KR20230095481A - 반력 모터의 구동을 제어하는 장치 및 방법 - Google Patents

반력 모터의 구동을 제어하는 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

반력 모터의 구동을 제어하는 장치 및 방법을 개시한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 스티어링 휠의 회전에 의해 상기 스티어링 휠의 회전축 방향으로 변형되는 탄성 부재와 반력 모터를 이용하여 반력을 제공하는 시스템에 포함되며, 상기 반력 모터의 구동을 제어하는 장치로서, 상기 반력 모터의 제1권선부에 연결된 제1모터 제어부; 및 상기 반력 모터의 제2권선부에 연결된 제2모터 제어부를 포함하고, 상기 제1 및 제2모터 제어부는, 상기 탄성 부재에 의해 제공되는 반력 토크, 상기 스티어링 휠의 조향각 및 상기 스티어링 휠의 조향 토크에 대응되는 브레이킹 토크가 상기 반력 모터로부터 생성되도록, 내부에 포함된 스위치들의 턴-온 또는 턴-오프를 제어하는 것을 특징으로 하는 장치가 제공된다.

Description

반력 모터의 구동을 제어하는 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING REACTION FORCE MOTOR}
본 발명은 반력 모터의 구동을 제어하는 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 리던던트(redundant) 회로 구조를 활용하여 브레이킹 토크를 생성하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 발명에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
조향 보조 시스템은 운전자가 스티어링 휠(steering wheel)을 회전시킬 때(조향 의지) 스티어링 휠의 회전에 따른 조향감을 느낄 수 있도록 주행 상황에 따른 적절한 조향감을 운전자에게 제공하는 시스템이다.
이러한 조향 보조 시스템에는 펌프를 구동시켜 발생한 유압을 이용하여 조향감을 제공하는 유압식 조향 보조 시스템 유압식(hydraulic power steering, HPS)과 모터를 구동시켜 발생한 반력을 이용하여 조향감을 제공하는 전동식 조향 보조 시스템 전동식(electronic power steering, EPS)이 있다. 이러한 반력은 스티어링 휠 및 칼럼 등을 통해 연결된 반력 모터에 의해 제공된다.
최근에는 스티어링 휠과 로드 휠(road wheel) 사이에 기계적인 연결 없이 전기적인 연결만으로 운전자의 조향 의지를 전달하는 스티어 바이 와이어(steer-by-wire, SbW) 시스템이 적용되고 있다.
SbW 시스템은 스티어링 휠의 회전(조향 의지)을 감지한 전자제어유닛(electronic control unit, ECU)의 제어에 따라 조향 모터를 작동시켜 이에 연결된 로드 휠을 제어함으로써 조향을 수행한다.
이러한 SbW 시스템은 운전자의 조향 의지를 로드 휠에 전달하여 로드 휠을 움직이는 로드 휠 액추에이터(road wheel actuator, RWA), 제어 장치 및, 스티어링 휠의 반력을 제공하는 스티어링 피드백 액추에이터(steering feedback actuator, SFA)를 포함하여 구성될 수 있다. RWA는 조향 출력 액추에이터에 해당하고, SFA는 조향 입력 액추에이터에 해당한다.
SFA는 스티어링 휠, 조향 샤프트, 반력 모터, 조향각 센서, 조향 토크 센서 등을 포함하여 구성될 수 있다. 스티어링 휠을 통해 운전자의 조향 의지가 SFA에 입력될 수 있다.
반력 모터는 제어 장치로부터 제어 신호를 입력 받아 스티어링 휠에 반력을 제공할 수 있다. 구체적으로, 반력 모터는 제어 장치로부터 제공된 제어 신호에 따라 구동되어 반력 토크를 생성할 수 있다.
제어 장치는 SFA로부터 운전자의 조향 의지에 대한 정보(조향 정보)를 입력 받고, 이에 대응되는 제어 신호를 RWA로 출력할 수 있다. 조향 정보에는 조향각, 조향 토크 등이 포함될 수 있다.
제어 장치는 로드 휠에서 발생하는 반력, 얼라인 토크의 변화, 노면의 진동 등에 대한 정보를 RWA로부터 피드백 받고, 이에 대응하는 제어 신호를 SFA로 출력할 수 있다. SFA는 제어 장치가 출력한 제어 신호에 따라 반력 모터를 구동하여 반력 토크를 생성함으로써, 운전자에게 적절한 조향감을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예는, 리던던트 회로 구조를 활용하여 브레이킹 토크를 생성함으로써, 상대적으로 큰 값의 브레이킹 토크를 제공하고, 열용량을 증가시킬 수 있으며, Fail 발생에 대해 강건한 동작을 제공할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는 데 주된 목적이 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 스티어링 휠의 회전에 의해 상기 스티어링 휠의 회전축 방향으로 변형되는 탄성 부재와 반력 모터를 이용하여 반력을 제공하는 시스템에 포함되며, 상기 반력 모터의 구동을 제어하는 장치로서, 상기 반력 모터의 제1권선부에 연결된 제1모터 제어부; 및 상기 반력 모터의 제2권선부에 연결된 제2모터 제어부를 포함하고, 상기 제1 및 제2모터 제어부는, 상기 탄성 부재에 의해 제공되는 반력 토크, 상기 스티어링 휠의 조향각 및 상기 스티어링 휠의 조향 토크에 대응되는 브레이킹 토크가 상기 반력 모터로부터 생성되도록, 내부에 포함된 스위치들의 턴-온 또는 턴-오프를 제어하는 것을 특징으로 하는 장치가 제공된다.
본 발명의 다른 일 실시예에 의하면, 스티어링 휠의 회전에 의해 상기 스티어링 휠의 회전축 방향으로 변형되는 탄성 부재와 상기 반력 모터를 이용하여 반력을 제공하는 시스템에 포함되며, 반력 모터의 구동을 제어하는 장치에서 수행되는 방법으로서, 상기 장치는,상기 반력 모터의 제1권선부에 연결된 제1모터 제어부와 상기 반력 모터의 제2권선부에 연결된 제2모터 제어부를 포함하고, 상기 스티어링 휠의 조향각 및 조향 토크를 수신하는 단계; 및 상기 조향각, 상기 조향 토크 및 상기 반력 토크에 대응되는 브레이킹 토크가 상기 반력 모터로부터 생성되도록, 내부에 포함된 스위치들의 턴-온 또는 턴-오프를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 모터와 제어 장치의 저항이 절반으로 감소하므로, 순환 전류가 증가하게 되어 더욱 증가된 브레이킹 토크를 생성할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 실시예에 의하면, 순환 전류에 의한 열이 협소한 지점에서 중복하여 발생하는 현상을 방지할 수 있으므로, 전류 부하를 감소시키고 열용량을 개선할 수 있다.
나아가, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 의하면, 시스템에 문제(fail)가 발생한 경우에도 브레이킹 토크를 생성할 수 있으므로, fail에 강건한 구조를 가질 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 반력을 제공하는 스토퍼를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 반력 모터의 구동을 제어하는 장치에 대한 예시적인 블록도이다.
도 3은 반력 모터의 구동을 제어하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4는 제1모터 제어부에 대한 예시적인 블록도이다.
도 5는 제2모터 제어부에 대한 예시적인 블록도이다.
도 6은 상 개방이 발생한 경우에 모터의 구동을 제어하는 방법을 설명하기 위한 블록도이다.
도 7은 상 개방이 발생한 경우에 모터의 구동을 제어하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 8은 상 단락이 발생한 경우에 모터의 구동을 제어하는 방법을 설명하기 위한 블록도이다.
도 9는 상 단락이 발생한 경우에 모터의 구동을 제어하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 10은 상간 단락이 발생한 경우에 모터의 구동을 제어하는 방법을 설명하기 위한 블록도이다.
도 11은 상간 단락이 발생한 경우에 모터의 구동을 제어하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 12는 듀티비 조절을 설명하기 위한 예시도이다.
도 13은 듀티비를 조절하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 14는 조타 조건과 복귀 조건을 설명하기 위한 예시도이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 '포함', '구비'한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 '…부', '모듈' 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
본 명세서를 통해 언급되는 반력 모터와 스토퍼(stopper)는 운전자의 조향 의지에 대해 반력을 제공할 수 있다. 반력 모터는 브레이킹 토크를 생성하여 반력을 제공할 수 있으며, 스토퍼는 탄성 부재의 인장/압축력과 복원력을 이용하여 반력을 제공할 수 있다. 따라서, 스토퍼와 반력 모터(반력 모터의 구동을 제어하는 장치)는 운전자의 조향 의지에 대해 반력을 제공하는 시스템을 구성할 수 있다.
스토퍼를 설명하기 위한 도면이 도 1a 및 도 1b에 나타나 있다.
도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 스토퍼는 조향 입력 액추에이터에 설치될 수 있다. 스토퍼 내부에는 리드 스크류(110), 너트(120) 및 탄성 부재(130)가 자리할 수 있다.
리드 스크류(110)는 스티어링 휠이 회전함에 따라 회전할 수 있다. 너트(120)는 리드 스크류(110)의 외경에 형성된 나사선에 장착될 수 있다. 따라서, 스티어링 휠이 회전하면 이에 따라 리드 스크류(110)가 회전하고, 리드 스크류(110)가 회전하면 나사선에 의해 너트(120)가 직선 이동할 수 있다. 즉, 너트(120)는 스티어링 휠의 회전과 연동되어 스티어링 휠의 회전 방향에 따라 회전축 방향으로 이동할 수 있다.
탄성 부재(130)는 너트(120)의 이동 경로 상에 위치하며, 이동하는 너트(120)로부터 외력을 받아 스티어링 휠의 회전에 대해 반력(인장력/압축력과 복원력)을 제공할 수 있다.
실시형태에 따라, 탄성 부재(130)는 회전축 방향을 따라 너트(120)의 좌측(도 1a 및 도 1b 기준)에 위치하는 탄성 부재(130-1)와 너트(120)의 우측(도 1a 및 도 1b 기준)에 위치하는 탄성 부재(130-2)를 포함하여 구성될 수 있다.
너트(120)가 이동하는 방향의 반대 방향으로 인장력 또는 압축력을 제공하고 복원력을 제공할 수 있다면, 본 발명의 탄성 부재(130)에 해당할 수 있다. 예를 들어 탄성 부재(130)는 스프링으로 구현될 수 있다.
차량의 조향에는 조향을 구현하는 각도에 한계가 존재하므로, 스티어링 휠은 차량이 구현할 수 있는 한계 각도까지 회전할 수 있다. 이를 위해, 너트(120)의 양 끝단에 너트(120)가 더 이상 이동하지 못하도록 하는 댐퍼(damper, 140)가 형성될 수 있다.
스티어링 휠이 한 쪽 방향으로 계속 회전하더라도 이와 연동되어 이동하는 너트(120)가 댐퍼(140)에 의해 이동이 제한되므로, 스티어링 휠의 한계 각도가 구현될 수 있다.
실시형태에 따라, 댐퍼(140)는 회전축 방향을 따라 너트(120)의 좌측(도 1a 및 도 1b 기준)에 위치하는 댐퍼(140-1)와 너트(120)의 우측(도 1a 및 도 1b 기준)에 위치하는 댐퍼(140-2)를 포함하여 구성될 수 있다.
탄성 부재(130)에 의해 너트(120)에 인장력 또는 압축력이 가해지는 경우, 이 인장력 또는 압축력이 너트(120)의 중립 위치에 도달하였을 때 소멸되지 않을 수 있다. 따라서, 이러한 경우에는 너트(120)가 중립 위치에 도달한 후에도 탄성 부재(130)에 의한 잔여 인장력 또는 잔여 압축력이 너트(120)에 계속 가해져, 너트(120)가 중립 위치를 벗어나 a 위치까지 도달하는 오버슈팅(overshooting) 현상이 발생할 수 있다.
오버슈팅 현상은 반력 모터로부터 생성된 브레이킹 토크에 의해 방지 또는 최소화될 수 있다. 구체적으로, 오버슈팅 현상은 반력 모터로부터 생성된 브레이킹 토크가 탄성 부재(130)에 의한 잔여 인장력 또는 잔여 압축력을 상쇄시킴으로써 방지 또는 최소화될 수 있다.
다만, 오버슈팅을 최소화 또는 방지하기 위해 생성된 브레이킹 토크의 크기가 과도한 경우에는 너트(120)가 b 위치에 도달하지 못하고 c 위치에 머무르는 언더 댐핑(underdamping) 현상이 발생할 수 있다.
언더 댐핑 현상은 반력 모터로부터 생성된 브레이킹 토크에 의해 방지 또는 최소화될 수 있다. 구체적으로, 언더 댐핑 현상은 반력 모터로부터 생성된 브레이킹 토크가 탄성 부재(130)의 인장력/압축력을 튜닝(tuning)함으로써 너트(120)가 b 위치에 도달하도록 작용하여 방지 또는 최소화될 수 있다.
이하에서는 반력 모터의 구동을 제어하는 장치(이하에서는 '제어 장치'라 한다)(200)에 대해 설명하도록 한다.
도 2는 제어 장치(200)에 대한 예시적인 블록도이며, 도 3은 반력 모터의 구동을 제어하는 방법(이하에서는 '제어 방법'이라 한다)을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 제어 장치(200)는 제1모터 제어부(210) 및 제2모터 제어부(220)를 포함하여 구성될 수 있다.
반력 모터(motor)는 단일 모터를 이분할하여 모터의 입력을 서로 다른 두 쌍의 다상 입력이 가능한 구조(제1권선부 및 제2권선부)로 설계된 이중 권선형 모터일 수 있다.
제1모터 제어부(210)와 제2모터 제어부(220)는 전자제어유닛(ECU)로 구현될 수 있으며, 하나 이상의 프로세서(컨트롤러), 메모리, I/O 인터페이스를 포함할 수 있다. 또한, 제1모터 제어부(210)와 제2모터 제어부(220)는 후술되는 스위치들의 턴-온 또는 턴-오프 제어를 위해 서로 통신할 수 있다.
제1모터 제어부(210)와 제2모터 제어부(220)는 조향각 센서(미도시) 및 조향 토크 센서(미도시)로부터 스티어링 휠의 조향각 및 조향 토크를 수신할 수 있다(S310).
제1모터 제어부(210)는 제1권선부(winding 1)를 통해 반력 모터에 연결될 수 있다. 또한, 제1모터 제어부(210)는 내부에 포함된 스위치들을 제어하여(S320) 반력 모터와의 사이에 형성된 전류 경로(path)를 온(on) 또는 오프(off)시킬 수 있다.
제2모터 제어부(220)는 제2권선부(winding 2)를 통해 반력 모터에 연결될 수 있다. 또한, 제2모터 제어부(220)는 내부에 포함된 스위치들을 제어하여(S320) 반력 모터와의 사이에 형성된 전류 경로를 온 또는 오프시킬 수 있다.
제1모터 제어부(210)와 제2모터 제어부(220)가 수행하는 스위치 제어를 통해 반력 모터로부터 브레이킹 토크가 생성될 수 있다. 구체적으로, 제1모터 제어부(210)와 제2모터 제어부(220)가 스위치 제어를 수행하면, 스티어링 휠의 조향각, 조향 토크 및 탄성 부재로부터 생성된 반력 토크에 대응되는 브레이킹 토크가 반력 모터로부터 생성될 수 있다.
스위치들은 제1모터 제어부(210)와 제2모터 제어부(220)의 스위치 제어를 통해 하나 이상이 턴-온 또는 턴-오프 제어될 수 있다. 예를 들어, 제1모터 제어부(210)는 내부에 포함된 3개의 스위치들(3상 각각에 연결된 3개의 스위치들) 중에서 어느 하나의 스위치, 어느 두 개의 스위치 및 스위치들 모두를 턴-온 제어할 수 있다. 또한, 제2모터 제어부(220)도 내부에 포함된 3개의 스위치들(3상 각각에 연결된 3개의 스위치들) 중에서 어느 하나의 스위치, 어느 두 개의 스위치 및 스위치들 모두를 턴-온 제어할 수 있다.
다만, 3개의 스위치들 중에서, 스위치들 모두를 턴-온 제어하여 브레이킹 토크를 생성하는 경우가, 어느 하나의 스위치를 턴-온 제어하여 브레이킹 토크를 생성하는 경우 및 어느 두 개의 스위치들을 턴-온 제어하여 브레이킹 토크를 생성하는 경우에 비해 상대적으로 작은 fluctuation이 발생하게 된다.
작은 fluctuation을 가지는 브레이킹 토크가 반력으로 작용하면, 스티어링 휠에 안정적인 반력이 작용하게 되어, 조타감이 상승될 수 있다. 따라서, 이하에서는 스위치들 모두를 턴-온 제어하여 브레이킹 토크를 생성하는 예를 중심으로 하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.
이상에서 설명된 바와 같이, 본 발명의 제어 장치(200)는 제1 및 제2모터 제어부들(210, 220) 각각이 반력 모터의 권선부들 각각에 병렬 연결되는 리던던트(redundant) 회로의 구조를 가진다.
따라서, 본 발명에 의하면, 단일의 모터 제어부가 단일 권선형 반력 모터의 권선부에 연결되는 종래의 제어 장치에 비해, 반력 모터와 제1 및 제2모터 제어부들(210, 220) 간의 Trace 저항과 스위치들의 저항이 절반으로 감소하므로, 순환 전류가 증가하게 된다. 그 결과, 본 발명에 의하면, 종래의 제어 장치에 비해, 더욱 증가된 브레이킹 토크를 생성할 수 있게 된다.
또한, 본 발명은 제1모터 제어부(210)에 의해 제어되는 전류 경로와 제2모터 제어부(220)에 의해 제어되는 전류 경로가 서로 이격되어 위치하므로, 순환 전류에 의한 열이 협소한 지점에서 중복하여 발생하는 현상을 방지할 수 있으며, 이를 통해 전류 부하를 감소시키고 열용량(즉, 구동 cycle)을 개선할 수 있다.
나아가, 본 발명은 브레이킹 토크의 생성에 복수 개의 전류 경로들 중 하나 이상을 이용할 수 있으므로, 시스템(스토퍼와 반력 모터를 이용하여 반력을 제공하는 시스템)에 문제(fail)이 발생한 경우에도, 브레이킹 토크를 생성할 수 있다. 따라서, 본 발명은 fail에 강건한 구조를 가진다.
도 4는 제1모터 제어부(210)에 대한 예시적인 블록도이며, 도 5는 제2모터 제어부(220)에 대한 예시적인 블록도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 제1모터 제어부(210)는 제1수신부(Receiver 1, 410), 제1컨트롤러(420), 제1스위치 드라이버(430) 및 제1인버터(440)를 포함하여 구성될 수 있다.
제1수신부(410)는 조향각 센서 및 조향 토크 센서로부터 스티어링 휠의 조향각 및 조향 토크를 수신할 수 있다. 또한, 제1수신부(410)는 탄성 부재에 의해 생성되는 반력 토크를 수신할 수 있다.
제1컨트롤러(420)는 조향각, 조향 토크 및 반력 토크에 대응하는 브레이킹 토크를 산출하고, 산출된 브레이킹 토크가 반력 모터에서 생성되도록 제어 신호(제1반력 제어 신호)를 출력할 수 있다.
제1스위치 드라이버(430)는 제1반력 제어 신호를 수신하고, 이에 대응되는 스위칭 동작이 수행되도록 제1인버터(440)를 제어할 수 있다. 제1인버터(440)는 제1권선부(winding 1)의 각 상(예를 들어, 제1상(U1), 제2상(V1) 및 제3상(W1))에 연결된 스위치들을 포함하여 구성될 수 있다.
스위치들은 제1스위치 드라이버(430)로부터 출력된 제1경로 제어 신호에 따라 턴-온(turn-on) 또는 턴-오프(turn-off)되어(S322) 전류 경로를 형성할 수 있다. 스위치들(SW1 내지 SW3)은 FET(field effect transistor)로 구현될 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 제2모터 제어부(220)는 제2수신부(Receiver 2, 510), 제2컨트롤러(520), 제2스위치 드라이버(530) 및 제2인버터(540)를 포함하여 구성될 수 있다.
제2수신부(510)는 조향각 센서 및 조향 토크 센서로부터 스티어링 휠의 조향각 및 조향 토크를 수신할 수 있다. 또한, 제2수신부(510)는 탄성 부재에 의해 생성되는 반력 토크를 수신할 수 있다.
제2컨트롤러(520)는 조향각, 조향 토크 및 반력 토크에 대응하는 브레이킹 토크를 산출하고, 산출된 브레이킹 토크가 반력 모터에서 생성되도록 제어 신호(제2반력 제어 신호)를 출력할 수 있다.
제2스위치 드라이버(530)는 제2반력 제어 신호를 수신하고, 이에 대응되는 스위칭 동작이 수행되도록 제2인버터(540)를 제어할 수 있다. 제2인버터(540)는 제2권선부(winding 2)의 각 상(예를 들어, 제1상(U2), 제2상(V2) 및 제3상(W2))에 연결된 스위치들을 포함하여 구성될 수 있다.
스위치들은 제2스위치 드라이버(530)로부터 출력된 제2경로 제어 신호에 따라 턴-온(turn-on) 또는 턴-오프(turn-off)되어(S322) 전류 경로를 형성할 수 있다. 스위치들(SW4 내지 SW6)은 FET(field effect transistor)로 구현될 수 있다.
이하에서는 시스템(스토퍼와 반력 모터를 이용하여 반력을 제공하는 시스템)에 fail이 발생한 경우에, 브레이킹 토크를 생성하는 방법에 대해 설명하도록 한다.
fail에는 1) 제1권선부(winding 1)의 상들과 제2권선부(winding 2)의 상들 중에서 어느 하나가 개방(open)된 경우(open fail), 2) 제1권선부(winding 1)의 상들과 제2권선부(winding 2)의 상들 중에서 어느 하나가 단락(short)된 경우(short fail 1) 및, 2) 제1권선부(winding 1)의 상들과 제2권선부(winding 2)의 상들 중에서 둘 이상이 단락된 경우(short fail 2)가 포함될 수 있다.
1) open fail이 발생한 경우에, 브레이킹 토크를 생성하는 방법을 설명하기 위한 블록도가 도 6에 나타나 있으며, 브레이킹 토크를 생성하는 방법을 설명하기 위한 순서도가 도 7에 나타나 있다.
제1모터 제어부(210)와 제2모터 제어부(220)는 open fail이 발생하였는지 여부를 판단할 수 있다(S710).
open fail이 발생하지 않은 경우에는 스위치들의 턴-온 또는 턴-오프 제어가 수행되지 않을 수 있다(S730). 이와 달리, open fail이 발생한 경우, 제1모터 제어부(210)와 제2모터 제어부(220)는 open fail이 발생한 상이 포함되어 있는 권선부의 스위치들을 턴-오프 제어하며, open fail이 발생하지 않은 상이 포함되어 있는 권선부의 스위치들을 턴-온 제어할 수 있다(S720).
open fail이 발생하지 않은 상이 포함되어 있는 권선부의 스위치들만이 턴-온 제어되므로, 전류는 open fail이 발생하지 않은 상이 포함되어 있는 권선부를 통해서만 순환하게 된다. 따라서, 브레이킹 토크는 open fail이 발생하지 않은 상이 포함되어 있는 권선부를 통해서만 생성되게 된다.
예를 들어, 도 6에 예시된 바와 같이, 제1권선부(winding 1)의 상들 중에서 어느 하나의 상(U1)이 개방된 경우, 제1스위치 드라이버(430)는 제1스위치들(SW1 내지 SW3)을 턴-오프 제어하며, 제2스위치 드라이버(530)는 제2스위치들(SW4 내지 SW6)을 턴-온 제어할 수 있다.
제2스위치들(SW4 내지 SW6)만이 턴-온되므로, 전류는 제2권선부(winding 2)를 통해서만 순환하게 되고, 제2권선부(winding 2)를 통해 순환하는 전류를 통해 브레이킹 토크가 생성되게 된다.
2) short fail 1이 발생한 경우에, 브레이킹 토크를 생성하는 방법을 설명하기 위한 블록도가 도 8에 나타나 있으며, 브레이킹 토크를 생성하는 방법을 설명하기 위한 순서도가 도 9에 나타나 있다.
제1모터 제어부(210)와 제2모터 제어부(220)는 short fail 1이 발생하였는지 여부를 판단할 수 있다(S910).
short fail 1이 발생하지 않은 경우에는 스위치들의 턴-온 또는 턴-오프 제어가 수행되지 않을 수 있다(S930). 이와 달리, short fail 1이 발생한 경우, 제1모터 제어부(210)와 제2모터 제어부(220)는 short fail 1이 발생한 상이 포함되어 있는 권선부의 스위치들을 턴-온 제어할 수 있다(S920).
전류는 short fail 1이 발생한 상이 포함되어 있는 권선부를 통해 순환되므로, 브레이킹 토크도 short fail 1이 발생한 상이 포함되어 있는 권선부를 통해서 생성되게 된다.
예를 들어, 도 8에 예시된 바와 같이, 제1권선부(winding 1)의 상들 중에서 어느 하나의 상(U1)이 단락된 경우, 제1스위치 드라이버(430)는 제1스위치들(SW1 내지 SW3)을 턴-온 제어할 수 있다.
제1스위치들(SW1 내지 SW3)이 턴-온되므로, 전류는 제1권선부(winding 1)를 통해 순환하게 되고, 제1권선부(winding 1)를 통해 순환하는 전류를 통해 브레이킹 토크가 생성되게 된다.
한편, 제1모터 제어부(210)와 제2모터 제어부(220)는 short fail 1이 발생한 상황에서 스위치 제어를 통해 반력 모터로부터 생성되는 브레이킹 토크가 미리 설정된 크기 이하인 경우(부족한 경우)에, 다른 권선부의 스위치들을 이용하여 추가적인 브레이킹 토크를 생성하도록 구성될 수 있다.
이를 위해, 제1모터 제어부(210)와 제2모터 제어부(220)는 스위칭 제어를 통해 생성되는 브레이킹 토크가 미리 설정된 크기 이하인지 여부를 판단할 수 있다(S940).
브레이킹 토크가 미리 설정된 크기를 초과하는 경우에는 스위치들의 추가적인 턴-온 제어가 수행되지 않을 수 있다(S930). 이와 달리, 브레이킹 토크가 미리 설정된 크기 이하인 경우에, 제1모터 제어부(210)와 제2모터 제어부(220)는 short fail 1이 발생하지 않은 상이 포함되어 있는 권선부의 스위치들을 턴-온 제어할 수 있다(S950).
전류는 short fail 1이 발생하지 않은 상이 포함되어 있는 권선부를 통해서도 순환되므로, 추가적인 브레이킹 토크가 short fail 1이 발생하지 않은 상이 포함되어 있는 권선부를 통해서 생성되게 된다.
예를 들어, 도 8에 예시된 바와 같이, 브레이킹 토크가 미리 설정된 크기 이하인 경우에, 제2스위치 드라이버(530)는 제2스위치들(SW4 내지 SW6)을 턴-온 제어할 수 있다.
제2스위치들(SW4 내지 SW6)이 턴-온되므로, 전류는 제2권선부(winding 2)를 통해 순환하게 되고, 제2권선부(winding 2)를 통해 순환하는 전류를 통해 추가적인 브레이킹 토크가 생성되게 된다.
3) short fail 2가 발생한 경우에, 브레이킹 토크를 생성하는 방법을 설명하기 위한 블록도가 도 10에 나타나 있으며, 브레이킹 토크를 생성하는 방법을 설명하기 위한 순서도가 도 11에 나타나 있다.
제1모터 제어부(210)와 제2모터 제어부(220)는 short fail 2가 발생하였는지 여부를 판단할 수 있다(S1110).
short fail 2가 발생하지 않은 경우에는 스위치들의 턴-온 또는 턴-오프 제어가 수행되지 않을 수 있다(S1130). 이와 달리, short fail 2가 발생한 경우, 제1모터 제어부(210)와 제2모터 제어부(220)는 short fail 2가 발생한 상이 포함되어 있는 권선부의 스위치들을 턴-온 제어할 수 있다(S1120).
전류는 short fail 2가 발생한 상이 포함되어 있는 권선부를 통해 순환되므로, 브레이킹 토크도 short fail 2가 발생한 상이 포함되어 있는 권선부를 통해서 생성되게 된다.
예를 들어, 도 10에 예시된 바와 같이, 제1권선부(winding 1)의 상들 중에서 어느 두 개의 상(U1 및 V1)이 단락된 경우, 제1스위치 드라이버(430)는 제1스위치들(SW1 내지 SW3)을 턴-온 제어할 수 있다.
제1스위치들(SW1 내지 SW3)이 턴-온되므로, 전류는 제1권선부(winding 1)를 통해 순환하게 되고, 제1권선부(winding 1)를 통해 순환하는 전류를 통해 브레이킹 토크가 생성되게 된다.
한편, 제1모터 제어부(210)와 제2모터 제어부(220)는 short fail 2가 발생한 상황에서 스위치 제어를 통해 반력 모터로부터 생성되는 브레이킹 토크가 미리 설정된 크기 이하인 경우(부족한 경우)에, 다른 권선부의 스위치들을 이용하여 추가적인 브레이킹 토크를 생성하도록 구성될 수 있다.
이를 위해, 제1모터 제어부(210)와 제2모터 제어부(220)는 스위칭 제어를 통해 생성되는 브레이킹 토크가 미리 설정된 크기 이하인지 여부를 판단할 수 있다(S1140).
브레이킹 토크가 미리 설정된 크기를 초과하는 경우에는 스위치들의 추가적인 턴-온 제어가 수행되지 않을 수 있다(S1130). 이와 달리, 브레이킹 토크가 미리 설정된 크기 이하인 경우에, 제1모터 제어부(210)와 제2모터 제어부(220)는 short fail 2가 발생하지 않은 상이 포함되어 있는 권선부의 스위치들을 턴-온 제어할 수 있다(S1150).
전류는 short fail 2가 발생하지 않은 상이 포함되어 있는 권선부를 통해서도 순환되므로, 추가적인 브레이킹 토크는 short fail 2가 발생하지 않은 상이 포함되어 있는 권선부를 통해서 생성되게 된다.
예를 들어, 도 10에 예시된 바와 같이, 브레이킹 토크가 미리 설정된 크기 이하인 경우에, 제2스위치 드라이버(530)는 제2스위치들(SW4 내지 SW6)을 턴-온 제어할 수 있다.
제2스위치들(SW4 내지 SW6)이 턴-온되므로, 전류는 제2권선부(winding 2)를 통해 순환하게 되고, 제2권선부(winding 2)를 통해 순환하는 전류를 통해 추가적인 브레이킹 토크가 생성되게 된다.
이하에서는 스위치들이 듀티비(duty ratio)를 조정하여 브레이킹 토크를 생성하는 방법에 대해 설명하도록 한다.
듀티비 조절에 대한 일 예를 설명하기 위한 예시도가 도 12에 나타나 있으며, 듀티비를 조절하는 방법을 설명하기 위한 순서도가 도 13에 나타나 있고, 조타 조건과 복귀 조건을 설명하기 위한 예시도가 도 14에 나타나 있다.
제1수신부(310) 및 제2수신부(510)는 차속 센서로부터 차량의 속도를 더 수신할 수 있다(도 3 및 도 5).
제1모터 제어부(210)와 제2모터 제어부(220)는 차량의 속도에 기반하여 반력 모터의 듀티비를 조정할 수 있다(S1310). 즉, 제1모터 제어부(210)와 제2모터 제어부(220)는 차량의 속도가 증가할수록 스위치들의 듀티비를 증가시키며, 차량의 속도가 감소할수록 스위치들의 듀티비를 감소시킬 수 있다(S1312). 또한, 제1모터 제어부(210)와 제2모터 제어부(220)는 조정된 듀티비에 따라 스위치들의 턴-온 또는 턴-오프를 제어할 수 있다(S1320).
도 12를 참조하면, 제1모터 제어부(210)와 제2모터 제어부(220)는 차량의 속도가 미리 정해진 속도를 초과하는 경우에(V > V0) 미리 정해진 속도에 설정된 듀티비보다 더 높은 듀티비로 조정할 수 있다. 이 경우, 반력 모터로부터 상대적으로 더 큰 브레이킹 토크가 생성될 수 있다.
반대로, 제1모터 제어부(210)와 제2모터 제어부(220)는 차량의 속도가 미리 정해진 속도 미만인 경우에(V < V0) 미리 정해진 속도에 설정된 듀티비보다 더 낮은 듀티비로 조정할 수 있다. 이 경우, 반력 모터로부터 상대적으로 더 작은 브레이킹 토크가 생성될 수 있다.
한편, 제1모터 제어부(210)와 제2모터 제어부(220)는 조향각 및 조향 토크를 기초로 스티어링 휠의 조타 여부를 판단하고, 판단된 스티어링 휠의 조타 여부를 기초로 브레이킹 토크를 생성할 수 있다.
도 14을 참조하면, 일반적으로 조타 조건은 랙의 양끝단으로 이동하도록 스티어링 휠을 제어하는 것을 의미할 수 있다. 즉, 조타 조건은 스티어링 휠의 조향각의 절대값이 커지는 방향으로 이동하는 것일 수 있다.
이와는 반대로, 복귀 조건은 랙의 중간으로 이동하도록 스티어링 휠을 제어하는 것을 의미할 수 있다. 즉, 복귀 조건은 스티어링 휠의 조향각의 절대 값이 작아지는 방향으로 이동하는 것일 수 있다.
스티어링 휠의 조향각이 커질수록(또는, 조향각이 0 미만인 경우에는 작아질수록) 스티어링 휠의 제어에 요구되는 조향 토크도 커지기 때문에, 조향각이 0으로 회귀하는 상황에서는 조향 토크 값이 작거나 없을 수가 있다.
이를 고려하면, 제1모터 제어부(210)와 제2모터 제어부(220)는 조향각이 변화하고, 조향 토크 값이 감지되는 경우를 조타 조건으로 판단할 수 있고, 조향각이 변화하고, 조향 토크 값이 감지되지 않는 경우를 복귀 조건으로 판단할 수 있다.
이 경우, 제1모터 제어부(210)와 제2모터 제어부(220)는 조타 조건일 때 상대적으로 작은 값의 브레이킹 토크를 생성하거나 브레이킹 토크를 생성하지 않을 수 있고, 복귀 조건일 때 브레이킹 토크를 생성할 수 있다.
실시형태를 달리하여, 제1모터 제어부(210)와 제2모터 제어부(220)는 조향각 및 조향 각속도를 기초로 스티어링 휠의 조타 여부를 판단할 수 있고, 스티어링 휠의 조타 여부에 따라 브레이킹 토크를 생성할 수 있다.
스티어링 휠이 스티어링 휠의 중립을 기준으로 시계 방향인 조향각에 위치하고 조향 각속도가 시계방향인 경우 및, 스티어링 휠이 반시계 방향인 조향각에 위치하고 조향 각속도가 반시계방향인 경우에, 제1모터 제어부(210)와 제2모터 제어부(220)는 조타 조건이라고 판단할 수 있다.
그리고, 조타 조건에서 차량의 속도가 미리 설정된 속도보다 낮은 경우라고 판단되는 경우, 제1모터 제어부(210)와 제2모터 제어부(220)는 브레이킹 토크를 생성하지 않을 수 있다. 또한, 조타 조건에서 차량의 속도가 미리 설정된 속도보다 높은 경우, 제1모터 제어부(210)와 제2모터 제어부(220)는 브레이킹 토크를 생성할 수 있다.
스티어링 휠이 스티어링 휠의 중립을 기준으로 시계 방향인 조향각에 위치하고 조향 각속도가 반시계방향인 경우 및, 스티어링 휠이 반시계 방향인 조향각에 위치하고 조향 각속도가 시계방향인 경우에, 제1모터 제어부(210)와 제2모터 제어부(220)는 복귀 조건이라고 판단할 수 있다.
그리고, 복귀 조건에서 차량의 속도가 미리 설정된 속도보다 낮은 경우, 제1모터 제어부(210)와 제2모터 제어부(220)는 브레이킹 토크를 생성하되, 듀티비를 미리 설정된 속도에 대응되는 듀티비보다 낮게 조정할 수 있다. 즉, 제1모터 제어부(210)와 제2모터 제어부(220)는 차량의 낮은 속도에 대응되는 듀티비로 조정할 수 있다.
반대로, 복귀 조건에서 차량의 속도가 미리 설정된 속도보다 높은 경우, 제1모터 제어부(210)와 제2모터 제어부(220)는 브레이킹 토크를 생성하되, 전술한 속도에 대응되는 듀티비로 설정할 수 있다.
도 3, 도 7, 도 9, 도 12 및 도 13에서는 각 과정들이 순차적으로 실행되는 것으로 기재하고 있으나, 이는 본 발명의 일 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것이다. 다시 말해, 본 발명의 일 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 일 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 도 3, 도 7, 도 9, 도 12 및 도 13에 기재된 순서를 변경하여 실행하거나 각 과정들 중 하나 이상의 과정을 병렬적으로 실행하는 것으로 다양하게 수정 및 변형하여 적용 가능할 것이다. 따라서, 도 3, 도 7, 도 9, 도 12 및 도 13은 시계열적인 순서로 한정되는 것은 아니다.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
110: 리드 스크류 120: 너트
130: 탄성 부재 140: 댐퍼
440: 제1인버터 540: 제2인버터

Claims (20)

  1. 스티어링 휠의 회전에 의해 상기 스티어링 휠의 회전축 방향으로 변형되는 탄성 부재와 반력 모터를 이용하여 반력을 제공하는 시스템에 포함되며, 상기 반력 모터의 구동을 제어하는 장치로서,
    상기 반력 모터의 제1권선부에 연결된 제1모터 제어부; 및
    상기 반력 모터의 제2권선부에 연결된 제2모터 제어부를 포함하고,
    상기 제1 및 제2모터 제어부는,
    상기 탄성 부재에 의해 제공되는 반력 토크, 상기 스티어링 휠의 조향각 및 상기 스티어링 휠의 조향 토크에 대응되는 브레이킹 토크가 상기 반력 모터로부터 생성되도록, 내부에 포함된 스위치들의 턴-온 또는 턴-오프를 제어하는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1모터 제어부는,
    제1컨트롤러;
    제1스위치 드라이버; 및
    상기 제1권선부의 각 상에 연결된 제1스위치들을 포함하는 제1인버터를 포함하고,
    상기 제1스위치 드라이버는,
    상기 제1컨트롤러로부터 출력된 제어신호에 따라, 상기 제1스위치들의 턴-온 또는 턴-오프를 제어하는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2모터 제어부는,
    제2컨트롤러;
    제2스위치 드라이버; 및
    상기 제2권선부의 각 상에 연결된 제2스위치들을 포함하는 제2인버터를 포함하고,
    상기 제2스위치 드라이버는,
    상기 제2컨트롤러로부터 출력된 제어신호에 따라, 상기 제2스위치들의 턴-온 또는 턴-오프를 제어하는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1권선부의 상들 중에서 어느 하나의 상이 개방된 경우에,
    상기 제1스위치 드라이버는,
    상기 제1스위치들을 턴-오프 제어하며,
    상기 제2스위치 드라이버는,
    상기 제2스위치들을 턴-온 제어하는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제1권선부의 상들 중에서 어느 하나의 상이 단락된 경우에,
    상기 제1스위치 드라이버는,
    상기 제1스위치들을 턴-온 제어하는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2스위치 드라이버는,
    상기 반력 모터로부터 발생하는 브레이킹 토크의 크기가 미리 설정된 크기 이하인 경우에, 상기 제2스위치들을 턴-온 제어하는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 제1권선부에 상간 단락이 발생한 경우에,
    상기 제1스위치 드라이버는,
    상기 제1스위치 드라이버는,
    상기 제1스위치들을 턴-온 제어하는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2스위치 드라이버는,
    상기 반력 모터로부터 발생하는 브레이킹 토크의 크기가 미리 설정된 크기 이하인 경우에, 상기 제2스위치들을 턴-온 제어하는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 모터 제어부는,
    차량의 속도에 기반하여, 상기 스위치들의 듀티비(duty ratio)를 조정하는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 모터 제어부는,
    상기 속도가 증가할수록 상기 스위치들의 듀티비를 증가시키는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 스티어링 휠의 회전에 의해 상기 스티어링 휠의 회전축 방향으로 변형되는 탄성 부재와 상기 반력 모터를 이용하여 반력을 제공하는 시스템에 포함되며, 반력 모터의 구동을 제어하는 장치에서 수행되는 방법으로서,
    상기 장치는,
    상기 반력 모터의 제1권선부에 연결된 제1모터 제어부와 상기 반력 모터의 제2권선부에 연결된 제2모터 제어부를 포함하고,
    상기 스티어링 휠의 조향각 및 조향 토크를 수신하는 단계; 및
    상기 조향각, 상기 조향 토크 및 상기 반력 토크에 대응되는 브레이킹 토크가 상기 반력 모터로부터 생성되도록, 내부에 포함된 스위치들의 턴-온 또는 턴-오프를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1모터 제어부는 제1컨트롤러, 제1스위치 드라이버 및, 상기 제1권선부의 각 상에 연결된 제1스위치들을 포함하는 제1인버터를 포함하고,
    상기 제어하는 단계는,
    상기 제1스위치 드라이버가 상기 제1컨트롤러로부터 출력된 제어신호에 따라 상기 제1스위치들의 턴-온 또는 턴-오프를 제어하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제2모터 제어부는 제2컨트롤러, 제2스위치 드라이버 및, 상기 제2권선부의 각 상에 연결된 제2스위치들을 포함하는 제2인버터를 포함하고,
    상기 제어하는 단계는,
    상기 제2스위치 드라이버가 상기 제2컨트롤러로부터 출력된 제어신호에 따라 상기 제2스위치들의 턴-온 또는 턴-오프를 제어하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제어하는 단계는,
    상기 제1권선부의 상들 중에서 어느 하나의 상이 개방된 경우에, 상기 제1스위치 드라이버가 상기 제1스위치들을 턴-오프 제어하며, 상기 제2스위치 드라이버가 상기 제2스위치들을 턴-온 제어하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 제어하는 단계는,
    상기 제1권선부의 상들 중에서 어느 하나의 상이 단락된 경우에, 상기 제1스위치 드라이버가 상기 제1스위치들을 턴-온 제어하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제어하는 단계는,
    상기 반력 모터로부터 발생하는 브레이킹 토크의 크기가 미리 설정된 크기 이하인 경우에, 상기 제2스위치 드라이버가 상기 제2스위치들을 턴-온 제어하는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 제어하는 단계는,
    상기 제1권선부에 상간 단락이 발생한 경우에, 상기 제1스위치 드라이버가 상기 제1스위치들을 턴-온 제어하는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제어하는 단계는,
    상기 반력 모터로부터 발생하는 브레이킹 토크의 크기가 미리 설정된 크기 이하인 경우에, 상기 제2스위치 드라이버가 상기 제2스위치들을 턴-온 제어하는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제11항에 있어서,
    상기 제어하는 단계는,
    차량의 속도에 기반하여 상기 스위치들의 듀티비(duty ratio)를 조정하는 단계; 및
    상기 조정된 듀티비에 따라 상기 스위치들의 턴-온 또는 턴-오프를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 조정하는 단계는,
    상기 속도가 증가할수록 상기 스위치들의 듀티비를 증가시키는 것을 특징으로 하는 방법.
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