KR20240100090A - 보조 인버터를 포함하는 차량 및 제어 방법 - Google Patents

보조 인버터를 포함하는 차량 및 제어 방법 Download PDF

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KR20240100090A
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권진수
김상용
박상수
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한화에어로스페이스 주식회사
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Abstract

본 명세서의 실시예들은 보조 인버터를 포함하는 차량 및 제어 방법을 제공한다.
본 명세서의 일 실시예에 따른 쿼드 모터 차량은, 복수개의 축들에 연결되는 복수개의 전동기들; 상기 복수개의 전동기과 연결되는 복수개의 인버터들; 및 상기 복수개의 전동기들 중 어느 하나의 전동기와 연결될 수 있는 보조 인버터를 포함할 수 있다.

Description

보조 인버터를 포함하는 차량 및 제어 방법{A vehicle including an auxiliary inverter and a method for controlling the vehicle}
본 명세서의 실시예들은 보조 인버터를 포함하는 차량 및 제어 방법을 제공한다.
림프 홈 모드(Limp-Home Mode)란 차량의 안정 주행을 위한 제어방법으로서 차량의 센서 등의 일부가 고장 발생 시 운전자와 승객을 안전한 곳까지 이동시킬 수 있는 모드를 지시한다.
오늘날 전투 차량 또는 전투 EV(Electric Vehicle)차량에 대한 요구가 증가하면서 차량에 결함이 발생하더라도 운행을 유지할 수 있는 Limp-Home 기능이 요구되고 있다. 전투 차량의 경우 일반적인 차량과 달리 운행 유지가 사용자의 생명과 직결되며 작전 수행, 가혹한 환경 등에 따라 림프 홈 모드로 전투 차량을 운행할 확률이 비교적 높다.
전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 본 발명의 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지기술이라 할 수는 없다.
본 명세서의 실시예는 상술한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로 조준감사 장치와 이를 이용한 방법을 제공한다.
상술한 과제를 달성하기 위한 본 명세서의 일 실시예에 따른 쿼드 모터 차량은, 복수개의 축들에 연결되는 복수개의 전동기들; 상기 복수개의 전동기과 연결되는 복수개의 인버터들; 및 상기 복수개의 전동기들 중 어느 하나의 전동기와 연결될 수 있는 보조 인버터를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 상기 보조 인버터는, 공기 저항, 구름 저항 및 등판 저항 및 전동기 개수에 기초한 파워 용량을 가질 수 있다.
일 실시예에 따른 쿼드 모터 차량은,제어부를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 복수개의 인버터들 중 어느 하나의 인버터에 결함이 발생한 경우, 결함 인버터를 확인하고, 상기 결함 인버터와 대응하는 전동기와 상기 보조 인버터와 전기적으로 연결하도록 제어하는
상술한 과제를 달성하기 위한 본 명세서의 복수개의 전동기들을 포함하는 쿼드 모터 차량의 제어 방법은, 상기 복수개의 전동기들과 대응하는 복수개의 인버터들의 결함을 검출하는 단계; 상기 복수개의 인버터들 중 어느 하나의 인버터에 결함이 발생한 경우, 상기 복수개의 전동기들의 구동을 중단하는 단계; 상기 복수개의 인버터들 중 결함 인버터를 확인하는 단계; 상기 결함 인버터와 대응하는 전동기와 보조 인버터와 전기적으로 연결하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 상기 보조 인버터는, 공기 저항, 구름 저항 및 등판 저항 및 전동기 개수에 기초한 파워 용량을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 보조 인버터를 포함하는 차량을 이용하여 림프 홈 모드를 수행할 수 있다.
실시예의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당해 기술 분야의 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 차량의 전동기, 인버터를 개략적으로 도시하는 구조도이다.
도 2는 쿼드 모터 차량의 구조를 개략적으로 도시하는 구조도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 쿼드 모터 차량의 구조를 개략적으로 도시하는 구조도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 보조 인버터의 파워 용량을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 쿼드 모터 차량의 제어 동작을 도시하는 순서도이다.
본 개시에서 사용되는 용어들은 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 다른 실시 예의 범위를 한정하려는 의도가 아닐 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 용어들은 본 개시에 기재된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 본 개시에 사용된 용어들 중 일반적인 사전에 정의된 용어들은, 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 동일 또는 유사한 의미로 해석될 수 있으며, 본 개시에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 경우에 따라서, 본 개시에서 정의된 용어일지라도 본 개시의 실시 예들을 배제하도록 해석될 수 없다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 다양한 실시예들을 상세히 설명한다. 그러나 본 개시의 기술적 사상은 다양한 형태로 변형되어 구현될 수 있으므로 본 명세서에서 설명하는 실시예들로 제한되지 않는다. 본 명세서에 개시된 실시예들을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술을 구체적으로 설명하는 것이 본 개시의 기술적 사상의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 공지 기술에 대한 구체적인 설명을 생략한다. 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
본 명세서에서 어떤 요소가 다른 요소와 "연결"되어 있다고 기술될 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 요소를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 어떤 요소가 다른 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 요소 외에 또 다른 요소를 배제하는 것이 아니라 또 다른 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
일부 실시예들은 기능적인 블록 구성들 및 다양한 처리 단계들로 설명될 수 있다. 이러한 기능 블록들의 일부 또는 전부는 특정 기능을 실행하는 다양한 개수의 하드웨어 및/또는 소프트웨어 구성들로 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 개시의 기능 블록들은 하나 이상의 마이크로프로세서들에 의해 구현되거나, 소정의 기능을 위한 회로 구성들에 의해 구현될 수 있다. 본 개시의 기능 블록들은 다양한 프로그래밍 또는 스크립팅 언어로 구현될 수 있다. 본 개시의 기능 블록들은 하나 이상의 프로세서들에서 실행되는 알고리즘으로 구현될 수 있다. 본 개시의 기능 블록이 수행하는 기능은 복수의 기능 블록에 의해 수행되거나, 본 개시에서 복수의 기능 블록이 수행하는 기능들은 하나의 기능 블록에 의해 수행될 수도 있다. 또한, 본 개시는 전자적인 환경 설정, 신호 처리, 및/또는 데이터 처리 등을 위하여 종래 기술을 채용할 수 있다.
림프 홈 모드(Limp-Home Mode)란 차량의 안정 주행을 위한 제어방법으로서 차량의 센서 등의 일부가 고장 발생 시 운전자와 승객을 안전한 곳까지 이동시킬 수 있는 모드를 지시한다. 오늘날 전투 차량 또는 전투 EV(Electric Vehicle)차량에 대한 요구가 증가하면서 차량에 결함이 발생하더라도 운행을 유지할 수 있는 Limp-Home 기능이 요구되고 있다. 전투 차량의 경우 일반적인 차량과 달리 운행 유지가 사용자의 생명과 직결되며 작전 수행, 가혹한 환경 등에 따라 림프 홈 모드로 전투 차량을 운행할 확률이 비교적 높다.
이하 설명에서는 쿼드 모터 차량을 기준으로 설명하나 이는 설명의 편의를 위한 것이고 각 축 별로 전동기 및 인버터가 연결되는 차량에 대해서도 적용 가능함이 당업자에게 자명하다.
도 1은 차량의 전동기, 인버터를 개략적으로 도시하는 구조도이다.
일반적인 차량의 경우 전동기에 따른 휠 제어에 따라 사륜 구동, 전륜 구동 및 후륜 구동으로 구분될 수 있다.
도 1을 참고하면 사륜 구동 차량(110)과 후륜 구동 차량(120)의 구조도가 도시되어 있다.
도 1에 도시된 것과 같이 후륜 구동 차량(120)의 경우 후륜에 전동기(121)와 인버터(123)을 연결하여 후륜 구동 차량(120)의 구동을 제어할 수 있다. 후륜 구동 차량(120)의 경우 인버터(123)의 결함이 발생하는 경우 전동기의 구동을 중단하고 차량의 운행을 중단하여야 한다.
도 1에 도시된 것과 같이 사륜 구동 차량(110)의 경우 전륜과 후륜 각각 하나의 전동기가 연결되어 두 개의 전동기(111)로 구성되며 전동기 각각에 대응하는 두개의 인버터(113)를 포함할 수 있다. 만약 인버터가 결함이 발생하면 차량의 운행을 중단하거나 결함이 발생한 인버터에 대응하는 전동기의 구동을 중단하고, 하나의 구동기를 이용하여 차량을 제어할 수 있다. 하지만 두개의 인버터(113)가 고장나게 되는 경우 전동기의 구동을 중단하고 차량의 운행을 중단하여야 한다.
도 2는 쿼드 모터 차량(200)의 구조를 개략적으로 도시하는 구조도이다.
도 2에 도시된 것과 같이 쿼드 모터 차량(200)은 각 축 별로 전동기 및 인버터가 연결된다. 예컨대 제1 축에는 제1 모터(211) 및 제1 인버터(221), 제2 축에는 제2 모터(213) 및 제2 인버터(223), 제3 축에는 제3 모터(215) 및 제3 인버터(225) 그리고 제4 축에는 제4 모터(217) 및 제4 인버터(227)가 연결되어 있을 수 있다.
이러한 쿼드 모터 차량(200)은 최대 두개의 인버터에 결함이 발생하더라도 다른 전동기를 이용하여 차량을 제어할 수 있다. 구체적으로 쿼드 모터 차량(200)은 전륜 후륜 중 동일 방향에 배치된 두개의 인버터에 결함이 발생하더라도 타 방향에 배치된 인버터를 이용하여 차량 운행을 할 수 있다.
예컨대 제1 인버터(221)에 결함이 발생하고 제1 인버터(221)와 동일하게 전륜 방향에 위치한 제2 인버터(223)에 결함이 발생하는 경우 제3 인버터(225) 및 제4 인버터(227)를 이용하여 차량 운행을 수행할 수 있다.
하지만 전륜 방향에 위치한 제1 인버터(221)에 결함이 발생하고 후륜 방향에 위치한 제3 인버터(225) 또는 제4 인버터(227)에 결함이 발생하는 경우에는 전동기의 구동을 중단하고 차량의 운행을 중단하여야 한다.
위와 같이 쿼드 모터 차량(200)의 경우에도 특정 상황에 대해서는 림프 홈 모드가 정상 동작하지 않을 수 있다. 전술한바와 같이 전투 차량의 경우 림프 홈 모드가 사용자의 생명과 직결되며 작전 수행, 가혹한 환경 등에 따라 림프 홈 모드로 전투 차량을 운행할 확률이 비교적 높은 바 이하 도 3에 따라 림프 홈 모드를 강건하게 적용하기 위한 쿼드 모터 차량을 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 쿼드 모터 차량(300)의 구조를 개략적으로 도시하는 구조도이다.
쿼드 모터 차량(300)은 복수개의 축들에 연결되는 복수개의 전동기들(311, 313, 315, 317), 복수개의 인버터들(321, 323, 325, 327), 복수개의 스위치(301, 302, 303, 304, 305, 306, 307, 308), 보조 인버터들(331,333) 및 제어부(미도시)을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 복수개의 전동기들(311, 313, 315, 317)은 각각 축에 연결되어 구동력을 전달할 수 있다.
일 실시예에 따른 복수개의 인버터들(321, 323, 325, 327)은 각각 전동기와 연결되어 전동기의 회전수를 제어할 수 있다. 쿼드 모터 차량(300)에서 하나의 전동기는 하나의 인버터와 대응할 수 있다. 예컨대 제1 전동기(311)와 제1 인버터(321)가 대응하고, 제2 전동기(313)와 제2 인버터(323)가 대응하고, 제3 전동기(315)와 제3 인버터(325)가 대응하고, 제4 전동기(317)와 제4 인버터(327)가 대응할 수 있다.
일 실시예에 따른 보조 인버터들(331,333)은 복수개의 인버터들(321, 323, 325, 327) 중 어느 하나의 결함이 발생하는 경우, 복수개의 전동기들(311, 313, 315, 317) 중 적어도 어느 하나의 전동기와 연결되어 전동기의 회전수를 제어할 수 있다. 이러한 보조 인버터들(331,333)의 파워 용량은 쿼드 모터 차량(300)이 림프 홈 모드를 동작하기 위한 파워 용량으로 제한될 수 있다. 또한 이러한 보조 인버터들(331,333)은 복수개의 인버터들(321, 323, 325, 327)보다 파워 용량 및 부피가 작을 수 있다. 구체적으로 이러한 보조 인버터들(331,333)의 파워 용량은 공기 저항, 구름 저항 및 등판 저항 및 전동기 개수에 기초한 파워 용량을 가질 수 있다. 이하 도 4a 및 도 4b에서 림프 홈 모드를 동작하기 위한 파워 용량에 대해 설명한다.
일 실시예에 따른 복수개의 스위치(301, 302, 303, 304, 305, 306, 307, 308)는 on/pff 제어를 통해 구성들간 전기적으로 연결하거나 단절시킬 수 있다. 예컨대 제1 스위치(301)는 제1 전동기(311)와 제1 인버터(321) 사이의 스위치이고, 제2 스위치(302)는 제2 전동기(313)와 제2 인버터(323) 사이의 스위치이고, 제3 스위치(303)는 제1 전동기(311)와 제1 보조 인버터(331) 사이의 스위치이고, 제4 스위치(304)는 제2 전동기(313)와 제2 보조 인버터(333) 사이의 스위치이고, 제5 스위치(305)는 제3 전동기(315)와 제1 보조 인버터(331) 사이의 스위치이고, 제6 스위치(306)는 제4 전동기(317)와 제2 보조 인버터(333) 사이의 스위치이고, 제7 스위치(307)은 제3 전동기(315)와 제3 인버터(325) 사이의 스위치이고, 제8 스위치(308)는 제4 전동기(317)와 제4 인버터(327) 사이의 스위치일 수 있다.
제어부(미도시)는 본 발명에 따른 쿼드 모터 차량(300)의 전반적인 동작들을 제어한다. 예를 들어 제어부는 기본적인 산술, 로직 및 입출력 연산을 수행함으로써, 컴퓨터 프로그램의 명령을 처리하도록 구성될 수 있다.
일 실시예에 따른 제어부는 복수개의 인버터들(321, 323, 325, 327) 중 어느 하나의 인버터에 결함이 발생한 경우, 결함 인버터를 확인하고, 스위치를 이용하여 결함 인버터와 전동기의 전기적 연결을 단절시키고, 스위치를 이용하여 결함 인버터와 대응하는 전동기와 보조 인버터를 전기적으로 연결하도록 제어할 수 있다.
예컨대 제어부는 제1 인버터(321)의 결함을 검출한 경우 제1 스위치(301)를 이용하여 제1 인버터(321)와 제1 전동기(311)의 연결을 단절시킬 수 있다. 또한 제어부는 제3 스위치(303)를 이용하여 제1 보조 인버터(331)와 제1 전동기(311)를 전기적으로 연결할 수 있다.
이러한 제어부는 단일 CPU 또는 복수의 CPU(또는 DSP, SoC)로 구현될 수 있다. 제어부는 디지털 신호를 처리하는 디지털 시그널 프로세서(digital signal processor(DSP), 마이크로프로세서(microprocessor), TCON(Time controller)으로 구현될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 중앙처리장치(central processing unit(CPU)), MCU(Micro Controller Unit), MPU(micro processing unit), 컨트롤러(controller), 어플리케이션 프로세서(application processor(AP)), 또는 커뮤니케이션 프로세서(communication processor(CP)), ARM 프로세서 중 하나 또는 그 이상을 포함하거나, 해당 용어로 정의될 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 보조 인버터의 파워 용량을 설명하기 위한 도면이다.
보조 인버터는 전동기 구동을 제어하기 위한 인버터와 비교하였을 때 비교적 부피 및 질량이 작으며, 파워 용량이 낮을 수 있다. 예컨대 보조 인버터는 림프 홈 모드를 적용하기 위해 최소 구동을 위한 파워 용량을 가지도록 설계될 수 있다.
도 4a를 참고하면 림프 홈 모드를 적용하기 위한 최소 파워 용량은 전투 차량의 Limp-Home 구동 속도, 가속도와 차량의 무게를 이용하여 산출할 수 있다. 도 4a에서는 휠에 일정하게 힘이 분포된다고 가정하고 인버터 최소 파워 용량을 산출한다.
최소 파워 용량은 공기 저항, 구름 저항 및 등판 저항 및 전동기 개수에 기초하여 산출 될 수 있다. Fr은 구름저항, Fa는 공기저항, Fθ는 등판저항을 지시할 수 있다.
도 4a를 간략화 하면 도 4b와 같이 도식화 할 수 있다.
구름 저항은 하기 수학식 1에 의해 정의될 수 있다.
[수학식 1]
은 마찰계수, m은 전투 차량의 질량, g는 중력 가속도, 는 작전 환경의 최대 기울기를 지시할 수 있다.
공기저항은 하기 수학식 2에 의해 정의될 수 있다.
[수학식 2]
은 항력계수, 는 작전 환경에서의 평균 유체 밀도, A는 전투 차량의 전면 면적, v는 림프 홈 모드에 따른 전투 차량의 속도를 지시할 수 있다.
등판저항은 하기 수학식 3에 의해 정의될 수 있다.
[수학식 3]
m은 전투 차량의 질량, g는 중력 가속도, 는 작전 환경의 최대 기울기를 지시할 수 있다.
전투 차량에서의 저항력 및 이에 따른 파워를 산출하면 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 4]
은 전투 차량의 저항력, 는 저항력에 따른 파워, v는 림프 홈 모드에 따른 전투 차량의 속도를 지시할 수 있다.
의 휠당 힘이 일정하게 분포된다고 가정하면 구동을 위한 보조 인버터의 최소 파워 용량은 수학식 5에 의해 나타낼 수 있다.
[수학식 5]
보조 인버터의 최소 파워 용량, N은 차량의 휠 개수, 는 저항력에 따른 파워를 지시할 수 있다.
보조 인버터들은 각각 의 파워 용량으로 설계될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 쿼드 모터 차량의 제어 동작을 도시하는 순서도이다.
도 5를 참고하면, 쿼드 모터 차량은 S110 단계에서 복수개의 전동기들과 대응하는 복수개의 인버터들의 결함을 검출할 수 있다.
쿼드 모터 차량은 S120 단계에서 복수개의 인버터들 중 어느 하나의 인버터에 결함이 발생한 경우, 복수개의 전동기들의 구동을 중단하고 쿼드 모터 차량의 운행을 중단할 수 있다.
쿼드 모터 차량은 S130 단계에서 복수개의 인버터들 중 결함 인버터를 확인할 수 있다.
쿼드 모터 차량은 S140 단계에서 결함 인버터와 결함 인버터에 대응하는 전동기 사이를 전기적으로 단절할 수 있다. 또한 쿼드 모터 차량은 결함 인버터에 대응하는 전동기 와 보조 인버터를 전기적으로 연결할 수 있다. 이때 보조 인버터는, 림프 홈 모드 동작을 위한 보조 인버터로서 공기 저항, 구름 저항 및 등판 저항 및 전동기 개수에 기초한 파워 용량을 가질 수 있다.
비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위에는 본 발명의 요지에 속하는 한 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.
110: 사륜 구동 차량 111: 전동기
113: 인버터 120: 후륜 구동 차량
121: 전동기 123: 인버터
200: 쿼드 모터 차량 211 제1 모터
213: 제2 모터 215: 제3 모터
217: 제4 모터 221: 제1 인버터
223: 제2 인버터 225: 제3 인버터
227: 제4 인버터 300: 쿼드 모터 차량
301: 제1 스위치 302: 제2 스위치
303: 제3 스위치 304: 제4 스위치
305: 제5 스위치 306: 제6 스위치
307: 제7 스위치 308: 제8 스위치
311: 제1 전동기 313: 제2 전동기
315: 제3 전동기 317: 제4 전동기
321: 제1 인버터 323: 제2 인버터
325: 제3 인버터 327: 제4 인버터
331: 제1 보조 인버터 333: 제2 보조 인버터

Claims (5)

  1. 쿼드 모터 차량에 있어서,
    복수개의 축들에 연결되는 복수개의 전동기들;
    상기 복수개의 전동기과 연결되는 복수개의 인버터들; 및
    상기 복수개의 전동기들 중 어느 하나의 전동기와 연결될 수 있는 보조 인버터를 포함하는, 쿼드 모터 차량.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 보조 인버터는,
    공기 저항, 구름 저항 및 등판 저항 및 전동기 개수에 기초한 파워 용량을 가지는, 쿼드 모터 차량.
  3. 제1 항에 있어서,
    제어부를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 복수개의 인버터들 중 어느 하나의 인버터에 결함이 발생한 경우, 결함 인버터를 확인하고, 상기 결함 인버터와 대응하는 전동기와 상기 보조 인버터와 전기적으로 연결하도록 제어하는, 쿼드 모터 차량.
  4. 복수개의 전동기들을 포함하는 쿼드 모터 차량의 제어 방법에 있어서,
    상기 복수개의 전동기들과 대응하는 복수개의 인버터들의 결함을 검출하는 단계;
    상기 복수개의 인버터들 중 어느 하나의 인버터에 결함이 발생한 경우, 상기 복수개의 전동기들의 구동을 중단하는 단계;
    상기 복수개의 인버터들 중 결함 인버터를 확인하는 단계;
    상기 결함 인버터와 대응하는 전동기와 보조 인버터와 전기적으로 연결하는 단계를 포함하는, 제어 방법.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 보조 인버터는,
    공기 저항, 구름 저항 및 등판 저항 및 전동기 개수에 기초한 파워 용량을 가지는, 제어 방법.


KR1020220182189A 2022-12-22 보조 인버터를 포함하는 차량 및 제어 방법 KR20240100090A (ko)

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