KR102374336B1 - 전동식 조향 시스템의 조향 제어 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

차량용 전동식 조향 시스템의 조향 제어 장치 및 방법이 개시된다. 본 발명의 차량용 전동식 조향 시스템의 조향 제어 장치는 조향각을 토대로 랙바 끝단에 대한 학습 끝단값을 학습하는 학습 모듈; 상기 학습 끝단값과 조향각을 토대로 목표 제한 각속도를 검출하고 조향각속도로 실제 모터 각속도를 검출한 후, 상기 목표 제한 각속도와 상기 실제 모터 각속도 간의 오차를 토대로 제한 전류를 생성하여 조향각속도를 상기 목표 제한 각속도 이내로 제한하는 각속도 제한 모듈; 및 상기 제한 전류와 조향 제어 모듈로부터 입력된 지령 전류를 이용하여 모터 제어를 위한 모터전류를 생성하는 모터전류 생성 모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

전동식 조향 시스템의 조향 제어 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING STEERING OF ELECTRIC POWER STEERING SYSTEM}

본 발명은 차량용 전동식 조향 시스템의 조향 제어 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 조향휠을 좌측 또는 우측 끝단과 기계적으로 접촉하는 것을 방지하는 차량용 전동식 조향 시스템의 조향 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.

전동식 조향 시스템은 차속 센서, 조향 센서 및 토크 센서 등에서 감지한 차량의 운행 조건에 따라 전자 제어 장치(ECU, Electronic Control Unit)에서 모터를 구동시켜 저속 운행시에는 가볍고 편안한 조향감을 부여하고, 고속 운행시에는 무거운 조향감과 더불어 양호한 방향 안정성을 부여한다. 또한, 전동식 조향 시스템은 조향휠의 회전각에 따른 조속한 스티어링 휠의 복원력을 제공하여 비상 상황에서 급속한 조향이 이루어지도록 하여 운전자에게 최적의 조향 조건을 제공하게 된다.

전동식 조향 시스템은 운전자의 조향휠 회전력을 하측으로 전달할 수 있도록 스티어링 휠과 기어박스의 사이에 배치되는 조향 컬럼의 외부에 설치된 모터를 통해 조향축을 회전시켜 운전자의 조향력을 보조한다.

한편, 전동식 조향 시스템은 운전자가 스티어링 휠을 우측이나 좌측 끝단까지 회전시킬 때, 랙 바의 스토퍼와 기어박스 하우징의 기계적 충돌이 발생한다. 이를 방지하기 위해, 전동식 조향 시스템은 랙 바 조타 위치를 검출하여 임의 설정된 전류 테이블에 따라 모터의 전류를 자동으로 가변시켜 랙 바의 스토퍼와 기어박스 하우징 간의 충돌로 인한 충격을 완화하고, 소음 감소시키며, 부품의 기계적 손상을 방지한다.

본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 10-2019-0034950호(2019.04.03)의 '조향 장치 및 그 제어 방법'에 개시되어 있다.

종래에는 차량의 전동식 파워 스티어링 장치의 랙 바 조타 위치를 검출하여 임의 설정된 전류 테이블에 따라 조타 구동용 모터의 전류를 자동으로 가변시켜 제어하였다.

그러나 종래 방식은 운전자가 조향휠을 회전시키더라도 전동식 조향 시스템의 최대 출력이 감소해서 조향휠이 끝단까지 회전되지 못하거나 저마찰 노면이나 크립 주행 등 차량의 부하에 변동이 있을 경우 정지되어 있던 조향휠이 더 회전하게 되는 등의 문제점이 있었다.

본 발명은 전술한 문제점을 개선하기 위해 창안된 것으로서, 본 발명의 일 측면에 따른 목적은 OLP(Over Load Protection) 조건 만족시 랙바 끝단의 끝단각을 학습하고 학습된 끝단각으로 검출된 모터 제한 속도와 실제 모터 속도 간의 속도차를 토대로 모터전류를 제한하여 랙 바의 스토퍼와 기어박스 하우징의 기계적 충돌을 방지하는 차량용 전동식 조향 시스템의 조향 제어 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 차량용 전동식 조향 시스템의 조향 제어 장치는 조향각을 토대로 랙바 끝단의 끝단각을 토대로 학습 끝단값을 학습하는 학습 모듈; 상기 학습 끝단값과 조향각을 토대로 목표 제한 각속도를 검출하고 조향각속도로 실제 모터 각속도를 검출한 후, 상기 목표 제한 각속도와 상기 실제 모터 각속도 간의 오차를 토대로 제한 전류를 생성하여 조향각속도를 상기 목표 제한 각속도 이내로 제한하는 각속도 제한 모듈; 및 상기 제한 전류와 조향 제어 모듈로부터 입력된 지령 전류를 이용하여 모터 제어를 위한 모터전류를 생성하는 모터전류 생성 모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 학습 모듈은 기 설정된 학습 조건을 만족하는지를 판단하는 조건 판단부; 및 상기 조건 판단부의 판단 결과 상기 학습 조건이 만족할 때마다 끝단각을 누적 저장하고 누적 저장된 끝단각을 토대로 상기 학습 끝단각을 학습하는 학습부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 조건 판단부는 컬럼 토크 및 조향각속도를 토대로 OLP(Over Load Protection) 동작 조건을 만족하는지를 판단하는 OLP 동작 조건 판단부; 및 조향각이 기 설정된 설정 조향각을 초과하는지를 판단하는 조향각 비교부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 학습부는 상기 학습 조건이 만족할 때마다 끝단각을 기 설정된 설정횟수만큼 누적 저장하고 누적 저장된 끝단각을 평균하여 평균값을 산출하는 평균값 산출부; 및 상기 평균값에 기 설정된 설정값을 합산하고, 산출된 합산값을 조향각과 비교하여 비교 결과에 따라 상기 학습 끝단각을 결정하는 학습 끝단각 결정부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 학습 끝단각 결정부는 상기 합산값이 조향각 이상이면 상기 평균값을 상기 학습 끝단각으로 결정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 각속도 제한 모듈은 상기 학습 끝단각과 조향각을 토대로 목표 제한 각속도를 검출하는 목표 제한 각속도 검출부; 상기 실제 모터 각속도를 검출하는 모터 각속도 검출부; 및 상기 목표 제한 각속도와 상기 실제 모터 각속도 간의 오차를 토대로 제한 전류를 생성하고, 상기 제한 전류를 상기 실제 모터 각속도에 따라 조절하는 제한 전류 검출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 제한 전류 검출부는 상기 목표 제한 각속도와 상기 실제 모터 각속도 간의 오차를 검출하는 오차 검출부; 상기 오차에 따라 PI(Proportinal Integral) 제어를 수행하여 상기 제한 전류를 생성하는 제한전류 생성부; 상기 실제 모터 각속도에 대응되는 램프 게인을 검출하는 게인 검출부; 상기 제한 전류에 상기 램프 게인을 적용하여 상기 제한 전류를 조절하는 제한전류 조절부; 및 상기 제한 전류를 기 설정된 설정크기 이내로 제한하는 제한 전류 제한부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 램프 게인은 상기 목표 제한 각속도와 상기 실제 모터 각속도 간의 오차를 줄이는 방향으로 설정되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 모터전류 생성 모듈은 상기 제한 전류와 상기 지령 전류를 더하여 상기 모터전류를 생성하는 모터전류 생성부; 및 상기 모터전류를 기 설정된 모터전류 제한값의 범위 내로 제한하여 상기 모터에 입력하는 모터전류 제한부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 측면에 따른 차량용 전동식 조향 시스템의 조향 제어 방법은 조향각을 토대로 랙바 끝단의 끝단각을 토대로 학습 끝단값을 학습하는 단계; 상기 학습 끝단각과 조향각을 토대로 목표 제한 각속도를 검출하고 조향각속도로 실제 모터 각속도를 검출한 후, 상기 목표 제한 각속도와 상기 실제 모터 각속도 간의 오차를 토대로 제한 전류를 생성하여 조향각속도를 상기 목표 제한 각속도 이내로 제한하는 단계; 및 상기 제한 전류와 조향 제어 모듈로부터 입력된 지령 전류로 모터 제어를 위한 모터전류를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 끝단값을 학습하는 단계는 기 설정된 학습 조건을 만족하는지를 판단하는 단계; 및 상기 판단 결과 상기 학습 조건이 만족할 때마다 끝단각을 누적 저장하고 누적 저장된 끝단각을 토대로 상기 학습 끝단각을 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 학습 조건을 만족하는지를 판단하는 단계는 컬럼 토크 및 조향각속도를 토대로 OLP(Over Load Protection) 동작 조건을 만족하는지를 판단하는 단계; 및 조향각이 기 설정된 설정 조향각을 초과하는지를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 학습 끝단각을 검출하는 단계는 상기 학습 조건이 만족할 때마다 끝단각을 기 설정된 설정횟수만큼 누적 저장하고 누적 저장된 끝단각을 평균하여 평균값을 산출하는 단계; 및 상기 평균값에 기 설정된 설정값을 합산하며, 산출된 합산값을 조향각과 비교하여 비교 결과에 따라 상기 학습 끝단각을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 학습 끝단각을 결정하는 단계는 상기 합산값이 조향각 이상이면 상기 평균값을 상기 학습 끝단각으로 결정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 조향각속도를 상기 목표 제한 각속도 이내로 제한하는 단계는 상기 학습 끝단각과 조향각을 토대로 목표 제한 각속도를 검출하는 단계; 상기 조향각속도에 기어비를 적용하여 상기 실제 모터 각속도를 검출하는 단계; 및 상기 목표 제한 각속도와 상기 실제 모터 각속도 간의 오차를 토대로 비례제어를 수행하여 상기 제한 전류를 생성한 후, 상기 제한 전류를 상기 실제 모터 각속도에 따라 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 제한 전류를 상기 실제 모터 각속도에 따라 조절하는 단계는 상기 목표 제한 각속도와 상기 실제 모터 각속도 간의 상기 오차를 검출하고, 상기 오차에 따라 PI(Proportinal Integral) 제어를 수행하여 상기 제한 전류를 생성하며, 상기 실제 모터 각속도에 대응되는 램프 게인을 검출하며, 상기 제한 전류에 상기 램프 게인을 적용하여 상기 제한 전류를 조절한 후, 상기 제한 전류를 기 설정된 설정크기 이내로 제한하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 램프 게인은 상기 목표 제한 각속도와 상기 실제 모터 각속도 간의 오차를 줄이는 방향으로 설정되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 모터전류를 생성하는 단계는 상기 제한 전류와 상기 지령 전류를 더하여 상기 모터전류를 생성하는 단계; 및 상기 모터전류를 기 설정된 모터전류 제한값의 범위 내로 제한하여 상기 모터에 입력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 측면에 따른 차량용 전동식 조향 시스템의 조향 제어 장치 및 방법은 OLP(Over Load Protection) 조건 만족시 랙바 끝단의 끝단각을 학습하고 학습된 끝단각으로 검출된 모터 제한 속도와 실제 모터 속도 간의 속도차를 토대로 모터전류를 제한하여 랙 바의 스토퍼와 기어박스 하우징의 기계적 충돌을 방지한다.

본 발명의 다른 측면에 따른 차량용 전동식 조향 시스템의 조향 제어 장치 및 방법은 전동식 조향 시스템의 최대 출력이 감소해서 조향휠이 끝단까지 회전되지 못하거나 저 마찰 노면이나 크립 주행 등 차량의 부하에 변동이 있을 경우 정지되어 있던 조향휠이 더 회전하게 되는 것을 미연에 방지한다.

도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 전동식 조향 시스템의 조향 제어 장치의 블럭 구성도이다.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 학습 모듈의 블럭 구성도이다.
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 각속도 제한 모듈의 블럭 구성도이다.
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터전류 출력 모듈의 블럭 구성도이다.
도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 조향 시스템의 조향 제어 방법의 순서도이다.
도 6 은 본 발명의 일 실시예에 따른 학습 끝단각을 학습하는 과정의 순서도이다.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 전동식 조향 시스템의 조향 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 차량용 전동식 조향 시스템의 조향 제어 장치의 블럭 구성도이고, 도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 학습 모듈의 블럭 구성도이며, 도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 각속도 제한 모듈의 블럭 구성도이며, 도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터전류 출력 모듈의 블럭 구성도이다.

도 1 을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 전동식 조향 시스템의 조향 제어 장치는 학습 모듈(10), 각속도 제한 모듈(20), 조향 제어 모듈(30) 및 모터전류 생성 모듈(40)을 포함한다.

학습 모듈(10)은 조향각을 토대로 기 설정된 학습 조건을 만족하는지를 판단하여 학습 조건이 만족할 때마다 끝단각을 누적 저장한 후, 누적 저장된 끝단각을 이용하여 학습 끝단각을 학습한다. 학습 끝단각은 끝단각 학습을 통해 끝단각으로 획득한 학습각이다.

도 2 를 참조하면, 학습 모듈(10)은 조건 판단부(11) 및 학습부(12)를 포함한다.

조건 판단부(11)는 기 설정된 학습 조건을 만족하는지를 판단한다. 조건 판단부(11)는 OLP(Over Load Protection) 동작 조건 판단부(11) 및 조향각 비교부(112)를 포함한다.

OLP 동작 조건 판단부(111)는 컬럼 토크 및 조향각속도를 토대로 OLP 기능을 수행하기 위한 OLP 동작 조건을 만족하는지를 판단한다.

OLP 기능은 조타시 휠 끝단에서 지속적으로 최대 전류가 흐르는 것을 방지 하기 위해 특정 조건이 되면 모터 출력을 제한한다.

통상, 전동식 조향 시스템은 조향휠이 양 끝단까지 회전한 경우 큰 출력을 발생시키기 위해 많은 전류가 인가되어 모터나 ECU(Engine Control Unit) 또는 MCU(Motor Control Unit) 등이 열에 의해 작동 오류(Fail)가 발생하거나 파손될 수 있다.

OLP 기능은 전동식 조향 시스템의 높은 전류 인가에 따른 열 발생으로 모터나 ECU(MCU)가 작동 오류(Fail) 또는 파손되는 것을 방지한다. OLP 기능은 운전자가 조향휠을 최대로 회전시킬 경우 조향휠의 부하정보 및 조향각 정보를 토대로 최대 전류가 상태임을 판단하고 전류를 제한함으로써, 전동식 조향 시스템에 발생되는 열을 감소시킨다.

조향각 비교부(112)는 조향각을 기 설정된 설정 조향각과 비교하여 조향각이 설정 조향각을 초과하는지를 판단한다.

설정 조향각은 조향휠을 끝단까지 회전시켰는지를 판단하기 위해 사전에 설정된 조향각이다. 따라서, 조향각이 설정 조향각 이상이 되면 조향휠이 끝단와 매우 인접한 상태인 것으로 판단될 수 있다.

학습부(12)는 조건 판단부(11)의 판단 결과 학습 조건이 만족할 때마다 끝단각을 누적 저장하고 누적 저장된 끝단각을 토대로 학습 끝단각을 학습한다.

끝단각은 OLP 동작 조건을 만족하고 조향각이 설정 조향각을 초과할 시점에서의 조향각이다.

통상, 운전자가 조향휠을 끝단까지 조향할 경우, OLP 동작 조건이 만족되고 조향각이 설정 조향각을 초과하게 된다.

이에, 학습부(12)는 운전자가 조향휠을 끝단까지 회전시켜 학습 조건이 만족할 때마다 끝단각을 누적 저장하고 누적 저장된 끝단각을 토대로 학습 끝단각을 학습한다.

학습부(12)는 평균값 산출부(121) 및 학습 끝단각 결정부(122)를 포함한다.

평균값 산출부(121)는 운전자가 조향휠을 끝단까지 회전시켜 조건 판단부(11)에 의해 학습 조건이 만족하는 것으로 판단될 때마다 끝단각을 검출한다. 이때, 평균값 산출부(121)는 설정개수의 끝단각을 검출한다.

이어 평균값 산출부(121)는 검출된 설정 개수의 끝단각을 합산하고 합산된 끝단각을 설정횟수로 나누어 끝단각의 평균값을 산출한다.

학습 끝단각 결정부(122)는 평균값 산출부(121)에 의해 산출된 평균값에 기 설정된 설정값을 합산하고, 평균값과 설정값을 합산한 합산값을 조향각과 비교하여 비교 결과에 따라 학습 끝단각을 결정한다.

이 경우, 학습 끝단각 결정부(122)는 합산값이 조향각을 초과하면 평균값을 학습 끝단각을 결정하고, 반면에 합산값이 조향각 미만이면 합산값을 초기화하고 학습 끝단각을 재학습한다.

즉, 합산값이 초기화됨에 따라, 평균값 산출부(121)는 상기한 바와 같이 학습 조건이 만족하는 것으로 판단될 때마다 끝단각을 검출하여 설정개수의 끝단각으로 평균값을 검출하고, 학습 끝단각 결정부(122)가 해당 평균값과 설정값을 합산한 합산값을 조향각과 비교하여 비교 결과에 따라 학습 끝단각을 결정한다.

본 실시예에서 설정횟수는 10회일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

각속도 제한 모듈(20)은 학습 끝단값과 조향각을 토대로 목표 제한 각속도를 검출하고 조향각속도로 실제 모터 각속도를 검출한 후, 목표 제한 각속도와 실제 모터 각속도 간의 오차를 토대로 제한 전류를 생성하여 조향 각속도를 목표 제한 각속도 이내로 제한한다.

도 3 을 참조하면, 각속도 제한 모듈(20)은 목표 제한 각속도 검출부(21), 모터 각속도 검출부(22) 및 제한전류 검출부(23)를 포함한다.

목표 제한 각속도 검출부(21)는 학습 끝단각과 조향각을 토대로 목표 제한 각속도를 검출한다.

즉, 목표 제한 각속도 검출부(21)는 학습 끝단각 기준으로 각속도 제한 테이블을 사전에 저장한다. 조향각과 학습 끝단각이 입력되면, 목표 제한 각속도 검출부(21)는 각속도 제한 테이블에서 학습 끝단각과 조향각에 설정된 목표 제한 각속도를 검출한다.

모터 각속도 검출부(22)는 조향각속도를 이용하여 실제 모터 각속도를 검출한다. 모타 각속도 검출부(22)는 조향각속도에 기어비 등을 곱하여 실제 모터 각속도를 산출하거나, 조향각속도별로 실제 모터 각속도를 사전에 설정할 수도 있다. 모터 각속도 검출부(22)가 실제 모터 각속도를 검출하는 방법은 특별히 한정되는 것은 아니다.

제한전류 검출부(23)는 목표 제한 각속도 검출부(21)와 모터 각속도 검출부(22) 각각으로부터 목표 제한 각속도 및 실제 모터 각속도를 입력받고, 이들 목표 제한 각속도와 실제 모터 각속도 간의 오차를 토대로 제한 전류를 생성하고, 제한 전류를 실제 모터 각속도에 따라 조절한다.

즉, 제한전류 검출부(23)는 목표 제한 각속도와 실제 모터 각속도 간의 오차를 토대로 제한 전류를 생성하여 모터에 입력함으로써, 조향각속도가 목표 제한 각속도 이내로 제한될 수 있도록 제한하여 랙 바의 스토퍼와 기어박스 하우징의 기계적 충돌을 조향 각속도를 제어하여 제한할 수 있도록 한다.

제한전류 검출부(23)는 오차 검출부(231), 모터전류 생성부(41), 게인 검출부(233), 전류 조절부 및 제한전류 제한부(235)를 포함한다.

오차 검출부(231)는 목표 제한 각속도 검출부(21)와 제한전류 검출부(23) 각각으로부터 입력된 목표 제한 각속도와 실제 모터 각속도 간의 오차를 검출한다.

제한전류 생성부(232)는 목표 제한 각속도와 실제 모터 각속도 간의 오차에 따라 PI(Proportinal Integral) 제어를 수행하여 제한전류를 생성한다. 즉, 제한전류 생성부(232)는 목표 제한 각속도와 실제 모터 각속도 간의 오차에 따라 PI 제어를 수행함으로써 목표 제한 각속도와 실제 모터 각속도 간의 오차를 감소시키기 위한 제한전류를 출력한다.

게인 검출부(233)는 모터 각속도 검출부(22)로부터 실제 모터 각속도를 입력받고 이 실제 모터 각속도에 대응되는 램프 게인(Ramp Up/Down Gain을 검출한다.

램프 게인은 실제 모터 각속도별로 사전에 설정된다. 램프 게인은 제한전류 생성부(232)로부터 입력된 제한전류에 대한 제한값 적용 유무 및 비율을 결정하기 위해 설정된다. 램프 게인은 실제 모터 각속도에 따라 설정된다. 램프 게인의 증가 또는 감소량은 +0.1 ~ -0.005 이내의 범위로 설정될 수 있으며, 최대값과 최소값은 1 ~ 0 사이일 수 있다. 이러한 램프 게인은 목표 제한 각속도와 실제 모터 각속도 간의 오차를 줄이는 방향으로 설정될 수 있다. 일 예로, 램프 게인은 실제 모터 각속도가 빠를수록 램프 게인을 0에서부터 0.1의 크기로 증대시키며, 실제 모터 각속도가 느리면 -0.05의 크기로 줄어든다

제한전류 조절부(234)는 제한전류 생성부(232)로부터 입력된 제한전류에 게인 검출부(233)로부터 입력된 램프 게인을 적용하여 제한전류를 조절한다.

즉, 목표 제한 각속도와 실제 모터 각속도 간의 오차를 줄이기 위해 제한전류 생성부(232)가 제한전류를 생성하고, 이후 제한전류 조절부(234)가 상기한 제한전류에 램프 게인을 적용하여 제한전류를 추가적으로 조절함으로써 목표 제한 각속도와 실제 모터 각속도 간의 오차를 더욱 줄일 수 있도록 한다.

예컨데, 램프 게인은 실제 모터 각속도가 빠를수록 램프 게인을 0에서부터 0.1의 크기로 증대되고, 실제 모터 각속도가 느리면 -0.05의 크기로 줄어들 수 있다. 이를 통해 실제 모터 각속도가 목표 제한 각속도보다 빠를 때만 해당 목표 제한 각속도 대비 실제 모터 각속도의 오차를 줄이는 방향으로 보상하고, 실제 모터 각속도가 목표 제한 각속도가 느릴 때는 해당 오차를 보상하지 않을 수 있게 된다.

제한전류 제한부(235)는 제한전류 조절부(234)에 의해 조절된 제한전류를 기 설정된 설정크기 이내로 제한한다. 즉, 제한전류 제한부(235)는 입력된 제한전류를 기 설정된 설정크기 이내로 제한, 즉 최대값 제한을 수행한 후 모터전류 생성 모듈(40)에 입력한다.

조향 제어 모듈(30)은 차량용 전동식 조향장치의 모터를 제어하여 조향휠의 조타력을 보조한다. 전동식 조향장치로는 EPS(Electric Power Steering)일 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니며 MDPS(Motor Driven Power Supply)도 채용될 수 있다.

조향 제어 모듈(30)은 조향각, 조향각속도, 운전자토크, 차속, 주행 정보 등을 입력받아 이들을 토대로 지령전류를 생성한다.

조향 제어 모듈(30)은 차속이 상대적으로 빠른 경우 지령전류를 감소시켜 조향 보조 토크를 감소시키고, 차속이 상대적으로 느릴 경우 지령전류를 증가시켜 조향 보조 토크를 증가시킨다.

모터는 조향축에 설치되어 조향 제어 모듈(30)로부터 입력된 모터 전류에 따라 조향 보조 토크를 발생시킨다.

모터전류 생성 모듈(40)은 제한전류 제한부(235)로부터 입력된 제한 전류와 조향 제어 모듈(30)로부터 입력된 지령 전류를 이용하여 모터 제어를 위한 모터전류를 생성한다.

도 4 를 참조하면, 모터전류 생성 모듈(40)은 모터전류 생성부(41) 및 모터전류 제한부(42)를 포함한다.

모터전류 생성부(41)는 제한 전류와 지령 전류를 더하여 모터전류를 생성한다.

모터전류 제한부(42)는 모터전류 생성부(41)로부터 입력된 모터전류를 기 설정된 모터전류 제한값의 범위 내로 제한하여 모터에 입력한다. 모터전류 제한값은 모터 전류를 제한하기 위해 설정되는 전류량이다.

즉, 모터전류 제한부(42)는 운전자가 조향휠을 양측끝까지 회전시키는 등의 조향휠 조작을 수행할 경우, 모터 전류 제한값을 토대로 모터 전류를 제한함으로써 모터 구동시 발생되는 열을 감소시킨다. 따라서, 모터가 모터 구동에 의해 발생될 수 있는 열에 의해 소손되거나 모터가 비정상적으로 동작하지 않도록 한다.

이하, 본 발명의 일 실시에 따른 전동식 조향 시스템의 조향 제어 방법을 도 5 와 도 6 을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 조향 시스템의 조향 제어 방법의 순서도이고, 도 6 은 본 발명의 일 실시예에 따른 학습 끝단각을 학습하는 과정의 순서도이다.

도 5 를 참조하면, 먼저 학습 모듈(10)은 조향각을 토대로 학습 조건을 만족하는지를 판단하고 판단 결과 학습 조건이 만족할 때마다 끝단각을 누적 저장하고 누적 저장된 끝단각을 토대로 학습 끝단각을 학습한다(S100).

즉, 도 5 를 참조하면, OLP 동작 조건 판단부(111)가 컬럼 토크 및 조향각속도를 토대로 OLP 기능을 수행하기 위한 OLP 동작 조건을 만족하는지를 판단한다(S110).

S110 단계에서의 판단 결과, OLP 동작 조건을 만족하면, 조향각 비교부(112)가 조향각을 설정 조향각과 비교하여 조향각이 설정 조향각을 초과하는지를 판단한다(S120).

S120 단계에서의 판단 결과, 조향각이 설정 조향각을 초과하면, 평균값 산출부(121)가 끝단각을 검출한다(S130).

이때, 평균값 산출부(121)는 설정개수의 끝단각이 검출되었는지를 판단(S140)하고, 판단 결과 설정개수의 끝단각이 검출되지 않았으면, 상기한 S110 단계로 리턴하여 S110 단계 내지 S130 단계를 순차적으로 수행한다.

한편, S140 단계에서의 판단 결과 평균값 산출부(121)가 설정개수의 끝단각이 검출되었으면, 평균값 산출부(121)는 검출된 설정 개수의 끝단각을 합산하고 합산된 끝단각을 설정횟수로 나누어 끝단각의 평균값을 산출한다(S150).

이어 학습 끝단각 결정부(122)는 평균값 산출부(121)에 의해 산출된 평균값에 기 설정된 설정값을 합산하고, 평균값과 설정값을 합산한 합산값을 조향각과 비교하여 합산값이 조향각을 초과하는지를 판단한다(S160).

S150 단계에서의 판단 결과, 합산값이 조향각 이하이면 학습 끝단각 결정부(122)는 합산값을 초기화(S180)하고 S110 단계로 리턴하여 학습 끝단각을 재학습한다.

반면에, S150 단계에서의 판단 결과, 합산값이 조향각을 초과하면, 학습 끝단각 결정부(122)는 평균값을 학습 끝단각을 결정한다(S170).

한편, 상기한 바와 같이 학습 끝단각이 결정되면, 목표 제한 각속도 검출부(21)는 학습 끝단각과 조향각을 토대로 목표 제한 각속도를 검출하고(S200), 모터 각속도 검출부(22)는 조향각속도를 이용하여 실제 모터 각속도를 검출한다.

이어, 오차 검출부(231)는 목표 제한 각속도 검출부(21)와 제한전류 검출부(23) 각각으로부터 입력된 목표 제한 각속도와 실제 모터 각속도 간의 오차를 검출하고, 제한전류 생성부(232)는 목표 제한 각속도와 실제 모터 각속도 간의 오차에 따라 PI 제어를 수행하여 제한전류를 생성한다(S300).

한편, 게인 검출부(233)는 모터 각속도 검출부(22)로부터 실제 모터 각속도를 입력받아 램프 게인(Ramp Gain)을 검출하고, 제한전류 조절부(234)는 제한전류 생성부(232)로부터 입력된 제한전류에 게인 검출부(233)로부터 입력된 램프 게인을 적용하여 제한전류를 조절한다(S400).

이어, 제한전류 제한부(235)는 제한전류 조절부(234)에 의해 조절된 제한전류를 기 설정된 설정크기 이내로 제한(S500)하고, 모터전류 생성 모듈(40)에 입력한다.

한편, 조향 제어 모듈(30)은 조향각, 조향각속도, 운전자토크, 차속, 주행 정보 등을 입력받아 이들을 토대로 지령전류를 생성하여 모터전류 생성부(41)에 입력한다.

모터전류 생성부(41)는 제한전류 제한부(235)로부터 입력된 제한 전류와 조향 제어 모듈(30)로부터 입력된 지령 전류를 더하여 모터전류를 생성한다(S600). 이에 따라, 모터전류 제한부(42)는 모터전류 생성부(41)로부터 입력된 모터전류를 기 설정된 모터전류 제한값의 범위 내로 제한하여 모터에 입력(S700)하여 모터를 구동시킨다.

이에 따라, 조향 각속도를 목표 제한 각속도 이내의 속도로 감소시킴으로써, 랙 바의 스토퍼와 기어박스 하우징의 기계적 충돌을 방지할 수 있다.

이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 전동식 조향 시스템의 조향 제어 장치 및 방법은 OLP 조건 만족시 랙바 끝단의 끝단각을 학습하고 학습된 끝단각으로 검출된 모터 제한 속도와 실제 모터 속도 간의 속도차를 토대로 모터전류를 제한하여 랙 바의 스토퍼와 기어박스 하우징의 기계적 충돌을 방지한다.

또한, 본 발명의 다른 측면에 따른 차량용 전동식 조향 시스템의 조향 제어 장치 및 방법은 전동식 조향 시스템의 최대 출력이 감소해서 조향휠이 끝단까지 회전되지 못하거나 저 마찰 노면이나 크립 주행 등 차량의 부하에 변동이 있을 경우 정지되어 있던 조향휠이 더 회전하게 되는 것을 미연에 방지한다.

본 명세서에서 설명된 구현은, 예컨대, 방법 또는 프로세스, 장치, 소프트웨어 프로그램, 데이터 스트림 또는 신호로 구현될 수 있다. 단일 형태의 구현의 맥락에서만 논의(예컨대, 방법으로서만 논의)되었더라도, 논의된 특징의 구현은 또한 다른 형태(예컨대, 장치 또는 프로그램)로도 구현될 수 있다. 장치는 적절한 하드웨어, 소프트웨어 및 펌웨어 등으로 구현될 수 있다. 방법은, 예컨대, 컴퓨터, 마이크로프로세서, 집적 회로 또는 프로그래밍가능한 로직 디바이스 등을 포함하는 프로세싱 디바이스를 일반적으로 지칭하는 프로세서 등과 같은 장치에서 구현될 수 있다. 프로세서는 또한 최종-사용자 사이에 정보의 통신을 용이하게 하는 컴퓨터, 셀 폰, 휴대용/개인용 정보 단말기(personal digital assistant: "PDA") 및 다른 디바이스 등과 같은 통신 디바이스를 포함한다.

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: 학습 모듈 11: 조건 판단부
111: OLP 동작 조건 판단부 112: 조향각 비교부
12: 학습부 121: 평균값 산출부
122: 학습 끝단각 결정부 20: 각속도 제한 모듈
21: 목표 제한 각속도 검출부 22: 모터 각속도 검출부
23: 제한전류 검출부 231: 오차 검출부
232: 제한전류 생성부 233: 게인 검출부
234: 제한전류 조절부 235: 제한전류 제한부
330: 조향 제어 모듈 40: 모터전류 생성 모듈
41: 모터전류 생성부 42: 모터전류 제한부

Claims (18)

1. 조향각을 토대로 랙바 끝단의 끝단각을 토대로 학습 끝단값을 학습하는 학습 모듈;
   상기 학습 끝단값과 조향각을 토대로 목표 제한 각속도를 검출하고 조향각속도로 실제 모터 각속도를 검출한 후, 상기 목표 제한 각속도와 상기 실제 모터 각속도 간의 오차를 토대로 제한 전류를 생성하여 조향각속도를 상기 목표 제한 각속도 이내로 제한하는 각속도 제한 모듈; 및
   상기 제한 전류와 조향 제어 모듈로부터 입력된 지령 전류를 이용하여 모터 제어를 위한 모터전류를 생성하는 모터전류 생성 모듈을 포함하고,
   상기 학습 모듈은 기 설정된 학습 조건을 만족하는지를 판단하는 조건 판단부; 및 상기 조건 판단부의 판단 결과 상기 학습 조건이 만족할 때마다 끝단각을 누적 저장하고 누적 저장된 끝단각을 토대로 상기 학습 끝단각을 학습하는 학습부를 포함하며,
   상기 학습부는 상기 학습 조건이 만족할 때마다 끝단각을 기 설정된 설정횟수만큼 누적 저장하고 누적 저장된 끝단각을 평균하여 평균값을 산출하는 평균값 산출부; 및 상기 평균값에 기 설정된 설정값을 합산하고, 산출된 합산값을 조향각과 비교하여 비교 결과에 따라 상기 학습 끝단각을 결정하는 학습 끝단각 결정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 전동식 조향 시스템의 조향 제어 장치.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서, 상기 조건 판단부는
   컬럼 토크 및 조향각속도를 토대로 OLP(Over Load Protection) 동작 조건을 만족하는지를 판단하는 OLP 동작 조건 판단부; 및
   조향각이 기 설정된 설정 조향각을 초과하는지를 판단하는 조향각 비교부를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 전동식 조향 시스템의 조향 제어 장치.
4. 삭제
5. 제 1 항에 있어서, 상기 학습 끝단각 결정부는
   상기 합산값이 조향각 이상이면 상기 평균값을 상기 학습 끝단각으로 결정하는 것을 특징으로 하는 차량용 전동식 조향 시스템의 조향 제어 장치.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 각속도 제한 모듈은
   상기 학습 끝단각과 조향각을 토대로 목표 제한 각속도를 검출하는 목표 제한 각속도 검출부;
   상기 실제 모터 각속도를 검출하는 모터 각속도 검출부; 및
   상기 목표 제한 각속도와 상기 실제 모터 각속도 간의 오차를 토대로 제한 전류를 생성하고, 상기 제한 전류를 상기 실제 모터 각속도에 따라 조절하는 제한 전류 검출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 전동식 조향 시스템의 조향 제어 장치.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 제한 전류 검출부는
   상기 목표 제한 각속도와 상기 실제 모터 각속도 간의 오차를 검출하는 오차 검출부;
   상기 오차에 따라 PI(Proportinal Integral) 제어를 수행하여 상기 제한 전류를 생성하는 제한전류 생성부;
   상기 실제 모터 각속도에 대응되는 램프 게인을 검출하는 게인 검출부;
   상기 제한 전류에 상기 램프 게인을 적용하여 상기 제한 전류를 조절하는 제한전류 조절부; 및
   상기 제한 전류를 기 설정된 설정크기 이내로 제한하는 제한 전류 제한부를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 전동식 조향 시스템의 조향 제어 장치.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 램프 게인은
   상기 목표 제한 각속도와 상기 실제 모터 각속도 간의 오차를 줄이는 방향으로 설정되는 것을 특징으로 하는 차량용 전동식 조향 시스템의 조향 제어 장치.
9. 제 1 항에 있어서, 상기 모터전류 생성 모듈은
   상기 제한 전류와 상기 지령 전류를 더하여 상기 모터전류를 생성하는 모터전류 생성부; 및
   상기 모터전류를 기 설정된 모터전류 제한값의 범위 내로 제한하여 상기 모터에 입력하는 모터전류 제한부를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 전동식 조향 시스템의 조향 제어 장치.
10. 조향각을 토대로 랙바 끝단의 끝단각을 토대로 학습 끝단값을 학습하는 단계;
    상기 학습 끝단각과 조향각을 토대로 목표 제한 각속도를 검출하고 조향각속도로 실제 모터 각속도를 검출한 후, 상기 목표 제한 각속도와 상기 실제 모터 각속도 간의 오차를 토대로 제한 전류를 생성하여 조향각속도를 상기 목표 제한 각속도 이내로 제한하는 단계; 및
    상기 제한 전류와 조향 제어 모듈로부터 입력된 지령 전류로 모터 제어를 위한 모터전류를 생성하는 단계를 포함하고,
    상기 끝단값을 학습하는 단계는 기 설정된 학습 조건을 만족하는지를 판단하는 단계; 및 상기 판단 결과 상기 학습 조건이 만족할 때마다 끝단각을 누적 저장하고 누적 저장된 끝단각을 토대로 상기 학습 끝단각을 검출하는 단계를 포함하며,
    상기 학습 끝단각을 검출하는 단계는, 상기 학습 조건이 만족할 때마다 끝단각을 기 설정된 설정횟수만큼 누적 저장하고 누적 저장된 끝단각을 평균하여 평균값을 산출하는 단계; 및 상기 평균값에 기 설정된 설정값을 합산하며, 산출된 합산값을 조향각과 비교하여 비교 결과에 따라 상기 학습 끝단각을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향 시스템의 조향 제어 방법.
11. 삭제
12. 제 10 항에 있어서, 상기 학습 조건을 만족하는지를 판단하는 단계는
    컬럼 토크 및 조향각속도를 토대로 OLP(Over Load Protection) 동작 조건을 만족하는지를 판단하는 단계; 및
    조향각이 기 설정된 설정 조향각을 초과하는지를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향 시스템의 조향 제어 방법.
13. 삭제
14. 제 10 항에 있어서, 상기 학습 끝단각을 결정하는 단계는
    상기 합산값이 조향각 이상이면 상기 평균값을 상기 학습 끝단각으로 결정하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향 시스템의 조향 제어 방법.
15. 제 10 항에 있어서, 상기 조향각속도를 상기 목표 제한 각속도 이내로 제한하는 단계는
    상기 학습 끝단각과 조향각을 토대로 목표 제한 각속도를 검출하는 단계;
    상기 조향각속도에 기어비를 적용하여 상기 실제 모터 각속도를 검출하는 단계; 및
    상기 목표 제한 각속도와 상기 실제 모터 각속도 간의 오차를 토대로 비례제어를 수행하여 상기 제한 전류를 생성한 후, 상기 제한 전류를 상기 실제 모터 각속도에 따라 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향 시스템의 조향 제어 방법.
16. 제 15 항에 있어서, 상기 제한 전류를 상기 실제 모터 각속도에 따라 조절하는 단계는
    상기 목표 제한 각속도와 상기 실제 모터 각속도 간의 상기 오차를 검출하고, 상기 오차에 따라 PI(Proportinal Integral) 제어를 수행하여 상기 제한 전류를 생성하며, 상기 실제 모터 각속도에 대응되는 램프 게인을 검출하며, 상기 제한 전류에 상기 램프 게인을 적용하여 상기 제한 전류를 조절한 후, 상기 제한 전류를 기 설정된 설정크기 이내로 제한하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향 시스템의 조향 제어 방법.
17. 제 16 항에 있어서, 상기 램프 게인은
    상기 목표 제한 각속도와 상기 실제 모터 각속도 간의 오차를 줄이는 방향으로 설정되는 것을 특징으로 하는 전동식 조향 시스템의 조향 제어 방법.
18. 제 10 항에 있어서, 상기 모터전류를 생성하는 단계는
    상기 제한 전류와 상기 지령 전류를 더하여 상기 모터전류를 생성하는 단계; 및
    상기 모터전류를 기 설정된 모터전류 제한값의 범위 내로 제한하여 상기 모터에 입력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향 시스템의 조향 제어 방법.

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