KR20100040453A - 전동식 파워 스티어링 시스템의 인터록을 구현하기 위한 장치 - Google Patents

전동식 파워 스티어링 시스템의 인터록을 구현하기 위한 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전동식 파워 스티어링 시스템의 인터록을 구현하기 위한 장치에 관한 것이다.
본 발명은 3상 피드백 전류값과 3 비트의 3상 피드백 전류 정류용 위치값 중에서 2상의 전류값 및 1 비트의 1상 피드백 전류 정류용 위치값을 이용하여 출력 토크 전류값을 산출하고 이를 통해 전동식 파워 스티어링 시스템의 인터록을 구현하는 전동식 파워 스티어링 시스템의 인터록을 구현하기 위한 장치를 제공한다.
본 발명에 의하면, 인터록 장치가 전류 센서로부터 수신한 3상 피드백 전류값과 정류용 위치 센서로부터 수신한 3 비트의 3상 피드백 전류 정류용 위치값 중에서 2상의 전류값 및 1 비트의 1상 피드백 전류 정류용 위치값을 이용하여 출력 토크 전류값을 산출할 수 있기 때문에 종래 인터록 장치에 비해 저성능의 프로세서를 인터록 장치에 사용할 수 있고, 이로 인해 전동식 파워 스티어링 시스템의 ECU의 생산 단가가 감소하게 되는 효과가 있다.
인터록, 전동식 파워 스티어링 시스템, 3상 전류, 피드백, 출력 토크

Description

전동식 파워 스티어링 시스템의 인터록을 구현하기 위한 장치{Apparatus for Implementing Interlock of Electric Power Steering System}
본 발명은 전동식 파워 스티어링 시스템의 인터록을 구현하기 위한 장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 전동식 파워 스티어링 시스템에 이상이 발생하는 경우 운전자의 안전을 위해 인터록을 구현하여 시스템의 동작을 금지시키는 장치에 관한 것이다.
도 1은 전동식 파워 스티어링(EPS: Electric Power Steering) 시스템의 내부 구성을 간략하게 나타낸 블록 구성도이다.
전동식 파워 스티어링 시스템은 토크 센서(110), ECU(Electronic Controller Unit)(120) 및 EPS 모터(130)를 포함한다. 여기서, ECU(120)는 MCU(Micro Controller Unit)(122), 모터 드라이버(124), 종래 인터록 장치(126) 및 전류 센서(128)를 포함한다.
이중에서 종래 인터록 장치(126)는 전동식 파워 스티어링 시스템에 이상이 발생하는 경우 운전자의 안전을 위해 시스템의 동작을 금지시킨다.
이에 대해 더욱 자세히 설명하면, 종래 인터록 장치(126)는 EPS 모터(130)에 대한 MCU(122)의 제어가 도 2에 도시된 정상 영역(제어 허용 영역) 내에서 이루어지는 지를 감시하여 MCU(122)로 입력되는 토크 센서 출력값과 전류 센서(128)가 EPS 모터(130)로부터 피드백한 피드백 전류값을 비교하여 토크 센서 출력값에 대한 EPS 모터(130)의 출력 토크가 비정상 영역(제어 금지 영역)에 위치하면 종래 인터록 장치(126)는 모터 드라이버(124)를 조정함으로써 MCU(122)의 제어를 무시하게 하여 EPS 모터(130)의 출력 토크를 정상 영역으로 이동시킨다.
여기서, EPS 모터(130)가 3상인 경우, 그 특성상 EPS 모터(130)의 출력 토크가 일정하더라도 모터 로터의 위치에 따라 전류 센서(128)에 의해 검출되는 피드백 전류값이 달라지게 된다.
3상 모터의 상 전류값은 도 3과 같이 Ia, Ib 및 Ic로 구성되는데, 종래 인터록 장치(126)는 이 중에서 하나의 값으로 EPS 모터(130)의 출력 토크를 대표하기 위해 3상의 피드백 전류값인 3상 피드백 전류값에 정밀한 모터 로터의 위치(도3의 "θ")를 이용해서 도 3과 같이 클라크 변환(Clark Transformation) 및 파크 변환(Park Transformation)을 수행하여 3상 피드백 전류값, 즉 3개의 변수인 Ia, Ib 및 Ic를 2종류의 전류값, 즉 2상 전류값인 출력 토크 전류값(도 3의 Iq) 및 무효 전류값(도 3의 Id)으로 변환한 후, 무효 전류값이 일정한 조건에서 출력 토크 전류값으로 EPS 모터(130)의 출력 토크를 대표하였다. 여기서, 출력 토크 전류값은 EPS 모터(130)에 공급되는 전류 중 출력 토크를 발생하도록 하는 전류의 값이고, 무효 전류값은 EPS 모터(130)에 공급되는 전류 중 출력 토크를 발생하지 않는 전류의 값이다.
이와 같이 전동식 파워 스티어링 시스템의 종래 인터록 장치(126)는 인터록을 수행하기 위해 도 3과 같은 연산 및 상대각 센서와 같이 정밀한 모터 위치 센서의 신호를 처리해야 했다.
도 3과 같은 연산 및 정밀한 모터 위치 센서의 신호를 처리하기 위해서는 고성능의 프로세서를 사용하여야 한다.
따라서, 고성능의 프로세서를 ECU(120)의 종래 인터록 장치(126)에 사용하여야 하므로, ECU(120)의 생산 단가가 증가하게 되는 문제점이 있다.
전술한 문제점을 해결하기 위해 본 발명은, 3상 피드백 전류값과 3 비트의 3상 피드백 전류 정류용 위치값 중에서 2상의 전류값 및 1 비트의 1상 피드백 전류 정류용 위치값을 이용하여 출력 토크 전류값을 산출하고 이를 통해 전동식 파워 스티어링 시스템의 인터록을 구현하는 전동식 파워 스티어링 시스템의 인터록을 구현하기 위한 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 전동식 파워 스티어링 시스템의 인터록을 구현하기 위한 장치에 있어서, 상기 전동식 파워 스티어링 시스템의 토크 센서로부터 토크 센서 출력값을 수신하고, 상기 전동식 파워 스티어링 시스템의 전류 센서로부터 Ia, Ib 및 Ic를 포함하는 3상의 피드백 전류값인 3상 피드백 전류값을 수신하며, 상기 전동식 파워 스티어링 시스템의 정류용 위치 센서로부터 상기 3상 피드백 전류값에 대한 정류용 위치값인 3상 피드백 전류 정류용 위치값을 수신하는 인터페이스부; 상기 전동식 파워 스티어링 시스템의 인터록 구현 프로그램을 저장하는 메모리부; 및 상기 인터록 구현 프로그램을 실행하여 상기 3상 피드백 전류값 중 상기 Ia 및 상기 Ib를 이용하여 출력 토크 전류값의 절대값을 산출하고, 상기 3상 피드백 전류 정류용 위치값 중 1상 피드백 전류 정류용 위치값 및 상기 3상 피드백 전류값 중 상기 1상 피드백 정류용 위치값에 해당하는 1상 피드백 전류값의 부호를 이용하여 상기 출력 토크 전류값의 방향을 파악한 후, 상기 토크 센서 출력값과 상기 출력 토크 전류값을 비교하여 상기 전동식 파워 스티어링 시스템의 인터록을 구현하기 위한 제어를 수행하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템의 인터록을 구현하기 위한 장치를 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 인터록 장치가 전류 센서로부터 수신한 3상 피드백 전류값과 정류용 위치 센서로부터 수신한 3 비트의 3상 피드백 전류 정류용 위치값 중에서 2상의 전류값 및 1 비트의 1상 피드백 전류 정류용 위치값을 이용하여 출력 토크 전류값을 산출할 수 있기 때문에 종래 인터록 장치에 비해 저성능의 프로세서를 인터록 장치에 사용할 수 있고, 이로 인해 전동식 파워 스티어링 시스템의 ECU의 생산 단가가 감소하게 되는 효과가 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경 우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 인터록 장치의 내부 구성을 간략하게 나타낸 블록 구성도이다. 여기서, 본 발명의 실시예에 따른 인터록 장치(400)는 종래 인터록 장치(126)를 대체하는 장치이므로, 인터록 장치(400)가 토크 센서(110), 모터 드라이버(124) 및 전류 센서(128)와 데이터 송수신을 수행함은 물론이다.
본 발명의 실시예에 따른 인터록 장치(400)는 인터페이스부(410), 메모리부(420) 및 제어부(430)를 포함한다.
인터페이스부(410)는 전동식 파워 스티어링 시스템의 토크 센서(110), 전류 센서(128) 및 홀 센서(미도시)를 포함하는 정류용 위치 센서(미도시)를 포함하는 각종 센서와의 데이터 송수신 및 모터 드라이버(124)와의 데이터 송수신을 수행한다.
다시 말해서, 인터페이스부(410)는 토크 센서(110)로부터 토크 센서 출력값을 수신하고, 전류 센서(128)로부터 3상의 피드백 전류값인 3상 피드백 전류값을 수신하며, 정류용 위치 센서(미도시)로부터 3상 피드백 전류값에 대한 정류용 위치값인 3상 피드백 전류 정류용 위치값을 수신한다. 또한, 인터페이스부(410)는 후술할 제어부(430)에서 전송한 인터록 신호를 모터 드라이버(124)로 전송할 수 있다.
여기서, 정류용 위치 센서(미도시)는 Ia, Ib 및 Ic를 포함하는 3상 피드백 전류값에 대한 정류용 위치값인 3상 피드백 전류 정류용 위치값(예를들어, 3상 전류에 대한 홀 센서의 신호값인 Ha, Hb 및 Hc)을 출력하여 차량의 인터록 장치(400) 등에 제공하는 센서로써, 3상 피드백 전류 정류용 위치값의 크기는 3 비트(bit)이 고 3상 피드백 전류값 중 어느 하나의 상 전류값인 1상 피드백 전류값에 대한 정류용 위치값인 1상 피드백 전류 정류용 위치값(예를 들어, Ha, Hb 및 Hc 중 Ha)의 크기는 1 비트(bit)이다.
메모리부(420)는 전동식 파워 스티어링 시스템의 인터록 구현 프로그램을 저장한다.
제어부(430)는 메모부(420)에 저장된 전동식 파워 스티어링 시스템의 인터록 구현 프로그램을 실행하여 Ia, Ib 및 Ic를 포함하는 3상 피드백 전류값 중 Ia 및 Ib를 이용하여 출력 토크 전류값의 절대값을 산출하고, 3상 피드백 전류 정류용 위치값 중 1상 피드백 전류 정류용 위치값 및 3상 피드백 전류값 중 1상 피드백 전류 정류용 위치값에 해당하는 1상 피드백 전류값의 부호를 이용하여 출력 토크 전류값의 방향을 파악한 후, 토크 센서 출력값과 출력 토크 전류값을 비교하여 전동식 파워 스티어링 시스템의 인터록을 구현하기 위한 제어를 수행한다. 여기서, 제어부(430)는 토크 센서 출력값에 대한 EPS 모터(130)의 출력 토크, 즉 토크 센서 출력값에 대한 출력 토크 전류값이 도 2의 비정상 영역(제어 금지 영역)에 위치하면 모터 드라이버(124)를 조정하기 위한 인터록 신호를 생성하고, 인터페이스부(410)를 통해 모터 드라이버(124)에 전송한다.
Figure 112008070755499-PAT00001
제어부(430)는 출력 토크 전류값의 절대값을 산출하기 위해서, 수학식 1과 같이 3상 피드백 전류값의 제곱의 합이 출력 토크 전류값(도 5의 Iq)의 제곱과 무효 전류값(도 5의 Id)의 제곱의 합을 3/2배한 값과 동일하다는 조건과 3상이 평형할 때에 3상 피드백 전류값의 합은 0이라는 조건 및 전동식 파워 스티어링 시스템의 MCU(122)에서 무효 전류값을 0이 되도록 제어하여 EPS 모터(130)에서 최대 출력 토크를 발생하도록 한다는 조건을 이용한다. 여기서, 출력 토크 전류값의 절대값은 Ia의 제곱, Ib의 제곱 및 Ia와 Ib의 곱의 합에 4/3배를 한 값의 제곱근이 된다.
한편, 본 발명에서 제어부(430)가 출력 토크 전류값의 방향을 파악하는 방식은 도 5와 같다.
도 5에서 1상 피드백 전류값이 양의 부호를 가질 때 1상 피드백 전류 정류용 위치값이 1이고, 1상 피드백 전류값이 음의 부호를 가질 때 1상 피드백 전류 정류용 위치값이 0인 경우는 출력 토크 전류값의 방향을 시계 방향으로 판단하고, 1상 피드백 전류값이 음의 부호를 가질 때 1상 피드백 전류 정류용 위치값이 1이고, 1상 피드백 전류값이 양의 부호를 가질 때 1상 피드백 전류 정류용 위치값이 0인 경 우는 출력 토크 전류값의 방향을 반시계 방향으로 판단한다.
다시 말해서, 1상 피드백 전류값이 양의 부호를 가질 때 1상 피드백 전류 정류용 위치값이 1이고, 1상 피드백 전류값이 음의 부호를 가질 때 1상 피드백 전류 정류용 위치값이 0인 경우는 EPS 모터(130)의 구동 방향이 시계 방향인 것으로 판단하고, 1상 피드백 전류값이 음의 부호를 가질 때 1상 피드백 전류 정류용 위치값이 1이고, 1상 피드백 전류값이 양의 부호를 가질 때 1상 피드백 전류 정류용 위치값이 0인 경우는 EPS 모터(130)의 구동 방향이 반시계 방향인 것으로 판단한다.
이와 같이 본 발명의 실시예에 따른 인터록 장치(400)는 전류 센서(128)로부터 수신한 3상 피드백 전류값과 정류용 위치 센서(미도시)로부터 수신한 3 비트의 3상 피드백 전류 정류용 위치값 중에서 2상의 전류값 및 1 비트의 1상 피드백 전류 정류용 위치값만을 이용하여 출력 토크 전류값을 산출할 수 있다.
따라서, 종래 인터록 장치(126)에 비해 저성능의 프로세서를 인터록 장치(400)에 사용할 수 있고, 이로 인해 전동식 파워 스티어링 시스템의 ECU의 생산 단가가 감소하게 되는 것이다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석 되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 전동식 파워 스티어링 시스템 분야에 적용되어, 인터록 장치가 전류 센서로부터 수신한 3상 피드백 전류값과 정류용 위치 센서로부터 수신한 3 비트의 3상 피드백 전류 정류용 위치값 중에서 2상의 전류값 및 1 비트의 1상 피드백 전류 정류용 위치값을 이용하여 출력 토크 전류값을 산출할 수 있기 때문에 종래 인터록 장치에 비해 저성능의 프로세서를 인터록 장치에 사용할 수 있고, 이로 인해 전동식 파워 스티어링 시스템의 ECU의 생산 단가가 감소하게 되는 효과를 발생하는 매우 유용한 발명이다.
도 1은 전동식 파워 스티어링(EPS: Electric Power Steering) 시스템의 내부 구성을 간략하게 나타낸 블록 구성도
도 2는 EPS 모터의 제어 허용 영역 및 제어 금지 영역을 나타낸 도면,
도 3은 종래 인터록 장치에서 출력 토크 전류값을 산출하기 위한 방정식을 나타낸 도면,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 인터록 장치의 내부 구성을 간략하게 나타낸 블록 구성도,
도 5는 1상 피드백 전류값의 부호와 1상 피드백 전류 정류용 위치값의 관계를 나타낸 도면이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
110: 토크 센서 120: ECU
122: MCU 124: 모터 드라이버
126: 종래 인터록 장치 128: 전류 센서
130: EPS 모터 400: 인터록 장치
410: 인터페이스부 420: 메모리부
430: 제어부

Claims (4)

  1. 전동식 파워 스티어링 시스템의 인터록을 구현하기 위한 장치에 있어서,
    상기 전동식 파워 스티어링 시스템의 토크 센서로부터 토크 센서 출력값을 수신하고, 상기 전동식 파워 스티어링 시스템의 전류 센서로부터 Ia, Ib 및 Ic를 포함하는 3상의 피드백 전류값인 3상 피드백 전류값을 수신하며, 상기 전동식 파워 스티어링 시스템의 정류용 위치 센서로부터 상기 3상 피드백 전류값에 대한 정류용 위치값인 3상 피드백 전류 정류용 위치값을 수신하는 인터페이스부;
    상기 전동식 파워 스티어링 시스템의 인터록 구현 프로그램을 저장하는 메모리부; 및
    상기 인터록 구현 프로그램을 실행하여 상기 3상 피드백 전류값 중 상기 Ia 및 상기 Ib를 이용하여 출력 토크 전류값의 절대값을 산출하고, 상기 3상 피드백 전류 정류용 위치값 중 1상 피드백 전류 정류용 위치값 및 상기 3상 피드백 전류값 중 상기 1상 피드백 정류용 위치값에 해당하는 1상 피드백 전류값의 부호를 이용하여 상기 출력 토크 전류값의 방향을 파악한 후, 상기 토크 센서 출력값과 상기 출력 토크 전류값을 비교하여 상기 전동식 파워 스티어링 시스템의 인터록을 구현하기 위한 제어를 수행하는 제어부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템의 인터록을 구현하기 위한 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 3상 피드백 전류값의 제곱의 합이 상기 출력 토크 전류값의 제곱과 무효 전류값의 제곱의 합을 3/2배한 값과 동일하다는 조건과 3상이 평형할 때에 상기 3상 피드백 전류값의 합은 0이라는 조건 및 상기 전동식 파워 스티어링 시스템의 MCU(Micro Controller Unit)에서 상기 무효 전류값을 0이 되도록 제어하여 상기 전동식 파워 스티어링 시스템의 EPS(Electric Power Steering) 모터에서 최대 출력 토크를 발생하도록 한다는 조건을 이용하여 상기 출력 토크 전류값의 절대값을 산출하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템의 인터록을 구현하기 위한 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 1상 피드백 전류값이 양의 부호를 가질 때 상기 1상 피드백 전류 정류용 위치값이 1이고, 상기 1상 피드백 전류값이 음의 부호를 가질 때 상기 1상 피드백 전류 정류용 위치값이 0인 경우는 상기 출력 토크 전류값의 방향을 시계 방향으로 판단하고, 상기 1상 피드백 전류값이 음의 부호를 가질 때 상기 1상 피드백 전류 정류용 위치값이 1이고, 상기 1상 피드백 전류값이 양의 부호를 가질 때 상기 1상 피드백 전류 정류용 위치값이 0인 경우는 상기 출력 토크 전류값의 방향을 반시계 방향으로 판단하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템의 인터록을 구현하기 위한 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 출력 토크 전류값의 절대값은 상기 Ia의 제곱, 상기 Ib의 제곱 및 상기 Ia와 상기 Ib의 곱의 합에 4/3배를 한 값의 제곱근인 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템의 인터록을 구현하기 위한 장치.
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