KR20140008632A

KR20140008632A - 전기자동차의 허브모터 제어장치

Info

Publication number: KR20140008632A
Application number: KR1020120075293A
Authority: KR
Inventors: 서인수; 이민영
Original assignee: 한국과학기술원
Priority date: 2012-07-10
Filing date: 2012-07-10
Publication date: 2014-01-22
Also published as: KR101364758B1

Abstract

본 발명은 각각의 휠에 허브모터가 장착된 전기자동차의 허브모터 제어장치에 관한 것으로, 본 발명에 따른 전기자동차의 허브모터 제어장치는, 각각의 허브모터의 축에 장착되어 허브모터의 회전각을 측정하는 엔코더와; 상기 각각의 허브모터에 장착되어 토크를 측정하는 슬립링(slip-ring) 토크센서와; 상기 엔코더와 전기적으로 연결되어 엔코더로부터 측정된 허브모터의 회전각 변화량을 입력받아 각각의 허브모터의 위상차를 출력하는 위상비교기(phase comparator)와; 상기 위상비교기로부터 출력된 각각의 허브모터의 위상차와 상기 슬립링 토크센서로부터 측정된 토크 정보를 바탕으로 각각의 허브모터를 구동시키는 구동기(driver)에 최적화된 제어 신호를 출력하는 제어기(controller)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

전기자동차의 허브모터 제어장치{Apparatus for Controlling Hub Motor of Electric Automobile}

본 발명은 전기자동차에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전기자동차의 각각의 휠에 장착되어 휠을 구동시키는 허브모터(hub motor)를 정밀하게 제어하는 전기자동차의 허브모터 제어장치에 관한 것이다.

화석연료가 고갈되어 감에 따라 휘발유, 경유 등과 같은 화석연료를 사용하는 차량 대신에 배터리에 저장된 전기 에너지를 이용하여 모터를 구동하는 전기자동차의 개발이 이루어지고 있다.

근래들어 전기모터 기술의 발전으로 출력 대비 부피가 대폭 감소하여 차량의 각 휠(wheel)에 허브(Hub) 모터(인휠 모터라고도 함)를 장착하여 자동차를 구동시키는 방법이 연구되고 있다. 이와 같이 자동차의 각 휠에 모터를 장착하면, 엔진의 공간을 확보할 수 있어 차량의 내부공간의 확보가 용이하며, 구동저항이 감소하여 더 큰 동력 효율을 얻을 수 있다.

하지만 각 휠에 분산되어 장착된 복수의 허브모터들을 제어해야 하므로 기존의 하나의 모터를 이용한 전기자동차보다 제어 회로 및 알고리즘의 복잡성이 증가한다. 특히 각각의 모터의 움직임이 정밀하게 동기화되지 않으면 차량의 동역학 특성에서 중요하게 작용하는 방향각(Yaw Angle) 제어의 안정성을 보장할 수 없으며 이는 도로에서 주행하는 차량의 안전에 심각한 영향을 미치게 된다.

또한 정확하고 정밀한 모터제어를 위해서는 모터의 회전각 정보와 토크정보를 이용한 피드백(Feedback) 제어이론이 필요하지만 현재 개발된 허브모터 장착 차량의 제어에는 모터의 입력/출력전류를 이용하여 계산한 토크의 추정 값을 사용하고 있으므로 제어의 응답속도 및 정밀도가 떨어지게 된다.

또한 차량의 전력계통에서 발생하는 노이즈 등의 외란으로 인해 전류를 이용한 토크의 추정에 신뢰도가 떨어질 수 있으며 이 경우 차량의 조정안전성을 보장 할 수 없어 심각한 사고를 발생 시킬 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 각각의 휠에 허브모터가 장착된 전기자동차에 있어서, 각각의 허브모터의 회전각 및 토크를 정확하게 측정하여 허브모터의 피드백 제어의 정밀도 및 응답특성을 개선하고, 주행 안전성을 향상시킬 수 있는 전기자동차의 허브모터 제어장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 전기자동차의 복수개의 휠에 개별적으로 장착되어 휠을 구동시키는 허브모터의 제어장치에 있어서, 상기 각각의 허브모터의 축에 장착되어 허브모터의 회전각을 측정하는 엔코더와; 상기 각각의 허브모터에 장착되어 토크를 측정하는 슬립링(slip-ring) 토크센서와; 상기 엔코더와 전기적으로 연결되어 엔코더로부터 측정된 허브모터의 회전각 변화량을 입력받아 각각의 허브모터의 위상차를 출력하는 위상비교기(phase comparator)와; 상기 위상비교기로부터 출력된 각각의 허브모터의 위상차와 상기 슬립링 토크센서로부터 측정된 토크 정보를 바탕으로 각각의 허브모터를 구동시키는 구동기(driver)에 최적화된 제어 신호를 출력하는 제어기(controller)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 허브모터 제어장치를 제공한다.

본 발명의 허브모터 제어장치는 슬립링 토크센서를 사용하여 주행중 허브모터의 토크를 실시간으로 정확하게 측정할 수 있다. 따라서, 허브모터의 피드백 제어 정밀도가 향상되고, 응답특성이 개선되어 주행 안전성이 향상되는 이점을 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차의 허브모터 제어장치 구성을 나타낸 모식도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기자동차의 허브모터 제어장치를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 전기자동차의 허브모터 제어장치 구성을 나타낸다.

전기자동차는 4개의 휠(W)을 가지고 있으며, 각각의 휠(W)의 중심부에는 휠(W)을 구동시키기 위한 허브모터(M)가 장착된다. 본 발명에 따른 허브모터 제어장치는 상기 각각의 허브모터(M)의 축에 장착되어 허브모터(M)의 회전각을 측정하는 엔코더(10)와, 상기 각각의 허브모터(M)에 장착되어 토크를 측정하는 슬립링(slip-ring) 토크센서(20)와, 상기 엔코더(10)와 전기적으로 연결되어 엔코더(10)로부터 측정된 허브모터(M)의 회전각 변화량을 입력받아 각각의 허브모터(M)의 위상차를 출력하는 위상비교기(phase comparator)(30)와, 상기 위상비교기(30)로부터 출력된 각각의 허브모터(M)의 위상차와 상기 슬립링 토크센서(20)들로부터 측정된 토크 정보를 바탕으로 각각의 허브모터(M)를 구동시키는 구동기(driver)(60)에 최적화된 제어 신호를 출력하는 제어기(controller)(40)를 포함한 구성으로 이루어진다.

상기 제어기(40)와 각각의 구동기(60) 사이에는 PWM 발생기(PWM generator)(50)가 구성된다.

상기 엔코더(10)는 허브모터(M)의 회전각을 실시간으로 측정하여 상기 위상비교기(30)로 전송한다.

상기 슬립링 토크센서(20)는 접촉식 회전 토크센서의 스테레인 게이지 방식으로 회전부(Rotator)와 고정부(Stator)의 슬립링에 의한 동작 시 브러시에 의한 신호를 처리하여 출력한다.

상기 위상비교기(30)는 각각의 허브모터(M)의 동기화를 위해 사용되며, 허브모터(M)의 위상차를 상기 제어기(40)에 전송하는 기능을 한다.

상기 제어기(40)는 상기 위상비교기(30)로부터 전송된 허브모터(M)들의 위상차이와 회전각 및 속도 정보, 상기 슬립링 토크센서(20)로부터 전송된 허브모터(M)들의 토크를 추정하며, 차량의 과도상태 제어알고리즘에 따라 최적화된 제어 출력을 상기 PWM 발생기(50)에 전송한다.

그리고, 상기 구동기(60)는 상기 PWM 발생기(50)의 신호에 따라 허브모터(M)에 전압 및 전류를 인가하여 허브모터(M)의 작동을 제어한다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 허브모터 제어장치는 다음과 같이 작동한다.

구동기(60)를 통해 허브모터(M)의 스테이터(stator)에 전원이 인가되면 허브모터(M)의 로터(rotor) 및 이에 결합된 휠(W)이 회전하여 차량이 주행하게 된다. 이 때, 엔코더(10)는 허브모터(M)의 회전각을 실시간으로 측정하여 상기 위상비교기(30)로 전송하고, 위상비교기(30)는 허브모터(M)들의 위상차이와 회전각 및 속도 정보를 제어기(40)로 전송한다. 이와 동시에 슬립링 토크센서(20)는 허브모터(M)의 토크를 실시간으로 측정하여 상기 제어기(40)에 전송한다.

상기 제어기(40)는 상기 위상비교기(30)로부터 전송된 허브모터(M)들의 위상차이와 회전각 및 속도 정보, 상기 슬립링 토크센서(20)로부터 전송된 허브모터(M)들의 토크 정보에 근거하여 차량의 과도상태 제어알고리즘에 따라 최적화된 제어 출력을 상기 PWM 발생기(50)에 전송한다. 상기 PWM 발생기(50)는 상기 제어기(40)로부터 입력된 신호에 따라 허브모터(M)에 전압 및 전류를 인가하여 허브모터(M)의 작동을 제어하게 된다.

이와 같이 본 발명의 허브모터 제어장치는 슬립링 토크센서(20)를 사용하여 주행중 허브모터(M)의 토크를 실시간으로 정확하게 측정할 수 있다. 따라서, 허브모터(M)의 피드백 제어 정밀도가 향상되고, 응답특성이 개선되어 주행 안전성이 향상되는 이점을 얻을 수 있다.

이상에서는 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 이라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

W : 휠 M : 허브모터
10 : 엔코더 20 : 슬립링(slip-ring) 토크센서
30 : 위상비교기(phase comparator) 40 : 제어기(controller)
50 : PWM 발생기(PWM generator) 60 : 구동기(driver)

Claims

전기자동차의 복수개의 휠에 개별적으로 장착되어 휠을 구동시키는 허브모터의 제어장치에 있어서,
상기 각각의 허브모터의 축에 장착되어 허브모터의 회전각을 측정하는 엔코더와;
상기 각각의 허브모터에 장착되어 토크를 측정하는 슬립링(slip-ring) 토크센서와;
상기 엔코더와 전기적으로 연결되어 엔코더로부터 측정된 허브모터의 회전각 변화량을 입력받아 각각의 허브모터의 위상차를 출력하는 위상비교기(phase comparator)와;
상기 위상비교기로부터 출력된 각각의 허브모터의 위상차와 상기 슬립링 토크센서로부터 측정된 토크 정보를 바탕으로 각각의 허브모터를 구동시키는 구동기(driver)에 최적화된 제어 신호를 출력하는 제어기(controller)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 허브모터 제어장치.
제1항에 있어서, 상기 제어기와 각각의 구동기 사이에는 PWM 발생기(PWM generator)가 구성된 것을 특징으로 하는 전기자동차의 허브모터 제어장치.