KR20150062477A - 전동식 조향 장치의 모터 고장 검출 방법 - Google Patents

전동식 조향 장치의 모터 고장 검출 방법 Download PDF

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Abstract

전동식 조향 장치의 모터 고장 검출 방법에 대한 발명이 개시된다. 본 발명의 전동식 조향 장치의 모터 고장 검출 방법은 제어부가 요청토크에 따른 모터의 Q축 지령전류를 계산하는 단계와 계산된 모터의 Q축 지령전류로부터 모터 각 상의 지령전류를 계산하는 단계와 모터 각 상의 지령전류에 따라 모터를 제어하고, 전류센서를 통해 모터 각 상의 실측전류를 센싱하는 단계와 모터 각 상의 지령전류와 실측전류를 통해 모터 각 상의 단선 여부를 판단하는 단계 및 판단 결과를 출력부로 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

전동식 조향 장치의 모터 고장 검출 방법{METHOD FOR MOTOR ERROR DETECTING OF MOTOR DRIVEN POWER STEERING}
본 발명은 전동식 조향 장치의 모터 고장 검출 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전동식 조향 장치의 모터 각 상에 연결되는 라인이 단선된 경우, 이를 빠르게 검출하고 대처함으로써 운전자의 안전을 도모하는 전동식 조향 장치의 모터 고장 검출 방법에 관한 것이다.
전동식 조향 장치(Motor Driven Power Steering, 이하 MDPS)는 모터로 어시스트 추력을 생성하므로 각 상위로직에서 적절한 지령값을 산출하여 조향 토크를 발생시킨다.
즉, 도 1에서와 같이 MDPS 작동 로직은 운전자에 의해 조향휠의 움직임이 감지되면, 조향성능 로직을 거쳐 산출된 지령이 토크제한 로직을 거쳐 과다 토크를 제한하고, 모터제어 로직을 거쳐 산출된 지령에 의해 조향 토크가 발생된다.
이때, 모터제어 로직에서 모터 상 단선이 발생하면 해당 상에는 전류가 흐를 수 없으므로 정상적인 MDPS 구동이 되지 않고 페일세이프(fail-safe) 로직이 구동하게 된다.
종래에는, 모터 각 상 라인의 단선을 검출하는 방법으로 모터의 D축과 Q축 전류 에러를 사용하거나, 핸들 회전속도와 전류 변화율을 반영하거나, 각 상 전류의 센싱값을 검사하여 라인의 단선을 검출하였다.
그러나 이러한 방법은 모터의 Q축 지령전류를 통해 단선을 검출하기 때문에 차량 고속 주행시에는 검출이 불가능하였고, 핸들 회전속도와 전류 변화율을 반영하여 단선을 검출하기 때문에 저속 및 정차시와 같이 핸들을 천천히 조타하는 경우에는 단선 검출이 불가능하여 단선 검출시 한계가 있었다.
또한, 모터 각 상 전류는 특정 모터 위치에서 OA 값을 가지므로, 모터의 Q축 지령전류와 모터 상 실측전류 만으로는 정상상황과 단선상황을 구분하기 어려운 문제점이 있다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제10-2012-0033171호(2012. 04. 06. 공개, 발명의 명칭 : 전동식 파워 스티어링의 모터 단락에 따른 구동 제어 방법)에 개시되어 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위해 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 전동식 조향 장치의 모터 각 상에 연결되는 라인이 단선된 경우, 이를 빠르게 검출하고 대처함으로써 운전자의 안전을 도모하는 전동식 조향 장치의 모터 고장 검출 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 전동식 조향 장치의 모터 고장 검출 방법은, 제어부가 요청토크에 따른 모터의 Q축 지령전류를 계산하는 단계; 상기 계산된 모터의 Q축 지령전류로부터 모터 각 상의 지령전류를 계산하는 단계; 상기 모터 각 상의 지령전류에 따라 모터를 제어하고, 전류센서를 통해 상기 모터 각 상의 실측전류를 센싱하는 단계; 상기 모터 각 상의 지령전류와 실측전류를 통해 상기 모터 각 상의 단선 여부를 판단하는 단계; 및 상기 판단 결과를 출력부로 출력하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 모터의 Q축 지령전류로부터 모터 각 상의 지령전류를 계산하는 단계는, 상기 모터의 Q축과의 회전좌표변환을 통해 상기 모터 각 상의 지령전류를 계산하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 전류센서를 통해 상기 모터 각 상의 실측전류를 센싱하는 단계는, 상기 모터 제어시, 각각의 전류센서를 통해 상기 모터 각 상의 실측전류를 센싱하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 모터 각 상의 지령전류와 실측전류를 통해 상기 모터 각 상의 단선 여부를 판단하는 단계는, 상기 실측전류가 설정실측전류보다 작고, 지령전류가 설정지령전류보다 큰 경우, 에러카운트를 증가시키는 단계; 및 상기 증가된 에러카운트가 설정카운트 이상인 경우, 단선으로 판단하는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 전동식 조향 장치의 모터 고장 검출 방법은 전동식 조향 장치의 모터 각 상에 연결되는 라인이 단선된 경우, 이를 빠르게 검출하고 대처함으로써 운전자의 안전을 도모할 수 있다.
또한, 본 발명은 모터 각 상의 실측전류와 지령전류를 통해 모터 상 단선을 검출함으로써, 차속 및 핸들 회전속도와 같은 운전상황 조건의 조합이 불필요하여 고장 검출 속도가 빠르며, 운전상황에 관계없이 모터 상 단선을 검출 할 수 있어 고장 검출력을 향상시킬 수 있다.
도 1은 전동식 조향 장치의 작동 로직을 간략히 나타낸 그림이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 전동식 조향 장치의 모터 고장 검출 장치를 나타낸 블록구성도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 전동식 조향 장치의 모터 고장 검출 장치에서 모터 상의 단선 검출 과정을 도시한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 전동식 조향 장치의 모터 고장 검출 방법의 동작 흐름을 도시한 순서도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 전동식 조향 장치의 모터 고장 검출 방법에서 모터 A상의 단선 검출 방법의 동작 흐름을 도시한 순서도 이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 전동식 조향 장치의 모터 고장 검출 방법을 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 2는 본 발명의 일실시예에 따른 전동식 조향 장치의 모터 고장 검출 장치를 나타낸 블록구성도이다.
도 2에서와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 전동식 조향 장치의 모터 고장 검출 장치는, Q축 지령전류 계산부(10), 비례적분 제어부(20), 모터구동부(30), 모터(40), A상 전류센서(51), B상 전류센서(52), C상 전류센서(53), 제어부(60), 출력부(70) 및 좌표변환부(80)를 포함한다.
Q축 지령전류 계산부(10)는 요청토크에 따라 모터(40)의 Q축 지령전류를 계산한다.
비례적분 제어부(20)는 Q축 지령전류 계산부(10)로부터 계산된 모터(40)의 Q축 지령전류를 비례제어하고, 오차 신호를 적분하여 모터 제어신호를 출력한다.
모터구동부(30)는 비례적분 제어부(20)로부터 출력된 모터 제어신호의 PWM 듀티를 계산하여 모터(40) 각 상의 지령전류를 산출한다.
모터(40)는 모터구동부(30)로부터 산출된 모터(40) 각 상의 지령전류에 따라 구동된다.
이때, 모터(40)의 상 각각에 전류센서(51, 52, 53)가 구비된다.
본 발명의 모터(40)는 3상 모터(40)가 적용되므로, 모터(40)구동시 A상 전류센서(51), B상 전류센서(52) 및 C상 전류센서(53)에 의해 A상 실측전류, B상 실측전류 및 C상 실측전류가 각각 센싱된다.
제어부(60)는 모터구동부(30)로부터 산출된 모터(40) 각 상의 지령전류와 각 상 실측전류를 비교하여 모터(40) 각 상의 단선 여부를 판단한다.
모터(40)의 A상을 예로들어 설명하자면, 모터(40) A상의 실측전류가 설정실측전류 이상인지 판단하여 모터(40) A상의 실측전류가 설정실측전류 미만인 경우, 모터(40) A상의 지령전류가 설정지령전류 이상인지 판단하고, 판단 결과 이상인 경우 에러카운트를 증가시킨다.
이때, 두가지 조건을 모두 만족하는 경우에만 에러카운트를 증가시키며, 둘 중 어느 하나라도 만족하지 않으면 에러카운터를 감소시킨다.
이렇게 증가된 에러카운트가 설정카운트 이상인 경우에만 모터(40)의 A상이 단선된 것으로 출력한다.
나머지 모터(40)의 B상과 C상도 동일한 방법으로 단선 여부를 판단한다.
즉, 모터(40)의 상이 단선된 경우, 해당 상에는 전류가 흐를 수 없어 해당 상의 실측전류는 0 근처가 될 것이므로 실측전류가 설정실측전류보다 작은지 판단한다.
이때, 설정실측전류를 0근처 값으로 선정하는 이유는 정확히 0이 아닐 수 있으므로 설정실측전류를 0 근처 값으로 선정하고 설정실측전류 범위 이내인 경우 단선으로 판단한다.
또한, 모터(40) 상의 지령전류 계산은, 통상적으로 모터(40) 제어를 위해서는 모터(40)의 D축과 Q축의 지령전류를 계산하는데 이 값을 D-Q 회전좌표변환을 통하여 모터(40) 각 상(A상, B상, C상)의 지령전류를 계산할 수 있다.
이때, 모터(40) 회전 시 각 상의 실측전류는 사인파(sin)를 그리고, 상 실측전류는 항상 0근처 영역을 통과하게 되므로 실측전류가 0근처인 경우를 무조건 단선이라고 판단하면 안되기 때문에 본 발명에서는 모터(40) 상의 지령전류가 설정지령전류 이상인데, 실측전류가 0근처인 경우를 단선이라고 판단한다.
출력부(70)은 제어부(60)로부터 단선으로 판단된 모터(40)의 상에 대하여 출력한다.
좌표변환부(80)는 A상 실측전류, B상 실측전류 및 C상 실측전류를 모터(40)의 D축과 Q축의 회전좌표변환을 통해 모터(40)의 Q축 실측전류를 계산하고, 계산된 모터(40)의 Q축 실측전류를 Q축 지령전류 계산부(10)에서 모터(40)의 Q축 지령전류를 계산시 반영되도록 한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 전동식 조향 장치의 모터 고장 검출 장치에서 모터 상의 단선 검출 과정을 도시한 그래프이다.
(a)그래프는 요청토크를 나타낸 그래프로, Q축 지령전류 계산부(10)를 통해 요청토크에 따라 모터(40)의 Q전류와 상수의 곱으로 계산되어 모터(40)의 Q축 지령전류가 (B)그래프와 같이 나타나고, 모터구동부(30)를 통해 3상 지령전류를 산출하여 모터(40)를 (C)그래프와 같이 구동시킨다. 이때, (C)그래프에서의 A, B, C 그래프는 각각 A, B, C의 지령전류를 나타낸다.
(D)그래프는 A상 전류센서(51), B상 전류센서(52) 및 C상 전류센서(53)에 의해 센싱된 A상 실측전류, B상 실측전류 및 C상 실측전류를 나타내며, (D)그래프에서 B와 C그래프만 검출된 것을 통해 모터(40) A상의 라인에 단선이 발생된 것을 알 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 전동식 조향 장치의 모터 고장 검출 장치는 전동식 조향 장치의 모터 각 상에 연결되는 라인이 단선된 경우, 이를 빠르게 검출하고 대처함으로써 운전자의 안전을 도모할 수 있다.
또한, 모터 각 상의 실측전류와 지령전류를 통해 모터 상 단선을 검출함으로써, 차속 및 핸들 회전속도와 같은 운전상황 조건의 조합이 불필요하여 고장 검출 속도가 빠르며, 운전상황에 관계없이 모터 상 단선을 검출 할 수 있어 고장 검출력을 향상시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 조향 장치의 모터 고장 검출 방법의 동작 흐름을 도시한 순서도로써, 이를 참조하여 본 발명의 구체적인 동작을 설명한다.
먼저, 제어부(60)가 요청토크에 따른 모터(40)의 Q축 지령전류를 계산한다(S100).
자세히는, Q축 지령전류 계산부(10)는 요청토크에 따라 모터(40)의 Q축 지령전류를 계산한다.
S100단계에서 계산된 모터(40)의 Q축 지령전류로부터 모터(40) 각 상의 지령전류를 계산한다(S200).
이때, 모터(40)의 Q축과 D축간의 회전좌표변환을 통해 모터(40) 각 상의 지령전류를 계산한다.
자세히는, 비례적분 제어부(20)를 통해 Q축 지령전류 계산부(10)로부터 계산된 모터(40)의 Q축 지령전류를 비례제어하고, 오차 신호를 적분하여 모터(40) 제어신호를 출력하고, 모터구동부(30)를 통해 비례적분 제어부(20)로부터 출력된 모터(40) 제어신호의 PWM 듀티를 계산하여 모터(40) 각 상의 지령전류를 산출한다.
S200단계에서 산출된 모터(40) 각 상의 지령전류에 따라 모터(40)를 제어한다(S300).
자세히는, 모터구동부(30)로부터 산출된 모터(40) 각 상의 지령전류에 따라 모터(40)를 구동시킨다.
이때, 모터(40) 각 상의 전류센서(51, 52, 53)를 통해 모터(40) 각 상의 실측전류를 센싱한다(S400).
본 발명의 모터(40)는 3상 모터(40)가 적용되므로, 모터(40)구동시 A상 전류센서(51), B상 전류센서(52) 및 C상 전류센서(53)에 의해 A상 실측전류, B상 실측전류 및 C상 실측전류가 각각 센싱된다.
제어부(60)는 모터구동부(30)로부터 산출된 모터(40) 각 상의 지령전류와 각 상 실측전류를 비교하여 모터(40) 각 상의 단선 여부를 판단하고, 판단 결과를 출력부(70)로 출력한다(S500).
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 전동식 조향 장치의 모터 고장 검출 방법에서 모터 A상의 단선 검출 방법의 동작 흐름을 도시한 순서도 이다.
도 5를 참고하고 모터(40)의 A상을 예로 들어 설명하자면, 먼저 모터(40) A상의 실측전류를 센싱한다(S10).
S10단계에서 센싱된 모터(40) A상의 실측전류와 설정실측전류를 비교한다(S20).
S20단계의 비교결과 모터(40) A상의 실측전류가 설정실측전류 미만인 경우, 모터(40) A상의 지령전류와 설정지령전류를 비교한다(S30).
S30단계의 비교결과, 모터(40) A상의 지령전류가 설정지령전류 이상인 경우 에러카운트를 증가시킨다(S40).
즉, S20과 S30단계를 모두 만족하는 경우에만 에러카운트를 증가시키고, 만약 둘 중 어느 하나라도 만족하지 않으면 에러카운터를 감소시킨다(S41).
증가된 에러카운트가 설정카운트 이상인지 판단한다(S50).
S50단계의 판단결과 에러카운트가 설정카운트 이상인 경우, 모터(40) A상의단선을 출력부(70)를 통해 출력한다(S60).
나머지 모터(40)의 B상과 C상도 동일한 방법으로 단선 여부를 판단한다.
즉, 모터(40)의 상이 단선된 경우, 해당 상에는 전류가 흐를 수 없어 실측전류는 0 근처가 될 것이므로 실측전류가 설정실측전류보다 작은지 판단한다.
이때, 설정실측전류를 0근처 값으로 선정하는 이유는 정확히 0이 아닐 수 있으므로 설정실측전류를 0 근처 값으로 선정하고 설정실측전류 범위 이내인 경우 단선으로 판단한다.
또한, 모터(40) 상의 지령전류 계산은, 통상적으로 모터(40) 제어를 위해서는 모터(40)의 D축과 Q축의 지령전류를 계산하는데 이 값을 D-Q 회전좌표변환을 통하여 모터 각 상(A상, B상, C상)의 지령전류를 계산할 수 있다.
이때, 모터(40) 회전 시 각 상의 실측전류는 사인파(sin)를 그리고, 상 실측전류는 항상 0근처 영역을 통과하게 되므로 실측전류가 0근처인 경우를 무조건 단선이라고 판단하면 안되기 때문에 본 발명에서는 모터(40) 상의 지령전류가 설정지령전류 이상인데, 실측전류가 0근처인 경우를 단선이라고 판단한다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 전동식 조향 장치의 모터 고장 검출 방법은 전동식 조향 장치의 모터 각 상에 연결되는 라인이 단선된 경우, 이를 빠르게 검출하고 대처함으로써 운전자의 안전을 도모할 수 있다.
또한, 모터 각 상의 실측전류와 지령전류를 통해 모터 상 단선을 검출함으로써, 차속 및 핸들 회전속도와 같은 운전상황 조건의 조합이 불필요하여 고장 검출 속도가 빠르며, 운전상황에 관계없이 모터 상 단선을 검출 할 수 있어 고장 검출력을 향상시킬 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 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
10 : Q축 지령전류 계산부 20 : 비례적분 제어부
30 : 모터구동부 40 : 모터
51 : A상 전류센서 52 : B상 전류센서
53 : C상 전류센서 60 : 제어부
70 : 출력부 80 : 좌표변환부

Claims (4)

  1. 제어부가 요청토크에 따른 모터의 Q축 지령전류를 계산하는 단계;
    상기 계산된 모터의 Q축 지령전류로부터 모터 각 상의 지령전류를 계산하는 단계;
    상기 모터 각 상의 지령전류에 따라 모터를 제어하고, 전류센서를 통해 상기 모터 각 상의 실측전류를 센싱하는 단계;
    상기 모터 각 상의 지령전류와 실측전류를 통해 상기 모터 각 상의 단선 여부를 판단하는 단계; 및
    상기 판단 결과를 출력부로 출력하는 단계; 를 포함하는 전동식 조향 장치의 모터 고장 검출 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 모터의 Q축 지령전류로부터 모터 각 상의 지령전류를 계산하는 단계는,
    상기 모터의 Q축과의 회전좌표변환을 통해 상기 모터 각 상의 지령전류를 계산하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향 장치의 모터 고장 검출 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 전류센서를 통해 상기 모터 각 상의 실측전류를 센싱하는 단계는,
    상기 모터 제어시, 각각의 전류센서를 통해 상기 모터 각 상의 실측전류를 센싱하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향 장치의 모터 고장 검출 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 모터 각 상의 지령전류와 실측전류를 통해 상기 모터 각 상의 단선 여부를 판단하는 단계는,
    상기 실측전류가 설정실측전류보다 작고, 지령전류가 설정지령전류보다 큰 경우, 에러카운트를 증가시키는 단계; 및
    상기 증가된 에러카운트가 설정카운트 이상인 경우, 단선으로 판단하는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향 장치의 모터 고장 검출 방법.
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