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KR100634605B1 - 차량의 회생 제동 제어방법 - Google Patents

차량의 회생 제동 제어방법 Download PDF

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KR100634605B1
KR100634605B1 KR1020040079006A KR20040079006A KR100634605B1 KR 100634605 B1 KR100634605 B1 KR 100634605B1 KR 1020040079006 A KR1020040079006 A KR 1020040079006A KR 20040079006 A KR20040079006 A KR 20040079006A KR 100634605 B1 KR100634605 B1 KR 100634605B1
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현대자동차주식회사
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Abstract

본 발명은 회생 제동 제어 성능을 향상시켜 회생 제동시 충전 전류 발생 효율을 증대시킬 수 있는 차량의 회생 제동 제어방법에 관한 것으로, 배터리 충전량(SOC)에 따른 요구 충전 전류(Ireq)를 결정하는 단계와; 모터 토크(Tq)를 계산하는 단계와; 차속을 검출하는 단계와; 모터 회전수(RPM)를 계산하는 단계와; 상기 계산된 모터 회전수를 통해 재생 결정을 하는 단계와; 결정된 재생 전력량 계산을 완료하는 단계와; 벨트 온도를 검출하는 단계와; 벨트 온도 상수를 적용하여 회생 제동 진입 준비상태를 검출하는 단계와; 회생 제동 진입 준비 완료 상태이면 제동 조건을 확인하는 단계와; 악셀레이터 작동상태를 검출하는 단계와; 악셀레이터 작동상태가 아니면 브레이크 작동상태를 검출하는 단계와; 브레이크 작동상태이면 차량 감속도(Dec)를 검출하는 단계와; 검출된 차속과 모터 회전수(RPM)의 비율에 따라 모터 회전수의 하한치를 제한하는 단계와; 회생 제동 압력(Pr)을 계산하는 단계와; 계산된 회생 제동 압력(Pr)을 적용하는 단계와; 재생 결정되면 차속/모터 회전수를 회생 제동 하한치에 도달하도록 재생하는 단계와; 회생 제동 중단상태를 검출하는 단계와; 회생 제동 중단상태이면 차량 감속도(Dec)를 검출하는 단계와; 차속과 모터 회전수(RPM)의 비율을 검출하는 단계와; 차량 흔들림 없음 제어(안티 피쉬 테일 제어)동작을 수행하는 단계를 포함하여 이루어진다.
차량, 하이브리드, 회생, 제동, 제어

Description

차량의 회생 제동 제어방법{REGENERATIVE BRAKING CONTROL METHOD OF 42V BELT DRIVEN VEHICLE}
도 1은 42V 벨트형 하이브리드 차량 구성을 도시한 도면.
도 2a, 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 차량의 회생 제동 제어방법을 도시한 흐름도.
본 발명은 차량의 회생 제동 제어방법에 관한 것이다.
통상적으로, 아이들 스톱(Idle Stop)을 통해서 연비를 개선하고자 하는 42V 벨트형 차량은 하이브리드(Hybrid) 차량들이 갖는 자동적 아이들 스톱(Idle Stop, Engine Off) 기능을 갖고 있다.
이러한 기능은 시내 주행 시 도심 정체 구간에서 연비를 약 15% 정도 향상시키는 효과가 있다(10-15 주행 모드의 도심 주행 기준).
아이들 스톱 & 고(Idle Stop & Go) 기능을 수행하는 경우, 차량의 배터리는 아이들 스톱(Idle Stop) 동안 전기 에너지를 소모하므로 차량 주행 중에 충전을 해야하는 필요성이 있다.
차량 감속시 엔진 브레이크나 차량 감속시 운동 에너지를 전기 에너지로 바꾸는 것을 회생 제동 에너지라 한다.
기존 하이브리드 차량에 적용되는 일반적인 개념과 동일하다.
그러나, 벨트형으로 구동되는 42V 벨트형 하이브리드 시스템은 벨트의 운동 전달 정도를 판단해야 한다.
본 발명의 목적은 회생 제동 제어 성능을 향상시켜 회생 제동시 충전 전류 발생 효율을 증대시킬 수 있는 차량의 회생 제동 제어방법을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 차량의 회생 제동 제어방법에 있어서, 배터리 충전량(SOC)에 따른 요구 충전 전류(Ireq)를 결정하는 단계와; 모터 토크(Tq)를 계산하는 단계와; 차속을 검출하는 단계와; 모터 회전수(RPM)를 계산하는 단계와; 상기 계산된 모터 회전수를 통해 재생 결정을 하는 단계와; 결정된 재생 전력량 계산을 완료하는 단계와; 벨트 온도를 검출하는 단계와; 벨트 온도 상수를 적용하여 회생 제동 진입 준비상태를 검출하는 단계와; 회생 제동 진입 준비 완료 상태이면 제동 조건을 확인하는 단계와; 악셀레이터 작동상태를 검출하는 단계와; 악셀레이터 작동상태가 아니면 브레이크 작동상태를 검출하는 단계와; 브레이크 작동상태이면 차량 감속도(Dec)를 검출하는 단계와; 검출된 차속과 모터 회전수(RPM)의 비율에 따라 모터 회전수의 하한치를 제한하는 단계와; 회생 제동 압력(Pr)을 계산하는 단계와; 계산된 회생 제동 압력(Pr)을 적용하는 단계와; 재생 결정되면 차속/모터 회전수를 회생 제동 하한치에 도달하도록 재생하는 단계와; 회생 제동 중단상태를 검출하는 단계와; 회생 제동 중단상태이면 차량 감속도(Dec)를 검출하는 단계와; 차속과 모터 회전수(RPM)의 비율을 검출하는 단계와; 차량 흔들림 없음 제어(안티 피쉬 테일 제어)동작을 수행하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명 및 첨부 도면과 같은 많은 특정 상세들이 본 발명의 보다 전반적인 이해를 제공하기 위해 나타나 있으나, 이들 특정 상세들은 본 발명의 설명을 위해 예시한 것으로 본 발명이 그들에 한정됨을 의미하는 것은 아니다. 그리고 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 실시예는 엔진의 동력을 변속기를 통해서 바퀴를 구동하는 일반 주행상태와 바퀴의 운동 에너지가 변속기와 엔진의 크랭크 축과 벨트를 통해서 42V 시동 발전기(ISG, 통합형 시동 발전기)로 연결되어 전기 발생을 하는 회생 제동상태를 고려하여 차량의 회생 제동을 제어하는 방법에 관한 것이다.
도 1은 42V 벨트형 하이브리드 차량 구성을 도시한 도면이며, 도 2a, 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 차량의 회생 제동 제어방법을 도시한 흐름도이다.
도 1과 도 2a, 도 2b를 참조하여 벨트의 특성을 고려한 42V 벨트형 하이브리드 시스템에서 제어부를 통한 회생 제동 제어 로직을 설명한다.
회생 제동은 차량 주행 에너지를 전기적 에너지로 회수하는 것으로 회생 제 동에 미치는 인자를 분석한다.
먼저, 제어부는 배터리 충전량(SOC)에 따른 요구 충전 전류(Ireq)를 결정한다(S210, S212).
본 발명의 실시예에 따른 배터리 충전량(SOC ; State of Charge)은 배터리의 충전 상태를 나타내는 것으로, 42V 차량이 탑재한 12V 충전 상태가 아닌 36V의 충전 상태에 따라 표시한다.
참고적으로, 배터리 충전 상태에 따라 배터리 전압과 배터리 충전량의 비율은 다음과 같다.
32V : SOC40%, 38V : SOC 95% 목표 SOC : 75%
요구 충전 전류(Ireq)는 요구되는 충전 전류 I(A, Required Current)이다.
이어서, 모터 토크(Tq)를 계산하고, 차속 센서로부터 입력되는 신호를 검출하여 차속을 분석한다(S214, S216).
모터 토크(Tq)는 차량 주행 중 엔진 브레이크/제동 시 작동하는 모터의 토크로서, 모터의 역토크가 클수록 회생 제동 전류가 크게 증가하여 목표 배터리 충전량으로 유지하는데 충전 전류를 크게 한다.
차량 속도(Vcar)는 차량 주행 속도(km/h)이다.
그리고, 모터 회전수(RPM)를 계산하여 계산된 모터 회전수를 통해 재생 결정을 한다(S218, S220).
모터 회전수 제어는 모터가 회전하는 토크(Tq)와 더불어 모터 회전수(RPM)가 모터 출력(P)으로 계산된다.
모터 출력(P) = 모터 토크(Tq) * 모터 회전수(RPM).
결정된 재생 전력량 계산을 완료한 후 제어부는 벨트 온도를 검출한다(S222, S224).
그리고, 벨트 온도 상수를 적용하여 회생 제동 진입 준비상태를 검출한다(S226, S228).
벨트 운동 에너지 전달 상수(K)는 벨트 상태에 따라, 엔진의 운동 회전 에너지를 모터에 전달하는 상수로 온도의 함수이다.
본 발명의 실시예에 따른 벨트 상수(K)는 90도로 최적화 설정 값을 반영한다.
만약, 전술한 (S228)에서 회생 제동 진입 준비 완료 상태이면 제어부는 (S230)으로 진행하여 제동 조건을 확인한다.
예를 들어, 제어부는 (S232)에서 악셀레이터 작동상태를 검출한다.
만약, 전술한 (S232)에서 악셀레이터 작동상태가 아니면 제어부는 (S234)으로 진행하여 브레이크 작동상태를 검출한다.
이와는 달리, 전술한 (S232)에서 악셀레이터 작동상태이면 재생 제어동작을 수행하지 않고 차량 주행 중 판단을 완료한다.
한편, 전술한 (S234)에서 브레이크 작동상태이면 제어부는 차량 감속도(Dec)를 검출한다(S236).
차량 감속도(Dec : Deceleration)는 브레이크 제동시 감속되는 차량 속도이다.
이어서, 제어부는 검출된 차속과 모터 회전수(RPM)의 비율에 따라 모터 회전수의 하한치를 제한한다(S238).
그리고, 회생 제동 압력(Pr)을 계산하고, 계산된 회생 제동 압력(Pr)을 적용한다(S240, S242).
브레이크를 밟을 때 작동하는 회생 제동 압력(Pr, 휠 압력)은 마스터 실린더 압력(Pm)에서 휠 실린더 압력(Pw)을 감한 값으로 계산한다.
회생 제동 압력(Pr) = 브레이크 제동 압력(Pm) - 휠 실린더 압력(Pw).
마스터 실린더 압력(Pm, 브레이크 제동 압력)은 브레이크 밟을 때 작동하는 마스터 압력이다.
휠 실린더 압력(Pw)은 실제 작동하는 제동 압력이다.
한편, 전술한 (S242)에서 계산된 회생 제동 압력(Pr)이 적용되면 재생을 결정하고, 재생 결정되면 차속/모터 회전수를 회생 제동 하한치에 도달하도록 재생하는 단계를 수행한다(S244, S246).
이와는 달리, 전술한 (S234)에서 브레이크 작동상태가 아니면 제어부는 (S248)으로 진행하여 차량 감속도(Dec)를 검출한다.
이어서, (S250)으로 진행하여 모터 회전수(RPM)의 하한치를 제한하고, 재생 결정되면(S252) 전술한 (S246)으로 진행하여 차속/모터 회전수를 회생 제동 하한치에 도달하도록 재생한다.
제어부는 전술한 (S246)에서 차속/모터 회전수를 회생 제동 하한치에 도달하도록 재생후 회생 제동 중단상태를 검출한다(S256).
회생 제동 중단상태 판단은 차속 제한(Vcar_limit)값이 설정 속도(15km/h) 이하이고, 모터 회전수 제한(RPM_limit)값이 설정 회전수(2100RPM) 이하이며, 엔진 공회전수(Idle RPM)가 설정 회전수(700RPM)로 유지되는 상태이면 회생 제동 중단상태로 판단한다.
만약, 회생 제동 중단상태이면 차량 감속도(Dec)를 검출하고, 차속과 모터 회전수(RPM)의 비율을 검출한다(S258, S260).
이어서, 차량 흔들림 없음 제어(안티 피쉬 테일 제어)동작을 수행한다(S262).
안티 피쉬 테일(Anti-Fish tail) 제어는 차량이 급제동할 경우에, 차량 뒤쪽이 올라가 물고기 꼬리형상이 되는 것을 방지하는 제어로, 차속이 서서히 감소하도록 엔진 회전수, 차속을 선형적으로 제어하면서 회생 제동을 종료하도록 제어하는 것을 말한다.
이와는 달리, 전술한 (S256)에서 회생 중단 상태가 아니면 제어부는 (S264)으로 진행하여 제동 조건을 확인한다.
상기한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 회생 제동 에너지(Regen Energy)는 다음과 같은 우선 순위에 따라 계산된다.
회생 제동 에너지(Regen Energy) = 배터리 충전량(SOC) 〉 차량 속도(Vcar) 〉 모터 토크(Tq) 〉모터 회전수(RPM) 〉차량 감속도(Dec) 〉휠 실린더 압력(Pw) 〉요구 충전 전류(Ireq) 〉차량 경사로(Gd) 〉전달 상수(K) 〉변속 단수(Sh)
즉, 회생 제동 에너지는 배터리의 충전 요구량이 많을수록 높아지고, 변속단수가 높을수록 증가하게 된다.
배터리의 방전이 많이 된 상태는 충전 요구량이 많은 상태이고, 변속단수가 높은 경우는 차속이 높을수록 차속 감속을 통한 운동 에너지가 회생 에너지로 연계되기 쉽기 때문이다.
차속이 증가할수록 운동 에너지가 증가하게 되므로 차속이 높은 조건인 변속단이 높은 조건에서 운동 에너지가 높게 되므로, 회생되는 에너지도 높게 된다.
경사로의 오르막/내리막의 구분에 대해서는 차량이 내리막길에서는 감속을 하기에 유리한 조건으로 작동하므로, 제동시 더 높은 운동 에너지의 감소가 일어난다.
따라서, 같은 제동을 하더라도 운동량이 더 큰 내리막길에서 회생 제동 에너지가 높게 되고, 오르막길 주행시 제동하는 조건에서의 회생 제동 에너지는 내리막길에 비하여 높지 않게 된다.
즉, 차량의 관성 주행시 발생하는 운동 에너지의 제동 효과를 전기 에너지로 변환하는 것이기 때문에 내리막길 조건에서 회생제동을 더 잘할 수 있게 된다.
또한, 회생 제동 에너지의 회수 경로는, "구동축(바퀴) → 변속기 → 엔진 → 모터 → 배터리", 로 연결되므로, 제동 제어시 구동축의 회전 운동 에너지는 변속기를 거쳐 엔진의 회전 에너지로 변환되고, 엔진과 연결된 모터의 발전으로 배터리의 충전이 이루어진다.
그러므로, 회생 제동 에너지를 회수함에 있어 모터의 발전력을 결정하는 요인은 구동축의 회전이며, 이는 변속 단수(Sh)에 의해 결정된다.
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상기한 제어 상수를 차량 회생 제동 진입시 우선 순위 제어 조건을 설정한 뒤 제어하여 최적화한다.
회생 제동을 극대화하기 위한 상수에 대한 각 상수들은 실험값에 의해서 보정된다.
정확한 보정은 실험을 통해 반복적으로 조절될 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 차량의 회생 제동 제어방법은 회생 제동 제어 성능을 향상시켜 회생 제동시 충전 전류 발생 효율을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 차량의 회생 제동 제어방법에 있어서,
    배터리 충전량(SOC)에 따른 요구 충전 전류(Ireq)를 결정하는 단계와;
    모터 토크(Tq)를 계산하는 단계와;
    차속을 검출하는 단계와;
    모터 회전수(RPM)를 계산하는 단계와;
    상기 계산된 모터 회전수를 통해 재생 결정을 하는 단계와;
    결정된 재생 전력량 계산을 완료하는 단계와;
    벨트 온도를 검출하는 단계와;
    벨트 온도 상수를 적용하여 회생 제동 진입 준비상태를 검출하는 단계와;
    회생 제동 진입 준비 완료 상태이면 제동 조건을 확인하는 단계와;
    악셀레이터 작동상태를 검출하는 단계와;
    악셀레이터 작동상태가 아니면 브레이크 작동상태를 검출하는 단계와;
    브레이크 작동상태이면 차량 감속도(Dec)를 검출하는 단계와;
    검출된 차속과 모터 회전수(RPM)의 비율에 따라 모터 회전수의 하한치를 제한하는 단계와;
    회생 제동 압력(Pr)을 계산하는 단계와;
    계산된 회생 제동 압력(Pr)을 적용하는 단계와;
    재생 결정되면 차속/모터 회전수를 회생 제동 하한치에 도달하도록 재생하는 단계와;
    회생 제동 중단상태를 검출하는 단계와;
    회생 제동 중단상태이면 차량 감속도(Dec)를 검출하는 단계와;
    차속과 모터 회전수(RPM)의 비율을 검출하는 단계와;
    차량 흔들림 없음 제어(안티 피쉬 테일 제어)동작을 수행하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 차량의 회생 제동 제어방법.
  2. 제1항에 있어서,
    회생 제동 중단상태 판단은 차속 제한(Vcar_limit)값이 설정 속도 이하이고, 모터 회전수 제한(RPM_limit)값이 설정 회전수 이하이며, 엔진 공회전수(Idle RPM)가 설정 회전수로 유지되는 상태이면 회생 제동 중단상태로 판단하는 것을 특징으로 하는 차량의 회생 제동 제어방법.
  3. 제1항에 있어서,
    악셀레이터 작동상태이면 재생 제어동작을 수행하지 않고 차량 주행 중 판단을 완료하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 차량의 회생 제동 제어방법.
  4. 제1항에 있어서,
    브레이크 작동상태가 아니면 차량 감속도(Dec)를 검출하는 단계와;
    모터 회전수(RPM)의 하한치를 제한하는 단계와;
    재생 결정되면 차속/모터 회전수를 회생 제동 하한치에 도달하도록 재생하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 차량의 회생 제동 제어방법.
  5. 제1항에 있어서,
    회생 제동 압력(Pr)은 마스터 실린더 압력(Pm)에서 휠 실린더 압력(Pw)을 감한 값으로 계산하는 것을 특징으로 하는 차량의 회생 제동 제어방법.
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