KR20170027186A - 전자식 능동형 스테빌라이저 시스템의 제어 장치 및 제어 방법 - Google Patents

전자식 능동형 스테빌라이저 시스템의 제어 장치 및 제어 방법 Download PDF

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KR20170027186A
KR20170027186A KR1020150123805A KR20150123805A KR20170027186A KR 20170027186 A KR20170027186 A KR 20170027186A KR 1020150123805 A KR1020150123805 A KR 1020150123805A KR 20150123805 A KR20150123805 A KR 20150123805A KR 20170027186 A KR20170027186 A KR 20170027186A
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심경훈
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주식회사 만도
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전자식 능동형 스테빌라이저 시스템의 제어 장치는 차량의 스테빌라이저 바의 회전 동력을 발생시키는 3상 모터와 전기적으로 연결되어, 직류 전원을 3상 교류 전원으로 변환하는 인버터; 및 상기 전자식 능동형 스테빌라이저 시스템에 이상이 발생할 경우, 상기 인버터에 포함된 복수 개의 스위치 소자를 제어하여 상기 3상 모터에 인가되는 U상, V상 및 W상의 전원을 단락시키는 릴레이 소자;를 포함한다.

Description

전자식 능동형 스테빌라이저 시스템의 제어 장치 및 제어 방법{CONTROL APPARATUS OF ELECTRONIC ACTIVE ROLLING STABILIZER SYSTEM AND METHOD THEREOF}
본 발명은 차량의 제어 장치 및 제어 방법에 관한 것으로써, 더욱 구체적으로는 차량의 롤(Roll) 거동을 제어하는 전자식 능동형 스테빌라이저 시스템의 제어 장치 및 제어 방법에 관한 것이다.
차량의 롤 거동(Roll Moment)를 제어하는 전자식 능동형 스테빌라이저(Electronic Active Rolling Stabilizer, eARS) 시스템의 경우, 차량의 선회구간 및 회전 구간에서 roll angle을 변화하여 차량의 안전성을 도모하는 기능이다.
이러한 전자식 능동형 스테빌라이저 시스템은 횡가속도(Lateral G) 센서, 차속 센서, 조향각 센서 등을 통하여 차량의 주행 정보를 전달받고, 이를 이용하여 적절한 Roll Moment를 계산하게 되며, 이러한 Roll Moment는 토크 값으로 전달되게 된다.
이러한 전자식 능동형 스테빌라이저 시스템이 장착된 차량은 롤 거동이 큰 상황에서 제어가 수행되는 도중에 전자제어유닛(ECU), 통신, 센서 등의 외부 환경에 의해 고장이 발생되는 경우가 있으며, 이 경우 Roll Moment 에 가해지는 힘이 빠지면서 차량이 출렁거릴 수 있는 문제점이 있다.
따라서 고장상태에서 전자식 능동형 스테빌라이저 시스템이 계속 작동하는 경우 더 큰 사고를 초래할 수 있으므로, 고장 이후에는 스테빌라이저 바(Stabilizer Bar)는 고정이 되도록 해아 한다. 이러한 스테빌라이저 바의 고정을 위해서는 스테빌라이저 바를 구동시키는 3상 모터의 제동(Braking)이 요구된다.
하기 선행문헌은 구성이 간단하고 구성 부품 수가 작은 액추에이터를 가짐과 동시에 스테빌라이저 바의 선회를 선택적으로 정지시킬 수 있도록 구성된 차량의 능동형 롤 제어 장치에 관한 것으로써, 본 발명의 기술적 요지를 개시하고 있지 않다.
대한민국 공개특허공보 10-2010-0029386
본 발명의 일 실시예에 따른 전자식 능동형 스테빌라이저 시스템의 제어 장치 및 제어 방법은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 다음과 같은 해결과제를 목적으로 한다.
차량의 거동을 검출하는 센서를 포함하는 전자식 능동형 스테빌라이저 시스템의 동작 중간에 시스템의 이상 여부가 검출될 경우 3상 모터에 제동 토크(Braking Torque)를 발생시킴으로써 전자식 능동형 스테빌라이저 시스템의 동작을 중단시킬 수 있는 전자식 능동형 스테빌라이저 시스템의 제어 장치 및 제어 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 해결과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당해 기술분야에 있어서의 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전자식 능동형 스테빌라이저 시스템의 제어 장치는 차량의 스테빌라이저 바의 회전 동력을 발생시키는 3상 모터와 전기적으로 연결되어, 직류 전원을 3상 교류 전원으로 변환하는 인버터; 및 상기 전자식 능동형 스테빌라이저 시스템에 이상이 발생할 경우, 상기 인버터에 포함된 복수 개의 스위치 소자를 제어하여 상기 3상 모터에 인가되는 U상, V상 및 W상의 전원을 단락시키는 릴레이 소자;를 포함한다.
상기 인버터는, 일측이 상기 직류 전원의 양의 단자와 연결되되, 각각 병렬로 배치되는 제 1스위치, 제 2스위치 및 제 3스위치; 일측이 상기 제 1스위치, 제 2스위치 및 제 3스위치의 타측과 각각 직렬로 연결되고, 타측이 상기 직류 전원의 음의 단자와 연결되는 제 4스위치, 제 5스위치 및 제 6스위치;를 포함하고, 상기 제 1스위치 및 제 4스위치 사이의 제 1노드, 상기 제 2스위치 및 제 5스위치 사이의 제 2노드 및 상기 제 3스위치 및 제 6스위치 사이의 제 3노드는 상기 3상 모터와 각각 연결되어 상기 3상 모터에 각각 U상, V상 및 W상 전원을 공급하고, 상기 릴레이 소자는 상기 제 1스위치 내지 제 6스위치의 동작을 제어하여 상기 U상, V상 및 W상 전원을 단락시키는 것이 바람직하다.
상기 릴레이 소자는 상기 제 1스위치, 제 2스위치 및 제 3스위치의 동작을 동시에 제어하거나, 또는 상기 제 4스위치, 제 5스위치 및 제 6스위치의 동작을 동시에 제어하는 것이 바람직하다.
상기 제 1스위치 내지 상기 제 6스위치는 MOSFET 소자이고, 상기 릴레이 소자는 상기 제 1스위치, 제 2스위치 및 제 3스위치의 게이트와 연결되거나, 또는 상기 제 4스위치, 제 5스위치 및 제 6스위치의 게이트와 연결되는 것이 바람직하다.
상기 릴레이 소자와 상기 제 1스위치 내지 상기 제 6스위치를 연결하는 경로 중 적어도 하나에는 상기 제 1스위치 내지 상기 제 6스위치 중 적어도 하나로부터 상기 릴레이 소자로 전류가 역류하는 것을 방지하기 위한 다이오드가 배치되는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전자식 능동형 스테빌라이저 시스템의 제어 방법은 차량의 스테빌라이저 바의 회전 동력을 발생시키는 3상 모터와 전기적으로 연결되어, 직류 전원을 3상 교류 전원으로 변환하는 인버터 및 상기 전자식 능동형 스테빌라이저 시스템에 이상이 발생할 경우, 상기 인버터에 포함된 복수 개의 스위치 소자를 제어하여 상기 3상 모터에 인가되는 U상, V상 및 W상의 전원을 단락시키는 릴레이 소자를 포함하는 제어 장치를 이용한 전자식 능동형 스테빌라이저 시스템의 제어 방법에 관한 것으로써 전자제어유닛이 상기 전자식 능동형 스테빌라이저 시스템의 이상 여부를 판단하는 제 1단계; 상기 제 1단계에서 상기 전자식 능동형 스테빌라이저 시스템에 이상이 있다고 판단될 경우, 상기 전자제어유닛이 상기 릴레이 소자를 제어하는 제 2단계; 상기 릴레이 소자의 제어에 기초하여 상기 3상 모터에 인가되는 U상 전원, V상 전원 및 W상 전원을 단락시켜 상기 3상 모터에 제동력을 발생시키는 제 3단계;를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전자식 능동형 스테빌라이저 시스템의 제어 장치 및 제어 방법은 하나의 릴레이 소자를 이용하여 3상 모터에 인가되는 U상, V상 및 W상의 전원을 단락시키고, 이로 인하여 3상 모터에 제동 토크를 발생시킴으로써 시스템 이상 발생시 운전자의 안전을 확보할 수 있는 효과가 있다.
또한, 이러한 상단락을 하나의 소형 릴레이 소자를 이용하여 구현함으로써 시스템의 소형화를 도모하고 원가를 절감할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당해 기술분야에 있어서의 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해되어질 수 있을 것이다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자식 능동형 스테빌라이저 시스템을 도시한 회로도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자식 능동형 스테빌라이저 시스템의 제어 방법을 시계열적으로 도시한 플로우차트이다.
첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.
이하, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 전자식 능동형 스테빌라이저 시스템의 제어 장치에 대하여 설명하도록 한다. 도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자식 능동형 스테빌라이저 시스템의 회로도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전자식 능동형 스테빌라이저 시스템의 제어 장치는 차량의 롤 거동을 제어하는 전자식 능동형 스테빌라이저 시스템의 제어 장치에 관한 것으로써, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 인버터(200) 및 릴레이 소자(400)를 포함하도록 구성된다.
인버터(200)는 차량의 스테빌라이저 바의 회전 동력을 발생시키는 3상 모터(100)와 전기적으로 연결되어, 직류 전원을 3상 교류 전원, 즉 U상, V상 및 W상의 전원으로 변환하는 기능을 수행한다.
이러한 인버터(200)는 구체적으로, 직류 전원의 양의 단자(+)와 연결되되, 각각 병렬로 배치되는 제 1스위치(210), 제 2스위치(220) 및 제 3스위치(230)와 일측이 상기 제 1스위치(210), 제 2스위치(220) 및 제 3스위치(230)의 타측과 각각 직렬로 연결되고, 타측이 상기 직류 전원의 음의 단자(-)와 연결되는 제 4스위치(240), 제 5스위치(250) 및 제 6스위치(260)를 포함하여 구성된다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 제 1스위치(210) 및 제 4스위치(240) 사이에는 3상 모터(100)에 U상 전원을 공급하기 위한 경로가 분기되는 제 1노드(N1)가 형성된다. 또한 제 2스위치(220) 및 제 5스위치(250) 사이에는 3상 모터(100)에 V상 전원을 공급하기 위한 경로가 분기되는 제 2노드(N2)가 형성된다. 마찬가지로 제 3스위치(230) 및 제 6스위치(260) 사이에는 3상 모터(100)에 W상 전원을 공급하기 위한 경로가 분기되는 제 3노드(N3)가 형성된다. 인버터 프리 드라이버(Inverter Pre-Driver)는 상기 제 1스위치(210) 내지 제 6스위치(260)의 On/Off를 제어함으로써 직류 전원을 U상, V상 및 W상의 3상 전원으로 변환되도록 인버터(200)를 제어한다.
릴레이 소자(400)는 전자식 능동형 스테빌라이저 시스템에 이상이 발생할 경우, 인버터(200)에 포함된 복수 개의 스위치 소자를 제어하여 3상 모터(100)에 인가되는 U상, V상 및 W상의 전원을 단락시키는 구성이다. 즉, 3상 모터(100)에서의 각 상을 단락시킬 경우 발생하는 Short Circuit Torque라는 모터의 기본 특성을 이용하여 3상 모터(100)에 제동력을 발생시키는 기능을 수행하며, 이를 통해 운전자의 주행 안정성을 확보할 수 있게 된다.
일반적으로 Short Circuit Torque가 발생하는 경우 일정이상 모터 회전시 발생하는 역기전압을 이용하여 Braking Torque를 발생시키므로 일정 RPM이 발생할 때 Torque가 생성되며 이때 모터 3상에 유기되는 전류는 기본적으로 정격 전류에 상당하는 전류가 흐르게 된다. 따라서 장착해야하는 Relay의 용량은 모터 정격전류를 충분히 만족해야하는 고전류, 고용량의 Relay를 장착해야 한다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 전자식 능동형 스테빌라이저 시스템의 제어 장치는 일측이 이그니션(Ignition)과 연결되고 타측은 인버터(200)에 포함된 스위치의 온/오프를 제어하도록 연결되는 릴레이 소자(400)를 구비한다. 릴레이 소자(400)는 결국 제 1스위치(210) 내지 제 6스위치(260)의 동작을 제어하여 U상, V상 및 W상 전원을 단락시킬 수 있도록 구성되어야 한다. 이러한 기능의 수행을 위하여 릴레이 소자(400)가 High-Side 스위치인 제 1스위치(210), 제 2스위치(220) 및 제 3스위치(230)의 동작을 동시에 제어하거나, 또는 제 4스위치(240), 제 5스위치(250) 및 제 6스위치(260)의 동작을 동시에 제어하도록 구성되어야 하며, 이하에는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 릴레이 소자(400)가 High-Side 스위치인 제 1스위치(210), 제 2스위치(220) 및 제 3스위치(230)의 동작을 동시에 제어하는 것을 전제로 설명하도록 한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 전자제어유닛(500)은 차량에 장착된 횡가속도 센서, 차속 센서, 조향각 센서 등의 센서로부터 차량의 상태를 전달받고, 전달받은 차량의 상태 정보를 기초로 현재 차량 또는 스테빌라이저 시스템에 이상이 발생했는지 여부를 판단한다. 전자제어유닛(500)이 차량 또는 스테빌라이저 시스템에 이상이 없다고 판단할 경우, 릴레이 소자(400)를 Off 상태가 되도록 제어함으로써 이그니션(600)으로부터 인버터(200)측으로 전원이 인가되는 것을 차단한다.
반대로, 전자제어유닛(500)이 차량 또는 스테빌라이저 시스템에 이상이 있다고 판단할 경우, 릴레이 소자(400)를 On 상태가 되도록 제어하게 되고, 이를 통해 이그니션(600)으로부터 인버터(200)측으로 전원이 인가된다. 구체적으로 릴레이 소자(400)의 타측은 인버터(200)의 High-Side 스위치인 제 1스위치(210), 제 2스위치(220) 및 제 3스위치(230)와 동시에 연결되어 있는데, 전자제어유닛(500)에 의하여 릴레이 소자(400)가 On 상태가 되게 되면, 제 1스위치(210), 제 2스위치(220) 및 제 3스위치(230)가 동시에 On이 되고, 결국 U상 전원, V상 전원 및 W상 전원이 단락되게 된다. 이러한 상단락을 통하여 3상 모터(100)에 제동력이 발생하게 된다.
특히, 인버터(200)를 구성하는 스위치로써 MOSFET 소자를 채용할 수 있으며, 이 경우, 릴레이 소자(400)는 제 1스위치(210), 제 2스위치(220), 제 3스위치(230)의 게이트와 연결되도록 구성해야 할 것이다.
또한, 릴레이 소자(400)에 의한 동작이 Inveter Pre-Driver의 구동에 영향을 받지 않게 하기 위해서, 릴레이 소자(400)와 제 1스위치(210) 사이, 릴레이 소자(400)와 제 2스위치(220) 사이 및 릴레이 소자(400)와 제 3스위치(230) 사이에는 제 1다이오드(D1), 제 2다이오드(D2) 및 제 3다이오드(D3)를 각각 배치시키는 것이 바람직하다.
한편, 릴레이 소자(400)가 High-Side 스위치를 동시에 제어하는 것을 전제로 본 발명의 일 실시예에 따른 능동형 스테빌라이저 시스템의 제어 장치에 대하여 설명하였으나, 릴레이 소자(400)가 Low-Side 스위치를 동시에 제어하여 3상 전원을 단락시키는 것도 가능할 것이다.
이하에서는 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 전자식 능동형 스테빌라이저 시스템의 제어 방법에 대하여 설명하되, 본 발명의 일 실시예에 따른 전자식 능동형 스테빌라이저 시스템의 제어 장치에서 설명한 내용과 중복되는 부분은 그 자세한 설명을 생략하도록 한다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자식 능동형 스테빌라이저 시스템의 제어 방법을 시계열적으로 도시한 플로우 차트이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 전자식 능동형 스테빌라이저 시스템의 제어 방법은 시스템 이상 여부를 판단하는 제 1단계(S100), 릴레이 소자(400)를 제어하는 제 2단계(S200) 및 3상 모터(100)에 제동력을 발생시키는 제 3단계(S300)를 포함한다.
제 1단계(S100)는 구체적으로 전자제어유닛(500)이 전자식 능동형 스테빌라이저 시스템 및 차량의 이상 여부를 판단하는 단계이다. 제 2단계(S200)는 제 1단계(S100)에서 시스템 또는 차량에 이상이 있다고 판단될 경우, 전자제어유닛(500)이 릴레이 소자(400)를 제어하여 이그니션(600)의 전원이 인버터(200)의 스위치를 On 시킬 수 있도록 한다. 이를 통하여 3상 모터(100)에 인가되는 U상 전원, V상 전원 및 W상 전원을 단락시켜 3상 모터(100)에 제동력을 발생시키는 제 3단계(S300)가 수행되게 된다.
본 명세서에서 설명되는 실시예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것이 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당해 기술분야에 있어서의 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 3상 모터
200: 인버터
300: 인버터 프리 드라이버
400: 릴레이 소자
500: 전자제어유닛
600: 이그니션
700: 센서

Claims (6)

  1. 차량의 롤 거동을 제어하는 전자식 능동형 스테빌라이저 시스템의 제어 장치에 있어서,
    차량의 스테빌라이저 바의 회전 동력을 발생시키는 3상 모터(100)와 전기적으로 연결되어, 직류 전원을 3상 교류 전원으로 변환하는 인버터(200); 및
    상기 전자식 능동형 스테빌라이저 시스템에 이상이 발생할 경우, 상기 인버터(200)에 포함된 복수 개의 스위치 소자를 제어하여 상기 3상 모터(100)에 인가되는 U상, V상 및 W상의 전원을 단락시키는 릴레이 소자(400);
    를 포함하는 전자식 능동형 스테빌라이저 시스템의 제어 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 인버터(200)는,
    일측이 상기 직류 전원의 양의 단자와 연결되되, 각각 병렬로 배치되는 제 1스위치(210), 제 2스위치(220) 및 제 3스위치(230);
    일측이 상기 제 1스위치(210), 제 2스위치(220) 및 제 3스위치(230)의 타측과 각각 직렬로 연결되고, 타측이 상기 직류 전원의 음의 단자와 연결되는 제 4스위치(240), 제 5스위치(250) 및 제 6스위치(260);
    를 포함하고,
    상기 제 1스위치(210) 및 제 4스위치(240) 사이의 제 1노드(N1), 상기 제 2스위치(220) 및 제 5스위치(250) 사이의 제 2노드(N2) 및 상기 제 3스위치(230) 및 제 6스위치(260) 사이의 제 3노드(N3)는 상기 3상 모터(100)와 각각 연결되어 상기 3상 모터(100)에 각각 U상, V상 및 W상 전원을 공급하고,
    상기 릴레이 소자(400)는 상기 제 1스위치(210) 내지 제 6스위치(260)의 동작을 제어하여 상기 U상, V상 및 W상 전원을 단락시키는 전자식 능동형 스테빌라이저 시스템의 제어 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 릴레이 소자(400)는 상기 제 1스위치(210), 제 2스위치(220) 및 제 3스위치(230)의 동작을 동시에 제어하거나, 또는 상기 제 4스위치(240), 제 5스위치(250) 및 제 6스위치(260)의 동작을 동시에 제어하는 전자식 능동형 스테빌라이저 시스템의 제어 장치.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 제 1스위치(210) 내지 상기 제 6스위치(260)는 MOSFET 소자이고,
    상기 릴레이 소자(400)는 상기 제 1스위치(210), 제 2스위치(220) 및 제 3스위치(230)의 게이트와 연결되거나, 또는 상기 제 4스위치(240), 제 5스위치(250) 및 제 6스위치(260)의 게이트와 연결되는 능동형 스테빌라이저 시스템의 제어 장치.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 릴레이 소자(400)와 상기 제 1스위치(210) 내지 상기 제 6스위치(260)를 연결하는 경로 중 적어도 하나에는 상기 제 1스위치(210) 내지 상기 제 6스위치(260) 중 적어도 하나로부터 상기 릴레이 소자(400)로 전류가 역류하는 것을 방지하기 위한 다이오드가 배치되는 능동형 스테빌라이저 시스템의 제어 장치.
  6. 차량의 스테빌라이저 바의 회전 동력을 발생시키는 3상 모터(100)와 전기적으로 연결되어, 직류 전원을 3상 교류 전원으로 변환하는 인버터(200) 및 상기 전자식 능동형 스테빌라이저 시스템에 이상이 발생할 경우, 상기 인버터(200)에 포함된 복수 개의 스위치 소자를 제어하여 상기 3상 모터(100)에 인가되는 U상, V상 및 W상의 전원을 단락시키는 릴레이 소자(400)를 포함하는 제어 장치를 이용한 전자식 능동형 스테빌라이저 시스템의 제어 방법에 있어서,
    전자제어유닛(500)이 상기 전자식 능동형 스테빌라이저 시스템의 이상 여부를 판단하는 제 1단계(S100);
    상기 제 1단계(S100)에서 상기 전자식 능동형 스테빌라이저 시스템에 이상이 있다고 판단될 경우, 상기 전자제어유닛(500)이 상기 릴레이 소자(400)를 제어하는 제 2단계(S200); 및
    상기 릴레이 소자(400)의 제어에 기초하여 상기 3상 모터(100)에 인가되는 U상 전원, V상 전원 및 W상 전원을 단락시켜 상기 3상 모터(100)에 제동력을 발생시키는 제 3단계(S300);
    를 포함하는 전자식 능동형 스테빌라이저 시스템의 제어 방법.
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