KR20230170320A - 제어기 보호장치 및 그 방법 - Google Patents

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KR20230170320A
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이태관
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현대트랜시스 주식회사
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Abstract

본 발명은 제어기 보호장치 및 그 방법에 관한 것으로, 제어기로 입력되는 전류센서의 신호에 대하여 제어장치의 입력단에 보호회로를 구성하여 전류센서의 신호의 크기에 따라 신호를 차단하도록 함으로써, 배터리 쇼트로 인한 과전류의 유입을 차단하여 제어기의 소손을 방지하고, 제어기의 소손으로 인하여 주행불가 상태가 되는 것을 방지하여 안전성이 향상되는 효과가 있다.

Description

제어기 보호장치 및 그 방법{PROTECTING APPARATUS FOR CONTROLLER AND METHOD THEREOF}
본 발명은 전류센서로부터 신호를 입력받는 제어기에서, 배터리 쇼트 시 전류센서를 통해 인가되는 신호를 차단하여 과전압으로부터 제어기를 보호하는 제어기 보호장치 및 그 방법에 관한 것이다.
자동차는 엔진의 구동에 의해 발생하는 힘을 이용하여 바퀴가 회전하여 주행하는 내연기관 자동차와 배터리에 충전된 전기에너지를 이용하여 모터를 구동하여 바퀴가 회전함에 따라 주행하는 전기자동차를 포함한다.
자동차는 바퀴를 회전시켜 주행하는 것뿐 아니라, 자동차의 주행방향을 조정하고 속도를 제어하며, 자동차의 상태를 감지하고 상태를 모니터링하는 장치가 구비되고 또한, 운전자의 편의를 위한 다양한 장치가 구비된다.
또한, 자동차는 복수의 센서가 설치되고, 온도센서, 압력센서 등을 통해 자동차의 각 부품의 상태를 확인하고 주행을 제어한다.
복수의 센서는 감지되는 자동차의 상태데이터를 제어장치로 입력하고, 또한 자동차의 주행을 제어하기 위한 제어회로에도 구비되어 신호를 제어장치로 입력한다.
제어장치가 전류센서의 전류신호를 입력받는 회로에서 배터리 쇼트가 발생하는 경우, 배터리 쇼트로 인하여 제어장치로 과전류 또는 과전류가 인가되어 제어장치가 소손되는 문제가 있다.
이러한 문제를 해소하기 위하여 제어장치의 입력단에 저항을 설치하여 과전류 또는 과전압에 대비할 수 있다. 그러나 과전류 또는 과전압이 인가되는 경우 제어장치를 보호하기 위해서는 제어장치의 입력단에 저항값이 큰 저항을 설치해야 한다.
그러나 저항은 저항값이 클수록 그 크기가 증가하고 발열이 크게 증가하므로 그 크기가 한정되는 문제가 있다.
그에 따라 발열을 최소화하면서 보다 안정적으로 제어장치를 보호할 방안이 필요하다.
관련기술로는 대한민국 공개특허 제10-2021-0142649호, '차량용 센서 어셈블리' 가 있다. 대한민국 공개특허 제10-2021-0142649호에는 제어장치로 센서 전류를 입력 받아 신호를 분석하는 구성과 센서전류로부터 제어장치를 보호하는 보호회로를 포함한다.
대한민국 공개특허 제10-2021-0142649호
본 발명은 상기와 같은 필요성에 의해 창출된 것으로서, 제어기로 입력되는 전류센서의 신호에 대하여 제어장치의 입력단에 보호회로를 구성하여 전류센서의 신호의 크기에 따라 전류센서의 신호를 차단하도록 구성하여 제어기를 보호하는 제어기 보호장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 제어기 보호장치는, 전류센서; 및 상기 전류센서로부터 신호를 입력받아 자동차의 상태를 판단하여 동작을 제어하는 제어기; 를 포함하고, 상기 제어기는 자동차의 동작을 제어하는 프로세서; 및 상기 전류센서로부터 상기 프로세서로 인가되는 신호의 크기를 기준전압과 비교하여 신호의 크기에 따라 상기 전류센서의 신호를 상기 프로세서로 인가하거나 또는 상기 프로세서로 인가되지 않도록 차단하는 보호부; 를 포함한다.
상기 보호부는 상기 전류센서로부터 인가되는 상기 신호의 크기가 상기 기준전압보다 큰 경우 상기 전류센서의 신호를 차단하는 것을 특징으로 한다.
상기 보호부는 상기 전류센서의 신호와 상기 기준전압을 비교하는 비교기; 및 상기 비교기의 비교결과에 따라 상기 전류센서의 신호 차단 여부를 결정하는 스위치; 를 포함한다.
상기 비교기는 플러스 단자에 상기 기준전압이 인가되고 마이너스 단자에 상기 전류센서의 신호가 인가되며, 출력단자가 상기 프로세서의 스위치 단자 및 상기 스위치와 연결되는 것을 특징으로 한다.
상기 스위치는 상기 전류센서의 신호가 상기 기준전압보다 큰 경우 온(ON)되고, 상기 기준전압이 상기 전류센서의 신호보다 큰 경우 오프(OFF)되는 것을 특징으로 한다.
상기 보호부는 상기 스위치가 온되면 회로가 오픈되어 상기 전류센서의 신호를 차단하는 것을 특징으로 한다.
상기 스위치는 베이스(Base)가 상기 비교기의 출력단자와 연결되고 이미터(Emitter)가 상기 전류센서와 연결되며 컬렉터(Collector)가 저항과 연결되는 것을 특징으로 한다.
상기 스위치는 PNP 형 트랜지스터인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제어기 보호방법은, 전류센서가 전류를 측정하여 신호를 제어기로 입력하는 단계; 상기 제어기의 보호부가 상기 전류센서의 신호를 기준전압과 비교하는 단계; 상기 전류센서의 신호와 상기 기준전압의 비교결과에 대응하여, 상기 전류센서의 신호가 상기 기준전압보다 큰 경우 상기 전류센서의 신호를 차단하는 단계; 및 상기 비교결과에 대응하여 상기 기준전압이 상기 전류센서의 신호보다 큰 경우 상기 전류센서의 신호를 프로세서로 인가하는 단계; 를 포함한다.
상기 전류센서의 신호가 상기 기준전압보다 큰 경우 스위치가 온되어 상기 보호부의 회로가 오픈되는 것을 특징으로 한다.
상기 전류센서의 신호가 상기 기준전압보다 작은 경우 상기 스위치가 오프되는 것을 특징으로 한다.
상기 전류센서의 신호가 상기 기준전압보다 큰 경우 배터리 쇼트에 의한 과전압이 인가된 것으로 판단하여 상기 전류센서의 신호를 차단하는 것을 특징으로 한다.
일 측면에 따르면, 본 발명에 따른 제어기 보호장치 및 그 방법은 제어기의 입력단에 보호회로를 구성하여 배터리 쇼트로 인한 과전류의 유입을 차단하여 제어기의 소손을 방지하는 효과가 있다.
본 발명의 일측면에 따르면 보호회로에서 전류센서로부터 인가되는 신호의 크기를 기준값과 비교하여 제어기를 보호함에 따라 제어기 소손으로 인한 주행불가 상태를 방지하고 안전성이 향상되는 효과가 있다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 제어기 보호장치의 구성이 간략하게 도시된 블록도이다.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어기 보호장치의 회로구성이 도시된 도이다.
도 3 은 도 2의 제어기 보호장치에서 배터리 쇼트에 따른 신호흐름이 도시된 도이다.
도 4 는 본 발명의 일실시예에 따른 제어기 보호장치의 보호방법이 도시된 순서도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 설명하도록 한다.
이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 제어기 보호장치의 구성이 간략하게 도시된 블록도이다.
본 발명의 제어기 보호장치는 자동차에 구비되어 자동차의 제어기를 보호한다.
자동차는 복수의 제어기를 포함하고, 운전요구 검출부(미도시)에 의해 입력되는 운전자의 주행 요구인 엑셀(APS, Accel Position Sensor) 변위, 스로틀 밸브의 변위, 브레이크페달의 변위를 포함하는 운전자의 요구신호를 검출하여 제어기(110)로 입력하고, 제어기(110)는 그에 대응하여 연결되는 각 부, 예를 들어 엔진, 모터, 변속기, 조향장치, 브레이크 시스템 등을 각각 구동하고 그 동작을 제어한다.
제어기 보호장치는 배터리(150), 전류센서(140), 메모리(120), 통신모듈(130) 및 제어기(110)를 포함한다.
메모리(120)는 자동차를 시동하고 그 동작을 제어하기 위한 방법을 구현하는 프로그램 요소를 포함하며, 제어기(110)에 제어명령에 따라 각 프로그램 요소가 실행된다.
메모리(120)는 자동차의 내의 각 구성요소에서 측정 또는 감지되는 데이터를 저장하고, 각 구성요소를 제어하기 위한 제어데이터와, 동작 처리를 위한 기준 데이터를 저장한다.
메모리(120)는 램(RAM, Random Access Memory), 롬(ROM), EEPROM(Electrically Erased Programmable Rom) 등의 비휘발성 메모리, 플래시 메모리, SSD, HDD 등의 저장수단을 포함한다.
통신모듈(130)은 자동차 내의 복수의 구성요소 간의 데이터를 송수신하여, 제어기(110)의 제어명령을 각 구성요소로 전달하여 각 구성요소가 동작하도록 하고, 각 구성요소로부터 측정된 데이터를 제어기(110)로 전송한다.
통신모듈(130)은 전류센서(140)의 측정값, 배터리(150)의 상태정보를 제어기(110)로 인가한다. 통신모듈(130)은 CAN(Controller Area Network) 통신을 이용하여 자동차 내부에서 데이터를 송수신한다.
또한, 통신모듈(130)은 자동차에 연결되는 외부의 기기, 무선으로 연결되는 서버 등과 데이터를 송수신한다. 통신모듈(130)은 유선 또는 무선의 통신방식을 이용하며, 예를 들어 이더넷(Ethernet), 와이파이(WIFI), 블루투스(Bluetooth) 등의 근거리 통신, 이동 통신, 및 시리얼 통신 중 적어도 하나의 방식으로 통신한다.
출력부(미도시)는 적어도 하나의 디스플레이를 포함한다. 출력부는 LCD, LED 및 OLED 중 적어도 하나의 방식을 이용하여 문자, 숫자, 이미지 및 특수문자를 출력하는 디스플레이 장치이고, 또한, 색상에 따라 상태 또는 경고를 출력하는 LED램프일 수 있다.
출력부는 제어기(110)의 제어명령에 따라 자동차의 상태, 고장 또는 이상 상태를 출력한다.
배터리(150)는 설정된 모드에서 자동차의 각 구성요소로 동작 전압을 공급하고, 브레이크 제동에 의한 회생제동 모드에서 모터(미도시)를 통해 회수되는 회생 에너지에 의해 충전된다. 또한, 배터리(150)는 충전부(미도시)를 통해 공급되는 충전전류에 의해 충전될 수 있다.
배터리관리부(BMS, Battery management system)(미도시)는 배터리(150)의 전압, 전류, 온도 등의 정보를 종합 검출하여 충전상태(SOC, State Of Charge) 및 충방전 전류량을 관리 및 제어한다.
제어기(110)는 통신모듈(130)을 통해 송수신되는 데이터를 관리하고, 복수의 센서로부터 수신되는 데이터를 처리하고, 데이터가 메모리(120)에 저장되도록 제어한다.
제어기(110)는 자동차의 복수의 구성요소로 제어명령을 인가하여 자동차가 목적지까지 주행하도록 제어한다. 제어기(110)는 운전자의 요구입력 및 차량의 상태정보에 따라 각 제어기들을 통합 제어하여 엔진 또는 모터의 출력 토크를 제어함으로써 차량의 전반적인 동작을 제어한다.
제어기(110)는 자동차제어기(VCU, Vehicle Control Unit), 엔진제어기(ECU, Engine Control Unit), 전자제어기(ECU, Electronic Control Unit), TCU(Transmission Control Unit), 모터제어기(MCU, Motor Control Unit) 중 적어도 하나의 제어기가 사용될 수 있다.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어기 보호장치의 회로구성이 도시된 도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 제어기(110)는 프로세서(111)와, 프로세서(111)로 입력되는 신호로부터 프로세서(111)를 보호하는 보호부(112)를 포함한다.
제어기(110)는 적어도 하나의 프로세서(Processor)(111)를 포함할 수 있다. 제어기(110)는 또한, 제어기(110)는 프로세서(111)의 데이터를 처리하기 위한 버퍼(Buffer)를 더 포함할 수 있다.
프로세서(111)는 진단 알고리즘, 머신러닝 알고리즘, 및 센서제어 알고리즘으로 각각 동작할 수 있다. 또한, 프로세서(111)는 주행 제어 프로세서, 장애물 감지 프로세서, 모터 제어 프로세서 및 제어프로세서로 각각 동작할 수 있다.
보호부(112)는 프로세서(111)의 입출력단자에 연결되어 프로세서(111)로 입력되는 신호의 크기에 따라 신호를 차단하거나 프로세서(111)로 인가하여, 과전류 또는 과전압으로부터 프로세서(111)를 보호한다.
보호부(112)는 프로세서(111)의 신호 입력단 중 센서입력 단자에 연결되고, 스위치 단자에 연결된다. 보호부(112)는 프로세서(111)의 스위치 단자로부터 출력되는 신호에 따라 스위치(114)를 동작한다.
보호부(112)는 전류센서(140)와 연결되어 전류센서의 신호를 프로세서(111)로 인가한다. 보호부(112)의 전류센서(140)의 신호의 크기를 판단하고 그에 대응하여 프로세서(111)의 센서입력 단자로 인가한다.
보호부(112)는 비교기(113), 스위치(114), 저항(Rs)(115)을 포함한다.
비교기(113)는 기준전압(Vrf)이 플러스단자에 연결되고, 전류센서(140)의 신호가 마이너스 단자로 입력된다.
비교기(113)는 기준전압과 전류센서의 신호를 비교하고, 프로세서(111)의 스위치 단자 및 스위치(114)의 베이스(Base)로 연결되어 신호를 출력한다.
스위치(114)는 PNP형 트랜지스터인 것을 예로하여 설명한다.
스위치(114)는 베이스(Base)가 프로세서(111)의 스위치 단자에 연결되고, 이미터(Emitter)가 전류센서(140)와 연결되며, 컬렉터(Collector)가 저항(115)과 연결된다. 저항(115)은 일단이 스위치(114) 및 프로세서(111)의 센서입력 단자와 연결되고 다른 일단은 접지된다.
프로세서(111)는 스위치 단자를 통해 스위치(114)의 활성화 여부를 판단한다.
프로세서(111)는 센서입력 단자를 통해 전류센서(140)의 신호를 입력받는다.
도 3 은 도 2의 제어기 보호장치에서 배터리 쇼트에 따른 신호흐름이 도시된 도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 보호부(112)는 입력되는 전류센서(140)의 신호와 기준전압을 비교기(113)에서 비교하여 그 결과를 출력하고, 스위치는 베이스(Base)로 인가되는 신호에 따라 전류센서(140)의 신호를 프로세서(111)의 센서입력으로 인가하거나 차단한다.
비교기(113)는 기준전압(Vrf)과 전류센서(140)의 신호를 비교하여 전압의 크기에 따라 신호를 출력한다. 비교기(113)로부터 출력된 신호는 스위치(114)의 베이스(Base)로 인가된다.
스위치(114)는 비교기(113)의 출력신호에 따라 전류센서(140)의 프로세서(111)의 센서입력 단자로 신호를 인가하여 전류센서(140)의 신호를 프로세서(111)로 입력하고, 또한 전류센서(140)의 신호를 차단할 수 있다.
전류센서(140)의 신호의 전압이 기준전압보다 작은 경우, 비교기(113)는 스위치(114)의 베이스(Base)로 5V 전압의 신호를 인가하고, 그에 따라 스위치가 오프(Turn OFF)되어 전류센서(140)의 신호가 프로세서(111)로 입력된다.
이때 전류센서(140)의 신호의 크기는 저항(115)에 의해 분압된다.
한편, 전류센서(140)의 크기가 기준전압보다 큰 경우 비교기(113)가 0V를 출력하고 그에 따라 스위치(114)는 온(ON)된다. 스위치(114)는 PNP형 트랜지스터이다.
스위치(114)가 턴 온됨에 따라 보호부(112)는 오픈회로가 구성되어 전류센서(140)의 신호는 프로세서(111)로 입력되지 않고 차단된다.
이때 스위치는 PnP 트랜지스터인 것을 예로 하여 설명하나 스위치의 연결방식 또는 종류에 따라 상이하게 구성될 수 있다.
따라서 배터리(150)의 쇼트로 인하여 전류센서(140)에서 과전류 또는 과전압이 출력되면, 보호부(112)는 비교기(113)를 통해 신호의 크기가 기준전압보다 큰지 확인하여 스위치로 신호를 출력하고 스위치가 턴 온 되어 과전류 또는 과전압을 차단한다.
그에 따라 보호부(112)는 프로세서(111)를 과전류 또는 과전압으로부터 보호할 수 있다.
도 4 는 본 발명의 일실시예에 따른 제어기 보호장치의 보호방법이 도시된 순서도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 전류센서(140)는 전류를 감지하여(S310), 감지된 전류에 대한 신호를 제어기(110)로 인가한다.
제어기(110)에 구비되는 보호부(112)는 프로세서(111)로 인가되는 전류센서(140)의 신호를 확인한 후, 신호를 프로세서(111)로 인가하거나 차단한다.
보호부(112)의 비교기(113)는 플러스 단자로 인가되는 기준전압(Vrf)과 마이너스 단자로 인가되는 전류센서(140)의 신호의 크기를 비교한다(S320)
비교기(113)는 전류센서(140)의 신호의 크기가 기준전압보다 작은 경우, 스위치는 오프되고, 배터리 전압이 프로세서(111)로 인가되어 전류센서(140)의 신호가 프로세서(111)로 인가된다(S330).
한편, 비교기(113)는 전류센서(140)의 신호(입력전압)의 크기가 기준전압보다 큰 경우, 스위치(114)는 온(ON)된다(S340).
스위치(114)가 온 됨에 따라 보호부(112)의 회로는 오픈되고(S350), 전류센서(140)의 신호는 프로세서(111)로 인가되지 않는다.
프로세서(111)는 배터리 쇼트에 대한 경고를 생성하여 출력부를 통해 출력할 수 있다
그에 따라 본 발명은 배터리 쇼트 시 전류센서를 통해 프로세서로 과전압이 인가되더라도 보호부를 통해 기준전압과의 비교결과에 따라 전류센서의 신호를 차단함으로써 프로세서가 소손되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 기술이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야할 것이다.
110: 제어기 111: 프로세서(CPU)
112: 보호부 113: 비교기
114: 스위치 115: 저항
120: 메모리 130: 통신모듈
140: 전류센서 150: 배터리

Claims (12)

  1. 전류센서; 및
    상기 전류센서로부터 신호를 입력받아 자동차의 상태를 판단하여 동작을 제어하는 제어기; 를 포함하고,
    상기 제어기는,
    자동차의 동작을 제어하는 프로세서; 및
    상기 전류센서로부터 상기 프로세서로 인가되는 신호의 크기를 기준전압과 비교하여 신호의 크기에 따라 상기 전류센서의 신호를 상기 프로세서로 인가하거나 또는 상기 프로세서로 인가되지 않도록 차단하는 보호부; 를 포함하는 제어기 보호장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 보호부는 상기 전류센서로부터 인가되는 상기 신호의 크기가 상기 기준전압보다 큰 경우 상기 전류센서의 신호를 차단하는 것을 특징으로 하는 제어기 보호장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 보호부는 상기 전류센서의 신호와 상기 기준전압을 비교하는 비교기; 및
    상기 비교기의 비교결과에 따라 상기 전류센서의 신호 차단 여부를 결정하는 스위치; 를 포함하는 제어기 보호장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 비교기는 플러스 단자에 상기 기준전압이 인가되고 마이너스 단자에 상기 전류센서의 신호가 인가되며,
    출력단자가 상기 프로세서의 스위치 단자 및 상기 스위치와 연결되는 것을 특징으로 하는 제어기 보호장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 스위치는 상기 전류센서의 신호가 상기 기준전압보다 큰 경우 온(ON)되고, 상기 기준전압이 상기 전류센서의 신호보다 큰 경우 오프(OFF)되는 것을 특징으로 하는 제어기 보호장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 보호부는 상기 스위치가 온되면 회로가 오픈되어 상기 전류센서의 신호를 차단하는 것을 특징으로 하는 제어기 보호장치.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 스위치는 베이스(Base)가 상기 비교기의 출력단자와 연결되고 이미터(Emitter)가 상기 전류센서와 연결되며 컬렉터(Collector)가 저항과 연결되는 것을 특징으로 하는 제어기 보호장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 스위치는 PNP 형 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 제어기 보호장치.
  9. 전류센서가 전류를 측정하여 신호를 제어기로 입력하는 단계;
    상기 제어기의 보호부가 상기 전류센서의 신호를 기준전압과 비교하는 단계;
    상기 전류센서의 신호와 상기 기준전압의 비교결과에 대응하여, 상기 전류센서의 신호가 상기 기준전압보다 큰 경우 상기 전류센서의 신호를 차단하는 단계; 및
    상기 비교결과에 대응하여 상기 기준전압이 상기 전류센서의 신호보다 큰 경우 상기 전류센서의 신호를 프로세서로 인가하는 단계; 를 포함하는 제어기 보호방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 전류센서의 신호가 상기 기준전압보다 큰 경우 스위치가 온되어 상기 보호부의 회로가 오픈되는 것을 특징으로 하는 제어기 보호방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 전류센서의 신호가 상기 기준전압보다 작은 경우 상기 스위치가 오프되는 것을 특징으로 하는 제어기 보호방법.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 전류센서의 신호가 상기 기준전압보다 큰 경우 배터리 쇼트에 의한 과전압이 인가된 것으로 판단하여 상기 전류센서의 신호를 차단하는 것을 특징으로 하는 제어기 보호방법.
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