KR101893629B1 - Electronic control unit for controlling steering assist current, electric power steering system including the same, and method of steering assist current control - Google Patents

Electronic control unit for controlling steering assist current, electric power steering system including the same, and method of steering assist current control Download PDF

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Abstract

본 발명은 조향 보조 전류를 제어하는 전자 제어 장치, 이를 포함하는 전동식 파워 스티어링 시스템 및 조향 보조 전류 제어 방법에 관한 것이다.
본 발명은 피니언각 정보, 피니언각 정보를 미분한 피니언각속도 정보, 조향각 정보 및 조향각 정보를 미분한 조향각속도 정보를 포함한 상태 변수를 결정하고, 전동식 파워 스티어링 시스템의 주파수 응답 대역폭이 노면 정보 포함 주파수 영역이 되도록 하는 제 1 상태 궤환 이득 내지 제 N 상태 궤환 이득을 결정하며, 상기 상태 변수 및 상기 제 1 상태 궤환 이득 내지 제 N 상태 궤환 이득을 이용하여 상태 궤환 토크 및 상태 궤환 전류값을 연산하는 상태 궤환부; 및 차량의 차속 및 조향 토크에 따른 기본 제어 전류값을 조향 보조 전류 맵을 통해 결정하고, 상기 상태 궤환부로부터 상기 상태 궤환 전류값을 전달받은 후, 상기 기본 제어 전류값에서 상기 상태 궤환 전류값을 차감하여 조향 보조 전류값을 연산하며, 상기 조향 보조 전류값에 상응하는 조향 보조 전류를 생성하여 상기 전동식 파워 스티어링 시스템의 전동 모터에 공급하는 조향 보조 제어부를 포함하는 조향 보조 전류를 제어하는 전자 제어 장치를 제공한다.
The present invention relates to an electronic control apparatus for controlling a steering assist current, an electric power steering system including the same, and a steering assist current control method.
The present invention determines state variables including pinion angle information, pinion angular velocity information obtained by differentiating the pinion angle information, steering angle information, and steering angle velocity information obtained by differentiating the steering angle information, and the frequency response bandwidth of the electric power steering system, State feedback gain to the N-th state feedback gain to determine a state feedback torque and a state feedback current value using the state variable and the first state feedback gain to the N-th state feedback gain, part; And determining a basic control current value according to a vehicle speed and a steering torque of the vehicle through a steering assist current map and receiving the state feedback current value from the state feedback unit, And a steering assist controller for calculating a steering assist current value by subtracting the steering assist current from the steering assist current and generating a steering assist current corresponding to the steering assist current value to supply the steering assist current to the electric motor of the electric power steering system. Lt; / RTI >

Description

조향 보조 전류를 제어하는 전자 제어 장치, 이를 포함하는 전동식 파워 스티어링 시스템 및 조향 보조 전류 제어 방법{ELECTRONIC CONTROL UNIT FOR CONTROLLING STEERING ASSIST CURRENT, ELECTRIC POWER STEERING SYSTEM INCLUDING THE SAME, AND METHOD OF STEERING ASSIST CURRENT CONTROL}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electronic control unit for controlling a steering assist current, an electric power steering system including the same, and a steering assist current control method.

본 발명은 조향 보조 전류를 제어하는 전자 제어 장치, 이를 포함하는 전동식 파워 스티어링 시스템 및 조향 보조 전류 제어 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an electronic control apparatus for controlling a steering assist current, an electric power steering system including the same, and a steering assist current control method.

전동식 파워 스티어링 시스템(ELECTRIC POWER STEERING SYSTEM)은 전동 모터를 통해 보조 조향력을 발생하기 때문에 엔진의 힘으로 오일 펌프를 작동하여 보조 조향력을 발생하는 유압식 파워 스티어링 시스템에 비해 연료 소모량 및 공해 물질 배출이 작다는 장점이 있는 반면에, 유압식 파워 스티어링 시스템에 비해 시스템 자체의 주파수 응답 대역이 낮아서 토크 센서 신호 중에서 운전자에게 유용한 정보가 되는 특정 주파수 영역의 노면 정보를 조향 제어에 반영하지 못하는 단점이 있다.The electric power steering system generates an auxiliary steering force through an electric motor, so that the fuel consumption and pollutant discharge are small compared with the hydraulic power steering system which generates the auxiliary steering force by operating the oil pump by the power of the engine On the other hand, the frequency response band of the system itself is lower than that of the hydraulic power steering system, so that it is not possible to reflect the road surface information of the specific frequency region, which is useful information to the driver among the torque sensor signals, to the steering control.

구체적으로 전동식 파워 스티어링 시스템의 주파수 응답 특성은 10Hz 근처로써, 토크 센서 신호 중에서 10Hz 이상의 노면 정보는 차단하게 된다. 예를 들어, 운전자에게 유용한 노면 정보가 20Hz ~ 30Hz의 주파수 영역에 포함된 경우, 종래의 전동식 파워 스티어링 시스템은 조향 제어시에 20Hz ~ 30Hz의 주파수 영역에 포함된 노면 정보를 제대로 반영하지 못하는 문제점이 있는 것이다.Specifically, the frequency response characteristic of the electric power steering system is about 10 Hz, and the road surface information of 10 Hz or more among the torque sensor signals is blocked. For example, when the road surface information useful for the driver is included in the frequency range of 20 Hz to 30 Hz, the conventional electric power steering system fails to properly reflect the road surface information included in the frequency range of 20 Hz to 30 Hz at the time of steering control It is.

이러한 배경에서, 본 발명의 목적은, 시스템 모델을 기반으로 한 상태 궤환 제어를 통해 전동식 파워 스티어링 시스템의 주파수 응답 특성을 개선하여 10Hz 이상의 주파수 영역의 노면 정보를 조향 보조 전류 제어에 반영하는 전자 제어 장치, 이를 포함하는 전동식 파워 스티어링 시스템 및 조향 보조 전류 제어 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an electronic control device that improves the frequency response characteristics of an electric power steering system through state feedback control based on a system model and reflects road surface information in a frequency range of 10 Hz or more in steering assist current control , An electric power steering system including the same, and a steering assist current control method.

전술한 목적을 달성하기 위하여, 일 측면에서, 본 발명은, 피니언각 정보, 피니언각 정보를 미분한 피니언각속도 정보, 조향각 정보 및 조향각 정보를 미분한 조향각속도 정보를 포함한 상태 변수를 결정하고, 전동식 파워 스티어링 시스템의 주파수 응답 대역폭이 노면 정보 포함 주파수 영역이 되도록 하는 제 1 상태 궤환 이득 내지 제 N 상태 궤환 이득을 결정하며, 상기 상태 변수 및 상기 제 1 상태 궤환 이득 내지 제 N 상태 궤환 이득을 이용하여 상태 궤환 토크 및 상태 궤환 전류값을 연산하는 상태 궤환부; 및 차량의 차속 및 조향 토크에 따른 기본 제어 전류값을 조향 보조 전류 맵을 통해 결정하고, 상기 상태 궤환부로부터 상기 상태 궤환 전류값을 전달받은 후, 상기 기본 제어 전류값에서 상기 상태 궤환 전류값을 차감하여 조향 보조 전류값을 연산하며, 상기 조향 보조 전류값에 상응하는 조향 보조 전류를 생성하여 상기 전동식 파워 스티어링 시스템의 전동 모터에 공급하는 조향 보조 제어부를 포함하는 조향 보조 전류를 제어하는 전자 제어 장치를 제공한다.In order to achieve the above-mentioned object, in one aspect, the present invention provides a steering control device for a steering control device, which determines a state variable including pinion angle information, pinion angular velocity information obtained by differentiating the pinion angle information, steering angle information, Determining a first state feedback gain to an Nth state feedback gain such that a frequency response bandwidth of the power steering system is a road surface information containing frequency region, and using the state variable and the first state feedback gain to Nth state feedback gain A state feedback unit for calculating a state feedback torque and a state feedback current value; And determining a basic control current value according to a vehicle speed and a steering torque of the vehicle through a steering assist current map and receiving the state feedback current value from the state feedback unit, And a steering assist controller for calculating a steering assist current value by subtracting the steering assist current from the steering assist current and generating a steering assist current corresponding to the steering assist current value to supply the steering assist current to the electric motor of the electric power steering system. Lt; / RTI >

다른 측면에서, 본 발명은, 토크 센서, 조향각 센서, 차속 센서 및 모터 위치 센서를 포함하여 차량의 주행 및 조향과 관련된 차량 상태 정보를 감지하는 조향 관련 센서; 상기 토크 센서로부터 피니언각 정보를 수신하고, 상기 조향각 센서로부터 조향각 정보를 수신하며, 상기 피니언각 정보, 상기 피니언각 정보를 미분한 피니언각속도 정보, 상기 조향각 정보 및 상기 조향각 정보를 미분한 조향각속도 정보를 포함한 상태 변수를 결정하고, 상기 상태 변수를 이용하여 제 1 상태 궤환 이득 내지 제 N 상태 궤환 이득을 결정하며, 상기 상태 변수 및 상기 제 1 상태 궤환 이득 내지 제 N 상태 궤환 이득을 이용하여 상태 궤환 토크 및 상태 궤환 전류값을 연산하고, 상기 차량의 차속과 조향 토크에 따른 기본 제어 전류값을 조향 보조 전류 맵을 통해 결정하고, 상기 기본 제어 전류값에서 상기 상태 궤환 전류값을 차감하여 조향 보조 전류값을 연산하며, 상기 조향 보조 전류값에 상응하는 조향 보조 전류를 생성하는 전자 제어 장치; 및 상기 전자 제어 장치로부터 조향 보조 전류를 공급받아서 운전자의 조향력을 보조하는 보조 조향력을 발생하는 전동 모터를 포함하는 전동식 파워 스티어링 시스템을 제공한다.In another aspect, the present invention provides a steering control system comprising: a steering-related sensor for sensing vehicle state information related to driving and steering of a vehicle, including a torque sensor, a steering angle sensor, a vehicle speed sensor, and a motor position sensor; A steering angle sensor for receiving steering angle information from the steering angle sensor, receiving pinion angle information from the steering angle sensor, pinion angular velocity information obtained by differentiating the pinion angle information, differential steering angle information, And determines a first state feedback gain to an Nth state feedback gain using the state variable, and calculates a state feedback gain using the state variable and the first state feedback gain to the Nth state feedback gain, Torque control, and steering feedback current value, determines a basic control current value based on the vehicle speed and the steering torque of the vehicle through the steering assist current map, subtracts the state feedback current value from the basic control current value, And generating a steering assist current corresponding to the steering assist current value, Device; And an electric motor for generating an auxiliary steering force for assisting a steering force of a driver by receiving steering assist current from the electronic control unit.

또 다른 측면에서, 본 발명은, 전동식 파워 스티어링 시스템의 전자 제어 장치에서 조향 보조 전류를 제어하는 방법에 있어서, 피니언각 정보, 피니언각 정보를 미분한 피니언각속도 정보, 조향각 정보 및 조향각 정보를 미분한 조향각속도 정보를 포함한 상태 변수를 결정하는 상태 변수 결정 단계; 상기 상태 변수를 이용하여 제 1 상태 궤환 이득 내지 제 N 상태 궤환 이득을 결정하고, 상기 제 1 상태 궤환 이득 내지 제 N 상태 궤환 이득을 이용하여 상태 궤환 토크를 연산하는 상태 궤환 토크 연산 단계; 상기 상태 궤환 토크를 상기 전동식 파워 스티어링 시스템의 전동 모터의 모터 토크 상수로 나눠서 상태 궤환 전류값을 연산하는 상태 궤환 전류값 연산 단계; 차량의 차속 및 조향 토크에 따른 기본 제어 전류값을 조향 보조 전류 맵을 통해 결정하고, 상기 기본 제어 전류값에서 상태 궤환 전류값을 차감하여 조향 보조 전류값을 연산하는 조향 보조 전류값 연산 단계; 및 상기 조향 보조 전류값에 상응하는 조향 보조 전류를 생성하여 상기 전동 모터에 공급하는 조향 보조 전류 공급 단계를 포함하는 조향 보조 전류 제어 방법을 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of controlling a steering assist current in an electronic control apparatus of an electric power steering system, the method comprising the steps of: calculating a steering assist current by using a steering assist angle signal obtained by differentiating the pinion angle information, the pinion angular speed information obtained by differentiating the pinion angle information, A state variable determining step of determining a state variable including the steering angle velocity information; A state feedback torque calculating step of determining a first state feedback gain to an Nth state feedback gain using the state variable and calculating a state feedback torque using the first state feedback gain to an Nth state feedback gain; Calculating a state feedback current value by dividing the state feedback torque by a motor torque constant of the electric motor of the electric power steering system; A steering assist current value calculating step of determining a basic control current value according to a vehicle speed and a steering torque of the vehicle through a steering assist current map and subtracting a state feedback current value from the basic control current value to calculate a steering assist current value; And a steering assist current supply step of generating a steering assist current corresponding to the steering assist current value and supplying the steering assist current to the electric motor.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 전자 제어 장치에서 상태 궤환 제어를 통해 전동식 파워 스티어링 시스템의 주파수 응답 특성을 10Hz 이상으로 변경하기 때문에, 10Hz 이상의 주파수 영역에 포함된 노면 정보를 조향 보조 전류 제어에 반영할 수 있는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, since the frequency response characteristic of the electric power steering system is changed to 10 Hz or more through the state feedback control in the electronic control unit, the road surface information included in the frequency range of 10 Hz or more is output to the steering assist current control There is an effect that can be reflected.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템의 구성을 간략하게 나타낸 블록 구성도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전자 제어 장치의 구성을 간략하게 나타낸 블록 구성도,
도 3은 전동식 파워 스티어링 시스템의 시스템 모델 및 시스템 모델을 등가화한 등가 시스템을 간략하게 나타낸 블록 구성도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템의 주파수 응답과 종래의 전동식 파워 스티어링 시스템의 주파수 응답을 비교한 보드 선도,
도 5는 상태 궤환 제어 적용시 토크 센서 신호의 전력 스펙트럼 밀도와 상태 궤환 제어 미적용시 토크 센서 신호의 전력 스펙트럼 밀도를 비교한 도면,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전자 제어 장치에서 조향 보조 전류를 제어하는 과정을 나타낸 순서도이다.
1 is a block diagram schematically illustrating a configuration of an electric power steering system according to an embodiment of the present invention;
2 is a block diagram schematically showing a configuration of an electronic control apparatus according to an embodiment of the present invention;
3 is a block diagram schematically showing an equivalence system equivalent to a system model and a system model of an electric power steering system,
4 is a board diagram comparing the frequency response of an electric power steering system according to an embodiment of the present invention and the frequency response of a conventional electric power steering system,
5 is a graph comparing the power spectral density of the torque sensor signal with the power spectrum density of the torque sensor signal when the state feedback control is not applied when the state feedback control is applied,
6 is a flowchart illustrating a process of controlling a steering assist current in an electronic control apparatus according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described in detail with reference to exemplary drawings. In describing the components of the present invention, the terms first, second, A, B, (a), (b), and the like can be used. These terms are intended to distinguish the constituent elements from other constituent elements, and the terms do not limit the nature, order or order of the constituent elements. When a component is described as being "connected", "coupled", or "connected" to another component, the component may be directly connected to or connected to the other component, It should be understood that an element may be "connected," "coupled," or "connected."

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템의 구성을 간략하게 나타낸 블록 구성도이다.1 is a block diagram schematically illustrating a configuration of an electric power steering system according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템은 토크 센서(110), 조향각 센서(120), 차속 센서(130) 및 모터 위치 센서(140) 등을 포함하는 조향 관련 센서(100), 전자 제어 장치(200, ECU: Electronic Control Unit) 및 전동 모터(300)를 포함한다.An electric power steering system according to an embodiment of the present invention includes a steering related sensor 100 including a torque sensor 110, a steering angle sensor 120, a vehicle speed sensor 130 and a motor position sensor 140, An electronic control unit (ECU) 200, and an electric motor 300.

조향 관련 센서(100)는 차량의 주행 및 조향과 관련된 차량 상태 정보를 감지한다. 이러한 조향 관련 센서(100)는 토크 센서(110), 조향각 센서(120), 차속 센서(130) 및 모터 위치 센서(140) 등을 포함한다. The steering-related sensor 100 senses vehicle state information related to the running and steering of the vehicle. The steering-related sensor 100 includes a torque sensor 110, a steering angle sensor 120, a vehicle speed sensor 130, a motor position sensor 140, and the like.

토크 센서(110)는 조향 휠의 회전에 따라 입력축인 컬럼 샤프트 및 출력축인 피니언 샤프트의 상대 회전 변위를 감지하여 조향 토크 정보를 측정하고, 조향 토크 정보를 포함한 토크 센서 신호를 생성하여 전자 제어 장치(200)에 전송한다.The torque sensor 110 senses the relative rotational displacement of the column shaft which is the input shaft and the pinion shaft which is the output shaft according to the rotation of the steering wheel to measure the steering torque information and generates the torque sensor signal including the steering torque information, 200).

본 발명에서 토크 센서(110)는 토크 센서 신호를 전자 제어 장치(200)에 전송함과 아울러, 출력축인 피니언 샤프트의 회전각인 피니언각 정보를 전자 제어 장치(200)에 전달한다.In the present invention, the torque sensor 110 transmits a torque sensor signal to the electronic control unit 200 and transmits the pinion angle information, which is the rotation angle of the pinion shaft, which is the output shaft, to the electronic control unit 200.

조향각 센서(120)는 운전자의 조작에 의해 회전하는 조향 휠의 조향각을 측정한 신호인 조향각 신호를 생성하여 전자 제어 장치(200)에 전달한다. 여기서, 조향각 정보가 조향각 신호에 포함됨은 물론이다.The steering angle sensor 120 generates a steering angle signal, which is a signal obtained by measuring the steering angle of the steering wheel rotated by the driver's operation, and transmits the steering angle signal to the electronic control unit 200. Here, it is a matter of course that the steering angle information is included in the steering angle signal.

본 발명에서 토크 센서(110) 및 조향각 센서(120)는 각각 개별적으로 구성되거나 토크 앵글 센서(TAS: Torque Angle Sensor)와 같이 일체형으로 구성될 수 있다.In the present invention, the torque sensor 110 and the steering angle sensor 120 may be configured individually or integrally with each other, such as a torque angle sensor (TAS).

차속 센서(130)는 차량의 차속을 감지하며, 감지된 차속에 비례하는 차속 신호를 생성하여 전자 제어 장치(200)로 전송한다.The vehicle speed sensor 130 senses the vehicle speed of the vehicle, generates a vehicle speed signal proportional to the sensed vehicle speed, and transmits the generated vehicle speed signal to the electronic control unit 200.

모터 위치 센서(140)는 전동 모터(300)의 모터축 회전 각도에 대한 정보인 모터축 회전각 정보를 생성하여 전자 제어 장치(200)에 전달한다.The motor position sensor 140 generates information on the motor shaft rotation angle, which is information on the motor shaft rotation angle of the electric motor 300, and transmits it to the electronic control unit 200.

전자 제어 장치(200)는 토크 센서(110), 조향각 센서(120), 차속 센서(130) 및 모터 위치 센서(140)를 포함하는 다수의 센서로부터 조향 제어에 필요한 정보를 수신하고, 수신한 정보를 고려하여 전동 모터(300)에 공급하는 조향 보조 전류를 제어한다.The electronic control unit 200 receives information required for steering control from a plurality of sensors including a torque sensor 110, a steering angle sensor 120, a vehicle speed sensor 130 and a motor position sensor 140, The steering assist current to be supplied to the electric motor 300 is controlled.

본 발명에서 전자 제어 장치(200)는 토크 센서(110)로부터 수신한 피니언각 정보, 피니언각 정보를 미분한 피니언각속도 정보, 조향각 센서(120)로부터 수신한 조향각 정보 및 조향각 정보를 미분한 조향각속도 정보를 포함한 상태 변수를 결정하고, 상태 변수를 이용하여 제 1 상태 궤환 이득 내지 제 N 상태 궤환 이득을 결정하며, 상태 변수 및 제 1 상태 궤환 이득 내지 제 N 상태 궤환 이득을 이용하여 상태 궤환 토크 및 상태 궤환 전류값을 연산하고, 차량의 차속 및 조향 토크에 따른 기본 제어 전류값을 조향 보조 전류 맵을 통해 결정하고, 기본 제어 전류값에서 상태 궤환 전류값을 차감하여 조향 보조 전류값을 연산하며, 조향 보조 전류값에 상응하는 조향 보조 전류를 생성하여 전동 모터(300)에 공급한다. 여기서, 제 1 상태 궤환 이득 내지 제 N 상태 궤환 이득은 전동식 파워 스티어링 시스템의 주파수 응답 특성이 10Hz 이상의 주파수 영역인 노면 정보 포함 주파수 영역이 되도록 하는 상태 궤환 이득이다. In the present invention, the electronic control unit 200 receives the pinion angle information received from the torque sensor 110, the pinion angular velocity information obtained by differentiating the pinion angle information, the steering angle information received from the steering angle sensor 120, Determining a first state feedback gain to an Nth state feedback gain using a state variable, and determining a state feedback torque and an Nth state feedback gain using a state variable and a first state feedback gain to an Nth state feedback gain, Calculates a state feedback current value, determines a basic control current value according to the vehicle speed and the steering torque of the vehicle through a steering assist current map, calculates a steering assist current value by subtracting a state feedback current value from a basic control current value, Generates a steering assist current corresponding to the steering assist current value, and supplies the steering assist current to the electric motor (300). Here, the first state feedback gain to the N-th state feedback gain is a state feedback gain such that the frequency response characteristic of the electric power steering system is a road surface information containing frequency region in a frequency region of 10 Hz or more.

본 발명의 실시예에서 제 N 상태 궤환 이득은 제 4 상태 궤환 이득일 수 있고, 노면 정보 포함 주파수 영역은 20Hz 내지 30Hz일 수 있다.In an embodiment of the present invention, the Nth state feedback gain may be a fourth state feedback gain, and the road surface information containing frequency region may be 20 Hz to 30 Hz.

다시 말해서, 제 1 상태 궤환 이득 내지 제 4 상태 궤환 이득을 통해 전동식 파워 스티어링 시스템의 주파수 응답 특성이 20Hz 내지 30Hz로 되도록 할 수 있다.In other words, the frequency response characteristic of the electric power steering system can be made 20 Hz to 30 Hz through the first state feedback gain to the fourth state feedback gain.

본 발명의 실시예에서, 전자 제어 장치(200)는 아래 수학식 1과 같이 조향각 정보(θc)에 제 1 상태 궤환 이득(K1)을 곱한 값, 조향각속도 정보(

Figure 112014046172830-pat00001
)에 제 2 상태 궤환 이득(K2)을 곱한 값, 피니언각 정보(θp)에 제 3 상태 궤환 이득(K3)을 곱한 값 및 피니언각속도 정보(
Figure 112014046172830-pat00002
)에 제 4 상태 궤환 이득(K4)을 곱한 값을 모두 더해서 상태 궤환 토크를 연산하고, 상태 궤환 토크를 전동 모터(300)의 모터 토크 상수로 나눠서 상태 궤환 전류값을 연산할 수 있다.In the embodiment of the present invention, the electronic control unit 200 calculates the steering angle information (? C ) by multiplying the steering angle information? C by the first state feedback gain (K1)
Figure 112014046172830-pat00001
) Multiplied by the second state feedback gain K2, a value obtained by multiplying the pinion angle information? P by the third state feedback gain K3, and a value obtained by multiplying the pinion angular velocity information
Figure 112014046172830-pat00002
) Is multiplied by the fourth state feedback gain K4 to compute the state feedback torque and divide the state feedback torque by the motor torque constant of the electric motor 300 to calculate the state feedback current value.

Figure 112014046172830-pat00003
Figure 112014046172830-pat00003

본 발명에서 제 1 상태 궤환 이득 내지 제 N 상태 궤환 이득을 결정하는 구성에 대한 자세한 설명은 전자 제어 장치(200)의 구성 설명에서 하도록 하겠다.A detailed description of the configuration for determining the first state feedback gain to the N-th state feedback gain in the present invention will be given in the description of the configuration of the electronic control device 200. [

전동 모터(300)는 전자 제어 장치(200)로부터 조향 보조 전류를 공급받아서 운전자의 조향력을 보조하는 보조 조향력을 발생한다. 여기서, 본 발명의 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템이 랙 앤 피니언 타입 전동식 파워 스티어링 시스템인 경우, 전동 모터(300)는 보조 조향력을 랙바(Rack Bar)에 전달한다.The electric motor 300 receives the steering assist current from the electronic control unit 200 and generates an assist steering force assisting the steering force of the driver. Here, when the electric power steering system according to the embodiment of the present invention is a rack and pinion type electric power steering system, the electric motor 300 transmits the auxiliary steering force to the rack bar.

도 2 는 본 발명의 실시예에 따른 전자 제어 장치의 구성을 간략하게 나타낸 블록 구성도이다.2 is a block diagram schematically showing a configuration of an electronic control apparatus according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 실시예에 따른 전자 제어 장치(200)는 조향 보조 제어부(210) 및 상태 궤환부(220)를 포함한다.The electronic control unit 200 according to the embodiment of the present invention includes a steering assist control unit 210 and a state feedback unit 220.

조향 보조 제어부(210)는 토크 센서(110) 및 조향각 센서(120)를 포함하는 조향 관련 센서(100)로부터 조향 제어에 필요한 정보를 수신하고, 수신한 정보를 통해 조향 보조 전류를 생성하여 전동 모터(300)에 전달한다.The steering assist controller 210 receives information required for steering control from the steering-related sensor 100 including the torque sensor 110 and the steering angle sensor 120, generates a steering assist current through the received information, (300).

본 발명에서 조향 보조 제어부(210)는 전동식 파워 스티어링 시스템의 기본 로직을 통해 기본 제어 전류값을 결정, 즉 차량의 차속 및 조향 토크에 따른 기본 제어 전류값을 조향 보조 전류 맵을 통해 결정하고, 후술할 상태 궤환부(220)로부터 상태 궤환 전류값을 전달받은 후, 기본 제어 전류값에서 상태 궤환 전류값을 차감하여 조향 보조 전류값을 최종적으로 연산한다.In the present invention, the steering assist control unit 210 determines the basic control current value through the basic logic of the electric power steering system, that is, determines the basic control current value according to the vehicle speed and the steering torque of the vehicle through the steering assist current map, The state feedback current value is subtracted from the basic control current value to finally calculate the steering assist current value.

조향 보조 전류값을 연산한 조향 보조 제어부(210)는 조향 보조 전류값에 상응하는 조향 보조 전류를 생성하여 전동모터(300)에 공급한다.The steering assist controller 210, which has calculated the steering assist current value, generates a steering assist current corresponding to the steering assist current value and supplies it to the electric motor 300.

상태 궤환부(220)는 피니언각 정보, 피니언각 정보를 미분한 피니언각속도 정보, 조향각 정보 및 조향각 정보를 미분한 조향각속도 정보를 포함한 상태 변수를 결정하고, 전동식 파워 스티어링 시스템의 주파수 응답 대역폭이 노면 정보 포함 주파수 영역이 되도록 하는 제 1 상태 궤환 이득 내지 제 N 상태 궤환 이득을 결정하며, 상태 변수 및 제 1 상태 궤환 이득 내지 제 N 상태 궤환 이득을 이용하여 상태 궤환 토크 및 상태 궤환 전류값을 연산한다. 여기서, 상태 궤환부(220)는 상태 궤환 토크를 전동 모터(300)의 모터 토크 상수로 나눠서 상태 궤환 전류값을 연산한다.The state feedback unit 220 determines the state variable including the pinion angle information, the pinion angular velocity information obtained by differentiating the pinion angle information, the steering angle information, and the steering angle velocity information obtained by differentiating the steering angle information, and the frequency response bandwidth of the electric power steering system State feedback gain to the N-th state feedback gain to determine the state feedback torque and the state feedback current value using the state variable and the first state feedback gain to the N-th state feedback gain . Here, the state feedback unit 220 divides the state feedback torque by the motor torque constant of the electric motor 300 to calculate the state feedback current value.

본 발명에서 제 1 상태 궤환 이득 내지 제 N 상태 궤환 이득을 결정하는 원리는 다음과 같다.The principle of determining the first state feedback gain to the Nth state feedback gain in the present invention is as follows.

우선, 제 N 상태 궤환 이득이 제 4 상태 궤환 이득인 경우에 제 1 상태 궤환 이득 내지 제 4 상태 궤환 이득을 결정하기 위해, 도 2의 2A와 같이 표현되는 시스템 모델 및 도 2의 2B와 같이 표현되는 등가 시스템의 파라미터들 및 상태 변수를 이용하여 전동식 파워 스티어링 시스템의 상태 방정식 및 출력 방정식을 수립한다.First, in order to determine the first state feedback gain to the fourth state feedback gain when the Nth state feedback gain is the fourth state feedback gain, a system model expressed as 2A in FIG. 2 and a system model expressed as 2B in FIG. 2 The state equations and the output equations of the electric power steering system are established using the parameters of the equivalent system and the state variables.

여기서, 등가 시스템의 관성 모멘트(Jpeq)는 아래 수학식 2와 같이 피니언 기어의 기어비(Gp), 랙 바의 질량(Mr), 피니언 기어의 관성 모멘트(Jp), 볼 스크류의 기어비(Gbs), 볼 스크류의 관성 모멘트(Jbs), 볼 스크류의 볼 너트와 전동 모터(300)간의 감속비(Gb), 전동 모터(300)의 관성 모멘트(Jm)를 이용하여 산출할 수 있고, 등가 시스템의 댐핑 계수(Bpeq)는 수학식 3과 같이 피니언 기어의 기어비(Gp), 랙 바의 댐핑 계수(Br), 피니언 기어의 댐핑 계수(Bp), 볼 스크류의 기어비(Gbs), 볼 스크류의 댐핑 계수(Bbs), 볼 스크류의 볼 너트와 전동 모터(300) 간의 감속비(Gb) 및 전동 모터(300)의 댐핑 계수(Bm)를 이용하여 산출할 수 있다.Here, the moment of inertia of the equivalent system (J peq ) is calculated by the following equation (2): gear ratio G p of the pinion gear, mass M r of the rack bar, inertia moment J p of the pinion gear, (G bs ) of the ball screw, the inertia moment (J bs ) of the ball screw, the reduction ratio (G b ) between the ball nut ball screw and the electric motor 300 and the inertia moment J m of the electric motor 300 And the damping coefficient B peq of the equivalent system is expressed by the following equation (3): gear ratio G p of the pinion gear, damping coefficient B r of the rack bar, damping coefficient B p of the pinion gear, The gear ratio G bs of the ball screw, the damping coefficient B bs of the ball screw, the reduction ratio G b between the ball nut and the electric motor 300 and the damping coefficient B m of the electric motor 300 can do.

또한, 등가 시스템의 비틀림 강성(Kpeq)은 수학식 4와 같이 토션바의 비틀림 강성(Kc)과 같다.Also, the torsional stiffness (K peq ) of the equivalent system is equal to the torsional stiffness (K c ) of the torsion bar as shown in Equation (4).

Figure 112014046172830-pat00004
Figure 112014046172830-pat00004

Figure 112014046172830-pat00005
Figure 112014046172830-pat00005

Figure 112014046172830-pat00006
Figure 112014046172830-pat00006

한편, 상태 궤환부(220)에서 제 1 상태 궤환 이득 내지 제 4 상태 궤환 이득을 결정하기 위한 전동식 파워 스티어링 시스템의 상태 방정식 및 출력 방정식은 아래의 수학식 5 및 수학식 6과 같이 표현된다.The state equation and the output equation of the electric power steering system for determining the first state feedback gain to the fourth state feedback gain in the state feedback unit 220 are expressed by the following equations (5) and (6).

Figure 112014046172830-pat00007
Figure 112014046172830-pat00007

Figure 112014046172830-pat00008
Figure 112014046172830-pat00008

여기서, 상태 방정식의 A는 상태 행렬, X는 상태 벡터, B는 입력 행렬, U는 입력 벡터이고, 출력 방정식의 C는 출력 행렬, y는 출력 벡터이다. 본 발명에서 출력 벡터 y는 조향 토크(Tc)가 되고, 행렬 각각의 변수들은 아래와 같다.Where A is the state matrix, X is the state vector, B is the input matrix, U is the input vector, C in the output equation is the output matrix, and y is the output vector. In the present invention, the output vector y becomes the steering torque T c , and the respective parameters of the matrix are as follows.

Figure 112014046172830-pat00009
,
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,

Figure 112014046172830-pat00010
,
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Figure 112014046172830-pat00011
,
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,

Figure 112014046172830-pat00012
,
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,

Figure 112014046172830-pat00013
,
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,

Figure 112014046172830-pat00014
Figure 112014046172830-pat00014

위의 요소들 중에서 Td는 운전자 토크를 의미하고, Tm은 모터 토크를 의미하며, Ft는 랙추력을 의미한다.Among the above factors, T d means driver's torque, T m means motor torque, and F t means rack thrust.

본 발명에서 컬럼 샤프트의 관성 모멘트(Jc), 볼 스크류의 볼 너트와 전동 모터(300)간의 감속비(Gb), 랙 바의 질량(Mr), 토션바의 비틀림 강성(Kc), 컬럼 샤프트의 댐핑 계수(Bc), 피니언 기어의 기어비(Gp), 볼 스크류의 기어비(Gbs), 피니언 기어의 관성 모멘트(Jp), 볼 스크류의 관성 모멘트(Jbs), 전동 모터(300)의 관성 모멘트(Jm), 랙 바의 댐핑 계수(Br), 피니언 기어의 댐핑 계수(Bp), 볼 스크류의 댐핑 계수(Bbs) 및 전동 모터(300)의 댐핑 계수(Bm)는 전동식 파워 스티어링 시스템의 시험 데이터를 기반으로 시스템 식별(System Identification) 기법을 통해 산출할 수 있고, 산출한 컬럼 샤프트의 관성 모멘트(Jc), 볼 스크류의 볼 너트와 전동 모터(300)간의 감속비(Gb), 토션바의 비틀림 강성(Kc), 컬럼 샤프트의 댐핑 계수(Bc), 피니언 기어의 기어비(Gp), 랙 바의 질량(Mr), 볼 스크류의 기어비(Gbs), 볼 스크류의 볼 너트와 전동 모터(300)간의 감속비(Gb), 피니언 기어의 관성 모멘트(Jp), 볼 스크류의 관성 모멘트(Jbs), 전동 모터(300)의 관성 모멘트(Jm), 랙 바의 댐핑 계수(Br), 피니언 기어의 댐핑 계수(Bp), 볼 스크류의 댐핑 계수(Bbs) 및 전동 모터(300)의 댐핑 계수(Bm)는 전자 제어 장치(200)의 데이터 저장부(미도시)에 기 저장될 수 있다.Torsional stiffness (K c) of the present invention the column shaft moment of inertia (J c), see the ball screw nut and the electric motor speed ratio (G b), the rack mass (M r), the torsion bar of the bar between 300 on, The damping coefficient B c of the column shaft, the gear ratio G p of the pinion gear, the gear ratio G bs of the ball screw, the inertial moment J p of the pinion gear, the moment of inertia J bs of the ball screw, damping coefficient of the moment of inertia of 300 (J m), the rack bar damping coefficient (B r), the damping coefficient of the pinion gear (B p), the damping coefficient of the ball screw (B bs) and an electric motor 300 of the ( B m ) can be calculated through a system identification method based on the test data of the electric power steering system. The calculated inertia moment (J c ) of the column shaft, the ball nut ball screw and the electric motor 300 ) ratio (G b), the torsional rigidity of the torsion bar (K c), a damping coefficient of a column shaft (c B), the gear ratio of the pinion gear (G p) between, Mass of the bar (M r), the gear ratio (G bs), reduction gear ratio between the ball nut of the ball screw and an electric motor (300) (G b), the moment of inertia of the pinion gear (J p), the ball moment of inertia of the screw of the ball screw (J bs), the damping coefficient of the moment of inertia (J m), the rack bar of the electric motor (300) (B r), the damping coefficient (B p), the damping coefficient of the ball screw of the pinion gear (B bs) and an electric motor The damping coefficient B m of the electronic control unit 300 may be stored in the data storage unit (not shown) of the electronic control unit 200.

한편, 전동식 파워 스티어링 시스템의 주파수 응답 특성은 상태 방정식으로부터 유도되는 전달함수[G(s)]의 극(Pole)에 의해 결정된다. 본 발명에서 전달함수[G(s)]의 입력은 노면 정보이고, 출력은 토크 센서(110)에서 감지하는 조향 토크이므로, 본 발명에서 전달함수{G(s)}는 아래 수학식 7과 같이 입력[U(s)]에 랙추력(Ft)이 대입되고, 출력[Y(s)]에 조향 토크(Tc)가 대입된다. 여기서, 랙추력(Ft)은 노면 정보를 포함한 외력이 랙바에 전달된 양을 의미한다.On the other hand, the frequency response characteristic of the electric power steering system is determined by the pole (Pole) of the transfer function [G (s)] derived from the state equation. Since the input of the transfer function G (s) in the present invention is the road surface information and the output is the steering torque sensed by the torque sensor 110, the transfer function {G (s) The rack torque F t is substituted into the input U (s) and the steering torque T c is substituted into the output Y (s). Here, the rack thrust F t means the amount of external force including the road surface information transferred to the rack bar.

Figure 112014046172830-pat00015
Figure 112014046172830-pat00015

상태 궤환 제어가 없는 경우의 상태 방정식은 아래의 수학식 8과 같이 표현되고, 이에 대한 전달 함수 및 특성 방정식은 수학식 9 및 수학식 10과 같다. 여기서, B1은 입력 행렬 B의 제 1 열, B2는 입력 행렬 B의 제 2 열, B3는 입력 행렬 B의 제 3 열을 의미한다.The state equation in the absence of the state feedback control is expressed by Equation 8 below, and the transfer function and the characteristic equation thereof are expressed by Equations (9) and (10). Here, B 1 denotes the first column of the input matrix B, B 2 denotes the second column of the input matrix B, and B 3 denotes the third column of the input matrix B.

Figure 112014046172830-pat00016
Figure 112014046172830-pat00016

Figure 112014046172830-pat00017
Figure 112014046172830-pat00017

Figure 112014046172830-pat00018
Figure 112014046172830-pat00018

한편, 본 발명에서는 상태 궤환 제어가 있으므로, 모터 토크(Tm)는 아래의 수학식 11과 같이 기본 로직에 따른 기준 입력(r)에서 상태 궤환 토크(KfdX)를 차감한 값이 된다. 여기서, 기준 입력(r)은 기본 로직을 통해 산출한 기본 제어 전류값에 상응하는 모터 토크이고, Kfd는 제 1 상태 궤환 이득(K1), 제 2 상태 궤환 이득(K2), 제 3 상태 궤환 이득(K3) 및 제 4 상태 궤환 이득(K4)을 변수로 갖는 상태 궤환 이득 행렬이다.In the present invention, since there is the state feedback control, the motor torque T m becomes a value obtained by subtracting the state feedback torque (K fd X) from the reference input r according to the basic logic as shown in Equation (11). Here, the reference input r is a motor torque corresponding to the basic control current value calculated through the basic logic, Kfd is a first state feedback gain K1, a second state feedback gain K2, The gain K3 and the fourth state feedback gain K4 as variables.

Figure 112014046172830-pat00019
Figure 112014046172830-pat00019

수학식 8의 모터 토크(Tm)에 수학식 11을 대입하면, 본 발명에서의 상태 방정식, 즉 상태 궤환 제어가 있는 경우의 상태 방정식을 수학식 12와 같이 얻을 수 있고, 이에 대한 전달 함수 및 특성 방정식은 수학식 13 및 14와 같다.Equation (11) is substituted into the motor torque (T m ) in Equation (8), the state equation in the present invention, that is, the state equation in the case of state feedback control, can be obtained as in Equation (12) The characteristic equations are as shown in equations (13) and (14).

Figure 112014046172830-pat00020
Figure 112014046172830-pat00020

Figure 112014046172830-pat00021
Figure 112014046172830-pat00021

Figure 112014046172830-pat00022
Figure 112014046172830-pat00022

위에서 언급한 바와 같이 전동식 파워 스티어링 시스템의 주파수 응답 특성은 전달함수{G(s)}의 극(Pole)에 의해 결정된다.As mentioned above, the frequency response characteristic of an electric power steering system is determined by the pole (Pole) of the transfer function {G (s)}.

상태 궤환 제어가 없는 기존의 전동식 파워 스티어링 시스템은 전달함수{G(s)}의 극(Pole), 즉 특성 방정식의 해가 상태 행렬 A에 의해 결정되고, 수학식 15와 같이 상태 행렬 A에 의해 결정된 특성 방정식의 해(p11, p12, p13, p14)로 인해 전동식 파워 스티어링 시스템이 도 4의 굵은 선과 같이 10Hz 근처의 주파수 응답 특성을 가지는 반면, 상태 궤환 제어가 있는 경우에는 수학식 16과 같이 특성 방정식의 해가 상태 궤환 이득 행렬(Kfd)에 의해 결정된다.In a conventional electric power steering system without state feedback control, the pole of the transfer function {G (s)}, that is, the solution of the characteristic equation, is determined by the state matrix A, and by the state matrix A The electric power steering system has a frequency response characteristic of about 10 Hz as shown by the bold line in FIG. 4 due to the solutions of the determined characteristic equations (p 11 , p 12 , p 13 , p 14 ) 16, the solution of the characteristic equation is determined by the state feedback gain matrix (K fd ).

따라서, 전동식 파워 스티어링 시스템이 도 4의 얇은 선과 같이 노면 정보 포함 주파수 영역의 주파수 응답 특성을 나타내도록 하는 특성 방정식의 해(p21, p22, p23, p24)가 나오도록 상태 궤환 이득 행렬(Kfd)을 결정할 수 있다. 여기서, 전동식 파워 스티어링 시스템이 노면 정보 포함 주파수 영역의 주파수 응답 특성을 나타내도록 하는 특성 방정식의 해(p21, p22, p23, p24)는 실차 테스트에 의해 그 값이 결정될 수 있다.Thus, the solution of the characteristic equation for to indicate the frequency response characteristics of the road surface information comprising the frequency domain, such as electric power steering system of Figure 4 a thin line (p 21, p 22, p 23, p 24) is to state feedback gain matrix out (K fd ) can be determined. Here, the solutions (p 21 , p 22 , p 23 , p 24 ) of the characteristic equations that allow the electric power steering system to exhibit the frequency response characteristics in the road surface information-containing frequency region can be determined by the actual vehicle test.

Figure 112014046172830-pat00023
Figure 112014046172830-pat00023

Figure 112014046172830-pat00024
Figure 112014046172830-pat00024

다시 말해서, 상태 궤환 이득 행렬(Kfd)은 특성 방정식

Figure 112014046172830-pat00025
이 p21, p22, p23, p24의 해를 갖도록 결정될 수 있고, 전동식 파워 스티어링 시스템의 주파수 응답 특성이 특성 방정식
Figure 112014046172830-pat00026
의 해(p21, p22, p23, p24)에 의해 도 4의 굵은 선(10Hz 근처)에서 얇은 선(노면 정보 포함 주파수 영역, 20Hz 내지 30Hz)으로 변경될 수 있다.In other words, the state feedback gain matrix (K fd )
Figure 112014046172830-pat00025
P 21 , p 22 , p 23 , p 24 , and the frequency response characteristic of the electric power steering system can be determined to have the solution of the characteristic equation
Figure 112014046172830-pat00026
(Frequency band including road surface information, 20 Hz to 30 Hz) at the bold line (near 10 Hz) in Fig. 4 by the solutions (p 21 , p 22 , p 23 , p 24 )

본 발명에서 상태 궤환부(220)는 아래 수학식 17과 같이 본 발명의 특성 방정식을 전개한 후에 수학식 18과 같은 아커만 공식(Ackermann's formula)을 이용하여 상태 궤환 이득 행렬(Kfd), 즉 제 1 상태 궤환 이득 내지 제 4 상태 궤환 이득을 결정할 수 있다. 여기서, α1, α2, α3, α4는 본 발명의 특성 방정식을 전개했을 때에 구해지는 계수이다.In the present invention, the state feedback unit 220 develops the characteristic equation of the present invention as shown in Equation 17 below, and then uses the Ackermann's formula as shown in Equation (18) to calculate the state feedback gain matrix K fd The first state feedback gain to the fourth state feedback gain can be determined. Here,? 1 ,? 2 ,? 3 ,? 4 are coefficients obtained when the characteristic equation of the present invention is developed.

Figure 112014046172830-pat00027
Figure 112014046172830-pat00027

Figure 112014046172830-pat00028
Figure 112014046172830-pat00028

Figure 112014046172830-pat00029
Figure 112014046172830-pat00029

이와 같이 상태 궤환부(220)에서 특성 방정식

Figure 112014046172830-pat00030
이 p21, p22, p23, p24의 해를 갖도록 제 1 상태 궤환 이득 내지 제 4 상태 궤환 이득을 결정하고, 피니언각 정보, 피니언각속도 정보, 조향각 정보 및 조향각속도 정보를 포함한 상태 변수를 곱하여 상태 궤환 토크를 연산하고, 상태 궤환 토크를 모터 토크로 나눠서 상태 궤환 전류값을 연산하며, 조향 보조 제어부(210)에서 기본 제어 전류값에서 상태 궤환 전류값을 차감하여 조향 보조 전류값을 최종적으로 연산하여 조향 보조 전류를 생성하고, 이를 전동 모터(300)에 공급하여 조향 제어를 수행하면 기존에 조향 제어에 반영하지 못했던 노면 정보 포함 주파수 영역에 포함된 노면 정보가 조향 제어에 반영된다.In this way, in the state feedback unit 220,
Figure 112014046172830-pat00030
The first state feedback gain to the fourth state feedback gain are determined so as to have the solution of p 21 , p 22 , p 23 , p 24 , and the state variable including the pinion angle information, the pinion angular velocity information, the steering angle information, And the state feedback current value is calculated by dividing the state feedback torque by the motor torque. The steering assist controller 210 subtracts the state feedback current value from the basic control current value and outputs the steering assist current value as the final feedback current value And generates the steering assist current. When the steering assist control is performed by supplying the electric current to the electric motor 300, the road surface information included in the road surface information frequency region, which has not been reflected in the steering control, is reflected in the steering control.

위와 같이 노면 정보 포함 주파수 영역에 포함된 노면 정보가 조향 제어에 반영되면, 도 5와 같이 토크 센서 신호 중 노면 정보 포함 주파수 영역에서의 전력 스펙트럼 밀도가 종래에 비해 향상, 즉 전동식 파워 스티어링 시스템의 노면 정보 전달 기능이 종래에 비해 개선되는 것을 알 수 있다.When the road surface information included in the road surface information-containing frequency region is reflected in the steering control, as shown in FIG. 5, the power spectrum density in the road surface information-containing frequency region of the torque sensor signal is improved as compared with the conventional one, It can be seen that the information transfer function is improved as compared with the related art.

이하에서는 전동식 파워 스티어링 시스템의 전자 제어 장치(200)에서 조향 보조 전류를 제어하는 과정에 대하여 설명하도록 한다.Hereinafter, a process of controlling the steering assist current in the electronic control unit 200 of the electric power steering system will be described.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전자 제어 장치에서 조향 보조 전류를 제어하는 과정을 나타낸 순서도이다.6 is a flowchart illustrating a process of controlling a steering assist current in an electronic control apparatus according to an embodiment of the present invention.

본 발명에서 전자 제어 장치(200)는 상태 궤환 제어를 통해 전동식 파워 스티어링 시스템이 노면 정보 포함 주파수 영역의 주파수 응답 특성을 나타내도록 하기 위해, 피니언각 정보, 피니언각 정보를 미분한 피니언각속도 정보, 조향각 정보 및 조향각 정보를 미분한 조향각속도 정보를 포함한 상태 변수를 결정한다(S610). 여기서, 피니언각 정보는 토크 센서(110)로부터 수신하고, 조향각 정보는 조향각 센서(120)로부터 수신하는 것은 물론이다.In order to allow the electric power steering system to display the frequency response characteristics of the road surface information-containing frequency domain through the state feedback control, the electronic control unit 200 in the present invention controls the steering angle information, the pinion angular velocity information obtained by differentiating the pinion angle information, The state variable including the steering angle velocity information differentiated from the information and the steering angle information is determined (S610). It goes without saying that the pinion angle information is received from the torque sensor 110 and the steering angle information is received from the steering angle sensor 120. [

전자 제어 장치(200)는 상태 변수 및 도 2의 2A와 같이 표현되는 시스템 모델 및 도 2의 2B와 같이 표현되는 등가 시스템의 파라미터들을 이용하여 제 1 상태 궤환 이득 내지 제 N 상태 궤환 이득을 결정하고, 제 1 상태 궤환 이득 내지 제 N 상태 궤환 이득을 이용하여 상태 궤환 토크를 연산한다(S620, S630). 여기서, 제 N 상태 궤환 이득은 제 4 상태 궤환 이득일 수 있고, 전자 제어 장치(200)는 수학식 17과 같이 노면 정보 포함 주파수 영역의 주파수 응답 특성을 나타내도록 하는 해(p21, p22, p23, p24)를 갖는 특성 방정식을 전개한 후에 수학식 18과 같은 아커만 공식을 이용하여 제 1 상태 궤환 이득 내지 제 4 상태 궤환 이득을 결정할 수 있다.The electronic control apparatus 200 determines the first state feedback gain to the Nth state feedback gain using the state variable and the system model expressed as 2A in Fig. 2 and the equivalent system parameters expressed as 2B in Fig. 2 , State feedback torque is calculated using the first state feedback gain to the N-th state feedback gain (S620, S630). Here, the N state feedback gain of the fourth may be the state feedback gain, the electronic control device 200 to which to represent the frequency response characteristics of the included frequency domain road surface information as shown in Equation 17 (p 21, p 22, p 23 , p 24 ), the first state feedback gain to the fourth state feedback gain can be determined using the Ackerman's formula as shown in Equation (18).

이후, 전자 제어 장치(200)는 상태 궤환 토크를 전동 모터(300)의 모터 토크 상수로 나눠서 상태 궤환 전류값을 연산한다(S640).Subsequently, the electronic control unit 200 divides the state feedback torque by the motor torque constant of the electric motor 300 to calculate a state feedback current value (S640).

전자 제어 장치(200)는 차량의 차속 및 조향 토크에 따른 기본 제어 전류값을 조향 보조 전류 맵을 통해 결정하고, 기본 제어 전류값에서 상태 궤환 전류값을 차감하여 조향 보조 전류값을 연산한다(S650).The electronic control device 200 determines the basic control current value according to the vehicle speed and the steering torque of the vehicle through the steering assist current map, and subtracts the state feedback current value from the basic control current value to calculate the steering assist current value (S650 ).

조향 보조 전류값을 연산한 전자 제어 장치(200)는 조향 보조 전류값에 상응하는 조향 보조 전류를 생성하여 전동모터(300)에 공급한다(S660).The electronic control unit 200, which has calculated the steering assist current value, generates a steering assist current corresponding to the steering assist current value and supplies it to the electric motor 300 (S660).

이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합되거나 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 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. 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.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be the most practical and preferred embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments. That is, within the scope of the present invention, all of the components may be selectively coupled to one or more of them. The foregoing description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents should be construed as falling within the scope of the present invention.

Claims (10)

피니언각 정보, 상기 피니언각 정보를 미분한 피니언각속도 정보, 조향각 정보 및 상기 조향각 정보를 미분한 조향각속도 정보를 포함한 상태 변수를 결정하고, 전동식 파워 스티어링 시스템의 주파수 응답 대역폭이 노면 정보 포함 주파수 영역이 되도록 하는 제 1 상태 궤환 이득 내지 제 N 상태 궤환 이득을 결정하며, 상기 상태 변수 및 상기 제 1 상태 궤환 이득 내지 제 N 상태 궤환 이득을 이용하여 상태 궤환 토크 및 상태 궤환 전류값을 연산하는 상태 궤환부; 및
기본 제어 전류값에서 상기 상태 궤환 전류값을 차감하여 조향 보조 전류값을 연산하며, 상기 조향 보조 전류값에 상응하는 조향 보조 전류를 생성하여 상기 전동식 파워 스티어링 시스템의 전동 모터에 공급하는 조향 보조 제어부
를 포함하는 조향 보조 전류를 제어하는 전자 제어 장치.
Determining a state variable including pinion angle information, pinion angular velocity information obtained by differentiating the pinion angle information, steering angle information, and steering angle speed information obtained by differentiating the steering angle information, and determining whether the frequency response bandwidth of the electric power steering system is in a road surface information- State feedback gain to the N-th state feedback gain to determine a state feedback torque and a state feedback current value using the state variable and the first state feedback gain to the N-th state feedback gain, ; And
A steering assist controller for calculating a steering assist current value by subtracting the state feedback current value from a basic control current value and generating a steering assist current corresponding to the steering assist current value and supplying the steering assist current to an electric motor of the electric power steering system,
Wherein the steering assist current is controlled based on the steering assist current.
제 1 항에 있어서,
상기 노면 정보 포함 주파수 영역은 20Hz 내지 30Hz인 것을 특징으로 하는 조향 보조 전류를 제어하는 전자 제어 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the road surface information-containing frequency region is 20 Hz to 30 Hz.
제 1 항에 있어서,
상기 제 N 상태 궤환 이득은 제 4 상태 궤환 이득인 것을 특징으로 하는 조향 보조 전류를 제어하는 전자 제어 장치.
The method according to claim 1,
And the N-th state feedback gain is a fourth state feedback gain.
제 1 항에 있어서,
상기 상태 궤환부는 상기 상태 궤환 토크를 상기 전동 모터의 모터 토크 상수로 나눠서 상기 상태 궤환 전류값을 연산하는 것을 특징으로 하는 조향 보조 전류를 제어하는 전자 제어 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the state feedback unit divides the state feedback torque by a motor torque constant of the electric motor to calculate the state feedback current value.
토크 센서, 조향각 센서, 차속 센서 및 모터 위치 센서를 포함하여 차량의 주행 및 조향과 관련된 차량 상태 정보를 감지하는 조향 관련 센서;
상기 토크 센서로부터 피니언각 정보를 수신하고, 상기 조향각 센서로부터 조향각 정보를 수신하며, 상기 피니언각 정보, 상기 피니언각 정보를 미분한 피니언각속도 정보, 상기 조향각 정보 및 상기 조향각 정보를 미분한 조향각속도 정보를 포함한 상태 변수를 결정하고, 상기 상태 변수를 이용하여 제 1 상태 궤환 이득 내지 제 N 상태 궤환 이득을 결정하며, 상기 상태 변수 및 상기 제 1 상태 궤환 이득 내지 제 N 상태 궤환 이득을 이용하여 상태 궤환 토크 및 상태 궤환 전류값을 연산하고, 기본 제어 전류값에서 상기 상태 궤환 전류값을 차감하여 조향 보조 전류값을 연산하며, 상기 조향 보조 전류값에 상응하는 조향 보조 전류를 생성하는 전자 제어 장치; 및
상기 전자 제어 장치로부터 조향 보조 전류를 공급받아서 운전자의 조향력을 보조하는 보조 조향력을 발생하는 전동 모터
를 포함하는 전동식 파워 스티어링 시스템.
A steering-related sensor that detects vehicle state information related to the running and steering of the vehicle, including a torque sensor, a steering angle sensor, a vehicle speed sensor, and a motor position sensor;
A steering angle sensor for receiving steering angle information from the steering angle sensor, receiving pinion angle information from the steering angle sensor, pinion angular velocity information obtained by differentiating the pinion angle information, differential steering angle information, And determines a first state feedback gain to an Nth state feedback gain using the state variable, and calculates a state feedback gain using the state variable and the first state feedback gain to the Nth state feedback gain, An electronic control device for calculating a torque and a state feedback current value, calculating a steering assist current value by subtracting the state feedback current value from a basic control current value, and generating a steering assist current corresponding to the steering assist current value; And
An electric motor for generating an auxiliary steering force for assisting steering force of a driver by receiving a steering assist current from the electronic control unit;
And an electric power steering system.
제 5 항에 있어서,
상기 전자 제어 장치는 상기 상태 궤환 토크를 상기 전동 모터의 모터 토크 상수로 나눠서 상기 상태 궤환 전류값을 연산하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템.
6. The method of claim 5,
Wherein the electronic control unit calculates the state feedback current value by dividing the state feedback torque by a motor torque constant of the electric motor.
제 5 항에 있어서,
상기 제 N 상태 궤환 이득은 제 4 상태 궤환 이득인 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템.
6. The method of claim 5,
And the N-th state feedback gain is a fourth state feedback gain.
제 7 항에 있어서,
상기 제 1 상태 궤환 이득 내지 제 4 상태 궤환 이득은 상기 전동식 파워 스티어링 시스템의 주파수 응답 특성이 20Hz 내지 30Hz가 되도록 하는 상태 궤환 이득인 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템.
8. The method of claim 7,
Wherein the first state feedback gain to the fourth state feedback gain is a state feedback gain such that the frequency response characteristic of the electric power steering system is 20 Hz to 30 Hz.
전동식 파워 스티어링 시스템의 전자 제어 장치에서 조향 보조 전류를 제어하는 방법에 있어서,
피니언각 정보, 상기 피니언각 정보를 미분한 피니언각속도 정보, 조향각 정보 및 상기 조향각 정보를 미분한 조향각속도 정보를 포함한 상태 변수를 결정하는 상태 변수 결정 단계;
상기 상태 변수를 이용하여 제 1 상태 궤환 이득 내지 제 N 상태 궤환 이득을 결정하고, 상기 제 1 상태 궤환 이득 내지 제 N 상태 궤환 이득을 이용하여 상태 궤환 토크를 연산하는 상태 궤환 토크 연산 단계;
상기 상태 궤환 토크를 상기 전동식 파워 스티어링 시스템의 전동 모터의 모터 토크 상수로 나눠서 상태 궤환 전류값을 연산하는 상태 궤환 전류값 연산 단계;
기본 제어 전류값에서 상기 상태 궤환 전류값을 차감하여 조향 보조 전류값을 연산하는 조향 보조 전류값 연산 단계; 및
상기 조향 보조 전류값에 상응하는 조향 보조 전류를 생성하여 상기 전동 모터에 공급하는 조향 보조 전류 공급 단계
를 포함하는 조향 보조 전류 제어 방법.
A method of controlling a steering assist current in an electronic control unit of an electric power steering system,
A state variable determining step of determining a state variable including pinion angle information, pinion angular velocity information obtained by differentiating the pinion angle information, steering angle information, and steering angle speed information obtained by differentiating the steering angle information;
A state feedback torque calculating step of determining a first state feedback gain to an Nth state feedback gain using the state variable and calculating a state feedback torque using the first state feedback gain to an Nth state feedback gain;
Calculating a state feedback current value by dividing the state feedback torque by a motor torque constant of the electric motor of the electric power steering system;
A steering assist current value calculation step of calculating a steering assist current value by subtracting the state feedback current value from a basic control current value; And
Generating a steering assist current corresponding to the steering assist current value and supplying the steering assist current to the electric motor;
/ RTI >
제 9 항에 있어서,
상기 제 N 상태 궤환 이득은 제 4 상태 궤환 이득인 것을 특징으로 하는 조향 보조 전류 제어 방법.
10. The method of claim 9,
And the N-th state feedback gain is a fourth state feedback gain.
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