KR20180005974A - Ars 모터 발전기모드에서의 모터속도 피드백 제어 회로 시스템 및 방법 - Google Patents

Ars 모터 발전기모드에서의 모터속도 피드백 제어 회로 시스템 및 방법 Download PDF

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심경훈
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Abstract

본 발명은 차량 모터의 발전기모드(Generating mode)에서 발생한 역기전력이 액츄에이터에 유기되어 배터리에 충전되는 전압이 배터리의 정상 동작 전압을 초과시 모터의 회전속도를 감속시켜 배터리의 정상 동작 전압을 초과하지 않게 배터리에 충전될 수 있도록 하는 ARS 모터 발전기 모드에서의 모터속도 피드백 제어 회로 시스템 및 방법이 개시된다
개시된 ARS 모터 발전기모드에서의 모터속도 피드백 제어 회로 시스템은, 모터가 전동기 모드 또는 발전기 모드로 동작하는 모터부; 전동기 모드 또는 발전기 모드를 검출하는 모터 동작모드 검출부; 상기 모터부가 발전기 모드로 동작시 발생되는 전압을 검출하는 전압 검출부; 상기 모터가 발전기 모드로 동작시 발생되는 전압이 유기되는 액추에이터; 상기 액추레이터에 유기된 전압을 충전하는 배터리; 및 상기 전압 검출부에서 검출된 전압이 상기 배터리의 정상 동작 전압을 초과시, 상기 모터부의 회전속도가 저감되도록 상기 액추에이터를 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

ARS 모터 발전기모드에서의 모터속도 피드백 제어 회로 시스템 및 방법{Method and system for controlling a feedback of motor speed on generating mode in active roll stabilization system}
본 발명은 능동 주행 안정화(Active Roll Stabilization, 이하 ARS) 회로 보호 시스템에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 차량이 능동 주행 안정화 시스템의 발전기 모드(Generating mode)에서 발생한 역기전력이 액추에이터로 유기되어 배터리에 충전될 때, 충전되는 전압이 배터리의 정상 동작 전압을 초과시 모터의 회전속도를 감속시켜 배터리의 정상 동작 전압을 초과하지 않게 배터리에 충전될 수 있도록 하는 ARS 모터 발전기 모드에서의 모터속도 피드백 제어 회로 시스템 및 방법에 관한 것이다.
능동 주행 안정화(ARS) 시스템은 차량에 롤(Roll)이 발생할 때 이를 제어하기 위해 자동차의 하부에 장착이 된다. 액추에이터(Actuator)가 동작할 때 왼쪽과 오른쪽 휠(wheel)이 스태빌라이저 바(Stabilizer Bar)를 통해 연결되며 중간에 장착된 액추에이터의 내부에는 토크 센서(Torque Sensor)와 댐퍼(Damper) 및 댐핑 커플러(Damping Coupler)가 있어 충격을 흡수하는 동시에 힘을 전달하는 구조를 갖는다.
이러한 능동 주행 안정화 시스템은 차량 바닥에 장착이 되어 노면의 힘을 차량에 전달하고 있기 때문에 주행 중 전복이나 하부에 커다란 외력이 발생할 경우 능동 주행 안정화 시스템에 전해지는 힘은 스태빌라이저 바에 토크(Torque)로 전달된다.
차량 선회 시 최대 900~1200Nm 이상의 토크(Torque)로 자동차를 들어올리고 난 후 제어 방향이 빠르게 바뀌는 경우 모터는 4상한 운전 중 발전기 모드로 바뀌게 되어 발전기로 동작하게 된다.
이때, 모터가 빠른 속도로 회전하게 되면 역기전력에 의해 높은 전압이 유기되어 계통에 연결된 배터리의 전압이 순간적으로 올라가게 되고 ECU에 영향을 주게 된다. 더 크게는 배터리에 함께 연결되어 있는 다른 ECU에도 영향을 주게 되므로 정상동작 범위를 벗어나는 전압은 ECU를 파손시키게 되는 문제점이 있다.
한국 공개특허공보 제 10-0563863(공개일 : 2006년 3월 23일)
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 차량의 능동 주행 안정화(ARS) 시스템의 발전기 모드(Generating mode)에서 발생한 역기전력이 액츄에이터로 유기되어 배터리에 충전될 때, 충된되는 전압이 배터리의 정상 동작 전압을 초과시 모터의 회전속도를 감속시켜 배터리의 정상 동작 전압 초과하지 않게 배터리에 충전될 수 있도록 하는 ARS 모터 발전기 모드에서의 모터속도 피드백 제어 회로 시스템 및 방법을 제공함에 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 전원에 의해 모터가 회전하는 전동기 모드 또는 외부의 토크에 의해 모터가 구동될 때 전압, 전류를 발생시키는 발전기 모드로 동작하는 모터부; 상기 모터부가 전동기 모드 또는 발전기 모드로 동작하는지 여부를 검출하는 모터 동작모드 검출부; 상기 모터부가 발전기 모드로 동작시 발생되는 전압을 검출하는 전압 검출부; 상기 모터가 발전기 모드로 동작시 발생되는 전압이 유기되는 액추에이터; 상기 액추레이터에 유기된 전압을 충전하는 배터리; 및 상기 전압 검출부에서 검출된 전압이 상기 배터리의 정상 동작 전압을 초과시, 상기 모터부의 회전속도가 저감되도록 상기 액추에이터를 제어하는 제어부; 를 포함하는 ARS 모터 발전기 모드에서의 모터속도 피드백 제어 회로 시스템이 제공된다.
상기 모터 동작모드 검출부는 전압의 크기와 전류의 방향에 따라 모터 동작 모드를 검출하는 것을 포함할 수 있고, 모터의 토크방향과 속도에 따라 모터 동작 모드를 검출하는 것을 포함할 수 있다.
이때, 상기 전압 검출부는 상기 모터부가 발전기 모드 동작시 발생되는 전압에 대해, 모터의 회전속도에 모터의 계자 자속 및 을 곱한 값으로 검출한다.
또한, 상기 전압 검출부는 상기 제어부에 의해 모터의 회전속도가 저감된 이후 모터로부터 발생되는 전압을 검출하는 것을 포함할 수 있다.
상기 제어부는 모터의 회전속도가 저감된 이후 모터로부터 발생되는 전압이 상기 배터리의 정상 동작 전압을 초과시 모터 회전속도를 다시 저감시키는 것을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 토크 지령 전류를 제어하는 전류 컨트롤러와 모터의 속도를 조절하는 모터속도 컨트롤러를 포함할 수 있다.
한편, 전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따르면, 모터 동작모드 검출부가 모터의 발전기 모드를 검출하는 단계; 전압 검출부가 상기 모터에서 발생되는 전압을 검출하는 단계; 제어부가 상기 검출된 전압과 배터리의 정상 동작 전압을 비교하는 단계; 제어부가 상기 검출된 전압이 상기 배터리의 정상 동작 전압 미만이 될 때까지 상기 모터의 회전속도를 감속시키는 단계; 를 포함하는 ARS 모터 발전기모드에서의 모터속도 피드백 제어 회로 보호방법이 제공된다.
본 발명에 의하면, 롤(Roll)을 제어 후 원점으로 복귀되는 능동주행 안정화 회로 보호 시스템에서 액츄에이터(Actuator)의 순간적인 발전량을 제어하여 차량의 에너지 효율을 높일 수 있고, 발전되는 전압의 크기를 제어함으로써 배터리가 파손되지 않도록 방지할 수 있다.
또한, 배터리에 연결되어 있는 다른 ECU가 발전기 모드에서 발생되는 전압에 의해 소손이 되지 않도록 방지할 수 있다.
그리고, 차량이 Roll을 제어한 후에는 모터회전 속도를 충족시켜 이용자에게 부드러운 승차감을 줄 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 모터속도 피드백 제어 회로 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 ARS 모터 발전기모드에서의 모터속도 피드백 제어 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도이다.
도 3은 본 발명에 따른 모터 동작모드 검출부가 전압과 전류의 방향에 따라 모터의 전동기 모드와 발전기 모드를 검출하는 예를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 모터 동작모드 검출부가 모터의 토크와 속도에 따라 모터의 전동기 모드와 발전기 모드를 검출하는 예를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 속도감속기에 의해 배터리 전압과 모터의 회전속도가 제어됨을 나타낸 그래프이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
어느 부분이 다른 부분의 "위에" 있다고 언급하는 경우, 이는 바로 다른 부분의 위에 있을 수 있거나 그 사이에 다른 부분이 수반될 수 있다. 대조적으로 어느 부분이 다른 부분의 "바로 위에" 있다고 언급하는 경우, 그 사이에 다른 부분이 수반되지 않는다.
제1, 제2 및 제3 등의 용어들은 다양한 부분, 성분, 영역, 층 및/또는 섹션들을 설명하기 위해 사용되나 이들에 한정되지 않는다. 이들 용어들은 어느 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션을 다른 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션과 구별하기 위해서만 사용된다. 따라서, 이하에서 서술하는 제1 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 제2 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션으로 언급될 수 있다.
여기서 사용되는 전문 용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
"아래", "위" 등의 상대적인 공간을 나타내는 용어는 도면에서 도시된 한 부분의 다른 부분에 대한 관계를 보다 쉽게 설명하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 용어들은 도면에서 의도한 의미와 함께 사용중인 장치의 다른 의미나 동작을 포함하도록 의도된다. 예를 들면, 도면중의 장치를 뒤집으면, 다른 부분들의 "아래"에 있는 것으로 설명된 어느 부분들은 다른 부분들의 "위"에 있는 것으로 설명된다. 따라서 "아래"라는 예시적인 용어는 위와 아래 방향을 전부 포함한다. 장치는 90˚ 회전 또는 다른 각도로 회전할 수 있고, 상대적인 공간을 나타내는 용어도 이에 따라서 해석된다.
다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 모터속도 피드백 제어 회로 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 모터속도 피드백 제어 회로 시스템(100)은 전원부(110), 액추에이터(120), 제어부(130), 모터부(140), 전압 검출부(150), 모터 동작모드 검출부(160)를 포함한다.
모터부(140)는 전원부(110)에서 공급되는 전원에 의해 모터가 회전하는 전동기 모드 또는 외부의 토크에 의해 모터가 구동될 때 전압, 전류를 발생시키는 발전기 모드로 동작한다.
모터 동작모드 검출부(160)는 모터부(140)가 전동기 모드 또는 발전기 모드로 동작하는지 여부를 검출하고, 전압 검출부(150)는 모터부(140)가 발전기 모드로 동작할 때 발생되는 전압을 검출한다.
모터부(140)가 발전기 모드로 동작할 때 발생되는 전력이 액추에이터(120)에 유기될 때, 전원부(110)의 배터리는 액추에이터(120)에 유기된 전력을 충전전력으로 사용한다.
제어부(130)는 토크 지령 전류를 제어하는 전류 컨트롤러와 모터의 속도를 조절하는 모터속도 컨트롤러를 통해 액추에이터(120)에 PWM 신호를 주어 PWM 제어로 모터를 구동시킨다.
또한, 제어부(130)는 전압 검출부(150)에서 검출된 전압이 배터리의 정상 동작 전압을 초과시, 제어부(130)는 모터부(140)의 회전속도가 감속되도록 액추에이터(120)를 제어한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 ARS 모터 발전기 모드에서의 모터속도 피드백 제어 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 먼저 모터 동작모드 검출부(160)가 모터의 동작모드를 검출한다(S210).
즉, 모터 동작모드 검출부(160)는 도 3에 도시된 바와 같이 모터의 동작 모드를 전압과 전류의 방향에 따라 검출하거나, 도 4에 도시된 바와 같이 모터의 토크와 속도에 따라 동작모드를 검출한다. 도 3은 전압과 전류의 방향에 따라 모터의 전동기 모드와 발전기 모드를 검출하는 예를 도시한 것이고, 도 4는 본 발명에 따른 모터 동작모드 검출부가 모터의 토크와 속도에 따라 모터의 전동기 모드와 발전기 모드를 검출하는 예를 도시한 것이다.
모터 동작모드 검출부(160)는 도 3에 도시한 바와 같이 전압과 전류의 방향이 수동부호규약(Passive Sign Convention)에 따라 모두 양의 값 또는 음의 값을 가지면 전동기 모드를 검출하고, 서로 다른 부호의 값을 가지면 발전기 모드를 검출할 수 있다.
또한, 모터 동작모드 검출부(160)는 도 4에 도시한 바와 같이 모터의 동작 모드를 토크의 회전 방향과 속도의 증가 또는 감속에 따라 검출할 수 있다. 즉, 모터 동작모드 검출부(160)는 토크가 양의 방향이고 속도가 증가하면 전동기 모드를 검출하고, 토크가 음의 방향이고 속도가 증가하면 발전기 모드를 검출할 수 있다.
이어, 제어부(130)는 모터가 발전기 모드로 동작할 때 발생되는 역기전력에 의해 배터리에 충전되는 전압을 수신한다(S220).
이때, 제어부(130)는 모터의 전압 검출부(150)에서 검출되는 전압값을 수신하고, 수신된 전압값에 근거해 다음 수학식1에 따라 모터의 회전속도를 산출할 수 있다. 이때, 모터의 회전속도와 역기전력은 비례관계에 있으며, 아래 수학식 1을 만족한다.
Figure pat00001
수학식1에서
Figure pat00002
는 모터의 역기전력(선간전압)을 나타내고,
Figure pat00003
는 모터의 속도를 나타내며,
Figure pat00004
는 모터 계자 자속을 나타낸다.
이어, 제어부(130)는 배터리에 충전되는 전압과 배터리의 정상 동작 전압을 비교한다(S230).
즉, 제어부(130)는 전압 검출부(150)를 통해 검출된 배터리의 충전 전압이 모터의 정상동작 전압을 초과하는지를 판단하기 위해 모터의 정상 동작 전압과 비교할 수 있다.
그리고, 제어부(130)는 배터리에 충전되는 전압이 모터의 정상 동작 전압을 초과할 경우에, 초과된 만큼 전압을 줄이기 위해 수학식1에 따른 전압과 회전속도와의 관계를 이용해 모터의 회전속도를 제어해 배터리에 충전되는 전압을 조정할 수 있다.
이어, 제어부(130)는 전원부(110)의 배터리에 충전되는 전압이 배터리의 정상 동작 전압 미만시 배터리에 충전되는 정상 동작으로 인식하나, 충전되는 전압이 정상 동작 전압을 초과하는 경우 모터속도를 감속시키게 된다(S240).
즉, 제어부(140)는 배터리 정상 동작 전압을 초과하는 전압에 해당하는 만큼 모터속도를 계산하여 토크 지령 전류를 제어하는 전류 컨트롤러와 모터속도 컨트롤러를 통해 모터속도를 감속시킬 수 있다.
제어부(140)는 모터의 감속에 따른 역기전력이 액추레이터(120)에 유기되어 배터리에 충전되는 전압을 다시 정상 동작 전압과 비교하고, 도 5에 도시된 바와 같이 정상 동작 전압 범위 내의 전압이 발생되도록 모터 속도를 감속시키는 피드백 제어를 하는 것이다. 도 5는 본 발명에 따른 제어부(140)의 모터속도 컨트롤러에 의해 배터리의 전압과 모터의 회전속도가 제어됨을 나타낸 그래프이다.
도 5에 도시한 바와 같이, 모터의 역기전력에 의해 배터리로 충전되는 전압()이 배터리 정상 동작 전압()을 초과시, 제어부(140)는 모터속도 컨트롤러를 통해 배터리에 충전되는 전압()과 배터리 정상동작 전압()의 차이가 나는 전압()을 발생시키는 모터의 회전속도()만큼 모터 속도를 감속시킬 수 있다.
따라서, 제어부(130)가 모터 속도를 감속시켜 배터리 정상동작 전압을 발생시키는 속도()가 되도록 피드백 제어를 함으로써, 배터리로 충전되는 전압()이 배터리의 정상동작 전압()의 범위 내로 발생되도록 할 수 있다.
전술한 바와 같이 능동 주행 안정화(ARS) 시스템의 발전기 모드(Generating mode)에서 발생한 역기전력이 액츄에이터에 유기되어 배터리에 충전될 때 충전되는 전압이 배터리 정상 동작 전압을 초과시 모터의 회전속도를 감속시켜 배터리 정상 동작 전압을 초과하지 않게 배터리에 충전될 수 있도록 ARS 모터 발전기 모드에서의 모터속도 피드백 제어 회로 시스템 및 방법을 실현할 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있으므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 모터속도 피드백 제어 회로 시스템
110 : 전원부
120 : 액추에이터
130 : 제어부
140 : 모터부
150 : 전압 검출부
160 : 모터 동작모드 검출부

Claims (8)

  1. 전원에 의해 모터가 회전하는 전동기 모드 또는 외부의 토크에 의해 모터가 회전하여 전압, 전류를 발생시키는 발전기 모드로 동작하는 모터부;
    상기 모터부가 전동기 모드 또는 발전기 모드로 동작하는지 여부를 검출하는 모터 동작모드 검출부;
    상기 모터부가 발전기 모드로 동작시 발생되는 전압을 검출하는 전압 검출부;
    상기 모터가 발전기 모드로 동작시 발생되는 전력이 유기되는 액추에이터;
    상기 액추레이터에 유기된 전력을 충전하는 배터리; 및
    상기 전압 검출부에서 검출된 전압이 상기 배터리의 정상 동작 전압을 초과시, 상기 모터부의 회전속도가 저감되도록 상기 액추에이터를 제어하는 제어부;
    를 포함하는 ARS 모터 발전기모드에서의 모터속도 피드백 제어 회로 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 모터 동작모드 검출부는 전압의 크기와 전류의 방향으로 모터 동작 상태를 검출하는 것을 포함하는 ARS 모터 발전기모드에서의 모터속도 피드백 제어 회로 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 모터 동작모드 검출부는 모터의 토크방향과 속도에 따라 모터 동작 모드를 검출하는 것을 포함하는 ARS 모터 발전기모드에서의 모터속도 피드백 제어 회로 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 전압 검출부는 상기 모터부가 발전기 모드 동작시 발생되는 전압에 대해, 모터의 회전속도에 모터의 계자 자속 및 을 곱한 값으로 검출하는 ARS 모터 발전기모드에서의 모터속도 피드백 제어 회로 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 전압 검출부는 상기 제어부에 의해 모터의 회전속도가 저감된 이후 모터로부터 발생되는 전압을 검출하는 것을 ARS 모터 발전기모드에서의 모터속도 피드백 제어 회로 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부는 모터의 회전속도가 저감된 이후 모터로부터 발생되는 전압이 상기 배터리의 정상 동작 전압을 초과시 모터 회전속도를 다시 저감시키는 것을 포함하는 ARS 모터 발전기모드에서의 모터속도 피드백 제어 회로 시스템.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부는 토크 지령 전류를 제어하는 전류 컨트롤러와 모터의 속도를 조절하는 모터속도 컨트롤러를 포함하는 ARS 모터 발전기모드에서의 모터속도 피드백 제어 회로 시스템.
  8. 모터 동작모드 검출부가 모터의 발전기 모드를 검출하는 단계;
    전압 검출부가 상기 모터에서 발생되는 전압을 검출하는 단계;
    제어부가 상기 검출된 전압과 배터리의 정상 동작 전압을 비교하는 단계; 및
    제어부가 상기 검출된 전압이 상기 배터리의 정상 동작 전압 미만이 될 때까지 상기 모터의 회전 속도를 감속시키는 단계;
    를 포함하는 ARS 모터 발전기 모드에서의 모터속도 피드백 제어 회로 보호방법.
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