KR100820489B1 - 자동차용 회생제동 고장시 회생제동량 보정방법 - Google Patents

자동차용 회생제동 고장시 회생제동량 보정방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자동차용 회생제동 고장시 회생제동량 보정방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전자식 브레이크시스템과 주행제어기(HCU) 간에 캔통신 장애 등으로 인해 회생제동 관련 고장시 종래의 경우 회생제동량은 항상 감소하여 배터리 충전량이 제한되는 단점을 개선하기 위해, 본 발명의 경우 고장시 제동량을 반영하여 회생제동량을 차량상태에 따라 늘리거나 줄일 수 있어 배터리 충전전략에 유리하며 연비를 향상시킬 수 있도록 한 자동차용 회생제동 고장시 회생제동량 보정방법에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 회생제동의 진입여부를 판단하는 단계와; 상기 단계에서 회생제동의 진입상태인 것으로 판단된 경우에 주행제어기(이하,HCU)와 전자식 브레이크 시스템(이하,EBS)이 회생제동제어량을 기억하는 단계와; 상기 HCU 및 EBS가 회생제동관련 고장시 고장진단용 제동량을 계산하는 단계와; 상기 HCU 및 EBS가 회생제동관련 고장 직전에 계산된 정상적인 회생제동제어량과 고장진단용 제동량의 차이를 학습하여 기억하는 단계와; 상기 고장진단용 제동량에 제동학습값(정상과 고장 차이값)을 보정하여 회생제어하는 단계와; 상기 HCU 및 EBS가 개별적으로 회생제동제어하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동차용 회생제동 고장시 회생제동량 보정방법을 제공한다.
회생제동, 전자식 브레이크 시스템(EBS), 주행제어기(HCU)

Description

자동차용 회생제동 고장시 회생제동량 보정방법{Compensation method for amount of regenerative braking when regenerative braking of vehicle is out of order}
도 1은 본 발명에 따른 하이브리드 차량용 회생제동의 일실시예를 나타내는 블럭도이고,
도 2는 본 발명에 따른 전자식 브레이크 시스템과 주행제어기 간의 제어흐름을 나타내는 도면이고,
도 3은 본 발명에 따른 EBS의 회생제동 관련 고장시 유압제어량 계산방법을 설명하기위한 도면이고,
도 4는 본 발명에 따른 HCU의 회생제동 관련 고장시 회생제동량 계산방법을 설명하기 위한 도면이고,
도 5는 본 발명에 따른 회생제동량 보정방법의 일실시예를 나타내는 순서도이다.
본 발명은 자동차용 회생제동 고장시 회생제동량 보정방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전자식 브레이크시스템과 주행제어기(HCU) 간에 캔통신 장애 등으로 인해 회생제동 관련 고장시 종래의 경우 회생제동량은 항상 감소하여 배터리 충전량이 제한되는 단점을 개선하기 위해, 본 발명의 경우 고장시 제동량을 반영하여 회생제동량을 차량상태에 따라 늘리거나 줄일 수 있어 배터리 충전전략에 유리하며 연비를 향상시킬 수 있도록 한 자동차용 회생제동 고장시 회생제동량 보정방법에 관한 것이다.
통상, 전기자동차는 배터리(battery)에 저장된 전기에너지를 이용하여 모터(motor)를 구동하고, 모터의 구동력을 전체 또는 일부 동력원으로 사용하는 자동차를 의미한다.
현재, 전기자동차는 배터리의 전기에너지만을 동력원으로 사용하는 순수 전기자동차(pure electric vehicle)와, 내연기관 엔진을 구비하여 엔진에서 발생되는 동력을 배터리의 충전 및/또는 자동차의 구동에 사용하는 하이브리드 전기자동차(HEV: Hybrid Electric Vehicle)로 구분된다.
본원 명세서에서, 전기자동차의 용어는 좁은 의미로 하이브리드 전기자동차와 구별되는 순수한 전기자동차만을 의미하기도 하지만, 순수 전기자동차와 하이브리드 전기자동차를 포괄하는 넓은 의미로 사용되며, 하나 이상의 배터리가 구비되고 그 배터리에 저장된 전기에너지가 자동차의 구동력으로 사용되는 임의의 자동차를 지칭하는 의미로 사용된다.
즉, 전기적 모터에 의해서 차량을 주 또는 보조동력으로 구동시키는 차량에 있어서, 통상 전기자동차나 하이브리드 자동차를 전기자동차라 하며, 구동모터는 차량을 구동시키는 목적 이외에 차량 감속시 회생제동을 함으로써, 운동 에너지를 회수하여 저장하는 역할을 하게 된다.
보통, 전기자동차는 제동(braking)시에 제동력의 일부를 발전에 사용하고, 발전된 전기에너지를 배터리의 충전에 사용하는 바, 자동차의 주행속도에 의한 운동에너지(kinetic energy)의 일부를 발전기의 구동에 필요한 에너지로 사용함으로써, 운동에너지의 저감(즉, 주행속도의 감소)과 전기에너지의 발전을 동시에 구현된다.
이러한 방식의 제동방법을 회생제동(regenerative braking)이라고 한다.
상기 회생제동시 전기에너지의 생성은 별도의 발전기 혹은 상기 모터를 역구동함으로써 이루어질 수 있다.
전기자동차의 제동시 회생제동(regenerative braking) 제어에 의하여 전기자동차의 주행거리를 향상시킬 수 있고, 하이브리드 전기자동차의 경우에는 연비를 향상함과 아울러, 유해 배기가스의 배출을 줄일 수 있다.
한편, 유압에 의해 제동력을 일으키는 유압제동시스템(hydraulic brake system)이 전기자동차에서도 갖추어져 있는데, 이는 회생제동력만으로는 충분한 제동효과를 얻을 수 없는 경우가 있으며, 또한 회생제동력은 모터와 연결된 구동륜에서만 발생되므로 구동륜만의 제동으로는 바람직한 차량거동제어(vehicle dynamics control)가 얻어질 수 없기 때문이다.
정상상태에서는 회생제동중 운전자가 원하는 제동력(브레이크 페달 조작)은 유압제동토크과 회생제동토크의 합으로 이루어지는 바, 디스크와 패드의 마찰력에 의한 열에너지를 발생시키는 유압제동력은 모터, 배터리 등의 한계로 인해 원하는 회생제동력을 얻지 못하게 될 때, 그 차이 만큼의 제동력을 채워주게 되고, 상기 회생제동력은 주행용 구동모터 감속시에 발전기로 동작시켜 제동력을 만들어내는 동시에 이때 발생되는 전력이 배터리에 저장되어진다.
대개, 전기자동차의 모터가 발전기 역할을 하면서 차량 전체에 제동력을 만들어내게 되는데 만약 일반브레이크(기존 유압식 브레이크 등) 장치와 연동되어, 제동력 제어가 이루어지지 않는다면 운전자는 제동을 할 때, 회생제동의 의한 제동력 만큼의 감속도를 추가로 느끼게 되어 원하는 제동감을 얻지 못하고, 모터 발전이 이루어질 때는 항상 차량이 급제동되는 느낌을 받을 것이다.
이를 방지하기 위하여 모터의 회생제동을 담당하는 회생제동토크 제어기와 브레이크 장치의 유압제동토크 제어기간의 제동력 협조 제어가 필요하다.
그러나, 정상상태에서 회생제동토크 제어기와 마찰제동을 하는 유압제동토크 제어기간의 데이타 통신에 이상에 생겨 실패(오류, 단락 등)된 경우, 유압제동토크는 급속하게 증가하는 동시에 회생제동토크가 거의 제로 수준으로 급격히 떨어지게 되어, 제동력 감소 내지 제동감이 크게 떨어지게 된다.
이러한 점을 감안하여, 미국특허 6,086,166에는 회생제동토크 제어기와 마찰제동 토크 제어기를 갖는 제동토크 제어 시스템이 개시되어 있는 바, 이 제어 시스템은 회생제동토크 제어기와 마찰제동을 하는 유압제동토크 제어기간의 데이타 통 신에 이상이 생겨 실패된 경우, 전체 제동토크를 제어하되, 목표로 하는 회생제동토크를 감소시키는 제어가 이루어지도록 한 점에 특징이 있다.
즉, 미국특허 6,086,166에는 회생제동토크 제어기와 마찰제동을 하는 유압제동토크 제어기간의 데이타 캔 통신에 이상이 생겨 실패(오류, 단락 등)된 경우, 제동력 감소 내지 제동감 변화를 방지하는 효과를 얻기 위해 모터에서 발생되고 있는 회생제동토크를 제동종료시점까지 점진적으로 줄이고, 유압제동토크를 제동종료시점까지 점진적으로 증가시키는 제어 기술이 개시되어 있다.
그러나, 캔 통신의 실패시, 회생제동토크를 줄여줌에 따라 모터 발전에 의한 에너지 회수율이 떨어지는 단점이 있고, 현실적으로 회생제동토크와 유압제동토크의 감소 내지 증가분을 정확하게 일치시키는 유압 제어가 불가하여, 결국 회생제동토크 및 유압제동토크의 변동에 의하여 제동감의 변동이 발생하게 되는 단점이 있다.
한편, 종래의 회생제동과 관련된 기술로서, 일본공개특허 평11-004503에는 회생제동장치와 마찰제동장치와의 정보교환에 이상이 생긴 경우, 회생제동장치의 회생제동토크를 감소시키는 구조가 개시되어 있다.
한국공개특허 2002-0091799에는 제동조작시 안티스키드 제어가 개시될 우려가 높으면 목표회생제동력이 감소되고 목표마찰제동력이 증가하며, 안티스키드제어가 시작되면 목표회생제동력을 0으로 하는 제동력 제어장치가 개시되어 있다.
일본공개특허 평07-149209에는 회생장치에 이상이 생긴 경우, 회생장치와 구동계를 연결하는 클러치를 단속하여 회생장치의 이상을 경보하는 장치가 개시되어 있다.
일본공개특허 2000-156901에는 배터리의 잔존용량과 모터의 운전상태등에 따라 회생가능량을 정기적으로 산출하여 브레이크 조작시 브레이크토크와 회생가능량으로부터 모터의 회생토크를 설정하여 브레이크와 모터를 제어하는 구조가 개시되어 있다.
그러나, 캔 통신의 실패시 또는 회생제어가 어려운 고장 발생시 종래 기술의 경우에 회생제동량이 항상 감소하여 배터리 충전량이 제한되는 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 회생제동 중에 캔통신 장애 등의 고장으로 인해 회생제어가 중지되어야 하므로, 고장시 제동량에 고장 직전에 계산된 정상시 회생제동제어량과 고장시 제동량의 차이를 보정함으로써, 회생제동량을 차량상태에 따라 늘리거나 줄일 수 있어 배터리 충전전략에 유리하며 연비를 향상시킬 수 있도록 한 자동차용 회생제동 고장시 회생제동량 보정방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 자동차용 회생제동 고장시 회생제동량 보정방법에 있어서,
회생제동의 진입여부를 판단하는 단계와; 상기 단계에서 회생제동의 진입상태인 것으로 판단된 경우에 주행제어기(이하,HCU)와 전자식 브레이크 시스템(이하,EBS)이 회생제동제어량을 기억하는 단계와; 상기 HCU 및 EBS가 회생제동관련 고장시 고장진단용 제동량을 계산하는 단계와; 상기 HCU 및 EBS가 회생제동관련 고장 직전에 계산된 정상적인 회생제동제어량과 고장진단용 제동량의 차이를 학습하여 기억하는 단계와; 상기 고장진단용 제동량에 제동학습값(정상과 고장 차이값)을 보정하여 회생제어하는 단계와; 상기 HCU 및 EBS가 각각 따로 회생제동제어하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
바람직한 구현예로서, 상기 EBS에 의해 계산된 고장진단용 제동량은 브레이크 스트로크 깊이+브레이크 스트로크 깊이의 지속시간(초)÷10초×100인 것을 특징으로 한다.
더욱 바람직한 구현예로서, 상기 HCU에 의해 계산된 고장진단용 제동량은 브레이크 스위치 온 시간인 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명한다.
본 발명은 회생제동 중 고장발생시 전자식 브레이크 시스템(Electrical Brake System;이하 EBS 라고함)과 주행 제어기(Hybrid Control System;이하,HCU라고 함)간의 회생제동량을 결정할 수 있도록 한 점에 주안점이 있다.
상기 HCU와 EBS 간 통신 페일(FAIL) 또는 회생 제어가 어려운 고장 발생시 회생제어가 중지되어야 한다.
먼저, 회생제동 진입여부를 판단한다(S101).
1.회생제동 미진입 상태 : 상기 회생제어관련 고장 여부를 판단한 후(S102), 고장시 회생제동을 금지하고 회생제동으로 진입하지 않는다. 그러나, IGN OFF에서 ON 후 정상작동하는 것으로 판정된 다음에는 회생제동으로 진입할 수 있다.
2. 회생제동 진입 상태 : 고장 시 회생제동을 금지하는 경우이다.
1) 정상 시 EBS 및 HCU가 최종적으로 확인한 회생제동량을 기억하고 있다가(S103), 상기 회생제어관련 고장여부를 판단하여(S104) 고장시 회생제동량을 EBS 및 HCU가 각각 따로 계산한다(S105).
2) 차량 정지 후에는 회생제동으로 진입하지 않는다.
상기 EBS는 차속, 브레이크 스트로크 및 브레이크 유압을 입력받아 브레이크를 유압제어한다.
상기 HCU는 발전기 구동 가능 및 발전기 구동불가 고장여부, 엔진/모터/발전기 최대토크, 엔진/모터/발전기 효율, 엔진/모터/발전기 회전수, 배터리 최대파워, 배터리 전압 및 전류, 배터리 충전상태, 차속, 브레이크 스위치 등을 입력받아 엔진/모터/발전기에 토크 및 속도를 제어한다.
또한, 상기 EBS는 HCU에게 캔통신을 통해 회생제동요청량을 지령하고, 상기 HCU는 EBS에게 회생제동제어량을 지령한다.
상기 EBS 회생제동과 관련하여 고장 발생시 유압 제어량 계산 방법은 다음과 같다.
상기 회생제동과 관련한 고장의 종류는 HCU CAN 고장, EBS CAN 고장, ABS 고장 등이며, EBS에서 감지한다. 이때, 상기 EBS는 캔통신을 통해 일정시간 회생제동제어량 신호를 입력받지 못하는 경우에 고장을 감지한다.
상기 EBS 및 HCU의 회생관련 고장시 개별적인 회생제동제어량의 계산방법을 설명하면 다음과 같다.
1) EBS의 회생제동량 계산방법
도 3에 도시한 바와 같이 테이블 1은 제동량이 0일 때, 차속에 관계없이 제동량이 0이고, 제동량이 0보다 크게 됨에 따라 제동량의 50%까지 회생제동제어량이 증가하다가 다시 감소하고, 차속이 클수록 회생제동제어량이 증가한다.
상기 EBS는 휠 스피드와 브레이크 스토로크값을 입력받아 항상 총제동량을 계산하고, 유압제어량은 상기 총제동량에서 회생제동제어량을 뺀 값이다. 이때, 상기 회생제동제어량은 HCU에서 계산된 값이다.
전술한 바와 같이 정상작동시 유압제어량은 EBS의 총제동량에서 HCU의 회생제동제어량을 그대로 빼준 값으로 제어한다.
회생관련 고장발생시에는 회생제동제어량은 HCU에서 계산된 값이 아니라 EBS에서 계산된다.
상기 EBS에서 계산된 회생제동제어량은 회생제동 고장변환부에 의해 계산되고, 회생제동 고장변환부는 HCU에서 계산된 회생제동제어량(+)와 테이블 1 값(-)의 차이를 말한다.
상기 테이블 1은 차속에 따라 고장진단용 제동량이 변한다. 상기 고장진단용 제동량은 EBS에서 브레이크 스트로크의 깊이를 백분율로 계산한 값에 상기 3% 이상의 브레이크 스트로크 깊이로 일정시간동안 브레이크를 밟는가를 백분율로 나타낸 값을 합한 것이다.
즉, 초기 브레이크 스트로크의 깊이는 순간적인 변화량이고, 상기 초기 브레이크 스트로크 깊이에 추가되는 값은 브레이크 스트로크 깊이×브레이크 지속시간(초)÷10초×100이다.
따라서, 상기 고장진단용 제동량은 브레이크 스트로크 깊이+브레이크 스트로크 깊이의 지속시간(초)÷10초×100이다.
예를 들어 회생제동 고장발생시 HCU에서 계산된 회생제동제어량이 24이고 테이블 1에서 고장진단용 제동량이 17이라고 할때 일정한 차속에서 회생제동 고장변환부는 7이다.
상기 EBS에서 계산된 회생제동제어량은 7이되고, 상기 고장시 유압제어량은 EBS에서 계산된 총제동량에서 상기 EBS에서 계산된 회생제동제어량을 뺀 값이다.
2) HCU의 회생제동량 계산방법
도 4에 도시한 바와 같이 테이블 2는 테이블 1과 데이타가 유사하며 제동량 계산방법이 차이가 있을 뿐이고, 제동량이 0일 때 차속에 관계없이 회생량이 0이고, 제동량이 0이상이 됨에 따라 제동량의 50%까지 증가하다가 다시 감소한다.
이때, 차속이 클수록 회생제동제어량이 증가한다.
따라서, HCU의 회생제동량 계산방법에서 고장진단용 제동량은 브레이크 스위치 온 시간이다.
이와 같은 구성에 의한 본 발명에 따른 회생제동 고장시 회생제동제어량 보정방법은 다음과 같다.
1) 회생제동 진입 상태인가 미진입 상태인가를 판단한다(S101).
2) 상기 단계에서 회생제동 진입상태에서 정상작동하는 경우에는 HCU, EBS에 서 회생제동제어량을 기억한다(S103). 이때, 미진입 상태에서는 회생제동량은 0이다.
3) 상기 회생제어관련 고장여부를 판단한다(S104).
4) HCU의 경우 브레이크 스위치 온 시간으로 고장진단용 제동량을 계산하고, EBS의 경우 브레이크 스트로크 깊이+브레이크 스트로크 깊이의 지속시간(초)÷10초×100으로 고장진단용 제동량을 계산한다(S105).
5) 상기 고장순간 바로직전에 계산된 정상적인 상황에서의 회생제동제어량과 고장진단용 제동량의 차이를 학습하여 기억한다(S106).
6) 상기 고장진단용 제동량에 상기 단계에서 구한 회생제동제어량과 고장진단용 제동량의 차이 값만큼을 더하여 회생제어 한다(S107).
이와 같은 순서에 의해 상기 EBS 및 HCU는 고장시 각각 따로 회생제동제어를 하게 된다(S108).
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.
이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 자동차용 회생제동 고장시 회생제동량 보정방법에 의하면, 캔통신 등의 장애로 회생제동 관련하여 고장시 EBS 및 HCU가 각각 따로 회생제동량을 제어하되, 고장 순간 바로 직전에 계산된 정상시의 회생제동제어량과 고장시 제동량의 차이만큼을 고장시 제동량에 보정함으로써, 고장시 제동량을 반영하여 늘리거나 줄일 수 있어 배터리 충전전략에 유리하며 연비 상승에도 기여할 수 있다.

Claims (3)

  1. 자동차용 회생제동 고장시 회생제동량 보정방법에 있어서,
    회생제동의 진입여부를 판단하는 단계와;
    상기 단계에서 회생제동의 진입상태인 것으로 판단된 경우에 주행제어기(이하,HCU)와 전자식 브레이크 시스템(이하,EBS)이 회생제동제어량을 기억하는 단계와;
    상기 HCU 및 EBS가 회생제동관련 고장시 고장진단용 제동량을 계산하는 단계와;
    상기 HCU 및 EBS가 회생제동관련 고장 직전에 계산된 정상적인 회생제동제어량과 고장진단용 제동량의 차이를 학습하여 기억하는 단계와;
    상기 고장진단용 제동량에 제동학습값(정상적인 회생제동제어량과 고장진단용 제동량의 차이값)을 보정하여 회생제어하는 단계와;
    상기 HCU 및 EBS가 각각 따로 회생제동제어하는 단계;
    를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동차용 회생제동 고장시 회생제동량 보정방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 EBS에 의해 계산된 고장진단용 제동량은 브레이크 스트로크 깊이+브레이크 스트로크 깊이의 지속시간(초)÷10초×100인 것을 특징으로 하는 자동차용 회생제동 고장시 회생제동량 보정방법.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 HCU에 의해 계산된 고장진단용 제동량은 브레이크 스위치 온 시간인 것을 특징으로 하는 자동차용 회생제동 고장시 회생제동량 보정방법.
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