KR101714217B1 - 친환경 자동차의 인버터 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 친환경 자동차의 인버터 제어 방법에 관한 것으로서, 안티 저크 적용 및 PWM 오프 조건을 다원화하여 불필요한 PWM 온 상태를 최소화하고, 이를 통해 에너지 손실 저감 및 연비 향상, 일충전 주행거리 증대를 도모할 수 있는 친환경 자동차의 인버터 제어 방법을 제공하는데 주된 목적이 있는 것이다. 상기한 목적을 달성하기 위해, 운전자 요구토크가 산출되는 단계; 상기 산출된 운전자 요구토크를 정해진 기준값과 비교하고 모터의 자속 또는 역기전력을 설정값과 비교하는 단계; 운전자 요구토크가 상기 기준값보다 작은 저 토크 영역에 해당하고 상기 모터의 자속 또는 역기전력이 설정값보다 작으면, 배터리 상태와 안티 저크 제어를 위해 구해진 진동 성분의 크기에 기초하여 안티 저크 보상 토크의 적용 여부를 결정하는 단계; 상기 안티 저크 보상 토크의 적용 여부에 따라 운전자 요구토크에 안티 저크 보상 토크가 적용되거나 미적용된 모터 토크지령을 산출하는 단계; 상기 산출된 모터 토크지령을 정해진 기준값과 비교하고 모터의 자속 또는 역기전력을 설정값과 비교하여, 상기 모터 토크지령이 기준값보다 작은 저 토크 영역에 해당하고 상기 모터의 자속 또는 역기전력이 상기 설정값보다 작으면, 인버터에 대한 PWM 제어를 중지하는 단계를 포함하는 친환경 자동차의 인버터 제어 방법이 개시된다.

Description

친환경 자동차의 인버터 제어 방법{Inverter control method for eco-friendly vehicle}

본 발명은 친환경 자동차의 인버터 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 안티 저크 적용 및 PWM 오프 조건을 다원화하여 불필요한 PWM 온 상태를 최소화하고, 이를 통해 에너지 손실 저감 및 연비 향상, 일충전 주행거리 증대를 도모할 수 있는 친환경 자동차의 인버터 제어 방법에 관한 것이다.

주지하는 바와 같이 순수 전기자동차(Electric Vehicle, EV)나 하이브리드 자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV)와 같은 친환경 자동차는 모터를 구동원으로 사용하여 주행한다.

이 중에 순수 전기자동차는 배터리 전력을 사용하는 모터의 동력만으로 주행하고, 하이브리드 자동차는 화석연료를 사용하는 내연기관 엔진(Internal Combustion Engine, ICE)과 배터리 전력을 사용하는 모터의 동력을 효율적으로 조합하여 주행한다.

그 밖의 친환경 자동차로 연료전지에 의해 생성되는 전력으로 모터를 작동시켜 주행하는 연료전지 자동차(Fuel Cell Electric Vehicle, FCEV)를 들 수 있다.

연료전지 자동차(FCEV) 역시 모터의 동력을 구동륜에 전달하여 차량을 구동하므로 순수 전기자동차(EV)나 하이브리드 자동차(HEV)와 마찬가지로 전기동력으로 주행하는 넓은 의미의 전기자동차로 분류할 수 있으며, 고전압 전원으로 연료전지와 함께 보조 동력원인 고전압 배터리가 탑재되어 있다.

또한, 친환경 자동차에는 상기한 모터를 구동하기 위한 전력변환장치로서 차량의 고전압 전원인 배터리나 연료전지가 공급하는 직류전류를 3상 교류전류로 변환하여 모터에 인가하는 인버터가 탑재되어 있다.

상기 모터는 인버터로부터 전력케이블을 통해 전달되는 3상 교류전류에 의해 구동되고, 인버터는 모터 제어기(Motor Control Unit, MCU)의 PWM(Pulse Width Modulation) 신호에 따라 파워 모듈의 스위칭 소자가 스위칭 되면서 고전압 전원의 직류전류를 3상 교류전류로 변환한다.

상기와 같이 모터를 사용하여 주행하는 통상의 친환경 자동차에서 모터의 구동을 제어하는 과정에 대해 설명하면, 먼저 차량 상태 정보와 운전자의 운전 조작 입력 정보에 기초하여 운전자 요구토크가 산출된다.

이와 동시에 안티 저크 제어가 수행되는 차량에서는 모터의 실제 속도와 모델 속도로부터 모터 구동축의 진동 성분이 구해지고, 상기 진동 성분에 기초하여 모터 구동축의 진동 저감을 위한 안티 저크(anti-jerk) 보상 토크가 산출된다.

이때, 진동 성분에 설정된 게인 값을 적용하여 안티 저크 보상 토크가 산출된다.

또한, 운전자 요구토크와 안티 저크 보상 토크로부터 모터 제어를 위한 최종의 토크지령이 결정되고, 상기 결정된 모터 토크지령과 모터 실제 속도로부터 전류지령이 생성되는 과정, 상기 전류지령에 기초하여 전압지령이 생성되는 과정, 상기 전압지령에 기초하여 PWM 신호가 생성되는 과정, 그리고 상기 PWM 신호에 따라 인버터가 PWM 제어(스위칭 소자 제어)되면서 3상 교류전류가 인가되는 과정을 통하여 모터가 구동된다.

한편, 종래에는 친환경 자동차에서 차량 주행 중 인버터에 대한 PWM 신호의 출력을 중지하는 PWM 오프(off)가 이루어지지 않았으나, PWM 신호가 출력되는 PWM 온(on) 상태가 모터에 의해 차량 내 전기에너지가 소비되는 상태이므로, PWM 온 상태에서 소정 조건을 만족하면 PWM 오프(off)로 제어하여, PWM 온으로 인해 발생하는 에너지 손실을 줄이고, 이를 통해 연비 향상 및 일충전 주행거리 증대를 도모하는 것이 필요하다.

일례로, 모터 토크지령이 작은 경우에는 PWM 온으로 인해 발생하는 손실을 줄이기 위해 PWM 오프로 제어하는 것을 고려할 수 있다.

그러나, 모터 토크지령이 운전자 요구토크와 진동 저감을 위한 안티 저크 보상 토크의 합으로 결정되므로 운전자 요구토크가 작더라도 안티 저크 보상 토크로 인해 PWM 오프를 할 수 없는 경우가 빈번하게 발생한다.

따라서, 에너지 손실 저감 및 연비 향상을 위해 불필요한 PWM 온 상태를 최소화하면서 조건에 따라 가능한 한 PWM 오프 상태를 오랜 시간 유지하는 제어 전략이 필요하다.

본 발명은 상기와 같은 점을 고려하여 창출한 것으로서, 안티 저크 적용 및 PWM 오프 조건을 다원화하여 불필요한 PWM 온 상태를 최소화하고, 이를 통해 에너지 손실 저감 및 연비 향상, 일충전 주행거리 증대를 도모할 수 있는 친환경 자동차의 인버터 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면, 운전자 요구토크가 산출되는 단계; 상기 산출된 운전자 요구토크를 정해진 기준값과 비교하고 모터의 자속 또는 역기전력을 설정값과 비교하는 단계; 운전자 요구토크가 상기 기준값보다 작은 저 토크 영역에 해당하고 상기 모터의 자속 또는 역기전력이 설정값보다 작으면, 배터리 상태와 안티 저크 제어를 위해 구해진 진동 성분의 크기에 기초하여 안티 저크 보상 토크의 적용 여부를 결정하는 단계; 상기 안티 저크 보상 토크의 적용 여부에 따라 운전자 요구토크에 안티 저크 보상 토크가 적용되거나 미적용된 모터 토크지령을 산출하는 단계; 상기 산출된 모터 토크지령을 정해진 기준값과 비교하고 모터의 자속 또는 역기전력을 설정값과 비교하여, 상기 모터 토크지령이 기준값보다 작은 저 토크 영역에 해당하고 상기 모터의 자속 또는 역기전력이 상기 설정값보다 작으면, 인버터에 대한 PWM 제어를 중지하는 단계를 포함하는 친환경 자동차의 인버터 제어 방법을 제공한다.

이로써, 본 발명에 따른 친환경 자동차의 인버터 제어 방법에 의하면, 차량의 운전 모드, 운전자 요구토크, 메인 배터리 상태, 안티 저크 제어를 위해 구해지는 진동 성분의 크기, 최종 모터 토크지령 등에 따라 안티 저크 토크 보상 및 PWM 온/오프 조건이 다원화됨으로써, 불필요한 PWM 온(on) 상태가 최소화될 수 있고, PWM 오프 시간을 증대시킬 수 있는바, 에너지 손실 저감 및 연비 향상, 일충전 주행거리 증대를 달성할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 인버터 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
도 2는 본 발명에서 안티 저크 보상 토크 인가시 모터 토크지령을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명에서 안티 저크 보상 토크 미인가시 모터 토크지령을 나타내는 도면이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.

본 발명은 안티 저크(anti-jerk) 적용 및 PWM 오프(off) 조건을 다원화하여 불필요한 PWM 온(on) 상태를 최소화하고, 이를 통해 에너지 손실 저감 및 연비 향상, 일충전 주행거리 증대를 도모할 수 있는 친환경 자동차의 인버터 제어 방법을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명에서는 차량의 운전 모드에 따라 PWM 온/오프 조건을 다원화함과 더불어 모터 전원인 배터리의 충전 상태(SOC)와 차량의 진동 수준에 따라 안티 저크 보상 토크에 의한 토크 보상이 선택적으로 이루어지도록 함으로써 불필요한 PWM 온 상태가 최소화되도록 하고, 가능한 조건에서 PWM 오프 상태가 오랜 시간 유지되도록 한다.

본 발명에서 PWM 온(on)은 인버터에 대한 PWM 제어가 수행되는 것을 의미하는 것으로(PWM 제어 온), 모터 제어기(MCU)에서 모터 토크지령에 따라 PWM 신호를 정상적으로 출력하여 인버터 내 파워모듈의 각 스위칭 소자가 상기 PWM 신호에 따라 정상적으로 온/오프 제어(스위칭 제어)되고, 이를 통해 모터의 구동이 제어되는 통상적인 인버터 PWM 제어가 수행되는 상태를 의미한다.

또한, 본 발명에서 PWM 오프(off)는 인버터에 대한 PWM 제어가 중지되는 것을 의미하는 것으로(PWM 제어 오프), 모터 제어기(MCU)가 모터 구동을 위한 PWM 신호의 발생과 출력을 중지하는 상태이다.

이러한 PWM 오프 상태에서는 모터 구동 또한 중지된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 인버터 제어 방법을 나타내는 순서도이다.

다음의 설명에서 상술하는 인버터 제어 과정을 수행하는 제어 주체는 모터 제어기(MCU)가 될 수 있으며, 모터 제어기가 운전자 요구토크를 산출하는 차량 제어기(Vehicle Control Unit, VCU/Hybrid Control Unit, HCU)와, 배터리 상태 정보를 수집하는 배터리 제어기(Battery Management System, BMS) 등의 타 제어기로부터 필요한 정보를 전달받아 안티 저크 보상 제어 및 인버터 제어(PWM 온/오프 제어)를 수행하게 된다.

먼저, 운전자 요구토크가 미리 설정된 기준값보다 작은 저 토크 영역, 및 모터의 자속(또는 자속에 비례하는 역기전력)이 설정값보다 작은 영역(저 자속 영역 또는 저 역기전력 영역)에서 본 발명의 인버터 제어 과정이 수행된다.

PWM 온 상태에서 PWM 오프 상태로 제어하기 위해서는 모터의 토크 크기 및 자속(또는 역기전력) 크기를 고려해야 하며, 이는 모터의 고 토크 인가 중에 PWM 오프가 이루어지면(모터 구동 중지) 모터 토크의 과도한 단차(즉, 급격한 토크 변화)로 인해 차량 충격이 발생하고, 자속(또는 역기전력)이 큰 영역에서 PWM 오프를 실시하면 역기전력에 의한 인버터 소자 손상이 발생할 수 있기 때문이다.

따라서, 저 토크 및 저 자속(저 역기전력) 영역에서 PWM 오프가 이루어져야만 이질감 발생을 줄일 수 있고, 소자 손상을 방지할 수 있다.

이에 운전자 요구토크가 상기 기준값보다 작은 저 토크 조건, 및 모터의 자속(또는 역기전력)이 상기 설정값보다 작은 저 자속(저 역기전력) 조건에서 조건(최종 결정된 모터 토크지령 및 자속)에 따라 PWM 제어를 온/오프하는 본 발명의 인버터 제어 과정이 수행된다.

반면, 운전자 요구토크가 상기 기준값 이상이거나 모터의 자속이 상기 설정값 이상인 경우, PWM 오프가 금지되고, 기존의 인버터 제어 과정이 수행된다.

통상의 친환경 자동차에서 상기 운전자 요구토크는 상위 제어기인 차량 제어기가 연산하고, 차량 제어기가 산출된 운전자 요구토크를 모터 제어기로 CAN 통신을 통해 전송하므로, 모터 제어기가 운전자 요구토크를 상기 기준값과 비교하는 것이 가능하다.

또한, 통상의 친환경 자동차에서 자속(또는 역기전력)은 모터 제어기에서 판단하므로 자속을 설정값과 비교하는 것이 가능하다.

그리고, 본 발명의 바람직한 실시예에서 운전자 요구토크와 비교하게 되는 상기 기준값은 차량의 운전 모드(drive mode)에 따라 차별화하여 설정할 수 있다.

여기서, 운전 모드는 운전자 가속페달 조작시 가속토크가 상이하게 제어되는 구분된 운전 모드로서, 스포츠 모드(sports mode), 노말 모드(normal mode) 및 에코 모드(eco mode)를 포함한다.

상기 스포츠 모드는 차량의 가속성능을 증대시키는 운전 모드이고, 에코 모드는 연비를 향상시키기 위한 운전 모드이며, 노말 모드는 일반적인 주행 운전 모드이다.

일반적으로 운전 모드의 선택이 가능한 차량에서 운전자가 버튼(또는 스위치)을 조작하여 스포츠 모드, 노말 모드 또는 에코 모드를 선택할 수 있도록 되어 있으며, 본 발명에서는 운전자가 선택한 운전 모드 정보를 모터 제어기가 버튼 조작 신호로부터 취득하거나 차량 제어기로부터 수신하여 취득할 수 있도록 한다.

상기와 같이 운전 모드의 선택이 가능한 차량에서는 운전자가 선택하는 스포츠 모드, 노말 모드 또는 에코 모드에 따라 사용되는 가속토크 맵이 차별화되어 있으며, 에코 모드가 선택된 경우 가속페달 조작시 노말 모드 대비 가속토크의 변화율을 제한하는 방식으로 연비 향상의 효과를 얻는다.

알려진 바와 같이 스포츠 모드와 노말 모드, 에코 모드에서 운전자가 가속페달을 조작하였을 때 차속 및 기어단, 가속페달 위치(APS 신호값) 등의 운전 정보에 따른 가속토크가 해당 운전 모드의 가속토크 맵으로부터 목표 토크로 결정되고, 상기 결정된 목표 토크를 충족하도록 동력장치의 토크 출력을 상승시킨다.

여기서, 동력장치는 하이브리드 자동차의 경우 엔진과 모터가 되고, 전기자동차와 연료전지 자동차의 경우 모터가 된다.

또한, 동일 조건에서 가속토크는 '스포츠 모드 > 노말 모드 > 에코 모드'가 되도록 설정되어 있고, 시간에 따른 토크 상승의 기울기가 '스포츠 모드 > 노말 모드 > 에코 모드'가 되도록 설정되어 있다.

이러한 스포츠 모드와 노말 모드, 에코 모드에 대해서는 공지의 기술 사항이므로 본 명세서에 상세한 설명을 생략하기로 한다.

그리고, 본 발명에서 운전자 요구토크와 비교하게 되는 상기 기준값이 차량의 운전 모드(drive mode)에 따라 다른 값으로 설정됨에 있어서, 스포츠 모드를 위한 기준값1(A1)이 노말 모드의 기준값2(A2)보다 작은 값으로, 그리고 노말 모드의 기준값2(A2)가 에코 모드의 기준값3(A3)보다 작은 값으로 설정된다(A1 < A2 < A3).

결국, 모터 제어기(MCU)가 현재의 운전 모드를 판단한 뒤(S11,S12,S12',S12"), 운전자 요구토크와 현재 운전 모드에 해당하는 기준값을 비교하여(S13,S13',S13"), 운전자 요구토크가 현재 운전 모드의 기준값보다 작은 저 토크 조건이면서 자속(역기전력)이 설정값보다 작은 저 자속(저 역기전력) 조건일 경우 조건에 따라 PWM 오프가 이루어지는 본 발명의 인버터 제어 과정을 수행하고, 그렇지 않은 경우 PWM 오프 없이 PWM 온 상태로 인버터를 PWM 제어하는 기존의 제어 과정을 수행한다(S14,S14').

다음으로, 이후 과정에 대해 설명하면, 상기와 같이 운전자 요구토크가 현재 운전 모드의 기준값보다 작고 자속(역기전력)이 설정값보다 작을 경우, 모터 제어기는 현재의 차량 상태 정보로부터 안티 저크 보상 토크를 적용할지 여부를 판단한다.

여기서, 상기 차량 상태 정보는 배터리 SOC(state of charge) 값과 공지의 안티 저크 제어 과정에서 구해지는 모터 구동축 진동 성분의 크기를 포함할 수 있다.

상기 배터리 SOC 값은 모터 제어기가 배터리 제어기(BMS)로부터 CAN 통신을 통해 수신하게 되는데, 모터 제어기는 현재의 배터리 SOC 값을 미리 설정된 SOC 임계값과 비교하여 배터리 상태를 극저 SOC 상태, 저 SOC 상태, 중 SOC 상태 및 고 SOC 상태 중 어느 하나로 판단한다(S15,S15-1~4).

즉, 임계값1(C1) 이하인 극저 SOC 영역, 임계값1보다 크고 임계값2(C2) 이하인 저 SOC 영역, 임계값2보다 크고 임계값3(C3) 이하인 중 SOC 영역, 임계값3보다 큰 고 SOC 영역이 미리 설정되어, 메인 배터리의 SOC 값을 상기 임계값들과 비교하여 현재 배터리 SOC 값에 해당하는 SOC 상태를 판별한다(C1 < C2 < C3).

여기서, 현재 배터리 SOC 값이 극저 SOC 영역에 해당하거나(S15-1), 안티 저크 제어 과정에서 결정된 진동 성분의 크기가 현재 배터리 SOC 값에 해당하는 SOC 영역의 진동 성분 기준값보다 작은 경우, 안티 저크 보상 토크를 미인가하는 조건에 해당하는 것으로 판단한다(S16,S16',S16",S17).

즉, 이후 운전자 요구토크로부터 최종 모터토크 지령을 산출함에 있어서 진동 저감을 위한 토크 보상이 이루어지지 않도록 하는 것이며, 안티 저크 보상 토크의 적용 없이(안티 저크 보상 토크 = 0) 운전자 요구토크를 최종 모터 토크지령으로 결정하게 된다.

상기 진동 성분 기준값은 극저 SOC 영역을 제외한 나머지 SOC 영역마다 다른 값으로 설정되며, 저 SOC 영역의 진동 성분 기준값1(D1)이 가장 큰 값으로, 그리고 고 SOC 영역의 진동 성분 기준값3(D3)이 가장 작은 값으로 미리 설정되고, 중 SOC 영역의 진동 성분 기준값2(D2)이 진동 성분 기준값1보다는 작고 진동 성분 기준값3보다는 큰 값으로 설정된다(D1 > D2 > D3)

반면, 안티 저크 보상 토크 미인가 조건을 만족하지 않을 경우, 즉 즉 저 SOC 상태이거나 중 SOC 상태이거나 고 SOC 상태이지만(S15-2,S15-3,S15-4), 진동 성분의 크기가 진동 성분 기준값(D1,D2,D3) 이상인 경우에만 안티 저크 보상 토크를 인가해야 하는 조건인 것으로 판단한다(S16,S16',S16",S18).

다음으로, 모터 제어기는 배터리 상태와 진동 성분의 크기가 안티 저크 보상 토크 미인가 조건을 만족할 경우 안티 저크 보상 토크를 0으로 하여 운전자 요구토크를 최종의 모터 토크지령으로 결정하고, 미인가 조건을 만족하지 않을 경우(즉, 인가 조건에 해당할 경우) 운전자 요구토크에 안티 저크 보상 토크를 반영한 최종의 모터 토크지령을 결정한다.

이때, 상기 모터 토크지령은 운전자 요구토크와 안티 저크 보상 토크의 합으로 구해질 수 있다.

상기 안티 저크 보상 토크는 공지의 안티 저크 제어 과정에서 진동 성분으로부터 생성되는 것이다.

또한, 상기 진동 성분은 공지의 안티 저크 제어 과정에서 기본적으로 모터의 실제 속도와 모델 속도의 차이 값으로 결정되는데, 이러한 진동 성분에 포함된 오차 성분을 제거하기 위해 상기 진동 성분을 추가적으로 고주파 필터링하여 사용하거나, 나아가 고주파 필터링시 발생된 위상 선행(phase antecedence)을 보상하기 위해 고주파 필터링된 진동 성분을 설정 시간 위상 지연시켜 구해지는 것을 사용할 수 있다.

상기와 같이 구해진 진동 성분에 미리 설정된 게인(gain) 값을 적용하여 안티 저크 보상 토크를 생성하게 된다.

상기와 같이 진동 성분을 구하는 과정과, 진동 성분으로부터 안티 저크 보상 토크를 생성하는 과정에 대해서는 전기자동차를 포함하는 친환경 자동차의 안티 저크 제어 과정에서 기 공지된 기술적 사항이므로 본 명세서에서 상세한 설명을 생략하기로 한다.

일례로, 한국 등록특허 제10-1448746호(2014.10.1.)에는 진동 성분 결정 과정과 안티 저크 보상 토크 생성 과정을 포함하는 안티 저크 제어 방법이 개시되어 있는바, 본 발명에서 이의 적용이 가능하며, 그 밖에 공지된 다양한 방법 중 하나로 실시 가능하다.

이어 상기와 같이 최종 모터 토크지령이 구해지고 나면, 모터 토크지령과 모터 자속(또는 역기전력)에 따라 PWM 오프와 PWM 온 조건을 판단하여 PWM 온/오프를 제어하는 과정이 수행된다.

이때, 모터 토크지령을 현재의 운전 모드에 해당하는 기준값과 비교하여 모터 토크지령이 기준값보다 작은 저 토크 영역에 해당하면서 모터 자속(또는 역기전력)이 설정값보다 작은 저 자속(저 역기전력 영역) 영역에 해당하면 PWM 제어를 오프하고(PWM 오프)(S19,S20), 그렇지 않을 경우 PWM 온 상태를 유지하거나 PWM 오프 상태에서 PWM 온 상태로 전환한다(S19,S21).

여기서, 모터 토크지령과 비교되는 상기 기준값은 운전 모드별로 미리 설정되는 것으로, 현재의 운전 모드에 해당하는 기준값이 선택되어 모터 토크지령과 비교되며, 각 운전 모드별로 기준값은 전술한 S13, S13' 및 S13" 단계에서 운전자 요구토크와 비교되는 기준값1(A1), 기준값2(A2), 기준값3(A3)과 동일한 값이 될 수 있다.

또한, 본 S19 단계에서 자속 조건을 판단하는 상기 설정값 역시 전술한 S13, S13' 및 S13" 단계에서 사용되는 설정값과 동일한 값이 될 수 있다.

그리고, 상기 S13, S13' 및 S13", S19 단계에서 PWM 오프 조건에 해당하는 토크 영역이 넓으면 PWM 오프에서 PWM 온으로 전환될 때 PWM 온이 상대적으로 늦게 이루어질 수 있으므로 모터에 의한 차량의 발진이나 재가속시 반응이 늦어질 수 있다.

따라서, 현재의 운전 모드가 스포츠 모드인 경우 차량의 반응성이 좋아야 하므로 PWM 오프 조건의 토크 영역을 줄이고, 에코 모드인 경우 차량의 반응성이 조금 떨어지더라도 PWM 오프 조건의 토크 영역을 상대적으로 넓혀 연비 개선에 초점을 맞추는 것이 필요하다.

이와 같이 PWM 오프 조건으로 차량의 운전 모드가 고려되어야 하며, 상기 기준값의 크기를 다르게 하여 PWM 오프 조건에 해당하는 토크 영역의 크기를 운전 모드에 따라 차별화하여 연비 개선뿐만 아니라 차량의 반응성 또한 만족시키는 것이 필요하다.

요컨대, 본 발명에서 PWM 오프가 이루어질 수 있는 모터 토크 조건은 운전자 요구토크 및 모터 토크지령이 모두 현재 운전 모드에 해당하는 기준값보다 작은 조건이며, 여기서 운전 모드별 설정되는 기준값의 크기는 '스포츠 모드의 기준값1(A1) < 노말 모드의 기준값2(A2) < 에코 모드의 기준값3(A3)'으로 설정된다.

또한, 최종 모터 토크지령은 운전자 요구토크와 안티 저크 보상 토크의 합으로 결정되는데, 운전자 요구토크가 작은 경우에도 안티 저크 보상 토크로 인해 PWM 온/오프가 빈번하게 일어나면서(잦은 PWM 온 상황 발생 및 PWM 오프 시간 축소) 연비 개선의 효과가 떨어질 수 있다.

이러한 문제를 해소하고자, 본 발명에서는 전술한 바와 같이 메인 배터리의 SOC 값과 진동 성분의 크기에 따라 안티 저크 토크 보상이 선택적으로 이루어지도록 하며, 이를 통해 안티 저크 보상 토크에 의해 PWM 오프 시간이 축소되는 문제를 개선한다.

즉, SOC 값에 따라 메인 배터리의 극저 SOC 상태, 저 SOC 상태, 중 SOC 상태 또는 고 SOC 상태를 판단한 후, 극저 SOC 상태라면, 안티 저크 제어를 통한 차량의 진동 저감보다는 연비 개선을 우선으로 하여, 진동 성분의 크기와 상관없이 안티 저크 보상 토크를 미인가한다.

또한, 극저 SOC 상태 외에 SOC가 높은 상태에서도 진동 성분의 크기가 현재 SOC 상태의 기준값보다 작다면 안티 저크 보상 토크를 미인가하며, 고 SOC 상태보다 저 SOC 상태에서 연비 개선이 우선이므로 각 SOC 영역별로 설정되는 상기 진동 성분 기준값의 크기는 '저 SOC 영역의 기준값1(D1) > 중 SOC 영역의 기준값2(D2) > 고 SOC 영역의 기준값3(D3)'으로 설정된다.

즉, 저 SOC 상태에서는 연비 개선이 우선이므로 안티 저크 보상 토크 미인가 조건을 판단하는 상기 기준값1(D1)를 중 SOC 영역의 기준값2(D2) 및 고 SOC 영역의 기준값3(D3)보다 큰 값으로 설정하고, 이를 통해 안티 저크 보상 토크가 미인가되는 영역을 넓게 하여 PWM 오프가 보다 오랜 시간 유지될 수 있도록 한다.

반면, 고 SOC 상태에서는 차량의 승차감이 우선이므로 안티 저크 보상 토크 미인가 조건을 판단하는 상기 기준값3(D3)을 중 SOC 영역의 기준값2(D2) 및 저 SOC 영역의 기준값1(D1) 보다 작은 값으로 설정하고, 이를 통해 안티 저크 보상 토크가 미인가되는 영역을 축소한다.

도 2는 안티 저크 보상 토크를 적용할 경우의 최종 모터 토크지령을 나타내는 도면이고, 도 3은 안티 저크 보상 토크를 적용하지 않을 경우 최종 모터 토크지령을 나타내는 도면이다.

도시된 바와 같이, 최종 모터 토크지령이 운전자 요구토크와 안티 저크 보상 토크의 합으로 결정된다고 할 때, 운전자 요구토크는 기준값(A1,A2,A3)보다 작은 PWM 오프 조건을 만족하지만, 운전자 요구토크에 안티 저크 보상 토크를 적용한 최종 모터 토크지령이 PWM 오프 조건을 만족하지 못하는 영역이 생겨 PWM 온/오프가 빈번하게 일어날 수 있다.

하지만, 운전자 요구토크가 PWM 오프 조건을 만족한 상태에서 메인 배터리의 SOC 상태와 진동 성분의 크기에 따라 안티 저크 보상 토크가 미인가되는 경우(안티 저크 보상 토크 = 0)에는 PWM 오프 상태가 지속적으로 유지될 수 있다.

이와 같이 하여, 본 발명의 인버터 제어 방법에 따르면, 차량의 운전 모드, 운전자 요구토크, 메인 배터리 상태, 안티 저크 제어를 위해 구해지는 진동 성분의 크기, 최종 모터 토크지령 등에 따라 안티 저크 토크 보상 및 PWM 온/오프 조건이 다원화됨으로써, 불필요한 PWM 온(on) 상태가 최소화될 수 있고, PWM 오프 시간을 증대시킬 수 있는바, 에너지 손실 저감 및 연비 향상, 일충전 주행거리 증대를 달성할 수 있게 된다.

이상으로 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였는바, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것이 아니며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당 업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.

Claims (13)

1. 운전자 요구토크가 산출되는 단계;
   상기 산출된 운전자 요구토크를 정해진 기준값과 비교하고 모터의 자속 또는 역기전력을 설정값과 비교하는 단계;
   운전자 요구토크가 상기 기준값보다 작은 저 토크 영역에 해당하고 상기 모터의 자속 또는 역기전력이 설정값보다 작으면, 배터리 상태와 안티 저크 제어를 위해 구해진 진동 성분의 크기에 기초하여 안티 저크 보상 토크의 적용 여부를 결정하는 단계;
   상기 안티 저크 보상 토크의 적용 여부에 따라 운전자 요구토크에 안티 저크 보상 토크가 적용되거나 미적용된 모터 토크지령을 산출하는 단계;
   상기 산출된 모터 토크지령을 정해진 기준값과 비교하고 모터의 자속 또는 역기전력을 설정값과 비교하여, 상기 모터 토크지령이 기준값보다 작은 저 토크 영역에 해당하고 상기 모터의 자속 또는 역기전력이 상기 설정값보다 작으면, 인버터에 대한 PWM 제어를 중지하는 단계를 포함하고,
   상기 운전자 요구토크를 정해진 기준값과 비교하는 과정에서 차량의 운전 모드 중 운전자가 선택한 운전 모드를 판단하고, 운전 모드별로 정해진 기준값들 중 상기 운전자가 선택한 운전 모드에 해당하는 기준값을 사용하여 상기 운전자 요구토크와 비교하는 것을 특징으로 하는 친환경 자동차의 인버터 제어 방법.
   
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 차량의 운전 모드는 스포츠 모드(sports mode), 노말 모드(normal mode) 및 에코 모드(eco mode)를 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 자동차의 인버터 제어 방법.
   
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 운전 모드별로 정해진 기준값들 중 에코 모드의 기준값3이 노말 모드의 기준값2에 비해 큰 값으로, 스포츠 모드의 기준값1이 노말 모드의 기준값2에 비해 작은 값으로 설정되는 것을 특징으로 하는 친환경 자동차의 인버터 제어 방법.
   
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 모터 토크지령을 정해진 기준값과 비교하는 과정에서 차량의 운전 모드 중 운전자가 선택한 운전 모드를 판단하고, 운전 모드별로 정해진 기준값들 중 상기 운전자가 선택한 운전 모드에 해당하는 기준값을 사용하여 상기 모터 토크지령과 비교하는 것을 특징으로 하는 친환경 자동차의 인버터 제어 방법.
   
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 차량의 운전 모드는 스포츠 모드(sports mode), 노말 모드(normal mode) 및 에코 모드(eco mode)를 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 자동차의 인버터 제어 방법.
   
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 운전 모드별로 정해진 기준값들 중 에코 모드의 기준값3이 노말 모드의 기준값2에 비해 큰 값으로, 스포츠 모드의 기준값1이 노말 모드의 기준값2에 비해 작은 값으로 설정되는 것을 특징으로 하는 친환경 자동차의 인버터 제어 방법.
   
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 모터 토크지령을 정해진 기준값과 비교하는 과정에서의 기준값은 운전자 요구토크를 기준값과 비교하는 과정에서의 기준값과 동일한 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 친환경 자동차의 인버터 제어 방법.
   
9. 청구항 1에 있어서,
   상기 산출된 운전자 요구토크를 정해진 기준값과 비교하고 모터의 자속 또는 역기전력을 설정값과 비교하는 단계에서 운전자 요구토크가 기준값 이상이고 모터의 자속 또는 역기전력이 설정값 이상이면 PWM 오프를 금지하는 것을 특징으로 하는 친환경 자동차의 인버터 제어 방법.
   
10. 청구항 1에 있어서,
    상기 안티 저크 보상 토크의 적용 여부를 결정하는 단계에서 배터리 SOC 값이 정해진 임계값1 이하인 극저 SOC 영역에 해당하면, 상기 모터 토크지령을 산출하는 단계에서 안티 저크 보상 토크를 0으로 하여 운전자 요구토크로부터 안티 저크 보상 토크가 미적용된 모터 토크지령을 산출하는 것을 특징으로 하는 친환경 자동차의 인버터 제어 방법.
    
11. 청구항 10에 있어서,
    상기 SOC 값이 임계값1보다 큰 배터리 상태에서는 안티 저크 제어를 위해 구해진 진동 성분의 크기를 미리 정해진 진동 성분 기준값과 비교하고,
    상기 진동 성분의 크기가 진동 성분 기준값보다 작은 경우, 상기 모터 토크지령을 산출하는 단계에서 안티 저크 보상 토크를 0으로 하여 운전자 요구토크로부터 안티 저크 보상 토크가 미적용된 모터 토크지령을 산출하며,
    상기 진동 성분의 크기가 진동 성분 기준값 이상인 경우, 상기 모터 토크지령을 산출하는 단계에서 운전자 요구토크에 안티 저크 보상 토크가 적용된 모터 토크지령을 산출하는 것을 특징으로 하는 친환경 자동차의 인버터 제어 방법.
    
12. 청구항 11에 있어서,
    상기 SOC 값에 따른 배터리 상태를 구분하기 위한 SOC 영역으로서, 상기 임계값1보다 크고 임계값2 이하인 저 SOC 영역과, 상기 임계값2보다 크고 임계값3 이하인 중 SOC 영역과, 상기 임계값3보다 큰 고 SOC 영역이 추가로 설정되고,
    상기 저 SOC 영역, 중 SOC 영역, 고 SOC 영역별로 진동 성분 기준값이 설정되어,
    상기 배터리 SOC 값이 상기 저 SOC 영역과 중 SOC 영역, 고 SOC 영역 중 어느 하나의 SOC 영역에 해당하는 것으로 판단된 경우, 상기 진동 성분의 크기를 해당 SOC 영역의 진동 성분 기준값과 비교하여 안티 저크 보상 토크의 적용 여부를 결정하는 것을 특징으로 하는 친환경 자동차의 인버터 제어 방법.
    
13. 청구항 12에 있어서,
    상기 저 SOC 영역의 진동 성분 기준값1이 중 SOC 영역의 진동 성분 기준값2보다 크고, 고 SOC 영역의 진동 성분 기준값3이 중 SOC 영역의 진동 성분 기준값2보다 작은 값으로 설정되는 것을 특징으로 하는 친환경 자동차의 인버터 제어 방법.

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