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KR102621532B1 - 패들 시프트를 이용한 회생제동 제어 시스템 및 방법 - Google Patents

패들 시프트를 이용한 회생제동 제어 시스템 및 방법 Download PDF

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KR102621532B1
KR102621532B1 KR1020180154111A KR20180154111A KR102621532B1 KR 102621532 B1 KR102621532 B1 KR 102621532B1 KR 1020180154111 A KR1020180154111 A KR 1020180154111A KR 20180154111 A KR20180154111 A KR 20180154111A KR 102621532 B1 KR102621532 B1 KR 102621532B1
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paddle
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pedal mode
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박세훈
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현대자동차주식회사
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Abstract

본 발명은 운전자가 브레이크 페달을 사용하는 것과 같이 패들 시프트를 조작하여 직접 연속적인 감속도 조절 및 회생 제동이 이루어질 수 있도록 한 패들 시프트를 이용한 회생제동 제어 시스템 및 방법에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 원페달 모드 진입시 운전자가 브레이크 페달을 직접 사용하여 주행 상황에 맞게 제동하는 것과 같이, 운전자가 패들 시프트의 스트로크 뎁스(당김량)를 직접 조절하면서 주행 상황에 맞게 연속적인 감속도 조절이 이루어짐과 함께 이를 통한 직관적인 회생 제동이 이루어질 수 있도록 한 패들 시프트를 이용한 회생제동 제어 시스템 및 방법을 제공하고자 한 것이다.

Description

패들 시프트를 이용한 회생제동 제어 시스템 및 방법{REGENERATIVE BRAKING SYSTEM AND METHOD USING PADDLE SHIFT}
본 발명은 패들 시프트를 이용한 회생제동 제어 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 운전자가 브레이크 페달을 사용하는 것과 같이 패들 시프트를 조작하여 직접 연속적인 감속도 조절 및 회생 제동이 이루어질 수 있도록 한 패들 시프트를 이용한 회생제동 제어 시스템 및 방법에 관한 것이다.
잘 알려진 바와 같이, 하이브리드 차량 및 순수 전기자동차 등과 같은 친환경 차량은 모터를 이용하여 주행 및 배터리 충전이 이루어짐에 따라, 연비 향상 및 배기가스 저감 등의 효과를 얻을 수 있다.
이를 위해, 상기 친환경 차량의 주행모드는 모터 만의 동력으로 주행하는 EV 모드와, 엔진과 모터의 동력 분배를 통해 엔진만을 사용하는 가속에 비하여 연비 절감 효과를 얻을 수 있도록 한 HEV 주행모드와, 차량의 제동 혹은 관성에 의한 주행시 차량의 제동 및 관성 에너지를 모터에서 발전을 통하여 회수하여 배터리에 충전하는 회생제동모드 등을 포함한다.
전기자동차에 적용되는 회생제동모드의 제어 예로서, 첨부한 도 1에 도시된 바와 같이 주행 상황별로 차속에 따른 모터 토크(휠 토크)를 제어하여, 총 4가지 이상의 회생제동 단계가 자동으로 진행될 수 있다.
이때, 상기 총 4가지 이상의 각 회생제동 단계별로 상이한 감속도 제어가 이루어지게 되고, 사용자에게 각 회생제동단계별 구분감을 느끼게 하기 위해 통상 각 회생제동단계별 간격이 일정하게 설정되어 있다.
한편, 전기자동차(자동변속기 차량)에도 매뉴얼 차량과 같이 기어 단수를 조절하며 주행할 수 있도록 도 2에 도시한 바와 같이, 스티어링 휠(10)의 양측부에 각각 다운 시프트를 위한 제1패들 시프트(11)와 업 시프트를 위한 제2패들 시프트(12)가 장착되고 있으며, 이 패들 시프트(11,12)는 스티어링 휠(10)에서 손을 떼지 않고 신속하게 변속할 수 있는 편리한 장점을 제공한다.
또한, 상기 패들 시프트를 이용하여 회생제동모드를 운전자가 직접 조절할 수 있는데, 그 일례로서 왼쪽 페달 시프트 즉, 다운 시프트를 위한 제1패들 시프트(11)를 홀딩시키면 차량이 정지할 때까지 가장 큰 감속도로 감속하는 회생제동이 이루어지며, 이는 패들 시프트를 이용한 원페달 모드(one-pedal mode)라 한다.
참고로, 상기 원페달 모드(one-pedal mode)는 브레이크 페달 조작없이 가속페달 하나만 사용하여 차량 주행부터 감속 정지까지 조작 가능한 모드로서, 브레이크 페달 조작없이 감속 정지에 따른 회생제동이 이루어질 수 있으며, 위의 패들 시프트를 이용한 방법은 원페달 모드를 구현하는 방법 중 하나이다.
그러나, 상기 전기자동차에 적용되는 회생제동모드가 실제 주행 중에 총 4가지 이상의 회생제동 단계로 구분하여 이루어지면, 각 회생제동 단계별로 상이한 감속도의 단계적 구분감이 운전자에게 이질감으로 느껴지게 되고, 이는 실제 필드 크레임 중 하나로 제기되고 있다.
특히, 연속적으로 회생제동 단계가 변경되거나, 완전 정차를 하기 위해 원페달 모드에 진입했을 때 운전자가 가장 이질감을 느끼게 되는 바, 이는 앞차와의 거리나 과속방지턱 등의 갑작스럽게 발생하는 상황에 실시간으로 대응하기 어렵기 때문이다.
따라서, 교통 상황에 맞춰 운전자가 직접 브레이크 페달을 가감하며 사용하는 것과 같이, 운전자가 의도대로 완전 정차를 하기 위한 원페달 모드의 진입 타이밍을 잡는 것이 매우 어려운 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 원페달 모드 진입시 운전자가 브레이크 페달을 직접 사용하여 주행 상황에 맞게 제동하는 것과 같이, 운전자가 패들 시프트의 스트로크 뎁스(당김량)를 직접 조절하면서 주행 상황에 맞게 연속적인 감속도 조절이 이루어짐과 함께 이를 통한 직관적인 회생 제동이 이루어질 수 있도록 한 패들 시프트를 이용한 회생제동 제어 시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 구현예는: 스티어링 휠의 양측부에 장착되는 다운 시프트를 위한 제1패들 시프트 및 업 시프트를 위한 제2패들 시프트; 운전자의 원페달 모드 변환조작 신호를 수신하여, 원페달 모드 진입 여부를 판정하고, 원페달 모드 진입시 운전자가 직접 조작하는 제1패들 시프트 또는 제2패들 시프트의 스트로크 뎁스 변화에 따라 회생제동을 위한 감속도 제어량을 산출하는 상위 제어기; 상기 상위 제어기에서 산출된 감속도 제어량에 따라 회생 제동을 위한 모터 토크를 제어하는 모터 제어기; 를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 패들 시프트를 이용한 회생제동 제어 시스템을 제공한다.
바람직하게는, 상기 상위 제어기는 운전자가 상기 제1 및 제2패들 시프트를 동시에 당기는 작동 신호를 수신하여 원페달 모드 진입 여부를 판정하는 것을 특징으로 한다.
더욱 바람직하게는, 상기 상위 제어기는 제1패들 시프트의 당김 조작 시점과 제2패들 시프트의 당김 조작 시점 간의 시간 차이가 임계시간 이하이면 원페달 모드로 진입한 것으로 판정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 상위 제어기는 제1패들 시프트 또는 제2패들 시프트의 스트로크 뎁스 변화에 따라 미리 설정된 맵 데이터로부터 회생제동을 위한 감속도 제어량을 산출하는 것을 특징으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 구현예는: 운전자의 원페달 모드 변환조작 신호를 상위 제어기에서 수신하여, 원페달 모드 진입 여부를 판정하는 단계; 상기 상위 제어기에서 원페달 모드 진입으로 판정한 후, 운전자가 직접 조작하는 제1패들 시프트 또는 제2패들 시프트의 스트로크 뎁스 변화에 따라 회생제동을 위한 감속도 제어량을 산출하는 단계; 상기 상위 제어기에서 산출된 감속도 제어량 신호를 모터 제어기에서 수신한 후, 산출된 감속도 제어량에 맞게 회생 제동을 위한 모터 토크를 제어하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 패들 시프트를 이용한 회생제동 제어 방법을 제공한다.
바람직하게는, 상기 원페달 모드 진입 여부를 판정하는 단계에서, 운전자가 제1패들 시프트와 제2패들 시프트를 동시에 당기는 작동 신호를 기반으로 상위 제어기에서 원페달 모드 진입 여부를 판정하는 것을 특징으로 한다.
더욱 바람직하게는, 상기 원페달 모드 진입 여부를 판정하는 단계에서, 제1패들 시프트의 당김 조작 시점과 제2패들 시프트의 당김 조작 시점 간의 시간 차이가 임계시간 이하이면 원페달 모드로 진입한 것으로 판정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 감속도 제어량을 산출하는 단계에서, 제1패들 시프트 또는 제2패들 시프트의 스트로크 뎁스 변화에 따라 미리 설정된 맵 데이터로부터 회생제동을 위한 감속도 제어량을 산출하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 상위 제어기에서 제1패들 시프트와 제2패들 시프트를 동시에 당기는 작동 신호가 해제되면, 원페달 모드를 해제시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기한 과제 해결 수단을 통하여 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.
첫째, 원페달 모드 진입시 운전자가 다양한 주행 및 도로 상황에 맞게 패들 시프트의 스트로크 뎁스(당김량)를 직접 조절하여, 주행 상황에 맞게 연속적인 감속도 조절이 이루어질 수 있고, 그에 따라 원페달 모드에 대한 운전자 사용 편의성을 향상시킬 수 있다.
둘째, 운전자가 유압 브레이크를 사용하지 않은 채 원페달 모드를 쉽게 사용하면서 정차를 위한 제동 조절을 할 수 있으므로, 연비 향상 및 운전자 제동 편의성을 향상시킬 수 있다.
셋째, 기존의 원페달 모드 진입시 주행 및 도로 상황에 관계없이 완전 정차를 하기 위한 한가지 감속도 제어만이 이루어짐에 따라 운전자가 이질감을 느끼는 단점이 있었지만, 본 발명은 원페달 모드 진입시 운전자가 직접 패들 시프트의 스트로크 뎁스를 조절하여 감속도가 연속적으로 가감 제어됨에 따라 운전자 이질감을 해소할 수 있고, 원페달 모드 진입시 보다 직관적인 회생제동이 이루어질 수 있다.
도 1은 주행 상황별 4가지 이상의 각 회생제동 단계에서의 차속에 대한 모터 토크를 나타낸 그래프,
도 2는 스티어링 휠에 패들 시프트가 장착된 모습을 도시한 도면,
도 3은 본 발명에 따른 패들 시프트를 이용한 회생제동 제어 시스템을 도시한 구성도,
도 4는 본 발명에 따른 패들 시프트를 이용한 회생제동 제어 방법을 나타낸 순서도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.
첨부한 도 3은 본 발명에 따른 패들 시프트를 이용한 회생제동 제어 시스템을 도시한 구성도이고, 도 4는 본 발명에 따른 패들 시프트를 이용한 회생제동 제어 방법을 나타낸 순서도이다.
본 발명에 따른 회생제동 제어 시스템은 패들 시프트의 당김량 즉, 스트로크 뎁스를 주행 상황 및 도로 상황에 맞게 운전자가 직접 조절하여, 주행 상황 및 도로 상황에 맞게 연속적인 감속도 조절이 이루어짐과 함께 직관적인 회생 제동이 이루어질 수 있도록 한 점에 주안점이 있다.
이를 위해, 본 발명의 회생제동 제어 시스템은 패들 시프트의 스트로크 뎁스 변화를 이용하기 때문에 도 2에 도시된 바와 같이 스티어링 휠(10)의 양측부에 장착되는 다운 시프트를 위한 제1패들 시프트(11) 및 업 시프트를 위한 제2패들 시프트(12)를 포함하고, 또한 상기 제1 및 제2패들 시프트(11,12)를 운전자가 직접 작동시키는 신호를 기반으로 원페달 모드 진입 여부를 판정하는 상위 제어기(20)를 포함한다.
상기 상위 제어기(20)는 운전자가 상기 제1 및 제2패들 시프트(11,12)를 동시에 당기는 작동 신호를 수신하여 원페달 모드 진입 여부를 판정하고, 원페달 모드 진입시 운전자가 직접 조작하는 제1패들 시프트(11) 또는 제2패들 시프트(12)의 스트로크 뎁스(storke depth) 변화에 따라 회생제동을 위한 감속도 제어량을 산출한다.
또한, 상기 상위 제어기(20)는 제1패들 시프트(11)의 당김 조작 시점과 제2패들 시프트(12)의 당김 조작 시점 간의 시간 차이가 임계시간(a) 이하이면, 원페달 모드로 진입한 것으로 판정한다.
이때, 상기 원페달 모드를 진입하기 위하여 운전자가 제1패들 시프트(11)와 제2패들 시프트(12)를 직접 조작하는 방법을 여러가지 조작 방법(예를 들어, 어느 하나의 패들 시프트를 운전자 방향이 아닌 좌측 또는 우측방향으로 당기는 방법)으로 적용할 수 있으나, 제1패들 시프트를 당김 조작하는 운전자 액션과 제2패들 시프트를 당김 조작하는 운전자 액션 등 총 두 가지 액션을 동시에 충족하는 동작이 각 패들 시프트의 다른 기능 조작(예, 변속 조작 등)과 명확하게 구별되기 때문이다.
전술한 바와 같이 패들 시프트를 이용한 원페달 모드 구현 방법은 원페달 모드(one-pedal mode) 중 하나로서, 패들 시프트(11,12)를 운전자가 직접 조작하여 차량이 정지할 때까지 가장 큰 감속도로 감속하여 회생제동이 이루어질 수 있다.
이에, 상기 상위 제어기(20)는 원페달 모드로 진입한 것으로 판정하면, 다운 시프트를 위한 제1패들 시프트(11)의 스트로크 뎁스 변화에 따라 미리 설정된 맵 데이터로부터 회생제동을 위한 감속도 제어량을 산출한다.
즉, 운전자가 현재 전방 주행상황 및 도로 상황 등을 고려하여 마치 브레이크 페달을 밟음량을 조절하는 것처럼 상기 제1패들 시프트(11) 또는 제2패들 시프트(12)의 당김 스트로크 뎁스를 변화시키면, 제1패들 시프트(11) 또는 제2패들 시프트(12)의 스트로크 뎁스 변화에 따라 미리 설정된 맵 데이터로부터 회생제동을 위한 감속도 제어량을 산출한다.
예를 들어, 상기 상위 제어기(20)에서 스트로크 뎁스 변화를 퍼센티지(percentage) 데이터로 처리하여 상위 제어기에 미리 저장된 맵 데이터에서의 감속도 제어량(스크로크 뎁스와 차속에 따라 맵핑된 감속도)과 비교한 후 해당 스트로크 뎁스 변화에 따라 달리 설정된 감속도 제어량을 결정한다.
이어서, 상기 상위 제어기(20)에서 위와 같이 맵 데이터를 기반으로 스트로크 뎁스 변화에 따른 감속도 제어량을 산출하여 모터 제어기(30)에 전송하면, 모터 제어기(30)에서는 수신된 감속도 제어량에 맞게 회생 제동을 위한 모터 토크를 제어함으로써, 모터 토크 제어에 따른 감속 및 회생 제동이 이루어지게 된다.
여기서, 본 발명에 따른 패들 시프트를 이용한 회생제동 제어 방법을 도 3 및 도 4를 참조로 순서대로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 원페달 모드 진입 여부를 판정한다(S101).
즉, 운전자가 다운 시프트를 위한 제1패들 시프트(11)와 업 시프트를 위한 제2패들 시프트(12)를 동시에 당기는 작동 신호를 기반으로 상위 제어기(20)에서 원페달 모드 진입 여부를 판정한다.
예를 들어, 상기 원페달 모드 진입 여부를 판정하는 단계에서, 운전자에 의한 제1패들 시프트(11)의 당김 조작 시점과 제2패들 시프트(12)의 당김 조작 시점 간의 시간 차이(절대값)가 임계시간(a) 이하이면 원페달 모드로 진입한 것으로 판정한다.
다음으로, 상기 상위 제어기(20)에서 제1패들 시프트(11) 또는 제2패들 시프트(12)의 스트로크 뎁스 변화를 감지한다(S102).
즉, 운전자가 현재 전방 주행상황 및 도로 상황 등을 고려하여 마치 브레이크 페달을 밟음량을 조절하는 것처럼 상기 제1패들 시프트(11) 또는 제2패들 시프트(12)의 당김 스트로크 뎁스의 변화가 있는지를 스트로크 변위 신호를 기반으로 감지한다.
예를 들어, 상기 제1패들 시프트(11) 또는 제2패들 시프트(12)의 스트로크 뎁스 변화는 스트로크 변위 센서(미도시됨)를 이용하여 감지할 수 있고, 이에 상위 제어기(20)에서 스트로크 변위 센서의 감지 신호를 이용하여 제1패들 시프트(11) 또는 제2패들 시프트(12)의 스트로크 뎁스 변화를 인지할 수 있다.
다음으로, 운전자가 직접 조작하는 제1패들 시프트(11) 또는 제2패들 시프트(12)의 스트로크 뎁스 변화에 따라 회생제동을 위한 감속도 제어량을 산출한다(S103).
즉, 상기 감속도 제어량을 산출하는 단계에서, 제1패들 시프트(11) 또는 제2패들 시프트(12)의 스트로크 뎁스 변화에 따라 미리 설정된 맵 데이터로부터 회생제동을 위한 감속도 제어량을 산출한다.
예를 들어, 상기 상위 제어기(20)에서 스트로크 뎁스 변화를 퍼센티지(percentage) 데이터로 처리하여 상위 제어기에 미리 저장된 맵 데이터에서의 감속도 제어량(스크로크 뎁스와 차속에 따라 맵핑된 감속도)과 비교한 후 해당 스트로크 뎁스 변화에 따라 달리 설정된 감속도 제어량을 결정한다.
이어서, 상기 상위 제어기(20)에서 제1 및 제2패들 시프트(11,12)가 온 상태인지 즉, 계속해서 운전자가 당김 작동시키고 있는지를 확인한다(S104).
연이어, 상기 상위 제어기(20)에서 제1 및 제2패들 시프트(11,12)가 온 상태이면 원페달 모드 진입이 유지된 것으로 보아서 상기한 단계 S103에서 산출된 감속도 제어량 신호를 모터 제어기(30)에 명령하고, 이를 수신한 모터 제어기(30)에서 감속도 제어량에 맞게 회생 제동을 위한 모터 토크를 제어한다(S105).
따라서, 상기 모터 제어기(30)에서 운전자가 원하는 감속도 제어량에 맞게 회생 제동을 위한 모터 토크를 제어함으로써, 모터 토크 제어에 따른 감속이 운전자가 원하는 수준으로 이루어지게 되고, 이때의 감속과 함께 회생 제동도 직관적으로 이루어지게 된다.
한편, 상기한 단계 S104에서, 제1 및 제2패들 시프트(11,12)가 오프 상태로 판정되면, 즉 제1패들 시프트(11)와 제2패들 시프트(12)를 동시에 당기는 작동 신호가 해제되면, 상기 상위 제어기(20)는 원페달 모드 진입을 해제시키는 제어를 한다(S106).
이와 같이, 운전자의 패들 시프트 조작에 의하여 원페달 모드 진입이 용이하게 이루어지고, 원페달 모드 진입 후 운전자가 다양한 주행 및 도로 상황에 맞게 패들 시프트의 스트로크 뎁스를 직접 조절하여, 주행 상황 및 도로 상황에 맞는 연속적인 감속도 조절이 이루어질 수 있고, 그에 따라 원페달 모드에 대한 운전자 사용 편의성을 향상시킬 수 있다.
또한, 운전자가 유압 브레이크를 사용하지 않은 채 원페달 모드를 쉽게 사용하면서 정차를 위한 제동 조절을 할 수 있으므로, 연비 향상 및 운전자 제동 편의성을 향상시킬 수 있다.
10 : 스티어링 휠
11 : 제1패들 시프트
12 : 제2패들 시프트
20 : 상위 제어기
30 : 모터 제어기

Claims (9)

  1. 스티어링 휠의 양측부에 장착되는 다운 시프트를 위한 제1패들 시프트 및 업 시프트를 위한 제2패들 시프트;
    운전자의 원페달 모드 변환조작 신호를 수신하여, 원페달 모드 진입 여부를 판정하고,
    원페달 모드 진입시 운전자가 직접 조작하는 제1패들 시프트 또는 제2패들 시프트의 스트로크 뎁스 변화에 따라 회생제동을 위한 감속도 제어량을 산출하는 상위 제어기;
    상기 상위 제어기에서 산출된 감속도 제어량에 따라 회생 제동을 위한 모터 토크를 제어하는 모터 제어기;
    를 포함하여 구성되고,
    상기 상위 제어기는 제1패들 시프트 또는 제2패들 시프트의 스트로크 뎁스 변화에 따라 미리 설정된 맵 데이터로부터 회생제동을 위한 감속도 제어량을 산출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 패들 시프트를 이용한 회생제동 제어 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 상위 제어기는 운전자가 상기 제1 및 제2패들 시프트를 동시에 당기는 작동 신호를 수신하여 원페달 모드 진입 여부를 판정하는 것을 특징으로 하는 패들 시프트를 이용한 회생제동 제어 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 상위 제어기는 제1패들 시프트의 당김 조작 시점과 제2패들 시프트의 당김 조작 시점 간의 시간 차이가 임계시간 이하이면 원페달 모드로 진입한 것으로 판정하는 것을 특징으로 하는 패들 시프트를 이용한 회생제동 제어 시스템.
  4. 삭제
  5. 운전자의 원페달 모드 변환조작 신호를 상위 제어기에서 수신하여, 원페달 모드 진입 여부를 판정하는 단계;
    상기 원페달 모드 진입으로 판정한 후, 상위 제어기에서 운전자가 직접 조작하는 제1패들 시프트 또는 제2패들 시프트의 스트로크 뎁스 변화에 따라 회생제동을 위한 감속도 제어량을 산출하는 단계;
    상기 상위 제어기에서 산출된 감속도 제어량 신호를 모터 제어기에서 수신한 후, 산출된 감속도 제어량에 맞게 회생 제동을 위한 모터 토크를 제어하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 감속도 제어량을 산출하는 단계에서, 제1패들 시프트 또는 제2패들 시프트의 스트로크 뎁스 변화에 따라 미리 설정된 맵 데이터로부터 회생제동을 위한 감속도 제어량을 산출하는 것을 특징으로 하는 패들 시프트를 이용한 회생제동 제어 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 원페달 모드 진입 여부를 판정하는 단계에서, 운전자가 제1패들 시프트와 제2패들 시프트를 동시에 당기는 작동 신호를 기반으로 상위 제어기에서 원페달 모드 진입 여부를 판정하는 것을 특징으로 하는 패들 시프트를 이용한 회생제동 제어 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 원페달 모드 진입 여부를 판정하는 단계에서, 제1패들 시프트의 당김 조작 시점과 제2패들 시프트의 당김 조작 시점 간의 시간 차이가 임계시간 이하이면 원페달 모드로 진입한 것으로 판정하는 것을 특징으로 하는 패들 시프트를 이용한 회생제동 제어 방법.
  8. 삭제
  9. 청구항 5에 있어서,
    상기 상위 제어기에서 제1패들 시프트와 제2패들 시프트를 동시에 당기는 작동 신호가 해제되면, 원페달 모드를 해제시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 패들 시프트를 이용한 회생제동 제어 방법.
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