KR101383753B1 - 모터 구동 제어장치 및 그의 제어방법 - Google Patents

모터 구동 제어장치 및 그의 제어방법 Download PDF

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Abstract

모터 구동 제어장치 및 그의 제어방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 연료펌프용 모터를 구동하는 모터 구동부, 차량의 배터리로부터 상기 모터에 공급되는 전류를 감지하는 전류감지센서, 상기 전류감지센서에서 출력되는 감지신호를 RPM 신호로 변환하는 신호 변환부 및 상기 신호변환부에서 변환된 신호를 이용해서 연료펌프로부터 공급되는 현재 연료압력을 산출하고 산출된 현재 연료압력과 차량의 메인 제어부로부터 전달되는 목표 연료압력에 기초해서 상기 모터 구동부를 제어하는 제어부를 포함하는 구성을 마련하여, 모터에 인가되는 전류를 감지하여 연료펌프의 회전속도 및 현재 연료압력을 산출해서 모터의 구동을 정밀하게 제어할 수 있다는 효과가 얻어진다.

Description

모터 구동 제어장치 및 그의 제어방법{MOTOR DRIVE CONTROL APPARATUS AND CONTROL METHOD THEREOFO}
본 발명은 모터 구동 제어장치 및 그의 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 연료펌프용 모터의 회전속도와 압력을 산출해서 모터의 구동을 제어하는 모터 구동 제어장치 및 그의 제어방법에 관한 것이다.
자동차용 연료펌프는 연료탱크에 저장되어 있는 가스나 가솔린, 디젤과 같은 연료를 펌핑하여 엔진에 공급하는 역할을 한다.
즉, 종래의 연료펌프 제어장치는 자동차의 속도 등을 고려하여 연료펌프의 회전속도를 제어함으로써 엔진에 공급되는 연료의 양을 조절한다.
이와 같이, 연료펌프를 구동시켜 주는 모터는 높은 효율과 장 수명 및 신뢰성 확보를 위하여 브러시리스 직류 모터(Brushless DC Motor, 이하 'BLDC 모터'라 함)를 이용하며, 특히 센서가 없는(sensorless) BLDC 모터를 사용하는 것이 일반적이다.
최근에는 자동차의 연비를 향상시키기 위하여 많은 연구 개발이 이루어지고 있다.
본 출원인은 연료펌프용 모터의 회전속도를 정밀하게 제어하여 자동차의 연비를 향상시킬 수 있는 연료펌프 모터 구동장치 기술을 하기의 특허문헌 1 및 특허문헌 2 등 다수에 개시해서 출원하여 등록받은 바 있다.
특허문헌 1에 따른 연료펌프 모터 구동장치는 ECU로부터 수신되는 PWM 듀티를 나누어 입력받고, 입력된 듀티값에 따라 미리 설정된 속도로 모터를 구동한다.
특허문헌 2에 따른 연료펌프 모터 구동장치는 연료공급라인에 설치된 압력감지부의 감지압력과 차량의 메인 제어부로부터 수신된 목표압력을 비교하고, 비교결과에 따라 모터의 구동속도를 점차적으로 높아지도록 미리 설정된 제 1 내지 제 5속도 중에서 어느 하나로 제어한다.
대한민국 특허 등록번호 제10-0649355호(2006년 11월 27일 공고) 대한민국 특허 등록번호 제10-1244844호(2013년 3월 12일 공고)
그러나 특허문헌 1은 차량의 엔진 RPM에 따른 ECU의 PWM 제어신호에 따라 연료펌프 모터의 구동을 제어함에 따라, 엔진에서 필요로 하는 연료량을 공급하기 위해 연료라인의 연료압력을 정밀하게 제어하는데 한계가 있었다.
이에 따라, 특허문헌 1은 연료펌프 모터의 불필요한 구동으로 인해 모터의 소비전력이 증가하고, 연료를 과다하게 펌핑하여 엔진에서 분사되고 남아 재순환되는 연료량이 증가함에 따라 차량의 연비가 저하되는 문제점이 있었다.
특허문헌 2는 연료공급라인에 설치된 압력감지센서에서 감지된 감지압력과 차량의 메인 제어부로부터 수신된 목표압력을 비교하여 피드백 제어를 수행한다.
이에 따라, 특허문헌 2는 제어장치에 마련된 모터 구동부의 고장 발생 시 모터를 지속적으로 구동할 수 없는 문제점이 있었다.
또한, 특허문헌 2는 연료펌프 외부에 별도의 압력감지센서를 설치함에 따라 연료펌프의 제작비용이 상승하는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 연료펌프의 회전속도를 이용해서 현재 연료 압력을 산출하고, 산출된 결과에 기초해서 연료펌프용 모터의 구동을 제어하는 모터 구동 제어장치 및 그의 제어방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 모터 구동부의 고장 발생시에도 연료펌프용 모터를 지속적으로 구동하도록 제어하는 모터 구동 제어장치 및 그의 제어방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 연료펌프용 모터의 구동을 정밀하게 제어하여 연료펌프가 적용된 차량의 연비를 향상시킬 수 있는 모터 구동 제어장치 및 그의 제어방법을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 모터 구동 제어장치는 연료펌프용 모터를 구동하는 모터 구동부, 차량의 배터리로부터 상기 모터에 공급되는 전류를 감지하는 전류감지센서, 상기 전류감지센서에서 출력되는 감지신호를 RPM 신호로 변환하는 신호 변환부 및 상기 신호변환부에서 변환된 신호를 이용해서 연료펌프로부터 공급되는 현재 연료압력을 산출하고 산출된 현재 연료압력과 차량의 메인 제어부로부터 전달되는 목표 연료압력에 기초해서 상기 모터 구동부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 배터리로부터 공급되는 전원을 공급 또는 차단하는 제1 스위칭부를 통해 상기 모터 구동부로 공급되는 전원을 공급 또는 차단하는 제2 스위칭부, 상기 제어부의 제어신호에 따라 상기 제2 스위칭부에 구동신호를 전달하는 스위치 구동부 및 차량의 메인 제어부와 CAN 통신을 수행하고 상기 모터 구동부의 고장 발생시 고장 발생 사실을 통지하는 CAN 송수신기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제2 스위칭부는 제1 채널은 상기 전류감지센서와 모터 구동부에 전원을 공급 또는 차단하고, 제2 채널은 비상전원공급라인을 통해 모터에 전원을 직접 공급 또는 차단하는 2채널 릴레이를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 스위치 구동부와 제어부 사이에는 상기 제어부의 제어신호를 풀 다운 하는 풀 다운 저항이 연결되고, 상기 스위치 구동부는 상기 제어부의 고장 발생시 상기 제1 스위칭부를 통해 공급되는 전원을 상기 비상전원공급라인을 통해 모터로 공급하도록 상기 제2 스위칭부를 온 동작시키는 것을 특징으로 한다.
상기 신호변환부는 상기 전류감지센서에서 출력되는 감지신호를 정류하는 정류회로, 상기 정류회로에서 정류된 감지신호와 미리 설정된 고주파수 대역 및 저주파수 대역만 통과시키도록 필터링된 신호를 비교하는 비교부 및 상기 비교부에서 출력되는 신호를 주파수 펄스 형태의 RPM 신호로 변환하는 신호변환회로를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 비교부는 직류전원을 공급받는 연산증폭기, 상기 연산증폭기의 반전단자와 출력단 사이에 연결되고 상기 연산증폭기에서 출력되는 신호에서 미리 설정된 저주파수 대역의 신호만을 통과시키도록 필터링하는 저대역 통과필터 및 상기 연산증폭기의 반전단자와 기저전위라인 사이에 연결되고 상기 저대역 통과필터를 통과한 신호에서 미리 설정된 고주파수 대역의 신호만을 통과시키도록 필터링하는 고대역 통과필터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 신호변환회로는 상기 연산증폭기의 출력단에 제1 및 제2 입력단자가 연결되는 비교기 및 상기 연산증폭기의 출력단과 비교기의 제2 입력단자 사이에 직렬로 연결되는 저항과 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어부는 상기 신호변환부로부터 RPM 신호를 전달받아 연료펌프의 현재 회전속도를 산출하는 속도산출부 및 상기 속도산출부에서 산출된 회전속도와 차량의 메인 제어부로부터 수신된 연료소모량를 이용해서 연료펌프에 의해 공급되는 연료압력을 산출하는 압력산출부를 포함하고, 상기 속도산출부에서 산출된 연료펌프의 회전속도가 '0'인 경우, 상기 모터 구동부의 고장상태로 진단하여 고장 발생사실을 차량의 메인제어부로 통지하도록 상기 CAN 송수신기를 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 모터 구동 제어장치의 제어방법은 (a) 차량의 배터리로부터 공급된 전원을 모터 구동부로 공급해서 모터를 구동하는 단계, (b) 전류감지센서를 이용해서 상기 모터에 공급되는 전류를 감지하는 단계, (c) 신호변환부를 이용하여 상기 (b)단계에서 감지된 감지신호를 주파수 펄스 형태의 RPM 신호로 변환하는 단계 및 (d) 상기 RPM 신호를 이용해서 연료펌프의 회전속도와 현재 연료압력을 산출하는 단계 및 (e) 상기 (d)단계에서 산출된 현재 연료압력과 차량의 메인제어부로부터 수신된 목표 연료압력을 비교한 결과에 기초해서 상기 모터의 구동을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 (c)단계는 (c1) 정류회로를 이용해서 상기 감지신호를 정류하고, 제1 커패시터 및 제1 저항을 이용해서 정류된 신호를 미리 설정된 주파수 이상의 신호만을 통과하도록 필터링하는 단계, (c2) 비교부의 저대역 통과필터 및 고대역 통과필터를 이용해서 연산증폭기로부터 출력되는 신호를 미리 설정된 저주파수 대역 및 고주파수 대역의 신호만을 통과시키도록 필터링하는 단계, (c3) 상기 연산증폭기를 이용해서 상기 (c1)단계에서 정류된 신호와 상기 저대역 통과필터 및 고대역 통과필터를 통해 필터링된 신호를 비교하는 단계 및 (c3) 신호변환회로의 비교기를 이용해서 상기 연산증폭기에서 출력되는 신호와 제2 저항 및 제2 커패시터를 통해 필터링된 신호를 비교해서 주파수 펄스 형태의 RPM 신호를 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 (d)단계는 (d1) 상기 RPM 신호의 주파수에 따라 연료펌프의 현재 회전속도를 산출하는 단계 및 (d2) 상기 (d1)단계에서 산출된 현재 회전속도와 차량의 메인제어부로부터 수신된 현재 연료소모량을 하기의 수학식 1에 대입하거나, 연료펌프의 회전속도 대비 연료소모량별로 매핑된 압력을 검색하여 현재 연료압력을 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Figure 112013083050969-pat00001
....[수학식 1]
여기서, A와 B는 실제 차량에서 연료펌프의 회전속도를 압력범위로 환산하기 위해 설정되는 상수.
상기 (e)단계는 상기 (d)단계에서 산출된 현재 연료압력이 목표 연료압력보다 높은 경우 제어신호의 PWM 듀티를 감소시키고, 현재 연료압력이 목표 연료압력보다 낮은 경우 제어신호의 PWM 듀티를 증가시켜 모터의 구동을 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 (d)단계에서 산출된 연료펌프의 회전속도가 '0'인 경우, 비상전원공급라인을 통해 모터에 전원을 공급하여 모터를 지속적으로 구동하는 것을 특징으로 한다.
상기 (e)단계에서 제어부의 고장 발생시 비상전원공급라인을 통해 모터에 전원을 공급하여 모터를 지속적으로 구동하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 모터 구동 제어장치 및 그의 제어방법에 의하면, 모터에 인가되는 전류를 감지하여 연료펌프의 회전속도 및 현재 연료압력을 산출해서 모터의 구동을 정밀하게 제어할 수 있다는 효과가 얻어진다.
이에 따라, 본 발명에 의하면, 기존에 연료공급라인에 설치되는 압력감지센서 및 연료펌프에 마련되는 압력감지센서용 연결핀을 제거하여 연료펌프 및 모터 구동 제어장치의 구성을 간략하게 하고, 제조비용을 절감할 수 있다는 효과가 얻어진다.
또한, 본 발명에 의하면, 모터 구동부 및 제어부의 고장 발생시에 비상전원공급라인을 통해 배터리 전원을 모터에 지속적으로 공급함에 따라, 차량의 엔진 시동상태에서는 상시적으로 모터를 구동함으로써, 연료 공급 중지로 인한 엔진 고장 및 안전 사고를 방지할 수 있다는 효과가 얻어진다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 모터 구동 제어장치의 블록 구성도,
도 2는 신호 변환부의 상세 회로도,
도 3 내지 도 6은 도 2에 도시된 각 제1 내지 제4 지점(P1 내지 P4)의 신호 파형 그래프,
도 7은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 모터 구동 제어장치의 제어방법을 단계별로 설명하는 흐름도.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 모터 구동 제어장치 및 그의 제어방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 모터 구동 제어장치는 연료펌프용 모터에 공급되는 전류를 감지하는 전류감지센서에서 출력되는 신호를 이용해서 연료펌프의 회전수 및 현재 연료압력을 산출하며, 산출된 연료압력과 목표 연료압력의 비교 결과에 따라 모터의 구동을 정밀하게 제어한다.
이에 따라, 본 발명은 연료공급라인에 설치되는 압력감지센서를 제거해서 연료펌프의 제작비용을 절감할 수 있다.
상세하게 설명하면, 도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 모터 구동 제어장치의 블록 구성도이다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 모터 구동 제어장치(20)는 도 1에 도시된 바와 같이, 연료펌프용 모터(이하 '모터'라 약칭함)(11)를 구동하는 모터 구동부(22), 차량의 배터리(12)로부터 모터(11)에 공급되는 전류를 감지하는 전류감지센서(24), 전류감지센서(24)에서 출력되는 감지신호를 RPM 신호로 변환하는 신호 변환부(26) 및 신호변환부(26)에서 변환된 신호를 이용해서 연료펌프로부터 공급되는 현재 연료압력을 산출하고 산출된 현재 연료압력과 차량의 메인 제어부(13)로부터 전달되는 목표 연료압력에 기초해서 모터 구동부(22)의 구동을 제어하는 제어부(28)를 포함한다.
배터리(12)와 모터 구동 제어장치(20) 사이에는 배터리(12)로부터 모터 구동부(22)로 공급되는 전원을 공급 또는 차단하는 제1 스위칭부(14)가 마련될 수 있다.
제1 스위칭부(14)는 차량의 엔진 시동시 이그니션 키(도면 미도시)가 온 조작되면, 차량의 메인 제어부(13)로부터 수신되는 제어신호에 따라 배터리 전원을 모터 구동 제어장치(20)로 공급하도록 온 동작한다.
이러한 제1 스위칭부(14)는 1채널 릴레이를 포함할 수 있다.
그리고 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 모터 구동 제어장치(20)는 모터 구동부(22)로 공급되는 전원을 공급 또는 차단하는 제2 스위칭부(32), 제어부(28)의 제어신호에 따라 제2 스위칭부(32)에 구동신호를 전달하는 스위치 구동부(34) 및 차량의 메인 제어부(13)와 CAN 통신을 수행하고 연료압력 감지부(13)의 고장 발생시 고장 발생 사실을 통지하는 CAN 송수신기(30)를 더 포함할 수 있다.
제2 스위칭부(32)는 제1 채널은 전류감지센서(24)에 전원을 공급 또는 차단하고, 제2 채널은 비상전원공급라인(PL)을 통해 모터(11)에 전원을 공급 또는 차단하도록 2채널 릴레이를 포함할 수 있다.
여기서, 제1 스위칭부(14)와 제2 스위칭부(32) 사이에는 배터리 전원의 전압 레벨, 약 12.6V을 모터 구동 제어장치(20)를 구동하기 위해 미리 설정된 구동전압 레벨, 약 5V로 조절하는 전압레귤레이터(도면 미도시)가 마련될 수 있다.
스위치 구동부(34)는 베이스 단이 제어부(28)와 연결되고, 컬렉터 단이 제2 스위칭부(32)에 연결되며, 이미터 단이 기저전위라인(GND)에 연결되는 npn형 트랜지스터(도면 미도시)로 마련될 수 있다.
물론, 제1 스위칭부(14), 제2 스위칭부(32) 및 스위치 구동부(34)는 각각 다양한 스위칭 소자를 적용하도록 변경될 수 있다.
스위치 구동부(34)와 제어부(28) 사이에는 제어신호를 풀 다운(pull-down)하는 풀다운 저항(도면 미도시)이 연결될 수 있다.
이와 같이, 제2 스위칭부(32) 전단에 상기 풀 다운 저항을 연결해서 제어부(28)의 고장 발생시 풀 다운 저항에 의해 입력신호가 풀 다운 됨에 따라, 스위치 구동부(34)는 제1 스위칭부(14)를 통해 공급되는 배터리 전원을 비상전원공급라인(PL)을 통해 모터(11)로 공급하도록 제2 스위칭부(32)를 온 동작시킨다.
이에 따라, 본 발명은 모터 구동 제어장치의 제어부 고장 시에도 모터에 전원을 공급함으로써, 모터를 지속적으로 구동할 수 있다.
도 2 내지 도 6을 참조하여 신호 변환부의 구성을 상세하게 설명한다.
도 2는 신호 변환부의 상세 회로도이고, 도 3 내지 도 6은 도 2에 도시된 각 제1 내지 제4 지점(P1 내지 P4)의 신호 파형 그래프이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 신호변환부(26)는 전류감지센서(24)에서 출력되는 감지신호를 정류하는 정류회로(36), 정류된 감지신호와 미리 설정된 고주파수 대역 및 저주파수 대역만 통과시키도록 필터링된 신호를 비교하는 비교부(38) 및 비교부(38)에서 출력되는 신호를 주파수 펄스 형태의 RPM 신호로 변환하는 신호변환회로(40)를 포함할 수 있다.
정류회로(36)는 전류감지센서(24)에서 출력되는 감지신호를 정류하는 제1 다이오드(D1), 제1 다이오드(D1)의 출력단과 기저전위라인(GND) 사이에 하이 패스 필터(high pass filter)를 이루도록 병렬로 연결되는 제1 커패시터(C1) 및 제1 저항(R1)을 포함할 수 있다.
제1 다이오드(D1)는 도 3에 도시된 바와 같은 파형의 감지신호를 정류하여 도 4에 도시된 바와 같은 파형의 신호를 출력한다.
여기서, 제1 다이오드(D1)는 빠른 응답성을 가지는 쇼트키(schottky) 다이오드로 마련될 수 있다.
비교부(38)는 직류전원을 공급받는 연산증폭기(OP1), 연산증폭기(OP1)의 반전단자(-)와 출력단 사이에 연결되고 미리 설정된 저주파수 대역의 신호를 통과시키도록 필터링하는 저대역 통과필터(LP) 및 연산증폭기(OP1)의 반전단자(-)와 기저전위라인(GND) 사이에 연결되고 미리 설정된 고주파수 대역의 신호를 통과시키도록 필터링하는 고대역 통과필터(HP)를 포함할 수 있다.
연산증폭기(OP1)의 제1 전원공급단에는 직류구동전원(VCC)이 공급되고, 제2 전원공급단은 기저전위라인(GND)에 연결될 수 있다.
여기서, 제1 전원공급단과 기저전위라인(GND) 사이에는 제2 커패시터(C2)가 연결될 수 있다.
연산증폭기(OP1)의 비반전단자(+)는 정류회로(36)의 출력단에 연결되고, 반전단자(-)는 고대역 통과필터(HP) 및 저대역 통과필터(LP)에 연결될 수 있다.
고대역 통과필터(HP)는 연산증폭기(OP)의 반전단자(-)와 기저전위라인(GND) 사이에 직렬로 연결되는 제2 저항(R2)과 제3 커패시터(C3)를 포함할 수 있다.
저대역 통과필터(LP)는 연산증폭기(OP1)의 반전단자(-)와 출력단 사이에 병렬로 연결되는 제3 저항(R3)과 제4커패시터(C4)를 포함할 수 있다.
이에 따라, 연산증폭기(OP1)는 정류회로(36)에서 출력되는 신호와 출력단에 연결된 저대역 통과필터(LP) 및 고대역 통과필터(HP)를 통해 필터링된 신호를 비교해서 도 5에 도시된 바와 같은 파형의 신호를 출력할 수 있다.
신호변환회로(40)는 도 2에 도시된 바와 같이, 연산증폭기(OP1)의 출력단에 제1 및 제2 입력단자(+,-)가 연결되는 비교기(OP2) 및 연산증폭기(OP1)의 출력단과 비교기(OP2)의 제2 입력단자(-) 사이에 로우 패스 필터(low pass filter)를 이루도록 직렬로 연결되는 제4 저항(R4)과 제5 커패시터(C5)를 포함할 수 있다.
비교기(OP2)는 연산증폭기(OP1)와 고대역 통과필터(HP) 및 저대역 통과필터(LP)에 의해 필터링된 신호와 제4 저항(R4) 및 제5 커패시터(C5)를 통해 필터링된 신호를 비교해서 도 6에 도시된 바와 같은 주파수 펄스 형태의 RPM 신호를 출력한다.
제어부(28)는 도 1에 도시된 바와 같이, 신호변환부(26)로부터 RPM 신호를 전달받아 연료펌프의 현재 회전속도를 산출하는 속도산출부(42) 및 산출된 회전속도와 차량의 메인제어부(13)로부터 수신된 연료소모량를 이용해서 연료펌프에 의해 공급되는 연료압력을 산출하는 압력산출부(44)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 속도산출부(42)는 RPM 신호의 주파수가 600 ㎐인 경우, 주파수와 모터인자, 예컨대 '10'을 곱셈 연산하여 6000 RPM을 산출한다.
압력산출부(44)는 하기의 수학식 1에 따라 현재 연료압력을 산출할 수 있다.
Figure 112013083050969-pat00002
여기서, A와 B는 실제 차량에서 연료펌프의 회전속도를 압력범위로 환산하기 위해 설정되는 상수로서, 본 실시 예에서 A는 '5'로 설정되고, B는 '10'으로 설정될 수 있다.
예를 들어, 현재 회전속도가 2000 RPM이고, 연료소모량의 15 ㎖인 경우, 수학식 1에 따라 현재 연료압력은 215 ㎪가 된다.
한편, 압력산출부(44)는 연료펌프의 회전속도 대비 연료소모량별 연료압력을 측정한 결과를 매핑시켜 현재 연료압력을 산출하도록 변경될 수도 있다.
제어부(28)는 차량의 메인제어부(13)로부터 수신된 목표 연료압력과 압력산출부(44)에서 산출된 현재 연료압력을 비교하고, 비교 결과에 따라 PWM 형태의 제어신호를 발생하여 모터(11)의 구동을 제어할 수 있다.
예를 들어, 제어부(28)는 현재 연료압력이 목표 연료압력보다 높은 경우 제어신호의 PWM 듀티를 감소시키고, 현재 연료압력이 목표 연료압력보다 낮은 경우 제어신호의 PWM 듀티를 증가시켜 제어신호를 발생할 수 있다.
이와 함께, 제어부(28)는 산출된 현재 회전속도가 '0'인 경우, 모터 구동부(22)의 고장 상태로 진단하고, 모터 구동부(22)의 고장 발생 시 제2 스위칭부(32)를 온 동작시켜 비상전원공급라인(PL)을 통해 모터(11)에 배터리 전원을 공급하도록 스위치 구동부(34)에 제어신호를 송신한다.
이와 같이, 본 발명은 모터에 인가되는 전류를 감지하여 연료펌프의 회전속도 및 현재 연료압력을 산출해서 모터의 구동을 제어할 수 있다.
이에 따라, 본 발명은 기존에 연료공급라인에 설치되는 압력감지센서 및 연료펌프에 마련되는 압력감지센서용 연결핀을 제거하여 연료펌프 및 모터 구동 제어장치의 구성을 간략하게 하고, 제조비용을 절감할 수 있다.
또한, 본 발명은 모터 구동부 및 제어부의 고장 발생시에 비상전원공급라인을 통해 배터리 전원을 모터에 지속적으로 공급함에 따라, 차량의 엔진 시동상태에서는 상시적으로 모터를 구동함으로써, 연료 공급 중지로 인한 엔진 고장 및 안전 사고를 방지할 수 있다.
다음, 도 7을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 모터 구동 제어장치의 제어방법을 상세하게 설명한다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 모터 구동 제어장치의 제어방법을 단계별로 설명하는 흐름도이다.
이그니션 키(도면 미도시)가 온 조작되면, 차량의 메인제어부(13)는 배터리 전원을 모터 구동 제어장치(20)에 공급하기 위해 제1 스칭부(14)를 온 동작시키도록 제어신호를 발생한다(S10).
그러면, 모터 구동 제어장치(20)의 제어부(28)는 제1 스위칭부(14) 및 전압 레귤레이터(도면 미도시)를 통해 구동전원을 공급받아 동작을 시작한다.
제어부(28)는 모터(11)를 구동하기 위해 제2 스위칭부(32)를 온 동작시키도록 제어신호를 발생하고, 스위칭 구동부(34)는 제어부(28)의 제어신호에 따라 구동신호를 발생하여 제2 스위칭부(32)를 구동한다.
이에 따라, 제2 스위칭부(32)는 제1 채널을 폐쇄하도록 온 동작하여 전원을 모터 구동부(22)로 공급한다.(S12)
CAN 송수신기(30)는 메인제어부(13)와 CAN 통신을 수행하고, 메인제어부(13)로부터 목표 연료압력 및 현재 연료소모량을 수신한다(S14).
그러면, 제어부(28)는 수신된 목표 연료압력에 기초해서 모터(11)의 구동을 제어하는 제어신호를 발생하고, 모터 구동부(22)는 제어신호에 따라 모터(11)를 구동한다(S16).
이때, 전류감지센서(24)는 모터 구동부(22)에 인가되는 구동전원의 전류를 감지한다(S18).
신호변환부(26)는 전류감지센서(24)에서 감지된 전류값에 대응하는 감지신호를 수신하고, 정류회로(36), 비교부(38) 및 신호변환회로(40)를 이용해서 수신된 감지신호를 RPM 신호로 변환해서 출력한다(S20).
상세하게 설명하면, 정류회로(36)의 제1 다이오드(D1)는 이용해서 감지신호를 정류하고, 제1 커패시터(C1) 및 제1 저항(R1)은 정류된 신호를 미리 설정된 주파수 이상의 신호만을 통과하도록 필터링해서 도 4에 도시된 바와 같은 파형의 신호를 출력한다.
그리고 비교부(38)의 저대역 통과필터(LP) 및 고대역 통과필터(HP)는 각각 연산증폭기(OP1)로부터 출력되는 신호를 입력받아 미리 설정된 저주파수 대역 및 고주파수 대역의 신호만을 통과시키도록 필터링하고, 연산증폭기(OP1)는 정류회로(36)에서 출력되는 신호와 출력단에 연결된 저대역 통과필터(LP) 및 고대역 통과필터(HP)를 통해 필터링된 신호를 비교해서 도 5에 도시된 바와 같은 파형의 신호를 출력한다.
또한 신호변환회로(40)의 비교기(OP2)는 연산증폭기(OP1)에서 출력되는 신호와 제4 저항(R4) 및 제5 커패시터(C5)를 통해 필터링된 신호를 비교해서 도 6에 도시된 바와 같이 주파수 펄스 형태의 RPM 신호를 출력한다.
속도산출부(42)는 RPM 신호의 주파수에 따라 연료펌프의 현재 회전속도를 산출한다(S22).
압력산출부(44)는 산출된 현재 회전속도를 수학식 1에 대입하거나, 연료펌프의 회전속도 대비 연료소모량별로 매핑된 압력을 검색하여 현재 연료압력을 산출한다(S24).
이어서, 제어부(28)는 산출된 현재 연료압력과 메인제어부(13)로부터 수신된 목표압력을 비교하여 모터(11)의 구동을 제어할 수 있다.
상세하게 설명하면, 제어부(28)는 현재 연료압력이 목표 연료압력보다 높으면(S26), 제어신호의 PWM 듀티값을 감소시켜 연료펌프의 회전속도를 감소시킴으로써 연료펌프에 의해 공급되는 연료압력을 낮추도록 제어한다(S28).
반면, 제어부(28)는 현재 연료압력이 목표 연료압력보다 낮으면(S30), 제어신호의 PWM 듀티값을 증가시켜 연료펌프의 회전속도를 증가시킴으로써 연료펌프에 의해 공급되는 연료압력을 높이도록 제어한다(S32).
한편, S34단계에서 제어부(28)는 속도산출부(42)에서 산출된 현재 회전속도가 '0'인 경우, 모터 구동부(22)의 고장 상태로 진단하고, 비상전원공급라인(PL)을 통해 모터(11)에 전원을 공급하기 위해 제2 스위칭부(32)의 제2 채널을 온 동작시키도록 제어신호를 발생한다.
그러면, 스위칭 구동부(34)는 제어부(28)의 제어신호에 따라 제2 스위칭부(32)에 마련된 제2 채널을 온 동작시킨다.
이에 따라, 모터(11)는 제2 스위칭부(32) 및 비상전원공급라인(PL)을 통해 전원을 공급받아 지속적으로 구동될 수 있다(S36).
이때, 제어부(30)는 CAN 송수신기(30)를 통해 메인제어부(13)로 모터 구동부(22)의 고장 발생 사실을 통지하고, 메인제어부(13)는 차량의 계기판에 마련된 표시등을 점등시켜 연료펌프의 이상 발생을 안내하도록 제어할 수 있다(S38).
S40단계에서 제어부(28)는 이그니션 키가 오프 조작되어 전원 공급이 차단되는지 여부를 검사하고, 전원 공급이 차단될 때까지 S14단계 내지 S40단계를 반복 수행하도록 제어한다.
S40단계의 검사결과 이그니션 키가 오프 조작되어 메인제어부(13)의 제어신호에 따라 제1 스위칭부(14)가 오프 동작해서 배터리 전원의 공급이 차단되면, 제어부(28)는 모터 구동 제어장치(20)의 구동을 중지하고 종료한다.
상기한 바와 같은 과정을 통하여, 본 발명은 연료펌프용 모터에 인가되는 전류를 이용해서 연료펌프의 현재 회전속도 및 현재 연료압력을 산출하고, 산출된 현재 연료압력에 따라 연료펌프의 구동을 정밀하게 제어할 수 있다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.
본 발명은 연료펌프용 모터에 인가되는 전류를 이용해서 연료펌프의 현재 회전속도 및 현재 연료압력을 산출하고, 산출된 현재 연료압력에 의해 연료펌프의 구동을 정밀하게 제어하는 모터 구동 제어장치 기술에 적용된다.
11: 연료펌프용 모터 12: 배터리
13: 메인제어부 14: 제1 스위칭부
20: 모터 구동 제어장치 22: 모터 구동부
24: 전류감지센서 26: 신호변환부
28: 제어부 30: CAN 수신기
32: 제2 스위칭부 34: 스위치 구동부
36: 정류회로 38: 비교부
40: 신호변환회로 42: 속도산출부
44: 압력산출부

Claims (14)

  1. 연료펌프용 모터를 구동하는 모터 구동부,
    차량의 배터리로부터 상기 모터에 공급되는 전류를 감지하는 전류감지센서,
    상기 전류감지센서에서 출력되는 감지신호를 RPM 신호로 변환하는 신호 변환부 및
    상기 신호변환부에서 변환된 신호를 이용해서 연료펌프로부터 공급되는 현재 연료압력을 산출하고 산출된 현재 연료압력과 차량의 메인 제어부로부터 전달되는 목표 연료압력에 기초해서 상기 모터 구동부를 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 신호변환부로부터 RPM 신호를 전달받아 연료펌프의 현재 회전속도를 산출하는 속도산출부 및
    상기 속도산출부에서 산출된 회전속도와 차량의 메인 제어부로부터 수신된 연료소모량를 이용해서 연료펌프에 의해 공급되는 연료압력을 산출하는 압력산출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 제어장치.
  2. 제1항에 있어서,
    배터리로부터 공급되는 전원을 공급 또는 차단하는 제1 스위칭부를 통해 상기 모터 구동부로 공급되는 전원을 공급 또는 차단하는 제2 스위칭부,
    상기 제어부의 제어신호에 따라 상기 제2 스위칭부에 구동신호를 전달하는 스위치 구동부 및
    차량의 메인 제어부와 CAN 통신을 수행하고 상기 모터 구동부의 고장 발생시 고장 발생 사실을 통지하는 CAN 송수신기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 제어장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2 스위칭부는 제1 채널은 상기 전류감지센서와 모터 구동부에 전원을 공급 또는 차단하고, 제2 채널은 비상전원공급라인을 통해 모터에 전원을 직접 공급 또는 차단하는 2채널 릴레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 제어장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 스위치 구동부와 제어부 사이에는 상기 제어부의 제어신호를 풀 다운 하는 풀 다운 저항이 연결되고,
    상기 스위치 구동부는 상기 제어부의 고장 발생시 상기 제1 스위칭부를 통해 공급되는 전원을 상기 비상전원공급라인을 통해 모터로 공급하도록 상기 제2 스위칭부를 온 동작시키는 것을 특징으로 하는 모터 구동 제어장치.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 신호변환부는
    상기 전류감지센서에서 출력되는 감지신호를 정류하는 정류회로,
    상기 정류회로에서 정류된 감지신호와 미리 설정된 고주파수 대역 및 저주파수 대역만 통과시키도록 필터링된 신호를 비교하는 비교부 및
    상기 비교부에서 출력되는 신호를 주파수 펄스 형태의 RPM 신호로 변환하는 신호변환회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 제어장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 비교부는
    직류전원을 공급받는 연산증폭기,
    상기 연산증폭기의 반전단자와 출력단 사이에 연결되고 상기 연산증폭기에서 출력되는 신호에서 미리 설정된 저주파수 대역의 신호만을 통과시키도록 필터링하는 저대역 통과필터 및
    상기 연산증폭기의 반전단자와 기저전위라인 사이에 연결되고 상기 저대역 통과필터를 통과한 신호에서 미리 설정된 고주파수 대역의 신호만을 통과시키도록 필터링하는 고대역 통과필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 제어장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 신호변환회로는
    상기 연산증폭기의 출력단에 제1 및 제2 입력단자가 연결되는 비교기 및
    상기 연산증폭기의 출력단과 비교기의 제2 입력단자 사이에 직렬로 연결되는 저항과 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 제어장치.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 속도산출부에서 산출된 연료펌프의 회전속도가 '0'인 경우, 상기 모터 구동부의 고장상태로 진단하여 고장 발생사실을 차량의 메인제어부로 통지하도록 상기 CAN 송수신기를 제어하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 제어장치.
  9. (a) 차량의 배터리로부터 공급된 전원을 모터 구동부로 공급해서 모터를 구동하는 단계,
    (b) 전류감지센서를 이용해서 상기 모터에 공급되는 전류를 감지하는 단계,
    (c) 신호변환부를 이용하여 상기 (b)단계에서 감지된 감지신호를 주파수 펄스 형태의 RPM 신호로 변환하는 단계 및
    (d) 상기 RPM 신호를 이용해서 연료펌프의 회전속도와 현재 연료압력을 산출하는 단계 및
    (e) 상기 (d)단계에서 산출된 현재 연료압력과 차량의 메인제어부로부터 수신된 목표 연료압력을 비교한 결과에 기초해서 상기 모터의 구동을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 제어장치의 제어방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 (c)단계는
    (c1) 정류회로를 이용해서 상기 감지신호를 정류하고, 제1 커패시터 및 제1 저항을 이용해서 정류된 신호를 미리 설정된 주파수 이상의 신호만을 통과하도록 필터링하는 단계,
    (c2) 비교부의 저대역 통과필터 및 고대역 통과필터를 이용해서 연산증폭기로부터 출력되는 신호를 미리 설정된 저주파수 대역 및 고주파수 대역의 신호만을 통과시키도록 필터링하는 단계,
    (c3) 상기 연산증폭기를 이용해서 상기 (c1)단계에서 정류된 신호와 상기 저대역 통과필터 및 고대역 통과필터를 통해 필터링된 신호를 비교하는 단계 및
    (c3) 신호변환회로의 비교기를 이용해서 상기 연산증폭기에서 출력되는 신호와 제2 저항 및 제2 커패시터를 통해 필터링된 신호를 비교해서 주파수 펄스 형태의 RPM 신호를 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 제어장치의 제어방법.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 (d)단계는
    (d1) 상기 RPM 신호의 주파수에 따라 연료펌프의 현재 회전속도를 산출하는 단계 및
    (d2) 상기 (d1)단계에서 산출된 현재 회전속도와 차량의 메인제어부로부터 수신된 현재 연료소모량을 하기의 수학식 1에 대입하거나, 연료펌프의 회전속도 대비 연료소모량별로 매핑된 압력을 검색하여 현재 연료압력을 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 제어장치의 제어방법.
    Figure 112013083050969-pat00003
    ....[수학식 1]
    여기서, A와 B는 실제 차량에서 연료펌프의 회전속도를 압력범위로 환산하기 위해 설정되는 상수.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 (e)단계는 상기 (d)단계에서 산출된 현재 연료압력이 목표 연료압력보다 높은 경우 제어신호의 PWM 듀티를 감소시키고, 현재 연료압력이 목표 연료압력보다 낮은 경우 제어신호의 PWM 듀티를 증가시켜 모터의 구동을 제어하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 제어장치의 제어방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 (d)단계에서 산출된 연료펌프의 회전속도가 '0'인 경우, 비상전원공급라인을 통해 모터에 전원을 공급하여 모터를 지속적으로 구동하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 제어장치의 제어방법.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 (e)단계에서 제어부의 고장 발생시 비상전원공급라인을 통해 모터에 전원을 공급하여 모터를 지속적으로 구동하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 제어장치의 제어방법.
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