KR20120060068A

KR20120060068A - 하이브리드 자동차의 모터속도 추정장치 및 방법

Info

Publication number: KR20120060068A
Application number: KR1020100121633A
Authority: KR
Inventors: 김상준
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2010-12-01
Filing date: 2010-12-01
Publication date: 2012-06-11
Also published as: KR101234657B1

Abstract

본 발명은 모터의 속도를 검출하는 레졸버의 고장이 발생되더라도 모터속도와 방향을 명확하게 추정하여 안정적인 피드백 제어가 제공되도록 하는 하이브리드 자동차의 모터속도 추정장치 및 방법이 개시된다.
본 발명은 모터의 속도를 검출하는 레졸버의 고장이 판정되면 시프트 레버로 선택되는 변속단을 검출하는 과정, 구동축의 휠속도와 모터토크 및 모터의 소모파워를 검출하는 과정, 구동축 휠속도의 평균값을 계산하고, 휠속도의 평균값과 종감속 기어비, 타이어 지름을 적용하여 모터의 속도를 추정하는 과정, 시프트 레버로 선택되는 변속단과 모터토크 및 모터파워를 적용하여 모터의 회전방향을 판정하는 과정을 포함한다.

Description

하이브리드 자동차의 모터속도 추정장치 및 방법{APPARATUS FOR ESTIMATION MOTOR SPEED OF HYBRID VEHICLE AND METHOD THEREOF}

본 발명은 하이브리드 자동차에 관한 것으로, 보다 상세하게는 모터의 속도를 검출하는 레졸버(Resolver)의 고장이 발생되더라도 모터속도와 방향을 명확하게 추정하여 안정적인 피드백 제어가 제공되도록 하는 하이브리드 자동차의 모터속도 추정장치 및 방법에 관한 것이다.

차량에 대한 끊임없는 연비 향상의 요구와 각 나라의 배출가스 규제의 강화에 따라 친환경 자동차에 대한 요구가 증가하고 있으며, 이에 대한 현실적인 대안으로 하이브리드 자동차가 제공되고 있다.

하이브리드 자동차는 좁은 의미로, 연료전지 자동차, 전기자동차와 구별될 수 있으나, 본 명세서에서 하이브리드 자동차의 의미는 순수 전기자동차와 연료전지 자동차를 포괄하는 것으로 하나 이상의 배터리가 구비되고, 배터리에 저장된 에너지가 자동차의 구동력으로 사용되는 자동차를 지칭한다.

하이브리드 자동차는 동력원으로 엔진과 모터가 적용되며, 주행상황에 따라 엔진과 모터의 특성을 발휘되어 연비 향상과 배기가스 절감을 제공한다.

하이브리드 자동차는 엔진과 모터로 구성되는 두 개의 동력원으로 주행하는 과정에서 엔진과 모터를 어떻게 조화롭게 동작시키느냐에 따라 추가적인 연비 향상을 도모할 수 있다.

하이브리드 자동차에서는 운전요구와 주변의 환경조건에 따라 모터의 속도와 토크를 제어하기 위하여 모터의 구동을 피드백 제어하기 위하여 레졸버를 이용하여 모터의 속도를 검출하고 있다.

따라서, 내외부적인 요인에 의하여 모터의 속도를 검출하는 레졸버의 고장이 발생하는 경우 모터의 피드백 제어가 불가능하게 되므로, 종래의 하이브리드 자동차에서는 레졸버의 고장이 발생하는 경우 휠속센서에서 검출되는 휠속도를 모터의속도로 대체하여 사용하고 있다.

그러나, 휠속센서에서 검출되는 휠속도의 정보를 모터속도를 대체하는 경우 단방향 정보만을 사용하므로, 전후진에 대한 속도 대체가 불가능하여 정상적인 구동토크의 결정이 불가능한 문제점을 발생시킨다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 모터의 속도를 검출하는 레졸버의 고장이 발생되더라도 모터의 속도와 회전방향을 명확하게 추정하여 모터 속도 및 토크의 피드백 제어에 안정성 및 정확성을 제공하는데 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 특징에 따르면, 엔진과 모터를 구동원으로 갖는 하이브리드 자동차에 있어서, 모터의 속도를 검출하는 레졸버; 시프트 레버의 위치를 검출하는 변속단검출부; 구동축의 휠속도를 검출하는 휠속도검출부; 상기 레졸버의 고장이 판정되면 모터의 속도와 회전방향을 추정하여 모터의 구동을 제어하는 하이브리드 제어기를 포함하는 하이브리드 자동차의 모터속도 추정장치가 제공된다.

상기 하이브리드 제어기는 레졸버의 고장이 판정되면 휠속도검출부에서 제공되는 휠속도의 평균값과 종감속 기어비, 타이어 지름을 적용하여 모터의 속도를 추정할 수 있다.

상기 하이브리드 제어기는 변속단검출부에서 검출되는 시프트 레버의 위치와 모터의 토크 및 모터의 소모 파워를 적용하여 모터의 회전방향을 판정할 수 있다.

상기 하이브리드 제어기는 시프트 레버의 위치가 주행변속단의 선택이고, 모터토크와 모터소모파워가 모두 양의 값이거나 모터토크와 모터소모파워 모두 음의 값이면 모터를 정회전으로 판정할 수 있다.

상기 하이브리드 제어기는 시프트 레버의 위치가 주행변속단의 선택이고, 모터토크와 모터소모파워 중 어느 하나가 양의 값이면 모터를 역회전으로 판정할 수 있다.

상기 하이브리드 제어기는 시프트 레버의 위치가 주행변속단의 선택이고, 모터토크와 모터소모파워 중 어느 하나가 음의 값이면 모터를 역회전으로 판정할 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 특징에 따르면, 모터의 속도를 검출하는 레졸버의 고장이 판정되면 시프트 레버로 선택되는 변속단을 검출하는 과정; 구동축의 휠속도와 모터토크 및 모터의 소모파워를 검출하는 과정; 구동축 휠속도의 평균값을 계산하고, 휠속도의 평균값과 종감속 기어비, 타이어 지름을 적용하여 모터의 속도를 추정하는 과정; 시프트 레버로 선택되는 변속단과 모터토크 및 모터파워를 적용하여 모터의 회전방향을 판정하는 과정을 포함하는 하이브리드 자동차의 모터속도 추정방법이 제공된다.

상기 모터속도의 추정과 회전방향의 판정은 주행변속단(D 혹은 R)의 선택 조건에서만 실행된다.

상기 모터의 회전방향은 주행변속단의 선택이고, 모터토크와 모터소모파워가 모두 양의 값이거나 모터토크와 모터소모파워 모두 음의 값을 갖는 상태이면 모터를 정회전으로 판정할 수 있다.

상기 모터의 회전방??은 주행변속단의 선택이고, 모터토크와 모터소모파워 중 어느 하나가 양의 값을 갖는 상태이거나 모터토크와 모터소모파워중 어느 하나가 음의 값을 갖는 상태이면 모터를 역회전으로 판정할 수 있다.

이와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 레졸버의 고장이 발생되어 모터의 속도를 검출할 수 없는 상황에서 모터속도 및 회전방향을 정확하게 추정하여 피드백 제어에 적용함으로써, 하이브리드 자동차의 운행에 안정성 및 신뢰성이 제공될 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 모터속도 추정장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 모터속도 추정절차를 도시한 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않으며, 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략하였다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 모터속도 추정장치를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 모터속도 추정장치는, 변속단검출부(101)와 ECU(Engine Control Unit : 102), HCU(Hybrid Control Unit : 103), CCU(Clutch Control Unit : 104), PCU(Power Control Unit : 105), 배터리(106), BMS(Battery Management System : 107), 엔진(200), 엔진클러치(250), 모터(300), 레졸버(310), 변속기(400), 구동휠(500) 및 휠속도검출부(510)를 포함한다.

변속단검출부(101)는 시프트 레버(Shift Lever)로 선택되는 변속단을 검출하여 그에 대한 정보를 HCU(103)에 제공한다.

ECU(102)는 네트워크로 연결되는 HCU(103)와 연동하여 엔진(200)의 제반적인 동작을 제어하며, 엔진(200)의 동작 상태정보를 HCU(103)에 제공한다.

HCU(103)는 최상위 제어기로, 네트워크로 연결되는 하위 제어기들을 통합 제어하고, 각 하위 제어기들의 정보를 수집 분석하여 하이브리드 차량의 전반적인 거동을 제어한다.

상기 HCU(103)는 레졸버(510)의 고장이 판정되면 모터(300)의 속도와 회전방향을 추정하여 모터(300)의 구동속도 및 토크를 제어한다.

상기 HCU(103)는 레졸버(510)의 고장이 판정되면 휠속도검출부(510)에서 제공되는 구동휠(500) 속도의 평균값과 종감속 기어비, 타이어 지름 등의 정보를 적용하여 모터(300)의 속도를 추정한다.

상기 HCU(103)는 변속단검출부(101)를 통해 검출되는 시프트 레버의 위치, 모터(300)의 토크, 모터(300)의 소모 파워를 적용하여 모터(300)의 회전방향을 판정한다.

상기 HCU(103)는 예를 들어, 시프트 레버로 전진 변속단이 선택된 상태에서 모터(300)의 토크가 양의 값으로 검출되고, 모터(300)의 소모파워가 양의 값으로 검출되면 모터(300)를 정회전으로 판정한다.

시프트 레버로 전진 변속단이 선택된 상태에서 모터(300)의 토크가 양의 값으로 검출되고, 모터(300)의 소모파워가 음의 값으로 검출되면 모터(300)를 역회전으로 판정한다.

시프트 레버로 전진 변속단이 선택된 상태에서 모터(300)의 토크가 음의 값으로 검출되고, 모터(300)의 소모파워가 양의 값으로 검출되면 모터(300)를 역회전으로 판정한다.

시프트 레버로 전진 변속단이 선택된 상태에서 모터(300)의 토크가 음의 값으로 검출되고, 모터(300)의 소모파워가 음의 값으로 검출되면 모터(300)를 정회전으로 판정한다.

또한, 시프트 레버로 후진 변속단이 선택된 상태에서 모터(300)의 토크가 양의 값으로 검출되고, 모터(300)의 소모파워가 양의 값으로 검출되면 모터(300)를 정회전으로 판정한다.

시프트 레버로 후진 변속단이 선택된 상태에서 모터(300)의 토크가 양의 값으로 검출되고, 모터(300)의 소모파워가 음의 값으로 검출되면 모터(300)를 역회전으로 판정한다.

시프트 레버로 후진 변속단이 선택된 상태에서 모터(300)의 토크가 음의 값으로 검출되고, 모터(300)의 소모파워가 양의 값으로 검출되면 모터(300)를 역회전으로 판정한다.

시프트 레버로 후진 변속단이 선택된 상태에서 모터(300)의 토크가 음의 값으로 검출되고, 모터(300)의 소모파워가 음의 값으로 검출되면 모터(300)를 정회전으로 판정한다.

CCU(104)는 네트워크로 연결되는 HCU(103)의 제어에 따라 변속기(400)에 구비되는 액추에이터를 제어하여 목표 변속단의 결합을 제어하고, 엔진클러치(250)에 공급되는 유체의 압력을 제어하여 엔진클러치(250)의 결합 및 해제를 실행함으로써, 엔진(200)의 동력 전달을 단속한다.

PCU(105)는 MCU(Motor Control Unit)와 복수개의 전력 스위칭소자로 구성되는 인버터 및 보호회로를 포함하며, 상기 HCU(103)에서 인가되는 제어신호에 따라 배터리(106)에서 공급되는 직류전압을 3상 교류전압으로 변환시켜 모터(300)를 구동을 제어한다.

상기 PCU(105)에 포함되는 전력 스위칭소자는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor), MOSFET, 트랜지스터, 릴레이 중 어느 하나로 구성될 수 있다.

그리고, 상기 PCU(105)에 포함되는 보호회로는 구동전원의 흐름을 감시하고, 차량의 추돌이나 충돌, 낙뢰 등 다양한 원인에 의해 구동전원에 과전압, 과전류가 유입되는 경우 구동전원을 분산 혹은 차단시켜 하이브리드 차량에 구비되는 제반 시스템을 보호하고, 탑승자를 고압으로부터 안정되게 보호한다.

배터리(106)는 HEV모드에서 엔진(200)의 출력을 보조하기 위하여 모터(300)에 전원을 공급하고, 회생제동 제어로 모터(300)에서 발전되는 전압을 충전한다.

그리고, EV모드에서 모터(300)에 전원을 공급하고, 회생제동 제어시 발전기로 동작되는 모터(300)에서 생성되는 전압을 충전한다.

BMS(107)는 배터리(106)의 전압, 전류, 온도 등의 정보를 종합 검출하여 충전상태를 관리 제어하며, 배터리(106)의 충방전 전류량을 제어하여 한계전압 이하로 과방전되거나 한계전압 이상으로 과충전되지 않도록 한다.

상기 BMS(107)는 HCU(103)에서 요구되는 제어신호에 따라 배터리(106)의 출력을 단속하는 메인 릴레이를 온 혹은 오프로 제어한다.

엔진(200)은 ECU(102)의 제어에 따라 최적의 운전점으로 구동 제어된다.

ISG(210)는 차량의 운전상황에 따라 엔진(200)의 아이들 정지 및 재시동을 실행시킨다.

엔진클러치(250)는 엔진(200)과 모터(300)의 사이에 배치되고, CCU(104)의 제어에 따라 동작되어 엔진(200)과 모터(300)간의 동력 전달을 단속한다.

모터(300)는 PCU(105)를 통해 공급되는 3상 교류전압으로 구동되어 엔진(200)의 출력토크를 지원하고, 엔진(200)의 출력에 잉여 토크가 있는 경우나 제동시 발전기로 동작된다.

레졸버(310)는 모터의 회전속도를 검출하여 그에 대한 정보를 HCU(103)에 제공하여 운전요구 및 주변의 환경조건에 따라 모터(300)의 속도 및 토크가 피드백 제어 되도록 한다.

변속기(400)는 상기 CCU(104)의 제어에 따라 변속비가 조정되며, 운전모드에 따라 클러치(250)를 통해 합산되어 인가되는 출력토크를 변속비로 분배하여 구동륜에 전달시켜 자동차가 주행될 수 있도록 한다.

상기 변속기(400)는 자동변속기 혹은 무단변속기로 적용될 수 있다.

횔속도검출부(510)는 주행에 따른 구동휠(500)의 회전속도를 검출하여 그에 대한 정보를 HCU(103)에 제공한다.

상기한 기능을 포함하는 본 발명에 따른 하이브리드 자동차에서 통상적인 동작은 종래의 하이브리드 자동차와 동일 내지 유사하게 실행되므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

본 발명은 모터의 속도를 검출하는 레졸버의 고장이 발생되는 경우 안정된 피드백 제어를 유지하기 위하여 모터의 속도 및 회전방향을 추정하는 발명이므로, 이에 대한 동작에 대해서만 구체적으로 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 모터속도 추정절차를 도시한 흐름도이다.

본 발명이 적용되는 하이브리드 자동차가 운행되는 상태에서 HCU(103)는 레졸버(310)의 상태를 모니터링하여(S102) 고장으로 검출되는지 판단한다(S103).

상기 S103의 판단에서 HCU(103)는 레졸버(310)의 고장이 판정되지 않으면 레졸버(310)에서 제공되는 모터(300)의 속도에 따라 피드백 제어를 실행한다.

그러나, 상기 S103의 판단에서 HCU(103)는 레졸버(310)의 고장이 판정되면 변속단검출부(101)로부터 운전자가 시프트 레버로 선택한 변속단을 검출하여(S104) 전진(D레인지) 혹은 후진(R레인지)을 선택한 상태인지를 판단한다(S105).

상기 S105의 판단에서 HCU(103)는 시프트 레버의 위치가 전진(D레인지) 혹은 후진(R레인지)가 아니면 운행이 실행되지 않는 상태로 판정한다.

그러나, 상기 S105의 판단에서 HCU(103)는 시프트 레버의 위치가 전진(D레인지) 혹은 후진(R레인지)의 선택으로 판단되면 휠속도검출부(510)에서 제공되는 구동휠의 휠속도를 검출하고, 모터(300)의 토크 및 소모파워를 검출한다(S106).

이후, 구동휠의 휠속도를 평균하고, 휠속도의 평균값과 현재의 변속단 조건에서 결정되는 종감속 기어비, 타이어 반지름 등의 조건을 적용하여 모터(300)의 속도를 추정한다(107).

그리고, 상기 검출되는 모터(300)의 토크가 양의 값을 갖는지를 판단하여(S108), 모터(300)의 토크가 양의 값을 갖는 상태이면 모터(300)의 소모파워를 검출하여 소모파워가 양의 값을 갖는지를 판단한다(S109).

상기 S108의 판단에서 모터(300)의 토크가 양의 값으로 검출되고, S109의 판단에서 소모 파워가 양의 값을 갖는 것으로 검출되면 모터(300)를 정회전으로 판정한다(S110).

상기 S108의 판단에서 모터(300)의 토크가 양의 값으로 검출되고, S109의 판단에서 소모 파워가 음의 값을 갖는 것으로 검출되면 모터(300)를 역회전으로 판정한다(S111).

상기 S108의 판단에서 모터(300)의 토크가 음의 값을 갖는 상태이면 모터(300)의 소모파워를 검출하여 소모파워가 음의 값을 갖는지를 판단한다(S112).

상기 S108의 판단에서 모터(300)의 토크가 음의 값으로 검출되고, S112의 판단에서 소모 파워가 음의 값을 갖는 것으로 검출되면 모터(300)를 역회전으로 판정한다(S113).

상기 S108의 판단에서 모터(300)의 토크가 음의 값으로 검출되고, S112의 판단에서 소모 파워가 양의 값을 갖는 것으로 검출되면 모터(300)를 정회전으로 판정한다(S114).

이상과 같이 레졸버(310)의 고장이 발생된 상태에서 모터(300)의 속도와 회전방향을 명확하게 추정하여 피드백 제어에 적용함으로써, 하이브리드 자동차의 운행에 안정성 및 신뢰성이 제공될 수 있다.

이상에서는 본 발명의 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 구성요소의 부가, 변경, 추가, 삭제 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 포함된다고 할 것이다.

101 : 변속단검출부 102 : ECU
103 : HCU 105 : PCU
300 : 모터 310 : 레졸버
500 : 구동휠 510 : 휠속도검출부

Claims

엔진과 모터를 구동원으로 갖는 하이브리드 자동차에 있어서,
모터의 속도를 검출하는 레졸버;
시프트 레버의 위치를 검출하는 변속단검출부;
구동축의 휠속도를 검출하는 휠속도검출부;
상기 레졸버의 고장이 판정되면 모터의 속도와 회전방향을 추정하여 모터의 구동을 제어하는 하이브리드 제어기;
를 포함하는 하이브리드 자동차의 모터속도 추정장치.
제1항에 있어서,
상기 하이브리드 제어기는 레졸버의 고장이 판정되면 휠속도검출부에서 제공되는 휠속도의 평균값과 종감속 기어비, 타이어 지름을 적용하여 모터의 속도를 추정하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차의 모터속도 추정장치.
제1항에 있어서,
상기 하이브리드 제어기는 변속단검출부에서 검출되는 시프트 레버의 위치와 모터의 토크 및 모터의 소모 파워를 적용하여 모터의 회전방향을 판정하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차의 모터속도 추정장치.
제1항에 있어서,
상기 하이브리드 제어기는 시프트 레버의 위치가 주행변속단의 선택이고, 모터토크와 모터소모파워가 모두 양의 값이거나 모터토크와 모터소모파워 모두 음의 값이면 모터를 정회전으로 판정하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차의 모터속도 추정장치.
제1항에 있어서,
상기 하이브리드 제어기는 시프트 레버의 위치가 주행변속단의 선택이고, 모터토크와 모터소모파워 중 어느 하나가 양의 값이면 모터를 역회전으로 판정하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차의 모터속도 추정장치.
제1항에 있어서,
상기 하이브리드 제어기는 시프트 레버의 위치가 주행변속단의 선택이고, 모터토크와 모터소모파워 중 어느 하나가 음의 값이면 모터를 역회전으로 판정하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차의 모터속도 추정장치.
모터의 속도를 검출하는 레졸버의 고장이 판정되면 시프트 레버로 선택되는 변속단을 검출하는 과정;
구동축의 휠속도와 모터토크 및 모터의 소모파워를 검출하는 과정;
구동축 휠속도의 평균값을 계산하고, 휠속도의 평균값과 종감속 기어비, 타이어 지름을 적용하여 모터의 속도를 추정하는 과정;
시프트 레버로 선택되는 변속단과 모터토크 및 모터파워를 적용하여 모터의 회전방향을 판정하는 과정;
을 포함하는 하이브리드 자동차의 모터속도 추정방법.
제7항에 있어서,
상기 모터속도의 추정과 회전방향의 판정은 주행변속단(D 혹은 R)의 선택 조건에서만 실행하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차의 모터속도 추정방법.
제7항에 있어서,
상기 모터의 회전방향은 주행 변속단의 선택이고, 모터 토크와 모터 소모파워가 모두 양의 값이거나 모터 토크와 모터 소모파워 모두 음의 값을 갖는 상태이면 모터를 정회전으로 판정하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차의 모터속도 추정방법.
제7항에 있어서,
상기 모터의 회전방향은 주행 변속단의 선택이고, 모터 토크와 모터 소모파워 중 어느 하나가 양의 값을 갖는 상태이거나 모터 토크와 모터 소모파워 중 어느 하나가 음의 값을 갖는 상태이면 모터를 역회전으로 판정하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차의 모터속도 추정장치.