KR20170034552A - Speed control apparatus for electric vehicle - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전기 자동차용 속도 제어장치에 관한 것으로서, 차량의 최대 속도에 해당하는 모터의 RPM과 상기 모터의 출력단으로부터 피드백 받은 모터의 현재 RPM을 비교하여 오차를 검출하는 오차 검출기; 상기 모터의 RPM에 따른 토크 곡선과 차량의 액셀러레이터 답보량을 참조하고 상기 모터의 현재 RPM을 피드백 받아 토크 지령치를 생성하는 토크 지령 발생기; 상기 오차 검출기의 출력을 비례 적분하여 상기 모터의 속도 지령치를 생성하며, 상기 토크 지령 발생기로부터 상기 토크 지령치를 수신하여 상기 속도 지령치의 상한값을 설정하는 속도 제어기; 상기 속도 제어기에서 출력되는 속도 지령치를 입력받아 상기 모터의 구동 전류 제어값으로 변환하여 출력하는 토크 전류 제어기; 및 상기 토크 전류 제어기의 출력과 상기 차량에 작용하는 외부 부하값을 가산하여 상기 모터에 인가하는 가산기를 포함한다.
본 발명에 따르면, 비례적분 제어로 속도 제어를 실시하여 전기 자동차의 속도 제어를 정밀하게 수행할 수 있고, 토크 지령치를 이용하여 속도 지령치의 상한값을 설정하는 안티 와인드업(Anti-Windup) 기능을 부가함으로써 내연기관의 감성을 유지하면서도 경사로 등에서 차속의 이상 변동을 방지할 수 있는 효과가 있다.An error detector for comparing an RPM of a motor corresponding to a maximum speed of a vehicle with an RPM of a motor fed back from an output terminal of the motor to detect an error; A torque command generator for generating a torque command value by referring to a torque curve according to an RPM of the motor and an accelerator depression amount of the vehicle and feedbacking the current RPM of the motor; A speed controller for generating a speed command value of the motor by proportionally integrating the output of the error detector, receiving the torque command value from the torque command generator and setting an upper limit value of the speed command value; A torque current controller which receives a speed command value output from the speed controller and converts the speed command value into a driving current control value of the motor and outputs the converted driving current control value; And an adder for adding the output of the torque current controller and an external load value acting on the vehicle and applying the sum to the motor.
According to the present invention, it is possible to perform speed control of an electric vehicle precisely by performing speed control by proportional integral control, and by adding an anti-windup function of setting an upper limit value of a speed command value by using a torque command value It is possible to prevent abnormal fluctuation of the vehicle speed on the ramp while maintaining the sensitivity of the internal combustion engine.
Description
본 발명은 전기 자동차용 속도 제어장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 내연기관의 감성을 유지하면서도 경사로 등에서 차속의 이상 변동을 방지할 수 있는 전기 자동차용 속도 제어장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
최근 들어 자원 고갈, 에너지 문제, 지구 온난화와 환경문제, 주요국의 CO2 규제정책과 같은 자동차 산업을 둘러싼 환경의 변화로 전기 자동차의 필요성이 강력히 대두되고 있다. 세계 각국은 앞 다투어 자동차 배기가스 규제 정책과 전기 자동차 보급 정책을 실시하고 있어, 향후 전기 자동차의 보급은 점차 증대될 것으로 전망되고 있다.In recent years, the need for electric vehicles has been increasing strongly due to changes in the environment surrounding automobile industries such as resource depletion, energy problems, global warming and environmental problems, and CO 2 regulation policies in major countries. Countries around the world are fighting for automobile emissions regulations and electric vehicle distribution policies, and it is expected that the spread of electric vehicles will gradually increase in the future.
전기 자동차는 기존의 내연기관으로 구성된 자동차를 대체하는 친환경 자동차로서, EV(Electric Vehicle), PHEV(Plug-in EV), HEV(Hybrid EV), FCEV(Fuel Cell Electric Vehicle) 등으로 분류된다. 여기서, EV는 순수한 전기의 힘으로 구동되는 전기 자동차이다.Electric vehicles are classified as EVs (Electric Vehicle), PHEV (Plug-in EV), HEV (Hybrid EV) and FCEV (Fuel Cell Electric Vehicle). Here, EV is an electric vehicle driven by a pure electric force.
도 1은 일반적인 EV의 동력 제어 시스템을 예시한다. 도 1을 참조하면, ECU(Electronic Control Unit, 100)는 각종 센서에서 수집한 정보와 모터(120)의 속도를 전달받아 토크 제어를 실시하며, TCU(Transmission Control Unit, 110)에 변속기(130)의 솔레노이드 구동 신호를 전달한다. TCU(110)는 변속기(130)의 변속 시점과 품질을 제어하는 유닛으로, ECU(100)로부터 전달받은 솔레노이드 구동 신호에 따라 변속기의 솔레노이드 밸브를 개폐 제어하여 변속을 수행하며, 변속기(130)의 오일 온도 정보, 밸브 상태, 고장 정보 등을 ECU(100)로 전달한다. 변속기(130)의 출력은 차동기어(140)로 전달되고, 차동기어(140) 양측에 연결된 구동륜(150)이 회전하여 전기 자동차가 전진 또는 후진한다.Figure 1 illustrates a typical power control system of an EV. Referring to FIG. 1, an electronic control unit (ECU) 100 receives information from various sensors and a speed of the
여기서, 종래의 전기 자동차는 운전자가 액셀러레이터를 밟는 답보량에 따라 ECU(100)에서 모터(120)에 토크 지령치를 전달하는 것으로 모터(120)의 속도(즉, 회전수)를 제어한다. 또한, ECU(100)는 모터(120)의 회전수를 피드백 받아 현재 속도에 대응하는 토크 제어를 실시한다. 토크 제어는 통상 알려진 바와 같이, 쉽게 구현할 수 있고 전기 자동차에서 내연기관의 엔진과 같은 감성을 갖도록 한다.The conventional electric vehicle controls the speed (i.e., the number of revolutions) of the
하지만, 토크 제어를 수행할 경우, 정확한 속도 제어가 곤란하다. 특히, 내리막길에서 액셀러레이터의 답보량이 유지되고 토크 지령 역시 유지됨에도 불구하고, 차량에 걸리는 하중 및 관성에 의해 도 2에서 점선으로 묘사한 것과 같이 모터(120)의 회전수가 증가하는 경향을 나타낸다. 이러한 차속의 이상 변동 현상은 내리막길에서의 저속 주행을 어렵게 하며, 자칫 차량 안전사고로 이어질 수 있는 문제점이 있다.However, when torque control is performed, accurate speed control is difficult. Particularly, although the step amount of the accelerator is maintained on the downhill road and the torque command is also maintained, the rotational speed of the
한편, 대한민국 특허공개 제10-2012-0114604호는 전기 자동차에서 액셀러레이터의 조작 정도에 따라 가속 또는 감속 정도를 가변시키는 전기 자동차 및 그 속도 제어방법을 개시하고 있다. 동 선행문헌은 액셀러레이터 또는 브레이크의 변화율에 따라 차량의 가속 정도를 가변 제어함으로써, 가속 상황에서 속도를 빨리 증가시키고 감속 상황에서도 속도를 빨리 감속하는 등으로 다이내믹한 속도 제어가 가능하도록 하고 있다.On the other hand, Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2012-0114604 discloses an electric vehicle and its speed control method for varying the degree of acceleration or deceleration according to the degree of operation of an accelerator in an electric vehicle. In the preceding literature, dynamic acceleration control is possible by rapidly controlling the acceleration of the vehicle according to the rate of change of the accelerator or brake, thereby rapidly increasing the speed in the acceleration state and decelerating the speed even in the deceleration state.
그러나, 위 선행문헌은 액셀러레이터 또는 브레이크의 조작에 대응하여 토크 변화율을 변경하는 제어를 실시하고 있어, 앞서 언급한 바와 같이 내리막길에서의 차속 증가 현상을 여전히 해소하지 못하고 있다.However, the above-mentioned prior art carries out control to change the torque change rate in response to the operation of the accelerator or the brake, and as mentioned above, the vehicle speed increase phenomenon on the downward road is still not solved.
본 발명은 비례 적분 제어로 속도 제어를 실시하여 전기 자동차의 속도를 정밀하게 제어할 수 있으며 토크 지령치를 이용하여 안티 와인드업(Anti-Windup) 기능을 부가함으로써, 내연기관의 감성을 유지하면서도 경사로 등에서 차속의 이상 변동을 방지할 수 있는 전기 자동자용 속도 제어장치를 제공함에 그 목적이 있다.The present invention is capable of precisely controlling the speed of an electric vehicle by performing speed control by proportional integral control and by adding an anti-windup function using a torque command value, it is possible to maintain the sensibility of the internal combustion engine, And an object of the present invention is to provide a speed controller for an electric automobile which can prevent an abnormal fluctuation of an electric motor.
본 발명의 일실시예에 따른 전기 자동차용 속도 제어장치는, 차량의 최대 속도에 해당하는 모터의 RPM과 상기 모터의 출력단으로부터 피드백 받은 모터의 현재 RPM을 비교하여 오차를 검출하는 오차 검출기; 상기 모터의 RPM에 따른 토크 곡선과 차량의 액셀러레이터 답보량을 참조하고 상기 모터의 현재 RPM을 피드백 받아 토크 지령치를 생성하는 토크 지령 발생기; 상기 오차 검출기의 출력을 비례 적분하여 상기 모터의 속도 지령치를 생성하며, 상기 토크 지령 발생기로부터 상기 토크 지령치를 수신하여 상기 속도 지령치의 상한값을 설정하는 속도 제어기; 상기 속도 제어기에서 출력되는 속도 지령치를 입력받아 상기 모터의 구동 전류 제어값으로 변환하여 출력하는 토크 전류 제어기; 및 상기 토크 전류 제어기의 출력과 상기 차량에 작용하는 외부 부하값을 가산하여 상기 모터에 인가하는 가산기를 포함한다.The speed controller for an electric vehicle according to an embodiment of the present invention includes an error detector for detecting an error by comparing a RPM of a motor corresponding to a maximum speed of the vehicle with a current RPM of a motor fed back from the output terminal of the motor; A torque command generator for generating a torque command value by referring to a torque curve according to an RPM of the motor and an accelerator depression amount of the vehicle and feedbacking the current RPM of the motor; A speed controller for generating a speed command value of the motor by proportionally integrating the output of the error detector, receiving the torque command value from the torque command generator and setting an upper limit value of the speed command value; A torque current controller which receives a speed command value output from the speed controller and converts the speed command value into a driving current control value of the motor and outputs the converted driving current control value; And an adder for adding the output of the torque current controller and an external load value acting on the vehicle and applying the sum to the motor.
본 발명의 전기 자동차용 속도 제어장치에 따르면, 비례적분 제어로 속도 제어를 실시하여 전기 자동차의 속도 제어를 정밀하게 수행할 수 있고, 토크 지령치를 이용하여 속도 지령치의 상한값을 설정하는 안티 와인드업(Anti-Windup) 기능을 부가함으로써 내연기관의 감성을 유지하면서도 경사로 등에서 차속의 이상 변동을 방지할 수 있는 효과가 있다.According to the speed control apparatus for an electric vehicle of the present invention, the speed control of the electric vehicle can be performed precisely by performing the speed control by the proportional integral control, and the anti-windup (Anti -Windup) function, it is possible to prevent abnormal fluctuation of the vehicle speed at the ramp while maintaining the sensitivity of the internal combustion engine.
도 1은 일반적인 전기 자동차의 동력 제어 시스템을 예시한 블록도,
도 2는 종래 토크 제어에 따른 회전수 파형을 예시한 파형도,
도 3은 본 발명에 따른 전기 자동차의 속도 제어장치를 예시한 블록도, 및
도 4는 본 발명의 속도 제어에 따른 회전수 파형을 예시한 파형도이다.1 is a block diagram illustrating a power control system of a general electric vehicle,
2 is a waveform diagram illustrating a rotation speed waveform according to conventional torque control,
3 is a block diagram illustrating an apparatus for controlling the speed of an electric vehicle according to the present invention, and Fig.
4 is a waveform diagram illustrating a rotation speed waveform according to the speed control of the present invention.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 구체적인 실시예가 설명된다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대하여 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물, 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Hereinafter, specific embodiments according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. It is to be understood, however, that the invention is not to be limited to the specific embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.
명세서 전체에 걸쳐 유사한 구성 및 동작을 갖는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 그리고 본 발명에 첨부된 도면은 설명의 편의를 위한 것으로서, 그 형상과 상대적인 척도는 과장되거나 생략될 수 있다.Parts having similar configurations and operations throughout the specification are denoted by the same reference numerals. It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are intended to provide further explanation of the invention as claimed.
실시예를 구체적으로 설명함에 있어서, 중복되는 설명이나 당해 분야에서 자명한 기술에 대한 설명은 생략되었다. 또한, 이하의 설명에서 어떤 부분이 다른 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 기재된 구성요소 외에 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.In the following description of the embodiments, redundant descriptions and explanations of techniques obvious to those skilled in the art are omitted. Also, in the following description, when a section is referred to as "comprising " another element, it means that it may further include other elements in addition to the described element unless otherwise specifically stated.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다.Terms including ordinals, such as first, second, etc., may be used to describe various elements, but the elements are not limited to these terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the second component may be referred to as a first component, and similarly, the first component may also be referred to as a second component.
도 3은 본 발명에 따른 전기 자동차의 속도 제어장치를 예시한 블록도이고, 도 4는 본 발명의 속도 제어에 따른 회전수 파형을 예시한 파형도이다.FIG. 3 is a block diagram illustrating an apparatus for controlling the speed of an electric vehicle according to the present invention, and FIG. 4 is a waveform diagram illustrating a rotation speed waveform according to the speed control of the present invention.
도 3을 참조하면, 본 발명의 속도 제어장치는 오차 검출기(210)와, 속도 제어기(220)와, 토크 지령 발생기(230)와, 토크 전류 제어기(240)와, 가산기(250)와, 모터(260)를 포함한다.3, the speed control apparatus of the present invention includes an
여기서, 도 3에 도시된 모터(260)는 전기 자동차를 구동하기 위해 회전력을 발생시키는 전동기를 포함하는 부하에 해당한다. 도시하지 않았지만, 본 실시예에서 모터(260)는 배터리의 DC 전력을 AC 전력으로 변환하여 전동기를 구동시키는 인버터를 포함할 수 있다. 또한, 모터(260)의 후단에는 통상 알려진 바와 같이, 변속기, 차동기어, 및 구동륜과 같은 동력 시스템에 연결된다.Here, the
도 3을 참조하면, 오차 발생기(210)는 차량의 최대 속도에 해당하는 모터(260)의 RPM(ωmax)과 모터(260)의 출력단으로부터 피드백(feedback) 받은 모터(260)의 현재 RPM(ωm)을 비교하여 오차를 검출한다. 오차 검출기(210)의 출력은 속도 제어기(220)로 전달된다.3, the
속도 제어기(220)는 비례적분 제어기(222)와 속도 지령 제한부(224)로 구성된다. 비례적분 제어기(222)는 오차 검출기(210)에서 생성된 오차값을 비례게인과 적분게인에 의해 증폭시켜 모터(260)의 속도 지령치를 생성한다. 여기서, 속도 오차에 의한 적분기 포화를 방지하기 위해 속도 지령 제한부(224)가 이용된다.The
토크 지령 발생기(230)는 모터(260) 고유의 RPM-토크 곡선에 의한 RPM 대비 토크값을 입력받고 차량의 액셀레러에티 답보량을 입력받는다. 토크 지령 발생기(230)는 두 값을 참조하여 토크 지령치를 생성하되, 모터(260)의 현재 RPM(ωm)을 피드백 받아 토크 지령치를 생성한다. 토크 지령치는 속도 제어기(220)의 속도 지령 제한부(224)로 전달된다.The
속도 지령 제한부(224)는 비례적분 제어기(222)에서 출력되는 속도 지령치의 하한값을 설정한다. 속도 지령치의 하한값은 차량이 오르막길을 주행할 때 속도 지령치가 하한값 이상을 유지하도록 하여 견인력을 보장한다. 또한, 속도 지령 제한부(224)는 토크 지령 발생기(230)로부터 입력받은 토크 지령치를 이용하여 속도 지령치의 상한값을 설정한다. 이와 같이, 토크 지령치를 이용하여 속도 지령치의 최대값을 제한하는 안티 와인드업(Anti-Windup) 기능을 부함으로써, 비례적분 제어기(222)의 적분기 포화를 방지하며 차량이 내리막길을 주행할 때 속도 지령치가 상한값을 초과하지 않도록 하여 차속의 이상 변동을 방지할 수 있다.The speed
토크 전류 제어기(240)는 속도 제어기(220)에서 출력되는 속도 지령치(Te*(i*))를 입력받아 모터(260)의 구동 전류 제어값(Te(i))으로 변환하여 출력한다. 여기서, 속도 제어기(220)에서 출력되는 속도 지령치는 토크값이며, 토크 전류 제어기(240)는 이 토크값에 해당하는 전류 지령치를 모터(260)의 인버터에 전달한다. 토크 전류 제어기(240)의 전달함수는 1이라 가정한다.The torque
토크 전류 제어기(240)에서 출력되는 구동 전류 제어값(Te(i))과 차량에 작용하는 외부 부하값(TLoad)은 가산기(250)에서 가산된다. 차량에 작용하는 외부 부하값(TLoad)은 차량의 무게와 차량의 주행상황(예컨대, 오르막길 또는 내리막길을 주행하는 상황)에 따라 차량에 가해지는 관성모멘트 추정값으로부터 측정된 부하 토크값이다. 가산기(250)의 출력은 모터(260)로 전달되어, 모터(260)의 속도를 제어한다.The drive current control value Te (i) output from the torque
도 4의 파형도를 참조하면, 평지에서는 모터(260)의 회전수가 차량의 액셀러레이터 답보량에 대응하여 적절하게 제어되고 있는 것을 알 수 있다. 즉, 정밀한 차속 제어가 수행된다. 도 4의 우측에서 보여지는 바와 같이, 내리막길에서는 토크 지령치가 영점(zero)에 근접하며, 속도 제어기(220)의 속도 지령 제한부(224)에서 모터(260)의 회전수를 일정값으로 제한함으로써, 차속이 일정하게 유지되는 것을 확인할 수 있다. 즉, 내리막길에서 차속의 이상 변동을 방지할 수 있다.Referring to the waveform diagram of FIG. 4, it can be seen that the number of revolutions of the
위에서 개시된 발명은 기본적인 사상을 훼손하지 않는 범위 내에서 다양한 변형예가 가능하다. 즉, 위의 실시예들은 모두 예시적으로 해석되어야 하며, 한정적으로 해석되지 않는다. 따라서 본 발명의 보호범위는 상술한 실시예가 아니라 첨부된 청구항에 따라 정해져야 하며, 첨부된 청구항에 한정된 구성요소를 균등물로 치환한 경우 이는 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 보아야 한다.The invention described above is susceptible to various modifications within the scope not impairing the basic idea. In other words, all of the above embodiments should be interpreted by way of example and not by way of limitation. Therefore, the scope of protection of the present invention should be determined in accordance with the appended claims rather than the above-described embodiments, and should be construed as falling within the scope of the present invention when the constituent elements defined in the appended claims are replaced by equivalents.
210 : 오차 검출기
220 : 속도 제어기
222 : 비례적분 제어기
224 : 속도 지령 제한부
230 : 토크 지령 발생기
240 : 토크 전류 제어기
250 : 가산기
260 : 모터210: error detector 220: speed controller
222: Proportional Integral Controller 224: Speed Command Limit
230: torque command generator 240: torque current controller
250: adder 260: motor
Claims (1)
차량의 최대 속도에 해당하는 모터의 RPM과 상기 모터의 출력단으로부터 피드백 받은 모터의 현재 RPM을 비교하여 오차를 검출하는 오차 검출기;
상기 모터의 RPM에 따른 토크 곡선과 차량의 액셀러레이터 답보량을 참조하고 상기 모터의 현재 RPM을 피드백 받아 토크 지령치를 생성하는 토크 지령 발생기;
상기 오차 검출기의 출력을 비례 적분하여 상기 모터의 속도 지령치를 생성하며, 상기 토크 지령 발생기로부터 상기 토크 지령치를 수신하여 상기 속도 지령치의 상한값을 설정하는 속도 제어기;
상기 속도 제어기에서 출력되는 속도 지령치를 입력받아 상기 모터의 구동 전류 제어값으로 변환하여 출력하는 토크 전류 제어기; 및
상기 토크 전류 제어기의 출력과 상기 차량에 작용하는 외부 부하값을 가산하여 상기 모터에 인가하는 가산기
를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 속도 제어장치.A speed control apparatus for an electric automotive vehicle,
An error detector for detecting an error by comparing the RPM of the motor corresponding to the maximum speed of the vehicle with the current RPM of the motor fed back from the output terminal of the motor;
A torque command generator for generating a torque command value by referring to a torque curve according to an RPM of the motor and an accelerator depression amount of the vehicle and feedbacking the current RPM of the motor;
A speed controller for generating a speed command value of the motor by proportionally integrating the output of the error detector, receiving the torque command value from the torque command generator and setting an upper limit value of the speed command value;
A torque current controller which receives a speed command value output from the speed controller and converts the speed command value into a driving current control value of the motor and outputs the converted driving current control value; And
An adder for adding the output of the torque current controller and an external load value acting on the vehicle to the motor,
The speed control device for an electric vehicle.
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