KR20060007557A - A method for calculation reference angle of motor in a steer by wire system - Google Patents

A method for calculation reference angle of motor in a steer by wire system Download PDF

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Abstract

본 발명은 중공축형 BLAC 모터와 페일-세이프용 DC 모터를 포함하는 구성으로 페일-세이프를 고려한 차량의 전동조향(SBW) 시스템 동작시 모터의 기준각 산출 방법으로서, 각 단계는 The present invention is a configuration comprising a hollow shaft type BLAC motor and a fail-safe DC motor, the method of calculating the reference angle of the motor during the operation of the electric steering (SBW) system of the vehicle considering the fail-safe, each step is

DC 모터를 이용한 SBW 시스템의 초기 구동 단계; Initial driving stage of the SBW system using a DC motor;

상기 DC 모터 구동에 의한 BLAC 모터의 구동 단계; Driving the BLAC motor by driving the DC motor;

상기 BLAC 모터 구동에 따른 역기전력 발생 단계; Generating a counter electromotive force according to the BLAC motor driving;

상기 발생된 역기전력을 ECU에서 검출하는 단계; Detecting the generated counter electromotive force in an ECU;

상기 검출된 역기전력을 이용하여 ECU에서의 기준각 산출 단계; 및 Calculating a reference angle in the ECU using the detected back EMF; And

상기 기준각 산출 후 상대 위치 엔코더를 이용한 전기각 검출 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다. After calculating the reference angle is characterized in that the electrical angle detection step using a relative position encoder.

전동 조향, SBW, 모터, 기준각, 페일 세이프(fail-safe) Electric Steering, SBW, Motor, Reference Angle, Fail-safe

Description

전동 조향 시스템에서의 모터의 기준각 산출 방법 {A method for calculation reference angle of motor in a steer by wire system}A method for calculating reference angle of motor in a steer by wire system}

도 1은 종래 SBW 시스템의 개략 구성도. 1 is a schematic configuration diagram of a conventional SBW system.

도 2는 본 발명에 따른 SBW 시스템의 기준각 산출 방법 흐름도.2 is a flowchart illustrating a reference angle calculation method of an SBW system according to the present invention;

도 3은 본 발명에 따른 SBW 시스템의 개략 구성도. 3 is a schematic structural diagram of an SBW system according to the present invention;

<도면부호의 설명><Description of Drawing>

2a,2b,12a,12b 차륜 4,14 기어박스2a, 2b, 12a, 12b wheel 4,14 gearbox

6,16 DC 모터 8,18 BLAC 모터6,16 DC Motor 8,18 BLAC Motor

10,20 ECU 12,22 조향 핸들10,20 ECU 12,22 Steering handle

14,24 위치 및 가속도 센서14,24 position and acceleration sensors

본 발명은 전동 조향 시스템에서의 모터의 기준각 산출 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 전동 조향 시스템에서의 BLAC 모터의 기준각을 산출하기 위한 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for calculating a reference angle of a motor in an electric steering system, and more particularly, to a method for calculating a reference angle of a BLAC motor in an electric steering system.

일반적으로, 전동 조향(SBW : Steer By Wire) 시스템의 장점은 기계적인 링 크가 없기 때문에 차량의 구성에 있어서, 자유도가 높고 가격이 저렴하며 제어의 자유도가 높은 점이다. 즉, 운전자 느낌의 최적화나 자동조정 및 가변 기어비 등이 비교적 낮은 가격으로 달성될 수 있다. 또한, 전동 조향 시스템의 동작이 ECU에 의해 이루어지기 때문에 오동작 등을 일으키지 않도록 하는 연구가 이루어지고 있으며, 이와 더불어 페일 세이프(fail-safe)에 관하여도 많은 연구가 이루어지고 있다. In general, the advantage of the Steer By Wire (SBW) system is that there is no mechanical link, so that the vehicle has a high degree of freedom, low cost, and high control freedom. That is, optimization of the driver's feeling, automatic adjustment and variable gear ratio can be achieved at a relatively low price. In addition, since the operation of the electric steering system is made by the ECU, studies have been conducted to prevent malfunctions, and much research has been made on fail-safe.

종래, 페일 세이프를 고려한 전동 조향(SBW) 시스템의 구조는 도 1에 도시된 바와 같이, 중공축형 BLAC 모터(8)와 페일-세이프용 DC 모터(6)로 구성되어, 중공축형 BLAC 모터(8)가 페일시 ECU(10)의 제어에 따라 DC 모터(6)가 동작하여 전동 조향 시스템의 일정 성능을 보장할 수 있도록 하였다. Conventionally, the structure of the electric steering (SBW) system in consideration of fail safe is composed of a hollow shaft BLAC motor 8 and a fail-safe DC motor 6, as shown in Figure 1, the hollow shaft BLAC motor (8) The DC motor 6 operates under the control of the ECU 10 when failing to ensure constant performance of the electric steering system.

상기와 같은 시스템에서, BLAC 모터(8)는 순시 토오크 제어가 필수적이며, 이를 위해서는 회전자의 위치정보가 필요하다. 이러한, 회전자의 위치정보는 BLAC 모터(8)에 장착된 위치 센서인 엔코더를 통해 이루어지는데, 이러한 상대 위치 엔코더를 이용할 경우 문제점 중의 하나가 모터(8)의 기동시 초기각을 알 수 없다는 것이다. 따라서, 초기각을 알기 위한 별도의 알고리즘이 필요하며, BLAC 모터(8)를 2극이라 가정할 경우 회전자가 한 바퀴 돌면, 역기전력의 0전위 교차점을 기준으로 각을 찾을 수가 있다. 즉, 2극 모터의 경우 초기에 회전자를 한 바퀴 돌리는 알고리즘이 필요한 것이다. In such a system, instantaneous torque control is essential for the BLAC motor 8, and for this, position information of the rotor is required. The position information of the rotor is made through an encoder, which is a position sensor mounted on the BLAC motor 8. One of the problems when using the relative position encoder is that the initial angle is not known when the motor 8 is started. . Therefore, a separate algorithm for knowing the initial angle is required. When the BLAC motor 8 is assumed to be two poles, the rotor can be turned around once, and the angle can be found based on the zero potential crossing point of the counter electromotive force. In other words, a two-pole motor requires an algorithm that initially rotates the rotor once.

그러나, 상기 종래기술에서 이용하는 초기각 검출 알고리즘에 있어서, UVW 홀센서를 사용하지 않고 회전자를 한 바퀴 돌려서 사용하는 방법의 경우 무부하시 에는 상관이 없으나 부하가 크게 걸린 경우에는 모터가 상당한 힘을 내어야 하므로 정확한 초기각을 모른 상태에서 모터의 구동이 이루어지기 때문에 탈조의 위험이 있다. 또한, UVW 홀센서를 사용하여 60도 범위내에서 초기각을 추정하여 제어한다 하여도, 100%의 토오크를 쓸 수 없으므로 탈조의 위험이 있으며, UVW 홀센서를 모터에 장착해야 하는 번거로운 문제점이 있다. However, in the initial angle detection algorithm used in the prior art, in the case of using the rotor by turning the rotor without using the UVW Hall sensor, it does not matter whether there is no load, but when the load is large, the motor has to exert considerable force Therefore, there is a risk of stepping out because the motor is driven without knowing the exact initial angle. In addition, even if the initial angle is estimated and controlled within the range of 60 degrees by using the UVW Hall sensor, 100% of torque cannot be used, and there is a risk of stepping out. .

본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 전동 조향 시스템의 초기 구동시 페일-세이프용 DC 모터의 구동을 통한 BLAC 모터의 기준각을 산출할 수 있도록 한 전동 조향 시스템에서의 BLAC 모터의 기준각 산출방법을 제공하는 것이다. The present invention has been made to solve the problems of the prior art, an object of the present invention is to enable the electric motor to calculate the reference angle of the BLAC motor through the drive of the fail-safe DC motor during the initial drive of the electric steering system It is to provide a method for calculating a reference angle of a BLAC motor in a steering system.

상기 목적을 이루기 위한, 본 발명에 따른 BLAC 모터의 기준각 산출 방법은 In order to achieve the above object, the reference angle calculation method of the BLAC motor according to the present invention

전동조향 시스템의 DC 모터를 이용한 SBW 시스템의 초기 구동 단계; Initial driving step of the SBW system using the DC motor of the electric steering system;

상기 DC 모터 구동에 의한 BLAC 모터의 구동 단계; Driving the BLAC motor by driving the DC motor;

상기 BLAC 모터 구동에 따른 역기전력 발생 단계; Generating a counter electromotive force according to the BLAC motor driving;

상기 발생된 역기전력을 ECU에서 검출하는 단계; Detecting the generated counter electromotive force in an ECU;

상기 검출된 역기전력을 이용하여 ECU에서의 기준각 산출 단계; 및 Calculating a reference angle in the ECU using the detected back EMF; And

상기 기준각 산출 후 상대 위치 엔코더를 이용한 전기각 검출 단계로 이루어진다. After the reference angle is calculated, an electrical angle detection step using a relative position encoder is performed.

본 발명은 전동 조향(SBW) 시스템의 초기 구동시 페일-세이프용 DC 모터의 구동을 통한 BLAC 모터의 기준각을 산출하여 초기각 추정 실패로 인한 탈조현상을 방지토록 한 전동 조향 시스템에서의 BLAC 모터의 기준각 산출방법이다. The present invention calculates the reference angle of the BLAC motor through the drive of the fail-safe DC motor during the initial driving of the electric steering (SBW) system to prevent outage due to the initial angle estimation failure. The reference angle is calculated.

이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명한다.
Hereinafter, with reference to the drawings will be described a preferred embodiment according to the present invention.

실시예Example

본 실시예에 따른 SBW 시스템의 기준각 산출 방법을 흐름도인 도 2를 참조하여 설명한다. A reference angle calculation method of the SBW system according to the present embodiment will be described with reference to FIG. 2, which is a flowchart.

도 2에서 보는 바와 같이, 본 실시예에서는 전동조향 시스템 차량의 SBW 시스템 동작에 따른 BLAC 모터의 기준각을 산출 즉, 모터 구동의 기준점을 추정하는데 있어 먼저, DC 모터를 이용하여 SBW 시스템의 초기 구동을 이룬다[S10]. As shown in FIG. 2, in the present embodiment, in calculating the reference angle of the BLAC motor according to the SBW system operation of the electric steering system vehicle, that is, estimating the reference point of the motor driving, the initial driving of the SBW system is first performed using a DC motor. To form [S10].

즉, 종래에는 도 1에 도시된 바와 같이, BLAC 모터의 구동시 페일(fail)이 발생할 경우 DC 모터의 구동을 통해 일정 성능을 보장하였으나, 본 실시예에서는 DC 모터를 통해 SBW 시스템의 초기 구동을 이루는 것이다. That is, as shown in FIG. 1, when a failure occurs when the BLAC motor is driven, a certain performance is guaranteed by driving the DC motor. However, in the present embodiment, the initial driving of the SBW system is performed through the DC motor. To achieve.

상기 S10단계에서, SBW 시스템의 초기 구동을 위해 DC 모터를 구동시키면, 그에 따라 BLAC 모터의 구동이 이루어진다[S20]. 상기 BLAC 모터는 동기 발전기와 같으므로, 상기 S20단계에서의 BLAC 모터의 구동으로 인해 역기전력이 발생하게 된다[S30]. In step S10, when the DC motor is driven for the initial driving of the SBW system, the drive of the BLAC motor is made accordingly [S20]. Since the BLAC motor is the same as the synchronous generator, the counter electromotive force is generated due to the operation of the BLAC motor in the step S20 [S30].

상기 S30단계에서 발생된 역기전력은 ECU를 통해 검출되어[S40], ECU에서 BLAC 모터의 기준각을 산출하는데 이용된다[S50]. 즉, 상기 ECU에서는 역기전력을 검출한 후 역기전력의 "0"전위 교차점을 산출하게 되는데, 산출된 교차점을 기준각 (모터 구동의 기준점)으로 설정하게 되는 것이다. 따라서, 모터 구동시 초기각 추정 실패로 인한 탈조현상을 방지할 수 있는 것이다. The counter electromotive force generated in step S30 is detected by the ECU [S40], and used to calculate the reference angle of the BLAC motor in the ECU [S50]. That is, the ECU detects the counter electromotive force and calculates a "0" potential cross point of the counter electromotive force, and sets the calculated cross point as a reference angle (reference point for driving the motor). Therefore, it is possible to prevent the outage phenomenon caused by the initial angle estimation failure when the motor is driven.

상기 S50단계에서 BLAC 모터의 기준각 산출이 이루어진 후에는, 도 1에 도시된 기존의 시스템에서와 마찬가지로, BLAC 모터의 상대위치 엔코더를 이용하여 연속적으로 전기각을 검출하게 된다. After the reference angle calculation of the BLAC motor is performed in step S50, the electrical angle is continuously detected using the relative position encoder of the BLAC motor as in the conventional system shown in FIG.

이하, 본 실시예에 따른 SBW 시스템의 개략 구성도인 도 3을 참조하여 동작을 설명한다. Hereinafter, the operation will be described with reference to FIG. 3, which is a schematic configuration diagram of the SBW system according to the present embodiment.

도 3에 도시된 바와 같이, 조향 핸들(22)의 조작에 따라 DC 모터(16)를 이용하여 SBW 시스템의 초기 구동을 이루면, DC 모터의 구동에 따라 중공축형 BLAC 모터(18)의 구동이 이루어진다. As shown in FIG. 3, when the SBW system is initially driven using the DC motor 16 according to the operation of the steering handle 22, the hollow shaft type BLAC motor 18 is driven according to the driving of the DC motor. .

상기 BLAC 모터(18)의 구동에 의해 발생된 역기전력은 ECU(20)로 전송되어, ECU에서 역기전력을 이용한 BLAC 모터(18)의 기준각을 산출하게 되는 것이다. 상기 기준각은 앞서 설명한 바와 같이, 모터의 초기 구동시 초기각 상태를 알 수 없으므로 기준점 설정을 위한 것으로서, 본 실시예에서는 검출된 역기전력의 "0"전위 교차점을 기준각으로 설정하게 된다. 미설명된 도면부호 "12a와 12b"는 좌,우 차륜을 의미하며, "14"는 기어박스 그리고, "24"는 조향 핸들의 조작에 따른 상태를 검출하기 위한 위치 및 가속도 센서를 의미한다. The counter electromotive force generated by the operation of the BLAC motor 18 is transmitted to the ECU 20 to calculate a reference angle of the BLAC motor 18 using the counter electromotive force in the ECU. As described above, the reference angle is for setting a reference point because the initial angle state of the motor is not known at the time of initial driving. In the present embodiment, the reference angle is set to the zero crossing potential of the detected counter electromotive force. Unexplained reference numerals 12a and 12b denote left and right wheels, 14 denotes a gearbox, and 24 denotes a position and acceleration sensor for detecting a state according to manipulation of a steering wheel.

상기에서와 같이 시스템을 구성함으로써, ECU(20)와 DC 모터(16)간의 전원라인(A2) 및 ECU(20)와 BLAC 모터(18)간의 전원라인(C2)은 각각 2선 및 3선으로 기존 시스템과 동일하지만(도 1의 A1과 C1 참조), 기준각 검출을 위해 BLAC 모터(8)상에 장착되는 UVW 홀센서가 필요 없으므로 ECU(20)와 BLAC 모터(18)간의 센서신호 라인은 기존의 5선(B1) 즉, 홀센서 신호라인 3선 및 엔코더 신호라인 2선에서 2선(B2) 즉, 엔코더 신호라인 2선으로 줄어들어 장착시 번거로움이 줄어들었다. By constructing the system as described above, the power line A2 between the ECU 20 and the DC motor 16 and the power line C2 between the ECU 20 and the BLAC motor 18 are divided into two and three lines, respectively. The same as the existing system (see A1 and C1 in FIG. 1), but since the UVW Hall sensor mounted on the BLAC motor 8 is not required for the reference angle detection, the sensor signal line between the ECU 20 and the BLAC motor 18 is From the existing 5 wires (B1), that is, three Hall sensor signal lines and two encoder signal lines, two wires (B2), that is, two encoder signal lines, has been reduced.

이와 같이, 본 발명에서는 전동 조향(SBW) 시스템의 초기 구동시 페일-세이프용 DC 모터의 구동을 통한 BLAC 모터의 구동에 따른 역기전력을 이용한 기준각 즉, 모터 구동의 기준점을 산출할 수 있도록 하여 초기각 추정 실패로 인한 탈조현상을 방지할 수 있도록 한 것이다. As described above, in the present invention, the reference angle using the counter electromotive force according to the driving of the BLAC motor through the drive of the fail-safe DC motor during the initial driving of the electric steering (SBW) system, that is, the initial point of the motor driving can be calculated. It is to prevent outages caused by each estimation failure.

본 발명의 기술적 범위를 해석함에 있어서는, 상기에서 설명된 실시예에 한정하여 해석되어서는 아니되며, 본 발명의 기술적 범위는 특허청구범위에 기재된 사항의 합리적 해석에 의해 결정되어져야 한다.In interpreting the technical scope of the present invention, it should not be construed as being limited to the embodiments described above, but the technical scope of the present invention should be determined by reasonable interpretation of the matters described in the claims.

본 발명의 전동 조향 시스템에서의 모터의 기준각 산출 방법에 따르면, SBW 시스템의 초기 구동시 모터 구동의 초기각 추정 실패로 인한 탈조현상을 방지할 수 있으며, 또한, BLAC 모터상에 홀센서의 장착이 필요 없으므로 BLAC 모터와 ECU간의 센서신호 라인을 5선에서 2선으로 줄여 장착성을 증대시킨 효과가 있다. According to the method of calculating the reference angle of the motor in the electric steering system of the present invention, it is possible to prevent the fall-off phenomenon due to the failure of the initial angle estimation of the motor drive during the initial driving of the SBW system, and also to install the Hall sensor on the BLAC motor Since there is no need for this, the sensor signal line between the BLAC motor and the ECU is reduced from 5 wires to 2 wires, thereby increasing the mountability.

Claims (3)

중공축형 BLAC 모터와 페일-세이프용 DC 모터를 포함하는 구성으로 페일-세이프를 고려한 차량의 전동조향(SBW) 시스템 동작시 모터의 기준각 산출 방법에 있어서, In the configuration comprising a hollow shaft type BLAC motor and a fail-safe DC motor, in the method of calculating the reference angle of the motor during the operation of the electric steering (SBW) system of the vehicle considering the fail-safe, DC 모터를 이용한 SBW 시스템의 초기 구동 단계; Initial driving stage of the SBW system using a DC motor; 상기 DC 모터 구동에 의한 BLAC 모터의 구동 단계; Driving the BLAC motor by driving the DC motor; 상기 BLAC 모터 구동에 따른 역기전력 발생 단계; Generating a counter electromotive force according to the BLAC motor driving; 상기 발생된 역기전력을 ECU에서 검출하는 단계; Detecting the generated counter electromotive force in an ECU; 상기 검출된 역기전력을 이용하여 ECU에서의 기준각 산출 단계; 및 Calculating a reference angle in the ECU using the detected back EMF; And 상기 기준각 산출 후 상대 위치 엔코더를 이용한 전기각 검출 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전동 조향 시스템에서의 모터의 기준각 산출 방법. The reference angle calculation method of the motor in the electric steering system, characterized in that the electric angle detection step using a relative position encoder after calculating the reference angle. 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 ECU에서 산출된 BLAC 모터의 기준각은 검출된 역기전력의 "0" 전위 교차점인 것을 특징으로 하는 전동 조향 시스템에서의 모터의 기준각 산출 방법. The reference angle of the BLAC motor calculated by the ECU is a reference angle calculation method of the motor in the electric steering system, characterized in that the intersection of the "0" potential of the detected back EMF. 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 ECU와 BLAC 모터와 연결되는 위치 센서 신호라인은 2선인 것을 특징으로 하는 전동 조향 시스템에서의 모터의 기준각 산출 방법. And a position sensor signal line connected to the ECU and the BLAC motor is two wires.
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