KR20140095285A - 션트 저항의 온도계수를 이용한 가변부하의 전류 측정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에서 부하의 전류량을 정확하게 산출할 수 있는 션트 저항의 온도계수를 이용한 가변부하의 전류 측정방법을 개시한다.
본 발명에 따른 전류 측정방법은, 저항의 온도계수를 이용하여 가변부하에 대한 전류를 정밀하게 측정하기 위한 방법에 있어서, a) 상기 가변부하에 대한 동작이 정지된 상태에서, 온도계수에 따른 전류값(Iofs_curr)을 산출하고, 기 저장된 평균 전류값(Iofs_mv)과 평균 연산을 통해 상기 평균 전류값(Iofs_mv)을 업데이트한 후, 이를 현재의 전류값으로 상정하는 단계; 및 b) 상기 가변부하에 대한 동작이 이루어질 때, 온도계수에 따른 전류값(Itmp)을 산출하고, 상기 평균 전류값(Iofs_mv)이 감산된 결과를 현재의 전류값(I)으로 상정하는 단계;로 이루어진 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명은 Shunt 저항의 온도계수를 이용하여 정확한 전류를 산출함으로써, 모터와 같은 가변부하의 내구성을 향상시키고, 시스템의 안정성을 확보할 수 있는 효과가 있다.

Description

션트 저항의 온도계수를 이용한 가변부하의 전류 측정방법{METHOD FOR DETECTING CURRENT OF VARIABLE LOAD USING A TEMPERATURE COEFFICIENT OF SHUNT REGISTOR}

본 발명은 모터의 전류 측정방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가변부하 구동을 위한 제어장치(ASIC)의 오프셋(Offset) 전압에 대한 학습을 기반으로 온도변화의 측정과 이로부터 저항값을 산출함으로써, 부하에 흐르는 전류량을 정밀하게 측정할 수 있는 션트 저항의 온도계수를 이용한 가변부하의 전류 측정방법에 관한 것이다.

일반적으로 차량의 현가 특성을 능동적으로 제어하는 전자 현가 장치인 AGCS(Active Geometry Controlled Suspension) 시스템은, 현가 장치를 각 링크들의 위치를 제어해 기하학적인 형상을 변경함으로써 차량의 조정 안정성을 개선하는 장치를 말한다. 즉, 이러한 AGCS 시스템은 차량이 오버스티어(over steer)되거나 스핀 아웃(spin-out)되는 것을 방지하도록, 외측 후륜 현가 링크(suspension link)부의 지오메트릭 포인트(geometric point)를 조절해 토우인(toe-in)과 함께 언더 스티어(under steer) 경향을 나타내도록 제어하게 된다.

이때, 현가 링크의 하드 포인트의 위치 변화는, 센서를 통하여 입력받은 차속과 스티어링 각도 및 스티어링 각도 율을 이용하여 차량의 상황에 맞도록 변화량을 제어하게 된다. 그리고, 이러한 현가 링크의 하드 포인트 변화는 AGCS 액츄에이터의 모터에 대한 회전 변위 제어를 통하여 구현되며, 이를 위해 AGCS ECU를 이용하여 모터의 전류를 정밀하게 제어하게 된다.

종래의 스티어링 모터의 전류 측정회로는 도 1을 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 스티어링 모터의 전류 측정회로는 스티어링 모터(미도시)의 전류를 감지하여 그에 대한 전압을 출력하는 모터 전류 센서(21)와, 모터 전류 센서(21)의 출력 전압 중 저주파수 영역의 신호만을 통과시키는 전류 센서 필터(22)와, 전류 센서 필터(22)에서 필터링된 전압을 증폭하는 제1증폭기(23)와, 제1증폭기(23)에서 증폭된 전압 신호를 증폭하는 제2증폭기(24)와, 상기 제1증폭기(23)에서 증폭된 전압 신호를 입력받아 디지털값으로 변환한 후 상기 스티어링 모터에 대한 과전류 보호기능을 수행하고 상기 제2증폭기(24)에서 증폭된 전압 신호를 입력받아 디지털값으로 변환 한 후 현재 스티어링 모터의 출력 전류 제어값을 연산하는 마이컴(25)을 포함하여 구성된다.

마이컴(25)은 상전류 연산 알고리즘(25a)과 모터 전류 제어기(25b), 및 모터 구동 차단부(25c)를 포함하며, 상 전류 연산 알고리즘(25a)과 모터 전류 제어기(25b)는 측정된 스티어링 모터의 출력 전류에 따라 스티어링 모터의 전류 제어값을 연산하고 제어한다.

스티어링 모터가 구동하면 모터 전류 센서(21)는 스티어링 모터에 흐르는 전류에 따른 전압을 측정하고, 전류 센서 필터(22)는 모터 전류 센서(21)에서 측정된 전압 신호 중 불필요한 영역이 필터링된다. 이 필터링된 전압신호는 제1증폭기(23)와 제2증폭기(24)의 2단 증폭기를 통과하면서 증폭되는데, 제1증폭기(23)에서 증폭된 신호가 제2증폭기(24)와 마이컴(25)에 각각 입력된다.

마이컴(25)은 제1증폭기(23)에서 증폭된 전압 신호로부터 스티어링 모터의 과전류 보호기능을 수행한다. 한편, 제2증폭기(24)는 제1증폭기(23)에서 증폭된 전압 신호를 한 번 더 증폭하는데, 마이컴(25)은 제2증폭기(24)에서 증폭된 전압 신호로부터 현재 스티어링 모터에 흐르는 전류를 감지하고 해당 스티어링 모터의 전류 제어값을 연산하여 스티어링 모터를 제어한다.

전술한 바와 같이 모터의 전류를 측정하는 것은 모터의 과전류 보호를 위한 것으로, 모터의 정밀측정을 기반으로 모터 보호가 이루어진다. 그러나, 종래의 모터 전류측정방법은 Shunt저항 양단에 걸리는 전압을 가지고 전류를 구하게 된다.

그러나 저항의 값은 온도에 따라 변하기 때문에 전류의 값을 정확하게 알아야 하는 회로(예를 들면 모터제어회로)와 같은 경우 저항값을 변하지 않는 값으로 가정할 경우 실제 회로에 흐르는 전류와 계산된 전류 사이에 많은 오차가 발생하게 된다. 따라서, 종래의 모터제어는 정밀한 전류량의 측정이 이루어지지 못하여 모터의 내구성 저하를 초래하는 문제가 발생한다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 Shunt 저항의 온도계수를 이용하여 가변부하의 정확한 전류를 산출함으로써, 모터와 같은 가변부하의 내구성을 향상시키고, 시스템의 안정성을 확보할 수 있는 션트 저항의 온도계수를 이용한 가변부하의 전류 측정방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은, 모터와 같은 가변부하에 걸린 전압은 부하를 제어하는 제어장치(ASIC)에서 얻게 되는데 가변부하에 전류가 흐르지 않아도 제어장치(ASIC) 내에 고유한 특성 때문에 offset 전압이 공급됨을 이용하여, offset 전압에 대한 학습을 기반으로 온도변화에 따른 저항값을 산출함으로써, 가변부하의 전류량을 정확하게 산출할 수 있는 션트 저항의 온도계수를 이용한 가변부하의 전류 측정방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 관점에 따른 션트 저항의 온도계수를 이용한 가변부하의 전류 측정방법은, 저항의 온도계수를 이용하여 가변부하에 대한 전류를 정밀하게 측정하기 위한 방법에 있어서, a) 상기 가변부하에 대한 동작이 정지된 상태에서, 온도계수에 따른 전류값(Iofs_curr)을 산출하고, 기 저장된 평균 전류값(Iofs_mv)과 평균 연산을 통해 상기 평균 전류값(Iofs_mv)을 업데이트한 후, 이를 현재의 전류값으로 상정하는 단계; 및 b) 상기 가변부하에 대한 동작이 이루어질 때, 온도계수에 따른 전류값(Itmp)을 산출하고, 상기 평균 전류값(Iofs_mv)이 감산된 결과를 현재의 전류값(I)으로 상정하는 단계;로 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 a) 단계는, a-1) 상기 평균 전류값(Iofs_mv)에 대한 유효성을 판단하고, 유효성이 존재하지 않을 경우, 이 전(前) 상태에서 저장된 전류값을 현재의 전류값(Iofs_curr)으로 대치한 후, 상기 평균 전류값(Iofs_mv)을 업데이트하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따르면, c) 상기 가변부하를 기동시키기 위한 이그니션(IGN)이 오프 상태인지를 판단하고, 상기 이그니션(IGN)이 오프 상태일 때, 현재 측정된 오프셋 전류 값(I, Iofs_mv)을 저장하며, 상기 이그니션(IGN)이 온 상태일 때, 상기 a) 단계로 피드백하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 제시하는 션트 저항의 온도계수를 이용한 가변부하의 전류 측정방법은, Shunt 저항의 온도계수를 이용하여 정확한 전류를 산출함으로써, 모터와 같은 가변부하의 내구성을 향상시키고, 시스템의 안정성을 확보할 수 있는 효과가 있다. 또한, 가변부하에 걸린 전압은 부하를 제어하는 제어장치(ASIC)에서 얻게 되는데 가변부하에 전류가 흐르지 않아도 제어장치(ASIC) 내에 고유한 특성 때문에 offset 전압이 공급됨을 이용하여, offset 전압에 대한 학습을 기반으로 온도변화에 따른 저항값을 산출함으로써, 부하의 전류량을 정확하게 산출할 수 있는 효과를 제공한다.

도 1은 종래 모터 전류측정을 설명하기 위한 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 모터 구동 장치를 설명하기 위한 구성도이다.
도 3은 모터의 구동 전 상태에서의 전류측정 방법을 설명하기 위한 플로우챠트이다.
도 4는 모터가 구동할 때 전류측정 방법을 설명하기 위한 플로우챠트이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 예시도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명에서 언급하는 가변부하는 모터와 같이 동작과정에서 부하의 변화가 발생하는 부하를 의미하며, 차량의 전장품으로써 모터 이외에 빠르게 동작하는 솔레노이드 등을 가변부하로 상정할 수 있을 것이다. 이와 같은 전장품으로 적용되는 가변부하는 주변온도에 따라 동작 전류량이 가변됨은 충분히 인지되어 있을 것이다.

특히 차량의 엔진실 안에는 매우 높은 온도를 발산하기 때문에, 온도보상 없이 전장품에 대한 전류량 측정 또는 제어가 적절하지 못하게 된다. 그렇다고 해서, 고온 환경에 맞춰 전류값을 산출할 경우에는 주변 환경변화에 따른 오차의 발생을 더더욱 억제할 수 없을 것이다. 따라서, 오차를 줄이기 위해서는 온도에 따라 변화하는 저항값의 고려가 필요하며, 본 발명에서는 제어장치(ASIC)의 offset 전압이 시간에 따라 변하는 것을 고려하여 가변 부하 예컨대, 모터에 대한 전류 계산시 오차를 줄일 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 모터부하의 전류를 측정하기 위한 장치를 일 실시 예로 나타낸 도면이다. 도시된 제어장치(ASIC)는 모터를 구동하기 위한 드라이버로 상정될 수 있으며, 또한 상기 제어장치(ASIC)와 접속되는 마이컴(uC)은 신호 분석 및 데이터 처리를 수행하는 것으로, 본 발명의 적용 범위에 따라 차량의 ECU로 대치될 수 있을 것이다.

도시된 바와 같이 모터는 제어장치(ASIC)에 접속되어 제어장치의 구동신호에 따라 동작되며, 상기 제어장치(ASIC)은 마이컴(uC)의 출력포트에 접속되어 모터의 동작을 제어한다. 여기서, 상기 모터는 저항(R)과 직렬접속되며, 상기 제어장치(ASIC)는 저항(R)의 양 단자 전압을 측정하도록 구성된다.

상기 마이컴(uC)은 온도에 따른 저항값을 계산하는데, 상기 저항(R)은 온도계수를 감안하여 산출할 경우 아래의 수학식 1;

와 같이 산출된다. 여기서, 현재의 저항(R)은 0℃에서의 저항값 R₀와 저항의 온도계수 a, 섭씨 온도 t에 의해 산출된다.

여기서, 본 발명은 상기 저항(R)에 의한 현재 저항값을 산출함으로써, 이를 기준으로 모터의 제어 전(前) 상태와, 모터를 제어할 때를 포함하여 차량의 이그니션(IGN) 스위치의 오프(OFF) 상태에서의 전류값을 산출하여, 각 상황에 따른 전류량에 기초하여 모터 제어가 이루어지도록 하는 것이다.

먼저, 도 3에서 도시한 바와 같이, 모터를 제어하기 전 상태에서 전류값을 산출할 경우, S301 단계에서 모터가 정지된 상태에서 제어장치(ASIC)가 인지하는 모터의 기본 전압값(Vofs)을 산출한다. 즉, 모터는 정지되어 있는 상태이나 오프셋 전압이 걸려져 있기 때문에, 실질적으로 모터에는 미세한 전류가 흐르고 있다. 이러한 모터에 걸리는 전압을 제어장치(ASIC)에서 검출하는 것이다.

그리고, 상기 마이컴(uC)은 제어장치(ASIC)에서 검출된 전압값을 인지함과 더불어, 현재 마이컴(uC)에서 인지하는 온도(T)를 검출한다. 마이컴(uC)은 별도의 온도센서와 연계되는데, 차량 내부에 설치된 온도센서의 측정 결과를 도용함이 바람직할 것이다.

S303 단계로 진입하여 상기 마이컴(uC)은 상기 과정에서 측정한 온도(T) 및 전압(Vofs)을 이용하여 현재의 전류값(Iofs_curr)를 산출하며, 전류값을 산출하기 위해 적용되는 저항(R)은 전술된 수학식 1에 근거하여 산출한다. 따라서, 현재의 전류(Iofs_curr)는 수학식 2;

으로 산출된다. 그리고, 상기 마이컴(uC)은 현재 산출된 전류값(Iofs_curr)을 내부 레지스터에 저장한 후, 이전 상태에서 검출되고 현재 플래시 메모리에 저장된 전류값(Iofs_prev)과의 평균치를 산출한다. 이를 위해 S305 단계에서는 산출된 평균치에 대한 유효성을 판단하는데, 현재 산출된 평균 전류(Iofs_mv)가 학습에 의한 전류값 대비 5% 이상 차이가 발생할 경우, 상기 마이컴(uC)은 이전 상태에서 저장된 전류값(Iofs_prev)에 대한 실효성이 없음으로 판단하여 현재 전류값으로 연산하지 아니한다.

여기서, 전류값에 대한 학습은 상기 과정을 지속적으로 반복하면서 얻어지는 평균 전류값으로, 평균 전류값이 이전까지의 평균 전류값 대비 5%를 초과할 경우 이는 잘못된 연산임으로 판단하여 현재 전류값으로 평균 전류값을 연산하지 아니한다.

또한, 이전 상태에서 저장된 전류값이라 함은, 현재 모터가 정지된 상태 이전에 동작 과정에서 저장된 전류값 또는 이전 상태에서 모터가 정지되는 과정에서 검출된 전류값 등을 의미하며, 마이컴(uC)은 상기 과정에서 검출된 전류값에 대한 실효성을 부정하는 것이다.

따라서, 상기 S305 단계에서 판단한 결과 현재 편균 전류(Iofs_mv)가 실효성이 없음으로 판단할 경우, S309 단계로 진입하여 이전 상태로서 상기 플래시 메모리에 저장된 값을 현재 측정된 전류값(Iofs_curr)으로 대치한다. 그리고, S311 단계로 진입하여 이전 상태의 전류값과 현재 측정된 전류값(Iofs_curr)에 대한 평균을 산출하는 것이다.

반면, 상기 S305 단계에서 판단한 결과, 현재 산출된 평균값(Iofs_mv)에 대한 실효성이 존재함으로 인지될 경우, S307 단계로 진입하여 플래시 메모리에 저장된 전류값을 이전 상태의 전류값(Iofs_prev)으로 인지한 후, 상기 S311 단계에서 두 전류값 즉, 이전 상태의 전류값(Iofs_prev)과 현재 검출된 전류값(Iofs_curr)에 대한 평균을 산출하는 것이다. 그리고, 이와 같이 산출된 평균값을 모터 정지상태에서의 전류량으로 상정한다.

도 4는 본 발명에 따른 모터 제어 시의 전류 측정방법을 나타낸 플로우챠트이다. 도시된 바와 같이 S401 단계에서, 모터를 구동시키기 위한 제어 시 전류량을 측정하기 위해, 모터 동작 전에 제어장치(ASIC)는 모터의 기본 전압값(V)을 검출한다. 그리고, 전술된 과정과 같이 현재 마이컴(uC)에서 인지하는 온도(T)를 검출한다. 마이컴(uC)은 별도의 온도센서와 연계되는데, 차량 내부에 설치된 온도센서의 측정 결과를 사용할 수 있다.

S403 단계로 진입하여 상기 마이컴(uC)은 상기 과정에서 측정한 온도(T) 및 전압(V)을 이용하여 현재의 전류값(Itmp)를 산출하며, 전류값을 산출하기 위해 적용되는 저항(R)은 전술된 수학식 3

으로 산출된다. 그리고, 상기 마이컴(uC)은 현재 산출된 전류값(Itmp)을 내부 레지스터에 저장한다. 그리고, S405 단계에서 현재 모터가 동작 중인지를 판단하고, 모터가 동작 중일 경우에는 S407 단계와 같이 현재의 전류값(I)은 현재 산출된 전류값(Itmp)에서 기 산출된 오프셋 전류 평균값 즉, 상기 평균전류(Iofs_mv)을 감산한 결과를 전류값(I)로 상정한다.

반면 상기 S405 단계에서 판단한 결과, 현재 모터가 동작하지 않음으로 판단할 경우, 상기 S403 단계에서 검출된 현재의 전류값(Itmp)과 기 산출된 평균전류(Iofs_mv)과의 평균치 산출을 통해 상기 평균 전류(Iofs_mv)를 새롭게 업데이트한다. 그리고, 업데이트된 평균 전류(Iofs_mv)는 플래시 메모리에 저장된다.

또한 모터의 구동이 완료되고 이그니션이 오프되면, S411 단계 및 S413 단계를 통해 다음 구동 사이클 과정에서 오프셋 전류의 학습을 위해서 현재 계산된 오프셋 전류 즉, 전술된 전류값(I)을 플래시 메모리에 저장한다. 상기 전류(I) 값은 상기한 이전 상태의 전류값(Iofs_prev)이 된다.

한편 상기한 과정에서, 플래시 메모리에 저장된 데이터 값에 대한 유효성을 판단하기 위해, 상기 전류값(I)과 더불어 전류값에 대한 보수값을 같이 저장할 수 있을 것이다. 이와 같이, 본 발명에서는 모터의 상태에 따라 전류량을 정밀하게 산출함으로써, 모터 제어의 용이성과 더불어 모터로 불필요한 과전압 또는 과전류가 흐르지 않게 됨에 따라, 모터의 내구성을 높이게 되는 것이다.

ASIC : 제어장치 uC : 마이컴

Claims (5)

1. 저항의 온도계수를 이용하여 가변부하에 대한 전류를 정밀하게 측정하기 위한 방법에 있어서,
   a) 상기 가변부하에 대한 동작이 정지된 상태에서, 온도계수에 따른 전류값(Iofs_curr)을 산출하고, 기 저장된 평균 전류값(Iofs_mv)과 평균 연산을 통해 상기 평균 전류값(Iofs_mv)을 업데이트한 후, 이를 현재의 전류값으로 상정하는 단계; 및
   b) 상기 가변부하에 대한 동작이 이루어질 때, 온도계수에 따른 전류값(Itmp)을 산출하고, 상기 평균 전류값(Iofs_mv)이 감산된 결과를 현재의 전류값(I)으로 상정하는 단계;로 이루어진 것을 특징으로 하는 션트 저항의 온도계수를 이용한 가변부하의 전류 측정방법.
2. 제 1 항에 있어서 상기 a) 단계는,
   a-1) 상기 평균 전류값(Iofs_mv)에 대한 유효성을 판단하고, 유효성이 존재하지 않을 경우, 이 전(前) 상태에서 저장된 전류값을 현재의 전류값(Iofs_curr)으로 대치한 후, 상기 평균 전류값(Iofs_mv)을 업데이트하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 션트 저항의 온도계수를 이용한 가변부하의 전류 측정방법.
3. 제 1 항에 있어서,
   c) 상기 가변부하를 기동시키기 위한 이그니션(IGN)이 오프 상태인지를 판단하고, 상기 이그니션(IGN)이 오프 상태일 때, 현재 측정된 오프셋 전류 값(I, Iofs_mv)을 저장하며, 상기 이그니션(IGN)이 온 상태일 때, 상기 a) 단계로 피드백하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 션트 저항의 온도계수를 이용한 가변부하의 전류 측정방법.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 오프셋 전류 값(I, Iofs_mv)을 저장 시, 오프셋 전류 값(I, Iofs_mv)에 대한 보수값을 더 포함하여 저장하는 것을 특징으로 하는 션트 저항의 온도계수를 이용한 가변부하의 전류 측정방법.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 가변부하는 차량에 적용되는 모터인 것을 특징으로 하는 션트 저항의 온도계수를 이용한 가변부하의 전류 측정방법.
   

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