에 따라 변화되는 가중치일 수 있다.
상기 빅데이터를 이용한 차량 파워 제어 시스템에 따르면, 사전에 저장된 데이터 맵에 따른 가용 파워값의 제한에서 벗어나, 빅데이터 기반으로 구축된 차량 가속 패턴에 기반하여 차량의 파워를 제어함으로써 운전자가 요구하는 차량의 가속 및 발진 성능을 구현할 수 있게 된다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 빅데이터를 이용한 차량 파워 제어 시스템을 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 빅데이터를 이용한 차량 파워 제어 시스템의 동작을 도시한 흐름도이다.
도 3 내지 도 5는 종래의 차량 발진 시 배터리 출력 파워와 본 발명의 일 실시형태에 따른 빅데이터를 이용한 차량 파워 제어 시스템에 의한 차량 발진 시 배터리 출력 파워를 비교하기 위한 그래프이다.
이하, 첨부의 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시형태에 따른 빅데이터를 이용한 차량 파워 제어 시스템을 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 빅데이터를 이용한 차량 파워 제어 시스템을 도시한 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 빅데이터를 이용한 차량 파워 제어 시스템은, 차량(10)에서 생성된 차량 주행 관련 데이터를 입력 받고, 입력 받은 데이터를 가공하여 차량(10)의 가속 패턴에 관련된 인자를 생성하고 저장하는 빅데이터 서버(100) 및 차량(10)의 가속 또는 발진이 요구되는 경우, 사전 저장된 배터리의 가용 파워 및 빅데이터 서버(100)에 저장된 인자를 참조하여 배터리(12)의 출력 파워를 변경하는 차량(10)에 설치된 컨트롤러(11)를 포함하여 구성될 수 있다.
빅데이터 서버(100)는 차량(10)으로부터 차량의 운행 중 발생하는 각종 데이터를 입력 받고 입력 받은 데이터를 가공하고 분석한 데이터를 생성하여 저장할 수 있다. 특히, 빅데이터 서버(100)는 차량에서 입력 받은 데이터 또는 생성한 2차 데이터를 기반으로 차량 가속에 관련된 특정 패턴을 생성할 수 있다.
도 1에 도시된 것과 같이, 빅데이터 서버(100)는 각 계층 마다 클라우딩 서버(110, 120, 130)를 갖는 계층 구조의 분산 클라우딩 방식으로 구현될 수 있다.
예를 들어, 복수의 계층 구조의 최하위 계층에 속한 클라우딩 서버(110)는, 차량(10)과 통신하여 차량(10)에서 생성된 데이터를 실시간으로 로깅하며 로깅한 데이터를 필요한 경우 차량(10)으로 제공하거나, 최하위 계층(110)의 상위 계층에 속하는 클라우딩 서버(120, 130)로 제공할 수 있다.
상위 계층에 속하는 클라우딩 서버(120, 130)는 그 하위 계층의 클라우딩 서버에서 제공하는 데이터를 가공하여 저장하고 차량(10)과 통신하여 가공한 데이터를 차량(10)으로 전송할 수 있다. 도 1은 총 세 개의 계층으로 구현된 실시형태를 예시적으로 설명하기 위한 것으로, 계층의 수는 필요에 따라 적절하게 조정될 수 있다.
도 1에 도시된 본 발명의 실시형태에서는, 차량(10)과 통신하며 차량의 데이터를 실시간으로 로깅하는 제1 계층 클라우딩 서버(110)와, 제1 계층 클라우딩 서버(100)에 로깅된 데이터를 가공하여 차량(10)의 가속 패턴을 생성하기 위한 인자를 생성하는 제2 계층 클라우딩 서버(120)와 제2 클라우딩 서버(120)에서 생성된 인자들을 활용하여 차량의 가속 패턴을 생성하고 유사한 가속 패턴을 서로 그룹핑하는 제3 클라우딩 서버(130)를 포함할 수 있다.
제1 계층 클라우딩 서버(100)는 차량과 통신을 통해 차량에서 생성되는 로(raw) 데이터를 실시간 로깅할 수 있다. 제1 계층 클라우딩 서버(100)는 가능한 짧은 샘플링 레이트(sampling rate)로 데이터 손실 없이 차량 데이터를 로깅하고 저장할 수 있다. 또한, 제1 계층 클라우딩 서버(100)는 통신하는 차량 한대당 로깅하여 저장할 수 있는 데이터의 수에 대한 제한이 설정될 수 있다. 물론, 자원이 허락하는 경우 차량으로부터 로깅한 데이터를 모두 저장할 수도 있으나, 제1 계층 클라우딩 서버(100)는 주로 실시간으로 차량과 통신하여 차량을 제어하므로 자원의 효율적 사용을 위해 차량 당 저장할 수 있는 데이터의 개수를 제한하는 것이 바람직하다.
제1 계층 클라우딩 서버(10)가 로깅하는 로 데이터는 차량의 각종 제어기에서 생성되어 송신한 데이터이다. 배터리 파워를 제어하는 본 발명의 여러 실시형태에서, 차량(10)으로부터 제1 클라우딩 서버(110)로 제공되는 실시간 데이터는 차량에 설치된 배터리(12)의 파워에 관련된 데이터로서, 예를 들어 차량(10)의 배터리 온도, 전압, SOC(State Of Charge), 배터리 충방전 상태, 배터리 현재 파워, 차속, 모터의 회전 속도(rpm), 차량(10)의 위치, 구배 등이 될 수 있다.
또한, 제1 계층 클라우딩 서버(110)는 차량(10)으로부터 각종 주행 관련 데이터를 직접 입력 받고, 차량의 가속 패턴에 관련된 인자를 연산하는데 사용될 수 있는 데이터를 분류할 수도 있다.
차량(10)은 필요시 제1 계층 클라우딩 서버(110)로 저장된 데이터를 요청하고 수신할 수 있다.
제2 계층 클라우딩 서버(120)는 제1 계층 클라우딩 서버(110)가 로깅한 로 데이터를 1차 가공하여 평균, 최대/최소, RMS, 표준편차 등의 항목을 연산하고 저장할 수 있다. 가공된 데이터는 사전에 설정된 데이터 세트의 형태로 저장 관리될 수 있다. 특히, 제2 계층 클라우딩 서버(120)에 저장되는 데이터는 로 데이터가 아닌 정해진 형식의 가공 데이터 형태로 저장되며 해당 데이터의 날짜나 주행시간 등과 함께 저장될 수 있다.
제1 계층 클라우딩 서버(110)는 로깅한 로 데이터를 즉시 저장하는데 반해, 제2 계층 클라우딩 서버(120)는 로깅된 데이터를 가공하는 것으로 반드시 실시간으로 로 데이터를 가공하여 저장할 필요는 없으며, 데이터 입수 후 데이터 가공 저장까지 어느 정도의 지연 시간이 허용될 수 있다.
특히, 배터리 파워를 제어하는 본 발명의 여러 실시형태에서, 제2 클라우딩 서버(120)에서 가공 연산하는 데이터는 차량(10)의 가속 패턴을 생성하는데 사용될 수 있는 인자에 해당할 수 있다. 가속 패턴 생성에 사용될 수 있는 인자는 배터리(12)의 최대 파워, 최대 파워 유지 시간, 평균 파워, 온도, 충전 상태(SOC), 차량(10)이 주행 중인 위치나 구배, 차속 등이 될 수 있다.
차량(10)은 필요시 제2 계층 클라우딩 서버(120)로 가공된 데이터를 요청하고 수신할 수 있다.
제3 계층 클라우딩 서버(130)는 상기 제2 계층 클라우딩 서버(120)에서 가공한 데이터를 다시 2차 가공할 수 있다. 제3 계층 클라우딩 서버(130)는 제2 계층 클라우딩 서버(120)의 데이터 가공에 소요되는 연산보다 더 고성능의 연산 능력이 요구되는 데이터 가공을 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 제3 계층 클라우딩 서버(130)는 제2 계층 클라우딩 서버(120)에서 생성된 최대 파워, 최대 파워 유지 시간, 평균 파워, 온도, 충전 상태(SOC), 차량(10)이 주행 중인 위치나 구배, 차속 등을 기준으로 데이터를 제공한 차량(10)의 가속 패턴을 생성하고 유사한 가속 패턴을 갖는 차량을 서로 하나의 그룹으로 그룹핑할 수 있다.
차량(10)에 설치되는 컨트롤러(11)는 차량의 가속 및/또는 발진 여부를 확인하고 가속 및/또는 발진 조건에서 사전 저장된 배터리(12)의 가용 파워값을 도출하고 도출된 가용 파워값과 빅데이터 서버(100)에 저장된 자신이 속하는 그룹의 가속 패턴에 기반하여 배터리(12)의 파워를 조정할 수 있다.
여기서, 가속 및/또는 발진 조건은 운전자의 액셀러레이터 페달을 밟은 정도를 검출하는 센서의 센싱값을 차량의 타 제어기가 입력 받아 판단될 수 있으며, 컨트롤러(11)는 타 제어기로부터 가속 및/또는 발진 조건에 대한 정보를 제공받을 수 있다.
컨트롤러(11)는 배터리(12)의 충방전 파워를 감시하고 관리하는 바 배터리(12)에 관련된 제어를 수행하는 배터리 관리 시스템(BMS)일 수 있다.
배터리(12)는 차량의 구동륜에 동력을 제공하는 모터(미도시)를 구동하기 위한 파워를 공급하는 고전압 배터리일 수 있다.
이상과 같이 구성되는 본 발명의 여러 실시형태에 따른 빅데이터를 이용한 차량 파워 제어 시스템의 구체적인 동작에 대해 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 빅데이터를 이용한 차량 파워 제어 시스템의 동작을 도시한 흐름도이다.
도 2에 도시된 것과 같은 동작은 차량(10)의 컨트롤러(11) 및 빅데이터 서버(100)에 의해 수행될 수 있다.
도 2를 참조하면, 차량(10)은 전원이 온 상태인 경우 차량 주행 관련 데이터를 사전 설정된 시간 간격 마다 빅데이터 서버(100)로 제공할 수 있다(S11). 빅데이터 서버(100)는 여러 차량들에서 제공받은 차량 주행 관련 데이터를 가공하여 차량 가속 패턴을 구축하고 차량 가속 패턴 구축에 사용된 인자를 기반으로 유사성을 갖는 패턴을 그룹핑할 수 있다(S21). 이 단계(S21)에서 빅데이터 서버(100)로 데이터를 제공한 차량(10)의 가속 패턴은 유사한 특성을 갖는 다른 가속 패턴과 그룹핑될 수 있다.
한편, 이 그룹핑에서 고려되는 가속 패턴은 발진 가속 패턴과 추월 가속 패턴이 있을 수 있다. 발진 가속 패턴은 차량이 정지 상태에서 가속하는 패턴을 의미하며, 추월 가속 패턴은 차량이 일정 속도 이상 주행 중에 더 높은 속도로 가속하는 패턴을 의미한다.
또한, 빅데이터 서버(100)는 단계(S21)에서 그룹핑한 그룹 별로 각 그룹에 속하는 가속 패턴에 대응되는 고출력 허용율(γ, β)을 연산할 수 있다. 고출력 허용율(γ, β)은 시간의 함수로서 각 그룹에 속한 가속 패턴의 특성을 반영한 시간에 따라 변화되는 가중치에 해당한다. 발진 가속 패턴에 대해서는 발진 고출력 허용율(γ)가 적용될 수 있으며, 추월 가속 패턴에 대해서는 추월 고출력 허용율(β)가 적용될 수 있다.
한편, 컨트롤러(11)는 사전 설정된 시간 간격 마다 또는 특정 차량 주행 상태(예를 들어, 시동 직후 등)가 되면 빅데이터 서버(100)로 가속 패턴 그룹에 대한 정보를 요청하여 수신할 수 있다(S12).
이어, 컨트롤러(11)는 차량에서 가속이 요구되는 경우 해당 가속이 발진 가속인지 추월 가속인지 판단하고(S13), 발진 가속인 경우 사전에 저장하고 있는 데이터 맵에 설정된 배터리(12)의 가용 파워값(Pout_ref)에 발진 가속 패턴 그룹에 대응되는 발진 고출력 허용율(γ)를 적용하여 최종적인 배터리 출력 파워(Pout)를 결정할 수 있으며(S141), 추월 가속인 경우 사전에 저장하고 있는 데이터 맵에 설정된 배터리(12)의 가용 파워값(Pout_ref)에 추월 가속 패턴 그룹에 대응되는 추월 고출력 허용율(β)를 적용하여 최종적인 배터리 출력 파워(Pout)를 결정할 수 있으며(S142)
컨트롤러(11)가 저장한 데이터 맵은 배터리(12)의 충전 상태(State Of Charge: SOC)와 주변 온도 기준 별로 사전 설정된 가용 파워값(Pout_ref)을 기록한 것이다.
단계(S14)에서, 컨트롤러(11)는 빅데이터 서버(100)에서 제공된 고출력 허용율(γ)를 적용한 배터리(12)의 출력 파워(Pout)를 차량의 각종 제어기로 전달하여 새로 설정된 출력 파워(Pout) 내에서 차량의 각종 제어, 특히 발진 및 가속을 위한 모터 제어에 적용될 수 있게 한다.
도 3 내지 도 5는 종래의 차량 발진 시 배터리 출력 파워와 본 발명의 일 실시형태에 따른 빅데이터를 이용한 차량 파워 제어 시스템에 의한 차량 발진 시 배터리 출력 파워를 비교하기 위한 그래프이다.
도 3에 도시된 것과 같이, 종래의 차량 파워 제어 기법은 데이터 맵에 저장된 가용 파워값(Pout_map)을 초과하는 배터리 출력이 이루어지지 않으므로 가속이나 발진 시 운전자가 원하는 출력을 얻을 수 없다.
그러나, 도 4에 도시된 것과 같이, 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량 파워 제어 시스템은, 차량이 발진 가속이 요구되는 경우 운전자의 발진 가속 패턴 별로 설정된 시간에 따라 변화되는 가중치인 발진 고출력 허용율(γ)을 적용함으로써 발진 시 운전자가 원하는 충분한 출력을 얻을 수 있게 할 수 있다.
또한, 도 5에 도시된 것과 같이, 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량 파워 제어 시스템은, 차량이 추월 가속이 요구되는 경우 운전자의 추월 가속 패턴 별로 설정된 시간에 따라 변화되는 가중치인 추월 고출력 허용율(β)을 적용함으로써 추월 시 운전자가 원하는 충분한 출력을 얻을 수 있게 할 수 있다.
이상에서 본 발명의 특정한 실시형태에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 청구범위의 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
10: 차량 11: 컨트롤러(BMS)
12: 배터리 100: 빅데이터 서버
110: 제1 계층 클라우딩 서버 120: 제2 계층 클라우딩 서버
130: 제3 계층 클라우딩 서버

Claims (6)

  1. 차량에서 생성된 차량 주행 관련 데이터를 입력 받고, 입력 받은 데이터를 가공하여 상기 차량의 가속 패턴에 관련된 인자를 생성하고 저장하는 빅데이터 서버; 및
    상기 차량의 가속 또는 발진이 요구되는 경우, 사전 저장된 배터리의 가용 파워 및 상기 빅데이터 서버에서 저장된 상기 인자를 참조하여 배터리의 출력 파워를 변경하는 상기 차량에 설치된 컨트롤러;
    를 포함하는 빅데이터를 이용한 차량 파워 제어 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 빅데이터 서버는,
    상기 인자를 기준으로 유사도를 갖는 가속 패턴을 그룹핑하고, 그룹핑된 그룹별로 해당 가속 패턴에 대응되는 고출력 허용율을 연산하는 것을 특징으로 하는 빅데이터를 이용한 차량 파워 제어 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 빅데이터 서버는,
    복수의 계층 구조를 가지며,
    상기 차량으로부터 상기 차량 주행 관련 데이터를 직접 입력 받고 가속 패턴에 관련된 상기 인자의 연산에 사용되는 데이터를 분류하는 하위 계층 클라우딩 서버; 및
    상기 하위 클라우딩 서버에서 분류된 데이터를 입력 받아 가공하여 상기 인자를 생성하며, 생성된 인자를 기준으로 유사도를 갖는 가속 패턴들을 서로 그룹핑하는 상위 계층 클라우딩 서버를 포함하는 것을 특징으로 하는 빅데이터를 이용한 차량 파워 제어 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 사전 저장된 배터리의 가용 파워는, 배터리의 충전 상태와 주변 온도를 기준으로 하는 데이터 맵의 형태로 상기 컨트롤러에 저장된 것을 특징으로 하는 빅데이터를 이용한 차량 파워 제어 시스템.
  5. 청구항 2에 있어서, 상기 컨트롤러는,
    상기 차량이 가속 또는 발진 조건에 해당하는 경우 사전 저장된 배터리의 가용 파워에 상기 고출력 허용율을 적용하여 최종적으로 상기 배터리의 출력 파워를 결정하는 것을 특징으로 하는 빅데이터를 이용한 차량 파워 제어 시스템.
  6. 청구항 2에 있어서, 상기 고출력 허용율은,
    상기 그룹에 속하는 가속 패턴의 특성을 반영한 시간에 따라 변화되는 가중치인 것을 특징으로 하는 빅데이터를 이용한 차량 파워 제어 시스템.
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