KR20130044724A - 전동식 동력 조향장치의 토크리플 저감장치 - Google Patents

전동식 동력 조향장치의 토크리플 저감장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전동식 동력 조향장치의 토크리플 저감장치에 관한 것으로서, 전동식 동력 조향장치에서 모터의 구동시 발생되는 토크리플을 모터위치각 및 토크분전류와 자속분전류의 크기를 반영하여 보상하는 역위상 보상기를 통해 토크리플을 저감시켜 자속분 전류의 변화에 대해서도 토크리플을 보상하여 소음 및 진동의 발생을 억제시킬 수 있다.

Description

전동식 동력 조향장치의 토크리플 저감장치{DIMINISHING APPARATUS FOR TORQUE RIFFLE OF MOTOR DRIVEN POWER STEERING SYSTEM}
본 발명은 전동식 동력 조향장치의 토크리플 저감장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전동식 동력 조향장치에서 모터의 구동시 발생되는 토크리플을 모터위치각 및 토크분전류와 자속분전류의 크기를 반영하여 보상하는 역위상 보상기를 통해 토크리플을 저감시키는 전동식 동력 조향장치의 토크리플 저감장치에 관한 것이다.
일반적으로 전동식 동력 조향장치(Motor Driven Power Steering 이하, MDPS)는 직류 모터를 액추에이터로 이용하였으나, 최근에는 신뢰성을 보장할 수 있는 3상 브러시리스 교류 모터를 액추에이터로 사용하고 있는 데, 3상 브러시리스 교류 모터는 직류 모터에 비해 출력, 수명, 신뢰도 등이 높은 장점이 있는 반면, 직류 모터에 비해 토크 리플(Torque Ripple)이 더 크다는 단점이 있다.
그리고, 이러한 토크 리플의 원인에는 제어적인 요소와 전기-기계적인 요소가 있는 데, 제어적인 요소는 보다 개선된 제어방식에 의해 해결이 가능하지만, 전기-기계적인 요소 중 특히 기계적인 불완전성에 의해 발생되는 저주파 토크 리플은 저감하기가 상당히 어렵다.
한편, 기계적인 요소에 의해 발생되는 저주파 토크 리플을 저감하기 위한 방안으로는 예를 들어, 연성 커플링을 사용하는 방안이 있는 데, 이는 고무 등의 재질이 연한 것을 모터와 감속기 사이의 커플링으로 사용하여 모터의 토크 리플로 인해 발생되는 기계적인 진동을 저감시키는 것이다.
그리고, 모터의 토크 리플을 저감하기 위하여, 모터의 생산 및 조립시 기계적인 완성도를 높이는 방안이 있는데, 이와 같은 방안들은 실용적인 범위 내의 특정 영역 대 주파수를 가지는 토크 리플을 비교적 효과적으로 저감할 수 있다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허 10-2008-0007999호(2008.01.23.)에 개시되어 있다.
이러한 토크 리플은 모터 설계 및 제어장치 설계의 한계에 의해 발생하게 되는 것으로 소음 및 진동의 원인이 되고 있어 다양한 방식으로 보상하여 제거하고자 하고 있다.
본 발명은 전동식 동력 조향장치에서 모터의 구동시 발생되는 토크리플을 모터위치각 및 토크분전류와 자속분전류의 크기를 반영하여 보상하는 역위상 보상기를 통해 토크리플을 저감시키는 전동식 동력 조향장치의 토크리플 저감장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 전동식 동력 조향장치의 토크리플 저감장치는 모터의 구동에 따른 모터위치각을 검출하는 모터위치각센서; 모터위치각에 따른 보상신호 테이블을 저장하는 저장부; 모터를 구동시키기 위한 자속분 전류를 생성하는 약자속 제어기; 및 모터위치각센서로부터 모터위치각을 입력받아 저장부에 저장된 모터위치각에 따른 보상신호 테이블을 통해 역위상 보상신호를 연산하여 조향로직 제어기로부터 출력된 조향보조토크에 따른 토크분 전류의 크기와 약자속 제어기에서 생성된 자속분 전류의 크기에 따른 게인을 곱하여 토크리플의 보상전류를 생성하는 역위상 보상기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 모터위치각에 따른 보상신호 테이블은 시험을 통한 모터위치각에 따른 역위상 신호인 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 자속분 전류의 크기와 보상전류는 반비례하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 전동식 동력 조향장치에서 모터의 구동시 발생되는 토크리플을 모터위치각 및 토크분전류와 자속분전류의 크기를 반영하여 보상하는 역위상 보상기를 통해 토크리플을 저감시켜 자속분 전류의 변화에 대해서도 토크리플을 보상하여 소음 및 진동의 발생을 억제시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 동력 조향장치의 토크리플 저감장치를 나타낸 블록구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 동력 조향장치의 토크리플 저감장치에서 토크리플과 보상신호와의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 동력 조향장치의 토크리플 저감장치에서 토크리플의 크기와 토크분 전류 및 자속분 전류와의 관계를 나타낸 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 전동식 동력 조향장치의 토크리플 저감장치의 일 실시예를 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 동력 조향장치의 토크리플 저감장치를 나타낸 블록구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 동력 조향장치의 토크리플 저감장치에서 토크리플과 보상신호와의 관계를 나타낸 그래프이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 동력 조향장치의 토크리플 저감장치에서 토크리플의 크기와 토크분 전류 및 자속분 전류와의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 동력 조향장치의 토크리플 저감장치는 모터위치각센서(10), 저장부(40), 약자속 제어기(30) 및 역위상 보상기(50)를 비롯하여 조향로직 제어기(20)를 포함한다.
모터위치각센서(10)는 모터(70)의 구동에 따른 회전자(미도시)의 위치를 나타내는 모터위치각을 검출한다.
저장부(40)는 모터위치각에 따른 보상신호 테이블을 저장하여 모터위치각에 따른 토크리플을 저감시키기 위한 보상신호를 연산할 수 있도록 한다.
즉, 도 2에 도시된 바와 같이 (a) 그래프는 모터에서 발생되는 토크리플을 측정하여 신호처리한 후 주요 주파수 성분의 위상과 크기를 모터위치각에 따라 도시한 파형이다.
이에 대해 (b) 그래프는 (a) 그래프와 같이 모터위치각에 따라 토크리플이 발생할 경우 이를 감소시키기 위한 역위상의 보상신호를 나타낸 파형이다.
따라서, 보상신호 테이블을 통해 모터위치각에 따라 역위상 신호를 생성할 수 있도록 정의할 수 있다.
약자속 제어기(30)는 모터(70)의 구동전력이 일정하도록 제어하기 위한 자속분 전류를 생성한다.
자속분 전류는 모터(70)의 회전자 자속값에 비례하는 값으로써 모터제어기(60)에서 조향보조토크인 토크분 전류와 자속분 전류를 통해 3상 변환하여 모터(70)를 구동시킨다.
역위상 보상기(50)는 모터위치각센서(10)로부터 모터위치각을 입력받아 저장부(40)에 저장된 모터위치각에 따른 보상신호 테이블을 통해 역위상 보상신호를 연산하여 조향로직 제어기(20)로부터 출력된 조향보조토크에 따른 토크분 전류의 크기와 약자속 제어기에서 생성된 자속분 전류의 크기에 따른 게인을 곱하여 토크리플을 저감하기 위한 보상전류를 생성한다.
역위상 보상기(50)는 도 2에 도시된 그래프와 같이 모터위치각에 따른 역위상 보상신호를 연산하고, 여기에 도 3에 도시된 그래프와 같은 관계에 따라 조향로직 제어기(20)로부터 출력된 토크분 전류의 크기와 자속분 전류의 크기에 따른 게인을 곱하여 토크리플을 저감하기 위한 보상전전류를 생성한다.
즉, (a)에 도시된 바와 같이 토크분 전류와 토크리플의 크기는 비례관계에 있고, (b)에 도시된 바와 같이 자속분 전류와 토크리플의 크기는 반비례관계에 있어 이에 따라 역위상 보상신호를 연산한 후 토크분 전류의 크기와 자속분 전류의 크기에 따른 게인을 곱하여 토크리플를 저감하기 위한 보상전류를 생성한다.
이렇게 생성된 보상전류는 조향로직 제어기(20)의 토크분 전류와 합산되어 토크리플을 보상하게 되고, 모터제어기(60)는 토크리플이 보상된 조향보조토크와 자속분 전류를 입력받아 3상으로 변환하여 인버터(미도시)를 통해 모터(70)를 구동시키게 된다.
이와 같이 본 발명에 의한 전동식 동력 조향장치의 토크리플 저감장치에 따르면, 전동식 동력 조향장치에서 모터(70)의 구동시 발생되는 토크리플을 모터위치각 및 토크분전류와 자속분전류의 크기를 반영하여 보상하는 역위상 보상기(50)를 통해 토크리플을 저감시켜 자속분 전류의 변화에 대해서도 토크리플을 보상하여 소음 및 진동의 발생을 억제시킬 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
10 : 모터위치각센서 20 : 조향로직제어기
30 : 약자속 제어기 40 : 저장부
50 : 역위상 보상기 60 : 모터제어기
70 : 모터

Claims (3)

  1. 모터의 구동에 따른 모터위치각을 검출하는 모터위치각센서;
    상기 모터위치각에 따른 보상신호 테이블을 저장하는 저장부;
    상기 모터를 구동시키기 위한 자속분 전류를 생성하는 약자속 제어기; 및
    상기 모터위치각센서로부터 상기 모터위치각을 입력받아 상기 저장부에 저장된 상기 모터위치각에 따른 상기 보상신호 테이블을 통해 역위상 보상신호를 연산하여 조향로직 제어기로부터 출력된 조향보조토크에 따른 토크분 전류의 크기와 상기 약자속 제어기에서 생성된 상기 자속분 전류의 크기에 따른 게인을 곱하여 토크리플의 보상전류를 생성하는 역위상 보상기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 동력 조향장치의 토크리플 저감장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 모터위치각에 따른 상기 보상신호 테이블은 시험을 통한 상기 모터위치각에 따른 역위상 신호인 것을 특징으로 하는 전동식 동력 조향장치의 토크리플 저감장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 자속분 전류의 크기와 보상전류는 반비례하는 것을 특징으로 하는 전동식 동력 조향장치의 토크리플 저감장치.
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