KR20230058241A - 전동화 차량의 회생 제동 제어 장치 및 방법 - Google Patents

전동화 차량의 회생 제동 제어 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전동화 차량의 회생 제동 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 차륜 구동에 필요한 동력을 발생시키는 구동 모터 및 상기 구동 모터와 전기적으로 연결되는 제어기를 포함하고, 상기 제어기는, 차량 제동 시 차량 데이터를 검출하고, 상기 차량 데이터를 기반으로 차량의 휠 슬립 발생 여부를 판단하고, 상기 휠 슬립이 미발생한 경우 감속도 및 차량 모델에 기반하여 제1 회생 제동량을 연산하고, 상기 휠 슬립이 발생한 경우 최대 노면 이용율 기준으로 제2 회생 제동량을 연산하고, 상기 제1 회생 제동량 또는 상기 제2 회생 제동량에 기반하여 상기 구동 모터의 최대 회생 제동을 제어한다.

Description

전동화 차량의 회생 제동 제어 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING REGENERATIVE BRAKING IN ELECTRIFICATION VEHICLE}
본 발명은 전동화 차량의 회생 제동 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근 고성능 전기차 개발 트렌드와 함께 듀얼 모터를 사용해 전축(front axle) 및 후축(rear axle)이 독립적으로 구동하도록 구현한 차량들이 많이 개발되고 있다. 이러한 차량들은 기존 한 축만 구동하는 롱레인지(long range) 사양에 비해 고성능을 발휘하지만 상대적으로 최대 주행거리가 짧다. 다시 말해서, 듀얼 모터를 구비한 전동화 차량은 싱글 모터를 구비한 전동화 차량에 비하여 전비(電比, kWh 당 주행거리)가 저하된다. 이에, 듀얼 모터를 구비한 전동화 차량의 회생 제동력을 증대시켜 전비를 향상시키기 위한 연구들이 진행되고 있다. 특히, 자율주행 버스나 트럭과 같은 상용차 분야에서 회생 제동력 증대가 곧 경제성 확보라는 중요한 경쟁력 포인트가 되기 때문에, 이러한 연구들은 회생 제동력을 최대화하여 전비를 향상시키는데 중점을 두고 있다.
본 발명은 듀얼 모터를 구비한 전동화 차량의 회생 제동을 극대화하여 전비를 향상시킬 수 있는 전동화 차량의 회생 제동 제어 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 노면의 마찰 한계 이상의 회생 제동에 따른 슬립 발생 영역으로의 진입을 제한하여 안정성과 경제성을 확보할 수 있는 전동화 차량의 회생 제동 제어 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시 예들에 따른 전동화 차량의 회생 제동 제어 장치는 차륜 구동에 필요한 동력을 발생시키는 구동 모터 및 상기 구동 모터와 전기적으로 연결되는 제어기를 포함하고, 상기 제어기는, 차량 제동 시 차량 데이터를 검출하고, 상기 차량 데이터를 기반으로 차량의 휠 슬립 발생 여부를 판단하고, 상기 휠 슬립이 미발생한 경우 감속도 및 차량 모델에 기반하여 제1 회생 제동량을 연산하고, 상기 휠 슬립이 발생한 경우 최대 노면 이용율 기준으로 제2 회생 제동량을 연산하고, 상기 제1 회생 제동량 또는 상기 제2 회생 제동량에 기반하여 상기 구동 모터의 최대 회생 제동을 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 차량 데이터는, 최대 회생 제동 모드 활성 여부, 가속 페달 위치, 전륜 축중, 후륜 축중, 차량 속도 또는 휠속 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어기는, 상기 최대 회생 제동 모드 활성 여부 및 상기 가속 페달 위치에 근거하여 상기 차량이 최대 회생 제동 제어 개시 조건을 만족하는지를 판단하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어기는, 상기 차량 속도 및 상기 휠속에 기반하여 휠 슬립을 추정하고, 상기 휠 슬립이 기준 슬립 미만이면 휠 슬립 미발생으로 판단하고, 상기 휠 슬립이 상기 기준 슬립 이상이면 휠 슬립 발생으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어기는, 기저장된 룩업테이블을 참조하여 차량 무게에 매핑되는 상기 차량의 무게 중심점 높이를 추정하고, 상기 차량 속도 또는 상기 휠속을 이용하여 상기 차량의 현재 감속도를 추정하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어기는, 상기 구동 모터가 허용하는 최대 회생 제동력 및 회생 제동 차량 속도 범위를 결정하고, 상기 최대 회생 제동력 및 상기 회생 제동 차량 속도 범위 내에서 이상제동선도에 기반한 감속도별 전축과 후축의 한계 제동 비율에 따라 전축 제동력 및 후축 제동력을 배분하여 상기 구동 모터에 의한 회생량을 최대화하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어기는, 전륜 슬립만 발생하는 경우, 전축 회생 제동 한계치를 현재 전축 제어량으로 제한하고, 제한된 전축 회생 제동 한계치를 기준으로 상기 한계 제동 비율에 따라 후축 회생 제동 한계치를 제한하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어기는, 후륜 슬립만 발생하는 경우, 후축 회생 제동 한계치를 현재 후축 제어량으로 제한하고, 제한된 후축 회생 제동 한계치를 기준으로 상기 한계 제동 비율에 따라 전축 회생 제동 한계치를 제한하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어기는, 전륜 슬립 및 후륜 슬립이 모두 발생하는 경우, 전축 및 후축 회생 제동 한계치를 전축 및 후축의 현재 제어량으로 각각 제한하고, 상대축 회생 제동 한계치를 이상제동선도 기반 회생 제동 한계치와 현재 회생 제동 한계치 중 작은 값으로 축소하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어기는, 상기 휠 슬립이 발생한 경우, ABS의 최적 효율점 영역의 평균을 목표 슬립으로 산출하고, 차륜축 슬립과 상기 목표 슬립의 비교결과에 따라 해당 차륜축의 회생 제동량을 증대, 축소 또는 유지시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예들에 따른 전동화 차량의 회생 제동 제어 방법은 제어기가 차량 제동 시 차량 데이터를 검출하는 단계, 상기 제어기가 상기 차량 데이터를 기반으로 차량의 휠 슬립 발생 여부를 판단하는 단계, 상기 제어기가 상기 휠 슬립이 미발생한 경우 감속도 및 차량 모델에 기반하여 제1 회생 제동량을 연산하는 단계, 상기 제어기가 상기 휠 슬립이 발생한 경우 최대 노면 이용율 기준으로 제2 회생 제동량을 연산하는 단계, 및 상기 제어기가 상기 제1 회생 제동량 또는 상기 제2 회생 제동량에 기반하여 구동 모터의 최대 회생 제동을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 차량 데이터는, 최대 회생 제동 모드 활성 여부, 가속 페달 위치, 전륜 축중, 후륜 축중, 차량 속도 또는 휠속 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 차량의 휠 슬립 발생 여부를 판단하는 단계는, 상기 제어기가 상기 최대 회생 제동 모드 활성 여부 및 상기 가속 페달 위치에 근거하여 상기 차량이 최대 회생 제동 제어 개시 조건을 만족하는지를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 차량의 휠 슬립 발생 여부를 판단하는 단계는, 상기 제어기가 상기 차량 속도 및 상기 휠속에 기반하여 휠 슬립을 추정하는 단계, 상기 제어기가 상기 휠 슬립이 기준 슬립 미만이면 휠 슬립 미발생으로 판단하는 단계, 및 상기 제어기가 상기 휠 슬립이 상기 기준 슬립 이상이면 휠 슬립 발생으로 판단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 회생 제동량을 연산하는 단계는, 상기 제어기가 기저장된 룩업테이블을 참조하여 차량 무게에 매핑되는 상기 차량의 무게 중심점 높이를 추정하는 단계, 및 상기 제어기가 상기 차량 속도 또는 상기 휠속을 이용하여 상기 차량의 현재 감속도를 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 회생 제동량을 연산하는 단계는, 상기 제어기가 상기 구동 모터가 허용하는 최대 회생 제동력 및 회생 제동 차량 속도 범위를 결정하는 단계, 및 상기 제어기가 상기 최대 회생 제동력 및 상기 회생 제동 차량 속도 범위 내에서 이상제동선도에 기반한 감속도별 전축과 후축의 한계 제동 비율에 따라 전축 제동력 및 후축 제동력을 배분하여 상기 구동 모터에 의한 회생량을 최대화하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 회생 제동량을 연산하는 단계는, 전륜 슬립만 발생하는 경우, 상기 제어기가 전축 회생 제동 한계치를 현재 전축 제어량으로 제한하는 단계, 및 상기 제어기가 제한된 전축 회생 제동 한계치를 기준으로 상기 한계 제동 비율에 따라 후축 회생 제동 한계치를 제한하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 회생 제동량을 연산하는 단계는, 후륜 슬립만 발생하는 경우, 상기 제어기가 후축 회생 제동 한계치를 현재 후축 제어량으로 제한하는 단계, 및 상기 제어기가 제한된 후축 회생 제동 한계치를 기준으로 상기 한계 제동 비율에 따라 전축 회생 제동 한계치를 제한하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 회생 제동량을 연산하는 단계는, 전륜 슬립 및 후륜 슬립이 모두 발생하는 경우, 상기 제어기가 전축 및 후축 회생 제동 한계치를 전축 및 후축의 현재 제어량으로 각각 제한하는 단계, 및 상기 제어기가 상대축 회생 제동 한계치를 이상제동선도 기반 회생 제동 한계치와 현재 회생 제동 한계치 중 작은 값으로 축소하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제2 회생 제동량을 연산하는 단계는, 상기 제어기가 ABS의 최적 효율점 영역의 평균을 목표 슬립으로 산출하는 단계, 및 상기 제어기가 차륜축 슬립과 상기 목표 슬립의 비교결과에 따라 해당 차륜축의 회생 제동량을 증대, 축소 또는 유지시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 듀얼 모터를 구비한 전동화 차량의 구조를 고려한 회생 제동 극대화를 통해 전비를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 노면의 마찰 한계 이상의 회생 제동에 따른 슬립 발생 영역에서도 안정성 및 경제성을 확보하며 전비를 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예들에 따른 전동화 차량의 회생 제동 제어 장치를 도시한 블록구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예들에 따른 최대 회생 제동 토크를 구현하는 방법을 설명하기 위한 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시 예들에 따른 회생 제동량을 전륜 및 후륜에 인가하는 일 예를 도시한 예시도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예들에 따른 회생 제동량을 전륜 및 후륜에 인가하는 다른 일 예를 도시한 예시도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예들에 따른 전동화 차량의 회생 제동 제어 방법을 도시한 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예들에 따른 최대 회생 제동 제어 방식을 결정하는 과정을 도시한 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 실시 예들에 따른 제1 회생 제동량 연산 과정을 도시한 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 실시 예들에 따른 제2 회생 제동량 연산 과정을 도시한 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 실시 예들에 따른 구동 모터 제어 과정을 도시한 흐름도이다.
도 10은 본 발명의 실시 예들에 따른 전동화 차량의 회생 제동 제어 방법을 실행하는 컴퓨팅 시스템을 보여주는 블록도이다.
이하, 본 발명의 일부 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 실시 예들에 따른 전동화 차량의 회생 제동 제어 장치를 도시한 블록구성도이다. 도 2는 본 발명의 실시 예들에 따른 최대 회생 제동 토크를 구현하는 방법을 설명하기 위한 그래프이다. 도 3은 본 발명의 실시 예들에 따른 회생 제동량을 전륜 및 후륜에 인가하는 일 예를 도시한 예시도이고, 도 4는 본 발명의 실시 예들에 따른 회생 제동량을 전륜 및 후륜에 인가하는 다른 일 예를 도시한 예시도이다.
전동화 차량은 전기 에너지를 이용하여 구동력을 발생시키는 2개의 구동 모터(즉, 듀얼 모터)를 구비하며 듀얼 모터의 회생 제동력(회생 제동 토크)을 제어하는 회생 제동 제어 장치(100)를 포함할 수 있다.
회생 제동 제어 장치(100)는 사용자 입력기(110), 감지기(sensors)(120), GPS(Global Positioning System)기기(130), 제1 구동 모터(140), 제2 구동 모터(150) 및 제어기(160)를 포함할 수 있다.
사용자 입력기(110)는 사용자의 조작에 따른 데이터(또는 신호)를 발생시킬 수 있다. 예를 들어, 사용자가 최대 회생 제동 모드 설정 버튼을 조작하면, 사용자 입력기(110)는 사용자의 버튼 조작에 따른 최대 회생 제동 모드 활성 또는 비활성을 나타내는 데이터를 발생시킬 수 있다. 사용자 입력기(110)는 키보드, 키패드, 버튼, 스위치, 터치 패드 및/또는 터치 스크린 등으로 구현될 수 있다. 사용자 입력기(110)는 스티어링 휠(steering wheel), 대시보드(dashboard), 센터페시아(center fascia) 및/또는 도어 트림(door trim) 등에 설치될 수 있다.
감지기(120)는 각종 센서들을 이용하여 차량 정보를 검출할 수 있다. 감지기(120)는 APS(Accelerator Pedal Sensor)(121), 제1 무게 센서(load sensor)(122), 제2 무게 센서(123) 및 휠속(wheel speed) 센서(124) 등을 포함할 수 있다. APS(121)는 가속 페달 위치를 측정할 수 있다. 제1 무게 센서(122)는 전륜 축중(front axle load)을 측정하고, 제2 무게 센서(123)는 후륜 축중(rear axle load)을 측정할 수 있다. 휠속 센서(124)는 휠의 회전 속도를 측정할 수 있다.
GPS기기(130)는 차량 속도 및 차량 위치 등을 획득할 수 있다. GPS기기(130)는 3개 이상의 GPS 위성으로부터 송신되는 신호를 이용하여 차량의 현재 위치 즉, 차량 위치를 산출한다. GPS기기(130)는 위성에서 신호를 송신한 시간과 GPS기기(130)에서 신호를 수신한 시간의 시간차를 이용하여 위성과 GPS기기(130) 간의 거리를 산출할 수 있다. GPS기기(130)는 산출된 위성과 GPS기기(130) 간의 거리 및 송신된 신호에 포함된 위성의 위치 정보를 이용하여 차량의 현재위치를 산출할 수 있다. 이때, GPS기기(130)는 삼각측량법을 이용하여 차량 위치를 산출할 수 있다. 또한, GPS기기(130)는 단위 시간(예: 1분) 당 차량 위치 변화를 연산하여 차량 속도를 산출할 수 있다.
제1 구동 모터(140) 및 제2 구동 모터(150)는 차량 배터리(미도시)에서 공급되는 전기 에너지를 운동 에너지로 전환하여 차륜 구동에 필요한 동력을 발생시킬 수 있다. 제1 구동 모터(140) 및 제2 구동 모터(150)는 제어기(160)의 지시에 따라 회전 방향 및/또는 회전 속도(Revolution Per Minute, RPM) 등을 조정하여 출력 토크를 조절할 수 있다. 제1 구동 모터(140)는 전륜에 동력을 공급하고 제2 구동 모터(150)는 후륜에 동력을 공급할 수 있다. 제1 구동 모터(140) 및 제2 구동 모터(150)는 배터리 잔량(State Of Charge, SOC)이 부족하거나 또는 회생 제동 시 역기전력을 발생시켜 차량 배터리(미도시)를 충전하는 발전기(generator)로 사용될 수 있다. 제1 구동 모터(140) 및 제2 구동 모터(150)는 제동 시 회전 저항을 제동력으로 이용하여 회전 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하므로 회생 에너지를 생산할 수 있다.
제어기(160)는 사용자 입력기(110), 감지기(sensors)(120), GPS(Global Positioning System)(130), 제1 구동 모터(140) 및 제2 구동 모터(150)와 전기적으로 연결될 수 있다. 제어기(160)는 회생 제동 제어 장치(100)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 제어기(160)는 프로세서(161) 및 메모리(162) 등을 포함할 수 있다. 프로세서(161)는 ASIC(Application Specific Integrated Circuit), DSP(Digital Signal Processor), PLD(Programmable Logic Devices), FPGAs(Field Programmable Gate Arrays), CPU(Central Processing unit), 마이크로 컨트롤러(microcontrollers) 또는 마이크로 프로세서(microprocessors) 중 적어도 하나로 구현될 수 있다. 메모리(162)는 프로세서(161)에 의해 실행되는 명령어들(instructions)을 저장하는 저장매체(non-transitory storage medium)일 수 있다. 메모리(162)는 프로세서(161)의 동작에 따라 발생되는 입력 데이터 및/또는 출력 데이터를 저장할 수도 있다. 또한, 메모리(162)는 각종 설정 정보를 저장할 수 있다. 메모리(162)는 플래시 메모리(flash memory), 하드디스크(hard disk), SD 카드(Secure Digital Card), 램(RAM: Random Access Memory), SRAM(Static Random Access Memory), 롬(ROM: Read Only Memory), PROM(Programmable Read Only Memory), EEPROM(Electrically Erasable and Programmable ROM), EPROM(Erasable and Programmable ROM), 레지스터 및 캐시 메모리(cache memory) 등의 저장매체(기록매체) 중 적어도 하나로 구현될 수 있다. 도면 상에서는 메모리(162)가 제어기(160)의 내부에 위치하는 것으로 도시하고 있으나, 제어기(160)의 외부에 위치할 수도 있다.
제어기(160)는 차량에서 발생되는 차량 데이터를 검출할 수 있다. 제어기(160)는 차량 제동 시 사용자 입력기(110), 감지기(120) 및/또는 GPS기기(130) 등을 이용하여 차량 데이터를 검출할 수 있다. 차량 데이터는 최대 회생 제동 모드(max eco mode) 활성 여부, 가속 페달 위치, 전륜 축중, 후륜 축중, GPS 기반 차량 속도 및/또는 휠속 등의 정보를 포함할 수 있다.
제어기(160)는 차량 데이터에 기초하여 차량이 최대 회생 제동 제어 개시 조건을 만족하는지를 판단할 수 있다. 제어기(160)는 최대 회생 제동 모드 활성 여부 및 가속 페달 위치 정보에 근거하여 최대 회생 제동 제어 개시 여부를 결정할 수 있다. 제어기(160)는 차량이 최대 회생 제동 제어 개시 조건을 만족하는 경우, 최대 회생 제동 제어 개시를 결정할 수 있다. 예를 들어, 제어기(160)는 최대 회생 제동 기능(모드)이 활성화되고 가속 페달이 사용자에 의해 밟힌 상태가 아닌 경우, 최대 회생 제동 제어 개시를 결정할 수 있다. 제어기(160)는 차량이 최대 회생 제동 제어 개시 조건을 만족하지 않는 경우, 최대 회생 제동 제어 종료를 결정할 수 있다. 예컨대, 제어기(160)는 최대 회생 제동 기능이 활성화되었으나 가속 페달이 사용자에 의해 조작되고 있는 경우, 최대 회생 제동 제어 미개시를 결정할 수 있다.
제어기(160)는 차량 속도 및 휠속에 기반하여 제동으로 인한 휠 슬립(wheel slip) 발생 여부를 판정할 수 있다. 휠 슬립은 노면의 마찰 한계 이상의 제동력 발생에 따른 차량 속도 대비 휠속이 작은 상태를 말한다. 휠 슬립 발생 여부를 판단하기 위하여, 제어기(160)는 차량 속도 및 휠속을 기반으로 차륜(wheel)의 슬립 값(차량 속도 대비 휠속 차이)을 추정(산출)할 수 있다. 제어기(160)는 추정된 슬립 값에 기반하여 휠 슬립 발생 여부를 결정할 수 있다. 제어기(160)는 추정된 슬립 값이 미리 정해진 기준 슬립 미만인 경우, 휠 슬립 미발생을 결정할 수 있다. 제어기(160)는 추정 된 슬립 값이 기준 슬립 이상인 경우, 휠 슬립 발생을 결정할 수 있다.
제어기(160)는 휠 슬립 발생 여부에 근거하여 최대 회생 제동 제어 방식을 결정할 수 있다. 최대 회생 제동 제어 방식은 선형 제어(제1 제어 방식) 및 비선형 제어(제2 제어 방식)로 분류할 수 있다. 선형 제어는 휠 슬립이 발생하지 않는 선형 영역(회생 제동력 증가가 감속도 증가로 반영되는 구간)에서의 제어로, 노면의 마찰 한계 이내의 회생 제동 인가 컨셉으로 제어량의 적극적 사용에 따라 전비 향상을 이룰 수 있어 대부분의 주행에 활용될 수 있다. 비선형 제어는 기준 슬립 이상의 미소 휠 슬립이 발생한 제어 가능 불안전 영역(비선형 영역)에서의 제어이다. 제어기(160)는 휠 슬립 미발생으로 판정되면 제1 제어 방식을 선정하고, 휠 슬립 발생으로 판정되면 제2 제어 방식을 선정할 수 있다.
제어기(160)는 제1 제어 방식이 선정되면 제1 제어 방식에 따른 최대 회생 제동 제어에 필요한 차량의 무게 중심점 높이 및 감속도를 추정할 수 있다. 제어기(160)는 메모리(162)에 기저장된 룩업테이블(lookup table)을 참조하여 무게 중심점 높이를 추정할 수 있다. 룩업테이블에는 차량 무게별로 매핑(mapping)되는 무게 중심점 높이가 정의되어 있거나 전륜 축중 및 후륜 축중에 따른 무게 중심점 높이가 정의되어 있을 수 있다. 예를 들어, 제어기(160)는 룩업테이블을 참조하여 차량 무게에 매핑되는 무게 중심점 높이 또는 전륜 축중 및 후륜 축중에 매핑되는 무게 중심점 높이를 차량의 무게 중심점 높이로 결정할 수 있다. 제어기(160)는 GPS기기(130) 및 휠속 센서(124)를 이용하여 차량의 현재 감속도를 추정(계산)할 수 있다. 제어기(160)는 GPS 신호가 유효한 경우 GPS기기(130)에 의해 획득되는 차량 속도에 기반하여 현재 감속도를 연산할 수 있다. 제어기(160)는 GPS 신호가 유효하지 않은 경우 휠속 센서(124)에 의해 측정되는 휠속을 기반으로 현재 감속도를 계산할 수 있다.
제어기(160)는 제2 제어 방식이 선정되면 최대 회생 제동 제어 가능 여부를 판단할 수 있다. 제어기(160)는 차륜의 슬립율(slip ratio)이 미리 정해진 기준 슬립율 범위 내인지를 확인할 수 있다. 제어기(160)는 슬립율이 기준 슬립율 범위 내이면 최대 회생 제동 제어 가능이라고 결정할 수 있다. 제어기(160)는 슬립율이 기준 슬립율 범위를 벗어나는 경우 최대 회생 제동 제어 불가라고 결정할 수 있다. 여기서, 기준 슬립율 범위는 타이어 특성 평가에 의해 도출되는 최대 효율점 영역(sweet-spot)(휠 슬립에 의한 ABS(Anti-lock Brake System) 제어 영역)으로, 휠 슬립 발생 상황에서 최대 회생 제동 제어가 가능한 최적의 슬립율 범위(optimal slip ratio range)일 수 있다.
제어기(160)는 제1 제어 방식이 선정되면, 선형 영역 회생 제동량(제1 회생 제동량)을 계산할 수 있다. 제1 회생 제동량을 계산하기 위하여, 먼저, 제어기(160)는 현재 구동 모터(140, 150)의 상태 및 구동 상황(예: 모터 열관리, 배터리 충전 상황, 배터리 완충에 따른 레지스터 동작 상황 등)에 따른 최대 회생 제동력(최대 회생 제동 토크)을 결정할 수 있다. 제어기(160)는 구동 모터(140, 150)로부터 최대 회생 제동력을 제공받을 수 있다. 최대 회생 제동력은 구동 모터(140), 150)가 실시간으로 허용할 수 있는 회생 제동 토크(역토크)의 한계일 수 있다. 다시 말해서, 최대 회생 제동력은 무조건 -100%가 아닌 -70% 또는 -80% 일 수 있다. 최대 회생 제동력 결정 시 모터의 빠른 반응성에 따른 오버슈트(overshoot) 발생으로 불필요한 휠 슬립이 발생하지 않도록 최대 회생 제동 시작 토크(예: -40%)에서 최대 회생 제동 토크에 도달하는데 델타 T 만큼의 지연 시간이 소요되게 할 수 있다(도 2 참조).
또한, 제어기(160)는 최대 회생 제동 제어를 적용할 수 있는 회생 제동 차량 속도 범위를 결정할 수 있다. 제어기(160)는 구동 모터(140, 150)로부터 회생 제동 차량 속도 범위를 제공받을 수 있다. 회생 제동 차량 속도 범위는 모터 특성에 기반하여 결정될 수 있다. 구동 모터(140, 150)의 회생 에너지 생산율(회생율)이 저회전 영역에서 급격히 감소하기 때문에 조기에 회생 제동 제어를 해제하고 운전자 브레이크를 통해 안정적 정차를 목표로 한다면 회생 제동 차량 속도 범위를 운전자 이질감 및 저속 영역 회생율 저하에 따른 충돌 방지 등을 제외한 순수 회생율이 0이 되는 속도까지 확대 적용할 수 있다. 또한, 회생율 저하에 따른 브레이크 풀림 및 꿀렁임 등은 별도의 주브레이크 개입을 통해 개선할 수 있다.
제어기(160)는 최대 회생 제동력 및 회생 제동 차량 속도 범위 내에서 전축 및 후축에 인가되는 최대 제동력을 배분할 수 있다. 제어기(160)는 현재 감속도에 따른 최대 회생량 및 최대 회생 제동 사용 차량 속도를 계산할 수 있다. 제어기(160)는 감속도별 동역학 모델의 전륜 및 후륜 최대 제동력을 계산할 수 있다.
최대 회생 제동력 즉, 최대 회생 제동 토크가 전축과 후축에 동일하게 인가되면, 차량의 무게 중심이 전축으로 쏠리며 항상 후륜 슬립을 유발하여 최대 전비 향상을 저해하거나 슬립이 커질 경우 최대 회생 제동 모드 자체를 수행할 수 없게 될 수 있다. 이에, 제어기(160)는 휠 슬립이 이상적으로 '0'인 상황에만 전축과 후축에 최대 회생 제동력을 각각 인가할 수 있다. 전축 및/또는 후축에 미세 슬립이 발생하는 경우, 제어기(160)는 차량의 현재 감속도 및 차량 모델(동역학 모델)에 기반하여 축별 제어량(전륜 최대 제동력과 후륜 최대 제동력)을 산출(계산)할 수 있다. 보다 구체적으로, 제어기(160)는 미세 슬립(기준 슬립 미만의 휠 슬립)이 발생한 축의 회생량이 현재 감속도에서의 회생량 이상으로 더 이상 증가하지 않도록 제한할 수 있다. 그리고, 제어기(160)는 슬립이 발생하지 않은 축의 제동력을 차량의 동적 하중을 고려한 전축 및 후축의 이상 제동력 비율에 기반하여 결정될 수 있다. 제어기(160)는 [수학식 1] 및 [수학식 2]를 이용하여 이상적인 전륜 제동력 Bf 및 후륜 제동력 Br을 연산할 수 있다. 전륜 제동력 Bf 및 후륜 제동력 Br은 차량의 동적 하중 배분에 비례하는 것이 이상적이다.
Figure pat00001
Figure pat00002
여기서, a는 차량의 감속도, W는 차량 무게, Wf는 제동 시 전륜 동적 하중, Wr은 제동 시 후륜 동적 하중, Wfs는 전륜 정적 하중, Wrs는 후륜 정적 하중, g는 중력 가속도, h는 무게 중심점 높이, l은 축간 거리이다.
전륜 제동력 Bf 및 후륜 제동력 Br은 감속도가 증가할수록 무게 중심점이 높을수록 전륜 제동력의 비율이 높아지고 후륜 제동력의 비율이 낮아질 수 있다. 이에, 제어기(160)는 최대 회생 제동력을 이상제동선도를 기준으로 감속도별 전축 및 후축의 한계 제동 비율에 따라 전륜과 후륜에 배분할 수 있다. 이상제동선도는 감속도에 따른 이상적인 전륜 및 후륜 제동력을 나타내는 커브(curve)로 정의할 수 있다.
일 예로, 제어기(160)는 전축 및 후축에 미세 슬립이 발생하지 않은 경우(즉, 슬립=0) 현재 감속도에 따른 최대 회생 제동 토크 및 최대 회생 제동 사용 차량 속도를 계산할 수 있다. 제어기(160)는 계산된 최대 회생 제동 토크 및 최대 회생 제동 사용 차량 속도를 전축 및 후축에 각각 적용할 수 있다.
다른 일 예로, 제어기(160)는 전축에 미세 슬립이 발생한 경우, 전축 회생 제동 토크(전륜 제동력) 한계치를 현재 감속도에 따른 회생 제동 토크로 제한할 수 있다. 제어기(160)는 차량의 감속도가 변경되면 이상제동선도에 기반한 전륜 및 후륜 제동력 비율에 기반하여 전축 회생 제동 토크 한계치를 추정하여 변경할 수 있다. 또한, 제어기(160)는 제한된 전축 회생 제동 토크(전축 회생 제동 토크 한계치)를 기준으로 후축 회생 제동 토크의 최대치(후축 회생 제동 토크 한계치)를 제한할 수 있다.
또 다른 일 예로, 제어기(160)는 후축에 미세 슬립이 발생한 경우, 후축 회생 제동 토크 한계치를 차량의 현재 감속도에 따른 후축 회생 제동 토크(후륜 제동력)로 제한할 수 있다. 제어기(160)는 제한된 후축 회생 제동 토크(후축 회생 제동 토크 한계치)에 기반하여 전축 회생 제동 토크의 최대치(전축 회생 제동 토크 한계치)를 제한할 수 있다. 도 3을 참조하면, 차량 감속도가 일정하게 유지되는 상태에서 이상제동선도에 기반하여 전륜 및 후륜 회생 제동 토크를 제어하는 중 후륜 미세 슬립이 발생하면, 제어기(160)는 후축 회생 제동 토크 한계치를 현재 감속도에 따른 후축 회생 제동 토크로 설정하여 제한할 수 있다. 또한, 제어기(160)는 후축 회생 제동 토크를 기준으로 이상제동선도에 기반한 전륜 및 후륜 제동력 비율에 따라 전축 회생 제동 토크 한계치를 제한할 수 있다. 제어기(160)는 차량의 감속도 변경 시 이상제동선도에 기반하여 후축 회생 제동 토크 한계치를 추정하여 변경할 수 있다. 도 4를 참조하면, 차량 감속도가 점차 증가하는 경우, 제어기(160)는 이상제동선도에 기반한 전륜 및 후륜 제동력 비율을 따라 후축 회생 제동 토크 한계치를 추정하여 변경할 수 있다.
또 다른 일 예로, 제어기(160)는 전축 및 후축에 모두 미세 슬립이 발생하는 경우, 전축 회생 제동 토크 한계치 및 후축 회생 제동 토크 한계를 차량의 현재 감속도에 따른 전축 회생 제동 토크 및 후축 회생 제동 토크로 각각 제한할 수 있다. 제어기(160)는 차량 감속도 변경 시 이상제동선도에 기반하여 각 축의 회생 제동 토크 한계치를 추정하여 변경할 수 있다. 제어기(160)는 전축 회생 제동 토크 한계치를 후축 기준 이상제동선도에 따른 전축 회생 제동 토크와 전축 회생 제동 토크 한계치(한계 전축 회생 제동 토크) 중 작은 값으로 축소할 수 있다. 또한, 제어기(160)는 후축 회생 제동 토크 한계치를 전축 기준 이상제동선도에 따른 후축 회생 제동 토크와 후축 회생 제동 토크 한계치(한계 후축 회생 제동 토크) 중 작은 값으로 축소할 수 있다.
한편, 제어기(160)는 제2 제어 방식이 선정되면, 최대 노면 이용율을 기준으로 비선형 영역 회생 제동량(제2 회생 제동량)을 계산할 수 있다. 비선형 영역은 노면 마찰 한계를 초과하기 시작하는 영역으로, 일반적으로는 슬립에 의한 ABS 제어 영역으로 ABS 동작 시 회생 제동이 종료될 수 있는 구간이나, 제어기(160)는 회생 제동력 최대화를 위해 ABS보다 우선순위로 최대 회생 제동 제어를 수행할 수 있다. 제어기(160)는 차량의 휠 슬립(차량 슬립)이 최대 효율점 영역을 벗어나는 경우 ABS에 우선권을 넘겨줄 수 있다. 제어기(160)는 제2 제어 방식에 따라 최대 회생 제동 제어 시 슬립 최소화가 아닌 타이어 트랙션(tire traction) 효율 최적화를 목표로 제어할 수 있다. 제어기(160)는 최대 효율점 영역을 기준으로 목표 회생 제동력을 추종하도록 피드백 제어를 수행할 수 있다. 제어기(160)는 최대 효율점 영역의 슬립 평균을 최적 슬립 즉, 목표 슬립으로 설정할 수 있다. 제어기(160)는 최대 회생 제동 제어 중 차량의 휠 슬립을 목표 슬립과 비교하고 그 비교결과에 따라 회생량을 증대시키거나 축소시킬 수 있다. 이때, 제어기(160)는 각 축의 슬립 상황에 따라 분리 제어를 수행할 수 있다.
제어기(160)는 제1 제어 방식 또는 제2 제어 방식에 따라 계산된 회생 제동량(회생 제동 토크)를 구동 모터(140, 150)에 전송할 수 있다. 또한, 제어기(160)는 구동 모터(140, 150)에서 출력되는 회생 제동 토크를 피드백 받을 수 있다. 제어기(160)는 구동 모터(140, 150)에 인가(입력)되는 회생 제동 토크(입력 회생 제동 토크)와 구동 모터(140, 150)에서 출력되는 회생 제동 토크(출력 회생 제동 토크)를 비교하여 구동 모터(140, 150)의 회생 제동 토크를 제어할 수 있다. 제어기(160)는 입력 회생 제동 토크가 출력 회생 제동 토크보다 큰 경우, 구동 모터(140, 150)의 출력 회생 제동 토크를 증가시켜 회생 에너지 출력을 증대시킬 수 있다. 제어기(160)는 입력 회생 제동 토크가 출력 회생 제동 토크보다 작은 경우, 구동 모터(140, 150)의 출력 회생 제동 토크를 감소시켜 회생 에너지 출력을 축소시킬 수 있다. 제어기(160)는 입력 회생 제동 토크와 출력 회생 제동 토크가 일치하는 경우, 구동 모터(140, 150)의 출력 회생 제동 토크를 유지시켜 회생 에너지 출력을 유지시킬 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시 예들에 따른 전동화 차량의 회생 제동 제어 방법을 도시한 흐름도이다.
제어기(160)는 차량 제동 시 차량 데이터를 검출할 수 있다(S110). 제어기(160)는 사용자 입력기(110)로부터 최대 회생 제동 제어 활성 여부를 수신할 수 있다. 제어기(160)는 감지기(120)를 통해 가속 페달 위치, 전륜 축중, 후륜 축중 및/또는 휠속을 획득할 수 있다. 제어기(160)는 GPS기기(130)를 이용하여 차량 속도를 검출할 수 있다.
제어기(160)는 차량 데이터에 기반하여 휠 슬립 발생 여부를 결정할 수 있다(S120). 제어기(160)는 차량 속도 및 휠속에 기반하여 휠 슬립 발생 여부를 결정할 수 있다. 제어기(160)는 차량 속도와 휠속의 차이가 기준 슬립 미만이면 휠 슬립 미발생을 판정할 수 있다. 한편, 제어기(160)는 차량 속도와 휠속의 차이가 기준 슬립 이상이면 휠 슬립 발생으로 판정할 수 있다.
제어기(160)는 휠 슬립 미발생이 결정되면 제1 제어 방식에 따라 제1 회생 제동량을 연산할 수 있다(S130).
제어기(160)는 휠 슬립 발생이 결정되면 제2 제어 방식에 따라 제2 회생 제동량 연산을 연산할 수 있다(S140).
제어기(160)는 제1 회생 제동량 또는 제2 회생 제동량에 기반하여 구동 모터(140 및/또는 150)를 제어할 수 있다(S150). 제어기(160)는 구동 모터(140 및/또는 150)를 제어하여 각 휠에 인가되는 제동 압력을 증감압할 수 있다. 이때, 제어기(160)는 회피 조향을 수행하고 군집 주행 차량과 통신을 통해 명령을 송신할 수도 있다.
도 6은 본 발명의 실시 예들에 따른 최대 회생 제동 제어 방식을 결정하는 과정을 도시한 흐름도이다.
제어기(160)는 차량이 최대 회생 제동 제어 개시 조건을 만족하는지를 확인할 수 있다(S200). 제어기(160)는 도 5의 S100에서 검출된 차량 데이터에 포함된 최대 회생 제동 모드 활성 여부 및 가속 페달 위치 정보에 근거하여 최대 회생 제동 제어 개시 여부를 결정할 수 있다. 제어기(160)는 차량이 최대 회생 제동 제어 개시 조건을 만족하는 경우, 최대 회생 제동 제어 개시를 결정할 수 있다. 예를 들어, 제어기(160)는 최대 회생 제동 기능이 활성화되고 사용자가 가속 페달을 밟지 않은 경우 최대 회생 제동 제어 개시를 결정할 수 있다. 제어기(160)는 차량이 최대 회생 제동 제어 개시 조건을 만족하지 않는 경우, 최대 회생 제동 제어 종료를 결정할 수 있다. 예컨대, 제어기(160)는 최대 회생 제동 기능이 활성화되었으나 사용자가 가속 페달을 밟고 있는 경우, 최대 회생 제동 제어 미개시를 결정할 수 있다.
제어기(160)는 최대 회생 제동 제어 개시 조건을 만족하는 경우 차량의 휠 슬립이 기준 슬립 미만인지를 확인할 수 있다(S210). 제어기(160)는 차량 데이터 내 차량 속도 및 휠속을 이용하여 휠 슬립(차량 속도와 휠속의 차이)을 연산할 수 있다. 제어기(160)는 휠 슬립이 기준 슬립 미만이면 휠 슬립 미발생으로 판정할 수 있다. 제어기(160)는 휠 슬립이 기준 슬립 이상이면 휠 슬립 발생으로 판정할 수 있다. 기준 슬립은 사전에 시스템 설계자에 의해 설정될 수 있다.
제어기(160)는 휠 슬립이 기준 슬립 미만인 경우, 차량의 무게 중심점 높이를 추정할 수 있다(S220). 제어기(160)는 메모리(162)에 기저장된 룩업테이블(lookup table)을 참조하여 차량 무게(또는 전륜 축중 및 후륜 축중)에 따른 무게 중심점 높이를 추정할 수 있다. 룩업테이블에는 차량 무게별로 매핑(mapping)되는 무게 중심점 높이가 정의되어 있거나 전륜 축중 및 후륜 축중에 따른 무게 중심점 높이가 정의되어 있을 수 있다.
제어기(160)는 GPS기기(130)의 GPS 신호가 유효한지를 확인할 수 있다(S230). 제어기(160)는 GPS기기(130)가 정상적으로 동작하는지를 확인하므로, GPS 신호의 유효 여부를 판단할 수 있다.
제어기(160)는 GPS 신호가 유효하면 GPS 정보에 기반하여 차량 감속도를 추정할 수 있다(S240). 제어기(160)는 GPS기기(130)로부터 전송되는 차량 속도를 이용하여 차량의 현재 감속도를 연산할 수 있다.
S230에서 GPS 신호가 유효하지 않으면, 제어기(160)는 휠속 기반 차량 감속도를 추정할 수 있다(S250). 제어기(160)는 휠속 센서(124)에 의해 측정되는 휠속을 기반으로 차량의 현재 감속도를 계산할 수 있다.
S210에서 휠 슬립이 기준 슬립 이상인 경우, 제어기(160)는 휠 슬립에 기반하여 차량의 최대 회생 제동 제어가 가능한지를 확인할 수 있다(S260). 제어기(160)는 휠 슬립에 기초하여 휠 슬립율을 연산할 수 있다. 제어기(160)는 휠 슬립율이 기준 슬립율 범위 내에 있는지를 확인할 수 있다. 여기서, 기준 슬립율 범위는 타이어 특성 평가에 의해 도출되는 최대 효율점 영역(휠 슬립에 의한 ABS 제어 영역)으로, 휠 슬립 발생 상황에서 최대 회생 제동 제어가 가능한 최적의 슬립율 범위일 수 있다. 제어기(160)는 휠 슬립율이 기준 슬립율 범위 내인 경우 최대 회생 제동 제어 가능이라고 판단할 수 있다. 제어기(160)는 최대 회생 제동 제어 가능으로 판단되면 이후 S140를 수행할 수 있다. 제어기(160)는 슬립율이 기준 슬립율 범위를 벗어나는 경우 최대 회생 제동 제어 불가라고 판단할 수 있다. 제어기(160)는 최대 회생 제동 제어 불가로 판단되면 최대 회생 제동 제어를 종료할 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시 예들에 따른 제1 회생 제동량 연산 과정을 도시한 흐름도이다. 본 실시 예는 기준 슬립 미만의 휠 슬립이 발생하는 선형 영역에서 최대 회생 제동 제어(제1 제어 방식)를 위한 회생 제동량을 연산하는 과정을 설명한다.
먼저, 제어기(160)는 현재 구동 모터(140, 150)의 상태 및 구동 상황(예: 모터 열관리, 배터리 충전 상황, 배터리 완충에 따른 레지스터 동작 상황 등)에 따른 최대 회생 제동력(최대 회생 제동 토크)을 결정할 수 있다(S300). 제어기(160)는 구동 모터(140, 150)로부터 최대 회생 제동력을 제공받을 수 있다. 최대 회생 제동력은 구동 모터(140), 150)가 실시간으로 허용할 수 있는 회생 제동 토크의 한계일 수 있다. 예컨대, 최대 회생 제동력은 무조건 -100%가 아닌 -70% 또는 -80% 일 수 있다. 최대 회생 제동력 결정 시 모터의 빠른 반응성에 따른 오버슈트 발생으로 불필요한 휠 슬립이 발생하지 않도록 최대 회생 제동 시작 토크(예: -40%)에서 최대 회생 제동 토크에 도달하는데 델타 T 만큼의 지연 시간이 소요될 수 있다(도 2 참조).
제어기(160)는 최대 회생 제동 제어를 적용할 수 있는 회생 제동 차량 속도 범위를 결정할 수 있다(S305). 제어기(160)는 구동 모터(140, 150)로부터 회생 제동 차량 속도 범위를 제공받을 수 있다. 회생 제동 차량 속도 범위는 모터 특성에 기반하여 결정될 수 있다.
제어기(160)는 전륜 슬립(전축 슬립) 및 후륜 슬립(후축 슬립)이 모두 미발생되었는지를 확인할 수 있다(S310). 제어기(160)는 전륜 슬립 및 후륜 슬립이 모두 이상적으로 '0'인지를 확인할 수 있다.
제어기(160)는 전륜 슬립 및 후륜 슬립이 모두 미발생한 경우, 전축 및 후축에 최대 회생 제동력을 적용할 수 있다(S315). 제어기(160)는 현재 감속도에 따른 최대 회생 제동력을 계산할 수 있다. 제어기(160)는 계산된 최대 회생 제동력을 전축 및 후축에 각각 적용할 수 있다.
S315에서 전륜 슬립 및 후륜 슬립이 모두 미발생 상태가 아닌 경우, 제어기(160)는 감속도별 전륜 및 후륜 한계 제동 비율을 계산할 수 있다(S320). 제어기(160)는 [수학식 1] 및 [수학식 2]를 이용하여 감속도별 전륜 제동력 한계치 및 후륜 제동력 한계치의 비율을 계산할 수 있다.
제어기(160)는 전륜 슬립만 발생했는지를 확인할 수 있다(S325). 이때, 전륜 슬립은 기준 슬립 미만의 미세 슬립일 수 있다.
S325에서 전륜 슬립만 발생한 것으로 확인되는 경우, 제어기(160)는 전축 회생 제동 한계치를 현재 전축 제어량으로 제한하고, 제한된 전축 제어량에 기반하여 후축 회생 제동 한계치를 제한할 수 있다(S330). 다시 말해서, 제어기(160)는 전축 회생 제동 토크 한계치를 현재 감속도에 따른 회생 제동 토크(회생 제동량, 회생 제동력)로 제한할 수 있다. 제어기(160)는 제한된 전축 회생 제동 토크 한계치에 기반하여 후축 회생 제동 토크 한계치(최대치)를 제한할 수 있다. 이때, 제어기(160)는 이상제동선도에 기반한 현재 감속도에 따른 전륜 및 후륜 한계 제동력 비율에 따라 후축 회생 제동 토크 한계치를 결정할 수 있다.
S325에서 전륜 슬립만 발생한 것으로 확인되지 않는 경우, 제어기(160)는 후륜 슬립만 발생했는지를 확인할 수 있다(S335). 이때, 후륜 슬립은 기준 슬립 미만의 미세 슬립일 수 있다.
S335에서 후륜 슬립만 발생한 것으로 확인되면, 제어기(160)는 후축 회생 제동 한계치를 현재 후축 제어량으로 제한하고, 제한된 후축 제어량에 기반하여 전축 회생 제동 한계치를 제한할 수 있다(S340). 제어기(160)는 후축 회생 제동 토크 한계치를 현재 감속도에 따른 회생 제동 토크로 제한할 수 있다. 제어기(160)는 제한된 후축 회생 제동 토크 한계치에 기반하여 전축 회생 제동 토크 한계치를 제한할 수 있다. 이때, 제어기(160)는 이상제동선도에 기반한 현재 감속도에 따른 전륜 및 후륜 한계 제동력 비율에 따라 전축 회생 제동 토크 한계치를 결정(계산)할 수 있다.
S335에서 후륜 슬립만 발생하지 않은 것으로 확인되면, 제어기(160)는 전축 및 후축 회생 제동 한계치를 전축 및 후축의 현재 제어량으로 각각 제한하고, 전축 및 후축에 대응되는 상대축의 회생 제동 한계치를 이상제동선도에 기반한 회생 제동 한계치와 현재 회생 제동 한계치 중 작은 값으로 축소할 수 있다(S345). 제어기(160)는 전륜 및 후륜에 기준 슬립 미만의 미세 슬립이 모두 발생하는 경우, 전축 회생 제동 토크 한계치 및 후축 회생 제동 토크 한계를 차량의 현재 감속도에 따른 전축 회생 제동 토크 및 후축 회생 제동 토크로 각각 제한할 수 있다. 제어기(160)는 차량 감속도 변경 시 이상제동선도에 기반하여 각 축의 회생 제동 토크 한계치를 추정하여 변경할 수 있다. 제어기(160)는 전축 회생 제동 토크 한계치를 후축 기준 이상제동선도에 따른 전축 회생 제동 토크와 전축 회생 제동 토크 한계치(한계 전축 회생 제동 토크) 중 작은 값으로 축소할 수 있다. 또한, 제어기(160)는 후축 회생 제동 토크 한계치를 전축 기준 이상제동선도에 따른 후축 회생 제동 토크와 후축 회생 제동 토크 한계치(한계 후축 회생 제동 토크) 중 작은 값으로 축소할 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시 예들에 따른 제2 회생 제동량 연산 과정을 도시한 흐름도이다. 본 실시 예는 기준 슬립 이상의 휠 슬립이 발생하는 비선형 영역에서 최대 회생 제동 제어(제2 제어 방식)를 위한 회생 제동량을 연산하는 과정을 설명한다. 비선형 영역은 노면 마찰 한계를 초과하기 시작하는 영역으로, 슬립에 의한 ABS 제어 영역에 해당한다. 제어기(160)는 비선형 영역에서 회생 제동력 최대화를 위해 ABS보다 우선순위로 최대 회생 제동을 제어할 수 있다.
먼저, 제어기(160)는 최대 효율점 영역(즉, ABS 제어 영역)의 슬립 평균을 목표 슬립으로 산출할 수 있다(S400).
제어기(160)는 차륜축 슬립(전축 슬립 및 후축 슬립)이 목표 슬립 미만인지를 판단할 수 있다(S410).
제어기(160)는 차륜축 슬립이 목표 슬립 미만이면 해당 차륜축의 회생 제동량을 증대시킬 수 있다(S420). 제어기(160)는 목표 슬립 미만의 슬립이 발생하는 차륜축에 매핑되는 구동 모터(140, 150)의 회생 제동 토크를 증가시킬 수 있다.
S410에서 차륜축 슬립이 목표 슬립 미만이 아닌 경우, 제어기(160)는 차륜축 슬립이 목표 슬립을 초과하는지를 판단할 수 있다(S430).
제어기(160)는 차륜축 슬립이 목표 슬립을 초과하는 경우, 해당 차륜축의 회생 제동량을 축소시킬 수 있다(S440). 제어기(160)는 목표 슬립을 초과하는 슬립이 발생하는 차륜축에 분배되는 회생 제동량을 축소할 수 있다. 다시 말해서, 제어기(160)는 구동 모터(140, 150)의 회생 제동 토크를 감소시킬 수 있다.
S430에서 차륜축 슬립이 목표 슬립을 초과하지 않는 경우, 해당 차륜축의 회생 제동량을 유지시킬 수 있다(S450). 제어기(160)는 차륜축 슬립이 목표 슬립과 일치하는 경우, 해당 차륜축에 분배되는 회생 제동량을 유지시켜 구동 모터(140, 150)의 회생 제동 토크를 유지시킬 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시 예들에 따른 구동 모터 제어 과정을 도시한 흐름도이다.
제어기(160)는 제1 제어 방식 또는 제2 제어 방식에 따라 계산된 회생 제동량(회생 제동 토크)을 기반으로 구동 모터(140, 150)를 제어할 수 있다. 제어기(160)는 차륜축(전축 및 후축)에 배분된 회생 제동량을 해당 차륜축에 매칭되는 구동 모터(140, 150)에 전송할 수 있다.
제어기(160)는 구동 모터(140, 150)에 인가되는 회생 제동 토크가 구동 모터(140, 150)의 출력 회생 제동 토크를 초과하는지를 확인할 수 있다(S510).
제어기(160)는 구동 모터(140, 150)에 인가되는 회생 제동 토크가 구동 모터(140, 150)의 출력 회생 제동 토크를 초과하는 경우, 구동 모터(140, 150)의 회생 제동력을 증대시킬 수 있다(S520). 즉, 제어기(160)는 구동 모터(140, 150)의 회생 제동 토크를 증가시킬 수 있다.
S520에서 구동 모터(140, 150)에 인가되는 회생 제동 토크가 구동 모터(140, 150)의 출력 회생 제동 토크를 초과하지 않는 경우, 제어기(160)는 구동 모터(140, 150)에 인가되는 회생 제동 토크가 구동 모터(140, 150)의 출력 회생 제동 토크 미만인지를 확인할 수 있다(S530).
제어기(160)는 구동 모터(140, 150)에 인가되는 회생 제동 토크가 구동 모터(140, 150)의 출력 회생 제동 토크 미만인 경우, 제어기(160)는 구동 모터(140, 150)의 회생 제동력을 축소시킬 수 있다(S540). 제어기(160)는 구동 모터(140, 150)에 회생 제동 토크 감소를 지시할 수 있다.
S530에서 구동 모터(140, 150)에 인가되는 회생 제동 토크가 구동 모터(140, 150)의 출력 회생 제동 토크 미만이 아닌 경우, 제어기(160)는 구동 모터(140, 150)의 회생 제동력을 유지시킬 수 있다(S550). 제어기(160)는 구동 모터(140, 150)에 인가되는 회생 제동 토크와 구동 모터(140, 150)의 출력 회생 제동 토크가 일치하는 경우 구동 모터(140, 150)에 현재 회생 제동력 유지를 지시할 수 있다.
도 10은 본 발명의 실시 예들에 따른 전동화 차량의 회생 제동 제어 방법을 실행하는 컴퓨팅 시스템을 보여주는 블록도이다.
도 10을 참조하면, 컴퓨팅 시스템(1000)은 버스(1200)를 통해 연결되는 적어도 하나의 프로세서(1100), 메모리(1300), 사용자 인터페이스 입력 장치(1400), 사용자 인터페이스 출력 장치(1500), 스토리지(1600), 및 네트워크 인터페이스(1700)를 포함할 수 있다.
프로세서(1100)는 중앙 처리 장치(CPU) 또는 메모리(1300) 및/또는 스토리지(1600)에 저장된 명령어들에 대한 처리를 실행하는 반도체 장치일 수 있다. 메모리(1300) 및 스토리지(1600)는 다양한 종류의 휘발성 또는 비휘발성 저장 매체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 메모리(1300)는 ROM(Read Only Memory)(1310) 및 RAM(Random Access Memory)(1320)을 포함할 수 있다.
따라서, 본 명세서에 개시된 실시 예들과 관련하여 설명된 방법 또는 알고리즘의 단계는 프로세서(1100)에 의해 실행되는 하드웨어, 소프트웨어 모듈, 또는 그 2 개의 결합으로 직접 구현될 수 있다. 소프트웨어 모듈은 RAM 메모리, 플래시 메모리, ROM 메모리, EPROM 메모리, EEPROM 메모리, 레지스터, 하드 디스크, 착탈형 디스크, CD-ROM과 같은 저장 매체(즉, 메모리(1300) 및/또는 스토리지(1600))에 상주할 수도 있다. 예시적인 저장 매체는 프로세서(1100)에 커플링되며, 그 프로세서(1100)는 저장 매체로부터 정보를 판독할 수 있고 저장 매체에 정보를 기입할 수 있다. 다른 방법으로, 저장 매체는 프로세서(1100)와 일체형일 수도 있다. 프로세서(1100) 및 저장 매체는 주문형 집적회로(ASIC) 내에 상주할 수도 있다. ASIC는 사용자 단말기 내에 상주할 수도 있다. 다른 방법으로, 프로세서(1100) 및 저장 매체는 사용자 단말기 내에 개별 컴포넌트로서 상주할 수도 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (20)

  1. 차륜 구동에 필요한 동력을 발생시키는 구동 모터; 및
    상기 구동 모터와 전기적으로 연결되는 제어기를 포함하고,
    상기 제어기는,
    차량 제동 시 차량 데이터를 검출하고,
    상기 차량 데이터를 기반으로 차량의 휠 슬립 발생 여부를 판단하고,
    상기 휠 슬립이 미발생한 경우 감속도 및 차량 모델에 기반하여 제1 회생 제동량을 연산하고,
    상기 휠 슬립이 발생한 경우 최대 노면 이용율 기준으로 제2 회생 제동량을 연산하고,
    상기 제1 회생 제동량 또는 상기 제2 회생 제동량에 기반하여 상기 구동 모터의 최대 회생 제동을 제어하는 것을 특징으로 하는 전동화 차량의 회생 제동 제어 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 차량 데이터는,
    최대 회생 제동 모드 활성 여부, 가속 페달 위치, 전륜 축중, 후륜 축중, 차량 속도 또는 휠속 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동화 차량의 회생 제동 제어 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 최대 회생 제동 모드 활성 여부 및 상기 가속 페달 위치에 근거하여 상기 차량이 최대 회생 제동 제어 개시 조건을 만족하는지를 판단하는 것을 특징으로 하는 전동화 차량의 회생 제동 제어 장치.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 차량 속도 및 상기 휠속에 기반하여 휠 슬립을 추정하고,
    상기 휠 슬립이 기준 슬립 미만이면 휠 슬립 미발생으로 판단하고,
    상기 휠 슬립이 상기 기준 슬립 이상이면 휠 슬립 발생으로 판단하는 것을 특징으로 하는 전동화 차량의 회생 제동 제어 장치.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 제어기는,
    기저장된 룩업테이블을 참조하여 차량 무게에 매핑되는 상기 차량의 무게 중심점 높이를 추정하고,
    상기 차량 속도 또는 상기 휠속을 이용하여 상기 차량의 현재 감속도를 추정하는 것을 특징으로 하는 전동화 차량의 회생 제동 제어 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 구동 모터가 허용하는 최대 회생 제동력 및 회생 제동 차량 속도 범위를 결정하고,
    상기 최대 회생 제동력 및 상기 회생 제동 차량 속도 범위 내에서 이상제동선도에 기반한 감속도별 전축과 후축의 한계 제동 비율에 따라 전축 제동력 및 후축 제동력을 배분하여 상기 구동 모터에 의한 회생량을 최대화하는 것을 특징으로 하는 전동화 차량의 회생 제동 제어 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 제어기는,
    전륜 슬립만 발생하는 경우, 전축 회생 제동 한계치를 현재 전축 제어량으로 제한하고, 제한된 전축 회생 제동 한계치를 기준으로 상기 한계 제동 비율에 따라 후축 회생 제동 한계치를 제한하는 것을 특징으로 하는 전동화 차량의 회생 제동 제어 장치.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 제어기는,
    후륜 슬립만 발생하는 경우, 후축 회생 제동 한계치를 현재 후축 제어량으로 제한하고, 제한된 후축 회생 제동 한계치를 기준으로 상기 한계 제동 비율에 따라 전축 회생 제동 한계치를 제한하는 것을 특징으로 하는 전동화 차량의 회생 제동 제어 장치.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 제어기는,
    전륜 슬립 및 후륜 슬립이 모두 발생하는 경우, 전축 및 후축 회생 제동 한계치를 전축 및 후축의 현재 제어량으로 각각 제한하고, 상대축 회생 제동 한계치를 이상제동선도 기반 회생 제동 한계치와 현재 회생 제동 한계치 중 작은 값으로 축소하는 것을 특징으로 하는 전동화 차량의 회생 제동 장치.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 휠 슬립이 발생한 경우, ABS의 최적 효율점 영역의 평균을 목표 슬립으로 산출하고,
    차륜축 슬립과 상기 목표 슬립의 비교결과에 따라 해당 차륜축의 회생 제동량을 증대, 축소 또는 유지시키는 것을 특징으로 하는 전동화 차량의 회생 제동 장치.
  11. 제어기가 차량 제동 시 차량 데이터를 검출하는 단계;
    상기 제어기가 상기 차량 데이터를 기반으로 차량의 휠 슬립 발생 여부를 판단하는 단계;
    상기 제어기가 상기 휠 슬립이 미발생한 경우 감속도 및 차량 모델에 기반하여 제1 회생 제동량을 연산하는 단계;
    상기 제어기가 상기 휠 슬립이 발생한 경우 최대 노면 이용율 기준으로 제2 회생 제동량을 연산하는 단계; 및
    상기 제어기가 상기 제1 회생 제동량 또는 상기 제2 회생 제동량에 기반하여 구동 모터의 최대 회생 제동을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동화 차량의 회생 제동 제어 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 차량 데이터는,
    최대 회생 제동 모드 활성 여부, 가속 페달 위치, 전륜 축중, 후륜 축중, 차량 속도 또는 휠속 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동화 차량의 회생 제동 제어 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 차량의 휠 슬립 발생 여부를 판단하는 단계는,
    상기 제어기가 상기 최대 회생 제동 모드 활성 여부 및 상기 가속 페달 위치에 근거하여 상기 차량이 최대 회생 제동 제어 개시 조건을 만족하는지를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동화 차량의 회생 제동 제어 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 차량의 휠 슬립 발생 여부를 판단하는 단계는,
    상기 제어기가 상기 차량 속도 및 상기 휠속에 기반하여 휠 슬립을 추정하는 단계;
    상기 제어기가 상기 휠 슬립이 기준 슬립 미만이면 휠 슬립 미발생으로 판단하는 단계; 및
    상기 제어기가 상기 휠 슬립이 상기 기준 슬립 이상이면 휠 슬립 발생으로 판단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전동화 차량의 회생 제동 제어 방법.
  15. 청구항 12에 있어서,
    상기 제1 회생 제동량을 연산하는 단계는,
    상기 제어기가 기저장된 룩업테이블을 참조하여 차량 무게에 매핑되는 상기 차량의 무게 중심점 높이를 추정하는 단계; 및
    상기 제어기가 상기 차량 속도 또는 상기 휠속을 이용하여 상기 차량의 현재 감속도를 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동화 차량의 회생 제동 제어 방법.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 제1 회생 제동량을 연산하는 단계는,
    상기 제어기가 상기 구동 모터가 허용하는 최대 회생 제동력 및 회생 제동 차량 속도 범위를 결정하는 단계; 및
    상기 제어기가 상기 최대 회생 제동력 및 상기 회생 제동 차량 속도 범위 내에서 이상제동선도에 기반한 감속도별 전축과 후축의 한계 제동 비율에 따라 전축 제동력 및 후축 제동력을 배분하여 상기 구동 모터에 의한 회생량을 최대화하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전동화 차량의 회생 제동 제어 방법.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 제1 회생 제동량을 연산하는 단계는,
    전륜 슬립만 발생하는 경우, 상기 제어기가 전축 회생 제동 한계치를 현재 전축 제어량으로 제한하는 단계; 및
    상기 제어기가 제한된 전축 회생 제동 한계치를 기준으로 상기 한계 제동 비율에 따라 후축 회생 제동 한계치를 제한하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전동화 차량의 회생 제동 제어 방법.
  18. 청구항 16에 있어서,
    상기 제1 회생 제동량을 연산하는 단계는,
    후륜 슬립만 발생하는 경우, 상기 제어기가 후축 회생 제동 한계치를 현재 후축 제어량으로 제한하는 단계; 및
    상기 제어기가 제한된 후축 회생 제동 한계치를 기준으로 상기 한계 제동 비율에 따라 전축 회생 제동 한계치를 제한하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전동화 차량의 회생 제동 제어 방법.
  19. 청구항 16에 있어서,
    상기 제1 회생 제동량을 연산하는 단계는,
    전륜 슬립 및 후륜 슬립이 모두 발생하는 경우, 상기 제어기가 전축 및 후축 회생 제동 한계치를 전축 및 후축의 현재 제어량으로 각각 제한하는 단계; 및
    상기 제어기가 상대축 회생 제동 한계치를 이상제동선도 기반 회생 제동 한계치와 현재 회생 제동 한계치 중 작은 값으로 축소하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전동화 차량의 회생 제동 제어 방법.
  20. 청구항 16에 있어서,
    상기 제2 회생 제동량을 연산하는 단계는,
    상기 제어기가 ABS의 최적 효율점 영역의 평균을 목표 슬립으로 산출하는 단계; 및
    상기 제어기가 차륜축 슬립과 상기 목표 슬립의 비교결과에 따라 해당 차륜축의 회생 제동량을 증대, 축소 또는 유지시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전동화 차량의 회생 제동 제어 방법.
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