KR101251910B1 - 하이브리드 차량용 오일펌프 구동장치 - Google Patents

하이브리드 차량용 오일펌프 구동장치

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Abstract

본 발명은 하이브리드 차량용 오일펌프 구동장치에 관한 것으로, 하이브리드 차량에 장착되는 오일펌프 구동용 모터를 구동시키는 오일펌프 구동장치로서, 상기 하이브리드 차량의 배터리로부터 상시전원, 구동전원 및 이그니션 키 입력전원을 인가받는 전원공급부, 상기 구동전원을 이용해 상기 오일펌프 구동용 모터를 구동하는 모터 구동부, 차량의 메인 제어부로부터 엔진 RPM 및 목표 RPM을 전달받아 상기 오일펌프 구동용 모터의 목표 RPM을 PWM 제어신호로 출력하고, 상기 오일펌프 구동용 모터의 실제 RPM을 피드백 신호로 받아 오차에 대한 PID 제어를 수행하는 중앙처리장치, 상기 전원공급부로부터 모터 구동부로 인가되는 구동전원의 과전류 발생시 미리 설정된 제한전류를 인가하게 제한하는 과전류 보호부, 상기 하이브리드 차량의 메인 제어부와 CAN 통신을 수행하는 CAN 송수신기, 상기 메인 제어부와 PWM 제어신호를 송수신하는 연결선을 구비하는 인터페이스부 및 상기 모터의 실제 RPM을 상기 중앙처리장치로 전달하고, 상기 중앙처리장치에서 출력된 PWM 제어신호와 스위칭 신호를 결합하여 상기 모터 구동부로 출력하는 모터 제어부를 포함하는 구성을 마련한다.
상기와 같은 하이브리드 차량용 오일펌프 구동장치를 이용하는 것에 의해, 본 발명은 CAN 통신 또는 TCU 연결선 통신을 통해 TCU로부터 전달되는 목표 RPM에 따라 오일펌프용 모터의 구동을 제어하고, 모터에 과전류가 인가되는 것을 방지한다.

Description

하이브리드 차량용 오일펌프 구동장치{UNIT FOR DRIVING OIL PUMP FOR HYBRID VEHICLE}
본 발명은 하이브리드 차량용 오일펌프 구동장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 엔진 클러치와 변속기에 작동유를 공급하는 하이브리드 차량용 오일펌프 구동장치에 관한 것이다.
일반적으로, 하이브리드 차량(Hybrid Electric Vehicle)은 서로 다른 두 종류 이상의 동력원을 효율적으로 조합하여 차량을 구동시키는 것을 의미하고, 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 차량에 대한 연구가 더욱 활발히 진행되고 있다.
하이브리드 차량은 엔진과 전기모터를 동력원으로 하여 다양한 구조를 형성할 수 있는데, 현재까지 연구되고 있는 하이브리드 차량은 병렬형이나 직렬형 중 하나를 채택하고 있다.
상술한 하이브리드 차량은 차량 전반의 제어를 담당하는 하이브리드 제어기(Hybrid Control Unit, 이하 'HCU'라 함)가 탑재되어 있고 시스템을 구성하는 각 장치별로 제어기를 구비하고 있다.
여기서, 엔진 작동의 전반을 제어하는 엔진 제어기(Engine Control Unit, 이하 'ECU'라 함), 하이브리드 구동모터 작동의 전반을 제어하는 모터 제어기(Motor Control Unit, 이하 'MCU'라 함), 변속기를 제어하는 변속기 제어기(Transmission Control Unit, 이하 'TCU'라 함) 등이 구비되어 있다.
이러한 제어 유닛들은 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 차량은 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, 크랭크축 베어링, 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 차량의 CAN 통신에 문제가 발생하여 MCU, TCU 등과 데이터 송수신이 가능하지 않거나, 오일펌프 구동용 모터에 과전류가 발생하는 등의 오류 및 불능 상태가 발생한 경우를 대비한 하이브리드 차량용 오일펌프 제어장치가 마련되지 않아, 오일펌프 구동용 모터의 구동 신뢰성을 저하되는 등의 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 기술의 일 예로서 본 출원인은 대한민국 특허 출원번호 제10-2008-0085730호(2008년 09월 01일 출원, 이하 '특허문헌 1'이라 함) 등에 하이브리드 차량용 외장형 오일펌프 제어장치를 개시하여 출원한 바 있다.
하지만 특허문헌 1에는 메인 릴레이를 온(ON) 또는 오프(OFF)시키는 횟수가 증가되어 하이브리드 차량용 외장형 오일펌프 제어장치의 내구성이 감소된다는 문제점이 있었다.
또한 특허문헌 1에는 하이브리드 차량의 CAN 통신에 문제가 발생하여 MCU, TCU 등과 데이터 송수신이 가능하지 않거나, 오일펌프 구동용 모터에 과전류가 발생하는 등의 오류 및 불능 상태가 발생한 경우를 대비한 하이브리드 차량용 오일펌프 구동방법이 마련되지 않아, 오일펌프 구동용 모터의 구동 신뢰성이 저하되는 등의 문제점도 있었다.
대한민국 특허 출원번호 제10-2008-0085730호(2008년 09월 01일 출원)
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 CAN 통신 라인에 고장이 발생한 경우에도 엔진클러치 및 변속기에 충분한 양의 작동유가 공급되게 하는 하이브리드 차량용 오일펌프 구동장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 CAN 통신 타이밍 오류 및 통신 라인이 단절된 경우 연결선을 통해 PWM 신호를 받아 오일펌프 구동장치를 지속적으로 구동할 수 있는 하이브리드 차량용 오일펌프 구동장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 오일펌프 구동장치의 고장발생 여부를 자가진단하는 기능을 제공하는 하이브리드 차량용 오일펌프 구동장치를 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 하이브리드 차량에 장착되는 오일펌프 구동용 모터를 구동시키는 오일펌프 구동장치로서, 상기 하이브리드 차량의 배터리로부터 상시전원, 구동전원 및 이그니션 키 입력전원을 인가받는 전원공급부, 상기 구동전원을 이용해 상기 오일펌프 구동용 모터를 구동하는 모터 구동부, 차량의 메인 제어부로부터 엔진 RPM 및 목표 RPM을 전달받아 상기 오일펌프 구동용 모터의 목표 RPM을 PWM 제어신호로 출력하고, 상기 오일펌프 구동용 모터의 실제 RPM을 피드백 신호로 받아 오차에 대한 PID 제어를 수행하는 중앙처리장치, 상기 전원공급부로부터 모터 구동부로 인가되는 구동전원의 과전류 발생시 미리 설정된 제한전류를 인가하게 제한하는 과전류 보호부, 상기 하이브리드 차량의 메인 제어부와 CAN 통신을 수행하는 CAN 송수신기, 상기 메인 제어부와 PWM 제어신호를 송수신하는 연결선을 구비하는 인터페이스부 및 상기 모터의 실제 RPM을 상기 중앙처리장치로 전달하고, 상기 중앙처리장치에서 출력된 PWM 제어신호와 스위칭 신호를 결합하여 상기 모터 구동부로 출력하는 모터 제어부를 포함한다.
상기 중앙처리장치와 메인 제어부 사이의 통신은 상기 CAN 송수신기를 통한 메시지가 미리 설정된 시간 동안 미수신되면 상기 CAN 통신을 대신하여 상기 인터페이스부를 이용해서 상시적으로 수행되는 상기 연결선 통신으로 설정되고, 상기 CAN 통신이 재개되는 즉시 상기 CAN 통신으로 설정되는 것을 특징으로 한다.
상기 배터리로부터 전원공급부로 공급되는 전원을 선택적으로 개폐하는 메인 릴레이 및 상기 중앙처리장치의 고장진단 수행결과에 기초해 온 오프 동작하여 상기 메인 릴레이를 동작시키는 트랜지스터를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 중앙처리장치는 상기 고장진단 항목 및 차량의 상태정보를 저장하는 비휘발성 메모리를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 고장진단 항목은 상기 모터 구동부와 메인 릴레이의 고장진단, 상기 모터의 3상 전원선 단락이나 단선 진단 및 상기 홀센서의 고장진단 정보 중 적어도 하나 이상을 포함하고, 상기 상태정보는 변속기 기어포지션, 차속, 상기 메인 제어부로부터 수신된 모터구동 지령신호, 오일펌프 상태, 전류, 자동변속기 오일의 온도 및 브레이크 상태정보 중 적어도 둘 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 과전류 보호부는 상기 과전류로 인한 전류제한 모드로 진입한 후 일정시간이 경과하거나, 상기 메인 제어부로부터 요청시 파워 세이브 모드로 진입하여 상기 중앙처리장치로부터 설정된 제한전류를 상기 모터로 인가하는 것을 특징으로 한다.
상기 파워 세이브 모드의 제한전류는 변속기의 기어포지션에 기초하여 설정되는 것을 특징으로 한다.
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상술한 바와 같이, 본 발명은 CAN 통신과 TCU 연결선 통신을 통해 TCU로부터 전달되는 목표 RPM에 따라 오일펌프용 모터의 구동을 제어한다.
따라서 본 발명은 CAN 통신에 고장이 발생하더라도 TCU 연결선 통신을 이용해 통신을 수행할 수 있어 TCU의 PWM 제어신호에 따라 모터의 구동을 지속적으로 제어하여 엔진클러치 및 변속기에 충분한 양의 작동유를 공급할 수 있다.
그리고 본 발명은 과전류 보호부를 이용해 모터에 과전류가 인가되는 것을 방지하여 모터 및 모터 구동부의 손상을 방지하고, 과전류로 인한 안전사고를 미연에 차단할 수 있다.
또 본 발명은 TCU로부터 요청되거나 과전류로 인한 전류제한 모드가 일정시간 지속되면, 파워 세이브 모드로 진행하여 모터에 인가되는 구동전류를 제한함으로써 배터리의 전력소모를 최소화할 수 있다.
또한 본 발명은 오일펌프 구동장치의 모터 구동부, 메인 릴레이, 모터 및 홀센서의 고장진단을 수행하고, 고장발생시 고장진단 항목을 TCU로 송신하고 내부의 비휘발성 메모리에 저장함으로써 정비사가 고장 발생 부위를 용이하게 파악하여 신속하게 고장부위에 대응할 수 있다.
결과적으로, 본 발명은 차량의 주행속도 및 상태에 따라 오일펌프의 구동을 효과적으로 제어하여 하이브리드 차량의 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 하이브리드 차량용 오일펌프 구동장치의 블록구성도.
도 2는 도 1에 도시된 중앙처리장치와 TCU를 연결하는 인터페이스부을 구성도.
도 3은 모터에 인가되는 구동전류 및 중앙처리장치로부터 TCU로 전달되는 구동전류 상태신호 그래프.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 하이브리드 차량용 오일펌프 구동방법을 단계별로 설명하는 흐름도.
도 5는 오일펌프 구동장치의 시동시퀀스를 설명하는 그래프.
도 6은 고장진단시 처리시퀀스를 설명하는 흐름도.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 하이브리드 차량용 오일펌프 구동장치 및 구동방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 실시 예에서는 오일펌프용 모터(이하 '모터'라 약칭함)는 내부의 속도감지부에 홀센서가 장착된 브러시리스 직류모터임에 유의하여야 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 하이브리드 차량용 오일펌프 구동장치의 블록구성도이고, 도 2는 도 1에 도시된 중앙처리장치와 TCU를 연결하는 인터페이스부을 구성도이며, 도 3은 모터에 인가되는 구동전류 및 중앙처리장치로부터 TCU로 전달되는 구동전류 상태신호 그래프이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 하이브리드 차량용 오일펌프 구동장치(이하 '오일펌프 구동장치'라 약칭함)(100)는 전원공급부(10), 중앙처리장치(20), 모터 제어부(30), 모터 구동부(40), 과전류 보호부(50), 온도감지수단(60), CAN 송수신기(70) 및 인터페이스부(80)를 포함한다.
전원공급부(10)에는 차량의 배터리(BATT)로부터 상시전원(VB), 공급전원 및 이그니션(IG) 키 입력전원의 세가지 입력전원이 공급된다.
즉, 배터리(BATT)로부터 상시전원(VB)을 인가받는 상태에서 이그니션 키 입력전원이 발생하면, 퓨즈(FUSE) 및 전원공급부(10)를 거쳐 5V의 전압이 16비트로 이루어진 중앙처리장치(20)에 공급된다. 중앙처리장치(20)는 오일펌프 구동장치(100) 내에 이상이 없는 것으로 판단되면, 트랜지스터(14)를 통해 외부의 메인 릴레이(11)를 온 시킨다.
메인 릴레이(11)가 온 되면, 전원공급부(10)는 배터리(BATT)로부터 공급전원을 공급받고 내부의 노이즈 필터(도면 미도시)를 이용해 공급전원에 포함된 잡음 및 왜란 신호를 제거하여 모터 구동부(40)로 공급한다.
즉, 중앙처리장치(20)가 오일펌프 구동장치(100) 외부의 메인 릴레이(11)를 구동하면, 전원공급부(10)는 모터(12)에 구동전원을 공급한다.
트랜지스터(14)는 메인 릴레이(11)를 동작시켜 과전류 보호부(50)의 구동으로 모터(12)에 인가되는 전원을 끊거나 인가하도록 턴 온/오프 된다.
예를 들어, 12V의 전압은 12V 전원으로 구동되는 모터 구동부(40)로 인가되고, 5V의 전압은 5V 전원으로 구동되는 중앙처리장치(20), 속도 감지부(13), 과전류 보호부(50) 등에 각각 인가된다.
중앙처리장치(20)는 전원공급부(10)에서 출력된 각각의 전압을 가지는 전원이 각 소자로 인가되면, CAN 송수신기(70)나 인터페이스부(80)를 통해 변속기 제어 유닛(Transmission Control Unit, 이하 'TCU'라 함)(200)으로부터 CAN 통신 메시지를 수신하고, 오일펌프 구동장치(100)의 상태정보를 디지털 신호로 송신한다.
즉, 중앙처리장치(20)는 CAN 송수신기(70)를 통해 CAN 통신을 수행하거나, 도 2에 도시된 바와 같이 구성된 인터페이스부(80)와 TCU(200)를 연결하는 TCU 연결선(81)을 통해 오일펌프 구동장치(100)의 상태정보를 TCU(200)로 송신하고, TCU(200)로부터 모터(12)의 회전속도를 제어하기 위한 PWM 제어신호를 수신한다.
TCU 연결선(81)은 오일펌프 구동장치(100)의 상태정보를 TCU(200)로 송신하는 주파수 출력라인(OPU_STATUS)(82)과 TCU로부터 PWM 제어신호를 수신하는 모터구동 지령라인(CMD_MTR_SPEED)(83)을 포함한다.
예를 들어, 중앙처리장치(20)는 주파수 출력라인(82)을 통해 모터(12)의 정상 구동시 100㎐의 주파수로 상태정보신호를 출력하고, 모터(12)의 비정상 구동시에는 하이(HIGH) 상태를 유지한다.
이를 위해, 인터페이스부(80)에는 도 2에 도시된 바와 같이, 주파수 출력라인(82)에 연결되는 오픈 컬렉터를 포함하는 출력회로가 구비되는 것이 바람직하다.
그리고 TCU(200)는 0~100% 사이의 듀티값으로 설정된 PWM 제어신호를 1㎑의주파수로 발생하여 모터구동 지령라인(83)을 통해 중앙처리장치(20)로 송신한다.
이에 따라, 중앙처리장치(20)와 TCU(200)는 CAN 통신의 정상 여부와 관계없이 TCU 연결선(81)의 주파수 출력라인(82)과 모터구동 지령라인(83)을 통해 상시적으로 통신을 수행한다.
예를 들어, 표 1은 CAN 통신과 TCU 연결선 통신 간의 우선순위 테이블이고, 표 2는 CAN 통신과 TCU 연결선 통신 간의 우선순위 변경시점 테이블이다.
상태 우선순위
 동작방법
CAN 통신 TCU 연결선 통신
정상 정상 CAN 통신
정상 비정상 CAN 통신
비정상 정상 TCU 연결선 통신 CAN 타임아웃시
비정상 비정상 - 오일펌프 구동중지
우선순위 변경 조건 변경 시점
CAN 통신에서 TCU 연결선 통신으로 변경 CAN 타임아웃 확정시점
TCU 연결선 통신에서 CAN 통신으로 변경 CAN 통신 재개 즉시
표 1 및 표 2에 도시된 바와 같이, 중앙처리장치(20)와 TCU(200)는 CAN 통신을 우선적으로 이용해 통신을 수행하고, 미리 설정된 메시지 수신시간이 경과할 때까지 CAN 통신 메시지가 미수신되면(CAN 타임아웃 상태) TCU 연결선 통신을 이용하여 통신한다.
만약, CAN 통신과 TCU 연결선 통신 모두 비정상 상태인 경우, 중앙처리장치(20)는 오일펌프 구동장치(100)의 구동을 종료하기 위해 모터(12)의 구동을 중지시키도록 제어한다.
모터(12) 구동 중지시, 중앙처리장치(20)는 배터리(BATT)의 상시전원을 이용해 미리 설정된 시간, 예컨대 약 1초 이내 동안 오일펌프 구동장치(100)의 고장진단정보를 내부에 구비된 비휘발성 메모리(Non-Volatile Memory)에 저장한 후 오일펌프 구동장치(100)의 구동을 종료하도록 제어한다.
다시 도 1에서, 중앙처리장치(20)는 모터 구동부(40)를 통하여 모터(12)를 제어하도록, PWM 제어신호를 모터 제어부(30)로 출력한다.
모터 구동부(40)는 PWM 제어신호가 출력 또는 단속되도록 구비되는 스위칭 회로로서, 3상 모터(12)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 중앙처리장치(20)에서 출력된 PWM 제어신호가 모터 구동부(40)의 스위칭 신호에 의해 모터(12)로 전달되게 되고, 모터(12)는 3상(U, V, W) 라인을 통하여 목표 RPM에 도달하도록 회전하게 된다.
이때, 속도 감지부(13)의 홀센서는 PWM 제어신호가 인가되면, 모터(12) 로터(rotor)의 위치정보를 모터 제어부(30)를 통해 중앙처리장치(20)로 출력하며, 중앙처리장치(20)는 모터 구동부(40)의 FET 소자를 턴 온시켜 모터(12)를 구동한다.
그리고 상기 홀센서는 구동되는 모터(12)의 회전수 및 속도를 감지하여 모터 제어부(30)를 통해 중앙처리장치(20)로 출력함에 따라, 중앙처리장치(20)는 피드백 신호로 입력된 모터(12)의 현재 회전속도를 목표 RPM에 근접시키기 위한 PID(Proportional Integral Derivative) 제어에 이용한다.
과전류 보호부(50)는 분류기(SHUNT) 등으로 이루어지고, 모터(12)에 가해지는 전류를 감지하여 미리 설정된 한계전류, 예컨대 45A 이상의 전류가 모터 구동부(40)로 인가되는 것을 제한한다.
이를 위하여, 과전류 보호부(50)는 전원공급부(10)와 모터 구동부(40) 사이에 구비되며, 모터 구동부(40)로 인가되는 전류를 감지하는 전류센서(도면 미도시), 상기 전류센서로부터 감지된 전류값과 미리 설정된 기준전류를 비교하는 비교기(도면 미도시) 및 중앙처리장치(20)의 PWM 제어신호와 상기 비교기의 출력신호 모두 입력되는 경우 모터 제어부(30)로 신호를 출력하는 AND 게이트(도면 미도시)를 포함한다.
상기 비교기는 구동전류가 정상범위이면 '1'을 출력하고, 과전류 발생시 '0'을 출력한다.
따라서 상기 AND 게이트는 정상범위의 구동전류 시에는 항상 중앙처리장치(20)의 PWM 제어신호를 출력하고, 과전류 발생시에는 '0'를 출력하게 된다.
이에 따라, 과전류 발생시 모터 구동부(40)는 상기 AND 게이트의 출력신호 '0'에 의해 모터(12) 구동을 일지 중지시키게 된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 과전류 보호부(50)는 구동전류가 미리 설정된 제한전류를 초과하더라도 제한전류로 설정된 45A의 전류를 모터 구동부(40)로 인가하고, 과전류 발생사실을 중앙처리장치(20)로 통지한다.
이때, 중앙처리장치(20)는 과전류 발생 즉시 구동전류 상태신호를 '1'로 변경하여 TCU(200)로 전달한다.
반면, 구동전류가 정상 범위로 복귀하더라도, 중앙처리장치(20)는 미리 설정된 복귀 지연시간이 경과한 후 구동전류 상태신호를 '0'으로 변경한다.
상기 복귀 지연시간은 짧은 시간 동안에 빈번하게 발생되는 과전류에 의해 TCU(200)에서 모터(12)의 목표 RPM을 실시간으로 변경하여 모터(12)의 RPM을 빈번하게 상승 및 하강시키는 경우 발생되는 오일펌프의 이상동작을 방지하기 위해 미리 설정되는 시간이다. 따라서 복귀 지연시간은 약 1초 이내로 설정되는 것이 바람직하다.
이에 따라, 본 발명은 과전류 발생시 모터에 제한전류를 인가하여 모터를 보호하고, 짧은 시간 동안에 빈번하게 과전류가 발생되는 경우에도 구동전류 상태신호의 값을 미리 설정된 복귀 지연시간만큼 지연시켜 TCU로 전달하여 모터 RPM의 빈번한 승강 동작으로 인한 오일펌프의 이상동작을 방지할 수 있다.
한편, 중앙처리장치(20)는 전류제한 모드로 진입한 후 일정시간이 경과하거나 TCU(200)로부터 전류제한명령이 수신되면, 모터(12) 구동으로 인한 전력소모를 최소화하는 파워 세이브 모드로 진행하도록 제어한다.
파워 세이브 모드는 하이브리드 차량의 배터리 소비를 줄이기 위한 것으로, 차속이 일정 속도 이상이면 다시 TCU(200)의 명령을 추종하여 폐쇄 루프(Closed Loop) 제어로 복귀함에 따라 파워 세이브 모드가 해제된다.
예를 들어, 중앙처리장치(20)는 45A 이상의 과전류가 발생하여 전류제한 모드로 진입한 상태에서 20분이 경과하거나, CAN 통신이나 TCU 연결선 통신을 통해 TCU(200)로부터 전류제한명령이 수신되면, 기존 정상제어(PID 피드백제어)가 아닌 논 피드백(Non-Feedback) 제어로 출력 듀티를 구동 RPM의 일정 %로 감소시킨다.
이때, 중앙처리장치(20)는 변속기의 기어 포지션에 따라 전류제한 레벨을 설정한다.
만약, 기어포지션이 전진 구동 상태인 'D' 또는 후진 구동상태인 'R'인 경우, 중앙처리장치(20)는 모터(12)에 공급되는 전류를 20A로 제한한다.
그리고 기어포지션이 주차 상태인 'P' 또는 중립 상태인 'N'인 경우, 중앙처리장치(20)는 모터(12)에 공급되는 전류를 10A로 제한한다.
이에 따라, 본 발명은 오일펌프용 모터에 인가되는 전류를 제한하여 과전류로 인한 모터 구동부 및 모터의 손상을 방지하고, 배터리의 전력소모를 최소화할 수 있다.
또한 중앙처리장치(20)는 차량의 메인 제어부(도면 미도시)와 연결된 진단기기로부터 TCU(200)를 통해 오일펌프 강제구동명령이 입력되면, 특정속도, 예컨대 약 2000RPM으로 모터(12)를 구동하도록 제어한다.
이에 따라, 본 발명은 오일펌프용 모터의 강제구동 기능을 제공하여 정비소 등에서 차량을 점검하는 경우 오일펌프의 정상 동작 여부를 용이하게 검사할 수 있다.
온도감지수단(60)은 오일펌프 구동장치(100) 내의 온도를 감지하기 위해 마련된 것으로서, 열을 받으면 저항이 줄어드는 부성저항 특성을 갖는 NTC 서미스터(Negative Temperature Coefficient Thermistor)로 이루어진다.
온도감지수단(60)로부터 감지된 오일펌프 구동장치(100) 내의 온도가 120 내지 130℃인 경우를 감지하면, 중앙처리장치(20)는 도 2에 기재된 바와 같이, CAN 송수신기(70)와 인터페이스부(80)를 통한 통신이상 상태로 판단하고, 모터(12)의 구동을 중지하도록 제어한다.
그리고 중앙처리장치(20)는 모터 구동부(40), 모터(12), 속도감지부(13)의 홀센서 및 메인릴레이(11)의 고장발생 여부를 진단하고, 고장발생시에는 미리 저장된 프로그램에 따라 TCU(200)로 고장발생 사실을 통지하며, 고장진단정보를 내부의 비휘발성 메모리에 저장한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 하이브리드 차량용 오일펌프 구동방법을 상세하게 설명한다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 하이브리드 차량용 오일펌프 구동방법을 단계별로 설명하는 흐름도이고, 도 5는 오일펌프 구동장치의 시동시퀀스를 설명하는 그래프이며, 도 6은 고장진단시 처리시퀀스를 설명하는 흐름도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 하이브리드 차량용 오일펌프 구동방법은 배터리(BATT)로부터 상시전원을 입력받는 상태에서 이그니션 키 입력신호가 입력되어 이그니션 키 입력전원을 인가받으면서 시작된다(S10).
이와 같이, 상시전원 및 이그니션 키 입력전원이 전원공급부(10)를 통해 오일펌프 구동장치(100)의 각 장치들로 인가됨에 따라 중앙처리장치(20)는 미리 설정된 시동시퀀스를 수행한다(S11).
도 5를 참조하여 시동시퀀스를 상세하게 설명한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 이그니션 키가 온 조작되어 오일펌프 구동장치(100)의 시동시퀀스가 시작되면(①), 중앙처리장치(20)는 먼저 오일펌프 구동장치(100)의 자기진단 기능을 수행할 수 있는 진단 가능(OPU Ready) 모드로 진입하도록 제어한다(②).
이어서 중앙처리장치(20)는 CAN 송수신기(70) 또는 인터페이스부(80)를 통해 CAN 통신 또는 TCU 연결선 통신을 수행하여 TCU(200)로부터 오일펌프 구동을 위한 모터구동 지령신호(TCU CMD)를 수신한다(③).
중앙처리장치(20)는 진단 가능 모드에서 오일펌프 구동장치(100) 내에 이상이 없는 것으로 판단되면, 트랜지스터(14)를 통해 메인 릴레이(11)를 온 시킨다(④).
그래서 메인 릴레이(11)가 온 되면, 배터리(BATT)의 공급전원이 전원공급부(10)를 통해 모터 구동부(40)로 공급된다. 이때, 모터(12)는 전원공급부(10)로부터 구동전원을 공급받는다.
이에 따라, 모터(12)는 중앙처리장치(20)의 제어에 따라 구동을 시작하여 TCU(200)로부터 수신된 모터구동 지령신호(TCU CMD)의 목표 RPM에 도달할 때까지 회전속도가 증가된다(⑤).
모터(12)가 목표 RPM에 도달하면, 중앙처리장치(20)는 고장진단기능을 수행하고, CAN 송수신기(70) 또는 인터페이스부(80)를 통해 CAN 통신 또는 TCU 연결선 통신을 수행하여 OPU 준비 상태(OPU Readiness) 신호를 TCU(200)로 전달한다(⑥).
예를 들어, 상기 OPU 준비 상태 신호는 4bit로 이루어지고, 비트값 '0000'(10진수 '11')은 무진단 상태이고, 비트값 '1000'(10진수 '8')은 메인 릴레이(11)만 진단 가능한 상태이며, 비트값 '1011'(10진수 '11')은 오일펌프의 모터(12) 및 속도 감지부(13)의 홀센서, 오일펌프 구동장치(100)의 메인 릴레이(11) 및 모터 구동부(40) 모두 진단 가능한 상태이다.
다시 도 4에서, 중앙처리장치(20)는 상기 제 S11단계에서 시동시퀀스를 진행함과 동시에, 오일펌프의 모터(12) 및 속도감지부(13)의 홀센서, 오일펌프 구동장치(100)의 모터 구동부(40) 및 메인 릴레이(11) 등의 고장을 진단하고, 고장 발생시에는 미리 설정된 프로그램에 의한 처리시퀀스를 수행한다(S12).
도 6을 참조하여 오일펌프 구동장치의 고장진단 및 처리시퀀스를 상세하게 설명한다.
먼저, 고장진단 및 처리시퀀스는 도 5의 제 ⑥단계에서부터 고장진단을 시작하는데, 이때 중앙처리장치(20)는 공장 출고 후 최초 실행시에는 내부의 비휘발성 메모리를 초기화하고, 이후에는 실행이 아닌 경우에는 지난 실행시 저장된 고장진단 정보를 읽어들인다.
이어서, 중앙처리장치(20)는 도 6에 도시된 바와 같이, 고장이 발생할 때까지 대기한다(S21).
만약, 제 S21단계에서 고장이 발생하면, 중앙처리장치(20)는 비휘발성 메모리에 저장할 프리즈 프레임 정보를 생성하고(S22), 가장 최근 정보로 갱신하여 고장진단 항목을 저장한다(S23). 이때, 중앙처리장치(20)는 CAN 통신 또는 TCU 연결선 통신을 통해 고장진단 항목을 TCU(200)로 전송한다.
중앙처리장치(20)가 수행하는 고장진단 항목은 모터 구동부(40)의 고장진단, 모터(12)의 3상 전원선 단락 및 단선 진단, 홀센서의 고장진단 및 메인 릴레이(11)의 고장 여부 등을 포함한다.
예를 들어, 표 3은 고장진단 항목별 조건 테이블이다.

순번		 모터 RPM 홀센서 메인 릴레이 전원 IG 전원 모터 구동부 전원 고장진단
1 정상 5.5V 이상 9~16V 모터제어부의 차지펌핑된 오프셋 전압이 8V 이하 1초 이상 지속시
모터 구동부 고장으로 진단
2 정상 5.5V 이상 9~16V FAIL 1초 이상 지속시
모터 3상전원선의 단락으로 진단
3 정상 5.5V 이상 9~16V 모터구동부 전원에 유입되는 전류가 1A 이하 1초 이상 지속시
2상이상의 모터 3상전원 단선으로 진단
4 모터 구동중지 상태 9~16V 모터 3상 중 1상으로 중앙처리장치가 모터로 출력하는 전압인 5V 인가 나머지 2상에서 5V 전원 미검출되어
1초 이상 지속시
모터 3상 전원선 중 1상 단선으로 진단
5 5.5V 이상 9~16V 모터제어부의 차지펌핑된 오프셋 전압이 8V 이상 홀센서 값 '000' 또는 '111'로
2초 이상 지속시 홀센서 고장으로 진단
6 5.5V 이하 9~16V 메인 릴레이 온 상태에서 2초 이상 지속시 메인 릴레이 고장으로 진단
상기 비휘발성 메모리에 저장되는 저장항목은 고장진단 항목뿐만 아니라, 변속기 기어포지션, 차속, TCU로부터 수신된 모터구동 지령신호, 오일펌프 상태, 전류, 자동변속기 오일(Automatic Transmission Fluid)의 온도, 브레이크 상태 등을 포함한다.
다시 도 6에서, 비휘발성 메모리에 저장된 항목 중에서 장기간, 예컨대 이그니션 키가 20회 동안 온/오프를 반복하는 동안 저장된 상태의 고장진단 항목이 있는 경우, 중앙처리장치(20)는 장기저장된 고장진단 항목을 삭제한다(S24).
또한 TCU(200)로부터 삭제 요청이 수신되면(S25), 중앙처리장치(20)는 삭제요청된 해당 고장진단 항목을 삭제할 수도 있다(S26).
이와 같은 TCU(200)의 고장진단 항목의 삭제요청은 정비소 등에서 고장부위를 수리한 후 기 저장된 고장진단 항목을 삭제하는 경우 등에 차량의 메인 제어부와 연결된 진단기기를 통해 입력될 수 있다.
이그니션 키가 오프 조작으로 이그니션 키 입력전원이 차단되어 모터 구동이 중지되면(S27), 중앙처리장치(20)는 배터리(BATT)의 상시전원을 이용해 미리 설정된 시간, 예컨대 약 1초 이내의 시간 동안 구동상태를 유지하여 고장진단 항목을 비휘발성 메모리에 저장한 후 오일펌프 구동장치(100)의 구동을 종료하도록 제어한다(S28).
한편, 다시 도 4에서 과전류 보호부(50)는 모터(12)에 인가되는 구동전원을 통해 정상범위를 초과하는 과전류가 인가되는지를 검사한다(S13).
만약, 제 S13단계에서 과전류가 발생하면, 과전류 보호부(50)는 전류제한 모드로 진입하고, 미리 설정된 제한전류로 구동전류를 제한하여 모터(12)에 인가한다(S14). 이와 함께, 과전류 보호부(50)는 과전류 발생사실을 중앙처리장치(20)로 통지한다.
그러면, 전류제한 모드로 진입한 후 일정시간, 약 20분이 경과하거나(S15), TCU(200)로부터 파워 세이브 모드 진입이 요청되면(S16), 중앙처리장치(20)는 변속기의 기어포지션에 따라 전류제한 레벨을 판단하여 구동전류를 감소시키도록 모터 제어부(30) 및 모터 구동부(40)를 제어한다(S17).
예를 들어, 중앙처리장치(20)는 기어포지션이 전진 구동 상태인 'D' 또는 ㅎ후진 구동 상태인 'R'인 경우 모터(12)에 공급되는 전류를 20A로 제한하고, 기어포지션이 주차 상태인 'P' 또는 중립 상태인 'N'인 경우 모터(12)에 공급되는 전류를 10A로 제한한다.
상기한 바와 같은 과정을 통하여, 본 발명은 CAN 통신 또는 TCU 연결선 통신을 통해 TCU로부터 전달되는 목표 RPM에 따라 오일펌프용 모터의 구동을 제어하고, 모터에 과전류가 인가되는 것을 방지하며, 파워 세이브 모드를 통해 모터에 인가되는 구동전류를 제한하여 배터리의 전력소모를 최소화하고, 오일펌프 구동장치의 고장진단을 수행하여 고장진단 항목을 내부의 비휘발성 메모리에 저장하고, TCU로 전송하여 TCU의 제어에 따라 오일펌프의 구동을 제어한다.
본 발명의 권리범위는 위에서 설명된 실시 예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.
상기의 실시 예에서는 오일펌프 구동장치의 중앙처리장치와 하이브리드 차량의 TCU가 CAN 통신 및 TCU 연결선 통신을 수행하는 것으로 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
즉, 본 발명은 TCU뿐만 아니라 HCU, ECU, MCU와 같은 하이브리드 차량의 메인 제어부 중 어느 하나와 통신을 수행하도록 변경될 수 있다.
100: 오일펌프 구동장치 10: 전원공급부
11: 메인 릴레이 12: 모터
13: 속도감지부 14: 트랜지스터
20: 중앙처리장치 30: 모터 제어부
40: 모터 구동부 50: 과전류 보호부
60: 온도감지수단 70: CAN 송수신기
80: 인터페이스부 200: TCU

Claims (18)

  1. 하이브리드 차량에 장착되는 오일펌프 구동용 모터(12)를 구동시키는 오일펌프 구동장치(100)로서,
    상기 하이브리드 차량의 배터리로부터 상시전원, 구동전원 및 이그니션 키 입력전원을 인가받는 전원공급부(10),
    상기 구동전원을 이용해 상기 모터(12)를 구동하는 모터 구동부(40),
    차량의 메인 제어부로부터 엔진 RPM 및 목표 RPM을 전달받아 상기 모터(12)의 목표 RPM을 PWM 제어신호로 출력하고, 상기 오일펌프 구동용 모터(12)의 실제 RPM을 피드백 신호로 받아 오차에 대한 PID 제어를 수행하는 중앙처리장치(20),
    상기 전원공급부(10)로부터 모터 구동부(40)로 인가되는 구동전원의 과전류 발생시 미리 설정된 제한전류를 인가하게 제한하는 과전류 보호부(50),
    상기 하이브리드 차량의 메인 제어부와 CAN 통신을 수행하는 CAN 송수신기(70),
    상기 메인 제어부와 PWM 제어신호를 송수신하는 연결선을 구비하는 인터페이스부(80) 및
    상기 모터(12)의 실제 RPM을 상기 중앙처리장치(20)로 전달하고, 상기 중앙처리장치(20)에서 출력된 PWM 제어신호와 스위칭 신호를 결합하여 상기 모터 구동부(40)로 출력하는 모터 제어부(30)를 포함하고,
    상기 과전류 보호부(50)는 과전류로 인한 전류제한 모드로 진입한 후 일정시간이 경과하거나, 상기 메인 제어부로부터 요청시 파워 세이브 모드로 진입하여 상기 중앙처리장치(20)로부터 변속기의 기어 포지션에 기초해서 설정된 제한전류를 상기 모터(12)로 인가하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 오일펌프 구동장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 중앙처리장치(20)와 메인 제어부 사이의 통신은
    상기 CAN 송수신기(70)를 통한 메시지가 미리 설정된 시간 동안 미수신되면 CAN 통신을 대신하여 상기 인터페이스부(80)를 이용해서 상시적으로 수행되는 연결선 통신으로 설정되고, 상기 CAN 통신이 재개되는 즉시 상기 CAN 통신으로 설정되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 오일펌프 구동장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 배터리로부터 전원공급부(10)로 공급되는 전원을 선택적으로 개폐하는 메인 릴레이(11) 및
    상기 중앙처리장치(20)의 고장진단 수행결과에 기초해 온 오프 동작하여 상기 메인 릴레이(11)를 동작시키는 트랜지스터(14)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 오일펌프 구동장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 중앙처리장치(20)는 고장진단 항목 및 차량의 상태정보를 저장하는 비휘발성 메모리를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 오일펌프 구동장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 고장진단 항목은 상기 모터 구동부(40)와 메인 릴레이(11)의 고장진단, 상기 모터(12)의 3상 전원선 단락이나 단선 진단 및 속도감지부(13)에 마련된 홀센서의 고장진단 정보 중 적어도 하나 이상을 포함하고,
    상기 상태정보는 변속기 기어포지션, 차속, 상기 메인 제어부로부터 수신된 모터구동 지령신호, 오일펌프 상태, 전류, 자동변속기 오일의 온도 및 브레이크 상태정보 중 적어도 둘 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 오일펌프 구동장치.
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