KR20100110024A - 플러그인 하이브리드 차량용 오일펌프 구동장치 및 구동방법 - Google Patents

Abstract

CAN 통신 타이밍 오류 및 라인이 단절된 경우, 연결선((Hard Wire)을 통해 PWM 신호를 받아 구동할 수 있고, 연결선이 단절된 경우, 오일펌프 구동장치 내를 진단하여 BLDC 모터를 계속 구동할 수 있는 플러그인 하이브리드 차량용 오일펌프 구동장치 및 구동방법에 관한 것으로, 오일펌프 구동용 모터를 구동하는 모터 구동수단, PWM을 제어할 수 있는 연결선(Hard Wire)으로서의 인터페이스부, 차량의 엔진 RPM 및 목표 RPM을 CAN 송수신기 또는 인터페이스부를 통해 MCU(Motor Control Unit) 또는 TCU(Transmission Control Unit)에서 입력받아 상기 오일펌프 구동용 모터의 목표 RPM을 PWM 신호로 출력하고, 상기 오일펌프 구동용 모터의 실제 RPM을 피드백 신호로 받아 오차에 대한 PID 제어를 실시하는 중앙처리장치 및 상기 중앙처리장치와 모터 구동수단으로 각각 전원을 공급하는 전원 공급부를 포함하고, 상기 모터 구동수단은 게이트 드라이버, 상기 게이트 드라이버에 연결되고 상기 오일펌프 구동용 모터를 구동하는 3상 풀 브리지 회로 및 상기 모터의 실제 RPM을 상기 중앙처리장치로 전달하고, 상기 중앙처리장치에서 출력된 PWM 제어 신호를 상기 게이트 드라이버로 출력하며 내부진단회로가 장착된 모터 컨트롤러를 구비하며, 상기 중앙처리장치는 상기 인터페이스부를 거쳐 PWM 제어가 가능한 구성을 마련한다.

상기와 같은 플러그인 하이브리드 차량용 오일펌프 구동장치 및 구동방법을 이용하는 것에 의해, TCU와 오일펌프 구동장치(OPU) 사이의 통신 상태에 장애가 발생하여도 지속적으로 모터 구동이 가능하여 장치의 내구성을 증대시킬 수 있다.

외장형, 오일펌프, 모터, 하이브리드, 중앙처리장치, 플러그인

Description

플러그인 하이브리드 차량용 오일펌프 구동장치 및 구동방법{UNIT FOR DRIVING OIL PUMP FOR PLUG=IN HYBRID VEHICLE AND METHOD THEREOF}

본 발명은 플러그인 하이브리드 차량용 오일펌프 구동장치 및 구동방법에 관한 것으로, 특히 CAN 통신 라인의 고장 시에도 작동유를 충분히 공급할 수 있어 엔진 클러치와 변속기의 작동 이상 발생을 효과적으로 방지할 수 있는 플러그인 하이브리드 차량용 오일펌프 구동장치 및 구동방법에 관한 것이다.

일반적으로, 하이브리드 차(Hybrid Electric Vehicle)는 서로 다른 두 종류 이상의 동력원을 효율적으로 조합하여 차량을 구동시키는 것을 의미하나, 대부분의 경우는 연료를 사용하여 구동력을 얻는 엔진과 배터리 전력으로 구동되는 전기모터에 의해 구동력을 얻는 차량을 일컫는다.

최근 연비를 개선하고 보다 친환경적인 제품을 개발해야 한다는 시대적 요청에 부응하여 하이브리드 차에 대한 연구가 더욱 활발히 진행되고 있으며, 하이브리드 차량은 엔진과 전기모터를 동력원으로 하여 다양한 구조를 형성할 수 있는데, 현재까지 연구되고 있는 하이브리드 차는 병렬형이나 직렬형 중 하나를 채택하고 있다.

상술한 하이브리드 차량의 시스템 구성은 도 9의 구성도에서 보는 바와 같이, 차량 주행용 구동원으로서 엔진(5) 및 모터(6)를 구비하고 있고, 이들의 동작을 위한 인버터(1), DC/DC컨버터(2), 고전압배터리(3) 등을 포함하며, 제어수단으로서 하이브리드 제어 유닛 HCU(4: Hybrid Control Unit), 엔진 제어 유닛 ECU(Engine Control Unit), 모터 제어 유닛 MCU(Motor Control Unit), 배터리 관리 시스템 BMS(Battery Management System), 변속기 제어 유닛 TCU(Transmission Control Unit) 등을 포함하고 있다.

상기 고전압배터리는 하이브리드 차량의 모터 및 DC/DC 컨버터를 구동하는 에너지원이며, 그 제어기인 BMS는 고전압배터리 전압, 전류, 온도를 모니터링하여, 고전압배터리의 충전상태량(SOC[%](State of Charge))을 조절하는 기능을 한다.

이러한 구성을 기반으로 하는 하이브리드 차량의 주요 주행 모드는 주지된 바와 같이, 모터 동력만을 이용하는 순수 전기자동차 모드인 EV(electric vehicle)모드, 엔진의 회전력을 주동력으로 하면서 모터의 회전력을 보조 동력으로 이용하는 보조 모드인 HEV(hybrid electric vehicle)모드, 차량의 제동 혹은 관성에 의한 주행시 차량의 제동 및 관성 에너지를 상기 모터에서 발전을 통하여 회수하여 배터리에 충전하는 회생제동(RB: Regenerative Braking) 모드를 포함한다.

상기와 같이 하이브리드 차량은 기본적으로 엔진과 모터, 배터리를 갖는 차량으로서, 배터리의 용량을 종전의 하이브리드 차량보다 크게 만들고 배터리를 외부 전원으로부터 충전하여, 근거리 주행시는 EV로만 주행하고, 배터리가 고갈되면 HEV로 주행하는 플러그인 하이브리드 차량이 개발되고 있다.

즉, 플러그인 하이브리드 차량(Plug In Hybrid Electric Vehicle : PHEV)은 기존의 하이브리드 자동차와 같이 휘발유로 구동되는 내연엔진 기관과 배터리 엔진을 동시에 장착하여 둘 중 하나 혹은 양쪽 모두를 이용해 차량을 구동하지만, 대용량 전기 배터리를 장착해 전기로 충전할 수 있는 차량으로서, 집이나 충전소에서 핸드폰을 충전하거나 휘발유를 주유하듯이 전기를 충전할 수 있으므로 지속적으로 사용이 가능하다, 현재 하이브리드 차량들은 전기만으로는 저속으로 몇 마일 밖에 주행할 수 없는 데 반해, 플러그 인 하이브리드 차량은 한번 충전에 40마일까지 달릴 수 있는 차량으로 개발되고 있다.

또한 상술한 제어 유닛들은 상위 제어 유닛인 HCU를 중심으로 고속 CAN 통신라인으로 연결되어 제어 유닛들 상호 간의 정보를 주고 받으면서 상위 제어 유닛은 하위 제어기에 명령을 전달하도록 되어있다.

예를 들면, HCU는 MCU를 통해 전기모터의 구동을 실질적으로 제어하게 되는데, 이때 MCU는 상위 제어 유닛인 HCU에서 인가되는 제어신호에 따라 구동원인 전기모터의 구동 토크와 구동 속도를 제어하여 주행성을 유지시키게 된다.

한편, 하이브리드 차는 엔진과 전기모터 사이에 구비된 엔진 클러치와 변속기에 필요한 작동유를 공급하기 위하여 오일펌프(Oil Pump)를 구비하고 있으며, 이는 엔진의 폭발행정에서 발생된 열로 인해 실린더, 피스톤, 크랭크축베어링, 캠축 베어링 등으로 작동유의 공급을 도모하고 있다.

이때, 오일펌프는 HCU가 차량의 운행 상태 및 운전자 조작 상태에 따라 목표 회전수를 결정한 뒤, 이를 MCU로 송신하면 목표 회전수에 따라 오일펌프 구동용 모터를 제어하고, 이에 목표 회전수에 따라 제어되는 오일펌프 구동용 모터에 의해 오일펌프가 작동되면서 엔진 클러치 및 변속기에 필요한 작동유를 공급하게 된다.

그리고, HCU와 MCU는 CAN 통신을 통해 오일펌프 구동용 모터의 목표 회전수 및 실제 회전수, 오일펌프의 운전 상태, 즉 정상 또는 고장상태 등의 정보를 주고받으며 제어를 실시한다.

여기서, MCU에서는 차량이 운행 상태 및 운전자 조작 상태에 따라 목표 회전수를 산출하고, 목표 회전수에 따라 오일펌프 구동용 모터를 제어함으로써, 엔진 클러치 및 변속기에 필요한 작동유를 공급하게 된다.

그러나, 이러한 하이브리드 차의 CAN 통신에 문제가 발생하여 MCU, TCU 등과 데이터 송수신이 가능하지 않거나, 오일펌프 구동용 모터에 과전류가 발생하는 등의 오류 및 불능 상태가 발생한 경우를 대비한 하이브리드 차량용 오일펌프 제어장치가 마련되지 않아, 오일펌프 구동용 모터의 구동 신뢰성을 저하되는 등의 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위한 기술의 일 예로서 출원인이 2008년 09월 01일 출원한 출원번호 10-2008-0085730에 개시된 하이브리드 차량용 외장형 오일펌프 제어장치가 제시되어 있다.

그러나 상기 종래 기술에 있어서는 메인 릴레이를 온(ON) 또는 오프(OFF)시키는 횟수가 증가되어 플러그인 하이브리드 차량용 외장형 오일펌프 제어장치의 내구성이 감소된다는 문제점이 있었다.

또한, 플러그인 하이브리드 차량의 CAN 통신에 문제가 발생하여 MCU, TCU 등과 데이터 송수신이 가능하지 않거나, 오일펌프 구동용 모터에 과전류가 발생하는 등의 오류 및 불능 상태가 발생한 경우를 대비한 플러그인 하이브리드 차량용 오일펌프 구동방법이 마련되지 않아, 오일펌프 구동용 모터의 구동 신뢰성이 저하되는 등의 문제점도 있었다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로, CAN 통신 라인 에 고장이 발생한 경우에도, 엔진 클러치 및 변속기에 충분한 양의 작동유가 공급될 수 있는 플러그인 하이브리드 차량용 오일펌프 구동장치 및 구동방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 CAN 통신 타이밍 오류 및 통신 라인이 단절된 경우, 연결선을 통해 PWM 신호를 받아 구동할 수 있고, 연결선도 단절된 경우, 오일펌프 구동장치 내를 진단하여 BLDC 모터를 계속 구동할 수 있는 플러그인 하이브리드 차량용 오일펌프 구동장치 및 구동방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 플러그인 하이브리드 차량용 외장형 오일펌프의 구동장치는 플러그인 하이브리드 차량에 장착되는 오일펌프 구동용 모터를 구동시키는 오일펌프 구동장치로서, 상기 오일펌프 구동용 모터를 구동하는 모터 구동수단, PWM을 제어할 수 있는 연결선(Hard Wire)으로서의 인터페이스부, 차량의 엔진 RPM 및 목표 RPM을 CAN 송수신기 또는 인터페이스부를 통해 MCU(Motor Control Unit) 또는 TCU(Transmission Control Unit)에서 입력받아 상기 오일펌프 구동용 모터의 목표 RPM을 PWM 신호로 출력하고, 상기 오일펌프 구동용 모터의 실제 RPM을 피드백 신호로 받아 오차에 대한 PID 제어를 실시하는 중앙처리장치 및 상기 중앙처리장치와 모터 구동수단으로 각각 전원을 공급하는 전원 공급부를 포함하고, 상기 모터 구동수단은 게이트 드라이버, 상기 게이트 드라이버에 연결되고 상기 오일펌프 구동용 모터를 구동하는 3상 풀 브리지 회로 및 상기 모터의 실제 RPM을 상기 중앙처리장치로 전달하고, 상기 중앙처리장치에서 출력된 PWM 제어 신호를 상기 게이트 드라이버로 출력하며 내부진단회로가 장착된 모터 컨트롤러를 구비하며, 상기 중앙처리장치는 상기 인터페이스부를 거쳐 PWM 제어가 가능한 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 플러그인 하이브리드 차량용 외장형 오일펌프 구동장치에 있어서, 상기 전원 공급부는 110V 내지 260V의 전원 입력 시 순간적으로 높은 전압을 흡수하는 서지 보호회로, EMC(electromagnetic compatibility Filter)노이즈 감소를 위한 EMC 필터 및 정전압 레귤레이터를 구비하며, 상기 전원 공급부에서 공급 되는 전원은 상기 중앙처리장치로 전원이 공급된 후, 상기 모터 구동수단으로 전원이 공급되는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 플러그인 하이브리드 차량용 외장형 오일펌프 구동장치에 있어서, 상기 EMC 필터는 상기 게이트 드라이버에 12V의 전원을 공급하고, 상기 3상 풀 브리지 회로에 270V의 전원을 각각 공급하며, 상기 정전압 레귤레이터는 상기 중앙처리장치와 모터 컨트롤러에 각각 5V의 전원을 공급하는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 플러그인 하이브리드 차량용 외장형 오일펌프 구동장치에 있어서, 상기 CAN 송수신기와 MCU와의 통신 및 상기 TCU와 인터페이스부와의 통신이 고장일 경우, 상기 중앙처리장치는 상기 인터페이스를 통해 TCU가 송신하는 PWM 신호를 통해 상기 모터 컨트롤러를 제어하는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 플러그인 하이브리드 차량용 외장형 오일펌프 구동장치에 있어서, 상기 CAN 송수신기와 MCU와의 통신 및 상기 TCU와 인터페이스부와의 통신이 고장일 경우, 상기 인터페이스부를 통해 PWM 신호를 받아 구동할 수 있고, 상기 인터페이스부가 단절된 경우, 상기 중앙처리장치는 상기 내부진단회로에서 감지된 온도에 따라 상기 모터 컨트롤러를 제어하는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 플러그인 하이브리드 차량용 외장형 오일펌프 구동장치에 있어서, 상기 CAN 송수신기와 상기 TCU와의 통신이 이루어지는 경우, 상기 중앙처리장치는 상기 오일펌프 구동용 모터를 무단제어하는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 플러그인 하이브리드 차량용 외장형 오일펌프 구동장치에 있어서, 상기 내부진단회로가 120 내지 130℃의 온도를 감지하면, 상기 중앙처리장치는 상기 모터 컨트롤러를 제어하는 것을 특징으로 한다.

또 상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 플러그인 하이브리드 차량용 외장형 오일펌프 구동방법은 (a) 하이브리드 차량용 외장형 오일펌프 구동장치에 전원을 인가하는 단계, (b) 외장형 오일펌프가 정상 구동 상태인가 판단하는 단계, (c) 상기 단계 (b)에서 정상 구동 상태가 아닌 경우, CAN 송수신기와 중앙처리장치 사이가 고장이고, CAN 송수신기와 TCU(Transmission Control Unit)가 오프되면, 상기 인터페이스부를 통해 PWM 신호를 받아 구동할 수 있고, 상기 인터페이스부가 단절된 경우, 내부진단회로에서 감지된 온도에 따라 모터 컨트롤러를 제어하는 단계를 포함하며, 상기 단계 (a)에서 전원의 인가는 중앙처리장치와 모터 컨트롤러에 각각 5V의 전원을 공급하고, 게이트 드라이버에 12V의 전원을 공급하고, 3상 풀 브리지 회로에 270V의 전원을 각각 공급하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 플러그인 하이브리드 차량용 오일펌프 구동장치 및 구동방법에 의하면, TCU와 오일펌프 구동장치(OPU) 사이의 통신 상태에 장애가 발생하여도 지속적으로 모터 구동이 가능하여 장치의 내구성을 증대시킨다는 효과가 얻어진다.

본 발명의 상기 및 그 밖의 목적과 새로운 특징은 본 명세서의 기술 및 첨부 도면에 의해 더욱 명확하게 될 것이다.

이하, 본 발명의 구성을 도면에 따라서 설명한다.

또한, 본 발명의 설명에 있어서는 동일 부분은 동일 부호를 붙이고, 그 반복 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명에 따른 플러그인 하이브리드 차량용 외장형 오일펌프 구동장치를 개략적으로 도시한 블록구성도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 플러그인 하이브리드 차량용 외장형 오일펌프 구동장치(OPU : 100)는 전원 공급부(10), 중앙처리장치(20), 모터 컨트롤러(30), 게이트 드라이버(40), 상기 게이트 드라이버에 연결되고 오일펌프 구동용 모터를 구동하는 3상 풀 브리지(Full-Bridge) 회로(45), 과전류 보호부(50), 내부진단회로(60), CAN 송수신기(70), 인터페이스(I/F)부(80)를 포함하여 이루어진다. 도 1에 있어서는 설명의 편의상 내부진단회로(60)를 별도의 구성 요소로 도시하였지만, 이 내부진단회로(60)는 모터 컨트롤러(30)의 내부에 장착된다.

상기 전원 공급부(10)는 110V 내지 260V의 전원 입력 시 순간적으로 높은 전압을 흡수하는 서지 보호회로(101), EMC(electromagnetic compatibility Filter)노이즈 감소를 위한 EMC 필터(102) 및 정전압 레귤레이터(103)를 포함하여 구성된다.

여기서 전원 공급부(10)는 차량의 배터리(BATT) 공급 전원과 이그니션(IG) 키 입력전원의 두 가지 입력 전원을 공급한다. 즉, 이그니션(IG) 키 입력 전원이 발생하면, 퓨즈(FUSE)를 거쳐 전원 공급부(10)로 110V 내지 260V의 전원이 공급된 다. 예를 들어, 전원 공급부(10)으로 입력된 260V의 전원은 서지 보호회로(101)와 EMC 필터(102)를 거쳐 게이트 드라이버(40)에 12V의 전원을 공급하고, 3상 풀 브리지 회로(45)에 270V의 전원을 공급한다. 또한 EMC 필터(102)를 거친 공급 전압은 정전압 레귤레이터(103)를 거쳐 5V의 전압이 16비트로 이루어진 중앙처리장치(20)와 모터 컨트롤러(30)에 공급된다. 중앙처리장치(20)가 오일펌프 구동장치(100) 내에 이상이 없는 것으로 판단하면, 트랜지스터(14)를 통해 외부의 메인 릴레이(11)를 온시킨다. 즉, 중앙처리장치(20)가 오일펌프 구동장치(100) 외부의 메인 릴레이(11)를 구동하여 전원 공급부(10)에서 BLDC 모터(12)에 전류(최대 20A)를 공급한다. 이는 신호 전원과 BLDC 모터(12)의 전원을 구분함을 의미하는 것이다.

이때, 트랜지스터(14)는 과전류 검출부(50)의 구동으로 BLDC 모터(12)에 인가되는 전원을 메인 릴레이(11)를 통해 끊거나 인가하도록 턴 온/오프 된다.

그리고, 예를 들어 5V의 전압은 5V 전원으로 구동되는 중앙처리장치(20), 속도 감지부(13), 과전류 검출부(50) 등에 각각 인가된다.

또한, 중앙처리장치(20)는 상기 전원 공급부(10)에서 출력된 각각의 전압을 가지는 전원이 각 소자로 인가되면, 플러그인 하이브리드용 변속기 제어 유닛 TCU(Transmission Control Unit : 300)에서 CAN 메시지와 메인 오일 펌프의 상태를 디지털 신호롤 입력받는다. 또한, 하이브리드용 모터 제어 유닛 MCU(Motor Control Unit : 200)에서 엔진 RPM 신호를 입력받는다. 즉, 도 1에 도시된 바와 같은 구조에 있어서, 상기 중앙처리장치(20)는 각각 CAN 송수신기(70)와 인터페이스부(80)를 통해 MCU(200) 및 TCU(300)로 부터의 명령에 따라 BLDC 모터(12)의 구동을 제어한 다.

그리고, 중앙처리장치(20)에 기 저장된 제어 로직에서 상기 변속 신호와 메인 오일 펌프의 상태에 따라 BLDC 모터(12)의 회전 속도를 산출하게 되고, 이를 모터 컨트롤러(30)로 전달하여 상기 BLDC 모터(12)를 구동하도록 한다. 이러한 중앙처리장치(20)의 제어 로직에 대해서는 후술한다.

이때, 중앙처리장치(20)의 내부 제어 주기(Control Interval)는 종래의 일정한 시간 간격을 갖는 방식이 아닌, 시변(Time-Variant) 방식이며, 이는 BLDC 모터(12)의 속도와 반비례한다.

즉, BLDC 모터(12)의 속도가 느리면 제어 주기는 길어지고, BLDC 모터(12)의 속도가 빨라지면 제어 주기는 짧아지는 것이며, 이는 BLDC 모터(12)의 속도에 맞추어 최적의 시기에 BLDC 모터(12)의 속도를 조절할 수 있도록 제어함으로써, 종래의 제어 방식과는 달리 응답성 및 정밀성을 향상시킬 수 있다.

더불어, BLDC 모터(12)가 상기 중앙처리장치(20)에서 목표한 속도에 맞게 회전할 수 있도록, 중앙처리장치(20)에서 속도 감지부(13)의 홀 센서에 의해 감지된 현재 BLDC 모터(12)의 회전수를 피드백 신호로서 모터 컨트롤러(30)를 거쳐 받으면, 상기 중앙처리장치(20)에서는 모터 컨트롤러(30)를 통해 모터 구동부(40)를 제어한다.

즉, 상기 중앙처리장치(20)는 BLDC 모터(12)의 현재 회전수가 목표 회전수에 도달할 수 있도록, PID(Proportional Integral Derivative) 제어를 통하여 피드백 제어를 실시한다.

여기서, PID 제어는 제어 변수와 기준 입력 사이의 오차에 근거하여 계통의 출력이 기준 전압을 유지하도록 하는 피드백 제어의 일종으로서, P 제어(비례)는 기준 신호와 현재 신호 사이의 오차 신호에 적당한 비례 상수 이득을 곱하여 제어 신호를 만들고, I 제어(비례 적분)는 오차 신호를 적분하여 제어 신호를 만드는 적분 제어를 비례 제어에 병렬로 연결해 사용하며, D 제어(비례 미분)는 오차 신호를 미분하여 제어 신호를 만드는 미분 제어를 비례 제어에 병렬로 연결하여 사용하는 제어 방법이다.

따라서, 중앙처리장치(20)는 상기 PID 제어를 통하여 증가되거나 또는 감소되도록 산출된 PWM 듀티(Duty, %)를 이용하여, BLDC 모터(12)가 목표 회전수에 도달하도록 피드백 제어를 실시함으로써, 더욱 정확한 제어를 가능하게 하며, 상기 PID 제어 수식 및 그래프는 하기에서 설명하도록 한다.

상기 중앙처리장치(20)는 상기 게이트 드라이버(40) 및 3상 풀 브리지 회로(45)를 통하여 BLDC 모터(12)를 제어하도록, PWM 신호를 상기 모터 컨트롤러(30)로 출력한다.

즉 상기 게이트 드라이버(40) 및 3상 풀 브리지 회로(45)는 모터 구동부로서 상기 PWM 신호가 출력 또는 단속되도록 구비되는 스위칭 회로이며, 상기 브리지 회로는 FET 소자로 구성된다.

또한, 상기 3상 풀 브리지 회로(45)의 하이 사이드(High Side) 및 로우 사이드(Low Side)에는 모두 N 채널 MOSFET을 이용한다.

따라서, 상기 중앙처리장치(20)에서 출력된 PWM 신호가 모터 구동부의 스위칭 신호에 의해 BLDC 모터(12)로 전달되게 되고, 상기 BLDC 모터(12)는 3 상(U, V, W) 라인을 통하여 목표 회전수에 도달하도록 회전하게 된다.

이때, 속도 감지부(13)의 홀 센서는 상기 PWM 신호가 인가되면, BLDC 모터(12) 회전자의 위치 정보를 모터 컨트롤러(30)를 통해 중앙처리장치(20)로 출력하며, 중앙처리장치(20)에서는 상기 3상 풀 브리지 회로(45)의 FET 소자를 턴 온시켜 BLDC 모터(12)를 구동하도록 구비된다.

또한, 홀 센서는 구동되는 BLDC 모터(12)의 회전수 및 속도를 감지하여 모터 컨트롤러(30)를 통해 중앙처리장치(20)로 출력하며, 피드백 신호로 입력된 BLDC 모터(12)의 현재 속도는 목표 속도에 근접하기 위한 PID 제어에 이용된다.

상기 과전류 검출기(50)는 분류기(SHUNT) 등으로 이루어지고, 3상 풀 브리지 회로(45) 또는 BLDC 모터(12)에 가해지는 전류를 감지한다.

또 내부진단회로(60)는 오일펌프 구동장치(100) 내의 온도 등을 감지하여 오일펌프 구동장치(100) 내의 이상 유무를 진단하는 회로로서, 모터 컨트롤러(30)내에 내장된다.

예를 들어, 오일펌프 구동장치(100) 내의 온도가 120 내지 130℃인 경우를 감지하면, 상기 중앙처리장치(20)는 상기 CAN 송수신기(70)와 MCU(200)와의 통신 및 상기 TCU(300)와 인터페이스부(80)와의 통신이 고장일 경우로 판단하고, 상기 모터 컨트롤러(30)를 직접 제어한다. 이러한 제어 방법에 대해서는 후술한다.

또한, MCU(200) 및 TCU(300)로부터 차량에 대한 속도 및 목표 RPM은 CAN 송수신기(70) 또는 인터페이스부(80)를 거쳐서 중앙처리장치(20)로 출력된다. 즉 상기 CAN 송수신기(70)는 중앙처리장치(20)와 연결되어 TCU의 상태 정보, BLDC 모터(12) 속도에 대한 명령 데이터 등을 송신하고, 플러그인 하이브리드 차량용 외장형 오일펌프 구동장치(100)에서 출력되는 정보들을 수신하도록 구비된다.

여기서, CAN 송수신기(70)가 작동하지 않거나 오류가 발생한 경우를 대비하여, TCU와 중앙처리장치(20)를 직접 연결하는 TCU 연결선(Hard Wire)으로서 인터페이스부(80)가 마련되며, 이는 상기 CAN 송수신기(70)가 작동하지 않는 경우를 대비하여 데이터를 주고 받을 수 있는 통로를 제공한다.

그리고, 상기 CAN 송수신기(70)가 작동하지 않는 경우의 제어방법은 하기에서 상세히 설명한다.

따라서, 본 발명에 따른 플러그인 하이브리드 차량용 외장형 오일펌프 구동장치(100)는 CAN 송수신기를 이용하여 통합적으로 데이터를 주고받을 수 있고, CAN 송수신기(70)가 불능인 경우 등의 오류 상황에 대한 제어방법을 제공함으로써, 오류가 발생하는 경우에도 신뢰성을 저하시키지 않도록 이루어진다.

도 2는 본 발명에 따른 플러그인 하이브리드 차량용 외장형 오일펌프 구동장치의 차량 상태에 따른 CAN의 사양을 나타내는 표이고, 도 1을 참조하여 설명한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 플러그인 하이브리드 차량용 외장형 오일펌프 구동장 치(100)는 차량에 시동이 걸리고 난 후, 초기 유압 형성을 위하여, 차량용 외장형 오일펌프를 구동시키는 BLDC 모터(12)는 TCU(300)가 CAN 송수신기(70) 또는 인터페이스(I/F)부(80)를 통해 CAN 메시지로 중앙처리장치(20)에 송신하는 것에 의해 구동된다. 즉, TCU(300)가 CAN 메시지로 1 바이트(8bit)의 RPM 메시지를 보내면 비트 레이트(Bit Rate) 20으로 계산하여 OPU(100)가 RPM을 인식하여 BLDC 모터(12)를 구동시킨다.

즉 본 본명에 있어서는 종래의 기술과 달리 0~3000의 RPM 사이에서 정해진 RPM이 아닌 TCU(300) 자체에 저장된 맵에 의해 특정 RPM 구동이 가능하다.

예를 들어 TCU(300)가 1350 RPM으로 구동 명령시, 1350/20 = 67.5이며, 67.5의 헥사(hex) 값은 43이므로, OPU(100)는 TCU(300)로부터 43의 값을 받고, 중앙처리장치(20)는 43이 1350 rpm 명령이라는 것을 인식하여 BLDC 모터(12)를 구동시킨다.

그러나, 본 발명은 도 2에 도시된 각각의 데이터에 한정을 두는 것은 아니고 설명의 편의상 일 예로서 기술한 것이다.

도 3은 본 발명에 따른 플러그인 하이브리드 차량용 외장형 오일펌프 구동장치(100)의 엔진 RPM에 따른 외장형 오일펌프 온/오프 조건을 도시한 히스테리시스 곡선이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 있어서는 예를 들어 플러그인 하이브리드 엔진의 RPM이 증가되는 상태에서 2000 RPM을 초과하면, 외장형 오일 펌프는 구동을 멈추고 메인 오일 펌프로만 구동을 하게 된다.

그 이유는, 초기 유압을 형성할 경우에는 오일의 유속을 증가시키기 위해 외장형 오일 펌프를 이용하지만, 엔진 RPM이 증가되고 있는 상태에서는 유압이 어느 정도 형성이 되었으므로 메인 오일 펌프로만 구동을 하는 것이 바람직하기 때문이다.

도 4는 본 발명에 따른 플러그인 하이브리드 차량용 외장형 오일펌프 구동장치(100)의 PID 제어를 도시한 도이고, 도 1을 참조하여 설명한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 속도 감지부(13)의 홀 센서에서 감지하고, 상기 중앙처리장치(20)에서 모터의 회전수를 입력받으면, 상기 중앙처리장치(20)에서 출력한 BLDC 모터(12)의 목표 회전수(기준값)와 비교한다.

즉, 도 2 및 도 3에 기재된 각각의 차량 상태 조건별 BLDC 모터(12)의 회전수, 하이브리드 차량용 엔진 RPM에 따른 외장형 오일펌프 온/오프 조건에 따라 중앙처리장치(20)에서 상기와 같은 PID 제어를 실시하는 것이다.

따라서, 목표 회전수(기준값)와 실제 회전수(실제값)의 차이, 즉 오차를 PID 제어의 입력값(E(n))으로 하여 비례 이득(K_P), 적분 이득(K_I), 미분 이득(K_D)을 각각 계산하여 오차 보정을 위한 출력값(Y(n))이 산출된다.

상기 PID 제어에 대한 수식은 하기 수학식 1과 같다.

여기서, 중앙처리장치(20)는 예를 들어 상기 BLDC 모터(12)의 목표 RPM과 실제 RPM의 오차가 30% 이상인 경우, 상기 모터(M)의 3상 라인이 개방 또는 단락된 것으로 판단한다.

도 5는 도 4의 PID 제어에서 모터 속도에 따른 샘플링 시간을 도시한 그래프이다. 도 5의 PID 제어는 시변 시스템(Time-Variant)으로 구동된다.

즉, 샘플링 시간(Ts)을 BLDC 모터(12)의 속도에 따라 변화시켜 응답 특성 및 RPM 오차를 개선하기 위해서이다.

따라서, 동일한 샘플링 속도로 가정하면, Kp가 BLDC 모터(12)의 RPM에 따라 변화시키는 것과 유사하며, 최초 구동시에는 기 설정된 PMW 듀티(%)로 BLDC 모터(12)를 구동시키고, BLDC 모터(12)의 목표 회전수를 TCU(300)에서 받으면 현재 RPM과 비교하여 오차(E(n))를 계산한다.

이때, 상기 오차(E(n))를 Kp(P 이득)으로 나누고, E(n)/Kp 값을 모터(M)가 가속되고 있는 구간에서는 가산하고, BLDC 모터(12)가 감속되고 있는 구간에서는 감산하며, 상기 P 이득은 예를 들어 디폴트로 250으로 설정한다.

따라서, BLDC 모터(12)의 PWM 신호는 하기와 같은 수학식 2로 정의될 수 있다.

모터구동 PMW 신호 = 현재 PWM 듀티(%) ± ( 오차(E(n)) ÷ P 이득(Kp))

여기서, BLDC 모터(12)가 가속될 때, PWM 듀티(%)가 최고값(Max Limit) 이상인 경우, PWM 듀티(%)는 최고 제한값으로 고정하며, PWM 듀티(%)가 최저값(Min Limit) 이하인 경우, PWM 듀티(%)는 최저 제한값으로 고정하여 그 범위를 벗어나지 않도록 한다.

단, BLDC 모터(12)가 감속될 때, 서서히 감속시키기 위해 BLDC 모터(12)의 목표 회전수의 10% 이내로 현재 BLDC 모터(12)의 속도가 도달하면, P 이득(Kp)을 다른 값(예, 800)으로 바꾸어 나누어준다.

즉, P 이득은 BLDC 모터(12)가 감속될 때, 또는 현재 BLDC 모터(12)의 속도가 BLDC 모터(12)의 목표 속도의 10% 이내이면 P 이득을 변경하여 나누어주어 BLDC 모터(12)의 속도가 비선형적으로 변하지 않도록 한다.

다음에 도 6 내지 도 8에 따라 플러그인 하이브리드 차량용 외장형 오일펌프 구동방법을 설명한다.

도 6은 본 발명에 따른 플러그인 하이브리드 차량용 외장형 오일펌프 구동방법을 설명하는 흐름도이고, 도 7은 TCU와 OPU와의 통신 방법을 설명하는 도면이고, 도 8은 TCU와 OPU와의 송수신 파형을 나타내는 도면이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 플러그인 하이브리드 차량용 외장형 오일펌프 구동방법은 이그니션(IG) 키 입력 신호가 입력되면 시작된다.

그리고, MCU(200), TCU(300)와 외장형 오일펌프 구동장치(OPU : 100)는 속도 명령 데이터, 상태 데이터 등을 주고 받으며 오류를 확인하고, 중앙처리장치(20) 내의 시변 시스템 기반 PID 제어를 통하여 모터의 현재 상태를 확인하여(S20), 외장형 오일펌프 구동장치(100)가 정상제어 상태인가 판단한다(S30).

단계 S30에서 정상 제어인 것으로 판단되면, 중앙처리장치(20)가 트랜지스터(14)를 통해 외부의 메인 릴레이(11)를 온시키고, BLDC 모터(12)를 작동시킨다(S40). 이때는 CAN 송수신기(70)로부터의 메시지에 의해 CAN 베이스 통신 제어를 하며 BLDC 모터(12)는 무단 제어를 한다. 즉, CAN 메시지를 통해 TCU(300)가 CAN 통신 메시지를 헥사 코드로 명령 RPM을 보내면 중앙처리장치(20)가 그대로 목표 RPM으로 받아드려 BLDC 모터(12)를 명령 RPM으로 구동시키는 것이다.

단계 S30에서 정상 제어가 아닌 것으로 판단되면, MCU(200), TCU(300) 등과 오일펌프 구동장치(100)의 통신 또는 연결 상태의 고장을 분류한다(S50).

단계 S50에서의 분류 결과, CAN 송수신기(70)가 오프(CAN 메시지가 타임 아웃 또는 CAN 라인 자체가 끊어졌을 경우)인 것으로 판단되면(S60), TCU 연결선(Hard Wire)으로서의 인터페이스부(60)를 통해 TCU(300)가 PWM으로 명령 RPM을 OPU(100)로 지시하여 계속 BLDC 모터(12)를 구동하게 된다(S61). 이러한 경우 BLDC 모터(12)는 3단 가변으로 제어된다.

즉, 도 7에 도시한 바와 같이, CAN 오프시, OPU(100)가 이를 감지하여 먼저 TCU(300)쪽으로 OPU(100)의 인터페이스부(60)를 통해 100Hz 50% DUTY로 파형을 송신한다. 그러면 TCU(300)가 이 신호를 감지하여 OPU(100)로 1KHz의 PWM 신호를 송신하여 듀티 값에 따른 모터 RPM을 제어하도록 한다. 이때의 송수신 파형은 도 8에 도시한 바와 같다.

단계 S50에서의 분류 결과, CAN 송수신기(70)가 오프되고, 인터페이스부(60)와 TCU(300)가 오프된 것으로 판단되면(S70), 다음의 두 가지 모드로 진행한다.

먼저, CAN 송수신기(70)와 중앙처리장치(20) 사이가 정상으로 작동하고, CAN 송수신기(70)와 TCU(300)가 오프되고, 하이브리드 구동모터용 MCU(200)과 CAN 송수신기(70)가 연결되어 있으면, MCU(200)에 의해 OPU(100)은 가변 구동으로 제어된다(S71).

즉, MCU(200)가 CAN 메시지로 하이브리드 차량의 엔진 또는 하이브리드 모터의 RPM을 송신하면 OPU(100)가 이를 수신하여 미리 설정되어 있는 차량 RPM별 모터 RPM MAP을 이용하여 BLDC 모터(12)를 계속 구동한다.

상기 단계 S70에서 CAN 송수신기(70)와 중앙처리장치(20) 사이가 고장이고, CAN 송수신기(70)와 TCU(300)가 오프되면(S72), 중앙처리장치(20)는 내부진단회로(60)에서 진단된 OPU(100)의 상태, 예를 들어 감지된 내부 온도에 따라 중앙처리장치(20)에 미리 설정되어 있는 온도 맵에 따른 모터 RPM 맵(MAP)을 이용하여 BLDC 모터(12)에 대해 자체구동을 실행한다(S721).

즉, 중앙처리장치(20)는 내부진단회로(60)에서 감지된 온도를 예를 들어, 2 내지 5초의 간격으로 검출하고, 내부진단회로(60)가 120 내지 130℃의 온도를 감지하면, 모터 컨트롤러(30)를 제어하여 BLDC 모터(12)의 구동을 실행한다.

단계S50에서 오일펌프 시스템(플러그 인 하이브리드 차량용 외장형 오일펌프 구동장치(100)과 오일펌프)이 고장인 경우(S80), BLDC 모터(12)는 정지된다(S81).

또한, 본 발명에 따른 OPU(100)의 내부진단회로(60)는 세부적인 자기진단이 가능한 장치로 하기 FAULT 검출 표 1에 나타나 있듯이, 각 FAULT 항목에 대한 검출 시간 및 리셋 조건, 판단 조건, 판단시 에러 reaction에 대한 진단을 실시한다.

예를 들어, 고온 검출(detect) 항목은 다음과 같다.

OPU(100)의 내부 온도가 120℃ 이상 3초간 지속되면, OPU(100)는 미리 설정된 최소 듀티를 출력하며, 120℃ 이하에서 1초간 유지되면 정상상태로 복귀한다. 그리고 리셋조건은 이그니션(IG) 키 전원이 리셋되면 FAULT는 해지가 되며, 회복되는 기능(Recovery)은 상기 설명과 같이 1초간 120℃ 이하를 유지하면 정상복귀된다.

회복기능이 없는 항목의 경우에는 에러 reaction 항목을 이그니션(IG) 키 전원이 리셋되기 전까지 계속 지속시킨다.

또한 본 발명에 있어서는 플러그인 하이브리드 차량의 배터리 소비를 줄이기 위해 OPU 파워 세이브 모드(OPU Power Save Mode)를 마련한다.

즉 하기 ① 내지 ⑥의 조건

"① OPU(100)의 입력 전류가 20A 이하가 되어 전류 LIMIT flag가 ON이 되고,

② 현재 차속이 0인 상태,

③ 전류 LIMIT flag ON 지속 TIME이 5분 이상 경과,

④ IG key ON 상태(OPU의 기본적인 동작 전압이 입력되고 있는 상태)

⑤ TCU(300)가 OPU(100)에 OPU run 명령을 한 상태

⑥ 현재 OPU(100)가 자체 진단시 Fault가 없을 때"

을 모두 만족하는 경우, OPU(100)는 TCU(300)로 '파워 세이브 모드' 메시지를 송신하고, 모터 구동 RPM을 미리 정해진 감소 % 맵을 통해 개방 루프(Open Loop) 제어를 한다.

'파워 세이브 모드'는 차속(VSP)이 일정 속도 이상이면, 다시 TCU(300)의 명령을 추종하여 페쇄 루프(Closed Loop) 제어로 복귀한다.

즉, 상기 조건 ① 내지 ⑥를 모두 만족하는 경우, OPU(100)는 기존 정상제어(PID 피드백제어)가 아닌 논 피드백(Non-Feedback)제어로 출력 듀티를 구동 RPM의 일정 %로 감소시킨다.

이때, OPU(100)는 CAN 송수신기(70) 또는 인터페이스(I/F)부(80)를 경유하여 CAN 메시지로서 TCU(300)로 '파워 세이브 모드' 메시지를 통지한다.

이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.

도 1은 본 발명에 따른 플러그인 하이브리드 차량용 오일펌프 구동장치를 개략적으로 도시한 블록구성도.

도 2는 본 발명에 따른 플러그인 하이브리드 차량용 외장형 오일펌프 구동장치의 차량 상태에 따른 속도 제어 신호를 도시한 그래프.

도 3은 본 발명에 따른 플러그인 하이브리드 차량용 외장형 오일펌프 구동장치의 엔진 RPM에 따른 외장형 오일펌프 온/오프 조건을 도시한 히스테리시스 곡선.

도 4는 본 발명에 따른 플러그인 하이브리드 차량용 외장형 오일펌프 구동장치의 PID 제어를 도시한 도.

도 5는 도 4의 PID 제어에서 모터 속도에 따른 샘플링 시간을 도시한 그래프.

도 6은 본 발명에 따른 플러그인 하이브리드 차량용 외장형 오일펌프 구동방법을 설명하는 흐름도,

도 7은 TCU와 OPU와의 통신 방법을 설명하는 도면,

도 8은 TCU와 OPU와의 송수신 파형을 나타내는 도면.

도 9는 종래의 하이브리드 차량의 시스템 구성도.

<도면의 주요 부분에 대한 도면 부호의 간단한 설명>

100: 하이브리드 차량용 외장형 오일펌프 구동장치

10: 전원 공급부 20: 중앙처리장치

30: 모터 컨트롤러 40: 게이트 드라이버

45: 3상 풀 브리지 회로 50: 과전류 검출부

60: 내부진단회로 70: CAN 송수신기

80: 인터페이스부

Claims (10)

1. 플러그인 하이브리드 차량에 장착되는 오일펌프 구동용 모터를 구동시키는 오일펌프 구동장치로서,

   상기 오일펌프 구동용 모터를 구동하는 모터 구동수단,

   PWM을 제어할 수 있는 연결선(Hard Wire)으로서의 인터페이스부,

   차량의 엔진 RPM 및 목표 RPM을 CAN 송수신기 또는 인터페이스부를 통해 MCU(Motor Control Unit) 또는 TCU(Transmission Control Unit)에서 입력받아 상기 오일펌프 구동용 모터의 목표 RPM을 PWM 신호로 출력하고, 상기 오일펌프 구동용 모터의 실제 RPM을 피드백 신호로 받아 오차에 대한 PID 제어를 실시하는 중앙처리장치 및

   상기 중앙처리장치와 모터 구동수단으로 각각 전원을 공급하는 전원 공급부를 포함하고,

   상기 모터 구동수단은 게이트 드라이버, 상기 게이트 드라이버에 연결되고 상기 오일펌프 구동용 모터를 구동하는 3상 풀 브리지 회로 및 상기 모터의 실제 RPM을 상기 중앙처리장치로 전달하고, 상기 중앙처리장치에서 출력된 PWM 제어 신호를 상기 게이트 드라이버로 출력하며 내부진단회로가 장착된 모터 컨트롤러를 구비하며,

   상기 중앙처리장치는 상기 인터페이스부를 거쳐 PWM 제어가 가능한 것을 특징으로 하는 플러그인 하이브리드 차량용 외장형 오일펌프 구동장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 전원 공급부는 110V 내지 260V의 전원 입력 시 순간적으로 높은 전압을 흡수하는 서지 보호회로, EMC(electromagnetic compatibility Filter)노이즈 감소를 위한 EMC 필터 및 정전압 레귤레이터를 구비하며,

   상기 전원 공급부에서 공급되는 전원은 상기 중앙처리장치로 전원이 공급된 후, 상기 모터 구동수단으로 전원이 공급되는 것을 특징으로 하는 플러그인 하이브리드 차량용 외장형 오일펌프 구동장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 EMC 필터는 상기 게이트 드라이버에 12V의 전원을 공급하고, 상기 3상 풀 브리지 회로에 270V의 전원을 각각 공급하며,

   상기 정전압 레귤레이터는 상기 중앙처리장치와 모터 컨트롤러에 각각 5V의 전원을 공급하는 것을 특징으로 하는 플러그인 하이브리드 차량용 외장형 오일펌프 구동장치.
4. 제3항에 있어서,

   상기 CAN 송수신기와 MCU와의 통신 및 상기 TCU와 인터페이스부와의 통신이 고장일 경우, 상기 중앙처리장치는 상기 인터페이스를 통해 TCU가 송신하는 PWM 신호를 통해 상기 모터 컨트롤러를 제어하는 것을 특징으로 하는 플러그인 하이브리 드 차량용 외장형 오일펌프 구동장치.
5. 제3항에 있어서,

   상기 CAN 송수신기와 MCU와의 통신 및 상기 TCU와 인터페이스부와의 통신이 고장일 경우, 상기 인터페이스부를 통해 PWM 신호를 받아 구동할 수 있고, 상기 인터페이스부가 단절된 경우, 상기 중앙처리장치는 상기 내부진단회로에서 감지된 온도에 따라 상기 모터 컨트롤러를 제어하는 것을 특징으로 하는 플러그인 하이브리드 차량용 외장형 오일펌프 구동장치.
6. 제4항 또는 제5항에 있어서,

   상기 CAN 송수신기와 상기 TCU와의 통신이 이루어지는 경우, 상기 중앙처리장치는 상기 오일펌프 구동용 모터를 무단제어하는 것을 특징으로 하는 플러그인 하이브리드 차량용 외장형 오일펌프 구동장치.
7. 제6항에 있어서,

   상기 내부진단회로가 120 내지 130℃의 온도를 감지하면, 상기 중앙처리장치는 상기 모터 컨트롤러를 제어하는 것을 특징으로 하는 플러그인 하이브리드 차량용 외장형 오일펌프 구동장치.
8. 플러그인 하이브리드 차량용 외장형 오일펌프의 구동방법으로서,

   (a) 하이브리드 차량용 외장형 오일펌프 구동장치에 전원을 인가하는 단계,

   (b) 외장형 오일펌프가 정상 구동 상태인가 판단하는 단계,

   (c) 상기 단계 (b)에서 정상 구동 상태가 아닌 경우, CAN 송수신기와 중앙처리장치 사이가 고장이고, CAN 송수신기와 TCU(Transmission Control Unit)가 오프되면, 상기 인터페이스부를 통해 PWM 신호를 받아 구동할 수 있고, 상기 인터페이스부가 단절된 경우, 내부진단회로에서 감지된 온도에 따라 모터 컨트롤러를 제어하는 단계를 포함하며,

   상기 단계 (a)에서 전원의 인가는 중앙처리장치와 모터 컨트롤러에 각각 5V의 전원을 공급하고, 게이트 드라이버에 12V의 전원을 공급하고, 3상 풀 브리지 회로에 270V의 전원을 각각 공급하는 것을 특징으로 하는 플러그인 하이브리드 차량용 외장형 오일펌프 구동방법.
9. 제8항에 있어서,

   상기 단계 (a)에서 전원의 인가는 상기 중앙처리장치로 전원이 공급된 후, 상기 모터 컨트롤러, 게이트 드라이브 및 3상 풀 브리지 회로로 전원이 공급되는 것을 특징으로 하는 플러그인 하이브리드 차량용 외장형 오일펌프 구동방법.
10. 제9항에 있어서,

    상기 단계 (c)에서 감지된 온도가 120℃ 이상 3초간 지속되면, 외장형 오일펌프 구동장치는 미리 설정된 최소 듀티를 출력하며, 120℃ 이하에서 1초간 유지되 면 정상상태로 복귀하는 것을 특징으로 하는 플러그인 하이브리드 차량용 외장형 오일펌프 구동방법.

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