KR102158482B1

KR102158482B1 - 긴급제동 발생시 3상 모터 제어를 위한 확장된 전류 검출 방법

Info

Publication number: KR102158482B1
Application number: KR1020140107015A
Authority: KR
Inventors: 김도군
Original assignee: 현대모비스 주식회사
Priority date: 2014-08-18
Filing date: 2014-08-18
Publication date: 2020-09-23
Also published as: US9506954B2; CN106199419A; US20160049888A1; CN106199419B; KR20160021574A

Abstract

본 발명은 긴급제동 발생시 3상 모터 제어를 위한 확장된 전류 검출 방법을 공개한다. 본 발명은 전류측정범위를 벗어난 전류로 동작하는 모터 각각의 상 중 적어도 두 개의 상에 대한 전류값을 검출하는 단계; 상기 검출된 전류값을 임계값과 비교하는 단계; 및 상기 비교하는 단계를 통해 상기 검출된 전류값 중 상기 임계값 이상인 전류값이 하나인 경우, 상기 전류값을 제거하고, 미리 정의된 룩업 테이블로부터 상기 모터 나머지 하나의 상에 대한 전류값을 획득하여 상기 제거된 전류값을 결정하는 단계를 포함한다.

Description

긴급제동 발생시 3상 모터 제어를 위한 확장된 전류 검출 방법{Detecting extended current method for controlling three-phase motor in event of emergency brake}

본 발명은 3상 모터 제어 방법에 관한 것으로, 특히 긴급제동 발생시 3상 모터 제어를 위한 확장된 전류 검출 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 차량용 제동장치는 휠과 함께 회전하는 원판형상의 디스크를 양측에서 패드로 압박하여 그 마찰력으로 인해 차량을 제동시킨다. 이 경우 필요한 제동력은 유압장치로부터 차량의 바퀴로 공급되는 압력에 의해 발생하는 것이 일반적이었으나, 최근에는 전기 모터의 회전력에 의해 제동력을 발생시키는 전자식 제동 장치가 개발되었다.

전자식 제동 장치는 모터의 응답속도가 빠르며 전류센서를 통하여 모터의 토크를 정확히 알 수 있으므로 바퀴의 브레이크력을 각각 제어할 수 있어 ABS(Anti-lock Brake System), TCS(Traction control System), ESP(Electronic Stability Program)에 적용시 정확도가 높다는 장점이 있어 활발하게 개발이 진행되고 있다.

이러한 전자식 제동 장치는 3상권선의 영구 자석형 동기 전동기를 사용할 때 3상 모터의 제어를 위해 3상의 전류를 검출하여야 한다. 3상의 전류 검출은 키르히호프 전류식을 적용하여 통상 2개의 전류센서만으로 가능하다. 즉, 2개의 전류센서만으로 2개의 상에 대한 전류를 검출하고 나머지 한 상은 계산으로 획득 가능 하다. 이때 전류센서의 용량(예 150A)에 따라 한 상에 전류를 검출할 수 있는 범위는 한정되어 있다. 예를 들어, 150A 이상의 전류가 흘러도 전류센서의 영향으로 그 이상의 전류는 전부 150A로 포화된 전류값으로 검출된다. 따라서, 그 이상의 전류가 흘렀을 때는 정상 제어를 할 수 없게 되는 문제점이 있다.

종래의 한국공개특허 제2012-0003529호는 자동차의 전자식 제동 장치의 제어 방법에 관한 것으로, 전자식 제동 장치의 동작으로 인해 발생하는 소음을 최소화하기 위해 자동차의 상태가 빠른 제동 읍답 특성이 필요 없는 경우 전자식 제동 장치의 동작 속도를 일정 값 이하로 제한하여 소음을 저감하는 것을 특징으로 하고 있다. 이러한 종래의 기술은 본 발명의 긴급제동 발생시 확장된 전류를 감지하여 3상 모터를 제어하는 본 발명과는 그 목적 및 효과 면에서 차이점이 있다.

본 발명의 목적은 3상 모터를 이용하는 전자식 제동 시스템에서 긴급제동과 같은 고속제어가 필요할 경우, 일시적으로 전류센서의 전류 검출 범위 이상의 전류가 흐를 때 3상 모터의 전기각을 기반으로 3상 모터 각상에 흐르는 전류를 검출하여 3상 모터를 제어하는 방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 예에 따른 긴급제동 발생시 3상 모터 제어를 위한 확장된 전류 검출 방법은 전류측정범위를 벗어난 전류로 동작하는 모터 각각의 상 중 적어도 두 개의 상에 대한 전류값을 검출하는 단계; 상기 검출된 전류값을 임계값과 비교하는 단계; 및 상기 비교하는 단계를 통해 상기 검출된 전류값 중 상기 임계값 이상인 전류값이 하나인 경우, 상기 전류값을 제거하고, 미리 정의된 룩업 테이블로부터 상기 모터 나머지 하나의 상에 대한 전류값을 획득하여 상기 제거된 전류값을 결정하는 단계를 포함한다.

상기 결정하는 단계는 상기 모터 각각의 상 중 두 개의 상에 대한 전류값을 이용하여 키르히호프 전류 법칙에 따라 상기 제거된 전류값을 결정하는 것을 특징으로 한다.

상기 비교하는 단계에서 상기 검출된 전류값 전부가 상기 임계값 이상인 경우, 상기 검출된 전류값 각각에 이전 주기의 전류값의 평균값을 더하고, 상기 모터의 나머지 하나의 상의 전류값을 0으로 설정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 검출하는 단계에서 검출된 전류값 전부가 임계값 미만인 경우, 상기 3상 모터의 나머지 상에 대한 전류값을 키르히호프 전류 법칙에 따라 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 검출하는 단계는 상기 모터 회전자의 전기각을 기반으로 상기 모터 각 상의 전류값을 검출하는 것을 특징으로 한다.

상기 룩업 테이블은 상기 모터 회전자의 전기각 별 상기 모터 각 상의 전류값을 미리 정의한 것을 특징으로 한다.

상기 3상 모터의 전류와 압력의 오류를 점검하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 전류는 운전자의 요구 제동력을 통해 생성된 것으로서, 상기 전류를 검출하는 전류센서의 전류측정범위를 벗어난 것을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명은 긴급 제동과 같은 빠른 응답이 필요로 하는 구간에서 일시적으로 더 높은 전류를 통해 3상 모터를 제어하여 전자식 브레이크 시스템의 제동 성능을 향상 시킬 수 있다.

또한 본 발명은 간단한 소프트웨어의 변경으로 전류센서의 검출제한범위를 벗어나서 3상 모터의 제어를 가능하게 하여 경제적인 이점이 있다.

도1 은 본 발명의 실시예에 따른 긴급제동 발생시 3상 모터 제어를 위한 확장된 전류 검출 방법을 간략히 나타내는 흐름도이다.
도2 는 본 발명의 실시예에 따른 제동 상황에 따른 3상 모터에 흐르는 전류를 나타내는 도면이다.
도3 은 본 발명의 실시예에 따른 모터 스위칭에 따른 전류의 흐름을 나타내는 도면이다.
도4 는 본 발명의 실시에에 따른 긴급제동 발생시 3상 모터 제어를 위한 확장된 전류 검출 장치를 간략히 나타내는 흐름도이다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로서, 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 설명하는 실시예에 한정되는 것이 아니다. 그리고, 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략되며, 도면의 동일한 참조부호는 동일한 부재임을 나타낸다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 “...부”, “...기”, “모듈”, “블록” 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

도1 은 본 발명의 실시예에 따른 긴급제동 발생시 3상 모터 제어를 위한 확장된 전류 검출 방법을 간략히 나타내는 흐름도이고, 도2 는 본 발명의 실시예에 따른 제동 상황에 따른 3상 모터에 흐르는 전류를 나타내는 도면이고, 도3 은 본 발명의 실시예에 따른 모터 스위칭에 따른 전류의 흐름을 나타내는 도면이고,도4 는 본 발명의 실시에에 따른 긴급제동 발생시 3상 모터 제어를 위한 확장된 전류 검출 장치를 간략히 나타내는 흐름도이다.

도1 내지 도4 을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 긴급제동 발생시 3상 모터 제어를 위한 확장된 전류 검출 방법은 먼저 먼저 운전자가 긴급 제동이 필요하여 브레이크 페달을 긴급히 밟게 되는 경우, 전자 브레이크 제어 유닛(420)이 브레이크 트래블 센서(Brake Travel Sensor)(410)를 통해 운전자가 요구하는 제동력을 획득할 수 있다. 여기서, 브레이크 트래블 센서(410)는 운전자가 요구하는 제동력을 압력값으로 생성하여 전자 브레이크 제어 유닛(420)에 전달할 수 있다.(S101)

전자 브레이크 제어 유닛(420)은 압력값이 생성되면 긴급 제동 검출 알고리즘에 따라 기준 압력값과 비교하여 긴급 제동 상태 여부를 판단할 수 있다.(S103) 여기서, 기준 압력값은 긴급 상황 발생시 사용자가 상황을 인지하고 급박하게 브레이크 페달을 밟는 속도 및 압력을 통해 정해질 수 있다. 이러한 기준 압력값은 사용자가 브레이크 페달을 충분히 밟지 못하는 경우에 대비한 보조 압력값이 포함된 값이다.

이러한 전자 브레이크 제어 유닛(420)은 브레이크 트래블 센서(410)로부터 획득한 압력값과 기준 압력값의 비교를 통해 긴급제동 상태가 아닌 것으로 판단하면, 일반적인 자동차 제동 모드(정격 전류 제어)로 제어할 수 있다.

또한, 전자 브레이크 제어 유닛(430)은 브레이크 트래블 센서(410)로부터 획득한 압력값과 기준 압력값의 비교를 통해 긴급제동 상태인 것으로 판단하면, 압력값을 일정 수준 이상 상승시켜 목표 압력값을 생성할 수 있다.(S105) 여기서, 목표 압력값은 긴급제동 상태에서 일시적으로 빠르게 자동차를 정차 시킬 수 있도록 생성된다.

그런 다음 전자 브레이크 제어 유닛(430)은 목표 압력값에 도달할 수 있도록 브레이크(440)의 압력을 제어한다.(S107) 여기서, 전자 브레이크 제어 유닛(430)은 목표 압력값에 대응되는 전류를 3상 모터(430)에 출력하여 동작하는 3상 모터(430)의 회전력을 통해 목표 압력값에 대응되는 브레이크(440)의 압력을 제어할 수 있다. 여기서, 목표 압력값에 대응되는 전류는 전류센서의 소자를 손상시키지 않는 범위내의 전류이며, 실제 전류센서에 전류가 통과해도 되는 한계치가 있으므로, 이 전류를 최대 확장제어가 가능한 범위로 참고하는 것이 바람직하다.

그런 다음 전자 브레이크 제어 유닛(430)은 3상 모터의 토크 제어를 위해 3상 모터에 흐르는 전류를 제어한다.(S109) 여기서, 3상 모터에 흐르는 전류는 3상 모터 각각의 상에서 전류값을 검출하여 제어할 수 있다. 이때 모터의 3상은 Y 결선에 의해, 한상의 전류가 나머지 2상으로 분기되어 나가거나, 2상의 전류가 1상으로 합쳐져서 흐르게 되고, 추후 후술할 키르히호프 전류 법칙을 사용 가능하게 하는 기반이다.

여기서, 전자 브레이크 제어 유닛(430)는 3상 모터(430)를 회전의 불규칙이 없이 계속해서 회전 시키기 위해서 회전자의 전기적 회전각도에 대한 위치를 검출하여 그 위치에 맞는 전류를 흘릴 필요가 있다. 이때, 회전자의 위치를 파악하기 위하여 홀 센서(Hall Sensor) 및 엔코더(Encoder)를 사용하는데, 홀 센서는 회전자의 절대 위치 범위를 파악할 수 있지만 분해능이 낮고, 엔코더는 분해능이 높으나 회전자의 초기 절대 위치를 파악할 수 없기 때문에, 홀 센서 및 엔코더를 조합하여 모터의 제어를 수행하는 것이 일반적이다.

본 발명의 실시예에 따른 3상 모터의 전류값 검출은 먼저, 긴급 제동 상태가 온 되면, 그때 인코더 및 홀센서(424)는 3상 모터(430)의 전기각을 감지한다. 인코더 및 홀센서(424)는 앞서 생성된 목표 압력값에 정확하게 수렴되고 안정화되면 0~360도 전체에 해당하는 전기각의 값을 측정할 수 있다. 여기서, 3상 모터(430)의 전기각은 3상 모터 회전자의 전기각을 말한다.

전류센서(421)는 3상 모터(430)의 적어도 두 개의 상으로부터 감지된 3상 모터(430)의 전기각에 대응되는 위치의 전류값을 검출한다. 도2의 (b)와 도3의 (a)를 예로 들면, 3상 모터(430)의 전기각 30도에 대응되는 위치의 전류값은 A상에서 100A, B상에서 -200A, C상에서 100A 이다. 여기서, 마이너스 값은 전류의 방향이다.

전류센서A와 전류센서B는 A상과 B상에 위치하여 각각의 상으로부터 이러한 전류값을 검출할 수 있다. 그러나 본 발명의 실시예에 따른 전류센서A와 전류센서B는 검출 범위가 -150A에서 150A로 정해져 있으며, B상의 전류값인 -200A는 검출하지 못 한다. 따라서, B상의 전류값은 임계값에 해당하는 -150A로 검출되며, 전자 브레이크 제어 유닛(420)는 증가된 전류값을 감지하지 못하여 3상 모터를 제대로 제어할 수 없게 된다. 이를 방지 하기 위해 본 발명에서는 임계값에 해당하는 -150A가 검출된 B상의 전류값은 사용하지 않는다.

전자 브레이크 제어 유닛(420)은 검출된 전류값을 임계값과 비교하여 검출된 전류값 중 하나의 전류값이 임계값 이상인 경우, 3상 모터(430)의 나머지 하나의 상 즉, C상에 대한 전류값을 미리 정의된 룩업 테이블(423)로부터 획득하고, 이를 통해 B상의 전류값을 결정할 수 있다. 여기서, 미리 정의된 룩업 테이블(423)은 도2의 (b)와 같이 미리 전기각 별로 계산된 A,B,C 상의 백분율에 의한 전류값이 정의되어 있다. 이러한 룩업 테이블은 메모리에 저장된다.

B상의 전류값을 결정하는 것은 키르히호프 전류 법칙에 따라 결정될 수 있으며, A상의 전류값이 100A이고, C상의 전류 값이 100A 이므로, 모든 상의 전류값의 합이 0이 되는 -200A가 B 상의 전류값으로 결정된다.

반면에 도2의 (b)와 도3의 (c)를 예로 들면, 도3의 (c)는 3상 모터(430)의 전기각이 150도 일 때 전류의 흐름을 나타내며, 이때의 전류 센서 A와B는 정상전류 검출 범위 내인 100A의 전류값을 각각 검출할 수 있다. 이와 같이 전자 브레이크 제어 유닛(420)은 전류센서A와 전류센서B가 검출한 전류값을 임계값과 비교하여 검출된 전류값이 동시에 임계값 미만인 경우, C상의 전류값을 키르히호프 전류법칙에 따라 결정할 수 있다. C상의 전류값은 A상과 B상의 전류값을 더한 값이 200A 이므로 -200A로 결정되어 모든 상의 전류값은 획득될 수 있다.

또한, 전자 브레이크 제어 유닛(420)은 도2의 (b)를 예로 들면, 검출된 전류값을 임계값과 비교하여 동시에 임계값 이상인 경우, 검출된 A상과 B상의 전류값 각각에 이전 주기의 전류값을 더하고, 나머지 C상의 전류값은 강제로 0으로 설정할 수 있다. 이때 C상의 전기각 또한 60도로 강제 설정된다.

전자 브레이크 제어 유닛(420)은 다른 예로, A상과 B상의 검출된 전류값이 상기 모터 회전자의 전기각 중 미리 정의된 데드존 내에 있는 경우 3상 모터의 A와 B상에서 임계값 이상의 전류값이 검출되어도 이를 버리지 않고 이전 주기의 전류값의 평균값을 A와 B상에서 검출된 전류값 각각에 더하고, 3상 모터의 나머지 하나인 C상의 전류값을 0으로 설정하여 모든 상의 전류값을 획득 가능하다.

전자 브레이크 제어 유닛(420)은 이렇게 검출되는 전류값을 통해 확장 전류 모드로 자동차가 정지할 때 까지 3상 모터를 제어할 수 있다.(S111)

이러한 전자 브레이크 제어 유닛(420)은 확장 전류 모드로 제어하는 와중에 반드시 전류 및 압력의 오류를 확인해야 한다. 이는 전류센서 고장에 의한 오검출을 방지하기 위함이다. 여기서, 전류센서 고장 여부는 3상 모터에 의해 생성되는 압력과 브레이크 트래블 센서의 압력값 및 3상 모터 전기각을 통해 확인될 수 있다.

3상 모터의 전류와 압력의 오류를 점검하는 단계(S113,S115)는 목표 압력값에 대응되는 전류값에서 3상 모터로부터 검출된 전류값을 뺀 값이 0을 만족하는지를 확인하고, 목표 압력값에서 3상 모터로부터 발생하는 압력값을 뺀 값이 0을 만족하는 지를 확인하는 것이다.

본 발명에 따른 방법은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

410: 브레이크 트래블 센서
420: 전자 브레이크 제어 유닛
421: 전류 센서
422: 압력 센서
423: 룩업 테이블
424: 인코더 앤 홀센서
430: 3상 모터
440: 브레이크

Claims

전류측정범위를 벗어난 전류로 동작하는 모터 각각의 상 중 적어도 두 개의 상에 대한 전류값을 검출하는 단계;
상기 검출된 전류값을 임계값과 비교하는 단계; 및
상기 비교하는 단계를 통해 상기 검출된 전류값 중 상기 임계값 이상인 전류값이 하나인 경우, 상기 임계값 이상인 전류값을 제거하고, 미리 정의된 룩업 테이블로부터 상기 모터 나머지 하나의 상에 대한 전류값을 획득하여 상기 제거된 전류값을 결정하는 단계
를 포함하고,
상기 비교하는 단계에서 상기 검출된 전류값 전부가 상기 임계값 이상인 경우, 상기 검출된 전류값 각각에 이전 주기의 전류값의 평균값을 더하고, 상기 모터의 나머지 하나의 상의 전류값을 0으로 설정하는 단계
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 긴급제동 발생시 3상 모터 제어를 위한 확장된 전류 검출 방법.
제1 항에 있어서, 상기 결정하는 단계는
상기 모터 각각의 상 중 두 개의 상에 대한 전류값을 이용하여 키르히호프 전류 법칙에 따라 상기 제거된 전류값을 결정하는 것을 특징으로 하는 긴급제동 발생시 3상 모터 제어를 위한 확장된 전류 검출 방법.
삭제
제1 항에 있어서,
상기 검출하는 단계에서 검출된 전류값 전부가 임계값 미만인 경우, 상기 3상 모터의 나머지 상에 대한 전류값을 키르히호프 전류 법칙에 따라 결정하는 단계
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 긴급제동 발생시 3상 모터 제어를 위한 확장된 전류 검출 방법.
제1 항에 있어서, 상기 검출하는 단계는
상기 모터 회전자의 전기각을 기반으로 상기 모터 각 상의 전류값을 검출하는 것
을 특징으로 하는 긴급제동 발생시 3상 모터 제어를 위한 확장된 전류 검출 방법.
제5 항에 있어서, 상기 룩업 테이블은
상기 모터 회전자의 전기각 별 상기 모터 각 상의 전류값을 미리 정의한 것
을 특징으로 하는 긴급제동 발생시 3상 모터 제어를 위한 확장된 전류 검출 방법.
제1 항에 있어서,
상기 결정하는 단계 이후에,
상기 3상 모터의 전류와 압력의 오류를 점검하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 긴급제동 발생시 3상 모터 제어를 위한 확장된 전류 검출 방법.
제1 항에 있어서, 상기 전류는
운전자의 요구 제동력을 통해 생성된 것으로서, 상기 전류를 검출하는 전류센서의 전류측정범위를 벗어난 것
을 특징으로 하는 긴급제동 발생시 3상 모터 제어를 위한 확장된 전류 검출 방법.