KR100748882B1

KR100748882B1 - 엔진 회전수 보정기법을 이용한 벨트형 하이브리드전기차량의 고신뢰성 센서리스 모터 제어방법

Info

Publication number: KR100748882B1
Application number: KR1020050110492A
Authority: KR
Inventors: 지상우
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2005-11-18
Filing date: 2005-11-18
Publication date: 2007-08-13
Also published as: KR20070052806A

Abstract

본 발명은 차량 주행이 시작된 후 엔진 회전수 보정기법 및 역기전력 이용한 ISG 회전수 추정기법을 위한 ISG 회전수 측정이 가능한지를 확인하는 제1단계; 상기 제1단계의 확인결과, ISG 회전수 측정이 가능한 경우 ISG 회전수를 모니터링하여 ISG에 이상이 발생하였는지를 확인하는 제2단계; 및 상기 제2단계의 확인 결과, ISG에 이상이 발생하지 않은 경우 계속해서 ISG 회전수를 모니터링하고, ISG에 이상이 발생한 경우 엔진 회전수 보정기법 및 역기전력을 이용한 ISG 추정기법을 이용하여 ISG 제어보정을 하는 제3단계;를 포함하는 것으로서, 하이브리드 전기 차량에서 벨트의 이상을 자동 점검할 수 있는 알고리즘을 개발하여 벨트 이상을 점검하기 위한 별도의 시스템을 구비하지 않고도 벨트의 장력 이상이나 벨트에 연결된 기기의 이상 동작 등을 손쉽게 점검 확인할 수 있다.

엔진 회전수, 역기전력, ISG, 제로 크로싱 전압.

Description

엔진 회전수 보정기법을 이용한 벨트형 하이브리드 전기차량의 고신뢰성 센서리스 모터 제어방법{Robust sensorless motor control of Hybrid Vehicle with engine RPM}

도 1은 벨트형 하이브리드 전기차량 시스템을 보인 개략도이다.

도 2는 직결형 하이브리드 전기차량 시스템을 보인 개략도이다.

도 3은 벨트형 하이브리드 전기차량의 제어시스템을 보인 도면이다.

도 4는 직결형 하이브리드 전기차량의 제어시스템을 보인 도면이다.

도 5는 벨트형 하이브리드 전기차량의 제어시스템을 보인 개략도이다.

도 6 및 도 7은 센서에 의해 측정된 크랭크 축 온도에 의해 추정되는 벨트 온도를 보인 그래프이다.

도 8은 벨트 온도 추정 회귀선 적용한 그래프이다.

도 9는 하이브리드 전기차량에 장착된 모터 제어를 위한 시스템 구성도이다.

도 10은 센서리스 하이브리드 전기차량에 장착된 모터 제어를 위한 시스템 구성도이다.

도 11은 엔진 회전수와 모터 회전수를 이용하여 모터 구동을 제어하는 시스템 구성도이다.

도 12는 엔진회전수와 모터회전수, 고정자 역기전력 등을 이용하여 모터 구 동을 제어하는 시스템 구성도이다.

도 13은 본 발명에 의한 하이브리드 전기차량의 모터 제어를 위한 시스템 구성도이다.

도 14는 구동모터 제어회로로 구동모터의 구동을 제어하면서 역기전력 측정회로를 이용하여 역기전력을 측정하는 회로도이다.

도 15는 센서리스 하이브리드 모터의 회전자와 고정자의 배치상태를 보인 도면이다.

도 16은 도 15에 개시된 고정자에 감겨진 3상 권선도이다.

도 17은 도 15에 개시된 3상에 6개의 회로 스위치를 ON/OFF에 따라 인가되는 전류 파형을 나타낸 그래프이다.

도 18은 역기전력 신호를 이용한 센서리스 모터제어를 위한 3상에 인가되는 인가전류와 이로부터 얻어지는 역기전력의 일 예를 나타낸 것이다.

도 19는 3상에 인가되는 인가전류와 이로부터 얻어지는 역기전력이 만나는 제로 크로싱 전압을 나타낸 그래프이다.

도 20 및 도 21은 역기전력 측정회로 및 작동원리를 나타낸 도면이다.

도 22는 역기전력을 이용하여 ISG 회전수를 추정하는 과정을 보인 흐름도이다.

도 23은 엔진 회전수에 의해 ISG 회전속도를 추정하는 과정을 보인 흐름도이다.

도 24는 엔진 회전수 보정과 역기전력을 이용한 ISG 회전수 추정을 통해 ISG 회전속도를 검출하는 과정을 보인 흐름도이다.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11 : 엔진 12 : 변속기

13 : ISG 14 : 엔진 ECU

15 : ISG 제어기 16 : 벨트

17 : 에어컨 18 : 파워 스티어링

19 : 워터 펌프 20 : ISG 풀리

21 : 엔진 크랭크 축 풀리 22, 29, 48, 57 : 구동모터

23, 30, 58 : 모터 구동회로 24, 31 : 엔진 제어기

25, 32, 38, 42, 47 : 하이브리드 제어기

26, 37, 40, 45 : 레졸버 27 : 회전자 위치 분석부

28, 35 : 모터 제어 알고리즘 반영부

33, 41, 46 : 고정자 역기전력 측정부

34 : 고정자 위치 분석부 36, 39, 44 : 크랭크 각 센서

49, 53 : 역기전력 측정회로 50 : 고정자

51 : 회전자 54 : 역기전력 신호 비교부

55 : 상간 역기전력 비교부

56 : 역기전력 신호 판단 회로

본 발명은 엔진 회전수 보정기법을 이용한 벨트형 하이브리드 전기차량의 고신뢰성 센서리스 모터 제어방법에 관한 것이다.

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자동차 산업에 있어 요구되는 장래기술의 하나로서 지구 온난화, 석유화, 석유자원 고갈 및 도심의 대기환경 악화 등에 대처하기 위해 효율이 높고 및 공해가 적게 하는 차량의 개발이 절실히 요구되고 있다.

이러한 요구에 따라 차량의 연비를 기존 차량에 비해 크게 향상시킬 수 있는 하이브리드 전기 자동차에 대한 개발이 상당한 진척을 가져오고 있다. 통상적으로, 하이브리드 전기 차량(Hybrid Electric Vehicle)은 가솔린 차량의 기술과 전기차량의 기술을 적절히 조합한 차량 형태로 구성된다.

하이브리드 전기 차량은 동력원의 사용방법에 따라 다양한 구조와 주행방법을 가지는데, 그 중에 가장 널리 개발되고 있는 대표적인 형태의 하이브리드 전기 차량은 병렬형 하이브리드 전기 차량(Parallel Hybrid Electric Vehicle), 직결형 하이브리드 전기차량(Seris Hybrid Electric Vehicle)이며, 본 발명은 병렬형 하이브리드 전기 차량에 관한 것이다.

병렬형 하이브리드 전기 차량은 일반적인 전기 차량과 마찬가지로 모터와 배터리를 동력원으로 이용하여 차량을 구동시키며 동시에 또는 독립적으로 엔진, 가스 터빈 등의 내연기관을 직접 구동시키는 전기 차량을 일컫는다.

하이브리드 전기 차량은 하이브리드 모드시에는 엔진은 정지되고 순수한 배터리 힘으로 트랜션 모터에 전류를 가해 차량을 구동하므로 일반적인 가솔린 차량에 비해 훨씬 낮은 수준의 배기가스를 방출하고 좋은 연비를 가질 수 있으며, 전기 차량에 비해서는 훨씬 긴 주행거리를 가지는 장점이 있다.

일반적으로 하이브리드 전기 차량에서는 엔진에 동기 발전기(alternator), 펌프, 에어컨 등이 벨트로 구성되어 연결되어 있다. 그러나, 상기한 벨트는 장기간 사용으로 인해 장력이 저하되고, 이로 인해 벨트와 풀리 사이의 미끄러짐이 발생하기도 하며, 그 벨트에 연결된 각종 기기들의 오동작의 원인이 되기도 한다.

지금까지는 이 벨트의 이상 유무를 확인하기 위해서는 본넷을 열어 장력을 점검하거나 벨트에 연결된 기기의 동작이 잘 되고 있는지 점검함으로써 간접적으로 이를 확인하는 방법을 이용하고 있다.

그러나, 이와 같이 간접적으로 벨트의 이상 유무를 확인하는 방법은 차량의 구조 등에 해박한 지식이 있는 운전자나 할 수 있는 것이며, 설사 이를 확인할 수 있다고 하더라도 그 시기가 이미 늦어 교체시기를 넘기게 되는 경우가 많다. 또한, 벨트를 자동 점검하기 위해 추가 시스템을 설치하는 것도 생각해 볼 수 있으나, 이 경우에는 추가시스템 설치를 위한 비용 소요가 많다.

본 발명의 목적은 하이브리드 전기 차량에서 벨트의 이상을 자동 점검할 수 있는 알고리즘을 개발하여 벨트 이상을 점검하기 위한 별도의 시스템을 구비하지 않고도 벨트의 장력 이상이나 벨트에 연결된 기기의 이상 동작 등을 손쉽게 점검 확인할 수 있도록 하는 엔진 회전수 보정기법을 이용한 벨트형 하이브리드 전기차량의 고신뢰성 센서리스 모터 제어방법을 제공하는 데 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 엔진 회전수 보정기법을 이용한 벨트형 하이브리드 전기차량의 고신뢰성 센서리스 모터 제어방법은, 차량 주행이 시작된 후 엔진 회전수 보정기법 및 역기전력 이용한 ISG 회전수 추정기법을 위한 ISG 회전수 측정이 가능한지를 확인하는 제1단계; 상기 제1단계의 확인결과, ISG 회전수 측정이 가능한 경우 ISG 회전수를 모니터링하여 ISG에 이상이 발생하였는지를 확인하는 제2단계; 및 상기 제2단계의 확인 결과, ISG에 이상이 발생하지 않은 경우 계속해서 ISG 회전수를 모니터링하고, ISG에 이상이 발생한 경우 엔진 회전수 보정기법 및 역기전력을 이용한 ISG 추정기법을 이용하여 ISG 제어보정을 하는 제3단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 엔진 회전수 보정기법은, 엔진 회전수를 측정하는 단계; 상기 엔진 회전수에 의해 벨트 슬립 상수(K_slip)를 계산하는 단계; 상기 벨트 슬립 상수(K_slip)가 ISG 속도 보상에 반영되었는지를 확인하는 단계; 상기 벨트 슬립 상수(K_slip)를 ISG 속도 보상에 반영한 후 벨트 주변온도를 측정하는 단계; 상기 측정된 벨트 온도에 의해 벨트 온도 상수(K_temp)를 계산하는 단계; 및 상기 벨트 온도 상수(K_temp)가 ISG 속도 보상에 반영되었는지를 확인하여, 벨트 온도 상수(K_temp)를 ISG 속도 보상에 반영하여, ISG 회전속도를 추정하는 단계;를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 역기전력을 이용한 ISG 추정기법은, 구동모터 고정자의 A, B, C상에서 발생되는 역기전력을 측정하는 단계; 상기 A, B, C상의 역기전력이 정상적인 신호인지를 확인하는 단계; 상기 A, B, C상의 역기전력이 정상적이면 구동모터의 중성점 전압 신호를 측정하는 단계; 상기 역기전력 전압과 중성점 전압 신호의 비교 가능한지를 확인하는 단계; 및 상기 역기전력 전압이 0V를 중심으로 교차하는 제로 크로싱 전압(Zero Crossing Voltage)을 확인하여, 회전자 속도 추정하는 단계;를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 엔진 회전수 보정기법 및 역기전력을 이용한 ISG 추정기법은, 정상적인 ISG 회전속도가 검출되기까지 반복해서 이루어지는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

도 1 및 도 2는 벨트형 하이브리드 전기차량 시스템과 직결형 하이브리드 전기차량 시스템을 보인 것으로서, 배기가스 저감과 연비 향상을 위한 하이브리드 전기차량의 경우, 엔진(11)과 변속기(12) 외에 모터에 의해 주행 가능하도록 동력 제어를 한다. 이러한 구조에서 모터는 시동과 발전기능을 통합한 형태로 설계가 되어 개발 적용되고 있다. 이러한 통합형 시동 발전기, 즉 ISG(Intergrated Start Generator)(13)는 벨트형 하이브리드 전기차량의 약 5KW급, 직결형 하이브리드 전기차량의 경우 약 10KW급 내외로 개발되고 있다.

여기서, ISG(13)가 2개인 하드 타입(hard type) 하이브리드 전기차량도 기본적으로 직결형 하이브리드 전기차량과 제어개념은 동일하다.

TB HEV, Honda Civic HEV, Honda Insight, Toyota Prius 등과 같은 직결형 하이브리드 전기차량과 GM Silverado, Toyota Crown, PSA C3 등과 같은 벨트형 하이브리드 전기차량의 구동 제어는 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이 엔진 ECU(14)와 ISG 제어기(15)에 의한 제어로 나뉘어지고, 이들에 의한 제어가 조합되어 최적의 운전을 만든다.

도 5는 벨트 구동 병렬형 하이브리드 전기차량의 제어시스템을 보인 것으로서, 도시한 바와 같이, 벨트 구동타입의 경우, ISG와 엔진은 풀리와 벨트(16)로 각각 연결되어 있으며, 에어컨(17)과 파워 스티어링(18) 및 워터 펌프(19) 등은 벨트(16)에 의해 구동되도록 되어 있다. 여기서, ISG 풀리(20)와 엔진 크랭크축 풀리(21)는 일정한 풀리 비율로 회전한다. 즉, ISG 풀리(20)와 엔진크랭크축 풀리(21)는 그 축의 지름의 차이에 따라 원칙적으로 그 회전속도가 일정 풀리 비율만큼 차이가 발생하게 된다. 만일, 여기서 벨트(16)의 장력에 이상이 있어 각 풀리와 벨트(16) 사이에 미끌림이 발생되면 각각의 풀리(20)(21)의 회전속도의 비는 상기의 풀리 비율을 벗어나게 되어 기기 이상 등이 발생할 수 있다.

그 일 예로서 엔진 회전수가 800 rpm이고, ISG 회전수가 2000 rpm일 때 벨트 슬립율(Ks)을 고려하면, RPM 회전수의 영향을 받는 상수 Ks=0.98일 때 일정 실제 ISG 회전수는 1960 rpm이 된다. 이를 통해 엔진 회전수와 ISG 간의 회전속도를 추정할 수 있다.

여기서, 벨트 슬립상수는 회전수에만 관계되지 않고, 온도에 크게 좌우된다. 벨트를 감싸고 있는 각도(Wrap Angle)가 벨트가 온도 변화에 따라 팽창/수축되므로 이러한 각도에 대한 변위 편차를 회전수를 계산하는데 고려해야 하며, 이것은 온도의 함수로 아래와 같이 나타낼 수 있다.

- 벨트 슬립상수(K_slip) ;

ISG 회전속도 보상 = 엔진 회전수 * 0.975(엔진회전수 800 rpm 이하)

ISG 회전속도 보상 = 엔진 회전수 * 0.985(엔진회전수 800 ~ 1,300 rpm)

ISG 회전속도 보상 = 엔진 회전수 * 0.995(엔진회전수 1,300 ~ 3,000 rpm)

ISG 회전속도 보상 = 엔진 회전수 * 0.998(엔진회전수 3,000 ~ 8,000 rpm)

- 벨트 슬립온도상수(K_temp) ;

벨트온도 : -10℃ 이하 → ISG 회전수 * 0.935

벨트온도 : -10 ~ 15℃ → ISG 회전수 * 0.985

벨트온도 : 15 ~ 45℃ → ISG 회전수 * 0.995

벨트온도 : 45℃ 이상 → ISG 회전수 * 1

즉, 벨트 슬립율(Ks) = 벨트 슬립상수(K_slip) * 벨트 슬립온도상수(K_temp)가 된다.

여기서, 벨트온도를 엔진 작동시 직접 측정할 수 없으므로 크랭크축과 벨트 가까이의 온도를 측정하여 벨트의 온도를 추정할 수 있다.

그 하나의 방법을 설명하면, 엔진 크랭크축 주변벨트와 가까이에 설치된 온도센서에 의해 감지되는 온도가 약 60 ℃인 경우, 벨트의 온도는 약 45 ℃가 되며, 엔진 크랭크 축 온도가 약 90 ℃ 정도가 되는 경우 약 85 ℃ 수준의 온도 분포를 갖는다. 이에, 온도를 추정하는 도 6 및 도 7의 그래프를 산출할 수 있으며, 이를 수학식으로 표현하면, 아래와 같다.

벨트 추정온도 = 크랭크 축 주변온도 - (15 ~ 25 ℃)

온도범위는 엔진 장착이나 벨트장착구조에 따라 변하게 되나, 일반적으로 외부 온도에 비례하여 15 ~ 25 ℃의 차이를 가지는 것으로 추정할 수 있다. 즉, 외기온이 20 ℃ 미만인 경우는 약 15 ℃ 정도의 차이를 가지나, 외기온이 20 ℃ 이상인 경우 25 ℃ 이상의 온도상승이 나타난다. 이는 엔진의 냉각구조에 따라 벨트의 온도변화를 줄 수 있으므로 각 시스템에 따라 변동할 수 있으며, 위에서 설명한 예는 특정 차량의 실험 예이다.

도 8에 의해 벨트형 하이브리드 전기차량에서의 벨트 슬립율(Ks)을 계산하는 과정을 설명한다.

먼저, 벨트형 하이브리드 전기차량의 ISG 제어를 시작하고, 엔진회전수를 측정한다. 이후 위에서 설명한 바와 같이 벨트 슬립 상수(K_slip)를 계산하여 이를 ISG 속도 보상에 반영하게 된다. 또한, 벨트 주변온도를 측정하여 위에서 설명한 바와 같이 벨트 온도상수(K_temp)를 계산하여 이를 도 8에서와 같이 ISG 속도 보상에 반영하게 된다. 따라서, 엔진 회전수를 통한 정확한 ISG 회전속도를 추정할 수 있다.

도 9는 하이브리드 전기차량에 장착된 모터 제어를 위한 시스템을 보인 것으로서, 구동모터(22)의 구동 제어는 엔진 제어기(24)나 하이브리드 제어기(25)의 제어명령을 받은 모터 구동회로(23)에 의해 이루어지게 된다.

여기서, 레졸버(resolver) 즉, 회전자 위치센서(26)는 회전하는 구동모터 (22)의 회전자 위치를 검출하고, 회전자 위치 분석부(27)는 레졸버(26)에 의해 검출되는 검출신호를 분석하여 회전자의 정확한 위치를 파악하고 이에 대한 정보를 모터 제어 알고리즘 반영부(28)에 제공하게 된다. 즉, 구동모터(22)의 구동제어가 엔진 제어기(24)와 하이브리드 제어기(25) 뿐만 아니라 구동모터(22)의 회전자 위치까지도 반영되게 된다.

도 10은 센서리스 하이브리드 전기차량에 장착된 모터 제어를 위한 시스템을 보인 것으로서, 구동모터(29)의 구동 제어는 엔진 제어기(31)나 하이브리드 제어기(32)의 제어명령을 받은 모터 구동회로(30)에 의해 이루어지게 된다.

여기서, 역기전력 측정부(33)는 구동모터(22)의 고정자 위치를 검출하고, 고정자 위치 분석부(34)는 고정자 역기전력 측정부(33)에 의해 측정되는 역기전력을 분석하여 고정자의 정확한 위치를 파악하고 이에 대한 정보를 모터 제어 알고리즘 반영부(35)에 제공하게 된다. 즉, 구동모터(29)의 구동제어가 엔진 제어기(31)와 하이브리드 제어기(32) 뿐만 아니라 구동모터(29)의 고정자 위치까지도 반영되게 된다.

특히, 이는 도 9에서 설명된 방법과 함께 모터 제어에 적용되어 센서가 고장나거나 혹은 신호가 변환되는 경우 도 9의 방법에 의하지 않고 도 10의 방법으로 제어할 수 있다.

다시 말해, 도 11에서와 같이 크랭크 각 센서(36)에 의해 감지되는 엔진 회전수와 레졸버(37)에 의해 감지되는 모터 회전수만을 모터의 구동을 제어하는 하이브리드 제어기(38)에 공급하던 종래의 방법과는 달리 도 12에서와 같이 크랭크 각 센서(39)에 의해 감지되는 엔진 회전수와 레졸버(40)에 의해 감지되는 모터 회전수와 함께 모터 회전수에 대한 정보와 고정자 역기전력 측정부(41)에 의해 측정되는 고정자 역기전력을 하이브리드 제어기(42)에 제공함으로써 모터 제어시스템의 신뢰성을 강화할 수 있다.

도 13은 본 발명에 의한 하이브리드 전기차량의 모터 구동 제어를 위한 시스템 구성도로서 위에서 언급한 바와 같이 구동모터의 구동을 제어하는 하이브리드 제어기(47)에는 크랭크 각 센서(44)에 의해 감지되는 엔진 회전수에 대한 정보와 모터 회전수 즉, 크랭크 각 센서(44)에 의해 감지되는 엔진 회전수나 레졸버(45)에 의해 감지되는 회전자 위치 및 고정자 역기전력 측정부(46)에 의해 측정되는 고정자 역기전력에 대한 정보가 제공되게 된다. 따라서, 구동모터는 엔진회전수에 의해서만 구동이 제어되는 것이 아니라 모터 회전수에 의해서도 구동이 제어된다.

여기서, 구동모터의 고정자를 구성하는 A, B, C상에 전류를 인가하여 회전자의 극성을 N/S극으로 일치시켜 바깥 고정자에 인가하는 전류에 의한 자극을 따라가는 원리에 의해 회전하는 것이 모터 회전자의 역기전력을 측정하여 모터 제어를 하는 원리의 기본 개념이다.

도 14는 구동모터 제어회로에 의해 구동모터(48)의 구동을 제어하면서 역기전력 측정회로(49)를 이용하여 역기전력을 측정하는 회로로서, 구동모터(48)의 회전시에 고정자와 회전자에 부착된 자석의 회전에 의해 발생되는 유도 기전력이 3상 공급선에 전류가 인가되는 ON/OFF 시기와 동기화되어 발생된다. 따라서, 역기전력을 측정하면 회전자의 위치 추적이 가능하다.

여기서, 모터 센서리스 제어방법의 종류를 살펴보면, PMSM(Permanent Synchronous Motor) 영구자석 동기모터 센서리스 제어방법으로서, 입력 전압, 상전류를 측정하여 자속을 측정하는 방법과 상태 관측기(Observer)를 이용하는 방법, 칼말 필터(Kaman Filter)를 이용하여 위치를 추적하는 방법 및 가상의 d-q축을 설정하는 방식 등을 예로 들 수 있다.

다음은 BLDC(BrushLess Direct Current Motor) 모터 센서리스 제어방법으로서, 입력전압, 상전류를 측정하여 자속을 측정하는 방법과, 상태 관측기(Observer)를 이용하는 방법, 칼말 필터(Kaman Filter)를 이용하여 위치를 추적하는 방법 및 가상의 d-q축을 설정하는 방식 등을 예로 들 수 있다.

도 15는 센서리스 하이브리드 모터의 고정자(50)와 회전자(51)를 배치상태를 나타낸 것이고, 도 16은 도 15와 같이 구성된 구동모터에 3상 전류가 인가되는 순서를 나타낸 것이며, 도 17은 도 15에 개시된 3상에 6개의 회로 스위치를 ON/OFF에 따라 인가되는 전류 파형을 나타낸 그래프이다.

도 18은 역기전력 신호를 이용한 센서리스 모터제어를 위한 3상에 인가되는 인가전류와 이로부터 얻어지는 역기전력의 일 예를 나타낸 것으로서, A, B, C 상에 전류가 인가됨에 따라 이에 상응하는 A, B, C상에서 역기전력이 검출되는 것을 알 수 있다.

도 19는 3상에 인가되는 인가전류와 이로부터 얻어지는 역기전력이 교차하는 제로 크로싱 전압을 나타낸 그래프로서, 역기전력 전압의 변화가 0 V를 중심으로 교차되는 제로 크로싱 전압(Zero crossing voltage)을 측정하여 회전자의 3상 위치 를 찾아낼 수 있다.

도 20은 모터 구동회로(58)에 의해 구동모터(57)의 구동을 제어하면서 역기전력 측정 회로(53)에 의해 3상의 역기전력(V_a_emf)(V_b_emf)(V_c_emf)과 구동모터(57)의 중성점 전압(V_n)을 검출하여 처리한다. 즉, 도 21에서와 같이 역기전력 신호 비교부(54)는 3상에서 검출되는 역기전력(V_a_emf)(V_b_emf)(V_c_emf)과 구동모터(57)의 중성점 전압(V_n)을 비교하고, 상간 역기전력 신호 비교부(55)는 역기전력 신호 비교부(54)의 출력과 기본 신호(5V ON)와 비교하여 그 결과를 역기전력 신호 판단회로(56)에 제공하게 된다.

즉, 도 20 및 도 21은 역기전력 측정회로 및 작동원리를 나타낸 것으로서, A, B, C상의 신호를 입력 순서대로 위상 차이를 계산하고 이를 기본신호와 비교하여, 회전자의 위치를 추정할 수 있다.

도 20 및 도 21에서와 같이, 역기전력 전압의 변화가 0V을 중심으로 교차되는 제로 크로싱 전압을 측정하여 회전자의 3상 위치를 찾아낼 수 있는데, 이 과정을 도 22에 의해 구체적으로 설명한다.

먼저, ISG 회전속도 추정 알고리즘에 의한 제어를 시작한 후 A, B, C상의 역기전력을 측정한다. 이렇게 측정되는 역기전력이 정상적으로 측정되는 경우, 구동모터의 중성점 전압 신호를 측정하게 된다.

위와 같이 3상의 역기전력과 구동모터의 중성점 전압을 측정한 후 3상의 역기전려과 구동모터의 중섬점 전압 신호를 비교 가능한지를 판단하게 된다. 그 결과, 비교 가능한 것으로 판단되면, 제로 크로싱 전압(ZCV)을 확인하여, 회전자의 속도를 추정하게 된다. 이로서, ISG 회전 속도 추정제어를 완료하게 된다.

ISG 회전수를 추정하는 방법으로는 엔진 회전수 보정과 센서리스 제어를 통한 방법 등을 예로 들 수 있는데, 센서리스 제어, 즉 역기전력을 이용한 ISG 회전수 추정기법은 위에서 설명한 도 22와 같고, 엔진 회전수에 보정 기법은 아래에서 설명될 도 23와 같다.

도 23은 엔진 회전수에 의해 ISG 회전속도를 추정하는 과정을 보인 흐름도로서, 벨트형 하이브리드 전기차량 ISG 회전속도 추정 알고리즘이 시작되면, 엔진 회전수를 측정하고, 벨트 슬립 상수(K_slip)를 계산하게 된다.

그리고, 벨트 슬립 상수(K_slip)가 ISG 속도 보상에 반영되었는지를 확인한 후 ISG 속도 보상에 반영되었을 경우 벨트 주변온도를 측정하여, 벨트 온도상수(K_temp)를 계산하게 된다.

마지막으로, 벨트 온도상수(K_temp)가 ISG 속도 보상에 반영되었는지를 확인하는 것으로서, 엔진 회전수를 통한 정확한 ISG 회전속도를 추정할 수 있다.

도 24는 엔진 회전수 보정기법 혹은 역기전력을 이용한 ISG 회전수 추정기법에 의해 ISG 회전속도를 검출하는 과정을 보인 것으로서, 차량의 주행이 시작되면, 엔진 및 ISG 제어 위해, 엔진 회전수 보정기법 혹은 역기전력을 이용한 ISG 회전수 추정기법을 위한 ISG 회전수 측정이 가능한지를 확인하게 된다.

엔진 회전수 보정기법 혹은 역기전력을 이용한 ISG 회전수 추정기법을 위한 ISG 회전수 측정이 가능하다고 판정되는 경우, ISG 회전수를 모니터링하여, ISG에 이상이 발생하였는지를 확인하게 된다.

ISG에 이상이 발생하지 않은 경우에는 계속해서 ISG 회전수를 모니터링하지만, ISG에 이상이 발생한 경우에는 엔진 회전수 보정기법에 의한 ISG 제어보정과 역기전력을 이용한 ISG 추정기법에 의한 ISG 제어보정을 실시하는데, 이는 ISG 회전속도가 정상적으로 검출되기까지 반복해서 수행하게 된다.

이상에서와 같이 본 발명은 하이브리드 전기 차량에서 벨트의 이상을 자동 점검할 수 있는 알고리즘을 개발하여 벨트 이상을 점검하기 위한 별도의 시스템을 구비하지 않고도 벨트의 장력 이상이나 벨트에 연결된 기기의 이상 동작 등을 손쉽게 점검 확인할 수 있는 효과가 있다.

Claims

차량 주행이 시작된 후 엔진 회전수 보정기법 및 역기전력 이용한 ISG 회전수 추정기법을 위한 ISG 회전수 측정이 가능한지를 확인하는 제1단계;

상기 제1단계의 확인결과, ISG 회전수 측정이 가능한 경우 ISG 회전수를 모니터링하여 ISG에 이상이 발생하였는지를 확인하는 제2단계; 및

상기 제2단계의 확인 결과, ISG에 이상이 발생하지 않은 경우 계속해서 ISG 회전수를 모니터링하고, ISG에 이상이 발생한 경우 엔진 회전수 보정기법 및 역기전력을 이용한 ISG 추정기법을 이용하여 ISG 제어보정을 하는 제3단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진 회전수 보정기법을 이용한 벨트형 하이브리드 전기차량의 고신뢰성 센서리스 모터 제어방법
제 1 항에 있어서,

상기 엔진 회전수 보정기법은,

엔진 회전수를 측정하는 단계;

상기 엔진 회전수에 의해 벨트 슬립 상수(K_slip)를 계산하는 단계;

상기 벨트 슬립 상수(K_slip)가 ISG 속도 보상에 반영되었는지를 확인하는 단계;

상기 벨트 슬립 상수(K_slip)를 ISG 속도 보상에 반영한 후 벨트 주변온도를 측정하는 단계;

상기 측정된 벨트 온도에 의해 벨트 온도 상수(K_temp)를 계산하는 단계; 및

상기 벨트 온도 상수(K_temp)가 ISG 속도 보상에 반영되었는지를 확인하여, 벨트 온도 상수(K_temp)를 ISG 속도 보상에 반영하여, ISG 회전속도를 추정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진 회전수 보정기법을 이용한 벨트형 하이브리드 전기차량의 고신뢰성 센서리스 모터 제어방법.
제 1 항에 있어서,

상기 역기전력을 이용한 ISG 추정기법은,

구동모터 고정자의 A, B, C상에서 발생되는 역기전력을 측정하는 단계;

상기 A, B, C상의 역기전력이 정상적인 신호인지를 확인하는 단계;

상기 A, B, C상의 역기전력이 정상적이면 구동모터의 중성점 전압 신호를 측정하는 단계;

상기 역기전력 전압과 중성점 전압 신호의 비교 가능한지를 확인하는 단계; 및

상기 역기전력 전압이 0V를 중심으로 교차하는 제로 크로싱 전압(Zero Crossing Voltage)을 확인하여, 회전자 속도를 추정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진 회전수 보정기법을 이용한 벨트형 하이브리드 전기차량의 고신뢰성 센서리스 모터 제어방법.
제 1 항에 있어서,

상기 엔진 회전수 보정기법 및 역기전력을 이용한 ISG 추정기법은, 정상적인 ISG 회전속도가 검출되기까지 반복해서 이루어지는 것을 특징으로 하는 엔진 회전수 보정기법을 이용한 벨트형 하이브리드 전기차량의 고신뢰성 센서리스 모터 제어방법.