KR101305126B1 - 하이브리드 차량의 모터 회전각 센서 고장시 모터 제어방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 모터 회전각 센서 고장시 하이브리드 차량의 모터 제어방법에 관한 것으로서, 모터 회전각 센서의 고장시에 모터 회전각 센서의 신호 대신 엔진 크랭크각 센서의 신호로 전환하여 신호 전환에 따른 신호 동기화를 수행한 뒤 엔진 크랭크각 센서의 신호를 모터 회전각 센서의 대체 입력으로 사용함으로써, 모터 회전각 센서의 고장에 따른 고장모드 운전조건에서도 모터 제어가 가능하도록 하고, 최소한의 하이브리드 기능이 동작될 수 있도록 하여 주행 안정성을 향상시킴과 더불어 배출가스 저감 및 연비 악화를 방지할 수 있게 되는 하이브리드 차량의 모터 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
하이브리드 차량, 모터, 모터 회전각 센서, 레졸버, 엔진 크랭크각 센서
Description
본 발명은 하이브리드 차량의 모터 회전각 센서 고장시 모터 제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 모터 회전각 센서의 고장시에 모터 회전각 센서의 신호 대신 엔진 크랭크각 센서의 신호로 전환하여 신호 전환에 따른 신호 동기화를 수행한 뒤 엔진 크랭크각 센서의 신호를 모터 회전각 센서의 대체 입력으로 사용함으로써, 모터 회전각 센서의 고장에 따른 고장모드 운전조건에서도 모터 제어가 가능해지는 하이브리드 차량의 모터 회전각 센서 고장시 모터 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 넓은 의미의 하이브리드 차량은 서로 다른 두 종류 이상의 동력원을 효율적으로 조합하여 차량을 구동시키는 것을 의미하나, 대부분의 경우는 연료(가솔린 등 화석연료)의 연소에 의해 회전력을 얻는 엔진(내연기관)과 배터리의 전력으로 회전력을 얻는 전기모터에 의해 구동하는 차량을 의미하며, 이를 하이브 리드 전기 차량(Hybrid Electric Vehicle, HEV)이라 부르고 있다.
최근 연비를 개선하고 보다 환경친화적인 제품을 개발해야 한다는 시대적 요청에 부응하여 하이브리드 차량에 대한 연구가 더욱 활발히 진행되고 있다.
주지된 바와 같이, 하이브리드 차량에서는 전기모터(구동모터)의 회전력만을 이용하여 차량을 구동하는 순수 전기자동차 모드인 EV(Electric Vehicle) 모드, 엔진의 회전력만을 이용하는 엔진 모드, 엔진과 전기모터의 회전력을 동시에 이용하는 HEV(Hybrid Electric Vehicle) 모드의 선택 및 전환이 가능하다.
이와 같이 하이브리드 차량에서는 엔진의 기계적 에너지와 배터리의 전기에너지를 함께 사용할 수 있어 에너지를 효율적으로 이용할 수 있다는 장점이 있고, 특히 엔진과 전기모터의 최적 작동영역을 이용하여 차량 연비를 향상시킴은 물론 제동시에는 전기모터로 에너지를 회수하므로 효율적인 에너지의 이용이 가능하다는 장점이 있다.
한편, 전기모터로 차량을 구동시키는 하이브리드 차량에는 전기모터에 구동전력을 제공하는 고전압 배터리와 전기모터를 제어하는 모터 제어기(Motor Control Unit, MCU) 및 인버터가 탑재된다.
또한 하이브리드 차량에서 차량 구동을 위한 동기 전동기(영구자석 동기모터(PMSM) 등)나 유도 전동기의 벡터 제어를 위해서 모터 제어기가 자속(flux)의 위치에 동기하여 좌표계를 설정해야 하며, 이때 모터 회전자의 절대위치를 판독하는 모터 회전각 센서(레졸버(resolver)라고도 함)가 사용된다.
상기 모터 회전각 센서는 일종의 변압기로, 1차측 권선(입력측)에 여자 전압 을 인가하고 축을 회전시키면 자기적 결합계수가 변화하여 2차측 권선(출력측)에 각각 캐리어의 진폭이 변화한 전압이 발생하는데, 이 전압은 축의 회전각도에 대하여 sin 및 cos 상태로 변화하도록 권선이 배열되어 있다.
따라서, sin 출력과 cos 출력의 캐리어 진폭비를 판독하는 것에 의해 센서의 회전각도를 알 수 있게 된다.
이와 같은 원리로 작동되는 모터 회전각 센서는 모터의 속도정보와 위상을 센싱하여 회전자의 위치정보를 모터 제어기 측에 토크지령 및 속도지령 생성을 위한 정보로 제공하는 센서로서, 정확한 위치의 장착은 필수적이다.
통상 모터 회전각 센서는 모터의 전기적 구성부품 중에 엔진과 직결되어 있는 부품이므로, 온도 및 진동환경에 가장 열악한 상태에서 작동하게 되며, 센서 내부 및 연결 커넥터의 전기적 접촉불량, 예를 들어 단선, 순간단선, 접촉 저항 증가 등의 현상이 자주 발생하게 된다.
상기 모터 회전각 센서에 의해 검출되는 모터 회전각은 하이브리드 차량의 모터 제어 시스템에서 엔진의 초기 시동 및 아이들 스톱 후 엔진 재시동, 모터 보조(Assist) 및 회생발전(Regeneration) 등 하이브리드 기능을 구현하는데 가장 중요한 인자이므로, 모터 회전각 센서의 고장시 적절한 고장 진단 및 고장모드 운전은 차량의 주행 안정성 확보에 필수적이다.
종래에는 모터 제어기에서 모터 회전각 센서의 고장 판정시 모터의 정확한 전기각 위치를 판단할 수 없어서 모터 제어가 불가능하였고, 모터에 의한 엔진 시동 및 하이브리드 기능이 중지되어 배출가스 증가 및 연비 악화의 문제가 있었다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 모터 회전각 센서의 고장시에 엔진 크랭크각 센서의 신호를 이용하여 모터 제어를 수행하도록 함으로써, 모터 회전각 센서의 고장에 따른 고장모드 운전조건에서도 최소한의 하이브리드 기능이 동작될 수 있도록 하여 주행 안정성을 향상시킴과 더불어 배출가스 저감 및 연비 악화를 방지할 수 있게 되는 하이브리드 차량의 모터 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 하이브리드 차량에서 모터 회전각 센서의 고장시 구동모터를 제어하기 위한 방법으로서,
모터 제어기가 모터 회전각 센서의 신호와 엔진 크랭크각 센서의 신호를 입력받는 단계와;
모터 회전각 센서의 신호 입력상태로부터 모터 회전각 센서의 고장 여부를 판단하는 단계와;
모터 회전각 센서의 고장을 판단하게 되면, 엔진 크랭크각 센서 제어모드로 전환하여 엔진 크랭크각 센서의 신호를 모터 회전각 센서에 해당하는 현재의 위치값으로 변환하여 위치 동기화시키는 단계와;
동기화된 엔진 크랭크각 센서의 신호를 이용하여 모터 제어를 수행하는 단계를 포함하여 이루어지는 하이브리드 차량의 모터 회전각 센서 고장시 모터 제어방법을 제공한다.
여기서, 상기 엔진 크랭크각 센서 제어모드로 전환하여 모터 회전각 센서에 해당하는 위치를 엔진 크랭크각 센서의 신호로부터 위치 동기 옵셋값, 엔진 정지시 최종 위치값 및 출력 펄스 카운트값을 반영하여 현재의 위치값으로 변환하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명의 모터 제어방법에 의하면, 모터 회전각 센서의 고장이 발생하더라도 엔진 크랭크각 센서의 신호를 이용하여 모터 제어를 수행할 수 있게 되고, 모터 회전각 센서의 고장에 따른 고장모드 운전조건에서도 최소한의 하이브리드 기능이 동작될 수 있도록 하여 주행 안정성을 향상시킴과 더불어 배출가스 저감 및 연비 악화를 방지할 수 있게 된다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 대해 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 하이브리드 차량의 모터 회전각 센서 고장시 모터 제어방법에 관한 것으로서, 특히 모터 회전각 센서(레졸버)의 고장시에 모터 회전각 센서의 신호 대신 엔진 크랭크각 센서의 신호를 대체 사용하여 모터를 제어하도록 한 것에 주된 특징이 있는 것이다.
하이브리드 차량에서 엔진과 모터(차량 구동용 구동모터)가 기계적으로 조립될 때 엔진 크랭크각 센서와 모터 회전각 센서는 각각의 센서 출력에 따라 모터 회전각에 대한 절대 위치각과 그에 따른 펄스 출력 위치가 결정된다.
이때 결정된 펄스 출력은 모터를 제어하기 위한 절대각으로 변환이 가능하고 변환된 엔진크랭크축센서의 출력으로 모터의 전기각 위치를 파악하면 모터 제어가 가능하게 된다.
엔진 크랭크각 센서는 엔진의 연료 분사 및 점화 시점을 제어하기 위한 것으로, 통상 60 펄스/1회전 출력되는 센서를 사용하고 있다.
또한 1회전을 파악하기 위해 60 펄스 중 2개의 미싱투스(Missing Tooth)가 있으므로 미싱투스(Missing Tooth) 이후 첫 번째 펄스를 기준으로 펄스 카운트 증가에 따라 현재의 회전각을 판단할 수 있다.
모터의 회전자가 엔진의 크랭크축에 직결되어 있으므로 동기 옵셋(Offset)을 고려하면 엔진 크랭크각 센서의 출력으로부터 정확한 모터 회전자 위치를 검출할 수 있고, 이에 모터 회전각 센서의 출력 대신 엔진 크랭크각 센서의 출력을 대체 사용함으로써 모터 제어가 가능하게 된다.
첨부한 도 1은 본 발명의 모터 제어 과정에서 모터 회전각 센서의 출력신호 대신 엔진 크랭크각 센서의 출력신호를 대체 사용할 수 있음을 설명하기 위한 도면으로서, 모터 전기각, 모터 회전각 센서의 출력신호, 엔진 크랭크각 센서의 출력신호의 관계를 보여주고 있다.
모터를 제어하기 위해서는 모터의 역기전압이 최대가 되는 모터의 전기각을 정확히 파악하여야 하며, 이 위치를 파악하기 위해 통상 모터 회전각 센서를 장착하게 된다.
이때, 기계적으로 모터와 모터 회전각 센서를 조립한 후, 모터를 회전시켜 모터의 전기각과 모터 회전각 센서 간의 위치 동기화 옵셋(Offset)값 α를 파악한 뒤, 옵셋값 만큼 위치를 보정한 값으로 모터를 제어하게 된다.
이와 마찬가지로 모터가 엔진에 조립되는 순간 모터의 전기각 위치 및 모터 회전각 센서 값이 엔진 크랭크각 센서의 출력과 특정한 옵셋값 β를 가지고 특정 펄스 카운트 위치에 정해진다.
이것은 변환을 위한 옵셋값 및 펄스 카운트값을 알고 있으면 모터 회전각 센서 고장시에 엔진 크랭크각 센서의 신호를 대체 사용하여 이를 토대로 정확한 모터 회전자 위치를 검출할 수 있고, 모터 회전각 센서의 신호 없이도 엔진 크랭크각 센서의 신호만으로 모터를 제어할 수 있다는 것을 의미한다.
하기 표 1은 모터 회전각 센서 및 엔진 크랭크각 센서의 위치 동기화 예를 나타낸 것이다.
상기 표 1을 참조하면, 모터 회전각 센서의 신호에 대해서, 도 1의 모터 전기각 A 위치는 '모터 회전각 센서 출력 a 위치 + 동기화 옵셋값 α'가 되고, 모터 전기각 B 위치는 '모터 회전각 센서 출력 b 위치 + 동기화 옵셋값 α'가 된다.
이에 비해 엔진 크랭크각 센서의 신호에 대해서는, 도 1의 모터 전기각 A 위치는 'Pulse #1 상승 에지 + β'가 되고, 모터 전기각 B 위치는 'Pulse #2 상승 에지 + β'가 된다.
상기 Pulse #1은 미싱투스 이후 첫 번째 펄스를, Pulse #2는 두 번째 펄스를 나타내며, 모터 전기각 C 위치 이후에 대해서는 동일한 방식을 반복하여 엔진 크랭크각 센서의 위치 동기화가 가능하다.
이와 같이 모터 회전각 센서의 신호 없이도 엔진 크랭크각 센서의 신호만으로 모터 회전자 위치를 파악할 수 있으며, 해당 차량 고유의 특정 옵셋값 α가 모터 회전각 센서의 위치 동기화를 위한 옵셋값으로 미리 설정되어 사용되는 것과 마찬가지로, 해당 차량 고유의 특정 옵셋값 β가 엔진 크랭크각 센서의 위치 동기화를 위한 옵셋값으로 미리 설정되어 사용될 수 있도록 하면, 엔진 크랭크각 센서의 신호를 기초로 옵셋값 β, 엔진 정지시 최종 위치값, 엔진 크랭크각 센서의 출력 펄스 카운트값을 반영하여 모터 회전자 위치를 파악할 수 있게 된다.
즉, 모터 회전각 센서의 신호 대신 엔진 크랭크각 센서의 신호를 사용하더라도 모터의 회전각 검출 및 그에 따른 모터의 제어가 가능해지는 것이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 모터 제어 과정에 대해 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.
첨부한 도 2는 본 발명에 따른 모터 제어 과정을 나타낸 순서도이고, 도 3은 본 발명에서 모터 회전각 센서 및 엔진 크랭크각 센서의 신호가 모터 제어기에 입력되는 상태를 보여주는 개략도이다.
우선, 도 3을 참조하면, 본 발명에서는 모터 제어기(10)가 모터 회전각 센서(1)와 엔진 크랭크각 센서(2)로부터 모두 신호를 입력받게 된다.
이때, 모터 제어기(10) 내 고장판단부(11)가 모터 회전각 센서(1)의 신호 입력상태로부터 모터 회전각 센서의 고장을 판단하게 되며, 모터 회전각 센서(1)의 정상상태에서는 모터 회전각 센서(1)의 신호가 신호입력부(12)를 통해 모터제어부(13)로 입력되고, 모터제어부(13)에서는 모터 회전각 센서(1)의 신호로부터 모터 회전자 위치를 판독하여 모터 제어에 이용하게 된다.
반면, 고장판단부(11)가 모터 회전각 센서(1)의 고장이라고 판단하게 되면, 고장판단부에 의해 모터 제어기(10) 내 신호입력부(12)에서 엔진 크랭크각 센서(2)의 신호가 선택되어, 모터 회전각 센서(1)의 신호 대신 엔진 크랭크각 센서의 신호가 모터 제어를 위해 입력되며, 모터제어부(13)에서는 엔진 크랭크각 센서(2)의 신호를 기초로 하여 모터 회전자 위치를 판독하여 모터 제어에 이용하게 된다.
이때, 엔진 크랭크각 센서(2)의 신호는 위치동기화부(12a)와 신호입력부(12)를 거쳐 모터제어부(13)로 입력되는데, 위치동기화부(12a)에서는 옵셋값 α 및 β, 엔진 정지시 최종 위치값, 출력 펄스 카운트값을 반영하여 모터 회전각 센서와 위치 동기화된 엔진 크랭크각 센서 신호가 출력되며, 동기화된 엔진 크랭크각 센서 신호를 모터제어부(13)가 입력받아 그로부터 모터 회전자 위치를 판독하고 모터 제어에 이용하게 된다.
도 2의 순서도를 참조하면, 모터 회전각 센서(레졸버) 및 엔진 크랭크각 센서의 위치 동기 옵셋값 α, β가 설정된 상태에서, 모터 제어기가 모터 회전각 센서의 고장을 판단하게 되면, 고장모드로 진입하여 엔진 크랭크각 센서 제어모드로 전환되고, 이에 엔진 크랭크각 센서 제어모드에서 모터 회전각 센서에 해당하는 위치를 엔진 크랭크각 센서의 신호로부터 위치 동기 옵셋값, 엔진 정지시 최종 위치값 및 출력 펄스 카운트값을 반영하여 현재 위치값으로 변환한 뒤, 변환된 엔진 크랭크각 센서 값을 이용하여 모터 제어를 수행하게 된다.
반면, 모터 회전각 센서의 고장이 아닌 상태에서는 통상의 제어모드, 즉 모터 회전각 센서의 입력값으로 모터 제어를 수행하게 된다.
물론, 엔진 오프시에는 모터 제어기의 위치동기화부가 엔진 크랭크각 센서의 엔진 정지시 최종 위치값을 저장하게 되며, 저장된 최종 위치값은 이후 모터 회전각 센서의 고장 발생시 엔진 크랭크각 센서의 신호로부터 모터 위치를 검출하게 될 때 사용되게 된다.
이와 같이 하여, 본 발명에 따르면, 모터 회전각 센서의 고장이 발생하더라도 엔진 크랭크각 센서의 신호를 이용하여 모터 제어를 수행할 수 있게 되고, 모터 회전각 센서의 고장에 따른 고장모드 운전조건에서도 최소한의 하이브리드 기능이 동작될 수 있게 되어 주행 안정성을 향상시킴과 더불어 배출가스 저감 및 연비 악화를 방지할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 모터 제어 과정에서 모터 회전각 센서의 출력신호 대신 엔진 크랭크각 센서의 출력신호를 대체 사용할 수 있음을 설명하기 위한 도면,
도 2는 본 발명에 따른 모터 제어 과정을 나타낸 순서도,
도 3은 본 발명에서 모터 회전각 센서 및 엔진 크랭크각 센서의 신호가 모터 제어기에 입력되는 상태를 보여주는 개략도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 모터 회전각 센서 2 : 엔진 크랭크각 센서
10 : 모터 제어기
Claims (2)
- 삭제
- 하이브리드 차량에서 모터 회전각 센서의 고장시 구동모터를 제어하기 위한 방법으로서,모터 제어기가 모터 회전각 센서의 신호와 엔진 크랭크각 센서의 신호를 입력받는 단계와;모터 회전각 센서의 신호 입력상태로부터 모터 회전각 센서의 고장 여부를 판단하는 단계와;모터 회전각 센서의 고장을 판단하게 되면, 엔진 크랭크각 센서 제어모드로 전환하여 엔진 크랭크각 센서의 신호를 모터 회전각 센서에 해당하는 현재의 위치값으로 변환하여 위치 동기화시키는 단계와;동기화된 엔진 크랭크각 센서의 신호를 이용하여 모터 제어를 수행하는 단계를 포함하여 이루어지고,상기 엔진 크랭크각 센서 제어모드로 전환하여 모터 회전각 센서에 해당하는 위치를 엔진 크랭크각 센서의 신호로부터 위치 동기 옵셋값, 엔진 정지시 최종 위치값 및 출력 펄스 카운트값을 반영하여 현재의 위치값으로 변환하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 모터 회전각 센서 고장시 모터 제어 방법.
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