KR20190123529A - 파워 시트 시스템의 모터 제어 방법 - Google Patents

파워 시트 시스템의 모터 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 파워 시트 시스템의 모터 제어 방법은, 모터에 흐르는 리플 전류를 감지하는 단계, 고주파 통과 필터링 알고리즘에 의거하여 상기 리플 전류에서 저주파 성분을 제거하는 단계, 상기 제거된 리플 전류의 변곡점을 카운팅하는 단계, 및 상기 카운팅 결과에 따라 상기 모터의 위치를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

파워 시트 시스템의 모터 제어 방법{METHOD FOR CONTROLLING MOTOR IN POWER SEAT SYSTEM}
본 발명은 파워 시트 시스템의 모터 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 차량에는 창문, 선루프나, 시트 등에 그 개폐를 위한 모터가 장착된다. 이러한 모터는 그 회전방향에 따라 창문 또는 선루프를 개방 또는 폐쇄하거나, 시트의 위치나 각도를 제1방향 또는 제2 방향으로 조절할 수 있다. 종래의 파워 시트(power seat)의 모터 위치(회전각도 or 트랙 위치)를 계산하기 위해 모터 내부에 홀 센서(hall sensor; 혹은 '위치 센서')가 적용되어 있다. 글로벌 원가경쟁으로 인해 파워 시트에도 홀 센서를 삭제함으로써 원가 절감을 검토하고 있다. 이러한 기술을 센서리스(sensorless) 모터 제어 기술이라고 한다. 센서리스 모터 제어의 핵심 기술은 모터 회전 시 발생되는 전류 리플(ripple)을 해석하는 것이다. 모터 전류에는 권선 저항과 역기전력의 성분으로 인한 저주파 성분과 정류자 회전에 따른 고주파 성분이 합성되어 있어 리플(ripple)의 변곡점을 분별하기가 쉽지 않다. 이러한 이유로 모터 전류의 저주파 성분을 제거하는 알고리즘이 필요하다.
등록특허: 10-1699182, 등록일: 2017년 01월 17일, 제목: 센서리스 모터 시분할 역기전력 검출 시스템 및 방법. 공개특허: 10-2016-0082888, 공개일: 2016년 07월 11일, 제목: 모터 회전방향 검출 장치. 등록특허: 10-1753999, 등록일: 2017년 06월 28일, 제목: 차량의 파워 시트 제어장치 및 그 방법. 등록특허: 10-1818358, 등록일: 2018년 01월 08일, 제목: 파워 시트 시스템 및 이의 모터 역회전 감지 방법.
본 발명의 목적은 모터의 보다 정밀한 위치를 검출하기 위한 파워 시트 시스템의 모터 제어 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 파워 시트 시스템의 모터 제어 방법은: 모터에 흐르는 리플 전류를 감지하는 단계; 고주파 통과 필터링 알고리즘에 의거하여 상기 리플 전류에서 저주파 성분을 제거하는 단계; 상기 제거된 리플 전류의 변곡점을 카운팅하는 단계; 및 상기 카운팅 결과에 따라 상기 모터의 위치를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 모터는 센서리스 DC 모터인 것을 특징으로 할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 고주파 통과 필터링 알고리즘은 일정 시간 간격으로 면적을 계산하는 면적 산출법을 이용하는 것을 특징으로 할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 면적 산출법은 아래의 수학식
Figure pat00001
을 이용하여 면적을 계산하고, 여기서 y는 x 시간의 전류 값이고, x1, x2는 면적을 계산하기 위한 정해진 시각들이고, y1 및 y2는 x1, x2의 각각의 모터 전류 값들인 것을 특징으로 할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 고주파 통과 필터링 알고리즘은 상기 리플 전류에서 DC 성분을 제거함으로써 상기 저주파 성분을 제거하는 것을 특징으로 할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 변곡점은 상기 리플 전류의 최대점인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 파워 시트 시스템의 모터 제어 방법은, 고주파 통과 필터링을 통하여 모터 전류의 저주파 성분을 제거함으로써, 모터 회전에 대응하는 리플 특성을 향상시키고, 그에 따라 모터의 위치를 보다 정밀하게 검출할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 파워 시트 시스템의 모터 제어 방법은, 전류의 면적을 계산함으로써, 저주파를 걸러내는 효과가 있을 뿐만 아니라, 잡음(Noise)이 존재하는 상황에서도 전류 리플 검출에 영향을 적게 미칠 수 있다.
이하에 첨부되는 도면들은 본 실시 예에 관한 이해를 돕기 위한 것으로, 상세한 설명과 함께 실시 예들을 제공한다. 다만, 본 실시예의 기술적 특징이 특정 도면에 한정되는 것은 아니며, 각 도면에서 개시하는 특징들은 서로 조합되어 새로운 실시 예로 구성될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 파워 시트 시스템을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 2은 도 1에 도시된 센서리스 모터(100)의 등가 회로를 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 모터 전류의 파형을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 4는 도 3의 모터 전류에서 고주파 통과 및 필터링 전류 파형을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 고주파 통과 필터링을 개념적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 필터링에 대한 상세 알고리즘을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 7은 발명의 실시 예에 따른 고주파 통과 필터링 적용 결과를 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 파워 시트 시스템(10)의 모터 제어 방법을 예시적으로 보여주는 흐름도이다.
아래에서는 도면들을 이용하여 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 내용을 명확하고 상세하게 기재할 것이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다.
상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 혹은 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 혹은 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 혹은 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 혹은 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 혹은 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 혹은 이들을 조합한 것들의 존재 혹은 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 발명의 실시 예에 따른 파워 시트 시스템의 모터 제어 방법은 하드웨어(hardware)가 아닌 소프트웨어(software)적인 필터링 기법을 적용함으로써, 모터 전류의 저주파 성분을 제거하도록 구현될 수 있다. 특히, 본 발명의 실시 예에 따른 파워 시트 시스템의 모터 제어 방법은, 저주파(DC) 성분을 제거한 뒤에 고주파의 최고점을 카운팅함으로써 센서리스 모터의 회전을 검출할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 파워 시트 시스템을 예시적으로 보여주는 도면이다. 도 1을 참조하면, 파워 시트 시스템(10)은, 센서리스 모터(100), 감지 회로(200), 및 제어 회로(300)를 포함할 수 있다.
센서리스 모터(100)는 사전에 결정된 위치로 시트를 구동시키도록 구현될 수 있다. 센서리스 모터(100)는 위치 센서(예를 들어, 홀 센서, 리졸버 센서 등)를 구비하지 않는다. 센서리스 모터(100)는 자석 또는 자성체를 이루는 물질(Magnet)로 이루어진 회전자(rotor)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 센서리스 모터(100)는 정류자(stator)가 회전하면서 자계를 발생하고, 이 결과 회전자가 회전하는 특성을 이용한 DC(직류) 모터일 수 있다.
감지 회로(200)는 전류 리플을 이용하여 센서리스 모터(100)의 위치를 검출하도록 구현될 수 있다. 감지 회로(200)에서 모터(100)에 흐르는 전류를 통해서 차량용 파워 시트(10)의 위치가 제어될 수 있다. 감지 회로(200)는 센서리스 모터(100)에 흐르는 평균 전류를 감지하는 전류 감지부(210)와 리플 전류(ripple current)를 감지하는 리플 감지부(220)을 포함할 수 있다. 여기서, 평균 전류는 센서리스 모터(100)가 구동하는데 필요한 전류, 즉 입력 전원의 종류를 의미한다.
제어 회로(300)는 감지 회로(200)의 감지 결과에 따라 센서리스 모터(100)의 동작을 제어하도록 구현될 수 있다. 특히, 제어 회로(300)는 센서리스 모터(100)의 전류의 저주파 성분을 하드웨어/소프트웨어/펌웨어적으로 제거하도록 구현될 수 있다. 실시 예에 있어서, 제어 회로(300)는 저주파 필터링 알고리즘에 의거하여 모터 전류의 저주파 성분을 제거할 수 있다.
일반적으로 센서리스 모터 전류는 권선 저항과 역기전력의 성분으로 인한 저주파 성분과 정류자 회전에 따른 고주파 성분으로 포함한다. 센서리스 위치 제어를 위해서 전류 리플의 변곡점을 카운팅 해야 하는데, 종래의 파워 시트 시스템은 합성된 전류에서 이러한 변곡점을 분별하는데 어려움을 갖는다.
반면에, 본 발명의 실시 예에 따른 파워 시트 시스템(10)은 센서리스 모터(100)의 모터 전류의 저주파 성분을 제거함으로써, 정류자 회전에 따른 고주파 성분만으로 구성된 모터 전류를 추출하고, 이에 따라, 리플의 변곡점(최대점)을 쉽게 검출할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 파워 시트 시스템(10)은, 전류의 면적을 계산함으로써, 저주파를 걸러내는 효과가 있을 뿐만 아니라, 잡음(Noise)이 존재하는 상황에서도 전류 리플 검출에 영향을 적게 미칠 수 있다.
도 2은 도 1에 도시된 센서리스 모터(100)의 등가 회로를 예시적으로 보여주는 도면이다. 도 2를 참조하면, 센서리스 모터(100)는 모터 전류(ia), 내부 저항(Ra), 인덕터(La), 역기전력 성분(ea)으로 등가 회로 될 수 있다.
도 3은 도 2에 도시된 모터 전류의 파형을 예시적으로 보여주는 도면이다. 도 3을 참조하면, 모터 전류(ia)는 고주파 성분과 저주파 성분을 포함할 수 있다. 여기서 고주파 성분은 센서리스 모터(100)의 정류자 회전에 따라 야기되는 전류이고, 저주파 성분은 내부 저항(Ra), 인덕터(La), 역기전력 성분(ea) 에 의해 야기되는 전류이다.
도 4는 도 3의 모터 전류에서 고주파 통과 및 필터링 전류 파형을 예시적으로 보여주는 도면이다. 도 4를 참조하면, 필터링 모터 전류(ia)는 저주파 성분을 필터링 함으로써 순수 고주파 성분만 남은 전류 파형을 갖는다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 고주파 통과 필터링을 개념적으로 설명하기 위한 도면이다. 도 5를 참조하면, 고주파 통과 필터링은 면적 산출법을 이용하여 수행될 수 있다.
고주파 통과 필터링을 하기 위해, 도 5에 도시된 바와 같이, 모터 전류에 일정 시간 간격으로 면적을 계산하면, 변곡점이 생기는 부분에서 면적 값이 증대되고, 그렇지 않은 곳은 감소되는 것을 알 수 있다
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 필터링에 대한 상세 알고리즘을 예시적으로 보여주는 도면이다. 도 6을 참조하면, 면적을 구하기 위한 수식은 다음과 같다.
Figure pat00002
여기서, y는 x 시간의 전류값이고, x1, x2는 면적을 계산하기 위한 정해진 시각들이다. y1 및 y2는 x1, x2의 각각의 모터 전류 값들이다. 면적 산출법에 따라 해당 면적은 붉은색 y에서 1차 수식 계산값을 차감하고 더하면 간단히 계산될 수 있다.
도 7은 발명의 실시 예에 따른 고주파 통과 필터링 적용 결과를 예시적으로 보여주는 도면이다. 도 7을 참조하면, 면적 산출법에 따른 필터링 알고리즘 적용 결과로써, 모터 전류의 고주파 성분이 제거되는 것을 확인할 수 있다.
고주파 통과 필터링 알고리즘을 적용한 결과는, 도 7에 도시된 바와 같이, 원형 모터 전류에서 DC 성분이 제거되고, 0 근처로 쉬프트(shift)되는 고주파 통과 필터링 효과를 볼 수 있다.
센서리스 모터 전류에는 권선 저항과 역기전력의 성분으로 인한 저주파 성분과 정류자 회전에 따른 고주파 성분이 합성되어 있다. 센서리스 위치제어를 위해서는 전류 리플의 변곡점을 카운팅 하는데, 합성된 전류는 변곡점을 분별하기가 쉽지 않다. 이러한 이유로 모터 전류의 저주파 성분을 제거하면, 이 고주파 성분으로만 구성된 전류 값이 추출 될 수 있다. 고주파 성분에서의 변곡점(최대점)은 검출이 쉬워 센서리스 알고리즘의 성능이 향상될 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 파워 시트 시스템(10)의 모터 제어 방법을 예시적으로 보여주는 흐름도이다. 도 1 내지 도 8를 참조하면, 모터 제어 방법은 아래와 같이 진행될 수 있다.
감지 회로(200)는 리플 전류를 감지할 수 있다(S110). 제어 회로(300)는 리플 전류로부터 저주파 성분을 제거할 수 있다(S120). 면적 산출법에 따른 고주파 통과 필터링 알고리즘에 의거하여 저주파 성분이 제거될 수 있다. 제어 회로(300)는 저주파 성분이 제거된 리플 전류의 변곡점의 개수를 카운팅 할 수 있다(S130). 제어 회로(300)는 카운트 값에 따라 센서리스 모터(100)의 위치(대응하는 시트 위치)를 결정할 수 있다(S140).
본 발명에 따른 단계들 및/또는 동작들은 기술분야의 통상의 기술자에 의해 이해될 수 있는 것과 같이, 다른 순서로, 또는 병렬적으로, 또는 다른 에포크(epoch) 등을 위해 다른 실시 예들에서 동시에 일어날 수 있다.
실시 예에 따라서는, 단계들 및/또는 동작들의 일부 또는 전부는 하나 이상의 비-일시적 컴퓨터-판독가능 매체에 저장된 명령, 프로그램, 상호작용 데이터 구조(interactive data structure), 클라이언트 및/또는 서버를 구동하는 하나 이상의 프로세서들을 사용하여 적어도 일부가 구현되거나 또는 수행될 수 있다. 하나 이상의 비-일시적 컴퓨터-판독가능 매체는 예시적으로 소프트웨어, 펌웨어, 하드웨어, 및/또는 그것들의 어떠한 조합일 수 있다. 또한, 본 명세서에서 논의된 "모듈"의 기능은 소프트웨어, 펌웨어, 하드웨어, 및/또는 그것들의 어떠한 조합으로 구현될 수 있다.
본 발명의 실시 예들의 하나 이상의 동작들/단계들/모듈들을 구현/수행하기 위한 하나 이상의 비-일시적 컴퓨터-판독가능 매체 및/또는 수단들은 ASICs(application-specific integrated circuits), 표준 집적 회로들, 마이크로 컨트롤러를 포함하는, 적절한 명령들을 수행하는 컨트롤러, 및/또는 임베디드 컨트롤러, FPGAs(field-programmable gate arrays), CPLDs(complex programmable logic devices), 및 그와 같은 것들을 포함할 수 있지만, 여기에 한정되지는 않는다.
한편, 상술 된 본 발명의 내용은 발명을 실시하기 위한 구체적인 실시 예들에 불과하다. 본 발명은 구체적이고 실제로 이용할 수 있는 수단 자체뿐 아니라, 장차 기술로 활용할 수 있는 추상적이고 개념적인 아이디어인 기술적 사상을 포함할 것이다.
10: 파워 시트 시스템
100: 센서리스 모터
200: 감지 회로
300: 제어 회로

Claims (6)

  1. 파워 시트 시스템의 모터 제어 방법에 있어서:
    모터에 흐르는 리플 전류를 감지하는 단계;
    고주파 통과 필터링 알고리즘에 의거하여 상기 리플 전류에서 저주파 성분을 제거하는 단계;
    상기 제거된 리플 전류의 변곡점을 카운팅하는 단계; 및
    상기 카운팅 결과에 따라 상기 모터의 위치를 결정하는 단계를 포함하는 모터 제어 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 모터는 센서리스 DC 모터인 것을 특징으로 하는 모터 제어 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 고주파 통과 필터링 알고리즘은 일정 시간 간격으로 면적을 계산하는 면적 산출법을 이용하는 것을 특징으로 하는 모터 제어 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 면적 산출법은 아래의 수학식
    Figure pat00003

    을 이용하여 면적을 계산하고,
    여기서, y는 x 시간의 전류 값이고, x1, x2는 면적을 계산하기 위한 정해진 시각들이고, y1 및 y2는 x1, x2의 각각의 모터 전류 값들인 것을 특징으로 하는 모터 제어 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 고주파 통과 필터링 알고리즘은 상기 리플 전류에서 DC 성분을 제거함으로써 상기 저주파 성분을 제거하는 것을 특징으로 하는 모터 제어 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 변곡점은 상기 리플 전류의 최대점인 것을 특징으로 하는 모터 제어 방법.
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