KR0161771B1 - 전기적인 전력 조종 장치 - Google Patents

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KR0161771B1
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다카유키 기후구
순이찌 와다
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기따오까 다까시
미쓰비시 덴키주식회사
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Abstract

고속 처리 CPU의 사용이나 센서의 새로운 설치로 발생되는 비용 증가를 피하는 것에 부가하여 전기적으로 동작되는 조종장치를 구하면 핸들 복귀, 점성 감각, 관성 감각, 및 마찰 감각과 같은 조종 감각이 개선될 수 있다.
토크 센서를 근거로 정적 조종 토크를 보조하는 것에 부가하여, 제공된 모터의 PWM구동에 수반하는 사각파 성분을 제거할 수 있는 모터 인가 전압 검출 회로와 함께 모터 각속도(W)는 관련 회로의 출력 데이타로부터 추정된다. 모터 각가속도(dw/dt)는 미분 계산기를 이용해 모터 각속도(W)로부터 추정된다. 조종 마찰과 관성 모멘트는 각각 모터 각속도(w)와 모터 각가속도(dw/dt)를 근거로 보상된다.

Description

전기적인 전력 조종 장치
제1도는 본 발명의 한 실시예에 따른 제어의 하드웨어 블럭도.
제2도는 본 발명의 한 실시예에 따른 제어의 소프트웨어 블록도.
제3도는 본 발명의 한 실시예에 따른 제어에서 모터 인가 전압 검출 회로의 DC특성을 도시하는 그래프.
제4도는 본 발명의 한 실시예에 따른 제어에서 모터 인가 전압 검출 회로의 주파수 특성을 도시하는 그래프.
제5도는 본 발명의 한 실시예에 따른 제어에서 모터 인가 전압 검출 회로 또는 모터 단자 전압 검출 회로에서의 차단 주파수를 설정하는 방법을 설명하는 그래프.
제6도는 본 발명의 한 실시예에 따른 제어에서 모터 각속도 계산 수단의 동작을 설명하는 흐름도.
제7도는 본 발명의 한 실시예에 따른 제어에서 모터 각속도 추정치를 정정하기 위한 계수와 모터 전류간의 관계를 설명하는 그래프.
제8도는 DC모터에서 모터 전류와 모터 각속도간의 관계를 설명하는 그래프.
제9도는 본 발명의 한 실시예에 따른 제어에서 모터 각가속도 계산 수단의 동작을 설명하는 흐름도.
제10도는 본 발명의 한 실시예에 따른 제어에서 모터 각가속도 계산 수단의 동작을 설명하는 블럭도.
제11도는 본 발명의 한 실시예에 따른 제어에서 모터 각가속도 계산 수단의 주파수 특성을 도시하는 그래프.
제12도는 본 발명의 한 실시예에 따른 제어에서 모터 각가속도 계산 수단의 주파수 특성을 도시하는 또다른 그래프.
제13도는 본 발명의 한 실시예에 따른 제어에서 쿨통 마찰 보상 전류 계산 수단의 동작을 설명하는 흐름도.
제14도는 본 발명의 한 실시예에 따른 제어에서 모터 각속도 추정치, 차량속도 및 쿨통 마찰 보상 전류간의 관계를 설명하는 그래프.
제15도는 본 발명의 한 실시예에 따른 제어에서 점성 마찰 보상 전류 계산 수단의 동작을 설명하는 흐름도.
제16도는 본 발명의 한 실시예에 따른 제어에서 모터 각속도 추정치, 차량속도, 및 점성 마찰 보상 전류간의 관계를 설명하는 그래프.
제17도는 본 발명의 한 실시예에 따른 제어에서 관성 보상 전류 계산 수단의 동작을 설명하는 흐름도.
제18도는 본 발명의 한 실시예에 따른 제어에서 모터 각속도 추정치, 차랴옥도, 및 관성 보상 전류간의 관계를 설명하는 그래프.
제19도는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 제어에서 모터 각속도 추정치를 정정하기 위한 계수와 조종 토크간의 관계를 설명하는 그래프.
제20도는 본 발명의 제3 실시예에 따른 제어에서 모터 각속도 추정치를 정정하는 방법을 설명하는 흐름도.
제21도는 본 발명의 제3 실시예에 따른 제어에서 모터 각속도 추정치를 정정하기 위한 한계값과 모터 전류간의 관계를 설명하는 그래프.
제22도는 본 발명의 제5 실시예에 따른 제어에서 모터 각속도 추정치를 정정하는 방법을 설명하는 흐름도.
제23도는 본 발명의 제5 실시예에 따른 제어에서 모터 각속도 추정치를 정정하기 위한 수단과 모터 제어 전류를 계산하기 위한 수단간의 관계를 설명하는 블록도.
제24도는 본 발명의 제6 실시예에 따른 제어에서 모터 각속도 추정치를 정정하기 위한 수단 과 모터 각가속도 계산 수단간의 관계를 설명하는 블록도.
제25도는 본 발명의 제7 실시예에 따른 제어에서 모터 각속도 추정치를 정정하기 위한 수단과 모터 각가속도 계산 수단간의 관계를 설명하는 그래프 세트.
제26도는 본 발명의 제7 실시예에 따른 제어에서 모터 각속도 추정치를 정정하기 위한 수단, 모터 각가속도 계산 수단, 및 모터 제어 전류를 계산하기 위한 수단간의 관계를 설명하는 블록도.
제27도는 본 발명의 제8 실시예에 따른 제어에서 모터 각가속도 추정치를 정정하는 방법을 설명하는 그래프.
제28도는 본 발명의 제9 실시예에 따른 제어에서 모터 각속도 추정치와 쿨통 마찰 보상 전류간의 관계를 설명하는 그래프.
제29도는 본 발명의 제10 실시예에 따른 제어에서 모터 각속도 추정치와 쿨통 마찰 보상 전류간의 관계를 설명하는 그래프.
제30도는 본 발명의 제10실시예에 따른 제어에서 모터 각속도 추정치와 쿨통 마찰 보상 전류간의 관계를 설명하는 또다른 그래프.
제31도는 본 발명의 제11 실시예에 따른 제어에서 정적 마찰을 보상하는 방법을 설명하는 블록도.
제32도는 본 발명의 제11 실시예에 따른 제어에서 정적마찰을 보상하는 방법을 설명하는 흐름도.
제33도는 본 발명의 제11 실시예에 따른 제어에서 모터 각속도 추정치의 미분값과 정적 마찰 보상 전류간의 관계를 설명하는 그래프.
제34도는 본 발명의 제11 실시예에 따른 제어에서 정적 마찰을 보상하는 또다른 방법을 설명하는 블럭도.
제35도는 본 발명의 제12 실시예에 따른 제어에서 모터 각속도 추정치와 점성 마찰 보상 전류간의 관계를 설명하는 그래프.
제36도는 본 발명의 제13 실시예에 따른 제어에서 모터 각가속도 추정치와 점성 마찰 보상 전류간의 관계를 설명하는 그래프.
제37도는 본 발명의 제14 실시예에 따른 제어의 하드웨어 블럭도.
제38도는 본 발명의 제14 실시예에 따른 제어에서 모터 단자전압 검출 회로의 DC 특성을 도시하는 그래프.
제39도는 본 발명의 제14 실시예에 따른 제어에서 모터 단자 전압 검출 회로의 주파수 특성을 도시하는 그래프.
제40도는 본 발명의 제14 실시예에 따른 제어에서 모터 인가 전압을 계산하는 방법을 설명하는 흐름도.
제41도는 종래의 제어 장치를 도시하는 블럭도.
제42도는 본 발명과 종래의 제어에 대해 조종 토크와 조종 보조 전류간의 관계를 설명하는 그래프.
제43도는 DC 모터 전기자의 동일한 회로도.
제44도는 DC 모터의 PWM 구동에서 모터 인가 전압과 모터 전류간의 관계를 도시하는 파형 그래프.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 모터 2 : 토크센서
3 : 차량속도 센서 10 : 전류 제어수단
11 : 모터 각속도 계산 수단 12 : 모터 각가속도 계산 수단
[본 발명의 분야]
본 발명은 모터에 의해 조종 보조 토크(torque)가 발생되는 전력 조종(power steering)에 관한 것이다.
[관련된 기술의 설명]
종래에는 전기적으로 동작되는 전력 조종 시스템이 조종시스템의 조종 토크에 대한 토크 센서와 차량 속도를 검출하는 차량 속도 센서와 함께 제공되어 이 센서의 출력 데이타를 근거로 조종 시스템에 연결된 모터에 대한 보조 토크를 제어한다. 최근에는 조정감을 개선하기 위해 모터의 보조 토크를 제어하는 것에 부가하여 모터의 각속도나 각가속도를 근거로 조종 시스템의 관성, 점성 등을 보상하는 방법이 제안된다.
일반적으로, 상술된 바와 같이 모터의 각속도나 각가속도를 근거로 조종 시스템을 제어하기 위해 모터의 각도와 각속도를 검출하는 센서가 제공된다. 그러나, 결과적인 비용의 증가때문에 다른 센서를 제공하는 것은 바람직하지 않다.
그래서, 모터의 유도된 전압을 추정하여 각속도 신호를 얻는 방법이 제안된다.
예를들면, 제41 또는 일본 특허 일시 개방 공표 No.4-1992에서 발표된 전기적으로 동작되는 전력 조종을 도시한다. 제41도에서, 조종을 보조하는 모터(1)가 조종 시스템에 연결되고, 조종 시스템의 조종 토크는 토크센서(2)에서 검출되며 차량 속도는 차량 속도 센서(3)에서 검출된다. 조종을 보조하기 위해 모터(1)를 통해 흐르는 전류는 모터 전류 검출 수단(4)에서 검출되고 모터(1)에 인가된 전압을 모터인가 전압 검출 수단(5)에서 검출된다. 정적으로 조종 토크를 보조하는 모터 전류는 조종력 보조 전류 계산 수단(9)에서 계산된다. 토크 센서(2)에 의해 검출된 조종 토크(Vt)와 차량 속도 센서(3)에 의해 검출된 차량속도(Vs)는 계산 을 위한 데이타로 조종력 보조 전류 계산 수단(9)에 입력되고, 그로부터의 계산된 결과로 조종력 보조 전류 표적(Is)이 출력된다.
모터(1)를 통해 흐르는 전류는 모터 전류 제어수단(10)에 의해 제어되고, 모터 전류 제어 수단에는 모터 전류 표적(Ia*)과 모터 전류 검출 수단(4)에 의해 검출된 모터 전류값(Iasns)이 입력되고 그로부터 입력 전류를 근거로 모터 구동 신호가 모터(1)에 출력된다. 모터(1)의 각속도는 모터 각속도 계산 수단(11)에 의해 계산되고, 모터 각속도 계산 수단(11)에는 검출된 모터 인가 전압값(Vasna)과 검출된 모터 전류값(Iasns)이 입력되고 그로부터 계산된 모터 각속도 추정치(W)가 출력된다.
모터 각가속도 계산 수단(12)으로 보터 각속도 계산 수단(11)에 의해 계산된 모터 각가속도 추정치(W)가 가각속도 추정치(dw/dt)가 출력된다. 조정 시스템의 점성 마찰을 보상하는데 요구되는 모터 전류값(Id)은 점성 마찰 보상 전류 계산 수단(14)에 의해 계산되고, 점성 마찰 보상 전류 계산 수단에는 추후 기술될 모터 각도 추정치(θ)와 모터 각속도 추정치(W)뿐만 아니라 차량 속도 센서(3)에 의해 검출된 차량 속도(Vs)가 입력되고 그로부터 계산된 점성 마찰 보상 모터 전류 표적(Id)이 출력된다.
조종 시스템의 관성 모멘트를 보상하기 위해 모터 전류를 계산하는 관성 보상 전류 계산 수단(15)은 모터 각가속도 추정치(dw/dt)를 근거로 관성 보상 모터 전류 표적(Ij)을계산하여 출력한다. 모터 각속도 계산 수단(11) 에 의해 계산된 모터 각속도 추정치(W)를 입력한 후에, 모터 각도 계산 수단(16)은 적분에 의해 모터 각도 추정치(θ)를 계산하고 얻어진 추정치를 출력한다. 이후 동작이 설명된다. 핸들(steering wheel)은 구동기에 의해 조종되고, 조종 시스템에서 조종 토크가 발생되거 토크 센서(2)에 의해 검출되고, 이때 조종력 보조 전류 계산 수단(9)은 차량 속도 센서(3)로 부터 입력된 차량 속도(Vs)와 토크 센서(2)로 부터 입력된 조종 토크(Vt)를 근거로 예를 들면, 제42 도에 도시된 바와 같이 조종력 보조 전류 표적(Is)를 계산하고 계산된 결과는 모터 전류 표적(Ia*)으로 모터 전류 제어 수단(10)에 주어진다.
모터 전류 제어 수단(10)은 모터 전류의 검출값(Iasns)이 모터 전류 표적(Ia*)과 일치하여 모터(1)를 더 구동하도록 피드백(feedback)제어를 실행한다. 일단 모터(1)가 구동되면, 모터(1) 에 인가된 전압을 모터 인가 전압 검출 수단(5)에 의해 검출되고 검출된 값은 모터인가 전압의 검출값(Vasns)으로 모터 각속도 계산 수단(11) 에 주어진다.
모터 각속도 계산 수단(11)에서는 모터 인가 전압의 검출값(Vasns)과 모터 전류의 검출값(Vasns)으로 부터 모터 각속도 추정치(20)가 계산되어 모터 각가속도 계산 수단(12), 모터 각속도 계산 수단(11)및 점성 마찰 보상 전류 계산 수단(14)에 주어진다. 모터 각가속도 계산 수단(12)에서는 모터 각속도 추정치(W)를 미분하여 모터 각가속도 추정치(dw/dt)가 결정되고 관성 보상 전류 계산 수단(15) 에 주어진다.
모터 각도 계산 수단(12)에서는 모터 각속도 추정치(W)를 적분하여 모터 각도(θ)가 결정되고 점성 마찰 보상 전류 계산 수단(14) 에 주어진다. 점성 마찰 보상 전류 계산 수단(14)에서는 차량 속도(Vs), 모터 각속도 추정치(W), 및 모터 각도 추정치(θ)로부터 점성 각도가 조종감에 전해지고, 또한 특히 고속 구동중에 나빠지기 쉬운 핸들 복귀의 수렴을 증진시키는데 효과적인 점성 마찰 보상 전류 표적(Id)이 계산된다. 이때, 이 표적(Id)은 가산기에서 조종력 보조 전류 표적(Is)으로부터 감산된다.
관성 보상 전류 계산 수단(15)은 모터 각가속도 추정치(d/dt)로부터 특히 조종 방향의 반전시에 모터(1)에서의 회전자 관성 모멘트의 영향을 받아 조종력을 더 무겁게 하도록 관성 감도를 완화하는데 효과적인 관성 보상 전류 표적(Ij)을 계산하는 얻어진 표적을 조종력 보조 전류 표적(Is)에 가산한다.
이러한 방법으로 전성 마찰 보상 전류 표적(Id)를 감산하고 조종력 보조 전류 표적(Is)에 관성 보상 전류 표적(Id)을 감산하고 조종력 보조 전류 표적(Is)에 관성 보상 전류 표적(Ij)을 가산함으로써 모터 전류 표적(Ia*)이 구해지고 머터 전류 제어 수단(10) 에 제공되어 모터 전류가 다음과 유사한 과정에서 제어된다.
이제 모터 각속도 계산 수단(11)의 기능이 상세히 기술된다. 모터(1)가 개별적으로 여기 상태가 된 DC모터라 가정할 때 모터(1)내에서 전기자의 동일한 회로는 제43도에서와 같이 도시될 수 있다. 여기서,
이다.
제43도에서 전기자 인덕턴스(La)를 근거로한 과도 조건을 무시하면 Va는 다음 식(1)으로 표시될 수 있다.
그래서, 식(1)과 (2)로 부터 다음식(3)이 얻어진다.
Ra와 Ke는 상수이고 검출된 값은 Va와 Ia에 대해 사용될 수 있으므로, 모터 각속도는 식(3)을 식(4)로 표시하여 추정될 수 있다.
여기서,
이다.
모터(1)가 PWM-구동된다고 가정하면 Va와 Ia간의 관계는 제44도에 도시된 바와 같이 거의 같고, 전력 운행과 재생 운행간의 각 교환시에 과도 현상이 반복된다. 일반적으로, PWM반송주기는 모터(1)의 전기적 시간 상수에 대해 충분히 짧도록 설정되어 Ia는 DC로 간주될 수 있지만 Va는 정사각형파가 된다. 그래서, 식(4)에 따라 모터 각속도(W)를 구하기 위해 Va의 사각파 성분을 제거하고 Id의 시간 평균을 구할 필요가 있다.
모터 각속도 계산 수단(11)에서는 사각파형의 모터 인가 전압의 검출값을 표본화한 후 디지탈 필터를 이용해 사각파 성분을 제거하고 식(4) 에 따라 W가 계산된다.
종래의 전기적으로 동작되는 전력 조종장치에서는 모터가 모터 구동 제어를 위한 스위칭 소자의 발열을 억제하도록 PWM-구동되고, PWM반송 주파수는 상술된 바와 같이 모터구동시에 잡음이 발생되는 것을 방지하도록 가청 주파수 대역을 벗어나 20KHz 부근에서 설정된다. 그래서, 모터 각속도 계산 수단이 소프트웨어 처리에 의해 실행되고 모터 인가 전압(Va)의 사각파 성분이 디지탈 필터를 이용해 제거되도록 종래의 장치와 함께 배열되면, 모터 각속도(W)를 정확히 계산하기 위해 표본화 주파수는 매우 높은 레벨로 설정되어야 하고 결과적으로 소프트웨어 처리가 과도하게 과부하되어, 그로 인해 높은 처리 속도를 갖는 값비싼 CPU를 사용해야 하는 문제점이 발생된다.
부가하여, 전기자 저항(Ra)는 모터와 제어기간에 배선 저항과 연결기의 접촉 저항을 포함하여 각 모터의 전기자 저항에서의 변화는 크다. 더욱이, 전기자 저항(Ra)은 과전류의 흐름에서의 발열과 같은 온도의 영향을 받아 변한다. 그래서, 당연하게 에러가 전기자 저항에 포함되는 것으로 고려된다.
여기서, 식(4)에 따른 계산을 위해 사용되는 Ra와 실제 Ra간의 에러를 △Ra라 하면, 모터 각속도(W)는 식(5)로 표현될 수 있다.
상기 식(5)로 부터 Ra에서의 에러는 W에서의 에러로 나타나고 결과의 에러는 모터 전류(Ia)에 비례되는 것을 알 수 있다. 따라서, 종래의 장치는 모터를 통해 과도 전류 가 흐를때 W에서의 DC에러, 즉 오프셋(offset)이 발생되는 문제점을 갖는다. 그 결과로, 예를 들어 커브를 돌때 핸들을 잡고 있더라도 W가 0이 되지 않는 문제점이 발생한다.
더욱이, 모터 각속도(W)로 부터 모터 각가속도 추정치(dw/dt)를 정확히 계산하기 위한 미분 계산부(제41도에서 (12)를 참조)를 실행하기 어렵고, 특히 소프트웨어 처리에 의해 조종시스템의 제어를 위해 사용될 수 있는 접음이 없고 정확한 미분 계산을 실행하도록 표본화 주파수가 높게 설정되어야 한다. 이는 전기적으로 동작되는 전력 조종 장치에서 널리 사용되는 늦은 처리 속도와 비싸지 않은 CPU에 의해 실행 가능한 표본화 주파수에서 미분 계산으로 부터 얻어지는 잡음이 모터 각가속도 추정치(dw/dt)에 많기 때문이다.
그래서, 전기적으로 동작되는 전력 조종 장치의 제어에서 비용을 절약하기 위해 비싸지 않은 CPU를 사용하는 것은 모터 전류에 리플(ripple)이 발생되게 하거나 핸들이 진동하고, 또는 잡음이 발생되는 문제점이 있다.
한편, 수동 조종과 비교하여, 쥐는 힘이 느슨할 때 핸들 복귀는 조종 기기에 부착된 모터의 본질을 이루는 관성 모멘트와, 전기적으로 동작되는 전력 조종 장치와 함께 모터를 조종 시스템에 연결하는 기어에 의해 발생되는 마찰 때문에 특히 중립 위치로의 바퀴 복귀력이 작은 낮은 차량 속도 영역에서 더 나빠진다. 이 외에, 소프트웨어 처리에서 얻어진 모터 각속도의 피드백이 높은 차량 속도 영역에서 핸들 복귀의 수렴을 개선하지만, 낮은 차량 속도 영역에서 핸들 복귀가 더 나빠지고 커브를 완전히 돈 후 직선길에 다시 이를 때 핸들이 중립 위치로 쉽게 복귀되지 않는 또 다른 문제점이 있다.
더욱이, 모터를 조종 시스템에 연결하는 기어의 마찰이 구동중에 중립 근처의 조종 감각, 즉 중심 감각을 무겁게 하여 소위 마찰 감각을 일으키는 점에서 또다른 문제점이 있다.
유사하게, 종래의 장치에서와 같이 모터 각속도의 음값의 피드백은 이 문제점을 더 나쁘게 하는 경향이 있다.
[본 발명의 요약]
이러한 문제를 해결하기 위해, 본 발명의 한 목적은 핸들 복귀, 점성 감각, 관성 감각 등에 관련된 문제점을 제거할 수 있고 새롭게 센서를 설치하거나 높은 처리 속도 CPU를 사용할 필요없이 조종 감각은 개선할 수 있는 전기적으로 동작되는 전력 조종 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 전기적 전력 조종 장치는 조종 시스템에 연결된 모터, PWM변조된 제어 신호를 근거로 상기 모터를 제어하고 구동하는 PWM변조된 제어 신호를 근거로 상기 모터를 제어하고 구동하는 PWM 제어 신호를 근거로 상기 모터를 제어하고 구동하는 PWM제어 수단, 저역 통과 특성의 도움으로 상기 PWM반송 주파수 성분을 제거한 후 상기 모터에 인가된 검출 전압을 소정의 레벨로 변환하고 상기 제어 신호에 포함된 PWM반송 주파수 이하로 차단 주파수가 설정된 결과의 전압을 출력하도록 저역 통과 특성을 갖는 모터 인가 전압 검출 수단, 검출된 모터 인가 전압을 근거로 상기 모터의 각속도를 추정하는 각속도 추정 수단, 및 각속도의 추정된 결과로 상기 모터의 전류 표적을 계산하는 전류값 계산수단을 구비한다. 그래서, 차단 주파수가 모터의 구동을 위해 사용된 PWM 반송 주파수보다 더 낮은 상태에서 모터인가 전압의 검출값을 근거로 저역 통과 특성을 갖는 회로내에서 사각파 성분을 제거한 후에 검출된 모터인가 전압의 검출값으로 상기 모터 각속도를 추정함으로서, 종래의 장치보다 더 낮은 표본화 주파수에 대해서도 모터 각속도가 정확히 추정될 수 있는 이점이 있다.
본 발명의 다른 특성에 따른 전기적 전력 조종 장치는 조종 시스템에 연결된 모터, PWM변조된 제어신호를 근거로 상기 모터를 제어하고 구동하는 PWM제어 수단, 저역 통과 특성의 도움으로 상기 PWM반송 주파수 성분을 제거한 후 상기 모터의 검출된 단자 전압을 소정의 레벨로 변환하고 상기 제어 신호에 포함된 PWM반송 주파수 이하로 차단 주파수가 설정된 결과의 전압을 출력하도록 저역 통과 특성을 갖는 모터 단자 전압 검출 수단, 검출된 모터 단자 전압을 근거로 성기 모터의 각속도를 추정하는 각속도 추정 수단, 및 각속도의 추정된 결과로 상기 모터의 전류 표적을 계산하는 전류값 계산 수단을 구비한다. 그래서, 차단 주파수가 모터의 구동을 위해 사용된 PWM반송 주파수보다 더 낮은 상태에서 모터 단자 전압의 검출값을 근거로 저역 통과 특성을 갖는 회로내에서 사각파 성분을 제거한 후에 검출된 모터 인가 전압의 검출값으로 상기 모터 각속도를 추정함으로서 종래의 장치보다 더 낮은 표본화 주파수에 대해서도 모터 각속도가 정확히 추정될 수 있는 이점이 있다.
양호한 형태에서, 모터 각속도 추정치는 모터를 통한 전류에 따라 소종의 값 이하로 제한된다. 그래서, 상기 모터를 통한 전류에 따라 모터 각속도 추정치를 정정함으로서 상기 모터 각속도 추정치에서의 에러를 줄일 수 있는 이점이 있다.
또다른 양호한 형태에서, 모터 각속도 추정치는 조종토크에 따라 조성의 값이하로 제한된다. 그래서, 조종 토크에 따라 모터 각속도 추정치를 정정함으로서 상기 모터 각속도 추정치에서의 에러가 줄어들 수 있는 이점이 있다.
또다른 양호한 형태에서, 모터 각속도 추정치는 모터 각가속도의 계산된 결과가 소정의 값 이하이면 0으로 제한된다.
그래서, 상기 모터 각속도 추정치에서의 에러가 줄어들 수 있는 이점이 있다.
또다른 양호한 형태에서, 상기 PWM반송주파수가 소정의 주파수 이상이면 모터 각속도 추정치에 고역 통과 여과(filtering)가 행해진다. 그래서, 모터 각속도 추정치의 오프셋이 제거될 수 있는 이점이 있다.
더 양호한 형태에서, 모터 각가속도는 모터 각속도 추정치를 미분하여 추정된다. 그래서, 종래의 장치보다 더 낮은 표분화 주파수에 대해서도 모터 각가속도가 정확히 추정될 수 있는 이점이 있다.
더 양호한 형태에서, 미분 처리는 대역통과 특성을 갖는다. 그래서, 종래의 장치보다 더 낮은 표본화 주파수에 대해서도 모터 각가속도가 정확히 추정될 수 있는 이점이 있다.
더 양호한 형태에서, 모터 각속도 추정치에는 미분처리시에 대역 통과 특성의 고영역 차단 주파수와 거의 같은 차단 주파수를 갖는 저역 통과 여과가 행해진다. 그래서, 모터 각속도 추정치와 모터 각가속도간의 위상 관계가 정상적인 상태를 유지할 수 있는 이점이 있다.
더 양호한 형태에서, 모터 각가속도 추정치는 계산된 결과가 소정의 값 이하면 0으로 제한된다. 그래서, 모터 각가속도 추정치에 포함된 잡음이 제거될 수 있는 이점이 있다.
더 양호한 형태에서, 모터 각속도 추정치는 조종 제어 시스템으로 양적 귀환되고, 양적 귀환(positive feedback)에 따라 통과하는 모터 전류는 조종 시스템의 마찰을 근거로 소정의 값 이하로 제한된다. 그래서, 조종 시스템의 쿨롱(coulomb)마찰을 보상함으로서 조종 감각이 개선될 수 있는 이점이 있다.
더 양호한 형태에서, 모터 각속도 추정치의 양적 귀환에 따라 모터 각속도 추정치를 제한할 때, 모터 전류값이나 모터 각속도의 양적 귀환 이득은 상기 모터 각속도 추정치와 상기 차량속도중 적어도 하나에 따라 변화된다. 그래서, 조종 감각이 개선될 수 있는 이점이 있다.
더 양호한 형태에서, 상승시간에 모터 각속도 추정치의 양적 귀환에 따라 흐르는 모터 전류를 증가하기 위한 미분 수단이 제공된다. 그래서, 특히 조종 시스템의 정적 마찰을 보상함으로서 조종 감각을 개선할 수 있는 이점이 있다.
더 양호한 형태에서, 각속도를 근거로 한 조종 제어가 모터 각속도 추정치의 음적 귀환(negative feedback)에 의해 실행된다. 그래서, 특히 조종 시스템의 점성 마찰을 보상함으로서 조종 감각을 개선할 수 있는 이점이 있다.
더 양호한 형태에서, 상기 모터 각속도 추정치의 음적 귀환 이득은 상기 모터 각속도 추정치와 상기 차량 속도 중 적어도 하나에 따라 변화된다. 그래서, 마찰 감각의 악화가 방지될 수 있거나, 차량 속도에 따른 귀환 이득에서의 변화에 의해 낮은 차량 속도에서의 핸들 복귀의 악화가 방지될 수 있는 이점이 있다.
더 양호한 형태에서, 상기 모터 각가속도를 근거로 하는 조종 제어는 상기 각가속도 추정치의 양적 귀환에 의해 실행된다. 그래서, 특히 조종 시스템의 관성 모멘트를 보상함으로서 조종 감가글 개선할 수 있는 이점이 있다.
더 양호한 형태에서, 상기 모터 각가속도 추정치의 양적 귀환 이득은 상기 모터 각가속도 추정치와 상기 차량 속도 중 적어도 하나에 따라 변화된다. 그래서, 핸들 중립점 근처에서의 핸들 진동이 방지될 수 있거나, 차량속도에 따른 귀환 이득에서의 변화에 의해 가장 안정된 조종 감각이 실현 될 수 있는 이점이 있다.
[양호한 실시예의 설명]
이후, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 양호한 실시예가 상세히 설명된다. 실시예를 통해, 같은 기호은 제41도에서와 같거나 유사한 부품이나 소자를 나타낸다.
[실시예 1]
제1도는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전기적으로 동작되는 전력 조종 장치의 제어부의 구조도이다. 토크 센서(2)의 출력은 위상 보상의 DC증폭을 위해 토크 센서 입력 I/F(2a)를 통해 추후 기술될 A/D변환기(8f)로 입력된다. 차량 속도 센서(3)의 출력은 차량 센서 입력 I/F(3a)통해 입력/출력 포트(8e)로 입력된다.
모터(1)을 통한 전류는 전력 운행시간 동안 전류 검출레지스터(4a)의 양 끝간의 전압을 표본화하고, 재생 운행 시간 동안 이를 유지하고, 또한 증폭 회로(4C)에서 유지된 전압을 증폭하는 표본화/유지 회로(4b)를 구비하는 모터 전류 검출 회로(4)에서 전류 검출 레지스터(4a)를 통해 소정의 전압으로 변환된다.
모터(1)의 단자간의 전압은 PWM반송 주파수보다 더 낮은 소정의 통과 주파수로 특징 지워지는 저역 통과 필터를 갖는 모터 인가 전압 검출 회로(5)를 통과함으로서 소정의 전압 레벨로 변환되고 추후 기술될 A/D 변환기(8f)에 입력된다. 모터 인가 전압 검출 회로(5)는 레지스터(5a 내지 5g)와 캐패시터(5h 내지 5i)로 구성된 필터 상수와 OP증폭기(5j)를 구비한다.
우측편과 좌측편 회전을 위해 전류를 통과시키는 H형 브릿지(bridge)회로(7)는 FET 구동기(6a 내지 6d)에 의해 구등되는 4개의 브릿지형으로 연결된 전력 MOSFET(7a 내지 7d)를 구비한다. H형 브릿지 구동 회로(6)로 구동 신호를 출력하는 마이크로 컴퓨터(8)는 CPU (8a), 프로그램 등을 저장하는 ROM(8b), 모터(1)를 구동하도록 펄스를 발생하는 FET구동기(6a, 6c)에 연결된 펄스폭 변조기(8d), FET 구동기(6b, 6d)에 연결되고 차량속도 센서 입력I/F(3a)를 통해 차량속도 센서(3)에 연결된 I/O 포트(8e), 모터 인가 전압 검출 회로(5)와 모터 전류 검출 회로(4)의 출력에 연결되고 토크 센서 입력 I/F(2a)를 통해 토크 센서(2)에 연결된 A/D변환기(8f), 및 제어 주기 등을 관리하는데 사용되는 타이머(89)를 구비한다.
제2도는 CPU(8a)에 의해 처리되는 조종 제어의 S/W 블럭도이다. 조종 토크를 정적으로 보조하는데 사용되는 모터 전류를 계산하는 조종력 보조 전류 계산 수단(9)에는 토크 센서(2)에 의해 검출된 조종토크(Vt)와 차량 속도 센서(3) 에 의해 검출된 차량 속도(Vs)가 입력되고, 조종력 보조 전류 표적(Is)이 그로부터 출력된다.
모터(1)을 통해 흐르는 전류를 제어하는 모터 전류 제어 수단(10)에는 모터 전류 표적(Ia*)과 모터 전류 검출 수단(4)에 의해 검출된 모터 전류의 검출값(Iasna)이 입력되고, 둘 모두이 모터 전류 입력값을 근거로 그로부터 모터 구동 신호가 출력된다. 모터(1)의 각속도 추정치(W)를 계산하는 모터 각속도 계산 수단(11)에는 모터 인가 전압 수단(5)에 의해 검출된 모터 인가 전압의 검출값(Vasns)과 모터 전류 검출 수단(4)에 의해 검출된 모터 전류의 검출값(Iasns)이 입력되고, 모터 각속도 추정치(W)가 이러한 검출값을 근거로 그로부터 출력된다.
모터 각가속도 계산 수단(12)에는 모터 각속도 계산 수단(11)에 의해 계산된 모터 각속도 추정치(W)가 입력되고, 이 모터 각속도 추정치(W)를 미분하여 얻어진 모터 각가속도 추정치(dw/dt)가 그로부터 출력된다. 조종 시스템의 쿨롱 마찰을 보상하도록 모터 전류를 계산하는 쿨롱 마찰 보상 전류 계산 수단(12)에는 모터 각속도 추정치(W)와 차량 속도 센서(3)에 의해 검출된 차량 속도(Vs)가 입력되고, 쿨롱마찰 조상 전류 표적(Ic)이 이 입력값을 근거로 그로부터 출력된다.
조종 시스템의 점성 마찰을 보상하도록 모터 전류를 계산하는 점성 마찰 보상 전류 계산 수단(14)에는 모터 각속도 추정치(W)와 차량 속도 센서(3)에 의해 검출된 차량 속도(Vs)가 입력되고, 점섬 마찰 보상 모터 전류 표적(Id)이 이 입력값을 근거로 그로부터 출력된다. 조종 시스템의 관성 모멘트를 보상하도록 모터 전류를 계산하는 관성 보상 전류 계산 수단(15)에는 모터 각가속도 추정치(dw/dt)가 입력되고, 관성 보상 모터 전류 표적(Ij)이 그로부터 출력된다.
제3도와 제4도는 각각 모터인가 전압 검출 회로(5)의 DC특성과 주파수 특성을 도시한다.
제5도는 모터 인가 전압 검출 회로(5)의 차단 주파수를 설정하는 방법을 설명한다.
제6도는 모터 가속도 계산 수단(11)의 동작을 설명하는 흐름도이고, 제7도는 모터 각속도 추정치(W)를 정정하기 위한 계수(K1)를 설명한다.
제8도는 모터 전류(Ia)와 모터 각속도(Wm)간의 관계를 설명한다.
제9도는 모터 각가속도 계산 수단(12)의 동작을 설명하는 흐름도이다. 제10도는 모터 각가속도 계산 수단(12)의 기능을 나타내는 블럭도이다. 제11도와 제12도는 그에 의한 주파수 특성을 나타낸다.
제13도는 쿨롱 마찰 보상 전류 계산 수단(13)의 동작을 설명하는 흐름도이다. 제14도는 모터 각속도 추정치(W), 차량속도(Vs), 및 쿨롱 마찰 보상 전류 (Ic)에 따른 관계를 설명한다.
제15도는 접성 마찰 보상 전류 계산 수단(14)의 동작을 설명하는 흐름도이다. 제16도는 모터 각속도 추정치(w), 차량속도(Vs), 및 점성 마찰 보상 전류(Id)에 따른 관계를 설명한다.
제17도는 관성 보상 전류 계산 수단(15)의 동작을 설명하는 흐름도이다. 제18도는 모터 각가속도 추정치(dw/dt), 차량 속도(Vs), 및 관성 보상 전류(Ij)에 따른 관계를 설명한다.
다음에는, 모터 전류(Ia)가 한 예로 제1도에서의 점선 방향으로 통과하는 본 실시예의 동작이 설명된다. 마이크로 컴퓨터(8)의 지시에 따라, FET구동기(6b 및 6c)전력 MOSFET(7d 및 7c)를 OFF상태로 하고, FET구동기(6d)는 전력 MOSFET(7d)를 ON 상태로 하고, 또한 FET 구동기(6a)는 소정의 충격비(duty ratio)에서 전력 MOSFET(7a)를 PWM-구동한다.
전력 MOSFET(7a)의 ON 또는 OFF 상태에 따라, 모터 전류(Ia)는 각각 제1도에서 전력 운행 또는 재생 운행으로 표시된 경로를 따라 흐른다. 모터 전류 검출 회로(4)에서 모터 전류(Ia)는 먼저 전류 검출 레지스터(4a)에 의해 전압으로 변환된다. 그러나, 재생 운행 시간동안 모터 전류(Ia)는 제1도에 도시된 바와 같이 전류 검출 레지스터(4a)를 통해 흐르지 않는다. 이러한 이유로 전력 MOSFET(7a)가 ON상태, 즉 전력 운행 시간동안 전류 검출 레지스터(4a)양 끝간의 전압은 표본화 유지 회로(4b)에서 표본화되고, 표본화된 전압은 전력 MOSFET(7a)가 OFF상태, 즉 재생 운행 시간 동안 유지된다.
이어서, 유지된 전압은 증폭 회로 (4c)에서 소정의 이득으로 증폭되고, 마이크로 컴퓨터(8)내의 A/D 변환기(8f)에 입력되어 디지탈적으로 변환된다. 이때 디지탈로 변환된 전류는 마이크로 컴퓨터(8)에 의해 검출된다.
모터 인가 전압 검출 회로(5)는 PWM 구동과 관련하여 모터 인가 전압(Va)에서 나타나는 사각 성분을 제거하고, 또한 A/D 변환기(Sf)로의 입력이 가능하도록 소정의 전압 레벨로 변환한 후 결과의 성분을 A/D 변환기(8f)로 입력한다.
여기서는 모터 인가 전압 검출 회로(5)가 상세히 설명된다. OP증폭기를 이상적인 OP증폭기로 간주하고
라 가정하면, s영역에서 (s : 라플라스 작동자(Laplace operator)) 모터 인가 전압(Va)과 모터 인가 전압의 검출값(Vasns)간의 관계는 다음과 같다.
식(9)를 볼 때 Vasns는 시간 상수(C1●R2)의 제1차 지연 특성을 Va의 R2/R1 분할 전압에 부착하고 결과를 DC바이어스 전압(bias voltage)(V1)에 더하여 얻어진 전압과 같다. 즉, DC 특성과 주파수 특성은 각각 제3도와 제4도에 도시된 바와 같이 된다.
식(9)에서 V1은 A/D 변환기(8f)의 입력 전압 범위(예를들면, 0에서 5V)의 중앙(예를들면, 2.5V)에 설정되는 것이 좋다. 또한, 레지스터 R11-R12-R1, R21-R22-R2, 및 캐패시터 C11-C21-C1에 관해 R2/R1은 Va의 전압 범위(예를들면, -12에서 12V)가 A/D변환기(8f)의 입력 전압 범위(예를들면, 0에서 5V)로 레벨이 변화되는 방법으로 설정된다. 그리고, 제5도에 도시된 바와 같이 차단 주파수 fc=1/(2π●C1●R2)는 PWM 반송주파수(예를들면, 20KHz)보다 충분히 더 낮고 모터 응답함수(예를들면, 수 백Hz)보다 충분히 더 높은 방법으로 설정된다.
이러한 방법에서는 조종 시스템이 제어될 수 있고 사각파 성분이 제거된 모터 인가 전압의 검출값(Vasns)이 A/D 변환기(8f)에 입력될수 있는 안정된 대역폭이 있다.
다음에는 제2도를 참조로 본 실시예에 따른 소프트웨어의 동작을 설명한다. 조종력 보조 전류 표적은 조종토크와 차량 속도를 근거로 계산되고, 모터 각속도 추정치는 모터 인가 전압의 검출값과 모터 전류의 검출값으로 부터 계산되며, 모터 각가속도는 계산된 결과로부터 계산된다. 또한, 각 보상 전류 표적은 계산된 모터 각속도 추정치와 모터 각가속도 추정치로 부터 계산되고, 모터 전류 표적은 계산된 결과로 부터 상기 각 보상 전류 표적과 상기 조종력 보조 전류 표적을 함께 더하여 결정되고, 이 모터 전류 표적의 귀환 제어가 실행된다. 이러한 동작의 개요는 종래의 장치와 같다.
부가하여, 조종력 보조 전류 계산 수단(9)과 전류 제어 수단(10)은 종래의 장치에서와 같은 기능을 갖으므로 그에 대한 설명은 생략된다.
이후, 각 블럭에 대한 동작이 설명된다. 먼저 모터 각속도 계산 수단(11)은 식(4)에 따라 모터 인가 전압의 검출값(Vasns)과 모터 전류의 검출값(Iasns)으로부터 모터 각속도 추정치(W)를 계산한다. 제6도의 흐름도를 참조로 이 과정이 설명된다.
우선, (S61)에서 모터 인가 전압의 검출값(Vasns)과 모터 전류의 검출값(Iasns)의 A/D변환된 데이타가 판독되고, (S62)에서 모터 유도 전압 상수(Ke)와 전기자 레지스턴스(Ra)의 상수 데이타가 ROM으로부터 판독된다. 다음에는(S63)에서 소정의 Iasns-K1 테이블을 참조로 계수(K1)이 (S61)에서 판독된 모터 전류의 검출값(Iasns)으로부터 결정된다.
마지막으로, (S64)에서 모터 각속도 추정치(W)가 식(4), (S63)에서 결정된 K1, 및 아래의 식(10)으로부터 계산되고, 얻어진 추정치(W)는 RAM(8c)에서 저장된다.
여기서는 Iasns-K1 테이블과 K1이 상세히 설명된다.
식(4)에 따라 모터 각속도 추정치(W)를 계산할 때, 전기자 레지스턴스(Ra)에서의 에러에 기인하는 모터 각속도 추정치(W)에서의 에러는 모터 전류(Ia)에 비례하고 식(5)에서 도시된 바와 같이 모터 전류(Ia)에서의 증가와 함께 증가된다. 즉, 모터 각속도 추정치(W)의 오프셋이 모터 전류(Ia)에서의 증가와 함께 증가된다. 그러나, 일반적으로 모터에 인가된 전압이 상수이면 모터 전류(Ia)와 모터 각속도(Wm)간에 모터 각속도(Wm)가 제8도에 도시된 바와 같이 모터 전류(Ia)에서의 증가와 함께 감소되는 관계가 있다.
그래서, 모터(1)를 통해 과도 전류가 흐를때 모터 각속도 추정치(W)는 0으로 제한하는 것이 좋다. 이 때, 모터 전류의 검출값(Iasna)이 소정의 한계값을 넘는 경우 모터 각속도 추정치(W)는 0으로 설정될 수 있지만, 모터 각속도 추정치(2)에서의 급진적인 변화를 피하기 위해 식(4)로 부터 결정된 모터 각속도 추정치(W)를 모터 전류의 검출값(Iasna)=0에 대해 1이고 제7도에 도시된 바와 같이 모터 전류의 검출값(Iasna)에서의 증가과 함께 0에 접근하는 계수(K1)와 곱하는 것이 좋다. 여기서, K1은 모터 전류의 검출값(Iasns)=0에 대해 K1 값이 1이고 적어도 모터(1)의 100% 충격 구동 시간동안 폐쇄 전류(Imax)와 같은 검출값(Iasns)에 대해 0이 되는 그러한 측정에서 실험적으로 선택되는 것이 가장 좋다.
또한, 식(4), K1, 및 모터 전류의 검출값(Iasna)이 W를 계산하는데 사용되지만, 전류 제어 수단(W)의 응답이 충분히 빠른 것으로 간주될 수 있으면 모터 전류의 검출값(Iasna)대신 모터 전류 표적(Ia*)이 사용될 수 있다. 이 때, 계산된 W는 모터 전류의 측정값(Iasns)에 포함된 잡음에 의해 영향을 받지 않는 이점이 있다.
이러한 방법에서, 본 발명의 방법에 따라 모터 각속도 추정치(W)를 결정할 때 사각파 성분은 제거되고, 따라서 소프트웨어 계산이 더 간단해지고 표본화 주파수가 또한 더 낮은 값으로 설정될 수 있다. 부가하여, 전기자 레지스턴스(Ra)에서의 에러에 의해 발생되는 모터 각속도 추정치(W)의 오프셋은 또한 간단하고 효과적으로 제거될 수 있다.
모터 각가속도 계산 수단(12)은 모터 각속도 계산 수단(11)에서 계산된 모터 각속도 추정치(W)로부터 모터 각가속도 추정치(dw/dt)를 계산한다. 이 계산 과정을 제9도의 흐름도와 제10도의 블럭도를 참조로 설명한다. 제10도의 블럭도는 제9도의 흐름도 외에 (S92 내지 S94)의 과정을 기능적으로 더 나타낸다.
우선, 모터 각속도 추정치(W)가 (S91)에서 판독되고, (S92)에서 소정의 차단 주파수(fcl)로 고역 통과 여과가 실행된다. 다음에는 (S93)에서 (S92)의 계산된 결과에 이득(K2)을 곱하고, (S94)에서는 (S93)에서 계산된 결과에 소정의 차단 주파수(fc2)에서 저역 통과 여과가 더 실행되어 dw/dt가 얻어진다. 마지막으로, (S95)에서 dw/dt가 RAM(8C)에 저장된다.
이러한 계산에 의해 제11도의 주파수 특성이 얻어진다.
즉, fcl이 조종 시스템에서 필요로 하는 응답 주파수(예를들면, 5Hz) 부근에서 설정되면, 모터의 관성 감각이 관련된 문제가 되는 주파수 대역에서 20db/dec의 미분 특성은 갖을 수 있다.
또한, fc2가 조종 시스템의 제어를 위해 불필요한 대역(예를들면, 5Hz 이상)을 차단하도록 설정되면, 또한 동시에 모터 각가속도 추정치(dw/dt)의 잠음을 억제할 수 있게 된다.
모터 각가속도 계산 수단(12)에서 이득을 증진시킬 필요가 없을때 단계(S93)는 불필요하고, 이 단계가 생략되면 제12도의 주파수 특성이 얻어진다.
쿨릉 마찰 보상 전류 계산 수단(13)은 조종 시스템의 쿨롱 마찰을 보상하고 모터 각속도 추정치(w)의 차량 속도(Vs)로부터 저속 차량에서의 핸들 복귀 능력과 마찰 감각을 개선하기 위해 쿨롱 마찰 보상 전류 추정치(Ic)를 흐름도를 참조로 설명된다.
먼저, 상술된 바와 같이 계산된 모터 각속도 추정치( )와 소정의 방법으로 계산된 차량 속도(Vs)가 (S131)에서 판독된다.
(S132)에서는 모터 각속도 추정치(W)와 차량속도(Vs)로부터 소정의 테이블에 따라 쿨롱 마찰 보상 전류 표적(Ic)이 결정된다. 마지막으로, 상기의 쿨롱 마찰 보상전류 표적(Ic)이 (S133)에서 RAM에 저장된다.
Ic를 결정하기 위한 테이블은, 예를 들면 제14도에 도시된 바와 같이 차량 속도(Vs)에 따른 한정된 값으로 제한된 전류가 모터 각속도 추정치(W)가 소정의 값(W1)을 넘을 때 W와 같은 방향으로 흐르도록 배열된다. 여기서, 전류의 제한값(Ic1)은 조종 시스템이 모터(1)에 연결되어 발생되는 조종 시스템의 쿨롱 마찰에서의 증가를 보상하도록 토크를 발생시킬 수 있는 방법으로 설정된다.
이러한 방법에서, 모터(1)가 구동기의 조종이나 타이어의 자체 조절 토크에 의해 회전될 때, 한정된 전류는 모터의 회전 방향으로 흐르므로 조종 시스템의 쿨롱 마찰이 줄어든 것과 같은 동작이 가능해진다. 부가하여, 핸들 복귀와 마찰 감각에서의 개선이 가능해진다. 부수적으로, Ic값은 차량 속도(Vs)에 의존하지 않고 일정할 수 있지만, 테이블이 제14도에 도시된 바와 같이 차량 속도(Vs)에서의 증가와 함께 전류값이 감소하도록 배열되면 추후 기술될 높은 차량 속도에서 핸들 복귀 수렴의 악화를 방지할 수 있고, 낮은 차량 속도에서 핸들 복귀가 개선되고, 또한 조종 감각이 더 개선될 수 있다.
유사하게, 상기의 한계값(W1)은 또한 차량 속도(Vs)에 의존하지 않고 일정할 수 있지만, 차량 속도에 따라 변화될 수 있다. 예를 들면, W1이 제14도에 도시된 바와 같이 차량 속도(Vs)에서의 증가와 함께 증가되도록 설정되면 높은 차량속도에서 핸들의 진동이 방지될 수 있다.
점성 마찰 보상 전류 계산 수단(14)은 점성 감각을 조종 감각에 전달하고 특히 높은 속도에서 약화되기 쉬운 핸들 복귀 수렴을 모터 각속도 추정치(W)와 차량 속도(Vs)로 부터 증진시키도록 점성 마찰 보상 전류 표적(Id)을 계산한다. 이 과정을 제15도의 흐름도와 제16도의 특성도를 참조로 설명된다.
먼저, 상술된 바와 같이 계산된 모터 각속도 추정치(W)와 소정의 방법에 따라 계산된 차량 속도(Vs)가 (S151)에서 판독된다. (S152)에서는 소정의 테이블에 따라 모터 각속도 추정치(W)와 차량 속도(Vs)로부터 점성 마찰 보상 전류 표적(Id)이 결정된다. 마지막으로, 상기의 점성 마찰 보상 전류 표적(Id)은 (S153)에서 RAM(8c)에 저장된다.
점성 마찰 보상 전류 표적(Id)을 결정하기 위한 테이블은 예를들면 제16도에 도시된 바와같이 모터 각속도 추정치(W)애 비례하는 전류가 모터 각속도 추정치(W)에 받내 방향으로 통과하도록 배열된다. 이러한 방법에서, 모터(1)가 구동기의 조종이나 타이어 자체 조절 토크에 의해 회전될때, 모터 각속도 추정치(W)에 비례하는 점성 마찰 보상 전류 표적(Id)은 모터(1)의 회전 방향과 반대 방향으로 통과한다.
그 결과로, 조종 시스템의 점성 마찰이 증가되는 것과 같은 동작이 가능해진다. 유압 전력 조종에서 얻어진 것과 같은 점성 감각과 반응 감각을 조종 감각에 전달하는 것에 부구하여, 높은 차량 속도에서의 핸들 복귀 개선이 가능해진다. 또한, 이득(Id/W)이 차량 속도(Vs)애 관계없이 일정할 수 있어도, 테이블이 제16도에 도시된 바와 같이 차량 속도에서의 증가와 함께 상기 이득이 증가하도록 배열되면, 낮은 차량 속도에서 핸들 복귀의 악화가 방지될 수 있다. 중간 및 높은 차량 속도에서는 점성 감각과 반응 감각에 의해 동반되는 조종의 입체 감각이 조종 시스템에 첨가될 수 있고, 핸들 복귀 수렴이 개선될 수 있고, 또한 조종 감각이 더 증진될 수 있다.
관성 보상 전류 계산 수단(15)은 관성 감각을 줄이는데 효과적인 관성 보상 전류 표적(Ij)을 계산한다. 이 과정은 제17도의 흐름도와 제18도의 특성도을 참조로 설명된다. 먼저, 상술된 바와 같이 계산된 모터 각가속도 추정치(dw/dt)와 소정의 방법에 따라 계산된 차량 속도(Vs)가 (S171)에서 판독된다.
(S172)에서는 소정의 테이블에 따라 모터 각속도 추정치(W)와 차량 속도(Vs)로부터 관성 보상전류 표적(Ij)이 결정된다.
마지막으로, 관성 보상 전류 표적(Ij)이 (S173)에서 RAM(8c)에 저장된다.
관성 보상 전류 표적(Ij)을 결정하기 위한 테이블은 예를들면, 제18도에 도시된 바와같이 모터 각가속도 추정치(dw/dt)에 비례하는 전류가 모터 각가속도 추정치(dw/dt)의 방향으로 통과하도록 배열된다. 이러한 방법에서, 모터(1)가 구종기의 조종이나 타이어의 자체 조절 토크에 의해 회전할 때 모터 각가속도 추정치(dw/dt)에 비례하는 관성 보상 전류표적(Ij)언 모터 (1)의 가속 방향으로 통과한다. 따라서, 조종 시스템의 관성 모멘트가 감소되는 것과 같은 동작이 가능해지고, 조종 시스템으로의 모터(1) 연결로 인해 조종 감각의 관성 감각에서의 악화가 방지될 수 있다.
일반적으로 조종력 보조전류 계산 수단(9)에서는 확실하고 확고한 조종 유지력을 구동기애 제공하기 위해 이득(Is/Vt)에 제42도에 도시된 바와 같이 차량 속도(Vs)에서의 증가와 함께 조종 유지력이 증가되지만 조종 시스템의 응답이 나빠지는 효과가 발생한다. 그래서, 이득(Ij/(dw/dt))은 차량 속도(Vs)에 의존하지 않고 일정할 수 있지만, 테이블이 제16도에 도시된 바와같이 차량 속도(Vs)에서의 증가와 함께 이득(Ij/(dw/dt))이 증가되도록 배열되면 상술한 응답의 악화를 보상할 수 있어서 차량 속도(Vs)증가에 따른 응답의 악화없이 구동기에 확실하고 확고한 조종 유지력을 제공할 수 있다.
대조하여, 높은 차량 속도에서의 핸들 복귀의 수렴이 상기의 이득에서의 증가와 함께 악화되는 경우 테이블은 이득이 차량 속도(Vs)에서의 증가와 함께 감소하도록 배열될 수 있다.
모터 전류 표적(Ia*)은 정적으로 조종 토크를 함께 보조하도록 쿨롱 마찰 보상 전류 표적(Ic), 점성 마찰 보상 전류 표적(Id), 관성 보상 전류 표적(Ij), 및 조종력 보조 전류 표적(Is)을 더하여 결정되고 모터(1)는 이러한 모터 전류 표적(Ia*)이 모터 전류의 검출값(Iasna)과 일치하도록 전류 제어 수단(10)에 의한 귀환 제어하에서 구동된다.
상술된 바와같이, 본 실시예에 따라 하드웨어에 의해 검출된 모터 인가 전압으로부터 모터 각속도 추정치(W)를 추정하는 장치가 사용되고 대역 통과 특성이 모터 각속도추정치(W)로부터 모터 각가속도 추정치(dw/dt)를 추정하는 미분동작에 연관되므로, 더 낮은 표본화 주파수에 대해서도 모터 각가속도(dw/dt)와 모터 각속도 추정치(W)를 정확히 계산할 수 있고 종래의 장치와 비교하여 더 값싼 CPU가 사용될 수 있다.
부가하여, 모터 전류(Ia)를 근거로 모터 각속도 추정치(W)를 정정하는 장치 때문에 종래의 장치와 비교하여 모터 각속도 추정치(W)에서 전기자 저항(Ra)의 효과를 줄일 수 있다.
또한, 모터 각속도 추정치(W)를 근거로 쿨롱 마찰을 보상하는 장치때문에 종래의 장치와 비교하여 비용을 증가시키지 않고 특히 낮은 차량 속도에서 핸들 복귀 능력이나 마찰 감각을 개선할 수 있다.
[실시예 2]
상기 제1실시예에서는 모터 각속도 추정치(W)에서 전기자 레지스턴스(Ra)에 포함된 에러의 효과를 억제하기 위해 모터(1)를 통해 과도 전류가 흐를때 모터 각속도 추정치(W)가 0으로 제한된다. 그러나, 큰 조종 토크에 대해서는 빠른 조종이 불가능한 것을 고려하여 모터 각속도 추정치(W)는 조종 토크가 클때 0으로 제한 될 수 있다.
이때, 조종 토크가 소정의 한계값을 넘으면 모터 각속도 추정치(W)가 0으로 설정될 수 있지만, 모터 각속도 추정치(W)에서의 급격한 변화를 피하기 위해 제19도에 도시된 바와같이 제1실시예로 모터 전류(Ia)보다는 조종 토크(Vt)로부터 정정 계수(K1)가 결정될 수 있다.
일반적으로, 전기적으로 동작되는 전력 조종 제어기에 대한 표준은 때때로 각 차량 속도에서 보종 보조 전류 표적(Is)의 최대값에 대한 에러와 함께 주어진다. 그래서, 모터 각속도 추정치(W)를 근거로 쿨롱 마찰 보상 전류 표적(Ic)과 점성 마찰 보상 전류 표적(Id)을 정적으로 조종력 보조 전류 표적(Is)에 더하여 결정된 전류가 모터(1)를 통해 흐르는 경우 모터 각속도 추정치(W)의 오프셋 때문에 전기적으로 동작되는 전력 조종 제어기가 만족스럽지 않게 되는 큰 조종토크(Vt)에 대한 문제점이 있을 수 있지만, 제2 실시예는 이러한 문제점을 확실하게 방지할 수 있다.
[실시예 3]
제1 및 제2 실시예에서는 모터 각속도 추정치(W)에서 전기자 레지스턴스(Ra)에 포함된 에러이효과를 억제하기 위해, 식(4)에 따라 결정된 모터 각속도 추정치(W)가 정정 계수(K1)를 곱하여 배열되지만 소정의 한계값(Wth)이하로 제한되어 배열될 수 있다. 제20도는 제3 실시예에서 모터 각속도 계산 수단(11)의 동작을 설명하는 흐름도이다.
이후, 제20도의 흐름도를 참조로 모터 각속도 계산 수단(11)의 동작을 설명하는 흐름도이다.
이후, 제20도의흐름도를 참조로 모터 각속도 계산 수단(11)의 동작이 설명된다. 먼저, (S201)에서는 모터 전류 검출값(Iasna)과 모터 인가 전압 검출값(Iasna)의 A/D변환된 데이타가 판독되고, (S202)에서는 전기자 레지스텐스(Ra)의 상수 데이타와 모터 유도 전압 상수(Ke)가 ROM(sb)으로부터 판독되고, 또한 (S203)에서는 식(4)에 따라 모터 각속도 추정치(W)가 계산된다.
다음에는(S204)에서 소정의테이블을 참조로(S201)에서 판독되고 모터 전류 검출값(Iasna)으로부터 한계값(WTH)이 결정되고 (S205(m (S206)및 (S203)에서 결정된 모터 각속도 추정치(W)를 상기 한계값(WTH)이하로 제한한다. 마지막으로, (S207)에서는 구해진 추정치(W)를 RAM(8c)에 저장한다.
여기서는 Iasns-Wth 테이블과 Wth가 상세히 설명된다. 식(4)에 따라 모터 각속도 추정치(W)를 계산할때, 전기자 레지스턴스(Ra)에서의 에러로 인한 모터 각속도 추정치(W)에서의 에러는 식(5)에 의해 도시된 바와 같이 모터 전류 표적(Ia)에 비례한다. 따라서, 식(4)로부터 결정된 모터 각속도 추정치(W)가 모터 전류 검출값(Iasna)에서의 증가와 함께 0에 접근하는 한계값(W)이하로 제한되면 큰 모터 전류 표적(Ia)에 대한 모터 각속도 추정치(W)의 오프셋이 제거될 수 있는 것으로 생각된다.
그러나, 일반적으로 모터에 인가된 전압이 일정하면, 제8도에 도시된 바와같이 모터 전류(Ia)에서의 증가와 함께 모터 각속도(Wm)가 감소되는 모터 전류(Ia)와 모터 각속도(Wm)간의 관계가 있다. 그래서, 한계값(WTH)이 부하되지 않은 모터의 100% 충력 구동 시간동안 모터 각속도(Wmax)보다 더 크고 폐쇄전류(Imax)와 같은 검출값(Iasna)에 대해 적어도 0이 되는 측정에서 실험적으로 K1를 설정하는 것이 좋다.
또한, 전류 제어 수단(10)의 응답이 충분히 빠르면 모터 전류 검출값(Iasna)을 대신해 모터 전류 표적(Ia)이 본 실시예에서 사용될 수 있다. 부가하여, WTH는 제2 실시예와 같이 모터 전류 검출값(Iasna)보다 조종 토크(Vt)로 부터 결정될 수 있다.
[실시예 4]
모터 각속도 추정치(W)의 오프셋이 제1 내지 제3 실시예와 같이 정정되어도, 상대적으로 작은 모터 전류 표적(Ia)에 대해 전기자 레지스턴스(Ra)에서의 에러 효과가 모터 각속도 추정치(W)의 계산된 결과에 나타나는 경우가 있다. 그러나, 상술한 바와 같이 전기자 제리스턴스(Ra)에서의 에러로 인한 모터 각속도 추정치(W)에서의 에러가 모터 전류 표적(Ia)에 비례하므로, 이러한 오프셋은 상대적으로 작은(예를들면, 2 내지 3 비트)것으로 고려된다. 그래서, 제1 내지 제3 실시예와 같이 계산된 모터 각속도 추정치(W)(=WTMP)가 소정의 한계값보다 작을때 상기의문제점은 W를 0으로 제한하는 장치에 의해 해결될 수 있는 것으로 고려된다.
모터 각속도 추정치(W)가 본 실시예와 같이 계산되면, 상대적으로 작은 모터 전류에 대해 나타나는 모터 각속도 추정치(W)의 오프셋은 제거될 수 있고, 그에 의해 특히 약간의조종 입력에서 모터 각속도 추정치(W)의 오프셋과 마찰 감각의 증가로 인하여 점성 마찰 보상 전류 표적(Id)이 커지는 문제점이 해결될 수 있다.
[실시예 5]
모터 각속도 추정치(W)의 오프셋이 제1 내지 제4 실시예와 같이 정정되어도 완전한 정정이 이루어지지 않고 오프셋이 남아 있는 경우가 있다. 이러한 경우 제1 내지 제4 실시예와 같이 계산된 모터 각속도 추정치(W) (=WTMP)는 소정의 차단 주파수에서 고역 통과 여과후의 모터 각속도 추정치(W)로 취해질 수 있다. 이러한 방법으로 모터 각속도 추정치(W)의 오프셋이 완전히 제거될 수 있다.
그러나, 이때 모터가 일정한 비율로 회전하면 모터 각속도 추정치는 0이 되므로, 차단 주파수가 낮게 설정되어도 쿨롱 마찰이 불충분하게 보상될 수 있는 우려가 있다. 그래서, 특히 쿨롱 마찰이 관려될때, 고역 통과 여과전에 WTMP를 쿨롱마찰 보상 전류 계산 수단(13)에 제공하고 제23도에 도시된 바와 같이 고역 통과 여과후에 모타 각속도 추정치(W)를 점성 마찰 보상 전류 계산 수단(14)에 제공하도록 배열될 수 있다.
[실시예 6]
제1 내지 제5 실시예에서 설명된 방법에 따라 모터 각속도 추정치(W)를 정정한 후에 모터 각가속도 추정치(d/dt)가 계산될 수 있다. 그러나, 모터 가속도 추정치(W)의 오프셋이 미분에 의해 제거되며로, 모터 각속도 계산 수단(17)에서의 정정후에 모터 각속도 추정치(W)를 쿨롱 마찰 보상 전류 계산 수단(13)과 점성 마찰 보상 전류 계산 수단(14)에 제공되고 제24 도에 도시된 바와같이 정정하기 전에 모터 각속도 추정치(W)을 모터 각가속도 계산 수단(12)에 제공하도록 배열될수 있다. 이러한 방법으로, 모터 각가속도 추정치(dw/dt)가 모터 각속도 추정치(W)의 정정에 의해 나쁘게 영향받는 것을 방지한다.
[실시예 7]
모터 각가속도 계산 수단(12)이 대역 통과 특성을 갖도록 배열되면, 모터 각속도(Wm)의 상대적으로 낮은 주파수에 대해서는 문제가 없지만 더 높은 주파수로는 모터 각가속도 추정치(dw/dt)의 위상이 쉬프트(Shift)되고, 결과적으로 모터 각속도 추정치(W)와 모터 각가속도 추정치(dw/dt)간의 위상 차이가 0으로 점근하게 된다. 한 예로 사인파 조종의 경우로 제25도에서 상기의 문제점이 설명된다.
0 으로 접근하는 위상 차이에 대한 주파수가 조종 시스템의 응답 주파수(예를들면, 수 십 Hz)보다 충분히 더 높으면 문제가 발생되지 않는 반면, 모터 각가속도 추정치(dw/dt)에서의 잡음을 억제하는 이유로 상기 주파수(fc2)가 낮게(예를들면, 5Hz)설정되면 문제점이 발생된다. 예를 들어, 모터 각속도 추정치(W)와 모터 각가속도 추정치(dw/dt)가 위상 차이에서 일치할때, 모터 각속도 추정치(W)에 비례하는 점성 마찰 보상 전류 표적(Id)과 관성 보상 전류 표적(Ij)은 보상 전류가 흐르지 않도록 서로 상쇄된다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 제26도에 도시된 바와 같이, 저역 통과 여과를 더 실행하여 위상을 지연시킨 후에 제1 내지 제6 실시예에서 설명된 바와 같이 결정된 모터 각속도 추정치(W)를 쿨롱 마찰 보상 전류 계산수단(13)이나 점성 마찰 보상 전류 계산수단(14)중 하나에 공급할 필요만있다. 모터 각속도 추정치(W)와 모터 각가속도 추정치(dw/dt)간의 위상차이가 예를들어, 상기 fc2와 같은 주파수에서 논점이 되는 주파수에서 상기 저역 통과 필터의 차단 주파수를 설정하는 것이 좋다. 이러한 방법으로, 모터 각속도 추정치(W)와 모터 각가속도 추정치(dw/dt)가 위상 차이에서 일치되는 것을 방지할 수 있고 각 보상 전류간의 위상 관계가 일반적으로 유지될 수 있다.
[실시예 8]
모터 전류 검출값(Iasna)에 포함된 잡음으로 인하여 모터 각속도 추정치(W)에 불필요한 주파수 성분이 포함될때 잡음이 모터 각가속도 추정치(dw/dt)에도 또한 나타나고 모터 각가속도 계산수단(12)의 주파수 특성 변화에 의해서도 제거될 수 없는 경우가 있다. 이런 경우, 상기 문제점은 제1 실시예와 같이 계산된 모터 각가속도 추정치(dw/dt)(=dw/dt)TMP)가 제27도에 도시된 바와 같이 소정의 한계값 이하일때 w가 0으로 제한되도록 배열되는 조건으로 해결될 수 있는 것으로 고려된다.
본 실시예에서와 같이 모터 각가속도가 계산되면, 모터 각가속도 계산수단(12)의 고역차단 특성으로 인하여 제거될 수 없는 잡음 성분이 제거될 수 있고, 중립 위치 부근에서 핸들의 진동과 같은 문제점이 해결될 수 있다.
[실시예 9]
제1 실시예는 모터 각속도 추정치(w)가 소정의 값(w1)을 넘을때 모터 각속도 추정치(w)와 같은 방향으로 차량속도(Vs)에 따라 한정된 값에 제한된 전류(Ic)가 흐르도록 배열되었다.
여기서, 모터 각속도 추정치(W)에 포함된 잡음을 고려하면, 더 큰 W1값에 대해 여러 동작이 덜 일어나기 쉬운 것같이 보인다. 그러나, 더 큰 W1값에 대해 조종 시스템의 쿨롱 마찰은 충분하게 보상되지 않아 특히 낮은 차량 속도에서 핸들이 중립위치로 완전히 복귀될 수 없는 문제가 발생된다. 이러한 경우, 제28도에 도시된 바와 같이 자기 이력성을 한계값에 부여하는 것이 좋다.
본 실시예와 같이 쿨롱 마찰 보상 전류 표적(Ic)이 계산되면, 낮은 차량 속도에서 핸들 복귀를 악화시키지 않고 모터 각속도 추정치(W)에서의 잡음 성분이 Ic에 영향을 주는 것을 방지할 수 있다.
[실시예 10]
제1 실시예에서 차량 속도(Vs)에 따라 한정된 값에 제한된 전류(Ic)는 모터 각속도 추정치(W)가 소정이 값(W1)을 넘을때 모터 각속도 추정치(W)의 같은 방향으로 흐르도록 배열되지만, 이득(Ic/W)은 차량 속도(Vs)와 모터 각속도 추정치(W)에 따라 변할 수 있다.
예를 들면, 제29도에 도시된 바와같이 W=0 부근의 Ic가 모터 각속도 추정치(W)에 상대적으로 소정의이득에 부드럽게 상승하도록 설정되면, 중립 핸들 위치 부근 모터 전류 표적에서의 급격한 변화가 방지될 수 있고 또한 핸들의 진동과 같은 문제점이 방지될 수 있다. 부가하여, 예를들면 제30도에 도시된 바와 같이 W=0 부근의 Ic가 증가되도록 설정되면, 조종 시스템에서 정적으로 마찰의 효과가 어느 정도 완화될 수 있다.
[실시예 11]
제1 실시예에서는 모터 각속도 추정치(W)에 따라 조종시스템에서의 쿨롱 마찰이 보상되도록 배열된다. 다른 말로 하면, 모터가 회전하기 시작하지 않으면 마찰을 보상히기 위해 전류가 흐르지 않아 정적 마찰이 보상되지 않는다. 따라서, 수개의 구동기가 특히 낮은 차량 속도에서 자연스럽게 핸들 복귀가 되지 않는다. 본 발명에서는 조종 각도를 검출하는 수단이 제공되지 않기 때문에 정적마찰이 완전하게 보상될 수 없지만, 정적 마찰 보상 전류가 모터 각속도 추정치(W)의 미분값에 따라 계산되도록 배열되면 정적 마찰의 효과는 완화될 수 있다.
제31도는 본 실시예에서 정적 마찰 보상을 나타내는 블럭도이다. 제32도는 소프트웨어의 동작을 설명하는 흐름도이다. 먼저, (S321)에서 모터 각속도 추정치(W)와 차량 속도(Vs)가 판독된다. 미분 계산수단(19)에서는 (S322)에서 모터 각속도 추정치(W)를 미분하고 상승 모서리를 추출한다. 여기서 Wedg는 미분된 모터 각속도 추정치(W)이다. 마지막으로, (S323)에서 정적 마찰 보상 전류 계산 수단(20)의 소정의 테이블에 따라 wedg와 Vs로부터 정적 마찰 보상 전류 표적이 결정되고, (S324)에서 정적 마찰 보상 저류 표적(1f)이 RAM(8c)에 저장된다
정적 마찰 보상 전류 표적(If)을 결정하기 위한 테이블은 예를들여, 제33도에 도시된 바와같이 Wedg가 소정의 값(Wedge1)을 넘을때 차량 속도(Vs)에 딸 한정된 값에 제한된 전류가 wedg와 같은 방향으로 흐르도록 배열된다. 여기서, 전류의 제한값(If1)은 모터로의 연결에 의해 증가되는 조종시스템의 정적 마찰을 보상하도록 토크가 발생되는 방법으로 설정된다.
이러한 방법에서 모터(1)가 구동기의 조종이나 타이어의 자체 조절 토크에 의해 회전되면, 모터(1)의 회전 방향으로 짧은 주기동안 전류가 흘러 조종 시스템의 정적 마찰이 줄어든 것과 같은 동작이 가능해져, 그 결과 제1 실시예보다 더 핸들 복귀 능력과 마찰 감각이 개선된다.
또한, 정적 마찰 보상 전류 표적(If)이 차량 속도(Vs)에 의존하지 않고 일정할 수 있지만, 제33도에 도시된 바와같이 차량 속도(Vs)에서의 증가와 함께 전류값이 감소되도록 테이블이 배열되면, 높은 차량 속도에서 핸들 복귀에서의 수렴 약화가 방지될 수 있고 낮은 차량 속도에서의 핸들 복귀 능력이 개선되고, 또한 조종 감각이 더 증진될 수 있다.
유사하게, 상술한 한계값(Wedg1)은 또한 차량속도(Vs)에 의존하지 않고 일정할 수 있지만 차량 속도에 따라 변화될 수 있다. 예를들면, Wedg 1이 제33도에 도시된 바와같이 차량 속도(Vs)에서의 증가와 함께 증가하도록 설정되면, 높은 차량 속도에서 핸들의 진동이 방지될 수 있다.
제31도에 도시된 바와같이 모터 전류 표적(Ia*)은 이러한 방법으로 결정된 정적 마찰 보상 전류 표적(If)을 쿨롱 마찰 보상 전류 계산수단(13)에서 차량 속도(Vs)와 모터 각속도 추정치(W)로부터 결정된 쿨롱 마찰 보상 전류 표적(Ic)에 부가하여 계산된다. 이때, 모터(1)는 제11실시예와 유사하게 이어지는 과정 이하에 제어된다.
또한, 본 실시예에서 Wedg를 근거로 정적 마찰 보상 전류 표적(If)가 계산되어도, 예를들면 제34도에 도시된 바와같이 미분 계산 수단(19)에서 쿨롱 마찰 보상 전류 표적(Ic)을 처리하여 얻어진 모서리가 증진되도록 배열되면 유사한 이점이 얻어질 수 있음을 당연하다.
이러한 방법에서 본 실시예는 모터 각속도 추정치( W)의 상승 모서리에 응답하여 전류가 모터(1)를 통해 흐르도록 배열되므로 조종 시스템에 모터(1)를 연결함에 의해 증가되는 조종 시스템의 정적 마찰 보상이 가능해지고, 그 결과 제1 실시예보다 더 나은 조종 감각이 얻어질 수 있다.
[실시예 12]
제1 실시예에서, 모터 각속도 추정치(W)에 비례하는 점성 마찰 보상 전류 표적 (Id)은 모터 각속도 추정치(W)와 반대되는 방향으로 흐르도록 배열되지만, 이득(Id/W)차량 속도(Vs)와 모터 가속도 추정치(W)에 따라 변할 수 있다.
예를 들면, 제35도에 도시된 바와같이 W=0 부근의 점성 마찰 보상 전류 표적(Id)이 모터 각속도 추정치(W)에 상대적인 소정의 이득에서 부드럽게 상승하도록 설정되면, 핸들 중립 부근의 점성 마찰 보상 전류 표적(Id)은 줄어들수 있고 긴급 조정시의 점성 마찰 보상 전류 표적(Id)이 제1 실시예와 비교하여 증가될 수 있다. 그 결과로, 마찰 감각의 악화가 방지될 수 있고, 긴급 조종동안 확실한 반응 감각과 마찰 감각이 제공되고, 또한 높은 차량 속도에서 핸들 복귀의 수렴에서의 개선이 가능해진다.
상기 이득이 증가하고 모터 각속도 추정치(W)에서 모터 각가속도(dw/dt)에 민감하지 않은 구역(Dd)이 차량 속도에서의 증가와 함께 감소하도록 테이블이 배열되면, 중간 및 낮은 차량 속도에서의 마찰 감각과 핸들 복귀의 악화가 방지될 수 있고, 또한 높은 차량 속도에서의 수렴과 마찰 감각의 개선이 가능해져 조종 감각이 더욱 개선된다.
[실시예 13]
제1 실시예에서, 모터 각가속도 추정치(dw/dt)에 비례하는 관성 보상 전류 표적(Ij)은 모터 각가속도 추정치(dw/dt)의 방향으로 흐르도록 배열되지만, 이득(Ij/(dw/dt))은 차량 속도(Vs)와 모터 가속도 추정치(W)에 따라 변할 수 있다.
예를 들어, 제36도에 도시된 바와같이 dw/dt=0 부근의 관성 보상 전류 표적(Ij)이 모터 각가속도 추정치(dw/dt)에 상대적인 소정의 이득에서 부드럽게 상승하도록 설정되면, 핸들 중립 부근의 관성 보상 전류 표적(Ij)은 감소될 수 있고, 긴급조종 동안 관성 보상 전류 표적(Ij)은 제1실시예와 비교하여 증가될 수 있다. 그 결과로, 핸들 중립 부근의 핸들 진동이 방지될 수 있고 긴급 조종 동안의 관성 감각이 개선될 수 있다.
상기 이득이 증가하고 관성 보상 전류 표적(Ij)에서 모터 각가속도(dw/dt)에 민감하지 않은 구역(Dj)이 차량 속도에서의 증가와 함께 감소되도록 배열되면, 핸들 중립 부근의 핸들 진동이 중간 및 낮은 차량 속도에서 방지될 수 있고 중간 및 높은 차량 속도에서 관성 감각이 개선될 수 있어 조종 감각이 더 개선된다.
높은 차량 속도에서의 핸들 복귀 수렴이 악화되거나 핸들이 핸들 중립 부근에서 상기 이득에서의 증가와 함께 진동하는 경우에는, 반대로 이득이 감소되고 민감하지 않은 구역이 차량 속도에서의 증가와 함께 증가되도록 테이블이 배열될 수 있다.
[실시예 14]
제1실시예는 미분 증폭기를 이용해 모터 인가 전압을 검출하고 A/D 변환기(8f)를 통해 CPU(8a)에 입력되도록 배열되지만, 각 단자 전압을 A/D변환기(8f)에 입력하고 CPU(8a)에서 모터 인가 전압을 계산하는 장치도 또한 허용될 수 있다.
제37도는 본 실시예에서 제어기의 하드웨어 블럭도를 도시한다. 같은 기호는 제1 실시예와 같거나 유사한 부품에 부착된다. 모터 전류 검출 신호(4)는 추후 기술될 A/D 변환기(8f)에 입력하기 위해 모터(1)을 통해 흐르는 전류를 소정의 전압으로 변환하도록 배열된다. 또한, 모터 전류 검출 회로(4)는 증폭 회로(4c)를 이용해 모터(1)에 직렬로 연결된 전압 검출 레지스터(4a)의 양 끝간의 전압을 증폭하도록 구성된다.
차단 주파수가 모터를 구동하는 PWM반송 주파수보다 더 낮은 소정의 저역 통과 특성을 갖는 모터 단자 전압 검출 회로(21)는 모터(1)의 단자 전압(Va)을 소정의 전압 레벨로 변환하고 이를 A/D 변환기(8f)에 입력하도록 동작한다.
레지스터(21a 내지 21f)와 캐패시터(21g 내지 21h)는 필터상수를 결정한다. 부수적으로, 상술된 것 외의 부품은 제1 실시예와 같으므로 설명이 생략된다.
제38도 및 제 39도는 각각 모터 단자 전압 검출 회로(21)의 DC특성과 주파수 특성을 도시한다.
제40도는 모터 단자 전압으로부터 모터 인가 전압을 계산하는 소프트웨어의 동작을 설명하는 흐름도이다.
여기서는 모터 단자 전압 검출 회로(21)가 상세히 설명된다. 제37도에서 회로 상수를 다음과 같이 설정하면:
s 영역(s: 라스플라스 작동자)에서 검출된 모터 단자 전압값의 V11 및 V12 간과 V21 및 V22 간의 관계는 다음식(15)와 (16)에서와 같이 표현된다.
그리고,
여기서,
이다.
식(15)와 (16)은 (V21) 및 (V22)가 (V11) 및 (V21)을 각각로 나누고, 이에 시간 상수의 제1차 지연 특성을 부착하고, 또한 이를 DC 바이어스 전압(bias voltage)에 더함으로서 얻어진 전압임을 나타낸다. 즉, DC 특성과 주파수 특성은 각각 제38도와 제39도에 도시된 바와 같이 얻어진다.
식(15)와 (16)에서 Vcc를 일정한 전압(예를들면, 5V)으로 놓으면, 레지스터(R3), (R4)및 (R5)는 (V11)및 (V21)의 전압 범위(예를들면, -12에서 12V)가 A/D 번환기(8f)의 입력 전압범위(예를들면, 0에서 5V)로 레벨 변화되는 방법으로 설정된다.
(V11)및 (V21)도 또한 모터 인가 전압(Va)과 같이 사각파로 변하므로, 캐패시터(C2)는 차단 주파수 fc = 가 PWM 반송 주파수(예를들면, 20KHz)보다 충분히 더 낮고 모터 응답 주파수(예를들면, 수백HZ)보다 충분히 더 높은 방법으로 설정된다. 이러한 방법에서는 조종시스템의 제어를 허용하는 대역폭이 안전하게 되고, (V11)및 (V21)의 각 사각파 성분을 제거하는 검출된 모터 단자 전압값(V12)및 (V22)이 A/D 변환기(8f)로 입력될 수 있다.
다음에는 (V11)과 (V12)로부터 모터 인가 전압(Va)을 계산하는 방법이 설명된다. 식(15)와 (16)에 최종값 정리를 적용하면, (V12)와 (V22)는 각각 다음식(18)과 (19)에서 DC구성상에 표현된다.
그리고,
제37도에서 보면
이므로, 모터 인가 전압(Va)은 식(18) 및 (19)를 식(20)에 대입하여 다음식(21)으로부터 결정된다:
즉, 식(21)을 근거로 CPU(8a)에서 검출된 모터 단자 전압값(V12)및 (V22)로부터 로터 인가 전압(Va)을 계산할 필요만 있다.
또한, 검출된 모터 단자 전압(V12)및 (V22)로부터 모터 인가 전압(Va)을 결정하는 소프트웨어 동작이 제40도의 흐름도에 따라 설명된다. 먼저, (S401)에서 검출된 모터 단자 전압값(V12)및 (V22)의 A/D변환된 데이타를 판독한다.
(S402)에서는 식(21)에 따라 모터 인가 전압(Va)이 계산된다.
마지막으로, 모터 인가 전압(Va)의 계산된 값은 (S403)에서 RAM(8c)에 저장된다.
이어서, 이 방법으로 계산된 모터 인가 전압(Va)을 이용해 모터 각속도 추정치(W)와 모터 각가속도 추정치(dw/dt)를 계산하고 제1 실시예와 같이 모터(1)를 제어하는 것이 좋다.
상술된 바와 같이 본 실시예에 따라, 모터의 PWM구동에 수행되는 사각파 성분이 제거된 모터 단자 전압이 하드웨어를 이용해 검출되고 모터 인가 전압이 소프트웨어를 이용해 계산될 때의 장치때문에 제1실시예와 대조하여 OP증폭기가 생략될 수 있고 고속 CPU가 사용될 필요가 없다.
또한, 제1 실시예의모터 인가 전압 검출 회로(5)에서, OP 증폭기(5j)를 이용해 모터 단자 전압의 공통 모드(common mode)가 제거되므로, 모터의 각 단자 전압이 같은 위상에서 변할때, 예를들면 전력 MOSFET(7a 내지 7d)가 OFF상태인 경우 모터선이 접지된 때의 불이행 상태가 검출될 수 없어도 모터 단자 전압 검출회로(21)릉 이용해 모터의 각 단자 전압이 CPU(8a)에서 주시될 수 있어서, 상술된 불이행의 검출이 가능해지고 불이행을 검출하는 능력이 개선된다.
모터의 불이행을 검출하도록 모터 인가 전압 검출되로(5)를 사용할때, 제1 실시예와 같이 불이행을 검출하는 능력을 증진시키도록 전원측에 전류 검출 레지스트(4a)를 성치하는 것이 양호하다. 그러나 본 실시예의 모터 단자 전압 검출회로(21)의 사용으로 전류 검출 레지스터(4a)는 모터에 직렬로 연결될 수 있고 표본화 유지 회로(4b)가 생략될 수 있어서 비용 절약이 가능해진다.

Claims (17)

  1. 조종 시스템에 연결된 모터, PWM변조된 제어 신호를 근거로 상기 모터를 제어하고 구동하는 PWM제어수단, 저역 통과 특성을 이용하여 상기 PWM 반송 주파수 성분을 제거한 후에 상기 모터에 인가된 검출 전압을 소정의 레벨로 변환하고 차단 주파수가 상기 제어 신호에 포함된 PWM반송 주파수 이하로 설정되는 결과 전압을 출력하도록 저역 통과 특성을 갖는 모터인가 전압 검출 수단, 검출된 모터 인가 전압를 근거로 상기 모터의 각속도를 추정하는 각속도 추정 수단, 및 각속도의 추정된 결과에서 상기 모터의 전류 표적을 계산하는 전류값 계산수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 전기적인 전력 조종장치.
  2. 조종 시스템에 연결된 모터, PWM변조된 제어 신호를 근거로 상기 모터를 제어하고 구동하는 PWM제어수단, 저역 통과 특성을 이용해 상가 PWM반송 주파수 성분을 제거한 후에 상기 모터의 검출된 단자 전압을 소정의 레벨로 변환하고 차단 주파수가 상기 제어 신호에 포함된 PWM반송 주파수 이하로 설정되는 결과의 전압을 출력하도록 저역 통과 특성을 갖는 모터 단자 전압 검출 수단, 검출된 모터 단자 전압을 근거로 상기 모터의 각속도를 추정하는 각속도 추정수단, 및 각속도의 추정된 결과에서 상기 모터의 전류 표적을 계산하는 전류값 계산수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 전기적인 전력 조종 장치.
  3. 제1항에 있어서, 모터 각속도 추정치가 싱기 모터를 통한 전류에 따라 소정의 값이하로 제한되는 것을 특징으로 하는 전기적인 전력 조종장치.
  4. 제1항에 있어서, 모터 각속도 추정치가 조종 토크에 따라 소정의 값이하로 제한되는 것을 특징으로 하는 전기적인 전력 조종 장치.
  5. 제1항에 있어서, 모터 각가속도의 계산된 결과가 소정의 값이하이면 모터 각속도 추정치가 0으로 제한되는 것을 특징으로 하는 전기적인 전력 조종 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 PWM반송 주파수가 소정의 주파수 이상이면 모터 각속도 추정치에 고역 통과 여과가 행해지는 것을 특징으로 하는 전기적인 전력 조종 장치.
  7. 제1항에 있어서, 모터 각속도 추정치를 미분하여 모터 각가속도가 추정되는 것을 특징으로 하는 전기적인 전력 조종장치.
  8. 제7항에 있어서, 미분 처리가 대역 통과 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 전기적인 전력 조종 장치.
  9. 제8항에 있어서, 미분 처리시 대역 통과 특성의 높은 범위 차단 주파수와 거의 같은 차단 주파수를 갖는 저역 통과 여과가 모터 각속도 추정치에 행해지는 것을 특징으로 한 전기적인 전력 조종 장치.
  10. 제7항에 있어서, 계산된 결과가 소정의 값이하이면 모터 각가속도 추정치가 0으로 제한되는 것을 특징으로 하는 전기적인 전력 조종 장치.
  11. 제3항에 있어서, 모터 각속도 추정치가 조종 제어 시스템에 양적으로 귀환되고, 양적 귀환에 따라 통과하는 모터 전류가 조종 시스템의 마찰을 근거로 소정의 값이하로 제한되는 것을 특징으로 하는 전기적인 전력 조종 장치.
  12. 제11항에 있어서, 모터 각속도 추정치의 양적 귀환에 따라 모터 각속도 추정치를 제한할때, 모터 전류값 또는 모터 각속도의 양적 귀환이득이 상기 모터 각속도 추정치와 상기 차량 속도 중 적어도 하나에 의존하여 변화되는 것을 특징으로 하는 전기적인 전력 조종 장치.
  13. 제11항에 있어서, 상승 시간에 모터 각속도 추정치의 양적 귀환에 따라 통과하는 모터 전류를 증가시키기 위한 미분 수단이 제공되는 것을 특징으로 하는 전기적인 전력 조종 장치.
  14. 제3항에 있어서, 각속도를 근거로 하는 조종 제어가 모터 각속도 추정치의 음적 귀환에 의해 실행되는 것을 특징으로 하는 전기적인 전력 조종장치.
  15. 제14항에 있어사, 상기 모터 각속도 추정치의 음적 귀환 이득이 상기 모터 각속도 추정치와 상기 차량 속도 중 적어도 하나에 의존하여 변환되는 것을 특징으로 하는 전기적인 전력 조종 장치.
  16. 제3항에 있어서, 상기 모터 각가속도를 근거로 하는 조종 제어가 상기 각가속도 추정치의 양적 귀환에 의해 실행되는 것을 특징으로 하는 전기적인 전력 조종 장치.
  17. 제16항에 있어서, 상기모터 각가속도 추정치의 양적 귀환 이득이 상기 모터 각가속도 추정치의 상기 차량 속도 중 적어도 하나에 의존하여 변화되는 것을 특징으로 하는 전기적인 전력 조종 장치.
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