KR20060035877A - 전동식 파워 스티어링 시스템내 전류센서의 옵셋 보상방법 - Google Patents

전동식 파워 스티어링 시스템내 전류센서의 옵셋 보상방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 EPS 시스템내 전류센서의 옵셋 보상방법에 관한 것으로, ECU에서 전류센서의 피드백 신호로부터 모터의 상태를 감지하여 모터의 전류 제어를 수행하는 EPS 시스템내 모터 구동 제어장치에 있어서, 상기 ECU에 옵셋 보상 로직을 포함한 S/W를 다운로드하는 경우, 상기 옵셋 보상 로직을 통해 각 차량 바퀴의 회전속도를 측정하고, 전류센서의 전류 신호 초기값을 측정하며, 전류 지령치를 인식하는 제1단계와, 상기 제1단계에서 측정된 각 차량 바퀴의 회전속도로부터 직진 주행의 토크 중립의 상태인지를 판단하고, 상기 인식된 전류 지령치가 0인지를 판단하는 제2단계와, 상기 제2단계의 판단 결과, 직진 주행의 토크 중립의 상태이면서 전류 지령치가 0인 경우라면 옵셋이 발생하였는지를 판단하는 제3단계와, 상기 제3단계에서 옵셋이 발생하였다면, 이 발생된 옵셋을 전류센서의 중립 전류 신호값에 더하여 전류 신호를 보상한 후, 옵셋 보상 로직을 시작 및 수행하는 제4단계로 이루어지는 것을 특징으로 하며, EPS 시스템내 ECU에서 차량 바퀴의 회전속도 및 차량 직진 주행의 토크 중립값으로 판단되는 전류 지령치가 0인 경우의 실제 전류센서에서 출력되는 전류 신호값과 전류센서의 전류 신호 초기값과의 차이를 옵셋으로 설정하는 온라인 상에서의 S/W 로직을 통해 전류센서의 옵셋을 실시간 보상해 줌으로써 전류센서의 옵셋 보상을 보다 효율적으로 수행할 수 있게 되는 효과가 있다.
EPS, 모터 구동 제어, 전류센서, 옵셋 보상, 직진 주행 토크 중립값

Description

전동식 파워 스티어링 시스템내 전류센서의 옵셋 보상방법{OFFSET COMPENSA TION METHOD OF CURRENT SENSOR IN EPS SYSTEM}
도 1은 일반적인 EPS 시스템내 모터의 구동 제어장치를 보인 도면.
도 2는 일반적인 EPS 시스템내 전류센서의 신호 전달을 위한 ECU의 구성을 보인 도면.
도 3은 종래 EPS 시스템내 전류센서의 옵셋 보상방법을 보인 동작 흐름도.
도 4는 본 발명에 따른 EPS 시스템내 전류센서의 옵셋 보상방법을 보인 동작 흐름도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 토크센서 20 : ECU
21 : 센서전원 공급부 22 : 인터페이스부
23 : MCU 30 : 3상 브릿지 회로
40 : 전류센서 50 : 모터
본 발명은 전동식 파워 스티어링(Electric Power Steering ; 이하, 'EPS'라 칭함) 시스템내 전류센서의 옵셋 보상방법에 관한 것으로, 특히 EPS 시스템내 전자제어장치(Electronic Control Unit ; 이하, 'ECU'라 칭함)에서 온라인 상에서의 S/W(Soft Ware) 로직을 통해 전류센서의 옵셋을 실시간 보상해 줌으로써 전류센서의 옵셋 보상을 보다 효율적으로 수행할 수 있도록 한 EPS 시스템내 전류센서의 옵셋 보상방법에 관한 것이다.
일반적으로 차량에 구비된 ECU를 통해 차량의 속도에 따라 운전자 핸들의 조작력을 줄여주어 가볍고 신속한 조향 조작이 가능하도록 한 스티어링 시스템은, 기존의 유압식 파워 스티어링 시스템에 유압을 조정하는 전자제어밸브가 추가되어 어시스트량을 조절하는 전자제어 파워 스티어링(Electronic Power Steering) 시스템과 순수한 모터의 구동에 의해 어시스트량을 조절하는 EPS 시스템으로 구분된다.
한편, 상기 EPS 시스템내 모터의 구동 제어장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 크게 차량 핸들의 조향 토크를 검출하는 토크센서(10)와, 이 토크센서(10)에서 검출된 조향 토크와 후술될 전류센서(40)에서 검출되어 피드백되는 피드백 전류를 입력받아 모터의 구동을 위한 PWM(Pulse Width Modulation) 신호를 출력하는 MCU(MicroController Unit)를 포함 구성하는 ECU(20)와, 이 ECU(20)내 MCU에서 출력되는 PWM 신호에 따라 턴 온/오프(Turn On/Off) 동작하여 모터를 구동시키기 위한 모터 제어전류를 출력하는 다수의 FET로 구성된 3상 브릿지(Bridge) 회로(30)와, 이 3상 브릿지 회로(30)에서 출력되는 모터 제어전류를 검출하여 상기 ECU(20)내 MCU로 피드백 출력하는 전류센서(40)와, 상기 3상 브릿지 회로(30)내 다수의 FET 동작에 따라 출력되는 모터 제어전류에 의해 구동하는 모터(50)로 구성된다.
이때, 상기 ECU(20)는 도 2에 도시된 바와 같이 전류센서(40)를 동작시키기 위한 센서전원(Vsource)을 공급하는 센서전원 공급부(21)와, 상기 전류센서(40)에서 검출된 모터 제어전류(I1)를 피드백 입력받기 위한 인터페이스부(22)와, 상기 인터페이스부(22)를 통해 입력되는 모터 제어전류(I1)에 따라 PWM 신호를 상기 3상 브릿지 회로(30)로 출력하는 AD 컨버터를 포함한 MCU(23)로 구성된다.
상기와 같이 구성된 EPS 시스템내 모터의 구동 제어장치는 전류센서(40)의 피드백 신호로부터 모터(50)의 상태를 감지하여 전류 제어를 수행한다. 여기서, 전류센서(40)는 도 2에 도시된 전달 경로를 통해 ECU(20)에 피드백 신호를 전달하게 된다.
그러나, 종래에는 상기와 같은 전달 경로 상이나 전류센서(40)의 인가 전압의 오차에 따라 옵셋을 수반하거나 또는 전류센서(40) 단품 자체의 옵셋을 수반하게 되는데, 이러한 옵셋은 바로 모터(50)의 토크 리플(Ripple)을 유발시키거나 제어 성능을 저하시키게 되므로, 전류센서(40)가 가지는 옵셋을 보상하여 전류가 흐르지 않을 때 전류센서(40)로부터 입력되는 신호가 0이 되도록 해주어야 한다.
이에 따라, 종래 EPS 시스템에서는 ECU(20)를 제작할 때 또는 제작을 완료한 후 S/W를 다운로드하기 전에 이상적인 전압원(또는 전류원), 즉 +최대전류, 0전류, -최대전류의 전류 신호값을 전류센서(40)에 인가하는 동시에 전류센서(40)에서 출력되는 전류 신호값으로 모사하여 ECU(20)에 인가하고, 이 ECU(20)에 인가된 전류 신호값과 상기 전류센서(40)를 통해 출력되어 MCU(23)내 A/D 컨버터에서 읽어들인 모니터링된 전류 신호값과의 차이를 옵셋으로 설정하고 S/W상에서 이를 보상해주는 방식, 즉 오프라인 방식의 옵셋 보상방법을 수행하였다.
도 3을 참고하여 설명하면, 상기와 같이 ECU(20)에 인가된 이상적인 전류 신호값과 MCU(23)내 A/D 컨버터에서 읽어들인 모니터링된 전류 신호값과의 차이를 옵셋으로 측정한다(S1).
이때, 전류센서(40)의 옵셋 측정은 도 3에 도시된 바와 같이 ECU(20)에 이상적인 + 최대전류, 0전류의 신호값을 각각 인가하고 이를 모니터링하여 +의 옵셋(+Ioffset)을 측정하고(S1-1,2,3), ECU(20)에 이상적인 - 최대전류, 0전류의 신호값을 각각 인가하고 이를 모니터링하여 -의 옵셋(Ioffset)을 측정한 후(S1-4,5,6,), 상기 +의 옵셋(+Ioffset)과 -의 옵셋(-Ioffset)의 평균을 취하여 최종 옵셋(Ioffset )을 구하게 된다.
이후, 전류센서(40)의 중립 전류 신호값(Icenter)에 상기 단계(S1)에서 측정된 옵셋(Ioffset)을 더하여 전류 신호(I1)를 보상한 후(S2), 상기 측정된 옵셋(Ioffset )을 옵셋 보상 로직의 S/W에 다운로드한다(S3),
이후, 전류센서(40)에 대한 옵셋 보상 로직의 시작에 따라(S4) 옵셋 보상 로직을 수행하면서(S5) 옵셋의 발생으로 리플이 발생하면(S6), 상기 S/W에 다운로드된 상기 측정된 옵셋(Ioffset)에 따라 옵셋 보상 로직을 수행한다(S5).
그러나, 상기와 같이 종래 EPS 시스템에서의 옵셋 보상방법은 공정상에서 선공정으로서 옵셋을 측정한 후 S/W상에 추가하는 과정을 필수적으로 수반해야 하며, ECU마다 서로 다른 옵셋 파라미터를 관리해 주어야 하는 단점이 있었다.
그리고, 다운로드가 완료된 상태에서 기기의 노화나 기타 온도 등의 영향에 따라 옵셋이 변화할 경우, 이 변화된 옵셋에 대해서는 보상을 할 수 없다고 하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 그 목적은 EPS 시스템내 ECU에서 차량 바퀴의 회전속도 및 차량 직진 주행의 토크 중립값으로 판단되는 전류 지령치가 0인 경우의 실제 전류센서에서 출력되는 전류 신호값과 전류센서의 전류 신호 초기값과의 차이를 옵셋으로 설정하는 온라인 상에서의 S/W 로직을 통해 전류센서의 옵셋을 실시간 보상해 줌으로써 전류센서의 옵셋 보상을 보다 효율적으로 수행할 수 있도록 한 EPS 시스템내 전류센서의 옵셋 보상방법을 제공하는 데에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 EPS 시스템내 전류센서의 옵셋 보상방법은, ECU에서 전류센서의 피드백 신호로부터 모터의 상태를 감지하여 모터의 전류 제어를 수행하는 EPS 시스템내 모터 구동 제어장치에 있어서, 상기 ECU에 옵셋 보상 로직을 포함한 S/W를 다운로드하는 경우, 상기 옵셋 보상 로직을 통해 각 차량 바퀴의 회전속도를 측정하고, 전류센서의 전류 신호 초기값을 측정하며, 전류 지령치를 인식하는 제1단계와, 상기 제1단계에서 측정된 각 차량 바퀴의 회전속도로부터 직진 주행의 토크 중립의 상태인지를 판단하고, 상기 인식된 전류 지령 치가 0인지를 판단하는 제2단계와, 상기 제2단계의 판단 결과, 직진 주행의 토크 중립의 상태이면서 전류 지령치가 0인 경우라면 옵셋이 발생하였는지를 판단하는 제3단계와, 상기 제3단계에서 옵셋이 발생하였다면, 이 발생된 옵셋을 전류센서의 중립 전류 신호값에 더하여 전류 신호를 보상한 후, 옵셋 보상 로직을 시작 및 수행하는 제4단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 따른 EPS 시스템내 전류센서의 옵셋 보상방법을 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 전류센서의 옵셋 보상방법은 도 1 및 도 2에 도시된 ECU(20)의 제어에 따라 이루어진다.
본 발명에서는 차량 바퀴의 회전속도 및 차량의 직진 주행 상태에 해당하는 토크센서(10)의 토크 중립값을 통해 모터(50)의 1차 제어 입력 신호값, 즉 전류 지령치가 0인 것을 판단하고, 전류 지령치가 0인 경우 이때 실제 전류센서(40)에서 검출 및 출력되는 전류 신호값과 전류센서(40)에 인가되는 센서공급전원을 통해 판단된 전류센서 초기의 전류 신호값과의 차이를 옵셋으로 설정하고, 이 옵셋을 실시간으로 업데이트하여 옵셋 보상이 이루어지도록 하고 있다.
여기서, 운전자가 조향핸들을 돌리지 않는 상태, 즉 토크 중립의 상태를 유지하는 경우, 이때 토크센서(10)의 토크 신호값을 중립값으로 판단하게 된다.
그러므로, 차량의 직진 상황은 4개의 차량 바퀴의 회전속도가 모두 같은 상태에서 판단하게 되고, 만약 주행중 운전자의 조타가 발생하게 되면 조타의 방향에 따라 각 차량 바퀴의 회전속도가 달라지게 된다.
상기와 같이 차량 바퀴의 회전속도 신호로부터 차량의 직진 상태 또는 조타 상태를 판단할 수 있게 되며, 이에 따라 차량 바퀴의 회전속도가 모두 같아 직진 주행의 토크 중립의 상태인 경우라면 모터(50)의 1차 제어 입력 신호값인 전류 지령치가 0을 유지하게 된다.
그리고, 전류센서(40)의 전류 신호 초기값은 도 2에 도시된 전류센서(40)와 MCU(23)내 AD 컨버터 간 인터페이스부(22)의 영향이 없다는 가정하에 센서전원 공급부(21)에서 출력되는 센서공급전원의 값으로부터 Vsource/2의 값을 선정하거나 실제 전류센서(40)의 출력 전체 범위의 중간값 (I1max-I1min)/2을 선정하게 된다.
ECU(20)로부터 전류센서(40)에 인가되는 전압에 따라 출력 전압의 범위가 달라지는 전압 레이시오 메트릭(Voltage ratio metric)의 경우, 중립은 Vsource/2 값이 되기 때문이다.
상기와 같이 본 발명에서는 차량 바퀴의 회전속도 및 토크 중립값으로 판단되는 전류 지령치가 0일 때의 실제 전류센서(40)에서 출력되는 전류 신호값과 전류센서(40)의 전류 신호 초기값과의 차이를 옵셋으로 설정하고, 이 옵셋을 실시간으로 업데이트하여 옵셋 보상을 수행하는 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 EPS 시스템내 전류센서의 옵셋 보상방법을 보인 동작 흐름도로서, 이를 참고하여 전류센서의 옵셋 보상방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저, ECU(20)에 다운로드되는 S/W 로직상에 옵셋 보상 로직을 포함시키게 되는데, 즉 S/W의 다운로드시(S11), 각 차량 바퀴의 회전속도를 측정하고, 전류센 서(40)의 전류 신호 초기값을 측정하며, 모터(50)의 1차 제어 입력 신호값인 전류 지령치를 인식한다(S12).
이어, 상기 단계(S12)에서 측정된 각 차량 바퀴의 회전속도가 같은지, 즉 직진 주행의 토크 중립의 상태인지를 판단하고, 이를 통해 상기 단계(S12)에서 인식된 전류 지령치가 0인지를 판단한다(S13).
이때, 차량 바퀴의 회전속도가 모두 같아 직진 주행의 토크 중립의 상태인 경우라면 상기 전류 지령치가 0을 유지하게 된다.
그러므로, 상기 판단 결과(S13), 직진 주행의 토크 중립의 상태이면서 전류 지령치가 0인 경우라면 옵셋이 발생하였는지를 판단한다(S14). 즉, 각 차량 바퀴의 회전속도가 같아 직진 주행의 토크 중립의 상태이면서 전류 지령치가 0인 경우라면 전류 지령치가 0일 때의 실제 전류센서(40)에서 출력되는 전류 신호값과 상기 단계(S12)에서 측정된 전류센서(40)의 전류 신호 초기값과의 차이가 있는지를 판단하는 것이다.
여기서, 전류센서(40)의 전류 신호 초기값은 상기에서 설명한 바와 같이 센서전원 공급부(21)에서 출력되는 센서공급전원의 값으로부터 Vsource/2의 값을 선정하거나 실제 전류센서(40)의 출력 전체 범위의 중간값 (I1max-I1min)/2을 선정한다.
상기 단계(S14)에서 옵셋이 발생하였다면, 이 발생된 옵셋, 즉 차이값(Ioffset)을 전류센서(40)의 중립 전류 신호값(Icenter)에 더하여 전류 신호(I1)를 보상한 후(S15), 옵셋 보상 로직을 시작하여(S16) 옵셋 보상 로직을 수행하도록 한다 (S17).
상기와 같이 본 발명에서는 차량 바퀴의 회전속도 및 직진 주행의 중립시 토크센서의 중립값을 통해 전류 지령치가 0이라는 것을 판단하고, 이 전류 지령치가 0을 유지할 때 실제 전류센서의 전류 신호값과 전류센서 초기의 전류 신호값과의 차이로 발생하는 옵셋을 전류센서의 중립 전류 신호값에 실시간으로 보상해 주는 것이다.
이상, 상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 EPS 시스템내 ECU에서 차량 바퀴의 회전속도 및 차량 직진 주행의 토크 중립값으로 판단되는 전류 지령치가 0인 경우의 실제 전류센서에서 출력되는 전류 신호값과 전류센서의 전류 신호 초기값과의 차이를 옵셋으로 설정하는 온라인 상에서의 S/W 로직을 통해 전류센서의 옵셋을 실시간 보상해 줌으로써 전류센서의 옵셋 보상을 보다 효율적으로 수행할 수 있게 되는 효과가 있다.
즉, 본 발명은 종래 전류센서의 옵셋 보상방법에서와 같이 옵셋을 측정한 후 S/W상에 추가하는 과정을 필수적으로 수반할 필요도 없게 되고, ECU마다 서로 다른 옵셋 파라미터를 관리해 주어야 할 필요도 없게 된다.
또한, 실시간으로 변화하는 옵셋을 계속해서 보상해 줌으로써 다운로드가 완료된 상태에서 기기의 노화나 기타 온도 등의 영향에 따라 옵셋이 변화할 경우에도 옵셋 보상이 효율적으로 이루어지게 되는 장점을 갖는다.

Claims (4)

  1. ECU에서 전류센서의 피드백 신호로부터 모터의 상태를 감지하여 모터의 전류 제어를 수행하는 EPS 시스템내 모터 구동 제어장치에 있어서,
    상기 ECU에 옵셋 보상 로직을 포함한 S/W를 다운로드하는 경우, 상기 옵셋 보상 로직을 통해 각 차량 바퀴의 회전속도를 측정하고, 전류센서의 전류 신호 초기값을 측정하며, 전류 지령치를 인식하는 제1단계와,
    상기 제1단계에서 측정된 각 차량 바퀴의 회전속도로부터 직진 주행의 토크 중립의 상태인지를 판단하고, 상기 인식된 전류 지령치가 0인지를 판단하는 제2단계와,
    상기 제2단계의 판단 결과, 직진 주행의 토크 중립의 상태이면서 전류 지령치가 0인 경우라면 옵셋이 발생하였는지를 판단하는 제3단계와,
    상기 제3단계에서 옵셋이 발생하였다면, 이 발생된 옵셋을 전류센서의 중립 전류 신호값에 더하여 전류 신호를 보상한 후, 옵셋 보상 로직을 시작 및 수행하는 제4단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템내 전류센서의 옵셋 보상방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제3단계에서,
    각 차량 바퀴의 회전속도가 모두 같아 직진 주행의 토크 중립의 상태인 경우 에는 전류 지령치가 0을 유지하게 되므로, 이 전류 지령치가 0일 때의 실제 전류센서에서 출력되는 전류 신호값과 상기 제1단계에서 측정된 전류센서의 전류 신호 초기값과의 차이를 옵셋으로 설정하고, 이 옵셋이 발생하였는지를 판단하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템내 전류센서의 옵셋 보상방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 전류센서의 전류 신호 초기값을 ECU에서 출력되는 센서공급전원의 값으로부터 Vsource/2의 값으로 선정하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템내 전류센서의 옵셋 보상방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 전류센서의 전류 신호의 초기값을 전류센서의 출력 전체 범위의 중간값 (I1max-I1min)/2로 선정하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템내 전류센서의 옵셋 보상방법.
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