KR20170059107A - 모터 제어 방법 및 그 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전동식 조향 제어 시스템에서의 모터 제어 방법 및 그 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 전동식 조향 제어 시스템에서 모터에 고장이 발생하는 경우에도 모터의 동작을 제어하여 보조 조향 토크를 제공할 수 있도록 제어하는 방법 및 그 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 모터 위치 정보 및 상 전류 정보에 기초하여 모터의 한 상 단선 여부를 판단하여, 모터의 이상을 감지하는 모터 이상 감지부와 모터의 한 상 단선이 감지된 경우, 모터의 단선된 상의 위치에 따라 보상 위치 값을 결정하는 보상 위치 값 결정부와 운전자 조향 토크 정보, 모터 위치 정보 및 보상 위치 값 중 적어도 하나의 정보에 기초하여 정상 목표 제어 전류 및 보상 목표 제어 전류를 산출하는 목표 제어 전류 산출부 및 모터의 이상 감지 여부에 따라 정상 목표 제어 전류 및 목표 제어 전류 중 어느 하나의 제어 전류가 모터에 인가되도록 제어하는 모터 제어부를 포함하는 모터 제어 장치를 제공한다.

Description

모터 제어 방법 및 그 장치{Method for controlling motor and Apparatus thereof}
본 발명은 전동식 조향 제어 시스템에서의 모터 제어 방법 및 그 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 전동식 조향 제어 시스템에서 모터에 고장이 발생하는 경우에도 모터의 동작을 제어하여 보조 조향 토크를 제공할 수 있도록 제어하는 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
차량은 운전자의 스티어링 휠 조작에 따라 주행 방향이 결정된다. 그러나, 일반적인 차량의 조향 계통에서는 운전자의 스티어링 휠 조작과 차량의 주행 방향을 결정하는 구동계가 물리적으로 연결되어 있다. 따라서, 운전자가 스티어링 휠을 조작하여 차량의 주행 방향을 조정할 때 노면의 마찰과 조향 계통의 마찰력 등에 따라 과도한 힘이 필요하다.
이를 해결하기 위해서, 운전자의 스티어링 휠 조작에 따른 운전자 조향 토크를 감지하고, 보조 조향 토크를 제공하는 전동식 조향 제어 시스템이 개발되었다. 전동식 조향 제어 시스템은 운전자 조향 토크를 감지하고, 운전자 조향 토크를 보조해주기 위한 보조 조향 토크를 모터가 생성하는 시스템이다. 이를 통해서, 운전자는 보다 적은 힘으로도 차량의 주행 방향을 조정할 수 있다.
일반적으로 전동식 조향 제어 시스템에서 보조 조향 토크를 생성하기 위해서 3상 모터가 사용된다. 그러나, 이러한 모터에 고장이 발생하거나, 모터 제어에 오류가 발생하는 경우 운전자에게 적절한 보조 조향 토크를 제공할 수 없다.
따라서, 현재 모터에 고장이 발생하거나 모터 제어에 오류가 발생하는 경우, 모터의 동작을 중지하여 운전자의 조향 토크에 따른 수동 조향이 발생되도록 제어하고 있는 실정이다.
그러나, 갑작스럽게 모터의 동작이 중지되고, 수동 조향 모드로 변경되는 경우, 운전자는 이질감을 느끼게되고 차량의 주행 방향 제어에 문제가 발생할 수 있다.
전술한 배경에서 본 발명은 조향 보조 모터에 고장이 발생하는 경우에도 보조 조향 토크를 지속적으로 공급할 수 있는 모터 제어 방법 및 장치를 제안하고자 한다.
또한, 본 발명은 조향 보조 모터의 한 상에 단선 고장이 발생하는 경우, 두 상에 모터에 공급되는 제어 전류를 변경하여 전동식 조향 제어 시스템을 유지하는 방법 및 장치를 제안하고자 한다.
전술한 과제를 해결하기 위해서 안출된 본 발명은 모터 위치 정보 및 상 전류 정보에 기초하여 모터의 한 상 단선 여부를 판단하여, 모터의 이상을 감지하는 모터 이상 감지부와 모터의 한 상 단선이 감지된 경우, 모터의 단선된 상의 위치에 따라 보상 위치 값을 결정하는 보상 위치 값 결정부와 운전자 조향 토크 정보, 모터 위치 정보 및 보상 위치 값 중 적어도 하나의 정보에 기초하여 정상 목표 제어 전류 및 보상 목표 제어 전류를 산출하는 목표 제어 전류 산출부 및 모터의 이상 감지 여부에 따라 정상 목표 제어 전류 및 목표 제어 전류 중 어느 하나의 제어 전류가 모터에 인가되도록 제어하는 모터 제어부를 포함하는 모터 제어 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 모터 위치 정보 및 상 전류 정보에 기초하여 모터의 한 상 단선 여부를 판단하여, 모터의 이상을 감지하는 모터 이상 감지단계와 모터의 한 상 단선이 감지된 경우, 모터의 단선된 상의 위치에 따라 보상 위치 값을 결정하는 보상 위치 값 결정단계와 운전자 조향 토크 정보, 모터 위치 정보 및 보상 위치 값 중 적어도 하나의 정보에 기초하여 정상 목표 제어 전류 및 보상 목표 제어 전류를 산출하는 목표 제어 전류 산출단계 및 모터의 이상 감지 여부에 따라 정상 목표 제어 전류 및 목표 제어 전류 중 어느 하나의 제어 전류가 모터에 인가되도록 제어하는 모터 제어단계를 포함하는 모터 제어 방법을 제공한다.
이상에서 설명한 본 발명에 따르면, 조향 보조 모터에 고장이 발생하는 경우에도 보조 조향 토크를 지속적으로 공급할 수 있는 모터 제어 방법 및 장치를 제공하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 조향 보조 모터의 한 상에 단선 고장이 발생하는 경우, 두 상에 모터에 공급되는 제어 전류를 변경하여 전동식 조향 제어 시스템을 유지하는 방법 및 장치를 제공하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명이 적용될 수 있는 전동식 조향 제어 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 제어 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 한 상 단선 발생 시의 모터 상 전류의 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 한 상 단선 발생 시의 보조 조향 토크의 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 제어 장치의 단선 고장 상황에 따른 제어를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 제어 장치가 보상 위치 값을 결정하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 제어 장치가 보상 목표 제어 전류를 산출하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터의 한 상 단선 시 발생하는 조향 보조 토크를 예시적으로 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 보상 목표 제어 전류를 적용한 경우의 조향 보조 토크를 예시적으로 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명은 모터 제어 장치 및 방법을 개시한다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서의 모터는 전동식 조향 제어 시스템에서 운전자 조향 토크에 따라 보조 조향 토크를 제공하기 위한 모터를 의미한다. 예를 들어, 본 명세서에서의 모터는 3상 BLAC(Brushless AC) 모터를 의미할 수 있다. 이하에서는 3상 BLAC 모터를 기준으로 설명하나, 본 발명은 이 외에도 다양한 3상 모터에 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명이 적용될 수 있는 전동식 조향 제어 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명이 적용될 수 있는 전동식 조향 제어 시스템을 개략적으로 확인할 수 있다. 일 예로, 전동식 조향 제어 시스템은 보조 조향 토크를 발생시키는 모터(110)를 포함한다. 또한, 전동식 조향 제어 시스템은 모터(110)의 3상에 전류를 공급하기 위한 인버터(120) 구성을 포함한다. 인버터(120)는 게이트 드라이버(130)에 의해서 구동되며, 모터 제어 장치(100)는 토크 센서(140)로부터 수신되는 운전자 조향 토크 정보, 모터(110)의 상 전류 정보 등을 이용하여 모터(110)의 동작을 제어할 수 있다. 일 예로, 모터 제어 장치(100)는 차량 내의 마이크로 컨트롤러의 일 부분을 구성할 수도 있다. 즉, 마이크로 컨트롤러는 타이머, CAN 통신 모듈, 센싱 정보 프로세싱 모듈 등 다양한 모듈로 구성될 수 있으며, 모터 제어를 위한 모듈을 포함할 수도 있다. 이하, 본 명세서에서는 이해의 편의를 위하여 모터의 동작을 제어하는 데에 필요한 각 모듈을 모두 포함하여 모터 제어 장치(100)로 기재하며, 모터 제어 장치(100)는 전술한 타이머, CAN 통신 모듈 등을 추가적으로 포함할 수도 있다. 또는 전술한 타이머, CAN 통신 모듈 등은 모터 제어 장치(100)와 구분되어 구성될 수도 있다.
한편, 종래에는 모터(110) 등 전동식 조향 제어 시스템에 고장이 발생하는 경우, 인버터(120) 앞 단의 릴레이 회로(150)를 오픈하여 모터(110)의 동작을 중지하였다. 릴레이 회로(150)는 릴레이 드라이버(160)에 의해서 제어된다.
구체적으로, 종래에는 모터(110)에 이상이 감지되는 경우, 모터(110)가 정상적으로 운전자의 조향 토크에 대응하여 보조 조향 토크를 발생시킬 수 없으므로, 릴레이 회로(150)를 오픈하여 모터(110)를 중지하도록 제어하였다. 즉, 모터(110)를 포함하는 전동식 조향 제어 시스템에 이상이 감지되면, 전동식 조향 제어 시스템 전체의 동작이 중지되어 운전자에게 보조 조향 토크의 공급을 유지하지 못하였다.
그러나, 운전자가 주행 중에 전동식 조향 제어 시스템이 중지되는 경우, 운전자는 갑작스러운 보조 조향 토크의 공급 중지로 인해서 차량 조향에 어려움을 느낄 수 있다. 따라서, 본 발명은 모터의 한 상이 단선되는 것과 같은 고장 발생 시에도 운전자에게 제공되는 보조 조향 토크를 유지하기 위한 방법 및 장치를 제안하고자 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 제어 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 제어 장치(100)는 모터 위치 정보 및 상 전류 정보에 기초하여 모터의 한 상 단선 여부를 판단하여, 모터의 이상을 감지하는 모터 이상 감지부(210)와 모터의 한 상 단선이 감지된 경우, 모터의 단선된 상의 위치에 따라 보상 위치 값을 결정하는 보상 위치 값 결정부(220)와 운전자 조향 토크 정보, 모터 위치 정보 및 보상 위치 값 중 적어도 하나의 정보에 기초하여 정상 목표 제어 전류 및 보상 목표 제어 전류를 산출하는 목표 제어 전류 산출부(230) 및 모터의 이상 감지 여부에 따라 정상 목표 제어 전류 및 목표 제어 전류 중 어느 하나의 제어 전류가 모터에 인가되도록 제어하는 모터 제어부(240)를 포함할 수 있다.
모터 이상 감지부(210)는 모터 위치 센서로부터 수신되는 정보에 기초하여 모터 위치 정보를 확인할 수 있다. 또한, 모터 이상 감지부(210)는 모터에 흐르는 상 전류 정보를 확인할 수 있다. 모터 이상 감지부(210)는 확인된 모터 위치 정보 및 상 전류 정보에 기초하여 모터의 이상 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어, 모터 위치 정보에 따라 모터가 특정 위치에 있을 경우의 모터 상 전류 정보는 미리 저장될 수 있다. 만약, 모터에 단선이 발생하면 모터가 특정 위치에 있을 경우 상 전류가 0으로 확인될 수 있다. 이를 통해서, 모터의 한 상 단선 여부를 판단하여 모터에 이상이 발생하였는지를 판단할 수 있다.
또한, 모터 이상 감지부(210)는 모터에 이상이 발생한 것으로 감지된 경우, 모터의 3상 중 어느 상에 단선이 발생하였는지를 판단한다. 예를 들어, 모터 이상 감지부(210)는 모터의 3상인 u상, v상, w상 중 어느 상에서 단선이 발생하였는지를 모터 위치 정보 및 상 전류 정보에 기초하여 확인할 수 있다. 모터 이상 감지부(210)는 만약 모터의 3상 중 둘 이상의 상이 단선된 것으로 판단되면, 모터의 동작이 중지되도록 제어할 수 있다. 즉, 본 발명의 모터 제어 장치(100)는 모터의 한 상이 단선된 경우에만 모터의 보조 조향 토크 발생을 유지하도록 제어할 수 있다.
보상 위치 값 결정부(220)는 모터의 한 상이 단선된 경우, 단선된 상의 위치에 따라 보상 위치 값을 결정할 수 있다. 이를 위해서, 보상 위치 값 결정부(220)는 모터의 3상 각각이 단선된 경우에 사용되는 보상 위치 값을 미리 저장하고 있는 보상 위치 값 테이블 정보와 모터의 단선된 상의 위치 정보를 이용하여 보상 위치 값을 결정할 수 있다.
일 예로, 보상 위치 값 결정부(220)는 모터의 u상이 단선된 경우, 보상 위치 값을 0[degree]으로 결정할 수 있다. 다른 예로, 보상 위치 값 결정부(220)는 모터의 v상이 단선된 경우, 보상 위치 값을
Figure pat00001
[degree]로 결정할 수 있다. 또 다른 예로, 보상 위치 값 결정부(220)는 모터의 w상이 단선된 경우, 보상 위치 값을
Figure pat00002
[degree]로 결정할 수 있다. 보상 위치 값은 실험 등을 통해서 미리 설정되는 값으로 차량의 환경 등에 따라 다르게 설정되어 저장될 수 있다. 이 경우에도 보상 위치 값 결정부(220)는 모터의 단선된 상의 위치 각각에 대응되어 저장된 보상 위치 값 테이블을 확인하여 보상 위치 값을 결정할 수 있다.
한편, 본 발명의 목표 제어 전류 산출부(230)는 토크 센서로부터 확인할 수 있는 운전자 조향 토크 정보에 대응되는 보조 조향 토크를 발생시키기 위한 정상 목표 제어 전류를 산출할 수 있다. 정상 목표 제어 전류는 모터에 고장이 발생하지 않은 상황에서 운전자 조향 토크에 대응되는 보조 조향 토크를 발생시키기 위한 모터 제어 전류를 의미한다. 즉, 정상 목표 제어 전류는 운전자 조향 토크 정보에 대응되는 보조 조향 토크 정보와 해당 보조 조향 토크를 발생시키기 위한 미리 설정된 조향 모터 전류 제어 맵 정보를 이용하여 산출될 수 있다.
또한, 목표 제어 전류 산출부(230)는 모터의 한 상이 단선된 이상 감지 상황에서 위에서 산출된 정상 목표 제어 전류 정보, 모터 위치 정보, 및 보상 위치 값 정보를 이용하여 보상 목표 제어 전류를 산출할 수 있다. 예를 들면, 목표 제어 전류 산출부(230)는 모터의 한 상이 단선된 경우, 해당 단선된 상의 위치에 따른 보상 위치 값과 모터 위치 정보를 파라미터로 하여 보상 파라미터를 계산할 수 있다. 이후, 목표 제어 전류 산출부(230)는 계산된 보상 파라미터를 정상 목표 제어 전류에 곱하여 보상 목표 제어 전류를 산출할 수 있다. 보다 상세하게, 목표 제어 전류 산출부(230)는 모터 위치 정보를 확인하고, 모터 위치가 미리 설정된 기준 범위 내에 있는지 밖에 있는지에 따라 보상 파라미터를 다르게 계산하여 보상 목표 제어 전류를 산출할 수도 있다. 일 예로, 목표 제어 전류 산출부(230)는 모터 위치가 기준 범위 내에 위치한 경우, 모터 위치 정보 및 보상 위치 값을 이용하여 미리 설정된 제 1 보상 파라미터 산출 알고리즘으로 제 1 보상 파라미터를 산출할 수 있다. 다른 예로, 목표 제어 전류 산출부(230)는 모터 위치가 기준 범위 밖에 위치한 경우, 모터 위치 정보 및 보상 위치 값을 이용하여 미리 설정된 제 2 보상 파라미터 산출 알고리즘으로 제 2 보상 파라미터를 산출할 수 있다.
한편, 목표 제어 전류 산출부(230)는 산출된 보상 파라미터와 정상 목표 제어 전류를 곱하여 보상 목표 제어 전류를 산출할 수 있다. 보상 목표 제어 전류는 모터의 한 상 단서에 따라 상 전류가 0이 되는 지점에서 보조 조향 토크가 발생될 수 있도록 보상된 목표 제어 전류를 의미한다.
여기서, 제 1 보상 파라미터 산출 알고리즘 및 제 2 보상 파라미터 산출 알고리즘은 동일할 수도 있고, 다를 수도 있다. 또한, 제 1 보상 파라미터 산출 알고리즘 및 제 2 보상 파라미터 산출 알고리즘은 한 상 단선 시에도 상 전류가 0이 되는 지점에서 보조 조향 토크가 발생되도록 실험 등을 통해서 결정된 함수이다. 각 함수는 보상 위치 값 및 모터 위치 정보를 변수로 포함한다.
모터 제어부(240)는 모터의 이상 감지 여부에 따라 전술한 정상 목표 제어 전류와 보상 목표 제어 전류 중 어느 하나의 전류값이 모터에 인가되도록 제어할 수 있다. 예를 들어, 모터 제어부(240)는 모터가 정상 작동하는 경우, 정상 목표 제어 전류가 모터에 인가되도록 제어할 수 있고, 모터의 한 상에 단선이 발생한 경우, 보상 목표 제어 전류가 모터에 인가되도록 제어할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명에 따르면, 모터 한 상 단선 고장 발생 시에도 목표 제어 전류를 변경함으로써 갑작스러운 모터 동작 중지에 따른 불편을 방지할 수 있다. 이하에서는 도 2를 참조하여 설명한 본 발명의 각 구성의 동작을 도면을 참조하여 다시 한 번 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 한 상 단선 발생 시의 모터 상 전류의 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 3(A)를 참조하면, ias, ibs, ics는 모터의 3상 각각에 흐르는 모터 상 전류를 의미한다. 모터가 정상인 경우, 각각의 상 전류는 120도의 위상 차이를 갖는다. 그러나, 모터의 한 상이 단선되는 경우, 상 전류가 변화되어 상 전류가 0이 되는 지점(300, 310)이 발생한다. 도 3에서는 a 상이 단선된 경우를 예를 들어 도시하였다. a 상이 단선된 경우, ias 전류가 도통되지 못하여 ibs와 ics가 각각 90도 및 270도에서 0이 된다. 이는 ias 전류가 인가된 경우에 ibs와 ics가 크로싱되는 지점이다. 도 3에서는 설명의 편의를 위하여 각각 a, b, c 상으로 표현하였으나, 이는 u, v, w 상과 대응된다. 도 3에서 살펴본 바와 같이, a 상이 단선된 경우 90도와 270도에서 모터에 흐르는 전류가 0이 되어 모터가 보조 조향 토크를 제공하지 못하는 문제점이 발생할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 한 상 단선 발생 시의 보조 조향 토크의 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 도 3에서의 상 전류가 0이 되는 지점인 90도와 270도에서의 보조 조향 토크(Assist Torque)가 0이 됨을 확인할 수 있다. 따라서, 운전자 조향 토크(Steering Torque)는 90도와 270도에서 급격히 증가한다. 이와 같이, 모터의 한 상이 단선되면, 보조 조향 토크가 0이 되어 운전자의 스티어링 휠 조작 토크가 증가하게 된다. 또한, 보조 조향 토크가 sin 곡선으로 인가됨으로써, 운전자가 스티어링 휠을 조작하는 데에 필요한 토크도 균일하지 못하게 된다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 제어 장치의 단선 고장 상황에 따른 제어를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 모터 이상 감지부(210)는 모터의 둘 이상의 상이 단선된 것으로 판단되면, 모터의 동작이 중지되도록 제어할 수 있다. 도 5를 참조하면, 모터 이상 감지부(210)는 모터 이상 발생 여부를 감지할 수 있다(S500). 모터 이상 감지부(210)는 모터에 이상이 발생한 것으로 감지되면, 모터의 둘 이상의 상이 단선된 것인지를 판단한다(S510). 만약, 모터 이상 감지부(210)는 둘 이상의 상이 단선된 것으로 판단되면, 모터의 동작이 중지되도록 제어할 수 있다(S520). 추가적으로, 모터 이상 감지부(210)는 운전자에게 모터 이상을 알리기 위한 알림이 제공되도록 제어할 수도 있다.
모터 이상 감지부(210)는 모터의 한 상에만 단선 고장이 발생한 것으로 판단되면, 단선된 상의 위치를 확인한다(S530). 전술한 바와 같이, 단선된 상의 위치는 모터 위치 정보 및 모터에 흐르는 상 전류를 이용하여 판단할 수 있다. 이후, 보상 위치 값 결정부(220)는 단선된 상의 위치 정보에 기초하여 보상 위치 값을 결정한다(S540). 목표 제어 전류 산출부(230)는 보상 위치 값, 모터 위치 정보 및 운전자 조향 토크 정보를 이용하여 보상 목표 제어 전류를 산출한다(S550).
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 제어 장치가 보상 위치 값을 결정하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, 보상 위치 값 결정부(220)는 단선된 상의 위치에 따라 보상 위치 값을 결정할 수 있다. 예를 들어, 보상 위치 값 결정부(220)는 각 상이 단선된 경우 각각에 대응되어 저장된 보상 위치 값이 저장된 보상 위치 값 테이블과 모터의 단선된 상의 위치 정보를 이용하여 보상 위치 값을 결정할 수 있다.
보상 위치 값 결정부(220)는 단선된 상의 위치를 확인할 수 있다(S600). 일 예로, 3상 모터는 u 상, v 상 및 w 상을 가질 수 있으며, 이 중 어느 하나의 상이 단선될 수 있다. 단선된 상의 위치는 전술한 모터 이상 감지부(210)에 의해서 감지될 수 있다.
구체적으로 예를 들면, 보상 위치 값 결정부(220)는 u 상의 단선인지 확인한다(S610). 만약, u 상 단선인 경우, 보상 위치 값은 0[degree]으로 결정된다(S615). 만약, u상 단선이 아닌 경우, v 상 단선인지 확인한다(S620). 동일하게, v 상 단선인 경우, 보상 위치 값은
Figure pat00003
[degree]로 결정된다(S625). v 상 단선도 아닌 경우, 보상 위치 값 결정부(220)는 w 상 단선으로 판단하고(S630), 보상 위치 값을
Figure pat00004
[degree]로 결정한다(S635).
목표 제어 전류 산출부(230)는 보상 위치 값이 결정되면, 해당 보상 위치 값을 이용하여 보상 목표 제어 전류를 산출할 수 있다(S640). 목표 제어 전류를 산출하는 구체적인 동작은 도 7을 참조하여 설명한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 제어 장치가 보상 목표 제어 전류를 산출하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하면, 모터 제어 장치(100)는 운전자 조향 토크 정보에 대응되는 보조 조향 토크를 발생시키기 위한 정상 목표 제어 전류를 산출할 수 있다(S700). 예를 들어, 목표 제어 전류 산출부(230)는 운전자 조향 토크 정보에 대응되는 보조 조향 토크를 발생시키는 데에 필요한 정상 목표 제어 전류를 산출할 수 있다. 운전자 조향 토크 정보에 대응되는 보조 조향 토크는 차량의 속도 및 미리 설정되는 튜닝 값에 의해서 변동될 수 있다. 또한, 보조 조향 토크를 발생시키기 위한 정상 목표 제어 전류는 전류 제어 맵을 이용하여 산출될 수 있다. 전류 제어 맵은 실험 등을 통해서 특정 보조 조향 토크를 발생시키는 데에 필요한 모터에 인가해야하는 전류 정보를 포함하고 있다. 따라서, 목표 제어 전류 산출부(230)는 운전자 조향 토크 정보 및 차량의 차속 정보, 전류 제어 맵 등을 이용하여 정상 목표 제어 전류를 산출할 수 있다.
또한, 모터 제어 장치(100)는 단선된 상의 위치에 따른 보상 위치 값 정보를 결정할 수 있다. 예를 들어, 보상 위치 값 결정부(220)는 단선된 상의 위치를 확인하고(S710), 해당 상의 위치에 대응되는 보상 위치 값을 결정할 수 있다(S720). 일 예로, 보상 위치 값 결정부(220)는 모터의 단선 고장이 발생된 상이 u 상인 경우, 보상 위치 값을 0[degree]로 결정할 수 있다.
이후, 모터 제어 장치(100)는 모터 위치 센서로부터 얻어질 수 있는 모터 위치 정보를 이용하여 모터 위치가 미리 설정된 기준 범위 내에 있는지 확인한다(S730). 일 예로, 기준 범위는 수학식 1 또는 수학식 2와 같이 설정될 수 있다.
Figure pat00005
Figure pat00006
수학식 1 및 2에서
Figure pat00007
은 모터 위치 정보를 의미하며, α는 실험 등을 통해서 미리 설정되는 튜닝 값을 의미한다. 일 예로, α는 30도로 결정될 수 있다.
목표 제어 전류 산출부(230)는 모터 위치가 기준 범위 내에 있다고 판단되면, 제 1 보상 파라미터를 산출할 수 있다(S740). 만약, 목표 제어 전류 산출부(230)는 모터 위치가 기준 범위를 벗어난 것으로 판단되면, 제 2 보상 파라미터를 산출할 수 있다(S750).
이후, 목표 제어 전류 산출부(230)는 산출된 제 1 보상 파라미터 또는 제 2 보상 파라미터와 정상 목표 제어 전류를 곱하여 보상 목표 제어 전류를 산출할 수 있다(S760).
한편, 제 1 보상 파라미터 및 제 2 보상 파라미터는 모터 위치 정보 및 보상 위치 값을 이용하여 미리 설정된 보상 파라미터 산출 알고리즘에 따라 산출될 수 있다. 보상 파라미터 산출 알고리즘은 모터 위치가 기준 범위 내에 위치하는 지에 따라 구별되는 함수로 설정될 수 있다.
일 예로, 제 1 보상 파리미터를 산출하는 함수는 수학식 3과 같이 설정될 수 있다. 수학식 3은 실험 등을 통해서 결정되는 것으로 차량의 상태 또는 노면의 상태 또는 설정 정보 등에 따라 변경될 수 있다.
Figure pat00008
다른 예로, 제 2 보상 파라미터를 산출하는 함수는 수학식 4와 같이 설정될 수 있다.
Figure pat00009
수학식 3 및 4에서의
Figure pat00010
은 모터 위치 정보를 의미하며, α는 실험 등을 통해서 미리 설정되는 튜닝 값을 의미한다. 또한, β는 전술한 보상 위치 값을 의미한다.
목표 제어 전류 산출부(230)는 모터 위치 정보가 기준 범위 내인지 밖인지를 판단하여, 전술한 수학식 3 및 4 중 어느 하나의 알고리즘을 선택하여 제 1 보상 파라미터 또는 제 2 보상 파라미터를 산출한다.
이후, 목표 제어 전류 산출부(230)는 산출된 보상 파라미터를 정상 목표 제어 전류에 곱하여 보상 목표 제어 전류를 산출할 수 있다.
예를 들면, 모터 위치 정보가 기준 범위 내일 경우의 제 1 보상 파라미터를 이용한 보상 목표 제어 전류는 수학식 5와 같이 산출될 수 있고, 모터 위치 정보가 기준 범위 밖일 경우의 제 2 보상 파라미터를 이용한 보상 목표 제어 전류는 수학식 6과 같이 산출될 수 있다.
Figure pat00011
Figure pat00012
수학식 5 및 6에서의
Figure pat00013
은 모터 위치 정보를 의미하며, α는 실험 등을 통해서 미리 설정되는 튜닝 값을 의미한다. 또한, β는 전술한 보상 위치 값을 의미한다. 아울러,
Figure pat00014
는 정상 목표 제어 전류를 의미한다.
한편, 본 발명의 모터 제어부(240)는 모터의 한 상 단선 발생 여부에 따라 정상 목표 제어 전류 또는 보상 목표 제어 전류가 모터에 인가되도록 제어할 수 있다. 즉, 모터 제어부(240)는 모터에 이상이 감지되지 않은 경우, 정상 목표 제어 전류가 상기 모터에 인가되도록 제어하고, 모터의 한 상 단선이 감지된 경우, 보상 목표 제어 전류가 상기 모터에 인가되도록 제어할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 모터 제어 장치는 모터의 한 상 단선 고장 발생 여부에 따라서, 목표 제어 전류를 구분하여 산출하고, 산출된 목표 제어 전류가 모터에 인가되도록 제어함으로써 고장 발생 상황에서도 조향 보조 토크의 제공을 유지할 수 있도록 한다.
본 발명의 모터 제어 장치가 전술한 보상 목표 제어 전류를 인가하여 보조 조향 토크를 생성하는 경우의 효과를 도 8 및 도 9를 참조하여 설명한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터의 한 상 단선 시 발생하는 조향 보조 토크를 예시적으로 도시한 도면이다. 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 보상 목표 제어 전류를 적용한 경우의 조향 보조 토크를 예시적으로 도시한 도면이다.
도 8을 참조하면, 모터의 한 상 단선 고장 발생 시, 보상 목표 제어 전류를 산출하지 않는 경우에 보조 조향 토크는 상 전류가 0이 되는 지점(800)에서 0 이하의 값이 될 수 있다. 즉, 800 지점에서 보조 조향 토크가 0 이하로 산출되어 운전자에게 보조 조향 토크를 제공할 수 없다.
그러나, 도 9를 참조하면 본 발명의 보상 목표 제어 전류를 이용하여 보조 조향 토크를 제공하는 경우에 보조 조향 토크는 0 이상으로 제공되고, 보조 조향 토크 값이 0에 근접한 지점(900)의 면적(area)도 작아짐을 확인할 수 있다.
따라서, 본 발명의 모터 제어 장치가 모터의 한 상 단선이 발생되는 경우에 보상 목표 제어 전류를 산출하여 모터에 인가되도록 제어함으로써, 보조 조향 토크가 0 이하가 됨을 방지하고, 보조 조향 토크가 0에 근접하는 지점의 면적도 크게 줄일 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 모터 제어 방법은 모터 위치 정보 및 상 전류 정보에 기초하여 모터의 한 상 단선 여부를 판단하여, 모터의 이상을 감지하는 모터 이상 감지단계를 포함할 수 있다(S1000). 모터 이상 감지단계는 확인된 모터 위치 정보 및 상 전류 정보에 기초하여 모터의 이상 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어, 모터 위치 정보에 따라 모터가 특정 위치에 있을 경우의 모터 상 전류 정보는 미리 저장될 수 있다. 만약, 모터에 단선이 발생하면 모터가 특정 위치에 있을 경우 상 전류가 0으로 확인될 수 있다. 이를 통해서, 모터의 한 상 단선 여부를 판단하여 모터에 이상이 발생하였는지를 판단할 수 있다.
또한, 모터 이상 감지단계는 모터에 이상이 발생한 것으로 감지된 경우, 모터의 3상 중 어느 상에 단선이 발생하였는지를 판단한다. 예를 들어, 모터 이상 감지단계는 모터의 3상인 u상, v상, w상 중 어느 상에서 단선이 발생하였는지를 모터 위치 정보 및 상 전류 정보에 기초하여 확인할 수 있다. 모터 이상 감지단계는 만약 모터의 3상 중 둘 이상의 상이 단선된 것으로 판단되면, 모터의 동작이 중지되도록 제어할 수 있다.
한편, 본 발명의 모터 제어 방법은 모터의 한 상 단선이 감지된 경우, 모터의 단선된 상의 위치에 따라 보상 위치 값을 결정하는 보상 위치 값 결정단계를 포함할 수 있다(S1010).
보상 위치 값 결정단계는 모터의 3상 각각이 단선된 경우에 사용되는 보상 위치 값을 미리 저장하고 있는 보상 위치 값 테이블 정보와 모터의 단선된 상의 위치 정보를 이용하여 보상 위치 값을 결정할 수 있다.
일 예로, 보상 위치 값 결정단계는 모터의 u상이 단선된 경우, 보상 위치 값을 0[degree]으로 결정할 수 있다. 다른 예로, 보상 위치 값 결정단계는 모터의 v상이 단선된 경우, 보상 위치 값을
Figure pat00015
[degree]로 결정할 수 있다. 또 다른 예로, 보상 위치 값 결정단계는 모터의 w상이 단선된 경우, 보상 위치 값을
Figure pat00016
[degree]로 결정할 수 있다. 보상 위치 값은 실험 등을 통해서 미리 설정되는 값으로 차량의 환경 등에 따라 다르게 설정되어 저장될 수 있다. 이 경우에도 보상 위치 값 결정단계는 모터의 단선된 상의 위치 각각에 대응되어 저장된 보상 위치 값 테이블을 확인하여 보상 위치 값을 결정할 수 있다.
한편, 본 발명의 모터 제어 방법은 운전자 조향 토크 정보, 모터 위치 정보 및 보상 위치 값 중 적어도 하나의 정보에 기초하여 정상 목표 제어 전류 및 보상 목표 제어 전류를 산출하는 목표 제어 전류 산출단계를 포함할 수 있다(S1020).
목표 제어 전류 산출단계는 토크 센서로부터 확인할 수 있는 운전자 조향 토크 정보에 대응되는 보조 조향 토크를 발생시키기 위한 정상 목표 제어 전류를 산출할 수 있다. 정상 목표 제어 전류는 모터에 고장이 발생하지 않은 상황에서 운전자 조향 토크에 대응되는 보조 조향 토크를 발생시키기 위한 모터 제어 전류를 의미한다. 즉, 정상 목표 제어 전류는 운전자 조향 토크 정보에 대응되는 보조 조향 토크 정보와 해당 보조 조향 토크를 발생시키기 위한 미리 설정된 조향 모터 전류 제어 맵 정보를 이용하여 산출될 수 있다.
또한, 목표 제어 전류 산출단계는 모터의 한 상이 단선된 이상 감지 상황에서 위에서 산출된 정상 목표 제어 전류 정보, 모터 위치 정보, 및 보상 위치 값 정보를 이용하여 보상 목표 제어 전류를 산출할 수 있다. 예를 들면, 목표 제어 전류 산출단계는 모터의 한 상이 단선된 경우, 해당 단선된 상의 위치에 따른 보상 위치 값과 모터 위치 정보를 파라미터로 하여 보상 파라미터를 계산할 수 있다. 이후, 목표 제어 전류 산출단계는 계산된 보상 파라미터를 정상 목표 제어 전류에 곱하여 보상 목표 제어 전류를 산출할 수 있다. 보다 상세하게, 목표 제어 전류 산출단계는 모터 위치 정보를 확인하고, 모터 위치가 미리 설정된 기준 범위 내에 있는지 밖에 있는지에 따라 보상 파라미터를 다르게 계산하여 보상 목표 제어 전류를 산출할 수도 있다. 일 예로, 목표 제어 전류 산출단계는 모터 위치가 기준 범위 내에 위치한 경우, 모터 위치 정보 및 보상 위치 값을 이용하여 미리 설정된 제 1 보상 파라미터 산출 알고리즘으로 제 1 보상 파라미터를 산출할 수 있다. 다른 예로, 목표 제어 전류 산출단계는 모터 위치가 기준 범위 밖에 위치한 경우, 모터 위치 정보 및 보상 위치 값을 이용하여 미리 설정된 제 2 보상 파라미터 산출 알고리즘으로 제 2 보상 파라미터를 산출할 수 있다.
목표 제어 전류 산출단계는 산출된 보상 파라미터와 정상 목표 제어 전류를 곱하여 보상 목표 제어 전류를 산출할 수 있다. 보상 목표 제어 전류는 모터의 한 상 단서에 따라 상 전류가 0이 되는 지점에서 보조 조향 토크가 발생될 수 있도록 보상된 목표 제어 전류를 의미한다.
여기서, 제 1 보상 파라미터 산출 알고리즘 및 제 2 보상 파라미터 산출 알고리즘은 동일할 수도 있고, 다를 수도 있다. 또한, 제 1 보상 파라미터 산출 알고리즘 및 제 2 보상 파라미터 산출 알고리즘은 한 상 단선 시에도 상 전류가 0이 되는 지점에서 보조 조향 토크가 발생되도록 실험 등을 통해서 결정된 함수이다. 각 함수는 보상 위치 값 및 모터 위치 정보를 변수로 포함한다.
본 발명의 모터 제어 방법은 모터의 이상 감지 여부에 따라 정상 목표 제어 전류 및 목표 제어 전류 중 어느 하나의 제어 전류가 모터에 인가되도록 제어하는 모터 제어단계를 포함할 수 있다(S1030). 예를 들어, 모터 제어단계는 모터가 정상 작동하는 경우, 정상 목표 제어 전류가 모터에 인가되도록 제어할 수 있고, 모터의 한 상에 단선이 발생한 경우, 보상 목표 제어 전류가 모터에 인가되도록 제어할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명에 따르면, 조향 보조 모터에 고장이 발생하는 경우에도 보조 조향 토크를 지속적으로 공급할 수 있는 모터 제어 방법 및 장치를 제공하는 효과가 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 조향 보조 모터의 한 상에 단선 고장이 발생하는 경우, 두 상에 모터에 공급되는 제어 전류를 변경하여 전동식 조향 제어 시스템을 유지하는 방법 및 장치를 제공하는 효과가 있다.
이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합되거나 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 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. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (12)

  1. 모터 위치 정보 및 상 전류 정보에 기초하여 모터의 한 상 단선 여부를 판단하여, 상기 모터의 이상을 감지하는 모터 이상 감지부;
    상기 모터의 한 상 단선이 감지된 경우, 상기 모터의 단선된 상의 위치에 따라 보상 위치 값을 결정하는 보상 위치 값 결정부;
    운전자 조향 토크 정보, 상기 모터 위치 정보 및 상기 보상 위치 값 중 적어도 하나의 정보에 기초하여 정상 목표 제어 전류 및 보상 목표 제어 전류를 산출하는 목표 제어 전류 산출부; 및
    상기 모터의 이상 감지 여부에 따라 상기 정상 목표 제어 전류 및 상기 목표 제어 전류 중 어느 하나의 제어 전류가 상기 모터에 인가되도록 제어하는 모터 제어부를 포함하는 모터 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 모터 이상 감지부는,
    상기 모터의 둘 이상의 상이 단선된 것으로 판단되면, 상기 모터의 동작이 중지되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 보상 위치 값은,
    상기 모터의 단선된 상의 위치 각각에 대응되어 미리 저장된 값인 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 보상 위치 값은,
    상기 모터의 단선된 상의 위치가 u 상인 경우, 0[degree]으로 결정되고, v 상인 경우
    Figure pat00017
    [degree]로 결정되고, w 상인 경우
    Figure pat00018
    [degree]로 결정되는 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 목표 제어 전류 산출부는,
    상기 운전자 조향 토크 정보에 대응되는 보조 조향 토크를 발생시키기 위한 정상 목표 제어 전류를 산출하는 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 목표 제어 전류 산출부는,
    상기 모터에 이상이 감지되는 경우, 상기 정상 목표 제어 전류, 상기 모터 위치 정보 및 상기 보상 위치 값에 기초하여 보상 목표 제어 전류를 더 산출하는 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 목표 제어 전류 산출부는,
    상기 모터 위치 정보가 미리 설정된 기준 범위 내에 존재하는지를 판단하고, 판단결과에 따라 상기 정상 목표 제어 전류에 제 1 보상 파라미터 또는 제 2 보상 파라미터를 곱하여 상기 보상 목표 제어 전류를 산출하는 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 보상 파라미터 및 제 2 보상 파라미터는,
    상기 모터 위치 정보 및 상기 보상 위치 값을 이용하여 미리 설정된 각 보상 파라미터 산출 알고리즘에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 보상 목표 제어 전류는,
    상기 모터 위치 정보가 상기 기준 범위 내에 존재하는 경우, 상기 제 1 보상 파라미터와 상기 정상 목표 제어 전류의 곱으로 산출되는 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 보상 목표 제어 전류는,
    상기 모터 위치 정보가 상기 기준 범위 외에 존재하는 경우, 상기 제 2 보상 파라미터와 상기 정상 목표 제어 전류의 곱으로 산출되는 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 모터 제어부는,
    상기 모터에 이상이 감지되지 않은 경우, 상기 정상 목표 제어 전류가 상기 모터에 인가되도록 제어하고,
    상기 모터의 한 상 단선이 감지된 경우, 상기 보상 목표 제어 전류가 상기 모터에 인가되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
  12. 모터 위치 정보 및 상 전류 정보에 기초하여 모터의 한 상 단선 여부를 판단하여, 상기 모터의 이상을 감지하는 모터 이상 감지단계;
    상기 모터의 한 상 단선이 감지된 경우, 상기 모터의 단선된 상의 위치에 따라 보상 위치 값을 결정하는 보상 위치 값 결정단계;
    운전자 조향 토크 정보, 상기 모터 위치 정보 및 상기 보상 위치 값 중 적어도 하나의 정보에 기초하여 정상 목표 제어 전류 및 보상 목표 제어 전류를 산출하는 목표 제어 전류 산출단계; 및
    상기 모터의 이상 감지 여부에 따라 상기 정상 목표 제어 전류 및 상기 목표 제어 전류 중 어느 하나의 제어 전류가 상기 모터에 인가되도록 제어하는 모터 제어단계를 포함하는 모터 제어 방법.
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