KR102172576B1 - Ｍｄｐｓ 시스템의 프릭션 보상 제어 장치 및 방법 - Google Patents

Ｍｄｐｓ 시스템의 프릭션 보상 제어 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 MDPS(MOTOR DRIVEN POWER STEERING) 시스템의 댐핑토크를 검출하는 댐핑 제어부 및 컬럼토크와 모터속도 및 차속을 이용하여 프릭션 보상토크를 검출하고, 검출된 프릭션 보상토크를 댐핑토크의 크기에 따라 조정하는 프릭션 보상제어 모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

ＭＤＰＳ 시스템의 프릭션 보상 제어 장치 및 방법{PRICTION COMPENSTION APPARATUS AND METHOD OF MDPS SYSTEM}
본 발명은 MDPS 시스템의 프릭션 보상 제어 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 중고속 영역에서 댐핑토크량에 따라 프릭션 보상토크를 조정하여 댐핑제어 성능을 개선하는 MDPS 시스템의 프릭션 보상 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
MDPS(MOTOR DRIVEN POWER STEERING) 시스템은 차량의 저속 운행시에는 가볍고 편안한 조향 조작감이 부여되게 모터를 제어하고, 차량의 고속 운행시에는 무겁고 안정적인 조향 조작감이 부여되도록 모터를 제어하며, 비상 상황시에는 신속한 조향이 이루어질 수 있도록 모터의 구동을 제어함으로써, 운전자에게 최적의 조향 조작 환경을 제공한다.
상기한 바와 같은 MDPS 시스템에서 모터를 제어하여 동력 조향이 이루질 때에는 프릭션(마찰)에 대한 보상이 적절히 이루어져야 차량의 주행 성능이 향상된다. 차량의 프릭션은 실제적으로 MDPS 시스템 자체의 프릭션과, 조향기어박스의 프릭션, 조향계의 프릭션 및 타이어의 프릭션으로 구분될 수 있다.
MDPS 시스템의 관점에서 자체 프릭션을 보상하는 것도 중요하지만, 실제 차량의 프릭션도 보상되어야 차량의 주행 성능이 향상된다. 차량이 일정 속도 이상으로 직진 주행할 경우에 조향 토크의 0점과 조향각 0점이 일치하게 된다.
그러나, 중고속 영역에서는 프릭션 보상토크와 댐핑제어토크가 중복되는 구간이 발생하게 되어 댐핑제어 성능이 저하되는 문제점이 있었다. 그 결과 차량의 온-센터(on-center) 조향감과 차량 복원성, 토크 빌드-업(biild-up) 및 수방안정성이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제10-2013-0139081호(2013.12.20)에 개시되어 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 본 발명의 목적은 중고속 영역에서 댐핑토크량에 따라 프릭션 보상토크를 조정하여 댐핑제어 성능을 개선하는 MDPS 시스템의 프릭션 보상 제어 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 프릭션 보상 구간에서는 프릭션 보상제어를 수행하고 댐핑제어 구간에서는 댐핑제어를 수행하여 차량의 온-센터(on-center) 조향감과 차량 복원성, 토크 빌드-업(biild-up) 및 수방안정성 등을 확보할 수 있도록 하는 MDPS 시스템의 프릭션 보상 제어 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 MDPS 시스템의 프릭션 보상 제어 장치는 MDPS(MOTOR DRIVEN POWER STEERING) 시스템의 댐핑토크를 검출하는 댐핑 제어부; 및 컬럼토크와 모터속도 및 차속을 이용하여 프릭션 보상토크를 검출하고, 검출된 상기 프릭션 보상토크를 상기 댐핑토크의 크기에 따라 조정하는 프릭션 보상제어 모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 프릭션 보상제어부는 칼럼토크와 조향각을 이용하여 프릭션 보상토크를 검출하는 프릭션 보상토크 검출부; 및 상기 프릭션 보상토크 검출부에 의해 검출된 상기 프릭션 보상토크의 게인을 상기 댐핑토크에 따라 조정하여 댐핑제어 구간과 프릭션 보상 구간을 디커플링(decoupling)시키는 게인 조정부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 프릭션 보상제어부는 상기 댐핑토크가 기 설정된 설정값 이상이면 상기 프릭션 보상토크의 게인을 상기 댐핑토크에 따라 감소시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 게인 조정부는 상기 댐핑토크가 증가할 경우에는 상기 프릭션 보상토크를 상기 댐핑토크에 비례하여 감소시키고 이후 상기 댐핑토크가 최고값에 도달한 후 감소할 경우에는 상기 댐핑토크에 비례하여 감소된 상기 프릭션 보상토크를 다시 증가시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 MDPS 시스템의 프릭션 보상 제어 방법은 MDPS(MOTOR DRIVEN POWER STEERING) 시스템의 댐핑토크를 검출하는 단계; 컬럼토크와 모터속도 및 차속을 이용하여 프릭션 보상토크를 검출하는 단계; 및 검출된 상기 프릭션 보상토크를 상기 댐핑토크의 크기에 따라 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 프릭션 보상토크를 상기 댐핑토크에 따라 조정하는 단계는 상기 프릭션 보상토크의 게인을 상기 댐핑토크에 따라 조정하여 댐핑제어 구간과 프릭션 보상 구간을 디커플링(decoupling)시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 프릭션 보상토크를 상기 댐핑토크에 따라 조정하는 단계는 상기 댐핑토크가 기 설정된 설정값 이상이면 상기 프릭션 보상토크의 게인을 상기 댐핑토크에 따라 감소시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 프릭션 보상토크를 상기 댐핑토크에 따라 조정하는 단계는 상기 댐핑토크가 증가할 경우에는 상기 프릭션 보상토크를 상기 댐핑토크에 비례하여 감소시키고 이후 상기 댐핑토크가 최고값에 도달한 후 감소할 경우에는 상기 댐핑토크에 비례하여 감소된 상기 프릭션 보상토크를 다시 증가시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 중고속 영역에서 댐핑토크량에 따라 프릭션 보상토크를 조정하여 댐핑제어 성능을 개선한다.
본 발명은 프릭션 보상 구간에서는 프릭션 보상제어를 수행하고 댐핑제어 구간에서는 댐핑제어를 수행하여 차량의 온-센터(on-center) 조향감과 차량 복원성, 토크 빌드-업(biild-up) 및 수방안정성 등을 확보할 수 있도록 한다.
도 1 은 본 발명이 적용되는 차량의 MDPS 시스템의 블럭 구성도이다.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 MDPS 시스템의 프릭션 보상 제어 장치의 블럭 구성도이다.
도 3 은 종래의 MDPS 시스템의 토크 변화량을 나타낸 도면이다.
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 MDPS 시스템의 토크 변화량을 나타낸 도면이다.
도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 프릭션 보상 제어 방법의 순서도이다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 MDPS 시스템의 프릭션 보상 제어 장치 및 방법을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 이러한 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 이용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야할 것이다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 MDPS 시스템의 블럭 구성도이고, 도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 MDPS 시스템의 프릭션 보상 제어 장치의 블럭 구성도이며, 도 3 은 종래의 MDPS 시스템의 토크 변화량을 나타낸 도면이며, 도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 MDPS 시스템의 토크 변화량을 나타낸 도면이다.
도1 을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 MDPS(MOTOR DRIVEN POWER STEERING) 시스템은 토크 제어부(10), 댐핑 제어부(20), 능동 복원 제어부(30), 프릭션 보상 제어모듈(40) 및 토크 명령 출력부(50)를 포함한다.
토크 제어부(10), 댐핑 제어부(20), 능동 복원 제어부(30)의 출력값은 토크 명령 출력부(50)에 의해 서로 병렬로 조합되어 토크 명령 출력부(50)에 의해 MDPS 모터(미도시)의 토크 명령을 출력하는데 이용된다.
토크 제어부(10)는 조향휠(미도시)의 토크 센서(미도시)에 의해 검출된 조향 토크에 MDPS 모터의 기어비를 반영하여 조타 토크 명령을 검출한다.
댐핑 제어부(20)는 조향각센서(미도시)를 통해 센싱된 차량의 조향 방향과 조향각, 차속센서(미도시)를 통해 센싱된 차속, 및 조향 센서(미도시)에 의해 센싱된 조향 토크를 통해 댐핑토크를 검출한다.
능동 복원 제어부(30)는 조향각 센서를 통해 센싱된 조향각을 기초로 복원 토크를 검출한다.
참고로, 토크 제어부(10), 댐핑 제어부(20), 능동 복원 제어부(30)는 상기한 실시예에 한정되는 것은 아니며 기 공지된 임의의 알고리즘을 이용하여 구성할 수도 있으며, 반드시 특정한 알고리즘으로 한정되는 것은 아니다. 따라서, 토크 제어부(10), 댐핑 제어부(20), 능동 복원 제어부(30)는 당업자가 필요에 따라 다양하게 채용될 수 있다.
프릭션 보상 제어모듈(40)은 상기한 댐핑 제어부(20)로부터 출력되는 댐핑토크를 이용하여 프릭션 보상토크를 조정한다. 이를 통해 프릭션 보상 제어모듈(40)은 중고속 영역에서 프릭션 보상토크 발생 구간과 댐핑제어 구간이 중복되어 댐핑제어 성능이 저하되는 것을 방지한다.
도 2 를 참조하면, 프릭션 보상제어 모듈(40)은 프릭션 보상토크 검출부(41) 및 게인 조정부(42)를 포함한다.
프릭션 보상토크 검출부(41)는 컬럼토크와 모터속도 및 차속을 이용하여 프릭션 보상토크를 검출한다.
이 경우, 프릭션 보상토크 검출부(41)는 칼럼토크와 조향각, 차속 및 MDPS 모터의 속도를 이용하여 차량의 타이어와 기구부 백래쉬에 의한 조타 토크, 및 조향각의 위상차를 계산한다. 여기서, 칼럼토크와 조향각은 토크 센서(미도시)와 조향각 센서(미도시)를 통해 감지될 수 있다.
이어 프릭션 보상토크 검출부(41)는 상기한 조향각의 위상차를 조향각에 더하여 위상이 보상된 보상 조향각을 계산하고, 계산된 보상 조향각에 맵핑된 프릭션 보상토크를 프릭션 보상맵에서 검출한다. 프릭션 보상맵은 차량에 따라 실험에 의해 사전에 맵핑된다.
여기서, 프릭션 보상토크 검출부(41)는 상기한 실시예에 한정되는 것은 아니며 기 공지된 임의의 알고리즘을 이용하여 구성할 수도 있으며, 반드시 특정한 알고리즘으로 한정되는 것은 아니다. 따라서, 프릭션 보상토크 검출부(41)는 당업자가 필요에 따라 다양하게 채용될 수 있다.
프릭션 보상토크 검출부(41)는 검출한 프릭션 보상토크를 게인 조정부(42)에 입력한다.
게인 조정부(42)는 프릭션 보상토크 검출부(41)에 의해 검출된 프릭션 보상토크를 댐핑 제어부(20)로부터 입력받은 댐핑 토크에 따라 그 게인을 조정한다. 즉, 게인 조정부(42)는 프릭션 보상토크 검출부(41)와 댐핑 제어부(20) 각각으로부터 프릭션 보상토크와 댐핑토크를 입력받고, 댐핑토크에 따라 프릭션 보상토크를 조정하여 댐핑제어 구간과 프릭션 보상구간을 디커플링(decoupling)시킨다. 이 경우 게인 조정부(42)는 댐핑토크가 설정값 이상인 구간에서 댐핑토크에 따라 프릭션 보상토크의 게인을 1로 튜닝하여 프릭션 보상토크를 감소시키는데, 댐핑토크가 증가할 경우에는 프릭션 보상토크를 댐핑토크에 비례하여 감소시키고 이후 댐핑토크가 최고값에 도달한 후 감소할 경우에는 댐핑토크에 비례하여 감소된 프릭션 보상토크를 다시 증가시킨다. 여기서, 설정값은 프릭션 보상토크에 의해 댐핑성능이 저하될 수 있는 크기의 프릭션 보상토크이다.
즉, 게인 조정부(42)는 댐핑토크에 따라 디커플링 게인을 이용하여 프릭션 보상토크를 조정함으로써 프릭션 보상토크에 의한 댐핑성능 저하를 방지한다.
도 3 은 종래의 프릭션 보상토크를 나타낸 도면이다. 도 3 을 참조하면, 종래의 프릭션 보상토크는 댐핑토크와 그 방향이 반대임을 알 수 있으며, 이 경우에는 프릭션 보상토크에 의해 댐핑제어 성능이 저하된다.
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 프릭션 보상토크를 나타낸 도면이다. 도 4 를 참조하면, 프릭션 보상제어 모듈(40)에 의해 조정된 프릭션 보상토크는 비록 댐핑토크와 그 방향이 반대이더라도 그 값이 종래의 프릭션 보상토크보다 감소됨으로서, 프릭션 보상토크에 의해 댐핑성능이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 게인 조정부(42)는 조정된 프릭션 보상토크를 토크 명령 출력부(50)에 입력한다.
이 경우, 토크 명령 출력부(50)는 상기한 토크 제어부(10)의 토크명령, 댐핑 제어부(20)의 댐핑토크, 능동 복원 제어부(30)의 복원 토크, 및 프릭션 보상 제어 모듈(40)의 프릭션 보상토크 중 어느 하나 이상을 이용하여 MDPS 모터 토크 명령을 검출하고, 검출된 MDPS 모터 토크 명령을 MDPS 모터로 입력한다.
이에, MDPS 모터는 토크 명령 출력부(50)로부터 입력된 MDPS 모터 토크 명령에 따라 동작하여 적절한 보조 토크를 발생시킴으로써, 운전자에게 최적의 조향 조작 환경을 제공한다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 프릭션 보상 제어 방법을 도 5 를 참조하여 상세하게 설명한다.
도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 MDPS 시스템의 프릭션 보상 제어 방법의 순서도이다.
도 5 를 참조하면, 먼저 토크 제어부(10)가 조향휠의 토크 센서에 의해 검출된 조향 토크를 이용하여 MDPS 모터의 기어비를 반영하여 토크 명령을 검출하고 검출한 토트 명령을 토크 명령 출력부(50)에 입력한다.
능동 복원 제어부(30)는 조향각 센서를 통해 센싱된 조향각을 기초로 복원 토크를 검출하고 검출된 복원 토크를 토크 명령 출력부(50)에 입력한다.
특히, 댐핑 제어부(20)는 조향휠의 조향 방향과 조향각, 차속, 조향 토크를 통해 댐핑토크를 검출하고(S10), 검출한 댐핑토크를 토크 명령 출력부(50)와 프릭션 보상제어 모듈(40)에 각각 입력한다.
이어 프릭션 보상제어 모듈(40)의 프릭션 보상토크 검출부(41)는 컬럼토크와 모터속도 및 차속을 이용하여 프릭션 보상토크를 검출한다(S20).
이 경우, 프릭션 보상토크 검출부(41)는 칼럼토크와 조향각, 차속 및 MDPS 모터의 속도를 이용하여 차량의 타이어 및 기구부 백래쉬에 의한 조타 토크, 및 조향각의 위상차를 계산하고, 이 위상차를 조향각에 더하여 위상이 보상된 보상 조향각을 계산한 후, 계산된 보상 조향각에 맵핑된 프릭션 보상토크를 프릭션 보상맵에서 검출하여 게인 조정부(42)에 입력한다.
이에 따라, 프릭션 보상제어 모듈(40)의 게인 조정부(42)는 이 프릭션 보상토크를 댐핑 제어부(20)로부터 입력받은 댐핑 토크에 따라 그 게인을 조정한다(S30). 이 경우, 게인 조정부(42)는 댐핑제어 구간과 프릭션 보상제어 구간의 중복을 방지하기 위해 프릭션 보상토크를 감소시키는데, 도 4 에 도시된 바와 같이 댐핑토크가 증가할 경우에는 프릭션 보상토크를 댐핑토크에 비례하여 감소시키고 이후 댐핑토크가 최고값에 도달한 후 감소할 경우에는 댐핑토크에 비례하여 감소된 프릭션 보상토크를 다시 증가시킨다.
이어 게인 조정부(42)는 상기한 바와 같이 조정된 프릭션 보상토크를 토크 명령 출력부(50)에 입력한다.
이와 같이, 토크 제어부(10)의 토크명령, 댐핑 제어부(20)의 댐핑토크, 능동 복원 제어부(30)의 복원 토크, 및 댐핑토크에 의해 제한된 프릭션 보상토크가 입력됨에 따라, 토크 명령 출력부(50)는 상기한 토크 제어부(10)의 토크명령, 댐핑 제어부(20)의 댐핑토크, 능동 복원 제어부(30)의 복원 토크, 및 프릭션 보상 제어 모듈(40)의 프릭션 보상토크 중 어느 하나 이상을 이용하여 MDPS 모터 토크 명령을 검출한다.
이어 토크 명령 출력부(50)는 검출된 MDPS 모터 토크 명령을 MDPS 모터로 입력하고, MDPS 모터는 토크 명령 출력부(50)로부터 입력된 MDPS 모터 토크 명령에 따라 동작한다.
이와 같은 본 실시예는 중고속 영역에서 댐핑토크량에 따라 프릭션 보상토크를 조정하여 댐핑제어 성능을 개선하고, 차량의 차량의 온-센터(on-center) 조향감과 차량 복원성, 토크 빌드-업(biild-up) 및 수방안정성 등을 확보할 수 있도록 한다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 기술이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야할 것이다.
10: 토크 제어부 20: 댐핑 제어부
30: 능동 복원 제어부 40: 프릭션 보상제어 모듈
41: 프릭션 보상토크 검출부 42: 게인 조정부
50: 토크 명령 출력부

Claims (8)

  1. MDPS(MOTOR DRIVEN POWER STEERING) 시스템의 댐핑토크를 검출하는 댐핑 제어부; 및
    컬럼토크와 모터속도 및 차속을 이용하여 프릭션 보상토크를 검출하고, 검출된 상기 프릭션 보상토크를 상기 댐핑토크의 크기에 따라 조정하는 프릭션 보상제어 모듈을 포함하고,
    상기 프릭션 보상제어 모듈은 칼럼토크와 조향각을 이용하여 프릭션 보상토크를 검출하는 프릭션 보상토크 검출부; 및 상기 프릭션 보상토크 검출부에 의해 검출된 상기 프릭션 보상토크의 게인을 상기 댐핑토크에 따라 조정하여 댐핑제어 구간과 프릭션 보상 구간을 디커플링(decoupling)시키는 게인 조정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 MDPS 시스템의 프릭션 보상 제어 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 게인 조정부는 상기 댐핑토크가 기 설정된 설정값 이상이면 상기 프릭션 보상토크의 게인을 상기 댐핑토크에 따라 감소시키는 것을 특징으로 하는 MDPS 시스템의 프릭션 보상 제어 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 게인 조정부는 상기 댐핑토크가 증가할 경우에는 상기 프릭션 보상토크를 상기 댐핑토크에 비례하여 감소시키고 이후 상기 댐핑토크가 최고값에 도달한 후 감소할 경우에는 상기 댐핑토크에 비례하여 감소된 상기 프릭션 보상토크를 다시 증가시키는 것을 특징으로 하는 MDPS 시스템의 프릭션 보상 제어 장치.
  5. MDPS(MOTOR DRIVEN POWER STEERING) 시스템의 댐핑토크를 검출하는 단계;
    컬럼토크와 모터속도 및 차속을 이용하여 프릭션 보상토크를 검출하는 단계; 및
    검출된 상기 프릭션 보상토크를 상기 댐핑토크의 크기에 따라 조정하는 단계를 포함하고,
    상기 프릭션 보상토크를 상기 댐핑토크에 따라 조정하는 단계는 상기 프릭션 보상토크의 게인을 상기 댐핑토크에 따라 조정하여 댐핑제어 구간과 프릭션 보상 구간을 디커플링(decoupling)시키는 것을 특징으로 하는 MDPS 시스템의 프릭션 보상 제어 방법.
  6. 삭제
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 프릭션 보상토크를 상기 댐핑토크에 따라 조정하는 단계는 상기 댐핑토크가 기 설정된 설정값 이상이면 상기 프릭션 보상토크의 게인을 상기 댐핑토크에 따라 감소시키는 것을 특징으로 하는 MDPS 시스템의 프릭션 보상 제어 방법.
  8. 제 5 항에 있어서, 상기 프릭션 보상토크를 상기 댐핑토크에 따라 조정하는 단계는
    상기 댐핑토크가 증가할 경우에는 상기 프릭션 보상토크를 상기 댐핑토크에 비례하여 감소시키고 이후 상기 댐핑토크가 최고값에 도달한 후 감소할 경우에는 상기 댐핑토크에 비례하여 감소된 상기 프릭션 보상토크를 다시 증가시키는 것을 특징으로 하는 MDPS 시스템의 프릭션 보상 제어 방법.
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