KR102354755B1 - Mdps 시스템의 조향각 신호 및 모터각 신호 보상 장치 및 방법 - Google Patents

Mdps 시스템의 조향각 신호 및 모터각 신호 보상 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 MDPS 시스템의 조향각 신호 및 모터각 신호 보상 장치 및 방법에 관한 것으로, MDPS 시스템을 구동하는 모터를 제어하는 전류에, 전류 보상값을 적용하여, MDPS 시스템의 조향각 센서와 모터각 센서 사이의 기구물에 의한 압축 응력을 보상하는 모터 토크 보상부, 상기 모터의 각속도에 의한 조향각과 모터각의 차이를, 상기 각속도에 근거하여 보상하는 각속도 보상부, 상기 조향각 센서의 조향 위치에 따른 비선형 특성을, 상기 조향 위치 및 조타방향에 근거하여 보상하는 센서 특성 보상부 및 차량의 조향 상태가 정지 상태에서 조타 상태로 변경되는 경우 또는 조타방향이 변경되는 경우에, 상기 조향각 신호에 히스테리시스 보상값을 적용하여 상기 MDPS 시스템의 히스테리시스(hysterisis) 특성을 보상하는 히스테리시스 보상부를 포함하는 것을 특징으로 것을 특징으로 한다.

Description

MDPS 시스템의 조향각 신호 및 모터각 신호 보상 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD OF COMPENSATING STEERING ANGLE SIGNAL AND MOTOR ANGLE SIGNAL OF MDPS SYSTEM}
본 발명은 MDPS 시스템의 조향각 신호 및 모터각 신호 보상 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 조향각 신호와 모터각 신호 사이의 동기화를 수행하는 MDPS 시스템의 조향각 신호 및 모터각 신호 보상 장치 및 방법에 관한 것이다.
자동차의 파워 스티어링은 동력에 따른 조향 장치로, 운전자의 스티어링 휠 조작을 돕는 역할을 한다. 이러한 파워 스티어링은 유압을 이용하는 방식이 주로 사용되고 있으나, 최근에는 모터의 힘을 이용하는 방식인 전동식 파워 스티어링(MDPS: Motor Driven Power Steering) 시스템의 사용이 늘어나고 있다. MDPS 시스템은 기존의 유압식 파워 스티어링 시스템과 대비하여 무게가 가볍고, 공간을 적게 차지하며, 오일교환이 필요 없다는 장점이 존재하기 때문이다.
기존의 유압식 시스템과 달리 MDPS 시스템은 ECU(Electronic Control Unit) 등의 제어유닛에 의한 모터의 전류 제어를 통해 토크를 발생시키므로, 모터 제어를 위한 다양한 제어로직을 구비하고 있다. 이러한 제어로직은 크게 운전자가 원하는 조향감을 구현하는 로직, 차량의 안정성 향상을 목적으로 하는 로직, 시스템 안정성 향상을 위한 로직으로 구분되며, MDPS 시스템의 제어유닛은 차속, 토크 신호, 조향각 신호, 모터각 신호 등 다양한 파라미터들을 기반으로 각 로직을 수행한다.
이러한 파라미터 중 조향각과 모터각은 정교한 조향감을 구현하기 위한 필수적인 파라미터로, 예를 들어 조향각은 컬럼 어셈블리에 설치된 조향각 센서를 통해 측정된 신호의 후처리를 통해 산출될 수 있고, 모터각은 모터각 센서(모터의 엔코더(encoder))를 통해 측정된 신호의 후처리를 통해 산출될 수 있다.
그런데 종래에는 이러한 조향각 신호와 모터각 신호 사이의 동기화를 수행하지 못했기 때문에, 로직의 설계 시 조향각 또는 모터각 중 하나의 신호만을 이용하여 로직을 설계하였으며, 이로 인해 원하는 조향 로직 및 목표 성능을 획득하기 어렵다는 문제점이 존재하였다.
한편 본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허 10-2015-0065421호(2015.06.15)에 개시되어 있다.
본 발명은 조향각 신호와 모터각 신호 사이의 동기화를 수행할 수 있도록 하는 MDPS 시스템의 조향각 신호 및 모터각 신호 보상 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 MDPS 시스템의 조향각 신호 및 모터각 신호 보상 장치는 MDPS 시스템을 구동하는 모터를 제어하는 전류에, 전류 보상값을 적용하여, MDPS 시스템의 조향각 센서와 모터각 센서 사이의 기구물에 의한 압축 응력을 보상하는 모터 토크 보상부; 상기 모터의 각속도에 의한 조향각과 모터각의 차이를, 상기 각속도에 근거하여 보상하는 각속도 보상부; 상기 조향각 센서의 조향 위치에 따른 비선형 특성을, 상기 조향 위치 및 조타방향에 근거하여 보상하는 센서 특성 보상부; 및 차량의 조향 상태가 정지 상태에서 조타 상태로 변경되는 경우 또는 조타방향이 변경되는 경우에, 상기 조향각 신호에 히스테리시스 보상값을 적용하여 상기 MDPS 시스템의 히스테리시스(hysterisis) 특성을 보상하는 히스테리시스 보상부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 모터 토크 보상부는 상기 모터의 Q축 전류에 미리 설정된 전류 게인(gain)을 적용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 각속도 보상부는 상기 각속도에 신호 지연량을 곱하여 상기 조향각과 모터각의 차이에 대한 보상량을 산출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 센서 특성 보상부는, 조향 위치 및 조타방향에 대응되는 보상량을 저장하고 있는 저장부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 히스테리시스 보상부는 상기 조향각 신호에 미리 설정된 조향각 게인(gain)을 적용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 MDPS 시스템의 조향각 신호 및 모터각 신호 보상 방법은 보상부가, MDPS 시스템을 구동하는 모터를 제어하는 전류에, 전류 보상값을 적용하여, MDPS 시스템의 조향각 센서와 모터각 센서 사이의 기구물에 의한 압축 응력을 보상하는 단계; 상기 보상부가 상기 모터의 각속도에 근거하여 상기 각속도에 의한 조향각과 모터각의 차이를 보상하는 단계; 상기 보상부가 상기 조향 위치 및 조타방향에 근거하여 상기 조향각 센서의 조향 위치에 따른 비선형 특성을 보상하는 단계; 및 차량의 조향 상태가 정지 상태에서 조타 상태로 변경되는 경우 또는 조타방향이 변경되는 경우에, 상기 보상부가 상기 조향각 신호에 히스테리시스 보상값을 적용하여 상기 MDPS 시스템의 히스테리시스(hysterisis) 특성을 보상하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 압축 응력을 보상하는 단계에서, 상기 보상부는 상기 모터의 Q축 전류에 미리 설정된 전류 게인(gain)을 적용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 각속도에 의한 조향각과 모터각의 차이를 보상하는 단계에서, 상기 보상부는 상기 각속도에 신호 지연량을 곱하여 상기 조향각과 모터각의 차이에 대한 보상량을 산출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 히스테리시스 특성을 보상하는 단계에서, 상기 보상부는 상기 조향각 신호에 미리 설정된 조향각 게인(gain)을 적용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 MDPS 시스템의 조향각 신호 및 모터각 신호 보상 장치 및 방법은 조향각 센서와 모터각 센서 사이의 기구물에 의한 압축 응력, 모터의 각속도에 의한 조향각과 모터각의 차이, 조향각 센서의 조향 위치에 따른 비선형 특성 및 MDPS 시스템의 히스테리시스 특성을 보상함으로써, 조향각 신호와 모터각 신호를 동기화할 수 있도록 하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 MDPS 시스템의 조향각 신호 및 모터각 신호 보상 장치의 구성을 나타낸 블록구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 MDPS 시스템의 조향각 신호 및 모터각 신호 보상 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 MDPS 시스템의 조향각 신호 및 모터각 신호 보상 장치 및 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 따른 MDPS 시스템의 조향각 신호 및 모터각 신호 보상 장치의 구성을 나타낸 블록구성도로서, 이를 참조하여 본 실시예에 따른 MDPS 시스템의 조향각 신호 및 모터각 신호 보상 장치를 설명하면 다음과 같다.
도 1에 도시된 것과 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 MDPS 시스템의 조향각 신호 및 모터각 신호 보상 장치는 조향각 센서로부터 조향각 신호를 입력받고, 모터각 센서로부터 모터각 신호를 입력받아, 보상을 수행하고, 보정된 신호를 제어로직으로 전달하는 보상부(100)로 구성되며, 이러한 보상부(100)는 모터 토크 보상부(110), 각속도 보상부(120), 센서 특성 보상부(130) 및 히스테리시스 보상부(140)를 포함한다.
즉, 조향각 센서로부터 출력되는 조향각 신호와 모터각 센서로부터 출력되는 모터각 신호는, 조향각 센서와 모터각 센서 사이의 기구물에 의한 압축 응력, 모터의 각속도에 의한 조향각과 모터각의 차이, 조향각 센서의 조향 위치에 따른 비선형 특성 및 MDPS 시스템의 히스테리시스(hysterisis) 특성에 의해 동기화가 이루어지지 않을 수 있다. 예를 들어, 특정 시간 이후의 조향각 신호가 100도라면 동일한 특정 시간 이후의 모터각 신호 또한 100도 이어야 하나, 상술한 요인들에 의해 동기화가 이루어지지 않을 수 있다.
다시 말해, 보상부(100)는 산출된 각종 보상량을 조향각 신호나 모터각 신호에 적용(예를 들어, 조향각 신호나 모터각 신호에 보상량을 가산 또는 차감)하여 보상을 수행할 수 있다.
구체적으로, 모터 토크 보상부(110)는 상기 조향각 센서와 상기 모터각 센서 사이의 기구물에 의한 압축 응력을 보상할 수 있다. 즉, MDPS 시스템의 기구적 특성상, 조향각 센서와 모터각 센서 사이에 토션바를 제외한 탄성물질이 존재하게 되며, 이러한 탄성물질로 인해 압축 응력이 발생할 수 있다.
또한 이러한 압축 응력은 조타력(모터의 토크량)에 따라 달라질 수 있으므로, 모터 토크 보상부(110)는 모터를 제어하는 전류에 전류 보상값을 적용하여 보상을 수행할 수 있다. 예를 들어, 모터 토크 보상부(110)는 모터의 Q축 전류에 미리 설정된 전류 게인(gain)을 적용하는 방식으로 전류 보상값을 적용할 수 있다. 이때 미리 설정된 전류 게인은 MDPS 시스템의 설계 구조, 사양 등에 따라 설계될 수 있으며, 각각의 전류값마다 별도로 설계될 수도 있다.
각속도 보상부(120)는 모터의 각속도에 의한 조향각과 모터각의 차이를 보상할 수 있다. 즉 스티어링의 회전 각속도에 의해서 조향각과 모터각의 비동기화가 발생할 수 있으며, 각속도 보상부(120)는 이러한 비동기화에 대한 보상을 수행할 수 있다.
예를 들어, 각속도 보상부(120)는 모터의 각속도에 신호 지연량을 곱하여 조향각과 모터각의 차이에 대한 보상량을 산출할 수 있다. 이때 각속도 보상부(120)는 모터각을 미분하는 방식으로 모터의 각속도를 획득할 수 있으며, 신호 지연량은 각 신호들(예: 조향각 신호와 모터각 신호)의 계산 주기의 차이를 의미한다.
센서 특성 보상부(130)는 조향각 센서의 조향 위치에 따른 비선형 특성을 보상할 수 있다. 즉, 조향각 센서의 구조상 조향 위치에 대응하여 비선형 특성이 존재하며, 이 특성은 조타방향(시계방향 또는 반시계방향)에 따라 상이할 수 있다. 다시 말해, 동일한 조향 위치라 하더라도(예를 들어 100도의 조향 위치를 기준으로 보더라도), 시계방향으로 조타를 수행할 때의 조향각 신호와 반시계방향으로 조타를 수행할 때의 조향각 신호에는 차이가 존재한다.
따라서 센서 특성 보상부(130)는 조향 위치 및 조타방향에 대응되는 보상량을 저장하고 있는 저장부(미도시)를 포함할 수 있으며, 이러한 저장부로부터 현재의 조향 위치 및 조타방향에 따른 보상량을 읽어 와서 보상을 수행할 수 있다. 이때 저장부에는 룩업 테이블의 형태로 보상량이 저장되어 있을 수 있으며, 이러한 테이블은 MDPS 시스템의 특성 등에 따라 미리 설계될 수 있다.
히스테리시스 보상부(140)는 MDPS 시스템의 히스테리시스 특성을 보상할 수 있다. 즉, 상술한 것과 같이, 동일한 조향 위치라 하더라도 조타방향에 따라 그 측정 특성이 달라질 수 있으므로, 조타방향을 변경하거나, 정지 상태에서 조타를 시작할 경우, 히스테리시스에 의해 조향각 신호와 모터각 신호의 차이가 발생할 수 있다.
따라서 히스테리시스 보상부(140)는 이러한 히스테리시스 특성에 의한 차이를 보상할 수 있으며, 예를 들어, 조향각 신호에 미리 설정된 조향각 게인(gain)을 적용하는 방식으로 히스테리시스 보상값을 적용할 수 있다. 이때 미리 설정된 조향각 게인은 MDPS 시스템의 설계 구조, 사양 등에 따라 설계될 수 있으며, 각각의 조향각 마다 별도로 설계될 수도 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 MDPS 시스템의 조향각 신호 및 모터각 신호 보상 방법을 설명하기 위한 흐름도로서, 이를 참조하여 본 실시예에 따른 MDPS 시스템의 조향각 신호 및 모터각 신호 보상 방법을 설명하면 다음과 같다.
도 2에 도시된 것과 같이, 보상부(100)는 모터의 각속도에 의한 조향각과 모터각의 차이를 보상한다(S200). 예를 들어, 보상부(100)는 모터의 각속도에 신호 지연량을 곱하여 조향각과 모터각의 차이에 대한 보상량을 산출할 수 있다. 이때 보상부(100)는 모터각을 미분하는 방식으로 모터의 각속도를 획득할 수 있으며, 신호 지연량은 각 신호들(예: 조향각 신호와 모터각 신호)의 계산 주기의 차이를 의미한다.
또한 보상부(100)는 모터의 토크에 의한 조향각과 모터각의 차이를 보상한다(S210). 즉, MDPS 시스템의 기구적 특성상, 조향각 센서와 모터각 센서 사이에 토션바를 제외한 탄성물질이 존재하게 되며, 이러한 탄성물질로 인해 압축 응력이 발생할 수 있다.
이러한 압축 응력은 조타력(모터의 토크량)에 따라 달라질 수 있으므로, 보상부(100)는 모터를 제어하는 전류에 전류 보상값을 적용하여 보상을 수행할 수 있다. 예를 들어, 보상부(100)는 모터의 Q축 전류에 미리 설정된 전류 게인(gain)을 적용하는 방식으로 전류 보상값을 적용할 수 있다.
뿐만 아니라, 보상부(100)는 조향각 센서의 비선형 특성에 의한 조향각과 모터각의 차이를 보상한다(S220). 즉, 조향각 센서의 구조상 조향 위치에 대응하여 비선형 특성이 존재하며, 이 특성은 조타방향(시계방향 또는 반시계방향)에 따라 상이할 수 있다.
따라서 센서 보상부(100)는 조향 위치 및 조타방향에 대응되는 보상량을 저장하고 있는 저장부(미도시)를 포함할 수 있으며, 이러한 저장부로부터 현재의 조향 위치 및 조타방향에 따른 보상량을 읽어 와서 보상을 수행할 수 있다.
마지막으로, 보상부(100)는 MDPS 시스템의 히스테리시스 특성에 의한 조향각과 모터각의 차이를 보상한다(S230). 즉, 동일한 조향 위치라 하더라도 조타방향에 따라 그 측정 특성이 달라질 수 있으므로, 조타방향을 변경하거나, 정지 상태에서 조타를 시작할 경우, 히스테리시스에 의해 조향각 신호와 모터각 신호의 차이가 발생할 수 있으므로, 보상부(100) 조향각 신호에 미리 설정된 조향각 게인(gain)을 적용하는 방식으로 보상을 수행할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 실시예에 따른 MDPS 시스템의 조향각 신호 및 모터각 신호 보상 장치 및 방법은 조향각 센서와 모터각 센서 사이의 기구물에 의한 압축 응력, 모터의 각속도에 의한 조향각과 모터각의 차이, 조향각 센서의 조향 위치에 따른 비선형 특성 및 MDPS 시스템의 히스테리시스(hysterisis) 특성을 보상함으로써, 조향각 신호와 모터각 신호를 동기화할 수 있도록 하여, MDPS 로직 개발의 자유도를 향상시키고, 요구되는 성능 목표를 달성할 수 있도록 한다.
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.
100: 보상부
110: 모터 토크 보상부
120: 각속도 보상부
130: 센서 특성 보상부
140: 히스테리시스 보상부

Claims (9)

  1. MDPS 시스템을 구동하는 모터를 제어하는 전류에, 전류 보상값을 적용하여, MDPS 시스템의 조향각 센서와 모터각 센서 사이의 기구물에 의한 압축 응력을 보상하는 모터 토크 보상부;
    상기 모터의 각속도에 의한 조향각과 모터각의 차이를, 상기 각속도에 근거하여 보상하는 각속도 보상부;
    상기 조향각 센서의 조향 위치에 따른 비선형 특성을, 상기 조향 위치 및 조타방향에 근거하여 보상하는 센서 특성 보상부; 및
    차량의 조향 상태가 정지 상태에서 조타 상태로 변경되는 경우 또는 조타방향이 변경되는 경우에, 조향각 신호에 히스테리시스 보상값을 적용하여 상기 MDPS 시스템의 히스테리시스(hysterisis) 특성을 보상하는 히스테리시스 보상부를 포함하고,
    상기 각속도 보상부는 상기 각속도에 신호 지연량을 곱하여 상기 조향각과 모터각의 차이에 대한 보상량을 산출하는 것을 특징으로 하는 MDPS 시스템의 조향각 신호 및 모터각 신호 보상 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 모터 토크 보상부는 상기 모터의 Q축 전류에 미리 설정된 전류 게인(gain)을 적용하는 것을 특징으로 하는 MDPS 시스템의 조향각 신호 및 모터각 신호 보상 장치.
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 센서 특성 보상부는,
    조향 위치 및 조타방향에 대응되는 보상량을 저장하고 있는 저장부를 포함하는 것을 특징으로 하는 MDPS 시스템의 조향각 신호 및 모터각 신호 보상 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 히스테리시스 보상부는 상기 조향각 신호에 미리 설정된 조향각 게인(gain)을 적용하는 것을 특징으로 하는 MDPS 시스템의 조향각 신호 및 모터각 신호 보상 장치.
  6. 보상부가, MDPS 시스템을 구동하는 모터를 제어하는 전류에, 전류 보상값을 적용하여, MDPS 시스템의 조향각 센서와 모터각 센서 사이의 기구물에 의한 압축 응력을 보상하는 단계;
    상기 보상부가 상기 모터의 각속도에 근거하여 상기 각속도에 의한 조향각과 모터각의 차이를 보상하는 단계;
    상기 보상부가 조향 위치 및 조타방향에 근거하여 상기 조향각 센서의 조향 위치에 따른 비선형 특성을 보상하는 단계; 및
    차량의 조향 상태가 정지 상태에서 조타 상태로 변경되는 경우 또는 조타방향이 변경되는 경우에, 상기 보상부가 조향각 신호에 히스테리시스 보상값을 적용하여 상기 MDPS 시스템의 히스테리시스(hysterisis) 특성을 보상하는 단계를 포함하고,
    상기 각속도에 의한 조향각과 모터각의 차이를 보상하는 단계에서, 상기 보상부는 상기 각속도에 신호 지연량을 곱하여 상기 조향각과 모터각의 차이에 대한 보상량을 산출하는 것을 특징으로 하는 MDPS 시스템의 조향각 신호 및 모터각 신호 보상 방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 압축 응력을 보상하는 단계에서, 상기 보상부는 상기 모터의 Q축 전류에 미리 설정된 전류 게인(gain)을 적용하는 것을 특징으로 하는 MDPS 시스템의 조향각 신호 및 모터각 신호 보상 방법.
  8. 삭제
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 히스테리시스 특성을 보상하는 단계에서, 상기 보상부는 상기 조향각 신호에 미리 설정된 조향각 게인(gain)을 적용하는 것을 특징으로 하는 MDPS 시스템의 조향각 신호 및 모터각 신호 보상 방법.
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