KR102369931B1 - 능동 조향제어장치 및 능동 조향제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 조향장치의 모터에 대한 토크 및 조향장치의 스티어링(Steering)속도를 센싱하는 센싱부와 래그 폴(Lag Pole), 래그 제로(Lag Zero), 리드 폴(Lead Pole) 및 리드 제로(Lead Zero)를 포함하는 보상기를 이용하여 모터에 대한 토크를 피드백제어하는 제1 제어부 및 스티어링속도에 대한 센싱값에 따라 보상기의 래그 폴, 래그 제로, 리드 폴 및 리드 제로 중 적어도 하나를 조정하는 폴제로 조정부를 포함하는 능동(Active) 조향제어장치에 관한 것이다.

Description

능동 조향제어장치 및 능동 조향제어방법{ACTIVE STEERING CONTROL APPARATUS AND ACTIVE STEERING CONTROL METHOD}

본 발명은 조향장치의 모터를 제어하는 기술에 관한 것이다.

모터를 포함하는 하드웨어를 제어하는 일반적인 제어장치는 설계된 보상기를 이용하여 피드백제어한다.

상기 보상기를 설계하는 방법을 자세히 설명하면, 모터를 포함하는 하드웨어에 대한 전달함수에 기초하여 제어하는 값이 수렴하며, 빠른 응답속도를 가지도록 하나 이상의 폴 또는 하나 이상의 제로의 위치를 설계한다. 상기 폴은 위상(Phase)과 이득(Magnitude)을 감소시키는 변곡점으로 동작하며, 상기 제로는 위상과 이득을 증가시키는 변곡점으로 동작할 수 있다.

반면 조향장치의 모터에 경우, 일 스티어링 속도 이상에서 부밍 노이즈가 발생할 수 있다. 또한, 일 스티어링 속도 이상에서 발생되는 부밍 노이즈의 크기는 시스템 응답속도에 비례한다.

이에 따라, 조향장치의 모터를 제어하는 일반적인 제어장치에 사용되는 보상기는 부밍 노이즈의 발생 특징을 더 참고하여 보다 낮은 시스템 응답속도인 일 시스템 응답속도로 동작하도록 설계된다.

이러한 이유에 의해, 일 시스템 응답속도를 가지도록 설계된 보상기에 의해, 운전자는 조향장치를 조종함에 있어서 이질감을 느낄 수 있으며, 또한 일 시스템응답속도에 따른 부밍 노이즈에 노출될 수 있다.

만약, 보상기가 부밍 노이즈가 발생하는 영역에서만 낮은 시스템 응답속도로 동작할 수만 있다면, 상기 문제점은 보완될 수 있을 것이다.

하지만, 현재, 부밍 노이즈가 발생하는 영역에만 낮은 시스템 응답속도로 동작할 수 있는 보상기를 포함하는 조향제어장치는 개발되지 못하고 있는 실정이다.

이러한 배경에서, 본 발명의 목적은, 일 측면에서, 부밍 노이즈가 발생하는 영역에서만 능동적으로 시스템 응답속도를 낮춤으로써, 이질감 및 부밍 노이즈를 감소시킬 수 있는 능동 조향제어기술을 제공하는 것이다.

일 측면에서, 본 발명은 조향장치의 모터에 대한 토크 및 조향장치의 스티어링(Steering)속도를 센싱하는 센싱부와 래그 폴(Lag Pole), 래그 제로(Lag Zero), 리드 폴(Lead Pole) 및 리드 제로(Lead Zero)를 포함하는 보상기를 이용하여 모터에 대한 토크를 피드백제어하는 제1 제어부 및 스티어링속도에 대한 센싱값에 따라 보상기의 래그 폴, 래그 제로, 리드 폴 및 리드 제로 중 적어도 하나를 조정하는 폴제로 조정부를 포함하는 능동(Active) 조향제어장치를 제공한다.

다른 일 측면에서, 본 발명은 조향장치의 모터에 대한 토크 및 조향장치의 스티어링(Steering)속도를 센싱하는 센싱부와 래그 폴(Lag Pole), 래그 제로(Lag Zero), 리드 폴(Lead Pole) 및 리드 제로(Lead Zero)를 포함하는 보상기 및 보상기의 이득값을 증폭시키는 증폭기를 이용하여 모터에 대한 토크를 피드백제어하는 제2 제어부 및 스티어링속도에 대한 센싱값에 따라 증폭기의 게인을 조정하는 게인 조정부를 포함하는 능동 조향제어장치를 제공한다.

또 다른 측면에서, 본 발명은 조향장치의 모터에 대한 토크 및 조향장치의 스티어링(Steering)속도를 센싱하는 센싱단계와 래그 폴(Lag Pole), 래그 제로(Lag Zero), 리드 폴(Lead Pole) 및 리드 제로(Lead Zero)를 포함하는 보상기를 이용하여 모터에 대한 토크를 피드백제어하는 제어단계 및 스티어링속도에 대한 센싱값에 따라 보상기의 래그 폴, 래그 제로, 리드 폴 및 리드 제로 중 적어도 하나를 조정하는 폴제로 조정단계를 포함하는 능동 조향제어방법을 제공한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 부밍 노이즈가 발생하는 영역에서만 능동적으로 시스템 응답속도를 낮출 수 있는 능동 조향제어기술을 제공할 수 있다.

도 1은 일반적인 제어장치의 동작을 설명하기 위한 일 예를 도시한 도면이다.
도 2는 조향토크를 입력값으로 하고 모터에 대한 토크를 출력값으로 하는 조향모터에 대한 일반적인 조향제어장치의 동작을 설명하기 위한 일 예를 도시한 도면이다.
도 3은 일반적인 조향제어장치를 설명하기 위한 일 예를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 능동 조향제어장치의 구성에 대한 일 예를 도시한 도면이다.
도 5a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 능동 조향제어장치의 동작을 설명하기 위한 제1 예를 도시한 도면이다.
도 5b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 능동 조향제어장치의 동작을 설명하기 위한 제2 예를 도시한 도면이다.
도 6a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 능동 조향제어장치의 동작을 설명하기 위한 제3 예를 도시한 도면이다.
도 6b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 능동 조향제어장치의 동작을 설명하기 위한 제4 예를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 능동 조향제어장치의 구성에 대한 일 예를 도시한 도면이다.
도 8a는 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 능동 조향제어장치의 동작을 설명하기 위한 제1 예를 도시한 도면이다.
도 8b는 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 능동 조향제어장치의 동작을 설명하기 위한 제2 예를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명인 능동 조향제어장치의 동작을 설명하기 위한 일 예를 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 능동 조향제어방법의 흐름도를 도시한 도면이다.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가질 수 있다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 수 있다.

또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질, 차례, 순서 또는 개수 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 다른 구성 요소가 "개재"되거나, 각 구성 요소가 다른 구성 요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

도 1은 일반적인 제어장치의 동작을 설명하기 위한 일 예를 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 입력값을 입력받아 출력값을 출력하는 하드웨어(110)에 일반적인 제어장치(120)를 적용한 예를 도시한다. 상기 일반적인 제어장치(120)는 하드웨어(110)의 출력값을 입력으로 받아 폴 또는 제로를 포함하는 보상기를 이용하여 피드백제어하는 장치이며, 상기 보상기는 하드웨어(110)의 전달함수(입력변수에 대한 출력변수를 표현한 함수)에 기초하여 미리 설계될 수 있다.

일반적인 제어장치(120)를 설계하는 방법에 대해 자세히 설명하면, 하드웨어(110)와 일반적인 제어장치(120)를 포함하는 시스템의 전달함수(입력값에 대한 출력값)에 대한 위상(Phase)과 이득(Magnitude)에 따라 상기 시스템의 출력값이 발진할 수도 있고 수렴할 수 있으며, 출력값이 수렴하기까지의 시간이 결정될 수 있다. 이에 따라, 상기 시스템의 출력값이 일 시간 내에 수렴하도록 일반적인 제어장치(120)에 포함되는 보상기의 전달함수를 설계할 수 있다. 여기서, 하드웨어(110)의 전달함수는 하드웨어(110)의 구성품이 바뀌지 않는 한 고정된다.

도 2는 조향토크를 입력값으로 하고 모터에 대한 토크를 출력값으로 하는 조향모터에 대한 일반적인 조향제어장치의 동작을 설명하기 위한 일 예를 도시한 도면이다.

도 2를 참조하면, 조향토크를 입력값으로 하고 모터에 대한 토크를 출력값으로 하는 조향장치의 모터에 대한 일반적인 조향제어장치는 설계되어 고정된 주파수에 위치하는 2개의 Pole(211, 213) 및 2개의 Zero(221, 213)을 포함할 수 있다.

고정된 주파수에 위치하는 2개의 Pole(211, 213) 및 2개의 Zero(221, 213)는 조향장치의 모터가 가지는 동작주파수(230)를 기준으로 출력값인 모터에 대한 토크가 수렴하며, 입력값인 조향토크가 입력되어 출력값인 모터에 대한 토크가 출력하는 응답시간이 감소되도록 설계될 수 있다. 일반적으로 출력값인 모터에 대한 토크가 수렴하기 위해서는 위상(Phase)이 일정값 이하에 해당하고, 응답시간이 감소하기 위해서는 이득(Magnitude)이 큰 값을 가져야 한다.

반면, 조향제어장치의 이득이 클수록 응답속도는 증가될 수 있으나, 스티어링 속도에 따라 부밍 노이즈가 발생할 수 있다.

도 3은 일반적인 조향제어장치를 설명하기 위한 일 예를 도시한 도면이다.

도 3을 참조하면, (A)는 조향제어장치의 이득이 큰 값으로 설계된 제1 시스템 응답속도와, 이득이 작은 값으로 설계된 제2 시스템 응답속도에 대해 운전자가 느낄 수 있는 필링(높을 값일수록 응답속도가 빠름을 의미하며 이에 따라 필링이 개선됨)에 대한 일 예를 도시하며, (B)는 조향제어장치의 상기 제1 시스템 응답속도와, 상기 제2 시스템 응답속도에 대해 발생할 수 있는 부밍 노이즈에 대한 일 예를 도시하며, (C)는 필링과 부밍 노이즈를 고려한 일반적인 조향제어장치에서 설계되는 시스템 응답속도에 대한 일 예를 도시한다.

즉, (A)에서 확인할 수 있듯이, 운전자가 느낄 수 있는 필링은 스티어링 속도에 영향이 적으므로, 조향모터와 조향제어장치를 포함하는 시스템은 제1 시스템 응답속도로 동작하도록 설계하는 것이 바람직할 수 있다.

반면, (B)에서 확인할 수 있듯이, 비교적 주파수가 낮고 운전자에게 압박감을 주는 소리인 부밍 노이즈는 일 스티어링 속도 이상에서 발생하며, 시스템의 응답속도가 빠를수록 더 큰 소리의 부밍 노이즈가 발생할 수 있다. 이에 따라, 조향모터와 조향제어장치를 포함하는 시스템은 제2 시스템 응답속도로 동작하도록 설계하는 것이 바람직할 수 있다.

이러한 관계에서, (C)와 같이 조향모터와 일반적인 조향제어장치를 포함하는 시스템은 필링과 부밍 노이즈 관계를 절충하여 제1 시스템 응답속도보단 작고 제2 시스템 응답속도보다 큰 일 시스템 응답속도를 가지도록 설계한다.

만약, 조향모터와 조향제어장치를 포함하는 시스템이 부밍 노이즈가 발생하기 전까지 제1 시스템 응답속도로 동작하고 부밍 노이즈가 발생하면 제2 시스템 응답속도로 동작한다면, 운전자에게 개선된 필링을 제공할 수 있으며 부밍 노이즈도 감소시킬 수 있을 것이다.

전술한 설명에서, 시스템의 응답속도를 설계하는 것으로 설명하였으나, 조향모터와 조향제어장치를 포함하는 시스템의 조향모터의 전달함수는 고정된 값이므로, 조향제어장치의 응답속도를 설계하는 것을 의미할 수 있다.

이하 도 4 내지 도 12는, 전술한 목적을 달성할 수 있는 조향제어장치로서, 부밍 노이즈가 발생하는 스티어링 속도에서만 시스템의 응답속도를 감소시킬 수 있는 능동 조향제어장치에 대해 자세히 설명한다.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 능동 조향제어장치의 구성에 대한 일 예를 도시한 도면이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 능동 조향제어장치(400)는 조향장치의 모터(111)에 대한 토크 및 조향장치의 스티어링 속도를 센싱하는 센싱부(410)와 래그 폴(Lag Pole), 래그 제로(Lag Zero), 리드 폴(Lead Pole) 및 리드 제로(Lead Zero)를 포함하는 보상기를 이용하여 모터에 대한 토크를 피드백제어하는 제1 제어부(420) 및 스티어링속도에 대한 센싱값에 따라 보상기의 래그 폴, 래그 제로, 리드 폴 및 리드 제로 중 적어도 하나를 조정하는 폴제로 조정부(430)를 포함할 수 있다.

조향장치의 모터(111)에 입력되는 입력값으로서 조향토크를 예시로 하였으나, 이에 제한되지 않고 다른 인자(Factor)가 입력될 수 있다.

센싱부(410)는 토크센서(Torque Sensor)를 이용하여 모터(111)에 대한 토크를 센싱할 수 있고, 조향각센서(Steering Angle Sensor)를 이용하여 조향장치의 스티어링속도를 센싱할 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 즉, 센싱부(410)는 토크센서 및 조향각센서가 아닌 다른 센서를 이용하여 모터(111)에 대한 토크 및 조향장치의 스티어링속도가 아닌 다른 인자를 센싱하고, 센싱값을 메커니즘 관계에 기초하여 모터(111)에 대한 토크 및 조향장치의 스티어링속도를 산출할 수도 있다.

제1 제어부(420)는 래그 폴(Lag Pole), 래그 제로(Lag Zero), 리드 폴(Lead Pole) 및 리드 제로(Lead Zero)를 포함하는 보상기를 이용하여 모터(111)에 대한 토크를 피드백제어할 수 있다.

상기 보상기는 센싱부(410)가 센싱한 모터에 대한 토크를 센싱한 값을 입력으로 받아 제어값을 출력할 수 있다.

또한, 모터(111)에 입력되는 조향토크에 보상기의 출력값을 뺄셈 연산한 연산값을 모터(111)에 입력하도록 구성함으로써, 제1 제어부(420)는 모터(111)에 대한 토크를 피드백제어할 수 있다.

전술한 제1 제어부(420)의 동작은 정궤환(Positive feedback)을 예시로 설명하였으나, 이에 제한되지 않고 부궤환(Negative Feedback)으로도 적용될 수 있다.

폴제로 조정부(430)는 센싱부(410)가 센싱한 스티어링속도에 대한 센싱값에 따라 제1 제어부(420)가 이용하는 보상기의 래그 폴, 래그 제로, 리드 폴 및 리드 제로 중 적어도 하나를 조정할 수 있다.

제1 예를 들어, 스티어링속도에 대한 센싱값이 미리 설정된 제1 속도값 이하인 제1 구간에 포함되면, 폴제로 조정부(430)는 보상기의 이득(Magnitude)값이 미리 설정된 제1 이득값이 되도록 보상기의 래그 폴, 래그 제로, 리드 폴 및 리드 제로 중 적어도 하나를 조정할 수 있다.

제2 예를 들어, 스티어링속도에 대한 센싱값이 미리 설정된 제1 속도값보다 크며 미리 설정된 제2 속도값보다 작은 제2 구간에 포함되면, 폴제로 조정부(430)는 보상기의 이득값이 미리 설정된 제1 이득값과 미리 설정된 제2 이득값의 사이가 되도록 보상기의 래그 폴, 래그 제로, 리드 폴 및 리드 제로 중 적어도 하나를 조정할 수 있다.

제3 예를 들어, 스티어링속도에 대한 센싱값이 미리 설정된 제2 속도값 이상인 제3 구간에 포함되면, 폴제로 조정부(420)는 보상기의 이득값이 미리 설정된 제2 이득값이 되도록 보상기의 래그 폴, 래그 제로, 리드 폴 및 리드 제로 중 적어도 하나를 조정할 수 있다.

이상의 예에서 제1 속도값은 제2 속도값보다 작으며, 제1 이득값은 제2 이득값보다 클 수 있다.

또한, 폴제로 조정부(430)는 조향장치의 공진주파수에서 상기 보상기의 이득값이 감소되도록 상기 리드 제로를 조정할 수 있다.

래그 폴 및 리드 폴은 보상기의 이득값을 증가시키는 변곡점 역할을 하며, 래그 제로 및 리드 제로는 보상기의 이득값을 감소시키는 변곡점 역할을 할 수 있다.

도 5a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 능동 조향제어장치의 동작을 설명하기 위한 제1 예를 도시한 도면이고, 도 5b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 능동 조향제어장치의 동작을 설명하기 위한 제2 예를 도시한 도면이다.

도 5a를 참조하면, 조향장치의 스티어링속도가 빠른 것으로 센싱부에서 센싱되면, 폴제로 조정부는 래그 폴(211), 래그 제로(221), 리드 제로(223) 및 리드 폴(213)을 포함하는 보상기의 리드제로(223)를 높은 주파수로 이동시켜(S1a) 조향장치의 모터가 가지는 동작주파수(230)에서 보상기의 이득값을 감소시킬 수 있다(S2a). 상기 동작주파수(230)는 조향모터와 조향제어장치를 포함하는 시스템의 입력값인 조향토크가 동작하는 주파수를 의미할 수 있다.

이와 달리, 조향장치의 스티어링속도가 느린 것으로 센싱부에서 센싱되면 도 5b에 도시된 바와 같이, 폴제로 조정부는 래그 폴(211), 래그 제로(221), 리드 제로(223) 및 리드 폴(213)을 포함하는 보상기의 리드제로(223)를 낮은 주파수로 이동시켜(S1b) 조향장치의 모터가 가지는 동작주파수(230)에서 보상기의 이득값을 증가시킬 수 있다(S2b).

도시한 도 5a 및 도 5b는 폴제로 제어부가 리드 제로(223)의 위치를 조정하여 조향장치의 스티어링속도에 따라 조향장치의 모터가 가지는 동작주파수(230)에서 보상기의 이득값을 조정하는 것과 유사하게, 폴제로 제어부는 래그 제로(221)의 위치를 조정할 수 도 있다.

도 6a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 능동 조향제어장치의 동작을 설명하기 위한 제3 예를 도시한 도면이고, 도 6b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 능동 조향제어장치의 동작을 설명하기 위한 제4 예를 도시한 도면이다.

도 6a를 참조하면, 조향장치의 스티어링속도가 빠른 것으로 센싱부에서 센싱되면, 폴제로 조정부는 래그 폴(211), 래그 제로(221), 리드 제로(223) 및 리드 폴(213)을 포함하는 보상기의 래그 폴(211)을 낮은 주파수로 이동시켜(S3a) 조향장치의 모터가 가지는 동작주파수(230)에서 보상기의 이득값을 감소시킬 수 있다(S4a).

이와 달리, 조향장치의 스티어링속도가 느린 것으로 센싱부에서 센싱되면 도 6b에 도시된 바와 같이, 폴제로 조정부는 래그 폴(211), 래그 제로(221), 리드 제로(223) 및 리드 폴(213)을 포함하는 보상기의 래그 폴(211)을 높은 주파수로 이동시켜(S3b) 조향장치의 모터가 가지는 동작주파수(230)에서 보상기의 이득값을 증가시킬 수 있다(S4b).

단, 폴제로 조정부가 리드 폴(213)의 위치를 조정하면 조향장치의 모터가 가지는 동작주파수(230)에서 보상기의 이득값을 감소시킬 수는 있으나 증가 시킬 수는 없다.

자세히 설명하면, 폴제로 조정부가 리드 폴(213)을 조향장치의 모터가 가지는 동작주파수(230)보다 작은 주파수로 이동시킴으로써 상기 동작주파수(230)에서 보상기의 이득값을 감소시킬 수 있다. 반면, 폴제로 조정부가 리드 폴(213)을 높은 주파수로 이동시키더라도 조향장치의 모터가 가지는 동작주파수(230)에서 보상기의 이득값은 유지되기 때문이다.

이러한 특징에 의해, 폴제로 조정부가 조향장치의 모터가 가지는 동작주파수(230)보다 큰 주파수에 위치하는 폴을 조정하면 보상기의 이득값을 감소만 시킬 수 있다. 이와 유사하게, 폴제로 조정부가 조향장치의 모터가 가지는 동작주파수(230)보다 큰 주파수에 위치하는 제로를 조정하면 보상기의 이득값을 증가만 시킬 수 있다.

전술한 도 5a 내지 도 6b에서 조향장치의 모터가 가지는 동작주파수(230)은 하나의 일 예로서, 이에 제한되지 않는다. 즉, 다른 일 예에 따라 조향장치의 모터가 다른 동작주파수를 가지면 전술한 도 5a 내지 도 6b와 유사하게 폴제로 조정부가 보상기의 래그 폴, 래그 제로, 리드 폴 및 리드 제로 중 적어도 하나를 조정하여 이득값을 조정할 수도 있다.

또한, 도 5a 내지 도 6b에서 폴제로 조정부가 하나의 제로 또는 하나의 폴을 조정하는 경우에 대해 설명하였으나, 이에 제한하지 않고 폴제로 조정부가 하나 이상의 제로, 하나 이상의 폴 및 하나 이상의 제로와 하나 이상의 폴을 조정하여 조향장치의 모터가 가지는 동작주파수에서의 이득값을 감소시키거나 감소시킬 수 있다.

더 나아가, 조향장치의 모터는 래그 제로가 위치하는 주파수와 리드 제로가 위치하는 주파수 사이에서 공진주파수(8~12[Hz])를 가질 수 있으며, 상기 공진주파수에서 시스템 응답속도가 감소되므로, 폴제로 조정부는 리드 제로를 더 큰 주파수에 위치하도록 조정하여 이득값을 감소시킬 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 스티어링속도가 느린 경우, 폴제로 조정부가 조향장치의 모터가 가지는 동작주파수에서의 이득값이 증가하도록 조정함으로써, 조향장치의 모터와 본 발명의 능동 조향제어장치를 포함하는 시스템의 응답속도가 증가되어 운전자에게 개선된 필링을 제공할 수 있다. 이와 달리, 스티어링속도가 빠른 경우, 폴제로 조정부가 조향장치의 모터가 가지는 동작주파수에서의 이득값이 감소하도록 조정함으로써, 조향장치의 모터와 본 발명의 능동 조향제어장치를 포함하는 시스템의 응답속도가 감소되어 운전자에게 감소된 부밍 노이즈를 제공할 수 있는 효과가 있다.

도 7은 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 능동 조향제어장치의 구성에 대한 일 예를 도시한 도면이다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 능동 조향제어장치(700)는 조향장치의 모터에 대한 토크 및 상기 조향장치의 스티어링(Steering)속도를 센싱하는 센싱부(710)와 래그 폴(Lag Pole), 래그 제로(Lag Zero), 리드 폴(Lead Pole) 및 리드 제로(Lead Zero)를 포함하는 보상기 및 상기 보상기의 이득값을 증폭시키는 증폭기를 이용하여 모터에 대한 토크를 피드백제어하는 제2 제어부(720) 및 스티어링속도에 대한 센싱값에 따라 증폭기의 게인을 조정하는 게인 조정부(730)를 포함할 수 있다.

센싱부(710)는 토크센서(Torque Sensor)를 이용하여 모터(111)에 대한 토크를 센싱할 수 있고, 조향각센서(Steering Angle Sensor)를 이용하여 조향장치의 스티어링속도를 센싱할 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 즉, 센싱부(710)는 토크센서 및 조향각센서가 아닌 다른 센서를 이용하여 모터(111)에 대한 토크 및 조향장치의 스티어링속도가 아닌 다른 인자를 센싱하고, 센싱값을 메커니즘 관계에 기초하여 모터(111)에 대한 토크 및 조향장치의 스티어링속도를 산출할 수도 있다.

제2 제어부(720)는 래그 폴(Lag Pole), 래그 제로(Lag Zero), 리드 폴(Lead Pole) 및 리드 제로(Lead Zero)를 포함하는 보상기 및 상기 보상기의 이득값을 증폭시키는 증폭기를 이용하여 모터에 대한 토크를 피드백제어할 수 있다.

상기 보상기는 센싱부(710)가 센싱한 모터에 대한 토크를 센싱한 값을 입력으로 받아 제어값을 출력할 수 있으며, 상기 증폭기는 보상기가 출력한 제어값을 게인값에 기초하여 증폭시킬 수 있다. 예를 들어, 게인값이 1보다 큰 값이면, 증폭기는 입력된 제어값보다 큰 값을 출력하며 게인값이 1보다 작은 값이면, 증폭기는 입력된 제어값보다 작은 값을 출력할 수 있다.

게인 조정부(730)는 센싱부(710)가 감지한 스티어링속도에 대한 센싱값에 따라 제2 제어부(720)가 이용하는 증폭기의 게인을 조정할 수 있다.

제 1 예를 들어, 스티어링속도에 대한 센싱값이 미리 설정된 제1 속도값 이하인 제1 구간에 포함되면, 게인 조정부(730)는 증폭된 보상기의 이득(Magnitude)값이 미리 설정된 제1 이득값이 되도록 게인을 조정할 수 있다.

제 2 예를 들어, 스티어링속도에 대한 센싱값이 미리 설정된 제1 속도값보다 크며 미리 설정된 제2 속도값보다 작은 제2 구간에 포함되면, 게인 조정부(730)는 증폭된 보상기의 이득값이 미리 설정된 제1 이득값과 미리 설정된 제2 이득값의 사이가 되도록 게인을 조정할 수 있다.

제 3 예를 들어, 스티어링속도에 대한 센싱값이 미리 설정된 제2 속도값 이상인 제3 구간에 포함되면, 게인 조정부는 증폭된 보상기의 이득값이 미리 설정된 제2 이득값이 되도록 게인을 조정할 수 있다.

이상의 예에서 제1 속도값은 제2 속도값보다 작으며, 제1 이득값은 제2 이득값보다 클 수 있다.

또한, 게인 조정부(730)는 조향장치의 공진주파수에서 증폭된 보상기의 이득값이 감소되도록 상기 게인을 감소시킬 수 있다.

도 8a는 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 능동 조향제어장치의 동작을 설명하기 위한 제1 예를 도시한 도면이고, 도 8b는 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 능동 조향제어장치의 동작을 설명하기 위한 제2 예를 도시한 도면이다.

도 8a를 참조하면, 조향장치의 스티어링속도가 빠른 것으로 센싱부에서 센싱되면, 게인 조정부는 증폭기의 게인을 감소시켜 조향장치의 모터가 가지는 동작주파수(230)에서 증폭된 보상기의 이득값을 감소시킬 수 있다(S6a).

이와 달리, 조향장치의 스티어링속도가 느린 것으로 센싱부에서 센싱되면 도 8b에 도시된 바와 같이, 게인 조정부는 증폭기의 게인을 증가시켜 조향장치의 모터가 가지는 동작주파수(230)에서 증폭된 보상기의 이득값을 증가시킬 수 있다(S6b).

전술한 도 8a 내지 도 8b에서 조향장치의 모터가 가지는 동작주파수(230)은 하나의 일 예로서, 이에 제한되지 않는다.

또한, 조향장치의 모터는 래그 제로가 위치하는 주파수와 리드 제로가 위치하는 주파수 사이에서 공진주파수(8~12[Hz])를 가질 수 있으며, 상기 공진주파수에서 시스템 응답속도가 감소되므로, 게인 조정부는 게인을 감소하도록 조정하여 이득값을 감소시킬 수 있다.

도 9는 본 발명인 능동 조향제어장치의 동작을 설명하기 위한 일 예를 도시한 도면이다.

도 9를 참조하면, (A)는 조향제어장치의 이득이 큰 값으로 설계된 제1 시스템 응답속도와, 이득이 작은 값으로 설계된 제2 시스템 응답속도에 대해 운전자가 느낄 수 있는 필링(높을 값일수록 응답속도가 빠름을 의미하며 이에 따라 필링이 개선됨)에 대한 일 예를 도시하며, (B)는 조향제어장치의 상기 제1 시스템 응답속도와, 상기 제2 시스템 응답속도에 대해 발생할 수 있는 부밍 노이즈에 대한 일 예를 도시하며, (C)는 필링과 부밍 노이즈를 고려한 일반적인 조향제어장치에서 설계되는 시스템 응답속도에 대한 일 예를 도시한다.

즉, (A)에서 확인할 수 있듯이, 운전자가 느낄 수 있는 필링은 스티어링 속도에 영향이 적으므로, 조향모터와 조향제어장치를 포함하는 시스템은 제1 시스템 응답속도로 동작하도록 설계하는 것이 바람직할 수 있다.

반면, (B)에서 확인할 수 있듯이, 비교적 주파수가 낮고 운전자에게 압박감을 주는 소리인 부밍 노이즈는 일 스티어링 속도 이상에서 발생하며, 시스템의 응답속도가 빠를수록 더 큰 소리의 부밍 노이즈가 발생할 수 있다. 이에 따라, 조향모터와 조향제어장치를 포함하는 시스템은 제2 시스템 응답속도로 동작하도록 설계하는 것이 바람직할 수 있다.

이러한 관계에서, 본 발명의 능동 조향제어장치는 (C)와 같이, 일 스티어링 속도보다 작은 제1 스티어링 속도에서 조향모터와 능동 조향제어장치를 포함하는 시스템을 제1 시스템 응답속도로 동작시키고, 상기 일 스티어링 속도보다 큰 제2 스티어링 속도에서 상기 시스템을 제2 시스템 응답속도로 동작시킬 수 있다.

본 발명의 능동 조향제어장치가 조향모터와 능동 조향제어장치를 포함하는 시스템을 도시된 (C)와 같이, 일 스티어링 속도 이전인 제1 스티어링 속도에서 시작하여 상기 일 스티어링 속도 이후인 제2 스티어링 속도까지 시스템 응답속도를 감소시킴으로써, 부밍 노이즈가 발생하지 않는 구간(스티어링 속도가 일 스티어링 속도보다 작은 구간)에서 시스템의 응답속도를 빠르게 하여 운전자에게 개선된 필링을 제공하며, 부밍 노이즈가 발생하는 구간(스티어링 속도가 일 스티어링 속도보다 큰 구간)에서 시스템의 응답속도를 느리게 하여 운전자가 느낄 수 있는 부밍 노이즈를 감소시킬 수 있다. 제1 스티어링 속도 및 제2 스티어링 속도는 실험값에 의해 산출될 수 있다.

이하에서는 도 4 내지 도 9를 이용하여 설명한 능동 조향제어장치가 수행하는 동작인 능동 조향제어방법에 대해서 간략하게 설명한다.

도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 능동 조향제어방법의 흐름도를 도시한 도면이다.

도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 능동 조향제어방법은 조향장치의 모터에 대한 토크 및 조향장치의 스티어링(Steering)속도를 센싱하는 센싱단계(S1000)와 래그 폴(Lag Pole), 래그 제로(Lag Zero), 리드 폴(Lead Pole) 및 리드 제로(Lead Zero)를 포함하는 보상기를 이용하여 모터에 대한 토크를 피드백제어하는 제어단계(S1010) 및 스티어링속도에 대한 센싱값에 따라 보상기의 래그 폴, 래그 제로, 리드 폴 및 리드 제로 중 적어도 하나를 조정하는 조정단계(S1020)를 포함할 수 있다.

센싱단계(S1000)는 토크센서(Torque Sensor)를 이용하여 모터에 대한 토크를 센싱할 수 있고, 조향각센서(Steering Angle Sensor)를 이용하여 조향장치의 스티어링속도를 센싱할 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 즉, 센싱단계(S1000)는 토크센서 및 조향각센서가 아닌 다른 센서를 이용하여 모터에 대한 토크 및 조향장치의 스티어링속도가 아닌 다른 인자를 센싱하고, 센싱값을 메커니즘 관계에 기초하여 모터에 대한 토크 및 조향장치의 스티어링속도를 산출할 수도 있다.

제어단계(S1010)는 래그 폴(Lag Pole), 래그 제로(Lag Zero), 리드 폴(Lead Pole) 및 리드 제로(Lead Zero)를 포함하는 보상기를 이용하여 모터에 대한 토크를 피드백제어할 수 있다.

상기 보상기는 센싱단계(S1000)에서 센싱한 모터에 대한 토크를 센싱한 값을 입력으로 받아 제어값을 출력할 수 있다.

또한, 모터에 입력되는 조향토크에 보상기의 출력값을 뺄셈 연산한 연산값을 모터에 입력하도록 구성함으로써, 제어단계(S1010)는 모터에 대한 토크를 피드백제어할 수 있다.

전술한 제어단계(S1010)의 동작은 정궤환(Positive feedback)을 예시로 설명하였으나, 이에 제한되지 않고 부궤환(Negative Feedback)으로도 적용될 수 있다.

조정단계(S1020)는 센싱단계(S1000)에서 센싱한 스티어링속도에 대한 센싱값에 따라 제어단계(S1010)가 이용하는 보상기의 래그 폴, 래그 제로, 리드 폴 및 리드 제로 중 적어도 하나를 조정할 수 있다.

제1 예를 들어, 스티어링속도에 대한 센싱값이 미리 설정된 제1 속도값 이하인 제1 구간에 포함되면, 조정단계(S1020)는 보상기의 이득(Magnitude)값이 미리 설정된 제1 이득값이 되도록 보상기의 래그 폴, 래그 제로, 리드 폴 및 리드 제로 중 적어도 하나를 조정할 수 있다.

제2 예를 들어, 스티어링속도에 대한 센싱값이 미리 설정된 제1 속도값보다 크며 미리 설정된 제2 속도값보다 작은 제2 구간에 포함되면, 조정단계(S1020)는 보상기의 이득값이 미리 설정된 제1 이득값과 미리 설정된 제2 이득값의 사이가 되도록 보상기의 래그 폴, 래그 제로, 리드 폴 및 리드 제로 중 적어도 하나를 조정할 수 있다.

제3 예를 들어, 스티어링속도에 대한 센싱값이 미리 설정된 제2 속도값 이상인 제3 구간에 포함되면, 조정단계(S1020)는 보상기의 이득값이 미리 설정된 제2 이득값이 되도록 보상기의 래그 폴, 래그 제로, 리드 폴 및 리드 제로 중 적어도 하나를 조정할 수 있다.

이상의 예에서 제1 속도값은 제2 속도값보다 작으며, 제1 이득값은 제2 이득값보다 클 수 있다.

또한, 조정단계(S1020)는 조향장치의 공진주파수에서 상기 보상기의 이득값이 감소되도록 상기 리드 제로를 조정할 수 있다.

래그 폴 및 리드 폴은 보상기의 이득값을 증가시키는 변곡점 역할을 하며, 래그 제로 및 리드 제로는 보상기의 이득값을 감소시키는 변곡점 역할을 할 수 있다.

이 외에도 본 발명의 능동 조향제어방법은 도 4 내지 도 9에 기초하여 설명한 본 발명의 능동 조향제어장치가 수행하는 각 동작을 모두 수행할 수 있다.

이상에서의 설명 및 첨부된 도면은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 나타낸 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 구성의 결합, 분리, 치환 및 변경 등의 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (11)

1. 조향장치의 모터에 대한 토크 및 상기 조향장치의 스티어링(Steering)속도를 센싱하는 센싱부;
   래그 폴(Lag Pole), 래그 제로(Lag Zero), 리드 폴(Lead Pole) 및 리드 제로(Lead Zero)를 포함하는 보상기를 이용하여 상기 모터에 대한 토크를 피드백제어하는 제1 제어부; 및
   상기 스티어링속도에 대한 센싱값에 따라 상기 보상기의 래그 폴, 래그 제로, 리드 폴 및 리드 제로 중 적어도 하나를 조정하는 폴제로 조정부를 포함하고,
   상기 폴제로 조정부는,
   상기 보상기의 이득값을 감소하도록 조정하는 경우, 상기 래그 폴에 대응되는 주파수를 낮추도록 제어하거나 상기 리드제로에 대응되는 주파수를 높이도록 제어하는 능동(Active) 조향제어장치.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 폴제로 조정부는,
   상기 스티어링속도에 대한 센싱값이 미리 설정된 제1 속도값 이하인 제1 구간에 포함되면 상기 보상기의 이득(Magnitude)값이 미리 설정된 제1 이득값이 되도록 상기 보상기의 래그 폴, 래그 제로, 리드 폴 및 리드 제로 중 적어도 하나를 조정하는 능동 조향제어장치.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 폴제로 조정부는,
   상기 스티어링속도에 대한 센싱값이 미리 설정된 제1 속도값보다 크며 미리 설정된 제2 속도값보다 작은 제2 구간에 포함되면 상기 보상기의 이득값이 미리 설정된 제1 이득값과 미리 설정된 제2 이득값의 사이가 되도록 상기 보상기의 래그 폴, 래그 제로, 리드 폴 및 리드 제로 중 적어도 하나를 조정하는 능동 조향제어장치.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 폴제로 조정부는,
   상기 스티어링속도에 대한 센싱값이 미리 설정된 제2 속도값 이상인 제3 구간에 포함되면 상기 보상기의 이득값이 미리 설정된 제2 이득값이 되도록 상기 보상기의 래그 폴, 래그 제로, 리드 폴 및 리드 제로 중 적어도 하나를 조정하는 능동 조향제어장치.
5. 제 1항에 있어서,
   상기 폴제로 조정부는,
   상기 조향장치의 모터가 가지는 공진주파수에서 상기 보상기의 이득값이 감소되도록 상기 리드 제로를 조정하는 것을 특징으로 하는 능동 조향제어장치.
6. 제 1항에 있어서,
   상기 제1 제어부는,
   상기 보상기의 이득값을 증폭시키는 증폭기를 더 이용하여 상기 모터에 대한 토크를 피드백제어하고,
   상기 스티어링속도에 대한 센싱값에 따라 상기 증폭기의 게인을 조정하는 게인 조정부를 더 포함하는 능동 조향제어장치.
7. 제 6항에 있어서,
   상기 게인 조정부는,
   상기 스티어링속도에 대한 센싱값이 미리 설정된 제1 속도값 이하인 제1 구간에 포함되면, 증폭된 상기 보상기의 이득(Magnitude)값이 미리 설정된 제1 이득값이 되도록 상기 게인을 조정하는 능동 조향제어장치.
8. 제 6항에 있어서,
   상기 게인 조정부는,
   상기 스티어링속도에 대한 센싱값이 미리 설정된 제1 속도값보다 크며 미리 설정된 제2 속도값보다 작은 제2 구간에 포함되면, 증폭된 상기 보상기의 이득값이 미리 설정된 제1 이득값과 미리 설정된 제2 이득값의 사이가 되도록 상기 게인을 조정하는 능동 조향제어장치.
9. 제 6항에 있어서,
   상기 게인 조정부는,
   상기 스티어링속도에 대한 센싱값이 미리 설정된 제2 속도값 이상인 제3 구간에 포함되면 증폭된 상기 보상기의 이득값이 미리 설정된 제2 이득값이 되도록 상기 게인을 조정하는 능동 조향제어장치.
10. 제 6항에 있어서,
    상기 게인 조정부는,
    상기 조향장치의 모터가 가지는 공진주파수에서 증폭된 상기 보상기의 이득값이 감소되도록 상기 게인을 감소시키는 것을 특징으로 하는 능동 조향제어장치.
11. 조향장치의 모터에 대한 토크 및 상기 조향장치의 스티어링(Steering)속도를 센싱하는 센싱단계;
    래그 폴(Lag Pole), 래그 제로(Lag Zero), 리드 폴(Lead Pole) 및 리드 제로(Lead Zero)를 포함하는 보상기를 이용하여 상기 모터에 대한 토크를 피드백제어하는 제어단계; 및
    상기 스티어링속도에 대한 센싱값에 따라 상기 보상기의 래그 폴, 래그 제로, 리드 폴 및 리드 제로 중 적어도 하나를 조정하는 폴제로 조정단계를 포함하고,
    상기 폴제로 조정 단계는,
    상기 보상기의 이득값을 감소하도록 조정해야하는 경우, 상기 래그 폴에 대응되는 주파수를 낮추도록 제어하거나 상기 리드제로에 대응되는 주파수를 높이도록 제어하는 능동(Active) 조향제어방법.

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