KR20190072913A - 차량용 모터 제어방법 및 시스템 - Google Patents

Abstract

주행 중 모터 회전자의 위치 센서의 고장시 센서리스 추정 알고리즘을 통해 도출된 회전자의 위치정보에 기반하여 모터를 제어함으로써, 차량을 지속 주행할 수 있는 차량용 모터 제어방법 및 시스템이 소개된다.

Description

차량용 모터 제어방법 및 시스템{CONTROLLING METHOD AND SYSTEM FOR MOTOR OF VEHICLE}

본 발명은 차량용 모터 제어방법 및 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 주행 중 모터 회전자의 위치 센서의 고장시 센서리스 추정 알고리즘을 통해 도출된 회전자의 위치정보에 기반하여 모터를 제어함으로써, 차량을 지속 주행할 수 있는 차량용 모터 제어방법 및 시스템에 관한 것이다.

전기차량(Electric Vehicle: EV), 플러그인하이브리드 차량(Plug-in Hybrid Electric Vehicle: PHEV) 등의 친환경 차량에서 차량의 구동력을 발생시키는 주요 구성품인 모터는 인버터에 연결되어 3상 전류를 입력받아 토크를 발생시킨다. 인버터는 모터 토크를 제어하기 위해 3상 전류를 제어하는데, 일반적으로 전류 제어를 위해서 3상 전류와 모터 회전자의 위치정보를 센서를 이용해 획득하게 된다.

모터 회전자 위치센서는 모터 내부에 부착되고 외부 신호 와이어링을 통해 인버터와 연결된다. 와이어링 커넥터가 제대로 체결되지 않거나 단선 또는 단락시 회전자 위치 정보가 왜곡되어 모터 전류가 비정상적으로 제어되어 원하지 않는 구동력이 발생될 수 있다. 그렇기 때문에 일반적으로 회전자 위치 센서에 대한 고장 로직을 사용하여 고장 발생시 인버터 전류제어를 중단할 수 있지만, 주행 중에 문제가 발생할 경우 운전자의 의지대로 차량을 제어할 수 없어서 운전자의 안전이 보장되지 않는 문제점이 있었다.

즉, 종래에는 모터 회전자 위치센서의 고장이 감지될 경우 인버터가 모터 전류 제어를 중단하게 되므로 별도의 동력원이 있는 HEV/PHEV의 경우 엔진을 동작시켜 엔진만을 이용한 림프홈모드로 주행할 수 있으나, 별도의 동력원이 없는 EV의 경우 동력이 차단되어 차량이 정지할 수 밖에 없었다. 이로인해, 차량이 주행 중인 상태에서 상기와 같은 문제가 발생할 경우 더 이상 운전자의 의지대로 차량을 제어할 수 없어서 운전자의 안전이 보장되지 않는 문제점이 있었다.

따라서, 차량이 주행 중인 상태에서 회전자 위치센서의 고장이 발생하더라도 운전자의 의지대로 차량을 제어할 수 있는 솔루션이 필요하였던 것이다.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

KR 10-2004-0066343 A

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 주행 중 모터 회전자의 위치 센서의 고장시 센서리스 추정 알고리즘을 통해 도출된 회전자의 위치정보에 기반하여 모터를 제어함으로써, 차량을 지속 주행할 수 있는 차량용 모터 제어방법 및 시스템을 제공하고자 함이다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량용 모터 제어방법은, 모터 회전자 위치센서로부터 출력된 모터 회전자의 제1위치정보를 입력받아 위치센서의 고장 발생 여부를 판단하는 단계; 위치센서의 고장이 발생한 것으로 판단된 경우, 미리 마련되어 저장된 센서리스 추정 알고리즘을 통해 제2위치정보를 도출하고, 제1위치정보를 제2위치정보로 절환하는 단계; 및 모터의 출력 토크를 제한하는 조건에서 인버터에 입력되는 직류 전류 값을 센싱하고, 센싱된 직류 전류 값에 기반하여 제2위치정보의 오차를 보상하는 단계;를 포함한다.

제2위치정보로 절환하는 단계에서는, 위치센서의 고장이 발생하기 전에 각각 출력된 모터 회전자의 제3위치정보와 모터 속도를 센서리스 추정 알고리즘에 적용하여 제2위치정보를 도출하는 것을 특징으로 한다.

센서리스 추정 알고리즘은 제3위치정보를 초기값으로 하고 모터 속도를 적분하여 제2위치정보를 도출하는 것을 특징으로 한다.

제2위치정보의 오차를 보상하는 단계에서는, 모터의 출력 토크를 0으로 제한하는 조건에서 인버터에 입력되는 직류 전류 값을 센싱하고, 센싱된 직류 전류 값에 기반하여 보상값을 도출하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 차량용 모터 제어방법은, 미리 마련되어 저장된 센서리스 추정 알고리즘을 통해 제2위치정보를 도출하고 저장하는 단계; 모터 회전자 위치센서로부터 출력된 모터 회전자의 제1위치정보를 입력받아 위치센서의 고장 발생 여부를 판단하는 단계; 위치센서의 고장이 발생한 것으로 판단된 경우, 제1위치정보를 저장된 제2위치정보로 절환하는 단계; 및 모터의 출력 토크를 제한하는 조건에서 인버터에 입력되는 직류 전류 값을 센싱하고, 센싱된 직류 전류 값에 기반하여 제2위치정보의 오차를 보상하는 단계;를 포함한다.

제2위치정보의 오차를 보상하는 단계에서는, 모터의 출력 토크를 0으로 제한하는 조건에서 인버터에 입력되는 직류 전류 값을 센싱하고, 센싱된 직류 전류 값에 기반하여 보상값을 도출하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 차량용 모터 제어시스템은, 차량의 구동력을 발생시키는 모터; 모터 회전자의 위치정보를 출력하는 모터 회전자 위치센서; 직류 전류를 교류 전류로 변환하여 모터에 출력하는 인버터; 및 모터 회전자 위치센서로부터 출력된 모터 회전자의 제1위치정보를 입력받아 위치센서의 고장 발생 여부를 판단하고, 위치센서의 고장이 발생한 것으로 판단된 경우, 미리 마련되어 저장된 센서리스 추정 알고리즘을 통해 제2위치정보를 도출하고, 제1위치정보를 제2위치정보로 절환하며, 모터의 출력 토크를 제한하는 조건에서 인버터에 입력되는 직류 전류 값을 센싱하고, 센싱된 직류 전류 값에 기반하여 제2위치정보의 오차를 보상하는 제어부;를 포함한다.

제어부는, 위치센서의 고장이 발생하기 전에 각각 출력된 모터 회전자의 제3위치정보와 모터 속도를 센서리스 추정 알고리즘에 적용하여 제2위치정보를 도출하는 것을 특징으로 한다.

센서리스 추정 알고리즘은 제3위치정보를 초기값으로 하고 모터 속도를 적분하여 제2위치정보를 도출하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 차량용 모터 제어방법 및 시스템에 따르면, 주행 중 모터 회전자의 위치 센서의 고장시 센서리스 추정 알고리즘을 통해 도출된 회전자의 위치정보에 기반하여 모터를 제어함으로써, 차량을 지속 주행할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 모터 제어시스템의 구성도.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 차량용 모터 제어방법의 순서도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 모터 제어방법을 설명하기 위한 제어 로직 구조.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 차량용 모터 제어방법의 절환 단계를 설명하기 위한 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 모터 제어방법의 오차 보상 단계를 설명하기 위한 도면.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 차량용 모터 제어방법의 순서도.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시형태에 따른 차량용 모터 제어방법 및 시스템에 대하여 살펴본다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 모터 제어시스템의 구성도이고, 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 차량용 모터 제어방법의 순서도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 모터 제어방법을 설명하기 위한 제어 로직 구조이다. 도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 차량용 모터 제어방법의 절환 단계를 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 모터 제어방법의 오차 보상 단계를 설명하기 위한 도면이며, 도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 차량용 모터 제어방법의 순서도이다.

먼저, 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 모터 제어시스템은, 차량의 구동력을 발생시키는 모터(10); 모터 회전자(30)의 위치정보를 출력하는 모터 회전자 위치센서(50); 직류 전류를 교류 전류로 변환하여 모터(10)에 출력하는 인버터(70); 및 모터 회전자 위치센서(50)로부터 출력된 모터 회전자(30)의 제1위치정보를 입력받아 위치센서(50)의 고장 발생 여부를 판단하고, 위치센서(50)의 고장이 발생한 것으로 판단된 경우, 미리 마련되어 저장된 센서리스 추정 알고리즘을 통해 제2위치정보를 도출하고, 제1위치정보를 제2위치정보로 절환하며, 모터(10)의 출력 토크를 제한하는 조건에서 인버터(70)에 입력되는 직류 전류 값을 센싱하고, 센싱된 직류 전류 값에 기반하여 제2위치정보의 오차를 보상하는 제어부(100);를 포함한다.

모터(10)는 차량의 구동력을 발생시키는 구성으로써, 고정자 및 회전자(30)로 구성된다.

위치센서(50)는 본 발명의 일 실시예로서 레졸버일 수 있으며, 회전자의 위치 정보를 출력한다. 레졸버는 총 6개의 신호선으로 구성되어 각각의 신호선이 단선되거나 각각 단락될 경우 위치정보를 입력받은 제어부(100)에서 비정상적인 값을 출력하게 된다.

인버터(70)는 고전압 직류 전류를 3상 교류 전류로 변환하여 모터에 인가하여 모터의 토크를 제어한다.

제어부(100)는 모터 회전자 위치센서(50)로부터 출력된 모터 회전자(30)의 제1위치정보를 입력받아 위치센서(50)의 고장 발생 여부를 판단하고, 위치센서(50)의 고장이 발생한 것으로 판단된 경우, 미리 마련되어 저장된 센서리스 추정 알고리즘을 통해 제2위치정보를 도출하고, 제1위치정보를 제2위치정보로 절환하며, 모터(10)의 출력 토크를 제한하는 조건에서 인버터(70)에 입력되는 직류 전류 값을 센싱하고, 센싱된 직류 전류 값에 기반하여 제2위치정보의 오차를 보상한다.

제어부(100)의 상세한 제어동작은 이하 차량용 모터 제어방법을 통해 설명하도록 한다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 차량용 모터 제어방법은, 모터 회전자 위치센서로부터 출력된 모터 회전자의 제1위치정보를 입력받아 위치센서의 고장 발생 여부를 판단하는 단계(S110); 위치센서의 고장이 발생한 것으로 판단된 경우, 미리 마련되어 저장된 센서리스 추정 알고리즘을 통해 제2위치정보를 도출하고, 제1위치정보를 제2위치정보로 절환하는 단계(S130); 및 모터의 출력 토크를 제한하는 조건에서 인버터에 입력되는 직류 전류 값을 센싱하고, 센싱된 직류 전류 값에 기반하여 제2위치정보의 오차를 보상하는 단계(S150);를 포함한다.

위치센서의 고장 발생 여부를 판단하는 단계(S110)에서는, 모터 회전자 위치센서로부터 출력된 모터 회전자의 제1위치정보를 입력받아 위치센서의 고장 발생 여부를 판단하게 된다.

여기서, 제1위치정보는 위치센서로부터 출력된 위치센서 신호를 입력받아 제어부에 미리 마련되어 저장된 회전자 위치 연산로직을 통해 도출된 위치정보이다. 위치센서의 고장 발생 여부는 제1위치정보를 미리 마련되어 저장된 위치센서 고장 진단 로직에 인가하여 비정상적인 값의 출력 유무를 통해 판단하게 된다.

제1위치정보를 제2위치정보로 절환하는 단계(S130)에서는, 위치센서의 고장이 발생한 것으로 판단된 경우, 미리 마련되어 저장된 센서리스 추정 알고리즘을 통해 제2위치정보를 도출하고, 제1위치정보를 제2위치정보로 절환하게 된다.

도 4를 참조하면, 센서리스 추정 알고리즘은 센서리스 추정 알고리즘은 위치센서의 고장이 발생하기 전에 각각 출력된 모터 회전자의 제3위치정보와 모터 속도를 입력받아 모터 회전자의 제3위치정보를 초기값으로 하고 모터 속도를 적분하여 제2위치정보를 도출하게 된다.

여기서, 위치센서의 고장이 발생하기 전에 출력된 제3위치정보와 모터 속도를 이용하여 제2위치정보를 도출함으로써, 실제 회전자 위치에서 크게 벗어나지 않는 회전자 위치정보를 얻을 수 있다(모터 속도는 모터 전류제어 주기(수 십~수 백us)에서 보았을 경우 큰 변화가 없기 때문에(매우 느리게 변하기 때문에) 위치센서 고장이 발생하기 직전의 값을 센서리스 추정 알고리즘에 사용할 수 있다).

제2위치정보가 도출되면, 제1위치정보를 제2위치정보로 절환하게 되는데, 이를 통해 주행 중 위치센서의 고장이 발생하더라도 운전자의 의지대로 차량을 제어할 수 있는 것이다.

제2위치정보의 오차를 보상하는 단계(S150)에서는, 센서리스 추정 알고리즘을 활용하여 전류제어를 수행하기 시작하면 알고리즘에 사용되는 파라미터가 실제 물리값과 오차가 존재하기 때문에 각 오차가 발생될 수 있기 때문에, 모터의 출력 토크를 제한하는 조건에서 인버터에 입력되는 직류 전류 값을 센싱하고, 센싱된 직류 전류 값에 기반하여 제2위치정보의 오차를 보상하게 된다.

여기서, 모터의 출력 토크를 제한하는 조건은 본 발명의 일 실시예로서 모터의 출력 토크를 0으로 제한하는 조건일 수 있다. 센서리스 추정 각이 실제 회전자 위치와 동일하다면 0 토크 제어를 수행하고 있을 때 인버터에 입력되는 직류 전류 값은 0이 되어야한다. 만일 0토크 제어시 인버터에 입력되는 직류 전류 값이 양의 방향으로 출력되고 있다면 센서리스 추정각이 실제각보다 앞서 있는 상태이고, 음의 방향으로 출력되고 있다면 센서리스 추적각이 실제각보다 지연되어 있는 상태인 것이다.

도 3 및 도 5를 참조하면, 모터의 출력 토크를 0으로 제한하는 조건에서 인버터에 입력되는 직류 전류 값을 센싱하고, 센싱된 직류 전류 값에 기반하여 보상값 도출 및 제2위치정보의 오차를 보상하여 최종 위치정보인 제4위치정보를 도출하게 된다. 도출된 제4위치정보를 모터 제어 알고리즘에 적용하여 모터를 제어하게 된다.

도 6를 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 차량용 모터 제어방법은, 미리 마련되어 저장된 센서리스 추정 알고리즘을 통해 제2위치정보를 도출하는 단계(S210); 모터 회전자 위치센서로부터 출력된 모터 회전자의 제1위치정보를 입력받아 위치센서의 고장 발생 여부를 판단하는 단계(S230); 위치센서의 고장이 발생한 것으로 판단된 경우, 제1위치정보를 제2위치정보로 절환하는 단계(S250); 및 모터의 출력 토크를 제한하는 조건에서 인버터에 입력되는 직류 전류 값을 센싱하고, 센싱된 직류 전류 값에 기반하여 제2위치정보의 오차를 보상하는 단계(S270);를 포함한다.

제2위치정보를 도출하는 단계(S210)는, 위치센서의 고장 발생시 제1위치정보를 절환할 제2위치정보를 도출하는 단계로써, 제1실시예와 달리 회전자 위치센서가 정상일 때 센서리스 추정 알고리즘을 동작시켜 모터 회전자의 위치정보를 미리 도출하여 저장시켜 놓는 것이다.

고장 발생 여부를 판단하는 단계(S230)는 제1실시예와 동일하게 모터 회전자 위치센서로부터 출력된 모터 회전자의 제1위치정보를 입력받아 위치센서의 고장 발생 여부를 판단하므로, 상세한 설명은 생략한다.

제2위치정보로 절환하는 단계(S250)는 제1실시예와 달리 적분 방식이 아닌 제1위치정보를 미리 도출하여 저장해둔 제2위치정보를 그대로 이용하여 절환하게 된다.

제2위치정보의 오차를 보상하는 단계(S270)는 제1실시예와 동일하게 모터의 출력 토크를 제한하는 조건에서 인버터에 입력되는 직류 전류 값을 센싱하고, 센싱된 직류 전류 값에 기반하여 제2위치정보의 오차를 보상하므로, 상세한 설명은 생략한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 여러 실시형태에 따른 차량용 모터 제어방법 및 시스템에 따르면, 주행 중 모터 회전자의 위치 센서의 고장시 센서리스 추정 알고리즘을 통해 도출된 회전자의 위치정보에 기반하여 모터를 제어함으로써, 차량을 지속 주행할 수 있다.

본 발명의 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

10: 모터 30: 회전자
50: 모터 회전자 위치센서 70: 인버터
100: 제어부

Claims (10)

1. 모터 회전자 위치센서로부터 출력된 모터 회전자의 제1위치정보를 입력받아 위치센서의 고장 발생 여부를 판단하는 단계;
   위치센서의 고장이 발생한 것으로 판단된 경우, 미리 마련되어 저장된 센서리스 추정 알고리즘을 통해 제2위치정보를 도출하고, 제1위치정보를 제2위치정보로 절환하는 단계; 및
   모터의 출력 토크를 제한하는 조건에서 인버터에 입력되는 직류 전류 값을 센싱하고, 센싱된 직류 전류 값에 기반하여 제2위치정보의 오차를 보상하는 단계;를 포함하는 차량용 모터 제어방법.
2. 청구항 1에 있어서,
   제2위치정보로 절환하는 단계에서는,
   위치센서의 고장이 발생하기 전에 각각 출력된 모터 회전자의 제3위치정보와 모터 속도를 센서리스 추정 알고리즘에 적용하여 제2위치정보를 도출하는 것을 특징으로 하는 차량용 모터 제어방법.
3. 청구항 2에 있어서,
   센서리스 추정 알고리즘은 제3위치정보를 초기값으로 하고 모터 속도를 적분하여 제2위치정보를 도출하는 것을 특징으로 하는 차량용 모터 제어방법.
4. 청구항 1에 있어서,
   제2위치정보의 오차를 보상하는 단계에서는,
   모터의 출력 토크를 0으로 제한하는 조건에서 인버터에 입력되는 직류 전류 값을 센싱하고, 센싱된 직류 전류 값에 기반하여 보상값을 도출하는 것을 특징으로 하는 차량용 모터 제어방법.
5. 미리 마련되어 저장된 센서리스 추정 알고리즘을 통해 제2위치정보를 도출하고 제2위치정보를 저장하는 단계;
   모터 회전자 위치센서로부터 출력된 모터 회전자의 제1위치정보를 입력받아 위치센서의 고장 발생 여부를 판단하는 단계;
   위치센서의 고장이 발생한 것으로 판단된 경우, 제1위치정보를 저장된 제2위치정보로 절환하는 단계; 및
   모터의 출력 토크를 제한하는 조건에서 인버터에 입력되는 직류 전류 값을 센싱하고, 센싱된 직류 전류 값에 기반하여 제2위치정보의 오차를 보상하는 단계;를 포함하는 차량용 모터 제어방법.
6. 청구항 5에 있어서,
   제2위치정보의 오차를 보상하는 단계에서는,
   모터의 출력 토크를 0으로 제한하는 조건에서 인버터에 입력되는 직류 전류 값을 센싱하고, 센싱된 직류 전류 값에 기반하여 보상값을 도출하는 것을 특징으로 하는 차량용 모터 제어방법.
7. 차량의 구동력을 발생시키는 모터;
   모터 회전자의 위치정보를 출력하는 모터 회전자 위치센서;
   직류 전류를 교류 전류로 변환하여 모터에 출력하는 인버터; 및
   모터 회전자 위치센서로부터 출력된 모터 회전자의 제1위치정보를 입력받아 위치센서의 고장 발생 여부를 판단하고, 위치센서의 고장이 발생한 것으로 판단된 경우, 미리 마련되어 저장된 센서리스 추정 알고리즘을 통해 제2위치정보를 도출하고, 제1위치정보를 제2위치정보로 절환하며, 모터의 출력 토크를 제한하는 조건에서 인버터에 입력되는 직류 전류 값을 센싱하고, 센싱된 직류 전류 값에 기반하여 제2위치정보의 오차를 보상하는 제어부;를 포함하는 차량용 모터 제어시스템.
8. 청구항 7에 있어서,
   제어부는,
   위치센서의 고장이 발생하기 전에 각각 출력된 모터 회전자의 제3위치정보와 모터 속도를 센서리스 추정 알고리즘에 적용하여 제2위치정보를 도출하는 것을 특징으로 하는 차량용 모터 제어시스템.
9. 청구항 8에 있어서,
   센서리스 추정 알고리즘은 제3위치정보를 초기값으로 하고 모터 속도를 적분하여 제2위치정보를 도출하는 것을 특징으로 하는 차량용 모터 제어시스템.
10. 청구항 7에 있어서,
    제어부는,
    모터의 출력 토크를 0으로 제한하는 조건에서 인버터에 입력되는 직류 전류 값을 센싱하고, 센싱된 직류 전류 값에 기반하여 제2위치정보의 오차를 보상하는 것을 특징으로 하는 차량용 모터 제어시스템.

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