KR20200116579A

KR20200116579A - 모터 구동 차량의 모터 토크 제어 방법

Info

Publication number: KR20200116579A
Application number: KR1020190038010A
Authority: KR
Inventors: 이종호; 서정우; 홍의선
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아자동차주식회사
Priority date: 2019-04-01
Filing date: 2019-04-01
Publication date: 2020-10-13
Also published as: US11351976B2; US20200307544A1

Abstract

본 발명은 모터 구동 차량의 모터 토크 제어 방법에 관한 것으로서, 차량이 저속에서 감속 중이거나 정지 상태일 때 구동계의 기어 백래시와 비틀림 등을 최소화할 수 있고, 재출발 및 발진시 발생할 수 있는 구동계의 충격을 최소화할 수 있는 모터 구동 차량의 모터 토크 제어 방법을 제공하는데 주된 목적이 있는 것이다. 상기한 목적을 달성하기 위해, 제어기가 브레이크 페달 조작 상태에서 차속이 설정차속 미만인 차량 감속 상태이거나 차량 정지 상태인지를 판단하는 단계; 상기 제어기가 상기 차량 감속 상태이거나 차량 정지 상태인 것으로 판단한 경우 차량에서 수집되는 차량 운전 상태 정보에 기초하여 요구 토크 지령와 안티저크 토크, 그리고 차량의 구동계 백래시 제거를 위한 추가적인 구동계 정렬 토크를 결정하는 단계; 및 상기 제어기가 상기 결정된 요구 토크 지령과 안티저크 토크, 구동계 정렬 토크를 이용하여 모터 토크 지령을 결정하는 단계를 포함하는 모터 구동 차량의 모터 제어 방법이 개시된다.

Description

모터 구동 차량의 모터 토크 제어 방법{Motor toruqe control method for motor driven vehicle}

본 발명은 모터 구동 차량의 모터 토크 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 차량이 저속에서 감속 중이거나 정지 상태일 때 구동계의 기어 백래시와 비틀림 등을 최소화할 수 있고, 재출발 및 발진시 발생할 수 있는 구동계의 충격을 최소화할 수 있는 모터 구동 차량의 모터 토크 제어 방법에 관한 것이다.

오늘날 전세계적으로 환경규제로 인한 친환경자동차의 보급이 활발해지고 있다.

친환경자동차로는 하이브리드 자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV)와 순수 전기자동차(Electic Vehicle, EV), 연료전지 자동차(Fuel Cell Electric Vehicle, FCEV) 등이 있다.

이러한 친환경자동차는 모터로 주행하는 전기자동차, 즉 모두 모터 구동 차량으로서, 가속페달 조작 및 브레이크 페달 조작 등 운전자의 운전 조작에 따라 모터가 제어된다.

통상의 차량에서 운전자의 운전 조작상태는 센서에 의해 검출될 수 있는데, 가속페달 조작상태는 가속페달 센서(Accel Pedal Position Sensor, 이하 'APS'라 칭함)에 의해, 브레이크 페달 조작상태는 브레이크 페달 센서(Brake Pedal Sensor, 이하 'BPS'라 칭함)에 의해 검출된다.

APS에서 출력되는 신호 값(이하 'APS 값'이라 칭함)과 BPS로부터 출력되는 신호 값(이하 'BPS 값'이라 칭함)은 모두 운전자의 운전 조작상태를 나타내는 값이며, 모터를 제어하는데 있어 운전자 요구를 반영하고 있는 변수 값이라 할 수 있다.

그리고, 모터 구동 차량에서 모터 제어를 위한 모터 토크 지령은 하기 수학식 1과 같이 운전자 요구에 따른 요구 토크 지령과 진동 감쇄를 위한 안티저크(anti-jerk) 토크를 합산한 값으로 결정된다.

[수학식 1]

모터 토크 지령 = 요구 토크 지령 + 안티저크 토크

상기 안티저크 토크는 가감속시 발생할 수 있는 구동계의 진동(shock & jerk)을 방지하기 위한 토크이다.

수학식 1에서 요구 토크 지령은 운전자 요구를 반영하고 있는 APS 값과 BPS 값, 그리고 차속을 기반으로 결정되고, 안티저크 토크는 차속과 모터 속도를 기반으로 계산된다.

상기 안티저크 토크를 계산함에 있어서의 차속은 센서에 의해 검출되는 휠속을 의미하는 것일 수 있고, 보다 상세하게는 변속기의 현재 기어단에 해당하는 기어비(모터와 휠 간의 기어비)를 이용하여 모터에서의 속도로 변환한 등가 휠속, 즉 모델 속도를 의미하는 것일 수 있다.

이때, 안티저크 토크는 모터의 실제 속도와 모델 속도의 편차에 상응하는 값으로 결정될 수 있다.

한편, 모터 구동 차량은 정지 중이거나 초기 발진시 모터를 이용하여 구동하는데, 일부 차량의 경우 정지 후 출발 시점에 따라 발진 충격이 발생하는 문제가 있다.

이는 정지시 가해지는 모터 토크(예, 안티저크 토크)로 인해 구동계에서 기어 백래시(backlash), 비틀림 등이 발생하기 때문이다.

보통 정지시 가해지는 모터 토크는 수학식 1에서 요구 토크 지령 없이 안티저크 토크만으로 결정된다.

모터 구동 차량에서 차량 구동원(엔진과 모터, 또는 모터)과 변속기(또는 감속기), 구동축 및 구동휠까지의 구동계는 일체로 회전되는 강체라 할 수 있지만, 실제 구동시 차량 구동원과 구동휠 사이의 구동계에서 비틀림이 발생할 수 있다.

특히, 구동 토크가 순간적으로 급변하는 상황, 예를 들어 운전자가 가속페달을 순간적으로 급하게 많이 밟거나 가속페달로부터 갑자기 발을 급하게 떼는 상황에서 구동계의 비틀림이 발생할 수 있다.

따라서, 운전자의 급작스러운 차량 조작이나 운전 입력이 있게 되면(예를 들어 급작스러운 가속페달 조작이 있게 되면) 구동계의 기어 백래시와 비틀림으로 인해 진동과 소음이 발생할 수 있다.

외란으로 인한 것을 제외한 구동계에서의 소음 및 진동은 대부분 구동계의 기어 치합 간 공차에 의한 백래시와 구동축의 비틀림 현상으로 인해 나타나고, 구동계에서의 소음 및 진동 문제를 해결하기 위해 보통 모터 구동 차량에서는 안티저크 제어가 수행되고 있다.

만약, 안티저크 제어가 수행되지 않고 수학식 1에서 안티저크 토크 없이 요구 토크 지령만으로 모터 토크 지령을 결정하여 사용한다면 저속에서 감속 중이거나 정지 후 재출발시 불규칙한 발진 충격이 발생한다.

그러나, 저속에서는 센서에 의해 검출되는 휠속이 부정확하므로 휠속으로부터 계산되는 안티저크 토크 또한 부정확할 수밖에 없고, 결국 차량에서 안티저크 제어가 수행되더라도 저속에서 감속 중이거나 정지 후 재출발시 소음과 진동이 효과적으로 제거되지 못하는 문제가 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로서, 차량이 저속에서 감속 중이거나 정지 상태일 때 구동계의 기어 백래시와 비틀림 등을 최소화할 수 있고, 재출발 및 발진시 발생할 수 있는 구동계의 충격을 최소화할 수 있는 모터 구동 차량의 모터 토크 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따르면, 제어기가 브레이크 페달 조작 상태에서 차속이 설정차속 미만인 차량 감속 상태이거나 차량 정지 상태인지를 판단하는 단계; 상기 제어기가 상기 차량 감속 상태이거나 차량 정지 상태인 것으로 판단한 경우 차량에서 수집되는 차량 운전 상태 정보에 기초하여 요구 토크 지령와 안티저크 토크, 그리고 차량의 구동계 백래시 제거를 위한 추가적인 구동계 정렬 토크를 결정하는 단계; 및 상기 제어기가 상기 결정된 요구 토크 지령과 안티저크 토크, 구동계 정렬 토크를 이용하여 모터 토크 지령을 결정하는 단계를 포함하는 모터 구동 차량의 모터 제어 방법을 제공한다.

여기서, 상기 모터 토크 지령은 상기 결정된 요구 토크 지령과 안티저크 토크, 구동계 정렬 토크를 합산한 값으로 결정되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 구동계 정렬 토크를 결정하는 단계에서, 상기 제어기가 차량 운전 상태 정보로서 현재의 차속, 및 구동계 정렬 토크가 인가되는 최초 시점부터의 경과 시간인 정렬 토크 인가 시간에 기초하여 상기 구동계 정렬 토크를 결정하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제어기에서 상기 차량 감속 상태이거나 차량 정지 상태인 것으로 판단된 시점을 구동계 정렬 토크가 인가되는 최초 시점인 것으로 결정 및 기억하는 정렬 토크 인가 시간의 초기화가 수행되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제어기에서 변속기 기어단이 전진단 또는 후진단으로 변경됨을 판단한 경우 기어단이 변경된 시점을 구동계 정렬 토크가 인가되는 최초 시점인 것으로 결정 및 기억하는 정렬 토크 인가 시간의 초기화가 수행되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제어기는, 설정 정보를 이용하여 현재의 차속에 해당하는 기본 정렬 토크를 결정하고, 설정 정보를 이용하여 현재의 정렬 토크 인가 시간에 해당하는 토크비를 결정하며, 상기 기본 정렬 토크와 토크비를 곱한 값으로 구동계 정렬 토크를 결정하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 기본 정렬 토크를 결정하기 위한 설정 정보는 차속에 따른 값으로 기본 정렬 토크가 설정된 맵이고, 상기 맵은 차속이 클수록 기본 정렬 토크가 작은 값으로 설정된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 토크비를 결정하기 위한 설정 정보는 정렬 토크 인가 시간에 따른 값으로 토크비가 설정된 맵이고, 상기 맵은 정렬 토크 인가 시간이 길수록 토크비가 작은 값으로 설정된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 모터 구동 차량의 모터 구동 제어 방법은, 상기 제어기가 변속기의 전후진 기어단 상태를 판단하는 단계를 더 포함하고, 상기 모터 토크 지령을 결정하는 단계에서, 상기 제어기가 변속기의 전후진 기어단 상태 정보를 이용하여 하기 식에 의해 모터 토크 지령은 결정하는 것을 특징으로 한다.

식 : F_out = F_cmd + S×max(0,F_anti+F_align)

여기서, F_out는 모터 토크 지령, F_cmd는 요구 토크 지령, F_anti는 안티저크 토크, F_align는 구동계 정렬 토크, max(0,F_anti+F_align)는 0과 F_anti+F_align의 값 중 큰 값, S는 변속기의 전후진 기어단 상태에 따라 정해지는 값으로서 전진단인 경우 +1, 후진단인 경우 -1임.

이로써, 본 발명에 따른 모터 구동 차량의 모터 토크 제어 방법에 의하면, 안티저크 제어를 유지하면서 모터 토크에 구동계 정렬 토크를 추가로 인가함으로써, 구동계의 기어 백래시 및 비틀림 등을 최소화할 수 있고, 발진 충격을 최소화할 수 있는 이점이 있게 된다.

특히, 차량 정지시 구동계를 정렬하여 발진 시점에 상관 없이 충격을 최소화할 수 있게 된다.

도 1과 도 2는 종래기술의 도면으로서 차량 정차 후 재출발 시간에 따른 발진 충격을 비교하여 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 모터 토크 제어를 수행하는 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 4는 본 발명에 따른 모터 토크 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
도 5와 도 6은 본 발명에 따른 모터 토크 제어 방법에서 구동계 정렬 토크를 산출하기 위한 설정 정보를 나타내는 도면이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다.

명세서 전체에서, 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.

먼저, 본 발명의 이해를 돕기 위해 종래기술에 대해 좀더 설명하기로 한다.

알려진 안티저크 제어의 예로서, 센서에 의해 검출되는 휠속으로부터 모터 속도, 즉 모터의 모델 속도(ω_model)가 구해질 수 있고, 모터의 모델 속도(ω_model)와 실제 속도(ω_mot) 간 편차(Δω)에 기초하여 안티저크 토크가 계산될 수 있다.

즉, 모터의 모델 속도와 실제 속도의 편차(Δω = ω_model-ω_model)에서 모터 진동 성분이 구해질 수 있고, 이때 안티저크 토크는 모터 진동 성분에 상응하는 토크 값으로 결정된다.

수학식 1에 의해 모터 토크 지령(F_out)을 결정함에 있어서, 일정 속도 이하의 저속에서는 상기 요구 토크 지령(F_cmd)이 '0'으로 고정되고, 따라서 모터 진동 감쇄를 위한 안티저크 토크(F_anti) 값만으로 모터 토크 지령이 결정된다.

차량이 저속에서 감속 중이거나 정지하는 경우 안티저크 토크에 의해 모터 토크 방향이 변동하면서 구동계의 기어 백래시와 비틀림 등이 발생하고, 이는 정지 후 재출발시 발진 충격을 발생시킨다.

도 1은 차량 정차 후 재출발 시간에 따른 발진 충격을 비교하여 나타낸 도면으로, 재출발 시간이 달라짐에 따른 모터 속도 차이를 보여주고 있으며, 안티저크 토크 적용 유무에 따른 발진 충격(모터 속도 튐) 상태를 비교하여 보여주고 있다.

도 1에서 알 수 있듯이, 안티저크 제어가 수행되지 않는 차량, 즉 안티저크 토크를 적용하지 않고(안티저크 토크 = 0) 수학식 1에서 운전자 요구에 따른 요구 토크 지령만을 모터 토크 지령으로 하여 모터 토크 제어가 수행되는 차량에서는 정지 후 재출발시에도 불규칙적인 발진 충격이 발생한다.

도 1을 참조하면, 안티저크 토크가 수행되지 않는 경우 발진 충격을 나타내는 모터 속도 차이, 즉 재출발 시간에 따른 모터 속도 차이 값이 불규칙적으로 산재함을 볼 수 있다.

반면, 안티저크 제어가 수행되는 차량, 즉 안티저크 토크를 적용하여 수학식 1에서 요구 토크 지령과 안티저크 토크의 합을 모터 토크 지령으로 하는 차량에서는 정지 후 재출발시 규칙적인 발진 충격이 발생함을 알 수 있다.

즉, 도 1에서 재출발 시간에 따른 발진 충격(모터 속도 차이 값)가 선도 'A'를 추종하는 경향을 보이고 있는 것이다.

그리고, 도 2는 정차 후 재출발 시간에 따른 발진 충격(모터 속도 튐)을 비교하여 나타낸 것으로, 운전자가 브레이크 페달을 밟아 차량이 정지한 뒤 브레이크 페달에서 발을 떼어 차량이 재출발하는 여러 경우를 비교하고 있으며, 안티저크 토크를 적용하는 차량의 예를 나타낸 것이다.

차량 정지시 모든 경우에서 브레이크 페달을 동일한 양만큼 밟은 것으로 하였고(BPS 값 동일), 다만 모터 속도가 감소하여 차량이 정지한 후부터 운전자가 재출발을 위해 브레이크 페달로부터 발을 뗀 시간(재출발 시간)을 0.1초, 0.4초, 0.6초, 1.1초로 각기 달리하여 발진 충격을 비교하여 보았다.

도 2의 모터 속도 선도를 참조하면, 운전자가 브레이크 페달을 밟음에 따라 모터 속도가 점차 감소하여 차량이 정지하고 난 뒤, 0.1초 후 브레이크 페달에서 발을 떼었을 때, 모터 속도는 최저치에서 피크치까지 78rpm만큼 상승하였다(모터 속도 상승량 Δ78rpm임).

또한, 0.4초 후 브레이크 페달에서 발을 뗀 경우 모터 속도는 130rpm만큼 상승하였고(모터 속도 상승량 Δ130rpm임), 0.6초 후 브레이크 페달에서 발을 뗀 경우 모터 속도는 73rpm만큼 상승하였다(모터 속도 상승량 Δ73rpm임).

도 2에서 안티저크 토크가 적용된 경우에서 정지 후 브레이크 페달로부터 발을 떼었을 때 모터 속도가 선도와 같이 피크치로 튀는 것은 발진 충격을 나타내는 것이다.

도 1과 도 2의 결과를 종합해보면, 안티저크 토크를 적용한 차량에서 발진 충격 발생 상태(즉, 도 1의 모터 속도 차이 값, 도 2의 모터 속도 상승량)와 브레이크 페달에서 발을 뗀 시간(즉, 재출발 시간) 사이에 규칙성을 보이고 있음을 알 수 있다.

또한, 차속이 저속인 경우 안티저크 제어만으로는 효과적으로 발진 충격을 제거하지 못함을 알 수 있고, 재출발 시간이 일정 시간 이상인 조건에서는 발진 충격이 크게 나타나지 않음을 알 수 있으며, 제동시 모터 토크가 발진 충격을 줄이는데 중요한 역할을 한다.

본 발명에서는 상기한 점에 착안하여 모터 토크 지령을 결정할 때 기존의 안티저크 토크와 함께 구동계 정렬 토크를 추가로 이용하는 새로운 토크 보상 개념을 제시한다.

이하, 본 발명의 실시예에 대해 도면을 참조하여 설명하면, 도 3은 본 발명에 따른 모터 토크 제어를 수행하는 장치의 구성을 나타내는 블록도이고, 도 4는 본 발명에 따른 모터 토크 제어 방법을 나타내는 순서도이다.

또한, 도 5와 도 6은 본 발명에 따른 모터 토크 제어 방법에서 구동계 정렬 토크를 산출하기 위한 설정 정보를 나타내는 도면이다.

본 발명은 모터 구동 차량의 모터 제어 방법에 관한 것으로서, 차량에서 수집되는 차량 운전 상태 정보에 기초하여 모터 토크 제어를 위한 모터 토크 지령을 결정하고, 상기 결정된 모터 토크 지령에 따라 차량 구동용 모터를 제어하게 된다.

본 발명에 따른 모터 토크 제어를 수행하는 장치의 구성을 살펴보면, 도 3에 나타낸 바와 같이, 차량 운전 상태 정보를 검출하는 운전정보 검출부(10)를 포함하고, 제어기(20)가 운전정보 검출부(10)에 의해 검출되는 차량 운전 상태 정보에 기초하여 모터 토크 지령을 결정한다.

또한, 제어기(20)는 차량 운전 상태 정보에 기초하여 결정된 모터 토크 지령에 따라 모터(30)의 작동을 제어한다.

본 발명에서 차량 운전 상태 정보는 센서에 의해 검출되는 정보들을 포함할 수 있고, 보다 구체적으로는 가속페달 검출값과 브레이크 페달 검출값, 차속과 휠속, 모터 속도를 포함할 수 있다.

여기서, 가속페달 검출값과 브레이크 페달 검출값은 각각 APS(11)와 BPS(12)에 의해 검출될 수 있고, 이하의 설명에서는 가속페달 검출값과 브레이크 페달 검출값을 각각 'APS 값'과 'BPS 값'이라 칭하기로 한다.

본 발명에서 차속과 휠속을 검출하는 센서는 통상의 휠속 센서(13)가 될 수 있고, 휠속 센서(13)의 신호로부터 차속 정보와 휠속 정보가 취득되는 것은 공지되어 있다.

예를 들면, 휠속 센서(13)의 신호로부터 구동휠의 휠속 정보가 취득될 수 있고, 또한 각 차량 휠에 설치된 복수의 휠속 센서(13)의 신호로부터 차량 휠의 평균속도가 구해지면 차량 휠의 평균속도로부터 차속이 구해질 수 있다.

또한, 본 발명에서 모터 속도를 검출하는 센서(즉, 모터 속도 센서)(14)는 친환경자동차에서 모터에 설치되는 통상의 레졸버가 될 수 있으며, 레졸버의 신호로부터 현재의 모터 속도 정보가 취득될 수 있다.

도 3을 참조하면, 운전정보 검출부(10)는 상기한 차량 운전 상태 정보를 검출하기 위한 것으로서 APS(11), BPS(12), 휠속 센서(13), 모터 속도 센서(14)를 포함하고 있으며, 이에 더하여 후술하는 바와 같이 인히비터 스위치(15)를 더 포함할 수 있다.

한편, 제어기(20)에서는 모터 토크 지령을 산출함에 있어서 기본적으로 하기 수학식 2와 같이 요구 토크 지령과 안티저크 토크, 구동계 정렬 토크를 합산한 값으로 모터 토크 지령을 결정한다.

[수학식 2]

모터 토크 지령 = 요구 토크 지령 + 안티저크 토크 + 구동계 정렬 토크

상기한 차량 운전 상태 정보에 기초하여 요구 토크 지령(F_cmd)과 안티저크 토크(F_anti)가 결정되는 것에 있어서는 종래와 비교하여 차이가 없다.

즉, 본 발명에서 요구 토크 지령(F_cmd)은 운전정보 검출부(10)에 의해 검출되는 차량 운전 상태 정보 중 운전자 요구를 반영하고 있는 APS 값과 BPS 값, 차속에 기초하여 결정될 수 있고, 안티저크 토크(F_anti)는 구동휠의 휠속과 모터 속도에 기초하여 결정될 수 있다.

안티저크 토크(F_anti)를 결정함에 있어서 휠속 센서(13)에 의해 검출되는 휠속으로부터 모터 속도, 즉 모터의 모델 속도(ω_model)가 결정될 수 있고, 모터의 모델 속도(ω_model)와 실제 속도(ω_mot) 간 편차(Δω)에 기초하여 안티저크 토크가 계산될 수 있다.

즉, 모터의 모델 속도와 실제 속도의 편차(Δω = ω_model-ω_model)로부터 모터 진동 성분이 구해질 수 있고, 구해진 모터 진동 성분으로부터 안티저크 토크(F_anti)가 결정될 수 있다.

구동계 정렬 토크(F_align)는 차량 정지 후 출발시 기어 백래시를 제거하기 위한 토크이며, 운전자가 브레이크 페달을 밟아 현재 차속이 설정차속 미만인 저속 상태로 차량이 감속하고 있거나 차량이 정지한 경우(차속 < 설정차속 및 BPS 값 > 0인 조건), 현재 차속과 정렬 토크 인가 시간에 기초하여 결정될 수 있다.

상기 구동계 정렬 토크(F_align)은 하기 수학식 3에 의해 계산될 수 있다.

[수학식 3]

구동계 정렬 토크 = 기본 정렬 토크 × 토크비

여기서, 기본 정렬 토크는 현재 차속에 기초하여 결정되는 토크일 수 있고, 제어기(20)가 미리 저장된 설정 정보를 이용하여 현재 차속으로부터 기본 정렬 토크를 결정하도록 설정된다.

상기 설정 정보는 차속과 기본 정렬 토크의 상관 관계를 미리 정의한 데이터가 될 수 있고, 상기 데이터는 제어기(20)에 미리 입력 및 저장되어 기본 정렬 토크를 결정하는데 이용된다.

상기 설정 정보가 되는 데이터는 맵 또는 테이블, 수식 등이 될 수 있고, 도 5는 차속에 따른 값으로 기본 정렬 토크가 설정된 토크 맵을 예시하고 있다.

도 5를 참조하면 설정차속 이하의 차속에 따른 값으로 기본 정렬 토크가 설정됨을 볼 수 있다.

또한, 도 5는 차속이 클수록 기본 정렬 토크가 작은 값으로 설정될 수 있음을 나타내고 있으며, 도 5의 설정 정보에 따르면 차량이 저속 상태로 감속 중일 때 차속이 감소함에 따라 기본 정렬 토크 값은 점차 큰 값으로 구해진다.

상기 토크비는 정렬 토크 인가 시간에 기초하여 결정되는 일종의 팩터 값으로, 여기서 정렬 토크 인가 시간은 구동계 정렬 토크가 인가된 최초 시점부터의 경과된 시간을 나타낸다.

본 발명에서 상기 정렬 토크 인가 시간은 운전자에 의해 브레이크 페달이 조작되어 감속 중일 때 차속이 설정차속 미만이 된 시점에서 초기화될 수 있다.

또한, 후술하는 바와 같이 운전자가 변속 레버의 위치를 전진단(D단) 또는 후진단(R단)으로 변경한 시점에서 정렬 토크 인가 시간이 초기화될 수 있다.

물론, 정렬 토크 인가 시간이 초기화된다는 것은 그 시점을 구동계 정렬 토크가 인가된 최초 시점인 것으로 결정 및 기억하는 것을 의미한다.

그리고, 본 발명에서 제어기(20)는 미리 저장된 설정 정보를 이용하여 현재 정렬 토크 인가 시간으로부터 토크비를 결정하도록 구비될 수 있는데, 상기 설정 정보는 정렬 토크 인가 시간과 토크비의 상관 관계를 미리 정의한 데이터가 될 수 있고, 상기 데이터는 제어기(20)에 미리 입력 및 저장되어 토크비를 결정하는데 이용된다.

상기 토크비 결정을 위한 설정 정보가 되는 데이터는 맵 또는 테이블, 수식 등이 될 수 있고, 도 6은 정렬 토크 인가 시간에 따른 값으로 토크비가 설정된 맵을 예시하고 있다.

도 6을 참조하면 정렬 토크 인가 시간에 따른 값으로 토크비가 설정됨을 볼 수 있고, 정렬 토크 인가 시간이 설정시간 이내의 시간으로 정의됨을 볼 수 있다.

또한, 도 6에서 정렬 토크 인가 시간이 길수록 토크비가 작은 값으로 설정될 수 있음을 나타내고 있으며, 도 6의 설정 정보에 따르면 정렬 토크 인가 시간이 경과함에 따라 토크비가 점차 작은 값으로 구해진다.

이와 같이 동일 차속 조건이라 하더라도 정렬 토크 인가 시간이 경과함에 따라 구동계 정렬 토크를 점진적으로 감소시킨다.

결국, 제어기(20)에서 도 5 및 도 6과 같은 맵에 의해 기본 정렬 토크와 토크비가 구해지면, 수학식 3과 같이 기본 정렬 토크와 토크비를 곱하여 구동계 정렬 토크(F_align)를 산출하고, 이어 수학식 2와 같이 상기 산출된 구동계 정렬 토크를 요구 토크 지령 및 안티저크 토크와 합산하여 모터 토크 지령을 산출할 수 있다.

이와 같이 하여, 본 발명에서는 종래와 마찬가지로 안티저크 토크를 적용하면서 구동계 정렬 토크를 새로이 추가로 적용하고 역방향 토크 인가를 방지하여 발진시 충격을 저감한다.

한편, 구동계 정렬 토크(F_align)와 안티저크 토크(F_anti)가 음(-)의 값이 되는 경우 백래시가 발생할 수 있으므로 합산 토크를 양의 방향으로 고정하는 것이 필요하다.

또한, 백래시 발생을 방지하기 위해 구동계 정렬 토크 적용 조건에서 차량의 주행방향과 반대방향의 모터 토크는 제한해야 한다.

이에 본 발명의 바람직한 실시예에서 제어기(20)는 차량 운전 상태 정보로서 전후진 기어단 정보를 추가로 이용할 수 있고, 상기 전후진 기어단 상태에 따라 모터 토크 지령을 아래의 수학식 4와 같이 계산할 수 있다.

[수학식 4]

F_out = F_cmd + S×max(0,F_anti+F_align)

여기서, S는 안티저크 토크와 구동계 정렬 토크의 합산 토크 방향을 결정하는 값으로서, 전후진 기어단 상태에 따라 정해지는 값이며, 변속기의 기어단이 전진단(D단)인 경우 +1, 후진단(R단)인 경우 -1로 결정된다.

이와 같이 전후진 기어단 정보를 추가로 이용하는 경우, 운전정보 검출부(10)는 도 3에 나타낸 바와 같이 변속 검출부인 인히비터 스위치(15)를 더 포함할 수 있고, 제어기(20)는 인히비터 스위치(15)의 신호를 입력받아 변속 레버의 위치가 전진단(D단)인지, 아니면 후진단(R단)인지를 판단하여 S 값을 결정하게 된다.

수학식 4에서 'max(0,F_anti+F_align)'은 구동계 정렬 토크(F_align)와 안티저크 토크(F_anti)의 합산 토크를 양의 방향으로 고정하기 위한 것으로, 0과 합산 토크(F_anti+F_align) 중 큰 값을 정의하는 것이다.

이하에서는 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 모터 토크 제어 과정을 단계별로 설명하기로 한다.

먼저, 제어기(20)는 운전자가 브레이크 페달을 밟고 있는 상태, 즉 브레이크 온(brake on) 상태에서 정해진 차속 조건을 만족하는지를 판단한다.

즉, 차량 운전 상태 정보 중 BPS 값과 차속으로부터 브레이크 온 상태에서 차속이 설정차속 미만인 저속 상태로 감속 중이거나 차량이 정지한 상태인지를 판단한다(S11).

여기서, 차량이 저속 상태로 감속 중이거나 정지한 상태이면(차속 < 설정차속 및 BPS 값 > 0), 제어기(20)는 상태 진입 시점에서 정렬 토크 인가 시간을 초기화하고(S12), 이어 변속 레버의 위치가 변경되었는지를 판단한다(S13).

만약, 변속 레버의 위치가 D단 또는 R단으로 변경된 경우 제어기(20)는 정렬 토크 인가 시간을 다시 초기화하고(S14), 이어 안티저크 토크(F_anti)와 구동계 정렬 토크(F_align)의 합산 토크 방향을 나타내는 S 값을 결정한다(S15).

S13 단계에서 변속 레버의 위치가 변경되지 않은 경우 제어기(20)는 정렬 토크 인가 시간의 추가적인 초기화 없이 안티저크 토크(F_anti)와 구동계 정렬 토크(F_align)의 합산 토크 방향을 나타내는 S 값을 결정한다.

또한, 제어기(20)는 운전정보 검출부(10)에 의해 검출되는 차량 운전 상태 정보에 기초하여 요구 토크 지령(F_cmd)과 안티저크 토크(F_anti), 구동계 정렬 토크(F_align)를 결정한다(S16).

이때, 현재 차속에 따른 기본 정렬 토크와 정렬 토크 인가 시간에 따른 토크비를 결정한 뒤, 수학식 3에 따라 구동계 정렬 토크(F_align)를 결정한다.

이어 제어기(20)는 요구 토크 지령(F_cmd), 안티저크 토크(F_anti), 구동계 정렬 토크(F_align), 상기 합산 토크 방향을 나타내는 S 값을 이용하여 수학식 4와 같이 모터 토크 지령(F_out)을 결정하고(S18), 상기 결정된 모터 토크 지령에 따라 모터 토크를 제어한다(S19).

그리고, 상기 S11 단계에서 차량이 감속 중이거나 정지한 상태가 아닌 경우, 제어기(20)는 기존과 마찬가지로 요구 토크 지령(F_cmd)과 안티저크 토크(F_anti)를 결정한 후(S17), 이들을 합산한 값으로 모터 토크 지령(F_out)을 결정하고(S18), 상기 결정된 모터 토크 지령에 따라 모터 토크를 제어한다(S19).

이와 같이 하여, 본 발명에 따른 모터 토크 제어 방법에 의하면, 안티저크 제어를 유지하면서 모터 토크에 구동계 정렬 토크를 추가로 인가함으로써, 구동계의 기어 백래시 및 비틀림 등을 최소화할 수 있고, 발진 충격을 최소화할 수 있게 이점이 있게 된다.

이상으로 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당 업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.

10 : 운전정보 검출부
11 : APS
12 : BPS
13 : 휠속 센서
14 : 모터 속도 센서
15 : 인히비터 스위치
20 : 제어기
30 : 모터

Claims

제어기가 운전자에 의해 브레이크 페달이 조작된 상태에서 차속이 설정차속 미만인 감속 상태이거나 정지 상태인지를 판단하는 단계;
상기 제어기가 상기 감속 상태이거나 정지 상태인 것으로 판단한 경우 차량에서 수집되는 차량 운전 상태 정보에 기초하여 요구 토크 지령과 안티저크 토크, 그리고 구동계 백래시 제거를 위한 추가적인 구동계 정렬 토크를 결정하는 단계; 및
상기 제어기가 상기 결정된 요구 토크 지령과 안티저크 토크, 구동계 정렬 토크를 이용하여 모터 토크 지령을 결정하는 단계를 포함하는 모터 구동 차량의 모터 제어 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 모터 토크 지령은 상기 결정된 요구 토크 지령과 안티저크 토크, 구동계 정렬 토크를 합산한 값으로 결정되는 것을 특징으로 하는 모터 구동 차량의 모터 제어 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 제어기가 차량 운전 상태 정보로서 현재의 차속, 및 구동계 정렬 토크가 인가되는 최초 시점부터의 경과 시간인 정렬 토크 인가 시간에 기초하여 상기 구동계 정렬 토크를 결정하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 차량의 모터 제어 방법.
청구항 3에 있어서,
상기 제어기에서 상기 차량 감속 상태이거나 차량 정지 상태인 것으로 판단된 시점을 구동계 정렬 토크가 인가되는 최초 시점인 것으로 결정 및 기억하는 정렬 토크 인가 시간의 초기화가 수행되는 것을 특징으로 하는 모터 구동 차량의 모터 제어 방법.
청구항 3에 있어서,
상기 제어기에서 변속기 기어단이 전진단 또는 후진단으로 변경됨을 판단한 경우 기어단이 변경된 시점을 구동계 정렬 토크가 인가되는 최초 시점인 것으로 결정 및 기억하는 정렬 토크 인가 시간의 초기화가 수행되는 것을 특징으로 하는 모터 구동 차량의 모터 제어 방법.
청구항 3에 있어서
상기 제어기는, 설정 정보를 이용하여 현재의 차속에 해당하는 기본 정렬 토크를 결정하고, 설정 정보를 이용하여 현재의 정렬 토크 인가 시간에 해당하는 토크비를 결정하며, 상기 기본 정렬 토크와 토크비를 곱한 값으로 구동계 정렬 토크를 결정하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 차량의 모터 제어 방법.
청구항 6에 있어서
상기 기본 정렬 토크를 결정하기 위한 설정 정보는 차속에 따른 값으로 기본 정렬 토크가 설정된 맵이고, 상기 맵은 차속이 클수록 기본 정렬 토크가 작은 값으로 설정된 것을 특징으로 하는 모터 구동 차량의 모터 제어 방법.
청구항 6에 있어서
상기 토크비를 결정하기 위한 설정 정보는 정렬 토크 인가 시간에 따른 값으로 토크비가 설정된 맵이고, 상기 맵은 정렬 토크 인가 시간이 길수록 토크비가 작은 값으로 설정된 것을 특징으로 하는 모터 구동 차량의 모터 제어 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 제어기가 변속기의 전후진 기어단 상태를 판단하는 단계를 더 포함하고,
상기 모터 토크 지령을 결정하는 단계에서, 상기 제어기가 변속기의 전후진 기어단 상태 정보를 이용하여 하기 식에 의해 모터 토크 지령은 결정하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 차량의 모터 제어 방법.
식 : F_out = F_cmd + S×max(0,F_anti+F_align)
여기서, F_out는 모터 토크 지령, F_cmd는 요구 토크 지령, F_anti는 안티저크 토크, F_align는 구동계 정렬 토크, max(0,F_anti+F_align)는 0과 F_anti+F_align의 값 중 큰 값, S는 변속기의 전후진 기어단 상태에 따라 정해지는 값으로서 전진단인 경우 +1, 후진단인 경우 -1임.