KR20200109886A - 전기자동차의 구동계 비틀림 충격 저감 방법 - Google Patents

전기자동차의 구동계 비틀림 충격 저감 방법 Download PDF

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조우철
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Abstract

본 발명은 전기자동차의 구동계 비틀림 충격 저감 방법을 제공하고자 한 것으로서, 파킹 기어가 체결된 상태에서 모터토크 인가 및 모터속도 모니터링을 이용하여 구동계 부품의 비틀림 토크를 산정한 후, 파킹기어 해제 요청시 산정된 비틀림 토크 크기와 동일한 역방향 비틀림 토크를 구동계 부품에 인가한 다음, 파킹 기어를 해제하도록 함으로써, 파킹 기어 해제시 구동계 부품의 비틀림에 따른 충격을 저감시킬 수 있도록 한 점에 특징이 있다.

Description

전기자동차의 구동계 비틀림 충격 저감 방법{TORSION REDUCING METHOD FOR DRIVING SYSTEM OF ELECTRIC VEHICLE}
본 발명은 전기자동차의 구동계 부품 비틀림 충격 저감 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 경사로 주차시 등에서 발생하는 구동계 부품의 비틀림을 감지하고, 이를 이용하여 구동계 부품의 비틀림에 따른 충격을 저감시킬 수 있도록 한 전기자동차의 구동계 비틀림 충격 저감 방법에 관한 것이다.
전기자동차의 구동계는 첨부한 도 1에 도시된 바와 같이, 주행 구동원인 모터(10)와, 모터(10)의 출력축에 연결되는 감속기(20)와, 감속기(20)의 출력기어(21)와 동축으로 연결되는 드라이브 샤프트(30) 등을 포함하여 구성된다.
또한, 상기 전기자동차의 구동계는 운전자가 주차시 기어를 P단에 놓으면 솔레노이드의 동작에 의하여 감속기(20)의 출력기어(21)를 구속하는 파킹기어(22)를 더 포함하여 구성된다.
이러한 전기자동차의 주차시(특히, 경사로 주차시) 상기 파킹기어가 감속기의 출력기어에 미체결된 상태이면, 드라이브 샤프트에 비틀림 에너지가 발생되지 않게 되지만, 주행 휠이 먼저 회전하면서 드라이브 샤프트도 함께 회전하여 차량이 내리막길을 따라 움직이게 되어 안전사고를 초래하게 된다.
반면, 전기자동차의 주차시(특히, 경사로 주차시) 상기 파킹기어가 감속기의 출력기어를 구속하며 체결된 상태이면, 감속기의 출력기어와 동축인 드라이브 샤프트도 파킹기어에 의하여 구속되는 상태가 되어, 차량은 움직이지 않게 되지만 중력에 의해 뒤로 밀리는 힘을 받게 된다.
이때, 상기 중력에 의해 뒤로 밀리는 힘은 노면과 접촉해 있는 타이어로 1차 전달되고, 타이어로 전달된 힘은 2차로 드라이브 샤프트를 회전시키려는 힘으로 작용하게 되지만, 감속기의 출력기어가 파킹기어에 의하여 구속된 상태이므로, 출력기어와 동축을 이루는 드라이브 샤프트는 회전되지 않게 된다.
이로 인하여, 상기 파킹기어가 감속기의 출력기어를 구속하는 상태이므로 차량이 움직이지는 않지만, 중력이 차량을 끌어내리는 힘 만큼 드라이브 샤프트에 비틀림 에너지가 발생하게 된다.
이후, 파킹을 해제(예, D단 변경)하면 비틀림이 발생되었던 드라이브 샤프트가 비틀림 이전으로 복원되는 바, 이 복원되는 과정에서 차량에 충격 및 진동이 발생하여 감성 품질 등을 크게 저하시키게 된다.
다시 말해서, 전기자동차의 경사로 주차 상태(예, P단)에서 차량의 구배 하중에 의하여 드라이브 샤프트와 같은 구동계 부품에 비틀림 에너지가 축적되고, 이후 P단을 해제하는 경우(예, D단 변경) 드라이브 샤프트와 같은 구동계 부품에 측적된 비틀림이 해소될 때 순간적인 충격이 발생하게 되고, 이러한 구동계 부품의 비틀림은 차량의 중량과 경사로의 구배가 클수록 증가하여 더 큰 충격 및 진동을 초래할 수 있다.
이에, 종래에는 상기와 같은 충격을 감소시키기 위하여, 감속기의 출력기어 또는 파킹 기어의 구조를 백 래쉬 등을 제거할 수 있는 구조로 변경하는 등 하드웨어적인 개선 방법이 적용된 바 있지만, 파킹단의 해제시 발생하는 충격의 근본 원인인 구동계 부품의 비틀림 에너지를 축소하지 못하는 방법이므로 충격 완화에 한계가 있다.
이와 같이, 경사로 주차 후 구동계 부품인 드라이브 샤프트에 비틀림 에너지가 축적되어, 이후 파킹기어 해제(예, P단에서 D단으로 변경) 시 드라이브 샤프트에 축적된 비틀림 에너지에 의해 차량에 충격이 발생하게 되며, 더욱이 모터가 감속기를 통해 드라이브 샤프트와 직결된 전기자동차의 경우에는 토크 컨버터 및 변속기 등과 같은 충격 저감 장치가 없기 때문에 운전자에게 충격이 그대로 전달되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 파킹 기어가 체결된 상태에서 모터토크 인가 및 모터속도 모니터링을 이용하여 구동계 부품의 비틀림 토크를 산정한 후, 파킹기어 해제 요청시 산정된 비틀림 토크 크기와 동일한 역방향 비틀림 토크를 구동계 부품에 인가한 다음, 파킹 기어를 해제하도록 함으로써, 파킹 기어 해제시 구동계 부품의 비틀림에 따른 충격을 저감시킬 수 있도록 한 전기자동차의 구동계 비틀림 충격 저감 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 파킹 기어가 체결된 후 브레이크 해제시 모터속도 변화량 또는 차량 가속도 변화량을 이용하여 구동계 부품의 비틀림 토크를 산정한 후, 파킹기어 해제 요청시 산정된 비틀림 토크 크기와 동일한 역방향 비틀림 토크를 구동계 부품에 인가한 다음, 파킹 기어를 해제하도록 함으로써, 파킹 기어 해제시 구동계 부품의 비틀림에 따른 충격을 저감시킬 수 있도록 한 전기자동차의 구동계 비틀림 충격 저감 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 제1구현예는: 파킹 기어의 체결 및 브레이크 해제가 되면, 모터 제어기에서 모터에 모터토크를 일정하게 증가시키며 인가하는 단계; 상기 모터에 인가되는 모터토크에 의하여 발생하는 모터속도를 모터속도 감지센서에서 모니터링하여 상기 모터 제어기에 전송하는 단계; 상기 모터 제어기에서 모터속도 변동 시점에서의 모터토크를 구동계 부품의 비틀림 토크로 산정하는 단계; 상기 파킹 기어의 해제 요청시, 산정된 비틀림 토크와 동일한 크기의 토크를 모터제어기에서 모터에 인가하여 구동계 부품에 전달되도록 한 후, 파킹 기어 해제가 이루어지는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 구동계 비틀림 충격 저감 방법을 제공한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 제2구현예는: 파킹 기어의 체결 상태에서 파킹 기어의 해제 요청시, 모터 제어기에서 모터에 모터토크를 일정하게 증가시키며 인가하는 단계; 상기 모터에 인가되는 모터토크에 의하여 발생하는 모터속도를 모터속도 감지센서에서 모니터링하여 상기 모터 제어기에 전송하는 단계; 상기 모터 제어기에서 모터속도 변동 시점에서의 모터토크를 일정 시간 유지시킨 후, 파킹 기어 해제가 이루어지는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 구동계 비틀림 충격 저감 방법.을 제공한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 제3구현예는: 파킹 기어의 체결 및 브레이크 해제가 되면, 모터속도 감지센서에서 모터속도를 모니터링하여 모터 제어기에 전송하는 단계; 상기 모터 제어기에서 모터속도 변동량을 계산하고, 계산된 모터속도 변동량에 따른 구동계 부품의 비틀림 토크를 산정하는 단계; 상기 파킹 기어의 해제 요청시, 산정된 비틀림 토크와 동일한 크기의 토크를 모터제어기에서 모터에 인가하여 구동계 부품에 전달되도록 한 후, 파킹 기어 해제가 이루어지는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 구동계 비틀림 충격 저감 방법을 제공한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 제4구현예는: 파킹 기어의 체결 및 브레이크 해제가 되면, 차량 가속도 센서에서 모터속도를 모니터링하여 모터 제어기에 전송하는 단계; 상기 모터 제어기에서 가속도 변동량을 계산하고, 계산된 가속도 변동량에 따른 구동계 부품의 비틀림 토크를 산정하는 단계; 상기 파킹 기어의 해제 요청시, 산정된 비틀림 토크와 동일한 크기의 토크를 모터제어기에서 모터에 인가하여 구동계 부품에 전달되도록 한 후, 파킹 기어 해제가 이루어지는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 구동계 비틀림 충격 저감 방법을 제공한다.
상기한 과제 해결 수단을 통하여 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.
차량의 경사로 주차 후 구동계 부품인 드라이브 샤프트에 발생되는 비틀림 토크를 용이하게 산출할 수 있고, 특히 파킹기어 해제 요청시 드라이브 샤프트에 발생된 비틀림 토크를 없앤 상태에서 실질적인 파킹기어 해제가 이루어지도록 함으로써, 기존에 파킹기어 해제 시 드라이브 샤프트에 축적된 비틀림 에너지에 의해 차량에 충격이 발생하는 현상을 저감시킬 수 있고, 그에 따른 전기자동차의 운전 감성 품질을 향상시킬 수 있다.
도 1은 전기자동차의 구동계에 대한 일례를 도시한 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 전기자동차의 구동계 비틀림 충격 저감을 위한 제어 구성도,
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 전기자동차의 구동계 비틀림 충격 저감 방법을 도시한 순서도,
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 전기자동차의 구동계 비틀림 충격 저감 방법을 도시한 순서도,
도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 전기자동차의 구동계 비틀림 충격 저감 방법을 도시한 순서도,
도 6은 본 발명의 제4실시예에 따른 전기자동차의 구동계 비틀림 충격 저감 방법을 도시한 순서도,
도 7은 구동계 부품인 드라이브 샤프트에 비틀림이 발생될 때, 가속도 및 모터속도가 변화하는 것을 보여주는 파형도,
도 8은 본 발명에 따른 전기자동차의 구동계 비틀림 충격 저감 제어에 의하여 구동계 부품인 드라이브 샤프트의 비틀림이 해소되는 것을 설명하는 개략도,
도 9는 경사로에 주차된 전기자동차에 작용하는 힘을 나타내는 도면.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.
첨부한 도 2는 본 발명에 따른 전기자동차의 구동계 비틀림 충격 저감을 위한 제어 구성도를 나타낸다.
도 2에 도시된 바와 같이, 전기자동차의 구동계는 주행 구동원인 모터(10)와, 모터(10)의 출력축에 연결되는 감속기(20)와, 감속기(20)의 출력기어(21)와 동축으로 연결되는 드라이브 샤프트(30) 등을 포함하여 구성된다.
또한, 상기 전기자동차의 구동계는 운전자가 주차시 기어를 P단에 놓으면 솔레노이드 등의 동작에 의하여 감속기(20)의 출력기어(21)를 구속하는 파킹기어(22)를 더 포함하여 구성된다.
또한, 본 발명의 구동계 비틀림 충격 저감을 위한 제어 구성으로서, 상기 모터(10)의 구동 제어를 위한 모터 제어기(40), 모터 제어기(40)의 입력측에 전기적 신호 전송 가능하게 연결되는 모터속도 감지센서(41) 및 가속도 센서(42), 기어변속부(51)의 기어변속 신호에 따라 파킹기어(22)를 작동시키는 변속제어기(50) 등을 포함한다.
여기서, 상기한 구성을 기반으로 이루어지는 본 발명의 구동계 부품 비틀림 저감 방법에 대한 각 실시예를 살펴보면 다음과 같다.
제1실시예
첨부한 도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 전기자동차의 구동계 비틀림 충격 저감 방법을 도시한 순서도이다.
먼저, 파킹 기어의 체결 및 브레이크 해제 여부를 확인한다(S101).
상기 기어변속부(51)를 통해 운전자가 기어단을 P단에 놓으면, 이때의 P단 신호가 변속제어기(50)로 전송되고, 변속제어기(50)에서 P단 신호를 모터제어기(40)에 전송함으로써, 모터 제어기(40)에서 파킹 기어가 체결된 상태로 판단한다.
또한, 운전자가 브레이크 페달에서 발을 떼면, 브레이크 해제 신호가 모터 제어기(40)로 전송되어, 모터제어기(40)에서 브레이크가 해제된 상태로 판단한다.
이어서, 상기 모터 제어기(40)에서 모터에 모터토크를 일정하게 증가시키며 인가하고, 이와 함께 모터속도를 모니터링한다(S102).
이때, 상기 모터속도의 모니터링은 모터(10)에 인가되는 모터토크에 의하여 발생하는 모터속도를 모터속도 감지센서(41)에서 모니터링하여 상기 모터 제어기(40)에 전송하여 이루어진다.
다음으로, 상기 모터속도의 변동 발생 여부를 확인한다(S103).
이를 위해, 상기 모터제어기(40)에서 모터속도 감지센서(41)에서 전송된 신호를 기반으로 모터속도의 변동 발생 여부를 확인한다.
상기 모터속도의 변동 발생이 확인되면, 상기 모터 제어기(40)는 모터속도 변동 시점에서의 모터토크, 즉 모터속도가 변동되기 시작하는 시점에서의 모터토크를 구동계 부품(예, 드라이브 샤프트)의 비틀림 토크로 산정하여 저장한다(S104).
도 8의 (a) 도면을 참조하면, P단에 따른 파킹 기어가 체결된 상태에서 드라이브 샤프트에 비틀림 토크가 발생된 상태이지만, 도 8의 (b) 도면에서 보듯이 모터속도가 변동되기 시작하는 시점에서의 모터토크가 드라이브 샤프트로 전달되어 드라이브 샤프트의 비틀림 토크가 해제되는 상태가 된다.
이에, 상기 모터 제어기(40)는 모터속도가 변동되기 시작하는 시점에서의 모터토크를 구동계 부품(예, 드라이브 샤프트)의 비틀림 토크로 산정하여 저장한다.
다시 말해서, 상기 모터속도가 변동되기 시작하는 시점에서의 모터토크는 드라이브 샤프트에 발생된 비틀림 토크와 비교하여 그 크기가 동일하므로, 모터 제어기(40)에서 모터속도가 변동되기 시작하는 시점에서의 모터토크를 구동계 부품인 드라이브 샤프트의 비틀림 토크로 산정하여 저장하게 된다.
다음으로, 상기 파킹 기어의 해제 요청이 있는지 여부를 확인한다(S105).
상기 기어변속부(51)를 통해 운전자가 기어단을 P단에서 D단으로 놓으면, 이때의 D단 신호가 변속제어기(50)로 전송되고, 변속제어기(50)에서 D단 신호를 모터제어기(40)에 전송함으로써, 모터 제어기(40)에서 파킹 기어의 해제 요청이 있는 것으로 판단한다.
연이어, 모터 제어기(40)에서 파킹 기어의 실질적인 해제 전에 구동계 부품인 드라이브 샤프트의 비틀림을 해소하기 위해 모터에 모터토크를 인가하되, 상기한 단계 S104에서 산정된 비틀림 토크와 동일한 크기를 갖는 모터토크를 인가한다(S106).
이때, 상기 단계 S104에서 산정된 비틀림 토크와 동일한 크기의 토크가 모터에 인가되면, 인가된 토크는 모터의 출력축과 연결된 감속기의 출력기어와, 감속기의 출력기어와 동축을 이루는 드라이브 샤프트로 토크가 순차 전달되어, 드라이브 샤프트의 비틀림이 해소될 수 있다.
도 8의 (b) 도면에서 보듯이, 파킹 기어의 실질적인 해제 전에 상기 단계 S104에서 산정된 비틀림 토크와 동일한 크기의 토크(= 모터속도가 변동되기 시작하는 시점에서의 모터토크)가 드라이브 샤프트로 전달되어 드라이브 샤프트의 비틀림 토크가 해제되는 상태가 된다.
이어서, 상기 모터제어기(40)에서 파킹 기어 해제 허용 신호를 변속제어기(50)에 보내게 되고, 변속제어기(50)는 파킹기어(22)를 작동시키는 솔레노이드에 작동 제어신호를 인가하여, 솔레노이드 작동에 의하여 파킹기어(22)가 감속기(20)의 출력기어(21)로부터 빠지게 됨으로써, 실질적인 파킹 기어 해제가 이루어지게 된다.
이와 같이, 차량의 경사로 주차 후 구동계 부품인 드라이브 샤프트에 발생되는 비틀림 토크를 용이하게 산출할 수 있고, 특히 파킹기어 해제 요청시 드라이브 샤프트에 발생된 비틀림 토크를 없앤 상태에서 실질적인 파킹기어 해제가 이루어지도록 함으로써, 기존에 파킹기어 해제 시 드라이브 샤프트에 축적된 비틀림 에너지에 의해 차량에 충격이 발생하는 현상을 저감시킬 수 있다.
제2실시예
첨부한 도 4은 본 발명의 제2실시예에 따른 전기자동차의 구동계 비틀림 충격 저감 방법을 도시한 순서도이다.
본 발명의 제2실시예는 상기한 제1실시예와 달리 미리 구동계 부품인 드라이브 샤프트의 비틀림 토크를 산정하지 않고, 파킹 기어의 해제 요청시 드라이브 샤프트의 비틀림 토크를 해제한 후 실질적인 파킹 기어 해제가 이루지도록 한 점에 특징이 있다.
먼저, 파킹 기어의 체결 상태에서 파킹 기어의 해제 요청이 있는지 여부를 확인한다(S201).
상기 기어변속부(51)를 통해 운전자가 기어단을 P단에서 D단으로 놓으면, 이때의 D단 신호가 변속제어기(50)로 전송되고, 변속제어기(50)에서 D단 신호를 모터제어기(40)에 전송함으로써, 모터 제어기(40)에서 파킹 기어의 해제 요청이 있는 것으로 판단한다.
이어서, 상기 모터 제어기(40)에서 모터에 모터토크를 일정하게 증가시키며 인가하고, 이와 함께 모터속도를 모니터링한다(S202).
이때, 상기 모터속도의 모니터링은 모터(10)에 인가되는 모터토크에 의하여 발생하는 모터속도를 모터속도 감지센서(41)에서 모니터링하여 상기 모터 제어기(40)에 전송하여 이루어진다.
다음으로, 상기 모터속도의 변동 발생 여부를 확인한다(S203).
이를 위해, 상기 모터제어기(40)에서 모터속도 감지센서(41)에서 전송된 신호를 기반으로 모터속도의 변동 발생 여부를 확인한다.
상기 모터속도의 변동 발생이 확인되면, 상기 모터 제어기(40)는 모터속도 변동 시점에서의 모터토크, 즉 모터속도가 변동되기 시작하는 시점에서의 모터토크를 일정 시간 동안 유지시킨다(S204).
다시 말해서, 상기 모터속도의 변동 발생이 확인되면, 상기 모터 제어기(40)는 모터토크를 더 이상 증가시키지 않고, 모터에 인가하던 토크를 모터속도가 변동되기 시작하는 시점에서의 토크로 일정 시간 동안 유지시키는 제어를 한다.
이때, 상기 모터속도 변동 시점에서의 모터토크가 구동계 부품인 모터의 출력축과 연결된 감속기의 출력기어와, 감속기의 출력기어와 동축을 이루는 드라이브 샤프트로 순차 전달되어 드라이브 샤프트의 비틀림이 해소될 수 있다.
도 8의 (b) 도면에서 보듯이, 파킹 기어의 실질적인 해제 전에 모터속도가 변동되기 시작하는 시점에서의 모터토크가 드라이브 샤프트로 전달되어 드라이브 샤프트의 비틀림 토크가 해제되는 상태가 된다.
연이어, 상기 모터제어기(40)에서 파킹 기어 해제 허용 신호를 변속제어기(50)에 보내게 되고, 변속제어기(50)는 파킹기어(22)를 작동시키는 솔레노이드에 작동 제어신호를 인가하여, 솔레노이드 작동에 의하여 파킹기어(22)가 감속기(20)의 출력기어(21)로부터 빠지게 됨으로써, 실질적인 파킹 기어 해제가 이루어지게 된다.
이와 같이, 파킹기어 해제 요청시 드라이브 샤프트에 발생된 비틀림 토크를 없앤 상태에서 실질적인 파킹기어 해제가 이루어지도록 함으로써, 기존에 파킹기어 해제 시 드라이브 샤프트에 축적된 비틀림 에너지에 의해 차량에 충격이 발생하는 현상을 저감시킬 수 있다.
제3실시예
첨부한 도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 전기자동차의 구동계 비틀림 충격 저감 방법을 도시한 순서도이다.
먼저, 파킹 기어의 체결 및 브레이크 해제 여부를 확인한다(S301).
상기 기어변속부(51)를 통해 운전자가 기어단을 P단에 놓으면, 이때의 P단 신호가 변속제어기(50)로 전송되고, 변속제어기(50)에서 P단 신호를 모터제어기(40)에 전송함으로써, 모터 제어기(40)에서 파킹 기어가 체결된 상태로 판단한다.
또한, 운전자가 브레이크 페달에서 발을 떼면, 브레이크 해제 신호가 모터 제어기(40)로 전송되어, 모터제어기(40)에서 브레이크가 해제된 상태로 판단한다.
이어서, 상기 모터속도 변동량을 모니터링하여 계산한다(S302).
이때, 상기 모터속도 변동량의 모니터링은 모터속도를 모터속도 감지센서(41)에서 모니터링하여 모터 제어기(40)에 전송하면, 상기 모터 제어기(40)에서 모터속도 변동량을 계산하여 이루어진다.
한편, 도 7의 (a) 파형도에서 보듯이 평지 주차시에는 파킹기어 체결 후 브레이크를 해제하더라도, 드라이브 샤프트에 비틀림이 발생되지 않게 되므로, 시동 오프 전 상태에서의 모터속도에 변동이 발생하지 않지만, 반면 경사로에서 파킹기어 체결 후 브레이크를 해제하면 드라이브 샤프트에 비틀림이 발생되는 동시에 차량이 살짝 뒤로 밀리면서 도 7의 (b) 파형도에서 보듯이 모터속도에 변동이 발생하게 된다.
이에, 상기 모터 제어기(40)에서 모터속도의 변동시 상부 피크와 하부 피크 간의 차이(peak to peak)를 모터속도 변동량으로 계산하게 된다.
연이어, 상기 모터 제어기(40)에서 계산된 모터속도 변동량을 기반으로 구동계 부품인 드라이브 샤프트의 현재 비틀림 토크를 산정하여 저장한다(S303).
이를 위해, 상기 모터속도 변동량에 따른 드라이브 샤프트의 비틀림 토크를 산정할 때, 도로 경사도별로 사전에 실험을 통해 측정된 모터속도 변동량과, 이 모터속도 변동량에 따라 사전에 실험을 통해 측정된 드라이브 샤프트의 비틀림 토크를 맵 데이터로 구축하고, 이 맵 데이터를 모터 제어기(40)에 저장한다.
따라서, 상기 모터 제어기(40)는 단계 S302에서 계산된 모터속도 변동량을 맵 데이터에 대입하고, 대입된 모터속도 변동량에 대응하는 드라이브 샤프트의 현재 비틀림 토크를 산정하여 저장하게 된다.
다음으로, 상기 파킹 기어의 해제 요청이 있는지 여부를 확인한다(S304).
상기 기어변속부(51)를 통해 운전자가 기어단을 P단에서 D단으로 놓으면, 이때의 D단 신호가 변속제어기(50)로 전송되고, 변속제어기(50)에서 D단 신호를 모터제어기(40)에 전송함으로써, 모터 제어기(40)에서 파킹 기어의 해제 요청이 있는 것으로 판단한다.
연이어, 상기 모터 제어기(40)에서 파킹 기어의 실질적인 해제 전에 구동계 부품인 드라이브 샤프트의 비틀림을 해소하기 위해 모터에 모터토크를 인가하되, 상기한 단계 S303에서 모터속도를 기반으로 산정된 비틀림 토크와 동일한 크기의 토크를 인가한다(S305).
이때, 상기 단계 S303에서 모터속도를 기반으로 산정된 비틀림 토크와 동일한 크기의 토크가 모터에 인가되면, 인가된 토크는 모터의 출력축과 연결된 감속기의 출력기어와, 감속기의 출력기어와 동축을 이루는 드라이브 샤프트로 토크가 순차 전달되어, 드라이브 샤프트의 비틀림이 해소될 수 있다.
이어서, 상기 모터제어기(40)에서 파킹 기어 해제 허용 신호를 변속제어기(50)에 보내게 되고, 변속제어기(50)는 파킹기어(22)를 작동시키는 솔레노이드에 작동 제어신호를 인가하여, 솔레노이드 작동에 의하여 파킹기어(22)가 감속기(20)의 출력기어(21)로부터 빠지게 됨으로써, 실질적인 파킹 기어 해제가 이루어지게 된다.
이와 같이, 차량의 경사로 주차 후 구동계 부품인 드라이브 샤프트에 발생되는 비틀림 토크를 모터속도 변동량을 이용하여 정확하게 산출할 수 있고, 그에 따라 파킹기어 해제 요청시 드라이브 샤프트에 발생된 비틀림 토크를 없앤 상태에서 실질적인 파킹기어 해제가 이루어질 수 있으므로, 기존에 파킹기어 해제 시 드라이브 샤프트에 축적된 비틀림 에너지에 의해 차량에 충격이 발생하는 현상을 저감시킬 수 있다.
제4실시예
첨부한 도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 전기자동차의 구동계 비틀림 충격 저감 방법을 도시한 순서도이다.
먼저, 파킹 기어의 체결 및 브레이크 해제 여부를 확인한다(S401).
상기 기어변속부(51)를 통해 운전자가 기어단을 P단에 놓으면, 이때의 P단 신호가 변속제어기(50)로 전송되고, 변속제어기(50)에서 P단 신호를 모터제어기(40)에 전송함으로써, 모터 제어기(40)에서 파킹 기어가 체결된 상태로 판단한다.
또한, 운전자가 브레이크 페달에서 발을 떼면, 브레이크 해제 신호가 모터 제어기(40)로 전송되어, 모터제어기(40)에서 브레이크가 해제된 상태로 판단한다.
이어서, 상기 차량의 가속도 변동량을 모니터링하여 계산한다(S402).
이때, 상기 가속도 변동량의 모니터링은 가속도 감지센서(42)에서 모니터링하여 모터 제어기(40)에 전송하면, 상기 모터 제어기(40)에서 가속도 변동량을 계산하여 이루어진다.
한편, 도 7의 (a) 파형도에서 보듯이 평지 주차시에는 파킹기어 체결 후 브레이크를 해제하더라도 드라이브 샤프트에 비틀림이 발생되지 않게 되므로, 시동 오프 전 상태에서의 차량 가속도에 변동이 발생하지 않지만, 반면 경사로에서 파킹기어 체결 후 브레이크를 해제하면 드라이브 샤프트에 비틀림이 발생되는 동시에 차량이 살짝 뒤로 밀리면서 도 7의 (b) 파형도에서 보듯이 차량 가속도에 변동이 발생하게 된다.
이에, 상기 모터 제어기(40)에서 가속도의 변동시 상부 피크와 하부 피크 간의 차이(peak to peak)를 가속도 변동량으로 계산하게 된다.
연이어, 상기 모터 제어기(40)에서 계산된 가속도 변동량을 기반으로 구동계 부품인 드라이브 샤프트의 현재 비틀림 토크를 산정하여 저장한다(S403).
이를 위해, 상기 가속도 변동량에 따른 드라이브 샤프트의 비틀림 토크를 산정할 때, 도로 경사도별로 사전에 실험을 통해 측정된 가속도 변동량과, 이 가속도 변동량에 따라 사전에 실험을 통해 측정된 드라이브 샤프트의 비틀림 토크를 맵 데이터로 구축하고, 이 맵 데이터를 모터 제어기(40)에 저장한다.
따라서, 상기 모터 제어기(40)는 단계 S402에서 계산된 가속도 변동량을 맵 데이터에 대입하고, 대입된 가속도 변동량에 대응하는 드라이브 샤프트의 현재 비틀림 토크를 산정하여 저장하게 된다.
다음으로, 상기 파킹 기어의 해제 요청이 있는지 여부를 확인한다(S404).
상기 기어변속부(51)를 통해 운전자가 기어단을 P단에서 D단으로 놓으면, 이때의 D단 신호가 변속제어기(50)로 전송되고, 변속제어기(50)에서 D단 신호를 모터제어기(40)에 전송함으로써, 모터 제어기(40)에서 파킹 기어의 해제 요청이 있는 것으로 판단한다.
연이어, 상기 모터 제어기(40)에서 파킹 기어의 실질적인 해제 전에 구동계 부품인 드라이브 샤프트의 비틀림을 해소하기 위해 모터에 모터토크를 인가하되, 상기한 단계 S403에서 가속도 변동량을 기반으로 산정된 비틀림 토크와 동일한 크기의 토크를 인가한다(S405).
이때, 상기 단계 S403에서 가속도 변동량을 기반으로 산정된 비틀림 토크와 동일한 크기의 토크가 모터에 인가되면, 인가된 토크는 모터의 출력축과 연결된 감속기의 출력기어와, 감속기의 출력기어와 동축을 이루는 드라이브 샤프트로 토크가 순차 전달되어, 드라이브 샤프트의 비틀림이 해소될 수 있다.
이어서, 상기 모터제어기(40)에서 파킹 기어 해제 허용 신호를 변속제어기(50)에 보내게 되고, 변속제어기(50)는 파킹기어(22)를 작동시키는 솔레노이드에 작동 제어신호를 인가하여, 솔레노이드 작동에 의하여 파킹기어(22)가 감속기(20)의 출력기어(21)로부터 빠지게 됨으로써, 실질적인 파킹 기어 해제가 이루어지게 된다.
이와 같이, 차량의 경사로 주차 후 구동계 부품인 드라이브 샤프트에 발생되는 비틀림 토크를 가속도 변동량을 이용하여 정확하게 산출할 수 있고, 그에 따라 파킹기어 해제 요청시 드라이브 샤프트에 발생된 비틀림 토크를 없앤 상태에서 실질적인 파킹기어 해제가 이루어질 수 있으므로, 기존에 파킹기어 해제 시 드라이브 샤프트에 축적된 비틀림 에너지에 의해 차량에 충격이 발생하는 현상을 저감시킬 수 있다.
한편, 상기한 제3실시예에서 모터속도 변동량을 기반으로 산정된 드라이브 샤프트의 현재 비틀림 토크와 동일한 크기를 가지면서 모터에 인가되는 토크와, 상기한 제4실시예에서 가속도 변동량을 기반으로 산정된 드라이브 샤프트의 현재 비틀림 토크와 동일한 크기를 가지면서 모터에 인가되는 토크를 상기 드라이브 샤프트에 축적된 비틀림 에너지에 의하여 차량에 충격이 발생하는 것을 완화시키기 위한 토크 산출시 보정계수로 활용할 수 있다.
첨부한 도 9는 경사로에 주차된 전기자동차에 작용하는 힘을 나타내는 도면이다.
중량이 m인 전기자동차가 소정 각도(θ)인 경사로에 파킹된 경우, 전기자동차가 중력에 의해 받는 힘(F1)은 아래의 수식 1과 같다.
(수식 1) : F1 = m*g*sinθ[N]
위의 수식 1에서, g는 중력가속도이다.
이때, 상기 힘(F1)에 의해 전기자동차가 밀리게 되는데, 파킹 기어가 체결된 상태이므로 상기 힘(F1)은 드라이브 샤프트에 비틀림을 유발하게 된다.
상기 드라이브 샤프트의 비틀림 크기(F2)는 상기 힘(F1)에 휠 반경을 곱하여 다음의 수식 2로 연산될 수 있다.
(수식 2) : F2 = F1 * 휠 반경 / 변속비 = m*g*sinθ* 휠 반경 / 변속비 [Nm]
위의 수식 2에서, m은 전기자동차의 중량, g는 중력 가속도, θ는 경사로의 각도를 각각 의미하고, 변속비 대신 감속기의 감속비가 대입될 수 있다.
위의 수식 2를 모터토크(F3) 기준으로 구하면 다음의 수식 3으로 표현된다.
(수식 3) : F3 = F2 / 변속비(감속비) [Nm]
이에, 파킹기어 해제시(P단 해제 시) 상기 F3 만큼의 토크를 모터에 인가하면 구동계 부품인 드라이브 샤프트의 비틀림에 의한 충격을 저감시킬 수 있다.
그러나, 상기 토크(F3)는 이상적으로 드라이브 샤프트의 비틀림이 발생했을 경우의 토크이며, 실제적으로는 아래와 같은 이유로 드라이브 샤프트의 비틀림이 잘못 계산될 수 있다.
(1) 차량이 지면 상의 스토퍼나 고임목에 받쳐진 경우,
(2) 주차 전에 사이드 브레이크를 체결한 경우,
(3) 차량의 무게가 변한 경우,
(4) 가속도 센서의 부정확성 및 오차 문제.
따라서, 상기한 제3실시예에서 모터속도 변동량을 기반으로 산정된 드라이브 샤프트의 현재 비틀림 토크와 동일한 크기를 가지면서 모터에 인가되는 토크와, 상기한 제4실시예에서 가속도 변동량을 기반으로 산정된 드라이브 샤프트의 현재 비틀림 토크와 동일한 크기를 가지면서 모터에 인가되는 토크를 상기 드라이브 샤프트에 축적된 비틀림 에너지에 의하여 차량에 충격이 발생하는 것을 완화시키기 위한 모터토크(F3) 산출시 보정계수로 활용할 수 있다.
10 : 모터
20 : 감속기
21: 출력기어
22 : 파킹기어
30 : 드라이브 샤프트
40 : 모터 제어기
41 : 모터속도 감지센서
42 : 가속도 센서
50 : 변속제어기
51 : 기어변속부

Claims (10)

  1. 파킹 기어의 체결 및 브레이크 해제가 되면, 모터 제어기에서 모터에 모터토크를 일정하게 증가시키며 인가하는 단계;
    상기 모터에 인가되는 모터토크에 의하여 발생하는 모터속도를 모터속도 감지센서에서 모니터링하여 상기 모터 제어기에 전송하는 단계;
    상기 모터 제어기에서 모터속도 변동 시점에서의 모터토크를 구동계 부품의 비틀림 토크로 산정하는 단계;
    상기 파킹 기어의 해제 요청시, 산정된 비틀림 토크와 동일한 크기의 토크를 모터제어기에서 모터에 인가하여 구동계 부품에 전달되도록 한 후, 파킹 기어 해제가 이루어지는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 구동계 비틀림 충격 저감 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 산정된 비틀림 토크와 동일한 크기의 토크가 모터의 출력축과 연결된 감속기의 출력기어와, 감속기의 출력기어와 동축을 이루는 드라이브 샤프트로 토크가 순차 전달되어, 드라이브 샤프트의 비틀림이 해소되는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 구동계 비틀림 충격 저감 방법.
  3. 파킹 기어의 체결 상태에서 파킹 기어의 해제 요청시, 모터 제어기에서 모터에 모터토크를 일정하게 증가시키며 인가하는 단계;
    상기 모터에 인가되는 모터토크에 의하여 발생하는 모터속도를 모터속도 감지센서에서 모니터링하여 상기 모터 제어기에 전송하는 단계;
    상기 모터 제어기에서 모터속도 변동 시점에서의 모터토크를 일정 시간 유지시킨 후, 파킹 기어 해제가 이루어지는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 구동계 비틀림 충격 저감 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 모터속도 변동 시점에서의 모터토크가 구동계 부품인 모터의 출력축과 연결된 감속기의 출력기어와, 감속기의 출력기어와 동축을 이루는 드라이브 샤프트로 순차 전달되어 드라이브 샤프트의 비틀림이 해소되는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 구동계 비틀림 충격 저감 방법.
  5. 파킹 기어의 체결 및 브레이크 해제가 되면, 모터속도 감지센서에서 모터속도를 모니터링하여 모터 제어기에 전송하는 단계;
    상기 모터 제어기에서 모터속도 변동량을 계산하고, 계산된 모터속도 변동량에 따른 구동계 부품의 비틀림 토크를 산정하는 단계;
    상기 파킹 기어의 해제 요청시, 산정된 비틀림 토크와 동일한 크기의 토크를 모터제어기에서 모터에 인가하여 구동계 부품에 전달되도록 한 후, 파킹 기어 해제가 이루어지는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 구동계 비틀림 충격 저감 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 모터속도 변동량에 따른 구동계 부품의 비틀림 토크를 산정할 때, 도로 경사도별로 사전에 측정된 모터속도 변동량과, 모터속도 변동량에 따라 사전에 측정된 구동계 부품의 비틀림 토크를 포함하는 맵 데이터로부터 산정되는 것을 특징으로 전기자동차의 구동계 비틀림 충격 저감 방법.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 산정된 비틀림 토크와 동일한 크기의 토크가 모터의 출력축과 연결된 감속기의 출력기어와, 감속기의 출력기어와 동축을 이루는 드라이브 샤프트로 순차 전달되어 드라이브 샤프트의 비틀림이 해소되는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 구동계 비틀림 충격 저감 방법.

  8. 파킹 기어의 체결 및 브레이크 해제가 되면, 차량 가속도 센서에서 모터속도를 모니터링하여 모터 제어기에 전송하는 단계;
    상기 모터 제어기에서 가속도 변동량을 계산하고, 계산된 가속도 변동량에 따른 구동계 부품의 비틀림 토크를 산정하는 단계;
    상기 파킹 기어의 해제 요청시, 산정된 비틀림 토크와 동일한 크기의 토크를 모터제어기에서 모터에 인가하여 구동계 부품에 전달되도록 한 후, 파킹 기어 해제가 이루어지는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 구동계 비틀림 충격 저감 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 가속도 변동량에 따른 구동계 부품의 비틀림 토크를 산정할 때, 도로 경사도별로 사전에 측정된 가속도 변동량과, 가속도 변동량에 따라 사전에 측정된 구동계 부품의 비틀림 토크를 포함하는 맵 데이터로부터 산정되는 것을 특징으로 전기자동차의 구동계 비틀림 충격 저감 방법.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 산정된 비틀림 토크와 동일한 크기의 토크가 모터의 출력축과 연결된 감속기의 출력기어와, 감속기의 출력기어와 동축을 이루는 드라이브 샤프트로 순차 전달되어 드라이브 샤프트의 비틀림이 해소되는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 구동계 비틀림 충격 저감 방법.
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