KR100738451B1

KR100738451B1 - 전동식 파워 스티어링 시스템에서의 디씨 모터 각속도추정방법

Info

Publication number: KR100738451B1
Application number: KR1020030022532A
Authority: KR
Inventors: 조준형
Original assignee: 주식회사 만도
Priority date: 2003-04-10
Filing date: 2003-04-10
Publication date: 2007-07-11
Anticipated expiration: 2023-04-10
Also published as: KR20040088617A

Abstract

본 발명은 EPS 시스템에서의 DC 모터 각속도 추정방법에 관한 것으로, 모터 단자 전압(V_M+)과 모터 단자 전압(V_{M_})의 차이값으로 구해진 모터 양단 전압(E)이 0보다 큰 경우 모터 단자 전압(V_M+)과 모터 단자 전압(V_{M_})의 크기를 비교하여 모터 전류를 판단하고, 이 판단된 모터 전류의 크기에 따라 모터 저항값을 달리하여 각속도를 추정하는 제1과정과, 상기 모터 양단 전압(E)이 0보다 작은 경우 모터 단자 전압(V_{M_})과 모터 단자 전압(V_{M_})의 크기를 비교하여 모터 전류를 판단하고, 이 판단된 모터 전류의 크기에 따라 모터 저항값을 달리하여 각속도를 추정하는 제2과정과, 상기 모터 양단 전압(E)의 측정이 불가능한 경우 DC 모터의 각속도를 0으로 추정하는 제3과정으로 이루어지는 것을 특징으로 하며, 모터 양단 전압의 부호와 크기뿐만 아니라 모터 단자 전압의 크기를 고려하여 모터 전류를 판단하고, 이 판단된 모터 전류의 크기에 따라 모터 저항값을 달리하여 각속도를 추정함으로써 DC 모터의 각속도 추정을 별도의 센서없이 추정할 때 각속도 추정 범위를 확대하고, 추정오차 역시 대폭 줄일 수 있게 되는 효과가 있다.

Description

전동식 파워 스티어링 시스템에서의 디씨 모터 각속도 추정방법{ANGULAR VELOCITY ESTIMATION METHOD OF DC MOTOR IN EPS SYSTEM}

도 1은 일반적인 EPS 시스템내 모터 구동을 위한 하드웨어 블록 구성도,

도 2는 종래 DC 모터의 각속도를 추정하기 위한 방법을 보인 동작 흐름도,

도 3은 본 발명에 의한 EPS 시스템에서의 DC 모터의 각속도를 추정하기 위한 방법을 보인 동작 흐름도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

A,B,A',B' : 제1~제4 FET M : DC 모터

S : 션트저항 AMP : 증폭기

본 발명은 전동식 파워 스티어링(Electric Power Steering ; 이하, 'EPS'라 칭함) 시스템에서의 DC 모터 각속도 추정방법에 관한 것으로, 특히 모터 단자 전압의 크기를 고려하여 모터 전류를 판단하고, 이 판단된 모터 전류의 크기에 따라 모터 저항값을 달리하여 각속도를 추정할 수 있도록 한 EPS 시스템에서의 DC 모터 각속도 추정방법에 관한 것이다.

일반적으로 EPS 시스템에서는 모터 구동의 성능향상을 위해 필요한 DC 모터의 각속도 추정을 별도의 센서없이 추정하고 있으며, 이러한 EPS 시스템내 모터 구동 조향장치는 도 1에 도시된 바와 같이 4개의 제1~제4 FET(A,B,A',B')로 구성된 H-브릿지(Bridge) 회로를 이용하여 DC 모터(M)를 구동하고, 션트(Shunt)저항(S)을 접지와 상기 H-브릿지 회로 사이에 위치시켜 이 션트저항(S)을 통해 검출된 양단 전압을 증폭기(AMP)로 증폭하여 모터의 전류를 검출한다.

이때, 상기 DC 모터(M)의 각속도를 추정하기 위해서는 모터 양단 전압과 모터의 전류를 이용하게 되는데, 즉 아래와 같은 각속도 추정식을 이용하며, 이 각속도 추정식은 모터 역기전력이 모터 각속도에 비례한다는 성질을 이용한 것이다.

여기서, E : 모터 양단 전압(motor supply voltage), I : 모터 전류(motor current), R : 모터 저항값(armature resistance),

: 모터 각속도(motor angular velocity), K_E : 모터 역기전력(motor back emf constant)이다.

도 2는 종래 DC 모터의 각속도를 추정하기 위한 방법을 보인 동작 흐름도로서, 이를 참고하여 종래 DC 모터의 각속도 추정방법을 설명하면, 먼저 모터 양단 전압(E)은 모터 단자(M₊, M_-) 각각의 전압(V_M+, V_{M_})을 검출하여 구해진 차이값(E=V_M+-V_{M_})이 되는데, 이 차이값을 통해 모터 양단 전압의 크기와 모터에 인가된 전압 방향을 추정한다.

이때, 모터 전류는 모터의 전류방향을 알 수 없으므로 모터 양단 전압의 부호로써 판단하고, 전류 크기는 검출된 션트저항(S)의 양단 전압을 증폭하여 인식하게 된다.

즉, 상기 모터 양단 전압(E)이 0이거나 큰 경우에는(S1) 상기 수학식1로 언급한 각속도 추정식을 통해 DC 모터의 각속도를 구하고(S2), 모터 양단 전압(E)이 0보다 작은 경우에는(S3) 상기 수학식2로 언급한 각속도 추정식을 통해 DC 모터의 각속도를 구하며(S4), 모터 양단 전압(E)의 측정이 불가능한 경우에는 DC 모터의 각속도를 0으로 추정한다(S5).

그러나, 상기와 같은 종래의 DC 모터 각속도 추정방법의 경우, 외부로부터 발생되는 모터의 각속도에 의해 모터 양단 전압이 변동되면 모터의 전류방향을 잘못 인식하게 되고, 이에 따라 각속도 추정오차가 크게 발생하게 되는 문제점이 있었다.

또한, 모터의 특성상 모터에 흐르는 전류의 크기에 따라 모터 저항값(R)이 변화하기 때문에 모터 저항값(R)을 상수값으로 사용하면 작은 전류에서도 각속도 추정의 오차가 크게 발생하게 되는 문제점도 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 그 목적은 EPS 시스템에 있어서, 모터 양단 전압의 부호와 크기뿐만 아니라 모터 단자 전압의 크기를 고려하여 모터 전류를 판단하고, 이 판단된 모터 전류의 크기에 따라 모터 저항값을 달리하여 각속도를 추정함으로써 DC 모터의 각속도 추정을 별도의 센서없이 추정할 때 각속도 추정 범위를 확대하고, 추정오차 역시 대폭 줄일 수 있도록 한 EPS 시스템에서의 DC 모터 각속도 추정방법을 제공하는 데에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 EPS 시스템에서의 DC 모터 각속도 추정방법은, 모터 단자 전압(V_M+)과 모터 단자 전압(V_{M_})의 차이값으로 구해진 모터 양단 전압(E)이 0보다 큰 경우 모터 단자 전압(V_M+)과 모터 단자 전압(V_{M_})의 크기를 비교하여 모터 전류를 판단하고, 이 판단된 모터 전류의 크기에 따라 모터 저항값을 달리하여 각속도를 추정하는 제1과정과, 상기 모터 양단 전압(E)이 0보다 작은 경우 모터 단자 전압(V_{M_})과 모터 단자 전압(V_{M_})의 크기를 비교하여 모터 전류를 판단하고, 이 판단된 모터 전류의 크기에 따라 모터 저항값을 달리하여 각속도를 추정하는 제2과정과, 상기 모터 양단 전압(E)의 측정이 불가능한 경우 DC 모터의 각속도를 0으로 추정하는 제3과정으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 EPS 시스템에서의 DC 모터 각속도 추정방법을 상세히 설명한다.

본 발명에 의한 DC 모터 각속도 추정방법은 도 1에 도시된 EPS 시스템내 모 터 구동 조향장치에서 이루어지는데, 즉 도 1에 도시된 EPS 시스템의 모터 구동 조향장치에 있어서 H-브릿지 회로로 DC 모터(M)를 구동하는 경우 제1~제4 FET(A,B,A',B')의 온/오프(On/Off) 패턴이 다양하게 있으나, 본 발명에서 사용된 패턴은 제1,제3 FET(A,A')와 제2,제4 FET(B,B')를 동시에 온/오프함으로써 DC 모터(M)의 전류방향을 결정한다.

본 발명에 있어서 모터 양단 전압(E) 역시 종래와 동일하게 모터 단자(M₊, M_-) 각각의 전압(V_M+, V_{M_})을 검출하여 구해진 차이값(E=V_M+-V _{M_})이 되는데, 이 차이값을 통해 모터 양단 전압의 크기와 모터에 인가된 전압 방향을 추정한다.

그리고, 모터 전류는 모터 양단 전압의 부호 및 모터 단자 전압의 크기로써 판단하고, 검출된 션트저항(S)의 양단 전압을 증폭하여 인식한 모터 전류의 크기에 따라 모터 저항값을 달리하여 각속도를 추정한다.

또한, 종래 DC 모터의 각속도 추정방법에 적용되었던 각속도 추정식을 그대로 적용하여 DC 모터의 각속도를 추정한다.

도 3은 본 발명에 의한 EPS 시스템에서의 DC 모터의 각속도를 추정하기 위한 방법을 보인 동작 흐름도로서, 이를 참고하여 본 발명에 의한 DC 모터의 각속도 추정방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 모터 구동 조향장치에서 검출된 모터 양단 전압(E)이 0보다 큰 경우(S11) 모터 단자(M₊) 전압(V_M+)과 모터 단자(M_-) 전압(V_{M_})을 비교하여 모터 단자 전압(V_M+)이 모터 단자 전압(V_{M_})보다 크면(S12) 모터 구동 조향장치에서 검출된 모 터 전류(I)의 크기가 일정값(

)과 같거나 큰지를 판단한다(S13).

상기 단계(S13)의 판단 결과, 모터 전류(I)의 크기가 일정값(

)보다 작다면 모터 저항값(R)을 적절하게 조정한 후(S14) 상기 수학식1로 언급한 각속도 추정식을 통해 DC 모터의 각속도를 구하고(S15), 상기 모터 전류(I)의 크기가 일정값(

)과 같거나 크다면 바로 상기 수학식1로 언급한 각속도 추정식을 통해 DC 모터의 각속도를 구한다(S15).

한편, 상기 모터 단자 전압(V_M+)이 모터 단자 전압(V_{M_})보다 작으면(S12) 모터 구동 조향장치에서 검출된 모터 전류(I)의 크기가 일정값(

)과 같거나 큰지를 판단한다(S16).

상기 단계(S16)의 판단 결과, 모터 전류(I)의 크기가 일정값(

)보다 작다면 모터 저항값(R)을 적절하게 조정한 후(S17) 상기 수학식2로 언급한 각속도 추정식을 통해 DC 모터의 각속도를 구하고(S18), 상기 모터 전류(I)의 크기가 일정값(

)과 같거나 크다면 바로 상기 수학식2로 언급한 각속도 추정식을 통해 DC 모터의 각속도를 구한다(S18).

그리고, 모터 구동 조향장치에서 검출된 모터 양단 전압(E)이 0보다 작은 경우(S21) 모터 단자(M₊) 전압(V_M+)과 모터 단자(M_-) 전압(V_{M_})을 비교하여 모터 단자 전압(V_{M_})이 모터 단자 전압(V_M+)보다 크면(S22) 모터 구동 조향장치에서 검출된 모터 전류(I)의 크기가 일정값(

)과 같거나 큰지를 판단한다(S23).

상기 단계(S23)의 판단 결과, 모터 전류(I)의 크기가 일정값(

)보다 작다면 모터 저항값(R)을 적절하게 조정한 후(S24) 상기 수학식2로 언급한 각속도 추정식을 통해 DC 모터의 각속도를 구하고(S25), 상기 모터 전류(I)의 크기가 일정값(

)과 같거나 크다면 바로 상기 수학식2로 언급한 각속도 추정식을 통해 DC 모터의 각속도를 구한다(S25).

한편, 상기 모터 단자 전압(V_{M_})이 모터 단자 전압(V_M+)보다 작으면(S22) 모터 구동 조향장치에서 검출된 모터 전류(I)의 크기가 일정값(

)과 같거나 큰지를 판단한다(S26).

상기 단계(S26)의 판단 결과, 모터 전류(I)의 크기가 일정값(

)보다 작다면 모터 저항값(R)을 적절하게 조정한 후(S27) 상기 수학식1로 언급한 각속도 추정식을 통해 DC 모터의 각속도를 구하고(S28), 상기 모터 전류(I)의 크기가 일정값(

)과 같거나 크다면 바로 상기 수학식1로 언급한 각속도 추정식을 통해 DC 모터의 각속도를 구한다(S28).

그리고, 모터 양단 전압(E)의 측정이 불가능한 경우에는 DC 모터의 각속도를 0으로 계산한다(S31).

한편, 본 발명에서 있어서, 각속도 추정에 사용되는 상기 모터 저항값(R)은 전류에 따라 어떻게 변화하는지 알아야 하고, 모터 전류의 크기에 맞게 조정되어 사용되도록 해야 한다.

상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 EPS 시스템에 있어서, 모터 양단 전압의 부호와 크기뿐만 아니라 모터 단자 전압의 크기를 고려하여 모터 전류를 판단하고, 이 판단된 모터 전류의 크기에 따라 모터 저항값을 달리하여 각속도를 추정함으로써 DC 모터의 각속도 추정을 별도의 센서없이 추정할 때 각속도 추정 범위를 확대하는 동시에 추정오차 역시 대폭 줄일 수 있게 되는 효과가 있다.

Claims

EPS 시스템에서 DC 모터의 각속도를 추정하는 방법에 있어서,

모터 단자 전압 V_M+이 모터 단자 전압 V_{M_}보다 크면 모터 구동 조향장치에서 검출된 모터 전류(I)의 크기가 일정값(
)과 같거나 큰지를 판단하는 제1단계와, 상기 제1단계의 판단 결과, 모터 전류(I)의 크기가 일정값(
)보다 작다면 모터 저항값(R)을 적절하게 조정한 후 수학식1의 각속도 추정식을 통해 DC 모터의 각속도를 구하고, 상기 모터 전류(I)의 크기가 일정값(
)과 같거나 크다면 바로 수학식1의 각속도 추정식을 통해 DC 모터의 각속도를 구하는 제2단계와, 상기 제1단계에서 모터 단자 전압 V_M+이 모터 단자 전압 V_{M_}보다 작은 경우 모터 전류(I)의 크기가 일정값(
)과 같거나 큰지를 판단하여, 모터 전류 (I)의 크기가 일정값(
)보다 작다면 모터 저항값(R)을 적절하게 조정한 후 수학식2의 각속도 추정식을 통해 DC 모터의 각속도를 구하고, 상기 모터 전류(I)의 크기가 일정값 (
)과 같거나 크다면 바로 수학식2의 각속도 추정식을 통해 DC 모터의 각속도를 구하는 제3단계로 이루어지는 제1과정과;

모터 단자 전압 V_{M_}이 모터 단자 전압 V_M+보다 크면 모터 전류(I)의 크기가 일정값(
)과 같거나 큰지를 판단하는 제1단계와, 상기 제1단계의 판단 결과, 모터 전류(I)의 크기가 일정값(
)보다 작다면 모터 저항값(R)을 적절하게 조정한 후 수학식2의 각속도 추정식을 통해 DC 모터의 각속도를 구하고, 상기 모터 전류(I)의 크기가 일정값(
)과 같거나 크다면 바로 수학식2의 각속도 추정식을 통해 DC 모터의 각속도를 구하는 제2단계와, 상기 제1단계에서 모터 단자 전압 V_{M_}이 모터 단자 전압 V_M+보다 작은 경우 모터 전류(I)의 크기가 일정값(
)과 같거나 큰지를 판단하여, 모터 전류 (I)의 크기가 일정값(
)보다 작다면 모터 저항값(R)을 적절하게 조정한 후 수학식1의 각속도 추정식을 통해 DC 모터의 각속도를 구하고, 상기 모터 전류(I)의 크기가 일정값(
)과 같거나 크다면 바로 수학식1의 같은 각속도 추정식을 통해 DC 모터의 각속도를 구하는 제3단계로 이루어지는 제2과정;

을 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템에서의 DC 모터 각 속도 추정방법.

[수학식 1]

[수학식 2]

여기서 , E : 모터 양단 전압(motor supply voltage), I : 모터 전류(motor current), R : 모터 저항값(armature resistance),
: 모터 각속도(motor angular velocity), K_E : 모터 역기전력(motor back emf constant)
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