KR101050488B1 - 모터 구동 장치 및 모터 구동 장치 제어 방법 - Google Patents

모터 구동 장치 및 모터 구동 장치 제어 방법 Download PDF

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Abstract

모터 구동 장치(100)는 전원 전압을 승압하고 승압 전압을 출력하는 승압 컨버터(12), 승압 컨버터(12)로부터 승압 전압을 수신하고 모터(M1)를 구동하는 인버터(14), 및 승압 컨버터(12)에 대해 승압 전압의 목표값을 지시하고, 인버터(14)의 제어 방법을 구형파 제어 또는 비구형파 제어가 되도록 결정하는 제어 장치(30)를 포함한다. 제어 장치(30)는, 토크 요구를 나타내는 기결정된 동일한 입력 신호에 대하여 제1 승압 목표값을 지시하고 제어 방법으로서 비구형파 제어를 지정하는 제1 동작 모드 및 기결정된 동일한 입력 신호에 대하여 제1 승압 목표값보다 더 낮은 제2 승압 목표값을 지시하고 제어 방법으로서 구형파 제어를 지정하는 제2 동작 모드 중에서 선택하도록 구성된다.

Description

모터 구동 장치 및 모터 구동 장치 제어 방법{MOTOR DRIVE DEVICE AND MOTOR DRIVE DEVICE CONTROL METHOD}
본 발명은 모터 제어 장치에 관한 것이고, 특히 차량용 모터 제어 장치에 관한 것이다.
최근에, 환경 친화적인 자동차로서, 전기 자동차, 하이브리드 자동차 및 연료 전지 차량과 같은 전기 모터를 사용하는 차량이 많은 주목을 받고 있다.
이러한 하이브리드 자동차, 전기 자동차 등에 있어서는, 전원으로부터의 직류 전압을 승압 컨버터에 의해 승압하고 승압된 직류 전압을 교류 전압으로 변환하여 모터를 구동하는 것이 고려되고 있다.
일본 특허 공개 No. 2005-45880은, 이러한 승압 컨버터를 가진 하이브리드 차량에 있어서, 인버터의 제어 방법을 정현파(sinusoidal wave) 펄스 폭 변조(PWM) 제어, 과변조 PWM 제어 및 구형파(rectangular wave) 제어 사이에서 전환하는 것을 기재한다.
구형파 제어는 정현파 PWM 제어 및 과변조 PWM 제어보다 더 작은 스위칭 손실을 포함하고 더 높은 시스템 효율을 구비한다. 반면에, 구형파 제어는 일시적인 교란에 취약하므로 제한된 범위에서만 추종 가능하다. 따라서, 구형파 제어가 여유 를 가지고 실행될 수 있는 영역(이하, "구형파 제어 영역"으로 지칭)을 설정하는 것이 필요하고, 그러므로 시스템 효율의 향상에는 제한이 있다.
다른 한편으로, 일시적인 교란의 존재 또는 부존재는 운전자에 의한 운전의 방식에 의해 크게 영향을 받는다. 어떤 운전자에 따라서는 구형파 제어 영역이 확대될 수도 있다.
본 발명의 목적은 시스템 효율을 향상시킬 수 있는 모터 제어 장치를 제공하는 것이다.
요약하면, 본 발명은 전원 전압을 승압하고 승압 전압을 출력하는 승압 장치; 승압 장치로부터 승압 전압을 수신하고 모터를 구동하는 인버터; 및 승압 장치에 대해 승압 전압의 목표값을 지시하고, 인버터의 제어 방법으로서 구형파 제어 및 비구형파 제어 중 하나를 설정하는 제어 장치를 포함하는 모터 구동 장치이다. 제어 장치는, 토크 요구를 나타내는 동일한 기결정된 입력 신호에 대하여, 제1 승압 목표값을 지시하고 제어 방법으로서 비구형파 제어를 지정하는 제1 동작 모드 및 제1 승압 목표값보다 더 낮은 제2 승압 목표값을 지시하고 제어 방법으로서 구형파 제어를 지정하는 제2 동작 모드 중에서 선택할 수 있다.
제어 장치는, 토크 요구를 나타내는 동일한 기결정된 입력 신호에 대하여, 제1 지령 토크 및 제1 지령 토크와 비교했을 때 그 변화가 완만한 제2 지령 토크 중에서 선택할 수 있고, 제어 장치가 제1 동작 모드를 선택하는 경우 제1 지령 토크를 선택하고 제어 장치가 제2 동작 모드를 선택하는 경우 제2 지령 토크를 선택하는 것이 바람직하다.
모터 구동 장치는 제1 및 제2 동작 모드 중 어느 것이 선택될 지에 관한 지시를 제어 장치에 제공하는 입력 스위치를 더 포함하는 것이 바람직하다.
모터 구동 장치는 제1 및 제2 모드 중 어느 것이 선택되는지를 조작자에게 인식하게 하는 모드 통지 유닛을 더 포함하는 것이 바람직하다.
제어 장치는, 진로에 교통 정체가 예견되는 경우, 동작 모드를 제1 동작 모드로부터 제2 동작 모드로 전환하는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 전원 전압을 승압하고 승압 전압을 출력하는 승압 장치; 승압 장치로부터 승압 전압을 수신하고 모터를 구동하는 인버터; 및 승압 장치에 대해 승압 전압의 목표값을 지시하고, 인버터의 제어 방법으로서 펄스 폭 변조 제어 및 비펄스 폭 변조 제어 중 하나를 설정하는 제어 장치를 포함하는 모터 구동 장치가 제공된다. 제어 장치는, 토크 요구를 나타내는 동일한 기결정된 입력 신호에 대하여, 제1 승압 목표값을 지시하고 제어 방법으로서 펄스 폭 변조 제어를 지정하는 제1 동작 모드 및 제1 승압 목표값보다 더 낮은 제2 승압 목표값을 지시하고 제어 방법으로서 비펄스 폭 변조 제어를 지정하는 제2 동작 모드 중에서 선택할 수 있다.
제어 장치는, 토크 요구를 나타내는 동일한 기결정된 입력 신호에 대하여, 제1 지령 토크 및 제1 지령 토크와 비교했을 때 그 변화가 완만한 제2 지령 토크 중에서 선택할 수 있고, 제어 장치가 제1 동작 모드를 선택하는 경우 제1 지령 토크를 선택하고 제어 장치가 제2 동작 모드를 선택하는 경우 제2 지령 토크를 선택하는 것이 바람직하다.
모터 구동 장치는 제1 및 제2 동작 모드 중 어느 것이 선택될 지에 관한 지시를 제어 장치에 제공하는 입력 스위치를 더 포함하는 것이 바람직하다.
모터 구동 장치는 제1 및 제2 모드 중 어느 것이 선택되는지를 조작자에게 인식하게 하는 모드 통지 유닛을 더 포함하는 것이 바람직하다.
제어 장치는, 진로에 교통 정체가 예견되는 경우, 동작 모드를 제1 동작 모드로부터 제2 동작 모드로 전환하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 모터 제어에 있어서 시스템 효율을 더욱 개선하는 것이 가능하다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동 장치의 회로도이며;
도 2는 도 1의 제어 장치(30)에 의해 인버터(14)를 제어하는 제어 방법을 도시하는 그림이며;
도 3은 일정한 승압 전압에 있어서 제어 방법을 결정하는 방법을 도시하는 그림이며;
도 4는 승압 컨버터에 의한 승압 전압과 도 3의 제어 방법 사이의 관계를 설명하기 위한 그림이며;
도 5는 승압 전압과 제어 방법을 결정하기 위해, 도 1의 제어 장치(30)에 의해 실행되는 프로그램의 제어 구성을 도시하는 흐름도이며;
도 6은 부하에 대한 승압 전압을 결정하기 위한 맵을 도시하는 그림이며;
도 7은 액셀러레이터 누름도에 대한 요구 토크를 결정하기 위한 맵을 도시하는 그림이며;
도 8은 요구 토크의 변화를 완만하게 하기 위한 다른 일례를 설명하는 파형도이다.
이하, 본 발명의 실시예는 도면을 참조하여 구체적으로 설명될 것이다. 도면의 동일하거나 대응하는 부분들에는 동일한 참조 부호가 제공되어, 그 부분들의 반복되는 설명을 회피한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동 장치의 회로도이다.
도 1을 참조하면, 모터 구동 장치(100)는 직류 전원(B), 전압 센서(10, 13), 시스템 릴레이(SR1, SR2), 캐패시터(C1, C2), 승압 컨버터(12), 인버터(14), 전류 센서(11, 24) 및 제어 장치(30)를 포함한다.
교류 모터(M1)는 하이브리드 자동차 또는 전기 자동차의 구동휠을 구동하기 위한 토크를 발생시키는 구동 모터이다. 선택적으로, 모터는 엔진에 의해 구동되는 발전기로서 기능을 가질 수도 있고, 엔진을 위해 동작하고, 예를 들어, 엔진을 시동시킬 수 있는 전기 모터로서 하이브리드 자동차에 탑재될 수도 있다.
승압 컨버터(12)는 리액터(L1), NPN 트랜지스터(Q1, Q2) 및 다이오드(D1, D2)를 포함한다. 리액터(L1)의 한쪽 말단은 직류 전원(B)의 전원 라인(PL1)에 연결되고, 다른쪽 말단은 NPN 트랜지스터(Q1)와 NPN 트랜지스터(Q2) 사이의 중간점, 즉, NPN 트랜지스터(Q1)의 이미터와 NPN 트랜지스터(Q2)의 컬렉터 사이에 연결된 다.
NPN 트랜지스터(Q1, Q2)는 전원 라인(PL2)과 접지 라인(SL) 사이에 직렬로 연결된다. NPN 트랜지스터(Q1)의 컬렉터는 전원 라인(PL2)에 연결되고, NPN 트랜지스터(Q2)의 이미터는 접지 라인(SL)에 연결된다. NPN 트랜지스터(Q1, Q2) 각각의 컬렉터와 이미터 사이에는, 이미터 측으로부터 컬렉터 측으로 전류를 통과시키는 다이오드(D1, D2)가 배치된다.
인버터(14)는 U-상 암(15), V-상 암(16) 및 W-상 암(17)을 포함한다. U-상 암(15), V-상 암(16) 및 W-상 암(17)은 전원 라인(PL2)과 접지 라인(SL) 사이에 병렬로 제공된다.
U-상 암(15)은 직렬로 연결되는 NPN 트랜지스터(Q3, Q4)를 포함한다. V-상 암(16)은 직렬로 연결되는 NPN 트랜지스터(Q5, Q6)를 포함한다. W-상 암(17)은 직렬로 연결되는 NPN 트랜지스터(Q7, Q8)를 포함한다. NPN 트랜지스터(Q3 내지 Q8) 각각의 컬렉터와 이미터 사이에는, 이미터 측으로부터 컬렉터 측으로 전류를 통과시키도록 다이오드(D3 내지 D8)가 각각 연결된다.
각 상 암의 중간점은 교류 모터(M1)의 각 상 코일의 각 상 말단에 연결된다. 다시 말하면, 교류 모터(M1)는 3-상의 영구 자석 모터이고, 그 한쪽 말단이 중점에 공통적으로 연결되는 U-상, V-상 및 W-상의 3개의 코일로 형성된다. U-상 코일의 다른쪽 말단은 NPN 트랜지스터(Q3, Q4) 사이의 중간점에 연결되고, V-상 코일의 다른쪽 말단은 NPN 트랜지스터(Q5, Q6) 사이의 중간점에 연결되고, W-상 코일의 다른쪽 말단은 NPN 트랜지스터(Q7, Q8) 사이의 중간점에 각각 연결된다.
NPN 트랜지스터(Q1 내지 Q8) 등에 대신하여, IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 또는 파워 MOSFET과 같은 다른 파워 스위칭 소자가 사용될 수도 있다.
직류 전원(B)은 니켈-수소 또는 리튬-이온 2차 전지를 포함한다. 전압 센서(10)는 직류 전원(B)으로부터 출력되는 직류 전압(VB)을 검출하고 검출된 직류 전압(VB)을 제어 장치(30)로 출력한다. 전류 센서(11)는 직류 전원(B)으로부터 출력되는 직류 전류(Ib)를 검출하고 검출된 직류 전류(Ib)를 제어 장치(30)로 출력한다. 시스템 릴레이(SR1, SR2)는 제어 장치(30)로부터의 신호 SE에 응답하여 온(on) 또는 오프(off)된다.
캐패시터(C1)는 직류 전원(B)으로부터 공급되는 직류 전압을 평활화하고, 평활화된 직류 전압을 승압 컨버터(12)에 공급한다.
승압 컨버터(12)는 캐패시터(C1)로부터 공급되는 직류 전압을 승압하여 캐패시터(C2)에 공급한다. 보다 구체적으로, 승압 컨버터(12)는, 승압 컨버터(12)가 제어 장치(30)로부터 신호 PWMU를 수신하는 경우, 신호 PWMU에 응답하여 NPN 트랜지스터(Q2)가 온인 기간에 따라서 직류 전압을 승압하고 직류 전압을 캐패시터(C2)에 공급한다. 이러한 경우, NPN 트랜지스터(Q1)는 신호 PWMU에 응답하여 오프인 상태이다. 승압 컨버터(12)가 제어 장치(30)로부터 신호 PWMD를 수신하는 경우, 승압 컨버터(12)는 캐패시터(C2)를 매개로 하여 인버터(14)로부터 공급되는 직류 전압을 강압하여 직류 전원(B)을 충전한다.
캐패시터(C2)는 승압 컨버터(12)로부터의 직류 전압을 평활화하고, 평활화된 직류 전압을 인버터(14)에 공급한다. 전압 센서(13)는 캐패시터(C2)의 양단의 전 압, 즉, 승압 컨버터(12)의 출력 전압(VH)(인버터(14)로의 입력 전압에 대응함, 이하 동일하게 적용됨)을 검출하고, 검출된 출력 전압(VH)을 제어 장치(30)로 출력한다.
직류 전압이 캐패시터(C2)로부터 인버터(14)에 공급되는 경우, 인버터(14)는 제어 장치(30)로부터의 신호 PWMI에 근거하여, 직류 전압을 교류 전압으로 변환하여 교류 모터(M1)를 구동한다. 그 결과, 교류 모터(M1)는 토크 지령값(TR)에 의해 지정되는 토크를 발생시키도록 구동된다. 모터 구동 장치(100)가 탑재되는 하이브리드 자동차 또는 전기 자동차의 회생 제동시에, 인버터(14)는 제어 장치(30)로부터의 신호 PWMC에 근거하여, 교류 모터(M1)에 의해 발생되는 교류 전압을 직류 전압을 변환하고, 변환된 직류 전압을 캐패시터(C2)를 매개로 하여 승압 컨버터(12)에 공급한다.
여기에서 언급되는 회생 제동이란, 하이브리드 자동차 또는 전기 자동차를 운전하는 운전자에 의해 풋 브레이크가 조작되는 경우의 회생 발전을 수반하는 제동 및 풋 브레이크를 조작하지 않고 주행 중에 액셀러레이터 페달을 오프함으로써 회생 발전을 수행하는 동안의 차량의 감속(또는 가속의 정지)을 포함한다.
전류 센서(24)는 교류 모터(M1)를 통과하는 모터 전류(MCRT)를 검출하고, 검출된 모터 전류(MCRT)를 제어 장치(30)로 출력한다.
제어 장치(30)는 액셀러레이터 누름도 센서(32)로부터 획득되는 액셀러레이터 누름도(Acc)에 근거하여 토크 지령값(TR)을 결정하고, 토크 지령값(TR), 모터 회전수(MRN), 전압 센서(10)로부터의 직류 전압(VB), 전압 센서(13)로부터의 출력 전압(VH) 및 전류 센서(24)로부터의 모터 전류(MCRT)에 근거하여 승압 컨버터(12)를 구동하기 위한 신호 PWMU 및 인버터(14)를 구동하기 위한 신호 PWMI를 발생시키고, 그리고 발생된 신호 PWMU 및 신호 PWMI를 각각 승압 컨버터(12) 및 인버터(14)로 출력한다.
신호 PWMU는, 승압 컨버터(12)가 캐패시터(C1)로부터의 직류 전압을 출력 전압(VH)으로 변환하는 경우에 승압 컨버터(12)를 구동하기 위한 신호이다. 승압 컨버터(12)가 직류 전압을 출력 전압(VH)으로 변환하는 경우, 제어 장치(30)는 출력 전압(VH)을 피드백-제어하고, 출력 전압(VH)이 목표값과 일치하도록 승압 컨버터(12)를 구동하기 위한 신호 PWMU를 발생시킨다.
제어 장치(30)가, 하이브리드 자동차 또는 전기 자동차가 회생 제동 모드에 들어가게 되는 것을 나타내는 신호를 외부 ECU로부터 수신하는 경우, 제어 장치(30)는 교류 모터(M1)에 의해 발생되는 교류 전압을 직류 전압을 변환하기 위한 신호 PWMC를 발생시키고, 신호 PWMC를 인버터(14)로 출력한다. 이러한 경우, 인버터(14)의 NPN 트랜지스터(Q3 내지 Q8)의 스위칭은 신호 PWMC에 의해 제어된다. 이러한 방식으로, 인버터(14)는 교류 모터(M1)에 의해 발생되는 교류 전압을 직류 전압으로 변환하고, 직류 전압을 승압 컨버터(12)에 공급한다.
제어 장치(30)가, 하이브리드 자동차 또는 전기 자동차가 회생 제동 모드에 들어가게 되는 것을 나타내는 신호를 외부 ECU로부터 수신하는 경우, 제어 장치(30)는 인버터(14)로부터 공급되는 직류 전압을 강압하기 위한 신호 PWMD를 발생시키고, 발생된 신호 PWMD를 승압 컨버터(12)로 출력한다. 이러한 방식으로, 교류 모터(M1)에 의해 발생되는 교류 전압이 직류 전압으로 변환되고, 강압되고, 그리고 직류 전원(B)에 공급된다.
또한, 제어 장치(30)는 시스템 릴레이(SR1, SR2)를 온 또는 오프하기 위한 신호 SE를 발생시키고, 신호 SE를 시스템 릴레이(SR1, SR2)로 출력한다.
제어 장치(30)는 액셀러레이터 누름도 센서(32), 입력 스위치(37) 및 내비게이션 장치(36)로부터의 정보에 근거하여, 동작 모드를 결정하고 인버터(14)를 제어한다. 제어 장치(30)는 모드 통지 유닛(34)을 사용하여 결정된 동작 모드를 탑승자에게 알려 준다.
도 2는 도 1의 제어 장치(30)에 의해 인버터(14)를 제어하기 위한 제어 방법을 도시하는 그림이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 직류 전압을 인버터에 의해 교류 전압으로 변환함으로써 교류 모터의 구동을 제어하기 위한 모터 구동 시스템에서는, 일반적으로, 교류 모터를 고효율에서 구동하기 위해, 벡터 제어에 근거하여 정현파 PWM(펄스 폭 변조) 제어에 따라 모터 전류가 흔히 제어된다.
하지만, 정현파 PWM 제어 방법에서는, 인버터의 출력 전압의 기본파 성분이 충분히 높아질 수 없고 전압 이용률에 제한이 있다. 그러므로 높은 회전 속도의 영역에서 고출력을 획득하는 것이 어렵다. 이러한 점을 고려하여, 정현파 PWM 제어 방법보다 더 높은 기본파 성분을 가지는 전압을 출력할 수 있는 변조 방법의 채택이 제안되어 왔다.
예를 들어, 고회전 영역에서의 출력을 향상시키기 위해 구형파 전압을 교류 모터에 인가하고 회전을 위해 교류 모터를 구동하는 제어 구성(이하, "구형파 제어 방법"으로도 지칭됨)이 제안되고, 그 구성에서는 토크 지령값 및 실제 토크 사이의 편차에 근거하여 구형파 전압의 위상을 제어함으로써 교류 모터의 토크 제어가 실행된다.
또한, 구형파 제어 방법과 정현파 PWM 제어 방법 사이의 중간 전압을 이용하는 "과변조 PWM 제어 방법"의 채택도 제안된다. 모터 구동 장치(100)에서는, 모터 운전 조건(대표적으로 토크 및 회전수)에 따라, 3개의 제어 모드, 즉 정현파 PWM 제어, 과변조 PWM 제어 및 구형파 제어 사이에서 전환이 적절하게 이루어진다.
도 2에 도시된 바와 같이, 정현파 PWM 제어 방법은 일반적인 PWM 제어로서 사용되는 것이고, 정현파 전압 지령값과 반송파(대표적으로 삼각파) 사이의 비교에 따라서 각 상 암에서의 스위칭 소자의 온/오프를 제어한다. 그 결과, 상부 암 소자의 온 기간에 대응하는 하이-레벨 기간 및 하부 암 소자의 온 기간에 대응하는 로우-레벨 기간에서의 기본파 성분들의 집합이 일정 기간 내에서 정현파가 되도록 듀티비가 제어된다. 잘 알려진 것처럼, 정현파 PWM 제어 방법에 의해서는, 인버터 직류 입력 전압에 대한 기본파 성분의 실효값(변조율)이 0.61배까지만 높아질 수 있다.
한편, 구형파 제어 방법에서는, 상술된 일정 기간 내에서 1대 1의 비율로 하이-레벨 기간 및 로우-레벨 기간을 포함하는 구형파의 1개의 펄스가 교류 모터에 인가된다. 그 결과, 변조율은 0.78까지 높아진다.
과변조 PWM 제어 방법은, 반송파를 왜곡하여(distorting) 진폭을 감소시킨 후 상술된 정현파 PWM 제어 방법과 유사하게 PWM 제어를 수행한다. 그 결과, 기본파 성분은 왜곡될 수 있고 변조율은 0.61 ~ 0.78까지 높아질 수 있다.
교류 모터(M1)에서는, 회전수 또는 출력 토크가 증가한다면, 유도 전압이 높아지고 모터의 필요 전압이 높아지게 된다. 승압 컨버터(12)에 의한 승압 전압, 즉, 시스템 전압(VH)은 모터 필요 전압(유도 전압)보다 더 높게 설정될 필요가 있다. 다른 한편으로, 승압 컨버터(12)에 의한 승압 전압, 즉, 시스템 전압(VH)의 제한값(VH 최대 전압)이 존재한다.
다시 말하면, 모터 필요 전압(유도 전압)이 시스템 전압(VH)의 최대값(VH 최대 전압)보다 더 낮은 영역에서는, 정현파 PWM 제어 방법 또는 과변조 PWM 제어 방법에 따른 최대 토크 제어가 적용되고, 벡터 제어에 따르는 모터 전류 제어에 의해 출력 토크가 토크 지령값으로 제어된다.
다른 한편으로, 모터 필요 전압(유도 전압)이 시스템 전압(VH)의 최대값(VH 최대 전압)에 이른다면, 시스템 전압(VH)을 유지한 후 약계자(field weakening) 제어에 따른 구형파 제어 방법이 적용된다. 구형파 제어 방법에서는, 기본파 성분의 진폭이 고정되기 때문에, 전력 연산에 의해 획득되는 실제 토크값 및 토크 지령값 사이의 편차에 근거하여, 구형파 펄스의 전압 위상 제어에 의해 토크 제어가 실행된다.
도 3은 일정한 승압 전압에 있어서 제어 방법을 결정하는 방법을 도시하는 그림이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 저회전수 영역 A1에서는 토크 변동을 감소시키기 위해 정현파 PWM 제어 방법이 사용되고, 중회전수 영역 A2에서는 과변조 PWM 제어 방법이 적용되고, 고회전수 영역 A3에서는 구형파 제어 방법이 적용된다. 특히, 과변조 PWM 제어 방법 및 구형파 제어 방법을 적용함으로써, 중회전수 및 고회전수 영역에 있어서 교류 모터(M1)의 출력 향상이 실현될 수 있다. 상술된 바와 같이, 도 2에 도시된 제어 방법 중 어느 것이 사용되는 지는 실현 가능한 변조율의 범위 내에서 결정된다.
도 4는 승압 컨버터에 의한 승압 전압과 도 3의 제어 방법 사이의 관계를 설명하기 위한 그림이다.
도 1 및 도 4를 참조하면, 만약 승압 컨버터(12)의 출력 전압인 전압(VH)이 VH1이라면, 도 4의 실선의 맵 A에 도시된 바와 같이, 저회전수 영역 A1에서는 정현파 PWM 제어 방법이 사용되고, 중회전수 영역 A2에서는 과변조 PWM 제어 방법이 사용되고, 고회전수 영역 A3에서는 구형파 제어 방법이 사용된다.
한편, 만약 전압(VH)이 VH1보다 더 낮은 VH2이라면, 도 4의 파선의 맵 B에 도시된 바와 같이, 저회전수 영역 B1에서는 정현파 PWM 제어 방법이 사용되고, 중회전수 영역 B2에서는 과변조 PWM 제어 방법이 사용되고, 고회전수 영역 B3에서는 구형파 제어 방법이 사용된다.
이러한 맵은 각 전압(VH)마다 결정되고 제어 장치(30)에 내장된 메모리에 미리 저장된다.
즉, 회전수 및 토크가 동일한 영역이라도, 승압 컨버터(12)의 설정된 승압 전압에 따라 상이한 제어 방법이 각각의 영역에 적용된다. 예를 들어, 10·15 모드 연비를 측정하기 위해 흔히 사용되는 영역 Y는, 전압(VH)이 VH1인 경우에는 영역 A1에 속하고 정현파 PWM 제어 방법이 적용되지만, 전압(VH)이 VH2인 경우에는 영역 B3에 속하고 구형파 제어 방법이 적용된다.
연비에 초점을 맞추면, 전압(VH)은 VH2에 설정된다. 이러한 방식으로, 승압 컨버터(12)는 많은 승압을 수행하지 않는다. 영역 Y는 맵 B의 영역 B3에 속하고 구형파 제어 방법이 적용된다. 만약 배터리 전압(VB)이 전압으로서 충분하다면, 스위칭 손실은 0이 된다. 인버터(14)의 스위칭에 관해서도, 구형파 제어 방법에서 파워 소자의 스위칭이 보다 덜 빈번하기 때문에, 구형파 제어 방법이 정현파 PWM 제어 방법보다 더 낮은 스위칭 손실을 포함한다. 그러므로 승압 컨버터(12) 및 인버터(14)에서 손실이 감소되므로 차량의 연비가 개선된다. 이 경우는 교란에 취약하므로 요구 토크의 갑작스러운 변화를 제한하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 액셀러레이터 누름도의 변화에 대하여 요구 토크의 변화를 완만하게 함으로써, 요구 토크의 갑작스러운 변화를 제한하는 것이 가능하다.
다른 한편으로, 급가속을 반복하는 경우 또는 커브가 많은 도로 또는 비포장 도로를 주행하는 경우, 운전자에 따라서는 연비보다 차량의 응답성을 더욱 중요시한다. 이 경우, 전압(VH)은 VH1에 설정된다. 이러한 방식으로, 승압 컨버터(12)는 여분의 승압을 수행하고, 영역 Y는 맵 A의 영역 A1에 속하고, 그리고 인버터(14)는 높은 응답성을 제공하는 정현파 PWM 제어 방법에 의해 제어된다.
도 5는 승압 전압과 제어 방법을 결정하기 위해, 도 1의 제어 장치(30)에 의해 실행되는 프로그램의 제어 구성을 도시하는 흐름도이다. 흐름도의 처리는 일정 한 시간이 경과하는 때마다 또는 기결정된 조건이 만족되는 때마다 불려 내어지며 실행된다.
도 1 및 도 5를 참조하면, 제어 장치(30)는, 우선 단계 S1에 있어서, 입력 스위치(37)가 어떻게 설정되어 있는지를 검출한다. 여기에서, 도 1의 입력 스위치(37)는, 예를 들어, 동작 모드를 연비 중시 모드로 설정하기 위한 에코-스위치로서 지칭된다.
통상 모드 및 에코-모드 중에서 어느 것을 선택할 것인지의 지시는 에코-스위치로부터 제어 장치(30)로 제공된다. 에코-스위치의 설정이 온 상태라면, 처리는 단계 S2로 진행한다. 에코-스위치의 설정이 오프 상태라면, 처리는 단계 S3으로 진행한다.
도 6은 부하에 대한 승압 전압을 결정하기 위한 맵을 도시하는 그림이다. 횡축의 부하는 예를 들어, 회전이 일정하다면 토크와 회전수의 곱에 비례한다.
도 7은 액셀러레이터 누름도에 대한 요구 토크를 결정하기 위한 맵을 도시하는 그림이다.
도 5의 단계 S2에서는, 도 6의 전압 V2에 근거하여 승압 전압 목표값이 결정되고, 도 7의 요구 토크 T2에 근거하여 요구 토크가 결정된다. 한편, 단계 S3에서는, 도 6의 전압 V1에 근거하여 승압 전압 목표값이 결정되고, 도 7의 요구 토크 T1에 근거하여 요구 토크가 결정된다.
단계 S2 또는 단계 S3에서의 맵 선택이 종료하는 경우, 처리는 단계 S4로 진행한다. 단계 S4에서는, 액셀러레이터 누름도에 근거하여 결정되는 요구 토크로부 터 토크 지령값이 산출된다. 즉, 도 7에 도시된 바와 같이, 제어 장치(30)는, 액셀러레이터 누름도 센서(32)에 의해 주어지고 토크 요구를 나타내는 동일한 기결정된 입력 신호 Acc에 대하여, 요구 토크 T1 및 그 변화가 완만한 요구 토크 T2에서 선택할 수 있다. 만약 입력 스위치(37)를 사용하여 운전자가 통상 모드를 선택한다면, 요구 토크 T1이 선택된다. 만약 운전자가 에코-모드를 선택한다면, 요구 토크 T2가 선택된다.
변화를 완만하게 하는 방법으로서, 맵들간의 전환을 하는 방법 이외에 몇 가지 방법이 있다.
도 8은 요구 토크의 변화를 완만하게 하기 위한 다른 일례를 설명하는 파형도이다.
도 8을 참조하면, 액셀러레이터 누름도 센서에 의해 주어지는 입력 신호 IN가 필터링된 후에 요구 토크로서 사용된다. 통상 모드와 에코-모드 사이에서 필터의 계수를 바꿈으로써, 통상 모드에서는 신호 OUT1가 요구 토크로서 사용되고, 에코-모드에서는 신호 OUT1과 비교했을 때 그 변화가 완만한 신호 OUT2가 요구 토크로서 사용된다.
도 5를 다시 참조하여, 단계 S4에 이어서 실행되는 단계 S5 이후의 처리에 관한 설명이 계속될 것이다.
단계 S5에서, 제어 장치(30)는, 단계 S4에서 산출되는 토크 지령값 및 리졸버(38)에 의해 검출되는 모터 회전수로부터, 도 6의 맵을 사용하여 승압 전압(VH)의 목표값을 결정한다. 그 다음에, 단계 S5에 이어서 단계 S6의 처리가 실행된다.
단계 S6에서는, 도 4에 도시되는 각각의 승압 전압(VH)마다 결정되는 맵으로부터, 제어 방법으로서 정현파 PWM 제어, 과변조 PWM 제어 및 구형파 제어 중 어느 것이 사용될지가 결정된다.
요약하면, 단계 S5 및 S6에서 실행되는 처리는 다음과 같다. 구체적으로, 모터 구동 장치(100)는 전원 전압을 승압하고 승압 전압을 출력하는 승압 컨버터(12), 승압 컨버터(12)로부터 승압 전압을 수신하고 모터(M1)를 구동하는 인버터(14), 및 승압 컨버터(12)에 대해 승압 전압의 목표값을 지시하고, 인버터(14)의 제어 방법으로서 구형파 제어 및 비구형파 제어 중 하나를 설정하는 제어 장치(30)를 포함한다. 다른 측면에 따르면, 제어 방법의 전환은, 펄스 폭 변조 제어 및 비펄스 폭 변조 제어 중 하나를 설정하는 것으로 표현될 수도 있다.
이러한 구조에서, 도 4에 묘사된 영역 Y에 차량의 상태가 있다면, 도 6의 부하는 YL의 범위에 있다. 그러므로 제어 장치(30)는, 토크 요구를 나타내는 동일한 기결정된 입력 신호에 대하여, 제1 승압 목표값 V1을 지시하고 제어 방법으로서 비구형파 제어를 지정하는 제1 동작 모드(통상 모드) 및 제1 승압 목표값 V1보다 더 낮은 제2 승압 목표값 V2을 지시하고 제어 방법으로서 구형파 제어를 지정하는 제2 동작 모드(에코-모드)에서 선택할 수 있다. 운전자는 입력 스위치(37)를 사용하여 자신의 기호에 따라 동작 모드를 바꿀 수 있다.
단계 S6에서 제어 방법이 결정된다면, 제어 방법에 따라 단계 S7에서 인버터(14)의 트랜지스터(Q3 내지 Q8)가 스위칭되어 모터의 전류 제어를 실행한다. 단계 S8에서, 제어는 메인 루틴으로 이동한다.
단계 S4 전에, 모드 통지 유닛(34)을 사용하여, 통상 모드 및 에코-모드 중 어느 것이 선택되는지를 조작자에게 인식하게 하는 처리가 실행되는 것이 바람직하다.
제어 장치(30)는 승차감 및 응답성을 중요시하는 동작 모드(이하, 통상 모드로 지칭) 및 연비를 중요시하는 동작 모드(이하, 에코-모드로 지칭)를 입력 스위치(37)의 설정에 따라서 선택한다. 제어 장치(30)는, 모드 통지 유닛(34)을 사용하여, 통상 모드 및 에코-모드 중 어느 것이 현재 동작 모드로서 선택되는지를 운전자에게 알려 준다.
예를 들어, 모드 통지 유닛(34)으로서, 에코-모드가 선택되는 경우 밝아지는 라이트(light)가 제공될 수도 있고 또는 동작 모드에 따라서 변화하는 배경색을 구비한 미터 패널(meter panel)이 제공될 수도 있다. 공기 청정기를 구비한 차량의 경우에는, 에코-모드가 선택되는 경우, 공기 청정기가 산림욕을 생각나게 하는 냄새를 방사할 수도 있어 그로 인해 운전자에게 에코-모드가 선택되어 있음을 알려 준다.
운전자에게 에코-모드의 선택을 적극적인 방식으로 알려줌으로써, 에코-모드의 선택에 기인한 차량의 조작감의 변화에 의해 자극되는 운전자의 과다한 불쾌감을 방지할 수 있다.
더욱이, 단계 S1에서부터 단계 S3으로 이동하기 전에, 제어 장치(30)는, 내비게이션 장치(36)로부터의 정보에 근거하여 진로에 교통 정체가 예견되는 경우, 동작 모드를 통상 모드로부터 에코-모드로 전환하여, 단계 S3의 맵 대신에 단계 S2 의 맵을 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어, VICS(vehicle information and communication system)와 같은 교통 정보 제공 서비스로부터 제공되는 교통 정체 정보가 내비게이션 장치(36)에 들어갈 수도 있고 현재 위치로부터 설정된 목적지로의 경로에서 교통 정체가 검출된다면, 정체된 지역에 도착 예정 시간에서 동작 모드가 에코-모드로 전환될 수도 있다.
이러한 방식으로, 만약 운전자가 통상 모드를 지정할지라도, 높은 차량 성능을 필요로 하지 않는 상황에서는 연비가 개선될 수 있다.
비록 본 실시예에서는 차량의 높은 성능을 제공하는 동작 모드가 통상 모드로 지칭되고 개선된 연비를 제공하는 모드가 에코-모드로 지칭되지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 개선된 연비를 제공하는 모드를 통상 모드로 지칭하고 차량의 높은 성능을 제공하는 모드를 파워 모드로 지칭하면서 본 출원의 발명이 적용될 수도 있다.
이번에 개시되는 실시예는 모든 점에서 예시적인 것으로서 제한적인 것으로 고려되어서는 안된다. 본 발명의 범위는 상기 실시예의 설명이 아닌 특허청구범위에 의해 규정되고 특허청구범위와 균등한 의미들 및 특허청구범위의 범위 내에서 모든 변형예들을 포함한다.

Claims (10)

  1. 모터 구동 장치에 있어서,
    전원 전압을 승압하고 승압 전압을 출력하는 승압 장치;
    상기 승압 장치로부터 상기 승압 전압을 수신하고 모터를 구동하는 인버터; 및
    상기 승압 장치에 대해 상기 승압 전압의 목표값을 지시하고, 상기 인버터의 제어 방법으로서 구형파 제어 및 비구형파 제어 중 하나를 설정하는 제어 장치를 포함하되,
    상기 제어 장치는, 동일한 액셀러레이터 누름도를 나타내는 기결정된 입력 신호에 대하여, 제1 승압 목표값을 지시하고 상기 제어 방법으로서 상기 비구형파 제어를 지정하는 제1 동작 모드 및 상기 제1 승압 목표값보다 더 낮은 제2 승압 목표값을 지시하고 상기 제어 방법으로서 상기 구형파 제어를 지정하는 제2 동작 모드 중에서 선택할 수 있는 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어 장치는, 상기 기결정된 입력 신호에 대하여, 제1 지령 토크 및 상기 제1 지령 토크와 비교했을 때 그 변화가 완만한 제2 지령 토크 중에서 선택할 수 있되, 상기 제어 장치가 상기 제1 동작 모드를 선택하는 경우 상기 제1 지령 토크를 선택하고 상기 제어 장치가 상기 제2 동작 모드를 선택하는 경우 상기 제2 지 령 토크를 선택하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 동작 모드 중 어느 것이 선택될 지에 관한 지시를 상기 제어 장치에 제공하는 입력 스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 동작 모드 중 어느 것이 선택되는지를 조작자에게 인식하게 하는 모드 통지 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 모터 구동 장치는 차량에 사용되고,
    상기 제어 장치는, 진로에 교통 정체가 예견되는 경우, 동작 모드를 상기 제1 동작 모드로부터 상기 제2 동작 모드로 전환하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치.
  6. 모터 구동 장치에 있어서,
    전원 전압을 승압하고 승압 전압을 출력하는 승압 장치;
    상기 승압 장치로부터 상기 승압 전압을 수신하고 모터를 구동하는 인버터; 및
    상기 승압 장치에 대해 상기 승압 전압의 목표값을 지시하고, 상기 인버터의 제어 방법으로서 펄스 폭 변조 제어 및 비펄스 폭 변조 제어 중 하나를 설정하는 제어 장치를 포함하되,
    상기 제어 장치는, 동일한 액셀러레이터 누름도를 나타내는 기결정된 입력 신호에 대하여, 제1 승압 목표값을 지시하고 상기 제어 방법으로서 상기 펄스 폭 변조 제어를 지정하는 제1 동작 모드 및 상기 제1 승압 목표값보다 더 낮은 제2 승압 목표값을 지시하고 상기 제어 방법으로서 상기 비펄스 폭 변조 제어를 지정하는 제2 동작 모드 중에서 선택할 수 있는 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어 장치는, 상기 기결정된 입력 신호에 대하여, 제1 지령 토크 및 상기 제1 지령 토크와 비교했을 때 그 변화가 완만한 제2 지령 토크 중에서 선택할 수 있고, 상기 제어 장치가 상기 제1 동작 모드를 선택하는 경우 상기 제1 지령 토크를 선택하고 상기 제어 장치가 상기 제2 동작 모드를 선택하는 경우 상기 제2 지령 토크를 선택하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 동작 모드 중 어느 것이 선택될 지에 관한 지시를 상기 제어 장치에 제공하는 입력 스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 동작 모드 중 어느 것이 선택되는지를 조작자에게 인식하게 하는 모드 통지 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 모터 구동 장치는 차량에 사용되고,
    상기 제어 장치는, 진로에 교통 정체가 예견되는 경우, 동작 모드를 상기 제1 동작 모드로부터 상기 제2 동작 모드로 전환하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치.
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