KR20150078632A - 전기이륜차의 주행제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 출발시에 운전자의 성향 및 숙련도에 따라 주행모드를 선택하는 수단을 제공하고, 제동 시에 회생제동 모드를 적용하여 차량의 운동에너지를 전기에너지로 변환하여 배터리에 충전을 하면서 제동력을 발휘하여 배터리의 이용효율을 높이는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 전기이륜차의 주행제어 방법은, 차량 운전자의 특성에 따라 출발 시에 스포츠모드 또는 안전모드를 선택하는 단계, 가속 시는 제어부가 속도센서, 가속 페달센서 및 경사각센서 등과 연동하여 요구 동력의 크기에 따라 모터의 구동력을 결정하는 단계 및 제동 시에는 요구 제동력에 따라 발전기를 가동하여 회생제동과 기계제동을 단독 또는 병행 사용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

전기이륜차의 주행제어 방법{Driving control method of electric motorcycles}

본 발명은 전기이륜차의 주행제어 방법에 관한 것으로서, 상세하게는 전기이륜차의 주행효율을 높이기 위하여 운전자 성향에 따라 주행 모드를 선택하고 제동 시의 상황에 따라 회생제동과 기계제동을 혼용하는 방법에 관한 것이다.

고유가 따른 대책으로 세계 각국에서는 친환경 전기이륜차에 대한 관심이 고조되고 있으며, 이륜차가 주요 교통수단인 중국, 인도 등에서는 기존 내연기관 이륜차를 대체하기 위해 빠르게 보급률을 높여가고 있다. 전 세계적으로 전기이륜차의 보급이 활발하게 증가되고 있는 가운데 현재 중국은 전 세계 전기이륜차의 생산량에 90%를 차지하고 있으며 주로 저가의 전기자전거 형태가 대부분이지만 경제력이 높아짐에 따라 전기이륜차의 비중이 크게 증가될 것이다.

전기이륜차의 구동 모터는 단순 속도가변 기능을 가진 저출력급 브러시형 DC모터를 사용하였으나, 브러시형 DC모터의 가격이 저렴한 반면 브러시와 정류자간의 연속 접촉으로 인해 주기적인 유지보수 및 교체가 필요하기 때문에 높은 내구성과 오랜 수명을 필요로 하는 이륜차의 구동모터로서는 적합하지 않아 최근 브러시와 정류자를 제거하고 반도체 스위칭 소자를 이용하는 BLDC 모터가 사용되고 있다.

배터리 충전방법은 단자 접촉에 의해 전원측에서 EV측으로 전류를 직접 유입하는 컨덕티브 방식과 변압기와 같이 전자유도에 의해 전기 에너지를 전달하는 인덕티브 방식이 있다. 컨덕티브 충전방식은 현재 가장 많이 사용하고 있는 방식으로 제한된 주행 거리와 에너지 소비량 문제는 IGBT와 스위칭 기술의 향상으로 충전기의 성능을 향상시켜 어느 정도 해결이 가능하다. 대표적으로 독일의 RETH Aachen 충전기는 충전 속도를 최대로 높이기 위해 역률 조정기로 사용되는 부스터 컨버터를 사용하여 정현파 전류를 사용한 역률 조정 기술로 표준 가정용 소켓에 연결할 수 있으며, 정류된 공급 전압이 공진형 부스트 컨버터에 의해 500V 까지 높여 효율은 92% 정도이고 외관과 냉각시스템을 일체화한 충전기이다.

기존 전기이륜차는 외부환경 즉, 도로의 경사도나 혼잡도 등에 대하여 적절한 조치 없이 고정비 및 변동비로만 주행하고 변속시기도 일정하여 모터는 물론 배터리의 효율성 향상에 한계를 가지고 있다. 기존 전기이륜차는 악셀 페달을 끝까지 밟으면 모터는 구동될 수 있는 최대 RPM까지 동력을 내며, 전기 모터의 특성상 가속력이 높기 때문에 이로 인하여 번잡한 시장길이나 골목길 또는 지체 도로에서 악셀 페달 조작의 작은 실수에도 크게 작용하여 안전사고에 노출되어 있고, 배터리의 효율성도 낮다.

전기 모터의 특성상 저속구간에서는 오버 토크(over torque)로 가속력이 최대이기 때문에 급출발이 발생한다. 특히, 초보자 및 초기 사용자는 조작 미숙으로 급가속 및 급제동 특성이 있으므로 배터리 소모가 크다.

전기자전거의 주행모드 제어에 관한 종래의 기술로서 특허문헌 1에 제시된 발명은 페달 답력에 대하여 모터보조비율과 회생제동량을 자동으로 조절하는 구성이 제시되어 있으나, 운전자의 성향 및 특성에 따라 급가속과 급제동에 의한 안전사고 등에 대한 대책이 미흡하다.

1. 한국 공개특허 제2012-0051177호

상기와 같은 문제점을 해결하고자 본 발명에서는 출발시에 운전자의 성향 및 숙련도에 따라 주행모드를 선택하는 수단을 제공하여 배터리의 이용효율을 높이고자 한다.

또한, 제동 시에 회생제동 모드를 적용하여 차량의 운동에너지를 전기에너지로 변환하여 배터리에 충전을 하면서 제동력을 발휘하는 방법을 제공하고자 한다.

상기의 해결하고자 하는 과제를 위한 본 발명에 따른 전기이륜차의 주행제어 방법은, 차량 운전자의 특성에 따라 출발 시에 스포츠모드 또는 안전모드를 선택하는 단계, 가속 시는 제어부가 속도센서, 가속 페달센서 및 경사각센서 등과 연동하여 요구 동력의 크기에 따라 모터의 구동력을 결정하는 단계 및 제동 시에는 요구 제동력에 따라 발전기를 가동하여 회생제동과 기계제동을 단독 또는 병행 사용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 안전모드는 전기이륜차의 초보자 또는 초기 운행자를 위한 출발모드로서, 여러 레벨로 최고 RPM을 분할하고 각 레벨은 악셀 페달과 연동하여 악셀 페달을 끝까지 밟아 작동하였을 때 각 레벨의 최고 RPM까지만 동작하도록 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 스포츠 모드는 숙련된 운전자나 스피드를 즐기는 운전자를 위한 출발모드로서, 모터의 최고 RPM을 내도록 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 회생제동은 상기 전기이륜차의 속력이 30km/h가 되면 전원이 정지되면서 회생제동이 시작되고, 속력이 낮아져 10km/h 이하가 되면 회생제동이 멈추는 것을 특징으로 하는 전기이륜차의 주행제어 방법.

본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 제어부는 요구 제동력보다 회생제동력이 클 경우 회생제동만 사용하고, 요구 제동력이 회생제동력보다 클 경우 회생제동과 기계제동을 동시에 사용하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 전기이륜차의 주행제어 방법은 초보나 초기 운전자가 모터의 오버 토오크(over torque)와 악셀 페달 조작 미숙으로 인한 안전사고를 방지할 수 있다.

또한, 내리막길이나 제동 시에 발전기를 사용한 회생제동을 하여 전기에너지를 생산하여 저장함으로써 배터리의 이용효율을 높일 수 있다.

또한, 급가속과 급제동의 스포츠모드에 비하여 안전모드를 선택할 경우 배터리의 SOC(state of charge)를 5% 이상 향상 시킬 수 있어 배터리의 이요효율을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 전기이륜차의 주행제어 알고리즘의 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 스포츠모드와 안전모드의 SOC 모의실험 결과.

이하 본 발명의 실시를 위한 구체적인 실시예를 도면을 참고하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 하나의 발명을 설명하기 위한 것으로서 권리범위는 예시된 실시예에 한정되지 않고, 예시된 도면은 발명의 명확성을 위하여 핵심적인 내용만 확대 도시하고 부수적인 것을 생략하였으므로 도면에 한정하여 해석하여서는 아니 된다.

도 1은 본 발명에 따른 전기이륜차의 주행제어 알고리즘의 구성도를 보여준다. 본 발명에서는 종래의 단순한 on/off 방식을 지양하여 다양한 모드를 제공한다.

출발모드는 운전자의 성향 및 숙련도에 따라 주행모드를 선택하는 수단이 제공된다. 안전모드는 전기이륜차의 초보자 또는 초기 운행자를 위한 출발모드로서, 여러 레벨로 최고 RPM을 분할하고 각 레벨은 악셀 페달과 연동하여 악셀 페달을 끝까지 밟아 작동하였을 때 각 레벨의 최고 RPM까지만 동작하도록 한다. 따라서 배터리의 SOC(state of charge)가 급격히 낮아지지 않으며 급출발을 방지하여 안전하다.

스포츠 모드는 숙련된 운전자나 스피드를 즐기는 운전자를 위한 출발모드로서, 모터의 최고 RPM을 내도록 하여 급출발이나 급가속을 할 수 있다. 이때에 SOC가 낮아지지 않도록 유의해야 한다.

가속모드는 제어부가 속도센서, 가속 페달센서 및 경사각센서 등과 연동하여 요구 동력의 크기에 따라 모터의 구동력을 결정한다.

상기 속도센서는 바퀴의 회전수를 측정하는 인코더로부터 차량의 속도를 계산하고, 상기 가속 페달센서는 가속 페달의 각도로 답력의 크기를 산출하며, 상기 경사각센서는 차량의 경사각을 센싱하여 오르막, 평지 또는 내리막의 경사도를 판단한다. 통상 전기이륜차는 4륜 차량에 비하여 엑셀을 밟는 시간이 짧다. 초기 페달 위치에서 끝까지 밟는 시간이 대략 0.6초로 매우 짧은 순간에 일어나므로 급출발의 위험성이 있다.

일반적으로 전기 자동차의 회생제동 시스템은 제동 시 또는 내리막 도로 주행 시에 자동차의 가속력을 이용하여 발전기를 구동한다. 회생제동모드는 감속시 차량의 운동에너지를 발전기를 통해 전기에너지로 바꿔 축전지에 저장하며, 이때 모터의 전원은 정지될 수 있다. 운전자가 가속 페달과 감속 페달을 둘 다 밟고 있지 않을 때에도 발전기를 통하여 부분적으로 충전이 일어날 수 있다. 제동을 위하여 운전자가 감속 페달을 밟을 때 회생 제동이 발생하도록 하고, 감속이 부족할 경우 마찰 브레이크를 사용하여 기계제동을 할 수 있다.

중립모드는 전기이륜차의 모터에 전기 공급이 중단되어 차량 관성에 의해 운행할 수 있다.

저속정지모드는 전기이륜차의 속력이 30km/h가 되면 전원이 정지되면서 회생제동이 시작되고, 속력이 낮아져서 10km/h 이하가 되면 회생제동이 멈춘다.

이륜차는 앞 브레이크만 작동하면 전복의 위험성이 생겨 보통 뒷 브레이크를 작동하고, 긴급 시에는 앞뒤 브레이크를 동시에 작동시킨다. 전기이륜차는 후륜에 모터를 장착하고 있어 기계식과 전자식 제동 장치가 있으며 전륜에는 기계식 제동 장치가 있다. 따라서 운전자의 제동의지에 의해서 전후륜 브레이크를 작동시킬 수 있다. 앞 브레이크는 기계식 제동력이 작동하고 뒷 브레이크는 회생제동 가능 여부를 판단하고 회생제동력과 운전자가 요구하는 요구 제동력을 비교해서 제동을 해야 한다. 제어부는 운전자의 요구 제동력보다 회생제동력이 클 경우 회생제동력만 사용하며, 요구 제동력이 회생제동력보다 클 경우 회생제동력과 기계 제동력을 동시에 사용한다. 또한 회생제동이 불가능할 경우 기계제동력을 사용한다.

도 2는 본 발명에 따른 스포츠모드와 안전모드의 SOC 모의실험 결과를 보여준다. 스포츠모드는 전기이륜차의 운전에 숙련도가 노거나 스피드를 즐기는 마니아(mania)를 위한 모드로서 급가속과 급제동을 할 수 있다. 안전모드는 전기이륜차의 초보나 미숙련 운전자를 위한 모드로서 선형적인 속력의 증가와 회생제동을 하는 경우이다.

도 2의 결과에 따르면 스포츠모드에 비하여 안전모드를 선택할 경우 배터리의 SOC를 5% 이상 향상 시킬 수 있어 배터리의 이용효율을 향상시킬 수 있다.

Claims (5)

1. 전기이륜차의 주행제어 방법에 있어서,
   차량 운전자의 특성에 따라 출발 시에 스포츠모드 또는 안전모드를 선택하는 단계;
   가속 시는 제어부가 속도센서, 가속 페달센서 및 경사각센서 등과 연동하여 요구 동력의 크기에 따라 모터의 구동력을 결정하는 단계; 및
   제동 시에는 요구 제동력에 따라 발전기를 가동하여 회생제동과 기계제동을 단독 또는 병행 사용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기이륜차의 주행제어 방법.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 안전모드는 전기이륜차의 초보자 또는 초기 운행자를 위한 출발모드로서, 여러 레벨로 최고 RPM을 분할하고 각 레벨은 악셀 페달과 연동하여 악셀 페달을 끝까지 밟아 작동하였을 때 각 레벨의 최고 RPM까지만 동작하도록 하는 것을 특징으로 하는 전기이륜차의 주행제어 방법.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 스포츠 모드는 숙련된 운전자나 스피드를 즐기는 운전자를 위한 출발모드로서, 모터의 최고 RPM을 내도록 하는 것을 특징으로 하는 전기이륜차의 주행제어 방법.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 회생제동은 상기 전기이륜차의 속력이 30km/h가 되면 전원이 정지되면서 회생제동이 시작되고, 속력이 낮아져 10km/h 이하가 되면 회생제동이 멈추는 것을 특징으로 하는 전기이륜차의 주행제어 방법.
5. 제 1항에 있어서,
   상기 제어부는 요구 제동력보다 회생제동력이 클 경우 회생제동만 사용하고, 요구 제동력이 회생제동력보다 클 경우 회생제동과 기계제동을 동시에 사용하는 것을 특징으로 하는 전기이륜차의 주행제어 방법.

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