KR100588415B1

KR100588415B1 - 차량용 공조기의 액츄에이터 제어방법 및 그 장치

Info

Publication number: KR100588415B1
Application number: KR1020040045123A
Authority: KR
Inventors: 김양영
Original assignee: 동아전기부품 주식회사
Priority date: 2004-06-17
Filing date: 2004-06-17
Publication date: 2006-06-09
Also published as: CN100545531C; CN1710348A; US20050282484A1; KR20050119963A

Abstract

차량용 공조기의 액츄에이터 제어방법 및 그 장치는 차량용 공조기의 도어 위치 조절하는 액츄에이터를, 별도의 피드백회로 필요없이 제어하기 위한 것이다. 본 발명은 액츄에이터 모터의 회전자와 브러쉬의 기계적 접촉에 의해 발생하는 스파이크성 신호를 카운트하여 모터의 회전수를 계산하고, 계산된 모터의 회전수가 사용자가 원하는 목표위치까지의 펄스 수에 도달할 때까지 액츄에이터를 제어하도록 구성된다. 따라서, 본 발명은 별도의 피드백회로 구성 없이도 액츄에이터 모터를 정확하게 제어하여 도어를 사용자가 원하는 위치로 조절하며, 액츄에이터 구성을 단순화시켜 생산단가를 줄이고 조절장치간에 서로 공용화할 수 있는 효과를 제공한다.

차량용 공조기, 액츄에이터, 피드백회로

Description

차량용 공조기의 액츄에이터 제어방법 및 그 장치{Actuator control method of an air conditioning system for car and apparatus}

도 1은 액츄에이터 모터 1회전당 발생하는 스파이크성 신호를 나타낸 파형도,

도 2는 본 발명에 따른 차량용 공조기의 액츄에이터 제어장치를 나타내는 블록도,

도 3은 도 2의 펄스발생부를 나타내는 상세 블록도,

도 4는 도 3 각 구성의 동작을 나타타내는 파형도,

도 5는 도 2 제어장치의 동작을 설명하기 위한 흐름도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 마이크로콘트롤러 20 : 모터드라이브

30 : 펄스발생부 40 : 액츄에이터

50 : 센싱저항

본 발명은 차량용 공조기의 도어 위치를 조절하는 액츄에이터에 관한 것으로 서, 특히 별도의 피드백장치 없이 모터의 회전수를 감지하여 액츄에이터를 제어하기 위한 차량용 공조기의 액츄에이터 제어방법 및 그 장치에 관한 것이다.

액츄에이터는 자동차의 공조시스템 내부에 배치되어 각종 공기의 흐름을 제어하는 도어의 개폐 구동에 사용된다. 즉, 액츄에이터는 자동차용 공기조절장치의 토출방향도어(Vent Door), 온도 조절용 도어(Air Mix Door), 내외기조절장치 도어(Intake Door)등의 위치를 제어한다.

이러한 자동차 공조 시스템에서, 액츄에이터는 일반적으로 내부에 감속기어와 레버로 연결된 DC모터와 조절장치의 위치를 감지하기 위한 피드백신호발생부로 구성되어 있다. 특히, 피드백신호발생부는 액츄에이터 감속기에 기구적으로 연결된 브러쉬의 PCB에 인쇄된 탄소저항의 접촉변화에 의한 포텐셔메터를 이용한 전압가변방식과 모터의 회전축을 중심으로 포토다이오드와 포토트랜지스터를 이용한 신호발생 방식이 있다. 그러나 이러한 방식은 구동을 위한 부품 이외에 별도의 피드백을 위한 부품이 사용되고 있기 때문에 단가가 상승하고 내부 회로가 복잡해지는 단점이 있다. 또한, 조절장치의 설계에 따른 조절범위에 따라 기구적으로 별도의 설계를 요하게 되므로 서로 공용화할 수 없는 단점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 전술한 문제점들을 해결하기 위해, 모터의 회전자와 브러쉬의 기계적 접촉에 의해 발생하는 전압의 미세한 변동으로부터 모터의 회전수를 계산하여 별도의 피드백신호발생부 없이 액츄에이터를 제어할 수 있는 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 전술한 차량용 공조기의 액츄에이터 제어방법을 구현하기 위한 장치를 제공함에 있다.

이와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 차량용 공조기의 액츄에이터 제어방법은, 차량용 공조기의 도어 액츄에이터 제어방법에 있어서, (1) 상기 액츄에이터내 모터가 회전할 때 기계적인 접촉에 의해 발생하게 되는 스파이크성 신호를 검출하는 단계와, (2) 상기 검출된 스파이크성 신호로부터 모터의 회전수를 계산하는 단계, 및 (3) 상기 계산된 회전수에 따라 상기 액츄에이터를 제어하여 도어를 원하는 위치로 조절하는 단계를 포함한다.

본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 차량용 공조기의 액츄이에터 제어장치는, 차량용 공조기의 도어 액츄에이터를 제어하기 위한 장치에 있어서, 감속기어와 레버로 연결된 DC 모터만을 장착하고 있는 액츄에이터와, 상기 액츄에이터내 모터를 구동하기 위한 모터드라이브와, 상기 모터에 직렬로 연결되어, 모터에 걸리는 전압을 감지하기 위한 센싱저항과, 상기 센싱저항에서 감지된 모터 전압신호에 실려있는 소정의 스파이크성 신호를 검출하여 구형파 펄스로 발생하기 위한 펄스발생부, 및 상기 도어의 목표점에 따라 상기 모터의 정/역 회전 방향을 결정하여 상기 모터드라이브로 모터구동신호를 내보내어 액츄에이터를 제어하며, 상기 펄스발생부에서 발생되는 구형파를 펄스 카운트하여 모터의 회전수를 계산하고 그에 따라 상기 액츄에이터를 제어하여 도어를 원하는 위치로 조절하는 마이크로콘트롤러를 포함한다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 기술하기로 한다.

일반적으로 DC 모터의 경우 영구자석으로 된 고정자와 코일을 감아 구성한 회전자, 그리고 회전자 코일에 전류를 인가하기 위한 정류자로 구성되어 있다. 특히, 정류자와 전류를 공급해주는 전원단자는 브러쉬를 이용하여 전기적 접촉이 이루어진다. 모터에 전원을 인가하면 회전자인 코일에 전류가 흘러 모터는 회전을 하게 되고 브러쉬와 회전자는 서로 전기적인 접촉을 번갈아 하게 된다. 이때 기계적인 접촉에 의해 모터 양단에 걸리는 전압에 미세한 스파이크성 신호(Sspk)가 도 1에 보여진 바와 같이 발생하게 된다. 현재 액츄에이터에 사용되고 있는 모터의 경우 코일 감이가 3개로 구성되어 있기 때문에 3개의 스파이크성 신호를 카운트하면 모터는 1회전을 하게 되는 것이다. 본 발명은 이를 이용하여 모터의 회전량이 적절하게 조절되어 도어가 사용자 원하는 위치에 있도록 액츄에이터를 제어한다.

도 2는 본 발명에 따른 차량용 공조기의 액츄에이터 제어장치의 블록도를 나타낸다. 도 2에 나타낸 액츄에이터 제어장치는 인가되는 전압에 따라 정/역 회전하는 직류(DC) 모터(motor; M)가 장착된 액츄에이터(40)와, 액츄에이터(40)의 모터(M)에 양(+)/음(-) 전압을 인가하여 정/역 회전으로 구동시키기 위한 하이브리드방식의 모터드라이브(Motor Drive)(20)를 구비한다. 여기서, 액츄에이터(40)는 별도의 피드백회로 구성없이 감속기어와 레버로 연결된 DC 모터만을 장착하면 된다. 도 2의 액츄에이터 제어장치는 또한, 액츄에이터(40)의 모터(M)에 걸리는 전압을 감지하기 위한 센싱저항(50)과, 감지된 전압에 실려있는 스파이크성 신호(도 1의 "Sspk" 파형 참조)를 검출하여 그에 대응하는 구형파 펄스를 발생하기 위한 펄스발생부(30)를 구비한다. 펄스발생부(30)의 상세구성은 도 3을 통해 후술한다. 한편, 도 2의 액츄에이터 제어장치는 사용자 조작에 따라 모터드라이브(20)를 구동시키며, 펄스발생부(30)에서 발생되는 구형파 펄스를 카운트하여 모터(M)의 회전수를 계산하고 그에 따라 액츄에이터(40)를 제어하는 마이크로콘트롤러(10)를 구비한다.

도 3은 도 2 펄스발생부(30)의 상세블록도를 나타낸다. 도 3에 나타낸 펄스발생부(30)는 액츄에이터(40)의 모터(M)에서 감지된 신호를 필터링하여 직류(DC)성분을 제거하기 위한 고역통과필터(High Pass Filter; HPF)(31)와, 고역통과필터링된 모터신호를 필터링하여 고주파성분인 스파이크성 신호만을 검출해내기 위한 대역통과필터(Band Pass filter; BPF)(32)로 이루어진다. 도 3의 펄스발생부(30)는 또한, 고역 및 대역통과필터를 차례로 통과한 신호를 일정크기로 증폭하기 위한 증폭기(33), 일정크기로 증폭된 신호를 구형파 펄스로 만들기 위한 비교기(34), 및 비교기(34)에서 만들어진 구형파 펄스를 일정한 주기를 가진 안정된 구형파 펄스로 발생하기 위한 단안정멀티바이브레이터(35)로 이루어진다.

이러한 구성을 갖는 본 발명에 따른 차량용 공조기의 액츄에이터 제어장치에 대한 동작을 도 4 및 도 5를 통해 구체적으로 설명한다.

운전자가 자동차에 탑승 후 키를 "온(ON)"하여 시동을 키면(단계 501), 각각의 액츄에이터(40)에서는 보정을 실시한다. 이는 모터(M)의 외란에 의해 펄스오차가 누적되는 것을 방지하기 위함이다. 이를 위해서, 마이크로콘트롤러(10)는 모터 드라이브(20)를 구동시켜 액츄에이터(40) 도어의 시작점으로 모터(M)를 회전시킨 후(단계 502), 저장되었던 위치 즉, 시동을 꺼를 때의 도어 위치(이하, 이전 목표점)로 액츄에이터(40)를 제어한다(단계 503). 마이크로콘트롤러(10)는 저장되어 있는 목표점에 해당하는 모터 회전수만큼 모터드라이브(20)를 구동시켜 액츄에이터(40)내 모터(M)를 회전시킨다. 모터(M)의 회전에 따라 해당 도어가 이전 목표점에 위치하게 된다. 이때, 펄스발생부(30)는 센싱저항(50)에 의해 감지된 액츄에이터(40)내 모터(M)신호에 실려있는 도 1에 보여진 바와 같은 스파이크성 신호(Sspk)를 마이크로콘트롤러(10)에서 처리할 수 있는 구형파 펄스로 발생한다. 마이크로콘트롤러(10)는 펄스발생부(30)에서 발생되는 구형파 펄스를 카운트하고(단계 504), 카운트값으로부터 모터(M)의 회전수를 계산하여 도어가 이전 목표점에 위치했는 지를 판단한다(단계 505). 여기서는 모터가 1회전할 때마다 3개의 스파이크성 신호 즉, 펄스가 발생하므로 120도의 분해능을 가지게 된다. 단계 505에서 이전 목표점에 위치했다고 판단되면, 마이크로콘트롤러(10)는 모터드라이브(20) 구동을 중지시켜 액츄에이터(40)내 모터(M)의 회전을 멈추도록 한다. 단계 505에서 이전 목표점에 위치하지 않았다고 판단되면, 마이크로콘트롤러(10)는 단계 503부터 단계를 반복수행한다.

이러한 과정을 통해 각각의 액츄에이터(40)에 대한 보정이 완료되면, 마이크로콘트롤러(10)는 사용자 조작 여부를 판단한다(단계 506). 즉, 운전자가 차량용 공조시스템상의 스위치들(미도시)을 조작하여 도어 액츄에이터(40)를 작동시키면, 마이크로콘트롤러(10)는 사용자 조작에 의해 새롭게 설정되는 목표점까지의 펄스 수를 연산한 후(단계 507), 목표점으로 모터(M) 회전을 시작한다(단계 508). 마이크로콘트롤러(10)는 모터(M)의 정/역 회전방향을 결정하여 모터드라이브(20)를 구동시킨다. 모터드라이브(20)는 마이크로콘트롤러(10)의 제어에 따라 구동하여 액츄에이터(40)내 모터(M)에 소정의 양(+)/음(-) 전압을 인가한다. 액츄에이터(40)내 모터(M)는 모터드라이브(20)로부터 인가되는 소정의 양(+)/음(-) 전압에 따라 정/역방향으로 회전하여 도어 위치를 조절한다. 이때, 모터(M)에 직렬연결된 센싱저항(50)은 모터(M)에 걸리는 전압을 감지한다. 이 전압은 모터(M)의 정회전시에는 인가전압 레벨에서 감지되고, 역회전시에는 접지레벨에서 감지가 된다. 센싱저항(50)에서 감지되는 전압은 도 1에 보여진 바와 같이 DC성분의 신호에 스파이크성 신호가 실린 형태이다. 펄스발생부(30)는 센싱저항(50)에서 감지된 신호를 입력받아 고역통과필터(HPF)(31)를 통해 필터링하여 DC성분을 제거하고, 도 4의 (가)에 보여진 바와 같은 AC성분의 스파이크성 신호만을 검출한다. 여기서, 고역통과필터(31)를 통과한 도 4의 (가) 파형은 고주파와 저주파를 동시에 포함한 신호이다. 펄스발생부(30)는 고역통과필터(31)에서 출력되는 도 4의 (가) 파형의 신호를 45∼55㎑의 통과 대역을 갖는 대역통과필터(BPF)(32)를 통해 필터링하여 저주파성분을 제거하고, 도 4의 (나)에 보여진 바와 같은 고주파성분의 스파이크성 신호만을 검출한다. 그러나, 도 4의 (나) 파형은 마이크로콘트롤러(10)에서 처리하기 어려운 미세 전압 레벨의 신호이므로, 펄스발생부(30)에서는 증폭기(33)를 통해 일정크기로 신호를 증폭한다. 그런 다음, 디지털신호로 변환하기 위해 비교기(34)를 통해 도 4의 (다)에 보여진 바와 같은 구형파 펄스를 만들어준다. 그러나, 도 4의 (다)에 보여진 구형파 펄스는 주기가 매우 짧은 신호이므로 마이크로콘트롤러(10)에서 인식이 가능하도록 단안정 멀티바이브레이터(35)를 통해 도 4의 (라)에 보여진 바와 같은 일정한 주기를 가진 안정된 구형파를 발생하여 마이크로콘트롤러(10)에 인가한다.

마이크로콘트롤러(10)에서는 펄스발생부(30)에서 발생되는 도 4의 (라)에 보여진 바와 같은 구형파 펄스를 카운트한다(단계 509). 마이크로콘트롤러(10)는 카운트값이 앞서 연산한 목표점까지의 펄스 수에 도달했는 지를 체크한다(단계 510). 체크결과 카운트값이 목표 펄스수에 도달하지 않았으면 단계 508부터 단계를 반복 수행하고, 도달했으면 마이크로콘트롤러(10)는 도어가 목표점에 위치한 것으로 판단하여 모터드라이브(20)의 구동을 중지시켜 모터(M)가 정지되도록 한다(단계 511).

상술한 바와 같이, 본 발명의 차량용 공조기의 액츄에이터 제어방법 및 그 장치는, 차량용 공조기의 도어 액츄에이터 모터의 회전자와 브러쉬의 접촉에 의해 발생하는 전압의 미세한 변동을 이용하여 모터의 회전수를 계산하므로써 액츄에이터 내부에 별도의 피드백회로 없이 원하는 위치로 액츄에이터를 제어할 수 있는 효과를 갖는다. 아울러, 액츄에이터 내부에 DC 모터만을 장착하면 되므로 단가를 줄이고 조절장치간에 서로 공용화할 수 있는 잇점을 제공한다.

Claims

차량용 공조기의 도어 액츄에이터 제어방법에 있어서,

(1) 상기 액츄에이터내 모터가 회전할 때 기계적인 접촉에 의해 발생하게 되는 스파이크성 신호를 검출하는 단계;

(2) 상기 검출된 스파이크성 신호로부터 모터의 회전수를 계산하는 단계; 및

(3) 상기 계산된 회전수에 따라 상기 액츄에이터를 제어하여 도어를 원하는 위치로 조절하는 단계를 포함하는 액츄에이터 제어방법.
제 1항에 있어서, 상기 단계 (1)은

(1a) 사용자 조작에 의해 상기 도어의 목표점이 설정되면, 설정된 목표점까지의 펄스 수를 연산하는 단계;

(1b) 상기 액츄에이터내 모터를 회전시키고, 회전하는 모터에 걸리는 전압을 감지하는 단계;

(1c) 상기 감지된 모터의 전압신호를 필터링하여 상기 스파이크성 신호만을 검출해내는 단계; 및

(1d) 상기 검출해낸 스파이크성 신호를 일정크기로 레벨 증폭한 후 구형파 펄스형태로 출력하는 단계를 구비함을 특징으로 하는 액츄에이터 제어방법.
제 2항에 있어서, 상기 단계 (1c)는 상기 감지된 모터의 전압신호를 고역통 과필터링하여 DC성분을 제거하고, DC성분이 제거된 신호를 소정의 대역통과필터링을 통하여 고주파성분인 스파이크성 신호만을 검출함을 특징으로 하는 액츄에이터 제어방법.
제 1항에 있어서, 상기 단계 (2)는 상기 검출된 스파이크성 신호를 카운트하고, 상기 모터의 1회전당 발생하게 되는 스파이크성 신호의 갯수에 근거하여 카운트값으로부터 모터의 회전수를 계산함을 특징으로 하는 액츄에이터 제어방법.
제 2항에 있어서, 상기 단계 (2)는 상기 구형파를 펄스 카운트함을 특징을 하는 액츄에이터 제어방법.
제 5항에 있어서, 상기 단계 (3)은 상기 카운트된 펄스 수가 상기 연산한 목표점까지의 펄스 수에 도달했는지를 판단하고, 판단결과 도달했으면 상기 모터가 정지되도록, 도달하지 않았으면 도달할 때까지 모터가 회전되도록 제어함을 특징으로 하는 액츄에이터 제어방법.
제 1항에 있어서, 상기 차량의 시동을 걸면 상기 모터의 외란에 의한 펄스오차 누적을 방지하기 위해, 도어의 시작점으로 모터를 회전시킨 후 저장되어 있는 도어의 이전 목표점으로 모터를 회전시키는 보정을 상기 단계들을 통해 사전 실시함을 특징으로 하는 액츄에이터 제어방법.
차량용 공조기의 도어 액츄에이터를 제어하기 위한 장치에 있어서,

감속기어와 레버로 연결된 DC 모터만을 장착하고 있는 액츄에이터;

상기 액츄에이터내 모터를 구동하기 위한 모터드라이브;

상기 모터에 직렬로 연결되어, 모터에 걸리는 전압을 감지하기 위한 센싱저항;

상기 센싱저항에서 감지된 모터 전압신호에 실려있는 소정의 스파이크성 신호를 검출하여 구형파 펄스로 발생하기 위한 펄스발생부; 및

상기 도어의 목표점에 따라 상기 모터의 정/역 회전 방향을 결정하여 상기 모터드라이브로 모터구동신호를 내보내어 액츄에이터를 제어하며, 상기 펄스발생부에서 발생되는 구형파를 펄스 카운트하여 모터의 회전수를 계산하고 그에 따라 상기 액츄에이터를 제어하여 도어를 원하는 위치로 조절하는 마이크로콘트롤러를 포함하는 액츄에이터 제어장치.
제 8항에 있어서, 상기 스파이크성 신호는 상기 액츄에이터내 모터가 회전할 때 기계적인 접촉에 의해 발생하며, 모터의 회전자인 코일 감이의 갯수만큼 모터 1회전당 스파이크성 신호가 발생함을 특징으로 하는 액츄에이터 제어장치.
제 9항에 있어서, 상기 펄스발생부는

상기 센싱저항에 의해 감지된 모터 전압 신호를 필터링하여 DC성분을 제거하 기 위한 고역통과필터;

45∼55㎑의 주파수 통과 대역을 가지며, 상기 고역통과필터에서 DC성분이 제거된 모터 전압 신호를 필터링하여 고주파성분의 스파이크성 신호만을 검출하기 위한 대역통과필터;

상기 대역통과필터에서 검출된 고주파성분의 스파이크성 신호의 레벨을 일정크기로 증폭하기 위한 증폭기;

상기 일정크기로 레벨 증폭된 스파이크성 신호를 구형파로 변환하기 위한 비교기; 및

상기 비교기에서 변환된 구형파의 스파이크성 신호를 상기 마이크로콘트롤러에서 인식 가능하도록 일정한 주기를 가진 안정된 구형파 펄스로 발생하기 위한 단안정멀티바이브레이터를 구비함을 특징으로 하는 액츄에이터 제어장치.