KR20070116629A - 전동 파워 스티어링 장치의 제어 방법 및 제어 장치 - Google Patents

전동 파워 스티어링 장치의 제어 방법 및 제어 장치 Download PDF

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카오민 타
춘하오 지앙
히데유키 고바야시
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닛본 세이고 가부시끼가이샤
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Abstract

본 발명은, 벡터(vector) 제어에 의해 모터를 제어하는 동시에, 조타(操舵) 토크 등에 의해 연산된 전류 지령값에 따라 상기 모터를 구동하여, 차량의 조타 시스템에 조타 보조력을 부여하도록 되어 있는 전동 파워 스티어링 장치의 제어 방법에 있어서, 상기 벡터 제어의 약한 계자(界磁) 제어시 및 약하지 않은 계자 제어시에, 원하는 출력 특성 및 각속도(角速度)에 따라 상기 전류 지령값을 제한하는 것을 특징으로 한다.
전동 파워 스티어링, 조타 토크, 조타 보조력, 출력 특성

Description

전동 파워 스티어링 장치의 제어 방법 및 제어 장치{ELECTRIC POWER STEERING DEVICE CONTROL METHOD AND APPARATUS}
본 발명은, 영구 자석형 브러시레스 DC 모터를 사용한 전동 파워 스티어링 장치의 제어 방법 및 제어 장치에 관한 것이며, 특히 벡터(vector) 제어의 d축 약한 계자(界磁) 제어시에, 요구 사양을 만족시키는 범위 내에서 가능한 한 작은 d축 전류를 설정하도록 전류 지령값을 제한함으로써, 급속한 핸들 조작 등에 있어서 발생하는 핸들의 비정상음의 원인으로 되는 모터의 토크 리플(torque ripple)을 경감할 수 있는 전동 파워 스티어링 장치의 제어 방법 및 제어 장치에 관한 것이다.
자동차의 핸들을 가볍게 조작할 수 있도록, 모터의 회전력으로 보조력을 가하는 전동 파워 스티어링 장치가 널리 사용되고 있다. 이 전동 파워 스티어링 장치는, 모터의 구동력을 감속기를 통하여 기어 또는 벨트 등의 전달 기구에 의해, 스티어링 샤프트 또는 랙축에 보조력을 가하도록 되어 있다.
이와 같은 전동 파워 스티어링 장치의 일반적인 구성을 도 1에 나타낸다. 조향(操向) 핸들(301)의 축(302)은 감속 기어(303), 유니버셜 조인트(304a, 304b), 피니언 랙 기구(305)를 거쳐 조향 차륜의 타이로드(tie rods)(306)에 연결되어 있다. 축(302)에는, 조향 핸들(301)의 조타 토크를 검출하는 토크 센서(307)가 설치 되어 있고, 조향 핸들(301)의 조타력을 보조하는 모터(308)가 감속 기어(303)를 통하여 축(302)에 연결되어 있다.
이와 같은 구성의 전동 파워 스티어링 장치에 있어서, 조향 핸들(301)로부터 전달된 운전자의 핸들 조작에 의한 조타 토크를 토크 센서(307)로 검출하고, 상기 토크 신호나 차속에 따라 산출되는 전류 지령값에 따라 모터(308)는 구동 제어되고, 이 구동이 운전자의 핸들 조작의 보조력으로 되고, 운전자는 가벼운 힘으로 핸들 조작을 행할 수 있다. 즉, 핸들 조작에 의해 출력된 조타 토크로부터, 어떠한 전류 지령값을 산출하고, 상기 전류 지령값에 따라 모터(308)를 어떻게 제어하는지에 따라, 핸들 조타에 있어서의 필링의 좋고나쁨이 정해져, 전동 파워 스티어링 장치의 성능이 크게 좌우된다.
그래서, 이와 같은 관점으로부터 전동 파워 스티어링 장치에 있어서의 바람직한 모터 제어를 실현하기 위한 과제를 설명하기 전에, 전동 파워 스티어링 장치에 사용되는 모터의 일반적인 모터 특성 및 모터의 토크 제어에 대하여 설명한다.
먼저, 모터 특성에 대하여 설명한다. 모터의 통상 동작 영역은, 모터 출력 방정식으로부터 안내되는 토크-속도 특성(T-n 특성)으로 정의할 수 있다. 그래서, 3상 브러시레스 DC 모터(BLDC 모터)에 관한 모터 출력 방정식은 수식 1과 같이 나타낼 수 있다.
[수식 1]
Figure 112007072378569-PCT00001
여기서, v는 모터의 상(相) 전압, i는 모터의 상(相) 전류, EMF는 상(相) 역 기(逆起) 전압, R은 모터의 상(相)당의 저항값, L은 상(相)당의 인덕턴스값이다.
여기서, 포화 상태(PWM의 듀티가 100%)이면, 모터 구동을 위한 배터리 전압 Vbat가 모터의 2코일에 인가되므로, 수식 1은 수식 2와 같이 바꾸어 표현할 수 있다.
[수식 2]
Figure 112007072378569-PCT00002
여기서, EMFLL은 2상 사이에서 측정되는 역기 전압, I는 모터 전류이다.
다음에, 역기 전압 EMF의 방정식인 수식 3과 토크 방정식인 수식 4를 사용하여 수식 2를 연산하면, 수식 5를 도출할 수 있다.
[수식 3]
Figure 112007072378569-PCT00003
여기서, Ke는 역기 전압 정수(定數), ω는 각속도(회전 속도)이다.
[수식 4]
Figure 112007072378569-PCT00004
여기서, Kt는 토크 정수이다.
[수식 5]
Figure 112007072378569-PCT00005
여기서, ω0= Vbat/Ke는 무부하(토크가 영(零))시의 각속도이며, Io= Vbat/2R은 구속(拘束) 전류(stall current)(각속도 0)이며, To= KtㆍIo는 구속 토크(stall torque)이다.
상기 수식 5를, 단위를 rpm으로 하여 고쳐 쓰면 수식 6과 같이 된다.
[수식 6]
Figure 112007072378569-PCT00006
상기 수식 6은, 직선의 토크-속도 특성(T-n 특성)을 나타내고 있다.
여기에 있어서, 실제의 브러시레스(brushless) DC 모터의 토크-속도 특성(T-n 특성)은 수식 6과 약간 상이하고, 하기 수식 7과 같이 나타낼 수가 있다.
[수식 7]
Figure 112007072378569-PCT00007
여기서, n0는 무부하 회전수, nrated는 정격(定格) 회전수, Trated는 정격 토크이다.
수식 6과 수식 7의 식을 도면으로 나타내면 도 2와 같이 된다. 그리고, 도 2에 있어서 A점은 정격(定格)을 나타내는 점이며, B점은 무부하를 나타내는 점이다. 수식 6이 나타내는 파선(破線)은 이상적(理想的)인 직선인데 대하여, 수식 7이 나타내는 실특성(실선)은 이상적인 직선과는 약간 상이하다. 이것은, 모터의 인덕턴스값 L의 영향에 의한 것이다. 큰 전류가 통전할 수록, 실특성은 이상적인 직선으로부터 멀어진 선으로 된다.
여기서, 도 2의 T-n 특성이 나타내는 의미는, 모터의 한계를 나타낸 것이다. 도 2의 T-n 특성의 아래 영역에서, 모터는 열적(熱的) 및 전기적 한계를 초과하지 않고, 정지 상태로부터 최대 각속도까지 동작하여, 최대 토크를 출력할 수 있다.
도 3에 있어서, 특성 1은 출력이 작은 모터의 T-n 특성, 특성 3은 출력이 큰 특성을 나타내고 있다. 또, 특성 2가 전동 파워 스티어링 장치의 모터 부하 특성을 나타내는 것으로 하면, 특성 3으로 나타낸 대출력의 모터를 사용할 수 있으면, 특성 2의 부하 특성을 모든 영역에서 커버할 수 있지만, 모터의 비용이나 외형이 대형으로 되는 문제가 있다. 그래서, 특성 1의 출력이 작은 모터로 특성 2의 부하 특성을 커버하려고 하면, 고속 회전 영역에서 커버할 수 없게 된다. 그러므로, 특성 1의 모터로 특성 2의 부하 특성을 커버하는 방법으로서, 모터의 벡터 제어에 있어서의 약한 계자 제어를 사용하여, 특성 1의 모터의 T-n 특성을 특성 4의 T-n 특성으로 변경하는 방법이 고려된다.
약한 계자 제어도 고려한 벡터 제어에 의해 전동 파워 스티어링 장치의 모터를 제어하는 것은, 종래 잘 알려져 있다. 예를 들면, 일본국 특개 2001-18822호 공보에 있어서도, 벡터 제어를 이용하여 전동 파워 스티어링 장치의 모터를 제어하고 있다.
도 4는, 상기 일본국 특개 2001-18822호 공보의 벡터 제어를 이용한 전동 파워 스티어링 장치의 제어 장치의 기본적 구성을 나타내고 있다.
토크 지령값 Tref를 기초로 지령 전류 결정 수단(324)에 의해 d축, q축의 전류 지령값 idref, iqref가 산출된다. 한편, 모터(308)의 모터 전류 ia, ib, ic는 전류 검출 수단(341, 342)에 의해 검출되고, 검출된 전류 ia, ib, ic는 3상/2상 변 환 수단(343)에 의해 d-q2축의 전류 id, iq로 변환된다. 감산부(325, 326)에서 d축, q축의 전류 지령값 idref, iqref와 피드백된 전류 id, iq의 편차 전류가 산출된다. 편차 전류는 PI 제어 수단(328)에 입력되고, 편차 전류를 0으로 하도록 한 전압 지령값 vd, vq가 산출된다. 모터(308)는 3상 모터이며, 전압 지령값 vd, vq는 2상/3상 변환 수단(336)에 의해 3상의 전압 지령값 va, vb, vc로 변환된다.
PWM 제어 수단(337)은, 3상의 전압 지령값 va, vb, vc에 따라 PWM 제어된 게이트 신호를 생성한다. 인버터(338)는 PWM 제어 수단(337)에 의해 생성된 게이트 신호에 의해 구동되고, 모터(308)에는 편차 전류가 0으로 되도록 한 전류가 공급된다. 그리고, 리졸버(316)에 의해 모터(308)의 각도(회전 위치) θ가 검출되고, 각도 θ로부터 각속도 변환 수단(348)에 의해 각속도(회전 속도) ω가 산출되고, 벡터 제어에 이용된다.
이와 같은 벡터 제어에서는, 모터의 고속 회전 영역에서는, 약한 계자 제어가 이용된다.
여기서, 토크 센서(307)에 의해 검출된 조타 토크(또는 차속 등)를 기초로 산출되는 조타 보조 전류 지령값 Iref에 따라 모터(308)는 벡터 제어된다. 이 벡터 제어를 수식에 의해 표현하면, 하기 수식 8 또는 수식 9와 같이 된다. 수식 8은 약한 계자 제어가 없는 경우(Id= 0)이며, 수식 9는 약한 계자 제어를 실행하고 있는(Id≠0) 경우이다.
[수식 8]
Figure 112007072378569-PCT00008
[수식 9]
Figure 112007072378569-PCT00009
한편, 모터 전류 Is를 d축 전류 지령값 Id 및 q축 전류 지령값 Iq로 표현하면, 하기 수식 10과 같이 된다.
[수식 10]
Figure 112007072378569-PCT00010
이와 같은 전류 관계를 조건으로 하여 모터의 벡터 제어에 있어서, 핸들을 급속히 되돌리면(turning-returning), 모터는 필요로 하는 토크를 출력하지 못하고, 약한 계자 제어를 실행하는 영역으로 된다. 즉, 고속 회전 영역에서는, PWM의 듀티가 포화 상태(듀티= 100%)로 되어 버릴 가능성이 있다.
PWM의 듀티가 포화되면, 전류 파형이 왜곡되어 모터의 토크 리플이 커지고, 그 결과 핸들에 진동이 발생하거나, 모터로부터 비정상음이 발생한다.
이와 같이, 정(定)토크 출력의 한계를 넘어 제어하려고 하면, PWM의 듀티가 포화되어 토크 리플이 커져, 운전자는 핸들 조작에 진동이나 위화감을 느끼게 된다.
그래서, 이와 같은 문제에 대응하는 제어 방식으로서, 일본국 특개평 8-142886호 공보와 같은 제어 방식이 알려져 있다. 도 5는, 상기 일본국 특개평 8-142886호 공보에 나타나 있는 제어 플로도이다. 전류 지령 연산기(2018)에 의해 연산된 모터의 전류 지령값 SI에 따라 연산된 모터 구동 신호 SM이, 상한값 SMAX와 하한값 -SMAX 사이에 있을 때는, 연산된 모터 구동 신호 SM에 따라 모터(308)는 PWM 제어된다. 그러나, 모터 전류 지령값 SI에 따라 연산된 모터 구동 신호 SM이, 상한값 SMAX 이상 또는 하한값 -SMAX 이하로 되는 경우에는, 모터 구동 신호 SM은, 상한값 SMAX 또는 하한값 -SMAX로 치환되어, 출력값이 리미터(2110)에 의해 제한되도록 되어 있다.
이와 같이, 상기 일본국 특개평 8-142886호 공보에 나타낸 장치에서는 PWM의 듀티가 강제적으로 제한되므로, PWM의 듀티의 포화를 방지할 수 있다.
그러나, 상기 일본국 특개평 8-142886호 공보에 기재된 장치에서는, PWM 회로(2029)에의 출력값이 리미터(2110)에 의해 제한되게 되므로, 운전자에 대한 핸들 조작의 위화감을 없앨 수 없다.
여기에 있어서, 영구 자석형 브러시레스 DC 모터의 약한 계자 제어에는, 3개의 개념이 존재한다. 즉, 정전압(定電壓) 정전력(定電力) 제어, 정전류(定電流) 정전력 제어 및 정전류 정전압 제어이다. 최초의 2개의 개념은 비교적 간단한 것이지만, 정전력 조건은 광범위한 속도에 있어서 유지되는 것은 아니다. 3번째 개 념은 리미트 조건이 고려되므로, 보다 정확한 것이다. 그러나, 모터 저항은 자주 무시되고, 특히 소형 모터에 대하여 현저한 계산 오차를 부여하므로, 모터 저항은 인덕턴스에 관하여 비교적 큰 것이다. 즉, 모터 저항은 물론, 인덕턴스의 영향도 고려할 필요가 있다.
전동 파워 스티어링 시스템에 있어서는, 조타 보조 토크는 조타 토크의 함수로 되어 있다. 핸들이 매우 빨리 되돌려졌을 때는 요구되는 조타 보조 토크가 크고, 모터가 즉시 추종할 수 없으므로 정확한 보조 토크를 부여할 수 없다. 이것은, 모터 전류를 제한하는 전술한 바와 같은 시스템(제한된 모터 전력, 듀티의 포화)에서는, 요구되는 토크에 직접 비례하는 전류 지령값(기준 전류)에 상당하는 모터 전류를 흐르게 할 수 없다. 이 상태에서는 토크 리플이 발생하고, 그에 따라 핸들 조작의 위화감이나 소음이 생기게 된다.
본 발명은 전술한 바와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것이며, 본 발명의 목적은, 벡터 제어의 d축 약한 계자 제어시에, 요구 사양을 만족시키는 범위 내에서 가능한 한 작은 d축 전류를 설정하도록 전류 지령값을 제한함으로써, 핸들의 급속한 되돌림 조타 시에도 모터의 고속 영역에 있어서의 토크 리플을 억제하고, 그 결과, 핸들에 진동이 발생하지 않고, 또한 핸들 조작에 위화감이 없는 전동 파워 스티어링 장치의 제어 방법 및 제어 장치를 제공하는 것에 있다. 약한 계자 제어를 모터 성능의 한계를 넘어 사용하면, 토크 리플 등에 의해 소음이 커져 버리는 문제가 있기 때문이다.
또, 본 발명의 목적은, 모터 구동에 있어서의 토크 리플을 최소로 하는 기준 전류를 제한하기 위한 방법, 모터의 동작 영역을 펼치기 위해서 약한 계자 제어 영역의 d축 전류의 계산을, 인버터 및 최대 기능화의 개념에 따라 계산함으로써, 토크 리플이 항상 작고, 또한 핸들 조작에 위화감이 없는 전동 파워 스티어링 장치의 제어 방법 및 제어 장치를 제공하는 것에 있다.
[과제 해결 수단]
본 발명은, 벡터 제어에 의해 모터를 제어하는 동시에, 조타 토크 등에 따라서 연산된 전류 지령값에 의해 상기 모터를 구동하고, 차량의 조타 시스템에 조타 보조력을 부여하도록 되어 있는 전동 파워 스티어링 장치의 제어 방법에 관한 것이며, 본 발명의 상기 목적은, 상기 벡터 제어의 약한 계자 제어시 및 약하지 않은 계자 제어시에, 원하는 출력 특성 및 각속도에 따라 상기 전류 지령값을 제한함으로써 달성된다.
본 발명의 상기 목적은, 상기 전류 지령값의 제한에 관한 연산값을 룩업 테이블(look up table) 등에 유지하여 행함으로써, 또는 상기 전류 지령값의 제한에, 추가로 배터리 전압을 사용함으로써, 보다 효과적으로 달성된다.
본 발명은, 조타 토크 및 차속에 따라 연산된 전류 지령값을, 토크 성분 전류(q축 전류)와 여자(勵磁) 성분 전류(d축 전류)로 변환하여 모터 전류를 제어하는 벡터 제어에 의해 모터를 구동하여, 차량의 조타 시스템에 조타 보조력을 부여하도록 되어 있는 전동 파워 스티어링 장치의 제어 방법에 관한 것이며, 본 발명의 상기 목적은, 상기 벡터 제어의 약한 계자 제어 영역의 d축 전류 지령값의 계산을 상기 모터의 정격 출력 특성 및 각속도에 따라 행하여 상기 전류 지령값을 제한하는 동시에, 상기 d축 전류 지령값 및 배터리 전압의 변화분을 구하고, 상기 변화분으로 상기 각속도를 보정함으로써 달성된다.
또, 본 발명은, 조타 토크 등에 따라서, 조타 보조 전류 지령값을 연산하는 조타 보조 전류 지령값 연산부와, 상기 조타 보조 전류 지령값의 벡터 제어에 의해 모터를 구동 제어하는 구동 제어부를 구비하고, 상기 모터에 의해 차량의 조타 시스템에 조타 보조력을 부여하도록 되어 있는 전동 파워 스티어링 장치의 제어 장치에 관한 것이며, 본 발명의 상기 목적은, 상기 모터의 정격 출력 특성과, 상기 전류 지령값 및 상기 모터의 각속도에 따라 상기 조타 보조 전류 지령값을 제한하는 전류 지령값 산출부를 설치하고, 상기 벡터 제어의 약한 계자 제어시 및 약하지 않은 계자 제어시에, 상기 전류 지령값 산출부는 전류 지령값의 제한값 및 d축 전류 지령값을 출력함으로써 달성된다.
본 발명의 상기 목적은, 상기 전류 지령값 산출부를, 상기 각속도에 따라 제1 제한값을 출력하는 제1 룩업 테이블과, 상기 각속도에 따라 베이스 제한값을 출력하는 제2 룩업 테이블과, 상기 조타 보조 전류 지령값 및 제1 제한값을 비교하여 상기 제한값을 출력하는 제1 비교부와, 상기 조타 보조 전류 지령값 및 베이스 제한값을 비교하여 베이스 지령값을 출력하는 제2 비교부와, 상기 각속도 및 제한값을 입력하여 상기 d축 전류 지령값을 출력하는 제3 룩업 테이블과, 상기 제한값 및 베이스 제한값을 전환하여 출력하는 스위치부와, 상기 각속도를 검출하여 상기 스위치를 전환하는 검출 전환부로 구성함으로써, 보다 효과적으로 달성된다.
본 발명은, 조타 토크 등에 따라서, 조타 보조 전류 지령값을 연산하는 조타 보조 전류 지령값 연산부와, 상기 조타 보조 전류 지령값의 벡터 제어에 의해 모터를 구동 제어하는 구동 제어부를 구비하고, 상기 모터에 의해 차량의 조타 시스템에 조타 보조력을 부여하도록 되어 있는 전동 파워 스티어링 장치의 제어 장치에 관한 것이며, 본 발명의 상기 목적은, 상기 모터의 정격 출력 특성과, 상기 전류 지령값, 상기 모터의 각속도 및 배터리 전압에 따라 상기 조타 보조 전류 지령값을 제한하는 전류 지령값 산출부와, d축 전류 지령값 및 상기 전류 지령값 산출부로부터의 전류 지령값의 제한값을 입력하는 동시에, 배터리 전압을 입력하여 각속도 변화분을 산출하는 배터리 전압 변화 적합부와, 상기 모터의 각속도 및 상기 각속도 변화분을 가산한 가산값을 상기 전류 지령값 산출부에 입력하는 가산부를 설치하고, 상기 벡터 제어의 약한 계자 제어시 및 약하지 않은 계자 제어시에, 상기 전류 지령값 산출부는 전류 지령값의 제한값 및 d축 전류 지령값을 출력함으로써 달성된다.
본 발명의 상기 목적은, 상기 전류 지령값 산출부를, 상기 가산값에 따라 제1 제한값을 출력하는 제1 룩업 테이블과, 상기 가산값에 따라 베이스 제한값을 출력하는 제2 룩업 테이블과, 상기 조타 보조 전류 지령값 및 제1 제한값을 비교하여 상기 제한값을 출력하는 제1 비교부와, 상기 조타 보조 전류 지령값 및 베이스 제한값을 비교하여 베이스 지령값을 출력하는 제2 비교부와, 상기 가산값 및 제한값을 입력하여 상기 d축 전류 지령값을 출력하는 제3 룩업 테이블과, 상기 제한값 및 베이스 제한값을 전환하여 출력하는 스위치부와, 상기 가산값의 크기를 검출하여 상기 스위치를 전환하는 검출 전환부로 구성함으로써, 또는 상기 배터리 전압 변화 적합부를, 상기 d축 전류 지령값 및 전류 지령값의 제한값을 입력하여 적합한 연산값을 출력하는 제4 룩업 테이블과, 상기 배터리 전압 및 상기 적합한 연산값을 곱하는 승산부(乘算部)로 구성하고, 상기 승산부로부터 각속도 변화분을 출력함으로써, 또는 상기 모터를 영구 자석형 브러시레스 DC 모터로함으로써, 보다 효과적으로 달성된다.
[효과]
본 발명에 의하면, 과도한 기준 전류에 기인하는 전류 오차를 경감함으로써, 고속 영역에 있어서의 동작 노이즈 및 토크 리플을 경감할 수 있고, 또 정확한 전류 지령값의 제한값을 계산함으로써, 듀티의 포화를 방지할 수 있다. 그 결과, 모터 전류 파형의 불균일에 의한 토크 리플의 발생을 억제할 수 있으므로, 급속한 핸들의 되돌림 조타를 행해도 모터로부터 비정상음이 발생하지 않아, 핸들 조작에 위화감을 느끼지 않는 전동 파워 스티어링 장치를 제공할 수 있다.
또, 요구 사양의 전류 Iref-lim에 따라 d축 전류 지령값 Id를 계산함으로써, 요구되는 부하 속도에 대응한 최소 전류를 얻을 수 있고, 과도한 d축 전류 지령값 Id에 따른 조타의 소음을 없이 하는 동시에, 에너지 절약에도 기여하게 된다.
도 1은 일반적인 전동 파워 스티어링 장치의 구성도이다.
도 2는 모터의 T-n 특성을 나타낸 도면이다.
도 3은 모터 특성과 모터 부하 특성을 중첩하여 나타낸 도면이다.
도 4는 종래의 벡터 제어 장치의 구성예를 나타낸 블록도이다.
도 5는 종래의 전류 제한값에 의한 제어 장치의 구성예를 나타낸 블록도이다.
도 6은 본 발명의 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명을 적용할 수 있는 유사한 벡터 제어의 구성예를 나타낸 블록도이다.
도 8은 전류 지령값 산출부의 구성예를 나타낸 블록도이다.
도 9는 d축 전류 지령값 및 전류 지령값과 모터 회전 속도의 특성예(3영역)를 나타낸 도면이다.
도 10은 d축 전류 지령값 및 전류 지령값과 모터 회전 속도의 특성예(4영역)를 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 동작예를 나타낸 플로차트이다.
도 12는 기본파와, 3차 고조파와, 실제로 모터에 인가되는 전압과의 관계를 나타낸 파형도이다.
도 13은 모터의 T-n 특성과 바람직한 약한 계자 제어의 특성을 나타낸 도면이다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 블록 구성도이다.
도 15는 본 발명의 다른 동작예를 나타낸 플로차트이다.
먼저, 조타 보조 전류 지령값 Iref에 제한을 가하는 전류 지령값의 제한값 Ireflim의 산출 원리를 설명한다.
본 발명의 기본적인 생각은 일본국 특개평 8-142886호 공보에 개시되어 있는 전류 리미터와는 상이하고, 즉 조타 보조 전류 지령값에 따라 연산된 전류 지령값에 제한을 가하는 것이 아니라, 조타 보조 전류 지령값에 미리 제한을 가하고, 이 제한된 전류 지령값에 따라 모터 구동을 위한 연산을 행하는 것에 있다. 그리고, 전류 지령값의 제한값을 구하는 조건으로서, 모터의 정격 출력 특성 및 각속도(회전 속도) ω, 또한 배터리 전압 Vdc(DC 링크 전압)를 이용하고 있는 것에 있다. 즉, 도 3의 정격 출력 특성을 나타내는 특성 2(정격 출력 특성) 또는 특성 4(최대 출력 특성)에 따라 모터에의 전류 지령값을 억제하는 것에 있다. 그리고, 특성 4의 최대 출력 특성으로 전류 지령값에 제한을 가하면 전류 제한값이 최대로 되어, 핸들 조작에 가장 충실하게 전동 파워 스티어링 장치가 추종할 수 있다.
정격 출력 특성으로서 최대 출력 특성을 이용한 경우의 전류 제한값의 산출에 대하여, 이하에 설명한다.
모터의 정격 출력 Pn은, 모터의 표시값으로서 수식 11과 같이 산출할 수 있다.
[수식 11]
Figure 112007072378569-PCT00011
단, Tn는 정격 토크, ωn은 정격 각속도이다.
또, 모터의 최대 출력 Pmax는 항상 동작 가능한 최대 출력을 의미하고 있고, 모터의 메이커에 따라 부여되는 특성이다. 일반적으로, 최대 출력 Pmax와 정격 출력 Pn에는 하기 수식 12와 같은 관계가 있다.
[수식 12]
Figure 112007072378569-PCT00012
수식 12는, 모터의 최대 출력 Pmax의 점이 모터의 정격 동작점과는 다르게 되어 있는 것을 의미하고 있고, 이것은 모터 구동의 회로 구성에도 의존하는 경우이다. 전동 파워 스티어링 장치의 모터에서는, 최대 출력 Pmax는 정격 각속도 ωn 보다 고속 회전의 영역에서 발생하고 있다.
모터의 정격 출력 Pn의 특성 2와 최대 출력 Pmax의 특성 4를 동일 도면 상에 나타내면, 도 6과 같이 된다. 이 도 6으로부터, 최대 출력 Pmax를 나타내는 특성 4가, 정격 출력 Pn을 나타내는 특성 2를 회전수 축(세로축) 방향으로 n-offset("nos"라고 함)만큼 시프트된 관계로 되어 있는 것을 알 수 있다. 회전수 n(rpm) 표시에 대응하는 각속도 ω(rad/s)로 표시하면, 오프셋 nos는 각속도 "ωos"로 나타낼 수 있다. 즉, 각속도 ωos는 회전축 방향에 관한 것이며, 오프셋 nos만큼 시프트되어 있다. 여기서, 최대 출력 각속도를 (ωn+ωos)라고 정의하고, 이 관계를 식으로 나타내면 하기 수식 13과 같이 된다.
[수식 13]
Figure 112007072378569-PCT00013
본 발명은 기본적으로, 정격 출력 특성인 최대 출력 Pmax에 따르고 있다. 즉, 모터는, 정상 상태에 있어서, 절대로 최대 출력 Pmax를 넘어 출력되지 않는 것이 조건이다. 이것을 식으로 표현하면, 하기 수식 14로 된다.
[수식 14]
Figure 112007072378569-PCT00014
또, 파워 P는 토크 T와 각속도 ω와의 곱(P= T·ω)이므로, 토크 T의 리미트 Tlim은 수식 14를 사용하여 고쳐서 표현하면, 수식 15와 같이 표현할 수 있다.
[수식 15]
Figure 112007072378569-PCT00015
여기서, ωm은 모터의 기계적 각속도이다.
그리고, 수식 13을 수식 15에 대입하면, 수식 16이 얻어진다.
[수식 16]
Figure 112007072378569-PCT00016
수식 16으로부터 전류 지령값의 제한값 Ireflim이 결정되고, 수식 17과 같이 표현할 수 있다.
[수식 17]
Figure 112007072378569-PCT00017
수식 17의 의미하는 바는, 모터의 정격 출력 특성인 최대 출력 특성을 기초 로, 모터의 회전수(각속도 ωm)로부터 전류 지령값의 제한값 Ireflim를 구하고, 구해진 전류 지령값의 제한값 Ireflim에 따라 모터 구동 전류를 제한하는 것이다.
그리고, 수식 4와 수식 17로부터, 하기 수식 18이 얻어진다.
[수식 18]
Figure 112007072378569-PCT00018
여기서, In은 모터의 정격 전류값이다.
수식 18을 이용하면, 모터의 토크 정수 Kt는 불필요하다. 각속도 ω로부터 전류 지령값을 제한하는 경우에는, 상기 수식 17 또는 수식 18이 기본식으로 된다.
본 발명에 대하여 설명하기 전에, 본 발명을 적용할 수 있는 벡터 제어의 일례인 PVC 제어에 대하여, 도 7을 참조하여 설명한다.
일반적으로 벡터 제어는, 3상 모터를 제어할 때 전류 지령값을 d축(여자 성분) 및 q축(토크 성분)의 2축 성분으로 분리하여 연산하고, 모터의 피드백 전류도 3상으로부터 d축, q축 성분으로 분해하여 PI 제어를 실행하고, 최후에 인버터에 게이트 신호를 부여하는 단계에서 2상/3상 변환을 행하여 3상 모터를 제어하고 있다. 이와 같은 벡터 제어에 대하여, PVC 제어는, d축과 q축의 성분에서의 연산을, 3상의 전류 기준값 Iavref, Ibvref, Icvref를 연산하는 단계까지 사용하고, 모터 전류를 피드백하여 PI 제어하는 단계에서는 3상으로 제어하는 것에 특징이 있다.
전류 지령값 연산부(도시하지 않음)는 조타 토크 T, 차속 등을 기초로 조타 보조 전류 지령값 Iref를 연산에 의해 구하고, 조타 보조 전류 지령값 Iref는 벡터 제어상(制御相) 지령값 산출부(100) 내의 환산부(106), q축 전류 기준값 산출부(103) 및 d축 전류 기준값 산출부(105)에 입력된다. 그리고, 조타 보조 전류 지령값 Iref 대신에, 토크로 환산한 토크 지령값 Tref(=Kt·Iref)라도 된다. 리졸버(209)에 의해 모터(208)의 각도 θe가 검출되고, 각도 θe를 입력으로 하는 미분 회로(24)에 의해 각속도 ωe가 산출된다. 조타 보조 전류 지령값 Iref, 각도 θe 및 각속도 ωe는 벡터 제어상 지령값 산출부(100)에 입력되고, 벡터 제어상 지령값 산출부(100)에서 각 상(相) 전류 기준값 Iavref, Ibvref, Icvref가 산출되고, 전류 기준값 Iavref, Ibvref, Icvref는 각각 감산부(20-1, 20-2, 20-3)를 거쳐 PI 제어부(21)에 입력된다.
벡터 제어상 지령값 산출부(100)에서는, d축 전류 기준값 산출부(105)에 있어서 하기 수식 19에 나타낸 d축 전류 기준값 Idref가 산출된다. 그리고, 베이스 각속도 ωb는, 환산부(106)에서 조타 보조 전류 지령값 Iref를 환산하여 얻어진다.
[수식 19]
Figure 112007072378569-PCT00019
수식 19 중의 (C0S- 1(ωb/ωm)으로부터 알 수 있는 바와 같이, 모터의 각속도 ωm이 베이스 각속도 ωb보다 고속으로 되었을 때, d축 전류 기준값 Idref가 값으로서 표현된다. 즉, 모터의 각속도 ωm이 베이스 각속도 ωb보다 고속으로 되었을 때, 약한 계자 제어가 실행된다.
한편, 환산부(101)에서 각도 θe 및 각속도 ωe를 입력으로 하여 모터(208)의 각 상 역기 전압 ea, eb, ec가 산출되고, 3상/2상 변환부(102)에서 d축, q축의 역기 전압 ed, eq가 각각 산출된다. 그리고, q축 전류 기준값 산출부(103)는 d축, q축의 역기 전압 ed, eq 및 각속도 ωe, d축 전류 기준값 Idref, 또한 조타 보조 전류 지령값 Iref를 입력하여, 하기 수식 20에 따라 q축 전류 기준값 Iqref를 산출한다.
[수식 20]
Figure 112007072378569-PCT00020
따라서, 약한 계자 제어가 실행되지 않을 때는 Idref= O이므로, Iqref= Iref로 된다. 2상/3상 변환부(104)는 d축 전류 기준값 Idref 및 q축 전류 기준값 Iqref를 입력하고, 3상의 전류 기준값 Iavref, Ibvref, Icvref를 산출한다.
3상의 전류 기준값 Iavref, Ibvref, Icvref가 2상/3상 변환부(104)에서 산출된 후의 제어는, 일반적인 피드백 제어와 모두 동일하다. 즉, 모터(208)의 각 상 전류 Ia, Ib, Ic를 전류 검출 회로(32-1, 32-2, 32-3)에서 검출하고, 감산부(20-1, 20-2, 20-3)에서 3상의 전류 기준값 Iavref, Ibvref, Icvref와의 편차 전류를 각각 산출하고, 그 편차 전류를 PI 제어부(21)에 입력한다. PI 제어부(21)에서는, 편차 전류를 영(零)으로 하도록 전압 지령값 Va, Vb, Vc를 산출하여 피드백 제어를 실행한다. 전압 지령값 Va, Vb, Vc를 입력으로 하여 PWM 제어부(31)에서는 인버터(31) 에의 PWM의 게이트 신호가 산출되고, 인버터(31)는 그 게이트 신호에 의해 PWM 제어되고, 각 상 전류 Ia, Ib, Ic와 전류 기준값 Iavref, Ibvref, Icvref의 편차가 각각 0으로 되도록 인버터(31)는 전류 제어된다.
이상이, PVC 제어의 설명이지만, 전술한 바와 같이 d축 전류 기준값 Idref는, 모터(208)의 각속도 ωe가 베이스 각속도 ωb 이하일 때는 O인, 즉 약한 계자 제어를 실행하지 않으므로 Iqref= Iref이며, 각 상 전류 Ia, Ib, Ic는 최대 출력시의 전류 In보다 작고, PWM 듀티는 포화(듀티= 100%)되지 않으므로 문제는 없다. 그러나, 모터(208)의 각속도 ωe가 베이스 각속도 ωb를 넘으면, d축 전류 기준값 Idref는 이미 O이 아니고, √(Iq2+Id2)가 최대 출력시의 전류 In을 오버할 우려가 있다. 모터 전류가 최대 출력시의 전류 In 이상을 출력하려고 하면 듀티= 10O%로 되고, 토크 리플이 커져, 모터(208)가 비정상음을 발생하는 등의 문제가 발생한다. 그러므로, 모터(208)의 각속도 ωe가 고속으로 되어, 약한 계자 제어가 실행되는 각속도 이상에 있어서는, 조타 보조 전류 지령값 Iref는 수식 18에 나타낸 가변의 제한값 Ireflim에 의해 제한할 필요가 있게 된다. 또, 약한 계자 제어를 모터 성능의 한계를 넘어 사용하면, 토크 리플 등에 의해 소음이 커져 버리는 문제가 있다.
그래서, 본 발명에서는, 모터의 최대 조건(Vmax, Imax)(그리고, Vmax, Imax는 수식 12에 있어서의 최대 출력 Pmax시의 전압, 전류)으로부터 베이스 속도(Id= 0일 때)에 있어서의 전류 지령값의 리미트를 계산하고, 고속 영역(마이너스의 d축 전류 지령값 Id가 제어 시스템에 입력될 때)에 있어서의 전류 지령값의 리미트를 계산한다. 고객으로부터 요구된 성능 사양으로부터 요구 사양의 모터 토크-속도(T-n) 특성을 확립하고, 조타 보조 전류 지령값 Iref, 모터 각속도 ωe 및 배터리 전압 Vdc를 입력하고, 최대 조건(Vmax, Imax)을 사용하여 약한 계자 제어를 위한 d축 전류 지령값 Id를 계산한다. 상기 각 계산은 마이크로 컴퓨터 등에서의 연산을 고속화하기 위해 미리 설계된 룩업 테이블 등에 의해 실행되고, 배터리 전압 Vdc의 변화는, 모터 속도의 변화 및 전압 변화에 기인하는 전류를 계산함으로써 적용될 수 있다. 이들 변화 신호의 계산도, 부가적인 룩업 테이블 등에 의해 실행된다.
본 발명에 관한 전류 지령값 산출부의 구성은 도 8에 나타낸 바와 같이 되어 있고, 조타 보조 전류 지령값 Iref는 비교부(13, 14)에 입력되고, 추정 또는 검출된 각속도 ωe는 룩업 테이블(11, 12)에 입력되는 동시에, 룩업 테이블(15)에 입력되고, 또한 각속도 ωe가 베이스 각속도 ωb 이상인지를 검출하여 스위치(16)의 접점 c1, c2를 전환하는 검출 전환부(17)에 입력된다. 룩업 테이블(11)에서 산출된 전류 지령값의 제한값 Ireflim은 비교부(13)에 입력되고, 룩업 테이블(12)에서 산출된 전류 지령값의 제한값 Ireflim_base는 비교부(14)에 입력된다. 본 예에서는, 배터리 전압 Vdc는 필요하지 않게 되어 있다. 비교부(13)로부터 출력되는 전류 지령값의 제한값 Iref_lim는 스위치(16)의 접점 c2에 주어지고, 비교부(14)로부터 출력되는 전류 지령값의 베이스 제한값 Iref_base는 스위치(16)의 접점 c1에 주어진다.
최초에, 본 발명에 의한 조타 보조 전류 지령값 Iref의 연산에 대하여 설명 한다.
3상 모터(5)의 a-b-c 상(相)에 있어서의 식을 나타내면, 예를 들면, a상에 대한 상(相) 전압 Van은, ia를 상 전류, Ra를 상 저항, La를 상 인덕턴스, ea를 상 역기 전압으로 하여 수식 21로 표현된다.
[수식 21]
Figure 112007072378569-PCT00021
그리고, 각 상의 특성이 같은 밸런스 모터에 대하여, 1상에서는, 수식 21은 통상 하기 수식 22와 같이 표현된다.
[수식 22]
Figure 112007072378569-PCT00022
여기서, R= Ra = Rb = Rc는 모터의 상 저항이며, L= La = Lb = Lc는 모터 상 인덕턴스이며, e는 상 역기 전압이다.
또, d-q축 상에 있어서의 전압 Vd 및 Vq는 각각 하기 수식 23 및 수식 24로 표현된다.
[수식 23]
Figure 112007072378569-PCT00023
[수식 24]
Figure 112007072378569-PCT00024
여기서, Ld는 모터의 d축 인덕턴스, Lq는 모터의 q축 인덕턴스이며, SP M(Surface PM) 모터에 대하여 Ld = Lq = L이다. 또, Ψ는 d축에 작용하는 자속(磁束)이며, 일반적으로는 Ψ= 4/3·ke/(2×p)이다(그리고, Ke는 역기 전압 정수, p는 극대수(極對數).
정현파 모터에 대하여 d축 전류 id 및 q축 전류 iq는 직류적으로 변화되고, 이들 미분은 제로이며, 그러므로, 수식 23 및 수식 24는 각각 하기 수식 25 및 수식 26과 같은 정상 상태로 표현된다.
[수식 25]
Figure 112007072378569-PCT00025
[수식 26]
Figure 112007072378569-PCT00026
이에 대하여, 직사각형파 모터에 있어서의 q축 전류 iq는 직류가 아니고, 그 변화 및 미분은 정상 상태에 있어서, Δiq≠0 및 diq/dt≠0을 고려에 넣게 될 것이다. 따라서, 하기 수식 27과 같이 정의할 수 있다.
[수식 27]
Figure 112007072378569-PCT00027
여기서, Iref는 전류 지령값이며, Δiq는 q축 전류 iq(Δiq= iq-Iref)의 변화분이다.
따라서, 수식 25 및 수식 26에 수식 27을 대입함으로써, 각각 하기 수식 28 및 수식 29가 얻어진다.
[수식 28]
Figure 112007072378569-PCT00028
[수식 29]
Figure 112007072378569-PCT00029
수식 29에 있어서의 미분 Lq·diq/dt는, 속도와 전류의 함수에 있어서의 큰 변수에 따라 계산하는 것은 곤란하지만, 만약 최대 전류 정수를 유지하면, Lq·diq/dt의 피크는 하기 수식 30의 속도 함수로 치환할 수 있다.
[수식 30]
Figure 112007072378569-PCT00030
여기서, k는, q축 전류 iq와 각속도 ωe의 미분 사이의 선형 관계를 나타낸 계수이다.
그러므로, 하기 수식 31 및 수식 32가 성립된다.
[수식 31]
Figure 112007072378569-PCT00031
[수식 32]
Figure 112007072378569-PCT00032
수식 31의 "ωe·Ld·Δiq"와, 수식 32의 "k·ωe+Δiq·R"이 직사각형파 모터의 부가항이다.
직사각형파 모터에 대하여, 제어는 전술한 PVC법(도 7 참조)에 따라 실현될 수 있다. 전류 및 다른 변수가 정현파(正弦波)가 아니기 때문에, 직사각형파 모터를 해석하기 위해 d-q식을 이용할 수는 없다. 그러나, 다른 변화분 Δiq 및 계수 k를 도입함으로써, d-q축 상에 있어서의 해석이 가능해진다.
정현파 모터의 역기 전압 파형과 전류 파형은 정현파이며, 3상/d-q축 변환하면 d축 성분(여자 성분), q축 성분(토크 성분) 모두 직류값(일정값)으로 된다. 이에 대하여, 직사각형파 모터에서는 역기 전압 파형과 전류 파형은 유사한 직사각형파이며, 1차 성분의 정현파에 더하여 3차, 5차, 7차, …차 성분의 정현파가 중첩되어 있다. 3상/d-q축 변환하면 d축 성분 및 q축 성분이 모두 직류값(일정값)으로 되지 않고, 전기각의 함수로 된다. 구체적으로는, 3상에서의 5차, 7차 성분이 d-q축 상에서는 6차 성분으로서 나타나고, 마찬가지로 3상에서의 11차, 13차 성분이 d-q축 상에서는 12차 성분으로서 나타나고, 3차, 9차, …차 성분은 영상(零相)이므로 사라져 버린다. 전기각의 함수인 채라면 제한값을 산출하기 위한 계산이 복잡해서, 간소화할 필요가 있는 동시에, 제한값을 구하는 것이 목적이므로, 여기서는 진동하는 성분의 최대값을 취급한다. 변화분 Δiq 및 계수 k는 전기각에 의존한 값의 최대값을 나타내는 파라미터이며, 전기각의 함수가 아닌 이들 파라미터를 도입함으로써, 직사각형파 모터에서도 정현파 모터와 마찬가지로 제한값을 산출할 수 있다.
q축 전류 iq의 최대값은 하기 수식 33으로 표현되고, q축 전류 iq의 이론값은 하기 수식 34로 표현된다.
[수식 33]
Figure 112007072378569-PCT00033
[수식 34]
Figure 112007072378569-PCT00034
다음에, 전류 지령값 산출부에 있어서의 전류 지령값의 제한값 Ireflim 및 d 축 전류 지령값 Id의 계산을 설명한다. 먼저, 전압 및 전류의 제한 조건은 하기와 같다.
(1) 전압 정수는 하기와 같다.
[수식 35]
Figure 112007072378569-PCT00035
또는
[수식 36]
Figure 112007072378569-PCT00036
여기서, Vdc는 컨트롤러의 입력으로 측정되는 배터리 전압이며, ks는 모듈레이션 기술(modulation technique)을 나타내는 안전 계수이다.
(2) 전류 정수는 하기와 같다.
[수식 37]
Figure 112007072378569-PCT00037
여기서, Imax는 모터 또는 인버터의 최대 전류이며, 정상(定常) 시는 작다.
수식 31 및 수식 32를 수식 36에 대입함으로써, 하기 수식 38을 얻는다.
[수식 38]
Figure 112007072378569-PCT00038
그리고, d축 전류 지령값 Id는 수식 38로부터 다음과 같이 도출된다.
[수식 39]
Figure 112007072378569-PCT00039
단, A1 및 B1는 각각 하기 수식 40 및 수식 41이다.
[수식 40]
Figure 112007072378569-PCT00040
[수식 41]
Figure 112007072378569-PCT00041
또, 수식 37을 수식 39에 대입하여 전류 지령값 Iref에 대하여 풀면, 하기 수식 42로 된다.
[수식 42]
Figure 112007072378569-PCT00042
이것이 전류 지령값 Iref의 제한값이며, d축 전류 지령값 Id가 최대 전류의 케이스에서는 하기 수식 43을 사용한다.
[수식 43]
Figure 112007072378569-PCT00043
그리고, 정현파 모터의 경우에는 ΔIq= 0이며, k= 0이다. 또, ΔIq 및 k는 수식 42의 계산에서는 정수로 유지된다.
상기 각 식으로부터 다음의 것을 알 수 있다. 만일 모터 파라미터 및 배터리 전압 Vdc가 일정하면, 전류 지령값 Iref는 속도만의 함수이며, 하기 수식 44와 같이 표현된다.
[수식 44]
Figure 112007072378569-PCT00044
만일 배터리 전압 Vdc가 변화하면, 그 변화값이 고려되므로 다음과 같이 된다.
[수식 45]
Figure 112007072378569-PCT00045
또, 알고리즘은 수식 42를 사용하여, 전류 지령값의 제한값 Ireflim을 하기와 같이 계산한다.
(1) Iref>Ireflim의 경우
Iref= Ireflim, Id= Idmax
(2) Iref≤Ireflim의 경우
Iref= Iref, Id= Id
도 9는 d축 전류 지령값 Id 및 전류 지령값 Iref와 모터 회전 속도의 특성예(3영역)를 나타내고 있고, 특성 A의 데이터가 룩업 테이블(11)에 저장되고, 특성 B의 데이터가 룩업 테이블(12)에 저장되어 있다. 또, 특성 C의 데이터가 룩업 테이블(15)에 저장되어 있다. 마찬가지로, 도 10은 d축 전류 지령값 Id 및 전류 지령값 Iref와 모터 회전 속도의 특성예(4영역)의 특성예를 나타내고 있고, 특성 A의 데이터가 룩업 테이블(11)에 저장되고, 특성 B의 데이터가 룩업 테이블(12)에 저장되고, 특성 C의 데이터가 룩업 테이블(15)에 저장되어 있다.
이와 같은 구성에 있어서, 그 동작예를 도 11의 플로차트를 참조하여 설명한다.
먼저, 조타 토크나 차속에 따라 조타 보조 전류 지령값 산출부는 조타 보조 전류 지령값 Iref를 연산하고(스텝 S1), 모터(5)의 각속도 ωe 를 입력한다(스텝 S2). 이 순번은 임의이다. 다음에, 입력된 각속도 ωe에 따라 룩업 테이블(11)은, 도 9 또는 도 10의 특성 B에 따라 전류 지령값의 제한값 Ireflim을 산출하고(스텝 S3), 룩업 테이블(12)은 도 9 또는 도 10의 특성 A에 따라 전류 지령값의 베이스 제한값 Ireflim_base를 산출하고(스텝 S4), 전류 지령값의 제한값 Ireflim은 비교부(13)에 입력되고, 전류 지령값의 베이스 제한값 Ireflim_base는 비교부(14)에 입력된다. 그리고, 전류 지령값의 제한값 Ireflim과 전류 지령값의 베이스 제한값 Ireflim_base의 산출의 순서는 임의이다.
비교부(13)는 조타 보조 전류 지령값 Iref와 전류 지령값의 제한값 Ireflim의 비교에 따라 전류 지령값의 제한값 Ireflim을 산출하고(스텝 S5), 비교부(14)는 조타 보조 전류 지령값 Iref와 전류 지령값의 베이스 제한값 Ireflim_base의 비교에 따라 전류 지령값의 제한값 Iref_base 및 d축 전류 지령값 Id= 0을 산출한다(스텝 S6). 전류 지령값의 제한값 Iref_lim는 스위치(16)의 접점 c2에 입력되고, 전류 지령값의 베이스 제한값 Ireflim_base 및 d축 전류 지령값 Id= 0은 스위치(16)의 접점 c1에 입력된다. 룩업 테이블(15)은 각속도 ωe 및 전류 지령값의 제한값 Iref_lim에 따라서, 도 9 또는 도 10의 특성 C에 따라 d축 전류 지령값 Id를 산출 한다(스텝 S7).
그 후, 검출 전환부(17)는 각속도 ωe가 베이스 각속도 ωb 이상인지 여부를 판정하고(스텝 S1O), 각속도 ωe가 베이스 각속도 ωb 미만이면 스위치(16)의 접점을 c1으로 전환하고(스텝 S12), 비교부(14)로부터의 전류 지령값의 베이스 제한값 Iref_base 및 d축 전류 지령값 Id= 0을 제한값 Iref_lim로서 출력한다(스텝 S13). 또, 각속도 ωe가 베이스 각속도 ωb 이상이면 스위치(16)의 접점을 c2로 전환하고(스텝 S11), 비교부(13)로부터의 전류 지령값의 제한값 Iref_lim을 그대로 전류 지령값의 제한값 Iref_lim으로서 출력한다(스텝 S13).
다음에, 본 발명의 다른 실시예를 설명한다.
본 실시예에서는 전압에 제3 조파(調波)를 부가, 즉 듀티에 제3 조파를 부가한다. 그 결과, 듀티는 부분적으로 감소되어, 시스템이 포화되기 어려워진다. 이것은, 배터리 전압 Vdc가 15% 증가하는 것과 같다. 도 12에 나타낸 바와 같이, 기본파(파선(破線))의 피크를 3차 고조파(일점 쇄선)가 평평하게 함으로써, 실제로 모터에 인가되는 전압(실선)이 저감된다. 실선의 전압이 배터리 전압 Vdc에 거의 같게 되기까지 인가된 경우, 기본파(파선)는 배터리 전압 Vdc를 넘고 있다. 그리고, 3차 고조파를 중첩하면, 피크가 내려가 듀티가 포화되기 어려워지는 것처럼 보이고, 배터리 전압 Vdc가 증가한 것처럼도 보인다. 이론적으로는 1/6정도 배터리 전압 Vdc가 증가한 것처럼 보이지만, 실제로는 15%로 하고 있다.
그러므로, 하기 수식 46이 성립된다.
[수식 46]
Figure 112007072378569-PCT00046
또, 전류 정수는 상기 수식 37로 나타낸다. 전류 지령값의 제한값 Ireflim 및 d축 전류 지령값 Id를 계산하기 위한 일반식은, 전술한 바와 같이 강제되고 있는 수식 36 및 수식 37의 전압 및 전류에 따르고 있다. 즉, 모터 특성만아니고, 최대 전류 Imax 및 최대 전압 Vmax를 초과할 수는 없다. 그리고, 수식 25 및 수식 26을 수식 36에 대입함으로써, 하기 수식 47을 얻는다.
[수식 47]
Figure 112007072378569-PCT00047
상기 수식 47은, 최대 전압 조건에 관하여, d축 전류 지령값 Id 및 전류 지령값의 제한값 Ireflim를 산출하기 위한 기본식이다. 모터의 각속도 ωe는 입력되고, 배터리 전압 Vdc는 파라미터이지만, 2개의 미지수(Id 및 Ireflim)에 대하여 식이 1개인 것에 유의할 필요가 있다. 이 수식 47을 풀기 위해서, 1이상의 어프라이오리(a priori) 조건(전제 조건)이 필요하고, 이하의 3가지 케이스가 고려된다.
(1) 케이스 1: Id= 0 → Ireflim= f(ω, Vmax)
이것은, 베이스 속도 영역의 경우이다.
(2) 케이스 2: Id= Idmax → Ireflim= f(ω, Vmax, Imax)
상기 케이스 2에 있어서, 리미트 전류 조건은 "Idmax 2 + ireflim 2 = Imax2"가 사용된다.
(3) 케이스 3: Ireflim= 요구 사양의 Ireflim → Id= f(ω, Vmax, Ireflim)
상기 케이스는, 메이커(고객)에 의해 요구된 사양이 알려져 있는 경우이다. 미리 설정되어 있는 요구 사양을 만족시키도록, 전류 지령값의 제한값 Iref_lim을 구한다. 주로 메이커(고객)로부터 요구되는 사양으로 출력해야 할 회전수와 토크가 기재되어 있지만, 이들은 사전에 알고 있는 조건이므로, 출력 요구를 간신히 만족시킬 정도로 작은 전류 지령값의 제한값 Iref_lim은 미리 계산하여 룩업 테이블로서 가지는 것이 가능하다. 어시스트 동작 중에는 이 결과를 사용하는 것만으로 되므로, 복잡한 계산은 필요없게 된다.
이하, 상기 케이스 1~ 케이스 3에 대하여 설명한다.
먼저, 베이스 속도 영역(케이스 1)에 있어서의 전류 지령값의 제한값 Ireflim의 계산을 설명한다. 베이스 속도 영역에 있어서는, 약한 계자 제어(Id≠0)의 필요가 없고, 그래서 전류 지령값의 제한값 Ireflim은 수식 48을 얻기 위하여, 또 수식 49의 전류 지령값 제한값 Ireflim를 풀기 위해서, 상기 수식 47에 있어서 Id= 0으로 치환함으로써 간단하고 용이하게 구할 수 있다.
[수식 48]
Figure 112007072378569-PCT00048
[수식 49]
Figure 112007072378569-PCT00049
다음에, 케이스 2, 케이스 3에 해당되는 고속 영역에 있어서의 전류 지령값의 제한값 Ireflim 및 d축 전류 지령값 Id의 계산을 설명한다. 고속 영역에 있어서는, 영구 자석의 자속을 약하게 하는 마이너스의 d축 전류 지령값(-Id)을 도입할 필요가 있다.
먼저, 케이스 2에 해당되는 최대값 풀기(solution)에 대하여 설명한다. 최대값 풀기는, 모터의 각속도 ω가 베이스 속도선 ωb 이상일 때, d축 전류 지령값 Id가 항상 최대값을 취하는 것을 의미하고 있다. 이것은, d축 전류 지령값 Id를 계산할 때 최대값 전류 조건이 사용되기 때문이다. 수식 47을 전류 제한식의 수식 50에 대입함으로써, 몇개의 변형 후에 하기 수식 51이 얻어진다.
[수식 50]
Figure 112007072378569-PCT00050
[수식 51]
Figure 112007072378569-PCT00051
여기서, 계수 A 및 B는, 각각 하기 수식 52 및 수식 53과 같이 되어 있다.
[수식 52]
Figure 112007072378569-PCT00052
[수식 53]
Figure 112007072378569-PCT00053
수식 50 및 수식 51을 풀면, 하기 수식 54와 같이 된다.
[수식 54]
Figure 112007072378569-PCT00054
상기 수식 54는, d축 전류 지령값 Id의 최대값이 사용되는 케이스에 있어서의 전류 지령값 Iref의 제한값이며, 수식 50으로부터 d축 최대 전류 Idmax는 하기 수식 55로 된다.
[수식 55]
Figure 112007072378569-PCT00055
상기 수식 55의 d축 최대 전류 Idmax는 Id < 0이므로, 절대값이다.
다음에, 케이스 3에 해당되는 요구 사양을 만족시키는 전류 지령값의 제한값 Ireflim을 구하는 경우에 대하여 설명한다.
상기 최대 전류 풀기에 있어서, d축 전류 지령값 Id는 모터 각속도 ω가 베이스 각속도 ωb 이상일 때 항상 최대값을 취하고, 전술한 바와 같이 모터 전류도 항상 최대값을 취한다. d축 전류 지령값 Id의 최대 전류는 모터에 여분의 손실이 있는 것을 의미하고, d축 전류 지령값 Id에 따라 보다 큰 바람직하지 않은 소음을 낸다. 그와 같은 큰 d축 전류 지령값 Id는 각종의 케이스에 있어서 필요하지 않고, 고객에 의해 요구된 사양은 알려진 것이다. 이 케이스에 있어서, Ireflim= 고객 사양의 Ireflim의 함수에 있어서의 d축 전류 지령값 Id가 Id=f(ω, Vmax, Ireflim인 것을 알 수 있다. 이것은, 특별한 조타 보조 전류 지령값 Iref에 대응하는 d축 전류 지령값 Id의 최적값이다.
케이스 2는 종래 기술이며, 수식 37의 최대 전류를 넘지 않도록 d축 전류 지령값 Id를 결정하지만, d축 전류가 크면, 효율 강하, 진동, 소음이라는 폐해가 있다. 출력을 내기 위해서 약한 계자 제어는 필요하지만, 듀티가 포화되지 않는 최대한의 d축 전류 지령값 Id일 필요는 없다. 요구된 출력을 내기 위한 최소한의 d축 전류 지령값 Id인 것이 바람직하고, 전동 파워 스티어링 시스템으로서의 요구 출력은 설계 요건으로서, 이미 알고 있는 것이며, 통상은 자동차 메이커(고객)로부터의 요구에 따라 결정된다.
도 13의 C점이 약한 계자 제어를 실행하지 않으면 출력할 수 없는 요구 출력이며, 이 C점의 출력을 낼 수 있도록 d축 전류 지령값 Id의 제한값을 결정한다. 그 이상의 출력은 요구되고 있지 않으므로, 출력할 필요는 없다. 또, 이같이 하여 구해진 d축 전류 제한값은 최적의 값이다.
예를 들면, 고객에 의해 요구된 사양이 도 13에 나타낸 바와 같이 4점 A~D 일 때, 바람직한 약한 계자 제어선은 선 CD와 같이 정의된다. 도 13에 있어서, A점은 정격점, B점은 무부하점, C점은 사양점(고객에 의해 요구된 성능), D점은 약한 계자 제어의 개시점(이 점을 선택할 수 있고, 간단화를 위해서 C점보다 2배 큰 D점의 전류 IrefD(= 2×IrefC)를 선택함), 선 AB는 약하지 않은 계자 제어선(Iref0_lim), 선 CD는 약한 계자 제어선이다.
한편, 수식 47을 d축 전류 지령값 Id에 대하여 풀면, 정확한 풀기로 하여 하기 수식 56을 얻는다.
[수식 56]
Figure 112007072378569-PCT00056
풀기로서의 수식 56은 최대 전압 조건의 수식 47을 따르고 있다. 수식 56의 d축 전류 지령값 Id는 제한 전류 조건을 사용하고, 또한 다음의 수식 57과 같이 제한된다.
[수식 57]
Figure 112007072378569-PCT00057
또, 알고리즘은, 수식 49를 사용하여 전류 지령값의 제한값 Ireflim을 계산하면 도 13의 선 AB로 되고, C점의 사양을 사용하여 선 CD를 형성한다. 즉, IrefD= 2×IrefC이다.
1) Iref>Ireflim의 경우
Iref= Ireflim, Id=Id
(2) Iref≤Ireflim의 경우
Iref= Iref, Id= Id
다음에, 배터리 전압 Vdc 변화로의 대응을 설명한다.
만일 q축 전류 지령값 Iq 및 d축 전류 지령값 Id를 일정하게 유지하면, 배터리 전압 Vdc의 변화분 ΔVdc는 각속도 ωe의 변화로 된다. 즉, d축 전류 제한값을 각속도 ωe만의 함수로 할 수 있다. 배터리 전압 Vdc와 각속도 ω의 2변수의 함수라면 충분한 정밀도를 가진 룩업 테이블의 용량이 크므로, ROM 용량을 낭비하게 된다. 또, 어시스트 맵(assist maps)과 같이 복수개의 맵을 보완하여 구하면, 연산 시간이 걸리게 된다. 그래서, 본 발명에서는 배터리 전압 Vdc의 변화를 각속도 ω의 변화로서 나타내고, d축 전류 제한값을 각속도 ω만의 함수로 하는 것을 제안한다.
수식 25의 전압이 V→V+ΔV로 변화되고, 수식 26의 각속도 ω가 ω→ω+Δω로 변화된 것으로 하면, 하기 수식 58 및 수식 59가 얻어진다.
[수식 58]
Figure 112007072378569-PCT00058
[수식 59]
Figure 112007072378569-PCT00059
그리고, 수식 58 및 수식 59로부터 각각 수식 25 및 수식 26을 감산하면, 하기 수식 60 및 수식 61이 얻어진다.
[수식 60]
Figure 112007072378569-PCT00060
[수식 61]
Figure 112007072378569-PCT00061
수식 60 및 수식 61은 전압 ΔV, 각속도 Δω의 변화분의 관계식이다. 전압 ΔV, 각속도 Δω의 변화분의 관계식(룩업 테이블)과 각속도 ω만의 함수의 d축 전류 제한값 근사식이나 보완 계산은 필요없다.
그리고, 하기 수식 62가 성립한다.
[수식 62]
Figure 112007072378569-PCT00062
단,
[수식 63]
Figure 112007072378569-PCT00063
[수식 64]
Figure 112007072378569-PCT00064
[수식 65]
Figure 112007072378569-PCT00065
이다. 수식 65는 Δω의 변화가 룩업 테이블에 의해 계산되어 ΔV로 승산되는 것을 의미하고 있다.
이상의 연산을 장치화하면 도 14에 나타낸 구성으로 되고, 도 8의 전류 지령값 산출부에 배터리 전압 변화 적합부(60)와 가산부(18)를 부가한 구성으로 되어 있다. 배터리 전압 변화 적합부(60)는 파라미터 Vdcn를 출력하는 설정부(62)와, 배터리 전압 Vdc와 파라미터 Vdcn의 감산부(65)와, 전류 지령값 산출부로부터의 d축 전류 지령값 Id 및 전류 지령값의 제한값 Iref_lim을 입력하여 적합한 연산값을 출력하는 룩업 테이블(61)과, 감산부(63)로부터의 전압 ΔV와 룩업 테이블(61)로부터의 적합한 연산값을 곱하여 각속도 변화분 Δωe를 출력하는 승산부(64)를 구비하고 있다. 룩업 테이블(61)에는, 전류 지령값 산출부에서 산출된 d축 전류 지령값 Id 및 전류 지령값의 제한값 Iref_lim이 입력되고, 감산부(63)에는 배터리 전압 Vdc가 입력되어 ΔV(= Vdc-Vdcn)가 구해진다. 승산부(64)에서 구해진 각속도 변화분 Δωe는 가산부(18)에 입력되고, 각속도 ωe와 가산된 (ωe +Δωe)가 전류 지령값 산출부에 입력된다.
이와 같은 구성에 있어서, 그 동작예를 도 15의 플로차트를 참조하여 설명한다.
먼저, 조타 토크나 차속에 따라 조타 보조 전류 지령값 산출부는 조타 보조 전류 지령값 Iref를 연산하고(스텝 S20), 모터(5)의 각속도 ω를 배터리 전압 변화 적합부(60)로부터의 각속도 변화분 Δωe를 입력하여 변화량(ωe +Δωe)을 계산한다(스텝 S21). 이 순서는 임의이다. 다음에, 계산된 변화량(ωe +Δωe)에 따라 룩업 테이블(11)은 전류 지령값의 제한값 Ireflim을 산출하고(스텝 S22), 룩업 테이블(12)은 전류 지령값의 베이스 제한값 Irefbase를 산출하고(스텝 S23), 전류 지령값의 제한값 Ireflim은 비교부(13)에 입력되고, 전류 지령값의 베이스 제한값 Iref_base는 비교부(14)에 입력된다. 그리고, 전류 지령값의 제한값 Ireflim과 전류 지령값의 베이스 제한값 Iref_base의 산출의 순번은 임의이다.
비교부(13)는 조타 보조 전류 지령값 Iref와 전류 지령값의 제한값 Ireflim의 비교에 따라 전류 지령값의 제한값 Iref_lim를 산출하고(스텝 S24), 비교부(14)는 조타 보조 전류 지령값 Iref와 전류 지령값의 베이스 제한값 Ireflim_base의 비교에 따라 전류 지령값의 제한값 Iref_base 및 d 축 전류 지령값 Id= 0을 산출한다(스텝 S25). 전류 지령값의 제한값 Iref_lim은 스위치(16)의 접점 c2에 입력되고, 전류 지령값의 베이스 제한값 Ireflim-base 및 d축 전류 지령값 Id= 0은 스위치(16)의 접점 c1에 입력된다. 룩업 테이블(15)은 변화량(ωe +Δωe) 및 전류 지령값의 제한값 Iref_lim에 따라 d축 전류 지령값 Id를 산출한다(스텝 S26).
그 후, 검출 전환부(17)는 변화량(ωe +Δωe)이 베이스 각속도 ωb 이상인지 여부를 판정하고(스텝 S30), 변화량(ωe +Δωe)이 베이스 각속도 ωb 이상이면 약한 계자 제어를 위해 스위치(16)의 접점을 c1으로 전환하고(스텝 S31), 비교부(14)로부터의 전류 지령값의 베이스 제한값 Iref_base 및 d축 전류 지령값 Id= O을 제한값 Iref_lim으로서 출력한다(스텝 S33). 또, 변화량(ωe +Δωe)이 베이스 각속도 ωb보다 작으면 스위치(16)의 접점을 c2로 전환하고(스텝 S32), 비교부(13)로부터의 전류 지령값의 제한값 Ireflim_lim을 그대로 전류 지령값의 제한값 Iref_lim로서 출력한다(스텝 S33).
배터리 전압 변화 적합부(60)는 배터리 전압 Vdc를 입력하고(스텝 S34), 미리 설정되어 있는 파라미터 Vdcn과의 차(差)전압 ΔV(= Vdcc-Vdcn)를 산출하여 승산부(64)에 입력한다(스텝 S35). 한편, 룩업 테이블(61)에는 전류 지령값 산출부(10)로부터 d축 전류 지령값 Id 및 전류 지령값의 제한값 Iref_lim이 입력되고(스텝 S36), 룩업 테이블(61)은 d축 전류 지령값 Id 및 전류 지령값의 제한값 Iref_lim에 따라 적합한 연산값을 산출하고(스텝 S37), 적합한 연산값을 승산부(64)에 입력한다. 승산부(64)는 적합한 연산값 및 차전압 ΔV에 따라 각속도 변화분 Δωe를 산출하여 가산부(18)에 입력한다(스텝 S38).
본 발명에 의하면, 과도한 기준 전류에 기인하는 전류 오차를 경감함으로써, 고속 영역에 있어서의 동작 노이즈 및 토크 리플을 경감할 수 있고, 또 정확한 전 류 지령값의 제한값을 계산함으로써, 듀티의 포화를 방지할 수 있다. 그 결과, 모터 전류 파형의 불균일에 의한 토크 리플의 발생을 억제할 수 있으므로, 급속한 핸들의 되돌림 조타를 행해도 모터로부터 비정상음이 발생하지 않아, 핸들 조작에 위화감을 느끼지 않는 전동 파워 스티어링 장치를 제공할 수 있다.
또, 요구 사양의 전류 Iref-lim에 따라 d축 전류 지령값 Id를 계산함으로써, 요구되는 부하 속도에 대응한 최소 전류를 얻을 수 있고, 과도한 d축 전류 지령값 Id에 따른 조타의 소음을 없애는 동시에, 에너지 절약에도 기여하게 된다.
본 발명에 의하면, 과도한 기준 전류에 기인하는 전류 오차를 경감함으로써, 고속 영역에 있어서의 동작 노이즈 및 토크 리플을 경감할 수 있고, 또 정확한 전류 지령값의 제한값을 계산함으로써, 듀티의 포화를 방지할 수 있다. 그 결과, 모터 전류 파형의 불균일에 의한 토크 리플의 발생을 억제할 수 있으므로, 급속한 핸들의 되돌림 조타를 행해도 모터로부터 비정상음이 발생하지 않아, 핸들 조작에 위화감을 느끼지 않는 전동 파워 스티어링 장치를 제공할 수 있다.
또, 요구 사양의 전류 Iref-lim에 따라 d축 전류 지령값 Id를 계산함으로써, 요구되는 부하 속도에 대응한 최소 전류를 얻을 수 있고, 과도한 d축 전류 지령값 Id에 따른 조타의 소음을 없이 하는 동시에, 에너지 절약에도 기여하게 된다.

Claims (14)

  1. 벡터(vector) 제어에 의해 모터를 제어하는 동시에, 조타(操舵) 토크 등에 따라서 연산된 전류 지령값에 의해 상기 모터를 구동하고, 차량의 조타 시스템에 조타 보조력을 부여하도록 되어 있는 전동 파워 스티어링 장치의 제어 방법에 있어서,
    상기 벡터 제어의 약한 계자(界磁) 제어시에, 원하는 출력 특성 및 각속도(角速度)에 따라 상기 전류 지령값을 제한하도록 하는 것을 특징으로 하는 전동 파워 스티어링 장치의 제어 방법.
  2. 벡터 제어에 의해 모터를 제어하는 동시에, 조타 토크 등에 따라서 연산된 전류 지령값에 의해 상기 모터를 구동하고, 차량의 조타 시스템에 조타 보조력을 부여하도록 되어 있는 전동 파워 스티어링 장치의 제어 방법에 있어서,
    상기 벡터 제어의 약한 계자 제어가 아닐 때, 원하는 출력 특성 및 각속도에 따라 상기 전류 지령값을 제한하도록 하는 것을 특징으로 하는 전동 파워 스티어링 장치의 제어 방법.
  3. 벡터 제어에 의해 모터를 제어하는 동시에, 조타 토크 등에 따라서 연산된 전류 지령값에 의해 상기 모터를 구동하고, 차량의 조타 시스템에 조타 보조력을 부여하도록 되어 있는 전동 파워 스티어링 장치의 제어 방법에 있어서,
    상기 벡터 제어의 약한 계자 제어시와 약한 계자 제어가 아닐 때의 각각의 원하는 출력 특성을 상기 각속도와 전류 지령값에 따라 전환하고, 전환된 원하는 출력 특성 및 각속도에 따라 상기 전류 지령값을 제한하도록 하는 것을 특징으로 하는 전동 파워 스티어링 장치의 제어 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전류 지령값의 제한에 관한 연산값을 룩업 테이블(look up table)에 의해 유지하여 행하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 전동 파워 스티어링 장치의 제어 방법.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전류 지령값의 제한에, 추가로 배터리 전압을 사용하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 전동 파워 스티어링 장치의 제어 방법.
  6. 조타 토크 및 차속에 따라 연산된 전류 지령값을, 토크 성분 전류(q축 전류)와 여자(勵磁) 성분 전류(d축 전류)로 변환하여 모터 전류를 제어하는 벡터 제어에 의해 모터를 구동하고, 차량의 조타 시스템에 조타 보조력을 부여하도록 되어 있는 전동 파워 스티어링 장치의 제어 방법에 있어서,
    상기 벡터 제어의 약한 계자 제어 영역의 d축 전류 지령값의 계산을 상기 모터의 정격 출력 특성 및 각속도에 따라 행하여 상기 전류 지령값을 제한하는 동시 에, 상기 d축 전류 지령값 및 배터리 전압의 변화분을 구하고, 상기 변화분으로 상기 각속도를 보정하도록 한 것을 특징으로 하는 전동 파워 스티어링 장치의 제어 방법.
  7. 조타 토크에 따라 조타 보조 전류 지령값을 연산하는 조타 보조 전류 지령값 연산부와, 상기 조타 보조 전류 지령값의 벡터 제어에 의해 모터를 구동 제어하는 구동 제어부를 구비하고, 상기 모터에 의해 차량 조타 시스템에 조타 보조력을 부여하도록 되어 있는 전동 파워 스티어링 장치의 제어 장치에 있어서,
    상기 모터 정격 출력 특성과, 상기 전류 지령값 및 상기 모터의 각속도에 따라 상기 조타 보조 전류 지령값을 제한하는 전류 지령값 산출부를 구비하고, 상기 벡터 제어의 약한 계자 제어시 및 약하지 않은 계자 제어시에, 상기 전류 지령값 산출부는 전류 지령값의 제한값 및 d축 전류 지령값을 출력하는 것을 특징으로 하는 전동 파워 스티어링 장치의 제어 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 전류 지령값 산출부는, 상기 각속도에 따라 제1 제한값을 출력하는 제1 룩업 테이블과; 상기 각속도에 따라 베이스 제한값을 출력하는 제2 룩업 테이블과; 상기 조타 보조 전류 지령값 및 제1 제한값을 비교하여 상기 제한값을 출력하는 제1 비교부와; 상기 조타 보조 전류 지령값 및 베이스 제한값을 비교하여 베이스 지령값을 출력하는 제2 비교부와; 상기 각속도 및 제한값을 입력하여 상기 d축 전류 지령값을 전환하여 출력하는 스위치부와; 상기 각속도를 검출하여 상기 스위치를 전환하는 검출 전환부로 구성되는 것을 특징으로 하는 전동 파워 스티어링 장치의 제어 장치.
  9. 조타 토크에 따라 조타 보조 전류 지령값을 연산하는 조타 보조 전류 지령값 연산부와, 상기 조타 보조 전류 지령값의 벡터 제어에 의해 모터를 구동 제어하는 구동 제어부를 구비하고, 상기 모터에 의해 차량 조타 시스템에 조타 보조력을 부여하도록 되어 있는 전동 파워 스티어링 장치의 제어 장치에 있어서,
    상기 모터의 출력 정격 특성, 상기 전류 지령값, 상기 모터의 각속도 및 배터리 전압에 따라 상기 조타 보조 전류 지령값을 제한하는 전류 지령값 연산부와; d축 전류 지령값 연산부 및 상기 전류 지령값 연산부로부터의 전류 지령값의 제한값을 입력하는 동시에, 배터리 전압을 입력하여 각속도 변화분을 산출하는 배터리 전압 변화 적합부와; 상기 모터의 각속도 및 상기 모터 각속도 변화분을 가산한 가산값을 상기 전류 지령값 산출부에 입력하는 가산부를 구비하고,
    상기 벡터 제어의 약한 계자 제어시 및 약하지 않은 계자 제어시에, 상기 전류 지령값 연산부는 전류 지령값의 제한값 및 d축 전류 지령값을 출력하는 것을 특징으로 하는 전동 파워 스티어링 장치의 제어 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 전류 지령값 연산부는, 상기 가산값에 따라 제1 제한값을 출력하는 제1 룩업 테이블과, 상기 가산값에 따라 베이스 제한값을 출력하는 제2 룩업 테이블과, 상기 조타 보조 전류 지령값 및 제1 제한값을 비교하여 상기 제한값을 출력하는 제1 비교부와, 상기 조타 보조 전류 지령값 및 베이스 제한값을 비교하여 베이스 지령값을 출력하는 제2 비교부와, 상기 가산값 및 제한값을 입력하여 상기 d축 전류 지령값을 출력하는 제3 룩업 테이블과, 상기 제한값 및 베이스 제한값을 전환하여 출력하는 스위치부와, 상기 가산값의 크기를 검출하여 상기 스위치를 전환하는 검출 전환부로 구성되는 것을 특징으로 하는 전동 파워 스티어링 장치의 제어 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 배터리 전압 변화 적합부는, 상기 d축 전류 지령값 및 전류 지령값의 제한값을 입력하여 적합한 연산값을 출력하는 제4 룩업 테이블과, 상기 배터리 전압 및 상기 적합한 연산값을 곱하는 승산부(乘算部)로 구성되고,
    상기 승산부로부터 각속도 변화분을 출력하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 전동 파워 스티어링 장치의 제어 장치.
  12. 제7항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 모터는, 영구 자석형 브러시레스 DC 모터인 것을 특징으로 하는 전동 파워 스티어링 장치의 제어 장치.
  13. 제6항, 제7항 및 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 모터의 정격 출력 특성은, 소정의 배터리 전압과 소정의 인버터 전류에 의해 구해지도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 전동 파워 스티어링 장치의 제어 장치.
  14. 조타 토크 및 차속에 따라 조타 보조 전류 지령값을 연산하는 조타 보조 전류 지령값 연산부와, 상기 조타 보조 전류 지령값에 따라 모터를 구동 제어하는 구동 제어부를 구비하고, 상기 모터에 의해 차량의 조타 시스템에 조타 보조력을 부여하도록 되어 있는 전동 파워 스티어링 장치의 제어 장치에 있어서,
    소정의 배터리 전압과 인버터 전류에 의해 구해지는 모터 출력 특성과, 모터의 각속도에 따라 상기 조타 보조력을 제한하도록 한 것을 특징으로 하는 전동 파워 스티어링 장치의 제어 방법.
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