KR101045794B1

KR101045794B1 - 하이브리드 차량용 오일펌프 제어장치 및 제어방법

Info

Publication number: KR101045794B1
Application number: KR1020090026798A
Authority: KR
Inventors: 최정령; 김형수
Original assignee: (주)모토닉
Priority date: 2009-03-30
Filing date: 2009-03-30
Publication date: 2011-07-04
Also published as: KR20100108674A

Abstract

미리 설정된 전류 제한값을 오버하지 않으면서 지속적으로 모터 구동이 가능한 하이브리드 차량용 오일펌프 제어장치 및 제어방법에 관한 것으로, 오일펌프 구동용 모터, 상기 오일펌프 구동용 모터의 회전자의 홀을 감지 및 상기 오일펌프 구동용 모터에서 출력되는 위상으로 모터의 속도를 검출하여 출력하는 모터속도 감지부, 상기 오일펌프 구동용 모터를 구동하는 모터 구동부, 분류기로 이루어지고, 상기 모터 구동부를 통해 상기 오일펌프 구동용 모터로 인가되는 전류를 측정하는 과전류 보호부, 상기 과전류 보호부의 출력신호를 필터링하여 증폭하는 필터부 및 상기 오일펌프 구동용 모터의 실제 RPM을 상기 모터속도 감지부에서 피드백 신호로 받고, 상기 필터부에서의 증폭신호에 따라 상기 모터 구동부로 공급되는 전류를 제어하는 중앙처리장치를 포함하고, 상기 중앙처리장치는 미리 설정된 전류 제한값과 측정 전류값의 허용 오차의 범위를 N회 반복하여 판단한 후 제어하는 구성을 마련한다.

상기와 같은 하이브리드 차량용 오일펌프 제어장치 및 제어방법을 이용하는 것에 의해, 미리 설정된 전류 제한값을 오버하지 않으면서 지속적으로 모터 구동이 가능하며, 과전류가 흐르는 제어장치 내부의 소자인, EMC 필터와 모터 구동부를 보호하고 발열을 방지하며, 동시에 제어장치의 내구성을 증가시킬 수 있다.

외장형, 오일펌프, 모터, 하이브리드, 중앙처리장치, 듀티

Description

하이브리드 차량용 오일펌프 제어장치 및 제어방법{DEVICE FOR EXTERIOR CONTROLLING OIL PUMP FOR HYBRID VEHICLE AND METHOD THEREOF}

본 발명은 하이브리드 차량용 오일펌프 제어장치 및 제어방법에 관한 것으로, 미리 설정된 전류 제한값을 오버하지 않으면서 지속적으로 모터 구동이 가능한 하이브리드 차량용 오일펌프 제어장치 및 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로, 하이브리드 차(Hybrid Electric Vehicle)는 서로 다른 두 종류 이상의 동력원을 효율적으로 조합하여 차량을 구동시키는 것을 의미하나, 대부분의 경우는 연료를 사용하여 구동력을 얻는 엔진과 배터리 전력으로 구동되는 전기모터에 의해 구동력을 얻는 차량을 일컫는다.

최근 연비를 개선하고 보다 친환경적인 제품을 개발해야 한다는 시대적 요청에 부응하여 하이브리드 차에 대한 연구가 더욱 활발히 진행되고 있으며, 하이브리드 차량은 엔진과 전기모터를 동력원으로 하여 다양한 구조를 형성할 수 있는데, 현재까지 연구되고 있는 하이브리드 차는 병렬형이나 직렬형 중 하나를 채택하고 있다.

상술한 하이브리드 차는 차량 전반의 제어를 담당하는 하이브리드 제어기(Hybrid Control Unit, 이하 HCU 라 칭함)가 탑재되어 있고 시스템을 구성하는 각 장치별로 제어기를 구비하고 있다.

여기서, 엔진 작동의 전반을 제어하는 엔진 제어기(Engine Control Unit, 이하 ECU 라 칭함), 전기모터 작동의 전반을 제어하는 전기모터 제어기(Motor Control Unit, 이하 MCU 라 칭함), 변속기를 제어하는 변속기 제어기(Transmission Control Unit, 이하 TCU 라 칭함) 등이 구비되어 있다.

이러한 제어기들은 상위 제어기인 HCU를 중심으로 고속 CAN 통신라인으로 연결되어 제어기들 상호 간의 정보를 주고 받으면서 상위 제어기는 하위 제어기에 명령을 전달하도록 되어있다.

예를 들면, HCU는 MCU를 통해 전기모터의 구동을 실질적으로 제어하게 되는데, 이때 MCU는 상위 제어기인 HCU에서 인가되는 제어신호에 따라 구동원인 전기모터의 구동 토크와 구동 속도를 제어하여 주행성을 유지시키게 된다.

한편, 하이브리드 차는 엔진과 전기모터 사이에 구비된 엔진 클러치와 변속기에 필요한 작동유를 공급하기 위하여 오일펌프(Oil Pump)를 구비하고 있으며, 이는 엔진의 폭발행정에서 발생된 열로 인해 실린더, 피스톤, 크랭크축베어링, 캠축 베어링 등으로 작동유의 공급을 도모하고 있다.

이때, 오일펌프는 HCU가 차량의 운행 상태 및 운전자 조작 상태에 따라 목표 회전수를 결정한 뒤, 이를 MCU로 송신하면 목표 회전수에 따라 오일펌프 구동용 모터를 제어하고, 이에 목표 회전수에 따라 제어되는 오일펌프 구동용 모터에 의해 오일펌프가 작동되면서 엔진 클러치 및 변속기에 필요한 작동유를 공급하게 된다.

그리고, HCU와 MCU는 CAN 통신을 통해 오일펌프 구동용 모터의 목표 회전수 및 실제 회전수, 오일펌프의 운전 상태, 즉 정상 또는 고장상태 등의 정보를 주고받으며 제어를 실시한다.

여기서, MCU에서는 차량이 운행 상태 및 운전자 조작 상태에 따라 목표 회전수를 산출하고, 목표 회전수에 따라 오일펌프 구동용 모터를 제어함으로써, 엔진 클러치 및 변속기에 필요한 작동유를 공급하게 된다.

그러나, 이러한 하이브리드 차의 CAN 통신에 문제가 발생하여 MCU, TCU 등과 데이터 송, 수신이 가능하지 않거나, 오일펌프 구동용 모터에 과전류가 발생하는 등의 오류 및 불능 상태가 발생한 경우를 대비한 하이브리드 차량용 오일펌프 제어장치 및 제어방법이 마련되지 않아, 오일펌프 구동용 모터의 구동 신뢰성을 저하되는 등의 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위한 기술의 일 예를 도 8에 따라 설명한다. 도 8은 본 출원인이 2008년 09월 01일 출원한 출원번호 10-2008-0085730에 개시된 하이브리드 차량용 외장형 오일펌프 제어장치의 제어과정을 설명하기 위한 도이다.

도 8에 도시된 바와 같이, 과전류 보호부(50')는 모터 구동부(40)에 연결된 분류기(SHUNT)로 모터(M)에 가해지는 전류를 감지하고, 제한전류 기준값을 제공하는 회로(51b)에서 출력된 신호와 모터(M)에 인가된 전류를 모터 컨트롤러(15)로 출력한다.

이때, 상기 모터 컨트롤러(15)는 상기 분류기에서 감지한 모터(M)의 현재 전류값과 제한전류 기준값을 비교하여 진단 신호를 상기 모터 컨트롤러(15)로 출력한다.

즉 과전류 보호부(50')에서 출력된 전류 감지값은 상기 모터 컨트롤러(15)를 거쳐 중앙처리장치(20')로 입력된다.

중앙처리장치(20')에서 전류 감지값을 입력받고, 전류 감지값이 일정 시간 동안 과전류로 판단되면, 중앙처리장치(20')는 전원부(10)의 트랜지스터(14)를 도통시켜 메인 릴레이(11)를 오프시키고, 이에 따라 노이즈 필터(12)에서 전압이 출력되지 않아 모터 구동부(40)로 전원을 인가시키지 않도록 이루어진다.

즉, 일정 시간 동안 과전류 상태가 유지되면, 모터 구동부(40)에 인가되는 전압을 끊고, 이에 따라 모터 구동부(40)의 FET 소자들은 도통되지 않아 PWM 제어 신호를 모터(M)로 전달할 수 없도록 이루어지는 것이다.

따라서, 상기 모터(M)로는 PWM 제어 신호가 인가되지 않게 되고, DC 전류가 서서히 낮아지게 되면, DC 전류가 전류제한 기준값 미만으로 되는 시점을 카운팅하고, 일정 시간이 경과하면 다시 메인 릴레이(11)를 온(ON) 시켜 모터 구동부(40)에 전원을 인가시킨다.

그러나 상기 종래 기술에 있어서는 메인 릴레이(11)를 온(ON) 또는 오프(OFF)시키는 횟수가 증가되어 하이브리드 차량용 외장형 오일펌프 제어장치의 내구성이 감소된다는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 오일펌프의 제어장치 내부로 유입되는 전류를 일정값 이하로 제한하여 제어장치의 내구성을 증가시킬 수 있는 하이브리드 차량용 오일펌프 제어장치 및 제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 하이브리드 차량용 외장형 오일펌프의 제어장치는 오일펌프 구동용 모터, 상기 오일펌프 구동용 모터의 속도를 검출하여 출력하는 모터속도 감지부, 상기 오일펌프 구동용 모터를 구동하는 모터 구동부, 분류기로 이루어지고, 상기 모터 구동부를 통해 상기 오일펌프 구동용 모터로 인가되는 전류를 측정하는 과전류 보호부, 상기 과전류 보호부의 출력신호를 필터링하여 증폭하는 필터부 및 상기 오일펌프 구동용 모터의 실제 RPM을 상기 모터속도 감지부에서 피드백 신호로 받고, 상기 필터부에서의 증폭신호에 따라 상기 모터 구동부로 공급되는 전류를 제어하는 중앙처리장치를 포함하고, 상기 중앙처리장치는 미리 설정된 전류 제한값과 측정 전류값의 허용 오차의 범위를 N회 반복하여 판단한 후 제어하는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 하이브리드 차량용 외장형 오일펌프 제어장치에 있어서, 상기 필터부는 상기 분류기의 양단에 결합된 RC 필터와 상기 RC 필터의 출력값을 증폭하는 증폭기(32)로 구성된 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 하이브리드 차량용 외장형 오일펌프 제어장치에 있어서, 상기 N회는 3회 내지 5회이고, 상기 중앙처리장치는 허용오차의 범위가 N회 이상 반복되어 벗어나는 경우, 허용오차의 초월 또는 미만인가 판단하여 상기 모터 구동부로 출력되는 PWM 신호의 듀티비를 감소 또는 증가시키는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 하이브리드 차량용 외장형 오일펌프 제어장치에 있어서,

상기 중앙처리장치와 모터 구동부로 각각 전원을 공급하는 전원 공급부를 더 포함하고, 상기 전원은 상기 중앙처리장치로 전원이 공급된 후, 상기 모터 구동부로 전원이 공급되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 하이브리드 차량용 외장형 오일펌프 제어방법은 모터구동부를 통해 오일펌프 구동용 모터에 인가될 전류 제한값을 설정하는 설정단계, 상기 오일펌프 구동용 모터로 인가되는 전류값을 측정하는 측정단계와 중앙처리장치가 상기 전류 제한값과 상기 측정 전류값을 비교하여 허용오차의 범위인가 판단하는 판단단계를 포함하고, 상기 판단단계는 상기 전류 제한값과 측정 전류값의 허용 오차의 범위를 N회 반복하여 판단한 후, 상기 중앙처리장치가 상기 모터구동부로 출력하는 신호를 제어하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 하이브리드 차량용 오일펌프 제어장치 및 제어방법에 의하면, 미리 설정된 전류 제한값을 오버하지 않으면서 지속적으로 모터 구동이 가능하며, 과전류가 흐르는 제어장치 내부의 소자인, EMC 필터와 모터 구동부를 보호하고 발열을 방지하며, 동시에 제어장치의 내구성을 증가시킬 수 있다는 효과가 얻어진다.

본 발명의 상기 및 그 밖의 목적과 새로운 특징은 본 명세서의 기술 및 첨부 도면에 의해 더욱 명확하게 될 것이다.

이하, 본 발명의 구성을 도면에 따라서 설명한다.

또한, 본 발명의 설명에 있어서는 동일 부분은 동일 부호를 붙이고, 그 반복 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명에 따른 하이브리드 차량용 오일펌프 제어장치를 개략적으로 도시한 블록구성도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 하이브리드 차량용 외장형 오일펌프 제어장치(1)는 전원 공급부(10), 중앙처리장치(20), 필터부(30), 모터 구동부(40), 과전류 보호부(50), 모터속도 감지부(60), CAN 송수신기(70), TCU 연결선(80)을 포함하여 이루어진다.

여기서, 전원 공급부(10)는 차량의 배터리(BATT) 공급 전원과 이그니션(IG) 키 입력전원의 두 가지 입력 전원을 공급한다. 즉, 이그니션(IG) 키 입력 전원이 발생하면, 노이즈필터(12)와 정전압 레귤레이터(13)를 거쳐 5V의 전압이 중앙처리장치(20)에 공급된다. 중앙처리장치(20)가 오일펌프 제어장치(1) 내에 이상이 없는 것으로 판단하면, 트랜지스터(14)를 통해 외부의 메인 릴레이(11)를 온시킨다. 메인 릴레이(11)가 온되면, 배터리(BATT) 공급 전원이 전원부(10)로 출력되고 노이즈 필터(12')에서 잡음 및 왜란 신호가 제거되어 모터 구동부(40)로 공급된다. 즉, 중앙처리장치(20)가 오일펌프 제어장치(1) 외부의 메인 릴레이(11)를 구동하여 전원 공급부(10)에서 모터(M))에 전류(최대 50A)를 공급한다. 이는 신호 전원과 모터(M)의 전원을 구분함을 의미하는 것이다.

이때, 트랜지스터(14)는 과전류 보호부(50)의 구동으로 모터(M)에 인가되는 전원을 메인 릴레이(11)를 통해 끊거나 인가하도록 턴 온/오프 된다.

그리고, 상기 노이즈 필터(12)의 출력은 예를 들어 5V의 전압으로서, 5V 전원으로 구동되는 중앙처리장치(20), 모터 속도 감지부(60), 과전류 보호부(50)에 각각 인가되고, 상기 노이즈 필터(12')의 출력은 예를 들어 12V의 전압으로서, 12V 전원으로 구동되는 모터 구동부(40)로 인가된다.

또한, 중앙처리장치(20)는 상기 전원 공급부(10)에서 출력된 전원이 인가되면, TCU(Transmission Control Unit) 및 MCU(Motor Control Unit)에서 PWM 신호로 출력되는 1단에서 5단까지의 변속 신호와 메인 오일 펌프의 상태를 디지털 신호로 입력받는다.

그리고, 중앙처리장치(20)에 기 저장된 제어 로직에서 상기 변속 신호와 메인 오일 펌프의 상태에 따라 외장형 오일펌프 구동용 모터(M, 이하 '모터' 라 칭함)의 회전 속도를 산출하게 되고, 이를 모터 컨트롤러(30)로 전달하여 상기 모 터(M)를 구동하도록 한다. 이러한 중앙처리장치(20)의 제어 로직에 대해서는 후술한다.

이때, 중앙처리장치(20)의 내부 제어 주기(Control Interval)는 종래의 일정한 시간 간격을 갖는 방식이 아닌, 시변(Time-Variant) 방식이며, 이는 모터(M)의 속도와 반비례한다.

즉, 모터(M)의 속도가 느리면 제어 주기는 길어지고, 모터(M)의 속도가 빨라지면 제어 주기는 짧아지는 것이며, 이는 모터(M)의 속도에 맞추어 최적의 시기에 모터(M)의 속도를 조절할 수 있도록 제어함으로써, 종래의 제어 방식과는 달리 응답성 및 정밀성을 향상시킬 수 있다.

더불어, 모터(M)가 상기 중앙처리장치(20)에서 목표한 속도에 맞게 회전할 수 있도록, 중앙처리장치(20)에서 모터속도 감지부(60)와 홀 센서(61)를 통해 현재 모터(M)의 회전수를 피드백 신호로 받으면, 상기 중앙처리장치(20)에서는 모터구동부(40)을 제어한다.

즉, 상기 중앙처리장치(20)는 모터(M)의 현재 회전수가 목표 회전수에 도달할 수 있도록, PID(Proportional Integral Derivative) 제어를 통하여 피드백 제어를 실시한다.

여기서, PID 제어는 제어 변수와 기준 입력 사이의 오차에 근거하여 계통의 출력이 기준 전압을 유지하도록 하는 피드백 제어의 일종으로서, P 제어(비례)는 기준 신호와 현재 신호 사이의 오차 신호에 적당한 비례 상수 이득을 곱하여 제어 신호를 만들고, I 제어(비례 적분)는 오차 신호를 적분하여 제어 신호를 만드는 적 분 제어를 비례 제어에 병렬로 연결해 사용하며, D 제어(비례 미분)는 오차 신호를 미분하여 제어 신호를 만드는 미분 제어를 비례 제어에 병렬로 연결하여 사용하는 제어 방법이다.

따라서, 중앙처리장치(20)는 상기 PID 제어를 통하여 증가되거나 또는 감소되도록 산출된 PWM 듀티(Duty, %)를 이용하여, 모터(M)가 목표 회전수에 도달하도록 피드백 제어를 실시함으로써, 더욱 정확한 제어를 가능하게 하며, 상기 PID 제어 수식 및 그래프는 하기에서 설명하도록 한다.

상기 중앙처리장치(20)는 상기 모터 구동부(40)를 통하여 모터(M)를 제어하도록, PWM 신호를 상기 모터 구동부(40)로 출력한다.

상기 모터 구동부(40)는 상기 PWM 신호가 출력 또는 단속되도록 구비되는 스위칭 회로로서, 예를 들어 센서가 없는 3상 BLDC(Brushless Motor)를 구동시키기 위해, 3상 풀 브리지 회로(Full-Bridge Circuit)로 구성되고, 상기 브리지 회로는 FET 소자로 구성된다.

또한, 상기 3상 풀 브리지 회로의 하이 사이드(High Side) 및 로우 사이드(Low Side)에는 모두 N 채널 MOSFET을 이용한다.

따라서, 상기 중앙처리장치(20)에서 출력된 PWM 신호가 모터 구동부(40)의 스위칭 신호에 의해 모터(M)로 전달되게 되고, 상기 모터(M)는 3 상(U, V, W) 라인을 통하여 목표 회전수에 도달하도록 회전하게 된다.

이때, 홀 센서(61)는 상기 PWM 신호가 인가되면, 모터(M) 회전자의 위치 정보를 중앙처리장치(20)로 출력하며, 중앙처리장치(20)에서는 상기 모터 구동부(40) 의 FET 소자를 턴 온시켜 모터(M)를 구동하도록 구비된다.

또한, 홀 센서(61)는 구동되는 모터(M)의 회전수 및 속도를 감지하여 중앙처리장치(20)로 출력하며, 피드백 신호로 입력된 모터(M)의 현재 속도는 목표 속도에 근접하기 위한 PID 제어에 이용된다.

더불어, 모터 속도 감지부(60)의 디지털 필터(63)는 모터(M)가 센서가 없는 타입(Sensorless Type)에 적용되며, 상기 모터(M)에서 모터 구동부(40)로 전달되는 3 상의 위상을 각각 입력받아 필터링하고, 이를 이용하여 중앙처리장치(20)로 모터(M)의 현재 속도에 대한 데이터를 출력하도록 이루어진다.

따라서, 모터(M)가 센서가 있는 종류인 경우에는 홀 센서(61)를 이용하여 모터(M)의 속도 등을 감지하고, 모터(M)가 센서가 없는 종류인 경우에는 디지털 필터(63)를 이용하여 모터(M)의 속도 등을 감지할 수 있도록 이루어져, 센서가 있는 타입뿐 아니라, 센서가 없는 타입에도 본 발명을 적용할 수 있다.

상기 과전류 보호부(50)는 상기 모터 구동부(40)에 연결된 분류기(SHUNT)로 이루어지고, 모터(M)에 가해지는 전류를 감지하여 필터부(30)로 출력한다.

또한, MCU 및 TCU로부터 차량에 대한 속도는 CAN 송수신기(CAN Transceiver, 70)가 구비되며, 상기 CAN 송수신기(70)는 중앙처리장치(20)와 연결되어 TCU의 상태 정보, 모터(M) 속도에 대한 명령 데이터 등을 송신하고, 하이브리드 차량용 외장형 오일펌프 제어장치(1)에서 출력되는 정보들을 수신하도록 구비된다.

여기서, CAN 송수신기(70)가 작동하지 않거나 오류가 발생한 경우를 대비하 여, 본 발명에서는 TCU와 중앙처리장치(20)를 직접 연결하는 TCU 연결선(Hard Wiring, 80)을 더 구비하며, 이는 상기 CAN 송수신기(70)가 작동하지 않는 경우를 대비하여 데이터를 주고 받을 수 있는 통로를 제공한다.

그리고, 상기 CAN 송수신기(70)가 작동하지 않는 경우의 제어방법은 하기에서 상세히 설명한다.

따라서, 본 발명에 따른 하이브리드 차량용 외장형 오일펌프 제어장치(1)는 FET 소자로 이루어진 모터 구동부(40)의 스위칭을 중앙처리장치(20)에서 직접 제어하여 구동시키므로, 보다 그 크기 및 부피가 줄어들 수 있고, 제어 속도가 증가되도록 이루어지며, CAN 송수신기를 이용하여 통합적으로 데이터를 주고받을 수 있고, CAN 송수신기가 불능인 경우 등의 오류 상황에 대한 제어방법을 제공함으로써, 오류가 발생하는 경우에도 신뢰성을 저하시키지 않도록 이루어진다.

도 2는 본 발명에 따른 하이브리드 차량용 외장형 오일펌프 제어장치의 차량 상태에 따른 속도 제어 신호를 도시한 그래프이고, 도 1을 참조하여 설명한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 하이브리드 차량용 외장형 오일펌프 제어장치(1)는 차량에 시동이 걸리고 난 후에는, 초기 유압 형성을 위하여, 차량용 외장형 오일펌프를 구동시키는 모터(M)를 예를 들어 2000RPM으로 구동되도록 한다.

즉, 중앙처리장치(20)에서는 차량이 시동이 걸려서, 하이브리드 차량용 외장형 오일펌프에 유압이 형성되어 있지 않은 경우에는, 모터(M)를 빠른 속도로 회전시켜 초기 유압을 형성시켜 주도록 하는 것이다.

또한, 엔진이 회전하는 상태에서, 속도가 0인 경우를 공회전이라 하며, 이 공회전시에는 하이브리드 차량용 외장형 오일펌프는 최소 구동만을 하게 되므로, 차량이 공회전 상태인 경우에는 하이브리드 차량용 외장형 오일펌프 구동용 모터(M)를 예를 들어 1000RPM으로 구동되도록 한다.

그리고, 하이브리드 차량 엔진 중 하나인 전기 모터로 차량이 운행되고 있을 경우, 또는 상기 전기 모터로 차량이 공회전 상태에 있는 경우에는 하이브리드 차량용 외장형 오일펌프 구동용 모터(M)를 예를 들어 1500RPM으로 구동되도록 한다.

본 발명에서는 예를 들어 외장형 오일펌프 구동용 모터(M)가 1000RPM으로 구동되는 것을 1 단이라 하고, 외장형 오일펌프 구동용 모터(M)가 1500RPM으로 구동되는 것을 2 단이라 하며, 외장형 오일펌프 구동용 모터(M)가 2000RPM으로 구동되는 것을 3 단이라고 정의하여 상기 그래프에 도시하였고, 이를 표로 나타내면 하기 표 1과 같다.

구분	출력(RPM)
구동 속도	0
	1000±10%
	1500±10%
	2000±10%
	3000±10%(MAX)

여기서, 상기 표 1을 보면, 속도 지령(출력)은 차량의 상태 단계에 따라 3 단으로 나누어지며, 각각의 속도 지령(Speed Command)은 1 초 내에 추종하도록 하며, 모터(M) 속도가 상기 속도 지령의 ±10% 이내를 유지하도록 한다.

상기 표 1에서 도시된 바와 같이, 모터(M)로 입력되는 PWM 신호 또는 CAN 신호가 최소값인 경우에는 모터(M)가 회전하지 않고, PWM 신호 또는 CAN 신호의 입력값에 따라 10%의 허용 오차를 가지며 모터(M)가 회전되도록 제어한다. 그러나, 본 발명은 상기 허용오차에 한정을 두는 것은 아니고 설명의 편의상 일 예로서 기술한 것이다.

도 3은 본 발명에 따른 하이브리드 차량용 외장형 오일펌프 제어장치의 엔진 RPM에 따른 외장형 오일펌프 온/오프 조건을 도시한 히스테리시스 곡선이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 하이브리드 엔진의 RPM이 증가되는 상태에서 2000RPM을 초과하면, 외장형 오일 펌프는 구동을 멈추고 메인 오일 펌프로만 구동을 하게 된다.

그 이유는, 초기 유압을 형성할 경우에는 오일의 유속을 증가시키기 위해 외장형 오일 펌프를 이용하지만, 엔진 RPM이 증가되고 있는 상태에서는 유압이 어느 정도 형성이 되었으므로 메인 오일 펌프로만 구동을 하는 것이 바람직하기 때문이다.

따라서, 엔진 RPM이 증가하는 경우에는 엔진 RPM이 2000RPM을 초과하는 경우, 외장형 오일펌프의 구동을 정지시킨다.

그리고, 차량의 엔진 RPM이 감소하며 엔진 RPM이 1800RPM 으로 진입하는 경우에는, 정지되었던 외장형 오일펌프의 구동을 시작하도록 한다.

도 4는 본 발명에 따른 하이브리드 차량용 외장형 오일펌프 제어장치의 PID 제어를 도시한 도이고, 도 1을 참조하여 설명한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 모터속도 감지부(60)의 디지털 필터(63) 또는 홀 센서(61)에서 감지하고, 상기 중앙처리장치(20)에서 모터의 회전수를 입력받으면, 상기 중앙처리장치(20)에서 출력한 모터(M)의 목표 회전수(기준값)와 비교한다.

즉, 도 2 및 도 3에 기재된 각각의 차량 상태 조건별 외장형 오일펌프 구동용 모터(M)의 회전수, 하이브리드 차량용 엔진 RPM에 따른 외장형 오일펌프 온/오프 조건에 따라 중앙처리장치(20)에서 스위칭 신호를 보내 모터 구동부(40)의 FET 소자를 턴 온시켜 모터(M)로 전달한 후, 이에 따라 구동되는 모터(M)의 실제 회전 속도를 홀센서(61)를 이용하여 측정하며, 측정된 모터(M)의 회전수는 중앙처리장치(20)로 입력되어 상기와 같은 PID 제어를 실시하는 것이다.

따라서, 목표 회전수(기준값)와 실제 회전수(실제값)의 차이, 즉 오차를 PID 제어의 입력값(E(n))으로 하여 비례 이득(K_P), 적분 이득(K_I), 미분 이득(K_D)을 각각 계산하여 오차 보정을 위한 출력값(Y(n))이 산출된다.

이를 통해, 듀티(%)가 설정된 PWM 신호는 다시 중앙처리장치(20)에 의해 모터 구동부(40)가 제어되어 상기 모터(M)로 입력되며, 상기 PID 제어에 대한 수식은 하기 수학식 1과 같다.

여기서, 중앙처리장치(20)는 예를 들어 상기 모터(M)의 목표 RPM과 실제 RPM의 오차가 30% 이상인 경우, 상기 모터(M)의 3상 라인이 개방 또는 단락된 것으로 판단한다.

도 5는 도 4의 PID 제어에서 모터 속도에 따른 샘플링 시간을 도시한 그래프이다. 도 5의 PID 제어는 시변 시스템(Time-Variant)으로 구동된다.

즉, 샘플링 시간(Ts)을 모터(M)의 속도에 따라 변화시켜 응답 특성 및 RPM 오차를 개선하기 위해서이다.

따라서, 동일한 샘플링 속도로 가정하면, Kp가 모터(M)의 RPM에 따라 변화시키는 것과 유사하며, 최초 구동시에는 기 설정된 PMW 듀티(%)로 모터(M)를 구동시키고, 모터(M)의 목표 회전수를 TCU에서 받으면 현재 RPM과 비교하여 오차(E(n))를 계산한다.

이때, 상기 오차(E(n))을 Kp(P 이득)으로 나누고, E(n)/Kp 값을 모터(M)가 가속되고 있는 구간에서는 가산하고, 모터(M)가 감속되고 있는 구간에서는 감산하며, 상기 P 이득은 예를들어 디폴트로 250으로 설정한다.

따라서, 모터(M)의 PWM 신호는 하기와 같은 수학식 2로 정의될 수 있다.

모터구동 PMW 신호 = 현재 PWM 듀티(%) ± ( 오차(E(n)) ÷ P 이득(Kp))

여기서, 모터(M)가 가속될 때, PWM 듀티(%)가 최고값(Max Limit) 이상인 경우, PWM 듀티(%)는 최고 제한값으로 고정하며, PWM 듀티(%)가 최저값(Min Limit) 이하인 경우, PWM 듀티(%)는 최저 제한값으로 고정하여 그 범위를 벗어나지 않도록 한다.

단, 모터(M)가 감속될 때, 서서히 감속시키기 위해 모터(M)의 목표 회전수의 10% 이내로 현재 모터(M)의 속도가 도달하면, P 이득(Kp)을 다른 값(예, 800)으로 바꾸어 나누어준다.

즉, P 이득은 모터(M)가 감속될 때, 또는 현재 모터(M)의 속도가 모터(M)의 목표 속도의 10% 이내이면 P 이득을 변경하여 나누어주어 모터(M)의 속도가 비선형적으로 변하지 않도록 한다.

도 6은 본 발명에 따른 하이브리드 차량용 외장형 오일펌프 제어장치 중 필터부의 구성을 도시한 도이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 과전류 보호부(50)는 도 8에 도시된 과전류 보호부(50')와 달리 분류기(SHUNT, 51) 만을 이용하고, 중앙처리장치(20)는 필터부(30)를 통해 모터(M)에 인가되는 전류를 측정할 수 있다.

필터부(30)는 분류기(51)의 양단에 결합된 RC 필터(31)와 상기 RC 필터(31)의 출력값을 증폭하는 증폭기(32)로 구성된다.

RC 필터(31)는 주로 저역통과필터로 사용되며, 저항(R)과 커패시터(C)를 분류기(51)의 양단에 신호원에 직렬로 연결하고, C의 양단에서의 출력이 증폭기(32)로 인가된다. 이 경우의 출력신호/입력신호의 전달함수는 1/(1+jwRC)로 된다.

즉, 저주파성분에 대해서는 1에 가까운 이득을 보이지만, 고주파 성분에 대해서는 주파수가 높아질수록 급격히 이득이 감쇄하므로, 저역통과(low-pass) 특성 을 갖는다.

따라서, RC 필터(31)에서는 R, C의 값을 조절하는 것에 의해 설정 주파수의 통과 범위를 정할 수 있다.

한편, 주기성 있는 펄스 부하를 구동하는 경우, 주기적으로 발생하는 과도한 돌입전류 및 펄스 부하로 인한 스파이크 전류를 억제하여 소자 스트레스, 전자파, 발열을 줄이기 위해, C 값에 비해 아주 작은 저항을 사용할 수 있다.

또한 본 발명에 있어서는 RC 필터(31)의 출력값이 미세하므로 증폭기(32)를 통해 증폭하고, 증폭기(32)의 출력값은 중앙처리장치(20)에 마련된 A/D 컨버터를 통해 디지털 값으로 변환되어 중앙처리장치 내에 미리 설정된 전류 제한값과 비교된다.

다음에 도 7에 따라 중앙처리장치(20)에서의 제어 로직에 따른 과전류제어방법을 설명한다.

도 7은 본 발명에 따른 하이브리드 차량용 외장형 오일펌프 제어방법을 설명하는 흐름도이다.

도 7에 도시된 바와 같이, 하이브리드 차량용 외장형 오일펌프 제어방법은 시작과 동시에 입력되었던 데이터들을 모두 초기화 및 업데이트시키면서 시작된다(S10).

그리고, TCU, MCU 와 외장형 오일펌프 제어장치는 속도 명령 데이터, 상태 데이터 등을 주고 받으며 오류를 확인하고, 중앙처리장치(20) 내의 시변 시스템 기 반 PID 제어를 통하여 모터의 현재 상태를 제어한다(S20).

이러한 제어를 위해 중앙처리장치는 증폭기(32)의 출력 신호를 입력받는다(S30). 즉 중앙처리장치(20)는 중앙처리장치(20) 내에 마련된 A/D 컨버터를 이용하여 아날로그-디지털 변환된 모터의 측정 전류값을 읽어낸다.

또한 중앙처리장치(20) 내에 마련된 메모리에는 모터의 구동을 위해 미리 설정된 전류 제한값(이하, 단순히 '전류 제한값'이라 한다)이 저장되어 있으며, 중앙처리장치(20)는 메모리에 저장된 전류 제한값과 측정 전류값의 차이를 비교한다. 즉 중앙처리장치는 이러한 비교값이 허용 오차의 범위를 벗어나는가 판단한다(S40).

상기 단계 S40에서 허용오차를 벗어나는 경우, 허용오차가 일정 시간 간격으로 미리 설정된 N 회(예를 들어 3회 내지 5회) 반복하는지 측정한다(S50). 상기 단계 S50에서 N회 이상 반복하지 않는 경우 단계 S40으로 되돌아가서 상기 단계를 반복하여 실행한다.

한편, 상기 단계 S50에서 허용오차가 N회 이상 반복되어 벗어나는 경우, 중앙처리장치(20)는 허용오차를 초월 또는 미만인가 판단한다(S60). 단계 S60에서 허용오차를 초월하는 경우, 중앙처리장치(20)에서 모터구동부(40)로 출력하는 PWM 신호의 듀티비를 감소시키고(S70), 상기 단계 S40으로 되돌아 간다. 이때 듀티비의 감소는 노말 상태와는 달라 감소폭을 제어 가능한 최소 단위로 실행한다.

또, 단계 S60에서 허용오차 미만인 경우, 중앙처리장치(20)에서 모터구동부(40)로 출력하는 PWM 신호의 듀티비를 증가시키고(S80), 상기 단계 S40으로 되돌 아 간다. 이때도 듀티비의 증가는 노말 상태와는 달라 증가 폭을 제어 가능한 최소 단위로 실행한다.

한편, 상기 제어 가능한 최소단위는 듀티비를 리니어하게 2%로 하여 증가 또는 감소시키는 것이다.

상기 단계 S40 내지 단계 S90 이 반복실행되어 목표 RPM의 오차범위로 현재의 모터 RPM에 도달하면 단계 S90으로 진행한다.

즉, 단계 S40에서 측정된 모터의 현재 속도가 기준 속도(목표 속도)와의 차이가 허용오차 범위 내이며, 단계 S90으로 진행하여 노말 제어를 실행하며 허용오차 내로 모터의 현재 속도가 진입할 수 있도록 시변 시스템 기반 PID 제어를 계속적으로 실시한다.

마지막으로, 모터가 오프되는 조건인 경우(S100)에는 본 발명에 따른 하이브리드 차량용 외장형 오일펌프 제어방법을 종료하고, 모터가 오프되는 조건이 아닌 경우에는 상기 단계(S20)로 이동하여 모터의 제어를 계속적으로 실시하도록 한다.

이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.

도 1은 본 발명에 따른 하이브리드 차량용 오일펌프 제어장치를 개략적으로 도시한 블록구성도.

도 2는 본 발명에 따른 하이브리드 차량용 외장형 오일펌프 제어장치의 차량 상태에 따른 속도 제어 신호를 도시한 그래프.

도 3은 본 발명에 따른 하이브리드 차량용 외장형 오일펌프 제어장치의 엔진 RPM에 따른 외장형 오일펌프 온/오프 조건을 도시한 히스테리시스 곡선.

도 4는 본 발명에 따른 하이브리드 차량용 외장형 오일펌프 제어장치의 PID 제어를 도시한 도.

도 5는 도 4의 PID 제어에서 모터 속도에 따른 샘플링 시간을 도시한 그래프.

도 6은 본 발명에 따른 하이브리드 차량용 외장형 오일펌프 제어장치 중 필터부의 구성을 도시한 도,

도 7은 본 발명에 따른 하이브리드 차량용 외장형 오일펌프 제어방법을 도시한 흐름도.

도 8은 종래의 기술에 따른 하이브리드 차량용 외장형 오일펌프 제어과정을 설명하기 위한 도.

<도면의 주요 부분에 대한 도면 부호의 간단한 설명>

1: 하이브리드 차량용 외장형 오일펌프 제어장치

10: 전원부 20: 중앙처리장치

30: 필터부 40: 모터 구동부

50: 과전류 보호부 60: 모터속도 감지부

70: CAN 송수신기 80: TCU 연결선

Claims

하이브리드 차량용 외장형 오일펌프의 제어장치로서,

오일펌프 구동용 모터,

상기 오일펌프 구동용 모터의 속도를 검출하여 출력하는 모터속도 감지부(60),

상기 오일펌프 구동용 모터를 구동하는 모터 구동부(40),

분류기로 이루어지고, 상기 모터 구동부(40)를 통해 상기 오일펌프 구동용 모터로 인가되는 전류를 측정하는 과전류 보호부(50),

상기 과전류 보호부(50)의 출력신호를 필터링하여 증폭하는 필터부(30) 및

상기 오일펌프 구동용 모터의 실제 RPM을 상기 모터속도 감지부(60)에서 피드백 신호로 받고, 상기 필터부(30)에서의 증폭신호에 따라 상기 모터 구동부(40)로 공급되는 전류를 제어하는 중앙처리장치(20)를 포함하고,

상기 중앙처리장치(20)는 미리 설정된 전류 제한값과 측정 전류값의 허용 오차의 범위를 N회 반복하여 판단한 후 제어하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 외장형 오일펌프 제어장치.
제1항에 있어서,

상기 필터부(30)는 상기 분류기의 양단에 결합된 RC 필터와 상기 RC 필터의 출력값을 증폭하는 증폭기(32)로 구성된 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 외장형 오일펌프 제어장치.
제2항에 있어서,

상기 N회는 3회 내지 5회이고,

상기 중앙처리장치(20)는 허용오차의 범위가 N회 이상 반복되어 벗어나는 경우, 허용오차의 초월 또는 미만인가 판단하여 상기 모터 구동부(40)로 출력되는 PWM 신호의 듀티비를 감소 또는 증가시키는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 외장형 오일펌프 제어장치.
제1항에 있어서,

상기 중앙처리장치(20)와 모터 구동부(40)로 각각 전원을 공급하는 전원 공급부(10)를 더 포함하고,

상기 전원은 상기 중앙처리장치(20)로 전원이 공급된 후, 상기 모터 구동부(40)로 전원이 공급되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 외장형 오일펌프 제어장치.
하이브리드 차량용 외장형 오일펌프의 제어방법으로서,

모터 구동부(40)를 통해 오일펌프 구동용 모터에 인가될 전류 제한값을 설정하는 설정단계,

상기 오일펌프 구동용 모터로 인가되는 전류값을 측정하는 측정단계와

중앙처리장치(20)가 상기 전류 제한값과 상기 측정 전류값을 비교하여 허용오차의 범위인가 판단하는 판단단계를 포함하고,

상기 판단단계는 상기 전류 제한값과 측정 전류값의 허용 오차의 범위를 N회 반복하여 판단한 후, 상기 중앙처리장치(20)가 상기 모터 구동부(40)로 출력하는 신호를 제어하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 외장형 오일펌프 제어방법.
제5항에 있어서,

상기 N회는 3회 내지 5회이고,

상기 중앙처리장치(20)는 허용오차의 범위가 N회 이상 반복되어 벗어나는 경우, 허용오차의 초월 또는 미만인가 판단하여 상기 모터 구동부(40)로 출력되는 PWM 신호의 듀티비를 감소 또는 증가시키는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 외장형 오일펌프 제어방법.
제6항에 있어서,

상기 듀티비의 증가 또는 감소는 듀티비를 리니어하게 2%씩 증가 또는 감소하는 제어 가능한 최소 단위로 실행되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 외장형 오일펌프 제어방법.