KR20150062427A - 전동식 파워스티어링 시스템의 전류 센서 고장 시 비상 운전 방법 및 장치 - Google Patents

전동식 파워스티어링 시스템의 전류 센서 고장 시 비상 운전 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전동식 파워스티어링 시스템에 관한 것으로, 전동식 파워스티어링 시스템에 있어서, 전류 검출기 이상 유무를 연산하고, 상기 연산된 이상 유무로부터 상기 전류 검출기가 고장인지 판단하는 단계; 상기 전류 검출기가 고장인 경우, 모터 등가 모델 연산기와 모터가 서로 도통되도록 스위치를 스위칭하는 단계; 상기 모터 등가 모델 연산기가 모터로 인가될 전압지령을 연산하는 단계; 및 상기 전압지령을 나타내는 전압지령 신호를 모터에 인가하는 단계; 를 포함할 수 있다.

Description

전동식 파워스티어링 시스템의 전류 센서 고장 시 비상 운전 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR EMERGENCY OPERATION IN THE CURRENT SENSOR FAILURE OF MOTOR DRIVING POWER STEERING SYSTEM}
본 발명은 전동식 파워스티어링 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전동식 파워스티어링 시스템에서 전류 센서 고장 시 운전자가 안전하게 비상운전을 수행할 수 있는 전동식 파워스티어링 시스템에서 전류 센서 고장 시 비상운전 방법 및 장치이다.
일반적으로, 차량에는 조향상태의 안정성을 보장하기 위해 파워 스티어링 시스템이 적용된다. 기존에는 유압을 이용한 유압식 파워 스티어링 시스템(HPS: Hydraulic Power Steering System)이 차량에 이용되었으나, 최근에는 모터의 회전력을 이용하여 운전자의 조향력을 쉽게 해주며, 환경친화적인 전동식 파워 스티어링 시스템(Motor Driving Power Steering System, 이하 MDPS)의 설치가 증가되는 추세이다.
전동식 파워 스티어링 시스템은 차속센서 및 조향토크센서 등에서 감지한 차량의 운행조건에 따라 전자제어장치(ECU: Electronic controlunit)에서 모터를 구동시켜 저속 운행시에는 가볍고 편안한 조향감을 부여하고, 고속 운행시에는 무거운 조향감과 더불어 양호한 방향 안정성을 부여하며, 비상 상황에서는 급속한 조향이 이루어지도록 하여 운전자에게 최적의 조향 조건을 제공하게 된다.
종래의 전동식 파워 스티어링 시스템의 전류 검출기에 구비된 전류 센서가 고장 시 비정상적인 모터 구동으로 인해 운전자가 수동으로 조향장치를 제어해야 하는 매뉴얼 조타 상황이 발생되었다. 종래의 전동식 파워 스티어링 시스템이 장착된 차량은 전류 센서 고장 시 발생하는 비정상적인 모터 구동에 의한 매뉴얼 조타 상황의 위험성을 가지고 있다.
본 발명의 실시예는 전동식 파워스티어링 시스템에서 전류 센서 고장 시 운전자가 안전하게 비상운전을 수행할 수 있는 전동식 파워스티어링 시스템의 전류 센서 고장 시 비상 운전 방법 및 장치를 제공한다.
본 발명의 실시 예에 따른 전동식 파워스티어링 시스템의 전류 센서 고장 시 비상 운전 방법은, 전동식 파워스티어링 시스템에 있어서, 전류 검출기 이상 유무를 연산하고, 상기 연산된 이상 유무로부터 상기 전류 검출기가 고장인지 판단하는 단계; 상기 전류 검출기가 고장인 경우, 모터 등가 모델 연산기와 모터가 서로 도통되도록 스위치를 스위칭하는 단계; 상기 모터 등가 모델 연산기가 모터로 인가될 전압지령을 연산하는 단계; 및 상기 전압지령을 나타내는 전압지령 신호를 모터에 인가하는 단계; 를 포함할 수 있다.
상기 스위치를 스위칭하는 단계는, 단극 쌍투(SPDT: Single Pole Double throw) 스위치, 솔레노이드(Solenoid) 스위치 중 적어도 하나의 동작을 제어할 수 있다.
상기 전압지령은 연산하는 단계는, 전류지령 신호, 모터 파라미터 상수 및 모터 각속도로부터 연산될 수 있다.
상기 전류지령 신호는, 전류 지령 연산기에서 연산된 전류지령의 토크분전류, 전류지령의 자속분전류 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 모터 파라미터 상수는, 모터저항, 모터의 인덕턴스 및 역기전력 상수 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 모터 각속도는, 모터에 구비된 위치센서로부터 획득될 수 있다.
상기 전압지령은 연산하는 단계는,
상기 모터 등가 모델의 수학식
Figure pat00001
Figure pat00002
을 통해 이루어지며, Vq는 전압지령의 토크분전압, R은 모터저항, iq는 전류지령의 토크분전류, ωr는 모터의 각속도, L은 모터의 인덕턴스, Ke는 역기전력 상수, id는 전류지령의 자속분전류 및 Vd는 전압지령의 자속분전압으로 정의될 수 있다.
상기 전압지령 신호를 모터에 인가하는 단계는,
상기 전압지령 신호를 펄스폭 변조 방식(PWM)의 상전압으로 변환하는 단계; 를 더 포함할 수 있다.
상기 전동식 파워스티어링 시스템의 전류 센서 고장 시 비상 운전 방법은,
상기 전류 검출기가 정상인 경우, PI 제어기가 전류 오차를 연산하는 단계; 및
상기 PI 제어기가 상기 연산된 전류 오차 및 제어 게인으로부터 전압 지령을 연산하는 단계; 를 더 포함할 수 있다.
상기 PI 제어기가 전류 오차를 연산하는 단계는,
상기 전류 오차의 수학식
Figure pat00003
Figure pat00004
을 통해 이루어지며, iq _ err는 토크분전류의 전류 오차, iq는 전류지령의 토크분전류, iq _ real은 모터전류의 토크분전류, id _ err는 자속분전류의 전류 오차, id는 전류지령의 자속분전류 및 id _ real은 모터전류의 자속분전류로 정의될 수 있다.
상기 전압지령을 연산하는 단계는,
상기 전압지령의 수학식
Figure pat00005
Figure pat00006
을 통해 이루어지며, Vq는 전압지령의 토크분전압, Kp는 미리 정의된 비례계수, Ki는 미리 정의된 적분계수, S는 주파수, iq _ err는 토크분전류의 전류 오차 및 id _ real은 모터전류의 자속분전류로 정의될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 전동식 파워스티어링 시스템의 전류 센서 고장 시 비상 운전 장치는, 전동식 파워스티어링 시스템에 있어서, 전류 검출기 이상 유무를 연산하는 전류 고장 검출기; 전압지령 신호에 따라 차량의 조향보조토크를 발생시키는 모터; 모터 등가 모델을 통해 상기 모터로 인가될 전압지령을 연산하는 모터 등가 모델 연산기; 상기 등가 모델 연산기와 상기 모터 사이에 배치되는 스위치; 및 상기 전류 고장 검출기를 통해 상기 전류 검출기가 고장인지 판단하고, 상기 판단 결과, 상기 전류 검출기가 고장인 경우, 상기 모터 등가 모델 연산기와 상기 모터가 서로 도통되도록 스위치를 스위칭하며, 상기 전압지령을 나타내는 상기 전압지령 신호를 생성하여 상기 모터에 인가되도록 제어하는 제어부; 를 포함할 수 있다.
상기 스위치는, 단극 쌍투(SPDT: Single Pole Double throw) 스위치, 솔레노이드(Solenoid) 스위치 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 모터 등가 모델 연산기가 연산하는 상기 전압지령은, 전류지령 신호, 모터 파라미터 상수 및 모터 각속도로부터 연산될 수 있다.
상기 전류지령 신호는, 전류 지령 연산기에서 연산된 전류지령의 토크분전류, 전류지령의 자속분전류 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 모터 파라미터 상수는, 상기 모터의 모터저항, 상기 모터의 인덕턴스 및 역기전력 상수 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 모터 각속도는, 상기 모터에 구비된 위치센서로부터 획득될 수 있다.
상기 모터 등가 모델 연산기가 연산하는 상기 전압지령은,
상기 모터 등가 모델의 수학식
Figure pat00007
Figure pat00008
을 통해 이루어지며, Vq는 전압지령의 토크분전압, R은 모터저항, iq는 전류지령의 토크분전류, ωr는 모터의 각속도, L은 모터의 인덕턴스, Ke는 역기전력 상수, id는 전류지령의 자속분전류 및 Vd는 전압지령의 자속분전압으로 정의될 수 있다.
상기 전압지령 신호는, 펄스폭 변조 방식(PWM)의 상전압으로 변환될 수 있다.
상기 전동식 파워스티어링 시스템의 전류 센서 고장 시 비상 운전 장치는,
상기 전류 검출기가 정상인 경우, 전류 오차를 연산하고, 상기 연산된 전류 오차 및 제어 게인으로부터 전압 지령을 연산하는 PI 제어기; 를 더 포함할 수 있다.
상기 PI 제어기가 연산하는 상기 전류 오차는,
상기 전류 오차의 수학식
Figure pat00009
Figure pat00010
을 통해 이루어지며, iq _ err는 토크분전류의 전류 오차, iq는 전류지령의 토크분전류, iq _ real은 모터전류의 토크분전류, id _ err는 자속분전류의 전류 오차, id는 전류지령의 자속분전류 및 id _ real은 모터전류의 자속분전류로 정의될 수 있다.
상기 PI 제어기가 연산하는 상기 전압지령은,
상기 전압지령의 수학식
Figure pat00011
Figure pat00012
을 통해 이루어지며, Vq는 전압지령의 토크분전압, Kp는 미리 정의된 비례계수, Ki는 미리 정의된 적분계수, S는 주파수, iq _ err는 토크분전류의 전류 오차 및 id_real은 모터전류의 자속분전류로 정의될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전동식 파워스티어링 시스템의 전류 센서 고장 시 비상 운전 방법 및 장치는 전동식 파워스티어링 시스템에서 전류 센서 고장 시 모터의 구동을 제어할 수 있는 전압 지령 신호를 출력하는 모터 등가 모델 연산기를 통해 운전자가 안전하게 비상운전을 수행할 수 있다.
도 1은 종래의 전동식 파워스티어링 시스템의 구성을 나타내는 블록도.
도 2는 종래의 전동식 파워스티어링 시스템의 제어부의 세부구성을 나타내는 블록도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전동식 파워스티어링 시스템의 전류 센서 고장 시 비상 운전 장치의 제어부의 세부구성을 나타내는 블록도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전동식 파워스티어링 시스템의 전류 센서 고장 시 비상 운전 방법을 나타내는 순서도.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는 적절하게 설명된다면 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
한편, 본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, 본 발명에서 "포함하다." 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.
먼저, 본 발명의 실시예에 따른 전동식 파워스티어링 시스템의 전류 센서 고장 시 비상 운전 방법 및 장치의 이해를 돕기 위해 도 1 및 도 2를 참조하여 종래의 전동식 파워스티어링 시스템에 대하여 설명한다.
도 1은 종래의 전동식 파워스티어링 시스템의 구성을 나타내는 블록도이며, 도 2는 종래의 전동식 파워스티어링 시스템의 제어부의 세부구성을 나타내는 블록도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 종래의 전동식 파워스티어링 시스템(100)은 조향 로직 제어기(110), 제어부(120) 및 모터(130)를 포함할 수 있다.
조향 로직 제어기(110)는 차량에 구비된 적어도 하나의 토크센서(Torque sensor)로부터 출력되는 토크 출력 신호를 입력 신호로 입력받아 조향 보조 토크를 연산할 수 있다. 조향 로직 제어기(110)는 연산된 조향 보조 토크를 나타내는 조향 보조 토크 신호는 생성하여 제어부(120)에 구비된 전류지령 연산기(120-1)로 출력할 수 있다.
제어부(120)는 전류지령 연산기(120-1), PI 제어기(120-2), 전류 검출기(120-3), 전류 고장 검출기(120-4) 및 스위치(120-5)를 포함할 수 있다. 제어부(120)는 조향 로직 제어기(110)로부터 출력되는 조향 보조 토크 신호를 입력 신호로 입력받아 조향 장치가 조향 보조 토크를 발생시키도록 모터의 동작을 제어하는 전압지령 신호를 생성하고, 생성된 전압지령 신호를 모터로 출력하여 모터의 동작을 제어할 수 있다.
전류지령 연산기(120-1)는 조향 로직 제어기(110)로부터 출력되는 조향 보조 토크 신호를 입력 신호로 입력받아 전류지령을 연산할 수 있다. 전류지령 연산기(120-1)는 연산된 전류지령을 나타내는 전류지령 신호를 생성하고, 생성된 전류지령 신호를 PI 제어기(120-2)로 출력할 수 있다.
PI 제어기(120-2)는 전류지령 연산기(120-1)로부터 출력되는 전류 지령 신호 및 정상 동작하는 전류 검출기(120-3)로부터 출력되는 모터 전류 신호를 입력 신호로 입력받아 두 신호의 오차로부터 모터(130)에 인가할 전압량을 나타내는 전압지령을 연산할 수 있다. 연산된 전압지령을 나타내는 전압지령 신호를 생성하고, 생성된 전압지령 신호를 모터(130)로 출력할 수 있다.
전류 검출기(120-3)는 스위치(120-5)에서 출력되는 진압 지령 신호의 전류를 검출할 수 있다. 전류 검출기(120-3)는 검출된 전류로부터 모터 전류 신호를 생성하여 전류 고장 검출기(120-4) 및 PI 제어기(120-2)로 출력할 수 있다.
전류 고장 검출기(120-4)는 전류 검출기(120-3)로부터 모터 전류 신호를 입력받을 수 있다. 전류 고장 검출기(120-4)는 모터 전류 신호로부터 전류 검출기(120-3)의 이상 유무를 확인하기 위한 이상 유무 연산할 수 있다. 이상 유무 연산 결과 전류 검출기(120-3)가 고장인 경우, 전류 고장 검출기(120-4)는 스위치(120-5)의 동작을 제어하여 모터(130)에 인가되는 전압인 전압지령 신호를 차단할 수 있다. 전류 고장 검출기(120-4)에 의해 모터로 인가되던 전압지령 신호를 차단되면, MDPS는 매뉴얼 조타 상태가 되어 오동작을 방지한다. 이상 유무 연산 결과 전류검출기가 정상인 경우, 전류 고장 검출기(120-4)는 PI 제어기(120-2)와 모터(1300이 서로 도통되도록 스위치(120-5)의 동작을 제어할 수 있다.
상기 종래의 전동식 파워스티어링 시스템(100)의 PI 제어기(120-2)는 전류 검출기(120-3)가 고장 상태가 되면, 고장 상태의 전류 검출기(120-3)로부터 출력되는 모터 전류 신호를 입력받고, 입력된 모터 전류 신호로부터 전압 지령 신호를 잘못 연산한다. PI 제어기(120-2)는 잘못 연산된 전압 지령 신호를 모터(130)로 인가한다. 모터(130)는 입력되는 전압 지령 신호에 따라 토크를 발생시킨다. 전류 검출기(120-3)가 고장 상태가 되면, 이상 조타 상태와 같은 MDPS의 오동작을 방생시키는 원인이 된다. 따라서, 상기 이상 조타 상태와 같은 MDPS의 오동작을 방지하기 위하여 전류 고장 검출기(120-4)를 구비하여 전류 검출기(120-3)의 고장을 판단한다. 전류 고장 검출기(120-4)가 전류 검출기(120-3)의 상태를 고장으로 판단하면, 모터(130)로 인가되는 전압 지령 신호를 차단하여 MDPS를 매뉴얼 조타 상태로 전환한다. 따라서, 운전자는 주행 중 전류 검출기(120-3)의 고장으로 인해 MDPS가 매뉴얼 조타 상태가 되면, 운전 상황에 따라 사고의 위험을 느끼게 된다.
이하 첨부된 도 3을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 전동식 파워스티어링 시스템의 전류 센서 고장 시 비상 운전 장치에 대하여 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전동식 파워스티어링 시스템의 전류 센서 고장 시 비상 운전 장치의 제어부(310)의 세부구성을 나타내는 블록도이다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전동식 파워스티어링 시스템의 전류 센서 고장 시 비상 운전 장치(300)는 제어부(310) 및 모터(330)를 포함할 수 있다.
제어부(310)는 전류지령 연산기(310-1), PI 제어기(310-2), 전류 검출기(310-3), 전류 고장 검출기(310-4), 스위치(310-5) 및 모터 등가 모델 연산기(310-6)를 포함할 수 있다.
전류지령 연산기(310-1)는 조향 로직 제어기(110)로부터 출력되는 조향 보조 토크 신호를 입력 신호로 입력받아 전류지령을 연산할 수 있다. 전류지령 연산기(310-1)는 연산된 전류지령을 나타내는 전류지령 신호를 생성하고, 생성된 전류지령 신호를 PI 제어기(120-2) 및 모터 등가 모델 연산기(310-6)로 출력할 수 있다.
PI 제어기(310-2)는 전류지령 연산기(310-1)로부터 출력되는 전류 지령 신호와 정상 동작하는 전류 검출기(310-3)로부터 출력되는 모터 전류 신호를 입력 신호로 입력받을 수 있다. PI 제어기(310-2)는 전류 지령 신호와 모터 전류 신호의 전류 오차를 다음과 같은 수학식 1을 통해 연산할 수 있다.
[수학식 1]
Figure pat00013
Figure pat00014
여기서 iq _ err는 토크분전류의 전류 오차, iq는 전류지령의 토크분전류, iq _ real은 모터전류의 토크분전류, id _ err는 자속분전류의 전류 오차, id는 전류지령의 자속분전류 및 id _ real은 모터전류의 자속분전류를 의미한다.
또한, PI 제어기(310-2)는 연산된 전류 오차로부터 모터(330)에 인가할 전압량을 나타내는 전압지령을 다음과 같은 연산할 수 있다. 다음과 같은 수학식 2를 통해 연산할 수 있다.
[수학식2]
Figure pat00015
Figure pat00016
여기서 Vq는 전압지령의 토크분전압, Kp는 미리 정의된 비례계수, Ki는 미리 정의된 적분계수, S는 주파수, iq _ err는 토크분전류의 전류 오차 및 id _ real은 모터전류의 자속분전류를 의미한다.
또한, PI 제어기(310-2)는 연산된 전압지령을 나타내는 전압지령 신호를 생성하고, 생성된 전압지령 신호를 모터(330)로 출력할 수 있다. 예컨대, PI 제어기(310-2)는 전류 고장 검출기(310-4)의 스위치(310-5) 동작 제어를 통해 모터(330)와 도통되어 모터(330)의 구동을 제어하는 전압지령 신호를 출력할 수 있다.
전류 검출기(310-3)는 스위치(310-5)에서 출력되는 진압 지령 신호의 전류를 검출할 수 있다. 전류 검출기(310-3)는 검출된 전류로부터 모터 전류 신호를 생성하여 전류 고장 검출기(310-4) 및 PI 제어기(310-2)로 출력할 수 있다.
전류 고장 검출기(310-4)는 전류 검출기(310-3)로부터 모터 전류 신호를 입력받을 수 있다. 전류 고장 검출기(310-4)는 모터 전류 신호로부터 전류 검출기(310-3)의 이상 유무를 확인하기 위한 이상 유무 연산할 수 있다. 전류 고장 검출기(310-4)는 이상 유무 연산으로부터 전류 검출기(310-3)의 고장 여부를 판단할 수 있다. 상기 판단 결과, 전류 검출기(310-3)가 고장인 경우, 전류 고장 검출기(310-4)는 모터(330)가 모터 등가 모델 연산기(310-6)에서 출력되는 전압지령 신호를 입력받을 수 있도록 스위치(310-5)의 동작을 모터 등가 모델 연산기(310-6)와 모터(330)가 서로 도통되도록 제어할 수 있다. 기존 PI 제어기(310-2)로부터 출력되어 모터(330)에 인가되는 전압인 전압지령 신호는 차단될 수 있다. 전류 검출기(310-3)가 정상인 경우, 전류 고장 검출기(310-4)는 모터(330)가 PI 제어기(310-2)로부터 출력되는 전압지령 신호를 입력받을 수 있도록 스위치(310-5)의 동작을 제어할 수 있다.
스위치(310-5)는 모터(330)와 모터 등가 모델 연산기(310-6)를 서로 도통시키거나 모터(330)와 PI 제어기(310-2)를 서로 도통 시킬 수 있다. 예컨대, 스위치(310-5)는 단극 쌍투(SPDT: Single Pole Double throw) 스위치, 솔레노이드(Solenoid) 스위치 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
모터 등가 모델 연산기(310-6)는 전류지령 연산기(310-1)로부터 출력되는 전류지령 신호를 입력받고, 입력된 전류지령 신호, 미리 정의된 모터 파라미터 상수 및 모터 각속도로부터 모터등가식을 통해 모터(330)에 인가할 전압량을 의미하는 전압지령을 연산할 수 있다. 모터 파라미터 상수는 모터저항 R, , 모터의 인덕턴스 L 및 역기전력 상수 Ke를 포함할 수 있다. 모터의 각속도 ωr는 모터(330)에 구비된 위치센서로부터 연산될 수 있다.
또한, 모터 등가 모델 연산기(310-6)는 전류 검출기(310-3) 고장 시 연산된 전압지령을 나타내는 전압지령 신호를 스위치(310-5)를 통해 모터(330)로 출력할 수 있다.
또한, 모터 등가 모델 연산기(310-6)는 다음과 같은 모터등가모델의 수학식 3을 통해 전압지령의 토크분전압 및 자속분전압을 연산할 수 있다.
[수학식 3]
Figure pat00017
Figure pat00018
여기서 Vq는 전압지령의 토크분전압, R은 모터저항, iq는 전류지령의 토크분전류, ωr는 모터의 각속도, L은 모터의 인덕턴스, Ke는 역기전력 상수, id는 전류지령의 자속분전류 및 Vd는 전압지령의 자속분전압을 의미한다.
또한, 모터 등가 모델 연산기(310-6)는 전류 검출기(310-3) 고장 시 연산된 전압지령의 토크분전압 및 자속분전압을 나타내는 전압지령 신호를 출력하여 모터(330)의 구동을 제어할 수 있다. 예컨대, 전압지령 신호는 전압지령의 토크분전압 및 자속분전압을 펄스폭 변조 방식(PWM: Pulse Width Modulation)의 상전압으로 변환하여 모터(330)로 출력할 수 있다.
모터(330)는 구비된 위치센서를 통해 모터의 각속도 ωr를 연산할 수 있다.
또한, 모터(330)는 전류 검출기(310-3) 고장 시 모터 등가 모델 연산기(310-6)로부터 출력되는 전압지령 신호에 따라 구동될 수 있다.
또한, 모터(330)는 전류 검출기(310-3) 정상 동작 시 PI 제어기(310-2)로부터 출력되는 전압지령 신호에 따라 구동될 수 있다.
한편, 상기 본 발명의 실시예에 따른 전동식 파워스티어링 시스템의 전류 센서 고장 시 비상 운전 장치(300)의 각각의 구성요소들은 기능 및 논리적으로 분리될 수 있음을 나타내기 위해 별도로 도면에 표시한 것이며, 물리적으로 반드시 별도의 구성요소이거나 별도의 코드로 구현되는 것을 의미하는 것은 아니다.
그리고 본 명세서에서 각 기능부라 함은, 본 발명의 기술적 사상을 수행하기 위한 하드웨어 및 상기 하드웨어를 구동하기 위한 소프트웨어의 기능적, 구조적 결합을 의미할 수 있다. 예컨대, 상기 각 기능부는 소정의 코드와 상기 소정의 코드가 수행되기 위한 하드웨어 리소스의 논리적인 단위를 의미할 수 있으며, 반드시 물리적으로 연결된 코드를 의미하거나, 한 종류의 하드웨어를 의미하는 것은 아님은 본 발명의 기술분야의 평균적 전문가에게는 용이하게 추론될 수 있다.
이하 첨부된 도 4를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 전동식 파워스티어링 시스템의 전류 센서 고장 시 비상 운전 방법에 대하여 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전동식 파워스티어링 시스템의 전류 센서 고장 시 비상 운전 방법을 나타내는 순서도이다. 도 4를 참조하면, 먼저, 본 발명의 실시예에 따른 전동식 파워스티어링 시스템의 전류 센서 고장 시 비상 운전 장치(300)의 제어부(310)는 전류 고장 검출기(310-4)를 통해 전류 검출기(310-3)의 이상 유무를 확인하기 위한 이상 유무 연산할 수 있다(410).
그 후, 이상 유무 연산 결과로부터 전류 검출기(310-3)가 고장인지 판단할 수 있다(420). 상기 판단 결과, 전류 검출기(310-3)가 고장인 경우에는 다음 430단계를 수행할 수 있다. 전류 검출기(310-3)가 정상인 경우에는 다음 450단계를 수행할 수 있다.
전류 검출기(310-3)가 고장인 경우, 제어부(310)는 스위치(310-5)의 스위치 동작 제어를 통해 모터 등가 모델 연산기(310-6)가 모터(330)로 전압지령 신호를 출력하도록 제어할 수 있다(430). 예컨대, 제어부(310)는 모터 등가 모델 연산기(310-6)의 출력 신호가 모터(330)에 인가되도록 스위치(310-5)의 스위치 동작 제어를 통해 모터 등가 모델 연산기(310-6)와 모터(330)를 도통되도록 제어할 수 있다.
그 후, 제어부(310)는 전류지령 신호, 모터 파라미터 상수 및 모터 각속도로부터 모터 등가 모델을 통해 전압 지령을 연산하도록 모터 등가 모델 연산기(310-6)의 동작을 제어할 수 있다(440). 전류지령 신호는 전류 지령 연산기(310-1)에서 연산된 전류지령의 토크분전류 iq 및 전류지령의 자속분전류 id를 포함할 수 있다. 모터 파라미터 상수는 모터저항 R, 모터의 인덕턴스 L 및 역기전력 상수 Ke를 포함할 수 있다. 모터의 각속도 ωr는 모터(330)에 구비된 위치센서로부터 연산될 수 있다. 예컨대, 제어부(310)는 다음과 같은 수학식을 통해 전압지령을 연산하도록 모터 등가 모델 연산기(310-6)의 동작을 제어할 수 있다.
Figure pat00019
Figure pat00020
여기서 Vq는 전압지령의 토크분전압, R은 모터저항, iq는 전류지령의 토크분전류, ωr는 모터의 각속도, L은 모터의 인덕턴스, Ke는 역기전력 상수, id는 전류지령의 자속분전류 및 Vd는 전압지령의 자속분전압을 의미한다. 제어부(310)는 전압지령 연산 후 다음 470단계를 수행할 수 있다.
한편, 전류 검출기(310-3)가 정상인 경우, 제어부(310)는 전류지령 신호 및 모터전류 신호로부터 전류 오차를 연산하도록 PI 제어기(310-2)의 동작을 제어할 수 있다(450). 예컨대, 제어부(310)는 다음과 같은 수학식을 통해 전류 오차를 연산하도록 PI 제어기(310-2)의 동작을 제어할 수 있다.
Figure pat00021
Figure pat00022
여기서 iq _ err는 토크분전류의 전류 오차, iq는 전류지령의 토크분전류, iq _ real은 모터전류의 토크분전류, id _ err는 자속분전류의 전류 오차, id는 전류지령의 자속분전류 및 id _ real은 모터전류의 자속분전류를 의미한다.
그 후, 제어부(310)는 연산된 전류 오차 및 제어 게인으로부터 전압 지령을 연산하도록 PI 제어기(310-2)의 동작을 제어할 수 있다(460). 제어부(310)는 전압지령 연산 후 다음 470단계를 수행할 수 있다. 예컨대, 제어부(310)는 다음과 같은 수학식을 통해 전압지령을 연산하도록 PI 제어기(310-2)의 동작을 제어할 수 있다.
Figure pat00023
Figure pat00024
여기서 Vq는 전압지령의 토크분전압, Kp는 미리 정의된 비례계수, Ki는 미리 정의된 적분계수, S는 주파수, iq _ err는 토크분전류의 전류 오차 및 id _ real은 모터전류의 자속분전류를 의미한다.
그 후, 제어부(310) 연산된 전압지령을 나타내는 전압지령 신호를 생성하고, 생성된 전압지령 신호가 모터(330)에 인가되도록 제어할 수 있다(470).
또한, 제어부(310)는 전압지령 신호를 펄스폭 변조 방식(PWM)의 상전압으로 변환하고, 모터(330)에 인가되도록 제어할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100: 종래의 전동식 파워스티어링 시스템
110: 조향 로직 제어기
120: 제어부
120-1: 전류지령 연산기
120-2: PI 제어기
120-3: 전류 검출기
120-4: 전류 고장 검출기
120-5: 스위치
130: 모터
300: 본 발명의 실시예에 따른 전동식 파워스티어링 시스템의 전류 센서 고장 시 비상 운전 장치
310: 제어부
310-1: 전류지령 연산기
310-2: PI 제어기
310-3: 전류 검출기
310-4: 전류 고장 검출기
310-5: 스위치
310-6: 모터 등가 모델 연산기
330: 모터

Claims (10)

  1. 전동식 파워스티어링 시스템에 있어서,
    전류 검출기 이상 유무를 연산하고, 상기 연산된 이상 유무로부터 상기 전류 검출기가 고장인지 판단하는 단계;
    상기 전류 검출기가 고장인 경우, 모터 등가 모델 연산기와 모터가 서로 도통되도록 스위치를 스위칭하는 단계;
    상기 모터 등가 모델 연산기가 모터로 인가될 전압지령을 연산하는 단계; 및
    상기 전압지령을 나타내는 전압지령 신호를 모터에 인가하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워스티어링 시스템의 전류 센서 고장 시 비상 운전 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 스위치를 스위칭하는 단계는,
    단극 쌍투(SPDT: Single Pole Double throw) 스위치, 솔레노이드(Solenoid) 스위치 중 적어도 하나의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워스티어링 시스템의 전류 센서 고장 시 비상 운전 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 전압지령은 연산하는 단계는,
    전류지령 신호, 모터 파라미터 상수 및 모터 각속도로부터 연산되는 것을 특징으로 하는 전동식 파워스티어링 시스템의 전류 센서 고장 시 비상 운전 방법.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 전류지령 신호는,
    전류 지령 연산기에서 연산된 전류지령의 토크분전류, 전류지령의 자속분전류 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워스티어링 시스템의 전류 센서 고장 시 비상 운전 방법.
  5. 제 3항에 있어서, 상기 모터 파라미터 상수는,
    모터저항, 모터의 인덕턴스 및 역기전력 상수 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워스티어링 시스템의 전류 센서 고장 시 비상 운전 방법.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 전압지령은 연산하는 단계는,
    상기 모터 등가 모델의 수학식
    Figure pat00025

    Figure pat00026

    을 통해 이루어지며, Vq는 전압지령의 토크분전압, R은 모터저항, iq는 전류지령의 토크분전류, ωr는 모터의 각속도, L은 모터의 인덕턴스, Ke는 역기전력 상수, id는 전류지령의 자속분전류 및 Vd는 전압지령의 자속분전압으로 정의되는 것을 특징으로 하는 전동식 파워스티어링 시스템의 전류 센서 고장 시 비상 운전 방법.
  7. 전동식 파워스티어링 시스템에 있어서,
    전류 검출기 이상 유무를 연산하는 전류 고장 검출기;
    전압지령 신호에 따라 차량의 조향보조토크를 발생시키는 모터;
    모터 등가 모델을 통해 상기 모터로 인가될 전압지령을 연산하는 모터 등가 모델 연산기;
    상기 등가 모델 연산기와 상기 모터 사이에 배치되는 스위치;
    상기 전류 고장 검출기를 통해 상기 전류 검출기가 고장인지 판단하고, 상기 판단 결과, 상기 전류 검출기가 고장인 경우, 상기 모터 등가 모델 연산기와 상기 모터가 서로 도통되도록 스위치를 스위칭하며, 상기 전압지령을 나타내는 상기 전압지령 신호를 생성하여 상기 모터에 인가되도록 제어하는 제어부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워스티어링 시스템의 전류 센서 고장 시 비상 운전 장치.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 스위치는,
    단극 쌍투(SPDT: Single Pole Double throw) 스위치, 솔레노이드(Solenoid) 스위치 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워스티어링 시스템의 전류 센서 고장 시 비상 운전 장치.
  9. 제 7항에 있어서, 상기 모터 등가 모델 연산기가 연산하는 상기 전압지령은,
    전류지령 신호, 모터 파라미터 상수 및 모터 각속도로부터 연산되는 것을 특징으로 하는 전동식 파워스티어링 시스템의 전류 센서 고장 시 비상 운전 장치.
  10. 제 7항에 있어서, 상기 모터 등가 모델 연산기가 연산하는 상기 전압지령은,
    상기 모터 등가 모델의 수학식
    Figure pat00027

    Figure pat00028

    을 통해 이루어지며, Vq는 전압지령의 토크분전압, R은 모터저항, iq는 전류지령의 토크분전류, ωr는 모터의 각속도, L은 모터의 인덕턴스, Ke는 역기전력 상수, id는 전류지령의 자속분전류 및 Vd는 전압지령의 자속분전압으로 정의되는 것을 특징으로 하는 전동식 파워스티어링 시스템의 전류 센서 고장 시 비상 운전 장치.
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