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KR20240142747A - 전기자전거의 토크 제어 방법 및 장치 - Google Patents

전기자전거의 토크 제어 방법 및 장치 Download PDF

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KR20240142747A
KR20240142747A KR1020230037168A KR20230037168A KR20240142747A KR 20240142747 A KR20240142747 A KR 20240142747A KR 1020230037168 A KR1020230037168 A KR 1020230037168A KR 20230037168 A KR20230037168 A KR 20230037168A KR 20240142747 A KR20240142747 A KR 20240142747A
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KR
South Korea
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pedal
torque
command value
wheel
torque control
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Application number
KR1020230037168A
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English (en)
Inventor
박찬흥
Original Assignee
에이치엘만도 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Abstract

본 발명은 전기자전거의 토크 제어 방법 및 장치에 관한 것으로, 토크제어장치가 전기자전거의 동작에 따른 페달 속도 및 휠 속도를 감지하는 단계, 토크제어장치가 페달 속도를 기반으로 휠속도 지령값을 산출하는 단계, 토크제어장치가 휠속도 지령값과 휠 속도의 차이값을 산출하는 단계, 토크제어장치가 차이값을 기반으로 토크지령값을 생성하는 단계 및 토크제어장치가 생성된 토크지령값을 기반으로 전기자전거의 휠 및 페달을 구동하는 단계를 포함하며, 다른 실시 예로도 적용이 가능하다.

Description

전기자전거의 토크 제어 방법 및 장치{Method and Apparatus for Torque Controlling of Electric Bicycle}
본 발명은 전기자전거의 토크 제어 방법 및 장치에 관한 것이다.
일반적으로 자전거는 사용자의 페달링에 의한 답력을 이용하여 주행하는 것으로, 평지에서는 주행에 어려움이 없으나 언덕 등의 경사로를 올라갈 때는 많은 힘이 필요한 문제점이 있다. 이러한 문제점을 해소하기 위해 최근에는 사용자의 답력에 더해 모터의 구동력을 사용하여 주행할 수 있도록 모터를 장착한 전기 자전거가 개발되고 있다.
전기 자전거는 배터리로 구동되는 모터가 장착되고, 사용자가 페달을 밟아 사용자의 힘으로만 주행하거나, 배터리로 구동되는 모터의 힘으로만 주행하거나, 사용자의 힘과 모터의 힘을 모두 이용하여 주행할 수 있다.
사용자의 페달링에 의한 답력을 이용할 경우에도 전기 자전거의 총 중량 또는 지면의 기울기에 따라 사용자가 페달링 시에 지속적인 힘을 사용하게 됨으로 사용자가 페달링 시에 피로함을 겪게 되는 문제점이 발생한다.
이러한 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 실시 예들은 체인이 없는 전기자전거 이용 시에 전기자전거의 중량 또는 지면의 기울기와 관계없이 사용자에게 일정한 페달감을 제공할 수 있는 전기자전거의 토크 제어 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 전기자전거의 토크 제어 방법은, 토크제어장치가 전기자전거의 동작에 따른 페달 속도 및 휠 속도를 감지하는 단계, 상기 토크제어장치가 상기 페달 속도를 기반으로 휠속도 지령값을 산출하는 단계, 상기 토크제어장치가 상기 휠속도 지령값과 상기 휠 속도의 차이값을 산출하는 단계, 상기 토크제어장치가 상기 차이값을 기반으로 토크지령값을 생성하는 단계 및 상기 토크제어장치가 상기 생성된 토크지령값을 기반으로 상기 전기자전거의 휠 및 페달을 구동하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 토크제어장치가 상기 전기자전거의 페달위치에 따른 페달 토크값을 확인하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 토크지령값을 생성하는 단계는, 상기 차이값을 기반으로 휠 토크 지령값을 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 토크지령값을 생성하는 단계는, 상기 차이값이 0보다 크면 1을 도출하는 단계 및 상기 페달 토크값에 상기 도출된 1을 적용하여 페달 토크 지령값을 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 차이값이 0보다 작으면 0을 도출하는 단계 및 상기 페달 토크값에 상기 도출된 0을 적용하여 상기 페달 토크 지령값을 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 전기자전거의 휠 및 페달을 구동하는 단계는, 상기 생성된 휠 토크 지령값을 기반으로 상기 휠을 구동시키는 모터를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 전기자전거의 휠 및 페달을 구동하는 단계는, 상기 생성된 페달 토크 지령값을 기반으로 상기 페달을 구동하는 발전기를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 발전기를 제어하는 단계는, 상기 전기자전거에서 발생하는 답력이 일정하도록 상기 발전기를 제어하는 단계인 것을 특징으로 한다.
또한, 휠속도 지령값을 산출하는 단계는, 상기 페달 속도에 기어비(gear ratio)를 적용하여 상기 휠속도 지령값을 산출하는 단계인 것을 특징으로 한다.
또한, 전기자전거의 휠 및 페달을 구동하는 단계는, 체인이 없는 상기 전기자전거의 휠 및 페달을 구동하는 단계인 것을 특징으로 한다.
아울러, 본 발명의 실시 예에 따른 전기자전거의 토크 제어 장치는, 주행 중인 전기자전거의 페달 속도 및 휠 속도를 감지하는 센서부 및 상기 휠 속도를 기반으로 휠속도 지령값을 산출하고, 상기 휠 속도와 상기 휠속도 지령값의 차이값을 산출하여 토크지령값을 생성하고, 상기 생성된 토크지령값을 기반으로 상기 전기자전거의 휠 및 페달을 구동을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 제어부는, 상기 센서부에서 감지된 페달 속도를 기반으로 상기 전기자전거의 페달위치에 따른 페달 토크값을 확인하는 것을 특징으로 한다.
또한, 제어부는, 상기 차이값을 기반으로 휠 토크 지령값을 생성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 제어부는, 상기 차이값이 0보다 크면 1을 도출하고, 상기 페달 토크값에 상기 도출된 1을 적용하여 페달 토크 지령값을 생성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 제어부는, 상기 차이값이 0보다 작으면 0을 도출하고, 상기 페달 토크값에 상기 도출된 0을 적용하여 상기 페달 토크 지령값을 생성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 제어부는, 상기 생성된 휠 토크 지령값을 기반으로 상기 휠을 구동시키는 모터를 제어하는 휠구동부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 제어부는, 상기 생성된 페달 토크 지령값을 기반으로 상기 페달을 구동시키는 발전기를 제어하는 페달구동부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 페달구동부는, 상기 전기자전거에서 발생하는 답력이 일정하도록 상기 발전기를 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 제어부는, 상기 페달 속도에 기어비(gear ratio)를 적용하여 상기 휠속도 지령값을 산출하는 것을 특징으로 한다.
또한, 제어부는, 체인이 없는 상기 전기자전거의 휠 및 페달을 구동하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 전기자전거의 토크 제어 방법 및 장치는, 체인이 없는 전기자전거 이용 시에 전기자전거의 중량 또는 지면의 기울기와 관계없이 사용자에게 일정한 페달감을 제공함으로써, 페달링을 수행하는 사용자가 느끼는 피로감을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 토크를 제어하는 전기자전거의 토크 제어장치에 대한 구성도를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 전기자전거의 토크를 제어하는 방법을 설명하기 위한 순서도를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 전기자전거의 토크를 제어하기 위한 토크지령을 생성하는 방법을 설명하기 위한 상세순서도를 나타낸다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 나타내고자 하는 것이 아니다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략할 수 있고, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 사용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 토크를 제어하는 전기자전거의 토크 제어장치에 대한 구성도를 나타낸다.
도 1을 참조하면, 토크제어장치(100)에서 센서부(미도시)에 의해 감지된 페달 속도(Np)에 기어비(gear ratio)를 곱하여 생성된 휠 속도 지령값(Nw*)은 센서부에 의해 감지된 휠 속도(Nw)와 함께 휠속도제어부(111)에 입력된다.
휠속도제어부(111)는 휠을 구동하기 위한 휠 토크 지령값(Tw*)과 페달 토크 지령값(Tp*)를 생성한다. 휠속도제어부(111)에서 생성된 휠 토크 지령값은 휠토크제어부(112)로 입력되고 페달 토크 지령값은 페달토크제어부(114)로 입력된다.
휠속도제어부(111)는 휠 속도 지령값과 휠 속도의 차이값을 기반으로 휠 토크 지령값을 생성할 수 있다. 또한, 휠속도제어부(111)는 휠 속도 지령값과 휠 속도의 차이값, 그리고 페달 토크 값에 따라 가변되는 페달 토크 지령값을 생성할 수 있다. 이때, 페달 토크 값은 페달 위치를 기반으로 가변될 수 있다.
보다 구체적으로, 휠 속도 지령값과 휠 속도의 차이값이 0보다 크면, 휠속도제어부(111)는 차이값을 1로 대체하고, 휠 속도 지령값과 휠 속도의 차이값이 0보다 작으면, 차이값을 0으로 대체한다. 휠속도제어부(111)는 페달 토크 값에 0 또는 1로 대체된 차이값을 곱한 값을 페달 토크 지령값으로 산출할 수 있고, 이렇게 산출된 페달 토크 지령값은 페달토크제어부(114)에 입력된다.
휠 토크 지령값은 휠토크제어부(112)로 입력된다. 휠토크제어부(112)는 휠 토크 지령값을 기반으로 모터 전류 지령값을 생성하고, 모터 전류 지령값을 휠구동부(113)로 제공한다. 휠구동부(113)는 측정한 모터(120)의 전류를 피드백으로 하여 모터 구동을 위한 전류를 생성하고, 생성된 전류를 모터(120)로 제공한다. 모터(120)는 이를 기반으로 휠(130)을 구동시킬 수 있다.
또한, 페달 토크 지령값은 페달토크제어부(114)로 입력된다. 페달토크제어부(114)는 페달 토크 지령값을 기반으로 발전기 전류 지령값을 생성하고, 발전기 전류 지령값을 페달구동부(115)로 제공한다. 페달구동부(115)는 발전기(140)의 실제 전류를 피드백으로 하여 발전기 토크를 생성하기 위한 전류를 생성하고, 생성된 전류를 발전기(140)로 제공한다. 발전기(140)는 이를 기반으로 페달(150)을 구동시킬 수 있다.
이와 같이, 토크제어장치(100)는 차이값이 0보다 클 경우에만, 즉 페달 속도가 휠 속도보다 빠를 때에 페달 토크 값에 1을 곱하여 페달 토크 지령값이 산출되어 휠의 위치에 대응되는 페달 토크 값이 유지되도록 함으로써, 체인이 없는 전기자전거에서 사용자가 일정한 페달감을 느낄 수 있도록 한다. 이때, 차이값이 0보다 작은 경우, 페달 토크 값에 0을 곱하여 산출된 페달 토크 지령값은 0이 되므로 별도의 페달 토크가 발생되지 않는다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 전기자전거의 토크를 제어하는 방법을 설명하기 위한 순서도를 나타낸다.
도 2를 참조하면, 201단계에서 제어부(110)는 센서부(미도시)로부터 수신된 센싱데이터를 기반으로 전기자전거의 동작여부를 감지한다. 201단계의 확인결과, 전기자전거에 동작이 감지되면 제어부(110)는 203단계를 수행하고, 동작이 감지되지 않으면 제어부(110)는 동작여부를 지속적으로 감지할 수 있다.
203단계에서 제어부(110)는 센서부에서 수신된 센싱데이터를 기반으로 전기자전거에 구비된 페달(150)의 페달 속도(Np)를 확인한다. 205단계에서 제어부(110)는 페달(150)의 위치에 따른 페달 토크 값을 확인한다. 이때, 페달 토크 값은 페달(150)의 위치 즉, 0도를 기준으로 360도까지의 페달 위치를 기반으로 확인될 수 있다.
207단계에서 제어부(110)는 페달 속도에 기어비(gear ratio)를 곱하여 휠 속도 지령값(Nw*)을 산출하고, 209단계를 수행한다. 209단계에서 제어부(110)는 센서부에서 수신된 센싱데이터를 기반으로 전기자전거에 구비된 휠(130)의 휠 속도(Nw)를 확인한다.
211단계에서 제어부(110)는 207단계에서 산출된 휠 속도 지령값과 209단계에서 확인된 휠 속도를 휠속도제어부(111)에 입력한다. 211단계에서 휠속도제어부(111)는 휠 속도 지령값과 휠 속도의 차이값을 산출하고 213단계를 수행한다.
213단계에서 휠속도제어부(111)는 토크 지령값을 생성한다. 이때, 토크 지령값을 생성하는 방법은 하기의 도 3을 이용하여 보다 구체적으로 설명하기로 한다. 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 전기자전거의 토크를 제어하기 위한 토크지령을 생성하는 방법을 설명하기 위한 상세순서도를 나타낸다.
도 3을 참조하면, 301단계에서 휠속도제어부(111)는 211단계에서 산출된 차이값을 기반으로 휠 토크 지령값(Tw*)을 생성한다. 303단계에서 휠속도제어부(111)는 휠 속도 지령값과 휠 속도의 차이값이 0을 초과하는 값인지 확인한다. 303단계의 확인결과, 차이값이 0을 초과하면 휠속도제어부(111)는 305단계를 수행하고, 차이값이 0보다 크지 않으면 307단계를 수행한다.
305단계에서 휠속도제어부(111)는 차이값을 1로 대체하고, 307단계에서 휠속도제어부(111)는 차이값을 0으로 대체한다. 309단계에서 휠속도제어부(111)는 205단계에서 확인된 페달 토크 값에 0 또는 1로 대체된 차이값을 곱한다. 이어서, 311단계에서 휠속도제어부(111)는 페달 토크 값에 차이값을 곱하여 산출된 값으로 페달 토크 지령값을 생성하고, 도 2의 215단계로 리턴한다.
이어서, 215단계에서 모터(120) 및 발전기(140)는 각각 휠(130)과 페달(150)의 구동을 제어한다. 보다 구체적으로, 휠속도제어부(111)에서 생성된 휠 토크 지령값은 휠토크제어부(112)로 입력된다. 휠토크제어부(112)는 휠 토크 지령값을 기반으로 모터 전류 지령값을 생성하고, 모터 전류 지령값을 휠구동부(113)로 제공한다. 휠구동부(113)는 측정한 모터(120)의 전류를 피드백으로 하여 모터 구동을 위한 전류를 생성하고, 생성된 전류를 모터(120)로 제공한다. 모터(120)는 이를 기반으로 휠(130)을 구동시킬 수 있다.
또한, 휠속도제어부(111)에서 생성된 페달 토크 지령값은 페달토크제어부(114)로 입력된다. 페달토크제어부(114)는 페달 토크 지령값을 기반으로 발전기 전류 지령값을 생성하고, 발전기 전류 지령값을 페달구동부(115)로 제공한다. 페달구동부(115)는 발전기(140)의 실제 전류를 피드백으로 하여 발전기 토크를 생성하기 위한 전류를 생성하고, 생성된 전류를 발전기(140)로 제공한다. 발전기(140)는 이를 기반으로 페달(150)을 구동시킬 수 있다.
본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 따라서 본 발명의 범위는 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상을 바탕으로 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (20)

  1. 토크제어장치가 전기자전거의 동작에 따른 페달 속도 및 휠 속도를 감지하는 단계;
    상기 토크제어장치가 상기 페달 속도를 기반으로 휠속도 지령값을 산출하는 단계;
    상기 토크제어장치가 상기 휠속도 지령값과 상기 휠 속도의 차이값을 산출하는 단계;
    상기 토크제어장치가 상기 차이값을 기반으로 토크지령값을 생성하는 단계; 및
    상기 토크제어장치가 상기 생성된 토크지령값을 기반으로 상기 전기자전거의 휠 및 페달을 구동하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 토크 제어 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 토크제어장치가 상기 전기자전거의 페달위치에 따른 페달 토크값을 확인하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 토크 제어 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 토크지령값을 생성하는 단계는,
    상기 차이값을 기반으로 휠 토크 지령값을 생성하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 토크 제어 방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 토크지령값을 생성하는 단계는,
    상기 차이값이 0보다 크면 1을 도출하는 단계; 및
    상기 페달 토크값에 상기 도출된 1을 적용하여 페달 토크 지령값을 생성하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 토크 제어 방법.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 차이값이 0보다 작으면 0을 도출하는 단계; 및
    상기 페달 토크값에 상기 도출된 0을 적용하여 상기 페달 토크 지령값을 생성하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 토크 제어 방법.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 전기자전거의 휠 및 페달을 구동하는 단계는,
    상기 생성된 휠 토크 지령값을 기반으로 상기 휠을 구동시키는 모터를 제어하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 토크 제어 방법.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 전기자전거의 휠 및 페달을 구동하는 단계는,
    상기 생성된 페달 토크 지령값을 기반으로 상기 페달을 구동하는 발전기를 제어하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 토크 제어 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 발전기를 제어하는 단계는,
    상기 전기자전거에서 발생하는 답력이 일정하도록 상기 발전기를 제어하는 단계인 것을 특징으로 하는 토크 제어 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 휠속도 지령값을 산출하는 단계는,
    상기 페달 속도에 기어비(gear ratio)를 적용하여 상기 휠속도 지령값을 산출하는 단계인 것을 특징으로 하는 토크 제어 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기자전거의 휠 및 페달을 구동하는 단계는,
    체인이 없는 상기 전기자전거의 휠 및 페달을 구동하는 단계인 것을 특징으로 하는 토크 제어 방법.
  11. 주행 중인 전기자전거의 페달 속도 및 휠 속도를 감지하는 센서부; 및
    상기 휠 속도를 기반으로 휠속도 지령값을 산출하고, 상기 휠 속도와 상기 휠속도 지령값의 차이값을 산출하여 토크지령값을 생성하고, 상기 생성된 토크지령값을 기반으로 상기 전기자전거의 휠 및 페달을 구동을 제어하는 제어부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 토크 제어 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 센서부에서 감지된 페달 속도를 기반으로 상기 전기자전거의 페달위치에 따른 페달 토크값을 확인하는 것을 특징으로 하는 토크 제어 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 차이값을 기반으로 휠 토크 지령값을 생성하는 것을 특징으로 하는 토크 제어 장치.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 차이값이 0보다 크면 1을 도출하고, 상기 페달 토크값에 상기 도출된 1을 적용하여 페달 토크 지령값을 생성하는 것을 특징으로 하는 토크 제어 장치.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 차이값이 0보다 작으면 0을 도출하고, 상기 페달 토크값에 상기 도출된 0을 적용하여 상기 페달 토크 지령값을 생성하는 것을 특징으로 하는 토크 제어 장치.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 생성된 휠 토크 지령값을 기반으로 상기 휠을 구동시키는 모터를 제어하는 휠구동부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 토크 제어 장치.
  17. 제 12 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 생성된 페달 토크 지령값을 기반으로 상기 페달을 구동시키는 발전기를 제어하는 페달구동부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 토크 제어 장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 페달구동부는,
    상기 전기자전거에서 발생하는 답력이 일정하도록 상기 발전기를 제어하는 것을 특징으로 하는 토크 제어 장치.
  19. 제 11 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 페달 속도에 기어비(gear ratio)를 적용하여 상기 휠속도 지령값을 산출하는 것을 특징으로 하는 토크 제어 장치.
  20. 제 11 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    체인이 없는 상기 전기자전거의 휠 및 페달을 구동하는 것을 특징으로 하는 토크 제어 장치.
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