KR20190067404A - 전동식 변속 레버 시스템의 모터 제어 방법 - Google Patents

전동식 변속 레버 시스템의 모터 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전동식 변속 레버 시스템의 모터 제어 전략에 관한 것으로서, 모터 제어 과정에서 충격/소음 발생 문제를 해소하기 위해 PWM 파형 모사 제어를 실시하는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 다양한 실시예에 따르면 전동식 변속 레버 시스템의 전기 모터를 제어하는 방법으로서, 현재단과 목표단의 일치여부를 판단하는 단계; 현재단과 목표단이 일치하지 않는 경우 목표단 방향으로 모터를 회전시키는 단계; 현재단과 목표단이 일치하는 경우 모터 OFF 제어를 실시하는 단계; 모터의 현재 위치와 목표 위치의 차이가 제1설정값 미만인 경우 역구동 듀티(duty) 제어를 실시하는 단계; 및 모터의 현재 위치와 목표 위치의 차이가 제2설정값 미만인 경우 모터를 정지시키는 단계;를 포함하는 전기 모터 제어 방법을 제공한다.

Description

전동식 변속 레버 시스템의 모터 제어 전략{MOTOR CONTROL STRATEGY FOR AN ELECTRIC SHIFT-BY-WIRE SYSTEM}
본 발명은 전동식 변속 레버 시스템의 모터 제어 전략에 관한 것으로서, 모터 제어 과정에서 충격/소음 발생 문제를 해소하기 위해 PWM 파형 모사 제어를 실시하는 방법에 관한 것이다.
변속기는 엔진에서 발생한 동력을 자동차의 주행상황에 맞추어 엔진의 회전력을 증대시키거나, 감소시켜 바퀴에 전달하는 기능을 하는 자동차 구동에 있어 핵심적인 구성 요소이다.
변속기는 변속 방식에 따라 수동 변속기와 자동 변속기로 나뉘어지는데, 최근에는 별도의 클러치 조작이 필요 없어 편리하고, 부드러운 발진이 가능하다는 장점 때문에 대다수의 차량에서 자동 변속기를 사용하고 있다.
자동 변속기는 변속 방식에 따라 와이어를 통한 기계적인 링크 구조로 변속하는 기계식 변속 레버 시스템을 갖춘 자동 변속기와 기계적인 링크구조 대신 기판을 이용한 전기적 신호를 활용하여 변속하는 전동식 변속 레버 시스템을 갖춘 자동 변속기로 나뉘어진다.
전동식 변속 레버 시스템은 가격이 비싸다는 단점에도 불구하고, 기계식 변속 레버 시스템과 달리 변속기와 변속 레버의 기계적 연결 없이 운전자가 선택한 변속단의 정보를 전기적인 신호로 전달할 수 있어, 충격과 진동이 종래 기계식 변속 레버 시스템에 비해 현저히 줄어드는 장점이 있다. 이러한 장점으로 인해 최근 들어 전동식 변속 레버 시스템, 즉 SBW(Shift By Wire) 시스템을 채택하는 차량이 점차 증가하고 있다.
전동식 변속 레버 시스템에서 변속부는 주로 전기 모터에 의해 회전 구동되는 디텐트 플레이트, 상기 디텐트 플레이트에 연동 가능하게 설치되어 자동 변속기의 변속 레인지를 디텐트 플레이트의 회전 위치에 대응하는 변속 레인지로 설정하는 매뉴얼 밸브 및 디텐트 플레이트에 형성된 오목부에 끼워짐으로써 디텐트 플레이트의 회전을 규제하고, 변속 범위(쉬프트 레인지)를 소정의 범위 내에서 제한하며, 지지 가능한 규제수단을 가지는 디텐트 스프링을 구비하고 있다.
그런데 전동식 변속 레버 시스템의 경우에도, 전동식 엑츄에이터 즉, 전기 모터를 회전 구동 시키게 되므로 충격과 진동 발생이 완전히 방지되는 것은 아니다.
도 9는 종래기술에 따른 모터 포지션이 제어되는 모습을 나타내는 도면이다.
도 9를 참조하면, 디텐트 플레이트의 형상과 디텐트 스프링의 탄성 반발력에 의해 모터가 가속될 수 있다. 가속된 모터는 상기 디텐트 플레이트에 디텐트 스프링의 단부가 맞물리게 되는 과정에서 충격과 소음을 발생시키게 되고, 모터를 장기간 사용할 경우에는 발열되어 모터의 내구성을 저하시키기도 한다.
종래 전동식 변속 레버 시스템에서는 이 과정에서 발생하는 충격과 소음을 줄이기 위해 예컨대 목표 위치(ex, 오목부)에 90% 도달 시 소정의 시간(ex, 100ms) 동안 모터를 홀딩(holding) 제어 한 후 모터 구동을 해제(OFF)시키는 제어 전략을 사용하기도 한다.
그러나, 이와 같은 충격과 소음을 절감시키기 위한 노력에도 불구하고 차량에 요구되는 저(抵) 진동 특성, 정숙성의 요구를 만족하기 어려운 실정이다.
미국등록특허공보(등록번호 : 8620537) “Shift-by-wire system”
일반적인 SR 모터(Switched Reluctance Motor) 에서는 BLDC/DC 모터에서 사용되는 PWM 제어가 용이치 못해 주로 ON/OFF 제어를 수행한다.
SR 모터는 BLDC/DC 모터와 달리 영구자석을 사용하지 않고, STS 등으로 이루어진 로터를 사용하기 때문에 모터가 자화되는 데까지 소정의 시간이 필요하다. 따라서, 짧은 주기로 On/Off를 반복하는 PWM 제어는 통상 SR 모터의 제어에 적용하기 어렵다는 인식이 있었다.
본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 종래 SR 모터에 적용이 어렵다는 PWM 파형을 모사하는 제어를 수행함으로써 모터 제어시 발생하는 충격과 소음을 저감시키고자 한다.
본 발명의 다양한 실시예에 따르면 전동식 변속 레버 시스템의 전기 모터를 제어하는 방법으로서, 현재단과 목표단의 일치여부를 판단하는 단계; 현재단과 목표단이 일치하지 않는 경우 목표단 방향으로 모터를 회전시키는 단계; 현재단과 목표단이 일치하는 경우 모터 OFF 제어를 실시하는 단계; 모터의 현재 위치와 목표 위치의 차이가 제1설정값 미만인 경우 역구동 듀티(duty) 제어를 실시하는 단계; 및 모터의 현재 위치와 목표 위치의 차이가 제2설정값 미만인 경우 모터를 정지시키는 단계;를 포함하는 전기 모터 제어 방법을 제공한다.
여기서, 상기 모터는 SR 모터(Switched Reluctance Motor)인 것을 특징으로 할 수 있으며,
상기 모터 OFF 제어는 전동식 변속 레버 시스템의 디텐트 플레이트의 형상에 따른 모터의 구분된 phase마다 실시하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따르면 역구동 듀티(duty)제어는 모터의 속도에 기초하여 듀티(duty)와 기간(period)이 결정될 수 있으며,
모터 속도의 크기가 제3 설정값 미만인 경우 제1 역구동 듀티 제어를 실시하고, 모터 속도의 크기가 제4 설정값 미만인 경우 제2 역구동 듀티 제어를 실시할 수 있다.
여기서 상기 제2 역구동 듀티 제어는 제1 역구동 듀티 제어와 조합되어 실시되는 것을 특징으로 할 수 있다.
한편, 본 발명의 다양한 실시예에 따르면, SR 모터(Switched Reluctance Motor)를 포함하는 전동식 변속 레버 시스템의 전기 모터 제어 방법에 있어서, 모터 ON 상태에서 모터 OFF 제어를 실시하는 단계; 모터 OFF 제어 단계에서 모터의 현재 위치와 목표 위치 간의 차이 및 현재 모터 속도의 크기에 따라 역구동 듀티 제어를 실시하는 단계;를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면 상기 역구동 듀티 제어는, 모터의 현재 위치와 목표 위치 간의 차이 값을 비교하여 역구동 듀티 제어의 시작과 종료 여부가 결정되고, 모터 속도의 크기에 비례하여 역구동 듀티 제어의 듀티 비가 결정되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 모터 제어 방법을 이용하면, 전동식 변속 레버 시스템에서 충격/소음을 저감하여 운전자의 만족도를 높일 수 있다.
또한, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 모터 제어 방법을 이용하면, 모터 OFF 제어에 따른 전환시간이 현저히 단축되는 장점도 가진다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 모터 제어 방법에 따르면, 종래 전동식 변속 레버 시스템에서 충격/소음을 저감하기 위한 모터의 Holding 제어를 실시하지 않아도 되므로, Holding 에 필요한 고전류 제어를 사용하지 않게 됨으로써 모터/제어기의 발열 현상을 줄이는 장점도 있다. 이로 인해 모터/제어기의 발열현상을 줄일 수 있다면, 레버 포지션 전환을 제한하지 않아도 되므로 운전자 편의를 극대화시킬 수 있는 이점도 가진다.
도 1은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전동식 변속 레버 시스템의 모터 제어 시스템의 구성 요소를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전동식 변속 레버 시스템의 디텐트 플레이트와 디텐트 스프링을 나타낸 사시도이다.
도 3 (a)는 디텐트 스프링이 디텐트 플레이트의 골(valley) 부분에 위치한 상태를 나타낸 도면이고, 도 3(b)는 변속 과정에서 디텐트 스프링이 디텐트 플레이트의 산(ridge) 부분에 위치한 상태를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전동식 변속 레버 시스템의 모터 제어 방법을 나타내는 블록도이다.
도 5는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 듀티 출력 모사 방법을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 듀티 출력 모사 방법에 따라 모터 포지션이 제어되는 모습을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 역구동 듀티 제어 방법을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 듀티 출력 모사 방법을 나타내는 도면이다.
도 9는 종래기술에 따른 모터 포지션이 제어되는 모습을 나타내는 도면이다.
이하 설명하는 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 당업자가 용이하게 이해할 수 있도록 제공되는 것으로 이에 의해 본 발명이 한정되지는 않는다. 또한, 첨부된 도면에 표현된 사항들은 본 발명의 실시 예들을 쉽게 설명하기 위해 도식화된 도면으로 실제로 구현되는 형태와 상이할 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 연결되어 있거나 접속되어 있다고 언급될 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 한다. 또한, 본 명세서 전체에서 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치한다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
또한, 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 본 문서에서, "a 또는 b", "a 및/또는 b 중 적어도 하나", "a, b 또는 c" 또는 "a, b 및/또는 c 중 적어도 하나" 등의 표현은 함께 나열된 항목들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. "제1 ", "제2 " 등의 표현들은 해당 구성요소들을, 순서 또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 뿐 해당 구성요소들을 한정하지 않는다."A", "B", "C"등의 표현들 또한 해당 구성요소들을, 순서 또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 뿐 해당 구성요소들을 한정하지 않는다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 표현하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. "포함한다" 또는 "가진다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 의미하기 위한 것으로, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들이 부가될 수 있는 것으로 해석될 수 있다.
한편, 본 발명에서 사용하는 '시스템'이라는 용어는 복수의 구성이 포함된 하나의 계를 의미하는 것으로 이해되어야 할 것이다.
이하, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전동식 변속 레버 시스템을 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 먼저, 도 1 내지 도 3을 참조로 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전동식 변속 레버 시스템의 개략적인 구성요소들에 관한 설명을 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전동식 변속 레버 시스템의 모터 제어 시스템을 구성하는 구성 요소를 나타낸 도면이다. 도 2는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전동식 변속 레버 시스템의 디텐트 플레이트와 디텐트 스프링을 나타낸 사시도이다. 도 3 (a)는 디텐트 스프링이 디텐트 플레이트의 골(valley) 부분에 위치한 상태를 나타낸 도면이고, 도 3(b)는 변속 과정에서 디텐트 스프링이 디텐트 플레이트의 산(ridge) 부분에 위치한 상태를 나타낸 도면이다.
본 발명의 전동식 변속 레버 시스템은 운전자의 조작에 의해 변경되는 변속 레버(100)의 위치를 감지하여 목표 변속단을 확인하는 변속 레버 센서(110), 전기 모터(200)의 현재 위치를 감지하여 현재 변속단을 확인하는 전기 모터 위치 센서(210) 및 상기 변속 레버 센서(110) 상기 전기 모터 위치 센서(210)로부터 정보를 수신하고, 수신한 정보와 기 저장된 디텐트 플레이트(230)의 형상 정보를 토대로 전기 모터(200)의 회전 속도를 조절하는 제어부(300)를 포함할 수 있다.
변속 레버 센서(110)는 변속 레버(100)에 부착되어 운전자의 조작에 따른 변속 레버(100)의 위치 변화를 감지할 수 있는 구성요소를 의미할 수 있다. 예를 들어 운전자가 변속 레버(100)를 조작하여 변속단을 “모드 P” 단에서 “모드 D”단으로 변경하면, 변속 레버 센서(110)는 “모드 D”단을 목표 변속단(이하 '목표단'이라 함)으로 인식할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에서는 자동 변속기에는 변속단으로서, 비 주행이자 주차용 레인지로서 P레인지, 후진용 레인지인 R레인지, 중립의 레인지인 N레인지, 주행 레인지로서 D레인지가 설정되어 있다. 여기서 P레인지는 "모드 P", R레인지는 "모드 R", N레인지는 "모드 N", D레인지는 "모드 D"에 대응될 수 있다. 단, 이는 설명의 편의를 위해 설정된 변속단의 일 예시일 뿐, 반드시 이에 한정되지는 않는다.
예컨대, 상기 D레인지는 차량의 속도 또는 가속도에 따라 D-1, D-2, D-3 등으로 세분화될 수 있다.
또한, 본 발명의 명세서에 포함된 모든 실시예에서 각각의 레인지 및 그에 해당하는 디텐트 플레이트(230)의 각 영역이 P, R, N, D와 같이 나타내어지지만, 반드시 그에 한정되는 것은 아니며, 실시예에 따라 다른 순서로 혹은 다른 레인지가 추가로 결합될 수도 있을 것이다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 디텐트 플레이트(230)는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 변속부에 포함되는 요소로서, 디텐트 스프링(240)과 맞물려 운전자의 의지에 따른 변속이 이루어지도록 하는 구성을 의미할 수 있다.
디텐트 플레이트(230)는 대체로 편평한 플레이트 형상을 가질 수 있으며, 축방향 정면에서 보아 전체적으로는 부채꼴 형상이되, 다수개의 오목부와 볼록부가 교차 형성된 구조를 가질 수 있다. 여기서 오목부는 전술한 변속단에 각각 대응되는 구성일 수 있다. 볼록부는 각 변속단 사이에 위치되는 것으로서, 요철형상을 가지며 각 변속단의 경계를 구성할 수 있다.
디텐트 플레이트(230)는 샤프트와 일체로 구성될 수 있다. 디텐트 플레이트(230)는 샤프트와 일체로 모터에 의해 회전 구동될 수 있다. 일 실시예에 따르면 디텐트 플레이트(230)와 샤프트를 이용하여 변속부에서 모터(200)의 회전 구동력은 직선 운동으로 변환되도록 구성될 수 있다.
디텐트 스프링(240)은 탄성변형 가능한 긴 부재로서, 단부에 이동 규제수단으로서의 디텐트 롤러(roller)를 포함할 수 있다. 디텐트 스프링(240)은 디텐트 롤러를 디텐트 플레이트(230)의 중심 방향 즉, 오목부의 함몰 방향으로 탄발력을 가할 수 있도록 구성될 수 있다. 디텐트 플레이트(230)에 모터 구동에 의한 힘이 가해지면, 디텐트 롤러는 각 오목부 사이에 형성되는 볼록부를 통과해(넘어서) 인접하는 다른 오목부로 이동한다. 그 결과 변속이 이루어질 수 있다.
한편, 디텐트 플레이트의 오목부는 본 발명의 변속단 P, R, N, D에 대응될 수 있다. 상기 디텐트 플레이트(230)는 P, R, N, D 각 변속단에 대응되는 산(Ridge)과 골(Valley) 형상으로 이루어지며, 디텐트 플레이트(230)의 회전에 의해 고정부(250)에 결합된 디텐트 스프링(240)의 단부가 디텐트 플레이트(230)의 골에 위치하게 되면 그에 대응되는 변속단이 현재 변속단이 된다. 보다 구체적으로 디텐트 스프링(240)의 단부, 즉 디텐트 롤러가 복수 개의 오목부 중 하나에 끼워짐으로써 디텐트 플레이트(230)의 회전을 규제함으로써, 자동 변속기의 변속 범위가 설정 지지되는 것이다.
참고로 본 발명의 다양한 실시예에 따르면 P에서 D 측으로 변속 범위가 전환될 때 디텐트 플레이트(230)가 회전하는 방향을 정회전이라 할 수 있고, 반대로 D측에서 P방향으로 변속 범위가 전환될 때 디텐트 플레이트(230)가 회전하는 방향을 역회전이라 할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 전기 모터 위치 센서(210)는 전기 모터(200)에 부착되어, 전기 모터(200)의 현재 위치를 확인하는 구성일 수 있다. 여기서 전기 모터(200)의 현재 위치는 현재 시점에서 전기 모터(200)의 회전축(220)이 회전한 각도를 의미할 수 있다.
상기 전기 모터(200)의 회전축(220)에는 디텐트 플레이트(230)가 결합되어, 회전축(220)의 회전에 따라 디텐트 플레이트(230)도 회전할 수 있게 된다.
전기 모터(200)의 현재 위치에 대응되는 디텐트 플레이트(230)와 디텐트 스프링(240)의 위치 정보는 후술할 제어부(300)에 맵핑될 수 있으며, 상기 전기 모터 위치 센서(210)가 전기 모터의 현재 위치를 파악하면, 차량의 현재 변속단에 대한 정보도 파악할 수 있다.
이 때, 상기 전기 모터 위치 센서(210)는 인코더, 인히비터 스위치 또는 자기 검출용 홀 센서 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니며 전기 모터(200)의 회전 각도를 측정할 수 있는 것이라면 어느 것이라도 무관하다.
전기 모터 위치 센서(210)는 전기 모터의 회전각의 변화에 따라 펄스 신호를 출력할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 제어부(300)에 대하여 살펴본다. 본 발명의 제어부(300)는 CPU, TCU(Transmission Control Unit) 혹은 ECU(Engine Control Unit)의 일 구성요소일 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 전동식 변속 레버 시스템은 세부적으로 자동변속기 제어부(미도시), SBW 제어부(미도시), 엔진 제어부(미도시)로 구분될 수 있는데, 이들은 모두 연산 수단으로서의 CPU, 기억수단으로서의 ROM, RAM 및 입출력 수단 등을 가지는 소형 컴퓨터를 의미할 수 있다.
자동변속기 제어부, SBW 제어부 및 엔진 제어부는 본 발명의 제어부(300)에 의해 통합될 수 있다. 즉, 제어부(300)는 통합된 CPU를 의미할 수 있다. 제어부(300)는 차량의 전원인 배터리(및/또는 교류발전기)에 전기적으로 접속되어 있어 이 배터리에서 공급된 전력에 의해 작동할 수 있다.
자동 변속기 제어부는 차량의 자동 변속기를 유압에 의해 구동시킬 수 있다. 자동 변속기 제어 시스템은 자동 변속기의 변속 범위 및 변속단을 전환하는 유압 회로와 유압 회로를 전기적으로 제어하기 위한 전자 밸브를 구비할 수 있다.
유압 회로에는 매뉴얼 밸브가 설치되어, 축방향으로 이동함으로써 유압 회로를 전환할 수 있다. 매뉴얼 밸브가 유압 회로를 전환함으로써 자동 변속기는 변속 범위 중 하나로 설정될 수 있다.
자동 변속기 제어부는 차량의 속도를 검출하는 차속 센서로부터 검출신호를 수신해, 각 전자 밸브를 제어할 수 있다.
SBW 제어부는 자동 변속기 제어 시스템의 밸브 및 브레이크를 구동시키는 엑츄에이터 및 변속 기구부 등을 구비하고 있다. 여기서 엑츄에이터는 앞서 살펴본 전기 모터(200), 전기 모터 위치 센서(210) 등을 포함할 수 있다.
SBW 제어부에서는 전기 모터를 구성하는 복수의 코일을 설정된 타이밍으로 순차적으로 통전시켜, 전기 모터를 구성하는 로터와 샤프트를 회전시킨다.
이상의 내용을 정리하면, 본 발명의 제어부(300)는 자동 변속기 제어부, SBW 제어부 및 엔진 제어부을 포함할 수 있으며, 차량의 속도에 따라 전기 모터를 제어하는 역할을 할 수 있다.
나아가 본 발명의 다양한 실시예에 따르면 상기 제어부(300)는 기능적인 측면에서 위치 정보 수신부(310), 보상부(320) 및 판단부(330)로 구성될 수 있다.
먼저, 위치 정보 수신부(310)는 상기 변속 레버 센서(110)와 전기 모터 위치 센서(210)으로부터 각각 목표 변속단과 현재 변속단에 관한 정보를 수신할 수 있다.
또한, 상기 위치 정보 수신부(310)는 전기 모터(200)의 현재 위치(회전 각도)에 대한 정보를 수신함으로써, 디텐트 스프링(240)의 단부가 디텐트 플레이트(230)의 산 또는 골에 위치하는 지, 골에서 산으로 이동하는 중의 어느 지점에 있는 지, 반대로 산에서 골로 이동하는 중의 어느 지점에 있는 지를 파악할 수 있다.
상기 보상부(320)는 상기 위치 정보 수신부(310)에서 수신한 정보를 토대로 피드포워드(FeedForward) 제어 및 PID 제어(Proportional Integral Derivative Control)를 수행하여, 전기 모터(200)의 회전 속도를 제어하는 구성일 수 있다. 특히, 보상부(320)는 피드포워드 제어와 PID 제어를 동시(同時) 또는 이시(異時)에 수행할 수 있다. 이에 따라 전기 모터(200)의 구동 듀티값을 보정함으로써, 전기 모터(200)를 원하는 속도로 회전시키기 위한 목표 듀티값을 산출할 수 있다.
상기 보상부(320)는 상기 위치 정보 수신부(310)에서 파악한 디텐트 플레이트(230)와 디텐트 스프링(240)의 위치 정보를 토대로 피드포워드 제어를 수행할 수 있다. 여기서 디텐트 플레이트(230)와 디텐트 스프링(240)의 위치 정보란 상호 간의 상대적인 위치 정보를 의미할 수 있다.
디텐트 플레이트(230)의 회전에 의해 디텐트 스프링(240)의 위치가 디텐트 플레이트(230)의 골에서 산으로 변경되는 경우에는 디텐트 스프링(240)에 의해 복원력이 작용하여 디텐트 플레이트(230)가 회전하는 속도가 느려질 수 있다.
이때 본 발명의 다양한 실시예에 따른 보상부(320)에서는 양(Positive)의 피드포워드 제어를 수행하여 전기 모터(200)의 회전 속도를 더 빠르게 제어할 수 있다.
반대로, 디텐트 플레이트(230)의 회전에 의해 디텐트 스프링(240)의 단부의 위치가 디텐트 플레이트(230)의 산에서 골로 변경되는 경우에는 복원력이 반대로 작용하여 디텐트 플레이트(230)가 회전하는 속도가 빨라질 수 있으며, 그 과정에서 디텐트 플레이트(230)와 디텐트 스프링(240) 사이에 충격 및 소음이 발생할 수 있게 된다.
이를 위해 본 발명의 다양한 실시예에 따른 보상부(320)에서는 음(Negative)의 피드포워드 제어를 수행하여 전기 모터(200)의 회전 속도를 더 느리게 제어할 수 있다.
즉, 상기 보상부(320)는 상기와 같은 피드포워드 제어를 수행함으로써, 디텐트 플레이트(230)와 디텐트 스프링(240)의 단부 간의 위치 관계에 따른 모터의 보상 제어가 가능하다.
마지막으로, 판단부(330)는 상기 보상부(320)에 의한 전기 모터(200) 제어가 이루어진 이후에 전기 모터의 현재 위치와 목표 위치를 비교하여 현재 변속단(또는 현재 레버 위치)과 목표 변속단(또는 목표 레버 위치)이 일치하게 되었는지 판단하는 구성이다.
상기 판단부(330)는 현재 변속단과 목표 변속단이 일치하지 않는 경우에는 전기 모터(200)의 제어 전략이 변경되도록 할 수 있다. 그리고 현재 변속단과 목표 변속단이 일치하는 경우에는 운전자의 새로운 변속 레버(100) 조작이 있을 때까지 모터 제어를 중단할 수 있다.
도 4는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전동식 변속 레버 시스템의 모터 제어 방법을 나타내는 블록도이다. 도 5는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 듀티 출력 모사 방법을 나타내는 도면이다. 도 6은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 듀티 출력 모사 방법에 따라 모터 포지션이 제어되는 모습을 나타내는 도면이다. 도 7은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 역구동 듀티 제어 방법을 나타내는 도면이다. 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 듀티 출력 모사 방법을 나타내는 도면이다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 전기 모터는 SR 모터(Switched reluctance motor)일 수 있다.
일반적으로 SR 모터는 STS(ex, 쇳덩이)등으로 이루어진 로터를 사용하기 때문에 모터가 자화되는 데까지 소정의 시간이 필요하다. 따라서, 짧은 주기로 On/Off를 반복하는 PWM 제어는 통상 SR 모터의 제어에 적용하기 어렵다는 인식이 있었다.
본 발명의 다양한 실시예에 따르면 PWM 적용이 용이치 않았던 SR 모터에 PWM 모사 제어를 실시함으로써 모터 OFF 제어시 충격과 소음을 줄이며, OFF 제어시 전환 시간이 현저히 단축될 수 있는 것을 특징으로 한다.
구체적으로 도 4를 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전동식 변속 레버 시스템의 전기 모터 제어 방법은 전동식 변속 레버 시스템의 전기 모터를 제어하는 방법으로서, 현재단과 목표단의 일치여부를 판단하는 단계(S100); 현재단과 목표단이 일치하지 않는 경우 목표단 방향으로 모터를 회전시키는 단계(S200~300); 현재단과 목표단이 일치하는 경우 모터 OFF 제어를 실시하는 단계(S400); 모터의 현재 위치와 목표 위치의 차이가 제1 설정값 미만인 경우 역구동 듀티(duty) 제어를 실시하는 단계(S500~600); 및 모터의 현재 위치와 목표 위치의 차이가 제2 설정값 미만인 경우 모터를 정지시키는 단계(S700);를 포함할 수 있다.
운전자가 조작하는 변속 레버(100)는 변속 레버 센서(110)에 의해 제어부(300)와 전기적으로 접속될 수 있다.
따라서, 운전자가 변속 레버(100)를 조작하면 운전자의 의도가 전기 신호로서 전달되어 본 발명의 전기 모터를 구동시킬 수 있게 된다.
운전자가 변속 레버(100)를 조작하면, 제어부(300)에서는 운전자의 목표 레버 위치를 계산(연산)할 수 있다. 여기서 운전자의 목표 레버 위치는 모터의 목표 위치와 대응될 수 있다.
변속 레버(100)의 물리적인 위치 변화는 전기적인 신호 형태로서, 제어부(300)에 입력되고 제어부(300)는 이를 이용하여 본 발명의 전기 모터(200)를 구동시키며, 이는 디텐트 플레이트(230)와 디텐트 스프링(240)의 단부 간의 상대적인 위치를 변화시킬 수 있게 된다.
현재단과 목표단의 일치여부를 판단하여, 현재단과 목표단이 일치하면 운전자의 의도대로 변속 레버가 위치한 것으로 판단하고 모터 제어를 실시하지 않는다. 그러나 현재단과 목표단이 일치하지 않으면 목표단 방향으로 모터를 회전시키는 모터 ON 제어를 실시한다.
운전자의 레버 조작에 의한 목표 레버 위치가 계산되면, 제어부(300)는 모터 제어를 시작하는데, 이때 모터 제어는 디텐트 플레이트의 형상에 따라 구분되어 제어될 수 있다.
다양한 실시예에 따른 본 발명의 전기 모터를 제어하는 방법은 상기 모터와 하나의 회전축으로 연결된 디텐트 플레이트의 요철을 기준으로, 디텐트 스프링을 상기 디텐트 플레이트의 골에서 산으로 이동시키는 경우 가속 제어하고, 디텐트 스프링을 상기 디텐트 플레이트의 산에서 골에서 이동시키는 경우 감속 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.
구체적으로, 모터 목표 위치가 계산 되면, 모터 제어를 시작하고, 디텐트 플레이트(230)의 형상에 따라 가속 또는 감속 제어할 수 있다. 구체적으로 디텐트 스프링(240)의 단부(롤러, roller)가 디텐트 플레이트(230)의 골에서 산으로 이동할 경우에는 모터를 가속 제어할 수 있고, 산에서 골로 이동할 경우에는 모터를 감속할 수 있다. 여기서 가속 또는 감속 제어는 상기 보상부(320)에 의해 실시될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면 여기서 모터의 현재 위치와 목표 위치의 차이는 디텐트 스프링(240) 단부의 현재 위치와 목표 위치에 대응될 수 있다. 또한, 모터의 현재 위치와 목표 위치의 차이는 절대값으로 환산할 수도 있다. 절대값으로 환산된 경우 상기 차이값은 기 설정된 범위 내에 포함되는지 여부를 기준으로 판단한다.
상기 모터 ON 제어 과정에 의해 모터가 회전한 이후, 다시 현재단과 목표단이 일치하는 지 여부를 판단하는데, 현재단과 목표단이 일치하지 않으면 모터 ON 제어 단계를 지속하며, 현재단과 목표단이 일치하게 되면 모터 OFF 제어 단계를 실시할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따르면 모터 OFF 제어하는 과정에서 충격과 소음을 저감시키기 위해 역구동 듀티 제어를 실시할 수 있다.
역구동 듀티 제어란, OFF 제어 과정에서 모터의 회전 속도를 연속적(continuous)으로 줄이는 것이 아니라, 단속적(discrete)으로 줄이는 것을 의미할 수 있다.
역구동 듀티 제어는 모터의 현재 위치와 목표 위치의 차이가 제1 설정값 미만인 경우 실시한다. 여기서 제1 설정값은 요구되는 정밀성에 의해 실시예에 따라 달리 설정될 수 있음은 물론이다. 만약 모터의 현재 위치와 목표 위치가 제1 설정값 이상인 경우 역구동 듀티 제어를 너무 일찍 시작하면, 운전자의 변속 요청에 의한 전동식 변속 레버 시스템의 감응도가 좋지 않은 것으로 인식될 수 있다.
한편, 모터의 현재 위치와 목표 위치의 차이가 제2 설정값 미만이면, 역구동 듀티 제어를 중지하여 모터 제어를 종료할 수 있다.
도 5는 역구동 듀티의 일 예로서, 50%의 듀티를 가진 역구동 듀티 제어 방법을 모사한 것이다.
예를 들어, 2.5ms task를 사용하는 시스템에서 모터 속도의 크기가 -1000rpm로 측정되는 경우 50%의 듀티를 10ms간 지속적으로 출력하여 모터 OFF 제어를 실시한다. 참고로, 역구동 듀티를 결정하는 모터 속도는 절대값 단위를 기준으로 할 수 있다.
50%의 듀티를 가진 역구동 듀티 제어 방법에 따르면 1 주기 period를 10ms라 했을 때, 2회의 On듀티와 2회의 Off듀티가 출력될 수 있다.
이와 같은 듀티를 가진 모터 제어를 실시하면, 도 6에 도시된 것과 같은 모터 포지션 제어 결과가 나타날 수 있다.
결과적으로 역구동 듀티 제어를 실시함으로써, 도 9에서와 같은 일반적인 SR 모터의 OFF 제어시 충격과 소음 발생(또는 Overshoot발생)을 억제할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 모터 제어 방법에 의하면, 상기 모터 OFF 제어를, 전동식 변속 레버 시스템의 디텐트 플레이트의 형상에 따라 구분된 phase마다 실시할 수 있다.
디텐트 플레이트(230)의 골(Valley)과 산(Ridge)을 경계로 P, R, N, D 각 변속단을 포함한 영역이 복수 개의 phase로 구분될 수 있는데, 구분된 복수의 phase 마다 본 발명의 모터 제어 방법을 수행할 수 있다.
도 6에는 하나의 phase에서 본 발명의 모터 OFF 제어가 실시되는 것이 도시되는데, 이와 같은 그래프는 목표단과 현재단이 일치할 때까지 반복될 수 있다. 참고로 도 4에 도시된 'phase =1'의 기호는 모터의 위치(또는 디텐트 스프링의 롤러 위치)가 당해 phase의 경계, 즉 골(valley)이나 산(ridge)에 위치하는 것을 의미할 수 있다.
한편, 본 발명의 역구동 듀티 제어는 모터의 속도에 기초하여 듀티(duty)와 기간(period)가 결정될 수 있다. 역구동 듀티 제어의 시작과 종료는 모터의 현재 위치와 목표 위치간의 차이, 즉 모터의 시작과 종료 시점에 따른 상대적인 변위에 따라 결정된다면, 역구동 듀티 제어의 듀티 비(%)와 지속 시간은 모터의 속도에 기초할 수 있다.
예를 들어 역구동 듀티 제어의 진입시점에서 모터의 속도가 상대적으로 크지 않으면, 듀티 비 또한 상대적으로 낮은 듀티 비를 갖도록 설정될 수 있다.
한편, 도 7을 참조하면 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전기 모터의 제어 방법은 모터의 속도 변화에 따라 서로 다른 듀티를 갖는 역구동 듀티 제어 방법을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면 모터 속도의 크기가 제3 설정값 미만인 경우 제1 역구동 듀티 제어를 실시할 수 있고, 나아가 모터 속도의 크기가 제4 설정값 미만이면 제2 역구동 듀티 제어를 실시할 수 있다. 여기서 제3 설정값은 예를들어 -1000rpm, 제4 설정값은 -500rpm으로 설정될 수 있다. 모터 속도의 크기는 1phase
구체적으로 검출된 모터 속도가 -1000rpm으로 측정된 경우 50%의 듀티를 갖는 제1 역구동 듀티 제어를 실시하고, 제1 역구동 듀티 제어에 의해 모터 속도가 -500rpm으로 감소된 경우 25%의 듀티를 갖는 제2 역구동 듀티 제어를 실시할 수 있다.
일 실시예에 따른 모터 제어 방법에 의하면, 여기서 25%의 듀티를 갖는 제2 역구동 듀티 제어는 도 8에 도시된 바와 같이 1회의 On 듀티, 3회의 Off 듀티를 갖도록 출력되는 것을 의미할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 전기 모터의 제어 방법은 모터의 속도 변화에 따라 서로 다른 듀티를 갖는 역구동 듀티 제어 방법을 조합하여 수행할 수 있다. 여기서 역구동 듀티 제어 방법을 조합한다는 것은 서로 다른 둘 이상의 역구동 듀티 제어 방법을 시계열에 따라 단계적으로 수행하거나 또는 교번적으로 수행하는 것을 모두 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따르면, SR 모터(Switched Reluctance Motor)를 포함하는 전동식 변속 레버 시스템의 전기 모터 제어 방법으로서, 간단히 모터 ON 상태에서 모터 OFF 제어를 실시하는 단계;와 모터 OFF 제어 단계에서 모터의 현재 위치와 목표 위치 간의 차이 및 현재 모터 속도의 크기에 따라 역구동 듀티 제어를 실시하는 단계;를 포함할 수도 있다.
여기서 역구동 듀티 제어는, 모터의 현재 위치와 목표 위치 간의 차이 값을 비교하여 역구동 듀티 제어의 시작과 종료 여부를 결정하고, 모터 속도의 크기에 비례하여 역구동 듀티 제어의 듀티 비를 결정하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 다양한 실시예에 따른 모터 제어 방법을 이용하면, 전동식 변속 레버 시스템에서 충격/소음을 저감하여 운전자의 만족도를 높일 수 있고, 도 6과 도 9를 통해 확인할 수 있는 바와 같이 모터 OFF 제어에 따른 전환시간이 현저히 단축되는 장점도 가진다.
종래 전동식 변속 레버 시스템에서 충격/소음을 저감하고, overshoot 발생을 방지하기 위하여 모터의 Holding 제어를 실시하였다면, 본 발명의 다양한 실시예에서는 Holding 에 필요한 고전류 제어를 사용하지 않게 됨으로써 모터/제어기의 발열 현상을 줄이는 장점도 있다. 이로 인해 모터/제어기의 발열현상을 줄일 수 있다면, 레버 포지션 전환을 제한하지 않아도 되므로 운전자 편의를 극대화시킬 수 있는 이점도 가진다.
이상에서 설명한 본 발명의 다양한 실시예의 전동식 변속 레버 시스템의 전기 모터 제어방법은 전술한 실시예 및 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
100 : 변속 레버
110 : 변속 레버 센서
200 : 전기 모터
210 : 전기 모터 위치 센서
220 : 회전축
230 : 디텐트 플레이트
240 : 디텐트 스프링
250 : 고정부
300 : 제어부

Claims (9)

  1. 전동식 변속 레버 시스템의 전기 모터를 제어하는 방법으로서,
    현재단과 목표단의 일치여부를 판단하는 단계;
    현재단과 목표단이 일치하지 않는 경우 목표단 방향으로 모터를 회전시키는 단계;
    현재단과 목표단이 일치하는 경우 모터 OFF 제어를 실시하는 단계;
    모터의 현재 위치와 목표 위치의 차이가 제1설정값 미만인 경우 역구동 듀티(duty) 제어를 실시하는 단계; 및
    모터의 현재 위치와 목표 위치의 차이가 제2설정값 미만인 경우 모터를 정지시키는 단계;를 포함하는 전기 모터 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 모터는 SR 모터(Switched Reluctance Motor)인 것을 특징으로 하는 전기 모터 제어 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 모터 OFF 제어는 전동식 변속 레버 시스템의 디텐트 플레이트의 형상에 따른 모터의 구분된 phase마다 실시하는 것을 특징으로 하는 전기 모터 제어 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    역구동 듀티(duty)제어는 모터의 속도에 기초하여 듀티(duty)와 기간(period)이 결정되는 것을 특징으로 하는 전기 모터 제어 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    모터 속도의 크기가 제3 설정값 미만인 경우 제1 역구동 듀티 제어를 실시하는 것을 특징으로 하는 전기 모터 제어 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    모터 속도의 크기가 제4 설정값 미만이면, 제2 역구동 듀티 제어를 실시하는 것을 특징으로 하는 전기 모터 제어 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2 역구동 듀티 제어는 제1 역구동 듀티 제어와 조합되어 실시되는 것을 특징으로 하는 전기 모터 제어 방법.
  8. SR 모터(Switched Reluctance Motor)를 포함하는 전동식 변속 레버 시스템의 전기 모터 제어 방법에 있어서,
    모터 ON 상태에서 모터 OFF 제어를 실시하는 단계;
    모터 OFF 제어 단계에서 모터의 현재 위치와 목표 위치 간의 차이 및 현재 모터 속도의 크기에 따라 역구동 듀티 제어를 실시하는 단계;를 포함하는 전기 모터 제어 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    역구동 듀티 제어는, 모터의 현재 위치와 목표 위치 간의 차이 값을 비교하여 역구동 듀티 제어의 시작과 종료 여부를 결정하고, 모터 속도의 크기에 비례하여 역구동 듀티 제어의 듀티 비를 결정하는 것을 특징으로 하는 모터 제어 방법.
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