WO2021187894A1 - 전동 차량의 운행 제어 장치 및 방법 - Google Patents

전동 차량의 운행 제어 장치 및 방법 Download PDF

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변세희
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Abstract

본 발명의 전동 차량의 운행 제어 장치는, 전동 차량의 운행에 대한 파라미터들을 수집하는 운행 정보 수집부; 배터리 운영 및 상태에 대한 정보를 수집하는 배터리 정보 수집부; 운전자의 상기 전동 차량에 대한 조작 정보를 수집하는 조작 정보 수집부; 수집된 상기 운전자로의 조작 정보에 따라 상기 전동 차량의 구동 모터를 구동시키는 모터 제어 수단; 및 상기 수집된 정보들에 따라, 쓰로틀 개도 대비 상기 구동 모터의 동력량의 비율을 저하시키는 디레이팅을 수행하는 디레이팅 조정부를 포함할 수 있다.

Description

전동 차량의 운행 제어 장치 및 방법
본 발명은 전동 차량의 운행 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히, 배터리 충전량에 따른 잔여 주행 거리를 늘리거나, 배터리 수명을 늘리면서도, 주행 안정성이나 쾌적성을 떨어뜨리지 않는 전동 차량의 운행 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근, 지구 환경보호를 위해 유해가스의 발생원이 되는 내연기관의 사용을 지양하고, 무공해 동력원인 전력을 이용하여 차량을 구동시키는 전동 차량(electric vehicle)이 주목 받고 있다.
일반적으로, 전동 차량은 주로 배터리의 전원을 이용하여 AC 또는 DC 모터를 구동하여 동력을 얻는 자동차이다. 이러한 전동 차량를 실용화하기 위한 여러 가지 기술들이 연구 및 발달되고 있으며, 특히 모터/제어기술이 발달되어 고출력, 소형이면서 효율이 높은 시스템이 개발되고 있고, 특히 전동모터부분에서 많은 개발 및 발전이 이루어지고 있다.
이러한 전동 차량은 배터리(축전지)를 장착하고, 축전지의 전력을 동력원으로 사용하는 것으로 소형 전동스쿠터, 전동휠체어, 골프카등 다양한 용도로 이용될 수 있다.
한편, 전동 차량은 기존 내연 기관 차량 대비 배터리의 용량 제한 및 배터리 수명 제한으로 인한 근원적인 단점이 존재한다. 이 단점을 극복하기 위해, 리튬 전지 등의 분야에서 배터리의 고밀도화 및 수명 연장에 대한 다양한 기술들이 개발되고 있다.
그런데, 2륜 전동 차량의 경우, 배터리를 실장할 공간 자체가 승용차 등에 비하여 부족하며, 주력 시장이 비교적 저가 시장임을 감안하면, 고가의 고효율 장수명 배터리를 채용하는 것도 곤란하다.
상술한 제한 조건하에서, 2륜 전동 차량의 배터리 주행 시간이나 수명을 늘리기 위해, 차량 운행 제어 장치(VCU)를 통해 최대한 연비 운전을 하도록 모터 구동 방식을 강제하는 것은 가능하다.
그러나, 모터 출력 제한은 운전성, 특히, 2륜차 주행 안정성이나 주행 편이성/쾌적성에 부정적인 영향을 준다.
본 발명은 배터리 충전량에 따른 잔여 주행 거리를 늘리거나, 배터리 수명을 늘리면서도, 주행 안정성이나 쾌적성을 떨어뜨리지 않는 전동 차량의 운행 제어 장치 및/또는 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일측면에 따른 전동 차량의 운행 제어 장치는, 전동 차량의 운행에 대한 파라미터들을 수집하는 운행 정보 수집부; 배터리 운영 및 상태에 대한 정보를 수집하는 배터리 정보 수집부; 운전자의 상기 전동 차량에 대한 조작 정보를 수집하는 조작 정보 수집부; 수집된 상기 운전자로의 조작 정보에 따라 상기 전동 차량의 구동 모터를 구동시키는 모터 제어 수단; 및 상기 수집된 정보들에 따라, 쓰로틀 개도 대비 상기 구동 모터의 동력량의 비율을 저하시키는 디레이팅을 수행하는 디레이팅 조정부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 모터 제어 수단은, 상기 전동 차량의 쓰로틀 개도와, 출력 토크량, 모터 인가 전류량, 모터 인가 전력량, 인버터 인가 전류량 및 인버터 인가 전력량 중 적어도 하나의 함수 라인에 따라 상기 구동 모터의 출력을 제어하고, 상기 디레이팅 조정부는, 상기 수집된 정보들에 따라, 상기 함수 라인의 전체 기울기, 평균 기울기, 상한 및 하한 중 적어도 하나 이상을 조정할 수 있다.
여기서, 상기 디레이팅 조정부는, 상기 배터리의 충전량이 기준값 이하이면, 상기 함수 라인의 전체 또는 평균 기울기를 낮추거나, 상한을 적용할 수 있다.
여기서, 상기 디레이팅 조정부는, 상기 전동 차량의 현재 경사도가 기준각도 이상이고, 소정의 기준 속도 이하이면, 상기 함수 라인에 대한 일체의 디레이팅을 수행하지 않거나, 상기 함수 라인에 대하여 하한을 적용할 수 있다.
여기서, 상기 디레이팅 조정부는, 상기 차량의 가속 및 제동이 단기간에 반복되는 것으로 판단하면, 상기 함수 라인에 대하여 상한을 적용하거나, 전체 또는 평균 기울기를 낮출 수 있다.
여기서, 상기 디레이팅 조정부는, 운전자로부터 가속 의지를 표시한 조작 정보가 입력되면, 상기 함수 라인에 대한 일체의 디레이팅을 수행하지 않을 수 있다.
여기서, 상기 디레이팅 조정부는, 상기 구동 모터의 동력량을 제어하기 위해, 배터리 출력 전력을 떨어뜨리거나, 구동 모터나 인버터로 인가되는 전력을 떨어뜨리거나, 인버터 구동 PWM의 유효 펄스폭을 줄일 수 있다.
여기서, 상기 전동 차량의 운행 상황에 따라 배터리 출력량을 조정하는 배터리 제어 수단을 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 배터리 제어 수단은, 상기 전동 차량의 BMS에 제어 지시를 전송하고, 상기 모터 제어 수단은, 상기 전동 차량의 MCU에 제어 지시를 전송할 수 있다.
여기서, 현재 주행 중인 도로 또는 예정된 운전 경로 상 다음 경로의 교통 상황에 대한 정보를 수집하는 교통정보 수집부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 전동 차량의 운행 제어 방법은, 상기 전동 차량의 쓰로틀 개도와 출력 토크량의 함수 라인을 생성하는 단계; 상기 전동 차량의 운행에 대한 파라미터들 및 운전자의 상기 전동 차량에 대한 조작 정보를 수집하는 단계; 상기 수집된 정보들에 따라, 전체 기울기, 평균 기울기, 상한 및 하한 중 적어도 하나 이상에 대하여 상기 함수 라인을 조정하는 단계; 및 운전자에 조작에 따른 쓰로틀 개도를 상기 조정된 함수 라인에 적용하여 구해진 출력 토크량으로 상기 전동 차량의 구동 모터를 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 함수 라인을 조정하는 단계에서는, 상기 전동 차량의 현재 경사도가 기준각도 이상이고, 소정의 기준 속도 이하이면, 상기 함수 라인에 대한 일체의 디레이팅을 수행하지 않거나, 상기 함수 라인에 대하여 하한을 적용할 수 있다.
여기서, 배터리 운영 및 상태에 대한 정보를 수집하는 단계를 더 포함하고, 상기 함수 라인을 조정하는 단계에서는, 상기 배터리의 충전량이 기준값 이하이면, 상기 함수 라인의 전체 또는 평균 기울기를 낮추거나, 상한을 적용할 수 있다.
여기서, 상기 함수 라인을 조정하는 단계에서는, 주행 중인 도로가 정체 중이라고 판단되면, 상기 함수 라인의 전체 또는 평균 기울기를 낮추거나, 상한을 적용할 수 있다.
여기서, 상기 함수 라인을 조정하는 단계에서는, 운전자로부터 가속 의지를 표시한 조작 정보가 입력되면, 상기 함수 라인에 대한 디레이팅을 수행하지 않을 수 있다.
상술한 구성에 따른 본 발명의 전동 차량의 운행 제어 장치 및/또는 방법을 실시하면, 배터리 수명을 늘리면서도, 주행 안정성이나 쾌적성을 떨어뜨리지 않는 이점이 있다.
본 발명의 전동 차량의 운행 제어 장치 및/또는 방법은, 전동 차량 모터에 대한 의도적 출력 절약으로 인한 연비(전비)가 향상되는 이점이 있다.
본 발명의 전동 차량의 운행 제어 장치 및/또는 방법은, 배터리 온도 예측에 따른 배터리 운영으로 배터리를 보호하고 수명을 연장하는 이점이 있다.
본 발명의 전동 차량의 운행 제어 장치 및/또는 방법은, 교통 상황이 혼잡할 경우에도, 미세한 가속력 조작으로 운전성 강화하고, 저속 운전 조작성 향상되어 불필요한 가감속으로 인한 에너지 소모 줄일 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동 차량의 운행 제어 장치를 도시한 블록도.
도 2a는 본 발명의 사상에 따른 전동 차량 운행 제어 수행에 있어 주요 기준이 되는 쓰로틀 개도와 출력 토크량의 함수 라인 및 전체 기울기가 조정된 함수 라인을 도시한 그래프
도 2b는 본 발명의 사상에 따른 전동 차량 운행 제어 수행에 있어 주요 기준이 되는 쓰로틀 개도와 출력 토크량의 함수 라인 및 상한/하한이 적용되어 조정된 함수 라인을 도시한 그래프.
도 3은 배터리 온도 상승 예측 수학적 모델을 적용한 배터리 발열에 대한 조건으로 디레이팅을 수행하는 개념을 나타낸 블록도.
도 4는 배터리 온도 상승 예측 실험 모델을 적용한 배터리 발열에 대한 조건으로 디레이팅을 수행하는 개념을 나타낸 블록도.
도 5a는 정체된 도로 상황의 조건으로 디레이팅을 수행하는 개념을 나타낸 블록도.
도 5b는 정체된 도로 상황의 조건으로 디레이팅을 수행하는 개념을 나타낸 흐름도.
도 6은 전동 차량의 기울기(즉, 현재 도로의 경사도)를 조건으로 디레이팅을 수행하는 개념을 나타낸 블록도.
도 7은 운전자의 적극적 운전에 대한 의사 표시 수령을 조건으로 디레이팅을 제한하는 개념을 나타낸 블록도.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동 차량의 운행 제어 방법을 도시한 흐름도.
본 발명을 설명함에 있어서 제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되지 않을 수 있다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 연결되어 있다거나 접속되어 있다고 언급되는 경우는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해될 수 있다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.
본 명세서에서, 포함하다 또는 구비하다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것으로서, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해될 수 있다.
또한, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동 차량의 운행 제어 장치를 도시한 블록도이다.
도시한 전동 차량의 운행 제어 장치는, 전동 차량의 운행에 대한 파라미터들을 수집하는 운행 정보 수집부(216); 배터리 운영 및 상태에 대한 정보를 수집하는 배터리 정보 수집부(214); 운전자의 상기 전동 차량에 대한 조작 정보를 수집하는 조작 정보 수집부(215); 수집된 상기 운전자로의 조작 정보에 따라 상기 전동 차량의 구동 모터를 구동시키는 모터 제어 수단(260); 및 상기 수집된 정보들에 따라, 쓰로틀 개도 대비 상기 구동 모터의 동력량의 비율을 저하시키는 디레이팅을 수행하는 디레이팅 조정부(270)를 포함할 수 있다.
구현에 따라, 상기 전동 차량의 운행 상황에 따라 배터리 출력량을 조정하는 배터리 제어 수단(240); 및/또는 현재 주행 중인 도로 또는 예정된 운전 경로 상 다음 경로의 교통 상황에 대한 정보를 수집하는 교통정보 수집부(218)를 더 포함할 수 있다.
도시한 바와 같이, 상기 배터리 정보 수집부(214)는 상기 전동 차량에 구비된 BMS(400)로부터 배터리 관련 정보들(배터리 온도, 배터리 충/방전 전류, 배터리 SoC 등)을 입력받으며, 상기 배터리 제어 수단은 상기 전동 차량의 BMS(400)에 제어 지시를 전송할 수 있다.
도시한 바와 같이, 상기 운행 정보 수집부(216)는 상기 전동 차량에 구비된 MCU(300)로부터 주행 관련 정보들(토크, RPM 등)을 입력받으며, 상기 모터 제어 수단은 상기 전동 차량의 MCU(300)에 제어 지시를 전송할 수 있다.
상기 조작 정보 수집부(215)는 전동 차량의 가속 페달(또는 쓰로틀 핸들) 및 브레이크 페달(또는 브레이크 레버)에 설치된 조작 위치 감지 센서들로부터 각 페달(핸들/레버)의 변위 측정값을 입력받을 수 있다.
상기 저장부(280)는 예컨대, Flash 메모리 등 비휘발성 메모리 소자나, 마이크로컨트롤러 내부에 마련된 레지스터 등 저장 영역으로 구현될 수 있으며, 후술하는 함수 라인이나 전동 차량 운영에 필요한 정보/데이터들이 기록될 수 있다.
상기 배터리 제어 수단(240)은, 일상적인 경우, 배터리의 BMS(400)로 방전량 및 충전량을 지시하기 위한 것이다.
상기 교통정보 수집부(218)는, 네비게이션 장치나 네비게이션 어플이 설치된 스마트 폰에 유/무선 연결되어, 상기 장치들로부터 도로 상황 정보를 입력받거나, 네비게이션 장치나 스마트폰 네비게이션 어플을 지원하는 교통 정보 제공 서버로부터 도로 상황 정보를 전송받을 수 있다.
도 2a 및 2b는 본 발명의 사상에 따른 전동 차량 운행 제어 수행에 있어 주요 기준이 되는 쓰로틀 개도와 출력 토크량의 함수 라인 및 조정된 함수 라인을 도시한 그래프이다.
본 발명의 설명에 있어, 가속(쓰로틀) 조작 수단에 대한 운전자의 조작 정도를 쓰로틀 개도라고 약칭하겠다. 일반적인 이륜 차량의 회전식 손잡이 형태의 쓰로틀 핸들의 경우, 쓰로틀 핸들의 조작 각도가 쓰로틀 개도로 될 수 있다.
단순한 전동 차량의 제어의 경우, 쓰로틀 개도 정도에 정비례하는 동력량으로 구동 모터가 토크를 출력한다. 예컨대, 운전자가 쓰로틀을 최대로 당기면, 최대 토크로 구동 모터가 구동되고, 운전자가 스토틀을 반만 당기면, 최대 토크의 절반 토크로 구동 모터가 구동된다.
반면, 본 발명의 사상에 따른 전동 차량의 제어에 있어서는, 상기 쓰로틀 개도 정도를 소정의 함수 라인에서 검색하고, 검색된 동력량을 출력하도록 구동 모터를 제어한다. 여기서 상기 함수 라인은 상기 쓰로틀 개도 정도와 상기 동력량과의 관계를 나타낸다.
예컨대, 도 2a에 F1 라인으로 도시한 바와 같이, X축이 쓰로틀 개도이며, Y축이 토크값인 함수 라인을 이용할 수 있다. 이때, 구현의 용이성을 높이기 위해, 상기 Y축의 토크값은 토크 최대값(MAX)에 대한 % 비율로 표시할 수 있다.
상기 함수 라인은 거의 직선 형태인 것이 일반적이지만, 이에 한정하지 않으며, 운전자의 성향을 학습하여 도출하는 경우에는, 완만한 곡선 형태를 가질 수도 있다.
상기 함수 라인은 도 1에 도시한 바와 같은 운행 제어 장치(200) 내에 마련된 저장부(280)에 기록될 수 있다.
다음, 본 발명의 사상에 따른 디레이팅에 대하여 설명하겠다. 본 발명에서 는 운행 상황 등의 판단에 따라, 평소 운행시에 비하여, 스토틀 개도 대비 동력 출력량을 저하시키는 디레이팅을 제안한다.
즉, 본 발명에서 디레이팅은 스토틀 개도 대비 (동력) 출력량을 저하시키는 것을 의미한다. 역학적 파라미터에 대하여 디레이팅을 수행한다면, 동일한 쓰로틀 개도 조건에서, 최대(MAX) 토크에 대한 비율(% 비율 등), 절대 토크량, 가속도의 절대/상대값 등을 저하시키는 것이 될 수 있다.
이외에도, 디레이팅을 수행하는 다른 구체적 방안으로서, 배터리 출력 전력을 떨어뜨리거나, 구동 모터나 인버터로 인가되는 전력을 떨어뜨리거나, 인버터 구동 PWM의 유효 펄스폭을 줄이는 방식이 적용될 수도 있다.
디레이팅의 첫번째 목적은, 배터리 충전량에 따른 잔여 주행 거리를 늘리거나, 배터리 수명을 늘리기 위한 것인 바, 상기 배터리의 충전량(예: BMS로부터 전달받은 SOC)이 기준값 이하이면, 상기 함수 라인의 전체 또는 평균 기울기를 낮추거나, 상한을 적용할 수 있다. 이 경우, 배터리 충전량이 기준값 이상인 경우에는 운전자의 의사에 따른 급가속을 허용하고, 기준값 이하인 경우 연비(전비) 및 잔여 주행거리를 위해 급가속을 제한하는 것이다.
도 2a에 도시한 바와 같은, 쓰로틀 개도와 출력 토크량의 함수 라인을 기준으로 차량 제어를 수행하는 경우에는, 쓰로틀 개도와 출력 토크량의 함수 라인의 전체 기울기를 조정하는 방식으로 디레이팅이 수행될 수 있다. 즉, 도 2a의 F2 라인으로 디레이팅이 적용될 수 있다.
한편, 상기 함수 라인이 직선이 아닌 곡선 형태를 가지는 경우, 상기 함수 라인의 평균 기울기를 조정하는 방식으로 디레이팅이 수행될 수 있다.
또한, 본 발명이 제안하는 다른 디레이팅 방법으로서, 도 2b에 도시한 바와 같이 상기 함수 라인의 Y축 값(즉, 출력 토크량)의 상한 및/또는 하한을 적용할 수 있다. 도 2b에서 LL 라인은 F1 함수 라인에 대하여 적용할 수 있는 하한을 나타낸 것이며, HL 라인은 F1 함수 라인에 대하여 적용할 수 있는 상한을 나타낸 것이다.
하한을 적용하는 경우, 매우 낮은 쓰로틀 개도 정도에서 출력 토크량은 오히려 증가하지만, 운전자의 높은 쓰로틀 개도를 미리 방지하려는 목적으로 적용되는 바, 디레이팅의 범주로 분류하였다.
도 1의 디레이팅 조정부(270)는 저장부(280)에 기록된 상기 함수 라인을 독출하여, 소정의 조건에 따라 디레이팅을 수행하고, 디레이팅이 적용된 함수 라인을 다시 상기 저장부(280)에 기록할 수 있다.
다음, 도 1의 디레이팅 조정부(270)가 디레이팅을 수행하는 다양한 조건들 및 각 조건에서의 구체적인 디레이팅 수행 방안에 대하여 살펴보겠다.
도 1의 모터 제어 수단(260)이, 상기 전동 차량의 쓰로틀 개도와 출력 토크량의 함수 라인에 따라 상기 구동 모터의 출력을 제어함에 있어서, 상기 디레이팅 조정부(270)는, 상기 수집된 정보들이 나타내는 다양한 조건들에 따라, 상기 함수 라인의 전체 기울기, 평균 기울기, 상한 및 하한 중 적어도 하나 이상을 조정하는 것이다. 즉, 상기 모터 제어 수단(260)은 디레이팅된(조정된) 함수 라인에 따라 구동 모터의 출력을 제어한다.
배터리 충전량(SOC)을 조건으로 가장 단순한 방식으로 디레이팅을 수행하는 구현의 경우, 상기 디레이팅 조정부(270)는, 상기 배터리의 충전량(예: BMS로부터 전달받은 SOC)이 기준값 이하이면, 상기 함수 라인의 전체 또는 평균 기울기를 낮추거나, 상한을 적용할 수 있다.
도 3 및 도 4는 보다 세밀한 배터리 발열에 대한 조건으로 디레이팅을 수행하는 개념을 나타낸 블록도이다. 도 3은 배터리 온도 상승 예측 수학적 모델을 적용한 것이며, 도 4는 배터리 온도 상승 예측 실험 모델을 적용한 것이다.
도 3은 배터리 온도 상승 예측 수학적 모델을 통한 디레이팅을 실시하는 구성이다. 도시한 구성에서 상기 디레이팅 조정부(270)는, 배터리의 발열량 모델은 하기 수학식 1을 참조하여 계산하고. 발열량에 의한 온도 상승인자를 계산하여 디레이팅을 실시할 수 있다.
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도 3에서 온도상승인자.A와 SOC에 따른 내부저항의 인자에 따라 온도상승인자.B를 계산하였다. 상기 수학식 1에서, Q = I 2R(내부저항)이며, F 는 패러데이 상수로서 9.648670±0.00016×104 C/mol이며, 엔트로피 변화(ΔS)는 보통 방전 시에는 -30J/mol·K의 값을 가질 수 있다.
여기에, 발열량 실험적 모델을 추가할 수 있는데, rpm, 전류 고정에 SOC 100->0 로 온도 변화 관찰한 실험 결과를 반영할 수 있다.
도 4는 배터리 온도 상승 예측 실험 모델을 통한 디레이팅을 실시하는 구성이다. 도시한 구성에서, 상기 디레이팅 조정부(270)는 전류-RPM 맵으로 Δ온도를 구한다. 전류-RPM 동작점에서 배터리 온도가 특정시간(T)에 상승하는 온도값을 측정하고, 내부저항 커브 팩터 및 동작점의 빈도 팩터를 곱하여 온도상승인자.B를 계산하고, 상기 온도상승인자.B에 따라 디레이팅을 실시한다.
동작점 빈도 팩터를 구하는 방법은 실도로 주행모드 혹은 특정 모드 주행에 따른 동작점의 최빈도수를 결정하고, 이를 정규화할 수 있다. 동작점이 잦을수록 시간(T)를 크게 하여 주행시간이 길 것이라 판단하여, 온도변화 팩터를 크게 반영할 수 있다.
또한, SOC에 따른 내부저항 증가값에 의한 온도 상승 분은 별도의 커브로 팩터로 곱할 수 있다.
도 5a 및 도 5b는 정체된 도로 상황의 조건으로 디레이팅을 수행하는 개념을 나타낸 블록도 및 흐름도이다.
정체된 도로 상황에 대한 가장 정확한 판단은, 도 1에 도시한 교통 정보 수집부(218)를 이용하는 것이다. 그러나, 현실적으로 비교적 비용이 저렴하고 전자 기기 연결 관계가 단순한 2륜 전동 차량에서는, 교통 정보 수집부(218)를 구비하는 것이 용이하지 않다. 그래서, 도 5a의 구성에서는 2륜 전동 차량의 운행 제어 장치(200)가 획득하기 용이한 정보인 쓰로틀 및 브레이크의 조작에 대한 정보로부터 정체된 도로 상황에 대한 주된 판단을 수행하며, 만약 외부의 교통 정보를 수집할 수 있는 경우에는, 이를 바로 반영할 수 있다.
도시한 구성에서, 상기 디레이팅 조정부(270)는 저속 반복 조작 판단부로서 소정 기간 동안의 쓰로틀 및 브레이크의 조작에 대한 정보를 수집하고, 수집된 조작 정보를 분석하여 디레이팅 실시여부를 결정한다. 이때, 정체되는 도로를 주행 중인 전동 차량의 급출발에 대한 위험을 방지하고, 반복되는 저속 주행의 조작성 향상을 위한 디레이팅을 실시할 수 있다. 이를 위해, 저속 반복 조작 판단부는 저속 반복 조작성을 판단하고, RPM으로 부터 속도를 계산하고, 통신 채널이 형성된 외부 교통 정보 제공 서버로부터 교통상황을 접수받을 수 있다.
예컨대, 상기 디레이팅 조정부(270)는, 상기 차량의 가속 및 제동이 단기간인 소정 기준 시간 동안에 소정 회수 이상 반복되면, 주행 중인 도로가 정체 중이어서 차량 주행이 가다 서다를 반복할 것이라고 예상하여, 상기 함수 라인에 대하여 상한을 적용할 수 있다. 그러면, 운전자가 반복되는 가속/제동 조작에 의해, 정서적인 불안정이나 착오로 인해, 가속 조작(예컨대, 쓰로틀 핸들을 당기는 것)을 필요보다 크게 한 경우에도, 구동 모터의 출력값(토크값)을 제한하여, 차량이 저속 구간에서 급가속되는 것을 방지할 수 있다.
예컨대, 상기 디레이팅 조정부(270)는, 상기 차량의 가속 및 제동이 단기간인 소정 기준 시간 동안에 소정 회수 이상 반복되면, 상기 함수 라인의 전체 기울기를 낮출 수 있다. 이에 따라 교통 상황이 혼잡할 경우, 동일한 쓰로틀 조작에서 미세한 가속력 조작으로, 저속 운전성을 강화할 수 있다.
도 6은 전동 차량의 기울기(즉, 현재 도로의 경사도)를 조건으로 디레이팅을 수행하는 개념을 나타낸 블록도이다.
도시한 구성에서, 상기 디레이팅 조정부(270)는, 경사도에 따라 본 발명의 사상에 따른 디레이팅 팩터를 제한하거나, 디레이팅을 해제할 수 있다. 예컨대, 도로의 경사도에 따른 내리막/오르막 판단하여 디레이팅 해제/실시를 판단할 수 있다. 이때, 경사도는 경사센서로부터 입력받을 수 있다.
비교적 저렴한 경사센서는, 일반적인 가속도 센서의 원리와 유사하여, 차량이 가속도가 상당한 상황에서는 정밀도가 떨어지며, 특히, 오르막 경사의 경우, 차량이 속도가 낮은 주로 출발시에 디레이팅이 운전자 불편의 문제가 될 수 있으며, 주행시에는 디레이팅이 크게 영향을 미치지는 않는다.
이러한 사정을 감안하면, 경사도에 따른 디레이팅 제한/해제는 속도 및/또는 가속도가 0에 가까운 상태에서 수행하는 것이 바람직하다.
이 경우, 상기 디레이팅 조정부(270)는, 상기 전동 차량의 현재 경사도가 기준각도 이상이고, 상기 전동 차량의 속도 및/또는 가속도가 기준값 이하이면, 상기 함수 라인에 대한 일체의 디레이팅을 수행하지 않거나, 상기 함수 라인에 대하여 하한을 적용할 수 있다.
이는 소정 경사도에서 차량이 출발하는 경우 디레이팅을 수행하면, 평상시보다 토크가 크게 필요한 상황인데도, 오히려 토크를 줄이게 되어, 운전 쾌적성이 떨어지며, 2륜차의 주행 안정성을 떨어뜨릴 수 있다. 이를 방지하기 위해, 전동 차량이 출발할 시, 현재 경사도가 기준각도 이상이면, 일체 또는 일부 조건에서의 디레이팅을 해제할 수 있다.
이는 소정 경사도에서 차량이 출발하는 경우 상기 함수 라인에 대한 하한을 적용하는 것은, 경사 출발시 낮은 토크에서 차량이 밀리는 것을 방지한다. 또한, 낮은 쓰로틀 개도에서 차량이 밀리면, 운전자가 급 가속 조작을 수행하게 되고, 이로인한 운전 안정성 저하나, 에너지 낭비를 상기 함수 라인에 대한 하한을 적용하여 예방할 수 있다.
하한을 적용하는 경우, 정지 상태에서 측정된 경사센서의 값의 크기에 따라, 하한을 설정할 수 있다. 예컨대, 도로 경사도가 높으면 하한을 크게 설정할 수 있다.
도 7은 운전자의 적극적 운전에 대한 의사 표시 수령을 조건으로 디레이팅을 제한하는 개념을 나타낸 블록도이다. 도시한 구성에서, 상기 디레이팅 조정부(270)는, 운전자 의지 판단에 따라 일체 또는 일부 조건에서의 디레이팅을 해제할 수 있다.
적극적인 주행에 대한 운전자의 의지 판단 방안으로서, 쓰로틀 핸들에 대한 2단 조작(2번의 연속된 반복 당김)을 적극적 주행 의지로 판단할 수 있다. 또는, 적극적 주행의 의사 표시를 위한 운전자 전용 입력 수단(예: 버튼)에 대한 조작 여부로 운전자의 가속 의지를 판단할 수 있다. 적극적 주행의 의사 표시(가속 의지)를 판단한 경우, 일체 또는 일부 조건에서의 디레이팅을 해제할 수 있다.
정리하자면, 상기 디레이팅 조정부(270)는, 운전자로부터 가속 의지를 표시한 조작 정보가 입력되면, 상기 함수 라인에 대한 일체 또는 일부 조건에서의 디레이팅을 수행하지 않을 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동 차량의 운행 제어 방법을 도시한 흐름도이다.
도시한 전동 차량의 운행 제어 방법은, 상기 전동 차량의 쓰로틀 개도와 출력 토크량의 함수 라인을 생성하는 단계(S120); 상기 전동 차량의 운행에 대한 파라미터들 및 운전자의 상기 전동 차량에 대한 조작 정보를 수집하는 단계(S142, S144); 상기 수집된 정보들에 따라, 전체 기울기, 평균 기울기, 상한 및 하한 중 적어도 하나 이상에 대하여 상기 함수 라인을 조정하는 단계(S160); 및 운전자에 조작에 따른 쓰로틀 개도를 상기 조정된 함수 라인에 적용하여 구해진 출력 토크량으로 상기 전동 차량의 구동 모터를 제어하는 단계(S180)를 포함할 수 있다.
상기 함수 라인을 생성하는 단계(S120)는, 도 1의 모터 제어 수단(260)이 누적 수집된 해당 차량의 운행 파라미터들로부터 운행 패턴을 분석하여, 상기 함수 라인을 작성한 후 저장부(280)에 기록하는 방식으로 수행될 수 있다. 또는, 외부의 본 발명의 사상에 따른 운행 제어 방법의 지원 서버로부터, 해당 차량의 함수 라인을 전송받아, 도 1의 저장부(280)에 저장하는 방식으로 수행될 수 있다.
도시한 운행에 대한 파라미터들을 수집하는 단계(S142)는, 도 1의 운행 정보 수집부(216)에 의해 수행될 수 있으며, 도시한 운전자 조작 정보를 수집하는 단계(S144)는, 도 1의 조작 정보 수집부(215)에 의해 수행될 수 있다.
상기 함수 라인을 조정하는 단계(S160)는 도 1의 디레이팅 조정부(270)에 의해 수행될 수 있으며, 상술한 상기 디레이팅 조정부(270)의 다양한 조건들을 반영한 디레이팅을 수행할 수 있다.
이에 따라, 예컨대, 상기 함수 라인을 조정하는 단계(S160)에서는, 상기 전동 차량의 현재 경사도가 기준각도 이상이고, 소정의 기준 속도 이하이면, 상기 함수 라인에 대한 일체의 디레이팅을 수행하지 않거나, 상기 함수 라인에 대하여 하한을 적용할 수 있다.
예컨대, 상기 함수 라인을 조정하는 단계(S160)에서는, 상기 배터리의 충전량이 기준값 이하이면, 상기 함수 라인의 전체 또는 평균 기울기를 낮추거나, 상한을 적용할 수 있다. 이를 위해 도시한 바와 같이, 배터리 운영 및 상태에 대한 정보를 수집하는 단계(S146)를 상기 운행에 대한 파라미터들/조작 정보를 수집하는 단계(S142, S144)와 병행하여 수행할 수 있다.
예컨대, 상기 함수 라인을 조정하는 단계(S160)에서는, 주행 중인 도로가 정체 중이라고 판단되면, 상기 함수 라인에 대하여 상한을 적용하거나, 전체/평균 기울기를 낮출 수 있다.
예컨대, 상기 함수 라인을 조정하는 단계(S160)에서는, 운전자로부터 가속 의지를 표시한 조작 정보가 입력되면, 상기 함수 라인에 대한 일체 또는 일부 조건들에 의한 디레이팅을 수행하지 않을 수 있다.
도시한 함수 라인으로 구동 모터를 제어하는 단계(S180)는, 도 1의 조작 정보 수집부(215)로부터 스토틀 개도를 입력받아서, 도 1의 모터 제어 수단(260)에서 상기 입력받은 쓰로틀 개도를 상기 디레이팅된 함수 라인에 적용하여 출력 토크값(%)을 구하고, 구해진 출력 토크값(%)을 MCU(300)로 지시하는 방식으로 수행될 수 있다.
본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있으므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (15)

  1. 전동 차량의 운행에 대한 파라미터들을 수집하는 운행 정보 수집부;
    배터리 운영 및 상태에 대한 정보를 수집하는 배터리 정보 수집부;
    운전자의 상기 전동 차량에 대한 조작 정보를 수집하는 조작 정보 수집부;
    수집된 상기 운전자로의 조작 정보에 따라 상기 전동 차량의 구동 모터를 구동시키는 모터 제어 수단; 및
    상기 수집된 정보들에 따라, 쓰로틀 개도 대비 상기 구동 모터의 동력량의 비율을 저하시키는 디레이팅을 수행하는 디레이팅 조정부;를 포함하는 전동 차량의 운행 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 모터 제어 수단은, 상기 전동 차량의 쓰로틀 개도와, 출력 토크량, 모터 인가 전류량, 모터 인가 전력량, 인버터 인가 전류량 및 인버터 인가 전력량 중 적어도 하나의 함수 라인에 따라 상기 구동 모터의 출력을 제어하고,
    상기 디레이팅 조정부는,
    상기 수집된 정보들에 따라, 상기 함수 라인의 전체 기울기, 평균 기울기, 상한 및 하한 중 적어도 하나 이상을 조정하는 전동 차량의 운행 제어 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 디레이팅 조정부는,
    상기 배터리의 충전량이 기준값 이하이면, 상기 함수 라인의 전체 또는 평균 기울기를 낮추거나, 상한을 적용하는 전동 차량의 운행 제어 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 디레이팅 조정부는,
    상기 전동 차량의 현재 경사도가 기준각도 이상이고, 소정의 기준 속도 이하이면, 상기 함수 라인에 대한 일체의 디레이팅을 수행하지 않거나, 상기 함수 라인에 대하여 하한을 적용하는 전동 차량의 운행 제어 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 디레이팅 조정부는,
    상기 차량의 가속 및 제동이 단기간에 반복되는 것으로 판단하면, 상기 함수 라인에 대하여 상한을 적용하거나, 전체 또는 평균 기울기를 낮추는 전동 차량의 운행 제어 장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 디레이팅 조정부는,
    운전자로부터 가속 의지를 표시한 조작 정보가 입력되면, 상기 함수 라인에 대한 일체의 디레이팅을 수행하지 않는 전동 차량의 운행 제어 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 디레이팅 조정부는,
    상기 구동 모터의 동력량을 제어하기 위해, 배터리 출력 전력을 떨어뜨리거나, 구동 모터나 인버터로 인가되는 전력을 떨어뜨리거나, 인버터 구동 PWM의 유효 펄스폭을 줄이는 전동 차량의 운행 제어 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 전동 차량의 운행 상황에 따라 배터리 출력량을 조정하는 배터리 제어 수단을 더 포함하는 전동 차량의 운행 제어 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 배터리 제어 수단은, 상기 전동 차량의 BMS에 제어 지시를 전송하고,
    상기 모터 제어 수단은, 상기 전동 차량의 MCU에 제어 지시를 전송하는 전동 차량의 운행 제어 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    현재 주행 중인 도로 또는 예정된 운전 경로 상 다음 경로의 교통 상황에 대한 정보를 수집하는 교통정보 수집부를 더 포함하는 전동 차량의 운행 제어 장치.
  11. 상기 전동 차량의 쓰로틀 개도와 출력 토크량의 함수 라인을 생성하는 단계;
    상기 전동 차량의 운행에 대한 파라미터들 및 운전자의 상기 전동 차량에 대한 조작 정보를 수집하는 단계;
    상기 수집된 정보들에 따라, 전체 기울기, 평균 기울기, 상한 및 하한 중 적어도 하나 이상에 대하여 상기 함수 라인을 조정하는 단계; 및
    운전자에 조작에 따른 쓰로틀 개도를 상기 조정된 함수 라인에 적용하여 구해진 출력 토크량으로 상기 전동 차량의 구동 모터를 제어하는 단계;를 포함하는 전동 차량의 운행 제어 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 함수 라인을 조정하는 단계에서는,
    상기 전동 차량의 현재 경사도가 기준각도 이상이고, 소정의 기준 속도 이하이면,
    상기 함수 라인에 대한 일체의 디레이팅을 수행하지 않거나, 상기 함수 라인에 대하여 하한을 적용하는 전동 차량의 운행 제어 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    배터리 운영 및 상태에 대한 정보를 수집하는 단계를 더 포함하고,
    상기 함수 라인을 조정하는 단계에서는,
    상기 배터리의 충전량이 기준값 이하이면, 상기 함수 라인의 전체 또는 평균 기울기를 낮추거나, 상한을 적용하는 전동 차량의 운행 제어 방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 함수 라인을 조정하는 단계에서는,
    주행 중인 도로가 정체 중이라고 판단되면, 상기 함수 라인의 전체 또는 평균 기울기를 낮추거나, 상한을 적용하는 전동 차량의 운행 제어 방법.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 함수 라인을 조정하는 단계에서는,
    운전자로부터 가속 의지를 표시한 조작 정보가 입력되면, 상기 함수 라인에 대한 디레이팅을 수행하지 않는 전동 차량의 운행 제어 방법.
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