KR102506763B1 - 구동 모터를 구비한 차량 및 그 제어 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 모터 요구 토크량 또는 모터 온도에 근거하여 모터 토크 지령의 기울기를 가변하고, 가변된 모터 토크 지령의 기울기에 따라 모터 토크가 변화하도록 구동 모터를 제어함으로써, 구동 모터를 구비한 친환경 차량에 있어서 모터 토크의 응답성을 향상시킬 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.

Description

구동 모터를 구비한 차량 및 그 제어 장치{VEHICLE INCLUDING DRIVING MOTOR AND CONTROL METHOD THEREOF}
본 발명은 구동 모터를 구비한 차량 및 그 제어 장치에 관한 발명으로서, 보다 상세하게는 하이브리드 차량과 같은 구동 모터가 적용된 친환경 차량 및 차량의 모터 토크 제어를 위한 제어 장치에 관한 발명이다.
지구의 환경오염 문제가 심각해지면서, 무공해 에너지 사용의 중요성이 커지고 있다. 특히, 대도시의 대기오염의 주요한 원인으로 지적되는 자동차의 배기가스 문제의 해결을 위해, 하이브리드 차량, 전기 자동차를 포함하는 친환경 차량이 활발히 개발 중에 있다.
친환경 차량은 구동모터를 구동원으로 주행하는 순수 전기 차량(Electric Vehicle: EV), 하이브리드 차량(Hybrid Electric Vehicle: HEV), 연료전지 차량(Fuel Cell Electric Vehicle: FCEV) 등 배기가스 배출이 적은 차량을 말하며, 배터리에 저장된 직류전원을 교류 전원으로 변환시켜 구동모터를 구동하고, 구동모터의 구동력을 구동휠에 전달하여 주행이 이루어진다.
그런데, 구동 모터에 대한 요구 토크 지령은, 도 6에서도 도시되어 있듯이, 현재의 모터 토크로부터 요구 토크까지 불연속적인 계단 함수(step function)의 형태를 갖는다. 이 경우, 토크 지령 인가 시에, 모터 전류가 불연속적으로 급격히 변화하여 과전류로 인한 소자의 손상이 우려된다. 따라서, 일반적으로는 도 6에 도시된 바와 같이, 토크 지령에 기울기를 주어 토크 및 모터의 전류를 요구 토크 수준까지 서서히 상승시키는 방법을 사용한다(특허문헌 1 참조).
특허문헌 1: 대한민국 출원공개공보 제2014-0048678호
종래의 경우, 토크 지령에 기울기를 주어 토크 및 모터의 전류를 요구 토크 수준까지 서서히 상승시킬 때에, 모터 토크 기울기는 토크 지령(요구 토크 수준)과 모터 온도와는 무관하게, 항상 기울기를 동일하게 유지하고 있었다. 특히, 이때의 기울기는 과전류 방지 및 소자 보호를 위해, 가장 악조건인 상황을 상정하여 설정되었다. 예컨대, 도 7에서 도시된 바와 같이, 모터의 가동 온도 범위와 관련하여 가장 고온인 상황을 상정하여 토크 지령의 기울기를 설정하고, 모터 요구 토크 수준이나, 실제 모터 온도와 상관없이 미리 설정된 토크 지령의 기울기에 따라 모터의 전류를 요구 토크 수준까지 서서히 상승하도록 제어하고 있었다.
이러한 종래의 제어 방법의 경우, 과전류 방지 및 소자 보호의 측면에서는 유리하지만, 일반적인 연비 모드 운전 영역에서는 토크 지령 기울기가 너무 작아 현재의 토크에서 요구 토크까지 도달하는 시간이 지나치게 오래 걸리게 된다. 이러한 요구 토크 도달의 지연은 특히 하이브리드 차량에 있어서, 구동 모터만으로 차량 주행이 이루어지는 EV 모드로부터, 구동 모터와 엔진에 의해 차량의 주행이 이루어지는 HEV 모드로의 천이 시 응답성 저하로 이어져, 운전성 악화의 원인이 된다.
본 발명은 상기한 과제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 모터 토크 지령의 기울기의 가변 제어를 통해 모터 토크의 응답성을 개선할 수 있는 제어 방법 및 이러한 제어 방법이 적용된 차량을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에서는, 모터 요구 토크량(토크 지령) 또는 모터 온도에 근거하여 모터 토크 지령의 기울기를 가변하도록 함으로써 상기한 과제를 해결하도록 하고 있다.
보다 구체적으로는 상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명은, 구동 모터를 구비한 차량에 관한 발명으로서, 운전자의 요구 토크 또는 구동 모터의 온도에 따라 구동 모터 토크 지령의 기울기를 가변하는 제어기, 모터 토크 지령의 기울기에 따라 모터 토크가 변화하도록 구동 모터를 제어하는 모터 제어기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 제어기는 요구 토크가 클수록 구동 모터 토크 지령의 기울기를 감소시킨다.
바람직하게는, 상기 제어기는 구동 모터의 온도가 높을수록 구동 모터 토크 지령의 기울기를 감소시킨다.
바람직하게는, 상기 제어기는, 운전자의 요구 토크 및 구동 모터의 온도에 따라 구동 모터 토크 지령의 기울기를 가변하고, 요구 토크가 클수록 구동 모터 토크 지령의 기울기를 감소시키고, 구동 모터의 온도가 높을수록 구동 모터 토크 지령의 기울기를 감소시킨다.
바람직하게는, 상기 제어기는, 구동 모터의 온도가 일정한 경우에 있어서, 소정 범위의 저토크 영역 및 고토크 영역에서는 구동 모터의 기울기가 요구 토크 값의 변화에 따라 일정하게 유지되고, 저토크 영역 및 고토크 영역 사이에서는 요구 토크 값의 변화에 따라 구동 모터의 기울기가 가변되도록 한다.
바람직하게는, 상기 차량은 엔진과 구동 모터로 구동되는 하이브리드 차량이고, 제어기는 하이브리드 제어기이다..
바람직하게는, 상기 차량은 엔진 토크 기울기에 따라 엔진 토크가 변화하도록 엔진을 제어하는 엔진 제어기를 더 포함하고, 엔진 제어기는 요구 토크 및 모터 토크 지령의 기울기에 따라 엔진 토크 지령의 기울기를 결정한다.
바람직하게는, 상기 제어기는 EV 모드에서 HEV 모드로 전환할 때에 구동 모터 토크 지령의 기울기를 가변하도록 한다.
바람직하게는, 상기 차량은, 입력축이 엔진과 직결된 제1 구동 모터와, 제1 구동 모터에 직결된 2개의 구동 모터가 직결된 제2 구동모터를 구비한다
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 제어 방법은, 구동 모터를 구비한 차량의 제어 방법으로서, 운전자의 요구 토크를 연산하는 단계; 구동 모터의 온도를 측정하는 단계; 운전자의 요구 토크의 크기 또는 구동 모터의 온도에 따라 구동 모터 토크 지령의 기울기를 가변하는 단계; 가변된 모터 토크 지령의 기울기에 따라 모터 토크가 변화하도록 구동 모터를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 운전자의 요구 토크는 엑셀 페달의 조작 상태, 브레이크 페달의 조작 상태, 차속 및 기어 단 중 적어도 어느 하나에 의해 연산된다.
바람직하게는, 상기 구동 모터 토크 지령의 기울기를 가변하는 단계에서는, 요구 토크가 클수록 구동 모터 토크 지령의 기울기를 감소시킨다.
바람직하게는, 상기 구동 모터 토크 지령의 기울기를 가변하는 단계에서는, 구동 모터의 온도가 높을수록 구동 모터 토크 지령의 기울기를 감소시킨다.
바람직하게는, 상기 구동 모터 토크 지령의 기울기를 가변하는 단계에서는, 요구 토크가 클수록 상기 구동 모터 토크 지령의 기울기를 감소시키고, 구동 모터의 온도가 높을수록 구동 모터 토크 지령의 기울기를 감소시킨다.
바람직하게는, 상기 구동 모터 토크 지령의 기울기를 가변하는 단계에서는, 구동 모터의 온도가 일정한 경우에 있어서, 소정 범위의 저토크 영역 및 고토크 영역에서는 구동 모터의 기울기가 요구 토크 값의 변화에 따라 일정하게 유지되고, 상기한 소정 범위의 저토크 영역 및 상기한 소정 범위의 고토크 영역 사이에서는 요구 토크 값의 변화에 따라 구동 모터의 기울기가 가변되도록 제어한다.
바람직하게는, 상기 요구 토크 및 상기 모터 토크 기울기에 따라 엔진 토크의 토크 지령 기울기를 결정하는 단계; 및 상기 결정된 엔진 토크의 토크 지령 기울기에 따라 엔진의 토크를 제어하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 구동 모터를 구비한 친환경 차량에 있어서 모터 토크의 응답성을 향상시킬 수 있다. 특히, 하이브리드 차량의 EV 모드로부터 HEV 모드로의 천이 시에, 엔진 시동 크랭킹 시간 및 모터와 엔진의 속도 동기화 시간을 단축시키는 것이 가능하여 모드 천이 시의 응답성을 현저히 개선시킬 수 있다.
또한, 기존의 플라이휠을 제거하고, 이를 모터로 대체하는 하이브리드 차량의 경우, 본 발명의 바람직한 실시예를 적용함으로써, 모터 토크 응답성을 향상시켜, 진동 및 소음 발생 문제를 개선할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하이브리드 차량을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량의 제어 방법을 도시한 순서도이다.
도 3은 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따른 하이브리드 차량을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 모터 토크 제어 시의 각 단계를 설명하는 블럭도이다
도 5는 본 발명에 따른 모터 토크 제어시의 토크 지령의 기울기의 선도를 나타내는 그래프이다.
도 6는 종래 제어 방법에 따른 모터 토크 제어 시의 각 단계를 설명하는 블럭도이다
도 7은 종래 제어 방법에 따른 모터 토크 제어시의 토크 지령의 기울기의 선도를 나타내는 그래프이다.
도 8a는 종래 제어 방법을 적용하여 모터 토크 제어를 실시한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 8b는 본 발명에 따른 방법을 적용하여 모터 토크 제어를 실시한 결과를 나타내는 그래프이다.
이하에서는 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 첨부된 도면에 의거하여 상세하게 설명한다.
도 1은, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량의 구성을 블록도로서 도시한 도면이다. 도 1에서 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량은, 운전자의 요구 토크 또는 구동 모터의 온도에 따라 구동 모터 토크 지령의 기울기를 가변하는 제어기(90) 및 토크 지령의 기울기에 따라 모터 토크가 변화하도록 구동 모터를 제어하는 모터 제어기(70)를 포함하고 있다.
엔진(10)은 엔진 제어기(60)의 제어에 따라, 연료를 연소시켜 차량 구동을 위한 동력을 발생시킨다. 모터(30)는 모터 제어기(70)의 제어에 따라, 배터리(35)로부터 공급되는 전력으로 구동력을 발생시켜 엔진(10)의 동력을 보조하거나, 모터(30) 자체의 구동력만으로 차량을 구동하도록 한다.
도 1에서 도시된 바와 같이, 내연 기관인 엔진(10)의 출력축은 엔진 클러치(20)에 의해 모터(30)와 연결된다. 엔진 클러치는 엔진(10)과 모터(30) 사이에 배치되어 제어기(90)로부터의 제어 신호를 입력받아 엔진(10)과 모터(30) 사이의 연결을 단속하는 역할을 한다. 차량의 모터(30)의 동작만으로 구동하는 EV 모드로 작동 시 엔진(10)과 모터(30)의 연결이 해제되어, 엔진(10)의 동력이 모터(30)로 전달되지 않고, 엔진(10)과 모터(30)의 동력에 의해 주행하는 HEV 모드로 작동시 엔진(10)과 모터(30)가 체결되게 된다.
모터(30)와 엔진(10)은 듀얼 클러치(40)를 통해 변속기(50)로 연결된다. 듀얼 클러치(40)는 두 개의 클러치를 포함하고 각 클러치는 엔진(10)과 모터(30)의 동력을 변속기(50)에 선택적으로 전달하는 역할을 수행한다. 변속기(50)는 변속기 제어기(80)의 제어에 따라, 동력원으로부터의 발생되는 동력을 목표로 하는 차속에 필요한 회전력으로 바꾸어 차륜(100)에 전달하는 역할을 수행한다.
그리고, 엔진(10) 측에는 시동 시 엔진을 크랭킹하여 시동시키기 위한 시동 발전기(Hubrid Starter and Generater, HSG)(15)가 구비된다. 시동 발전기(15)는 엔진(10)의 입력축과 벨트 등을 통해 연결된 시동 모터의 동작에 의해 엔진(10)을 크랭킹하여 시동시키는 것과 더불어, 엔진(10)의 시동 후 잉여 출력을 충전하는 제네레이터로 작동하여 배터리를 충전하는 역할을 수행한다. 시동 모터는 모터 제어기(70)의 제어에 따라 소정의 토크 지령의 기울기를 만족하도록 제어된다.
플라이 휠(11)은 엔진(10)의 크랭크 축에 동력 전달 가능하게 연결되고, 엔진의 회전에 따라 동시에 회전하도록 구성된다. 플라이 휠은 내연기관의 폭발 행정 시에 발생하는 불규칙한 회전력을 완화시켜 차륜(100)에 전달하는 역할을 수행한다.
제어기(90)는 상술한 차량의 각 요소들을 제어하기 위한 최상위 제어기로서 엔진 제어기(60), 모터 제어기(70) 및 변속기 제어기(80)를 제어하여 하이브리드 차량을 통합 제어하는 하이브리드 제어기(HCU)이다. 그리고, 후술하는 바와 같이, 운전자의 요구 토크 또는 구동 모터의 온도에 따라 구동 모터 토크 지령의 기울기를 가변하는 기능을 수행한다.
이하에서는, 도 4 및 도 도 7을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량의 제어기(90) 및 모터 제어기(70)를 이용한 제어 방법과 종래의 제어 방법의 차이를 보다 상세하게 설명한다.
제어기(90)는 차체에 설치된 각종 센서로부터 측정되는 엑셀 페달의 조작 상태, 브레이크 페달의 조작 상태, 차속 및 기어 단수와 관련된 정보를 통해 운전자의 모터 요구 토크를 산출한다. 즉 모터 토크의 토크 지령값을 결정한다. 도 4에서 도시된 바와 같이, 요구 토크가 산출되면 제어기(90)는 현재의 모터 토크로부터 요구 모터 토크에 도달하기까지 토크량이 시간에 따라 점진적으로 변화하도록 하는 토크 지령의 기울기를 선정한다. 과전류 방지 및 소자 보호와 모터 토크의 응답성을 모두 만족시키는 최적의 토크 지령의 기울기를 산정하기 위하여, 제어기(90)는 요구 토크 수준과 모터 온도를 참고한다. 운전자의 요구 토크는 상술한 바와 같이, 엑셀 페달의 조작 상태, 브레이크 페달의 조작 상태, 차속 및 기어 단수와 관련된 정보를 통해, 토크 지령의 기울기를 선정하기 이전에 이미 산출된바 있다. 모터 온도는 바람직하게는 모터(30)의 모터 코일의 온도를 측정 센서를 통해 직접 측정하여 얻어질 수 있다.
도 5에서 도시된 바와 같이 제어기(90)는 모터 요구 토크가 높을수록 토크 기울기는 작게 가변한다. 즉, 저토크 영역에서 상대적으로 토크 지령의 기울기를 크게하고 고토크 영역에서는 토크 지령의 기울기를 작게한다. 토크 지령이 클 때, 즉 요구 토크가 클 때에는 모터 전류가 크다. 즉 과전류가 발생할 가능성이 높아 소자의 파손이 우려된다. 따라서, 요구 토크가 클 때에는 상대적으로 토크 지령의 기울기를 낮게한다. 요구 토크가 작을 때는 모터 전류가 낮기 때문에 과전류의 발생 가능성이 낮다. 또한, 요구 토크가 낮은 경우는 주로 차량이 일정 속도로 연비 주행을 하는 경우가 많다. 이와 같은 경우에 토크 지령의 기울기가 낮으면 요구 토크까지 도달하는 시간이 지나치게 낮게 되어 운전성 악화 및 연비 저하가 우려된다. 따라서, 이러한 경우에는 토크 지령의 기울기를 상대적으로 큰 값으로 선정한다.
도 5에서 도시된 바와 같이 제어기(90)는 모터(30)의 온도가 높을수록 토크 기울기는 작게 가변한다. 즉 모터 온도가 저온 영역에 있는 경우 상대적으로 토크 지령의 기울기를 큰 큰 값으로 선정하고, 모터 온도가 고온 영역에 있는 경우에는 토크 지령의 기울기를 상대적으로 작은값으로 선정한다. 모터는 일반적으로 자석을 사용하므로, 모터 온도가 높으면, 자석의 세기가 약해져서 동일 토크를 발생하기 위해서 모터에 더 많은 전류가 흐르게 된다. 따라서, 모터 온도가 낮은 경우와 대비하여 모터에 과전류가 발생할 가능성이 높아 소자의 파손 위험성이 커진다. 따라서, 이러한 경우에도 응답성 저하 우려에도 불구하고 낮은 토크 지령의 기울기를 선택하도록 한다. 반대로, 모터 온도가 낮은 경우 모터에 과전류가 발생할 가능성이 낮으므로, 모터 토크의 응답성 향상을 위해 토크 지령의 기울기를 높게 유지한다.
한편, 바람직하게는 제어기(90)는 도 5에서 도시된 바와 같이, 요구 토크와 모터 온도를 모두 고려하여 토크 지령의 기울기를 선정할 수 있다. 동일한 모터 온도에서 모터 요구 토크가 클수록 상대적으로 작은 값의 토크 지령의 기울기를 선정한다. 또한, 동일 모터 요구 토크량에 있어서는 모터 온도가 높으수록 낮은 값의 토크 지령의 기울기가 선택된다.
한편, 바람직하게는 도 5에서 도시된 바와 같이, 동일 모터 온도에서 소정 범위의 저토크 영역 및 소정 범위의 고토크 영역에서는 토크 지령의 기울기는 요구 토크의 크기 변화와 상관없이 일정하게 유지되고, 그 사이의 영역에서는 모터 요구 토크의 크기에 따라 토크 지령의 기울기가 가변된다. 특정 저토크 영역에서는 모터 토크의 응답성 향상이 토크 지령의 기울기 선정의 지배적인 인자이므로 토크 크기에 변화와 상관없이 기울기가 유지되도록 하는 한편, 특정 고토크 영역에서는 과전류로 인한 소자 손상 방지가 토크 지령의 기울기 선정의 지배적인 인자이므로, 토크 크기에 변화와 상관없이 기울기가 유지되도록 하는 것이다. 한편, 그 사이의 영역에서는 상술한 바와 같이, 모터 토크의 응답성 향상 및 소자 보호를 모두 고려하기 위하여 요구 토크의 크기에 따라 상이한 토크 지령의 기울기가 선정된다.
상기한 바와 같이, 도 7에서 도시된 종래의 제어 방법에서 토크 지령의 기울기가 요구 토크의 크기나 모터 온도와는 상관없이 가장 최악의 조건을 상정하여 가장 낮은 기울기로 고정된 것에 반해, 본 발명에서는 모터 요구 크기 및 모터 온도 중 적어도 어느 하나의 인자를 고려하여 상이한 토크 지령의 기울기가 선정된다.
한편, 토크 지령의 기울기가 선정되면 해당 토크 지령의 기울기에 따라 점차적으로 모터(30)의 토크가 증가되도록 모터 제어기(70)에 토크 지령이 전달된다. 모터 제어기(70)에서는 토크 지령을 수령하면, 토크 지령값과, 모터 토크와 모터 전류를 기반으로 생성된 모터 전류맵을 이용하여 토크 지령값에 대응하는 모터 전류를 산출한다. 모터 전류맵을 통해 모터 전류가 산출되면, 모터 전류 제어기에서 산출된 전류를 이용하여 펄스 폭 변조(PMW) 듀티를 계산하고 PMW 듀티에 근거하여 모터(30)를 제어한다.
상술한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 모터의 과전류를 방지하여 소자의 파손을 방지하면서도 모터 토크의 응답성을 향상시킬 수 있다. 모터 토크의 응답성 향상은 특히 도 1에서 도시된 하이브리드 차량에 있어서 시동 응답성과 연비 개선 효과를 가져오게 된다. 도 1과 같이, 엔진(10)과 시동 발전기(15)의 시동용 모터가 벨트등으로 연결된 시스템에서는, 모터 토크 지령의 기울기를 증가시키게 되면, 모터를 이용한 엔진의 크랭킹 시간을 단축시킬 수 있다. 따라서, 특히 EV 모드에서 HEV모드로의 천이 시와 같이, 엔진(10)과 모터(30)의 속도를 동기화 할 필요가 있을 때, 속도 추종의 선형성을 강화할 수 있다. 이를 통해, 엔진(10)과 모터(30)의 회전 속도의 제어 강건성을 확보하여 엔진 클러치(20) 체결에 필요한 시간을 단축할 수 있는 한편, 엔진 클러치 체결 시의 체결 충격을 최소화할 수 있어 운전성이 향상된다.
상기한 본 발명의 모터 토크 제어 방법은 도 1에서 도시된 하이브리드 차량에 국한되지 않는다. 도 3에서는 도 1과는 상이한 구조를 갖는 하이브리드 차량을 도시하고 있다. 엔진(10)과 시동 발전기(15)의 시동용 모터가 벨트등으로 병렬 연결되어 있는 도 1과 달리 도 3에서는 제1 모터(31)는 엔진(10)와 직결되어 있고, 또한, 클러치(20)를 통해 제2 모터(32)와 직결되어 있다. 이러한 구조에서 제1 모터(31)는 엔진(10)과 직결되어 있기 때문에, 제1 모터(31)가 도 1에서의 플라이휠(11)의 역할을 대체하는 것이 가능하다. 즉, 다기통 엔진의 폭발 행정시마다 발생하는 토크 변동을 플라이휠(11) 대신에 제1 모터(31)가 완화시키는 역할을 한다. 따라서, 상기한 본 발명의 토크 제어 방법을 통해 제1 모터(31)를 제어하게 되면, 모터 토크의 응답성이 향상되어, 엔진(10)의 토크 변동에 대한 제1 모터(31)의 감쇄 제어 반응성을 강화시킬 수 있다. 따라서, 엔진(10)의 소음 및 진동 발생을 억제하는 효과를 가질 수 있다.
한편, 본 발명의 바람직한 실시예에서는 엔진 토크 기울기에 따라 엔진 토크가 변화하도록 엔진을 제어하는 엔진 제어기(60)를 더 포함할 수 있다. 하이브리드 차량의 HEV 모드 주행 시에, 엔진 토크는 운전자의 총 요구 토크에서 모터 요구 토크를 제외한 토크량이다. 따라서, 엔진 토크 지령 시에는, 요구되는 모터 토크의 크기, 총 요구 토크량 및 모터 토크 지령 기울기를 고려하여, 엔진 토크 기울기를 선정할 수 있다. EV 모드에서 HEV 모드로의 전환 시에 엔진(10)과 모터(30)의 속도 동기화를 위해서는 모터 토크의 크기, 모터 토크 지령 기울기 등을 고려하여 적절한 엔진 토크 지령 기울기를 선정할 필요가 있다.
엔진 제어기(60)는 엔진 토크 지령 기울기를 선정하면, 해당 토크 지령 기울기에 맞춰 엔진(10)의 토크가 점진적으로 변화하도록, 연료 공급량, 점화각을 조정한다.
도 2에서는 본 발명의 제어 방법의 바람직한 실시예를 도시한 순서도이다. 상술한 바와 같이, 제어기(90)는 적절한 모터 토크 지령의 기울기를 선정하기 위하여, 운전자의 요구 토크를 연산(S10)하고, 모터(30)의 온도를 감지(S20)한다.
그리고, 제어기(90)는 요구 토크량 및 모터 온도 중 어느 하나에 근거하여 모터 토크 지령의 기울기를 선정(S30)한다. 요구 토크량 및 모터 온도의 경우 각각 모터(30)에 과전류가 발생하는 독립 조건에 관한 것이므로, 요구 토크량과 모터 온도의 2개 조건 중 어느 하나만을 기준으로 모터 토크 지령의 기울기를 산정할 수도 있다. 그러나, 모터 과전류에 의한 소자 파손의 가능성을 확실히 배제하면서, 모터 토크의 응답성을 향상시키기 위한 관점에서는, 2개의 인자를 모두 고려하여 모터 토크 지령의 기울기를 선정하는 것이 바람직하다.
모터 토크 지령의 기울기를 선정할 때에는 상술한 바와 같이, 모터 토크의 요구 토크량이 높을 수록, 모터의 온도가 높을 수록 생대적으로 낮은 토크 지령의 기울기를 선정한다. 모터의 온도 별, 요구 토크 크기별 토크 지령의 기울기는 도 5에서 도시된 바와 같은, 미리 생성된 소정의 맵을 통하여 결정될 수 있다.
모터 토크 지령의 기울기가 선정되면, 해당 기울기에 따라 제어기(90)는 모터 제어기(70)의 모터 전류맵에 토크 지령을 전달한다(S40). 모터 제어기(70)에서는 토크 지령을 수령하면, 토크 지령값과, 모터 토크와 모터 전류를 기반으로 생성된 모터 전류맵을 이용하여 토크 지령값에 대응하는 모터 전류를 산출한다. 그리고, 산출된 전류를 이용하여 펄스 폭 변조(PMW) 듀티를 계산하고, PMW 듀티에 근거하여 모터(30)를 제어한다(S50).
바람직하게는 요구 모터 토크 크기, 총 요구 토크량 및 모터 토크 지령 기울기를 고려하여, 엔진 토크 기울기를 선정하는 단계(S60)를 더 포함할 수 있다. 엔진 제어기(60)에 의해 적절한 엔진 토크 기울기가 선정되면, 엔진 제어기(60)는 해당 토크 지령 기울기에 맞춰 엔진(10)의 토크가 점진적으로 변화하도록, 연료 공급량, 점화각을 조정함으로써 엔진 토크(70)를 제어한다.
도 8A는 종래 제어 방법을 적용하여 모터 토크 제어를 실시한 결과를 나타내는 그래프이고 도 8b는 본 발명에 따른 방법을 적용하여 모터 토크 제어를 실시한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 8a 와 도 8b의 실험 결과는, 각각 토크 지령이 중토크 영역(최대 토크 400Nm 기준 모터에서 200Nm 토크 지령)에서 종래 제어 방법과 본 발명의 제어 방법을 적용한 결과이다. 종래 제어 방법을 적용한 도 8a의 예의 경우, 요구 토크량과 상관없이 토크 지령의 기울기(400Nm/100ms)가 적용된 결과, 약 50m/s의 정도에서 목표 토크에 도달하는 것에 대하여, 본 발명의 제어 방법을 적용한 도 8b의 경우, 토크 지령 기울기를 2배로 가변(800Nm/100ms)함으로써, 모터 전류가 더 빨리 상승하고, 목표 토크에 도달하는 시간도 도 8a의 예의 절반(25ms)에 불과한 것을 알 수 있다.
상기한 예에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 제어 방법이 적용되는 경우, 모터 토크의 응답성을 비약적으로 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 경우 고가의 별도 부품을 적용하는 일 없이, 기존 차량의 소프트웨어적인 변경만으로 위와 같은 효과를 달성할 수 있다. 따라서, 제조 비용의 상승 없이, 상술한 연비 향상, 소음 및 진동의 발생 억제, 운전성 개선의 효과를 달성할 수 있게 된다.
10: 엔진 11: 플라이휠
15: 시동 발전기(HSG) 20: 엔진 클러치
30: 모터 31: 제1 모터
32: 제2 모터 35: 배터리
40: 듀얼 클러치 50: 변속기
60: 엔진 제어기(ECU) 70: 모터 제어기(MCU)
80: 변속기 제어기(TCU) 90: 제어기(HCU)
100: 차륜

Claims (16)

  1. 운전자의 요구 토크 또는 구동 모터의 온도에 따라 구동 모터 토크 지령의 기울기를 가변하는 제어기,
    상기 모터 토크 지령의 기울기에 따라 모터 토크가 변화하도록 구동 모터를 제어하는 모터 제어기를 포함하고,
    상기 제어기는 상기 구동 모터의 온도가 높을수록 상기 구동 모터 토크 지령의 기울기를 감소시키는 것을 특징으로 하는 구동 모터를 구비한 차량.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어기는 상기 요구 토크가 클수록 상기 구동 모터 토크 지령의 기울기를 감소시키는 것을 특징으로 하는 구동 모터를 구비한 차량.
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어기는,
    운전자의 요구 토크 및 구동 모터의 온도에 따라 구동 모터 토크 지령의 기울기를 가변하고,
    상기 요구 토크가 클수록 상기 구동 모터 토크 지령의 기울기를 감소시키고, 상기 구동 모터의 온도가 높을수록 상기 구동 모터 토크 지령의 기울기를 감소시키는 것을 특징으로 하는 구동 모터를 구비한 차량.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 구동 모터의 온도가 일정한 경우에 있어서, 소정 범위의 저토크 영역 및 고토크 영역에서는 상기 구동 모터의 기울기가 요구 토크 값의 변화에 따라 일정하게 유지되고, 상기 저토크 영역 및 상기 고토크 영역 사이에서는 요구 토크 값의 변화에 따라 구동 모터의 기울기가 가변되도록 하는, 구동 모터를 구비한 차량.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 차량은 엔진과 상기 구동 모터로 구동되는 하이브리드 차량이고,
    상기 제어기는 하이브리드 제어기인, 구동 모터를 구비한 차량.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 차량은 엔진 토크 지령의 기울기에 따라 엔진 토크가 변화하도록 엔진을 제어하는 엔진 제어기를 더 포함하고, 상기 엔진 제어기는 상기 요구 토크 및 상기 모터 토크 기울기에 따라 엔진 토크 지령의 기울기를 결정하는 것을 특징으로 하는 구동 모터를 구비한 차량.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 제어기는 EV 모드에서 HEV 모드로 전환할 때에 상기 구동 모터 토크 지령의 기울기를 가변하는, 구동 모터를 구비한 차량.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 차량은, 입력축이 상기 엔진과 직결된 제1 구동 모터와, 상기 제1 구동 모터에 직결된 제2 구동모터를 구비하는 것인, 구동 모터를 구비한 차량.
  10. 구동 모터를 구비한 차량의 제어 방법으로서,
    운전자의 요구 토크를 연산하는 단계;
    상기 구동 모터의 온도를 측정하는 단계;
    상기 운전자의 요구 토크의 크기 또는 상기 구동 모터의 온도에 따라 구동 모터 토크 지령의 기울기를 가변하는 단계;
    상기 가변된 모터 토크 지령의 기울기에 따라 모터 토크가 변화하도록 구동 모터를 제어하는 단계를 포함하고,
    상기 구동 모터 토크 지령의 기울기를 가변하는 단계에서는,
    상기 구동 모터의 온도가 높을수록 상기 구동 모터 토크 지령의 기울기를 감소시키는 것을 특징으로 하는 구동 모터를 구비한 차량의 제어 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 운전자의 요구 토크는 엑셀 페달의 조작 상태, 브레이크 페달의 조작 상태, 차속 및 기어 단 중 적어도 어느 하나에 의해 연산되는 것을 특징으로 하는 구동 모터를 구비한 차량의 제어 방법.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 구동 모터 토크 지령의 기울기를 가변하는 단계에서는,
    상기 요구 토크가 클수록 상기 구동 모터 토크 지령의 기울기를 감소시키는 것을 특징으로 하는 구동 모터를 구비한 차량의 제어 방법.
  13. 삭제
  14. 청구항 10에 있어서,
    상기 구동 모터 토크 지령의 기울기를 가변하는 단계에서는,
    상기 요구 토크가 클수록 상기 구동 모터 토크 지령의 기울기를 감소시키고, 상기 구동 모터의 온도가 높을수록 상기 구동 모터 토크 지령의 기울기를 감소시키는 것을 특징으로 하는 구동 모터를 구비한 차량의 제어 방법.
  15. 청구항 10에 있어서,
    상기 구동 모터 토크 지령의 기울기를 가변하는 단계에서는,
    상기 구동 모터의 온도가 일정한 경우에 있어서, 소정 범위의 저토크 영역 및 고토크 영역에서는 상기 구동 모터의 기울기가 요구 토크 값의 변화에 따라 일정하게 유지되고, 상기 저토크 영역 및 상기 고토크 영역 사이에서는 요구 토크 값의 변화에 따라 구동 모터의 기울기가 가변되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 구동 모터를 구비한 차량의 제어 방법.
  16. 청구항 10에 있어서,
    상기 요구 토크 및 상기 모터 토크 지령의 기울기에 따라 엔진 토크의 토크 지령 기울기를 결정하는 단계; 및
    상기 결정된 엔진 토크의 토크 지령 기울기에 따라 엔진의 토크를 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 구동 모터를 구비한 차량의 제어 방법.
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