KR100795097B1

KR100795097B1 - 전자제어 파워 스티어링 시스템에서의 절대 조향각 설정방법

Info

Publication number: KR100795097B1
Application number: KR1020020036546A
Authority: KR
Inventors: 김성주
Original assignee: 주식회사 만도
Priority date: 2002-06-28
Filing date: 2002-06-28
Publication date: 2008-01-17
Also published as: KR20040001375A

Abstract

본 발명은 조향각속도를 통해 운전자 핸들의 위치가 최대 끝점에 도달한 경우에만 우측 또는 좌측 최대 끝점에서의 조향각을 절대 조향각으로 설정할 수 있도록 한 EPS 시스템에서의 절대 조향각 설정방법에 관한 것으로, 각도 플래그를 '0'으로 설정하는 각도 플래그 초기화 단계와, 상기 각도 플래그 초기화 단계 후, 모터 위치 센서에서 검출되는 상대 조향각 신호로부터 추정된 조향각속도가 기준속도 이하인지를 판단하는 조향각속도 판단 단계와, 상기 조향각속도 판단 단계의 판단 결과, 상기 조향각속도가 기준속도 이하라면 토오크 센서로부터 검출되는 토오크가 최대 끝점의 토오크 이상이면서 그 이상으로 유지되는 시간이 일정 시간 이상인지를 판단하는 토오크 및 시간 판단 단계와, 상기 토오크 및 시간 판단 단계의 판단 결과, 상기 토오크가 최대 끝점의 토오크 이상이면서 그 시간 또한 일정 시간 이상이라면 최대 끝점에서의 조향각을 절대 조향각으로 설정하고, 각도 플래그를 '1'로 설정하는 절대 조향각 및 각도 플래그 설정 단계와, 상기 절대 조향각 및 각도 플래그 설정 단계 후, 각도 플래그가 '1'로 설정되어 있는지를 판단하여 '1'로 설정되어 있으면 최대 끝점의 조향각으로 설정된 절대 조향각에 모터의 상대 조향각의 변위에 따른 각도 변화량을 더하여 절대 조향각을 갱신하는 각도 플래그 판단 및 절대 조향각 갱신 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

전자제어 파워 스티어링 시스템에서의 절대 조향각 설정방법{ABSOLUTE STEERING ANGLE SET UP METHOD IN EPS SYSTEM}

도 1은 일반적인 EPS 시스템의 간략한 블록 구성도,

도 2는 본 발명에 의한 EPS 시스템에서의 절대 조향각 설정 및 판별방법을 보인 동작 흐름도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 센서부

2 : ECU

3 : 모터 제어 및 구동부

본 발명은 전자제어 파워 스티어링(Electronic Power Steering ; 이하, 'EPS'라 칭함) 시스템에서의 절대 조향각 설정방법에 관한 것으로, 특히 조향각속도를 이용하여 운전자 핸들의 위치가 최대 끝점(Lock)에 정지하고 있음을 인식하고, 이때 토오크 센서로부터 검출되는 토오크(Torque)가 우측 또는 좌측 최대 끝점의 토오크 이상으로 일정 시간 유지되는 경우에 우측 또는 좌측 최대 끝점에서의 조향각을 절대 조향각으로 설정함으로써 차량의 속도가 극저속인 경우에도 절대 조향각을 판별할 수 있도록 한 EPS 시스템에서의 절대 조향각 설정방법에 관한 것이다.

일반적으로 차량에는 각종 입력센서에서 검출되는 전기적 신호를 입력받아 출력측의 각종 액츄에이터를 구동하기 위한 디지털 제어신호를 출력하는 차량용 전자 제어 장치(Electronic Control Unit ; 이하, 'ECU'라 칭함)가 구비되어 있다.

한편, 상기와 같은 ECU를 이용하여 차량의 속도에 따라 운전자 핸들의 조작력을 줄여주어 가볍고 신속한 조향 조작이 가능하도록 한 EPS 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이 차량의 속도를 검출하는 차속 센서, 모터의 상대 조향각을 검출하는 모터 위치 센서, 운전자 핸들의 토오크를 검출하는 토오크 센서 등의 센서부(1)와, 상기 센서부(1)에서 검출되는 각종 입력신호에 따라 운전자 핸들의 조작력을 줄여주기 위한 모터 제어신호 및 구동신호를 출력하는 ECU(2)와, 상기 ECU(2)에서 출력되는 모터 제어신호 및 구동신호에 따라 모터의 구동을 제어하고, 모터의 구동에 따른 출력으로 랙 바(Rack Bar)를 구동시키는 모터 제어 및 구동부(3)로 이루어진다.

상기와 같이 구성된 EPS 시스템은 운전자 핸들의 조작력을 줄여주어 복원성능을 개선하기 위해 복원제어기능을 수행하고 있으며, 이때 복원제어기능 수행시 필요한 절대 조향각 정보를 알기 위해서는 운전자 핸들의 절대 조향각을 추정해야 하며, 이 절대 조향각을 추정하기 위한 방법으로는 절대 조향각 센서인 조향각 센서를 이용하는 방법과 상대 조향각 센서인 모터 위치 센서를 이용하는 방법이 있 다.

즉, 상기 조향각 센서는 절대 조향각을 알 수 있고, 상기 모터 위치 센서는 상대 조향각을 알 수 있다.

상기 모터 위치 센서를 이용하는 방법의 경우 상대 조향각으로부터 절대 조향각을 알기 위해서, 즉 절대 조향각을 설정하기 위해서는 초기화 과정을 필요로 하는데, 이 초기화 과정은 차량 주행중 중립으로 직진 주행이 유지되는 상황을 인식하고, 이때의 중립 상태의 조향각을 절대 조향각으로 설정함으로써 구현하게 된다.

그리고, 상기와 같이 중립 상태의 조향각으로 설정된 절대 조향각에 모터의 상대 조향각의 변위에 따른 각도 변화량을 더하여 절대 조향각을 갱신함으로써 절대 조향각의 변화를 계산하게 된다.

상기와 같이 종래 절대 조향각 설정방법에서는 초기화 과정에서 절대 조향각을 중립 상태의 조향각으로 설정하기 때문에 차량의 속도가 일정 속도 이상이면서 중립의 토오크를 유지한 상태가 일정 시간 유지되는 경우에만 중립 상태의 조향각으로 설정된 절대 조향각을 이용하여 복원제어기능을 수행하게 된다.

그러나, 상기와 같은 종래 절대 조향각 설정방법의 경우에는 차량의 속도가 일정 속도 이상인 경우에만 절대 조향각으로 초기화되기 때문에 차량의 속도가 일정 속도 이하인 경우에는 절대 조향각을 이용한 복원제어가 불가능하다고 하는 문제점이 있었다.

즉, 실제로 복원제어가 많이 필요한 구간은 시동을 건 후 차량을 출발시켜 빠져나오기 위한 주차구역이나 극저속으로 운전해야 하는 골목길 등이 있는데, 이러한 구간은 차량의 속도를 극저속으로 유지하면서 운전자 핸들을 최대한 많이 조작하여 차량을 움직여야 하므로 종래 일정 속도 이상에서만이 가능한 절대 조향각으로는 초기화가 불가능하기 때문에 복원제어기능을 수행할 수 없음은 물론 아예 복원제어기능을 적용할 수 없다고 하는 단점이 있다.

이에 따라, 상기와 같은 문제점을 해결하고자 종래에는 차량의 속도에 관계없이 토오크 센서로부터 검출되는 토오크가 우측 또는 좌측 최대 끝점의 토오크 이상으로 일정 시간 유지되는 경우에 우측 또는 좌측 최대 끝점에서의 조향각을 절대 조향각으로 설정함으로써 차량의 속도가 극저속인 경우에도 절대 조향각을 판별할 수 있도록 하였다.

즉, 운전자가 주차구역에서 차량을 빼내는 경우 대개 핸들의 조타를 우측 또는 좌측 최대 끝점의 위치까지 하는 것이 빈번한데, 이 위치에 도달하면 토오크가 증가하고 이런 상태가 일정 시간 지속되면 토오크의 부호에 따라 절대 위치가 우측 최대 끝점인지 또는 좌측 최대 끝점인지를 알 수 있다.

그러나, 우측 또는 좌측 최대 끝점의 위치가 아니라도 운전자가 급격하게 핸들을 조타하는 경우 토오크가 증가하여 현재 핸들의 위치를 우측 또는 좌측 최대 끝점의 위치로 잘못 인식하게 되고, 특히 조타중 큰 돌과 같은 장애물을 만나는 경우 토오크가 증가하여 역시 위치를 잘못 인식하게 되는 등, 결국 핸들의 조타가 우측 또는 좌측 최대 끝점의 위치에 도달하지도 않은 채 우측 또는 좌측 최대 끝점의 위치에서가 아닌 잘못된 위치에서의 조향각을 절대 조향각으로 설정하게 되는 문제 점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 그 목적은 조향각속도를 이용하여 운전자 핸들의 위치가 우측 또는 좌측 최대 끝점에 정지하고 있음을 인식하고, 핸들의 조타가 우측 또는 좌측 최대 끝점의 위치에 정확하게 도달한 상태에서 토오크 센서로부터 검출되는 토오크가 우측 또는 좌측 최대 끝점의 토오크 이상으로 일정 시간 유지되는 경우에 우측 또는 좌측 최대 끝점에서의 조향각을 절대 조향각으로 설정함으로써 차량의 속도가 극저속인 경우에도 절대 조향각을 판별할 수 있어 복원제어기능을 수행할 수 있도록 한 EPS 시스템에서의 절대 조향각 설정방법을 제공하는 데에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 EPS 시스템에서의 절대 조향각 설정방법은, 모터의 상대 조향각의 변위를 나타내는 각도 플래그를 '0'으로 설정하는 각도 플래그 초기화 단계와, 상기 각도 플래그 초기화 단계 후, 모터 위치 센서에서 검출되는 상대 조향각 신호로부터 추정된 조향각속도가 기준속도 이하인지를 판단하는 조향각속도 판단 단계와, 상기 조향각속도 판단 단계의 판단 결과, 상기 조향각속도가 기준속도 이하라면 토오크 센서로부터 검출되는 토오크가 최대 끝점의 토오크 이상이면서 그 이상으로 유지되는 시간이 일정 시간 이상인지를 판단하는 토오크 및 시간 판단 단계와, 상기 토오크 및 시간 판단 단계의 판단 결과, 상기 토오크가 최대 끝점의 토오크 이상이면서 그 시간 또한 일정 시간 이상이라면 최대 끝점에서의 조향각을 절대 조향각으로 설정하고, 모터의 상대 조향각의 변위에 따라 각도 플래그를 '1'로 설정하는 절대 조향각 및 각도 플래그 설정 단계와, 상기 절대 조향각 및 각도 플래그 설정 단계 후, 각도 플래그가 '1'로 설정되어 있는지를 판단하여 '1'로 설정되어 있으면 최대 끝점의 조향각으로 설정된 절대 조향각에 모터의 상대 조향각의 변위에 따른 각도 변화량을 더하여 절대 조향각을 갱신하는 각도 플래그 판단 및 절대 조향각 갱신 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 EPS 시스템에서의 절대 조향각 설정방법을 상세히 설명한다.

여기서, EPS 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이 차속 센서, 조향각 센서, 모터 위치 센서, 토오크 센서 등을 포함하는 센서부(1), ECU(2), 모터 제어 및 구동부(3)로 이루어진다.

한편, 운전자가 차량을 출발시킬 경우, 주차구역에 주차되어 있는 차량을 빼내기 위해 핸들을 최대한 많이 움직여 차량의 자세를 바꾸게 되는데, 이때 핸들의 위치가 우측 또는 좌측 최대 끝점의 위치까지 도달하게 되면, 랙 바의 이동을 제한하는 스토퍼(Stopper)의 영향으로 핸들은 움직이지 않고 이로 인해 운전자는 많은 토오크만을 발생시키게 된다.

그리고, 상대 조향각 신호만으로도 조향각속도의 추정이 가능한데, 이 조향각속도는 EPS 시스템의 내부 모터의 회전에 의해 감지되며, 모터와 기구적으로 연결된 랙 바를 움직이게 한다.

운전자 핸들의 조타가 우측 또는 좌측 최대 끝점의 위치에 도달하면 상기 랙 바와 모터는 더 이상 움직이지 않는 상태, 즉 조향각속도가 0인 상태를 유지하는 반면에, 급격한 조타나 장애물을 만나는 경우에는 랙 바가 여전히 움직이고 있기 때문에 조향각속도가 발생하게 되는 차이점이 존재한다.

본 발명에서는 상기와 같은 차이점을 이용하여, 즉 조향각속도가 기준속도 이하인지를 판단하는 조건을 추가하여 조향각속도가 기준속도 이하인 경우에만, 다시 말해 핸들의 조타가 우측 또는 좌측 최대 끝점의 위치에 정확히 도달하는 경우에만 우측 또는 좌측 최대 끝점에서의 조향각을 절대 조향각으로 설정하도록 한다.

상기와 같이 구성된 EPS 시스템에서 이루어지는 본 발명의 절대 조향각 설정방법을 도 2의 동작 흐름도를 참고하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 각도 플래그 초기화 단계(S11)에서 ECU(2)는 모터의 상대 조향각의 변위를 나타내는 각도 플래그를 '0'으로 설정한다.

상기 각도 플래그 초기화 단계(S11) 후, 조향각속도 판단 단계(S12)로 진행하여, ECU(2)는 상기 센서부(1)내 모터 위치 센서에서 검출되는 상대 조향각 신호로부터 조향각속도를 추정하고, 이 추정된 조향각속도가 기준속도 이하인지를 판단한다.

이어, 상기 조향각속도 판단 단계(S12)의 판단 결과, 상기 조향각속도가 기준속도 이하이면 제1 토오크 및 시간 판단 단계(S13)로 진행하여 센서부(1)내 토오크 센서로부터 검출되는 토오크가 우측 최대 끝점의 토오크 이상이면서 그 이상으로 유지되는 시간이 일정 시간, 즉 100msec 이상인지를 판단하고, 이때 토오크가 우측 최대 끝점의 토오크 이상이면서 그 시간 또한 일정 시간 이상이라면 제1 절대 조향각 및 각도 플래그 설정 단계(S14)로 진행하여 우측 최대 끝점에서의 조향각을 절대 조향각으로 설정하고, 모터의 상대 조향각의 변위에 따라 각도 플래그를 '1'로 설정한다.

상기 제1 토오크 및 시간 판단 단계(S13)의 판단 결과, 센서부(1)내 토오크 센서로부터 검출되는 토오크가 우측 최대 끝점의 토오크 이상이 아니거나 우측 최대 끝점의 토오크 이상인 시간이 일정 시간 이상이 아니라면 제2 토오크 및 시간 판단 단계(S15)로 진행하여 토오크가 좌측 최대 끝점의 토오크 이하이면서 그 이하로 유지되는 시간이 일정 시간, 즉 100msec 이상인지를 판단하고, 이때 토오크가 좌측 최대 끝점의 토오크 이하이면서 그 시간 또한 일정 시간 이상이라면 제2 절대 조향각 및 각도 플래그 설정 단계(S16)로 진행하여 좌측 최대 끝점에서의 조향각을 절대 조향각으로 설정하고, 모터의 상대 조향각의 변위에 따라 각도 플래그를 '1'로 설정한다.

이때, 상기 제2 절대 조향각 및 각도 플래그 설정 단계(S16)에 있어서, 좌측 최대 끝점의 토오크가 음(-)의 값을 갖고 있고 운전자 핸들을 좌측으로 조작하는 경우에 발생하는 토오크 역시 음(-)의 값을 갖고 있으므로 음의 값을 이용한 토오크 비교에 따라 토오크가 좌측 최대 끝점의 토오크 이하인지를 판단하는 것이다.

결국, 절대값을 취했을 경우에 상기 토오크가 좌측 최대 끝점의 토오크 이상인지를 판단하는 것과 동일하다.

상기와 같이 본 발명에서는 조향각의 변위가 발생한 후 조향각속도가 기준속 도 이하인 상태에서 토오크가 우측 또는 좌측 최대 끝점의 토오크 이상으로 일정 시간 유지되면 운전자 핸들의 위치가 최대 끝점에 정확하게 정지하고 있음을 인식하고, 이때 우측 또는 좌측 최대 끝점에서의 조향각을 절대 조향각으로 설정하는 것이다.

계속해서, 상기 제1 또는 제2 절대 조향각 및 각도 플래그 설정 단계(S14,S16) 후, 각도 플래그 판단 단계(S17)로 진행하여 각도 플래그가 '1'로 설정되어 있는지를 판단하고, 이때 '1'로 설정되어 있으면 절대 조향각 갱신 단계(S18)로 진행하여 우측 또는 좌측 최대 끝점의 조향각으로 설정된 절대 조향각에 모터의 상대 조향각의 변위에 따른 각도 변화량을 더하여 절대 조향각을 갱신한다.

상기와 같이 조향각의 변위가 발생한 후 조향각속도가 기준속도 이하인 상태에서 토오크가 우측 또는 좌측 최대 끝점의 토오크 이상으로 일정 시간 유지되면 핸들의 위치가 최대 끝점에 정지하고 있음을 인식하여 우측 또는 좌측 최대 끝점의 조향각으로 설정된 절대 조향각을 이용하여 복원제어기능을 수행하게 된다.

즉, 차량이 정차한 경우나 차량의 속도가 극저속인 경우에도 절대 조향각으로의 초기화가 가능하여 복원제어기능을 적용할 수 있어 복원제어기능을 수행할 수 있는 것이다.

상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 조향각속도를 이용하여 운전자 핸들의 위치가 우측 또는 좌측 최대 끝점에 정지하고 있음을 인식하고, 핸들의 조타가 우측 또는 좌측 최대 끝점의 위치에 정확하게 도달한 상태에서 토오크 센서로부터 검출되는 토오크가 우측 또는 좌측 최대 끝점의 토오크 이상으로 일정 시간 유지되는 경우에 우측 또는 좌측 최대 끝점에서의 조향각을 절대 조향각으로 각각 설정함으로써 차량의 속도가 극저속인 경우에도 절대 조향각을 판별할 수 있어 복원제어기능을 수행할 수 있게 되는 효과가 있다.

즉, 극저속인 경우에도 복원제어기능을 수행할 수 있으므로 운전자 핸들의 조작력을 보다 줄여주어 가볍고 신속한 조향 조작이 가능하여 EPS 시스템의 복원성능 향상을 도모할 수 있는 것이다.

Claims

차량용 전자제어 파워 스트어링 시스템의 전자 제어 장치(ECU)에서 절대 조향각을 설정하는 방법에 있어서,

모터의 상대 조향각의 변위를 나타내는 각도 플래그를 '0'으로 설정하는 각도 플래그 초기화 단계와,

상기 각도 플래그 초기화 단계 후, 모터 위치 센서에서 검출되는 상대 조향각 신호로부터 추정된 조향각속도가 기준속도 이하인지를 판단하는 조향각속도 판단 단계와,

상기 조향각속도 판단 단계의 판단 결과, 상기 조향각속도가 기준속도 이하라면 토오크 센서로부터 검출되는 토오크가 최대 끝점의 토오크 이상이면서 그 이상으로 유지되는 시간이 일정 시간 이상인지를 판단하는 토오크 및 시간 판단 단계와,

상기 토오크 및 시간 판단 단계의 판단 결과, 상기 토오크가 최대 끝점의 토오크 이상이면서 그 시간 또한 일정 시간 이상이라면 최대 끝점에서의 조향각을 절대 조향각으로 설정하고, 모터 상대 조향각의 변위에 따라 각도 플래그를 '1'로 설정하는 절대 조향각 및 각도 플래그 설정 단계와,

상기 절대 조향각 및 각도 플래그 설정 단계 후, 각도 플래그가 '1'로 설정되어 있는지를 판단하여 '1'로 설정되어 있으면 최대 끝점의 조향각으로 설정된 절대 조향각에 모터 상대 조향각의 변위에 따른 각도 변화량을 더하여 절대 조향각을 갱신하는 각도 플래그 판단 및 절대 조향각 갱신 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자제어 파워 스티어링 시스템에서의 절대 조향각 설정방법.
제1항에 있어서, 상기 토오크 및 시간 판단 단계가,

토오크 센서로부터 검출되는 토오크가 우측 최대 끝점의 토오크 이상이면서 그 이상으로 유지되는 시간이 일정 시간 이상인지를 판단하는 제1 토오크 및 시간 판단 단계와,

상기 제1 토오크 및 시간 판단 단계의 판단 결과, 상기 토오크가 우측 최대 끝점의 토오크 이상이 아니거나 우측 최대 끝점의 토오크 이상인 시간이 일정 시간 이상이 아니라면 토오크가 좌측 최대 끝점의 토오크 이하이면서 그 이하로 유지되는 시간이 일정 시간 이상인지를 판단하는 제2 토오크 및 시간 판단 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자제어 파워 스티어링 시스템에서의 절대 조향각 설정방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 절대 조향각 및 각도 플래그 설정 단계가,

상기 제1 토오크 및 시간 판단 단계의 판단 결과, 상기 토오크가 우측 최대 끝점의 토오크 이상이면서 그 시간 또한 일정 시간 이상이라면 우측 최대 끝점에서의 조향각을 절대 조향각으로 설정하고, 모터 상대 조향각의 변위에 따라 각도 플래그를 '1'로 설정하는 제1 절대 조향각 및 각도 플래그 설정 단계와,

상기 제2 토오크 및 시간 판단 단계의 판단 결과, 상기 토오크가 좌측 최대 끝점의 토오크 이하이면서 그 시간 또한 일정 시간 이상이라면 좌측 최대 끝점에서의 조향각을 절대 조향각으로 설정하고, 모터의 상대 조향각의 변위에 따라 각도 플래그를 '1'로 설정하는 제2 절대 조향각 및 각도 플래그 설정 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자제어 파워 스티어링 시스템에서의 절대 조향각 설정방법.