KR101191031B1 - 전동식 파워 스티어링 제어 장치 - Google Patents

전동식 파워 스티어링 제어 장치 Download PDF

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Abstract

토크 검출 수단의 출력이 매우 작은 토크 진동에 대해, 정밀도가 충분히 높지 않은 경우에도, 진동이 발생하기 어려운 전동식 파워 스티어링 제어 장치를 얻을 수 있도록 한다. 조타 토크 검출 수단과, 보조 토크 전류를 연산하는 토크 제어기와, 조타 토크를 보조하는 토크를 발생하는 모터와, 조타에 의한 성분을 제거하는 전류 조타 성분 제거 수단과, 모터의 회전 방향의 진동 속도를 추정하는 진동 속도 추정 수단과, 보조 토크 전류에 가산되는 덤핑 전류를 연산하는 덤핑 제어기를 구비한 전동식 파워 스티어링 제어 장치로서, 진동 속도 추정 수단은 전류 조타 성분 제거 수단으로부터 출력되는 모터 전류의 승산에 의해 모터의 회전 방향의 진동 가속도를 연산하는 진동 가속도 연산 수단과, 진동 가속도 연산 수단을 적분하여 모터 회전 방향의 진동 속도를 연산하는 회전 가속도 적분 수단을 구비한다.

Description

전동식 파워 스티어링 제어 장치{MOTOR-DRIVEN POWER STEERING CONTROL DEVICE}
본 발명은 모터에 의해 조타력을 보조하는 전동식 파워 스티어링 제어 장치에 관한 것이다.
종래의 전동식 파워 스티어링 제어 장치는 운전자에 의한 조타 토크를 검출하는 조타 토크 검출 수단과, 상기 검출된 조타 토크 신호에 기초해서 상기 조타 토크를 보조하는 보조 토크 전류를 연산하는 토크 제어기와, 상기 조타 토크를 보조하는 토크를 발생하는 모터와, 상기 모터의 회전 방향의 모터 진동 속도를 추정하는 진동 속도 추정 수단과, 상기 추정된 모터 진동 속도의 추정치를 이용해서, 상기 보조 토크 전류에 가산되는 덤핑 전류를 연산하는 덤핑 제어기와, 모터 전류 검출 수단을 구비하고 있다. 이 회전 방향의 진동 속도 검출 수단은 모터에 통전되는 전류의 검출치 또는 지령치로부터 조타에 의한 성분을 제거하는 전류 조타 성분 제거 수단과, 조타 토크 검출 수단의 출력으로부터 조타에 의한 성분을 제거하는 토크 조타 성분 제거 수단과, 모터의 관성 모멘트를 관성항(項), 토크 센서의 강성을 용수철항으로 하는 진동 방정식에 대해 구성되고, 상기 전류 조타 성분 제거 수단으로부터 출력되는 모터 전류와 토크 조타 성분 제거 수단으로부터 출력되는 조타 토크에 기초해서 모터 회전 방향의 진동 속도의 추정치를 연산하는 회전 속도 옵저버로 이루어져 있었다(예컨대 특허 문헌 1 참조).
특허 문헌 1 : 일본 특허 공개 제 2000-168600호 공보(17페이지. 수속 보정1, 청구항 8)
전동식 파워 스티어링이 제거하려 하는 진동은, 일반적으로 0.2Nm 이하의 매우 작은 진동이며, 이러한 진동에 있어서의 조타 토크 신호를 정확하게 검출하고자 하는 경우에는 그 검출 특성에 있어서 히스테리시스 특성 등이 충분히 작은, 고가의 토크 검출 수단이 필요하게 된다. 특허 문헌 1에 나타내는 종래의 전동식 파워 스티어링 제어 장치에 있어서는 전류 조타 성분 제거 수단으로부터 출력되는 모터 전류와 토크 조타 성분 제거 수단으로부터 출력되는 조타 토크에 기초해서 모터 회전 방향의 진동 속도의 추정치를 연산하는 회전 속도 옵저버로 이루어져 있기 때문에, 토크 검출 수단의 출력이 매우 작은 토크 진동에 비해서, 토크 검출 수단의 히스테리시스 등의 영향에 의해, 정밀도가 충분히 높은 것이 아니어서, 진동 성분을 검출할 수 없는 경우나, 진폭이 예컨대 10% 이상 저하되는 경우가 있다. 이 경우, 회전 속도 옵저버의 추정치에 위상 지연이 생기는 등 회전 속도의 참값(a true value)과의 오차가 생긴다. 따라서, 이 회전 속도 옵저버의 추정치에 게인을 곱해서 덤핑를 행해도, 회전 속도의 참값에 게인을 곱해서 덤핑를 행한 경우보다 진동억제 효과가 저하되기 때문에, 정밀도가 충분히 높지 않은, 저가의 토크 검출 수단을 적용할 수 없다는 과제가 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 토크 검출 수단의 출력이 상기한 바와 같이 매우 작은 토크 진동에 대해서, 상술한 바와 같이 저가의 정밀도가 충분히 높지 않은 토크 검출 수단을 이용한 경우에도, 정확한 모터의 회전 방향의 진동 속도를 추정하여 덤핑 제어를 행할 수 있는 전동식 파워 스티어링 제어 장치를 얻는 것을 목적으로 하고 있다.
본 발명에 따른 전동식 파워 스티어링 제어 장치는, 운전자에 의한 조타 토크를 토션 바(torsion bar)의 상대각으로부터 검출하는 조타 토크 검출 수단과, 상기 검출된 조타 토크 신호에 기초해서 상기 조타 토크를 보조하는 보조 토크 전류를 연산하는 토크 제어기와, 상기 조타 토크를 보조하는 토크를 발생하는 모터와, 모터에 통전되는 전류의 검출치 또는 지령치로부터 조타에 의한 성분을 제거하는 전류 조타 성분 제거 수단과, 상기 모터의 회전 방향의 진동 속도를 추정하는 진동 속도 추정 수단과, 상기 추정된 모터 진동 속도의 추정치를 이용하여, 상기 보조 토크 전류에 가산되는 덤핑 전류를 연산하는 덤핑 제어기를 구비한 전동식 파워 스티어링 제어 장치로서, 상기 진동 속도 추정 수단은 전류 조타 성분 제거 수단으로부터 출력되는 모터 전류에 곱하여 모터의 회전 방향의 진동 가속도를 연산하는 진동 가속도 연산 수단과, 진동 가속도 연산 수단 출력을 적분하여 모터 회전 방향의 진동 속도를 연산하는 회전 가속도 적분 수단을 구비한 것이다.
본 발명에 의하면, 운전자에 의한 조타 토크를 토션 바의 상대각으로부터 검출하는 조타 토크 검출 수단과, 상기 검출된 조타 토크 신호에 기초해서 상기 조타 토크를 보조하는 보조 토크 전류를 연산하는 토크 제어기와, 상기 조타 토크를 보조하는 토크를 발생하는 모터와, 모터에 통전되는 전류의 검출치 또는 지령치로부터 조타에 의한 성분을 제거하는 전류 조타 성분 제거 수단과, 상기 모터의 회전 방향의 진동 속도를 추정하는 진동 속도 추정 수단과, 상기 추정된 모터 회전 방향의 진동 속도의 추정치를 이용하여, 상기 보조 토크 전류에 가산되는 덤핑 전류를 연산하는 덤핑 제어기를 구비한 전동식 파워 스티어링 제어 장치로서, 상기 진동 속도 추정 수단은 전류 조타 성분 제거 수단으로부터 출력되는 모터 전류에 곱하여 모터 회전 방향의 진동 가속도를 연산하는 진동 가속도 연산 수단과, 진동 가속도 연산 수단을 적분하여 모터 회전 방향의 진동 속도를 연산하는 가속도 적분 수단을 구비함으로써, 상술한 바와 같이 저가의 정밀도가 충분히 높지 않은 토크 검출 수단을 이용한 경우에도 정확한 모터 회전 방향의 진동 속도를 추정하여 덤핑 제어를 행할 수 있는 전동식 파워 스티어링 제어 장치를 얻을 수 있는 등의 종래에 없는 현저한 효과를 내는 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 관한 전동식 파워 스티어링 제어 장치의 구성을 나타내는 블록도,
도 2는 본 발명의 실시예 1의 알고리즘을 나타내는 흐름도,
도 3은 본 발명의 실시예 1에 의한 다른 전동식 파워 스티어링 제어 장치의 구성을 나타내는 블록도,
도 4는 본 발명의 실시예 1에 의한 다른 알고리즘을 나타내는 흐름도,
도 5는 본 발명의 실시예 2에 관한 전동식 파워 스티어링 제어 장치의 구성을 나타내는 블록도,
도 6은 본 발명의 실시예 2의 알고리즘을 나타내는 흐름도,
도 7은 본 발명의 실시예 1에 의한 별도의 전동식 파워 스티어링 제어 장치의 구성을 나타내는 블록도,
도 8은 본 발명의 실시예 1에 의한 별도의 알고리즘을 나타내는 흐름도이다.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 : 토크 센서 2 : 위상 보상기
3 : 토크 제어기 4 : 구동 전류 HPF
5 : 회전 속도 연산기 5a : 진동 가속도 연산기
5b : 가속도 적분기 5c : 속도 적분기
5d : 반력 토크 가속도 연산기 5e : 가속도 가산기
6 : 덤핑 제어기 7 : 가산기
8 : 전류 제어기 9 : 모터
10 : 전류 검출기
이하, 이 발명의 각 실시예를 도면에 기초해서 설명한다.
(실시예 1)
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 전동식 파워 스티어링 제어 장치의 구성을 나타내는 블록도이다. 도 1에 있어서, 운전자가 조타한 경우의 조타 토크를 검출하는 토크 센서(1)의 출력 신호는 위상 보상기(2)에 의해 위상 보상되어서, 그 주파수 특성이 개선된다. 이어서, 위상 보상기(2)에 의해 위상 보상된 토크 센서(1)의 출력에 기초해서, 토크 제어기(3)에 의해, 상기 조타 토크를 보조하는 보조 토크 전류가 연산된다.
한편, 조타 성분 제거 수단인 구동 전류 하이 패스 필터(이하, 구동 전류 HPF라 함)(4)는 전류 검출기(10)에서 검출된 전류 검출 신호로부터 조타 주파수 성분을 제거한다. 이어서, 진동 속도 추정기(5)는 상기한 구동 전류 HPF의 출력으로부터, 모터 회전 속도의 진동 성분을 연산한다. 여기서, 진동 속도 추정기(5)는 상기 구동 전류 HPF의 출력에 게인을 곱하고 모터 토크에 의한 모터 회전 방향의 진동 가속도를 연산하는 진동 가속도 연산기(5a)와, 이것을 적분하여 모터 회전 방향의 진동 속도를 연산하는 가속도 적분기(5b)를 구성 요소로서 포함한다. 그리고, 덤핑 제어기(6)는 상기 진동 속도 추정기(5)의 출력인 모터 진동 속도 신호에 기초해서 조타의 감쇠 특성을 제어하기 위한 덤핑 전류를 연산한다.
이어서, 토크 제어기(3)에서 연산된 보조 토크 전류와, 덤핑 제어기(6)에서 연산된 덤핑 전류가, 가산기(7)에서 가산되어 목표 전류가 연산된다. 그리고, 전류 제어기(8)의 출력단에서는 모터(9)로 통전되는 전류가 상기 목표 전류에 일치하도록 제어된다. 모터(9)가 어시스트 토크를 발생하도록, 예컨대 목표 전류와 전류 검출 신호의 차에 대해서 PI 제어 연산을 행함으로써, 모터(9)의 입력 단자에 인가하는 구동 전압 지령치를 설정한다. 이 구동 전압 지령치는 예컨대 PWM 신호로서 출력된다.
다음으로 상기 구성의 전동식 파워 스티어링 제어 장치의 동작에 대해서, 도 2의 흐름도에 기초해서 설명한다.
스텝 S101에서, 위상 보상기(2)에서 위상 보상된 토크 센서(1)의 출력을 마이크로 컴퓨터에 판독해서 메모리에 기억하고, 스텝 S102에서, 전류 검출 신호를 판독하여 메모리에 기억한다. 전류 검출 신호는 예컨대 션트 저항의 전압 강하를 검출함으로써 얻어진다. 다음으로 스텝 S103에 있어서, 토크 제어기(3)에 의해, 상기 메모리에 기억된 위상 보상후의 토크 센서 출력을 판독하여, 보조 토크 전류를 맵 연산(map-computed)하여 메모리에 기억한다.
스텝 S104에서는 구동 전류 HPF(4)에 있어서, 상기 메모리에 기억된 전류 검출 신호를 판독하고, 하이 패스 필터의 연산을 행하여, 구동 전류 HPF 출력으로서 메모리에 기억하고, 스텝 S105에서는 진동 가속도 연산기(5a)에 있어서 구동 전류 HPF 출력에 게인을 곱해서 모터 회전 방향의 모터 진동 가속도를 연산한다. 스텝 S106에서는 가속도 적분기(5b)에서 모터 진동 가속도를 적분 연산하여 모터 회전 방향의 모터 진동 속도를 연산한다. 스텝 S107에 있어서, 덤핑 제어기(6)에 의해, 상기 메모리에 기억된 회전 속도 연산기 출력을 판독하여, 제어 게인을 곱해서 덤핑 전류를 연산하여 메모리에 기억한다. 스텝 S108에서는 가산기(7)에 있어서, 상기 메모리에 기억된 보조 토크 전류와 덤핑 전류를 가산하여, 목표 전류로서 메모리에 기억한다. 스텝 S109에서는 목표 전류와 전류 검출 신호의 차이에 대해서 PI 제어 연산을 행하여, 구동 전압 지령치를 설정한다. 이 구동 전압 지령치는 예컨대 PWM 신호로서 출력하여 모터(9)의 단자에 인가하여 구동한다. 상기 스텝 S101부터 S109까지의 동작을, 제어 샘플링마다 반복한다.
한편, 상기 스텝 S103에서 사용한 토크 센서 출력과 보조 토크 전류의 관계를 나타내는 맵, 상기 스텝 S105에서 사용한 구동 전류 HPF 출력을 모터 회전 방향의 진동 가속도로 변환하는 게인, 상기 스텝 S107에서 사용한 덤핑 전류를 연산하기 위한 제어 게인 등의 목표 전류의 연산을 할 때에 필요한 맵이나 비례 계수 등의 정수는 미리 ROM에 설정해 두는 것으로 한다.
여기서, 상기 조타 성분 제거 수단인 구동 전류 HPF(4)에 대해서 설명한다. 일반적으로 운전자가 조타 가능한 주파수는 3Hz 정도 이하다. 또한, 예컨대 레인 체인지(lane change)시의 조타 주파수는 0.2Hz 부근이고, 통상은 이러한 저주파의 조타를 행하는 경우가 많다. 이것에 비해서, 스티어링 발진을 발생시키기 쉬운 주파수 대역은 30Hz 이상으로, 조타 주파수와의 주파수 분리가 가능하다.
따라서, 스티어링 발진을 발생하는 것 같은 주파수 영역에서는 주파수 분리기로서 다음 식 (1)의 전달 함수로 표시되는 하이 패스 필터 등을 이용하는 것 등에 의해 조타 주파수 성분을 제거하여 진동 성분만을 얻을 수 있다.
Figure 112011005044391-pct00001
여기서 T3는 시정수이고, 절점 주파수를 f3[Hz]라고 하면 하기가 된다.
Figure 112011005044391-pct00002
이 때, 일반적으로 하이 패스 필터의 절점 주파수를 낮게 설정하면 조타에 의한 성분이 쉽게 남게 되고, 높게 설정하면 하이 패스 필터를 통해서 획득한 전류 검출 신호의 스티어링 발진 성분의 위상 어긋남이 커지기 때문에, 통상 행해지는 조타 주파수로부터 스티어링 발진을 발생시키는 주파수의 범위 내의 어느 하나의 주파수에 하이 패스 필터의 절점 주파수를 설정해 두면, 전류 검출 신호의 스티어링 발진 성분을 남기고 조타 주파수 성분을 제거하는 것이 가능하다. 그래서, 본 실시예 1에서는 구동 전류 HPF(4)로서, 일반의 운전자가 조타 가능한 최대 주파수를 겨냥해서, 절점 주파수가 0.2~30Hz인 범위로 설정한 하이 패스 필터를 이용해서, 조타 성분을 제거한 전류 검출 신호의 스티어링 발진 성분을 얻도록 하고 있다.
또한, 전류와 모터 토크의 관계는 토크 정수 Kt로서 이미 알려진 값이다. 구동 전류 HPF(4)의 출력에 토크 정수 Kt를 곱해서 회전 관성 모멘트 Jm으로 나눔으로써 모터 회전 방향의 모터 진동 가속도로 변환할 수 있다. 이 때, 모터에는 토크 센서로부터의 반력 토크나 타이어로부터의 반력 토크도 전해지지만, 일반적으로 관성 모멘트는 진동 주파수의 2승에 비례하기 때문에 진동 주파수가 높은 경우에는 토크 센서로부터의 반력이나 타이어로부터의 반력 토크의 영향은 상대적으로 작아져서 무시할 수 있다.
따라서, 구동 전류 HPF(4)의 출력에 게인 Kt/Jm을 곱함으로써 모터 회전 방향의 모터 진동 가속도로 변환할 수 있다.
또한, 모터 회전 방향의 모터 진동 가속도를 적분 연산함으로써 모터 회전 방향의 모터 진동 속도를 얻을 수 있다.
이와 같이, 본 실시예 1에 있어서는 상기 조타 주파수 성분을 제거한 전류 검출 신호로부터 연산한 모터 진동 속도에 기초해서 덤핑 전류를 연산하는 구성으로 했기 때문에, 전술한 바와 같이 토크 검출 수단의 출력이 매우 작은 토크 진동에 대해서, 정밀도가 충분히 높지 않은 경우에도 정확한 모터 진동 속도를 추정하여 덤핑 제어를 행할 수 있어, 일반적으로 토크 비례 게인을 크게 해도 제어계의 발진을 방지할 수 있다. 따라서, 덤핑 제어기(6)의 덤핑 제어 게인을 크게 해서 덤핑를 강하게 할 수 있기 때문에, 핸들의 진동을 운전자가 느끼는 일없이, 조타 토크를 저감할 수 있다.
(실시예 2)
도 5는 본 발명의 실시예 2에 관한 전동식 파워 스티어링 제어 장치의 구성을 나타내는 블록도이다. 구동 전류 HPF로부터 모터 회전 속도의 진동 성분을 연산하는 진동 속도 추정기(5) 이외의 부분은 실시예 1과 완전히 동일한 구성이기 때문에 설명을 생략한다. 진동 속도 추정기(5)는 구동 전류 HPF(4)의 출력에 게인을 곱해서 모터 토크에 의한 모터 회전 방향의 모터 토크 진동 가속도를 연산하는 진동 가속도 연산기(5a)와, 토크 센서로부터의 반력 토크나 타이어로부터의 반력 토크를 가속도의 차원으로서 출력하는 반력 토크 가속도 연산기(5d)의 출력을 가산하는 가속도 가산기(5e), 가속도 가산기(5e)의 출력을 적분하여 모터 회전 방향의 모터 진동 속도를 연산하는 가속도 적분기(5b), 가속도 적분기(5b)의 출력을 적분하여 모터 회전 방향의 모터 진동 각도를 연산하는 속도 적분기(5c)로 이루어진다. 반력 토크 가속도 연산기(5d)는 속도 적분기(5c)에서 연산된 모터 회전 방향의 모터 진동 각도에 게인을 곱해서 반력 토크 가속도 신호를 얻는다. 이렇게 해서 획득한 모터 진동 속도 신호를 실시예 1과 같이 덤핑 제어기(6)에 출력한다.
다음으로 상기 구성의 전동식 파워 스티어링 제어 장치의 동작에 대해서, 도 6의 흐름도에 기초해서 설명한다.
스텝 S301에서, 위상 보상기(2)에서 위상 보상된 토크 센서(1)의 출력을 마이크로 컴퓨터에 판독하여 메모리에 기억하고, 스텝 S302에서, 전류 검출 신호를 판독하여 메모리에 기억한다. 전류 검출 신호는 예컨대, 션트 저항의 전압 강하를 검출함으로써 얻어진다.
다음으로 스텝 S303에 있어서, 토크 제어기(3)에 의해, 상기 메모리에 기억된 위상 보상 후의 토크 센서 출력을 판독하여, 보조 토크 전류를 맵 연산하여 메모리에 기억한다.
스텝 S304에서는 구동 전류 HPF(4)에 있어서, 상기 메모리에 기억된 전류 검출 신호를 판독하여 하이 패스 필터의 연산을 행하여 구동 전류 HPF 출력으로서 메모리에 기억하고, 스텝 S305에서는 진동 가속도 연산기(5a)에서 구동 전류 HPF 출력에 게인을 곱해서 모터가 발생하는 토크에 의한 모터 회전 방향의 모터 토크 진동 가속도를 연산한다. 스텝 S306에서는 가속도 가산기(5e)에서, 진동 가속도 연산기(5a)에서 연산된 모터 토크 진동 가속도 신호와, 반력 토크 가속도 연산기(5d)에서 연산하여 메모리에 기억된 반력 토크 가속도 신호를, 가산 연산하여 모터 진동 가속도 신호로서 메모리에 기억한다. 스텝 S307에서는 가속도 적분기(5b)에서 모터 진동 가속도를 적분 연산하여 모터 회전 방향의 모터 진동 속도를 연산하여 메모리에 기억한다. 스텝 S308에서는 속도 적분기(5c)에서 모터 진동 속도 신호를 적분하여, 모터 진동 각도 신호를 연산하여 메모리에 기억한다. 스텝 S309에서는 반력 토크 가속도 연산기에 있어서, 모터 진동 각도 신호에 게인을 곱하고, 토크 센서로부터의 반력 토크나 타이어로부터의 반력 토크를 가속도의 차원으로 변환한 반력 토크 가속도 신호를 연산하여 메모리에 기억한다. 스텝 S310에서는 가속도 적분기(5b)에 있어서 메모리에 기억된 모터 진동 속도를 덤핑 제어기(6)에 출력한다.
스텝 S311에서, 덤핑 제어기(6)에 의해, 모터 진동 속도에 제어 게인을 곱해서 덤핑 전류를 연산하여 메모리에 기억한다. 스텝 S312에서는 가산기(7)에 있어서, 상기 메모리에 기억된 보조 토크 전류와 덤핑 전류를 가산하여, 목표 전류로서 메모리에 기억한다. 스텝 S313에서는 목표 전류와 전류 검출 신호의 차에 대하여 PI 제어 연산을 행하여, 구동 전압 지령치를 설정한다. 이 구동 전압 지령치는, 예컨대 PWM 신호로서 출력하여 모터(9)의 단자에 인가하여 구동한다. 상기 스텝 S301로부터 S313까지의 동작을, 제어 샘플링마다 반복한다. 한편, 상기 스텝 S303에서 사용한 토크 센서 출력과 보조 토크 전류의 관계를 나타내는 맵, 상기 스텝 S305에서 사용한 구동 전류 HPF 출력을 모터 회전 방향의 진동 가속도로 변환하는 게인, 상기 스텝 S309에서 사용한 모터 진동 각도 신호에 게인을 곱해서 반력 토크 가속도 신호를 연산하는 게인, 상기 스텝 S310에서 사용한 덤핑 전류를 연산하기 위한 제어 게인 등의 목표 전류의 연산을 행할 때에 필요한 맵이나 비례 계수 등의 정수는 미리 ROM에 설정해 두는 것으로 한다.
여기서, 실시예 1와 다른 점은 스텝 S305부터 S309까지의 동작이기 때문에, 이 부분에 대해 더욱 설명을 더한다. 전류와 모터 토크의 관계는 전술한 바와 같이 토크 정수 Kt로서, 이미 알려진 값이다. 이것을 회전 관성 모멘트 Jm로 나눔으로써 모터 회전 방향의 모터 토크 진동 가속도로 변환할 수 있다. 이 때, 실시예 1에서는 무시한 토크 센서로부터의 반력 토크나 타이어로부터의 반력 토크도, 영향은 작지만 모터에 전해진다. 또한, 이들 토크는 토크 센서의 토션 바나 타이어의 뒤틀림 변형에 의한 것이 지배적이기 때문에, 그 토크는 회전 각도에 비례하고, 구동 전류 HPF(4)에서 조타 주파수 성분을 제거되어 있기 때문에, 모터 진동각 속도 신호를 적분한 모터 진동 각도 신호에 토션 바의 용수철 정수 Ks를 곱함으로써 모터 회전 방향의 진동 토크가 얻어진다. 그래서, 이 진동 토크를 회전 관성 모멘트 Jm로 나눔으로써 모터 회전 방향의 진동 가속도로 변환할 수 있다. 따라서, 모터 진동 각도 신호에 게인 Ks/Jm을 곱함으로써 모터 회전 방향의 반력 토크 진동 가속도로 변환할 수 있다.
이상과 같이, 모터 토크 진동 가속도에 반력 토크 진동 가속도를 가산함으로써 보다 정확한 모터 회전 방향의 모터 진동 가속도를 연산할 수 있고, 이것을 적분 연산함으로써 보다 정확한 모터 회전 방향의 모터 진동 속도를 얻을 수 있다.
이와 같이, 본 실시예 2에 있어서는 상기 조타 주파수 성분을 제거한 전류 검출 신호로부터 연산한 모터 진동 가속도와 토크 센서의 토션 바나 타이어의 뒤틀림 변형에 의한 토크 진동 가속도의 합을 적분 연산한 모터 진동 속도에 기초해서 덤핑 전류를 연산하는 구성으로 했기 때문에, 상술한 바와 같이, 저가의, 정밀도가 충분히 높지 않은 토크 검출 수단을 이용한 경우에도, 정확한 모터 진동 속도를 추정하여 덤핑 제어를 행할 수 있어, 일반적으로 토크 비례 게인을 크게 해도 제어계의 발진을 방지할 수 있다. 따라서, 덤핑 제어기(6)의 덤핑 제어 게인을 크게 하여 덤핑를 강하게 취할 수 있기 때문에, 핸들의 진동을 운전자가 느끼는 일없이, 조타 토크를 저감할 수 있다.
또한, 실시예 1 및 2에서는 구동 전류 HPF에 입력하는 신호를 전류 검출기(10)의 출력으로 했지만, 목표 전류로 해도 된다. 예컨대 실시예 1에 있어서 전류 검출기(10)의 출력을 목표 전류로 한 경우에는 도 3의 블록도 및 도 4의 흐름도에 나타내는 구성이 된다. 이 때, 목표 전류는 사전 샘플링에서의 연산치를 이용하면 된다.
또한, 전류 검출을 행하지 않고, 목표 전류와 유기 전압 연산치로부터 전류 제어를 행하는 방식도 있고, 이 경우에는 도 7의 블록도 및 도 8의 흐름도에 나타내는 구성이 된다. 여기서 유기 전압은 모터 회전 속도에 비례한다는 것이 알려져 있기 때문에, 리졸버 등의 모터 회전 속도 센서를 이용함으로써 얻을 수 있다. 이 경우, 전술한 바와 같이, 주로 일반적으로 운전자가 조타 가능한 주파수는 3Hz 정도 이하이고, 또한 유기 전압은 조타 주파수 성분이 지배적이기 때문에, 모터 회전 속도 센서는 조타 주파수 대역으로 위상이나 게인의 어긋남이 생기는 일없이 검출할 수 있는 특성이면 된다. 전류 제어로는, 전류 검출 수단을 갖지 않고, 목표 전류와 유기 전압 연산치로부터 전류 제어를 행하는 방식도 있으며, 본 단락에서 설명한 구성은 이러한 방식의 전동 파워 스티어링 제어 장치에도 적용이 가능해진다.
또한 가속도 적분기(5b)나 속도 적분기(5c)는 단순한 적분기로 했지만, 예컨대 식 (3)에 나타내는 하이 패스 필터에 통과시킨 신호를 적분해도 된다.
Figure 112011005044391-pct00003
적분기의 전달 함수는
Figure 112011005044391-pct00004
이기 때문에, 하이 패스 필터를 통과시킨 신호를 적분함으로써 로우 패스 필터에 게인을 곱한 하기의 전달 함수가 된다.
Figure 112011005044391-pct00005
여기서 T4는 시정수로, 절점 주파수를 f4[Hz]로 하면, 하기와 같이 된다.
Figure 112011005044391-pct00006
시정수는 예컨대 30Hz에서 진동이 발생하는 경우는 절점 주파수 f4를 30Hz 이하 등, 진동 주파수 이하의 범위로 설정한다.
이 경우, 절점 주파수 f4 이하의 주파수 범위에서는 적분되지 않는 의사 적분(quasi-integration)이 되기 때문에, 신호에 오프셋이 있는 경우에도 적분에 의한 드리프트를 방지할 수 있다.

Claims (4)

  1. 운전자에 의한 조타 토크를 토션 바(torsion bar)의 상대각으로부터 검출하는 조타 토크 검출 수단과,
    상기 검출된 조타 토크 신호에 기초해서 상기 조타 토크를 보조하는 보조 토크 전류를 연산하는 토크 제어기와,
    상기 조타 토크를 보조하는 토크를 발생하는 모터와,
    상기 모터에 통전되는 전류의 검출치 또는 지령치로부터 조타에 의한 성분을 제거하는 전류 조타 성분 제거 수단과,
    상기 모터의 회전 방향의 진동 속도를 추정하는 진동 속도 추정 수단과,
    상기 추정된 모터 진동 속도의 추정치를 이용하여, 상기 보조 토크 전류에 가산되는 덤핑 전류를 연산하는 덤핑 제어기
    를 구비한 전동식 파워 스티어링 제어 장치로서,
    상기 진동 속도 추정 수단은,
    전류 조타 성분 제거 수단으로부터 출력되는 모터 전류에 곱하여 모터의 회전 방향의 진동 가속도를 연산하는 진동 가속도 연산 수단과,
    진동 가속도 연산 수단의 출력을 적분하여 모터 회전 방향의 진동 속도를 연산하는 회전 가속도 적분 수단
    을 구비한 것
    을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 모터의 회전 방향의 진동 속도를 추정하는 진동 속도 추정 수단의 출력을 적분하여 모터의 회전 방향의 진동 각도를 연산하는 속도 적분 수단과,
    상기 회전 방향의 진동 각도로부터, 토크 센서로부터의 반력 토크나 타이어로부터의 반력 토크를 가속도의 차원으로서 출력하는 반력 토크 가속도를 연산하는 반력 토크 가속도 연산 수단과,
    상기 전류 조타 성분 제거 수단으로부터 출력되는 모터 전류에 곱하여 모터의 회전 방향의 진동 가속도를 연산한 모터 토크 진동 가속도 연산 수단의 출력을 가산하여, 모터 진동 가속도를 연산하는 가속도 가산 수단
    을 갖고,
    상기 회전 가속도 적분 수단은 상기 가속도 가산 수단 출력을 적분 연산하는 것
    을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 제어 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    절점 주파수가 상기 모터의 회전 방향의 진동 주파수 이하의 주파수의 범위로 설정된 하이 패스 필터를, 상기 회전 가속도 적분 수단 또는 상기 속도 적분 수단에 삽입하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 제어 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 전류 조타 성분 제거 수단에의 입력 신호는 전류 검출기의 출력 또는 목표 전류인 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 제어 장치.
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