KR102293026B1

KR102293026B1 - 전동식 파워 스티어링 시스템의 중립 위치 판정 방법

Info

Publication number: KR102293026B1
Application number: KR1020160048690A
Authority: KR
Inventors: 김태홍
Original assignee: 현대모비스 주식회사
Priority date: 2016-04-21
Filing date: 2016-04-21
Publication date: 2021-08-25
Also published as: KR20170120733A; US10549778B2; DE102017206700A1; US20170305463A1; CN107303916B; CN107303916A

Abstract

본 발명은 전동식 파워 스티어링 시스템의 중립 위치 판정 방법에 관한 것으로, 제어부가 차량이 주행 상태인지 판정하는 단계, 차량이 주행 상태에 있으면, 상기 제어부는 조타토크가 부스트 커브 상에 기 설정된 휴지점 보다 작은지 판정하는 단계, 및 상기 조타토크가 부스트 커브 상에 기 설정된 휴지점 보다 작으면, 상기 제어부는 현재 차량이 중립상태인 것으로 판정하는 단계를 포함한다.

Description

전동식 파워 스티어링 시스템의 중립 위치 판정 방법{METHOD FOR DETERMINING NEUTRAL POSITION OF MOTOR DRIVEN POWER STEERING SYSTEM}

본 발명은 전동식 파워 스티어링 시스템의 중립 위치 판정 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차량 주행 시 차속 정보와 토크 정보를 조합하여 스티어링 휠의 중립 위치를 판정할 수 있도록 하는 전동식 파워 스티어링 시스템의 중립 위치 판정 방법에 관한 것이다.

일반적으로 전동식 파워 스티어링(MDPS : Motor Driven Power Steering) 시스템은 통상적으로 파워 펌프의 구동으로 오일이 순환되어 파워핸들을 작동시켜 주는 원리가 아닌 조향 휠 축 하단부에 보조 조향력을 발생시키기 위한 조향 모터가 따로 설치되어 차량에 시동을 걸면 조향 모터가 작동하여 파워핸들을 작동시키는 시스템이다.

이러한 엠디피에스(MDPS) 시스템은 조향각 정보를 이용해 휠의 중립 위치를 판정하는데, 만약 조향각을 검출하는 센서에 고장이 발생할 경우에는 휠의 중립 위치를 정확히 판정하지 못하는 문제점이 있었다.

또한 휠 얼라인먼트가 틀어질 경우 스티어링 휠의 중립상태 주행 시 차량이 일 측으로 쏠리게 되고(즉, 스티어링 휠이 중립상태라고 할 경우 실제 휠은 얼라인먼트가 틀어져 있으므로 차량이 어느 일 측으로 쏠리게 되고), 이에 따라 운전자는 과도한 조타로 인해 발생하는 이질감 및 제어능력 악화로 인해 주행 안정성을 확보하지 못하는 문제점이 있다.

본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허 제10-2012-0053300호(2012.05.25., 공개, 차량 MDPS 제어장치 및 방법)에 개시되어 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로서, 차량 주행 시 차속 정보와 토크 정보를 조합하여 스티어링 휠의 중립 위치를 판정할 수 있도록 하는 전동식 파워 스티어링 시스템의 중립 위치 판정 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템의 중립 위치 판정 방법은, 제어부가 차량이 주행 상태인지 판정하는 단계; 차량이 주행 상태에 있으면, 상기 제어부는 조타토크가 부스트 커브 상에 기 설정된 휴지점 보다 작은지 판정하는 단계; 및 상기 조타토크가 부스트 커브 상에 기 설정된 휴지점 보다 작으면, 상기 제어부는 현재 차량이 중립상태인 것으로 판정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 제어부는, 차속이 기 설정된 속도 이상이면, 차량이 현재 주행 상태인 것으로 판정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 차량이 중립상태인 경우, 제어부가 휠 얼라인먼트의 틀어짐 양을 계산하는 단계; 및 상기 휠 얼라인먼트의 틀어짐 양과 방향에 대응하여 해당 방향으로의 틀어짐 양을 보상하기 위한 보상토크를 모터에 출력하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 휠 얼라인먼트 틀어짐 양의 계산은, 상기 제어부가 정상상태에서 미리 측정하여 내부 메모리에 저장된 특성 데이터 테이블에 포함된 값과 현재 주행 차량에서 검출된 값과의 수치 차이에 기초하여 계산하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 특성 데이터 테이블은 차속, 조향각, 차량 모션별 Yaw-rate 값 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 휴지점은, 차속에 따라 가변됨을 특징으로 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 차량 주행 시 차속 정보와 토크 정보를 조합하여 스티어링 휠의 중립 위치를 판정할 수 있도록 한다. 또한 본 발명은 휠 얼라인먼트가 틀어진 차량을 주행할 경우 조타 이질감 및 제어능력 상실을 방지하고 안정성을 향상시킬 수 있도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 관련된 전동식 파워 스티어링 시스템의 개략적인 구성을 보인 예시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 관련된 전동식 파워 스티어링 시스템의 중립 위치 판정 방법을 설명하기 위한 흐름도.
도 3은 상기 도 2에 있어서, 중립상태 판정을 위한 휴지점이 설정된 부스트 커브를 보인 예시도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템의 중립 위치 판정 방법의 일 실시예를 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 관련된 전동식 파워 스티어링 시스템의 개략적인 구성을 보인 예시도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 관련된 전동식 파워 스티어링 시스템은, 차속 센서(110), 토크 센서(120), 제어부(130) 및 모터(140)를 포함한다.

상기 차속 센서(110)는 차량의 주행 속도(즉, 차속)를 검출한다.

상기 차속 센서(110)를 통해 검출된 차속 정보는 제어부(130)에 출력된다.

상기 토크 센서(120)는 스티어링 휠의 조타토크(또는 컬럼토크)를 검출한다.

상기 토크 센서(120)를 통해 검출된 토크 정보는 제어부(130)에 출력된다.

상기 제어부(130)는 상기 차속 센서(110)를 통해 검출된 차속 정보와 상기 토크 센서(120)를 통해 검출된 토크 정보에 기초하여 차량 주행 중 휠 얼라인먼트의 틀어짐 양을 계산하고, 그 틀어짐 양에 대응하여 좌 또는 우 보상 토크를 상기 모터(140)(즉, MDPS 모터)에 출력한다.

통상적으로 휠 얼라인먼트가 어느 일 측으로 틀어질 경우, 스티어링 휠을 중립상태로 유지하여 주행 시, 차량이 어느 일 측으로 쏠리게 되는 현상이 발생한다.

이에 따라 운전자는 주행 안정성을 확보하지 못하고, 과도한 조타(예 : 직진 주행을 위해 차량이 쏠리는 반대 측으로 스티어링 휠을 조타함)로 인해 발생하는 이질감 및 제어능력 악화로 인해 주행 안정성을 확보하는데 어려움이 있다.

참고로 차속이 있는 상태(즉, 차량 주행 상태)에서 운전자가 차량을 주행시키는 경우, 부스트 맵(또는 부스트 커브)(도 3 참조)에 기 설정된 휴지점(Break-point)(예 : Tx) 보다 작은 토크를 모터(140)에 인가하게 되면, 제어부(130)는 온 센터 주행이라 판정한다.

이때 상기 휴지점(예 : Tx)은 차속별 튜닝 맵에 따라 달라질 수 있으며, 차속이 있는 상태(즉, 차량 주행 상태)에서는 차량의 자기 정렬(Self-Alignment) 특성으로 인해 중립을 유지하기 위한 필요 토크량이 다르다는 점에 유의한다.

한편 일 실시예에 따른 본 발명은 조향각 정보를 이용하지 않고도 차속 정보와 토크 정보를 조합하여 중립을 판정하는 특징이 있다.

즉, 일 실시예에 따른 본 발명은 동일 차종이더라도 차속에 따라 자기 정렬(Self-Alignment) 특성이 다르고, 차속에 따라 중립주행을 위한 토크값도 다르기 때문에 중립을 판정하기 위한 필요 토크량도 가변이 될 수 있는 특성이 있다.

따라서 일 실시예에 따른 본 발명은 상기와 같은 특성들을 고려하여 부스트 커브(도 3 참조)를 차량 주행 시 중립을 판정하는데 이용함으로써, 조향각 정보를 사용하지 않고도 실시간으로 차속별 중립 판정을 용이하게 할 수 있도록 하는 특징이 있다.

또한 차량의 휠 얼라인먼트가 틀어지지 않을 경우 요 레이트(Yaw-rate)는 큰 변화가 없으나, 만약 차량에 쏠림이 발생하면 정 주행과는 다른 요 레이트(Yaw-Rate) 값을 갖게 되는 특성이 있다.

따라서 일 실시예에 따른 본 발명은 정상상태(즉, 휠 얼라인먼트가 틀어지지 않은 상태)에서 미리 측정하여 내부 메모리(미도시)에 저장된 특성 데이터 테이블(예 : 차속, 조향각, 차량 모션별 Yaw-rate 값 등이 포함된 특성 데이터 테이블)에 기초하여 실시간으로 차량의 중립상태 및 휠 얼라인먼트 틀어짐을 판별할 수 있다.

또한 상기 특성 데이터 테이블(예 : 차속, 조향각, 차량 모션별 Yaw-rate 값 등이 포함된 특성 데이터 테이블)에 포함된 값과 현재 주행 차량에서 검출된 값(예 : 차속, 토크, 요 레이트 등)과의 차이(즉, 해당 값들의 수치 차이)에 따라 휠 얼라인먼트의 틀어짐 양을 역으로 계산하여 산출할 수도 있다.

상기 수치 차이에 따른 휠 얼라인먼트 틀어짐 양은 차량에서 각 조건에 따라 미리 계측한 특성 데이터 테이블을 참조하여 계산할 수 있다. 그리고 상기 휠 얼라인먼트의 틀어짐 양이 계산되면, 상기 제어부(130)는 상기 휠 얼라인먼트의 틀어짐 양과 방향에 대응하여 해당 방향으로의 틀어짐 양을 보상하기 위한 보상토크(즉, 좌 또는 우 보상토크)를 상기 모터(140)에 인가하여 운전자의 조향감 및 제어능력 등을 향상시키며 더 나아가 안전한 운행에 도움을 줄 수 있도록 한다.

여기서 보상토크는 기준값(또는 오프셋값)을 조정하기 위한 토크 값을 의미하는 것으로서, 스티어링 휠이 디폴트 중립상태(즉, 휠 얼라인먼트가 틀어지기 전의 중립상태)로 돌아가려고 하는 것을 방지하는 것이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 관련된 전동식 파워 스티어링 시스템의 중립 위치 판정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 제어부(130)는 차량이 주행 상태(차속이 있는 상태)에 있는지 판정한다(S101).

즉, 상기 제어부(130)는 차속이 기 설정된 속도(예 : 0Kph) 이상이면, 차량이 현재 주행 상태(차속이 있는 상태)에 있는 것으로 판정한다.

차량이 주행 상태에 있으면(S101의 예), 상기 제어부(130)는 토크(또는 조타토크)가 부스트 커브(도 3 참조)에 기 설정된 휴지점(예 : Tx) 보다 작은지 판정한다(S102).

상기 토크(또는 조타토크)가 부스트 커브에서 기 설정된 휴지점(예 : Tx) 보다 작으면(S102의 예), 상기 제어부(130)는 중립상태판정 플래그(Flag)를 온(ON)으로 설정(또는 1로 셋팅)한다(S103).

그런데 차량은 주행 중 충격이나 타이어 등의 파손(또는 고장)으로 갑자기 휠 얼라인먼트가 틀어질 수 있는데, 이러한 휠 얼라인먼트의 변경에 대응하여 스티어링 휠의 중립상태를 변경하지 않을 경우 이미 상술한 바와 같이 조타 이질감 및 제어능력 상실할 수 있다.

따라서 상기 제어부(130)는 상기와 같이 중립상태로 판정된 상태라고 하더라도 현재 상태의 요 레이트(Yaw-Rate) 값을 모니터링 한다(S104).

여기서 상기 요 레이트는, 요 각속도라고도 하며, 차량의 중심을 통하는 수직선 주위에 회전각(요각)이 변하는 속도를 의미한다.

다음 상기 제어부(130)는 정상상태(즉, 휠 얼라인먼트가 틀어지지 않은 상태)에서 미리 측정하여 내부 메모리(미도시)에 저장된 특성 데이터 테이블(예 : 차속, 조향각, 차량 모션별 Yaw-rate 값 등이 포함된 특성 데이터 테이블)에 포함된 값과 현재 주행 차량에서 검출된 값(예 : 차속, 토크, 요 레이트 등)과의 차이(즉, 해당 값들의 수치 차이)를 계산한다(S105).

다음 상기 제어부(130)는 상기 특성 데이터 테이블을 참조하여 상기 수치 차이에 따른 휠 얼라인먼트 틀어짐 양을 계산한다(S106).

상기와 같이 중립상태로 판정된 상태에서 휠 얼라인먼트의 틀어짐 양이 계산되면, 상기 제어부(130)는 상기 휠 얼라인먼트의 틀어짐 양과 방향에 대응하여 해당 방향으로의 틀어짐 양을 보상하기 위한 보상토크(즉, 좌 또는 우 보상토크)를 상기 모터(140)에 출력한다(S107).

즉, 휠 얼라인먼트가 틀어진 경우에 중립 주행을 위해서는 상기 틀어짐 양에 대응하여 스티어링 휠의 조향각이 회전할 것이므로, 상기 제어부(130)는 그 틀어짐 양 만큼 조타토크를 보상하여 기준값(또는 오프셋값)을 상기 스티어링 휠이 보상된 값으로 조정함으로써 스티어링 휠이 디폴트 중립상태(즉, 휠 얼라인먼트가 틀어지기 전의 중립상태)로 돌아가려고 하는 것을 방지함으로써 조타 이질감 및 제어능력 상실을 방지하고 안정성을 향상시킬 수 있도록 한다.

도 3은 상기 도 2에 있어서, 중립상태 판정을 위한 휴지점이 설정된 부스트 커브를 보인 예시도이다.

상기 부스트 커브는 보조토크가 모터에 의하여 발생되는 스티어링 시스템에 있어서, 인가된 입력토크와 모터에 의하여 발생된 보조토크 사이의 관계를 나타낸다. 도 3을 참조하면, 부스트 커브에 기 설정된 휴지점(예 : Tx)이 설정되어 있고, 상기 휴지점(예 : Tx) 보다 작은 토크를 모터(140)에 인가하게 되면, 제어부(130)는 온 센터 주행이라 판정할 수 있다. 이때 상기 휴지점(예 : Tx)은 차속별 튜닝 맵에 따라 달라질 수 있다.

상기와 같이 본 실시예는 차량 주행 시 차속 정보와 토크 정보를 조합하여 스티어링 휠의 중립 위치를 판정할 수 있으며, 휠 얼라인먼트가 틀어진 차량을 주행할 경우 조타 이질감 및 제어능력 상실을 방지하고 안정성을 향상시킬 수 있도록 하는 효과가 있다.

이상으로 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.

110 : 차속 센서
120 : 토크 센서
130 : 제어부
140 : 모터

Claims

제어부가 차량이 주행 상태인지 판정하는 단계;
차량이 주행 상태에 있으면, 상기 제어부는 조타토크가 부스트 커브 상에 기 설정된 휴지점 보다 작은지 판정하는 단계; 및
상기 조타토크가 부스트 커브 상에 기 설정된 휴지점 보다 작으면, 상기 제어부는 현재 차량이 중립상태인 것으로 판정하는 단계;를 포함하되,
상기 차량이 중립 상태인 것으로 판단되면,
상기 제어부가,
주행 상태에 있는 차량에서 감지된 요레이트와
미리 측정하여 내부 메모리에 저장된 특성 데이터 테이블에 포함된 차량 모션별 Yaw-rate 값의 수치 차이에 기초하여, 휠 얼라인먼트 틀어짐 양을 계산하는 단계; 및
상기 휠 얼라인먼트 틀어짐 양에 기초하여 상기 휠 얼라인먼트 틀어짐 양을 보상하기 위한 보상토크를 계산하여 모터에 출력하는 단계;를 더 포함하고,
상기 특성 데이터 테이블은,
휠 얼라인먼트가 틀어지지 않은 정상상태에서 미리 측정된 차량 모션별 Yaw-rate 값을 저장하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템의 중립 위치 판정 방법.
제 1항에 있어서, 상기 제어부는,
차속이 기 설정된 속도 이상이면, 차량이 현재 주행 상태인 것으로 판정하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템의 중립 위치 판정 방법.
삭제
삭제
제 1항에 있어서,
상기 특성 데이터 테이블은 차속과 조향각 중 적어도 하나 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템의 중립 위치 판정 방법.
제 1항에 있어서, 상기 휴지점은,
차속에 따라 가변됨을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템의 중립 위치 판정 방법.