KR102622847B1 - 차량의 모터 힐 홀드 성능 개선 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 차량의 모터 힐 홀드 성능 개선 방법에 관한 것이다. 본 발명은, 모터 속도가 0이며 모터 토크가 0보다 큰지의 여부를 판정하는 단계; 모터 속도가 0이고 모터 토크가 0보다 큰 경우에, 모터 각도(θ)가 최대 토크 발생 영역에 있는지의 여부를 판정하는 단계; 및 최대 토크 발생 영역에 있는 경우 차량의 엑셀을 통한 속도 입력에 따른 토크 지령을 유지하고, 최대 토크 발생 영역에 있지 않은 경우 토크 지령을 변경하는 단계를 포함하고, 토크 지령을 변경하는 단계는 토크 지령을 변경한 후에 모터 각도(θ)를 변경함으로써 토크 운전점을 변경하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 차량의 힐 홀드 시간을 늘림으로써 힐 홀드 성능을 개선할 수 있고, 동일한 토크에서 더 적은 전류를 사용하기 때문에 파워 모듈의 내구성이 개선되며, 하드웨어의 변경 없이 소프트웨어의 변경만으로도 적용이 가능하기 때문에, 추가 비용 없이 적용 가능하며 실시 가능성이 높다는 이점이 있다.

Description

차량의 모터 힐 홀드 성능 개선 방법 {METHOD FOR IMPROVING MOTOR HILL-HOLD PERFORMANCE OF A VEHICLE}

본 발명은 차량의 모터 힐 홀드 성능 개선 방법에 관한 것으로서, 특히 힐 홀드 시에 전류를 최소로 사용하는 운전점으로 변경하여 동일한 토크 발생 시에 최소 전류를 사용하도록 함으로써 파워 모듈의 온도 상승을 최소화하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 하이브리드 자동차(HEV; Hybrid Electric Vehicle), 플러그인 하이브리드 자동차(PHEV; Plug-in Hybrid Electric Vehicle), 전기차(EV; Electric Vehicle) 등의 환경차 시스템에서 엑셀을 밟아서 힐 홀드(즉, 언덕에서의 차량 정지)를 유지하는 경우에 모터 토크를 이용한다.

힐 홀드 시에 모터 토크를 이용함에 있어서 모터의 구조상 항상 토크 리플이 발생하게 되는데, 환경차에 주로 이용되는 출력 밀도가 큰 IPM(Interior Permanent Magnet) 모터는 그 구조상 전기각 360도에 대하여 6번의 토크 리플(6 고조파 토크 리플)이 발생한다. 즉, 모터의 토크 리플이 전체 구간에서 6번 반복되며, 전체 구간을 360도 기준으로 볼 때 6번 반복되기 때문에 60도마다 반복된다. 모터의 토크 리플은 모터의 종류, 모터의 설계에 따른 고유 값이므로, 시험 및 시뮬레이션을 통하여 값을 도출하여야 한다.

이러한 모터의 토크 리플로 인하여 모터가 멈추어 있는 각도(위치)에 따라 모터가 발생시키는 토크의 차이가 발생하게 된다. 이와 같이, 힐 홀드시에 모터의 토크 리플이 발생하기 때문에 모터의 각도(위치)에 따라서 모터 토크가 상이하지만, 종래 기술에서는 이에 대한 추가적인 제어 없이 사용해 왔다. 즉, 종래 기술에 따르면, 동일한 측정 토크에서 토크 리플에 따라 전류가 더 작은 부분이 있지만 추가적인 제어 없이 전류가 높은 부분을 사용하고, 높은 전류로 인해 파워 모듈의 온도가 상승하게 되며, 파워 모듈의 소자 보호를 위해 토크 및 전류를 제한함으로써 힐 홀드의 성능이 악화되는 문제점이 있었다.

따라서, 힐 홀드시에 모터의 각도(위치)에 따라 토크의 차이가 발생하는 점을 이용하여, 전류를 최소로 사용하는 운전점으로 변경하여 동일한 토크 발생 시에 최소 전류를 사용하도록 함으로써 파워 모듈의 온도 상승을 최소화할 필요가 있다.
한편, 본 발명에 관한 선행기술문헌으로서, 대한민국공개특허공보 제 10-2017-0137440 호 (2017 년 12 월 13 일 공개), 대한민국특허공개공보 제 10-2010-0091404 호(2010 년 8 월 19 일 공개) 및 중국특허공개공보 제 103182952 호 (2013 년 7 월 3 일 공개)의 문헌이 공지되어 있다.

본 발명은 힐 홀드 시에 모터의 각도에 따른 최소 전류 및 최대 토크의 운전을 구현하는 것을 통해 파워 모듈의 온도 상승을 최소화함으로써 파워 모듈의 온도 상승 시간을 길어지게 하고 이에 따라 힐 홀드 유지 시간도 길어지게 하여 힐 홀드 성능을 개선시키는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 모터 속도가 0이며 모터 토크가 0보다 큰지의 여부를 판정하는 단계; 모터 속도가 0이고 모터 토크가 0보다 큰 경우에, 모터 각도(θ)가 최대 토크 발생 영역에 있는지의 여부를 판정하는 단계; 및 최대 토크 발생 영역에 있는 경우 차량의 엑셀을 통한 속도 입력에 따른 토크 지령을 유지하고, 최대 토크 발생 영역에 있지 않은 경우 상기 토크 지령을 변경하는 단계를 포함하고, 상기 토크 지령을 변경하는 단계는 상기 토크 지령을 변경한 후에 상기 모터 각도(θ)를 변경함으로써 토크 운전점을 변경하는 것을 특징으로 하는 차량의 모터 힐 홀드 성능 개선 방법을 제공하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 모터는 IPM 모터이고, 최대 토크 발생 영역에 있는지의 여부를 판정하는 단계에서, 모터 각도(θ)가 다음의 식을 따르는 토크 리플이 반복되며,

0 ≤ (θ-15)/60의 나머지 값 < 60

오차 범위(α)를 고려하여, 모터 각도(θ)가 다음의 식을 만족하는 경우에, 최대 토크 발생 영역에 있다고 판정한다.

0 ≤ (θ-15)/60의 나머지 값 < α

바람직하게는, 모터는 IPM 모터이고, 토크 지령을 변경하는 단계에서, (θ-15)/60의 나머지 값에 비례하여 토크 지령 변경치를 결정하고, 결정된 토크 지령 변경치에 따라 토크 지령을 감소시키며, 토크 지령 변경 후에 변경된 모터 각도(θ)가 다음의 식을 만족하는 경우에, 변경된 토크 지령을 유지한다.

0 ≤ (θ-15)/60의 나머지 값 < α

전술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따르면, 차량의 힐 홀드 시간을 늘림으로써 힐 홀드 성능을 개선할 수 있는 이점이 있다.

또한 본 발명은 동일한 토크에서 더 적은 전류를 사용하기 때문에 파워 모듈의 내구성이 개선된다는 이점이 있다.

또한, 본 발명은 하드웨어의 변경 없이 소프트웨어의 변경만으로도 적용이 가능하기 때문에, 추가 비용 없이 적용 가능하며 실시 가능성이 높다는 이점이 있다.

도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 환경차의 힐 홀드 모습을 나타낸 개략도이다.
도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 IPM 모터의 구조를 나타낸 개략도이다.
도 1c는 본 발명의 일 실시예에 따라 모터 제어에 사용되는 인버터를 나타낸 회로도이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따라, 모터 각도에 대한 측정 토크의 변동을 나타낸 그래프이다.
도 2b는 도 2a의 그래프에 따라 측정 토크가 변동할 때 토크 지령 및 측정 전류가 동일하게 유지됨을 나타낸 그래프이다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따라, 토크 지령이 상이한 경우 각각의 모터 각도에 대한 측정 토크의 변동을 나타낸 그래프이다.
도 3b는 도 3a의 그래프에 따라 토크 지령이 상이한 각각의 경우에, 토크 지령 및 측정 전류가 각각 동일하게 유지됨을 나타낸 그래프이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따라, 운전점을 변경하여 측정 전류를 낮추는 것을 나타낸 그래프이다.
도 4b는 도 4a의 그래프에 따라 운전점이 변경되기 이전과 변경된 이후 각각의 토크 지령, 측정 토크 및 측정 전류를 나타낸 그래프이다.
도 5a 및 도 5b는 도 4a의 그래프에 따라 운전점이 변경될 때 파워모듈 온도 상승 시간 및 모터 토크 유지 시간이 각각 길어짐을 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라, IPM 모터의 토크 리플이 반복되는 것을 고려하여 반복 구역을 나눈 것을 나타낸 그래프이다.
도 7a는 본 발명의 일 실시예에 따라, 토크 지령이 변경된 후, 변경된 토크 지령의 최대 토크 각도로 모터 각도를 변경함으로써 운전점을 변경하는 것을 나타낸 그래프이다.
도 7b는 도 7a의 그래프에 따라 토크 지령이 변경된 후 모터 각도가 변경되는 경우의 측정 토크, 각도 및 전류를 나타낸 그래프이다.
도 8a는 본 발명의 일 실시예에 따라, 모터 위치(각도)에 따른 토크 지령 변경치 설정 방법을 나타낸 그래프이다.
도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따라, 토크 지령 변경치와 (θ-15)/60의 나머지 값 간의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 차량의 모터 힐 홀드 성능 개선 방법을 나타낸 흐름도이다.

이하, 첨부된 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 다만, 본 발명이 예시적 실시 예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일 참조부호는 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 부재를 나타낸다.

본 발명의 목적 및 효과는 하기의 설명에 의해서 자연스럽게 이해되거나 보다 분명해 질 수 있으며, 하기의 기재만으로 본 발명의 목적 및 효과가 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.

도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 환경차의 힐 홀드 모습을 나타내고, 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 IPM 모터의 구조를 나타내며, 도 1c는 본 발명의 일 실시예에 따라 모터 제어에 사용되는 인버터의 회로도를 나타낸다.

도 1a에 도시된 바와 같이 엑셀을 이용하여 언덕에서 차량 구속 시에(브레이크 미사용) 환경차는 모터를 사용하며, 이러한 힐 홀드를 위해서 일정한 모터 토크가 필요하다. 환경차는 도 1b에 도시된 바와 같은 출력 밀도가 큰 IPM 모터를 주로 사용하며, 이 모터 제어에는 도 1c에 도시된 바와 같은 인버터가 사용된다.

도 1b를 참조하면, IPM 모터는 모터 각도의 전체 구간이 360도가 되는 모터 회전자(10)와 영구 자석(11)을 포함한다.

도 1c를 참조하면, 차량 구속 시와 같이 모터 속도가 없는 경우 토크가 발생하면 모터 전류가 AC 전류가 아닌 DC 전류로 발생되어 인버터의 파워모듈의 온도가 더 빠르게 상승한다. 이 파워 모듈의 소자는 온도 증가에 의해 소손 가능성이 있기 때문에, 파워 모듈이 일정 온도 이상이 되면 전류와 토크를 제한함으로써 온도 상승을 제한하게 된다. 그러나, 이렇게 온도 제한을 하게 되면 토크가 제한되어 차량에서 요구하는 힐 홀드 토크를 유지할 수 없어서 차량이 뒤로 밀리게 된다.

따라서, 본 발명에서는 힐 홀드 토크 유지 시간을 길어지게 하기 위해서 파워 모듈 온도 상승 시간이 길어지도록 최소 전류를 이용한 토크 제어를 하게 된다.

도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따라, 모터 각도에 대한 측정 토크의 변동을 나타낸 그래프이고, 도 2b는 도 2a의 그래프에 따라 측정 토크가 변동할 때 토크 지령 및 측정 전류가 동일하게 유지됨을 나타낸 그래프이다.

도 2a를 참조하면, 도 1b에 도시된 바와 같은 IPM 모터의 경우 모터 구속 시(즉, 모터 속도가 0일 때) 모터의 토크가 인가되면 6번의 토크 리플이 발생하는데, 이러한 토크 리플은 모터의 구조상 항상 발생하게 되는 것이며, 토크 리플로 인하여 모터가 멈추어 있는 각도(위치)에 따라 모터에서 발생하는 토크 차이가 발생하게 된다. 예컨대, 도 2a에 도시된 바와 같이, 토크 지령(즉, 엑셀을 밟아서 발생시키는 토크 지령)이 100Nm인 경우에, 모터 각도에 따라 측정 토크(즉, 모터 또는 인버터가 토크 지령을 받아 제어함으로써 실제 모터에서 발생하는 토크)가 최소 95Nm로부터 최대 105Nm 사이에서 변동됨으로써 모터 각도에 따른 측정 토크의 차이가 발생한다. 이러한 변동 폭은 모터의 종류에 따라 달라지게 된다. 이와 같이 모터 각도의 변경으로 인해 측정 토크가 95Nm와 105Nm 사이에서 변동되더라도, 도 2b에 도시된 바와 같이, 토크 지령 및 측정 전류는 각각 100Nm 및 100Arms로 계속 동일하게 유지된다. 이 때, 전류의 크기는 모터의 종류에 따라 달라지게 된다.

결과적으로 볼 때, 최대 토크가 발생하는 각도에 모터를 위치하고 사용하는 것이 최소 전류를 이용한 토크 제어를 통해 파워 모듈의 온도 상승을 최소화함으로써 파워 모듈 온도 상승 시간이 길어지도록 하는 방법임을 알 수 있다.

도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따라, 토크 지령이 상이한 경우 각각의 모터 각도에 대한 측정 토크의 변동을 나타낸 그래프이고, 도 3b는 도 3a의 그래프에 따라 토크 지령이 상이한 각각의 경우에, 토크 지령 및 측정 전류가 각각 동일하게 유지됨을 나타낸 그래프이다.

도 3a를 참조하면, 상술한 바와 같이, 모터 위치(각도)에 따라 측정 토크가 변동되기 때문에 토크 지령이 상이한 운전점에서 동일한 측정 토크가 가능하게 된다. 예컨대, 토크 지령이 100Nm인 운전점과 90Nm인 운전점에서 모두 동일한 측정 토크인 95Nm가 발생하게 된다. 이는, 도 3a에 도시된 바와 같이, 토크 지령이 100Nm인 경우의 최소 측정 토크가 95Nm이고 토크 지령이 90Nm인 경우의 최대 측정 토크도 또한 95Nm이기 때문에 가능한 것이다.

따라서, 토크 지령이 낮은 운전점(예컨대, 토크 지령이 90Nm인 운전점)을 사용하는 경우, 모터 각도 변경을 통해 토크 지령이 높은 운전점(예컨대, 토크 지령이 90Nm인 운전점)과 동일한 측정 토크(에컨대, 95Nm)가 가능하게 된다.

이와 같이, 모터 각도의 변경으로 인해 측정 토크가 각각의 토크 지령에 대하여 85Nm와 95Nm 사이에서 변동되고, 95Nm와 105Nm 사이에서 변동되더라도, 도 3b에 도시된 바와 같이, 토크 지령 및 측정 전류는, 예컨대, 측정 토크가 85Nm와 95Nm 사이에서 변동되는 경우에 각각 100Nm 및 100Arms로 계속 동일하게 유지되고, 측정 토크가 95Nm와 105Nm 사이에서 변동되는 경우에 각각 90Nm 및 90Arms로 계속 동일하게 유지된다.

도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따라, 운전점을 변경하여 측정 전류를 낮추는 것을 나타낸 그래프이고, 도 4b는 도 4a의 그래프에 따라 운전점이 변경되기 이전과 변경된 이후 각각의 토크 지령, 측정 토크 및 측정 전류를 나타낸 그래프이다.

도 4a에서 화살표로 도시된 바와 같이, 토크 지령이 100Nm인 경우의 최소 측정 토크 부분에서 모터 각도를 변경하여(즉, ①에서 ②로 모터 각도 변경), 측정 토크가 동일한 지점인 토크 지령이 90Nm인 경우의 최대 측정 토크로 운전점을 변경함으로써 측정 전류를 낮추게 된다. 이와 같이 측정 전류가 낮아지면 파워 모듈의 상승 온도가 낮아지고, 결과적으로 모터 토크 유지 시간이 길어져서 차량의 힐 홀드 성능이 증대된다.

위와 같이 운전점이 변경되는 경우에, 도 4b에 도시된 바와 같이, 토크 지령 및 측정 전류는 각각 100Nm 및 100Arms로 계속 동일하게 유지되며, 이 때, 측정 토크는 운전점이 변경되기 이전과 변경된 이후에 모두 95Nm로 동일하게 됨을 알 수 있다.

도 5a 및 도 5b는 도 4a의 그래프에 따라 운전점이 변경될 때 파워모듈 온도 상승 시간 및 모터 토크 유지 시간이 각각 길어짐을 나타낸 그래프이다.

도 4a 및 도 4b와 관련하여 앞서도 말씀드린 바와 같이, 상이한 토크 지령(예컨대, 90Nm 및 100Nm)에서 동일한 측정 토크 운전점에 있을 때, 측정 토크는 동일하지만(예컨대, 95Nm) 전류 차이(예컨대, 90Arms 및 100Arms)가 발생한다. 이와 관련하여, 모터를 제어하는 인버터의 파워 모듈(즉, 스위칭 소자)의 온도는 전류 크기에 비례하며, 파워 모듈은 일정 온도 이상이 되면 전류 및 토크를 제한하여 파워 모듈의 소자를 보호한다.

이러한 파워 모듈의 온도 제한과 관련하여 도 5a를 참조하면, 상이한 토크 지령에서 측정 토크가 서로 동일한 운전점에 있을 때, 예컨대, 토크 지령이 100Nm이고 측정 토크가 95Nm인 운전점일 경우에는 파워 모듈 온도 제한점에 이르는 시간은 t1이고, 토크 지령이 90Nm이고 측정 토크가 95Nm인 운전점일 경우에는 파워 모듈 온도 제한점에 이르는 시간은 t1보다 더 큰 값인 t2이다. 파워 모듈 온도 제한점에 이르게 되면 파워 모듈 소자 보호를 위해 모터의 토크 및 전류를 제한하게 되므로, 도 5b에 도시된 바와 같이, 모터의 측정 토크 유지 시간은 파워 모듈 온도 제한점에 이르는 시간과 동일하게 된다. 이에 따라, 모터의 측정 토크 유지 시간은 토크 지령이 100Nm인 운전점일 경우에 t1이 되고, 토크 지령이 90Nm인 운전점일 경우에 t1보다 더 큰 t2이 된다.

이와 같이, 동일한 측정 토크 지점에서 서로 다른 토크 지령(전류 지령)을 사용하면 파워 모듈 온도 제한점에 이르는 시간이 길어지고, 모터의 측정 토크를 유지하는 시간이 길어짐으로써 차량의 힐 홀드 성능이 증가하게 된다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라, IPM 모터의 토크 리플이 반복되는 것을 고려하여 반복 구역을 나눈 것을 나타낸 그래프이다.

도 6에서 각각의 반복 구역, 즉, 구역 1 내지 구역 6에는 동일한 로직이 적용된다. 이러한 구역 1 내지 구역 6은 각각 반복되기 때문에 아래와 같은 실시예 1로 각도의 위치를 표현할 수 있다.

0 ≤ (θ-15)/60의 나머지 값 < 60

이와 관련하여, 앞서도 말씀드린 바와 같이, 최대 토크가 발생하는 각도에 모터를 위치하고 사용하는 것이 최소 전류를 이용한 토크 제어를 통해 파워 모듈의 온도 상승을 최소화하여 파워 모듈 온도 상승 시간이 길어지도록 하는 방법이다. 따라서, 모터 각도 변경을 통한 토크 제어를 위해서는 모터의 각도가 최대 토크 영역에 있는지의 여부가 우선적으로 고려되어야 한다. 최대 토크 지점은 모터 각도의 위치를 표현한 상기 실시예 1에서 (θ-15)/60의 나머지 값이 0인 지점이다. 그러나, 실질적으로는 (θ-15)/60의 나머지 값이 0인 지점을 정확히 찾기 어려우므로 일정한 오차 범위를 고려하여 아래의 실시예 2를 만족하는 최대 토크 영역으로 운전점을 변경한다.

0 ≤ (θ-15)/60의 나머지 값 < α

(여기에서, α는 실제 오차 범위를 고려한 값)

예컨대, 모터 각도(θ)가 15도인 경우 (θ-15)/60의 나머지 값은 0이 되고(즉, (15-15)/60 = 0/60 계산 후에 몫은 0이고 나머지는 0이 된다), 모터 각도(θ)가 75도인 경우 (θ-15)/60의 나머지 값은 0이 된다(즉, (75-15)/60 = 60/60 계산 후에 몫은 1이고 나머지는 0이 된다). 따라서, 모터 각도(θ)가 각각 15도 및 75도인 경우가 최대 토크 지점에서 운전하는 경우가 된다.

또한, 예컨대, 모터 각도(θ)가 30도인 경우 (θ-15)/60의 나머지 값은 15가 되고(즉, (30-15)/60 = 15/60 계산 후에 몫은 0이고 나머지는 15가 된다), 모터 각도(θ)가 90도인 경우 (θ-15)/60의 나머지 값은 15가 된다(즉, (90-15)/60 = 75/60 계산 후에 몫은 1이고 나머지는 15가 된다). 따라서, 모터 각도(θ)가 각각 30도 및 90도인 경우는 최대 토크 지점이 아닌 구간에서 운전하는 경우가 된다.

이와 같이 모터 각도가 최대 토크 지점이 아닌 구간에 있는 경우에 모터 각도 변경을 통한 토크 제어를 할 필요가 있는 것이다.

도 7a는 본 발명의 일 실시예에 따라, 토크 지령이 변경된 후, 변경된 토크 지령의 최대 토크 각도로 모터 각도를 변경함으로써 운전점을 변경하는 것을 나타낸 그래프이고, 도 7b는 도 7a의 그래프에 따라 토크 지령이 변경된 후 모터 각도가 변경되는 경우의 측정 토크, 각도 및 전류를 나타낸 그래프이다.

도 6과 관련하여 상술한 내용으로부터 알 수 있듯이, 아래 실시예 3을 만족할 경우, 즉, 최대 토크 영역의 모터 각도가 아니면 토크를 일정 부분 줄여주는 제어를 하게 된다.

α ≤ (θ-15)/60의 나머지 값 < 60

이와 관련하여 도 7a를 참조하면, ①로부터 ②까지의 화살표로 표시된 바와 같이 토크 지령이 변경되며, 이렇게 토크가 변동되면 힐 홀드를 유지하는 토크가 줄어들어서 차량이 소폭 뒤로 밀리게 된다. 이 때 모터 각도가 변경되고, ②로부터 ③까지의 화살표로 표시된 바와 같이 모터 각도가 다른 토크 지령의 최대 토크 지점으로 이동하여 변경된 토크 지령을 유지한다. 이 때, 상기 실시예 2를 만족할 경우, 즉, 최대 토크 영역에 있는 경우에 변경된 토크 지령을 유지한다. 이렇게 할 경우, 토크 지령이 변경되기 이전에 발생하였던 측정 토크와 측정 토크가 동일하게 되어 차량이 더 이상 뒤로 밀리게 않게 된다.

도 7b를 참조하면, 도 7a의 그래프에서 ①로부터 ③까지 운전점이 이동할 때 시간에 따른 측정 토크, 모터 각도, 및 전류의 변화를 볼 수 있다. 도 7b에 도시된 바와 같이 ①로부터 ②로 이동할 때에는 측정 토크만 감소되고 각도 및 전류는 일정하게 유지되나, ②로부터 ③으로 이동할 때에는 측정 토크가 원래 값으로 다시 돌아오면서 모터 각도 및 전류가 변동된다. 이 때, 모터 각도의 변동 시간은 매우 짧고 측정 토크의 변동도 크지 않기 때문에 차량이 뒤로 밀리는 정도는 인지하기 어려운 수준이다.

도 8a는 본 발명의 일 실시예에 따라, 모터 위치(각도)에 따른 토크 지령 변경치 설정 방법을 나타낸 그래프이고, 도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따라, 토크 지령 변경치와 (θ-15)/60의 나머지 값 간의 관계를 나타낸 그래프이다.

상술한 바와 같이, 모터의 토크 리플은 모터의 종류, 모터 설계에 따른 고유 값이다. 따라서, 이러한 토크 리플은 시험 및 시뮬레이션을 통하여 값을 도출하여야 한다. 이러한 토크 리플을 기반으로 토크 지령 변경치(T1)를 결정하게 되며 이러한 T1 값은 모터의 위치에 따라 변동되어야 한다. 이와 관련하여 도 8a를 참조하면, ① 위치의 경우 토크 지령을 변경하여 ①-2로 운전점이 변경되어야 하며, 이 경우에 T1 만큼 토크 지령을 변경해야 한다. 또한, 도 8a에서 ② 위치의 경우 토크 지령을 변경하여 ②-2로 운전점이 변경되어야 하며, 이 경우에 T1 만큼 토크 지령을 변경해야 한다. 이러한 토크 지령 변경치는 도 8b에 도시된 바와 같이 (θ-15)/60의 나머지 값에 비례하여 결정하면 되는데, 이러한 T1 값은 모터 고유의 값으로 시험 또는 시뮬레이션을 통하여 도출하여야 한다.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 차량의 모터 힐 홀드 성능 개선 방법을 나타낸 흐름도이다.

도 9를 참조하면, S10 단계에서 모터 속도가 0이라고 판정되면, S20 단계로 진행하여 모터 토크(T), 즉, 모터 토크 지령이 0보다 큰지의 여부를 판정한다. 모터 토크(T)가 0보다 크다고 판정되는 경우에 S30 단계로 진행하여 모터 각도(θ)가 최대 토크 영역에 있는지의 여부, 즉, 상기 실시예 2를 만족하는지의 여부를 판정한다. S30 단계에서 최대 토크 영역이 아니라고 판정된 경우, S40 단계로 진행하여 토크 변경치(T1) 만큼 토크(T)를 줄여주는 제어를 함으로써 새로운 토크 값(Tnew)을 도출하게 된다. 한편, S30 단계에서 최대 토크 영역이라고 판정된 경우에는, S50 단계로 진행하여 기존의 토크(T)를 유지하게 된다.

도 9의 각 단계는 보다 구체적으로 다음과 같다.

우선, S10 단계 및 S20 단계에서, 모터 속도가 0이고 차량의 토크 지령(T)이 0보다 크다고 판단될 경우, 본 발명에 따른 힐 홀드 성능 개선 방법이 사용된다. 즉, 본 발명에 따른 힐 홀드 성능 개선 방법이 사용되기 위한 조건은 차량이 멈추어서 모터 속도가 0인 경우가 된다. 이 때, 토크 지령(T)이 0보다 크다는 것은 경사로에 차가 있어서 중력으로 인해 차가 뒤로 밀리지 않도록 일정 모터 토크를 발생하는 있는 경우이다. 이렇게 차가 뒤로 밀리지 않는 조건에서 일정 토크가 필요하게 되는데, 본 발명에 따른 힐 홀드 성능 개선 방법은 이러한 일정 토크를 최소 전류를 이용하여 사용할 수 있도록 하는 방법이다.

다음으로, S30 단계에서는 모터 각도(θ)가 어느 영역에 있는지를 판정한다. 모터 위치 또는 각도(θ)가 상기 실시예 2로 나타낸 바와 같은 0 ≤ (θ-15)/60의 나머지 값 < α 의 범위를 만족하면, 최소 전류로 최대 토크를 발생시키고 있는 이상적인 경우가 된다. 따라서, 상기 실시예 2의 범위를 만족하면 토크 지령을 바꿀 필요가 없다. 이 경우에는 S50 단계로 진행하여 기존의 토크 지령(T)을 유지한다. 그러나, 상기 실시예 2의 범위를 만족하지 못하면 최소 전류로 토크 제어를 하지 못하는 상황이므로 토크 지령 변경이 필요하며, 이 경우에는 S40 단계로 진행한다.

S40 단계에서, 토크 지령은 다음의 실시예 4와 같이 변경한다.

Tnew = T - T1

(Tnew: 신규 토크 지령, T: 기존 토크 지령, T1: 토크 지령 변경치)

차량이 경사에서 멈추어 있는 경우 일정 정도의 토크가 필요한데, 이 경우에 운전자가 엑셀을 밟아서 경사에 멈추어 있을 정도로 토크를 제어한다. 그런데, 토크 지령이 상기 실시예 4와 같이 신규 토크 지령(Tnew)으로 변경되면, 기존 토크 지령(T)보다 토크가 줄어들기 때문에 차량이 소폭 뒤로 밀리게 되며, 이렇게 차량이 소폭 뒤로 밀리게 되면 모터의 각도가 변경된다. 신규 토크 지령(Tnew)으로 모터 각도가 변경되어서 경사에 차량이 멈추어질 정도의 토크가 발생하면 차량은 더 이상 움직이지 않고 모터의 속도도 멈추게 된다.

이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리 범위는 설명한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 특허청구범위와 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태에 의하여 정해져야 한다.

Claims (7)

1. 차량의 모터 힐 홀드 성능 개선 방법에 있어서,
   모터 속도가 0이며 모터 토크가 0보다 큰지의 여부를 판정하는 단계;
   모터 속도가 0이고 모터 토크가 0보다 큰 경우에, 모터 각도(θ)가 최대 토크 발생 영역에 있는지의 여부를 판정하는 단계; 및
   최대 토크 발생 영역에 있는 경우 차량의 엑셀을 통한 속도 입력에 따른 토크 지령을 유지하고, 최대 토크 발생 영역에 있지 않은 경우 상기 토크 지령을 변경하는 단계를 포함하고,
   상기 토크 지령을 변경하는 단계는 상기 토크 지령을 변경한 후에 상기 모터 각도(θ)를 변경함으로써 토크 운전점을 변경하고,
   상기 모터는 IPM(Interior Permanent Magnet) 모터이고,
   상기 토크 지령을 변경하는 단계에서, (θ-15)/60의 나머지 값에 비례하여 토크 지령 변경치를 결정하며, 상기 결정된 토크 지령 변경치에 따라 상기 토크 지령을 감소시키고,
   상기 토크 지령을 변경한 후에 변경된 모터 각도(θ)가 다음의
   (θ-15)/60의 나머지 값 = 0
   의 수학식을 만족하는 경우에, 변경된 토크 지령을 유지하는 것을 특징으로 하는, 차량의 모터 힐 홀드 성능 개선 방법.
   
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 최대 토크 발생 영역에 있는지의 여부를 판정하는 단계에서,
   상기 모터 각도(θ)가 다음의 식을 따르는 토크 리플이 반복되며,
   0 ≤ (θ-15)/60의 나머지 값 < 60
   상기 모터 각도(θ)가 다음의 식을 만족하는 경우에, 상기 최대 토크 발생 영역에 있다고 판정하는 것
   (θ-15)/60의 나머지 값 = 0
   을 특징으로 하는, 차량의 모터 힐 홀드 성능 개선 방법.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 최대 토크 발생 영역에 있는지의 여부를 판정할 때, 오차 범위(α)를 고려하여, 상기 모터 각도(θ)가 다음의 식을 만족하는 경우에 상기 최대 토크 발생 영역에 있다고 판정하는 것
   0 ≤ (θ-15)/60의 나머지 값 < α
   을 특징으로 하는, 차량의 모터 힐 홀드 성능 개선 방법.
5. 삭제
6. 삭제
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 토크 지령을 변경한 후에 변경된 모터 각도(θ)가 오차 범위(α)를 고려하여 다음의 식을 만족하는 경우에, 변경된 토크 지령을 유지하는 것
   0 ≤ (θ-15)/60의 나머지 값 < α
   을 특징으로 하는, 차량의 모터 힐 홀드 성능 개선 방법.

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