KR20210126178A - 모터 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 특정 제어계 내에 구비된 ECU의 부분적인 결함 발생시, 결함이 발생한 ECU를 복구시켜 모터의 제어시스템을 전체적으로 운용할 수 있도록 한 기술에 관한 것으로, 동일한 기능을 수행하는 복수의 제어계 별로 ECU에 구비된 코어들의 연산값을 비교하여 제어계의 페일 발생 여부를 검출하고; 페일이 발생한 페일제어계의 검출시, 페일제어계에 구비된 코어의 연산값과 정상제어계에 구비된 코어의 연산값을 비교하여 페일제어계 내에 페일코어와 함께 정상코어가 있는지 판단하며; 페일제어계 내에 정상코어 검출시, 페일제어계의 정상코어를 구동하여 페일제어계를 작동시키는 것을 특징으로 하는 모터 제어방법이 소개된다.

Description

모터 제어방법{Method for controlled the motor}

본 발명은 특정 제어계 내에 구비된 ECU의 부분적인 결함 발생시, 결함이 발생한 ECU를 복구시켜 모터의 제어시스템을 전체적으로 운용할 수 있도록 한 모터 제어방법에 관한 것이다.

2oo2 듀얼 페일 세이프 시스템(2 out of 2 Dual fail safe architecture : 2oo2 DFS)은 제어시스템의 제어계를 2중화함으로써, 하나의 계통에 결함(fail)이 발생하는 경우에도 제어시스템의 운행을 지속할 수 있는 페일 오퍼레이션 시스템 방식 중 하나이다.

페일 세이프(fail safe)는 제어계의 결함 발생시, 제어시스템을 오프시켜 고장을 고립시키는 방법(시스템 오프 후 세이프 스테이트(safe state)로 천이 될 경우)이며, 페일 오퍼레이션(fail operation)은 제어계의 결함 발생시, 결함이 발생한 제어계는 고립시키고 여분(redundant)의 제어계를 통하여 시스템의 운용을 이어나가는 방법이다.

도 1은 2oo2 DFS를 활용한 EPS(Electric power steering)의 페일 오퍼레이션 시스템을 개략적으로 도시한 도면으로, 조향센서 - ECU - 모터구동회로(Power stage) - 모터로 이루어지는 제어계가 2개로 이루어져 있다.

이에, 2개의 제어계 중 하나의 제어계에서 결함이 발생하면 결함이 발생한 제어계를 정지시킴으로서 고장된 부분을 고립시키고, 나머지 제어계를 통해 시스템을 운용하게 되는바, 페일 오퍼레이션을 구현하게 된다.

그러나, 이 같은 페일 오퍼레이션 기술은 예컨대, 제1제어계(1)의 센서나 ECU에 결함이 발생하는 경우, 뒷단의 모터가 정상인 경우라 하더라도 제1제어계(1) 전체의 작동을 중지시키게 됨으로써, 정상적으로 작동이 가능한 제1제어계(1)의 모터를 사용할 수 없고, 이에 나머지 제2제어계(2)만으로 시스템을 운용하게 되는바 모터의 제어력이 절반으로 감소하는 문제가 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 10-1596025 B

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 특정 제어계 내에 구비된 ECU의 부분적인 결함 발생시, 결함이 발생한 ECU를 복구시켜 모터의 제어시스템을 전체적으로 구동할 수 있도록 한 모터 제어방법을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 동일한 기능을 수행하는 복수의 제어계 별로 ECU에 구비된 코어들의 연산값을 비교하여 제어계의 페일 발생 여부를 검출하는 페일제어계 검출단계; 페일이 발생한 페일제어계의 검출시, 페일제어계에 구비된 코어의 연산값과 정상제어계에 구비된 코어의 연산값을 비교하여 페일제어계 내에 페일코어와 함께 정상코어가 있는지 판단하는 코어 검출단계; 및 페일제어계 내에 정상코어 검출시, 페일제어계의 정상코어를 구동하여 페일제어계를 작동시키는 제어계 작동단계;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 페일제어계 검출단계는, ECU에 구비된 각 코어가 동일한 신호를 실행하여 연산값을 산출하고; 각 코어에서 산출된 연산값이 상이한 경우 해당 제어계에 페일이 발생한 것으로 진단할 수 있다.

상기 제어계 작동단계는, 페일이 발생한 페일제어계의 작동을 중지시킨 상태에서, 페일제어계에 구비된 정상코어의 연산값과 정상제어계에 구비된 2개 이상의 코어의 연산값을 서로 비교하고; 이들 연산값 중 2개 이상 동일하게 출력되는 신호로 페일제어계의 정상코어를 재구동하여 페일제어계를 작동시킬 수 있다.

상기 제어계 작동단계에서, 페일제어계 내에 페일코어만 검출시, 정상제어계만 단독 작동시킬 수 있다.

상기 제어계 작동단계에서, 페일코어가 정상으로 복귀되도록 페일코어를 리셋을 시도하고; 페일코어의 리셋 가능시, 정상제어계과 함께 페일제어계를 작동시킬 수 있다.

상기한 과제 해결수단을 통해 본 발명은, 두 개의 제어계 중 하나의 제어계에 구비된 ECU에서 소프트웨어적 결함이 발생시, 결함이 발생한 제어계의 정상코어를 활용하여 해당 제어계를 재구동함으로써, 제어시스템을 100% 활용하게 되고, 이에 모터의 제어력을 정상적으로 운용할 수 있는 효과가 있고, 이에 시스템 고장으로 인해 최소로 구비되어야 하는 모터 용량을 줄여 제어시스템의 원가 및 중량을 저감하는 효과도 있다.

도 1은 2oo2 DFS를 활용한 EPS(Electric power steering)의 페일 오퍼레이션 시스템을 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 모터 제어시스템이 정상적으로 구동되는 상태를 도시한 도면.
도 3 내지 도 6은 본 발명에 따른 모터 제어시스템에서 하나의 제어계에 페일이 발생하는 경우, 페일상태에서 정상상태로 복구 운용하는 작동상태를 도시한 도면.
도 7은 본 발명에 따른 모터 제어시스템의 제어 과정을 예시한 플로우차트.

본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 적용 가능한 전체적인 모터 제어시스템의 구성을 살펴보면, 상기 제어시스템은 동일 기능을 수행하는 제어계를 2중화하여 구성한 DFS(Dual fail safe)시스템일 수 있는 것으로, 각 제어계에 중복된 센서(조향신호가 입력되는 센서)가 구비되고, 복수의 코어를 갖는 ECU가 구비된다.

이때에, 각 ECU(Electronic control unit)는 isolated 통신을 통해 상호 데이터를 주고 받을 수 있도록 구성이 된 것으로, 이는 모터(30)의 작동을 제어하는 MCU(Motor control unit)일 수 있다.

그리고, 상기 ECU는 각 코어를 개별적으로 제어할 수 있는 스플릿 락(split lock)모드가 지원됨으로써, 멀티 코어 ECU의 경우 일부 코어는 분할연산을, 일부 코어는 락스텝(lock step)을 위한 중복연산을 수행할 수 있다

참고로, 상기 락스텝 코어(lockstep core)는 폴트 톨러런트 시스템(fault-tolerant computer systems)으로서 두 개의 코어가 병렬 구조로 연결되어 동시에 동일한 코드를 실행(다수의 코어가 사용되고 있지만, 연산 능력을 증가시키기 위한 멀티코어 아키텍처는 아님)함으로써, 독립적인 비교기(comparator)가 실행 결과를 비교하고, 이에 불일치가 발생하는 경우에 트랩(Trap)을 발생시키게 된다.

이 같은 구조에 따르면, 본 발명의 제어시스템은 2개의 제어계에서 동일한 기능을 수행하여 제어액션을 생성하게 되는 것으로, 각 제어계가 중복된 센서들을 구비하고 있어, 센서를 통해 입력되는 정보들이 락스텝 코어를 갖는 ECU에 인풋된다.

이에, 락스텝 코어에서는 각각 동일 연산을 진행하여 비교기(comparator)를 통해 비교하고, 비교 결과 두 값이 일치하면 정상 신호로서 신호가 인버터로 전달되어 모터(30)를 구동하게 된다.

한편, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 모터 제어방법에 대해 살펴보기로 한다.

본 발명의 예시적인 실시예에 따른 제어계는 차량의 다양한 구성 요소의 동작을 제어하도록 구성된 알고리즘 또는 상기 알고리즘을 재생하는 소프트웨어 명령어에 관한 데이터를 저장하도록 구성된 비휘발성 메모리(도시되지 않음) 및 해당 메모리에 저장된 데이터를 사용하여 이하에 설명되는 동작을 수행하도록 구성된 프로세서(도시되지 않음)를 통해 구현될 수 있다. 여기서, 메모리 및 프로세서는 개별 칩으로 구현될 수 있다. 대안적으로는, 메모리 및 프로세서는 서로 통합된 단일 칩으로 구현될 수 있다. 프로세서는 하나 이상의 프로세서의 형태를 취할 수 있다.

본 발명의 모터 제어방법은, 동일한 기능을 수행하는 복수의 제어계 별로 ECU에 구비된 코어들의 연산값을 비교하여 제어계의 페일 발생 여부를 검출하는 페일제어계 검출단계; 페일이 발생한 페일제어계의 검출시, 페일제어계에 구비된 코어의 연산값과 정상제어계에 구비된 코어의 연산값을 비교하여 페일제어계 내에 페일코어와 함께 정상코어가 있는지 판단하는 코어 검출단계; 및 페일제어계 내에 정상코어 검출시, 페일제어계의 정상코어를 구동하여 페일제어계를 작동시키는 제어계 작동단계;를 포함하여 구성이 된다.

즉, 모터 제어시스템이 정상적으로 작동하고 있는 상태에서는 도 2와 같이 모든 ECU의 코어에서 동일한 값을 연산한다.

하지만, 도 3과 같이 제1제어계(10)에서 두 코어의 값이 달라지면, 비교기(comparator)에서 이를 감지하여 제1제어계(10)의 페일이 발생했음을 검출한다.

이 후, 제1제어계(10)와 제2제어계(20)의 ECU 간 통신을 통해 제1제어계(10)의 코어 중 어떤 코어가 연산 오류를 일으키는지 체크를 하여, 페일이 발생한 코어와 정상적으로 작동하는 코어를 확인한다.

이어서, 제1제어계(10)의 코어 중 오류가 발생한 페일코어는 제외하고, 정상코어 작동시켜 제1제어계(10)를 정상적으로 작동시키게 된다.

즉, 기존의 경우 하나의 제어계에 결함이 발생하면, 결함이 발생한 제어계 전체를 정지하고, 나머지 1개의 제어계만으로 제어시스템을 운용함으로써, 모터(30)의 제어력이 절반(50%)으로 감소하는 문제가 발생하였다.

이에, 본 발명에서는 두 개의 제어계 중 하나의 제어계에 구비된 ECU에서 소프트웨어적 결함이 발생시, 결함이 발생한 제어계의 정상코어를 활용하여 해당 제어계를 재구동함으로써, 제어시스템을 100% 활용하게 되고, 이에 모터(30)의 제어력을 정상적으로 운용할 수 있게 된다.

이에 따라, 시스템 고장으로 인해 최소로 구비되어야 하는 모터(30) 용량을 줄일 수 있는바, 제어시스템의 원가 및 중량을 저감할 수 있게 된다.

예를 들어, 제어시스템을 정상적으로 구동하기 위해 필요한 최소 토크가 4N인 경우, 제어시스템을 50% 출력하는 경우에도 4N이 필요하므로, 제어계의 결함으로 인해 모터(30)의 제어력이 50% 감소하는 시스템 하에서는 이를 대비하여 8N에 해당하는 모터(30)가 필요하다.

하지만, 제어계의 결함 발생 이 후, 이를 즉시 복구할 수 있다면, 6N 모터만 있어도 50% 상황에서 3N으로 성능을 저하시킨 최소구동을 한 후 제어계를 복구하여 전체 제어시스템을 정상적으로 구동할 수 있게 되는바, 모터의 용량을 줄일 수 있게 된다.

한편, 본 발명의 상기 페일제어계 검출단계에서, 제어계의 페일을 검출하는 바람직한 예시로서, 모터 제어시스템이 정상적으로 작동하고 있는 상태에서 제1제어계(10)의 ECU와 제2제어계(20)의 ECU에 구비된 각 코어가 각각 동일한 신호를 실행하여 연산값을 산출한다.

이에, 각 코어에서 산출된 연산값이 서로 상이한 경우 해당 제어계에 페일이 발생한 것으로 진단하게 된다.

즉, 도 3과 같이 제1제어계(10)의 2개의 코어에서 각각 연산되는 값이 서로 상이한 경우, 제1제어계(10)에 결함이 발생한 것으로 진단하게 된다.

아울러, 본 발명의 상기 제어계 작동단계에서, 페일이 발생한 제어계에서 정상 코어를 확인하여 해당 제어계를 재구동시키는 제어의 바람직한 예시로서, 페일이 발생한 페일제어계의 작동을 중지시킨 상태에서, 페일제어계에 구비된 정상코어의 연산값과 정상제어계에 구비된 2개 이상의 코어의 연산값을 서로 비교한다.

이에, 이들 연산값 중 2개 이상 동일하게 출력되는 신호로 페일제어계의 정상코어를 재구동하여 페일제어계를 작동시키게 된다.

즉, 도 3과 같이 제1제어계(10)의 페일이 감지되면, 이를 감지하는 즉시 제1제어계(10)의 작동을 중지시킨 후, 도 4와 같이 제1제어계(10)와 제2제어계(20)의 ECU 간 통신을 통해 제1제어계(10)의 코어 중 어떤 코어가 연산 오류를 일으키는지 확인을 한다.

이어서, 도 5와 같이 결함이 발생한 코어를 스플릿시켜 제외하고, 제1제어계(10)의 정상코어와 1개와, 제2제어계(20)의 정상코어 2개, 총 3개의 값을 상호 비교하여 참값을 찾는 TMR(Triple modular redundancy)모드로 전환함으로써, 찾아낸 참값으로 제1제어계(10)의 정상코어를 재구동시켜 제어시스템을 100% 출력으로 복귀시키게 된다.

즉, 2개의 신호를 비교할 경우 차이가 발생하면 무언가 잘못되었다는 것만 알 수 있을 뿐 어떤 요소가 잘못되었는지 알 수 없기 때문에 3개의 신호를 이용하여 참값을 찾아내고, 이 값으로 코어를 재구동하게 된다.

아울러, 상기 제어계 작동단계에서, 페일제어계 내에 페일코어만 검출시, 정상제어계만 단독 작동시킬 수 있다.

예컨대, 페일이 발생한 것으로 판단한 제1제어계(10)와 정상 구동하는 것으로 판단한 제2제어계(20)의 ECU 간 통신을 통해 제1제어계(10)의 코어 중에서 정상코어가 없는 것으로 판단시, 제1제어계(10)의 결함으로 인한 악영향이 제2제어계(20)에 전파되는 것을 막으면서 제어시스템을 작동하도록 제2제어계(20)만 단독 작동하여 모터(30)를 제어하게 된다.

계속해서서, 상기 제어계 작동단계에서, 상기 제어계 작동단계에서, 페일코어가 정상으로 복귀되도록 페일코어를 리셋을 시도하고, 페일코어의 리셋 가능시, 정상제어계과 함께 페일제어계를 작동시키게 된다.

즉, 페일코어의 리셋이 가능한 경우, 결함이 발생한 페일코어를 리셋함으로써, 두 개 제어계가 정상적으로 작동하는 초기 DFS모드로 복귀가 가능하게 되고, 이에 모터(30)에 100% 제어력을 제공하여 제어할 수 있게 된다.

이하에서는, 도 4를 참조하여 본 발명의 따른 모터 제어과정을 예시하여 살펴보기로 한다.

제1제어계(10)와 제2제어계(20)가 이중화되어 작동되는 DFS모드 하에서 모터 제어시스템이 정상 작동되고 있는 경우(S10), 각 제어계 내의 ECU에 구비된 코어들의 연산값을 비교하여 제어계의 페일이 발생하는지 여부를 모니터링한다(S20).

이에, 제1제어계(10)의 2개의 코어에서 연산되는 값이 서로 상이한 연산 오류가 발생하는 경우, 제1제어계(10)에 결함이 발생한 것으로 진단하고, 즉시 제1제어계(10)의 작동을 중지시킨다(S30).

이어서, 제1제어계(10)의 ECU와 제2제어계(20)의 ECU 간 통신을 통해 연산값을 비교하여, 제1제어계(10)에서 오류를 일으킨 코어와 정상코어를 검출한다(S40).

이에, S40단계의 검출 결과, 제1제어계(10)의 ECU 내에 정상적으로 작동하는 정상코어가 존재하는지 여부를 판단하고(S50), 판단 결과 정상코어가 존재하지 않는 경우 제1제어계(10)의 작동 중지 상태를 유지하면서 제2제어계(20)만을 단독 작동하여 모터(30)의 작동을 제어하게 된다(S60).

다만, S50단계의 판단 결과, 정상코어가 존재하는 경우, 결함이 발생한 코어를 스플릿시켜 제외하고, 제1제어계(10)의 정상코어 1개와, 제2제어계(20)의 정상코어 2개에서 연산된 값을 서로 비교하여 참값을 찾아내는 TMR모드로 전환함으로써, 찾아낸 참값으로 제1제어계(10)의 정상코어를 재구동시켜 제어시스템을 100% 출력으로 복귀시키게 된다(S70).

이어서, 제1제어계(10)의 페일코어가 리셋이 가능한지 판단하고(S80), 판단 결과 리셋이 가능한 경우, 페일코어를 리셋하여 코어를 정상으로 복귀시키게 된다(S90).

이 후, 제1제어계(10)의 두 개의 코어 모두 정상적으로 구동시켜 제1제어계(10)를 정상 작동하게 됨으로써, 제어시스템을 DFS모드로 복구 운용할 수 있게 된다(S10).

다만, S80단계의 판단 결과, 리셋이 불가능한 경우에는, TMR모드로 제어시스템을 운용 유지하게 됨으로써, 제1제어계(10)를 작동시킬 수 있게 되고(S100), 이에 페일코어가 발생했다 하더라도 전체 모터 제어시스템을 100% 구동하여 활용하게 되고, 이에 모터(30)의 제어력을 정상적으로 운용할 수 있게 된다.

이와 같이, 본 발명은 두 개의 제어계 중 하나의 제어계에 구비된 ECU에서 소프트웨어적 결함이 발생시, 결함이 발생한 제어계의 정상코어를 활용하여 해당 제어계를 재구동함으로써, 제어시스템을 100% 활용하게 되고, 이에 모터(30)의 제어력을 정상적으로 운용할 수 있게 된다.

이에 따라, 시스템 고장으로 인해 최소로 구비되어야 하는 모터(30) 용량을 줄일 수 있는바, 제어시스템의 원가 및 중량을 저감할 수 있게 된다.

한편, 본 발명은 상기한 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

10 : 제1제어계
20 : 제2제어계
30 : 모터

Claims (5)

1. 동일한 기능을 수행하는 복수의 제어계 별로 ECU에 구비된 코어들의 연산값을 비교하여 제어계의 페일 발생 여부를 검출하는 페일제어계 검출단계;
   페일이 발생한 페일제어계의 검출시, 페일제어계에 구비된 코어의 연산값과 정상제어계에 구비된 코어의 연산값을 비교하여 페일제어계 내에 페일코어와 함께 정상코어가 있는지 판단하는 코어 검출단계; 및
   페일제어계 내에 정상코어 검출시, 페일제어계의 정상코어를 구동하여 페일제어계를 작동시키는 제어계 작동단계;를 포함하는 모터 제어방법.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 페일제어계 검출단계는,
   ECU에 구비된 각 코어가 동일한 신호를 실행하여 연산값을 산출하고;
   각 코어에서 산출된 연산값이 상이한 경우 해당 제어계에 페일이 발생한 것으로 진단하는 것을 특징으로 하는 모터 제어방법.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 제어계 작동단계는,
   페일이 발생한 페일제어계의 작동을 중지시킨 상태에서, 페일제어계에 구비된 정상코어의 연산값과 정상제어계에 구비된 2개 이상의 코어의 연산값을 서로 비교하고;
   이들 연산값 중 2개 이상 동일하게 출력되는 신호로 페일제어계의 정상코어를 재구동하여 페일제어계를 작동시키는 것을 특징으로 하는 모터 제어방법.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 제어계 작동단계에서,
   페일제어계 내에 페일코어만 검출시, 정상제어계만 단독 작동시키는 것을 특징으로 하는 모터 제어방법.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 제어계 작동단계에서,
   페일코어가 정상으로 복귀되도록 페일코어를 리셋을 시도하고;
   페일코어의 리셋 가능시, 정상제어계과 함께 페일제어계를 작동시키는 것을 특징으로 하는 모터 제어방법.

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