KR102361739B1 - 중앙제어 모듈 장치의 전기모터 개별 제어방법 - Google Patents

중앙제어 모듈 장치의 전기모터 개별 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 중앙제어 모듈 장치의 전기모터 개별 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차량의 이동을 위해 전기로 구동하는 모터 및 이를 제어하는 2개 이상의 복수로 구성된 컨트롤러를 포함하는 이동장치에서 각 모터의 회전속도 및 부하 등에 따라 상호 유기적으로 구동될 수 있도록 제어하는 독립적인 별도의 중앙제어수단을 구비하여 효율적인 구동 및 뒷바퀴가 상대적으로 빠르게 구동되어 주행불량이 야기될 경우 균형 유지 기능을 갖출 수 있도록 하면서 차량 하부의 공기흐름을 변형시켜 차체의 안정성을 증대시키도록 개선한 중앙제어 모듈 장치의 전기모터 개별 제어방법에 관한 것이다.

Description

중앙제어 모듈 장치의 전기모터 개별 제어방법{Individual control method of electric motor of central control module device}
본 발명은 중앙제어 모듈 장치의 전기모터 개별 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차량의 이동을 위해 전기로 구동하는 모터 및 이를 제어하는 2개 이상의 복수로 구성된 컨트롤러를 포함하는 이동장치에서 각 모터의 회전속도 및 부하 등에 따라 상호 유기적으로 구동될 수 있도록 제어하는 독립적인 별도의 중앙제어수단을 구비하여 효율적인 구동 및 뒷바퀴가 상대적으로 빠르게 구동되어 주행불량이 야기될 경우 균형 유지 기능을 갖출 수 있도록 하면서 차량 하부의 공기흐름을 변형시켜 차체의 안정성을 증대시키도록 개선한 중앙제어 모듈 장치의 전기모터 개별 제어방법에 관한 것이다.
차량은 탑승하는 사용자가 원하는 방향으로 이동시키는 장치이다. 대표적으로 자동차를 예를 들 수 있다.
차량을 이용하는 사용자의 편의를 위해 각종 센서와 전자장치 등이 구비되고 있는 추세이다.
예컨대, 사용자의 운전 편의를 위해 차량운전자 보조시스템(ADAS:Advanced Driver Assistance System)에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있고, 나아가 자율주행차량(Autonomous Vehicle)에 대한 개발이 활발하게 이루어지고 있다.
최근에는 전기 차량이 상용화되어 출시되고 있다. 전기 차량은 모터를 동력원으로 한다.
이러한, 전기 차량은 배터리에서 제공되는 전기 에너지를 기초로 주행하며, 전기 에너지를 효율적으로 활용하기 위해 다양한 연구가 진행 중에 있다.
한편, 모터는 종류에 따라 서로 다른 효율 특성을 가지며, 전기 차량에 하나 혹은 그 이상이 탑재되어 구동 제어되고 있다.
그런데, 2개의 바퀴가 각각의 전기모터에 의해 독립구동될 때 앞바퀴의 속도 또는 뒷바퀴의 속도, 앞바퀴에 걸리는 부하 또는 뒷바퀴에 걸리는 부하 등에 따라 전기모터의 동기화가 불량해지면 차량의 구동을 안정적으로 제어할 수 없게 되는 문제가 생긴다.
특히, 뒷바퀴가 상대적으로 빠르게 구동되어 주행불량이 야기될 경우가 있다.
국내 특허 등록번호 제10-1976423호(2019.05.02.) 전기 차량용 모터 제어 시스템 및 차량
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 제반 문제점들을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 차량의 이동을 위해 전기로 구동하는 모터 및 이를 제어하는 2개 이상의 복수로 구성된 컨트롤러를 포함하는 이동장치에서 각 모터의 회전속도 및 부하 등에 따라 상호 유기적으로 구동될 수 있도록 제어하는 독립적인 별도의 중앙제어수단을 구비하여 효율적인 구동 및 뒷바퀴가 상대적으로 빠르게 구동되어 주행불량이 야기될 경우 균형 유지 기능을 갖출 수 있도록 하면서 차량 하부의 공기흐름을 변형시켜 차체의 안정성을 증대시키도록 개선한 중앙제어 모듈 장치의 전기모터 개별 제어방법을 제공함에 그 주된 목적이 있다.
본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로, 차체(100)와, 상기 차체(100)의 앞,뒷쪽에 각각 설치된 제1,2전기모터(130,140)와, 상기 제1전기모터(130)에 의해 구동되는 앞바퀴(110)와, 상기 제2모터(140)에 의해 구동되는 뒷바퀴(120)를 포함한 차량에 설치되는 중앙제어모듈(200)을 이용하여 중앙제어 모듈 장치의 전기모터를 개별적으로 제어하는 방법에 있어서;
상기 중앙제어모듈(200)이 제1,2컨트롤러(150,160)로부터 각 전기모터의 출력신호를 수신하여 앞바퀴(110)와 뒷바퀴(120)의 작동상태를 감지하는 제1과정;
상기 제1과정 후 상기 중앙제어모듈(200)이 감지된 앞바퀴(110)와 뒷바퀴(120)의 작동상태중 메인인 앞바퀴(110)를 기준으로 모터의 출력, 모터의 온도, 전류, 회전속도 정보를 비교하는 제2과정;
상기 제2과정 후 상기 중앙제어모듈(200)이 메인인 앞바퀴(110)와 비교하여 서브인 뒷바퀴(120)의 상태를 조절하여 앞바퀴(110)에 동기화시키는 제3과정;을 포함하되,
뒷바퀴(120)의 회전속도가 앞바퀴(110)에 비해 상대적으로 일정수준 이상 빠른 경우 뒷바퀴(120)의 회전속도를 줄여 뒷바퀴(120)가 접지력을 잃지 않도록 하면서 앞바퀴(110)의 회전속도를 뒷바퀴(120)의 회전속도보다 1.1배 높게 유지하여 안정적인 주행속도가 이루어지도록 제어하는 것을 특징으로 하는 중앙제어 모듈 장치의 전기모터 개별 제어방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 차량의 이동을 위해 전기로 구동하는 모터 및 이를 제어하는 2개 이상의 복수로 구성된 컨트롤러를 포함하는 이동장치에서 각 모터의 회전속도 및 부하 등에 따라 상호 유기적으로 구동될 수 있도록 제어하는 독립적인 별도의 중앙제어수단을 구비하여 효율적인 구동 및 뒷바퀴가 상대적으로 빠르게 구동되어 주행불량이 야기될 경우 균형 유지 기능을 갖출 수 있도록 하면서 차량 하부의 공기흐름을 변형시켜 차체의 안정성을 증대시키도록 개선한 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 방법 구현을 위한 중앙제어 모듈 장치의 기본 구성을 보인 개략적인 모식도이다.
도 2 내지 도 5는 본 발명에 따른 차량의 기능 강화를 위한 부속설비의 설치예를 부분적으로 보인 예시도이다.
이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명은 전기모터에 의해 구동되는 차량에서 2개의 바퀴가 각각의 전기모터에 의해 독립구동될 때 앞바퀴의 속도 또는 뒷바퀴의 속도, 앞바퀴에 걸리는 부하 또는 뒷바퀴에 걸리는 부하 등에 따라 전기모터의 동기화가 불량해지면 이를 반영하여 차량의 구동을 안정적으로 제어할 수 있도록 중앙제어모듈을 제공한다.
이때, 상기 중앙제어모듈은 앞바퀴의 구동을 제어하는 제1컨트롤러와, 뒷바퀴의 구동을 제어하는 제2컨트롤러로부터 제어신호를 수신하여 이들을 유기적으로 제어할 수 있도록 구성된다.
즉, 독립적인 2개의 전기모터는 각 컨트롤러에 의해 각 인버터를 제어하여 구동 제어하고, 2개의 전기모터가 동기화되도록 한 쪽을 메인(Main)으로 설정하고, 나머지는 서브(Sub)로 설정하여 서브전기모터측이 자연스럽게 토크스티어(Toke steer)에 의해 구동이 자연스러워지게 된다.
다시 말해, 물리적인 토크 스티어를 자연스럽게 이용하는 인버터로 토크값을 제어할 수 있게 된다. 이 경우, 두 개의 인버터를 세밀하게 조절하기 위해 상기 중앙제어모듈이 요구되며, 이를 통해 구동 안정성을 확보할 수 있게 된다.
구체적으로, 도 1의 예시와 같이, 본 발명에 따른 중앙제어 모듈 장치의 전기모터 개별 제어방법을 구현하는 중앙제어모듈(200)은 차체(100)에 탑재된다.
그리고, 차체(100)의 양측에는 앞바퀴(110)와 뒷바퀴(120)가 장착되고, 이들은 각각 제1,2전기모터(130,140)에 의해 구동될 수 있게 설치된다.
이때, 도 1은 설명을 위해 모식화된 도면으로서 조향시스템 등의 구체적인 구성은 생략한 상태이며, 제1,2전기모터(130,140) 각각은 양축 회전구조를 가져 하나의 모터로 앞바퀴 2개 혹은 뒷바퀴 2개를 동시에 회전구동시킬 수 있도록 유니버셜죠인트로 축 고정된 상태이다.
또한, 상기 제1,2전기모터(130,140)에는 제어를 위한 인버터가 탑재되고, 상기 인버터는 각각 제1,2컨트롤러(150,160)에 의해 제어되도록 구성된다.
아울러, 상기 차체(100)의 길이 중앙부에는 상기 제1,2컨트롤러(150,160)와 연결되어 이들을 제어하는 중앙제어모듈(200)이 더 설치된다.
상기 중앙제어모듈(200)은 앞바퀴(110)와 뒷바퀴(120)가 동일한 출력을 내야 하기 때문에 제1,2컨트롤러(150,160)와 통신하여 출력을 맞추는 제어를 하게 된다.
이때, 본 발명에서는 앞바퀴(110)를 메인으로 설정하고, 뒷바퀴(120)는 서브로 설정한다.
그리고, 모든 가속신호, 감속신호, 정지신호는 제1컨트롤러(150)에서 신호를 받아 중앙제어모듈(200)이 구동에 필요한 전력량을 계산하고, 이를 토대로 앞바퀴(110)와 뒷바퀴(120)가 동일한 토크와 속도로 구동되게 균형 제어하게 된다.
특히, 뒷바퀴(120)가 접지력을 잃었다고 판단될 경우, 뒷바퀴(120)의 회전속도를 줄이는 것과 동시에 앞바퀴(110)의 회전속도는 일정하게 유지하도록 제어한다.
여기에서, 뒷바퀴(120)가 접지력을 잃었다고 판단될 경우란 뒷바퀴(120)의 회전속도가 앞바퀴(110)에 비해 상대적으로 일정수준 이상 빠른 경우로서 통상 1.3배 이상일 때를 말한다.
이러한 경우, 본 발명에서는 뒷바퀴(120)의 회전속도를 줄여서 뒷바퀴(120)가 접지력을 잃지 않도록 하면서 앞바퀴(110)의 회전속도를 뒷바퀴(120)의 회전속도보다 1.1배 높게 유지하여 안정적인 주행속도가 이루어지도록 제어할 수 있다.
이러한 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 모터 제어방법은 다음과 같이 동작될 수 있다.
즉, 중앙제어모듈(200)은 제1,2컨트롤러(150,160)로부터 각 전기모터의 출력신호를 수신하여 앞바퀴(110)와 뒷바퀴(120)의 작동상태를 감지하는 과정을 먼저 거친다.
그런 다음, 상기 중앙제어모듈(200)은 감지된 앞바퀴(110)와 뒷바퀴(120)의 작동상태중 메인인 앞바퀴(110)를 기준으로 모터의 출력, 모터의 온도, 전류, 회전속도 정보를 비교하는 과정을 거친다.
이때, 모터의 온도는 온도센서, 전류는 전류센서, 회전속도는 속도센서(Resolver)에 의해 계측된 정보를 읽어들임으로써 수집된다.
이어, 상기 중앙제어모듈(200)은 메인인 앞바퀴(110)와 비교하여 서브인 뒷바퀴(120)의 상태를 조절하여 앞바퀴(110)에 동기화시키는 과정이 수행된다.
특히, 뒷바퀴(120)의 회전속도가 앞바퀴(110)에 비해 상대적으로 일정수준 이상 빠른 경우 뒷바퀴(120)의 회전속도를 줄여 뒷바퀴(120)가 접지력을 잃지 않도록 하면서 앞바퀴(110)의 회전속도를 뒷바퀴(120)의 회전속도보다 1.1배 높게 유지하여 안정적인 주행속도가 이루어지도록 제어한다.
이렇게 함으로써, 앞바퀴(110)와 뒷바퀴(120)는 항상 메인인 앞바퀴(110)의 상태에 종속하여 뒷바퀴(120)가 동기화됨으로써 안정적인 구동관계를 유지할 수 있게 된다.
덧붙여, 도 2의 예시와 같이 차체(100)의 하면에 공냉안내캡(300)이 더 설치된다.
상기 공냉안내캡(300)은 차체(100)의 하면에 부착되어 차체(100)의 하면과의 사이에 공기유로(310)를 형성함으로써 차량이 고속으로 주행할 때 이 공기유로(310)를 통해 공기가 고속으로 지나가도록 하여 차체(100) 상부, 즉 모터가 설치된 공간 내부 공기를 빨아들여 공기유동이 일어나게 함으로써 모터 등 설비들을 공냉시킬 수 있도록 구성된다.
이를 위해, 상기 차체(100)의 하면에는 상기 공기유로(310)를 향해 돌출된 직삼각돌출부(102)를 포함하며, 이 직삼각돌출부(102)의 직각면에는 통기공(104)이 형성되어 상기 공기유로(310)와 연통되게 구성된다.
즉, 차체(100) 상부와 차체(100) 하부가 상기 통기공(104)에 의해 연통되게 구성되되, 직삼각돌출부(102)의 경사면, 즉 빗면은 폐쇄되어 있고 직각면에만 통기공(104)이 형성되게 하여 유입되는 공기가 통기공(104)을 통해 역류되지 않도록 설계된다.
이와 같이 구성하게 되면 공기유로(310)를 신속하게 빠져나가는 압에 의해 차체(100) 상부의 공기가 통기공(104)을 통해 벤츄리 효과에 의해 빨려나가면서 통기가 이루어지게 된다.
뿐만 아니라, 도 3의 예시와 같이 차체(100)의 양측면 도어 하측에는 유속안정가이드(400)가 돌출된다.
상기 유속안정가이드(400)은 상면은 평평하고 하면은 선단, 즉 차량의 앞부분쪽이 하부로 볼록하게 돌출된 상태에서 후단으로 갈수록 상하폭이 점점 좁아지게 유선형으로 형성된다.
이렇게 형성하게 되면 차량이 고속으로 주행할 때 상면을 타고 흐르는 공기와 하면을 타고 흐르는 공기의 속도차가 발생하게 되는데 하면을 타고 흐르는 공기의 속도가 빠를수 밖에 없다.
이것은 베르누이정리에 따라 하면측 공기압이 더 낮아지고, 상면측 공기압이 상대적으로 높아지게 되어 하방향으로 양력이 발생하게 되며, 이로 인해 고속주행시 차체(100)를 도로쪽으로 눌러 내리는 힘이 작용하여 차량이 매우 안정적인 상태로 흔들림없이 주행할 수 있도록 하여 준다.
또한, 도 4의 예시와 같이 차체(100)의 무게중심을 균형있게 유지하여 차량이 안정적으로 좌우요동없이 주행할 수 있도록 무게중심조절유닛을 더 구비할 수 있다.
상기 무게중심조절유닛은 상기 중앙제어모듈(200)에 의해 제어되는 앞뒤무게조절기(500)와, 좌우무게조절기(600)로 이루어지며, 앞뒤무게조절기(500)는 앞뒤무게조절모터(510)와, 이 모터의 모터축에 설치되는 앞뒤조절볼스크류(520) 및 상기 앞뒤조절볼스크류(520)에 치결합되어 앞뒤로 움직이면서 무게를 조절하는 사각블럭형태의 앞뒤무게조절추(530)로 이루어진다.
또한, 상기 좌우무게조절기(600)는 좌우무게조절모터(610)와, 이 모터의 모터축에 설치되는 좌우조절볼스크류(620) 및 상기 좌우조절볼스크류(620)에 치결합되어 좌우로 움직이면서 무게를 조절하는 사각블럭형태의 좌우무게조절추(630)로 이루어진다.
그리하여, 상기 중앙제어모듈(200)이 각 차축에서 검출되는 하중을 상호 비교하여 무게차이를 확인하고, 앞뒤무게조절기(500) 및 좌우무게조절기(600)를 제어하여 각 차축에 걸리는 무게가 오차범위 내에서 균등하게 유지되면 무게중심이 조절된 것으로 판단하고 무게조절 작업을 종료하는 형태로 제어된다.
이렇게 하면, 차량의 무게중심이 항상 차의 중심에 있기 때문에 주행 안정성이 현격히 향상되고, 연비도 개선된다.
뿐만 아니라, 본 발명에서는 도 5의 예시와 같이, 차체(100)의 하부에 접지부재(700)를 더 구비하여 특히, 겨울철 정전기 발생을 억제하도록 구성할 수 있다.
즉, 도 5에 따르면, 차체(100)의 하부면에는 스텝모터(720)를 고정하고, 상기 스텝모터(720)의 회전축에는 금속으로 된 접지부재(700)의 일단을 고정하여 상기 스텝모터(720)가 일정 각도 내에서 회전될 때 접지부재(700)의 타단이 지면에 접촉될 수 있도록 구성한다.
그런 다음, 상기 접지부재(700)의 일부에는 차체(100)에 고정된 스프링(710)을 결속하여 통전상태를 유지하면서 스텝모터(720) 고장시 자동으로 접어지도록 하여 주행에 방해가 되지 않도록 구성할 수 있다.
특히, 스텝모터(720)가 차체(100)의 하부에 설치된 관계로 비산물체로부터 보호하기 위해 보호커버(730)를 더 구비할 수 있다.
100: 차체
110: 앞바퀴
120: 뒷바퀴
130: 제1전기모터
140: 제2전기모터
150: 제1컨트롤러
160: 제2컨트롤러
200: 중앙제어모듈

Claims (1)

  1. 차체(100)와, 상기 차체(100)의 앞,뒷쪽에 각각 설치된 제1,2전기모터(130,140)와, 상기 제1전기모터(130)에 의해 구동되는 앞바퀴(110)와, 상기 제2전기모터(140)에 의해 구동되는 뒷바퀴(120)를 포함한 차량에 설치되는 중앙제어모듈(200)을 포함하고; 상기 중앙제어모듈(200)이 제1,2컨트롤러(150,160)로부터 각 전기모터의 출력신호를 수신하여 앞바퀴(110)와 뒷바퀴(120)의 작동상태를 감지하는 제1과정; 상기 제1과정 후 상기 중앙제어모듈(200)이 감지된 앞바퀴(110)와 뒷바퀴(120)의 작동상태중 메인인 앞바퀴(110)를 기준으로 모터의 출력, 모터의 온도, 전류, 회전속도 정보를 비교하는 제2과정; 상기 제2과정 후 상기 중앙제어모듈(200)이 메인인 앞바퀴(110)와 비교하여 서브인 뒷바퀴(120)의 상태를 조절하여 앞바퀴(110)에 동기화시키는 제3과정;을 포함하는 중앙제어 모듈 장치의 전기모터를 개별적으로 제어하는 방법에 있어서;
    뒷바퀴(120)의 회전속도가 앞바퀴(110)에 비해 상대적으로 일정수준 이상 빠른 경우, 상기 중앙제어모듈(200)은 뒷바퀴(120)의 회전속도를 줄여 뒷바퀴(120)가 접지력을 잃지 않도록 하면서 앞바퀴(110)의 회전속도를 뒷바퀴(120)의 회전속도보다 1.1배 높게 유지하여 안정적인 주행속도가 이루어지도록 제어하고;
    상기 차체(100)의 하면에는 공냉안내캡(300)이 더 부착 설치되고, 상기 차체(100)의 하면에는 공냉안내캡(300) 내부에 형성된 공기유로(310)를 향해 돌출된 직삼각돌출부(102)가 더 형성되며, 상기 직삼각돌출부(102)의 직각면에는 통기공(104)이 형성되어 상기 공기유로(310)와 연통되게 구성되어 공기유로(310)를 빠져나가는 압에 의해 차체(100) 상부의 공기가 통기공(104)을 통해 벤츄리 효과에 의해 빨려나가면서 통기되어 냉각되도록 동작하며;
    상기 차체(100)의 양측면 도어 하측에는 유속안정가이드(400)가 돌출되고, 상기 유속안정가이드(400)의 상면은 평평하고 하면은 차량의 앞부분쪽이 하부로 볼록하게 돌출된 상태에서 후단으로 갈수록 상하폭이 점점 좁아지게 유선형으로 형성되어 고속주행시 차체(100)를 도로쪽으로 눌러 내리는 힘이 작용케하여 차체(100)의 흔들림을 줄이는 것을 특징으로 하는 중앙제어 모듈 장치의 전기모터 개별 제어방법.
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