KR101780700B1

KR101780700B1 - Control apparatus and method for electric power steering

Info

Publication number: KR101780700B1
Application number: KR1020160037216A
Authority: KR
Inventors: 김봉주
Original assignee: 이래오토모티브시스템 주식회사
Priority date: 2015-12-31
Filing date: 2016-03-28
Publication date: 2017-09-21
Also published as: KR20170080399A

Abstract

본 발명은 전동식 조향 장치의 제어 장치에 관한 것으로서, 이 제어 장치는 조향각을 입력으로 하고 차속에 따라 히스테리시스 영역의 크기 및 쿨롱 마찰력의 크기가 각각 가변되도록 하는 제1 및 제2 보간 함수를 가지는 동적 마찰 모델을 이용하여 보상 토크 값을 계산한다. 이에 따라 전동식 조향 장치의 조향감을 향상시킬 수 있다.[0001] The present invention relates to a control apparatus for an electric steering system, and more particularly, to a control apparatus for an electric steering apparatus which includes a steering friction angle sensor and a dynamic frictional force sensor having first and second interpolation functions for varying the size of the hysteresis region and the magnitude of the coulomb friction, Calculate the compensation torque value using the model. Accordingly, the steering feel of the electric-powered steering apparatus can be improved.

Description

BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a control apparatus and method for an electric power steering apparatus,

본 발명은 전동식 조향 장치의 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전동식 조향 장치의 조향감 개선을 위한 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to an apparatus and method for controlling an electric steering system, and more particularly, to a control system and method for improving steering feel of an electric steering system.

일반적으로 전동식 조향 장치(이하, EPS)는 위상 앞섬 보상기를 적용하여 조향 방향과 반대되는 방향으로 작용하는 힘의 느낌인 탄력감을 증가시킨다. 그런데 위상 앞섬 보상기는 제어 시스템의 언더 댐핑 특성을 저하시키고 이로 인해 기계 시스템의 관성 모멘트가 증가하게 된다. 관성 모멘트의 증가는 사용자가 조향 후 핸들을 놓는 동작인 핸들 릴리즈 시 토크 오버슈트 현상을 초래하게 되고 이는 차량의 수방안정성을 저해하는 요인이 되며 조향감을 떨어뜨리게 된다.In general, an electric steering system (EPS) applies a phase lead compensator to increase the sense of resilience, which is a feeling of force acting in a direction opposite to the steering direction. However, the phase predistortion compensator degrades the under damping characteristic of the control system, which increases the moment of inertia of the mechanical system. The increase of the moment of inertia causes a torque overshoot phenomenon at the time of releasing the steering wheel, which is an operation in which the user places the steering wheel after steering. This causes a deterioration of the steering stability of the vehicle.

이러한 언더 댐핑 특성을 제어하기 위해 모터 제어기 측면에서는 P, I, D 이득 스케줄러를 이용하여 계단 입력 또는 임펄스 입력에 대한 출력 특성을 개선하기 위한 연구가 진행되고 있다. 또한 운전자의 조향 요구 토크를 계산함과 동시에 차량의 동적 거동 특성을 제어할 수 있는 조향 로직 분야에서는 토크 댐핑 로직이 연구되고 있다. 대부분의 토크 댐핑 로직은 조향 각속도에 대해 비례 이득 보간 함수를 적용하여 출력 값을 결정한다.In order to control such underdamping characteristics, research is underway on the motor controller side to improve the output characteristics for the step input or the impulse input using the P, I, D gain scheduler. In addition, torque damping logic is being studied in the field of steering logic, which can calculate the driver's demand steering torque and control the dynamic behavior characteristics of the vehicle. Most torque damping logic determines the output value by applying a proportional gain interpolation function to the steering angular velocity.

공개특허공보 10-2015-0025639Patent Document 10-2015-0025639

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 전동식 조향 장치를 조타함에 있어서 핸들 릴리즈 시 나타나는 토크 오버슈트 현상을 방지하여 조향감을 개선시킬 수 있는 전동식 조향 장치의 제어 장치 및 방법을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an apparatus and method for controlling an electric steering system that can improve a steering feel by preventing a torque overshoot phenomenon occurring when a steering wheel is released in steering an electric steering system.

상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 전동식 조향 장치의 제어 장치는, 조향각을 입력으로 하고 차속에 따라 히스테리시스 영역의 크기 및 쿨롱 마찰력의 크기가 각각 가변되도록 하는 제1 및 제2 보간 함수를 가지는 동적 마찰 모델을 이용하여 제1 보상 토크 값을 계산하는 신호 처리부, 그리고 상기 제1 보상 토크 값에 따른 보조 토크 값을 생성하여 모터를 구동하는 제어부를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an apparatus for controlling an electric steering system, the steering system comprising: a first and a second interpolation unit for inputting a steering angle and varying a size of a hysteresis region and a magnitude of a coulomb friction force according to a vehicle speed, And a controller for generating an assist torque value according to the first compensation torque value and driving the motor.

상기 신호 처리부는 조향 토크에 따른 제1 이득 보간 함수 및 상기 차속에 따른 제2 이득 보간 함수를 가지며, 상기 제1 보상 토크 값과 상기 제1 및 제2 이득 보간 함수의 값을 곱하여 제2 보상 토크 값을 계산할 수 있다.Wherein the signal processing unit has a first gain interpolation function according to the steering torque and a second gain interpolation function according to the vehicle speed and multiplies the first compensation torque value and the first and second gain interpolation functions by the second compensation torque, The value can be calculated.

상기 신호 처리부는 상기 제2 보상 토크 값의 고주파 리플을 억제하여 제3 보상 토크 값을 계산하는 저역 통과 필터를 가질 수 있다.The signal processing unit may have a low-pass filter for suppressing high-frequency ripple of the second compensation torque value to calculate a third compensation torque value.

상기 신호 처리부는 상기 저역 통과 필터의 차단 주파수가 가변되도록 상기 조향 토크 및 상기 차속에 따른 차단 주파수 보간 함수를 가질 수 있다.The signal processing unit may have a cut-off frequency interpolation function according to the steering torque and the vehicle speed so that the cut-off frequency of the low-pass filter is variable.

상기 신호 처리부는 상기 제3 보상 토크 값에 적용하여 최종 보상 토크 값을 계산하는 진상 보상기를 가질 수 있다.And the signal processing unit may have a phase compensator that applies the third compensation torque value to calculate a final compensation torque value.

상기 신호 처리부는 상기 진상 보상기의 주파수 응답 특성이 가변되도록 상기 차속에 따른 파라미터 보간 함수를 가질 수 있다.The signal processing unit may have a parameter interpolation function according to the vehicle speed so that the frequency response characteristic of the phase correcting unit varies.

본 발명의 다른 실시예에 따른 전동식 조향 장치의 제어 장치는, 조향각을 입력으로 하는 동적 마찰 모델을 이용하여 제1 보상 토크 값을 계산하고, 조향 토크 및 차속에 따른 이득 값과 상기 제1 보상 토크 값을 곱하여 제2 보상 토크 값을 계산하며, 상기 제2 보상 토크 값에 저역 통과 필터를 적용하여 제3 보상 토크 값을 계산하고, 상기 제3 보상 토크 값에 진상 보상기를 적용하여 최종 보상 토크 값을 계산하는 신호 처리부, 그리고 상기 최종 보상 토크 값에 따른 보조 토크 값을 생성하여 모터를 구동하는 제어부를 포함한다.The controller of the electric power steering apparatus according to another embodiment of the present invention calculates a first compensation torque value by using a dynamic friction model with the steering angle as an input and calculates a first compensating torque value based on the steering torque and the gain according to the vehicle speed, Calculating a third compensation torque value by applying a low pass filter to the second compensation torque value and applying a phase compensator to the third compensation torque value to obtain a final compensation torque value And a controller for generating an assist torque value according to the final compensation torque value to drive the motor.

상기 동적 마찰 모델은 상기 차속에 따라 히스테리시스 영역의 크기 및 쿨롱 마찰력의 크기가 각각 가변되도록 하는 제1 및 제2 보간 함수를 가질 수 있다.The dynamic friction model may have first and second interpolation functions for varying the size of the hysteresis region and the magnitude of the coulomb friction force, respectively, according to the vehicle speed.

본 발명의 다른 실시예에 따른 전동식 조향 장치의 제어 방법은, 조향각을 입력으로 하고 차속에 따라 히스테리시스 영역의 크기 및 쿨롱 마찰력의 크기가 각각 가변되도록 하는 제1 및 제2 보간 함수를 가지는 동적 마찰 모델을 이용하여 제1 보상 토크 값을 계산하는 단계, 그리고 상기 제1 보상 토크 값에 따른 보조 토크 값을 생성하여 모터를 구동하는 단계를 포함한다.A control method of an electric power steering apparatus according to another embodiment of the present invention includes a dynamic friction model having first and second interpolation functions for inputting a steering angle and varying a magnitude of a hysteresis region and a coulomb friction force according to a vehicle speed, Calculating a first compensation torque value using the first compensation torque value, and generating an assist torque value according to the first compensation torque value to drive the motor.

조향 토크에 따른 제1 이득 보간 함수 값, 상기 차속에 따른 제2 이득 보간 함수 값 및 상기 제1 보상 토크 값을 곱하여 제2 보상 토크 값을 계산하는 단계를 더 포함할 수 있다.And calculating a second compensation torque value by multiplying the first gain interpolation function value according to the steering torque, the second gain interpolation function value according to the vehicle speed, and the first compensation torque value.

저역 통과 필터를 통하여 상기 제2 보상 토크 값의 고주파 리플을 억제하여 제3 보상 토크 값을 계산하는 단계를 더 포함할 수 있다.And suppressing high frequency ripple of the second compensation torque value through a low-pass filter to calculate a third compensation torque value.

상기 저역 통과 필터의 차단 주파수가 가변되도록 상기 조향 토크 및 상기 차속에 따른 차단 주파수 보간 함수를 적용하는 단계를 더 포함할 수 있다.And applying a cut-off frequency interpolation function according to the steering torque and the vehicle speed so that the cut-off frequency of the low-pass filter is variable.

상기 제3 보상 토크 값에 진상 보상기를 적용하여 최종 보상 토크 값을 계산하는 단계를 더 포함할 수 있다.And applying a phase compensator to the third compensation torque value to calculate a final compensation torque value.

상기 진상 보상기의 주파수 응답 특성이 가변되도록 상기 차속에 따른 파라미터 보간 함수를 적용하는 단계를 더 포함할 수 있다.And applying the parameter interpolation function according to the vehicle speed so that the frequency response characteristic of the phase correcting unit is varied.

본 발명에 따른 전동식 조향 장치의 제어 장치 및 방법에 의하면 조향 시스템의 제어계가 언더 댐핑 특성을 갖는 경우에 발생되는 토크 오버슈트 현상을 억제할 수 있으며, 이에 따라 조향감을 개선할 수 있다.According to the control apparatus and method of the electric power steering apparatus according to the present invention, it is possible to suppress the torque overshoot phenomenon that occurs when the control system of the steering system has the under damping characteristic, thereby improving the steering feeling.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전동식 조향 장치의 제어 장치를 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 댐핑 보상 로직의 블록도이다.
도 3은 도 2에 도시한 동적 마찰 모델의 블록도이다.
도 4는 도 3에 도시한 히스테리시스 보간 함수의 그래프이다.
도 5는 도 3에 도시한 쿨롱 마찰 보간 함수의 그래프이다.
도 6은 도 2에 도시한 조향 토크에 대한 이득 보간 함수의 그래프이다.
도 7은 도 2에 도시한 차속에 대한 이득 보간 함수의 그래프이다.
도 8은 도 2에 도시한 가변 저역 통과 필터의 블록도이다.
도 9는 도 2에 도시한 가변 진상 보상기의 블록도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 댐핑 보상 토크가 없는 경우의 조향 토크를 도시한 파형도이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 댐핑 보상 토크가 있는 경우의 조향 토크를 도시한 파형도이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 전동식 조향 장치의 신호 처리 방법을 도시한 흐름도이다.1 is a block diagram showing a control apparatus of an electric steering system according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram of damping compensation logic in accordance with an embodiment of the present invention.
3 is a block diagram of the dynamic friction model shown in Fig.
4 is a graph of the hysteresis interpolation function shown in FIG.
5 is a graph of the coulomb friction interpolation function shown in FIG.
6 is a graph of a gain interpolation function for the steering torque shown in Fig.
7 is a graph of a gain interpolation function for the vehicle speed shown in FIG.
8 is a block diagram of the variable low-pass filter shown in Fig.
Fig. 9 is a block diagram of the variable phase compensator shown in Fig. 2. Fig.
10 is a waveform diagram showing the steering torque when there is no damping compensation torque according to the embodiment of the present invention.
11 is a waveform diagram showing a steering torque when there is a damping compensation torque according to the embodiment of the present invention.
12 is a flowchart illustrating a signal processing method of an electric power steering apparatus according to an embodiment of the present invention.

이하에서 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 전동식 조향 장치의 제어 장치를 도시한 블록도이다.1 is a block diagram showing a control apparatus of an electric power steering apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 1를 참조하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 전동식 조향 장치의 제어 장치(10)는 신호 처리부(300)와 제어부(400)를 포함하며, 전동식 조향 장치의 토크 센서(100), 조향 각 센서(200) 및 차속 센서(600)로부터 조향 토크 신호, 조향 각 신호 및 차속 신호를 각각 받아 적절한 신호 처리 및 제어를 통하여 전동식 조향 장치의 모터(500)를 구동한다.1, a control apparatus 10 of an electric power steering apparatus according to an embodiment of the present invention includes a signal processing unit 300 and a control unit 400, and includes a torque sensor 100 of an electric steering system, The steering torque signal, the steering angle signal, and the vehicle speed signal from the sensor 200 and the vehicle speed sensor 600, respectively, to drive the motor 500 of the electric steering system through appropriate signal processing and control.

토크 센서(100)는 운전자가 조향 휠(도시하지 않음)을 회전시킴에 따라 생성되는 조향 토크를 감지하여 조향 토크 신호를 제공한다.The torque sensor 100 senses the steering torque generated as the driver rotates the steering wheel (not shown) and provides the steering torque signal.

조향 각 센서(200)는 조향 휠의 회전에 따른 조향 각을 감지하여 조향 각 신호를 제공한다. 이와 달리 전동식 조향 장치에서 조향 각 센서(200) 대신에 조향 각속도 센서가 구비되어 조향 각속도 신호가 제공될 수도 있다.The steering angle sensor 200 senses the steering angle according to the rotation of the steering wheel and provides the steering angle signal. Alternatively, a steering angular velocity sensor may be provided instead of the steering angle sensor 200 in an electric steering system to provide a steering angular velocity signal.

차속 센서(600)는 차량의 속도를 측정하여 차속 신호를 제공하는 센서로서 리드 스위치 방식이나 홀 센서 방식 등을 가리지 않는다. 한편 차속 센서(600) 대신 변속기 제어 장치(TCU)와 같이 차속 신호를 처리할 수 있는 장치가 차속 신호를 제공할 수도 있다.The vehicle speed sensor 600 is a sensor for measuring the speed of a vehicle and providing a vehicle speed signal, and it does not include a reed switch system or a hall sensor system. Instead of the vehicle speed sensor 600, a device capable of processing a vehicle speed signal, such as a transmission control unit (TCU), may provide a vehicle speed signal.

신호 처리부(300)는 조향 토크 신호, 조향 각 신호 및 차속 신호를 받아 전동식 조향 장치의 전체 시스템과 차량의 동적 거동을 안정화시키는 신호 처리를 수행한다. 특히, 신호 처리부(300)는 조향감을 저해시키는 물리적 특성들 중 언더 댐핑 특성에 따른 토크 오버슈트를 적절히 보상할 수 있는 댐핑 보상 토크를 계산한다. 그리고 댐핑 보상 토크를 고려한 운전자 요구 토크를 계산하고 운전자 요구 토크 신호를 생성하여 제어부(400)에 제공한다.The signal processing unit 300 receives the steering torque signal, the steering angle signal, and the vehicle speed signal, and performs signal processing for stabilizing the overall system of the electric steering system and the dynamic behavior of the vehicle. In particular, the signal processing unit 300 calculates a damping compensation torque that can appropriately compensate for a torque overshoot due to the under damping characteristic among the physical characteristics that hinder the steering feeling. Then, the driver's requested torque considering the damping compensation torque is calculated, and the driver's requested torque signal is generated and provided to the controller 400. [

제어부(400)는 신호 처리부(300)로부터의 운전자 요구 토크 신호를 이용하여 모터(500) 구동을 위한 보조 토크 신호를 생성하고, 모터(500)를 동작시키기 위한 알고리즘을 수행하며 전동식 조향 장치의 각종 드라이버를 제어한다.The control unit 400 generates an assist torque signal for driving the motor 500 using the driver's requested torque signal from the signal processing unit 300 and executes an algorithm for operating the motor 500, Control the driver.

모터(500)는 전동식 조향 장치의 기구부(도시하지 않음)에 보조 토크를 전달하여 운전자의 조향을 도와준다.The motor 500 transmits an auxiliary torque to a mechanical part (not shown) of the electric power steering device to assist the driver in steering.

그러면 전동식 조향 장치가 언더 댐핑 특성을 갖는 경우에 발생되는 토크 오버슈트 현상을 억제하여 조향감을 향상시킬 수 있는 신호 처리부(300)에 대하여 도 2 내지 도 9를 참고하여 좀 더 상세하게 설명한다.A signal processing unit 300 capable of suppressing a torque overshoot phenomenon generated when the electric steering system has an under damping characteristic to improve a steering feel will be described in more detail with reference to FIG. 2 to FIG.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 신호 처리부의 블록도이고, 도 3은 도 2에 도시한 동적 마찰 모델의 블록도이며, 도 4 및 도 5는 각각 도 3에 도시한 히스테리시스 마찰 보간 함수 및 쿨롱 마찰 보간 함수의 그래프이다. 도 6 및 도 7은 각각 도 2에 도시한 차속에 대한 이득 보간 함수 및 조향 토크에 대한 이득 보간 함수의 그래프이다. 도 8은 도 2에 도시한 가변 저역 통과 필터의 블록도이고, 도 9는 도 2에 도시한 가변 진상 보상기의 블록도이다.3 is a block diagram of the dynamic friction model shown in FIG. 2, and FIGS. 4 and 5 are graphs of the hysteresis friction interpolation function shown in FIG. 3 and FIG. Coulomb friction interpolation function. Figs. 6 and 7 are graphs of the gain interpolation function for the vehicle speed shown in Fig. 2 and the gain interpolation function for the steering torque, respectively. Fig. 8 is a block diagram of the variable low-pass filter shown in Fig. 2, and Fig. 9 is a block diagram of the variable phase compensator shown in Fig.

도 2를 참고하면, 신호 처리부(300)는 토크 오버슈트 현상을 억제할 수 있는 댐핑 보상 로직으로서, 동적 마찰 모델(310), 제1 및 제2 이득 보간 함수 연산기(340, 350), 곱셈기(360), 가변 저역 통과 필터(370) 및 가변 진상 보상기(380)를 포함한다.Referring to FIG. 2, the signal processing unit 300 includes a dynamic friction model 310, first and second gain interpolation function calculators 340 and 350, and a multiplier 360, a variable low-pass filter 370 and a variable top-speed compensator 380.

동적 마찰 모델(310)은, 도 3에 도시한 바와 같이, 조향각과 차속을 입력으로 하는 Dahl 마찰 모델로 설계할 수 있으며, 히스테리시스 영역의 크기와 쿨롱 마찰 보상 토크가 차량의 속도에 따라 가변되도록 보간 함수를 적용할 수 있으며, 이를 통하여 제1 보상 토크 신호를 생성한다.3, the dynamic friction model 310 can be designed as a Dahl friction model in which the steering angle and the vehicle speed are input. The dynamic friction model 310 is designed so that the size of the hysteresis region and the Coulomb friction compensation torque are varied Function, thereby generating a first compensating torque signal.

도 3을 참고하면, 미분기(311)는 Dahl 마찰 모델의 입력인 조향각을 미분하고, 곱셈기(313)는 미분기(311)의 출력과 곱셈기(335)의 출력을 곱하며, 적분기(315)는 곱셈기(313)의 출력을 적분하여 제1 보상 토크 신호를 생성한다. 1/z 연산기(310)는 제1 보상 토크 신호의 이전 샘플 값을 출력하고, A/B 연산기(321)는 1/z 연산기(310)의 출력 값(A)을 쿨롱 마찰 보간 함수 연산기(337)의 출력 값(B)으로 나누며, 부호 함수 연산기(317)는 미분기(311)의 출력 값이 음수면 -1, 0이면 0, 양수면 1을 출력하고, 곱셈기(323)는 A/B 연산기(321)의 출력과 부호 함수 연산기(317)의 출력을 곱한다. 1-C 연산기(325)는 곱셈기(323)의 출력 값(C)에 대하여 (1-C) 값을 계산하고, 부호 함수 연산기(327)는 1-C 연산기(325)의 출력에 대하여 부호 함수를 적용하고, 절대값 함수 연산기(329)는 1-C 연산기(325)의 출력에 대하여 절대값을 계산한다. 곱셈기(331)는 부호 함수 연산기(327)의 출력과 절대값 함수 연산기(329)의 출력을 곱하고, 곱셈기(335)는 히스테리시스 보간 함수 연산기(339)의 출력과 곱셈기(331)의 출력을 곱한다.3, the differentiator 311 differentiates the steering angle, which is the input of the Dahl friction model, and the multiplier 313 multiplies the output of the differentiator 311 by the output of the multiplier 335, (313) to generate a first compensated torque signal. The A / B calculator 321 outputs the output value A of the 1 / z calculator 310 to the Coulomb friction interpolation function calculator 337 The sign function calculator 317 outputs 0 if the output value of the differentiator 311 is negative, 0 if it is 0, and a positive water surface 1, and the multiplier 323 multiplies the output value B of the A / (321) and the output of the sign function calculator (317). The 1-C computing unit 325 computes (1-C) values for the output value C of the multiplier 323, and the sign function calculator 327 computes a sign function And the absolute value function calculator 329 calculates an absolute value with respect to the output of the 1-C calculator 325. The multiplier 331 multiplies the output of the sign function calculator 327 by the output of the absolute value function calculator 329 and the multiplier 335 multiplies the output of the hysteresis interpolation function calculator 339 and the output of the multiplier 331.

히스테리시스 보간 함수 연산기(339)는 차속을 입력 받아 차속에 따라 제1 보상 토크 값을 조절할 수 있다. 히스테리시스 보간 함수 값은 시험을 통하여 설정될 수 있다. 도 4는 예시적인 히스테리시스 보간 함수의 그래프로서, 차속이 작은 구간에서는 히스테리시스 보간 함수 값이 작게 설정되어 있고 차속이 증가함에 따라 히스테리시스 보간 함수 값도 함께 증가하도록 설정되어 있다.The hysteresis interpolation function calculator 339 receives the vehicle speed and can adjust the first compensation torque value according to the vehicle speed. The hysteresis interpolation function value can be set through testing. FIG. 4 is a graph of an exemplary hysteresis interpolation function. In the section where the vehicle speed is small, the hysteresis interpolation function value is set to be small and the hysteresis interpolation function value is set to increase as the vehicle speed increases.

쿨롱 마찰 보간 함수 연산기(337) 또한 차속을 입력 받아 차속에 따라 제1 보상 토크 값을 조절할 수 있다. 쿨롱 마찰 보간 함수 값도 시험을 통하여 설정될 수 있다. 도 5는 예시적인 콜롱 마찰 보간 함수의 그래프로서, 차속이 저속 및 고속 구간에서는 쿨롱 마찰 보간 함수 값이 크게 설정되어 있고 차속이 중속 구간에서는 고속 및 저속 구간에 비하여 상대적으로 작게 설정되어 있다.The coulomb friction interpolation function calculator 337 also receives the vehicle speed and can adjust the first compensation torque value according to the vehicle speed. Coulomb friction interpolation function values can also be set through testing. FIG. 5 is a graph of an exemplary Coulomb friction interpolation function. In the low speed and high speed sections, the Coulomb friction interpolation function value is set to be large, and the vehicle speed is set to be relatively small in the medium speed section as compared to the high speed and low speed sections.

동적 마찰 모델(310)에 의하면 전동식 파워 조향 장치의 제어 시스템의 언더 댐핑 특성으로 인해 발생되는 핸들 릴리즈 시의 토크 오버슈트 현상을 억제하기 위해 토크 오버슈트와 반대되는 방향으로 마찰력을 인가할 수 있다. 마찰력은 댐핑 역할을 수행하므로 마찰 토크의 증대는 언더 댐핑 특성으로 초래되는 관성 모멘트의 증가분을 억제시킬 수 있다.According to the dynamic friction model 310, it is possible to apply a frictional force in a direction opposite to the torque overshoot in order to suppress a torque overshoot phenomenon at the time of a handle release caused by the under damping characteristic of the control system of the electric power steering apparatus. Since the frictional force acts as a damping, the increase of the frictional torque can suppress the increase of the moment of inertia caused by the under damping characteristic.

다시 도 2를 참고하면, 제1 이득 보간 함수 연산기(340)는 운전자의 조향 토크에 따라 보간 함수 값을 출력하고, 제2 이득 보간 함수 연산기(350)는 차속에 따라 보간 함수 값을 출력하며, 곱셈기(360)는 동적 마찰 모델(310)의 제1 보상 토크 신호와 제1 및 제2 이득 보간 함수 연산기(340, 350)의 출력 값을 곱하여 제2 보상 토크 신호를 생성한다.2, the first gain interpolation function calculator 340 outputs the interpolation function value according to the steering torque of the driver, the second gain interpolation function calculator 350 outputs the interpolation function value according to the vehicle speed, The multiplier 360 multiplies the first compensation torque signal of the dynamic friction model 310 by the output values of the first and second gain interpolation function operators 340 and 350 to generate a second compensation torque signal.

제1 이득 보간 함수 연산기(340)는 조향 토크를 입력 받아 조향 토크에 따라 제2 보상 토크 값을 조절할 수 있다. 제1 이득 보간 함수 값은 시험을 통하여 설정될 수 있다. 도 6은 예시적인 제1 이득 보간 보간 함수의 그래프로서, 조향 토크가 작은 구간에서는 보간 함수의 출력이 작게 설정되어 있고 반대의 경우에는 보간 함수의 출력이 크게 설정되어 있다. 이와 같은 설정에 따라 조향 토크가 큰 구간에서 댐핑 토크의 크기를 낮출 수 있다.The first gain interpolation function calculator 340 receives the steering torque and can adjust the second compensation torque value according to the steering torque. The first gain interpolation function value can be set through testing. FIG. 6 is a graph of an exemplary first gain interpolation interpolation function. In the section in which the steering torque is small, the output of the interpolation function is set small, and in the opposite case, the output of the interpolation function is set large. With this setting, the magnitude of the damping torque can be reduced in a section where the steering torque is large.

제2 이득 보간 함수 연산기(350)는 차속을 입력 받아 차속에 따라 제2 보상 토크 값을 조절할 수 있다. 제2 이득 보간 함수 값은 시험을 통하여 설정될 수 있다. 도 7은 예시적인 제2 이득 보간 보간 함수의 그래프로서, 차속이 작은 구간에서는 보간 함수의 출력이 크게 설정되어 있고 반대의 경우에는 보간 함수의 출력이 작게 설정되어 있다. 이와 같은 설정에 따라 차속이 작은 구간에서 댐핑 토크의 크기를 낮출 수 있다.The second gain interpolation function calculator 350 receives the vehicle speed and can adjust the second compensation torque value according to the vehicle speed. The second gain interpolation function value can be set through testing. FIG. 7 is a graph of an exemplary second gain interpolation interpolation function. In the section where the vehicle speed is small, the output of the interpolation function is set large, and in the opposite case, the output of the interpolation function is set small. With this setting, the damping torque can be reduced in a small section.

도 8을 참고하면, 가변 저역 통과 필터(370)는 차단 주파수 연산기(372) 및 저역 통과 필터(374)를 포함하며, 운전자의 조향 토크와 차속에 따라 주파수 응답 특성이 변동되도록 저역 통과 필터(374)의 설계 파라미터인 차단 주파수(cutoff frequency)에 보간 함수를 적용하여 제2 보상 토크 신호의 고주파 리플을 억제함으로써 제3 보상 토크 신호를 생성한다.8, the variable low-pass filter 370 includes a cut-off frequency calculator 372 and a low-pass filter 374, and the low-pass filter 374 and the low-pass filter 374 are arranged such that the frequency response characteristics vary according to the steering torque of the driver and the vehicle speed. The third compensating torque signal is generated by suppressing the high frequency ripple of the second compensating torque signal by applying an interpolation function to the cutoff frequency which is a design parameter of the second compensation torque signal.

차단 주파수 연산기(372)는 조향 토크와 차속을 입력 받아 차단 주파수를 계산하여 저역 통과 필터(374)의 차단 주파수로 입력한다. 차단 주파수 연산기(372)는 보간 함수를 이용하여 차단 주파수를 계산하며, 차단 주파수 보간 함수는 조향 토크의 증가에 따라서 차단 주파수가 감소하는 방향으로 설정될 수 있으며, 차속의 증가에 따라서는 차단 주파수가 상승하는 방향으로 설정될 수 있다.The cutoff frequency calculator 372 receives the steering torque and the vehicle speed, calculates a cutoff frequency, and inputs the cutoff frequency as a cutoff frequency of the low pass filter 374. The cut-off frequency computing unit 372 calculates the cut-off frequency using the interpolation function. The cut-off frequency interpolation function can be set in a direction in which the cut-off frequency decreases in accordance with the increase of the steering torque. It can be set in the ascending direction.

조향 토크의 증가에 따라 차단 주파수가 감소하는 방향으로 보간 함수를 설정하면 조향 토크가 큰 구간에서 댐핑 토크의 크기 및 반응 속도를 낮출 수 있다. 이와 반대로 차속이 증가하게 되면 차량의 셀프 얼라이닝 모멘트가 증가하므로 차속 증가에 따라서 댐핑 토크의 크기 및 반응 속도는 증가되어야 하므로 차속의 증가에 따라 차단 주파수가 상승하는 방향으로 보간 함수가 설정된다.If the interpolation function is set in the direction in which the cut-off frequency decreases with the increase of the steering torque, the magnitude of the damping torque and the reaction speed can be lowered in a region where the steering torque is large. On the other hand, as the vehicle speed increases, the self-aligning moment of the vehicle increases. Therefore, the damping torque magnitude and the reaction speed must be increased in accordance with the vehicle speed increase, so that the interpolation function is set in the direction of increasing the cutoff frequency as the vehicle speed increases.

저역 통과 필터(374)는 다음과 같은 1차 전달 함수로 이루어질 수 있으나 이에 한정되지 않으며 다른 종류의 다양한 필터로 설계될 수 있다.The low pass filter 374 may be formed of a first order transfer function as follows, but it is not limited thereto and may be designed as various kinds of various filters.

디지털 변환은 다음과 같이 할 수 있다.Digital conversion can be done as follows.

디지털 변환 과정은 다음과 같다.The digital conversion process is as follows.

여기서, T는 샘플링 타임이며, a = 2*pi*(cutoff frequency)이다.Where T is the sampling time and a = 2 * pi * (cutoff frequency).

도 9를 참고하면 가변 진상 보상기(380)는 파라미터 연산기(382), 중심 주파수 연산기(384) 및 진상 보상기(386)를 포함하며, 차속에 따른 주파수 응답 특성을 제어하여 최종 보상 토크 신호를 생성한다.9, the variable speed phase compensator 380 includes a parameter calculator 382, a center frequency calculator 384, and a phase compensator 386, and controls the frequency response characteristic according to the vehicle speed to generate a final compensated torque signal .

진상 보상기(386)의 앞 단에 저역 통과 필터(374)가 있으므로, 차속에 따라서 차단 주파수를 증가시키더라도, 댐핑 토크의 위상을 앞서게 할 수는 없다. 따라서, 차속에 따라 댐핑 토크의 응답성을 좋게 하기 위해 진상 보상기(386)의 위상을 앞서도록 설정한다.Since the low-pass filter 374 is disposed at the front end of the phase correcting unit 386, even if the cut-off frequency is increased according to the vehicle speed, the phase of the damping torque can not be advanced. Therefore, the phase of the phase correcting unit 386 is set to be higher in order to improve the responsiveness of the damping torque according to the vehicle speed.

진상 보상기(386)는, 한 예로서, 다음과 같은 전달 함수로 이루어질 수 있으나 이에 한정되지 않는다.The phase correcting unit 386 can be, but not limited to, the following transfer function as an example.

디지털 변환은 다음과 같이 할 수 있다(Tustin Transformation).The digital conversion can be done as follows (Tustin Transformation).

여기서, T는 Sampling Time이며, α_d는 위상과 이득 특성을 결정하는 파라미터이며, Td는 1/2*pi*fc이고, fc는 중심 주파수를 의미한다.Where T is the sampling time, α _d is the parameter that determines the phase and gain characteristics, Td is 1/2 * pi * fc, and fc is the center frequency.

파라미터 연산기(382)는 차속을 입력 받아 파라미터 α_d를 계산하여 진상 보상기(386)로 입력한다. 파라미터 연산기(382)는 보간 함수를 이용하여 파라미터 α_d를 계산하며, 파라미터 보간 함수는 차속의 증가에 따라서 파라미터 α_d가 감소하는 방향으로 설정될 수 있다.The parameter calculator 382 receives the vehicle speed and calculates the parameter a _d and inputs it to the phase correcting unit 386. The parameter calculator 382 calculates the parameter? _D using the interpolation function, and the parameter interpolation function can be set in a direction in which the parameter? _D decreases as the vehicle speed increases.

중심 주파수 연산기(384)는 차속을 입력 받아 진상 보상기(386)의 또 다른 설계 파라미터인 중심 주파수 fc를 계산하여 진상 보상기(386)로 입력한다. 중심 주파수 연산기(384)는 보간 함수를 이용하여 중심 주파수를 계산하며, 중심 주파수 보간 함수는 차속의 증가에 따라서 중심 주파수가 증가하는 방향으로 설정될 수 있다.The center frequency calculator 384 receives the vehicle speed and calculates a center frequency fc, which is another design parameter of the phase correcting unit 386, and inputs the center frequency fc to the phase correcting unit 386. The center frequency calculator 384 calculates the center frequency using the interpolation function, and the center frequency interpolation function can be set to the direction in which the center frequency increases as the vehicle speed increases.

그러면 도 10 및 11을 참고하여 본 발명의 실시예에 따른 댐핑 보상 토크의 유무에 따른 운전자 조향 토크를 분석하기 위하여 차량에서 시험을 진행한 결과를 설명한다. 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 댐핑 보상 토크가 없는 경우의 조향 토크를 도시한 파형도이고, 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 댐핑 보상 토크가 있는 경우의 조향 토크를 도시한 파형도이다.Referring to FIGS. 10 and 11, the result of the test conducted in the vehicle for analyzing the driver's steering torque according to the damping compensation torque according to the embodiment of the present invention will be described. FIG. 10 is a waveform chart showing the steering torque when there is no damping compensation torque according to the embodiment of the present invention, and FIG. 11 is a waveform diagram showing the steering torque when there is the damping compensation torque according to the embodiment of the present invention to be.

도 10에 도시한 바와 같이 댐핑 보상 토크가 없는 경우 핸들 릴리즈 시 조향 토크가 첫 번째 피크에서 네 번째 피크까지 나타나 운전자가 핸들을 좌우로 네 번 교번하여 움직였음을 알 수 있다. 그러나 도 11과 같이 댐핑 보상 토크가 있는 경우 핸들 릴리즈 시 조향 토크가 첫 번째 피크에서 두 번째 피크까지 나타나 운전자가 핸들을 좌우 두 번 교번하여 움직였음을 알 수 있으며, 이를 통해 본 발명의 댐핑 토크 보상 신호 처리가 효과적임을 알 수 있다.As shown in FIG. 10, when there is no damping compensation torque, the steering torque is shown from the first peak to the fourth peak when the steering wheel is released, so that the driver can see that the steering wheel has alternately moved left and right four times. However, when there is a damping compensation torque as shown in FIG. 11, it can be seen that when the steering wheel is released, the steering torque rises from the first peak to the second peak and the driver moves the steering wheel twice alternately left and right. It can be seen that the signal processing is effective.

지금까지 한편 신호 처리부(300)가 동적 마찰 모델(310), 제1 및 제2 이득 보간 함수 연산기(340, 350), 곱셈기(360), 가변 저역 통과 필터(370) 및 가변 진상 보상기(380)를 모두 포함하는 것으로 하여 설명하였으나 필요에 따라 각 구성 요소가 생략될 수 있으며, 예를 들어 신호 처리부(300)는 최소한으로 동적 마찰 모델(310)을 포함하는 댐핑 보상 로직으로 구현될 수도 있다.The signal processing unit 300 includes a dynamic friction model 310, first and second gain interpolation function calculators 340 and 350, a multiplier 360, a variable low pass filter 370, and a variable phase compensator 380, For example, the signal processing unit 300 may be implemented with a damping compensation logic including the dynamic friction model 310 at least as needed.

본 발명의 실시예에 따른 전동식 조향 장치의 신호 처리부의 신호 처리 방법에 대하여 도 12를 참고하여 설명한다. 다만 앞선 실시예의 전동식 조향 장치의 제어 장치(10)에서 설명한 내용과 동일한 부분에 대하여는 설명을 생략한다.A signal processing method of a signal processing unit of an electric power steering system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The description of the same parts as those described in the control device 10 of the electric steering system of the foregoing embodiment will be omitted.

도 12는 본 발명의 실시예에 따른 전동식 조향 장치의 신호 처리 방법을 도시한 흐름도이다.12 is a flowchart illustrating a signal processing method of an electric power steering apparatus according to an embodiment of the present invention.

먼저 본 발명의 실시예에 따른 전동식 조향 장치의 신호 처리부(300)는 조향각 센서(200) 및 차속 센서(600)로부터 각각 조향각 신호 및 차속 신호를 입력받아 동적 마찰 모델(310)을 통하여 제1 보상 토크 값을 계산한다(S110). 이때 동적 마찰 모델(310)은 Dahl 마찰 모델로 설계될 수 있으며 히스테리시스 영역의 크기와 쿨롱 마찰 보상 토크가 차속에 따라 가변되도록 보간 함수를 적용할 수 있다.First, the signal processing unit 300 of the electric power steering apparatus according to the embodiment of the present invention receives the steering angle signal and the vehicle speed signal from the steering angle sensor 200 and the vehicle speed sensor 600, A torque value is calculated (S110). At this time, the dynamic friction model 310 can be designed as a Dahl friction model, and an interpolation function can be applied so that the size of the hysteresis region and the Coulomb friction compensation torque vary according to the vehicle speed.

신호 처리부(300)는 토크 센서(100)로부터의 조향 토크 신호를 이용하여 제1 이득 보간 함수 값을 계산하고, 차속 센서(600)로부터의 차속 신호를 이용하여 제2 이득 보간 함수 값을 계산한다(S120).The signal processing unit 300 calculates the first gain interpolation function value using the steering torque signal from the torque sensor 100 and calculates the second gain interpolation function value using the vehicle speed signal from the vehicle speed sensor 600 (S120).

신호 처리부(300)는 제1 보상 토크 값과 제1 및 제2 이득 보간 함수 값을 곱하여 제2 보상 토크 값을 계산한다(S130).The signal processing unit 300 calculates a second compensation torque value by multiplying the first compensation torque value and the first and second gain interpolation function values (S130).

신호 처리부(300)는 가변 저역 통과 필터(370)를 통하여 제2 보상 토크 값의 고주파 리플을 제거하여 제3 보상 토크 값을 계산한다(S140). 이때 가변 저역 통과 필터(370)는 조향 토크 및 차속에 따라 주파수 응답 특성이 변동되도록 저역 통과 필터(374)의 차단 주파수에 보간 함수를 적용할 수 있다.The signal processing unit 300 calculates the third compensation torque value by removing the high frequency ripple of the second compensation torque value through the variable low-pass filter 370 (S140). At this time, the variable low-pass filter 370 can apply the interpolation function to the cut-off frequency of the low-pass filter 374 so that the frequency response characteristic varies depending on the steering torque and the vehicle speed.

그런 후 신호 처리부(300)는 가변 진상 보상기(380)를 통하여 조향 시스템의 위상 특성을 제어하여 최종 보상 토크 값을 계산한다(S150). 여기서 가변 진상 보상기(380)는 차속에 따라 위상 특성이 변동되도록 진상 보상기(386)의 파라미터 α_d 및 중심 주파수에 보간 함수를 적용할 수 있다.Then, the signal processing unit 300 controls the phase characteristic of the steering system through the variable phase top compensator 380 to calculate the final compensating torque value (S150). The variable phase correcting unit 380 can apply the interpolation function to the parameter? _D and the center frequency of the phase correcting unit 386 so that the phase characteristic is varied according to the vehicle speed.

이와 같이 본 발명의 전동 조향 장치의 제어 장치 및 방법에 의하면 댐핑 보상 로직을 적용함으로써 조향 시스템의 제어계가 언더 댐핑 특성을 갖는 경우에 발생되는 토크 오버슈트 현상을 억제할 수 있으며, 이에 따라 조향감을 개선할 수 있다.As described above, according to the control apparatus and method of the electric power steering apparatus of the present invention, by applying the damping compensation logic, the torque overshoot phenomenon occurring when the control system of the steering system has the under damping characteristic can be suppressed, can do.

이상에서 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명의 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등한 것으로 인정되는 범위의 모든 변경 및 수정을 포함한다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, And all changes and modifications to the scope of the invention.

10: 전동식 조향 장치의 제어 장치
100: 토크 센서
200: 조향각 센서
300: 신호 처리부
310: 동적 마찰 모델
340, 350: 이득 보간 함수 연산기
360: 곱셈기
370: 가변 저역 통과 필터
380: 가변 진상 보상기
400: 제어부
500: 모터
600: 차속 센서10: Control device of electric steering system
100: Torque sensor
200: Steering angle sensor
300: Signal processor
310: Dynamic friction model
340, 350: Gain interpolation function operator
360: multiplier
370: variable low-pass filter
380: Variable phase compensator
400:
500: motor
600: vehicle speed sensor

Claims

A signal processor for calculating a first compensation torque value by using a dynamic friction model having first and second interpolation functions for inputting a steering angle and varying a magnitude of a hysteresis region and a coulomb friction force according to a vehicle speed,
And a controller for generating an assist torque value according to the first compensation torque value and driving the motor,
And a controller for controlling the electric motor.

The method of claim 1,
Wherein the signal processing unit has a first gain interpolation function according to the steering torque and a second gain interpolation function according to the vehicle speed and multiplies the first compensation torque value and the first and second gain interpolation functions by the second compensation torque, Wherein the control unit is operable to calculate a value of the steering angle.

3. The method of claim 2,
And the signal processing unit has a low-pass filter for suppressing high-frequency ripple of the second compensation torque value to calculate a third compensation torque value.

4. The method of claim 3,
Wherein the signal processing unit has a cut-off frequency interpolation function according to the steering torque and the vehicle speed such that the cut-off frequency of the low-pass filter is variable.

4. The method of claim 3,
And the signal processing unit has a phase correcting unit for calculating a final compensation torque value by applying the third compensation torque value to the third compensation torque value.

The method of claim 5,
Wherein the signal processing unit has a parameter interpolation function according to the vehicle speed so that the frequency response characteristic of the phase correcting unit is variable.

Calculating a second compensation torque value by using a dynamic friction model having a steering angle as an input, calculating a second compensation torque value by multiplying a steering torque and a gain according to the vehicle speed by the first compensation torque value, A signal processor for calculating a third compensation torque value by applying a low pass filter to the torque value and calculating a final compensation torque value by applying a phase compensator to the third compensation torque value,
A controller for generating an auxiliary torque value according to the final compensation torque value and driving the motor,
And a controller for controlling the electric motor.

8. The method of claim 7,
Wherein the dynamic friction model has first and second interpolation functions for varying the magnitude of the hysteresis region and the magnitude of the coulomb friction force according to the vehicle speed, respectively.

8. The method of claim 7,
Wherein the signal processing unit has a cut-off frequency interpolation function according to the steering torque and the vehicle speed such that the cut-off frequency of the low-pass filter is variable.

8. The method of claim 7,
Wherein the signal processing unit has a parameter interpolation function according to the vehicle speed so that the frequency response characteristic of the phase correcting unit is variable.

Calculating a first compensated torque value using a dynamic friction model having first and second interpolation functions for inputting a steering angle and varying the size of the hysteresis region and the magnitude of the coulomb friction force according to the vehicle speed,
Generating an assist torque value according to the first compensation torque value and driving the motor
And a control unit for controlling the electric motor.

12. The method of claim 11,
Further comprising calculating a second compensation torque value by multiplying the first gain interpolation function value according to the steering torque, the second gain interpolation function value according to the vehicle speed, and the first compensation torque value.

The method of claim 12,
Further comprising: suppressing high-frequency ripple of the second compensation torque value through a low-pass filter to calculate a third compensation torque value.

The method of claim 13,
Further comprising applying a cut-off frequency interpolation function according to the steering torque and the vehicle speed so that the cut-off frequency of the low-pass filter is variable.

The method of claim 13,
Further comprising applying a phase compensator to the third compensation torque value to calculate a final compensation torque value.

16. The method of claim 15,
Further comprising applying a parameter interpolation function according to the vehicle speed so that a frequency response characteristic of the phase correcting device is varied.