KR102518735B1

KR102518735B1 - 친환경자동차의 회생제동 유도 장치 및 방법

Info

Publication number: KR102518735B1
Application number: KR1020180151740A
Authority: KR
Inventors: 오지원; 어정수
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아 주식회사
Priority date: 2018-11-30
Filing date: 2018-11-30
Publication date: 2023-04-06
Also published as: KR20200066408A

Abstract

본 발명은 친환경자동차의 회생제동 유도 장치 및 방법에 관한 것으로서, 차량에서 단순히 회생제동과 관련된 정보를 안내하고 회생제동을 유도하는 수동적 방식이 아닌, 브레이크 페달 기구의 능동 제어를 통해 마찰제동량을 최소화할 수 있도록 운전자의 브레이크 페달 조작(운전자의 브레이크 입력)을 유도할 수 있는 회생제동 유도 장치 및 방법을 제공하는데 주된 목적이 있는 것이다. 상기한 목적을 달성하기 위해, 브레이크 페달 위치와 현재의 차량 주행 상태를 검출하는 운전정보 검출부; 상기 검출된 브레이크 페달 위치로부터 총 제동 토크를 결정하고, 상기 검출된 현재의 차량 주행 상태로부터 회생한계 토크를 결정하는 총 제동 토크 결정부; 상기 총 제동 토크 결정부에서 결정된 총 제동 토크와 회생한계 토크에 기초하여 운전자의 브레이크 페달 조작을 유도하기 위한 답력 조절용 제어신호를 생성하여 출력하는 답력 제어부; 및 상기 답력 제어부가 출력하는 제어신호에 따라 브레이크 페달의 답력을 조절하는 답력 조절 장치를 포함하는 친환경자동차의 회생제동 유도 장치, 및 그 방법이 개시된다.

Description

친환경자동차의 회생제동 유도 장치 및 방법{System and method for guiding regenerative braking of eco-friendly vehicle}

본 발명은 친환경자동차의 회생제동 유도 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 친환경자동차에서 운전자 브레이크 조작시 회생제동의 사용량을 극대화할 수 있는 회생제동 유도 장치 및 방법에 관한 것이다.

주지된 바와 같이 차량을 구동하는 구동원으로 모터를 이용하여 주행하는 친환경자동차에서는 제동시나 감속시에 모터에 의한 회생제동이 이루어진다.

즉, 하이브리드 자동차나 순수 전기 전기자동차, 연료전지 자동차의 경우, 운전자가 브레이크 페달을 밟아 차량을 제동 또는 감속시킬 때, 차량의 운동에너지를 모터의 발전을 통해 전기에너지로 회수하여 배터리를 충전하는 회생제동이 수행된다.

이러한 회생제동은 차량 제동시 차량의 운동에너지를 전기에너지로 변환하여 배터리에 저장한 뒤 차량 주행시 모터를 구동하는데 재사용할 수 있으므로 차량 연비를 향상시키는데 크게 기여한다.

회생제동이 수행되는 차량에서는 제동 동안 모터에서 발생하는 회생제동 토크(회생제동력)와 마찰제동장치에서 발생하는 마찰제동 토크(마찰제동력)의 합을, 운전자의 브레이크 페달 조작(즉 운전자의 브레이크 입력)에 의해 요구된 총 제동 토크(목표제동력)와 동일하게 해주는 회생제동 협조 제어 기술이 필요하다.

이때, 모터의 발전 및 회전저항에 의한 전기제동력, 즉 회생제동력과, 마찰제동장치에 의한 마찰제동력의 적절한 제동력 분배가 필수적이고, 이를 위해 제어기 간의 협조 제어가 적절히 이루어져야 한다.

통상의 마찰제동장치로는 유압제동장치가 이용되고 있으며, 운전자 브레이크 조작에 대응하는 브레이크 신호, 즉 브레이크 페달 조작에 따른 브레이크 페달 센서(Brake pedal Position Sensor, BPS)의 신호에 기초하여 운전자 요구 제동력인 목표제동력을 산출하고, 목표제동력을 충족하는 회생제동력과 유압제동력(마찰제동력)의 분배가 이루어진다.

또한, 제동력 분배를 통해 회생제동 토크와 유압제동 토크가 결정되면, 분배된 각 토크 값을 내기 위한 모터의 회생 작동 제어 및 유압제동장치의 제어가 수행된다.

한편, 친환경자동차의 실 도로 연비는 회생제동량과 밀접한 관계가 있으며, 회생제동은 차량의 운동에너지를 모터의 발전을 통해 회수하여 배터리에 저장한 후 전기에너지의 형태로 재사용하지만, 마찰제동은 차량의 운동에너지를 브레이크 캘리퍼-로터(마찰패드-디스크) 간 열로 변환하여 없애므로 재사용이 불가능하다.

따라서, 차량 제동시 회생제동량을 대비 마찰제동량을 최소화하고 회생제동량을 극대화하는 것은 연비를 향상시키기 위한 중요한 과제이다.

그러나, 이러한 사실에도 불구하고 회생한계로 인해 차량 주행 중 제동이나 감속을 위해 운전자가 정확히 브레이크 입력을 인가하여 마찰제동량을 스스로 최소화하는 것은 운전의 피로도를 높일 수 있으며 제어의 정확도가 부족할 수 있다.

최근에는 현재 차량에서 회생제동과 관련된 각종 정보를 클러스터나 모니터 등의 표시장치를 통해 표시해줌으로써 마찰제동량을 최소화하고 회생제동량을 극대화할 수 있는 운전자의 브레이크 입력을 유도 및 안내하는 기술이 적용되고 있다.

하지만, 이는 운전자를 대상으로 단순히 회생제동을 유도하고 브레이크 입력을 안내만 해주는 것일 뿐, 최적의 제동을 위해 차량에서 회생제동 유도 및 안내를 하고 있더라도, 실제로는 그러한 차량의 유도 및 안내에 따라 운전자가 브레이크 페달을 적절히 조작할 수 있어야만 최적의 제동이 이루어질 수 있는 것이다.

즉, 운전자가 브레이크 페달을 차량의 유도 및 안내에 따라 조작해야만 실제 차량 연비를 극대화할 수 있는 최적의 제동이 이루어질 수 있는 것이며, 최적의 제동을 위해 차량의 유도 및 안내에 따라 브레이크 페달을 조작하려는 운전자 의지가 필요하다.

따라서, 운전자가 브레이크 페달을 밟아 필요한 만큼의 제동 토크를 발생시켜 차량을 제동 내지 감속시키고자 할 때, 차량에서 회생제동량의 비율을 높이고 마찰제동량을 최소할 수 있도록 운전자의 브레이크 페달 조작을 유도할 수 있는 제어 기술이 요구되고 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로서, 차량에서 단순히 회생제동과 관련된 정보를 안내하고 회생제동을 유도하는 수동적 방식이 아닌, 브레이크 페달 기구의 능동 제어(페달 답력 제어)를 통해 마찰제동량을 최소화할 수 있도록 운전자의 브레이크 페달 조작(운전자의 브레이크 입력)을 유도할 수 있는 회생제동 유도 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 양태에 따르면, 브레이크 페달 위치와 현재의 차량 주행 상태를 검출하는 운전정보 검출부; 상기 검출된 브레이크 페달 위치로부터 총 제동 토크를 결정하고, 상기 검출된 현재의 차량 주행 상태로부터 회생한계 토크를 결정하는 총 제동 토크 결정부; 상기 총 제동 토크 결정부에서 결정된 총 제동 토크와 회생한계 토크에 기초하여 운전자의 브레이크 페달 조작을 유도하기 위한 답력 조절용 제어신호를 생성하여 출력하는 답력 제어부; 및 상기 답력 제어부가 출력하는 제어신호에 따라 브레이크 페달의 답력을 조절하는 답력 조절 장치를 포함하는 친환경자동차의 회생제동 유도 장치를 제공한다.

그리고, 본 발명의 다른 양태에 따르면, 운전정보 검출부에 의해 브레이크 페달 위치와 현재의 차량 주행 상태가 검출되는 단계; 총 제동 토크 결정부에 의해 상기 검출된 브레이크 페달 위치로부터 총 제동 토크가 결정되고 상기 검출된 현재의 차량 주행 상태로부터 회생한계 토크가 결정되는 단계; 답력 제어부에 의해 상기 결정된 총 제동 토크와 회생한계 토크에 기초하여 운전자의 브레이크 페달 조작을 유도하기 위한 답력 조절용 제어신호가 생성되는 단계; 및 답력 조절 장치에 의해 답력 제어부가 출력하는 제어신호에 따라 브레이크 페달의 답력이 조절되는 단계를 포함하는 친환경자동차의 회생제동 유도 방법을 제공한다.

이로써, 본 발명에 따른 친환경자동차의 회생제동 유도 장치 및 방법에 의하면, 브레이크 페달 기구의 능동 제어(페달 답력 제어)를 통해 마찰제동량을 최소화할 수 있도록 브레이크 페달 조작(운전자의 브레이크 입력)을 유도할 수 있고, 운전자로 하여금 경제적이고 연비를 향상시킬 수 있는 운전을 하도록 유도할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 회생제동 유도 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 회생제동 유도 장치에서 답력 조절 장치의 예를 나타낸 도면이다.
도 3 및 도 4는 종래의 제동 제어 상태와 본 발명에 따른 제동 제어 상태를 설명하기 위한 도면이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

본 발명은 모터를 이용하여 주행하고 회생제동과 마찰제동(유압제동)이 수행되는 친환경자동차에서 브레이크 페달 기구의 제어를 통해 회생제동량의 비율을 높이고 마찰제동량을 최소화할 수 있도록 운전자의 브레이크 페달 조작(운전자의 브레이크 입력)을 유도할 수 있는 회생제동 유도 장치 및 방법에 관한 것이다.

이를 위해, 본 발명에서는 회생제동 비율의 증대를 유도할 수 있도록 브레이크 페달 조작시 운전자가 느끼게 되는 페달 답력을 제어해줌으로써, 운전자로 하여금 회생제동의 한계에 해당하는 브레이크 페달 입력량에 대해 인지할 수 있도록 하고, 이를 통해 운전자의 연비 운전을 유도한다.

이러한 본 발명의 회생제동 유도를 위한 제어 과정은 후술하는 바와 같이 운전자가 회생제동 유도 기능을 선택하여 활성화시켰을 때 실시되도록 함이 바람직하다.

그리고, 본 발명에 따른 회생제동 유도 과정은 운전자가 브레이크 페달을 조작하였을 때 제동 제어 과정 중에 수행되는 것으로, 브레이크 페달 조작시 페달 답력을 조절하여 총 제동 토크가 가능한 한 회생한계 토크 이하가 되도록 운전자의 브레이크 페달 조작을 유도하며, 이때 상기 제동 제어 과정은 복수 개의 차량 내 제어기 사이에 이루어지는 협조 제어하에 수행될 수 있다.

친환경자동차에는 차량 작동의 전반을 제어하는 최상위 제어기로서 차량 제어기(HCU:Hybrid Control Unit, 또는 VCU:Vehicle Control Unit)가 탑재되고, 더불어 차량의 각종 장치를 제어하기 위한 여러 제어기들이 구비된다.

예를 들어, 차량의 제동 제어를 수행하고 유압제동장치의 작동을 제어하는 브레이크 제어기(BCU:Brake Control Unit, 또는 iBAU:integrated Brake Actuation Unit), 모터의 작동을 제어하는 모터 제어기(MCU:Motor Control Unit), 변속기의 작동을 제어하는 변속 제어기(TCU:Transmission Control Unit), 배터리 상태 정보를 수집하고 배터리를 관리하기 위한 제어를 수행하는 배터리 제어기(BMS:Battery Management System) 등이 구비된다.

상기 제어기들은 차량 제동을 위해 차량 네트워크를 통해서 서로 정보를 주고받으면서 협조 제어를 수행하고, 이는 본 발명에서 제동 제어를 수행함에 있어서도 마찬가지이다.

즉, 본 발명에서 제동 제어 과정 또한 차량 제어기(HCU)와 타 제어기들 간의 협조 제어에 의해 수행될 수 있다.

또한, 본 발명에서 운전자가 브레이크 페달을 조작하였을 때 총 제동 토크(총 제동량)를 결정하는 장치 구성 및 그 방법에 있어서 공지의 장치 구성과 비교하여 차이가 없다.

또한, 본 발명은 운전자 요구 제동 토크인 총 제동 토크가 결정되고 나면, 총 제동 토크를 목표 값(목표 제동 토크)으로 하여 총 제동 토크를 충족하는 회생제동 토크와 마찰제동 토크의 분배 및 결정 과정과 방법 측면에 있어서도 공지 기술과 비교하여 차이가 없다.

다만, 본 발명은 브레이크 페달 조작시 총 제동 토크 중 회생제동 비율의 증대를 유도할 수 있도록 회생한계 토크 값에 기초하여 브레이크 페달의 답력을 제어하는 점에 주된 특징이 있다.

또한, 본 발명은 브레이크 조작시 운전자가 회생한계 토크 값에 따라 제어된 페달 답력을 느낄 수 있도록 하여 브레이크 페달 조작에 따른 총 제동 토크가 가능한 한 회생한계 토크 이하의 값이 될 수 있도록 운전자의 브레이크 페달 조작을 유도하는 점에 특징이 있다.

이하에서는 본 발명에 따른 회생제동 유도 장치에 대해 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 회생제동 유도 장치의 구성을 나타내는 블록도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 회생제동 유도 장치에서 답력 조절 장치의 예를 도시한 도면이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 회생제동 유도 장치는 운전정보 검출부(11), 운전자 조작부(14), 총 제동 토크 결정부(21), 답력 제어값 생성부(25) 및 답력 조절 장치(26)를 포함하여 구성된다.

본 발명에서는 차량 주행 동안 운전정보 검출부(11)에 의해 차량 운전 상태 정보가 검출되고, 총 제동 토크 결정부(21)가 상기 운전정보 검출부(11)를 통해 차량에서 수집되는 차량 운전 상태 정보에 기초하여 목표로 하는 총 제동 토크(목표 제동 토크)를 결정한다.

본 발명에서 차량 운전 상태 정보는 운전자 브레이크 입력 값과 함께, 차량의 현재 주행 상태 값을 나타내는 정보인 현재 차속을 포함할 수 있고, 운전정보 검출부(11)에 의해 현재의 운전자 브레이크 입력 값과 차속이 검출되면, 먼저 총 제동 토크 결정부(21)에서 운전정보 검출부(11)에서 입력되는 현재의 운전자 브레이크 입력 값에 기초하여 총 제동 토크를 결정한다.

그리고, 본 발명에서는 총 제동 토크 결정부(21)에서 운전정보 검출부(11)에서 입력되는 현재의 차속에 기초하여 회생한계 토크 값을 결정한다.

여기서, 차속 대신 모터 속도나 휠속이 이용될 수 있으며, 이 경우 총 제동 토크 결정부(21)는 현재의 운전자 브레이크 입력 값과 함께, 차속 대신, 차량의 현재 주행 상태를 나타내는 모터 속도나 휠속을 이용하여 회생한계 토크 값을 결정하게 된다.

상기 운전정보 검출부(11)는 운전자 브레이크 입력 값을 검출하는 센서(12)와, 차속(이하 설명에서 모터 속도 또는 휠속일 수 있음)을 검출하기 위한 차속 센서(14)를 포함할 수 있고, 이 중에서 운전자 브레이크 입력 값을 검출하는 센서(12)는, 운전자가 조작하는 브레이크 페달(도 2에서 도면부호 1임)의 위치(이하 설명에서 페달 변위일 수 있음)를 검출하는 통상의 브레이크 페달 센서(BPS)가 될 수 있다.

이로써, 운전자 브레이크 입력 값은 브레이크 페달 위치(또는 브레이크 페달 변위)를 나타내는 센서 값, 즉 BPS(브레이크 페달 센서) 값이 될 수 있다.

본 발명에서 운전자 제동 요구 값인 총 제동 토크(목표 제동 토크)는 상기 BPS 값의 함수로 결정된다.

이때, 총 제동 토크 결정부(21)에서 총 제동 토크와 BPS 값(운전자 브레이크 입력 값)의 상관관계를 나타내는 설정 정보가 이용될 수 있다.

운전자가 브레이크 페달(1)의 조작량을 크게 할수록, 즉 브레이크 페달을 깊이 밟을수록(페달 깊이가 클수록) BPS 값이 큰 값인 것으로 정의한다면, 상기 설정 정보에서 총 제동 토크가 BPS 값과 비례 관계를 가지도록 설정될 수 있고, BPS 값이 클수록 총 제동 토크가 선형적으로 증가하도록 설정될 수 있다.

또한, 운전정보 검출부(11)는 차속을 검출하기 위한 센서 대신, 휠속을 검출하는 센서를 포함할 수 있고, 또는 모터 속도를 검출하는 센서를 포함할 수 있다.

위에서 차속을 검출하기 위한 센서와 휠속을 검출하는 센서를 구분하였으나, 통상의 차량에서 각 차량 휠에 설치된 휠속 센서의 신호로부터 차속 정보를 취득할 수 있으므로 두 센서는 동일한 것을 의미할 수 있다.

또한, 모터 속도를 검출하는 센서는 친환경자동차에서 모터에 설치되는 통상의 레졸버가 될 수 있으며, 레졸버의 신호로부터 현재의 모터 속도 정보가 취득될 수 있다.

이하에서는 차속과 휠속, 모터 속도 중 차속을 이용하는 경우의 예를 들어 설명하기로 하며, 이하의 설명에서 차속은 전술한 바와 같이 휠속이나 모터 속도로 대체될 수 있다.

이와 같이 차속을 이용하는 것과 휠속을 이용하는 것, 그리고 모터 속도를 이용하는 것의 결과에 있어서 차이는 없으며, 그 이유는 변속비를 고려한 제동 파워가 같기 때문이다.

본 발명에서 회생한계 토크는 전술한 바와 같이 차속(또는 모터 속도 또는 휠속)에 따른 값으로 결정될 수 있는데, 이때 총 제동 토크 결정부(21)에서 회생한계 토크와 차속의 상관관계를 나타내는 설정 정보가 이용될 수 있다.

상기 설정 정보에서 회생한계 토크는 그 절대값을 기준으로 하여 차속이 작을수록 더 큰 값이 되도록 설정될 수 있다.

상기 운전자 조작부(14)는 본 발명의 회생제동 유도 기능을 온/오프(on/off)할 수 있도록 구비되는 것으로, 본 발명의 회생제동 유도 기능은 운전자가 브레이크 페달(1)을 조작할 때 운전자가 느끼는 페달 답력을 달라지게 하므로 운전자가 원하여 기능을 온(on) 시킨 경우에만 본 발명의 회생제동 유도 기능이 작동하도록 하는 것이 바람직하다.

따라서, 운전자가 본 발명에 따른 회생제동 유도 기능을 선택적으로 온/오프하기 위해 조작할 수 있는 수단으로서 상기 운전자 조작부(14)가 구비되고, 이는 운전자가 조작함에 따른 전기적인 신호를 총 제동 토크 결정부(21)에 인가할 수 있는 것이라면 적용 가능하고, 스위치나 버튼, 터치 스크린 등이 될 수 있다.

이로써, 운전자가 원하는 경우에만 운전자 조작부(14)를 조작하여 본 발명의 회생제동 유도 기능을 온(on) 시킬 수 있고, 온(on) 상태에서만 후술하는 바와 같이 브레이크 페달 위치 값(BPS 값)과 차속(또는 휠속, 또는 모터 속도)을 변수로 하여 브레이크 페달(1)의 답력을 조절하는 회생제동 유도를 위한 제어가 수행된다.

본 발명에서 답력 제어부(25)는 총 제동 토크 결정부(21)에서 결정된 총 제동 토크와 회생한계 토크, BPS 값, 회생제동 유도 기능의 온/오프 정보를 입력받도록 구비되고, 특히 총 제동 토크 결정부(21)에서 입력된 총 제동 토크와 회생한계 토크 값을 기초로 하여 브레이크 페달(1)의 답력을 제어하기 위한 제어신호를 생성하여 출력한다.

이때, 답력 제어부(25)는 운전자 조작부(14)의 회생제동 유도 온(on) 상태를 입력받은 경우에만 브레이크 페달(1)의 답력 제어를 위한 제어신호를 생성한다.

또한, 답력 제어부(25)에서는 BPS 값이 증가할 때 총 제동 토크와 회생한계 토크를 비교하여 총 제동 토크가 회생한계 토크보다 커지면, 커지는 시점에서 브레이크 페달(1)의 답력을 설정량만큼 또는 정해진 기울기로 증가시키기 위한 제어신호를 생성하여 출력한다.

또는 상기 답력 제어부(25)는 BPS 값이 증가할 때 총 제동 토크에서 회생한계 토크를 뺀 토크 값의 절대값이 설정값 이상인 경우, 상기 설정값 이상이 된 시점에서 브레이크 페달(1)의 답력을 설정량만큼 또는 정해진 기울기로 증가시키기 위한 제어신호를 생성하여 출력한다.

또한, 상기 답력 제어부(25)는 브레이크 페달(1)의 답력을 증가시키는 제어 후, 브레이크 페달의 답력을 설정량만큼 또는 정해진 기울기로 다시 감소시키는 제어를 하게 된다.

이때, 상기 답력 제어부(25)에서 브레이크 페달(1)의 답력을 감소시키는 제어 후의 목표로 하는 최종 페달 답력은 BPS 값에 따른 값으로 결정 및 제어되도록 할 수 있다.

여기서, BPS 값이 증가한다는 것은 운전자가 브레이크 페달(1)을 밟고 있는 양을 점점 증가시키는 것을 의미하고, 브레이크 페달(1)의 위치를 일정한 위치로 유지하는 것이 아닌, 브레이크 페달(1)을 점점 깊게 밟아서 조금씩 더 눌러주는 것을 의미한다.

또한, 답력 조절 장치(26)는 브레이크 페달 기구에 설치되는 것으로서, 본 발명에서는 브레이크 페달 기구가 답력 조절 장치(26)를 포함하고, 상기 답력 조절 장치(26)는 답력 제어부(25)가 출력하는 전기적인 신호, 즉 브레이크 페달(1)의 답력을 제어하기 위한 상기 제어신호에 따라 브레이크 페달(1)의 답력을 조절하도록 작동한다.

기본적으로 통상의 차량에서 브레이크 페달 기구는 도 2에 나타낸 바와 같이 브레이크 페달(1)에 답력을 생성하기 위한 스프링(2)을 포함하고, 상기 스프링(2)은 운전자가 페달을 많이 밟을수록 페달의 답력을 증가시키도록 구비된다.

또한, 통상의 브레이크 페달 기구에서는 상기와 같이 운전자가 브레이크 페달(1)을 점점 더 많이 밟을수록 스프링(2)에 의해 브레이크 페달(1)의 답력은 증가하지만, 페달 조작량(페달 가압량)을 증가시키지 않고 페달 위치를 일정하게 유지한다면 페달의 답력은 증가하지 않는다.

하지만, 본 발명에서는 브레이크 페달 기구가 답력 조절 장치(26)를 가지며, 답력 제어부(25)가 출력하는 제어신호에 따라 상기 답력 조절 장치(26)가 작동하여 브레이크 페달(1)의 답력을 조절하도록 구성된다.

본 발명에서 답력 조절 장치(26)는 도 2에 나타낸 바와 같이 상기 스프링(2)에 결합된 구성이 될 수 있고, 스프링(2)에 작용하는 압축방향의 힘을 가감하는 방식으로 브레이크 페달(1)의 답력을 조절하도록 구성될 수 있다.

예를 들면, 답력 조절 장치(26)는 스프링(2)의 일측이 브레이크 페달(1)을 지지하고 있는 상태에서 스프링(2)의 타측 위치를 가변시켜 스프링(2)에 의해 제공되는 브레이크 페달(1)의 답력을 조절할 수 있도록 구성될 수 있다.

일례로서, 도 2는 모터(27)를 이용하여 스프링(2)에 대한 지지위치 또는 스프링에 작용하는 힘을 가변시킴으로써 스프링(2)을 통해 브레이크 페달(1)에 작용하는 페달 답력을 조절할 수 있도록 한 구성을 예시하고 있다.

이때, 답력 조절 장치(26)는 답력 제어부(25)가 출력하는 제어신호에 따라 구동이 제어되는 모터(27)와 함께, 모터(27)의 회전력을 직선이동력으로 변환시키는 기어장치부(28), 및 상기 기어장치부(28)의 출력 측에 결합되고 스프링(2)을 지지하도록 결합되어 상기 기어장치부(28)에 의해 직선 이동되면서 스프링(2)에 대한 지지위치가 가변되는 지지블록(29)을 포함할 수 있다.

여기서, 기어장치부는 도면에 예시하지는 않았으나 회전력을 직선이동력으로 변환시킬 수 있는 공지의 기어 조합, 예를 들면 랙과 피니언을 포함하는 구성이 될 수 있다.

또한, 답력 조절 장치(26)는 지지블록의 위치를 정밀하게 제어할 수 있도록 지지블록의 위치나 이동변위를 측정할 수 있는 검출요소 또는 모터의 회전위치를 검출하는 검출요소를 더 포함할 수 있고, 상기 검출요소에 의해 검출되는 정보는 답력 제어부(25)에 입력되어 모터(27)의 구동을 제어하는데 이용될 수 있다.

이러한 답력 조절 장치(26)는 본 발명에서 답력 제어부(25)가 출력하는 전기적인 신호, 즉 브레이크 페달(1)의 답력을 조절하기 위한 제어신호에 따라 브레이크 페달의 답력을 가변시키는 장치의 일례일 뿐이고, 도 2에 도시된 구성의 답력 조절 장치(26)는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 브레이크 부스터를 통해 답력을 조절할 수 있는 구성 등과 같이, 외부에서 인가되는 전기적인 신호에 의해 브레이크 페달의 답력을 조절할 수 있는 것이라면 제한 없이 채택 가능하다.

또한, 당해 기술분야에서 가속페달에 적용되는 다양한 답력 장치가 알려져 있는바, 가속페달에 적용되고 있는 공지의 답력 조절 장치의 구성을 응용하여 브레이크 페달용으로 적용하는 것 또한 가능하다.

이와 같이 하여, 본 발명에 따른 회생제동 유도 장치는 운전자의 브레이크 입력 값(BPS 값)에 따라 결정되는 총 제동 토크와 차속에 따라 결정되는 회생한계 토크 값을 기초로 하여 브레이크 페달의 답력을 제어하도록 구성된다.

특히, 본 발명에 따른 회생제동 유도 장치는 브레이크 입력 값이 증가하고 있을 때 총 제동 토크와 회생한계 토크 값을 비교하여 총 제동 토크가 회생한계 토크보다 커지면(또는 절대값 기준으로 두 토크의 차이 값이 설정값 이상인 경우), 브레이크 페달의 답력을 증가시켜, 운전자가 브레이크 페달의 답력이 증가됨을 인지할 수 있도록 하고, 이때 느낄 수 있는 페달 답력의 갑작스러운 증가 및 그로 인한 페달 반발감을 통해 총 제동 토크가 회생한계 토크 이하의 값으로 유지될 수 있도록 하는 운전자의 브레이크 페달 조작을 유도하게 된다.

예를 들면, 운전자가 브레이크 페달의 조작량(가압량)을 늘리고 있을 때, 페달 답력이 갑자기 증가함을 느끼게 되면(브레이크 페달의 조작 중 페달이 갑자기 무거워짐을 느끼게 되면), 차량에서 회생제동 및 연비 운전을 유도하고 있는 것으로 이해하여, 그 시점서부터 브레이크 페달을 더 밟지 않고 페달 위치를 유지한다.

또한, 이후 차속이 감소하여 회생한계 토크가 증가하면 회생제동을 더 많이 하여 회생제동 토크를 늘릴 수 있으므로 브레이크 페달 답력을 감소시켜 운전자가 브레이크 페달을 더 많이 조작할 수 있도록 유도한다.

또한, 본 발명에서 총 제동 토크 결정부(21)가 상술한 바와 같이 총 제동 토크를 결정하고 나면, 상기 결정된 총 제동 토크를 총 제동 목표 값으로 하여 회생제동과 마찰제동을 수행하는 제어 과정이 통상의 과정과 동일하게 수행된다.

즉, 상기 결정된 총 제동 토크로부터 제동력 분배를 통해 운전자 요구 토크인 총 제동 토크를 충족하는 회생제동 토크와 마찰제동 토크가 결정되고, 제동력 분배를 통해 회생제동 토크와 마찰제동 토크가 결정되면, 분배된 각 토크 값을 내기 위한 모터(24)의 회생 작동 제어 및 마찰제동장치의 제어가 수행된다.

여기서, 총 제동 토크를 충족시키기 위한 최종의 회생제동 토크는 도 1의 회생제동 토크 결정부(22)에 의해 결정될 수 있고, 이어 상기 결정된 최종의 회생제동 토크를 발생시키기 위한 모터(24)의 회생 작동은 도 1의 모터 제어부(23)에 의해 제어된다.

다음으로, 도 3 및 도 4는 종래의 제동 제어 상태와 본 발명에 따른 제동 제어 상태를 설명하기 위한 도면이다.

도 3 및 도 4에서 회생제동 토크, 마찰제동 토크, 총 제동 토크 및 회생한계 토크는 모두 음의 토크로 도시되었으며, 이하의 설명에서 이들 토크 값이 크다는 것은 토크의 절대값이 크다는 것을 의미하고, 토크 값의 감소 및 증가는 절대값의 감소 및 증가를 의미한다.

도 3 및 도 4에서 알 수 있듯이, 통상적인 친환경자동차의 제동 제어에 있어서 회생제동의 한계 토크 값인 회생한계 토크 값이 설정되어 있으며, 이러한 회생한계 토크 값은 차속이 낮을수록 점차 큰 값으로 설정된다.

또한, 전술한 바와 같이 BPS 값(브레이크 페달 위치 값)의 함수로 총 제동 토크(총 제동량)가 결정되고, 이때 총 제동 토크가 BPS 값에 비례하여 선형적으로 증가하도록 설정될 수 있다.

만약, BPS 값이 일정하게 유지되고 있다면, 즉 브레이크 페달 위치 값의 증감 없이 운전자가 동일한 양만큼 브레이크 페달을 계속 밟고 있다면, 도 3 및 도 4에서 알 수 있듯이 밟고 있는 동안 총 제동 토크 또한 BPS 값에 상응하는 값으로 증감 없이 일정하게 유지된다.

이때, 회생제동의 최대 가능량이 되는 회생한계 토크 값은 감속 중 차속이 낮아질수록 점차 증가하도록 설정되므로, 종래에는 도 3에 나타낸 바와 같이 운전자가 제동 초반부터 브레이크 페달을 많이 밟을 수 있고, 이때 총 제동 토크가 크게 증가한다.

이에 따라, 총 제동 토크에 비해 회생한계 토크 값이 작아 부족할 수 있고, 이때 총 제동 토크를 만족시키기 위해 회생제동에 더해 마찰제동을 함께 실시해야 한다.

즉, 도 3에서와 같이 회생제동 토크(회생제동량)과 마찰제동 토크(마찰제동량)의 합으로 총 제동량을 충족시켜야 하는 것이다.

물론, 도 3에서 알 수 있듯이, 차속이 특정 차속 이하로 낮아진 경우에는, 마찰제동 토크 없이, 회생한계 토크 이하에서 회생제동 토크만으로 총 제동 토크를 만족시킬 수 있다.

그러나, 이미 마찰제동으로 차속을 많이 감속시킨 상태이므로 차속이 낮아진 상태에서 회생한계 토크가 커지더라도 회생제동을 오랜 시간 동안 할 필요가 없다.

즉, 차량의 운동에너지를 마찰제동에 의해 열로 빨리 소모한 상태가 되는 것이며, 차량이 정차할 때까지 상당량의 마찰제동을 이용한다.

결국, 종래의 경우 본 발명과 비교하여 차량 제동시까지 본 발명에 비해 총 제동량 중 회생제동량의 비율은 작고 마찰제동량의 비율은 큰 상황이 되며, 도 4에 나타낸 본 발명의 경우와 비교하여 동일 차속에서 운전자가 브레이크 페달을 밟았을 때 차량이 멈출 때까지 회생제동량을 더 적게 사용하고 마찰제동량을 더 많이 사용하게 된다.

반면, 본 발명에서는 운전자가 차량을 멈추기 위해 브레이크 페달을 조금씩 더 밟아 브레이크 페달의 조작량(가압량)을 점차 증가시킬 때, 총 제동 토크가 회생한계 토크보다 커지는 시점에서 답력 제어부(25)가 답력 조절 장치(26)를 제어하여 브레이크 페달의 답력을 증가시킨다.

이에 답력의 갑작스러운 증가를 인지한 운전자가 브레이크 페달의 조작량을 더 이상 증가시키지 못하고 유지하는 수준에서 차량을 감속시키며, 결국 회생제동량을 최대한 사용하도록 하는 운전자 페달 조작이 유도될 수 있게 된다.

이와 같이 운전자가 브레이크 페달을 도 3의 경우에 비해 많이 조작하지 못하므로 차속은 더 완만하게 감소하며, 가능한 한 회생한계 이하의 값으로 총 제동 토크가 결정되어, 마찰제동 없이 회생제동만으로 또는 최소한의 마찰제동과 함께 대부분 회생제동을 이용하는 차량 감속이 이루어질 수 있게 된다.

또한, 답력 제어부(25)에 의해 페달 답력을 증가시킨 후 다시 감소시키는 제어가 수행되고, 이어 총 제동 토크가 회생한계 토크보다 작은 상태에서 운전자가 브레이크 페달을 더 밟아주게 되면, BPS 값이 증가하므로 총 제동 토크는 증가하게 된다.

이후 다시 총 제동 토크가 회생한계 토크보다 커지는 시점에서 다시 답력 제어부(25)가 답력 조절 장치(26)를 제어하여 브레이크 페달의 답력읒 증가시킨다.

이에 답력의 갑작스러운 증가를 인지한 운전자가 브레이크 페달의 조작량을 더 이상 증가시키지 못하고 유지하는 수준에서 차량을 감속시키며, 이로써 회생제동량을 최대한 사용하도록 하는 운전자 페달 조작이 유도될 수 있게 된다.

이후 차속이 많이 감소한 상태에서 회생한계 토크는 큰 값으로 결정되므로 회생제동 토크만으로 차량을 감속시킬 수 있게 된다.

결국, 도 3에 나타낸 종래의 경우와 비교하여 차속은 상대적으로 천천히 감소하지만, 차속이 점차 감소할 때, 총 제동 토크가 대부분 회생한계 토크 이하의 값으로 결정되도록 페달 답력을 조절하는 방식으로 운전자의 브레이크 페달 조작이 유도될 수 있고, 결국 마찰제동을 거의 사용하지 않고 최대한 회생제동을 사용하여 차량을 제동시킬 수 있게 된다.

또한, 도 4에 나타낸 본 발명의 경우에는 도 3에 나타낸 종래의 경우와 비교하였을 때 마찰제동을 사용하지 않고 거의 회생제동만으로 차량을 감속시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 회생제동 유도 기능이 작동하도록 운전자 조작부(12)에서 온(on)을 선택하였을 때, 제동 초반에 차속이 상대적으로 완만하게 감속하고, 차량 감속도가 종래에 비해 작을 수 있으므로, 브레이크 페달을 밟는 것만큼 차량이 감속하는 것을 운전자가 못 느낄 수 있고, 페달 조작에 비해 차량 제동의 반응이 느린 것처럼 운전자가 느낄 수는 있으나, 종래에 비해 회생제동량을 크게 할 수 있다는 장점이 있는바, 차량 연비를 향상시킬 수 있게 된다.

또한, 본 발명에 따르면, 총 제동 토크가 회생한계 토크 이하의 값을 추종하도록 브레이크 페달 조작을 안내하는바, 경제적이고 연비를 향상시킬 수 있는 운전자의 운전 습관을 유도할 수 있다.

이상으로 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당 업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.

1 : 브레이크 페달
2 : 스프링
11 : 운전정보 검출부
12 : 브레이크 페달 센서(BPS)
13 : 차속 센서
14 : 운전자 조작부
21 : 총 제동 토크 결정부
22 : 회생제동 토크 결정부
23 : 모터 제어부
24 : 모터
25 : 답력 제어부
26 : 답력 조절 장치

Claims

브레이크 페달 위치와 현재의 차량 주행 상태를 검출하는 운전정보 검출부;
상기 검출된 브레이크 페달 위치로부터 총 제동 토크를 결정하고, 상기 검출된 현재의 차량 주행 상태로부터 회생한계 토크를 결정하는 총 제동 토크 결정부;
상기 총 제동 토크 결정부에서 결정된 총 제동 토크와 회생한계 토크에 기초하여 답력 조절용 제어신호를 생성하여 출력하는 답력 제어부; 및
상기 답력 제어부가 출력하는 제어신호에 따라 브레이크 페달의 답력을 조절하는 답력 조절 장치를 포함하는 친환경자동차의 회생제동 유도 장치.
청구항 1에 있어서,
운전자가 회생제동 유도 기능을 온(on)/오프(off)하기 위해 조작하는 운전자 조작부를 더 포함하고,
상기 답력 제어부가 운전자 조작부의 회생제동 유도 온 상태를 입력받은 경우 상기 답력 조절용 제어신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 친환경자동차의 회생제동 유도 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 답력 제어부는 상기 결정된 총 제동 토크가 상기 회생한계 토크보다 커지면, 브레이크 페달의 답력을 증가시키기 위한 제어신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 친환경자동차의 회생제동 유도 장치.
청구항 3에 있어서,
상기 답력 제어부는 브레이크 페달의 답력을 설정량만큼 증가시키거나 정해진 기울기로 증가시키기 위한 제어신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 친환경자동차의 회생제동 유도 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 답력 제어부는 상기 결정된 총 제동 토크에서 상기 회생한계 토크를 뺀 값의 절대값이 설정값 이상인 경우, 브레이크 페달의 답력을 증가시키기 위한 제어신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 친환경자동차의 회생제동 유도 장치.
청구항 5에 있어서,
상기 답력 제어부는 브레이크 페달의 답력을 설정량만큼 증가시키거나 정해진 기울기로 증가시기 위한 제어신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 친환경자동차의 회생제동 유도 장치.
청구항 3 내지 청구항 6 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 답력 제어부는 브레이크 페달의 답력을 증가시키기 위한 제어신호의 출력 후 브레이크 페달의 답력을 다시 감소시키기 위한 제어신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 친환경자동차의 회생제동 유도 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 답력 조절 장치는
상기 답력 제어부가 출력하는 제어신호에 따라 구동이 제어되는 모터;
상기 모터의 회전력을 직선이동력으로 변환시키는 기어장치부; 및
상기 기어장치부의 출력 측에 결합되고, 브레이크 페달의 답력을 생성하기 위한 스프링을 지지하도록 결합되어, 상기 기어장치부에 의해 직선 이동되면서 상기 스프링에 대한 지지위치가 가변되는 지지블록을 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경자동차의 회생제동 유도 장치.
운전정보 검출부에 의해 브레이크 페달 위치와 현재의 차량 주행 상태가 검출되는 단계;
총 제동 토크 결정부가 상기 검출된 브레이크 페달 위치로부터 총 제동 토크를 결정하고 상기 검출된 현재의 차량 주행 상태로부터 회생한계 토크를 결정하는 단계;
답력 제어부가 상기 결정된 총 제동 토크와 회생한계 토크에 기초하여 답력 조절용 제어신호를 생성하는 단계; 및
상기 답력 제어부가 출력하는 제어신호에 따라 답력 조절 장치가 작동하여 브레이크 페달의 답력을 조절하는 단계를 포함하는 친환경자동차의 회생제동 유도 방법.
청구항 9에 있어서,
운전자가 운전자 조작부를 조작하여 회생제동 유도 기능을 온(on) 시키는 단계를 더 포함하고,
상기 답력 제어부가 운전자 조작부의 회생제동 유도 온 상태를 입력받은 경우 상기 답력 조절용 제어신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 친환경자동차의 회생제동 유도 방법.
청구항 9에 있어서,
상기 답력 제어부는 상기 결정된 총 제동 토크가 상기 회생한계 토크보다 커지면, 브레이크 페달의 답력을 증가시키기 위한 제어신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 친환경자동차의 회생제동 유도 방법.
청구항 11에 있어서,
상기 답력 제어부는 브레이크 페달의 답력을 설정량만큼 증가시키거나 정해진 기울기로 증가시키기 위한 제어신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 친환경자동차의 회생제동 유도 방법.
청구항 9에 있어서,
상기 답력 제어부는 상기 결정된 총 제동 토크에서 상기 회생한계 토크를 뺀 값의 절대값이 설정값 이상인 경우, 브레이크 페달의 답력을 증가시키기 위한 제어신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 친환경자동차의 회생제동 유도 방법.
청구항 13에 있어서,
상기 답력 제어부는 브레이크 페달의 답력을 설정량만큼 증가시키거나 정해진 기울기로 증가시키기 위한 제어신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 친환경자동차의 회생제동 유도 방법.
청구항 11 내지 청구항 14 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 답력 제어부는 브레이크 페달의 답력을 증가시키기 위한 제어신호의 출력 후 브레이크 페달의 답력을 다시 감소시키기 위한 제어신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 친환경자동차의 회생제동 유도 방법.