KR101776475B1 - 엑추에이터 회로 고장 진단 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일실시예에 따른 엑추에이터 회로 고장 진단 장치는, 모터; 상기 모터에 전원을 공급하는 액추에이터 회로; 상기 액추에이터 회로로부터 상기 모터에 공급되는 전원을 감지하여 감지 정보를 생성하는 감지 센서; 및 상기 액추에이터 회로에 상기 전원의 공급을 차단한 후 상기 감지 정보에 따라 고장이 확인되면 재진단 요청을 수행하고 상기 재진단을 통하여 다시 획득되는 상기 감지 정보를 이용하여 상기 액추에이터 회로를 고장 또는 정상으로 판정하는 제어기;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

Description

엑추에이터 회로 고장 진단 장치 및 방법{Apparatus and Method for diagnosing malfuncion in actuator circuit}
본 발명은 차량용 모터 제어 기술에 관한 것으로서, 더 상세하게는 차량용 모터 액추에이터의 오진단을 방지하는 장치 및 방법에 대한 것이다.
일반적으로 모터로 구동되는 엑추에이터를 동작시키기 위해서는 제어 회로가 구성된다. 이러한 제어 회로는 모터 구동 회로의 단선 및/또는 단락을 진단하는 기능을 갖추고 있다.
특히, 이러한 진단을 위해 모터 구동 회로에 흐르는 전류 및/또는 전압을 감시하는 방법이 사용된다. 최종적으로는 ECU(Electronic Control Unit)가 제어 회로의 고장 진단 정보를 근거로 해서 엑추에이터의 고장 여부를 판단한다.
그런데, 제어 회로가 모터 구동 전력을 차단한 경우 회로가 OPEN 상태가 되므로 전류가 흐르지 않아야 한다. 만약 구동 전력을 차단한 이후에 전류가 흐른다면 이는 모터 구동 회로가 단락되었다는 것을 의미한다.
이 경우 제어 회로는 단락으로 진단한다. 일반적으로 이러한 진단 방법에 문제가 없으나, 특정 엑추에이터의 경우 제품의 특성에 따라 구동 전력이 차단된 경우에도 전류가 일정 시간 동안 흐르게 된다. 이때 제어 회로가 단락으로 오진단하면, ECU에서는 이런 오진단 정보를 차단할 수 없다는 문제점이 있다.
1. 한국공개특허번호 제10-2014-0062335호 2. 일본등록특허번호 제4438833호(2010.1.15)
본 발명은 위 배경기술에 따른 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로서, 모터 구동 전력을 차단한 이후에 단선/단락이 진단되면, 회로 단락에 의한 것인지, 엑추에이터의 구동 특성에 의한 것인지 확인하기 위해 재진단 요청이 가능한 엑추에이터 회로 고장 진단 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 재진단 결과 회로 단락이 확인되면 ECU(Electronic Control Unit)에서 해당 엑추에이터의 고장으로 인식하도록 하는 엑추에이터 회로 고장 진단 장치 및 방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.
본 발명은 위에서 제시된 과제를 달성하기 위해, 모터 구동 전력을 차단한 이후에 단선/단락이 진단되면, 회로 단락에 의한 것인지, 엑추에이터의 구동 특성에 의한 것인지 확인하기 위해 재진단 요청이 가능한 엑추에이터 회로 고장 진단 장치를 제공한다.
상기 액추에이터 회로 고장 진단 장치는,
모터;
상기 모터에 전원을 공급하는 액추에이터 회로;
상기 액추에이터 회로로부터 상기 모터에 공급되는 전원을 감지하여 감지 정보를 생성하는 감지 센서; 및
상기 액추에이터 회로에 상기 전원의 공급을 차단한 후 상기 감지 정보에 따라 고장이 확인되면 재진단 요청을 수행하고 상기 재진단을 통하여 다시 획득되는 상기 감지 정보를 이용하여 상기 액추에이터 회로를 고장 또는 정상으로 판정하는 제어기;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
이때, 상기 재진단 요청은 상기 액추에이터 회로를 초기화하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 고장 또는 정상으로 판정은 상기 재진단의 시점에 상기 감지 정보의 전원이 미리 설정되는 정상 판정 범위와 비교하여 상기 정상 판정 범위내이면 정상이고 상기 정상 판정 범위 밖에 있으면 고장인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 고장은 상기 정상 판정 범위의 최대값 이상이면 단락 상태이고, 상기 정상 판정 범위의 최소값 이하이면 단선 상태인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 액추에이터 회로 고장 진단 장치는, 상기 제어기의 제어 명령을 변환하여 상기 액추에이터 회로에 인가하는 변환기;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 변환기는 PWM(Pulse Width Modulation) 신호로 상기 제어 명령을 변환하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 액추에이터 회로는 H-브릿지 회로인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 감지 정보의 전원은 전류 또는 전압인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 변환기, 액추에이터 회로 및 감지 센서는 하나의 스마트 IC(Integrated Circuit)로 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 감지 정보는 상기 차단이후 미리 설정되는 일정시간이 경과한 시점에서 감지되는 것을 특징으로 할 수 있다.
다른 한편으로, 본 발명의 다른 일실시예는, 액추에이터 회로가 모터에 전원을 공급하는 전원 공급 단계; 감지 센서가 상기 액추에이터 회로로부터 상기 모터에 공급되는 전원을 감지하여 감지 정보를 생성하는 감지 정보 생성 단계; 제어기가 상기 감지 정보에 따라 고장이 확인되면 상기 액추에이터 회로에 상기 전원의 공급을 차단하는 차단 단계; 상기 차단후 재진단 요청을 수행하고 상기 재진단을 통하여 상기 감지 정보를 재획득하는 재진단 요청 단계; 및 상기 제어기가 상기 감지 정보를 이용하여 상기 액추에이터 회로를 고장 또는 정상으로 판정하는 판정 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 엑추에이터 회로 고장 진단 방법을 제공할 수 있다.
또한, 상기 판정 단계는, 상기 재진단의 시점에 상기 감지 정보의 전원이 미리 설정되는 정상 판정 범위와 비교하는 단계; 및 비교 결과, 상기 감지 정보의 전원이 정상 판정 범위내이면 정상이고 상기 정상 판정 범위 밖에 있으면 고장으로 판정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 고장은 상기 정상 판정 범위의 최대값 이상이면 단락 상태이고, 상기 정상 판정 범위의 최소값 이하이면 단선 상태인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 차단 단계는, 변환기가 상기 제어기의 제어 명령을 변환하여 상기 액추에이터 회로에 인가하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따르면, 정상적인 경우에 액추에이터의 단락 오진단이 발생하는 것을 예방할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 효과로서는 액추에이터의 오진단을 방지하기 위한 추가적인 하드웨어가 필요없다는 점을 들 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 액추에이터 회로 고장 진단 장치의 구성 블럭도이다.
도 2는 일반적인 액추에이터 회로 진단의 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 액추에이터 회로 진단의 개념도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 액추에이터 회로 고장 진단 과정을 보여주는 흐름도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다.
제 1, 제 2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 엑추에이터 회로 고장 진단 장치 및 방법을 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 액추에이터 회로 고장 진단 장치의 구성 블럭도이다. 도 1을 참조하면, 상기 액추에이터 회로 고장 진단 장치(100)는, 제어기(110), 제어기(110)의 제어 명령을 변환하는 변환기(120), 변환기(120)의 제어에 따라 모터(140)로의 전원을 차단 또는 공급하는 액추에이터 회로(130), 모터(140)의 회전에 따라 동작하는 밸브(150), 액추에이터 회로(130)로부터 모터(140)로 출력되는 전원을 감지하여 감지 정보를 생성하는 감지 센서(170) 등을 포함하여 구성된다.
제어기(110)는 변환기(120)를 통해 액추에이터 회로(130)에 전원의 공급을 수행하거나 전원의 공급을 차단한다. 또한, 전원의 공급을 차단한 후 상기 감지 정보에 따라 고장이 확인되면 재진단 요청을 수행한다. 또한, 상기 재진단을 통하여 다시 획득되는 상기 감지 정보를 이용하여 상기 액추에이터 회로(130)를 고장 또는 정상으로 판정한다. 물론, 이를 위해 프로그램, 데이터 등이 설치되며, 생성되는 정보 등을 저장하기 위한 메모리 등이 구성될 수 있다.
이때 메모리는 제어기(110) 내에 구비되는 메모리일 수 있고, 별도의 메모리가 될 수 있다. 따라서 플래시 메모리 디스크(SSD: Solid State Disk), 하드 디스크 드라이브, 플래시 메모리, EEPROM(Electrically erasable programmable read-only memory), SRAM(Static RAM), FRAM (Ferro-electric RAM), PRAM (Phase-change RAM), MRAM(Magnetic RAM) 등과 같은 비휘발성 메모리 및/또는 DRAM(Dynamic Random Access Memory), SDRAM(Synchronous Dynamic Random Access Memory), DDR-SDRAM(Double Date Rate-SDRAM) 등과 같은 휘발성 메모리의 조합으로 구성될 수 있다.
변환기(120)는 제어기(110)의 제어 명령을 PWM(Pulse Width Modulation) 신호로 변환하여 액추에이터 회로(130)에 인가할 수 있다.
액추에이터 회로(130)는 H-브릿지 회로가 될 수 있다. 또한, 액추에이터 회로(130)는 모터(140)의 구동을 위한 전원을 모터(140)에 공급하는 기능을 수행한다. 이를 위해 액추에이터 회로(130)는 상단에 제 1-1 및 제 1-2 스위칭 소자(131-1,131-2)와 하단에 제 2-1 및 제 2-2 스위칭 소자(132-1,132-2)로 구성된다. 물론, 하단에 구성되는 제 2-1 및 제 2-2 스위칭 소자(132-1,132-1)의 경우 제 1 인버터(133-1)와 제 2 인버터(132-2)가 구성된다. 이러한 스위칭 소자(131-1,131-2,132-1,132-2)는 n형 MOS-FET(Metal Oxide Semiconductor-Field Effect Transister), p형 MOS-FET, PNP 트랜지스터, NPN 트랜지스터 등이 될 수 있다. 따라서, 인가 전원(IN1,IN2)에 따라 스위칭 소자(131-1,131-2,132-1,132-2)가 온 또는 오프되면서 모터(140)에 전원(OUT1,OUT2)을 공급한다.
모터(140)는 밸브(150)를 구동하는 기능을 수행한다. 이를 위해 모터(140)는 정회전 또는 역회전이 가능한 모터가 될 수 있다.
밸브(150)는 개폐되는 것으로 모터(140)의 회전에 따라 개폐각이 제어된다. 또한, 밸브(150)는 ETC(Electric Throttle Control)를 위한 밸브, 트랜스미션을 위한 밸브 등이 될 수 있다.
리턴 스프링(160)은 장력에 의해 밸브(150)를 기본 위치로 복귀하는 기능을 수행한다. 즉, 액추에이터 회로(130)에 모터(140)로 공급되는 전원(OUT1,OUT2)을 차단하면 밸브(150)를 기본위치로 복귀시킨다.
일반적으로, 이러한 복원으로 인해 모터(140)가 회전하면서 코일에서 기전력이 발생한다. 이러한 기전력으로 인해 발생한 전류가 모터(140)에 구성되는 회로를 타고 잔여 전류가 흐르게 된다. 물론, 이외에도 액추에이터 회로(130)내에 구성되는 다이오드를 통해 모터(140)에 흐르는 잔여 전류가 발생할 수도 있다. 이러한 잔여 전류의 지속 시간 및/또는 크기에 따라 단락 또는 단선의 오진단이 발생할 수 있다. 특히, 액추에이터 회로(130)의 고정 판정 시점에 전류가 기준값보다 작으면 단선으로 오진단이 발생하게 된다.
감지 센서(170)는 액추에이터 회로(130)로부터 모터(140)에 공급되는 전원(OUT1,OUT2)을 감지하여 감지 정보를 생성한다. 이때, 감지 정보의 전원은 전압 또는 전류가 될 수 있다.
한편, 제어기(110)가 변환기(120)를 통해 액추에이터 회로(130)에 재진단 요청을 실행하는 경우, 액추에이터 회로(130)는 초기화될 수 있다.
또한, 변환기(120), 액추에이터 회로(130) 및 감지 센서(170)는 하나의 스마트 IC(Integrated Circuit)(101)로 통합될 수 있다. 이와 달리, 변환기(120) 및/또는 감지 센서(170)는 별도로 구성될 수도 있다.
도 2는 일반적인 액추에이터 회로 진단의 개념도이다. 도 2를 참조하면, 액추에이터 회로(130)에서 모터(140)의 구동을 위한 전원(즉 전류)이 차단된 전류 차단 시점(t0)이후 일정시간(241)이 경과한 고장 판정 시점(t1)에서 감지 센서(170)가 출력 전류를 측정한다. 이 측정된 출력 전류가 정상 판정 범위(211)를 넘는 경우 단락이나 단선으로 판정된다. 부연하면, 정상 판정 범위(211)는 최대값(Imax)과 최소값(Imin)으로 이루어진다.
따라서, 출력 전류가 최대값(Imax) 이상이면 단락 상태(220)이고, 출력 전류가 최소값(Imin)이하이면 단선 상태(230)가 된다. 또한, 출력 전류가 최대값과 최소값 사이인 정상 판정 범위(211)내에 있으면 정상 상태(210)가 된다. 한편, 전류 차단 시점(t0)이후에는 미소 전류(240)가 모터(140) 측으로 흐르도록 액추에이터 회로(130)가 제어된다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 액추에이터 회로 진단의 개념도이다. 도 3을 참조하면, 전류 차단 시점(t0)이후 일정시간(341)이 경과한 고장 판정 시점(t1)에서 고장이 확인되면 이 고장 판정 시점(t1)에서 재진단 요청이 수행된다. 재진단 요청은 액추에이터 회로(130)의 초기화이다. 이는 제어기(110)와 액추에이터 회로(130) 사이의 통신을 이용하여 이루어진다. 즉, 제 1 정상 판정 범위(311)를 넘어서는 고장이 발생하면, 액추에이터 회로(130)에서 모터(140)의 구동을 위한 전원(즉 전류)은 계속 차단이 유지된다.
이후, 일정 시간이 경과하면, 재진단 시점(t2)에서 감지 센서(170)에 의해 측정된 출력 전류가 제 2 정상 판정 범위(312)내 있는지를 판정한다. 이때, 출력 전류가 제 2 정상 판정 범위(312)내 있으면 정상 상태(310)로 판정된다. 이와 달리, 재진단 시점(t2)에서도 출력 전류가 제 2 정상 판정 범위(312)를 넘어서면 고장으로 판정된다. 물론, 이 고장은 제 2 정상 판정 범위(312)의 최대값 이상이면 단락 상태이고, 제 2 정상 판정 범위(312)의 최소값 이하이면 단선 상태가 된다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 액추에이터 회로 고장 진단 과정을 보여주는 흐름도이다. 특히, 도 4는 액추에이터가 전자식 쓰로틀인 경우를 예로 들어 설명한 것이다. 따라서, 이에 한정되지 않으며, 다른 액추에이터에도 적용가능하다.
도 4를 참조하면, ETC(Electric Throttle Control)가 수행되고, 진단을 위한 출력 차단 조건인지를 확인한다(단계 S410,S420).
단계 S420에서, 확인 결과, 출력 차단 조건에 해당하지 않으면 단계 S410 내지 단계 S420가 반복 수행된다. 이와 달리, 단계 S420에서, 확인 결과, 출력 차단 조건에 해당하면 전원의 출력을 차단하고, 감지 센서(도 1의 170)가 액추에이터 회로(도 1의 130)로부터 모터(140)에 공급되는 전원을 감지하여 감지 정보를 생성한다(단계 S430).
이후, 제어기(110)가 감지 정보에 따라 고장이 있는지를 확인한다(단계 S440).
단계 S440에서, 확인 결과, 고장이 없는 것으로 확인되면 제어기(110)는 액추에이터 회로(130)에 대하여 정상 판정을 한다(단계 S470).
이와 달리, 단계 S440에서, 확인 결과, 고장이 있는 것으로 확인되면, 제어기(110)는 재진단 요청을 수행한다(단계 S450).
이러한 재진단 요청에 따라, 일정 시간 동안 고장이 지속하는지를 확인한다(단계 S451). 부연하면, 모터(140)에 대한 전원의 공급 차단을 유지하면서 미세 전류가 액추에이터 회로(130)에 흐르도록 제어하여 감지 센서(170)를 통해 다시 획득되는 감지 정보가 미리 정해진 정상 판정 범위 내에 있는지를 확인한다.
단계 S451에서, 확인결과, 고장이 일정시간 동안 지속하면 액추에이터 회로(130)를 고장으로 판정한다(단계 S460). 이와 달리, 확인결과, 고장이 일정시간 동안 지속되지 않으면 액추에이터 회로(130)를 정상으로 판정한다(단계 S470).
특히, 이러한 고장은 정상 판정 범위의 최대값 이상이면 단락 상태이고, 상기 정상 판정 범위의 최소값 이하이면 단선 상태인 것을 특징으로 할 수 있다.
100: 엑추에이터 회로 고장 진단 장치
101: 스마트 IC(Integrated Circuit)
110: 제어기
120: 변환기
130: 액추에이터 회로
140: 모터
150: 밸브
160: 리턴 스프링
170: 감지 센서

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  11. 액추에이터 회로가 모터에 전원을 공급하는 전원 공급 단계;
    감지 센서가 상기 액추에이터 회로로부터 상기 모터에 공급되는 전원을 감지하여 감지 정보를 생성하는 감지 정보 생성 단계;
    제어기가 상기 감지 정보에 따라 고장이 확인되면 상기 액추에이터 회로에 상기 전원의 공급을 차단하는 차단 단계;
    상기 차단후 재진단 요청을 수행하고, 상기 재진단 요청은 상기 액추에이터 회로를 초기화하고, 상기 감지 정보는 상기 차단 단계 이후 미리 설정되는 일정시간이 경과한 시점에서 감지되며, 상기 재진단을 통하여 상기 감지 정보를 재획득하는 재진단 요청 단계; 및
    상기 제어기가 상기 감지 정보를 이용하여 상기 액추에이터 회로를 고장 또는 정상으로 판정하는 판정 단계;
    상기 판정 단계는,
    상기 재진단의 시점에 상기 감지 정보의 전원이 미리 설정되는 정상 판정 범위와 비교하는 단계; 및
    비교 결과, 상기 감지 정보의 전원이 정상 판정 범위내이면 정상이고 상기 정상 판정 범위 밖에 있으면 고장으로 판정하는 단계;
    상기 고장은 상기 정상 판정 범위의 최대값 이상이면 단락 상태이고, 상기 정상 판정 범위의 최소값 이하이면 단선 상태인 것을 특징으로 하는 액추에이터 회로 고장 진단 방법.
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  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 차단 단계는, 변환기가 상기 제어기의 제어 명령을 변환하여 상기 액추에이터 회로에 인가하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 액추에이터 회로 고장 진단 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 변환기는 PWM(Pulse Width Modulation) 신호로 상기 제어 명령을 변환하는 것을 특징으로 하는 액추에이터 회로 고장 진단 방법.
  17. 제 11 항에 있어서,
    상기 액추에이터 회로는 H-브릿지 회로인 것을 특징으로 하는 액추에이터 회로 고장 진단 방법.
  18. 제 11 항에 있어서,
    상기 감지 정보의 전원은 전류 또는 전압인 것을 특징으로 하는 액추에이터 회로 고장 진단 방법.
  19. 제 15 항에 있어서,
    상기 변환기, 액추에이터 회로 및 감지 센서는 하나의 스마트 IC(Integrated Circuit)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 액추에이터 회로 고장 진단 방법.
  20. 삭제
KR1020160034370A 2016-03-23 2016-03-23 엑추에이터 회로 고장 진단 장치 및 방법 KR101776475B1 (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2011250618A (ja) * 2010-05-28 2011-12-08 Denso Corp 電動機駆動装置、および、それを用いた電動パワーステアリング装置
JP2012090380A (ja) * 2010-10-15 2012-05-10 Toshiba Corp 車両用駆動制御装置

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