KR102455597B1 - 듀얼 모터식 스티어 바이 와이어 시스템 및 이의 제어 방법 - Google Patents

듀얼 모터식 스티어 바이 와이어 시스템 및 이의 제어 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102455597B1
KR102455597B1 KR1020200144099A KR20200144099A KR102455597B1 KR 102455597 B1 KR102455597 B1 KR 102455597B1 KR 1020200144099 A KR1020200144099 A KR 1020200144099A KR 20200144099 A KR20200144099 A KR 20200144099A KR 102455597 B1 KR102455597 B1 KR 102455597B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
motor
angle
dual
rotation angle
position controller
Prior art date
Application number
KR1020200144099A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20220059015A (ko
Inventor
남강현
황형진
강석원
Original Assignee
영남대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 영남대학교 산학협력단 filed Critical 영남대학교 산학협력단
Priority to KR1020200144099A priority Critical patent/KR102455597B1/ko
Publication of KR20220059015A publication Critical patent/KR20220059015A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102455597B1 publication Critical patent/KR102455597B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D6/00—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D15/00—Steering not otherwise provided for
    • B62D15/02—Steering position indicators ; Steering position determination; Steering aids
    • B62D15/021—Determination of steering angle
    • B62D15/0215—Determination of steering angle by measuring on the steering column
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D3/00—Steering gears
    • B62D3/02—Steering gears mechanical
    • B62D3/04—Steering gears mechanical of worm type
    • B62D3/06—Steering gears mechanical of worm type with screw and nut
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D3/00—Steering gears
    • B62D3/02—Steering gears mechanical
    • B62D3/12—Steering gears mechanical of rack-and-pinion type
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B62D5/0421—Electric motor acting on or near steering gear
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2400/00—Special features of vehicle units
    • B60Y2400/30—Sensors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Steering Control In Accordance With Driving Conditions (AREA)
  • Power Steering Mechanism (AREA)

Abstract

본 발명은, 듀얼 모터식 스티어 바이 와이어 시스템 및 이의 제어 방법에 관한 것으로서, 특히 듀얼 모터 특성상 발생하는 동기화 오차와 외란을 보상하고 차량 조향을 정밀하게 제어하여 조향 장치에 안정성을 향상시키는 기술에 관한 것이다. 본 발명은, 듀얼 모터의 회전각을 검출하는 복수의 모터각 센서 및 조향 바퀴의 회전각을 검출하는 조향각 센서의 각 검출 신호를 비교하여 듀얼 모터의 회전각을 제어하기 위한 제어 신호를 생성하는 제어부; 및 제어부에서 수신된 제어 신호에 따라 상기 듀얼 모터의 회전각을 제어하는 복수의 위치제어기; 및 상기 위치제어기에 입력되는 복수의 제어 신호와 복수의 모터각 센서의 회전각을 비교하여 동기화시키는 동기제어기를 포함하는 듀얼 모터식 스티어 바이 와이어 시스템을 제공한다.

Description

듀얼 모터식 스티어 바이 와이어 시스템 및 이의 제어 방법{DUAL MOTOR TYPE STEER BY WIRE SYSTEM AND ITS CONTROL METHOD}
본 발명은 듀얼 모터식 스티어 바이 와이어 시스템 및 이의 제어 방법에 관한 것으로서, 특히 듀얼 모터 특성상 발생하는 동기화 오차와 조향 바퀴에 가해지는 외란을 보상하고 차량 조향을 정밀하고 강인하게 제어하여 조향 장치에 안정성을 향상시키는 기술에 관한 것이다.
차량의 파워 스티어링은 동력에 따른 조향 장치로, 운전자의 스티어링 휠 조작을 돕는 역할을 한다. 이러한 파워 스티어링은 유압을 이용하는 방식이 주로 사용되고 있었으나, 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.
최근에는 스티어링 휠과 차륜사이의 기계적인 조향축을 제거하고 모터를 이용하여 차량의 조향이 이루어지도록 하는 스티어 바이 와이어 시스템(SBW:Steer By Wire)이 개발되어 적용되고 있다. 이러한 SBW 시스템은, 운전자의 조향 조작을 위한 스티어링 휠, 스티어링 휠의 일측에 설치되어 스티어링 휠의 회전에 따른 반력 토크를 제공하는 반력모터, 랙과 연결되어 조향 조작을 구현하는 엑츄에이터, 조향각, 차속 및 스티어링 휠의 토크를 검출하기 위한 각 센서, 및 상기 센서로부터 입력되는 전기신호에 따라 엑츄에이터와 반력모터를 구동시키는 ECU를 포함하여 구성될 수 있다.
이와 관련, 종래 기술을 포함한 일반적인 듀얼 모터식 스티어 바이 와이어 시스템은 2개의 모터 중 하나의 모터가 고장이 나더라도 시스템의 성능이 정상적인 상태로 유지하는 Fault-tolerant 제어시스템을 구축 할 수 있다는 장점이 있으나 듀얼 모터 구조특성상 발생하는 동기화 오차와 조향 바퀴에 가해지는 외란은 조향 위치를 제어하기에 결정적인 장애요인으로 작용하고 있어 조향 장치의 안정성을 신뢰할 수 없다는 한계가 있다.
본 발명은 조향 장치의 안정성을 향상시키기 위해 구조특성상 발생하는 동기화 오차와 조향 바퀴에 가해지는 외란을 제어하는 듀얼 모터식 스티어 바이 와이어 시스템 및 이의 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 듀얼 모터에서 발생하는 동기화 오차와 조향 바퀴의 외란을 보상하는 듀얼 모터식 스티어 바이 와이어 시스템에 있어서, 상기 듀얼 모터의 회전각을 검출하는 복수의 모터각 센서 및 상기 조향 바퀴의 회전각을 검출하는 조향각 센서의 각 검출 신호를 비교하여 상기 듀얼 모터의 회전각을 제어하기 위한 제어 신호를 생성하는 제어부 및 상기 제어부에서 수신된 제어 신호에 따라 상기 듀얼 모터의 회전각을 제어하는 복수의 위치제어기, 상기 위치제어기에 입력되는 복수의 제어 신호와 복수의 모터각 센서의 회전각을 비교하여 동기화시키는 동기제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 듀얼 모터식 스티어 바이 와이어 시스템을 제공한다.
바람직하게 위치제어기는, 피니언모터각을 제어하는 제1위치제어기 및 랙모터각을 제어하는 제2위치제어기를 더 포함하고, 상기 제1위치제어기 및 상기 제2위치제어기는 제어 신호와 각 모터각 센서에서 측정된 회전각을 고려하여 각 모터각을 피드백 방식으로 제어할 수 있다.
바람직하게 동기제어기는, 상기 제어 신호 및 상기 모터각 센서의 회전각을 입력 받아 각 위치제어기의 오차를 비교하여 상기 오차가 보정된 동기화 신호를 출력할 수 있다.
바람직하게 위치제어기와 상기 동기제어기의 출력 신호에 대하여 상기 모터각 센서의 회전각의 공칭모델의 역함수를 입력으로 하여 외란 제거 신호를 산출하는 Q필터를 더 포함할 수 있다.
또한 본 발명은, 듀얼 모터에서 발생하는 동기화 오차와 조향 바퀴의 외란을 보상하는 듀얼 모터식 스티어 바이 와이어 시스템의 제어 방법을 제공하며, 제어부가 상기 듀얼 모터의 회전각을 검출하는 복수의 모터각 센서 및 상기 조향 바퀴의 회전각을 검출하는 조향각 센서의 각 검출 신호를 비교하여 상기 듀얼 모터의 회전각을 제어하기 위한 제어 신호를 생성하는 단계, 상기 제어 신호와 상기 듀얼 모터의 회전각을 입력 받아 각 위치제어기로 입력되는 입력 신호의 오차를 비교하여 상기 오차가 보정된 동기화 신호를 출력하는 단계 및 상기 위치제어기의 출력 신호와 상기 동기화 신호를 기준으로 각 모터각을 피드백 방식으로 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
바람직하게 각 검출 신호를 비교하는 과정은, 상기 제어 신호와 각 모터각 센서에서 측정된 회전각을 고려하여 제1위치제어기에서 피니언모터각을 제어하고 제2위치제어기에서 랙모터각을 제어하는 과정을 더 포함할 수 있다.
바람직하게 위치제어기의 입력 신호를 공유하는 피드포워드 제어기에서 상기 제어 신호와 상기 듀얼 모터의 회전각을 상기 위치제어기의 출력 신호 측으로 피드포워드 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
바람직하게 피드포워드 제어 단계는, 모터각 센서의 회전각의 공칭모델의 역함수를 입력으로 하여 외란 제거 신호를 산출하는 Q필터를 적용하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한 본 발명은 상술한 제어 방법을 구현하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체를 제공한다.
전술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따르면, 동기 제어를 통해 듀얼 모터 구조특성상 발생하는 동기화 오차를 보상함으로써 정밀한 위치제어가 가능한 이점이 있다.
또한 본 발명은 외란관측기를 통해 주행 중 조향 바퀴에 가해지는 외란과 모델변동에 강인한 위치제어가 가능한 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 듀얼 모터식 스티어 바이 와이어 시스템을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 듀얼 모터식 스티어 바이 와이어 시스템의 제어 방법에 대한 순서도를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따라 제어부와 위치제어기 및 동기제어기를 PID 제어 방식으로 설계된 블록도를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따라 동기제어기를 적용하기 전과 적용한 후의 지령 값에 대한 동기화 오차를 시간 별로 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따라 동기제어기를 적용하기 전과 적용한 후의 지령 값에 대한 동기화 오차를 시간 별로 나타낸 그래프이다.
이하, 본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용으로서 본 발명의 바람직한 실시 예의 구성과 작용에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
본 명세서에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 또한, 명세서 전체에서 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, "그 중간에 다른 구성을 사이에 두고" 연결되어 있는 경우도 포함한다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
도 1은 본 발명의 듀얼 모터식 스티어 바이 와이어 시스템을 나타낸다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 듀얼 모터식 스티어 바이 와이어 시스템은 제어부(15), 위치제어기 및 동기제어기를 포함할 수 있다.
본 발명은 실시 예에 따라 랙모터(1), 피니언모터(3)를 포함할 수 있으며 듀얼 모터에는 랙모터각 센서(2)와 피니언모터각 센서(4)가 각각 설치되어 후술할 각 위치제어기로 모터의 회전각 또는 회전 위치를 전송할 수 있다.
조향 바퀴의 회전은 랙모터(1)와 피니언모터(3)의 구동에 의해 이루어지며 랙모터(1)에는 랙 모터 풀리(12)가 연결되어 벨트(10)를 통해 볼 스크류 풀리(11)와 연결될 수 있다. 여기서 볼 스크류(9)는 볼 너트(7)와 베어링(8)에 연결될 수 있으며 볼 스크류(9)의 회전을 만들 수 있다.
제어부(15)는 듀얼 모터의 회전각을 검출하는 복수의 모터각 센서(2, 4) 및 조향 바퀴의 회전각을 검출하는 조향각 센서(6)의 각 검출 신호를 비교하여 듀얼 모터의 회전각을 제어하기 위한 제어 신호를 생성할 수 있다.
실시 예에 따라 듀얼모터식 스티어 바이 와이어 시스템의 구성은 조향력 보조를 위하여 각 모터를 구비한 구동부, 모터를 제어하기 위한 정보를 수집하는 랙모터각 센서(2)와 피니언모터각 센서(4)를 구비하는 센서부, 센서부가 수집한 정보를 전달받아 구동부의 모터를 제어하는 ECU, 벨트(10)를 매개로 모터에서 발생한 동력을 랙바에 전달하는 벨트식 전동장치, 구동부에서 생성된 회전력을 전달하기 위한 피니언기어(13)와 랙기어(14), 이들의 회전력을 좌우 왕복 운동으로 전환하는 랙바 등을 더 포함하여 구성될 수 있다.
위치제어기는 상기 제어부(15)에서 수신된 제어 신호에 따라 상기 듀얼 모터의 회전각을 제어할 수 있다.
동기제어기는 상기 위치제어기에 입력되는 복수의 제어 신호와 복수의 모터각 센서의 회전각을 비교하여 동기화시키는 역할을 수행할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따라 조향각 센서(6)는 조향 휠(5)의 회전각을 검출하고, 모터각 센서(2,4)는 구동모터(1,3)의 회전각을 검출하여 전기적인 신호로 변환한 후 제어부(15)에 전달할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 제어부(15)는 ECU(Electronic Control Unit)가 될 수 있고, 본 명세서에서는 동일한 의미로 사용될 수 있다.
제어부(15)는 전기적 신호를 연산하여 각각의 구동모터(1,3)에 전달하고, 볼 스크류(17), 볼 너트(9), 피니언기어(13) 및 랙기어(14)로 구성된 각각의 구동부에 대해 토크를 가하여 조향 바퀴가 선회하도록 하는 역할을 수행할 수 있다. 이로 인해 조향이 가능하고 제어부(15)를 통해 실시간으로 위치를 피드백 제어함으로써 더욱 정밀하고 강인하게 위치를 제어할 수 있다.
위치제어기는, 피니언모터각을 제어하는 제1위치제어기와 랙모터각을 제어하는 제2위치제어기로 구성될 수 있으며, 제1위치제어기 및 제2위치제어기는 상기 제어 신호와 각 모터각 센서에서 측정된 회전각을 고려하여 각 모터각을 피드백 방식으로 제어할 수 있다.
동기제어기는, 상기 제어 신호 및 상기 모터각 센서의 회전각을 입력 받아 각 위치제어기의 오차를 비교하여 상기 오차가 보정된 동기화 신호를 출력할 수 있다.
이하 상술한 듀얼 모터식 스티어 바이 와이어 시스템을 이용하여 동기화 오차 보정 및 외란 관측을 제어하는 듀얼 모터식 스티어 바이 와이어 시스템의 제어 방법에 대해 설명한다.
도 2는 본 발명의 듀얼 모터식 스티어 바이 와이어 시스템의 제어 방법에 대한 순서도를 나타낸다.
도 2를 참조하면, 본 발명은 제어 신호를 생성하는 단계(S10), 오차가 보정된 동기화 신호를 출력하는 단계(S20) 및 각 모터각을 피드백 방식으로 제어하는 단계(S30)를 포함할 수 있다.
제어 신호를 생성하는 단계(S10)는, 제어부(15)가 상기 듀얼 모터의 회전각을 검출하는 복수의 모터각 센서 및 상기 조향 바퀴의 회전각을 검출하는 조향각 센서(6)의 각 검출 신호를 비교하여 상기 듀얼 모터의 회전각을 제어하기 위해 신호를 생성하는 과정이다.
제어부(15)는 기 입력된 듀얼 모터의 회전각과 이를 바탕으로 실제적으로 조향된 차륜의 조향 바퀴에서 측정된 회전각에 서로 차이가 발생했는지 여부를 판단하고, 만약 제어부(15)가 차이를 판단하면 차이 값을 보정하도록 동기제어기를 통해 구동모터(1,3)에 대한 회전각을 변화시켜 주도록 제어 신호를 발생하게 된다.
제어부(15)는, 듀얼 모터의 랙모터각 센서(2), 피니언모터각 센서(4) 등 위치센서를 통해 모터의 회전위치를 검출하여 현재 차륜의 출력각을 반영한 피드백 조향각을 계산하고, 상기 피드백 조향각에 근거하여 차륜의 출력각을 가변 제어하기 위한 보상 조향각을 산출하며, 목표 조향각을 상기 보상 조향각에 의해 보정된 제어 신호를 출력할 수 있다.
오차가 보정된 동기화 신호를 출력하는 단계(S20)는, 상기 제어 신호와 상기 듀얼 모터의 회전각을 입력 받아 각 위치제어기로 입력되는 입력 신호의 오차를 비교하여 그 차이를 보상하는 과정이다.
동기제어기는 조향각 센서(6)로부터 초기 조향각을 입력 받아 모터의 현재 회전각 또는 회전위치와 동기화시킬 수 있다. 실시 예로 조향각 센서(6)에 의해 스티어링 휠의 초기 조향각이 30°로 검출된 경우, 모터의 현재 회전위치를 30°로 설정하여 초기 조향각과 모터의 회전위치를 동기화시킬 수 있다.
각 모터각을 피드백 방식으로 제어하는 단계(S30)는, 위치제어기의 출력 신호와 동기화 신호를 기준으로 각 모터각을 제어하는 과정을 포함한다. 제어부(15)에 의해 변화된 제어 신호를 받은 동기화 오차가 보정된 제어 신호를 받은 구동모터(1,3)는 새로운 제어 신호에 따라 구동될 수 있다.
제어부(15)의 위치제어기는, 모터의 각 센서(2, 4)에 의해 검출된 모터의 회전각 또는 회전 위치로부터 계산된 피드백 조향각(기어비 및 차속을 고려하여 산출된 보상 조향각)을 피드백 입력 받아 모터의 위치 제어 및 가변 능동 조향을 수행할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따라 제어부(15)와 위치제어기 및 동기제어기를 PID 제어 방식으로 설계된 블록도를 나타낸다.
도 3을 참조하면, 상기 위치제어기는 피니언모터각을 제어하는 제1위치제어기 및 랙모터각을 제어하는 제2위치제어기를 더 포함할 수 있고, 제1위치제어기 및 제2위치제어기는 상기 제어 신호와 각 모터각 센서에서 측정된 회전각을 고려하여 각 모터각을 피드백 방식으로 제어할 수 있다.
PID제어는 비례 동작(Proportional　Action), 적분 동작(Integral Action), 미분 동작(Derivative Action) 등 3가지 동작을 사용할 수 있으며, 비례 동작은 기준 입력과 출력 결과의 오차에 비례해서 제어하는 방법이다.
P제어는 통해 유연하게 사용자가 원하는 목표 값, 즉 각 모터의 목표 회전각 또는 회전 위치에 접근시킬 수 있다. 이 경우 미세한 오차를 없애기 위해 적분 동작(I제어)이 적용될 수 있으며, 적분 동작은 미세한 오차들을 누적하다 일정한 값을 넘어서게 되면 제어를 시작하게 된다.
이 과정에서 비례 동작과 적분 동작의 조합으로 이루어진 PI제어를 수행하게 되는데, 응답속도를 제어할 수 없는 점을 감안하여 오차 시간을 미분한 값에 비례하여 이루어지는 미분 동작을 추가하여 D제어가 이루어질 수 있다. 따라서 PID제어를 통해서 시스템의 안정성을 높이고 응답 속도를 빠르게 할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 동기제어기는, 상기 제어 신호 및 상기 모터각 센서의 회전각을 입력 받아 각 위치제어기의 오차를 비교할 수 있으며 오차가 보정된 동기화 신호를 출력할 수 있다.
조향각 센서(6)의 정밀도는 각 센서(2, 4)의 정밀도보다 낮기 때문에, 각 센서(2, 4)를 통해 모터의 회전 위치를 검출하고, 이를 조향각으로 환산하여 모터의 회전 위치를 피드백 제어하게 되면 보다 정밀한 모터 위치제어가 가능할 수 있다. 상기 동기제어기의 동기화 작업은 모터의 회전각 또는 회전위치로부터 조향각을 계산하기 위한 전제가 될 수 있다.
상기 각 검출 신호를 비교하는 과정은, 상기 제어 신호와 각 모터각 센서에서 측정된 회전각을 고려하여 제1위치제어기에서 피니언모터각을 제어하고 제2위치제어기에서 랙모터각을 제어하는 과정을 더 포함할 수 있다.
도 3을 다시 참조하면 이 과정에서, 상기 위치제어기와 상기 동기제어기의 출력 신호에 대하여 상기 모터각 센서의 회전각의 공칭모델의 역함수를 입력으로 하여 외란 제거 신호를 산출하는 Q필터를 적용하는 과정을 더 포함시킬 수 있다.
위치제어기의 입력 신호를 공유하는 피드포워드 제어기에서 상기 제어 신호와 상기 듀얼 모터의 회전각을 상기 위치제어기의 출력 신호 측으로 피드포워드 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
피드포워드 제어하는 단계는, 피드포워드 제어기(
Figure 112020116331270-pat00001
)를 통해 모터의 회전 속도를 일정하게 유지하며 상기 회전 속도에 Q필터를 적용하는 과정을 포함할 수 있다.
피드포워드 제어하는 단계는, Q필터를 적용하여 기 설정된 구동모터(1, 3)의 시스템 (
Figure 112020116331270-pat00002
)의 공칭모델(
Figure 112020116331270-pat00003
)의 역함수
Figure 112020116331270-pat00004
를 상기 Q필터의 입력 값으로 입력하는 단계를 더 포함할 수 있다.
inverse nominal model은 모터시스템
Figure 112020116331270-pat00005
의 공칭모델
Figure 112020116331270-pat00006
의 역함수
Figure 112020116331270-pat00007
이며, Q필터는 inverse nominal model을 realizable 전달함수로 바꾸기 위한 필터이다.
이와 관련하여, Disturbance observer (DOB)가 적용될 수 있는데, 시스템에 원하는 입력이 아닌 외력에 의한 외란(disturbance)을 d라 하면, 이는 구동모터(1, 3)의 외부 부하, 마찰력, 방해하는 힘, model의 불확실성(uncertainty)등으로 정의할 수 있다.
DOB는 직관적으로 보면 다음과 같다. 입력 u와 외란 d 가 시스템
Figure 112020116331270-pat00008
에 가해져 출력 y가 될 수 있고, 이때 출력 y를 역으로
Figure 112020116331270-pat00009
의 공칭모델인
Figure 112020116331270-pat00010
의 역함수
Figure 112020116331270-pat00011
를 곱하면 입력 u와 외란 d가 산출될 수 있다. 여기서 u만 빼주면 d를 관측할 수 있고 이를 통해 disturbance를 제거할 수 있다.
이 경우,
Figure 112020116331270-pat00012
에서 문제가 발생할 수 있는데, 즉,
Figure 112020116331270-pat00013
는 unrealizable 하기 때문에 (분자의 차수 > 분모의 차수) 미래 값을 알아야 한다. 따라서 본 발명의 실시 예와 같이
Figure 112020116331270-pat00014
를 realizable한 전달함수로 바꾸기 위해 Q필터를 도입할 수 있고, Q필터는 realizable 전달함수로 바꿀 수 있게 LPF(Low Pass Filter) 형태로 적용시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따라 동기제어기를 적용하기 전과 적용한 후의 지령 값에 대한 동기화 오차를 시간별로 나타낸 그래프이고, 도 5는 본 발명의 또 다른 실시 예를 시간별로 나타낸 그래프이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 가로축은 시간(s)이고 세로축은 조향각(steering angle)을 나타내며, 지령은 기준 신호(reference)를 나타낸다. 이 경우 동기제어기가 적용되면 오차가 줄어들게 되고, 조향각과 구동모터(1, 3)의 차이가 줄어들게 되는 것을 알 수 있다.
이와 같이, 동기 제어를 통해 듀얼 모터 구조특성상 발생하는 동기화 오차를 보상함으로써 정밀한 위치제어가 가능하고 조향 바퀴에 가해지는 외란과 모델 변동에 강인한 위치제어가 가능하다.
이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리 범위는 설명한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 특허청구범위와 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태에 의하여 정해져야 한다.
1. 랙모터 2. 랙모터각 센서
3. 피니언모터 4. 피니언모터각 센서
5. 조향 휠 6. 조향각 센서
7. 볼 너트 8. 베어링
9. 볼 스크류 10. 벨트
11. 볼 스크류 풀리 12. 랙 모터 풀리
13. 피니언 기어 14. 랙 기어
15. 제어부(ECU)

Claims (9)

  1. 듀얼 모터에서 발생하는 동기화 오차와 조향 바퀴의 외란을 보상하는 듀얼 모터식 스티어 바이 와이어 시스템에 있어서,
    상기 듀얼 모터의 회전각을 검출하는 복수의 모터각 센서의 검출신호와, 상기 조향 바퀴의 회전각을 검출하는 조향각 센서의 검출 신호를 비교하여, 상기 듀얼 모터의 회전각을 제어하기 위한 제어 신호를 생성하는 제어부; 및
    상기 제어부에서 수신된 제어 신호에 따라 상기 듀얼 모터의 회전각을 제어하는 복수의 위치제어기; 및
    상기 위치제어기에 입력되는 복수의 제어 신호와 복수의 모터각 센서의 회전각을 입력 받아, 각 위치제어기로 입력되는 신호의 오차를 비교하여 상기 오차가 보정된 동기화 신호를 출력하는 동기제어기를 포함하는 듀얼 모터식 스티어 바이 와이어 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 위치제어기는,
    피니언모터각을 제어하는 제1위치제어기; 및
    랙모터각을 제어하는 제2위치제어기를 더 포함하고,
    상기 제1위치제어기 및 상기 제2위치제어기는 상기 제어 신호와 각 모터각 센서에서 측정된 회전각을 고려하여 각 모터각을 피드백 방식으로 제어하는 것을 특징으로 하는 듀얼 모터식 스티어 바이 와이어 시스템.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 위치제어기와 상기 동기제어기의 출력 신호에 대하여 상기 모터각 센서의 회전각의 공칭모델의 역함수를 입력으로 하여 외란 제거 신호를 산출하는 Q필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 듀얼 모터식 스티어 바이 와이어 시스템.
  5. 듀얼 모터에서 발생하는 동기화 오차와 조향 바퀴의 외란을 보상하는 듀얼 모터식 스티어 바이 와이어 시스템의 제어 방법에 있어서,
    제어부가 상기 듀얼 모터의 회전각을 검출하는 복수의 모터각 센서의 검출신호와 상기 조향 바퀴의 회전각을 검출하는 조향각 센서의 검출 신호를 비교하여, 상기 듀얼 모터의 회전각을 제어하기 위한 제어 신호를 생성하는 단계;
    상기 제어 신호와 상기 듀얼 모터의 회전각을 입력 받아 각 위치제어기로 입력되는 입력 신호의 오차를 비교하여 상기 오차가 보정된 동기화 신호를 출력하는 단계; 및
    상기 위치제어기의 출력 신호와 상기 동기화 신호를 기준으로 각 모터각을 피드백 방식으로 제어하는 단계를 포함하는 듀얼 모터식 스티어 바이 와이어 시스템의 제어 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 각 검출 신호를 비교하는 과정은,
    상기 제어 신호와 각 모터각 센서에서 측정된 회전각을 고려하여 제1위치제어기에서 피니언모터각을 제어하고 제2위치제어기에서 랙모터각을 제어하는 과정을 더 포함하는 듀얼 모터식 스티어 바이 와이어 시스템 및 이의 제어 방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 위치제어기의 입력 신호를 공유하는 피드포워드 제어기에서 상기 제어 신호와 상기 듀얼 모터의 회전각을 상기 위치제어기의 출력 신호 측으로 피드포워드 제어하는 단계를 더 포함하는 듀얼 모터식 스티어 바이 와이어 시스템 및 이의 제어 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 피드포워드 제어 단계는,
    상기 모터각 센서의 회전각의 공칭모델의 역함수를 입력으로 하여 외란 제거 신호를 산출하는 Q필터를 적용하는 단계를 더 포함하는 듀얼 모터식 스티어 바이 와이어 시스템 및 이의 제어 방법.
  9. 제 5 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항의 방법을 구현하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체.
KR1020200144099A 2020-11-02 2020-11-02 듀얼 모터식 스티어 바이 와이어 시스템 및 이의 제어 방법 KR102455597B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200144099A KR102455597B1 (ko) 2020-11-02 2020-11-02 듀얼 모터식 스티어 바이 와이어 시스템 및 이의 제어 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200144099A KR102455597B1 (ko) 2020-11-02 2020-11-02 듀얼 모터식 스티어 바이 와이어 시스템 및 이의 제어 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20220059015A KR20220059015A (ko) 2022-05-10
KR102455597B1 true KR102455597B1 (ko) 2022-10-18

Family

ID=81592197

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200144099A KR102455597B1 (ko) 2020-11-02 2020-11-02 듀얼 모터식 스티어 바이 와이어 시스템 및 이의 제어 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102455597B1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102019135047A1 (de) * 2019-12-19 2021-06-24 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Steer-by-Wire-Lenksystem, Verfahren zum Betrieb eines Steer-by-Wire-Lenksystems und Fahrzeug

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100707280B1 (ko) 2005-12-07 2007-04-12 주식회사 만도 자동차의 스티어 바이 와이어식 동력 보조 조향장치

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102419260B1 (ko) * 2016-07-12 2022-07-12 현대모비스 주식회사 Sbw 시스템의 조향 제어 장치 및 그 방법
KR102314346B1 (ko) * 2017-10-27 2021-10-20 현대모비스 주식회사 전동식 조향장치 및 그 제어방법
KR20200022974A (ko) * 2018-08-24 2020-03-04 현대자동차주식회사 Mdps의 쏠림 보상 시스템 및 방법
KR102093853B1 (ko) * 2018-09-05 2020-03-26 주식회사 만도 전동식 파워 스티어링 장치 및 그 제어 방법

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100707280B1 (ko) 2005-12-07 2007-04-12 주식회사 만도 자동차의 스티어 바이 와이어식 동력 보조 조향장치

Also Published As

Publication number Publication date
KR20220059015A (ko) 2022-05-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10000234B2 (en) Steering control apparatus and method of steer-by-wire system
JP4884056B2 (ja) 車両用操舵制御装置
JP4608948B2 (ja) 車両用操舵装置
US9828022B2 (en) Electric power steering apparatus and method of controlling the same
JP5068327B2 (ja) 操舵制御装置
US8589030B2 (en) Learning controller for the compensation of torque pulsations in a steering assembly
JPWO2019087865A1 (ja) 操舵制御装置
JP4685071B2 (ja) モータ制御装置及びモータ制御方法
JP2009269540A (ja) 電動パワーステアリング装置
US20140306644A1 (en) Electric Motor Control Device
KR102455597B1 (ko) 듀얼 모터식 스티어 바이 와이어 시스템 및 이의 제어 방법
CN110937015A (zh) 电机控制装置和电机控制方法
JPH11105729A (ja) ステアリング装置
KR20200140627A (ko) 조향 제어 장치, 조향 제어 방법 및 이를 포함하는 조향 보조 시스템
KR20180043883A (ko) 스티어 바이 와이어용 조타시스템 및 그 제어방법
EP3398831A1 (en) Steering control apparatus
US11414123B2 (en) Steering control device and power steering device
JP4151496B2 (ja) 車両の操舵装置
JP3132299B2 (ja) 車両用補助舵角制御装置
JP2023008890A (ja) ステアバイワイヤの操舵反力装置
JP5199682B2 (ja) モータ制御装置
CN112770960B (zh) 转向控制装置和助力转向装置
JP6252062B2 (ja) ステアリング制御装置
JP2004284569A (ja) 操作反力生成制御装置
JP2008132918A (ja) 車両用電動パワーステアリング装置の制御装置

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant