KR102485380B1 - 차량용 알터네이터 제어 장치 및 그 방법 - Google Patents

차량용 알터네이터 제어 장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 초기 엔진 안정화 이후 목표 PWM 듀티 사이클의 기울기를 시간 경과에 따라 변화시킬 수 있는 차량용 알터네이터 제어 장치 및 그 방법을 제안한다. 현재 PWM 듀티 사이클이 기울기 변경 가능 임계 듀티 사이클보다 낮으면 엔진에 무리를 가하지 않기 위해 초기 ECU로부터 수신된 기울기를 적용하고, 시간이 경과하여 현재 PWM 듀티 사이클이 기울기 변경 가능 임계 듀티 사이클을 넘으면 기울기를 자유롭게 변경함으로써 엔진 RPM 요동과 진동을 실시간으로 유연하게 억제할 수 있고, 알터네이터 출력 전압의 응답 속도를 개선할 수 있게 된다.

Description

차량용 알터네이터 제어 장치 및 그 방법{APPARATUS FOR CONTROLLING ALTERNATOR OF VEHICLE AND METHOD THEREOF}
본 발명은 차량용 알터네이터 제어 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
차량 내에 각종 전자 장치가 장착됨에 따라 전장 부하가 차지하는 비중이 점차 증대되고 있다. 이러한 전장 부하로 인하여 차량의 연비를 향상시키기 위한 다양한 유형의 발전 제어 시스템들이 제안되고 있으며, 엔진의 회전 동력을 이용하여 전기를 발전하는 알터네이터 발전 제어 로직의 개발이 진행 중에 있다.
알터네이터는 차량에 설치되어 배터리를 충전하는 등 차량에 소요되는 전력을 생산하는 장치로서, 발전을 하는 교류 발전기, 정류를 하는 정류기, 전압을 제어하는 레귤레이터 등이 포함되며, 레귤레이터는 알터네이터의 직류 전압을 ECU로부터 수신된 목표 전압으로 일정하게 유지시키기 위해 목표 전압과 알터네이터의 현재 출력 전압을 비교하고, 교류 발전기의 로터 전자석으로 출력되는 전류의 목표 PWM 듀티 사이클을 결정할 수 있다.
따라서, 레귤레이터는 현재 PWM 듀티 사이클에서 목표 PWM 듀티 사이클로 도달하는 속도(기울기)를 ECU로부터 수신하여 도달 속도(기울기)에 따라 현재 PWM 듀티 사이클을 변화시켜 로터 전자석으로 출력되는 전류량을 제어할 수 있다.
그러나, 종래의 알터네이터 레귤레이터는 ECU로부터 수신되는 도달 속도(기울기)가 한번 선택되면, 목표 PWM 듀티 사이클이 바뀌지 않는 이상 기울기를 변경시킬 수 없기 때문에 목표 전압에 도달하는 속도를 가변할 수 없으며, 이에 따라 알터네이터 출력 전압의 응답 속도를 개선할 수 없다.
본 발명의 일 측면은, 초기 엔진 안정화 이후 목표 PWM 듀티 사이클의 기울기를 시간 경과에 따라 변화시킬 수 있는 차량용 알터네이터 제어 장치 및 그 방법을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 의한 차량용 알터네이터 제어 장치는, 엔진의 회전 동력을 이용하여 전기를 발전하는 알터네이터; 알터네이터의 현재 출력 전압을 목표 전압으로 제어하는 레귤레이터;를 포함하고, 레귤레이터는, 목표 전압과 알터네이터의 전압 차이를 계산하여 목표 PWM 듀티를 결정하는 듀티 결정부; 현재 PWM 듀티에서 목표 PWM 듀티에 도달하는 속도인 기울기를 제어하는 기울기 제어부;를 더 포함할 수 있다.
기울기 제어부는, 레귤레이터의 PWM 듀티 기울기를 시간에 따라 가변시킬 수 있다.
기울기 제어부는, ECU로부터 LIN 통신을 통해 기울기 변경이 가능한 임계 듀티 사이클과 실시간 기울기 값을 수신할 수 있다.
기울기 제어부는, ECU로부터 수신된 기울기 값에 따라 현재 PWM 듀티 사이클을 변경시킬 수 있다.
기울기 제어부는, 현재 PWM 듀티 사이클을 임계 듀티 사이클과 비교하여, 현재 PWM 듀티 사이클이 임계 듀티 사이클보다 작으면, ECU로부터 초기 설정된 기울기를 이용할 수 있다.
기울기 제어부는, 초기 설정된 기울기를 이용하여 로터 전자석에 입력되는 전류를 출력하는 최종 PWM 듀티 사이클을 변화시킬 수 있다.
기울기 제어부는, 현재 PWM 듀티 사이클을 임계 듀티 사이클과 비교하여, 현재 PWM 듀티 사이클이 임계 듀티 사이클보다 크면, 기울기를 가변시킬 수 있다.
기울기 제어부는, 가변된 기울기를 이용하여 로터 전자석에 입력되는 전류를 출력하는 최종 PWM 듀티 사이클을 변화시킬 수 있다.
기울기 제어부는, ECU로부터 복수 개의 기울기 값을 수신하고, 수신된 복수 개의 기울기 값에 따라 실시간으로 PWM 듀티 사이클을 변경시킬 수 있다.
기울기 제어부는, 기울기에 따라 출력 PWM 듀티 사이클을 제어하여 로터 전자석에 입력되는 전류를 출력할 수 있다.
그리고, 본 발명의 다른 측면에 의한 차량용 알터네이터 제어 장치는, 엔진의 회전 동력을 이용하여 배터리와 전장 부하에 전압을 공급하는 알터네이터; 알터네이터의 출력 전압을 목표 전압으로 제어하는 레귤레이터;를 포함하고, 레귤레이터는, 목표 전압과 알터네이터의 전압 차이를 계산하여 목표 PWM 듀티를 결정하고, 현재 PWM 듀티에서 목표 PWM 듀티에 도달하는 속도인 기울기를 가변 제어할 수 있다.
레귤레이터는, ECU로부터 실시간 기울기 값과, 기울기의 변경이 가능한 임계 듀티 사이클을 수신하여 로터 전자석에 입력되는 전류를 출력하는 최종 PWM 듀티 사이클을 변화시킬 수 있다.
레귤레이터는, 현재 PWM 듀티 사이클을 임계 듀티 사이클과 비교하여, 현재 PWM 듀티 사이클이 임계 듀티 사이클보다 작으면, ECU로부터 초기 설정된 기울기를 이용하여 현재 PWM 듀티 사이클을 변경시킬 수 있다.
기울기 제어부는, 현재 PWM 듀티 사이클을 임계 듀티 사이클과 비교하여, 현재 PWM 듀티 사이클이 임계 듀티 사이클보다 크면, 기울기를 가변시켜 현재 PWM 듀티 사이클을 기울기에 따라 실시간으로 변경시킬 수 있다.
기울기 제어부는, 실시간으로 변경되는 기울기를 이용하여 최종 PWM 듀티 사이클을 변화시킬 수 있다.
그리고, 본 발명의 일 측면은 엔진의 회전 동력을 이용하여 전기를 발전하는 차량용 알터네이터 제어 방법에 있어서, ECU로부터 목표 전압을 수신하고; 알터네이터의 현재 출력 전압을 목표 전압과 비교하여 목표 PWM 듀티 사이클을 결정하고; ECU로부터 임계 듀티 사이클을 수신하고; 현재 PWM 듀티 사이클이 임계 듀티 사이클보다 큰가를 비교하고; 현재 PWM 듀티 사이클이 임계 듀티 사이클보다 크면, 목표 PWM 듀티 사이클에 도달하는 속도인 기울기를 제어하는 것;을 포함할 수 있다.
임계 듀티 사이클은, ECU로부터 수신된 기울기 값에 따라 현재 PWM 듀티 사이클의 기울기를 변경시키기 위한 임계 값이다.
기울기를 제어하는 것은, 현재 PWM 듀티 사이클의 기울기를 시간 경과에 따라 가변시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 의한 차량용 알터네이터 제어 방법은, 시간 경과에 따라 가변된 기울기를 이용하여 목표 PWM 듀티 사이클에 도달하는 것;을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 의한 차량용 알터네이터 제어 방법은, 현재 PWM 듀티 사이클이 임계 듀티 사이클보다 작으면, ECU로부터 초기 설정된 기울기를 이용하여 목표 PWM 듀티 사이클에 도달하는 것;을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 의한 차량용 알터네이터 제어 장치 및 그 방법에 의하면, 현재 PWM 듀티 사이클이 기울기 변경 가능 듀티 사이클보다 낮으면 엔진에 무리를 가하지 않기 위해 초기 ECU로부터 수신된 기울기를 적용하고, 시간이 경과하여 현재 PWM 듀티 사이클이 기울기 변경 가능 듀티 사이클을 넘으면 기울기를 자유롭게 변경함으로써 엔진 RPM 요동과 진동을 실시간으로 유연하게 억제할 수 있고, 알터네이터 출력 전압의 응답 속도를 개선할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 차량의 외관을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 차량의 내부 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 차량용 알터네이터의 전체 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 차량용 알터네이터 레귤레이터의 제어 구성도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 차량용 알터네이터 레귤레이터의 목표 전압 도달 속도 가변 제어 제1그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 차량용 알터네이터 레귤레이터의 목표 전압 도달 속도 가변 제어 제2그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 차량용 알터네이터 레귤레이터의 목표 전압 도달 속도 가변 제어 제3그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 차량용 알터네이터 레귤레이터의 목표 전압 도달 속도 가변 제어 제4그래프이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 의한 차량용 알터네이터 제어 알고리즘을 설명하는 동작 순서도이다.
본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 개시된 발명의 바람직한 일 예이며, 본 출원의 출원시점에 있어서 본 명세서의 실시예와 도면을 대체할 수 있는 다양한 변형 예들이 있을 수 있다.
또한, 본 명세서의 각 도면에서 제시된 동일한 참조번호 또는 부호는 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 부품 또는 구성요소를 나타낸다.
또한, 본 명세서에서 사용한 용어는 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 개시된 발명을 제한 및/또는 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는다.
또한, 본 명세서에서 사용한 "제1", "제2" 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않으며, 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1구성 요소는 제2구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1구성 요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 개시된 차량용 알터네이터 제어 장치 및 그 방법에 관한 실시예를 상세하게 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 차량의 외관을 도시한 도면이다.
도 1에서, 본 발명의 일 실시예에 의한 차량(1)은 외관을 형성하는 차체(10), 차체(10) 내부를 외부로부터 차폐시키는 도어(14), 운전자에게 차량(1) 전방의 시야를 제공하는 전면 유리(16), 운전자에게 차량(1) 후방의 시야를 제공하는 사이드 미러(18), 차량(1)을 이동시키는 차륜(21, 22), 차륜(21, 22)을 회전시키는 구동 장치(30)를 포함할 수 있다.
도어(14)는 차체(10)의 좌측 및 우측에 회동 가능하게 마련되어 개방 시에 운전자가 차량(1)의 내부에 탑승할 수 있도록 하며, 폐쇄 시에 차량(1)의 내부를 외부로부터 차폐시킬 수 있다. 도어(14)는 도어 핸들(15)을 이용하여 잠금/해제할 수 있다. 도어 핸들(15)의 잠금/해제는 운전자가 차량(1)에 접근하여 도어 핸들(15)의 버튼이나 레버를 직접 조작하는 방법과 차량(1)으로부터 떨어진 위치에서 원격 제어기(Remote Controller) 등을 이용하여 원격으로 잠금/해제하는 방법이 있다.
전면 유리(16)는 차체(10)의 전방 상측에 마련되어 운전자가 차량(1) 전방의 시각 정보를 획득할 수 있도록 하는 것으로서, 윈드쉴드 글래스(windshield glass)로 구현될 수 있다.
또한, 사이드 미러(18)는 차체(10)의 좌측 및 우측에 마련되며, 차량(1) 내부의 운전자가 차량(1) 측면 및 후방의 시각 정보를 획득할 수 있도록 한다.
이외에도 차량(1)은 차체(10)의 상면에 안테나(20)를 포함할 수 있다.
안테나(20)는 텔레매틱스(Telematics)와 DMB, 디지털 TV, GPS(Global Positioning System) 등의 방송/통신 신호 등을 수신하기 위한 것으로서, 다양한 종류의 방송/통신 신호를 수신하는 다기능 안테나이거나 또는 어느 하나의 방송/통신 신호를 수신하기 위한 단일 기능 안테나일 수 있다.
차륜(21, 22)은 차체(10)의 전방에 마련되는 전륜(21), 차체(10)의 후방에 마련되는 후륜(22)을 포함하며, 구동 장치(30)는 차체(10)가 전방 또는 후방으로 이동하도록 전륜(21) 또는 후륜(22)에 회전력을 제공한다. 이와 같은 구동 장치(30)는 화석 연료를 연소시켜 회전력을 생성하는 엔진(300, 도 3 참조) 또는 배터리(310, 도 3 참조)로부터 전원을 공급받아 회전력을 생성하는 모터(motor)를 채용할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 차량(1)은 EV(Electric Vehicle), HEV(Hybrid Electric Vehicle) 또는 FCEV(Fuel Cell Electric Vehicle)와 같은 전기 차량을 적용할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 차량의 내부 구성을 도시한 도면이다.
도 2에서, 차량(1)의 내부에는 탑승자가 착석하기 위한 좌석(51, 52), 탑승자 중 운전자가 착석하는 운전석(51)에 마련된 스티어링 휠(62), 스티어링 휠(62)로부터 차체(10)의 전방을 향해 마련되고, 차량(1)의 동작 정보를 표시하는 클러스터(Cluster, 61) 및 클러스터(61)와 연결되어 차량(10)을 조작하기 위한 각종 기기가 설치되는 대시 보드(Dashboard, 60)를 포함할 수 있다.
구체적으로 대시 보드(60)는 전면 유리(16)의 하부로부터 좌석(51, 52)을 향하여 돌출되게 마련되며, 운전자가 전방을 주시한 상태로 대시 보드(60)에 설치된 각종 기기를 조작할 수 있도록 한다.
일 예로 대시 보드(60)에 마련된 각종 기기는 대시 보드(60)의 중앙 영역인 센터페시아(Center Fascia)에 AVN 장치(80), AVN 장치(80)의 터치 스크린(81)의 측면에 마련된 공조 장치(미도시)의 통풍구(91) 및 AVN 장치(80)의 하단에 마련된 각종 입력 장치 등을 포함할 수 있다.
AVN 장치(Audio Video Navigation, 80)는 탑승자의 조작에 따라 오디오 기능, 비디오 기능 및 내비게이션 기능을 수행할 수 있는 장치로서, 차량(1)의 전반을 제어하는 제어부, 즉 헤드 유닛(Head Unit)과 연결될 수 있다.
AVN 장치(80)는 둘 이상의 기능을 수행하는 것도 가능하다. 예를 들어, 오디오를 온 시켜 CD 또는 USB에 기록된 음악을 재생시킴과 동시에 내비게이션 기능을 수행하도록 할 수 있고, 비디오를 온 시켜 DMB 영상을 표시함과 동시에 내비게이션 기능을 수행하도록 할 수도 있다.
AVN 장치(80)는 터치 스크린(81)을 통해 오디오 기능과 관련된 화면, 비디오 기능과 관련된 화면 또는 내비게이션 기능과 관련된 화면을 표시할 수 있다. 일 예에 따른 터치 스크린(81)은 차량(1)의 충전 상태를 표시할 수 있다.
터치 스크린(81)은 액정 디스플레이(Liquid Crystal Display: LCD) 패널, 발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED) 패널, 또는 유기 발광 다이오드(Organic Light Emitting Diode: OLED) 패널 등으로 구현될 수 있으며, 화면 표시 기능 및 지시나 명령의 입력 기능을 수행할 수 있다.
터치 스크린(81)은 AVN 장치(80)을 구동 및 제어하기 위한 운영 체계(OS, operation system), AVN 장치(80)에서 실행 중인 애플리케이션(application)에 따라 소정의 화상을 포함하는 화면을 외부로 출력하거나 또는 지시나 명령을 입력 받을 수 있다.
터치 스크린(81)은 실행 중인 애플리케이션에 따라서 기본 화면을 표시할 수 있다. 기본 화면은 터치 조작이 수행되지 않는 경우 터치 스크린(81)이 표시하는 화면을 의미한다.
터치 스크린(81)은 상황에 따라서 터치 조작 화면을 표시할 수도 있다. 터치 조작 화면은 사용자로부터 터치 조작을 입력 받을 수 있는 화면을 의미한다.
터치 스크린(81)의 입력 방식은 사용자의 터치 조작을 감지하는 저항식 터치 스크린 방식, 정전 용량 커플링 효과를 이용하여 사용자의 터치 조작을 감지하는 정전식 터치 스크린 방식, 적외선을 이용하는 광학식 터치 스크린 방식이나 초음파를 이용하는 초음파 터치 스크린 방식을 이용한 것일 수도 있다. 이외에도 다양한 입력 방식을 사용할 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.
이러한 터치 스크린(81)은 차량(1)에 마련된 AVN 장치(80)와 사용자 간에 상호 작용이 가능하도록 하는 장치로, 터치 인터렉션 등을 이용하여 사용자 명령을 입력 받고, 터치 스크린(81) 상에 표시되는 문자나 메뉴가 선택됨으로써 사용자 명령을 입력 받는 장치이다.
여기서, AVN 장치(80)는 내비게이션 단말 또는 디스플레이 장치로 지칭될 수 있으며, 그 밖에 당업자들에게 사용되는 다양한 용어로 지칭될 수 있다.
또한, AVN 장치(80)는 USB(Universal Serial Bus) 포트 등을 장착하여 스마트 폰, PMP(Portable Multimedia Player), MP3(MPEG Audio Layer-3) 플레이어, PDA(Personal Digital Assistants) 등의 통신 단말기와 연결되며 오디오 및 비디오 파일을 재생시킬 수도 있다.
대시 보드(60)에서 터치 스크린(81)의 양 측면에는 공조 장치(미도시)의 통풍구(91)가 마련될 수 있다. 공조 장치는 차량(1)의 실내/외 환경 조건, 공기의 흡/배기, 순환, 냉/난방 상태 등을 포함한 공조 환경을 자동으로 제어하거나 또는 사용자의 제어 명령에 대응하여 제어하는 장치를 의미한다.
예를 들어, 공조 장치는 난방 및 냉방을 모두 수행할 수 있으며, 가열되거나 냉각된 공기를 통풍구(91)를 통해 배출하여 차량(1) 내부의 온도를 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 공조 장치는 탑승자가 차량(1)의 탑승 전, 차체(10)의 내부 온도를 조절하도록 동작할 수 있다.
한편, 차량(1)의 내부는 좌석(51, 52) 사이에 위치한 센터 콘솔(110) 및 센터 콘솔(110)과 연결된 트레이(112)를 포함할 수 있다. 센터 콘솔(110)은 기어 레버(111) 및 죠그 셔틀 타입 또는 키 타입의 각종 입력 버튼(113) 등을 포함할 수 있으며, 제한은 없다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 차량용 알터네이터의 전체 구성도이다.
도 3에서, 본 발명의 일 실시예에 의한 차량용 알터네이터(200)는 엔진(300)의 회전 동력을 이용하여 배터리(310)와 전장 부하(320)에 일정한 직류 전압과 전류를 공급하는 것으로, 교류 발전기(210), 정류기(220), 레귤레이터 반도체(230; 이하, ‘레귤레이터’라 한다) 등을 포함할 수 있다.
교류 발전기(210)는 스테이터 코일(211)과, 스테이터 코일(211)을 둘러싸고 있는 로터 전자석(212)을 포함할 수 있다. 교류 발전기(210)는 엔진(300)의 회전 동력이 로터 전자석(212)을 회전시켜 교류 전압을 생성할 수 있다.
정류기(220)는 교류 발전기(210)에서 생성된 교류 전압을 직류 전압을 정류시킬 수 있다.
레귤레이터(230)는 알터네이터(200)의 직류 전압을 ECU(330)로부터 LIN 통신을 통해 수신된 목표 전압으로 일정하게 유지시키기 위해 로터 전자석(212)에 입력되는 전류량을 제어할 수 있다. 로터 전자석(212)의 자력과 입력 전류량은 비례한다. ECU(330)는 선형적인(Linear) 전압 목표 값을 PWM 방식으로 레귤레이터(230)에 전달하고, 레귤레이터(230)는 ECU(330)에 의해 수신된 목표 전압 값을 제어하며, 알터네이터 부하 신호를 ECU(300)에 전송할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 차량용 알터네이터 레귤레이터의 제어 구성도이다.
도 4에서, 레귤레이터(230)는 LIN 통신부(231), 레지스터(232), 입력 필터(233), ADC 변환기(234), 듀티 결정부(235), 기울기 제어부(236) 및 출력 구동부(237)를 더 포함할 수 있다.
레지스터(232)는 ECU(330)로부터 LIN 통신부(231)을 통해 알터네이터(200)의 목표 전압(Vset), 기울기 변경이 가능한 임계 듀티 사이클, 목표 PWM 듀티 사이클의 도달 속도인 기울기를 수신하여 일시적으로 기억해 두는 기억 장치이다.
입력 필터(233)는 알터네이터(200)의 현재 출력 전압을 입력 받아 출력 전압에 함유된 노이즈 성분을 제거할 수 있다.
ADC 변환기(234)는 입력 필터(233)를 통해 노이즈 성분이 제거된 알터네이터의 현재 출력 전압을 디지털 신호로 변환시킬 수 있다.
듀티 결정부(235)는 알터네이터(200)의 현재 출력 전압과 ECU(330)로부터 수신된 목표 전압(Vset)을 비교하여 로터 전자석(212)으로 출력되는 전류의 목표 PWM 듀티 사이클을 결정할 수 있다.
기울기 제어부(236)는 듀티 결정부(235)에서 결정된 목표 PWM 듀티 사이클과, LIN 통신을 통해 ECU(330)로부터 수신된 실시간 기울기 값 및 기울기 변경 가능 임계 듀티 사이클을 입력 받아 최종 PWM 듀티 사이클을 출력할 수 있다. 이에 따라 현재 PWM 듀티 사이클에서 목표 PWM 듀티 사이클에 도달하는 속도(기울기)를 제어할 수 있다.
보다 구체적으로 설명하면, 기울기 제어부(236)는 현재 PWM 듀티 사이클과 기울기 변경 가능 임계 듀티 사이클을 비교하여, 현재 PWM 듀티 사이클이 기울기 변경 가능 임계 듀티 사이클보다 크면, 목표 PWM 듀티 사이클에 도달하는 속도 즉, 기울기 값에 따라 최종 PWM 듀티 사이클을 출력할 수 있다.
기울기 변경 가능 임계 듀티 사이클은 목표 PWM 듀티 사이클과 현재 PWM 듀티 사이클을 비교하여 목표 PWM 듀티 사이클과 현재 PWM 듀티 사이클의 차이가 크면 엔진에 무리를 주지 않기 위해 PWM 듀티 사이클을 천천히 변화시켜야 하는 임계 값이다. 기울기 변경 가능 임계 듀티 사이클은 목표 PWM 듀티 사이클과 현재 PWM 듀티 사이클의 차이에 따라 가변적으로 설정할 수 있다.
따라서, 기울기 제어부(236)는 현재 PWM 듀티 사이클이 기울기 변경 가능 임계 듀티 사이클보다 낮으면 엔진(300)에 무리를 가하지 않기 위해 ECU(330)로부터 초기 설정된 기울기 값을 적용하고, 시간이 경과하여 현재 PWM 듀티 사이클이 기울기 변경 가능 임계 듀티 사이클을 넘으면 실시간 기울기 값에 따라 기울기를 가변시킴으로써 초기 엔진(300) 안정화 이후 목표 PWM 듀티 사이클 구체적으로, 목표 전압에 도달하는 시간을 자유롭게 제어할 수 있다. 이때, 실시간 기울기 값은 목표 PWM 듀티 사이클에 도달하는 속도의 값으로, 미리 작성되어 있는 룩업 테이블 방식으로 ECU(330)에서 구할 수 있다. 따라서, 기울기 제어부(236)는 ECU(330)로부터 기울기 값을 수신하여 목표 전압의 도달 시간을 제어함으로써 알터네이터(200) 출력 전압의 응답 속도를 개선할 수 있게 된다.
출력 구동부(237)는 기울기 제어부(236)에서 결정된 기울기에 따라 최종 PWM 듀티 사이클을 변화시켜 로터 전자석(212)에 입력되는 전류를 출력할 수 있다.
다음에는, 목표 PWM 듀티 사이클에 도달하는 속도 즉, 기울기를 가변시키는 방법에 대하여 도 5 내지 도 8을 참조하여 상세히 설명한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 차량용 알터네이터 레귤레이터의 목표 전압 도달 속도 가변 제어 제1그래프이다.
도 5에서, 목표 PWM 듀티 사이클과 현재 PWM 듀티 사이클을 비교하여 목표 PWM 듀티 사이클과 현재 PWM 듀티 사이클의 차이가 크면 엔진에 무리를 주지 않기 위해 PWM 듀티 사이클을 천천히 변화시키기 위해 slope5의 기울기로 출력 PWM 듀티 사이클을 제어한다. 이후 현재 PWM 듀티 사이클이 기울기 변경 가능 임계 듀티 사이클을 넘으면 목표 PWM 듀티 사이클에 빠르게 도달하기 위해 slope1의 기울기로 변경시켜 출력 PWM 듀티 사이클을 제어할 수 있다. 이때, 기울기는 ⓐ영역 안에서만 변화시킬 수 있다.
도 5에서 보듯이, 종래에는 ECU(330)로부터 수신되는 기울기가 한번 선택되면, 목표 PWM 듀티 사이클이 바뀌지 않는 이상 기울기 slope5로 출력 PWM 듀티 사이클을 제어하였으나, 본 발명은 현재 PWM 듀티 사이클이 기울기 변경 가능 임계 듀티 사이클을 넘기 전까지는 slope5의 기울기로 제어하다가 기울기 변경 가능 임계 듀티 사이클을 넘으면 slope1의 기울기로 변경하여 목표 PWM 듀티 사이클에 도달하는 시간(T) 즉, 목표 전압에 도달하는 속도를 단축하여 알터네이터(200) 출력 전압의 응답 속도를 개선할 수 있게 된다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 차량용 알터네이터 레귤레이터의 목표 전압 도달 속도 가변 제어 제2그래프이다.
도 6에서, 목표 PWM 듀티 사이클과 현재 PWM 듀티 사이클을 비교하여 목표 PWM 듀티 사이클과 현재 PWM 듀티 사이클의 차이가 크면 도 5와 마찬가지로, slope5의 기울기로 출력 PWM 듀티 사이클을 제어하여 PWM 듀티 사이클을 천천히 변화시킨다. 이후 현재 PWM 듀티 사이클이 기울기 변경 가능 임계 듀티 사이클을 넘으면 Slope3과 Slope1의 기울기로 자유롭게 변경시켜 목표 PWM 듀티 사이클에 빠르게 도달하도록 제어할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 차량용 알터네이터 레귤레이터의 목표 전압 도달 속도 가변 제어 제3그래프이다.
도 7에서, 현재 PWM 듀티 사이클이 기울기 변경 가능 임계 듀티 사이클을 넘기 전까지는 slope1의 기울기로 출력 PWM 듀티 사이클을 제어하여 PWM 듀티 사이클을 빠르게 변화시킬 수 있다. 이후 현재 PWM 듀티 사이클이 기울기 변경 가능 임계 듀티 사이클을 넘으면 Slope3과 Slope5의 기울기로 자유롭게 변경시켜 목표 PWM 듀티 사이클에 도달하는 시간을 자유롭게 제어할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 차량용 알터네이터 레귤레이터의 목표 전압 도달 속도 가변 제어 제4그래프이다.
도 8에서, 현재 PWM 듀티 사이클이 기울기 변경 가능 임계 듀티 사이클을 넘기 전까지는 slope5의 기울기로 출력 PWM 듀티 사이클을 제어하여 PWM 듀티 사이클을 천천히 변화시킨다. 이후 현재 PWM 듀티 사이클이 기울기 변경 가능 임계 듀티 사이클을 넘는 ⓑ지점에서 Slope1의 기울기로 변경시켜 목표 PWM 듀티 사이클에 빠르게 도달하도록 제어할 수 있다. 그러나, 현재 PWM 듀티 사이클이 기울기 변경 가능 임계 듀티 사이클을 넘지 않은 ⓒ지점에서는 Slope1의 기울기로 변경시킬 수 없다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 의한 차량용 알터네이터 제어 방법의 동작 과정 및 작용 효과를 설명한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 의한 차량용 알터네이터 제어 알고리즘을 설명하는 동작 순서도이다.
레귤레이터(230)의 듀티 결정부(235)는 ECU(330)로부터 목표 전압(Vset)을 LIN 통신을 통해 수신한다(400).
이어서, 듀티 결정부(235)는 알터네이터(200)의 현재 출력 전압을 입력 받고(402), ECU(330)로부터 수신된 목표 전압(Vset)과 알터네이터(200)의 현재 출력 전압을 비교하여 로터 전자석(212)으로 출력되는 전류의 목표 PWM 듀티 사이클을 결정한다(404).
기울기 제어부(236)는 ECU(330)로부터 기울기 변경 가능 임계 듀티 사이클을 LIN 통신을 통해 수신한다(406).
이어서, 기울기 제어부(236)는 현재 PWM 듀티 사이클이 기울기 변경 가능 임계 듀티 사이클보다 큰가를 판단한다(408).
단계 408의 판단 결과, 현재 PWM 듀티 사이클이 기울기 변경 가능 임계 듀티 사이클보다 크지 않으면, 단계 402로 피드백하여 알터네이터의 현재 출력 전압을 다시 입력 받는다.
한편, 단계 408의 판단 결과, 현재 PWM 듀티 사이클이 기울기 변경 가능 임계 듀티 사이클보다 크면, 기울기 제어부(236)는 목표 PWM 듀티 사이클에 도달하는 속도인 기울기를 ECU(330)로부터 LIN 통신을 통해 수신한다(410).
이어서, 기울기 제어부(236)는 수신된 기울기에 따라 출력 PWM 듀티 사이클을 제어할 수 있다(412).
본 발명의 일 실시예들과 관련된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상기 기재의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 개시된 방법들은 한정적인 관점이 아닌 설명적 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 발명의 상세한 설명이 아닌 특허청구 범위에 나타나며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
1 : 차량 200 : 알터네이터
210 : 교류 발전기 211 : 스테이터 코일
212 : 로터 전자석 220 : 정류기
230 : 레귤레이터 231 : LIN 통신부
232 : 레지스터 233 : 입력 필터
234 : ADC 변환기 235 : 듀티 결정부
236 : 기울기 제어부 237 : 출력 구동부
300 : 엔진 310 : 배터리
320 : 전장 부하 330 : ECU

Claims (20)

  1. 엔진의 회전 동력을 이용하여 전기를 발전하는 알터네이터;
    상기 알터네이터의 현재 출력 전압을 목표 전압으로 제어하는 레귤레이터;를 포함하고,
    상기 레귤레이터는,
    상기 목표 전압과 상기 알터네이터의 전압 차이를 계산하여 목표 PWM 듀티를 결정하는 듀티 결정부;
    현재 PWM 듀티에서 상기 목표 PWM 듀티에 도달하는 속도인 기울기를 제어하여 상기 목표 전압 도달 시간을 제어하는 기울기 제어부;를 더 포함하는 차량용 알터네이터 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기울기 제어부는,
    상기 레귤레이터의 PWM 듀티 기울기를 시간에 따라 가변시키는 차량용 알터네이터 제어 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기울기 제어부는,
    ECU로부터 LIN 통신을 통해 기울기 변경이 가능한 임계 듀티 사이클과 실시간 기울기 값을 수신하는 차량용 알터네이터 제어 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 기울기 제어부는,
    상기 ECU로부터 수신된 기울기 값에 따라 현재 PWM 듀티 사이클을 변경시키는 차량용 알터네이터 제어 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 기울기 제어부는,
    상기 현재 PWM 듀티 사이클을 상기 임계 듀티 사이클과 비교하여, 상기 현재 PWM 듀티 사이클이 상기 임계 듀티 사이클보다 작으면, 상기 ECU로부터 초기 설정된 기울기를 이용하는 차량용 알터네이터 제어 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 기울기 제어부는,
    상기 초기 설정된 기울기를 이용하여 로터 전자석에 입력되는 전류를 출력하는 최종 PWM 듀티 사이클을 변화시키는 차량용 알터네이터 제어 장치.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 기울기 제어부는,
    상기 현재 PWM 듀티 사이클을 상기 임계 듀티 사이클과 비교하여, 상기 현재 PWM 듀티 사이클이 상기 임계 듀티 사이클보다 크면, 상기 기울기를 가변시키는 차량용 알터네이터 제어 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 기울기 제어부는,
    상기 가변된 기울기를 이용하여 로터 전자석에 입력되는 전류를 출력하는 최종 PWM 듀티 사이클을 변화시키는 차량용 알터네이터 제어 장치.
  9. 제4항에 있어서,
    상기 기울기 제어부는,
    상기 ECU로부터 복수 개의 기울기 값을 수신하고, 수신된 복수 개의 기울기 값에 따라 실시간으로 PWM 듀티 사이클을 변경시키는 차량용 알터네이터 제어 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 기울기 제어부는,
    상기 기울기에 따라 출력 PWM 듀티 사이클을 제어하여 로터 전자석에 입력되는 전류를 출력하는 차량용 알터네이터 제어 장치.
  11. 엔진의 회전 동력을 이용하여 배터리와 전장 부하에 전압을 공급하는 알터네이터;
    상기 알터네이터의 출력 전압을 목표 전압으로 제어하는 레귤레이터;를 포함하고,
    상기 레귤레이터는,
    상기 목표 전압과 상기 알터네이터의 전압 차이를 계산하여 목표 PWM 듀티를 결정하고, 현재 PWM 듀티에서 상기 목표 PWM 듀티에 도달하는 속도인 기울기를 가변 제어하여 목표 전압 도달 시간을 제어하는 차량용 알터네이터 제어 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 레귤레이터는,
    ECU로부터 실시간 기울기 값과, 상기 기울기의 변경이 가능한 임계 듀티 사이클을 수신하여 로터 전자석에 입력되는 전류를 출력하는 최종 PWM 듀티 사이클을 변화시키는 차량용 알터네이터 제어 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 레귤레이터는,
    현재 PWM 듀티 사이클을 상기 임계 듀티 사이클과 비교하여, 상기 현재 PWM 듀티 사이클이 상기 임계 듀티 사이클보다 작으면, 상기 ECU로부터 초기 설정된 기울기를 이용하여 상기 현재 PWM 듀티 사이클을 변경시키는 차량용 알터네이터 제어 장치.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 레귤레이터는,
    현재 PWM 듀티 사이클을 상기 임계 듀티 사이클과 비교하여, 상기 현재 PWM 듀티 사이클이 상기 임계 듀티 사이클보다 크면, 상기 기울기를 가변시켜 상기 현재 PWM 듀티 사이클을 상기 기울기에 따라 실시간으로 변경시키는 차량용 알터네이터 제어 장치.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 레귤레이터는,
    상기 실시간으로 변경되는 기울기를 이용하여 상기 최종 PWM 듀티 사이클을 변화시키는 차량용 알터네이터 제어 장치.
  16. 엔진의 회전 동력을 이용하여 전기를 발전하는 차량용 알터네이터 제어 방법에 있어서,
    ECU로부터 목표 전압을 수신하고;
    알터네이터의 현재 출력 전압을 상기 목표 전압과 비교하여 목표 PWM 듀티 사이클을 결정하고;
    상기 ECU로부터 임계 듀티 사이클을 수신하고;
    현재 PWM 듀티 사이클이 상기 임계 듀티 사이클보다 큰가를 비교하고;
    상기 현재 PWM 듀티 사이클이 상기 임계 듀티 사이클보다 크면, 상기 목표 PWM 듀티 사이클에 도달하는 속도인 기울기를 제어하여 목표 전압 도달 시간을 제어하는 것;을 포함하는 차량용 알터네이터 제어 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 임계 듀티 사이클은,
    상기 ECU로부터 수신된 기울기 값에 따라 상기 현재 PWM 듀티 사이클의 기울기를 변경시키기 위한 임계 값인 차량용 알터네이터 제어 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 기울기를 제어하는 것은,
    상기 현재 PWM 듀티 사이클의 기울기를 시간 경과에 따라 가변시키는 차량용 알터네이터 제어 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 시간 경과에 따라 가변된 기울기를 이용하여 상기 목표 PWM 듀티 사이클에 도달하는 것;을 더 포함하는 차량용 알터네이터 제어 방법.
  20. 제16항에 있어서,
    상기 현재 PWM 듀티 사이클이 상기 임계 듀티 사이클보다 작으면, 상기 ECU로부터 초기 설정된 기울기를 이용하여 상기 목표 PWM 듀티 사이클에 도달하는 것;을 더 포함하는 차량용 알터네이터 제어 방법.
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