KR20060125609A - 전동 파워 스티어링 장치 및 그 각도 검출기의 이상 검출방법 - Google Patents

전동 파워 스티어링 장치 및 그 각도 검출기의 이상 검출방법 Download PDF

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KR20060125609A
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마사히코 사카마키
시게키 나가세
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가부시키가이샤 제이텍트
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Abstract

브러쉬레스DC 모터6의 로터 위치에 따른 정현파 신호 및 여현파 신호를 출력하는 각도 검출기25와, 조타 부재1에 부여된 조타 토크를 검출하는 토크 검출기3과를 구비하며, 각도 검출기25가 출력한 정현파 신호 및 여현파 신호와, 토크 검출기3이 검출한 조타 토크와에 근거해서 브러쉬레스DC 모터6를 구동해서 조타 보조하는 전동 파워 스티어링 장치. 정현파 신호 및 여현파 신호가 각각 2제곱되어서 가산되며, 가산 결과가 소정 범위 내에 수용되는지 아닌지에 따라서, 각도 검출기25에 이상이 발생하고 있는지 아닌지가 검출된다. 각도 검출기25의 이상을 조기에 검출하는 것이 가능하게 된다.

Description

전동 파워 스티어링 장치 및 그 각도 검출기의 이상 검출 방법{ELECTRIC POWER STEERING APPARATUS, AND METHOD FOR DETECTING ABNORMALITY OF ANGLE DETECTOR THEREOF}
도 1은 본 발명에 관련하는 전동 파워 스티어링 장치의 실시의 형태의 메카니컬한 구성을 나타내는 모식도이다.
도 2A 및 도 2B는 본 발명에 관련하는 전동 파워 스티어링 장치의 제어부(control system)의 구성예를 나타내는 블럭도이다.
도 3은 본 발명에 관련하는 전동 파워 스티어링 장치에 있어서, 리졸버(각도 검출기)가 출력한 정현파 신호 및 여현파 신호 각각에 대해서, 진폭 보정치 및 오프 셋 보정치를 연산하는 순서를 도4와 함께 표현하는 플로챠트이다.
도 4는 본 발명에 관련하는 전동 파워 스티어링 장치에 있어서, 리졸버(각도 검출기)가 출력한 정현파 신호 및 여현파 신호 각각에 대해서, 진폭 보정치 및 오프 셋 보정치를 연산하는 순서를 도3과 함께 나타내는 플로챠트이다.
도 5는 본 발명에 관련하는 전동 파워 스티어링 장치의 리졸버(각도 검출기)에 이상(고장)이 발생한 경우의 검출 동작을 나타내는 플로챠트이다.
도 6A 및 도 6B는 본 발명에 관련하는 전동 파워 스티어링 장치의 리졸버(각도 검출기)의 이상을 검출하는 동작을 설명하기 위한 설명도이다.
도 7A 및 도 7B는 본 발명에 관련하는 전동 파워 스티어링 장치의 리졸버(각도 검출기)의 이상을 검출하는 동작을 설명하기 위한 설명도이다.
**주요부위를 나타내는 도면부호의 설명**
1 스티어링 휠(조타 부재)
2 입력 축
3 토크 센서
4 차속 센서
5 ECU
6 (브러쉬레스 DC) 모터
7 가속 기어 기구
8 출력 축
9 연결 축
10 피니언 축
11 랙 축
12 조향 기구
13 전동 수단
14 조타 축
20 가산 수단
21 마이크로 컴퓨터
22 감산 수단
24 감산 수단
25 검출기, 각도 검출기
26 d축 전류PI 제어부
27 수렴성 보정부
28 q축 전류PI 제어부
29 지령 전류 방향 지정부
30 제한 처리부
31 위상 보상기
32 dq/삼상 교류 변환부
33 토크 전류 테이블
34 감산 수단
38 삼상 교류/dq 좌표 변환부
40 정현파 ROM 테이블
42 로터 각속도 연산부
50 3상 PWM 변조부
52 모터 구동 회로
54 v상 전류 검출기
56 u상 전류 검출기
62 로터 위상 검출기
63 이상 검출부
본 발명은 조타 보조용으로 브러쉬레스 DC 모터를 사용하는 전동 파워스티어링 장치에 관한다. 보다 구체적으로는, 본 발명은, 브러쉬레스 DC 모터의 로터 위치에 따른 정현파 신호 및 여현파 신호를 출력하는 각도 검출기(각도 센서)와, 조타 부재에 가하여진 조타 토크를 검출하는 토크 검출기를 구비하며, 각도 검출기가 출력한 정현파 신호 및 여현파 신호와, 도크 검출기가 검출한 조타 토크와에 근거하며, 브러쉬레스 DC 모터를 구동해서 조타 보조하는 전동 파워 스티어링 장치에 관한다. 또한, 본 발명은, 그와 같은 전동 파워 스티어링 장치에 사용되는 각도 검출기의 이상 검출 방법에 관한다.
모터를 구동해서 조타 보조를 행하며, 운전자의 부담을 경감하는 전동 파워 스티어링 장치는 일반적으로는, 조타 부재(스티어링 휠)로 연결되는 입력 축과, 피니언과 랙 등에 의해 조향 차륜에 연결되는 출력 축과, 입력 축 및 출력 축을 연결하는 연결 축을 구비하고 있다. 그리고, 연결 축에 생기는 비틀림 각도에 근거해서, 입력 축에 가해지는 조타 토크치가 토크 센서에 의해 검출되며, 검출 된 조타 토크치에 근거해서, 출력 축에 연동하는 조타 보조용의 전동 모터가 구동 제어된다.
이와 같은 전동 파워 스티어링 장치에서는, 근년, 브러쉬레스 DC 모터가 사용되도록 되어 있다. 전동 파워 스티어링 장치의 브러쉬레스 DC 모터는, 로터의 회 전하는 위치에 따라서 회전 자계가 발생하도록, 스테이터(stator)로 흐르는 전류가 PWM(Pulse Width Modulation) 제어된다. 로터 위치의 검출에는, 리졸버, MR 센서 등의 정현파 신호 및 여현파 신호를 출력하는 각도 센서 (각도 검출기)가 사용된다.
그러나, 브러쉬레스 DC 모터에서는, 로터 위치의 검출에 사용되는 각도 센서 (각도 검출기)에 고장이 발생해서 정확한 회전 위치 데이터를 얻을 수 없을 경우, 로터 위치에 따른 적절한 전류를 흘려 보낼 수 없다. 따라서 이와 같은 경우, 브러쉬레스 DC 모터를 사용하는 전동 파워 스티어링 장치에서는, 스티어링 휠(조타 부재)가 진동하거나, 잠겨질 가능성이 있다. 이와 같은 사정으로 부터, 브러쉬레스 DC 모터, 보다 구체적으로는 각도 센서(각도 검출기)의 이상을 검출하는 것을 목적으로서 이하와 같은 발명이 제안되어 있다.
일본국 특개 2002-81961호 공보(Japanese Paten Application Laid-Open No.2002-81961)에는, 자기 검출 소자의 아나로그 신호를 디지탈 변환하며, 리졸버의 신호와의 차분(差分)치에 의해, 각도 센서의 이상을 검출하는 발명이 개시되어 있다.
일본국 특개 평10-278826호 공보(Japanese Paten Application Laid-Open No.10-278826(1998))에는, 각도 센서로부터 소정 주기로 전해지는 조타 각을 기억하며, 조타 각의 미분치를 연산하며, 이전의 미분치와의 차의 절대치를 구하며, 역치와 비교함으로써 이상 검출하는 발명이 개시되어 있다.
일본국 특개평10-258757호 공보(Japanese Paten Application Laid-Open No.10-258757(1998))에는, 셋의 조타각 센서의 각각의 출력의 임의의 둘의 출력차를 조사하며, 제로로부터 떨어진 값을 나타내는 조합중에, 이상있는 센서가 포함되는 것으로 판단하는 발명이 개시되어 있다.
일본국 특개 평10-197238호 공보(Japanese Paten Application Laid-Open No.10-197238(1998))에는, 조타각 센서가 검출한 조타각을, 소정 시간내에 소정 회수 샘플링해서 평균값분산을 연산하며, 평균 또는 분산이 소정 범위 밖에 있을 경우에 고장으로 판단하는 발명이 개시되어 있다.
그러나, 상기의 종래 기술에 의한 경우, 검출기의 이상을 조기에 검출할 수 없다는 문제가 있다.
본 발명은 상술한 것과 같은 사정에 감안해서 안출 된 것이다. 본 발명의 주요 목적은, 조타 보조용의 전동 모터로서 브러쉬레스 DC 모터를 사용하는 경우에, 브러쉬레스 DC 모터의 로터 위치의 검출기(각도 검출기)의 이상을 조기에 검출하는 것이 가능한 전동 파워 스티어링 장치, 및 각도 검출기의 이상을 검출하는 방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명에 관련하는 전동 파워 스티어링 장치의 제1 aspect는, 조타 보조용의 브러쉬레스DC 모터의 로터 위치에 따른 정현파 신호 및 여현파 신호를 출력하는 각도 검출기와, 조타 부재에 부여된 조타 토크를 검출하는 토크 검출기와, 상기 각도 검출기에 이상이 발생하고 있는 것을 검출하는 이상 검출부를 구비하며, 상기 각도 검출기가 출력한 정현파 신호 및 여현파 신호와, 상기 토크 검출기가 검출한 조타 토크와에 근거해서 상기 브러쉬레스 DC 모터를 구동해서 조타 보조하는 전동 파워 스티어링 장치에 있어서, 상기 이상 검출부가, 상기 각도 검출기가 검출한 정현파 신호를 2제곱하는 정현파 신호 2제곱 수단과, 상기 각도 검출기가 검출한 여현파 신호를 2제곱하는 여현파 신호 2제곱 수단과, 상기 정현파 신호 2제곱 수단에 의해 2제곱된 정현파 신호 및 상기 여현파 신호 2제곱 수단에 의해 2제곱된 여현파 신호를 가산하는 가산 수단과, 상기 가산 수단에 의한 가산 결과가 소정 범위 내에 수용되는지 아닌지를 판정하는 판정 수단과, 가산 결과가 상기 소정 범위에 수용되지 않는 것으로 상기 판정 수단이 판정했을 경우에, 상기 각도 검출기에 이상이 발생하고 있는 것을 검출하는 이상 검출 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 관련하는 검출 방법의 제4 aspect은, 조타 보조용의 브러쉬레스 DC 모터의 로터 위치에 따른 정현파 신호 및 여현파 신호를 출력하는 각도 검출기와, 조타 부재에 부여된 조타 토크를 검출하는 토크 검출기와, 상기 각도 검출기에 이상이 발생하고 있는 것을 검출하는 이상 검출부를 구비하며, 상기 각도 검출기가 출력한 정현파 신호 및 여현파 신호와, 상기 토크 검출기가 검출한 조타 토크와에 근거해서 상기 브러쉬레스 DC 모타를 구동해서 조타 보조하는 전동 파워 스티어링 장치의 상기 각도 검출기에 이상이 발생하고 있는 것을 상기 이상 검출부에 의해 검출하는 방법에 있어서, 이하의 스텝: 상기 이상 검출부에, 상기 각도 검출기가 출력한 정현파 신호를 2제곱시키는 스텝과, 상기 이상 검출부에, 상기 각도 검출기가 출력한 여현파 신호를 2제곱시키는 스텝과, 상기 이상 검출부에, 상기 2 제곱된 정현파 신호 및 상기 2제곱된 여현파 신호를 가산 시키는 스텝과, 상기 이상 검출부에, 상기 가산 결과가 소정 범위 내에 수용되는지 아닌지를 판정 시키는 스텝과, 가산 결과가 상기 소정 범위에 수용되지 않는 경우에, 상기 각도 검출기에 이상이 발생하고 있는 것으로 상기 이상 검출부에 판정 시키는 스텝을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 관련하는 전동 파워 스티어링 장치의 제2 aspect는, 제1 aspect에 있어서, 상기 소정 범위의 상한은, 상기 정현파 신호 및 여현파 신호 각각의 오차 범위에 근거해서 정해져 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 관련하는 검출 방법의 제 5 aspect는, 제4 aspect에 있어서, 상기 소정 범위의 상한은, 상기 각도 검출기가 출력한 정현파 신호 및 상기 각도 검출기가 출력한 여현파 신호 각각의 오차 범위에 근거해서 정해져 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 관련하는 전동 파워 스티어링 장치의 제3 aspect는, 제1 또는 제2 aspect에 있어서, 상기 각도 검출기가 검출한 정현파 신호의 중성점(neutral point)에 대한 오프 셋을 보정하는 정현파 오프 셋 보정 수단과, 상기 각도 검출기가 검출한 여현파 신호의 중성점에 대한 오프 셋을 보정하는 여현파 오프 셋 보정 수단과, 상기 각도 검출기가 검출한 정현파 신호의 진폭치를 보정하는 정현파 진폭 보정 수단과, 상기 각도 검출기가 검출한 여현파 신호의 진폭치를 보정하는 여현파 진폭 보정 수단과를 또한 구비하며, 상기 소정 범위의 하한은, 상기 양 오프 셋 보정 수단 및 상기 양 진폭 보정 수단에 의한 상기 정현파 신호 및 여현파 신호의 보 정 가능한 범위 내에서의, 상기 가산 수단에 의한 가산 결과의 최소치에 근거해서 정해지는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 관련하는 검출 방법의 제6 aspect는, 제4 또는 제5 aspect에 있어서, 상기 전동 파워 스티어링 장치는 상기 각도 검출기가 출력한 정현파 신호 및 여현파 신호에 근거해서 상기 브러쉬레스 DC 모터의 로터 위치를 검출하는 로터 위치 검출부를 또한 구비하며, 상기 방법이 이하의 스텝: 상기 로터 위치 검출부에, 상기 각도 검출기가 출력한 정현파 신호의 중성점에 대한 오프 셋을 보정시키는 스텝과, 상기 로터 위치 검출부에, 상기 각도 검출기가 출력한 여현파 신호의 중성점에 대한 오프 셋을 보정시키는 스텝과, 상기 로터 위치 검출부에, 상기 정현파 신호의 진폭치를 보정시키는 스텝과, 상기 로터 위치 검출부에, 상기 여현파 신호의 진폭치를 보정시키는 스텝을 또한 구비하며, 상기 소정 범위의 하한은, 상기 양 오프 셋을 보정하는 스텝 및 상기 양 진폭치를 보정하는 스텝에 의한 상기 각도 검출기가 출력한 정현파 신호 및 상기 각도 검출기가 출력한 여현파 신호의 보정 가능한 범위 내에서의, 상기 가산하는 스텝에 의한 가산 결과의 최소치에 근거해서 정해지는 것을 특징으로 한다.
이상과 같은 본 발명에 관련하는 전동 파워 스티어링 장치 및 브러쉬레스 DC 모터의 이상 검출 방법에서는, 각도 검출기가 출력한 브러쉬레스 DC 모터의 로터 위치에 따라서 정현파 신호 및 여현파 신호가 각각 2제곱되어 진다. 2제곱된 정현파 신호와 여현파 신호가 가산(加算)되어, 가산 결과가 소정 범위내에 수용되지않을 경우에 각도 검출기에 이상이 발생하고 있는 것이 검출된다.
따라서, 조타 보조용 브러쉬레스 DC 모터의 로터 위치의 검출기(각도 검출기)에 이상이 발생하고 있는 경우에 그것을 조기에 검출하는 것이 가능한 전동 파워 스티어링 장치가 실현된다.
본 발명의 목적 및 형태는 아래에 기술하는 첨부도면과 기술에 의해 보다 확실히 된다.
이하에, 본 발명을 그 실시의 형태를 나타내는 도면에 근거해서 설명한다.
도1은, 본 발명에 관련하는 전동 파워 스티어링 장치의 실시의 형태의 메카니컬한 구성을 나타내는 모식도이다. 본 발명에 관련하는 전동 파워 스티어링 장치는, 조향을 위한 스티어링 휠1(조타 부재)와, 스티어링 휠1의 조타에 따라서 구동되는 조타 보조용의 브러쉬레스 DC 모터(이하, 간단히 모터라고 한다)6과, 모터6의 회전을 감속 기어 기구7을 거쳐서 조향 기구12, 12에 전하는 전동 수단13과, 모터6을 구동 제어하는 ECU(전자 제어 유니트:Electronic Control Unit)5를 구비하고 있다. ECU5에는, 차량의 주향 속도를 검출하는 차속 센서4가 출력한 차속 신호가 부여되어 진다.
전동 수단13은, 스티어링 휠1에 연결된 입력축2에 미도시의 토션바를 거쳐서 연결된 출력축8과, 출력축8에 유니버설 조인트를 거쳐서 연결된 연결축9와, 연결축9에 유니버설 조인트를 거쳐서 연결된 피니언 축10과, 피니언 축10의 피니언에 맞 물리는 랙 톱니(齒)을 가지며, 좌우의 조향륜(輪)A, A에 조향기구12, 12를 거쳐서 연결된 랙 축11 등을 구비하고 있다. 입력축2 및 전동 수단13에 의해 조타축14가 구성된다.
입력축2의 주위에는, 스티어링 휠1을 조작함에 의해서 입력축2에 가해지는 조타 토크를, 토션바에 생기는 비틀림에 의해서, 검출하는 토크 센서3이 배치되어 있다. 토크 센서3이 검출한 조타 토크에 근거해서, ECU5가 모터6을 구동 제어한다.
감속 기어 기구7은, 모터6의 출력축에 이어진 웜(worm)과, 출력축8의 도중에 감합(嵌合)된 웜 휠 등을 구비하고 있다. 모터6의 회전이 웜 및 웜 휠을 경유해서 출력축8에 전달된다.
이상과 같은 구성의 전동 파워 스티어링 장치는, 스티어링 휠1의 조작에 의한 조향 조작력이, 입력 축2, 토션바(미도시), 출력 축8, 연결 축9 및 피니언 축10을 거쳐서 랙 축11로 전달된다. 이 결과, 랙 축11이 축장 방향으로 이동함으로써, 조향 기구12, 12가 작동한다. 또한, 그와 함께, 토크 센서3이 검출한 조타 토크에 근거해서 ECU5가 모터6을 구동 제어함으로써, 모터6의 구동력이 출력 축8로 전달된다. 이에 의해, 조향 조작력이 보조되며, 조향을 위한 운전자의 노력 부담이 경감된다.
도2는 본 발명에 관련하는 전동 파워 스티어링 장치의 제어계(control system), 구체적으로는 ECU5의 내부 구성 예를 나타내는 블럭도이다.
ECU5는, 마이크로 컴퓨터21을 제어 센터로 해서, 토크 센서3이 검출한 조타 토크치Ts가 부여되어 지는 위상 보상기31과, 뒤에서 기술하는 리졸버25가 출력한 정현파 신호 및 여현파 신호가 부여되어 지는 로터 위치 검출부 62와, 모터6의 v상계자(相界磁) 코일 및 u상계자 코일에 각각 흐르는 전류치iv 및 iu를 검출하는 v상전류 검출기54 및 u상전류 검출기56과, 마이크로 컴퓨터21로부터 부여되는 3상의 각 전압 지령치V*u, V*v, V*w를 펄스 폭변조하여, 3상의 각 PWM신호 Su, Sv, Sw로서 모터 구동 회로52로 부여하는 3상 PWM부50, 등으로 구성되어 있다.
토크 센서3이 검출한 조타 토크치Ts는 위상 보상기31에 부여되어 지며, 위상 보상기31에서 위상 보상된 조타 토크치가 토크-전류 테이블33에 부여되어 진다. 또한, 차속 센서4가 검출한 차속치Vs는 토크-전류 테이블33 및 수렴성 보정부 27에 부여되어 진다.
토크-전류 테이블33에는, 차속치Vs에 따라서 가변적으로 관수가 설정된다. 토크-전류 테이블33에 설정되는 관수는, 조타 토크치가 소정의 불감대(不感帶)를 넘은 경우에는, 조타 토크치의 증가에 따라서 모터 전류의 목표치It가 비례적으로 증가하며, 또한, 조타 토크치가 소정치 이상으로 된 경우에는 모터 전류의 목표치It가 포화하는 것과 같은 관수이다. 또한, 토크-전류 테이블33에 정해져있는 관수는 차속치Vs가 커짐에 따라서 조타 토크치에 대한 모터 전류의 목표치It의 비(比)가 작아짐과 함께, 목표치It의 포화치가 작아지도록 설정되어 있다. 토크-전류 테이블33에 설정되어 있는 관수에 의해 정해진 모터 전류의 목표치It는, 가산 수단20 및 지령 전류 방향 지정부29로 부여되어 진다.
모터 전류의 목표치It는, dq좌표 변환을 이용한 모터 제어에 있어서의 d축 전류의 목표치를 나타내는 부호붙은 값이며, 그 정부는 조타 보조의 방향을 나타내고 있다.
지령 전류 방향 지정부29는, 부여된 모터 전류의 목표치It의 정부 부호에 근거해서, 조타 보조의 방향을 나타내는 방향 신호Sdir을 생성하며, 수렴성 보정부27 에 부여된다.
조타 보조를 행하는 브러쉬레스DC모터인 모터6에는, 그 로터 위치를 검출하기 위한 각도 검출기인 리졸버25가 내장되어 있다. 리졸버25가 출력한 정현파 신호 및 여현파 신호는, ECU5내의 로터 위치 검출부62, 및 리졸버25의 이상을 검출하는 이상 검출부63에 부여되어 진다. 로터 위치 검출부62는, 자세한 것은 뒤에서 기술하지만, 리졸버25로부터 부여된 정현파 신호 및 여현파 신호 각각에 대해서 진폭 포정 및 오프셋 보정을 행하며, 보정후의 정현파 신호 및 여현파 신호에 근거해서 전기각θre을 구한다. 로터 위치 검출부62에 의해 구해진 전기각θre은 정현파ROM 테이블40 및 로터 각속도 연산부42에 부여되어 진다.
또한, 로터 위치 검출부62는, 정현파 신호치 및 여현파 신호치에 대응시킨 전기각θre의 테이블을 가지고 있다. 이 테이블을 참조함으로써 로터 위치 검출부62는 보정후의 정현파 신호치 및 여현파 신호치에 대응하는 전기각θre를 구한다.
정현파 ROM 테이블40은, 전기각θre과 정현파치sinθre과를 대응시킨 테이블을 기억시킨 ROM이다. 따라서, 정현파 ROM 테이블40은, 부여된 전기각θre에 따른 정현파치sinθre를 출력하며, 3상교류/dq좌표 변환부38 및 dq/3상 교류 변환부32에 부여한다.
로터 각속도 연산부42는, 부여된 전기각θre에 근거해서 로터 각속도ωre를 산출하며, 수렴성 보정부27에 부여한다. 수렴성 보정부27에는 앞서 기술한 것처럼 차속치Vs 및 방향 신호Sdir가 부여되어져 있으며, 또한 앞서 기술한 것처럼 로터 각속도ωre도 부여되어 있다. 수렴성 보정부27은, 부여된 차속치Vs, 방향 신호Sdir 및 로터 각속도ωre에 근거해서, 차량 수렴성을 확보하기 위한 보상 전류치ic를 생성한다. 생성된 보상 전류치 ic는 가산 수단20에 부여된다.
가산 수단20은, 앞서 기술한 토크-전류 테이블33으로부터 부여되어져 있는 모터 전류의 목표치It에 상술한 보상 전류치ic를 가산하며, 그 가산 결과를 q축 전류 지령치i*q로서 감산 수단24에 부여한다.
ECU5내의 v상 전류 검출기54 및 u상 전류 검출기56은, 모터6의 v상계자 코일 및 u상계자 코일에 각각 흐르는 전류치iv 및 iu를 각각 검출하며, 검출 결과를 3상 교류/dq좌표 변환부38에 부여한다.
3상 교류/dq좌표 변환부38는, 부여된 전류치iv, iu를 정현파치sinθre에 근거해서q축 전류치iq 및 d축 전류치id로 dq변환한다. 변환후의 q축 전류치iq 및 d축 전류치id는 감산 수단24 및 감산 수단22로 각각 부여되어 진다.
감산 수단24은, 가산 수단20으로부터 부여된 q축 전류 지령치i*q와, 3상 교류/dq 좌표 변환부38로부터 부여된 q축 전류치iq와의 편차eq를 연산한다. 연산 결과의 편차eq는 q축 전류PI 제어부28로 부여되어 진다.
감산 수단22는, 토크에 관여하지 않기 때문에 「0(제로)」인 d축 전류 지령치i*d와, 3상 교류/dq 좌표 변환부38로부터 부여된d축 전류치id와의 편차ed를 연산한다. 연산 결과의 편차ed는 d축 전류PI 제어부26으로 부여되어 진다.
q축 전류PI 제어부28 및 d축 전류 PI 제어부26은, 각각에 부여된 편차eq 및 편차ed에 근거해서, PI제어를 위한 q축 전압Vq 및 d축 전압Vd를 각각 연산하며, 연산 결과를 제한 처리부30에 부여한다.
제한 처리부30은, d축 전류 PI 제어부26 및 q축 전류 PI 제어부28로부터 각각 부여된 d축 전압Vd 및 q축 전압Vq을, 각 상의 전압 지령치가 항상 정현파로 되도록 제한한 d축 전압 지령치v*d 및 q축 전압 지령치v*q를 생성하며, dq/3상 교류 변환부32에 부여한다.
dq/3상 교류 변환부32는, 제한 처리부30으로부터 부여된 q축 전압 지령치v*q 및 d축 전압 지령치v*d를 각각 dq역변환(3상 변환)함으로써, 3상의 u상 전압 지령치V*u 및 v상 전압 지령치V*v를 연산한다. 연산 결과의 u상 전압 지령치V*u 및 v상 전압 지령치V*v는 어느쪽도 감산 수단34 및 3상 PWM 부50으로 부여되어 진다.
감산 수단34는, dq/3상 교류 변환부32에 의한 연산 결과에 근거해서 w상 전압 지령치V*w를 연산한다. 구체적으로는, 감산 수단34는, 「V*w=-V*u-V*v」의 연산을 실행하며, 연산 결과인 w상 전압 지령치V*w를 3상 PWM부50으로 부여한다.
3상 PWM부50은, dq/3상 교류 변환부32 및 감산 수단34로부터 부여된 3상의 각 전압 지령치V*u, V*v, V*w를 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation)함으로써 3상 각각의 PWM신호Su, Sv, Sw를 생성한다. 이와 같이 해서 생성된 3상 각각의 전압 지령치V*u, V*v, V*w는3상 PWM부50로부터 모터 구동 회로52로 부여되어 진다.
모터 구동 회로52는, 3상 PWM부50로부터 부여된3상 각각의 PWM신호Su, Sv, Sw(펄스 신호)에 의해, 모터6의 미도시 각 상의 계자 코일과 전원 및 접지 단자와의 사이를 스위칭한다. 그 결과, 모터6은 PWM 구동되며, 토크Tm을 출력한다.
또한, 앞서 기술한 토크-전류 테이블33, 수렴성 보정부27, 가산 수단20, 지령 전류 방향 지정부29, 이상 검출부63, 로터 위치 검출부62, 정현파 ROM 테이블 40, 3상 교류/dq 좌표 변환부38, dq/3상 교류 변환부32, 감산 수단24, 감산 수단22, q축 전류 PI 제어부28, d축 전류 PI 제어부26, 제한 처리부30 및 감산 수단34는, 마이크로 컴퓨터21이 기억 수단 (미도시)으로부터 컴퓨터 프로그램을 읽어들여 실행함으로써, 또는 기억 수단 (미도시)으로부터 소정의 데이터를 마이크로 컴퓨터21가 읽어들임으로써 실현되는 기능이다.
도3 및 도4는, 앞서 기술한 것과 같은 본 발명에 관련하는 전동 파워 스티어링 장치에 있어서, 리졸버25(각도 검출기)가 출력한 정현파 신호 및 여현파 신호 각각에 대해서, 진폭 보정치 및 오프 셋 보정치를 로터 위치 검출부62가 연산하는 순서를 나타내는 플로챠트이다. 각 보정치의 연산은 로터 위치 검출부62에 의해, 예를 들면, 이그니션 키(ignition key)가 온(on)으로 되었을 때, 또는 차량의 운전중의 소정 시간이 경과하는 때마다 등에, 파라미터류를 초기화(제로 클리어)한 후에 실행된다. 또한, 이하의 처리는 구체적으로는 마이크로 컴퓨터21이 컴퓨터 프로그램을 실행함으로써 로터 위치 검출부62의 처리로서 실현된다.
로터 위치 검출부62는 기본적으로는 리졸버25가 출력한 정현파 신호sinθre를 상시 읽어들인다(S2). 그리고 로터 위치 검출부 62는 예를 들면, 정현파 신호sinθre가 증가로부터 감소로 바뀌는 값을 검출함으로써 정현파 신호sinθre의 극대치를 검출하는 처리를 실행한다(S4).
로터 위치 검출부62는, 정현파 신호sinθre의 극대치가 검출되었을 경우(S6에서 YES), 검출된 극대치를 기억하며(S8), 파라미터T1을 1 인크리먼트 한다(S10). 또한, 파라미터T1은 앞서 기술한 것처럼, 최초는 제로 클리어되어 있다. 또한 파라 미터T1의 값(値)은 정현파 신호sinθre의 최대치가 검출된 회수를 나타낸다.
로터 위치 검출부62는, 또한 예를 들면 정현파 신호sinθre가 감소로부터 증가로 변환하는 값을 검출함으로써, 정현파 신호sinθre의 최소치를 검출하는 처리를 실행한다(S12). 로터 위치 검출부62는, 정현파 신호sinθre의 최소치가 검출되었을 경우(S14에서 YES), 검출된 최소치를 기억하며(S16), 파라미터T2를 1 인크리먼드 한다(S18). 또한, 파라미터T2도 앞서 기술한 것처럼, 최초는 제로 클리어되어 있다. 또한 파라미터T2의 값은 정현파 신호sinθre의 최소치가 검출된 회수를 나타낸다.
또한, 로터 위치 검출부62는, 정현파 신호sinθre의 최대치가 검출되지않았을 경우(S6에서 NO), 스텝S12에 있어서의 정현파 신호sinθre의 최소치를 검출하는 처리로 처리 순서를 직접 이동한다. 또한, 극소치가 검출되지않았을 경우(S14에서 NO), 로터 위치 검출부62는 처리 순서를 그대로 리턴시킨다.
로터 위치 검출부62는, 파라미터T2를 1 인크리먼트하며(S18), 그 후, 파라미터T1, T2가 함께 n(n은 정정수(正整數))이상인지 아닌지 판단한다(S20). 이 판정 결과가 부(否) (S20에서 NO)이면, 로터 위치 검출부62는 처리 순서를 그대로 리턴 시킨다. 따라서, 정현파 신호sinθre의 최대치는 검출되지않으나, 극소치가 검출된 경우에는, 스텝S20에서의 판정 결과가「NO」로 되므로, 이 경우도 로터 위치 검출부62는 처리 순서를 그대로 리턴 시킨다.
로터 위치 검출부62는, 파라미터T1, T2가 함께 n이상 인 것으로 판정되었을 경우(S20에서 YES), 스텝S8 및 S16에 있어서 기억한 극대치 및 극소치를 각각 파라 미터T1, T2의 값으로 나눔으로써 각각의 평균치를 연산한다(S20). 또한 이 후, 파라미터T1, T2는 초기화(제로 클리어)된다(S24).
로터 위치 검출부62는, 그 다음에, 스텝S22에 있어서 각각 연산된 극대치의 평균치 및 극소치의 평균치를 이용하며, 「오프 셋 보정치=0-(극대치의 평균치+극소치의 평균치)/2」의 연산을 실행하며(S26), 연산 결과의 「오프셋 보정치」를 기억한다(S28), 즉, 상술의 오프 셋 보정은 중성점에 대해서 행하여 진다. 그 다음에 로터 위치 검출부62는, 「진폭 보정치=2/(극대치의 평균치-극소치의 평균치)」의 연산을 실행하며(S30), 연산 결과의 「진폭 보정치」를 기억한다(S32). 그 후, 로터 위치 검출부62는 처리 순서를 리턴 시킨다.
로터 위치 검출부62는, 스텝S28에 있어서 오프 셋 보정치를 기억하며, 스텝S32에 있어서 진폭 보정치를 기억한 후에는, 그 다음에, 오프셋 보정치 및 진폭 보정치의 기억치가 갱신되어질 때까지는 읽어들인 정현파 신호sinθre를 기억하고 있는 오프 셋 보정치 및 진폭 보정치에 의해 보정한다.
구체적으로는, 로터 위치 검출부62는, 읽어들인 정현파 신호sinθre에 오프 셋 보정치를 가산함으로써 오프 셋 보정을 실시하며, 오프 셋 보정을 실시한 정현파 신호sinθre에 진폭 보정치를 곱함으로써 진폭 보정을 실시한다.
또한, 앞서 기술한 설명은 로터 위치 검출부62에 의한 정현파 신호sinθre에 관한 처리 순서이나, 여현파 신호cosθre에 대해서도 로터 위치 검출부62는 같은 형태로 처리를 실행한다. 즉, 로터 위치 검출부62는, 정현파 신호sinθre 및 여현파 신호cosθre의 쌍방에 대한 보정 동작을 병행해서 실행한다.
다음에 본 발명에 관련하는 전동 파워 스티어링 장치의 각도 검출기인 리졸버에 이상(고장)이 발생하고 있는 경우의 검출 동작을, ECU5의 마이크로 컴퓨터21에 의한 처리 순서를 나타내는 도5의 플로챠트를 참조해서 설명한다. 또한, 이하의 처리는 구체적으로는 마이크로 컴퓨터21이 컴퓨터 프로그램을 실행함으로써 이상 검출부63의 처리로서 실현된다.
이상 검출부63은, 리졸버25가 출력한 정현파 신호sinθre 및 여현파 신호cosθre를 기본적으로는 상시 읽어들이고 있으며(S40), 「sin2θre + cos2θre」의 연산을 상시 실행하고 있다(S42). 그리고, 이상 검출부63은「sin2θre + cos2θre」의 연산 결과가 소정 범위m~M내에 수용되는 경우에는(S44에서 YES), 이상 검출부63은 처리 순서를 그대로 리턴 시킨다.
한편, 스텝S44에서의 판정 결과가 소정 범위m~M내에 수용되지 않는 경우에는(S44에서 NO), 이상 검출부63은 각도 검출기(리졸버25)에 이상이 발생하고 있다고 판단하며, 리졸버25 (각도 검출기)에 이상이 발생하고 있는 것을 나타내는 각도 검출기 이상 신호를 출력한다(S46). 이후, 이상 검출부63은 처리 순서를 리턴 시킨다.
ECU5는, 이상 검출부63이 각도 검출기 이상 신호를 출력했을 때는, 예를 들면, 모터 구동 회로52에 의한 모터6의 구동 제어를 금지함으로써, 모터6이 스티어링 휠1의 회전에 맞추어서 자유롭게 회전할 수 있는 상태로 한다.
여기에서, 앞서 기술한 소정 범위m~M는, 도6A에 나타내는 (cosθre, sinθ re)를 성분으로 하는 벡터의 크기에 근거하며, 이론치에 대해서 오차 및 여유 예측해서, 도6B에 나타내는 것처럼 정상 범위가 결정된다.
cosθre 및 sinθre는, 이론상으로는, 어느쪽도 -1~+1의 범위 내에 수용 될 것이나, 도7A에 나타내듯이, 리졸버25의 오차 범위의 최대치인 범위외 훼일(fail) 역치
Figure 112006039220646-PAT00001
에 근거해서, 소정 범위m~M의 상한치M이 결정된다.
소정 범위m~M의 하한치m은, 도7B에 나타내는 것처럼, 리졸버25의 출력 신호인cosθre 및 sinθre의, 앞서 기술한 각각의 진폭 보정 및 오프 셋 보정에 의해 보정 가능한 범위 내에 있어서의 「sin2θre + cos2θre」가 취할 수 있는 값 중의 최소치로서 정해진다. 예를 들면, 최소 진폭치가 보정 가능한 경우에, 오프 셋 보정 가능 범위 내에서 최대치만큼 어긋나 있을 경우(오프 셋 하고 있다)를 상정해서 최소치m을 결정 한다. 또한, 여기서는 cosθre 및 sinθre은, 진폭 보정 및 오프 셋 보정을 행하기 전의 값이다.
이 발명을 상세하게 설명하여 도시해왔지만, 이것은 예시를 위한 것일뿐, 한정적으로 해석해서는 안되며, 발명의 정신과 범위는 첨부한 청구 범위에 의해서만 한정되는 것을 명백하게 이해 할 수 있을 것이다.
본 발명은 상술한 것과 같은 사정에 감안해서 안출 된 것이다. 본 발명의 주요 목적은, 조타 보조용의 전동 모터로서 브러쉬레스 DC 모터를 사용하는 경우에, 브러쉬레스 DC 모터의 로터 위치의 검출기(각도 검출기)의 이상을 조기에 검출하는 것이 가능한 전동 파워 스티어링 장치, 및 각도 검출기의 이상을 검출하는 방법을 제공할 수 있다.

Claims (6)

  1. 조타 보조용의 브러쉬레스DC 모터의 로터 위치에 따른 정현파 신호 및 여현파 신호를 출력하는 각도 검출기와, 조타 부재에 부여된 조타 토크를 검출하는 토크 검출기와, 상기 각도 검출기에 이상이 발생하고 있는 것을 검출하는 이상 검출부를 구비하며, 상기 각도 검출기가 출력한 정현파 신호 및 여현파 신호와, 상기 토크 검출기가 검출한 조타 토크와에 근거해서 상기 브러쉬레스 DC 모터를 구동해서 조타 보조하는 전동 파워 스티어링 장치에 있어서,
    상기 이상 검출부가,
    상기 각도 검출기가 검출한 정현파 신호를 2제곱하는 정현파 신호 2제곱 수단과,
    상기 각도 검출기가 검출한 여현파 신호를 2제곱하는 여현파 신호 2제곱 수단과,
    상기 정현파 신호 2제곱 수단에 의해 2제곱된 정현파 신호 및 상기 여현파 신호 2제곱 수단에 의해 2제곱된 여현파 신호를 가산하는 가산 수단과,
    상기 가산 수단에 의한 가산 결과가 소정 범위 내에 수용되는지 아닌지를 판정하는 판정 수단과,
    가산 결과가 상기 소정 범위에 수용되지 않는 것으로 상기 판정 수단이 판정했을 경우에, 상기 각도 검출기에 이상이 발생하고 있는 것을 검출하는 이상 검출 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 전동 파워 스티어링 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 소정 범위의 상한은, 상기 정현파 신호 및 여현파 신호 각각의 오차 범위에 근거해서 정해져 있는 것을 특징으로 하는 전동 파워 스티어링 장치.
  3. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 각도 검출기가 검출한 정현파 신호의 중성점(neutral point)에 대한 오프 셋을 보정하는 정현파 오프 셋 보정 수단과,
    상기 각도 검출기가 검출한 여현파 신호의 중성점에 대한 오프 셋을 보정하는 여현파 오프 셋 보정 수단과,
    상기 각도 검출기가 검출한 정현파 신호의 진폭치를 보정하는 정현파 진폭 보정 수단과,
    상기 각도 검출기가 검출한 여현파 신호의 진폭치를 보정하는 여현파 진폭 보정 수단과를 또한 구비하며,
    상기 소정 범위의 하한은, 상기 양 오프 셋 보정 수단 및 상기 양 진폭 보정 수단에 의한 상기 정현파 신호 및 여현파 신호의 보정 가능한 범위 내에서의, 상기 가산 수단에 의한 가산 결과의 최소치에 근거해서 정해지는 것을 특징으로 하는 전동 파워 스티어링 장치.
  4. 조타 보조용의 브러쉬레스 DC 모터의 로터 위치에 따른 정현파 신호 및 여현 파 신호를 출력하는 각도 검출기와, 조타 부재에 부여된 조타 토크를 검출하는 토크 검출기와, 상기 각도 검출기에 이상이 발생하고 있는 것을 검출하는 이상 검출부를 구비하며, 상기 각도 검출기가 출력한 정현파 신호 및 여현파 신호와, 상기 토크 검출기가 검출한 조타 토크와에 근거해서 상기 브러쉬레스 DC 모타를 구동해서 조타 보조하는 전동 파워 스티어링 장치의 상기 각도 검출기에 이상이 발생하고 있는 것을 상기 이상 검출부에 의해 검출하는 방법에 있어서, 이하의 스텝:
    상기 이상 검출부에, 상기 각도 검출기가 출력한 정현파 신호를 2제곱시키는 스텝과,
    상기 이상 검출부에, 상기 각도 검출기가 출력한 여현파 신호를 2제곱시키는 스텝과,
    상기 이상 검출부에, 상기 2제곱된 정현파 신호 및 상기 2제곱된 여현파 신호를 가산 시키는 스텝과,
    상기 이상 검출부에, 상기 가산 결과가 소정 범위 내에 수용되는지 아닌지를 판정시키는 스텝과,
    가산 결과가 상기 소정 범위에 수용되지 않는 경우에, 상기 각도 검출기에 이상이 발생하고 있는 것으로 상기 이상 검출부에 판정시키는 스텝을 구비하는 것을 특징으로 하는 검출 방법.
  5. 청구항 4항에 있어서,
    상기 소정 범위의 상한은, 상기 각도 검출기가 출력한 정현파 신호 및 상기 각도 검출기가 출력한 여현파 신호 각각의 오차 범위에 근거해서 정해져 있는 것을 특징으로 하는 검출 방법.
  6. 청구항 4 또는 5에 있어서,
    상기 전동 파워 스티어링 장치는 상기 각도 검출기가 출력한 정현파 신호 및 여현파 신호에 근거해서 상기 브러쉬레스 DC 모터의 로터 위치를 검출하는 로터 위치 검출부를 또한 구비하며,
    상기 방법이 또한 이하의 스텝:
    상기 로터 위치 검출부에, 상기 각도 검출기가 출력한 정현파 신호의 중성점에 대한 오프 셋을 보정시키는 스텝과,
    상기 로터 위치 검출부에, 상기 각도 검출기가 출력한 여현파 신호의 중성점에 대한 오프 셋을 보정시키는 스텝과,
    상기 로터 위치 검출부에, 상기 정현파 신호의 진폭치를 보정시키는 스텝과,
    상기 로터 위치 검출부에, 상기 여현파 신호의 진폭치를 보정시키는 스텝을 구비하며,
    상기 소정 범위의 하한은, 상기 양 오프 셋을 보정하는 스텝 및 상기 양 진폭치를 보정하는 스텝에 의한 상기 각도 검출기가 출력한 정현파 신호 및 상기 각도 검출기가 출력한 여현파 신호의 보정 가능한 범위 내에서의, 상기 가산하는 스텝에 의한 가산 결과의 최소치에 근거해서 정해지는 것을 특징으로 하는 검출 방법.
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