KR20030074298A

KR20030074298A - 모터 이상 검출 장치

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Publication number: KR20030074298A
Application number: KR10-2003-0014268A
Authority: KR
Inventors: 후쿠스미고지; 구리시게마사히코; 이노우에노리유키; 사카니시세이지; 가와카미겐이치; 기후쿠다카유키
Original assignee: 미쓰비시덴키 가부시키가이샤
Priority date: 2002-03-08
Filing date: 2003-03-07
Publication date: 2003-09-19
Also published as: JP2003333889A; JP3917080B2; KR100524169B1; DE10310131A1; DE10310131B4; US20030179004A1; US6831477B2

Abstract

목표 전압과 모터의 실전류로부터 외란 전압을 추정하는 것으로, 하드웨어의 추가를 행하지 않고, 관련된 외란 전압의 영향에 의한 모터의 이상 상태를 판단한다.

운전자의 조작에 의해 핸들 축에 발생하는 조타 토크를 모터에 의해 보조하는 전동식 파워스티어링 장치에 있어서 모터 이상 검출 장치로서, 모터에 발생하고 있는 실전류를 검출하는 모터 전류 검출 수단과, 입력되는 목표 전류와 상기 실전류의 편차에 따라서, 모터에 구동 지령을 부여하는 목표 전압값을 피드 백 제어하는 피드 백 제어 수단과, 상기 목표 전압과 상기 실전류에 근거하여, 상기 모터에 발생하고 있는 이상을 나타내는 전압에 상당하는 이상 전압 추정값을 추정하는 이상 전압 추정 수단과, 상기 이상 전압 추정값과 미리 기억된 소정의 이상 전압값의 비교에 근거하여, 상기 모터의 이상을 판정하는 모터 이상 판정 수단을 구비한다.

Description

모터 이상 검출 장치{MOTOR ABNORMALITY DETECTING APPARATUS}

본 발명은 모터 이상 검출 장치에 관한 것으로, 특히, 운전자의 조작에 의해 핸들(handle)축에 발생하는 조타 토크를 모터에 의해 보조하는 전동식 파워 스티어링(power steering) 장치에 있어서의 모터 이상 검출 장치에 관한 것이다.

도 16은, 종래의 전동식 파워 스티어링 장치에 있어서의 모터 이상 검출 장치를 나타내는 블럭도이다. 이하, 도 16을 이용하여 종래의 모터 이상 검출 장치의구성에 대하여 설명한다.

도 16에 있어서, 1은 도시하지 않은 스티어링의 컬럼 축에 장착한 조타 토크 센서에 접속된 조타 토크 검출기, 6은 조타 토크 검출기(1)의 출력을 받아 그 위상을 보상하는 위상 보상기이다.

또한, 13은 도시하지 않은 차축의 회전 등을 검출하여 차량 속도 신호를 출력하는 센서에 접속된 차량 속도 검출기, 2는 위상 보상기(6)의 출력과 차량 속도 검출기(13)의 출력의 양쪽을 받아, 필요한 조타 토크를 결정하는 조타 토크 제어기이다.

5는 조타 토크 제어기(2)가 결정한 토크값을 발생하기 위해서 필요한 모터의 전류값을 결정하는 모터 전류 결정기, 3은 가감산기(11)를 구비한 전류 피드 백 제어기, 7은 모터 구동기, 8은 이 파워 스티어링 장치의 구동 모터, 9는 모터(8)의 전류값을 검출하여 가감산기(11)로 부귀환시키는 모터 전류 검출기이다.

다음에, 상기 구성을 갖는 종래의 전동식 파워 스티어링 장치에 있어서의 모터 이상 검출 장치의 동작에 대하여 설명한다.

처음에, 핸들의 토크가 조타 토크 검출기(1)에 의해 검출되면, 위상 보상기(6)는 조타 토크 검출기(1)에 의해 검출된 토크의 위상 지연을 보상하고, 그 출력을 조타 토크 제어기(2)로 입력한다. 또한, 차량 속도 검출기(13)에 의해 검출된 차량 속도 신호가 조타 토크 제어기(2)에 입력되고, 양입력에 근거하여 운전자가 핸들을 조작하여 발생시킨 조타 토크를 보조하는 토크값을 결정한다.

그리고, 이 보조해야 할 토크값을 모터 전류 결정기(5)로 입력하여, 목표 전류를 결정한다. 이 목표 전류에 근거하여 전류 피드 포워드(feed forward) 제어기(4)의 출력과, 전류 피드 백 제어기(3)의 출력을 가산기(10)로 가산하여, 가산기의 출력과 배터리 전압을 적산기(12)에 의해 적산한 것을 모터 구동기(7)에 입력하여, 모터(8)의 출력 토크가 소망하는 토크로 되도록 제어한다.

또한, 모터(8)의 전류는 모터 전류 검출기(9)에 의해 실전류값으로서 검출되어, 피드 백 제어기(3)에 가감산기(11)를 거쳐서 피드 백된다.

이상과 같은 구성에 있어서, 모터의 이상을 검지하기 위해서는, 종래는, 예컨대 일본국 특허공개 제2001-310750호 공보와 같이 목표 전압과 실제로 측정한 모터 단자간 전압의 차이에 근거하여, 모터 이상 검출기(15)에 의해 이상을 검출하고 있었다.

또한, 일본국 특허공개 평성 제8-310416호 공보에서는, 목표 전류와 검출된 모터 전류의 차이에 근거하여, 모터의 이상을 검출하고 있었다.

그러나, 목표 전압 또는 모터 단자간 전압과 모터 코일에 실제로 인가되는 전압의 사이에 외란 전압이 발생한 경우, 이것을 직접 검지할 수가 없다고 하는 문제가 있었다.

본 발명에 따른 모터 이상 검출 장치는, 이상과 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 목표 전압과 모터의 실전류로부터 외란 전압(예컨대, 모터의 정류자 및 브러쉬의 결손, 마모 및 상처 또는 모터 내부로의 이물 혼입, 모터 내부 부품의 결손파편 등에 의한 외란 전압의 영향에 의한 이상 전압값)을 추정하는 것으로, 하드웨어의 추가를 행하지 않고, 이러한 외란 전압의 영향에 의한 모터의 이상 상태를 판단하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 모터 이상 검출 장치는, 전동식 모터에 대한 모터 이상 검출 장치로서, 상기 모터에 발생하고 있는 실전류를 검출하는 모터 전류 검출 수단과, 입력되는 목표 전류와 상기 실전류의 편차에 따라서, 모터에 구동 지령을 부여하는 목표 전압값을 피드 백 제어하는 피드 백 제어 수단과, 상기 목표 전압과 상기 실전류에 근거하여, 상기 모터에 발생하고 있는 이상을 나타내는 전압에 상당하는 이상 전압 추정값을 추정하는 이상 전압 추정 수단과, 상기 모터의 회전 속도와 모터의 정류자와 브러쉬의 수로부터 정류 주파수를 연산하는 정류 주파수 연산 수단과, 상기 정류 주파수에 따라 필터 주파수를 변화시켜, 상기 이상 전압 추정 수단에 의해 추정된 이상 전압 추정값을 필터링하는 필터 장치와, 상기 필터 장치에 의해 필터링된 이상 전압 추정값과 미리 기억된 소정의 이상 전압값의 비교에 근거하여, 상기 모터의 이상을 판정하는 모터 이상 판정 수단을 구비한 것이다.

또한, 상기 모터에 발생하고 있는 실전류를 검출하는 모터 전류 검출 수단과, 입력되는 목표 전류와 상기 실전류의 편차에 근거하여, 모터에 구동 지령을 부여하는 목표 전압을 피드 백 제어하는 피드 백 제어 수단과, 상기 목표 전압과 상기 실전류에 근거하여, 상기 모터에 발생하고 있는 이상을 나타내는 전압에 대응하는 이상 전압 추정값을 추정하는 이상 전압 추정 수단과, 상기 이상 전압 추정값에 대하여 주파수 해석을 행하여, 이 주파수 해석의 결과로부터 피크(peak) 주파수를출력하는 주파수 해석 수단과, 상기 모터의 회전 속도에 따른 모터 회전 주파수와 상기 피크 주파수의 편차에 근거하여, 상기 모터의 이상을 판정하는 모터 이상 판정 수단을 구비한 것이다.

또한, 상기 모터에 발생하고 있는 실전류를 검출하는 모터 전류 검출 수단과, 입력되는 목표 전류와 상기 실전류의 편차에 따라서, 모터에 구동 지령을 부여하는 목표 전압을 피드 백 제어하는 피드 백 제어 수단과, 상기 목표 전압과 상기 실전류에 근거하여, 상기 모터에 발생하고 있는 이상을 나타내는 전압에 대응하는 이상 전압 추정값을 추정하는 이상 전압 추정 수단과, 상기 이상 전압 추정값에 근거하여, 이상 전압 발생의 시간 간격을 연산하는 시간 간격 연산 수단과, 상기 시간 간격 연산 수단에 의해 연산된 이상 전압 발생의 시간 간격과, 상기 모터의 회전 속도에 따른 모터 회전 주파수에 근거하여, 상기 모터의 이상을 판정하는 모터 이상 판정 수단을 구비한 것이다.

또한, 상기 시간 간격 연산 수단은, 상기 이상 전압 추정 수단에 의해 추정된 이상 전압 추정값의 직류 성분을 제거하는 직류 성분 제거 수단과, 상기 직류 성분 제거 수단에 의해 직류 성분이 제거된 이상 전압 추정값과 미리 기억된 소정의 이상 전압값에 근거하여, 이상 전압의 발생을 판단하는 이상 전압 발생 판단 수단과, 상기 이상 전압 발생 판단 수단에 의해 판단된 이상 전압 발생의 시간 간격을 기억하는 기억 수단을 구비하며, 상기 모터 이상 판정 수단은, 상기 기억 수단에 의해 기억된 이상 발생 시간 간격과 상기 모터의 회전 속도에 따른 모터 회전 주파수에 근거하여, 상기 모터의 이상을 판정하는 것이다.

또한, 상기 모터에 발생하고 있는 실전류를 검출하는 모터 전류 검출 수단과, 입력되는 목표 전류와 상기 실전류의 편차에 따라서, 모터에 구동 지령을 부여하는 목표 전압을 피드 백 제어하는 피드 백 제어 수단과, 상기 목표 전압과 상기 실전류에 근거하여, 상기 모터에 발생하고 있는 이상을 나타내는 전압에 상당하는 이상 전압 추정값을 추정하는 이상 전압 추정 수단과, 상기 이상 전압 추정 수단에 의해 추정된 이상 전압 추정값의 진동 성분을 제거하는 제 1 진동 성분 제거 수단과, 상기 목표 전압 또는 실측된 모터 전압의 진동 성분을 제거하는 제 2 진동 성분 제거 수단과, 상기 제 1 진동 제거 수단에 의해 진동 성분이 제거된 이상 전압 추정값과, 상기 제 2 진동 제거 수단에 의해 진동 성분이 제거된 목표 전압 또는 실측된 모터 전압에 근거하여, 상기 모터의 이상을 판정하는 모터 이상 판정 수단을 구비한 것이다.

또한, 상기 모터 이상 판정 수단은, 상기 제 2 진동 제거 수단에 의해 진동 성분이 제거된 목표 전압 또는 실측된 모터 전압 대신에, 미리 설정된 전압값에 근거하여, 상기 모터의 이상을 판정하는 것이다.

또한, 진동 성분이 제거된 이상 전압 추정값과 목표 전압 또는 실측된 모터 전압의 편차를 연산하는 연산 수단과, 상기 연산 수단에 의해 연산된 편차를, 소정의 시간 간격으로 누적한 누적 편차를 산출하는 누적 연산 수단과, 과거의 누적 연산 수단에 의한 누적 편차를 기억하는 기억 수단을 구비하며, 상기 모터 이상 판정 수단은, 상기 기억 수단에 기억된 과거의 누적 편차와 현재의 누적 연산 수단에 의한 누적 편차의 편차에 근거하여 상기 모터의 이상을 판정하는 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 모터 이상 검출 장치의 구성도,

도 2는 본 발명의 실시예 1에 따른 모터 이상 검출 장치의 동작을 나타내는 플로우차트,

도 3은 본 발명의 실시예 1에 따른 모터 이상 검출 장치의 가변 필터의 변화도,

도 4는 본 발명의 실시예 2에 따른 모터 이상 검출 장치에 있어서의 모터 이상 판정부의 구성도,

도 5는 본 발명의 실시예 2에 따른 모터 이상 검출 장치의 동작을 나타내는 플로우차트,

도 6은 본 발명의 실시예 2에 따른 모터 이상 검출 장치의 주파수와 전력 스펙트럼의 상관도,

도 7은 본 발명의 실시예 3에 따른 모터 이상 검출 장치에 있어서의 모터 이상 판정부의 구성도,

도 8은 본 발명의 실시예 3에 따른 모터 이상 검출 장치의 동작을 나타내는 플로우차트,

도 9는 본 발명의 실시예 3에 따른 모터 이상 검출 장치의 이상 전압의 시간 변화를 나타낸 도면,

도 10은 본 발명의 실시예 4에 따른 모터 이상 검출 장치의 동작을 나타내는 플로우차트,

도 11은 본 발명의 실시예 4에 따른 모터 이상 검출 장치의 이상 전압의 시간 변화를 나타낸 도면,

도 12는 본 발명의 실시예 5에 따른 모터 이상 검출 장치에 있어서의 모터 이상 판정부의 구성도,

도 13은 본 발명의 실시예 5에 따른 모터 이상 검출 장치의 동작을 나타내는 플로우차트,

도 14는 본 발명의 실시예 6에 따른 모터 이상 검출 장치에 있어서의 모터 이상 판정부의 구성도,

도 15는 본 발명의 실시예 6에 따른 모터 이상 검출 장치의 동작을 나타내는 플로우차트,

도 16은 종래의 전동식 파워 스티어링 장치에 있어서의 모터 이상 검출 장치의 구성도이다.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 조타 토크 센서 검출기2 : 조타 토크 제어기

3 : 전류의 피드 백 제어기4 : 전류의 피드 포워드 제어기

5 : 모터 전류 결정기6 : 위상 보상기

7 : 모터 구동기8 : 모터

9 : 모터 전류 검출기10, 10a, 10b, 10c, 10d : 가산기

11 : 가감산기12 : 적산기

13 : 차량 속도 검출기14 : 모터 전압 검출기

15 : 모터 이상 판정기16 : 이상 전압 추정기

17 : 각종 필터18 : 주파수 해석기

19 : 계수기20 : 펄스 발생 간격 연산기

21 : 연산기22, 23 : 진동 성분 제거 수단

24 : 적분기25 : 기억 장치

26 : 정류 주파수 연산기

(실시예 1)

도 1은, 본 발명의 실시예 1에 따른 전동식 파워 스티어링 장치의 모터 이상 검출 장치에서의 구성을 나타낸 것이다. 도 1에서의 구성은, 조타 토크와 차량 속도의 입력으로부터 목표 전류를 결정하기까지의 구성 및 목표 전류와 모터 검출 전류의 차이에 근거하여 토크를 출력하는 구성은, 도 16에서 설명한 종래의 기술과 동일하기 때문에, 그 설명은 생략한다.

여기서, 도 1에 있어서, 전류 피드 백 제어기(3)는, 예컨대 미리 ROM 내에 기억되어 있는 비례 이득 K_p, 적분 이득 K_i및 미분 이득 K_d를 이용한 PID 제어가 생각된다. 또한, 상기 이득 중 1종류 또는 2종류만을 이용하더라도 좋다. 또한, 모터 전류의 피드 백 루프, 또는 목표 전류 I_ref에 제어기를 삽입하는 등을 행하여, 2 자유도 PID 제어계를 구성하더라도 좋다.

이어서, 전류 피드 백 제어기(3)에서 연산된 목표 전압(모터 구동 지령 전압) V_ref에 상당하는 배터리 전압 V_batt이 모터 구동기(7)에 입력되나, 상기 목표 전압 V_ref로부터 모터 구동기(7)로의 실입력 전압 V_c까지의 사이에, 외란 전압 V_dist의 영향이나, 모터(8)의 역기전력 V_b가존재하여, 실제로는 목표 전압 V_ref로부터 양전압값(V_dist및 V_b)을 감한 값이 실입력 전압 V_c이 된다.

이상 전압 추정기(16)에는, 목표 전압 V_ref와, 모터 전류 검출기(7)에 의해검출된 실전류 I_act가 입력되고, I_act와 V_ref에 근거하여 모터 이상 추정 전압 V_f를 추정하는 구성으로 되어있다. 이 이상 전압 추정기(16)의 출력을 모터 이상 판정기(15)에 입력하여, 모터의 이상이 판정된다.

여기서, 상기 이상 전압 추정기(16)를 상세히 설명한다.

본 발명의 이상 전압 추정기(16)에는 외란 추정 관찰기를 사용한다. 외란 추정 관찰기는, 후술하는 식(2)에 도시하는 바와 같이 모터의 전류 거동의 모델을 코일 임피던스 특성과 외란 전압의 합으로서 구성한다.

여기서, 일반적인 외란 추정 전압을 V_dist로 하고, 이밖에 외란 전압 V_dist의 동특성(動特性)이 다음 식(1)에서 부여되는 스텝 형상인 것으로 하여, 모터의 전류 거동을 식(2)와 같이 모델화했다.

dV_dist/dt = 0 (1)

따라서, 이 외란 모델식(1)을 포함하는 목표 전압 V_ref, 실전류 I_act에 대한 모터의 전류 거동의 모델은 다음 식(2)와 같이 된다.

또한, R_m은 모터의 저항치, L_m은 모터의 인덕턴스값, y는 출력값이다.

이 전류 거동 모델의 식(2)중의 상태량인 외란 전압 V_dist를 관찰자에 의해추정한다.

이어서, 상기 식(2)의 확대계를 다음 식(3)에 나타내는 가관측정준계로 변환한다.

또한, z₁, z₂는 상태량을 나타내고, α₁, α₁, b₁', b₂'는 계수를 나타내며, α₁= 0, α₂= R_m/L_m, b₁'= 0, b₂'= 1/L_m이다.

여기서, 상기 식(3)에 대한 관찰자의 기본식은 다음 식(4), (5)로 된다.

또한, 식(4)에 있어서,는 추정 상태량을 나타내고, g₁, g₂는 가중계수 이며,

g₁= λ₁·λ₂

g₂= -(R_m/L_m) - (λ₁+λ₂)

단, λ₁,λ₂는 관찰자의 극을 나타낸다.

또한, 가중 계수 g₁, g₂는, 외란 전압 추정 관찰자의 출력이 안정하게 되도록, 그 값이 미리 결정되어 있다.

상술한 외란 전압 V_dist의 동특성에서는 식(1)로 부여되는 스텝 형상인 것으로서 모터의 전류 거동의 모델화를 행했지만, 다음 식(6)으로 인가되는 주파수 ω의 정현파 형상인 것으로 외란 전압 추정 관찰자를 구성하더라도 좋다.

또한, x₂는 상태량을 나타내고 있다.

또한, 시간 t에 대한 다항식(6)으로 표시되는 외란 전압 V_dist로서 외란 전압 추정 관찰자를 구성하더라도 좋다.

여기서, c₁, c₂, c₃는 실제의 외란 전압 파형을 고정하여 정한 정수이다.

V_dist= c₁·t²+ c₂·t+ c₃(7)

또한, 이들의 관찰자에 대하여, 그 계수를 내린 최소 차원 관찰자를 이용하여, 외란 전압을 추정하더라도 좋다. 예컨대, 식(4)를 최소 차원화한 경우의 관찰자의 식은 다음 식(8), (9)로 나타낼 수 있다.

dW/dt = -f_L1w+〔f_L1{(R_m/L_m) -f_L1}〕 I_act- (f_L1/L_m)V_ref(8)

V_dist= -L_m(w+ f_L1I_act) (9)

여기서, w는 중간 상태량, dw/dt은 중간 상태량 w의 시간 미분, -f_L1은 관찰자의 극이다.

이들 외란 추정 관찰자(16)의 출력 y는 각종 필터(17)에 의해 신호 처리를 하여, 상기 각종 필터(17)의 출력을 모터 이상 판정기(15)의 ROM에 미리 기록된 값과 비교하는 것으로 모터 이상을 검출하도록 프로그램을 CPU에 의해 실행 연산 처리한다. 이 프로그램의 실행 동작을 도 2에 나타내는 플로우차트를 이용하여, 이하에서 설명한다.

단계 S110에서는, 목표 전류 I_ref및 모터 실전류 I_act로부터 전류 피드 백 제어기(3)에 의해 연산된 모터 구동 지령 전압값, 즉 목표 전압값 V_ref를 메모리에 기억한다. 이어서, 단계 S120에서는, 모터 전류 검출기(9)에 의해 검출된 모터 실전류 I_act를 메모리에 기억한다.

단계 S130에서는, 기억된 목표 전압 V_ref와 모터 실전류 I_act를 외란 전압 추정 관찰자에 입력하고, 단계 S140에서, 상기에서 상술한 외란 전압 추정 관찰자의 연산식에 근거하여 모터 이상 전압 추정값 V_f를 연산한다.

단계 S141에서는, 모터 회전 속도 ω_m을 판독한다. 모터 회전 속도 ω_m은 인코더 등의 센서로 측정하던지, 역기전압으로부터 추정하면 좋다. 또한, 측정 또는 추정된 핸들의 조타 속도로부터 연산하여도 좋다.

단계 S142에서는, 미리 ROM에 기억된 모터의 브러쉬 수 Nb 및 정류자 수 Mc를 판독한다.

단계 S143에서는, 판독된 모터 회전 속도 ω_m, 모터의 브러쉬 수 Nb 및 정류자수 Mc로부터, 정류 주파수 연산기(26)에 의해 정류 주파수 Fc를 연산한다. 정류 주파수 Fc는 모터 회전시의 정류에 의한 전압 변동의 주파수이며, 상기의 모터 회전 속도 ω_m, 모터의 브러쉬 수 Nb 및 정류자 수 Mc의 함수로서 나타내고, 정류 주파수 연산기(26)는 Fc = f(ω_m, Nb, Mc)로 인가된다.

다음에, 도 3은, 모터의 회전 속도 ω_m에 따라 노치 부분이 변화되는 가변 필터로 되어있다. 여기서, 단계 S144에서, 상기 정류 주파수 Fc를 필터 주파수로 하는 가변 필터에 의해, 모터 이상 추정 전압 V_f를 필터링하여, 모터 이상 전압 V_ff를 얻는다. 필터 장치(17)에서는, 모터 이상 추정 전압 V_f에서 밴드 패스 필터를 통과시킨 이상 추정 전압을 빼는 구성이라도 좋고, 특정 주파수의 이득을 저하시키는 것이면 무엇이든지 좋다.

단계 S150에 있어서, 미리 ROM에 기억되어 있는 값 ε₁과 모터 이상 전압값 V_ff의 절대값을 비교한다. 이 비교의 결과, ｜V_ff｜≥ε₁의 경우는, 단계 S160에서 모터 이상이라고 판정하고, 다른 한편 ｜V_ff｜くε₁의 경우는, 모터 정상이라고 판정한다.

또한, 단계 S110로 되돌아가, 이 동작을 되풀이한다. 단계 S160에서 모터에 이상이 있다고 판정된 경우는, 단계 S110에 되돌아가지 않고 본 동작을 종료하더라도 좋다.

이상과 같이, 본 실시예 1에 따른 전동식 파워 스티어링 장치의 모터 이상 검출 장치에 의하면, 모터의 정류자 및 브러쉬의 결손, 마모 및 상처 또는 모터 내부로의 이물 혼입, 모터 내부 부품의 결손 파편 등에 의해 발생한 이상 전압값을 추정하는 것으로, 모터 내부의 이상을 판단할 수 있다.

또한, 정류 주파수 연산기(26) 및 각종 필터(17)를 삽입하는 것으로, 임의의 주파수 성분을 갖는 이상 전압 추정값에 대하여 모터 이상 판정을 할 수 있다. 예컨대, 정류 리플 등과 같이 모터는 정상이지만 외란 전압으로서 발생해 버리는 현상이 발생한 경우에도, 오판단을 하지 않고 이상 상태만 검출하는 것이 가능하다.

(실시예 2)

본 발명의 실시예 2에 따른 전동식 파워 스티어링 장치의 모터 이상 검출 장치에 대하여, 도 4∼도 6을 이용하여 이하에서 설명한다.

도 4는, 상기 실시예 1의 모터 이상 판정부에 상당하는 구성을 나타낸 것이며, 도 5는 본 실시예 2의 동작을 나타내는 플로우차트이다.

도 5에 있어서, 단계 S240까지는 도 2의 단계 S140까지와 마찬가지기 때문에, 그 설명을 생략한다.

단계 S241에서는, 주파수 해석기(18)에 의해 도 6과 같은 모터 이상 추정 전압 V_f의 피크값을 나타내는 주파수 F_p를 연산하여 출력한다. 주파수 해석기(18)로서는, 예컨대 FFT(고속 퓨리에 변환)을 이용하면 좋다.

다음에, 단계 S242에서는, 모터 회전 속도 ω_m을 판독한다. 그리고, 단계 S243에서, 모터 회전 주파수 ω_m을 계수기(19)에 의해서 계수배하는 것에 의해, 모터 회전 속도 ω_m에 비례한 주파수 F_m로 변환한다.

그리고, 단계 S244에서는, 가감산기(10d)를 이용하여 ΔF = F_p-F_m의 연산을 행한다. 이어서, 단계 S250에서는, 미리 ROM에 기억된 소정의 값 ε₂와 모터 이상 전압의 피크 주파수 F_p와 모터 회전 속도에 비례한 주파수 F_m의 주파수 차이 ΔF의 절대값을 비교하고, 이 비교 결과가, ｜ΔF｜1≥ε₂의 경우는 단계 S260에서 모터 이상이라고 판정한다. 한편, 단계 S270에서 ｜ΔF｜〈ε₂의 경우는 모터 정상이라고 판정한다. 후의 동작은 상기 실시예 1과 마찬가지다.

이상과 같이, 본 실시예 2에 의하면, 모터 이상 추정 전압의 주파수 F_p가 모터 회전 속도에 비례하는 주파수 F_m에 가까운 경우는, 모터 이상 전압은 정류 리플에 의한 것이라고 판단하여, 이상의 오검출을 막을 수 있다. 또한, 서로의 주파수의 차이가 큰 경우에는, 정류 리플이외의 이상 전압이 발생하고 있기 때문에, 모터가 이상이라고 판단할 수 있다.

(실시예 3)

본 발명의 실시예 3에 따른 전동식 파워 스티어링 장치의 모터 이상 검출 장치에 대하여, 도 7∼도 9를 이용하여 이하에서 설명한다.

도 7은, 상기 실시예 1의 모터 이상 판정부에 상당하는 구성을 나타낸 것이며, 도 8은 본 실시예 3의 동작을 나타내는 플로우차트이다.

도 8에 있어서, 단계 S340까지는 도 2의 단계 S140까지와 마찬가지기 때문에, 그 설명을 생략한다.

도 8에 있어서, 단계 S341에서는, 펄스 발생 간격 연산기(20)에 의해 도 9에 나타내는 바와 같은 추정 전압 V_f가 임펄스 형상으로 발생한 경우의, 그 시간 간격 T_p을 구하여 출력한다. 또한, 펄스 발생 간격 연산기(20)의 예로서는, 웨이브렛 변환기 등을 들 수 있다.

단계 S343에서, 연산기(21)를 이용하여 모터 회전 주파수 ω_m에서 모터 회전 속도 ω_m에 반비례한 주기 T_m로 변환한다. 그리고, 단계 S344에서는, 가감산기(10d)를 이용하여 ΔT = T_p-T_m의 연산을 행한다. 그리고, 단계 S350에서, 미리 ROM에 기억된 소정의 값ε₃과 ΔT의 절대값을 비교한다.

이 비교의 결과, ｜ΔT｜≤ε₃의 경우는, 단계 S360에서 모터 이상이라고 판정한다. 한편, ｜ΔT｜>ε₃의 경우는, 단계 S370에서 모터 정상이라고 판정한다. 이후의 동작은 상기 실시예 1과 마찬가지이다.

이상과 같이, 본 실시예 3에 의하면, 예컨대 모터 이상 전압이 임펄스 형상으로 발생하는 경우 등, 그것을 모터 회전 속도와 비교하는 것으로, 모터 회전 속도에 의존한 이상 상태인지 아닌지를 판단할 수 있어, 이상 상태를 야기하고 있는 브러쉬와 정류자의 접촉 상태의 조합을 검출할 수 있다.

(실시예 4)

본 발명의 실시예 4에 따른 전동식 파워 스티어링 장치의 모터 이상 검출 장치에 대하여, 도 10 및 도 11을 이용하여 이하에서 설명한다.

도 10은, 본 실시예 4의 동작을 설명하는 플로우차트이다. 도 10에 있어서, 단계 S440까지는 도 2의 단계 S140까지와 마찬가지기 때문에, 그 설명을 생략한다.

도 10에 있어서, 단계 S440b에서는, 이상 추정 전압 V_f의 직류 성분을 하이 패스 필터 또는 평균치를 연산하는 것에 의해 제거하여, 그것을 Vf__AC로 한다.

단계 S441로부터 단계 S445까지는, 펄스 발생 간격 T_p을 연산하는 방법을 나타낸 것이다. 우선, 단계 S441에서 이하의 판정식(10)에 의해 펄스 발생의 판정을 한다.

여기서, V_th는 미리 ROM에 기억된 전압값이며, ΔV_f/Δt는 이상 추정 전압의 시간 차분값이다. 또한, 도 11에는, 모터 이상 검출 장치의 이상 전압의 시간 변화를 나타낸다.

또한, 식(10)의 대신에, 다음 식(11)을 이용하더라도 좋다.

만약에 상기 판정식이 만족되어 있다면, 모터 이상 펄스가 발생하고 있다고 판단한다.

단계 S442에서는, 최초의 발생 시간 t₁이 기억되어 있지 않으면, 단계 S443에서 펄스 발생 시간 t을 T1 = t로서 ROM에 기억하고, 단계 S440로 되돌아간다.

그리고, 다시 단계 S441에서는, 식(10) 또는 식(11)이 만족되면, 그 때의 시간 t을 이번에는 단계 S444에서 T2 = t로서 기억한다.

다음에, 단계 S445에서, 펄스 발생 시간 간격 T_p= T2-T1을 연산한다. 이후의 동작은 도 8에 도시한 단계 S342 이후의 동작과 마찬가지기 때문에, 설명을 생략한다.

이상과 같이, 본 실시예 4에 의하면, 상기 실시예 3과 같은 효과를 나타낼 수 있다.

(실시예 5)

본 발명의 실시예 5에 따른 전동식 파워 스티어링 장치의 모터 이상 검출 장치에 대하여, 도 12 및 도 13을 이용하여 이하에서 설명한다.

도 12는 상기 실시예 1의 모터 이상 판정부에 상당하는 구성을 나타낸 것이며, 도 13은 본 실시예 5의 동작을 설명하는 플로우차트이다. 또한, 도 13에 있어서, 단계 S540까지는 도 2의 단계 S140까지와 마찬가지기 때문에, 그 설명을 생략한다.

도 13에 있어서, 단계 S541에서는, 진동 성분 제거 수단(22)에서 추정 전압 V_f의 진동 성분을 제거하여, 직류 성분 V_f__DC만으로 한다. 진동 성분 제거 수단(22)으로서는 임의의 차수의 로우 패스 필터를 이용하거나, V_f의 평균치를 연산하는 등의 방법을 이용하면 좋다.

다음에, 단계 S542에서는, 목표 전압 V_ref또는 모터 단자간 전압 V_t을 판독한다. 이어서, 단계 S543에서는, 상기 단계 S542에서 판독한 전압값에 대하여 진동 성분 제거 수단(23)에 의해 직류 성분 V_r__DC만으로 한다.

그리고, 단계 S544에서는, 가감산기(10d)를 이용하여 ΔV = V_f__DC-V_r__DC의 연산을 행한다. 이어서, 단계 S550에서는, 미리 ROM에 기억된 소정의 값ε₅과 ΔV의 절대값을 비교한다.

이 비교의 결과, ｜ΔV｜≥ε₅의 경우는, 단계 S560에서 모터 이상이라고 판정한다. 한편, ｜V｜<ε₅의 경우는, 단계 S570에서 모터 정상이라고 판정한다. 이후의 동작은 상기 실시예 1과 마찬가지다.

이상과 같이, 본 실시예 5에 의하면, 브러쉬와 정류자의 접촉 상태나, 브러쉬의 마모 등에 의해, 브러쉬 드롭 전압이 커진 상태 등을 검출할 수 있다.

(실시예 6)

본 발명의 실시예 6에 따른 전동식 파워 스티어링 장치의 모터 이상 검출 장치에 대하여, 도 14 및 도 15를 이용하여 이하에서 설명한다.

도 14는 상기 실시예 1의 모터 이상 판정부에 상당하는 구성을 나타낸 것이며, 도 15는 본 실시예 6의 동작을 설명하는 플로우차트이다. 또한, 도 15에 있어서, 단계 S640까지는 도 2의 단계 S140까지와 마찬가지기 때문에, 그 설명을 생략한다.

도 15에 있어서, 단계 S641에서는, 진동 성분 제거 수단(22)에 의해, 모터 이상 추정 전압 V_f의 직류 성분 V_f__DC을 연산한다. 그리고, 단계 S642에서, 소정의 시간 간격 T_s1으로부터 T_e1까지의 사이 동안, 적분기(24)로써 V_f__DC를 누적한다.

또한, 단계 S643에서는, 누적된 V_f__DC의 값, 즉 ΣV_f__DC을 기억 장치(25)에 기억하고, 그 값을 모터 이상 판정에 이용하는 임계값 ΣV_th로 한다.

이어서, 단계 S 644에서는, T_e1≤ T_s2≤ T_e22 및 T_e1_ T_s1= T_e2-T_s2로 되는 T_s2부터 T_e2의 사이에 적분기(24)로써 V_f__DC를 누적하여, ΣV_f__DC로 한다.

그리고, 단계 S645에서는, Δ(ΣV_f__DC) = ΣV_f__DC-ΣV_th를 연산한다. 이어서, 단계 S650에서는, 미리 ROM에 기억된 소정의 값ε₆과 Δ(ΣV_f__DC)의 절대값을 비교한다.

이 비교의 결과, ｜Δ(ΣV_f__DC)｜≥ε₆의 경우는, 단계 S660에서 모터 이상이라고 판정한다. 한편, ｜V｜<ε₆의 경우는, 단계 S670에서 모터 정상이라고 판정한다. 후의 동작은 상기 실시예 1과 마찬가지다.

이상과 같이, 본 실시예 6에 의하면, 과거의 추정 전압의 상태를 기억하여, 현재의 추정 전압과 비교할 수 있기 때문에, 브러쉬의 마모 등의 경년 변화에 의한 브러쉬 드롭 전압의 변화를 검출할 수 있다.

또한, 본 실시예 1∼6에 있어서는, 모두 전동식 파워 스티어링 장치의 모터 이상 검출 장치에 대하여 설명하였으나, 이것에 한하는 것은 아니며, 전동식의 모터를 이용한 장치라면, 마찬가지로 모터 내부의 이상을 판단할 수 있다.

본 발명에 따른 모터 이상 검출 장치에 의하면, 모터에 발생하고 있는 실전류를 검출하는 모터 전류 검출 수단과, 입력되는 목표 전류와 상기 실전류의 편차에 따라 모터에 구동 지령을 부여하는 목표 전압값을 피드 백 제어하는 피드 백 제어 수단과, 목표 전압과 실전류에 근거하여 모터에 발생하고 있는 이상을 나타내는 전압에 상당하는 이상 전압 추정값을 추정하는 이상 전압 추정 수단과, 모터의 회전 속도와 모터의 정류자와 브러쉬의 수로부터 정류 주파수를 연산하는 정류 주파수 연산 수단과, 정류 주파수에 따라 필터 주파수를 변화시키고, 이상 전압 추정 수단에 의해 추정된 이상 전압 추정값을 필터링하는 필터 장치와, 필터 장치에 의해 필터링된 이상 전압 추정값과 미리 기억된 소정의 이상 전압값의 비교에 근거하여 모터의 이상을 판정하는 모터 이상 판정 수단을 구비함으로써, 예컨대 모터의 정류자 및 브러쉬의 결손, 마모 및 상처 또는 모터 내부로의 이물 혼입, 모터 내부 부품의 결손 파편 등에 의한 외란 전압의 영향에 의한 이상 전압값을 추정할 수 있어, 이러한 외란 전압의 영향에 의한 모터의 이상 상태를 판단할 수 있다.

또한, 상기 정류 주파수에 따라 필터 주파수를 변화시키고, 상기 이상 전압 추정 수단에 의해 추정된 이상 전압 추정값을 필터링하는 필터 장치를 구비하고, 모터 이상 판정 수단은 필터 장치에 의해 필터링된 이상 전압 추정값과 미리 기억된 소정의 이상 전압값의 비교에 근거하여 모터의 이상을 판정함으로써, 모터 회전 속도에 따라 모터의 이상과는 관계없는 정류 리플이 발생하더라도, 이 성분을 상기 필터 장치에 의해 제거한 뒤에, 이상 상태를 판단하기 때문에, 정류 리플에 의한 전압 변동을 이상 전압이라고 잘못 판단하는 것을 방지할 수 있다.

또한, 모터에 발생하고 있는 실전류를 검출하는 모터 전류 검출 수단과, 입력된 목표 전류와 상기 실전류의 편차에 따라서, 모터에 구동 지령을 부여하는 목표 전압을 피드 백 제어하는 피드 백 제어 수단과, 목표 전압과 실전류에 근거하여 모터에 발생하고 있는 이상을 나타내는 전압에 대응하는 이상 전압 추정값을 추정하는 이상 전압 추정 수단과, 이상 전압 추정값에 대하여 주파수 해석을 하여 이 주파수 해석의 결과로부터 피크 주파수를 출력하는 주파수 해석 수단과, 모터의 회전 속도에 따른 모터 회전 주파수와 피크 주파수의 편차에 근거하여 모터의 이상을 판정하는 모터 이상 판정 수단을 구비함으로써, 모터 회전 속도에 따라 모터의 이상과는 관계없는 정류 리플이 발생하더라도, 이 성분을 상기 필터 장치에 의해 제거한 뒤에, 이상 상태를 판단하기 때문에, 정류 리플에 의한 전압 변동을 이상 전압이라고 잘못 판단하는 것을 방지할 수 있다.

또한, 모터에 발생하고 있는 실전류를 검출하는 모터 전류 검출 수단과, 입력되는 목표 전류와 상기 실전류의 편차에 따라서, 모터에 구동 지령을 부여하는 목표 전압을 피드 백 제어하는 피드 백 제어 수단과, 목표 전압과 실전류에 근거하여 모터에 발생하고 있는 이상을 나타내는 전압에 대응하는 이상 전압 추정값을 추정하는 이상 전압 추정 수단과, 이상 전압 추정값에 근거하여 이상 전압 발생의 시간 간격을 연산하는 시간 간격 연산 수단과, 시간 간격 연산 수단에 의해 연산된 이상 전압 발생의 시간 간격과 모터의 회전 속도에 따른 모터 회전 주파수에 근거하여 모터의 이상을 판정하는 모터 이상 판정 수단을 구비함으로써, 예컨대 주기적으로 발생하는 임펄스 형상의 이상 전압 추정값에 대하여 그 발생 간격을 구하여, 모터 회전 속도와 비교하는 것으로, 모터 회전 속도에 비례한 주기로 전압 추정값이 발생하고 있는 경우에 이상 상태라고 간주할 수 있다.

또한, 상기 시간 간격 연산 수단은, 이상 전압 추정 수단에 의해 추정된 이상 전압 추정값의 직류 성분을 제거하는 직류 성분 제거 수단과, 직류 성분 제거 수단에 의해 직류 성분이 제거된 이상 전압 추정값과 미리 기억된 소정의 이상 전압값에 근거하여 이상 전압의 발생을 판단하는 이상 전압 발생 판단 수단과, 이상 전압 발생 판단 수단에 의해 판단된 이상 전압 발생의 시간 간격을 기억하는 기억 수단을 구비하며, 모터 이상 판정 수단은 기억 수단에 의해 기억된 이상 발생 시간 간격과 모터의 회전 속도에 따른 모터 회전 주파수에 근거하여 모터의 이상을 판정함으로써, 예컨대 주기적으로 발생하는 임펄스 형상의 이상 전압 추정값에 대하여 그 발생 간격을 구하여, 모터 회전 속도와 비교함으로써, 모터 회전 속도에 비례한 주기로 전압 추정값이 발생하고 있는 경우에 이상 상태라고 간주할 수 있다.

또한, 모터에 발생하고 있는 실전류를 검출하는 모터 전류 검출 수단과, 입력된 목표 전류와 상기 실전류의 편차에 따라 모터에 구동 지령을 부여하는 목표 전압을 피드 백 제어하는 피드 백 제어 수단과, 목표 전압과 실전류에 근거하여 모터에 발생하고 있는 이상을 나타내는 전압에 상당하는 이상 전압 추정값을 추정하는 이상 전압 추정 수단과, 이상 전압 추정 수단에 의해 추정된 이상 전압 추정값의 진동 성분을 제거하는 제 1 진동 성분 제거 수단과, 목표 전압 또는 실측된 모터 전압의 진동 성분을 제거하는 제 2 진동 성분 제거 수단과, 제 1 진동 제거 수단에 의해 진동 성분이 제거된 이상 전압 추정값과, 제 2 진동 제거 수단에 의해 진동 성분이 제거된 목표 전압 또는 실측된 모터 전압에 근거하여 모터의 이상을 판정하는 모터 이상 판정 수단을 구비함으로써, 진동 성분을 제거하고, 직류 성분에 대하여 이상 전압 추정값과 목표 전압 또는 실제의 모터 전압값을 비교하는 것으로, 예컨대, 모터의 경년적인 변화에 의해, 브러쉬 드롭이 커진 상태 등을 검출할 수 있다.

또한, 모터 이상 판정 수단은, 제 2 진동 제거 수단에 의해 진동 성분이 제거된 목표 전압 또는 실측된 모터 전압에 대신하여, 미리 설정된 전압값에 근거하여, 상기 모터의 이상을 판정함으로써, 직류 성분에 대하여 이상 전압 추정값과 목표 전압 또는 실제의 모터 전압값을 비교하는 것으로, 예컨대, 모터의 경년적인 변화에 의해, 브러쉬 드롭이 커진 상태 등을 검출할 수 있다.

또한, 진동 성분이 제거된 이상 전압 추정값과 목표 전압 또는 실측된 모터전압의 편차를 연산하는 연산 수단과, 연산된 편차를 소정의 시간 간격으로 누적한 누적 편차를 산출하는 누적 연산 수단과, 과거의 누적 연산 수단에 의한 누적 편차를 기억하는 기억 수단을 구비하며, 모터 이상 판정 수단은 기억 수단에 기억된 과거의 누적 편차와 현재의 누적 연산 수단에 의한 누적 편차의 편차에 근거하여 모터의 이상을 판정함으로써, 과거의 소정 시간의 누적값을 기억하고, 현재의 누적값과 비교하는 것으로, 예컨대 경년적인 변화에 의한 이상을 검출할 수 있다.

Claims

전동식 모터에 대한 모터 이상 검출 장치에 있어서,

상기 모터에 발생하고 있는 실전류를 검출하는 모터 전류 검출 수단과,

입력되는 목표 전류와 상기 실전류의 편차에 따라서, 모터에 구동 지령을 부여하는 목표 전압값을 피드 백 제어하는 피드 백 제어 수단과,

상기 목표 전압과 상기 실전류에 근거하여, 상기 모터에 발생하고 있는 이상을 나타내는 전압에 상당하는 이상 전압 추정값을 추정하는 이상 전압 추정 수단과,

상기 모터의 회전 속도와 모터의 정류자와 브러쉬의 수로부터 정류 주파수를 연산하는 정류 주파수 연산 수단과,

상기 정류 주파수에 따라 필터 주파수를 변화시켜, 상기 이상 전압 추정 수단에 의해 추정된 이상 전압 추정값을 필터링하는 필터 장치와,

상기 필터 장치에 의해 필터링된 이상 전압 추정값과 미리 기억된 소정의 이상 전압값의 비교에 근거하여, 상기 모터의 이상을 판정하는 모터 이상 판정 수단

을 구비한 것을 특징으로 하는 모터 이상 검출 장치.
전동식 모터에 대한 모터 이상 검출 장치에 있어서,

상기 모터에 발생하고 있는 실전류를 검출하는 모터 전류 검출 수단과,

입력되는 목표 전류와 상기 실전류의 편차에 따라서, 모터에 구동 지령을 부여하는 목표 전압을 피드 백 제어하는 피드 백 제어 수단과,

상기 목표 전압과 상기 실전류에 근거하여, 상기 모터에 발생하고 있는 이상을 나타내는 전압에 대응하는 이상 전압 추정값을 추정하는 이상 전압 추정 수단과,

상기 이상 전압 추정값으로부터, 모터의 이상을 판정하기 위한 판정값을 구하는 판정값 산출 수단과,

상기 모터의 회전 속도에 따른 모터 회전 주파수와 상기 판정값에 근거하여, 상기 모터의 이상을 판정하는 모터 이상 판정 수단

을 구비한 것을 특징으로 하는 모터 이상 검출 장치.
전동식 모터에 대한 모터 이상 검출 장치에 있어서,

상기 모터에 발생하고 있는 실전류를 검출하는 모터 전류 검출 수단과,

입력되는 목표 전류와 상기 실전류의 편차에 따라서, 모터에 구동 지령을 부여하는 목표 전압을 피드 백 제어하는 피드 백 제어 수단과,

상기 목표 전압과 상기 실전류에 근거하여, 상기 모터에 발생하고 있는 이상을 나타내는 전압에 상당하는 이상 전압 추정값을 추정하는 이상 전압 추정 수단과,

상기 이상 전압 추정 수단에 의해 추정된 이상 전압 추정값의 진동 성분을제거하는 제 1 진동 성분 제거 수단과,

상기 목표 전압 또는 실측된 모터 전압의 진동 성분을 제거하는 제 2 진동 성분 제거 수단과,

상기 제 1 진동 제거 수단에 의해 진동 성분이 제거된 이상 전압 추정값과, 상기 제 2 진동 제거 수단에 의해 진동 성분이 제거된 목표 전압 또는 실측된 모터 전압에 근거하여 상기 모터의 이상을 판정하는 모터 이상 판정 수단

을 구비한 것을 특징으로 하는 모터 이상 검출 장치.