KR20160123674A - 친환경 차량의 구동모터 속도 리플 저감 시스템 및 그 방법 - Google Patents
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Abstract
친환경 차량의 구동모터 속도 리플 저감 시스템 및 그 방법이 개시된다.
본 발명의 실시 예에 따른 친환경 차량의 구동모터 속도 리플 저감 시스템은, 인버터 스위칭을 통해 배터리에서 공급되는 직류 전원을 교류전원으로 변환하여 구동모터에 공급하는 인버터; 상기 구동모터의 속도와 회전자의 위치를 검출하는 레졸버; 구형파 신호를 발생하는 마이크로 제어기와 상기 구형파 신호를 사인파로 변환하는 적분기를 포함하며, 상기 사인파로 변환된 여자입력 신호를 상기 레졸버에 입력하는 신호 발생기; 및 상기 인버터의 인버터 스위칭 시점과 속도 계산을 위해 샘플링 되는 출력전압 신호의 피크점이 겹치지 않도록 상기 여자입력 신호의 주파수를 조정하는 모터 제어기를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 친환경 차량의 구동모터 속도 리플 저감 시스템은, 인버터 스위칭을 통해 배터리에서 공급되는 직류 전원을 교류전원으로 변환하여 구동모터에 공급하는 인버터; 상기 구동모터의 속도와 회전자의 위치를 검출하는 레졸버; 구형파 신호를 발생하는 마이크로 제어기와 상기 구형파 신호를 사인파로 변환하는 적분기를 포함하며, 상기 사인파로 변환된 여자입력 신호를 상기 레졸버에 입력하는 신호 발생기; 및 상기 인버터의 인버터 스위칭 시점과 속도 계산을 위해 샘플링 되는 출력전압 신호의 피크점이 겹치지 않도록 상기 여자입력 신호의 주파수를 조정하는 모터 제어기를 포함한다.
Description
본 발명은 친환경 차량의 구동모터 속도 리플 저감 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로 차량에 대한 끊임없는 연비 향상의 요구와 세계 주요시장의 배출가스 규제의 강화에 따라 친환경 차량에 대한 요구가 증가하고 있다. 그리고, 이에 대한 현실적인 대안으로 하이브리드 차량(Hybrid Electric Vehicle, HEV), 플러그인 하이브리드 차량(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PEV) 및 전기차량(Electric Vehicle, EV)이 제공되고 있다.
이러한, 친환경 차량에는 전기를 이용한 구동원으로 영구자석형 동기모터(PMSM)를 구동모터로 사용하고 그 구동모터의 제어를 위해서는 레졸버를 이용하여 속도와 위치를 추정하고 있다.
한편, 도 1은 종래의 구동모터 속도 계산을 위한 레졸버 시스템 구성을 개략적으로 나타낸다.
첨부된 도 1을 참조하면, 레졸버(10)는 구동모터에 장착되어 중심축의 위치 및 속도측정을 위해 사용되며, 하우징(11)의 내측에 코일로 권선되는 스테이서(12) 및 스테이서(12)의 내측에 설치되는 영구자석으로 구성되는 로터(13)를 포함한다.
그리고, 레졸버 회로에는 여자입력 신호가 입력되는 입력단자(Reference coil)와 N극과 S극으로 이루어지는 영구자석인 로터의 위치에 따라 사인파(Sin) 신호를 출력하는 제1 출력단자(Output coil 1)와 코사인파(Cos) 신호를 출력하는 제2 출력단자(Output coil 2)가 구비된다.
마이크로 제어기(Micro Control Unit)는 고정 주파수로 구형파 신호를 출력하고 구형파 신호는 회로 적분기를 통해 적분되어 사인파로 출력하여 이를 여자입력 신호로 사용한다.
레졸버(10)는 입력단자에 여자입력 신호(여자전압 신호이라고도 함)의 인가에 따른 각 출력단자에서 출력되는 출력전압 신호를 이용하여 속도 및 위치를 추정할 수 있다. 이 때, 구동모터의 정확한 속도 및 위치를 추정하기 위해서는 여자입력 신호와 출력전압 신호의 피크점에 노이즈가 없어야 한다.
그러나, 마이크로 제어기가 인버터를 스위칭하여 배터리(미도시)에서 공급되는 직류전원을 3상 교류전원으로 변환시켜 구동모터에 공급과정에서 인버터 스위치의 스위칭이 발생할 때 레졸버의 여자입력 신호와 출력전압 신호에 노이즈가 발생한다.
이 때, 인버터 내부의 스위치와 레졸버 회로가 근접하여 스위칭 노이즈가 레졸버 회로에 영향을 주게 되며, 이로 인해 레졸버(10)의 여자입력 신호 및 출력전압 신호에 노이즈 발생에 따른 속도 리플이 발생하는 문제가 있다.
도 2는 종래의 레졸버 신호처리 회로에 노이즈가 발생한 상태를 나타낸다.
첨부된 도 2와 같이 레졸버(10)의 여자입력 신호 피크점과 인버터 스위칭 주파수가 동기화 되면 여자입력 신호 및 출력전압 신호에 노이즈가 발생하여 속도 리플이 과대하게 발생된다.
이처럼 속도 리플이 과대하게 발생되면 NVH(Noise Vibration Harshness)가 악화되고, 전류 제어 불안정에 따른 구동모터의 효율절감으로 연비가 악화되며, 차량 진동으로 인한 내구성 악화로 인해 잦은 부품의 교체 및 AS 비용이 증대되는 문제점이 있다.
본 발명의 실시 예는 친환경 차량 구동모터의 속도 리플을 저감하기 위하여 레졸버에 입력되는 여자전압 신호의 피크 부분을 인버터 스위칭 시점과 겹치지 않도록 조절하는 친환경 차량의 구동모터 속도 리플 저감 시스템 및 그 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 친환경 차량의 구동모터 속도 리플 저감 시스템은, 인버터 스위칭을 통해 배터리에서 공급되는 직류 전원을 교류전원으로 변환하여 구동모터에 공급하는 인버터; 상기 구동모터의 속도와 회전자의 위치를 검출하는 레졸버; 구형파 신호를 발생하는 마이크로 제어기와 상기 구형파 신호를 사인파로 변환하는 적분기를 포함하며, 상기 사인파로 변환된 여자입력 신호를 상기 레졸버에 입력하는 신호 발생기; 및 상기 인버터의 인버터 스위칭 시점과 속도 계산을 위해 샘플링 되는 출력전압 신호의 피크점이 겹치지 않도록 상기 여자입력 신호의 주파수를 조정하는 모터 제어기를 포함한다.
또한, 상기 모터 제어기는, 상기 인버터 스위칭 주파수를 모니터링하여 인버터 스위칭 주파수와 동일한 주파수로 상기 여자입력 신호를 입력시킬 수 있다.
또한, 상기 모터 제어기는, 상기 레졸버를 이용한 상기 구동모터의 속도 계산시 상기 출력전압 신호에서 검출된 피크점을 샘플링 할 수 있다.
또한, 상기 인버터는, 상부 스위치와 하부 스위치가 동시에 턴온 및 턴오프하는 것을 방지하기 위해 인버터 스위칭을 하지 않는 데드타임 구간이 존재할 수 있다.
또한, 상기 모터 제어기는, 상기 인버터 스위칭이 없는 데드타임 구간에 상기 여자입력 신호의 피크점이 위치하도록 제어할 수 있다.
또한, 상기 모터 제어기는, 상기 인버터의 인버터 스위칭 주파수가 가변 되는 것에 동기화하여 여자입력 신호의 주파수도 동일하게 가변 시키는 여자입력 신호 가변 제어를 수행할 수 있다.
또한, 상기 신호 발생기는, 가변된 스위칭 주파수와 동일한 주파수로 구형파를 발생하고 가변된 여자입력 신호를 생성하여 상기 레졸버에 입력할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 측면에 따른, 친환경 차량의 구동모터 속도 리플 저감 방법은, a) 친환경 차량의 구동모터 운전점에서 인버터의 인버터 스위칭을 모니터링 하는 단계; b) 인버터 스위칭 주파수가 고정상태이면, 신호 발생기를 통해 고정 인버터 스위칭 주파수와 동기화된 고정 구형파를 발생하는 단계; c) 인버터 스위칭 주파수가 가변 되면, 상기 신호 발생기를 통해 가변 인버터 스위칭 주파수와 동기화된 가변 구형파를 발생하는 단계; 및 d) 상기 고정 또는 가변 되는 구형파를 사인파로 변환하여 여자입력 신호를 생성하되, 인버터 스위칭 시점과 상기 여자입력 신호의 피크점이 겹치지 않도록 조절하여 레졸버에 인가하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 d) 단계는, 상기 인버터 스위칭이 없는 데드타임 구간에서 상기 여자입력 신호의 피크가 발생하도록 주파수를 조정할 수 있다.
또한, 상기 d) 단계 이후에, 상기 레졸버에 여자입력 신호 인가에 따른 출력전압 신호가 발생하면, 속도 계산을 위한 출력전압 신호의 피크점을 샘플링 하는 단계; 및 샘플링된 상기 출력전압 신호의 피크점을 이용하여 상기 속도를 계산하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 레졸버 여자입력 신호의 피크점과 인버터 스위칭 주파수가 동시에 발생하지 않도록 조절하여 레졸버의 출력전압 신호의 피크에 노이즈가 발생되지 않도록 함으로써 속도 리플을 저감할 수 있다.
또한, 인버터 스위칭 주파수와 같은 주파수로 레졸버 여자입력 신호를 동기화하여 고정된 인버터 스위칭 주파수뿐 아니라 가변 인버터 스위칭 주파수에 따라 여자입력 신호의 주파수를 가변 할 수 있어 속도 리플 저감 제어를 유지할 수 있다.
또한, 레졸버 여자입력 신호를 조절하여 속도 리플을 저감함으로써 토크 리플의 저감으로 NVH 발생 및 AS 비용을 감소시킬 수 있으며, 전류 리플도 저감되어 구동모터의 효율을 증대시킬 수 있는 효과를 기대할 수 있다.
도 1은 종래의 구동모터 속도 계산을 위한 레졸버 시스템 구성을 개략적으로 나타낸다.
도 2는 종래의 레졸버 신호처리 회로에 노이즈가 발생한 상태를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 친환경 차량의 구동모터 속도 리플 저감 시스템을 개략적으로 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 다른 인버터의 구조를 개략적으로 나타낸다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 레졸버 여자 전압의 피크점과 인버터 스위칭 주파수가 동시에 발생하지 않도록 조정한 상태를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 인버터의 데드타임 구간과 여자전압 피크점 동기화 방법을 나타낸다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 인버터 가변 스위칭 주파수 적용예를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 인버터 가변 스위칭 주파수에 따른 여자전압 신호 가변 주파수 적용예시를 나타낸다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 친환경 차량의 구동모터 속도 리플 저감 방법을 개략적으로 나타낸 흐름도이다
도 10 및 도 11은 종래와 본 발명의 여자입력 신호입력에 따른 레졸버 출력전압 신호 및 모터 속도 실측결과를 비교하여 나타낸다.
도 2는 종래의 레졸버 신호처리 회로에 노이즈가 발생한 상태를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 친환경 차량의 구동모터 속도 리플 저감 시스템을 개략적으로 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 다른 인버터의 구조를 개략적으로 나타낸다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 레졸버 여자 전압의 피크점과 인버터 스위칭 주파수가 동시에 발생하지 않도록 조정한 상태를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 인버터의 데드타임 구간과 여자전압 피크점 동기화 방법을 나타낸다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 인버터 가변 스위칭 주파수 적용예를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 인버터 가변 스위칭 주파수에 따른 여자전압 신호 가변 주파수 적용예시를 나타낸다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 친환경 차량의 구동모터 속도 리플 저감 방법을 개략적으로 나타낸 흐름도이다
도 10 및 도 11은 종래와 본 발명의 여자입력 신호입력에 따른 레졸버 출력전압 신호 및 모터 속도 실측결과를 비교하여 나타낸다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
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" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
이제 본 발명의 실시 예에 따른 친환경 차량의 구동모터 속도 리플 저감 시스템 및 그 방법에 대하여 도면을 참조로 하여 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 친환경 차량의 구동모터 속도 리플 저감 시스템을 개략적으로 나타낸다.
첨부된 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 친환경 차량의 구동모터 속도 리플 저감 시스템(100)은 배터리(110), 인버터(120), 구동모터(130), 레졸버(140), 신호 발생기(150) 및 모터 제어기(160)를 포함한다.
배터리(110)는 동력원인 고전압 배터리로 외부에서 충전된 전기 에너지를 구동모터(130)에 공급한다.
인버터(120)는 인버터 스위칭을 통해 배터리(110)에서 공급되는 직류 전원을 3상 교류전원으로 변환하여 구동모터(130)에 공급한다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 다른 인버터의 구조를 개략적으로 나타낸다.
첨부된 도 4를 참조하면, 인버터(120)는 배터리(110)의 직류전원을 교류전원으로 변환하기 위한 복수의 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 스위치를 포함한다.
이러한 인버터(120)는 상부에 배열되는 상부 스위치와 하부에 배열되는 하부 스위치가 동시에 턴온 및 턴오프 하지 않도록 인버터 스위칭 동작을 할 수 있다.
구동모터(130)는 인버터(120)를 통해 3상으로 변환된 교류전원에 의해 구동되어 구동력을 발생시킨다.
레졸버(140)는 구동모터(130)의 구동 속도와 회전자의 위치(각도정보)를 검출하여 모터 제어기(160)로 피드백 한다. 또한, 상기 구동 속도와 회전자의 위치 정보를 친환경 차량의 제어를 위한 타 제어기들이 참조할 수 있도록 제공할 수 있다.
신호 발생기(150)는 모터 제어기(160)의 제어에 따라 구형파 신호를 발생하는 마이크로 제어기(151)와 상기 구형파 신호를 사인파로 변환하는 적분기(152)를 포함한다(도 8 참조).
신호 발생기(150)는 사인파로 변환된 여자입력 신호를 레졸버(140)의 여자입력단자로 입력한다.
모터 제어기(160)는 인버터(120)의 인버터 스위칭 제어를 통해 구동모터(130)의 구동 토크, 구동 속도 및 회생 제동 토크 등에 대한 전반적인 동작을 제어한다.
모터 제어기(160)는 레졸버(140)를 이용한 속도 추정 시 여자전압 신호의 사인파 피크점(즉, 최고점)에서만 샘플링을 하여 속도 계산에 사용한다.
이 때, 앞에서 지적한 바와 같이, 구동모터의 정확한 속도 및 위치를 계산하기 위해서는 입력되는 여자전압 신호와 출력전압 신호의 피크점에서 노이즈가 없어야 하지만, 인버터 스위칭 시점과 여자전압 신호가 동기화되는 경우 속도 리플이 과대하게 발생될 수 있다.
따라서, 모터 제어기(160)는 인버터(120)의 인버터 스위칭 시점과 속도 계산을 위해 샘플링 되는 출력전압 신호의 피크 부분(이하, 피크점이라 명명함)이 겹치지 않도록 여자입력 신호의 주파수를 조정한다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 레졸버 여자 전압의 피크점과 인버터 스위칭 주파수가 동시에 발생하지 않도록 조정한 상태를 나타낸다.
첨부된 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시 에에 따른 모터 제어기(160)는 인버터 스위칭 시점과 여자입력 신호와 출력전압 신호의 피크점이 겹치지 않게 여자입력 신호가 입력되도록 신호 발생기(150)를 제어한다.
이 때, 모터 제어기(160)는 인버터 스위칭 주파수를 모니터링하여 인버터 스위칭 주파수와 동일한 주파수로 여자입력 신호를 입력하되, 인버터 스위칭 주파수 시점과 여자 전압의 피크점이 일치하지 않도록 조정한다.
그러면, 레졸버(140)에 입력되는 여자입력 신호의 피크점에서는 인버터 스위칭에 따른 노이즈가 발생되지 않게 되므로, 출력전압 신호의 피크점에서도 노이즈가 발생되지 않는다.
그리고, 레졸버(140)를 이용한 속도 추정 시에는 출력전압 신호에서 검출된 피크점만을 샘플링하여 사용하여 인버터 스위칭의 노이즈로 인한 속도 리플 발생을 방지할 수 있다.
즉, 도 5와 같이 레졸버(140)의 여자입력 신호의 노이즈 발생부분은 피크점 이외의 부분에서 발생되지만, 출력전압 신호를 샘플링 할 때에는 피크점을 제외한 노이즈 발생 부분을 사용하지 않게 되므로 속도 리플이 발생되지 않는 것이다.
한편, 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 인버터의 데드타임 구간과 여자전압 피크점 동기화 방법을 나타낸다.
첨부된 도 6을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 인버터(120)에는 상부 스위치와 하부 스위치가 동시에 턴온 및 턴오프하는 것을 방지하기 위해 스위칭을 하지 않는 시간(이하, 데드타임 구간이라 명명함)이 존재한다.
모터 제어기(160)는 인버터 스위칭이 없는 데드타임 구간에 여자전압 신호의 피크점이 위치하도록 제어하여 인버터 스위칭에 의한 여자전압 피크점에 노이즈가 발생하지 않도록 한다.
즉, 모터 제어기(160)는 인버터 스위칭의 데드타임 구간에 여자전압 신호의 피크점이 위치(존재)하도록 조절하고, 상기 인버터 스위칭의 주파수와 간격을 동기화시킬 수 있다.
따라서, 상기 데드타임 구간에 위치하게 되는 여자입력 신호의 피크점에 노이즈가 발생하지 않으므로 출력전압 신호의 피크점에도 노이즈가 발생되지 않게 되어 인버터 스위칭시의 노이즈로 인한 속도 리플을 방지할 수 있다.
한편, 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 인버터 가변 스위칭 주파수 적용예를 나타낸다.
첨부된 도 7을 참조하면, 친환경 차량의 운행 중 모터토크나 모터속도에 따라 인버터 스위칭 주파수를 가변 하는 예를 보여준다.
전술한 본 발명의 실시 예에 따르면, 인버터(120)의 스위칭 주파수가 일정한 경우 여자전압 신호의 주파수를 일정하게 적용하여 인버터 스위칭의 데드타임 구간에서 여자전입 신호의 피크점이 발생하게 제어함으로써 속도 리플을 줄일 수 있었다.
한편, 인버터(120)의 스위칭 주파수를 줄이면 효율이 좋아짐에 따라 차량의 저속구간에서는 스위칭 주파수를 낮추는 인버터 가변 스위칭 주파수 방법이 적용되고 있다.
이에, 본 발명의 모터 제어기(160)는 인버터의 스위칭 주파수가 가변 되는 것에 동기화하여 여자입력 신호의 주파수도 동일하게 가변 시키는 여자입력 신호 가변 적용 제어를 수행할 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 인버터 가변 스위칭 주파수에 따른 여자전압 신호 가변 주파수 적용예시를 나타낸다.
첨부된 도 8을 참조하면, 신호 발생기(150)가 고정 주파수를 사용하여 고정된 여자입력 신호를 출력하는 예시(A)와 가변 주파수를 사용하여 가변된 여자입력 신호를 출력하는 예시(B)를 각각 보여준다.
예시(A)를 참조하면, 모터 제어기(160)는 인버터(120)의 스위칭 주파수가 고정된 상태이면, 신호 발생기(150)의 마이크로 제어기(151)를 통해 고정 주파수로 구형파를 발생하고 적분기(152)에서 사인파로 변환된 고정된 여자입력 신호를 생성하여 레졸버(140)에 입력한다.
또한, 예시(B)를 참조하면, 모터 제어기(160)는 인버터 스위칭 주파수를 모니터링하여 인버터(120)의 스위칭 주파수가 가변 되는 경우, 신호 발생기(150)의 마이크로 제어기(151)를 통해 가변된 스위칭 주파수와 동일한 주파수로 구형파를 발생하고 적분기(152)에서 사인파로 변환된 가변 여자입력 신호를 생성하여 레졸버(140)에 입력할 수 있다.
즉, 모터 제어기(160)는 차량의 운행조건에 따라 가변 되는 인버터 스위칭 주파수와 여자입력 신호의 주파수를 동기화 시키고, 인버터 스위칭 데드타임 구간에서 여자전압 신호의 피크치가 발생하도록 함으로써 속도 리플을 저감시킬 수 있다.
한편, 상술한 친환경 차량의 구동모터 속도 리플 저감 시스템(100)의 구성을 바탕으로, 본 발명의 실시 예에 따른 친환경 차량의 구동모터 속도 리플 저감 방법을 다음의 도 9를 통해 설명한다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 친환경 차량의 구동모터 속도 리플 저감 방법을 개략적으로 나타낸 흐름도이다
첨부된 도 9를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 모터 제어기(160)는 친환경 차량이 시동 온(ON) 되면 구동모터(130)의 인버터 스위칭을 모니터링한다(S101).
모터 제어기(160)는 인버터(120)에서 발생되는 인버터 스위칭 주파수가 고정상태이면(S102; 아니오), 상기 도 8의 예시(A)와 같이 신호 발생기(150)를 통해 고정 인버터 스위칭 주파수와 동기화된 고정 구형파를 발생한다(S103).
반면, 모터 제어기(160)는 인버터(120)에서 발생되는 인버터 스위칭 주파수가 가변되면(S102; 예), 상기 도 8의 예시(B)와 같이 신호 발생기(150)를 통해 가변 인버터 스위칭 주파수와 동기화된 가변 구형파를 발생한다(S104).
모터 제어기(160)는 상기 S102 단계에서의 판단에 따라 고정 또는 가변 되는 인버터 스위칭 시점과 여자입력 신호의 피크점이 겹치지 않도록 조절한다(S105).
이 때, 모터 제어기(160)는 인버터 스위칭의 데드타임 구간에서 여자입력 신호의 피크가 발생하도록 주파수를 조정하여 여자입력 신호를 발생시킬 수 있다(S106).
모터 제어기(160)는 레졸버(140)에 여자입력 신호를 인가하고(S107), 그에 따른 레졸버 출력전압 신호가 발생하면(S108), 속도 계산을 위한 출력전압 신호의 피크점을 샘플링 한다(S109). 이 때, 샘플링 되는 출력전압 신호의 피크점은 상기 여자입력 신호의 조절에 의해 인버터 스위칭 시점과 겹치지 않게 되어 노이즈가 발생되지 않는다.
모터 제어기(160)는 인버터 스위칭 노이즈가 없이 샘플링된 출력전압 신호의 피크점을 이용하여 속도를 계산한다(S110).
이후, 도면에서는 생략되었으나 모터 제어기(160)는 리턴되어 인버터 스위칭 동작을 지속적으로 모니터링하고, 그에 따른 인버터 스위칭 주파수의 고정 또은 가변 여부에 따른 여자전압 신호를 동기화시켜 피크점이 겹치지 않도록 조절할 수 있다.
한편, 도 10 및 도 11은 종래와 본 발명의 여자입력 신호입력에 따른 레졸버 출력전압 신호 및 모터 속도 실측결과를 비교하여 나타낸다.
먼저, 첨부된 도 10의 종래에는 여자입력 신호와 인버터 스위칭 시점이 겹치게 되면 레졸버 출력전압 신호의 피크점과 인버터 스위칭 시점이 겹치게 되어 노이즈가 발생함으로써 상기 피크점의 샘플링을 이용한 모터 속도에도 속도 리플이 과도하게 발생되는 결과가 나타난다.
그러나, 본 발명과 같이 첨부된 도 11의 본 발명과 같이 여자입력 신호를 인버터 스위칭 시점과 겹치지 않게 조절하면, 레졸버 출력전압 신호의 피크점과 인버터 스위칭 시점이 겹치지 않게 되어 피크점에 노이즈가 발생되지 않음으로써 상기 피크점의 샘플링을 이용한 모터 속도의 속도 리플이 저감되는 결과가 나타난다.
이 때, 레졸버 출력전압 신호에도 노이즈는 존재하지만 출력전압 신호의 피크점에 존재하는 것이 아니므로 샘플링 되지 않아 속도 리플에 영향을 주지 않게 된다.
이와 같이 본 발명의 실시 예에 따르면, 레졸버 여자입력 신호의 피크점과 인버터 스위칭 주파수가 동시에 발생하지 않도록 조절하여 레졸버의 출력전압 신호의 피크에 노이즈가 발생되지 않도록 함으로써 속도 리플을 저감할 수 있는 효과가 있다.
또한, 인버터 스위칭 주파수와 같은 주파수로 레졸버 여자입력 신호를 동기화하여 인버터 스위칭 주파수의 고정 및 가변에 따라 여자입력 신호의 주파수를 고정 및 가변으로 제어할 수 있어 속도 리플 저감 제어를 유지할 수 있다.
또한, 레졸버 여자입력 신호를 조절하여 속도 리플을 저감함으로써 토크 리플의 저감으로 NVH 발생 및 AS 비용을 감소시킬 수 있으며, 전류 리플도 저감되어 구동모터의 효율을 증대시킬 수 있는 효과를 기대할 수 있다.
본 발명의 실시 예는 이상에서 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시 예의 구성에 대응하는 기능을 실현하기 위한 프로그램, 그 프로그램이 기록된 기록 매체 등을 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시 예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100: 구동모터 속도 리플 저감 시스템 110: 배터리
120: 인버터 130: 구동모터
140; 레졸버 150; 신호 발생기
151: 마이크로 제어기 152: 적분기
160: 모터 제어기
120: 인버터 130: 구동모터
140; 레졸버 150; 신호 발생기
151: 마이크로 제어기 152: 적분기
160: 모터 제어기
Claims (10)
- 인버터 스위칭을 통해 배터리에서 공급되는 직류 전원을 교류전원으로 변환하여 구동모터에 공급하는 인버터;
상기 구동모터의 속도와 회전자의 위치를 검출하는 레졸버;
구형파 신호를 발생하는 마이크로 제어기와 상기 구형파 신호를 사인파로 변환하는 적분기를 포함하며, 상기 사인파로 변환된 여자입력 신호를 상기 레졸버에 입력하는 신호 발생기; 및
상기 인버터의 인버터 스위칭 시점과 속도 계산을 위해 샘플링 되는 출력전압 신호의 피크점이 겹치지 않도록 상기 여자입력 신호의 주파수를 조정하는 모터 제어기
를 포함하는 친환경 차량의 구동모터 속도 리플 저감 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 모터 제어기는,
상기 인버터 스위칭 주파수를 모니터링하여 인버터 스위칭 주파수와 동일한 주파수로 상기 여자입력 신호를 입력시키는 친환경 차량의 구동모터 속도 리플 저감 시스템. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 모터 제어기는,
상기 레졸버를 이용한 상기 구동모터의 속도 계산시 상기 출력전압 신호에서 검출된 피크점을 샘플링하는 친환경 차량의 구동모터 속도 리플 저감 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 인버터는,
상부 스위치와 하부 스위치가 동시에 턴온 및 턴오프하는 것을 방지하기 위해 인버터 스위칭을 하지 않는 데드타임 구간이 존재하는 친환경 차량의 구동모터 속도 리플 저감 시스템. - 제 4 항에 있어서,
상기 모터 제어기는,
상기 인버터 스위칭이 없는 데드타임 구간에 상기 여자입력 신호의 피크점이 위치하도록 제어하는 친환경 차량의 구동모터 속도 리플 저감 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 모터 제어기는,
상기 인버터의 인버터 스위칭 주파수가 가변 되는 것에 동기화하여 여자입력 신호의 주파수도 동일하게 가변 시키는 여자입력 신호 가변 제어를 수행하는 친환경 차량의 구동모터 속도 리플 저감 시스템. - 제 6 항에 있어서,
상기 신호 발생기는,
가변된 스위칭 주파수와 동일한 주파수로 구형파를 발생하고 가변된 여자입력 신호를 생성하여 상기 레졸버에 입력하는 친환경 차량의 구동모터 속도 리플 저감 시스템. - a) 친환경 차량의 구동모터 운전점에서 인버터의 인버터 스위칭을 모니터링 하는 단계;
b) 인버터 스위칭 주파수가 고정상태이면, 신호 발생기를 통해 고정 인버터 스위칭 주파수와 동기화된 고정 구형파를 발생하는 단계;
c) 인버터 스위칭 주파수가 가변 되면, 상기 신호 발생기를 통해 가변 인버터 스위칭 주파수와 동기화된 가변 구형파를 발생하는 단계; 및
d) 상기 고정 또는 가변 되는 구형파를 사인파로 변환하여 여자입력 신호를 생성하되, 인버터 스위칭 시점과 상기 여자입력 신호의 피크점이 겹치지 않도록 조절하여 레졸버에 인가하는 단계
를 포함하는 친환경 차량의 구동모터 속도 리플 저감 방법. - 제 8 항에 있어서,
상기 d) 단계는,
상기 인버터 스위칭이 없는 데드타임 구간에서 상기 여자입력 신호의 피크가 발생하도록 주파수를 조정하는 친환경 차량의 구동모터 속도 리플 저감 방법. - 제 8 항에 있어서,
상기 d) 단계 이후에,
상기 레졸버에 여자입력 신호 인가에 따른 출력전압 신호가 발생하면, 속도 계산을 위한 출력전압 신호의 피크점을 샘플링 하는 단계; 및
샘플링된 상기 출력전압 신호의 피크점을 이용하여 상기 속도를 계산하는 단계를 더 포함하는 친환경 차량의 구동모터 속도 리플 저감 방법.
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