KR101172096B1 - 전동 파워스티어링 시스템의 토크센서 전원 노이즈 영향제거방법 - Google Patents

전동 파워스티어링 시스템의 토크센서 전원 노이즈 영향제거방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자동차의 전동 파워스티어링 시스템에 관한 것이다.
본 발명은, 자동차의 전동 파워스티어링 시스템에 있어서, 조향모터, 모터 구동회로, 토크센서 및 마이크로 제어유닛을 구비한 전동 파워스티어링 시스템에서 토크센서 전원 노이즈 영향을 제거하는 방법에 있어서, 상기 토크센서로부터의 토크전압을 증폭한 증폭전압을 AD 변환함에 있어서 상기 AD 변환에 필요한 상기 증폭전압을 샘플링하는 타이밍은 상기 PWM 펄스의 라이징 타이밍과 일치하지 않도록 튜닝하는 것을 특징으로 하는 전동 파워스티어링 시스템의 토크센서 전원 노이즈 영향 제거방법을 제공한다.
본 발명에 의하면, 토크센서에서 출력되는 토크전압을 증폭한 후 AD 변환함에 있어서 조향 모터를 구동하는 데 사용하는 PWM 펄스의 스위칭 노이즈의 영향을 제거하기 위하여 AD 변환 시작 인터럽트 타이밍을 PWM 스위칭 펄스의 라이징 타이밍과 일치시키고 AD 변환 시작 인터럽트 후 토크전압을 샘플링하는 타이밍은 PWM 스위칭 펄스의 라이징 타이밍과 일치되지 않도록 튜닝하여 PWM 펄스의 스위칭 노이즈의 영향을 받지 않도록 함으로써 조향의 안정성을 높이는 효과가 있다.
파워스티어링, 토크센서, 노이즈, AD변환, 타이밍

Description

전동 파워스티어링 시스템의 토크센서 전원 노이즈 영향 제거방법{Method for Eliminating Influence of Noise in Torque Sensor Voltage Source for Use in Electric Power Steering System}
도 1은 PWM 스위칭 노이즈의 영향을 제거하기 위하여 용량이 큰 저역통과필터를 단 종래의 전동 파워스티어링 시스템을 도시한 도면,
도 2는 종래의 전동 파워스티어링 시스템에서 조향모터 구동회로를 PWM 스위칭하는 펄스의 타이밍과 토크전압 증폭값을 MCU에서 AD 변환하는 타이밍을 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전동 파워스티어링 시스템을 도시한 도면,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전동 파워스티어링 시스템에서 조향모터 구동회로를 PWM 스위칭하는 펄스의 타이밍과 토크전압 증폭값을 MCU에서 AD 변환하는 타이밍을 도시한 도면이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
100, 300: 전자제어장치 112, 312: 마이크로 제어유닛
114, 314: 모터구동회로 116, 316: 토크센서 인터페이스
201, 401: AD 변환 인터럽트 발생시점
202, 402: 샘플링 시점 321: 저용량 저역통과필터
본 발명은 전동 파워스티어링 시스템의 토크센서 전원 노이즈 영향 제거방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 토크센서에서 출력되는 토크전압을 증폭한 후 AD 변환함에 있어서 조향 모터를 구동하는 데 사용하는 PWM 펄스의 스위칭 노이즈의 영향을 제거하기 위하여 AD 변환 시작 인터럽트 타이밍을 PWM 스위칭 펄스의 라이징 타이밍과 일치시키고 AD 변환 시작 인터럽트 후 토크전압을 샘플링하는 타이밍은 PWM 스위칭 펄스의 라이징 타이밍과 일치되지 않도록 튜닝하여 PWM 펄스의 스위칭 노이즈의 영향을 받지 않도록 함으로써 조향의 안정성을 높이는 전동 파워스티어링 시스템의 토크센서 전원 노이즈 영향 제거방법에 관한 것이다.
전동 파워스티어링 시스템에서 운전자가 핸들을 돌리게 되면 토크센서가 이를 검출하여 토크전압을 발생시키며 여기서 발생한 토크전압을 전자제어장치(Electronic Control Unit: ECU) 내 토크센서 인터페이스가 검출한 후 이를 증폭한 후 AD 변환하여 조향모터를 구동하는 데 사용한다. 따라서 운전자의 조향의도를 제대로 반영해주는 정확한 토크전압 검출은 원활한 조향 성능을 위하여 필수 불가결한 요소이다.
도 1은 PWM 스위칭 노이즈의 영향을 제거하기 위하여 용량이 큰 저역통과필터를 단 종래의 전동 파워스티어링 시스템을 도시한 도면이다.
토크센서에서 발생한 토크전압을 검출한 ECU(100) 내의 토크센서 인터페이스(116)는 검출된 전압을 증폭한 후 AD 변환하여 마이크로 제어유닛(Micro Control Unit: MCU)(112)으로 보낸다. MCU는 이 AD 변환 값을 이용하여 모터 구동시 모터구동회로(114)를 PWM 방식으로 스위칭하여 구동하는데 이 때 PWM 펄스의 라이징 타임에서 노이즈가 발생한다.
이 노이즈는 토크센서 전원(즉, VTS)을 통하여 토크센서로 유입되어 토크센서가 출력하는 토크전압(즉, TSM)의 왜곡을 유발한다. 즉, 토크전압(TSM)은 (TSM = VTS * (0.5 + a))(단, a는 토크 비례상수)의 식에 의하여 결정되며 토크센서 전압은 위 식에서 보듯이 토크센서 전원의 값(VTS)에 비례한다.
따라서 안정적인 토크센서 전원 값(VTS)이 안정적인 토크전압(TSM)을 결정하는데 중요한 요소가 된다.
도 2는 종래의 전동 파워스티어링 시스템에서 조향모터 구동회로를 PWM 스위칭하는 펄스의 타이밍과 토크전압 증폭값(TSA)을 MCU에서 AD 변환하는 타이밍을 도시한 도면이다.
도 2에 도시하듯이 AD 변환이 시작되는 시점(즉, AD변환 인터럽트 발생 시점)(201)을 임의의 시점에 이루어지도록 하면 PWM 스위칭의 라이징 타임에 실제 AD 변환을 위한 토크전압 증폭값 샘플링(202)이 이루어지는 경우가 발생한다. 이 때 PWM 스위칭의 라이징 타임에서는 노이즈가 토크센서 전원으로 유입되어 토크전압에는 왜곡된 값이 발생하며 따라서 토크전압 값을 검출하여 증폭한 후 AD 변환한 값에도 왜곡된 값이 산출되므로 이 왜곡된 AD 변환 전압을 조향모터 구동에 사용할 경우 조향의 불안정을 야기하는 문제점이 발생한다.
종래에는 이러한 문제점을 해결하기 위하여 토크센서 출력단에 저역통과필터를 달아 모터 구동 스위칭에 의한 노이즈의 영향을 제거하고자 하였다. 하지만 저역통과필터를 연결해도 여전히 노이즈 제거가 완전하지 않으며, 또한 고용량의 저역통과필터로 인하여 응답지연을 유발하며 경우에 따라서는 의도하지 않은 진동이 발생하기도 하는 문제점이 발생한다.
전술한 문제점을 해결하기 위해 본 발명은, 토크센서에서 출력되는 토크전압을 증폭한 후 AD 변환함에 있어서 조향 모터를 구동하는 데 사용하는 PWM 펄스의 스위칭 노이즈의 영향을 제거하기 위하여 AD 변환 시작 인터럽트 타이밍을 PWM 스위칭 펄스의 라이징 타이밍과 일치시키고 AD 변환 시작 인터럽트 후 토크전압을 샘플링하는 타이밍은 PWM 스위칭 펄스의 라이징 타이밍과 일치되지 않도록 튜닝하여 PWM 펄스의 스위칭 노이즈의 영향을 받지 않도록 함으로써 조향의 안정성을 높이는 데 주된 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 자동차의 전동 파워스티어링 시스템에 있어서, 토크센서로부터 입수한 토크전압을 조향모터 구동에 필요한 크기로 증폭하여 증폭전압을 생성하는 토크센서 인터페이스, 상기 조향모터를 구동하는 데 필요한 PWM 펄스의 라이징 타이밍과 동일한 타이밍에 상기 토크센서 인터페이스로부터 입수한 상기 증폭전압을 AD 변환하는 인터럽트가 발생하도록 하고 상기 증폭 전압을 샘플링하는 타이밍은 PWM 펄스의 라이징 타이밍과 동기되지 않도록 튜닝하여 상기 증폭전압의 크기에 맞는 상기 모터구동용 PWM 펄스를 생성하는 마이크로 제어유닛(Micro Control Unit: MCU) 및 상기 마이크로 제어유닛에서 입수된 상기 PWM 펄스를 이용하여 상기 조향모터를 구동하는 모터구동회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차의 전동 파워스티어링 시스템을 제공한다.
또한, 전술한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 조향모터, 모터 구동회로, 토크센서 및 마이크로 제어유닛(Micro Control Unit: MCU)을 구비한 전동 파워스티어링 시스템에서 토크센서 전원 노이즈 영향을 제거하는 방법에 있어서, 상기 토크센서로부터의 토크전압을 증폭한 증폭전압을 AD 변환함에 있어서 상기 AD 변환에 필요한 상기 증폭전압을 샘플링하는 타이밍은 상기 PWM 펄스의 라이징 타이밍과 일치하지 않도록 튜닝하는 것을 특징으로 하는 전동 파워스티어링 시스템의 토크센서 전원 노이즈 영향 제거방법을 제공한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 당업자에게 자명하거나 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전동 파워스티어링 시스템을 도시한 도면이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전동 파워스티어링 시스템은 마이크로 제어유닛(Micro Control Unit: MCU)(312), 모터구동회로(314) 및 토크센서 인터페이스(316)를 포함한다.
도 3에 도시하듯이, 토크센서에서 입수한 토크전압을 토크센서 인터페이스(316)에서 증폭하여 MCU(312)로 보내면 MCU는 이를 AD 변환하여 모터구동회로(314)를 구동하는 데 사용한다. 이 때 AD 변환함에 있어서 모터구동회로를 제어하는 모터 구동회로 제어용 PWM 펄스의 라이징 타이밍에서 발생하는 노이즈의 영향을 받지 않도록 모터 구동회로 제어용 WM 펄스의 라이징 타이밍과 AD 변환시작 인터럽트 타이밍을 동기시키고 뒤 이은 토크전압 증폭값(TSA)을 샘플링하는 타이밍을 모터 구동회로 제어용 PWM 펄스의 라이징 타이밍과 일치하지 않도록 튜닝시킴으로써 조향의 안정을 도모한다.
이와 같이 모터 구동회로 제어용 PWM 펄스에 의한 스위칭 노이즈의 영향이 제거됨에 따라 고용량의 저역통과필터(LPF) 대신 저용량의 저역통과필터(321)만 있어도 되고 이에 따라서 조향응답 지연이 발생하는 현상이 제거될 수 있다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전동 파워스티어링 시스템에서 조향모터 구동스위치를 PWM 스위칭하는 타이밍과 토크전압 증폭값(TSA)을 MCU에서 AD 변환하는 타이밍을 도시한 도면이다.
도 4에 도시하듯이, 메인 컨트롤 주기에서 PWM 제어하는 신호의 라이징 타이밍에 AD 변환 인터럽트를 발생시킨다. 이때 AD 변환 인터럽트 발생과 동시에 샘플링이 이루어진다면 PWM 스위칭제어 펄스의 라이징 타이밍과 일치하게 되어 노이즈가 AD 변환된 값에 영향을 미칠 것이다.
이 때 샘플링 타이밍과 PWM 스위칭제어 펄스의 라이징 타이밍이 동기되지 않도록 튜닝을 해 줌으로써 PWM 스위칭제어 펄스의 라이징 타이밍에서 발생하는 노이즈의 유입을 막는다. 즉, AD 변환 인터럽트 후 샘플링까지 걸리는 시간이 모터 구동회로 제어용 PWM 펄스의 주기와 일치하지 않도록 MCU의 AD 변환 프로그램을 조정함으로써 항상 샘플링 타이밍은 모터 구동회로 제어용 PWM 펄스의 라이징 타이밍과 어긋나도록 해준다. 이렇게 튜닝함으로써 모터 구동회로 제어용 PWM 펄스의 라이징 타이밍 시 발생하는 노이즈가 AD 변환에 미치는 영향을 제거하는 것이다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 토크센서에서 출력되는 토크전압을 증폭한 후 AD 변환함에 있어서 조향 모터를 구동하는 데 사용하는 PWM 펄스의 스위칭 노이즈의 영향을 제거하기 위하여 AD 변환 시작 인터럽트 타이밍을 PWM 스위칭 펄스의 라이징 타이밍과 일치시키고 AD 변환 시작 인터럽트 후 토크전압을 샘플링하는 타이밍은 PWM 스위칭 펄스의 라이징 타이밍과 일치되지 않도록 튜닝하여 PWM 펄스의 스위칭 노이즈의 영향을 받지 않도록 함으로써 조향의 안정성을 높이는 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 조향모터, 모터 구동회로, 토크센서 및 마이크로 제어유닛(Micro Control Unit: MCU)을 구비한 전동 파워스티어링 시스템의 토크센서 전원 노이즈 영향 제거 방법에 있어서,
    상기 토크센서로부터의 토크전압을 증폭한 증폭전압을 AD 변환함에 있어서 상기 AD 변환에 필요한 상기 증폭전압을 샘플링하는 타이밍은 모터 구동회로 제어용 PWM 펄스의 라이징 타이밍과 일치하지 않도록 튜닝하는 것을 특징으로 하는 전동 파워스티어링 시스템의 토크센서 전원 노이즈 영향 제거방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 토크센서로부터의 토크전압을 증폭한 증폭전압을 AD 변환함에 있어서 AD 변환 인터럽트 타이밍을 상기 모터 구동회로 제어용 PWM 펄스의 라이징 타이밍과 동기시키는 것을 특징으로 하는 전동 파워스티어링 시스템의 토크센서 전원 노이즈 영향 제거방법.
  3. 자동차의 전동 파워스티어링 시스템에 있어서,
    토크센서로부터 입력된 토크전압을 조향모터 구동에 필요한 크기로 증폭하여 증폭전압을 생성하는 토크센서 인터페이스;
    상기 조향모터를 구동하는 데 필요한 모터 구동회로 제어용 PWM 펄스의 라이징 타이밍과 동일한 타이밍에 상기 토크센서 인터페이스로부터 입수한 상기 증폭전압을 AD 변환하는 인터럽트가 발생하도록 하고 상기 증폭전압을 샘플링하는 타이밍은 상기 모터 구동회로 제어용 PWM 펄스의 라이징 타이밍과 동기되지 않도록 튜닝하여 상기 증폭전압의 크기에 맞는 상기 모터 구동회로 제어용 PWM 펄스를 생성하는 마이크로 제어유닛(Micro Control Unit: MCU); 및
    상기 마이크로 제어유닛에서 입력된 상기 모터 구동회로 제어용 PWM 펄스를 이용하여 상기 조향모터를 구동하는 모터구동회로
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차의 전동 파워스티어링 시스템.
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