KR101835406B1 - 전동식 파워 스티어링 시스템의 제어 장치 - Google Patents

전동식 파워 스티어링 시스템의 제어 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 기 설정된 주파수와 크기의 전류를 모터에 주입하여 모터를 구동시키는 전류 공급부, 모터에 의해 회전하는 조향축의 토크를 감지하는 토크 센서, 토크 센서에 의해 감지된 토크 및 홀센서의 상태값 중 적어도 하나에 따라 홀센서의 고장을 판별하는 홀센서 고장 판별부, 토크 센서로부터 출력되는 신호를 신호처리하여 모터 전류 제어부에 의해 인가된 전류에 의해 발생되는 토크 신호의 크기를 계산하는 토크 신호 처리부, 토크 신호 처리부에서 출력되는 토크 신호를 이용하여 엔코더의 고장을 판별하는 엔코더 고장 판별부, 및 홀센서 고장 판별부 및 엔코더 고장 판별부의 판별 결과에 따라 모터 회전자의 위치를 획득하여 모터의 구동을 제어하는 모터 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

전동식 파워 스티어링 시스템의 제어 장치{MOTOR DRIVEN POWER STEERING CONTROL APPARATUS}
본 발명은 전동식 파워 스티어링 시스템의 제어 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 모터 회전자의 위치를 감지하는 홀센서와 엔코더의 고장을 판별하고 판별 결과에 따라 모터를 제어하는 전동식 파워 스티어링의 제어 장치에 관한 것이다.
전동식 파워 스티어링 시스템(MDPS : Motor Driven Power Steering)은 기존의 유압식 동력 조향장치와 대비할 때 무게가 가볍고, 공간을 적게 차지하며, 오일교환이 필요 없는 장점이 있다. 전동식 파워 스티어링 시스템은 차량 조향시 운전자가 조향휠에 가해야 하는 조향 토크의 일부를 보조 동력원을 이용하여 제공함으로써 조향을 용이하게 한다.
즉, 운전자의 조향 의도를 조향휠에 직결된 토크 센서를 통해 감지하고, 이 신호를 전동식 파워 스티어링 시스템이 입력받아서 현재 자동차의 속력 등을 고려해 알맞은 힘을 제공하도록 모터를 구동함으로써 조향력을 보조한다. 전동식 파워스티어링 시스템은 자동차의 주정차 때나 저속운전 때에는 큰 힘을 보조해 운전자의 힘을 덜고, 고속주행 때는 작은 힘만을 보조하도록 함으로써 차체의 안정성을 유지할 수 있도록 한다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제10-2015-0065986호(2015.06.16)의 '모터 위치 센서의 고장 여부를 검출하는 전자 제어 유닛'에 개시되어 있다.
종래의 전동식 파워 스티어링 시스템에서, 모터 회전자의 위치를 감지하는 홀센서 또는 엔코더에 고장이 발생할 경우 모터의 동작을 제어할 수 없으므로 전동식 파워 스티어링 시스템도 정상 동작하지 않았다.
차량 운행 중에 홀센서 또는 엔코더가 고장 상태가 되면 올바른 조향력을 보조할 수 없어 사고의 위험성을 놓이게 된다. 따라서 홀센서 또는 엔코더의 고장을 판별하고, 홀센서와 엔코더가 고장 상태가 되더라도 정상적으로 모터의 동작을 제어할 필요성이 있었다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 본 발명의 일 측면에 따른 목적은 모터 회전자의 위치를 감지하는 홀센서와 엔코더의 고장을 판별하고 판별 결과에 따라 모터 회전자의 위치를 추정하여 모터를 정상적으로 제어하는 전동식 파워 스티어링 시스템의 제어 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 홀센서와 엔코더의 고장시 모터 회전자의 위치를 추정하여 모터 구동을 제어함으로써, 전동식 파워 스티어링 시스템의 페일 세이프티(safety) 성능을 향상시킬 수 있도록 한 전동식 파워 스티어링 시스템의 제어 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템의 제어 장치는 조향축의 토크를 감지하는 토크 센서; 및 상기 토크 센서에 의해 감지된 토크 및 홀센서의 상태값 중 적어도 하나에 따라 홀센서의 고장을 판별하는 홀센서 고장 판별부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 홀센서 고장 판별부는 홀센서의 상태값이 기 설정된 고장 판별값이면 홀센서가 고장인 것으로 판별하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 홀센서 고장 판별부는 홀센서의 상태값에 변화가 없고 상기 토크 센서에 의해 감지된 토크가 기 설정된 정상범위보다 설정값 이상이면 홀센서가 고장인 것으로 판별하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템의 제어 장치는 기 설정된 주파수와 크기의 전류를 모터에 주입하여 모터를 구동시키는 전류 공급부; 상기 모터에 의해 회전하는 조향축의 토크를 감지하는 토크 센서; 상기 토크 센서로부터 출력되는 신호를 신호처리하여 상기 전류 공급부에 의해 인가된 전류에 의해 발생되는 토크 신호의 크기를 계산하는 토크 신호 처리부; 및 상기 토크 신호 처리부에서 출력되는 토크 신호의 크기를 이용하여 엔코더의 고장을 판별하는 엔코더 고장 판별부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 전류 공급부는 모터의 d축에 기 설정된 주파수와 크기의 전류를 주입하는 전류 주파수 주입부; 및 상기 전류 주파수 주입부로부터 주입되는 전류를 모터의 d축에 인가되는 전류에 결합하고 전류 벡터 제어를 수행하여 모터의 d축 및 q축에 인가하는 모터 전류 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 전류 공급부로부터 공급되는 전류의 주파수는 운전자의 조향 에포트(effort)에 의해 발생되는 주파수보다 큰 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 엔코더 고장 판별부는 기 저장된 엔코더 고장에 따른 토크 맥동의 크기와 상기 토크 신호 처리부로부터 입력된 토크 신호의 크기를 비교하여 토크 맥동의 크기와 토크 신호의 크기 간의 엔코더 오차가 기 설정된 설정오차 이상이면 엔코더가 고장인 것으로 판별하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템의 제어 장치는 기 설정된 주파수와 크기의 전류를 모터에 주입하여 모터를 구동시키는 전류 공급부; 상기 모터에 의해 회전하는 조향축의 토크를 감지하는 토크 센서; 상기 토크 센서에 의해 감지된 토크 및 홀센서의 상태값 중 적어도 하나에 따라 홀센서의 고장을 판별하는 홀센서 고장 판별부; 상기 토크 센서로부터 출력되는 신호를 신호처리하여 상기 전류 공급부에 의해 인가된 전류에 의해 발생되는 토크 신호의 크기를 계산하는 토크 신호 처리부; 상기 토크 신호 처리부에서 출력되는 토크 신호를 이용하여 엔코더의 고장을 판별하는 엔코더 고장 판별부; 및 상기 홀센서 고장 판별부 및 상기 엔코더 고장 판별부의 판별 결과에 따라 모터 회전자의 위치를 획득하여 모터의 구동을 제어하는 모터 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 모터 제어부는 상기 홀센서 고장 판별부에 의해 홀센서가 고장 상태인 것으로 판별되고 상기 엔코더 고장 판별부에 의해 엔코더가 정상 상태인 것으로 판별되면 엔코더에 의해 측정된 모터 회전자의 위치를 토대로 모터를 제어하고, 상기 홀센서 고장 판별부에 의해 홀센서가 정상 상태인 것으로 판별되고 상기 엔코더 고장 판별부에 의해 엔코더가 고장 상태인 것으로 판별되면 홀센서에 의해 측정된 모터 회전자의 위치를 토대로 모터를 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 모터 제어부는 상기 홀센서 고장 판별부에 의해 홀센서가 고장 상태인 것으로 판별되고 상기 엔코더 고장 판별부에 의해 엔코더가 고장 상태인 것으로 판별되면 모터 회전자의 위치를 추정하고 추정된 모터 회전자의 위치를 토대로 모터를 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 모터 제어부는 상기 토크 신호 처리부로부터 입력된 토크 신호의 크기에 대응되는 위치값을 검출하고, 검출된 위치값을 마지막으로 검출된 모터 회전자의 위치에 적용하여 모터 회전자의 위치를 추정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 홀센서 고장 판별부는 홀센서의 상태값이 기설정된 고장 판별값이면 홀센서가 고장인 것으로 판별하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 홀센서 고장 판별부는 홀센서의 상태값에 변화가 없고 상기 토크 센서에 의해 감지된 토크가 기 설정된 정상범위보다 설정값 이상이면 홀센서가 고장인 것으로 판별하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 전류 공급부는 모터의 d축에 기 설정된 주파수와 크기의 전류를 주입하는 전류 주파수 주입부; 및 상기 전류 주파수 주입부로부터 주입되는 전류를 모터의 d축에 인가되는 전류에 결합하고 전류 벡터 제어를 수행하여 모터의 d축 및 q축에 인가하는 모터 전류 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 전류 공급부로부터 공급되는 전류의 주파수는 운전자의 조향 에포트(effort)에 의해 발생되는 주파수보다 큰 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 엔코더 고장 판별부는 기 저장된 엔코더 고장에 따른 토크 맥동의 크기와 상기 토크 신호 처리부로부터 입력된 토크 신호의 크기를 비교하여 토크 맥동의 크기와 토크 신호의 크기 간의 엔코더 오차가 기 설정된 설정오차 이상이면 엔코더가 고장인 것으로 판별하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템의 제어 장치는 모터 회전자의 위치를 감지하는 홀센서와 엔코더의 고장을 판별하고 판별 결과에 따라 모터 회전자의 위치를 추정함으로써, 홀센서와 엔코더의 고장시에도 모터를 정상적으로 제어할 수 있도록 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템의 제어 장치는 홀센서와 엔코더의 고장시 모터 회전자의 위치를 추정함으로써 전동식 파워 스티어링 시스템의 페일 세이프티(safety) 성능을 향상시킬 수 있도록 한다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템의 제어 장치의 블럭 구성도이다.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 전류 벡터 제어시 d-q축 전류 크기에 따른 토크를 나타낸 도면이다.
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 d축 전류 주파수 인가시 위치 에러에 따른 토크센서 출력 신호를 나타낸 도면이다.
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 홀센서의 고장 검출을 개념적으로 나타낸 도면이다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템의 제어 장치를 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 이용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야할 것이다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템의 제어 장치의 블럭 구성도이고, 도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 전류 벡터 제어시 d-q축 전류 크기에 따른 토크를 나타낸 도면이며, 도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 d축 전류 주파수 인가시 위치 에러에 따른 토크센서 출력 신호를 나타낸 도면이며, 도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 홀센서의 고장 검출을 개념적으로 나타낸 도면이다.
도 1 을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템의 제어 장치는 토크 센서(40), 전류 공급부(50), 토크 신호 처리부(60), 엔코더 고장 판별부(70), 홀센서 고장 판별부(80) 및 모터 제어부(90)를 포함한다.
토크 센서(40)는 조향축에 설치되어 조향축의 토크를 감지한다. 토크 센서(40)로는 TAS(Torque & Angle Sensor)가 채용될 수 있다.
통상적으로, 전동식 파워 스티어링 시스템은 모터(30)를 통해 운전자의 조향력(steering force)을 보조해 주는 장치이다.
전동식 파워 스티어링 시스템의 조향 기구부(10)에서, 조향휠(steering wheel)은 조향축(steering shaft)에 연결된다. 조향축에는 상기한 토크 센서(40)가 설치되며, 토크 센서(40)는 조향축의 토크를 감지한다.
조향축에는 조향 기어 박스(steering gear box)가 설치된다. 조향 기어 박스에서 나오는 랙바(rack bar)에는 타이 로드(tie rod)가 연결되고, 타이 로드는 너클암(knuckle arm)을 통해 타이어와 연결된다. 조향 기어 박스 내의 피니언 기어의 회전은 랙바를 이동시키고, 랙바는 타이로드와 너클암을 차례로 이동시켜 타이어를 조향한다.
모터(30)는 전류 공급부(50)로부터 공급된 전류에 따라 구동하여 조향휠에 보조 조향력을 제공한다. 모터(30)는 웜(worm)과 웜기어(worm gear)를 구비한 조향 기어부(20)를 구동시켜 조향휠에 보조 토크를 제공한다. 전동식 파워 모니터링 시스템의 모터(30)로는 BLDC(brushless DC) 모터 등이 채용될 수 있다. 보조 토크는 토크 센서(40)에 의해 감지된 토크 및 차속 등에 의해 산출될 수 있다.
전류 공급부(50)는 기 설정된 주파수와 크기의 전류를 모터(30)에 공급한다. 전류 공급부(50)는 전류 주파수 주입부(52) 및 모터 전류 제어부(51)를 포함한다.
전류 주파수 주입부(52)는 모터(30)의 d축에 기 설정된 주파수와 크기의 전류를 주입한다. 전류 주파수 주입부(52)에 의해 주입된 전류의 주파수는 운전자의 조향 에포트(effort)에 의해 발생되는 주파수보다 크게 설정된다.
전류 주파수 주입부(52)에 의해 주입된 전류의 주파수가 운전자의 조향 에포트에 의해 발생되는 주파수보다 크게 설정됨으로써, 토크 신호 처리부(60)는 전류 주파수 주입부(52)의 전류에 의해 발생된 토크 신호의 크기를 용이하게 계산할 수 있다.
모터 전류 제어부(51)는 전류 주파수 주입부(52)로부터 주입되는 전류를 모터(30)의 d축에 인가되는 전류에 결합하고, 전류 벡터 제어를 수행하여 모터(30)의 d축 및 q축에 전류를 인가한다. 즉, 모터 전류 제어부(51)는 전류 벡터 제어 기법을 사용하여 모터(30)를 구동하기 위해 d축과 q축 각각을 PI 제어(Proportional Integral Control)한다.
도 2 를 참조하면, 엔코더(미도시) 또는 홀센서(미도시)에 의해 모터 회전자의 위치가 정확하게 감지될 경우, q축 전류의 크기가 모터(30)의 토크를 결정하고 d축 전류의 크기는 모터(30)의 토크에는 영향을 주지 않는다. 그러나, 엔코더에 의해 모터 회전자의 위치가 정확하게 감지되지 않을 경우에는 오차의 크기에 비례하여 토크가 발생된다. 즉 엔코더에 의해 감지된 모터 회전자의 위치와 실제 모터 회전자의 위치 간의 오차가 클수록 d축 전류에 의한 모터(30)의 토크가 크게 발생한다.
따라서, 전류 공급부(50)를 통해 기 설정된 주파수와 크기의 전류를 d축 전류에 결합하여 모터(30)에 공급할 경우, 모터(30)는 엔코더에 의해 감지된 모터 회전자의 위치와 실제 모터 회전자의 위치 간의 오차에 비례하여 토크를 발생시킨다. 이때, 토크 센서(40)가 모터(30)의 토크를 감지하고, 이 토크 센서(40)에 의해 감지된 토크 신호의 크기, 즉 전류 맥동의 크기를 바탕으로 엔코더의 고장을 판별할 수 있다.
토크 신호 처리부(60)는 토크 센서(40)로부터 출력되는 신호를 신호처리하여 모터 전류 제어부(51)에 의해 인가된 전류에 의해 발생되는 토크 신호의 크기를 계산한다.
여기서, 토크 센서(40)에 의해 감지된 토크 신호에는 전류 주파수 주입부(52)에 의해 주입된 전류에 의한 토크 맥동(고주파 신호)과 운전자의 조향 에포트에 의한 토크 맥동이 더해져 있다. 전류 공급부(50)의 전류 주파수 주입부(52)에 의해 주입된 전류의 주파수가 운전자의 조향 에포트에 의한 주파수보다 크면, 토크 신호 처리부(60)는 전류 공급부(50)의 전류 주파수 주입부(52)에 의해 주입된 전류에 의해 토크 신호의 크기를 신호처리 기법을 통해 계산할 수 있다.
전류 주파수 주입부(52)에 의해 주입된 전류에 의한 토크 신호의 크기는 도 3 에 도시된 바와 같이 현재 알고 있는 모터 회전자의 위치, 즉 마지막으로 감지된 모터 회전자의 위치와 실제 모터 회전자의 위치 간의 오차가 클수록 크며, 이 경우 상기한 오차가 90도일 때 최대가 된다.
엔코더 고장 판별부(70)는 토크 신호 처리부(60)에서 출력되는 토크 신호, 즉 토크 맥동을 이용하여 엔코더의 고장을 판별한다.
더욱 상세히 설명하면, 엔코더 고장 판별부(70)는 기 설정된 주파수와 크기의 전류를 주입할 경우 엔코더 각도 오차별로 발생되는 토크 맥동의 크기를 룩업 테이블로 사전에 저장하거나 실시간으로 계산한다.
이에, 엔코더 고장 판별부(70)는 상기한 바와 같이 저장 또는 계산된 엔코더 고장에 따른 토크 맥동의 크기와 토크 신호 처리부(60)로부터 입력된 토크 신호, 즉 맥동 신호의 크기를 비교하여 토크 맥동의 크기와 토크 신호의 크기 간의 오차를 검출한다.
이어 엔코더 고장 판별부(70)는 상기한 오차를 기 설정된 설정오차와 비교하여 오차가 설정오차 이상이면 엔코더가 고장 상태인 것으로 판별한다.
모터(30) 제어 시 자속 방향과 d축을 일치시켜 제어하는데, 마지막으로 감지된 모터 회전자의 위치와 실제 모터 회전자의 위치가 일치하지 않으면 d축과 자속 방향 간의 위상차가 발생한다. 이때 모터(30)의 d축에 전류를 인가하게 되면 토크가 발생하게 된다. 따라서, 모터 회전자의 위치와 실제 모터 회전자의 위치가 일치하지 않는 상태에서, 상기한 바와 같이 기 설정된 주파수와 크기의 전류가 인가되면 이 전류에 의해 토크가 발생하게 되고, 이 토크는 엔코더 각도 오차의 크기에 비례하여 발생된다. 이러한 토크 맥동의 크기와 기 저장된 토크 맥동의 크기 간의 오차를 토대로 엔코더의 고장을 판별할 수 있게 된다.
이에, 설정오차는 토크 맥동의 크기와 기 저장된 토크 맥동의 크기 간의 오차에 대비되는 값으로써, 엔코더의 고장을 판별할 수 있는 기준값이다. 따라서, 엔코더 각도 오차가 설정오차 이상이면 토크 신호의 크기가 지나치게 큰 상태이므로, 엔코더가 고장 상태인 것으로 판별될 수 있다.
홀센서 고장 판별부(80)는 토크 센서(40)로부터 출력된 토크 및 홀센서의 상태값 중 적어도 하나에 따라 홀센서의 고장을 판별한다.
도 4 를 참조하면, 홀센서 고장 판별부(80)는 홀센서가 정상일 경우 발생될 수 있는 6개의 홀센서 상태값(00l,101,100,110,010,011) 이외에 기 설정된 고장 판별값, 예를 들어 홀센서 상태값으로 111 또는 000이 센싱될 경우 홀센서의 고장(Hall Sensor Stuck Fault)을 감지한다.
또한, 모터(30)가 회전하는 동안 홀센서의 1상 또는 2상에 고장이 발생하여 홀센서의 값이 변하지 않을 경우 홀센서에 의해 감지되는 모터 회전자의 위치는 실제 모터 회전자의 위치와 오차가 발생하게 된다. 오차가 클수록 모터(30)의 출력 토크는 감소하고 에러의 크기가 전기각 90도에 이르면 도 2 에 도시된 바와 같이 로직에서 q축에 전류를 인가하여도 실제로는 모터(30)의 d축에 전류가 인가되는 것과 같으므로 모터(30)의 출력 토크는 0에 가깝게 된다. 따라서 운전자가 조향시 필요한 에포트 토크가 크게 증가하여 토크 센서(40)에 의해 감지되는 토크가 정상적인 조향시보다 크게 상승한다.
이에, 홀센서 고장 판별부(80)는 홀센서의 상태값에 변화가 없고 토크 센서(40)에 의해 감지된 토크가 기 설정된 정상범위보다 설정값 이상이면 홀센서가 고장(Motor Position Locking Fault)인 것으로 판별한다.
모터 제어부(90)는 홀센서 고장 판별부(80) 및 엔코더 고장 판별부(70)의 판별 결과에 따라 모터 회전자의 위치를 획득하여 모터(30)의 구동을 제어한다.
즉, 모터 제어부(90)는 홀센서 고장 판별부(80)에 의해 홀센서가 고장 상태인 것으로 판별되고 엔코더 고장 판별부(70)에 의해 엔코더가 정상 상태인 것으로 판별되면 엔코더에 의해 측정된 모터 회전자의 위치를 토대로 모터(30)를 제어한다.
또한, 모터 제어부(90)는 홀센서 고장 판별부(80)에 의해 홀센서가 정상 상태인 것으로 판별되고 엔코더 고장 판별부(70)에 의해 엔코더가 고장 상태인 것으로 판별되면 홀센서에 의해 측정된 모터 회전자의 위치를 토대로 모터(30)를 제어한다.
더욱이, 모터 제어부(90)는 홀센서 고장 판별부(80)에 의해 홀센서가 고장 상태인 것으로 판별되고 엔코더 고장 판별부(70)에 의해 엔코더가 고장 상태인 것으로 판별되면 모터 회전자의 위치를 추정하고 추정된 모터 회전자의 위치를 토대로 모터(30)를 제어한다.
이 경우, 모터 제어부(90)는 토크 신호 처리부(60)로부터 입력된 토크 신호의 크기에 대응되는 위치값을 검출하고, 검출된 위치값을 마지막으로 검출된 모터 회전자의 위치에 적용하여 모터 회전자의 위치를 추정한다.
토크 신호의 크기는 기 설정된 주파수와 크기의 전류에 의해 토크가 발생하게 되고, 토크는 엔코더 각도 오차의 크기에 비례하여 발생되므로, 상기한 위치값은 토크 신호의 크기에 따라 사전에 설정될 수 있다. 이에 모터 제어부(90)는 모터 회전자의 오차를 0으로 만들기 위한 동작, 예를 들어 검출된 위치값을 마지막으로 검출된 모터 회전자의 위치에 적용하여 모터 회전자의 위치를 추정할 수 있다.
예를 들어, 모터 제어부(90)는 마지막으로 검출된 모터 회전자의 위치가 -30도이고 현재 엔코더 및 홀센서가 고장인 경우에는, 토크 신호의 크기에 대응되는 위치값, 예를 들어 30도를 검출하고, 마지막으로 검출된 모터 회전자의 위치에 토크 신호의 크기에 대응되는 위치값을 합산하여 실제 모터 회전자의 위치를 추정한다. 모터 제어부(90)는 상기한 과정을 반복적으로 수행하는 바 모터 구동에 의해 모터 회전자의 위치가 변경되더라도 계속 추정할 수 있다.
이하 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템의 제어 장치의 동작 과정을 설명한다.
먼저, 전류 공급부(50)의 전류 주파수 주입부(52)는 모터(30)의 d축에 기 설정된 주파수와 크기의 전류를 주입한다. 전류 주파수 주입부(52)에 의해 주입된 전류의 주파수는 운전자의 조향 에포트(effort)에 의해 발생되는 주파수보다 크게 설정된다.
전류 공급부(50)의 모터 전류 제어부(51)는 전류 주파수 주입부(52)로부터 주입되는 전류를 모터(30)의 d축에 인가되는 전류에 결합하고 전류 벡터 제어를 수행하여 모터(30)의 d축 및 q축에 인가함으로써, 모터(30)를 구동시킨다.
모터 구동시, 엔코더에 의해 감지된 모터 회전자의 위치와 실제 모터 회전자의 위치 간의 오차가 클수록 d축 전류에 의한 모터(30)의 토크가 크게 발생한다.
이때, 토크 센서(40)는 조향축의 토크를 감지한다. 토크 센서(40)에 의해 감지된 토크 신호에는 전류 공급부(50)의 전류 주파수 주입부(52)에 의해 주입된 전류에 의한 토크 맥동(고주파 신호)과 운전자의 조향 에포트에 의한 토크 맥동이 더해져 있다.
토크 신호 처리부(60)는 토크 센서(40)로부터 출력되는 신호를 신호처리하여 모터 전류 제어부(51)에 의해 인가된 전류에 의해 발생되는 토크 신호의 크기를 계산한다.
엔코더 고장 판별부(70)는 토크 신호 처리부(60)에서 출력되는 토크 신호, 즉 토크 맥동을 이용하여 엔코더의 고장을 판별한다. 즉, 엔코더 고장 판별부(70)는 기 설정된 주파수와 크기의 전류를 주입할 경우 엔코더 각도 오차별로 발생되는 토크 맥동의 크기를 룩업 테이블로 사전에 저장하거나 실시간으로 계산하고, 이러한 엔코더 고장에 따른 토크 맥동의 크기와 토크 신호 처리부(60)로부터 입력된 토크 신호의 크기를 비교하여 토크 맥동의 크기와 토크 신호의 크기 간의 오차를 검출한다.
이어 엔코더 고장 판별부(70)는 상기한 오차를 기 설정된 설정오차와 비교하여 엔코더 각도 오차가 설정오차 이상이면 엔코더가 고장 상태인 것으로 판별한다.
한편, 홀센서 고장 판별부(80)는 홀센서가 정상일 경우 발생될 수 있는 6개의 홀센서 상태값 이외에 기 설정된 고장 판별값인 상태가 센싱될 경우 홀센서가 고장 상태인 것으로 판별한다.
또한, 홀센서 고장 판별부(80)는 홀센서의 상태값에 변화가 없고 토크 센서(40)에 의해 감지된 컬럼 토크가 기 설정된 정상범위보다 설정값 이상이면 홀센서가 고장 상태인 것으로 판별한다.
마지막으로, 모터 제어부(90)는 홀센서 고장 판별부(80) 및 엔코더 고장 판별부(70)의 판별 결과에 따라 모터 회전자의 위치를 획득하여 모터(30)의 구동을 제어한다.
즉, 모터 제어부(90)는 홀센서가 고장 상태이고 엔코더가 정상 상태인 것으로 판별되면 엔코더에 의해 측정된 모터 회전자의 위치를 토대로 모터(30)를 제어하고, 홀센서가 정상 상태이고 엔코더가 고장 상태인 것으로 판별되면 홀센서에 의해 측정된 모터 회전자의 위치를 토대로 모터(30)를 제어한다.
또한, 모터 제어부(90)는 홀센서 고장 판별부(80)와 엔코더 고장 판별부(70)에 의해 홀센서와 엔코더가 모두 고장 상태인 것으로 판별되면 모터 회전자의 위치를 추정하고 추정된 모터 회전자의 위치를 토대로 모터(30)를 제어한다. 즉, 모터 제어부(90)는 토크 신호 처리부(60)로부터 입력된 토크 신호의 크기에 대응되는 위치값을 검출하고, 검출된 위치값을 마지막으로 검출된 모터 회전자의 위치에 적용하여 모터 회전자의 위치를 추정한다.
이와 같이 본 발명의 일 측면에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템의 제어 장치는 모터 회전자의 위치를 감지하는 홀센서와 엔코더의 고장을 판별하고 판별 결과에 따라 모터 회전자의 위치를 추정함으로써, 홀센서와 엔코더의 고장시에도 모터(30)를 정상적으로 제어할 수 있도록 한다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템의 제어 장치는 홀센서와 엔코더의 고장시 모터 회전자의 위치를 추정함으로써 전동식 파워 스티어링 시스템의 페일 세이프티(safety) 성능을 향상시킬 수 있도록 한다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 기술이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야할 것이다.
10: 조향 기구부
20: 조향 기어부
30: 모터
40: 토크 센서
50: 전류 공급부
51: 모터 전류 제어부
52: 전류 주파수 주입부
60: 토크 신호 처리부
70: 엔코더 고장 판별부
80: 홀센서 고장 판별부
90: 모터 제어부

Claims (14)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 기 설정된 주파수와 크기의 전류를 모터에 주입하여 모터를 구동시키는 전류 공급부;
    상기 모터에 의해 회전하는 조향축의 토크를 감지하는 토크 센서;
    상기 토크 센서로부터 출력되는 신호를 신호처리하여 상기 전류 공급부에 의해 인가된 전류에 의해 발생되는 토크 신호의 크기를 계산하는 토크 신호 처리부; 및
    상기 토크 신호 처리부에서 출력되는 토크 신호의 크기를 이용하여 엔코더의 고장을 판별하는 엔코더 고장 판별부를 포함하고,
    상기 전류 공급부는 모터의 d축에 기 설정된 주파수와 크기의 전류를 주입하는 전류 주파수 주입부; 및 상기 전류 주파수 주입부로부터 주입되는 전류를 모터의 d축에 인가되는 전류에 결합하고, 전류 벡터 제어를 수행하여 모터의 d축 및 q축에 전류를 인가하는 모터 전류 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템의 제어 장치.
  5. 삭제
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 엔코더 고장 판별부는 기 저장된 엔코더 고장에 따른 토크 맥동의 크기와 상기 토크 신호 처리부로부터 입력된 토크 신호의 크기를 비교하여 토크 맥동의 크기와 토크 신호의 크기 간의 엔코더 오차가 기 설정된 설정오차 이상이면 엔코더가 고장인 것으로 판별하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템의 제어 장치.
  7. 기 설정된 주파수와 크기의 전류를 모터에 주입하여 모터를 구동시키는 전류 공급부;
    상기 모터에 의해 회전하는 조향축의 토크를 감지하는 토크 센서;
    상기 토크 센서에 의해 감지된 토크 및 홀센서의 상태값 중 적어도 하나에 따라 홀센서의 고장을 판별하는 홀센서 고장 판별부;
    상기 토크 센서로부터 출력되는 신호를 신호처리하여 상기 전류 공급부에 의해 인가된 전류에 의해 발생되는 토크 신호의 크기를 계산하는 토크 신호 처리부;
    상기 토크 신호 처리부에서 출력되는 토크 신호를 이용하여 엔코더의 고장을 판별하는 엔코더 고장 판별부; 및
    상기 홀센서 고장 판별부 및 상기 엔코더 고장 판별부의 판별 결과에 따라 모터 회전자의 위치를 획득하여 모터의 구동을 제어하는 모터 제어부를 포함하는 전동식 파워 스티어링 시스템의 제어 장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 모터 제어부는 상기 홀센서 고장 판별부에 의해 홀센서가 고장 상태인 것으로 판별되고 상기 엔코더 고장 판별부에 의해 엔코더가 정상 상태인 것으로 판별되면 엔코더에 의해 측정된 모터 회전자의 위치를 토대로 모터를 제어하고, 상기 홀센서 고장 판별부에 의해 홀센서가 정상 상태인 것으로 판별되고 상기 엔코더 고장 판별부에 의해 엔코더가 고장 상태인 것으로 판별되면 홀센서에 의해 측정된 모터 회전자의 위치를 토대로 모터를 제어하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템의 제어 장치.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 모터 제어부는 상기 홀센서 고장 판별부에 의해 홀센서가 고장 상태인 것으로 판별되고 상기 엔코더 고장 판별부에 의해 엔코더가 고장 상태인 것으로 판별되면 모터 회전자의 위치를 추정하고 추정된 모터 회전자의 위치를 토대로 모터를 제어하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템의 제어 장치.
  10. 제 7 항에 있어서, 상기 모터 제어부는 상기 토크 신호 처리부로부터 입력된 토크 신호의 크기에 대응되는 위치값을 검출하고, 검출된 위치값을 마지막으로 검출된 모터 회전자의 위치에 적용하여 모터 회전자의 위치를 추정하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템의 제어 장치.
  11. 제 7 항에 있어서, 상기 홀센서 고장 판별부는 홀센서의 상태값이 기설정된 고장 판별값이면 홀센서가 고장인 것으로 판별하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템의 제어 장치.
  12. 제 7 항에 있어서, 상기 홀센서 고장 판별부는 홀센서의 상태값에 변화가 없고 상기 토크 센서에 의해 감지된 토크가 기 설정된 정상범위보다 설정값 이상이면 홀센서가 고장인 것으로 판별하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템의 제어 장치.
  13. 제 7 항에 있어서, 상기 전류 공급부는
    모터의 d축에 기 설정된 주파수와 크기의 전류를 주입하는 전류 주파수 주입부; 및
    상기 전류 주파수 주입부로부터 주입되는 전류를 모터의 d축에 인가되는 전류에 결합하고, 전류 벡터 제어를 수행하여 모터의 d축 및 q축에 전류를 인가하는 모터 전류 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템의 제어 장치.
  14. 제 7 항에 있어서, 상기 엔코더 고장 판별부는 기 저장된 엔코더 고장에 따른 토크 맥동의 크기와 상기 토크 신호 처리부로부터 입력된 토크 신호의 크기를 비교하여 토크 맥동의 크기와 토크 신호의 크기 간의 엔코더 오차가 기 설정된 설정오차 이상이면 엔코더가 고장인 것으로 판별하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템의 제어 장치.
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