KR0182365B1 - 전동파워 스티어링장치의 제어장치 - Google Patents

Abstract

핸들의 조향속도에 의한 조향감각의 부조화를 제거하고 핸들의 수렴성도 향상시킬수 있는 전동파워 스티어링시스템의 제어장치를 제공한다.

전동파워 스티어링장치의 제어장치는, 조향계에 인가되는 조향토크를 검출하는 조향토크 검출수단(20)과 상기 조향계에 연결되는 모터(10)과, 상기 조향토크검출수단(20)의 출력을 상기 모터(10)의 회전속도에 의해 위상보상한 값을 사용해서 모터(10)를 제어하는 제어수단으로 구성된다.

상기 제어수단은 상기 조향토크검출수단(20)의 출력으로부터 상기 모터(10)에 공급해야 할 목표전류를 결정하는 목표전류결정수단(25)과 상기 조향토크검출수단(20)의 출력과 상기 모터(10)의 회전속도로부터 위상보상치를 구하는 위상보상수단(21)으로 구성되고, 상기 목표전류가 상기 위상보상치에 의해 보정된다.

Description

전동파워 스티어링장치의 제어 장치

제1도는 본 발명의 제1실시예에 따라 전동파워 스티어링장치를 위한 구성을 표시하는 블록도.

제2도는 본 발명의 제1실시예의 동작을 설명하기 위한 플로차트.

제3도는 본 발명의 제1실시예에서의 모터 회전속도와 게인의 관계를 나타내는 특성도.

제4도는 본 발명의 제2실시예의 구성을 표시하는 블록도.

제5도는 본 발명의 제2실시예의 동작을 설명하기 위한 플로차트.

제6도는 본 발명의 제2실시예에서의 모터 회전속도와 위상보상출력의 제한치의 관계를 나타내는 특성도.

제7도는 본 발명의 제3실시예의 동작을 설명하기 위한 플로차트.

제9도는 본 발명의 제3실시예에서의 모터 회전속도와 게인과 주파수의 관계를 표시하는 특성도.

제10도는 본 발명의 제4실시예에서의 모터 회전속도와 게인과 히스테리시스의 관계를 표시하는 특성도.

제11도는 본 발명의 제5실시예에서의 핸들복귀시의 조향토크와 조향속도의 관계를 표시하는 특성도.

제12도는 본 발명의 제5실시예의 동작을 설명하기 위한 플로차트.

제13도는 본 발명의 제6실시예에서의 모터 회전속도와 게인의 관계를 표시하는 특성도.

제14도는 본 발명의 제7실시예의 조향토크와 모터 전류와 조향속도의 관계를 표시하는 특성도.

제15도는 본 발명의 제7실시예의 동작을 설명하기 위한 플로차트.

제16도는 종래의 전동파워 스티어링장치의 구성을 표시하는 개략도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 모터 20 : 조향토크검출수단

21 : 위상보상수단 21a : 위상보상연산수단

21b : 게인승산수단 22 : 위상보상수단

22a : 위상보상연산수단 22b : 위상보상출력제한수단

23 : 모터회전속도검출수단 24 : 모터전류검출수단

25 : 목표전류결정수단 28 : 모터출력결정수단

29 : 모터출력수단

이 발명은 입력 신호를 위상 보상한 값을 사용해서 모터를 제어하는 제어장치에 관한 것으로, 특히 차량의 조향을 동력으로 하여 차량운전자를 돕는 전동파워 스티어링장치의 모터를 제어하는 제어장치에 관한 것이다.

종래, 입력신호를 위상 보상한 값을 사용해서 모터를 제어하는 제어장치에는, 예를 들면, 자동차의 차량의 입력에 의한 조향을 동력에 의해 조성하는 전동파워 스티어링 장치의 모터를 제어하는 제어장치가 알려져 있다.

이와 같은 전동파워 스티어링 제어장치의 시스템을 제16도를 사용해서 설명한다.

제16도에서, 1은 차량운전자에 의한 조향회전력을 받는 핸들이고, 이 핸들(1)에는 제1조향축(2a)의 일단이 연결되어 있다.

제1조향축(2a)에는 토크센서(9)가 부착되고 핸들(1)에 가해진 회전력(조향토크)은 토크센서(9)에 의해 검출되고, 이 회전력에 따른 전기신호가 출력된다.

제1조향축(2a)의 타단에는 유니버셜조인트(3a)를 통해서 제2조향축(2b)의 일단이 연결되고, 이 제2조향축 (2b)의 타단에는 유니버셜조인트(3b)를 통해서 피니온축(4)에 연결되어 있다. 피니온축(4)은 랙축(5)의 랙톱니부(5a)와 맞물려 있는 랙축(5)의 양단은 볼조인트(6a),(6b)를 통해서 한 쌍의 타이로드(7a),(7b)에 각각 연결되고, 각 타이로드(7a),(7b)는 도시하지 않은 차륜의 회전축에 연결되어 있다.

제1조향축(2a)은 제1 및 제2기어(8a),(8b)로 된 감속기구(8)를 통해서 모터(10)에 연결되고 대직경의 제1기어(8a)는 토크센서(9)의 하측에서 제1조향축(2a)에 접속되고, 소직경의 제2기어(8b)는 클러치(11)를 통해 모터(10)의 회전축에 접속되어 있다.

12는 전동파워 스티어링 장치의 콘트롤유닛이고, 토크센서(9)의 전기신호에 따라 모터(10)의 출력 및 클러치(11)의 단속을 제어한다.

모터(10)의 출력은 클러치(11)를 통해서 감속기구(8)의 제2기어(8b)에 전달되어 핸들(1)에 의한 조향을 돕는다.

또 클러치(11)는 모터(10)와 감속기구(11)의 제2기어(8b)간을 단속하고, 콘트롤유닛(12)에 의해 제어된다.

더구나 이와같은 전동파워 스티어링장치에 있어서 토크센서(9)의 미분출력의 기능으로 모터(10)의 관성 또는 감속기구(9) 등을 포함하는 전동 기구의 응답지연을 보상하는 수단이 일본국 특공평 4-72749 호, 일본국 특개소 62-255269 호 등에 여러 가지 제안되어 있다.

그러나 그러한 종래기술은 토크센서(9)와 관련된 문제를 내포하고 있다.

특히 일반적으로 토크센서(9)는 스프링의 꼬임에 의해 회전력을 검출하도록 고안되어 있다.

즉 핸들(1)이 토크센서(9)의 스프링 위에 있고, 모터(10)가 스프링의 하부에 붙어 있다. 때문에 토크센서(9)의 미분출력만을 사용해서, 모터(10)의 관성을 보상하는 경우, 핸들(1)의 회전속도에 따라 토크센서(9)보다 상측에 있는 핸들(1)의 관성이 중대하고 핸들(1)의 오버슈트량이 증가하는 등의 악영향이 발생하였다.

예를 들면 핸들(1)의 회전(조향)속도에 따라서는 토크센서(9)의 미분출력의 게인이 상승하는 동시에, 핸들(1)의 관성이 중개해서 핸들(1)이 불안정한 상태가 됨에 따라 종종 운전자에게 불안감을 주는 경우가 있다.

게다가 토크센서(9)의 미분출력 게인의 상승에 의해 핸들(1)의 관성력이 중대하고 그 결과 핸들(1)을 재빨리 돌렸을 때 핸들(1)의 감각이 약화되는 경우가 있다.

더구나, 차량 주행시에 핸들(1)을 잡고 있는 상태에서 손을 놓을 경우, 핸들(1)은 셀프얼라이닝토크(self-aligning torgue)에 의해 중립위치로 되돌아가려고 회전한다.

또 토크센서(9)의 미분출력이 핸들(1)을 중립으로 되돌리는 방향으로 발생한다.

이 미분출력에 따라 조절되는 모터(10)의 조력은(assistant force)핸들(1)의 회전을 용이하게 하는 방향으로 발생하므로 핸들(1)의 관성력이 토크센서(9)의 미분출력에 의한 모터(10)의 조력에 의해 증대한다.

따라서, 핸들(1)의 되돌아가는 속도가 가속되어 핸들(1)의 핸들중립위치에서 오버슈트하는 량이 커져서 핸들(1)의 조속한 수렴(중립위치로의 복귀)을 방해하고 있었다.

본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 된 것으로, 핸들의 조향속도에 의한 조향감각의 부조화를 제거할 수 있고 동시에 핸들의 수렴성도 향상시킬 수 있는 전동파워스티어링장치의 제어장치를 제공하는데 있다.

본 발명에 의하면, 전동파워 스티어링장치의 제어장치는 조향계에 인가되는 조향토크를 검출하는 조향토크검출수단과, 상기 조향계에 연결되는 모터와, 상기 조향토크 검출수단의 출력을 상기 모터의 회전속도에 의해 위상보상하여 얻어진 수치를 근거하여 이 모터를 제어하는 제어수단으로 구성한다.

모터의 회전속도가 늦을 때는 핸들을 천천히 돌리고 있는 상태 또는 핸들을 잡고 있는 상태 또는 핸들을 놓았을 때 셀프얼라이닝토크 등에 의해 핸들이 돌려져 있지 않은 상태에 있으며, 이 상태에서는 조향토크를 위한 위상보상처리중의 위상 보상치는 높은 수치로 되어 있으므로 조향토크의 미분성분에 의한 모터출력의 보정은 핸들의 되돌림 또는 핸들의 회전증가가 용이해지고 핸들조향을 원활하게 할 수 있다.

본 발명에 언급될 형태의 제어수단은, 상기 조향토크검출수단의 출력으로부터 모터로 공급해야 할 목표전류를 결정하는 목표전류결정수단과, 상기 조향토크검출수단의 출력과 상기 모터의 회전속도로부터 위상보상치를 구하는 위상보상수단으로 구성되고 목표전류는 위상보상치에 따라서 보정되어진다.

이런 상태에서 모터회전속도가 빠를 때는 핸들을 재빨리 돌리고 있는 상태 또는 주행 중에 운전자의 손을 핸들로부터 떼었을 때에 셀프 얼라이닝 토크수단에 의해 핸들이 중앙으로 되돌려 있는 상태가 된다.

이런 경우에는 조향토크의 위상보상처리중의 유상 보상치는 작게 설정되어 있으므로 조향토크의 미분성에 의한 모터출력의 보정치는 0 에 가까운 값으로 된다.

이와같은 이유로 핸들을 놓으므로 인해 핸들이 복귀되는 상태일 때, 핸들의 관성에 의해 핸들의 회전증가방향에 토크 미분출력이 발생한다 할지라도 모터출력의 보정량이 작으므로, 그 결과 과도한 어시스트 없이, 핸들의 수렴성이 향상된다.

이에 부가하여 모터의 회전속도에 따라 조향토크의 위상보상치가 가변되도록 하게 되어 있으므로 핸들의 원활한 수렴이 가능하다.

본 발명에 언급될 형태의 위상 보상수단은, 조향토크검출수단의 출력의 변화량과 미리 정해진 계수를 사용해서 위상 보상치를 연산하는 위상보상연산수단과, 위상 보상치에 의해 모터의 회전속도가 결정되는 게인을 승산함으로써 토크 보상출력을 결정하는 게인승산수단으로 구성되어진다.

이런 구성에 의해, 모터 회전속도가 빠를 때는, 조향토크를 위한 위상보상처리중의 미분게인은 작아지게 되어 있으므로 그 결과 조향토크의 미분성분에 의한 모터출력의 보정치는 0 에 가까운 값에 접근한다.

이와같은 이유로 핸들을 놓음으로써 핸들의 복귀상태일 때, 핸들의 관성에 의해 핸들의 회전증가방향으로 토크미분출력이 발생한다 할지라도 모터 출력의 보정량이 작으므로, 과도한 어시스트 없이 핸들의 수렴성이 향상된다.

이에 부가하여 모터의 회전속도에 따라 조향토크의 미분게인이 가변되고 있으므로, 핸들의 원활한 수렴이 가능하다.

더구나 핸들이 재빨리 되돌려지고 있을 때에도 핸들의 조향속도에 따라서 조향토크의 미분게인이 변화하고 있으므로 핸들이 부조화된 감각을 주는 불안정성이 발생하지 않는다.

본 발명에 언급되어질 더 나은 형태의 제어수단은, 상기 모터의 회전속도에 따라 상기 위상보상수단의 출력을 제한하는 위상보상출력 제한수단을 추가적으로 더 구비하는 것으로 이 제한수단에 의해 모터 회전속도가 늦을 때는 조향토크의 미분출력이 충분한 효과가 있게 하기 위해 모터 출력이 보정이 되도록 조향토크의 미분출력의 제한을 작은 수치로 고정시키고, 그 결과 핸들의 되돌림이나 핸들의 회전증가가 핸들 조향을 원활하게 할 수 있게 한다.

한편 모터회전속도가 빠를 때는, 조향토크의 미분출력의 제한을 그대로 하고, 조향토크의 미분출력에 의한 모터출력의 보정치를 0 에 가까운 값으로 하도록 조향토크 미분출력의 제한을 크게 한다.

따라서 핸들을 놓음으로써, 핸들의 복귀상태일 때 핸들의 관성에 의해 핸들 회전 증가 방향에 토크미분출력이 발생한다 할지라도 미분출력에 의한 모터출력의 보정량이 제한되어, 과도한 어시스트 없이, 핸들의 수렴성이 향상된다.

더구나, 모터의 회전속도에 따라 조향토크의 미분출력의 제한이 변화하고 있으므로, 핸들의 원할한 동작이 가능해진다.

더 나아가 핸들이 재빠르게 복귀상태로 될지라도 조향토크의 미분출력제한이 핸들의 조향속도에 따라 변화함으로 부조파로 인해 야기되는 핸들의 불안정한 감각을 제거할 수 있다.

본 발명에서 언급되어질 보상수단은 조향토크검출수단의 출력을 연산계수는 위상보상하는 위상보상연산수단으로 되고, 위상보상수단은 모터의 회전속도에 따라 연산계수를 결정한다.

이런 구성은 조향토크의 주파수에 관계없이 양호한 조향감각을 얻을 수가 있다.

예를 들면, 차량이 작은 돌이나 바퀴 자국을 달리고 있는 등의 외란에 의해 발생하는 조향토크 입력주파수의 고주파성분에 의한 토크 미진동이 제거된다.

또 핸들조향에 의한 토크변동에 의해 발생하는 조향토크입력 주파수의 저주파성분에서는 모터회전속도에 의해 위상보상의 연산계수를 결정해서, 모터회전속도가 증가됨에 따라서 위상보상게인이 작은값이 되도록 하고 있으므로, 핸들이 회전하고 있지 않은 상태에서는, 위상보상게인은 큰 값으로 설정하고 그 결과 핸들의 되돌림과 핸들의 회전증가가 더해진다. 이로 인해 핸들조향을 원활하게 할 수가 있다.

더구나 핸들이 회전하고 있는 상태에서는, 게인이 작은값이 되도록 주파수특성을 설정함으로써, 위상보상게인의 과도한 상승 등에 의한 과도한 어시스트를 억제할 수 있고 핸들의 불안정성을 방지할 수 있다.

또 핸들에서 손을 놓으므로 해서 되돌려질 때도, 핸들의 회전속도에 따라 주파수 특성을 변화시키므로 핸들이 고속으로 회전되면 게인이 작은 값으로 된다.

따라서, 핸들을 놓았을 때의 토크의 변화량 성분에 의한 과도한 어시스트가 억제되므로, 핸들의 중립위치로부터의 오버슈트량이 감소하고, 핸들의 수렴성이 좋아진다.

이들에 의해, 핸들의 불안정성이 제거되고 안정하고, 쾌적한 조향감각을 제공할 수 있다.

본 발명에서 언급되어질, 위상보상의 게인 혹은 위상보상의 출력의 제한치에 제한을 두고 있으므로, 게인 혹은 위상보상의 저하에 의한 토크진동 및 게인의 과잉상승으로 인한 핸들의 불안정성을 방지할 수 있다.

본 발명에 언급되어질 히스테리시스를 보상의 게인 혹은 위상보상의 출력의 제한치에 히스테리시스를 갖게 하고 있으므로, 모터 회전속도의 검출오차 등에 외란에 의한 게인 혹은 제한치의 발진을 방지할 수 있다.

본 발명에서 언급되어질 제어수단은 부가적으로 모터회전속도가 제1판정치를 초과할 때 모터 회전속도의 최대치를 유지하여 그리고 모터회전속도의 국성이 반전될 때 혹은 모터의 회전속도가 제1판정치보다 작은 제2판정치 이하일 때 모터 회전속도의 유지값을 클이어하는 클리어수단을 더 구비하여 제어가 유지값을 기초로 하여 이루어진다.

모터 회전속도의 최대치가 유지되고 제어되므로써 모터 회전속도의 검출타이밍이나, 검출 오차에 의한 게인 및 제한치의 진동을 방지할 수 있다.

또, 모터 회전속도의 최대치는 모터 회전속도가 제1의 판정치 이상이 되었을 때 보존되고, 이 보존은, 모터 회전속도가 제2의 판정치 이하가 될 때가지, 또는 모터 회전속도의 극성이 반전될 때까지 보존되므로, 모터회전속도의 검출타이밍이나 검출오차에 좌우되는 일없이 핸들의 조향속도에 따른 적당한 게인을 모터 회전속도의 최대치의 보존으로부터 구해서, 제어에 사용할 수가 있다.

또 손을 놓았을 때의 핸들의 복귀하고 판단되는 모터 회전속도를 제1의 판정치로 함으로써 손을 놓은 핸들의 복귀시의 핸들 수렴성을 향상시킬 수 있다.

본 발명에 언급되어질 위상 보상수단의 게인은 부의 값을 포함시키고 있으므로, 핸들의 회전속도가 고속시에 핸들의 회전방향과 반대의 전류를 모터에 통전하는 제어로 구성되어 있다.

이 때문에 모터가 부하로서 역할을 하므로, 손을 놓은 핸들의 복귀시의 오버슈트량을 감소시켜 핸들의 수렴성을 향상시킬 수 있다.

또 게인을 부의 값으로 설정함으로써 모터 회전속도가 빨리 저하해서 게인이 정의 값으로 복귀함으로, 조향감각의 부조화를 제거한다.

본 발명에 언급되어질 목표전류 결정수단은 모터속도에 따라서 감소하게 되도록 조향토크검출수단의 출력을 사용해서 결정되어지는 모터의 목표전류로 보정 손을 놓았을때의 핸들의 복귀상태와 같이 모터회전속도가 빠를 때, 모터출력을 저하시켜서, 모터에 부하의 역할을 부여하여 핸들의 수렴성을 좋게 할 수가 있다.

또 핸들은 재빨리 돌렸을 때는, 어시스트력을 저하시키므로, 양호한 감각을 느끼게 할 수가 있다.

또, 위상 보상부의 게인 또는 위상보상부의 미분출력을 제한하는 것과 병용하면, 한층 양호한 핸들 복귀와 수렴성 및 조향감각이 얻어지는 시스템을 제공할 수가 있다.

이하에, 본 발명에 관한 실시예에 대해 첨부도면을 참조해서 설명한다.

이하의 실시예에서는 본 발명을 상술한 제16도의 전동 파워스티어링 장치에 적용한 경우에 설명한다.

[제1실시예]

우선, 이 발명의 제1실시예에 의한 전동파워 스티어링 장치의 제어장치를 제1도의 블록도, 제2도의 플로차트 및 제3도의 특성도을 사용해서 설명한다.

제1도는 이 실시예의 전동파워 스티어링 장치의 제어장치의 개략구성을 표시하는 블록도이다.

제1도에 표시하는 바와 같이, 이 제어장치는, 차량의 핸들(1)(제16도 참조)의 회전력(조향토크)을 검출해서 검출된 조향토크에 대응하는 전기신호를 발생하는 토크센서(9)와, 이 토크센서(9)의 출력신호를 받는 토크검출수단(20)과 그 토크검출수단(20)의 출력신호의 위상을 보상하는 위상보상수단(21)과, 모터(10)의 회전속도를 검출해서 검출회전속도에 대응하는 신호를 위상보상수단(21)에 출력하는 모터회전속도 검출수단(23)과, 모터(10)에 공급된 전류를 검출하는 모터전류검출수단(24)과, 토크검출수단(20)의 출력에 따라 모터에 공급해야 할 목표전류치를 결정하는 목표전류결정수단과(25) 위상보상수단(21)의 출력모터 전류검출수단(24)의 출력 및 목표전류결정수단(25)의 출력에 따라 모터(10)의 출력을 결정하는 모터출력결정수단(28)과, 이 모터출력결정수단(28)의 출력에 따라 전류를 모터(10)에 공급하는 모터출력수단(29)으로 구성된다.

위상보상수단(21)은 후술하는 위상보상연산수단(21a)과 게인 승산수단(21)으로 구성된다.

토크검출수단(20)은 토크센서(9)의 출력신호를 받아서 이에 대응하는 토크신호를 목표전류결정수단(25)과 위상보상수단(21)의 위상보상연산수단(21a)에 출력한다.

목표전류결정수단(25)에서는, 토크신호에 따른 목표전류 지시치를 결정한다.

또 위상보상수단(21)의 위상보상연산수단(21a)은 토크신호의 변화량과 미리 정해진 계수를 사용해서 위상 보상치를 연산해서 같은 위상보상수단(21)내에 있는 게인 승산 수단(21b)에 출력한다.

게인 승산수단(21b)은 상기 위상보상치와 게인을 승산해서 토크보상출력을 결정한다. 게인 승산수단(21b)에서 승산되는 게인은 제3도에 표시하는 바와 같이 모터회전속도검출수단(23)에서 검출한 모터회전속도에 따라 결정된다.

또 모터전류검출수단(24)은 모터(10)에 흐르고 있는 전류를 검출한다.

제3도는 모터 회전속도에 따라 게인을 결정하는 특성도이다.

이 특성도에 표시한 바와 같이, 이 실시예에서는 , 게인은, 모터회전속도가 고속이 될 수록 적은 값이 된다.

또 게인의 상한 및 하한을 lim 1 및 lim 2로 제한하고 있다.

이와같이 게인의 상한 및 하한을 제한함으로써 게인의 과잉상승에 의한 핸들의 흔들림의 느낌 및 게인의 과잉하강에 의한 토크진동의 발생을 방지할 수 있다.

다음에, 목표전류결정수단(25)에서 결정한 목표전류 지시치와 위상보상수단(21)에서 구한 토크보상치를 가산부(26)에서 가산한다.

이 값과 편차를 감산부(27)에서 구해서, 그 편차에 따른 모터 출력치를 구하고, 모터출력수단(29)에 출력한다.

그리고 모터출력수단(29)에 의해 모터출력치에 대응하는 전류를 모터(10)에 공급한다. 또 모터 출력수단(29)의 출력치와 모터전류검출수단(24)의 모터전류검출치는 모터회전속도검출수단(23)에 입력되고 여기서 모터출력치(모터출력수단(29)의 출력)과 모터 실전류(모터 전류검출수단(24)의 출력)으로부터 모터회전속도가 추정된다.

또 위상보상수단(21) 목표전류결정수단(25), 가산부(26) 감산부(27) 등에 의해 본 발명에 제어수단이 구성된다.

다음에 제2도의 플로차트를 사용해서 이 실시예의 동작에 대해 설명한다.

예를 들면 전동파워 스티어링 장치는, 일정시간마다에 제 2도에 표시하는 플로차트의 처리를 반복해서 하고 있다.

제2도에서 우선 토크검출수단(20)에 의해 조향토크가 입력된다(스텝 41). 이 입력한 토크치는 도시하지 않은 마이컴내의 메모리에 기억된다.

그리고 전회의 스텝(41)의 처리로 입력되어 메모리에 기억해 둔 조향토크치의 편차와 미리 설정해둔 계수로부터 위상보상치를 구한다(스텝 42a). 전술한 바와같이 이 처리는 일정시간마다 반복하고 있으므로 조향토크의 편차는 단위시간당 토크의 변화량이 된다.

따라서, 이 처리는 토크 미분연산과 같은 처리가 된다.

또 모터 전류검출수단(24)에 의해 모터전류가 입력되어(스텝 43). 이 모터검출수전류와 마이컴내의 메모리에 기억해둔 모터출력수단(29)의 출력치로부터 소정의 함수에 따라 구해지는 모터 회전속도를 추정한다(스텝 44). 그리고 이 모터회전속도 측정치로부터 제3도에 표시하는 특성도(맵)에 따라 게인을 구한다(스텝 45). 또 이 게인은, 모터회전속도의 함수식으로부터 구해도 된다.

그리고, 스텝 45에서 구한 게인과 스텝(42a)에서 구한 위상 보상치를 승산해서 토크보상치를 구한다(스텝 46). 이 토크보상치는 조향토크의 변화한 방향에 의해 정부의 극성을 갖는다. 한편 스텝(41)에서 입력된 조향토크로부터 모터(10)에 공급하는 목표전류치를 구한다(스텝 47). 이 목표전류치로 소정의 맵 또는 소정의 함수식에 의해 구한다. 다음에 스텝 (47)에서 구한 목표전류치에 스텝(46)에서 구한 토크보상치를 가상하고(스텝 48). 스텝(43)에서 입력한 모터전류치와의 편차를 구한다.(스텝 49). 그리고 이 편차로부터 모터(10)에 출력하는 모터출력치를 구하고(스텝 50). 이 모터출력치에 따른 전류를 모터(10)에 공급한다.(스텝 51). 여기서 출력되는 모터출력치는 마이컴내의 메모리에 기억된다.

그리고 소정시간경과 후 스텝(41)으로부터의 처리를 재개한다.

이와같이 하면, 모터 회전속도가 늦을 때, 위상보상수단(21)중의 게인은 크게 되어 있으므로, 조향토크의 미분성분에 의한 모터출력의 보정에 의해 핸들(1)의 되돌림, 또는 핸들(1)의 회전증가가 가벼워지고, 핸들조작을 원활하게 할 수가 있다.

또 모터회전속도가 빠를 때, 위상보상수단(21)의 게인은 작게 되어 있으므로, 핸들(1)의 관성에 의해 핸들회전증가 방향으로 토크미분출력이 발생해도 모터출력의 보정량이 적으므로 잉여 어시스트하지 않고 핸들(1)의 수렴성이 향상된다.

또 모터(10)의 회전속도에 따라 위상보상수단(21)중의 게인을 가변으로 하고 있으므로 핸들(1)의 수렴을 완활하게 할 수가 있다. 또 핸들(1)을 재빨리 돌리고 있을때도 핸들(1)의 조향속도에 따라 위상보상수단(21)중의 게인이 변화하고 있으므로, 조향필링에 위화감을 주지 않는다.

[실시예 2]

제4도는 본 발명의 제2실시예에 의한 전동파워 스티어링장치의 제어장치를 표시하는 블록도, 제5도는 그 동작을 표시하는 플로차트. 제6도는 그 특성도이다.

제4도에서, 제1도와 동일기호의 블록은 같은 동작을 하므로, 설명을 생략한다.

이 실시예는, 상기 제1실시예와 위상보상수단(22)의 구성이 다를뿐이다.

이 실시예의 위상보상수단(22)은 토크신호의 변화량과 미리 정해진 계수를 사용해서 위상보상치를 연산하는 위상보상연산수단(22a)과, 그 위상보상연산수단(22a)으로부터 출력되는 위상보상 출력치와 소정의 위상보상출력제한치를 비교해, 위상보상출력치쪽이 위상보상출력 제한치보다도 클 때, 위상보상출력치를 소정의 위상보상 출력 제한치로 제한하는 위상보상출력 제한수단(22b)으로 구성된다.

또 위상보상출력제한치는, 모터 회전속도검출수단(23)으로 검출한 모터회전속도에 따라 결정되어 있고 제6도에 표시하는 바와 같은 특성이 된다.

제6도는 모터회전속도에 따라 미분출력의 제한치를 결정하는 특성도이다.

이 특성도에 표시하는 바와 같이, 토크미분출력의 제한치의 상한 및 하한은 lim 3 및 lim 4에서 제한되어 있고, 이로인해 위상보상출력의 과잉상승에 의한 핸들(1)의 동요감, 및 위상보상출력의 과잉하강으로 인한 토크진동의 발생을 방지할 수가 있다.

다음 제5도의 플로차트를 사용한 동작에 대해 설명한다.

제5도에서, 제2도와 같은 기호의 처리는 같은 동작을 하므로 설명을 생략한다. 스텝 44에서 추정한 모터회전속도와 제6도에 표시한 특성으로부터 위상출력제한치 X를 구하고(스텝 52), 스텝 42a에서 구한 위상보상출력치가 이 제한치 X 보다 클 때 위상보상출력치를 제한치 X 로 제한한다(스텝 53).

또, 제6도에 표시하는 바와같이 위상보상출력의 제한치는 모터회전수가 고속이 될 수록 작은값이 된다.

또 이 제한치 X 는 모터회전속도를 변수로 하는 소정의 함수에 의해 구해도 된다.

이렇게 하면 모터회전속도가 느릴 때는, 위상보상연산수단(22a)의 출력의 제한을 늦추어서 조향토크의 위상보상출력이 충분히 잘 되도록 모터출력의 보정을 하므로, 핸들(1)의 되돌림이나 핸들(1)의 회전증가가 가벼워져, 핸들조작을 원활하게 할 수가 있다. 또 모터 회전속도가 빠를 때는, 위상보상출력연산수단(22a)의 출력제한을 엄격하게 해서 위상보상출력연산수단(22a)의 출력에 의한 모터출력의 보정을 0 에 가까운 값으로 하고 있다. 이 결과, 핸들을 놓았을 때의 핸들의 되돌림 상태일 때(핸들고속회전시)에 핸들(1)의 관성에 의해 핸들 회전증가방향으로 위상보상출력이 발생해도 위상보상출력제한수단(22b)에 의해 모터출력의 보정량을 제한하고 있으므로, 잉여 어시스트 하지 않고 핸들(1)의 수렴성이 향상된다.

또 모터(10)의 회전속도에 따라 조향토크의 미분출력의 제한을 가변시키고 있으므로, 핸들(1)의 수렴을 원활하게 할 수 있다.

또 핸들(1)을 재빨리 돌렸을 때도, 핸들(1)의 조향속도에 따라 조향토크의 미분출력의 제한이 변화해 있으므로 조향감각에 위화감을 주지 않는다.

[제3실시예]

제7도는 이 발명의 제3실시예에 의한 전동파워 스티어링 장치의 제어장치를 표시하는 블록도, 제8도는 그 동작을 표시하는 플로차트, 제9도는 그 특성도이다.

제7도에서, 제1도와 같은 기호의 블록은 같은 동작을 하므로 설명을 생략한다.

이 실시예는, 위상보상수단이 모터회전속도 검출수단(23)에 의해 검출한 모터회전속도를 입력해서, 이 모터회전속도에 따라 연산계수를 결정하는 위상보상연산수단(21c)만으로 구성되는 것을 제외하고 상기 제1실시예와 같은 구성이다.

이 연산계수는 위상진행계수, 또는 위상지연계수에 상당한다.

그리고 위상보상연산수단(21c)는 이 연산계수를 사용해서 위상보상연산을 시행하여, 이 위상보상연산수단(21c)의 출력에 의해 모터출력이 제어된다. 다음 연산계수가 변화했을 때의 조향토크의 주파수와 위상보상수단의 게인의 일반적인 진행위상의 관계(특성)를 제9도에 표시한다. 이 특성에서는 조향주파수(조향토크의 주파수)가 높을 때는 모터회전속도의 고정에 관계없이 게인이 대략 일정한 값이 되어 있다.

또 모터회전속도에 따라 연산계수를 변화시켜서 모터 회전수가 고속이 될 수록 저주파수 영역의 게인이 내려가도록 주파수 특성을 설정하고 있다.

다음 제8도의 플로차트를 사용해서 설명한다. 제8도에서 제2도가 동일기호의 처리는 같은 동작을 하므로 설명을 생략한다.

스텝 44에서 추정한 모터 회전속도로부터 위상보상계수를 구해서(스텝 54). 이 위상보상계수를 사용해서 위상보상연산처리를 한다(스텝 42b).

이 위상보상연산처리는 다음의 전달함수 G(S)에 의해 시행된다.

G(S)=(S/WS)/(1+S/n . WS)

이 식중, S 는 도함수, WS 는 조향토크주파수 n 은 게인이고, WS 또는 n의 한쪽 또는 쌍방의 값을 모터 회전속도에서 구한다.

이 식중의 게인 n 에 관해, n1 일때는 이 식은 위상진행보상이고 0n1 일 때는 위상보상지연보상이 된다. 그리고, 이 n 의 값에 의해, 위상보상수단의 게인이 결정되어, 최대20 log(n)dB 가 된다. 또 이 n 을 모터회전속도에 따라 결정하였을 때, 상기 제1실시예와 같이 된다. 또, WS에 의해 조향토크와 위상보상수단의 게인의 특성이 결정된다.

이와같이 해서, 모터회전속도가 느릴 때의 위상 보상연산처리(스텝 42b)중의 주파수 특성을 예를 들어 제9도에 표시하는 곡선 fa 의 특성(모터 회전속도가 낮을 때의 저조향주사역에서의 게인이 비교적 크다)으로 하므로, 위상보상연산처리(스텝 42b)에 의한 모터출력의 보정에 의해, 핸들(1)의 되돌림 또는 핸들(1)의 회전증가가 가볍게 되어 핸들조작을 원활하게 할 수가 있다. 또 모터회전속도가 빠를 때의 위상보상연산처리(스텝 42b)중의 위상보상특성을 예를 들면 제9도에 표시하는 곡선 fb 의 특성(모터회전속도가 높을 때의 저조향 주파수역에서의 게인이 비교적 적다)으로 하므로, 핸들을 놓침으로 인한 핸들복귀의 상태일 때, 핸들(1)의 관성에 의해 핸들의 회전 증가방향으로 위상보상출력이 발생하여도 모터출력의 보정량은 적다. 또 잉여 어시스트 하지 않고 핸들(1)의 수렴성이 향상된다.

또, 모터(10)의 회전속도에 따라 위상보상특성을 가변하고 있으므로, 핸들(1)의 수렴을 원활하게 할 수가 있다.

또 핸들(1)을 재빨리 돌릴 때도, 핸들(1)의 조향속도(조향주파수)에 따라 위상보상 계수가 변화하고 있으므로, 조향 감각에 위화감을 주지 않는다. 또 외란 등에 의해 조향토크에 고주파성분이 발생하여도, 토크의 고주파성분을 제거할 수 있으므로 차량이 작은돌을 밟거나, 바퀴자국에 올려졌을 때 등에 발생하는 조향토크의 고주파의 진동에 의한 토크의 비균일성을 억제할 수가 있다.

또, fa 및 fb 는 상기 전달함수를 사용해서 다음과 같이 표시된다.

여기서, WS1과 WS2의 관계는, WS1 WS2 가 된다.

또 게인 n 의 값을 크게 했을때는, 게인의 최대치가 커지고, 한쪽 게인 n을 작게했을 때는, 게인의 최대치가 내려간다.

[제4실시예]

제10도는 본 발명의 제4실시예를 표시하고 있고, 이 실시예에서는 제1도의 게인 승산수단(21b)에 의해 결정되는 제3도의 게인특성에 히스테리시스트를 갖도록 하고 있다.

이렇게 하면 모터회전속도의 추정치의 검출오차 등에 의해 모터회전속도가 미소하게 변동하여도 게인에 주는 영향을 적게 할 수가 있다.

또 도시하지 않았으나 제4도의 제2실시예의 위상보상연산수단(22a)에 의해 구해지는 제6도의 모터회전속도와 토크미분출력제한치의 특성에 마찬가지로 히스테리시스를 갖게 해도 된다.

이때에도, 모터 회전속도의 추정치의 검출오차 등에 의해 모터 회전속도가 미소하게 변동하여도 토크 미분출력제한치에 미치는 영향을 적게할 수가 있다.

[제5실시예]

제11도 및 제12도는 본 발명의 제5실시예를 나타내고 있고, 제11도는 주행중에 핸들을 놓았을 때의 조향토크와 조향속도의 관계를 나타내는 특성도이다.

제11도에 표시된 바와 같이, 핸들(1)을 보존하고 있을 때는, 조향토크 및 조향속도는 대략 일정한 값을 표시하고 있다.

또 이때의 조향토크는 핸들(1)을 운전자가 보존하고 있으므로 해서 발생하고 있다.

운전자가 이 상태로부터 핸들(1)을 놓았을 때, 조향토크가 0 이 될 때까지는 차량의 셀프얼라이닝토크에 의해 조향토크가 발생해, 조향토크가 0을 넣고부터는 핸들(1) 등의 조향계의 관성력에 의해 조향토크가 발생하고 있다(제11도 중의 A 특성).

또 핸들(1)에서 손을 떼면 핸들(1)은 셀프얼라이닝토크에 의해 중립으로 돌아가려고 회전한다.

이 회전속도는 조향토크 0 때에 최대가 된다(제11도중의 B 특성). 그러나, 핸들(1)이 조향속도를 옵러버 등을 사용해서 검출했을 때, 조향속도의 검출오차 등에 의해 조향토크 0 시에 최대가 안되는 경우가 있다(예를 들어, 제11도의 특성).

제12도는 조향속도에 따라 게인을 결정하는 방법의 일례를 표시하는 플로차트이다.

이 제12도의 플로차트의 처리는 제1도의 게인 승산수단(21b)나 제7도의 위상보상연산수단(21c)에서 모터 회전속도로부터 게인을 구하는 처리에 상당한다.

이 때문에 예를 들어 제1도나 제7도의 모터회전속도검출수단(23)에 모터 회전속도가 제1의 판정치 이상일 때 모터회전속도의 최대치를 보전하는 회전속도 보존수단과, 모터회전속도가 제1의 판정치보다 작은 제2의 판정치 이하일 때, 또는 모터회전속도의 극성이 발전했을 때, 모터 회전속도의 보존치를 클리어하는 클리어수단을 내장시켜도 되고, 또는 이들의 수단을 모터회전속도검출수단(23)과 별개로 설치해도 된다.

이하, 이 제12도의 처리에 대해 설명한다. 스텝 60에서 모터 회전속도의 절대치가 제1의 판정치(제11도중의 c 값)이상인지의 여부를 판정한다. 이 제1의 판정치는 핸들을 놓았을 때, 되돌아가는 판정기준이 되는 값이고 차량의 핸들 되돌림 특성에 따라 결정된다. 또 판정두께는 절대치를 사용한다.

그리고, 모터회전속도가 제1의 판정치 이상일 때, 스텝 61에서 프래그를 세트한다. 이 프래그는, 모터회전속도가 제1의 판정치 이상일 때 세트되고, 후술하는 제2의 판정치미만이 되었을 때 클리어한다. 또 스텝 62에서 모터 회전속도가 모터 회전속도의 보존치 이상인가를 판정해서, 보존치 이상일 때는 스텝 63에서 모터 회전속도의 보존치를 갱신한다.

한편, 스텝 60에서 모터 회전속도가 제1의 판정치 미만이라고 판정되었을 때, 스텝 64에서 프래그가 세트되어 있는지를 판정해, 프래그가 세트되어 있을 때는, 스텝 65에서 모터 회전속도가 제2의 판정치 이상인지 아닌지를 판정한다. 그리고 모터회전속도가 제2의 판정치 미만일 때, 스텝 66에서 상기 프래그를 클리어하고, 스텝 67에서 모터 회전속도의 보존치를 갱신한다.

또, 스텝 64 의 판정에서 프래그가 세트되어 있지 않을 때 스텝 67에서 모터 회전속도의 보존치를 갱신한다. 그리고 스텝 68에서 모터 회전속도의 보존치로부처 게인을 얻는다. 이 처리를 함으로써, 모터 회전속도가 제1의 판정치 이상이었을 때, 그 피크치를 모터회전속도가 제2의 판정치 미만이 될 때까지 보존할 수가 있다.

예를 들어 이 처리를 함으로써, 제11도중의 a 점(조향토크 0 점) 때의 조향속도(모터 회전속도)가 제11도중의 C 특성과 같이 피크치가 아니더라도, 피크치를 보존하고 있으므로 최적한 게인을 구할 수가 있다.

[제6실시예]

제13도는 본 발명의 제6실시예에 의한 모터 회전속도가 게인의 관계를 나타내는 특성도이다.

이 제13도와 같이, 위상보상의 게인의 부의 값을 포함시키고, 핸들(1)의 조향속도가 고속시에 게인을 부의 값이 되도록 설정하게 되면, 모터(10)에 핸들(1)의 회전방향과 역의 전류를 통전하는 제어가 된다. 이 때문에, 모터(10)가 부하의 역할을 하고, 손을 놓은 핸들의 복귀시의 오버슈트량을 적게 해서 수렴성을 향상시킬 수가 있다. 또 게인을 부의 값으로 함으로써 모터회전속도가 빨리 저하한다. 그리고 게인이 저하함(즉 모터회전속도가 저하한다)으로써, 게인은 정의 값으로 복귀하므로, 조향 감각상 유화감은 느끼지 않는다.

또 이 특성도에서, 게인의 상한 및 하한을 lim 5 및 lim 6에서 제한하고 있다. 이로 인해, 게인의 과잉상승에 의한 핸들의 동요감 및 게인의 과잉하강에 의한 핸들조향시의 쇼크발생을 방지할 수가 있다.

[제7실시예]

제14도 및 제15도는 본 발명의 제7실시예를 표시하고 있다.

제14도는 목표모터 전류와 조향토크의 관계를 나타내는 특성도, 제15도는 이 실시예의 동작을 나타내는 플로차트이다.

이 실시예에서는 모터(10)의 회전속도에 의해 맵으로부터 구한 모터(10)에서 출력을 감소시키도록 보정한다.

이하, 제14도의 특성도를 바탕으로, 제15도의 플로차트에 따라 이 실시예의 동작에 대해 설명한다. 우선 스텝 70에서 입력한 조향토크로부터 제 14 도에 표시한 제1의 특성맵 D에 따라서 제1의 목표전류를 IM1를 구한다. 그리고, 스텝 71에서는 제14도에 표시하는 제2의 특성맵 E에 따라서 제2의 목표전류 IM2를 구한다. 그리고 스텝(72)에서 제1의 목표전류와 제2ML 목표전류간을 모터 회전속도 VM에 의해 보간해서 목표전류 IM을 구한다. 이것을 식으로 표시하면 다음과 같다.

여기서, f(VM)는 모터 회전속도 VM 의 함수이고, 정의값을 취한다.

f(VM)을 0 보다 크고 또 1 미만으로 하면, 목표전류 IM은 IM1과 IM2 사이의 값이 되고, f(VM)를 1 이상의 값으로 하면, IM은 IM2 이하의 값이 되고, 필요에 따라 부의값(모터 10의 역전)으로 할 수도 있다.

종래에는 핸들(1)의 조향속도가 증가하면 핸들(1)과 모터(10)의 관성력이 증가하므로 핸들 1을 재빨리 돌렸을 때(조향속도대)핸들 (1)의 감각이 너무 가벼워 느낌에 대해 악영향을 주고 있었다.

그러나, 본 실시예에 의하면 조향토크에서 구한 모터 출력치를 모터(10)의 회전속도에 따라 보정하고, 모터 회전속도가 빠를 때는 모터출력을 저하시켜, 핸들 조향중의 느낌을 줄 수가 있다.

또 손을 놓았을때의 핸들의 복귀시의 핸들 고속회전시에도, 모터(10)에 흘리는 전류를 감소시킴으로 핸들 중립위치로부터의 오버슈트량을 억제할 수가 있다.

이 결과, 핸들(1)의 수렴성이 좋아진다.

또, 토크센서(9)의 검출신호를 위상보상한 값으로부터 목표전류를 결정하는 처리방법에서도 마찬가지로 모터(10)의 회전속도에 따라 위상보상의 게인 또는 위상보상의 연산계수를 구해도 되고, 또는 위상보상출력의 제한을 해도 된다.

또 이 처리를 제2도, 제5도 및 제8도 등에 표시하는 스텝 47에서 수행함으로서 핸들(1)의 수렴성, 핸들(1)의 반응감각을 얻을 수가 있다. 전술한 것은 본 발명의 구체적 실시예만을 기술한 것이다.

따라서 본 발명의 실시예의 모든 변형은 본 발명의 기술사상을 벗어난 것이 아니다.

Claims (10)

1. 조향계에 인가되는 조향토크를 검출하는 조향토크검출수단과, 상기 조향계에 연결된 모터와, 상기 조향토크 검출수단의 출력을 상기 모터의 회전속도에 의해 위상보상에 의해 얻어진 값을 사용해서 상기 모터를 제어하는 제어수단을 구비한 것을 특징으로 하는 전동파워 스티어링장치의 제어장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 제어수단은, 상기 조향토크검출수단의 상기 출력으로부터 상기 모터에 공급해야 할 목표전류를 결정하는 목표전류결정수단과, 상기 조향토크검출수단의 상기 출력과 상기 모터의 회전속도로부터 위상 보상치를 구하는 위상 보상수단과, 상기 목표전류가 상기 위상보상치에 의해 보정되는 것을 특징으로 전동파워 스티어링장치의 제어장치.
3. 제2항에 있어서 상기 위상보상수단은, 조향토크검출수단의 출력의 변화량과 미리 정해진 계수를 사용하여 상기 위상보상치를 연산하는 위상보상연산수단과, 상기 위상보상치와 상기 모터의 회전속도에 따라 결정되는 게인을 승산해서 토크보상출력을 결정하는 게인승산수단으로 된 것을 특징으로 하는 전동파워 스티어링장치의 제어장치.
4. 제2항에 있어서, 상기 제어수단은 상기 모터의 회전속도에 따라 상기 위상보상수단의 출력을 제한하는 위상보상출력 제한수단을 추가 구비하는 것을 특징으로 하는 전동파워 스티어링장치의 제어장치.
5. 제2항에 있어서, 상기 위상보상수단은 상기 조향토크검출수단의 출력을 연산계수를 사용해서 위상보상하는 위상보상연산수단으로 구성되고, 상기 위상보상수단은 상기 연산계수를 상기모터의 회전속도에 따라 결정하는 것을 특징으로 하는 전동파워 스티어링장치의 제어장치.
6. 제3항에 있어서, 상기 위상보상의 게인과 위상보상수단의 출력 중 적어도 하나에 제한을 부과하는 것을 특징으로 하는 전동파워 스티어링장치의 제어장치.
7. 제3항에 있어서, 상기 위상보상의 게인과 위상보상수단의 출력 중 적어도 하나에 히스티리시스를 갖도록 한 것을 특징으로 하는 전동파워 스티어링장치의 제어장치.
8. 제1항에 있어서, 상기 모터의 회전속도가 제1의 판정치 이상일 때 상기 모터의 회전속도의 최대치를 유지하기 위한 회전속도유지수단과, 상기 모터의 회전속도가 상기 제1의 판정치보다 작은 제2의 판정치 이하일 경우와 상기 모터회전속도의 극성이 반전됐을 경우 중 적어도 하나의 경우가 발생했을 때 상기 모터의 회전속도의 유지치를 클리어하는 클리어 수단을 구비하고 제어시스템에 의해 제어되도록 이용되어지는 유지값(The maintained value)을 더 구비한 것을 특징으로 하는 전동파워 스티어링장치의 제어장치.
9. 제3항에 있어서, 상기 위상보상의 게인은 부(負)의 값을 포함하는 것을 특징으로 하는 전동파워 스티어링장치의 제어장치.
10. 제2항에 있어서, 상기 목표전류결정수단은, 상기 조향토크검출수단의 상기 출력기능으로부터 결정된 상기 모터에 공급해야할 목표전류를, 상기 모터의 회전속도에 따라 상기 목표전류를 감소시키도록 보정하는 것을 특징으로 하는 전동파워 스티어링장치의 제어장치.