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KR101283075B1 - 회생제동시스템의 제어방법 - Google Patents

회생제동시스템의 제어방법 Download PDF

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KR101283075B1
KR101283075B1 KR1020110066499A KR20110066499A KR101283075B1 KR 101283075 B1 KR101283075 B1 KR 101283075B1 KR 1020110066499 A KR1020110066499 A KR 1020110066499A KR 20110066499 A KR20110066499 A KR 20110066499A KR 101283075 B1 KR101283075 B1 KR 101283075B1
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정민영
김대광
안치경
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현대자동차주식회사
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Abstract

본 발명은 차량에 적용되는 회생제동시스템의 제어방법에 관한 것이다. 본 발명은, (a) 상기 차량에 대한 에너지저장장치의 SOC(State of Charge), 브레이크 유압, 차속 및 기어단에 대한 각각의 값들을 획득하는 단계; (b) 상기 (a)단계에서 획득된 값들을 이용하여 목표감가속도를 산출하는 단계; (c) 상기 (a)단계에서 획득된 값들 중 상기 차속에 대한 값을 이용하여 상기 차량의 현재 감가속도를 산출하여 상기 목표감가속도와 비교하는 단계; 및 (d) 상기 (c)단계의 비교결과를 이용하여 회생제동을 수행하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해 본 발명은 유압브레이크 시스템에 추가되는 전자 제어장치를 적용하지 않고도 회생제동 시 발생하는 제동감을 조절할 수 있다.

Description

회생제동시스템의 제어방법{Control method for Regenerative braking system}
본 발명은 차량에 적용되는 회생제동시스템의 제어방법에 관한 것으로, 구체적으로는 회생제동시 발생하는 제동력을 조절할 수 있는 회생제동시스템의 제어방법에 관한 것이다.
차량에 적용되는 회생제동시스템은 감속 중 열로 소산되는 에너지를 발전을 통해 회수하는 방식을 이용하는 시스템이다. 따라서 종래의 회생제동시스템은 작동 시에 차량의 감속도 증가를 필연적으로 동반한다. 특히 회생제동시스템을 연비향상 측면에서 회생발전량을 최대한 늘리는 방향으로 제어하는 경우, 차량의 감속도 증가로 인하여 운전자는 과도한 제동감을 느낄 수 있다.
이러한 원인을 해결하기 위해, 종래 회생제동시스템 중 일부는 발생하는 제동감을 조절하기 위해 기존 유압브레이크 시스템에 전자 제어장치를 추가함으로써 회생발전으로 인한 제동감을 보상하고 있다.
그러나 이와 같은 추가적인 전자 제어장치는 회생제동시스템의 제조원가를 상승시키는 원인이 되고 있다. 또한 작은 용량의 발전시스템에 적용이 곤란한 문제를 가지고 있다.
KR 10-2008-0013458 A 2008. 02.13, 첨부 도면 도 1
본 발명의 목적은 유압브레이크 시스템에 전자 제어장치를 추가하지 않고도 회생제동 시 발생하는 제동감을 조절할 수 있는 회생제동시스템을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 차량에 적용되는 회생제동시스템의 제어방법에 관한 것으로, 본 회생제동시스템의 제어방법은, (a) 상기 차량에 대한 에너지저장장치의 SOC(State of Charge), 브레이크 유압, 차속 및 기어단에 대한 각각의 값들을 획득하는 단계; (b) 상기 (a)단계에서 획득된 값들 중 어느 하나 또는 둘 이상을 이용하여 목표감가속도를 산출하는 단계; (c) 상기 (a)단계에서 획득된 값들 중 상기 차속에 대한 값을 이용하여 상기 차량의 현재 감가속도를 산출하여 상기 목표감가속도와 비교하는 단계; 및 (d) 상기 (c)단계의 비교결과를 이용하여 회생제동을 수행하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 회생제동시스템의 제어방법은 추가적으로 (a1) 상기 (a)단계 및 상기 (b)단계의 사이에서 수행되며, 상기 브레이크페달의 현재 스트로크에 대한 값을 획득하는 단계; (a2) 차량의 운행자에 의한 비상 제동에 대비하여, 차량의 제동을 우선으로 하기 위한 브레이크페달의 비상 스트로크의 값이 사전에 설정된 경우 상기 비상 스트로크의 값과 상기 획득된 현재 스트로크의 값을 비교하는 단계; 및 (a3) 상기 (a2)단계의 비교 결과 상기 현재 스트로크의 값이 상기 비상 스트로크의 값 이상인 경우, 상기 회생제동시스템의 회생제동 동작을 중지하는 제어루틴을 수행하는 단계 더 포함할 수 있다.
상기 (b)단계의 목표감가속도는, 회생제동 시 운전자에 의해 느껴지는 제동감이 일정범위 내에서 유지되도록, 상기 차량에 대한 에너지저장장치의 SOC(State of Charge), 브레이크 유압, 차속 및 기어단에 대한 각각의 값들의 입력변화에 대응하여 매핑된 출력값이 저장된 룩업테이블에 의하여 산출될 수 있다. 여기서 상기 룩업테이블은, 상기 브레이크 유압의 값의 입력변화에 대응하여 제1 매핑규칙에 의해 정해진 출력값을 저장하는 제1 매핑테이블과, 상기 차속 및 기어단 각각의 값들의 입력변화에 대응하여 제2 매핑규칙에 의해 정해진 출력값을 저장하는 제2 매핑테이블과, 상기 에너지저장장치의 SOC의 값의 입력변화에 대응하여 제3 매핑규칙에 의해 정해진 출력값을 저장하는 제3 매핑테이블을 구비할 수 있다.
상기 (b)단계의 목표감가속도는, 회생제동 시 운전자에 의해 느껴지는 제동감이 일정범위 내에서 유지되도록, 상기 브레이크 유압의 값의 입력변화에 대응하여 제1 매핑규칙에 의해 정해진 출력값을 저장하는 제1 매핑테이블을 구비한 룩업테이블에 의하여 산출될 수 있다.
상기 회생제동시스템의 제어방법에 있어서, 상기 (b)단계의 목표감가속도는, 회생제동 시 운전자에 의해 느껴지는 제동감이 일정범위 내에서 유지되도록, 상기 차속 및 기어단 각각의 값들의 입력변화에 대응하여 제2 매핑규칙에 의해 정해진 출력값을 저장하는 제2 매핑테이블을 구비한 룩업테이블에 의해 산출될 수 있다.
회생제동시스템의 제어방법에 있어서, 상기 (b)단계의 목표감가속도는, 회생제동 시 운전자에 의해 느껴지는 제동감이 일정범위 내에서 유지되도록, 상기 에너지저장장치의 SOC의 값의 입력변화에 대응하여 제3 매핑규칙에 의해 정해진 출력값을 저장하는 제3 매핑테이블을 구비한 룩업테이블에 의해 산출될 수 있다.
그리고 상기 회생제동시스템의 제어방법에 있어서, 상기 (d)단계는, 상기 (c)단계에서 산출된 현재 감가속도의 값이 상기 목표감가속도보다 작은 경우 상기회생제동시스템에 의해 현재 발전되는 현재 회생발전량이 사전에 목표로 정해진 목표 회생발전량까지 올라가도록 상기 회생제동을 수행하고, 상기 현재 감가속도의 값이 상기 목표감가속도와 같은 경우 상기 현재 회생발전량이 상기 목표 회생발전량을 유지하도록 상기 회생제동을 수행하며, 상기 현재 감가속도의 값이 상기 목표감가속도보다 큰 경우 상기 현재 회생발전량이 상기 목표 회생발전량까지 내려가도록 상기 회생제동을 수행할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 회생제동시스템의 제어방법은 유압브레이크 시스템에 전자 제어장치를 추가하지 않고도 회생제동 시 발생하는 제동감을 조절함으로써, 회생제동시스템의 구현에 따른 제조비를 감소할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 회생제동시스템의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 회생제동시스템의 제어절차도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 목표감가속도의 산출 위한 룩업테이블의 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 회생제동의 동작을 설명하기 위한 그래프이다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 회생제동시스템의 제어방법에 대해 설명한다.
회생제동시스템(1)은 도 1에 도시된 바와 같이 배터리와 같은 에너지저장장치(10), 차량을 주행하기 위한 구동력을 발생하고 차량의 감속에 의한 운동에너지의 일부를 전기에너지로 변환하는 회생제동액추에이터(20), 외부로부터 입력된 차량에 대한 정보를 기반으로 회생제동을 위한 제어절차를 수행하는 회생제동제어기(30)로 구분될 수 있다. 도 1에 도시된 구성은 본 발명에 따른 회생제동시스템(1)의 동작을 설명하기 위해 편의상 구분한 것으로, 본원발명의 구성은 도 1에 도시된 바에 의해 한정되지 않는다.
이하, 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 회생제동시스템의 제어방법에 대해 설명한다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 회생제동시스템의 회생제동의 동작을 설명하기 위한 제어절차도이다. 이러한 회생제동의 동작은, 일반적으로 도 1에 도시된 회생제동제어기(30)의 제어에 의해 수행될 수 있다.
먼저, 본 실시예에 따른 회생제동시스템(1)은 차량에 배치된 ECU(Electronic Control Unit) 등으로부터 전송된 에너지저장장치의 SOC(State of Charge), 브레이크페달의 스트로크, 브레이크 유압, 차속 및 기어단에 대한 각각의 값들을 수집하여 저장한다(S210). 이에 의해 회생제동시스템(1)은 차량에 대한 차량정보를 획득한다.
다음 회생제동시스템(1)은, 차량의 운행자에 의한 비상 제동에 대비하여, 차량의 제동을 우선으로 하기 위한 브레이크페달의 비상 스트로크의 값이 정해져, 차량의 제조시 또는 사용자에 의해 사전에 설정된 경우, 상기 S110단계에서 수집하여 저장된 브레이크 페달의 현재 스트로크의 값과 설정된 비상 스트로크의 값을 비교한다(S220).
비교 결과, 현재 스트로크의 값이 비상 스트로크의 값 이상이라고 판단한 경우, 회생제동시스템(1)은 회생제동를 중지하기 위한 제어루틴을 수행한다(S225). 이것은 만일의 경우 발생할 수 있는 엔진의 스톨(stall)을 방지하기 위한 것이다.
S220단계의 비교결과 현재 스트로크의 값이 비상 스트로크의 값 미만이라고 판단한 경우, 회생제동시스템(1)은 회생제동 제어절차를 수행한다(S230). 회생제동 제어절차는 목표감가속도 산출단계(S232), 현재 감가속도와 목표감가속도의 비교단계(S234), 회생제동 제어신호 생성단계(S236)로 나뉠 수 있다.
목표감가속도 산출단계(S232)는 S210단계에서 획득된 에너지저장장치의 SOC, 브레이크 유압, 차속 및 기어단에 대한 값들을 이용하여 목표감가속도를 산출하는 단계이다.
회생제동시스템(1)은 도 3에 도시된 룩업테이블(300)을 참조하여, 외부로부터 입력된 에너지저장장치의 SOC, 브레이크 유압, 차속 및 기어단에 대한 각각의 값들에 대응하는 목표감가속도의 값을 산출할 수 있다. 룩업테이블(300)은 시험과 경험을 통해 얻어진 지식을 이용하여 제조 시 또는 사용자에 의해 설정될 수 있다.
이하에서는, 도 3를 참조하여 룩업테이블(300)에 대해 구체적으로 설명한다. 룩업테이블(300)은 차량에 대한 에너지저장장치의 SOC(State of Charge), 브레이크 유압, 차속 및 기어단에 대한 각각의 값들의 입력변화에 대응하여, 회생제동 시 운전자가 느끼는 제동감이 일정범위 내에서 유지되도록 매핑된 출력값을 저장한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 룩업테이블(300)은 제1 매핑테이블(310), 제2 매핑테이블(320), 제3 매핑테이블(330)을 포함할 수 있다. 제1 매핑테이블(310)은 브레이크 유압의 값의 변화에 대응하여 제1 매핑규칙(rule)에 의해 정해진 출력값을 저장하고, 제2 매핑테이블(320)은 차속 및 기어단 각각의 값들의 입력변화에 대응하여 제2 매핑규칙(rule)에 의해 정해진 출력값을 저장하며, 제3 매핑테이블(330)은 에너지저장장치의 SOC의 값의 입력변화에 대응하여 제3 매핑규칙(rule)에 의해 정해진 출력값을 저장한다. 이러한 매핑규칙들은 입력값들의 특성을 고려하여 회생제동 시 운전자가 느끼는 제동감이 일정범위 내에서 유지되도록 정해진다.
그리고 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 매핑테이블(310)에 의한 제1 출력값은 제1 팩터의 게인 연산요소를 거쳐, 제3 팩터의 게인 연산요소를 통과한 제3 매핑테이블(330)에 의한 제3 출력값에 합산된다. 이와 같이 합산된 출력값들은 제2 팩터를 통과한 제2 매핑테이블(320)에 의한 제2 출력값과 다시 합산되어 목표감가속도의 값으로 산출된다.
본 실시예에서는, 도 3에 도시된 바와 같이 목표감가속도를 산출하기 위해, 제1, 제2, 제3 매핑테이블(310, 320, 330)이 룩업테이블(300)에 모두 포함되어 있다. 그러나 적용되는 차량의 사양과 입력되는 변수의 특성에 따라, 제1, 제2, 제3 매핑테이블(310, 320, 330) 중 어느 하나 또는 둘 이상의 매핑테이블을 구비한 룩업테이블에 의해서도 목표감가속도를 산출할 수 있다.
현재 감가속도와 목표감가속도의 비교단계(S234)에서, 회생제동시스템(1)은 S210단계에서 획득된 차속의 값을 이용하여 차량의 현재 감가속도를 산출한 후, 산출된 현재 감가속도의 값과 룩업테이블(300)에 의해 산출된 목표감가속도를 비교한다.
본 실시예에서는 외부로부터 가속도의 값을 받지 못한 경우에 대비하여 현재 감가속도의 산출과정을 구비하고 있으나, 외부로부터 가속도의 값이 입력되는 경우 S234단계에서 현재 감가속도의 산출과정은 필요하지 않을 수 있다.
회생제동 제어신호 생성단계(S236)은, S234단계의 비교결과에 대응하여 회생제동 제어신호를 생성하는 단계이다. 이 단계에 의해 생성된 회생제동 제어신호에 의해 도 1의 회생제동액추에이터(20)를 제어할 수 있다.
예를 들면, 도 4의 (a)에 도시된 그래프와 같이, 회생제동시스템(1)은 산출된 현재 감가속도의 값이 목표감가속도보다 작은 A구간인 경우, 현재 발전되는 현재 회생발전량이 사전에 목표로 정해진 목표 회생발전량, 도 4의 (b)의 A구간에 해당하는 목표 회생발전량까지 올라가도록 회생제동을 수행한다.
그리고, 회생제동시스템(1)은 현재 감가속도의 값이 목표감가속도와 같은 도 4의 (a)의B구간인 경우 현재 회생발전량이 도 4의 (b)의 B구간에 해당하는 목표 회생발전량을 유지하도록 회생제동을 수행하며, 현재 감가속도의 값이 목표감가속도보다 큰 도 4의 (a)의C구간인 경우 현재 회생발전량이 도 4의 (b)의 C구간에 해당하는 목표 회생발전량까지 내려가도록 상기 회생제동을 수행한다.
이와 같이 회생제동시스템(1)의 제어방법은 유압브레이크 시스템에 전자제어장치를 추가하지 않고도, 회생제동에 따른 제동력을 조절함으로써, 운전자에게 가해지는 과도한 제동감을 조절할 수 있다.
1: 회생제동시스템 10: 에너지저장장치
20: 회생제동액추에이터 30: 회생제동제어기
300: 룩업테이블 310: 제1 매핑테이블
320: 제2 매핑테이블 330: 제3 매핑테이블

Claims (8)

  1. 차량에 적용되는 회생제동시스템의 제어방법에 있어서,
    (a) 상기 차량에 대한 에너지저장장치의 SOC(State of Charge), 브레이크 유압, 차속 및 기어단에 대한 값들을 획득하는 단계;
    (b) 상기 (a)단계에서 획득된 값들 중 어느 하나 또는 둘 이상을 이용하여 목표감가속도를 산출하는 단계;
    (c) 상기 (a)단계에서 획득된 값들 중 상기 차속에 대한 값을 이용하여 상기 차량의 현재 감가속도를 산출하여 상기 목표감가속도와 비교하는 단계; 및
    (d) 상기 (c)단계의 비교결과를 이용하여 회생제동을 수행하는 단계를 포함하고,
    상기 (a)단계에서 획득된 값들에 브레이크페달의 현재 스트로크에 대한 값이 포함되고, 차량의 운행자에 의한 비상 제동에 대비하여, 차량의 제동을 우선으로 하기 위한 브레이크페달의 비상 스트로크의 값이 사전에 설정되며, (a1) 상기 비상 스트로크의 값과 상기 획득된 현재 스트로크의 값을 비교하는 단계; 및 (a2) 상기 현재 스트로크의 값이 상기 비상 스트로크의 값 이상인 경우, 상기 회생제동시스템의 회생제동 동작을 중지하는 제어루틴을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 회생제동시스템의 제어방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 (b)단계의 목표감가속도는,
    회생제동 시 운전자에 의해 느껴지는 제동감이 일정범위 내에서 유지되도록, 상기 차량에 대한 에너지저장장치의 SOC(State of Charge), 브레이크 유압, 차속 및 기어단에 대한 각각의 값들의 입력변화에 대응하여 매핑된 출력값이 저장된 룩업테이블에 의하여 산출되는 것을 특징으로 하는 회생제동시스템의 제어방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 룩업테이블은,
    상기 브레이크 유압의 값의 입력변화에 대응하여 제1 매핑규칙에 의해 정해진 출력값을 저장하는 제1 매핑테이블과, 상기 차속 및 기어단 각각의 값들의 입력변화에 대응하여 제2 매핑규칙에 의해 정해진 출력값을 저장하는 제2 매핑테이블과, 상기 에너지저장장치의 SOC의 값의 입력변화에 대응하여 제3 매핑규칙에 의해 정해진 출력값을 저장하는 제3 매핑테이블을 구비하는 것을 특징으로 하는 회생제동시스템의 제어방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 (b)단계의 목표감가속도는,
    회생제동 시 운전자에 의해 느껴지는 제동감이 일정범위 내에서 유지되도록, 상기 브레이크 유압의 값의 입력변화에 대응하여 제1 매핑규칙에 의해 정해진 출력값을 저장하는 제1 매핑테이블을 구비한 룩업테이블에 의하여 산출되는 것을 특징으로 하는 회생제동시스템의 제어방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 (b)단계의 목표감가속도는,
    회생제동 시 운전자에 의해 느껴지는 제동감이 일정범위 내에서 유지되도록, 상기 차속 및 기어단 각각의 값들의 입력변화에 대응하여 제2 매핑규칙에 의해 정해진 출력값을 저장하는 제2 매핑테이블을 구비한 룩업테이블에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 회생제동시스템의 제어방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 (b)단계의 목표감가속도는,
    회생제동 시 운전자에 의해 느껴지는 제동감이 일정범위 내에서 유지되도록, 상기 에너지저장장치의 SOC의 값의 입력변화에 대응하여 제3 매핑규칙에 의해 정해진 출력값을 저장하는 제3 매핑테이블을 구비한 룩업테이블에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 회생제동시스템의 제어방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 (d)단계는,
    상기 (c)단계에서 산출된 현재 감가속도의 값이 상기 목표감가속도보다 작은 경우 상기 회생제동시스템에 의해 현재 발전되는 현재 회생발전량이 사전에 목표로 정해진 목표 회생발전량까지 올라가도록 상기 회생제동을 수행하고, 상기 현재 감가속도의 값이 상기 목표감가속도와 같은 경우 상기 현재 회생발전량이 상기 목표 회생발전량을 유지하도록 상기 회생제동을 수행하며, 상기 현재 감가속도의 값이 상기 목표감가속도보다 큰 경우 상기 현재 회생발전량이 상기 목표 회생발전량까지 내려가도록 상기 회생제동을 수행하는 것을 특징으로 하는 회생제동시스템의 제어방법.
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