KR100802741B1

KR100802741B1 - 듀얼모터식 좌우독립형 ｓｂｗ 시스템의 듀얼모터 제어방법

Info

Publication number: KR100802741B1
Application number: KR1020060125943A
Authority: KR
Inventors: 황성욱
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2006-12-12
Filing date: 2006-12-12
Publication date: 2008-02-12

Abstract

본 발명은 듀얼모터식 좌우독립형 SBW 시스템의 듀얼모터 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 동축으로 연결된 2개의 모터 중 하나는 토크 제어를 수행하고, 다른 하나는 정밀한 위치제어를 수행하는 분산 제어를 수행하도록 함으로써, 좌우륜 최적 조타 및 애커먼 구속 조건을 만족시킬 수 있고, 2개의 모터중 하나의 모터가 고장시 나머지 1개의 모터로 안전한 조향이 가능하여 페일-세이프(Fail-Safe) 대응에 유리한 듀얼모터식 좌우독립형 SBW 시스템의 듀얼모터 제어 방법을 제공하고자 한 것이다.

듀얼모터식, 좌우독립형 SBW 시스템, 듀얼모터 제어 방법

Description

듀얼모터식 좌우독립형 ＳＢＷ 시스템의 듀얼모터 제어 방법{Method for control dual motor of SBW system}

도 1은 듀얼모터식 좌우독립형 SBW 시스템의 구성을 설명하는 개략도,

도 2는 본 발명에 따른 듀얼모터식 좌우독립형 SBW 시스템의 듀얼모터 제어 방법중 위치 제어모터의 제어로직도,

도 3은 본 발명에 따른 듀얼모터식 좌우독립형 SBW 시스템의 듀얼모터 제어 방법중 토크 제어모터의 제어로직도,

도 4는 본 발명에 따른 듀얼모터식 좌우독립형 SBW 시스템의 듀얼모터 제어 방법중 모터 고장시 랙 추력을 유지하는 제어로직도.

도 5는 본 발명에 따른 듀얼모터식 좌우독립형 SBW 시스템의 듀얼모터 제어 방법중 모터 고장시 다른 하나의 모터에 대한 전류값이 증대되는 것을 테스트한 결과의 그래프.

본 발명은 듀얼모터식 좌우독립형 SBW 시스템의 듀얼모터 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 동축으로 연결된 2개의 모터 중 하나는 토크 제어를 수행하고, 다른 하나는 정밀한 위치제어를 수행하는 분산 제어를 수행하도록 함으로써, 좌우륜 최적 조타 및 애커먼 구속 조건을 만족시킬 수 있고, 2개의 모터중 하나의 모터가 고장시 나머지 1개의 모터로 안전한 조향이 가능하여 페일-세이프(Fail-Safe) 대응에 유리한 듀얼모터식 좌우독립형 SBW 시스템의 듀얼모터 제어 방법에 관한 것이다.

주지된 바와 같이, SBW(Steer-by-Wire) 시스템은 서로 기계적으로 분리된 스티어링 컬럼과 스티어링 기어 그리고 SBW용 전자제어유니트 등의 구성을 기반으로 하며, 조향반력 시스템 및 그 제어로직과 조타시스템 및 그 제어로직을 포함하여 구성되어, 조타 제어 작동을 보다 능동적으로 구현하는 동시에 선회 안정성을 기할 수 있도록 채택된 것이다.

상기 듀얼모터식 좌우독립형 SBW 시스템의 스티어링 기어측에는 첨부한 도 1에 도시된 바와 같이 동축을 이루며 랙 액츄에이터 역할을 하는 2개의 모터가 연결되어 있는 바, 2개의 모터가 구동됨에 따라 보다 정밀한 조타 제어를 구현할 필요가 있고, 또한 차륜 조타시 에커먼 구속 조건을 만족시킬 필요가 있으며, 1개의 모터 고장시 다른 1개의 모터로 안전한 조향 구현이 이루어지도록 해야 한다.

상기 듀얼모터식 좌우독립형 SBW 시스템에서 듀얼모터로 구성된 랙 액츄에이터의 최종 목표는 애커먼 구속 조건을 만족시키는 정밀한 위치 제어에 있다.

그러나, 2개의 모터가 동축으로 연결되어 있기 때문에 2개 모두가 위치 제어 를 수행하게 되면, 관성부하 및 역부하 현상이 발생하여, 결국 모터 기능 저하 및 시스템 고장(fail)을 초래하게 된다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 동축으로 연결된 2개의 모터 중 하나는 토크 제어를 수행하고, 다른 하나는 정밀한 위치제어를 수행하는 분산 제어를 수행하도록 함으로써, 서로 부하가 발생되는 현상을 방지하는 동시에 애커먼 구속 조건을 만족시키는 차륜 조타를 수행할 수 있으며, 또한 모터 및 랙 위치센서 고장시 나머지 하나의 모터와 랙 위치센서로 안전한 조향이 가능하여 페일-세이프(Fail-Safe)대응에 유리한 듀얼모터식 좌우독립형 SBW 시스템의 듀얼모터 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은: 동축을 이루며 랙 액츄에이터 역할을 하는 2개의 모터가 연결된 듀얼모터식 좌우독립형 SBW 시스템의 듀얼모터 제어 방법에 있어서, 상기 2개의 모터중 하나는 위치 제어모터로 선정하고, 다른 하나는 토크 제어모터로 선정하는 단계와; 제어부에 의하여 결정된 조향을 위한 좌우 차륜각에 따라 상기 위치 제어모터가 애커먼 조건을 만족시키면서 구동하는 단계와; 역부하 및 관성부하 방지를 위해 상기 위치 제어모터와 상시 동일한 방향으로 보조 회전하는 상기 토크 제어모터의 구동 단계와; 상기 2개의 모터중 하나의 고 장 발생시, 남은 하나의 모터가 위치 제어에 필요한 랙 추력을 유지하며 구동되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 듀얼모터식 좌우독립형 SBW 시스템의 듀얼모터 제어 방법을 제공한다.

바람직한 일 구현예로서, 상기 제어부에 의하여 결정된 조향을 위한 좌우 차륜각에 따라 상기 위치 제어모터가 애커먼 조건을 만족시키면서 구동하는 단계는: 조향각 및 차속이 제어부에 입력되는 단계와; 조향각 및 차속에 따른 조향기어비의 산출 및 전륜의 공칭 조향조건이 결정되는 단계와; 상기 제어부에서 공칭 조향조건을 기반으로 애커먼 조건을 만족시키는 타이어 위치 기준값이 되는 좌우 차륜각이 계산되는 단계와; 상기 조향기어비를 기반으로 실제 타이어 위치를 조절하는 좌우 랙의 링크비가 계산되는 단계와; 상기 타이어 위치 기준값이 되는 좌우 차륜각이 좌우 랙의 링크비에 가산되는 연산이 진행되어, 실제 타이어의 조향이 이루어지도록 상기 위치 제어모터의 구동이 이루어지는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

바람직한 다른 구현예로서, 상기 역부하 및 관성부하 방지를 위해 상기 위치 제어모터와 상시 동일한 방향으로 보조 회전하는 상기 토크 제어모터의 구동 단계는: 조향각 및 조향속도, 차속이 제어부에 입력되는 단계와; 상기 제어부는 상기 위치 제어모터의 위치센싱값을 기반으로 토크 맵 제어 테이블에서 맵핑이 이루어짐과 함께 상기 위치 제어모터의 위치에 따른 전류치를 모터드라이버에 전송하는 단계와; 상기 모터드라이버에서 벡터 전류제어를 통하여 상기 토크 제어모터를 구동시키는 신호를 전송하는 단계와; 상기 토크 제어모터가 상기 위치 제어모터를 보 조하면서 동일한 방향으로 회전하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

바람직한 또 다른 구현예로서, 상기 2개의 모터중 하나의 고장 발생시, 남은 하나의 모터가 위치 제어에 필요한 랙 추력을 유지하며 구동되는 단계는: 좌우 2개씩 4개의 모터중 고장이 발생된 모터의 감지 단계와; 고장 모터가 위치 제어모터인 경우, 토크 제어모터가 위치제어모터로 전환되는 단계와; 조향각 및 차속이 입력됨과 함께 현재 랙 위치를 기반으로 토크 제어모터의 구동이 이루어져 랙의 위치 제어에 필요한 랙 추력이 유지되는 단계와; 고장 모터가 토크 제어모터인 경우, 위치 제어모터의 출력을 증대시키는 제어가 이루어져 위치 제어에 필요한 랙 추력이 유지되는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.

첨부한 도 1은 듀얼모터식 좌우독립형 SBW 시스템의 구성을 설명하는 개략도이다.

도 1에서 보는 바와 같이, 듀얼모터식 좌우독립형 SBW 시스템의 스티어링 기어측에 동축을 이루며 랙 액츄에이터 역할을 하는 2개의 모터가 연결되는 바, 본 발명은 보다 정밀한 조타 제어를 위하여 2개의 모터중 하나는 위치 제어모터로, 다른 하나는 토크 제어모터로 적용하여, 차륜 조타시 에커먼 구속 조건을 만족시킴과 함께 1개의 모터 고장시 다른 1개의 모터로 안전한 조향이 구현되도록 한 점에 주안점이 있다.

상기 2개의 모터중 하나는 위치 제어모터로 선정하고, 다른 하나는 토크 제 어모터로 선정하고, 각 위치 제어모터 및 토크 제어모터에 대한 제어부의 제어가 다르게 이루어진다.

즉, 상기 위치 제어모터는 제어부에 의하여 결정된 조향을 위한 좌우 차륜각에 따라 애커먼 조건을 만족시키면서 구동되도록 하고, 상기 토크 제어모터는 역부하 및 관성부하 방지를 위해 상기 위치 제어모터와 상시 동일한 방향으로 보조 회전하도록 한다.

다른 구현예로서, 본 발명에 따르면, 상기 2개의 모터중 하나의 고장 발생시, 남은 하나의 모터가 위치 제어에 필요한 랙 추력을 유지하며 구동된다.

이하, 상기 위치 제어모터에 대한 제어 및 상기 토크 제어모터에 대한 제어, 그리고 2개의 모터중 하나가 고장난 경우의 제어 방법을 살펴보기로 한다.

첨부한 도 2는 본 발명에 따른 듀얼모터식 좌우독립형 SBW 시스템의 듀얼모터 제어 방법중 위치 제어모터의 제어로직도이다.

먼저, 도 2를 참조로 상기 위치 제어모터에 대한 제어 방법을 설명하면 다음과 같다.

상기 제어부에 의하여 결정된 조향을 위한 좌우 차륜각에 따라 상기 위치 제어모터가 애커먼 조건을 만족시키면서 구동하기 위한 선행 단계로서, 조향각 및 차속이 제어부에 입력된다.

이어서, 상기 제어부에서 조향각 및 차속에 따른 조향기어비의 산출 및 전륜의 공칭 조향조건이 결정된 다음, 공칭 조향조건을 기반으로 애커먼 조건을 만족시키는 타이어 위치 기준값이 되는 좌우 차륜각이 아래와 같은 식에 의하여 계산된 다.

위의 좌우 차륜각은 애커먼 조건을 만족시키는 타이어의 위치 기준값이 된다.

상기와 동시에, 상기 제어부에서 조향기어비를 기반으로 실제 타이어 위치를 조절하는 좌우 랙의 링크비, 즉 위치 제어모터의 링크비가 계산된다.

이때, 상기 타이어의 위치 기준값과 상기 링크비간의 차이값에 대하여 PID제어를 수행하게 된다.

이에, 상기 타이어 위치 기준값이 되는 좌우 차륜각이 좌우 랙의 링크비에 가산되는 연산이 진행되어, 실제 타이어의 조향이 이루어지도록 상기 위치 제어모터의 구동이 이루어진다.

참고로, 상기 애커먼각은 차량이 조향될 때, 조향되는 축의 중심과 전륜쪽의 조향되는 부분의 스티어링 연결부를 이은 선이 만나는 지점에서의 각으로서, 선회하는 방향으로부터 바깥쪽 각은 작게하고, 안쪽각은 크게하는 것이 정상이며, 이 바깥쪽과 안쪽각의 차이를 조정하여 조향시의 안정성을 향상시킬 수 있도록 한 것이다.

여기서, 상기 토크 제어모터에 대한 제어 방법을 설명하면 다음과 같다.

첨부한 도 3은 본 발명에 따른 듀얼모터식 좌우독립형 SBW 시스템의 듀얼모터 제어 방법중 토크 제어모터의 제어로직도이다.

상기 토크 제어모터는 위치 제어모터의 역부하 및 관성부하 방지를 위해 상기 위치 제어모터와 상시 동일한 방향으로 보조 회전하게 된다.

먼저, 조향각 및 조향속도, 차속이 제어부에 입력되면, 상기 제어부는 상기 위치 제어모터의 위치센싱값을 기반으로 토크 맵 제어 테이블에서 맵핑이 이루어짐과 함께 상기 위치 제어모터의 위치에 따른 전류치를 모터드라이버에 전송하게 된다.

즉, 상기 제어부는 조향 휠 신호(조향 휠의 각도위치 및 속도)와 랙 위치 센서에 의한 랙 위치 신호 차이에 의한 제어를 수행하여, 전류치를 모터드라이버에 전송하게 된다.

이어서, 상기 모터드라이버는 벡터 전류제어를 통하여 상기 토크 제어모터를 구동시키는 신호를 전송하게 되고, 이에 상기 토크 제어모터가 상기 위치 제어모터를 보조하면서 동일한 방향으로 회전을 하게 된다.

여기서, 상기 2개 모터중 하나의 모터가 고장난 경우의 제어 방법을 설명하면 다음과 같다.

첨부한 도 4는 본 발명에 따른 듀얼모터식 좌우독립형 SBW 시스템의 듀얼모터 제어 방법중 모터 고장시 랙 추력을 유지하는 제어로직도로서, 좌우 2개씩 총 4개의 모터중 하나의 고장 발생시, 다시말해서 좌우측의 2개 모터 중 어느 하나의 모터가 고장나는 경우, 고장나지 않은 남은 하나의 모터가 랙 위치 제어에 필요한 랙 추력을 유지하며 구동되는 단계가 진행된다.

좌우 2개씩 4개의 모터중 고장이 발생된 모터가 감지되면, 고장 모터가 위치 제어모터인 경우, 토크 제어모터가 위치제어모터로 전환된다.

따라서, 조향각 및 차속이 제어부에 입력됨과 함께 현재 랙 위치를 기반으로 토크 제어모터의 구동이 이루어져 랙의 위치 제어에 필요한 랙 추력이 유지되어진다.

반면에, 고장 모터가 토크 제어모터인 경우, 제어부에 의한 위치 제어모터의 출력을 증대시키는 제어가 이루어져, 랙 위치 제어에 필요한 랙 추력이 유지되어진다.

시험예로서, 상기 고장모터 발생시, 보상하는 제어 즉, 페일-세이프(fail-safe)에 대한 테스트를 한 결과, 첨부한 도 5의 그래프에서 보는 바와 같이, 모터 드라이버에서 제어부로 폴트 플래그(fault flag) 신호를 전송하고, 제어부는 고장나지 않은 모터의 구동 전류값을 증대시키게 되어, 요구하는 랙 추력을 유지할 수 있음을 알 수 있었다.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 듀얼모터식 좌우독립형 SBW 시스템의 듀얼모터 제어 방법에 의하면, 동축으로 연결된 2개의 모터 중 하나는 토크 제어를 수행하고, 다른 하나는 정밀한 위치제어를 수행하는 분산 제어를 수행하도록 함으로써, 서로 부하가 발생되는 현상을 방지하는 동시에 애커먼 구속 조건을 만족시키는 차륜 조타를 수행할 수 있다.

또한, 모터 및 랙 위치센서 고장시 나머지 하나의 모터와 랙 위치센서로 안 전한 조향이 가능하여 페일-세이프(Fail-Safe)대응에 유리한 장점을 제공한다.

Claims

동축을 이루며 랙 액츄에이터 역할을 하는 2개의 모터가 연결된 듀얼모터식 좌우독립형 SBW 시스템의 듀얼모터 제어 방법에 있어서,

상기 2개의 모터중 하나는 위치 제어모터로 선정하고, 다른 하나는 토크 제어모터로 선정하는 단계와;

제어부에 의하여 결정된 조향을 위한 좌우 차륜각에 따라 상기 위치 제어모터가 애커먼 조건을 만족시키면서 구동하는 단계와;

역부하 및 관성부하 방지를 위해 상기 위치 제어모터와 상시 동일한 방향으로 보조 회전하는 상기 토크 제어모터의 구동 단계와;

상기 2개의 모터중 하나의 고장 발생시, 남은 하나의 모터가 위치 제어에 필요한 랙 추력을 유지하며 구동되는 단계;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 듀얼모터식 좌우독립형 SBW 시스템의 듀얼모터 제어 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 제어부에 의하여 결정된 조향을 위한 좌우 차륜각에 따라 상기 위치 제어모터가 애커먼 조건을 만족시키면서 구동하는 단계는:

조향각 및 차속이 제어부에 입력되는 단계와;

조향각 및 차속에 따른 조향기어비의 산출 및 전륜의 공칭 조향조건이 결정 되는 단계와;

상기 제어부에서 공칭 조향조건을 기반으로 애커먼 조건을 만족시키는 타이어 위치 기준값이 되는 좌우 차륜각이 계산되는 단계와;

상기 조향기어비를 기반으로 실제 타이어 위치를 조절하는 좌우 랙의 링크비가 계산되는 단계와;

상기 타이어 위치 기준값이 되는 좌우 차륜각이 좌우 랙의 링크비에 가산되는 연산이 진행되어, 실제 타이어의 조향이 이루어지도록 상기 위치 제어모터의 구동이 이루어지는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 듀얼모터식 좌우독립형 SBW 시스템의 듀얼모터 제어 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 역부하 및 관성부하 방지를 위해 상기 위치 제어모터와 상시 동일한 방향으로 보조 회전하는 상기 토크 제어모터의 구동 단계는:

조향각 및 조향속도, 차속이 제어부에 입력되는 단계와;

상기 제어부는 상기 위치 제어모터의 위치센싱값을 기반으로 토크 맵 제어 테이블에서 맵핑이 이루어짐과 함께 상기 위치 제어모터의 위치에 따른 전류치를 모터드라이버에 전송하는 단계와;

상기 모터드라이버에서 벡터 전류제어를 통하여 상기 토크 제어모터를 구동시키는 신호를 전송하는 단계와;

상기 토크 제어모터가 상기 위치 제어모터를 보조하면서 동일한 방향으로 회 전하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 듀얼모터식 좌우독립형 SBW 시스템의 듀얼모터 제어 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 2개의 모터중 하나의 고장 발생시, 남은 하나의 모터가 위치 제어에 필요한 랙 추력을 유지하며 구동되는 단계는:

좌우 2개씩 4개의 모터중 고장이 발생된 모터의 감지 단계와;

고장 모터가 위치 제어모터인 경우, 토크 제어모터가 위치제어모터로 전환되는 단계와;

조향각 및 차속이 입력됨과 함께 현재 랙 위치를 기반으로 토크 제어모터의 구동이 이루어져 랙의 위치 제어에 필요한 랙 추력이 유지되는 단계와;

고장 모터가 토크 제어모터인 경우, 위치 제어모터의 출력을 증대시키는 제어가 이루어져 위치 제어에 필요한 랙 추력이 유지되는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 듀얼모터식 좌우독립형 SBW 시스템의 듀얼모터 제어 방법.