차선유지보조시스템을위한표면부착형영구자석전동기특성 정경태 1) 김유식 2) 홍정표 1) 이근호 3) 한양대학교자동차공학과 1) 현대자동차구동계개발팀 2) 국민대학교자동차공학전문대학원 3) Caacteistics of Sufaced Pemanent-Magnet Synconous Moto fo Lane keeping Suppot System Kyungtae Jung 1) Yusik Kim 2) Jungpyo Hong 1) Geuno Lee 3) 1) Depatment of Automotive Engineeing, Hanyang Univesity, 17 Haengdang-dong, Seongdong-gu, SEOUL 133-791, KOREA 2) Hyundai Kia Motos Namyang Institute, Jangdeok-dong, Hwaseong-si, Gyeonggi-do, SEOUL 445-706, KOREA 3) Gaduate scool of Automotive Engineeing, Kookmin Univesity, 861-1 Jeongneung-dong, Seongbuk-gu, Seoul 136-702, KOREA Abstact : As a development of tecnology, LKAS wic uses an EPS moto came to use in ecent. Automotive contol systems ae complex systems involving given muc weigt on te system, te complexity of multidisciplinay knowledge. Accoding to te glowing numbe automotive contol system is apidly inceasing. of advanced electical components like LKAS, te complexity is apidly inceasing. By simulation effect of moto toque assist toug electic powe steeing evealed effective, and moto model ae poved easonable toug compaison wit eal moto expeimental datum. Key wods : Lane Keeping Suppot System( 차선유지보조장치 ), Steeing Toque( 조향토크 ), C-EPS( 컬럼타입전동조향장치 ), SPM moto( 표면부착형영구자석전동기 ) Nomenclatue J : steeing column moment of inetia B : steeing column viscous damping K : steeing column stiffness M : B : : K : x mass of te ack viscous damping of te ack steeing column pinion adius tie sping ate J : moto moment of inetia m 1. 서론 지능형차량은기존기계공학중심의자동차기술에전자 통신 제어등의다양한기술을바탕으로하는능동안전도차량기술로서운전자의주행안전성과편의성을극대화시킨첨단안전차량을일컫는다. 이러한지능형차량의기능중 LKAS(Lane Keeping Assistance System) 은차량이차선을유지할수있도록보조해주는시스템으로서차선이탈경보나능동조향을통해운전자의안전을도모하거나조향휠에보조토크를제공해주어보다쾌적한운전환경을조성하는데목적이있다. 이러한지능형차량의구현에의해서사고가발생하였을때상해를최소화하려는수동안전개념의현재차량에서능동적으로차량자세를분석하여운전자의운전조작을적절하게보조할수있는능동안전개념의차량이구현도될수있다. 능동안전차량기술의진보에따라다양한형태의첨단안전 1

차량이개발 양산되고있다. LKAS의동력으로는환경친화적이고효율적인 EPS(Electic Powe Steeing) 사용되고있다. EPS는전동기를이용하여운전자의조향력을보조해주는역할을하며, 영구자석동기전동기가많이사용되고있다. 영구자석형동기전동기는효율및에너지밀도를높일수있어, 공간의제약이크고고성능을요구하는차량분야에적용시키기용이하다. LKAS는안전성을위해서는 EPS 전동기의빠른응답성이요구됨은당연하지만, 현재까지 EPS 전동기의연구는코깅토크, 토크리플, 진동, 소음, 제어이론으로국한되어있다. 본논문에서는특성이다른두전동기를 LKAS 시뮬레이터를이용하여응답성을분석하였다. 전동기단품실험을구성하여, 응답성에영향을주는인자를검증하였다. Fig. 1 Block Diagam of EPS wit PMSM dive system Fig. 2 Simple desciption of EPS mecanism 2. 시스템구성 2.1 EPS 기계시스템모델링 Fig.1와 Fig.2 는차량에탑재된 CEPS 시스템을나타내었다. J B K ( ) T (1) p J B T K ( ) T N (2) p p p p p p l T M x B x F J B T T (4) p t (3) m m m m l e 식 (3), (4) 를 p 에대하여정리하고, 식 (2) 에대입하면 2 2 2 2 ( Jp M NJm) p ( Bp B NBm) p K( p) Te Ft J ep p B ep p K ( p) Te Ft 타이어부하를식 (5) 와같이가정하면 Ft Bx x Kxx (5) 최종적으로식 (6) 으로정리할수있다. 2 2 2 2 2 ( Jp M N Jm) p ( Bp ( B Bx) N Bm) p Kx p(6) K ( ) T F p e t Fig. 3. EPS mecanism model incopoated wit PMSM mecanical pat 식 (6) 을이용하여 EPS 기계시스템을모델링하면 Fig.3 과같다 2.2 EPS 전동기모델링 SPM 동기전동기 d-q 전압방정식은다음과같다. s s d s j vdq i s dq Ls idq j me (7) dt 식 7을이용하여모델링하면 Fig 4. 와같다. 2

25 20 Moto A Moto B Pase Cuent [A] 15 10 5 Fig. 4 Block Diagam of SPM moto 제어기구성은 PI 제어기를모델링하였고, 제어게인 은 Zelo-pole cancellation으로인덕턴스와저항을이용하여 산정하였다 (Cutoff fequency 3000ad/s). 2.3 LKAS 시스템시뮬레이션 Table 1 Simulation Paamete of Moto Moto A Moto B Back EMF constant [V/ad/s] 0.0526 0.0559 Pase Inductance [mh] 0.098 0.136 Pase esistance [mω] 6.1 15.4 Fig. 5 Input Cuent Toque [Nm] 0 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 Fig. 6 Simulation esult(toque) Moto A 0.0 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 Moto B Table 2 Simulation Paamete of LKAS system 100 Moto A Moto B Symbol Value [units] Symbol Value [units] J 0.04kg m 2 0.007m B 0.072N m/(ad/s) K x 43000N m/m K 115N m/ad J m 0.0004 kg m 2 Steeing Angle [deg] 80 60 40 20 M 32kg N 20.5 B 3820N/(m/s) Table 1 과 Table 2를구성된시뮬레이션조건이다. LKAS에는운전자의입력토크는없다는가정하에동일한전류를 Fig. 5와같이입력하였다. 0 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 Fig. 7 Simulation esult(steeing Angle) 시뮬레이션결과 Fig.6, Fig 7과같다. 동일전류조건에서 Moto B가 Moto A 비교할때토크가 6.2% 큰것을확인할수있다. 조향각은최종적으로 7.2% 차이가났다. 3

2.4 모터단품부하시속도응답시험 Refeences Fig. 8 Test Jig of a Moto Fig. 8 은모터단품부하시속도응답실험을위한구성을나타내었다. 파우더브레이크에서는일정부하를모터에인가하고, 인버터로모터에전류를스텝으로인가하여, 과도상태의전동기속도를측정하도록한다. Fig. 9 는시험결과를나타내었다. Speed [RPM] 2000 1800 Moto A Moto B 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 1) J. Y. Lee, S. H. Lee, G. H. Lee, J. P. Hong, J. Hu, "Detemination of paametes consideing Magnetic Nonlineaity in an Inteio Pemanent Magnet Synconous Moto" IEEE Tans. Magn.,vol. 42, no 4, pp.1303-1306, Apil 2006 2) J.R.Hendesot J and TJE Mille, Design of Busless Pemanent-Magnet Motos, 1994 3) Wootaik Lee, Jung-Pyo Hong, "Object oiented modeling of an Inteio Pemanent Magnet Synconous Moto Dives fo Dynamic Simulation of Veicula Populsion", IEEE Veicle Powe and Populsion Confeence, pape No. SNO-blO9x, 2006. 4) Jeongjong Lee, Soono Kwon, Byeongwa Lee, Jungpyo Hong, "Cogging Toque analysis of te PMSM fo EPS Consideing magnetic anisotopy of Electical Steel", Te Koean Society of Automotive enginees, Annual Confeence, 2330~2334, 2008 Fig. 9 Test Result 3. 결론 LKAS 시뮬레이터를구성을하고, 특성이다른전동기두대를이용하여응답성을시뮬레이션하였다. 응답성에영향이있는파라미터를검증하기위하여모터단품실험을수행하였다.. 1) LKAS 시뮬레이터를이용하여전동기파라미터를바꾸어가며응답성의경향을파악할수있다. 2) 시스템의응답성에지배적인모터파라미터는역기전력상수 ( 토크상수 ) 이다. 4