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KR102371236B1 - 친환경 차량의 타행 주행 제어 방법 - Google Patents

친환경 차량의 타행 주행 제어 방법 Download PDF

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KR102371236B1
KR102371236B1 KR1020160171931A KR20160171931A KR102371236B1 KR 102371236 B1 KR102371236 B1 KR 102371236B1 KR 1020160171931 A KR1020160171931 A KR 1020160171931A KR 20160171931 A KR20160171931 A KR 20160171931A KR 102371236 B1 KR102371236 B1 KR 102371236B1
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torque
control
vehicle
speed
eco
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김도희
현재규
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현대자동차 주식회사
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Abstract

친환경 차량의 타행 주행 제어 방법은, 제어기가 감속 이벤트까지의 목표 타행거리 및 감속 이벤트 지점의 경사도에 근거하여 감속 이벤트 지점에서의 친환경 차량의 타행속도를 계산하는 단계와, 제어기가 감속 이벤트 지점에서의 친환경 차량의 목표 속도와 상기 계산된 타행속도에 근거하여 친환경 차량의 제어 목표 속도를 계산하는 단계와, 제어기가 상기 계산된 제어 목표 속도에 근거하여 친환경 차량의 속도를 목표 속도로 조정하는 제어 토크를 친환경 차량의 파워트레인에 출력하도록 제어하는 단계를 포함한다.

Description

친환경 차량의 타행 주행 제어 방법{METHOD FOR CONTROLLING COASTING DRIVE OF ENVIRONMENTALLY FRIENDLY VEHICLE}
본 발명은 차량의 제어 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 친환경 차량의 타행 주행 제어 방법에 관한 것이다.
친환경 자동차는 연료전지 자동차, 전기자동차, 플러그인 전기자동차, 하이브리드 자동차를 포괄하는 것으로, 통상적으로 구동력 발생을 위한 모터를 구비한다.
이러한 친환경 자동차의 일례인 하이브리드 자동차(hybrid vehicle)는 내연기관 엔진(internal combustion engine)과 배터리 전원을 함께 사용한다. 즉, 하이브리드 자동차는 내연기관 엔진의 동력과 모터의 동력을 효율적으로 조합하여 사용한다.
하이브리드 자동차는, 엔진, 모터, 엔진과 모터 사이에서 동력을 단속하는 엔진 클러치, 변속기, 차동기어장치, 배터리, 상기 엔진을 시동하거나 엔진의 출력에 의해 발전을 하는 시동 발전기, 및 차륜으로 구성될 수 있다.
또한, 하이브리드 자동차는, 하이브리드 자동차의 전체 동작을 제어하는 하이브리드 제어기(hybrid control unit), 엔진의 동작을 제어하는 엔진 제어기(engine control unit), 모터의 동작을 제어하는 모터 제어기(motor control unit), 변속기의 동작을 제어하는 변속 제어기(transmission control unit), 및 배터리를 제어하고 관리하는 배터리 제어기(battery control unit)로 구성될 수 있다.
상기 배터리 제어기는 배터리 관리 시스템(battery management system)으로 호칭될 수 있다. 상기 시동 발전기는 ISG(integrated starter & generator) 또는 HSG(hybrid starter & generator)라 호칭되기도 한다.
상기와 같은 하이브리드 자동차는 모터의 동력만을 이용하는 순수 전기자동차 모드인 EV 모드(electric vehicle mode), 엔진의 회전력을 주동력으로 하면서 모터의 회전력을 보조동력으로 이용하는 HEV 모드(hybrid electric vehicle mode), 자동차의 제동 혹은 관성에 의한 주행 시 제동 및 관성 에너지를 모터의 발전을 통해 회수하여 배터리에 충전하는 회생제동 모드(regenerative braking mode) 등의 주행모드로 운행할 수 있다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
본 발명이 해결하려는 기술적 과제(목적)는 내리막길(downhill road)에서 회생 에너지를 충전시킬 수 있는 친환경 차량의 회생 제동을 활용하여 내리막길(강판)에서 관성주행제어 정밀도를 향상시킴과 동시에 회생 에너지양을 증대(증가)시켜 연비향상에 기여할 수 있는, 친환경 차량의 타행 주행 제어 방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결(달성)하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 친환경 차량의 타행 주행 제어 방법은, 제어기가 감속 이벤트까지의 목표 타행거리 및 상기 감속 이벤트 지점의 경사도에 근거하여 감속 이벤트 지점에서의 상기 친환경 차량의 타행속도를 계산하는 단계; 상기 제어기가 상기 감속 이벤트 지점에서의 상기 친환경 차량의 목표 속도와 상기 계산된 타행속도에 근거하여 상기 친환경 차량의 제어 목표 속도를 계산하는 단계; 및 상기 제어기가 상기 계산된 제어 목표 속도에 근거하여 상기 친환경 차량의 속도를 상기 목표 속도로 조정하는 제어 토크를 상기 친환경 차량의 파워트레인에 출력하도록 제어하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 친환경 차량의 타행 주행 제어 방법은, 상기 제어기는 상기 감속 이벤트까지의 잔여거리가 상기 목표 타행거리 이하인 지 여부를 판단하는 단계를 더 포함하며, 상기 잔여거리가 상기 목표 타행거리 이하일 때 상기 친환경 차량의 타행속도를 계산하는 단계가 진행될 수 있다.
상기 친환경 차량의 타행 주행 제어 방법은, 상기 제어기가 상기 거리 계산부가 내비게이션 장치로부터 전송되는 감속 이벤트의 종류 정보, 상기 목표 속도, 및 상기 경사도에 근거하여 상기 목표 타행거리를 계산하도록 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 제어 토크를 차량의 파워트레인에 출력하도록 제어하는 단계는, 상기 제어기가 토크 출력부가 상기 제어 목표 속도 및 상기 친환경 차량의 현재 속도에 대응하는 제어 토크인 맵 테이블(map table)에 저장된 피드포워드 토크를 출력하도록 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제어 토크를 차량의 파워트레인에 출력하도록 제어하는 단계는, 상기 제어기가 상기 친환경 차량의 현재 속도와 상기 제어 목표 속도 사이의 차이인 차속 차이에 근거하여 상기 제어 토크에 대응하는 피드백 토크를 출력하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제어 토크를 차량의 파워트레인에 출력하도록 제어하는 단계는, 상기 제어기가 토크 출력부가 상기 친환경 차량의 현재 속도와 상기 제어 목표 속도에 대응하는 맵 테이블(map table)에 저장된 피드포워드 토크를 출력하도록 제어하는 단계; 상기 제어기가 상기 현재 속도와 상기 제어 목표 속도 사이의 차이인 차속 차이에 근거하여 상기 제어 목표 속도에 대응하는 피드백 토크를 출력하는 단계; 상기 제어기가 조정 인자 출력부가 상기 차속 차이와 상기 감속 이벤트까지의 잔여거리에 대응하는 맵 테이블에 저장된 피드포워드 토크의 적용 비율을 조정하도록 제어하는 단계; 및 상기 제어기가 최종 제어토크 출력부가 상기 출력된 피드포워드 토크 및 피드백 토크와, 상기 조정된 적용 비율에 근거하여 상기 제어 토크에 대응하는 최종 제어토크를 계산하도록 제어하고 상기 계산된 최종 제어토크를 상기 파워트레인에 출력하도록 제어하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 조정 인자 출력부에 의해 출력되고 상기 적용비율을 조정하는 조정 인자는 상기 잔여 거리가 커질수록 그리고 상기 차속 차이가 커질수록 상기 피드포워드 토크의 적용 비율을 증가시킬 수 있다.
상기 제어기는 상기 조정 인자 출력부에 의해 출력되고 상기 적용비율을 조정하는 조정 인자에 근거하여 상기 피드백 토크를 출력하기 전에 상기 피드포워드 토크를 출력하도록 제어한 후 상기 피드포워드 토크 및 상기 피드백 토크를 혼합하여 사용하도록 제어한 뒤 상기 감속 이벤트에 대응하는 위치에 상기 차량이 접근할 때 상기 피드백 토크를 출력하도록 제어할 수 있다.
상기 최종 제어토크는 수학식인 α*FF tq. + (1-α)*FB tq.에 의해 계산되고 상기 α는 상기 조정 인자 출력부에 의해 출력되고 상기 적용비율을 조정하는 조정 인자이고 상기 FF tq.는 상기 피드포워드 토크이고 상기 FB tq.는 상기 피드백 토크일 수 있다.
전술한 본 발명의 실시예에 따른 친환경 차량의 타행 주행 제어 방법은, 기하학의 법칙과 물리법칙을 통해 허용 가능한 최대 타행속도를 예측하여 감속 제어 목표 속도(또는 감속 제어 토크)를 결정하기 때문에, 회생에너지 회수를 극대화할 수 있다.
본 발명의 실시예는 차량 전방의 감속 목표 지점(또는 도로)의 경사도 및 고도와 에너지보존법칙을 활용하기 때문에 회생 제동량을 합리적으로 결정할 수 있다.
본 발명의 실시예는 시험(test) 기반 맵 테이블을 이용하지 않고 물리법칙을 활용하여, Manhour 투입을 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예는 내리막길에서 감속제어목표속도를 제어하기 때문에, 관성주행제어의 정밀도를 향상시킬 수 있다.
본 발명의 상세한 설명에서 사용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여, 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.
도 1은 친환경 차량의 내리막길 타행주행 상황을 설명하는 도면이다.
도 2는 관련 기술에 따른 내리막길에서 타행 주행 제어 토크를 출력하는 장치를 설명하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 친환경 차량의 타행 주행 제어 방법을 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 목표타행거리를 계산하는 거리 계산부를 설명하는 도면(블락 다이어그램(block diagram))이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 감속 목표지점의 타행속도 예측 방법을 설명하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 타행 주행을 위한 제어 토크를 출력하는 토크 출력부를 설명하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 타행 주행 제어 토크를 출력하는 제어기를 설명하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 최종 제어 토크를 출력하는 토크 출력 장치를 설명하는 도면이다.
도 9는 도 8에 도시된 조정 인자 출력부를 설명하는 도면(그래프(graph))이다.
도 10은 도 5에 도시된 경사도를 계산(결정)하는 방법의 실시예를 설명하는 도면이다.
도 11은 도 10에 도시된 구간별 경사도 활용을 통한 구간별 타행속도를 예측하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 친환경 차량의 타행 주행 제어 방법을 설명하는 흐름도(flowchart)이다.
본 발명, 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는, 본 발명의 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용이 참조되어야 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하는 것에 의해, 본 발명을 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 나타낼 수 있다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 이 명세서에서, “포함하다” 또는 “가지다” 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 구성요소를 사이에 두고 "전기적 또는 기계적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자(통상의 기술자)에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
IT 기술의 발달로 인해 3차원 고정밀 지도 활용에 의한 주행상황 예측이 가능함에 따라, 차량 제어의 정밀도를 향상시킬 수 있다. 특히, 모터를 포함하는 친환경 차량은, 모터의 빠른 응답성을 활용하여, 차량 제어의 정밀도를 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 모터의 회생에너지를 활용하여 실도로(real road) 연비 향상에 기여할 수 있다.
도 1은 친환경 차량의 내리막길 타행주행 상황을 설명하는 도면이다.
내리막길 이후에 감속 이벤트(event)(예, 과속 카메라, 안전속도, 도로의 정체 등)가 존재할 경우, 별도의 제어 없이 타행주행(가속페달과 제동페달 모두 밟지 않고 차량 관성에 의한 주행)을 하게 되면 도 1에 도시된 바와 같이 차량의 속도는 예를 들어 70 (km/h)로부터 135 (km/h)로 증가할 수 있다.
친환경 차량의 경우, 내리막길에서 모터에 의한 회생을 통해 에너지를 회수할 수 있다. 이러한 장점을 극대화하기 위해, 본 발명의 실시예에 따른 능동(active) 타행 주행 제어(즉, 기계식 제동 없이 모터의 음(-) 토크를 발생시켜, 위치에너지를 전기에너지로 전환하여 에너지를 충전하는 제어)는 회생 에너지를 이용하여 친환경 차량의 구동 모터에 전력을 공급하는 배터리를 충전하고, 속도제어를 통해 감속목표지점의 속도를 추종할 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 타행 주행 제어는 친환경 차량의 속도를 현재 속도인 70 (km/h)로부터 감속 이벤트에서의 목표 속도인 50 (km/h)로 제어(조정)할 수 있다.
도 2는 관련 기술에 따른 내리막길에서 타행 주행 제어 토크를 출력하는 장치를 설명하는 도면이다.
도 2를 참조하면, 차량 전방의 이벤트 정보를 예측하는 내비게이션 장치가 감속 이벤트의 종류 정보인 내리막 길의 종류 정보, 내리막길의 경사도 정보, 및 감속 목표 지점에서의 차량의 목표 속도를 제어 토크 출력부에 제공한다. 내리막길의 종류에 따른 타행 주행 제어 토크를 포함하는 맵 테이블(map table), 내리막길의 경사도에 따른 타행 주행 제어 토크를 포함하는 맵 테이블, 및 목표 속도에 따른 타행 주행 제어 토크를 포함하는 맵 테이블을 포함하는 제어토크 출력부는 내리막길의 종류 정보, 내리막길의 경사도 정보, 및 목표 속도 정보에 근거하여 차량의 타행 주행을 위한 제어 토크를 출력할 수 있다.
그러나 관련기술은 많은 맵 테이블로 인한 Man-hour를 상승시키고 감속 이벤트 별 일관된 기준 부재로 제어 성능을 확보하기 어려울 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 친환경 차량의 타행 주행 제어 방법을 설명하는 도면이다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 목표타행거리를 계산하는 거리 계산부를 설명하는 도면(블락 다이어그램(block diagram))이다. 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 감속 목표지점의 타행속도 예측 방법을 설명하는 도면이다. 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 타행 주행을 위한 제어 토크를 출력하는 토크 출력부를 설명하는 도면이다. 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 타행 주행 제어 토크를 출력하는 제어기를 설명하는 도면이다. 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 최종 제어 토크를 출력하는 토크 출력 장치를 설명하는 도면이다. 도 9는 도 8에 도시된 조정 인자 출력부를 설명하는 도면(그래프(graph))이다. 도 10은 도 5에 도시된 경사도를 계산(결정)하는 방법의 실시예를 설명하는 도면이다. 도 11은 도 10에 도시된 구간별 경사도 활용을 통한 구간별 타행속도를 예측하는 방법을 설명하는 도면이다. 도 12는 본 발명의 실시예에 따른 친환경 차량의 타행 주행 제어 방법을 설명하는 흐름도(flowchart)이다.
도 3 내지 도 12를 참조하면, 수신 단계(300)에서 도 7에 도시된 제어기(220)는 감속 이벤트 종류 정보, 감속 이벤트에서의 감속 목표속도, 및 감속 이벤트(또는, 도로)의 경사도와 같은 감속 이벤트 정보를 도 4에 도시된 내비게이션(Navigation) 장치(200)로부터 수신하고 감속 목표지점(또는 감속 이벤트가 위치하는 지점)을 결정할 수 있다. 제어기(220)는, 예를 들어, 프로그램에 의하여 동작하는 하나 이상의 마이크로프로세서(microprocessor) 또는 상기 마이크로프로세서를 포함하는 하드웨어일 수 있고, 상기 프로그램은 후술하는 본 발명의 실시예에 따른 친환경 차량의 타행 주행 제어 방법을 수행하기 위한 일련의 명령(instruction)을 포함할 수 있다. 제어기(220)는 상기 토크 출력 장치를 포함하는 친환경 차량의 전체 동작을 제어할 수도 있다.
내비게이션 장치(200)는 차량 외부의 서버(server)로부터 전송되는 GPS(Global Positioning System)의 위치정보, 고정밀(High Precision) 지도 정보(또는 정밀한 도로 맵(precise road map) 정보), 또는 실시간 교통정보를 이용하여 상기 감속 이벤트 정보를 제어기(220)에 제공할 수 있다. 상기 고정밀 지도는 도로와 주변 지형의 정보를 높은 정확도로 구축한 3차원 지도를 말할 수 있다.
상기 감속 이벤트 정보는 톨 게이트(toll gate) 정보, IC(interchange) 진/출입 정보, 과속 카메라 정보, 공사 또는 사고 상황 정보, 또는 안전 유도 정보 등과 같은 차량의 감속을 요구하는 차량의 전방 감속 정보를 포함할 수 있다.
계산 단계(305)에 따르면, 타행 주행 제어를 실시(수행)하기 위해 제어기(220)는 도 4에 도시된 거리 계산부(205)가 내비게이션 장치(200)로부터 전송되는 감속 이벤트의 종류 정보, 감속 목표 속도, 및 도로의 경사도에 따라 감속 이벤트까지의 목표 타행거리(dtgt)를 계산(결정)하도록 제어할 수 있다. 상기 목표 타행거리는 회생 에너지를 최대한 회수할 수 있도록 결정된 거리일 수 있다.
연산 단계(310)에 따르면, 제어기(220)는 내비게이션 장치(200)로부터 감속 이벤트까지의 잔여 거리를 수신하거나 또는 차량의 현재 속도와 목표 속도에 근거하여 감속 이벤트(또는 감속 목표지점)까지의 잔여거리(dres)를 연산(계산)할 수 있다.
계산 단계(305) 및 연산 단계(310)는 동시에 진행되거나 또는 계산 단계(305)가 연산 단계(310)보다 먼저 진행되거나 또는 연산 단계(310)가 계산 단계(305)보다 먼저 진행될 수 있다.
비교 단계(315)에 따르면, 제어기(220)는 잔여거리(dres)가 목표 타행거리(dtgt) 이하인 지 여부를 판단할 수 있다. 잔여거리(dres)가 목표 타행거리(dtgt) 이하일 때, 프로세스(process)인 친환경 차량의 타행 주행 제어 방법은 예측 단계(320)로 진행할 수 있다.
예측 단계(320)에 따르면, 제어기(220)는 감속 목표 지점에서의 타행속도(Vd)를 예측(계산)할 수 있다.
도 5를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 감속 목표지점의 타행속도 예측 방법을 설명하면 다음과 같다.
목표 타행주행거리(dtgt) 설정에 따라 결정되는 차량의 상대고도(Δh)를 연산하면 다음과 같다.
Δh = dtgt * tanθ
상기 수학식에서 θ는 감속목표지점의 경사도이다. 목표타행거리(dtgt) 결정과 감속목표지점의 경사도에 따라 상기 수학식에 의해 차량의 상대고도가 결정될 수 있다.
목표 타행거리 결정지점에서 차량의 위치에너지를 연산하면 다음과 같다.
EP = m*g*Δh
감속목표지점에서 차량의 운동에너지를 연산하면 다음과 같다.
EK = 1/2*m*(Vd)2 - 1/2*m*(V)2
상기 수학식에서 V는 목표 타행거리 결정지점의 속도이다.
에너지 등가법칙을 활용하여 감속 목표지점에서 예측된 타행속도(Vd)를 연산하면 다음과 같다.
m*g*Δh =1/2*m*(Vd)2 - 1/2*m*(V)2
Figure 112016123372616-pat00001
예를 들어, dtgt = 300 m, θ= 10 deg (=0.2625 rad), V=70 kph (=19.4 mps)일 때, Δh = dtgt * tanθ=300 * tan (0.2625 rad) = 53.04 m이고,
Figure 112016123372616-pat00002
이다.
계산 단계(325)에 따르면, 제어기(220)는 감속 이벤트 지점에서의 차량의 목표 속도와 상기 계산된 타행속도에 근거하여 제어 목표 속도를 계산(또는 결정)할 수 있다.
예측된 감속 목표지점의 타행속도(Vd)와 감속 목표지점의 목표속도(Vorg)를 고려한 제어목표속도(Vtgt)는 다음과 같이 계산(결정)될 수 있다.
Vtgt = Vorg + ΔV
상기 수학식에서 ΔV = V - Vd 이다. 상기 수학식에서 V는 친환경 차량이 타행 주행하기 전의 실제 속도를 지시(indication)할 수 있다.
예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, Vorg = 50 kph, Vd =135 kph, 및 V = 70 kph 일 때, ΔV = V - Vd = 70 kph - 135 kph = -65 kph 이고, Vtgt = Vorg + ΔV = 50 kph - 65 kph = -15 kph 이다.
출력 단계(330)에 따르면, 제어기(220)는 상기 계산된 제어 목표 속도에 근거하여 차량의 속도를 상기 목표 속도로 조정하는 제어 토크를 출력(또는 결정)할 수 있다. 제어기(220)는 상기 제어 토크를 도 8에 도시된 차량의 파워트레인(245)에 출력하도록 제어할 수 있다.
도 6을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 타행 주행을 위한 상기 제어 토크를 출력하는 토크 출력부를 설명하면 다음과 같다.
제어기(220)는 토크 출력부(210)가 제어목표속도(Vtgt) 및 차량의 현재 속도에 대응하는 제어 토크인 맵 테이블(map table)(예, 메모리)에 저장된 피드포워드 토크를 출력하도록 제어할 수 있다. 토크 출력부(210)는 상기 맵 테이블을 포함하는 피드포워드(Feedforward) 방식의 토크 출력부일 수 있다. 맵 테이블은 시험(test)에 의해 생성될 수 있다.
도 7을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 타행 주행 제어 토크를 출력하는 제어기를 설명하면 다음과 같다.
제어기(220)는 제어대상 모델인 플랜트(plant) 모델(225) 및 감산기(subtractor)(215)를 이용하여 제어목표속도(Vtgt)에 대응하는 제어 토크를 출력할 수 있다. 예를 들어, 플랜트(plant) 모델(225)은 친환경 차량을 구동하는 모터 등을 포함하는 차량 모델일 수 있다. 부연하여 설명하면, 제어기(220)는 친환경 차량의 현재 속도와 제어 목표 속도 사이의 차이인 차속 차이에 근거하여 제어 토크에 대응하는 피드백 토크를 출력할 수 있다. 제어기(220)는 피드백(Feedback) 방식의 토크 출력부일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 친환경 차량의 타행 주행 제어 방법은 출력 단계(335)를 더 포함할 수 있다.
출력 단계(335)에 따르면, 제어기(220)는 상기 피드포워드 토크와 상기 피드백 토크에 근거하여 최종 제어 토크를 계산(또는 결정)할 수 있다.
도 8을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 최종 제어 토크를 출력하는 토크 출력 장치를 설명하면 다음과 같다.
상기 토크 출력 장치는 토크 출력부(210), 조정 인자 출력부(212), 감산기(subtractor)(215), 제어기(Controller)(220), 제어대상 모델인 플랜트(plant) 모델(225), 승산기(multiplier)(230), 승산기(235), 및 파워트레인(powertrain)(245)에 최종 제어 토크를 출력하는 최종 제어 토크 출력부인 가산기(adder)(240)를 포함한다. 상기 최종 제어 토크 출력부는 승산기(multiplier)(230) 및 승산기(235)를 더 포함할 수 있다. 파워트레인(powertrain)(245)은 차량의 구동 휠(driving wheel)을 구동하는 구동 모터와, 변속기를 포함할 수 있다. 파워트레인은 선택적으로 차량을 구동하는 엔진을 포함할 수 있다. 예를 들어, 플랜트(plant) 모델(225)은 친환경 차량을 구동하는 모터 등을 포함하는 차량 모델일 수 있다.
토크 출력 장치는 차량의 과도(Transient) 반응(과도 응답)에 따른 운전자에 의한 감속감(driver’s deceleration feeling)(또는 운전성(Drivability))의 차이를 최소화할 수 있도록, 타행 주행 제어의 진입 초기에는 Map table 기반의 피드포워드(Feedforward) 제어(또는 Open-loop 제어)를 수행할 수 있다. 하지만, 제어의 특성 상, Map table에서 포함되지 않는(또는 고려하지 않는) 주행상황 발생 시, 제어의 정확도가 감소될 수 있다. 이러한 외란이 많은 주행상황에서는 피드백(Feedback) 제어를 통한 실시간 주행상황 반영이 필요하다. 이에 따라, 본 발명의 실시예는 잔여거리와 차속 차이의 룰(관계)에 따른 이중루프 감속 제어를 수행함으로써, 목표속도 추종의 정확성을 증가시킬 수 있다.
토크 출력부(210)는 차량의 현재 속도와 차량의 제어 목표 속도에 대응하는 맵 테이블(map table)에 저장된 피드포워드 토크(FF Tq.)를 출력할 수 있다.
제어기(220)는 플랜트(plant) 모델(225) 및 감산기(subtractor)(215)를 이용하여 제어 목표 속도에 대응하는 피드백 토크(FB Tq.)를 출력할 수 있다. 제어기(220)는 플랜트(plant) 모델(225)로부터 출력되는 차량의 현재속도가 목표속도를 추종하도록 플랜트(plant) 모델에 근거하여 피드백 토크를 결정할 수 있다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 조정 인자 출력부(212)는 차속 차이와 잔여거리에 대응하는 맵 테이블에 저장된 피드포워드 토크의 적용 비중(적용 비율)을 조정하는 조정 인자(α)를 출력할 수 있다. 잔여 거리가 커질수록 그리고 차속 차이가 커질수록 피드포워드 토크가 타행 주행 제어토크에서 차지하는 비중(비율)은 증가할 수 있다.
감속 이벤트 발생에 따른 제어 토크를 달성하고 피드포워드(FF) 제어와 피드백(FB) 제어의 장점을 최대한 활용하기 위해, 조정 인자 출력부(212)는 각각의 제어의 특징(특성)에 맞게 피드포워드(FF) 토크와 피드백(FB) 토크의 적용 비율을 조정하고 승산기(230), 승산기(235), 및 가산기(240)는 차량의 타행 주행 제어를 위한 최종 제어토크를 파워트레인(powertrain)(245)에 출력할 수 있다. 예를 들어, 최종 제어토크 = α*FF tq. + (1-α)*FB tq.로 계산될 수 있다. 파워트레인(powertrain)(135)은 최종 제어토크에 응답하여 차량을 구동(타행 주행)시킬 수 있다.
전술한 바와 같이, 감속 이벤트 발생에 따라, 운전자 의지와 관계 없이 구동 모터를 이용하여 차량의 타행 주행 제어가 수행(진행)되어야 하므로, 본 발명의 실시예는 운전성(Drivability, Driver’s Feeling)에 영향을 미칠 수 있는 상황에서는 운전성을 고려한 시험(test)에 의해 Calibration(보정)이 가능한 피드포워드(FF) 제어를 사용하고, 목표속도에 근접한 거리에서는 추종 정밀성 향상을 위해 피드백(FB) 제어를 사용할 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예는 감속 이벤트가 발생될 때 운전성에 영향을 미치지 않고 차량의 현재속도를 제어 목표속도에 진입시킬 수 있다.
부연하여 설명하면, 오픈 루프(Open-loop) 제어와 폐루프(Closed-loop) 제어의 장점을 적절히 혼합하여 정밀한 차량의 감속 제어를 구현할 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예는 운전성에 크게 영향을 미칠 수 있는 제어진입 초기와 초기 제어토크(감속토크)를 발생시키는 상황(경우)에서는 보정(Calibration)이 가능하도록 맵 테이블(Map table)에 기반한 Open-loop 제어인 피드포워드 제어를 수행하고, 발생시켜야 하는 제어토크(감속토크)는 적지만 정밀한 제어를 필요로 하는 제어 후기에는 Closed-loop 제어인 피드백(Feedback) 제어를 수행할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 이중루프 제어(Dual loop control)는 피드포워드(FF) 제어로 시작하여 목표 차속과 현재 차속 사이의 차이를 감소시키고, 감속 이벤트에 접근함에 따라 피드포워드(FF) 제어와 피드백(FB) 제어가 사용(혼합 또는 오버랩(overlap))되어 피드포워드(FF) 제어와 피드백(FB) 제어의 비중을 결정하는 조정 인자(α)에 따라 제어토크를 결정할 수 있다. 또한, 보다 정밀한 제어를 필요로 하고 감속 이벤트에 대응하는 목표지점 부근 거리에서 피드백(FB) 제어가 수행될 수 있다.
도 10을 참조하면, 감속이벤트가 결정된 후, 현재 차량의 위치에서 감속 이벤트까지의 목표타행거리에서 주어진 경사도는 하나가 아닐 수 있다.
제어기(220)는 감속 이벤트 내에서 특정 값(미리 설정된 경사도 변화량)을 초과하는 경사도 변화(변곡점)가 인지될 때마다 구간별 경사도를 업데이트(update)(또는 재저장)할 수 있다.
도 10의 점선과 같이 목표타행거리에 진입한 시점(즉, 제어를 시작한 시점)에서 주어진 아래의 경사도의 평균값을 사용하여 제어기(220)는 감속목표지점의 목표속도를 보정할 수 있다.
Figure 112016123372616-pat00003
상기 수학식에서, θi(i = 1, 2, 3, ... ,n)는 구간별 경사도를 지시(indication)할 수 있다.
도 11을 참조하면, 친환경 차량이 각각의 감소 이벤트 구간에 진입할 때, 제어기(220)는 각 구간의 타행 속도(Vd,1, Vd,2, Vd,3)를 예측(계산)할 수 있다. 감속 목표지점의 목표속도(Vorg)와 제어진입시점에서의 차속(V)는 도 5에 관한 설명된 목표속도(Vorg)와 제어진입시점에서의 차속(V)과 동일할 수 있다.
구간별 제어목표속도 결정은 아래와 같은 수학식으로 주어질 수 있다.
Figure 112016123372616-pat00004
상기 수학식에서 ΔV i = V - Vd, i, i = 1, 2, 3, ... ,n이다.
본 발명의 실시예에서 사용되는 구성요소 또는 “~부(unit)” 또는 블록 또는 모듈은 메모리 상의 소정 영역에서 수행되는 태스크, 클래스, 서브 루틴, 프로세스, 오브젝트, 실행 쓰레드, 프로그램과 같은 소프트웨어(software)나, FPGA(fieldprogrammable gate array)나 ASIC(application-specific integrated circuit)과 같은 하드웨어(hardware)로 구현될 수 있으며, 또한 상기 소프트웨어 및 하드웨어의 조합으로 이루어질 수도 있다. 상기 구성요소 또는 '~부' 등은 컴퓨터로 판독 가능한 저장 매체에 포함되어 있을 수도 있고, 복수의 컴퓨터에 그 일부가 분산되어 분포될 수도 있다.
이상에서와 같이, 도면과 명세서에서 실시예가 개시되었다. 여기서, 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이며 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명으로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 이 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
200: 내비게이션 장치
205: 거리 계산부
210: 토크 출력부
212: 조정 인자 출력부
220: 제어기
245: 파워트레인

Claims (9)

  1. 친환경 차량의 타행 주행 제어 방법에 있어서,
    제어기가 감속 이벤트까지의 목표 타행거리 및 상기 감속 이벤트 지점의 경사도에 근거하여 감속 이벤트 지점에서의 상기 친환경 차량의 타행속도를 계산하는 단계;
    상기 제어기가 상기 감속 이벤트 지점에서의 상기 친환경 차량의 목표 속도와 상기 계산된 타행속도에 근거하여 상기 친환경 차량의 제어 목표 속도를 계산하는 단계; 및
    상기 제어기가 상기 계산된 제어 목표 속도에 근거하여 상기 친환경 차량의 속도를 상기 목표 속도로 조정하는 제어 토크를 상기 친환경 차량의 파워트레인에 출력하도록 제어하는 단계;
    를 포함하는 친환경 차량의 타행 주행 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 친환경 차량의 타행 주행 제어 방법은,
    상기 제어기는 상기 감속 이벤트까지의 잔여거리가 상기 목표 타행거리 이하인 지 여부를 판단하는 단계를 더 포함하며,
    상기 잔여거리가 상기 목표 타행거리 이하일 때 상기 친환경 차량의 타행속도를 계산하는 단계가 진행되는 것을 특징으로 하는 친환경 차량의 타행 주행 제어 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 친환경 차량의 타행 주행 제어 방법은,
    상기 제어기가 상기 거리 계산부가 내비게이션 장치로부터 전송되는 감속 이벤트의 종류 정보, 상기 목표 속도, 및 상기 경사도에 근거하여 상기 목표 타행거리를 계산하도록 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 차량의 타행 주행 제어 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제어 토크를 차량의 파워트레인에 출력하도록 제어하는 단계는,
    상기 제어기가 토크 출력부가 상기 제어 목표 속도 및 상기 친환경 차량의 현재 속도에 대응하는 제어 토크인 맵 테이블(map table)에 저장된 피드포워드 토크를 출력하도록 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 차량의 타행 주행 제어 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제어 토크를 차량의 파워트레인에 출력하도록 제어하는 단계는,
    상기 제어기가 상기 친환경 차량의 현재 속도와 상기 제어 목표 속도 사이의 차이인 차속 차이에 근거하여 상기 제어 토크에 대응하는 피드백 토크를 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 차량의 타행 주행 제어 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제어 토크를 차량의 파워트레인에 출력하도록 제어하는 단계는,
    상기 제어기가 토크 출력부가 상기 친환경 차량의 현재 속도와 상기 제어 목표 속도에 대응하는 맵 테이블(map table)에 저장된 피드포워드 토크를 출력하도록 제어하는 단계;
    상기 제어기가 상기 현재 속도와 상기 제어 목표 속도 사이의 차이인 차속 차이에 근거하여 상기 제어 목표 속도에 대응하는 피드백 토크를 출력하는 단계;
    상기 제어기가 조정 인자 출력부가 상기 차속 차이와 상기 감속 이벤트까지의 잔여거리에 대응하는 맵 테이블에 저장된 피드포워드 토크의 적용 비율을 조정하도록 제어하는 단계; 및
    상기 제어기가 최종 제어토크 출력부가 상기 출력된 피드포워드 토크 및 피드백 토크와, 상기 조정된 적용 비율에 근거하여 상기 제어 토크에 대응하는 최종 제어토크를 계산하도록 제어하고 상기 계산된 최종 제어토크를 상기 파워트레인에 출력하도록 제어하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 차량의 타행 주행 제어 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 조정 인자 출력부에 의해 출력되고 상기 적용비율을 조정하는 조정 인자는 상기 잔여 거리가 커질수록 그리고 상기 차속 차이가 커질수록 상기 피드포워드 토크의 적용 비율을 증가시키는 것을 특징으로 하는 친환경 차량의 타행 주행 제어 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 조정 인자 출력부에 의해 출력되고 상기 적용비율을 조정하는 조정 인자에 근거하여 상기 피드백 토크를 출력하기 전에 상기 피드포워드 토크를 출력하도록 제어한 후 상기 피드포워드 토크 및 상기 피드백 토크를 혼합하여 사용하도록 제어한 뒤 상기 감속 이벤트에 대응하는 위치에 상기 차량이 접근할 때 상기 피드백 토크를 출력하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 친환경 차량의 타행 주행 제어 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 최종 제어토크는 수학식인 α*FF tq. + (1-α)*FB tq.에 의해 계산되고 상기 α는 상기 조정 인자 출력부에 의해 출력되고 상기 적용비율을 조정하는 조정 인자이고 상기 FF tq.는 상기 피드포워드 토크이고 상기 FB tq.는 상기 피드백 토크인 것을 특징으로 하는 친환경 차량의 타행 주행 제어 방법.
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