KR20170043291A - 차량 모터의 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

차량 모터의 제어 장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 모터의 제어 장치는, 모터의 구동 속도를 측정하는 구동 속도 측정부, 모터의 구동 속도가 기 설정된 임계값 이상이면 모터의 스위칭 소자의 온도를 측정하는 온도 측정부, 모터 스위칭 소자의 온도가 기 설정된 제1 임계값 이하이면, 고조파 왜형률 (HDF : Harmonic Distortion Factor)을 계산하는 고조파 왜형률 계산부 및 고조파 왜형률이 기 설정된 임계값 이상이면 수정된 불연속 펄스 폭 변조(DPWM : discrete Pulse Width Modulation) 방식으로 모터를 제어하는 제1 제어 신호를 출력하고, 고조파 왜형률이 기 설정된 임계값 미만이면 공간 벡터 펄스 폭 변조(SVPWM : Space Vector Plulse Width Modulation) 방식으로 모터를 제어하는 제2 제어 신호를 출력하는 제어부를 포함한다.

Description

차량 모터의 제어 방법{METHOD FOR CONTROLLING MOTOR OF VEHICLE}
본 발명은 차량 모터의 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 모터의 구동 특성에 따라 최적의 제어 방식을 선택할 수 있는 차량 모터의 제어 방법에 관한 것이다.
인휠(In-wheel) 구동 시스템은 하이브리드 자동차, 연료전지 자동차 및 전기자동차와 같이 전기 동력으로 주행하는 자동차에 있어서, 대형의 단일 모터를 사용하는 대신 각 차륜에 소형인 개별 모터를 장착하여 각 차륜마다 동력을 생성하게 하는 시스템이다.
이러한 인휠 구동 시스템은 각 차륜에 개별 모터(이하, 인휠 모터)를 구비하게 함으로써, 대형 구동모터를 구비하는 자동차에 비하여 구동계가 단순하여 실내 공간을 크게 얻을 수 있으며, 차륜의 회전을 직접 제어하게 됨에 따라 차동장치 등 복잡한 동력 장치를 생략할 수 있게 된다는 장점을 누릴 수 있다.
이러한 인휠 모터들은 인버터 회로로 모터에 인가되는 전류를 변경하는 펄스폭 변조(PWM : Pluse Width Modulation) 방식으로 제어되는 것이 일반적이다.
펄스폭 변조 방식에는 최적 전압 변조(Optimal Voltage Modulation) 방식, 정현파 전압 변조(SPWM : Sinusoidal Pulse Width Modulation) 방식, 공간 벡터 펄스 폭 변조(SVPWM : Space Vector Plulse Width Modulation)방식, 불연속 펄스 폭 변조(DPWM : discrete Pulse Width Modulation) 방식 등이 있다.
그러나, 종래에는 모터의 동작 특성을 고려하지 않고 상술한 펄스폭 변조 방식 중 하나의 펄스폭 변조 방식이 선택되어 인휠 모터를 제어하였는바, 인휠 모터의 과열로 인한 차량 고장, 인휠 모터 및 이를 제어하는 인버터에서 발생하는 고조파에 의한 진동, 소음 등이 발생된다는 문제점이 있었다.
이에, 모터의 동작 특성에 따라 최적의 펄스폭 변조 방식을 선택할 수 있는 차량 모터의 제어 방법에 대한 필요성이 대두되었다.
한국공개특허공보 2012-0133306호 일본공개특허공보 2008-0241212호
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 모터의 동작 특성에 따라 최적의 제어 방식을 선택할 수 있는 차량 모터의 제어 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 모터의 제어 방법은, 모터의 구동 속도를 측정하는 단계 상기 모터의 구동 속도가 기 설정된 임계값 이상이면 상기 모터의 스위칭 소자의 온도를 측정하는 단계, 상기 모터 스위칭 소자의 온도가 기 설정된 제1 임계값 이하이면, 고조파 왜형률(HDF : Harmonic Distortion Factor)을 계산하는 단계 및, 상기 고조파 왜형률이 기 설정된 임계값 이상이면 수정된 불연속 펄스 폭 변조(DPWM : discrete Pulse Width Modulation) 방식으로 상기 모터를 제어하는 제1 제어 신호를 출력하고, 상기 고조파 왜형률이 기 설정된 임계값 미만이면 공간 벡터 펄스 폭 변조(SVPWM : Space Vector Plulse Width Modulation) 방식으로 상기 모터를 제어하는 제2 제어 신호를 출력하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 모터의 구동 속도를 측정하는 단계는, 상기 모터의 구동 속도가 기 설정된 임계값 미만이면 공간 벡터 펄스 폭 변조 방식으로 상기 모터를 제어하는 제2 제어 신호를 출력하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 모터의 스위칭 소자의 온도를 측정하는 단계는, 상기 스위칭 소자의 온도가 기 설정된 제1 임계값 및 상기 제1 임계값보다 높은 제2 임계값을 초과하면 불연속 펄스 폭 변조 방식으로 상기 모터를 제어하는 제3 제어 신호를 출력하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 모터 스위칭 소자의 온도가 기 설정된 제1 임계값 이하이면, 고조파 왜형률(HDF : Harmonic Distortion Factor)을 계산하는 단계는, 상기 모터 스위칭 소자의 온도가 기 설정된 제1 임계값 이하인 상태로 기 설정된 시간을 초과하도록 유지되면, 상기 고조파 왜형률을 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 수정된 불연속 펄스폭 변조 방식은, 캐리어 주파수를 기 설정된 배수만큼 증폭하여 상기 모터를 제어하기 위한 PWM 제어 신호를 생성할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 차량 모터의 제어 장치는, 모터의 구동 속도를 측정하는 구동 속도 측정부, 상기 모터의 구동 속도가 기 설정된 임계값 이상이면 상기 모터의 스위칭 소자의 온도를 측정하는 온도 측정부, 상기 모터 스위칭 소자의 온도가 기 설정된 제1 임계값 이하이면, 고조파 왜형률 (HDF : Harmonic Distortion Factor)을 계산하는 고조파 왜형률 계산부 및 상기 고조파 왜형률이 기 설정된 임계값 이상이면 수정된 불연속 펄스 폭 변조(DPWM : discrete Pulse Width Modulation) 방식으로 상기 모터를 제어하는 제1 제어 신호를 출력하고, 상기 고조파 왜형률이 기 설정된 임계값 미만이면 공간 벡터 펄스 폭 변조(SVPWM : Space Vector Plulse Width Modulation) 방식으로 상기 모터를 제어하는 제2 제어 신호를 출력하는 제어부를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제어부는, 상기 모터의 구동 속도가 기 설정된 임계값 미만이면 공간 벡터 펄스 폭 변조 방식으로 상기 모터를 제어하는 제2 제어 신호를 출력할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제어부는, 상기 스위칭 소자의 온도가 기 설정된 제1 임계값 및 상기 제1 임계값보다 높은 제2 임계값을 초과하면 불연속 펄스 폭 변조 방식으로 상기 모터를 제어하는 제3 제어 신호를 출력할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 고조파 왜형률 계산부는, 상기 모터 스위칭 소자의 온도가 기 설정된 제1 임계값 이하인 상태로 기 설정된 시간을 초과하도록 유지되면, 상기 고조파 왜형률을 계산할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 수정된 불연속 펄스폭 변조 방식은, 캐리어 주파수를 기 설정된 배수만큼 증폭하여 상기 모터를 제어하기 위한 PWM 제어 신호를 생성하는 펄스폭 변조 방식일 수 있다.
상술한 본 발명의 실시예들에 따른 차량 모터의 제어 방법에 따르면, 모터의 구동 속도, 스위칭 소자의 온도 및 인버터의 구동 소음을 나타내는 지표인 고조파 왜형률에 따라 최적의 제어 방식을 선택할 수 있게 된다는 효과를 달성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 모터의 제어 장치를 설명하기 위한 기능 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 모터의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3은 SVPWM 제어 방식의 스위칭 패턴을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 DPWM 제어 방식의 스위칭 패턴을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 각 제어 방식에서의 HDF를 비교한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
또한, 본 명세서에서 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함될 수 있다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 모터의 제어 장치를 설명하기 위한 기능 블록도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 차량 모터의 제어 장치(100)는 구동 속도 측정부(110), 온도 측정부(120), 고조파 왜형률 계산부(130) 및 제어부(140)를 포함한다.
도 1에는 본 발명의 실시예와 관련 있는 구성요소들만이 도시되어 있다. 따라서, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 기술자라면 도 1에 도시된 구성요소들 외에 다른 범용적인 구성요소가 더 포함될 수 있음을 알 수 있다.
구동 속도 측정부(110)는 모터의 구동 속도를 측정한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 모터는 차륜에 부착된 인휠 모터로서, 구동 속도 측정부(110)는 엔코더, 홀센서 등으로 구현되어 모터의 구동 속도를 측정할 수 있다. 또한, 측정된 모터의 구동 속도는 제어부(140)로 전송하여 최적의 PWM 제어 방식이 선택되도록 할 수 있다.
온도 측정부(120)는 모터의 구동 속도가 기 설정된 임계값 이상이면 모터의 스위칭 소자의 온도를 측정한다. 구체적으로, 모터의 구동 속도가 기 설정된 임계값 이상이면 제어부(140)로부터 제어 신호를 수신하여 모터의 스위칭 소자의 온도를 측정하고 측정된 결과값을 제어부(140)에 전송할 수 있다.
PWM 신호로 모터를 제어하는 인버터(미도시)에는 스위칭 소자가 포함되어, 각 스위칭 소자들의 on/off 상태에 따라 그에 대응되는 신호가 출력된다. 이때, 모터의 구동 속도 등에 따라 스위칭 소자들의 on/off 횟수가 증가하면 스위칭 소자들의 온도도 증가하게 되는데 온도 측정부(120)는 이 스위칭 소자들의 온도를 측정한다. 온도 측정부(120)에서 측정된 스위칭 소자들의 온도 정보는 제어부(140)에 전송된다.
고조파 왜형률 계산부(130)는 모터 스위칭 소자의 온도가 기 설정된 제1 임계값 이하이면, 고조파 왜형률(HDF : Harmonic Distortion Factor)을 계산한다.
구체적으로, 변조 지수(MI :Modulation Index)를 산출하고 이를 이용하여 고조파 왜형률을 계산한다. 일반적으로, 고조파 왜형률이 증가할수록 인버터에서 발생되는 소음이 증가하므로, 모터의 구동 소음을 간접적으로 측정하기 위한 지표로서 고조파 왜형률을 계산할 수 있다.
제어부(140)는 고조파 왜형률이 기 설정된 임계값 이상이면 수정된 불연속 펄스 폭 변조(DPWM : discrete Pulse Width Modulation) 방식으로 상기 모터를 제어하는 제1 제어 신호를 출력하고, 상기 고조파 왜형률이 기 설정된 임계값 미만이면 공간 벡터 펄스 폭 변조(SVPWM : Space Vector Plulse Width Modulation) 방식으로 상기 모터를 제어하는 제2 제어 신호를 출력한다.
고조파 왜형률이 기 설정된 임계값 이상이라는 의미는 모터의 구동 소음이 크다는 것을 의미하므로 제어부(140)는 모터의 구동 소음을 줄이기 위해 수정된 불연속 펄스 폭 변조 방식으로 모터를 제어하는 제1 제어 신호를 출력한다.
여기에서, 수정된 불연속 펄스 폭 변조 방식이란, 일반적인 불연속 펄스 폭 변조 방식과 달리 인버터의 캐리어 주파수를 기 설정된 배수만큼 증폭시켜 PWM 제어 신호를 출력하는 방식을 의미한다. 즉, 캐리어 주파수를 인간의 가청 주파수를 초과하는 주파수로 증폭시켜 인버터의 구동 소음이 줄어드는 것과 동일한 효과를 누릴 수 있다.
반면, 고조파 왜형률이 기 설정된 임계값 미만인 경우는 인버터의 구동 소음이 크지 않은 경우를 의미하므로 공간 벡터 펄스 폭 변조(SVPWM : Space Vector Plulse Width Modulation) 방식으로 상기 모터를 제어하는 제2 제어 신호를 출력한다.
상술한 바와 같이, 모터의 구동 속도, 스위칭 소자의 온도 및 인버터의 구동 소음을 나타내는 지표인 고조파 왜형률에 따라 모터 제어 방식을 선택하면 모터 구동 특성에 따른 최적의 제어 방식으로 모터를 제어할 수 있게 된다는 효과를 달성할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 모터의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
본 실시예에서 차량 모터는 차륜에 부착되어 동력을 제공하는 인휠 모터인 것을 예로 들어 설명하나, 이에 한정되지 않으며 다른 모터들에도 동일한 제어 방식이 적용될 수 있음은 물론이다.
구동 속도 측정부(110)는 모터의 구동 속도를 측정한다(S210). 이후, 측정된 모터의 구동 속도가 기 설정된 임계값 미만인지를 판단하여(S220), 구동 속도가 기 설정된 임계값 미만인 경우 제어부(140)는 공간 벡터 펄스 폭 변조(SVPWM : Space Vector Plulse Width Modulation 이하, SVPWM)방식으로 모터를 제어하는 제2 제어 신호를 출력한다.(S230).
반면, 구동 속도가 기 설정된 임계값 이상인 경우 최적의 제어 방식을 선택하기 위한 절차가 진행된다. 예를 들어, SVPWM 제어 방식의 경우 동일한 캐리어 주파수일 때, 다른 제어 방식에 비해 스위칭 횟수가 많으므로 이로 인한 발열로 스위칭 소자에 열화가 발생될 수도 있다. 따라서, 스위칭 소자의 온도가 높은 경우, 스위칭 횟수가 적은 제어 방식이 선택되어야 할 것이다.
모터의 구동 속도가 기 설정된 임계값 이상인 경우 온도 측정부(120)는 스위칭 소자의 온도를 측정한다(S240).
스위칭 소자의 온도를 판단한 결과(S250), 모터의 스위칭 소자의 온도가 제1 임계값 이하이면, 온도가 제1 임계값 이하인 상태로 기 설정된 시간 동안 유지되는지를 측정한다(S260). 모터의 스위칭 소자가 일시적으로 제1 임계값을 초과한 경우에도 제어 방식을 변경한다면 제어 방식이 빈번하게 변경되어 제어부(140)에 불필요한 부하를 발생시킬 수도 있기 때문이다.
모터 스위칭 소자의 온도가 제1 임계값 이하인 상태로 기 설정된 시간을 초과하도록 유지되면(S270), 고조파 왜형률 계산부(130)가 변조 지수(MI : Modulation Index)를 이용하여 통해 고조파 왜형률(HDF : Harmonic Distortion Factor)을 계산한다(S280).
모터에 더 많은 부하가 인가될수록 모터의 소음과 진동의 크기도 커지게 된다. 즉, 고조파 왜형률은 모터의 소음과 진동이 커질수록 함께 증가하게 된다.
고조파 왜형률이 계산되면 이를 기 설정된 임계값과 비교하여(S290), 고조파 왜형률이 기 설정된 임계값 이상이면 모터의 소음 및 진동을 줄이기 위한 수정된 불연속 펄스 폭 변조(DPWM : discrete Pulse Width Modulation, 이하 수정된 DPWM) 방식이 선택된다(S300). 반면, 모터에 인가된 부하가 크지 않아 고조파 왜형률이 기 설정된 임계값 미만이면 SVPWM 제어 방식에 의해 모터가 제어된다(S310).
수정된 DPWM 제어 방식은 도 1에서 설명한 바와 같이 인버터의 캐리어 주파수를 기 설정된 배수만큼 증폭시켜 PWM 제어 신호를 출력하는 방식이다. 따라서, 캐리어 주파수가 인간의 가청 주파수를 넘도록 증폭되므로 인버터의 구동 소음이 줄어들게 되는 것과 동일한 효과를 달성할 수 있게 된다. 또한, SVPWM 제어 방식에 비해 스위칭 횟수가 적으므로, 스위칭 소자가 빈번하게 on/off 되어 발열로 인해 스위칭 소자가 열화되는 현상을 방지할 수 있다는 효과를 달성할 수 있다.
한편, S250 단계에서 스위칭 소자의 온도가 제1 임계값 및 제2 임계값을 초과하면(S320) 불연속 펄스 폭 변조(DPWM : discrete Pulse Width Modulation, 이하, DPWM) 방식에 따라 모터가 제어된다(S330).
상술한 바와 같이 모터의 구동속도, 소음, 진동 뿐만 아니라 스위칭 소자의 온도까지 고려하여 모터의 제어 방식을 선택하면 상술한 문제를 해결할 수 있는 최적의 제어 방식으로 모터를 제어할 수 있게 된다는 효과를 달성할 수 있다.
이하에서는 SVPWM 제어 방식, DPWM 제어 방식 및 수정된 DPWM 제어 방식을 비교하여 모터의 구동 특성에 따라 최적의 제어 방식을 선택하는 과정을 설명하도록 한다.
도 3은 SVPWM 제어 방식의 스위칭 패턴을 설명하기 위한 도면이다.
SVPWM 제어 방식의 기본 원리는 캐리어 주파수의 한 주기 내에서 출력 전압의 지령치를, 삼각형의 각 변에 해당하는 유효벡터를 벡터적으로 합성하여 평균적으로 동일하게 만들어준다는데 있다.
도 3에는 U+ 스위치(310), V+ 스위치(320), W+ 스위치(330)의 스위칭 패턴이 도시되어 있다. 실제로, SVPWM 제어 방식으로 제어 신호를 출력하는 인버터에는 6개의 스위치가 포함되어 있으나, 나머지 U- 스위치(미도시), V- 스위치(미도시), W- 스위치(미도시)들은 U+ 스위치(310), V+ 스위치(320), W+ 스위치(330)들과 상보적으로 동작하므로 도 3에 도시된 내용만으로도 전체적인 스위치의 동작을 이해할 수 있다.
U+ 스위치(310), V+ 스위치(320), W+ 스위치(330)가 동일한 상태, 예를 들어 모두 턴-온된 상태이거나 턴-오프된 상태에서는 모터에 전류가 인가되지 않게 된다. 도 3에서 모터에 전류가 인가되지 않는 영역은 영벡터로 도시하였다. 구체적으로, 0~t1(340) 구간과 t6(300) 이후 구간은 스위치가 모두 턴-오프된 상태이므로 모터에 전류가 인가되지 않게 된다.
반면, U+ 스위치(310), V+ 스위치(320), W+ 스위치(330) 중 하나의 스위칭 상태가 상이한 경우 모터에 전류가 공급된다. 도 3에서 이러한 영역은 유효벡터로 도시하였다.
SVPWM 제어 방식에서는 캐리어 주파수의 한 주기내에서 6번의 스위칭이 이루어짐을 알 수 있다. 구체적으로, U+ 스위치(310)의 경우 t1(340)에서 턴-오프 상태에서 턴-온 상태로 변경되고, t6(390)에서 턴-온 상태에서 턴-오프 상태로 변경된다. 마찬가지로, V+ 스위치(320)는 t2(350) 및 t5(380)에서, W+ 스위치(330)는 t3(360) 및 t4(370)에서 스위칭 상태가 변경됨을 알 수 있다. 즉, SVPWM 제어 방식의 경우 캐리어 주파수의 1 주기 내에서 총 6번의 스위칭 변경이 이루어지게 된다.
도 4는 DPWM 제어 방식의 스위칭 패턴을 설명하기 위한 도면이다.
도 3에서 설명한 바와 같이 각 스위치의 스위칭 상태에 따라 모터에 전류가 공급되는 과정은 동일하므로 중복되는 설명은 생략하도록 한다.
DPWM 제어 방식의 경우, 캐리어 주파수의 한 주기내에서의 스위칭 횟수가 SVPWM 제어 방식에 비해 적은 것을 알 수 있다.
구체적으로, U+ 스위치(410)가 t7(440) 및 t11(480)에서 스위칭 상태가 변경되고 V+ 스위치(420)가 t8(450) 및 t10(470)에서 스위칭 상태가 변경되는바, 캐리어 주파수의 한 주기내에서 스위칭 횟수가 4회임을 알 수 있다.
즉, SVPWM 제어 방식의 경우 영벡터 구간을 효율적으로 배치할 수 있어 전류의 스위칭 노이즈를 억제할 수 있다는 장점이 있는 반면, DPWM 방식에 비해 스위칭 횟수가 많아 발열로 인해 스위칭 소자에 열화가 생길 수 있다는 문제점이 생긴다.
이에, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 모터의 제어 방법은 도 2의 S240 단계에서 스위칭 소자의 온도를 측정하여, 측정된 온도가 제1 임계값 및 제1 임계값보다 높은 제2 임계값을 초과하면 스위칭 횟수가 적은 DPWM 제어 방식으로 모터를 제어하기 위한 제3 제어 신호를 출력하는 것이다.
이하에서는 DPWM 제어 방식 및 수정된 DPWM 제어 방식의 차이를 설명하도록 한다.
도 5는 각 제어 방식에서의 HDF를 비교한 도면이다.
일반적인 DPWM 제어 방식은 SVPWM 제어 방식에 비해 캐리어 주파수의 한 주기 내에서의 스위칭 횟수가 적으므로 발열이 높지 않다는 장점이 있다. 그러나, SVPWM에 비해 소음이 크다는 문제점이 있다.
도 5에서 x 축은 변조 지수(MI : Modulation Index)를 의미하고, y축은 고조파 왜형률(HDF : Harmonic Distortion Factor)을 의미한다. x 축의 변조 지수는 모터에 인가되는 부하를 나타내기 위한 척도이다.
고조파 왜형률(HDF : Harmonic Distortion Factor)는 고조파 성분이 파형의 찌그러짐에 기여하는 정도를 나타낸 것으로, 고조파 성분이 섞일수록 큰 값을 갖게 된다. 고조파 성분이 가청 주파수 이내에 있는 경우 주변에 소음을 발생시키게 되므로, HDF가 높다는 것은 주변에 발생시키는 소음이 크다는 것을 의미한다.
도 5에서 일반적인 DPWM 제어 방식의 HDF(530)와 SVPWM 제어 방식의 HDF(520)를 살펴보면, 모터에 인가되는 부하의 크기에 상관없이 DPWM 제어 방식의 HDF(530)가 항상 큰 값을 가짐을 알 수 있다.
즉, DPWM 제어 방식이 SVPWM 제어 방식에 비해 더 많은 소음을 발생시킴을 알 수 있다.
이를 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 모터의 제어 방법은 도 2의 S290 단계에서 고조파 왜형률을 계산하여, 계산된 고조파 왜형률이 기 설정된 임계값 이상이면 수정된 DPWM 제어 방식으로 모터를 제어하는 제2 제어 신호를 출력한다.
수정된 DPWM 제어 방식은 상술한 바와 같이 인버터의 캐리어 주파수를 기 설정된 배수만큼 증폭 시킨 제어 방식을 의미한다. 본 실시예에서는 수정된 DPWM 제어 방식에서의 캐리어 주파수가 일반적인 DPWM 제어 방식의 캐리어 주파수보다 1.5배 증폭된 경우를 예로 들어 도시하였다.
모터에 일정 크기 이상의 부하가 가해지는 t10(510)을 기준으로 수정된 DPWM 제어 방식의 HDF가 SVPWM 제어 방식의 HDF보다 작아지는 것을 확인할 수 있다. 즉, 스위칭 횟수를 줄여 발열을 줄이면서도 캐리어 주파수를 증폭시킴으로써 소음을 줄일 수 있게 되는 것이다.
본 실시예와 관련된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상기된 기재의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 방법들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 모터의 구동 속도를 측정하는 단계;
    상기 모터의 구동 속도가 기 설정된 임계값 이상이면 상기 모터의 스위칭 소자의 온도를 측정하는 단계;
    상기 모터 스위칭 소자의 온도가 기 설정된 제1 임계값 이하이면, 고조파 왜형률(HDF : Harmonic Distortion Factor)을 계산하는 단계; 및
    상기 고조파 왜형률이 기 설정된 임계값 이상이면 수정된 불연속 펄스 폭 변조(DPWM : discrete Pulse Width Modulation) 방식으로 상기 모터를 제어하는 제1 제어 신호를 출력하고, 상기 고조파 왜형률이 기 설정된 임계값 미만이면 공간 벡터 펄스 폭 변조(SVPWM : Space Vector Plulse Width Modulation) 방식으로 상기 모터를 제어하는 제2 제어 신호를 출력하는 단계를 포함하는 차량 모터의 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 모터의 구동 속도를 측정하는 단계는,
    상기 모터의 구동 속도가 기 설정된 임계값 미만이면 공간 벡터 펄스 폭 변조 방식으로 상기 모터를 제어하는 제2 제어 신호를 출력하는 단계를 포함하는 차량 모터의 제어 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 모터의 스위칭 소자의 온도를 측정하는 단계는,
    상기 스위칭 소자의 온도가 기 설정된 제1 임계값 및 상기 제1 임계값보다 높은 제2 임계값을 초과하면 불연속 펄스 폭 변조 방식으로 상기 모터를 제어하는 제3 제어 신호를 출력하는 단계를 포함하는 차량 모터의 제어 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 모터 스위칭 소자의 온도가 기 설정된 제1 임계값 이하이면, 고조파 왜형률(HDF : Harmonic Distortion Factor)을 계산하는 단계는,
    상기 모터 스위칭 소자의 온도가 기 설정된 제1 임계값 이하인 상태로 기 설정된 시간을 초과하도록 유지되면, 상기 고조파 왜형률을 계산하는 단계를 포함하는 차량 모터의 제어 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 수정된 불연속 펄스폭 변조 방식은,
    캐리어 주파수를 기 설정된 배수만큼 증폭하여 상기 모터를 제어하기 위한 PWM 제어 신호를 생성하는 펄스폭 변조 방식인 차량 모터의 제어 방법.
  6. 모터의 구동 속도를 측정하는 구동 속도 측정부;
    상기 모터의 구동 속도가 기 설정된 임계값 이상이면 상기 모터의 스위칭 소자의 온도를 측정하는 온도 측정부;
    상기 모터 스위칭 소자의 온도가 기 설정된 제1 임계값 이하이면, 고조파 왜형률 (HDF : Harmonic Distortion Factor)을 계산하는 고조파 왜형률 계산부; 및
    상기 고조파 왜형률이 기 설정된 임계값 이상이면 수정된 불연속 펄스 폭 변조(DPWM : discrete Pulse Width Modulation) 방식으로 상기 모터를 제어하는 제1 제어 신호를 출력하고, 상기 고조파 왜형률이 기 설정된 임계값 미만이면 공간 벡터 펄스 폭 변조(SVPWM : Space Vector Plulse Width Modulation) 방식으로 상기 모터를 제어하는 제2 제어 신호를 출력하는 제어부를 포함하는 차량 모터의 제어 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 모터의 구동 속도가 기 설정된 임계값 미만이면 공간 벡터 펄스 폭 변조 방식으로 상기 모터를 제어하는 제2 제어 신호를 출력하는 차량 모터의 제어 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 스위칭 소자의 온도가 기 설정된 제1 임계값 및 상기 제1 임계값보다 높은 제2 임계값을 초과하면 불연속 펄스 폭 변조 방식으로 상기 모터를 제어하는 제3 제어 신호를 출력하는 차량 모터의 제어 장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 고조파 왜형률 계산부는,
    상기 모터 스위칭 소자의 온도가 기 설정된 제1 임계값 이하인 상태로 기 설정된 시간을 초과하도록 유지되면, 상기 고조파 왜형률을 계산하는 차량 모터의 제어 장치.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 수정된 불연속 펄스폭 변조 방식은,
    캐리어 주파수를 기 설정된 배수만큼 증폭하여 상기 모터를 제어하기 위한 PWM 제어 신호를 생성하는 펄스폭 변조 방식인 차량 모터의 제어 장치.
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