KR20230059185A - 차량의 변속 제어장치 및 변속 제어방법 - Google Patents

차량의 변속 제어장치 및 변속 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 예컨대 변속기를 장착한 대형 전기차와 같은 차량에서 회생 제동에 의한 변속시 리타더를 이용하지 않고서도 변속 충격과 제동 밀림 등을 해소할 수 있는 차량의 변속 제어장치 및 변속 제어방법에 관한 것으로, 변속 제어장치는, 운전자에 의해 보조 제동 관련 신호를 입력받는 보조 제동 신호부; 차량 전체를 제어하면서 보조 제동 신호부로부터 보조 제동 관련 신호를 전달받는 차량 제어부; 차량 제어부로부터 보조 제동에 대한 명령을 전달받고 구동모터의 회생 제동에 의해 차량을 감속시키는 모터 제어부; 차량의 감속 중 변속기를 제어하고 변속의 진행 상황을 차량 제어부에 전달하는 변속기 제어부; 및 유체압 라인을 매개로 브레이크에 연결되고, 변속기가 다운 시프트될 때 회생 제동 토크의 감소량만큼 브레이크가 차륜에 제동압을 인가하도록 브레이크를 제어하는 제동 제어부를 포함한다.

Description

차량의 변속 제어장치 및 변속 제어방법 {Apparatus and method for controlling speed change of vehicle}
본 발명은, 예컨대 변속기를 장착한 대형 전기차와 같은 차량에서 회생 제동에 의한 변속시 변속 충격과 제동 밀림 등을 해소할 수 있는 차량의 변속 제어장치 및 변속 제어방법에 관한 것이다.
예컨대 연료전지 시스템이 탑재된 버스나 트럭 등의 대형 전기차는 연료전지 스택에 의해 생산된 전기로 구동모터를 작동시켜 구동된다. 즉, 대형 전기차는 엔진 없이 오직 구동모터의 추진력으로만 구동된다.
상용차의 경우에는 브레이크 페달을 사용하는 메인 제동 장치 대신에 보조 제동 스위치를 이용하는 보조 제동 장치에 의해 제동력을 발생시키도록 법으로 규제되고 있으며, 이에 따라 대형 전기차는 보조 제동으로 회생 제동을 사용하여 에너지 회생 기능을 가질 수 있다.
한편, 통상의 전기차는 구동모터 자체가 충분히 높은 효율을 발휘하기 때문에 변속기가 필요 없으나, 대형 전기차는 그 중량이 무겁고 예를 들어 산악도로 등과 같은 험로를 주행하기 위해 변속기의 장착이 요구된다.
이 경우에, 보조 제동 스위치를 이용하여 회생 제동으로 차량을 정지시키거나 감속하게 되면, 회생 제동에 의한 변속시 충격이 발생하고, 변속시 충격을 경감하기 위해 회생 제동량을 감소시키게 되는데, 이때 제동 중 밀림 현상이 일어나게 된다.
대한민국 등록특허공보 제1856415호에는 보조 제동 장치의 제동 토크를 이용하여 변속 과정에서 발생하는 불균일한 변속감을 개선하는 기술이 제안되어 있다. 하지만, 이 특허문헌의 기술은 리타더를 장착하지 않은 차량에서는 구현될 수 없다. 또한, 이 특허문헌의 기술은 변속시 회생 제동 토크의 감소량이 과다하게 되어 일시적으로 회생 제동을 해제시키게 되는데, 즉 적정하게 회생 제동 토크를 감소시키는 제어가 불가능하다.
본 발명은 예컨대 변속기를 장착한 대형 전기차와 같은 차량에서 회생 제동에 의한 변속시 리타더를 이용하지 않고서도 변속 충격과 제동 밀림 등을 해소할 수 있는 차량의 변속 제어장치 및 변속 제어방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 차량의 변속 제어장치는, 운전자에 의해 보조 제동 관련 신호를 입력받는 보조 제동 신호부; 차량 전체를 제어하면서 상기 보조 제동 신호부로부터 상기 보조 제동 관련 신호를 전달받는 차량 제어부; 상기 차량 제어부로부터 보조 제동에 대한 명령을 전달받고 구동모터의 회생 제동에 의해 상기 차량을 감속시키는 모터 제어부; 상기 차량의 감속 중 변속기를 제어하고 변속의 진행 상황을 상기 차량 제어부에 전달하는 변속기 제어부; 및 유체압 라인을 매개로 브레이크에 연결되고, 변속기가 다운 시프트될 때 회생 제동 토크의 감소량만큼 상기 브레이크가 차륜에 제동압을 인가하도록 상기 브레이크를 제어하는 제동 제어부를 포함할 수 있다.
상기 구동모터와 상기 변속기는 상기 차량의 액슬에 근접하여 배치되고, 상기 변속기는 상기 액슬에 연결 또는 내장될 수 있다.
상기 차량 제어부는, 상기 변속기가 다운 시프트될 때 상기 모터 제어부에 상기 회생 제동 토크를 줄이거나 상기 회생 제동 토크를 0으로 만들도록 명령할 수 있다.
상기 제동 제어부는, 상기 모터 제어부로부터 출력된 상기 구동모터의 토크와, 차속을 미분하여 구한 상기 차량의 가속도로부터 상기 차량의 질량을 구하고, 상기 차량의 중량 추정값을 산출할 수 있다.
상기 차량의 변속 제어장치는, 상기 차량의 중량을 추정하는 중량 추정부를 더 포함하고, 상기 중량 추정부는 상기 차량의 중량 추정값을 상기 차량 제어부에 전달할 수 있다.
상기 중량 추정부는, 상기 차량에 구비된 에어 서스펜션 내 압력센서에 의해 측정된 공기의 압력 측정값으로 상기 차량의 중량 추정값을 산출할 수 있다.
상기 차량 제어부는, 상기 변속기가 다운 시프트될 때 상기 차량의 중량 추정값을 기초로 하여 상기 회생 제동 토크의 감소량 및 상기 브레이크의 제동압 크기를 결정하고, 상기 모터 제어부는 결정된 상기 회생 제동 토크의 감소량만큼 상기 구동모터의 상기 회생 제동 토크를 줄이도록 제어하고, 상기 제동 제어부는 결정된 상기 제동압이 상기 브레이크에 의해 상기 차륜에 인가되게 제어할 수 있다.
본 발명에 따른 차량의 변속 제어방법은, 운전자에 의한 보조 제동 관련 신호를 수신하는 단계; 구동모터에서 회생 제동 토크를 발생시켜 차량을 감속시키는 단계; 상기 차량의 감속 중 변속기의 변속 여부를 확인하는 단계; 상기 변속기가 다운 시프트될 때, 상기 회생 제동 토크를 감소시키는 단계; 및 상기 회생 제동 토크의 감소량만큼 차륜에 제동압이 인가되도록 브레이크를 작동시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 차량의 변속 제어방법은, 상기 변속기의 변속이 완료되었는지 여부를 확인하는 단계; 및 상기 변속기의 변속이 완료되면 상기 브레이크에 의해 상기 차륜에 인가되는 압력을 해제하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 차량의 변속 제어방법은, 상기 차량의 중량을 추정하는 단계; 및 상기 차량의 중량 추정값을 기초로 하여 상기 회생 제동 토크의 감소량 및 상기 브레이크의 제동압 크기를 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 회생 제동 토크의 감소량 및 상기 브레이크의 제동압 크기를 결정하는 단계에서, 상기 회생 제동 토크의 감소량은 상기 차량의 중량 추정값과 반비례 관계에 있으며, 상기 브레이크의 제동압 크기는 상기 회생 제동 토크의 감소량만큼 증대될 수 있다.
상기 차량의 중량을 추정하는 단계에서는, 에어 서스펜션 내 압력센서에 의해 측정된 압력 측정값에 비례하여 상기 차량의 중량 추정값을 산출할 수 있다.
상기 차량의 중량을 추정하는 단계에서는, 상기 구동모터의 토크와, 차속을 미분하여 구한 상기 차량의 가속도로부터 상기 차량의 질량을 구하고, 상기 차량의 중량 추정값을 산출할 수 있다.
본 발명에 의하면, 변속기를 장착한 대형 전기차와 같은 차량에서 보조 제동의 작동시 리타더 없이도 변속 충격과 제동 밀림의 현상을 방지할 수 있는 효과를 얻게 된다.
본 발명에 의하면, 차량의 중량에 따라 회생 제동의 감소량과 메인 제동의 증대량을 결정함으로써, 변속시 회생 제동을 최적으로 제어할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 변속 제어장치가 적용된 차량을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 차량의 변속 제어장치를 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 차량의 변속 제어장치에 의한 변속 제어방법을 도시한 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 차량의 변속 제어장치를 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 차량의 변속 제어장치에 의한 변속 제어방법을 도시한 흐름도이다.
도 6은 본 발명이 적용된 차량에서 실제 변속상태를 나타낸 그래프들이다.
도 7은 종래기술과 본 발명의 변속시 시간에 따른 속도변화를 나타낸 그래프들이다.
버스나 트럭 등의 대형 차량은 메인 제동 장치로서 고장이 적고 취급이 간편한 공기식 브레이크를 사용하지만, 내리막길 주행시 차체의 중량이 무겁기 때문에 메인 제동 장치만으로는 제동에 따른 열 발생 등의 문제를 해소하면서 안정적으로 내려올 수 없다.
따라서, 메인 제동 장치의 제동력을 보조하여 그 부하를 감소시키면서 연속으로 장시간에 걸쳐 제동력을 유지함으로써 안전한 감속이 이루어질 수 있게 하는 별도의 보조 제동 장치를 사용하게 되고, 보조 제동 장치는 그 성능 등이 법규로 규제되고 있다.
기존의 엔진을 사용하는 대형 차량에서는, 보조 제동 장치로서 엔진 브레이크나 배기 브레이크 또는 리타더(retader) 등과 같은 장치가 사용될 수 있다.
반면에, 전술한 바와 같이 예를 들어 연료전지 시스템이 탑재된 대형 전기차는, 엔진 없이 오직 구동모터의 추진력으로만 구동되기 때문에, 구동모터를 엔진 브레이크나 배기 브레이크처럼 보조 제동 장치로 사용할 수 없다.
더욱이, 변속기가 장착된 경우에 리타더가 사용될 수 있지만, 이러한 경우에는 적정하게 회생 제동 토크를 감소시키는 제어가 불가능하여, 변속시 회생 제동 토크의 감소량이 과다하게 되고 일시적으로 회생 제동을 해제시켜 버린다.
이에 본 발명에서는, 보조 제동과 관련된 법규를 만족시킬 수 있음은 물론, 리타더를 이용하지 않고서도 변속시 변속 충격과 제동 밀림 등을 해소할 수 있고 회생 제동을 최적으로 제어할 수 있는 방안을 제안하고자 한다.
이하, 본 발명이 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명된다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다.
본 명세서에서, 차량은 사람 또는 동물, 물건 등과 같은 피운송체를 출발지에서 목적지로 이동시키는 다양한 차량을 의미한다. 이러한 차량은 도로 또는 선로를 주행하는 차량에만 국한되지 않는다.
본 명세서에서는 설명의 편의상 대형 전기차를 예로 들어 본 발명을 설명하지만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 방향과 관련되어 사용된 용어 "좌측", "우측", "좌우", "전후" 등은 차량 또는 그 차체, 즉 설치 대상물을 기준으로 정의한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 변속 제어장치가 적용된 차량을 개략적으로 나타낸 도면이다.
차량은 동력원인 배터리 또는 연료전지(미도시), 차량을 구동하는 구동모터(1), 구동모터에서 출력되는 회전속도를 변경하는 변속기(2), 변속기에서 출력되는 회전동력을 양측 차륜(4)에 전달하는 액슬(3)을 포함할 수 있다.
구동모터(1)의 출력은 모터 제어부(30; 예컨대 도 2 참조)에 의해 제어되고 변속기(2)로 전달된다. 변속기는 변속기 제어부(40; 예컨대 도 2 참조)에 의해 변속 제어가 이루어질 수 있으며, 예컨대 다단 변속기로 될 수 있다.
모터 제어부(30)와 변속기 제어부(40)는 차량 내 근거리 통신망(6) 등을 통해 차량 제어부(20)에 전기적으로 연결될 수 있다. 이에 대한 상세한 설명은 후술한다.
변속기(2)의 출력 측에 액슬(3)이 배치되고 연결되어, 변속기에서 변속된 회전동력을 액슬이 입력받을 수 있다. 액슬의 액슬 하우징 내에는 차축이 좌우로 길게 연장되도록 배치되어 좌측 차륜(4)과 우측 차륜(4)에 각각 연결된다.
예를 들어, 본 발명에서는 구동모터(1)와 변속기(2)가 모두 차량의 액슬(3)에 근접하여 배치되고, 변속기가 액슬에 직접 연결 또는 내장될 수 있다. 즉, 구동모터(1)와 변속기(2)가 액슬(3)에 직결되어 있는 모터-변속기-액슬 일체형의 모듈로 구성될 수 있다.
이와 같이 구동모터(1) 및 변속기(2)를 액슬(3)과 일체형으로 모듈화하여 구성하면, 부품수의 축소, 연결 부품 및 경계 부품의 문제 최소화, 차량 내 점유 공간의 축소, 재료비의 절감 등과 같은 장점을 얻을 수 있게 된다.
구동모터(1)로부터 변속기(2)로 전해진 구동력은 액슬(3) 내 차축을 거쳐 양측 차륜(4)을 회전시키고 노면으로 전달된다.
또한, 차량은, 도 1에 도시된 바와 같이, 제동을 수행하기 위해 각 차륜(4)에 장착된 브레이크(5)와, 유체압 라인을 매개로 브레이크에 연결되어 각 차륜에 인가되는 제동압을 제어하는 제동 제어부(50)를 포함할 수 있다.
브레이크(5)는 각 차륜(4)에 대해 설치되고, 유압 또는 공압 등을 제공하는 유체압 라인에 연결될 수 있다. 예를 들어 차량이 대형 전기차인 경우에, 브레이크는 공기식 브레이크가 채용될 수 있다.
공기식 브레이크에서는, 별도로 장착된 공기 압축기에 의해 가압되어 에어 탱크에 저장된 공기를 이용함으로써 유압에 비해 상대적으로 큰 제동력을 발생시킬 수 있다. 운전자가 브레이크 페달을 밟아 신호가 전달되면 공기압 조절밸브가 개방되고, 에어 탱크 내 가압된 공기가 각 차륜의 해당 브레이크 챔버(brake chamber)로 전달되면서 브레이크 패드에 압력을 가해 디스크 또는 드럼을 압착함으로써 제동압이 발생될 수 있다.
하지만, 본 발명은 반드시 이에 한정되지 않으며, 예를 들어 유압식 브레이크도 채용될 수 있다.
유압식 브레이크에서는 별도의 모터로 작동되는 펌프를 통해 유압 라인 및 브레이크에 유압이 공급될 수 있다. 펌프의 하류에 있는 밸브 블록에는 각 유압 라인에 대한 복수의 솔레노이드 밸브가 구비되어, 각 차륜에 적절한 제동압을 분배할 수 있다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 차량의 변속 제어장치를 개략적으로 도시한 구성도이다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 차량의 변속 제어장치는, 보조 제동 신호부(10), 차량 제어부(20), 모터 제어부(30), 변속기 제어부(40), 제동 제어부(50)를 포함할 수 있다.
보조 제동 신호부(10)는 보조 제동을 위한 작동 스위치를 포함할 수 있다. 작동 스위치는 운전자에 의해 작동되고, 보조 제동 신호부는 이에 따른 보조 제동 관련 신호를 입력받을 수 있다.
예를 들어 운전자의 작동 의지에 따라 보조 제동의 작동을 위해 작동 스위치가 예컨대 온(on) 또는 1단 내지 3단 중 어느 하나의 제동단수로 전환되면, 보조 제동 신호부는 작동 스위치의 전환을 검출하여 해당 신호를 차량 제어부(20)로 전달한다.
차량 제어부(VCU, Vehicle Control Unit; 20)는 차량 전체를 제어하면서 보조 제동 신호부(10)로부터 보조 제동 관련 신호를 전달받아 회생 제동과 변속을 제어할 수 있다.
예를 들어, 구동모터(1)의 구동력을 높이거나 낮추는 제어가 필요할 경우에, 차량 제어부(20)는 적정한 구동력을 연산하고 차량 내 근거리 통신망(6) 등을 통해 모터 제어부(30)에 연산된 구동력을 인가하도록 명령을 송출하고, 변속기 제어부(40)에 변속기(2)가 적정한 변속단으로 전환하도록 명령을 송출할 수 있다.
여기서, 근거리 통신망(6)으로는 CAN(Controller Area Network) 통신망이 사용될 수 있으나, 반드시 이에 한정되지 않으며, 다른 임의의 통신망이 사용될 수 있고 적어도 부분적으로는 유선 통신도 사용 가능하다.
모터 제어부(MCU, Motor Control Unit; 30)는 차량 제어부(20)로부터 보조 제동에 대한 명령을 전달받고 구동모터(1)를 발전기로 전환시켜 회생 제동에 의해 차륜(4) 및 차량을 감속시킬 수 있다. 모터 제어부의 제어 하에 구동모터의 출력은 변속기(2)로 전달될 수 있다.
변속기 제어부(40)는 변속기(2)를 제어할 수 있다. 예를 들어 변속기는 구동모터(1)의 회전동력을 이용하여 목표 토크로 변환시킨다. 즉, 변속기는 차속 등에 따라 변속단이 선택되어 전달받은 회전동력을 목표 토크로 변환하고, 변환된 목표 토크를 구동력으로 하여 차축을 통해 차륜(4)에 출력함으로써 차량이 주행하도록 할 수 있다.
또한, 변속기 제어부(40)는 차량의 감속 중에 변속기(2)를 제어하고, 변속의 진행 상황, 특히 변속단수를 검출하여 차량 제어부(20)에 전달할 수 있다.
제동 제어부(50)는, 유체압 라인을 매개로 브레이크(5)에 연결되어 각 차륜(4)에 인가되는 제동압을 제어할 수 있다.
공기식 브레이크가 채용된 경우에, 제동 제어부(50)는 공기압, 차속, 회생 제동 토크 등을 고려하여 제동압을 결정하고, 브레이크(5)를 구동하는 공압 라인의 공기압 조절밸브를 통해 공기의 압력을 조절할 수 있다.
하지만, 제동 제어부(50)의 작동은 반드시 이에 한정되지 않으며, 예를 들어 브레이크(5)가 유압식 브레이크인 경우에 제동 제어부(50)는 유압, 차속, 회생 제동 토크 등을 고려하여 제동압을 계산하고, 브레이크(5)를 구동하기 위한 펌프를 작동시키면서 유압 라인의 솔레노이드 밸브 등을 통해 유압을 조절할 수도 있다.
이로써, 제동 제어부(50)는, 브레이크(5)에 의해 차륜(4)에 제동압이 인가되게 하여 차륜의 제동 토크를 제어할 수 있다.
예를 들어, 차량 제어부(20)는 보조 제동 신호부(10)로부터 작동 스위치의 전환 신호가 전달되면, 모터 제어부(30)에 구동모터(1)의 회생 제동을 개시하도록 명령할 수 있다. 이때, 작동 스위치가 1단 내지 3단 중 어느 하나의 제동단수로 전환되면, 해당 제동단수에 따라 회생 제동 토크가 결정될 수 있다.
또한, 차량 제어부(20)는 변속기 제어부(40)로부터 변속기(2)의 다운 시프트(down shift)에 대한 신호가 입력되면, 차량의 감속 중에 모터 제어부(30)에 회생 제동 토크를 줄이거나 회생 제동 토크를 0으로 만들도록 명령하고, 제동 제어부(50)에는 제동압의 형성을 명령할 수 있다.
여기서, 회생 제동 토크의 감소량은 변속기의 튜닝값이 반영되어 결정될 수 있다. 예를 들어, 튜닝값은 변속단수 각각에 대한 제동량을 포함하는 제어맵으로부터 얻을 수 있으며, 이러한 제어맵은 미리 설정되거나 학습을 통해 재설정될 수 있다.
또, 회생 제동 토크의 감소량과 제동압 또는 제동 토크는 서로 반비례하는 함수 관계에 있다.
제동 제어부(50)는 변속기(2)가 다운 시프트될 때, 회생 제동 토크의 감소량만큼 브레이크(5)가 대응되는 크기의 제동압을 발생시켜 차륜(4)에 인가하도록 브레이크를 제어할 수 있다. 다시 말해, 변속기가 다운 시프트될 때, 제동 제어부는 브레이크 페달의 작동 없이 브레이크가 메인 제동을 발휘하도록 제어할 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 차량의 변속 제어장치는, 이러한 구성을 통하여, 변속기를 장착한 대형 전기차와 같은 차량에서 회생 제동에 의한 변속시 리타더를 이용하지 않고서도 메인 제동을 위한 브레이크를 이용하여 일정한 차량의 감속을 유지할 수 있게 되는 것이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 차량의 변속 제어장치에 의한 변속 제어방법을 도시한 흐름도이다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 차량의 변속 제어장치에 의한 변속 제어방법은, 보조 제동을 작동시키려는 운전자의 의지로부터 개시될 수 있다. 예를 들어, 차량이 내리막길을 주행하는 경우에 운전자는 보조 제동 신호부(10)의 작동 스위치를 조작하여 보조 제동을 작동시킨다(S10).
차량 제어부(20)는 보조 제동 신호부(10)로부터 운전자에 의한 보조 제동 관련 신호가 수신됨에 따라, 모터 제어부(30)에 의해 구동모터(1)에서 회생 제동 토크를 발생시키도록 제어할 수 있다. 이로써 차륜(4) 및 차량의 감속이 이루어질 수 있다(S20).
차량의 감속 중에 변속기 제어부(40)는 구동모터(1)의 출력 토크, 즉 회생 제동 토크를 이용하여 변속기(2)의 변속을 제어할 수 있다.
차량 제어부(20)는 변속기 제어부(40)를 통해 변속기(2)의 변속을 확인할 수 있으며, 특히 변속기의 다운 시프트 여부를 확인할 수 있다(S30).
예를 들어 다운 시프트와 같은 변속기의 변속이 확인될 때, 차량 제어부(20)는 모터 제어부(30)에 회생 제동 토크를 줄이거나 0으로 만들도록 명령할 수 있다(S40).
이어서, 회생 제동 토크의 감소가 확인되면, 차량 제어부(20)는 회생 제동 토크의 감소량만큼 제동 제어부(50)에 제동압의 형성을 명령한다. 제동 제어부는 브레이크(5)에 제공되는 공기압 또는 유압을 조절하여 브레이크를 작동시킴으로써 차륜(4)에 제동압을 인가할 수 있다(S50).
차량 제어부(20)는 변속기 제어부(40)를 통해 변속기(2)의 변속이 완료되었는지 여부를 확인할 수 있다(S60).
끝으로, 변속기(2)의 변속이 완료되면 차량 제어부(20)는 제동 제어부(50)를 통하여, 브레이크(5)에 의해 차륜(4)에 인가되는 압력을 해제하고 제어를 종료할 수 있다(S70).
이상과 같이 본 발명의 제1 실시예에 따른 차량의 변속 제어장치에 의한 변속 제어방법에 의하면, 변속기를 장착한 대형 전기차와 같은 차량에서 회생 제동에 의한 변속시 리타더를 이용하지 않고서도 메인 제동을 위한 브레이크를 이용하여 일정한 차량의 감속을 유지할 수 있다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 차량의 변속 제어장치를 개략적으로 도시한 구성도이다.
이에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 차량의 변속 제어장치는, 보조 제동 신호부(10), 차량 제어부(20), 모터 제어부(30), 변속기 제어부(40), 제동 제어부(50), 중량 추정부(60)를 포함할 수 있다.
도 4에 도시된 본 발명의 제2 실시예에서는, 중량 추정부(60)가 부가된 점만 상이하고, 나머지 구성요소들은 도 2에 도시된 제1 실시예의 구성요소들과 동일하다. 이에, 본 발명의 제2 실시예에 따른 차량의 변속 제어장치를 설명함에 있어, 전술한 제1 실시예에 의한 차량의 변속 제어장치와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 부여하면서 그 구성 및 기능의 상세한 설명을 생략하기로 한다.
중량 추정부(60)는 차량의 자체 중량과, 차량에 탑승한 인원 및/또는 적재한 화물의 중량을 합한 차량의 중량을 추정할 수 있다. 중량 추정부는 예를 들면 에어 서스펜션(미도시)에 구비된 압력센서에 의해 측정된 압력 측정값에 비례하여 차량의 중량 추정값을 산출할 수 있다.
차량의 서스펜션(suspension)은 차체의 중량을 지지함과 동시에 노면 불규칙 등에 기한 차륜의 상하 진동에 따른 충격을 완화하고 흡수하여 진동이 차체에 직접 전달되는 것을 방지할 수 있다. 이로써, 서스펜션은 승차감을 좋게 하면서도 주행 안정성, 적재물의 보호, 차체 각부의 동적응력의 저감, 선회 특성의 향상 등을 도모할 수 있다.
예컨대 버스나 트럭 등의 대형 전기차에는 에어 서스펜션(air suspension)이 구비될 수 있다. 에어 서스펜션은 압축 공기의 탄성을 이용하는 에어 스프링을 이용하기 때문에 미세 진동까지 흡수하면서 유연한 탄성을 얻을 수 있어 승차감이 뛰어나다. 또한, 에어 서스펜션은 공기압을 조절함으로써 중량에 관계없이 차고(car height)까지 일정하게 유지시킬 수 있다.
이러한 에어 서스펜션의 구성 및 작동은 공지된 기술이므로 본 명세서에서 상세한 설명은 생략한다.
다만, 에어 서스펜션에 압력센서(미도시)가 구비되고, 압력센서는 에어 서스펜션 내에 유입된 공기로 인해 변화된 공기 압력을 측정하고 중량 추정부(60)로 신호를 전송할 수 있다. 차량의 중량이 무거운 경우에, 에어 서스펜션 내 압력센서는 공기에 의해 많이 눌리게 되고, 이렇게 측정된 압력 측정값에 의해 차량의 중량을 모니터링할 수 있다.
이와 같이, 중량 추정부(60)는 압력센서에 의해 측정된 압력 측정값에 비례하여 차량의 중량 추정값을 산출할 수 있다. 이때, 온도, 형태, 압력, 그 밖의 외적 요인에 의해 결정되는 에어 서스펜션의 특성 계수가 반영되는 것이 바람직하다.
차량 제어부(20)는 중량 추정부(60)로부터 차량의 중량 추정값을 전달받을 수 있다. 이러한 중량 추정부는 차량 제어부에 병합되거나 겸용으로 사용될 수 있다.
하지만, 차량의 중량 추정은 반드시 전술한 예에 한정되지 않고, 다른 임의의 방법으로 이행될 수 있다.
예를 들면, 제동 제어부(50)는 차량이 주행할 때 모터 제어부(30)로부터 구동모터(1)의 출력 토크를 전달받는다. 또, 제동 제어부는 메인 제동을 위해 상시 차속을 모니터링하고 있으며, 이를 미분하면 차량의 가속도를 구할 수 있다. 이로써, 제동 제어부는 뉴턴의 제2 운동법칙에 의해 차량의 질량을 구하고 이로부터 중량을 추정할 수 있다.
이와 같이, 차량 제어부(20)는 제동 제어부(50)로부터 차량의 중량 추정값을 전달받을 수 있다.
차량 제어부(20)는 변속기 제어부(40)로부터 다운 시프트의 신호가 입력되면, 입력된 차량의 중량 추정값을 기초로 하여 회생 제동 토크의 감소량 및 브레이크(5)의 제동압 크기를 결정할 수 있다. 예를 들면, 중량이 상대적으로 가벼운 경우에 변속기(2)에서의 변속 충격이 크게 발생하므로 회생 제동 토크를 많이 줄이고, 회생 제동 토크의 감소량만큼 브레이크의 제동압을 증대시킬 수 있다.
예를 들어, 중량에 따른 회생 제동 토크의 감소량은 제어맵으로부터 얻을 수 있으며, 이러한 제어맵은 차량 제어부(20)에 미리 설정되거나 학습을 통해 재설정될 수 있다.
이어서, 차량의 감속 중에 모터 제어부(30)는 결정된 회생 제동 토크의 감소량만큼 구동모터(1)의 회생 제동 토크를 줄이도록 제어하고, 제동 제어부(50)는 결정된 제동압이 브레이크(5)에 의해 차륜에 인가되게 제어할 수 있다.
이와 같이 제동 제어부(50)는 변속기가 다운 시프트될 때, 회생 제동 토크의 감소량만큼 브레이크가 대응되는 크기의 제동압을 발생시키도록 제어할 수 있다. 다시 말해, 변속기가 다운 시프트될 때, 제동 제어부는 브레이크 페달의 작동 없이 브레이크가 메인 제동을 발휘하도록 제어할 수 있다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 차량의 변속 제어장치는, 이러한 구성을 통하여, 차량의 중량에 따라 회생 제동의 감소량과 메인 제동의 증대량을 결정할 수 있고, 이에 따라 변속시 회생 제동을 최적으로 제어할 수 있게 되는 것이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 차량의 변속 제어장치에 의한 변속 제어방법을 도시한 흐름도이다.
도 5에 도시된 본 발명의 제2 실시예에 따른 변속 제어방법은, 차량의 중량을 추정하는 단계(S32); 및 차량의 중량 추정값을 기초로 하여 회생 제동 토크의 감소량 및 브레이크의 제동압 크기를 결정하는 단계(S34)가 부가된 점만 상이하고, 나머지 구성들은 도 3에 도시된 제1 실시예에 따른 변속 제어방법과 동일하다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 차량의 변속 제어장치에 의한 변속 제어방법은, 보조 제동을 작동시키려는 운전자의 의지로부터 개시될 수 있다. 예를 들어, 차량이 내리막길을 주행하는 경우에 운전자는 보조 제동 신호부(10)의 작동 스위치를 조작하여 보조 제동을 작동시킨다(S10).
차량 제어부(20)는 보조 제동 신호부(10)로부터 운전자에 의한 보조 제동 관련 신호가 입력됨에 따라, 모터 제어부(30)에 의해 구동모터(1)에서 회생 제동 토크를 발생시키도록 제어할 수 있다. 이로써, 차륜(4) 및 차량의 감속이 이루어질 수 있다(S10).
차량의 감속 중에 변속기 제어부(40)는 구동모터(1)의 출력 토크, 즉 회생 제동 토크를 이용하여 변속기(2)의 변속을 제어할 수 있다.
차량 제어부(20)는 변속기 제어부(40)를 통해 변속기(2)의 변속을 확인할 수 있으며, 특히 변속기의 다운 시프트 여부를 확인할 수 있다(S30).
예를 들어 다운 시프트와 같은 변속기의 변속이 확인될 때, 차량 제어부(20)는 중량 추정부(60) 또는 제동 제어부(50)로부터 차량의 중량 추정값을 전달받고, 이 중량 추정값을 기초로 하여 회생 제동 토크의 감소량 및 브레이크의 제동압 크기를 결정할 수 있다(S34). 차량의 중량이 상대적으로 가벼운 경우에 변속기에서의 변속 충격이 크게 발생하므로 회생 제동 토크를 많이 줄이고, 회생 제동 토크의 감소량만큼 브레이크의 제동압을 증대시킬 수 있다.
여기서, 중량 추정부(60)는, 에어 서스펜션 내 압력센서에 의해 측정된 압력 측정값에 비례하여 차량의 중량 추정값을 산출하고 모니터링할 수 있다(S32).
혹은, 제동 제어부(50)는 모터 제어부(30)로부터 구동모터(1)의 출력 토크와, 모니터링하는 차속을 미분하여 차량의 가속도를 구한 다음에, 토크와 가속도로부터 차량의 질량을 구하고 이로부터 중량 추정값을 산출할 수 있다(S32).
차량 제어부(20)는 결정된 회생 제동 토크의 감소량만큼 회생 제동 토크를 줄이도록 모터 제어부(30)에 명령할 수 있다(S40).
이어서, 회생 제동 토크의 감소가 확인되면, 차량 제어부(20)는 회생 제동 토크의 감소량만큼 제동 제어부(50)에 제동압의 형성을 명령한다. 제동 제어부는 브레이크(5)에 제공되는 공기압 또는 유압을 조절하여 브레이크를 작동시킴으로써 차륜(4)에 제동압을 인가할 수 있다(S50).
차량 제어부(20)는 변속기 제어부(40)를 통해 변속기(2)의 변속이 완료되었는지 여부를 확인할 수 있다(S50).
끝으로, 변속기(2)의 변속이 완료되면 차량 제어부(20)는 제동 제어부(50)를 통하여, 브레이크(5)에 의해 차륜(4)에 인가되는 압력을 해제하고 제어를 종료할 수 있다(S70).
이상과 같이 본 발명의 제2 실시예에 따른 차량의 변속 제어장치에 의한 변속 제어방법에 의하면, 차량의 중량에 따라 회생 제동 토크의 감속분과 메인 제동의 증대량을 결정할 수 있고, 이에 따라 변속시 회생 제동을 최적으로 제어할 수 있게 되는 것이다.
도 6은 본 발명이 적용된 차량에서 실제 변속상태를 나타낸 그래프들이다.
이에 도시된 바와 같이, 예를 들어 변속기(2)를 장착한 대형 전기차와 같은 차량에서 회생 제동에 의해 차량이 감속 중이면 변속기가 변속, 즉 다운 시프트됨을 확인할 수 있다.
더구나, 변속기가 다운 시프트될 때마다 차량의 감속 중에 구동모터(1)의 회생 제동 토크가 줄어든 후 다시 증가하는 것을 볼 수 있다.
본 발명에서는, 변속기(2)가 다운 시프트될 때 회생 제동 토크의 감소량만큼 브레이크(5)가 제동압을 발생시키고 차륜(4)에 인가하도록 제어하여 변속 충격을 방지할 수 있는 장점이 있다.
도 7은 종래기술(a)과 본 발명(b)의 변속시 시간에 따른 속도변화를 나타낸 그래프들이다.
도 7의 (a)에서는 변속 충격을 최소화하기 위해 리타더를 사용하여 회생 제동 토크를 일시적으로 감소시키고 있으나, 변속 시점에서 차량의 감속이 일정하게 유지되지 못하고 제동 밀림의 현상이 발생되는 단점이 있다.
도 7의 (b)에서는 변속 충격을 최소화하기 위해 회생 제동 토크를 일시적으로 감소시키더라도 변속 시점에 메인 제동이 발휘, 다시 말해 브레이크(5)가 작동됨으로써 일정한 차량의 감속을 유지함은 물론, 제동 밀림의 현상이 방지될 수 있다.
도 7의 (b)에서 하부에는, 메인 제동을 위해 브레이크(5)에 인가되는 압력이 부가적으로 표시되어 있다. 구체적으로 대략 0.2bar 수준의 제동압이 변속시 순간적으로 브레이크에 의해 차륜(4)에 인가되어 차륜의 제동 토크를 제어하고 있다.
이상과 같이 본 발명의 일 실시예에 의하면, 예컨대 변속기를 장착한 대형 전기차와 같은 차량에서 회생 제동에 의한 변속시 리타더를 이용하지 않고서도 변속 충격과 제동 밀림 등을 해소할 수 있는 효과를 얻게 된다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 명세서 및 도면에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1: 구동모터 2: 변속기
3: 액슬 4: 차륜
5: 브레이크 6: 근거리 통신망
10: 보조 제동 신호부 20: 차량 제어부
30: 모터 제어부 40: 변속기 제어부
50: 제동 제어부 60: 중량 추정부

Claims (13)

  1. 운전자에 의해 보조 제동 관련 신호를 입력받는 보조 제동 신호부;
    차량 전체를 제어하면서 상기 보조 제동 신호부로부터 상기 보조 제동 관련 신호를 전달받는 차량 제어부;
    상기 차량 제어부로부터 보조 제동에 대한 명령을 전달받고 구동모터의 회생 제동에 의해 상기 차량을 감속시키는 모터 제어부;
    상기 차량의 감속 중 변속기를 제어하고 변속의 진행 상황을 상기 차량 제어부에 전달하는 변속기 제어부; 및
    유체압 라인을 매개로 브레이크에 연결되고, 변속기가 다운 시프트될 때 회생 제동 토크의 감소량만큼 상기 브레이크가 차륜에 제동압을 인가하도록 상기 브레이크를 제어하는 제동 제어부
    를 포함하는 차량의 변속 제어장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 구동모터와 상기 변속기는 상기 차량의 액슬에 근접하여 배치되고, 상기 변속기는 상기 액슬에 연결 또는 내장된 차량의 변속 제어장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 차량 제어부는, 상기 변속기가 다운 시프트될 때 상기 모터 제어부에 상기 회생 제동 토크를 줄이거나 상기 회생 제동 토크를 0으로 만들도록 명령하는 차량의 변속 제어장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제동 제어부는, 상기 모터 제어부로부터 출력된 상기 구동모터의 토크와, 차속을 미분하여 구한 상기 차량의 가속도로부터 상기 차량의 질량을 구하고, 상기 차량의 중량 추정값을 산출하는 차량의 변속 제어장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 차량의 중량을 추정하는 중량 추정부를 더 포함하고,
    상기 중량 추정부는 상기 차량의 중량 추정값을 상기 차량 제어부에 전달하는 차량의 변속 제어장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 중량 추정부는, 상기 차량에 구비된 에어 서스펜션 내 압력센서에 의해 측정된 공기의 압력 측정값으로 상기 차량의 중량 추정값을 산출하는 차량의 변속 제어장치.
  7. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 차량 제어부는, 상기 변속기가 다운 시프트될 때 상기 차량의 중량 추정값을 기초로 하여 상기 회생 제동 토크의 감소량 및 상기 브레이크의 제동압 크기를 결정하고,
    상기 모터 제어부는 결정된 상기 회생 제동 토크의 감소량만큼 상기 구동모터의 상기 회생 제동 토크를 줄이도록 제어하고,
    상기 제동 제어부는 결정된 상기 제동압이 상기 브레이크에 의해 상기 차륜에 인가되게 제어하는 차량의 변속 제어장치.
  8. 운전자에 의한 보조 제동 관련 신호를 수신하는 단계;
    구동모터에서 회생 제동 토크를 발생시켜 차량을 감속시키는 단계;
    상기 차량의 감속 중 변속기의 변속 여부를 확인하는 단계;
    상기 변속기가 다운 시프트될 때, 상기 회생 제동 토크를 감소시키는 단계; 및
    상기 회생 제동 토크의 감소량만큼 차륜에 제동압이 인가되도록 브레이크를 작동시키는 단계
    를 포함하는 차량의 변속 제어방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 변속기의 변속이 완료되었는지 여부를 확인하는 단계; 및
    상기 변속기의 변속이 완료되면 상기 브레이크에 의해 상기 차륜에 인가되는 압력을 해제하는 단계
    를 더 포함하는 차량의 변속 제어방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 차량의 중량을 추정하는 단계; 및
    상기 차량의 중량 추정값을 기초로 하여 상기 회생 제동 토크의 감소량 및 상기 브레이크의 제동압 크기를 결정하는 단계
    를 더 포함하는 차량의 변속 제어방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 회생 제동 토크의 감소량 및 상기 브레이크의 제동압 크기를 결정하는 단계에서, 상기 회생 제동 토크의 감소량은 상기 차량의 중량 추정값과 반비례 관계에 있으며, 상기 브레이크의 제동압 크기는 상기 회생 제동 토크의 감소량만큼 증대되는 차량의 변속 제어방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 차량의 중량을 추정하는 단계에서는, 에어 서스펜션 내 압력센서에 의해 측정된 압력 측정값에 비례하여 상기 차량의 중량 추정값을 산출하는 차량의 변속 제어방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 차량의 중량을 추정하는 단계에서는, 상기 구동모터의 토크와, 차속을 미분하여 구한 상기 차량의 가속도로부터 상기 차량의 질량을 구하고, 상기 차량의 중량 추정값을 산출하는 차량의 변속 제어방법.
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