KR102202955B1 - 전동식 쉬프트 바이 와이어 시스템의 모터 제어 장치 및 방법 - Google Patents

전동식 쉬프트 바이 와이어 시스템의 모터 제어 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전동식 쉬프트 바이 와이어 시스템의 모터 제어 장치에 관한 것으로, 전동식 쉬프트 바이 와이어 시스템에서 디텐트레버의 레버 포지션 전환을 위한 모터의 제어를 위해 적어도 하나 이상의 정보를 입력받는 정보 입력부; 상기 정보 입력부를 통해 입력받은 정보들을 이용하여 디텐트레버의 산과 골을 따라 이동하는 롤러의 위치에 대응하여 모터를 구동하기 위한 모터듀티 제어 신호를 산출하여 출력하는 제어부; 및 상기 제어부에서 출력하는 모터듀티 제어 신호에 따라 디텐트레버를 회전시키는 모터를 구동하는 모터 구동부;를 포함한다.

Description

전동식 쉬프트 바이 와이어 시스템의 모터 제어 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING MOTOR OF ELECTRIC SHIFT BY WIRE SYSTEM}
본 발명은 전동식 쉬프트 바이 와이어 시스템의 모터 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 디텐트 레버 적용 쉬프트 바이 와이어(SBW : Shift By Wire) 시스템이 적용된 차량에서 디텐트레버를 목표 위치로 회전시키기 위한 모터 제어 시, 롤러의 이동 시 디텐트레버의 형상과 디텐트 스프링의 탄성력에 의해 발생하는 소음을 저감시킬 수 있도록 하는, 전동식 쉬프트 바이 와이어 시스템의 모터 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 쉬프트 바이 와이어(SBW : Shift By Wire) 장치는 운전자의 변속 조작을 전기적 신호로 획득하여, 전기적 신호를 전선을 통하여 전달하는 방법으로 변속기를 제어할 수 있도록 함으로써, 종래에 변속레버의 조작상태를 변속기로 전달하기 위해 사용되던 각종 기계적 부품을 배제하여 차량의 구조가 간단해지고 중량을 저감할 수 있도록 하는 장치이다.
상기 쉬프트 바이 와이어(SBW) 시스템은, 도 1에 도시된 바와 같은, 디텐트장치를 구비한다. 상기 디텐트장치는 산과 골 형태의 그루브가 형성되는 판(Plate) 형태의 디텐트레버를 포함한다. 여기서 상기 쉬프트 바이 와이어(SBW) 시스템은 모터를 액츄에이터로 사용한다. 즉, 사용자의 변속레버(즉, 전자식 포지션 레버) 조작에 대응하여 모터를 구동하여 디텐트장치의 디텐트레버를 회전시킨다. 참고로 도 1에 도시된 디텐트 장치에서는 판(plate)스프링이 사용되었다.
상기 디텐트장치는 변속레버의 현 위치를 유지함과 동시에 변속시 변속감을 사용자에게 전달하기 위해 설치된다. 예컨대 디텐트장치의 액츄에이터(예 : 모터)는 운전자가 파킹모드를 수행할 경우, 디텐트레버를 회전시킴으로써 차량의 파킹모드를 구현하면서도 파킹모드로 전환되었다는 조작감을 사용자에게 전달하는 역할을 수행한다.
이때 상기 디텐트레버는 산과 골 형상으로 이루어져 있으며, 상기 디텐트레버의 회전에 의해 롤러(Roller)가 산을 타고 이동하여 골 부분으로 들어가면, 디텐트 스프링(Detent Spring)이 탄성력에 의해 롤러에 힘을 가하는 구조(즉, 모터가 구동되지 않을 경우에 상기 디텐트레버가 회전하지 않도록 유지시키는 구조)로 이루어져 있다(도 2).
다시 말해, 도 2를 참조하면, 상기 롤러가 산을 타고 이동하여 상기 디텐트레버의 골 부분(또는 골 위치)에 위치하도록, 상기 모터에 의해 디텐트레버가 회전하면, 변속기 유압생성 및 파킹기구의 체결 등이 수행된다. 이때 상기 모터가 디텐트레버를 회전시킴에 따라, 롤러가 디텐트레버의 산과 골로 이루어진 형상(즉, 그루브)에 따라 상승(rising)하거나 하강(falling)한다.
예컨대 운전자의 변속레버(예 : 전자식 포지션 레버)를 통한 레버 포지션(P/R/N/D) 전환 요청, 혹은 안전/보호 목적을 위한 레버 포지션 전환 요청이 발생할 경우, 제어부(Shift-by-wire Control Unit : SCU)는 모터를 회전시켜, 상기 모터에 직결된 디텐트레버를 회전시킴으로써 레버 포지션 전환을 수행한다.
그런데 상기 디텐트레버(예 : 4-position, P/R/N/D) 적용 SBW 차량에서 레버 포지션 전환 요청에 대응하는 디텐트레버 위치(즉, 디텐트레버의 목표 위치)로 모터 제어 시, 산과 골로 이루어진 디텐트레버의 형상(즉, 디텐트레버의 그루브)과 디텐트 스프링 힘에 의해 소음이 발생하는 문제점이 있다.
즉, 롤러가 디텐트 스프링의 힘(즉, 탄성력)을 이겨내고 디텐트레버의 산을 타고 올라가 넘어할 때(즉, 롤러가 상승 방향에서 하강 방향으로 바뀌는 산의 꼭대기를 넘어가는 순간에) 디텐트 스프링의 탄성력에 의해 롤러가 튕겨 나와 디텐트레버의 산과 골 사이를 충격하기 때문에 소음에 발생하게 된다.
따라서 상기 제어부(SCU)는 빠른 모터 회전을 실시하여 운전자의 요청이 최단 시간 내에 수행될 수 있도록 제어를 실시하되, 그 과정에서 소음이 발생하지 않도록 하면서 원하는 위치(즉, 레버 포지션 전환 요청에 대응하는 디텐트레버 위치)에서 모터의 회전을 정확히 정지시킬 수 있도록 하는 정밀 제어가 필요하다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허 10-2015-0134269호(2015.12.01. 공개, 차량의 동력 전달 장치)에 개시되어 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로서, 디텐트 레버 적용 쉬프트 바이 와이어(SBW) 시스템이 적용된 차량에서 디텐트레버를 목표 위치로 회전시키기 위한 모터 제어 시, 디텐트레버의 형상과 디텐트 스프링의 탄성력에 의해 롤러의 이동 시 발생하는 소음을 저감시킬 수 있도록 하는, 전동식 쉬프트 바이 와이어 시스템의 모터 제어 장치 및 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 전동식 쉬프트 바이 와이어 시스템의 모터 제어 장치는, 전동식 쉬프트 바이 와이어 시스템에서 디텐트레버의 레버 포지션 전환을 위한 모터의 제어를 위해 적어도 하나 이상의 정보를 입력받는 정보 입력부; 상기 정보 입력부를 통해 입력받은 정보들을 이용하여 디텐트레버의 산과 골을 따라 이동하는 롤러의 위치에 대응하여 모터를 구동하기 위한 모터듀티 제어 신호를 산출하여 출력하는 제어부; 및 상기 제어부에서 출력하는 모터듀티 제어 신호에 따라 디텐트레버를 회전시키는 모터를 구동하는 모터 구동부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 정보 입력부는, 차량의 전자제어장치(ECU) 또는 차량에 설치된 적어도 하나 이상의 센서로부터 현재토크, 목표토크, 피드포워드(Feedforward) 정보, 모터온도, 현재속도, 목표속도, 및 모터전류 중 적어도 하나 이상의 정보를 입력받는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제어부는, 상기 디텐트레버의 산과 골을 따라 롤러가 이동하는 구간을 복수의 구간으로 구분하고, 상기 롤러가 이동하는 복수의 구간 중 상기 롤러의 위치에 대응하여 미리 설정된 제어모드에 따라 상기 모터듀티 제어 신호를 산출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제어부는, 디텐트레버의 그루브와 모터의 회전 위치에 대응하여 미리 구분된 복수의 구간에 설정된 단계별 제어모드를 순차로 변환시키며, 각 제어모드에 해당하는 모터듀티 제어 신호를 출력하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제어부는, 상기 롤러가 상승하는 구간에서 2개의 구간(①, ②), 및 상기 롤러가 하강하는 구간에서 2개의 구간(③, ④)을 구분하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 ①구간은 최대토크 제어모드로 모터를 제어하는 구간으로서, 롤러를 기준으로 보면 골에 있던 롤러가 상승을 시작하여 지정된 제1 위치에 이르는 구간이며, 이와 동시에 모터를 기준으로 보면 정지해 있던 모터를 최대 듀티로 기동시키는 구간을 의미하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 ②구간은 감속 제어모드로 모터를 제어하는 구간으로서, 롤러를 기준으로 보면 상승을 시작한 롤러가 지정된 제1 위치에서 산의 정점에 이르는 구간이며, 이와 동시에 모터를 기준으로 보면 롤러가 산의 정점을 지나 튕겨오르는 현상을 방지하기 위해 감속시키는 구간을 의미하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 ③구간은 속도유지 제어모드 구간으로서, 롤러를 기준으로 보면 산의 정점을 지나 롤러가 하강을 시작하여 지정된 제2 위치에 이르는 구간이며, 이와 동시에 모터를 기준으로 보면 상기 ②구간을 지나며 감속된 모터 회전 속도를 다시 상승시키되 지정된 속도 이상으로 과속되지 않도록 일정하게 유지시키는 구간을 의미하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 ④구간은 정밀위치 제어모드 구간으로서, 롤러를 기준으로 보면 하강을 시작한 롤러가 지정된 제2 위치에서 골의 저점에 이르는 구간이며, 동시에 모터를 기준으로 보면 롤러가 골의 저점에 충돌하지 않고 정지할 수 있도록 모터 회전 속도를 정밀 제어하는 구간을 의미하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제어부는, 디텐트레버의 형상이나 그루브, 및 모터의 회전 위치에 대응하여, 제어모드 결정, 토크 제어, 속도 제어, 및 위치 제어를 수행하며, 이를 위하여 복수의 기능수단으로서, 제어모드 결정부, 토크 제어기, 속도 제어기, 및 위치 제어기가 하나로 통합되어 구현되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 토크 제어기는 피드포워드(Feedforward) 정보를 바탕으로 현재토크가 목표토크를 추종할 수 있도록 하는 목표듀티 제어 신호를 출력하고, 상기 속도 제어기는 피드포워드(Feedforward) 정보를 바탕으로 현재속도가 목표속도를 추종할 수 있도록 하는 목표듀티 제어 신호를 출력하며, 상기 위치 제어기는 피드포워드(Feedforward) 정보를 바탕으로 현재위치가 목표위치를 추종할 수 있도록 하는 목표듀티 제어 신호를 출력하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제어부는, 상기 제어모드 결정부에서 결정된 제어모드에 따라, 상기 복수의 기능수단에서 출력되는 목표듀티 제어 신호 중 어느 하나를 선택적으로 출력하거나, 상기 복수의 기능수단에서 출력되는 목표듀티 제어 신호를 조합하여 출력할 수 있는 스위치;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제어부는, 모터온도 정보에 기초하여 모터가 지정된 온도 이상 발열되는 경우, 상기 스위치를 통해 출력된 목표듀티 제어 신호의 듀티를 조정하여, 발열을 저감시킬 수 있도록 조정된 최종 목표듀티를 출력하고, 또한 모터전류 정보에 기초하여 모터에 인가되는 전류가 지정된 전류 이상 과전류인 경우, 상기 스위치를 통해 출력된 목표듀티 제어 신호의 듀티를 조정하여, 과전류를 저감시킬 수 있도록 조정된 최종 목표듀티를 출력하는 발열/과전류 보호부;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 전동식 쉬프트 바이 와이어 시스템의 모터 제어 방법은, 전동식 쉬프트 바이 와이어 시스템에서 디텐트레버의 레버 포지션 전환을 위한 모터의 제어를 위해 적어도 하나 이상의 정보를 입력받는 단계; 제어부가 상기 입력받은 정보들을 이용하여 디텐트레버의 산과 골을 따라 이동하는 롤러의 위치에 대응하여 모터를 구동하기 위한 모터듀티 제어 신호를 산출하여 출력하는 단계; 및 상기 제어부에서 출력하는 모터듀티 제어 신호에 따라 디텐트레버를 회전시키는 모터를 구동하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 모터듀티 제어 신호를 산출하여 출력하는 단계에서, 상기 제어부는, 상기 디텐트레버의 산과 골을 따라 롤러가 이동하는 구간을 복수의 구간으로 구분하고, 상기 롤러가 이동하는 복수의 구간 중 상기 롤러의 위치에 대응하여 미리 설정된 제어모드에 따라 상기 모터듀티 제어 신호를 산출하고, 상기 모터의 회전 위치에 대응하여 상기 미리 구분된 복수의 구간에 설정된 단계별 제어모드를 순차로 변환시키며, 각 제어모드에 해당하는 모터듀티 제어 신호를 출력하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 모터듀티 제어 신호를 산출하여 출력하는 위하여, 상기 제어부는, 상기 복수의 구간 중, ①구간은 최대토크 제어모드로 모터를 제어하는 구간으로서, 정지해 있던 모터를 최대 듀티로 기동시키는 제어를 수행하며, ②구간은 감속 제어모드로 모터를 제어하는 구간으로서, 롤러가 산의 정점을 지나 튕겨오르는 현상을 방지하기 위해 모터의 회전 속도를 감속시키는 제어를 수행하며, ③구간은 속도유지 제어모드 구간으로서, 상기 ②구간을 지나며 감속된 모터 회전 속도를 다시 상승시키되 지정된 속도 이상으로 과속되지 않도록 일정하게 유지시키는 제어를 수행하며, ④구간은 정밀위치 제어모드 구간으로서, 롤러가 골의 저점에 충돌하지 않고 정지할 수 있도록 모터 회전 속도를 정밀 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 모터듀티 제어 신호를 산출하여 출력하는 단계에서, 상기 제어부는, 통합 구현된 토크 제어기를 통해 피드포워드(Feedforward) 정보를 바탕으로 현재토크가 목표토크를 추종할 수 있도록 하는 목표듀티 제어 신호를 출력하고, 통합 구현된 속도 제어기를 통해 피드포워드(Feedforward) 정보를 바탕으로 현재속도가 목표속도를 추종할 수 있도록 하는 목표듀티 제어 신호를 출력하며, 통합 구현된 위치 제어기를 통해 피드포워드(Feedforward) 정보를 바탕으로 현재위치가 목표위치를 추종할 수 있도록 하는 목표듀티 제어 신호를 출력하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제어부는, 통합 구현된 스위치를 통해, 제어모드 결정부에서 결정된 제어모드에 따라, 상기 토크 제어기, 속도 제어기, 및 위치 제어기에서 출력하는 목표듀티 제어 신호 중 어느 하나를 선택적으로 출력하거나, 상기 토크 제어기, 속도 제어기, 및 위치 제어기에서 출력되는 목표듀티 제어 신호를 조합하여 출력하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 모터듀티 제어 신호를 산출하여 출력하기 위하여, 상기 제어부는, 통합 구현된 발열/과전류 보호부를 통해, 모터온도 정보에 기초하여 모터가 지정된 온도 이상 발열되는 경우, 스위치를 통해 출력된 목표듀티 제어 신호의 듀티를 조정하여, 발열을 저감시킬 수 있도록 조정된 최종 목표듀티를 출력하고, 또한 모터전류 정보에 기초하여 모터에 인가되는 전류가 지정된 전류 이상 과전류인 경우, 스위치를 통해 출력된 목표듀티 제어 신호의 듀티를 조정하여, 과전류를 저감시킬 수 있도록 조정된 최종 목표듀티를 출력하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 디텐트 레버 적용 쉬프트 바이 와이어(SBW) 시스템이 적용된 차량에서 디텐트레버를 목표 위치로 회전시키기 위한 모터 제어 시, 디텐트레버의 형상과 디텐트 스프링의 탄성력에 의해 롤러의 이동 시 발생하는 소음을 저감시킬 수 있도록 한다.
또한 본 발명의 다른 측면에 따르면, 본 발명은 디텐트레버의 회전 시 소음이 발생하지 않으면서도 빠른 레버 포지션 전환이 이루어질 수 있도록 한다.
도 1은 일반적인 디텐트레버의 형상을 보인 예시도.
도 2는 종래의 디텐트레버의 회전 동작 시 소음이 발행하는 원인을 설명하기 위하여 보인 예시도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 쉬프트 바이 와이어 시스템의 모터 제어 장치의 개략적인 구성을 보인 예시도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 쉬프트 바이 와이어 시스템의 모터 제어 방법을 설명하기 위하여 보인 예시도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 전동식 쉬프트 바이 와이어 시스템의 모터 제어 장치 및 방법의 일 실시예를 설명한다.
이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
참고로 종래에 디텐트레버의 회전에 사용하는 모터(예 : SR Switched Reluctance)는 그 특성상 On/Off 제어를 실시할 수 밖에 없어 디텐트레버와 스프링을 사용하는 쉬프트 바이 와이어(SBW : Shift By Wire) 시스템에서 레버 포지션 전환 소음을 제거하는 것이 불가능하였다.
따라서 본 실시예에서는 PWM 제어가 가능한 BLDC(Brushless DC) 모터를 사용하여 롤러가 디텐트레버의 산을 지날 때 효과적으로 속도를 줄일 수 있도록 함으로써 소음을 유발하지 않도록 한다.
이때 본 실시예에서 상기 쉬프트 바이 와이어(SBW) 시스템은 BLDC 모터를 액츄에이터로 사용하며, 상기 BLDC 모터는 정회전 및 역회전가능하고, 이 모터의 회전각도를 검출하기 위하여 내부에 홀센서(미도시)를 가진다. 또한 상기 BLDC 모터를 PWM(펄스폭 변조) 방식으로 구동 제어할 수 있다.
다만 상기 소음과 변속시간(즉, 레버 포지션 전환 시간)은 트레이트 오프(Trade off) 관계에 있으므로, 만약 소음을 줄이기 위해서 레버 포지션 전환 속도를 증가시킨다면(즉, 변속시간을 증가시킨다면) 차량을 운행하는 운전자에게 불편함(예 : 변속이 지연되는 느낌)을 발생시키고, 또한 차량의 성능을 떨어뜨리게 되는 문제점이 발생한다.
따라서 본 실시예에 따는 장치와 방법은 디텐트레버의 회전 시 소음이 발생하지 않으면서도 빠른 레버 포지션 전환을 실시할 수 있도록 하기 위한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 쉬프트 바이 와이어 시스템의 모터 제어 장치의 개략적인 구성을 보인 예시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 쉬프트 바이 와이어 시스템의 모터 제어 방법을 설명하기 위하여 보인 예시도이다.
도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 전동식 쉬프트 바이 와이어 시스템의 모터 제어 장치는, 정보 입력부(110), 제어부(120), 및 모터 구동부(130)를 포함한다.
상기 정보 입력부(110)는 차량의 전자제어장치(ECU)(미도시) 또는 차량에 설치된 적어도 하나 이상의 센서(미도시)와 통신하여, 본 실시예에 따른 전동식 쉬프트 바이 와이어 시스템에서 레버 포지션 전환을 위한 비엘디시 모터의 제어를 위해 필요한 적어도 하나 이상의 정보를 입력받는다.
예컨대 상기 정보 입력부(110)는 차량의 전자제어장치(ECU)(미도시) 또는 차량에 설치된 적어도 하나 이상의 센서(미도시)와 통신하여, 현재토크, 목표토크, 피드포워드(Feedforward) 정보, 모터온도, 현재속도, 목표속도, 및 모터전류 중 적어도 하나 이상의 정보를 입력받는다.
상기 모터 구동부(130)는 상기 제어부(120)에서 출력하는 모터듀티 제어 신호(즉, PWM 제어 신호)에 따라 모터(예 : 디텐트레버를 회전시키는 BLDC 모터)(미도시)를 구동한다.
상기 제어부(120)는 상기 정보 입력부(110)를 통해 입력받은 정보들을 이용하여 디텐트레버의 산과 골(즉, 그루브)을 따라 이동하는 롤러의 위치(또는 구간)에 대응하여 모터를 구동하기 위한 듀티 신호를 산출하여 출력한다.
즉, 상기 롤러의 위치는 사실상 모터의 회전 위치에 대응함에 유의한다.
보다 구체적으로, 상기 제어부(120)는 상기 디텐트레버의 산과 골(즉, 그루브)을 따라 이동하는 롤러의 위치(또는 구간)를 복수(예 : 4개)로 구분하고, 상기 복수(예 : 4개)로 구분한 롤러의 위치에 대응하여 미리 설정된 제어모드에 따라 상기 모터(미도시)를 구동하기 위한 듀티 신호를 산출하여 출력한다.
이때 상기 복수(예 : 4개)의 위치(또는 구간)은, 도 4를 참조하면, 롤러가 상승하는 위치(구간)에 따라 구분한 2개 구간(①, ②), 롤러가 하강하는 구간을 구분한 2개 구간(③, ④)을 포함한다.
여기서 상기 ①구간(또는 최대토크 제어모드로 모터를 제어하는 구간)은, 롤러를 기준으로 보면 골에 있던 롤러가 상승을 시작하여 지정된 제1 위치에 이르는 구간이며, 이와 동시에 모터를 기준으로 보면 정지해 있던 모터를 최대 듀티로 기동시키는 구간을 의미한다.
상기 ②구간(또는 감속 제어모드로 모터를 제어하는 구간)은, 롤러를 기준으로 보면 상승을 시작한 롤러가 지정된 제1 위치에서 산의 꼭대기(정점)에 이르는 구간이며, 이와 동시에 모터를 기준으로 보면 롤러가 산의 정점을 지나 튕겨오르는 현상을 방지하기 위해 감속시키는 구간을 의미한다. 다만 모터 회전 속도를 너무 감속할 경우에는 오히려 디텐트 스프링의 탄성력에 의해 역회전이 발생할 수 있으므로 주의가 필요한 구간이다.
상기 ③구간(또는 속도유지 제어모드 구간)은, 롤러를 기준으로 보면 산의 정점을 지나 롤러가 하강을 시작하여 지정된 제2 위치에 이르는 구간이며, 이 구간에서는 디텐트 스프링의 탄성력이 롤러를 가압하여 롤러가 골을 향해 밀려내가면서 자연적으로 속도가 상승될 수도 있다. 이와 동시에 모터를 기준으로 보면 상기 ②구간을 지나며 감속된 모터 회전 속도를 다시 상승시키되 지정된 속도 이상으로 과속되지 않도록 일정하게 유지시키는 구간을 의미한다. 즉, 이 구간에서는 상기 ②구간에서 감속시킨 모터 회전 속도가 디텐트 스프링에 의해 자연적으로 상승될 수 있으며, 또한 ②구간에서 느려진 모터 회전 속도를 너무 과도하게 가속할 경우 골 저점에 충돌하여 충격 소음을 발생시킬 수 있는 구간이다. 따라서 ③구간에서는 모터 회전 속도가 너무 과도하게 가속(즉, 지정된 속도 이상 가속)되지 않도록 지정된 일정한 속도를 유지시키는 구간이다.
상기 ④구간(또는 정밀위치 제어모드 구간)은, 롤러를 기준으로 보면 하강을 시작한 롤러가 지정된 제2 위치에서 골의 가장 밑바닥(저점)에 이르는 구간이며, 동시에 모터를 기준으로 보면 롤러가 골의 가장 밑바닥(저점)에 충돌하지 않고 정지할 수 있도록 모터 회전 속도를 정밀 제어하는 구간이다.
상기 제어부(120)는 디텐트레버의 형상(또는 그루브)과 모터의 회전 위치에 대응하여, 다음 4 단계의 제어모드를 순차로 변환시키며 각 제어모드에 해당하는 모터듀티 제어 신호를 출력한다.
이 때 상기 모터의 회전각도(또는 위치)를 검출하기 위하여 내부에 구비된 홀센서(미도시)를 이용할 수 있다.
상기 제어부(120)는 디텐트레버의 형상(또는 그루브)과 모터의 회전 위치(또는 롤러의 위치)에 대응하여, 제어모드 결정, 토크 제어, 속도 제어, 및 위치 제어를 수행하며, 이를 위하여 복수의 기능수단(즉, 제어모드 결정부(121), 토크 제어기(122), 속도 제어기(123), 및 위치 제어기(124))을 통합하여 구현될 수 있다.
상기 토크 제어기(122)는 피드포워드(Feedforward) 정보를 바탕으로 현재토크가 목표토크를 추종할 수 있도록 하는 목표듀티(즉, 목표듀티 제어 신호)를 출력한다.
상기 속도 제어기(123)는 피드포워드(Feedforward) 정보를 바탕으로 현재 속도가 목표속도를 추종할 수 있도록 하는 목표듀티(즉, 목표듀티 제어 신호)를 출력한다.
또한 상기 위치 제어기(124)는 피드포워드(Feedforward) 정보를 바탕으로 현재위치가 목표위치를 추종할 수 있도록 하는 목표듀티(즉, 목표듀티 제어 신호)를 출력한다.
또한 상기 제어부(120)에 통합되는 스위치(125)는 상기 제어모드 결정부(121)에서 결정된 제어모드(예 : rising, falling, idle 등)에 따라, 상기 복수의 기능수단(122 ~ 124)에서 출력되는 목표듀티(즉, 목표듀티 제어 신호) 중 어느 하나를 선택적으로 출력하거나, 상기 복수의 기능수단(122 ~ 124)에서 출력되는 목표듀티(즉, 목표듀티 제어 신호)를 조합하여 출력할 수 있다.
또한 모터온도 정보에 기초하여 모터가 지정된 온도 이상(즉, 발열)일 경우, 상기 제어부(120)에 통합되는 발열/과전류 보호부(126)는 상기 스위치(125)를 통해 출력된 목표듀티(즉, 목표듀티 제어 신호)를 조정하여, 발열을 저감시킬 수 있도록 조정된(예 : 모터 회전 속도를 저감시키도록 조정된) 최종 목표듀티(또는 최종 목표 모터듀티)를 출력한다.
또한 상기 발열/과전류 보호부(126)는 모터전류 정보에 기초하여 모터에 인가되는 전류가 지정된 전류 이상(즉, 과전류)일 경우, 상기 스위치(125)를 통해 출력된 목표듀티(즉, 목표듀티 제어 신호)를 조정하여, 과전류를 저감시킬 수 있도록 조정된(예 : 모터 회전 속도를 저감시키도록 조정된) 최종 목표듀티(또는 최종 목표 모터듀티)를 출력한다.
도 4를 참조하면, 상기 제어부(120)는 디텐트레버의 형상(또는 그루브)과 모터의 회전 위치(또는 롤러의 위치)에 대응하여, 다음 4 단계의 제어모드를 순차로 변환시키며 각 제어모드에 해당하는 모터듀티 제어 신호를 출력한다.
먼저 1단계 제어모드(즉, 최대토크 제어모드)는, 상기 ①구간에서 정지된 모터를 최대 토크로 구동시켜 반응성을 확보한다. 이때 상기 제어부(120)는 과도한 전류 인가로 인한 모터 발열 및 내구에 문제가 되지 않는 한도 내에서 토크제어를 실시하여(즉, 발열/과전류 보호부(126)를 통한 발열 및 과전류를 방지하기 위한 모터듀티 조정을 실시하여), 디텐트 스프링의 힘(즉, 탄성력)을 이겨내고 빠른 속도로 회전이 실시되도록 한다.
다음 2단계 제어모드(즉, 감속 제어모드)는, 상기 ②구간에 해당하는 제어모드로서, 상기 ①구간에서 빠른 속도로 가속된 모터의 속도를 감속시켜 롤러가 산 꼭대기를 지나 튕겨나가지 않도록 방지하기 위한 제어모드이다. 즉, 상기 제어부(120)는 디텐트 롤러가 디텐트레버의 산 꼭대기에서 튕겨나가 디텐트 스프링의 탄성력에 의해 떨어지면서 하강 경사구간을 충격하지 않는 한도 내에서 최대 속도로 제어를 실시하는 제어모드이다. 다만 과도하게 속도를 줄일 경우 디텐트 레버의 형상에 의해 오히려 목표 방향 반대로 회전하지 않도록 제어한다.
다음 3단계 제어모드(즉, 속도유지 제어모드)는, 상기 ③구간에 해당하는 제어모드로서, 상기 ②구간에서 감속된 모터의 회전 속도를 다시 증가시켜 레버 포지션 전환 시간이 짧아질 수 있도록 제어하는 구간이되, 지정된 회전 속도 이상 과도하게 가속될 경우 목표 위치를 넘어서는 오버슛이 발생할 우려가 있고, 레버의 골과 산 사이를 충격하여 소음이 발생될 수 있으므로 지정된 일정한 속도 유지를 수행하는 구간이다.
다음 4단계 제어모드(즉, 정밀위치 제어모드)는, 디텐트레버의 목표 위치(즉, 골 저점)에 정확히 정지하도록 제어하는 모드로서, 디텐트레버를 정확한 위치로 정지시켜 이에 연결된 메뉴얼 밸브가 목표로 하는 유압을 형성할 수 있게 하고, 파킹 기구들도 체결/해제 기능을 할 수 있도록 제어한다.
상기와 같이 본 실시예는 전동식 쉬프트 바이 와이어(SBW) 시스템이 적용된 차량에서 레버 포지션 전환에 걸리는 시간은 빠르게 유지하면서도 레버 포지션 전환 과정에서 발생하였던 소음을 저감시킬 수 있도록 하는 효과가 있다. 이러한 효과는 특히 엔진 회전 소음이 없는 친환경 차량에서 소음 저감 효과가 더욱 크게 느낄 수 있도록 하는 효과가 있다.
이상으로 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
110 : 정보 입력부 120 : 제어부
121 : 제어모드 결정부 122 : 토크 제어기
123 : 속도 제어기 124 : 위치 제어기
125 : 스위치 126 : 발열/과전류 보호부
130 : 모터 구동부

Claims (19)

  1. 전동식 쉬프트 바이 와이어 시스템에서 디텐트레버의 레버 포지션 전환을 위한 모터의 제어를 위해 적어도 하나 이상의 정보를 입력받는 정보 입력부;
    상기 정보 입력부를 통해 입력받은 정보들을 이용하여 디텐트레버의 산과 골을 따라 이동하는 롤러의 위치에 대응하여 모터를 구동하기 위한 모터듀티 제어 신호를 산출하여 출력하는 제어부; 및
    상기 제어부에서 출력하는 모터듀티 제어 신호에 따라 디텐트레버를 회전시키는 모터를 구동하는 모터 구동부;를 포함하고,
    상기 디텐트레버의 산과 골을 따라 롤러가 이동하는 구간은, 상기 디텐트레버의 그루브와 모터의 회전 위치에 대응하여, 상기 롤러가 상승하는 구간에서의 ①구간 및 ②구간과, 상기 롤러가 하강하는 구간에서의 ③구간 및 ④구간으로 구분되고,
    상기 ①구간은 최대토크 제어모드로 모터를 제어하는 구간이고, 상기 ②구간은 감속 제어모드로 모터를 제어하는 구간이고, 상기 ③구간은 속도유지 제어모드 구간이고, 상기 ④구간은 정밀위치 제어모드 구간이고,
    상기 제어부는, 상기 ①구간 내지 ④구간에 각각 설정된 단계별 제어모드를 순차로 변환시켜 상기 단계별 제어모드에 해당하는 모터듀티 제어 신호를 출력하고,
    상기 ①구간은 롤러를 기준으로 보면 골에 있던 롤러가 상승을 시작하여 지정된 제1 위치에 이르는 구간이고, 상기 ②구간은 롤러를 기준으로 보면 상승을 시작한 롤러가 지정된 상기 제1 위치에서 산의 정점에 이르는 구간이고, 상기 ③구간은 롤러를 기준으로 보면 산의 정점을 지나 롤러가 하강을 시작하여 지정된 제2 위치에 이르는 구간이고, 상기 ④구간은 롤러를 기준으로 보면 하강을 시작한 롤러가 지정된 상기 제2 위치에서 골의 저점에 이르는 구간인 것을 특징으로 하는 전동식 쉬프트 바이 와이어 시스템의 모터 제어 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 정보 입력부는,
    차량의 전자제어장치(ECU) 또는 차량에 설치된 적어도 하나 이상의 센서로부터 현재토크, 목표토크, 피드포워드(Feedforward) 정보, 모터온도, 현재속도, 목표속도, 및 모터전류 중 적어도 하나 이상의 정보를 입력받는 것을 특징으로 하는 전동식 쉬프트 바이 와이어 시스템의 모터 제어 장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 ①구간은,
    모터를 기준으로 보면 정지해 있던 모터를 최대 듀티로 기동시키는 구간을 의미하는 것을 특징으로 하는 전동식 쉬프트 바이 와이어 시스템의 모터 제어 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 ②구간은,
    터를 기준으로 보면 롤러가 산의 정점을 지나 튕겨오르는 현상을 방지하기 위해 감속시키는 구간을 의미하는 것을 특징으로 하는 전동식 쉬프트 바이 와이어 시스템의 모터 제어 장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 ③구간은,
    모터를 기준으로 보면 상기 ②구간을 지나며 감속된 모터 회전 속도를 다시 상승시키되 지정된 속도 이상으로 과속되지 않도록 일정하게 유지시키는 구간을 의미하는 것을 특징으로 하는 전동식 쉬프트 바이 와이어 시스템의 모터 제어 장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 ④구간은,
    모터를 기준으로 보면 롤러가 골의 저점에 충돌하지 않고 정지할 수 있도록 모터 회전 속도를 정밀 제어하는 구간을 의미하는 것을 특징으로 하는 전동식 쉬프트 바이 와이어 시스템의 모터 제어 장치.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 디텐트레버의 형상이나 그루브, 및 모터의 회전 위치에 대응하여,
    제어모드 결정, 토크 제어, 속도 제어, 및 위치 제어를 수행하며,
    이를 위하여 복수의 기능수단으로서, 제어모드 결정부, 토크 제어기, 속도 제어기, 및 위치 제어기가 하나로 통합되어 구현되는 것을 특징으로 하는 전동식 쉬프트 바이 와이어 시스템의 모터 제어 장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 토크 제어기는 피드포워드(Feedforward) 정보를 바탕으로 현재토크가 목표토크를 추종할 수 있도록 하는 목표듀티 제어 신호를 출력하고,
    상기 속도 제어기는 피드포워드(Feedforward) 정보를 바탕으로 현재속도가 목표속도를 추종할 수 있도록 하는 목표듀티 제어 신호를 출력하며,
    상기 위치 제어기는 피드포워드(Feedforward) 정보를 바탕으로 현재위치가 목표위치를 추종할 수 있도록 하는 목표듀티 제어 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 전동식 쉬프트 바이 와이어 시스템의 모터 제어 장치.
  12. 제 10항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 제어모드 결정부에서 결정된 제어모드에 따라,
    상기 복수의 기능수단에서 출력되는 목표듀티 제어 신호 중 어느 하나를 선택적으로 출력하거나, 상기 복수의 기능수단에서 출력되는 목표듀티 제어 신호를 조합하여 출력할 수 있는 스위치;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 쉬프트 바이 와이어 시스템의 모터 제어 장치.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 제어부는,
    모터온도 정보에 기초하여 모터가 지정된 온도 이상 발열되는 경우, 상기 스위치를 통해 출력된 목표듀티 제어 신호의 듀티를 조정하여, 발열을 저감시킬 수 있도록 조정된 최종 목표듀티를 출력하고, 또한
    모터전류 정보에 기초하여 모터에 인가되는 전류가 지정된 전류 이상 과전류인 경우, 상기 스위치를 통해 출력된 목표듀티 제어 신호의 듀티를 조정하여, 과전류를 저감시킬 수 있도록 조정된 최종 목표듀티를 출력하는 발열/과전류 보호부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 쉬프트 바이 와이어 시스템의 모터 제어 장치.
  14. 전동식 쉬프트 바이 와이어 시스템에서 디텐트레버의 레버 포지션 전환을 위한 모터의 제어를 위해 적어도 하나 이상의 정보를 입력받는 단계;;
    제어부가 상기 입력받은 정보들을 이용하여 디텐트레버의 산과 골을 따라 이동하는 롤러의 위치에 대응하여 모터를 구동하기 위한 모터듀티 제어 신호를 산출하여 출력하는 단계; 및
    상기 제어부에서 출력하는 모터듀티 제어 신호에 따라 디텐트레버를 회전시키는 모터를 구동하는 단계;를 포함하고,
    상기 디텐트레버의 산과 골을 따라 롤러가 이동하는 구간은, 상기 디텐트레버의 그루브와 모터의 회전 위치에 대응하여, 상기 롤러가 상승하는 구간에서의 ①구간 및 ②구간과, 상기 롤러가 하강하는 구간에서의 ③구간 및 ④구간으로 구분되고,
    상기 ①구간은 최대토크 제어모드로 모터를 제어하는 구간이고, 상기 ②구간은 감속 제어모드로 모터를 제어하는 구간이고, 상기 ③구간은 속도유지 제어모드 구간이고, 상기 ④구간은 정밀위치 제어모드 구간이고,
    상기 모터듀티 제어 신호를 산출하여 출력하는 단계에서,
    상기 제어부는, 상기 ①구간 내지 ④구간에 각각 설정된 단계별 제어모드를 순차로 변환시켜 상기 단계별 제어모드에 해당하는 모터듀티 제어 신호를 출력하고,
    상기 ①구간은 롤러를 기준으로 보면 골에 있던 롤러가 상승을 시작하여 지정된 제1 위치에 이르는 구간이고, 상기 ②구간은 롤러를 기준으로 보면 상승을 시작한 롤러가 지정된 상기 제1 위치에서 산의 정점에 이르는 구간이고, 상기 ③구간은 롤러를 기준으로 보면 산의 정점을 지나 롤러가 하강을 시작하여 지정된 제2 위치에 이르는 구간이고, 상기 ④구간은 롤러를 기준으로 보면 하강을 시작한 롤러가 지정된 상기 제2 위치에서 골의 저점에 이르는 구간인 것을 특징으로 하는 전동식 쉬프트 바이 와이어 시스템의 모터 제어 방법.
  15. 삭제
  16. 제 14항에 있어서, 상기 모터듀티 제어 신호를 산출하여 출력하기 위하여,
    상기 제어부는,
    상기 ①구간에서, 정지해 있던 모터를 최대 듀티로 기동시키는 제어를 수행하며,
    상기 ②구간에서, 롤러가 산의 정점을 지나 튕겨오르는 현상을 방지하기 위해 모터의 회전 속도를 감속시키는 제어를 수행하며,
    상기 ③구간에서, 상기 ②구간을 지나며 감속된 모터 회전 속도를 다시 상승시키되 지정된 속도 이상으로 과속되지 않도록 일정하게 유지시키는 제어를 수행하며,
    상기 ④구간에서, 롤러가 골의 저점에 충돌하지 않고 정지할 수 있도록 모터 회전 속도를 정밀 제어하는 것을 특징으로 하는 전동식 쉬프트 바이 와이어 시스템의 모터 제어 방법.
  17. 제 14항에 있어서, 상기 모터듀티 제어 신호를 산출하여 출력하는 단계에서,
    상기 제어부는,
    통합 구현된 토크 제어기를 통해 피드포워드(Feedforward) 정보를 바탕으로 현재토크가 목표토크를 추종할 수 있도록 하는 목표듀티 제어 신호를 출력하고,
    통합 구현된 속도 제어기를 통해 피드포워드(Feedforward) 정보를 바탕으로 현재속도가 목표속도를 추종할 수 있도록 하는 목표듀티 제어 신호를 출력하며,
    통합 구현된 위치 제어기를 통해 피드포워드(Feedforward) 정보를 바탕으로 현재위치가 목표위치를 추종할 수 있도록 하는 목표듀티 제어 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 전동식 쉬프트 바이 와이어 시스템의 모터 제어 방법.
  18. 제 17항에 있어서, 상기 제어부는,
    통합 구현된 스위치를 통해,
    제어모드 결정부에서 결정된 제어모드에 따라,
    상기 토크 제어기, 속도 제어기, 및 위치 제어기에서 출력하는 목표듀티 제어 신호 중 어느 하나를 선택적으로 출력하거나,
    상기 토크 제어기, 속도 제어기, 및 위치 제어기에서 출력되는 목표듀티 제어 신호를 조합하여 출력하는 것을 특징으로 하는 전동식 쉬프트 바이 와이어 시스템의 모터 제어 방법.
  19. 제 17항에 있어서, 상기 모터듀티 제어 신호를 산출하여 출력하기 위하여,
    상기 제어부는,
    통합 구현된 발열/과전류 보호부를 통해,
    모터온도 정보에 기초하여 모터가 지정된 온도 이상 발열되는 경우, 스위치를 통해 출력된 목표듀티 제어 신호의 듀티를 조정하여, 발열을 저감시킬 수 있도록 조정된 최종 목표듀티를 출력하고, 또한
    모터전류 정보에 기초하여 모터에 인가되는 전류가 지정된 전류 이상 과전류인 경우, 스위치를 통해 출력된 목표듀티 제어 신호의 듀티를 조정하여, 과전류를 저감시킬 수 있도록 조정된 최종 목표듀티를 출력하는 것을 특징으로 하는 전동식 쉬프트 바이 와이어 시스템의 모터 제어 방법.
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