KR102503988B1

KR102503988B1 - 전동식 시프트 바이 와이어 시스템의 모터 제어 방법 및 장치

Info

Publication number: KR102503988B1
Application number: KR1020210023617A
Authority: KR
Inventors: 최승만
Original assignee: 주식회사 현대케피코
Priority date: 2021-02-22
Filing date: 2021-02-22
Publication date: 2023-02-27
Also published as: CN115036881A; US20220268357A1; DE102022104148A1; KR20220120017A; US11614163B2

Abstract

자동 변속기의 변속 레인지 전환이 SR 모터(Switched Reluctance Motor)에 의해 구현되는 전동식 시프트 바이 와이어(SBW, Shift By Wire) 시스템의 모터 제어 방법 및 장치가 개시된다. 본 발명에 따른 전동식 시프트 바이 와이어 시스템의 모터 제어 방법은, 변속 레인지 전환 요청이 입력되면 전환 요청이 입력된 시점에 SR 모터의 현재 위치를 시작 위치로 인식하고 상기 SR 모터의 현재 위치와 목표 위치가 일치하는지 판단하고, 현재 위치와 목표 위치가 일치하지 않는 경우 목표 위치 방향으로 SR 모터를 회전시키기 위한 전류를 인가하며, 전류가 인가된 시점부터 카운터를 가동시켜 SR 모터의 실제 움직임이 감지된 시점까지의 시간을 카운트하고, 카운트된 시간을 기 설정된 시간 기준값과 비교하여 카운트된 시간이 상기 시간 기준값을 초과하면 SR 모터의 회전 속도를 빠르게 하는 진각 제어를 수행하고, SR 모터가 목표 위치를 향해 회전하는 실변속 구간에서 SR 모터에 인가되는 전류를 계측하고 계측된 전류값에 따라 진각 제어를 증대시키거나 SR 모터의 회전 속도를 늦추는 지각 제어를 실행하는 것을 요지로 한다.

Description

전동식 시프트 바이 와이어 시스템의 모터 제어 방법 및 장치{Motor Control Methods and Devices for Shift-By-Wire Systems}

본 발명은 전동식 시프트 바이 와이어 시스템(SBW, Shift By Wire)의 모터 제어 방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 SR 모터(Switched Reluctance Motor)를 시프트 액추에이터로 사용하는 전동식 시프트 바이 와이어 시스템의 모터 제어 방법 및 장치에 관한 것이다.

기존 자동 변속기의 변속 레인지 전환 방식인 SBC(Shift-By-Cable) 방식은, 변속 레버를 이동하면 케이블에 의해 디텐트 플레이트가 회전하고 매뉴얼 밸브가 움직이며 밸브 바디 상의 P, R, N, D 유로를 열어줌으로써 원하는 변속 레인지로의 전환이 구현된다. 그러나 기존 SBC 방식은 케이블의 위치나 배치를 고려해야 하기 때문에 설계상 제약이 크고 조립 및 양산성이 떨어지는 단점이 있다.

기존 SBC 방식을 대체하기 위한 방식이 SBW(Shift By Wire) 방식이다. SBW 방식은 운전석 변속 레버와 연결된 케이블 대신 디텐트 플레이트를 모터로 회전시킴으로써 조작 편의를 제공하고 안전성을 향상시킨 기술이다. 이는 변속 레버의 조작 상황을 센서나 스위치로 검출하고, 모터(모터)로 디텐트 플레이트를 회전시켜 매뉴얼 밸브를 동작시키도록 구성된다. 유압회로가 없는 전기차 및 DCT 시스템에서는 단순히 파킹 기어의 체결과 해제의 기능을 실시한다.

SBW(Shift By Wire) 방식에서 상기 디텐트 플레이트에는 디텐트 롤러가 디텐트 스프링에 의해 정적 안정을 취할 수 있는 복수의 변속 레인지가 존재한다. 모터는 운전자의 변속 레버 조작에 따른 변속 레인지 전환 요청에 따라 디텐트 플레이트를 적절한 위치까지 회전시켜 차량 시스템의 특정 기구적 상태를 체결 시킴으로써 주차, 운전 등 운전자가 원하는 상태를 만들어 준다.

변속 레버를 통해 운전자가 원하는 변속 레인지를 입력했을 때 차량 제어기가 이를 수신하여 모터의 제어값(회전 방향 및 회전 각도(디텐트 플레이트의 변위량)을 포함하는 제어값)을 결정하고, 결정된 제어값으로 모터를 구동시켜 실제 레인지 체결 상태를 만드는 데까지는 어느 정도 시간이 소요된다. 이는 보통 모터의 응답성에 기인한다.

변속 레인지 전환 시 모터의 응답성은 운전자도 즉각적으로 확인할 수 있다. 시프트 레버 조작완료 시점과 실제 레인지 체결 후 클러스터 등을 통해 레인지 정보가 표시되는 시점 간 약간의 시간차가 존재하기 때문이다. 그런데 만약 그 응답성이 균일하지 못할 경우 품질적인 문제를 일으켜 차량의 상품성 약화로 이어질 수 있다.

일반적인 BLDC 모터의 경우 PWM(Pulse Width Modulation) 듀티 제어를 활용한 속도 피드백 제어가 가능하므로 응답의 비균일 문제를 해결할 수 있다. 그러나 SR 모터(Switched Reluctance Motor)는 비용 측면에서 유리한 장점은 있으나 그 특성상 가변 PWM 듀티 제어가 불가능하기 때문에, SR 모터를 적용하는 경우 응답의 균일성(일정한 변속시간)을 보장할 수 있는 기술이 필요한 실정이다.

한국공개특허 제2015-0062167호(공개일 2015. 06. 05)

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, SR 모터(Switched Reluctance Motor)를 시프트 액추에이터로 사용하는 전동식 시프트 바이 와이어 시스템에서 별도의 하드웨어 추가나 변경 없이 소프트 웨어 변경만으로 응답의 균일성(일정한 변속시간)을 보장할 수 있는 전동식 시프트 바이 와이어 시스템의 모터 제어 방법 및 장치를 제공하고자 하는 것이다.

과제의 해결 수단으로서 본 발명의 일 측면에 따르면,

자동 변속기의 변속 레인지 전환이 SR 모터(Switched Reluctance Motor)에 의해 구현되는 전동식 시프트 바이 와이어(SBW, Shift By Wire) 시스템에 있어서,

(a) 변속 레인지 전환 요청이 입력되면 전환 요청이 입력된 시점에 SR 모터의 현재 위치를 시작 위치로 인식하고 상기 SR 모터의 현재 위치와 목표 위치가 일치하는지 판단하는 단계;

(b) 현재 위치와 목표 위치가 일치하지 않는 경우, 목표 위치 방향으로 상기 SR 모터를 회전시키기 위한 전류를 인가하는 단계;

(c) 전류가 인가된 시점부터 카운터를 가동시켜 SR 모터의 실제 움직임이 감지된 시점까지의 시간을 카운트하는 단계;

(d) 카운트된 시간을 기 설정된 시간 기준값과 비교하고, 카운트된 시간이 상기 시간 기준값을 초과하면 상기 SR 모터의 회전 속도를 빠르게 하는 진각 제어를 수행하는 단계; 및

(e) SR 모터가 목표 위치를 향해 회전하는 실변속 구간에서 SR 모터에 인가되는 전류를 계측하고, 계측된 전류값에 따라 상기 진각 제어를 증대시키거나 SR 모터의 회전 속도를 늦추는 지각 제어를 수행하는 단계;를 포함하는 전동식 시프트 바이 와이어 시스템의 모터 제어 방법을 제공한다.

본 발명의 일 측면에 따른 상기 전동식 시프트 바이 와이어 시스템의 모터 제어 방법은 또한,

(d') 상기 (d)와 (e) 단계 사이에 상기 (d) 단계를 통한 진각 제어 후 SR 모터의 현재 위치와 상기 시작 위치의 차이를 기 설정된 임계값과 비교하는 단계;를 더 포함할 수 있다.

여기서, 상기 (d') 단계를 통한 비교결과, 진각 제어 후 SR 모터의 현재 위치와 상기 시작 위치의 차이가 기 설정된 임계값 미만이면, 카운터 초기화 후 상기 (c) 단계로 돌아가 이후 과정을 반복 실행하되, 반복 실행 시 상기 (d) 단계에서는 직전 진각 제어보다 SR 모터의 회전 속도를 더욱 빠르게 하는 진각 제어를 실행하며, 진각 제어 후 SR 모터의 현재 위치와 상기 시작 위치의 차이가 기 설정된 임계값을 초과하면 상기 (e) 단계로 프로세스를 전환하도록 프로그래밍 될 수 있다.

또한, 상기 (e) 단계에서는, 계측된 전류값을 기 설정된 기준 전류값과 비교하여 진각 제어를 증대시키거나 지각 제어를 실행할 수 있다.

바람직하게는, 상기 (e) 단계에서는 기준 전류값에서 계측 전류값을 뺀 전류 에러값(전류 에러값 = 기준 전류값 - 계측 전류값)을 계산하고, 상기 전류 에러값을 설정 임계값과 비교하여 클수록 이에 비례하여 진각 제어를 증대시키고 작을수록 이에 비례하는 지각 제어가 행해지도록 설정될 수 있다.

과제의 해결 수단으로서 본 발명의 다른 측면에 따르면,

디텐트 플레이트를 목표 위치로 회전시키기 위한 구동력을 발생시키는 SR 모터(Switched Reluctance Motor);

상기 SR 모터의 회전에 따라 상응하는 전기 신호를 출력하는 엔코더;

변속 레버의 위치 변화를 감지하는 변속 레버 센서의 신호를 분석하여 목표 위치를 설정하고, 설정된 목표 위치를 향해 상기 디텐트 플레이트가 회전될 수 있도록 상기 엔코더의 신호를 바탕으로 상기 SR 모터의 구동을 제어하는 SBW 컨트롤러(Shift By Wire Controller);를 포함하며,

상기 SBW 컨트롤러는,

운전자의 상기 변속 레버 조작에 따라 변속 레인지 전환 요청이 입력되면 상기 SR 모터에 전류를 인가하되, 전류가 인가된 시점부터 SR 모터의 실제 움직임이 감지된 시점까지의 시간을 카운트하고, 카운트된 시간이 기 설정된 시간 기준값을 초과하면 SR 모터의 회전 속도를 빠르게 하는 진각 제어를 실행하며, SR 모터가 목표 위치를 향해 회전하는 실변속 구간에서 SR 모터에 인가되는 전류를 계측하고, 계측된 전류값에 따라 상기 진각 제어를 증대시키거나 SR 모터의 회전 속도를 늦추는 지각 제어를 실행하도록 프로그래밍된 복수의 프로세서를 구비하는 전동식 시프트 바이 와이어 시스템의 모터 제어 장치를 제공한다.

여기서 상기 복수의 프로세서는 바람직하게,

변속 레인지 전환 요청이 입력된 시점에 SR 모터의 현재 위치를 시작 위치로 인식하고 상기 SR 모터의 현재 위치와 목표 위치가 일치하는지 판단하는 판단부;

상기 판단부에 의한 판단 결과, 현재 위치와 목표 위치가 일치하지 않는 경우, 목표 위치 방향으로 상기 SR 모터를 회전시키기 위한 전류를 인가하는 전류 제어부;

전류 제어부에 의해 전류가 인가된 시점부터 카운터를 가동시켜 SR 모터의 실제 움직임이 감지된 시점까지의 시간을 카운트하는 카운터부; 및

상기 카운터부에서 카운트된 시간을 기 설정된 시간 기준값과 비교하는 비교부;를 포함하되,

상기 전류 제어부는,

상기 카운터부에서 카운트된 시간이 상기 시간 기준값을 초과하면 상기 SR 모터의 회전 속도를 빠르게 하는 진각 제어를 실행하고,

SR 모터가 목표 위치를 향해 회전하는 실변속 구간에서 계측된 전류값에 따라 상기 진각 제어를 더욱 증대시키거나 SR 모터의 회전 속도를 늦추는 지각 제어를 실행하도록 프래그래밍된 로직을 포함한다.

본 발명의 실시 예에 따르면, SR 모터(Switched Reluctance Motor)를 시프트 액추에이터로 사용하는 전동식 시프트 바이 와이어 시스템에서 별도의 하드웨어 추가나 변경 없이 소프트 웨어 변경만으로 응답의 균일성(일정한 변속시간)을 보장할 수 있으며, 이에 따라 변속 지연에 따른 상품성 저하나 안전사고를 방지할 수 있다.

도 1은 자동 변속기에 적용되는 시프트 바이 와이어 시스템의 레인지 전환 기구를 도시한 사시도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 시프트 바이 와이어 시스템의 모터 제어 장치의 개략도.
도 3은 진각 제어를 설명하기 위한 본 발명의 참고도.
도 4는 시프트 바이 와이어 시스템에서 모터를 제어하는 일련의 과정을 순서대로 도시한 제어 흐름도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명을 설명함에 있어 이하 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

또한, 본 명세서에서 "포함하다" 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 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

더하여, 명세서에 기재된 "…부", "…유닛", "…모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일한 구성 요소에 대해서는 동일도면 참조부호를 부여하기로 하며 동일 구성에 대한 중복된 설명은 생략하기로 한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

먼저, 도 1을 참조하여 시프트 바이 와이어 시스템의 변속 레인지 전환 기구의 기구적인 구성부터 개략적으로 살펴보기로 한다.

도 1은 자동 변속기에 적용되는 시프트 바이 와이어 시스템의 변속 레인지 전환 기구를 도시한 사시도이다.

도 1을 참조하면, 변속 레인지 전환 기구(13)는, 메뉴얼 밸브(42)의 스풀(42a)의 위치를 결정하도록 연동되는 디텐트 플레이트(15) 및 디텐트 플레이트(15)를 회전시키기 위한 구동력을 발생시키는 시프트 엑추에이터(16)를 포함한다. 시프트 엑추에이터(16)는 전동식일 수 있으며, 스타터 모터(미도시)와 동일하게 차량에 탑재된 배터리로부터 전력의 공급을 받아 작동된다.

변속 레인지 전환 기구(13)는 파킹 기구(17)와 연동 가능하게 연결된다. 변속 레인지 전환 기구(13)의 상기 디텐트 플레이트(15)는 시프트 엑추에이터(16)에 의해 회전되어 메뉴얼 밸브(42)의 스풀(42a)이나 파킹 기구(17)의 파킹 로드(17c)를 단계적으로 밀고 당겨 위치를 결정한다. 이때 디텐트 플레이트(15)와 회전축(15a), 그리고 디텐트 스프링(15b)으로 디텐트 기구가 구성된다.

디텐트 스프링(15b)은 메뉴얼 밸브(42)의 밸브 바디(42b) 상에 지지될 수 있으며, 디텐트 플레이트(15)는 대략 부채 모양으로 형성될 수 있다. 디텐트 플레이트(15)의 회전 중심이 되는 부분은 회전축(15a)을 매개로 시프트 엑추에이터(16)와 기구적으로 연결된다. 이에 따라 시프트 엑추에이터(16)의 모터(16a)와 동기화되어 디텐트 플레이트(15)가 회전을 하게 된다.

디텐트 플레이트(15)의 외주에는 연속된 곡선상의 파형으로 이루어진 변속 레인지 결정면(150, 이하, '위치 결정면'이라 한다)이 형성되며, 이러한 위치 결정면(150)의 특정 위치의 골에 디텐트 스프링(15b)의 롤러(15c)가 안착되어 위치 결정된 상태(변속 레인지 전환 상태)를 유지할 수 있다.

바람직하게는, 상기 위치 결정면에는 연동하는 매뉴얼 밸브(42)의 각 레인지 위치(P, R, N, D)에 대응하여 4개의 골이 형성될 수 있다. 그리고 각각의 골과 이웃하는 골 사이, 예컨대 P 레인지의 골과 R 레인지의 골 또는 R 레인지의 골과 N 레인지의 골 사이에는 산이 형성된다. 이때 산은 인접한 변속 레인지 간 경계를 의미한다.

각 변속 레인지 별 위치를 결정하는 골과 이웃하는 골 사이의 피치(Pitch)는 같고, 때문에 인접한 변속 레인지 간 경계를 의미하는 산과 이웃하는 산 사이의 피치(Pitch)도 같다. 물론 경우에 따라서는 P 레인지의 골과 R 레인지의 골 사이의 피치를 다른 골 사이의 피치보다 크게 하는 경우도 있다. 따라서 모든 골 사이의 피치가 같은 것은 아니다.

운전자가 변속 레버(11)를 조작했을 때 출력되는 신호로 시프트 엑추에이터(16)가 구동되며, 이에 따라 상기 4개의 골(P, R, N, D 각 레인지 별 위치를 결정하는 골) 중 어느 하나의 골에 디텐트 스프링(15b)의 롤러(15c)가 위치하게 된다. 이로 인해 디텐트 플레이트(15)는 메뉴얼 밸브(42)의 각 위치에 대응하는 위치에서 위치 결정된 상태로 유지된다.

시프트 엑추에이터(16)는 전동 모터, 좀 더 구체적으로는 SR 모터(Switched Reluctance Motor, 16a, 이하 설명의 편의를 위해 '모터'라 함)와 그 회전을 감속하는 감속 기구(16b), 그리고 모터(16a)의 회전에 따라 그 회전 방향과 회전 각도를 감지하여 상응하는 전기 신호로 후술하는 SBW 컨트롤러(14)에 출력하는 엔코더(16c)를 포함할 수 있다.

회전축(15a)은 감속 기구(16b)의 출력축(도시 생략)에 스플라인 등에 의해 일체 회전 가능하게 연결될 수 있으며, 파킹 기구(17)는 자동 변속기(1)의 출력축(10)을 회전 불가능한 록(Lock) 상태 또는 회전 가능한 언록(Un-Lock) 상태로 전환시키는 역할을 한다. 파킹 기구(17)는 출력축(10)의 외면의 파킹 기어(17a)와, 파킹 록 폴(17b)과, 파킹 로드(17c) 등을 포함할 수 있다.

이처럼 구성된 변속 레인지 전환 기구(13)의 기본적인 동작에 대해 간단히 살펴보기로 한다.

차량의 운전자가 변속 레버(11)나 파킹 스위치(12)를 조작함으로써, 자동 변속기(1)의 파킹 레인지(P), 리버스 레인지(R), 뉴트럴 레인지(N), 드라이브 레인지(D) 중 하나의 레인지가 선택된다. 이로 인해 변속 레버 센서(103)나 파킹 스위치(12)로부터 신호가 출력되며, 그 출력 신호를 SBW 컨트롤러(14)가 입력 받아 선택된 목표 위치(또는 목표 레인지, P, R, N, D)를 인식한다.

SBW 컨트롤러(14)는 현재 위치와 새롭게 인식된 목표 위치(P, R, N, D)와의 거리 정보를 바탕으로 시프트 액추에이터(16)의 지령치(회전 방향 및 회전 각도를 포함하는 제어값으로서 듀티값)를 결정하고, 그 결정된 지령치를 바탕으로 설정된 타이밍에 모터(16a)를 소정 각도만큼 정회전 또는 역회전시킨다. 이로 인해 회전축(15a)과 디텐트 플레이트(15)가 소정 각도 회전된다.

여기서, 타이밍은 모터 내부에 설치되고 전류자기효과를 가지는 홀 소자를 이용한 홀 센서(미도시)에 의해 결정될 수 있으며, 모터(16a)의 회전에 따라 신호 변화를 엔코더(16c)가 감지하여 현재 변속 레인지에 상응하는 신호를 상기 SBW 컨트롤러(14)에 제공한다. 그리고 SBW 컨트롤러(14)는 엔코더(16c)와 홀 센서(16d) 신호를 바탕으로 상기 모터(16a)를 피드백 제어한다.

예를 들어, 변속 레버(11)가 뉴트럴 레인지(N)에서 드라이브 레인지(D)로 조작되면, 목표 위치 신호는 N→D로 바뀌게 된다. 이 신호를 받은 SBW 컨트롤러(14)는, 선택된 목표 위치(D)에 대응하는 목표 회전각을 설정하고 그에 상응하는 지령치(듀티값)를 결정하며, 결정된 지령치만큼 모터(16a)에 대해 통전을 허가한다.

SBW 컨트롤러(14)는 또한, 통전에 따라 모터(16a)가 구동하여 그 출력축이 회전할 때 그 회전각에 상당하는 신호를 상기 엔코더(16c)로부터 실시간 제공받는다. 그리고 제공받은 엔코더(16c)의 신호로부터 모터(16a)의 회전 각도와 방향을 실시간 인식하며, 모터(16a)의 회전각이 상기의 목표 회전각과 일치하도록 모터(16a)를 피드백 제어한다.

이와 같은 제어에 따라, 디텐트 플레이트(15)가 소정 각도만큼 도면의 반시계 방향으로 회전함으로써 디텐트 스프링(15b)의 롤러(15c)가 「N」의 골로부터 빠져 나와 인접한 마루를 1개 넘어 인접 측부의 「Ｄ」의 골에 위치하게 된다. 그 결과, 메뉴얼 밸브(42)의 스풀(42a)이 축방향으로 슬라이드되고 메뉴얼 밸브(42)의 레인지는 N→D로 전환된다.

운전자가 파킹 스위치(12)를 수동 조작하여 파킹 레인지(P)가 선택된 경우에는, 디텐트 플레이트(15)의 회전에 따라 파킹 로드(17c)가 밀리고, 파킹 록 폴(17b)이 들어 올려져 그 클로(17d, Claw)가 파킹 기어(17a)의 톱니 사이에 개재된다. 그 결과 자동 변속기(1)의 출력축(10)이 구속되는 동시에 메뉴얼 밸브(42)는 「P」위치에 정지하게 된다.

이처럼 작동되는 변속 레인지 전환 기구(13)는 외부 환경조건(예를 들어, 극저온, 관련 부품 노후화 등)에 의해 모터의 부하가 증대되면 모터의 응답속도가 느려지게 된다. 그런데 서보 모터와 달리 상기 SR 모터는 그 특성상 PWM(Pulse Width Modulation) 듀티 제어를 통한 피드백 제어가 불가능하기 때문에 균일한 응답성을 보장하기 위한 다른 접근이 필요하다.

이에 본 발명은 변속 레인지 전환 요청에 따른 모터 작동 시 모터의 응답성(반응 속도) 및 전류 정보(실제 모터에 인가된 전류 정보)에 따라 U상(U phase)의 통전을 실제 패턴보다 +1 Task 먼저 실시할 경우 전류상승 지연(Delay)를 만회하는 효과를 이용한 모터의 속도 제어를 통해 SR 모터의 응답성 문제를 해소할 수 있도록 한 전동식 시프트 바이 와이어 시스템의 모터 제어 장치를 제공한다.

이하, 시프트 바이 와이어 시스템에 적용되는 본 발명의 실시 예에 따른 시프트 바이 와이어 시스템의 모터 제어 장치에 대해 살펴보기로 한다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 시프트 바이 와이어 시스템의 모터 제어 장치의 개략도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 모터 제어 장치는, 전술한 모터(16a, SR 모터)와 엔코더(16c), 그리고 SBW 컨트롤러(14)를 포함한다. 모터(16a)는 SBW 컨트롤러(14)의 통제로 디텐트 플레이트(15)를 목표 위치로 회전시키며, 상기 엔코더(16c)의 신호로부터 디텐트 플레이트(15)가 목표 위치에 진입했는지 여부를 SBW 컨트롤러(14)가 인식한다.

SBW 컨트롤러(14)는 앞서 언급한 바와 같이, 변속 레버(11) 조작 시 변속 레버 센서(103)가 출력하는 신호를 분석하여 목표 위치를 설정한다. 그리고 설정된 목표 위치를 향해 디텐트 플레이트(15)가 회전되도록 모터(16a)를 제어한다. 좀 더 구체적으로는, 모터(16a)의 회전각을 엔코더(16c)의 신호로부터 인식하여 그 회전각이 목표 회전각과 일치하도록 모터(16a)를 제어한다.

본 발명에서 SBW 컨트롤러(14)는 특히, 변속 레버 조작에 따른 변속 레인지 전환 요청에 따라 모터에 전류를 인가하되, 전류가 인가된 시점부터 모터의 실제 움직임이 감지된 시점까지의 시간을 바탕으로 응답성의 적절 여부를 판단하고, 응답성이 떨어진 경우 모터의 회전 속도를 빠르게 하는 진각 제어로서 응답성을 보상하도록 프로그래밍된 복수의 프로세서를 포함한다.

좀 더 구체적으로는, 운전자의 상기 변속 레버 조작에 따라 변속 레인지 전환 요청이 입력되면 모터에 전류를 인가하되, 전류가 인가된 시점부터 모터의 실제 움직임이 감지된 시점까지의 시간을 카운트하고, 카운트된 시간이 기 설정된 시간 기준값을 초과하면 모터의 회전 속도를 빠르게 하는 진각 제어를 실행하며, 모터가 목표 위치를 향해 회전하는 실변속 구간에서 모터에 인가되는 전류를 계측하고, 계측된 전류값에 따라 상기 진각 제어를 증대시키거나 모터의 회전 속도를 늦추는 지각 제어를 실행하도록 프로그래밍된 복수의 프로세서를 포함한다.

복수의 프로세서는 바람직하게, 변속 레인지 전환 요청이 입력된 시점에 모터(16a)의 현재 위치를 시작 위치로 인식하고 모터(16a)의 현재 위치와 목표 위치가 일치하는지 판단하는 판단부(140) 및 판단부(140)에 의한 판단 결과 현재 위치와 목표 위치가 일치하지 않는 경우 목표 위치 방향으로 모터(16a)를 회전시키기 위한 전류를 인가하는 전류 제어부(142)를 포함한다.

또한, 전류 제어부(142)에 의해 전류가 인가된 시점부터 카운터를 가동시켜 모터(16a)의 실제 움직임이 감지된 시점까지의 시간을 카운트하는 카운터부(144)와, 상기 카운터부(144)에서 카운트된 시간을 기 설정된 시간 기준값과 비교하는 비교부(146)를 포함한다. 여기서 시간 기준값은 반복 실험 또는 동일 모사 환경의 시뮬레이션을 통해 도출되는 것으로, 최적의 응답성을 제공하는데 필요한 시간일 수 있다.

전류 제어부(142)는 구체적으로, 카운터부(144)에서 카운트된 시간(모터(16a)에 전류가 인가된 시점부터 실제 모터(16a) 움직임이 감지된 시점까지의 시간)이 상기 시간 기준값을 초과하면, 실제 부하가 커서 모터(16a) 구동이 지연되는 경우(응답성이 떨어지는 것)로 판단, 진각 제어를 통해 모터(16a)의 회전 속도를 상승시킴으로써 응답성 지연을 보상하도록 프로그래밍된 프로그램(제어 로직)을 포함할 수 있다.

이때, 상기 프로그램에는 모터(16a)가 목표 위치를 향해 회전하는 실변속 구간에 진입했을 때, 션트(Shunt) 저항의 전압을 전류로 변환하여 실제 모터(16a)에 인가되는 전류 계측에 의해 계측된 전류값에 따라 상기 진각 제어를 더욱 증대시키거나 반대로 모터(16a)의 회전 속도를 늦추는 지각 제어를 통해 모터(16a)의 응답성을 적절히 조절하는 프로그램도 포함될 수 있다.

참고로, 진각 제어는 도 3의 참고도에 도시된 바와 같이, U상의 통전을 실제 패턴보다 +1 Task 먼저 실시할 경우 전류상승 지연(Delay)를 만회하는 효과를 이용하여 모터(16a)의 속도를 상승시키는 제어를 의미하며, 지각 제어는 반대로 U상의 통전을 실제 패턴보다 -1 Task 늦춰 실시함으로써 모터(16a)의 속도를 늦추는 제어를 의미한다.

이하 본 발명의 실시 예에 따른 전술한 전동식 시프트 바이 와이어 시스템의 모터 제어 장치에 의해 수행되는 모터 제어 과정을 도 4의 제어 흐름도를 참조하여 좀 더 구체적으로 살펴보기로 한다. 설명의 편의를 위해 전술한 도 1 및 도 2에 도시된 구성은 해당 참조번호를 언급하여 설명하기로 한다.

도 4는 전동식 시프트 바이 와이어 시스템의 모터 제어 장치에 행해지는 위한 일련의 모터 제어 과정을 순서대로 도시한 제어 흐름도이다.

도 4를 참조하면, 전동식 시프트 바이 와이어 시스템의 모터 제어 방법은, 변속 레인지 전환 요청이 입력되면 전환 요청이 입력된 시점에 모터(16a)의 현재 위치를 시작 위치로 인식하고 상기 모터(16a)의 현재 위치와 목표 위치가 일치하는지 판단하는 단계(S100)부터 시작한다. S100 단계에서 만약 모터(16a)의 현재 위치와 목표 위치가 일치하면, 변속 레인지 전환 요청에 따라 이미 변속 레인지 전환이 완료된 것으로 판단, 더 이상 진행 없이 프로세스를 종료한다.

이와는 달리, S100 단계를 통한 판단 결과, 현재 위치와 목표 위치가 일치하지 않으면, 목표 위치 방향으로 모터(16a)를 회전시키기 위한 전류를 모터(16a)에 인가하는 단계(S200)가 진행된다. S200 단계에서는 현재 위치를 기준으로 선택된 목표 위치(목표 변속 레인지)까지의 거리 정보를 바탕으로 목표 회전각을 결정하고, 모터(16a)의 회전 각도가 상기 목표 회전각에 도달할 때까지 통전을 허가한다.

S200 단계에서 모터(16a)를 목표 위치로 회전시키기 위한 전류가 인가되면, 다음 단계로 전류가 인가한 시점부터 카운터를 가동시켜 모터(16a)의 실제 움직임이 감지된 시점까지의 시간을 카운트하는 단계(S300)가 연이어 진행된다. 이때 S300 단계에서는 전류 인가 후 엔코더(16c)의 출력 변화가 감지된 시점을 모터(16a)의 실제 움직임이 감지된 시점으로 인식할 수 있다.

S300 단계에서 카운트된 시간은 이후 S400 단계에서 기 설정된 시간 기준값과의 비교를 위한 비교값으로 제공된다. S400 단계에서는 구체적으로, S300 단계에서 카운트된 시간이 상기 시간 기준값을 초과하면 모터(16a)의 회전 속도가 초기 설정 속도보다 느려진 것으로 판단, 모터(16a)의 회전 속도를 빠르게 하여 느려진 반응속도를 보상하는 소정의 제어가 행해진다.

여기서, 소정의 제어는 모터(16a)의 회전 속도를 빠르게 하는 진각 제어일 수 있다. 이때 진각 제어는 앞서도 언급한 바와 같이 U상의 통전을 실제 패턴보다 +1 Task 먼저 실시할 경우 전류상승 지연(Delay)를 만회하는 효과를 이용하여 모터(16a)의 속도를 상승시키는 제어를 의미한다(도 3 참조).

이와는 달리, S300 단계에서 카운트된 시간이 상기 시간 기준값보다 작으면, 모터(16a)의 회전 속도가 적정 속도인 것으로 판단, 모터(16a)의 회전 속도를 빠르게 하기 위한 소정의 제어, 즉 상기 진각 제어 단계를 거치지 않고 이후 진행될 S500 단계로 전환시킨다.

S400 단계 이후 모터(16a)의 현재 위치와 상기 시작 위치의 차이를 기 설정된 임계값과 비교하는 단계(S500)로 넘어간다. S500 단계에서 만약, 진각 제어 후 모터(16a)의 현재 위치와 시작 위치의 차이가 기 설정된 임계값 미만이면, 진각 제어에도 모터(16a)가 목표 위치 방향으로 제대로 움직이지 못한 것이므로 카운터 초기화 후 S300 단계로 돌아간다.

좀 더 구체적으로는, S500 단계를 통한 비교 결과, 진각 제어 후 모터(16a)의 현재 위치와 시작 위치의 차이가 기 설정된 임계값 미만이면, 카운터 초기화 후 S300 단계로 돌아가 이후 과정을 반복 실행하되, 반복 실행 시 S400 단계에서는 직전 진각 제어보다 모터(16a)의 회전 속도를 더욱 빠르게 하는 진각 제어(예컨대, U상의 통전을 실제 패턴보다 +2 Task 먼저 실시)가 행해지도록 한다.

이와는 달리 S500 단계를 통한 비교 결과, 진각 제어 후 모터(16a)의 현재 위치와 시작 위치의 차이가 기 설정된 임계값을 초과하면, 모터(16a)가 목표 위치를 향해 회전하는 실변속 구간에 진입한 것으로 판단, 이후 설명될 S600 단계로 프로세스를 전환한다.

S600 단계에서는 모터(16a)가 목표 위치를 향해 회전하는 실변속 구간에서 모터(16a)에 인가되는 전류를 계측하고, 계측된 전류값에 따라 상기 진각 제어를 증대시키거나 반대로 모터(16a)의 회전 속도를 늦추는 지각 제어가 수행된다. 이러한 S600 단계에서는 계측된 전류값을 기 설정된 기준 전류값과 비교하여 진각 제어를 더욱 증대시키거나 회전 속도를 늦추는 지각 제어가 수행될 수 있다.

S600 단계를 좀 더 구체적으로 살펴보기로 한다.

프로세스가 S600 단계로 전환되면 먼저, 전류 에러값을 계산한다(S610). 여기서 전류 에러값은 기준 전류값에서 실변속 구간에서 계측된 모터(16a)의 전류값(계측 전류값)을 뺀 값, 즉 「전류 에러값 = 기준 전류값 - 계측 전류값」와 같은 단순 수식으로부터 계산될 수 있다.

이때 전류 에러값을 계산함에 있어 기준이 되는 모터(16a)의 전류값, 즉 상기 기준 전류값은 배터리 전압에 따라 다른 값으로 설정될 수 있다. 이는 배터리 전압 차이에 따른 전류 상승을 모터(16a)의 부하 증대로 오인하지 않도록 하기 위함이다.

S610 단계를 통해 전류 에러값이 도출되면, 모터(16a)의 실제 회전각(엔코더 출력으로부터 계산)과 목표 회전각이 근접하는 모터(16a) 정지 제어 구간에 도달하였는지 판단(모터(16a)의 회전 위치가 목표 위치에 근접하였는지 판단)하고(S620), 모터(16a)가 정지 제어 구간에 도달한 것으로 판단되면, 모터(16a) 진각 제어를 중지하는 동시에 모터(16a) 정지 제어(2상 통전)를 실시하여 모터(16a)가 목표 위치에 정지될 수 있도록 한다(S622).

이와는 달리, 모터(16a)가 정지 제어 구간에 도달하지 않은 경우에는 S610 단계를 통해 계산된 전류 에러값을 기 설정된 설정 임계값들과 비교하여 클수록 이에 비례하는 진각 제어를 수행하고 작을수록 이에 비례하는 지각 제어를 수행한다(S630).

예를 들어, 도면의 예시와 같이 먼저 상기 전류 에러값을 가장 큰 임계값인 설정 임계값 1과 비교하여, 전류 에러값이 설정 임계값 1보다 크면(전류 에러값 > 설정 임계값 1) 진각 제어를 +2 Task 더 증대시키고, 전류 에러값이 설정 임계값 1보다 작으면(전류 에러값 < 설정 임계값 1) 상기 설정 임계값 1보다 작은 설정 임계값 2와 다시 한번 비교한다.

그 결과, 전류 에러값이 설정 임계값 2보다 크면(설정 임계값 1 > 전류 에러값 > 설정 임계값 2) 진각 제어를 +1 Task 만큼만 더 증대시키고, 전류 에러값이 설정 임계값 2보다 작으면(전류 에러값 < 설정 임계값 2) 상기 설정 임계값 2보다 더 작은 설정 임계값 3과 다시 한번 비교하여, 전류 에러값이 설정 임계값 3보다 작으면, 진각 제어를 -2 Task 감소시킨다(-2 Task 지각 제어).

반대로, 전류 에러값이 설정 임계값 3보다 크면, 상기 설정 임계값 3보다는 크고 설정 임계값 2보다는 작은 설정 임계값 4와 비교 후 설정 임계값 4보다 작으면(설정 임계값 3 < 전류 에러값 < 설정 임계값 4), 진각 제어를 -1 Task만 감소시키고(-1 Task 지각 제어), 설정 임계값 4보다 크면(설정 임계값 4 < 전류 에러값 < 설정 임계값 2) 진각 또는 지각 제어를 하지 않도록 설정될 수 있다.

이상에서 살펴본 본 발명의 실시 예에 따르면, SR 모터(Switched Reluctance Motor)를 시프트 액추에이터로 사용하는 전동식 시프트 바이 와이어 시스템에서 별도의 하드웨어 추가나 변경 없이 소프트 웨어 변경만으로 응답의 균일성(일정한 변속시간)을 보장할 수 있으며, 이에 따라 변속 지연에 따른 상품성 저하나 안전사고를 방지할 수 있다.

이상의 본 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시 예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

10 : 출력축 13 : 레인지 전환 기구
14 : SBW 컨트롤러 15 : 디텐트 플레이트
15a : 회전축 15b : 디텐트 스프링
15c : 롤러 16 : 시프트 엑추에이터
16a : 모터 16b : 감속기구
16c : 엔코더 17 : 파킹 기구
140 : 판단부 142 : 전류 제어부
144 : 카운터부 146 : 비교부
150 : 위치 결정면

Claims

자동 변속기의 변속 레인지 전환이 SR 모터(Switched Reluctance Motor)에 의해 구현되는 전동식 시프트 바이 와이어(SBW, Shift By Wire) 시스템에 있어서,
(a) 변속 레인지 전환 요청이 입력되면 전환 요청이 입력된 시점에 SR 모터의 현재 위치를 시작 위치로 인식하고 상기 SR 모터의 현재 위치와 목표 위치가 일치하는지 판단하는 단계;
(b) 현재 위치와 목표 위치가 일치하지 않는 경우, 목표 위치 방향으로 상기 SR 모터를 회전시키기 위한 전류를 인가하는 단계;
(c) 전류가 인가된 시점부터 카운터를 가동시켜 SR 모터의 실제 움직임이 감지된 시점까지의 시간을 카운트하는 단계;
(d) 카운트된 시간을 기 설정된 시간 기준값과 비교하고, 카운트된 시간이 상기 시간 기준값을 초과하면 상기 SR 모터의 회전 속도를 빠르게 하는 진각 제어를 수행하는 단계; 및
(e) SR 모터가 목표 위치를 향해 회전하는 실변속 구간에서 SR 모터에 인가되는 전류를 계측하고, 계측된 전류값에 따라 상기 진각 제어를 증대시키거나 SR 모터의 회전 속도를 늦추는 지각 제어를 수행하는 단계;를 포함하며,
상기 (e) 단계에서는,
계측된 전류값을 기 설정된 기준 전류값과 비교하여 진각 제어를 증대시키거나 지각 제어를 수행하는 전동식 시프트 바이 와이어 시스템의 모터 제어 방법.
제 1 항에 있어서,
(d') 상기 (d)와 (e) 단계 사이에 상기 (d) 단계를 통한 진각 제어 후 SR 모터의 현재 위치와 상기 시작 위치의 차이를 기 설정된 임계값과 비교하는 단계;를 더 포함하는 전동식 시프트 바이 와이어 시스템의 모터 제어 방법.
제 2 항에 있어서,
상기 (d') 단계를 통한 비교결과, 진각 제어 후 SR 모터의 현재 위치와 상기 시작 위치의 차이가 기 설정된 임계값 미만이면, 카운터 초기화 후 상기 (c) 단계로 돌아가 이후 과정을 반복 실행하되, 반복 실행 시 상기 (d) 단계에서는 직전 진각 제어보다 SR 모터의 회전 속도를 더욱 빠르게 하는 진각 제어를 실행하는 전동식 시프트 바이 와이어 시스템의 모터 제어 방법.
제 2 항에 있어서,
상기 (d') 단계를 통한 비교결과, 진각 제어 후 SR 모터의 현재 위치와 상기 시작 위치의 차이가 기 설정된 임계값을 초과하면 상기 (e) 단계로 프로세스를 전환하는 전동식 시프트 바이 와이어 시스템의 모터 제어 방법.
삭제
제 1 항에 있어서,
기준 전류값에서 계측 전류값을 뺀 전류 에러값(전류 에러값 = 기준 전류값 - 계측 전류값)을 계산하고,
상기 전류 에러값을 설정 임계값과 비교하여 클수록 이에 비례하여 진각 제어를 증대시키고 작을수록 이에 비례하는 지각 제어가 수행되는 전동식 시프트 바이 와이어 시스템의 모터 제어 방법.
디텐트 플레이트(15)를 목표 위치로 회전시키기 위한 구동력을 발생시키는 SR 모터(Switched Reluctance Motor, 16a);
상기 SR 모터(16a)의 회전에 따라 상응하는 전기 신호를 출력하는 엔코더(16c);
변속 레버의 위치 변화를 감지하는 변속 레버 센서의 신호를 분석하여 목표 위치를 설정하고, 설정된 목표 위치를 향해 상기 디텐트 플레이트(15)가 회전될 수 있도록 상기 엔코더(16c)의 신호를 바탕으로 상기 SR 모터(16a)의 구동을 제어하는 SBW 컨트롤러(Shift By Wire Controller, 14);를 포함하며,
상기 SBW 컨트롤러(14)는,
운전자의 상기 변속 레버 조작에 따라 변속 레인지 전환 요청이 입력되면 상기 SR 모터(16a)에 전류를 인가하되, 전류가 인가된 시점부터 SR 모터(16a)의 실제 움직임이 감지된 시점까지의 시간을 카운트하고, 카운트된 시간이 기 설정된 시간 기준값을 초과하면 SR 모터(16a)의 회전 속도를 빠르게 하는 진각 제어를 실행하며, SR 모터(16a)가 목표 위치를 향해 회전하는 실변속 구간에서 SR 모터(16a)에 인가되는 전류를 계측하고, 계측된 전류값에 따라 상기 진각 제어를 증대시키거나 SR 모터(16a)의 회전 속도를 늦추는 지각 제어를 실행하되, 계측된 전류값을 기 설정된 기준 전류값과 비교하여 진각 제어를 증대시키거나 지각 제어를 수행하도록 프로그래밍된 복수의 프로세서를 구비하는 전동식 시프트 바이 와이어 시스템의 모터 제어 장치.
제 7 항에 있어서,
상기 복수의 프로세서는,
변속 레인지 전환 요청이 입력된 시점에 SR 모터(16a)의 현재 위치를 시작 위치로 인식하고 상기 SR 모터(16a)의 현재 위치와 목표 위치가 일치하는지 판단하는 판단부(140);
상기 판단부(140)에 의한 판단 결과, 현재 위치와 목표 위치가 일치하지 않는 경우, 목표 위치 방향으로 상기 SR 모터(16a)를 회전시키기 위한 전류를 인가하는 전류 제어부(142);
전류 제어부(142)에 의해 전류가 인가된 시점부터 카운터를 가동시켜 SR 모터(16a)의 실제 움직임이 감지된 시점까지의 시간을 카운트하는 카운터부(144); 및
상기 카운터부(144)에서 카운트된 시간을 기 설정된 시간 기준값과 비교하는 비교부(146);를 포함하되,
상기 전류 제어부(142)는,
상기 카운터부(144)에서 카운트된 시간이 상기 시간 기준값을 초과하면 상기 SR 모터(16a)의 회전 속도를 빠르게 하는 진각 제어를 실행하고,
SR 모터(16a)가 목표 위치를 향해 회전하는 실변속 구간에서 계측된 전류값에 따라 상기 진각 제어를 더욱 증대시키거나 SR 모터(16a)의 회전 속도를 늦추는 지각 제어를 실행하는 전동식 시프트 바이 와이어 시스템의 모터 제어 장치.