KR102514400B1 - 전기 자동차의 긴급제동 시 회생제동량 결정방법 - Google Patents

전기 자동차의 긴급제동 시 회생제동량 결정방법 Download PDF

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Abstract

자동 긴급 제동제어 시 긴급제동량 및 발생원인에 따라 전기 모터의 회생제동레벨 및 감소 기울기를 조절하여 주행 중 회생제동량을 최대한 유지함으로써 전기 에너지 소비효율을 증대시키도록 한 전기 자동차의 긴급제동 시 회생제동량 결정방법에 관한 것으로서, 회생제동을 제어하는 차량 제어 유닛에서 패들 스위치를 통한 회생제동량 조절신호와 차량 속도 정보, 엑셀 페달 및 브레이크 페달의 조작 신호 정보를 입력받고, 차량이 주행 중인 상태에서 엑셀 페달이 오프 상태이고, 브레이크 페달이 오프 상태이면, 긴급 제동 발생 원인을 확인하여, 확인한 긴급 제동 발생 원인에 따라 회생제동 레벨을 차등적으로 설정하고, 설정한 회생제동 레벨에 따라 회생제동량을 계산하여, 계산한 회생제동량에 따라 모터 제어 유닛을 제어하여, 전기 자동차의 전비 향상을 도모한다.

Description

전기 자동차의 긴급제동 시 회생제동량 결정방법{Regenerative braking amount determine method for emergency braking of electric vehicles}
본 발명은 전기 자동차의 긴급제동 시 회생제동량 결정에 관한 것으로, 특히 자동 긴급 제동제어시 긴급제동량 및 발생원인에 따라 전기 모터의 회생제동레벨 및 감소 기울기를 조절하여 주행 중 회생제동량을 최대한 유지함으로써 전기 에너지 소비효율을 증대시키도록 한 전기 자동차의 긴급제동 시 회생제동량 결정방법에 관한 것이다.
일반적으로, 전기동력 자동차는 전기에너지의 사용 비중 및 구조에 따라 순수 전기 자동차(EV), 하이브리드 전기 자동차(HEV), 플러그인 하이브리드 전기 자동차(PHEV)로 구별된다.
이러한 전기동력 자동차(이하, "전기 자동차"라 약칭함)는 일반적인 내연기관 자동차와는 달리 전기 모터(구동모터)를 이용하여 차량을 구동하게 된다.
내연기관 차량은 차량을 정지시키거나 속도를 줄일 때 운전자의 의지에 따라 브레이크 페달을 작동하게 되며, 차량은 기계적으로 차량 제동을 수행한다.
전기 자동차는 사용자의 제동의지에 따라 구동모터의 회생제동을 이용한 제동과 기존 브레이크 시스템인 유압을 이용한 기계적 제동을 적절히 분배하여 제동을 수행한다.
예컨대, 구동모터를 정지시킬 시(특히, 브레이크 페달을 가압할 시)에는 구동모터의 진행방향으로 인가하던 토크를 차단하고, 관성에 의해 회전하는 구동모터를 진행방향에 대해 역으로 회전하게끔 토크를 인가함으로써 구동모터에 의한 차량제동을 수행한다.
다시 말해 전기 자동차는 진행 중에 브레이크 페달을 밟게 되면 구동모터에 공급되는 전원을 차단하고, 차량의 진행 관성력에 의해 회전하는 구동모터의 전원인가 단자에서 역으로 발생하는 역기전력을 다시 구동모터에 인가하여 진행방향에 대해 구동모터가 역으로 회전하게끔 함으로써 제동력을 발생하게 되는 데, 이러한 제동력 발생을 "회생제동"이라고 한다.
이러한 전기 자동차의 전자제동시스템은 브레이크 페달을 통해 운전자의 제동의지를 확인하고, 이를 계산하여 브레이크를 제어하며, 긴급한 상황에서 충돌을 방지하거나 차량 운전성을 확보하기 위해서 운전자 의지와 관계없이 차량 제동을 실행한다.
일반적인 전기 자동차는 운전자 보호 및 운전 성능 유지를 위한 긴급 제동시 제동제어 효율을 높이기 위하여 전기 자동차의 회생제동량을 "0"으로 만든다.
이러한 회생제동량 제어방식은 긴급제동의 제동량에 상관없이 회생제동량(모터에 의한 제동량)을 "0"으로 만들기 때문에, 전기 자동차의 전비효율이 낮아지는 단점이 있다.
대한민국 공개특허 10-2021-0095773(2021.08.03. 공개)(차량의 제동 제어방법) 대한민국 공개특허 10-2021-0100231(2021.08.17. 공개)(브레이크 장치 및 그 제어방법) 대한민국 공개특허 10-2021-0142018(2021.11.24. 공개)(친환경 차량의 회생제동 협조 제어방법) 대한민국 공개특허 10-2021-0156393(2021.12.27. 공개)(브레이크 레지스터의 고장 진단 장치 및 그 방법과 이를 이용한 회생제동 제어장치 및 그 방법) 대한민국 공개특허 10-2022-0006272(2022.01.17. 공개)(모터 탑재 차량의 제동력 제어 방법)
따라서 본 발명은 상기와 같은 일반적인 전기 자동차에서 회생제동 시 전비효율이 낮아지는 문제를 해결하기 위해서 제안된 것으로서, 자동 긴급 제동제어 시 긴급제동량 및 발생원인에 따라 전기 모터의 회생제동레벨 및 감소 기울기를 조절하여 주행 중 회생제동량을 최대한 유지함으로써 전기 에너지 소비효율을 증대시키도록 한 전기 자동차의 긴급제동 시 회생제동량 결정방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 "전기 자동차의 긴급제동 시 회생제동량 결정방법"은,
전기 자동차의 긴급제동 시 회생제동량을 결정하는 방법으로서,
(a) 회생제동을 제어하는 차량 제어 유닛에서 패들 스위치를 통한 회생제동량 조절신호와 차량 속도 정보, 엑셀 페달 및 브레이크 페달의 조작 신호 정보를 입력받는 단계;
(b) 상기 차량 제어 유닛에서 차량이 주행중인 상태에서 엑셀 페달이 오프 상태이고, 브레이크 페달이 오프상태이면, 긴급 제동 발생 원인을 확인하는 단계;
(c) 상기 차량 제어 유닛에서 (b)단계에서 확인한 긴급 제동 발생 원인에 따라 회생제동 레벨을 설정하는 단계;
(d) 상기 차량 제어 유닛에서 설정한 회생제동 레벨에 따라 회생제동량을 계산하는 단계; 및
(e) 상기 차량 제어 유닛에서 계산한 회생제동량에 따라 모터 제어 유닛을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 (b)단계의 긴급 제동 발생 원인은,
차량 전방의 장애물을 감지하면 긴급 제동을 요청하는 AEB(Autonomous Emergency Braking)의 긴급 제동 요청, 급제동시 바퀴가 잠기는 것을 방지하기 위한 ABS(anti-lock brake system)의 긴급 제동 요청, 차량이 좌우로 미끄러지는 것을 방지하기 위한 ESP(electronic stability program)의 긴급 제동 요청인 것을 특징으로 한다.
상기에서 (c)단계의 차량 제어 유닛은,
긴급 제동 발생 원인을 확인하여 긴급성이 높은 상황에서는 회생제동량을 최소화하고, 긴급성이 낮은 상황에서는 회생제동량을 최대한 보전하여 전기 자동차의 연비를 높이는 것을 특징으로 한다.
상기 긴급성이 높은 상황과 낮은 상황은 사전에 긴급 제동을 요청하는 시스템에 대하여 미리 결정된 것을 특징으로 한다.
상기에서 (d)단계의 회생제동 레벨은,
긴급 제동을 요청하는 시스템이 AEB(Autonomous Emergency Braking)일 경우 회생제동량 결정 가중치를 "1"로 부여하여 회생제동레벨을 결정하고, 긴급 제동을 요청하는 시스템이 ABS(anti-lock brake system)일 경우 회생제동량 결정 가중치를 "2"로 부여하여 회생제동레벨을 결정하고, 긴급 제동을 요청하는 시스템이 ESP(electronic stability program)일 경우 회생제동량 결정 가중치를 "3"으로 부여하여 회생제동레벨을 결정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 자동 긴급 제동제어 시 긴급제동량 및 발생원인에 따라 전기 모터의 회생제동레벨 및 감소 기울기를 조절하여, 주행 중 회생제동량을 최대한 유지함으로써 전기 에너지 소비효율을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 전기 자동차의 긴급제동 시 회생제동량 결정방법이 적용되는 전기 자동차의 제동시스템의 구성도,
도 2는 긴급 제동 요청 시스템에 따른 회생제동량과 긴급제동량 관계도,
도 3은 본 발명에 따른 전기 자동차의 긴급제동 시 회생제동량 결정방법을 보인 흐름도이다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전기 자동차의 긴급제동 시 회생제동량 결정방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
이하에서 설명되는 본 발명에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전기 자동차의 긴급제동 시 회생제동량 결정방법이 적용되는 전기 자동차의 제동시스템의 구성도로서, 패들 업스위치(101), 패들 다운 스위치(102), 브레이크 페달(103), 엑셀 페달(104), 전방 카메라 모듈(105), 전방 레이더 모듈(106), 브레이크 ECU(107), 모터 제어기(108), 차량 속도 검출기(109), 차량 제어 유닛(110), 모터 제어 유닛(111), 견인 모터(Traction Motor)(112)를 포함할 수 있다.
패들 업 스위치(paddle Up switch)(101)는 조향 핸들에 장착되며, 차량 속도 증가를 위한 업(또는, "+") 스위치를 의미하고, 패들 다운 스위치(102)는 paddle Down switch)(102)는 차량 속도 감소를 위한 다운(또는, "-") 스위치를 의미한다.
이러한 패들 스위치는 조향 핸들에 장착되어, 사용자의 조작에 의해 속도 조절 신호를 발생하는 데, 본 발명에서는 부가적으로 전기 자동차의 회생제동량(레벨)을 조정하는 용도로도 활용된다.
브레이크 페달(103)은 사용자의 브레이크 페달 조작에 대응하는 브레이크 조작신호를 발생하여 차량 제어 유닛(110)에 전달하는 역할을 하며, 엑셀 페달(104)은 사용자의 엑셀 페달 조작에 대응하는 엑셀 조작신호를 발생하여 차량 제어 유닛(104)에 전달하는 역할을 한다.
전방 카메라 모듈(105)은 카메라를 이용하여 전방 물체를 감지하는 역할을 하며, 전방 레이더 모듈(106)은 레이더 전자기파를 이용하여 전방 물체를 감지하는 역할을 하며, 브레이크 ECU(107)는 AEB, ABS 및 ESP 등의 긴급 제동 요청에 따른 신호를 발생하여 차량 제어 유닛(110)에 전달하는 역할을 한다.
또한, 모터 제어기(108)는 모터 제어 신호를 발생하는 역할을 하며, 차량 속도 검출기(109)는 차량 속도를 검출하여 상기 차량 제어 유닛(110)에 전달하는 역할을 한다.
차량 제어 유닛(VCU; Vehicle Control Unit)(110)은 패들 스위치를 통한 회생제동량 조절신호와 차량 속도 정보, 엑셀 페달 및 브레이크 페달의 조작 신호 정보, 긴급 제동 요청 신호에 따라 회생제동량을 결정하고, 모터를 제어하는 역할을 한다.
모터 제어 유닛(MCU; Motor Control Unit)(111)은 상기 차량 제어 유닛(110)의 제어에 따라 견인 모터(112)를 제어하는 역할을 한다.
도 3은 본 발명에 따른 전기 자동차의 긴급제동 시 회생제동량 결정방법을 보인 흐름도로서, (a) 회생제동을 제어하는 차량 제어 유닛(110)에서 패들 스위치를 통한 회생제동량 조절신호와 차량 속도 정보, 엑셀 페달 및 브레이크 페달의 조작 신호 정보를 입력받는 단계(S101), (b) 상기 차량 제어 유닛(110)에서 차량이 주행중인 상태에서 엑셀 페달이 오프 상태이고, 브레이크 페달이 오프 상태이면, 긴급 제동 발생 원인을 확인하는 단계(S102 - S105, S107, S109), (c) 상기 차량 제어 유닛(110)에서 (b)단계에서 확인한 긴급 제동 발생 원인에 따라 회생제동 레벨을 설정하는 단계(S106, S108, S110), (d) 상기 차량 제어 유닛(110)에서 설정한 회생제동 레벨에 따라 회생제동량을 결정하는 단계(S111), 및 (e) 상기 차량 제어 유닛(110)에서 결정한 회생제동량에 따라 모터 제어 유닛(111)을 제어하는 단계(S112)를 포함한다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 전기 자동차의 긴급제동 시 회생제동량 결정방법을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 운전자는 차량을 진행 방향으로 운행하는 도중에, 회생제동량(레벨)을 조절하기 위해서, 패들 업 스위치(101) 또는 패들 다운 스위치(102)를 조작하면, 차량 제어 유닛(110)은 패들 스위치에 조작에 대응하여 회생제동량 레벨 변경 동작을 수행한다.
즉, 회생제동을 제어하는 차량 제어 유닛(110)은 차량 속도 검출기(109)를 이용한 차량 속도 정보, 엑셀 페달(104) 및 브레이크 페달(103)의 조작 신호 정보를 입력받는다(S101).
이어, 상기 차량 제어 유닛(110은 차량 속도(Vspeed)가 "0"보다 큰지를 확인하여(Vspeed > 0)(S102), 상기 차량 속도가 "0"보다 클 경우, 단계 S103으로 이동하여 엑셀 페달(104)(Accel Pedal)이 조작되는지를 확인한다. 이 확인 결과 엑셀 페달이 조작되지 않으면, 단계 S104로 이동하여 브레이크 페달(103)(Brake Pedal)이 조작되는지를 확인한다. 이 확인 결과 브레이크 페달도 조작되지 않는 상태이면 회생제동량을 제어하는 상태로 진입한다.
이어, 회생제동량을 기존과 같이 바로 제어하는 것이 아니고 긴급 제동이 발생한 원인을 확인하여 회생제동량을 가변 제어하여 전비 향상을 도모한다.
예컨대, 단계 S105 내지 S110에서 상기 확인한 긴급 제동 발생 원인에 따라 회생제동 레벨을 설정한다.
여기서 긴급 제동 발생 원인으로는, 차량 전방의 장애물을 감지하면 긴급 제동을 요청하는 AEB(Autonomous Emergency Braking)의 긴급 제동 요청, 급제동시 바퀴가 잠기는 것을 방지하기 위한 ABS(anti-lock brake system)의 긴급 제동 요청, 차량이 좌우로 미끄러지는 것을 방지하기 위한 ESP(electronic stability program)의 긴급 제동 요청이 될 수 있다.
이때, 차량 제어 유닛(110)은 긴급 제동 발생 원인을 확인하여 긴급성이 높은 상황에서는 회생제동량을 최소화하고, 긴급성이 낮은 상황에서는 회생제동량을 최대한 보전하여 전기 자동차의 연비를 높이도록 회생제동량을 제어한다.
도 2는 긴급 제동 발생 원인이 AEB, ABS, ESP일 경우, 회생제동량과 긴급제동량과의 관계를 나타낸 것이다.
여기서 긴급성이 높은 상황과 낮은 상황은 긴급 제동을 요청하는 시스템에 대하여 사전에 결정된 것으로 가정을 한다.
본 발명에서는 ESP 제동 요청이 가장 긴급성이 높고, ABS가 그 다음으로 긴급성이 높고, AEB가 긴급성이 가장 낮은 것으로 설정하였으나, 이것에 한정되는 것은 아니고, 회생제동을 위한 다른 긴급 요청 시스템이 존재할 경우, 이를 고려하여 긴급성은 다시 설정될 수 있다.
긴급 제동 발생 원인의 확인은, 전방 카메라 모듈(105) 및 전방 레이더 모듈(106)에서 발생한 신호를 이용하여 긴급 제동 발생 원인이 AEB인지 판단하고, 브레이크 ECU(107)에서 발생한 신호를 이용하여, 긴급 제동 발생 원인이 ABS 또는 ESP인지를 확인한다.
이어, 상기 긴급 제동 발생 원인에 따라 회생제동량 결정을 위한 회생제동량 결정 가중치인 회생제동 레벨(Regen Brake Level)을 결정한다.
예컨대, 긴급 제동을 요청하는 시스템이 AEB(Autonomous Emergency Braking)일 경우 회생제동량 결정 가중치를 "1"로 부여하여 회생제동 레벨을 결정하고, 긴급 제동을 요청하는 시스템이 ABS(anti-lock brake system)일 경우 회생제동량 결정 가중치를 "2"로 부여하여 회생제동 레벨을 결정하고, 긴급 제동을 요청하는 시스템이 ESP(electronic stability program)일 경우 회생제동량 결정 가중치를 "3"으로 부여하여 회생제동레벨을 결정한다.
다시 말해, 긴급성에 따라 회생제동량 결정 값을 가변한다.
다음으로, 상기와 같이 회생제동 레벨을 결정하면 단계 S111에서 결정한 회생제동 레벨에 따라 회생제동량(모터 토크)(Brake)을 아래와 같은 수식으로 계산한다.
Motor Torque(Brake) = Total Brake Torque - (Regen Brake Level × Regen Brake Target Value).
이어, 상기 계산한 회생제동량에 따라 모터 제어 유닛(111)을 제어하여, 견인 모터(112)를 제어하여, 긴급 제동 발생 원인에 따라 회생제동량을 차등제어하여 전기 자동차의 전비를 향상시킨다(S112).
이와 같이 본 발명은 긴급제동 상황 발생시 긴급 상황에 따라 회생제동량에 가중치를 부여하여 회생제동량을 제어함으로써, 전기 자동차의 전비를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 차량장치(AEB, ABS, ESP)와 차량 제어장치 및 견인 모터 간의 협조 제어를 통한 회생제동기술을 이용함으로써, 차속을 감소시키는 기능 구현 및 이를 이용한 전기 자동차의 에너지 소비효율을 증대시켜 전비를 향상시킬 수 있다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다.
101: 패들 업 스위치 102: 패들 다운 스위치
103: 브레이크 페달 104: 엑셀 페달
105: 전방 카메라 모듈 106: 전방 레이더 모듈
107: 브레이크 ECU 108: 모터 제어기
109: 차량 속도 검출기 110: 차량 제어 유닛
111: 모터 제어 유닛 112: 견인 모터

Claims (4)

  1. 전기 자동차의 긴급 제동시 회생제동량을 결정하는 방법으로서,
    (a) 회생제동을 제어하는 차량 제어 유닛에서 패들 스위치를 통한 회생제동량 조절신호와 차량 속도 정보, 엑셀 페달 및 브레이크 페달의 조작 신호 정보를 입력받는 단계;
    (b) 상기 차량 제어 유닛에서 차량이 주행중인 상태에서 엑셀 페달이 오프 상태이고, 브레이크 페달이 오프상태이면, 긴급 제동 발생 원인을 확인하는 단계;
    (c) 상기 차량 제어 유닛에서 (b)단계에서 확인한 긴급 제동 발생 원인에 따라 회생제동 레벨을 설정하는 단계;
    (d) 상기 차량 제어 유닛에서 설정한 회생제동 레벨에 따라 회생제동량을 계산하는 단계; 및
    (e) 상기 차량 제어 유닛에서 계산한 회생제동량에 따라 모터 제어 유닛을 제어하는 단계를 포함하고,
    상기 (b)단계의 긴급 제동 발생 원인은,
    차량 전방의 장애물을 감지하면 긴급 제동을 요청하는 AEB(Autonomous Emergency Braking)의 긴급 제동 요청, 급제동 시 바퀴가 잠기는 것을 방지하기 위한 ABS(anti-lock brake system)의 긴급 제동 요청, 차량이 좌우로 미끄러지는 것을 방지하기 위한 ESP(electronic stability program)의 긴급 제동 요청을 포함하고,
    상기 (c)단계의 차량 제어 유닛은,
    긴급 제동 발생 원인을 확인하여 긴급성이 높은 상황에서는 회생제동량을 최소화하고, 긴급성이 낮은 상황에서는 회생제동량을 최대한 보전하여 전기 자동차의 연비를 높이되, 상기 긴급성이 높은 상황과 낮은 상황은 사전에 긴급 제동을 요청하는 시스템에 대하여 미리 결정된 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 긴급제동 시 회생제동량 결정방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에서, 상기 (d)단계의 회생제동 레벨은,
    긴급 제동을 요청하는 시스템이 AEB(Autonomous Emergency Braking)일 경우 회생제동량 결정 가중치를 "1"로 부여하여 회생제동레벨을 결정하고, 긴급 제동을 요청하는 시스템이 ABS(anti-lock brake system)일 경우 회생제동량 결정 가중치를 "2"로 부여하여 회생제동레벨을 결정하고, 긴급 제동을 요청하는 시스템이 ESP(electronic stability program)일 경우 회생제동량 결정 가중치를 "3"으로 부여하여 회생제동레벨을 결정하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 긴급제동 시 회생제동량 결정방법.
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