KR101339239B1 - 모터를 구비한 차량의 제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 모터를 구비한 차량의 제어방법은, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 제어 방법은, 모터의 속도가 0이 아니고, 그 출력 토크가 0인 것을 확인하는 단계, 상기 모터의 전압이 일정한 수치에 수렴하는 것을 확인하는 단계, 및 상기 모터를 제어하기 위한 데이터를 수집하고, 이를 처리하여 레졸버의 옵셋값을 연산하기 위한 옵셋모드로 진입하는 단계를 포함한다.
따라서, 운전성에 영향을 미치지 않으면서 주행 중에 레졸버의 오프셋값을 보정할 것인지를 용이하게 판단할 수 있다.

Description

모터를 구비한 차량의 제어방법{CONTROL METHOD OF HYBRID VEHICLE}
본 발명은 레졸버의 오차를 자동적으로 측정하여 그 옵셋 값을 자동적으로 보정하도록 하여 모터의 토크제어 및 속도제어를 정확하게 하도록 하는 하이브리드 차량의 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 전기자동차나 하이브리드 자동차에서 사용하는 동기전동기나 유도전동기의 제어를 위해서, MCU(motor control unit)이 사용된다. 이를 위해서, 자속(flux)의 위치에 따라서 좌표계를 설정해야 한다. 따라서, 모터회전자의 절대위치를 판독하는 레졸버가 사용된다.
이 레졸버는 일종의 변압기로 1차측 권선(입력)에 여자전압을 인가하고, 축을 회전시키면 자기적 결합계수가 변화하여 2차측 권선(출력)에 캐리어의 진폭이 변화하는 전압이 발생한다.
이 전압은 축의 회전각도에 대하여 사인 및 코사인 상태로 변화하도록 권선이 배열된다. 따라서, 사인출력과 코사인 출력의 캐리어 진폭비를 판독하는 것에 의해서 레졸버의 회전각도를 알 수 있다.
상기와 같은 원리로 작동되는 레졸버는 모터의 속도정보와 위상을 센싱하여 회전자의 위치정보를 상기 MCU측에 제공하고, 토크지령 및 속도지령생성을 위한 정보로 사용된다.
그러나, 레졸버의 장착중에 오차가 발생할 수 있고, 이 오차로 인하여 모터의 회전자의 정확한 위치를 감지할 수 없고, 이는 모터가 정상적으로 작동하지 못하는 요인이다.
따라서, 이러한 센싱 오차를 보정하기 위한 방법으로, 모터의 선간 역기전력과 레졸버의 파형을 오실로스코프와 같은 계측장비를 이용하여 분석한 다음, 센싱오차에 대한 옵셋값을 보정하였다.
한편, 이러한 방법은 작업자의 수동조작에 의해서 수행되어 소요되는 시간이 길고, 작업량이 많을 뿐만 아니라, 모든 차에 보정을 실시해야 하는 번거로움이 있다. 또한, 작업자의 숙련도에 따라서 보정값이 다르게 발생될 수 있다.
본 발명의 실시예는 레졸버의 오프셋을 주행 중 운전성에 영향을 미치지 않으며 모니터링하여 이를 보정할 것인지를 판단하는 것으로, 모터를 구비한 차량의 제어방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 제어 방법은, 모터의 속도가 0이 아니고, 그 출력 토크가 0인 것을 확인하는 단계, 상기 모터의 전압이 일정한 수치에 수렴하는 것을 확인하는 단계, 및 상기 모터를 제어하기 위한 데이터를 수집하고, 이를 처리하여 레졸버의 옵셋값을 연산하기 위한 옵셋모드로 진입하는 단계를 포함한다.
모터의 속도가 0이 아닌 상태에서 상기 옵셋모드로 진입한다.
상기 모터의 출력토크가 0인 지점을 차량의 설정속도범위로 연장한다.
상기 모터의 전류가 일정한 수치에 수렴하는 단계에서, 상기 모터의 D축, 또는 Q축 전압이 설정구간에 수렴된다.
상기 모터의 토크가 0인 것을 확인하는 단계에서, 상기 모터는 0전류 제어된다.
본 발명의 실시예에 따른 모터를 구비한 차량의 제어방법은, 운전성에 영향을 미치지 않으면서 주행 중에 레졸버의 오프셋값을 보정할 것인지를 용이하게 판단할 수 있다.
이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 모터를 구비한 차량의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 모터를 제어하는 MCU 제어부에 대한 회로도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 레졸버옵셋 판단부의 개략적인 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 자동차에 구비되는 모터의 차속에 따른 토크프로파일을 보여주는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 자동차에 구비되는 모터의 차속에 따른 토크프로파일의 변형된 모습을 보여주는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 자동차에 구비되는 레졸버의 옵셋 판단모드 집입조건을 보여주는 표이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량에 구비되는 레졸버의 옵셋 판단모드 집입조건과 주행모드를 보여주는 표이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량에서 레졸버의 옵셋 오차가 존재하는 상태에서 Vd값을 보여주는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량에서 레졸버의 옵셋을 판단하기 위한 모드로 진입하는 방법을 보여주는 플로우 차트이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 모터를 구비한 차량의 개략적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 모터를 구비한 차량은 모터(110), 레졸버(120), 모터컨트롤유닛(130), 고전압배터리(140), 고전압배터리(140), 메인릴레이(150), 캐패시터(160), 및 BMS(battery management system)을 포함하고, 이러한 시스템은 하이브리드 자동차, 전기자동차, 및 연료전지자동차에 적용될 수 있다. 상기 모터(110)는 구동과 충전을 동시에 수행할 수 있다.
상기 모터(110)는 상기 모터컨트롤유닛(130)에 의해서 수행되고, 상기 모터컨트롤유닛(130)은 직류전류를 가변주파수 및 가변전압의 교류전류로 변환해주는 인버터와 전류와 전압을 제어하는 제어부로 구성된다.
상기 레졸버(120)는 모터위치센서로써 상기 모터(110)의 회전 위치정보를 상기 모터컨트롤유닛(130)으로 전송하고, 상기 모터컨트롤유닛(130)은 이를 기초로 상기 모터(110)에 공급될 전류와 전압을 제어한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 모터를 제어하는 MCU 제어부에 대한 회로도이다.
도 2를 참조하면, MCU(모터컨트롤유닛(130))의 제어부는 전류지령생성기(210), 전류제어기(220), 축변환기(230), PWM생성기(240), PWM인버터(250), 및 레졸버옵셋판단부(260)를 포함한다.
상위 제어부(미도시)로부터 토크지령과 속도지력을 받으면, 상기 모터컨트롤유닛(130)는 상기 전류지령생성기(210)에서 D축 Q축 전류지령을 생성하고, 상기 전류제어기(220)는 인버터전류가 전류지령을 따르도록 전류제어를 실시한다.
상기 축변환기(230)는 전류를 D축 Q축<->3상 변환을 수행하며, 상기 PWM생성기(240)는 전류지령을 토대로 PWM스위칭신호를 인버터로 보내주고, 이를 기초로 상기 PWM인버터(250)는 스위칭을 통해 상기 모터를 제어한다.
상기 레졸버옵셋판단부(260)는 상위 제어부로부터 전달된 토크지령 및 전류지령, 모터로부터 피드백된 전류, 모니터링되고 있는 DQ축 전압 등을 이용하여 상기 레졸버(120)의 옵셋을 판단한다.
본 발명은 주행 중 0전류 제어가 가능한 0토크구간에서 레졸버 옵셋 판단모드로 진입하여 운전성에 영향을 주지 않은 상태에서 0전류제어를 수행하고, 레졸버의 옵셋을 판단한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 레졸버옵셋 판단부의 개략적인 구성도이다.
도 3을 참조하면, 레졸버옵셋판단부(260)는 속도/토크판단부(310), 0전류제어판단부(320), 전압센싱 및 레졸버옵셋연산부(330)를 포함한다.
상기 속도/토크판단부(310)는 현재 모터의 속도 및 토크지령을 모니터링하고, 상기 0전류제어판단부(320)는 현재 모터에 요구되는 토크를 모니터링한다.
아울러, 상기 전압센싱 및 레졸버옵셋연산부(330)는 모터의 속도와 0전류 상태에 따라서 전압을 센싱하여 식 (2)를 통해서 레졸버의 옵셋을 판단한다.
Figure 112011094946143-pat00001
식(1)에서,
Figure 112011094946143-pat00002
는 순차적으로 모터(110)에 걸리는 저항, d축 인덕턴스상수, q축 인덕턴스상수, 자속의 크기, 최종오프셋값, 및 오프셋후보값을 나타낸다.
아울러, 식(1)에서,
Figure 112011094946143-pat00003
는 순차적으로 d축 전류, q축 전류, d축 전압, q축 전압, 및 회전자각속도를 나타낸다.
상기 식(1)에서, 영전류제어(zero current control)에 의해서, d축 전류(
Figure 112011094946143-pat00004
)와 q축 전류(
Figure 112011094946143-pat00005
)들이 0으로 수렴하면, 식(1)은 아래의 식(2)와 같이 변형될 수 있다.
Figure 112011094946143-pat00006
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 자동차에 구비되는 모터의 차속에 따른 토크프로파일을 보여주는 그래프이다.
도 4를 참조하면, 가로축은 차속을 나타내고, 세로축은 모터의 출력토크를 나타낸다.
이는 차량의 속도가 일정속도 이하에서는 상기 모터(110)는 구동모드이고, 일정속도 이상에서는 상기 모터(110)가 충전(회생모드)을 수행하는 것을 의미한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 자동차에 구비되는 모터의 차속에 따른 토크프로파일의 변형된 모습을 보여주는 그래프이다.
도 5는 참조하면, 가로축은 차속을 나타내고, 세로축은 모터의 출력토크를 나타낸다. 도 4와 비교하여, 토크프로파일이 변형시켜 차속이 일정구간인 상태에서 상기 모터(110)의 0토크구간이 늘어나도록 하면 더욱 용이한 옵셋 판단 모드의 진입이 가능해진다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 자동차에 구비되는 레졸버의 옵셋 판단모드 집입조건을 보여주는 표이다.
도 6을 참조하면, 모터속도가 0이 아니고, 출력토크가 0이고, D축 및 Q축 전류가 0인 경우에 레졸버옵셋판단모드로 진입한다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량에 구비되는 레졸버의 옵셋 판단모드 집입조건과 주행모드를 보여주는 표이다.
도 7을 참조하면, 모터속도가 0이 아니고, 출력토크가 0이고, D축 및 Q축 전류가 0인 경우에 레졸버옵셋판단모드로 진입한다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량에서 레졸버의 옵셋 오차가 존재하는 상태에서 Vd값을 보여주는 그래프이다.
도 8을 참조하면, 레졸버옵셋판단모드로 진입하면, 영전류제어에 의해서 상기 모터(110)의 전류는 0으로 수렴하고, 상기 모터(110)의 속도는 일정구간에서 변하며, 상기 D축 전압(Vd)은 서서히 일정값에 수렴한다.
도시한 바와 같이, 상기 모터(110)의 레졸버옵셋을 판단하기 위해서는 일정한 수렴시간이 필요하다. 따라서, 주행 중 레졸버옵셋판단모드로 진입하더라도 일정한 시간이 흐른 뒤에 데이터를 수집, 필터링, 및 여러 개의 데이터를 평균화하는 연산을 수행한다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량에서 레졸버의 옵셋을 판단하기 위한 모드로 진입하는 방법을 보여주는 플로우 차트이다.
도 9를 참조하면, S900에서, 주행 중 상기 모터(110)의 요구토크가 0인지 판단하고, S910에서 0전류제어가 가능한지 판단한다.
S920에서 모터(110)의 속도가 0가 아닌지를 판단하고, S930에서 제어를 위한 데이터가 수렴하는 지를 판단한다. S940에서 일정한 구간 동안에서 데이터를 수집하고, 이를 연산하여 레졸버의 옵셋을 보정해야하는 지를 판단하고, S950에서 제어를 종료한다.
상기 데이터는 상기 모터(110)를 제어하기 위한 모든 수치를 포함하며, 모터(110)에 걸리는 저항, d축 인덕턴스상수, q축 인덕턴스상수, 자속의 크기, 최종오프셋값, 오프셋후보값, d축 전류, q축 전류, d축 전압, q축 전압, 및 회전자각속도 등을 포함한다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
110: 모터
120: 레졸버
130: 모터컨트롤유닛
140: 고전압배터리
150: 메인릴레이
160: 캐패시터
210: 전류지령생성기
220: 전류제어기
230: 축변환기
240: PWM생성기
250: PWM인버터
260: 레졸버옵셋판단부
310: 속도/토크판단부
320: 0전류제어판단부
330: 전압센싱 및 레졸버옵셋연산부

Claims (7)

  1. 차량이 주행 중인 상태에서, 모터의 속도가 0이 아니고, 그 출력 토크가 0인 것을 확인하는 단계;
    상기 모터의 전압이 일정한 수치에 수렴하는 것을 확인하는 단계; 및
    상기 모터를 제어하기 위한 데이터를 수집하고, 이를 처리하여 레졸버의 옵셋값을 연산하기 위한 옵셋모드로 진입하는 단계; 를 포함하는 모터를 구비한 차량의 제어방법.
  2. 제1항에서,
    차량의 속도가 0이 아닌 상태에서 상기 옵셋모드로 진입하는 것을 특징으로 하는 모터를 구비한 차량의 제어방법.
  3. 제1항에서,
    상기 모터의 출력토크가 0인 지점을 차량의 설정속도범위로 연장하는 것을 특징으로 하는 모터를 구비한 차량의 제어방법.
  4. 제1항에서,
    상기 모터의 전류가 일정한 수치에 수렴하는 단계에서,
    상기 모터의 D축 전압이 설정구간에 수렴되는 것을 특징으로 하는 모터를 구비한 차량의 제어방법.
  5. 제1항에서,
    상기 모터의 전류가 일정한 수치에 수렴하는 단계에서,
    상기 모터의 D축, 또는 Q축 전압이 설정구간에 수렴되는 것을 특징으로 하는 모터를 구비한 차량의 제어방법
  6. 제1항에서,
    상기 모터의 토크가 0인 것을 확인하는 단계에서,
    상기 모터는 0전류 제어되는 것을 특징으로 하는 모터를 구비한 차량의 제어방법.
  7. 제1항에서,
    상기 모터의 토크가 0인 것을 확인하는 단계에서,
    상기 모터의 D축 또는 Q축 전류를 0으로 제어를 하는 것을 특징으로 하는 모터를 구비한 차량의 제어방법.
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