KR100395207B1 - Control method of brushless direct current motor for fuel supply pump and control apparatus thereof - Google Patents
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Abstract
브러시리스 직류모터를 사용하여 엔진에 가스연료를 공급하고, 엔진에서 연소되는 가스연료의 양에 따른 속도로 브러시리스 직류모터를 구동시켜 엔진에서 회수되는 가스연료의 양을 최소로 줄이며, 연료의 온도 및 압력상승을 억제한다.Using a brushless dc motor to supply gas fuel to the engine, and driving the brushless dc motor at a speed according to the amount of gas fuel burned in the engine, to reduce the amount of gas fuel recovered from the engine to a minimum, the temperature of the fuel And pressure rise.
펌프와 일체로 브러시리스 직류모터를 구비하여 브러시리스 직류모터의 구동에 따라 펌프가 연료탱크의 가스연료를 엔진에 공급하고, 구동제어부가 입력되는 속도 제어신호에 따라 브러시리스 직류모터의 구동을 제어하게 구성하며, 브러시리스 직류모터의 초기구동 여부를 판단하여, 초기구동일 경우에 미리 설정된 속도로 브러시리스 직류모터를 구동시키고, 초기구동이 아닐 경우에 브러시리스 직류모터의 회전속도를 검출하고 엔진에서의 가스연료 연소량에 따라 ECU로부터 입력되는 속도 제어신호에 변화가 있는지를 판단하며, 판단 결과 속도 제어신호에 변화가 있을 경우에 그 변화된 속도 제어신호에 따른 P 이득 및 I 이득을 조절하여 PI 제어를 수행하고 브러시리스 직류모터를 구동시킬 속도 제어신호를 발생하고, 속도 제어신호에 변화가 없을 경우에 현재 설정된 P 이득 및 I 이득으로 PI 제어를 수행하고 브러시리스 직류모터를 구동시킬 속도 제어신호를 발생한다.A brushless DC motor is integrated with the pump, and the pump supplies gas fuel from the fuel tank to the engine according to the operation of the brushless DC motor, and the driving controller controls the driving of the brushless DC motor according to the speed control signal input. By determining whether the brushless DC motor is initially driven, driving the brushless DC motor at a preset speed in the case of initial driving, and detecting the rotational speed of the brushless DC motor in case of the initial driving, It is determined whether there is a change in the speed control signal input from the ECU according to the amount of gas fuel burned in the control system.In the case of the change of the speed control signal, the PI control is controlled by adjusting the P gain and I gain according to the changed speed control signal. Generate a speed control signal to drive the brushless DC motor, and change the speed control signal Performing a PI control to the P gain and I gain are set and the case to generate the brushless DC speed control signal to drive the motor.
Description
본 발명은 LPG(Liquid Petroleum gas) 등의 가스연료를 연소시켜 동력을 발생하는 가스연료 차량에 있어서, 연료탱크의 연료를 엔진에 공급하는 직류모터를 브러시리스(brushless) 직류모터로 사용하고, 그 브러시리스 직류모터의 구동을 제어하는 연료공급 펌프용 브러시리스 직류모터의 제어방법 및 제어장치에 관한 것이다.The present invention is a gas fuel vehicle that generates power by burning gas fuel such as LPG (Liquid Petroleum gas), and uses a DC motor supplying fuel from a fuel tank to an engine as a brushless DC motor. The present invention relates to a control method and a control apparatus of a brushless DC motor for a fuel supply pump for controlling the driving of a brushless DC motor.
일반적으로 연료를 연소시켜 동력을 발생하는 차량은 연료를 저장하는 연료탱크 내에 펌프 및 그 펌프를 구동시키는 직류모터를 내장하여 두고, 엔진을 시동 및 구동시킬 경우에 상기 직류모터를 구동시켜 펌프를 동작 및 엔진에 연료를 공급할 수 있도록 하고 있다.In general, a vehicle that generates power by burning fuel includes a pump and a DC motor driving the pump in a fuel tank storing fuel, and operates the DC motor when the engine is started and driven to operate the pump. And fuel the engine.
연료탱크에 저장되어 있는 가스연료를 엔진에 공급하는 방법으로는 고압의 가스연료를 감압시켜 기체상태로 엔진의 흡기관에 공급하는 베이포라이저/믹서 방식과, 가스연료를 가압하여 액체상태로 유지시킨 상태에서 인젝터에 의해 정확하게 유량 제어를 하면서 엔진에 공급하는 액상(液狀) 인젝션 방식이 있다.The method of supplying gas fuel stored in the fuel tank to the engine includes a vaporizer / mixer system that depressurizes the high-pressure gas fuel and supplies the gas to the intake pipe of the engine in a gas state, and pressurizes the gas fuel to maintain the liquid state. There is a liquid injection method that supplies the engine while controlling the flow rate precisely by the injector in the state of injecting.
상기 액상 인젝션 방식은 상기 베이포라이저/믹서 방식보다 엔진의 운전조건에 따라 정확하게 가스연료의 유량을 제어함으로써 엔진의 출력이 상승하고, 연비가 벌감되며, 배기가스의 저감 및 역화 억제 등에 탁월한 효과를 나타내고 있는 것으로 알려져 있다.In the liquid injection method, the output of the engine is increased, fuel economy is reduced, exhaust gas is reduced, and the backlash is suppressed by controlling the flow rate of the gas fuel more accurately according to the operating conditions of the engine than the vaporizer / mixer method. It is known that it is shown.
도 1은 엔진에 휘발유 또는 경유 등의 소정의 연료를 공급하는 종래의 제어장치의 구성을 보인 도면이다. 여기서, 부호 10은 차량에 설치되어 동력을 발생하는 엔진이고, 부호 11은 미리 연소용 연료를 저장하여 두고 그 저장한 연소용 연료를 상기 엔진(10)에 공급하는 연료탱크이다.1 is a view showing the configuration of a conventional control device for supplying a predetermined fuel such as gasoline or diesel to an engine. Here, reference numeral 10 denotes an engine installed in a vehicle to generate power, and reference numeral 11 denotes a fuel tank that stores combustion fuel in advance and supplies the stored combustion fuel to the engine 10.
상기 연료탱크(11)내에는 연료를 상기 엔진(10)으로 공급하는 펌프(12)와, 그 펌프(12)를 구동시키는 직류모터(13)가 일체로 구비되고, 상기 직류모터(13)에는 배터리(14)의 전원이 시동 스위치(15)를 통해 인가되게 접속된다.In the fuel tank 11, a pump 12 for supplying fuel to the engine 10 and a DC motor 13 for driving the pump 12 are integrally provided, and the DC motor 13 The power source of the battery 14 is connected to be applied via the start switch 15.
이와 같이 구성된 종래의 제어장치는 차량의 엔진(10)을 시동시키기 위하여 시동스위치(15)를 접속시키면, 배터리(14)의 전원이 시동 스위치(15)를 통해 직류모터(13)에 인가되므로 직류모터(13)가 일정 속도로 구동되고, 직류모터(13)의 구동에 따라 펌프(12)가 구동되어 연료탱크(11)에 저장된 연료를 엔진(10)에 공급하며, 엔진(10)에서 연소되고 남는 연료는 다시 연료탱크(11)로 회수된다.In the conventional control device configured as described above, when the start switch 15 is connected to start the engine 10 of the vehicle, the power of the battery 14 is applied to the DC motor 13 through the start switch 15 so that the DC The motor 13 is driven at a constant speed, the pump 12 is driven in accordance with the drive of the DC motor 13 to supply the fuel stored in the fuel tank 11 to the engine 10, the combustion in the engine 10 The remaining fuel is recovered to the fuel tank 11 again.
그러나 상기한 종래의 제어장치는 휘발유 또는 경유 등의 연료를 공급하는데 사용할 수 있을 뿐이고, LPG 등과 같은 가스연료를 공급하는 데에는 사용할 수 없다.However, the above conventional control apparatus can only be used to supply fuels such as gasoline or diesel, and cannot be used to supply gaseous fuel such as LPG.
즉, 상기 펌프(12)를 구동시키는 직류모터(13)는 통상적으로 브러시 및 정류자가 구비되어 있는 직류모터를 사용하고, 엔진(10)에서 연소되는 연료량에 관계없이 직류모터(13)를 항상 일정한 속도로 구동시켜 엔진(10)에 연료를 공급하므로 엔진(10)에서 연소되는 연료량이 적을 경우에는 엔진(10)에서 많은 양의 연료가 회수된다.That is, the DC motor 13 driving the pump 12 uses a DC motor having a brush and a commutator, and always maintains the DC motor 13 constant regardless of the amount of fuel burned by the engine 10. Since the engine 10 is driven at a speed to supply fuel to the engine 10, when the amount of fuel burned by the engine 10 is small, a large amount of fuel is recovered from the engine 10.
상기 회수되는 연료는 엔진(10)이 연료를 연소시키면서 발생되는 열에 의하여 가열되어 회수되는 것으로서 이 회수되는 연료에 의하여 연료탱크(11) 및 그 연료탱크에 저장되어 있는 연료의 온도가 상승하게 된다.The recovered fuel is recovered by being heated by the heat generated while the engine 10 burns the fuel, and the temperature of the fuel tank 11 and the fuel stored in the fuel tank is increased by the recovered fuel.
상기 회수되는 연료가 휘발유 및 경유 등일 경우에는 연료탱크(11)의 연료의 온도가 상승되어도 아무런 문제가 없으나, 연료탱크(11)의 연료가 가스연료일 경우에는 온도 상승에 따라 가스연료가 기화 및 압력이 상승되어 가스연료의 안정성을 저하시키고, 안전사고가 발생할 수 있다. 또한 연료탱크(11)내의 가스연료의 압력상승은 펌프(12)의 펌핑 부하를 증가시키게 되고, 이로 인하여 직류모터(13)에서의 소비 전력이 증가하게 된다.When the recovered fuel is gasoline or diesel, there is no problem even if the temperature of the fuel in the fuel tank 11 is increased. However, when the fuel in the fuel tank 11 is a gas fuel, the gas fuel is vaporized and The pressure may be increased to reduce the stability of the gas fuel, and a safety accident may occur. In addition, the increase in pressure of the gas fuel in the fuel tank 11 increases the pumping load of the pump 12, thereby increasing the power consumption in the DC motor 13.
그리고 상기 직류모터(13)에서 사용되는 브러시 및 정류자 등에서 많은 마찰열이 발생하여 연료탱크(11)내의 연료 온도를 더욱 상승시키고, 직류모터(13)를 이루는 부품들에 대하여 LPG 등의 가스연료가 세척제로 작용하여 브러시 등이 가스연료에 의해 용해되는 등 부품이 손상될 수 있다.In addition, a large amount of frictional heat is generated in the brush and the commutator used in the DC motor 13 to further increase the fuel temperature in the fuel tank 11, and gaseous fuel such as LPG is applied to the components forming the DC motor 13. This can damage parts, such as a brush and the like dissolved by gas fuel.
따라서, 본 발명의 목적은 브러시 및 정류자가 없는 브러시리스 직류모터를 사용하여 엔진에 가스연료를 공급하는 연료공급 펌프용 브러시리스 직류모터의 제어방법 및 제어장치를 제공하는데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a method and control apparatus for a brushless DC motor for a fuel supply pump for supplying gas fuel to an engine using a brushless DC motor without a brush and a commutator.
본 발명의 다른 목적은 엔진에서의 가스연료 연소량에 따라 적정한 속도로 브러시리스 직류모터를 구동시켜 엔진에서 회수되는 가스연료의 양을 최소로 줄이고, 연료탱크의 연료의 온도 및 압력상승을 억제할 수 있는 연료공급 펌프용 브러시리스 직류모터의 제어방법 및 제어장치를 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to drive the brushless DC motor at an appropriate speed according to the amount of gas fuel combustion in the engine to reduce the amount of gas fuel recovered from the engine to a minimum, and to suppress the temperature and pressure rise of the fuel in the fuel tank The present invention provides a control method and a control apparatus for a brushless DC motor for a fuel supply pump.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 연료공급 펌프용 브러시리스 직류모터의 제어장치에 따르면, 연료탱크에 내장되는 펌프와 일체로 브러시리스 직류모터를 구비하여 그 브러시리스 직류모터의 구동에 따라 펌프가 구동 및 연료탱크의 가스연료를 엔진에 공급하게 하고, 구동제어부가 입력되는 속도 제어신호에 따라 상기 브러시리스 직류모터의 구동을 제어하게 한다.According to the control device of the brushless DC motor for a fuel supply pump of the present invention for achieving this object, the pump is provided in accordance with the operation of the brushless DC motor provided with a brushless DC motor integrally with the pump embedded in the fuel tank. The gas fuel of the driving and fuel tanks is supplied to the engine, and the driving control unit controls the driving of the brushless DC motor according to the input speed control signal.
상기 구동 제어부는, 마이크로 컴퓨터가 입력되는 속도 제어신호 및 상기 브러시리스 직류모터의 속도 검출신호에 따라 적응형 PI 제어로 속도 제어신호를 발생하여 브러시리스 직류모터의 구동속도를 제어하고, 그 마이크로 컴퓨터가 출력하는 제어신호에 따라 PWM 신호 발생기가 브러시리스 직류모터를 구동시킬 PWM 신호를 발생하며, PWM 신호 발생기가 발생한 PWM 신호에 따라 구동신호 발생부가 상기 브러시리스 직류모터를 구동시킬 구동신호를 발생함과 아울러 그 발생하는 구동신호에 따른 역기전력으로 상기 브러시리스 직류모터의 속도 검출신호를 발생하여 상기 마이크로 컴퓨터로 궤환시키며, 상기 구동신호 발생부의 출력신호에 따라 인버터가 브러시리스 직류모터를 구동시킨다.The drive control unit controls the drive speed of the brushless DC motor by generating a speed control signal by adaptive PI control according to the speed control signal input by the microcomputer and the speed detection signal of the brushless DC motor. The PWM signal generator generates a PWM signal for driving the brushless DC motor according to the control signal output by the controller, and the driving signal generator generates a drive signal for driving the brushless DC motor according to the PWM signal generated by the PWM signal generator. In addition, the speed detection signal of the brushless DC motor is generated by the counter electromotive force according to the generated driving signal and fed back to the microcomputer, and the inverter drives the brushless DC motor according to the output signal of the driving signal generator.
그리고 상기 인버터가 상기 브러시리스 직류모터로 출력하는 구동전류를 검출하여 전류 제한신호 발생부가 전류 제한신호를 발생하고, 전류 제한신호 발생부가 발생하는 전류 제한신호에 따라 전원 공급부가 상기 인버터에 적정 레벨의 전원을 공급하는 포함한다.The current limiting signal generator generates a current limiting signal by detecting a drive current output from the inverter to the brushless DC motor, and the power supply unit supplies an appropriate level to the inverter according to the current limiting signal generated by the current limiting signal generator. Includes supplying power.
상기 전류 제한신호 발생부는, 상기 인버터가 상기 브러시리스 직류모터로 출력하는 전류를 전류 검출부가 검출하고, 전류 검출부의 검출전류를 전압 변환기에서 전압으로 변환하며, 전압 변환기의 출력신호에 따라 전류 제어부가 전류 제한신호를 발생한다.The current limiting signal generation unit, the current detection unit detects the current output from the inverter to the brushless DC motor, converts the detection current of the current detection unit from the voltage converter to the voltage, the current controller according to the output signal of the voltage converter Generate a current limit signal.
상기 전원 공급부는, 배터리의 전원을 전원 승압기로 승압하고, 전원 승압기에서 승압된 전원을 게이트 드라이버가 상기 전류 제한신호 발생부의 전류 제한신호에 따라 출력하며, 상기 게이트 드라이버의 출력신호에 따라 전원 스위칭부가 상기 인버터에 공급할 전원을 출력하며, 전원 스위칭부의 출력전원을 필터로 필터링및 직류전원으로 변환하여 인버터에 공급한다.The power supply unit boosts the power of the battery to a power booster, and outputs the power boosted by the power booster according to the current limit signal of the current limiting signal generator, and the power switching unit according to the output signal of the gate driver. Outputs power to be supplied to the inverter, and converts the output power of the power switching unit into a filter and converts the DC power into a power supply to the inverter.
그리고 본 발명의 연료공급 펌프용 브러시리스 직류모터의 제어방법에 따르면, 브러시리스 직류모터의 초기구동 여부를 판단하여, 브러시리스 직류모터의 초기구동일 경우에 미리 설정된 속도로 브러시리스 직류모터를 구동시키고, 브러시리스 직류모터의 초기구동이 아닐 경우에 브러시리스 직류모터의 회전속도를 검출하고 엔진에서의 가스연료 연소량에 따라 ECU로부터 입력되는 속도 제어신호에 변화가 있는지를 판단하며, 판단 결과 속도 제어신호에 변화가 있을 경우에 그 변화된 속도 제어신호에 따른 P 이득 및 I 이득을 조절하여 PI 제어를 수행하고 브러시리스 직류모터를 구동시킬 속도 제어신호를 발생하고, 속도 제어신호에 변화가 없을 경우에 현재 설정된 P 이득 및 I 이득으로 PI 제어를 수행하고 브러시리스 직류모터를 구동시킬 속도 제어신호를 발생한다.In addition, according to the control method of the brushless DC motor for fuel supply pump of the present invention, it is determined whether the brushless DC motor is initially driven, and the brushless DC motor is driven at a preset speed when the brushless DC motor is initially driven. If it is not the initial operation of the brushless DC motor, the rotational speed of the brushless DC motor is detected and it is determined whether there is a change in the speed control signal input from the ECU according to the amount of gas fuel burned in the engine. When there is a change in the signal, the P gain and I gain according to the changed speed control signal are adjusted to perform PI control and generate a speed control signal for driving the brushless DC motor, and when there is no change in the speed control signal. Speed controller to perform PI control and drive brushless DC motor with currently set P gain and I gain Generate a signal.
상기 브러시리스 직류모터의 초기 구동은, 미리 설정된 시간동안 브러시리스 직류모터를 최대 속도보다 낮은 속도로 구동시켜 회전속도를 검출할 수 있게 하고, 회전속도 검출은, 브러시리스 직류모터의 회전속도를 미리 설정된 시간동안 누적하고 누적한 회전속도의 평균값을 계산하며, 상기 P 이득 및 I 이득은, 입력되는 속도 제어신호에 따른 P 이득 및 I 이득의 값을 룩업 테이블로 미리 저장하여 도는 것으로서 브러시리스 직류모터의 회전속도를 증가시킬 경우에 P 이득은 증가하고, I 이득은 감소하게 설정한다.The initial driving of the brushless DC motor drives the brushless DC motor at a speed lower than the maximum speed for a predetermined time to detect the rotation speed, and the rotation speed detection presets the rotation speed of the brushless DC motor. The average value of accumulated and accumulated rotational speeds is calculated for a predetermined time, and the P gain and I gain are previously stored in a look-up table as values of P gain and I gain according to the input speed control signal, and are brushless DC motors. To increase the rotational speed of P, increase the P gain and set the I gain to decrease.
도 1은 종래의 제어장치의 구성을 보인 도면이고,1 is a view showing the configuration of a conventional control device,
도 2는 본 발명의 제어장치의 구성을 보인 도면이며,2 is a view showing the configuration of a control device of the present invention,
도 3은 도 2의 구동 제어부를 보인 상세 회로도이며,3 is a detailed circuit diagram illustrating the driving controller of FIG. 2;
도 4는 본 발명의 제어방법에 따른 도 3의 마이크로 컴퓨터의 동작을 보인 신호 흐름도이며,4 is a signal flow diagram illustrating an operation of the microcomputer of FIG. 3 according to the control method of the present invention.
도 5는 본 발명에서 속도 제어신호에 따라 설정하는 P 이득을 보인 그래프이며,5 is a graph showing the P gain set according to the speed control signal in the present invention,
도 6은 본 발명에서 속도 제어신호에 따라 설정하는 I 이득을 보인 그래프이며,6 is a graph showing I gain set according to the speed control signal in the present invention;
도 7은 고정된 P 이득 및 I 이득을 가지는 PI 제어에서 나타나는 정상상태 오차를 보인 그래프이며,7 is a graph showing a steady state error in PI control having a fixed P gain and I gain,
도 8은 P 이득을 변화시켰을 경우의 정상상태오차를 보인 그래프이며,8 is a graph showing a steady state error when the P gain is changed.
도 9는 I 이득을 변화시켰을 경우의 정상상태오차를 보인 그래프이며,9 is a graph showing a steady state error when the I gain is changed.
도 10은 고정된 P 이득 및 I 이득을 가지는 PI 제어에서 발생하는 전류 채터링을 보인 그래프이며,10 is a graph showing current chattering in PI control with fixed P gain and I gain,
도 11은 P 이득을 변화시킬 경우의 전류 채터링을 보인 그래프이며,11 is a graph showing current chattering when the P gain is changed.
도 12는 I 이득을 변화시킬 경우의 전류 채터링을 보인 그래프이다.12 is a graph showing current chattering when the I gain is changed.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
10 : 엔진 11 : 연료탱크10: engine 11: fuel tank
12 : 펌프 20 : 브러시리스 직류모터12 Pump 20 Brushless DC Motor
21 : 구동제어부 31 : 마이크로 컴퓨터21: drive control unit 31: microcomputer
32 : PWM 신호 발생기 33 : 구동신호 발생부32: PWM signal generator 33: drive signal generator
34 : 인버터 35 : 전류 제한신호 발생부34: inverter 35: current limit signal generator
36 : 전원 공급부 350 : 전류 검출부36: power supply unit 350: current detection unit
351 : 전압 변환기 352 : 전류 제어부351: voltage converter 352: current control unit
360 : 전원 승압기 361 : 게이트 드라이버360: power booster 361: gate driver
362 : 전원 스위칭부 363 : 필터362: power switching unit 363: filter
이하, 첨부된 도 2 내지 도 12의 도면을 참조하여 본 발명의 연료공급 펌프용 브러시리스 직류모터의 제어방법 및 제어장치를 상세히 설명하겠으며, 여기서 종래와 동일한 부위에는 동일 부호를 부여한다.Hereinafter, a control method and a control apparatus of a brushless DC motor for a fuel supply pump according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings of FIGS. 2 to 12, where the same parts are assigned the same reference numerals.
도 2는 본 발명의 제어장치의 구성을 보인 도면이다. 이에 도시된 바와 같이 본 발명은 연료탱크(11)에 내장되는 펌프(12)와 일체로 브러시리스 직류모터(20)를 구비하여 그 브러시리스 직류모터(20)의 구동에 따라 상기 펌프(12)가 구동 및 연료탱크(11) 내의 가스연료를 엔진(10)에 공급하게 한다.2 is a view showing the configuration of the control device of the present invention. As shown therein, the present invention includes a brushless DC motor 20 integrally with the pump 12 embedded in the fuel tank 11, and the pump 12 is driven by the brushless DC motor 20. To drive and supply the gas fuel in the fuel tank 11 to the engine 10.
그리고 입력되는 속도 제어신호에 따라 상기 브러시리스 직류모터(20)의 구동을 제어하는 구동제어부(21)를 구비하고, 그 구동 제어부(21)에는 차량의 시동스위치(15)를 온함에 따라 배터리(14)의 전원이 인가되어 정상 동작하게 구성된다.And a driving control unit 21 for controlling the driving of the brushless DC motor 20 according to the input speed control signal, and the driving control unit 21 has a battery (B) by turning on the start switch 15 of the vehicle. 14) power is applied and is configured to operate normally.
상기 구동 제어부(21)는, 도 3에 도시된 바와 같이 입력되는 속도 제어신호 및 상기 브러시리스 직류모터(20)의 속도 검출신호에 따라 적응형 PI(adaptive Proportional Integral) 제어로 속도 제어신호를 발생하여 브러시리스 직류모터(20)의 구동속도를 제어하는 마이크로 컴퓨터(31)와, 상기 마이크로 컴퓨터(31)가 출력하는 제어신호에 따라 상기 브러시리스 직류모터(20)를 구동시킬 PWM 신호를 발생하는 PWM 신호 발생기(32)와, 상기 PWM 신호 발생기(32)가 발생한 PWM 신호에 따라 상기 브러시리스 직류모터(20)를 구동시킬 구동신호를 발생함과 아울러 그 발생하는 구동신호에 따른 역기전력으로 상기 브러시리스 직류모터(20)의 속도 검출신호를 발생하여 상기 마이크로 컴퓨터(31)로 궤환시키는 구동신호 발생부(33)와, 상기 구동신호 발생부(33)의 출력신호에 따라 상기 브러시리스 직류모터(20)를 구동시키는 인버터(34)와, 상기 인버터(34)가 상기 브러시리스 직류모터(20)로 출력하는 구동전류를 검출하여 전류 제한신호를 발생하는 전류 제한신호 발생부(35)와, 상기 전류 제한신호 발생부(35)가 발생하는 전류 제한신호에 따라 상기 인버터(34)에 적정 레벨의 전원을 공급하는 전원 공급부(36)로 구성된다.The driving control unit 21 generates a speed control signal by adaptive proportional integral (PI) control according to the speed control signal input as shown in FIG. 3 and the speed detection signal of the brushless DC motor 20. Microcomputer 31 for controlling the driving speed of the brushless DC motor 20 and a PWM signal for driving the brushless DC motor 20 according to a control signal output from the microcomputer 31. The brush generator generates a driving signal for driving the brushless DC motor 20 according to the PWM signal generator 32 and the PWM signal generated by the PWM signal generator 32, and generates the brush with the counter electromotive force corresponding to the generated driving signal. The drive signal generator 33 generates a speed detection signal of the lease DC motor 20 and feeds it back to the microcomputer 31; An inverter 34 for driving the rushless DC motor 20 and a current limiting signal generator for detecting a driving current output from the inverter 34 to the brushless DC motor 20 and generating a current limiting signal ( 35 and a power supply unit 36 for supplying a proper level of power to the inverter 34 according to the current limiting signal generated by the current limiting signal generator 35.
상기 전류 제한신호 발생부(35)는, 상기 인버터(34)가 상기 브러시리스 직류모터(20)로 출력하는 전류를 검출하는 전류 검출부(350)와, 상기 전류 검출부(350)의 검출전류를 전압으로 변환하는 전압 변환기(351)와, 상기 전압 변환기(351)의 출력신호에 따라 전류 제한신호를 발생하는 전류 제어부(352)를 구비한다.The current limiting signal generator 35 includes a current detector 350 for detecting a current output from the inverter 34 to the brushless DC motor 20, and a voltage detected by the current detector 350. And a current controller 352 for generating a current limit signal according to the output signal of the voltage converter 351.
상기 전원 공급부(36)는, 배터리(14)의 전원을 승압하는 전원 승압기(360)와, 상기 전원 승압기(360)에서 승압된 전원을 상기 전류 제한신호 발생부(35)의 전류 제한신호에 따라 출력하는 게이트 드라이버(361)와, 상기 게이트 드라이버(361)의 출력신호에 따라 상기 인버터(34)에 공급할 전원을 출력하는 전원 스위칭부(362)와, 상기 전원 스위칭부(362)의 출력전원을 직류전원으로 변환하여 상기 인버터(34)에 공급하는 필터(363)로 구성된다.The power supply unit 36 includes a power booster 360 for boosting the power of the battery 14 and a power boosted by the power booster 360 according to the current limit signal of the current limiting signal generator 35. Output power of the gate driver 361, the power switching unit 362 for outputting power to be supplied to the inverter 34 according to the output signal of the gate driver 361, and the output power of the power switching unit 362. It is composed of a filter 363 which is converted into DC power and supplied to the inverter 34.
이와 같이 구성된 본 발명의 제어장치는 차량의 운전자가 엔진(10)을 시동시키기 위하여 시동 스위치(15)를 온할 경우에 배터리(14)의 전원이 시동 스위치(15)를 통해 구동 제어부(21)에 인가되어 구동 제어부(21)가 정상으로 동작하게 된다.In the control apparatus of the present invention configured as described above, when the driver of the vehicle turns on the start switch 15 to start the engine 10, the power of the battery 14 is supplied to the drive control unit 21 through the start switch 15. The driving control unit 21 is normally operated.
이와 같은 상태에서 구동 제어부(21)의 마이크로 컴퓨터(31)는 브러시리스 직류모터(20)의 초기 구동인지를 판단하고, 초기 구동일 경우에 브러시리스 직류모터(20)를 최대 속도의 약 70％정도로 회전시킬 수 있을 정도의 속도 제어신호를 발생한다. 상기 발생한 속도 제어신호는 PWM 신호 발생기(32)에 입력되는 것으로서 PWM 신호 발생기(32)는 상기 마이크로 컴퓨터(31)가 출력하는 제어신호에 따른 폭의 PWM 신호를 발생하게 된다.In this state, the microcomputer 31 of the driving controller 21 determines whether the brushless DC motor 20 is initial driving, and when the initial driving is performed, the microcomputer 31 drives the brushless DC motor 20 at about 70% of the maximum speed. Generates a speed control signal that can be rotated to an extent. The generated speed control signal is input to the PWM signal generator 32, and the PWM signal generator 32 generates a PWM signal having a width corresponding to the control signal output from the microcomputer 31.
상기 PWM 신호 발생기(32)가 발생하는 PWM 신호에 따라 구동신호 발생부(33)가 인버터(34)의 구동신호를 발생 즉, 구동신호 발생부(33)는 3상 로직신호를 발생하고, 발생한 3상 로직신호에 따라 인버터(34)는 전원 공급부(36)가 공급하는 전원을 스위칭하면서 브러시리스 직류모터(20)에 인가하여 브러시리스 직류모터(20)를 구동 및 연료탱크(11)의 연료를 엔진(10)으로 공급하게 한다.In response to the PWM signal generated by the PWM signal generator 32, the drive signal generator 33 generates a drive signal of the inverter 34, that is, the drive signal generator 33 generates a three-phase logic signal. In response to the three-phase logic signal, the inverter 34 applies the brushless DC motor 20 while switching power supplied from the power supply unit 36 to drive the brushless DC motor 20 and to fuel the fuel tank 11. To be supplied to the engine 10.
이와 같이 브러시리스 직류모터(20)가 구동되는 상태에서 차량을 제어하는 ECU(Electronic Control Unit)(도면에 도시되지 않았음)가 차량의 주행속도와 차량에 설치되어 있는 각종 전기적 부하의 구동상태 등에 따라 엔진(10)에서의 가스연료 연소량을 판단하고 판단한 가스연료의 연소량에 따라 발생하는 속도 제어신호가 마이크로 컴퓨터(31)로 입력되며, 또한 구동신호 발생부(33)가 인버터(34)를 통해 브러시리스 직류모터(20)로 구동전원을 출력할 경우에 발생하는 역기전력으로 브러시리스 직류모터(20)의 구동속도를 검출하여 속도 검출신호를 출력 및 마이크로 컴퓨터(31)로 입력된다.In this way, an ECU (Electronic Control Unit) (not shown) that controls the vehicle while the brushless DC motor 20 is driven is driven at the speed of the vehicle and the driving state of various electrical loads installed in the vehicle. Accordingly, the speed control signal generated according to the combustion amount of the gas fuel is determined and the gas fuel combustion amount in the engine 10 is input to the microcomputer 31, and the driving signal generator 33 is supplied to the inverter 34 through the inverter 34. The driving speed of the brushless DC motor 20 is detected by the counter electromotive force generated when the driving power is output to the brushless DC motor 20, and the speed detection signal is output to the microcomputer 31.
그러면, 마이크로 컴퓨터(31)는 입력되는 속도 제어신호 및 속도 검출신호에 따라 적응형 PI 제어를 수행하여 소정 레벨의 속도 제어신호를 발생한다.Then, the microcomputer 31 performs adaptive PI control according to the input speed control signal and the speed detection signal to generate a speed control signal of a predetermined level.
상기 마이크로 컴퓨터(31)가 출력하는 소정 레벨의 속도 제어신호는 PWM 신호 발생기(32)에 입력되어 PWM 신호가 발생되고, PWM 신호 발생기(32)가 발생하는 PWM 신호에 따라 구동신호 발생부(33)가 구동신호를 발생 및 인버터(34)를 통해 브러시리스 직류모터(20)로 출력하여 브러시리스 직류모터(20)를 소정의 속도로 구동 및 펌프(12)가 연료탱크(11)의 연료를 엔진(10)으로 공급하게 한다.The speed control signal of the predetermined level output from the microcomputer 31 is input to the PWM signal generator 32 to generate a PWM signal, and the driving signal generator 33 according to the PWM signal generated by the PWM signal generator 32. ) Generates a drive signal and outputs the brushless DC motor 20 through the inverter 34 to drive the brushless DC motor 20 at a predetermined speed, and the pump 12 supplies fuel from the fuel tank 11. Supply to the engine (10).
즉, 엔진(10)에서 연소되는 연료의 양에 따라 브러시리스 직류모터(20)가 구동되면서 연료탱크(11)의 연료를 엔진(10)으로 공급하게 된다.That is, the brushless DC motor 20 is driven according to the amount of fuel burned by the engine 10 to supply the fuel of the fuel tank 11 to the engine 10.
그리고 전류 제한신호 발생부(35)의 전류 검출부(350)는 상기 인버터(34)가 브러시리스 직류모터(20)로 출력하는 전류를 검출하고, 검출한 전류를 전압 변환기(351)가 전압으로 변환하며, 그 전압 변환기(351)의 출력전압에 따라 전류 제어부(352)가 전류 제한신호를 발생하여 전원 공급부(36)의 게이트 드라이버(361)로 입력된다.The current detector 350 of the current limit signal generator 35 detects a current output from the inverter 34 to the brushless DC motor 20, and the voltage converter 351 converts the detected current into a voltage. The current controller 352 generates a current limit signal according to the output voltage of the voltage converter 351 and is input to the gate driver 361 of the power supply unit 36.
상기 전원 공급부(36)는 배터리(14)의 전원을 전원 승압기(360)가 승압하여 게이트 드라이버(361)로 입력시키는 것으로서 게이트 드라이버(361)는 상기 전류 제어부(352)의 전류 제한신호에 따라 전원 승압기(350)의 출력전원을 출력하게 된다.The power supply unit 36 powers up the battery 14 and boosts the power of the battery 14 to the gate driver 361. The gate driver 361 supplies the power according to the current limit signal of the current controller 352. The output power of the booster 350 is output.
상기 게이트 드라이버(361)가 출력하는 전원은 전원 스위칭부(362)에 스위칭 신호로 인가되어 전원 스위칭부(362)가 소정 레벨의 전원을 출력하고, 출력한 소정 레벨의 전원은 필터(363)에서 직류 전원으로 변환된 후 인버터(34)에 동작전원으로 인가되는 것으로서 인버터(34)에는 브러시리스 직류모터(20)의 구동에 따른 적정 레벨의 전원이 공급된다.The power output from the gate driver 361 is applied to the power switching unit 362 as a switching signal so that the power switching unit 362 outputs a predetermined level of power, and the output of the predetermined level of power is supplied from the filter 363. After being converted into DC power and applied to the inverter 34 as the operating power, the inverter 34 is supplied with a proper level of power according to the driving of the brushless DC motor 20.
도 4는 본 발명의 제어방법에 따른 도 3의 마이크로 컴퓨터의 동작을 보인 신호 흐름도이다. 이에 도시된 바와 같이 마이크로 컴퓨터(31)는 단계(40)에서 초기화 동작을 수행하고, 단계(41)에서 브러시리스 직류모터(20)의 초기 구동인지를 판단하여 초기 구동일 경우에 단계(42)에서 초기 알고리즘을 수행하여 브러시리스 직류모터(20)를 최대 속도의 약 70％로 초기 구동시키면서 엔진(10)으로 가스연료를 공급 및 시동되게 한다.4 is a signal flow diagram illustrating the operation of the microcomputer of FIG. 3 according to the control method of the present invention. As shown therein, the microcomputer 31 performs an initialization operation in step 40, and in step 41 determines whether the brushless DC motor 20 is initially driven. By performing the initial algorithm in the brushless DC motor 20 to drive the gas fuel to the engine 10 while the initial drive at about 70% of the maximum speed.
즉, 상기 초기 알고리즘에서는 브러시리스 직류모터(20)를 최대 속도의 약 70％로 소정의 시간동안 구동시켜 원활한 시동성을 확보하고, 동시에 정밀한 제어를 위한 역기전력이 구동신호 발생부(33)에서 발생되게 한다.That is, in the initial algorithm, the brushless DC motor 20 is driven at about 70% of the maximum speed for a predetermined time to ensure smooth startability, and at the same time, the counter electromotive force is generated in the drive signal generator 33 for precise control. do.
다음 단계(43)에서는 구동신호 발생부(33)가 발생되는 역기전력에 따라 출력하는 속도 검출신호를 입력하고, 단계(44)에서 미리 설정된 소정의 시간이 경과되는지를 판단하여 설정 시간이 경과되지 않았을 경우에 단계(45)에서 상기 입력한 속도 검출신호를 누적한다.In the next step 43, the drive signal generator 33 inputs the speed detection signal output according to the generated counter electromotive force, and determines whether the predetermined time elapsed in step 44 has elapsed so that the set time has not elapsed. In the case of step 45, the input speed detection signal is accumulated.
이와 같은 상태에서 미리 설정된 소정의 시간이 경과되면, 마이크로 컴퓨터(31)는 단계(46)에서 누적된 속도 검출신호의 평균값을 계산하고, 단계(47)에서 ECU로부터 입력되는 속도 제어신호에 변화가 있는지를 판단 즉, 바로 전에 입력되는 속도 제어신호의 값과 현재 입력되는 속도 제어신호의 값에 차이가 있는지를 판단한다.In this state, when a predetermined time is set in advance, the microcomputer 31 calculates an average value of the speed detection signals accumulated in step 46, and changes in the speed control signal input from the ECU in step 47 are made. In other words, it is determined whether there is a difference between the value of the speed control signal input immediately before and the value of the speed control signal currently input.
상기 단계(47)에서 속도 제어신호에 변화가 있을 경우에는 단계(48)에서 속도 제어신호의 값에 따라 적응형 PI 제어의 P 이득 및 I 이득의 값을 변경 설정하고, 그 변경 설정한 P 이득 및 I 이득에 따라 단계(49)에서 PI 제어를 수행하며, 단계(50)에서 PI 제어에 따른 PWM 신호를 출력하여 브러시리스 직류모터(20)의 구동을 제어한다.If there is a change in the speed control signal in the step 47, the P gain and I gain of the adaptive PI control are changed and set according to the value of the speed control signal in step 48, and the changed P gain is set. And performing PI control in step 49 according to the I gain, and controlling the driving of the brushless DC motor 20 by outputting a PWM signal according to the PI control in step 50.
그리고 상기 단계(47)에서 속도 제어신호에 변화가 없을 경우에는 현재 설정되어 있는 P 이득 및 I 이득에 따라 단계(49)에서 PI 제어를 수행하고, 단계(50)에서 PI 제어에 따른 PWM 신호를 출력하여 브러시리스 직류모터(20)의 구동을 제어한다.If there is no change in the speed control signal in step 47, the PI control is performed in step 49 according to the currently set P gain and I gain, and in step 50, the PWM signal according to the PI control is performed. It outputs to control the driving of the brushless DC motor 20.
즉, 본 발명에서 브러시리스 직류모터(20)는 연료탱크(11)에 내장되어 구동되고, 그 연료탱크(11)는 고압의 가스연료가 저장되어 있으므로 브러시리스 직류모터(20)는 항상 고부하 상태에서 구동되어 전통적인 PI 제어기를 이용할 경우에 ECU로부터 입력되는 속도 제어신호의 변화에 대하여 신뢰성이 있는 결과를 얻을 수 없다.That is, in the present invention, the brushless DC motor 20 is driven in the fuel tank 11, the fuel tank 11 is stored in a high-pressure gas fuel, the brushless DC motor 20 is always in a high load state In case of using the conventional PI controller, it is not possible to obtain reliable results for the change of the speed control signal input from the ECU.
그러므로 본 발명에서는 속도 제어신호에 따라 PI제어의 P 이득 및 I 이득을 변화시키는 적응형 PI 제어를 이용하여 브러시리스 직류모터(20)의 구동속도를 제어한다.Therefore, in the present invention, the drive speed of the brushless DC motor 20 is controlled by using the adaptive PI control that changes the P gain and I gain of the PI control according to the speed control signal.
상기 적응형 PI 제어에서 브러시리스 직류모터(20)의 회전속도를 증가시킴에 따라 P 이득은 증가하고, I 이득은 감소하게 설정하는 것으로서 예를 들면, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 P 이득 및 I 이득이 변화되게 설정하고, 이를 룩업 테이블로 만들어 내장되어 있는 메모리(도면에 도시되지 않았음)에 저장하여 둔다.P gain increases and I gain decreases as the rotational speed of the brushless DC motor 20 is increased in the adaptive PI control. For example, as shown in FIGS. The gain and I gains are set to change, and they are made into a lookup table and stored in the built-in memory (not shown).
여기서, 브러시리스 직류모터(20)를 회전시킬 속도에 따라 P 이득 및 I 이득의 값이 가변되게 설정하는 동작을 상세히 설명한다.Here, an operation of setting the values of the P gain and the I gain to vary according to the speed at which the brushless DC motor 20 is rotated will be described in detail.
도 7은 고정된 P 이득 및 I 이득을 가지는 PI 제어에서 나타나는 정상상태오차 즉, 모터의 출력이 일정 시간 후 안정화되었을 경우에 속도 기준값에 대한 오차이다. 여기서와 같이 고정된 이득을 가지는 PI 제어는 고부하 상태에서 정상적인 제어 성능을 발휘하지 못한다.7 is a steady state error that occurs in PI control having a fixed P gain and I gain, that is, an error with respect to the speed reference value when the output of the motor is stabilized after a certain time. As shown here, the PI control with fixed gain does not exhibit normal control performance under high load.
즉, 도 8 및 도 9는 P 이득 및 I 이득을 각각 변화시켰을 경우의 정상상태오차를 보인 것으로서 정상상태오차는 P 이득의 영향은 적고, I 이득에 대하여 지배적인 영향을 받는다. 그러므로 동일한 이득에서 모터의 회전속도가 증가할 경우에 정상상태오차가 증가하게 되므로 I 이득을 줄여 정상상태오차 발생을 줄여야 한다.8 and 9 show steady state errors when the P gain and the I gain are changed, respectively. The steady state error is less influenced by the P gain and is dominantly affected by the I gain. Therefore, if the motor speed increases at the same gain, the steady state error increases, so the I gain must be reduced to reduce the occurrence of the steady state error.
그리고 도 10은 고정된 P 이득 및 I 이득을 가지는 PI 제어에서 발생하는 전류 채터링 즉, 공급되는 전류의 최대-최소간의 크기를 보인 것으로서 이는 시스템의 안정화에 많은 영향을 준다.10 shows the current chattering, i.e., the maximum-minimum magnitude of the supplied current, which occurs in PI control with a fixed P gain and I gain, which greatly affects the stabilization of the system.
상기 전류 채터링은 도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이 I 이득보다는 P이득에 대하여 많은 영향을 받는다. 즉, 모터의 회전속도가 감소하여 전류 채터링이 증가할 경우에 P 이득을 줄여 전류 채터링을 감소시켜야 된다.The current chattering is more affected by P gain than I gain as shown in FIGS. 11 and 12. In other words, when the current rotation of the motor decreases and the current chattering increases, the P gain must be reduced to reduce the current chattering.
그러므로 본 발명에서는 브러시리스 직류모터(20)의 회전속도에 따라 상기 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 P 이득 및 I 이득을 가변시켜 적응형 PI 제어로 브러시리스 직류모터(20)의 회전속도를 제어한다.Therefore, in the present invention, as shown in FIGS. 5 and 6, the P gain and the I gain are varied according to the rotation speed of the brushless DC motor 20, and the rotation speed of the brushless DC motor 20 is controlled by the adaptive PI control. To control.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시 예에 관련하여 도시하고 설명하였으나 본 발명은 이에 한정되지 않고, 이하의 특허청구의 범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 이탈하지 않는 한도 내에서 다양하게 개조 및 변화될 수 있음을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 알 수 있다.The present invention has been illustrated and described with reference to certain preferred embodiments, but the present invention is not limited thereto, and various changes may be made without departing from the spirit or the scope of the present invention provided by the following claims. It will be readily apparent to one of ordinary skill in the art that modifications and variations can be made.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 브러시리스 직류모터로 펌프를 구동시켜 연료탱크의 가스연료를 엔진에 공급하고, 엔진에서 연소되는 가스연료의 양에 따라 브러시리스 직류모터의 속도를 제어하는 것으로서 엔진에서 연소되는 가스연료의 양에 따라 적정한 속도로 브러시리스 직류모터를 구동시켜 엔진에서 회수되는 가스연료의 양을 최소로 줄이고, 펌프의 효율을 증가시켜 추가적인 에너지 낭비를 억제함은 물론 연료탱크의 온도 및 압력의 상승을 최소화할 수 있다.As described in detail above, the present invention drives the pump with a brushless direct current motor to supply gas fuel from the fuel tank to the engine, and controls the speed of the brushless direct current motor according to the amount of gas fuel burned in the engine. By operating the brushless DC motor at an appropriate speed according to the amount of gas fuel burned in the engine, the amount of gas fuel recovered from the engine is reduced to a minimum, and the efficiency of the pump is increased to suppress additional energy waste as well as the temperature of the fuel tank. And increase in pressure can be minimized.
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