KR100670848B1 - 공조장치의 디씨모터 엑츄에이터 제어 방법 - Google Patents

공조장치의 디씨모터 엑츄에이터 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자동차 공조 장치의 디씨모터 액츄에이터 제어 방법에 관한 것으로, 상기 공조장치에 인가되는 배터리 전압을 검출하는 제1단계; 상기 제1단계의 입력전압에 따라 증감된 감속구간을 결정하는 제2단계; 상기 제1단계의 입력전압에 따라 감속도의 패턴을 결정하는 제3단계; 및 상기 제2단계와 제3단계의 결정 상태에 대응하는 PWM출력을 인가하는 제4단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 제4단계는 입력전압이 높을수록 연장되는 감속구간에서 초기에 급감속하고, 입력전압이 낮을수록 단축되는 감속구간에서 말기에 급감속한다. 따라서, 차량용 자동온도 조절장치(ATC)의 기능 수행에 있어서 정확한 위치이동을 유도하고 모터 엑츄에이터의 구동에 따른 노이즈를 저감하고, 빠른 시간에 정확한 위치 제어를 찾을 수 있도록 하여 탑승자에게 쾌적함과 편의성을 증대하는 효과가 있다.
공조, 온도조절, 엑츄에이터, 펄스, PWM, 노이즈

Description

공조장치의 디씨모터 엑츄에이터 제어 방법{Method for controlling a DC motor actuator of air conditioner}
도 1은 종래의 공조장치 제어원리를 나타내는 그래프,
도 2는 본 발명에 따른 자동차 공조장치의 DC 모터 엑츄에이터 제어 방법을 설명한 플로우차트,
도 3은 본 발명에 따른 DC 모터 액츄에이터 제어원리를 나타내는 그래프,
도 4는 본 발명에 따른 배터리전압에 따른 DC 모터 액츄에이터의 감속구간 가변 제어 방식을 나타낸 그래프,
도 5는 본 발명에 따른 배터리전압에 따른 DC 모터 액츄에이터의 제어중 감속도를 가변시키는 제어 방식을 나타낸 그래프.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *
S10 ~ S40: 제1단계 ~ 제4단계
본 발명은 자동차의 공조장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 차량용 자동온도 조절장치(Automatic Temperature Controller:ATC)의 작동에 있어 정확한 위치이동을 유도하고 모터 엑츄에이터의 구동에 따른 노이즈를 방지하는 공조장치의 디씨모터 엑츄에이터 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로, 자동차의 공조장치는 덕트 상에 구비되는 히터, 에어컨, 블로워, 댐퍼기구(도어)를 이용하여 실내의 온도를 적정한 범위로 유지한다. 댐퍼기구는 온풍과 냉풍의 혼합비로 온도를 조절하는 에어믹스도어(AMD) 외에 풍향을 결정하기 위한 벤트도어, 풋도어, 디프도어 등으로 구성된다. 이와 같은 도어 및 각종 밸브류는 정확한 위치 제어를 위한 모터 엑츄에이터(Motor Actuator)와, 그 회전축에 연동되는 저항값(PBR: Potentiometer Balance Resister)에 의한 위치 데이터를 발생하는 포텐쇼미터(Potentiometer)를 구비한다.
한편, 일본국 공개특허공보 특개평7-309120호에서 칼소닉스주식회사에 의한 "자동차용 공기조화장치의 모터 엑츄에이터 제어장치"는 『듀티 비례제어에서, 도어가 소정 시간내에 목표위치에 도달하지 않거나 또는 엔코더로부터 동일한 위치신호가 계속해서 출력되는 경우에 모터의 출력 토크가 도어의 부하 토크 이상으로 되도록 시간의 경과에 따라서 모터에 펄스 구동신호의 듀티 비율을 증가시킨다.』를 개시하고 있다.
종래의 어느 경우 또는 기존 PBR 타입의 모터 액츄에이터(Motor Actuator) 제어 방식의 경우, 도 1에 나타내는 바와 같이 목표값을 기준으로 펄스제어를 하는 범위내에 도달할 때까지는 무조건 전압을 인가하여 최고 속도로 이동하게 하고, 펄스제어 범위내에서 목표위치까지는 전압 인가를 정지시킨 후 불연속적인 펄스를 정해진 횟수만큼 인 가하는 방식을 택한다.
그러나, 이러한 방식에 의하면 저전압에서는 목표범위내에 도달하지 못하거나 그 시간이 너무 오래 걸리고, 고전압에서는 계속적인 오버런(overrun)이 발생하는 문제점이 있다. 이는 공조장치에 의한 자동온도조절 기능을 수행함에 있어서 정확한 위치이동을 지연시키고 엑츄에이터의 구동에 따른 노이즈를 유발한다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로써, 자동온도 조절장치(ATC)의 기능 수행에 있어서 정확한 위치이동을 유도하고 모터 엑츄에이터의 구동에 따른 노이즈를 방지하여 탑승자에게 쾌적함과 편의성을 증대하는 공조장치의 디씨모터 엑츄에이터 제어방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 자동차 공조장치의 디씨모터 엑츄에이터를 제어하는 방법에 있어서: 상기 공조장치에 인가되는 배터리 전압을 검출하는 제1단계; 상기 제1단계의 입력전압에 따라 증감된 감속구간을 결정하는 제2단계; 상기 제1단계의 입력전압에 따라 감속도의 패턴을 결정하는 제3단계; 및 상기 제2단계와 제3단계의 결정 상태에 대응하는 PWM출력을 인가하는 제4단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 공조 장치의 디씨모터 액츄에이터 제어 방법을 제공한다.
본 발명의 다른 특징으로, 상기 제4단계는 입력전압이 높을수록 연장되는 감속 구간에서 초기에 급감속하고, 입력전압이 낮을수록 단축되는 감속구간에서 말기에 급감속한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 자동차 공조장치의 디씨모터 엑츄에이터 제어 방법을 설명한 플로우차트, 도 3은 본 발명에 따른 DC모터 액츄에이터의 제어원리를 나타내는 그래프, 도 4는 본 발명에 따른 배터리전압에 따른 DC 모터 액츄에이터의 감속구간 가변 제어 방식을 나타낸 그래프, 도 5는 본 발명에 따른 배터리전압에 따른 DC 모터 액츄에이터의 제어중 감속도를 가변시키는 제어 방식을 나타내는 그래프이다.
본 발명은 PBR 타입의 모터 액츄에이터(Motor Actuator)에 인가되는 전압을 단순 온/오프(ON/OFF) 방식에서 PWM 진폭 방식으로 변경하고, 자동온도조절장치에 인가되는 차량 배터리 전압을 입력받아 이를 기준으로 PWM 진폭을 가변하여 불연속적인 펄스 인가로 인한 이상 소음을 제거하고, 저전압에서도 안정적인 목표범위 도달 및 시간 단축을 가능하도록 하였다.
즉, 현재 위치에서 목표값까지 이동시킴에 따라 피드백(Feedback)되는 전압(Voltage)을 기준으로 PWM 진폭을 변화시켜 목표값에서 먼위치에서는 최고 속도로 이동하고 가까워질수록 속도를 줄이는 가변속도제어방식이다.
또한, 디씨 모터 엑츄에이터(DC Motor Actuator)는 입력되는 배터리 전압에 따라 그 구동속도가 달라지므로 자동온도조절장치에 입력되는 배터리 전압을 참고하여 감속도 및 감속이 일어나는 구간을 가변함으로써 저전압에서 목표값에 도달 못하거나, 고 전압에서 목표값을 지나치는 문제를 해결하고자 하였다.
본 발명은 자동차 공조장치의 디씨모터 엑츄에이터를 제어하는 방법에 관련된다. 특히 자동차용 자동온도 조절장치(ATC)에서 공조 모듈의 모터 엑츄에이터의 제어에 관련되는 바, 여기서 모터 엑츄에이터는 일예로 마이컴(미도시)의 제어신호를 받아 공기 혼합 도어(AMD)의 위치를 조절하는 역할을 수행한다. 마이컴은 각종 센서(미도시)의 입력신호를 입력하여 연산하고 이에 대응한 냉/온공기 혼합율, 내/외기 혼합율 등을 결정하여 모터 엑츄에이터로 제어신호를 출력한다.
이때 본 발명의 마이컴에는 후술하는 4단계 작동의 수행을 위한 프로그램이 탑재된다. 제어 알고리즘은 도 3에 도시하는 것처럼 펄스폭을 달리하는 PWM(Pulse Width Modulation) 출력을 인가하는 것으로 요약된다. 물론 마이컴은 PWM 출력의 듀티를 가변하기 위한 구동회로를 구비한다.
우선, 본 발명의 제1단계(입력전압 검출 단계)(S10)는 상기 공조장치에 인가되는 배터리 전압을 검출한다. 인가되는 전압에 따라 DC 모터 엑츄에이터의 구동속도가 달라지는 점에 착안하여 자동온도 조절장치(ATC)에 공급되는 전압을 검출한다. 검출에 있어서 배터리 저전압을 검출하는 통상의 방식을 적용할 수 있다. 주기적으로 검출되는 입력전압 데이터를 일시적으로 갱신 저장하면서 그때마다 설정된 정상범위를 기준으로 하여 낮은 상태인지 높은 상태인지를 판단한다.
본 발명의 제2단계(감속구간 결정 단계)(S20)에서 상기 제1단계(S10)의 입력전압에 따라 증감된 감속구간을 결정하고, 본 발명의 제3단계(감속도 결정 단계)(S30)에서 상기 제1단계(S10)의 입력전압에 따라 감속도의 패턴을 결정한다. 입력전압이 정상 보다 높은 경우와 낮은 경우에 따라 감속구간의 거리 및 감속도의 변화율을 달리하여 모터 엑츄에이터가 다른 패턴으로 작동하도록 한다. 마이컴의 메모리에는 감속구간 및 감속도 패턴을 결정하기 위한 데이터 테이블이 저장된다. 그 구체적인 결정 알고리즘은 후술하는 도 4 및 도 5를 참조한다.
마지막으로, 본 발명의 제4단계(PWM 출력 인가 단계)(S40)는 상기 제2단계(S20)와 제3단계(S30)의 결정 상태에 대응하는 PWM출력을 인가한다. 종래의 도 1에서 부호 'A'는 통상적인 온 출력 상태에서 펄스출력이 인가되면서 모터 엑츄에이터의 작동 상태가 변화되는 위치이다. 이 위치를 지난 후에는 적절한 펄스전압이 간헐적으로 인가되어 모터 엑츄에이터의 회전이동 속도를 늦추게 된다. 반면 본 발명에 의하면 도 3처럼 펄스출력에 의한 감속구간의 시작점 'A'위치에서 듀티가 변동하는 PWM 출력을 발생하는 것을 특징으로 한다.
이때, 본 발명의 상기 제4단계(S40)는 입력전압이 높을수록 연장되는 감속구간에서 초기에 급감속하고, 입력전압이 낮을수록 단축되는 감속구간에서 말기에 급감속한다. 입력전압이 높으면 모터 엑츄에이터의 구동력이 강하여 관성력이 크므로 미리 급감속을 진행하고, 입력전압이 낮으면 상대적으로 관성력이 작으므로 마지막 단계에서 급감속을 진행하여 목표위치를 유지한다.
도 4에서 부호 'A'의 위치는 입력전압이 정상 배터리 전압시의 경우이고, 부호 'A1'의 위치는 입력전압이 정상 배터리 전압을 초과하는 경우이며, 부호 'A2'의 위치는 입력전압이 정상 배터리 전압에 미달하는 경우이다. 모터 엑츄에이터에 전원을 인가하여 현재의 위치에서 목표위치로 이동함에 있어서 입력전압이 높으면 정상 위치보다 일 찍 감속을 개시하고 입력전압이 낮으면 정상 위치보다 늦게 감속을 개시한다. 전자는 감속구간을 연장하고, 후자는 감속구간을 단축하는 의미이다. 일예로 'A'의 위치가 현재위치로부터 목표위치에 3% 까지 근접하는 범위라면 'A1'위치는 5% 까지 근접하고,'A2'위치는 1% 까지 근접하는 범위로 설정할 수 있다.
도 5에서, 자동온도 조절장치에 인가되는 입력전압이 정상 배터리 전압보다 높은 경우 'A'의 위치로부터 이동하는 초기에 급감속을 수행하고 이후에 완만하게 감속한다. 반대로 입력전압이 정상 배터리 전압보다 낮은 경우 초기에 완만하게 감속하고 이후 목표지점에 근접하여 급감속을 수행한다.
다시 도 3을 참조하여 구체적인 작동의 일예를 살피면 본 발명은 자동온도 조절장치의 블로워(Blower)에 인가되는 입력전압을 기준으로 정상 배터리 전압보다 높으면 PWM 감속구간을 연장하여 정상보다 일찍 출력을 발생하면서 초기에 듀티를 크게 하여 급감속을 수행한다. 이와 반대로 입력전압이 정상 배터리 전압보다 낮으면 PWM 감속구간을 축소하여 정상보다 늦게 출력을 발생하면서 말기에 듀티를 크게 하여 급감속을 수행한다.
한편, 본 발명에서 도 4 및 도 5처럼 마이컴이 선형적인 입력전압에 대응하는 무수한 데이터로 결정하는 것에 국한되지 않으며 적절한 수로 분할되는 불연속 데이터로 처리하는 것도 가능하다.
본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위 에 속한다 해야 할 것이다.
이상의 구성 및 작용에 따르면 본 발명은 자동온도 조절장치(ATC)의 기능 수행에 있어서 정확한 위치이동을 유도하고 모터 엑츄에이터의 구동에 따른 노이즈를 저감하고, 빠른 시간에 정확한 제어 위치를 찾을 수 있도록 하여 탑승자에게 쾌적함과 편의성을 증대하는 효과가 있다.

Claims (2)

  1. 자동차 공조장치의 디씨모터 엑츄에이터를 제어하는 방법에 있어서:
    상기 공조장치에 인가되는 배터리 전압을 검출하는 제1단계(S10);
    상기 제1단계(S10)의 입력전압에 따라 증감된 감속구간을 결정하는 제2단계(S20);
    상기 제1단계(S10)의 입력전압에 따라 감속도의 패턴을 결정하는 제3단계(S30); 및
    상기 제2단계(S20)와 제3단계(S30)의 결정 상태에 대응하는 PWM출력을 인가하는 제4단계(S40)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 공조장치의 디씨모터 엑츄에이터 제어방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제4단계(S40)는 입력전압이 높을수록 연장되는 감속구간에서 초기에 급감속하고, 입력전압이 낮을수록 단축되는 감속구간에서 말기에 급감속하는 것을 특징으로 하는 공조장치의 디씨모터 엑츄에이터 제어방법.
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