KR20160042604A - 모터제어장치 및 그 제어방법 - Google Patents

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Abstract

모터 제어장치 및 그 제어방법이 개시된다. 본 발명의 일실시예에 따른 모터 제어장치는 전자브레이크 시스템에 사용되는 모터를 구동시키는 모터 제어장치에 있어서, 모터 구동신호에 의해 상기 모터에 배터리전압을 공급하는 스위칭부와, 스위칭부에 모터 구동신호를 출력하는 프리드라이버부; 모터 구동시 프리드라이버부로부터 스위칭부에 모터 구동신호를 출력하도록 프리드라이버부를 제어하고, 모터 구동신호를 출력하는 동안 모터 구동신호의 주파수가 랜덤하게 가변되도록 프리드라이버부를 제어하는 마이크로컨트롤유닛을 포함한다.

Description

모터제어장치 및 그 제어방법{APPARATUS OF CONTROLLING MOTOR AND CONTROL METHOD OF THEREOF}
본 발명은 모터 제어장치 및 그 제어방법에 관한 것으로, 솔레노이드 밸브의 작동 소음을 줄일 수 있는 모터 제어장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로, 전자제어식 브레이크 시스템, 일예로, 안티록 브레이크 시스템(Anti-lock Brake System ; ABS)을 장착한 차량은 4바퀴의 입출구측에 각각 솔레노이드 밸브가 장착된다.
이러한 ABS 차량에서는 제동력이 차량의 바퀴와 노면사이의 마찰력을 초과하여 미끄러지기 시작하면, 해당 바퀴의 솔레노이드 밸브를 작동하여 압력을 빼준다. 다시 차량이 굴러가기 시작하면, 브레이크액을 펌핑하는 모터 및 펌프를 작동시키고 솔레노이드 밸브를 작동하여 바퀴에 압력을 가하는 동작이 연속적으로 일어난다. 이러한 ABS 동작에 의해 차량이 미끄러지지 않고, 안정적으로 제동이 이루어진다.
이러한 모터는 전자제어식 브레이크 시스템에서 휠 실린더의 압력을 증압시킬 경우 펌프가 저압 어큐뮬레이터에 저장된 브레이크 액을 펌핑하여 휠 실린더에 공급하도록 하는 기능을 수행한다.
기존의 모터 제어장치는 모터 구동신호에 의해 모터에 배터리전압을 공급하는 스위칭부, 이 스위칭부에 모터 구동신호를 출력하여 스위칭부를 온 또는 오프시키는 프리드라이버(Pre-driver), ABS 제어모드시 스위칭부를 온 또는 오프시키도록 프리드라이버를 제어하는 마이크로컨트롤유닛(MCU)을 포함한다. 스위칭부, 프리드라이버, 마이크로컨트롤유닛은 전자제어식 브레이크 시스템의 전반적인 제어를 수행하는 전자제어유닛(ECU) 내에 포함될 수 있다.
기존에는 마이크로컨트롤유닛은 모터 구동시 프리드라이버를 통해 스위칭부에 고정된 주파수를 갖는 모터 구동신호를 출력한다.
따라서, 모터 구동신호의 주파수가 고정되어있기 때문에 모터와 전자제어유닛에서 발생되는 음향 잡음(acoustic noise) 또한 동일주파수에서 크게 발생된다.
또한, 기존에는 모터와 전자제어유닛에서 발생된 고주파 가청음을 회피하기 위해 상대적으로 높은 구동주파수를 사용하여 고주파이음 발생을 회피하는 방식으로 설계가 이루어진다. 이에 따라 전자파장애(Electro Magnetic Interference ; EMI) 대책 뿐만 아니라 모터를 고주파로 구동하기 위한 프리드라이버의 용량 또한 커지는 문제점이 있다.
대한민국 공개특허공보 제2011-0071560호
본 발명의 실시예는 모터 구동시 모터 구동신호의 주파수를 랜덤하게 가변시키는 모터 제어장치 및 그 제어방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 전자브레이크 시스템에 사용되는 모터를 구동시키는 모터 제어장치에 있어서, 모터 구동신호에 의해 상기 모터에 배터리전압을 공급하는 스위칭부; 상기 스위칭부에 상기 모터 구동신호를 출력하는 프리드라이버부; 상기 모터 구동시 상기 프리드라이버부로부터 상기 스위칭부에 상기 모터 구동신호를 출력하도록 상기 프리드라이버부를 제어하고, 상기 모터 구동신호를 출력하는 동안 상기 모터 구동신호의 주파수가 랜덤하게 가변되도록 상기 프리드라이버부를 제어하는 마이크로컨트롤유닛;을 포함하는 모터 제어장치가 제공될 수 있다.
여기서, 상기 프리드라이버부는 상기 마이크로컨트롤유닛의 제어신호에 따라 상기 스위칭부에 출력되는 모터 구동신호의 주파수를 랜덤하게 가변시키는 주파수가변기를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 마이크로컨트롤유닛은 미리 설정된 스텝수로 세분화된 상기 모터 구동신호의 주파수의 스텝수와, 미리 설정된 주파수범위로 설정된 상기 모터 구동신호의 주파수가변범위에 따라 상기 모터 구동신호의 주파수를 랜덤하게 가변시키도록 상기 주파수가변기를 제어할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 전자브레이크 시스템에 사용되는 모터에 모터 구동신호에 의해 배터리전압을 공급하는 스위칭부를 포함하는 모터 제어장치의 제어방법에 있어서, 상기 모터 구동시 상기 스위칭부에 기준 주파수를 가진 모터 구동신호를 출력하고, 상기 모터가 구동하는 동안 상기 스위칭부에 출력되는 상기 모터 구동신호의 주파수를 랜덤하게 가변시키는 모터 제어장치의 제어방법이 제공될 수 있다.
여기서, 상기 모터 구동신호의 주파수를 랜덤하게 가변시키는 것은, 상기 모터 구동신호가 출력되는 동안, 미리 설정된 스텝수로 세분화된 상기 모터 구동신호의 주파수의 스텝수와, 미리 설정된 주파수범위로 설정된 상기 모터 구동신호의 주파수가변범위에 따라 상기 모터 구동신호의 주파수를 랜덤하게 가변시킬 수 있다.
본 발명의 실시예는 모터 구동시 모터에 출력되는 모터 구동신호의 주파수를 랜덤하게 가변시킴으로써 모터와 전자제어유닛의 음향 잡음을 대폭 감소시킬 수 있고, 모터 구동신호의 주파수를 낮출 수 있어 프리드라이버 및 EMI 필터의 용량을 축소시킬 수 있어 전체 제조비용을 낮출 수 있음은 물론 제품 크기를 소형화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 모터 제어장치가 적용되는 전자제어식 브레이크 시스템의 유압회로도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 모터 제어장치의 개략적인 제어블록도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 모터 제어장치의 개략적인 제어회로도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 모터 제어장치에서 모터 구동신호의 주파수를 일정 주파수로 고정할 경우 구동주파수와 소음레벨간의 관계를 설명하기 위한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 모터 제어장치에서 모터 구동신호의 주파수를 가변시킬 경우 구동주파수와 소음레벨간의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 모터 제어장치에서 모터 구동신호의 주파수를 일정 주파수로 고정할 경우 구동주파수와 타이밍의 산점도를 설명하기 위한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 모터 제어장치에서 모터 구동신호의 주파수를 가변시킬 경우 구동주파수와 타이밍의 산점도를 설명하기 위한 도면이다.
이하에서는 본 발명의 실시예들을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하에 소개되는 실시 예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 본 발명은 이하 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 도면에서 생략하였으며 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 모터 제어장치가 적용되는 전자제어식 브레이크 시스템의 유압회로도이다.
도 1을 참조하면, 전자제어식 브레이크 시스템에는 제동시 운전자에 의해 조작되는 브레이크 페달(10)과, 페달(10)로부터 전달된 힘을 증폭시켜 브레이크 압력을 생성시키기 위한 배력장치(11a) 및 마스터실린더(11b)가 마련된다.
그리고, 배력장치(11a)를 통해 생성된 브레이크 액압을 휠 실린더(12)에 공급하기 위한 다수의 제1 및 제2솔레노이드밸브(13a, 13b)와, 휠 실린더(12)에서 토출된 브레이크액이 일시적으로 저장되는 저압 어큐뮬레이터(LPA; 15)와, 그 저압 어큐뮬레이터(15)에 저장된 브레이크액을 펌핑하여 마스터실린더(11) 또는 휠 실린더(12)로 환류시키기 위한 모터(16) 및 펌프(17)가 마련되며, 이들은 모듈레이터 블록에 컴팩트하게 설치된다.
제1 및 제2 솔레노이드 밸브(13a, 13b)는 마스터실린더(11b)에서 발생되어 휠 실린더(12)로 공급된 브레이크 액압을 유입 또는 유출하기 위해 휠 실린더(12)의 입구측과 출구측에 각각 배설되는데, 제1 솔레노이드밸브(13a)는 평상시(off) 개방상태를 유지하는 노멀 오픈형(NO)밸브이고 제2 솔레노이드밸브(13b)는 평상시(off) 폐쇄상태를 유지하는 노멀 클로즈형(NC)밸브이다.
ABS(Anti-lock Brake System) 제동시 제1 및 제2 솔레노이드밸브(13a, 13b)를 열거나 닫음으로서 휠 실린더(12)에서의 브레이크 압력이 감압, 유지, 증압되게 하여 차량을 제동하게 된다.
증압시에는 제2 솔레노이드밸브(13b)를 닫고 제1 솔레노이드밸브(13a)를 열어 모터(16) 및 펌프(17)에 의해 펌핑된 브레이크액을 휠 실린더(12)에 공급한다.
또한, 감압시에는 제1 솔레노이드밸브(13a)를 닫고 제2 솔레노이드밸브(13b)를 열어 휠 실린더의 브레이크액을 저압어큐뮬레이터(15)에 유출시켜 휠 실린더(12)에서의 브레이크 압력을 감소시킨다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 모터 제어장치의 개략적인 제어블록도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 모터 제어장치의 개략적인 제어회로도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 모터 제어장치는 전원부(20), 스위칭부(30), 프리드라이버부(40), 마이크로컨트롤유닛(Micro Control Unit ; MCU)(50)을 포함할 수 있다.
전자브레이크시스템의 전반적인 제어를 수행하는 전자제어유닛(ECU)(60)는 스위칭부(30), 프리드라이버부(40) 및 마이크로컨트롤유닛(70)를 포함할 수 있다.
전원부(20)는 배터리(BAT)를 포함하고, 이 배터리(BAT)로부터 모터(16)에 전원을 공급한다.
스위칭부(30)는 일측은 전원부(20)와 연결되고, 타측은 모터와 연결된다. 스위칭부(30)는 전원부(20)의 배터리전압이 모터(16)에 공급되도록 스위칭한다. 스위칭부(30)는 전계효과트랜지스터(Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor ; MOSFET)로서, 특히 N-MOSFET로서 형성되어 있다. 하지만, P-MOSFET 또는 다른 적절한 스위칭 소자들도 이용될 수 있다. MOSFET는 드레인 단자(D), 게이트 단자(G) 및 소스 단자(S)를 가진다. 게이트단(G)에 소정전압이 인가되면, 드레인단과 소스단이 도통된다.
스위칭부(30)는 프리드라이버부(40)로부터 출력된 모터 구동신호에 의해 스위칭되어 모터(16)에 전원부(20)로부터 배터리전압을 공급한다.
프리드라이버부(40)는 마이크로컨트롤유닛(50)의 제어신호에 따라 스위칭부(30)를 구동시키기 위한 모터 구동신호를 스위칭부(30)에 출력한다.
프리드라이버부(40)는 주파수가변기(41)를 포함한다.
주파수가변기(41)는 스위칭부(30)에 출력되는 모터 구동신호의 주파수를 가변시킨다. 예를 들면, 주파수가변기(41)는 직류전압으로 주파수를 가변하는 IC나 장치인 전압조정발진기(Voltage Control Oscillator ; VCO)를 이용하여 주파수를 가변할 수 있다. 이외에도 여러 다양한 방식으로 주파수 가변이 가능하다.
프리드라이버부(40)는 마이크로컨트롤유닛(50)로부터 출력된 제어신호에 따라 주파수가변기(41)를 통해 주파수가 가변된 모터 구동신호를 스위칭부(30)에 출력한다. 예를 들면, 주파수가 가변된 모터 구동신호는 스위칭부(30)를 턴 온 시키는 전압레벨을 가진 신호이면서 주파수만이 가변된 주파수이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 모터 제어장치에서 모터 구동신호의 주파수를 일정 주파수로 고정할 경우 구동주파수와 소음레벨간의 관계를 설명하기 위한 그래프이고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 모터 제어장치에서 모터 구동신호의 주파수를 가변시킬 경우 구동주파수와 소음레벨간의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 모터 구동신호의 주파수를 일정 주파수(f)로 고정할 경우 모터(16)나 전자제어유닛(60)의 소음레벨이 N1이라고 가정하면, 모터 구동신호의 주파수를 미리 설정된 주파수범위(f1 내지 f2) 내에 가변시킬 경우 모터(16)나 전자제어유닛(60)의 소음레벨은 N1보다 낮은 N0로 낮아진다. 즉, 기존에는 모터와 전자제어유닛에서 발생된 고주파 가청음을 회피하기 위해 상대적으로 높은 구동주파수를 사용하기 때문에 소음레벨도 높고, 상대적으로 고용량의 프리드라이버부를 필요로 할 뿐만 아니라, 전자파장애에 대한 대책도 필요하지만, 본 발명의 실시예에서는 구동주파수를 가변시키고 그 구동주파수를 낮게 유지하기 때문에 소음레벨도 대폭 줄일 수 있고, 프리드라이버부의 용량을 낮출 수 있으며 전자파장애에 대한 별도의 대책도 불필요하다.
다시 도 3을 참조하면, 마이크로컨트롤유닛(50)은 모터(16)의 구동시에는 제1 전압레벨의 모터 구동신호를 스위칭부(30)의 게이트단에 인가하여 스위칭부(30)를 온 시킴으로서 모터(16)에 배터리전압(BAT)을 인가한다. 또한, 마이크로컨트롤유닛(50)은 모터(16)의 정지시에는 모터 구동신호의 전압레벨을 제1 전압레벨과 다른 전압레벨인 제2 전압레벨로 변경함으로써 스위칭부(30)를 오프시켜 모터(16)에 인가되는 배터리전압(BAT)를 차단시킨다.
한편, 마이크로컨트롤유닛(50)은 모터 구동시 스위칭부(30)에 모터 구동신호를 출력하는 동안, 출력된 모터 구동신호의 주파수가 가변되도록 프리드라이버부(40)의 주파수가변(41)를 제어한다.
이에 따라, 스위칭부(30)에 출력된 모터 구동신호의 주파수가 동일한 주파수값을 유지하지 않고 시간이 지남에 따라 변경된다. 이로 인해, 모터(16)와 전자제어유닛(60)의 음향 잡음을 감소시킬 수 있다.
마이크로컨트롤유닛(50)은 프리드라이버부(40)의 주파수가변기(41)를 통해 모터 구동신호의 주파수를 가변시키도록 하기 위한 제어신호를 생성하도록 주파수가변로직부(51)를 포함한다.
주파수가변로직부(51)은 모터 구동시 프리드라이버(40)로부터 스위칭부(30)에 모터 구동신호를 출력하는 동안, 프리드라이버부(40)로부터 스위칭부(30)에 출력되는 모터 구동신호의 주파수가 랜덤하게 가변되도록 하기 위한 제어신호를 생성하고, 생성된 제어신호를 프리드라이버부(40)에 출력한다.
주파수가변로직부(51)는 프리드라이버(40)의 주파수가변기(41)의 주파수의 스텝(step)수를 예를 들면, 256 step으로 세분화하여, 주파수 가변범위를 예를 들면, 2kHz-5kHz 범위 내에서 랜덤하게 가변시킨다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 모터 제어장치에서 모터 구동신호의 주파수를 일정 주파수로 고정할 경우 구동주파수와 타이밍의 산점도를 설명하기 위한 그래프이고, 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 모터 제어장치에서 모터 구동신호의 주파수를 가변시킬 경우 구동주파수와 타이밍의 산점도를 설명하기 위한 도면이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 모터 구동신호의 주파수와 타이밍의 산점도는 구동주파수와 타이밍간의 관계를 알아보기 위해 구동주파수값과 타이밍값을 나타내는 점이 도표에 나타나 있다. X 축에 타이밍이 Y 축에 구동주파수를 설정하고, 구동주파수와 타이밍의 값을 나타내는 점을 찍어 구동주파수와 타이밍간의 관계를 파악한다.
모터 구동신호의 주파수를 일정 주파수(일예로, 1kHz)로 고정할 경우 시간이 경과하더라도 모터 구동신호의 주파수가 일정하게 나타난다(도 6 참조).
하지만, 모터 구동신호의 주파수를 미리 설정된 주파수 범위(일예로, 2kHz-5kHz) 내에서 랜덤하게 가변할 경우 시간이 경과함에 따라 모터 구동신호의 주파수가 랜덤하게 나타난다(도 7 참조).
이상에서와 같이, 본 발명의 실시예에서는 모터 구동시 모터(16)에 출력되는 모터 구동신호의 주파수를 랜덤하게 가변시킴으로써 모터(16)와 전자제어유닛(60)의 음향 잡음을 대폭 감소시킬 수 있다. 또한, 모터 구동신호의 주파수를 낮출 수 있어 프리드라이버부(40) 및 EMI 필터의 용량을 축소시킬 수 있어 전체 제조비용을 낮출 수 있음은 물론 제품 크기를 소형화할 수 있다.
16 : 모터 20 : 전원부
30 : 스위칭부 40 : 프리드라이버부
41 : 주파수가변기 50 : 마이크로컨트롤유닛
60 : 전자제어유닛

Claims (5)

  1. 전자브레이크 시스템에 사용되는 모터를 구동시키는 모터 제어장치에 있어서,
    모터 구동신호에 의해 상기 모터에 배터리전압을 공급하는 스위칭부;
    상기 스위칭부에 상기 모터 구동신호를 출력하는 프리드라이버부;
    상기 모터 구동시 상기 프리드라이버부로부터 상기 스위칭부에 상기 모터 구동신호를 출력하도록 상기 프리드라이버부를 제어하고, 상기 모터 구동신호를 출력하는 동안 상기 모터 구동신호의 주파수가 랜덤하게 가변되도록 상기 프리드라이버부를 제어하는 마이크로컨트롤유닛;을 포함하는 모터 제어장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 프리드라이버부는 상기 마이크로컨트롤유닛의 제어신호에 따라 상기 스위칭부에 출력되는 모터 구동신호의 주파수를 랜덤하게 가변시키는 주파수가변기를 포함하는 모터 제어장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 마이크로컨트롤유닛은 미리 설정된 스텝수로 세분화된 상기 모터 구동신호의 주파수의 스텝수와, 미리 설정된 주파수범위로 설정된 상기 모터 구동신호의 주파수가변범위에 따라 상기 모터 구동신호의 주파수를 랜덤하게 가변시키도록 상기 주파수가변기를 제어하는 모터 제어장치.
  4. 전자브레이크 시스템에 사용되는 모터에 모터 구동신호에 의해 배터리전압을 공급하는 스위칭부를 포함하는 모터 제어장치의 제어방법에 있어서,
    상기 모터 구동시 상기 스위칭부에 기준 주파수를 가진 모터 구동신호를 출력하고,
    상기 모터가 구동하는 동안 상기 스위칭부에 출력되는 상기 모터 구동신호의 주파수를 랜덤하게 가변시키는 모터 제어장치의 제어방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 모터 구동신호의 주파수를 랜덤하게 가변시키는 것은, 상기 모터 구동신호가 출력되는 동안, 미리 설정된 스텝수로 세분화된 상기 모터 구동신호의 주파수의 스텝수와, 미리 설정된 주파수범위로 설정된 상기 모터 구동신호의 주파수가변범위에 따라 상기 모터 구동신호의 주파수를 랜덤하게 가변시키는 모터 제어장치의 제어방법.
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