KR20230099762A - 병렬형 하이브리드 차량의 모터 제어 장치 및 그것의 모터 고장 진단 방법 - Google Patents

병렬형 하이브리드 차량의 모터 제어 장치 및 그것의 모터 고장 진단 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 병렬형 하이브리드 차량의 모터 제어 장치는, 차량이 일정 속도 이상으로 주행 중에 상기 차량의 액셀레이터 페달의 동작 미감지시, 상기 차량의 클러치의 연결 해제 시점을 지연 제어하고, 기설정된 진단 토크를 이용하여 상기 차량의 모터를 제어하며, 상기 모터에 흐르는 전류를 학습하는 제어부를 포함한다.

Description

병렬형 하이브리드 차량의 모터 제어 장치 및 그것의 모터 고장 진단 방법{MOTOR CONTROL APPARATUS IN PARALLEL HYBRID VEHICLE AND METHOD FOR DIAGNOSING MOTOR FAILURE THEREOF}
본 발명은 병렬형 하이브리드 차량의 모터 제어 장치 및 그것의 모터 고장 진단 방법에 관한 것이다.
일반적으로 하이브리드 차량은 2개 이상의 구동원을 사용하는 차량으로서, 엔진과 모터를 구동원으로 사용하는 차량이 있으며, 엔진과 모터를 포함하는 다양한 동력 전달 구조로 구성될 수 있다.
하이브리드 차량의 동력 전달 구조로는 병렬형과 직렬형이 대표적이며, 직렬형은 엔진과 모터가 직결된 형태로서 병렬형에 비하여 상대적으로 구조가 간단하고 제어로직이 간단하다는 장점은 있으나, 엔진으로부터의 기계적 에너지를 배터리에 저장하였다 다시 모터를 이용하여 차량을 구동하여야 하기 때문에 에너지 변환시의 효율 측면에서 불리하다는 단점이 있다.
병렬형의 경우 직렬형보다 상대적으로 동력 전달 구조가 복잡하고 제어로직 또한 복잡하다는 단점이 있으나, 엔진의 기계적 에너지와 배터리의 전기 에너지를 동시에 사용할 수 있어 에너지를 효율적으로 사용할 수 있다는 장점이 있다.
병렬형 하이브리드 차량은, 모터 제어를 위한 인버터 시스템을 탑재하고 있으며, 모터 제어에 사용되는 모터 회전자 절대각 위치(absolute angular position, θ)를 검출하기 위한 레졸버(resolver)를 사용하고 있다.
이와 같이 레졸버는 모터의 고정자에 대한 회전자 절대각 위치를 측정하기 위해 사용되는데, 모터와 레졸버 사이의 조립 공차 및 레졸버 내부 코일의 위치 부정확성과 같은 여러 가지 원인으로 인하여 모터와 레졸버 간 회전자 위치 오프셋이 발생할 수밖에 없다.
또한, 병렬형 하이브리드 차량의 경우, 일반 주행 중 0 토크로 모터를 제어하는 구간이 없다. 이로 인해 운전자에게 이질감을 주지 않은 채 모터의 레졸버 오프셋 학습을 수행하기가 어려운 문제가 있다.
대한민국 등록특허 제10-1382749호
이에 본 발명은 상기한 사정을 감안하여 안출된 것으로, 차량 주행 중 액셀레이터 미조작시 엔진 클러치의 해제 시점을 지연 제어하고, 기설정된 진단 토크(0 토크)로 모터를 제어하며, 모터에 흐르는 전류를 일정 시간 동안 모니터링함으로써 모터의 레졸버 오프셋 학습을 수행 가능한 병렬형 하이브리드 차량의 모터 제어 장치 및 그것의 모터 고장 진단 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 병렬형 하이브리드 차량의 모터 제어 장치는, 차량이 일정 속도 이상으로 주행 중에 상기 차량의 액셀레이터 페달의 동작 미감지시, 상기 차량의 클러치의 연결 해제 시점을 지연 제어하고, 기설정된 진단 토크를 이용하여 상기 차량의 모터를 제어하며, 상기 모터에 흐르는 전류를 학습하는 제어부;를 포함한다.
상기 진단 토크는 0의 토크값을 가질 수 있다.
상기 제어부는, 상기 액셀레이터 페달의 동작 미감지시, 상기 모터의 RPM과 기설정된 기준 RPM을 비교할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 모터의 RPM이 상기 기준 RPM 이상인 경우, 상기 모터의 전류를 학습하는 레졸버 오프셋 학습 모드로 동작할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 모터의 전류 학습 이후에 상기 클러치의 연결 해제를 제어하고, 학습에 따른 상기 모터의 전류의 평균값을 산출하고, 상기 평균값을 기설정된 임계치와 비교할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 평균값이 상기 임계치 이상인 경우, 상기 차량의 정차 상태에서 상기 차량의 변속기의 기어단을 중립 기어로 변경하고, 상기 클러치의 연결을 제어하고, 상기 모터의 회전자 위치를 검출하는 레졸버의 오프셋 캘리브레이션을 수행할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 병렬형 하이브리드 차량의 모터 제어 장치의 모터 고장 진단 방법은 차량이 일정 속도 이상으로 주행 중에 상기 차량의 액셀레이터 페달의 동작을 감지하는 액셀 감지 단계; 상기 차량의 액셀레이터 페달의 동작을 미감지하는 경우, 상기 차량의 클러치의 연결 해제 시점을 지연 제어하는 클러치 지연 지어 단계; 및 상기 클러치의 연결 상태에서, 기설정된 진단 토크를 이용하여 상기 차량의 모터를 제어하여 상기 모터에 흐르는 전류를 학습하는 학습 단계;를 포함한다.
상기 진단 토크는 0의 토크값을 가질 수 있다.
상기 액셀 감지 단계 이후에, 상기 액셀레이터 페달의 동작 미감지시, 상기 모터의 RPM과 기설정된 기준 RPM을 비교하는 모터 감지 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 모터 감지 단계 이후에, 상기 모터의 RPM이 상기 기준 RPM 이상인 경우, 상기 모터의 전류를 학습하는 레졸버 오프셋 학습 모드로 동작하는 학습 모드 동작 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 학습 단계 이후에, 상기 클러치의 연결 해제를 제어하는 클러치 해제 제어 단계; 및 상기 클러치 해제 제어 단계 이후에, 상기 차량의 정차 상태인 경우 학습에 따른 상기 모터의 전류의 평균값을 산출하고, 상기 평균값을 기설정된 임계치와 비교하는 오프셋 판단 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 오프셋 판단 단계 이후에 상기 평균값이 상기 임계치 이상인 경우, 상기 차량의 변속기의 기어단을 중립 기어로 변경하고, 상기 클러치의 연결을 제어하고, 상기 모터의 회전자 위치를 검출하는 레졸버의 오프셋 캘리브레이션을 수행하는 캘리브레이션 수행 단계;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 병렬형 하이브리드 차량의 모터 제어 장치 및 그것의 모터 고장 진단 방법에 의하면, 차량 주행 중 액셀레이터 미조작시 엔진 클러치의 해제 시점을 지연 제어하고, 기설정된 진단 토크(0 토크)로 모터를 제어하며, 모터에 흐르는 전류를 일정 시간 동안 모니터링함으로써 모터의 레졸버 오프셋 학습을 수행 가능한 것을 특징으로 한다.
또한, 레졸버 오프셋 모니터링 수행시, 모터가 엔진 부하만큼 회생제동을 수행하여 주행 안정성 및 안정된 감속 감각을 사용자에 제공하는 효과가 있다.
도 1은 병렬형 하이브리드 차량의 시스템 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 병렬형 하이브리드 차량의 모터 제어 장치의 도면이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 병렬형 하이브리드 차량의 모터 제어 장치의 모터 고장 진단 방법의 순서도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
도 1은 병렬형 하이브리드 차량의 시스템 구성을 설명하기 위한 도면이다. 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 병렬형 하이브리드 차량의 모터 제어 장치의 도면이다.
도 1, 및 도 2를 참고하면, 병렬형 하이브리드 차량(10)은 엔진(10), 제1 모터(20), 클러치(30), 제2 모터(40), 변속기(50), 및 모터 제어 장치(100)를 포함할 수 있다.
엔진(10)은 가솔린 또는 디젤 등의 연료를 이용하여 차량 동력을 생성한다.
제1 모터(20)는 엔진(10)을 구동하는 시동모터일 수 있다.
클러치(30)는 엔진(10)과 제2 모터(40)의 사이에 연결될 수 있다. 클러치(30)는 엔진(10)과 제2 모터(40)를 연결하거나, 또는 연결을 해제할 수 있다.
제2 모터(40)는 엔진(10)의 동력을 이용하여 차량을 구동하는 구동모터일 수 있다. 제2 모터(40)는 영구자석 동기 모터(Permanent Magnetic Synchronous Motor)일 수 있다. 제2 모터(40)는 클러치(30)를 통해 엔진(10)에 병렬로 연결될 수 있다. 제2 모터(40)는 구동축이 변속기(50)에 연결될 수 있다. 제2 모터(40)는 변속기(50)를 통해 엔진(10)의 동력을 차량의 바퀴에 전달할 수 있다.
변속기(50)는 제2 모터(40)의 회전력을 가변할 수 있다. 변속기(50)는 차량 바퀴의 바퀴축에 연결되어 회전 구동할 수 있다.
상기한 구성으로 이루어진 병렬형 하이브리드 차량(10)은, 사용자가 가속페달을 떼고 감속을 원하는 경우(이하, APS 오프 상태), 클러치(30)를 제어하여 엔진(10)과 제2 모터(40)의 연결을 해제하여 엔진 동력의 전달을 차단하고, 제2 모터(40)가 엔진(10)의 부하만큼 회생 제동하게 하는 모터 제어 장치(100)를 구비한다.
모터 제어 장치(100)는 제어부(110), 인버터(120), 및 레졸버(130)를 포함할 수 있다.
제어부(110)는 엔진(10)의 미동작시 제2 모터(40)의 구동을 위한 PWM 제어 신호를 생성할 수 있다. 제어부(110)는 PWM 제어 신호를 인버터(120)로 전송할 수 있다.
인버터(120)는 PWM 제어 신호에 따라 배터리의 직류 전압을 교류 전압으로 변환하여 제2 모터(40)에 인가할 수 있다.
레졸버(130)는 제2 모터(40)의 제어에 이용되는 회전자 위치를 검출할 수 있다.
제어부(110)는 차량이 일정 속도 이상으로 주행 중에 상기 차량의 액셀레이터 페달의 동작 미감지시, 즉 APS(Accelerator Position Sensor) off 시, 클러치(20)의 연결 해제 시점을 지연 제어하고, 제2 모터(40)를 순간적으로 기설정된 진단 토크(0 토크)로 제어하여 제2 모터(40)의 d축 전류를 일정 시간 동안 모니터링할 수 있다. 제어부(110)는 레졸버(130)의 오프셋 모니터링을 수행하여 기설정된 진단 토크 제어 시점의 d축 전류를 학습할 수 있다.
그런 다음 제어부(110)는 일정 시간 이후에 클러치(20)의 연결 해제를 제어할 수 있다. 이때 제2 모터(40)는 엔진(10)의 부하만큼 회생제동을 수행하게 된다.
제어부(110)는 차량이 정차한 경우, 학습된 d축 전류의 평균값을 기설정된 임계치와 비교하여 d축 전류의 평균값이 임계치 이상이면, 차량 정차 상태에서 변속기(50)의 기어단을 중립 기어로 변경할 수 있다. 제어부(110)는 클러치(20)의 연결 제어를 수행하고, 엔진(10)에 의해 제2 모터(40)가 회전 동작하게 되면, 레졸버(130)의 오프셋 캘리브레이션(Calibration)을 수행할 수 있다.
이와 같이, 제어부(110)는 레졸버(130)의 오프셋 모니터링 수행시, 클러치(20)의 해제 시점을 지연 제어하고, 기설정된 진단 토크(0 토크)로 제2 모터(40)를 제어하며, 제2 모터(40)가 엔진(10)의 부하만큼 회생제동을 수행하여 주행 안정성 및 안정된 감속 감각을 사용자에 제공하는 상태가 유지될 수 있다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 병렬형 하이브리드 차량의 모터 제어 장치의 모터 고장 진단 방법의 순서도이다.
도 1 및 도 3을 참고하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 병렬형 하이브리드 차량의 모터 제어 장치의 모터 고장 진단 방법은, 차량 주행 중 액셀레이터 미조작시, 클러치(20)의 해제 시점을 지연 제어하고, 기설정된 진단 토크(0 토크)로 제2 모터(40)를 제어하며, 제2 모터(40)에 흐르는 전류를 일정 시간 동안 모니터링함으로써 이질감없이 주행 안정성을 유지한 채 레졸버(130)의 오프셋 학습을 수행 가능한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 병렬형 하이브리드 차량의 모터 제어 장치의 모터 고장 진단 방법은, S310 단계 내지 S410 단계를 포함할 수 있다.
액셀 감지 단계(S310)에서, 제어부(110)는 일정 차속 이상으로 차량 주행 중에 사용자의 액셀레이터 페달의 동작 미감지시, APS의 오프 상태를 감지할 수 있다.
모터 감지 단계(S320)에서, 제어부(110)는 제2 모터(40)의 RPM(Rotation Per Minute)을 감지할 수 있다. 제2 모터(40)의 RPM은 별도의 홀센서를 통해 측정될 수 있다. 제어부(110)는 제2 모터(40)의 RPM과 기설정된 기준 RPM을 비교할 수 있다. 기준 RPM은 사용자의 필요 또는 차량 사양에 따라 적절히 설정될 수 있다.
학습 모드 동작 단계(S330)에서, 제어부(110)는 제2 모터(40)의 RPM이 기준 RPM 이상인 경우, 제2 모터(40)에 설치되는 레졸버(130)의 오프셋을 학습하는 학습 모드로 동작할 수 있다.
클러치 지연 제어 단계(S340)에서, 제어부(110)는 학습 모드로 동작시, 클러치(20)의 연결 해제 시점을 지연 제어하여 클러치(20)의 체결 상태를 유지한다.
학습 단계(S350)에서, 제어부(110)는 제2 모터(40)를 순간적으로 기설정된 진단 토크로 제어하고 제2 모터(40)의 d축 전류를 일정 시간 동안 학습할 수 있다. 진단 토크는 0 토크일 수 있다.
클러치 해제 제어 단계(S360)에서, 제어부(110)는 제2 모터(40)의 d축 전류에 대한 학습이 완료되는 경우, 일정 시간 이후에 클러치(20)의 연결 해제를 제어할 수 있다.
토크 제어 단계(S370)에서, 제어부(110)는 제2 모터(40)의 토크 제어를 수행한다. 제2 모터(40)는 엔진(10)의 부하만큼 회생제동을 수행하게 된다.
주행 단계(S380)에서, 제어부(110)는 차량의 정차 전까지 차량의 주행을 제어한다.
정차 단계(S390)에서, 제어부(110)는 차량의 차속을 기초로 차량의 정차를 판단한다.
오프셋 판단 단계(S400)에서, 제어부(110)는 차량의 정차로 판단되면, 학습된 제2 모터(40)의 d축 전류의 평균값을 산출한다. 제어부(110)는 d축 전류의 평균값과 기설정된 임계치를 비교한다.
캘리브레이션 수행 단계(S410)에서, 제어부(110)는 비교 결과 d축 전류의 평균값이 임계치 이상이면, 차량 정차 상태에서 변속기(50)의 기어단을 중립 기어로 변경할 수 있다. 제어부(110)는 클러치(20)의 연결 제어를 수행하고, 엔진(10)의 아이들(Idle) 상태에서 제2 모터(40)가 회전 동작하게 되면, 레졸버(130)의 오프셋 캘리브레이션(Calibration)을 수행할 수 있다.
이와 같이, 제어부(110)는 레졸버(130)의 오프셋 모니터링 수행시, 클러치(20)의 해제 시점을 지연 제어하고, 기설정된 진단 토크(0 토크)로 제2 모터(40)를 제어하며, 제2 모터(40)가 엔진(10)의 부하만큼 회생제동을 수행하여 주행 안정성 및 안정된 감속 감각을 사용자에 제공하는 효과가 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.
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.
100: 모터 제어 장치
110: 제어부
120: 인버터
130: 레졸버

Claims (12)

  1. 차량이 일정 속도 이상으로 주행 중에 상기 차량의 액셀레이터 페달의 동작 미감지시, 상기 차량의 클러치의 연결 해제 시점을 지연 제어하고, 기설정된 진단 토크를 이용하여 상기 차량의 모터를 제어하며, 상기 모터에 흐르는 전류를 학습하는 제어부;
    를 포함하는 병렬형 하이브리드 차량의 모터 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,상기 진단 토크는 0의 토크값을 가지는 것을 특징으로 하는 병렬형 하이브리드 차량의 모터 제어 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 액셀레이터 페달의 동작 미감지시, 상기 모터의 RPM과 기설정된 기준 RPM을 비교하는 것을 특징으로 하는 병렬형 하이브리드 차량의 모터 제어 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 모터의 RPM이 상기 기준 RPM 이상인 경우, 상기 모터의 전류를 학습하는 레졸버 오프셋 학습 모드로 동작하는 것을 특징으로 하는 병렬형 하이브리드 차량의 모터 제어 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 모터의 전류 학습 이후에 상기 클러치의 연결 해제를 제어하고, 학습에 따른 상기 모터의 전류의 평균값을 산출하고, 상기 평균값을 기설정된 임계치와 비교하는 것을 특징으로 하는 병렬형 하이브리드 차량의 모터 제어 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 평균값이 상기 임계치 이상인 경우, 상기 차량의 정차 상태에서 상기 차량의 변속기의 기어단을 중립 기어로 변경하고, 상기 클러치의 연결을 제어하고, 상기 모터의 회전자 위치를 검출하는 레졸버의 오프셋 캘리브레이션을 수행하는 것을 특징으로 하는 병렬형 하이브리드 차량의 모터 제어 장치.
  7. 차량이 일정 속도 이상으로 주행 중에 상기 차량의 액셀레이터 페달의 동작을 감지하는 액셀 감지 단계;
    상기 차량의 액셀레이터 페달의 동작을 미감지하는 경우, 상기 차량의 클러치의 연결 해제 시점을 지연 제어하는 클러치 지연 지어 단계; 및
    상기 클러치의 연결 상태에서, 기설정된 진단 토크를 이용하여 상기 차량의 모터를 제어하여 상기 모터에 흐르는 전류를 학습하는 학습 단계;
    를 포함하는 병렬형 하이브리드 차량의 모터 제어 장치의 모터 고장 진단 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 진단 토크는 0의 토크값을 가지는 것을 특징으로 하는 병렬형 하이브리드 차량의 모터 제어 장치의 모터 고장 진단 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 액셀 감지 단계 이후에, 상기 액셀레이터 페달의 동작 미감지시, 상기 모터의 RPM과 기설정된 기준 RPM을 비교하는 모터 감지 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 병렬형 하이브리드 차량의 모터 제어 장치의 모터 고장 진단 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 모터 감지 단계 이후에, 상기 모터의 RPM이 상기 기준 RPM 이상인 경우, 상기 모터의 전류를 학습하는 레졸버 오프셋 학습 모드로 동작하는 학습 모드 동작 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 병렬형 하이브리드 차량의 모터 제어 장치의 모터 고장 진단 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 학습 단계 이후에, 상기 클러치의 연결 해제를 제어하는 클러치 해제 제어 단계; 및
    상기 클러치 해제 제어 단계 이후에, 상기 차량의 정차 상태인 경우 학습에 따른 상기 모터의 전류의 평균값을 산출하고, 상기 평균값을 기설정된 임계치와 비교하는 오프셋 판단 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 병렬형 하이브리드 차량의 모터 제어 장치의 모터 고장 진단 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 오프셋 판단 단계 이후에 상기 평균값이 상기 임계치 이상인 경우, 상기 차량의 변속기의 기어단을 중립 기어로 변경하고, 상기 클러치의 연결을 제어하고, 상기 모터의 회전자 위치를 검출하는 레졸버의 오프셋 캘리브레이션을 수행하는 캘리브레이션 수행 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 병렬형 하이브리드 차량의 모터 제어 장치의 모터 고장 진단 방법.
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