KR101229126B1 - 스티어 바이 와이어 시스템의 조향 제어 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 스티어 바이 와이어 시스템의 조향 제어 시스템에 관한 것이다.
본 발명은 조향각 센서, 위치 제어기, 모터 및 기어 박스를 포함한 조향 제어 시스템에서, 상기 기어 박스로부터 피드백(Feed-back)된 출력 조향각을 수신하여 각속도로 산출하고, 상기 출력 조향각을 각속도로 산출한 정보인 출력 각속도 정보를 생성하는 연산기; 및 상기 조향각 센서로부터 조향 휠의 회전 각속도(角速度)인 목표 각속도를 측정한 목표 각속도 정보를 수신하고, 상기 출력 각속도 정보를 상기 연산기로부터 수신한 후, 상기 목표 각속도 정보와 상기 출력 각속도 정보를 비교하여 상기 목표 각속도 정보와 상기 출력 각속도 정보에 대한 속도 편차가 발생하면 상기 속도 편차를 보정하도록 상기 모터의 구동을 제어하는 속도 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어 시스템의 조향 제어 시스템을 제공한다.
본 발명에 의하면, 스티어 바이 와이어 시스템의 조향 제어 시스템이 위치 제어 방식 및 속도 제어 방식을 이용하여 모터를 제어하기 때문에, 급격한 변화에 대한 응답 특성 향상되어 운전자의 급격한 조향 휠 조작 시, 운전자가 조향 휠 조작을 통해 요구한 방향대로 차량이 진행할 수 있게 된다.
스티어 바이 와이어, 조향 제어, 각속도, 속도 제어

Description

스티어 바이 와이어 시스템의 조향 제어 시스템{Steering Control System of Steer-by-Wire System}
도 1은 스티어 바이 와이어 시스템의 종래 조향 제어 시스템을 간략하게 나타낸 블록 구성도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스티어 바이 와이어 시스템의 조향 제어 시스템을 간략하게 나타낸 블록 구성도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
100: 종래 조향 제어 시스템 110: 조향각 센서
120: 위치 제어기 130: 모터
140: 기어 박스 200: 조향 제어 시스템
210: 연산기 220: 속도 제어기
본 발명은 스티어 바이 와이어 시스템의 조향 제어 시스템에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 종래의 위치 제어 방식 및 조향 휠을 조향할 때의 각속도(角速度)인 목표 각속도와 모터에 의해 차륜(車輪)이 조향될 때의 각속도인 출력 각속도를 비교하여 목표 각속도와 출력 각속도의 속도 편차를 보정하는 속도 제어 방식을 이용하여 급격한 제어 입력의 변동에 대한 모터 제어의 응답성을 향상한 스티어 바이 와이어 시스템의 조향 제어 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 차량의 조향 시스템은 조향 휠과 차량의 바퀴를 기계적으로 연결하여, 운전자가 조향 휠을 회전시킴에 따라 전륜(前輪) 또는 후륜(後輪)이 좌우로 움직여서 차량의 진행 방향을 조절하도록 되어 있다.
상기와 같은 조향 시스템은 스티어링 휠과 차륜이 기계적으로 연결됨에 따라 그 구조가 복잡하여 최근에는 조향 휠과 차륜의 기계적 연결을 없앤 스티어 바이 와이어(Steer by Wire) 시스템이 개발되어 사용되고 있다.
스티어 바이 와이어 시스템은 조향 휠과 차륜을 연결해 주는 컬럼 등을 삭제하고 조향 휠에서의 정보를 전자 제어 유니트가 입력받아서 차륜에 연결된 모터를 구동시켜서 차량을 조향시켜 주고 있다.
스티어 바이 와이어 시스템의 종래 조향 제어 시스템은 조향 휠이 회전한 변위인 목표 조향각 및 모터의 구동에 의해 차륜이 실제로 움직인 변위인 출력 조향각을 이용한 위치 제어 방식을 이용하여 모터의 구동을 제어한다.
도 1은 스티어 바이 와이어 시스템의 종래 조향 제어 시스템을 간략하게 나타낸 블록 구성도이다.
도 1을 통해 위치 제어 방식을 간단하게 설명하면, 우선 조향 휠에 부착된 조향각 센서(110)가 목표 조향각을 측정한 값인 목표 조향각 정보를 위치 제어기(120)로 전달한다. 위치 제어기(120)는 목표 조향각 정보를 통해 모터(130)를 최 초 구동하고, 모터(130)에 의한 출력 조향각을 측정한 값인 출력 조향각 정보를 모터(130)와 연결된 기어 박스(140)로부터 피드백(Feed-back)받아서 조향각 센서(120)로부터 입력되는 목표 조향각 정보와 비교하여 목표 조향각과 출력 조향각의 위치 편차가 발생하면 모터(130)의 구동을 제어하여 위치 편차를 보정한다. 여기서, 기어 박스(140)는 모터(130)의 회전 운동을 랙바(Rack-Bar)(미도시)의 직선 운동으로 변환하는 장치로서, 기어 박스(140)가 출력 조향각 정보를 위치 제어기(120)로 피드백한다는 것은 기어 박스(140) 내부에 부착된 센서가 모터(130)의 구동에 의해 차륜이 실제로 움직인 출력 조향각을 측정하고, 출력 조향각 정보를 생성해서 위치 제어기(120)로 피드백하는 것을 의미한다.
상기와 같은 위치 제어 방식에서 위치 제어기(120)는 비례 적분(PI: Proportional-plus-Integrate) 제어기를 사용한다. 이러한 위치 제어기(120)는 급격한 제어 입력의 변동에 대한 조향 제어의 응답 특성이 신속하지 않다는 단점이 있고, 이와 같은 단점을 보완하기 위해 위치 제어기(120)의 이득을 높이게 되면 오버슈트(Overshoot)가 발생하게 된다. 즉, 운전자가 조향 휠을 급격하게 회전했을 경우, 급격한 제어 입력의 변동에 대한 조향 제어의 응답 특성이 신속하지 않은 위치 제어기(120)의 단점으로 인해 차량이 운전자가 조향 휠 조작을 통해 요구한 방향과 불일치한 방향으로 진행할 수 있는 문제점이 있다.
전술한 문제점을 해결하기 위해 본 발명은, 종래의 위치 제어 방식 및 조향 휠을 조향할 때의 각속도(角速度)인 목표 각속도와 모터에 의해 차륜이 조향될 때 의 각속도인 출력 각속도를 비교하여 목표 각속도와 출력 각속도의 속도 편차를 보정하는 속도 제어 방식을 이용하여 급격한 제어 입력의 변동에 대한 조향 제어의 응답 특성을 향상한 스티어 바이 와이어 시스템의 조향 제어 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 스티어 바이 와이어 시스템의 조향 제어 시스템에서, 상기 기어 박스로부터 피드백(Feed-back)된 출력 조향각을 수신하여 각속도로 산출하고, 상기 출력 조향각을 각속도로 산출한 정보인 출력 각속도 정보를 생성하는 연산기; 및 상기 조향각 센서로부터 조향 휠의 회전 각속도(角速度)인 목표 각속도에 대한 목표 각속도 정보를 수신하고, 상기 출력 각속도 정보를 상기 연산기로부터 수신한 후, 상기 목표 각속도 정보와 상기 출력 각속도 정보를 비교하여 상기 목표 각속도 정보와 상기 출력 각속도 정보에 대한 속도 편차가 발생하면 상기 속도 편차를 보정하도록 상기 모터의 구동을 제어하는 속도 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어 시스템의 조향 제어 시스템을 제공한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경 우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스티어 바이 와이어 시스템의 조향 제어 시스템을 간략하게 나타낸 블록 구성도이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 조향 제어 시스템(200)은 조향각 센서(110), 위치 제어기(120), 모터(130), 기어 박스(140), 연산기(210) 및 속도 제어기(220) 등을 포함한다. 여기서, 위치 제어기(120), 모터(130) 및 기어 박스(140)에 대한 기술 구성은 도 1에서 설명하였기 때문에, 도 2에서는 위치 제어기(120), 모터(130) 및 기어 박스(140)에 대한 자세한 설명을 생략하도록 한다.
조향각 센서(110)는 직진 위치를 기준으로 하여 조향 휠이 회전한 조향각인 목표 조향각을 측정하고, 측정된 목표 조향각을 미분하여 조향 휠의 회전 각속도인 목표 각속도를 산출하고, 측정된 목표 조향각에 대한 목표 조향각 정보 및 산출된 목표 각속도에 대한 목표 각속도 정보를 생성하며, 목표 조향각 정보는 위치 제어기(120)로 전송하고, 목표 각속도 정보는 속도 제어기(220)로 전송한다.
연산기(210)는 기어 박스(140)로부터 피드백된 출력 조향각 정보를 시간에 대해 미분한 출력 각속도 정보를 산출하여 속도 제어기(220)로 전송한다. 즉, 모터(130)의 구동에 의해 차륜이 실제로 움직인 변위인 출력 조향각을 모터(130)의 구동에 의해 차륜이 실제로 움직인 시간인 시간 변위로 나눈 출력 각속도 정보를 산출하여 속도 제어기(220)로 전송하는 것이다.
속도 제어기(220)는 조향각 센서(110)가 전송한 목표 각속도 정보와 연산기(210)가 전송한 출력 각속도 정보를 비교하여 속도 편차가 발생하면 각속도 편차를 상쇄시키는 방향으로 모터(130)의 구동을 제어하는 제어 전류를 발생한다. 즉, 속도 제어기(220)는 운전자가 조향 휠을 회전한 각속도와 일치하는 차륜의 조향이 이루어지도록 하는 방향으로 모터(130)의 구동을 제어하는 것이다.
이러한 속도 제어기(220)는 운전자의 급격한 조향 휠 조작에 대한 빠른 응답 특성을 나타내야 되므로, 이를 만족하는 비례 미분(Proportional-plus-Derivative) 제어기를 사용하는 것이 바람직하나 이에 한정되는 것은 아니다. 물론 이 과정과 동시에 위치제어기(120)에서는 종래의 위치 제어를 수행한다. 즉, 조향각 센서로부터 입력받은 목표 조향각 정보와 기어박스로부터의 출력 조향각 정보를 이용하여 비례 제어 방식으로 피드백 제어를 수행한다.
따라서, 본 발명에서는 조향각 정보를 이용하여 종래의 비례 적분 제어 방식의 피드백 위치제어를 수행함과 동시에, 목표 각속도 정보와 출력 각속도 정보에 대한 비례 미분 제어를 별도로 수행함으로써, 빠른 응답특성으로 정확한 조향을 할 수 있게 되는 것이다.
이와 같이 스티어 바이 와이어 시스템의 조향 제어 시스템에 위치 제어 방식 및 속도 제어 방식을 이용하면, 위치 제어 방식에 사용되는 위치 제어기의 이득을 높이지 않아도 속도 제어기를 이용하여 급격한 변화, 즉 운전자의 급격한 조향 휠 조작에 대한 빠른 응답 특성을 나타낼 수 있게 된다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아 니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 스티어 바이 와이어 시스템의 조향 제어 시스템이 위치 제어 방식 및 속도 제어 방식을 이용하여 모터를 제어하기 때문에, 급격한 변화에 대한 응답 특성 향상되어 운전자의 급격한 조향 휠 조작 시, 운전자가 조향 휠 조작을 통해 요구한 방향대로 차량이 진행할 수 있게 된다.

Claims (2)

  1. 스티어 바이 와이어 시스템의 조향 제어 시스템에서,
    기어 박스로부터 피드백(Feed-back)된 출력 조향각을 수신하여 각속도로 산출하고, 상기 출력 조향각을 각속도로 산출한 정보인 출력 각속도 정보를 생성하는 연산기; 및
    조향각 센서로부터 조향 휠의 회전 각속도(角速度)인 목표 각속도에 대한 목표 각속도 정보를 수신하고, 상기 출력 각속도 정보를 상기 연산기로부터 수신한 후, 상기 목표 각속도 정보와 상기 출력 각속도 정보를 비교하여 상기 목표 각속도 정보와 상기 출력 각속도 정보에 대한 속도 편차가 발생하면 상기 속도 편차를 보정하도록 모터의 구동을 제어하는 속도 제어기; 및
    상기 조향각 센서로부터의 목표 조향각 정보와 상기 기어박스로부터의 출력 조향각 정보를 이용하여 피드백 제어를 수행하는 위치 제어기
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어 시스템의 조향 제어 시스템.
  2. 삭제
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