KR20250023119A - Device and method for detecting abnormality of motor, and non-transitory computer-readable storage medium storing program for performing the method - Google Patents
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Abstract
모터 이상 감지 장치 및 방법, 상기 방법의 수행을 위한 프로그램이 저장된 비일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체가 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따른 모터 이상 감지 장치는, 차량의 EPS(Electric Power Steering) 시스템에서 조향 보조 토크를 생성하는 모터의 이상을 감지하는 모터 이상 감지 장치로서, 메모리; 및 프로세서;를 포함하고, 상기 메모리는 상기 차량의 상태와 관련된 상태 데이터, 상기 차량의 운전자의 스티어링 조작과 관련된 조작 데이터를 입력 받아 상기 모터의 출력과 관련된 물리량을 추정하는 인공 신경망 모델을 저장하고, 상기 프로세서는 상기 상태 데이터 및 상기 조작 데이터를 상기 인공 신경망 모델에 입력하고 연산을 수행하여 상기 물리량의 추정치를 출력하고, 상기 추정치를 상기 물리량의 실측치와 비교하여 상기 모터의 이상 여부를 감지할 수 있다.A motor abnormality detection device and method, and a non-transitory computer-readable storage medium storing a program for performing the method are disclosed. The motor abnormality detection device according to one aspect of the present invention is a motor abnormality detection device that detects an abnormality in a motor that generates steering assist torque in an EPS (Electric Power Steering) system of a vehicle, the device including: a memory; and a processor; wherein the memory receives state data related to a state of the vehicle and operation data related to a steering operation of a driver of the vehicle and stores an artificial neural network model that estimates a physical quantity related to an output of the motor, and the processor inputs the state data and the operation data into the artificial neural network model and performs an operation to output an estimated value of the physical quantity, and compares the estimated value with an actual measured value of the physical quantity to detect whether the motor is abnormal.
Description
본 발명은 모터 이상 감지 장치 및 방법, 상기 방법을 수행하기 위한 프로그램이 저장된 비일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차량의 EPS(Electric Power Steering) 시스템에서 조향 보조 토크를 생성하는 모터의 이상을 감지하는 모터 이상 감지 장치 및 방법, 상기 방법을 수행하기 위한 프로그램이 저장된 비일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체에 관한 것이다.The present invention relates to a motor abnormality detection device and method, and a non-transitory computer-readable storage medium storing a program for performing the method. More specifically, the present invention relates to a motor abnormality detection device and method for detecting an abnormality in a motor that generates steering assist torque in an EPS (Electric Power Steering) system of a vehicle, and a non-transitory computer-readable storage medium storing a program for performing the method.
전동 파워 스티어링(Electric Power Steering, EPS) 시스템은 모터를 이용해 차량의 조향을 보조하는 장치이다. EPS 시스템은 스티어링 휠의 조작과 관련된 감지 데이터, 차속 등을 분석하고 적절한 조향 보조 토크가 제공되도록 모터를 제어한다. EPS 시스템은 종래 유압식 파워 스티어링 시스템과 달리 전기 자동차에도 적용이 가능하고, 공간 및 연비 측면에서도 높은 효율성을 가진다.Electric Power Steering (EPS) system is a device that assists the steering of a vehicle using a motor. The EPS system analyzes sensing data related to the operation of the steering wheel, vehicle speed, etc., and controls the motor to provide appropriate steering assistance torque. Unlike conventional hydraulic power steering systems, the EPS system can be applied to electric vehicles, and is highly efficient in terms of space and fuel efficiency.
EPS 시스템은 위에선 언급한 바와 같은 장점을 가진다. 그러나 주행 중 EPS 시스템의 고장, 즉 LoA(Loss-of-Assist)는 차량의 조향 성능에 매우 큰 영향을 미치며 치명적인 사고로 이어질 수 있다. 조향 보조 토크를 생성하는 모터의 오작동은 LoA의 가장 주요한 요인이 된다. 그러므로 차량의 안전성 확보를 위해 EPS 시스템에서 조향 토크를 생성하는 모터에 관한 페일 세이프티(fail safety)가 요구된다.The EPS system has the advantages mentioned above. However, the failure of the EPS system during driving, that is, the Loss-of-Assist (LoA), has a significant impact on the steering performance of the vehicle and can lead to fatal accidents. The malfunction of the motor that generates the steering assistance torque is the most important factor in LoA. Therefore, in order to secure the safety of the vehicle, fail safety is required for the motor that generates the steering torque in the EPS system.
그러나 EPS 시스템의 모터의 페일 세이프티와 관련된 종래의 접근 방식은 고장을 사전에 예방하는 것보다는 고장을 전제로 한 후속 조치에 초점이 맞추어져 있다. 한편, EPS 모터의 결함을 조기에 감지하기 위한 연구개발도 일부 이루어지고 있지만 주로 시스템의 상태와 결함을 동시에 추정하는 모델 기반 접근 방법을 취하고 있다. 이러한 접급 방식은 차량에 임베디드 애플리케이션으로 확장될 수 없는 한계를 가지고 있다.However, conventional approaches to fail-safety of the EPS motor focus on follow-up measures based on failures rather than preventing failures in advance. Meanwhile, some research and development is being conducted to detect EPS motor failures early, but they mainly take a model-based approach that simultaneously estimates the state of the system and the failure. This approach has limitations in that it cannot be extended to embedded applications in vehicles.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 EPS 시스템의 모터의 고장이 발생하기 전에 모터의 기능 저하를 예지할 수 있는 모터 이상 감지 장치 및 방법, 상기 방법을 수행하기 위한 프로그램이 저장된 비일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체를 제공하는 것이다.The present invention is to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a motor abnormality detection device and method capable of predicting a functional decline of a motor before a failure of the motor of an EPS system occurs, and a non-transitory computer-readable storage medium storing a program for performing the method.
본 발명의 다른 목적은 EPS 시스템에 LoA(Loss-of-Assist) 또는 심각한 모터 토크 출력 저하가 발생하기 전에 대한 인공지능 기반 디지털 트윈 알고리즘에 기반하여 모터의 출력 저하를 사전 예지할 수 있는 모터 이상 감지 장치 및 방법, 상기 방법을 수행하기 위한 프로그램이 저장된 비일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a motor abnormality detection device and method capable of predicting a motor output reduction in advance based on an artificial intelligence-based digital twin algorithm before LoA (Loss-of-Assist) or serious motor torque output reduction occurs in an EPS system, and a non-transitory computer-readable storage medium storing a program for performing the method.
본 발명의 또 다른 목적은 차량의 CAN(Controller Area Network)을 통해 얻을 수 있는 신호들로부터 EPS 시스템의 모터의 출력 저하를 예측할 수 있는 모터 이상 감지 장치 및 방법, 상기 방법을 수행하기 위한 프로그램이 저장된 비일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a motor abnormality detection device and method capable of predicting a decrease in the output of an EPS system motor from signals obtained through a CAN (Controller Area Network) of a vehicle, and a non-transitory computer-readable storage medium storing a program for performing the method.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The tasks of the present invention are not limited to the tasks mentioned above, and other tasks not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art to which the present invention belongs from the description below.
본 발명의 일 측면에 따르면, 차량의 EPS(Electric Power Steering) 시스템에서 조향 보조 토크를 생성하는 모터의 이상을 감지하는 모터 이상 감지 장치로서, 메모리; 및 프로세서;를 포함하고, 상기 메모리는 상기 차량의 상태와 관련된 상태 데이터, 상기 차량의 운전자의 스티어링 조작과 관련된 조작 데이터를 입력 받아 상기 모터의 출력과 관련된 물리량을 추정하는 인공 신경망 모델을 저장하고, 상기 프로세서는 상기 상태 데이터 및 상기 조작 데이터를 상기 인공 신경망 모델에 입력하고 연산을 수행하여 상기 물리량의 추정치를 출력하고, 상기 추정치를 상기 물리량의 실측치와 비교하여 상기 모터의 이상 여부를 감지하는 모터 이상 감지 장치가 제공된다.According to one aspect of the present invention, a motor abnormality detection device for detecting an abnormality in a motor generating steering assist torque in an EPS (Electric Power Steering) system of a vehicle is provided, comprising: a memory; and a processor; wherein the memory receives state data related to a state of the vehicle and operation data related to a steering operation of a driver of the vehicle and stores an artificial neural network model for estimating a physical quantity related to an output of the motor, and the processor inputs the state data and the operation data into the artificial neural network model and performs an operation to output an estimated value of the physical quantity, and compares the estimated value with an actual measured value of the physical quantity to detect whether the motor is abnormal.
본 발명의 일 측면에 따른 모터 이상 감지 장치에 있어서, 상기 상태 데이터 및 상기 조작 데이터는 상기 차량의 CAN(Controller Area Network)을 통해 얻을 수 있는 신호들로 구성될 수 있다.In a motor abnormality detection device according to one aspect of the present invention, the status data and the operation data may be composed of signals that can be obtained through a CAN (Controller Area Network) of the vehicle.
본 발명의 일 측면에 따른 모터 이상 감지 장치에 있어서, 상기 물리량은 상기 운전자가 상기 차량의 스티어링 휠의 조작 시 발생하는 스티어링 토크일 수 있다.In a motor abnormality detection device according to one aspect of the present invention, the physical quantity may be steering torque generated when the driver operates the steering wheel of the vehicle.
본 발명의 일 측면에 따른 모터 이상 감지 장치에 있어서, 상기 상태 데이터는 상기 차량의 종방향 속도(longitudinal velocity), 상기 차량의 측 가속도(lateral acceleration), 상기 차량의 요 레이트(yaw rate), 상기 차량의 각 휠의 휠 속도(wheel velocity)를 포함할 수 있다.In a motor abnormality detection device according to one aspect of the present invention, the status data may include longitudinal velocity of the vehicle, lateral acceleration of the vehicle, yaw rate of the vehicle, and wheel velocity of each wheel of the vehicle.
본 발명의 일 측면에 따른 모터 이상 감지 장치에 있어서, 상기 조작 데이터는 스티어링 각도(steering angle) 및 스티어링 각속도(steering angular velocity)를 포함할 수 있다.In a motor abnormality detection device according to one aspect of the present invention, the operation data may include a steering angle and a steering angular velocity.
본 발명의 일 측면에 따른 모터 이상 감지 장치에 있어서, 상기 인공 신경망 모델은 생성적 대립 신경망(Generative adversarial network, GAN)을 포함할 수 있다.In a motor abnormality detection device according to one aspect of the present invention, the artificial neural network model may include a generative adversarial network (GAN).
본 발명의 일 측면에 따른 모터 이상 감지 장치에 있어서, 상기 인공 신경망 모델은, 상기 상태 데이터 및 상기 조작 데이터를 입력 받아 상기 추정치를 생성하는 생성기; 및 상기 상태 데이터, 상기 조작 데이터 및 상기 실측치를 포함하는 실측치 관련 데이터를 입력 받고, 상기 실측치 관련 데이터에 대한 판별값을 출력하는 판별기;를 포함할 수 있다.In a motor abnormality detection device according to one aspect of the present invention, the artificial neural network model may include a generator which receives the state data and the operation data and generates the estimated value; and a discriminator which receives the state data, the operation data, and the measured value-related data including the measured value, and outputs a discriminant value for the measured value-related data.
본 발명의 일 측면에 따른 모터 이상 감지 장치에 있어서, 상기 생성기는 다변량 트랜스포머(Multivariate transformer)로 구성될 수 있다.In a motor abnormality detection device according to one aspect of the present invention, the generator may be composed of a multivariate transformer.
본 발명의 일 측면에 따른 모터 이상 감지 장치에 있어서, 상기 판별기는 상기 상태 데이터, 상기 조작 데이터 및 상기 추정치를 포함하는 추정치 관련 데이터를 추가적으로 입력 받고, 상기 추정치 관련 데이터에 대한 판별값을 추가적으로 출력할 수 있다.In a motor abnormality detection device according to one aspect of the present invention, the discriminator can additionally input estimated value-related data including the state data, the operation data, and the estimated value, and additionally output a discriminant value for the estimated value-related data.
본 발명의 일 측면에 따른 모터 이상 감지 장치에 있어서, 상기 인공 신경망 모델은 상기 생성기 및 상기 판별기가 서로 번갈아 가며 학습을 수행하여 구축된 것으로, 상기 학습 시 사용된 상기 상태 데이터, 상기 조작 데이터 및 상기 실측치는 상기 차량 및 상기 모터가 정상인 상태에서 얻어진 것일 수 있다.In a motor abnormality detection device according to one aspect of the present invention, the artificial neural network model is constructed by having the generator and the discriminator alternately perform learning, and the state data, the operation data, and the actual measurement values used during the learning may be obtained when the vehicle and the motor are in a normal state.
본 발명의 일 측면에 따른 모터 이상 감지 장치에 있어서, 상기 추정치는 상기 차량 및 상기 모터가 정상인 상태에서 얻어지는 상기 물리량의 실측치를 추종할 수 있다.In a motor abnormality detection device according to one aspect of the present invention, the estimated value can track the actual measured value of the physical quantity obtained when the vehicle and the motor are in a normal state.
본 발명의 일 측면에 따른 모터 이상 감지 장치에 있어서, 상기 메모리는 이상 감지 모델을 더 저장하고, 상기 프로세서는 상기 추정치와 상기 실측치의 차이와 관련된 오차 데이터를 상기 이상 감지 모델에 입력하여 상기 모터의 이상 여부를 판단할 수 있다.In a motor abnormality detection device according to one aspect of the present invention, the memory further stores an abnormality detection model, and the processor can input error data related to the difference between the estimated value and the actual value into the abnormality detection model to determine whether the motor is abnormal.
본 발명의 일 측면에 따른 모터 이상 감지 장치에 있어서, 상기 이상 감지 모델은 OCSVM(One-Class Support Vector Machine) 알고리즘을 포함할 수 있다.In a motor abnormality detection device according to one aspect of the present invention, the abnormality detection model may include an OCSVM (One-Class Support Vector Machine) algorithm.
본 발명의 일 측면에 따른 모터 이상 감지 장치에 있어서, 상기 상태 데이터, 상기 조작 데이터, 상기 실측치 및 상기 추정치를 포함하는 데이터 세트는 복수 개가 존재하고, 상기 오차 데이터는 복수 개의 상기 데이터 세트 각각에서 얻어지는 실측치와 추정치 사이의 오차의 평균과 표준 편차, 복수 개의 상기 데이터 세트의 실측치와 추정치 사이의 최대 절대 오차, 복수 개의 상기 데이터 세트의 실측치 관련 데이터에 대한 상기 판별기의 판별값을 포함할 수 있다.In a motor abnormality detection device according to one aspect of the present invention, there are a plurality of data sets including the state data, the operation data, the actual measurement value, and the estimated value, and the error data may include an average and a standard deviation of errors between the actual measurement value and the estimated value obtained from each of the plurality of data sets, a maximum absolute error between the actual measurement value and the estimated value of the plurality of data sets, and a discriminant value of the discriminator for data related to the actual measurement value of the plurality of data sets.
본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 차량의 EPS(Electric Power Steering) 시스템에서 조향 보조 토크를 생성하는 모터의 이상을 감지하는 모터 이상 감지 방법으로서, 프로세서가 상기 차량의 상태와 관련된 상태 데이터, 상기 차량의 운전자의 스티어링 조작과 관련된 조작 데이터, 상기 모터의 출력과 관련된 물리량의 실측치를 입력받는 단계; 상기 프로세서가 상기 상태 데이터 및 상기 조작 데이터를 인공 신경망 모델에 입력하고 연산을 수행하여 상기 물리량의 추정치를 출력하는 단계; 및 상기 프로세서가 상기 추정치를 상기 실측치와 비교하여 상기 모터의 이상 여부를 감지하는 단계;를 포함하는 모터 이상 감지 방법이 제공된다.According to another aspect of the present invention, a motor abnormality detection method for detecting an abnormality in a motor that generates steering assist torque in an EPS (Electric Power Steering) system of a vehicle is provided, the method including: a step in which a processor receives state data related to a state of the vehicle, operation data related to a steering operation of a driver of the vehicle, and an actual value of a physical quantity related to an output of the motor; a step in which the processor inputs the state data and the operation data into an artificial neural network model and performs an operation to output an estimated value of the physical quantity; and a step in which the processor compares the estimated value with the actual value to detect whether the motor is abnormal.
본 발명의 다른 일 측면에 따른 모터 이상 감지 방법에 있어서, 상기 상태 데이터 및 상기 조작 데이터는 상기 차량의 CAN(Controller Area Network)을 통해 얻을 수 있는 신호들로 구성될 수 있다.In a motor abnormality detection method according to another aspect of the present invention, the status data and the operation data may be composed of signals that can be obtained through a CAN (Controller Area Network) of the vehicle.
본 발명의 다른 일 측면에 따른 모터 이상 감지 방법에 있어서, 상기 물리량은 상기 운전자가 상기 차량의 스티어링 휠의 조작 시 발생하는 스티어링 토크일 수 있다.In a motor abnormality detection method according to another aspect of the present invention, the physical quantity may be steering torque generated when the driver operates the steering wheel of the vehicle.
본 발명의 다른 일 측면에 따른 모터 이상 감지 방법에 있어서, 상기 상태 데이터는 상기 차량의 종방향 속도(longitudinal velocity), 상기 차량의 측 가속도(lateral acceleration), 상기 차량의 요 레이트(yaw rate), 상기 차량의 각 휠의 휠 속도(wheel velocity)를 포함할 수 있다.In a motor abnormality detection method according to another aspect of the present invention, the status data may include longitudinal velocity of the vehicle, lateral acceleration of the vehicle, yaw rate of the vehicle, and wheel velocity of each wheel of the vehicle.
본 발명의 다른 일 측면에 따른 모터 이상 감지 방법에 있어서, 상기 조작 데이터는 스티어링 각도(steering angle) 및 스티어링 각속도(steering angular velocity)를 포함할 수 있다.In a motor abnormality detection method according to another aspect of the present invention, the operation data may include a steering angle and a steering angular velocity.
본 발명의 다른 일 측면에 따른 모터 이상 감지 방법에 있어서, 상기 인공 신경망 모델은 생성적 대립 신경망(Generative adversarial network, GAN)을 포함할 수 있다.In a motor abnormality detection method according to another aspect of the present invention, the artificial neural network model may include a generative adversarial network (GAN).
본 발명의 다른 일 측면에 따른 모터 이상 감지 방법에 있어서, 상기 인공 신경망 모델은 상기 상태 데이터 및 상기 조작 데이터를 입력 받아 상기 추정치를 생성하는 생성기를 포함하고, 상기 물리량의 추정치를 출력하는 단계는, 상기 프로세서가 상기 생성기에 상기 상태 데이터 및 상기 조작 데이터를 입력하고, 상기 생성기에 의해 생성된 추정치를 출력하는 단계를 포함할 수 있다.In a motor abnormality detection method according to another aspect of the present invention, the artificial neural network model may include a generator that receives the state data and the operation data and generates the estimated value, and the step of outputting the estimated value of the physical quantity may include a step in which the processor inputs the state data and the operation data into the generator and outputs the estimated value generated by the generator.
본 발명의 다른 일 측면에 따른 모터 이상 감지 방법에 있어서, 상기 인공 신경망 모델은 상기 상태 데이터, 상기 조작 데이터 및 상기 실측치를 포함하는 실측치 관련 데이터를 입력 받고, 상기 실측치 관련 데이터에 대한 판별값을 출력하는 판별기를 더 포함하고, 상기 물리량의 추정치를 출력하는 단계는, 상기 프로세서가 상기 상태 데이터, 상기 조작 데이터 및 상기 물리량의 실측치를 포함하는 실측치 관련 데이터를 상기 판별기에 입력하고, 상기 판별기에 의해 생성된 실측치 관련 데이터에 대한 판별값을 출력하는 단계;를 더 포함할 수 있다.In a motor abnormality detection method according to another aspect of the present invention, the artificial neural network model may further include a discriminator which receives the state data, the operation data, and the measured value-related data including the actual measurement value, and outputs a discriminator value for the measured value-related data, and the step of outputting the estimated value of the physical quantity may further include a step in which the processor inputs the measured value-related data including the state data, the operation data, and the measured value of the physical quantity into the discriminator, and outputs a discriminator value for the measured value-related data generated by the discriminator.
본 발명의 다른 일 측면에 따른 모터 이상 감지 방법에 있어서, 상기 모터의 이상 여부를 감지하는 단계는, 상기 프로세서가 상기 추정치와 상기 실측치의 차이와 관련된 오차 데이터를 산출하는 단계; 및 상기 프로세서가 상기 오차 데이터를 OCSVM(One-Class Support Vector Machine) 알고리즘에 입력하여 연산을 수행하는 단계;를 포함할 수 있다.In a motor abnormality detection method according to another aspect of the present invention, the step of detecting whether the motor is abnormal may include a step in which the processor calculates error data related to a difference between the estimated value and the actual measured value; and a step in which the processor inputs the error data into an OCSVM (One-Class Support Vector Machine) algorithm to perform an operation.
본 발명의 다른 일 측면에 따른 모터 이상 감지 방법에 있어서, 상기 상태 데이터, 상기 조작 데이터, 상기 추정치 및 상기 실측치를 포함하는 데이터 세트는 복수 개가 존재하고, 상기 오차 데이터는 복수 개의 상기 데이터 세트 각각에서 얻어지는 실측치와 추정치 사이의 오차의 평균과 표준 편차, 복수 개의 상기 데이터 세트의 실측치와 추정치 사이의 최대 절대 오차, 복수 개의 상기 데이터 세트의 실측치 관련 데이터에 대한 상기 판별기의 판별값을 포함할 수 있다.In a motor abnormality detection method according to another aspect of the present invention, there are a plurality of data sets including the state data, the operation data, the estimated value, and the actual value, and the error data may include an average and a standard deviation of errors between the actual values and the estimated values obtained from each of the plurality of data sets, a maximum absolute error between the actual values and the estimated values of the plurality of data sets, and a discriminant value of the discriminator for data related to the actual values of the plurality of data sets.
본 발명의 다른 일 측면에 따른 모터 이상 감지 방법에 있어서, 상기 인공 신경망 모델은 상기 생성기 및 상기 판별기가 서로 번갈아 가며 학습을 수행하여 구축된 것으로, 상기 학습 시 상기 상태 데이터, 상기 조작 데이터 및 상기 실측치는 상기 차량 및 상기 모터가 정상인 상태에서 얻어진 것일 수 있다.In a motor abnormality detection method according to another aspect of the present invention, the artificial neural network model is constructed by having the generator and the discriminator alternately perform learning, and during the learning, the state data, the operation data, and the actual measurement values may be obtained when the vehicle and the motor are in a normal state.
본 발명의 또 다른 일 측면에 따르면, 상기 모터 이상 감지 방법을 수행하기 위한 적어도 하나의 인스트럭션을 포함하는 프로그램이 저장된 비일시적(non-transitory) 컴퓨터 판독 가능 저장 매체가 제공된다.According to another aspect of the present invention, a non-transitory computer-readable storage medium storing a program including at least one instruction for performing the motor abnormality detection method is provided.
상기의 구성에 따라, 본 발명의 일 측면에 따른 모터 이상 감지 장치 및 방법, 상기 방법을 수행하기 위한 프로그램이 저장된 비일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체는 인공지능 기반 디지털 트윈 알고리즘에 기반하여 EPS 시스템의 모터의 고장이 발생하기 전에 모터의 기능 저하를 예지할 수 있다.According to the above configuration, a motor abnormality detection device and method according to one aspect of the present invention, and a non-transitory computer-readable storage medium storing a program for performing the method, can predict a functional decline of a motor before a failure of the motor of an EPS system occurs based on an artificial intelligence-based digital twin algorithm.
또한, 본 발명의 일 측면에 따른 모터 이상 감지 장치 및 방법, 상기 방법을 수행하기 위한 프로그램이 저장된 비일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체는 CAN(Controller Area Network)을 통해 얻을 수 있는 신호들로부터 EPS 시스템의 모터의 출력 저하를 예측할 수 있어 차량에 부가적인 센서가 배치되는 것을 요구하지 않으며 경제성과 효율성을 제공한다.In addition, a motor abnormality detection device and method according to one aspect of the present invention, and a non-transitory computer-readable storage medium storing a program for performing the method, can predict a decrease in the output of a motor of an EPS system from signals obtainable through a CAN (Controller Area Network), thereby not requiring the placement of additional sensors in a vehicle, and providing economy and efficiency.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.It should be understood that the effects of the present invention are not limited to the effects described above, but include all effects that can be inferred from the composition of the invention described in the detailed description or claims of the present invention.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 이상 감지 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 차량의 EPS(Electric Power Steering) 시스템과, 상태 데이터 및 조작 데이터를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 이상 감지 장치의 메모리에 저장된 모델들을 나타낸 도면이다.
도 4는 도 3에 나타난 인공 신경망 모델의 세부 구성을 나타낸 도면이다.
도 5는 도 4에 나타난 인공 신경망 모델의 생성기의 세부 구성을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 이상 감지 장치의 작동을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 이상 감지 장치의 효과를 보여주는 표이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 이상 감지 방법의 순서도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 이상 감지 방법에서 물리량의 추정치를 출력하는 단계의 세부 순서도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 이상 감지 방법에서 모터의 이상 여부를 감지하는 단계의 세부 순서도이다.FIG. 1 is a drawing showing the configuration of a motor abnormality detection device according to one embodiment of the present invention.
Figure 2 is a diagram showing the vehicle's EPS (Electric Power Steering) system and status data and operation data.
FIG. 3 is a diagram showing models stored in the memory of a motor abnormality detection device according to one embodiment of the present invention.
Figure 4 is a diagram showing the detailed configuration of the artificial neural network model shown in Figure 3.
Figure 5 is a diagram showing the detailed configuration of the generator of the artificial neural network model shown in Figure 4.
FIG. 6 is a diagram showing the operation of a motor abnormality detection device according to one embodiment of the present invention.
Figure 7 is a table showing the effectiveness of a motor abnormality detection device according to one embodiment of the present invention.
Figure 8 is a flowchart of a motor abnormality detection method according to one embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a detailed flowchart of a step of outputting an estimated value of a physical quantity in a motor abnormality detection method according to one embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a detailed flowchart of a step for detecting whether a motor is abnormal in a method for detecting motor abnormality according to one embodiment of the present invention.
이하, 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세하게 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 도면에서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.Hereinafter, with reference to the attached drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those with ordinary skill in the art can easily implement the present invention. The present invention may be implemented in various different forms and is not limited to the embodiments described herein. In order to clearly describe the present invention, parts that are not related to the description are omitted in the drawings, and the same reference numerals are assigned to the same or similar components throughout the specification.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 단어와 용어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석되지 않고, 자신의 발명을 최선의 방법으로 설명하기 위해 발명자가 용어와 개념을 정의할 수 있는 원칙에 따라 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.The words and terms used in this specification and claims should not be construed as limited to their usual or dictionary meanings, but should be interpreted as having meanings and concepts consistent with the technical idea of the present invention, in accordance with the principles by which the inventor can define terms and concepts in order to best describe his or her invention.
본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 설명하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.In this specification, it should be understood that terms such as “include” or “have” are intended to describe the presence of a feature, number, step, operation, component, part or combination thereof described in the specification, but do not exclude in advance the possibility of the presence or addition of one or more other features, numbers, steps, operations, components, parts or combinations thereof.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 이상 감지 장치의 구성을 나타낸 도면이다.FIG. 1 is a drawing showing the configuration of a motor abnormality detection device according to one embodiment of the present invention.
본 발명의 일 실시예에 따른 모터 이상 감지 장치(1)는 차량의 EPS(Electric Power Steering) 시스템에서 조향 보조 토크를 생성하는 모터의 이상을 감지할 수 있다. 더욱 상세하게, 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 이상 감지 장치(1)는 인공 지능을 기반으로 하는 차량에 대한 디지털 트윈 알고리즘을 통해 상기 모터의 고장이 발생하기 전에 상기 모터의 기능 저하를 예지할 수 있다. 구체적으로, 상기 디지털 트윈 알고리즘은 차량의 EPS 시스템을 가상으로 구축할 수 있다.A motor abnormality detection device (1) according to one embodiment of the present invention can detect an abnormality in a motor that generates steering assistance torque in an EPS (Electric Power Steering) system of a vehicle. More specifically, a motor abnormality detection device (1) according to one embodiment of the present invention can predict a functional deterioration of a motor before a failure of the motor occurs through a digital twin algorithm for a vehicle based on artificial intelligence. Specifically, the digital twin algorithm can virtually construct an EPS system of a vehicle.
본 발명의 일 실시예에 따른 모터 이상 감지 장치(1)는 상기 모터의 고장으로 인한 차량의 EPS 시스템의 LoA(Loss-of-Assist)가 발생하기 전에 상기 모터의 기능 저하를 감지한다. 특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 이상 감지 장치(1)는 모터의 미세한 성능 저하(열화)도 민감하게 판별할 수 있다.A motor abnormality detection device (1) according to one embodiment of the present invention detects a functional degradation of the motor before a LoA (Loss-of-Assist) of the EPS system of a vehicle occurs due to a failure of the motor. In particular, the motor abnormality detection device (1) according to one embodiment of the present invention can sensitively determine even a slight performance degradation (deterioration) of the motor.
이에 따라 본 발명의 일 실시예에 의할 경우 EPS 시스템의 모터의 고장 발생 전 사전적인 예측이 가능하다. 그 결과 상기 모터의 고장이 발생하기 전 사전적인 조치가 가능하게 되고, 상기 모터의 고장을 예방할 수 있다.Accordingly, according to one embodiment of the present invention, it is possible to predict in advance the occurrence of a motor failure in the EPS system. As a result, it is possible to take preventive measures before the occurrence of a motor failure, and the failure of the motor can be prevented.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 이상 감지 장치(1)는 메모리(100) 및 프로세서(200)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, a motor abnormality detection device (1) according to one embodiment of the present invention may include a memory (100) and a processor (200).
메모리(100)는 상기 모터의 이상 감지를 위해 필요한 데이터, 모델 등을 저장할 수 있다. 예를 들면, 메모리(100)는 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 인스트럭션을 저장하고 수행하도록 구성된 하드웨어 장치를 포함할 수 있다. 또한, 메모리(100)는 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(Magnetic Media), CD-ROM(Compact Disk Read Only Memory), DVD(Digital Video Disk)와 같은 광 기록 매체(Optical Media), 플롭티컬 디스크(Floptical Disk)와 같은 자기-광 매체(Magneto-Optical Media) 등을 포함할 수 있다.The memory (100) can store data, models, etc. required for detecting abnormalities of the motor. For example, the memory (100) can include hardware devices configured to store and execute program instructions, such as ROM, RAM, flash memory, etc. In addition, the memory (100) can include magnetic media such as floppy disks and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs (Compact Disk Read Only Memory) and DVDs (Digital Video Disk), magneto-optical media such as floptical disks, etc.
프로세서(200)는 상기 데이터를 상기 모델에 입력하고, 연산을 수행할 수 있다. 예를 들면, 프로세서(200)는 컴퓨터 내에서 연산 및 제어를 수행하는 하드 웨어 유닛이 될 수 있다. 프로세서(200)는 적어도 하나 이상의 ALU(Arithmetic Logic Unit)와 레지스터(Register)를 포함할 수 있다.The processor (200) can input the data into the model and perform calculations. For example, the processor (200) can be a hardware unit that performs calculations and control within a computer. The processor (200) can include at least one ALU (Arithmetic Logic Unit) and a register.
메모리(100)는 상기 차량의 상태와 관련된 상태 데이터, 상기 차량의 운전자의 스티어링 조작과 관련된 조작 데이터를 입력 받아 상기 모터의 출력과 관련된 물리량을 추정하는 인공 신경망 모델을 저장한다.The memory (100) receives state data related to the state of the vehicle and operation data related to the steering operation of the driver of the vehicle and stores an artificial neural network model that estimates a physical quantity related to the output of the motor.
프로세서(200)는 상기 상태 데이터 및 상기 조작 데이터를 상기 인공 신경망 모델에 입력하고 연산을 수행하여 상기 물리량의 추정치를 출력하고, 상기 추정치를 상기 물리량의 실측치와 비교하여 상기 모터의 이상 여부를 감지한다.The processor (200) inputs the state data and the operation data into the artificial neural network model, performs an operation, outputs an estimated value of the physical quantity, and compares the estimated value with an actual measured value of the physical quantity to detect whether the motor is abnormal.
모터의 이상 여부 감지와 관련하여, 메모리(100)는 이상 감지 모델을 더 저장할 수 있다. 또한, 프로세서(200)는 상기 추정치와 상기 실측치의 차이와 관련된 오차 데이터를 상기 이상 감지 모델에 입력하여 상기 모터의 이상 여부를 판단할 수 있다.In relation to detecting whether the motor is abnormal, the memory (100) can further store an abnormality detection model. In addition, the processor (200) can input error data related to the difference between the estimated value and the actual measured value into the abnormality detection model to determine whether the motor is abnormal.
도 2는 차량의 EPS(Electric Power Steering) 시스템과, 상태 데이터 및 조작 데이터를 나타낸 도면이다. 구체적으로, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 이상 감지 장치(1)의 감지 대상이 되는 모터(18)를 포함하는 EPS 시스템(10)과, 상태 데이터(Dvehicle) 및 조작 데이터(Dsteering)를 예시적으로 보여준다.FIG. 2 is a diagram showing an EPS (Electric Power Steering) system of a vehicle and status data and operation data. Specifically, FIG. 2 exemplarily shows an EPS system (10) including a motor (18) that is a detection target of a motor abnormality detection device (1) according to one embodiment of the present invention, and status data (D vehicle ) and operation data (D steering ).
도 2를 참조하면, 차량의 EPS 시스템(10)은 운전자에 의해 조작되는 스티어링 휠(11), 스티어링 휠(11)과 연결되어 차량의 휠로 조향력을 전달하는 스티어링 축(12), 스티어링 축(12)에 배치되어 스티어링 휠(11)의 스티어링 각도(steering angle) 및 스티어링 각속도(steering angular velocity)를 측정하는 스티어링 각도 센서(13), 스티어링 축(12)에 배치되어 스티어링 휠(11)의 스티어링 토크를 측정하는 스티어링 토크 센서(14), 차량의 상태와 관련된 정보를 측정하는 하나 이상의 센서를 포함하는 차량 상태 측정 모듈(15)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2, an EPS system (10) of a vehicle may include a steering wheel (11) operated by a driver, a steering shaft (12) connected to the steering wheel (11) and transmitting steering force to the wheels of the vehicle, a steering angle sensor (13) disposed on the steering shaft (12) and measuring a steering angle and steering angular velocity of the steering wheel (11), a steering torque sensor (14) disposed on the steering shaft (12) and measuring a steering torque of the steering wheel (11), and a vehicle status measurement module (15) including one or more sensors that measure information related to the status of the vehicle.
차량 상태 측정 모듈(15)은 차량의 종방향 속도(longitudinal velocity, Vx), 측 가속도(lateral acceleration, ay), 요 레이트(yaw rate, θ'z), 차량의 복수 개의 휠 각각의 휠 속도(wheel velocity, Vwheel)를 측정할 수 있다. 일반적으로 차량의 휠은 4개이므로 휠 속도(Vwheel)는 4개의 데이터가 될 수 있다. 다시 말하면, 차량 상태 측정 모듈(15)은 총 9 종류의 데이터를 측정할 수 있다.The vehicle condition measurement module (15) can measure the longitudinal velocity (V x ), lateral acceleration ( ay ), yaw rate (θ' z ), and wheel velocity (V wheel ) of each of the multiple wheels of the vehicle. Generally, since the vehicle has four wheels, the wheel velocity (V wheel ) can be four types of data. In other words, the vehicle condition measurement module (15) can measure a total of nine types of data.
스티어링 각도 센서(13)에 의해 측정된 스티어링 각도(θsteering) 및 스티어링 각속도(θ'steering), 스티어링 토크 센서(14)에 의해 측정된 스티어링 토크(Tsteering), 차량 상태 측정 모듈(15)에 의해 측정된 차량의 속도(Vx), 측방향 가속도(ay), 요 레이트(θ'z), 차량의 복수 개의 휠 각각의 휠 속도(Vwheel)는 CAN(Controller Area Network) 버스(16)를 통해 전자제어유닛(ECU, 17)으로 전달된다.The steering angle (θ steering ) and steering angular velocity (θ' steering ) measured by the steering angle sensor (13), the steering torque (T steering ) measured by the steering torque sensor (14), the vehicle speed (V x ), lateral acceleration ( ay ), yaw rate (θ' z ) measured by the vehicle state measurement module (15), and the wheel speed (V wheel ) of each of the vehicle's multiple wheels are transmitted to the electronic control unit (ECU, 17) through the CAN (Controller Area Network) bus (16).
전자제어유닛(17)은 CAN 버스(16)를 통해 전달된 데이터들을 입력받고, 연산을 수행하여 조향 보조 토크를 생성하는 모터(18)에 대한 지령을 생성하고, 모터(18)에 전달한다. 이때, 상기 지령은 전류의 형태로 모터(18)에 제공될 수 있다. 전자제어유닛(17)은 모터(18)에 대한 피드백 제어를 수행할 수 있다.The electronic control unit (17) receives data transmitted through the CAN bus (16), performs calculations to generate a command for the motor (18) that generates steering assistance torque, and transmits the command to the motor (18). At this time, the command can be provided to the motor (18) in the form of current. The electronic control unit (17) can perform feedback control for the motor (18).
스티어링 휠(11)을 통해 입력된 토크와 모터(18)에 의해 생성된 토크는 차량의 휠에 연결된 조향 기구(19)로 전달된다. 스티어링 휠(11)을 통해 입력된 토크와 모터(18)에 의해 생성된 토크에 의해 구동되는 조향 기구(19)를 통해 차량의 휠의 방향이 조정되고, 차량의 조향이 수행될 수 있다.Torque input through the steering wheel (11) and torque generated by the motor (18) are transmitted to a steering mechanism (19) connected to the wheels of the vehicle. The direction of the wheels of the vehicle can be adjusted and steering of the vehicle can be performed through the steering mechanism (19) driven by the torque input through the steering wheel (11) and torque generated by the motor (18).
전술한 바와 같이, 메모리(100)는 상기 차량의 상태와 관련된 상태 데이터, 상기 차량의 운전자의 스티어링 조작과 관련된 조작 데이터를 입력 받아 상기 모터의 출력과 관련된 물리량을 추정하는 인공 신경망 모델을 저장한다. 또한, 프로세서(200)는 상기 상태 데이터 및 상기 조작 데이터를 상기 인공 신경망 모델에 입력하고 연산을 수행하여 상기 물리량의 추정치를 출력하고, 상기 추정치를 상기 물리량의 실측치와 비교하여 상기 모터의 이상 여부를 감지한다. 모터의 이상 여부 감지와 관련하여 메모리(100)는 이상 감지 모델을 추가적으로 저장할 수 있다.As described above, the memory (100) receives state data related to the state of the vehicle and operation data related to the steering operation of the driver of the vehicle, and stores an artificial neural network model that estimates a physical quantity related to the output of the motor. In addition, the processor (200) inputs the state data and the operation data into the artificial neural network model, performs a calculation, outputs an estimated value of the physical quantity, and compares the estimated value with an actual measured value of the physical quantity to detect whether the motor is abnormal. In relation to detecting whether the motor is abnormal, the memory (100) may additionally store an abnormality detection model.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 상태 데이터는 상기 차량의 종방향 속도(Vx), 측 가속도(ay), 요 레이트(θ'z), 차량의 복수 개의 휠 각각의 휠 속도(Vwheel)를 포함할 수 있다. 상기 차량이 4개의 휠을 가질 때, 상기 상태 데이터는 7종류의 데이터를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the state data may include longitudinal velocity (V x ), lateral acceleration (a y ), yaw rate (θ' z ) of the vehicle, and wheel speed (V wheel ) of each of a plurality of wheels of the vehicle. When the vehicle has four wheels, the state data may include seven types of data.
또한, 상기 조작 데이터는 스티어링 각도(θsteering) 및 스티어링 각속도(θ'steering)를 포함할 수 있다. 이와 같이 상기 조작 데이터는 2종류의 데이터를 포함할 수 있다.Additionally, the manipulation data may include a steering angle (θ steering ) and a steering angular velocity (θ' steering ). In this way, the manipulation data may include two types of data.
이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 이상 감지 장치(1)에서, 상기 상태 데이터 및 상기 조작 데이터는 상기 차량의 CAN(Controller Area Network)을 통해 얻을 수 있는 신호들로 구성될 수 있다.In this way, in the motor abnormality detection device (1) according to one embodiment of the present invention, the status data and the operation data may be composed of signals that can be obtained through the CAN (Controller Area Network) of the vehicle.
한편, 상기 물리량은 상기 차량의 운전자가 스티어링 휠(11)의 조작 시 발생하는 스티어링 휠 토크(Tsteering)가 될 수 있다. 다시 말하면, 본 발명의 일 실시예에서, 프로세서(200)는 연산을 통해 스티어링 휠 토크의 추정치를 출력하고, 상기 추정치를 스티어링 휠 토크의 실측치와 비교하여 모터(18)의 이상 여부를 감지할 수 있다. 이때, 상기 실측치는 스티어링 토크 센서(14)에 의해 측정된 스티어링 토크(Tsteering)가 될 수 있다.Meanwhile, the above physical quantity may be the steering wheel torque (T steering ) generated when the driver of the vehicle operates the steering wheel (11). In other words, in one embodiment of the present invention, the processor (200) outputs an estimated value of the steering wheel torque through calculation, and compares the estimated value with the actual value of the steering wheel torque to detect whether the motor (18) is abnormal. At this time, the actual value may be the steering torque (T steering ) measured by the steering torque sensor (14).
한편, 스티어링 휠 토크의 추정과 관련하여서는 더그오프(Dugoff) 타이어 모델이 활용될 수 있다. 더그오프(Dugoff) 타이어 모델은 자동차 공학 분야에서 공지된 모델이므로 자세한 설명은 생략한다.Meanwhile, the Dugoff tire model can be utilized for estimation of steering wheel torque. Since the Dugoff tire model is a well-known model in the field of automobile engineering, a detailed description is omitted.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 이상 감지 장치의 메모리에 저장된 모델들을 나타낸 도면이다. 도 3을 참조하면, 메모리(100)는 인공 신경망 모델(110)과 이상 감지 모델(120)을 저장할 수 있다.FIG. 3 is a diagram showing models stored in a memory of a motor abnormality detection device according to one embodiment of the present invention. Referring to FIG. 3, the memory (100) can store an artificial neural network model (110) and an abnormality detection model (120).
이하에서는, 상기 상태 데이터, 상기 조작 데이터를 입력 받아 상기 스티어링 휠 토크의 추정치를 출력하는 인공 신경망 모델(110)과, 상기 스티어링 휠 토크의 추정치와 실측치를 비교하여 모터(18)의 이상 여부를 감지하는 이상 감지 모델(120) 및 상기 모델들을 이용한 프로세서(200)의 연산에 관해 상세하게 살펴본다.Below, the artificial neural network model (110) that receives the above-mentioned state data and the above-mentioned operation data and outputs an estimate of the steering wheel torque, the abnormality detection model (120) that compares the estimated value of the steering wheel torque with the actual measured value to detect an abnormality in the motor (18), and the operation of the processor (200) using the above-mentioned models will be examined in detail.
인공 신경망 모델(110)은 상기 상태 데이터 및 상기 조작 데이터를 입력받고, 상기 스티어링 토크의 추정치를 출력한다. 본 발명의 일 실시예에서, 인공 신경망 모델(110)은 생성적 대립 신경망(Generative adversarial network, GAN)을 포함할 수 있다. The artificial neural network model (110) receives the state data and the operation data and outputs an estimate of the steering torque. In one embodiment of the present invention, the artificial neural network model (110) may include a generative adversarial network (GAN).
상기 생성적 대립 신경망은 생성기 및 판별기가 서로 번갈아 가며 학습을 수행하여 구축된 것으로, 상기 학습 시 사용된 상기 상태 데이터, 상기 조작 데이터 및 상기 실측치는 상기 차량 및 모터(18)가 정상인 상태에서 얻어진 것일 수 있다. 이에 따라 상기 추정치는 상기 차량 및 모터(18)가 정상인 상태에서 얻어지는 상기 물리량의 실측치를 추종할 수 있다.The above generative adversarial network is constructed by having the generator and discriminator alternately perform learning, and the state data, the operation data, and the actual measurement values used during the learning may be obtained when the vehicle and motor (18) are in a normal state. Accordingly, the estimated value may follow the actual measurement values of the physical quantities obtained when the vehicle and motor (18) are in a normal state.
다시 말하면, 인공 신경망 모델(110)은 상기 차량의 EPS 시스템의 가상 트윈 모델이 될 수 있다. 더욱 상세하게, 인공 신경망 모델(1110)은 상기 EPS 시스템에 대한 딥 러닝 기반 뉴럴 트윈 모델이 될 수 있다.In other words, the artificial neural network model (110) can be a virtual twin model of the EPS system of the vehicle. More specifically, the artificial neural network model (1110) can be a deep learning-based neural twin model for the EPS system.
본 발명의 일 실시예에서, 인공 신경망 모델(110)은 스티어링 휠과 차량의 상태를 포함하는 9종류의 데이터를 입력받아 스티어링 토크를 추정한다. 이때, 인공 신경망 모델(110)에 의해 추정된 스티어링 토크는 정상적인 작동 조건을 반영할 수 있다.In one embodiment of the present invention, an artificial neural network model (110) receives nine types of data including the status of a steering wheel and a vehicle and estimates steering torque. At this time, the steering torque estimated by the artificial neural network model (110) can reflect normal operating conditions.
도 4는 도 3에 나타난 인공 신경망 모델의 세부 구성을 나타낸 도면이다. 도 4를 참조하면, 인공 신경망 모델(110)은 생성기(111) 및 판별기(112)를 포함할 수 있다.Figure 4 is a drawing showing a detailed configuration of the artificial neural network model shown in Figure 3. Referring to Figure 4, the artificial neural network model (110) may include a generator (111) and a discriminator (112).
생성기(111)는 상기 상태 데이터 및 상기 조작 데이터를 입력 받아 상기 추정치를 생성한다. 생성기(111)는 뉴럴 네트워크를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 생성기(111)는 상기 차량의 EPS 시스템의 가상 트윈 모델로서의 역할을 수행한다.The generator (111) receives the state data and the operation data and generates the estimated value. The generator (111) may include a neural network. In one embodiment of the present invention, the generator (111) serves as a virtual twin model of the EPS system of the vehicle.
예를 들면, 생성기(111)는 다변량 트랜스포머(Multivariate transformer)로 구성될 수 있다. 즉, 인공 신경망 모델(110)은 다변량 트랜스포머를 기반으로 하는 GAN이 될 수 있다.For example, the generator (111) may be composed of a multivariate transformer. That is, the artificial neural network model (110) may be a GAN based on a multivariate transformer.
본 발명의 일 실시예에서, 생성기(111)는 상기 차량의 종방향 속도(Vx), 측 가속도(ay), 요 레이트(θ'z), 차량의 복수 개의 휠 각각의 휠 속도(Vwheel)(차량의 휠이 4개일 때, 4개가 얻어짐), 스티어링 각도(θsteering) 및 스티어링 각속도(θ'steering) 총 9종류의 데이터를 입력받을 수 있다. 또한, 생성기(111)는 입력 데이터를 연산하여 스티어링 휠 토크의 추정치를 출력한다.In one embodiment of the present invention, the generator (111) can receive a total of nine types of data, including longitudinal velocity (V x ), lateral acceleration (a y ), yaw rate (θ' z ) of the vehicle, wheel speeds of each of a plurality of wheels of the vehicle (V wheel ) (when the vehicle has four wheels, four are obtained), steering angle (θ steering ), and steering angular velocity (θ' steering ). In addition, the generator (111) calculates the input data and outputs an estimate of steering wheel torque.
도 5는 도 4에 나타난 인공 신경망 모델의 생성기의 세부 구성을 나타낸 도면이다. 도 5를 참조하면, 생성기(111)는 인코더(111a)와 디코더(111b)를 포함할 수 있다.Fig. 5 is a diagram showing a detailed configuration of a generator of an artificial neural network model shown in Fig. 4. Referring to Fig. 5, the generator (111) may include an encoder (111a) and a decoder (111b).
인코더(111a)와 디코더(111b)는 상기 스티어링 토크를 추정하기 위한 네트워크를 구성한다. 다시 말하면, 생성기(111)는 상기 스티어링 토크를 추정하기 위해 엔드 투 엔드(end-to-end) 방식으로 트레이닝된 인코더(111a)-디코더(111b) 구조 네트워크로 구성될 수 있다.The encoder (111a) and the decoder (111b) constitute a network for estimating the steering torque. In other words, the generator (111) may be configured as an encoder (111a)-decoder (111b) structure network trained in an end-to-end manner for estimating the steering torque.
인코더(111a)는 트랜스포머 블록(transformer block)과 선형 연산(linear operation)을 사용하여 입력 데이터로부터 고차원 피쳐들(high-level features)을 추출하도록 설계될 수 있다. 이때, 트랜스포머 블록은 임베딩 레이어(embedding layer), 셀프 어텐션 레이어(self-attention layer) 및 피드 포워드 레이어(feed-forward layer)를 포함할 수 있다.The encoder (111a) can be designed to extract high-level features from input data using a transformer block and linear operation. At this time, the transformer block can include an embedding layer, a self-attention layer, and a feed-forward layer.
우선, 트랜스포머 블록에서 임베딩 레이어(embedding layer)는 트레이닝 가능한 임베딩 매트릭스를 사용하여 시공간 정보(spatiotemporal information)를 입력 시퀀스(input sequences)로 인코딩할 수 있다.First, in the transformer block, the embedding layer can encode spatiotemporal information into input sequences using a trainable embedding matrix.
다음으로, 셀프 어텐션 레이어(self-attention layer)를 통해 딥 피쳐들(deep features)을 추출하고, 피드 포워드 레이어(feed-forward layer)를 사용하여 정제(refine)가 수행될 수 있다.Next, deep features can be extracted through a self-attention layer, and refinement can be performed using a feed-forward layer.
이때, 셀프 어텐션 레이어는 스케일링된 내적 어텐션(scaled dot-product attention) 메커니즘을 활용할 수 있다. 셀프 어텐션 레이어는 모델이 입력 시퀀스 내의 종속성을 처리하고 이해할 수 있도록 하는 트랜스포머 기반 DNN(Deep Neural Network) 아키텍쳐에서 가장 중요한 구성 요소가 될 수 있다.At this time, the self-attention layer can utilize the scaled dot-product attention mechanism. The self-attention layer can be the most important component in the transformer-based DNN (Deep Neural Network) architecture that enables the model to process and understand dependencies within the input sequence.
스케일링된 내적 어텐션은 먼저 레이어 정규화를 입력 시퀀스에 적용하고 그 결과를 선형 연산(linear operation)을 통해 쿼리(Q), 키(K) 및 값(V)의 세 가지 고유한 벡터로 처리할 수 있다.Scaled inner product attention first applies layer normalization to the input sequence, and the result can be processed into three unique vectors: query (Q), key (K), and value (V) through linear operation.
다음으로, 유도된 벡터들을 기반으로 입력 시퀀스의 각 위치에 대한 어텐션 스코어(AS)가 계산될 수 있다. 어텐션 스코어(AS)의 산출식은 아래의 식 1과 같이 주어질 수 있다.Next, the attention score (AS) for each position of the input sequence can be calculated based on the derived vectors. The calculation formula for the attention score (AS) can be given as
[식 1][Formula 1]
(σ(·)는 softmax 연산, ∥xinput∥dim는 입력의 피쳐 차원, (·)는 내적을 의미)(σ(·) is the softmax operation, ∥x input ∥ dim is the feature dimension of the input, (·) means the inner product)
어텐션 스코어는 주어진 쿼리와 관련된 입력 시퀀스에서 각 포지션의 상대적 중요성을 정량화한다. 즉, 더 적절한 포지션에 더 높은 점수가 할당된다.Attention scores quantify the relative importance of each position in an input sequence for a given query, i.e., more relevant positions are assigned higher scores.
트랜스포머 블록의 출력은 디코더(111b)의 쿼리, 키 벡터 및 초기 입력 값(?*1)을 계산하기 위해 두 개의 서로 다른 선형 연산에 공급될 수 있다.The output of the transformer block can be fed to two different linear operations to compute the query, key vector and initial input value (?* 1 ) of the decoder (111b).
디코더(111b)는 획득된 값들을 사용해 시퀀스 투 시쿼스 순환 신경망(Sequence-to-Sequence Recurrent Neural Networks)과 유사한 자동회귀 방식으로 스티어링 토크를 추정할 수 있다.The decoder (111b) can estimate the steering torque using the acquired values in an autoregressive manner similar to sequence-to-sequence recurrent neural networks.
인코더(111a)와 마찬가지로 디코더(111b)는 트랜스포머 블록 및 선형 연산을 포함할 수 있다. 추가적으로 디코더(111b)는 프랜스포머 블록 내에 크로스 어텐션 레이어(cross-attention layer)를 포함할 수도 있다.Like the encoder (111a), the decoder (111b) may include a transformer block and linear operations. Additionally, the decoder (111b) may include a cross-attention layer within the transformer block.
크로스 어텐션 레이어는 위에서 언급된 바와 같이 입력 신호와 추정 신호 간의 동적 상관관계를 학습하기 위해 인코더(111a)의 쿼리 및 키 벡터를 사용하여 스케일링된 내적 어텐션을 수행할 수 있다.The cross-attention layer can perform scaled inner product attention using the query and key vectors of the encoder (111a) to learn the dynamic correlation between the input signal and the estimated signal as mentioned above.
판별기(112)는 상기 상태 데이터, 상기 조작 데이터 및 상기 실측치를 포함하는 실측치 관련 데이터를 입력 받고, 상기 실측치 관련 데이터에 대한 판별값을 출력한다. 또한, 판별기(112)는 상기 상태 데이터, 상기 조작 데이터 및 상기 추정치를 포함하는 추정치 관련 데이터를 추가적으로 입력 받고, 상기 추정치 관련 데이터에 대한 판별값을 추가적으로 출력할 수 있다.The discriminator (112) receives the state data, the operation data, and the actual measurement-related data including the actual measurement value, and outputs a discriminant value for the actual measurement-related data. In addition, the discriminator (112) can additionally receive the state data, the operation data, and the estimated value-related data including the estimated value, and additionally output a discriminant value for the estimated value-related data.
예를 들면, 판별기(112)는 GAN의 적대적 훈련에 사용되는 판별 네트워크로 구성될 수 있다. 다시 말하면, 생성기(111)와 판별기(112)는 추정 성능을 향상시키고 GAN 모델을 설정하기 위해 적대적인 트레이닝 방식으로 트레이닝을 수행할 수 있다. 더욱 상세하게, 판별기(112)는 식 2와 같은 베셔슈타인(Wasserstein) 최소-최대(min-max) 문제를 해결하기 위해 생성기(111)와 번갈아 가며 최적화를 수행할 수 있다.For example, the discriminator (112) may be configured as a discriminator network used for adversarial training of GAN. In other words, the generator (111) and the discriminator (112) may perform training in an adversarial training manner to improve estimation performance and set up a GAN model. More specifically, the discriminator (112) may perform optimization alternately with the generator (111) to solve the Wasserstein min-max problem as in Equation 2.
[식 2][Formula 2]
(xD,Real은 입력 데이터와 스티어링 토크의 실측치로 구성된 실제 데이터 세트를 나타내고 xD,Fke는 입력 데이터와 스티어링 토크의 추정치로 구성된 가상 데이터 샘플을 의미)(xD,Real represents a real data set consisting of input data and measured values of steering torque, and xD,Fke represents a virtual data sample consisting of input data and estimated values of steering torque.)
인공 신경망 모델(110)에서 생성기(111)는 xD,Real과 xD,Fke의 시공간적 특성을 구별하는 판별기(112)를 기만하도록 트레이닝된다. 이에 따라 생성기(111)는 정상 상태의 차량 EPS 시스템에서의 스티어링 토크의 실측치를 추종하는 스티어링 휠 토크의 추정치를 생성할 수 있다.In the artificial neural network model (110), the generator (111) is trained to deceive the discriminator (112) that distinguishes the spatiotemporal characteristics of xD,Real and xD,Fke. Accordingly, the generator (111) can generate an estimate of steering wheel torque that follows the actual measured value of steering torque in a vehicle EPS system in a normal state.
이와 관련하여 GAN 트레이닝을 위한 손실 함수(loss function)는 아래의 식 3과 같이 정의될 수 있다.In this regard, the loss function for GAN training can be defined as in Equation 3 below.
[식 3][Formula 3]
(N은 배치 크기, LG는 생성기의 손실 함수, LD는 판별기의 손실 함수)(N is the batch size, L G is the loss function of the generator, L D is the loss function of the discriminator)
생성기(111)의 손실의 첫 번째 항목은 지도 트레이닝의 평균 절대 오류 손실(LMAE)에 해당한다. 생성기(111)의 손실의 나머지 항목은 판별기(112)의 손실과 함께 GAN 손실 함수(LGAN)를 구성한다.The first term of the loss of the generator (111) corresponds to the mean absolute error loss (L MAE ) of supervised training. The remaining terms of the loss of the generator (111) together with the loss of the discriminator (112) constitute the GAN loss function (L GAN ).
한편, 생성기(111)에 의해 생성된 상기 물리량의 추정치와 실제 측정된 상기 물리량의 실측치를 토대로 모터의 열화 수준이 예측될 수 있다.Meanwhile, the deterioration level of the motor can be predicted based on the estimated value of the physical quantity generated by the generator (111) and the actual measured value of the physical quantity.
본 발명의 일 실시예에서, 모터의 열화 수준은 이상 감지 모델(120)을 통해 예측될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the level of deterioration of the motor can be predicted through an abnormality detection model (120).
이상 감지 모델(120)은 상기 추정치와 상기 실측치의 차이와 관련된 오차 데이터를 입력받아 연산을 수행할 수 있다. 이상 감지 모델(120)을 통해 모터(18)의 이상 여부가 판단될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 이상 감지 모델(120)은 OCSVM(One-Class Support Vector Machine) 알고리즘을 포함할 수 있다. The abnormality detection model (120) can perform calculations by receiving error data related to the difference between the estimated value and the actual measurement value. Whether the motor (18) is abnormal can be determined through the abnormality detection model (120). In one embodiment of the present invention, the abnormality detection model (120) can include an OCSVM (One-Class Support Vector Machine) algorithm.
또한, 상기 상태 데이터, 상기 조작 데이터, 상기 실측치 및 상기 추정치를 포함하는 데이터 세트는 복수 개가 존재하고, 상기 오차 데이터는 복수 개의 상기 데이터 세트 각각에서 얻어지는 실측치와 추정치 사이의 오차의 평균과 표준 편차, 복수 개의 상기 데이터 세트의 실측치와 추정치 사이의 최대 절대 오차, 복수 개의 상기 데이터 세트의 실측치 관련 데이터에 대한 판별기(112)의 판별값을 포함할 수 있다.In addition, there may be a plurality of data sets including the state data, the operation data, the actual measurement value, and the estimated value, and the error data may include an average and a standard deviation of errors between the actual measurement value and the estimated value obtained from each of the plurality of data sets, a maximum absolute error between the actual measurement value and the estimated value of the plurality of data sets, and a discriminant value of a discriminator (112) for data related to the actual measurement value of the plurality of data sets.
다시 말하면, 상기 상태 데이터, 상기 조작 데이터, 상기 실측치 및 상기 추정치를 포함하는 데이터 세트는 복수 개가 하나의 배치(batch)로 취급될 수 있다. 예를 들면, 100~150개의 데이터 세트(구체적 예로서, 128개의 데이터 세트)가 하나의 배치로 취급되고, 하나의 배치 별로 상기 오차 데이터가 얻어질 수 있다.In other words, a plurality of data sets including the above state data, the above operation data, the above measured values, and the above estimated values can be treated as one batch. For example, 100 to 150 data sets (as a specific example, 128 data sets) can be treated as one batch, and the above error data can be obtained for each batch.
하나의 배치에 대해 얻어진 상기 오차 데이터가 이상 감지 모델(120)에 입력될 수 있다. 또한, 상기 오차 데이터를 입력받은 이상 감지 모델(120)에서 얻어진 출력(특징)을 기반으로 모터의 이상(모터의 성능 저하) 수준이 감지될 수 있다.The error data obtained for one batch can be input into an abnormality detection model (120). In addition, the level of abnormality (motor performance degradation) of the motor can be detected based on the output (feature) obtained from the abnormality detection model (120) that has received the error data.
이상 감지 지수(anomaly detection metric)과 관련하여, 아래의 식 4와 같이 주어진 F1 스코어가 고려될 수 있다.Regarding the anomaly detection metric, the F1 score given in Equation 4 below can be considered.
[식 4][Formula 4]
(TP는 true positive, FP는 false positive, FN은 false negative, positive가 모터의 저하를 나타냄)(TP is true positive, FP is false positive, FN is false negative, positive indicates motor degradation)
한편, 인공 신경망 모델(110)의 판별기(112)는 상기 데이터 세트의 실측치 관련 데이터에 대한 판별값뿐만 아니라 상기 데이터 세트의 추정치 관련 데이터에 대한 판별값도 산출할 수 있다. 상기 데이터 세트의 추정치 관련 데이터에 대한 판별기(112)의 판별값은 인공 신경망 모델(110)의 생성기(111)에 피드백으로 제공되어 트레이닝에 활용될 수 있다.Meanwhile, the discriminator (112) of the artificial neural network model (110) can produce not only a discriminant value for the actual measurement-related data of the data set but also a discriminant value for the estimated value-related data of the data set. The discriminant value of the discriminator (112) for the estimated value-related data of the data set can be provided as feedback to the generator (111) of the artificial neural network model (110) and utilized for training.
지금까지 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 이상 감지 장치(1)의 구성에 관해 상세하게 설명했다. 이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 이상 감지 장치(1)의 작동에 관해 상세하게 살펴본다.So far, the configuration of the motor abnormality detection device (1) according to one embodiment of the present invention has been described in detail. Hereinafter, the operation of the motor abnormality detection device (1) according to one embodiment of the present invention will be examined in detail.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 이상 감지 장치의 작동을 나타낸 도면이다. 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 이상 감지 장치(1)는 아래와 같이 작동할 수 있다.Fig. 6 is a drawing showing the operation of a motor abnormality detection device according to one embodiment of the present invention. Referring to Fig. 6, a motor abnormality detection device (1) according to one embodiment of the present invention can operate as follows.
우선, 메모리(100)가 차량의 EPS 시스템으로부터 얻어진 상태 데이터(Dvehicle), 조작 데이터(Dsteering) 및 스티어링 토크의 실측치(Tsteering)를 저장한다. 전술한 바와 같이, 상태 데이터(Dvehicle)는 상기 차량의 종방향 속도(Vx), 측 가속도(ay), 요 레이트(θ'z), 차량의 복수 개의 휠 각각의 휠 속도(Vwheel)를 포함할 수 있다. 또한, 조작 데이터(Dsteering)는 스티어링 각도(θsteering) 및 스티어링 각속도(θ'steering)를 포함할 수 있다.First, the memory (100) stores status data (D vehicle ), operation data (D steering ), and actual values of steering torque (T steering ) obtained from the EPS system of the vehicle. As described above, the status data (D vehicle ) may include longitudinal velocity (V x ), lateral acceleration (a y ), yaw rate (θ' z ) of the vehicle, and wheel speeds (V wheel ) of each of the plurality of wheels of the vehicle. In addition, the operation data (D steering ) may include a steering angle (θ steering ) and a steering angular velocity (θ' steering ).
한편, 상태 데이터(Dvehicle), 조작 데이터(Dsteering) 및 스티어링 토크의 실측치(Tsteering)는 복수 개가 하나의 배치(batch)로 취급될 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에서, 데이터의 처리 및 연산은 데이터의 배치 단위로 수행될 수 있다.Meanwhile, the state data (D vehicle ), the operation data (D steering ), and the actual value of the steering torque (T steering ) may be handled as a plurality of batches. In addition, in one embodiment of the present invention, the processing and calculation of data may be performed in units of batches of data.
다음으로, 프로세서(200)가 상태 데이터(Dvehicle) 및 조작 데이터(Dsteering)를 인공 신경망 모델(110)에 입력하고, 연산을 수행하여, 스티어링 휠 토크의 추정치()를 출력한다.Next, the processor (200) inputs state data (D vehicle ) and operation data (D steering ) into the artificial neural network model (110) and performs calculations to obtain an estimate of the steering wheel torque ( ) is printed.
다음으로, 프로세서(200)가 데이터 배치 별로 상기 오차 데이터를 출력한다. 앞서 살펴본 바와 같이, 상기 오차 데이터는 복수 개의 상기 데이터 세트 각각에서 얻어지는 실측치와 추정치 사이의 오차의 평균과 표준 편차, 복수 개의 상기 데이터 세트의 실측치와 추정치 사이의 최대 절대 오차, 복수 개의 상기 데이터 세트의 실측치 관련 데이터에 대한 판별기(112)의 판별값을 포함할 수 있다.Next, the processor (200) outputs the error data for each data batch. As described above, the error data may include the average and standard deviation of the errors between the actual values and the estimated values obtained from each of the plurality of data sets, the maximum absolute error between the actual values and the estimated values of the plurality of data sets, and the discriminant value of the discriminator (112) for the data related to the actual values of the plurality of data sets.
마지막으로, 프로세서(200)가 상기 오차 데이터를 이상 감지 모델(120)에 입력하고, 그 결과를 출력한다. 전술한 바와 같이, 이상 감지 모델(120)은 OCSVM(One-Class Support Vector Machine) 알고리즘을 포함할 수 있다. 상기 오차 데이터를 입력받은 이상 감지 모델(120)에서 얻어진 출력(특징)을 기반으로 모터의 이상(모터의 성능 저하) 수준이 감지될 수 있다.Finally, the processor (200) inputs the error data into the abnormality detection model (120) and outputs the result. As described above, the abnormality detection model (120) may include an OCSVM (One-Class Support Vector Machine) algorithm. Based on the output (feature) obtained from the abnormality detection model (120) that inputs the error data, the level of abnormality (motor performance degradation) of the motor can be detected.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 이상 감지 장치의 효과를 보여주는 표이다.Figure 7 is a table showing the effectiveness of a motor abnormality detection device according to one embodiment of the present invention.
도 7은 차량의 속도가 20km/h이고 상기 차량의 EPS 시스템의 모터의 열화 수준이 각각 10%, 25% 및 40%인 경우, 차량의 속도가 30km/h이고 상기 차량의 EPS 시스템의 모터의 열화 수준이 각각 10%, 25% 및 40%인 경우, 차량의 속도가 40km/h이고 상기 차량의 EPS 시스템의 모터의 열화 수준이 각각 10%, 25% 및 40%인 경우에 대해 다양한 기법 및 모델을 통해 모터의 열화 수준을 예측한 뒤, 각 기법 및 모델 별로 산출된 F1 스코어(이상 감지 지수)를 보여준다.FIG. 7 shows the F1 score (abnormality detection index) calculated for each technique and model after predicting the motor deterioration level using various techniques and models when the vehicle speed is 20 km/h and the motor deterioration levels of the EPS system of the vehicle are 10%, 25%, and 40%, respectively; when the vehicle speed is 30 km/h and the motor deterioration levels of the EPS system of the vehicle are 10%, 25%, and 40%, respectively; and when the vehicle speed is 40 km/h and the motor deterioration levels of the EPS system of the vehicle are 10%, 25%, and 40%, respectively.
도 7에서 "feature 기반" 기법은 뉴럴 트윈 구조를 사용하지 않은 경우를 의미하고, "Neural twin 기반"은 딥 러닝 기반의 뉴럴 트윈 구조를 사용한 경우를 의미한다.In Fig. 7, the “feature-based” technique refers to the case where a neural twin structure is not used, and “Neural twin-based” refers to the case where a deep learning-based neural twin structure is used.
여기서,"feature 기반" 기법은 경험적 누적 분포 기반 이상값 탐지(empirical cumulative distribution-based outlier detection, ECOD) 알고리즘, DOCC(deep one-class classification) 모델, β-VAE(beta-variational autoencoder) 모델 및 생성적 적대 능동 학습(GAAL)을 포함한다.Here, the "feature-based" techniques include the empirical cumulative distribution-based outlier detection (ECOD) algorithm, the deep one-class classification (DOCC) model, the beta-variational autoencoder (β-VAE) model, and generative adversarial active learning (GAAL).
또한, "Neural twin 기반" 기법은 GRU(gated recurrent unit) 모델, LSTM model, 그들의 어텐션 베이스 버전(A-GRU, A-LSTM), GAN 트레이닝이없는 단순한 다변량 트랜스포머 모델(MVT) 및 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 이상 감지 장치(1)가 저장하고 있는 인공 신경망 모델(110)과 이상 감지 모델(120)의 조합(MVT-GAN)을 포함한다.Additionally, the "Neural twin-based" technique includes a gated recurrent unit (GRU) model, an LSTM model, their attention-based versions (A-GRU, A-LSTM), a simple multivariate transformer model (MVT) without GAN training, and a combination of an artificial neural network model (110) and an anomaly detection model (120) stored in a motor anomaly detection device (1) according to one embodiment of the present invention (MVT-GAN).
한편, 도 7에 나타난 기법 및 모델에는 차량 내 실험을 통해 CAN 버스에서 획득된 데이터가 적용된 것이다. 예를 들면, 상기 데이터는 100Hz의 샘플링 속도로 획득될 수 있다.Meanwhile, the technique and model shown in Fig. 7 are applied to data acquired from the CAN bus through an in-vehicle experiment. For example, the data can be acquired at a sampling rate of 100 Hz.
도 7을 살펴보면, 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 이상 감지 장치(1)가 저장하고 있는 인공 신경망 모델(110)과 이상 감지 모델(120)의 조합(MVT-GAN)이 가장 모든 경우에서 가장 높은 F1 스코어를 나타내고 있음을 확인할 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 의할 경우 모터의 최대 출력 대비 10% 저하까지 0.85 이상의 F1 스코어의 성능으로 예측될 수 있다.Looking at Fig. 7, it can be confirmed that the combination (MVT-GAN) of the artificial neural network model (110) and the abnormality detection model (120) stored in the motor abnormality detection device (1) according to one embodiment of the present invention shows the highest F1 score in most cases. Specifically, in the case of one embodiment of the present invention, it can be predicted with a performance of an F1 score of 0.85 or higher up to a 10% decrease compared to the maximum output of the motor.
다시 말하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 이상 감지 장치(1)는 차량의 EPS 시스템에서의 모터가 완전히 고장 나기 전에 모터의 열화 수준을 정확하게 예측하고 있음을 확인할 수 있다. 특히, 본 발명의 일 실시예에 의할 경우 모터의 미세한 출력 저하까지 정확하게 예측할 수 있음을 알 수 있다.In other words, it can be confirmed that the motor abnormality detection device (1) according to one embodiment of the present invention accurately predicts the level of deterioration of the motor before the motor in the EPS system of the vehicle completely fails. In particular, it can be seen that one embodiment of the present invention can accurately predict even a slight output decrease of the motor.
이와 같이 본 발명에 의할 경우 시스템의 미래 동작 및 잔여 유효 수명(RUL)의 추정과, 예측 유지보수(PdM) 애플리케이션에 적합한 예지 진단이 가능해진다. 이에 따라 차량의 EPS 시스템의 모터의 고장이 발생하기 전에 사전적인 조치 및 정비가 효과적으로 유도될 수 있다.In this way, the present invention enables estimation of the future operation and remaining useful life (RUL) of the system, and predictive diagnosis suitable for predictive maintenance (PdM) applications. Accordingly, preventive measures and maintenance can be effectively induced before a motor failure of the EPS system of a vehicle occurs.
이상, 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 이상 감지 장치에 관해 상세하게 설명하였다. 이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 이상 감지 방법에 관해 살펴본다.Above, a motor abnormality detection device according to one embodiment of the present invention has been described in detail. Below, a motor abnormality detection method according to one embodiment of the present invention will be described.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 이상 감지 방법의 순서도이다.Figure 8 is a flowchart of a motor abnormality detection method according to one embodiment of the present invention.
본 발명의 일 실시예에 따른 모터 이상 감지 방법(S100)은 차량의 EPS(Electric Power Steering) 시스템에서 조향 보조 토크를 생성하는 모터의 이상을 감지하는 모터 이상 감지 방법으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 이상 감지 장치(1)에 의해 수행될 수 있다.A motor abnormality detection method (S100) according to one embodiment of the present invention is a motor abnormality detection method for detecting an abnormality in a motor that generates steering assistance torque in an EPS (Electric Power Steering) system of a vehicle, and can be performed by a motor abnormality detection device (1) according to one embodiment of the present invention.
도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 이상 감지 방법(S100)은 다음과 같이 수행될 수 있다.Referring to FIG. 8, a motor abnormality detection method (S100) according to one embodiment of the present invention can be performed as follows.
우선, 프로세서(200)가 상기 차량의 상태와 관련된 상태 데이터, 상기 차량의 운전자의 스티어링 조작과 관련된 조작 데이터, 상기 모터의 출력과 관련된 물리량의 실측치를 입력받는다(S110).First, the processor (200) receives status data related to the status of the vehicle, operation data related to the steering operation of the driver of the vehicle, and actual measurements of physical quantities related to the output of the motor (S110).
본 발명의 일 실시예에서, 상기 상태 데이터는 상기 차량의 종방향 속도(Vx), 측 가속도(ay), 요 레이트(θ'z), 차량의 복수 개의 휠 각각의 휠 속도(Vwheel)를 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이 상기 차량이 4개의 휠을 가질 때, 상기 상태 데이터는 7종류의 데이터를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the state data may include longitudinal velocity (V x ), lateral acceleration (a y ), yaw rate (θ' z ) of the vehicle, and wheel speed (V wheel ) of each of the plurality of wheels of the vehicle. As described above, when the vehicle has four wheels, the state data may include seven types of data.
또한, 상기 조작 데이터는 스티어링 각도(θsteering) 및 스티어링 각속도(θ'steering)를 포함할 수 있다. 즉, 상기 조작 데이터는 2종류의 데이터를 포함할 수 있다.Additionally, the manipulation data may include a steering angle (θ steering ) and a steering angular velocity (θ' steering ). That is, the manipulation data may include two types of data.
상기 상태 데이터 및 상기 조작 데이터의 예로 나열한 데이터들은 상기 차량의 CAN(Controller Area Network)을 통해 얻을 수 있는 신호들이다. 이와 같이 상기 상태 데이터 및 상기 조작 데이터가 상기 차량의 CAN(Controller Area Network)을 통해 얻을 수 있는 신호들로 구성될 경우 데이터의 수집을 위해 별도의 센서를 차량에 배치할 필요가 없어 데이터 수집의 효율성을 높일 수 있다.The data listed as examples of the above status data and the above operation data are signals that can be obtained through the CAN (Controller Area Network) of the vehicle. In this way, if the above status data and the above operation data are composed of signals that can be obtained through the CAN (Controller Area Network) of the vehicle, there is no need to place a separate sensor in the vehicle for data collection, so the efficiency of data collection can be increased.
또한, 차량 외부로의 데이터의 전송이 필요한 경우에 데이터의 전송 역시 효율적으로 수행될 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 이상 감지 장치(1)가 차량의 외부 원격지에 배치되고, 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 이상 감지 방법이 상기 원격지에서 수행될 경우 상기 차량의 주행 중 상기 상태 데이터 및 상기 조작 데이터를 통신을 통해 효율적으로 수신할 수 있다.In addition, when data transmission to the outside of the vehicle is required, data transmission can also be performed efficiently. For example, when a motor abnormality detection device (1) according to one embodiment of the present invention is placed at a remote location outside the vehicle and a motor abnormality detection method according to one embodiment of the present invention is performed at the remote location, the status data and the operation data can be efficiently received through communication while the vehicle is driving.
한편, 상기 물리량은 상기 차량의 운전자가 스티어링 휠(11)의 조작 시 발생하는 스티어링 휠 토크(Tsteering)가 될 수 있다. 다시 말하면, 본 발명의 일 실시예에서, 프로세서(200)는 연산을 통해 스티어링 휠 토크의 추정치를 출력하고, 상기 추정치를 스티어링 휠 토크의 실측치와 비교하여 모터(18)의 이상 여부를 감지할 수 있다. 이때, 상기 실측치는 스티어링 토크 센서(14)에 의해 측정된 스티어링 토크(Tsteering)가 될 수 있다.Meanwhile, the above physical quantity may be the steering wheel torque (T steering ) generated when the driver of the vehicle operates the steering wheel (11). In other words, in one embodiment of the present invention, the processor (200) outputs an estimated value of the steering wheel torque through calculation, and compares the estimated value with the actual value of the steering wheel torque to detect whether the motor (18) is abnormal. At this time, the actual value may be the steering torque (T steering ) measured by the steering torque sensor (14).
이때, 상기 상태 데이터, 상기 조작 데이터, 상기 실측치 및 상기 추정치를 포함하는 데이터 세트는 복수 개가 하나의 배치(batch)로 취급될 수 있다. 다시 말하면, 프로세서(200)는 다수의 데이터 세트를 입력받고, 일정 개수 단위로 하나의 배치로 구성하고, 이하에서의 연산을 배치 단위로 수행할 수도 있다.At this time, a plurality of data sets including the state data, the operation data, the actual measurement value, and the estimated value may be treated as one batch. In other words, the processor (200) may receive a plurality of data sets, organize them into one batch in units of a certain number, and perform the operations below in units of batches.
다음으로, 프로세서(200)가 상기 상태 데이터 및 상기 조작 데이터를 인공 신경망 모델에 입력하고 연산을 수행하여 상기 물리량의 추정치를 출력한다(S120). 전술한 바와 같이, 인공 신경망 모델(110)은 생성적 대립 신경망(Generative adversarial network, GAN)을 포함할 수 있다.Next, the processor (200) inputs the state data and the operation data into an artificial neural network model and performs a calculation to output an estimate of the physical quantity (S120). As described above, the artificial neural network model (110) may include a generative adversarial network (GAN).
인공 신경망 모델(110)은 상기 상태 데이터 및 상기 조작 데이터를 입력받고, 상기 스티어링 토크의 추정치를 출력한다. 본 발명의 일 실시예에서, 인공 신경망 모델(110)은 생성적 대립 신경망(Generative adversarial network, GAN)을 포함할 수 있다. 또한, 인공 신경망 모델(110)은 생성기(111) 및 판별기(112)를 포함할 수 있다.The artificial neural network model (110) receives the state data and the operation data as input and outputs an estimate of the steering torque. In one embodiment of the present invention, the artificial neural network model (110) may include a generative adversarial network (GAN). In addition, the artificial neural network model (110) may include a generator (111) and a discriminator (112).
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 이상 감지 방법에서 물리량의 추정치를 출력하는 단계의 세부 순서도이다.FIG. 9 is a detailed flowchart of a step of outputting an estimated value of a physical quantity in a motor abnormality detection method according to one embodiment of the present invention.
도 9를 참조하면, 상기 물리량의 추정치를 출력하는 단계는 다음과 같이 수행될 수 있다.Referring to Fig. 9, the step of outputting an estimate of the physical quantity can be performed as follows.
우선, 프로세서(200)가 생성기(111)에 상기 상태 데이터 및 상기 조작 데이터를 입력하고, 생성기(111)에 의해 생성된 추정치를 출력한다(S121). 여기서, 생성기(111)는 상기 상태 데이터 및 상기 조작 데이터를 입력 받아 상기 추정치를 생성한다(S121).First, the processor (200) inputs the state data and the operation data to the generator (111), and outputs the estimated value generated by the generator (111) (S121). Here, the generator (111) receives the state data and the operation data and generates the estimated value (S121).
예를 들면, 생성기(111)는 다변량 트랜스포머(Multivariate transformer)로 구성될 수 있다. 다시 말하면, 인공 신경망 모델(110)은 다변량 트랜스포머를 기반으로 하는 GAN이 될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 생성기(111)는 상기 차량의 EPS 시스템의 가상 트윈 모델로서의 역할을 수행한다.For example, the generator (111) may be composed of a multivariate transformer. In other words, the artificial neural network model (110) may be a GAN based on a multivariate transformer. In one embodiment of the present invention, the generator (111) serves as a virtual twin model of the EPS system of the vehicle.
생성기(111)는 상기 차량의 종방향 속도(Vx), 측 가속도(ay), 요 레이트(θ'z), 차량의 복수 개의 휠 각각의 휠 속도(Vwheel)(차량의 휠이 4개일 때, 4개가 얻어짐), 스티어링 각도(θsteering) 및 스티어링 각속도(θ'steering) 총 9종류의 데이터를 입력받을 수 있다. 또한, 생성기(111)는 입력 데이터를 연산하여 스티어링 휠 토크의 추정치를 출력한다.The generator (111) can receive a total of nine types of data, including longitudinal velocity (V x ), lateral acceleration (a y ), yaw rate (θ' z ) of the vehicle, wheel speeds of each of the multiple wheels of the vehicle (V wheel ) (when the vehicle has four wheels, four are obtained), steering angle (θ steering ), and steering angular velocity (θ' steering ). In addition, the generator (111) calculates the input data and outputs an estimate of steering wheel torque.
다음으로, 프로세서(200)가 상기 상태 데이터, 상기 조작 데이터 및 상기 물리량의 실측치를 포함하는 실측치 관련 데이터를 판별기(112)에 입력하고, 판별기(112)에 의해 생성된 실측치 관련 데이터에 대한 판별값을 출력한다(S122).Next, the processor (200) inputs the measured value-related data including the state data, the operation data, and the measured value of the physical quantity into the discriminator (112), and outputs a discriminator value for the measured value-related data generated by the discriminator (112) (S122).
한편, 프로세서(200)가 상기 상태 데이터, 상기 조작 데이터 및 상기 물리량의 추정치를 포함하는 추정치 관련 데이터를 판별기(112)에 입력하고, 판별기(112)에 의해 생성된 추정치 관련 데이터에 대한 판별값을 출력한다(S123).Meanwhile, the processor (200) inputs the estimated value-related data including the state data, the operation data, and the estimated value of the physical quantity into the discriminator (112), and outputs a discriminator value for the estimated value-related data generated by the discriminator (112) (S123).
실측치 관련 데이터에 대한 판별값을 출력하는 단계(S122)와 추정치 관련 데이터에 대한 판별값을 출력하는 단계(S123)에서, 판별기(112)는 상기 상태 데이터, 상기 조작 데이터 및 상기 실측치를 포함하는 실측치 관련 데이터를 입력 받고, 상기 실측치 관련 데이터에 대한 판별값을 출력한다. 판별기(112)에 의해 생성된 실측치 관련 데이터에 대한 판별값은 뒤에 살펴보는 바와 같이 이상 감지 모델(120)에 입력되는 오차 데이터를 구성할 수 있다.In the step (S122) of outputting a discriminant value for data related to actual measurements and the step (S123) of outputting a discriminant value for data related to estimated values, the discriminator (112) receives data related to actual measurements including the state data, the operation data, and the actual measurements, and outputs a discriminant value for the data related to actual measurements. The discriminant value for data related to actual measurements generated by the discriminator (112) can constitute error data input to the anomaly detection model (120), as will be described later.
또한, 판별기(112)는 상기 상태 데이터, 상기 조작 데이터 및 상기 추정치를 포함하는 추정치 관련 데이터를 추가적으로 입력 받고, 상기 추정치 관련 데이터에 대한 판별값을 출력할 수 있다. 판별기(112)에 의해 생성된 추정치 관련 데이터에 대한 판별값은 인공 신경망 모델(110)의 생성기(111)의 트레이닝을 위해 활용될 수 있다.In addition, the discriminator (112) can additionally receive the state data, the operation data, and the estimate-related data including the estimate, and output a discriminant value for the estimate-related data. The discriminant value for the estimate-related data generated by the discriminator (112) can be utilized for training the generator (111) of the artificial neural network model (110).
실측치 관련 데이터에 대한 판별값을 출력하는 단계(S122)와 추정치 관련 데이터에 대한 판별값을 출력하는 단계(S123)는 동시에 수행될 수도 있다. 또한, 실측치 관련 데이터에 대한 판별값을 출력하는 단계(S122)와 추정치 관련 데이터에 대한 판별값을 출력하는 단계(S123) 중 어느 하나가 먼저 수행되고, 나머지 하나가 나중에 수행될 수도 있다.The step (S122) of outputting the discriminant value for the measured data and the step (S123) of outputting the discriminant value for the estimated data may be performed simultaneously. In addition, either the step (S122) of outputting the discriminant value for the measured data or the step (S123) of outputting the discriminant value for the estimated data may be performed first, and the other may be performed later.
본 발명의 일 실시예에 따른 모터 이상 감지 방법에 있어서, 인공 신경망 모델(110)은 생성적 대립 신경망을 포함할 수 있다. 이때, 상기 생성적 대립 신경망은 생성기(111) 및 판별기(112)가 서로 번갈아 가며 학습을 수행하여 구축된 것으로, 상기 학습 시 상기 상태 데이터, 상기 조작 데이터 및 상기 실측치는 상기 차량 및 상기 모터가 정상인 상태에서 얻어진 것일 수 있다.In a motor abnormality detection method according to one embodiment of the present invention, the artificial neural network model (110) may include a generative adversarial neural network. At this time, the generative adversarial neural network is constructed by having a generator (111) and a discriminator (112) alternately perform learning, and during the learning, the state data, the operation data, and the actual measurement values may be obtained when the vehicle and the motor are in a normal state.
다시 말하면, 인공 신경망 모델(110)은 상기 차량의 EPS 시스템의 가상 트윈 모델이 될 수 있다. 더욱 상세하게, 인공 신경망 모델(1110)은 상기 EPS 시스템에 대한 딥 러닝 기반 뉴럴 트윈 모델이 될 수 있다.In other words, the artificial neural network model (110) can be a virtual twin model of the EPS system of the vehicle. More specifically, the artificial neural network model (1110) can be a deep learning-based neural twin model for the EPS system.
이와 같은 인공 신경망 모델(110)은 스티어링 휠과 차량의 상태를 포함하는 9종류의 데이터를 입력받아 스티어링 토크를 추정한다. 이때, 인공 신경망 모델(110)에 의해 추정된 스티어링 토크는 정상적인 작동 조건을 반영할 수 있다.This artificial neural network model (110) receives nine types of data including the status of the steering wheel and the vehicle and estimates the steering torque. At this time, the steering torque estimated by the artificial neural network model (110) can reflect normal operating conditions.
마지막으로, 상기 물리량의 추정치를 출력하는 단계(S120) 이후, 프로세서(200)가 상기 추정치를 상기 실측치와 비교하여 상기 모터의 이상 여부를 감지한다(S130).Finally, after the step (S120) of outputting an estimate of the above physical quantity, the processor (200) compares the estimate with the actual measured value to detect whether the motor is abnormal (S130).
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 이상 감지 방법에서 모터의 이상 여부를 감지하는 단계의 세부 순서도이다.Figure 10 is a detailed flowchart of a step for detecting whether a motor is abnormal in a motor abnormality detection method according to one embodiment of the present invention.
도 10을 참조하면, 상기 모터의 이상 여부를 감지하는 단계는 다음과 같이 수행될 수 있다.Referring to Fig. 10, the step of detecting whether the motor is abnormal can be performed as follows.
먼저, 프로세서(200)가 상기 추정치와 상기 실측치의 차이와 관련된 오차 데이터를 산출한다(S131).First, the processor (200) calculates error data related to the difference between the estimated value and the actual value (S131).
전술한 바와 같이, 상기 상태 데이터, 상기 조작 데이터, 상기 실측치 및 상기 추정치를 포함하는 데이터 세트는 복수 개가 존재하고, 상기 오차 데이터는 복수 개의 상기 데이터 세트 각각에서 얻어지는 실측치와 추정치 사이의 오차의 평균과 표준 편차, 복수 개의 상기 데이터 세트의 실측치와 추정치 사이의 최대 절대 오차, 복수 개의 상기 데이터 세트의 실측치 관련 데이터에 대한 판별기(112)의 판별값을 포함할 수 있다.As described above, there are a plurality of data sets including the state data, the operation data, the actual values, and the estimated values, and the error data may include the average and standard deviation of errors between the actual values and the estimated values obtained from each of the plurality of data sets, the maximum absolute error between the actual values and the estimated values of the plurality of data sets, and the discriminant value of the discriminator (112) for the actual value-related data of the plurality of data sets.
상기 상태 데이터, 상기 조작 데이터, 상기 실측치 및 상기 추정치를 포함하는 데이터 세트는 복수 개가 하나의 배치(batch)로 취급될 수 있다. 예를 들면, 100~150개의 데이터 세트(구체적 예로서, 128개의 데이터 세트)가 하나의 배치로 취급되고, 하나의 배치 별로 상기 오차 데이터가 얻어질 수 있다.A plurality of data sets including the above state data, the above operation data, the above measured values, and the above estimated values can be treated as one batch. For example, 100 to 150 data sets (as a specific example, 128 data sets) can be treated as one batch, and the above error data can be obtained for each batch.
다음으로, 프로세서(200)가 상기 오차 데이터를 이상 감지 모델(120)에 입력하여 연산을 수행한다(S132). 이때, 이상 감지 모델(120)은 OCSVM(One-Class Support Vector Machine) 알고리즘을 포함할 수 있다. 다시 말하면, 프로세서(200)는 상기 오차 데이터를 OCSVM(One-Class Support Vector Machine) 알고리즘에 입력하여 연산을 수행할 수 있다.Next, the processor (200) inputs the error data into the anomaly detection model (120) and performs a calculation (S132). At this time, the anomaly detection model (120) may include an OCSVM (One-Class Support Vector Machine) algorithm. In other words, the processor (200) may input the error data into the OCSVM (One-Class Support Vector Machine) algorithm and perform a calculation.
더욱 상세하게, 하나의 배치에 대해 얻어진 상기 오차 데이터가 이상 감지 모델(120)에 입력될 수 있다. 또한, 상기 오차 데이터를 입력받은 이상 감지 모델(120)에서 얻어진 출력(특징)을 기반으로 모터의 이상(모터의 성능 저하) 수준이 감지될 수 있다.In more detail, the error data obtained for one batch can be input into an abnormality detection model (120). In addition, the level of abnormality (motor performance degradation) of the motor can be detected based on the output (feature) obtained from the abnormality detection model (120) that has received the error data.
한편, 본 발명은 모터 이상 감지 방법의 작동 방법을 수행하기 위한 행하기 위한 프로그램이 저장된 비일시적(non-transitory) 컴퓨터 판독 가능 저장 매체를 추가적으로 제공한다. 구체적으로 본 발명은 본 발명의 실시예에 따른 모터 이상 감지 방법의 작동 방법을 수행하기 위한 적어도 하나의 인스트럭션을 포함하는 프로그램이 저장된 비일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체를 제공할 수 있다.Meanwhile, the present invention additionally provides a non-transitory computer-readable storage medium storing a program for performing an operation method of a motor abnormality detection method. Specifically, the present invention can provide a non-transitory computer-readable storage medium storing a program including at least one instruction for performing an operation method of a motor abnormality detection method according to an embodiment of the present invention.
이때, 인스트럭션은 컴파일러에 의해 생성되는 기계어 코드뿐 아니라 컴퓨터에 의해서 실행가능한 고급 언어 코드를 포함할 수 있다.At this time, instructions may include not only machine language code generated by a compiler, but also high-level language code executable by a computer.
상기 기록 매체는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(Magnetic Media), CD-ROM(Compact Disk Read Only Memory), DVD(Digital Video Disk)와 같은 광 기록 매체(Optical Media), 플롭티컬 디스크(Floptical Disk)와 같은 자기-광 매체(Magneto-Optical Media), 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 인스트럭션을 저장하고 수행하도록 구성된 하드웨어 장치를 포함할 수 있다.The above recording medium may include a hardware device configured to store and execute program instructions, such as a magnetic media such as a hard disk, a floppy disk, and a magnetic tape, an optical media such as a compact disk read only memory (CD-ROM), a digital video disk (DVD), a magneto-optical media such as a floptical disk, a ROM, a RAM, a flash memory, etc.
본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시예들에 의해 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이다. 그러나 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.Although the embodiments of the present invention have been described, the spirit of the present invention is not limited to the embodiments presented in this specification, and those skilled in the art who understand the spirit of the present invention will be able to easily propose other embodiments by adding, changing, deleting, or adding components within the scope of the same spirit. However, this will also be considered to fall within the spirit of the present invention.
1: 모터 이상 감지 장치
100: 메모리
200: 프로세서1: Motor abnormality detection device
100: Memory
200: Processor
Claims (26)
메모리; 및
프로세서;를 포함하고,
상기 메모리는 상기 차량의 상태와 관련된 상태 데이터, 상기 차량의 운전자의 스티어링 조작과 관련된 조작 데이터를 입력 받아 상기 모터의 출력과 관련된 물리량을 추정하는 인공 신경망 모델을 저장하고,
상기 프로세서는 상기 상태 데이터 및 상기 조작 데이터를 상기 인공 신경망 모델에 입력하고 연산을 수행하여 상기 물리량의 추정치를 출력하고, 상기 추정치를 상기 물리량의 실측치와 비교하여 상기 모터의 이상 여부를 감지하는 모터 이상 감지 장치.A motor abnormality detection device that detects an abnormality in a motor that generates steering assistance torque in a vehicle's EPS (Electric Power Steering) system.
memory; and
a processor; including;
The above memory receives state data related to the state of the vehicle and operation data related to the steering operation of the driver of the vehicle and stores an artificial neural network model that estimates physical quantities related to the output of the motor.
A motor abnormality detection device in which the processor inputs the state data and the operation data into the artificial neural network model, performs calculations to output an estimate of the physical quantity, and compares the estimate with an actual measured value of the physical quantity to detect whether the motor is abnormal.
상기 상태 데이터 및 상기 조작 데이터는 상기 차량의 CAN(Controller Area Network)을 통해 얻을 수 있는 신호들로 구성되는 모터 이상 감지 장치.In paragraph 1,
A motor abnormality detection device in which the above status data and the above operation data are composed of signals that can be obtained through the CAN (Controller Area Network) of the vehicle.
상기 물리량은 상기 운전자가 상기 차량의 스티어링 휠의 조작 시 발생하는 스티어링 토크인 모터 이상 감지 장치.In paragraph 1,
The above physical quantity is a motor abnormality detection device which is a steering torque generated when the driver operates the steering wheel of the vehicle.
상기 상태 데이터는 상기 차량의 종방향 속도(longitudinal velocity), 상기 차량의 측 가속도(lateral acceleration), 상기 차량의 요 레이트(yaw rate), 상기 차량의 각 휠의 휠 속도(wheel velocity)를 포함하는 모터 이상 감지 장치.In paragraph 1,
A motor abnormality detection device wherein the status data includes longitudinal velocity of the vehicle, lateral acceleration of the vehicle, yaw rate of the vehicle, and wheel velocity of each wheel of the vehicle.
상기 조작 데이터는 스티어링 각도(steering angle) 및 스티어링 각속도(steering angular velocity)를 포함하는 모터 이상 감지 장치.In paragraph 1,
The above operation data is a motor abnormality detection device including steering angle and steering angular velocity.
상기 인공 신경망 모델은 생성적 대립 신경망(Generative adversarial network, GAN)을 포함하는 모터 이상 감지 장치.In paragraph 1,
The above artificial neural network model is a motor abnormality detection device including a generative adversarial network (GAN).
상기 인공 신경망 모델은,
상기 상태 데이터 및 상기 조작 데이터를 입력 받아 상기 추정치를 생성하는 생성기; 및
상기 상태 데이터, 상기 조작 데이터 및 상기 실측치를 포함하는 실측치 관련 데이터를 입력 받고, 상기 실측치 관련 데이터에 대한 판별값을 출력하는 판별기;를 포함하는 모터 이상 감지 장치.In paragraph 6,
The above artificial neural network model is,
A generator for receiving the above state data and the above operation data and generating the above estimate; and
A motor abnormality detection device including a discriminator that inputs data related to actual measurements including the above-mentioned status data, the above-mentioned operation data, and the above-mentioned actual measurements, and outputs a discriminator value for the data related to the actual measurements.
상기 생성기는 다변량 트랜스포머(Multivariate transformer)로 구성되는 모터 이상 감지 장치.In paragraph 7,
The above generator is a motor abnormality detection device consisting of a multivariate transformer.
상기 판별기는 상기 상태 데이터, 상기 조작 데이터 및 상기 추정치를 포함하는 추정치 관련 데이터를 추가적으로 입력 받고, 상기 추정치 관련 데이터에 대한 판별값을 추가적으로 출력하는 모터 이상 감지 장치.In paragraph 7,
A motor abnormality detection device in which the above-mentioned discriminator additionally receives the state data, the operation data, and the estimated value-related data including the estimated value, and additionally outputs a discriminant value for the estimated value-related data.
상기 인공 신경망 모델은 상기 생성기 및 상기 판별기가 서로 번갈아 가며 학습을 수행하여 구축된 것으로,
상기 학습 시 사용된 상기 상태 데이터, 상기 조작 데이터 및 상기 실측치는 상기 차량 및 상기 모터가 정상인 상태에서 얻어진 것인 모터 이상 감지 장치.In Article 9,
The above artificial neural network model is constructed by having the generator and the discriminator alternately perform learning.
A motor abnormality detection device wherein the state data, the operation data and the actual measurement values used during the above learning are obtained when the vehicle and the motor are in a normal state.
상기 추정치는 상기 차량 및 상기 모터가 정상인 상태에서 얻어지는 상기 물리량의 실측치를 추종하는 모터 이상 감지 장치.In Article 10,
The above-mentioned estimated value is a motor abnormality detection device that follows the actual measured value of the above-mentioned physical quantity obtained when the above-mentioned vehicle and the above-mentioned motor are in a normal state.
상기 메모리는 이상 감지 모델을 더 저장하고,
상기 프로세서는 상기 추정치와 상기 실측치의 차이와 관련된 오차 데이터를 상기 이상 감지 모델에 입력하여 상기 모터의 이상 여부를 판단하는 모터 이상 감지 장치.In paragraph 7,
The above memory further stores the anomaly detection model,
The above processor is a motor abnormality detection device that inputs error data related to the difference between the estimated value and the actual measured value into the abnormality detection model to determine whether the motor is abnormal.
상기 이상 감지 모델은 OCSVM(One-Class Support Vector Machine) 알고리즘을 포함하는 모터 이상 감지 장치.In Article 12,
The above abnormality detection model is a motor abnormality detection device including an OCSVM (One-Class Support Vector Machine) algorithm.
상기 상태 데이터, 상기 조작 데이터, 상기 실측치 및 상기 추정치를 포함하는 데이터 세트는 복수 개가 존재하고,
상기 오차 데이터는 복수 개의 상기 데이터 세트 각각에서 얻어지는 실측치와 추정치 사이의 오차의 평균과 표준 편차, 복수 개의 상기 데이터 세트의 실측치와 추정치 사이의 최대 절대 오차, 복수 개의 상기 데이터 세트의 실측치 관련 데이터에 대한 상기 판별기의 판별값을 포함하는 모터 이상 감지 장치.In Article 12,
There are multiple data sets including the above state data, the above operation data, the above measured value and the above estimated value,
A motor abnormality detection device, wherein the above error data includes an average and standard deviation of errors between actual measurements and estimates obtained from each of the plurality of data sets, a maximum absolute error between actual measurements and estimates of the plurality of data sets, and a discriminant value of the discriminator for data related to actual measurements of the plurality of data sets.
프로세서가 상기 차량의 상태와 관련된 상태 데이터, 상기 차량의 운전자의 스티어링 조작과 관련된 조작 데이터, 상기 모터의 출력과 관련된 물리량의 실측치를 입력받는 단계;
상기 프로세서가 상기 상태 데이터 및 상기 조작 데이터를 인공 신경망 모델에 입력하고 연산을 수행하여 상기 물리량의 추정치를 출력하는 단계; 및
상기 프로세서가 상기 추정치를 상기 실측치와 비교하여 상기 모터의 이상 여부를 감지하는 단계;를 포함하는 모터 이상 감지 방법.A motor abnormality detection method for detecting an abnormality in a motor that generates steering assistance torque in an EPS (Electric Power Steering) system of a vehicle,
A step in which a processor receives state data related to the state of the vehicle, operation data related to the steering operation of a driver of the vehicle, and actual measurements of physical quantities related to the output of the motor;
A step in which the processor inputs the state data and the operation data into an artificial neural network model and performs a calculation to output an estimate of the physical quantity; and
A method for detecting motor abnormalities, comprising: a step in which the processor compares the estimated value with the measured value to detect whether the motor is abnormal;
상기 상태 데이터 및 상기 조작 데이터는 상기 차량의 CAN(Controller Area Network)을 통해 얻을 수 있는 신호들로 구성되는 모터 이상 감지 방법.In Article 15,
A motor abnormality detection method wherein the above status data and the above operation data are composed of signals that can be obtained through the CAN (Controller Area Network) of the vehicle.
상기 물리량은 상기 운전자가 상기 차량의 스티어링 휠의 조작 시 발생하는 스티어링 토크인 모터 이상 감지 방법.In Article 15,
A method for detecting motor abnormality, wherein the above physical quantity is a steering torque generated when the driver operates the steering wheel of the vehicle.
상기 상태 데이터는 상기 차량의 종방향 속도(longitudinal velocity), 상기 차량의 측 가속도(lateral acceleration), 상기 차량의 요 레이트(yaw rate), 상기 차량의 각 휠의 휠 속도(wheel velocity)를 포함하는 모터 이상 감지 방법.In Article 15,
A motor abnormality detection method wherein the status data includes longitudinal velocity of the vehicle, lateral acceleration of the vehicle, yaw rate of the vehicle, and wheel velocity of each wheel of the vehicle.
상기 조작 데이터는 스티어링 각도(steering angle) 및 스티어링 각속도(steering angular velocity)를 포함하는 모터 이상 감지 방법.In Article 15,
A motor abnormality detection method wherein the above manipulation data includes steering angle and steering angular velocity.
상기 인공 신경망 모델은 생성적 대립 신경망(Generative adversarial network, GAN)을 포함하는 모터 이상 감지 방법.In Article 15,
The above artificial neural network model is a method for detecting motor abnormalities including a generative adversarial network (GAN).
상기 인공 신경망 모델은 상기 상태 데이터 및 상기 조작 데이터를 입력 받아 상기 추정치를 생성하는 생성기를 포함하고,
상기 물리량의 추정치를 출력하는 단계는, 상기 프로세서가 상기 생성기에 상기 상태 데이터 및 상기 조작 데이터를 입력하고, 상기 생성기에 의해 생성된 추정치를 출력하는 단계를 포함하는 모터 이상 감지 방법.In Article 20,
The artificial neural network model includes a generator that receives the state data and the operation data as input and generates the estimate,
A method for detecting motor abnormalities, wherein the step of outputting an estimate of the above physical quantity includes a step of the processor inputting the state data and the operation data into the generator and outputting an estimate generated by the generator.
상기 인공 신경망 모델은 상기 상태 데이터, 상기 조작 데이터 및 상기 실측치를 포함하는 실측치 관련 데이터를 입력 받고, 상기 실측치 관련 데이터에 대한 판별값을 출력하는 판별기를 더 포함하고,
상기 물리량의 추정치를 출력하는 단계는, 상기 프로세서가 상기 상태 데이터, 상기 조작 데이터 및 상기 물리량의 실측치를 포함하는 실측치 관련 데이터를 상기 판별기에 입력하고, 상기 판별기에 의해 생성된 실측치 관련 데이터에 대한 판별값을 출력하는 단계;를 더 포함하는 모터 이상 감지 방법.In Article 21,
The artificial neural network model further includes a discriminator that receives data related to actual measurements including the state data, the operation data, and the actual measurements, and outputs a discriminant value for the data related to the actual measurements.
A method for detecting motor abnormalities, wherein the step of outputting an estimate of the physical quantity further includes a step of the processor inputting actual measurement-related data including the state data, the operation data, and actual measurements of the physical quantity into the discriminator, and outputting a discriminator value for the actual measurement-related data generated by the discriminator.
상기 모터의 이상 여부를 감지하는 단계는,
상기 프로세서가 상기 추정치와 상기 실측치의 차이와 관련된 오차 데이터를 산출하는 단계; 및
상기 프로세서가 상기 오차 데이터를 OCSVM(One-Class Support Vector Machine) 알고리즘에 입력하여 연산을 수행하는 단계;를 포함하는 모터 이상 감지 방법.In paragraph 22,
The step of detecting whether the above motor is abnormal is as follows:
a step in which the processor produces error data related to the difference between the estimated value and the measured value; and
A method for detecting motor abnormalities, comprising: a step in which the processor inputs the error data into an OCSVM (One-Class Support Vector Machine) algorithm to perform a calculation.
상기 상태 데이터, 상기 조작 데이터, 상기 추정치 및 상기 실측치를 포함하는 데이터 세트는 복수 개가 존재하고,
상기 오차 데이터는 복수 개의 상기 데이터 세트 각각에서 얻어지는 실측치와 추정치 사이의 오차의 평균과 표준 편차, 복수 개의 상기 데이터 세트의 실측치와 추정치 사이의 최대 절대 오차, 복수 개의 상기 데이터 세트의 실측치 관련 데이터에 대한 상기 판별기의 판별값을 포함하는 모터 이상 감지 방법.In paragraph 23,
There are multiple data sets including the above state data, the above operation data, the above estimated value and the above measured value,
A method for detecting motor abnormalities, wherein the above error data includes an average and standard deviation of errors between actual measurements and estimates obtained from each of the plurality of data sets, a maximum absolute error between actual measurements and estimates of the plurality of data sets, and a discriminant value of the discriminator for data related to actual measurements of the plurality of data sets.
상기 인공 신경망 모델은 상기 생성기 및 상기 판별기가 서로 번갈아 가며 학습을 수행하여 구축된 것으로,
상기 학습 시 상기 상태 데이터, 상기 조작 데이터 및 상기 실측치는 상기 차량 및 상기 모터가 정상인 상태에서 얻어진 것인 모터 이상 감지 방법.In paragraph 22,
The above artificial neural network model is constructed by having the generator and the discriminator alternately perform learning.
A motor abnormality detection method wherein the state data, the operation data and the actual measurement values during the above learning are obtained when the vehicle and the motor are in a normal state.
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