KR0119574B1

KR0119574B1 - 차량용 전동식 파워스티어링장치

Info

Publication number: KR0119574B1
Application number: KR1019940001390A
Authority: KR
Inventors: 슌이치 와다; 카즈히사 니시노
Original assignee: 기타오카 다카시; 미쓰비시덴키 가부시키가이샤
Priority date: 1993-01-27
Filing date: 1994-01-26
Publication date: 1997-10-22
Also published as: JPH06219311A; FR2701916B1; DE4402423A1; DE4402423B4; US5404960A; JP2857555B2; FR2701916A1; KR940018282A

Abstract

운전자가 차량의 핸들을 조작할때 보조하는 전동식 파워스티어링장치에는 그 핸들이 중심위치로 복귀시키는 상태에 있는지의 여부를 결정하는 핸들복귀상태 결정수단과, 모터의 제어량에 의한 각 구동모드에 대응되는 제어량을 발생하여 그 핸들의 복귀상태에 대한 결정결과에 따라 제어량 중 하나를 선택하는 제어량 발생 및 선택수단과, 그 제어량을 PWM 부하율로 각각 변환시키는 변환수단을 포함한다. 정상적인 스티어링 작동에 있어서, 그 모터를 작동하는 스위칭소자는 제1구동모드에 대응되는 PWM 부하율로 구동함과 동시에 그 핸들이 중심위치로 복귀할때, 그 스위칭소자는 제2구동모드에 대응되는 PWM 부하유로 구동시킨다. 스무스한(smmoth) 스티어링 토크제어를 실현시켜 그 핸들복귀 특성을 향상시킨다.

Description

차량용 전동식 파워스티어링장치

제1도는 이 발명의 실시예 1에 의한 전동식 파워스티어링장치의 배치를 나타낸 블록도.

제2도는 제1제어량에 의한 제1구동모드의 제1PWM 부하율을 결정하는 제1변환수단의 변환특성도.

제3도는 제2도와 동일한 특성도로, 제2제어량에 의한 제2구동모드의 제2PWM 부하율을 결정하는 제2변환수단의 변환특성도.

제4도는 제1도에 나타낸 파워스티어링장치의 작동을 나타낸 흐름도.

제5도는 종래의 전동식 파워스티어링장치의 개략적인 회로구성을 나타낸 블록도.

제6a도 및 제6b도는 각각 제1 및 제2구동모드의 모터전류를 나타낸 파형도.

제7도는 모터출력토크(모터전류)와 PWM 신호의 부하율의 관계를 나타낸 특성도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 토크센서(torque sensor) 2 : 차량속도센서(Vehicle speed sensor)

3 : 모터 4 : 배터리

5 : 레지스터 6 : 모터전류검출수단

70 : 신호처리유닛

71 : 핸들복귀 결정수단(steering wheed return decision means)

72 : 목표전류치 연산수단 73 : 감산기(subrractor)

74 : 모터제어량 연산수단 75 : 선택수단

76 : 변환수단 76a : 제1변환수단

76b : 제2변환수단 77 : 구동회로

H : 결정결과신호 D₁D₂D₃D₄: 스위칭소자

C₁C₂C₃C₄: 제어량 T : 스티어링 토크(steering torque)

V : 차량속도(vehicle speed) P1 : 제1PWM 부하율

P2 : 제2PWM 부하율

이 발명은 일반적으로, 운전자가 핸들을 조작하여 차량을 조향(steering)할때 보조하는 차량의 전동식 파워스티어링장치(motor-driven power apparatus)에 관한 것이다.

더 자세하게 말하면, 이 발명은 보조토크제어(assist torque control)에 따라 성능저하에 영향을 줌이없이 핸들의 복귀성능(return performance)의 향상을 보장받을 수 있는 전동식 파워스티어링장치에 관한 것이다.

이 발명의 기술구성을 더 자세하게 알기위하여 종래의 전동식 파워스티어링장치에 대하여 설명한다.

제5도는 종래의 전동식 파워스티어링장치의 개략적인 구성을 나타낸 블록도로서, 예를들면 특허문헌 일본국 공개특허공번 1985-35664(JP-60-35664)에 기재되어 있다.

제5도에서, 그 파워스티어링장치에는 핸들(도시생략)의 스티어링토크(steering torque) T를 검출하는 토크센서(torque sensor)(1)와 차량속도 V를 검출하는 차량속도센서(2)가 장치되어 있다. 모터(3)의 출력축이 작동할 수 있게 그 핸들에 연결되어 있다.

그 모터(3)는 스위칭트랜지스터등 두쌍의 스위칭소자, 즉 모터(3)가 정역방향중 일방향으로 선택구동하도록하는 한쌍의 제1스위칭소자, θ₁및 θ₄와 한쌍의 제2스위칭소자 θ₂및 θ₃에 의해 구성된 브리지회로(bridge circuit)에 의해 판상배터리(on board battery)(4)등의 DC 전원공급원에 전기접속되어있다. 플라이휠 다이오드(fly-wheed diode) D₁∼D₄는 각각 스위칭소자 θ₁∼θ₄에 접속되어있다. 레지스터(5)는 그 배터리(4)와 위 브리지회로사이의 전류통로에 삽입되어 있다.

모터전류검출수단(motor current detecting means)(6)은 레지스터(5)를 통하여 모터(3)에 공급되는 전류1를 검출하도록 구성되어있다.

그 토크센서(1), 차량속도센서(2) 및 모터전류검출수단(6)의 출력이 신호처리유닛(signal processing unit)(7)에 공급되며, 그 신호처리유닛(7)은 스티어링토크 T, 차량속도 V 및 모터전류에 의해 스위칭소자 θ₁,θ₄또는 θ₂,θ₃를 제어하도록 하며, 검출할때 그 스티어링토크 T와 차량속도 V에 의해 모터전류 1의 목표전류치(target current valne) 1.를 연산특정 또는 산출하는 목표치연산수단(도시생략)과, 그 검출모터전류 1와 목표전류시 to 사이의 편차에 의해 모터(3)를 제어하는 제어량을 연산하는 제어량연산수단(control queantity calulating means)(도시생략)과, 스위칭소자 θ₁,θ₄또는 θ₂,θ₃를 제어하는 PWM(Pulse Width Modulated : 펄스폭변조)으로 그 제어량을 벼환시키는 변환수단 및 PWM 신호로 나타낸 듀티사이클(duty cycle) 또는 부하율에 의해 스위칭소자를 구동하는 구동회로(도시생략)을 포함한다.

그 다음으로, 제5도에 나타낸 종래의 파워스티어링장치의 작동을 설명한다.

차량의 운전자가 우측방향(시계방향)으로 핸들을 회전하는 경우를 예로들어 설명한다.

이 경우, 그 신호처리유닛(7)은 각각 토크센서(1)와 차량속도센서(2)에 의해 검출되는 스티어링토크 T와 차량속도 V에 의해 한쌍의 스위칭소자 θ₁및 θ₄의 전도를 제어하는 구동신호를 출력한다. 이때, 스위칭소자(θ₁,θ₄또는 θ₂,θ₃)를 제어하는 제1 및 제2구동모드가 구성되어, 제1구동모드에서는 각쌍의 스위칭소자(θ₁,θ₄또는 θ₂,θ₃)에서 스위칭소자중 하나(θ₄또는 θ₃)가 전도(ON)상태로 유지되고, 발명에 따른 하나(θ₁또는 θ₂)가 PWM 신호의 듀티사이클에 따라 제어된다. 반면에, 제2구동모드에서의 두쌍의 스위칭소자(θ₁및 θ₄또는 θ₂및 θ₃)가 PWM 신호의 부하율에 따라 구동된다.

제1구동모드가 유효하게 되고(validated), 스위칭소자 θ₁및 θ₄가 모터(3)의 순방향회전을 제어함과 동시에 스위칭소자 θ₂및 θ₃가 모터(3)의 역방향회전을 제어하도록 하는 예를들어 설명한다.

그 운전자가 핸들을 시계방향으로 회전할때 (모터 3의 순방향회전에 해당), 신호처리유닛(7)은 이에따라 순방향의 모터회전신호를 출력한다. 이 경우 한쌍의 스위칭소자 θ₁및 θ₄중 하나의 소자 θ₄가 전도상태에서 일정하게 유지되도록 제어되는 반면에 다른 하나의 소자 θ₁은 PWM 신호의 부하율에 따라 on 및 off를 반복한다.

스위칭트랜지스터 θ₁이 on으로 되는 동안에, DC 전류는 레지스터(5), 스위칭소자 θ₁, 모터(3) 및 스위칭소자 θ₄를 통하여 배터리(4)로부터 접지에 이르는 전류통로에 의해 모터(3)에 공급된다. 그 결과, 모터(3)의 순방향회전이 얻어진다(핸들의 시계방향회전에 해당).

이와같이 하여, 모터(3)는 스위칭소자 θ₁이 on 및 off로 되는 PWM 신호의 부하율에 따르는 진폭(magnitude)의 출력토크를 발생한다.

이와같이 그 모터(3)의 출력토크는 이에따라 운전자에 의해 인가한 스티어링토크 T를 감소시킴으로써 운전자가 차량을 조향(steering)할때 협조한다.

핸들에 가한 그 스티어링토크 T가 소실될때 그 핸들은 자동중심조성토크(self-aligning torque)에 의해 중심위치로 자동복귀된다.

위에서 설명한 바와같이, 스위칭소자 θ₄는 스위칭소자 θ₁이 제1구동모드에서 off로 되더라도 전도상태(ON)로 유지된다.

그 결과, 제5도에 나타낸 화살표에서와 같이 스위칭소자 θ₄, 플라이휠다이오드 D₂및 모터(3)에 의해 폐회로를 형성한다. 따라서, 모터(3)가 위에서 설명한 상태(즉, 스위칭소자 θ₁이 off로된 전도상태에 스위칭소자 θ₁이 있을때)에서 핸들을 원래의 중심위치로 복귀하도록 작동하는 자동중심조정토크, 부하토크등의 외력(external forces)에 의해 회전될때, 화살표로 나타낸 바와같이 전류가 흐른다.

그 결과, 모터(3)가 모터제어와 관련되지 않은 토크를 발생한다. 이때, 스위칭소자 θ₄을 off 되도록 하는 수단은 구성되어 있지 않다. 따라서, 위에서 설명한 상태에서 모터(3)를 통하여 흐르는 전류는 제어할 수 없다.

위에서 설명한 바와같이, 그 파워스티어링제어와 관련됨이 없이 모터(3)에 의해 발생한 토크는 그 핸들이 자동중심조절토크에 의해 중심위치로 복귀될때 재생제동력(regenerativebraking force)으로 작동하여 그 핸들의 복귀속도를 감소시킨다.

위에서 설명한 문제를 해결하기 위하여, 제2구동모드를 유효하게 함으로써 PWM 신호의 부하율에 따라 스위칭소자 θ₁과 함께 스위칭소자 θ₄를 ON/OFF로 할 수 있다.

이 경우, PWM 신호의 주파수는 반드시 증가한다.

따라서, 모터(3)의 인덕턴스에 의해 PWM 신호의 부하율과 모터(3)의 출력토크사이에 관련된 직선특성(비례특성)(linearity)은 저하된다. 따라서, 그 파워스티어링장치의 제어특성은 저하된다.

그 다음으로, 그 핸들의 복귀특성과, 제1 및 제2구동모드사이에서 모터(3)의 출력토크차에 의한 직선특성의 편차를 아래에 구체적으로 설명한다.

제6a도와 제6b도는 각각 제1 및 제2구동모드에서 모터(3)의 전압(실선곡선)과 전류 1(파선곡선)를 나타낸 파형도이다.

도면에 나타난 파형 비교에서 알 수 있는 바와같이, 제1구동모드의 모터전류 1는 제2구동모드의 모터전류와 다르다. 그 모터전류 1에서 이와같은 차이는 제1 및 제2구종모드 사이에서 스위칭소자 θ₄의 저항차이에 의한 on/off 시정수(time constant) 차에 기인된다.

더 구체적으로 설명하면, 그 모터(3)의 인덕턴스가 일정한 것으로 볼때, 저항, 스위칭소자 θ₄및 모터(3)를 포함하는 모터회로의 시정수는 스위칭소자 θ₄의 on/off 저항에 역비례한다. 이와같은, 그 시정수는 스위칭소자 θ₄가 ON 상태에서 일정하게 유지되는 제1구동모드에서 큰값으로 되며, 반면에 그 스위칭소자 θ₄가 on 및 off 상태인 제2구동모드에서 그 시정수(time constant)는 작은 값으로 된다.

위와같은 이유에서, 그 스위칭소자 θ₄제1구동모드에서 off일때 그 모터(3)의 재생제동전류(regeneratve brake current)의 시정수는 제6a도에 나타낸 바와같이 크다. 이것은 SW 신호의 부하율과 모터(3)에 의해 발생한 토크사이에서 높은 직선특성(linearity)을 보장받을 수 있으나 모터전류 1가 감쇄하는데 긴 시간이 소요됨을 의미한다.

그 결과, 그 핸들의 복귀특성이 저하된다.

반면에, 제6b도에 나타낸 제2구동모드에서는 위에서 설명한 시간정수가 작다.

그 결과, 스위칭소자 θ₁및 θ₄가 off로 될때 모터전류 1는 신속하게 변환한다. 즉, 그 모터전류 1는 신속하게 변한다. 그 모터전류 1는 PWM 신호가 off 레벨로 변화됨에 따라 즉시 0으로 감소되는 경향이 있다. 그러나, 직선특성이 빈약하므로 그 모터전류 1 또는 출력토크를 바람직한 값으로의 제어는 그 전류가 커질때 제어영역에서 특히 불안정하게 되어 모터(3)에 의한 제어잡음발생과 출력토크의 변동을 초래한다.

제7도는 모터출력토크(모터전류)와 PWM 신호의 부하율의 관계를 나타낸 특성도로서, 그 핸들을 우측방향 또는 시계방향으로 회전할때 발생하는 출력토크를 제1상한에 나타내며 핸들의 좌측방향 또는 반시계방향 회전시에 발생한 출력신호를 3상한에 나타낸다. 제7도에 나타낸 화살표는 PWM 주파수와 증가되는 방향을 나타낸다. 이 도면에서 그 구동모드가 제1구동모드(a)에서 제2구동모드(b)로 변화될때 그 직선특성이 저하됨을 알 수 있다.

더 구체적으로 설명하면, 제7도에서 그 출력토크특성은 그라프(a)로 나타낸 제1구동모드의 부하율(duty ratio) 직선기능(linear function)(즉, 출력토크특성의 직선 특성이 높음)으로 나타낸다. 반면에, 그라프(b)에 의해 나타낸 제2구동모드에서는 그 출력토크특성이 곡선형을 갖게되어 PWM 신호 주파수가 증가됨에 따라 그 직선특성의 저하가 더 현저하게 된다.

또, 제2구동모드에서는 스위칭소자 θ₁및 θ₄와 on/off로 될때 발생하는 모터전류 1의 리플성분(ripple components)이 제2구동모드에서의 모터전류와 비교할때 더 현저하게 된다. 그 결과 고주파잡음이 발생되며, 또 스위칭소자 θ₁∼ θ₄및 리플억제콘덴서가 열을 발생한다.

위에서 설명한 기술구성에서 명백한 바와같이, 스위칭소자 θ₁,θ₄가 제1 및 제2구동모드 중 하나에서만 제어되는 종래의 파워스티어링장치는 그 핸들의 복귀성능이 제1구동모드에서 빈약하며 PWM 제어의 직선 특성이 제2구동모드에서 저하되는 결점이 있다.

위에서 설명한 종래기술을 감안하여 이 발명의 목적은 모터출력토크와 PWM 신호의 부하율 사이의 관계에서 높은 직선특성(high linearity)을 실현시킬 수 있으며, 그 핸들의 복귀성능을 향상시킬 수 있는 차량의 전동식 파워스티어링장치를 제공하는데 있다.

아래에 구체적인 설명에서 명백한 바와같이, 핸들에 가한 스티어링토크(steering torque)를 검출하는 토크센서(torque sensor)와, 그 차량의 속도를 검출하는 차량속도센서와, 그 핸들의 조작을 보조하는 모터와, 정역방향 중 어느한 방향으로 선택회전하도록 하는 모터와 함께 브리지회로(bridge circuit)형태로 접속한 두쌍의 스위칭소자와, 그 모터를 통하여 흐르는 전류를 검출하는 모터전류검출수단과, 스티어링토크, 차량속도 및 모터전류에 의해 스위칭소자를 구동하는 신호처리유닛을 구성하는 차량의 전동식 파워스티어링장치에 있어서, 그 신호처링닛은 그 차량의 핸들이 중심위치로 복귀하는 복귀상태에 있는지의 여부를 판단하는 핸들복귀 판단수단과, 그 스티어링토크와 차량속도에 의해 모터전류의 목표전류치를 연산하여 결정하는 목표전류치 연산수단과, 그 모터전류와 목표전류치의 편차에 따라 모터의 제어량을 연산하여 결정하는 제어량 연산수단과, 그 제어량연산수단에서 출력된 제어량에 의해 각각 제1 및 제2구동모드에 대응되는 제1 및 제2제어량을 발생하여 그 핸들의 복귀상태에 대한 결정결과에 따라 제1 및 제2제어량중 하나를 선택하는 선택수단(selecting means)과 각각 스위칭소자를 제어하는 제1 및 제2PWM 부하율로 제1 및 제2제어량을 변환시키는 변환수단(cirversin means)과 제1 또는 제2PWM 부하율에 의해 그 스위칭소자를 구동하는 구동회로를 포함하며, 그 선택수단은 그 핸들이 복귀상태에 있지 않을때 결정되는 제1구동모드에 대응되는 제1제어량을 발생하며, 반면에 그 핸들이 복귀상태에 있을때 결정되는 제2구동모드에 대응되는 제2제어량을 발생하며, 그 구동회로는 제1PWM 부하율에 응답함으로써 스위칭소자를 각각 일정하게 유지시키며, 동시에 제1PWM 부하율로 각쌍의 다른 스위칭소자 양자를 on 및 off함을 특징으로 하는 차량의 전동식 파워스티어링장치를 이 발명에 의해 제공한다.

위에서 설명한 파워스티어링장치의 배치에 의해 그 핸들의 정상적인 조작으로 제1구동모드에서 선택한 PWM 부하율과 모터출력토크 사이의 관계에서 직선특성(linearity)을 높게 유지시킴으로써 원활한 스티어링토크제어를 실현시킬 수 있어 회로성분의 바람직하지 않은 고주파잡음과 열방향을 최소로 억제시킬 수 있다.

반면에, 그 핸들이 자동중심조절토크(self-aligningtorque)에 의해 중심위치로 복귀될때 그 모터의 재생제동작동 제2구동모드의 제어에 의해 억제시킬 수 있다.

이와같이 그 핸들조작성능을 상당히 향상시킬 수 있다.

이 발명의 바람직한 실시예에서, 그 핸들 복귀상태 결정수단은 그 모터전류와 그 목표전류치의 편차에 의해 그 핸들의 상태를 결정하여 결정된 핸들상태를 출력한다.

이 배치에 의해, 회로구성을 간단하게 그리고 염가로 하여 핸들복귀특성을 향상시킬 수 있다. 그 핸들복귀상태 결정수단은 모터전류가 소정치에 의해 목표전류치를 초과할때 그 핸들이 복귀상태에 있는 것으로 추정하는 것이 바람직하다.

이와같은 특징에 의해, 신뢰성이 높고 정도(accuracy)가 높게 그 핸들복귀상태를 결정할 수 있다. 또, 그 변환수단에는 제1 및 제2구동모드가 변환될때 제1PWM 부하율과 제2PWM 부하율 사이의 편차를 정정하는 정정수단(correcting means)이 포함되어 있다.

이와같은 배치에 의해, 토크제어의 직선특성(linearity)은 제2구동모드에서도 향상시킬 수 있다.

이 발명의 위 목적 및 다른 목적, 특징 및 부수되는 효과는 첨부도면에 따르는 실시예의 구체적 설명에서 쉽게 알 수 있다.

첨부도면에 의한 바람직한 대표적 실시예에 따라 이 발명을 다음에 구체적으로 설명한다.

[실시예1]

제1도는 이 발명의 실시예 1에 의한 전동식 파워스티어링장치의 배치를 나타낸 블록도로, 이 장치의 일부를 회로도에 나타낸다. 제1도에서, 부호 1∼6, θ₁∼θ₄및 D₁∼D₄는 제5도의 부호와 동일하다. 또, 부호 T, V 및 1은 제5도의 부호와 동일하다.

제1도에서 신호처리유닛(70)은 제5도에서 부호 7로 설정된 것과 기능적으로 대응되며, 핸들복귀 결정수단(71), 목표전류치 연산수단(72), 감산기(73), 모터제어량 연산수단(74), 선택수단(75), 변환수단(76) 및 구동회로(77)를 포함한다.

그 핸들복귀 결정수단(71)은 핸들이 복귀상태에 있는지의 여부를 결정하도록 한다(즉, 그 핸들이 중심위치로 복귀회전을 하도록 한다). 그 핸들의 복귀상태가 토크센서(1)에 의해 검출된 스티어링토크 T와 전류편차 또는 차이(아래에서 설명)에 의해 핸들복귀 결정수단(71)에 의해 결정될때, 그 핸들복귀 결정수단(71)은 그 핸들의 복귀상태를 나타내는 결정결과신호 H를 출력한다.

그 목표전류치 연산수단(72)은 스티어링토크 T와 차량속도 V에 의한 모터전류의 목표전류치 l₀를 연산하여 구함으로써 그 목표전류 l₀를 나타낸 신호와 모터(3)가 회전되도록하는 방향을 나타내는 회전방향명령 R을 발생한다.

그 목표전류치 l₀가 그 감산기(73)에 입력되어 그 감산기는 목표전류치 l₀에서 모터전류의 실측치를 감산함으로써 위에서 설명한 전류편차에 의해 △l를 구한다. 이 전류편차 △l에 의해 그 제어량 연산수단(74)을 PID(Propotional-plus-integral-plus-differential:비례적분미분) 제어에 의해 모터(3)를 제어하는 제어량 C를 연산하여 구한다.

그 전류편차 △l는 또 스티어링토크 T와 함께 핸들복귀 결정수단(71)에 입력된다.

그 선택수단(75)은 제어량연산수단(74)에서 출력된 제어량 C에 의해 각각 제1 및 제2구동모드에 대응되는 제1제어량 C₁과 제2제어량 C₂를 발생하여 핸들복귀 결정수단(71)의 결정결과에 따라 제어량 C₁및 C₂중 하나를 선택한다. 핸들복귀상태를 나타내는 결정결과 H가 그 결정수단(71)에서 입력되지 않으면, 그 선택수단(75)은 제1구동모드에 대응되는 제1제어량 C₁을 발생함과 동시에, 그 선택수단(75)는 그 결정결과 H가 출력될때 제2구동모드에 대응되는 제2제어량 C₂를 발생한다.

여기서, 제어량 C, C₁및 C₂사이에는 다음 관계식이 얻어진다.

C = C₁= C₂

그러나, 제1 및 제2제어량 C₁및 C₂는 제1구동모드와 제2구동모드 각각을 나타내는 정보를 가진다.

이 실시예에서, P1 및 P2는 제2도 및 제3도에 나타낸 도면(mpa)를 참조하여 구하여지나 하나의 기능을 사용하여 구할 수 있다. 예로서, P1은 변수 T와 V를 가진 선형기능에서 구할 수 있고, P2는 2 이상의 선형기능의 조합에서 구할 수 있다.

변환수단(76)은 제1 및 제2제어량 C₁및 C₂를, 스위칭소자 θ₁,θ₄또는 θ₂,θ₃를 제어하는 PWM 신호의 제1 및 제2PWM 부하율로 변환하도록 작동하며, 제1제어량 C₁을 제1PWM 부하율 P1으로 변환시키는 제1변환수단(76a)과, 제2제어량 C₂를 제2PWM 부하율 P2로 변환시키는 제2변환수단(76b)으로 구성한다.

이때, 그 변환수단(76)은 제1 및 제2구동모드가 변환을 할때 제1 및 제2PWM 부하율 P1 및 P2 각각의 변환을 스무싱(smoothing)하게 하는 정정수단을 포함하는 것이 바람직하다. 그 보정수단은 PWM 신호의 부하율과 모터토크사이의 직선특성이 위에서 설명한 바와같이 저하되는 제2구동모드에 대응되는 변환수단(76b)에 결합할 수 있다.

그 구동회로(77)는 스티어링토크가 핸들을 시계방향으로 회전하는 것으로 볼때 제1PWM 부하율 P1 또는 제2PWM 부하율 P2에 의해 스위칭소자 θ₁및 θ₄등의 스위칭소자를 구동한다. 더 자세하게 말하면, 그 구동회로(77)는 제1PWM 부하율 P1에 응답하여 그 한쌍의 스위칭소자(θ₁및 θ₄)중 하나(즉 θ₄)를 ON하여 전도상태로 유지함과 동시에 제1PWM 부하율 P1의 부하율에 다른 스위칭소자 θ₁을 on 및 off한다.

반면에, 제2PWM 부하율 P2에 응답하여 구동회로(77)가 제1PWM 부하율 P1에 의해 한쌍의 스위칭소자 θ₁및 θ₄를 구동한다.

제2도는 제1제어량 C₁에 따라 제1구동모드의 제1PWM 부하율 P1을 결정하는 제1변환수단(76a)의 변환특성도이다.

제7도에서 설명한 바와같이, 그 모터(3)의 토크제어는 제1구동모드에서 직선특성을 양호하게 할 수 있다. 따라서, 위에서 설명한 변환특성은 선형작동에 의해 나타낼 수 있다.

제3도는 제2도와 동일한 특성도로, 제2제어량 C₂에 의해 제2구동모드의 제2PWM 부하율 P2를 결정하는 제2변환수단(76b)의 변환특성을 나타낸다.

제2구동모드에서, 모터(3)의 토크제어는 제7도에 의해 앞서 설명한 바와같이 선형특성이 빈약하다. 따라서, 제2변환수단(76b)의 변환특성은 모터토크 제어특성의 비선형특성을 제거할 수 있도록 결정된다.

그 다음으로, 제4도의 흐름도에 따라 제2도 및 제3도에 의한 이 발명의 실시예의 파워스티어링장치에 대한 작동을 설명한다.

우선, 스텝 S1에서는 목표전류치 연산수단(72)이 스티어링토크 T를 토크센서(1)의 출력에서 채취한다(fetch).

스텝 S2에서는 목표전류치 연산수단(72)이 차량속도신호를 차량속도센서(2)의 출력에서 채취하여 차량속도 V를 연산한다(구한다).

스텝 S3에서는 그 스티어링토크 T가 차량속도 V에 따라 위상보상을 행한다. 스탭 S4에서는 목표전류치 연산수단(72)이 모터(3)의 회전방향 R과 그 스티어링토크를 보조하는 모터전류의 목표전류치 l₀를 연산한다. 더 자세히 말하면, 그 스티어링토크 T가 시간의 함수로서 고속으로 변환할때 그 목표전류치 l₀는 그 스티어링토크 T의 진상(phase adatance)을 고려하여 큰 값으로 설정한다.

반면에, 그 차량속도 V가 빠른 차량의 주행상태에서는 그 목표전류치 l₀는 이 경우 그 보조토크가 작으므로 작은값으로 설정한다.

그 다음으로, 스텝 S5에서는 그 모터전류검출수단(6)에서 입력된 목표전류치 l₀로부터 감산시켜 전류편차 △l을 구한다(스텝 S6).

또, 그 제어량 연산수단(74)은 그 전류편차 △l에 의해 PID(Propotional-plus-integral-plus differential:비례적분미분) 제어를 통하여 모터(3)를 제어하는 제어량 C를 연산한다(스텝 S7 및 S8). 그 모터(3)의 제어량 C는 스위칭소자 θ₁및/또는 θ₄를 구동하는 PWM 신호의 부하율로 나타낸다.

그 핸들복귀 결정수단(71)을 스어링토크 T가 스텝 S9에서 소정치(즉10kgf-cm)보다 더 큰가의 여부를 결정한다. 이 결정스텝 S9의 결과가 부정(NO)이면, 스텝 S10는 전류편차 △l(=l₀-1)가 소정치(즉 3암페어)보다 더 큰가의 여부결정을 행한다. 그 스티어링토크 T가 스텝 S9에서 소정치보다 더 크거나 또는 전류편차 △l가 스텝 10에서 소정치보다 더 작은가를 결정할때 그 핸들복귀 결정수단(71)은 그 핸들이 복귀상태에 있지않고 정상적인 스티어링상태에 있음을 결정한다.

그 결과, 그 핸들복귀 결정수단(71)은 핸들복귀상태를 나타내는 결정결과 H를 발생하지 않는다.

그 결정결과 H가 발생하지 않으면, 그 선택수단(75)은 제어량 C에 의해 제1구동모드에 제1제어량 C₁을 발생한다. 이에 응답하여 변환수단(76)에 결합한 제1변환수단(76a)은 스텝 S11에서 제1구동모드의 변환작동(제2도)에 따라 제1제어량 C₁에 의해 제1PWM 부하율 P1을 연산함으로써, 그 대응되는 PWM 신호가 구동회로(77)에 입력된다.

이와같이하여, 스위칭소자 θ₁및 θ₄는 제1구동모드에서 구동된다.

더 자세하게 말하면, 그 스위칭소자 θ₁및 θ₄중 하나(θ₄)는 전도상태에서 일정하게 유지됨과 동시에 다른 스위칭소자(θ₁)는 제1PW 부하율 P1에 따라 구동된다(즉, on 및 off로 된다).

이와같이 하여, 정상적인 스티어링상태의 경우, 모터(3)의 토크제어에서 직선특성이 높은 파워스티어링작동을 실현시킬 수 있으므로, 그 보조토크의 변동, 모터(3)의 가청잡음 발생, 고주파잡음과 회로구성요소의 열발생을 만족스럽게 억제할 수 있다.

반면에, 스텝 S9에서는 그 스티어링토크 T가 소정치보다 더 작은 값으로 결정되면 그 스텝 S10에서는 전류편차 △l가 소정치보다 더 큰 값으로 결정한다.

그다음 핸들복귀 결정수단(71)은 그 핸들이 복귀상태에 있음을 결정하게 됨으로써 그 핸들복귀상태를 나타내는 그 결정결과 H가 발생한다.

일반적으로, 소정치이하로 운전자에 의해 가한 스티어링토크 T의 감소는 핸들의 복귀가 중심위치로 될 가능성이 높음을 나타낸다. 그 밖에, 소정치보다 더 큰 전류편차Δl, 즉 소정치에 의한 목표전류치 l₀보다 더큰 모터전류 1은 그 핸들의 복귀의 가능성이 높음을 나타내어 모터(3)의 재생모드를 나타낸다.

따라서, 위 두 조건이 성립될때, 핸들은 복귀상태에 있는 것으로 볼 수 있다.

그 결정결과 H가 핸들복귀 결정수단(71)에 의해 발생할 경우 그 선택수단(75)은 그 핸들의 복귀성능을 향상시키는 제2구동모드로 제1구동모드를 변환시킨다. 제2구동모드에서, 제2제어량 C₂는 제어량 C에 의해 발생한다.

이와같이, 변환수단(76)에 결합한 제2변환수단(76b)은 제3도에 나타낸 변환작동에 따라 제2PWM 부하율 P2를 결정한다. 이와같이 하여 결정한 제2PWM 부하율 P2는 구동회로(77)에 입력된다.

그 결과, 그 스위칭소자 θ₁및 θ₄는 제2구동모드에서 제2PWM 부하율 P2로 구동된다.

즉, 그 쌍의 스위칭소자 θ₁및 θ₄는 제2PWM 부하율 P2에 의해 on 및 off로 된다.

이와같이, 핸들복귀상태에서 그 모터전류 1의 추종특성(follow-up characteristic)이 향상됨으로 모터(3)에 의해 발생한 보조토크는 소요치로 정확하게 제어할 수 있다.

그 결과 우수한 핸들복귀성능을 발휘할 수 있는 파워스티어링을 실현할 수 있다.

그 선택수단(75)에는 타이머(timer)를 포함한다.

그 타이머가 제2구동모드로 변환시킨후 소정시간의 경과를 나타낼 경우 그 선택수단(75)은 그 핸들복귀 작동을 완료시키며 그 보조토크제어의 높은 직선특성을 회복하기 위하여 제2구동모드를 제1구동모드로 자동변환하는 것을 결정한다.

그 구동모드의 변환조건은 그 구동모드의 변환의 기준레벨을 선택함과 동시에 제어에 관련된 히스테리시스(hysteresis)등 다른 요인을 고려하여 그 파워스티어링장치를 실제로 설치하는 차량의 구체적 명세내용과 일치하도록 설정하는 것이 바람직하다.

따라서, 바람직하지 않은 추적(huring)이나 이와 유사한 현상을 억제할 수 있다.

그 변환수단(76)이 제1 또는 제2구동모드로 변환될때 제1PWM 부하율 또는 제2PWM 부하율 P2를 선택할 수 있기 때문에 그 핸들은 핸들복귀 결정수단(71)의 결정결과 H에 이한 변환타이밍(change-overtiming)에 주의를 기울일 필요없이 충격 또는 이와 유사한 바람직하지 않은 현상을 명백하게 보호받을 수 있다.

이 발명에 의한 위 실시예의 구체적 설명에서 알 수 있는 바와같이, 정상적인 스티어링작동을 하는 제1구동모드에서 제1PWM 부하율 P1와 모터전류 1(모터출력토크)사이에 직선특성이 높기때문에(high linearity) 그 스티어링보조모터의 무음(silent) 및 스무스(smooth)한 토크제어를 실현시킬 수 있어 바람직하지 않은 고주파잡음과 열의 발생을 최소로 억제시키며, 동시에 자동중심 조절토크(self-aligning torque)에 의해 핸들을 중심위치로 복귀하는 제2구동모드에서, 모터(3)의 재생제동작동은 제2구동모드에 의해 억제시킬 수 있다.

위 설명에서, 예로서 모터(3)가 스위칭소자 θ₁및 θ₄를 제어함으로써 제1 및 제2구동모드에서 정방향 또는 우측방향으로 회전되는 것으로 할 경우, 그 동일한 토크제어는 그 모터(3)가 스위칭소자 θ₂및 θ₃를 동일하게 제어함으로써 좌측방향으로 회전할 경우와 동일하게 달성할 수 있음은 물론이다.

[실시예2]

실시예 1의 경우에는 핸들복귀 결정수단(71)이 스티어링토크 T와 전류편차 △l에 의해 핸들복귀상태를 결정한다.

그러나, 스티어링토크 T 또는 전류편차 △l중 어느하나에 의해 또는 관측자에 의한 모터(3)의 회전속도(rpm), 즉 모터발생전압 EM 및 모터저항 R, 모터전류 1m(즉 모터에 인가한 전류) 및 모터구동전압 Vm(즉, 모터에 인가한 전압)에 의한 모터의 계산방법으로한 회전속도를 설정함으로써 동일한 효과를 달성할 수 있다. 즉, 모터구동전압 Vm과 모터발생전압 Em을 다음식과 같이 나타낸다.

(1) Vm =lm × R + Em

(2) Em =K × Nm

여기서, K는 계수이다. 위 식(1)에서 Vm 및 1m을 우선 구하거나 검출하며, R을 설정함으로써 Em을 구한다. 이와같이하여 구하거나 설정한 Em에서 Nm은 위 식(2)를 사용하여 얻어진다.

[실시예3]

이 발명의 실시예 3에 의해, 핸들 각 센서(ansle sensor) 또는 모터회전속도센서를 사용하여 핸들복귀상태를 직접 검출함으로써 이들 센서의 출력에 의해 그 결정결과 H를 발생한다.

[실시예4]

실시예 1의 경우에서는 그 정정수단이 PWM 부하율을 정정함으로써 그 구동모드의 변환을 스무싱(smoothing)하게 할 목적에서 그 변환수단(76)에 결합되어있다. 그러나, 그 정정수단을 제거시킬 수 있다.

이 경우 제2구동모드에서 토크제어의 직선특성의 저하를 피할 수 없으나 그 핸들복귀성능을 향상시킬 수 있다.

Claims

핸들의 스티어링토크(steering torque)를 검출하는 토크센서(torque sensor)와, 차량의 속도를 검출하는 차량속도센서와, 핸들의 조작을 보조하는 모터와, 정역방향중 한 방향으로 선택회전하도록 하는 모터와 함께 브리지회로의 형상으로 접속된 두쌍의 스위칭소자와, 그 모터를 통하여 흐르는 전류를 검출하는 모터전류검출수단과, 그 스티어링토크, 차량속도 및 모터전류에 의해 그 스위칭소자를 구동하는 신호처리유닛(signal processing unit)을 구성하는 차량의 전동식 파워스티어링장치에 있어서, 위 신호처리유닛에는 그 차량의 핸들이 중심위치로 복귀되록 하는 복귀상태에 그 핸들이 있는지의 여부를 결정하는 핸들복귀 결정수단과, 그 스티어링토크와 차량속도에 의해 모터전류의 목표전류치를 연산하여 결정하는 목표전류치 연산수단과, 그 모터전류와 목표전류치의 편차에 의해 모터의 제어량을 연산하여 결정하는 제어량연산수단과, 그 제어량에 의해 제1 및 제2구동모드 각각에 대응되는 제1 및 제2제어량을 발생하며 그 핸들의 복귀상태에 대한 결정결과에 따라 제1 및 제2제어량 중 하나를 선택하는 선택수단과, 위 스위칭소자에 대한 각각의 제1 및 제2PWM 부하율로 제1 및 제2제어량을 변환시키는 변환수단과, 제1 또는 제2PWM 부하율에 의해 스위칭소자를 구동하는 구동회로를 포함하며 ; 그 선택수단은 그 핸들이 복귀상태에 있지 않음을 결정하는 제1구동모드에 대응되는 제1제어량을 발생함과 동시에 그 핸들이 복귀상태에 있음을 결정하는 제2구동모드에 대응되는 제2제어량을 발생하며 ; 그 구동회로는 제1PWM 부하율에 응답함으로써 전도상태에서 각쌍중 스위칭소자 하나를 일정하게 유지함과 동시에 각쌍중 스위칭소자 다른하나를 on 및 off로 하고, 그 구동회로가 제2PWM 부하율에 응답함으로써 각쌍의 위 스위칭소자 양자를 제2PWM 부하율로 on 및 off로 함을 특징으로 하는 위 차량용 전동식 파워스티어링장치.
제1항에 있어서, 그 변환수단에는 그 구동모드가 제1 또는 제2구동모드로 변환될때 제1 및 제2PWM 부하율사이의 편차를 정정하는 정정수단을 포함함을 특징으로 하는 위 차량용 전동식 파워스티어링장치.
제1항에 있어서, 그 핸들복귀 결정수단은 그 모터전류와 목표전류치의 편차에 의한 핸들의 상태를 추정하여 그 결정의 결과로서 그 핸들의 추정상태를 출력함을 특징으로 하는 위 차량용 전동식 파워스티어링장치.
제3항에 있어서, 그 변환수단에는 제1 및 제2구동모드사이에서 그 구동모드가 변환할때 제1 및 제2PWM 부하율 사이의 편차를 정정하는 정정수단을 포함함을 특징으로 하는 위 차량용 전동식 파워스팅링장치.
제3항에 있어서, 그 핸들복귀 결정수단은 그 모터전류가 소정치에 의해 그 목표전류치를 초과할때 그 핸들이 복귀상태에 있음을 추정함을 특징으로 하는 위 차량용 전동식 파워스티어링장치.
제5항에 있어서, 그 변환수단에는 제1 및 제2구동사이에서 그 구동모드가 변환할때 제1 및 제2PWM 부하율 사이의 편차를 정정하는 정정수단을 포함함을 특징으로 하는 위 차량용 전동식 파워스티어링장치.