KR101576350B1 - Method for detecting fault of realtime e-actuatior using online parameter identification method - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고효율 디젤 엔진 터보 차저의 e-액츄에이터에 관한 것으로서, 본 발명의 eVGT(electronic Variable Geometry Turbo-charger)의 e-액츄에이터(electronic Actuator) 오류 검출 방법에 있어서, 상기 e-액츄에이터에 대해 수학적 모델링을 하고, e-액츄에이터의 모델링에 대해 매개변수 식별 기법을 이용하여 매개변수 추정치를 결정하는 단계, 각 매개변수 추정치에 대하여 최대값 및 최소값으로 정의되는 임계치를 설정하는 단계 및 상기 매개변수 추정치가 상기 임계치 범위 안에 있으면 정상 상태로 판단하고, 그렇지 않으면 오류 상태로 판단하는 단계를 포함한다. 본 발명에 의하면 e-액츄에이터의 오류를 신속하고 용이하게 검출할 수 있는 효과가 있다. The present invention relates to an e-actuator of a high efficiency diesel engine turbocharger, and more particularly, to an electronic actuator error detection method of an eVGT (electronic Variable Geometry Turbo-charger) of the present invention, Determining a parameter estimate for the modeling of the e-actuator using a parametric identification technique; setting a threshold value, defined as a maximum value and a minimum value, for each parametric estimate; Judging that it is in a normal state if it is within the threshold value range, and judging it to be in an error state otherwise. According to the present invention, an error of the e-actuator can be detected quickly and easily.
Description
본 발명은 고효율 디젤 엔진 터보 차저의 e-액츄에이터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전자식 배기유로 제어기인 e-액츄에이터의 오류를 검출하는 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to an e-actuator of a high efficiency diesel engine turbocharger, and more particularly, to a method of detecting an error of an e-actuator which is an electronic exhaust flow controller.
최근 높은 연비와 성능을 제공하는 고효율 디젤엔진에 대한 관심이 증가하고 있다. 고효율 디젤엔진 터보차저는 적은 크기로 같은 출력을 낼 수 있어 터보차저는 다운사이징 엔진에서도 크게 주목받고 있다. Recently, interest in high-efficiency diesel engines, which provide high fuel efficiency and performance, is increasing. High-efficiency diesel engine turbochargers can produce the same output with small size, and the turbocharger has attracted much attention in the downsizing engine.
터보차저(Turbo-charger)는 배기가스를 이용하여 압축된 공기를 엔진으로 공급하며, 일반적으로 압축공기를 엔진으로 공급하는 압축기 휠, 엔진 배기가스를 이용해 압축기를 구동하는 터빈 휠, 압축공기 통로인 압축기 하우징, 배기가스 통로인 터빈 하우징과 하중을 지지하는 베어링으로 구성된다. The turbocharger supplies compressed air to the engine using exhaust gas, and generally includes a compressor wheel that supplies compressed air to the engine, a turbine wheel that drives the compressor using engine exhaust gas, A compressor housing, a turbine housing which is an exhaust gas passage, and a bearing for supporting the load.
터보차저에서 압축기 압력이 너무 높아져 압축공기가 엔진으로 과도 과급되는 현상을 막기 위하여 초기에는 압력이 높아지면 압축공기가 별도의 통로로 빠져나가도록 하는 WGT(Waste Gate Turbo-charger)가 사용되었다. 이후 자동차가 저속일 때는 배기유로를 축소시켜 빨라진 배기가스 속도로 터빈의 구동력을 높여 토크를 향상시키고, 고속주행에서는 배기유로를 확대해 출력을 높이는 가변 터보차저(VGT: Variable Geometry Turbo-charger)가 채용되었다. WGT (Waste Gate Turbo-charger) was used in the turbocharger to prevent compressed air from overcharging the engine due to excessively high compressor pressure. A variable geometry turbocharger (VGT), which improves the torque by increasing the driving force of the turbine at an increased exhaust gas velocity while increasing the exhaust flow rate when the vehicle is at a low speed, Was adopted.
eVGT(electronic VGT)는 배기유로를 전자식으로 제어하는 최신 기술이며 마이크로프로세스를 이용한 정밀한 제어가 가능하여 엔진 성능 향상과 연료소비 및 배기가스 감소에 탁월한 성능을 나타낸다.eVGT (electronic VGT) is the latest technology to electronically control the exhaust flow path and it is possible to control precisely by using micro process, and it shows excellent performance in improving engine performance, fuel consumption and exhaust gas reduction.
전자식 배기유로 제어기인 e-Actuator(electronic Actuator)는 엔진 ECU(Engine Control Unit)의 명령을 받아 배기 유로를 제어하는 eVGT의 핵심부품으로 날개의 위치를 제어하기 위한 디지털 제어기, DC 모터와 스프링 및 여러 개의 기어가 결합된 구조를 가지며, 디지털 제어기는 MCU, CAN(Controller Area Network) 통신, PWM(Pulse Width Modulation) 통신 모듈, DC 모터 제어를 위한 모터 드라이브 및 홀(Hall)센서로 구성된다. E-Actuator (electronic Actuator), which is an electronic exhaust flow controller, is a core part of eVGT that controls the exhaust flow path by receiving the command of Engine Engine (Engine Control Unit). It is a digital controller for controlling the position of the wing, And the digital controller is composed of MCU, CAN (Controller Area Network) communication, PWM (Pulse Width Modulation) communication module, motor drive and Hall sensor for DC motor control.
e-액츄에이터(Actuator)는 다수의 기계 부품과 전기 부품으로 이루어져 고장의 발생의 소지가 많으며, 고온의 엔진룸 내의 장착되므로 고장이 발생 할 경우 이를 파악하기 힘들다. e-액츄에이터의 고장은 급격한 출력 변화를 유발하고 이로 인하여 사고의 위험성이 증가할 수 있다. 따라서 e-액츄에이터의 이상을 감지하여, 사고를 예방할 수 있는 실시간 오류 검출 기법에 관한 연구가 필요하다. Actuator is composed of many mechanical parts and electric parts, and it has many possibilities of failure. It is difficult to grasp if a malfunction occurs because it is installed in a high temperature engine room. Failure of the e-Actuator will cause a sudden change in output, which can increase the risk of accidents. Therefore, it is necessary to study the real-time error detection technique that can detect the abnormality of e-actuator and prevent accidents.
실시간 오류 검출 기법은 고장에 의하여 발생하는 사고를 최소화하는 기법으로써, 안전이 요구되는 많은 분야에 적용되고 있다. 오류 검출 기법으로 신호 모델 기반 방법과 공정모델 기반 방법 그리고 지식 기반 방법이 많이 사용된다. The real - time error detection technique is a technique that minimizes an accident caused by a failure, and is applied to many fields requiring safety. A signal model based method, a process model based method, and a knowledge based method are widely used as error detection methods.
신호 모델 기반 방법은 어떤 시스템에서 출력 신호만 측정할 수 있는 경우에 적용하는 방법으로, 대역 통과 필터, 스펙트럼 분석, 최대 엔트로피 추정의 3가지 방법이 있다. The signal model based method is applied to the case where only the output signal can be measured in a certain system. There are three methods of the band pass filter, spectral analysis and maximum entropy estimation.
공정 모델 기반 방법은 작동장치와 센서가 포함되어 있는 시스템의 입력과 출력을 측정할 수 있는 경우에 적용하는 방법으로, 출력 관측 기법, 패리티 방정식, 식별 및 매개 변수 추정의 3가지 방법이 있다. The process model based method is applied when the input and output of a system including an operating device and a sensor can be measured. There are three methods of output observation method, parity equation, identification and parameter estimation.
지식 기반 방법은 특성 값 또는 기능으로부터 오류를 검출하는 방법으로, 오류가 발생에 따라 시스템 출력의 평균값과 분산의 편차를 확인하여 오류를 검출하는 방식으로서, 평균 및 분산 추정, 우도-비(likelihood-ratio) 검사, 실행-합(run-sum) 검사의 3가지 방법이 있다. A knowledge-based method is a method of detecting errors from characteristic values or functions. It detects errors by checking the average value of the system output and the variance of the variance according to the occurrence of errors. The method includes averaging and variance estimation, likelihood- ratio test, and run-sum test.
e-액츄에이터 시스템은 작동장치에 인가되는 전압을 내부 MCU 내에서 PWM을 이용하여 전압을 인가하기 때문에, 입력되는 전압을 측정할 수 있으며, 홀 센서를 이용하여 e-액츄에이터의 모터각도를 측정할 수 있는 시스템이다. Since the e-actuator system applies the voltage applied to the actuating device to the internal MCU by using PWM, it can measure the input voltage and can measure the motor angle of the e-actuator using Hall sensor System.
변수 식별 기법은 입력과 출력을 측정할 수 있는 시스템에서 시스템의 모델을 추정할 수 있고, 추정한 시스템 모델은 시스템을 이루고 있는 변수들로 표현된다. 시스템에 오류가 발생했을 경우, 물리적 변화에 의해 시스템 모델 역시 변화하게 되고, 그로부터 오류가 발생했는지 여부를 알 수 있다. 그러나 변수 식별 기법을 이용하여 오류를 검출하기 위해서는, 시스템이 입력과 출력에 대해 관측이 가능해야 하며, 정상상태의 시스템 모델을 저장할 수 있는 저장 공간이 필요하며, 정확한 시스템 모델링이 필요하다.
The variable identification technique can estimate the model of the system in a system capable of measuring input and output, and the estimated system model is expressed by the variables constituting the system. In the event of a system failure, the system model will also change due to physical changes, and you can see if an error has occurred. However, in order to detect errors using the variable identification technique, the system needs to be able to observe the input and output, the storage space to store the steady state system model, and accurate system modeling are needed.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명에서는 동적 시스템의 오류가 시스템의 물리적 매개변수(마찰, 질량, 저항, 관성 모멘트 등)에 투영되어 나타나는 공정 모델 기반 방법 중에서 변수 식별을 통한 오류 검출 기법을 e-액츄에이터 오류 검출 방법에 적용하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above problems. In the present invention, among the process model-based methods in which errors of a dynamic system are projected on physical parameters (friction, mass, resistance, moment of inertia, etc.) The proposed method is applied to the e-actuator error detection method.
또한, 본 발명에서는 실시간 동작이 요구되고 메모리 등 자원이 부족한 e-액츄에이터 환경에서 온라인 변수 식별 기법을 구현하기 위해 온라인 구조의 모델링 기법과 변수의 관측성을 최대화시키는 입력 선정기법을 제안하는데 그 다른 목적이 있다. The present invention proposes an on-line modeling technique and an input selection technique that maximizes the observability of variables in order to implement an on-line variable identification technique in an e-actuator environment in which real-time operation is required and resources such as memory are insufficient. .
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 eVGT(electronic Variable Geometry Turbo-charger)의 e-액츄에이터(electronic Actuator) 오류 검출 방법에 있어서, 상기 e-액츄에이터에 대해 수학적 모델링을 하고, e-액츄에이터의 모델링에 대해 매개변수 식별 기법을 이용하여 매개변수 추정치를 결정하는 단계, 각 매개변수 추정치에 대하여 최대값 및 최소값으로 정의되는 임계치를 설정하는 단계 및 상기 매개변수 추정치가 상기 임계치 범위 안에 있으면 정상 상태로 판단하고, 그렇지 않으면 오류 상태로 판단하는 단계를 포함한다. In order to achieve the above object, there is provided a method of detecting an electronic actuator error of an electronic Variable Geometry Turbo-charger (eVGT) according to the present invention, wherein the e-actuator is mathematically modeled and the e-actuator is modeled Determining a parameter estimate using a parameter identification scheme for each parameter estimate, setting a threshold defined by a maximum value and a minimum value for each parameter estimate, and if the parameter estimate is within the threshold range, , Otherwise it is determined to be in an error state.
상기 매개변수 추정치를 결정하는 단계에서, n개의 입력 에 대하여 각도 , 각속도 , 각가속도 의 측정치를 얻는다면, 이고, n≥3의 측정치에 대하여 최소자승법을 적용하면, 매개변수 의 추정치인, 을 구할 수 있다. In determining the parameter estimate, n inputs The angle , Angular velocity , Angular acceleration Lt; / RTI > , And applying the least squares method to the measured value of n? 3, Lt; / RTI > Can be obtained.
α2는 모터와 기어에만 연관 있는 매개변수이고, α1은 기어, 모터 그리고 기계적 점성 마찰에 연관 있는 매개변수이며, α0는 비틀림 스프링과 모터와 연관되어 있는 매개변수이다. α 2 is the parameter associated only with the motor and gear, α 1 is the parameter associated with the gear, motor and mechanical viscous friction, and α 0 is the parameter associated with the torsion spring and motor.
N는 기어 비, Jm은 모터 관성모멘트, Km는 속도상수, Kt는 토크상수, Ke는 모터 역기전력상수, 그리고 모터와 관련된 매개변수를 라고 할 때, 상기 매개변수 를 의 수학식으로 나타낼 수 있다. N is the gear ratio, J m is the motor inertia moment, K m is the speed constant, K t is the torque constant, K e is the motor back electromotive force constant, , The parameter To . ≪ / RTI >
상기 임계치를 설정하는 단계에서, 각 매개변수의 기준 값을 결정하고, 이로부터 각 매개변수 추정치가 존재해야하는 범위인 임계치를 설정할 수 있다. In setting the threshold, a reference value of each parameter may be determined, and a threshold value may be set as a range in which each parameter estimate must exist.
상기 임계치는 3개의 매개변수에 대하여 최대값()과 최소 값()으로 정의되고, 상기 매개변수 추정치가 의 범위 안에 있으면 정상으로 판단하고, 그렇지 않으면 오류로 판단할 수 있다.The threshold may be a maximum value for three parameters ( ) And the minimum value ( ), And the parameter estimate is defined as It is judged as normal, otherwise it can be judged as an error.
상기 매개변수 추정치를 결정하는 단계에서, 재귀형 변수 식별 기법을 이용하여 매개변수 추정치를 결정할 수 있다.
In determining the parameter estimate, the parameter estimate may be determined using a recursive variable identification technique.
본 발명에 의하면 e-액츄에이터의 오류를 신속하고 용이하게 검출할 수 있는 효과가 있다. According to the present invention, an error of the e-actuator can be detected quickly and easily.
또한, 본 발명에 의하면, 실시간 동작이 요구되고 메모리 등 자원이 부족한 e-액츄에이터 환경에서 온라인 변수 식별 기법을 구현하기 위해 온라인 구조의 모델링 기법과 변수의 관측성을 최대화시킬 수 있는 효과가 있다.
In addition, according to the present invention, there is an effect that the on-line modeling technique and the observability of variables can be maximized in order to implement an on-line variable identification technique in an e-actuator environment in which real-time operation is required and resources such as memory are insufficient.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 e-액츄에이터의 구동부를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 e-액츄에이터의 제어부의 구성을 보여주는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 e-액츄에이터 시스템을 모델링한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제약 조건을 고려하여 선정된 입력전압의 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 일괄 처리형과 재귀형의 연산량과 메모리 사용량을 비교한 도표이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 e-액츄에이터 오류 판별 알고리즘을 보여주는 도표이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 실험에 사용된 파손된 평 기어를 보여주는 도면이다.
도 8 내지 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따라 파손된 기어를 장착하고 매개변수 식별을 통해 구한 매개변수 추정치를 보여주는 그래프이다.
도 11은 본 발명의 일 실시에에 따른 e-액츄에이터 오류 검출 방법을 보여주는 흐름도이다. 1 is a view illustrating a driving unit of an e-actuator according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram illustrating a configuration of a controller of an e-actuator according to an exemplary embodiment of the present invention.
3 is a model of an e-actuator system according to an embodiment of the present invention.
4 is a graph of input voltages selected in consideration of a constraint according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a chart comparing a computation amount and a memory usage amount of a batch type and a recursive type according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram illustrating an e-actuator error determination algorithm according to an embodiment of the present invention.
7 is a view showing a broken spur gear used in an experiment according to an embodiment of the present invention.
8 to 10 are graphs showing parameter estimates obtained by mounting broken gears and identifying parameters according to an embodiment of the present invention.
11 is a flowchart illustrating an e-actuator error detection method according to an embodiment of the present invention.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used in this application is used only to describe a specific embodiment and is not intended to limit the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the terms "comprises" or "having" and the like are used to specify that there is a feature, a number, a step, an operation, an element, a component or a combination thereof described in the specification, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 갖는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the contextual meaning of the related art and are to be interpreted in an ideal or overly formal sense unless expressly defined in the present application Do not.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
In the following description of the present invention with reference to the accompanying drawings, the same components are denoted by the same reference numerals regardless of the reference numerals, and redundant explanations thereof will be omitted. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 e-액츄에이터의 구동부를 도시한 도면이다. 1 is a view illustrating a driving unit of an e-actuator according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, e-액츄에이터의 구동부는 DC 모터(110), 톱니(pinion) 기어(120), 평(spur) 기어(130, 140), 출력(output) 기어(150)를 포함한다. Referring to FIG. 1, the driving unit of the e-actuator includes a
본 발명의 일 실시예에서 DC 모터(110)는 존슨 모터사의 최고속도 6,000RPM, 동작전압 14V인 모델을 사용할 수 있다. 톱니(pinion) 기어(120)는 DC 모터(110) 축과 연결되어 있으며, 출력(output) 기어(150)는 e-액츄에이터(Actuator) 밸브 축(160)과 연결되어 있다. In an embodiment of the present invention, the
본 발명의 일 실시예에서 두 개의 평(spur) 기어(130, 140)는 톱니 기어(120)와 출력 기어(150) 사이에 연결되어 있고, 전체 기어 비는 50.91322이다.In one embodiment of the present invention, two
본 발명의 일 실시예에서 비틀림 스프링은 출력 기어(150)에 295도 비틀려서 연결되어 있으며, 스프링 상수는 0.88[Nmm/deg]이다.
In an embodiment of the present invention, the torsion spring is connected to the
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 e-액츄에이터의 제어부의 구성을 보여주는 블록도이다. 2 is a block diagram illustrating a configuration of a controller of an e-actuator according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, e-액츄에이터의 제어부는 MCU(210), 홀 센서(Hall sensor)(220), 모터 드라이버(Motor Driver)(230)를 포함한다. 2, the control unit of the e-actuator includes an
e-액츄에이터(Actuator)의 MCU(210)는 차량의 메인 ECU로부터 기준 입력명령을 CAN 통신 혹은 PWM 통신을 이용하여 받고 모터 드라이버(230)를 통해 DC 모터를 원하는 위치로 제어한다. The
홀 센서(220)는 출력 기어의 축에 위치하며, e-액츄에이터(Actuator) 밸브의 각을 측정하는 역할을 한다. 예를 들어, 홀 센서(220)는 SPI(Serial Peripheral Interface) 버스를 이용하여 e-액츄에이터(Actuator)의 MCU(210)와 연결되고 0.022도의 해상도를 가진다.
The
도 11은 본 발명의 일 실시에에 따른 e-액츄에이터 오류 검출 방법을 보여주는 흐름도이다. 11 is a flowchart illustrating an e-actuator error detection method according to an embodiment of the present invention.
도 11을 참조하면, eVGT(electronic Variable Geometry Turbo-charger)의 e-액츄에이터(electronic Actuator) 오류 검출 방법에 있어서, e-액츄에이터에 대해 수학적 모델링을 하고, e-액츄에이터의 모델링에 대해 매개변수 식별 기법을 이용하여 매개변수 추정치를 결정한다(S101).Referring to FIG. 11, a method of detecting an electronic actuator error of an electronic Variable Geometry Turbo-charger (eVGT), includes mathematical modeling for an e-actuator, parameter identification technique for modeling an e- To determine a parameter estimate (S101).
그리고, 각 매개변수 추정치에 대하여 최대값 및 최소값으로 정의되는 임계치를 설정한다(S103).Then, a threshold value defined by a maximum value and a minimum value is set for each parameter estimation value (S103).
그리고, 매개변수 추정치가 임계치 범위 안에 있으면 정상 상태로 판단하고, 그렇지 않으면 오류 상태로 판단한다(S105, S107, S109).
If the parameter estimation value is within the threshold value range, it is determined that the parameter value is in the normal state. Otherwise, it is determined that the parameter value is in the error state (S105, S107, S109).
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 e-액츄에이터 시스템을 모델링한 도면이다. 도 3은 모터와 부하를 포함한 e-액츄에이터 시스템을 모델링한 도면이며, 일반적인 DC 모터의 전기자, 회전자의 선형 모델에 기어와 스프링에 의한 영향이 포함된 e-액츄에이터(Actuator) 모델링이다. 3 is a model of an e-actuator system according to an embodiment of the present invention. 3 is a modeling of an e-actuator system including a motor and a load, and is a modeling of an e-actuator including a gear and a spring effect on a linear model of an armature and a rotor of a general DC motor.
수학식 1은 e-액츄에이터의 DC 모터 전기자 모델을 나타낸다.
수학식 2는 e-액츄에이터의 기어와 스프링이 포함된 회전자 모델을 나타낸다.Equation (2) shows a rotor model including a gear and a spring of the e-actuator.
수학식 1 및 수학식 2에서 La는 DC 모터 내부 인덕턴스, Ra는 모터 내부저항, Ke는 모터 역기전력상수, Jm은 모터 관성모멘트, b는 기계적 점성마찰, Km는 속도상수, 는 각가속도, 는 각속도, θ는 각도를 나타내며, k는 스프링상수, θs는 스프링 초기 장착각도, N는 기어 비, Kt는 토크상수, va는 전기자에 걸리는 전압, ia는 전기자에 흐르는 전류를 나타낸다.In Equation 1) and (
수학식 1 및 수학식 2에서 모터 내부 인덕턴스 La는 매우 작으므로 무시하고 정리하면 다음 수학식 3의 e-액츄에이터 모델을 얻는다. In Equations (1) and (2), since the in-motor inductance L a is very small, the e-actuator model of Equation (3) is obtained by disregarding it.
여기서, 매개변수 α2, α1, α0는 , , 이다. Here, the parameters? 2 ,? 1 ,? 0 are , , to be.
e-액츄에이터 시스템 모델에는 La, Ra, Ke, Km, 등의 변수가 사용되지만, 이들 변수 모두를 다루는 것은 매우 복잡하기 때문에, 본 발명에서는 매개변수인 α2, α1, α0만을 고려하기로 한다. Although variables such as L a , R a , K e , and K m are used in the e-actuator system model, since it is very complicated to handle both of these variables, the parameters α 2 , α 1 , α 0 Will be considered.
따라서 본 발명에서의 e-액츄에이터 오류 판단도 매개변수 식별 기법으로 α2, α1, α0를 구하고 이들의 변화로부터 실제 시스템의 특성 변화를 유추한다.Therefore, the e-actuator error determination method of the present invention obtains α 2 , α 1 , and α 0 by the parameter identification technique, and derives a change in the characteristics of the actual system from the changes.
이제 본 발명에서 e-액츄에이터(Actuator) 매개변수 식별 기법을 설명하면 다음과 같다. Now, an e-actuator parameter identification technique will be described as follows.
시스템의 식별은 물리적 실제 시스템의 입력과 출력 자료를 사용하여 그 시스템의 수학적 모델을 식별하는 과정으로 과학과 공학 분야에서 시스템의 다양한 물리적 특성을 추정하는데 사용되는 기법이다. 본 발명에서는 알고 있는 입력에 대하여 출력을 측정하고, 이를 이용하여 매개변수를 식별하는 방법을 적용하였다. 즉, 알고 있는 n개의 입력 에 대하여 각도 , 각속도 , 각가속도 의 측정치를 얻는다면, 수학식 4를 이용하여 매개변수 를 구할 수 있다.Identification of a system is a process used to identify the mathematical model of a system using input and output data from a physical physical system and to estimate various physical characteristics of the system in science and engineering. In the present invention, a method of measuring the output of a known input and identifying a parameter using the measured output is applied. That is, The angle , Angular velocity , Angular acceleration (4) < / RTI >< RTI ID = 0.0 > Can be obtained.
n≥3의 측정치에 대하여 최소자승법을 적용하면 다음 수학식 5와 같이 매개변수의 추정치를 얻을 수 있다. If the least squares method is applied to the measurement value of n? 3, an estimate of the parameter can be obtained as shown in the following equation (5).
수학식 5를 적용하기 위해서는 입력전압 v, 각도 θ, 각속도 , 각가속도 를 측정하여야 하지만, e-액츄에이터에서는 각도 θ만 측정할 수 있으므로, 수치 미분으로 각속도 , 각가속도 를 구하여 수학식 5에 적용한다. 이에 따라 오차가 증폭되므로 이에 대한 고려가 필요하다. 이를 포함한 e-액츄에이터 시스템의 제약 조건과 해결 방법을 상세히 설명하기로 한다.
In order to apply Equation (5), the input voltage v, the angle? , Angular acceleration However, since only the angle &thetas; can be measured in the e-actuator, , Angular acceleration Is applied to Equation (5). Since the error is amplified, consideration should be given to this. The constraints and solution methods of the e-actuator system including this will be described in detail.
e-액츄에이터(Actuator) 시스템에서 매개변수 식별기법을 적용하기 위해서는 다음의 5가지 제약조건을 고려해야 한다.The following five constraints must be considered to apply the parameter identification technique in the e-Actuator system.
1) 데드 존(Dead zone)1) Dead zone
DC 모터가 일정 크기 이하의 전압에 대해서는 반응하지 않으며, 이를 고려하여 입력신호를 설정하여야 한다. 예를 들어, 본 발명의 실험에서 사용한 존슨 모터사의 모터의 데드존은 0.6V이므로 0.6V 보다 큰 입력신호를 사용한다. The DC motor does not respond to voltages below a certain level, and the input signal must be set in consideration of this. For example, since the dead zone of the motor of Johnson Motor Co. used in the experiment of the present invention is 0.6V, an input signal larger than 0.6V is used.
2) 수치 미분에 의한 각속도 및 각가속도 계산2) Calculation of angular velocity and angular acceleration by numerical differentiation
각속도와 각가속도를 각도 측정치를 수치 미분하여 사용하므로 각도 측정치에 포함된 잡음에 영향을 많이 받는다. 본 발명에서는 잡음의 영향을 줄이기 위해서 10개의 샘플을 평균하는 이동평균(moving average)을 이용한다. 이는 10배의 샘플링 시간을 요구하므로 이를 고려하여 샘플링 주기를 선정한다.
Angular velocity and angular velocity are used as numerical differentiation of angle measurement, so they are affected by noise included in angle measurement. In the present invention, a moving average that averages 10 samples is used to reduce the influence of noise. Since this requires 10 times the sampling time, the sampling period is selected considering this.
3) 역행렬 계산의 용이함 및 계산오차3) Ease of calculation of inverse matrix and calculation error
수학식 5를 이용하여 파라미터를 추정하는 경우 의 역행렬을 계산해야 한다. 역행렬 계산의 정확도는 행렬 의 조건계수(condition number)에 영향을 받는다. 예를 들어 입력 전압이 일정한 경우 각도, 각속도, 각가속도가 모두 일정한 값이며 이 경우 가 특이행렬(singular matrix)이 되어 역행렬을 구할 수 없다. 이를 해결하기 위하여 본 발명에서는 입력의 변화가 크게 나타나는 사인파 입력을 사용한다. 또한 샘플링 주파수와 입력 사인파의 주기에 따라 행렬 의 조건계수가 크게 나타나 역행렬 계산에 오차가 증가할 수 있다. 본 발명에서 샘플링 주파수를 10KHz로 사인파는 4Hz의 주기를 갖도록 하여 이를 해결한다.
When the parameter is estimated using Equation (5) The inverse of The accuracy of inverse matrix computation depends on the matrix And is influenced by the condition number of the system. For example, if the input voltage is constant, the angles, angular velocities, and angular velocities are all constant values. Can be a singular matrix and inverse matrix can not be obtained. In order to solve this problem, the present invention uses a sine wave input in which a change in input is remarkable. Also, depending on the sampling frequency and the period of the input sinusoid, The error of the inverse matrix calculation can be increased. In the present invention, a sampling frequency is set to 10 KHz and a sine wave is set to have a period of 4 Hz.
4) e-액츄에이터(Actuator) 동작 범위 제약4) e-Actuator operating range constraint
본 발명에서 고려한 e-액츄에이터(Actuator)는 기계적인 구조상 10°~90° 사이에서만 동작한다. 따라서 e-액츄에이터(Actuator)가 15°~85° 사이에서 동작하도록 사인파 입력의 크기를 선정한다.
The e-Actuator considered in the present invention operates only between 10 ° and 90 ° on the mechanical structure. Therefore, the size of the sine wave input is selected so that the e-Actuator operates between 15 ° and 85 °.
5) MCU의 한정된 메모리와 처리속도5) Limited memory and processing speed of MCU
본 발명에서 고려한 ATmega32M1 MCU는 8비트, 내부 메모리는 2KB로 구성되어 있다. 대부분의 e-Actuator는 이와 비슷한 사양의 MCU로 구성될 것으로 판단된다. The ATmega32M1 MCU considered in the present invention has 8 bits and the internal memory has 2 KB. Most e-Actuators will be composed of MCUs with similar specifications.
그리고, 일괄 처리형 매개변수 식별기법의 구현에서 입력전압 v, 각도 θ, 각속도 , 각가속도 은 각각 데이터 하나당 4Byte의 실수 형 변수를 할당하며, 이 경우 n개의 측정치에 대하여 수학식 5를 구현하기 위하여 필요한 메모리 용량은 16n(4×4×n)Byte 이다.
And, in the implementation of the batch type parameter identification technique, the input voltage v, the angle θ, the angular velocity , Angular acceleration (4 × 4 × n) Bytes in order to implement Equation (5) for n measurements, respectively.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제약 조건을 고려하여 선정된 입력전압의 그래프이다. 4 is a graph of input voltages selected in consideration of a constraint according to an embodiment of the present invention.
도 4에서 보는 바와 같이, 본 발명에서는 이상의 제약 조건을 모두 고려하여 로 입력 전압을 선정한다. 즉, 데드존을 회피하기 위하여 입력 전압의 최소 전압이 0.6V 이상 나오도록 바이어스 전압을 1.65V로 설정하며, 15°∼85° 범위를 동작하는 4Hz의 주파수를 가진 사인파 전압을 설정한다.
As shown in FIG. 4, in the present invention, The input voltage is selected. That is, in order to avoid the dead zone, the bias voltage is set to 1.65V so that the minimum voltage of the input voltage is 0.6V or more, and the sinusoidal voltage having the frequency of 4Hz to operate in the range of 15 ° to 85 ° is set.
본 발명의 일 실시예에서 e-액츄에이터(Actuator)에서는 ATmega32M1을 MCU로 사용하므로, 이 MCU를 이용하여 온라인 변수 식별 기법을 구현하기 위해서는 연산량과 메모리의 제약을 고려해야 한다. In the embodiment of the present invention, since the ATmega32M1 is used as the MCU in the e-Actuator, in order to implement the on-line variable identification technique using the MCU, the computation amount and memory constraints must be considered.
수학식 5를 사용한 일괄 처리 방식의 변수 식별 기법으로 e-액츄에이터를 구현하기 위해서 필요한 연산량과 메모리는 다음과 같이 계산된다. The computation amount and the memory required to implement the e-actuator by the variable identification method of the batch processing method using Equation (5) are calculated as follows.
n개의 샘플에 대하여, 각 샘플을 실수형 4Byte로 저장한다면 총 4n×4Byte의 메모리가 필요하고 와 을 이루기 위한 각 성분이 저장될 공간 12×4Byte와 의 역행렬에 행렬식과 각 성분이 저장될 공간 10×4Byte를 포함하여 총 (4n+22)×4Byte의 저장 공간이 필요하다. For n samples, if each sample is stored in 4-byte real numbers, 4n × 4 bytes of memory is required Wow 12 x 4 Bytes for each component to be stored (4n + 22) × 4 Bytes in total, including the matrix and the space for storing each component in the inverse matrix of 10 × 4 Bytes.
연산량은 의 역행렬에 (54n+21)회의 곱셈과 (60n-36)회의 덧셈이 소요되며, 에 대하여 3n회의 곱셈과 (4n-3)회의 덧셈이 소요되며, - 1와 사이의 행렬 곱에서 9회의 곱셈과 6회의 덧셈이 발생하여 총 (57n+30)의 곱셈과 (64n-33)회의 덧셈이 소요된다. The amount of computation is (54n + 21) multiplications and (60n-36) additions are required for the inverse matrix of (3n) multiplications and (4n-3) - 1 and 9 multiplications and 6 additions take place in the matrix multiplication between (57n + 30) and (64n-33) additions.
본 발명에서는 메모리와 연산량의 제약을 해결하기 위해서 재귀형 변수 식별 기법을 제안한다. 제안한 재귀형 변수 식별 기법은 다음 수학식 6과 수학식 7을 이용하여 구현할 수 있다. In the present invention, a recursive variable identification technique is proposed to solve the limitation of memory and computation amount. The proposed recursive variable identification scheme can be implemented using the following equations (6) and (7).
본 발명에서 제안하는 재귀형 변수 식별 기법은 매번 새로운 측정치에 대하여 변화되는 부분만 추가하는 구조이므로 메모리와 연산량을 대폭 감소시킬 수 있다. The recursive variable identification technique proposed in the present invention is a structure for adding only the changed parts to new measurement values each time, so that the memory and the calculation amount can be greatly reduced.
만약 (n-1)번째까지 측정치에 대하여 이미 구해진 와 가 있다면 n번째 측정치 van, θn, n, n 에 대한 변화 값을 더해주면 된다. 예를 들면 의 첫 번째 성분은 을 이용하여 계산할 수 있다. 이때 는 (n-1)번째까지 측정치로 계산되어 있는 값이므로 1개의 곱셈과 1개의 덧셈으로 계산할 수 있다. 이는 n개의 곱셈과 n-1개의 덧셈으로 계산하던 이전의 일괄 처리 기법에 비하여 크게 연산량을 줄일 수 있음을 나타낸다. 또한 메모리 사용량도 n×4Byte에서 2×4Byte로 대폭 줄일 수 있음을 알 수 있다.If (n-1) < th > Wow If there is an nth measure v an , θ n , n , We can add the change value for n . For example The first component of . ≪ / RTI > At this time Is calculated as the (n-1) -th measurement value, so it can be calculated by one multiplication and one addition. This shows that the computational complexity can be greatly reduced compared to the previous batch processing which is performed by n multiplications and n-1 additions. Also, it can be seen that the memory usage can be drastically reduced from n × 4 bytes to 2 × 4 bytes.
수학식 6의 행렬 과 수학식 7의 벡터 의 모든 성분에 대하여 필요한 연산량과 메모리 사용량은 다음과 같이 계산할 수 있다. 메모리에서 측정치의 개수는 의 9개, 의 3개이고, 총 12개의 성분에 대하여 현재 값과 직전 값의 저장과, 4개의 현재 측정치 van, θn, n, n 의 저장을 위한 28×4Byte와, 역행렬 계산을 위한 저장 공간 10×4Byte의 합인 38×4Byte가 사용된다. 이는 시간과 측정치의 개수에 상관없이 항상 일정한 값으로 (4n+22)×4Byte인 일괄 처리 방법에 비하여 월등한 차이를 나타낸다. 이는 도 5의 도표에서 확인할 수 있다. The matrix of equation (6) And the vector of equation 7 The required amount of computation and the amount of memory used for all components of the memory can be calculated as follows. The number of measurements in memory is 9, For the total of 12 components, the storage of the current value and the immediately preceding value, and the four current measurements v an , &thetas; n , n , 28 x 4 Bytes for storing n and 38 x 4 Bytes, which is a sum of 10 x 4 Bytes for storage of inverse matrix. This is superior to the batch processing method (4n + 22) × 4 bytes, which is always constant regardless of the number of times and the number of measurements. This can be seen in the chart of FIG.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 일괄 처리형과 재귀형의 연산량과 메모리 사용량을 비교한 도표이다. FIG. 5 is a chart comparing a computation amount and a memory usage amount of a batch type and a recursive type according to an embodiment of the present invention.
본 발명에서 제안한 재귀형 기법의 연산량은 측정치의 개수에 상관없이 총 66회의 곱셈과 94회의 덧셈이 수행된다. 이는 역행렬 -1을 구하기 위한 곱셈 54회, 덧셈 84회와 를 구하기 위하여 곱셈 3회, 덧셈 4회와, - 1와 사이의 행렬 곱에 곱셈 9회과 덧셈 6회를 수행하기 때문이다. The computation amount of the recursive scheme proposed in the present invention is 66 multiplications and 94 additions regardless of the number of measurements. However, Multiplication 54 times to obtain -1 , addition 84 times Three times of multiplication, four times of addition, - 1 and The multiplication is performed 9 times and the addition is performed 6 times.
이는 일괄 처리 기법에 비하여 월등히 적은 값이며 도 5에서 확인할 수 있다. 특히 사용한 MCU의 내장 SRAM이 2KByte이므로 최대 측정치는 500개 정도이나, 실제 구현에서 사용되는 프로그램과 데이터 영역을 제외하면 반 이하로 줄어든다.This is much smaller than the batch processing technique and can be seen in FIG. In particular, since the built-in SRAM of the used MCU is 2KByte, the maximum measurement value is about 500, but it is reduced to less than half, except for the program and data area used in actual implementation.
도 5에서 제안한 재귀형 변수 식별 기법이 기존의 일괄 처리형 변수 식별 기법보다 샘플의 개수가 2개 이상이면 연산량이 유리해지고, 10개 이상이면 메모리 사용면에서도 유리함을 알 수 있다. 특히 측정치의 개수에 무관하게 일정한 연산량과 메모리 사용량을 가지므로 저가의 MCU를 이용하여 효율적인 구현이 가능하다.
The recursive variable identification technique proposed in Fig. 5 is more advantageous in terms of memory usage when the number of samples is two or more than that of the conventional batch type variable identification technique, and when the number of samples is more than ten, it is advantageous. Especially, since it has a constant amount of computation and memory usage irrespective of the number of measured values, it can be implemented efficiently using a low-cost MCU.
이제 본 발명에서 e-액츄에이터 소자 이상 판단 방법을 설명하기로 한다. Now, an e-actuator element abnormality determination method according to the present invention will be described.
eVGT는 고온의 차량 엔진 룸에 장착되므로 고장의 확률이 높으며, 고장이 발생하는 경우 이를 쉽게 파악하기 힘들기 때문에, eVGT의 고장을 빠른 시간에 검출하고 보고하는 기법이 필요하다. 본 발명에서는 eVGT의 많은 고장 원인들 중에서 e_액츄에이터와 직접 연관이 있는 기어, 스프링 및 DC 모터만 고려하여 이상을 검출하는 기법을 제안하고자 한다. Since eVGT is installed in a high temperature vehicle engine room, there is a high probability of failure and it is difficult to grasp if a failure occurs. Therefore, a technique to detect and report failure of eVGT in a short time is needed. In the present invention, among the many causes of failure of the eVGT, a method of detecting an anomaly by considering only a gear, a spring, and a DC motor directly associated with an e_actuator is proposed.
전술한 변수 식별 기법에 의하여 구해지는 매개변수 추정치 는 e-액츄에이터의 구동부의 DC 모터, 기어 그리고 스프링의 특성이 반영되어 나타난다. 여기서 DC 모터와 관련된 매개변수를 로 두면 는 다음 수학식과 같이 간략히 나타낼 수 있다.The parameter estimates obtained by the variable identification technique described above Is reflected by the characteristics of the DC motor, gear and spring of the driving part of the e-actuator. Here are the parameters related to the DC motor If you leave Can be briefly expressed as the following equation.
수학식 8에서 α2는 모터와 기어에만 연관 있는 매개변수이고, α1은 기어와 모터 그리고 기계적 점성 마찰에 연관 있는 매개변수이며, α0는 비틀림 스프링과 모터가 연관되어 있는 매개변수이다. 본 발명에서는 매개변수 추정치의 변화로부터 e-액츄에이터의 오류를 판별하는 기법을 제시한다.In equation (8), α 2 is a parameter associated only with the motor and gear, α 1 is the parameter associated with the gear and motor and mechanical viscous friction, and α 0 is the parameter associated with the torsion spring and motor. In the present invention, a technique for determining an error of an e-actuator from a change in parameter estimates is presented.
처음 e-액츄에이터를 제작할 때 시험을 통하여 매개변수의 기준 값을 결정하고, 이로부터 각 매개변수 추정치가 존재해야하는 범위인 임계치를 설정할 수 있다. When the first e-actuator is manufactured, it is possible to determine the reference value of the parameter through the test and set a threshold value from which the parameter estimates must be present.
임계치는 3개의 매개변수에 대하여 최대 값()과 최소 값()으로 정의하며 이를 EEPROM에 저장해 둔다. The threshold is the maximum value for the three parameters ( ) And the minimum value ( ) And stores it in EEPROM.
이후 e-액츄에이터가 동작할 때 변수 식별 기법을 이용하여 시스템 매개변수를 결정하고, 구해진 매개변수 추정치가 의 범위 안에 있으면 정상상태라 판단하고, 이 범위를 벗어나면 오류로 판단한다. 예를 들어, 수학식(8)에서 만약 모터에 문제가 있을 경우, 모든 시스템 매개변수 가 영향을 받는다. 만약 기어에 문제가 있으며 두 개의 매개변수 α2,α1가 영향을 받고, 스프링에 문제가 있으면 오직 α0의 매개변수만 영향을 받음을 알 수 있다. 이와 같은 방법으로 추정된 매개변수를 이용하여 오류를 판별할 수 있으며, 이를 도 6에 자세히 나타낸다. Then, when the e-Actuator is operating, the system parameters are determined using the variable identification technique, and the obtained parameter estimates , It is judged to be in a normal state, and if it is out of this range, it is judged as an error. For example, in equation (8), if there is a problem with the motor, all system parameters Is affected. If there is a problem with the gear and the two parameters α 2 , α 1 are affected and there is a problem with the spring, then only the parameters of α 0 are affected. An error can be identified using the parameters estimated in this way, which is shown in detail in FIG.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 e-액츄에이터 오류 판별 알고리즘을 보여주는 도표이다. 6 is a diagram illustrating an e-actuator error determination algorithm according to an embodiment of the present invention.
본 발명에서 제안된 기법의 성능을 시험하기 위해, e-액츄에이터의 여러 오류 중에서 재현하기 쉬운 기어 파손에 대한 실험을 진행하였다. In order to test the performance of the technique proposed in the present invention, experiments were conducted on gear failure which is easy to reproduce among various errors of the e-actuator.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 실험에 사용된 파손된 평 기어를 보여주는 도면이다. 7 is a view showing a broken spur gear used in an experiment according to an embodiment of the present invention.
도 7에서 보는 바와 같이, 두 개의 평기어의 톱니를 파손시켜 e-액츄에이터 내부에 장착하고, 재귀형 매개변수 식별기법으로 구해진 추정치를 이용한 오류 판정 기법의 타당성을 확인하였다.
As shown in FIG. 7, the teeth of the two spur gears are broken and mounted in the e-actuator, and the validity of the error determination technique using the estimates obtained by the recursive parameter identification technique is confirmed.
도 8 내지 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따라 파손된 기어를 장착하고 매개변수 식별을 통해 구한 매개변수 추정치를 보여주는 그래프이다. 8 to 10 are graphs showing parameter estimates obtained by mounting broken gears and identifying parameters according to an embodiment of the present invention.
도 8 내지 도 10은 파손된 평 기어를 장착하고 매개변수 식별을 통해 구한 매개변수 추정치()를 나타낸 그래프이다.Figs. 8 to 10 are graphs showing the relationship between the parameter estimates obtained by mounting the broken spur gears and parameter identification FIG.
도 8 내지 도 10에서 파란색 선은 정상 상태의 e-액츄에이터(Actuator)에 대한 매개변수 추정치를 나타내고, 붉은색 선은 첫 번째 평 기어만 파손된 경우의 매개변수 추정치를 나타내고, 녹색 선은 두 번째 평 기어만 파손된 경우의 매개변수 추정치를 나타내고, 검은색 선은 두 개의 평기어 모두 파손된 경우의 매개변수 추정치를 나타낸다. 매개변수는 처음 1,000개의 샘플을 수집한 후 총 7,000개의 샘플까지 10개 단위로 샘플의 수를 증가시키면서 추정하였다. 8 to 10, the blue line represents the parameter estimate for the steady state e-actuator, the red line represents the parameter estimate when only the first spur gear is broken, the green line represents the second parameter And the black line represents the parameter estimate when both spur gears are broken. The parameters were estimated by collecting the first 1,000 samples and then increasing the number of samples by 10 units to a total of 7,000 samples.
도 8은 매개변수 α2의 추정치를 나타낸 그래프이다. 도 8에서 기어의 파손에 대하여 α2의 추정치가 큰 차이를 나타냄을 볼 수 있다. 이는 본 발명에서 제시한 기법을 이용하여 충분히 오류를 검출할 수 있음을 나타낸다. FIG. 8 is a graph showing the estimated value of the parameter? 2 . In Fig. 8, it can be seen that the estimated value of? 2 shows a large difference with respect to the breakage of the gear. This indicates that the error can be sufficiently detected by using the technique proposed in the present invention.
도 8에서 기어의 위치에 상관없이 한 개의 기어가 파손된 경우 비슷한 결과를 나타내며 두 개의 기어가 모두 파손된 경우는 큰 차이를 나타냄을 확인할 수 있다. 측정치의 개수가 증가함에 따라 일정한 값으로 수렴하며 대략 3,000샘플 이후에 수렴함을 확인할 수 있다. 또한 수렴된 값을 이용하여 임계치를 쉽게 결정할 수 있다. 8 shows a similar result when one gear is broken regardless of the position of the gear, and it can be seen that when two gears are all broken, there is a large difference. As the number of measurements increases, it converges to a constant value and converges after about 3,000 samples. Also, the threshold value can be easily determined using the converged value.
도 9는 매개변수 α1의 추정치를 나타낸 그래프이다.9 is a graph showing an estimate of the parameter? 1 .
도 9의 매개변수 α1의 추정치를 이용하여도 충분히 오류를 검출할 수 있음을 알 수 있다. 이 경우는 두 개의 기어가 모두 파손된 경우에 현격한 차이를 나타내며, 한 개의 기어만 파손된 경우에도 충분히 구분할 수 있음을 볼 수 있다. It can be seen that an error can be sufficiently detected even by using the estimated value of the parameter? 1 in FIG. In this case, there is a remarkable difference when both gears are broken, and it can be seen that even if only one gear is broken, it can be sufficiently distinguished.
도 10은 매개변수 α0의 추정치를 나타낸 그래프이다.10 is a graph showing the estimated value of the parameter? 0 .
도 10의 매개변수 α0는 기어의 영향을 받지 않으므로 정상 상태와 기어가 파손된 경우의 차를 확인할 수 없다. The parameter? 0 in FIG. 10 is not influenced by the gear, so that the difference between the steady state and the case where the gear is broken can not be confirmed.
본 발명의 실험에서 샘플링 주기는 0.1msec로 총 7,000개의 샘플을 처리하였다. 그러나 실제 적용에서는 시간이 짧을수록 유리하다. 도 8에서 약 3,000샘플 정도에 수렴된 추정치를 얻을 수 있으며, 이는 0.3초 이내로 기어 파손 오류가 검출이 가능함을 나타낸다. 실제 적용을 위한 임계치와 오류검출에 사용될 샘플의 수는 좀 더 다양한 시험을 통하여 결정되어야 한다.
In the experiment of the present invention, a total of 7,000 samples were processed at a sampling period of 0.1 msec. However, the shorter the time, the more advantageous it is. In FIG. 8, an estimated value converged to about 3,000 samples can be obtained, which indicates that a gear failure error can be detected within 0.3 seconds. The thresholds for practical application and the number of samples to be used for error detection should be determined through more extensive testing.
이상 본 발명을 몇 가지 바람직한 실시예를 사용하여 설명하였으나, 이들 실시예는 예시적인 것이며 한정적인 것이 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 자라면 본 발명의 사상과 첨부된 특허청구범위에 제시된 권리범위에서 벗어나지 않으면서 다양한 변화와 수정을 가할 수 있음을 이해할 것이다.
While the present invention has been described with reference to several preferred embodiments, these embodiments are illustrative and not restrictive. It will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made therein without departing from the spirit of the invention and the scope of the appended claims.
210 MCU
220 홀 센서
230 모터 드라이버210 MCU
220 Hall sensors
230 Motor Driver
Claims (4)
상기 e-액츄에이터에 대해 수학적 모델링을 하고, e-액츄에이터의 모델링에 대해 매개변수 식별 기법을 이용하여 매개변수 추정치를 결정하는 단계;
각 매개변수 추정치에 대하여 최대값 및 최소값으로 정의되는 임계치를 설정하는 단계; 및
상기 매개변수 추정치가 상기 임계치 범위 안에 있으면 정상 상태로 판단하고, 그렇지 않으면 오류 상태로 판단하는 단계를 포함하며,
상기 매개변수 추정치를 결정하는 단계에서,
n개의 입력 에 대하여 각도 , 각속도 , 각가속도 의 측정치를 얻는다면,
이고,
n≥3의 측정치에 대하여 최소자승법을 적용하면, 매개변수 의 추정치인, 을 구할 수 있고,
여기서, α2는 모터와 기어에만 연관 있는 매개변수이고, α1은 기어, 모터 그리고 기계적 점성 마찰에 연관 있는 매개변수이며, α0는 비틀림 스프링과 모터와 연관되어 있는 매개변수인 것임을 특징으로 하는 e-액츄에이터 오류 검출 방법.
A method of detecting an electronic actuator error of an eVGT (electronic Variable Geometry Turbo-charger)
Performing mathematical modeling on the e-actuator and determining parameter estimates using parameter identification techniques for modeling the e-actuator;
Setting a threshold defined by a maximum value and a minimum value for each parameter estimate; And
Determining that the parameter estimate is in a normal range if the parameter estimate is within the threshold range, and otherwise determining an error condition;
In determining the parameter estimate,
n inputs The angle , Angular velocity , Angular acceleration Lt; / RTI >
ego,
If the least squares method is applied to the measurement of n? 3, Lt; / RTI > Can be obtained,
Where α 2 is the parameter associated only with the motor and gear, α 1 is the parameter associated with the gear, motor and mechanical viscous friction, and α 0 is the parameter associated with the torsion spring and motor e-actuator error detection method.
N는 기어 비, Jm은 모터 관성모멘트, Km는 속도상수, Kt는 토크상수, Ke는 모터 역기전력상수, 그리고 모터와 관련된 매개변수를 라고 할 때,
상기 매개변수 를,
의 수학식으로 나타낼 수 있으며,
상기 임계치를 설정하는 단계에서, 각 매개변수의 기준 값을 결정하고, 이로부터 각 매개변수 추정치가 존재해야하는 범위인 임계치를 설정하며,
상기 임계치는 3개의 매개변수에 대하여 최대값()과 최소 값()으로 정의되고,
상기 매개변수 추정치가 의 범위 안에 있으면 정상으로 판단하고, 그렇지 않으면 오류로 판단하는 것을 특징으로 하는 e-액츄에이터 오류 검출 방법.
The method according to claim 1,
N is the gear ratio, J m is the motor inertia moment, K m is the speed constant, K t is the torque constant, K e is the motor back electromotive force constant, When you say,
The parameter Lt;
, ≪ / RTI >
In setting the threshold, a reference value of each parameter is determined, from which a threshold, which is a range in which each parameter estimate must exist,
The threshold may be a maximum value for three parameters ( ) And the minimum value ( ),
If the parameter estimate is The controller determines that the e-actuator is in error, otherwise, it determines that the e-actuator is in error.
상기 매개변수 추정치를 결정하는 단계에서,
재귀형 변수 식별 기법을 이용하여 매개변수 추정치를 결정하는 것을 특징으로 하는 e-액츄에이터 오류 검출 방법.
The method according to claim 1,
In determining the parameter estimate,
Wherein the parameter estimates are determined using a recursive variable identification technique.
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