KR100656328B1

KR100656328B1 - 조향 가능한 차량을 위한 조향 장치

Info

Publication number: KR100656328B1
Application number: KR1020050095902A
Authority: KR
Inventors: 도시아끼 가사하라; 가즈따까 아다찌
Original assignee: 닛산 지도우샤 가부시키가이샤
Priority date: 2004-10-13
Filing date: 2005-10-12
Publication date: 2006-12-13
Also published as: DE102005049042B4; KR20060052206A; DE102005049042A1; CN1769122A; CN100395141C; US7092805B2; US20060080016A1

Abstract

본 발명의 조향 가능한 차량을 위한 조향 장치는 조향 작동기, 조향 입력 유닛, 교란 판정 섹션 및 조향 제어기를 포함한다. 조향 작동기는 조향 작용력(steering effort) 명령에 따라 조향 작용력을 발생시켜 차량의 조향 출력을 조절하도록 구성된다. 조향 입력 유닛은 조향 입력을 설정하도록 구성된다. 교란 판정 섹션은 차량으로의 교란 입력을 나타내는 교란 지표를 결정하도록 구성된다. 조향 제어기는 조향 입력에 따라 원하는 조향 출력을 설정하는 단계와; 원하는 조향 출력에 따라 조향 작용력 명령을 설정하는 단계와; 교란 지표에 따라 조향 작용력 명령을 조정하는 단계와; 조향 작동기로 조정된 조향 작용력 명령을 출력하는 단계를 수행하도록 구성된다.

조향 장치, 조향 작동기, 조향 입력 유닛, 교란 판정 섹션, 조향 제어기

Description

조향 가능한 차량을 위한 조향 장치{STEERING APPARATUS FOR STEERABLE VEHICLE}

도1은 제1 실시예에 따른 조향 장치를 구비한 자동차를 도시하는 개략도.

도2는 도1의 조향 장치를 도시하는 개략 블록도.

도3은 도1의 조향 장치의 조향-피드백 제어기의 피드백-모터 제어 명령 결정 섹션을 도시하는 시스템 블록도.

도4a 내지 도4c는 도3의 피드백-모터 제어 명령 결정 섹션을 위한 이득 Ka, Ks 및 상한 수치 Ls의 샘플 설정을 도시하는 도면.

도5는 제1 실시예에 따른 강력한 모델 매칭 기술로써 구성된 조향-출력 제어 시스템을 도시하는 시스템 블록도.

도6은 도1의 조향 장치의 조향-출력 제어기에 의해 수행될 조향-출력 제어 처리를 도시하는 흐름도.

도7은 교란이 조향된 차륜으로 입력되는 곳에서 원하는 차륜 조향각에 대해 제1 실시예에 따른 실제 차륜 조향각의 샘플 응답 그리고 기준 실시예에 따른 실제 차륜 조향각을 도시하는 도면.

도8은 제2 실시예에 따른 강력한 모델 매칭 기술로써 구성된 조향-출력 제어 시스템을 도시하는 시스템 블록도.

도9는 제2 실시예의 조향 장치의 조향-출력 제어기에 의해 수행될 조향-출력 제어 처리를 도시하는 흐름도.

도10은 제3 실시예의 제1 변형예에 따른 피드포워드 보상기 및 피드백 보상기를 포함하는 2차-자유도 제어를 갖는 조향-출력 제어 시스템을 도시하는 시스템 블록도.

도11은 제3 실시예의 제2 변형예에 따른 피드포워드 보상기 및 피드백 보상기를 포함하는 2차-자유도 제어를 갖는 조향-출력 제어 시스템을 도시하는 시스템 블록도.

도12는 제4 실시예에 따른 조향 장치를 구비한 자동차를 도시하는 개략도.

도13은 도12의 조향 장치를 도시하는 개략 블록도.

도14는 제4 실시예에 따른 조향-출력 제어 시스템을 도시하는 시스템 블록도.

도15는 기준 실시예에 따른 강력한 모델 매칭 기술로써 구성된 조향-출력 제어 시스템을 도시하는 시스템 블록도.

도16은 제4 실시예의 조향 장치의 조향-출력 제어기에 의해 수행될 조향-출력 제어 처리를 도시하는 흐름도.

도17은 조향 휠이 조향된 차륜에 기계적으로 연결되는 조향 시스템을 도시하는 개략도.

도18은 도17의 조향 시스템 내의 조향 샤프트를 도시하는 개략도.

도19는 에러가 조향-출력 제어 시스템 내에 존재하는 곳에서 원하는 차륜 조 향각에 대해 제4 실시예에 따른 교란 보상이 없는 제어 하에서의 실제 차륜 조향각의 샘플 응답 그리고 기준 실시예에 따른 실제 차륜 조향각의 응답을 도시하는 도면.

도20은 에러가 조향-출력 제어 시스템 내에 존재하는 곳에서 원하는 차륜 조향각에 대해 제4 실시예에 따른 교란 보상이 있는 제어 하에서의 실제 차륜 조향각의 샘플 응답 그리고 기준 실시예에 따른 실제 차륜 조향각의 응답을 도시하는 도면.

도21a 및 도21b는 교란이 조향-출력 제어 시스템으로 입력되는 곳에서 원하는 차륜 조향각에 대해 제4 실시예에 따른 피드백 보상이 없는 제어 하에서의 실제 차륜 조향각의 샘플 응답 그리고 기준 실시예에 따른 실제 차륜 조향각의 응답을 도시하는 도면.

도22는 제4 실시예에 따른 원하는 차륜 조향각에 대해 교란 보상이 있는 제어 하에서의 실제 차륜 조향각의 샘플 응답을 도시하는 도면.

도23은 제5 실시예에 따른 조향-출력 제어 시스템을 도시하는 시스템 블록도.

도24는 제한기 수치 Lfb를 설정하는 맵을 도시하는 도면.

도25는 제5 실시예의 조향 장치의 조향-출력 제어기에 의해 수행될 조향-출력 제어 처리를 도시하는 흐름도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1: 조향 휠

2: 조향-피드백 작동기(피드백 작동기)

3: 조향-피드백 유닛

4, 5: 차륜

6: 조향-출력 작동기(조향 작동기)

7: 조향-출력 유닛

8: 조향 컬럼 샤프트

9: 피드백-모터 위치 센서

10: 조향-피드백 제어기

본 발명은 일반적으로 조향 가능한 차량을 위한 조향 시스템에 관한 것으로, 특히 조향 가능한 차량을 위한 전자-조향 시스템(steer-by-wire system)에 관한 것이다.

일본 특허 출원 공개 제10-310074호(이하, "JP10-310074")는 원하는 차륜 조향각과 실제 차륜 조향각 사이의 편차에 따라 그리고 조향 부하에 따라 조향 작동을 제어하도록, 그리고 구체적으로 원하는 차륜 조향각과 실제 차륜 조향각 사이의 편차를 0으로 조절하는 방식으로 조향의 제어 변수의 크기를 결정함으로써 조향 작동을 제어하도록 구성된 전자-조향 장치를 도시하고 있다.

JP10-310074에 도시된 전자-조향 장치는 원하는 차륜 조향각에 신속하게 응답하도록 구성되어, 실제 차륜 조향각은 전자-조향 장치의 조향 강성이 무한히 높은 것에 동등한 원하는 차륜 조향각에 일정하게 실질적으로 동일하게 된다. 따라서, JP10-310074호의 전자-조향 장치는 조향-출력 섹션에 대한 부하로서의 교란에 대해 전형적인 기계 조향 장치에서 조향-입력 섹션과 조향-출력 섹션 사이의 자연 비틀림을 충분한 정확도로써 시뮬레이션하지 못할 수 있다. JP10-310074호의 전자-조향 장치의 동등한 조향 강성은 전술된 바와 같이 높으므로, 차량은 차량의 슬립 각도가 차량의 운전 안정성에 악영향을 미칠 정도로 과도하게 증가할 수 있도록 곡선형 도로 상에서 오버스티어 경향에 빠질 수 있다. 나아가, 높은 조향 강성은 울퉁불퉁한 도로, 굽이치는 도로 또는 홈이 파인 도로 상에서 조향감 및 안락감에 악영향을 미칠 수 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 조향감 및 안락감을 향상시키도록 전자-조향 시스템에서 조향-입력 섹션과 조향-출력 섹션 사이에 적절한 비틀림을 발생시키는 것이다.

본 발명의 일 태양에 따르면, 조향 가능한 차량을 위한 조향 장치는 조향 작용력 명령에 따라 조향 작용력을 발생시켜 차량의 조향 출력을 조절하도록 구성된 조향 작동기와; 조향 입력을 설정하도록 구성된 조향 입력 유닛과; 차량으로의 교란 입력을 나타내는 교란 지표를 결정하도록 구성된 교란 판정 섹션과; 조향 작동기, 조향 입력 유닛 및 교란 판정 섹션으로의 신호 통신을 위해 연결되고, 조향 입력에 따라 원하는 조향 출력을 설정하는 단계와, 원하는 조향 출력에 따라 조향 작 용력 명령을 설정하는 단계와, 교란 지표에 따라 조향 작용력 명령을 조정하는 단계와, 조향 작동기로 조정된 조향 작용력 명령을 출력하는 단계를 수행하도록 구성되는 조향 제어기를 포함한다.

본 발명의 또 다른 태양에 따르면, 조향 가능한 차량을 위한 조향 장치는 조향 작용력 명령에 따라 조향 작용력을 발생시켜 차량의 조향 출력을 조절하는 조향 작동 수단과; 조향 입력을 설정하는 조향 입력 수단과; 차량으로의 교란 입력을 나타내는 교란 지표를 결정하는 교란 판정 수단과; 조향 입력에 따라 원하는 조향 출력을 설정하는 단계와, 원하는 조향 출력에 따라 조향 작용력 명령을 설정하는 단계와, 교란 지표에 따라 조향 작용력 명령을 조정하는 단계와, 조향 작동 수단으로 조정된 조향 작용력 명령을 출력하는 단계를 수행하는 조향 제어 수단을 포함한다.

본 발명의 추가 태양에 따르면, 조향 작용력 명령에 따라 조향 작용력을 발생시켜 차량의 조향 출력을 조절하도록 구성된 조향 작동기와; 조향 입력을 설정하도록 구성된 조향 입력 유닛과; 차량으로의 교란 입력을 나타내는 교란 지표를 결정하도록 구성되는 교란 판정 섹션을 포함하는 조향 가능한 차량을 제어하는 방법은 조향 입력에 따라 원하는 조향 출력을 설정하는 단계와; 원하는 조향 출력에 따라 조향 작용력 명령을 설정하는 단계와; 교란 지표에 따라 조향 작용력 명령을 조정하는 단계와; 조향 작동기로 조정된 조향 작용력 명령을 출력하는 단계를 포함한다.

이제, 도1 내지 도7을 참조하면, 제1 실시예에 따른 조향 가능한 차량을 위 한 조향 장치가 도시되어 있다. 도1은 제1 실시예에 따른 조향 장치를 구비한 자동차를 도시하는 개략도이다. 도2는 도1의 조향 장치를 도시하는 개략 블록도이다. 도1에 도시된 바와 같이, 제1 실시예의 조향 장치는 조향-피드백 유닛(3) 및 조향-출력 유닛(7)이 서로로부터 기계적으로 분리되는 조향-입력을 위한 조향-피드백 유닛(조향 입력 유닛)(3) 그리고 조향 출력을 위한 조향-출력 유닛(7)을 포함하는 자동-조향 장치이다. 조향-피드백 유닛(3)은 조향 휠(1) 그리고 조향 휠(1)에 피드백을 제공하는 조향-피드백 작동기(피드백 작동기)(2)를 포함한다. 조향-출력 유닛(7)은 조향 가능한 차륜(4, 5)을 조향하는 조향-출력 작동기(조향 작동기)(6)를 포함한다.

구체적으로, 조향-피드백 유닛(3)은 조향 휠(1), 조향 컬럼 샤프트(8) 그리고 조향 컬럼 샤프트(8)를 구동 또는 회전시키도록 된 조향-피드백 작동기(2)를 포함한다. 조향-피드백 작동기(2)는 제어-적용 전기 모터 그리고 전기 모터에 대한 속도 감소를 위해 결합된 속도-감소 기어 기구를 포함한다. 피드백-모터 위치 센서(9)는 전기 모터의 출력 샤프트의 각도 위치를 측정하도록 제공 및 구성된다. 피드백-모터 위치 센서(9)는 모터 위치를 제어하는 데 그리고 조향 입력으로서 조향 휠(1)의 실제 조향 휠 각도 θs를 측정하도록 조향 휠 각도 검출 섹션으로서 사용된다. 실제 조향 휠 각도 θs는 조향 휠(1)의 각도 위치를 직접적으로 감지하는 또 다른 센서에 의해 측정될 수 있다.

조향-피드백 제어기(10)는 조향-피드백 작동기(2)를 제어하도록 전기 제어 유닛으로서 제공 및 구성된다. 조향-피드백 제어기(10)는 피드백-모터 위치 센서 (9)로부터의 그리고 차량의 주행 또는 길이 방향 속도 V를 측정하는 차속 센서(11)로부터의 입력 데이터를 수용하도록 구성된다. 조향-피드백 제어기(10)는 원하는 차륜 조향각 결정 섹션, 피드백-모터 제어 명령 결정 섹션 및 피드백-모터 구동 섹션을 포함한다. 원하는 차륜 조향각 결정 섹션은 실제의 또는 측정된 조향 휠 각도 θs 그리고 차속 V에 따라 원하는 조향 출력으로서 원하는 차륜 조향각 θta를 계산하도록 구성된다. 피드백-모터 제어 명령 결정 섹션은 기본 피드백-모터 제어 명령 Isa를 얻도록 조향-입력-의존 모터 제어 명령 Is와 조향-출력-의존 모터 제어 명령 Its를 가산함으로써 그리고 기본 피드백-모터 제어 명령 Isa에 대해 제한기 처리를 수행함으로써 피드백-모터 제어 명령(조향 피드백 명령) Tms를 계산하도록 구성된다. 피드백-모터 구동 섹션은 피드백-모터 제어 명령 Tms를 조향-피드백 작동기(2)의 전기 모터로의 구동-전류 명령으로 변환시키는 모터 구동 회로를 포함한다.

조향-출력 유닛(7)은 조향 가능한 차륜(4, 5), 조향 래크 샤프트(13)를 통해 조향 가능한 차륜(4, 5)에 결합된 조향 기어 기구(12) 그리고 조향 기어 기구(12)를 구동시키는 조향-출력 작동기(6)를 포함한다.

조향-피드백 작동기(2)와 같이, 조향-출력 작동기(6)는 제어-적용 전기 모터 그리고 전기 모터에 대한 속도 감소를 위해 결합된 속도-감소 기어 기구를 포함한다. 조향-모터 위치 센서(조향 출력 센서)(15)는 전기 모터의 출력 샤프트의 각도 위치를 측정하도록 제공 및 구성된다. 조향-모터 위치 센서(15)는 모터 위치를 제어하는 데, 그리고 실제 차륜 조향각 θt 그리고 조향 가능한 차륜(4, 5)의 그 변 화율을 측정하도록 차륜 조향각 검출 섹션으로서 그리고 차륜 조향 각속도 검출 섹션으로서 사용된다.

조향-출력 제어기(조향 제어기)(16)는 조향-출력 작동기(6)를 제어하도록 전기 제어 유닛으로서 제공 및 구성된다. 조향-출력 제어기(16)는 상호 데이터 교환을 위해 양방향 통신 라인(17)으로써 조향-피드백 제어기(10)에 연결된다. 조향-출력 제어기(16)는 차속 센서(11), 조향-모터 위치 센서(15), 차량 슬립 각도 센서(18) 및 외력 센서(19)로부터 입력 데이터를 수용하도록 구성된다. 차량 슬립 각도 센서(18)는 차량의 측면 슬립 각도를 측정하도록 구성된다. 구체적으로, 차량 슬립 각도 센서(18)는 실제 차량 슬립 각도 β를 계산하는 데 필요한 데이터를 수집하는 측면 방향 가속도 센서 및 요율(yaw rate) 센서를 포함한다. 외력 센서(19)는 조향 가능한 차륜(4, 5)에 인가된 외력을 측정하도록 구성된다. 구체적으로, 외력 센서(19)는 조향 래크 샤프트(13)로의 축 방향 힘(또는 조향 작용력)을 측정하는 축 방향 힘 센서를 포함한다. 조향-출력 제어기(16)는 교란물-접촉 결정 섹션, 조향-모터 제어 명령 결정 섹션 및 조향-모터 구동 섹션을 포함한다. 교란물-접촉 결정 섹션은 조향 가능한 차륜(4, 5)이 커브 등의 교란물과 접촉 상태에 있는 것인지를 교란 판정하도록 구성된다. 조향-모터 제어 명령 결정 섹션은 기본 조향-모터 제어 명령을 얻도록 모델 매칭 보상기의 출력으로부터 로버스트 보상기의 출력을 감산함으로써 그리고 상한 내에서 기본 조향-모터 전류 명령을 제한함으로써 조향-모터 제어 명령을 기본적으로 계산하도록 구성된다. 조향-모터 구동 섹션은 조향-모터 제어 명령을 조향-출력 작동기(6)의 전기 모터로의 구동-전류 명령 으로 변환시키는 모터 구동 회로를 포함한다.

도3은 조향-피드백 제어기(10)의 피드백-모터 제어 명령 결정 섹션을 도시하는 시스템 블록도이다. 조향-피드백 제어기(10)는 조향-입력-의존 모터 제어 명령 Is를 계산하는 처리 부분, 조향-출력-의존 모터 제어 명령 Its를 계산하는 처리 부분 그리고 제한기 처리 부분(10k)을 포함한다. 구체적으로, 도3에 도시된 바와 같이, 조향-입력-의존 모터 제어 명령 Is를 계산하는 처리 부분은 증폭기(10a), 미분기(10b), 증폭기(10c) 및 가산기(10d)를 포함한다. 증폭기(10a)는 제1 수치(Ka·θs)를 출력하도록 이득 Ka에 의해 실제 조향 휠 각도 θs를 승산한다. 이득 Ka는 차속 V에 따라 결정된다. 미분기(10b)는 실제 조향 휠 각도 θs의 시간 미분 수치 ωs(=dθs/dt)를 출력한다. 증폭기(10c)는 제2 수치(Ks·ωs)를 출력하도록 이득 Ks에 의해 실제 조향 휠 각도 θs의 시간 미분 수치 ωs를 승산한다. 이득 Ks는 차속 V에 따라 결정된다. 가산기(10d)는 조향-입력-의존 모터 제어 명령 Is(Is=Ka·θs+Ks·ωs)를 출력하도록 제1 수치(Ka·θs)와 제2 수치(Ks·ωs)를 가산한다. 도4a 내지 도4c는 이득 Ka 및 Ks의 샘플 설정을 도시하는 도면이다. 도4a에 도시된 바와 같이, 이득 Ka는 조향 작동을 시작시키는 주파수가 높은 차속에서 1.0으로 설정되고, 높은 속도 및 낮은 속도의 영역에서 1.0보다 높게 설정된다. 도4b에 도시된 바와 같이, 이득 Ks는 조향 작동을 시작시키는 주파수가 높은 차속에서 1.0으로 설정되고, 높은 속도 및 낮은 속도의 영역에서 1.0보다 높게 설정된다. 반면에, 조향-출력-의존 모터 제어 명령 Its를 계산하는 처리 부분은 감산기(10e), 증폭기(10f), 미분기(10g), 증폭기(10h) 및 가산기(10i)를 포함한다. 감산기(10e)는 편차(θta-θt)를 출력하도록 원하는 차륜 조향각 θta로부터 실제 차륜 조향각 θt를 감산한다. 증폭기(10f)는 제1 수치(Kfa·(θta-θt))를 출력하도록 이득 Kfa에 의해 편차(θta-θt)를 승산한다. 이득 Kfa는 차속 V에 따라 결정된다. 미분기(10g)는 편차(θta-θt)의 시간 미분 수치 ωts(=d(θta-θt)/dt)를 출력한다. 증폭기(10h)는 제2 수치(Kfs·ωts)를 출력하도록 이득 Kfs에 의해 편차(θta-θt)의 시간 미분 수치 ωts를 승산한다. 이득 Kfs는 차속 V에 따라 결정된다. 가산기(10i)는 조향-입력-의존 모터 제어 명령 Its(Its=Kfa·(θta-θt)+Kfs·ωts)를 출력하도록 제1 수치(Kfa(θta-θt))와 제2 수치(Kfs·ωts)를 가산한다. 이득 Kfa는 도4a 및 도4b에 도시된 바와 같은 이득 Ka 및 Ks와 같이 차속 V에 따라 설정된다. 가산기(10j)는 기본 피드백-모터 제어 명령 Isa(=Is+Its)를 출력하도록 조향-입력-의존 모터 제어 명령 Is와 조향-출력-의존 모터 제어 명령 Its를 가산한다. 제한기 처리 섹션(10k)은 피드백-모터 제어 명령 Tms를 출력하도록 상한 수치 Ls 내에서 피드백-모터 제어 명령 Isa(=Is+Its)를 제한한다. 제한 수치 Ls는 타이어-도로 마찰 계수 μ에 따라 결정된다. 타이어-도로 마찰 계수 μ는 차속 V, 요율 Ψ 및 측면 방향 가속도 YG에 따라 평가된다. 도4c는 제한 수치 Ls의 샘플 설정을 도시하는 도면이다. 도4c에 도시된 바와 같이, 제한 수치 Ls는 타이어-도로 마찰 계수 μ의 증가에 따라 증가하도록 설정된다. 이는 큰 조향 휠 각도에서 또는 조향 휠 각도의 높은 속도의 변화에서 조향 휠(1)의 회전을 차단할 수 있도록 과도한 크기의 조향 피드백을 방지하여 평가된 타이어-도로 마찰 계수 μ에 따라 적절한 크기의 조향 피드백을 제공하는 데 효과적이다.

도5는 제1 실시예에 따른 강력한 모델 매칭 기술로써 구성된 조향-출력 제어 시스템을 도시하는 시스템 블록도이다. 강력한 모델 매칭 기술은 차량 요율의 응답 그리고 조향 작동에 대한 측면 방향 가속도의 응답 등의 제어 객체로서의 목표 차량의 동적 특성의 표준 모델을 미리 결정하여 목표 차량의 상태가 표준 모델에 따르는 방식으로 모델링 에러 또는 교란의 영향을 최소화함으로써 제어 입력을 제어하는 방법이다. 도5에 도시된 바와 같이, 조향-출력 제어기(16)는 모델-매칭 보상기(16a), 로버스트 보상기 또는 교란 보상기(16b), 교란 보상 제한기(16c), 감산기(16d), 전류 제한기(16e), 교란물-접촉 결정 섹션(16f) 및 스위치(16g)를 포함한다.

모델-매칭 보상기(16a)는 원하는 차륜 조향각 θta 그리고 실제 차륜 조향각 θt를 수용하도록, 그리고 소정의 표준 응답 모델에 따라 조향-모터 전류 명령을 출력하도록 피드포워드 보상기로서 구성된다.

로버스트 보상기(16b)는 제어 객체로의 입력으로서의 모터 전류 명령 Ita 그리고 제어 객체로부터의 출력으로서의 실제 차륜 조향각 θt를 수용하도록, 그리고 모델링 에러를 포함하는 제어 간섭 인자인 교란을 평가하도록, 그리고 평가된 교란을 출력하도록 구성된다. 로버스트 보상기(16b)로부터의 교란 보상의 출력은 조향-출력 제어에서 모터 전류 명령 Ita(조향-모터 구동 명령, 조향-모터 토크 명령 또는 조향 작용력 명령)를 보상하는 데 사용된다.

교란 보상 제한기(16c)는 로버스트 보상기(16b)로부터의 교란 보상을 제한하여 로버스트 보상기(16b)로부터의 교란 보상이 제1 실시예에서 원하는 수치 차량 슬립 각도 β^*와 실제 차량 슬립 각도 β 사이의 편차 Δβ인 조향 가능한 차륜(4, 5)에 인가된 외력을 나타내는 외력 지표(교란 지표)의 증가에 따라 감소하도록 구성된다. 제1 실시예에서, 차량 슬립 각도 센서(18)는 차량으로의 교란 입력을 나타내는 교란 지표를 결정하도록 구성된 교란 판정 섹션으로서 역할을 한다.

감산기(16d)는 [모델-매칭 보상기(16a)로부터 출력된] 모터 전류 명령으로부터 [교란 보상 제한기(16c)로부터 출력된] 제한된 교란 보상을 감산함으로써 모터 전류 명령 Ita를 계산하도록 구성된다.

전류 제한기(16e)는 과도-전류를 방지하도록 조향-출력 작동기(6)의 전기 모터를 통한 전기 전류를 제한하도록 구성된다. 구체적으로, 전류 제한기(16e)는 감산기(16d)로부터의 모터 전류 명령 Ita가 소정의 전류 제한 수치 이하인 경우에서와 같이 모터 전류 명령 Ita를 출력하도록 그리고 모터 전류 명령 Ita가 전류 제한 수치를 초과한 경우에 모터 전류 명령 Ita로서 전류 제한 수치를 출력하도록 구성된다. 모터 전류 명령 Ita는 제어 객체로서의 조향-출력 작동기(6)의 모터로 출력된다.

교란물-접촉 결정 섹션(16f)은 조향 가능한 차륜(4, 5)이 커브 등의 교란물과 접촉 상태에 있는 것인지를 결정하도록 구성된다. 구체적으로, 실제 차륜 조향각 θt가 모터 전류 명령 Ita로써 조향-출력 작동기(6)의 모터를 구동시킴에도 불구하고 (±1˚ 미만의 변동폭 내에서) 실질적으로 일정하게 유지되는 상태가 1초 등의 한 세트의 기간에 걸쳐 계속되면, 교란물-접촉 결정 섹션(16f)은 교란물과 접 촉 상태에 있는 것으로 결정한다.

스위치(16g)는 교란물-접촉 결정 섹션(16f)이 조향 가능한 차륜(4, 5)이 어떠한 교란물과도 접촉 상태에 있지 않은 것으로 결정할 때 오프되도록 그리고 교란물-접촉 결정 섹션(16f)이 조향 가능한 차륜(4, 5)이 교란물과 접촉 상태에 있는 것으로 결정할 때 온되도록 구성된다. 스위치(16g)가 오프인 상태에서, 조향-출력 작동기(6)의 전기 모터로의 모터 전류 명령 Ita는 강력한 모델 매칭 기술로써 원하는 차륜 조향각 θta 그리고 실제 차륜 조향각 θt에 따라 계산된다. 반면에, 스위치(16g)가 온인 상태에서, 원하는 차륜 조향각 θta는 실제 차륜 조향각 θt로 설정되므로, 조향-출력 작동기(6)의 전기 모터로의 모터 전류 명령 Ita는 낮은 수치로서 계산된다.

다음은 제1 실시예의 조향 장치의 작동을 설명한다. 도6은 조향-출력 제어기(16)에 의해 수행될 조향-출력 제어 처리를 도시하는 흐름도이다.

단계 S1에서, 조향-출력 제어기(16)는 차속 센서(11)로부터 차속 V를, 피드백-모터 위치 센서(9)로부터 실제 조향 휠 각도 θs에 따라 설정된 원하는 차륜 조향각 θta를, 조향-모터 위치 센서(15)로부터 실제 차륜 조향각 θt를 그리고 모터 구동 회로 내에 제공된 조향-모터 구동-전류 센서(도시되지 않은)로부터 실제 조향-모터 구동 전류 It를 읽는다. 후속적으로, 루틴은 단계 S2로 진행된다. 가변 조향비 기구를 포함하므로, 원하는 차륜 조향각 θta는 다음의 방정식에 의해 결정된다.

θta=θs·Rst

여기에서, Rst는 조향 입력에 대한 조향 출력의 기어비 또는 전체의 조향비의 역수이다.

단계 S2에서, 조향-출력 제어기(16)는 조향 가능한 차륜(4, 5)이 커브 등의 교란물과 접촉 상태에 있는지를 결정한다. 단계 S2로의 회답이 긍정(예)일 때, 루틴은 단계 S3으로 진행된다. 반면에, 단계 S2로의 회답이 부정(아니오)일 때, 루틴은 단계 S4로 진행된다. 교란물은 커브와 같이 조향 가능한 차륜(4, 5)과 접촉 상태에 있는 동안에 차륜 조향각의 증가를 물리적으로 차단하는 물체를 의미한다. 교란물-접촉 결정은 예컨대 일본 특허 출원 공개 제2005-96725호에 도시된 바와 같은 방법에 의해 행해질 수 있다. 구체적으로, 원하는 차륜 조향각 θta와 실제 차륜 조향각 θt 사이의 편차의 절대 수치 θtsa가 조향-피드백 제어기(10)와 조향-출력 제어기(16) 사이의 통신으로 인한 지연, 명령에 대한 응답 지연 그리고 차륜 조향각 제어의 정확성을 고려하여 결정된 임계 수치 θa 이상이면, 실제 차륜 조향각 θt가 이전의 수치로 유지되는 기간이 임계 기간 Tit 이상이면(예컨대, 실제 차륜 조향각 θt가 1초에 걸쳐 ±1° 미만의 변동폭 내에서 유지되면), 그리고 실제 조향-모터 구동 전류 It가 임계 전류 Itt 이상인 기간이 소정 시간 Tt에 걸쳐 계속되면, 조향-출력 제어기(16)는 조향 가능한 차륜(4, 5)이 교란물과 접촉 상태에 있는 것으로 결정한다.

단계 S3에서, 조향-출력 제어기(16)는 조향 가능한 차륜(4, 5)이 교란물과 접촉 상태에 있다는 단계 S2에서의 결정을 기초로 하여 실제 차륜 조향각 θt로 원하는 차륜 조향각 θta를 설정한다. 후속적으로, 루틴은 단계 S1로 복귀된다.

단계 S4에서, 조향-출력 제어기(16)는 조향 가능한 차륜(4, 5)이 어떠한 교란물과도 접촉 상태에 있지 않다는 단계 S2에서의 결정을 기초로 하여 다음의 방정식을 사용하여 차량의 실제 차량 슬립 각도 β를 계산한다.

β=∫{(YG/V)-Ψ}dt (1)

여기에서, YG는 측면 방향 가속도이고, V는 차속이고, Ψ는 요율이다. 후속적으로, 루틴은 단계 S5로 진행된다.

단계 S5에서, 조향-출력 제어기(16)는 차속 V 그리고 원하는 차륜 조향각 θta에 따라(실제 조향 휠 각도 θs에 따라) 원하는 차량 슬립 각도 β^*를 계산한다. 후속적으로, 루틴은 단계 S6으로 진행된다.

단계 S6에서, 조향-출력 제어기(16)는 원하는 차량 슬립 각도 β^*로부터 실제 차량 슬립 각도 β를 감산함으로써 차량 슬립 각도 편차 Δβ를 계산한다. 후속적으로, 루틴은 단계 S7로 진행된다.

단계 S7에서, 조향-출력 제어기(16)는 차량 슬립 각도 편차 Δβ 그리고 소정의 이득 Kcs에 따라 교란 보상을 제한하는 제한 수치를 결정한다. 이득 Kcs는 차량 특성에 따라 미리 결정된다. 구체적으로, 우선, 제한 수치는 차량 슬립 각도 편차 Δβ의 증가에 따라 감소하도록 설정된다. 다음에, 제한 수치는 교란 보상을 제한하는 최종의 제한 수치를 얻도록 이득 Kcs에 의해 승산된다. 후속적으로, 루틴은 단계 S1로 복귀된다. 따라서, 슬립 각도 편차 Δβ가 일어나지 않을 때, 로버스트 보상기(16b)의 교란 보상은 모터 전류 명령 Ita가 완전한 교란 보상에 따라 크게 계산되도록 교란 보상 제한기(16c)에서 제한되지 않는다. 반면에, 슬립 각도 편차 Δβ가 일어날 때, 로버스트 보상기(16b)의 교란 보상은 모터 전류 명령 Ita가 어떠한 슬립 각도 편차도 없는 경우보다 작게 계산되도록 교란 보상 제한기(16c)에 의해 제한된다. 나아가, 교란 보상 제한기(16c)의 제한은 슬립 각도 편차 Δβ의 증가에 따라 향상되므로 즉 교란 보상은 슬립 각도 편차 Δβ의 증가에 따라 감소하는 제한 수치로써 제한되므로, 모터 전류 명령 Ita는 슬립 각도 편차 Δβ의 증가에 따라 감소하도록 계산된다. 이득 Kcs는 차체의 강성의 증가에 따라 증가하도록 설정된다. 예컨대, 높은 차체 강성을 갖는 스포츠형 자동차의 이득 Kcs는 세단형 자동차보다 크게 설정된다.

이제, 도17 및 도18을 참조하여, 다음은 조향-입력 섹션과 조향-출력 섹션 사이의 비틀림을 논의한다. 도17은 조향 휠이 조향된 차륜에 기계적으로 연결되는 조향 시스템을 도시하는 개략도이다. 도18은 도17의 조향 시스템 내의 조향 샤프트를 도시하는 개략도이다. 기준 조향 시스템의 운동 방정식은 다음의 방정식에 의해 표현된다. 방정식 (1)은 조향 휠의 회전 운동 방정식으로부터 킹핀에 대해 변환된 등가 방정식을 설명한다. 방정식 (2) 및 방정식 (3)은 킹핀에 대한 조향된 휠의 등가 회전 운동 방정식을 설명한다.

Ih·(d²a/dt²)+Ch·(da/dt)+Ks·(a-δ) (1)

Ts=(εn+εc)·Kf·{β+(If/V)·Y-δ} (2)

Is·(d²δ/dt²)+Cs·(dδ/dt)+Ks·(δ-a) (3)

여기에서,

Ih: 킹핀에 대한 조향 휠의 변환된 관성 모멘트,

Ch: 조향 샤프트의 점성 마찰 계수,

δ: 조향 휠 각도,

a: 킹핀에 대한 조향 휠의 변환된 각도 위치,

Th: 구동기의 조향 토크,

Is: 킹핀에 대한 조향된 휠의 관성 모멘트,

Cs: 킹핀에 대한 점성 마찰 계수,

Kf: 코너링 파워,

Ts: 킹핀에 대한 관성력,

If: 차량의 질량 중심과 전방 축 사이의 거리,

β: 차량 슬립 각도,

εn: 공기압 트레일,

εc: 캐스터 트레일,

V: 차속,

Y: 요율.

도시된 바와 같이, 방정식 (2) 및 방정식 (3)에서의 Ts는 조향 시스템에 외력으로서 인가되어, 정상-상태 편차가 Ts로 인한 비틀림에 의해 조향 휠(변환됨)과 차륜 조향각 사이에서 일어나게 한다. 예컨대, 방정식 (1)에서, 조향 휠이 δ=0으로부터 회전될 때, Ks·(a-δ)가 토크 Th와 균형을 맞춰 발생되는데, 이는 조향 휠 각 도(변환됨)와 차륜 조향각 사이에서 발생되는 비틀림을 나타낸다. 반면에, 방정식 (2) 및 방정식 (3)에서, 조향 휠이 δ≠0에 있을 때, Ks·(δ-a)가 토크 Ts와 균형을 맞춰 발생되는데, 이는 조향 휠 각도(변환됨)와 차륜 조향각 사이에서 발생되는 비틀림을 나타낸다.

다음은 전자-조향의 기준 기술을 설명한다. 일본 특허 출원 공개 제10-310074호는 원하는 차륜 조향각과 실제 차륜 조향각 사이의 편차에 따라 그리고 조향 부하에 따라 조향 작동을 제어하도록, 그리고 구체적으로 원하는 차륜 조향각과 실제 차륜 조향각 사이의 편차를 0으로 조절하는 방식으로 조향의 제어 변수의 크기를 결정함으로써 조향 작동을 제어하도록 구성된 전자-조향 장치를 도시하고 있다. 따라서, 원하는 차륜 조향각에 대한 차륜 조향각 명령의 추적성은 높다. 그러므로, 기준 장치는 조향-출력 섹션의 자연 비틀림 그리고 조향-출력 섹션에 인가된 교란 또는 외력에 대한 조향-피드백을 충분한 정확도로써 시뮬레이션하지 못한다. 대응하는 크기의 교란 보상은 조향-입력 섹션과 조향-출력 섹션 사이의 비틀림의 어떠한 시뮬레이션으로써도 발생하지 않으므로, 실제 차륜 조향각은 원하는 차륜 조향각에 따라 일정하다. 이러한 구성은 매우 높은 조향 강성의 차량에 동등하다. 일반적으로, 곡선형 도로 상에서, 운전자는 코너링의 시작 시에 적절한 크기의 차량 요율을 얻도록 우선 깊게 조향 휠을 회전시키고, 다음에 조향 휠을 복귀시키며 차량의 궤적을 제어하여 곡선형 도로를 따라 끼워지도록 조향 휠을 조정한다. 그러나, 실제 차륜 조향각이 조향 휠 각도에 대한 높은 응답으로써 조절되므로, 매우 높은 조향 강성의 차량에 동등한 전자-조향 장치를 구비한 차량은 조향 휠이 곡선형 도로 상에서 크게 회전되는 경우에 오버스티어되는 경향이 있다. 따라서, 곡선형 도로 상에서, 기준 조향 장치는 차량 코너링 거동의 안정성에 악영향을 미치도록 차량 슬립 각도를 과도하게 증가시킬 수 있다. 반면에, 외력이 울퉁불퉁한 도로, 굽이치는 도로 또는 홈이 파인 도로 상에서 조향 가능한 차륜에 추가될 때, 매우 높은 조향 강성의 차량에 동등한 전자-조향 장치를 구비한 차량은 조향 가능한 차륜으로의 외력에 저항하여 조향 가능한 차륜의 실제 차륜 조향각을 원하는 바와 같이 유지하도록 조향-출력 작동기를 제어한다. 외력이 조향 가능한 차륜에 추가되는 경우에, 응답 힘 또는 충격이 차량의 안락감에 악영향을 주도록 그대로 조향-출력 작동기로부터 차체로 전달될 수 있다. 나아가, 매우 높은 조향 강성의 차량에 동등한 전자-조향 장치를 구비한 차량은 지연이 거의 없는 차량 요율을 발생시키도록 조향 휠에 대한 조향 가능한 차륜의 신속한 응답의 특성을 갖는데, 이는 조향 휠 그리고 서로에 기계적으로 연결된 조향 가능한 차륜을 포함하는 기계 조향 시스템과 상이하여, 모순된 운전자 감각을 제공하게 하며 조향감에 악영향을 미치게 한다. 추가로, 큰 외력이 조향 가능한 차륜으로 입력될 때, 기준 조향 장치는 외력을 극복하도록 조향-출력 작동기에 급작스럽게 큰 양의 전류를 인가하는데, 이는 조향-출력 작동기의 모터에 높은 부하가 걸려 과열 상태에 있게 되는 상태를 초래한다.

다음은 외력이 조향 가능한 차륜에 인가될 때의 제1 실시예의 조향 장치의 조향-출력 제어 작동을 설명한다. 제1 실시예의 조향 장치에서, 조향-출력 제어기(16)는 원하는 차륜 조향각 θta와 실제 차륜 조향각 θt 사이의 정상-상태 편차를 의도적으로 발생시키기 위해 슬립 각도 편차 Δβ의 증가에 따라 감소하도록 조향-출력 작동기(6)의 전기 모터로의 모터 전류 명령 Ita를 조정한다. 따라서, 차량이 조향 가능한 차륜(4, 5)에 외력이 입력되는 상태로 주행 중일 때, 조향-입력 섹션과 조향-출력 섹션 사이의 원하는 비틀림이 차량 코너링 거동의 안정성을 확보하도록, 차량의 안락감을 개선시키도록 그리고 조향감을 개선시키도록 차륜 조향각 편차에 의해 충분한 정확도로써 시뮬레이션된다. 구체적으로, 차량이 곡선형 도로, 울퉁불퉁한 도로, 굽이치는 도로 또는 홈이 파인 도로 상에서 주행 중일 때, 조향 가능한 차륜(4, 5)이 어떠한 교란물과도 접촉하지 않은 상태에서, 루틴은 도6의 흐름도에서 단계 S1, 단계 S2, 단계 S4, 단계 S5, 단계 S6 및 단계 S7의 순서로 진행된다. 단계 S7에서, 로버스트 보상기(16b)로부터의 교란 보상 출력을 제한하는 제한 수치는 슬립 각도 편차 Δβ의 증가에 따라 감소하도록 설정되고, 설정된 제한 수치는 로버스트 보상기(16b)로부터의 교란 보상 출력을 제한하는 최종의 제한 수치를 얻도록 이득 Kcs에 의해 승산된다.

다음은 슬립 각도 편차 Δβ가 제1 실시예에서 외력 지표로서 역할을 하는 방식을 설명한다. 예컨대, 차량이 직선으로 주행 중이며 조향 가능한 차륜(4, 5)이 울퉁불퉁한 도로로부터의 외력에 의해 회전될 때, 원하는 차량 슬립 각도 β*는 0이지만, 실제 차량 슬립 각도 β는 측면 방향 가속도 YG 및 차량 요율 Ψ에 따라 발생된다(방정식 (1) 참조). 따라서, 슬립 각도 편차 Δβ가 차량이 직선으로 주행하는 동안에 발생하는 경우에, 슬립 각도 편차 Δβ는 외력 지표로서 고려된다. 반면에, 슬립 각도 편차 Δβ가 코너링 중 발생할 때, 이는 차량이 원하는 차량 슬 립 각도 β^*가 실제 차량 슬립 각도 β와 동일한 중립 조향 상태로부터 벗어난 것을 의미한다. 따라서, 중립 조향 상태에 대해 어떤 크기의 오버스티어의 또는 언더스티어를 발생시키는 조향 가능한 차륜(4, 5)에 추가된 측면 방향 힘의 일부인 슬립 각도 편차 Δβ는 외력 지표로서 역할을 한다. 따라서, 외력 지표로서 슬립 각도 편차 Δβ를 사용함으로써, 제1 실시예의 조향 장치는 곡선형 도로를 포함하는 다양한 도로 상에서의 운전 중 차량 동적 거동에 대한 외력의 영향을 충분한 정확도로써 검출한다. 이와 같이, 슬립 각도 편차 Δβ에 따라 교란 보상의 출력을 제한함으로써 원하는 차륜 조향각 θta와 실제 차륜 조향각 θt 사이의 정상-상태 편차를 의도적으로 발생시키는 제1 실시예의 조향 장치는 조향 휠 및 조향 가능한 차륜에 기계적으로 연결된 전형적인 조향 장치가 제공된 차량의 조향-입력 섹션과 조향-출력 섹션 사이의 자연 비틀림을 충분한 정확도로써 시뮬레이션하는 데 효과적이다.

도7은 외력(교란)이 조향 가능한 차륜으로 입력되는 곳에서 원하는 차륜 조향각에 대해 제1 실시예에 따른 실제 차륜 조향각의 샘플 응답 그리고 기준 실시예에 따른 실제 차륜 조향각을 도시하는 도면이다. 점선에 의해 지시된 바와 같이, 기준 실시예의 조향 장치는 교란에 대한 완전한 교란 보상을 수행하여, 교란 입력으로써, 실제 차륜 조향각이 충분히 신속한 응답으로써 원하는 차륜 조향각에 따라 조절되게 한다. 반면에, 제1 실시예에서, 실선에 의해 도시된 바와 같이, 교란이 입력될 때, 조향 장치는 교란 보상 제한기(16c)의 제한 수치가 0인 상태에서 실제 차륜 조향각 θt가 원하는 차륜 조향각 θta로부터 떨어지도록 교란 입력에 조향 비틀림을 시뮬레이션하기 위해 교란 보상을 제한한다. 교란 입력 후, 모델-매칭 보상기(16a)는 원하는 조향 차륜 조향각 θta로 실제 차륜 조향각 θt를 조절하도록 모터 전류 명령 Ita를 계산하고, 교란 보상 제한기(16c)는 교란 보상의 제한을 점차로 완화시킨다. 이와 같이, 실제 차륜 조향각 θt는 어떤 응답 지연을 갖고 원하는 차륜 조향각 θta로 점차로 수렴한다.

조향 휠(1)이 곡선형 도로 상에서 깊게 회전될 때, 편차가 모터 전류 명령 Ita와 실제 차륜 조향각 θt 사이에서 일어난다. 코너링의 시작에서, 로버스트 보상기(16b)는 편차가 교란으로서 역할을 하는 상태에서 교란 보상을 출력한다. 반면에, 슬립 각도 편차 Δβ는 코너링의 시작에서 일어나므로, 조향-출력 제어기(16)는 교란 보상의 출력을 제한한다. 결과적으로, 곡선형 도로 상에서, 실제 차륜 조향각 θt는 어떤 응답 지연을 갖고 원하는 차륜 조향각 θta로 점차로 수렴하여, 차량은 매우 높은 조향 강성을 갖는 차량과 같이 어떠한 오버스티어 경향도 갖지 않게 된다. 따라서, 곡선형 도로 상에서, 제1 실시예의 조향 장치는 차량 슬립 각도의 과도한 증가를 방지하며 차량 코너링 거동의 안정성을 확보한다.

외력이 울퉁불퉁한 도로, 굽이치는 도로 또는 홈이 파인 도로 상에서 조향 가능한 차륜(4, 5)에 인가될 때, 편차가 모터 전류 명령 Ita와 실제 차륜 조향각 θt 사이에서 일어난다. 로버스트 보상기(16b)는 편차가 교란으로서 역할을 하는 상태에서 교란 보상을 출력한다. 반면에, 외력이 울퉁불퉁한 도로 상에서 조향 가능한 차륜에 인가될 때, 조향 가능한 차륜(4, 5)의 방향은 차량의 슬립 각도 편차 Δβ를 발생시키도록 그 중립 위치로부터 변화된다. 따라서, 조향-출력 제어기(16)는 교란 보상의 출력을 제한한다. 결과적으로, 조향 가능한 차륜(4, 5)의 실제 차륜 조향각이 울퉁불퉁한 도로, 굽이치는 도로 또는 홈이 파인 도로 상에서 외력에 의해 순간적으로 변화될 때, 조향-출력 작동기(6)에 인가된 응답 힘은 매우 높은 조향 강성을 갖는 차량에 동등한 차량과 같이 차체에 전달되지 않는다. 이는 차량의 안락감을 개선시킨다.

제1 실시예의 조향 장치가 로버스트 보상기(16b)로부터의 교란 보상의 출력을 제한하는 제어 작동을 수행하는 경우에, 조향 강성은 조향 휠 및 조향 가능한 차륜을 기계적으로 연결하는 조향 기어를 보유하는 차량과 실질적으로 동등해진다. 따라서, 조향 작동에 대한 차량 응답은 중립이고, 예컨대 조향 가능한 차륜은 조향 휠의 작동에 대해 어떤 응답 지연을 갖고 요율을 발생시키도록 실질적으로 조향된다. 이와 같이, 제1 실시예의 조향 장치는 조향 강성이 매우 높은 차량에 동등한 차량에서와 같이 운전자의 모순감을 없애고, 원하는 조향감을 제공한다. 편차가 원하는 차륜 조향각 θta와 실제 차륜 조향각 θt 사이에서 일어나서, 운전자가 실제 차륜 조향각 θt가 비교적 작은 것으로 느끼게 할 때, 그에 따라 운전자는 실제 차륜 조향각 θt를 증가시키도록 조향 휠(1)을 추가로 회전시킬 수 있다.

추가로, 큰 외력이 조향 가능한 차륜(4, 5)으로 입력될 때, 로버스트 보상기(16b)로부터의 교란 보상의 출력을 제한하는 제어 작동은 모터 전류 명령 Ita의 변화를 부드럽게 한다. 큰 외력이 입력될 때, 큰 전류가 조향 가능한 차륜의 조향각을 확보하도록 조향-출력 섹션에서 급작스럽게 발생되지 않는다. 따라서, 조향 장 치는 조향-출력 작동기(6)의 모터 부하를 감소시키고, 과열 상태를 방지한다.

다음은 조향 가능한 차륜(4, 5)이 교란물과 접촉 상태에 있을 때의 제1 실시예의 조향 장치의 조향-출력 제어 작동을 설명한다. 조향 가능한 차륜(4, 5)이 교란물과 접촉 상태에 있을 때, 루틴은 도6의 흐름도에서 단계 S1, 단계 S2 및 단계 S3의 순서로 진행된다. 단계 S3에서, 원하는 차륜 조향각 θta는 실제 차륜 조향각 θt로 설정된다. 바꿔 말하면, 원하는 차륜 조향각 θta와 실제 차륜 조향각 θt 사이의 편차는 0으로 설정된다. 이와 같이, 조향-출력 섹션 모터로의 전류 명령은 통상과 같이 실제 조향 휠 각도 θs에 따라 조향-출력 섹션에서 원하는 차륜 조향각 θta에 동등한 수치로 설정되지 않고, 원하는 차륜 조향각 θta와 실제 차륜 조향각 θt 사이의 편차가 0인 방식으로의 수치로 설정된다. 이러한 설정으로써, 운전자가 조향 휠(1)을 추가로 회전시킬 때에도, 조향-출력 섹션은 더 이상 이동하지 않는다. 따라서, 원하는 차륜 조향각 θta와 실제 차륜 조향각 θt 사이의 편차를 없애는 크기의 모터 전류는 불필요하다. 현재의 위치에서 차륜 조향각 θt를 유지하는 크기의 모터 전류만으로 충분하다. 따라서, 제1 실시예의 조향 장치는 과열에 대해 모터를 보호하도록 모터로의 전류를 제한한다. 추가로, 조향 가능한 차륜(4, 5)이 교란물과 접촉 상태에 있을 때, 조향-출력 섹션에서의 원하는 차륜 조향각 θta는 어떤 수치까지 조향-출력 섹션 모터로의 전류 명령을 직접적으로 변화시키지 않고 변화된다. 따라서, 제어 모드는 교란물-접촉 상태를 위한 제어로부터 통상의 차륜 조향각 제어로 재차 매끄럽게 이행된다.

다음은 외력이 조향 가능한 차륜에 인가될 때의 제1 실시예의 조향 장치의 조향-피드백 제어 작동을 설명한다. 제1 실시예의 조향 장치는 전술된 바와 같이 슬립 각도 편차 Δβ에 따라 교란 보상기의 출력을 제한함으로써 원하는 차륜 조향각 θta와 실제 차륜 조향각 θt 사이의 정상-상태 편차를 의도적으로 발생시키지만, 제1 실시예의 조향 장치는 도3에 도시된 바와 같이 원하는 차륜 조향각 θta와 실제 차륜 조향각 θt 사이의 편차에 따라 조향 휠(1)로 조향 피드백을 발생시킨다. 외력이 조향 가능한 차륜(4, 5)에 인가될 때, 편차가 원하는 차륜 조향각 θta와 실제 차륜 조향각 사이에서 발생된다. 조향 피드백은 편차에 따라 어떠한 외력도 없는 상태에 대해 변화되는데, 이는 운전자에게 외력이 조향 가능한 차륜(4, 5)에 인가된 것을 통지한다. 도3에 도시된 바와 같이, 제1 실시예의 조향 피드백 제어는 실제 조향 휠 각도 θs 그리고 조향 휠 각속도 ωs(=dθs/dt)가 크게 증가할 때 조향 휠(1)의 회전을 차단할 수 있도록 과도한 크기의 조향 피드백을 방지한다. 조향 피드백의 특성은 차량 특성에 따라 설정된다. 제한 수치 Ls는 평가된 타이어-도로 마찰 계수 μ의 증가에 따라 증가하도록 설정된다. 이는 평가된 타이어-도로 마찰 계수 μ에 따라 적절한 크기의 조향 피드백을 제공하는 데 즉 낮은 μ 도로 상에서 조향 휠(1)의 회전을 차단할 수 있도록 과도한 크기의 조향 피드백을 방지하거나 높은 μ 도로 상에서 비교적 큰 크기의 조향 피드백을 허용하는 데 효과적이다.

다음은 제1 실시예의 조향 장치의 효과 및 장점[(A1) 내지 (A6)]을 설명한다.

(A1) 조향 작용력 명령(Ita)에 따라 조향 작용력을 발생시켜 차량의 조향 출 력(θt)을 조절하도록 구성된 조향 작동기(6)와; 조향 입력(θs)을 설정하도록 구성된 조향 입력 유닛(1, 8)과; 차량으로의 교란 입력을 나타내는 교란 지표(Δβ)를 결정하도록 구성된 교란 판정 섹션(18)과; 조향 작동기(6), 조향 입력 유닛(1, 8) 및 교란 판정 섹션(18)으로의 신호 통신을 위해 연결되고, 조향 입력(θs)에 따라 원하는 조향 출력(θta)을 설정하는 단계와, 원하는 조향 출력(θta)에 따라 조향 작용력 명령(Ita)을 설정하는 단계와, 교란 지표(Δβ)에 따라 조향 작용력 명령(Ita)을 조정하는 단계와, 조향 작동기(6)로 조정된 조향 작용력 명령(Ita)을 출력하는 단계를 수행하도록 구성되는 조향 제어기(16)를 포함하고, 조향 제어기(16)가 조향 작용력 명령(Ita)을 조정하여 교란 지표(Δβ)의 증가에 따라 감소하도록 구성되고, 차량이 차륜이 달린 차량이고, 조향 작동기(6)가 조향 작용력 명령(Ita)에 따라 조향 작용력을 발생시켜 차량의 차륜(4, 5)의 조향각을 조절하도록 구성되고, 조향 입력 유닛(1, 8)이 조향 입력(θs)으로서 조향 휠 각도를 설정하도록 구성된 조향 휠인 조향 가능한 차량을 위한 조향 장치는 차량 코너링 거동의 안정성을 확보하도록, 차량의 안락감을 개선시키도록 그리고 조향감을 개선시키도록 차량이 조향 가능한 차륜(4, 5)에 외력이 입력되는 상태로 주행 중일 때 조향-입력 섹션과 조향-출력 섹션 사이의 원하는 비틀림을 충분한 정확도로써 시뮬레이션하는 데 효과적이다.

(A2) 조향 제어기(16)가 조향 작용력 명령(Ita)을 조정하여 차량의 조향 강성의 기계 부분에서의 증가에 따라 증가하도록 구성되는 조향 장치는 차량(스포츠형 자동차, 세단형 자동차 등)의 원하는 조향 강성에 따라 조향 강성 조향-입력 섹 션과 조향-출력 섹션 사이의 비틀림을 충분한 정확도로써 시뮬레이션하는 데 효과적이다.

(A3) 조향 출력(θt)을 측정하도록 구성된 조향 출력 센서(15)를 추가로 포함하고, 조향 제어기(16)가 차륜(4, 5)이 교란물과 접촉 상태에 있는 것인지를 결정하는 단계와; 차륜(4, 5)이 교란물과 접촉 상태에 있는 것으로 결정될 때 측정된 조향 출력(θt)으로 원하는 조향 출력(θta)을 설정하여 조향 작용력 명령(Ita)의 조정을 방지하는 단계를 수행하도록 구성되는 조향 장치는 과열에 대해 모터를 보호하도록 모터로의 전류를 제한하는 데 효과적이고, 조향 가능한 차륜(4, 5)이 교란물과 접촉 상태에 있을 때 조향-출력 섹션 모터로의 전류 명령을 직접적으로 변화시키지 않고 원하는 차륜 조향각 θta를 변화시키기 때문에 교란물-접촉 상태를 위한 제어로부터 통상의 차륜 조향각 제어로 매끄럽게 이행하는 데 효과적이다.

(A4) 조향 출력(θt)을 측정하도록 구성된 조향 출력 센서(15)를 추가로 포함하고, 조향 제어기(16)가 원하는 조향 출력(θta) 그리고 측정된 조향 출력(θt)에 따라 조향 작용력 명령(Ita)을 설정하도록 구성되고, 조향-피드백 명령(Tms)에 따라 조향 입력 유닛(1, 8)으로의 조향 피드백을 발생시키도록 구성된 피드백 작동기(2)와; 원하는 조향 출력(θta)과 측정된 조향 출력(θt) 사이의 차이에 따라 조향-피드백 명령(Tms)을 설정하도록 구성된 피드백 제어기(10)를 추가로 포함하는 조향 장치는 모터 구동 토크가 원하는 차륜 조향각 θta와 실제 차륜 조향각 θt 사이의 편차를 발생시키도록 조향 가능한 차륜(4, 5)에 인가된 외력에 따라 제어될 때 외력이 조향 가능한 차륜(4, 5)에 인가된 것을 운전자에게 통지하는 데 효과적 이다.

(A5) 교란 판정 섹션(19)이 교란 지표(Δβ)로서 차량의 원하는 차량 슬립 각도(β^*)와 차량의 실제 차량 슬립 각도(β) 사이의 차이를 결정하도록 구성되는 조향 장치는 코너링 거동 그리고 노면 교란으로 인한 차체의 편향 등의 차량 동적 거동에 영향을 미치는 조향 가능한 차륜(4, 5)으로의 외력을 충분한 정확도로써 측정하는 데 효과적이다.

(A6) 조향 출력(θt)을 측정하도록 구성된 조향 출력 센서(15)를 추가로 포함하고, 조향 제어기(16)가 원하는 조향 출력(θta)과 측정된 조향 출력(θt)에 따라 조향 작용력 명령(Ita)을 설정하도록 구성되고, 조향 제어기(16)가 조향 작용력 명령(Ita) 그리고 측정된 조향 출력(θt)에 따라 교란을 결정하도록 구성된 교란 보상기(16b)를 포함하고, 조향 제어기(16)가 교란 보상을 조정하여 조향 작용력 명령(Ita)의 조정을 위해 교란 지표(Δβ)의 증가에 따라 감소하도록 구성되는 조향 장치는 로버스트 보상기(16b)를 포함하는 조향-출력 제어기(16)에 외력 지표에 따라 교란 보상의 출력을 제한하는 교란 보상 제한기(16c)를 추가함으로써 외력 지표에 따라 원하는 차륜 조향각 θta와 실제 차륜 조향각 θt 사이의 정상-상태 편차를 의도적으로 발생시키는 제어 시스템을 간단하게 구성하는 것을 가능하게 하는 데 효과적이다.

이제, 도8 및 도9를 참조하면, 제2 실시예에 따른 조향 가능한 차량을 위한 조향 장치가 도시되어 있다. 제2 실시예에서, 조향 장치는 외력 지표로서 조향 가 능한 차륜(4, 5)을 조향하는 축 방향 힘을 검출한다. 도8은 제2 실시예에 따른 강력한 모델 매칭 기술로써 구성된 조향-출력 제어 시스템을 도시하는 시스템 블록도이다. 도8에 도시된 바와 같이, 조향-출력 제어기(16)는 모델-매칭 보상기(16a), 로버스트 보상기 또는 교란 보상기(16b), 감산기(16d), 전류 제한기(16e), 교란물-접촉 결정 섹션(16f), 스위치(16g) 및 교란 보상 제한기(26c)를 포함한다. 이와 같이, 제1 실시예의 교란 보상 제한기(16c)는 제2 실시예에서 교란 보상 제한기(26c)로써 대체된다. 제2 실시예에서, 외력 센서(19)는 차량으로의 교란 입력을 나타내는 교란 지표를 결정하도록 구성된 교란 판정 섹션으로서 역할을 한다.

교란 보상 제한기(26c)는 로버스트 보상기(16b)로부터의 교란 보상을 제한하여 로버스트 보상기(16b)로부터의 교란 보상이 조향 가능한 차륜(4, 5)에 인가된 축 방향 힘 Tf인 조향 가능한 차륜(4, 5)에 인가된 외력을 나타내는 외력 지표의 증가에 따라 감소하도록 구성된다.

다음은 제2 실시예의 조향 장치의 조향-출력 작동을 설명한다. 도9는 조향-출력 제어기(16)에 의해 수행될 조향-출력 제어 처리를 도시하는 흐름도이다. 도9의 흐름도에서의 단계 S21, 단계 S22 및 단계 S23은 각각 도6의 흐름도에서의 단계 S1, 단계 S2 및 단계 S3과 동일하다.

조향 가능한 차륜(4, 5)이 어떠한 교란물과도 접촉 상태에 있지 않다는 단계 S22에서의 결정에 후속하여, 단계 S24에서, 조향-출력 제어기(16)는 외력 센서(19)로부터의 센서 신호에 따라 조향 가능한 차륜(4, 5)에 인가된 외력 Tf를 계산한다. 후속적으로, 루틴은 단계 S25로 진행된다.

단계 S25에서, 조향-출력 제어기(16)는 외력 Tf 그리고 소정의 이득 Kcs에 따라 교란 보상을 제한하는 제한 수치를 결정한다. 이득 Kcs는 차량 특성에 따라 미리 결정된다. 구체적으로, 우선, 제한 수치는 외력 Tf의 증가에 따라 감소하도록 결정된다. 다음에, 제한 수치는 교란 보상을 제한하는 최종의 제한 수치를 얻도록 이득 Kcs에 의해 승산된다. 후속적으로, 루틴은 단계 S1로 복귀된다. 따라서, 외력 Tf가 일어나지 않을 때, 로버스트 보상기(16b)의 교란 보상은 모터 전류 명령 Ita가 완전한 교란 보상에 따라 크게 계산되도록 교란 보상 제한기(26c)에서 제한되지 않는다. 반면에, 외력 Tf가 일어날 때, 로버스트 보상기(16b)의 교란 보상은 모터 전류 명령 Ita가 어떠한 외력도 없는 경우보다 작게 계산되도록 교란 보상 제한기(26c)에 의해 제한된다. 나아가, 교란 보상 제한기(26c)의 제한은 외력 Tf의 증가에 따라 향상되므로 즉 교란 보상은 외력 Tf의 증가에 따라 감소되므로, 모터 전류 명령 Ita는 외력 Tf의 증가에 따라 감소하도록 계산된다. 이득 Kcs는 차체의 강성 또는 원하는 조향 강성의 증가에 따라 증가하도록 설정된다. 예컨대, 높은 차체 강성을 갖는 스포츠형 자동차의 이득 Kcs는 세단형 자동차보다 크게 설정된다.

다음은 외력이 조향 가능한 차륜에 인가될 때의 제2 실시예의 조향 장치의 조향-출력 제어 작동을 설명한다. 제2 실시예의 조향 장치에서, 조향-출력 제어기(16)는 원하는 차륜 조향각 θta와 실제 차륜 조향각 θt 사이의 정상-상태 편차를 의도적으로 발생시키기 위해 외력 Tf의 증가에 따라 감소하도록 조향-출력 작동기(6)의 전기 모터로의 모터 전류 명령 Ita를 조정한다. 따라서, 차량이 조향 가능 한 차륜(4, 5)에 외력이 입력되는 상태로 주행 중일 때, 조향-입력 섹션과 조향-출력 섹션 사이의 원하는 비틀림이 차량 코너링 거동의 안정성을 확보하도록, 차량의 안락감을 개선시키도록 그리고 조향감을 개선시키도록 차륜 조향각 편차에 의해 충분한 정확도로써 시뮬레이션된다. 구체적으로, 차량이 곡선형 도로, 울퉁불퉁한 도로, 굽이치는 도로 또는 홈이 파인 도로 상에서 주행 중일 때, 조향 가능한 차륜(4, 5)이 어떠한 교란물과도 접촉하지 않은 상태에서, 루틴은 도9의 흐름도에서 단계 S21, 단계 S22, 단계 S24 및 단계 S25의 순서로 진행된다. 단계 S25에서, 로버스트 보상기(16b)로부터의 교란 보상 출력을 제한하는 제한 수치는 외력 Tf의 증가에 따라 감소하도록 설정되고, 설정된 제한 수치는 로버스트 보상기(16b)로부터의 교란 보상 출력을 제한하는 최종의 제한 수치를 얻도록 이득 Kcs에 의해 승산된다.

다음은 제2 실시예에서 외력 지표로서 외력 Tf를 사용하는 이유를 설명한다. 우선, 조향 래크 샤프트에 토크 센서가 갖춰진 차량이 그대로 토크 센서 데이터를 사용할 수 있다. 다음에, 제2 실시예의 조향-출력 제어는 모터로의 모터 토크 명령인 모터 전류 명령 Ita를 제어하는 즉 외력 지표에 따라 모터에 인가된 토크를 제어하는 각도 제어이므로, 외력 지표로서의 어떤 크기의 토크의 직접적인 사용은 조향-출력 제어에서 신속하고 효과적인 제어를 가능하게 한다.

다음은 제2 실시예의 조향 장치의 효과 및 장점을 설명한다. 제2 실시예에서, 조향 장치는 제1 실시예의 (A1) 내지 (A6)에 추가하여 다음의 효과 및 장점[(A7)]을 발생시킨다.

(A7) 교란 판정 섹션(19)이 교란 지표(Tf)로서 조향 작용력을 측정하도록 구 성되는 조향 장치는 비교적 정확한 외력 지표를 획득하는 데 그리고 모터 전류 명령 Ita의 신속하고 효과적인 조정 제어를 수행하는 데 효과적이다.

이제, 도10 및 도11을 참조하면, 제3 실시예에 따른 조향 가능한 차량을 위한 조향 장치가 도시되어 있다. 제3 실시예에서, 조향-출력 섹션은 피드포워드 보상기 및 피드백 보상기를 포함하는 2차-자유도 제어 시스템이도록 구성되고, 피드백 보상기로부터의 출력을 제한하도록 구성된다. 도10은 제3 실시예의 제1 변형예에 따른 피드포워드 보상기 및 피드백 보상기를 포함하는 조향-출력 제어 시스템을 도시하는 시스템 블록도이다. 도11은 제3 실시예의 제2 변형예에 따른 조향-출력 제어 시스템을 도시하는 시스템 블록도이다. 도10 및 도11에 도시된 바와 같이, 조향-출력 제어기(16)는 로버스트 보상기(16b), 전류 제한기(16e), 교란물-접촉 결정 섹션(16f), 스위치(16g), 피드포워드 보상기(36h), 표준 모델(36i), 적산계(36j), 피드백 보상기(36k) 및 피드백 보상 제한기(36c 또는 37c)를 포함한다.

피드포워드 보상기(36h)는 원하는 차륜 조향각 θta를 수용하도록 그리고 적산계(36m)로 조향-모터 전류 명령의 피드포워드 부분으로서 피드포워드 조향-모터 전류 명령(피드포워드 조향 작용력 명령)을 출력하도록 구성된다.

표준 모델(36i)은 원하는 차륜 조향각 θta를 수용하도록 그리고 표준 모델 Gm(s)에 의해 표준 차륜 조향각 또는 기준 차륜 조향각 θta_ref를 발생시키도록 구성된다.

감산기(36j)는 표준 모델(36i)로부터 출력된 기준 차륜 조향각 θta_ref와 실제 차륜 조향각 θt 사이의 편차를 계산하도록 구성된다.

피드백 보상기(36k)는 감산기(36j)로부터 차륜 조향각 편차를 수용하도록 그리고 피드백 보상 제한기(36c 또는 36c)로 조향-모터 전류 명령에 대한 피드백 보상으로서 조향-모터 전류 명령 피드백 보상(정상-상태-교란 보상) Ifb를 출력하도록 구성된다.

교란 보상 제한기(36c 또는 37c)는 조향 가능한 차륜(4, 5)에 인가된 외력을 나타내는 외력 지표의 증가에 따라 감소하는 제한 수치로써 피드백 보상기(36k)로부터의 조향-모터 전류 명령 피드백 보상 Ifb를 제한하도록 구성되고, 적산계(36m)로 제한된 조향-모터 전류 명령 피드백 보상 Ifblim을 출력하도록 구성된다. 도10에 도시된 바와 같은 제3 실시예의 제1 변형예에서, 교란 보상 제한기(36c)는 제1 실시예에서와 같이 슬립 각도 편차 Δβ의 증가에 따라 감소하는 제한 수치로써 피드백 보상기(36k)로부터의 조향-모터 전류 명령 피드백 보상 Ifb를 제한하도록 구성된다. 도11에 도시된 바와 같은 제3 실시예의 제2 변형예에서, 교란 보상 제한기(36c)는 제2 실시예에서와 같이 슬립 각도 편차 Δβ의 증가에 따라 감소하는 제한 수치로써 피드백 보상기(36k)로부터의 조향-모터 전류 명령 피드백 보상 Ifb를 제한하도록 구성된다.

적산계(36m)는 피드포워드 보상기(36h)로부터의 피드포워드 조향-모터 전류 명령 Iff, 피드백 보상 제한기(36c)로부터의 제한된 조향-모터 전류 명령 피드백 보상 Ifblim 그리고 로버스트 보상기(16b)로부터의 교란 보상(일시-교란 보상) Irbst를 적산함으로써 (전류 제한기 처리 전에) 모터 전류 명령 Ita를 계산하도록 구성된다. 다른 요소는 제1 또는 제2 실시예에서와 동일하다.

다음은 외력이 조향 가능한 차륜에 인가될 때의 제3 실시예의 조향 장치의 조향-출력 제어 작동을 설명한다. 제3 실시예의 조향 장치에서, 조향-출력 제어기(16)는 원하는 차륜 조향각 θta와 실제 차륜 조향각 θt 사이의 정상-상태 편차를 의도적으로 발생시키기 위해 슬립 각도 편차 Δβ 또는 외력 Tf의 증가에 따라 감소하도록 조향-출력 작동기(6)의 전기 모터로의 모터 전류 명령 Ita를 조정한다. 따라서, 차량이 조향 가능한 차륜(4, 5)에 외력이 입력되는 상태로 주행 중일 때, 조향-입력 섹션과 조향-출력 섹션 사이의 원하는 비틀림이 차량 코너링 거동의 안정성을 확보하도록, 차량의 안락감을 개선시키도록 그리고 조향감을 개선시키도록 차륜 조향각 편차에 의해 충분한 정확도로써 시뮬레이션된다.

피드포워드 보상기(36h) 및 피드백 보상기(36k)를 포함하는 전술된 2차-자유도 제어 시스템에서, 피드백 보상기(36k)는 표준 모델(36i)에 대한 에러를 보상하여, 원하는 차륜 조향각 θta에 대한 실제 차륜 조향각 θt의 응답은 제1 및 제2 실시예에 비해 향상되게 한다.

어떠한 비틀림도 조향 가능한 차륜(4, 5)에 외력이 입력되는 상태로 주행 중일 때 조향-입력 섹션과 조향-출력 섹션 사이에서 시뮬레이션되지 않으면, 제3 실시예의 조향 장치의 기본 조향 강성은 제1 및 제2 실시예보다 높다. 따라서, 제3 실시예에 의한 비틀림의 시뮬레이션은 차량 동적 거동의 안정성, 안락감 그리고 조향감을 위해 더욱 효과적이다.

다음은 제3 실시예의 조향 장치의 효과 및 장점을 설명한다. 제3 실시예에서, 조향 장치는 (A6)을 제외한 제1 및 제2 실시예의 효과 및 장점에 추가하여 다 음의 효과 및 장점[(A8)]을 발생시킨다.

(A8) 조향 출력(θt)을 측정하도록 구성된 조향 출력 센서(15)를 추가로 포함하고, 조향 제어기(16)가 원하는 조향 출력(θta) 그리고 측정된 조향 출력(θt)에 따라 조향 작용력 명령(Ita)을 설정하도록 구성되고, 조향 제어기(16)가 원하는 조향 출력(θta)에 따라 피드포워드 조향 작용력 명령(Iff)을 결정하도록 구성된 피드포워드 보상기(36h)와; 차량의 표준 모델을 사용하여 원하는 조향 출력(θta)에 따라 표준 조향 출력(θta_ref)을 결정하도록 구성된 섹션과; 측정된 조향 출력(θt)과 표준 조향 출력(θta_ref) 사이의 차이에 따라 피드백 보상(Ifb)을 결정하도록 구성된 피드백 보상기(36k)를 포함하고, 조향 제어기(16)가 피드백 보상(Ifb)을 조정하여 조향 작용력 명령(Ita)의 조정을 위해 교란 지표(Δβ; Tf)의 증가에 따라 감소하도록 구성되는 조향 장치는 2차-자유도 제어 시스템 때문에 원하는 차륜 조향각 θta에 대한 응답 및 추적성을 향상시키는 데 그리고 차량이 조향 가능한 차륜(4, 5)에 외력이 입력되는 상태로 주행 중일 때 차량 코너링 거동의 안정성을 확보하도록, 차량의 안락감을 개선시키도록 그리고 조향감을 개선시키도록 비틀림을 충분한 정확도로써 시뮬레이션하는 데 효과적이다.

외력 지표를 측정하는 수단은 전술된 실시예에서 슬립 각도 편차 Δβ 또는 외력 Tf를 계산하도록 구성되지만, 외력 지표를 측정하는 수단은 조향 가능한 차륜(4, 5)에 인가된 외력 지표를 나타내는 어떤 다른 외력 지표를 측정하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 다음의 변수가 외력 지표로서 사용될 수 있다:

(ⅰ) 차량 슬립 각도,

(ⅱ) 측정된 조향-모터 토크와 조향-모터 전류 명령에 따라 계산되는 평가된 조향-모터 토크 사이의 편차,

(ⅲ) 측정된 조향-모터 전류와 조향-모터 전류 명령 사이의 편차에 따라 계산된 교란 토크, 또는

(ⅳ) 조향 래크 샤프트의 측정된 축 방향 힘과 조향-모터 전류 명령에 따라 계산되는 평가된 조향-모터 토크 사이의 편차.

조향-출력 제어기는 제1 및 제2 실시예에서 로버스트 보상기로부터의 교란 보상의 출력을 제한하도록 구성되거나, 제3 실시예에서 피드백 보상기로부터의 출력을 제한하도록 구성되지만, 조향-출력 작동기는 외력 지표의 증가에 따라 감소하도록 조향-출력 작동기로의 모터 토크 명령을 조정하는 어떤 다른 방식으로 구성될 수 있다. 예컨대, 조향-출력 제어기는 조향 작동기로의 최종의 모터 토크 명령(모터 전류 명령)을 제한하도록 구성될 수 있거나, 외력 지표에 따라 로버스트 보상기로부터의 출력 그리고 피드백 보상기로부터의 출력 모두를 제한하도록 구성될 수 있다.

이제, 도12 내지 도22를 참조하면, 제4 실시예에 따른 조향 가능한 차량을 위한 조향 장치가 도시되어 있다. 도12는 제4 실시예에 따른 조향 장치를 구비한 자동차를 도시하는 개략도이다. 도13은 도12의 조향 장치를 도시하는 개략 블록도이다. 도12 및 도13에 도시된 바와 같이, 제4 실시예의 조향 장치는 조향-출력 제어기(조향 제어기)(46), 길이 방향 가속도 센서(48) 및 측면 방향 각속도 센서(49)로써 제1 실시예의 조향 장치의 조향-출력 제어기(16), 차량 슬립 각도 센서(18) 및 외력 센서(19)를 대체함으로써 구성된다.

조향-출력 제어기(46)는 조향-출력 작동기(6)를 제어하도록 전기 제어 유닛으로서 제공 및 구성된다. 조향-출력 제어기(46)는 상호 데이터 교환을 위해 양방향 통신 라인(17)으로써 조향-피드백 제어기(10)에 연결된다. 조향-출력 제어기(46)는 차속 센서(11), 조향-모터 위치 센서(15), 길이 방향 가속도 센서(48) 및 측면 방향 가속도 센서(49)로부터 입력 데이터를 수용하도록 구성된다. 길이 방향 가속도 센서(48)는 차량의 길이 방향 가속도를 측정하도록 구성된다. 측면 방향 가속도 센서(49)는 차량의 측면 방향 가속도를 측정하도록 구성된다. 조향-출력 제어기(46)는 교란물-접촉 결정 섹션, 피드백 보상 결정 섹션, 조향-모터 제어 명령 결정 섹션 및 조향-모터 구동 섹션을 포함한다. 교란물-접촉 결정 섹션은 조향 가능한 차륜(4, 5)이 교란물과 접촉 상태에 있는 것인지를 결정하도록 구성된다. 피드백 보상 결정 섹션은 원하는 차륜 조향각 θta와 교란으로 인한 실제 차륜 조향각 θt 사이의 편차에 따라 조향-모터 전류 명령에 대한 보상을 결정하도록 구성된다. 조향-모터 제어 명령 결정 섹션은 조향-모터 제어 구동-전류 명령을 얻도록 피드포워드 보상기의 출력과 피드포워드 보상기의 출력의 합으로부터 로버스트 보상기의 출력을 감산함으로써 그리고 상한 내에서 조향-모터 전류 명령을 제한함으로써 조향-모터 전류 명령을 계산하도록 구성된다. 조향-모터 구동 섹션은 조향-모터 제어 명령을 조향-출력 작동기(6)의 전기 모터로의 구동-전류 명령 Ita로 변환시키는 모터 구동 회로를 포함한다.

도14는 제4 실시예에 따른 조향-출력 제어 시스템을 도시하는 시스템 블록도 이다. 도14에 도시된 바와 같이, 조향-출력 제어기(46)는 피드포워드 보상기(46a), 표준 모델(46b), 감산기(46c), 피드백 보상기(46d), 스위치(46e), 적산계(46f), 전류 제한기(46g), 로버스트 보상기(46h) 및 증폭기(46j)를 포함한다.

피드포워드 보상기(46a)는 원하는 차륜 조향각 θta를 수용하도록 그리고 적산계(46f)로 조향-모터 전류 명령의 피드포워드 부분으로서 피드포워드 조향-모터 전류 명령 Iff를 출력하도록 구성된다.

표준 모델(46b)은 원하는 차륜 조향각 θta를 수용하도록 그리고 표준 모델 Gm(s)에 의해 표준 차륜 조향각 또는 기준 차륜 조향각 θta_ref를 발생시키도록 구성된다.

감산기(46c)는 표준 모델(46b)로부터 출력된 기준 차륜 조향각 θta_ref로부터 실제 차륜 조향각 θt를 감산함으로써 편차를 계산하도록 구성된다.

피드백 보상기(46d)는 기준 차륜 조향각 θta_ref와 실제 차륜 조향각 θt 사이의 편차를 수용하도록 그리고 피드백 증폭기(46j)로 조향-모터 전류 명령에 대한 피드백 보상으로서 조향-모터 전류 명령 피드백 보상 Ifb를 출력하도록 구성된다.

증폭기(46j)는 조향-모터 전류 명령 피드백 보상 Ifb를 수용하도록, 차량 특성에 따라 미리 결정되는 이득 Kcs에 의해 조향-모터 전류 명령 피드백 보상 Ifb를 승산하도록 그리고 스위치(46e)로 수치(Kcs·Ifb)(정상-상태-교란 보상)를 출력하도록 구성된다.

스위치(46e)는 증폭기(46j)로부터 적산계(46f)로 출력된 수치(Kcs·Ifb)를 출력한 것인지를 결정하기 위해 차량 상태 등에 따라 온 및 오프되도록 구성된다.

적산계(46f)는 피드포워드 보상기(36a)로부터 출력된 피드포워드 조향-모터 전류 명령 Iff로부터 로버스트 보상기(46h)로부터 출력된 교란 보상 Irbst를 감산함으로써 모터 전류 명령 Ita를 계산하도록 구성된다. 적산계(46f)는 스위치(46e)가 온 상태에 있는 동안에 모터 전류 명령 Ita에 증폭기(46j)로부터 출력된 수치(Kcs·Ifb)를 가산하도록 추가로 구성된다.

전류 제한기(46g)는 과도-전류를 방지하도록 조향-출력 작동기(6)의 전기 모터를 통한 전기 전류를 제한하도록 구성된다. 구체적으로, 전류 제한기(46g)는 적산계(46f)로부터의 모터 전류 명령 Ita가 소정의 전류 제한 수치 이하인 경우에서와 같이 모터 전류 명령 Ita를 출력하도록 그리고 모터 전류 명령 Ita가 전류 제한 수치를 초과한 경우에 모터 전류 명령 Ita로서 전류 제한 수치를 출력하도록 구성된다. 모터 전류 명령 Ita는 제어 객체 Gp(s)로서의 조향-출력 작동기(6)의 모터로 출력된다.

로버스트 보상기(46h)는 제어 객체 Gp(s)로의 입력으로서의 모터 전류 명령 Ita 그리고 제어 객체로부터의 출력으로서의 측정된 차륜 조향 각속도 ωt를 수용하도록, 울퉁불퉁한 도로, 굽이치는 도로 또는 홈이 파인 도로로부터 조향 가능한 차륜으로의 입력 등의 모델링 에러 그리고 코너링 또는 감속에서 조향 가능한 차륜으로의 부하의 변화로 인한 또는 타이어-도로 마찰 계수 μ의 측면 방향 변동으로부터 기인하는 조향 가능한 차륜들 사이의 구동/제동 토크의 측면 방향 변동으로 인한 토크 조향 등을 포함하는 제어 간섭 인자인 교란을 평가하도록, 그리고 평가 된 교란을 출력하도록 구성된다. 로버스트 보상기(46h)로부터의 교란 보상 출력 Irbst는 조향-출력 제어에서 모터 전류 명령 Ita를 조정하는 데 사용된다. 제4 실시예에서, 피드백 보상기(46d) 및 로버스트 보상기(46h)는 차량으로의 교란 입력을 나타내는 교란 지표를 결정하도록 구성된 교란 판정 섹션으로서 역할을 한다.

전술된 바와 같이, 조향-출력 제어기(46)의 제어 시스템은 피드포워드 보상기(46e) 및 피드백 보상기(46d), 로버스트 보상기(46h) 그리고 피드백 보상기(46d)의 출력측에 배치된 스위치(46e)를 포함하는 2차-자유도 제어 시스템을 포함한다. 도15는 기준 실시예에 따른 강력한 모델 매칭 기술로써 구성된 조향-출력 제어 시스템을 도시하는 시스템 블록도이다. 로버스트 보상기(46h)는 제어 객체의 어떤 크기의 각속도(측정된 차륜 조향 각속도 ωt) 이외의 어떠한 크기의 각도(측정된 차륜 조향 속도 θt)도 사용하지 않으므로, 로버스트 보상기(46h)는 도15의 기준 실시예와 대조적으로 교란의 정상-상태 성분에 따라서가 아니라 교란의 일시적 성분에 따라 보상을 수행한다. 나아가, 피드백 보상기(46d)의 출력 단계에서 형성된 스위치(46e)의 온/오프의 스위칭은 로버스트 보상기(46h)로부터의 교란 보상을 사용할 것인지를 결정한다. 스위치(46e)가 온인 상태에서, 정상-상태 편차가 원하는 차륜 조향각 θta와 실제 차륜 조향각 θt 사이에서 발생된다. 반면에, 스위치(46e)가 오프인 상태에서, 교란 등의 다양한 인자로 인한 의도되지 않은 편차(중립으로부터의 편차 또는 의도된 편차로부터의 편차)가 원하는 차륜 조향각 θta와 실제 차륜 조향각 θt 사이에서 제거된다.

다음은 제4 실시예의 조향 장치의 작동을 설명한다. 도16은 조향-출력 제어 기(46)에 의해 수행될 조향-출력 제어 처리를 도시하는 흐름도이다.

단계 S41에서, 조향-출력 제어기(46)는 차속 센서(11)로부터 차속 V를, 길이 방향 가속도 센서(48)로부터 길이 방향 가속도 Gar을, 측면 방향 가속도 센서(49)로부터 측면 방향 가속도 Gl을, 피드백-모터 위치 센서(9)로부터 실제 조향 휠 각도 θs에 따라 설정된 원하는 차륜 조향각 θta를, 조향-모터 위치 센서(15)로부터 실제 차륜 조향각 θt를 그리고 모터 구동 회로 내에 제공된 조향-모터 구동-전류 센서(도시되지 않은)로부터 실제 조향-모터 구동 전류 It를 읽는다. 후속적으로, 루틴은 단계 S42로 진행된다. 가변 조향비 기구를 포함하므로, 원하는 차륜 조향각 θta는 제1 실시예에서와 같이 결정된다.

단계 S42에서, 조향-출력 제어기(46)는 조향 가능한 차륜(4, 5)이 교란물과 접촉 상태에 있는지를 결정한다. 단계 S42로의 회답이 예일 때, 루틴은 단계 S43으로 진행된다. 반면에, 단계 S42로의 회답이 아니오일 때, 루틴은 단계 S44로 진행된다. 이러한 결정은 제1 실시예에서와 같이 수행된다.

단계 S43에서, 조향-출력 제어기(46)는 조향 가능한 차륜(4, 5)이 교란물과 접촉 상태에 있다는 단계 S42에서의 결정을 기초로 하여 실제 차륜 조향각 θt로 원하는 차륜 조향각 θta를 설정한다. 후속적으로, 루틴은 복귀된다.

단계 S44에서, 조향-출력 제어기(46)는 원하는 차륜 조향각 θta와 교란으로 인한 실제 차륜 조향각 θt 사이의 편차를 위한 보상량을 계산한다. 후속적으로, 루틴은 단계 S45로 진행된다. 보상량은 조향 강성의 차이를 시뮬레이션하기 위해 차량 특성에 따라 미리 결정된 이득 Kcs에 의해 조정되고, (차속 V의 증가에 따라 감소하도록) 차속 V에 따라 조정된다. 예컨대, 높은 조향 강성을 갖는 스포츠형 자동차의 이득 Kcs는 세단형 자동차보다 크게 설정된다.

단계 S45에서, 조향-출력 제어기(46)는 피드백 보상 작동을 수행한 것인지를 결정한다. 단계 S45로의 회답이 예일 때, 루틴은 단계 S46으로 진행된다. 반면에, 단계 S45로의 회답이 아니오일 때, 루틴은 단계 S47로 진행된다. 이러한 결정은 길이 방향 가속도 Gar, 측면 방향 가속도 Gl 그리고 조향 휠의 작동 상태에 따라 수행된다. 제4 실시예에서, 조향-출력 제어기(46)는 다음의 조건들 중 적어도 1개가 충족되는 동안에 피드백 보상 작동을 수행하지 않도록 결정하고, 다음의 모든 조건이 충족되지 않는 동안에 피드백 보상 작동을 수행하도록 결정한다.

조건 1: 피드백 보상기(46d)에 의해 결정된 정상-상태 편차는 5˚의 조향 휠 각도에 동등한 수치 등의 소정 임계치 이상이다.

조건 2: 길이 방향 가속도 Gar는 구동륜이 슬립될 정도로 큰 소정 임계치 Gath 이상이다.

조건 3: 길이 방향 가속도 Gar는 차륜이 로킹될 정도로 큰 음의 수치인 소정 임계치 Grth 이하이다.

조건 4: 측면 방향 가속도 Gl은 지면에 대한 내측 차륜의 점착력이 손실될 정도로 큰 소정 임계치 Glth 이상이다.

조건 5: 조향 휠(1)은 유지된다. 구체적으로, 조향 휠(1)의 조향 휠 각도는 소정 기간에 걸쳐 실질적으로 일정하게 유지된다.

전술된 작동은 차량 안전성을 확보한다. 조향 휠(1)이 유지될 때, 운전자가 본 조 건을 유지할 의향을 갖는 것으로 추정되므로, 조건 5가 제공된다.

단계 S46에서, 조향-출력 제어기(46)는 피드백 보상이 수행되어야 한다는 단계 S45에서의 결정에 따라 스위치(46e)를 온한다. 후속적으로, 루틴은 복귀된다.

단계 S47에서, 조향-출력 제어기(46)는 피드백 보상이 수행되지 않아야 한다는 단계 S45에서의 결정에 따라 스위치(46e)를 오프한다. 후속적으로, 루틴은 복귀된다.

다음은 제4 실시예의 조향 장치의 조향-출력 제어 작동을 설명한다. 기준 실시예와 대조적으로, 제4 실시예의 조향 장치는 평가된 교란을 위한 보상을 일시적 성분 및 정상-상태 성분으로 분할함으로써 그리고 보상의 정상-상태 성분의 크기를 제어함으로써 조향-출력 작동기(6)를 제어한다. 따라서, 교란이 입력될 때, 제4 실시예의 조향 장치는 교란에 따라 조향-입력 섹션과 조향-출력 섹션 사이에 원하는 비틀림을 시뮬레이션하도록 그리고 운전자의 모순감을 방지하도록 원하는 차륜 조향각 θts와 실제 차륜 조향각 θt 사이에 정상-상태 편차를 의도적으로 발생시킨다.

조향 가능한 차륜(4, 5)이 어떠한 교란물과도 접촉 상태에 있지 않으며 피드백 보상기(46d)에 의해 결정된 정상-상태 편차가 임계치 이상일 때, 루틴은 도16의 흐름도에서 단계 S41, 단계 S42, 단계 S44, 단계 S45 및 단계 S47의 순서로 진행된다. 단계 S47에서, 스위치(46e)는 오프된다. 따라서, 교란의 정상-상태를 위한 보상량은 0으로 설정된다. 따라서, 정상-상태 편차가 도19에 도시된 바와 같이 원하는 차륜 조향각 θta와 실제 차륜 조향각 θt 사이에서 발생된다.

반면에, 피드백 보상기(46d)에 의해 결정된 정상-상태 편차가 임계치 미만일 때, 루틴은 도16의 흐름도에서 단계 S41, 단계 S42, 단계 S44, 단계 S45 및 단계 S46의 순서로 진행된다. 단계 S46에서, 스위치(46e)는 온된다. 따라서, 모터 전류 명령 Ita는 교란의 정상-상태 성분으로 인한 편차를 위한 보상에 따라 보상된다. 이는 도20에 도시된 바와 같이 교란에 따른 편차로부터 기인하는 제어 에러 및 조향감에 대한 악영향을 방지한다.

반면에, 조향 가능한 차륜(4, 5)이 교란물과 접촉 상태에 있는 것으로 결정될 때, 루틴은 도16의 흐름도에서 단계 S41, 단계 S42 및 단계 S43의 순서로 진행된다. 단계 S43에서, 원하는 차륜 조향각 θta는 실제 차륜 조향각 θt로 설정된다. 즉, 원하는 차륜 조향각 θta와 실제 차륜 조향각 θt 사이의 편차는 0으로 설정된다. 이와 같이, 조향-출력 섹션 모터로의 전류 명령은 통상과 같이 실제 조향 휠 각도 θs에 따라 조향-출력 섹션에서 원하는 차륜 조향각 θta에 동등한 수치로 설정되지 않고, 원하는 차륜 조향각 θta와 실제 차륜 조향각 θt 사이의 편차가 0인 방식으로의 수치로 설정된다. 이러한 설정으로써, 운전자가 조향 휠(1)을 추가로 회전시킬 때에도, 조향-출력 섹션은 더 이상 이동하지 않는다. 따라서, 원하는 차륜 조향각 θta와 실제 차륜 조향각 θt 사이의 편차를 없애는 크기의 모터 전류는 불필요하다. 현재의 위치에서 차륜 조향각 θt를 유지하는 크기의 모터 전류만으로 충분하다. 따라서, 제4 실시예의 조향 장치는 과열에 대해 모터를 보호하도록 모터로의 전류를 제한한다. 추가로, 조향 가능한 차륜(4, 5)이 교란물과 접촉 상태에 있을 때, 조향-출력 섹션에서의 원하는 차륜 조향각 θta는 어떤 수치 까지 조향-출력 섹션 모터로의 전류 명령을 직접적으로 변화시키지 않고 변화된다. 따라서, 제어 모드는 교란물-접촉 상태를 위한 제어로부터 통상의 차륜 조향각 제어로 재차 매끄럽게 이행된다.

도21a 및 도21b는 교란이 조향-출력 제어 시스템으로 입력되는 곳에서 원하는 차륜 조향각 θta에 대해 제4 실시예에 따른 스위치(46e)가 오프인 상태의 피드백 보상이 없는 제어 하에서의 실제 차륜 조향각 θt의 샘플 응답 그리고 기준 실시예에 따른 실제 차륜 조향각 θt의 응답을 도시하는 도면이다. 도21a 및 도21b에 도시된 바와 같이, 피드백 보상기(46d)에 의해 결정된 정상-상태 편차가 임계치 이상일 때, 모터 전류 명령은 원하는 차륜 조향각 θta와 실제 차륜 조향각 θt 사이에 정상-상태 편차를 발생시켜 교란에 따라 조향-입력 섹션과 조향-출력 섹션 사이의 원하는 비틀림을 시뮬레이션하도록 교란의 정상-상태 편차를 위한 보상으로써 보상되지 않는다.

도22는 제4 실시예에 따른 원하는 차륜 조향각 θta에 대해 스위치(46e)가 온인 상태의 교란 보상이 있는 제어 하에서의 실제 차륜 조향각 θt의 샘플 응답을 도시하는 도면이다. 실제 차륜 조향각 θt가 중립으로부터 또는 원하는 차륜 조향각 θta에 대해 의도된 편차로부터 벗어날 때, 모터 전류 명령은 원하는 차륜 조향각 θta로 실제 차륜 조향각 θt를 조절하도록 교란의 정상-상태 성분을 위한 보상으로써 보상된다.

제4 실시예에서, 정상-상태-교란 보상은 차량 특성에 따라 미리 결정된 이득 Kcs에 비례하여 설정된다. 이득 Kcs는 차체의 강성의 증가에 따라 증가하도록 설 정된다. 따라서, 이득 Kcs는 차량(스포츠형 자동차, 세단형 자동차 등)의 원하는 조향 강성에 따라 조향-입력 섹션과 조향-출력 섹션 사이의 원하는 비틀림을 충분한 정확도로써 시뮬레이션하는 역할을 한다. 나아가, 정상-상태-교란 보상으로 인한 차량 동적 거동의 변화는 차속 V의 증가에 따라 증가하므로, 정상-상태-교란 보상은 차속 V의 증가에 따라 감소하도록 설정된다. 이와 같이, 차량 동적 거동에 대한 차속 V의 작용은 적절하게 조정된다.

실제 차륜 조향각 θt가 교란에 따라 원하는 차륜 조향각 θta로부터 벗어날 때에도, 교란의 정상-상태 성분을 위한 보상은 급격한 가속/감속 상태 또는 과도한 측면 슬립 상태에 있는 경우에 0으로 설정된다. 이와 같이, 차량 동적 거동의 변화가 큰 경우에, 교란으로 인한 편차는 편차의 제거로 인한 차량 동적 거동의 변화를 방지하도록 그리고 차량 동적 거동을 안정화하도록 유지된다. 나아가, 조향 휠(1)이 일정하게 유지될 때, 교란의 정상-상태 성분을 위한 보상은 0으로 설정된다. 즉, 운전자가 조향의 의향이 없이 현재의 상태를 유지할 의향을 갖는 것으로 추정될 때, 교란의 정상-상태 성분으로 인한 편차는 운전자의 모순감을 방지하도록 방치된다.

다음은 제4 실시예의 조향 장치의 효과 및 장점[(B1) 내지 (B10)]을 설명한다.

(B1) 교란 판정 섹션(46h, 46d)이 교란의 일시적 성분을 결정하도록 그리고 교란의 정상-상태 성분을 결정하도록 구성되고, 조향 제어기(46)가 교란의 일시적 성분에 따라 일시적-교란 보상(Irbst)을 결정하는 단계와; 교란의 정상-상태 성분 에 따라 정상-상태-교란 보상(Ifb)을 결정하는 단계와; 조향 작용력 명령(Ita)의 조정을 위해 일시적-교란 보상(Irbst) 그리고 정상-상태-교란 보상(Ifb)에 따라 조향 작용력 명령(Kta)을 보상하는 단계를 수행하도록 구성되는 조향 장치는 차륜 조향각이 변화되는 동안에 일시적 제어 간섭 인자를 보상하는 데 그리고 외력에 따라 원하는 차륜 조향각 θta와 실제 차륜 조향각 θt 사이에 정상-상태 편차를 발생시키는 데 효과적이다. 결과적으로, 차량이 조향 가능한 차륜(4, 5)에 외력이 인가되는 상태에서 주행 중일 대, 코너링 거동의 안정성은 확보되고, 안락감 및 조향감은 개선된다. 특별한 센서가 원하는 차륜 조향각 θta와 실제 차륜 조향각 θt 사이에 정상-상태 편차를 발생시키는데 불필요하므로, 그 비용은 없어진다. 추가로, 원하는 차륜 조향각 θta와 실제 차륜 조향각 θt 사이에 정상-상태 편차를 발생시키는 제어 작동을 위한 조향-출력 작동기(6)의 전기 모터로의 모터 전류 명령 Ita는 모터가 과열 상태에 있는 것을 방지하도록 그 사이에 어떠한 편차도 발생시키지 않는 제어 작동을 위한 것보다 낮다.

(B2) 원하는 차륜 조향각 θta에 따라 피드포워드 조향-모터 전류 명령 Iff를 출력하도록 구성된 피드포워드 보상기(46a)와; 실제 차륜 조향 각속도 ωt와 모터 전류 명령 Ita 사이의 차이에 따라 교란의 일시적 성분을 위한 교란 보상 Irbst를 출력하도록 구성된 로버스트 보상기(46h)와; 원하는 차륜 조향각 θta로써 입력된 표준 모델로부터의 출력으로서의 기준 차륜 조향각 θta_ref와 실제 차륜 조향각 θt 사이의 차이에 따라 조향-모터 전류 명령 피드백 보상 Ifb를 출력하도록 구성된 피드백 보상기(46d)와; 교란의 정상-상태 성분을 위한 보상 수치(Kcs·Ifb)를 발생시키도록 차체의 강성에 따른 이득 Kcs에 의해 조향-모터 전류 명령 피드백 보상 Ifb를 승산하도록 구성된 증폭기(46j)와; 증폭기(46j)의 출력 단계에서 제공되며 차량 상태에 따라 온/오프되도록 구성되는 스위치(46e)와; 피드포워드 조향-모터 전류 명령 Iff, 일시적 교란 보상 Irbst 그리고 정상 상태 교란 보상(Kcs·Ifb)에 따라 모터 전류 명령 Ita를 출력하도록 구성된 적산계(46f)를 포함하는 조향 장치는 간단한 구성으로써 정상-상태 교란을 위한 보상량을 변화시키는 데 효과적이다.

(B3) 조향 출력(θt)의 변화율(ωt)를 측정하도록 구성된 조향 출력 센서(15)를 추가로 포함하고, 조향 제어기(46)가 조향 작용력 명령(Ita)에 따라 조향 출력(θt)의 변화율을 평가하는 단계와; 평가된 변화율과 측정된 변화율(ωt) 사이의 차이에 따라 교란의 일시적 성분을 평가하는 단계를 수행하도록 구성되는 조향 장치는 특별한 센서를 사용하지 않고 교란의 일시적 성분을 평가하는 데 그리고 제어 객체 Gp(s)의 모델링 에러로 인해 파라미터에서 에러가 존재할 때 교란의 일시적 성분을 위한 보상에 의해 표면 모델(46b)의 응답에 근접하게 조향-출력 제어의 응답을 조절하는 데 효과적이다.

(B4) 조향 출력(θt)을 측정하도록 구성된 조향 출력 센서(15)를 추가로 포함하고, 조향 제어기(46)가 원하는 조향 출력(θta)에 따라 조향 출력(θt)을 평가하는 단계와; 평가된 조향 출력(θta_ref)과 측정된 조향 출력(θt) 사이의 차이에 따라 교란의 정상-상태 성분을 평가하는 단계를 수행하도록 구성되는 조향 장치는 특별한 센서를 사용하지 않고 교란의 정상-상태 성분을 평가하는 데 효과적이다.

(B5) 조향 제어기(46)가 정상-상태-교란 보상(Ifb)을 조정하여 차량의 차체 강성의 증가에 따라 증가하도록 구성되는 조향 장치는 차량(스포츠형 자동차, 세단형 자동차 등)의 원하는 조향 강성에 따라 조향 휠(1)과 조향 가능한 차륜(4, 5) 사이의 자연 비틀림을 시뮬레이션하는 데 효과적이다.

(B6) 조향 제어기(46)가 정상-상태-교란 보상(Ifb)을 조정하여 차량의 길이 방향 속도(V)로의 증가에 따라 증가하도록 구성되는 조향 장치는 정상-상태 편차를 위한 보상으로 인한 차량 동적 거동의 과도한 변화를 방지하는 데 그리고 차속 V를 고려하여 차량 동적 거동을 안정화하는 데 효과적이다.

(B7) 조향 제어기(46)가 조향 입력(θs)이 일정하게 유지되는 동안에 0으로 정상-상태-교란 보상(Ifb)을 설정하도록 구성되는 조향 장치는 운전자가 현재의 조향 상태가 유지되기를 원할 때 운전자의 모순감을 방지하는 데 효과적이다.

(B8) 조향 제어기(46)가 차량의 동적 거동 상태가 소정 영역 내에 있는 동안에 0으로 정상-상태-교란 보상(Ifb)을 설정하도록 구성되는 조향 장치는 정상-상태 편차를 위한 보상으로 인한 차량 동적 거동의 과도한 변화를 방지하는 데 그리고 차량 동적 거동을 안정화하는 데 효과적이다.

(B9) 조향 제어기(46)가 교란의 정상-상태 성분이 소정의 임계 수치 이상인 동안에 0으로 정상-상태-교란 보상(Ifb)을 설정하도록 구성되는 조향 장치는 조향 가능한 차륜(4, 5)이 교란물과 접촉될 때 과열로부터 모터를 보호하도록 과도한 모터 전류를 방지하는 데 효과적이다.

(B10) 조향-피드백 명령(Tms)에 따라 조향 입력 유닛(1, 8)으로 조향 피드백 을 발생시키도록 구성된 피드백 작동기(2)와; 원하는 조향 출력(θta)과 측정된 조향 출력(θt) 사이의 차이에 따라 조향-피드백 명령(Tms)을 설정하도록 구성된 피드백 제어기(10)를 추가로 포함하는 조향 장치는 실제 차륜 조향각 θt가 원하는 차륜 조향각 θta로부터 벗어날 때 조향 휠(1)로의 조향 피드백의 변화로써 조향 가능한 차륜(4, 5)에 인가된 외력을 운전자에게 통지하는 데 효과적이다.

이제, 도23 내지 도25를 참조하면, 제5 실시예에 따른 조향 가능한 차량을 위한 조향 장치가 도시되어 있다. 도23은 제5 실시예에 따른 조향-출력 제어 시스템을 도시하는 시스템 블록도이다. 도23에 도시된 바와 같이, 도5의 제4 실시예의 스위치(46e)는 제5 실시예에서 피드백 보상기(46d)의 출력 단계에서 형성된 피드백 보상 제한기(56k)로써 대체된다.

도24는 제한기 수치 Lfb를 설정하는 맵을 도시하는 도면이다. 도24에 도시된 바와 같이, 피드백 보상 제한기(56k)는 제한기 수치 Lfb를 조정하여 원하는 차륜 조향각 θta와 실제 차륜 조향각 θt 사이의 편차의 증가에 따라 증가하도록 구성된다. 편차가 클 때, 제한기 수치 Lfb는 조향-모터 전류 명령 피드백 보상 Ifb에 대한 제한을 완화시키도록 그리고 편차를 신속하게 제거하도록 큰 수치로 설정된다. 반면에, 편차가 작을 때, 제한기 수치 Lfb는 조향-모터 전류 명령 피드백 보상 Ifb에 대한 제한을 향상시켜 피드백이 편차에 대해 완만하게 작용하도록 작은 수치로 설정된다. 추가로, 제한기 수치 Lfb는 다음과 같은 차량 특성, 차량 상태 및 조향 작동 상태 등의 파라미터에 따라 변화된다.

(a) 제한기 수치 Lfb는 차체의 강성의 증가에 따라 증가하도록 설정된다.

(b) 제한기 수치 Lfb는 차속 V의 증가에 따라 감소하도록 설정된다.

(c) 제한기 수치 Lfb는 길이 방향 가속도 Gar의 증가에 따라 감소하도록 설정된다.

(d) 제한기 수치 Lfb는 측면 방향 가속도 Gl의 증가에 따라 감소하도록 설정된다.

(e) 제한기 수치 Lfb는 조향 휠 각속도의 증가에 따라 감소하도록 설정된다.

다음은 제5 실시예의 조향 장치의 작동을 설명한다. 도25는 제5 실시예의 조향-출력 제어 처리를 도시하는 흐름도이다. 도25에 도시된 바와 같이, 제4 실시예의 도16의 흐름도에서의 단계 S46 및 단계 S47은 제5 실시예의 단계 S56 및 단계 S57로써 대체된다.

단계 S56에서, 피드백 보상이 수행되어야 한다는 단계 S45에서의 결정에 따라, 조향-출력 제어기(46)는 차체의 강성, 차속 V, 길이 방향 가속도, 측면 방향 가속도 및 조향 휠 각속도에 따라 피드백 보상 제한기(56k)의 제한기 수치 Lfb를 설정한다. 후속적으로, 루틴은 복귀된다.

단계 S57에서, 피드백 보상이 수행되지 않아야 한다는 단계 S45에서의 결정에 따라, 조향-출력 제어기(46)는 0으로 피드백 보상 제한기(56k)의 제한기 수치 Lfb를 설정한다. 후속적으로, 루틴은 복귀된다.

전술된 작동에 따라, 피드백 보상기(46d)에 의해 결정된 차륜 조향각의 정상-상태 편차가 임계치 미만일 때, 모터 전류 명령 Ita는 교란으로 인해 발생된 제어 에러를 감소시키며 조향감을 향상시키도록 교란의 정상-상태 성분을 위한 보상에 따라 보상된다. 반면에, 피드백 보상기(46d)에 의해 결정된 차륜 조향각의 정상-상태 편차가 임계치 이상일 때, 교란의 정상-상태 성분을 위한 보상은 원하는 차륜 조향각 θta와 실제 차륜 조향각 θt 사이에 정상-상태 편차를 발생시키도록 0으로 설정된다.

나아가, 교란의 정상-상태 성분을 위한 보상은 원하는 차륜 조향각 θta와 실제 차륜 조향각 θt 사이의 편차의 증가에 따라 증가하도록 제한기 수치 Lfb를 설정함으로써 원하는 차륜 조향각 θta와 실제 차륜 조향각 θt 사이의 편차에 따라 결정된 상한에 의해 제한된다. 따라서, 피드백 보상기(46d)에 의해 결정된 차륜 조향각의 정상-상태 편차가 임계치 미만일 때, 조향-출력 제어 시스템의 응답은 원하는 차륜 조향각 θta와 실제 차륜 조향각 θt 사이의 편차에 따라 제어된다.

제5 실시예에서, 피드백 보상 제한기(56k)의 제한기 수치 Lfb는 차체의 강성의 증가에 따라 증가하도록 설정된다. 교란의 정상-상태 성분을 위한 보상에 대한 제한은 차체 강성의 증가에 따라 완화되므로, 제어의 응답은 향상된다. 추가로, 피드백 보상 제한기(56k)의 제한기 수치 Lfb는 교란의 정상-상태 성분을 위한 보상에 대한 제한을 강화하도록 차속 V, 길이 방향 가속도 Gar, 측면 방향 가속도 Gl의 증가에 따라 감소하도록 설정된다. 따라서, 차량이 고속 주행, 급작스러운 가속 및 감속 및 급회전과 같이 동적 거동이 크게 변화되는 상태에 있을 때, 피드백은 차량 동적 거동에 대한 영향을 감소시키도록 편차에 대해 점진적으로 발생된다.

다음은 제5 실시예의 조향 장치의 효과 및 장점을 설명한다. 제5 실시예에서, 조향 장치는 제4 실시예의 효과 및 장점[(B1 내지 B10)]에 추가하여 다음의 효 과 및 장점[(B11)]을 발생시킨다.

(B11) 조향 출력(θt)을 측정하도록 구성된 조향 출력 센서(15)를 추가로 포함하고, 조향 제어기(46)가 원하는 차륜 조향각(θta)와 실제 차륜 조향각(θt) 사이의 차이에 따라 상한을 결정하는 단계와; 상한 내에서 정상-상태-교란 보상(Ifb)을 제한하는 단계를 수행하도록 구성되는 조향 장치는 편차가 클 때 편차를 신속하게 감소시키는 데 그리고 편차가 작을 때 편차를 서서히 감소시키는 데 효과적이다.

특정 실시예가 전술되었지만, 피드백 보상기는 교란의 정상 상태 성분을 결정하는 임의의 다른 수단으로 대체될 수 있다. 예컨대, 실제 차륜 조향각(θt)와 모터 전류 명령(Ita)에 따른 교란을 결정하도록 구성된 교란 보상기와, 결정된 교란을 수신하고 결정된 정상 상태 편향을 제공하도록 구성된 저역 통과 필터를 채택할 수 있다.

조향 장치는 조향-입력 섹션 및 조향-출력 섹션이 도시된 실시예에서 기계적으로 완전히 분리되는 전자-조향 시스템에 적용되지만, 조향 장치는 조향 피드백이 통상의 상태 동안에 조향 휠로 전달되지 않으며 조향-입력 섹션 및 조향-출력 섹션이 고장 안정 기능으로서 기계적으로 연결되는 시스템에 적용될 수 있다. 조향 장치는 조향 작용력 명령에 따라 조향 작용력을 발생시켜 차량의 조향 출력을 조절하도록 구성된 조향 작동기와; 조향 입력을 설정하도록 구성된 조향 입력 유닛과; 차량으로 입력된 교란을 나타내는 교란 지표를 결정하도록 구성된 교란 판정 섹션과; 조향 작동기, 조향 입력 유닛 및 교란 판정 섹션으로의 신호 통신을 위해 연결되 고, 조향 작동기로 조향 작용력 명령을 출력하도록 구성된 조향 제어기를 포함하는 조향 가능한 차량을 위한 조향 장치에도 적용될 수 있다.

본원은 2004년 10월 13일자로 출원된 선행 일본 특허 출원 제2004-299339호 그리고 2004년 12월 14일자로 출원된 선행 일본 특허 출원 제2004-361984호를 기초로 한다. 이들 일본 특허 출원 제2004-299339호 및 제2004-361984호의 전체 내용은 참조로 여기에 수록되어 있다.

본 발명은 본 발명의 어떤 실시예를 참조하여 설명되었지만, 본 발명은 전술된 실시예에 제한되지 않는다. 전술된 실시예의 변형예 및 수정예가 본 발명의 개시 내용에 비추어 당업자에게 일어날 것이다. 본 발명의 범주는 다음의 특허청구범위를 참조하여 한정된다.

본 발명에 따르면, 조향감 및 안락감을 향상시키도록 전자-조향 시스템에서 조향-입력 섹션과 조향-출력 섹션 사이에 적절한 비틀림을 발생시키는 것이 가능하다.

Claims

조향 가능한 차량을 위한 조향 장치에 있어서,

조향 작용력 명령에 따라 조향 작용력을 발생시켜 차량의 조향 출력을 조절하도록 구성된 조향 작동기와,

조향 입력을 설정하도록 구성된 조향 입력 유닛과,

차량으로의 교란 입력을 나타내는 교란 지표를 결정하도록 구성된 교란 판정 섹션과,

조향 작동기, 조향 입력 유닛 및 교란 판정 섹션으로의 신호 통신을 위해 연결되고, 조향 입력에 따라 원하는 조향 출력을 설정하는 단계와, 원하는 조향 출력에 따라 조향 작용력 명령을 설정하는 단계와, 교란 지표에 따라 조향 작용력 명령을 조정하는 단계와, 조향 작동기로 조정된 조향 작용력 명령을 출력하는 단계를 수행하도록 구성되는 조향 제어기를 포함하는 조향 장치.
제1항에 있어서, 상기 조향 제어기는 조향 작용력 명령을 조정하여 교란 지표의 증가에 따라 감소하도록 구성되는 조향 장치.
제2항에 있어서, 상기 조향 제어기는 조향 작용력 명령을 조정하여 차량의 조향 강성의 기계적 부분에서의 증가에 따라 증가하도록 구성되는 조향 장치.
제1항에 있어서, 상기 차량은 차륜이 달린 차량이고, 조향 작동기는 조향 작용력 명령에 따라 조향 작용력을 발생시켜 차량의 차륜의 조향각을 조절하도록 구성되고, 조향 입력 유닛은 조향 입력으로서 조향 휠 각도를 설정하도록 구성된 조향 휠인 조향 장치.
제4항에 있어서, 상기 조향 출력을 측정하도록 구성된 조향 출력 센서를 추가로 포함하고,

조향 제어기는 차륜이 교란물과 접촉 상태에 있는 것인지를 결정하는 단계와, 차륜이 교란물과 접촉 상태에 있는 것으로 결정될 때 측정된 조향 출력으로 원하는 조향 출력을 설정하여 조향 작용력 명령의 조정을 방지하는 단계를 수행하도록 구성되는 조향 장치.
제1항에 있어서, 상기 조향 출력을 측정하도록 구성된 조향 출력 센서를 추가로 포함하고, 조향 제어기는 원하는 조향 출력 그리고 측정된 조향 출력에 따라 조향 작용력 명령을 설정하도록 구성되는 조향 장치.
제6항에 있어서, 상기 조향-피드백 명령에 따라 조향 입력 유닛으로의 조향 피드백을 발생시키도록 구성된 피드백 작동기와, 원하는 조향 출력과 측정된 조향 출력 사이의 차이에 따라 조향-피드백 명령을 설정하도록 구성된 피드백 제어기를 추가로 포함하는 조향 장치.
제6항에 있어서, 상기 조향 제어기는 조향 작용력 명령 그리고 측정된 조향 출력에 따라 교란 보상을 결정하도록 구성된 교란 보상기를 포함하고, 조향 제어기는 교란 보상을 조정하여 조향 작용력 명령의 조정을 위해 교란 지표의 증가에 따라 감소하도록 구성되는 조향 장치.
제6항에 있어서, 상기 조향 제어기는 원하는 조향 출력에 따라 피드포워드 조향 작용력 명령을 결정하도록 구성된 피드포워드 보상기와, 차량의 표준 모델을 사용하여 원하는 조향 출력에 따라 표준 조향 출력을 결정하도록 구성된 섹션과, 측정된 조향 출력과 표준 조향 출력 사이의 차이에 따라 피드백 보상을 결정하도록 구성된 피드백 보상기를 포함하고,

조향 제어기는 피드백 보상을 조정하여 조향 작용력 명령의 조정을 위해 교란 지표의 증가에 따라 감소하도록 구성되는 조향 장치.
제1항에 있어서, 상기 교란 판정 섹션은 교란 지표로서 차량의 원하는 차량 슬립 각도와 차량의 실제 차량 슬립 각도 사이의 차이를 결정하도록 구성되는 조향 장치.
제1항에 있어서, 상기 교란 판정 섹션은 교란 지표로서 조향 작용력을 측정하도록 구성되는 조향 장치.
제1항에 있어서, 상기 교란 판정 섹션은 교란의 일시적 성분을 결정하도록 그리고 교란의 정상-상태 성분을 결정하도록 구성되고,

조향 제어기는 교란의 일시적 성분에 따라 일시적-교란 보상을 결정하는 단계와, 교란의 정상-상태 성분에 따라 정상-상태-교란 보상을 결정하는 단계와, 조향 작용력 명령의 조정을 위해 일시적-교란 보상 그리고 정상-상태-교란 보상에 따라 조향 작용력 명령을 보상하는 단계를 수행하도록 구성되는 조향 장치.
제12항에 있어서, 조향 출력의 변화율을 측정하도록 구성된 조향 출력 센서를 추가로 포함하고, 조향 제어기는 조향 작용력 명령에 따라 조향 출력의 변화율을 평가하는 단계와, 평가된 변화율과 측정된 변화율 사이의 차이에 따라 교란의 일시적 성분을 평가하는 단계를 수행하도록 구성되는 조향 장치.
제12항에 있어서, 조향 출력을 측정하도록 구성된 조향 출력 센서를 추가로 포함하고,

조향 제어기는 원하는 조향 출력에 따라 조향 출력을 평가하는 단계와, 평가된 조향 출력과 측정된 조향 출력 사이의 차이에 따라 교란의 정상-상태 성분을 평가하는 단계를 수행하도록 구성되는 조향 장치.
제12항에 있어서, 상기 조향 제어기는 정상-상태-교란 보상을 조정하여 차량 의 차체 강성의 증가에 따라 증가하도록 구성되는 조향 장치.
제12항에 있어서, 상기 조향 제어기는 정상-상태-교란 보상을 조정하여 차량의 길이 방향 속도의 증가에 따라 증가하도록 구성되는 조향 장치.
제12항에 있어서, 상기 조향 제어기는 조향 입력이 일정하게 유지되는 동안에 0으로 정상-상태-교란 보상을 설정하도록 구성되는 조향 장치.
제12항에 있어서, 상기 조향 제어기는 차량의 동적 작동 상태가 소정 영역 내에 있는 동안에 0으로 정상-상태-교란 보상을 설정하도록 구성되는 조향 장치.
제12항에 있어서, 상기 조향 제어기는 교란의 정상-상태 성분이 소정의 임계 수치 이상인 동안에 0으로 정상-상태-교란 보상을 설정하도록 구성되는 조향 장치.
제12항에 있어서, 조향 출력을 측정하도록 구성된 조향 출력 센서를 추가로 포함하고,

조향 제어기는 원하는 조향 출력과 측정된 조향 출력 사이의 차이에 따라 상한을 결정하는 단계와, 상한 내에서 정상-상태-교란 보상을 제한하는 단계를 수행하도록 구성되는 조향 장치.
조향 작용력 명령에 따라 조향 작용력을 발생시켜 차량의 조향 출력을 조절하도록 구성된 조향 작동기와, 조향 입력을 설정하도록 구성된 조향 입력 유닛과, 차량으로의 교란 입력을 나타내는 교란 지표를 결정하도록 구성되는 교란 판정 섹션을 포함하는 조향 가능한 차량을 제어하는 방법에 있어서,

조향 입력에 따라 원하는 조향 출력을 설정하는 단계와,

원하는 조향 출력에 따라 조향 작용력 명령을 설정하는 단계와,

교란 지표에 따라 조향 작용력 명령을 조정하는 단계와,

조정된 조향 작용력 명령을 조향 작동기로 출력하는 단계를 포함하는 방법.