KR101896694B1 - 펄스 토크를 이용하여 정지 마찰 구간을 개선한 차량의 전동식 조향 장치 및 그 조향각 제어 방법 - Google Patents

Abstract

조향각 추종시에 토크 값이 인가되지 않아 조향각의 변화가 없게 되는 정지구간에서 펄스 토크 값을 인가하여 운전자에게 이질감을 주지 않으면서 반응성을 향상시킬 수 있다. 본 발명에 따르면, 조향 토크의 입력에 따라 PI 제어기에 의한 조향각 제어를 수행하는 단계와, 조향각 오차가 기준 오차값 이상인지와 조향각속도가 기준각속도 이하인지 판단하는 단계와, 상기 판단하는 단계의 판단 결과, 상기 조향각 오차가 상기 기준 오차값 이상이고, 상기 조향각속도가 상기 기준각속도 이하일 경우, 펄스 토크를 입력하는 단계를 포함하는 차량의 전동식 조향 장치의 조향각 제어 방법이 제공된다.

Description

펄스 토크를 이용하여 정지 마찰 구간을 개선한 차량의 전동식 조향 장치 및 그 조향각 제어 방법{Motor driven power steering apparatus with improved static friction zone using pulse torque and steering angle control method thereof}

본 발명은 차량의 전동식 조향 장치에 관한 것으로서, 더 구체적으로는 목표 조향각 추종 제어시에 펄스 토크를 이용하여 정지 마찰 구간을 개선한 차량의 전동식 조향 장치와 그 제어 방법에 관한 것이다.

차량의 전동식 조향 장치에 관한 종래기술로서 한국 공개특허출원 제2011-67197호가 있다.

한국 공개특허출원 제2011-67197호는 차선유지 방법 및 시스템에 관한 것으로서, 입력된 조향토크 신호를 펄스변조 신호 형태로 변환하고, 펼스변조 신호 형태로 변환된 조향토크 신호를 조향 시스템으로 출력하여 조향토크 제어가 이루어지게 하는 것을 특징으로 한다.

이에 따라 한국 공개특허출원 제2011-67197호에서는, 카메라를 통한 영상에 기반하여 차선이탈을 감지하는 차선이탈 감지부; 상기 감지된 차선이탈을 방지하는 방향으로의 조향토크를 계산하고, 상기 계산된 조향토크에 대한 조향토크 신호를 생성하는 조향토크 신호 생성부; 펄스변조 방식을 통해 상기 생성된 조향토크 신호를 펄스변조 신호 형태로 변환하는 조향토크 신호 변환부; 및 상기 펼스변조 신호 형태로 변환된 조향토크 신호를 조향 시스템으로 인가하는 조향토크 신호 인가부를 포함하는 차선유지 시스템을 개시하고 있다.

이와 같은 종래기술의 차선유지 시스템에서는 전 구간에서 펄스변조 신호 형태로 변환된 조향토크 입력값을 이용하므로 펄스변조 신호가 불필요한 구간에서도 적용되어 차량 샤시캔의 부하를 초래할 수 있다.

또한, 펄스변조 크기가 4Nm의 고토크이므로 운전자에게 이질감을 초래할 수 있는 단점이 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 기술적 배경에서 안출된 것으로서, 정지 마찰 구간에서 운전자에게 이질감을 주지 않는 차량의 전동식 조향 장치와 그 조향각 제어 방법을 제공하는 것을 그 과제로 한다.

본 발명의 다른 과제는 MDPS(Motor Driving Power Steering)의 정지 마찰 구간에서 반응성을 향상시킬 수 있는 장치와 방법을 제공하는 것이다.

이와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명에서는 조향각 추종시에 토크 값이 인가되지 않아 조향각의 변화가 없게 되는 정지구간에서 펄스 토크 값을 인가하여 운전자에게 이질감을 주지 않으면서 반응성을 향상시킬 수 있다.

즉, 본 발명의 일면에 따른 차량의 전동식 조향 장치의 조향각 제어 방법은, 조향 토크의 입력에 따라 PI 제어기에 의한 조향각 제어를 수행하는 단계와, 조향각 오차가 기준 오차값 이상인지와 조향각속도가 기준각속도 이하인지 판단하는 단계와, 상기 판단하는 단계의 판단 결과, 상기 조향각 오차가 상기 기준 오차값 이상이고, 상기 조향각속도가 상기 기준각속도 이하일 경우, 펄스 토크를 입력하는 단계를 포함한다.

여기에서, 제1항에 있어서, 상기 펄스 토크를 입력하는 단계 이후에, 상기 조향각속도가 상기 기준각속도 이상인지 판단하는 단계와, 상기 조향각속도가 상기 기준각속도 이상인 경우 조향각을 전달하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 상기 판단하는 단계의 판단 결과, 상기 조향각 오차가 상기 기준 오차값 미만이거나, 상기 조향각속도가 상기 기준각속도 초과일 경우, 조향각을 전달하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 면에 따른 차량의 전동식 조향 장치는, 조향각을 입력받아 조향각에 대한 PI 제어를 수행하는 PI 제어기와, 정지구간 여부를 판단하는 정지구간 판단부와, 상기 정지구간 판단부에 의해 상기 정지구간으로 판단될 경우 펄스토크를 생성하는 펄스토크 생성부를 포함하는 조향토크 신호 생성부를 포함한다.

여기에서, 상기 정지구간 판단부는 조향각 오차가 기준 오차값 이상이고 조향각속도가 기준각속도 이하일 경우 상기 정지구간으로 판단할 수 있다.

본 발명의 또 다른 면에 따른 차량의 전동식 조향 장치의 조향토크 신호 생성부는, 조향각을 입력받아 조향각에 대한 PI 제어를 수행하는 PI 제어기와, 정지구간 여부를 판단하는 정지구간 판단부와, 상기 정지구간 판단부에 의해 상기 정지구간으로 판단될 경우 펄스토크를 생성하는 펄스토크 생성부를 포함한다.

본 발명에 따르면, 목표 조향각 추종시에 MDPS(Motor Driving Power Steering)의 정지 마찰 구간에서 반응성을 향상하고, 조향각 제어시에 운전자에게 이질감을 감소할 수 있다.

도 1은 MDPS(Motor Driving Power Steering) 토크 기반 조향각 추종 제어 시의 실차 결과를 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량의 전동식 조향 장치에서 사용되는 조향토크 신호 생성부의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3은 도 2의 조향토크 신호 생성부에서 생성되는 조향토크 신호를 설명하기 위한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 차량의 전동식 조향 장치의 조향각 제어 방법을 나타내는 흐름도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

이하에서, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따른 차량의 전동식 조향 장치에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 MDPS(Motor Driving Power Steering) 토크 기반 조향각 추종 제어 시의 실차 결과를 나타낸 그래프이다. 도 1에서 가는 선으로 표시된 것은 목표 조향각이며, 굵은 선으로 표시된 것은 실제 조향각을 나타낸다.

도 1에 나타난 바와 같이, 실제 조향각에서 점선의 동그라미로 표시한 것과 같은 정지 구간이 존재하는 것을 확인할 수 있다. 즉, 이 구간의 토크 값을 살펴보면 0 근처를 지나가게 되어 토크값이 인가되지 않아 조향각의 변화가 없게 된다. 이러한 정지 마찰 구간이 존재하는 이유로는 미세각(10도 이내) 제어를 하기 때문에 저토크 구간에서 MDPS의 성능 한계로 볼 수 있다. 이로 인해 조향각 추종 제어시 스티어링의 움직임이 부드럽지 못하고 끊기는 현상이 발생한다.

이러한 현상을 해결하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 차량의 전동식 조향 장치에서는 목표 조향각과 차량에서 측정된 조향각의 오차, 조향각속도 조건을 이용하여 정지 구간에서 펄스값을 인가하여 연속적인 움직임이 되도록 구성한다. 또한, 운전자가 조향핸들을 잡지 않은 경우와 조향핸들을 잡았을 때 운전자에게 이질감을 최소화할 수 있는 펄스 토크 값을 구하여 적용한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량의 전동식 조향 장치에서 사용되는 조향토크 신호 생성부의 구성을 나타내는 블록도이다.

도 2에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 차량의 전동식 조향 장치에서 사용되는 조향토크 신호 생성부(20)는 조향각을 입력받아 조향각에 대한 PI 제어를 수행하는 PI 제어기(210)와 상술한 바와 같은 정지구간을 판단하는 정지구간 판단부(220) 및 정지구간에 대해 인가될 펄스토크를 생성하는 펄스토크 생성부(230)를 포함하여 구성된다.

도 3은 도 2의 조향토크 신호 생성부에서 생성되는 조향토크 신호를 설명하기 위한 그래프이다.

도 3의 (a)의 가는 선은 도 1에서와 마찬가지로 목표 조향각을 나타낸다.

조향각 추종 제어를 위한 Active flag가 1이 되어 조향각 제어가 시작되면 PI 제어기(도 2: 210)에 의하여 도 3의 (b)에 나타난 바와 같은 토크 요구값이 생성된다.

한편, 이와 같이 PI 제어기(210)를 이용한 제어시에 정지 구간이 발생하면, 즉 조향각의 오차가 기준오차값 이상이고, 조향각속도가 기준각속도값 이하이면, 도 3의 (c)에 나타난 바와 같은 펄스 토크가 펄스 토크 생성부(도 2: 230)에 의해 생성되어 PI 제어기(210)에 의해 생성된 토크 요구값과 함께 조향 시스템으로 전달된다.

정지 구간에서 조향각의 변화를 주면서 운전자에게 이질감을 최소화할 수 있는 펄스 토크 값은 실험을 통해 0.8Nm 정도의 값을 가지는 것을 확인하였다. 0.8Nm 이상이면 운전자에게 이질감을 유발하고 0.8Nm 이하의 펄스 토크값은 조향각의 변화가 미비하다. 펄스 토크 값의 펄스 폭은 MDPS 샘플타임에 맞추어 10ms의 간격으로 구성하였다.

본 발명의 실시예에 따른 조향토크 신호 생성부(20)에서는 정지 구간에서 PI 제어와 함께 펄스 토크를 생성하고, 정지 구간에서 펄스 토크 값이 인가되어 조향각속도가 기준값 이상이 되면 원래의 조향토크 값이 인가되도록 구성하여 종래 기술과는 달리 최소한의 펄스 토크 입력을 이용하게 된다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 차량의 전동식 조향 장치의 조향각 제어 방법을 나타내는 흐름도이다.

도 4에 나타난 바와 같이, 조향 토크가 입력되어 Active flag가 1이 되면(S410), PI 제어기(도 2: 210)에 의한 조향각 제어가 수행된다(S420).

다음, 정지 구간 판단부(도 2: 220)에 의하여 조향각 오차가 기준 오차값 이상인지(S430), 조향각속도가 기준각속도 이하인지(S440) 판단한다.

S430과 S440 중 하나의 조건이라도 만족하지 않을 경우 PI 제어기(210)에 의해 제어된 조향각이 조향 시스템으로 전달된다(S470).

반대로 S430과 S440의 두 조건이 모두 만족할 경우, 즉 조향각 오차가 기준 오차값 이상이고(S430), 조향각속도가 기준각속도 이하일 경우(S440), 펄스 토크 생성부(도 2:230)에 의해 생성된 펄스 토크가 입력된다.

펄스 토크의 입력(S460)에 따라 조향각속도가 기준각속도 이상이 되면 조향각이 조향 시스템으로 전달된다(S470).

이와 같이 PI 제어기에 의한 제어와 정지 구간에서의 펄스 토크 입력 방법을 이용하여 미세각 제어를 하는 LKAS(Lane Keeping Assist System)나 LG(Lane Guide)에 적용하면 시스템 반응 성능에 큰 개선효과를 줄 뿐만 아니라 운전자에게 이질감을 주는 정도를 최소화할 수 있다.

이상에서 바람직한 실시예를 기준으로 본 발명을 설명하였지만, 본 발명의 장치 및 방법은 반드시 상술된 실시예에 제한되는 것은 아니며 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서, 첨부된 특허청구의 범위는 본 발명의 요지에 속하는 한 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.

Claims (6)

1. 차량의 전동식 조향 장치의 조향각 제어 방법으로서,
   조향 토크의 입력에 따라 PI 제어기에 의한 조향각 제어를 수행하는 단계와,
   조향각 오차가 기준 오차값 이상인지와 조향각속도가 기준각속도 이하인지 판단하는 단계와,
   상기 판단하는 단계의 판단 결과, 상기 조향각 오차가 상기 기준 오차값 이상이고, 상기 조향각속도가 상기 기준각속도 이하일 경우, 해당 구간을 정지 구간으로 판단하는 단계 및
   상기 해당 구간에 펄스 토크를 인가하는 단계를 포함하는 조향각 제어 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 펄스 토크를 인가하는 단계 이후에,
   상기 조향각속도가 상기 기준각속도 이상인지 판단하는 단계와,
   상기 조향각속도가 상기 기준각속도 이상인 경우 조향각을 전달하는 단계를 더 포함하는 조향각 제어 방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 판단하는 단계의 판단 결과, 상기 조향각 오차가 상기 기준 오차값 미만이거나, 상기 조향각속도가 상기 기준각속도 초과일 경우, 조향각을 전달하는 단계를 더 포함하는 조향각 제어 방법.
4. 조향각을 입력받아 조향각에 대한 PI 제어를 수행하는 PI 제어기와,
   정지구간 여부를 판단하는 정지구간 판단부와,
   상기 정지구간 판단부에 의해 상기 정지구간으로 판단될 경우 해당 정지구간에 펄스토크를 생성하여 인가하는 펄스토크 생성부를 포함하는 조향토크 신호 생성부를 포함하는 차량의 전동식 조향 장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 정지구간 판단부는 조향각 오차가 기준 오차값 이상이고 조향각속도가 기준각속도 이하일 경우 상기 정지구간으로 판단하는 차량의 전동식 조향 장치.
6. 차량의 전동식 조향 장치에서 사용되는 조향토크 신호 생성부로서,
   조향각을 입력받아 조향각에 대한 PI 제어를 수행하는 PI 제어기와,
   정지구간 여부를 판단하는 정지구간 판단부와,
   상기 정지구간 판단부에 의해 상기 정지구간으로 판단될 경우 해당 정지구간에 펄스토크를 생성하여 인가하는 펄스토크 생성부를 포함하는 조향토크 신호 생성부.
   

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