KR102552925B1 - 스티어 바이 와이어 시스템의 제어 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 개시는 스티어 바이 와이어 시스템의 제어 장치 및 방법에 관한 것이다. 보다 자세하게는, 스티어 바이 와이어 시스템에서의 랙 구동 모터에 역기전력으로 인한 캐치업 발생 여부를 판단하고, 캐치업으로 인해 미출력된 토크 정보를 조향 반력 모터에 반영하여 운전자에게 정확한 조향감을 제공하기 위한 구체적인 장치 및 방법에 관한 것이다. 일 실시예는 차량 내에 구성되는 센서로부터 랙(Rack) 구동 모터 각속도 정보, 랙 포지션 정보 및 랙 추력 정보를 수신 받는 수신부와 랙 구동 모터 각속도 정보, 랙 포지션 정보 및 운전자 조타에 따라 차륜을 조절하기 위한 지령 랙 포지션 정보 중 적어도 하나의 정보에 기반하여, 역기전력으로 인해 랙 구동 모터의 출력이 지령치 보다 미달되는 캐치업(Catch-up) 발생 여부를 판단하는 캐치업 발생 판단부와 랙 구동 모터에 캐치업이 발생된 것으로 판단되면, 랙 포지션 정보 및 지령 랙 포지션 정보에 기반하여 랙 구동 모터에서 역기전력으로 인해 미출력된 캐치업(Catch-up) 토크를 산출하는 캐치업 토크 산출부와 캐치업 토크 정보에 기반하여 조향 반력 모터를 제어하는 제어부를 포함하는 스티어 바이 와이어 시스템의 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.

Description

스티어 바이 와이어 시스템의 제어 장치 및 방법{Apparatus and method for controlling Steer-by-wire system}
본 개시는 스티어 바이 와이어 시스템의 제어 장치 및 방법에 관한 것이다. 보다 자세하게는, 스티어 바이 와이어 시스템에서의 랙 구동 모터에 역기전력으로 인한 캐치업 발생 여부를 판단하고, 캐치업으로 인해 미출력된 토크 정보를 조향 반력 모터에 반영하여 운전자에게 정확한 조향감을 제공하기 위한 구체적인 장치 및 방법에 관한 것이다.
차량의 스티어 바이 와이어(Steer by wire) 시스템은 조향휠에 연결된 스티어링 컬럼 모듈(steering column module)과 차륜에 연결된 스티어링 랙 모듈(steering rack module)이 기계적으로 서로 분리되어 있는 전동식 조향 장치이다.
따라서, 스티어 바이 와이어 시스템의 스티어링 컬럼 모듈에 대한 제어기는 스티어링 랙 모듈의 정보를 반영하기 위해 랙 추력 정보를 추정 및 센싱하여 그 값을 운전자의 조향휠과 연결되어 있는 스티어링 컬럼 모듈에 전달하여 그 랙 추력 정보를 이용하여 운전자에게 피드백하는 과정을 수행한다.
그러나, 이는 스티어링 랙 모듈에 작용하는 외부 부하 및 기구적 마찰에 대한 정보만을 담고 있으며 스티어링 랙 모듈에서 구동하는 랙 구동 모터의 용량 한계에 대한 상황은 모사하지 못하는 문제점이 있었다.
따라서, 모터의 회전속도가 빠를 때 역기전력의 발생으로 지령 토크 만큼의 출력이 나오지 않는 캐치업(Catch-up)이 랙 구동 모터에 발생하는 경우, 지령 랙 포지션 만큼 실제 랙 포지션이 따라가지 못해도 스티어링 랙 모듈과 컬럼 모듈이 물리적으로 분리되어 있기 때문에 운전자는 이러한 상황을 인지하기 어려운 문제점이 있었다.
전술한 배경에서 안출된 일 실시예는 랙 구동 모터의 각속도 정보, 랙 포지션 및 지령 랙 포지션의 차이 정보에 기반하여 캐치업 발생 여부 및 캐치업으로 인해 손실된 캐치업 토크를 산출하는 스티어 바이 와이어 시스템의 제어 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
또한 일 실시예는, 캐치업 토크 정보를 조향 반력 모터에 반영하여 운전자가 조향 수행시 차량 거동을 예측할 수 있고, 정확한 조향감을 제공해주며, 운전자의 조향각에 따라 랙 포지션을 일치시킬 수 있는 스티어 바이 와이어 시스템의 제어 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
차량 내에 구성되는 센서로부터 랙(Rack) 구동 모터 각속도 정보, 랙 포지션 정보 및 랙 추력 정보를 수신 받는 수신부와 랙 구동 모터 각속도 정보, 랙 포지션 정보 및 운전자 조타에 따라 차륜을 조절하기 위한 지령 랙 포지션 정보 중 적어도 하나의 정보에 기반하여, 역기전력으로 인해 랙 구동 모터의 출력이 지령치 보다 미달되는 캐치업(Catch-up) 발생 여부를 판단하는 캐치업 발생 판단부와 랙 구동 모터에 캐치업이 발생된 것으로 판단되면, 랙 포지션 정보 및 지령 랙 포지션 정보에 기반하여 랙 구동 모터에서 역기전력으로 인해 미출력된 캐치업(Catch-up) 토크를 산출하는 캐치업 토크 산출부와 캐치업 토크 정보에 기반하여 조향 반력 모터를 제어하는 제어부를 포함하는 스티어 바이 와이어 시스템의 제어 장치를 제공한다.
또한, 일 실시예는 차량 내에 구성되는 센서로부터 랙(Rack) 구동 모터 각속도 정보, 랙 포지션 정보 및 랙 추력 정보를 수신 받는 수신 단계와 랙 구동 모터 각속도 정보, 랙 포지션 정보 및 운전자 조타에 따라 차륜을 조절하기 위한 지령 랙 포지션 정보 중 적어도 하나의 정보에 기반 하여, 역기전력으로 인해 랙 구동 모터의 출력이 지령치 보다 미달되는 캐치업(Catch-up) 발생 여부를 판단하는 캐치업 발생 판단 단계와 랙 구동 모터에 캐치업이 발생된 것으로 판단되면, 랙 포지션 정보 및 지령 랙 포지션 정보에 기반하여 랙 구동 모터에서 역기전력으로 인해 미출력된 캐치업(Catch-up) 토크를 산출하는 캐치업 토크 산출 단계와 캐치업 토크 정보에 기반하여 조향 반력 모터를 제어하는 제어 단계를 포함하는 스티어 바이 와이어 시스템의 제어 방법을 제공한다.
전술한 일 실시예는 스티어 바이 와이어 시스템에서 랙 구동 모터의 캐치업 정보를 운전자가 인지함으로써 조향 수행시 타이어 회전량을 예측하게 할 수 있고, 운전자가 특정 각속도 이상으로 조향하는 경우 조향 반력 모터에 캐치업 토크를 반영하여 조향 난이도를 향상시킴으로써 조향각과 이에 따른 랙 포지션를 일치키시는 효과를 제공한다.
도 1은 일 실시예에 따른 스티어 바이 와이어 시스템의 제어 장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 스티어 바이 와이어 시스템의 제어 장치가 차량 내에서 적용되는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 캐치업 발생 판단부의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 미리 설정된 모터 특성 곡선에 기반하여 제1 각속도를 결정하기 위한 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 캐치업 토크 산출부의 캐치업 토크 테이블 정보에 대한 예시를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 스티어 바이 와이어 시스템의 제어 방법의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
본 기술 사상은 스티어 바이 와이어 시스템의 제어 장치 및 방법을 개시한다.
이하, 본 기술 사상의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 본 기술 사상의 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 본질이나 차례 또는 순서 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 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서의 스티어 바이 와이어 시스템의 제어 장치 및 방법은 스티어링 컬럼 모듈과 스티어링 랙 모듈을 제어할 수 있다. 스티어 바이 와이어 시스템은 운전자의 조향 정보를 반영하여 차륜을 회전시키며, 차륜의 저항 및 외부 환경에 따라 운전자에게 조향 반력감을 제공하는 기능을 수행할 수 있다. 이 경우, 운전자 조향 정보에 따라 차륜을 회전시키기 위해 스티어링 랙 모듈에서 랙을 움직이게 하는 모터를 랙 구동 모터라 기재하여 설명한다. 또한, 랙 포지션은 차량 내의 랙의 위치를 의미하며, 랙 추력은 노면 환경, 외부 부하 및 운전자 조향 등에 따라 랙의 움직임을 위해 가하거나 가해져야 하는 힘을 의미한다. 다만, 랙 구동 모터, 랙 포지션 및 랙 추력은 차량 내의 동작을 설명하기 위한 표현이며 이러한 명칭에 제한은 없다. 예를 들어, 랙 추력은 랙 포스(Rack force), 랙 구동 모터는 랙 모터, 랙 포지션은 랙 위치 등의 표현으로도 지칭될 수 있다.
이하, 본 개시에 따른 스티어 바이 와이어 시스템의 제어 장치 및 방법을 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 일 실시예에 따른 스티어 바이 와이어 시스템의 제어 장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 스티어 바이 와이어 시스템의 제어 장치(100)는 차량 내에 구성되는 센서로부터 랙(Rack) 구동 모터 각속도 정보, 랙 포지션 정보 및 랙 추력 정보를 수신 받는 수신부(110)와 랙 구동 모터 각속도 정보, 랙 포지션 정보 및 운전자 조타에 따라 차륜을 조절하기 위한 지령 랙 포지션 정보 중 적어도 하나의 정보에 기반하여, 역기전력으로 인해 랙 구동 모터의 출력이 지령치 보다 미달되는 캐치업(Catch-up) 발생 여부를 판단하는 캐치업 발생 판단부(120)와 랙 구동 모터에 캐치업이 발생된 것으로 판단되면, 랙 포지션 정보 및 지령 랙 포지션 정보에 기반하여 랙 구동 모터에서 역기전력으로 인해 미출력된 캐치업(Catch-up) 토크를 산출하는 캐치업 토크 산출부(130)와 캐치업 토크 정보에 기반하여 조향 반력 모터를 제어하는 제어부(140)를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 스티어 바이 와이어 시스템의 제어 장치(100)의 수신부(110)는 차량 내에 구성되는 센서로부터 랙(Rack) 구동 모터 각속도 정보, 랙 포지션 정보 및 랙 추력 정보를 수신 받을 수 있다. 이 경우, 랙 구동 모터의 각속도 센서는 모터에 설치된 엔코더가 될 수 있다. 엔코더는 랙 구동 모터의 회전수와 회전 방향 등을 검출할 수 있다. 또한, 랙 포지션 정보를 수신하기 위한 센서로는 랙에 직접 또는 간접적으로 부착되어 있는 센서일 수 있다. 또한, 랙 추력 정보는 차량의 내부 또는 외부의 센서로부터 수신받은 정보일 수 있다. 또는, 랙 추력 정보는 랙 추력 정보를 연산하는 별도의 과정을 수행하여 추정한 정보일 수 있다. 예를 들어, 수신부(110)는 랙 추력 정보를 추정하기 위해, 조향각 정보, 랙 구동 모터 토크 및 YAW 레이트 등의 정보를 수신받고 송출한 뒤 랙 추력 정보를 추정하는 차량 내의 별도의 시스템으로부터 랙 추력 정보를 수신 받을 수 있다. 또한, 일 실시예에 따르면 수신부(110)가 수신하는 정보를 생성하는 차량 내부 또는 외부에 구성되는 센서는 복수일 수 있다. 또한, 전술한 센서는 차량 내 센서 오류 또는 고장을 대비한 예비 센서일 수도 있다. 또한, 일 실시예에 따른 수신부(110)가 수신 받는 정보는 랙(Rack) 구동 모터 각속도 정보, 랙 포지션 정보 및 랙 추력 정보에 국한되는 것이 아니라 스티어 바이 와이어 시스템의 제어 장치(100)의 작동에 필요하다면 조향각 정보, 운전자 조향 토크 정보 등을 포함할 수도 있다.
한편, 일 실시예에 따른 캐치업 발생 판단부(120)는 랙 구동 모터 각속도 정보, 랙 포지션 정보 및 운전자 조타에 따라 차륜을 조절하기 위한 지령 랙 포지션 정보 중 적어도 하나의 정보에 기반하여, 역기전력으로 인해 랙 구동 모터의 출력이 지령치 보다 미달되는 캐치업(Catch-up) 발생 여부를 판단할 수 있다. 즉, 캐치업 발생 판단부(120)는 모터의 회전 속도가 빠를 때 역기전력 발생으로 지령 토크 만큼 출력이 나오지 않은 캐치업(Catch-up) 상황이 랙 구동 모터에서 발생되었는지 판단할 수 있다.
이를 위해, 일 실시예에 따른 캐치업 발생 판단부(120)는 랙 구동 모터 각속도 정보가 미리 설정된 제1 각속도 정보 이상인 경우, 랙 포지션 정보 및 지령 랙 포지션 정보를 비교하여 캐치업 발생 여부를 판단할 수 있다. 즉, 캐치업 발생 판단부(120)는 제1 각속도 이상인 경우 랙 구동 모터에서 역기전력 발생이 가능하다고 판단할 수 있으며, 역기전력으로 인한 캐치업 상황의 구체적인 판단은 랙 포지션 정보 및 지령 랙 포지션 정보의 비교를 통해 수행될 수 있다.
이때, 일 실시예에 따른 제1 각속도 정보는 캐치업이 발생될 수 있는 조건을 나타내는 임계값일 수 있다. 또한, 제1 각속도 정보는 사용자에 따라 미리 설정될 수 있다. 또는, 제1 각속도는 랙 구동 모터의 고유 특성에 따라 정해진 값일 수 있다. 또는, 제1 각속도는 랙 구동 모터에서의 고유 특성 중, 속도와 토크간의 관계를 나타내는 모터 특성 곡선에 기반하여 결정될 수 있다. 이 경우, 제1 각속도는 추정되거나 수신받은 랙 추력 정보에 의해 결정될 수 있다. 예를 들어, 제1 각속도는 랙 구동 모터의 미리 설정된 모터 특성 곡선 및 랙 추력 정보에 따라 결정 될 수 있다. 즉, 모터에는 각 모터마다 고유의 특성이 있으며, 따라서 속도(rpm)와 토크(Nm)와의 관계 특성을 나타내는 모터 특성 곡선 정보와 랙 추력 정보의 토크 정보에 따라 해당 랙 추력을 출력시키기 위해 모터에서 출력되어야 할 속도 정보가 도출될 수 있다. 이 과정에서, 모터에서 최대로 출력될 수 있는 제1 각속도 정보가 도출될 수 있으며, 이에 대한 자세한 방법은 후술하는 도 4에서 보다 구체적으로 설명한다.
한편, 일 실시예에 따른 캐치업 발생 판단부(120)는 랙 포지션 정보 및 지령 랙 포지션 정보의 차를 연산한 랙 포지션 오차 정보를 산출하여, 랙 포지션 오차 정보가 미리 설정된 제2 값 이상인 경우, 랙 구동 모터에 캐치업이 발생되었다고 판단할 수 있다. 즉, 캐치업이 발생되었다면, 지령 랙 포지션과 랙 포지션이 차이가 날 수 있고, 이를 위해 랙 포지션과 지령 랙 포지션의 차이 정보를 산출해 랙 구동 모터에 캐치업이 발생되었는지를 판단할 수 있다. 이는 캐치업이 발생된 경우 랙 구동모터의 출력이 떨어지기 때문이다. 이때, 캐치업 발생 판단부(120)에서 캐치업 발생을 판단하는 방법 및 미리 설정된 제2값에 대해서는 후술하는 도 3에서 보다 자세하게 설명한다.
한편, 일 실시예에 따른 캐치업 토크 산출부(130)는 랙 구동 모터에 캐치업이 발생된 것으로 판단되면, 랙 포지션 정보 및 지령 랙 포지션 정보에 기반하여 랙 구동 모터에서 역기전력으로 인해 미출력된 캐치업(Catch-up) 토크를 산출할 수 있다. 캐치업이 발생되면 랙 구동 모터에서는 지령치만큼의 토크를 출력하지 못하는 상황이 발생되고, 모터가 출력하지 못한 토크를 연산하여 조향 반력 모터에 반영할 필요성이 생긴다. 이를 위해, 캐치업 토크 산출부(130)는 부족한 출력만큼의 캐치업 토크를 산출할 수 있다.
이를 위해, 일 실시예에 따른 캐치업 토크 산출부(130)는 랙 포지션 정보 및 지령 랙 포지션 정보의 차를 연산한 랙 포지션 오차 정보를 산출하고, 랙 포지션 오차 정보에 기반하여 캐치업 토크를 산출할 수 있다. 즉, 지령 랙 포지션에 비해 실제 랙 포지션이 미달되는 경우, 랙 구동 모터의 출력이 그만큼 부족한 것을 의미할 수 있으므로 해당 오차 정보가 캐치업으로 인해 미출력된 모터 토크를 나타내는 척도가 될 수 있다. 따라서, 일 실시예에 따른 캐치업 토크 산출부(130)는 랙 포지션 오차 정보에 기반하여 캐치업 토크를 산출할 수 있다.
예를 들어, 일 실시예에 따른 캐치업 토크 산출부(130)는 랙 포지션 오차 정보 별로 매핑되어 미리 설정되는 캐치업 토크 테이블 정보에 기반하여, 랙 포지션 오차 정보에 대응되는 캐치업 토크를 확인하여 캐치업 토크를 산출할 수 있다. 즉, 캐치업 토크 산출부(130)는 랙 포지션 오차 정보를 변수로 하여 해당 오차 정보에 대응되는 캐치업 토크를 미리 설정할 수 있다. 또는, 캐치업 토크 산출부(130)는 랙 포지션 오차 정보를 변수로 하는 미리 설정된 관계식을 통해 캐치업 토크를 산출할 수 있다. 또는, 캐치업 토크 산출부(130)는 랙 포지션 오차 정보와 차량 상태를 나타나내는 랙 추력 및 외부 부하 등의 정보를 이용하여 캐치업 토크를 산출할 수 있다. 이에 대한 구체적인 설명은 후술하는 도 5에서 보다 자세하게 설명한다.
한편, 일 실시예에 따른 제어부(140)는 캐치업 토크 산출부(130)에서 산출된 캐치업 토크 정보에 기반하여 조향 반력 모터를 제어 할 수 있다. 이는 캐치업 토크 만큼 랙 구동 모터의 출력이 나오지 않아, 결과적으로 차륜의 회전이 운전자의 조향만큼 이루어지지 못하는 것을 의미할 수 있으므로, 일 실시예에 따른 제어부(140)는 이러한 차륜의 회전 정보를 운전자에게 반영할 수 있다.
이 경우, 일 실시예에 따른 제어부(140)는 캐치업 토크 정보를 조향 반력 모터에 인가될 추가 전류로 환산하여 조향 반력 모터에 공급할 수 있다. 일 실시예에 따른 캐치업 토크 산출부(130)에서는 토크량의 단위를 이용하여 랙 구동 모터의 미출력된 토크를 산출하였으므로, 제어부(140)는 운전자에게 반력감을 제공할 수 있는 조향 반력 모터의 고유 특성 및 차량의 고유 특성에 기반하여 해당 캐치업 토크를 전류량으로 환산시켜 전류를 공급할 필요성이 있다. 이때, 제어부(140)는 일정 상수의 환산치를 이용하여 캐치업 토크를 전류로 환산하여 캐치업 토크 정보를 조향 반력 모터에 반영할 수 있다. 이 경우, 일정 상수는 차량의 고유한 정보로부터 미리 설정된 값일 수 있다. 또는, 일정 상수는 사용자에 의해 미리 설정된 값일 수 있다. 또는, 제어부(140)는 차량 상태에 따라 가변될 수 있는 환산치를 이용하여 캐치업 토크를 전류로 환산하여 캐치업 토크 정보를 조향 반력 모터에 반영할 수 있다. 이 경우, 가변될 수 있는 환산치는 차량 상태 및 주행 정보에 따라 결정될 수 있다. 예를 들어, 조향 반력 모터의 구동 상황을 나타내는 모터 토크 정보 또는 모터 RPM 정보에 따라 조향 반력 모터에 인가되는 전류량이 달라질 수 있다. 또는, 운전자의 조향각 정보에 따라서도 조향 반력 모터에 인가되는 전류량이 달라질 수 있다. 또한, 이 경우 제어부(140)의 제어 동작은 기존 조향 반력 모터를 제어하는 제어 로직과 병행하여 수행할 수 있다.
위 실시예는 제어부(140)가 캐치업 토크 정보를 조향 반력 모터에 반영하기 위한 일 실시예일 뿐이며, 제어부(140)가 캐치업 토크 정보를 조향 반력 모터에 반영하는 방법은 전술한 실시예에 한정되거나 제한되지 않는다. 또한, 조향 반력 모터에 캐치업 토크 정보를 반영하기 위해 제어부(140)는 전술한 방법과 동일한 기능을 하는 다양한 모터 제어 방법을 수행할 수 있다.
이를 통해, 제어부(140)는 실질적으로 조향 반력 모터에 전류를 공급하여 랙 구동 모터에서 캐치업으로 인해 출력되지 않은 캐치업 토크 정보를 운전자에게 정확하게 제공할 수 있다.
이상으로, 설명된 목적을 위하여 스티어 바이 와이어 시스템의 제어 장치(100)의 수신부(110), 캐치업 발생 판단부(120), 캐치업 토크 산출부(130) 및 제어부(140)는 설정된 프로그램에 의하여 동작하는 하나 이상의 마이크로프로세서로 구현될 수 있으며, 설정된 프로그램은 후술하는 본 기술 사상의 일 실시 예에 따른 스티어 바이 와이어 시스템의 제어 방법에 포함된 각 단계를 수행하기 위한 일련의 명령을 포함하는 것으로 할 수 있다.
이상으로, 스티어 바이 와이어 시스템의 제어 장치(100)의 구성과 각 구성의 동작을 개략적으로 설명한 바, 이하에서는 구체적으로 스티어 바이 와이어 시스템의 제어 장치(100)의 각 구성이 어떻게 동작될 수 있는지 도 2 내지 도 5을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 일 실시예에 따른 스티어 바이 와이어 시스템의 제어 장치가 차량 내에서 적용되는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 스티어 바이 와이어 시스템의 제어 장치(100)는 센싱 정보를 수신 받은 후, 기존의 반력모터를 컨트롤하는 로직과 병행하여 적용될 수 있다.
구체적으로, 일 실시예에 따른 스티어 바이 와이어 시스템의 제어 장치(100)는 랙 포지션 정보(201), 지령 랙 포지션 정보(202), 랙 구동 모터 각속도 정보(203) 및 랙 추력 정보(204)에 기반하여 동작을 수행한다. 이때, 도 2에서는 현출되지 않았으나, 일 실시예에 따른 스티어 바이 와이어 시스템의 제어 장치(100)는 수신부(110)를 통해 랙 포지션 정보(201), 지령 랙 포지션 정보(202), 랙 구동 모터 각속도 정보(203) 및 랙 추력 정보(204)를 수신 받을 수 있다. 또한, 랙 포지션 정보(201), 랙 구동 모터 각속도 정보(203) 및 랙 추력 정보(204)는 수신부(110)에서 수신 받는 정보일 수 있고, 센서로부터 추정된 정보일 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 캐치업 발생 판단부(120)는 위의 정보들에 기반하여 캐치업 발생 여부를 판단할 수 있다. 즉, 캐치업 발생 판단부(120)는 전술한 동작에 기반하여 랙 구동 모터에서 캐치업이 발생되었는지 판단하고, 판단결과에 대한 정보를 캐치업 토크 산출부(130)에 전달할 수 있다. 따라서, 만약 랙 구동 모터에서 캐치업이 발생되지 않았다면 일 실시예에 따른 캐치업 발생 판단부(120)는 캐치업이 발생되지 않은 결과를 캐치업 토크 산출부(130)에 전달하고, 결과적으로 일 실시예에 따른 캐치업 토크 산출부(130) 및 제어부(140)는 동작을 수행하지 않을 수 있다.
그러나 랙 구동 모터에서 캐치업이 발생된 경우, 일 실시예에 따른 캐치업 발생 판단부(120)의 판단 결과에 의해 캐치업 토크 산출부(130)는 캐치업 토크를 산출할 수 있다. 이를 위해, 일 실시예에 따른 캐치업 토크 산출부(130)는 랙 포지션 정보 및 지령 랙 포지션 정보를 이용할 수 있다. 즉, 전술한 바와 같이 캐치업 토크 산출부(130)는 랙 포지션 정보와 지령 랙 포지션 정보의 차이를 연산하고, 이에 기반하여 캐치업 토크를 산출할 수 있다.
한편, 캐치업 토크 산출부(130)에서 캐치업 토크가 산출된 후, 일 실시예에 따른 제어부(140)는 캐치업 토크 정보를 캐치업 토크 산출부(130)로부터 전달받아 해당 캐치업 토크 정보를 조향 반력 모터에 반영할 수 있다. 이 경우, 제어부(140)에서 반영해야 할 캐치업 토크 정보는 차량 내부 또는 외부의 다른 요인으로 인해 반영해야 할 반력 정보와 합산될 수 있다. 즉, 기존 반력모터 컨트롤 로직(210)은 조향 반력 모터에 적용되어야 할 조향 정보를 제어하는 구성일 수 있다. 기존 반력모터 컨트롤 로직(210)은 차속 정보, 조향 반력 모터 정보, 노면과의 마찰 정보 또는 타이어에 부가되는 외력 정보 등을 모두 포함하여 조향 반력 모터에 제공하는 장치 및 방법일 수 있다. 다만, 기존 반력모터 컨트롤 로직(210)에는 랙 구동 모터의 캐치업 발생 여부를 판단하는 구성이 존재하지 않은 문제점이 있었으므로, 조향 반력 모터에 반영되어야 할 최종 반력(220)을 반영하는 과정은 일 실시예에 따른 스티어 바이 와이어 제어 장치(100)에서 연산된 캐치업 토크 정보와 합산되어서 이루어 질 수 있다. 따라서, 제어부(140)의 제어는 기존 반력모터 컨트롤 로직(210)과 합산하여 연산되어, 운전자에게 최종 반력(220)의 형태로 반영 될 수 있다.
위 실시예에 따라, 스티어 바이 와이어 시스템의 제어 장치(100)는 전술한 수신부(110), 캐치업 발생 판단부(120), 캐치업 토크 산출부(130) 및 제어부(140)의 동작에 따라 랙 구동 모터의 캐치업 발생 여부를 판단할 수 있고, 캐치업 발생에 따른 캐치업 토크를 산출하여 운전자에게 정확한 조향감을 전달시켜줄 수 있다. 이 과정에서, 캐치업 토크 정보를 운전자에게 반영하는 것 뿐 아니라, 기존의 반력 모터에 반력 정보를 제공하는 방법과 합산하여 더욱 정확한 조향감을 부여하는 효과를 제공한다.
위 실시예는 스티어 바이 와이어 시스템의 제어 장치(100)의 일 실시예일 뿐이며, 스티어 바이 와이어 시스템의 제어 장치(100)가 차량 내에서 동작될 수 있는 구성은 전술한 실시예에 한정되거나 제한되지 않는다. 또한, 스티어 바이 와이어 시스템의 제어 장치(100)의 차량 내 시스템에서의 적용은 위에서 설명한 동작과 동일한 기능을 하는 다양한 스티어 바이 와이어 시스템으로 구현될 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 캐치업 발생 판단부의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 일 실시예에 따른 캐치업 발생 판단부(120)는 미리 설정된 제1 각속도에 따라 랙 구동 모터 각속도와 제1 각속도를 비교한 후, 랙 포지션 오차 정보에 기반해 캐치업 발생 여부를 판단할 수 있다.
구체적으로, 일 실시예에 따른 캐치업 발생 판단부(120)는 수신부(110)로부터 랙 구동 모터 각속도 정보, 랙 포지션 정보 및 랙 추력 정보를 수신 받을 수 있다(S300). 이때, 랙 추력 정보는 수신부(110)로부터 수신 받은 정보일 수 있다. 또는, 랙 추력 정보는 조향각 정보, 랙 구동 모터 토크 및 YAW 레이트 등의 정보를 통해 추정된 정보일 수 있다.
이후, 캐치업 발생 판단부(120)는 미리 결정된 제1 각속도 정보와 랙 구동 모터 각속도 정보를 비교하여 캐치업 여부를 판단할 수 있다. 즉, 캐치업 발생 판단부(120)는 랙 구동 모터 각속도가 제1 각속도 이상이라면 캐치업이 발생될 수 있는 조건이 만족되었다고 판단할 수 있다(S310).
이때, 제1 각속도는 랙 구동 모터에서 역기전력이 발생될 수 있는 임계값이며, 이는 사용자에 따라 미리 설정될 수 있다. 또는, 제1 각속도는 랙 구동 모터의 고유 특성에 따라 정해진 값일 수 있다. 또는, 제1 각속도는 실험값으로 정해진 랙 구동 모터의 역기전력 발생 가능한 임계 각속도 일 수 있다. 또는, 제1 각속도는 랙 구동 모터에서의 고유 특성 중, 속도와 토크간의 관계를 나타내는 모터 특성 곡선에 기반하여 결정될 수 있다. 이 경우, 제1 각속도는 추정되거나 수신 받은 랙 추력 정보에 의해 결정될 수 있다. 모터 특성 곡선 및 랙 추력 정보에 의해 제1 각속도를 결정하는 방법은 도 4에 자세하게 나타나있다.
도 4는 일 실시예에 따른 미리 설정된 모터 특성 곡선에 기반하여 제1 각속도를 결정하기 위한 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 모터 특성 곡선에서 랙 추력 정보에 따라 역기전력 발생 조건을 판단하는 임계값인 제1 각속도가 결정될 수 있다.
즉, 모터에는 고유의 최대 출력이 정해져 있으므로, 모터의 토크와 각속도 관계를 나타내는 고유한 특성 곡선이 존재할 수 있다. 이 경우, 오차를 제외하고 모터의 최대 출력이 일정 값으로 정해졌다고 가정하면, 각속도와 토크는 도 4의 그래프처럼 반비례 관계가 될 수 있다. 이때, 외부 부하(토크)가 커질수록 모터의 각속도는 감소하게 될 수 있다. 이때 부하가 커지는 경우 이는 모터에 유입되는 전류가 증가하게 되는 의미이며, 그러나, 이 경우 전류가 증가할 수 있는 범위에는 한계가 있기 때문에 모터는 일정 수준 이상의 토크를 출력하지 못할 수 있다. 따라서, 도 4의 그래프에는 각속도 값에 관계없이 토크 한계치가 존재할 수 있다.
이와는 반대로, 부하가 작아질수록 모터가 출력할 수 있는 각속도는 증가할 수 있다. 그러나 이 경우, 모터의 회전 속도가 빠를 때 자기장의 영향으로 모터가 출력해야 하는 구동 방향과 반대의 외력이 생길 수 있다. 이로 인해, 모터에서 출력되는 각속도에 일정한 제한이 생길 수 있다. 즉, 모터의 각속도가 증가할수록 모터에서는 역기전력이 발생될 수 있고, 일정 수준 이상의 각속도 출력에는 제한이 있을 수 있다.
따라서, 도 5에 제시된 바와 같이, 랙 추력 정보에 기반하여 랙 구동 모터에서 결정되는 모터의 한계속도가 결정될 수 있다. 즉, 랙 추력 정보에 따라 랙 구동 모터에서 산출되어야 할 토크 값이 결정될 수 있으며, 모터 특성 곡선 내에서 해당 토크값에 해당되는 모터의 한계속도가 도출 될 수 있다. 이 경우, 모터의 한계속도 단위는 RPM일 수 있으며, 각속도 단위로도 환산될 수 있다.
위 실시예에 따라, 랙 구동 모터에서 역기전력이 발생될 수 있는 제1 각속도인 제1 각속도가 랙 추력 정보 및 모터 특성 곡선에 의해 결정되도록 미리 설정될 수 있다.
위 실시예는 제1 각속도를 결정하도록 미리 설정되는 방법의 일 실시예일 뿐이며, 제1 각속도를 결정하는 방법은 전술한 실시예에 한정되거나 제한되지 않는다. 또한, 제1 각속도는 역기전력의 발생여부를 조절할 수 있는 기준이 될 수 있다면 다른 동작 또는 방법으로도 결정될 수 있다.
한편, 만약 S310 단계에서의 판단결과 랙 구동 모터 각속도가 제1 각속도 미만이라면(S310 단계에서 NO), 랙 구동 모터의 각속도는 역기전력이 발생할 수 있을 만큼의 충분한 모터회전이 이루어지지 않고 있음을 의미할 수 있다. 따라서, 설사 실제 랙 포지션과 지령 랙 포지션의 차이가 있을 수 있더라도, 이는 역기전력이 발생될 수 있는 상황이 아니므로, 캐치업으로 인해 랙 포지션의 오차가 생긴 것이 아니라고 캐치업 발생 판단부(120)는 판단할 수 있다. 이 경우, 일 실시예에 따른 캐치업 발생 판단부(120)는 랙 구동 모터의 캐치업 발생여부를 판단하기 위해 다시 센싱 정보를 수신할 수 있다.
그러나, S310 단계에서의 판단결과 랙 구동 모터 각속도가 제1 각속도 이상이라면(S310 단계에서 YES), 일 실시예에 따른 캐치업 발생 판단부(120)는 랙 포지션 오차 정보를 산출 할 수 있다(S320). 즉, 랙 구동 모터의 각속도가 역기전력이 발생 할 수 있을 만큼의 모터회전이 이루어지고 있으므로, 랙 구동 모터의 캐치업 발생 여부를 랙 포지션 정보 및 지령 랙 포지션 정보에 기반하여 판단할 수 있다. 즉, 일 실시예에 따른 캐치업 발생 판단부(120)는 랙 구동 모터 각속도가 제1 각속도 이상인 경우 랙 포지션 정보 및 지령 랙 포지션 정보의 차이를 통해 캐치업 발생 여부를 판단할 수 있다.
이후, 일 실시예에 따른 캐치업 발생 판단부(120)는 랙 포지션 오차와 미리 설정된 제2 값을 비교할 수 있다(S330). 이는 지령 랙 포지션만큼 실제 랙이 움직이지 않아 결과적으로 실제 랙 포지션과 지령 랙 포지션만큼의 차이가 생겼음을 의미할 수 있다. 즉, 이는 랙 구동 모터의 출력이 지령 출력만큼 나오지 않았으며, 결과적으로 일정 각속도 이상에서 랙 구동 모터에서 역기전력으로 인한 캐치업이 발생되었음을 의미할 수 있다.
이때, 미리 설정된 제2 값은 사용자 설정에 의해 결정된 값일 수 있다. 또한, 미리 설정된 제2 값은 센싱 정보와 실제 정보 사이의 오차를 반영한 값일 수 있다. 즉, 미리 설정된 제2 값은 일정 오차를 감안하여 일정 범위를 가진 값일 수 있다.
또한, 미리 설정된 제2 값은 차량 상태에 따라 가변 될 수 있는 값일 수 있다. 예를 들어, 외부 부하(외력) 정보에 따라 제2 값은 가변 될 수 있다. 이 경우, 외력이 클수록 랙 포지션이 움직일 수 있는 범위가 외력이 적은 경우보다 줄어들 수 있다. 즉, 랙 구동 모터의 출력은 일정한 상황에서 외부 부하가 큰 경우, 랙 포지션의 가용범위는 상대적으로 줄어들 수 있다. 따라서, 이 경우 미리 설정된 제2 값은 외력이 작은 경우보다 외력이 큰 경우에 상대적으로 적은 값을 가질 수 있다.
다른 예를 들어, 차속 정보에 따라 제2 값은 가변 될 수 있다. 이 경우, 차속이 클수록 조향각은 상대적으로 적은 범위 내에서 변경되므로, 랙 포지션의 변동도 상대적으로 적게 될 수 있다. 따라서, 이 경우 미리 설정된 제2 값은 저속일 때보다 고속일 때 상대적으로 적은 값을 가질 수 있다. 또한, 제2 값이 차속 정보에 따라 가변 되지 않더라도, 외부 부하를 연산하는 과정에서 차속 정보가 고려될 수 있다.
또한, 미리 설정된 제2 값은 차랑 고유 상태에 따라 미리 결정된 값일 수 있다. 예를 들어, 차량의 크기에 따라 차량 랙의 크기가 달라지 수 있어 랙 자체의 크기가 작을수록 미리 설정된 제2 값은 더 작은 값을 가질 수 있다. 다른 예를 들어, 랙 구동 모터 자체 출력값의 범위가 협소한 경우, 지령 랙 포지션과 실제 랙 포지션의 차이가 랙 구동 모터 자체 출력값의 범위가 광대한 큰 경우보다 작을 수 있다. 또한, 제2 값이 차속 정보에 따라 가변 되지 않더라도, 외부 부하를 연산하는 과정에서 차속 정보가 고려될 수 있다.
이상의 실시예에 따라 제2 값이 결정될 수 있다. 다만, 위 실시예는 제2 값을 위한 일 실시예일 뿐이며, 제2 값으로 결정되는 기준으로 전술한 실시예에 한정되거나 제한되지 않는다. 또한, 제2 값은 전술한 실시예의 단일한 경우에만 국한되는 것이 아니라, 모순되지 않는 선에서 일 실시예의 조합을 통해 다양하게 결정될 수 있다. 일 예를 들어, 제2 값은 차량 상태에 따라 가변적일 수 있으며, 복수개의 변수에 기반하여 가변 될 수도 있다.
한편, S330 단계에서의 판단결과 랙 포지션 오차가 미리 설정된 제2 값 미만인 경우(S330 단계에서 NO), 랙 구동 모터에는 유의미한 역기전력이 발생되지 않아 캐치업이 발생되지 않았음을 의미할 수 있다. 따라서, 설사 실제 랙 포지션과 지령 랙 포지션의 차이가 있을 수 있더라도, 운전자에게 반영할만한 유의미한 캐치업이 발생되지 않았다고 캐치업 발생 판단부(120)는 판단할 수 있다. 이 경우, 일 실시예에 따른 캐치업 발생 판단부(120)는 랙 구동 모터의 캐치업 발생여부를 판단하기 위해 다시 센싱 정보를 수신할 수 있다.
그러나, S330 단계에서의 판단결과 랙 포지션 오차가 미리 설정된 제2 값 이상인 경우(S330 단계에서 YES), 일 실시예에 따른 캐치업 발생 판단부(120)는 랙 구동모터에서 캐치업이 발생되었다고 판단할 수 있다(S340). 즉, 랙 구동 모터의 출력이 지령치만큼 이루어지지 않아 지령 랙 포지션과 실제 랙 포지션의 차이가 발생할 수 있으며, 따라서 일 실시예에 따른 캐치업 발생 판단부(120)는 랙 구동 모터의 출력이 저하되는 캐치업이 발생되었다고 판단할 수 있다.
위 실시예에 따라, 캐치업 발생 판단부(120)는 랙 구동 모터에서 캐치업 발생 여부를 파악할 수 있다.
이를 통해, 캐치업 발생 판단부(120)는 랙 구동 모터 각속도, 실제 랙 포지션 및 지령 랙 포지션 정보를 통해서 랙 구동 모터의 캐치업 발생 여부를 신속하고 정확하게 판단할 수 있는 효과를 제공한다. 또한, 캐치업 발생 여부를 먼저 판단하여 캐치업 토크 산출부(130)의 불필요한 동작을 방지하는 효과를 제공한다.
도 5는 일 실시예에 따른 캐치업 토크 산출부의 캐치업 토크 테이블 정보에 대한 예시를 설명하기 위한 도면이다.
캐치업 토크 산출부(130)는 랙 포지션 정보 및 지령 랙 포지션 정보의 차를 연산한 랙 포지션 오차 정보를 산출하고, 랙 포지션 오차 정보에 기반하여 캐치업 토크를 산출할 수 있다. 즉, 캐치업 토크 산출부(130)는 랙 포지션 오차 만큼 랙 구동 모터의 토크가 출력되지 않은 것으로 판단할 수 있다. 이 경우, 지령 랙 포지션과 실제 랙 포지션의 차는 랙 구동 모터의 캐치업으로 인해 출력되지 않은 토크 정보를 포함할 수 있고, 이에 랙 포지션 오차 정보는 랙 구동 모터에서 출력되지 않은 토크를 나타내는 척도를 의미할 수 있다. 일 실시예에 따른 캐치업 토크 산출부(130)는 랙 포지션 오차 정보만큼의 토크를 산출하여 캐치업 토크의 정보를 산출할 수 있다. 또한, 캐치업 토크 산출부(130)는 조향 반력 모터에 반영하기 위해 제어부(140)로 해당 정보를 전달할 수 있다.
도 5를 참조하면, 이를 위해 일 실시예에 따른 캐치업 토크 산출부(130)는 랙 포지션 오차 정보 별로 매핑되어 미리 설정되는 캐치업 토크 테이블 정보에 기반하여, 랙 포지션 오차 정보에 대응되는 캐치업 토크를 확인하여 캐치업 토크를 산출할 수 있다. 즉, 랙 포지션 오차 정보는 랙 구동 모터에서 미출력된 토크를 반영하고 있으므로, 해당 오차 정보에 따라 캐치업 토크를 매핑하여 미리 설정한 캐치업 토크 테이블 정보를 활용하여 캐치업 토크 산출부(130)는 캐치업 토크를 산출할 수 있다.
따라서, 캐치업 토크 산출부(130)의 캐치업 토크 테이블 정보는 랙 포지션 오차 정보에 따라 산출되어야 할 캐치업 토크를 미리 할당한 도표일 수 있다. 이 경우, 캐치업 토크 테이블 정보는 랙 구동 모터가 복수 개인 경우의 도표일 수 있다. 또는, 캐치업 토크 테이블 정보는 각각의 랙 구동 모터의 특성 및 랙의 크기에 따라 동일한 값을 가지지 않을 수 있다.
또한, 캐치업 토크 테이블 정보는 랙 포지션 오차 정보에 따라 캐치업 토크가 할당될 수 있을 뿐만 아니라, 차속, 조향각, 조향각속도, 운전자 조향 토크, 외력, 노면 상황, 랙, 차량의 고유 환경 정보에 따라 가변 되어 반영될 수 있다. 일 예로, 동일 랙 포지션 오차 정보를 가지고 있더라도 차속, 랙 크기 또는 외력에 따라 캐치업 토크가 상이할 수 있으므로, 캐치업 토크 테이블 정보는 위의 차량 상태를 나타낼 수 있는 정보를 반영하여 캐치업 토크를 할당할 수 있다.
또한, 캐치업 토크 테이블 정보는 랙 구동 모터의 고유 특성에 따라 그 값이 상이할 수 있다. 또한, 캐치업 토크 테이블 정보에는 차량의 현재 상태를 나타내는 정보 뿐만 아니라, 랙 구동 모터가 가지고 있는 고유의 하드웨어 속성을 반영하여 랙 포지션 오차 정보에 따른 캐치업 토크가 모터마다 상이하게 할당 될 수 있다.
따라서, 일 실시예에 따른 캐치업 토크 산출부(130)는 캐치업 토크 테이블 정보에서 랙 포지션 오차 정보를 변수로 하여 캐치업 토크를 확인 할 수 있다. 즉, 캐치업 토크 산출부(130)는 랙 포지션 오차 정보에 기반하여 현재 랙 구동 모터에서의 캐치업으로 인한 미출력된 토크 정보를 산출하고 제어부(140)에 전달할 수 있다.
즉, 도 5를 참조하면, 캐치업 토크 산출부(130)에서 캐치업 토크 테이블 정보를 통해 캐치업 토크 정보를 확인하고 산출하는 구체적인 실시예가 제시된다. 이 경우, 랙 포지션 오차 정보를 인덱스로 하여, 캐치업 토크가 할당될 수 있다. 이 경우, 일 실시예에 따른 캐치업 토크 테이블 정보는 랙 포지션 오차가 최대 1mm의 값의 범위를 가지는 동안 캐치업 토크는 최대 10Nm값을 가질 수 있다. 캐치업 토크 테이블 정보에서 확인할 수 있듯이 랙 포지션 오차 정보가 클수록 랙 구동 모터가 출력하지 못하는 토크가 커짐을 의미하므로, 결과적으로 랙 포지션 오차 정보가 커질수록 캐치업 토크가 더 커질 수 있다.
한편, 일 실시예에 따른 캐치업 토크 산출부(130)는 미리 설정된 관계식에 의해 캐치업 토크를 산출할 수 있다. 즉, 랙 포지션 오차 정보, 랙 포지션 정보 및 지령 랙 포지션 정보 중 적어도 하나의 정보를 변수로 하는 미리 설정된 관계식을 이용하여 캐치업 토크 산출부(130)는 캐치업 토크를 산출할 수 있다. 예를 들어, 미리 설정된 관계식은 랙 포지션 오차 정보에 비례하는 일차식일 수 있다. 또는, 미리 설정된 관계식은 랙 포지션 오차 정보를 변수로 하고, 구간별로 함수가 설정된 관계식일 수도 있다. 또는, 미리 설정된 관계식은 위 관계식에 일정한 비례계수를 추가하여 실험값에 근거하여 실제 구동을 위한 게인값이 반영된 관계식일 수 있다. 또는, 미리 설정된 관계식은 랙 구동 모터 rpm 및 토크 정보, 조향각 정보, 차속 정보 및 운전자 조향 토크 정보 등 차량의 현재 상태를 추가적인 변수로 반영하여 캐치업 토크를 산출하는 관계식일 수 있다. 즉, 전술한 바와 같이, 미리 설정된 제2 값은 차속 및 랙의 크기에 따라 가변 될 수 있는 값이므로, 캐치업 토크를 산출하는 방법도 가변 될 수 있다. 예를 들어, 캐치업 상황을 구별할 수 있는 제2 값이 비교적 큰 환경이라면 랙 포지션 오차 정보의 변동 범위가 비교적 커질 수 있음을 의미하므로, 같은 랙 포지션 오차가 일어났더라도 제2 값이 큰 경우보다 제2 값이 적은 경우에서 캐치업 토크가 더 높음을 의미할 수 있다.
위 실시예에 따라, 캐치업 토크 산출부(130)는 랙 구동 모터에서 출력되지 못한 토크를 캐치업 토크를 산출할 수 있다.
위 실시예는 캐치업 토크 산출부(130)가 랙 포지션 오차 정보에 따라 캐치업 토크를 산출하는 구체적인 일 실시예일 뿐이며, 캐치업 토크 산출부(130)가 캐치업 토크를 산출하는 관계식 또는 방법은 전술한 실시예에 한정되거나 제한되지 않는다. 또한, 캐치업 토크 산출부(130)가 캐치업 토크를 산출하는 관계식 또는 방법은 위에서 설명한 방법 또는 게인값을 포함한 미리 설정된 관계식으로도 구현 될 수 있으며, 동일한 기능을 수행하기 위한 다양한 관계식으로도 구현될 수 있다. 이를 위해, 캐치업 토크 산출부(130)는 캐치업 토크 테이블 정보의 다른 변수의 값을 이용할 수 있다.
도 1 내지 도 5을 참조하여 설명한 바와 같이, 본 실시예들은 스티어 바이 와이어 시스템에서 랙 포지션 오차 정보에 기반하여 랙 구동 모터의 캐치업 발생여부를 판단하고, 캐치업으로 인해 미출력된 토크 정보를 반영하여 운전자에게 정확한 조향감을 제공하고, 캐치업 발생시 조향 난이도가 상승됨으로써 조향각과 이에 따른 랙 포지션을 일치시킬 수 있는 효과를 제공한다.
이하에서는 전술한 본 실시예들을 모두 수행할 수 있는 스티어 바이 와이어 시스템의 제어 방법에 대해서 도면을 참조하여 설명한다.
도 6은 일 실시예에 따른 스티어 바이 와이어 시스템의 제어 방법의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, 스티어 바이 와이어 시스템의 제어 장치에서 동작되는 스티어 바이 와이어 시스템의 제어 방법은 차량 내에 구성되는 센서로부터 랙(Rack) 구동 모터 각속도 정보, 랙 포지션 정보 및 랙 추력 정보를 수신하는 수신 단계와 랙 구동 모터 각속도 정보, 랙 포지션 정보 및 운전자 조타에 따라 차륜을 조절하기 위한 지령 랙 포지션 정보 중 적어도 하나의 정보에 기반하여, 역기전력으로 인해 랙 구동 모터의 출력이 지령치 보다 미달되는 캐치업(Catch-up) 발생 여부를 판단하는 캐치업 발생 판단 단계와 랙 구동 모터에 캐치업이 발생된 것으로 판단되면, 랙 포지션 정보 및 지령 랙 포지션 정보에 기반하여 랙 구동 모터에서 역기전력으로 인해 미출력된 캐치업(Catch-up) 토크를 산출하는 캐치업 토크 산출 단계와 캐치업 토크 정보에 기반하여 조향 반력 모터를 제어하는 제어 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 스티어 바이 와이어 시스템의 제어 장치의 수신 단계는 차량 내에 구성되는 센서로부터 랙(Rack) 구동 모터 각속도 정보, 랙 포지션 정보 및 랙 추력 정보를 수신할 수 있다(S600). 이 경우, 랙 구동 모터의 각속도 센서는 모터에 설치된 엔코더가 될 수 있다. 엔코더는 랙 구동 모터의 회전수와 회전 방향 등을 검출할 수 있다. 또한, 랙 포지션 정보를 수신하기 위한 센서로는 랙에 직접 또는 간접적으로 부착되어 있는 센서일 수 있다. 또한, 랙 추력 정보는 차량의 내부 또는 외부의 센서로부터 수신 받은 정보일 수 있다. 또는, 랙 추력 정보는 랙 추력 정보를 연산하는 별도의 과정을 수행하여 추정한 정보일 수 있다. 예를 들어, 수신 단계는 랙 추력 정보를 추정하기 위해, 조향각 정보, 랙 구동 모터 토크 및 YAW 레이트 등의 정보를 수신 받고 송출한 뒤 랙 추력 정보를 추정하는 차량 내의 별도의 시스템으로부터 랙 추력 정보를 수신할 수 있다. 또한, 일 실시예에 따르면 수신 단계가 수신하는 정보를 생성하는 차량 내부 또는 외부에 구성되는 센서는 복수일 수 있다. 또한, 전술한 센서는 차량 내 센서 오류 또는 고장을 대비한 예비 센서일 수도 있다. 또한, 일 실시예에 따른 수신 단계가 수신 받는 정보는 랙(Rack) 구동 모터 각속도 정보, 랙 포지션 정보 및 랙 추력 정보에 국한되는 것이 아니라 스티어 바이 와이어 시스템의 제어 방법의 작동에 필요하다면 조향각 정보, 운전자 조향 토크 정보 등을 포함할 수도 있다.
한편, 일 실시예에 따른 스티어 바이 와이어 시스템의 제어 장치의 캐치업 발생 판단 단계는 랙 구동 모터 각속도 정보, 랙 포지션 정보 및 운전자 조타에 따라 차륜을 조절하기 위한 지령 랙 포지션 정보 중 적어도 하나의 정보에 기반하여, 역기전력으로 인해 랙 구동 모터의 출력이 지령치 보다 미달되는 캐치업(Catch-up) 발생 여부를 판단할 수 있다(S610). 즉, 캐치업 발생 판단 단계는 모터의 회전 속도가 빠를 때 역기전력 발생으로 지령 토크 만큼 출력이 나오지 않은 캐치업(Catch-up) 상황이 랙 구동 모터에서 발생되었는지 판단할 수 있다.
이를 위해, 일 실시예에 따른 캐치업 발생 판단 단계는 랙 구동 모터 각속도 정보가 미리 설정된 제1 각속도 정보 이상인 경우, 랙 포지션 정보 및 지령 랙 포지션 정보를 비교하여 캐치업 발생 여부를 판단할 수 있다. 즉, 캐치업 발생 판단 단계는 제1 각속도 이상인 경우 랙 구동 모터에서 역기전력 발생이 가능하다고 판단할 수 있으며, 역기전력으로 인한 캐치업 상황의 구체적인 판단은 랙 포지션 정보 및 지령 랙 포지션 정보의 비교를 통해 수행될 수 있다.
이때, 일 실시예에 따른 제1 각속도 정보는 캐치업이 발생될 수 있는 조건을 나타내는 임계값일 수 있다. 또한, 제1 각속도 정보는 사용자에 따라 미리 설정될 수 있다. 또는, 제1 각속도는 랙 구동 모터의 고유 특성에 따라 정해진 값일 수 있다. 또는, 제1 각속도는 랙 구동 모터에서의 고유 특성 중, 속도와 토크간의 관계를 나타내는 모터 특성 곡선에 기반하여 결정될 수 있다. 이 경우, 제1 각속도는 추정되거나 수신 받은 랙 추력 정보에 의해 결정될 수 있다. 예를 들어, 제1 각속도는 랙 구동 모터의 미리 설정된 모터 특성 곡선 및 랙 추력 정보에 따라 결정 될 수 있다. 즉, 모터에는 각 모터마다 고유의 특성이 있으며, 따라서 속도(rpm)와 토크(Nm)와의 관계 특성을 나타내는 모터 특성 곡선 정보와 랙 추력 정보의 토크 정보에 따라 해당 랙 추력을 출력시키기 위해 모터에서 출력되어야 할 속도 정보가 도출될 수 있다. 이 과정에서, 모터에서 최대로 출력될 수 있는 제1 각속도 정보가 도출될 수 있다.
한편, 일 실시예에 따른 캐치업 발생 판단 단계는 랙 포지션 정보 및 지령 랙 포지션 정보의 차를 연산한 랙 포지션 오차 정보를 산출하여, 랙 포지션 오차 정보가 미리 설정된 제2 값 이상인 경우, 랙 구동 모터에 캐치업이 발생되었다고 판단할 수 있다. 즉, 캐치업이 발생되었다면, 지령 랙 포지션이 실제 랙 포지션이 차이가 날 수 있고, 이를 위해 실제 랙 포지션과 지령 랙 포지션의 차이 정보를 산출해 랙 구동 모터에 캐치업이 발생되었는지를 판단할 수 있다. 이는 캐치업이 발생된 경우 랙 구동모터의 출력이 떨어지기 때문이다.
한편, 일 실시예에 따른 스티어 바이 와이어 시스템의 제어 장치의 캐치업 토크 산출 단계는 랙 구동 모터에 캐치업이 발생된 것으로 판단되면, 랙 포지션 정보 및 지령 랙 포지션 정보에 기반하여 랙 구동 모터에서 역기전력으로 인해 미출력된 캐치업(Catch-up) 토크를 산출할 수 있다(S620). 캐치업이 발생되면 랙 구동 모터에서는 지령치만큼의 토크를 출력하지 못하는 상황이 발생되고, 모터가 출력하지 못한 토크를 연산하여 조향 반력 모터에 반영할 필요성이 생긴다. 이를 위해, 캐치업 토크 산출 단계는 부족한 출력만큼의 캐치업 토크를 산출할 수 있다.
이를 위해, 일 실시예에 따른 캐치업 토크 산출 단계는 랙 포지션 정보 및 지령 랙 포지션 정보의 차를 연산한 랙 포지션 오차 정보를 산출하고, 랙 포지션 오차 정보에 기반하여 캐치업 토크를 산출할 수 있다. 즉, 지령 랙 포지션에 비해 실제 랙 포지션이 미달되는 경우, 랙 구동 모터의 출력이 그만큼 부족한 것을 의미할 수 있으므로 해당 오차 정보가 캐치업으로 인해 미출력된 모터 토크를 나타내는 척도가 될 수 있다. 따라서, 일 실시예에 따른 캐치업 토크 산출 단계는 랙 포지션 오차 정보에 기반하여 캐치업 토크를 산출할 수 있다.
예를 들어, 일 실시예에 따른 캐치업 토크 산출 단계는 랙 포지션 오차 정보 별로 매핑되어 미리 설정되는 캐치업 토크 테이블 정보에 기반하여, 랙 포지션 오차 정보에 대응되는 캐치업 토크를 확인하여 캐치업 토크를 산출할 수 있다. 즉, 캐치업 토크 산출 단계는 랙 포지션 오차 정보를 변수로 하여 해당 오차 정보에 대응되는 캐치업 토크를 미리 설정할 수 있다. 또는, 캐치업 토크 산출 단계는 랙 포지션 오차 정보를 변수로 하는 미리 설정된 관계식을 통해 캐치업 토크를 산출할 수 있다. 또는, 캐치업 토크 산출 단계는 랙 포지션 오차 정보와 차량 상태를 나타나내는 랙 추력 및 외부 부하 등의 정보를 이용하여 캐치업 토크를 산출할 수 있다.
한편, 일 실시예에 따른 스티어 바이 와이어 시스템의 제어 장치의 제어 단계는 캐치업 토크 산출 단계에서 산출된 캐치업 토크 정보에 기반하여 조향 반력 모터를 제어 할 수 있다(S630). 이는 캐치업 토크 만큼 랙 구동 모터의 출력이 나오지 않아, 결과적으로 차륜의 회전이 운전자의 조향만큼 이루어지지 못하는 것을 의미할 수 있으므로, 일 실시예에 따른 제어 단계는 이러한 차륜의 회전 정보를 운전자에게 반영할 수 있다.
이 경우, 일 실시예에 따른 제어 단계에서 스티어 바이 와이어 시스템의 제어 장치는 캐치업 토크 정보를 조향 반력 모터에 인가될 추가 전류로 환산하여 조향 반력 모터에 공급할 수 있다. 일 실시예에 따른 캐치업 토크 산출 단계에서 토크량의 단위를 이용하여 랙 구동 모터의 미출력된 토크를 산출하였으므로, 제어 단계에서는 운전자에게 반력감을 제공할 수 있는 조향 반력 모터의 고유 특성 및 차량의 고유 특성에 기반하여 해당 캐치업 토크를 전류량으로 환산시켜 전류를 공급할 필요성이 있다. 이때, 제어 단계에서 스티어 바이 와이어 시스템의 제어 장치는 일정 상수의 환산치를 이용하여 캐치업 토크를 전류로 환산하여 캐치업 토크 정보를 조향 반력 모터에 반영할 수 있다. 이 경우, 일정 상수는 차량의 고유한 정보로부터 미리 설정된 값일 수 있다. 또는, 사용자에 의해 미리 설정된 값일 수 있다. 또는, 제어 단계에서 스티어 바이 와이어 시스템의 제어 장치는 차량 상태에 따라 가변 될 수 있는 환산치를 이용하여 캐치업 토크를 전류로 환산하여 캐치업 토크 정보를 조향 반력 모터에 반영할 수 있다. 이 경우, 가변 될 수 있는 환산치는 차량 상태 및 주행 정보에 따라 결정될 수 있다. 예를 들어, 조향 반력 모터의 구동 상황을 나타내는 모터 토크 정보 또는 모터 RPM 정보에 따라 조향 반력 모터에 인가되는 전류량이 달라질 수 있다. 또는, 운전자의 조향각 정보에 따라서도 조향 반력 모터에 인가되는 전류량이 달라질 수 있다. 또한, 이 경우 제어 단계에서의 스티어 바이 와이어 시스템 제어 장치의 제어 동작은 기존 조향 반력 모터를 제어하는 제어 로직과 병행하여 수행할 수 있다.
이때, 위 실시예는 제어 단계에서의 스티어 바이 와이어 제어 장치가 캐치업 토크 정보를 조향 반력 모터에 반영하기 위한 일 실시예일 뿐이며, 제어 단계가 캐치업 토크 정보를 조향 반력 모터에 반영하는 방법은 전술한 실시예에 한정되거나 제한되지 않는다. 또한, 조향 반력 모터에 캐치업 토크 정보를 반영하기 위해 제어 단계의 스티어 바이 와이어 제어 장치는 전술한 방법과 동일한 기능을 하는 다양한 모터 제어 방법을 수행할 수 있다.
이를 통해, 제어 단계에서의 스티어 바이 와이어 제어 장치는 실질적으로 조향 반력 모터에 전류를 공급하여 랙 구동 모터에서 캐치업으로 인해 출력되지 않은 캐치업 토크 정보를 운전자에게 정확하게 제공할 수 있다.
이상으로, 설명된 목적을 위하여 스티어 바이 와이어 시스템의 제어 방법의 수신단계, 캐치업 발생 판단 단계, 캐치업 토크 산출 단계 및 제어 단계는 설정된 프로그램에 의하여 동작하는 하나 이상의 마이크로프로세서로 구현될 수 있으며, 설정된 프로그램은 전술한 본 기술 사상의 일 실시 예에 따른 스티어 바이 와이어 시스템의 제어 장치에 포함된 각 구성을 수행하기 위한 일련의 명령을 포함하는 것으로 할 수 있다.
"시스템", "프로세서", "컨트롤러", "컴포넌트", "모듈", "인터페이스", "모델", "유닛" 등의 용어는 일반적으로 컴퓨터 관련 엔티티 하드웨어, 하드웨어와 소프트웨어의 조합, 소프트웨어 또는 실행 중인 소프트웨어를 의미할 수 있다. 예를 들어, 전술한 구성요소는 프로세서에 의해서 구동되는 프로세스, 프로세서, 컨트롤러, 제어 프로세서, 개체, 실행 스레드, 프로그램 및/또는 컴퓨터일 수 있지만 이에 국한되지 않는다. 예를 들어, 컨트롤러 또는 프로세서에서 실행 중인 애플리케이션과 컨트롤러 또는 프로세서가 모두 구성 요소가 될 수 있습니다. 하나 이상의 구성 요소가 프로세스 및/또는 실행 스레드 내에 있을 수 있으며 구성 요소는 한 시스템에 위치하거나 두 대 이상의 시스템에 배포될 수 있습니다.
이상에서의 설명 및 첨부된 도면은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 나타낸 것에 불과한 것으로서, 본 기술 사상이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 기술 사상의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 구성의 결합, 분리, 치환 및 변경 등의 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 개시된 실시예들은 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 기술적 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예들의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 기술 사상의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (13)

  1. 차량 내에 구성되는 센서로부터 랙(Rack) 구동 모터 각속도 정보, 랙 포지션 정보 및 랙 추력 정보를 수신 받는 수신부;
    상기 랙 구동 모터 각속도 정보, 상기 랙 포지션 정보 및 운전자 조타에 따라 차륜을 조절하기 위한 지령 랙 포지션 정보 중 적어도 하나의 정보에 기반하여, 역기전력으로 인해 상기 랙 구동 모터의 출력이 지령치 보다 미달되는 캐치업(Catch-up) 발생 여부를 판단하는 캐치업 발생 판단부;
    상기 랙 구동 모터에 캐치업이 발생된 것으로 판단되면, 상기 랙 포지션 정보 및 상기 지령 랙 포지션 정보에 기반하여 상기 랙 구동 모터에서 역기전력으로 인해 미출력된 캐치업(Catch-up) 토크를 산출하는 캐치업 토크 산출부; 및
    상기 캐치업 토크 정보에 기반하여 조향 반력 모터를 제어하는 제어부를 포함하되,
    상기 캐치업 발생 판단부는, 상기 랙 구동 모터 각속도 정보와 미리 설정된 제1 각속도 정보를 비교하여, 상기 랙 구동 모터 각속도 정보가 상기 제1 각속도 정보 이상인 경우, 상기 랙 포지션 정보 및 상기 지령 랙 포지션 정보에 기반하여 캐치업 발생 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어 시스템의 제어 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 캐치업 발생 판단부는,
    상기 랙 구동 모터 각속도 정보가 미리 설정된 제1 각속도 정보 미만인 경우, 상기 랙 포지션 정보와 상기 지령 랙 포지션 정보에 차이가 발생해도 캐치업이 발생되지 않은 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어 시스템의 제어 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 미리 설정된 제1 각속도 정보는,
    상기 랙 구동 모터의 미리 설정된 모터 특성 곡선 및 상기 랙 추력 정보에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어 시스템의 제어 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 캐치업 발생 판단부는,
    상기 랙 구동 모터 각속도 정보가 제1 각속도 정보 이상인 경우, 상기 랙 포지션 정보 및 상기 지령 랙 포지션 정보의 차를 연산한 랙 포지션 오차 정보를 산출하여, 상기 랙 포지션 오차 정보가 미리 설정된 제2 기준값 이상인 경우, 상기 랙 구동 모터에 캐치업이 발생되었다고 판단하는 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어 시스템의 제어 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 캐치업 토크 산출부는,
    상기 랙 포지션 정보 및 상기 지령 랙 포지션 정보의 차를 연산한 랙 포지션 오차 정보를 산출하고,
    상기 랙 포지션 오차 정보에 기반하여 상기 캐치업 토크를 산출하는 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어 시스템의 제어 장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 캐치업 토크 산출부는,
    상기 랙 포지션 오차 정보 별로 매핑되어 미리 설정되는 캐치업 토크 테이블 정보에 기반하여, 상기 랙 포지션 오차 정보에 대응되는 상기 캐치업 토크를 확인하여 상기 캐치업 토크를 산출하는 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어 시스템의 제어 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 캐치업 토크 정보를 상기 조향 반력 모터에 인가될 추가 전류로 환산하여 상기 조향 반력 모터에 공급하는 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어 시스템의 제어 장치.
  8. 차량 내에 구성되는 센서로부터 랙(Rack) 구동 모터 각속도 정보, 랙 포지션 정보 및 랙 추력 정보를 수신 받는 수신 단계;
    상기 랙 구동 모터 각속도 정보, 상기 랙 포지션 정보 및 운전자 조타에 따라 차륜을 조절하기 위한 지령 랙 포지션 정보 중 적어도 하나의 정보에 기반 하여, 역기전력으로 인해 상기 랙 구동 모터의 출력이 지령치 보다 미달되는 캐치업(Catch-up) 발생 여부를 판단하는 캐치업 발생 판단 단계;
    상기 랙 구동 모터에 캐치업이 발생된 것으로 판단되면, 상기 랙 포지션 정보 및 상기 지령 랙 포지션 정보에 기반하여 상기 랙 구동 모터에서 역기전력으로 인해 미출력된 캐치업(Catch-up) 토크를 산출하는 캐치업 토크 산출 단계; 및
    상기 캐치업 토크 정보에 기반하여 조향 반력 모터를 제어하는 제어 단계를 포함하되,
    상기 캐치업 발생 판단 단계는 상기 랙 구동 모터 각속도 정보가 미리 설정된 제1 각속도 정보를 비교하여, 상기 랙 구동 모터 각속도 정보가 상기 제1 각속도 정보 이상인 경우, 상기 랙 포지션 정보 및 상기 지령 랙 포지션 정보에 기반하여 캐치업 발생 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어 시스템의 제어 방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 캐치업 발생 판단 단계는,
    상기 랙 구동 모터 각속도 정보가 제1 각속도 정보 이상인 경우,
    상기 랙 포지션 정보 및 상기 지령 랙 포지션 정보의 차를 연산한 랙 포지션 오차 정보를 산출하여, 상기 랙 포지션 오차 정보가 미리 설정된 제2 기준값 이상인 경우 상기 랙 구동 모터에 캐치업이 발생되었다고 판단하는 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어 시스템의 제어 방법.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 캐치업 발생 판단 단계는,
    상기 랙 구동 모터 각속도 정보가 미리 설정된 제1 각속도 정보 미만인 경우, 상기 랙 포지션 정보와 상기 지령 랙 포지션 정보에 차이가 발생해도 캐치업이 발생되지 않은 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어 시스템의 제어 방법.
  11. 제 8항에 있어서,
    상기 캐치업 토크 산출 단계는,
    상기 랙 포지션 정보 및 상기 지령 랙 포지션 정보의 차를 연산한 랙 포지션 오차 정보를 산출하고,
    상기 랙 포지션 오차 정보에 기반하여 상기 캐치업 토크를 산출하는 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어 시스템의 제어 방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 캐치업 토크 산출 단계는,
    상기 랙 포지션 오차 정보 별로 매핑되어 미리 설정되는 캐치업 토크 테이블 정보에 기반하여, 상기 랙 포지션 오차 정보에 대응되는 상기 캐치업 토크를 확인하여 상기 캐치업 토크를 산출하는 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어 시스템의 제어 방법.
  13. 제 8항에 있어서,
    상기 제어 단계는,
    상기 캐치업 토크 정보를 상기 조향 반력 모터에 인가될 추가 전류로 환산하여 상기 조향 반력 모터에 공급하는 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어 시스템의 제어 방법.

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