KR100194123B1

KR100194123B1 - 전동파워스티어링시스템의 제어장치

Info

Publication number: KR100194123B1
Application number: KR1019960011204A
Authority: KR
Inventors: 수지 엔도
Original assignee: 세끼야 데 오; 닛본 세이고 가부시끼가이샤
Priority date: 1995-04-21
Filing date: 1996-04-15
Publication date: 1999-06-15
Also published as: JPH08290778A; KR960037475A; DE19615377C2; US5732373A; JP3493806B2; DE19615377A1

Abstract

본 발명에 따른 전동파워스티어일시스템이 제어장치는 최소한 스티어링 샤프트에서 발생한 조타트크에 따라서 연산된 전류지령값과 검출된 모터전류값의 크기로부터 연산된 전류제어값에 기초하여 스티어링기구에 조타보조력을 부여하는 모터출력을 제어하기 위한 것으로서, 제어장치의 안정성을 보상하는 안정화보상기가 조타토크를 검출하는 토크센서의 후단에 배치되고, 상기 안정화보상기는 전동식파워스티어링시스템에서 이용하는 관성요소와 스프링요소로된 공진시스템의 공진주파수의 피크를 제거하도록 작용하는 동시에 제어시스템의 안정성과 응답성을 개선하도록 작용하는 다음의 특성식C(s)으로 표시되는 특성을 갖는다.

C(s) = (s²+ a₁s + a₂)/(s²+ b₁s + b₂)

식중, s : 라플라스 변환자

a₁, a₂,b₁,b₂: 공진시스템의 공진주파수에 의해 결정되는 파라메터

Description

전동파워스티어링시스템의 제어장치

제1도는 전동식파워스티어링시스템의 구성의 개략을 설명하는 도면.

제2도는 전자제어회로의 블록도.

제3도는 모터구동회로의 구성을 나타내는 회로블록도.

제4도는 실제의 제어대상 및 그 근사모델의 주파수특성을 나타내는 도면.

제5도는 제어대상인 스티어링기구를 전달함수로 표시하는 도면.

제6도는 제어계의 안정화를 위한 충분한 조건을 설명하는 특성도.

제7도는 맵메모리에 저장된 조타보조지령값을 설명하는 도면.

제8도는 제어계의 안정화를 위한 충분조건을 설명하는 특성도.

제9도는 제어계가 안정된 상태를 나타내는 특성도.

제10도는 CPU 내부에서 실행된 안정화보상기의 기능을 설명하는 플로차트.

본 발명은 전동파워스티어링시스템의 제어장치에 관한 것이다.

차량용의 전동파워스티어링시스템은 조향(操向)핸들의 조작에 의해 스티어링샤프트에 발생하는 조타(操舵)토크 및 차속을 검출하고, 그 검출신호에 따라서 조타시스템에 결합된 모터의 제어목표값이 전류지령값을 연산하며, 상기 제어목표값인 전류지령값과 실제로 모터에 흐르는 전류와의 차이를 전류제어값으로서 구하고, 이 얻어진 전류제어값에 의해 모터를 제어하여 조향핸들의 조타력을 보조하한다.

이 경우 차속이 낮은 경우에 보조조타력을 크게하여 핸들의 조작을 가볍게하고, 차속이 높은 경우에 보조조타력을 작게하여 핸들의 조작을 무겁게하도록 모터를 제어하는 것이 일반적이다.

이와같은 전동식파워스티어링장치에서는 제어시스템의 안정성을 유지하도록 토크센서의 후단에 위상보상기를 삽입한다.

또, 이와같은 전동식파워스티어링장치에서는 조타시스템에 결합된 모터의 관성력에 의해 제어장치의 응답성이 저하하여 조타감각을 악화시키기 때문에 조타토크의 미분값을 전류지령값에 가산하여 제어장치의 응답성을 개선하도록 하여왔다.

또, 전동식파워스티어링장치는 모터를 질량, 토션바를 스프링요소로한 공진시스템을 구성하여 이 공진시스템이 진동을 일으키면 조타감각을 악화시키므로 제어시스템의 토크센서의 후단에 공진주파수성분을 제거하는 대역제거필터를 삽입하여 공진계의 진동을 억제함으로써 조타감각을 개선하도록 하는 기술이 공지되어 있다. 조타감각을 개선하기 위한 기술은 일본국특허공개제 1994-183355호에 개시되어 있다.

그러나, 상기 전동식파워스티어링장치에 있어서의 제어시스템의 안정성과 응답성은 상반적인 특성이 있어 안정성을 높이면 응답성이 저하하고, 응답성을 높이면 안정성이 저하하므로 양쪽의 특성을 만족시키는 것이 곤란하다. 또, 상기와 같이 전동식파워스티어링장치를 구성하는 모터, 토션바 등으로 된 공진시스템의 공진주파수 성분을 제거하기 위해 대역제거필터를 사용할 경우는 제거된 중심주파수 이하로 응답성이 저하할 뿐만 아니라 필터 등 구성부품의 정밀도의 차이에 의해 충분한 진동억제효과를 얻을 수가 없는 경우가 있다.

그 밖의 보조조타력을 지령하는 지령값에는 유압식 파워스티어링장치와 같이 비선형특성을 부여한 경우가 바람직하지만 전동식파워스티어링장치에는 비선형특성을 부여하도록 설계하는 것이 곤란하고, 다양한 동작상태에 의해 야기되는 동특성의 변화를 고려하여 설계하는 것이 곤란하며, 제어시스템의 차수(次數)가 크게되어 디지탈회로에서의 실현이 곤란하게 되는 문제가 있다.

본 발명의 목적은 차량용 전동식파워스티어링시스템에 이용되는 제어시스템의 안정성 및 응답성을 동시에 개선하는 제어장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 공진주파수에서의 피크값을 제거하고 공진시스템의 공진주파수에서의 위상이동을 보상하여 차량용 전동식파워스티어링시스템에서 이용하는 제어시스템의 안정성 및 응답성을 모두 개선할 수 있는 제어장치를 제공하는 것이다. 여기서, 그 피크값 및 위상이동은 검출토크에 포함된다.

본 발명의 그 밖의 목적 및 이점은 첨부도면과 함께 설명하는 다음의 바람직한 실시예에 대한 설명으로부터 더욱 명백해 질 것이다.

다음에, 본 발명의 실시예에 대하여 첨부도면에 따라 상세히 설명한다.

제1도는 본 발명에 적용되는 전동식파워스티어링시스템의 구성을 개략적으로 설명하는 도면으로서, 조향핸들(1)의 축(2)은 감속기어(4), 유니버셜조인트(5a)(,5b), 피티언 랙 기구(7)를 경유하여 조향차륜의 타이로드(8)에 결합되어 있다. 축(2)에는 조향핸들(1)의 조향토크를 검출하는 토크센서(3)가 설치되어 있고, 조타동작을 보조하는 모터(10)가 클러치(9), 감속기어(4)를 통해서 축(2)에 결합되어 있다.

클러치(9)는 다음에 설명하는 전자제어회로(13)에 의해 제어된다. 클러치(9)는 통상의 동작상태로 결합되어 있고, 전자제어회로(13)에 의해 파워스티어링시스템이 고장으로 판단될 경우 및 전원이 오프로 되는 경우에 절단된다.

파워스티어링시스템을 제어하는 전자제어회로(13)는 전지(14)로부터 점화키(11)를 경유하여 전력이 공급되며, 토크센서(3)에서 검출된 조타토크와 차속센서(12)에서 검출된 차속으로부터 전류지령값의 연산을 행하고, 연산된 전류지령값에 기초하여 모터(10)에 공급되는 전류를 피드백제어한다.

제2도는 본 발명에 의한 전자제어회로(13)의 구성을 나타내는 블록도이다. 전자제어회로(13)는 마이크로컴퓨터(또는 CPU)로 구성되지만 여기서는 그 CPU내부에 있어서의 프로그램으로 실행되는 기능을 나타낸다.

종래의 전동파워스티어링장치를 제어하는 전자제어회로와 다른 부분은 조타토크를 검출하는 토크센서(3)의 후단에 본 발명에 의한 안정화보상기(21)를 설치하고, 제어시스템의 안정성, 응답성을 높이고, 진동을 억제하여 양호한 조타감각을 부여하기 위해 보상을 행하는 점에 있다. 안정화보상기(21)에 있어서는 후에 상세히 설명한다.

먼저, 전자제어회로(13)의 구성과 동작을 개략적으로 설명한다. 토크센서(3)로부터 입력된 조타토크신호는 후에 상세히 설명하는 안정화보상기(21)에 의해 소정의 보상이 이루어진 후 전류지령값연산기(22)에 입력된다. 또, 차속센서(12)에서 검출된 차속신호도 전류지령값연산기(22)로 입력된다.

전류지령값연산기(22)는 안정화보상기(21)에 의해 소정의 보상이 이루어진 조타토크신호 및 차속신호와 특성 맵 메모리(28)에 저장된 조타보조지령값에 기초로하는 소정의 연산식에 의해 모터(10)에 공급하는 전류의 제어목표값인 전류지령값I을 연산한다.

비교기(23), 미분보상기(24), 비례연산기(25) 및 적분연산기(26), 가산기(27)로 구성된 회로는 실제의 모터전류값i이 전류지령값I에 일치하도록 피드백제어를 행하는 회로이다.

비례연산기(25)에서는 전류지령값I과 실제의 모터전류값i의 차이에 비례한 비례값이 출력된다. 또 비례연산기(25)의 출력신호는 피드백제어시스템의 특성을 개선하기 위해 적분연산기(26)에 의해 적분되고, 차이의 적분값에 비례값이 출력된다.

전류지령값I에 대해 실제로 모터에 흐르는 모터전류값i의 응답속도를 높이기 위해 미분보상기(24)에서는 전류지령값I의 미분값이 출력된다.

비례연산기(25)로부터 출력된 전류지령값I과 실제모터전류값i과의 차에 비례한 비례값 및 적분연산기(26)로부터 출력된 적분값 및 미분보상기(24)의 출력은 가산기(27)에 있어서 가산연산되고, 연산결과인 전류제어값E이 모터구동신호로서 모터구동회로(41)에 출력된다.

제3도는 일예로서 모터구동회로(41)의 구성을 나타낸다. 모터구동회로(41)는 가산기(27)로부터 입력된 전류제어값E을 PWM(pulse width modulation)신호와 전류방향신호로 분리변환하는 변환부(44), FET(field effect transistor)의 게이트를 구동하는 게이트구동회로(45), FET₁-FET₄로 이루어진 H 브리지 회로 등으로 이루어지고, FET₁과 FET₃는 H 브리지의 제1암을 나타내고, FET₂과 FET₄는 H브리지의 제2암을 나타낸다. 또 승압전원(46)은 FET₁, FET₂의 하이 사이드를 구동하는 전원이다.

PWM신호는 모터에 흐르는 전류의 크기를 결정하는 신호이고, 가산기(27)에 의해 연산된 전류제어값E의 절대값은 PWM 신호의 듀티비(FET의 게이트를 온/오프하는 시간비)를 결정하는데 사용한다. FET₁과 FET₂는 상기한 PWM신호의 듀티비에 기초하여 게이트가 온/오프되고, 모터에 흐르는 전류의 크기가 제어된다.

전류방향신호는 모터에 공급되는 전류의 방향을 나타내는 신호로서, 가산기(27)에 있어서 연산된 전류제어값E의 정부(正負) 부호에 의해 결정된다. 또 FET₃와 FET₄는 상기 전류방향신호에 기초하여 게이트가 온 또는 오프되고 (한쪽이 온이되면 다른쪽은 오프가 된다), 모터에 흐르는 전류의 방향, 즉 모터의 회전방향이 전환된다.

FET₄가 도통상태로 될 경우는 전류가 FET₁, 모터(10), FET₄, 저항R₁을 경유하여 흐르고, 모터(10)에 정방향(正方向)의 전류가 흐른다. 또 FET₃가 도통상태로 될 경우는 전류는 FET₂, 모터(10), FET₃, 저항R₂를 경유하여 흐르고, 모터(10)에 부방향(負方向)의 전류가 흐른다.

모터전류검출회로(42)는 저항 R₁의 양단에 있어서의 전압강하에 기초하여 정방향전류의 크기를 검출하고, 또 저항 R₂의 양단에 있어서의 전압강하에 기초하여 부방향전류의 크기를 검출한다. 검출된 실제의 모터전류값i은 비교기(23)에 피드백되어 입력된다(제2도참조).

다음에, 본 발명의 안정화보상기에 대해서 설명한다. 상기한 피드백제어시스템에 있어서의 개루프특성, 즉 전류지령값I으로부터, 전류지령값I에 기초하여 모터전류가 제어되고, 이것에 의해 발생한 조타보조력을 받은 스티어링기구의 검출토크T까지에 이르는 제어대상의 개루프전달특성은 제4도에 나타낸 바와같은 주파수특성을 나타내며, 스티어링기구의 공진점에 있어서 게인이 피크를 나타내고, 피크를 초월하면 게인이 급속히 감속하여 감쇠하는 것을 나타낸다. 제4도에 있어서 종축은 게인, 횡축은 제어시스템의 주파수이며, 선(a)은 실제의 제어대항의 전달특성P(s)를 나타내고, 선(b)은 제어대상의 근사보델의 전달특성Pn(S)을 나타낸다.

또, 제4도의 전달특성을 나타내는 제어대상은 조향핸들이 프리, 즉 조타토크가 발생하지 않는 상태이고, 또 타이어는 로면에 접지되지 않은 상태, 즉 로면으로부터 저항을 받지않은 상태를 설정한 것이다.

본 발명의 안정화보상기는 제4도의 선(a)와 같이 주파수특성을 나타내는 실제의 제어대상의 특성P(s)을, 선(b)와 같이 근사특성Pn(S)을 나타내는 모델로 나타내고, 그 모델에 있어서 공진점에 예리한 피크가 발생하지 않도록 한 조건을 구하여 안정화보상기를 구성하도록 한 것이다.

제4도의 주파수특성을 나타내는 제어대상에 있어서 제어범위주파수(εcont)에서 2차함수로 근사한 것이 될 수 있고, 근사모델의 특성을 Pn(s)으로 하면 실제의 제어대상의 특성P(s)은 이하의 식(1)으로 표현할 수 있다.

식중 P(s) : 실제의 제어대상의 특성

Pn(s) : 근사모델의 제어대상의 특성

Δ₁(s) : P(s)와 Pn(s)와의 특성 차(승법적표현)

식(1)에서 표현되는 실제의 제어대상의 특성P(s)은 예를들면 시스템동정(同定)수단을 이용하여 수학모델로 치환할 수 있으며, 그 결과 P(s)는 식(2)와 같이 Pn(s)와 P₁(s)의 적(積)으로 표시할 수 있다. 즉, P₁(s)은 2개의 공진시스템을 포함하는 시스템으로서 정의할 수 있다.

여기서 P₁(s)은 근사모델의 고차특성을 나타내며, 그 특성은 제어대상의 특성 Pn(s)에서 무시된다.

식(2)에서 표현되는 특성식 P(s)에 있어서의 항 P₁(s) 및 Pn(s)은 실제의 제어대상의 주파수특성곡선에 근사시킨 2차의 다항식으로 전개되고, 각각 다음 식(3), 식(4)로 정의될 수 있다.

P₁(s)를 다항식 외에 다른 식으로 표현할 수 있다. 여기서 a₁, a₂는 상기 Pn(s)을 2차의 다항식으로 전개한 경우에 결정되는 계수, d₁, d₂는 P₁(s)의 고차공진시스템의 공진주파수와 댐핑으로 결정되는 계수, Kp는 근사모델의 제어대항의 특성 Pn(s)의 게인을 실제의 제어대상의 특성P(s)의 게인으로 일치시키기 위해 설정된 임의의 계수, s는 라플라스 변환자를 표시한다.

실제의 제어대산P(s)의 특성과, 근사모델의 제어대상의 특성Pn(s)과의 특성차Δ₁(s)는 식(1),(2),(3),(4)로부터 이하의 식(5)로 표시할 수 있다.

검토를 간략하게 하기 위해 제어대상인 스티어링기구를 전달함수로 표시한 제5도의 블록도를 설명한다. 제5도에 있어서 51은 특성C(s)를 갖는 안정화보상기, 52는 조타보조지령값의 게인K을 저장하고 있는 특성 맵 메모리이고, 여기서는 검토를 간략하게 하기위해 1개의 게인이 있는 것으로 한다. 53은 제어대상의 특성P(s)이고, 부호53a는 근사모델의 특성Pn(s), 부호 53b는 차Δ₁(s)를 각각 나타낸다. 또, 50, 54는 가산기를 나타낸다.

본 발명의 안정화보상기(21)에서는 제4도에 표시한 바와같이 주파수특성을 표시하는 실제의 제어대상의 특성P(s)에 있어 그 공진시스템의 공진주파수의 피크를 제거하기 위해 역특성의 입력을 가산하는 극 제로 상쇄를 행한다.

즉, 식(4)로 표시되는 제어대상의 근사모델의 특성Pn(s)에 대하여 안정화 보상기의 특성C(s)은 식(6)으로 표현되며 식(6)의 분자는 식(4)의 분모와 같은 인수를 가지므로 피크가 제거된다. 안정화보상기(21)의 신뢰성을 확보하는 최저의 차수로서 2차 차수를 설정한다. 여기서 b₁, b₂는 제어시스템의 응답특성을 결정하는 파라메터이며, 그 결정방법은 후에 설명한다.

실제의 제어대상의 특성P(s)과 그 근사모델의 특성Pn(s)간의 차Δ₁(s)를 무시하면 제5도에 나타낸 스티어링기구를 전달함수로 표시한 제어시스템의 개루프특성G_OPEN이 제어대상의 공진을 야기하는 항이 제거되어 새롭게 다음식(7)으로 정의될 수 있다. 즉, 제어시스템의 개루프특성G_OPEN은 안정화보상기의 특성C(s)을 표시하는 식(7)은 식(4) 및 식(6)으로부터 유도되며, 안정화보상기(21)의 특성C(s)을 표시하는 식(6)의 분모에 의해 결정된다.

식중 K는 조타보조지령값의 게인을 나타낸다.

이 경우, 제어시스템의 개루프특성G_CLOSE는 다음식(8)로 표시될 수 있다.

제어시스템을 설계할 경우 제어대역의 설계사양으로 결정되는 한계주파수 ωcont에 대해서는 다음식(9)을 만족하도록 파라메터b₂를 결정하고, 또 댐핑의 설계사양으로 결정되는 댐핑계수ξ₁에 대해서는 다음식(10)을 만족하도록 파라메터b₁를 결정함으로써 설계사양을 만족하는 응답특성을 얻을 수 있다.

이상의 검토에서는 제어대상의 특성P(s)과 그 근사모델의 특성Pn(s)과의 차Δ₁(s)를 무시하지만 실제의 설계에서는 양특성의 차Δ₁(s)를 고려해야 한다. 양측성의 차Δ₁(s)의 존재에 의해 달성될 수 있는 한계주파수ωcont나 댐핑요소ξ₁는 제약을 받게 된다.

양특성의 차Δ₁(s)를 고려하면 제어시스템의 안정화를 위한 충분조건은 최소게인정리에 의해 다음식(11)으로 표시된다.

여기서 T(s)는 제5도에 나타낸 제어시스템에 의한 상보감도함수로서 다음식(12)으로 표시된다.

또 식(11)은 다음식(13)으로 표시될 수 있다.

따라서, 제어계의 안정화를 위한 충분조건은 다음식(14)으로 표시할 수 있다.

제6도는 식(14)로 표시되는 제어계의 안정화를 위한 충분조건을 설명하는 특성도이다. 제6도에 있어서, 선(a)는 식(14)의를 표시하는 것으로서, 파라메터b₁이 커지면 선(b)로 표시되도록 이동하며, 파라메터b₁가 작아지면 선(a)는 아래쪽으로 이동한다. 선(c)는 식(14)의를 표시하고, 선(d)는[식(14)에 있어서 그의 역수]를 표시한다.

제6도에 있어서를 표시하는 선(a)이를 표시하는 선(c)보다도 항상 위에 있으며 제어시스템의 안정성은 보증된다. 제6도에 있어서는을 표시하는 선(a)이를 표시하는 선(c)과 교차하는 부분이 있으며, 이와같은 경우 제어시스템은 불안정하게될 가능성이 있다. 그리고 사아기 제어대역의 설계사양의 한계주파수ωcont를 유지한 후에 제어시스템의 안정성을 얻기 위해서는 댐핑의 설계사양에 관한 파라메터b₁를 크게하여 선(b)에 표시하도록 위쪽으로 이동시키면 바람직하다.

이상의 검토에 있어서는 제어대상의 특성P(s)과 그 근사모델의 특성Pn(s) 사이의 차이Δ₁(s)에 대한 고려를 하였지만 그 밖에도 파라메터 변동에 대해서도 검토를 해야한다.

다음에, 파라메터변동에 대해서 검토한다. 변동을 받는 파라메터는 조타보조지령값의 게인K과 근사모델의 특성Pn(s)의 계수 a₁, a₂이다.

특성 맵메모리에 저장된 조타보조지령값의 게인K은 단일 게인으로서 취급되지만 실제로는 제7도에 나타낸 바와 같이 조타보조지령값의 게인K은 차속V 및 조타토크T에 따라서 비선형으로 변화한다. 즉, 제7도의 (a)는 조타보조지령값의 게인K이 단일게인의 경우를 나타내고, (b)는 차속V가 저속영역인 경우의 게인, (c)는 차속V가 중속영역인 경우의 게인, (c)는 차속V가 고속영역인 경우의 게인을 각각 나탄낸다.

조타보조지령값의 게인K의 비선형은 게인K의 변동으로 해석할 수 있으므로 조타보조지령값의 게인K는 다음식(15)으로 표시할 수 있다.

여기서 ΔK₁는 조타보조지령값K에서 그 게인K의 최소변동율, ΔK₂는 최대변동율이 된다.

조타보조지령값의 게인K의 변동의 최대값을 Δ₂(s)로 두면, Δ₂(s)는 다음식(16)으로 표시할 수 있다.

다음에, 계수 a₁, a₂에 대해서 검토한다. 지금까지의 검토에 있어서는 제어대상의 근사모델의 특성 파라메터와 실제의 제어대상의 특성파라메터는 일치하는 것으로 가정했지만 실제로는 근사모델의 특성파라메터와 실제와 제어대상의 특성파라메터는 정확히 일치하지 않는 경우가 많다. 이 오차를 Δ₃(s)라 하면 Δ₃(s)는 다음식(17)으로 표시될 수 있다. 일반적으로 오차Δ₃(s)는 사용상태의 변동에 의해서 발생하는 변동이다. 예를들면, 사람이 조향핸들을 파지함으로써 발생하는 조타시스템의 강성의 변동이 이것에 해당한다.

여기서 a₁ ^*, a₂ ^*는 실제의 제어대상의 파라메터이다.

상기 극 제로 상쇄를 행할 때 발생한 오차Δ₃(s)는 제어대상의 근사모델의 특성과 실제의 제어대상의 특성 사이에 있어서 그 코너주파수 불일치와 댐핑요소의 불일치로서 해석할 수 있다. 따라서, 식(17)은 다음식(18)로 표시할 수 있다.

여기서 ξ₁: 모델의 댐핑요소

ω₁: 모델의 코너주파수

ξ₁ ^*: 실제의 제어대상의 댐핑요소

ω₁ ^*: 실제의 제어대상의 코너주파수

다음에, 식(18)에 있어서, 실제의 제어대상의 코너주파수와 근사모델의 코너주파수 사이에 불일치가 발생할 경우 즉 ω₁ ^*≠ ω₁의 경우의 안정성을 확보하는 방법에 대해서 설명한다.

여기서 취급할 제어대상의 댐핑요소 ξ₁ ^*은 ξ₁ ^*1이다.

ξ₁은 근사적으로 ξ₁과 같고, ω₁ ^*≠ ω₁이라고 가정하면 이 가정은 일반의 전동파워스티어링기구에 있어서 성립하는 것이다.

제어대상의 근사모델의 특성과 실제의 제어대상의 특성 사이의 차Δ(s)는 다음식(19)으로 표시할 수 있다.

먼저, 제어시스템의 안정을 위한 충분조건을 식(14)로 표시하였지만 이 식(14)의에 식(19)의를 대입하면 특성 맵의 게인의 변동Δ₂(s)이나 극 제로 상쇄를 행할 경우의 제어대상의 근사모델의 특성 파라메터와 실제의 제어대상의 특성 파라메터와의 오차Δ₃를 고려한 제어시스템의 안정을 위한 충분조건을 구할 수 있다.

제8도는 상기 제어시스템 안정을 위한 충분조건을 설명하는 도면으로서 실제의 제어대상의 코너주파수와 제어대상의 근사모델의 코너주파수 사이의 불일치가 있고, ω₁ ^*≠ ω₁인 경우는 게인이 선(b)와 같이 주파수 ω₁에서 공진하여 제어시스템을 진동시키거나 불안정하게 한다. ω₁ ^*= ω₁의 경우는 게인이 선(c)와 같이 되어 안정된다. 또 선(a)는 식(14)의를 나타낸다.

본 발명에서는 제어대역의 설계사양으로서 부여된 ω₁ ^*과 ω₁의 차(ω₁ ^*- ω₁)의 크기에 따라서 제어시스템이 진동적으로 되는 것을 방지하기 위해 엄밀한 극 제로 상쇄를 제거했다. 제9도는 이 상태를 나타낸 것으로서 ω₁ ^*≠ ω₁의 경우에 있어서도 충분히 효과적인 댐핑요소 ξ₁를 설정함으로써 (ξ₁ξ₁ ^*) 주파수ω₁에서의 게인은 선(d)와 같이 되어 피크값을 억제하게된다.

이상과 같이, 본 발명의 안정화보상기(21)의 특성C(s)이 결정된다. 안정화보상기(21)의 특성C(s)을 디지탈값으로 실현하기 위해서는 공지의 이산화수단(離散化手段)을 적용함으로써 특성C(s)는 예를들면 다음식(20)으로 표시된다.

여기서, f₁, f₂, f₃, e₁, e₂는 식(2)로 표시된 실제제어대상의 특성식P(s)을 근사모델의 제어대상의 특성식Pn(s)으로 표시하고, 그것과 상기 Δ(s)에 기초하여 결정된 특성식C(s)으로 표시된 안정화보상기(21)의 계수 a₁, a₂, b₁, b₂의 값에 기초하여 결정되는 계수를 표시한다.

또, z^-1, z^-2는 데이타 샘플링에 있어서 그 각각 1개의 선행 샘플 오퍼레이터, 2개의 선행 샘플 오퍼레이터를 각각 나타낸다.

식(20)은 예를들면 조타토크T의 A/D변환값을 T(k), 안정화보상기(21)의 출력을 Tc(k)로 두면, 안정화보상기(21)의 출력Tc(k)은 다음식(21)로 표시될 수 있다.

여기서, T(k) : 데이타 샘플된 조타토크T의 A/D변환값

T(k-1) : 조타토크T(k)의 바로 1개 앞의 선행값

T(k-2) : 조타토크T(k-1)의 바로 1개 앞의 선행값

Tc(k) : 안정화보상기(21)의 출력

Tc(k-1) : 안정화보상기(21)의 출력Tc(k)의 바로 1개 앞의 선행값

Tc(k-2) : 안정화보상기(21)의 출력Tc(k-1)의 바로 1개 앞의 선행값

상기한 특성식C(s)로 표현된 특성을 갖는 안정화보상기(21)는 제2도에 표시된 전자제어회로(13)에 있어 그 CPU 내부에서 실행된 상기식(21)의 연산에 의해 실현된 기능이다. 이하, CPU 내부에 있어서 실행되는 연산을 제10도에 표시된 플로차트에 의해 설명한다.

먼저, 토크센서의 출력T을 샘플링하고(스템P1), A/D변환된 검출토크샘플값T(k)을 독입한다(스텝P2), 메모리로부터 앞에서 첫 번째 및 두 번째 선행처리된 조타토크T의 샘플값T(k-1), T(k-2) 및 안정화보상기의 출력Tc(k-1), Tc(k-2)를 독출한다(스텝P3).

상기 식(21)에 기초하여 Tc(k)를 연산하고(스텝P4), 변수Tc(k)를 Tc(k-1)에 Tc(k-1)을 Tc(k-2)에, T(k)를 T(k-1)에 T(k-1)을 T(k-2)에 갱신하여 메모리에 기입한다(스텝P5).

연산결과의 Tc(k)를 안정화보상기(21)의 출력으로서 전류지령값연산기(22)에 입력한다(스텝P6).

이상설명한 본 발명의 안정화보상기는 토크센서의 출력신호로부터 공진주파수성분을 제거하기 위해 토크센서의 후단에 삽입된 대역제거필터와 유사한 기능을 갖지만 대역제거필터는 토크센서시스템의 스프링요소, 핸들관성 및 모터관성에 의해 발생하는 공진주파수성분을 제거하고, 공진주파수성분의 게인특성을 개선하는 것을 목적으로 한다.

종래 대역필터제거필터에 대하여, 본 발명의 안정화보상기는 상기와 같이 제어대상이 공진시스템에 있어서의 공진주파수의 피크를 제거하기 위해 역특성의 입력을 가산하는 극 제로 상쇄를 행하므로 공진주파수성분의 게인특성을 개선할 뿐만 아니라 위상특성을 포함하여 보상되는 점에서 구성 및 그 기능에 있어서 전혀 상위하다.

또, 안정화보상기는 안정화보상기의 특성C(s)의 분모로 한정되는 제어시스템응답을 조절하여 조타감을 제어한다.

이와 같이, 본 발명에 의하면 조타토크를 검출하는 토크센서의 후단에 특성식C(s)으로 표현되는 특성을 안정보상기를 배치하고, 검출토크에 포함된 관성요소와 스프링요소로 이루어진 공진시스템의 공진주파수의 피크값을 제거하며, 또 제어시스템의 안정성과 응답성을 저해하는 공진주파수의 위상의 불일치를 보상하므로 간단한 구성에 의해 전동식 파워스티어링장치의 제어시스템의 안정성과 응답성을 개선할 수 있다.

이상과 같이 바람직한 실시예에 대해 설명하였지만, 본 발명의 범위는 이에 한하지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 및 다음의 특허청구의 범위를 일탈하지 않고 이 분야의 통상의 기술자에 의해 여러 가지 변경 및 변형이 가능함은 물론이다.

Claims

최소한 스티어링샤프트에서 발생한 조타토크에 따라서 연산된 전류지령값과 검출된 모터전류값의 크기로부터 연산된 전류제어값에 기초하여 스티어링기구에 조타보조력을 부여하는 모터출력을 제어하기 위한 전동파워스티어링시스템의 제어장치에 있어서, 제어장치의 안정성을 보상하는 안정화보상기가 조타토크를 검출하는 토크센서의 후단에 배치되고, 상기 안정화보상기는 전동식파워스티어링시스템에서 이용하는 관성요소와 스프링요소로 된 공진시스템의 공진주파수의 피크를 제거하도록 작용하는 동시에 제어시스템의 안정성과 응답성을 개선하도록 작용하는 다음의 특성식C(s)으로 표시되는 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 전동파워스티어링시스템의 제어장치.

식중, s : 라플라스 변환자

a₁, a₂,b₁,b₂: 공진시스템의 공진주파수에 의해 결정되는 파라메터
제1항에 있어서, 마이크로컴퓨터에 기초하는 전자제어회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동파워스티어링장치의 제어장치.
제2항에 있어서, 상기 안정화보상기는 상기 전자제어회로에서 이용되는 상기 마이크로컴퓨터에 의해 상기 특성C(s)에 기초하여 처리되는 기능수단으로 사용되는 것을 특징으로 하는 전동파워스티어링시스템의 제어장치.
제3항에 있어서, 상기 특성C(s)에 의해 표시되는 특성은 상기 전자제어회로에서 이용되는 상기 마이크로컴퓨터에 의해 다음식Tc(k)에 기초하여 연산처리되는 특성인 것을 특징으로 하는 전동파워스티어링시스템의 제어장치.

식중 T(k)는 데이타샘플링으로부터 얻은 상기 스티어링 토크T의 A/D변환값.

T(k) : 데이타 샘플된 조타토크T의 A/D변환값

T(k-1) : 조타토크T(k)의 바로 1개 앞의 선행값

T(k-2) : 조타토크T(k-1)의 바로 1개 앞의 선행값

Tc(k) : 안정화보상기(21)의 출력

Tc(k-1) : 안정화보상기(21)의 출력Tc(k)의 바로 1개 앞의 선행값

Tc(k-2) : 안정화보상기(21)의 출력Tc(k-1)의 바로 1개 앞의 선행값

f₁, f₂, f₃, e₁, e₂는 상기 공진시스템의 상기 공진주파수에 의해 결정되는 파라메터.
최소한 스티어링샤프트에서 발생한 조타토크에 따라서 연산된 전류지령값과 검출된 모터전류값의 크기로부터 연산된 전류제어값에 기초하여 스티어링기구에 보타보조력을 부여하는 모터출력을 제어하기 위한 전동파워스티어링시스템의 제어장치에 있어서, 상기 스티어링샤프트에서 발생한 조타토크를 검출하는 토크센서와, 상기 모터로 흐르는 전류를 검출하는 모터전류검출회로와, 검출된 모터전류로부터의 상기 전류제어신호값과, 최소한 상기 조타토크에 따라서 연산된 상기 전류지령신호값을 연산하는 마이크로컴퓨터에 기초한 전자제어회로를 구비하고, 상기 전자제어회로에는 상기 검출된 조타토크에 대해 상기 제어장치의 안정성을 보상하는 다음 특성식C(s)으로 표시되는 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 전동파워스티어링시스템의 제어장치.

식중, s : 라플라스 변환자

a₁, a₂,b₁,b₂: 공진시스템의 공진주파수에 의해 결정되는 파라메터.
제5항에 있어서, 상기 안정화보상기는 상기 전자제어회로에서 이용되는 상기 마이크로컴퓨터에 의해 상기식Tc(k)에 기초하여 데이타처리를 행하도록 구성된 것을 특징으로 하는 전동파워스티어링시스템의 제어장치.

식중 T(k)는 데이타샘플링으로부터 얻은 상기 스티어링 토크T의 A/D변환값

T(k) : 데이타 샘플된 조타토크T의 A/D변환값

T(k-1) : 조타토크T(k)의 바로 1개 앞의 선행값

T(k-2) : 조타토크T(k-1)의 바로 1개 앞의 선행값

Tc(k) : 안정화보상기의 출력

Tc(k-1) : 안정화보상기의 출력Tc(k)의 바로 1개 앞의 선행값

Tc(k-2) : 안정화보상기의 출력Tc(k-1)의 바로 1개 앞의 선행값

f₁, f₂, f₃, e₁, e₂는 상기 공진시스템의 상기 공진주파수에 의해 결정되는 파라메터.