KR20120082605A - 차량의 회생 제동 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량의 제동에 의한 하향 변속시 변속 충격을 방지하고 제동 승차감을 유지할 수 있도록 한 차량의 회생 제동 제어 방법에 관한 것으로, 제동에 의한 하향 변속이 시작되면 변속충격 방지를 위해 모터의 회생제동 토크를 단절하는 단계; 상기 모터의 회생제동 토크 단절시 요구 제동력을 유지하기 위해 단절된 회생제동 토크만큼 전자 브레이크의 제동력을 보상하는 단계; 및 상기 하향 변속이 완료되면 단절된 상기 모터의 회생제동 토크를 연결하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

차량의 회생 제동 제어 방법{METHOD FOR CONTROLLING REGENERATIVE BRAKING IN VEHICLE}

본 발명은 차량의 회생 제동 제어 방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 차량의 제동에 의한 하향 변속시 변속 충격을 방지하고 제동 승차감을 유지할 수 있도록 한 차량의 회생 제동 제어 방법에 관한 것이다.

차량의 회생 제동 장치는 동시 마찰로 소모되는 차량의 운동에너지를 전기에너지로 변환시켜 배터리, 울트라 커패시터(ultra capacitor)와 같은 에너지 저장장치에 저장한 후 구동시 다시 이용할 수 있도록 하는 기술이다.

배터리를 에너지 저장장치로 사용하는 하이브리드 자동차에서 회생제동 기술은 연비개선의 핵심적인 기술로서 특히 가속과 감속을 반복하는 도심주행모드에서 차량의 효율을 향상시킬 수 있다.

그러나 회생제동은 제동시 차량상태 배터리 SOC, 배터리 파워, 차량 속도 등에 따라 사용이 제한되므로 전자 브레이크와 협조제어가 이루어져 수행되어야 한다.

한편 자동변속기 차량은 제동시 변속맵에 의하여 차량이 정지할 때까지 하향변속이 수행된다.

자동변속기 차량에서는 토크 컨버터가 변속충격을 흡수하여 승차감에 주는 영향이 적지만 하이브리드 자동차는 토크 컨버터가 없고 변속기 입력축에 모터가 연결되어 있어 변속에 의한 충격이 제동 승차감에 영향을 준다. 만약 승차감을 위하여 하향변속을 하지 않는다면 다음과 같은 문제가 있다.

첫번째 제동 중 운전자가 재 가속을 원하는 경우 2단이나 3단에서 가속이 수행되어야 하지만 6단에서는 2단 또는 3단으로의 하향변속은 스킵 시프트(skip shift)를 고려해도 2번의 변속을 필요로 하며 이로 인한 시간지연으로 차량 가속성능을 저하시킨다.

두번째 6단 또는 5단으로 회생제동을 수행할 경우 차속 감소에 따라 모터의 속도가 변속비에 대응하여 감소하고 모터의 효율이 낮은 영역에서 운전되기 때문에 회생제동 효율이 감소한다.

따라서 6단과 5단으로 주행중인 차량은 회생제동시 하향변속을 수행하여 재 가속을 대비하고 회생제동 효율을 높여야 한다.

자동변속기 기반 하이브리드 자동차는 회생제동시 엔진 클러치가 해제된 상태에서 변속을 수행하면 변속 과도상태에서 자동변속기 내의 작동요소인 클러치, 브레이크 해제로 모터는 엔진과 변속기와 차량 관성으로부터 슬립하게 된다.

이때 모터의 회생제동 토크가 작용하면 구동시와 반대방향의 토크가 작용함으로 모터 속도는 급격하게 감소하고 작동요소인 클러치, 브레이크가 연결되어 변속이 이루어지면 모터와 차량축과의 속도차로 인하여 토크 충격이 발생하여 제동 승차감을 저하시킨다

상기한 기술구성은 본 발명의 이해를 돕기 위한 배경기술로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 널리 알려진 종래기술을 의미하는 것은 아니다.

본 발명은 차량의 제동에 의한 하향 변속시 모터 회생제동 토크를 단절하고 전자 브레이크를 제동력을 증가시켜 전륜 요구 제동력을 유지하고, 모터 회생제동 토크 증감시 전자 브레이크 응답특성을 모사하도록 제어함으로써 하향변속중 운전자에게 전해지는 제동 이질감을 최소화하여 승차감을 유지할 수 있는 차량의 회생 제동 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 회생 제동 제어 방법은, 제동에 의한 하향 변속이 시작되면 변속충격 방지를 위해 모터의 회생제동 토크를 단절하는 단계; 상기 모터의 회생제동 토크 단절시 요구 제동력을 유지하기 위해 단절된 회생제동 토크만큼 전자 브레이크의 제동력을 보상하는 단계; 및 상기 하향 변속이 완료되면 단절된 상기 모터의 회생제동 토크를 연결하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서, 상기 모터의 회생 제동 토크를 단절하고 연결하는 단계는 상기 전자 브레이크의 응답특성을 모사하여 수행되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 회생 제동 제어 방법은 브레이크 페달이 조작되면 전륜 제동압력과 회생제동 토크를 계산하는 단계; 상기 전륜 제동압력과 상기 회생제동 토크에 의해 계산된 전륜 마찰 제동력과 회생제동 토크 제동력으로 전륜을 제동하는 단계; 상기 제동에 의한 하향 변속이 시작되면 변속충격 방지를 위해 모터의 회생제동 토크를 단절하는 단계; 단절된 회생제동 토크만큼 상기 전륜의 제동력을 보상하는 단계; 상기 하향 변속이 완료되면 단절된 상기 모터의 회생제동 토크를 연결하는 단계; 및 상기 전륜 마찰 제동력과 상기 회생제동 토크 제동력으로 전륜을 제동하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서, 상기 모터의 회생 제동 토크를 단절하고 연결하는 단계는 상기 전자 브레이크의 응답특성을 모사하여 수행되는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 차량의 제동에 의한 하향 변속시 모터 회생제동 토크를 단절하고 전자 브레이크를 제동력을 증가시켜 전륜 요구 제동력을 유지하고 모터 회생제동 토크 증감시 전자 브레이크 응답특성을 모사하도록 제어함으로써 하향변속중 운전자에게 전해지는 제동 이질감을 최소화하여 승차감을 유지할 수 있게 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동변속기가 장착된 하이브리드 자동차의 구성도이다.
도 2는 도 1의 자동변속기의 기어 단수에 따른 회생제동력과 모터 회생제동 토크점 이동을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 회생제동 토크를 전자 브레이크 응답특성으로 제어하는 블록도이다.
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 하향 변속시 모터 회생제동 토크를 제어하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 회생 제동 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 이들 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명의 권리 보호 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.

이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동변속기가 장착된 하이브리드 자동차의 구성도이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동변속기가 장착된 하이브리드 자동차의 구성도이고, 도 2는 도 1의 자동변속기의 기어 단수에 따른 회생제동력과 모터 회생제동 토크점 이동을 나타낸 도면이다.

도 1을 참고하면, 하이브리드 자동차는 엔진(22)과 모터(24)를 이용하여 차량에 동력을 공급하며 엔진(22)과 모터(24) 사이에 있는 엔진 클러치(23)에 의하여 EV와 HEV 주행이 가능하다.

변속기(25)는 토크컨버터를 삭제한 6단 자동변속기를 사용하였으며 엔진(22)의 아이들 정지(idle stop)상태에서 시동 또는 모드 변환시 엔진 크랭킹(cranking)을 위하여 ISG(integrated starter generator)를 사용하였다.

자동변속기 기반 하이브리드 자동차의 전륜은 모터(24)의 회생제동과 전자 브레이크(32a,32b,32c,32d)에 의한 마찰제동에 의해 제동되며 후륜은 마찰제동만 수행한다.

따라서 전륜 제동력은 모터(24)의 회생제동에 의한 제동력과 전자 브레이크(32a,32b,32c,32d)에 의한 마찰 제동력의 합으로 표시된다.

모터(24)에 의한 회생제동력은 도 2에 도시한 바와 같이 저단으로 내려갈수록 감속비가 증가하여 커지며 모터속도가 증가할수록 모터(24) 파워제한으로 작아진다.

만약 운전자의 요구 감속도에 따른 전륜 요구제동력이 A로 입력되면 현재 주어진 모터속도 ωA에서 6단으로 주행중인 차량의 최대 회생제동력은 B임으로, 전륜 마찰제동력은 요구 제동력에서 회생제동력을 제외한 만큼인 A-B로 결정된다.

이후 6단에서 4단으로 하향변속 신호가 입력되면 변속시 모터(24)의 회생제동 토크를 단절해야하므로 모터(24)에 의한 회생제동 토크는 0이 되고 모터(24)의 운전점은 B에서 C로 이동한다.

이때 전륜 마찰 제동력을 전륜 요구 제동력인 A만큼 증가시켜 전륜 제동은 모두 마찰 제동으로 수행한다.

하향변속에 따라 모터의 회전속도는 ωA에서 ωA'로 증가하고 모터(24)의 운전점은 토크가 0인 상태로 C에서 C'로 이동한다.

하향변속이 완료되어 모터(24)의 회생제동 토크를 변속이 이루어지기 전의 크기로 다시 증가시키면 모터(24)의 회생제동 토크는 일정하지만 자동변속기 4단 변속비가 6단보다 크므로 회생제동력은 D가 된다.

이때 마찰제동력을 전륜 요구제동력 A에서 회생제동력 D만큼을 제외한A-D만큼으로 감소시켜 전륜 요구 제동력을 만족시킨다.

본 발명은 하향 변속 신호가 입력되면 모터(24)의 회생재생 토크를 단절하고 속도 변화와 토크 변화가 이루어진 다음 하향변속이 완료되면 다시 모터(24)의 회생재생 토크를 증가시켜 회생제동을 수행하도록 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 회생제동 토크를 전자 브레이크 응답특성으로 제어하는 블록도이다.

도 3을 참고하면, 회생제동은 모터(24)에 의하여 발생하므로 응답속도가 전자 브레이크(32a,32b,32c,32d)에 의한 마찰 제동 응답속도보다 빠르다.

따라서 변속이 시작하는 지점에서 전자 브레이크(32a,32b,32c,32d)의 제동력이 충분히 발생하기 전에 회생제동이 단절되면 운전자의 요구 제동력을 만족하지 못하게 되고, 변속이 끝나는 지점에서는 전자 브레이크(32a,32b,32c,32d)의 제동력이 감소하기 전에 회생제동력을 먼저 증가시키면 요구 제동력보다 크게 되어 운전자의 승차감을 악화시킨다.

따라서 모터(24)의 회생제동 응답속도를 전자 브레이크(32a,32b,32c,32d)의 응답속도와 유사하도록 전자 브레이크 제어기(21)가 제어하여 제동성능과 승차감을 유지시킨다.

전자 브레이크 응답특성은 2차 시스템으로 다음과 같이 모델링 할 수 있다.

위의 식을 사용하여 전자 브레이크 제어기(21)는 모터(24)의 회생재생 토크의 응답을 전자 브레이크(32a,32b,32c,32d) 특성을 모사하도록 제어한다.

하향 변속시 회생제동을 단절하고 다시 증가시킬 때 모터(24)의 응답성능을 전자 브레이크(32a,32b,32c,32d) 응답특성과 유사하게 2차 시스템으로 모사하여 제동성능과 승차감을 일정하게 유지하도록 제어한다.

도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 하향 변속시 모터 회생제동 토크를 제어하는 방법을 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 회생 제동 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

도 4와 도 5를 참고하면, 운전자에 의해 브레이크 페달(21)이 조작되면(S1) 제동 페달량에 따라 전륜 제동압력과 회생제동 토크를 계산한다(S2,S3). 즉, 제동 페달량에 따라 전후륜의 요구제동력을 계산한다.

회생제동은 전륜에서만 수행됨으로 배터리 SOC, 차량 주행속도, 자동변속기 변속비 등을 고려하여 모터(24)의 회생제동력을 계산하고 전륜의 요구제동력에서 모터의 회생제동력을 제외한 만큼 전자 브레이크(32a,32b,32c,32d)의 제동력을 계산한다(S4).

계산된 회생제동력과 전자 브레이크에 의한 제동을 수행중 하향변속 신호가 입력되면(S5) 전자 브레이크의 응답성을 고려하여 회생제동을 서서히 단절하고(S6) 회생제동력만큼 전자 브레이크의 제동력을 증가시켜 요구제동력을 공급한다(S7).

변속이 완료되면(S8) 전자 브레이크(32a,32b,32c,32d)의 응답성을 고려하여 회생제동을 다시 시작하고(S9) 전자 브레이크(32a,32b,32c,32d)의 제동력을 줄인다(S10).

정리하면, 본 발명은 제동에 의한 하향 변속이 시작되면 변속충격 방지를 위해 전자 브레이크(32a,32b,32c,32d)의 응답특성을 모사하여 모터(24)의 회생제동 토크를 단절하고, 단절된 회생제동 토크만큼 전륜의 제동력을 보상한다.

그리고, 하향 변속이 완료되면 전자 브레이크(32a,32b,32c,32d)의 응답특성을 모사하여 단절된 상기 모터의 회생제동 토크를 연결하고, 전륜 마찰 제동력과 회생제동 토크 제동력으로 전륜을 제동한다.

이와 같이 본 발명은 차량의 제동에 의한 하향 변속시 모터 회생제동 토크를 단절하고 전자 브레이크를 제동력을 증가시켜 전륜 요구 제동력을 유지하고 모터 회생제동 토크 증감시 전자 브레이크 응답특성을 모사하도록 제어함으로써 하향변속중 운전자에게 전해지는 제동 이질감을 최소화하여 승차감을 유지할 수 있게 한다.

상술한 바와 같이 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

21 : 제동페달 22 : 엔진
23 : 엔진 클러치 24 : 모터
25 : 자동변속기 26 : 최종감속기
27 : 배터리 28 : MCU(motor control unit)
29 : 인버터 30a.30b,30c,30d : 전자 브레이크
31 : BCU(brake control unit) 32a.32b,32c,32d : 타이어
33 : HCU(hybrid control unit) 34 : 전자 브레이크 제어기

Claims (4)

1. 제동에 의한 하향 변속이 시작되면 변속충격 방지를 위해 모터의 회생제동 토크를 단절하는 단계;
   상기 모터의 회생제동 토크 단절시 요구 제동력을 유지하기 위해 단절된 회생제동 토크만큼 전자 브레이크의 제동력을 보상하는 단계; 및
   상기 하향 변속이 완료되면 단절된 상기 모터의 회생제동 토크를 연결하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 회생 제동 제어 방법.
   
2. 제 1 항에 있어서, 상기 모터의 회생 제동 토크를 단절하고 연결하는 단계는
   상기 전자 브레이크의 응답특성을 모사하여 수행되는 것을 특징으로 하는 차량의 회생 제동 제어 방법.
   
3. 브레이크 페달이 조작되면 전륜 제동압력과 회생제동 토크를 계산하는 단계;
   상기 전륜 제동압력과 상기 회생제동 토크에 의해 계산된 전륜 마찰 제동력과 회생제동 토크 제동력으로 전륜을 제동하는 단계;
   상기 제동에 의한 하향 변속이 시작되면 변속충격 방지를 위해 모터의 회생제동 토크를 단절하는 단계;
   단절된 회생제동 토크만큼 상기 전륜의 제동력을 보상하는 단계;
   상기 하향 변속이 완료되면 단절된 상기 모터의 회생제동 토크를 연결하는 단계; 및
   상기 전륜 마찰 제동력과 상기 회생제동 토크 제동력으로 전륜을 제동하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 회생 제동 제어 방법.
   
4. 제 3 항에 있어서, 상기 모터의 회생 제동 토크를 단절하고 연결하는 단계는
   상기 전자 브레이크의 응답특성을 모사하여 수행되는 것을 특징으로 하는 차량의 회생 제동 제어 방법.
   

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