KR101034021B1 - A motor initial angle detection method of hybrid vehicle - Google Patents
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Abstract
하이브리드 차량에서 모터의 구동을 제어하기 위한 초기각을 추정함에 있어 모터 모델을 기반으로 두 단계의 여자신호를 발생시켜 그때의 인가전압 및 센싱전류의 정보로부터 초기각을 추정하도록 하는 것으로,In estimating the initial angle for controlling the driving of the motor in the hybrid vehicle, an excitation signal of two stages is generated based on the motor model, and an initial angle is estimated from the information of the applied voltage and sensing current at that time.
본 발명은 모터의 모델을 기반으로 제1설정시간 동안 고정자 d축의 전류만을 여자시키는 제1과정과, 상기 제1과정에서 여자된 고정자 d축의 전류와 인가전압에 절대값을 취한 다음 저역 필터링하는 제2과정과, 상기 제2과정에서 필터링된 값에서 모터의 위치 정보와 관련되는 각도 정보 |sin2θr|의 값을 추출하는 제3과정과, 모터의 모델을 기반으로 제2설정시간 고정자 d축 및 q축을 전류를 여자시키는 제4과정과, 상기 제4과정에서 여자된 고정자 d축 및 q축의 전류와 인가전압에 절대값을 취한 다음 저역 필터링하는 제5과정과, 상기 제5과정에서 필터링된 값에서 모터의 위치 정보와 관련되는 각도 정보 |cos2θr|의 값을 추출하는 제6과정과, 상기 제3과정과 제6과정에서 추출된 모터의 위치 정보와 관련되는 각도 정보 |sin2θr|와 |cos2θr|에서 'sin2θr' 및 'cos2θr'를 산출하는 제7과정 및 상기 제7과정에서 산출된 'sin2θr' 및 'cos2θr'의 값에서 '2θr'을 추출하고, '2θr'이 포함되는 섹터를 확인하여 모터의 초기각 'θr'을 추정하는 과정을 포함한다.The present invention relates to a motor control method and a motor control method for controlling a stator in a d-axis, comprising: a first step of exciting only a stator d-axis current for a first set time based on a model of a motor; A second step of extracting a value of angular information | sin2? R | associated with the position information of the motor from the filtered values in the second step; a fifth step of taking an absolute value of a current and an applied voltage of a d-axis and a q-axis of the stator excited in the fourth step and then performing low-pass filtering on the q-axis current; at an angle information relating to the position information of the motor | cos2θ r | a sixth step of extracting the value of the third process and sixth angle information relating to the position information of the motor derived from the process | sin2θ r | and | cos2? r | sin2θ r 'and' cos2θ r sector that "the calculation the seventh process, and was determined in the seventh step of" sin2θ r "and""from the value of" cos2θ r 2θ r 'extract, and "containing the 2θ r' And estimating an initial angle '? R ' of the motor.
하이브리드 차량, 모터 제어, 초기각, 섹터 확인Hybrid vehicle, motor control, initial angle, sector identification
Description
도 1은 하이브리드 차량의 제어기 및 동력 시스템의 구조를 도시한 도면.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 is a diagram showing a structure of a controller and a power system of a hybrid vehicle. Fig.
도 2는 본 발명에 따른 하이브리드 차량에서 모터 초기각 추정을 수행하는 일 실시예의 흐름도.2 is a flow chart of an embodiment for performing motor initial angle estimation in a hybrid vehicle according to the present invention;
도 3은 본 발명에 따른 하이브리드 차량에서 모터 초기각 추정에 대한 블록 구성도.3 is a block diagram of a motor initial angle estimation in a hybrid vehicle according to the present invention.
도 4는 본 발명에 따른 하이브드 차량에서 모터 추기각 추정을 위한 각 섹터 영역을 도시한 도면.4 is a view showing each sector region for estimation of a motor-assisted steering angle in a hybrid vehicle according to the present invention;
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>Description of the Related Art
10 : BMS 20 : HCU10: BMS 20: HCU
30 : ECU 40 : MCU30: ECU 40: MCU
50 : TCU 60 : 메인 배터리50: TCU 60: main battery
70 : 엔진 80 : 모터70: engine 80: motor
90 : 변속기 100 : 보조 배터리90: Transmission 100: Auxiliary battery
본 발명은 하이브리드 차량에 관한 것으로, 더 상세하게는 모터의 구동을 제어하기 위한 초기각을 추정함에 있어 두 단계의 여자신호를 발생시켜 그때의 인가전압 및 센싱전류의 정보로부터 초기각을 추정하도록 하는 하이브리드 차량의 모터 초기각 추정방법에 관한 것이다.[0001] The present invention relates to a hybrid vehicle, and more particularly to a hybrid vehicle in which an excitation signal of two stages is generated in estimating an initial angle for controlling the driving of a motor to estimate an initial angle from information of an applied voltage and sensing current at that time The present invention relates to a method of estimating a motor initial angle of a hybrid vehicle.
도 1은 엔진 하이브리드 차량의 제어기 및 동력 시스템을 도시하고 있는데, 도시된 바와 같이, 동력원인 엔진(70)과 메인 배터리(60), BMS(Battery Management System ; 10)와 HCU(Hybrid Control Unit ; 20), ECU(Engine Control Unit ; 30), MCU(Motor Control Unit ; 40), TCU(Torque Control Unit ; 50)을 포함하며 CAN 통신을 통해 상호 연결되어 제어정보를 상호 교환하는 복수개의 제어기와, 모터(80), 변속기(90) 및 보조 배터리(100)를 포함하여 구성된다.As shown in FIG. 1, an
상기에서 BMS(10)는 메인 배터리(60)의 전압, 전류, 온도 등의 정보를 종합 검출하여 배터리의 SOC 상태를 관리 제어하며, 출력되는 파워를 제한 제어한다.The
HCU(20)는 상위 제어기로 각 제어기들을 통합 제어하며, 운행중에 발생되는 각종 이상 상태의 자기 진단과 메인 배터리(60)와 엔진(70)간의 파워 분배, 아이들 스톱 제어, 회생 에너지의 회수 등에 관련되는 제반적인 동작을 총괄 제어한다.The HCU 20 integrally controls each of the controllers with the host controller. The HCU 20 performs self-diagnosis of various abnormal conditions occurring during operation, power distribution between the
ECU(30)는 운전자의 운행 요구 신호와 냉각수온, 엔진 토크 등의 엔진 상태 정보 및 HCU(20)의 제어, 메인 배터리(60)의 SOC(State Of Charge)에 따라 엔진(70)에 대한 제반적인 동작을 제어한다.The ECU 30 controls the
MCU(40)는 인버터를 포함하며, 메인 배터리(60)의 DC 전압을 3상 전압으로 상변환하여 각 상별 전류 제어를 통해 모터(80)에 구동 및 출력 토크를 제어한다.The
TCU(50)는 현재의 차속, 기어비, 클러치 상태 등의 정보를 검출하여 HCU(20)의 제어에 따라 변속기(90)의 출력 토크 조절에 대한 전반적인 동작을 제어한다.The TCU 50 detects information such as the current vehicle speed, the gear ratio, the clutch state, and the like, and controls the overall operation of the
메인 배터리(60)는 고용량 고전압이 충전되는 배터리로 구성되며, 제동 제어시 발생되는 회생 발전 에너지 및 엔진(70)의 동작에 의한 발전으로 충전된다.The
엔진(70)은 상기 ECU(30)의 제어에 의해 동작되며, 출력 샤프트가 모터(80)통해 변속기(90)에 직결된다.The
모터(80)는 MCU(40)에 의해 제어되어 엔진(70)의 동력을 보조한다.The
변속기(90)는 통상적으로 CVT로 이루어지며, TCU(50)의 제어에 따라 기어비가 조정되어 도시되지 않은 바퀴에 구동력을 전달한다.The
보조 배터리(100)는 엔진(70)에 장착되는 ISG에 의해 충전되며, 하이브리드 차량에 장착되는 각종 전장부하의 전원을 담당한다.The
전술한 구조를 갖는 하이브리드 차량은 엔진(70)이 주동력원으로 작용하고, 모터(80)는 엔진(70)의 동력 부족분으로 보조해주는 역할을 수행한다.In the hybrid vehicle having the above-described structure, the
이와 같이 엔진(70)의 동력 부족분으로 보조해주는 모터(80)의 구동을 제어하기 위해서는 MCU(40)가 반드시 모터(80)의 자석 위치(θr), 즉 초기각을 알아야 한다.In order to control the driving of the
따라서, 종래에는 MCU(40)가 모터(80)의 구동을 제어함에 있어 초기각을 추정하기 위하여 엔진(70)으로 모터(80)를 강제로 구동시킨 다음 이때 모터(80)에서 발생되는 역기전력을 별도의 초기각 회로를 이용하여 검출한 후 이를 초기각으로 추정하는 방법을 적용하고 있다.Therefore, conventionally, in order to estimate the initial angle when the
이와 같은 종래의 초기각 추정 방법은 모터의 초기각을 찾기 위해서 엔진 또는 별도의 구동장치를 이용하여 모터를 강제로 회전시키 주어야 하는 번거움과 단점이 있으며, 모터 속도에 따라 역기전력 전압의 크기 및 파형에 영향을 받게 되는 단점이 있다. The conventional method of estimating the initial angle has a cumbersome operation and a disadvantage of forcing the motor to rotate by using an engine or a separate driving device in order to find the initial angle of the motor. The magnitude and waveform of the back electromotive force voltage So that there is a disadvantage that it is affected.
또한 역기전력의 전압을 측정하기 위한 별도의 하드웨어 회로구현이 요구되어지는 단점이 있다. In addition, there is a disadvantage that a separate hardware circuit for measuring the voltage of the counter electromotive force is required.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로, 그 목적은 모터의 구동을 제어하기 위한 초기각을 추정함에 있어 MCU에서 두 단계의 여자신호를 발생시켜 모터의 모델을 바탕으로 그때의 인가전압 및 센싱전류의 정보로부터 초기각을 추정하도록 한 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a method and apparatus for estimating an initial angle for controlling the driving of a motor, The initial angle is estimated from the information of the voltage and the sensing current.
상기와 같은 목적을 실현하기 위해 본 발명의 실시예에 따르면, 모터의 모델을 기반으로 제1설정시간 동안 고정자 d축의 전류만을 여자시키는 제1과정과; 상기 제1과정에서 여자된 고정자 d축의 전류와 인가전압에 절대값을 취한 다음 저역 필터링하는 제2과정과; 상기 제2과정에서 필터링된 값에서 모터의 위치 정보와 관련되는 각도 정보 |sin2θr|의 값을 추출하는 제3과정과; 모터의 모델을 기반으로 제2설정시간 고정자 d축 및 q축을 전류를 여자시키는 제4과정과; 상기 제4과정에서 여자된 고정자 d축 및 q축의 전류와 인가전압에 절대값을 취한 다음 저역 필터링하는 제5과정과; 상기 제5과정에서 필터링된 값에서 모터의 위치 정보와 관련되는 각도 정보 |cos2θr|의 값을 추출하는 제6과정과; 상기 제3과정과 제6과정에서 추출된 모터의 위치 정보와 관련되는 각도 정보 |sin2θr|와 |cos2θr|에서 'sin2θr' 및 'cos2θr'를 산출하는 제7과정 및; 상기 제7과정에서 산출된 'sin2θr' 및 'cos2θr'의 값에서 '2θr'을 추출하고, '2θr'이 포함되는 섹터를 확인하여 모터의 초기각 'θr'을 추정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 모터 초기각 추정방법이 제공된다.In order to achieve the above object, according to an embodiment of the present invention, there is provided a motor control method comprising: a first step of exciting only a current in a d-axis of a stator during a first set time based on a model of a motor; A second step of taking an absolute value of a current and an applied voltage of the stator d axis excited in the first step and then performing low-pass filtering; A third step of extracting a value of angular information | sin2? R | related to the position information of the motor from the values filtered in the second step; A fourth step of exciting currents of the d-axis and the q-axis of the second set time stator based on the model of the motor; A fifth step of taking an absolute value of a current and an applied voltage of the stator d axis and the q axis of the excited stator in the fourth step and then performing low pass filtering; A sixth step of extracting a value of angular information |
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명에 따른 하이브리드 차량의 모터 초기각 추정방법은 별도의 하드웨어 구성이 추가되지 않는바, 시스템의 구성에 대해서는 상세한 설명은 생략한다.The method of estimating the motor initial angle of the hybrid vehicle according to the present invention does not add a separate hardware configuration, so that detailed description of the system configuration will be omitted.
MCU는 하기의 수학식 1과 같이 정의되는 모터의 모델을 바탕으로 제1설정시간 고정자 전류를 제어하여 여자신호를 발생시킨다(S101).The MCU generates an excitation signal by controlling the first set time stator current based on the model of the motor defined by
상기 S101에서의 고정자 전류 제어는 고정자 d축의 전류(id)를 'Imsin wt'로 제어하고, q축의 전류(iq)를 '0'으로 제어하여, 즉 고정자 d축에 대한 전류만을 여자시켜 고정자 d축과 q축에 대한 여자신호를 하기의 수학식 2와 같이 발생시킨다. The stator current control in S101 is performed by controlling the current id of the stator d axis to Imsin wt and controlling the current iq of the q axis to 0, The excitation signal for the axis and the q-axis is generated as shown in Equation (2) below.
상기 S101의 제어에 적용한 전류와 인가전압에 대하여 절대값을 취한 다음(S102), 저역 필터를 통과시켜 필터링 값으로 추출하고(S103), 필터링된 값에서 모터의 위치 정보와 관련되는 각도 정보 '|sin2θr|'의 값을 하기의 수학식 3과 같이 추출한다(S104).The absolute value of the current applied to the control of S101 and the applied voltage are taken (S102), passed through a low-pass filter and extracted as a filtered value (S103), and the angle information '| sin2 &thetas; r ' is extracted as shown in the following Equation 3 (S104).
또한, MCU는 상기의 수학식 1과 같이 정의되는 모터의 모델을 바탕으로 제2설정시간 동안 고정자 전류를 제어하여 여자신호를 발생시킨다(S105).Also, the MCU generates an excitation signal by controlling the stator current for a second set time based on the model of the motor defined by Equation (1) (S105).
상기 S105에서의 고정자 전류 제어는 고정자 d축의 전류(id)를 'Imsin wt'로 제어하고, q축의 전류(iq) 역시 'Imsin wt'로 동일 크기의 전류 제어하여 고정자 d축과 q축에 대한 여자신호를 하기의 수학식 4와 같이 발생시킨다.The stator current control in S105 controls the current id of the stator d axis to Imsin wt and the current iq of the q axis to the same magnitude of current Imsin wt to control the stator d axis and q axis An excitation signal is generated as shown in Equation (4) below.
이후, 상기 S105의 제어에 적용한 전류와 인가전압에 대하여 절대값을 취한 다음(S106), 저역 필터를 통과시켜 필터링 값으로 추출하고(S107), 필터링된 값에서 모터의 위치 정보와 관련되는 각도 정보 '|cos2θr|'를 하기의 수학식 5와 같이 추출한다(S108).Thereafter, an absolute value is taken with respect to the current applied to the control of S105 and the applied voltage (S106), and the filtered value is passed through a low-pass filter to extract the filtered value (S107) 'Cos2? R |' is extracted as shown in the following equation (5) (S108).
상기 S104를 통해 모터의 위치 정보와 관련되는 각도 정보 '|sin2θr|'와 S108를 통해 모터의 위치 정보와 관련되는 각도 정보 '|cos2θr|'가 추출되면 모터의 위치 정보와 관련되는 각도 정보 '|sin2θr|와 '|cos2θr|'에서 하기의 수학식 6과 같이 'sin2θr' 및 'cos2θr'의 산출한다(S109).If the angle information '| sin2? R |' related to the position information of the motor and the angle information '| cos2? R |' related to the position information of the motor are extracted through S108, the angle information related to the position information of the motor 'Sin2? R ' and 'cos2? R ' are computed as follows from Equation (6) at | sin2? R | and | cos2? R | (S109).
그리고, 상기 S109에서 부호 확인된 'sin2θr' 및 'cos2θr'의 값으로부터 하기의 수학식 7을 적용하여 '2θr'을 추출한다(S110).Then, the extracted '2θ r' by applying the equation (7) below from the value of the 'sin2θ r' and 'cos2θ r' confirmation code in the S109 (S110).
이후, 상기 S110에서 추출된 '2θr'이 도 4에 도시된 바와 같이 어느 섹터내에 포함되는지를 확인하여 실질적인 모터의 초기각 'θr'을 하기의 수학식 8과 같이 추정하여, 모터의 초기 구동 제어에 적용한다(S111).Then, it is determined which sector the 2θ r extracted in S110 is included in, as shown in FIG. 4, to estimate the actual motor initial angle θ r 'as shown in the following equation (8) And applies it to the drive control (S111).
상기 추출된 '2θr'이 도 4에 도시된 바와 같이 어느 섹터내에 포함되는지를 확인하는 과정에서 섹터 (c)와 섹터(d)의 경우에는 'θr' 이 4사분면에 존재하며 음수로 나타나므로, 180°를 더해주는 방법을 적용한다.The extracted '2θ r' in the process of confirming whether or contained within one sector, as is shown in Figure 4. In the sector (c) with the sector (d) is present in the
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 기존의 추정방법과 비교해 볼 때 모터 정지상태에서 인가전압과 여자전류의 정보만으로 모터의 초기각을 추정할 수 있어, 초기각의 정보를 갖고 있는 역기전력 전압을 센싱하기 위한 별도의 하드웨어도 필요하지 않음으로써, 시스템의 구현에 간편성 및 원가를 절감시키는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, the initial angle of the motor can be estimated based only on the information of the applied voltage and the exciting current when the motor is stopped, compared with the conventional estimation method, and the back electromotive force voltage having the initial angle information is sensed It is possible to simplify the system implementation and reduce the cost.
또한, 모터를 정지상태에서 추정이 가능하기 때문에 엔진 또는 외부의 구동장치를 이용할 필요가 없어 시스테의 구성이 간략화되며, 모터 모델을 기반으로 함으로써 초기각의 추정에 신뢰성이 제공된다.In addition, since the motor can be estimated in the stopped state, it is not necessary to use an engine or an external driving device, the structure of the system is simplified, and reliability is provided in estimating the initial angle based on the motor model.
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