KR100437745B1 - 전동 파워 스티어링 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전동 파워 스티어링의 핸들 보타 시의 전류 진동에 의한 조타감 악화와 핸들 고속 회전 시의 기계계 공진에 의한 소음을 저감하는 전동 파워 스티어링 장치를 얻는 것으로, 자동차의 진행 방향을 지시하는 핸들(25)과, 운전자의 핸들 조작에 대하여 보조력을 부여하는 전동기(5)와, 전동기(5)를 전류 피드백 제어에 의해 구동 제어하는 전동기 제어 수단(11)을 갖는 전동 파워 스티어링 장치에 있어서, 전동기 제어 수단(11)은 전류 피드백 루프의 일순 전달 함수에 있어서의 교차 주파수를 전동기의 회전계의 1차의 고유 진동수 이상으로 한다.

Description

전동 파워 스티어링 장치{ELECTRIC POWER STEERING APPARATUS}

본 발명은 운전자의 핸들 조작에 대하여 전동기를 전류 피드백 제어에 의해 구동 제어하여 보조력을 부여하는 전동 파워 스티어링 장치에 관한 것이다.

종래의 전동 파워 스티어링 장치에서는 운전자의 핸들 조작에 대하여 전동기 구동에 의해 보조력을 부여하는데 있어서, 핸들 조타 감각 향상을 위해 여러 가지의 고안이 되어 오고 있다. 예컨대, 도 24는 일본 특허 공개 소화 제 61-132465 호의 「전동식 파워 스티어링 장치의 모터 제어 장치」에 나타내어진 어시스트 신호의 특성을 나타내는 그래프이다. 도면의 굵은 실선 M₀은 휨 토크의 크기가 소정값 1보다 작으면 어시스트 신호는 출력되지 않고, 소정값 1 이상 소정값 2 이하에서는 토크에 비례한 비례 이득이 작은 어시스트 신호가 출력되고, 소정값 3보다 크면 비례 이득이 큰 어시스트 신호가 출력되는 것을 나타내고 있다. 또한 차속이 커지면 실선 M₁, m₁또는 점선 M₂, m₂와 같이 휨 토크에 대한 어시스트 신호 출력은 감소되도록 설계되어 있다. 이와 같이 토크 및 차속과 함께 어시스트 신호를 변화시키는 것에 의해 핸들 조타 감각 향상을 도모하고 있다.

그러나, 전동기를 구동 제어할 때의 전류 피드백 루프의 일순 전달 함수에 있어서의 교차 주파수와 기계계의 고유 진동수의 관계에 의해서 이하와 같은 조타감 악화와, 소음 발생이라는 문제가 있다. 도 21은 전동 파워 스티어링 장치의 구조예이다. 도면에 있어서, 참조부호 5는 보조력을 부여하는 모터, 참조부호 24는 모터를 전류 제어하기 위한 제어 유닛, 참조부호 25는 핸들, 참조부호 26은 핸들 축, 참조부호 27은 감속기, 참조부호 28은 피니언 축, 또한 참조부호 29는 차륜이다. 모터(5)에는 제어 유닛(24)에서 결정된 전류 지령값에 근거하여 전류가 공급되고, 감속기(27) 및 핸들 축(26)을 거쳐서 핸들(25)에 토크가 전달되어, 운전자의 핸들 조작을 보조한다.

모터(5)의 회전축과 감속기(27) 사이에는 기어의 극간이 있고, 또한 핸들(25), 핸들 축(26), 피니언 축(28) 등이 연결되어 있기 때문에, 모터 회전계의 1차 고유 진동수는 대개의 경우 수십 내지 수백 Hz에 존재한다.

전동 파워 스티어링 장치에서 이용되는 전동기에는 토크 변동이 존재하고 있고, 이것이 회전계의 1차 고유 진동수와 공진하면 진동이 증폭되어 핸들이 크게 진동하기 때문에, 조타 감각이 악화된다. 특히 전동기로 브러시를 구비한 직류기를 이용하는 경우에는, 브러시와 정류자 사이의 접촉 저항 변동에 의해 모터 전류가 회전계의 1차 고유 진동수에서 발진하여 핸들이 진동하므로, 소음이 발생한다고 하는 문제가 있다. 본 현상은 전동기가 토크를 발생한 채로 정지하고 있는 핸들 보타 시 또는 저속 회전 시에 현저하게 나타난다.

또한, 전동기를 구동 제어할 때의 CPU의 성능 등으로부터 전류 피드백 루프의 일순 전달 함수에 있어서의 교차 주파수에는 상한이 있어, 모터 회전계의 1차 고유 진동수와 근사하는 경우가 있다.

이와 같이 전류 피드백 제어의 교차 주파수가 전동기의 회전계의 고유 진동수와 근사하고 있는 경우에는, 제어 이득 또는 위상 여유가 작기 때문에 불안정한 응답으로 되어 전동기의 회전계의 고유 진동수에 의해 전류가 크게 진동한다고 하는 문제가 있다.

본 현상은 전동기가 토크를 발생한 채로 정지하고 있을 때 또는 저속 회전하고 있을 때에 현저하게 나타난다. 도 22는 통상의 경우의 모터 전류 파형, 도 23은 전류가 크게 진동했을 때의 모터 전류 파형을 같은 스케일로 나타내고 있다. 이와 같이 모터 전류가 크게 진동할 때에는 토크 맥동이 커져, 그 진동이 핸들 축(26)을 거쳐서 핸들(25)에 전달되므로, 조타 감각이 악화된다.

또한, 기계계의 고유 진동수에는 전술한 회전계의 고유 진동수 이외에, 전동기의 축 변형의 고유 진동수나 전동기 외장의 고유 진동수 등 많은 요소가 있다. 이들의 고유 진동수는 수백Hz 이상의 것이 많고, 듣기에 거북한 소음으로 되는 경우가 많다.

모터 구동 시의 가진력(加振力)의 기본 주파수는(모터 회전수)×(모터 세그먼트 수)이며, 그 정수 배의 가진력이 커지게 된다. 이 가진력은 주로 반경 방향으로 작용하여, 모터의 전기자(電機子) 내의 전류 분포 불균형이나, 회전자와 고정자의 축이 어긋나는 것에 의한 편심, 모터에 대한 자석의 부착 불균형 등이 원인으로 발생하는 것으로, 단자 전류의 크기를 제어하더라도 가진력을 저감시키는 것은 곤란하다. 이 가진력의 크기는 전류 제어 이득의 영향을 받아, 응답성을 높이기 위해서 전동기를 구동 제어할 때의 전류 피드백 루프의 일순 전달 함수에 있어서의 교차 주파수를 크게 잡으면, 전술한 가진 주파수에 대한 제어 이득이 커지기 때문에 가진력이 커지므로, 기계계의 고유 진동수와의 공진으로 발생하는 소음이 커진다고 하는 문제가 있다. 본 현상은 전동기가 고속 회전하고 있을 때에 현저하게 나타난다.

본 발명은 상술한 바와 같이 문제를 해소하기 위해서 이루어진 것으로, 전류 피드백 루프의 일순 전달 함수에 있어서의 교차 주파수를 모터 회전계의 1차 고유 진동수보다 크게 설정하는 것에 의해, 전동기에 공급하는 전류가 회전계의 1차 고유 진동수에서 변동하는 것을 억제할 수 있어, 핸들에 전해지는 진동을 저감하여 조타 감각이 향상하는 전동 파워 스티어링 장치를 얻는 것을 목적으로 한다.

또한, 전류 피드백 제어의 교차 주파수를 전동기의 축 변형계의 1차 고유 진동수 이하로 작게 하는 것에 의해, 축 변형계의 1차 고유 진동수에서의 제어 이득은 작게 되어 가진력이 작게 되기 때문에, 전동기의 가진력이 전동기의 축 변형계의 고유 진동수 등과 공진하는 것에 의해 발생하는 소음을 저감하는 전동 파워 스티어링 장치를 얻는 것을 목적으로 한다.

또한, 전동기 정지 시 또는 저속 회전 시에는 전류 피드백 제어의 교차 주파수를 전동기의 회전계의 고유 진동수보다 충분히 작게 하는 것에 의해, 전동기의 회전계의 고유 진동수에서 전류가 크게 진동하는 것에 따른 조타 감각 악화를 막고, 또한 전동기의 고속 회전 시에는 전류 피드백 제어의 교차 주파수를 작게 하는 것에 의해, 전동기의 가진력이 전동기의 축 변형계의 고유 진동수 등과 공진함으로써 발생하는 소음을 저감하는 전동 파워 스티어링 장치를 얻는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 상기 및 그 밖의 목적, 특징, 국면 및 이익 등은 첨부 도면을 참조로 하여 설명하는 이하의 상세한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 전동 파워 스티어링 장치의 제어 유닛 및 그 제어 유닛에 접속되는 입출력 장치를 나타내는 기능 블럭도,

도 2는 본 발명의 실시예 1에 따른 전동 파워 스티어링 장치의 제어 유닛 및 주변 회로 블럭의 구성예를 나타내는 도면,

도 3은 본 발명의 실시예 1에 따른 전류 피드백 처리의 소프트웨어 동작을 나타내는 흐름도,

도 4는 본 발명의 실시예 1에 따른 전동 파워 스티어링 장치의 전류 피드백 루프의 일순 전달 함수를 나타내는 그래프,

도 5는 본 발명의 실시예 2에 따른 전류 피드백 처리의 소프트웨어 동작을 나타내는 흐름도,

도 6은 본 발명의 실시예 2에 따른 전류 피드백 처리에 있어서의 이득을 K1로 했을 때의 PI 연산에 의한 전류 피드백 루프의 일순 전달 함수를 나타내는 그래프,

도 7은 본 발명의 실시예 2에 따른 전류 피드백 처리에 있어서의 이득을 K2로 했을 때의 PI 연산에 의한 전류 피드백 루프의 일순 전달 함수를 나타내는 그래프,

도 8은 본 발명의 실시예 3에 따른 전류 피드백 처리의 소프트웨어 동작을 나타내는 흐름도,

도 9는 본 발명의 실시예 4에 따른 전류 피드백 처리의 소프트웨어 동작을 나타내는 흐름도,

도 10은 본 발명의 실시예 4에 따른 전동 파워 스티어링 장치의 제어 유닛 및 주변 회로 블럭의 구성예를 나타내는 도면,

도 11은 본 발명의 실시예 5에 따른 전류 피드백 처리의 소프트웨어 동작을 나타내는 흐름도,

도 12는 본 발명의 실시예 6에 따른 전류 피드백 처리의 소프트웨어 동작을 나타내는 흐름도,

도 13은 본 발명의 실시예 7에 따른 전동 파워 스티어링 장치의 전류 피드백 루프의 일순 전달 함수를 나타내는 그래프,

도 14는 전류 피드백 루프의 일순 전달 함수에 있어서의 교차 주파수 fc가 fn1<fc<fn2로 되는 임의 값에 있어서, 전류 피드백 제어의 샘플링 주파수와 전류 피드백 루프의 일순 전달 함수에 있어서의 교차 주파수의 비를 횡축, 또한 전류 변동의 크기를 종축으로 한 그래프,

도 15는 교차 주파수 fc와 전동기의 회전계의 1차 고유 진동수 fn1의 관계가 fc<fn1일 경우, 핸들 보타 시의 전류의 시간 파형 및 주파수 특성을 동일 스케일로 그린 것으로, (a)가 시간 파형, (b)가 주파수 특성을 나타내는 그래프,

도 16은 교차 주파수 fc와 전동기의 회전계의 1차 고유 진동수 fn1의 관계가 fn1<fc일 경우, 핸들 보타 시의 전류의 시간 파형 및 주파수 특성을 동일 스케일로 그린 것으로, (a)가 시간 파형, (b)가 주파수 특성을 나타내는 그래프,

도 17은 교차 주파수 fc와 전동기의 회전계의 1차 고유 진동수 fn1의 관계가 fn1<<fc일 경우, 핸들 보타 시의 전류의 시간 파형 및 주파수 특성을 동일 스케일로 그린 것으로, (a)가 시간 파형, (b)가 주파수 특성을 나타내는 그래프,

도 18은 본 발명의 실시예 8에 따른 교차 주파수 fc와 전동기의 축 변형계의 1차 고유 진동수 fn2의 관계가 fc<<fn2일 경우, 핸들 회전 시의 소음 특성을 나타내는 그래프,

도 19는 본 발명의 실시예 8에 따른 교차 주파수 fc와 전동기의 축 변형계의 1차 고유 진동수 fn2의 관계가 fc<fn2일 경우, 핸들 회전 시의 소음 특성을 나타내는 그래프,

도 20은 본 발명의 실시예 8에 따른 교차 주파수 fc와 전동기의 축 변형계의 1차 고유 진동수 fn2의 관계가 fn2<fc일 경우, 핸들 회전 시의 소음 특성을 나타내는 그래프,

도 21은 전동 파워 스티어링 장치의 구조예,

도 22는 통상의 경우의 모터 전류 파형을 나타내는 그래프,

도 23은 전류가 크게 진동했을 때의 모터 전류 파형을 동일 스케일로 나타내는 그래프,

도 24는 종래의 전동식 파워 스티어링 장치의 어시스트 신호의 특성을 나타내는 그래프.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 조타 토크 검출 수단 2 : 차속 검출 수단

3 : 모터 회전수 검출 수단(전동기 회전수 검출 수단)

4a : 베이스 전류 결정 수단 4b : 미분 제어 수단

4c : 수렴(收斂) 제어 수단 4d : 마찰 보상 전류 결정 수단

4 : 전류 지령값 결정 수단 5 : 모터(전동기)

6 : 전류 검출 수단 7 : 전류 피드백 이득 설정 수단

8 : PI 제어기 9 : 펄스 폭 변조 수단

10 : 배터리

11 : 마이크로 제어기(전동기 제어 수단)

12 : 드라이브 회로 13 : 계전기

14 : 모터를 구동하는 주회로 15 : CPU

16 : ROM 17 : RAM

18 : 타이머 19 : A/D 변환기

20 : 키 스위치 21 : I/O 포트

22 : 전원 회로 23 : 조타 속도 검출 수단

24 : 제어 유닛 25 : 핸들

26 : 핸들 축 27 : 감속기

28 : 피니언 축 29 : 차륜

본 발명의 제 1 국면에 따른 전동 파워 스티어링 장치는 자동차의 진행 방향을 지시하는 핸들과, 운전자의 핸들 조작에 대하여 보조력을 부여하는 전동기와, 전동기를 전류 피드백 제어에 의해 구동 제어하는 전동기 제어 수단을 갖는 전동 파워 스티어링 장치에 있어서, 전동기 제어 수단은 전류 피드백 루프의 일순 전달 함수에 있어서의 교차 주파수를 전동기의 회전계의 1차 고유 진동수 이상으로 한다.

본 발명의 제 2 국면에 따른 전동 파워 스티어링 장치는, 상기 제 1 국면에 있어서, 전동기는 브러시를 구비한 직류 전동기이고, 전동기 제어 수단은 디지털 제어를 행한다.

본 발명의 제 3 국면에 따른 전동 파워 스티어링 장치는, 상기 제 1 또는 제 2 국면에 있어서, 전동기 제어 수단은 전류 피드백 루프의 일순 전달 함수에 있어서의 교차 주파수를 전동기의 회전계의 1차 고유 진동수 이상, 또한 전동기의 축 변형계의 1차 고유 진동수 이하로 한다.

본 발명의 제 4 국면에 따른 전동 파워 스티어링 장치는 자동차의 진행 방향을 지시하는 핸들과, 운전자의 핸들 조작에 대하여 보조력을 부여하는 전동기와, 전동기를 전류 피드백 제어에 의해 구동 제어하는 전동기 제어 수단을 갖는 전동 파워 스티어링 장치에 있어서, 전동기 제어 수단은 전류 피드백의 연산식을 선택하는 지표가 제 1 임계값 이하일 때, 전류 피드백 루프의 일순 전달 함수에 있어서의 교차 주파수가 소정값 이하로 되는 연산식을 선택한다.

본 발명의 제 5 국면에 따른 전동 파워 스티어링 장치는, 상기 제 4 국면에 있어서, 소정값은 전동기의 회전계의 1차 고유 진동수의 소정 배수값이다.

본 발명의 제 6 국면에 따른 전동 파워 스티어링 장치는, 상기 제 5 국면에 있어서, 소정 배수값은 1/2^1/2이다.

본 발명의 제 7 국면에 따른 전동 파워 스티어링 장치는 자동차의 진행 방향을 지시하는 핸들과, 운전자의 핸들 조작에 대하여 보조력을 부여하는 전동기와, 전동기를 전류 피드백 제어에 의해 구동 제어하는 전동기 제어 수단을 갖는 전동 파워 스티어링 장치에 있어서, 전동기 제어 수단은 전류 피드백의 연산식을 선택하는 지표가 제 2 임계값 이상일 때, 전류 피드백 루프의 일순 전달 함수에 있어서의 교차 주파수가 소정값 이하로 되는 연산식을 선택한다.

본 발명의 제 8 국면에 따른 전동 파워 스티어링 장치는, 제 7 국면에 있어서, 소정값은 지표가 제 2 임계값보다도 작을 때에 선택되는 연산식에 의한 전류 피드백의 교차 주파수의 소정 배수값이다.

본 발명의 제 9 국면에 따른 전동 파워 스티어링 장치는, 제 8 국면에 있어서, 소정 배수값은 1/2^1/2이다.

본 발명의 제 10 국면에 따른 전동 파워 스티어링 장치는 자동차의 진행 방향을 지시하는 핸들과, 운전자의 핸들 조작에 대하여 보조력을 부여하는 전동기와, 전동기를 전류 피드백 제어에 의해 구동 제어하는 전동기 제어 수단을 갖는 전동 파워 스티어링 장치에 있어서, 전동기 제어 수단은 전류 피드백의 연산식을 선택하는 지표가 제 1 임계값 이하일 때, 전류 피드백 루프의 일순 전달 함수에 있어서의 교차 주파수가 제 1 소정값으로 되는 연산식을 선택하고, 또한, 전류 피드백의 연산식을 선택하는 지표가 제 2 임계값 이상일 때, 전류 피드백 루프의 일순 전달 함수에 있어서의 교차 주파수가 제 2 소정값 이하로 되는 연산식을 선택한다.

본 발명의 제 11 국면에 따른 전동 파워 스티어링 장치는, 제 10 국면에 있어서, 제 1 소정값은 전동기의 회전계의 1차 고유 진동수의 소정 배수값이다.

본 발명의 제 12 국면에 따른 전동 파워 스티어링 장치는, 제 11 국면에 있어서, 소정 배수값은 1/2^1/2이다.

본 발명의 제 13 국면에 따른 전동 파워 스티어링 장치는, 제 10 국면에 있어서, 제 2 소정값은 지표가 제 2 임계값보다도 작을 때에 선택되는 연산식에 의한 전류 피드백의 교차 주파수의 소정 배수값이다.

본 발명의 제 14 국면에 따른 전동 파워 스티어링 장치는, 제 13 국면에 있어서, 소정 배수값은 1/2^1/2이다.

본 발명의 제 15 국면에 따른 전동 파워 스티어링 장치는, 제 4 내지 제 14 국면 중 어느 한 국면에 있어서, 전동기 제어 수단은 전류 지령값 결정 수단이 출력하는 전동기 구동 전류 지령값과, 전류값 검출 수단이 출력하는 전동기 구동 전류값의 편차의 절대값을 전류 피드백의 연산식 선택의 지표로서 이용한다.

본 발명의 제 16 국면에 따른 전동 파워 스티어링 장치는, 제 4 내지 제 14 국면 중 어느 한 국면에 있어서, 전동기 제어 수단은 전동기 회전수 검출 수단이 출력하는 전동기 회전수 신호를 전류 피드백의 연산식 선택의 지표로서 이용한다.

본 발명의 제 17 국면에 따른 전동 파워 스티어링 장치는, 제 4 내지 제 14 국면 중 어느 한 국면에 있어서, 전동기 제어 수단은 조타 속도 검출 수단이 출력하는 조타 속도 신호를 전류 피드백의 연산식 선택의 지표로서 이용한다.

본 발명의 제 18 국면에 따른 전동 파워 스티어링 장치는, 제 4 내지 제 14 국면 중 어느 한 국면에 있어서, 전동기 제어 수단은 전류 지령값 결정 수단이 출력하는 전동기 구동 전류 지령값의 미분값의 절대값을 전류 피드백의 연산식 선택의 지표로서 이용한다.

본 발명의 제 19 국면에 따른 전동 파워 스티어링 장치는, 제 4 내지 제 14 국면 중 어느 한 국면에 있어서, 전동기 제어 수단은 전동기 회전수 검출 수단이 출력하는 전동기 회전수 신호의 미분값의 절대값을 전류 피드백의 연산식 선택의 지표로서 이용한다.

본 발명의 제 20 국면에 따른 전동 파워 스티어링 장치는, 제 4 내지 제 14 국면 중 어느 한 국면에 있어서, 전동기 제어 수단은 조타 속도 검출 수단이 출력하는 조타 속도 신호의 미분값의 절대값을 전류 피드백의 연산식 선택의 지표로서 이용한다.

(실시예 1)

도 1은 본 발명의 일 실시예인 실시예 1에 따른 전동 파워 스티어링 장치의 제어 유닛 및 그 제어 유닛에 접속되는 입출력 장치를 나타내는 기능 블럭도이다. 도면에 있어서, 참조부호 1은 운전자의 조타 토크를 검출하는 조타 토크 검출 수단, 참조부호 2는 차속 검출 수단, 참조부호 3은 모터 회전수 검출 수단(전동기 회전수 검출 수단)이다. 참조부호 4는 전류 지령값 결정 수단이며, 조타 토크, 차속 및 모터 회전수에 따라 적절한 모터 구동 전류 지령값을 순서대로 결정한다.

전류 지령값 결정 수단(4)은 조타 토크의 신호에 따라 차속마다 적절한 보조력을 발생시키도록 매칭된 베이스 전류 결정 수단(4a), 모터의 관성 모멘트의 영향을 제거하는 것을 목적으로 하여, 조타 토크 검출 수단(1)의 검출 신호의 하이 패스 필터 출력을 차속에 따라 가중하는 미분 제어 계수와의 곱에 의해서 구하는 미분 제어 수단(4b), 핸들을 놓을 때의 스티어링의 수렴성을 개선하기 위해서 모터 회전수 검출 수단(3)의 회전 검출값에 대하여 역방향으로 차속 연산값에 따라 가중된 보상 전류를 통전하는 수렴 제어 수단(4c), 조타계의 기어, 모터 등의 마찰에 의한 핸들 복귀성의 악화를 보정하는 마찰 보상 전류 결정 수단(4d) 등으로 구성되어 있다.

전류 지령값 결정 수단(4)이 출력한 지령값은 모터(실 부하)(5)의 구동 전류를 검출하는 전류 검출 수단(6)을 거쳐서 제어 유닛에 피드백된 값과의 사이에서 편차가 연산된다.

전류 피드백 이득 설정 수단(7)은 편차 ε의 절대값이 제 1 임계값으로서의 소정값 Th1보다 클 때는 통상 설정되어 있는 이득에 의해 편차를 증폭하고, 편차 ε의 절대값이 소정값 Th1 이하일 때는 전류 피드백 루프의 일순 전달 함수에 있어서의 교차 주파수가 전동기의 회전계의 1차 고유 진동수의 예컨대 1/2^1/2배 이하로 되는 이득에 의해 편차를 증폭한다.

피드백 이득 설정 수단에 의해 보정된 편차는 PI 제어기(8)에 입력되어, 전류 피드백 제어가 순서대로 실행된다. 또한, 제어기 출력은 펄스 폭 변조 수단(9)에 의해 소정의 반송 주파수와 제어량에 따른 펄스 폭의 신호로 변환된다. 펄스 폭 변조 수단(9)의 출력은 배터리(10)가 공급하는 전원에 의해 전력 증폭되어, 모터(5)에 제어 전류를 공급한다.

또한, 도 2는 상기 실시예 1에 따른 전동 파워 스티어링 장치의 제어 유닛 및 주변 회로 블럭의 구성예를 나타낸 것이다. 도면에 있어서, 참조부호 11은 전동기 제어 수단으로서의 마이크로 제어기이며, CPU(15), 제어 순서 및 제어 특성 등이 기억되어 있는 ROM(16), 제어 연산값의 일시적인 보관을 위한 RAM(17), 프로그램의 실행 주기를 관리하기 위한 타이머(18), 조타 토크 검출 수단(2)이 검출하는 검출 토크 신호 및 전류 검출 수단(6)이 검출하는 모터 구동 전류값 등을 CPU(15)에 판독하기 위한 A/D 변환기(19), CPU(15)에서 처리·실현되는 PI제어기(8)의 연산 결과에 근거하여 드라이브 회로(12)를 거쳐서 모터를 구동하는 주회로(14)에 공급하는 펄스 폭 변조(PWM) 신호를 공급하기 위한 펄스 폭 변조 수단(9) 및 CPU(15)의 주변 회로와의 신호를 교환하는 I/O 포트(21) 등으로 구성되어 있다.

운전자가 키 스위치(20)를 ON 상태로 하는 것에 의해 시스템이 기동되면, 마이크로 제어기(11)는 소정의 초기 고장 진단 및 초기화 처리를 실시한 후, 드라이브 회로(12)를 거쳐서 제어되는 계전기(13)를 닫는 것에 의해, 모터(5)를 주회로(14)로부터 구동 가능하게 한다. 그리고 조타 토크 검출 수단(1), 차속 검출 수단(2), 모터 회전수 검출 수단(3) 등의 출력에 따라 모터 구동 전류 지령값을 연산하고, 전류 검출 수단(6)의 검출값을 피드백함으로써 모터(5)가 발생시키는 출력 토크를 제어하고 있다.

상기 회로에 있어서의 CPU(15) 처리의 상세에 대하여 설명한다. 전동기 제어 수단으로서의 CPU(15)는 ROM(16)에 미리 기억된 소프트웨어를 순서대로 실행하는 것에 의해 모터 구동 전류를 전류 지령값에 대하여 추종 제어를 행한다. 우선 타이머(18)에 의해 일정한 주기로 관리된 연산 주기마다 조타 토크 검출 수단(1), 차속 검출 수단(2), 모터 회전수 검출 수단(3)의 각 출력을 참조하여, 금번의 제어 주기에 있어서의 모터 구동 전류 지령값을 연산한다. 한편, 전류 검출 수단(6)이 출력하는 모터 구동 전류 검출값도 일정한 주기마다 참조한다. 그리고 전류 피드백 처리를 하여, 주회로(14)에서 이용하는 PWM 제어의 구동 듀티로 하는 PI 제어 연산 출력을 얻는다. 본 제어 연산 출력을 펄스 폭 변조 수단(9)에 의해 주회로(14)의 동작에 필요한 PWM 신호로 변환한다. 또한 한편, CPU(15)는 모터 구동 전류 지령값의 구동 방향에 따라 주회로(14)가 출력하는 모터 전류 구동 방향을 I/O 포트(21)로부터 출력하는 것에 의해, 모터(5)를 적절한 방향으로 구동하고 있다.

다음에, 본 실시예에 있어서의 전류 피드백 처리의 소프트웨어의 동작에 대하여 도 3의 흐름도에 근거하여 설명한다. 전류 피드백 처리 연산 순서는 타이머(18)의 기능에 의해서 일정 주기마다 호출되어 처리가 실행된다. 그리고, 단계 S1에서 전류 지령값 결정 수단(4)이 출력하는 전류 지령값을 판독하고, 또한 단계 S2에서 전류 검출 수단(5)이 출력하는 모터 구동 전류 검출값(전동기 구동 전류값)을 판독하여, 그 두 값으로부터 편차 ε을 단계 S3에서 구한다.

단계 S4에서는, 단계 S3에서 구한 편차 ε의 절대값을, 제 1 임계값으로서의 임계값 Th1과 비교하여, 임계값 Th1보다 클 때는 통상 설정되어 있는 이득 K1을 승산하는 단계 S5로, 또한 임계값 Th1 이하일 때는 전류 피드백 루프의 일순 전달 함수에 있어서의 교차 주파수가 전동기의 회전계의 1차 고유 진동수의 예컨대 1/2^1/2배 이하로 되는 것과 같은 이득 K2를 승산하는 단계 S6으로 분기된다. 단계 S5 또는 S6에 있어서, 단계 S3에서 구한 편차 ε에 대한 소정 이득 K1 또는 K2를 승산하는 것으로 보정 편차 ε'를 얻는다.

단계 S7 및 S8에서는, 각 보정 후의 편차 ε'에 대하여 비례항(P항) 및 적분항(I항)의 연산을 실행한다. 또한, 단계 S9에서는, P항과 I항의 합을 구하여, 주회로(14)를 구동하는 펄스 폭을 구한다. 단계 S10에서는, 전류 지령값의 방향에 근거하여 모터(5)에 통전하는 출력 방향을 주회로(14)에 지시한다. 또한 단계 S11에서 펄스 폭 변조 수단(9)에 대하여 단계 S9에서 구한 제어 출력을 설정하는 것에 의해, PI 연산 결과로 하려 했던 소정의 모터 구동 듀티 펄스를 출력한다.

상기 단계 S3에서 구한 전류 지령값과 모터 구동 전류 검출값의 편차 ε이 클 때는, 운전자가 급격한 핸들 조작을 위해 모터의 회전을 가속 또는 감속시키는 것과 같은 고속 회전 시의 경우이며, 편차 ε가 작을 때는, 운전자는 핸들을 보타 또는 저속으로 회전시키고 있기 때문에 모터가 정지 또는 저속 회전할 때의 경우이다. 전술한 바와 같이, 모터가 토크를 발생한 채로 정지하고 있을 때 또는 저속 회전하고 있을 때, 전류 피드백 제어의 교차 주파수가 전동기의 회전계의 고유 진동수와 근사하고 있을 경우에는, 전동기의 회전계의 고유 진동수에서 전류가 크게 진동되고 그 진동이 핸들에 전달되어, 조타 감각이 악화한다고 하는 문제가 있다.

모터가 정지 또는 저속 회전하고 있는 경우는, 도 3의 단계 S3에서 구한 편차 ε이 임계값 Th1 이하로 되고, 단계 S6에서 전류 피드백 루프의 일순 전달 함수에 있어서의 교차 주파수가 전동기의 회전계의 1차 고유 진동수의 예컨대 1/2^1/2배 이하로 되는 것과 같은 이득 K2를 승산하는 것에 의해 얻어지는 보정 편차 ε'에 대하여 비례 및 적분의 연산이 실행된다. 이 경우의 전류 피드백 루프의 일순 전달 함수를 도시하면 도 4와 같이 된다.

도 4에 있어서, 참조부호 fn은 회전계의 1차 고유 진동수, 또한 참조부호 fc는 교차 주파수이며 fn보다 작게 된다(1/2^1/2배 이하임). 따라서 회전계의 1차 고유 진동수 fn에서의 제어 이득은 -3dB 이하로 되어, 제어계가 전류 변동에 부여하는 영향을 작게 할 수 있다. 이와 같이 제어 이득을 선택하는 것으로, 핸들 보타 시와 같이 전류가 발진하는 현상이 있는 경우에는 제어 대역을 작게 하여 기계 전달계도 포함시킨 응답이 안정하게 되도록 할 수 있고, 또한 핸들 급속 조타 시와 같이 과도 응답이 필요한 경우에는 통상 설정된 제어 대역으로 전류 제어되기 때문에 충분한 응답성을 확보할 수 있다.

(실시예 2)

도 5는 본 발명의 일 실시예인 실시예 2에 따른 전류 피드백 처리의 소프트웨어 동작을 나타내는 흐름도이다. 전동 파워 스티어링 장치의 제어 유닛 및 그 제어 유닛에 접속되는 입출력 장치를 나타내는 기능 블럭도는 실시예 1에 나타낸 도 1과 마찬가지이고, 또 전동 파워 스티어링 장치의 제어 유닛 및 주변의 회로 블럭의 구성예는 도 2와 마찬가지이기 때문에 생략한다.

도 5에 대해서는, 단계 S1 내지 S3 및 S7 내지 S11은, 실시예 1의 도 3과 마찬가지이고, 변경 부분인 S4 내지 S6에 대하여 설명한다. 도 5의 단계 S4에서는, 단계 S3에서 구한 편차 ε을 제 2 임계값으로서의 임계값 Th2와 비교하여, 임계값 Th2보다 작을 때는 이득 K1을 승산하는 단계 S5로, 또한 임계값 Th2 이상일 때는 이득 K2를 승산하는 단계 S6으로 분기된다.

여기서 이득을 K1로 했을 때의 PI 연산에 의한 전류 피드백 루프의 일순 전달 함수는, 도 6에 도시하는 바와 같이 되어, 교차 주파수를 fc0으로 한다. 또한 이득 K2로 했을 때의 PI 연산에 의한 전류 피드백 루프의 일순 전달 함수는 도 7에 도시하는 바와 같이 되어, 교차 주파수 fc는 예컨대, fcO/2^1/2이하로 되도록 설정하고 있다. 또한 도 6 및 도 7에 있어서, 참조부호 fn은 예컨대, 모터의 축 변형의 고유 진동수와 같은 기계계의 고유 진동수 중 하나를 나타내고 있다.

모터 구동 시의 가진력의 기본 주파수는, (모터 회전수)×(모터 세그먼트 수)이며, 그 정수 배의 가진력이 커진다. 모터 전류 제어의 응답성을 높이기 위해서 전동기를 구동 제어할 때의 전류 피드백 루프의 일순 전달 함수에 있어서의 교차 주파수를 크게 잡으면, 전술한 가진 주파수에 대한 제어 이득이 커지기 때문에 가진력이 커져, 기계계의 고유 진동수와 공진하는 것에 의해 발생하는 소음이 커진다고 하는 문제가 있다.

전동기가 고속 회전하고 있을 때에는 모터 회전수 및 모터 전류가 커지기 때문에 가진력도 커지고, 소음 레벨은 특히 커진다. 모터가 고속 회전하고 있을 경우는 도 5의 단계 S3에서 구한 편차 ε이 임계값 Th2 이상으로 되어, 단계 S6에서 제어 이득 K2가 선택되고 PI 연산에 의한 전류 피드백 루프의 일순 전달 함수에 있어서의 교차 주파수 fc는 작게 (fcO/2^1/2이하)된다. 이 때 도 6, 도 7에 도시하는 바와 같이, 기계계의 고유 진동수 fn에서의 제어 이득은 종래부터 작게 되고(3dB이상 작게 됨), 따라서 소음 레벨을 작게 할 수 있다. 이와 같이 제어 이득을 선택하는 것으로, 핸들 급속 조타 시와 같이 모터 전류가 커지기 때문에, 가진력이 커지는 경우에는 제어 대역을 작게 하여 저소음화를 도모하고, 또한 핸들 저속 회전 시와 같이 모터 전류가 작은 경우에는 통상 설정된 제어 대역에서 전류 제어되기 때문에 충분한 응답성을 확보할 수 있다.

(실시예 3)

실시예 1 및 실시예 2에 있어서는 전류 피드백의 연산식 선택의 지표로서 전류 지령값 결정 수단이 출력하는 전동기 구동 전류 지령값과 전류값 검출 수단이 출력하는 전동기 구동 전류값의 편차를 이용했지만, 본 실시예 3에서는 전류 피드백의 연산식 선택의 지표로서 전동기 회전수 검출 수단이 출력하는 전동기 회전수 신호를 이용하는 예에 대하여 기술한다.

전동 파워 스티어링 장치의 제어 유닛 및 그 제어 유닛에 접속되는 입출력 장치를 나타내는 기능 블럭도는 실시예 1에서 나타낸 도 1과 마찬가지이고, 또 전동 파워 스티어링 장치의 제어 유닛 및 주변의 회로 블럭의 구성예는 도 2와 마찬가지이다. 도 8에 본 발명의 일 실시예인 실시예 3에 따른 전류 피드백 처리의 소프트웨어 동작을 나타내는 흐름도를 나타낸다. 도 8의 흐름도는 도 3, 도 5의 흐름도에 대하여 단계 S12의 판독 신호를 모터 회전 속도 검출값 ω_mtr(전동기 회전수 검출 수단(3)이 출력하는 전동기 회전 신호)로 하고, 단계 S4에 있어서의 피드백 이득 전환의 지표를 이 ω_mtr로 행하는 것으로 하고 있다.

즉, 전류 피드백 루프의 일순 전달 함수에 있어서의 교차 주파수가 전동기의 회전계의 고유 진동수와 근사하고 있는 경우에는, 모터가 토크를 발생한 채로 정지하고 있을 때 또는 저속 회전하고 있을 때에 전류가 크게 진동하여 핸들 조타감이 악화되는 현상이 있고, 이 경우는 실시예 1과 마찬가지로 도 8에 있어서 모터 회전 속도 검출값 ω_mtr(전동기 회전 신호)이 제 1 임계값으로서의 임계값 Th3이하이면, 단계 S6에서 전류 피드백 루프의 일순 전달 함수에 있어서의 교차 주파수가 전동기의 회전계의 1차 고유 진동수의 예컨대 1/2^1/2배 이하로 되는 것과 같은 이득 K2를 선택하여 전류 제어를 하는 것에 의해 조타 감각을 향상시킬 수 있다.

또한, 모터 전류 제어의 응답성을 높이기 위해서 전동기를 구동 제어할 때의 전류 피드백 루프의 일순 전달 함수에 있어서의 교차 주파수를 크게 하고 있는 경우에는, (모터 회전수)×(모터 세그먼트 수)의 정수 배의 가진 주파수에 대한 제어 이득이 커지기 때문에 가진력이 커져 기계계의 고유 진동수와 공진하는 것에 의해 발생하는 소음이 커진다고 하는 현상이 있고, 이 경우는 실시예 2와 마찬가지로 도 8에 있어서, 모터 회전 속도 검출값 ω_mtr(전동기 회전 신호)이 제 2 임계값으로서의 임계값 Th4이상이면, 단계 S6에서 전류 피드백 루프의 일순 전달 함수에 있어서의 교차 주파수가 통상의 교차 주파수의 1/2^1/2배 이하로 되는 것과 같은 이득 K2를 선택하여 전류 제어를 하는 것에 의해 소음 레벨을 작게 할 수 있다. 모터 회전 속도 검출 수단은 특히, 브러시리스 모터에는 반드시 구비되어 있기 때문에 용이하고또한 저렴하게 실시할 수 있다.

(실시예 4)

본 실시예 4에서는 전류 피드백의 연산식 선택의 지표로서 조타 속도 검출 수단이 출력하는 조타 속도 신호를 이용하는 예에 대하여 기술한다. 도 9에 전류 피드백 처리의 흐름도를, 도 10에 회로 블럭의 구성예를 나타낸다. 도 9의 흐름도는 도 3, 도 5 또는 도 8의 흐름도에 대하여 단계 S12의 판독 신호를 조타 속도 검출값 ω_str(조타 속도 검출 수단(23)이 출력하는 조타 속도 신호)로 하여, 단계 S4에 있어서의 피드백 이득 전환의 지표를 이 ω_str에서 하는 것으로 하고 있다.

즉, 실시예 1과 같은 경우는, 조타 속도 검출값 ω_str(조타 속도 신호)가 제 1 임계값으로서의 임계값 Th5이하이면, 단계 S6에 의해 전류 피드백 루프의 일순 전달 함수에 있어서의 교차 주파수가 전동기의 회전계의 1차 고유 진동수의 예컨대 1/2^1/2배 이하로서 조타 감각을 향상시켜, 실시예 2와 마찬가지의 경우는 조타 속도 검출값 ω_str(조타 속도 신호)이 제 2 임계값으로서의 임계값 Th6 이상이면, 단계 S6에 의해 전류 피드백 루프의 일순 전달 함수에 있어서의 교차 주파수가 통상의 교차 주파수의 1/2^1/2배 이하로서 소음 레벨을 작게 한다.

또, 조타 속도 검출 수단(23)에는, 광학식 인코더, 자기식 인코더, 리솔버(resolver) 등의 회전 센서를 이용할 수 있고, 이들은 마이크로 컴퓨터와의인터페이스도 용이하다.

(실시예 5)

실시예 1 및 실시예 2에 있어서는 전류 피드백의 연산식 선택의 지표로서 전류 지령값과 전류 검출값의 편차를 이용했지만, 본 실시예 5에서는 전류 지령값의 미분값을 이용하는 예에 대하여 기술한다.

운전자의 핸들 조작 시간은 짧기 때문에, 전류 지령값의 미분값이 클 때는 모터 회전 속도 또는 핸들 조타 속도는 고속이며, 또한 전류 지령값의 미분값이 작을 때는 모터 회전 속도 또는 핸들 조타 속도는 저속이라고 생각할 수 있다.

도 11에 전류 피드백 처리의 흐름도를 나타낸다. 단계 S1에서는, 전회(前回)의 전류 피드백 제어 주기에서 이용한 모터 구동 전류 지령값 I_TGT를 1샘플 지연한 목표 전류값으로서 보존한 후, 이번 회의 제어 주기에 있어서의 목표 전류를 판독한다. 또한, 단계 S4에서는 이번 회의 목표 전류 지령값과 전회의 목표 전류 지령값의 편차의 절대값을 소정 임계값과 비교한다.

즉, 실시예 1과 마찬가지의 경우는 전류 지령값의 미분값이 제 1 임계값으로서의 임계값 Th7 이하이면, 단계 S6에서 전류 피드백 루프의 일순 전달 함수에 있어서의 교차 주파수가 전동기의 회전계의 1차 고유 진동수의 예컨대 1/2^1/2배 이하로서 조타 감각을 향상시키고, 실시예 2와 마찬가지의 경우는 전류 지령값의 미분값이 제 2 임계값으로서의 임계값 Th8이상이면, 단계 S6에서 전류 피드백 루프의 일순 전달 함수에 있어서의 교차 주파수가 통상의 교차 주파수의 1/2^1/2배 이하로 하여 소음 레벨을 작게 한다.

또한, 본 실시예에서는 미분 연산의 수단으로서, 제어 주기마다의 샘플링 값에 대하여 소프트웨어에 의해 후방차분에 의해서 있어 미분하는 것으로 하여 나타내었지만, 그 밖에 알려진 쌍일차 변환을 이용한 소프트웨어에 의한 미분 처리 또는 연산 증폭기를 이용한 하드웨어에 의한 미분 처리 방법 등을 응용하여도 좋다.

(실시예 6)

본 실시예 6에서는 전류 피드백의 연산식 선택의 지표로서 전동기 회전수 신호 또는 조타 속도 신호의 미분값을 이용하는 예에 대하여 기술한다. 운전자의 핸들 조작 시간은 짧기 때문에, 전동기 회전수 신호 또는 조타 속도 신호의 미분값이 클 때는 모터 회전 속도 또는 핸들 조타 속도는 고속이며, 또한 전동기 회전수 신호 또는 조타 속도 신호의 미분값이 작을 때는 모터 회전 속도 또는 핸들 조타 속도는 저속이라고 생각할 수 있다.

도 12에 전류 피드백 처리의 흐름도를 나타낸다. 단계 S12에서는, 전회의 제어 주기에서 판독한 조타 속도 검출 수단(23)의 검출값 ω_str을 판독한다. 또한, 단계 S4에서는 이번 회의 제어 주기와 전회의 제어 주기의 조타 속도 검출 수단(23)의 검출값의 편차의 절대값을 소정 임계값과 비교한다.

즉, 실시예 1과 마찬가지의 경우는 전류 지령값의 미분값이 제 1 임계값으로서의 임계값 Th9이하이면, 단계 S6에서 전류 피드백 루프의 일순 전달 함수에 있어서의 교차 주파수가 전동기의 회전계의 1차 고유 진동수의 예컨대 1/2^1/2배 이하로서 조타 감각을 향상시키고, 실시예 2와 마찬가지의 경우는 전류 지령값의 미분값이 제 2 임계값으로서의 임계값 Th10이상이면, 단계 S6에서 전류 피드백 루프의 일순 전달 함수에 있어서의 교차 주파수가 통상의 교차 주파수의 1/2^1/2배 이하로서 소음 레벨을 작게 한다.

본 실시예에 있어서는, 도 12의 단계 S12의 조타 속도 검출 수단(23)의 검출값을 미분하여, 그 결과에 근거하여 피드백 이득을 설정하는 것으로서 설명했지만, 모터 회전수 검출 수단(3)의 출력값에 대하여 미분을 실행하여 이용하여도 마찬가지의 효과가 얻어진다.

또한, 본 실시예에서는 미분 연산의 수단으로서, 제어 주기마다의 샘플링 값에 대하여 소프트웨어에 의해 후방차분에 의해서 미분하는 것으로서 나타내었지만, 그 밖에 알려진 쌍일차 변환을 이용한 소프트웨어에 의한 미분 처리 또는 연산 증폭기를 이용한 하드웨어에 의한 미분 처리 방법 등을 응용하여도 좋다.

(실시예 7)

도 1에 있어서, 전류 지령값 결정 수단(4)이 출력한 지령값은 모터(실 부하)(5)의 구동 전류를 검출하는 전류 검출 수단(6)을 거쳐서 제어 유닛에 피드백된 값과의 사이에서 편차가 연산되지만, 본 실시예에 있어서는, 편차는 PI제어기(8)에 입력되어, 전류 피드백 제어가 순서대로 실행된다. 또한, 제어기 출력은 펄스 폭 변조 수단(9)에 의해 소정의 반송 주파수와 제어량에 따른 펄스 폭의 신호로 변환된다. 그리고, 펄스 폭 변조 수단(9)의 출력은 배터리(10)가 공급하는 전원에 의해 전력 증폭되어, 모터(5)에 제어 전류를 공급한다.

본 실시예의 전류 피드백 루프의 일순 전달 함수의 예를 도 13에 나타낸다. 도면에 있어서, 참조부호 fn1은 전동기의 회전계의 1차 고유 진동수를, 또한 참조부호 fn2는 전동기의 축 변형계의 1차 고유 진동수이며, 참조부호 fc는 전류 피드백 루프의 일순 전달 함수에 있어서의 교차 주파수를 나타내고 있다. 도 13은 fn1<fc<fn2로 되는 경우의 전달 함수를 나타내고 있다. 본 실험 장치에 있어서의 전동기의 회전계의 1차 고유 진동수 fn1은 약 100Hz, 또한 전동기의 축 변형계의 1차 고유 진동수 fn2는 약 1kHz이다. 교차 주파수 fc의 설정 방법과 그 효과에 대하여 실험 결과를 바탕으로 설명한다.

도 14는 전류 피드백 루프의 일순 전달 함수에 있어서의 교차 주파수 fc가 도 13과 같이 fn1<fc<fn2로 되는 소정값에 있어서, 전류 피드백 제어의 샘플링 주파수와 전류 피드백 루프의 일순 전달 함수에 있어서의 교차 주파수의 비를 횡축에, 또한 전류 변동의 크기를 종축에 잡은 것이다. 도면으로부터 알 수 있듯이, 전류 피드백 제어의 샘플링 주파수와 전류 피드백 루프의 일순 전달 함수에 있어서의 교차 주파수의 비가 10이상일 경우는 전류 변동은 작지만, 그들의 비가 10보다 작게 되면, 전류 변동은 증대하는 경향이 있고, 그들의 비가 5보다 작으면 전류 변동은 상당히 커진다. 이 전류 변동은 모터의 토크 변동으로 되어, 핸들에 진동이전달되기 때문에 조타 감각이 저하한다.

도 15, 도 16, 도 17은 핸들 보타 시의 전류의 시간 파형 및 주파수 특성을 동일 스케일로 그린 것이다. 각각 (a)가 시간 파형, (b)가 주파수 특성을 나타내고 있다. 교차 주파수 fc와 전동기의 회전계의 1차 고유 진동수 fn1의 관계는 도 15의 경우는 fc<fn1, 도 16의 경우는 fn1<fc, 도 17의 경우는 fn1<<fc로 되도록 설정하고, 예컨대 여기서는, 도 15의 경우는 fc≒0.8×fn1, 도 16의 경우는 fc≒5×fn1, 도 17의 경우는 fc≒15×fn1로 하고 있다. 또, 전류 피드백 제어의 샘플링 주파수는 모두 20kHz이며, 전류 피드백 루프의 일순 전달 함수에 있어서의 교차 주파수의 10배 이상으로 하고 있다.

도 15의 경우는 교차 주파수 fc가 회전계의 1차 고유 진동수 fn1의 약 0.8배이며, fn1보다 작게 설정되어 있기 때문에 전류 변동을 저감할 수 없고, 전류는 회전계의 1차 고유 진동수인 약 100Hz에서 크게 진동하고 있다. 그 때문에 모터의 토크 변동이 커져, 핸들에 진동이 전달되어 조타 감각이 저하한다.

도 16의 경우는 교차 주파수 fc가 회전계의 1차 고유 진동수 fn1의 약 5배이며, fn1보다 크게 설정되어 있기 때문에 전류 변동을 저감할 수 있어, 약 100Hz에서의 전류 변동도 저감할 수 있다.

도 17의 경우는 교차 주파수 fc가 회전계의 1차 고유 진동수 fn1의 약 15배이며, fn1보다 충분히 크게 설정되어 있기 때문에 전류 변동은 거의 볼 수 없다.

이와 같이 보타 시의 핸들 진동을 저감하기 위해서는 전류 피드백 루프의 일순 전달 함수에 있어서의 교차 주파수 fc는 큰 쪽이 바람직하고, 적어도 회전계의1차 고유 진동수 fn1보다 크게 할 필요가 있다.

그리고, 본 실시예에 있어서는, 전동기 제어 수단으로서의 마이크로 제어기(11)는 전류 피드백 루프의 일순 전달 함수에 있어서의 교차 주파수를 전동기의 회전계의 1차 고유 진동수 이상으로 하기 때문에, 전동기에 공급되는 전류가 회전계의 1차 고유 진동수로 변동하는 것을 억제할 수 있어, 핸들에 전해지는 진동을 저감하여 조타 감각을 향상시키는 효과가 있다.

또한, 마이크로 제어기(11)는 전류 피드백 제어의 샘플링 주파수가 전류 피드백 루프의 일순 전달 함수에 있어서의 교차 주파수의 5배 이상으로 되도록 디지털 제어를 한다. 그 때문에, 전류 변동이 작아 핸들에 전해지는 진동을 저감하여 조타 감각을 향상시킬 수 있다.

(실시예 8)

본 실시예에 있어서는, 핸들 회전 시의 소음에 대하여 고려한 것이다. 도 18, 도 19, 도 20은 핸들 회전 시의 소음 특성을 동일 스케일로 그린 것으로, 교차 주파수 fc와 전동기의 축 변형계의 1차 고유 진동수 fn2의 관계는, 도 18의 경우는 fc<<fn2, 도 19의 경우는 fc<fn2, 도 20의 경우는 fn2<fc로 되도록 설정하고, 예컨대 여기서는, 도 18의 경우는 fc≒0.1×fn2, 도 19의 경우는 fc≒0.5×fn2, 도 20의 경우는 fc≒1.5×fn2로 하고 있다.

전동기의 축 변형계의 1차 고유 진동수 fn2는 약 1kHz이며, 약 1kHz의 소음 레벨은 도 20, 도 19, 도 18의 순서대로 커지고 있다. 이것은 전류 피드백 루프의일순 전달 함수에 있어서의 교차 주파수를 크게 잡으면, 가진 주파수에 대한 제어 이득이 커지기 때문에 가진력이 커져, 기계계의 고유 진동수와의 공진으로 발생하는 소음이 커지기 때문이다. 따라서 핸들 회전 시의 소음을 저감시키기 위해서는 전류 피드백 루프의 일순 전달 함수에 있어서의 교차 주파수 fc는 작은 쪽이 바람직하고, 적어도 전동기의 축 변형계의 1차 고유 진동수 fn2보다 작게 해야 한다.

이와 같이, 전류 피드백 루프의 일순 전달 함수에 있어서의 교차 주파수 fc는, 핸들 보타 시에는, 전동기의 회전계의 1차 고유 진동수 fn1보다 크고, 핸들 회전 시에는, 전동기의 축 변형계의 1차 고유 진동수 fn2보다 작게 설정하는 것이 좋다고 할 수 있다. 그 전달 특성은 도 13과 같이 된다.

즉, 본 실시예에 있어서는, 전동기 제어 수단으로서의 마이크로 제어기(11)는 전류 피드백 루프의 일순 전달 함수에 있어서의 교차 주파수를 전동기의 회전계의 1차 고유 진동수 이상, 또한 전동기의 축 변형계의 1차 고유 진동수 이하로 한다. 그 때문에, 전류 피드백 제어의 교차 주파수를 전동기의 축 변형계의 1차 고유 진동수 이하로 작게 하는 것에 의해 축 변형계의 1차 고유 진동수에서의 제어 이득은 작게 되어 가진력이 작게 되기 때문에, 전동기의 가진력이 전동기의 축 변형계의 고유 진동수 등과 공진하는 것에 의해 발생하는 소음을 저감할 수 있다.

본 발명의 제 1 국면에 따른 전동 파워 스티어링 장치는 자동차의 진행 방향을 지시하는 핸들과, 운전자의 핸들 조작에 대하여 보조력을 부여하는 전동기와,전동기를 전류 피드백 제어에 의해 구동 제어하는 전동기 제어 수단을 갖는 전동 파워 스티어링 장치에 있어서, 전동기 제어 수단은 전류 피드백 루프의 일순 전달 함수에 있어서의 교차 주파수를 전동기의 회전계의 1차 고유 진동수 이상으로 한다. 그 때문에, 전류 피드백 루프의 일순 전달 함수에 있어서의 교차 주파수를 전동기의 회전계의 1차 고유 진동수보다 크게 설정하는 것에 의해 전동기에 공급하는 전류가 회전계의 1차 고유 진동수에서 변동하는 것을 억제할 수 있기 때문에, 핸들에 전해지는 진동을 저감하여 조타 감각을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 제 2 국면에 따른 전동 파워 스티어링 장치는, 제 1 국면에 있어서, 전동기는 브러시를 구비한 직류 전동기이고, 전동기 제어 수단은 디지털 제어를 한다. 그 때문에, 전류 변동을 작게 함으로써 핸들에 전해지는 진동을 저감하여 조타 감각을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 제 3 국면에 따른 전동 파워 스티어링 장치는, 제 1 또는 제 2 국면에 있어서, 전동기 제어 수단은 전류 피드백 루프의 일순 전달 함수에 있어서의 교차 주파수를 전동기의 회전계의 1차 고유 진동수 이상, 또한 전동기의 축 변형계의 1차 고유 진동수 이하로 한다. 그 때문에, 전류 피드백 제어의 교차 주파수를 전동기의 축 변형계의 1차 고유 진동수 이하로 작게 하는 것에 의해 축 변형계의 1차 고유 진동수에서의 제어 이득은 작게 되어 가진력이 작게 되기 때문에, 전동기의 가진력이 전동기의 축 변형계의 고유 진동수 등과 공진하는 것에 의해 발생하는 소음을 저감할 수 있다.

본 발명의 제 4 국면에 따른 전동 파워 스티어링 장치는, 자동차의 진행 방향을 지시하는 핸들과, 운전자의 핸들 조작에 대하여 보조력을 부여하는 전동기와, 전동기를 전류 피드백 제어에 의해 구동 제어하는 전동기 제어 수단을 갖는 전동 파워 스티어링 장치에 있어서, 전동기 제어 수단은 전류 피드백의 연산식을 선택하는 지표가 제 1 임계값 이하일 때, 전류 피드백 루프의 일순 전달 함수에 있어서의 교차 주파수가 소정값 이하로 되는 연산식을 선택한다. 그 때문에, 전류 피드백 루프의 일순 전달 함수에 있어서의 교차 주파수가 전동기의 회전계의 고유 진동수와 근사하고 있는 경우에 모터가 토크를 발생한 채로 정지하고 있을 때 또는 저속 회전하고 있는 때에 전류가 크게 진동하여 핸들 조타감이 악화하는 현상을 방지함으로써 조타 감각을 향상시키는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 제 5 국면에 따른 전동 파워 스티어링 장치는, 제 4 국면에 있어서, 소정값은 전동기의 회전계의 1차 고유 진동수의 소정 배수값이다. 그 때문에, 전류 피드백 루프의 일순 전달 함수에 있어서의 교차 주파수가 전동기의 회전계의 고유 진동수와 근사하고 있는 경우에 모터가 토크를 발생한 채로 정지하고 있는 때 또는 저속 회전하고 있는 때에 전류가 크게 진동하여 핸들 조타감이 악화되는 현상을 방지함으로써 조타 감각을 향상시키는 효과가 있다.

본 발명의 제 6 국면에 따른 전동 파워 스티어링 장치는, 제 5 국면에 있어서, 소정 배수값은 1/2^1/2이다. 그 때문에, 전류 피드백 루프의 일순 전달 함수에 있어서의 교차 주파수가 전동기의 회전계의 고유 진동수와 근사하고 있는 경우에 모터가 토크를 발생한 채로 정지하고 있는 때 또는 저속 회전하고 있는 때에 전류가 크게 진동하여 핸들 조타감이 악화되는 현상을 방지함으로써 조타 감각을 향상시키는 효과가 있다.

본 발명의 제 7 국면에 따른 전동 파워 스티어링 장치는 자동차의 진행 방향을 지시하는 핸들과, 운전자의 핸들 조작에 대하여 보조력을 부여하는 전동기와, 전동기를 전류 피드백 제어에 의해 구동 제어하는 전동기 제어 수단을 갖는 전동 파워 스티어링 장치에 있어서, 전동기 제어 수단은 전류 피드백의 연산식을 선택하는 지표가 제 2 임계값 이상일 때, 전류 피드백 루프의 일순 전달 함수에 있어서의 교차 주파수가 소정값 이하로 되는 것과 같은 연산식을 선택한다. 그 때문에, 모터 전류 제어의 응답성을 높이기 위해, 전동기를 구동 제어할 때의 전류 피드백 루프의 일순 전달 함수에 있어서의 교차 주파수를 크게 하고 있는 경우에 가진 주파수에 대한 제어 이득이 커지므로 가진력도 커져 기계계의 고유 진동수와 공진하는 것에 의해 발생하는 소음이 커진다고 하는 현상을 방지하여 소음 레벨을 저감하는 효과가 있다.

본 발명의 제 8 국면에 따른 전동 파워 스티어링 장치는, 제 7 국면에 있어서, 소정값은 지표가 제 2 임계값보다도 작을 때에 선택되는 연산식에 의한 전류 피드백의 교차 주파수의 소정 배수값이다. 그 때문에, 모터 전류 제어의 응답성을 높이기 위해서 전동기를 구동 제어할 때의 전류 피드백 루프의 일순 전달 함수에 있어서의 교차 주파수를 크게 하고 있는 경우에 가진 주파수에 대한 제어 이득이 커지기 때문에 가진력이 커져 기계계의 고유 진동수와 공진하는 것에 의해 발생하는 소음이 커진다고 하는 현상을 방지하여 소음 레벨을 저감하는 효과가 있다.

본 발명의 제 9 국면에 따른 전동 파워 스티어링 장치는, 제 8 국면에 있어서, 소정 배수값은 1/2^1/2이다. 그 때문에, 모터 전류 제어의 응답성을 높이기 위해서 전동기를 구동 제어할 때의 전류 피드백 루프의 일순 전달 함수에 있어서의 교차 주파수를 크게 하고 있는 경우에 가진 주파수에 대한 제어 이득이 커지기 때문에 가진력도 커져 기계계의 고유 진동수와 공진하는 것에 의해 발생하는 소음이 커진다고 하는 현상을 방지하여 소음 레벨을 저감하는 효과가 있다.

본 발명의 제 10 국면에 따른 전동 파워 스티어링 장치는, 자동차의 진행 방향을 지시하는 핸들과, 운전자의 핸들 조작에 대하여 보조력을 부여하는 전동기와, 전동기를 전류 피드백 제어에 의해 구동 제어하는 전동기 제어 수단을 갖는 전동 파워 스티어링 장치에 있어서, 전동기 제어 수단은 전류 피드백의 연산식을 선택하는 지표가 제 1 임계값 이하일 때, 전류 피드백 루프의 일순 전달 함수에 있어서의 교차 주파수가 제 1 소정값으로 되는 연산식을 선택하고, 또한, 전류 피드백의 연산식을 선택하는 지표가 제 2 임계값 이상일 때, 전류 피드백 루프의 일순 전달 함수에 있어서의 교차 주파수가 제 2 소정값 이하로 되는 것과 같은 연산식을 선택한다. 그 때문에, 조타 감각을 향상시켜, 소음 레벨을 저감시키는 효과가 있다.

본 발명의 제 11 국면에 따른 전동 파워 스티어링 장치는, 제 10 국면에 있어서, 제 1 소정값은 전동기의 회전계의 1차 고유 진동수의 소정 배수값이다. 그 때문에, 조타 감각을 향상시켜, 소음 레벨을 저감시키는 효과가 있다.

본 발명의 제 12 국면에 따른 전동 파워 스티어링 장치는, 제 11 국면에 있어서, 소정 배수값은 1/2^1/2이다. 그 때문에, 조타 감각을 향상시켜, 소음 레벨을 저감시키는 효과가 있다.

본 발명의 제 13 국면에 따른 전동 파워 스티어링 장치는, 제 10 국면에 있어서, 제 2 소정값은 지표가 제 2 임계값보다도 작을 때에 선택되는 연산식에 의한 전류 피드백의 교차 주파수의 소정 배수값이다. 그 때문에, 조타 감각을 향상시켜, 소음 레벨을 저감시키는 효과가 있다.

본 발명의 제 14 국면에 따른 전동 파워 스티어링 장치는, 제 13 국면에 있어서, 소정 배수값은 1/2^1/2이다. 그 때문에, 조타 감각을 향상시켜, 소음 레벨을 저감시키는 효과가 있다.

본 발명의 제 15 국면에 따른 전동 파워 스티어링 장치는, 제 4 국면 내지 제 14 국면 중 어느 한 국면에 있어서, 전동기 제어 수단은 전류 지령값 결정 수단이 출력하는 전동기 구동 전류 지령값과, 전류값 검출 수단이 출력하는 전동기 구동 전류값의 편차의 절대값을 전류 피드백의 연산식 선택의 지표로서 이용한다. 그 때문에, 조타 감각을 향상시켜, 소음 레벨을 저감시키는 효과가 있다.

본 발명의 제 16 국면에 따른 전동 파워 스티어링 장치는, 제 4 국면 내지 제 14 국면 중 어느 한 국면에 있어서, 전동기 제어 수단은 전동기 회전수 검출 수단이 출력하는 전동기 회전수 신호를 전류 피드백의 연산식 선택의 지표로서 이용한다. 그 때문에, 조타 감각을 향상시켜, 소음 레벨을 저감시키는 효과가 있다.

본 발명의 제 17 국면에 따른 전동 파워 스티어링 장치는, 제 4 국면 내지제 14 국면 중 어느 한 국면에 있어서, 전동기 제어 수단은 조타 속도 검출 수단이 출력하는 조타 속도 신호를 전류 피드백의 연산식 선택의 지표로서 이용한다. 그 때문에, 조타 감각을 향상시켜, 소음 레벨을 저감시키는 효과가 있다.

본 발명의 제 18 국면에 따른 전동 파워 스티어링 장치는, 제 4 국면 내지 제 14 국면 중 어느 한 국면에 있어서, 전동기 제어 수단은 전류 지령값 결정 수단이 출력하는 전동기 구동 전류 지령값의 미분값의 절대값을 전류 피드백의 연산식 선택의 지표로서 이용한다. 그 때문에, 조타 감각을 향상시켜, 소음 레벨을 저감시키는 효과가 있다.

본 발명의 제 19 국면에 따른 전동 파워 스티어링 장치는, 제 4 국면 내지 제 14 국면 중 어느 한 국면에 있어서, 전동기 제어 수단은 전동기 회전수 검출 수단이 출력하는 전동기 회전수 신호의 미분값의 절대값을 전류 피드백의 연산식 선택의 지표로서 이용한다. 그 때문에, 조타 감각을 향상시켜, 소음 레벨을 저감시키는 효과가 있다.

본 발명의 제 20 국면에 따른 전동 파워 스티어링 장치는, 제 4 국면 내지 제 14 국면 중 어느 한 국면에 있어서, 전동기 제어 수단은 조타 속도 검출 수단이 출력하는 조타 속도 신호의 미분값의 절대값을 전류 피드백의 연산식 선택의 지표로서 이용한다. 그 때문에, 조타 감각을 향상시켜, 소음 레벨을 저감시키는 효과가 있다.

이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것이 아니고, 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.

Claims (3)

1. 자동차의 진행 방향을 지시하는 핸들과, 운전자의 상기 핸들 조작에 대하여 보조력을 부여하는 전동기와, 상기 전동기를 전류 피드백 제어에 의해 구동 제어하는 전동기 제어 수단을 갖는 전동 파워 스티어링 장치에 있어서,

   상기 전동기 제어 수단은 전류 피드백 루프의 일순 전달 함수에 있어서의 교차 주파수를 상기 전동기의 회전계의 1차 고유 진동수 이상으로 하는 것

   을 특징으로 하는 전동 파워 스티어링 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 전동기는 브러시를 구비한 직류 전동기이고,

   상기 전동기 제어 수단은 디지털 제어를 행하는 것

   을 특징으로 하는 전동 파워 스티어링 장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 전동기 제어 수단은 전류 피드백 루프의 일순 전달 함수에 있어서의 교차 주파수를 상기 전동기의 회전계의 1차 고유 진동수 이상이고, 상기 전동기의 축 변형계의 1차 고유 진동수 이하로 하는 것

   을 특징으로 하는 전동 파워 스티어링 장치.