KR20130019911A

KR20130019911A - 차량용 제동 시스템에서 모터 권선 코일 이상 검출 장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR20130019911A
Application number: KR1020110082216A
Authority: KR
Inventors: 김도군
Original assignee: 현대모비스 주식회사
Priority date: 2011-08-18
Filing date: 2011-08-18
Publication date: 2013-02-27
Also published as: CN102955100A

Abstract

본 발명은 모터 내의 권선 코일 또는 상기 권선 코일에 상전압을 제공하는 스위칭 소자에 이상이 있는 경우, 사전에 전원을 단속함으로써 과전류가 전자 제어 유닛(ECU)으로 흐르는 것을 방지한다. 이에 따라 전자 제어 유닛의 손상을 방지할 수 있고, 더 나아가 차량용 제동 시스템의 고장에 대한 대책을 사전에 수립할 수 있어, 운전자의 안전 운전을 도모할 수 있다.

Description

차량용 제동 시스템에서 모터 권선 코일 이상 검출 장치 및 그 방법{DEVICE FOR DETECTING FAILURE OF MOTOR COIL IN BREAKING SYSTEM FOR VEHICLE AND METHOD THEREOF}

본 발명은 차량용 제동 시스템에 관한 것으로서, 특히 전기 제동 방식에 따른 차량용 제동 시스템에 구비된 모터 내의 권선 코일 이상 검출 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

최근 모터로 구동되는 전기 제동 방식의 차량용 제동 시스템이 개발된 바 있다. 이러한 차량용 제동 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 크게 앵글(Angle) 센서가 구비된 브레이크 페달과 압력센서와 모터를 구비한 엑츄에이터 및 이들을 제어하는 전자 제어 유닛으로 구성된다. 이러한 전기 제동 방식의 차량용 제동 시스템에서는 엑츄에이터를 구성하는 모터의 신뢰성 있는 동작이 매우 중요하다.

그러나, 제조 불량 , 높은 소모 전류에 의한 발열, 구동 간 누적되는 진동 등으로 인해 모터 내의 권선에 쇼트(short)가 발생할 수 있다.

모터 내의 권선에 쇼트가 일어나면, 과전류가 흐르게 되어, 모터에 상전압을 제공하는 스위칭 소자들(FET)의 쇼트(또는 샤시 쇼트) 또는 이 모터를 제어하는 전자 제어 유닛(ECU)으로 과전류가 흐르게 되어, 전자 제어 유닛의 손상을 야기시킨다. 특히, 제동 시스템을 테스트하는 과정에서 모터 내의 권선이 모터 하우징과 쇼트되어, 이를 제어하는 다량의 ECU가 손상되는 예가 빈번히 발생하는 문제가 있다.

따라서, 모터 내의 권선 코일의 이상 여부 및 이 모터에 상전압을 제공하는 스위칭 소자들의 이상 여부를 검증할 수 있는 방안이 시급한 실정이다.

따라서, 본 발명의 목적은 모터 내의 권선 코일 및 스위칭 소자들의 이상을 검출하는 차량용 제동 시스템에서 모터 권선 코일 이상 검출 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 상기 모터 권선 코일의 이상 검출 방법을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면에 따른 차량용 제동 시스템의 모터 권선 코일 이상 검출 장치는, 윗상 그룹의 스위칭 소자들, 아랫상 그룹의 스위칭 소자들 및 상기 윗상 그룹의 스위칭 소자들과 상기 아랫상 그룹의 스위칭 소자들을 연결하는 노드들을 포함하고, 상기 노드들이 상기 권선 코일과 연결되는 스위칭부와, 상기 스위칭부의 노드들을 통해 상기 권선 코일과 연결되어, 외부로부터 인가되는 인버터 전원을 전압 분배한 다수의 상전압을 상기 권선 코일에 전달하는 다수의 저항 스트링을 포함하는 전압 분배부 및 기 설정된 턴온 조합에 따라 상기 스위칭 소자들을 턴온 시키고, 상기 턴온 조합에 따라 상기 다수의 상전압을 센싱하고, 센싱된 상기 다수의 상전압을 상호 비교하여, 비교 결과에 따라 상기 권선 코일의 이상 여부를 검출하는 마이컴을 포함한다.

본 발명의 다른 일면에 따른 차량용 제동 시스템의 모터 권선 코일 이상 검출 방법은, 다수의 저항 스트링에 의해 인버터 전원을 전압 분배한 다수의 상전압을 출력하는 단계와, 윗상 그룹의 스위칭 소자들, 아랫상 그룹의 스위칭 소자들 및 상기 윗상 그룹의 스위칭 소자들과 상기 아랫상 그룹의 스위칭 소자들을 연결하는 노드들을 통해 상기 다수의 상전압을 상기 권선 코일에 출력하는 단계와, 기 설정된 턴온 조합에 따라 상기 스위칭 소자들을 턴온 시키는 단계; 상기 턴온된 스위칭 소자들에 의해 상기 다수의 저항 스트링으로부터 전압 분배된 상기 다수의 상전압을 검출하는 단계 및 검출된 다수의 상전압을 상호 비교하여, 비교 결과에 따라 상기 권선 코일 및 상기 스위칭 소자들의 이상 여부를 검출하는 단계를 포함한다.

본 발명에 의하면, 모터 내의 권선 코일 또는 상기 권선 코일에 상전압을 제공하는 스위칭 소자에 이상이 있는 경우, 사전에 전원을 단속함으로써 과전류가 전자 제어 유닛(ECU)으로 흐르는 것을 방지함으로써, 전자 제어 유닛의 손상을 방지할 수 있다. 더 나아가 차량용 제동 시스템의 고장에 대한 대책을 사전에 수립할 수 있어, 운전자의 안전 운전을 도모할 수 있다.

도 1은 일반적인 전기 제동 방식의 차량용 제동 시스템을 보여주는 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 제동 시스템에서 모터 권선 코일 이상 검출 장치의 회로도이다.
도 3은 도 2에 도시된 장치를 이용한 모터 권선 코일 이상 여부의 검출 과정을 보여주는 순서도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 제동 시스템에서 모터 권선 코일 이상 검출 장치의 회로도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 제동 시스템에서 모터 권선 코일 이상 검출 장치(100)는 모터 내에 구비된 권선 코일의 이상 여부를 검출하고, 또한 상기 모터에 상전압을 제공하는 스위칭 소자들의 이상 여부를 검출한다.

이를 위하여, 본 발명의 일실시예에 따른 모터 권선 코일 이상 검출 장치(100)는 스위칭부(120), 전압 분배부(130) 및 마이컴(140)을 포함한다.

스위칭부(120)는 제1 내지 제3 권선 코일(C1, C2, C3)로 구성된 모터(110) 내의 권선 코일과 연결된다. 스위칭부(120)는 릴레이 스위치(RSW)를 통해 인번터 전원(12V)을 인가받고, 내부의 다수의 스위칭 소자들의 스위칭 동작에 따라 상기 인버터 전원을 윗상 전압과 아랫 상전압을 포함하는 다수의 상전압으로 변환하여 상기 권선 코일에 전달한다. 이러한 스위칭부(120)는 제1 내지 제6 스위칭 소자(SW1 ~ SW6)를 포함한다. 이중 제1 내지 제3 스위칭 소자들(SW1~SW3)은 윗상 그룹의 스위칭 소자들로 분류되고, 제4 내지 제6 스위칭 소자들(SW4~SW6)이 아랫상 그룹의 스위칭 소자들(SW1~SW3)로 분류된다. 상기 윗상 그룹의 스위칭 소자들(SW1~SW3)과 상기 아랫상 그룹의 스위칭 소자들(SW4~SW6)은 제1 노드 내지 제3 노드(N1, N2, N3)를 통해 각각 연결된다.

전압 분배부(130)는 상기 제1 노드들(N1, N2, N3)을 통해 상기 권선 코일과 연결되어, 상기 권선 코일로부터의 다수의 상전압을 전달받는다. 전압 분배(130)는 전달받은 다수의 상전압을 각각 전압 분배하는 다수의 저항 스트링을 포함한다. 다수의 저항 스트링은 노드들(N1', N1'')을 통해 직렬 연결되는 제1 내지 제3 저항(R1, R2, R3)을 포함하는 제1 저항 스트링과, 노드들(N2', N2'')을 통해 직렬 연결되는 제1 내지 제3 저항(R1, R2, R3)을 포함하는 제2 저항 스트링 및 노드들(N3', N3'')을 통해 직렬 연결되는 제1 내지 제3 저항(R1, R2, R3)을 포함하는 제3 저항 스트링으로 구성된다. 전압 분배부(130)는 각 저항 스트링의 노드들(N1', N2', N3')을 통해 스위칭부(120)의 제1 내지 제3 노드와 연결되어, 해당 노드를 통해 다수의 상전압을 전달받고, 각 저항 스트링의 노드들(N1'', N2'', N3'')을 통해 전압분배된 다수의 상전압을 출력한다. 한편, 제1 내지 제3 저항(R1, R2, R3)들은 모터(110) 내의 제1 내지 제3 권선 코일(C1, C2, C3)의 각 저항값들(R_wa, R_wb, R_wc)보다 매우 큰 값으로 설정된다. 예컨대, 제1 내지 제3 저항(R1, R2, R3)들이 2 KΩ, 3 KΩ, 1 KΩ로 설정될 때, 제1 내지 제3 권선 코일(C1, C2, C3)의 각 저항값들(R_wa, R_wb, R_wc)은 수 mΩ으로 설계되는 것이 바람직하다. 또한 제1 내지 제3 저항(R1, R2, R3)들은 상기 마이컴(140)에서 판독 가능한 범위 내에서 전압분배가 가능한 저항값으로 설계되는 것이 바람직하다.

마이컴(130)은 본 발명의 일실시예에 따른 모터 권선 코일 이상 검출 장치(100)의 전반적인 동작을 제어하는 구성으로서, 상기 스위칭부(120)에 인버터 전원의 공급하는 릴레이 스위치(RSW)의 스위치 동작을 제어하기 위해, 릴레이 인에이블 신호(Rlay_en)를 상기 릴레이 스위치(RSW)로 전달한다. 또한 마이컴(130)은 스위칭부를 구성하는 윗상 그룹의 스위칭 소자들(SW1, SW2, SW3)과 아랫상 그룹의 스위칭 소자들(SW4, SW5, SW6)의 스위칭 소자들의 스위치 동작을 제어하기 위해, 제1 내지 제6 스위칭 신호(S1 ~ S6)를 생성하여 해당 스위칭 소자들(SW1 ~ SW6)로 전달한다. 또한 마이컴(130)은 상기 스위칭 소자들의 기설정된 턴온 조합에 따라 각 저항 스트링의 노들(N1'', N2'', N3'')에서 나타나는 전압 분배된 다수의 상전압을 각각 감지하고, 감지된 상전압들(SEN_a, SEN_b, SEN_c)을 분석하여, 상기 권선 코일들(C1, C2, C3)의 이상 여부 및 상기 스위칭 소자들(SW1 ~ SW3)의 이상 여부를 판단한다. 이러한 판단결과는 LCD 또는 이를 포함하는 다양한 표시 수단을 통해 설계자에게 제공된다.

이하에서는, 모터(110) 내의 권선 코일(C1, C2, C3) 이상 여부 및 스위칭 소자들(SW1, SW2, SW3)에 대한 검출방법을 도 3을 참조하여 상세히 설명한다.

도 3은 도 2에 도시된 장치를 이용한 모터 권선 코일 이상 여부의 검출 과정을 보여주는 순서도이다. 설명의 이해를 돕기 위하여, 도 2를 함께 참조한다.

도 3을 참조하면, 마이컴이 릴레이 인에이블 신호(Relay_en)를 생성하여, 이를 릴레이 스위치(RSW)로 전달한다(S310). 이에 따라 릴레이 스위치(RSW)는 턴 온되고, 인버터 전원(예컨대, 12V)이 스위칭부(120)로 제공한다.

이어, 마이컴(140)은 모터(110) 내 권선 코일의 단선 또는 단락과 같은 이상 여부를 확인하기 위해, 제1 내지 제3 스위칭 신호들(S1, S2, S3)을 이용하여 제1 내지 제3 스위칭 소자들(SW1, SW2, SW3)을 모두 턴온 시키고, 제4 내지 제6 스위칭 소자들(SW4, SW5, SW6)을 모두 턴 오프 시킨다(S320). 즉, 모터 내 권선 코일 내의 이상 여부 검출은 윗상 그룹의 스위칭 소자들(SW1, SW2, SW3)을 모두 턴온시키고, 아랫상 그룹의 스위칭 소자들(SW4, SW5, SW6)을 모두 턴 오프시키는 기설정된 턴온 조합에 따라 진행된다.

이어, 마이컴(140)은 위와 같은 턴온 조합에 따라 전압 분배부(130)를 구성하는 각 저항 스트링의 노드들(N1'', N2'', N3')에서 감지된 상전압들(SEN_a, SEN_b, SEN_c)을 입력받는다(S330).

이어, 마이컴(140)은 감지된 상전압들(SEN_a, SEN_b, SEN_c)을 분석하여, 모터(110) 내의 권선 코일의 이상 여부를 판단한다(S330). 구체적으로, 모터(110) 내의 권선 코일을 구성하는 제1 내지 제3 권선 코일(C1, C2, C3)들이 단선 또는 단락과 같은 이상이 없다면, 감지된 상전압들(SEN_a, SEN_b, SEN_c)은 동일한 값을 갖는다. 만일 이상이 있다면, 감지된 상전압들(SEN_a, SEN_b, SEN_c)은 서로 차이가 발생한다. 즉, 마이컴(140)은 감지된 상전압들(SEN_a, SEN_b, SEN_c)을 비교하여 모두 동일하면, 권선 코일에 이상이 없는 것으로 판단하고, 적어도 하나의 감지된 값이 나머지 감지된 값과 다르면, 권선 코일에 단락 또는 단선과 같은 이상이 발생한 것으로 판단한다. 여기서, 감지된 상전압들(SEN_a, SEN_b, SEN_c)을 설정된 기준값과 비교하여 그 이상여부를 판단할 수도 있다. 예컨대, 감지된 상전압들(SEN_a, SEN_b, SEN_c)이 기준값보다 모두 크면, 제1 내지 제3 권선 코일(C1, C2, C3)에는 이상이 없는 것으로 판단한다. 반대의 경우에는 적어도 하나의 권선 코일에 이상이 있는 것으로 판단한다. 만일 이상이 있는 것으로 판단하면, 마이컴(140)은 릴레이 디스에이블 신호를 상기 릴레이 스위치(RSW)로 전달하여, 상기 릴레이 스위치(RSW)를 오프시키고(S370), 이러한 이상 여부를 마이컴 내의 메모리에 저장하고, 이를 설계자에게 알린다(S380).

한편, 상기 단계(S330)에서, 권선 코일에 이상이 없는 것으로 판단되면, 스위칭 소자들의 이상 여부를 판단하기 위해, 마이컴이 기설정된 일련(sequence)의 턴온 조합들로 스위칭 소자들(SW1 ~ SW6)의 스위칭 동작을 제어한다(S350). 구체적으로, 상기 윗상 그룹의 스위칭 소자들의 일부를 턴온시키고, 상기 아랫상 그룹의 스위칭 소자들의 일부를 턴온 시키는 턴온 조합에 따라 센싱된 상기 상전압들(SEN_a, SEN_b, SEN_c)을 비교하여, 비교 결과에 따라 상기 스위칭 소자들의 이상 여부를 판단한다. 일례로서, 상기 기설정된 일련(sequence)의 턴온 조합들은 SW1, SW5, SW6을 턴온 시키는 조합, SW2, SW4, SW6을 턴온 시키는 조합, SW3, SW4, SW5를 턴온 시키는 조합, SW4, SW2, SW3을 턴온 시키는 조합, SW5, SW1, SW3을 턴온 시키는 조합, SW6, SW1, SW2를 턴온 시키는 조합을 포함한다.

각 턴온 조합에서, 감지된 상전압들(SEN_a, SEN_b, SEN_c)이 모두 동일하거나 또는 모두 특정 기준값 이상이면, 정상으로 판단하여, 제동 시스템의 동작을 개시한다(S360).

만일, 감지된 상전압들(SEN_a, SEN_b, SEN_c)이 상기 특정 기준값보다 작거나 서로 차이가 있는 경우, 비정상으로 판단하여, 앞서 언급한 단계(S370)와 단계(S380)가 수행된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 모터 내의 권선 코일 또는 상기 권선 코일에 상전압을 제공하는 스위칭 소자에 이상이 있는 경우, 사전에 전원을 단속함으로써 과전류가 전자 제어 유닛(ECU)으로 흐르는 것을 방지함으로써, 전자 제어 유닛의 손상을 방지할 수 있다. 더 나아가 차량용 제동 시스템의 고장에 대한 대책을 사전에 수립할 수 있어, 운전자의 안전 운전을 도모할 수 있다.

한편, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 보호범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims

모터 내에 구비된 권선 코일의 이상 여부를 검출하는 차량용 제동 시스템에서 모터 권선 이상 검출 장치에 있어서,
윗상 그룹의 스위칭 소자들, 아랫상 그룹의 스위칭 소자들 및 상기 윗상 그룹의 스위칭 소자들과 상기 아랫상 그룹의 스위칭 소자들을 연결하는 노드들을 포함하고, 상기 노드들이 상기 권선 코일과 연결되는 스위칭부;
상기 스위칭부의 노드들을 통해 상기 권선 코일과 연결되어, 상기 권선 코일로부터 전압 분배된 다수의 상전압을 전달받는 다수의 저항 스트링을 포함하는 전압 분배부; 및
기 설정된 턴온 조합에 따라 상기 스위칭 소자들을 턴온 시키고, 상기 턴온 조합에 따라 상기 다수의 상전압을 센싱하고, 센싱된 상기 다수의 상전압을 상호 비교하여, 비교 결과에 따라 상기 권선 코일의 이상 여부를 검출하는 마이컴을 포함하는 차량용 제동 시스템에서 모터 권선 코일 이상 검출 장치.
제1항에 있어서, 상기 마이컴은,
상기 검출된 다수의 상전압이 모두 동일한 경우, 상기 권선 코일을 정상으로 판단하는 것을 특징으로 하는 차량용 제동 시스템에서 모터 권선 코일 이상 검출 장치.
제1항에 있어서, 상기 마이컴은,
상기 검출된 다수의 상전압 중 적어도 어느 하나가 나머지 상전압과 다른 경우, 상기 권선 코일을 비정상으로 판단하는 것을 특징으로 하는 차량용 제동 시스템에서 모터 권선 코일 이상 검출 장치.
제1항에 있어서, 상기 마이컴은,
상기 윗상 그룹의 스위칭 소자들을 모두 턴온 시키고, 상기 아랫상 그룹의 스위칭 소자들을 모두 턴 오프시키는 상기 턴온 조합에 따라 검출된 상기 다수의 상전압을 비교하여 상기 권선 코일의 이상 여부를 검출하는 것을 특징으로 하는 차량용 제동 시스템에서 모터 권선 코일 이상 검출 장치.
제1항에 있어서, 상기 마이컴은,
상기 윗상 그룹의 스위칭 소자들의 일부를 턴온시키고, 상기 아랫상 그룹의 스위칭 소자들의 일부를 턴온 시키는 상기 턴온 조합에 따라 검출된 상기 다수의 상전압을 비교하여, 비교 결과에 따라 상기 스위칭 소자들의 이상 여부를 검출하는 것을 특징으로 하는 차량용 제동 시스템에서 모터권선 일 이상 검출 장치.
제5항에 있어서, 상기 마이컴은,
상기 검출된 상기 다수의 상전압이 상호 다른 경우, 턴온된 상기 스위칭 소자들 중 어느 하나는 이상이 있는 것으로 검출하는 것을 특징으로 하는 차량용 제동 시스템에서 모터 권선코일 이상 검출 장치.
모터 내에 구비된 권선 코일의 이상 여부를 검출하는 차량용 제동 시스템에서 모터 권선 이상 검출 방법에 있어서, ,
다수의 저항 스트링에 의해 인버터 전원을 전압 분배한 다수의 상전압을 출력하는 단계;
윗상 그룹의 스위칭 소자들, 아랫상 그룹의 스위칭 소자들 및 상기 윗상 그룹의 스위칭 소자들과 상기 아랫상 그룹의 스위칭 소자들을 연결하는 노드들을 통해 상기 다수의 상전압을 상기 권선 코일에 출력하는 단계;
기 설정된 턴온 조합에 따라 상기 스위칭 소자들을 턴온 시키는 단계; 및
상기 턴온된 스위칭 소자들에 의해 상기 다수의 저항 스트링으로부터 전압 분배된 상기 다수의 상전압을 센싱하는 단계; 및
센싱된 다수의 상전압을 상호 비교하여, 비교 결과에 따라 상기 권선 코일 및 상기 스위칭 소자들의 이상 여부를 검출하는 단계
을 포함하는 차량용 제동 시스템에서 모터 권선코일 이상 검출 방법.
제7항에 있어서, 상기 권선 코일 및 상기 스위칭 소자들의 이상 여부를 검출하는 단계에서,
상기 권선 코일의 이상 여부는,
상기 윗상 그룹의 스위칭 소자들을 모두 턴온 시키고, 상기 아랫상 그룹의 스위칭 소자들을 모두 턴오프시키는 상기 기설정된 조합에 따라 센싱되는 상기 다수의 상전압을 비교하여 검출되는 것을 특징으로 하는 차량용 제동 시스템에서 모터 권선 코일 이상 검출 방법.
제7항에 있어서, 상기 권선 코일 및 상기 스위칭 소자들의 이상 여부를 검출하는 단계에서,
상기 스위칭 소자들의 이상 여부는,
상기 윗상 그룹의 스위칭 소자들의 일부를 턴온시키고, 상기 아랫상 그룹의 스위칭 소자들의 일부를 턴온 시키는 상기 기설정된 턴온 조합에 따라 센싱된 상기 다수의 상전압을 비교하여 검출되는 것을 특징으로 하는 차량용 제동 시스템에서 모터 권선코일 이상 검출 방법.