KR101382305B1

KR101382305B1 - 하이브리드 차량용 모터 제어 장치

Info

Publication number: KR101382305B1
Application number: KR1020100123712A
Authority: KR
Inventors: 임성엽; 김영준
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2010-12-06
Filing date: 2010-12-06
Publication date: 2014-05-07
Also published as: JP2012125131A; KR20120062444A; DE102011079841A1; US8664900B2; US20120139459A1

Abstract

본 발명은 모터의 운전 조건에 따른 최적 근사모델을 선정하고, 상기 선정된 최적 근사모델을 이용하여 모터를 제어하기 위한 전류지령을 결정함으로써 제어 강건성 및 안정성을 확보할 수 있는 하이브리드 차량용 모터 제어 장치에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량용 모터 제어 장치는 운전 조건에 따라 제1,2축 전류를 결정하는 전류지령 생성기; 상기 전류지령 생성기에서 결정된 제1,2축 전류와 제1,2축 피드백 전류를 이용하여 제1,2축 전압을 생성하는 전류 제어기; 제1,2축 전압을 3상 전압으로 변환하고, 3상 피드백 전류를 상기 제1,2축 피드백 전류로 변환하여 상기 전류 제어기에 전달하는 좌표 변환기; 상기 좌표 변환기로부터 3상 전압을 전달 받아 그에 대응하는 3상 신호를 생성하는 신호 생성기; 상기 3상 신호로부터 3상 전류를 생성하고, 상기 3상 전류를 좌표 변환기에 3상 피드백 전류로 전달하는 PWM 인버터; 상기 PWM 인버터로부터 3상 전류를 인가 받아 구동하는 모터; 그리고 상기 모터의 위상을 검출하고, 상기 모터의 위상을 전류지령 생성기 및 좌표 변환기에 전달하는 레졸버;를 포함하며, 상기 전류지령 생성기는 제1,2축 기준 전류를 결정하는 기준 전류 결정 모듈과, 제1,2축 기준 전류 보정값을 결정하는 기준 전류 보정값 결정 모듈과, 상기 제1,2축 기준 전류와 상기 제1,2축 기준 전류 보정값으로부터 제1,2축 전류를 결정하는 전류 결정 모듈을 포함할 수 있다.

Description

하이브리드 차량용 모터 제어 장치{SYSTEM FOR CONTROLLING MOTOR OF HYBRID VEHICLE}

본 발명은 하이브리드 차량용 모터 제어 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 모터의 운전 조건에 따른 최적 근사모델을 선정하고, 상기 선정된 최적 근사모델을 이용하여 모터를 제어하기 위한 전류지령을 결정함으로써 제어 강건성 및 안정성을 확보할 수 있는 하이브리드 차량용 모터 제어 장치에 관한 것이다.

최근에는 에너지 고갈과 환경 오염 문제로 하이브리드 자동차와 전기 자동차와 같은 친환경 자동차가 주목 받고 있다. 상기 친환경 자동차는 배터리의 전기를 이용하여 구동 동력을 발생시키는 모터를 포함한다.

모터를 제어하는 종래의 방법에 따르면, 현재 차량의 운전 조건에 따라 필요한 요구 토크를 계산하고 상기 요구 토크를 발생시키기 위한 작동 전류를 계산하여, 상기 작동 전류가 모터에 인가되도록 제어한다.

한편, 모터의 작동은 모터의 온도와 인버터의 전압(즉, 입력 전압)에 의하여 큰 영향을 받게 된다. 따라서, 상기 작동 전류를 모터의 온도와 인버터의 전압에 의하여 보정을 하였다. 즉, 모터의 온도에 의하여 작동 전류를 1차적으로 보정하고, 인버터의 전압에 의하여 상기 작동 전류를 2차적으로 보정하였다.

모터의 온도에 의하여 작동 전류를 1차적으로 보정하는 종래의 방법에 따르면, 모터의 기준 온도마다 차량의 운전 조건에 따른 하나의 맵을 제작하고, 각 기준 온도에 해당하는 맵에 차량의 운전 조건을 대입하여 작동 전류의 보정값을 계산하였다. 만일 모터의 온도가 설정된 기준 온도가 아니면, 상기 모터의 온도에 가장 가까운 제1,2기준 온도를 선정하고, 상기 제1,2기준 온도에 해당하는 맵으로부터 제1,2작동 전류의 보정값을 계산하며, 보간법에 의하여 상기 제1,2작동 전류 보정값으로부터 작동 전류의 보정값을 계산하였다.

모터의 온도에 의하여 작동 전류를 1차적으로 보정하는 종래의 방법에 따르면, 각 기준 온도마다 하나의 맵이 필요하므로 제어의 신뢰성을 확보하기 위하여 복수개의 맵이 작성되어야 한다. 따라서, 맵을 작성하는데 많은 시험을 해야 하고 많은 시간이 필요하므로, 개발비가 상승하게 되는 문제점이 있었다.

인버터의 전압에 의하여 작동 전류를 2차적으로 보정하는 종래의 방법에 따르면, 인버터 입력 전압에 따라 모터의 속도를 정규화하고 정규화된 모터의 속도에 따라 전류의 보정값을 계산하였다.

그런데, 차량의 부하 조건에 따라 모터의 전압 이용율이 달라지므로 제어 신뢰성이 저하되는 문제점이 있으며, 제어 신뢰성을 확보하기 위하여는 차량의 부하 조건에 따른 가중치를 계산하는 절차가 추가되어야 하였다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 모터의 운전 조건에 따른 하나의 최적 근사모델을 선정하고, 상기 선정된 최적 근사모델을 이용하여 모터를 제어하기 위한 전류지령을 결정함으로써 개발비가 줄어들고 제어의 신뢰성 및 안정성을 확보할 수 있는 하이브리드 차량용 모터 제어 장치를 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량용 모터 제어 장치는 운전 조건에 따라 제1,2축 전류를 결정하는 전류지령 생성기; 상기 전류지령 생성기에서 결정된 제1,2축 전류와 제1,2축 피드백 전류를 이용하여 제1,2축 전압을 생성하는 전류 제어기; 제1,2축 전압을 3상 전압으로 변환하고, 3상 피드백 전류를 상기 제1,2축 피드백 전류로 변환하여 상기 전류 제어기에 전달하는 좌표 변환기; 상기 좌표 변환기로부터 3상 전압을 전달 받아 그에 대응하는 3상 신호를 생성하는 신호 생성기; 상기 3상 신호로부터 3상 전류를 생성하고, 상기 3상 전류를 좌표 변환기에 3상 피드백 전류로 전달하는 PWM 인버터; 상기 PWM 인버터로부터 3상 전류를 인가 받아 구동하는 모터; 그리고 상기 모터의 위상을 검출하고, 상기 모터의 위상을 전류지령 생성기 및 좌표 변환기에 전달하는 레졸버;를 포함하며, 상기 전류지령 생성기는 제1,2축 기준 전류를 결정하는 기준 전류 결정 모듈과, 제1,2축 기준 전류 보정값을 결정하는 기준 전류 보정값 결정 모듈과, 상기 제1,2축 기준 전류와 상기 제1,2축 기준 전류 보정값으로부터 제1,2축 전류를 결정하는 전류 결정 모듈을 포함할 수 있다.

상기 기준 전류 결정 모듈은 현재 운전 조건에서 필요한 토크와 현재 모터의 속도로부터 제1,2축 기준 전류를 결정할 수 있다.

상기 기준 전류 보정값 결정 모듈은 현재 운전 조건에서 필요한 토크, 현재 모터의 속도, 입력 전압, 그리고 현재 모터의 온도로부터 제1,2축 기준 전류 보정값을 결정할 수 있다.

상기 기준 전류 보정값 결정 모듈은 최적 근사모델을 기반으로 제1,2축 기준 전류 보정값을 결정할 수 있다.

상기 최적 근사모델은 실험계획법에 의하여 선정될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 하이브리드 차량용 모터 제어 장치는 운전 조건에 따라 제1축 전류와 제2축 전류를 결정하고, 상기 제1,2축 전류를 3상 교류 전류로 변환하며, 상기 3상 교류 전류를 모터에 인가하여 모터를 구동시키는 것으로, 현재 운전 조건에서 필요한 토크와 현재 모터의 속도로부터 제1,2축 기준 전류를 결정하는 기준 전류 결정 모듈; 최적 근사모델을 기반으로 제1,2축 기준 전류 보정값을 결정하는 기준 전류 보정값 결정 모듈; 그리고 상기 제1,2축 기준 전류와 상기 제1,2축 기준 전류 보정값으로부터 제1,2축 전류를 결정하는 전류 결정 모듈;을 포함할 수 있다.

상기 기준 전류 보정값 결정 모듈은 현재 운전 조건에서 필요한 토크, 현재 모터의 속도, 입력 전압, 그리고 현재 모터의 온도를 상기 최적 근사모델에 대입하여 제1,2축 기준 전류 보정값을 결정할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 모터의 작동에 영향을 끼칠 모든 인자를 고려하여 모터를 작동시킬 전류지령을 계산함으로써 하이브리드 차량의 최적화된 운행을 제공할 수 있다. 이에 따라, 차량의 연비가 향상되고, 제어 신뢰성 및 안정성이 향상될 수 있다.

다수의 맵을 제작하는 대신, 실험계획법, 특히 중심합성계획법에 의하여 하나의 최적 근사모델을 제작하므로 개발 기간이 단축되고 개발비가 감소할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 모터 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량용 모터 제어 장치의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량용 모터 제어 장치에서 전류지령 생성기의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 최적 근사 모델을 선정하는 과정을 도시한 흐름도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 모터 장치의 구성도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 모터 장치는 인버터 모듈과 모터(50)를 포함한다.

인버터 모듈은 배터리의 직류 전압(V_dc)을 받아 차량의 운전 조건에 따른 전류를 결정하고, 결정된 전류를 모터(50)에 인가한다. 이러한 목적을 위하여, 인버터 모듈은 커패시터(10), 파워모듈(20), CPU(40), 그리고 RDC 회로(70)를 포함한다.

커패시터(10)는 배터리의 양 단에 연결되어 있으며, 배터리의 전압이 직접 파워모듈(20)에 인가되는 것을 방지하여 파워모듈(20)을 보호한다. 상기 커패시터(10)에 걸리는 배터리의 직류 전압(V_dc)은 전압기(12)가 검출하여 상기 CPU(40)에 전달한다.

파워모듈(20)은 복수개의 스위칭 소자(22)를 포함하며, 상기 스위칭 소자(22)들의 작동에 의하여 배터리의 직류 전압을 3상 교류 전류로 변환하여 상기 모터(50)에 인가한다. 상기 변환된 3상 교류 전류는 전류계(30)가 검출하여 상기 CPU(40)에 전달한다.

CPU(40)는 차량의 운전 상태에 따라 상기 스위칭 소자(22)를 제어하기 위한 PWM 신호를 생성하고 상기 PWM 신호를 상기 파워모듈(20)에 인가한다. 차량의 운전 상태에는 요구 토크, 배터리의 직류 전압, 모터(50)의 속도, 그리고 모터(50)의 온도를 포함한다.

RDC 회로(70)는 모터(50)의 위상에 대한 신호를 받아 모터(50)의 속도를 계산하고, 계산된 모터(50)의 속도에 대한 신호를 상기 CPU(40)에 전달한다.

모터(50)는 상기 파워모듈(20)로부터 3상 교류 전류를 입력 받아 작동한다. 상기 모터(50)에는 레졸버(60)가 장착되어 모터(50)의 위상(회전 각도)를 검출하고, 검출된 모터(50)의 위상을 상기 RDC 회로(70)에 전달한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량용 모터 제어 장치의 구성도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량용 모터 제어 장치는 전류지령 생성기(100), 전류 제어기(110), 좌표 변환기(120), 신호 생성기(130), PWM 인버터(140), 모터(50), 그리고 레졸버(60)를 포함한다.

전류지령 생성기(100)는 차량의 운전 조건에 따라 d축 전류와 q축 전류를 결정한다. 이러한 목적을 위하여, 상기 전류지령 생성기(100)는 d축 전류맵과 q축 전류맵을 가지고 있다. 따라서, 현재의 운전 상태에서 요구되는 토크(T^*)와 모터(50)의 현재 속도(ω)가 상기 전류지령 생성기(100)에 입력되면, 상기 전류지령 생성기(100)는 상기 토크와 모터의 속도에 대응하는 d축 전류(i_d ^*)와 q축 전류(i_q ^*)를 계산한다.

전류 제어기(110)는 상기 전류지령 생성기(100)로부터 전달되는 d축 전류(i_d ^*)와 q축 전류(i_q ^*) 및 d축 피드백 전류(i_d)와 q축 피드백 전류(i_q)를 이용하여 d축 전압(V_d ^*)과 q축 전압(V_q ^*)을 계산한다.

좌표 변환기(120)는 상기 전류 제어기(110)에서 d축 전압(V_d ^*)과 q축 전압(V_q ^*)을 전달 받아 이를 3상 교류 전압(V_a ^*, V_b ^*, V_c ^*)으로 변환한다. 또한, 모터(50)에 인가되는 3상 교류 전류(i_a, i_b, i_c)를 피드백 전류로 받아 이를 축 피드백 전류(i_d)와 q축 피드백 전류(i_q)로 변환한다.

신호 생성기(130)는 상기 좌표 변환기(120)로부터 3상 교류 전압(V_a ^*, V_b ^*, V_c ^*)을 받아 이를 3상 스위칭 신호(S_a, S_b, S_c)로 변환한다.

PWM 인버터(140)는 복수개의 스위칭 소자를 포함한다. PWM 인버터(140)는 상기 신호 생성기(130)로부터 3상 스위칭 신호(S_a, S_b, S_c)를 전달 받아 이를 3상 교류 전류(i_a, i_b, i_c)로 변환한다.

모터(50)는 상기 PWM 인버터(140)로부터 3상 교류 전류(i_a, i_b, i_c)를 받아 구동한다.

레졸버(60)는 상기 모터(50)에 장착되어 모터(50)의 위상을 검출하고, 이를 좌표 변환기(120)와 전류지령 생성기(100)에 전달한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 차량용 모터 제어 장치에서 전류지령 생성기의 구성도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 전류지령 생성기(100)는 기준 전류 결정 모듈(102)과, 기준 전류 보정값 결정 모듈(104)과, 전류 결정 모듈(106)을 포함한다.

상기 기준 전류 결정 모듈(102)은 현재 운전 조건에서 필요한 토크(T^*)와 현재 모터(50)의 속도(ω)로부터 d축 기준 전류(i_d,tref)와 q축 기준 전류(i_q,tref)를 결정한다. 이러한 목적을 위하여, 상기 기준 전류 결정 모듈(102)은 현재 운전 조건에서 필요한 토크(T^*)와 현재 모터(50)의 속도(ω)에 대응하는 d축 기준 전류(i_d,tref)와 q축 기준 전류(i_q,tref)가 저장된 맵을 포함한다.

기준 전류 보정값 결정 모듈(104)은 현재 운전 조건에서 필요한 토크(T^*), 현재 모터(50)의 속도(ω), 입력 전압(배터리의 직류 전압(V_dc)), 그리고 모터(50)의 현재 온도(t)로부터 d축 기준 전류 보정값(Δi^* _d,t)과 q축 기준 전류 보정값(Δi^* _q,t)을 결정한다. 이러한 목적을 위하여, 상기 기준 전류 보정값 결정 모듈(104)에는 하나의 최적 근사모델이 저장되어 있다. 도 4를 참조로, 최적 근사모델을 선정하는 과정을 설명하기로 한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따라 최적 근사 모델을 선정하는 과정을 도시한 흐름도이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 설계자는 설계변수와 설계공간을 배치한다(S200). 상기 설계변수는 현재 운전 조건에서 필요한 토크(T^*), 현재 모터(50)의 속도(ω), 입력 전압(배터리의 직류 전압(V_dc)), 그리고 모터(50)의 현재 온도(t)를 포함하며, 설계공간은 차량의 운전 영역이다.

그 후, 설계자는 상기 설계변수와 설계공간을 이용하여 실험계획법을 적용한다(S210). 여기서, 상기 실험계획법으로 중심합성계획법이 사용된다. 실험계획법 및 중심합성계획법은 당업자에게 잘 알려져 있으므로 여기에서는 상세한 설명을 생략하기로 한다.

중심합성계획법에 따라 실험을 수행하여 데이터값을 확보하면, 설계자는 상기 데이터값에 해당하는 근사모델을 생성한다(S220).

그 후, 실험을 다시 수행하여 데이터값을 확보하고, 이 데이터값을 상기 근사모델에 대입하여 근사모델의 적합성을 검증한다(S230).

그 후, 설계자는 생성된 근사모델이 최적 근사모델인지를 판단한다(S240).

만일 생성된 근사모델이 최적 근사모델이 아니라면, 설계자는 상기 S220 단계로 돌아가 다른 근사모델을 생성하게 된다.

만일 생성된 근사모델이 최적 근사모델이라면, 설계자는 상기 최적 근사모델을 기준 전류 보정값 결정 모듈(104)에 저장한다(S250).

전류 결정 모듈(106)은 상기 기준 전류 결정 모듈(102)에서 결정된 d축 기준 전류(i_d,tref)와 q축 기준 전류(i_q,tref) 및 기준 전류 보정값 결정 모듈(104)에서 결정된 d축 기준 전류 보정값(Δi^* _d,t)과 q축 기준 전류 보정값(Δi^* _q,t)으로부터 d축 전류(i_d ^*)와 q축 전류(i_q ^*)를 계산한다.

상기 d축 전류(i_d ^*)와 q축 전류(i_q ^*)는 전류 제어기(110)로 전달된다.

이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.

Claims

운전 조건에 따라 제1,2축 전류를 결정하는 전류지령 생성기;
상기 전류지령 생성기에서 결정된 제1,2축 전류와 제1,2축 피드백 전류를 이용하여 제1,2축 전압을 생성하는 전류 제어기;
제1,2축 전압을 3상 전압으로 변환하고, 3상 피드백 전류를 상기 제1,2축 피드백 전류로 변환하여 상기 전류 제어기에 전달하는 좌표 변환기;
상기 좌표 변환기로부터 3상 전압을 전달 받아 그에 대응하는 3상 신호를 생성하는 신호 생성기;
상기 3상 신호로부터 3상 전류를 생성하고, 상기 3상 전류를 좌표 변환기에 3상 피드백 전류로 전달하는 PWM 인버터;
상기 PWM 인버터로부터 3상 전류를 인가 받아 구동하는 모터; 그리고
상기 모터의 위상을 검출하고, 상기 모터의 위상을 전류지령 생성기 및 좌표 변환기에 전달하는 레졸버;
를 포함하며,
상기 전류지령 생성기는 제1,2축 기준 전류를 결정하는 기준 전류 결정 모듈과, 제1,2축 기준 전류 보정값을 결정하는 기준 전류 보정값 결정 모듈과, 상기 제1,2축 기준 전류와 상기 제1,2축 기준 전류 보정값으로부터 제1,2축 전류를 결정하는 전류 결정 모듈을 포함하고,
상기 기준 전류 보정값 결정 모듈은 현재 운전 조건에서 필요한 토크, 현재 모터의 속도, 입력 전압, 그리고 현재 모터의 온도로부터 제1,2축 기준 전류 보정값을 결정하며,
상기 기준 전류 보정값 결정 모듈은 최적 근사모델을 기반으로 제1,2축 기준 전류 보정값을 결정하고,
상기 최적 근사모델은 실험계획법에 의하여 선정되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 모터 제어 장치.
제1항에 있어서,
상기 기준 전류 결정 모듈은 현재 운전 조건에서 필요한 토크와 현재 모터의 속도로부터 제1,2축 기준 전류를 결정하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 모터 제어 장치.
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운전 조건에 따라 제1축 전류와 제2축 전류를 결정하고, 상기 제1,2축 전류를 3상 교류 전류로 변환하며, 상기 3상 교류 전류를 모터에 인가하여 모터를 구동시키는 하이브리드 차량용 모터 제어 장치에 있어서,
현재 운전 조건에서 필요한 토크와 현재 모터의 속도로부터 제1,2축 기준 전류를 결정하는 기준 전류 결정 모듈;
최적 근사모델을 기반으로 제1,2축 기준 전류 보정값을 결정하는 기준 전류 보정값 결정 모듈; 그리고
상기 제1,2축 기준 전류와 상기 제1,2축 기준 전류 보정값으로부터 제1,2축 전류를 결정하는 전류 결정 모듈;
을 포함하며,
상기 기준 전류 보정값 결정 모듈은 현재 운전 조건에서 필요한 토크, 현재 모터의 속도, 입력 전압, 그리고 현재 모터의 온도를 상기 최적 근사모델에 대입하여 제1,2축 기준 전류 보정값을 결정하고,
상기 최적 근사모델은 실험계획법에 의하여 선정되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 모터 제어 장치.
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