KR100482091B1 - An simulator for tuning control logic of a steer-by-wire system - Google Patents
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Abstract
본 발명은 스티어 바이 와이어 시스템의 제어로직 튜닝용 시험장치에 관한 것으로, 스티어링휠에 반력 토오크를 주기 위한 스티어링휠 모터와, 랙바를 이동시켜서 전륜 조타각을 생성하기 위한 랙구동모터와, 상기 랙바에 조타반력을 주기 위한 레버구동모터와, 상기 레버구동모터에 의해 작동하여 상기 랙바에 조타반력을 주는 레버어셈블리와, 운전자의 스티어링휠 조작에 따라 조타각 신호를 출력하는 엔코더와, 퍼스널 컴퓨터를 통해 입력된 차종 및 스티어 바이 와이어 제어 알고리즘을 바탕으로 상기 조타각 신호에 따라 반력토오크, 전륜조타각, 조타반력을 계산하여 출력하는 디지털신호프로세서와, 상기 반력토오크, 전륜조타각, 조타반력에 따라 상기 스티어링휠모터와, 랙구동모터, 레버구동모터를 작동시키는 모터제어기를 포함하여 구성되어, 실차와 같은 다양한 주행상황에서의 시뮬레이션을 통해 제어로직을 튜닝할 수 있도록 함으로써, 운전자가 원하는 조향감을 가지도록 함과 더불어 차량의 조종 안정성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.The present invention relates to a test device for control logic tuning of a steer-by-wire system, comprising: a steering wheel motor for giving a reaction torque to a steering wheel, a rack driving motor for moving a rack bar to generate a front wheel steering angle, and the rack bar. A lever drive motor for giving a steering reaction, a lever assembly that is operated by the lever driving motor to give a steering reaction to the rack bar, an encoder for outputting a steering angle signal according to the driver's steering wheel operation, and an input through a personal computer A digital signal processor that calculates and outputs a reaction torque, a front wheel steering angle, and a steering reaction force based on the steering angle signal based on the vehicle model and the steering-by-wire control algorithm, and the steering according to the reaction torque, front wheel steering angle, and steering reaction force. Consists of wheel motor, rack drive motor and motor controller to operate lever drive motor Well, there is an effect that, by the operator through the simulation of the actual vehicle in various driving conditions, such as to tune the control logic can improve the handling and stability of the vehicle with the box so as to have a desired steering feeling.
Description
본 발명은 스티어 바이 와이어 시스템의 제어로직 튜닝용 시험장치에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 실차와 같은 다양한 주행상황에서의 시뮬레이션을 통해 제어로직을 튜닝할 수 있도록 하는 시험장치에 관한 것이다.The present invention relates to a test apparatus for tuning control logic of a steer-by-wire system, and more particularly, to a test apparatus for tuning control logic through simulation in various driving situations such as a real vehicle.
일반적으로, 스티어 바이 와이어 시스템(Steer-By-Wire System)은 기존의 스티어링휠과 전륜 사이에 연결되어 있는 기계적인 장치들을 없애고, 모터 등의 액추에이터를 와이어로 연결하여 동작하는 시스템이다.In general, a steer-by-wire system eliminates the mechanical devices connected between the steering wheel and the front wheels and operates by connecting an actuator such as a motor with a wire.
이 시스템의 특징으로는 기존의 스티어링장치에 비해 부품의 감소, 차량무게의 감소등으로 비용절감 효과가 있으며, 또한 조향 컬럼이 제거됨에 따라 차량의 정면 충돌시에 운전자가 조향 컬럼에 부딪혀 큰 부상을 당하는 위험을 줄일 수 있다.The system features cost savings such as reduced parts and reduced vehicle weight compared to conventional steering systems. Also, as the steering column is removed, the driver collides with the steering column during a frontal collision of the vehicle. You can reduce your risk.
그러나, 상기와 같은 스티어 바이 와이어 시스템에서 조타를 제어하기 위한 제어로직이 차량마다 다를 뿐만 아니라, 최적의 상태로 튜닝하는데 많은 반복적인 실험과 노력이 수반되어야 하므로 그에 따른 시간과 비용이 많이 소요되는 문제점이 있었다.However, not only does the control logic for steering control in such a steer-by-wire system differ from vehicle to vehicle, but also requires a lot of repetitive experiments and efforts to tune to an optimal state, which requires a lot of time and cost. There was this.
이에, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 제 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 실차와 같은 다양한 주행상황에서의 시뮬레이션을 통해 제어로직을 튜닝할 수 있도록 함으로써, 운전자가 원하는 조향감을 가지도록 함과 더불어 차량의 조종 안정성을 향상시킬 수 있는 스티어 바이 와이어 시스템의 제어로직 튜닝용 시험장치를 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, by allowing the control logic to be tuned through simulation in various driving situations such as a real vehicle, so that the driver has a desired steering feeling. In addition, it is an object of the present invention to provide a test device for control logic tuning of a steer-by-wire system that can improve steering stability of a vehicle.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 스티어 바이 와이어 시스템의 튜닝장치는, 스티어링휠에 반력 토오크를 주기 위한 스티어링휠 모터와, 랙바를 이동시켜서 전륜 조타각을 생성하기 위한 랙구동모터와, 상기 랙바에 조타반력을 주기 위한 레버구동모터와, 상기 레버구동모터에 의해 작동하여 상기 랙바에 조타반력을 주는 레버어셈블리와, 운전자의 스티어링휠 조작에 따라 조타각 신호를 출력하는 엔코더와, 퍼스널 컴퓨터를 통해 입력된 차종 및 스티어 바이 와이어 제어 알고리즘을 바탕으로 상기 상기 조타각 신호에 따라 반력토오크, 전륜조타각, 조타반력을 계산하여 출력하는 디지털신호프로세서와, 상기 반력토오크, 전륜조타각, 조타반력에 따라 상기 스티어링휠모터와, 랙구동모터, 레버구동모터를 작동시키는 모터제어기를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.The tuning device of the steer-by-wire system according to the present invention for achieving the above object, a steering wheel motor for giving a reaction torque to the steering wheel, and a rack drive motor for generating a front wheel steering angle by moving the rack bar; A lever drive motor for applying steering reaction to the rack bar, a lever assembly actuated by the lever driving motor to give the rack bar steering force, an encoder for outputting a steering angle signal according to a driver's steering wheel operation, and a personal A digital signal processor that calculates and outputs a reaction torque, front wheel steering angle, and steering reaction force based on the steering angle signal based on a vehicle model and a steer-by-wire control algorithm input through a computer, and the reaction torque, front wheel steering angle, steering Motor control to operate the steering wheel motor, rack drive motor, lever drive motor according to the reaction force Characterized in that it comprises a group.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 와이어 시스템의 제어로직 튜닝용 시험장치의 구성도이다. 상기 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 시험장치는, 스티어링휠(10)과 엔코더(12), 스티어링휠 모터(14), 랙구동모터(20), 랙바(22), 타이로드(24), 위치센서(26), 레버구동모터(30), 레버(32), 힌지축(34), 위치센서(36), 모터제어기(40), 디지털신호프로세서(50), 퍼스널 컴퓨터(60)를 포함하여 구성되어 있다.1 is a block diagram of a test logic for control logic tuning of a wire system according to the present invention. As shown in FIG. 1, the test apparatus according to the present invention includes a steering wheel 10, an encoder 12, a steering wheel motor 14, a rack driving motor 20, a rack bar 22, a tie rod ( 24, position sensor 26, lever drive motor 30, lever 32, hinge shaft 34, position sensor 36, motor controller 40, digital signal processor 50, personal computer 60 ) Is configured to include.
상기 엔코더(12)는 운전자의 스티어링휠 조작에 따라 조타각 신호를 출력하도록 되어 있고, 상기 스티어링휠모터(14)는 상기 모터제어기(40)의 제어에 따라 스티어링휠에 반력 토오크를 주도록 되어 있다.The encoder 12 is configured to output a steering angle signal according to the driver's steering wheel operation, and the steering wheel motor 14 is configured to give a reaction force to the steering wheel under the control of the motor controller 40.
상기 랙구동모터(20)는 상기 모터제어기(40)의 제어에 따라 랙바(22)를 직선 이동시켜서 전륜 조타각을 생성하도록 되어 있다.The rack drive motor 20 is configured to generate a front wheel steering angle by linearly moving the rack bar 22 according to the control of the motor controller 40.
상기 레버구동모터(30)는 상기 모터제어기(40)의 제어에 따라 레버 어셈블리(32, 34)를 구동시켜서, 상기 레버에셈블리(32, 34)가 상기 랙바(22)에 조타반력을 주도록 한다.The lever driving motor 30 drives the lever assemblies 32 and 34 under the control of the motor controller 40 so that the lever assemblies 32 and 34 exert a steering reaction on the rack bar 22. .
상기 레버 어셈블리(32, 34)는, 레버(32)와, 상기 레버(32)의 중앙부를 프레임에 고정하는 힌지축(34)을 포함하여 구성되어 있고, 상기 레버(32)의 일측은 랙바(22)의 양단에 구비된 타이로드(24)에 연결되며, 상기 레버(32)의 타측에는 길이 방향을 따라 상기 레버구동모터(30)의 축에 선택적으로 결합되는 홀들(A, B, C)이 차례대로 형성되어 있다.The lever assemblies 32 and 34 include a lever 32 and a hinge shaft 34 for fixing a central portion of the lever 32 to a frame, and one side of the lever 32 is a rack bar ( Holes (A, B, C) coupled to the tie rods 24 provided at both ends of 22, and selectively coupled to the shaft of the lever drive motor 30 along the length direction on the other side of the lever 32. It is formed in this order.
한편, 상기 디지털신호프로세서(50)는 퍼스널 컴퓨터(60)를 통해 입력된 차종 및 스티어 바이 와이어 제어 알고리즘을 바탕으로 상기 엔코더(12)에서 입력된 조타각 신호에 따라 반력토오크, 전륜조타각, 조타반력을 계산하여 출력하고, 상기 모터제어기(40)는 상기와 같이 디지털신호프로세서(50)에서 계산된 반력토오크, 전륜조타각, 조타반력에 따라 상기 스티어링휠모터(14)와, 랙구동모터(20), 레버구동모터(30)를 작동시키도록 되어 있다.On the other hand, the digital signal processor 50 is a reaction torque, front wheel steering angle, steering according to the steering angle signal input from the encoder 12 based on the vehicle model and the steering-by-wire control algorithm input through the personal computer 60 The reaction force is calculated and output, and the motor controller 40 has the steering wheel motor 14 and the rack driving motor according to the reaction torque, front wheel steering angle, and steering reaction force calculated by the digital signal processor 50 as described above. 20), the lever drive motor 30 is operated.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 스티어 바이 와이어 시스템의 제어로직 튜닝용 시험장치의 작용 및 효과를 상세히 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation and effects of the control logic tuning test device of the steer-by-wire system according to the present invention configured as described above are as follows.
먼저, 퍼스널 컴퓨터(60) 상에서 차량모델 등의 데이터를 입력하여 실차와 같은 다양한 주행상황을 설정한 후 운전자가 스티어링휠(10)을 돌리면, 엔코더(12)가 조타각 신호를 출력하고, 이 조타각 신호는 모터제어기(40)를 통해 디지털신호프로세서(50)로 전달된다.First, after inputting data such as a vehicle model on the personal computer 60 to set various driving conditions such as a real vehicle, when the driver turns the steering wheel 10, the encoder 12 outputs a steering angle signal. Each signal is transmitted to the digital signal processor 50 through the motor controller 40.
상기 디지털신호프로세서(50)에서는 퍼스널 컴퓨터(60)에 탑재된 스티어 바이 와이어 제어 알고리즘 및 입력된 차종정보를 바탕으로 상기 엔코더(12)에서 입력된 조타각 신호에 따른 반력토오크, 전륜조타각 및 조타반력을 계산하여 모터제어기(40)로 입력한다.In the digital signal processor 50, the reaction torque, front wheel steering angle and steering according to the steering angle signal input from the encoder 12 based on the steering-by-wire control algorithm mounted on the personal computer 60 and the vehicle model information. The reaction force is calculated and input to the motor controller 40.
상기 모터제어기(40)에서는 상기와 같이, 디지털신호프로세서(50)에서 계산된 반력토오크, 전륜조타각 및 조타반력에 따라 상기 스티어링휠모터(14)와 랙구동모터(20) 및 레버구동모터(30)를 작동시키기 위한 제어신호를 출력한다. In the motor controller 40, the steering wheel motor 14, the rack drive motor 20 and the lever drive motor according to the reaction torque, front wheel steering angle and steering reaction force calculated by the digital signal processor 50 as described above. 30) outputs a control signal for operating.
이에 따라, 스티어링휠모터(14)의 구동으로 스티어링휠(10)에 반력토오크가 전해지고, 랙구동모터(20)에 의한 전륜에 조타각이 발생하며, 레버구동모터(30)에 의해 조타반력이 구현되며, 이와 동시에 입력된 조타각에 대해 정확하게 랙바(22)의 이동이 이루어졌는지를 위치센서(26)를 통해 계속적으로 신호가 피드백되어 퍼스널 컴퓨터(60) 상에서의 시뮬레이션 즉, 차량모델별로 동적인 움직임이 이루어지는 것이다. 즉, 본 발명에서는 상기와 같은 구성으로 동작하는 시험장치를 통해 실제 차량의 제작에 앞서 차량이나 운전자가 원하는 조향감을 쉽게 얻을 수 있도록 제어로직을 튜닝 즉, 제어로직을 변경함으로써 차량 조종 안정성을 확보할 수 있도록 한 것이다. Accordingly, the reaction torque is transmitted to the steering wheel 10 by driving the steering wheel motor 14, a steering angle is generated on the front wheels by the rack driving motor 20, and the steering reaction force is generated by the lever driving motor 30. Simultaneously, a signal is continuously fed back through the position sensor 26 to determine whether the movement of the rack bar 22 with respect to the input steering angle has been performed. The movement is made. In other words, in the present invention, the control logic is tuned to change the control logic so that the vehicle or driver can easily obtain a desired steering feeling before the actual vehicle is manufactured through the test apparatus operating in the above-described configuration. I would have to.
한편, 실차에서 운전자의 조향 입력이 주어지면 노면에서 타이어와 접촉에 의해 생기는 조타반력(aligining torque)은 도 2에 도시된 바와 같이, 레버구동모터(30)의 감속기(38)를 거쳐 레버(32)를 통해 타이로드(24)의 축선으로 가해진다.Meanwhile, when a driver's steering input is given in a real vehicle, a steering torque generated by contacting a tire on a road surface is passed through the reducer 38 of the lever driving motor 30, as shown in FIG. 2. Is applied to the axis of the tie rod 24.
이때, 레버(32)에 여러개의 홀(A, B, C)을 뚫어서 모터(30)의 축과 연결되는 위치가 변경가능하도록 하며, 레버비를 이용하여 모터 토오크를 조절할 수 있다.At this time, by drilling a plurality of holes (A, B, C) in the lever 32 so that the position connected to the shaft of the motor 30 can be changed, it is possible to adjust the motor torque using the lever ratio.
레버구동모터가 홀(A)에 결합되어 있을 경우에 레버구동모터가 가해주는 힘(Fmotor)은 하기의 수학식 1과 같이 표현할 수 있다.When the lever driving motor is coupled to the hole (A), the force (F motor ) applied by the lever driving motor can be expressed as Equation 1 below.
여기서, 힌지점(H)에서 타이로드(24)의 끝단 까지의 거리를 일정하게 설계하면, 랙바(22)에 작용하는 힘(Frack)은 대상 차량에 따라 상당히 다른데, 본원에서는 레버구동모터(30)와의 연결점을 레버(32)의 홀위치를 바꿈으로써, 모터에서 가해주는 힘의 크기를 일정하게 할 수 있다.Here, if the distance from the hinge point (H) to the end of the tie rod 24 is designed to be constant, the force (F rack ) acting on the rack bar 22 is significantly different depending on the target vehicle, in this application the lever drive motor ( By changing the hole position of the lever 32 at the connection point with 30), the magnitude of the force exerted by the motor can be made constant.
예를 들어, 경차와 같이 중량이 작은 차는 랙바에 걸리는 힘이 작으므로, 홀의 위치를 A로 선택하고, 대형차의 경우에는 아주 큰 랙바의 반력이 필요하므로 홀의 위치를 C로 선택함으로써, 레버구동모터의 구동력을 일정크기로 유지시킬 수 있다.For example, a car with a small weight, such as a light car, has a small force applied to the rack bar, and thus, the position of the hole is selected as A, and in the case of a large car, a reaction force of a very large rack bar is required, so the position of the hole is selected as C, thereby driving the lever drive motor. The driving force of can be maintained at a constant size.
또한, 레버구동모터(30)에는 감속기(38)와 위치센서(36)가 구비되어 있어, 모터회전을 직선운동으로 변화하여 주고, 위치에 대한 신호를 모터제어기(40)에 피드백하여 현재 제어입력을 조절하기 위한 정보를 준다.In addition, the lever drive motor 30 is provided with a speed reducer 38 and a position sensor 36 to change the motor rotation in a linear motion, and feed back a signal for the position to the motor controller 40 to provide the current control input. Gives information to adjust.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 실차와 같은 다양한 주행상황에서의 시뮬레이션을 통해 제어로직을 튜닝할 수 있도록 함으로써, 운전자가 원하는 조향감을 가지도록 함과 더불어 차량의 조종 안정성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, the control logic can be tuned through simulation in various driving situations such as a real vehicle, so that the driver may have a desired steering feeling and the steering stability of the vehicle may be improved. There is.
도 1은 본 발명에 따른 와이어 시스템의 제어로직 튜닝용 시험장치의 구성도,1 is a configuration diagram of a test logic for control logic tuning of a wire system according to the present invention,
도 2는 본 발명에 따른 레버 어셈블리의 작동상태를 설명하기 위한 도면이다.2 is a view for explaining the operating state of the lever assembly according to the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
10 : 스티어링휠 12 : 엔코더10: steering wheel 12: encoder
14 : 스티어링휠 모터 20 : 랙구동모터14: steering wheel motor 20: rack drive motor
22 : 랙바 24 : 타이로드22: rack bar 24: tie rod
30 : 레버구동모터 32 : 레버30: lever drive motor 32: lever
40 : 모터제어기 50 : 디지털신호프로세서40: motor controller 50: digital signal processor
60 : 퍼스널 컴퓨터60: personal computer
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Legal Events
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| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
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