KR101305260B1 - 회생제동력 배분 제어 기능을 갖는 전기구동식 다목적 운반차량 및 그 회생제동력 배분 제어방법 - Google Patents

회생제동력 배분 제어 기능을 갖는 전기구동식 다목적 운반차량 및 그 회생제동력 배분 제어방법 Download PDF

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Abstract

회생제동력 배분 제어 기능을 갖는 전기구동식 다목적 운반차량 및 그 전기구동식 다목적 운반차량의 회생제동력 배분 제어방법이 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따른 다목적 운반차량은, 전기에너지를 동력원으로 모터를 구동하여 움직이는 다목적 운반차량이며, 모터의 출력 및 회생 제어를 위한 콘트롤러와, 모터 구동 중 회생제동 상태임을 감지하는 회생감지수단과, 회생제동 상태에서 발생하는 회생 전력량을 측정하기 위한 전력 측정기와, 노면 조건에 따라 주행모드를 2륜에서 4륜, 4륜에서 2륜으로 자동 절환하는 동력절환장치를 포함하며, 주행 중 상기 회생감지수단을 통해 회생제동이 감지되면, 상기 콘트롤러 제어에 의해 동력절환장치가 동작하여 4륜 주행모드로 절환될 수 있도록 된 것을 구성의 요지로 한다.

Description

회생제동력 배분 제어 기능을 갖는 전기구동식 다목적 운반차량 및 그 회생제동력 배분 제어방법{Electric driving type Multi-purpose Utility vehicle with regenerative brake force distribute function and regenerative brake force distribute control method}
본 발명은 전기구동식 다목적 운반차량에 관한 것으로, 상세하게는 주행 중 회생제동이 발생했을 때 그 회생제동력을 모든 차륜에 고르게 분산 전달시키기 위한 회생제동력 배분 제어 기능을 갖는 전기구동식 다목적 운반차량 및 그 회생제동력 배분 제어방법에 관한 것이다.
유통, 건설, 레져, 농용 등 폭넓은 분야에서 다목적 운반차량 Utility vehicle, UTV)이 최근 널리 이용되고 있다. 특히 이 다목적 운반차량은 험로주행에 유리한 구조로 되어 있기 때문에, 건설현장 또는 농업현장에서 흙이나 작물을 싣고 운반하거나 여러 가지 작업에 필요한 도구 등을 싣고 나르기 위한 운반수단으로 주로 이용된다.
최근에는 기계식 엔진을 장착하던 종래와는 달리 배기가스가 전혀 발생되지 않고 소음이 극히 적어 친환경을 구현할 수 있는 전기구동방식의 다목적 운반차량에 대한 연구 및 개발이 진행되고 있다. 전기구동식은 기본적으로, 구동력을 발생을 위한 모터와, 에너지원인 배터리와, 모터와 배터리 제어를 위한 각종 제어부품 및 그 외 주변부품 등을 포함하여 구성된다.
위와 같은 전기차량은 가속페달 조작변위에 따라 비례하여 달라지는 모터의 출력 조절에 의해 주행속도가 달라지며, 주행도중 제동을 위해 가속페달에서 발을 떼는 순간 주행 중에 있는 차량의 운동에너지에 의해 반대로 모터가 회전하게 된다. 이때 차량의 운동에너지에 의해 모터가 회전할 경우 발생하는 역 기전력을 사용 가능한 에너지로 저장하는 것을 회생이라 하고 이 경우 발생하는 저항을 제동력으로 이용하는 것을 회생제동이라 한다.
그러나 위와 같이 회생과정에서 발생하는 저항을 제동력으로 이용하는 경우, 차량 제동과정에서 구동륜(전륜 구동 차량의 경우 전륜, 후륜 구동 차량의 경우 후륜)과 종동륜 간에는 제동력 편차가 발생될 수 밖에 없다. 즉, 차량 제동 시 모터와 직결된 구동륜에는 기계식 제동력과 회생 제동력이 동시에 작용하는 것에 반해, 상기 종동륜에는 기계식 제동력 만이 작용하기 때문이다.
차륜에 제동력 편차가 발생하면 제동 중 차량에 울컥거림이 발생하거나 의도치 않게 차량이 한 쪽으로 쏠리는 것과 같은 편제동이 발생하는 등 전반적인 제동 안정성 및 승차감이 떨어진다. 이와 같은 제동력 편차를 극복하기 위해, 구동륜과 종동륜에 각각 다른 제어시스템을 구축하여 제동력 차이가 보상될 수 있도록 하고 있으나, 제어시스템을 적용하게 되면 제동장치 구성이 너무 복잡해지고 단가가 상승하는 문제가 있다.
한국공개특허 10-2011-0108919 (공개일 2011.10. 06)
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 제동력 보상을 위한 복잡한 제어시스템을 적용하지 않고도 회생제동 시 구동륜과 종동륜 간 제동력 차이를 극복할 수 있는 회생제동력 배분 제어 기능을 갖는 전기구동식 다목적 운반차량 및 그 회생제동력 배분 제어방법을 제공하고자 하는 것이다.
과제 해결을 위한 수단으로서 본 발명은, 전기에너지를 동력원으로 모터를 구동하여 움직이는 다목적 운반차량이며, 모터의 출력 및 회생 제어를 위한 콘트롤러와, 모터 구동 중 회생제동 상태임을 감지하는 회생감지수단과, 회생제동 상태에서 발생하는 회생 전력량을 측정하기 위한 전력 측정기와, 노면 조건에 따라 주행모드를 2륜에서 4륜, 4륜에서 2륜으로 자동 절환하는 동력절환장치를 포함하며, 주행 중 상기 회생감지수단을 통해 회생제동이 감지되면, 상기 콘트롤러의 제어에 의해 동력절환장치가 동작하여 4륜 주행모드로 절환되는 것을 특징으로 하는 회생제동력 배분 제어 기능을 갖는 전기구동식 다목적 운반차량을 제공한다.
본 실시예에서 상기 회생감지수단은 회생제동 시 발생하는 모터의 역 기전력(유도 기전력)에 의해 동작하는 역 기전력 계전기일 수 있다.
그리고, 상기 동력절환장치는, 모터 출력축에 동력전달 가능하게 연결된 입력축과, 상기 입력축에 동력전달 가능하게 연결된 후륜 구동축과, 상기 후륜 구동축에 동력전달 가능하게 연결되어 상시 회전하는 중간축과, 상기 중간축 상에 마련되는 절환 클러치와, 상기 절환 클러치를 매개로 상기 중간축과 선택적으로 동력 접속 가능하게 연결되는 전륜 구동축 및, 상기 입력축, 후륜 구동축, 중간축, 절환 클러치, 전륜 구동축이 보호될 수 있는 밀폐된 공간을 제공하는 케이스로 이루어진 구성일 수 있다.
여기서, 레버를 통한 수동조작 및 콘트롤러 제어를 따르는 절환모터에 의해 자동으로 동력접속과 차단이 행해질 수 있는 구성의 동기 치합식 변속기 구조일 수 있다.
과제 해결을 위한 다른 수단으로서 본 발명은, (a) 주행 중 현재 주행모드를 판단하는 단계; (b) 주행 중 회생제동을 감지하는 단계; (c) 주행 중 회생제동이 감지되었으며 현재의 주행모드가 2륜 주행모드인 경우 콘트롤러를 통한 동력절환장치 제어를 통해 4륜 주행모드로 절환시키는 단계;를 포함하는 전기구동식 다목적 운반차량의 회생제동력 배분 제어방법을 제공한다.
이때, 상기 회생제동을 감지하는 단계에서는, 회생제동 시 발생하는 모터의 역 기전력(유도 기전력)을 이용하여 감지할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 주행 중 회생제동이 발생하면 4륜 주행모드로 전환될 수 있고, 따라서 그 회생제동력이 전륜과 후륜에 고르게 분산 전달될 수 있다. 이에 따라, 제동력 보상을 위한 종래와 같은 복잡한 제어시스템을 적용하지 않고도 회생제동 시 구동륜과 종동륜 사이의 제동력 차이를 극복할 수 있는 차량 구현이 가능하고, 복잡한 제어시스템 배제로 인해 제작단가 또한 낮출 수 있어 경제성 측면에 유리한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 회생제동력 배분 제어 기능을 갖는 전기구동식 다목적 운반차량의 사시도.
도 2는 도 1에 나타난 다목적 운반차량의 전체적인 구성을 개략적으로 보인 평면 개략도.
도 3은 본 발명에 따른 전기구동식 다목적 운반차량의 주요 구성을 개략적으로 나타낸 블록 구성도.
도 4는 도 2에 도시된 동력절환장치의 구성을 보다 구체적으로 보이기 위한 확대 단면도.
도 5는 회생제동력 배분 제어 기능 구현을 위한 제어로직.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어 공지된 구성에 대해서는 그 상세한 설명은 생략하며, 또한 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 소지가 있는 구성에 대해서도 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 회생제동력 배분 제어 기능을 갖는 전기구동식 다목적 운반차량의 사시도이며, 도 2는 도 1에 나타난 다목적 운반차량의 전체적인 구성을 개략적으로 보인 평면 개략도이다. 그리고 도 3은 본 발명에 따른 전기구동식 다목적 운반차량의 주요 구성을 개략적으로 나타낸 블록 구성도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전기구동식 다목적 운반차량은, 배터리 팩에서 제공되는 전기에너지를 동력원으로 하여 차량 주행을 위한 동력을 출력하는 모터(3)와, 이 모터(3)에서 출력된 동력이 노면 조건에 따라 전륜(FW) 또는 후륜(RW) 어느 한 쪽에만 전달되거나 전륜(FW)과 후륜(RW) 모두에 전달될 수 있도록 2륜 주행모드와 4륜 주행모드의 선택적 절환을 구현하는 동력절환장치(9)를 포함한다.
동력절환장치(9)로부터 전륜 구동축(92b)과 후륜 구동축(92a)이 차량 전방과 후방으로 각각 연장되어 있다. 따라서 모터(3)에서 출력되고 각 구동축을 통해 전달된 동력은 차량 전, 후방의 전방차동장치(12)와 후방차동장치(14)를 거쳐 좌, 우 쌍을 이루는 전륜(FW)과 후륜(RW)으로 전달된다.
모터(3)는 가속페달(1) 조작변위에 따른 콘트롤러(2)로의 제어로서 그 출력이 조절되고, 콘트롤러(2)는 모터(3) 출력뿐 아니라 운동에너지를 다시 전기에너지로 회생시키는 회생제어에도 관여한다.
전륜(FW)과 후륜(RW) 사이에는 운전자 및 동승자가 탑승하고 운전을 위한 차량 조작을 행할 수 있는 운전석 공간(5)이 마련되며, 착석을 위한 시트(6)가 상기 운전석 공간(5)에 마련되어 있다. 그리고 운전석 공간(5) 전방 즉, 대쉬보드 패널 쪽에는 조향을 위한 스티어링(부호 생략)을 포함, 각종 조작장치가 배치되어 있고, 전기에너지를 축전한 배터리 팩(4)을 탑재할 수 있는 공간이 상기 시트(6) 아래 쪽에 형성된다.
동력절환장치(9)는 주행도중 제동을 위해 가속페달(1)에서 발을 떼어 회생 제동이 시작되는 순간 상기 콘트롤러(2)의 제어에 따라 4륜 주행모드로 전환시키기 위한 동작을 하며, 주행도중 회생제동 상태임은 회생감지수단(7)을 통해 감지될 수 있다. 회생제동 과정에서는 모터(3)에 역 기전력(유도 기전력)이 발생한다. 따라서 역 기전력 감지를 통해 회생제동 상태임을 감지할 수 있도록, 상기 회생감지수단(7)으로서 역 기전력 계전기가 채택될 수 있다.
도 1에서 미설명 부호 10은 화물 적재를 위한 적재함이며, 도 3에서 미설명 부호 8은 회생제동 상태에서 발생하는 회생 전력량을 측정하고 그 측정된 수치를 아날로그 또는 디지털 수치로 표시하는 구성의 전력 측정기를 가리킨다.
도 4는 본 실시예에 적용된 동력절환장치의 구성을 보다 구체적으로 보이기 위한 확대 단면도이다.
도 4를 참조하면, 동력절환장치(9)는, 모터(3)의 출력축에 동력전달 가능하게 연결된 입력축(90)과, 이 입력축(90)에 동력전달 가능하게 연결된 후륜 구동축(92a)을 포함한다. 후륜 구동축(92a)에는 중간축(94)이 벨트(99) 등을 매개로 동력전달 가능하게 연결되어 상시 회전하며, 중간축(94) 상에는 절환 클러치(96)이 마련된다.
절환 클러치(96)는 레버를 통해 수동조작이 가능하면서도 상기 회생감지수단(7)으로부터 회생상태임이 감지된 경우 상기 콘트롤러(2) 명령에 따라 제어되는 절환모터(도시 생략) 구동에 의해 자동으로 동력접속 또는 차단을 구현할 수 있는 구성의 동기 치합식 변속기일 수 있고, 이러한 절환 클러치(96)를 매개로 전륜 구동축(92b)이 상기 중간축(94)과 선택적으로 동력 접속 가능하게 연결된다.
도면부호 98은 각 부품이 보호될 수 있는 밀폐된 공간을 제공하는 케이스를 나타낸다.
상기와 같은 전기구동식 다목적 운반차량를 통해 행해지는 회생제동력 배분 과정에 대해 본 발명의 다른 측면에 따른 회생제동력 배분 제어방법과 연계하여 간단하게 설명하기로 한다.
도 5는 회생제동력 배분 제어 기능 구현을 위한 제어로직으로서, 앞선 도면을 함께 참조하여 살펴보기로 한다.
가속페달(1)을 밟으면 그 조작변위에 비례하여 모터(3)의 출력이 조절되고 따라서 주행속도가 결정된다. 가속페달(1)을 밟은 상태로 주행 중에 있을 때 콘트롤러(2)는 주행 중에 있는 차량의 현재 주행모드가 2륜인지 또는 4륜인지를 판단하여 인식하고 있다.
위와 같은 상태에서 제동을 위해 가속페달(1)에서 발을 떼면, 그 순간 회생제동이 일어나게 되고 회생감지수단(7)을 통해 회생상태임이 감지된다. 그리고 그 정보는 상기 콘트롤러(2)로 제공된다.
계속해서, 주행 중 회생제동이 감지되었으며 콘트롤러(2)에 인식된 현재의 차량 주행모드가 2륜 주행모드라면, 상기 콘트롤러(2)는 동력절환장치(9)의 절환을 위한 명령을 즉시 출력한다.
콘트롤러에 의해 출력된 절환명령에 따라 동력절환장치(9)는 작동하며, 따라서 2륜 모드에 있던 주행모드를 4륜 주행모드로 절환된다. 이처럼 회생제동력 발생과 동시에 4륜 주행모드로 절환되면 회생제동력이 모든 바퀴에 균일하게 전달되므로 제동 안정성이 확보될 수 있다.
이상에서 살펴본 본 발명의 실시예에 따르면, 주행 중 회생제동이 발생하면 4륜 주행모드로 전환될 수 있고, 따라서 그 회생제동력이 전륜과 후륜에 고르게 분산 전달될 수 있다. 이에 따라, 제동력 보상을 위한 종래와 같은 복잡한 제어시스템을 적용하지 않고도 회생제동 시 구동륜과 종동륜 사이의 제동력 차이를 극복할 수 있는 차량 구현이 가능하고, 복잡한 제어시스템 배제로 인해 제작단가 또한 낮출 수 있어 경제성 측면에 유리한 효과가 있다.
이상의 본 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시 예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
1 : 가속페달 2 : 콘트롤러
3 : 모터 4 : 배터리 팩
5 : 운전석 공간 6 : 시트
7 : 회생감지수단 8 : 전력 측정기
9 : 동력절환장치 10 : 적재함
12 : 전방차동장치 14 : 후방차동장치
90 : 입력축 92a : 후륜 구동축
92b : 전륜 구동축 94 : 중간축
96 : 절환 클러치 98 : 케이스
FW : 전륜 RW : 후륜

Claims (6)

  1. 전기에너지를 동력원으로 모터를 구동하여 움직이는 다목적 운반차량이며,
    모터의 출력 및 회생 제어를 위한 콘트롤러와,
    모터 구동 중 회생제동 상태임을 감지하는 회생감지수단과,
    회생제동 상태에서 발생하는 회생 전력량을 측정하기 위한 전력 측정기와,
    노면 조건에 따라 주행모드를 2륜에서 4륜, 4륜에서 2륜으로 자동 절환하는 동력절환장치를 포함하며,
    주행 중 상기 회생감지수단을 통해 회생제동이 감지되고 현재 주행모드가 2륜 주행모드인 경우, 상기 콘트롤러의 제어에 의해 동력절환장치가 동작하여 4륜 주행모드로 절환되는 것을 특징으로 하는 회생제동력 배분 제어 기능을 갖는 전기구동식 다목적 운반차량.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 회생감지수단은 회생제동 시 발생하는 모터의 역 기전력(유도 기전력)에 의해 동작하는 역 기전력 계전기인 것을 특징으로 하는 회생제동력 배분 제어 기능을 갖는 전기구동식 다목적 운반차량.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 동력절환장치는,
    모터 출력축에 동력전달 가능하게 연결된 입력축과,
    상기 입력축에 동력전달 가능하게 연결된 후륜 구동축과,
    상기 후륜 구동축에 동력전달 가능하게 연결되어 상시 회전하는 중간축과,
    상기 중간축 상에 마련되는 절환 클러치와,
    상기 절환 클러치를 매개로 상기 중간축과 선택적으로 동력 접속이 가능하게 연결되는 전륜 구동축 및,
    상기 입력축, 후륜 구동축, 중간축, 절환 클러치, 전륜 구동축이 보호될 수 있는 밀폐된 공간을 제공하는 케이스로 이루어진 구성인 것을 특징으로 하는 회생제동 배분 제어 기능을 갖는 전기구동식 다목적 운반차량.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 절환 클러치는,
    레버를 통한 수동조작 및 콘트롤러 제어를 따르는 절환모터에 의해 자동으로 동력접속과 차단이 행해질 수 있는 구성의 동기 치합식 변속기 구조인 것을 특징으로 하는 회생제동 배분 제어 기능을 갖는 전기구동식 다목적 운반차량.
  5. (a) 주행 중 현재 주행모드를 판단하는 단계;
    (b) 주행 중 회생제동을 감지하는 단계;
    (c) 주행 중 회생제동이 감지되었으며 현재의 주행모드가 2륜 주행모드인 경우 콘트롤러를 통한 동력절환장치 제어를 통해 4륜 주행모드로 절환시키는 단계;를 포함하는 전기구동식 다목적 운반차량의 회생제동력 배분 제어방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 회생제동을 감지하는 단계에서는, 회생제동 시 발생하는 모터의 역 기전력(유도 기전력)을 이용하여 감지하는 것을 특징으로 하는 전기구동식 다목적 운반차량의 회생제동력 배분 제어방법.
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