KR101327045B1

KR101327045B1 - 능동형 엑셀 페달 시스템

Info

Publication number: KR101327045B1
Application number: KR1020070130529A
Authority: KR
Inventors: 김동선; 신완재
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2007-12-13
Filing date: 2007-12-13
Publication date: 2013-11-07
Also published as: KR20090063016A

Abstract

엑셀 페달의 답력을 조절하여 차량의 현재 주행 조건에서 최적의 연비를 달성할 수 있는 엑셀 페달 위치를 운전자에게 알려주는 능동형 엑셀 페달 시스템이 소개된다. 그 시스템은, 엑셀 페달; 이 엑셀 페달 깊이의 자동 조절이 가능한 액츄에이터; 및 제어 차량의 주행 정보 및 차량 주행 조건에 따라 차량의 연비효율을 적어도 고효율, 중간효율 및 저효율 구간으로 구분하는 연비효율 데이터를 기초로 제어 차량의 현재 연비효율이 상기 구간들 중 어느 구간에 있는지를 결정하고, 그 결정 결과에 따라 엑셀 페달의 답력을 조절하되, 답력의 크기가 저효율 구간 > 중간효율 구간 > 고효율 구간의 순서가 되도록 액츄에이터를 구동하는 제어유닛;을 포함한다.

엑셀 페달, 답력, 연비, 변속 패턴

Description

능동형 엑셀 페달 시스템{System for an Active Accelerator Padal}

본 발명은 능동형 엑셀 페달 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 엑셀 페달의 답력을 조절하여 차량의 현재 주행 조건에서 최적의 연비를 달성할 수 있는 엑셀 페달 위치를 운전자에게 알려주는 능동형 엑셀 페달 시스템에 관한 것이다.

오일 가격의 상승이나 오일 고갈에 대한 우려, 그리고 환경 문제 등으로 인해 차량의 연비 향상 요구 및 관심이 상당히 높아지고 있다.

그런데, 종래에는 연비 향상을 위해 차량의 엔진 및 변속기를 튜닝하는 기술에만 집중된 경향이 있다. 연비는 급감속, 급제동 등 실제 주행에 있어서의 운전자의 운전 습관에 따라 크게 좌우되기 때문이다. 따라서, 최근 들어서는, 차량의 순간 연비를 수치 또는 그래프로 표시하여 운전자가 경제적인 운전을 할 수 있도록 유도하는 기술이 개발되었다.

그러나, 종래 기술은, 한국 특허공개번호 제2000-25188호, 제2003-8383호에서 확인할 수 있듯이, 엔진의 특성만을 고려하여 차량의 현재 순간 연비에 대한 정보를 제공할 뿐, 변속기의 동력 전달 효율에 대하여는 전혀 간과하고 있었다. 예로서, 최근 판매되는 차량의 대부분을 차지하는 자동변속기 차량의 경우, 쓰로틀 개 도가 높아져 다운 시프트가 일어나는 경우(RPM이 높아짐) 연비가 악화되고, 쓰로틀 개도를 최소한으로 하면서 고단 변속이 일어나는 경우 연비가 향상되나, 종래에는 이러한 점들이 전혀 고려되지 못했다.

한편, 종래의 기술은 차량의 주행상태가 연비 경제적인지 아닌지를 디스플레이 상에 표시하는 정도의 안내 시스템으로서, 이러한 경우 운전자로서는 클러스터 상에 표시되는 주행 상태정보를 확인하면서 차량을 운전해야 하기 때문에, 운전자의 시선이 분산되고 사고를 유발할 수 있다는 문제가 있다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 엑셀 페달의 답력을 조절하여 차량의 현재 주행 조건에서 최적의 연비를 달성할 수 있는 엑셀 페달 위치를 운전자에게 알려주는 능동형 엑셀 페달 시스템을 제공함에 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 능동형 엑셀 페달 시스템은, 엑셀 페달; 엑셀 페달의 깊이 조절이 가능한 액츄에이터; 및 차량 주행 조건에 따라 차량의 연비효율을 적어도 고효율, 중간효율 및 저효율 구간으로 구분하는 연비효율 데이터를 기초로 제어 차량의 현재 연비효율이 상기 구간들 중 어느 구간에 있는지를 결정하고, 그 결과에 따라 엑셀 페달의 답력을 조절하되, 답력의 크기가 저효율 구간 > 중간효율 구간 > 고효율 구간의 순서가 되도록 액츄에이터를 구동하는 제어유닛;을 포함한다.

바람직하게는, 상기 연비효율 데이터는 변속 패턴 그래프를 기초로 구성되며, 상기 제어유닛은 적어도 스로틀 위치와, 엔진 RPM 또는 차속을 포함하는 제어 차량의 주행정보를 수집하고 이를 입력값으로 하여 연비효율 데이터로부터 제어 차량의 현재 연비효율 구간을 결정한다.

또한 바람직하게는, 상기 엑셀 페달의 답력 크기는, 제어 차량의 스로틀 위치가 엔진 RPM 일정 상태에서 변속 패턴 그래프 상의 시프트업 변속곡선 이하로 시프트될 수 있는 크기로 설정된다.

또한 바람직하게는, 상기 제어유닛은, 제어 차량의 현재 스로틀 위치가 변속 패턴 그래프 상 시프트업 변속곡선과 시프트다운 변속곡선 사이의 구간에 있는 것으로 판단된 경우, 일정 횟수 이상 해당 구간 내에 있는지 추가 확인하여, 그 결과 해당 구간 내에 있는 경우에 페달 답력을 조절한다.

또한 바람직하게는, 상기 제어유닛은, 제어 차량의 가속 여부를 판단하여, 제어 차량이 가속 중인 경우 그렇지 않은 경우 보다 엑셀 페달의 답력을 크게 한다.

상술한 바와 같은 구조로 이루어진 능동형 엑셀 페달 시스템에 따르면, 운전자가 차량의 현재 주행 조건에서 최적의 연비를 달성할 수 있는 엑셀 페달 위치를 알 수 있도록 엑셀 페달의 답력이 자동 조절되므로, 운전자의 시선 분산 내지 사고의 위험이 현저하게 경감되며, 차량 연비 또한 현저하게 향상시킬 수 있게 된다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 능동형 엑셀 페달 시스템에 대하여 살펴본다.

도 1에서 보듯이 시스템은 엑셀 페달, 이 엑셀 페달에 연결된 액츄에이터 및 페달 답력을 결정하여 액츄에이터를 구동하는 제어유닛으로 구성된다.

엑셀 페달에 엑셀 페달의 깊이 조절이 가능한 모터 액츄에이터가 연결된 엑셀 페달 장치는, 이미 어뎁티브 크루즈 컨트롤 등의 운전 보조시스템에서 상용되고 있는 기술이므로 이에 대한 설명은 생략한다.

시스템의 제어유닛은, 경제운전 결정부, 페달 답력 결정부, 액츄에이터 제어부로 구성된다.

경제운전 결정부는, 차속 또는 엔진RPM, 스로틀 위치를 포함하는 제어 차량의 주행 정보를 수집하며, 이렇게 수집된 정보와 더불어 차량 주행 조건에 따라 차량의 연비효율을 적어도 고효율, 중간효율 및 저효율 구간의 3단계로 구분하는 연비효율 데이터를 기초로 제어 차량의 현재 연비효율이 상기 구간들 중 어느 구간에 있는지를 결정한다.

연비효율 데이터는 변속 패턴 그래프를 기초로 구성되며, 경제운전 결정부는 수집된 제어 차량의 주행 정보를 입력값으로 하여 연비효율 데이터로부터 제어 차량의 현재 연비효율 구간을 결정한다. 한편, 경제운전 결정부는 제어 차량의 가속도와 도로의 경사도에 대한 정보를 추가적으로 수집하는데, 이러한 정보의 이용에 대하여는 후술한다.

페달 답력 결정부는, 경제운전 결정부에서 산출된 결과에 따라 엑셀 페달의 답력을 결정하는데, 그 답력의 크기는 저효율 구간 > 중간효율 구간 > 고효율 구간의 순서가 된다. 이는 제어 차량이 일정 엔진 RPM 혹은 차속에서, 스로틀 개도량이 높아 저단 변속이 발생되는 경우, 차량의 주행 상태가 변속 패턴 그래프 상의 시프트업 곡선 이하에 놓이도록 스로틀 개도를 감소시키기 위함이다. 액츄에이터로부터 현재의 모터 위치 혹은 답력 크기를 피드백 받아 현재의 페달 답력에서 목표 페달 답력에 이르기 위한 답력 제어값을 도출한다.

액츄에이터 제어부는 페달 답력 결정부에서 결정된 페달 답력 크기에 따라 액츄에이터를 구동한다.

도 2에 도시된 변속 패턴 그래프를 참조하여 제어 차량의 주행 상태 및 목표 경제주행 값의 결정방법을 살펴본다.

도 2에서 보듯이, 변속 패턴 그래프는 시프트다운 곡선과 시프트업 곡이 교대로 반복되는 그래프(통상적으로 변속 패턴 그래프의 가로축은 차속이나 도 2에서는 설명의 편의를 위해 가로축으로 엔진 RPM이 설정되었다)로 표현될 수 있다. 시프트다운 곡선(N+1→N속) 보다 TPS값이 높은 영역은 연비가 열악한 저효율 구간이며, 시프트업 곡선(N→N+1속) 이하의 영역은 고단 변속에 의해 연비가 향상된 고효율 구간이고, 시프트다운 곡선과 시프트업 곡선 사이는 변속 없이 가감속이 이루어지는 중간 효율 구간이다.

만일, 제어 차량의 주행상태가 도 2에서 OP로 표시된 저효율 구간에 존재하는 경우, 제어유닛은 제어 차량의 주행상태를 고효율 구간으로 시프트시키기 위한 목표 경제주행 값을 산출한다. 목표 경제주행 값(OP*)은, 도 2에서 보듯이, 엔진 RPM 일정 상태에서의 시프트업 변속곡선(N→N+1속) 이하의 영역 중에서 선택되며, 페달의 답력은 이러한 제어 차량의 주행상태 전환이 가능하도록 하는 크기로 결정된다.

앞서의 도 2와 함께 도 3 내지 도 5를 참조하여 엑셀 페달 답력 계산 로직에 대하여 살펴본다.

도 3에 도시된 제1 실시예에 따르면, 현재 제어 차량의 주행상태(OP)가 시프트다운 곡선 위에 존재하는 경우 페달의 답력은 K1으로 결정되며, 주행상태(OP)가 시프트다운 곡선과 시프트업 곡선 사이에 존재하는 경우 페달의 답력은 K2로 결정되며, 주행상태(OP)가 시프트업 곡선 아래에 있는 경우 페달의 답력은 K3로 결정된다. 이때, K1>K2>K3의 관계가 성립되며, K1, K2 값은 차량의 주행 상태가 엔진 RPM을 유지한 상태에서 목표 경제주행 값(OP*)의 TPS값으로 시프트될 수 있는 크기로 설정된다.

도 4에 도시된 제2 실시예에 따르면, 현재 제어 차량의 주행 상태(OP)가 시프트다운 곡선 위에 존재하는 경우 제어유닛은 목표 경제주행 값(OP*)를 산출한 후, 현재 주행상태(OP)가 엔진 RPM을 유지한 상태에서 목표 경제주행 값(OP*)의 TPS값으로 시프트될 수 있는 크기, 즉 K1*(OP-OP*)로 페달 답력을 산출하여 액츄에이터를 제어한다. 이때, 목표 경제주행 값(OP*)는 OP-Gain1*(ShiftDownP)로부터 산출될 수 있다. 여기서, Gain1은 제어 차량의 주행상태가 다운시프트 변속곡선 이하로 시프트시킬 수 있는 정도의 크기로 설정된다.

제2 실시예에서, 현재 제어 차량의 주행상태(OP)가 시프트다운 곡선과 시프트업 곡선 사이에 존재하는 경우, 제어유닛은 이러한 상태가 지속적으로 유지되는지 수회(N회) 이상 확인한 후, 지속적으로 유지되는 경우에 목표 경제주행 값(OP*) 및 목표 답력을 산출한다. 여기서, 수회에 걸쳐 상태 지속여부를 확인하는 것은, 변속이 없는 가감속 구간의 특성을 고려하여, 이 구간에서 어느 정도의 가감속을 자유롭게 허용하기 위함이다.

한편, 현재 제어 차량의 주행상태(OP)가 시프트업 곡선 이하의 영역에 있는 경우 페달 답력은 K3로 일정하며, 답력 게인값들은 K1>K2>K3의 관계를 갖는다.

도 5에 도시된 제3 실시예에 따르면, 현재 제어 차량의 주행상태가 연비 악화구간에 있는 경우 이를 연비 향상 구간(OP*)으로 TPS값이 시프트될 수 있도록 페달 답력값을 산출하되, 제어 차량의 가속 여부를 판단하여, 제어 차량이 가속 중인 경우 그렇지 않은 경우 보다 엑셀 페달의 답력을 한다. 예로서, 도 5에서 보듯이, 제어 차량의 주행상태가 시프트다운 곡선 위에 있고, 현재 제어 차량이 가속 중인 경우에는 그렇지 않은 경우 보다 페달 답력을 크게 한다. 즉, K1Up*TPS > K1Down*TPS이다. 제어 차량의 주행상태가 시프트다운 곡선과 시프트업 곡선 사이에 존재하는 경우에도 마찬가지(K2Up*TPS > K2Down*TPS)이며, 다만, 시프트업 곡선 아래에 있는 경우 가속 여부에 관계 없이 일정한 페달 답력(K3*TPS)이 유지되도록 한다. 여기서, 페달 답력 게인값들은 K1>K2>K3의 관계를 갖는다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 능동형 엑셀 페달 시스템의 구성도,

도 2는 도 1에 도시된 능동형 엑셀 페달 시스템의 목표 경제운전 값의 산출방법에 대한 설명을 위하여 도시된 변속 패턴 그래프,

도 3 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 엑섹 패달 답력값 산출 로직을 도시한 것으로, 도 3은 제1실시예, 도 4는 제2실시예, 도 5는 제3실시예를 도시한 도면이다.

Claims

엑셀 페달;

상기 엑셀 페달 깊이의 자동 조절이 가능한 액츄에이터; 및

제어 차량의 주행 정보 및 차량 주행 조건에 따라 차량의 연비효율을 적어도 고효율, 중간효율 및 저효율 구간으로 구분하는 연비효율 데이터를 기초로 제어 차량의 현재 연비효율이 상기 구간들 중 어느 구간에 있는지를 결정하고, 그 결정 결과에 따라 엑셀 페달의 답력을 조절하되, 답력의 크기가 저효율 구간 > 중간효율 구간 > 고효율 구간의 순서가 되도록 액츄에이터를 구동하는 제어유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 능동형 엑셀 페달 시스템.
청구항 1에 있어서, 상기 연비효율 데이터는 변속 패턴 그래프를 기초로 구성되며, 상기 제어유닛은 적어도 스로틀 위치와, 엔진 RPM 또는 차속을 포함하는 제어 차량의 주행정보를 수집하고 이를 입력값으로 하여 연비효율 데이터로부터 제어 차량의 현재 연비효율 구간을 결정하는 것을 특징으로 하는 능동형 엑셀 페달 시스템.
청구항 2에 있어서, 상기 엑셀 페달의 답력 크기는, 제어 차량의 스로틀 위치가 엔진 RPM 일정 상태에서 변속 패턴 그래프 상의 시프트업 변속곡선 이하로 시프트될 수 있는 크기로 설정되는 것을 특징으로 하는 능동형 엑셀 페달 시스템.
청구항 3에 있어서, 상기 제어유닛은, 제어 차량의 현재 스로틀 위치가 변속 패턴 그래프 상 시프트업 변속곡선과 시프트다운 변속곡선 사이의 구간에 있는 것으로 판단된 경우, 일정 횟수 이상 해당 구간 내에 있는지 추가 확인하여, 그 결과 해당 구간 내에 있는 경우에 페달 답력을 조절하는 것을 특징으로 하는 능동형 엑셀 페달 시스템.
청구항 1에 있어서, 상기 제어유닛은, 제어 차량의 가속 여부를 판단하여, 제어 차량이 가속 중인 경우 그렇지 않은 경우 보다 엑셀 페달의 답력을 크게 하는 것을 특징으로 하는 능동형 엑셀 페달 시스템.