KR101977414B1 - 스마트 전기자동차 및 이의 운용방법 - Google Patents

스마트 전기자동차 및 이의 운용방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 스마트 전기자동차는 후방 주차 시 계산된 주차궤적과 조향각으로 MDPS의 모터 토크와 모터 회전방향을 제어하는 주차조향제어(SPAS; Smart Parking Assist System)가 수행되는 SCU(100,Smart Control Unit)와, MCU(12,Motor Control Unit), ABS(20,Anti Brake System) 및 MDPS(30,Motor Driven Power Steering)와 CAN네트워크(200)로 상호 통신하고, 모터(13)의 회전방향을 제어하는 + 토크지령과 - 토크지령을 MCU(12)로 제공함으로써 변속레버의 R변속단 위치와 D변속단 위치가 반영되지 않고 모터(13)의 속도를 제어하는 VCU(11,Vehicle Control Unit)가 포함됨으로써, 모터(13)의 토크제어로 후방 주차 시 운전자의 변속레버의 이동이 요구되지 않는 특징을 갖는다.

Description

스마트 전기자동차 및 이의 운용방법{Smart Electric Vehicle and Smart Operation Method thereof}
본 발명은 전기자동차에 관한 것으로, 특히 후방 주차 시 운전자의 조작을 줄여주는 주차조향제어(SPAS; Smart Parking Assist System)가 운전자의 변속레버의 시프트 변속 없이도 구현될 수 있는 스마트 전기자동차 및 이의 운용방법에 관한 것이다.
일반적으로 자동차는 고속주행이나 저속주행 또는 주차 이동이든 다양한 외부환경의 지배를 받으면서 운행될 수밖에 없고, 운전자는 이러한 다양한 외부환경에 대해 적극적으로 대응해 자동차를 제어함으로써 어떠한 사고 없이 안전운행을 하게 된다.
하지만, 자동차의 안전운행 여부가 운전자 개개인의 운전 실력과 상황대처능력에 전적으로 의존되면, 생활필수품으로 취급되고 있는 자동차에 대한 운전 미숙자의 접근성이 제한될 수밖에 없다.
그러므로, 운전자의 적극적인 대처 없이도 안전운행이 확보될 수 있도록 발전된 전자 및 제어기술을 기반으로 한 다양한 차량제어기술들이 자동차에 적용됨으로써, 자동차에 대한 운전 미숙자의 접근성을 높이고 특히 운전 능숙자의 제어편리성도 함께 높여 주게 된다.
통상, 상기와 같은 다양한 차량제어기술들을 적용한 자동차는 스마트 자동차로 칭한다.
스마트 자동차에 적용된 차량제어기술의 예로서, 스마트주행제어(ASCC; Advanced Smart Cruse Control)와, 비상제동제어(AEBS; Auto Emergence Braking System), 등판주행제어(HSA; Hill Start Assist), 하강주행제어(HDC; Hill Decent Control), 주차조향제어(SPAS; Smart Parking Assist System) 및 주차보조제어(PAS; Parking Assist System)를 들 수 있다.
상기 스마트주행제어(ASCC)는 주행 시 운전자의 페달조작 없이 주행속도를 자동으로 유지하면서 선행차량과 차간거리도 유지해 안전을 확보해주는 기능이다.
상기 비상제동제어(AEBS)는 주행 시 운전자의 조작 없이도 선행차량과 형성하는 차간거리를 안전하게 확보해주는 기능이다.
상기 등판주행제어(HSA)는 오르막길에서 정지 후 출발할 때 밀림방지로 안전을 확보해주는 기능이고, 상기 하강주행제어(HDC)는 험한 비탈길에서 내리막 주행을 부드럽게 하여 안전을 확보해주는 기능이다.
상기 주차조향제어(SPAS)는 주차 시 변속레버의 시프트 변속 없이도 편리한 후방 주차기능이고, 상기 주차보조제어(PAS)는 돌발적인 장애물의 등장에 대해서도 신속하게 대응해주는 후방 주차기능이다.
이하, 상기 스마트주행제어(ASCC)는 ASCC로 칭하고, 상기 비상제동제어(AEBS)는 AEBS로 칭하며, 상기 등판주행제어(HSA)는 HSA로 칭하고, 상기 하강주행제어(HDC)는 HDC로 칭하고, 상기 주차조향제어(SPAS)는 SPAS로 칭하고, 상기 주차보조제어(PAS)는 PAS로 칭한다.
그러나, ASCC와, AEBS, HSA, HDC, SPAS 및 PAS와 같은 스마트 기능들은 실차에 적용되기 위해선 자동차의 운행에 관련된 전자기기와 협조 제어되도록 특화되어야 하고, 이러한 측면은 친환경차량으로 현재 크게 부각되고 있는 전기자동차에 대한 실차 적용성을 크게 제한하게 된다.
이중 가장 큰 이유는 전기자동차는 내연기관타입 자동차와 달리 변속기(Transmission)가 없음에 기인된다.
일례로, 주행속도를 변화시키기 위해 변속레버를 조작하면, 내연기관타입 자동차에서는 변속레버의 조작이 변속기의 기어단 변환을 가져오는데 반해, 전기자동차에서는 기어단 변환이 아닌 모터 토크 변환을 가져온다.
이에 따라, 전기자동차가 스마트 전기자동차로 개발 및 상품화되기 위해선 ASCC와, AEBS, HSA, HDC, SPAS 및 PAS등이 동력원인 모터와 연계되도록 특화되어야 하고, 특히 모터의 토크제어를 스마트 기능에 맞춰 최적화할 수 있는 기술의 개발이 요구될 수밖에 없다.
국내특허공개10-2009-0042359(2009년04월30일)
상기 특허문헌은 후륜용 모터가 구비된 하이브리드 자동차에서 조향각(또는 선회각)을 기반으로 한 모터 토크의 최적 제어가 구현됨으로써, 하이브리드 차량에서도 스마트 개념(Smart Concept)이 적용될 수 있음을 나타낸다.
이를 위해, 상기 특허문헌은 운전자 요구파워와 차량 속도 및 배터리 SOC를 기반으로 모터보조 수행여부가 판단되고, 조향각과 조향각 변화율 및 차량 속도를 모니터링한 후 조향각이 기준값 이상인지(급선회)여부가 판단되며, 기준값 이상의 조향각에 따른 최대 및 최소계수와 조향각 변화율에 따른 최대 및 최소계수를 계산한 다음 필요한 모터 보조량이 결정되고, 결정된 모터 보조량에 운전자 요구파워와 차량 속도 및 배터리 SOC 조건들을 합산함으로써 모터 토크가 최적 제어된다.
그러므로, 상기 특허문헌은 모터의 토크제어를 통해서 주행시 운전자의 페달조작 없이 주행속도를 자동으로 유지하면서 선행차량과 차간거리도 유지해 안전을 확보해주는 ASCC와 같은 스마트 기능이 구현될 수 있고, 이로부터 모터를 동력원으로 하는 전기자동차가 스마트 전기 자동차로 개발될 수 있음을 나타낸다.
하지만, 전기자동차가 스마트 전기자동차로 개발되기 위해선 모터의 토크제어만으로는 충분할 수 없고, 특히 전기자동차의 운행에 관련된 전자기기와 협조 제어되기 위한 모터 토크 제어기술이 더 요구될 수밖에 없다.
이에 상기와 같은 점을 감안하여 발명된 본 발명은 주행시 운전자의 페달조작 없이 주행속도를 자동으로 유지하면서 선행차량과 차간거리도 유지해 안전을 확보해주는 ASCC나 또는 주행시 운전자의 조작 없이도 선행차량과 형성하는 차간거리를 안전하게 확보해주는 AEBS나 또는 오르막길에서 정지후 출발할 때 밀림방지로 안전을 확보해주는 HSA나 또는 험한 비탈길에서 내리막 주행을 부드럽게 하여 안전을 확보해주는 HDC나 또는 주차 시 변속레버의 시프트 변속 없이도 편리한 후방 주차기능을 제공해주는 SPAS나 또는 돌발적인 장애물의 등장에 대해서도 토크제어로 신속하게 대응해주는 편리한 후방주차기능을 제공해주는 PAS와 같은 스마트 기능이 구현됨으로써, 내연기관 자동차와 같이 스마트 차량제어기술이 적용되어 상품화될 수 있는 스마트 전기자동차 및 이의 운용방법을 제공하는데 목적이 있다.
또한, 상기와 같은 점을 감안하여 발명된 본 발명은 후방 주차 시 운전자의 조작을 줄여주는 SPAS가 운전자의 변속레버의 시프트 변속 없이도 구현될 수 있는 스마트 전기자동차 및 이의 운용방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 스마트 전기자동차는 배터리 전력을 이용해 동력을 발생하는 모터와, 상기 모터를 제어하는 MCU(Motor Control Unit)와, 차량 제동을 수행하는 ABS(Anti Brake System)와, 차량 조향을 수행하는 MDPS(Motor Driven Power Steering)와, 차량의 상태를 운전자에게 보여주는 HMI(Human Machine Interface)과 상호 통신하는 CAN네트워크와;
차량의 변속단을 변경하는 변속레버와;
차량 가속을 위한 가속페달과 차량 제동을 위한 브레이크페달과;
상기 CAN네트워크로 상호 통신하고, SPAS버튼의 조작신호와 전후방센서의 장애물 검출신호가 처리되는 LIN네트워크를 갖추고, 후방 주차 시 검출된 장애물 근접 거리에 따라 상기 HMI로 장애물 근접경고음을 보내며, 후방 주차 시 계산된 주차궤적과 조향각으로 상기 MDPS의 모터 토크와 모터 회전방향을 제어하는 주차조향제어(SPAS; Smart Parking Assist System)가 수행되는 SCU(Smart Control Unit)와;
상기 CAN네트워크로 상호 통신하고, 상기 주차조향제어 실행 시 상기 MCU로 상기 모터의 토크제어를 위한 토크를 제공하며, 상기 모터의 회전방향을 제어하는 + 토크지령과 - 토크지령을 상기 MCU로 제공함으로써 상기 변속레버의 R변속단 위치와 D변속단 위치가 반영되지 않고 상기 모터의 속도를 제어하는 운용 알고리즘을 갖추고, 차량을 최상위레벨에서 제어하는 VCU(Vehicle Control Unit);
가 포함된 것을 특징으로 한다.
상기 운용 알고리즘은 주차조향제어모드에 더해 주행시 운전자의 조작 없이도 주행안전을 확보해주는 스마트주행제어모드와, 주행시 운전자의 조작 없이도 선행차량과 형성하는 차간거리를 안전하게 확보해주는 비상제동제어모드와, 내리막길 주행시 상기 운전자의 조작 없이도 안전을 확보하는 하강주행제어모드와, 오르막길 주행시 상기 운전자의 조작 없이도 안전을 확보하는 등판주행제어모드와, 돌발적인 장애물의 등장에 대해서도 토크제어로 신속하게 대응해주는 주차보조제어모드가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 스마트 전기자동차의 운용방법은 버튼의 온(On)조작신호를 감지한 SCU(Smart Control Unit)가 후방영역에 대한 물체를 감지하는 센서의 신호를 받아 후방 주차 시 요구되는 주차궤적과 조향각을 계산하여 주차조향제어(SPAS; Smart Parking Assist System)를 준비하고, 차량을 최상위레벨에서 제어하는 VCU(Vehicle Control Unit)와 CAN네트워크로 상호 통신하여 운전석을 이루는 HMI에 후방 주차 상태를 표시해주는 스마트주차진입단계;
상기 주차궤적과 상기 조향각에 따라 계산되어 상기 VCU에서 출력되는 제어신호로 MDPS가 제어되는 MDPS모드가 수행되고, 동시에 변속레버의 R변속단 위치와 D변속단 위치에 관계없이 상기 VCU에서 출력되는 -토크지령과 + 토크지령으로 모터의 모터토크를 제어하는 모터모드가 수행되는 스마트주차실행단계;
상기 센서의 신호를 통해 후방영역의 진입완료가 검출되면, 상기 MDPS와 상기 모터의 제어가 중지되는 스마트주차완료단계;
가 포함되어 실행되는 것을 특징으로 한다.
상기 스마트주차진입단계에서, 상기 센서는 사이드센서와 전후방센서인다.
상기 스마트주차실행단계에서, 상기 MDPS모드는 계산된 주차궤적과 조향각으로 상기 MDPS의 모터가 구동되어 상기 주차조향제어를 수행하고, 상기 주차조향제어가 완료되면 상기 MDPS의 모터는 정위치로 복귀되도록 제어된다.
상기 스마트주차실행단계에서, 상기 모터모드는 상기 + 토크지령으로 상기 모터가 구동된 후, 상기 - 토크지령으로 상기 모터가 다시 구동되고, 상기 + 토크지령으로 상기 모터가 또 다시 구동되며, 상기 모터의 구동상태는 상기 주차조향제어의 완료시까지 이루어진다.
이러한 본 발명은 내연기관 자동차와 같이 스마트 차량제어기술이 전기자동차에서 실용화됨으로써, 실질적인 스마트 전기자동차를 통해 상품성이 크게 높아지고 운전자에게는 운전자의 변속레버의 시프트 변속 없이도 후방 주차를 구현해주는 스마트 기능을 활용한 드라이빙 편의성이 제공되는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 모터의 토크제어로직 최적화로 SPAS가 구현됨으로써 돌발장애물로 인한 운전자의 불편이 해소될 수 있는 효과도 있다.
또한, 본 발명은 모터의 토크제어로직 최적화만으로 SPAS가 작동됨으로써, 스마트 전기자동차 구축 시 기기에 대한 설계 변경 없이 그대로 적용될 수 있어 비용 상승 요인이 제거되는 효과도 있다.
도 1은 본 발명에 따른 스마트 전기자동차의 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 운용 알고리즘을 구현하기 위한 VCU(Vehicle Control Unit)과 MCU(Motor Control Unit) 및 모터의 제어블록도이며, 도 3은 본 발명에 따른 스마트 전기자동차에 적용된 운용 알고리즘이고, 도 4는 본 발명에 따른 스마트 전기자동차의 후방 주차 시 운전자의 조작을 줄여주는 SPAS가 운전자의 변속레버의 시프트 변속 없이도 구현되는 SPAS(Smart Parking Assist System)를 위한 제어로직이며, 도 5는 본 발명에 따른 SPAS가 실행되는 스마트 전기자동차의 작동상태이다.
이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 실시예에 따른 스마트 전기자동차의 구성을 나타낸다.
도시된 바와 같이, 스마트 전기자동차(1)는 고전압 배터리 전력을 이용해 동력을 발생하는 동력유닛(10)과, 차량 제동을 수행하는 ABS(20, Anti Brake System)와, 차량 조향을 수행하는 MDPS(30, Motor Driven Power Steering)와, 차량 주행속도 변경을 위한 변속레버(40)와, 차량을 가속 및 감속하기 위한 페달유닛(50)과, 운전석을 이루어 다양한 정보들을 디스플레이하는 HMI(60,Human Machine Interface)와, 주행도로의 노면상태를 검출하여 제공하는 노면검출센서(70)와, 주행환경변화에 능동적으로 대처함으로써 운전자의 적극적인 대처 없이도 안전운행을 확보해 주는 SCU(100, Smart Control Unit)과, 동력유닛(10)이 SCU(100)과 상호통신하기 위한 CAN네트워크(200)와, SCU(100)의 내부 통신을 위한 LIN네트워크(300)를 포함된다.
상기 동력유닛(10)은 차량 제어를 위한 최상위 레벨에서 변속단 정보와 차량 가속 및 차량 감속 정보가 포함된 다양한 정보로 차량을 제어하는 VCU(11, Vehicle Control Unit)와, VCU(11)에 연계되어 모터 토크를 제어하는 MCU(12, Motor Control Unit)와, MCU(12)의 제어로 모터 출력이 변화되는 모터(13)로 구성된다.
이러한 구성은 일반적인 전기자동차에 구비된 동력유닛의 구성과 동일하다.
하지만, 본 실시예에서 상기 VCU(11)는 스마트 전기자동차를 구현하도록 모터(13)를 제어하는 토크제어로직이 더 구현되는 차이가 있다.
상기 VCU(11)에서 구현되는 토크제어로직은 스마트 기능인 ASCC나 또는 AEBS나 또는 HSA나 또는 HDC나 또는 SPAS나 또는 PAS를 위한 알고리즘과 연계되고, 이는 이후 상세히 기술된다.
전술된 바와 같이, 상기 ASCC는 주행 시 운전자의 페달조작 없이 주행속도를 자동으로 유지하면서 선행차량과 차간거리도 유지해 안전을 확보해주는 스마트주행제어(ASCC; Advanced Smart Cruse Control)기능이다.
상기 AEBS는 주행 시 운전자의 조작 없이도 선행차량과 형성하는 차간거리를 안전하게 확보해주는 비상제동제어(AEBS; Auto Emergence Braking System)기능이다.
상기 HSA는 오르막길에서 정지 후 출발할 때 밀림방지로 안전을 확보해주는 등판주행제어(HSA; Hill Start Assist)기능이고, 상기 HDC는 험한 비탈길에서 내리막 주행을 부드럽게 하여 안전을 확보해주는 하강주행제어(HDC; Hill Decent Control)기능이다.
상기 SPAS는 주차 시 변속레버의 시프트 변속 없이도 편리한 후방 주차기능을 제공하는 주차조향제어(SPAS; Smart Parking Assist System)기능이고, 상기 PAS는 후방 주차 시 돌발적인 장애물의 등장에 대해서도 토크제어로 신속하게 대응해주는 주차보조제어(PAS; Parking Assist System)기능이다.
이하, 상기 스마트주행제어(ASCC)는 ASCC로 칭하고, 상기 비상제동제어(AEBS)는 AEBS로 칭하며, 상기 등판주행제어(HSA)는 HSA로 칭하고, 상기 하강주행제어(HDC)는 HDC로 칭하고, 상기 주차조향제어(SPAS)는 SPAS로 칭하고, 상기 주차보조제어(PAS)는 PAS로 칭한다.
도 2는 본 실시예에 따른 VCU(11)과 MCU(12) 및 모터(13)가 제어블록을 나타낸다.
도시된 바와 같이, 제어블록은 VCU(11)가 담당하는 역할과 MCU(12)가 담당하는 역할이 서로 분담되도록 구성되고, 상기 VCU(11)에는 PI(Proportion and Integration)타입 속도PI제어기(11a)가 포함되고, 상기 MCU(12)에는 3상PWM 제어를 위한 3상PWM블록(12a)과, 3상을 2상으로 변환하는 3/2변환기(12b)와, 2상을 3상으로 변환하는 2/3변환기(12c)와, PI(Proportion and Integration)타입 전류PI제어기(12d)가 포함된다.
이로 인해 스마트 기능이 이루어지면, MCU(12)에서는 속도가 연산되어 VCU(11)로 제공되고, VCU(11)에서는 MCU(12)에서 제공된 속도정보를 속도PI제어기(11a)의 피드백 정보로 사용해 지령 속도가 계산된 후 CAN네크워크(200)로 ASCC를 담당하는 SCU(110) 및 MDPS(30)와 상호 통신함으로써 계산된 지령 속도가 최종적으로 확정된다.
반면, 스마트 기능이 해제되면, VCU(11)가 담당하던 속도제어 기능은 비활성화 된다.
한편, 상기 ABS(20, Anti Brake System)는 휠락(Wheel Lock)을 방지하면서 제동을 수행하고, 상기 MDPS(30, Motor Driven Power Steering)는 전동식 조향장치이며, 상기 변속레버(40)는 운전자의 시프트(Shift) 및 셀렉트(Select)로 변속단을 변경하도록 시프트레버를 갖춘 변속수단으로서, 이는 일반적인 전기자동차의 구성과 동일하다.
상기 페달유닛(50)은 차량을 가속하기 위한 가속페달(51)과, 차량을 감속하기 위한 브레이크페달(52)로 구성되고, 이는 일반적인 전기자동차의 구성과 동일하다.
상기 HMI(60,Human Machine Interface)는 차량의 모든 주행상태와 함께 스마트유닛(100)을 통해 구현되는 모든 스마트 기능을 시각 및 청각으로 운전자에게 제공되도록, 일반적인 클러스터(Cluster)에 더해 디스플레이 화면과 부저등이 더 포함된다.
상기 노면검출센서(70)는 오르막길 주행 또는 내리막길 주행 상태가 판단되도록 주행도로의 노면 경사를 검출해 VCU(11)로 제공하는 틸트센서(71)와, 오르막길을 올라가기 위한 스마트 등판모드나 또는 내리막길을 내려가기 위한 스마트 하강모드가 선택될 수 있는 HDC버튼(72)으로 구성된다.
상기 틸트센서(71)의 정보와 상기 HDC버튼(72)의 신호가 VCU(11)로 제공되도록 회로가 구성되지만, 필요시 SCU(100)로 제공되도록 회로가 구성될 수 있다.
본 실시예에서 HDC버튼(72)의 신호가 VCU(11)나 또는 SCU(100)에 입력됨으로써 스마트 기능중 하나인 오르막길 주행시 안전을 확보하는 HSA가 구현되고, 또한 내리막길 주행시 안전을 확보하는 HDC가 구현될 수 있다.
통상, HSA나 HDC는 이를 위한 전용 컨트롤러로서 DSC(Decent Smart Controller)가 적용될 수 있고, SCU(100)을 구성하는 SC(110, Smart Controller)가 상기 DSC(Decent Smart Controller)를 대체할 수 있다.
한편, 상기 SCU(100)는 운전자 의지와 주행차량이 처한 외부조건에 대한 정보를 받아들여 스마트 기능이 구현되는 SC(110, Smart Controller)와, 주행차량이 처한 외부조건에 대한 정보를 검출해 SC(110)로 제공하기 위한 물체감지센서(120)와, 운전자 의지 정보를 SC(110)로 제공하기 위한 모드버튼(130)으로 구성된다.
상기 SC(110)는 ASCC와, AEBS, HSA, HDC, SPAS 및 PAS가 모두 구현될 수 있는 범용 컨트롤러로 작용한다.
하지만, 필요에 따라 상기 SC(110)는 ASCC나 또는 AEBS나 또는 HSA나 또는 HDC나 또는 SPAS나 또는 PAS가 각각 개별적으로 구현하는 컨트롤러로 작용할 수 도 있다.
일례로, ASCC에는 SC(110)대신 ASCC ECU가 적용될 수 있고, AEBS에는 SC(110)대신 ABS ECU가 적용될 수 있으며, HSA와 HDC에는 SC(110)대신 DSC ECU가 적용될 수 있고, SPAS에는 SC(110)대신 SPAS ECU가 적용될 수 있으며, PAS에는 SC(110)대신 PAS ECU가 적용될 수 있다.
그러므로, 본 실시예에서는 ASCC나 또는 AEBS나 또는 HSA나 또는 HDC나 또는 SPAS나 또는 PAS가 전기자동차용으로 별도 개발될 필요가 없고, 내연기관 자동차에 기 적용된 ASCC나 또는 AEBS나 또는 HSA나 또는 HDC나 또는 SPAS나 또는 PAS를 어떠한 기기적인 설계변경이 없이도 전기자동차에 그대로 적용될 수 있다.
한편, 상기 물체감지센서(120)는 차량의 측면에 대한 주변정보를 검출해 SCU(110)로 전송하는 사이드센서(121)와, 차량의 전방과 후방에 대한 주변정보 를 검출해 SCU(110)로 전송하는 전후방센서(122)로 구성된다.
여기서, 상기 사이드센서(121)와 상기 전후방센서(122)는 초음파센서나 레이다가 적용될 수 있으며, 통상 동일한 작용 및 효과가 달성될 수 있는 경우 제한되지 않는다.
상기 모드버튼(130)은 후진 주차 시 스마트 기능이 구현되도록 시작신호를 SC(110)로 전송하도록 ASCC 셋스위치와 레버등이 포함된 SPAS버튼(131)과, 크루즈 주행시 스마트 기능이 구현되도록 시작신호를 SC(110)로 전송하는 ASCC버튼(132)과, 비상제동시 스마트 기능이 구현되도록 시작신호를 SC(110)로 전송하는 AEBS버튼(133)을 포함한다.
여기서, 상기 SPAS버튼(131)은 SPAS 와 PAS와 연계되고, 상기 ASCC버튼(132)은 ASCC와 연계되며, 상기 AEBS버튼(133)은 AEBS와 연계된다.
상기 CAN네트워크(200)는 VCU(11)와, MCU(12), ABS(20), MDPS(30), HMI(60) 및 SC(110)사이의 내부와 외부 통신을 담당하고, 상기 LIN네트워크(300)는 SC(110)와 사이드센서(121) 및 전후방센서(122)사이의 내부 통신을 담당한다.
이를 위한 통신 프로토콜은 정해진 조건에 따라 서로 규약된다.
한편, 도 3은 본 실시예에 따른 스마트 전기자동차에 적용된 운용 알고리즘으로서, 이러한 운용 알고리즘은 VCU(11)나 또는 SC(110)에 탑재될 수 있다.
상기 운용 알고리즘은 S10의 키온(Key-On)을 통해 실행 상태로 전환되고, 운전자 의지로 입력된 S20의 모드작동신호는 S30에서 운용될 실행모드로 선택된다.
여기서, 상기 모드작동신호는 SPAS버튼(131)과, ASCC버튼(132), AEBS버튼(133) 및 HDC버튼(72)의 신호로부터 제공된다.
상기 운용 알고리즘의 실행모드는 S40의 크루즈모드와, S50의 제동모드와, S60의 하강모드와, S70의 등판모드와, S80의 주차모드 및 S90의 장애물모드로 구분된다.
본 실시예에서 정의된 상기 크루즈모드는 ASCC 구현을 위한 알고리즘이고, 상기 제동모드는 AEBS 구현을 위한 알고리즘이며, 상기 하강모드는 HDC 구현을 위한 알고리즘이고, 상기 등판모드는 HSA 구현을 위한 알고리즘이며, 상기 주차모드는 SPAS 구현을 위한 알고리즘이고, 상기 장매물모드는 PAS 구현을 위한 알고리즘이다.
상기 운용 알고리즘의 실행모드는 S100과 같이 운전자 의지를 통해 모드중지신호가 입력됨으로써 중지되고, 상기 운용 알고리즘이 중지되면 S200과 같이 또 다른 모드작동신호가 입력되기 전까지 대기상태로 유지된다.
한편, 도 4는 스마트 전기자동차에 적용된 SPAS를 위한 로직으로서, 상기 SPAS는 후방 주차 시 운전자의 변속레버의 시프트 변속 없이도 구현되는 스마트 기능을 나타낸다.
S90은 스마트 전기자동차에서 구현되는 다양한 스마트 기능 중 주차모드를 의미하고, 상기 주차모드는 S820내지S825와 S830내지S836으로 실행되는 SPAS로 구현된다.
S810은 SPAS가 구현되는 단계로서, 이를 위해 SC(110)는 SPAS버튼(131)의 조작으로 활성화되고, SC(110)에서는 SPAS버튼(131)의 조작횟수를 이용해 평행주차를 인식한다.
이때, 상기 SC(110)는 SPAS ECU일 수 있다.
이러한 상태는 도 5에 도시된 바와 같이 SC(110)는 SPAS버튼(131)의 온(On)신호(a)와 함께 SPAS버튼(131)의 조작횟수신호(aa)를 입력받음으로써 이루어진다.
S810의 체크결과SPAS 실행조건이 만족되면, 상기 SPAS는 S820내지 S825로 실행되는 MDPS모드(A)와 함께 S830내지 S836으로 실행되는 모터모드(B)로 구분되어 동시에 실행된다.
상기 MDPS모드(A)의 실행은 S820과 같이 사이드센서(121)나 전후방센서(122)가 후방영역(Pz)에서 나타날 수 있는 장애물을 검출하고, SC(110)가 사이드센서(121)나 상기 전후방센서(122)의 장애물검출신호를 인식함으로써 시작된다.
이러한 상태는 도 5에 도시된 바와 같이 사이드센서(121)나 상기 전후방센서(122)에서 검출된 장애물검출신호(c)가 SC(110)로 입력됨으로써 이루어지고, SC(110)는 VCU(11)와 CAN네트워크(200)로 상호 통신(d)함으로써 모든 정보(e)가 HMI(60)에서 표시된다.
S821은 SC(110)가 장애물검출신호(c)를 이용해 후방영역(Pz)에 대한 주차위치를 탐색하고, 이로부터 후방영역(Pz)으로 진입하기 위한 주차궤적과 필요한 조향각을 계산하는 단계이다.
S822는 계산된 주차궤적과 조향각에 따라 MDPS를 구동하고 동시에 모터의 토크를 제어함으로서 후방주차를 수행하는 과정이다.
이러한 상태는 도 5에 도시된 바와 같이 CAN네트워크(200)로 상호 통신(d)하는 SC(110)나 또는 VCU(11)로부터 발생된 MDPS제어신호(f)가 MDPS(30)로 제공됨으로써 구현된다.
이때, MDPS(30)의 모터는 +토크지령이나 -토크지령으로 정회전이나 역회전된다.
S823은 MDPS(30)가 SC(110)나 또는 VCU(11)로부터 제공된 MDPS제어신호(f)로 구동되고, 그 결과로서 후방지역(Pz)에 차량이 안전하게 주차됨으로써 스마트 후방주차 동작이 종료됨을 나타낸다.
S824는 주차완료 후 MDPS(30)를 정위치(조향휠 센터 정렬)로 복귀시키는 과정으로서, 이는 SC(110)나 또는 VCU(11)로부터 발생된 MDPS제어신호(f)를 통해 이루어진다.
S825는 MDPS(30)의 정위치(조향휠 센터 정렬)복귀가 완료됨으로써 스마트 후방주차 동작이 모두 완료된 상태이고, 이러한 상태가 되면 SC(110)나 또는 VCU(11)는 초기상태로 전환된다.
한편, 상기 모터모드(B)의 실행은 S830과 같이 VCU가 계산된 주차궤적과 조향각에 따라 모터토크를 계산한 후, S831과 같이 VCU가 MCU로 + 토크지령을 전달함으로써 후방주차에 맞게 모터토크를 제어한다.
이러한 상태는 도 5에 도시된 바와 같이 VCU(11)가 CAN네트워크(200)를 통해 상호 통신(d)한 SC(110)로부터 정보를 읽어 들여 계산되고, + 토크지령(h)이 CAN네트워크(200)를 통해 MCU(12)로 제공되며, MCU(12)는 제공된 + 토크지령(h)으로 모터(13)가 회전되도록 구동신호(i)를 전달함으로써 이루어진다.
반면, S832는 VCU가 MCU로 - 토크지령을 전달하고 단계이고, S833은 VCU가 MCU로 - 토크지령을 전달함으로써 후방주차에 맞게 모터토크를 제어한다.
이러한 상태는 도 5에 도시된 바와 같이 VCU(11)가 CAN네트워크(200)를 통해 상호 통신(d)한 SC(110)로부터 정보를 읽어 들여 계산되고, - 토크지령(j)이 CAN네트워크(200)를 통해 MCU(12)로 제공되며, MCU(12)는 제공된 - 토크지령(j)으로 모터(13)가 회전되도록 구동신호(k)를 전달함으로써 이루어진다.
한편, S834는 VCU가 MCU로 + 토크지령을 다시 전달하는 단계이고, S835는 - 토크지령으로 구동되던 모터가 + 토크지령으로 다시 역으로 구동되는 단계이다.
S836은 모터가 + 토크지령과 - 토크지령으로 반복 구동됨으로써 주차 동작이 완료되고, 주차 완료에 따라 모터의 구동이 정지됨을 나타낸다.
이러한 결과로서, 차량은 후방지역(Pz)에 안전하게 주차되어 스마트 후방주차 동작이 모두 종료된다.
전술된 바와 같이, 본 실시예에 따른 스마트 전기자동차는 후방 주차 시 계산된 주차궤적과 조향각으로 MDPS의 모터 토크와 모터 회전방향을 제어하는 주차조향제어(SPAS; Smart Parking Assist System)가 수행되는 SCU(100,Smart Control Unit)와, MCU(12,Motor Control Unit), ABS(20,Anti Brake System) 및 MDPS(30,Motor Driven Power Steering)와 CAN네트워크(200)로 상호 통신하고, 모터(13)의 회전방향을 제어하는 + 토크지령과 - 토크지령을 MCU(12)로 제공함으로써 변속레버의 R변속단 위치와 D변속단 위치가 반영되지 않고 모터(13)의 속도를 제어하는 VCU(11,Vehicle Control Unit)가 포함됨으로써, 모터(13)의 토크제어로 후방 주차 시 운전자의 변속레버의 이동이 요구되지 않는 편리함이 있다.
1 : 스마트 전기자동차
10 : 동력유닛 11 : VCU(Vehicle Control Unit)
12 : MCU(Motor Control Unit)
13 : 모터 20 : ABS(Anti Brake System)
30 : MDPS(Motor Driven Power Steering)
40 : 변속레버
50 : 페달유닛 51 : 가속페달
52 : 브레이크페달 60 : HMI(Human Machine Interface)
70 : 노면검출센서
71 : 틸트센서 72 : HDC버튼
100 : SCU(Smart Control Unit)
110 : SC(Smart Controller)
120 : 물체감지센서 121 : 사이드센서
122 : 전후방센서
130 : 모드버튼 131 : SPAS버튼
132 : ASCC버튼 133 : AEBS버튼
200 : CAN네트워크 300 : LIN네트워크

Claims (6)

  1. 배터리 전력을 이용해 동력을 발생하는 모터와, 상기 모터를 제어하는 MCU(Motor Control Unit)와, 차량 제동을 수행하는 ABS(Anti Brake System)와, 차량 조향을 수행하는 MDPS(Motor Driven Power Steering)와, 차량의 상태를 운전자에게 보여주는 HMI(Human Machine Interface)과 상호 통신하는 CAN네트워크와;
    차량의 변속단을 변경하는 변속레버와;
    차량 가속을 위한 가속페달과 차량 제동을 위한 브레이크페달과;
    상기 CAN네트워크로 상호 통신하고, SPAS버튼의 조작신호와 전후방센서의 장애물 검출신호가 처리되는 LIN네트워크를 갖추고, 후방 주차 시 검출된 장애물 근접 거리에 따라 상기 HMI로 장애물 근접경고음을 보내며, 후방 주차 시 계산된 주차궤적과 조향각으로 상기 MDPS의 모터 토크와 모터 회전방향을 제어하는 주차조향제어(SPAS; Smart Parking Assist System)가 수행되는 SCU(Smart Control Unit)와;
    상기 CAN네트워크로 상호 통신하고, 상기 주차조향제어의 실행 시 상기 MCU로 상기 모터의 토크제어를 위한 토크를 제공하며, 상기 모터의 회전방향을 제어하는 + 토크지령과 - 토크지령을 상기 MCU로 제공함으로써 상기 변속레버의 R변속단 위치와 D변속단 위치가 반영되지 않고 상기 모터의 속도를 제어하는 운용 알고리즘을 갖추고, 차량을 최상위레벨에서 제어하는 VCU(Vehicle Control Unit);
    가 포함된 것을 특징으로 하는 스마트 전기자동차.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 운용 알고리즘은 주차조향제어모드에 더해 주행시 운전자의 조작 없이도 주행안전을 확보해주는 스마트주행제어모드와, 주행시 운전자의 조작 없이도 선행차량과 형성하는 차간거리를 안전하게 확보해주는 비상제동제어모드와, 내리막길 주행시 상기 운전자의 조작 없이도 안전을 확보하는 하강주행제어모드와, 오르막길 주행시 상기 운전자의 조작 없이도 안전을 확보하는 등판주행제어모드와, 돌발적인 장애물의 등장에 대해서도 토크제어로 신속하게 대응해주는 주차보조제어모드가
    더 포함되는 것을 특징으로 하는 스마트 전기자동차.
  3. 버튼의 온(On)조작신호를 감지한 SCU(Smart Control Unit)가 후방영역에 대한 물체를 감지하는 센서의 신호를 받아 후방 주차 시 요구되는 주차궤적과 조향각을 계산하여 주차조향제어(SPAS; Smart Parking Assist System)를 준비하고, 차량을 최상위레벨에서 제어하는 VCU(Vehicle Control Unit)와 CAN네트워크로 상호 통신하여 운전석을 이루는 HMI에 후방 주차 상태를 표시해주는 스마트주차진입단계;
    상기 주차궤적과 상기 조향각에 따라 계산되어 상기 VCU에서 출력되는 제어신호로 MDPS를 제어하는 MDPS모드가 수행되고, 동시에 변속레버의 R변속단 위치와 D변속단 위치에 관계없이 상기 VCU에서 출력되는 -토크지령과 + 토크지령으로 모터의 모터토크를 제어하는 모터모드가 수행되는 스마트주차실행단계;
    상기 센서의 신호를 통해 후방영역의 진입완료가 검출되면, 상기 MDPS와 상기 모터의 제어가 중지되는 스마트주차완료단계;
    가 포함되어 실행되는 것을 특징으로 하는 스마트 전기자동차의 운용방법.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 스마트주차진입단계에서, 상기 센서는 사이드센서와 전후방센서인 것을 특징으로 하는 스마트 전기자동차의 운용방법.
  5. 청구항 3에 있어서, 상기 스마트주차실행단계에서, 상기 MDPS모드는 계산된 주차궤적과 조향각으로 상기 MDPS의 모터가 구동되어 상기 주차조향제어를 수행하고, 상기 주차조향제어가 완료되면 상기 MDPS의 모터는 정위치로 복귀되도록 제어되는 것을 특징으로 하는 스마트 전기자동차의 운용방법.
  6. 청구항 3에 있어서, 상기 스마트주차실행단계에서, 상기 모터모드는 상기 + 토크지령으로 상기 모터가 구동된 후, 상기 - 토크지령으로 상기 모터가 다시 구동되고, 상기 + 토크지령으로 상기 모터가 또 다시 구동되며, 상기 모터의 구동상태는 상기 주차조향제어의 완료시까지 이루어지는 것을 특징으로 하는 스마트 전기자동차의 운용방법.
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