KR20230036565A - 드론 유닛의 구동 분배장치 및 제어방법 - Google Patents

드론 유닛의 구동 분배장치 및 제어방법 Download PDF

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김용립
이남우
신성재
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현대자동차주식회사
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Abstract

본 발명은 드론 유닛의 구동 분배장치에 관한 것으로 더 바람직하게 본 발명의 일 실시예로서, 드론 유닛의 구동 분배장치는 상용 차량의 일단에 위치하는 제 1드론 유닛, 차량의 타단에 위치하는 제 2드론 유닛을 포함하고, 각각의 드론 유닛은, 차량의 구배 주행환경을 측정할 수 있도록 구성되는 센서부, 차량의 구동력을 인가하기 위한 구동부, 상기 차량의 구배 주행환경에 대응하여 상기 제 1드론 유닛 및 상기 제 2드론 유닛의 구동량을 제어하도록 구성되는 제어부를 포함한다.

Description

드론 유닛의 구동 분배장치 및 제어방법{Driving force distribution apparatus of drone unit and the method thereof}
본 발명은 장치 및 제어방법에 관한 것으로, 더 바람직하게, 다수의 드론 유닛을 포함하는 차량의 경우, 구배 주행환경에 따라 각각의 드론 유닛의 구동량을 제어하여 연료전지 시스템의 내구성을 향상시키기 위한 장치 및 제어방법에 관한 것이다.
최근 환경에 대한 관심이 높아지면서 친환경 자동차의 개발도 활발하게 이루어지고 있다. 친환경 자동차의 대표적인 예로는 전기차(EV: Electric Vehicle)와 하이브리드 자동차(HEV: Hybrid Electric Vehicle)를 들 수 있다.
더욱이, 최근에는 전기차로서 연료전지 시스템을 이용한 차량의 구동방법을 적용하는 차량이 증가하고 있으며, 연료전지 시스템과 더불어 차량의 주변 환경을 고려하여 자율 주행을 수행할 수 있는 차량이 증가하고 있다.
또한, 전기차(EV)는 공통적으로 구동용 전기 모터를 구비하여, 제동 상황에서 전기모터에 역토크를 인가하여 발전 모드로 동작하게 함으로써, 차량의 운동 에너지를 회수하여 배터리를 충전하는 회생 제동 시스템을 구비하고 있다.
즉, 구동용 전기 모터를 구비한 친환경 차량은 유압에 의해 마찰력으로 제동 토크를 인가하는 유압제동과 모터의 역토크에 의한 회생제동의 합으로 총제동력을 형성한다. 이때, 브레이크 제어기가 필요한 총제동력 연산하여 일정부분을 회생제동이 담당하도록 하고, 나머지 부족한 제동력을 유압제동으로 충당하는 것이 보통이다.
뿐만 아니라 최근에 출시되는 차량에는 전자 장비를 통한 다양한 주행 편의 기능이 제공되고 있다. 이러한 주행 편의 기능의 하나로, 강판 보조 기능(HDC: Hill Descent Control)을 들 수 있다.
강판 보조 기능(HDC: Hill Descent Control)이란 험로 주행에 적합한 사륜구동(4WD) 차량에 주로 적용된 편의 기능으로, 급강판로 주행 시 4륜의 브레이크를 독립적으로 자동 제어하여 일정한 속도로 주행가능토록 한다. 따라서, 본 기능을 통해 자동차는 열악한 노면 상태에서도 안정적으로 주행이 가능하다.
다만, 연료전지 시스템 및 회생제동 시스템을 탑제한 자율주행 드론 유닛이 다수가 존재하는 상용차량의 경우, 구배 주행환경에 따라 차량의 구동력을 제공하는 다수의 드론 유닛 각각의 구동량 가변 요청이 대두되고 있는 실정이다.
특허문헌1: 대한민국 공개특허 제10-1994-0003773호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명은 구배 주행환경에 대응하여 다수의 드론 유닛의 구동량을 제어하기 위한 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 구배 주행환경에서 연료전지 시스템, 고전압 배터리 및 회생제동 시스템을 선택적으로 구동하기 위한 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알 수 있다. 또한 본 발명의 목적들은 특허청구범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 장치는 다음과 같은 구성을 포함한다.
본 발명의 일 실시예로서, 드론 유닛의 구동 분배장치는 상용 차량의 일단에 위치하는 제 1드론 유닛; 차량의 타단에 위치하는 제 2드론 유닛;을 포함하고, 각각의 드론 유닛은, 차량의 구배 주행환경을 측정할 수 있도록 구성되는 센서부; 차량의 구동력을 인가하기 위한 구동부; 상기 차량의 구배 주행환경에 대응하여 상기 제 1드론 유닛 및 상기 제 2드론 유닛의 구동량을 제어하도록 구성되는 제어부;를 포함하는 드론 유닛의 구동 분배장치를 제공한다.
또한, 상기 구동부는, 차량의 구동력을 제공하기 위한 연료전지 시스템; 차량의 제동 환경에서 전기 에너지를 생성하는 회생제동 시스템; 및 상기 연료전지 시스템 또는 상기 회생제동 시스템과 통전되는 고전압 배터리;를 포함하는 드론 유닛의 구동 분배장치를 제공한다.
또한, 상기 제어부는 상기 차량의 구배 주행환경을 판단한 결과 강판 조건에서 상기 고전압 배터리의 SOC값이 최대 SOC값이 되는 영역까지 상기 제 1드론 유닛의 회생제동 시스템 및 제 2드론 유닛의 회생제동 시스템 구동하는 드론 유닛의 구동 분배장치를 제공한다.
또한, 상기 제어부는 상기 각각의 드론 유닛의 고전압 배터리가 최대 SOC값을 갖는 경우, 기계적 제동장치를 이용하여 강판 주행을 수행하도록 구성되는 드론 유닛의 구동 분배장치를 제공한다.
또한, 상기 제어부는 상기 차량의 구배 주행환경을 판단한 결과 평지 조건에서 상기 드론 유닛 중 구동량의 평균값이 작은 드론 유닛을 통해 차량의 구동력을 인가하도록 구성되는 드론 유닛의 구동 분배장치를 제공한다.
또한, 상기 제어부는 선택된 드론 유닛을 통해 차량의 구동력을 인가한 시간이 설정 시간보다 큰 경우, 선택되지 않은 드론 유닛을 통해 차량의 구동력을 인가하도록 구성되는 드론 유닛의 구동 분배장치를 제공한다.
또한, 상기 제어부는 상기 차량의 구배 주행환경을 판단한 결과 등판 조건에서 상기 드론 유닛 중 구동량의 평균값이 작은 드론 유닛을 통해 차량의 메인 구동력을 인가하고, 구동량의 평균값이 큰 드론 유닛을 통해 차량의 서브 구동력을 인가하도록 구성되는 드론 유닛의 구동 분배장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예로서, 드론 유닛의 구동 제어방법은 차량의 구배주행 환경을 측정하는 단계; 상기 차량의 구배주행 환경을 측정하는 단계에서, 평지 조건 주행으로 판단되는 경우, 제 1드론 유닛과 제 2드론 유닛의 평균 구동량을 측정하는 단계; 측정된 제 1드론 유닛의 누적 구동량이 측정된 제 1드론 유닛 및 제 2드론 유닛의 평균 구동량보다 작은지 판단하는 단계; 제 1드론 유닛의 누적 구동량이 측정된 제 1드론 유닛 및 제 2드론 유닛의 평균 구동량보다 작은 경우, 제 1드론 유닛을 통해 차량을 구동하도록 설정하는 단계;를 포함하는 드론 유닛의 구동 제어방법을 제공한다.
또한, 상기 측정된 제 1드론 유닛의 누적 구동량이 측정된 제 1드론 유닛 및 제 2드론 유닛의 평균 구동량보다 작은지 판단하는 단계에서, 제 1드론 유닛의 누적 구동량이 측정된 제 1드론 유닛 및 제 2드론 유닛의 평균 구동량보다 큰 경우, 제 2드론 유닛을 통해 차량을 구동하도록 설정하는 단계;를 더 포함하는 드론 유닛의 구동 제어방법을 제공한다.
또한, 상기 제 1드론 유닛을 통해 차량을 구동하도록 설정하는 단계에서, 상기 제 1드론 유닛의 구동시간이 설정시간보다 큰 경우, 제 2드론 유닛을 통해 차량을 구동하도록 설정하는 단계;를 더 포함하는 드론 유닛의 구동 제어방법을 제공한다.
또한, 상기 차량의 구배주행 환경을 측정하는 단계에서, 등판 조건 주행으로 판단되는 경우, 제 1드론 유닛과 제 2드론 유닛의 평균 구동량을 측정하는 단계; 측정된 제 1드론 유닛의 평균 구동량이 측정된 제 1드론 유닛 및 제 2드론 유닛의 평균 구동량보다 작은지 판단하는 단계; 측정된 제 1드론 유닛의 평균 구동량이 측정된 제 1드론 유닛 및 제 2드론 유닛의 평균 구동량보다 작은 경우, 제 1드론 유닛을 메인 구동 유닛으로 설정하고 제 2드론 유닛을 서브 구동 유닛으로 설정하고, 측정된 제 1드론 유닛의 평균 구동량이 측정된 제 1드론 유닛 및 제 2드론 유닛의 평균 구동량보다 큰 경우, 제 2드론 유닛을 메인 구동 유닛으로 설정하고 제 1드론 유닛을 서브 구동 유닛으로 설정하는 단계;를 포함하는 드론 유닛의 구동 제어방법을 제공한다.
또한, 메인 구동 유닛과 서브 구동 유닛을 설정하는 단계에서, 메인 구동 유닛의 구동량이 설정 구동량 보다 작은지 판단하는 단계; 메인 구동 유닛의 구동량이 설정 구동량 보다 큰 경우, 서브 구동 유닛과 메인 구동 유닛을 전환하도록 구성되는 드론 유닛의 구동 제어방법을 제공한다.
또한, 상기 차량의 구배주행 환경을 측정하는 단계에서, 강판 조건 주행으로 판단되는 경우, 각각의 드론 유닛의 SOC를 측정하는 단계; 각각의 드론 유닛의 SOC 측정값이 최대 SOC 용량보다 작은지 판단하는 단계; 각각의 드론 유닛의 SOC 측정값이 최대 SOC 용량보다 큰 경우, 기계식 제동을 수행하는 단계;를 포함하는 드론 유닛의 구동 제어방법을 제공한다.
또한, 상기 각각의 드론 유닛의 SOC 측정값이 최대 SOC 용량보다 작은지 판단하는 단계에서, 각각의 드론 유닛의 SOC 측정값이 최대 SOC 용량보다 작은 경우, 최대 SOC 용량보다 작은 SOC 측정값을 갖는 드론 유닛의 회생제동을 수행하는 단계;를 포함하는 드론 유닛의 구동 제어방법을 제공한다.
또한, 상기 최대 SOC 용량보다 작은 SOC 측정값을 갖는 드론 유닛의 회생제동을 수행하는 단계에서, 강판 주행시 요구되는 추가 제동력은 기계식 제동을 통해 제공하는 단계;를 더 포함하는 드론 유닛의 구동 제어방법을 제공한다.
본 발명은 앞서 본 실시예와 하기에 설명할 구성과 결합, 사용관계에 의해 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
본 발명은 구배 주행환경에 대응하여 연료전지 시스템을 선택적으로 구동할 수 있어 드론 유닛에 장착되는 연료전지 시스템의 내구성 증대의 효과를 갖는다.
또한, 본 발명은 각각의 구배 주행환경에 대응하여 드론 유닛에 위치하는 구동 시스템을 선택적으로 구동하여 구동 시스템의 구동효율의 증대 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예로서, 드론 유닛의 구동 분배장치의 구성도를 도시하고 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예로서, 드론 유닛의 구동 분배장치의 개별 드론 유닛의 구성도를 도시하고 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예로서, 드론 유닛의 구동 제어방법의 평지 조건 주행에서의 흐름도를 도시하고 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예로서, 드론 유닛의 구동 제어방법의 등판 조건 주행에서의 흐름도를 도시하고 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예로서, 드론 유닛의 구동 제어방법의 강판 조건 주행에서의 흐름도를 도시하고 있다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시 예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.
또한, 명세서에 기재된 "...시스템", "...유닛", "...배터리" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
또한, 본 명세서에서 구성의 명칭을 제 1, 제 2 등으로 구분한 것은 그 구성의 명칭이 동일한 관계로 이를 구분하기 위한 것으로, 하기의 설명에서 반드시 그 순서에 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 명세서에서 '구동량'은 연료전지 시스템(111)을 통해 차량으로 전달된 출력 량을 의미할 수 있으며, 출력(KWh)은 소정의 시간동안 연료전지 시스템(111)을 통해 차량으로 전달되는 사용 전력(KW)을 나타내는 단위를 의미한다.
이하, 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대해 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
본 발명은 드론 유닛(100)의 구동 분배장치 및 제어방법에 관한 것으로, 각각의 드론 유닛(100)은 연료전지 시스템(111)을 포함하고 자율주행을 수행하는 차량을 의미하는바, 차량의 구동력을 인가할 수 있도록 구성된다. 더욱이, 본 발명의 일 실시예로서, 제 1드론 유닛(100a)과 제 2드론 유닛(100b)을 포함하는 차량을 대상으로 기술적 특징을 개시하고 있으나, 두 개 이상의 드론 유닛(100)을 포함하는 차량의 경우에도 본 발명의 드론 유닛(100)의 구동 분배장치 및 제어방법이 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예로서, 제 1드론 유닛(100a) 및 제 2드론 유닛(100b)을 포함하는 상용차량의 드론 유닛(100)의 구동 분배장치를 도시하고 있으며, 도 2는 각각의 드론 유닛(100)의 구성을 도시하고 있다.
도시된 바와 같이, 적재부(300)를 포함하는 상용차량의 경우, 차량의 길이 방향 전방 일단과 가까운 위치에 체결되는 제 1드론 유닛(100a)을 포함하고, 차량의 타단에 가까운 위치에 체결되는 제 2드론 유닛(100b)을 포함한다. 드론 유닛(100)들은 적재부(300) 하단에 샤시프레임에 체결되어 위치될 수 있으며, 해당 드론 유닛(100)들은 적재부(300)에 선택적으로 탈착이 가능하도록 구성될 수 있다.
드론 유닛(100)은 연료전지 시스템(111)을 통해 차량의 구동력을 인가하도록 구성될 수 있으며, 뿐만 아니라 충방전이 가능한 고전압 배터리(112)를 이용하여 구동력을 인가할 수 있다.
본 발명의 구동부(110) 중 하나로 연료전지 시스템(111)은 연료전지 스택과, 공기를 압축하여 연료전지 스택의 환원극으로 공급하는 압축기와, 적재부(300)에 위치하여 연료전지 스택의 산화극으로 수소를 공급하도록 구성되는 수소저장탱크를 포함하고, 연료전지 스택에서 반응을 마친 공기가 배출되는 라인에 설치된 배압 조절 밸브를 포함하는 배기계로 구성된다.
더욱이, 압축기를 통해 연료전지 스택으로 유입되는 유입단에는 압축공기의 감압을 수해하기 위한 레귤레이터 및 유입되는 공기에 포함되는 수분의 양 및 온도를 제어할 수 있는 쿨러를 포함할 수 있다.
제어부(200)는 연료전지 스택에 공급되는 공기의 유량을 설정할 수 있으며, 설정된 공기 유량공기에 대응하여 압축기의 현재 공기 공급 압력 및 공기의 요구량에 기반하여 압축기의 구동을 제어할 수 있다.
이에 더하여, 본 발명의 일 실시형태에 따른 연료전지 스택과 유체연결되는 압축기에서 공급되는 공기의 유량과 압력을 각각 검출하는 유량 센서 및 압력 센서를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 드론 유닛(100)의 구동부(110)의 또 다른 하나의 구성으로서 고전압 배터리(112)는 연료전지 스택과 체결되어 연료전지 스택으로부터 전기에너지를 인가받을 수 있다. 또는 고전압 배터리(112)는 각각의 드론 유닛(100)에 위치하여, 해당 드론 유닛(100)의 회생제동 시스템(113)과 통전될 수 있다. 따라서, 고전압 배터리(112)는 연료전지 스택 또는 회생제동 시스템(113)을 통해 선택적으로 충전될 수 있다.
즉, 본 발명의 구동부(110)로서, 연료전지 시스템(111) 및 고전압 배터리(112)는 차량의 구동력을 인가할 수 있는 구성을 의미한다. 또한, 구동부(110)는 차량의 제동 시스템으로서, 회생제동 시스템(113)은 고전압 배터리(112)와 통전되는 구성을 포함한다.
제어부(200)는 차량에 장착되는 센서부(120)를 통해서 차량의 구배 주행환경을 측정할 수 있도록 구성된다. 즉, 센서부(120)는 가속도 센서로 구성될 수 있는바, 차량의 구배 주행환경에서 가속도의 변화를 측정하고, 제어부(200)는 가속도 변화에 대응하여 차량의 등판 주행조건, 평지 주행조건 및 강판 주행조건을 판단할 수 있다.
더 자세하게, 제어부(200)가 가속도 센서를 통해 차량의 구배 주행환경을 판단하는 방법으로 제어부(200)에서 설정되는 요구출력 값에 대한 피드백값으로 휠 각속도를 측정하여 판단이 가능하다.
즉, 일정한 요구출력을 차량에 인가하는 경우 구배 주행환경으로서 평지/등판/강판 조건에 따라 휠 각속도가 달라질 것이다. 예를 들면 차량이 정지상태에서 100㎞/h에 도달하려면 40kW의 요구출력이 필요한데 해당 요구출력이 인가된 차량에서 휠 각속도가 약 54.9rad/s(타이어 반지름 506㎜ 기준[315/70R22.5])로 측정되면 평지 조건으로 판단할 수 있다. 이와 비교하여, 등판 주행 조건에서는 휠 각속도가 평지 주행 조건보다 낮게 측정되며 동일한 출력이 인가되는 경우에도 낮은 속도가 인가된다. 더욱이, 강판 주행 조건에서는 높은 휠 각속도 및 동일한 출력이 인가되는 경우에도 높은 속도값이 측정된다.
결론적으로, 차량의 구배 주행환경을 판단함에 있어서, 제어부(200)는 평지 주행조건에서의 휠 각속도를 기준값으로, 휠 각속도가 커지는 경우 강판 주행조건으로, 휠 각속도가 작아지는 경우 등판 주행조건으로 판단한다.
이하 각각의 구배 조건에 따라 제어부(200)가 각각의 드론 유닛(100)으로 구동력을 분배하는 방법을 설명하도록 하겠다.
센서부(120)로 측정된 휠 각속도에 의해 제어부(200)는 차량이 평지 조건 주행상태로 판단할 수 있다. 평지 조건 주행상태로 판단되는 경우, 제 1드론 유닛(100a)과 제 2드론 유닛(100b)의 평균 구동량을 측정하고, 이를 제 1드론 유닛(100a)의 누적 구동량과 비교하는 단계를 수행한다.
여기서 제 1드론 유닛(100a)과 제 2드론 유닛(100b)의 평균 구동량은 각각의 드론 유닛(100)을 통해 발생된 출력과 운행시간의 곱을 드론 유닛(100)의 수로 나누어 산출한다. 즉, 다수의 드론 유닛(100)을 포함하는 차량의 경우, 전체 구동을 통한 출력(KWh)을 산출하여 드론 유닛(100)의 수로 나누어 각각의 드론 유닛(100)에 인가되는 출력을 평균 구동량으로 산출한다.
또한, 누적 구동량은 각각의 드론 유닛(100)의 가동시간동안 발생된 출력(KWh)으로서, 제어부(200)는 각각의 드론 유닛(100)의 누적 구동량을 측정한다.
이렇게 산출된 제 1드론 유닛(100a)의 누적 구동량과 제 1드론 유닛(100a)과 제 2드론 유닛(100b)의 평균 구동량을 비교하여, 제 1드론 유닛(100a)의 누적 구동량이 제 1드론 유닛(100a)과 제 2드론 유닛(100b)의 평균 구동량보다 작은 경우, 제어부(200)는 제 1드론 유닛(100a)을 통해 차량을 구동하도록 결정한다. 이와 반대로, 제 1드론 유닛(100a)의 누적 구동량이 제 1드론 유닛(100a)과 제 2드론 유닛(100b)의 평균 구동량보다 큰 경우, 제어부(200)는 제 2드론 유닛(100b)을 통해 차량을 구동하도록 결정한다.
더욱이, 제어부(200)는 구동을 수행하는 것으로 결정된 드론 유닛(100)이 설정시간보다 큰 구동시간을 갖는 경우, 타 드론 유닛(100)을 이용하여 구동을 수행하도록 구동관계를 설정한다. 즉, 제 1드론 유닛(100a)을 통해 평지 주행의 구동력을 제공하도록 결정된 이후 설정시간이 경과된 경우, 제 2드론 유닛(100b)을 이용하여 구동력을 제공하도록 전환한다. 이와 반대로 제 2드론 유닛(100b)을 통해 평지 주행의 구동력을 제공하도록 결정된 이후 설정시간이 경가된 경우, 제 1드론 유닛(100a)을 이용하여 구동력을 제공하도록 구동관계를 전환한다.
이를 통해 하나의 드론 유닛(100)을 통해 과중한 구동상황이 설정되지 않도록 서로 다른 드론 유닛(100)으 교대로 구동력을 인가할 수 있도록 제어된다.
본 발명의 다른 구배주행 환경으로서, 제어부(200)에서 등판 조건 주행으로 판단되는 경우를 살펴보도록 하겠다.
제어부(200)는 센서부(120)에서 측정된 휠 가속도값에 의해 차량이 등판 조건 주행인 것으로 판단되는 경우, 제 1드론 유닛(100a)과 제 2드론 유닛(100b)의 평균 구동량을 측정하고, 측정된 제 1드론 유닛(100a)의 누적 구동량이 측정된 제 1드론 유닛(100a) 및 제 2드론 유닛(100b)의 평균 구동량보다 작은지 판단한다.
여기서 제어부(200)는 측정된 제 1드론 유닛(100a)의 누적 구동량이 측정된 제 1드론 유닛(100a) 및 제 2드론 유닛(100b)의 평균 구동량보다 작은 경우, 제 1드론 유닛(100a)을 메인 구동 유닛으로 설정하고 제 2드론 유닛(100b)을 서브 구동 유닛으로 설정하고, 측정된 제 1드론 유닛(100a)의 누적 구동량이 측정된 제 1드론 유닛(100a) 및 제 2드론 유닛(100b)의 평균 구동량보다 큰 경우, 제 2드론 유닛(100b)을 메인 구동 유닛으로 설정하고 제 1드론 유닛(100a)을 서브 구동 유닛으로 설정한다.
메인 구동 유닛은 서브 구동 유닛에 비하여 상대적으로 높은 구동량을 갖도록 설정되는 드론 유닛(100)을 의미하는바, 제어부(200)는 등판 주행에 따라 평지 주행에 비해 상대적으로 높은 총 구동량이 인가될 수 있도록 제 1드론 유닛(100a)과 제 2드론 유닛(100b)을 모두 구동하도록 제어된다.
본 발명의 일 실시예에서 메인 구동 유닛은 요구출력의 60 내지 80%의출력을 담당할 수 있으며, 서브 구동 유닛은 요구출력의 20 내지 40%의 출력을 담당하도록 제어될 수 있다. 더욱이, 메인 구동 유닛의 출력과 서브 구동 유닛의 출력은 경사도 및 주행 속도 등에 의해 상이하게 설정될 수 있다.
이렇게 메인 구동 유닛과 서브 구동 유닛이 결정된 이후 메인 구동 유닛의 구동량이 제어부(200)에 저장된 설정 구동량보다 큰 경우, 메인 구동 유닛과 서브 구동 유닛을 서로 전환하도록 구성된다. 즉, 최초 결정된 메인 구동 유닛과 서브 구동 유닛이 소정의 시간 동안 구동된 이후, 메인 구동 유닛의 구동량이 설정 구동량보다 큰 경우, 과 구동을 방지하기 위해 서브 구동 유닛을 메인 구동 유닛으로 전환하고, 이전에 설정된 메인 구동 유닛을 서브 구동 유닛으로 전환하도록 구성된다.
설정 구동량의 경우, 이는 제 1드론 유닛(100a) 및 제 2드론 유닛(100b)의 평균 구동량에 소정의 설정값이 더해진 값으로 설정될 수 있으며, 본 발명의 일 실시예에서 설정값은 100KWh가 될 수 있다.
본 발명의 또 다른 구배주행 환경으로서, 제어부(200)에서 강판 조건 주행으로 판단되는 경우를 살펴보도록 하겠다.
강판 조건 주행의 경우, 차량의 구동력이 요구되지 않는 상황으로서 차량의 급격한 가속도를 제동하기 위해 회생제동 시스템(113)의 구동 또는 기계적 제동장치(400)의 구동이 요구된다.
제어부(200)는 차량이 강판 조건 주행으로 판단되는 경우, 각각의 드론 유닛(100)의 SOC를 측정하고, 이를 최대 SOC 용량과 비교하도록 구성된다. 이는 회생제동 시스템(113)을 통해 전기적 에너지로 변환되어 고전압 배터리(112)로 충전될 수 있는 SOC 용량을 판단하는 구성이다. 따라서, 상기와 같은 판단을 통해서 최대 SOC 용량과 현재 각각의 드론 유닛(100)의 SOC의 차이만큼 충전 요구량을 산출하고, 충전 요구량에 대응하여 회생제동 시스템(113)을 구동하도록 결정된다.
추가로, 강판 조건 주행에서 회생제동 시스템(113)의 구동보다 큰 제동력이 요구되는 경우, 요구 제동량에서 회생제동량의 차이만큼 기계적 제동장치를 이용하여 차량의 제동을 수행하도록 구성된다.
더 자세하게, 제 1드론 유닛(100a)의 고전압 배터리(112)의 현재 SOC를 측정하고, 최대 SOC 용량까지 충전이 가능한 것으로 판단하며, 제 2드론 유닛(100b)의 고전압 배터리(112)의 현재 SOC를 측정하여 최대 SOC 용량까지 충전이 가능한 것으로 판단한다. 따라서, 충전이 가능하다고 판단되는 SOC 용량에 대응하여 제 1드론 유닛(100a)의 회생제동 시스템(113) 및 제 2드론 유닛(100b)의 회생제동 시스템(113)을 이용하여 제동을 수행한다. 또한, 제어부(200)에서 요구되는 제동력과 비교하여, 회생제동 시스템(113)을 통해 차량에 제공되는 제동력이 작을 경우, 추가적으로 요구되는 제동력은 기계적 제동장치(400)를 통해 차량에 제공한다.
만약 제어부(200)에서 측정한 각각의 드론 유닛(100)의 현재 SOC가 최대 SOC 용량 이상인 경우, 최대 SOC 용량 이상의 SOC가 측정된 드론 유닛(100)의 회생제동 시스템(113)을 구동하지 않고 기계적 제동장치(400)만을 구동하여 차량에 제동력을 인가하도록 구성된다.
이처럼, 본 발명은 제어부(200)에서 구배주행 환경을 측정하고, 평지 조건 주행, 등판 조건 주행 및 강판 조건 주행을 판단하여 제 1드론 유닛(100a) 및 제 2드론 유닛(100b)의 연료전지 시스템(111)의 구동량을 제어하며, 더욱이 차량의 강판 조건 주행에 대응하여 제어부(200)는 고전압 배터리(112)의 SOC를 고려하여 회생제동 시스템(113)의 구동을 제어하도록 구성된다.
도 3에서는 본 발명의 일 실시예로서, 평지 조건 주행을 수행하는 차량의 구동량 제어방법을 도시하고 있다.
최초 제어부(200)는 센서부(120)로부터 수신된 데이터를 기반으로 차량의 구배주행 환경을 판단하도록 구성된다. 구배주행 환경은 휠 각속도 센서를 통해 측정되는바, 평지 주행에서 설정된 휠 각속도를 기반으로 동일한 요구출력을 차량으로 인가하여 측정되는 휠 각속도가 설정된 휠 각속도와 비교하여 작으면 등판 조건 주행, 측정되는 휠 각속도가 설정된 휠 각속도와 비교하여 크면 강판 조건 주행으로 판단한다.
제어부(200)에서 차량의 구배주행 환경으로서 평지 조건 주행으로 판단되는 경우, 제 1드론 유닛(100a)과 제 2드론 유닛(100b)으로 인가된 평균 구동량을 측정한다(S100). 이 단계에서 평균 구동량은 제 1드론 유닛(100a)과 제 2드론 유닛(100b)의 출력(KWh)을 합산하여 드론 유닛(100)의 수로 나누어 산출할 수 있다.
평균 구동량을 산출한 이후 제 1드론 유닛(100a)의 누적 구동량과 비교하는 단계를 수행한다(S110). 제 1드론 유닛(100a)의 누적 구동량이 제 1드론 유닛(100a)과 제 2드론 유닛(100b)으로 인가된 평균 구동량보다 작은 경우, 제 1드론 유닛(100a)을 통해 차량을 구동하도록 제 1드론 유닛(100a)의 연료전지 시스템(111)을 통해 차량으로 구동 출력을 제공한다(S120).
이와 반대로, 제 1드론 유닛(100a)의 누적 구동량이 제 1드론 유닛(100a)과 제 2드론 유닛(100b)으로 인가된 평균 구동량보다 큰 경우, 제 2드론 유닛(100b)의 연료전지 시스템(111)을 통해 차량으로 구동 출력을 인가한다(S130).
즉, 현재까지 제 1드론 유닛(100a)의 구동량과 제 2드론 유닛(100b)의 구동량을 판단하여 제어부(200)는 상대적으로 낮은 누적 구동량을 갖는 드론 유닛(100)을 통해 평지 조건 주행에 따라 차량의 구동을 수행한다.
이렇게 선택된 상대적으로 낮은 누적 구동량을 갖는 드론 유닛(100)을 통해 평지 조건 주행을 수행하고(S140), 설정시간 이상 연속 주행으로 판단되는 경우(S150) 제어부(200)는 선택되지 않은 드론 유닛(100)을 통해 차량의 구동을 수행하도록 제어된다(S160).
따라서, 하나의 드론 유닛(100)을 이용하여 장기간 사용을 방지할 수 있어 드론 유닛(100)의 연료전지 시스템(111) 내구성 향상의 효과를 제공한다.
도 4에서는 본 발명의 일 실시예로서, 등판 조건 주행시 차량 드론 유닛(100)의 구동 제어방법을 도시하고 있다.
최초 센서부(120)를 통해 측정된 휠 각속도 데이터를 기반으로 제어부(200)는 차량의 구배주행 환경을 판단하는바, 차량이 등판 조건 주행으로 판단되는 경우, 제 1드론 유닛(100a)과 제 2드론 유닛(100b)의 평균 구동량을 측정한다(S200).
이렇게 측정된 제 1드론 유닛(100a)과 제 2드론 유닛(100b)의 평균 구동량을 기반으로 제 1드론 유닛(100a)의 누적 구동량과 비교하여(S210) 제 1드론 유닛(100a)의 누적 구동량이 제 1드론 유닛(100a)과 제 2드론 유닛(100b)의 평균 구동량보다 작은 경우, 제 1드론 유닛(100a)을 메인 구동 유닛으로 설정하고 제 2드론 유닛(100b)을 서브 구동 유닛으로 설정한다(S220).
이와 반대로, 제 1드론 유닛(100a)의 누적 구동량이 제 1드론 유닛(100a)과 제 2드론 유닛(100b)의 평균 구동량보다 큰 경우, 제 2드론 유닛(100b)을 메인 구동 유닛으로 설정하고 제 1드론 유닛(100a)을 서브 구동 유닛으로 설정한다(S230).
즉, 등판 조건 주행환경에서 차량은 요구 속도에 대응하여 요구출력이 높아 지는바, 제 1드론 유닛(100a)과 제 2드론 유닛(100b)을 동시에 구동하여 요구출력에 대응하도록 구성되는바, 메인 구동 유닛과 서브 구동 유닛을 설정하여 다수의 드론 유닛(100)을 통해 차량의 구동력을 제공한다.
이렇게 메인 구동 유닛과 서브 구동 유닛이 설정된 이후 메인 구동 유닛과 서브 구동 유닛의 출력 요구량 연산을 수행하고(S240), 메인 구동 유닛의 구동량이 제어부(200)에 저장된 설정 구동량 보다 큰 경우, 서브 구동 유닛과 메인 구동 유닛을 전환하도록 구성된다(S260). 즉, 제 1드론 유닛(100a)이 메인 구동 유닛으로 설정되고 제 2드론 유닛(100b)이 서브 구동 유닛으로 설정된 이후 제 1드론 유닛(100a)이 메인 구동 유닛으로 설정된 이후의 구동량이 설정 구동량보다 큰 경우 제 2드론 유닛(100b)을 메인 구동 유닛으로 전환하고 제 1드론 유닛(100a)을 서브 구동 유닛으로 전환하는 제어를 수행한다.
도 5에서는 본 발명의 일 실시예에서 차량의 강판 조건 주행시 드론 유닛(100)의 구동 제어방법을 도시하고 있다.
센서부(120)를 통해 측정되는 휠 각속도에 의해 차량의 강판 조건 주행으로 판단되는 경우, 각각의 드론 유닛(100)에 위치하는 고전압 배터리(112)의 SOC를 측정한다(S300).
이렇게 측정된 제 1드론 유닛(100a)의 고전압 배터리(112) SOC값과 제 2드론 유닛(100b)의 고전압 배터리(112) SOC값을 제어부(200)에 저장된 최대 SOC 용량과 비교하는 단계를 포함한다(S310, S320).
상기 비교하는 단계에서 제어부(200)는 각각의 드론 유닛(100)의 SOC 측정값이 최대 SOC 용량보다 작은지 판단하고, 각각의 드론 유닛(100)의 SOC 측정값이 최대 SOC 용량보다 큰 경우, 회생제동 시스템(113)의 구동을 오프상태로 전환하고 기계식 제동을 수행하도록 제어된다(S340).
이와 반대로, 각각의 드론 유닛(100)중 적어도 하나의 드론 유닛(100)의 SOC 측정값이 최대 SOC 용량보다 작은 경우, 최대 SOC 용량보다 작은 드론 유닛(100)의 회생제동 시스템(113)의 구동을 수행한다(S330, S350). 즉, 고전압 배터리(112)의 현재 SOC 충전 가능여부를 판단하고, 회생제동 시스템(113)을 구동하여 회생제동을 통해 고전압 배터리(112)의 충전을 수행한다(S360).
추가로, 회생제동 수행에 따라 발생하는 회생제동량 이상의 제동량이 요구되는 경우(S370), 기계식 제동을 수행하여 차량에 요구되는 제동력을 제공하도록 구성된다(S380).
이처럼 제어부(200)는 강판 주행에 따라 회생제동 시스템(113)으로부터 발생할 수 있는 전기 에너지를 고전압 배터리(112)로 충전함과 동시에 고전압 배터리(112)의 과충전 상태를 방지하기 위한 판단을 포함한다. 또한, 기계식 제동의 사용을 최소화하여 기계식 제동장치의 사용 연한을 연장할 수 있는 효과를 제공한다.
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내어 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 기술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 기술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
100: 드론 유닛
100a: 제 1드론 유닛
100b: 제 2드론 유닛
110: 구동부
111: 연료전지 시스템
112: 고전압 배터리
113: 회생제동 시스템
120: 센서부
200: 제어부
300: 적재부
400: 기계적 제동장치

Claims (15)

  1. 상용 차량의 일단에 위치하는 제 1드론 유닛;
    차량의 타단에 위치하는 제 2드론 유닛;을 포함하고,
    각각의 드론 유닛은,
    차량의 구배 주행환경을 측정할 수 있도록 구성되는 센서부;
    차량의 구동력을 인가하기 위한 구동부;
    상기 차량의 구배 주행환경에 대응하여 상기 제 1드론 유닛 및 상기 제 2드론 유닛의 구동량을 제어하도록 구성되는 제어부;를 포함하는 드론 유닛의 구동 분배장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 구동부는,
    차량의 구동력을 제공하기 위한 연료전지 시스템;
    차량의 제동 환경에서 전기 에너지를 생성하는 회생제동 시스템; 및
    상기 연료전지 시스템 또는 상기 회생제동 시스템과 통전되는 고전압 배터리;를 포함하는 드론 유닛의 구동 분배장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 차량의 구배 주행환경을 판단한 결과 강판 조건에서 상기 고전압 배터리의 SOC값이 최대 SOC값이 되는 영역까지 상기 제 1드론 유닛의 회생제동 시스템 및 제 2드론 유닛의 회생제동 시스템 구동하는 드론 유닛의 구동 분배장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 각각의 드론 유닛의 고전압 배터리가 최대 SOC값을 갖는 경우, 기계적 제동장치를 이용하여 강판 주행을 수행하도록 구성되는 드론 유닛의 구동 분배장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 차량의 구배 주행환경을 판단한 결과 평지 조건에서 상기 드론 유닛 중 구동량의 평균값이 작은 드론 유닛을 통해 차량의 구동력을 인가하도록 구성되는 드론 유닛의 구동 분배장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제어부는 선택된 드론 유닛을 통해 차량의 구동력을 인가한 시간이 설정 시간보다 큰 경우, 선택되지 않은 드론 유닛을 통해 차량의 구동력을 인가하도록 구성되는 드론 유닛의 구동 분배장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 차량의 구배 주행환경을 판단한 결과 등판 조건에서 상기 드론 유닛 중 구동량의 평균값이 작은 드론 유닛을 통해 차량의 메인 구동력을 인가하고, 구동량의 평균값이 큰 드론 유닛을 통해 차량의 서브 구동력을 인가하도록 구성되는 드론 유닛의 구동 분배장치.
  8. 차량의 구배주행 환경을 측정하는 단계;
    상기 차량의 구배주행 환경을 측정하는 단계에서, 평지 조건 주행으로 판단되는 경우, 제 1드론 유닛과 제 2드론 유닛의 평균 구동량을 측정하는 단계;
    측정된 제 1드론 유닛의 누적 구동량이 측정된 제 1드론 유닛 및 제 2드론 유닛의 평균 구동량보다 작은지 판단하는 단계;
    제 1드론 유닛의 누적 구동량이 측정된 제 1드론 유닛 및 제 2드론 유닛의 평균 구동량보다 작은 경우, 제 1드론 유닛을 통해 차량을 구동하도록 설정하는 단계;를 포함하는 드론 유닛의 구동 제어방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 측정된 제 1드론 유닛의 누적 구동량이 측정된 제 1드론 유닛 및 제 2드론 유닛의 평균 구동량보다 작은지 판단하는 단계에서,
    제 1드론 유닛의 누적 구동량이 측정된 제 1드론 유닛 및 제 2드론 유닛의 평균 구동량보다 큰 경우, 제 2드론 유닛을 통해 차량을 구동하도록 설정하는 단계;를 더 포함하는 드론 유닛의 구동 제어방법.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 제 1드론 유닛을 통해 차량을 구동하도록 설정하는 단계에서,
    상기 제 1드론 유닛의 구동시간이 설정시간보다 큰 경우, 제 2드론 유닛을 통해 차량을 구동하도록 설정하는 단계;를 더 포함하는 드론 유닛의 구동 제어방법.
  11. 제 8항에 있어서,
    상기 차량의 구배주행 환경을 측정하는 단계에서, 등판 조건 주행으로 판단되는 경우, 제 1드론 유닛과 제 2드론 유닛의 평균 구동량을 측정하는 단계;
    측정된 제 1드론 유닛의 누적 구동량이 측정된 제 1드론 유닛 및 제 2드론 유닛의 평균 구동량보다 작은지 판단하는 단계;
    측정된 제 1드론 유닛의 누적 구동량이 측정된 제 1드론 유닛 및 제 2드론 유닛의 평균 구동량보다 작은 경우, 제 1드론 유닛을 메인 구동 유닛으로 설정하고 제 2드론 유닛을 서브 구동 유닛으로 설정하고, 측정된 제 1드론 유닛의 평균 구동량이 측정된 제 1드론 유닛 및 제 2드론 유닛의 평균 구동량보다 큰 경우, 제 2드론 유닛을 메인 구동 유닛으로 설정하고 제 1드론 유닛을 서브 구동 유닛으로 설정하는 단계;를 포함하는 드론 유닛의 구동 제어방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    메인 구동 유닛과 서브 구동 유닛을 설정하는 단계에서,
    메인 구동 유닛의 구동량이 설정 구동량 보다 작은지 판단하는 단계;
    메인 구동 유닛의 구동량이 설정 구동량 보다 큰 경우, 서브 구동 유닛과 메인 구동 유닛을 전환하도록 구성되는 드론 유닛의 구동 제어방법.
  13. 제 8항에 있어서,
    상기 차량의 구배주행 환경을 측정하는 단계에서, 강판 조건 주행으로 판단되는 경우, 각각의 드론 유닛의 SOC를 측정하는 단계;
    각각의 드론 유닛의 SOC 측정값이 최대 SOC 용량보다 작은지 판단하는 단계;
    각각의 드론 유닛의 SOC 측정값이 최대 SOC 용량보다 큰 경우, 기계식 제동을 수행하는 단계;를 포함하는 드론 유닛의 구동 제어방법.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 각각의 드론 유닛의 SOC 측정값이 최대 SOC 용량보다 작은지 판단하는 단계에서,
    각각의 드론 유닛의 SOC 측정값이 최대 SOC 용량보다 작은 경우, 최대 SOC 용량보다 작은 SOC 측정값을 갖는 드론 유닛의 회생제동을 수행하는 단계;를 포함하는 드론 유닛의 구동 제어방법.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 최대 SOC 용량보다 작은 SOC 측정값을 갖는 드론 유닛의 회생제동을 수행하는 단계에서, 강판 주행시 요구되는 추가 제동력은 기계식 제동을 통해 제공하는 단계;를 더 포함하는 드론 유닛의 구동 제어방법.
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