KR20190129237A - 벨트 슬립 저감 장치 - Google Patents

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KR20190129237A
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안준모
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Abstract

진동원인 엔진과, 상기 엔진의 회전력이 전달되도록 벨트를 통해 상기 엔진과 연결된 전기모터를 포함하는 차량의 벨트 슬립 저감 장치가 개시된다. 상기 차량의 벨트 슬립 저감 장치는, 상기 벨트의 슬립을 발생시키는 상기 엔진의 진동에 대응되는 위상 및 주파수를 갖는 기준 신호를 생성하는 기준신호 생성부; 상기 엔진의 회전 속도와 상기 전기모터의 회전 속도의 오차값을 제거하기 위한 필터 계수를 연산하고 이를 상기 기준 신호에 적용하여 상기 전기모터를 구동하기 위한 기준 토크 신호를 생성하는 적응형 필터; 및 상기 엔진의 토크를 기반으로 상기 기준 토크 신호의 진폭을 변경하여 벨트 슬립 보상 토크 신호를 생성하고 상기 벨트 슬립 보상 토크 신호를 적용하여 상기 전기모터의 최종 토크지령을 결정하는 토크 보상부를 포함한다.

Description

벨트 슬립 저감 장치{APPARATUS OF REDUCING SLIP OF BELT}
본 발명은 벨트 슬립 저감 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 하이브리드 차량 등에서 엔진과 전기 모터인 하이브리드 스타터 제너레이터 사이에 회전력을 전달하기 위해 구비된 벨트에서 발생하는 엔진 진동에 의한 슬립 발생을 감소시킬 수 있는 벨트 슬립 저감 장치에 관한 것이다.
일반적으로 화석 연료를 연소시켜 구동하는 엔진과 전기 에너지로 동작하는 구동 모터로 구동 휠의 회전력을 발생시키는 하이브리드 차량은 여러 주행 조건 및 차량 상태를 고려하여 엔진의 구동 여부를 결정한다.
하이브리드 차량에서 엔진을 구동 시키기 위해서는 엔진을 시동하기 위한 별도의 스타트 모터가 필요하고, 엔진이 구동되는 중에는 엔진이 발생시키는 회전에너지를 전기에너지로 변환하기 위한 발전기가 필요하다. 하이브리드 차량에서는 스타트 모터와 발전기의 역할을 함께 담당하는 하이브리드 스타터 제너레이터(Hybrid Starter Generator: HSG)를 구비하고, 하이브리드 스타터 제너레이터의 회전축과 엔진의 회전축은 벨트를 통해 풀리 결합된다.
엔진의 구동을 개시하기 위해 하이브리드 스타터 제너레이터는 모터로 작동하여 엔진을 시동하게 되고, 엔진이 구동되는 동안에는 스타터 제너레이터는 엔진의 회전력을 벨트를 통해 전달받아 전기 에너지를 생성하는 발전기로 동작한다.
하이브리드 차량에 적용되는 이러한 벨트 연결 구조에서 엔진의 회전 진동에 의해 벨트에 부하가 가해져 벨트의 슬립이 발생하게 된다. 벨트에 발생하는 슬립은 회전력 전달의 손실을 가져올 뿐만 아니라 벨트의 내구성을 약화시키는 문제를 발생시킬 수 있다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 10-2012-0079904 A KR 10-2011-0045718 A
이에 본 발명은, 하이브리드 차량에서, 엔진과 하이브리드 스타터 제너레이터(HSG)를 서로 풀리 결합하는 벨트에서 발생하는 슬립을 물리적 장치의 추가없이 제어적 기법을 통해 감소 또는 제거 시킬 수 있는 벨트 슬립 저감 장치를 제공하는 것을 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서 본 발명은,
진동원인 엔진과, 상기 엔진의 회전력이 전달되도록 벨트를 통해 상기 엔진과 연결된 전기모터를 포함하는 차량의 벨트 슬립 저감 장치에 있어서,
상기 벨트의 슬립을 발생시키는 상기 엔진의 진동에 대응되는 위상 및 주파수를 갖는 기준 신호를 생성하는 기준신호 생성부;
상기 엔진의 회전 속도와 상기 전기모터의 회전 속도의 오차값을 제거하기 위한 필터 계수를 연산하고 이를 상기 기준 신호에 적용하여 상기 전기모터를 구동하기 위한 기준 토크 신호를 생성하는 적응형 필터; 및
상기 엔진의 토크를 기반으로 상기 기준 토크 신호의 진폭을 변경하여 벨트 슬립 보상 토크 신호를 생성하고 상기 벨트 슬립 보상 토크 신호를 적용하여 상기 전기모터의 최종 토크지령을 결정하는 토크 보상부;
를 포함하는 차량의 벨트 슬립 저감 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 기준신호 생성부는, 상기 엔진의 1 회전 주기 내 발생하는 폭발 행정의 회수 및 상기 벨트가 체결된 상기 엔진의 회전축에 결합된 풀리와 상기 전기모터의 회전축에 결합된 풀리 간의 풀리비를 고려하여 결정될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 기준신호 생성부는, 식 [
Figure pat00001
]과 같이 기준신호를 생성할 수 있다(θ1: 상기 엔진의 회전각, r1: 상기 엔진의 1 회전 주기당 폭발 행정의 회수, r2: 상기 풀리비).
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 적응형 필터는, 상기 엔진의 실측 속도와 상기 전기모터의 실측 속도 사이의 오차값을 최소가 되게 하는 필터 계수를 계산하는 필터계수 갱신부; 및 상기 필터계수 갱신부에서 계산된 필터 계수를 적용하여 상기 기준신호를 필터링함으로써 상기 엔진의 폭발 행정에 의한 진동 발생 주파수가 반영된 상기 전기모터의 기준 토크 신호를 생성하는 가변필터부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 필터계수 갱신부는, RLS(Recursive Least Square) 방식의 알고리즘을 이용하여 상기 오차값이 최소가 되게 하는 필터계수를 계산할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 가변필터부는 FIR(Finite Impulse Response) 형식 또는 IIR(Infinite Impulse Response) 형식을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 토크 보상부는, 크기가 1인 상기 기준 토크 신호에 상기 엔진의 출력 토크의 크기에 대응되는 토크값을 곱하여 상기 기준 토크 신호의 진폭을 변경하여 벨트 슬립 보상 토크 신호를 생성하는 진폭 보상부; 및 상기 벨트 슬립 보상 토크를 타제어기로부터 수신한 상기 전기모터의 토크지령에 더하여 상기 전기모터의 최종 토크지령을 생성하는 토크 결정부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 엔진의 출력 토크의 크기에 대응되는 토크값은, 상기 엔진의 실측된 출력토크 또는 상기 실측된 출력토크에 사전 설정된 비례계수를 곱한 값 또는 사전 설정된 고정 엔진 토크에 사전 설정된 비례계수를 곱한 값일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 엔진의 실측 속도와 상기 기준 신호 사이의 위상 차이를 보상하는 위상 보상부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 위상 보상부는, 상기 엔진의 회전각에, 상기 엔진의 1 회전 주기 내 발생하는 폭발 행정의 회수 및 상기 벨트가 체결된 상기 엔진의 회전축에 결합된 풀리와 상기 전기모터의 회전축에 결합된 풀리 간의 풀리비를 적용하여 결정된 상기 전기모터의 회전각을 미분하여 상기 전기모터의 속도를 계산하고, 상기 적응형 필터의 필터계수 및 상기 계산된 전기모터의 속도를 기반으로 위상차를 연산하여 상기 전기모터의 회전각에 위상차를 보상할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 전기모터의 회전각(θ2)는 식 [
Figure pat00002
]에 의해 계산되고(r1: 상기 엔진의 1 회전 주기당 폭발 행정의 회수, r2: 상기 풀리비), 상기 전기모터의 속도(ω2)는 상기 식 [
Figure pat00003
]의 양변을 미분하여 식 [
Figure pat00004
]와 같이 결정되며(ω1은 엔진의 속도), 위상차(α)는 식 [
Figure pat00005
]에 의해 결정될 수 있다(b0, b1: 상기 적응형 필터의 필터계수, Ts: 데이터 취득 시간 간격(sampling time)).
상기 벨트 슬립 저감 장치에 따르면, 엔진의 진동 성분에 대응되는 주파수 및 위상을 갖도록 기준 신호를 생성하고, 엔진의 회전 속도와 하이브리드 스타터 제너레이터의 회전 속도의 차이에 해당하는 오차값을 최소화 할 수 있는 필터 계수를 갖는 적응형 필터에 기준 신호를 적용하여 하이브리드 스타터 제너레이터의 토크 지령을 도출함으로써, 엔진과 하이브리드 스타터 제너레이터 각각의 회전축을 서로 연결하는 벨트에 엔진 진동으로 인해 발생하는 슬립 발생을 억제할 수 있다.
특히, 상기 벨트 슬립 저감 장치에 따르면, 벨트 슬립을 억제하기 위한 별도의 기구나 종래의 장치 구성을 변경할 필요 없이 모터의 회전을 제어함에 의해 벨트 슬립을 억제할 수 있으므로 추가 비용 등이 발생되지 않는다.
도 1은 본 발명의 여러 실시형태에 따른 벨트 슬립 저감 장치가 적용되는 하이브리드 차량의 부분 구성을 도시한 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 벨트 슬립 저감 장치를 도시한 블록 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 벨트 슬립 저감 장치에 적용된 토크 보상부의 일례를 더욱 상세하게 도시한 블록 구성도이다.
도 4은 본 발명의 일 실시형태에 따른 벨트 슬립 저감 장치에 적용된 토크 보상부의 다른 예를 더욱 상세하게 도시한 블록 구성도이다.
도 5는 본 발명의 다양한 실시형태에 따른 벨트 슬립 저감 장치의 신호 전달 구조를 도시한 블록 구성도이다.
이하, 첨부의 도면을 참조하여 다양한 실시 형태에 따른 벨트 슬립 저감 장치를 더욱 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 여러 실시형태에 따른 벨트 슬립 저감 장치가 적용되는 하이브리드 차량의 부분 구성을 도시한 블록 구성도이다.
도 1에 도시한 것과 같이, 본 발명의 여러 실시형태에 따른 벨트 슬립 저감 장치(10)가 적용되는 하이브리드 차량은, 연료를 연소시켜 동력을 생산하는 엔진(20)과 엔진(20)의 회전축(크랭크축)와 벨트(30)를 통해 연결되는 회전축을 갖는 전기모터 또는 발전기로 작동하는 하이브리드 스타터 제너레이터(40)를 포함하여 구성될 수 있다. 즉, 하이브리드 차량은 엔진(20)의 회전축에 결합된 풀리와 하이브리드 스타터 제너레이터(40)의 회전축에 결합된 풀리가 벨트(30)를 통해 서로 연결되어 동력을 상호 전달하는 구조를 포함한다. 이하에서, 진동원이라 함은 연료의 폭발을 통해 회전력을 생성함에 따라 진동을 유발시키는 엔진(20)을 의미하고, 전기모터라 함은 엔진(20)의 회전축과 벨트 연결된 회전축을 갖는 하이브리드 스타터 제너레이터(40)를 지칭하는 것으로 이해되어야 할 것이다.
이러한 구조에서, 엔진(20)은 연료의 연소-폭발 등으로 인한 진동을 발생시키는 진동원이 되므로, 벨트(30)를 통해 동력을 전달할 때 그 회전축에 의한 회전력 뿐만 아니라 진동 성분까지 전달하게 된다. 이러한 엔진(20)의 진동은 벨트(30)의 슬립을 발생시키는 원인이 되는 것이다.
본 발명의 여러 실시형태에서, 벨트 슬립 저감 장치(10)는 엔진(20) 회전축의 회전 속도에 포함된 진동 성분과 동일한 주파수 및 위상을 갖는 회전을 발생시키도록 하이브리드 스타터 제너레이터(40)를 제어함으로써 엔진(20)의 회전축과 하이브리드 스타터 제너레이터(40)의 회전축을 서로 연결하는 벨트의 슬립을 저감하고자 한다.
더욱 구체적으로, 본 발명의 일 실시형태는 진동원인 엔진(20), 전기모터인 하이브리드 스타터 제너레이터(40) 및 벨트(30)를 포함하는 시스템의 주파수 응답 특성을 이용하여 달성될 수 있다. 전기모터에서 만들어낸 속도 변동이 진동원에 의한 진동 성분과 주파수 및 위상이 일치하도록 전기모터의 토크제어를 수행함으로써 진동 성분에 의한 진동원과 전기모터 사이를 연결하는 벨트의 슬립을 저감 시킬 수 있다. 벨트슬립을 야기하는 진동원의 주파수와 그 형태(파형)는 미리 알 수 있기 때문에 전기모터 출력 토크의 기준이 될 기준 신호를 진동원의 주파수와 그 형태가 일치되도록 결정해 놓으면 그 두 속도는 위상과 크기의 차이를 갖는 동일 주파수의 동일 파형을 갖게 된다.
진동원의 속도를 목표 신호로 하고 전기모터의 기준 신호를 입력신호로 하고 진동원과 전기모터의 속도의 차이의 오차를 최소화 하는 적응형 필터를 구성하면 오차가 최소화되는 필터계수를 이용하여 주파수 영역에서 그 위상차이를 계산하여 전기모터의 출력 토크를 결정하거나, 오차가 최소화되는 필터 출력을 이용하여 전기모터의 출력 토크를 결정할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 벨트 슬립 저감 장치를 도시한 블록 구성도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 벨트 슬립 저감 장치는, 기준신호 생성부(11), 적응형 필터(12) 및 토크 보상부(15)를 포함하여 구성될 수 있다.
기준신호 생성부(11)는, 전기모터인 하이브리드 스타터 제너레이터(40)가 진동원인 엔진(20)의 회전속도에 포함된 진동과 동일 주파수의 신호를 생성할 수 있도록, 하이브리드 스타터 제너레이터(40)의 회전 위치에 엔진(20)의 진동 주기 비와 엔진(20)의 회전축에 결합된 풀리와 하이브리드 스타터 제너레이터(40)의 회전축에 결합된 풀리의 비를 반영하여 크기가 1인 단위 정현파 형태의 기준신호를 생성한다.
예를 들어, 진동원인 엔진(20)의 회전각을 θ1이라고 하고 할 때 엔진(20)의 회전속도에 포함된 진동 주기와 풀리비를 고려하여 하이브리드 스타터 제너레이터(40)의 회전각(θ2)은 다음의 식 1과 같다.
[식 1]
Figure pat00006
상기 식 1에서 r1은 엔진(20)의 1 회전 주기당 진동(폭발 행정) 회수이고 r2는 엔진(20)과 하이브리드 스타터 제너레이터(40) 각각의 회전축에 결합되어 상호 벨트로 연결된 풀리비를 나타낸다.
위 식 1을 이용하여 크기가 1인 단위 정현파 형태의 기준신호를 생성하면 다음의 식 2와 같다.
[식 2]
Figure pat00007
상기 식 1에서, r1은 엔진 회전축의 1회전 시 발생하는 엔진 내부의 연료 폭발 회수를 나타내는 것으로, 예를 들어 엔진(20)이 4기통 4행정 내연기관인 경우 기계적으로 1회전 할 때마다 2회의 폭발이 발생하므로 r1은 2가 된다.
기준신호 생성부(11)는, 전술한 것과 같은 하이브리드 스타터 제너레이터(40)의 회전 위치에 엔진(20)의 진동 주기 비와 엔진(20)의 회전축에 결합된 풀리와 하이브리드 스타터 제너레이터(40)의 회전축에 결합된 풀리의 비를 입력으로 하고 이 입력에 대응되는 출력(즉, 기준신호)을 사전에 저장해둔 맵의 형태로 구현될 수도 있다.
한편, 기준 신호를 계산하는 다른 방법으로는, 위에서 언급한 진동원의 기본 회전 주파수 대비 진동 주파수의 비와 함께 진동원과 전기모터의 풀리 비를 고려하여 전기모터의 위치신호의 전기각 변화를 분주하고 해당 위치각에 대해 사인(sin)을 적용하여 기준신호를 계산하는 것도 가능하다.
적응형 필터(13)는 엔진(20)의 속도(d(k))와 기준 신호(x(k))를 기반으로 제어된 하이브리드 스타터 제너레이터(40)의 속도(y(k)***)의 오차값이 최소(바람직하게는, 0)가 되는 필터계수를 설정하고, 설정된 필터계수를 이용하여 기준신호 생성부(11)에서 생성된 기준 신호를 필터링한다.
적응형 필터(13)는 필터계수 갱신부(131)와 가변필터부(133)를 포함할 수 있다.
필터계수 갱신부(131)는, 실측된 엔진 속도(d(k))와 실측된 하이브리드 스타터 제너레이터의 속도(y(k)***)의 차를 연산하는 감산기(17)에서 출력된 오차값을 입력 받고, RLS(Recursive Least Square) 방식의 알고리즘을 이용하여 입력 받은 오차값이 최소가 되게 하는 필터계수(w(k)=b0, b1 ?)를 계산할 수 있다.
가변필터부(133)는 필터계수 갱신부(131)에서 계산된 필터계수를 적용하여 기준 신호(x(k))를 필터링할 수 있다. 가변필터부(133)는 FIR(Finite Impulse Response) 형식 또는 IIR(Infinite Impulse Response) 형식으로 구현될 수 있다.
가변필터부(133)가 FIR 필터로 구현되는 경우 다음의 식 3과 같은 출력을 가질 수 있다.
[식 3]
Figure pat00008
상기 식 3에서 H(z)는 FIR 필터이고, b0, b1는 필터계수 갱신부(131)에서 결정된 필터계수이다. 또한, 상기 식 3에서는 가변필터부(133)가 1차 가변필터로 구현되는 예를 나타내고 있지만, 가변필터부(133)의 차수는 필요에 따라 2차 이상을 사용할 수도 있다.
가변필터부(133)에서 출력되는 신호(y(k))는 기준 신호(x(k))를 필터계수 갱신부(131)에서 계산된 필터계수를 적용하여 필터링함으로써 엔진 속도(d(k))와 하이브리드 스타터 제너레이터의 속도(y(k)***) 사이의 오차값이 최소가 되는 모터의 기준 토크 신호(크기가 1)가 될 수 있다. 이 기준 토크 신호는 엔진에 의한 진동 발생을 고려하여 하이브리드 스타터 제너레이터의 토크를 제어할 수 있는 일종의 토크 지령으로 진동 발생 주기(또는 진동 발생 주파수)가 반영된 것이며 그 크기가 단위 크기(1)이므로 기준 토크 신호라 명명한 것이다.
토크 보상부(15)는 엔진 토크(Te)를 기반으로 적응형 필터(13)에서 출력되는 기준 토크 신호(y(k))의 크기를 조정하고 별도로 타 제어기에서 연산된 하이브리드 스타터 제너레이터(40)의 토크 지령을 크기가 조정된 기준 토크 신호(y(k)*)에 합산하여 하이브리드 스타터 제너레이터(40) 최종 토크 지령(y(k)**)을 생성할 수 있다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 다양한 실시형태에 따른 벨트 슬립 저감 장치에 적용된 토크 보상부의 일례를 더욱 상세하게 도시한 블록 구성도이다.
먼저, 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 벨트 슬립 저감 장치의 토크 보상부(15)는 진폭 보상부(153)와 토크 결정부(155)를 더 포함할 수 있다.
진폭 보상부(153)는, 기준 토크 신호(y(k))에 엔진의 출력 토크의 크기에 대응되는 토크값(Te)를 곱하여 벨트 슬립 저감을 위한 벨트 슬립 보상을 위한 토크 신호(y(k)*)를 생성할 수 있다. 즉, 진폭 보상부(153)는 크기가 1인 기준 토크 신호(y(k))를 모터 토크에 대응되는 레벨로 진폭을 변환하여 벨트 슬립 보상을 위한 토크 신호(y(k)*)를 생성한다.
진폭 보상부(153)에서 기준 토크 신호(y(k))와 곱셈 연산 되는 엔진의 출력 토크의 크기에 대응되는 토크값(Te)는 실시간 측정된 엔진의 출력토크이거나, 실시간 엔진 출력토크에 사전 설정된 비례계수(β)를 곱한 값이거나 사전 설정된 고정 엔진 토크에 비례계수(β)를 곱한 값이 될 수 있다.
토크 결정부(155)는 진폭 보상부(153)에서 연산된 벨트 슬립 보상을 위한 토크 신호(y(k)*)에 타 제어기 등으로부터 입력되는 하이브리드 스타터 제너레이터(40)의 토크 지령을 합산하여 최종적으로 하이브리드 스타터 제너레이터(40)의 토크를 결정할 수 있다.
진폭 보상부(153)에서 출력되는 신호는 벨트 슬립 보상을 위한 토크 신호(y(k)*)이다. 즉, 진폭 보상부(153)에서 출력되는 벨트 슬립 보상을 위한 토크 신호(y(k)*)는 엔진의 폭발에 의해 발생하는 진동으로 인한 벨트 슬립을 보상하기 위해 요구되는 토크이다. 하이브리드 스타터 제너레이터(40)의 본연의 기능인 차량의 스타터 및 발전 기능을 위해 타 제어기(예를 들어, 하이브리드 컨트롤 유닛(HCU))에 의해 하이브리드 스타터 제너레이터(40)의 토크 지령이 하이브리드 스타터 제너레이터(40)로 제공될 수 있다.
따라서, 토크 결정부(155)는 하이브리드 스타터 제너레이터(40)가 본연의 기능을 수행하도록 제어하기 위해 타 제어기에서 결정된 토크 지령과 전술한 것과 같은 벨트 슬립 보상을 위한 토크 신호를 결합하여 하이브리드 스타터 제너레이터(40)를 제어하기 위한 최종 토크 지령(y(k)**)을 생성하여 하이브리드 스타터 제너레이터(40)로 전송한다.
하이브리드 스타터 제너레이터(40)는 최종 토크 지령(y(k)**)에 의해 회전이 제어되고, 이 때 하이브리드 스타터 제너레이터(40)에 마련된 회전각 검출기(미도시)에 의해 하이브리드 스타터 제너레이터(40)의 회전자 위치가 검출되고 이 검출된 회전자 위치를 미분함으로써 하이브리드 스타터 제너레이터(40)의 회전 속도(y(k)***)가 도출될 수 있다.
엔진의 회전 속도(d(k))와 하이브리드 스타터 제너레이터(40)의 회전 속도(y(k)***)의 차이에 해당하는 오차값이 감산기(17)에 의해 연산 되고, 오차값은 전술한 필터계수 갱신부(131)로 제공되어 오차값을 최소화할 수 있는(0에 수렴하게 할 수 있는) 필터계수가 연산 될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시형태는 적응형 필터의 필터계수를 엔진의 회전 속도(d(k))와 하이브리드 스타터 제너레이터(40)의 회전 속도(y(k)***)의 차이에 해당하는 오차값을 최소화 할 수 있는 토크 지령을 도출하여 하이브리드 스타터 제너레이터를 제어함으로써 엔진과 하이브리드 스타터 제너레이터 각각의 회전축을 서로 연결하는 벨트의 슬립 발생을 억제할 수 있다.
특히, 본 발명의 일 실시형태는 슬립을 억제하기 위한 별도의 기구나 종래의 장치 구성을 변경할 필요 없이 모터의 회전을 제어함에 의해 벨트 슬립을 억제할 수 있으므로 추가 비용 등이 발생되지 않는다.
한편, 도 4에 도시된 실시형태는 토크 보상부(15)가 위상 보상부(151)를 더 포함한다는 점에서 도 3의 실시형태와 차이점을 갖는다. 도 4에서 위상 보상부(151)는 토크 보상부(15) 내에 속하는 것으로 도시되고 있으나, 실제 구현 시에는 위상 보상부(151)가 토크 보상부(15)와 개별적인 구성으로 구현될 수 있으며 적응형 필터 내에서 구현될 수도 있다.
도 4에 도시된 실시형태는 위상 보상부(151)를 더 포함한다. 위상 보상부(151)는 엔진 속도(d(k))와 기준신호 생성부(11)에서 계산된 엔진 폭발에 의한 진동 성분과 동일 주파수를 갖는 기준 신호(x(k)) 사이의 위상 차이를 보상하기 위해 마련된다. 도 4의 실시형태는 엔진 속도(d(k))와 기준 신호(x(k)) 사이의 위상 차를 보상함으로써 벨트 슬립을 발생시키는 엔진 속도와 이를 보상하는 모터 속도가 더욱 정밀하게 동위상에서 발생하도록 제어가 가능하다.
위상 보상부(151)은 벨트 슬립을 보상하기 위해 기준신호 생성부(11)에서 생성한 기준 신호의 하이브리드 스타터 제너레이터(40)의 회전각(θ2)을 미분하여 속도 신호를 다음의 식 4와 같이 산출하고, 이 속도신호를 필터 계수 갱신부(131)에 의해 결정된 계수를 이용하여 기준신호 생성부(11)에 의해 생성된 기준신호와 엔진(20)의 속도 사이의 위상차를 다음의 식 5와 같이 산출할 수 있다.
[식 4]
Figure pat00009
[식 5]
Figure pat00010
상기 식 4 및 식 5에서 ω는 회전각을 미분한 회전속도(속도신호)를 의미하며, α는 위상차를 나타내며 Ts 위상 보상 연산을 위한 데이터 취득 시간 간격, 즉 샘플링 타임(sampling time)을 나타낸다.
위상 보상부(151)는 식 5에서 도시된 이 위상차를 반영하여 기준 토크 신호(y(k))를 생성한다. 즉, 도 3에 도시된 실시형태에서는 'x(k)=sinθ2'인 기준 신호를 이용하여 기준 토크 신호(y(k))가 연산 되었지만, 도 4의 실시형태는 위상 보상이 이루어진 'x(k)=sin(θ2+α)'인 기준 신호를 이용하여 기준 토크 신호(y(k))가 결정될 수 있다.
도 4에 도시된 진폭 보상부(153) 및 토크 결정부(155)는 도 3에서 설명된 것과 동일한 구성이며 그 동작 역시 동일하므로 중복된 설명은 생략하기로 한다.
도 5는 본 발명의 다양한 실시형태에 따른 벨트 슬립 저감 장치의 신호 전달 구조를 도시한 블록 구성도이다.
도 5에 도시된 요소들은 도 2에 도시된 신호의 전달 과정에서 더욱 정확한 신호 전달을 위해 다양하게 추가될 수 있는 것들이다.
예를 들어, 대역통과필터(BPF)(191, 195)는, 필터계수 갱신부(131)로 입력되는 오차값을 연산하기 위해 감산기(17)로 입력되는 엔진 속도 신호(d(k))와 하이브리드 스타터 제너레이터(40)의 속도 신호(y(k)***) 각각에서 슬립의 원인이 되는 엔진의 진동에 대응되는 대역의 주파수만 통과하게 할 수 있다. 이를 통해 감산기(17)에 의해 연산 되는 오차값은 벨트 슬립 발생하는 주파수 대역에서 더욱 정확하게 연산 될 수 있다.
또한, 대역통과필터(197)은 감산기(17)에서 연산된 오차값을 나타내는 신호에서 슬립의 원인이 되는 엔진의 진동에 대응되는 대역의 주파수만 통과시켜 필터계수 갱신부(131)로 제공되게 할 수 있다. 이 대역통과필터(197) 역시 벨트 슬립 발생하는 주파수 대역에 해당하는 오차값을 필터계수 갱신부(131)로 제공되게 함으로써 필터계수 갱신부(131)의 필터 계수 생성을 더욱 정확하게 할 수 있게 한다.
또한, 추가 위상 보상부(193)는 벨트 슬립의 계산을 위해 엔진 속도와 하이브리드 스타터 제너레이터의 속도 차이를 계산할 때, 벨트 시스템에 의한 전달함수를 고려해야할 경우 사전 설정된 추가 위상 보상식(C(k))을 적용하여 추가 위상 보상을 함으로써, 엔진 진동과 이를 억제하는 하이브리드 스타터 제너레이터의 구동 위상을 더욱 정확하게 일치시킬 수 있게 된다.
이상의 설명에서 엔진이나 하이브리드 스타터 제너레이터(전기모터)의 회전각을 검출하거나 검출된 회전각으로부터 회전 속도를 도출하는 구체적인 요소 또는 엔진의 토크를 검출하는 구체적인 요소에 대해서는 상세한 설명이 생략되었으나, 이는 당 기술 분야에서 공지된 다양한 검출수단과 연산기법에 의해 용이하게 실시될 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명의 특정한 실시형태에 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 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
10: 벨트 슬립 저감 장치 11: 기준신호 생성부
13: 적응형 필터 131: 필터계수 갱신부
133: 가변 필터부 15: 토크 보상부
151: 위상 보상부 153: 진폭 보상부
155: 토크 결정부 20: 엔진(진동원)
30: 벨트
40: 하이브리드 스타터 제너레이터(전기 모터)

Claims (11)

  1. 진동원인 엔진과, 상기 엔진의 회전력이 전달되도록 벨트를 통해 상기 엔진과 연결된 전기모터를 포함하는 차량의 벨트 슬립 저감 장치에 있어서,
    상기 벨트의 슬립을 발생시키는 상기 엔진의 진동에 대응되는 위상 및 주파수를 갖는 기준 신호를 생성하는 기준신호 생성부;
    상기 엔진의 회전 속도와 상기 전기모터의 회전 속도의 오차값을 제거하기 위한 필터 계수를 연산하고 이를 상기 기준 신호에 적용하여 상기 전기모터를 구동하기 위한 기준 토크 신호를 생성하는 적응형 필터; 및
    상기 엔진의 토크를 기반으로 상기 기준 토크 신호의 진폭을 변경하여 벨트 슬립 보상 토크 신호를 생성하고 상기 벨트 슬립 보상 토크 신호를 적용하여 상기 전기모터의 최종 토크지령을 결정하는 토크 보상부;
    를 포함하는 차량의 벨트 슬립 저감 장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 기준신호 생성부는,
    상기 엔진의 1 회전 주기 내 발생하는 폭발 행정의 회수 및 상기 벨트가 체결된 상기 엔진의 회전축에 결합된 풀리와 상기 전기모터의 회전축에 결합된 풀리 간의 풀리비를 고려하여 결정되는 것을 특징으로 하는 차량의 벨트 슬립 저감 장치.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 기준신호 생성부는,
    식 [
    Figure pat00011
    ]과 같이 기준신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 차량의 벨트 슬립 저감 장치(θ1: 상기 엔진의 회전각, r1: 상기 엔진의 1 회전 주기당 폭발 행정의 회수, r2: 상기 풀리비).
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 적응형 필터는,
    상기 엔진의 실측 속도와 상기 전기모터의 실측 속도 사이의 오차값을 최소가 되게 하는 필터 계수를 계산하는 필터계수 갱신부; 및
    상기 필터계수 갱신부에서 계산된 필터 계수를 적용하여 상기 기준신호를 필터링함으로써 상기 엔진의 폭발 행정에 의한 진동 발생 주파수가 반영된 상기 전기모터의 기준 토크 신호를 생성하는 가변필터부를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 벨트 슬립 저감 장치.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 필터계수 갱신부는,
    RLS(Recursive Least Square) 방식의 알고리즘을 이용하여 상기 오차값이 최소가 되게 하는 필터계수를 계산하는 것을 특징으로 하는 차량의 벨트 슬립 저감 장치.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 가변필터부는 FIR(Finite Impulse Response) 형식 또는 IIR(Infinite Impulse Response) 형식을 갖는 것을 특징으로 하는 차량의 벨트 슬립 저감 장치.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 토크 보상부는,
    크기가 1인 상기 기준 토크 신호에 상기 엔진의 출력 토크의 크기에 대응되는 토크값을 곱하여 상기 기준 토크 신호의 진폭을 변경하여 벨트 슬립 보상 토크 신호를 생성하는 진폭 보상부; 및
    상기 벨트 슬립 보상 토크를 타제어기로부터 수신한 상기 전기모터의 토크지령에 더하여 상기 전기모터의 최종 토크지령을 생성하는 토크 결정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 벨트 슬립 저감 장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 엔진의 출력 토크의 크기에 대응되는 토크값은, 상기 엔진의 실측된 출력토크 또는 상기 실측된 출력토크에 사전 설정된 비례계수를 곱한 값 또는 사전 설정된 고정 엔진 토크에 사전 설정된 비례계수를 곱한 값인 것을 특징으로 하는 차량의 벨트 슬립 저감 장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 엔진의 실측 속도와 상기 기준 신호 사이의 위상 차이를 보상하는 위상 보상부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 벨트 슬립 저감 장치.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 위상 보상부는,
    상기 엔진의 회전각에, 상기 엔진의 1 회전 주기 내 발생하는 폭발 행정의 회수 및 상기 벨트가 체결된 상기 엔진의 회전축에 결합된 풀리와 상기 전기모터의 회전축에 결합된 풀리 간의 풀리비를 적용하여 결정된 상기 전기모터의 회전각을 미분하여 상기 전기모터의 속도를 계산하고, 상기 적응형 필터의 필터계수 및 상기 계산된 전기모터의 속도를 기반으로 위상차를 연산하여 상기 전기모터의 회전각에 위상차를 보상하는 것을 특징으로 하는 차량의 벨트 슬립 저감 장치.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 전기모터의 회전각(θ2)는 식 [
    Figure pat00012
    ]에 의해 계산되고(r1: 상기 엔진의 1 회전 주기당 폭발 행정의 회수, r2: 상기 풀리비), 상기 전기모터의 속도(ω2)는 상기 식 [
    Figure pat00013
    ]의 양변을 미분하여 식 [
    Figure pat00014
    ]와 같이 결정되며(ω1은 엔진의 속도), 위상차(α)는 식 [
    Figure pat00015
    ]에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 차량의 벨트 슬립 저감 장치(b0, b1: 상기 적응형 필터의 필터계수, Ts: 데이터 취득 시간 간격).
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