KR20120051644A - 전기 자동차의 무단 변속기를 위한 속도비 제어방법 - Google Patents

전기 자동차의 무단 변속기를 위한 속도비 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 모터 성능을 최적화시키도록 무단 변속기(CVT)에 적용 가능한 속도비 제어 방법을 제공한다. 전기 자동차의 CVT를 위한 상기 속도비는 이하의 단계: 컨트롤러가 가속 페달의 실시간 개방도 신호, 모터 회전 속도 및 CVT의 속도비를 획득하는 단계와, 모터가 전체 자동차의 소요 동력을 충족시키면서 고효율 모터 속도 범위 내에서 동작하도록, 상기 획득된 신호에 따라 모터 회전 속도 또는 CVT의 속도비를 조절하는 단계를 포함한다. 적정한 속도비의 제어 및 회전 속도의 조절을 통해, CVT는 모터와 양호하게 호환되고, 모터 효율성은 전체 자동차의 소요 동력을 보장하면서 최적화된다. 에너지 이용 효율과 운전 성능이 향상되도록 동력 시스템은 최적화된 상태에서 작동한다.

Description

전기 자동차의 무단 변속기를 위한 속도비 제어방법{SPEED RATIO CONTROL METHOD FOR CVT OF ELECTRIC VEHICLE}
본 발명은 전기 자동차(electric vehicle, EV) 제조의 기술 분야의 범주에 속하는, EV의 변속기를 위한 속도비 제어방법에 관한 것이다.
현재, 무단 변속기(continuously variable transmission, CVT)는 많은 전기 자동차에 사용하기 시작하였다. CVT의 속도비(speed ratio)에서 연속적인 변화 덕분에, 자동차는 외부 소요 동력(power requirement) 변화에 적응하도록 동력 시스템 출력 토크 및 회전 속도를 연속적으로 변경시킬 수 있다. 전통적인 수동 변속기(manual transmission, MT)에 의한 속도 변화와 비교하여, CVT의 속도비 변화의 제어는 전적으로 스로틀 페달(throttle pedal)에 의존한다. 구체적으로, CVT의 실제 속도비를 제어하기 위하여 스로틀 페달의 개방도(opening degree)와 엔진의 최선의 성능 곡선(performance curve)에 따라 목표 속도비가 결정된다. 동력 시스템(power system)의 응답 지연(response lag)을 보상하기 위하여, 종래의 CVT는 자동차 속도에 따라, 다시 말해서, CVT 속도비가 현재 실행 상태의 스로틀 개방도 및 자동차 속도에 따라 변경하는지 아닌지에 따라 목표 CVT 속도비를 정정한다.
증대하는 석유자원의 부족과 환경인식에 대한 사람들의 높은 인식과 함께, 전기 자동차(electric vehicles, EVs)가 점점 더 인기가 있어지고 있다. 현재, 전기 자동차들은 일반적으로, 싱글-속도비 또는 듀얼-속도비 기어 변속 메커니즘(shifting mechanism)을 채택하여 모터의 작동 구역을 원하는 대로 조절할 수 없어 모터가 항상 가장 효율적인 영역 내에서 안정적으로 동작할 수는 없다. 이것은 모터 성능을 향상시키기 위해 전기 자동차용 CVT가 요구된다는 것을 나타낸다. 그러나, 전통적인 ICE 자동차의 CVT를 위한 제어방법이 적용되는 대상(reference object)이 EVs와는 다르기 때문에, 전통적인 ICE의 CVT는 EVs에 직접 적용할 수 없다.
본 발명의 기술적 과제는 모터의 성능을 향상시키기 위해 EVs의 CVT에 적용가능한 속도비 제어방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 EVs의 CVT를 위한 속도비 제어방법은 다음의 필수적인 단계: 컨트롤러가 가속 페달의 실시간 개방도 신호, 모터 회전 속도 및 CVT의 속도비를 획득하는 단계와, 모터가 전체 자동차의 소요 동력을 충족시키면서 고효율 모터 속도 범위 내에서 동작하도록, 상기 획득된 신호에 따라 모터 회전 속도 또는 CVT의 속도비를 조절하는 단계를 포함한다.
각각의 모터는 회전 속도 범위 내에서 가장 효율적으로 작동한다(이하, 고효율 모터 회전 속의 범위 또는 고효율 회전 속도 범위로서 참조된다). 모터 회전 속도가 이 범위 내에서만, 모터는 최상의 성능을 가질 수 있다. 가속 페달의 개방도는 목표 모터 회전 속도에 상응하고 운전자의 의도를 나타낸다. 가속 페달의 개방도의 증가는 자동차를 가속하거나 토크를 증가시키는 것을 의미한다. 가속 페달의 개방도와 속도비의 현재값(current value)에 따르면, 운전자에 의해 요구된 동력 또는 토크를 알 수 있다. 따라서, 속도비와 회전 속도는, 전체 자동차의 소요 동력을 충족시키면서, 모터가 고효율 회전 속도의 범위 내에서 작동하여 양호한 모터 성능을 보장할 수 있도록 포괄적으로 조절될 수 있다.
본 발명의 상기 제어 방법에 따르면, 가속 페달의 개방도에 대응하는 목표 회전 속도가 고-효율 모터 회전 속도의 범위 내에 있으면, 컨트롤러는 CVT의 속도비를 변화없이 유지하고, 목표 회전 속도로 현재 모터 회전 속도를 조절한다. 가속 페달의 개방도에 대응하는 목표 회전 속도가 고-효율 모터 회전 속도의 범위 밖이면, 컨트롤러가 목표 회전 속도에 따른 소요 동력과 현재 속도비를 먼저 산출하고, 그 후 산출된 결과에 따라 모터 회전 속도와 CVT의 속도비를 조절하여, 조절된 출력 동력이 소요 동력과 동일해지고, 따라서 조절된 모터 회전 속도는 고효율 회전 속도 범위 내에 또는 근방으로 된다.
보다 구체적으로, 가속 페달의 개방도에 대응하는 목표 회전 속도가 고-효율 모터 회전 속도의 범위 밖이면, 컨트롤러는 목표 회전 속도에 따른 소요 동력과 현재 속도비를 먼저 산출하고, 그 후 고효율 모터 회전 속도의 범위로 엔진 속도를 조절하고, 마지막으로 속도비를 조절하여, 조절된 출력 동력이 소요 동력과 일치하도록 한다. 속도비가 이미 한계값(limit value)으로 조절되고, 소요 동력이 여전히 충족되지 않으면, 컨트롤러는 속도비를 한계값으로 유지하고, 조절된 출력 동력이 소용 동력과 같아질 때까지 엔진 속도를 조절하도록 회전시킨다.
상기 소요 동력은 목표 회전 속도를 현재 속도비로 나눈 몫과 비례하고, 상기 출력 동력은 현재 회전 속도를 현재 속도비로 나눈 몫과 비례한다.
몇몇 상황에서, 운전자가 토크를 증가시키기 위해 가속 페달의 개방도를 증가시키는 것으로, 예를 들어 운전자가 언덕을 오르는 동안 가속 페달을 깊게 밟아 내린다. 이러한 증가된-토크 목표를 충족시키기 위하여, 컨트롤러는 실시간으로 자동차 속도 정보를 획득한다. 목표 회전 속도가 현재 회전 속도보다 높게 증가되고 자동차 속도가 조절 이후 소정의 시간 경과 동안 증가되지 않으면, 컨트롤러는 CVT를 제어하여 속도비를 증가시킨다. 이러한 방법으로, 운전자가 가속 페달을 깊게 밟아 내리는 것을 유지하는 동안, 모터 회전 속도는 지속적으로 증가한다. 그러나, 증가된 하중에 기인하여, 자동차 속도는 증가되지 않는다. 이런 경우에, 출력 토크를 증가시키기 위하여 속도비가 증가되고, 따라서 구동 요건이 충족된다.
목표 회전 속도와 현재 회전 속도 사이의 차이가 커질수록 운전 성능을 크게 향상시키기 위해서, 속도비의 변화율이 커진다. 상기 속도비의 변화율은 단위 시간 내의 속도비 변화이다. 속도비의 변화율을 조정함으로써, 자동차의 가속 시간은 운전 성능을 향상시키기 위해 변경될 수 있다.
본 발명에서 제공된 전기 자동차의 CVT를 위한 속도비 제어 방법에 따르면, 적정한 속도비의 제어와 모터 회전 속도의 조절을 통해, CVT와 모터 사이의 양호한 호환성(compatibility)이 얻어지고, 전체 자동차의 소요 동력을 보장하면서 모터 효율성이 최적화된다. 이러한 방법으로, 자동차의 동력 시스템 운용이 최적화되고, 에너지 이용 효율과 운전 성능도 향상된다.
본 발명에 따른 전기 자동차의 CVT를 위한 속도비 제어 방법에 의하면, 적정한 속도비의 제어와 모터 회전 속도의 조절을 통해, CVT와 모터 사이의 양호한 호환성(compatibility)이 얻어지고, 전체 자동차의 소요 동력을 보장하면서 모터 효율성이 최적화될 수 있는 이점이 있다.
이러한 방법으로, 자동차의 동력 시스템 운용이 최적화되고, 에너지 이용 효율과 운전 성능도 향상되는 이점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 EVs의 CVT를 위한 회전 제어 방법의 흐름도를 나타낸다.
도 2는 본 발명에 따른 EVs의 CVT를 위한 제어 시스템의 개략도를 나타낸다.
본 발명의 기술적인 해법은 첨부된 도면들과 실시예와 관련하여 이하에 상세히 기술된다.
도 1은 본 발명에 따른 EVs의 CVT를 위한 회전 제어 방법의 흐름도를 나타낸다. 도 2는 본 발명에 따른 EVs의 CVT를 위한 제어 시스템의 개략도를 나타낸다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 제어 시스템에서 서로 다른 접속들은 기계적인 접속(100), 전기적인 접속(200), CAN 접속(300) 및 CAN 네트워크(400)를 포함하여 서로 다른 부호로 나타내었다. 또한, 도 2에서, CVT는 무단 변속기(Continuously Variable Transmission)를 나타내고, TCU는 자동 변속기의 제어 유닛을 나타내며, MCU는 모터 컨트롤러를 나타낸다.
도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 이 실시예에서 EVs의 CVT를 위한 속도비 제어 방법은 다음의 단계:
A: 컨트롤러가 가속 페달의 개방도 신호, 모터 회전 속도 및 CVT의 속도비를 실시간으로 획득하는 단계;
B: 가속 페달의 개방도에 대응하는 목표 회전 속도가 고-효율 모터 회전 속도의 범위 내에 있으면, 컨트롤러가 CVT의 속도비를 변화없이 유지하고, 목표 회전 속도로 현재 모터 회전 속도를 조절하는 단계;
C: 가속 페달의 개방도에 대응하는 목표 회전 속도가 고-효율 모터 회전 속도의 범위 밖이면, 컨트롤러가 먼저 목표 회전 속도 따른 소요 동력과 현재의 속도비를 산출하고, 그리고 이하의 단계(C1 또는 C2), 즉,
C1: 현재 모터 회전 속도가 고효율 회전 속도의 범위보다 낮으면, 컨트롤러가 먼저 고효율 회전 속도의 범위로 모터 회전 속도를 증가시키고, 그리고 조절된 출력 동력이 소요 동력과 동일해지도록 속도비를 감소시키고; 속도비가 이미 최소값으로 감소되고, 소요 동력이 여전히 충족되지 않으면, 컨트롤러는 속도비를 최소값으로 유지하고, 조절된 출력 동력이 소요 동력과 동일해질 때까지 엔진 속도를 증가시키는 단계; 또는,
C2: 현재 모터 회전 속도가 고효율 회전 속도의 범위보다 높으면, 컨트롤러는 먼저 고효율 회전 속도의 범위로 모터 회전 속도를 감소시키고, 다음에 조절된 출력 동력이 소요 동력과 동일해지도록 속도비를 증가시키고; 속도비가 이미 최대값으로 증가되고, 소요 동력이 여전히 충족되지 않으면, 컨트롤러가 속도비를 최대값으로 유지하고, 조절된 출력 동력이 소요 동력과 동일해질 때까지 엔진 속도를 감소시키는 단계; 를 포함한다.
상기 소요 동력은 목표 회전 속도를 현재 속도비로 나눈 몫에 비례하고, 상기 출력 동력은 현재 회전 속도를 현재 속도비로 나눈 몫에 비례한다.

Claims (7)

  1. 전기 자동차(EV)의 무단 변속기(CVT)를 위한 속도비 제어방법에 있어서,
    컨트롤러가 가속 페달의 실시간 개방도(opening degree) 신호, 모터 회전 속도 및 CVT의 속도비를 획득하는 단계와,
    모터가 전체 자동차의 소요 동력을 충족시키면서 고효율 모터 속도 범위 내에서 동작하도록, 상기 획득된 신호에 따라 모터 회전 속도 또는 CVT의 속도비를 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전기 자동차의 무단 변속기를 위한 속도비 제어방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    가속 페달의 개방도에 대응하는 목표 회전 속도가 고-효율 모터 회전 속도의 범위 내에 있으면, 컨트롤러는 CVT의 속도비를 변함없이 유지하고 목표 회전 속도로 현재 모터 회전 속도를 조절하고;
    가속 페달의 개방도에 대응하는 목표 회전 속도가 고-효율 모터 회전 속도의 범위 밖이면, 컨트롤러는 목표 회전 속도와 현재 속도비에 따른 소요 동력을 먼저 산출하고, 그 후 산출된 결과에 따라 모터 회전 속도와 CVT의 속도비를 조절하여, 조절된 출력 동력이 소요 동력과 동일해지고, 조절된 모터 회전 속도가 고효율 회전 속도 범위 내에 또는 근방으로 되는 것을 특징으로 하는, 전기 자동차의 무단 변속기를 위한 속도비 제어방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    가속 페달의 개방도에 대응하는 목표 회전 속도가 고-효율 모터 회전 속도의 범위 밖이면, 컨트롤러는 먼저 목표 회전 속도에 따른 소요 동력과 현재 속도비를 산출하고, 고효율 모터 회전 속도 범위로 모터 회전 속도를 조절하고, 마지막으로 속도비를 조절하여, 조절된 출력 동력이 소요 동력과 일치하도록 하고;
    속도비가 이미 한계값으로 조절되고, 소요 동력이 여전히 충족되지 않으면, 컨트롤러는 속도비를 한계값으로 유지하고 조절된 출력 동력이 소요 동력과 동일해질 때까지 모터 회전 속도를 계속하여 조절하는 것을 특징으로 하는, 전기 자동차의 무단 변속기를 위한 속도비 제어방법.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    소요 동력은 목표 회전 속도를 현재 속도비로 나눈 몫에 비례하고,
    출력 동력은 현재 회전 속도를 현재 속도비로 나눈 몫에 비례하는 것을 특징으로 하는, 전기 자동차의 무단 변속기를 위한 속도비 제어방법.
  5. 제 3 항에 있어서,
    컨트롤러는 실시간으로 자동차 속도 정보를 획득하고;
    목표 회전 속도가 현재 회전 속도보다 높고 자동차 속도가 조절 이후 소정의 시간 경과 동안 증가되지 않으면, 컨트롤러는 CVT를 제어하여 속도비를 증가시키는 것을 특징으로 하는, 전기 자동차의 무단 변속기를 위한 속도비 제어방법.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    목표 회전 속도와 현재 회전 속도 사이의 차이가 커질수록, 속도비의 변화율이 커지고;
    상기 속도비의 변화율은 단위 시간 내의 속도비 변화인 것을 특징으로 하는, 전기 자동차의 무단 변속기를 위한 속도비 제어방법.
  7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    A: 컨트롤러가 가속 페달의 개방도 신호, 모터 회전 속도 및 CVT의 속도비를 실시간으로 획득하는 단계;
    B: 가속 페달의 개방도에 대응하는 목표 회전 속도가 고-효율 모터 회전 속도의 범위 내에 있으면, 컨트롤러가 CVT의 속도비를 변화없이 유지하고 목표 회전 속도로 현재 모터 회전 속도를 조절하는 단계;
    C: 가속 페달의 개방도에 대응하는 목표 회전 속도가 고-효율 모터 회전 속도의 범위 밖이면, 컨트롤러가 먼저 목표 회전 속도 따른 소요 동력과 현재의 속도비를 산출하고, 그리고 이하의 단계, C1 또는 C2, 즉,
    C1: 현재 모터 회전 속도가 고효율 회전 속도의 범위보다 낮으면, 컨트롤러가 먼저 고효율 회전 속도의 범위로 모터 회전 속도를 증가시키고, 조절된 출력 동력이 소요 동력과 동일해지도록 속도비를 감소시키고;
    속도비가 이미 최소값으로 감소되고, 소요 동력이 여전히 충족되지 않으면, 컨트롤러는 속도비를 최소값으로 유지하고, 조절된 출력 동력이 소요 동력과 동일해질 때까지 엔진 속도를 증가시키는 단계; 또는
    C2: 현재 모터 회전 속도가 고효율 회전 속도의 범위보다 높으면, 컨트롤러는 먼저 고효율 회전 속도의 범위로 모터 회전 속도를 감소시키고, 조절된 출력 동력이 소요 동력과 동일해지도록 속도비를 증가시키고;
    속도비가 이미 최대값으로 증가되고, 소요 동력이 여전히 충족되지 않으면, 컨트롤러는 속도비를 최대값으로 유지하고, 조절된 출력 동력이 소요 동력과 동일해질 때까지 엔진 속도를 감소시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전기 자동차의 무단 변속기를 위한 속도비 제어방법.
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