KR101354100B1 - 전동식 동력 조향장치의 모터 구동방법 - Google Patents

전동식 동력 조향장치의 모터 구동방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101354100B1
KR101354100B1 KR1020120061769A KR20120061769A KR101354100B1 KR 101354100 B1 KR101354100 B1 KR 101354100B1 KR 1020120061769 A KR1020120061769 A KR 1020120061769A KR 20120061769 A KR20120061769 A KR 20120061769A KR 101354100 B1 KR101354100 B1 KR 101354100B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
phase
driving
motor
command
power steering
Prior art date
Application number
KR1020120061769A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20130138004A (ko
Inventor
장석환
Original Assignee
현대모비스 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 현대모비스 주식회사 filed Critical 현대모비스 주식회사
Priority to KR1020120061769A priority Critical patent/KR101354100B1/ko
Priority to CN201210523798.9A priority patent/CN103481941B/zh
Priority to US13/727,382 priority patent/US8872452B2/en
Publication of KR20130138004A publication Critical patent/KR20130138004A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101354100B1 publication Critical patent/KR101354100B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D6/00—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H02P29/02—Providing protection against overload without automatic interruption of supply
    • H02P29/032—Preventing damage to the motor, e.g. setting individual current limits for different drive conditions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B62D5/0457—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such
    • B62D5/0481—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such monitoring the steering system, e.g. failures
    • B62D5/0484—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such monitoring the steering system, e.g. failures for reaction to failures, e.g. limp home
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/06—Rotor flux based control involving the use of rotor position or rotor speed sensors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)
  • Power Steering Mechanism (AREA)
  • Steering Control In Accordance With Driving Conditions (AREA)

Abstract

본 발명은 전동식 동력 조향장치의 모터 구동방법에 관한 것으로, 3상 중에서 어느 하나의 상에 오류가 발생한 경우, 인버터 구동부가 Q축 지령을 2상 구동축에 투영하여 2상 구동지령을 생성하는 단계, 인버터 구동부가 2상 구동지령을 실제 구동축으로 좌표변환하는 단계, 인버터 구동부가 실제 구동축으로 좌표변환된 2상 구동지령에 대해 비례적분제어를 수행하여 2상 구동전압을 산출하는 단계 및 인버터 구동부가 2상 구동전압을 인버터부에 인가하여 모터를 구동시키는 단계를 포함하며, 본 발명에 따르면 전동식 동력 조향장치의 인버터 회로에서 어느 하나의 상에 오류가 발생하더라도 나머지 두 상으로 일정 수준의 보조력을 유지시켜 운전자가 갑작스러운 조향 이질감을 느끼는 것을 방지하고 차량의 주행 안정성을 확보할 수 있다.

Description

전동식 동력 조향장치의 모터 구동방법{METHOD FOR OPERATING MOTOR OF MOTOR DRIVEN POWER STEERING APPARATUS}
본 발명은 전동식 동력 조향장치의 모터 구동방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전동식 동력 조향장치의 인버터 회로에서 어느 하나의 상에 오류가 발생하는 경우, 나머지 두 상으로 모터를 구동하여 보조력을 유지시킬 수 있도록 한 전동식 동력 조향장치의 모터 구동방법에 관한 것이다.
일반적으로 전동식 동력 조향장치(Motor Driven Power Steering; MDPS)는 전기 모터를 이용해 운전자가 조향하는 방향으로 보조토크를 제공하여 핸들링이 가벼워지게 하는 것이다.
이러한 전동식 동력 조향장치는 기존의 유압식 동력 조향장치(Hydraulic Power Steering; HPS)와 달리 차량의 주행 조건에 따라 자동으로 전기 모터의 동작을 제어하여 조타성능과 조타감을 향상시킬 수 있다.
한편, 전동식 동력 조향장치는 주로 3상 모터를 구동하여 보조력을 제공하기 때문에 3상 모터를 구동하기 위한 인버터 회로를 구비하는 것이 일반적이다.
또한, 차량 주행 중에 인버터 회로의 어느 하나의 상에 오류가 발생하는 경우, 적절하지 못한 보조력 제공으로 인해 운전자의 조향을 방해할 염려가 있으므로 전동식 동력 조향장치가 수동모드(Manual Mode)로 전환된다.
하지만, 이와 같이 전동식 동력 조향장치가 갑작스럽게 수동모드로 전환되는 경우, 보조력 제공이 갑작스럽게 중지되므로 운전자가 느끼는 조향 이질감이 크다는 문제점이 있다.
예를 들어, 저속 코너링 상황에서 전동식 동력 조향장치가 갑작스럽게 수동모드로 전환되면, 운전자가 느끼는 조향감이 갑자기 무거워져 차량의 주행 안전성이 저해되고, 이에 따라 사고가 발생할 수 있는 문제점이 있다.
또한, 인버터 회로에서 오류가 발생한 어느 하나의 상을 차단하기 위하여 릴레이 및 커패시터를 사용하여야 하기 때문에 원가가 상승하게 되는 문제점이 있다.
관련 선행기술로는 대한민국 공개특허공보 제2008-0105335호(2008.12.04 공개, 발명의 명칭 : 모터 드라이버 시스템 및 모터 드라이버 제어방법)가 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 개선하기 위해 창안된 것으로서, 전동식 동력 조향장치의 인버터 회로에서 어느 하나의 상에 오류가 발생하는 경우에 나머지 두 상으로 보조력을 유지시켜 운전자가 조향 이질감을 느끼는 것을 방지하고 차량의 주행 안전성을 확보할 수 있는 전동식 동력 조향장치의 모터 구동방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 전동식 동력 조향장치의 모터 구동방법은 3상 중에서 어느 하나의 상에 오류가 발생한 경우, 인버터 구동부가 Q축 지령을 2상 구동축에 투영하여 2상 구동지령을 생성하는 단계; 상기 인버터 구동부가 상기 2상 구동지령을 실제 구동축으로 좌표변환하는 단계; 상기 인버터 구동부가 상기 실제 구동축으로 좌표변환된 2상 구동지령에 대해 비례적분제어를 수행하여 2상 구동전압을 산출하는 단계; 및 상기 인버터 구동부가 상기 2상 구동전압을 인버터부에 인가하여 모터를 구동시키는 단계를 포함하되, 상기 2상 구동전압을 산출하는 단계에서 상기 2상 구동전압은 상기 비례적분제어를 수행한 결과에 역기전력 전향보상이 반영되어 산출되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 2상 구동지령을 생성하는 단계에서 상기 2상 구동축은 상기 3상 중에서 오류가 발생하지 않은 나머지 두 상에 의해 결정되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 2상 구동지령을 생성하는 단계에서 상기 2상 구동지령은 D축의 회전각에 기초하여 결정되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 2상 구동전압을 산출하는 단계에서 상기 비례적분제어는 개루프 제어로 수행되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 비례적분제어 및 상기 역기전력 전향보상은 상기 모터의 2상 전압 방정식에 근거하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
삭제
본 발명의 상기 모터를 구동시키는 단계에서 상기 모터의 회전에 의해 발생하는 보조력은 상기 3상이 모두 정상인 경우의 보조력보다 작은 값인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 모터를 구동시키는 단계에서 상기 인버터 구동부는 상기 2상 구동전압을 펄스 폭 변조 신호로 변환하여 인가하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 모터를 구동시키는 단계에서 상기 모터의 출력전류가 미리 설정된 기준치 이하로 제한되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 모터는 표면부착형 영구자석 동기모터인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 전동식 동력 조향장치의 3상 모터를 구동하는 인버터 회로에서 어느 하나의 상에 오류가 발생하더라도 나머지 두 상으로 일정 수준의 보조력을 유지시킬 수 있으므로, 운전자가 갑작스러운 조향 이질감을 느끼는 것을 방지할 수 있고, 차량의 주행 안정성을 확보할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 오류가 발생한 어느 하나의 상을 차단하기 위한 릴레이 및 커패시터를 인버터 회로에서 제거할 수 있으므로 원가를 절감할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명은 별도의 추가적인 장치 없이 소프트웨어 로직 변경만으로 구현될 수 있다는 이점이 있고, 시스템 관점에서 ISO-26262를 충족시킬 수 있어 전동식 동력 조향장치의 페일 세이프(Fail Safe) 성능을 향상시킬 수 있다.
게다가, 본 발명은 펄스 폭 변조 방식을 이용하여 모터를 구동시키기 때문에 보다 섬세한 제어가 가능하다는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 동력 조향장치의 모터 구동방법을 수행하기 위한 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 동력 조향장치의 모터 구동방법과 관련하여 인버터부의 회로 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 동력 조향장치의 모터 구동방법과 관련하여 모터를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 동력 조향장치의 모터 구동방법의 동작을 도시한 순서도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 동력 조향장치의 모터 구동방법에서 A상에 오류가 발생한 경우 Q축 지령을 2상 구동축에 투영하는 과정을 설명하기 위한 예시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 동력 조향장치의 모터 구동방법에서 B상에 오류가 발생한 경우 Q축 지령을 2상 구동축에 투영하는 과정을 설명하기 위한 예시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 동력 조향장치의 모터 구동방법에서 C상에 오류가 발생한 경우 Q축 지령을 2상 구동축에 투영하는 과정을 설명하기 위한 예시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 동력 조향장치의 모터 구동방법에서 Q축과 2상 구동의 관계를 그래프로 도시한 예시도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 동력 조향장치의 모터 구동방법에서 좌표변환을 수행하는 과정을 설명하기 위한 예시도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 동력 조향장치의 모터 구동방법에서 비례적분제어를 수행하는 과정을 설명하기 위한 예시도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 동력 조향장치의 모터 구동방법에서 모터의 출력이 제한되는 것을 설명하기 위한 예시도이다.
이하에서는 본 발명에 따른 전동식 동력 조향장치의 모터 구동방법을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 동력 조향장치의 모터 구동방법을 수행하기 위한 장치의 구성을 도시한 블록도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 동력 조향장치의 모터 구동방법과 관련하여 인버터부의 회로 구성을 도시한 도면이다. 또한, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 동력 조향장치의 모터 구동방법과 관련하여 모터를 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 동력 조향장치의 모터 구동방법을 수행하기 위한 장치는 인버터 구동부(100), 인버터부(200) 및 모터(300)를 포함한다.
통상적으로, 전동식 동력 조향장치는 조향각센서(미도시), 토크센서(미도시) 및 차속센서(미도시)로부터 입력되는 조향각, 조향토크 및 차속에 기초하여 보조토크를 산출하고, 산출된 보조토크에 따라 모터(300)를 구동시켜 보조력을 제공한다.
정상적인 조건에서 모터(300)를 구동시키는 경우, 인버터 구동부(100)는 D축 지령 및 Q축 지령에 기초하여 3상 구동지령을 생성하고, 이에 따른 3상 구동전압을 인버터부(200)에 인가하여 모터(300)를 구동시킨다.
하지만, 3상 중에서 어느 하나의 상에 오류가 발생한 경우, 본 발명에 따른 인버터 구동부(100)는 Q축 지령에 기초하여 2상 구동지령을 생성하고, 생성한 2상 구동지령에 대해 좌표변환 및 비례적분제어(Proportional Intergral Control; PI Control)를 수행하여 2상 구동전압을 산출한다.
이어서, 인버터 구동부(100)는 산출한 2상 구동전압을 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation; PWM) 신호로 변환하여 인버터부(200)에 인가한다.
즉, 인버터 구동부(100)는 3상 중에서 어느 하나의 상에 오류가 발생하더라도 보조력 제공을 중지하지 않고, 나머지 두 상으로 모터(300)를 구동시켜 일정 수준의 보조력을 유지시킨다.
이러한 인버터 구동부(100)는 Q축 지령을 2상 구동축에 투영하여 2상 구동지령을 생성하는 2상 구동지령 생성부(110), 2상 구동지령을 실제 구동축으로 좌표변환하는 좌표변환부(120), 좌표변환된 2상 구동지령에 대해 비례적분제어를 수행하여 2상 구동전압을 산출하는 PI 제어부(130) 및 2상 구동전압을 PWM 신호로 변환하는 PWM 변환부(140)를 포함한다.
이와 같이 인버터 구동부(100)가 Q축 지령에 기초하여 2상 구동지령을 생성하고 이를 이용하여 2상 구동전압을 산출하는 구체적인 과정에 대해서는 도 4 내지 도 11을 참조하여 후술한다.
인버터부(200)는 인버터 구동부(100)로부터 인가되는 2상 구동전압에 따라 모터(300)를 구동시킨다.
도 2에 도시된 바와 같이, 인버터부(200)는 모터(300)의 A상, B상 및 C상에 각각 2개씩 연결되는 총 6개의 스위치 소자(SA, SB, SC)를 포함할 수 있다.
이러한 스위치 소자는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Mode Transistor), FET(Field Effect Transistor), BJT(Bipolar Junction Transistor), SCR(Silicon-controlled rectifier) 등 다양한 스위치 소자일 수 있다.
모터(300)는 인버터부(200)로부터 인가되는 2상 구동전압에 따라 회전력을 발생시킨다.
이러한 모터(300)는 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이 전동식 동력 조향장치의 컬럼(Column)에 부착될 수 있고, 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이 전동식 동력 조향장치의 랙(Rack)에 부착될 수도 있다.
즉, 본 발명에 따른 전동식 동력 조향장치의 모터 구동방법은 컬럼(Column)에 모터(300)가 장착되어 보조력을 제공하는 컬럼 타입 전동식 동력 조향장치(Column Motor Driven Power Steering; CMDPS) 및 랙(Rack)에 모터(300)가 장착되어 보조력을 제공하는 랙 타입 전동식 동력 조향장치(Rack Motor Driven Power Steering; RMDPS)에 모두 적용될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 동력 조향장치의 모터 구동방법의 동작을 도시한 순서도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 동력 조향장치의 모터 구동방법에서 A상에 오류가 발생한 경우 Q축 지령을 2상 구동축에 투영하는 과정을 설명하기 위한 예시도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 동력 조향장치의 모터 구동방법에서 B상에 오류가 발생한 경우 Q축 지령을 2상 구동축에 투영하는 과정을 설명하기 위한 예시도이며, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 동력 조향장치의 모터 구동방법에서 C상에 오류가 발생한 경우 Q축 지령을 2상 구동축에 투영하는 과정을 설명하기 위한 예시도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 인버터 구동부(100)는 3상 중에서 어느 하나의 상에 오류가 발생하는지 확인한다(S10).
만약, 인버터부(200)에 구비된 스위치 소자 중 하나 이상의 스위치 소자에 파손이 발생하여 3상 중 어느 하나의 상에 오류가 발생한 경우, 인버터 구동부(100)의 2상 구동지령 생성부(110)는 Q축 지령을 2상 구동축에 투영(projection)하여 2상 구동지령을 생성한다(S20).
여기서, 2상 구동축은 3상 중 오류가 발생하지 않은 나머지 두 상에 의해 만들어지는 축을 의미하며, 두 상으로 구현할 수 있는 새로운 2상 구동축은 하나로 제한되기 때문에, 2상 구동지령 생성부(110)는 Q축 지령만을 사용하여 2상 구동지령을 생성한다.
예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이 A상에 오류가 발생한 경우, 2상 구동지령 생성부(110)는 B상과 C상으로 만들 수 있는 2상 구동축에 Q축 지령을 투영하여 2상 구동지령(IA -1_ ref, IA -2_ ref)을 생성할 수 있다. 이때, 도 5에서 θ는 D축의 회전각을 의미하고, 본 발명에서는 반시계 방향의 회전을 양의 방향으로 가정한다.
도 5의 (a)에는 D축의 회전각이 0°<θ≤90° 또는 270°<θ≤360° 일 때의 2상 구동지령(IA -1_ ref)이 도시되어 있고, 도 5의 (b)에는 D축의 회전각이 90°<θ≤270 일 때의 2상 구동지령(IA -2_ ref)이 도시되어 있다.
A상에 오류가 발생한 경우, 생성되는 2상 구동지령(IA -1_ ref, IA -2_ ref)을 수식화하면 아래의 수학식 1과 같다. 이때, Iq _ ref는 Q축 지령을 나타낸다.
Figure 112012045916035-pat00001
마찬가지의 방식으로, 2상 구동지령 생성부(110)는 B상 또는 C상에 오류가 발생한 경우에 대해서도 동일한 방식으로 2상 구동지령을 생성할 수 있다.
먼저, 도 6에 도시된 바와 같이 B상에 오류가 발생한 경우, 2상 구동지령 생성부(110)는 A상과 C상으로 만들 수 있는 2상 구동축에 Q축 지령을 투영하여 2상 구동지령(IB -1_ ref, IB -2_ ref)을 생성할 수 있다.
도 6의 (a)에는 D축의 회전각이 0°<θ≤30° 또는 210°<θ≤360° 일 때의 2상 구동지령(IB -1_ ref)이 도시되어 있고, 도 6의 (b)에는 D축의 회전각이 30°<θ≤210°일 때의 2상 구동지령(IB -2_ ref)이 도시되어 있다.
B상에 오류가 발생한 경우, 생성되는 2상 구동지령(IB -1_ ref, IB -2_ ref)을 수식화하면 아래의 수학식 2와 같다.
Figure 112012045916035-pat00002
다음으로, 도 7에 도시된 바와 같이 C상에 오류가 발생한 경우, 2상 구동지령 생성부(110)는 A상과 B상으로 만들 수 있는 2상 구동축에 Q축 지령을 투영하여 2상 구동지령(IC -1_ ref, IC -2_ ref)을 생성할 수 있다.
도 7의 (a)에는 D축의 회전각이 0°<θ≤150° 또는 330°<θ≤360° 일 때의 2상 구동지령(IC -1_ ref)이 도시되어 있고, 도 7의 (b)에는 D축의 회전각이 150°<θ≤330°일 때의 2상 구동지령(IC -2_ ref)이 도시되어 있다.
C상에 오류가 발생한 경우, 생성되는 2상 구동지령(IC -1_ ref, IC -2_ ref)을 수식화하면 아래의 수학식 3과 같다.
Figure 112012045916035-pat00003
이와 같이 각 상의 오류 발생 시 생성되는 2상 구동지령을 정리하면, 다음의 표 1과 같다.
오류 타입 θ(deg) 2상 구동 지령




A상 오류
0<θ≤90 OR
270<θ≤360
Figure 112012045916035-pat00004


90<θ≤270
Figure 112012045916035-pat00005




B상 오류
0<θ≤30 OR
210<θ≤360
Figure 112012045916035-pat00006


30<θ≤210
Figure 112012045916035-pat00007




C상 오류
0<θ≤150 OR
330<θ≤360
Figure 112012045916035-pat00008


150<θ≤330
Figure 112012045916035-pat00009
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 동력 조향장치의 모터 구동방법에서 Q축과 2상 구동의 관계를 그래프로 도시한 예시도이고, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 동력 조향장치의 모터 구동방법에서 좌표변환을 수행하는 과정을 설명하기 위한 예시도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 동력 조향장치의 모터 구동방법에서 비례적분제어를 수행하는 과정을 설명하기 위한 예시도이며, 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 동력 조향장치의 모터 구동방법에 따른 모터의 출력을 도시한 도면이다.
한편, Q축 지령과 2상 구동의 관계는 아래의 표 2와 같고, 도 8에는 이러한 관계가 그래프로 도시되어 있다.
도 8을 참조하면, 2상 구동은 기존에 6개의 스위치 소자에서 한 상이 없는 4개의 스위치 소자만으로 구현되며, 각각의 스위치 소자가 온, 오프되는 조합에 따라 (0,0) → (1,0) → (1,1) → (0,1)로 이루어질 수 있다.
Q축-2상 구동축 간 위상차(deg) 0 90 180 270
1상 FET 0 1 1 0
2상 FET 0 0 1 1
다시 도 4를 참조하면, 2상 구동축에 대한 2상 구동지령을 생성한 후, 인버터 구동부(100)의 좌표변환부(120)는 2상 구동지령을 실제 구동축으로 좌표변환한다(S30).
예를 들어, 도 9에 도시된 바와 같이 A상에 오류가 발생한 경우, 좌표변환부(120)는 2상 구동축에 대한 2상 구동지령(IA -1_ ref, IA -2_ ref)을 실제 구동축인 B상과 C상에 대한 지령(IB _ ref, IC _ ref)으로 변환한다.
마찬가지로, B상에 오류가 발생한 경우, 좌표변환부(120)는 2상 구동축에 대한 2상 구동지령(IB -1_ ref, IB -2_ ref)을 실제 구동축인 A상과 C상에 대한 지령(IA _ ref, IC_ref)으로 변환하고, C상에 오류가 발생한 경우 2상 구동축에 대한 2상 구동지령(IC-1_ref, IC-2_ref)을 A상과 B상에 대한 지령(IA _ ref, IB _ ref)으로 변환한다.
이후, 인버터 구동부(100)의 PI 제어부(130)는 실제 구동축으로 좌표변환된 2상 구동지령에 대해 아래의 수학식 4와 같이 비례적분제어(PI control)를 수행하여 2상 구동전압을 산출한다(S40).
Figure 112012045916035-pat00010
여기서, IA _ ref,IB _ ref 또는 IC _ ref는 실제 구동축으로 좌표변환된 2상 구동지령을 의미하고, VA,VB,VC 는 각 상에 인가되는 구동전압을 의미한다. 또한, Kp _A,B,C는 비례제어게인을 의미하고, Ki _A,B,C는 적분제어게인을 의미한다.
또한, 수학식 4에서 (a),(b) 및 (c)는 각각 A상, B상 및 C상에 오류가 발생한 경우를 나타내는 수식이다.
이때, 비례적분제어는 개루프(open loop) 제어로 수행되는데, 그 이유는 2상 구동이 피드백 제어를 할 만큼 충분한 토크를 낼 수 없도록 제한되기 때문이다.
정리하면, PI 제어부(130)는 실제 구동축에 대한 2상 구동지령에 기초하여 실제 구동축에 대한 2상 구동전압을 산출하고, 이때 역기전력 전향보상을 반영하여 최종적인 2상 구동전압을 산출할 수 있다.
한편, 모터(300)가 표면부착형 영구자석 동기모터(Surface Mounted Permanent Magnet Synchronous Motor; SPMSM)인 것으로 가정하면, 모터(300)의 2상 구동시 모터(300)의 2상 전압 지배방정식은 아래의 수학식 5와 같다.
Figure 112012045916035-pat00011
여기서, Vas , bs는 2상 전압을 의미하고, Ias , bs는 2상 전류를 의미하며, λas , bs는 2상 쇄교자속을 의미한다.
상술한 수학식 5를 자세히 풀면 아래의 수학식 6과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112012045916035-pat00012
여기서, φf는 동기 모터에서 로터의 자석으로부터 고정자 한 상에 미치는 자속을 의미하고, wr은 로터의 좌표계상 회전각속도(θr의 미분값, 반시계방향이 양의 값)를 의미한다.
만약, A상에 오류가 발생한 경우, 0°<θ≤90° 나 270°<θ≤360° 구간에서 2상 전압 지배방정식은 아래의 수학식 7과 같이 산출되며, 90°<θ≤270°인 구간에서 2상 전압 지배방정식은 아래의 수학식 8과 같이 산출될 수 있다.
B상 및 C상에 오류가 발생한 경우에도 이와 동일한 방식으로 2상 전압 지배방정식을 산출할 수 있다.
Figure 112012045916035-pat00013
Figure 112012045916035-pat00014
즉, PI 제어부(130)는 이와 같은 2상 전압 지배방정식을 구현할 수 있도록 비례적분제어를 수행하게 된다.
예를 들어, 도 10의 (a), (b), (c)에는 각각 A상, B상, C상에 오류가 발생한 경우에 2상 구동축의 2상 구동지령으로부터 비례적분제어를 수행하여 최종적인 2상 구동전압(VB,VC 또는 VA,VC 또는 VB,VC)을 생성하는 과정이 수식과 함께 도시되어 있다.
이어서, 인버터 구동부(100)의 PWM 변환부(140)는 PI 제어부(130)에 의해 산출된 2상 구동전압을 펄스 폭 변조(PWM) 신호로 변환하고(S50), 변환한 펄스 폭 변조 신호를 인버터부(200)에 인가한다(S60).
이와 같이 펄스 폭 변조 방식을 이용하는 경우 전압이 '0'인 구간을 이용하여 섬세한 제어가 가능하다는 이점이 있다.
한편, 도 11의 (a)에는 3상이 모두 정상인 경우에 모터(300)의 출력 전류가 도시되어 있고, 도 11의 (b)에는 3상 중 어느 하나의 상에 오류가 발생하여 2상 구동을 수행하는 경우 모터(300)의 출력 전류가 도시되어 있다.
도 11의 (b)에 도시된 바와 같이, 인버터 구동부(100)는 펄스 폭 변조 신호를 인버터부(200)에 인가할 때, 모터(300)의 출력 전류가 미리 설정된 기준치 이하로 제한되도록 할 수 있다.
따라서, 3상 중 어느 하나의 상에 오류가 발생한 경우에 운전자가 조향 이질감을 느끼지 않을 적정 수준의 보조력을 제공할 수 있게 된다.
이와 같이, 본 발명에 따른 전동식 동력 조향장치의 모터 구동방법에 따르면, 전동식 동력 조향장치의 3상 모터를 구동하는 인버터 회로에서 어느 하나의 상에 오류가 발생하더라도 나머지 두 상으로 일정 수준의 보조력을 유지시킬 수 있으므로, 운전자가 갑작스러운 조향 이질감을 느끼는 것을 방지할 수 있고, 차량의 주행 안정성을 확보할 수 있다.
또한, 인버터 회로에서 오류가 발생한 어느 하나의 상을 차단하기 위한 릴레이 및 커패시터를 제거할 수 있으므로 원가를 절감할 수 있고, 펄스 폭 변조 방식을 이용하여 모터를 구동시키기 때문에 보다 섬세한 제어가 가능하다는 이점이 있다.
게다가, 본 발명은 별도의 추가적인 장치 없이 소프트웨어 로직 변경만으로 구현될 수 있다는 이점이 있고, 시스템 관점에서 ISO-26262를 충족함으로써 전동식 동력 조향장치의 페일 세이프(Fail Safe) 성능을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
100 : 인버터 구동부
110 : 2상 구동지령 생성부
120 : 좌표변환부
130 : PI 제어부
140 : PWM 변환부
200 : 인버터부
300 : 모터

Claims (10)

  1. 3상 중에서 어느 하나의 상에 오류가 발생한 경우, 인버터 구동부가 Q축 지령을 2상 구동축에 투영하여 2상 구동지령을 생성하는 단계;
    상기 인버터 구동부가 상기 2상 구동지령을 실제 구동축으로 좌표변환하는 단계;
    상기 인버터 구동부가 상기 실제 구동축으로 좌표변환된 2상 구동지령에 대해 비례적분제어를 수행하여 2상 구동전압을 산출하는 단계; 및
    상기 인버터 구동부가 상기 2상 구동전압을 인버터부에 인가하여 모터를 구동시키는 단계를 포함하되, 상기 2상 구동전압을 산출하는 단계에서 상기 2상 구동전압은 상기 비례적분제어를 수행한 결과에 역기전력 전향보상이 반영되어 산출되는 것을 특징으로 하는 전동식 동력 조향장치의 모터 구동방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 2상 구동지령을 생성하는 단계에서
    상기 2상 구동축은 상기 3상 중에서 오류가 발생하지 않은 나머지 두 상에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 전동식 동력 조향장치의 모터 구동방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 2상 구동지령을 생성하는 단계에서
    상기 2상 구동지령은 D축의 회전각에 기초하여 결정되는 것을 특징으로 하는 전동식 동력 조향장치의 모터 구동방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 2상 구동전압을 산출하는 단계에서
    상기 비례적분제어는 개루프 제어로 수행되는 것을 특징으로 하는 전동식 동력 조향장치의 모터 구동방법.
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서, 상기 비례적분제어 및 상기 역기전력 전향보상은 상기 모터의 2상 전압 방정식에 근거하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전동식 동력 조향장치의 모터 구동방법.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 모터를 구동시키는 단계에서
    상기 모터의 회전에 의해 발생하는 보조력은 상기 3상이 모두 정상인 경우의 보조력보다 작은 값인 것을 특징으로 하는 전동식 동력 조향장치의 모터 구동방법.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 모터를 구동시키는 단계에서
    상기 인버터 구동부는 상기 2상 구동전압을 펄스 폭 변조 신호로 변환하여 인가하는 것을 특징으로 하는 전동식 동력 조향장치의 모터 구동방법.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 모터를 구동시키는 단계에서
    상기 모터의 출력전류가 미리 설정된 기준치 이하로 제한되는 것을 특징으로 하는 전동식 동력 조향장치의 모터 구동방법.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 모터는 표면부착형 영구자석 동기모터인 것을 특징으로 하는 전동식 동력 조향장치의 모터 구동방법.
KR1020120061769A 2012-06-08 2012-06-08 전동식 동력 조향장치의 모터 구동방법 KR101354100B1 (ko)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120061769A KR101354100B1 (ko) 2012-06-08 2012-06-08 전동식 동력 조향장치의 모터 구동방법
CN201210523798.9A CN103481941B (zh) 2012-06-08 2012-12-07 电动式动力转向装置的电机驱动方法
US13/727,382 US8872452B2 (en) 2012-06-08 2012-12-26 Method for operating motor of motor-driven power steering

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120061769A KR101354100B1 (ko) 2012-06-08 2012-06-08 전동식 동력 조향장치의 모터 구동방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20130138004A KR20130138004A (ko) 2013-12-18
KR101354100B1 true KR101354100B1 (ko) 2014-01-29

Family

ID=49714741

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120061769A KR101354100B1 (ko) 2012-06-08 2012-06-08 전동식 동력 조향장치의 모터 구동방법

Country Status (3)

Country Link
US (1) US8872452B2 (ko)
KR (1) KR101354100B1 (ko)
CN (1) CN103481941B (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11128241B2 (en) 2019-04-04 2021-09-21 Mando Corporation Motor control system and method for selectively shorting motor windings

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6519281B2 (ja) * 2015-03-31 2019-05-29 株式会社ジェイテクト 電動パワーステアリング装置
CN106982022A (zh) * 2017-04-27 2017-07-25 广东工业大学 一种无电解电容逆变器永磁同步电机的起动方法
JP6896173B2 (ja) * 2018-07-13 2021-06-30 三菱電機株式会社 電動パワーステアリング装置の制御装置
KR102700915B1 (ko) * 2020-02-25 2024-08-30 현대모비스 주식회사 전동식 동력 조향장치의 모터 상전류 제어 장치 및 방법

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20010001044A (ko) * 1999-06-01 2001-01-05 윤문수 영구자석형 서보 모터 구동용 서보 컨트롤러 및 그 서보 컨트롤러를 이용한 서보 모터 구동 제어 방법
JP2005051839A (ja) 2003-07-29 2005-02-24 Honda Motor Co Ltd 電動パワーステアリング装置
JP2008211911A (ja) 2007-02-26 2008-09-11 Jtekt Corp モータ制御装置及び電動パワーステアリング装置
JP2011051481A (ja) 2009-09-02 2011-03-17 Nsk Ltd 電動パワーステアリング装置

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10223139A1 (de) * 2002-05-24 2003-12-11 Bosch Gmbh Robert Elektronisch kommutierbarer Motor
EP1429450B1 (en) * 2002-12-12 2008-02-13 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Motor control apparatus
US6882913B2 (en) * 2003-01-29 2005-04-19 Ford Global Technologies, Llc Electrical control system for automotive vehicle having electrically assisted power steering
JP4716118B2 (ja) * 2006-03-29 2011-07-06 株式会社ジェイテクト モータ制御装置
JP5233178B2 (ja) * 2007-06-14 2013-07-10 株式会社ジェイテクト モータ制御装置及び電動パワーステアリング装置
JP5470697B2 (ja) * 2007-06-20 2014-04-16 株式会社ジェイテクト 電動パワーステアリング装置
JP2011109732A (ja) * 2009-11-12 2011-06-02 Renesas Electronics Corp モータ制御装置及びモータ制御方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20010001044A (ko) * 1999-06-01 2001-01-05 윤문수 영구자석형 서보 모터 구동용 서보 컨트롤러 및 그 서보 컨트롤러를 이용한 서보 모터 구동 제어 방법
JP2005051839A (ja) 2003-07-29 2005-02-24 Honda Motor Co Ltd 電動パワーステアリング装置
JP2008211911A (ja) 2007-02-26 2008-09-11 Jtekt Corp モータ制御装置及び電動パワーステアリング装置
JP2011051481A (ja) 2009-09-02 2011-03-17 Nsk Ltd 電動パワーステアリング装置

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11128241B2 (en) 2019-04-04 2021-09-21 Mando Corporation Motor control system and method for selectively shorting motor windings
US11626819B2 (en) 2019-04-04 2023-04-11 Hl Mando Corporation Motor control system and method for selectively shorting motor windings
US11671034B2 (en) 2019-04-04 2023-06-06 Hl Mando Corporation Motor control system and method for selectively shorting motor windings

Also Published As

Publication number Publication date
KR20130138004A (ko) 2013-12-18
US8872452B2 (en) 2014-10-28
CN103481941A (zh) 2014-01-01
US20130328509A1 (en) 2013-12-12
CN103481941B (zh) 2016-08-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6195044B1 (ja) 電動パワーステアリング装置
JP5402414B2 (ja) 電動パワーステアリング装置
JP5195888B2 (ja) 電動機駆動装置、および、これを用いた電動パワーステアリング装置
JP5954366B2 (ja) モータ制御装置並びにそれを搭載した電動パワーステアリング装置及び車両
KR101354100B1 (ko) 전동식 동력 조향장치의 모터 구동방법
JP5803559B2 (ja) 回転電機制御装置
WO2016152523A1 (ja) モータ制御装置並びにそれを搭載した電動パワーステアリング装置及び車両
US11152881B2 (en) Permanent magnet synchronous electric motor control device, electric power steering device, and electric vehicle
JP5605334B2 (ja) 多相回転機の制御装置
CN105375845A (zh) 旋转电机控制设备
JP5043981B2 (ja) 電動パワーステアリング装置
JP6464859B2 (ja) モータ制御装置並びにそれを搭載した電動パワーステアリング装置及び車両
WO2017109884A1 (ja) 回転電機の制御装置
JP6464858B2 (ja) モータ制御装置並びにそれを搭載した電動パワーステアリング装置及び車両
US11502632B2 (en) Motor control device and electric vehicle
JP2018007454A (ja) モータ制御装置及びそれを搭載した電動パワーステアリング装置
JP4727405B2 (ja) 電動機の制御装置
JP2008155683A (ja) 電気式動力舵取装置
JP2007312462A (ja) モータ制御装置
US20200007059A1 (en) Motor controlling method, motor controlling system, and electronic power steering system
US20200059184A1 (en) Motor controlling method, motor controlling system, and electronic power steering system
JP2016013040A (ja) 回転機の制御装置
US20230406404A1 (en) Motor control device and electric power steering device provided with same
WO2024009671A1 (ja) モータ制御装置、モータ制御方法、及びモータ制御プログラム
JP2009081915A (ja) モータ制御装置

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20161227

Year of fee payment: 4

LAPS Lapse due to unpaid annual fee