KR101849903B1 - 전동식 조향 장치의 전류위상 검출 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 모터의 상전류로부터 전류위상/전기각을 검출할 수 있도록 한 전동식 조향 장치의 전류 위상 검출 방법에 관한 것으로, 모터의 상전류를 검출하는 단계; 검출한 상기 상전류간에 크기를 비교하고, 그 비교 결과에 따라 전류위상 검출범위 및 연산식 테이블을 통해 전류위상 검출범위와 연산식을 획득하는 단계; 및 획득한 상기 연산식으로 연산된 참조값을 전류위상 테이블에 적용하여 상기 모터의 전류위상을 획득하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

전동식 조향 장치의 전류위상 검출 방법{METHOD FOR DETECTING CURRENT PHASE OF MOTOR DRIVE POWER STEERING}

본 발명은 전동식 조향 장치의 전류 위상 검출 방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 모터의 전류로부터 전류위상/전기각을 검출할 수 있도록 한 전동식 조향 장치의 전류 위상 검출 방법에 관한 것이다.

전동식 조향 장치(MDPS : MOTOR DRIVE POWER STEERING SYSTEM)는 운전자가 스티어링 휠을 돌리면서 발생한 토크를 실제 출력으로 발생시켜 차량의 조향을 가능하게 한다.

도 1은 일반적인 전동식 조향 장치의 구성을 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 일반적인 모터 위치센서 구성도이다.

도 1을 참고하면, 전동식 조향 장치 MDPS(Motor Driven Power Steering)는 조향 로직 제어기(1)에서 토크센서의 토크 값으로부터 조향 보조 토크를 연산하고, 모터 제어기(2)에서 연산된 조향 보조 토크로 모터를 제어하여 차량의 조향을 제어한다.

모터 제어기(2)는 모터에서 발생되는 토크를 제어하기 위해 도 2에 도시한 바와 같이 3상으로 구성된 모터(4)의 전류에 대해 모터(4)가 토크를 발생할 수 있도록 적절한 상전류의 위상을 제어하는 벡터제어 방식이 일반적이다. 이와 같은 벡터제어를 위해 매순간 전류의 위상 또는 전기각을 필요로 한다.

일반적으로 기존 MDPS 시스템의 경우, 도 2와 같이 모터(4)의 회전자와 연결되어 작동되는 위치센서(5)를 이용하여 모터(4)의 위치각을 검출하고 이를 통하여 위상 또는 전기각을 연산하고 이를 통하여 모터의 벡터제어 및 조향 제어로직, 고장검출 등에 사용되고 있다.

한편, 모터의 저항과 인덕턴스, 역기전력 등으로 모델링된 모터의 등가회로를 이용하는 방법으로, 모터에 인가되는 전압과 발생되는 전류를 검출하고 이를 해당 모터의 등가 회로와의 관계식을 통하여 전류의 위상 또는 전기각을 연산하는 위치센스리스로 불리는 제어방법이 있다.

종래기술의 경우, 위치센서(5)가 고장일 때 모터(4)의 전류제어 및 조향 제어 로직 등에 사용될 보조 신호가 필요하며, 위치센서(5)가 정상동작 인지를 검사하고 확인하기 위한 목적으로도 보조 신호가 필요하다.

모터의 등가 회로를 이용하는 위치센스리스의 경우, 이와 같은 문제점이 보완될 수 있으나 모터 등가회로의 정확성이 요구된다. 실제 MDPS에 적용시 모터의 저항, 인덕턴스와 같은 파라메터는 열과 같은 환경변화에 의하여 많이 변동되며 이로 인한 오차로 오작동이 발생될 수 있다.

본 발명은 위치센서나 모터의 전기적 등가 모델 없이 모터의 전류로부터 전류 위상을 검출함으로써 모터의 벡터제어, 조향제어로직 및 고장검출 등에 활용할 수 있도록 한 전동식 조향 장치의 전류 위상 검출 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명에 의한 전동식 조향 장치의 전류 위상 검출 방법은, 모터의 상전류를 검출하는 단계; 검출한 상기 상전류간에 크기를 비교하고, 그 비교 결과에 따라 전류위상 검출범위 및 연산식 테이블을 통해 전류위상 검출범위와 연산식을 획득하는 단계; 및 획득한 상기 연산식으로 연산된 참조값을 전류위상 테이블에 적용하여 상기 모터의 전류위상을 획득하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서, 상기 전류위상 검출범위와 연산식을 획득하는 단계는, A상 전류와 B상 전류의 크기를 비교하는 단계; 상기 A상 전류의 절대치와 상기 B상 전류의 절대치 크기를 비교하는 단계; 및 상기 A상 전류와 상기 B상 전류의 크기 비교 결과와 상기 A상 전류의 절대치와 상기 B상 전류의 절대치 크기를 비교 결과가 상기 전류위상 검출범위 및 연산식 테이블의 어느 조건을 만족하는지를 확인하여 상기 전류위상 검출범위와 연산식을 획득하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서, 상기 모터의 전류위상을 획득하는 단계는 획득한 상기 연산식을 통해 상기 참조값을 연산하는 단계; 및 상기 참조값과 상기 전류위상 검출범위를 상기 전류위상 테이블에 대응시켜 상기 모터의 전류위상을 획득하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서, 상기 모터의 상전류를 통해 검출한 전류위상과 위치센서로부터 검출된 전류위상을 비교하고, 그 비교결과에 따라 상기 위치센서의 고장을 검출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 위치센서나 모터의 전기적 등가 모델 없이 모터의 상전류로부터 전류위상을 검출함으로써 모터의 벡터제어, 조향제어로직 및 고장검출 등에 활용할 수 있다.

도 1은 일반적인 전동식 조향 장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 일반적인 모터 위치센서 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 조향 장치의 전류 위상 검출 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터의 3상 전류 파형을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전류위상 검출범위 및 연산식 테이블 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 위상 연산식의 결과값에 따른 전류위상 테이블을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 위상 연산식의 결과값을 파형으로 도시한 도면이다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 이들 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명의 권리 보호 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.

이 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 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 조향 장치의 전류 위상 검출 방법을 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터의 3상 전류 파형을 도시한 도면이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전류위상 검출범위 및 연산식 테이블 도시한 도면이다.

도 1 내지 도 3을 참고하면, 먼저 MDPS(Motor Driven Power Steering) 시스템의 ECU(3)는 모터(4)에 인가된 제어 전압으로 인해 발생된 모터의 상전류를 검출한다(S1).

이때, 3상전류의 파형은 도 4와 같이 나타낼 수 있다.

이어서, 검출한 상전류간의 크기를 비교하고, 그 비교 결과에 따라 전류위상 검출범위 및 연산식 테이블을 통해 전류위상 검출범위와 연산식을 획득한다(S2).

전류위상 검출범위와 연산식을 획득은 A상 전류와 B상 전류의 크기를 비교하고, A상 전류의 절대치와 상기 B상 전류의 절대치 크기를 비교하며, 그 비교결과가 전류위상 검출범위 및 연산식 테이블의 어느 조건을 만족하는지를 확인하여 전류위상 검출범위와 연산식을 획득한다.

상전류의 크기 비교 결과 조건에 따른 전류위상 검출범위 및 연산식 테이블은 도 5와 같다.

예를 들어, A상 전류 Ia가 B상 전류 Ib보다 크고, A상 전류 Ia의 절대값이 B상 전류 Ib의 절대값보다 작다면 도 5에 도시한 바와 같이 전류위상 검출범위는 -30 ~ 60deg의 영역에 있고, A상 전류 Ia를 B상 전류 Ib로 나누는 연산식 Ia/Ib를 획득한다.

또한, A상 전류 Ia가 B상 전류 Ib보다 크고, A상 전류 Ia의 절대값이 B상 전류 Ib의 절대값보다 크다면 도 5에 도시한 바와 같이 전류위상 검출범위는 60 ~ 150deg의 영역에 있고, B상 전류 Ib를 A상 전류 Ia로 나누는 연산식 Ib/Ia를 획득한다.

또한, A상 전류 Ia가 B상 전류 Ib보다 작고, A상 전류 Ia의 절대값이 B상 전류 Ib의 절대값보다 작다면 도 5에 도시한 바와 같이 전류위상 검출범위는 150 ~ 240deg의 영역에 있고, A상 전류 Ia를 B상 전류 Ib로 나누는 연산식 Ia/Ib를 획득한다.

또한, A상 전류 Ia가 B상 전류 Ib보다 작고, A상 전류 Ia의 절대값이 B상 전류 Ib의 절대값보다 크다면 도 5에 도시한 바와 같이 전류위상 검출범위는 240 ~ 330deg의 영역에 있고, B상 전류 Ib를 A상 전류 Ia로 나누는 연산식 Ib/Ia를 획득한다.

이어서, 획득한 연산식을 통해 참조값을 연산하고, 연산된 참조값을 전류위상 테이블에 적용하여 모터(4)의 전류위상을 획득한다(S3). 전류위상 획득 과정을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 위상 연산식의 결과값에 따른 전류위상 테이블을 도시한 도면이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 위상 연산식의 결과값을 파형으로 도시한 도면이다.

도 6과 도 7을 참고하면, 모터(4)의 전류위상을 획득은 참조값과 전류위상 검출범위를 전류위상 테이블에 대응시켜 획득한다.

예를 들어, A상 전류 Ia가 B상 전류 Ib보다 크고, A상 전류 Ia의 절대값이 B상 전류 Ib의 절대값보다 큰 조건인 경우 전류위상 검출범위는 60 ~ 150deg의 영역에 있고, 연산식은 B상 전류 Ib를 A상 전류 Ia로 나누는 Ib/Ia이다.

이때, Ib/Ia 연산식을 통해 계산된 참조값이 1인 경우, 도 6의 전류위상 테이블로부터 150과 330의 전류위상을 얻을 수 있는데, 본 예시에서는 전류위상 검출범위가 60 ~ 150deg의 영역에 있으므로, 모터의 전류위상은 150deg로 검출된다.

이와 같이, 도 6에 도시된 전류위상 테이블로부터 각각의 조건에 맞게 전류위상을 획득할 수 있다.

도 7의 경우 A상 전류 Ia와 B상 전류 Ib의 절대값을 표기하였고, 조건식에 따른 검출범위를 구분하였으며, 이로부터 사용된 연산식의 결과값들을 도식화하였다.

본 발명은 이렇게 연산된 전류위상을 사용하여 모터 벡터제어를 수행한다(S4).

또한 본 발명은 연산된 전류위상으로부터 전류의 주파수 및 모터의 회전주파수, 모터의 속도 등을 계산하고 이를 이용하여 댐핑제어, 모터의 약계자와 같은 다양한 제어를 수행한다.

또한, 본 발명은 상전류로부터 검출된 전류위상과 모터(4)의 위치센서(5)로부터 검출된 전류위상을 비교하고, 그 비교결과에 따라 위치센서(5)의 고장을 검출할 수 있다.

예를 들어, 상전류로부터 검출된 전류위상과 모터(4)의 위치센서(5)로부터 검출된 전류위상 차가 오차범위를 벗어나는 경우 위치센서(5)를 고장으로 판단할 수 있다.

이와 같이 본 발명은 위치센서나 모터의 전기적 등가 모델 없이도 모터의 상전류로부터 전류위상을 검출함으로써 모터의 벡터제어, 조향제어로직 및 위치센서의 고장검출 등에 활용할 수 있다.

상술한 바와 같이 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 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

1 : 조향 로직 제어기 2 : 모터 제어기
3 : ECU 4 : 모터
5 : 위치센서

Claims (4)

1. 모터의 상전류를 검출하는 단계;
   검출한 상기 상전류간에 크기를 비교하고, 그 비교 결과에 따라 전류위상 검출범위 및 연산식 테이블을 통해 전류위상 검출범위와 연산식을 획득하는 단계; 및
   획득한 상기 연산식으로 연산된 참조값을 전류위상 테이블에 적용하여 상기 모터의 전류위상을 획득하는 단계;
   를 포함하고,
   상기 전류위상 검출범위와 연산식을 획득하는 단계는
   A상 전류와 B상 전류의 크기를 비교하는 단계;
   상기 A상 전류의 절대치와 상기 B상 전류의 절대치 크기를 비교하는 단계; 및
   상기 A상 전류와 상기 B상 전류의 크기 비교 결과와 상기 A상 전류의 절대치와 상기 B상 전류의 절대치 크기를 비교 결과가 상기 전류위상 검출범위 및 연산식 테이블의 어느 조건을 만족하는지를 확인하여 상기 전류위상 검출범위와 연산식을 획득하는 단계;
   를 포함하고,
   상기 모터의 전류위상을 획득하는 단계는
   획득한 상기 연산식을 통해 상기 참조값을 연산하는 단계; 및
   상기 참조값과 상기 전류위상 검출범위를 상기 전류위상 테이블에 대응시켜 상기 모터의 전류위상을 획득하는 단계;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향 장치의 전류 위상 검출 방법.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 모터의 상전류를 통해 검출한 전류위상과 위치센서로부터 검출된 전류위상을 비교하고, 그 비교결과에 따라 상기 위치센서의 고장을 검출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향 장치의 전류 위상 검출 방법.
   

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