KR101586867B1 - 전동식 파워 스티어링 시스템 - Google Patents

Abstract

전동식 파워 스티어링 시스템은 조향휠을 차량의 바퀴에 연결하는 스티어링기구, 스티어링기구에 연결된 전기모터, 스티어링기구의 일부분에 배치되어 토크를 나타내는 토크신호를 발생할 수 있도록 하는 토크신호발생기, 조향휠 또는 조향컬럼의 각속도를 나타내는 컬럼속도신호를 발생하기 위한 컬럼속도신호발생기와, 감지수단으로부터 출력신호를 수신하여 이로부터 모터에 의하여 스티어링기구에 가하여져야 할 토크를 나타내는 토크요구신호를 발생할 수 있도록 하는 신호처리유니트로 구성된다. 신호처리수단은 컬럼속도의 선형 함수인 제1 컬럼속도항과 컬럼속도의 제곱, 즉, 고차인수의 함수인 제2 컬럼속도항의 합을 나타내는 토크댐핑요소를 발생하고 토크요구신호가 토크댐핑요소의 값에 따라 달라지는 처리수단을 포함한다.

Description

전동식 파워 스티어링 시스템 {ELECTRICAL POWER ASSISTED STEERING SYSTEM}

본 발명은 차량의 제어에 요구되는 운전자의 힘을 덜어주기 위하여 스티어링 컬럼과 같은 조향구성요소에 보조토크를 가하도록 전기모터가 사용되는 종류의 전동식 파워 스티어링 시스템에 관한 것이다.

간단한 전동식 파워 스티어링 시스템에 있어서는 스티어링 컬럼에서 토크의 레벨이 측정될 수 있도록 하는 토크센서가 제공된다. 이러한 측정으로부터 제어기는 스티어링 컬럼에 부착된 전기모터에 의하여 발생되어야 하는 토크를 나타내는 토크요구신호의 값을 계산한다. 모터는 운전자에 의하여 요구되는 것과 동일한 방향의 토크를 컬럼에 가함으로서 조향휠을 회전시키려는 운전자의 힘을 덜어준다.

이러한 간단한 구성이 갖는 문제점은 소위 차량의 뒷부분이 좌우로 미끄러지는 "피쉬-테일링(fish-tailing)"을 유발하는 차량의 요모드 과도응답(vehicle yaw mode transient response)을 일으키는 운전방식에서 나타난다. 이들 운전방식은 전형적으로 운전자가 핸드휠의 각도를 신속하게 변화시키나 이를 통한 실질적인 토크가 가하여지지 않거나 핸드휠을 신속한 회전시켰다가 그대로 핸드휠을 놓아버려 핸드휠 회전의 "급회전(flicks)"과 같은 핸드휠에서의 "뒷받침되지 않은(unsupported)" 운전자의 행동의 결과로 나타난다.

이러한 경우에 있어서, 핸드휠은 중앙의 위치를 크게 벗어나지 않고 또는 이러한 중앙의 위치에서 크게 진동하지 않고 신속히 중앙의 "올바른" 위치로 복귀하는 것이 좋다. 그러나, 일반적으로, 스티어링 시스템의 구조와 관성효과는 특히 차량의 고속에서 가볍게 완화된 진정한 진동성인 프리모드 요응답(free mode yaw response)에 영향을 준다.

모터를 구동시키는데 사용되는 토크요구신호내에 토크댐핑요소를 포함시킴으로서 이러한 문제점을 극복하고자 하는 것이 당해 기술분야에서 잘 알려져 있다. 어떤 면에서는 이러한 토크댐핑요소가 전통적인 유압시스템에 존재하는 점성마찰의 기계적인 현상과 유사하다.

일반적으로 댐핑요소의 크기는 스티어링 컬럼의 속도에 따라서 제로회전속도의 제로 토크로부터 어떤 임의의 최대속도에서 최대로 증가한다. 이는 컬럼속도에 스케일링 계수(scaling factor)(부스트 커브 boost curve 라고도 함)를 적용함으로서 이루어질 수 있다. 실제로, 토크댐핑요소가 증가하면 모터에 의한 토크출력이 감소하고 보조토크량도 감소한다. 이로써 댐핑이 증가하고 고속의 차량속도에서 안정이 유지될 수 있다.

또한 컬럼에 실리는 토크의 크기에 따라서 달라지는 부가적인 댐핑요소를 제공하는 것도 알려져 있다. 이는 컬럼속도에 종속하는 댐핑시간에 여러 스케일링 계수를 적용함으로서 이루어질 수 있다. 댐핑요소는 전형적으로 높은 토크에서 댐핑요소의 크기에 비하여 낮은 토크에서 감소될 것이다. 이와 같이 토크가 컬럼에 존재하지 않는 핸즈프리 방식에서는 댐핑이 비교적 높을 것이나 일반적으로 토크가 컬럼에 존재하는 수동조작방식중에는 낮을 것이다.

본원 출원인은 운전자에 의하여 인식되는 개선된 조향감각을 제공함으로서 종래기술의 구성을 개선할 수 있다는 것을 알게 되었다. 비록 제한되기는 하였어도 개선된 감각은 전통적인 유압식 스티어링 시스템의 감각에 보다 유사한 감각을 구성하는 것으로 간주될 수 있다.

제1 관점에 따라서, 본 발명은 조향휠을 차량의 바퀴에 연결하는 스티어링기구, 스티어링기구에 연결된 전기모터, 스티어링기구의 일부분에 배치되어 토크를 나타내는 토크신호를 발생할 수 있도록 하는 토크신호발생기, 조향휠 또는 조향컬럼의 각속도를 나타내는 컬럼속도신호를 발생하기 위한 컬럼속도신호발생기와, 감지수단으로부터 출력신호를 수신하여 이로부터 모터에 의하여 스티어링기구에 가하여져야 할 토크를 나타내는 토크요구신호를 발생할 수 있도록 하는 신호처리유니트를 포함하는 전동식 파워 스티어링 시스템을 제공하는 바, 여기에서, 신호처리유니트는 컬럼속도의 선형 함수인 제1 컬럼속도항과 컬럼속도의 제곱, 즉, 고차인수(higher order factor)의 함수인 제2 컬럼속도항의 합을 나타내는 토크댐핑요소를 발생하고 토크요구신호가 토크댐핑요소의 값에 따라 달라지는 처리수단을 포함한다.

처리수단은 제1 처리서브-유니트, 제2 처리서브-유니트 및 제3 처리서브-유니트를 포함하고, 제1 처리서브-유니트는 컬럼속도의 함수인 제1 컬럼속도항을 발생하며, 제2 처리서브-유니트는 컬럼속도의 제곱, 즉, 고차인수의 함수인 제2 컬럼속도항을 발생하고, 또한 제3 처리서브-유니트는 제1 및 제2 컬럼속도항의 합에 따라 달라지는 토크댐핑요소를 발생토록 구성된다.

따라서, 스티어링 시스템은 컬럼속도의 선형 함수와 컬럼속도의 이차(또는 고차)함수 모두에 따라서 달라지는 토크댐핑요소를 포함한다. 본원 출원인은 이러한 결합으로 매우 낮은 컬럼속도나 매우 높은 컬럼속도 모두에서 양호한 스티어링 감각이 이루어질 수 있는 것으로 알게 되었다. 선형 요소는 시스템이 저속에서 언더댐핑되지 않도록 할 것이다(이차항이 사용된 경우에만 이루어지는 것과 같이). 이차항은 시스템이 고속에서 언더댐핑되지 않도록 할 것이다(선형항이 사용된 경우에만 이루어지는 것과 같이). 이로써 차량의 급회전테스트에서 양호한 댐핑효과를 보이도록 한다. 이차항은 고속의 컬럼속도에서 일관된 댐핑감각을 갖도록 하는데 도움을 준다.

제1 및 제2 컬럼속도항은 차량속도에 따라 변화할 것이다. 제1 컬럼속도항은 컬럼속도와 제1 스케일링 함수의 적(積)을 포함할 수 있다. 제2 컬럼속도항은 컬럼속도의 제곱, 즉, 고차인수와 제2 스케일링 함수의 적을 포함할 수 있다. 스케일링 함수는 그 자체가 차량속도에 따라서 변화할 것이다.

스케일링 함수는 부스트 커브(boost curves)를 포함할 수 있으며, 수학적인 함수로 나타낼 수 있다.

다른 방식으로, 적의 값은 사전에 결정되어 탐색표(look up table)에 저장될 수 있다. 이들은 실제의 적을 나타낼 필요는 없고 단지 어떠한 예상된 컬럼속도의 결합에 대한 각 항의 사전에 정의된 값을 나타내면 된다. 예를 들어 탐색표가 제공되는 경우 이는 컬럼속도로 인덱스되고 또한 차량속도로 인덱스된 속도항, 즉 2 x 2 매트릭스를 포함할 수 있다.

또한 신호처리유니트는 컬럼토크의 함수인 토크종속승수항을 발생할 수 있다. 신호처리유니트는 승수와 토크댐핑요소의 적을 계산하기 위한 수단을 포함할 수 있다.

토크종속승수는 토크변화율의 함수를 포함하고, 일반적으로 토크종속승수는 토크변화율이 큰 경우 보다 토크변화율이 작은 경우에 더 큰 값을 갖는다. 이는 낮은 변화율에서는 보다 큰 댐핑이 가하여지고(큰 승수가 발생되기 때문이다) 토크가 신속히 변화하는 경우는 작은 댐핑이 가하여지는 것(지그재그형의 스키할강조작이 이루어지는 것과 같은 경우)을 의미한다.

신호처리유니트는 토크요구승수의 발생시에 컬럼토크를 필터링하기 위한 하나 이상의 필터를 포함한다. 이들 필터 또는 각 필터는 저역필터이다. 이는 급격한 급회전테스트형태의 조작중에 전체가 차량의 공진주파수와 거의 같은 컷오프를 갖는다.

또한 신호처리유니트는 선택적으로 결합된 선형항 및 이차항이 통과(이들이 결합된 후에)하는 필터를 포함할 수 있다. 이는 스티어링 컬럼의 공진주파수와 거의 같은 컷오프를 갖는 저역필터일 수 있다. 2~3 Hz 사이, 전형적으로 2.5 Hz 또는 이 부근의 컷오프가 사용될 수 있다.

신호처리수단은 컬럼속도의 선형 함수인 제3 컬럼속도항을 발생하는 제3 서브-유니트를 포함할 수 있다. 이는 컬럼속도와 스케일링 함수의 적이다, 이러한 제3 컬럼속도항은 필터의 출력, 즉, 필터링되고 결합된 선형/이차항과 결합될 수 있다. 따라서, 제3 컬럼속도항은 컬럼속도의 선형 함수이다.

신호처리유니트 내에는 댐핑토크요소를 제한하는 리미터가 구비될 수 있다. 이러한 리미터는 선택적인 승수의 적용 전 또는 그 후에 적용될 수 있다. 리미트값은 차량 속도의 함수일 수 있다. 이는 낮은 것 보다는 높은 리미트값 및 높은 차량속도일 수 있다.

컬럼속도신호발생기는 속도센서를 포함할 수 있다. 또는 이는 속도신호를 얻기 위하여 시간이 지남에 따라 적산될 수 있는 위치신호를 발생하는 위치센서를 포함할 수도 있다. 신호처리유니트에 의하여 사용된 신호는 제로 컬럼속도 부근에 데드밴드(deadband)를 포함하는 스케일링 함수에 의하여 사전처리될 수 있다. 이는 낮은 속도에서 상이한 컬럼속도항을 생성하도록 사용된 속도신호가 제로로 유지될 수 있도록 한다. 이러한 효과는 제로속도 부근의 낮은 속도에서는 댐핑이 가하여지지 않고 리미트값은 선택된 데드밴드의 폭에 따라서 달라질 수 있다. 따라서, 본문에 사용된 "컬럼속도"라는 용어는 컬럼속도의 절대측정값과 적당한 스케일링 함수 또는 부스트 커브에 의하여 수정된 절대컬럼속도인 사전처리된 신호를 포함하는 것으로 광범위하게 이해되어야 한다.

토크신호발생기는 스티어링 컬럼이나 이에 부착된 다른 기계적인 구성요소에 연결되는 단일의 센서를 포함할 수 있다. 이는 모터를 흐르는 전류를 모니터링함으로서 간단히 모터위치를 측정하는 가상센서일 수 있다.

장치는 스케일링 계수 또는 부스트 커브를 정의하는 함수 및/또는 다른 탐색표가 저장되는 전자메모리의 한 영역을 포함한다.

신호처리유니트는 메모리의 영역에 저장된 프로그램명령을 실행하는 프로세서에 의하여 구현될 수 있다. 명령은 프로세서가 신호처리유니트의 다른 서브-유니트를 정의하는 다수의 명확한 단계를 수행하도록 한다. 그러나, 디지털 논리게이트, 각 서브-유니트를 형성하는 논리게이트의 그룹과 같은 각각의 전자구성요소를 이용하여 신호처리유니트를 구현할 수도 있다.

제2 관점에 따라서, 본 발명은 조향휠을 차량의 바퀴에 연결하는 스티어링기구, 스티어링기구에 연결된 전기모터, 스티어링기구의 일부분에 배치되어 토크를 나타내는 토크신호를 발생할 수 있도록 하는 토크센서, 조향휠 또는 조향컬럼의 각속도를 나타내는 컬럼속도신호를 발생하기 위한 컬럼속도센서와, 감지수단으로부터 출력신호를 수신하여 이로부터 모터에 의하여 스티어링기구에 가하여져야 할 토크를 나타내는 토크요구신호를 발생할 수 있도록 하는 신호처리유니트를 포함하는 전동식 파워 스티어링 시스템을 제공하는 바, 여기에서, 신호처리유니트는 컬럼속도의 선형 함수인 제1 컬럼속도항과 컬럼속도의 제곱, 즉, 고차인수의 함수인 제2 컬럼속도항의 합을 나타내는 토크댐핑요소를을 발생하고 토크요구신호가 토크댐핑요소의 값에 따라 달라지는 처리수단, 컬럼속도와 제3 스케일링 함수의 적을 포함하는 제3 컬럼속도항을 발생하는 처리서브-유니트, 필터링된 토크댐핑요소를 발생토록 토크댐핑요소를 필터링하도록 구성된 필터와, 토크댐핑요소와 제3 컬럼속도항의 합에 따라 달라지는 토크요구신호를 발생하도록 구성된 부가적인 서브-유니트를 포함한다.

처리수단은 컬럼속도와 제1 스케일링 함수의 적을 포함하는 제1 컬럼속도항을 발생하는 제1 처리서브-유니트, 컬럼속도의 제곱, 즉, 고차인수와 제2 스케일링 함수의 적을 포함하는 제2 컬럼속도항을 발생하는 제2 처리서브-유니트와, 제1 및 제2 컬럼속도항의 합에 따라 달라지는 항을 발생하도록 구성된 결합서브-유니트를 포함할 수 있다.

필터링되고 결합된 선형/이차항에 부가되는 부가적인 제3 컬럼속도항은 댐핑을 개선하고 주파수가 높으나 소규모 진폭의 원치않는 진동을 갖는 것을 처리하는데 도움이 된다.

결합기의 출력은 제1 및 제2 컬럼속도항의 합과 같다. 토크요구신호는 토크댐핑요소와 제3 컬럼속도항의 합과 같다.

제3 관점에 따라서, 본 발명은 전동식 파워 스티어링 시스템에 사용하기 위한 토크댐핑요소를 발생하는 방법을 제공하는 바, 본 발명의 이 방법이 컬럼속도와 제1 스케일링 함수의 적으로 구성되는 제1 컬럼속도항을 발생하는 단계, 컬럼속도의 제곱, 즉, 고차인수와 제2 스케일링 함수의 적을 포함하는 제2 컬럼속도항을 발생하는 단계와, 제1 및 제2 컬럼속도항의 합에 따라 달라지는 댐핑토크요소를 발생하는 단계를 포함한다.

부가적으로 이 방법은 저역필터를 통하여 댐핑토크요소를 통과시키는 단계를 포함할 수 있다.

또한 이 방법은 컬럼속도와 다른 스케일링 함수의 적을 포함하는 제3 컬럼속도항을 발생하는 단계와, 부가적인 항을 필터링된 댐핑토크요소와 결합하는 단계를 포함할 수 있다.

제3 컬럼속도항과 필터링된 댐핑토크요소는 이들을 함께 합하거나 이들 중 어느 하나를 분리하여 결합될 수 있다.

본 발명을 첨부도면에 의거하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템의 개략구성도.
도 2는 도 1에서 보인 시스템의 신호처리유니트내에서 토크댐핑항을 발생하도록 본 발명의 제1관점에 따른 스티어링 시스템의 실시형태에 의하여 수행되는 기능적 단계를 보인 블록 다이아그램.
도 3은 도 1에서 보인 시스템의 신호처리유니트내에서 토크댐핑항을 발생하도록 본 발명의 제1관점에 따른 스티어링 시스템의 다른 실시형태에 의하여 수행되는 기능적 단계를 보인 블록 다이아그램.
도 4는 본 발명의 제2관점에 따른 스티어링 시스템의 다른 실시형태에 의하여 수행되는 일련의 다른 단계를 보인 설명도.
도 5는 선형항을 토크요구에 대한 컬럼속도의 함수로서 이차항에 결합함으로서 발생된 댐핑요소의 값의 변화를 보인 표본추적도.
도 6(a) 내지 도 6(c)는 급회전테스트중에 도 4에서 보인 바와 같은 스티어링 시스템으로 필터링된 댐핑토크요구, 차량 요율(yaw rate) 및 차량의 컬럼위치를 보인 설명도.

전형적인 전동식 파워 스티어링 시스템이 첨부도면의 도 1에 도시되어 있다. 이 시스템은 기어박스(3)(선택적임)를 통하여 구동축(2)에 작용하는 전기모터(1)를 포함한다. 구동축(2)의 단부에는 웜기어(4)가 착설되어 있으며 이는 스티어링 컬럼(5)의 일부분 또는 이러한 스티어링 컬럼에 연결된 축에 구비된 휠에 결합된다. 물론, 이것은 본원 출원인이 추구하는 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니며 본 발명이 적용될 수 있는 다른 파워 스티어링 시스템이 고려될 수 있다.

스티어링 컬럼(5)에는 토크센서(6)가 착설되어 있으며 이는 조향휠(도시하지 않았음)과 스티어링 컬럼이 차량바퀴(역시 도시하지 않았음)에 의하여 제공되는 저항력에 대항하여 회전될 때 차량의 운전자에 의하여 스티어링 컬럼에 가하여지는 토크를 측정할 수 있게 되어 있다. 토크센서(6)로부터의 출력신호 T 는 신호처리유니트(7)의 제1입력에 공급된다.

또한 스티어링 컬럼 축에는 각속도센서가 제공된다. 도 1에서 보인 바와 같이 이는 토크센서(6)의 일부분이다. 이는 축의 각속도 W 를 나타내는 출력신호를 발생한다. 속도센서로부터의 출력은 신호처리유니트(7)의 제2입력에 공급된다. 이러한 신호처리유니트는 전자처리유니트 또는 다른 전자회로를 포함할 수 있다.

또한 스티어링 컬럼의 각위치를 나타내는 출력신호 N_col 를 발생하는 컬럼위치센서가 제공된다.

전체적으로 3개의 입력값이 신호처리유니트로 보내진다: 컬럼속도 W, 차량속도 V 및 컬럼토크 T.

신호처리유니트(7)는 그 출력측에서 모터 콘트롤러(9)로 보내지는 토크요구신호(8)를 발생하도록 3개의 입력신호에 작용한다. 모터 콘트롤러(9)는 토크요구신호(8)를 전기모터(1)를 위한 구동전류로 변환시킨다. 이러한 요구신호를 발생하기 위하여 처리유니트는 각각 단일처리단계 또는 특정 셋트의 단계를 수행하는 다수의 서브-유니트를 포함한다.

토크요구신호(8)의 값은 전기모터(1)에 의하여 스티어링 컬럼에 가하여져야 할 보조토크량과 일치한다. 이러한 값은 요구신호가 제로일 때 제로토크를 통하여 한 방향에서 모터를 위한 최대출력토크에 해당하는 최소값으로부터 반대방향의 최대모터토크까지 변화할 것이다.

모터 콘트롤러(9)는 그 입력으로서 토크요구신호를 수신하고 모터구동축(2)에서 요구된 토크를 재발생하도록 모터에 공급되는 전류를 발생한다. 이것이 운전자가 조향휠을 회전시키기 위하여 가하는 힘을 감소시키도록 스티어링 컬럼 축(5)에 가하여지는 보조토크이다.

토크요구신호(8)는 적어도 두 부분으로 이루어진다. 제1 부분은 운전자가 조향휠을 통하여 스티어링 컬럼에 가하는 토크량에 따라 달라지는 보조토크이다. 제2 부분은 조향감을 개선하고 시스템의 안전을 향상하기 위하여 제공되는 댐핑토크요구이다. 예를 들어 차량이 계획된 진로를 주행하는 것으로부터 벗어나도록 하는 차량의 측풍효과에 대항하는데 도움이 되도록 다른 토크요구신호가 부가하여 사용될 수 있다.

보조토크신호는 토크센서(6)에 의하여 측정되는 스티어링 컬럼의 토크의 함수로서 유도된다. 측정된 토크와 보조신호 사이의 관계는 근본적으로 선형이다. 그러나, 토크를 보조신호에 연관시키기 위하여 다른 가능성 있는 관계가 이용될 수 있다. 이들 양자의 경우, 토크가 증가하면 보조신호의 크기도 증가한다. 또한 보조토크신호는 요구된 경우 차량속도와 같은 다른 파라메타에 따라서 달라질 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 이와 같은 경우, 고속에서 안정성을 높이기 위하여 보조토크신호의 값을 감소하고 주차조작이 용이하도록 저속에서는 보조토크신호의 값을 증가시킨다.

댐핑토크요구신호는 근본적으로 컬럼속도, 차량속도 및 컬럼토크의 함수이다. 두개의 항, 즉, 컬럼토크종속승수항과, 댐핑신호를 얻기 위하여 승수항으로 곱하는 컬럼속도종속댐핑항이 발생된다. 목표는 높은 컬럼속도에서 보다 큰 댐핑이 이루어지도록 하고(유압시스템에서 점성마찰 또는 보다 나은 "촉감"에 유사하도록) 스키할강시 양손으로 조작하는 것과 같이 어떠한 조건하에서 댐핑량을 줄이며, 또한 코너링 중에 조향휠의 우발적인 해제의 경우 이를 적당히 증가시키는데 있다.

도 2는 신호처리유니트의 상이한 서브-유니트와 신호처리유니트(7)에 의하여 수행되는 단계, 그리고 댐핑토크요구신호의 발생시에 신호처리내에서 발생되는 항(terms)을 보이고 있다. 토크요구신호(8)는 그 자체가 두 요소, 즉, 보조토크승수와 컬럼속도종속 댐핑토크요구신호의 두 요소로서 발생됨을 알 수 있다. 이들 두 요소는 신호처리기내에서 결합되어 최종 토크요구신호(8)를 형성한다.

토크종속승수를 발생하기 위하여, 먼저 스케일링 함수(scaling function)가 측정된 토크에 적용된다. 이러한 제1의 스케일링 함수의 효과는 1 과 0 사이의 스케일링 계수를 발생하는 것이며, 이 스케일링 계수는 낮은 토크에서 1 이고 높은 토크에서는 0 이다. 1 로부터 제로로 떨어지기 시작하는 함수의 코너점 토크 D3 와 0 으로 떨어지는 토크 D4 는 조립체의 메모리에 저장된다.

토크신호는 또한 미분되고 저역필터를 통과함으로서 필터링된 컬럼토크값을 제공한다. 일반적으로 필터링된 값은 낮은 주파수에서 실제의 미분된 값과 동일하나 높은 주파수에서는 제로로 떨어질 것이다. 필터는 비록 일부 필터링이 20Hz 부근에서 일어날 수 있으나 3Hz의 3db 컷오프 주파수 D6 를 갖는 1차 저역필터이다.

다음 단계에서, 제2의 스케일링 함수가 필터링된 컬럼토크미분값에 적용된다. 이는 토크신호에 적용된 초기의 제1 스케일링 함수와 유사하나 각각 상이한 코너토크와 컷오프 토크 D7 및 D8 을 갖는다. 물론 이들은 D3 및 D4 와 동일할 수도 있다.

필터와 스케일링 함수의 출력은 선행하여 발생된 스케일링 계수로 승산되고 다른 저역필터를 통과한다. 이는 또한 앞의 필터(비록 다른 형태의 필터일 수 있으나)와 같이 약 3Hz의 컷오프 주파수 D6 를 갖는 1차 저역필터일 수 있다. 이러한 후자의 필터의 출력이 제1 댐핑요소이다.

컬럼속도종속요소는 먼저 컬럼속도측정값에 대하여 제로컬럼속도 부근에 데드밴드 D0 를 갖는 선형 스케일링계수를 적용함으로서 발생된다. 그리고 다른 스케일링 함수 D1 이 컬럼속도의 선형 함수인 제1 컬럼속도항을 얻기 위하여 데드밴드 스케일링 함수의 출력에 적용된다. 스케일링 함수 D1 은 부스트 커브로 구성되고 여기에서 D1 의 값이 차량속도에 따라서 제로로부터 1 로 변화한다. 고속에서는 스케일링 계수가 저속의 경우 보다 크다. 이는 탐색표에 저장될 수 있다.

다음 단계에서, 컬럼속도가 제곱으로 승산되고 다시 속도의 부호로 승산된다. 이는 부호가 승산과정중에 유지되도록 한다. 그리고 컬럼속도의 이차함수인 제2 컬럼속도항을 얻기 위하여 다른 스케일링 함수 D1q 가 제곱(이차)속도항에 적용된다. 또한 이러한 다른 스케일링 함수 D1q 가 차량속도의 함수이다. 그리고 선형항과 이차항이 함께 합하여진다.

끝으로, 리미터 D2 가 결합된 선형 및 이차항에 적용된다. 또한 이 리미터는 차량속도에 따라 달라지고 일반적으로 속도와 함께 증가하는 리미트 D2 를 포함한다. 결합된 선형 및 이차항은 이들이 리미트 D2 로 제한되는 시간에 리미트값에 이르거나 이를 초과하지 않는 한 이러한 리미터에 의하여 수정되지 않는다.

대표적인 결합된 선형 및 이차의 제한된 토크댐핑요소가 첨부도면의 도 5에 도시되어 있는 바, 이는 댐핑토크요구에 대한 컬럼속도를 그래프로 보이고 있다. 이 그래프에는 비교를 위하여 선형 요소와 이차요소을 겹쳐 보이고 있다. 또한 리미트가 토크요구요소에 적용되었다. 제로속도 부근의 데드밴드도 적용되었다.

결합되고 제한된 선형 및 이차항은 모터보조토크요구신호와 함께 모터를 제어하는데 사용되는 요구된 토크댐핑요소를 얻기 위하여 컬럼토크를 기초로 한 승수로 승산되는 컬럼속도댐핑토크를 한정한다.

수정형태가 첨부도면의 도 4에 도시되어 있다. 이는 부가적인 필터가 포함된 것을 제외하고는 실질적으로 다른 도면에서 보인 것과 동일하다. 이 예에서, 이 필터는 댐핑테스트조작중에 차량의 공진주파수에 일치하도록 선택된 약 2.5Hz 내지 3Hz의 컷오프(3db 포인트) D9 을 갖는 1차 저역필터이다. 이러한 주파수 보다 낮은 주파수를 갖는 것은 변조되지 않고 통과하지만 그 이상의 것은 크게 감쇠된다. 이 필터는 리미터가 적용되기 전에 그러나 선형 및 이차항이 결합된 후에 제공된다.

또 다른 수정형태가 도 4에 도시되어 있다. 이 도면은 토크댐핑항이 생략되고 선형 및 이차항 역시 일반항으로만 표시된 것으로 약간 간단한 도면이다. 이 도면은 제2 요소(컬럼속도에 따라 달라짐)를 얻기 위하여 사용된 제3 컬럼속도항을 보이고 있다.

제3 컬럼속도항은 컬럼속도의 부가적인 선형 함수를 포함한다. 이는 컬럼속도신호에 스케일링 함수를 적용하여 얻는다. 특히, 이는 컬럼속도에 대하여 스케일링된 값을 연관시킨 탐색표를 이용하여 얻을 수 있다. 이는 상이한 댐핑토크를 얻기 위하여 필터링된 선형/이차요소에 부가된다. 비록 도 4에서는 보이지 않았으나 이는 도 2 및 도 3에서 보인 바와 같은 토크종속승산기에 의하여 수정될 수 있다. 실제로, 도 2 및 도 3의 실시형태는 도 4의 제3 컬럼속도항을 포함하도록 용이하게 수정될 수 있다.

언급된 바와 같이, 이러한 부가적인 제3 컬럼속도항은 필터링되지 않음으로서 모든 주파수에서 동일한 값을 갖는다(선형/이차항의 경우와 같지 않게). 이러한 댐핑항은 초기 록킹상태(120도로부터 10도 또는 그 이하까지)가 해제된 후 급회전테스트중에 나타날 수도 있는 조향휠의 작은 진동의 효과적인 감쇠가 이루어질 수 있도록 한다.

도 6(a), 도 6(b) 및 도 6(c)는 급회전테스트중에 도 2 및 도 3에서 보인 종류의 스티어링장치가 구비된 차량의 모사된 성향을 보인 것이다. 이 그래프는 시간에 대하여 댐핑토크요구, 요율 및 컬럼위치를 보이고 있다. 이러한 테스트에서 조향휠은 처음에 90도로 급격히 회전되었다가 해제되었다. 차량은 직진위치로 복귀할 때 안정상태, 이상적으로는 오버슈트가 거의 없이 신속히 복귀되어야 한다. 도시된 예에서 초기 급회전이 적용된 후 약 6초의 시간경과후 측정된 댐핑토크요구, 차량 요율 및 컬럼위치가 도시되어 있다. 스티어링이 양호하게 감쇠되었음을 알 수 있다. 각 그래프에서 곡선 100, 110, 120 은 도 3의 부가적인 필터가 없는 경우의 성향을 보이고 있으며, 다른 곡선 200, 210, 220 은 필터가 있는 경우의 성향을 보인 것이다. 필터에 의하여 오버슈트가 감쇠되고 댐핑이 약간 개선되었음을 보이고 있다.

1: 전기모터 2: 구동축 3: 기어박스
4: 웜기어 5: 스티어링 컬럼 6: 토크센서
7: 신호처리유니트 8: 토크요구신호 9: 모터 콘트롤러

Claims (19)

1. 조향휠을 차량의 바퀴에 연결하는 스티어링기구, 스티어링기구에 연결된 전기모터, 스티어링기구의 일부분에 배치되어 토크를 나타내는 토크신호를 발생할 수 있도록 하는 토크신호발생기, 조향휠 또는 조향컬럼의 각속도를 나타내는 컬럼속도신호를 발생하기 위한 컬럼속도신호발생기와, 감지수단으로부터 출력신호를 수신하여 이로부터 모터에 의하여 스티어링기구에 가하여져야 할 토크를 나타내는 토크요구신호를 발생할 수 있도록 하는 신호처리유니트를 포함하는 전동식 파워 스티어링 시스템에 있어서, 신호처리유니트가 컬럼속도의 선형 함수인 제1 컬럼속도항과 컬럼속도의 제곱, 즉, 고차인수의 함수인 제2 컬럼속도항의 합을 나타내는 토크댐핑요소를 발생하고 토크요구신호가 토크댐핑요소의 값에 따라 달라지는 처리수단을 포함함을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템.
2. 제1항에 있어서, 처리수단이 제1 처리서브-유니트, 제2 처리서브-유니트 및 제3 처리서브-유니트를 포함하고, 제1 처리서브-유니트는 컬럼속도의 함수인 제1 컬럼속도항을 발생하며, 제2 처리서브-유니트는 컬럼속도의 제곱, 즉 고차인수의 함수인 제2 컬럼속도항을 발생하고, 또한 제3 처리서브-유니트는 제1 및 제2 컬럼속도항의 합에 따라 달라지는 토크댐핑요소를 발생토록 구성됨을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템.
3. 제2항에 있어서, 제1 및 제2 컬럼속도항이 차량속도에 따라 변화함을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템.
4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 제1 컬럼속도항이 컬럼속도와 제1 스케일링 함수의 적(積)을 포함하고 제2 컬럼속도항은 컬럼속도의 제곱, 즉, 고차인수와 제2 스케일링 함수의 적을 포함함을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템.
5. 제4항에 있어서, 스케일링 함수가 차량속도에 따라서 변화함을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템.
6. 제4항에 있어서, 스케일링 함수가 부스트 커브를 포함함을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템.
7. 제1항에 있어서, 신호처리유니트가 컬럼토크의 함수인 토크종속승수항을 발생하고 승수와 토크댐핑요소의 적을 계산하기 위한 수단을 포함함을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템.
8. 제7항에 있어서, 토크종속승수가 토크변화율의 함수를 포함하고, 토크종속승수는 토크변화율이 큰 경우 보다 토크변화율이 작은 경우에 더 큰 값을 가짐을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템.
9. 제1항에 있어서, 신호처리유니트가 토크요구승수의 발생시에 컬럼토크를 필터링하기 위한 하나 이상의 필터를 포함함을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템.
10. 제9항에 있어서, 이들 필터 또는 각 필터는 저역필터임을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템.
11. 제1항에 있어서, 신호처리유니트가 선택적으로 결합된 선형항 및 이차항이 통과하는 필터를 포함함을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템.
12. 제11항에 있어서, 신호처리수단이 컬럼속도의 선형함수인 제3 컬럼속도항을 발생하는 제3 서브-유니트를 포함하고, 제3 컬럼속도항을 필터링되고 결합된 선형/이차항에 결합하는 수단을 포함함을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템.
13. 제1항에 있어서, 신호처리유니트 내에 차량속도의 함수로서 댐핑토크요소를 제한하는 리미터를 포함함을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템.
14. 조향휠을 차량의 바퀴에 연결하는 스티어링기구, 스티어링기구에 연결된 전기모터, 스티어링기구의 일부분에 배치되어 토크를 나타내는 토크신호를 발생할 수 있도록 하는 토크센서, 조향휠 또는 조향컬럼의 각속도를 나타내는 컬럼속도신호를 발생하기 위한 컬럼속도센서와, 감지수단으로부터 출력신호를 수신하여 이로부터 모터에 의하여 스티어링기구에 가하여져야 할 토크를 나타내는 토크요구신호를 발생할 수 있도록 하는 신호처리유니트를 포함하는 전동식 파워 스티어링 시스템에 있어서, 신호처리수단이 컬럼속도의 선형 함수인 제1 컬럼속도항과 컬럼속도의 제곱, 즉, 고차인수의 함수인 제2 컬럼속도항의 합을 나타내는 토크댐핑요소를 발생하고 토크요구신호가 토크댐핑요소의 값에 따라 달라지는 처리수단, 컬럼속도와 제3 스케일링 함수의 적을 포함하는 제3 컬럼속도항를 발생하는 처리서브-유니트, 필터링된 토크댐핑요소를 발생토록 토크댐핑요소를 필터링하도록 구성된 필터와, 토크댐핑요소와 제3 컬럼속도항의 합에 따라 달라지는 토크요구신호를 발생하도록 구성된 부가적인 서브-유니트를 포함함을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템.
15. 제14항에 있어서, 처리수단이 컬럼속도와 제1 스케일링 함수의 적을 포함하는 제1 컬럼속도항을 발생하는 제1 처리서브-유니트, 컬럼속도의 제곱, 즉, 고차인수와 제2 스케일링 함수의 적을 포함하는 제2 컬럼속도항을 발생하는 제2 처리서브-유니트와, 제1 및 제2 컬럼속도항의 합에 따라 달라지는 항을 발생하도록 구성된 결합서브-유니트를 포함함을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템.
16. 제15항에 있어서, 결합서브-유니트의 출력이 제1 및 제2 컬럼속도항의 합과 같고 토크요구신호는 토크댐핑요소와 제3 컬럼속도항의 합과 같음을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템.
17. 전동식 파워 스티어링 시스템에 사용하기 위한 토크댐핑요소를 발생하는 방법에 있어서, 이 방법이 컬럼속도와 제1 스케일링 함수의 적을 포함하는 제1 컬럼속도항을 발생하는 단계, 컬럼속도의 제곱, 즉, 고차인수와 제2 스케일링 함수의 적을 포함하는 제2 컬럼속도항을 발생하는 단계와, 제1 및 제2 컬럼속도항의 합에 따라 달라지는 댐핑토크요소를 발생하는 단계로 구성됨을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템의 토크댐핑요소 발생방법.
18. 제17항에 있어서, 부가적으로 저역필터를 통하여 댐핑토크요소를 통과시키는 단계를 포함함을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템의 토크댐핑요소 발생방법.
19. 제18항에 있어서, 컬럼속도와 다른 스케일링 함수의 적을 포함하는 제3 컬럼속도항을 발생하는 단계와, 부가적인 컬럼속도항을 필터링된 댐핑토크요소와 결합하는 단계를 포함을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템의 토크댐핑요소 발생방법.

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