KR102054138B1 - 전동식 동력 조향장치의 조향복원 제어장치 및 그 방법 - Google Patents

전동식 동력 조향장치의 조향복원 제어장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전동식 동력 조향장치의 조향복원 제어장치 및 방법이 개시된다. 본 발명의 전동식 동력 조향장치의 조향복원 제어장치는, 차속센서와 조향각센서로부터 차속과 조향각을 입력받아 상기 차속과 상기 조향각에 따른 테이블을 기반으로 능동복원명령을 생성하는 능동복원명령 생성부; 컬럼속도산출부로부터 컬럼속도를 피드백받아 상기 능동복원명령 생성부로부터 생성된 능동복원명령을 보정하는 피드백 제어부; 상기 차속센서로부터 입력된 상기 차속에 따라 복원토크를 적용하기 위한 차속게인을 산출하는 차속게인 산출부; 상기 컬럼토크센서로부터 입력된 컬럼토크에 따라 상기 복원토크를 적용하기 위한 컬럼토크게인을 산출하는 컬럼토크게인 산출부; 및 상기 피드백 제어부를 통해 보정된 능동복원명령을 기반으로 상기 컬럼토크게인과 상기 차속게인을 반영하여 상기 복원토크를 생성하는 능동복원 제어기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

전동식 동력 조향장치의 조향복원 제어장치 및 그 방법{STEERING RETURN CONTROL APPARATUS OF MOTOR DRIVEN POWER STEERING AND METHOD THEREOF}
본 발명은 전동식 동력 조향장치의 조향복원 제어장치 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전동식 동력 조향장치에서 조향 복원시 실제 회전하는 컬럼속도를 피드백받아 복원함으로써 복원성능 및 수방안정성을 향상시킬 수 있도록 한 전동식 동력 조향장치의 조향복원 제어장치 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로 전동식 동력 조향장치(Motor Driven Power Steering; MDPS)는 전기모터를 이용해 운전자가 조향하는 방향으로 보조토크를 제공하여 핸들링이 가벼워지게 하는 것이다.
이러한 전동식 동력 조향장치는 기존의 유압식 동력 조향장치(Hydraulic Power Steering; HPS)와 달리 차량의 주행 조건에 따라 자동으로 전기모터의 동작을 제어하여 조타성능과 조타감을 향상시킬 수 있다.
이때, 전동식 동력 조향장치는 조향휠에 입력되는 운전자의 조향토크를 측정하는 토크센서, 조향휠의 조향각을 측정하는 조향각센서 및 차속을 측정하는 차속센서 등을 구비하여 차량의 주행 조건을 판단한다.
한편, 운전자가 차량 선회시에 조향 입력을 가한 후, 선회가 어느 정도 이루어졌다고 판단되면 운전자는 조향휠에서 서서히 손을 놓지만 조향휠은 복원작용에 의해 중앙으로 돌아오게 된다.
이러한 조향휠의 복원작용은 타이어의 자기정렬토크(Self Alignment Torque)에 의해 발생되는데, 통상 차량의 차속이 5km/h~30km/h로 선회하고 있을 때 유용한 기능이다.
하지만 조향휠에 부여되는 자기정렬토크(Self Alignment Torque)는 조향 시스템이 갖는 마찰력 작용으로 조향 잔류각이 잔존함에 따라 조향휠을 중앙으로 복귀시키는데 충분하지 않게 된다.
이로 인해 조향휠을 중앙으로 완전히 복귀시키기 위해서는 복원작용을 도와주는 기능을 별도로 부여할 수밖에 없다.
따라서, 전동식 동력 조향장치는 조향각을 기반으로 산출되는 복원토크를 인가하여 조향휠의 복원작용을 도와 복원성능을 향상시키고 있다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 특허공개공보 제2010-0114995호(2010. 10. 27. 공개, 발명의 명칭 : 전동 조향 장치의 조향 복원 방법)에 개시되어 있다.
이러한 전동식 동력 조향장치에서 조향휠에 복원력을 제공하기 위한 로직은 통상 운전자가 구성한 차속과 조향각 기반의 2차원 토크테이블에 맞추어 복원토크를 산출하고 있다.
그러나, 전동식 동력 조향장치의 작동상태 및 주변환경에 따라 빙판길과 같이 노면의 마찰이 적은 곳에서는 단순하게 토크테이블을 통해 산출된 복원토크로만 구동할 경우 조향휠이 민첩하게 복귀하지 못하거나 센터부분에서 오버슛이 발생할 수 있어 안정성이 감소되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위해 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 전동식 동력 조향장치에서 조향 복원시 실제 회전하는 컬럼속도를 피드백받아 복원함으로써 복원성능 및 수방안정성을 향상시킬 수 있도록 한 전동식 동력 조향장치의 조향복원 제어장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 전동식 동력 조향장치의 조향복원 제어장치는, 차속센서와 조향각센서로부터 차속과 조향각을 입력받아 차속과 조향각에 따른 테이블을 기반으로 능동복원명령을 생성하는 능동복원명령 생성부; 컬럼속도산출부로부터 컬럼속도를 피드백받아 능동복원명령 생성부로부터 생성된 능동복원명령을 보정하는 피드백 제어부; 차속센서로부터 입력된 차속에 따라 복원토크를 적용하기 위한 차속게인을 산출하는 차속게인 산출부; 컬럼토크센서로부터 입력된 컬럼토크에 따라 복원토크를 적용하기 위한 컬럼토크게인을 산출하는 컬럼토크게인 산출부; 및 피드백 제어부를 통해 보정된 능동복원명령을 기반으로 컬럼토크게인과 차속게인을 반영하여 복원토크를 생성하는 능동복원 제어기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 능동복원 제어기는 피드백 제어부에서 보정된 능동복원명령을 기반으로 PID제어를 수행한 후 컬럼토크게인과 차속게인을 곱하여 복원토크를 생성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 능동복원 제어기는 피드백 제어부에서 보정된 능동복원명령에 대한 비례제어값의 급격한 변화를 제한하기 위해 비례제어값을 필터링하는 제 1필터를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 능동복원 제어기는 피드백 제어부에서 보정된 능동복원명령에 대한 미분제어값의 급격한 변화를 제한하기 위해 보정된 능동복원명령을 필터링하는 제 2필터를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 전동식 동력 조향장치의 조향복원 제어방법은, 능동복원명령 생성부가 차속센서와 조향각센서로부터 차속과 조향각을 입력받아 차속과 조향각에 따른 테이블을 기반으로 능동복원명령을 생성하는 단계; 피드백 제어부가 컬럼속도산출부로부터 컬럼속도를 피드백받아 능동복원명령 생성부로부터 생성된 능동복원명령을 보정하는 단계; 및 능동복원 제어기가 피드백 제어부를 통해 보정된 능동복원명령을 기반으로 컬럼토크게인과 차속게인을 반영하여 복원토크를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 복원토크를 생성하는 단계는 피드백 제어부에서 보정된 능동복원명령을 기반으로 PID제어를 수행한 후 컬럼토크게인과 차속게인을 곱하여 복원토크를 생성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 전동식 동력 조향장치의 조향복원 제어장치 및 그 방법은 전동식 동력 조향장치에서 조향 복원시 실제 회전하는 컬럼속도를 피드백받아 복원함으로써 복원성능 및 수방안정성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 조향휠의 센터복원성이 좋아짐에 따라 차량이 빠르게 중심을 잡고 직진함으로써 안정성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 조향휠의 복원시 부드러운 조향감을 생성함으로써 조향휠의 복원도중 운전자가 조타를 수행하더라도 운전자가 느끼는 핸들의 이질감을 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 동력 조향장치의 조향복원 제어장치를 나타낸 블록구성도이다.
도 2와 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 동력 조향장치의 조향복원 제어장치에서 산출된 복원토크를 시간에 따라 나타낸 비교 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 동력 조향장치의 조향복원 제어방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 동력 조향장치의 조향복원 제어장치 및 그 방법을 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 동력 조향장치의 조향복원 제어장치를 나타낸 블록구성도이고, 도 2와 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 동력 조향장치의 조향복원 제어장치에서 산출된 복원토크를 시간에 따라 나타낸 비교 그래프이다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 동력 조향장치의 조향복원 제어장치는 차속센서(10), 조향각센서(20), 컬럼속도산출부(30), 컬럼토크센서(40), 차속게인 산출부(80), 컬럼토크게인 산출부(90), 능동복원명령 생성부(50), 피드백 제어부(60) 및 능동복원 제어기(70)를 포함한다.
차속센서(10)는 차량(미도시)의 차속을 검출한다.
조향각센서(20)는 운전자가 조향휠(미도시)을 조향한 조향방향과 조향각을 검출한다.
컬럼속도산출부(30)는 복원시 조향 컬럼이 실제 회전하는 컬럼속도를 조향각센서(20)로부터 입력된 조향각을 기반으로 산출한다.
컬럼토크센서(40)는 운전자가 조향휠을 조타한 조타력을 파악하기 위해 조향휠의 컬럼토크를 검출한다.
차속게인 산출부(80)는 차속센서(10)로부터 입력된 차속에 따라 복원토크를 적용하기 위한 차속게인을 산출한다.
즉, 차량의 차속이 느릴 경우에는 복원토크가 최대로 적용될 수 있도록 차속게인을 최대로 산출하고, 차속이 빠를 경우에는 복원토크가 적게 적용될 수 있도록 차속게인을 최소로 산출한다.
컬럼토크게인 산출부(90)는 컬럼토크센서(40)로부터 입력된 컬럼토크에 따라 복원토크를 적용하기 위한 컬럼토크게인을 산출한다.
즉, 운전자가 조향휠을 조타할 경우 조타력에 따라 수방상태나 조타력이 적을 경우에는 복원토크가 최대로 적용될 수 있도록 컬럼토크게인을 최대로 산출하고, 운전자의 조타력이 클 경우에는 복원토크가 적게 적용될 수 있도록 컬럼토크게인을 최소로 산출한다.
능동복원명령 생성부(50)는 차속센서(10)와 조향각센서(20)로부터 차속과 조향각을 입력받아 차속과 조향각에 따른 2차원 토크테이블에 맞추어 능동복원명령을 생성한다.
이때, 능동복원명령은 차속과 조향각에 따른 컬럼속도이다.
피드백 제어부(60)는 컬럼속도산출부(30)로부터 컬럼속도를 피드백받아 능동복원명령 생성부(50)로부터 생성된 능동복원명령을 보정한다.
즉, 피드백 제어부(60)는 능동복원명령 생성부(50)에서 능동복원명령으로 출력되는 컬럼속도와 컬럼속도산출부(30)로부터 입력되는 실제 컬럼속도를 비교하여 차이값을 보상하기 위해 능동복원명령을 보정한다.
이와 같이 실제 회전하는 칼럼속도를 피드백받아 보정함으로써 노면 상태나 구배 등 외부 환경조건에 따라 능동적으로 대처함으로써 좌우 잔류각 편차 및 센터 수렴성을 향상시킬 수 있다.
능동복원 제어기(70)는 피드백 제어부(60)를 통해 보정된 능동복원명령을 기반으로 컬럼토크게인과 차속게인을 반영하여 복원토크를 생성한다.
즉, 능동복원 제어기(70)는 피드백 제어부(60)에서 보정된 능동복원명령을 기반으로 PID제어를 수행한 후 컬럼토크게인과 차속게인을 곱하여 복원토크를 생성한다.
이와 같이 보정된 능동복원명령을 기반으로 PID제어를 수행하여 복원토크를 생성한 후 이를 적용하기 위한 최종적인 복원토크를 출력하기 위해 차속과 컬럼토크에 따라 적용량을 결정한다.
또한, 능동복원 제어기(70)는 피드백 제어부(60)에서 보정된 능동복원명령에 대한 비례제어값의 급격한 변화를 제한하기 위해 비례제어값을 필터링하는 제 1필터(72)와, 피드백 제어부(60)에서 보정된 능동복원명령에 대한 미분제어값의 급격한 변화를 제한하기 위해 보정된 능동복원명령을 필터링하는 제 2필터(74)를 포함하여 전동식 동력 조향장치가 작동되는데 부적합한 큰 값의 보정토크가 산출되지 않도록 한다.
이와 같이 전동식 동력 조향장치에서 조향 복원시 실제 회전하는 컬럼속도를 피드백받아 복원할 경우 차속이 20Kph인 저속구간에서 수렴성이 향상됨을 볼 수 있다.
즉, 도 2는 시계방향으로의 능동복원시 수렴성을 나타낸 그래프이고, 도 3은 반시계방향으로의 능동복원시 수렴성을 나타낸 그래프로써 시계방향과 반시계방향에서 동등한 수준으로 수렴하고 있음을 볼 수 있으며, 잔류각도 6ㅀ에서 4ㅀ로 개선됨을 볼 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 전동식 동력 조향장치의 조향복원 제어장치에 따르면, 전동식 동력 조향장치에서 조향 복원시 실제 회전하는 컬럼속도를 피드백받아 복원함으로써 복원성능 및 수방안정성을 향상시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 동력 조향장치의 조향복원 제어방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4에 도시된 바와 같이 전동식 동력 조향장치의 조향복원 제어방법에서는, 먼저 능동복원명령 생성부(50)가 차속센서(10)와 조향각센서(20)로부터 차속과 조향각을 입력받아 차속과 조향각에 따른 2차원 토크테이블에 맞추어 능동복원명령을 생성한다(S10).
이때, 능동복원명령은 차속과 조향각에 따른 컬럼속도이다.
이후 피드백 제어부(60)가 컬럼속도산출부(30)로부터 컬럼속도를 입력받아(S20), 입력받은 컬럼속도와 능동복원명령 생성부(50)로부터 생성된 능동복원명령과의 차이값에 대해 능동복원명령을 보정한다(S30).
즉, 피드백 제어부(60)는 능동복원명령 생성부(50)에서 능동복원명령으로 출력되는 컬럼속도와 컬럼속도산출부(30)로부터 피드백된 실제 컬럼속도를 비교하여 차이값을 보상하기 위해 능동복원명령을 보정한다.
이와 같이 실제 회전하는 칼럼속도를 피드백받아 보정함으로써 노면 상태나 구배 등 외부 환경조건에 따라 능동적으로 대처함으로써 좌우 잔류각 편차 및 센터 수렴성을 향상시킬 수 있다.
이렇게 피드백 제어부(60)를 통해 능동복원명령을 보정하면, 능동복원 제어기(70)는 피드백 제어부(60)에서 보정된 능동복원명령을 기반으로 컬럼토크게인과 차속게인을 적용하여 최종 복원토크를 생성한다.
즉, 능동복원 제어기(70)는 피드백 제어부(60)에서 보정된 능동복원명령을 기반으로 PID제어를 수행하여 복원토크를 생성한다(S40), 그런다음 생성된 복원토크에 컬럼토크게인과 차속게인을 곱하여 복원토크의 적용량을 적용하여 최종 복원토크를 산출하고(S50), 이를 출력한다(S60).
이때, 컬럼토크게인은 운전자가 조향휠을 조타할 경우 조타력에 따라 수방상태나 조타력이 적을 경우로써 복원토크가 최대로 적용될 수 있도록 최대가 되고, 운전자의 조타력이 클 경우에는 복원토크가 적게 적용될 수 있도록 최소가 된다.
또한, 차속게인은 차량의 차속이 느릴 경우에는 복원토크가 최대로 적용될 수 있도록 최대가 되고, 차속이 빠를 경우에는 복원토크가 적게 적용될 수 있도록 최소가 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 전동식 동력 조향장치의 조향복원 제어방법에 따르면, 전동식 동력 조향장치에서 조향 복원시 실제 회전하는 컬럼속도를 피드백받아 복원함으로써 복원성능 및 수방안정성을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
10 : 차속센서 20 : 조향각센서
30 : 컬럼속도산출부 40 : 컬럼토크센서
50 : 능동복원명령 생성부 60 : 피드백 제어부
70 : 능동복원 제어기 72 : 제 1필터
74 : 제 2필터 80 : 차속게인 산출부
90 : 컬럼토크게인 산출부

Claims (6)

  1. 차속센서와 조향각센서로부터 차속과 조향각을 입력받아 상기 차속과 상기 조향각에 따른 테이블을 기반으로 능동복원명령을 생성하는 능동복원명령 생성부;
    컬럼속도산출부로부터 컬럼속도를 피드백받아 상기 능동복원명령 생성부로부터 생성된 능동복원명령을 보정하는 피드백 제어부;
    상기 차속센서로부터 입력된 상기 차속에 따라 복원토크를 적용하기 위한 차속게인을 산출하는 차속게인 산출부;
    컬럼토크센서로부터 입력된 컬럼토크에 따라 상기 복원토크를 적용하기 위한 컬럼토크게인을 산출하는 컬럼토크게인 산출부; 및
    상기 피드백 제어부를 통해 보정된 능동복원명령을 기반으로 상기 컬럼토크게인과 상기 차속게인을 반영하여 상기 복원토크를 생성하는 능동복원 제어기;를 포함하되,
    상기 능동복원 제어기는 상기 피드백 제어부에서 상기 보정된 능동복원명령을 기반으로 PID제어를 수행한 후 상기 컬럼토크게인과 상기 차속게인을 곱하여 상기 복원토크를 생성하고,
    상기 능동복원 제어기는, 상기 피드백 제어부에서 상기 보정된 능동복원명령에 대한 비례제어값의 급격한 변화를 제한하기 위해 상기 비례제어값을 필터링하는 제 1필터; 및
    상기 피드백 제어부에서 상기 보정된 능동복원명령에 대한 미분제어값의 급격한 변화를 제한하기 위해 상기 보정된 능동복원명령을 필터링하는 제 2필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 동력 조향장치의 조향복원 제어장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 능동복원명령 생성부가 차속센서와 조향각센서로부터 상기 차속과 상기 조향각을 입력받아 차속과 조향각에 따른 테이블을 기반으로 능동복원명령을 생성하는 단계;
    피드백 제어부가 컬럼속도산출부로부터 컬럼속도를 피드백받아 상기 능동복원명령 생성부로부터 생성된 능동복원명령을 보정하는 단계; 및
    능동복원 제어기가 상기 피드백 제어부를 통해 보정된 능동복원명령을 기반으로 컬럼토크게인과 차속게인을 반영하여 복원토크를 생성하는 단계를 포함하되,
    상기 복원토크를 생성하는 단계는, 능동복원 제어기가 상기 피드백 제어부에서 상기 보정된 능동복원명령에 대한 비례제어값과 미분제어값의 급격한 변화를 제한하기 위해 필터링하고 PID제어를 수행한 후 상기 컬럼토크게인과 상기 차속게인을 곱하여 상기 복원토크를 생성하는 것을 특징으로 하는 전동식 동력 조향장치의 조향복원 제어방법.
  6. 삭제
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