KR20140009723A

KR20140009723A - 차량 모터 위치센서의 옵셋 보정방법

Info

Publication number: KR20140009723A
Application number: KR1020120076262A
Authority: KR
Inventors: 권순우; 이준용
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아자동차주식회사
Priority date: 2012-07-12
Filing date: 2012-07-12
Publication date: 2014-01-23
Also published as: JP2014023419A; US9007010B2; CN103546084A; US20140015457A1; DE102012222494A1; KR101382286B1

Abstract

모터에 -d축으로의 전류를 인가하는 인가단계; 모터의 Vq, Vd, Iq, Id를 측정하여 모터의 입력파워를 계산하는 연산단계; 및 입력파워가 미리 정해진 일정범위 내에 속하지 않는 경우 모터 위치센서의 옵셋을 양의값 또는 음의값으로 조정하는 조정단계;를 포함하는 차량 모터 위치센서의 옵셋 보정방법이 소개된다.

Description

차량 모터 위치센서의 옵셋 보정방법 {METHOD FOR CALIBRATING OFFSET OF MOTOR RESOLVER}

본 발명은 차량 모터 위치센서의 옵셋을 기하학이 아닌 대수적인 방식으로 보정하는 차량 모터 위치센서의 옵셋 보정방법에 관한 것이다.

최근 친환경차량의 요청에 따라 차량의 구동계는 전자적인 모터로서 대체되고 있는 실정이다. 이러한 친환경차량은 하이브리드차량, 전기자동차, 연료전지차량 등이 있는데, 이들은 모두 모터를 구동원으로써 사용한다.

이러한 모터에는 모터축의 위치센서를 이용하는데 이를 일반적으로 레졸버(RESOLVER)라고 부른다. 이러한 레졸버는 레졸버 입력에 일정한 크기, 일정한 주파수의 전압을 인가하고, 회전자의 위치에 따라 변압비가 변화하는 변압기로 생각할 수 있으며, 두 개의 출력으로는 각각, 회전자 위치에 대한 사인 함수와 코사인 함수로 진폭 변조된 신호가 출력된다. RDC는 이 출력을 입력으로 하여 레졸버 회전자 위치를 계산한다. 이것이 바로 모터 회전자 위치와 레졸버 회전자 위치 사이의 옵셋을 보정해야 하는 이유이기도하다.

일반적으로 모터 다이나모에서는 토크센서가 있기 때문에, 모터에 -d축의 전류를 인가하여 토크가 발생하지 않는 위치를 찾아 레졸버 offset을 정확히 설정하는 것이 가능하다. 그러나 양산 후 정비소에서 모터를 교체해야 할 경우 정비소가 다이나모 설비를 구축하고 있지 않기 때문에 토크센서가 없이 각을 소프트웨어적으로 보정할 수 있는 방식이 필요하다.

이를 위해, 하이브리드 챠량의 경우는 엔진과 모터가 직결되어 있어 엔진으로 일정 rpm을 제어할 수 있으며, 이때 모터는 0 전류제어를 하면 역기전력에 해당하는 전압이 발생하는데, offset 보정이 정확하다면 q축 전압만 발생하게 된다. 따라서, 보정이 부정확하면, d축 전압도 함께 발생하여 d축전압의 크기를 이용하여 offset을 보정할 수 있다.

이것이 기존의 옵셋보정 방식으로서, 기존의 방식이 잘 적용되기 위해서는 d축과 q축이 직각으로 잘 유지가 되어 있으면 아무 문제없으나, 실제 적용시 제작의 오류 등으로 도 1과 같이 관측계의 좌표는 d축 q축이 직각을 유지하지 못하여 이 방법은 유효하지 않게 된다.

종래에는 이러한 옵셋을 보정하기 위하여 아래와 같은 방식을 사용하였다. 도 1 및 도 2를 참고하여 기존의 옵셋 보정방식을 설명한다.

① 모터 위치 센서 offset 자동 보정 기능 진입

② 엔진 클러치 제어 (HCU)

③ 일정 엔진 속도 제어 (HCU)

④ 모터 (0,0) 전류제어 및 센서 offset 자동 보정 기능 수행 (MCU)

즉, 모터의 전류를 토크가 발생되지 않도록 -d축으로만 전류를 인가하고, 그에 따라 토크가 발생될 경우에는 기하학적으로 △θ를 계산하여 반영함으로써 레졸버의 옵셋을 보정하도록 하는 것이었다. 구체적인 수식은 아래와 같다.

그러나, 이러한 방식은 앞서 설명한 것과 같이 제작상의 오차로 인하여 관측계의 좌표는 본래부터 잠재적으로 d축과 q축이 직각을 유지하지 못하기 때문에, △θ를 계산하여 반영한다 하더라도 오차를 항상 수반할 수밖에 없게 되는 것이다.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 모터의 입출력 파워관계를 이용하여 레졸버의 위치를 찾는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량 모터 위치센서의 옵셋 보정방법은, 모터에 -d축으로의 전류를 인가하는 인가단계; 모터의 Vq, Vd, Iq, Id를 측정하여 모터의 입력파워를 계산하는 연산단계; 및 입력파워가 미리 정해진 일정범위 내에 속하지 않는 경우 모터 위치센서의 옵셋을 양의값 또는 음의값으로 조정하는 조정단계;를 포함한다.

상기 연산단계는 식 Pin = 1.5×(Vd×Id + Vq×Iq)을 통하여 모터의 입력파워(Pin)를 계산할 수 있다.

상기 조정단계는 모터 위치센서의 옵셋을 양의값 또는 음의값으로 일정범위만큼 조정한 후 인가단계와 연산단계를 재수행하고, 이러한 과정을 반복한 후 입력파워가 미리 정해진 일정범위 내에 속하는 경우 조정을 종료할 수 있다.

상기 조정단계는 입력파워가 미리 정해진 일정범위보다 작은 경우 모터 위치센서의 옵셋을 음의값으로 조정하고, 입력파워가 미리 정해진 일정범위보다 큰 경우 모터 위치센서의 옵셋을 양의값으로 조정할 수 있다.

상기 모터의 RPM을 일정하게 유지하는 준비단계;를 더 포함할 수 잇다.

상기 준비단계는 하이브리드 차량 엔진의 RPM제어를 통하여 모터의 RPM을 일정하게 유지할 수 있다.

한편, 본 발명의 또 다른 차량 모터 위치센서의 옵셋 보정방법은, 모터의 RPM을 일정하게 유지하는 준비단계; 모터에 극좌표계로 180도의 전류지령을 인가하는 인가단계; 모터의 Vq, Vd, Iq, Id를 측정하여 모터의 입력파워를 계산하는 연산단계; 및 입력파워가 미리 정해진 일정범위 내에 속하지 않는 경우 모터 위치센서의 옵셋을 양의값 또는 음의값으로 조정하는 조정단계;를 포함한다.

그리고, 본 발명의 차량 모터 위치센서의 옵셋 보정방법은, 모터의 RPM을 일정하게 유지한 상태에서 토크가 출력되지 않도록 모터에 전류를 인가한 후 Vq, Vd, Iq, Id를 측정하여 모터의 입력파워를 계산하고, 입력파워가 미리 정해진 일정범위 내에 속하지 않는 경우 모터 위치센서의 옵셋을 양의값 또는 음의값으로 조정하는 것으로 표현될 수도 있을 것이다.

상술한 바와 같은 구조로 이루어진 차량 모터 위치센서의 옵셋 보정방법에 따르면, d-q축이 직각을 이루지 않고 있다고 해도 모터의 출력성능을 확보할 수 있는 방식이다.

그리고, 기존의 역기전력의 위치를 이용하는 방법은 기하학적 관계식으로 찾는 반면 본 발명은 파워를 이용해 대수적인 방식으로 파워의 크기를 이용해서 찾아가는 방법이어서, 기하학적으로 왜곡이 심해도 대수적인 방식으로 정확히 보정이 가능하게 되는 것이다.

도 1은 일반적인 하이브리드 차량의 구동계를 나타낸 도면.
도 2는 종래의 차량 모터 위치센서의 옵셋 보정방법을 설명하기 위한 전압관계 좌표계를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차량 모터 위치센서의 옵셋 보정방법의 순서도.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 차량 모터 위치센서의 옵셋 보정방법에 대하여 살펴본다.

본 발명의 차량 모터 위치센서의 옵셋 보정방법은, 모터에 -d축으로의 전류를 인가하는 인가단계(S200); 모터의 Vq, Vd, Iq, Id를 측정하여 모터의 입력파워를 계산하는 연산단계(S300); 및 입력파워가 미리 정해진 일정범위 내에 속하지 않는 경우 모터 위치센서의 옵셋을 양의값 또는 음의값으로 조정하는 조정단계(S400);를 포함한다.

그리고, 상기 모터의 RPM을 일정하게 유지하는 준비단계(S100);를 더 포함할 수 있으며, 이 경우 준비단계(S100)는 하이브리드 차량 엔진의 RPM제어를 통하여 모터의 RPM을 일정하게 유지하도록 하는 것이 가능하다.

물론, 본 발명은 하이브리드 자동차에만 국한되는 것이 아니기 때문에, 모터의 회전속도를 일정하게 유지토록 하는 것은 모터에 직결된 엔진뿐만 아니라, 코터 다이나모 등의 별도 기구를 이용하거나 모터제어부를 이용하는 것도 가능한 것이다.

일단, 모터의 회전속도를 일정하게 유지시킨 다음에는, 모터에 -d축으로의 전류를 인가하는 인가단계(S200)를 수행한다.

여기서, 인가단계에서는 실제 모터에 토크가 작용되지 않도록 전류를 인가하는 것이 필요하므로, 모터에 -d축으로의 전류를 인가하거나 또는 모터에 극좌표계로 180도의 전류지령을 인가하는 것으로 표현될 수 있는 것이다. 이러한 관계에 대하여는 도 2를 참고하면 쉽게 이해할 수 있다. 모터에 -d축으로의 전류를 인가할 경우 본래 정확한 좌표계와 관측계가 일치한다면 q축으로는 전압이 관측되지 않는 것이 정상이다. 그러나 이러한 두 좌표계가 틀어져 있는 경우에는 q축으로의 전압이 검출되는 것이다.

종래에는 이러한 차이를 기하학적으로 계산하였으나 이는 좌표계 자체가 직각이 아닌 경우 삼각함수의 계산과정에서 항상 오류를 내재하고 있는 것이므로, 이러한 방식은 정확도에 있어 낮은 것이다.

본 발명에서는 이를 입력파워의 분석을 통해 대수적으로 보정하는 방안으로서, 모터의 Vq, Vd, Iq, Id를 측정하여 모터의 입력파워를 계산하는 연산단계(S300); 및 입력파워가 미리 정해진 일정범위 내에 속하지 않는 경우 모터 위치센서의 옵셋을 양의값 또는 음의값으로 조정하는 조정단계(S400);를 수행하게 된다.

모터의 제어부에서는 모터에서 출력되는 d축과 q축의 각각의 전압과 전류를 측정한다. 그리고, 측정된 Vq, Vd, Iq, Id를 이용하여 모터의 입력파워를 계산하는 것이다. 본 발명에서는 모터의 입출력 파워관계를 이용하여 레졸버의 위치를 찾는 방법이며, 토크가 발생한다는 것은 출력이 발생하고, 이는 입력파워가 관찰되므로 (입력파워는 제어기가 알 수 있는 량), 입력파워의 량을 기준으로 -d축을 찾아 들어가는 방식으로 이해될 수 있다.

여기서, 상기 연산단계(S300)는 식 Pin = 1.5×(Vd×Id + Vq×Iq)을 통하여 모터의 입력파워(Pin)를 계산하도록 한다.

구체적으로, 상기 조정단계(S400)는 모터 위치센서의 옵셋을 양의값 또는 음의값으로 일정범위만큼 조정(S410,S420,S430,S440)한 후 인가단계와 연산단계(S200,S300)를 재수행하고, 이러한 과정을 반복한 후 입력파워가 미리 정해진 일정범위 내에 속하는 경우 조정을 종료하도록 한다.

이를 위해, 상기 조정단계(S400)는 입력파워가 미리 정해진 일정범위보다 작은 경우 모터 위치센서의 옵셋을 음의값으로 조정하고(S430), 입력파워가 미리 정해진 일정범위보다 큰 경우 모터 위치센서의 옵셋을 양의값으로 조정하도록 한다(S440). 도 3의 실시예에서는 그 조정의 단위를 0.1도로 하여, 본래 설정된 옵셋에서 0.1도 만큼씩 보정을 하고 다시 전류를 인가하여 출력을 측정한 후 또 다시 보정하는 방식으로 옵셋의 정도를 없애가는 것이다. 이러한 방식을 이용할 경우 종래의 방식에 비해 옵셋의 오차가 현저히 극복되고, 그에 따라 모터의 출력저하가 상쇄되는 것을 확인할 수 있었다.

한편, 이러한 본 발명의 차량 모터 위치센서의 옵셋 보정방법은 앞서 살핀 바와 같이, 모터에 극좌표계로 180도의 전류지령을 인가하는 인가단계(S200); 모터의 Vq, Vd, Iq, Id를 측정하여 모터의 입력파워를 계산하는 연산단계(S300); 및 입력파워가 미리 정해진 일정범위 내에 속하지 않는 경우 모터 위치센서의 옵셋을 양의값 또는 음의값으로 조정하는 조정단계(S400);를 포함하는 것으로 표현이 가능하다.

또는, 모터의 RPM을 일정하게 유지한 상태에서 토크가 출력되지 않도록 모터에 전류를 인가한 후 Vq, Vd, Iq, Id를 측정하여 모터의 입력파워를 계산하고, 입력파워가 미리 정해진 일정범위 내에 속하지 않는 경우 모터 위치센서의 옵셋을 양의값 또는 음의값으로 조정하는 것으로 표현될 수도 있을 것이다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

S100 : 준비단계 S200 : 인가단계
S300 : 연산단계 S400 : 조정단계

Claims

모터에 -d축으로의 전류를 인가하는 인가단계(S200);
모터의 Vq, Vd, Iq, Id를 측정하여 모터의 입력파워를 계산하는 연산단계(S300); 및
입력파워가 미리 정해진 일정범위 내에 속하지 않는 경우 모터 위치센서의 옵셋을 양의값 또는 음의값으로 조정하는 조정단계(S400);를 포함하는 차량 모터 위치센서의 옵셋 보정방법.
청구항 1에 있어서,
상기 연산단계(S300)는 식 Pin = 1.5×(Vd×Id + Vq×Iq)을 통하여 모터의 입력파워(Pin)를 계산하는 것을 특징으로 하는 차량 모터 위치센서의 옵셋 보정방법.
청구항 1에 있어서,
상기 조정단계(S400)는 모터 위치센서의 옵셋을 양의값 또는 음의값으로 일정범위만큼 조정한 후 인가단계(S200)와 연산단계(S300)를 재수행하고, 이러한 과정을 반복한 후 입력파워가 미리 정해진 일정범위 내에 속하는 경우 조정을 종료하는 것을 특징으로 하는 차량 모터 위치센서의 옵셋 보정방법.
청구항 1에 있어서,
상기 조정단계(S400)는 입력파워가 미리 정해진 일정범위보다 작은 경우 모터 위치센서의 옵셋을 음의값으로 조정하고, 입력파워가 미리 정해진 일정범위보다 큰 경우 모터 위치센서의 옵셋을 양의값으로 조정하는 것을 특징으로 하는 차량 모터 위치센서의 옵셋 보정방법.
청구항 1에 있어서,
상기 모터의 RPM을 일정하게 유지하는 준비단계(S100);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 모터 위치센서의 옵셋 보정방법.
청구항 5에 있어서,
상기 준비단계(S100)는 하이브리드 차량 엔진의 RPM제어를 통하여 모터의 RPM을 일정하게 유지하는 것을 특징으로 하는 차량 모터 위치센서의 옵셋 보정방법.
모터에 극좌표계로 180도의 전류지령을 인가하는 인가단계(S200);
모터의 Vq, Vd, Iq, Id를 측정하여 모터의 입력파워를 계산하는 연산단계(S300); 및
입력파워가 미리 정해진 일정범위 내에 속하지 않는 경우 모터 위치센서의 옵셋을 양의값 또는 음의값으로 조정하는 조정단계(S400);를 포함하는 차량 모터 위치센서의 옵셋 보정방법.
모터의 RPM을 일정하게 유지한 상태에서 토크가 출력되지 않도록 모터에 전류를 인가한 후 Vq, Vd, Iq, Id를 측정하여 모터의 입력파워를 계산하고, 입력파워가 미리 정해진 일정범위 내에 속하지 않는 경우 모터 위치센서의 옵셋을 양의값 또는 음의값으로 조정하는 것을 특징으로 하는 차량 모터 위치센서의 옵셋 보정방법.