KR102572101B1 - 전동식 파워 스티어링 시스템의 피드백 제어 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전동식 파워 스티어링 시스템의 피드백 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, MDPS의 피드백 제어를 위한 MDPS 관련 신호를 획득하는 피드백 신호 획득부 및 상기 피드백 신호 획득부를 통해 획득된 신호에 근거하여 차량의 현재 조향감을 산출하고, 기 설정된 목표 조향감과 상기 산출된 조향감의 차이에 근거하여 MDPS 제어로직의 파라미터를 변경하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

전동식 파워 스티어링 시스템의 피드백 제어 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD OF FEEDBACK CONTROL FOR MDPS SYSTEM}

본 발명은 전동식 파워 스티어링 시스템의 피드백 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전동식 파워 스티어링 시스템의 제어로직의 파라미터를 변경하는 방식으로 피드백 제어를 수행하는 전동식 파워 스티어링 시스템의 피드백 제어 장치 및 방법에 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.

한편 본 발명에서 MDPS는 전자식 파워 스티어링(Electric Power Steering)과 동등한 개념으로 사용되는 것을 전제로 한다.

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 제어로직으로는 운전자가 원하는 조향감을 구현하는 로직, 차량의 안정성 향상을 목적으로 하는 로직, 시스템 안정성 향상을 위한 로직 등이 존재하며, MDPS 시스템의 제어유닛은 차속, 토크 신호, 조향각 신호 등 다양한 파라미터들을 기반으로 이러한 로직을 수행한다.

그런데 종래의 MDPS 시스템의 제어방식은 토크센서 등의 신호를 각 차량에 따라 튜닝된 제어로직에 적용하여 보조력(토크 어시스트량)을 결정해주는 방식이기 때문에 노면이나 차량의 상태의 변동에 따라 조향감이 변경될 수 있다는 문제점이 존재하였다.

한편 본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허 10-2008-0016877호(2008.02.22)에 개시되어 있다.

본 발명은 피드백 제어를 통해 목표로 하는 조향감을 유지할 수 있도록 하는 전동식 파워 스티어링 시스템의 피드백 제어 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템의 피드백 제어 장치는 MDPS의 피드백 제어를 위한 MDPS 관련 신호를 획득하는 피드백 신호 획득부 및 상기 피드백 신호 획득부를 통해 획득된 신호에 근거하여 차량의 현재 조향감을 산출하고, 기 설정된 목표 조향감과 상기 산출된 조향감의 차이에 근거하여 MDPS 제어로직의 파라미터를 변경하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 상기 피드백 신호 획득부는 차속, 조향각, 조향각속도, 조향토크, 부스트출력 중 적어도 하나 이상을 획득하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 상기 제어부는 MDPS 제어로직의 게인값을 변경하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 상기 제어부는 부스트 커브와 고주파 제어에 입력되는 토크신호에 대한 게인값, 고주파 제어에서 출력되는 신호에 대한 게인값 및 댐핑 제어에서 출력되는 신호에 대한 게인값 중 적어도 하나 이상을 변경하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템의 피드백 제어 방법은 제어부가 MDPS의 피드백 제어를 위한 MDPS 관련 신호를 획득하는 단계; 상기 제어부가 상기 획득된 신호에 근거하여 차량의 현재 조향감을 산출하는 단계; 상기 제어부가 기 설정된 목표 조향감과 상기 산출된 조향감의 차이를 계산하는 단계; 및 상기 제어부가 상기 산출된 차이에 근거하여 MDPS 제어로직의 파라미터를 변경하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 상기 제어부는 상기 MDPS 관련 신호로 차속, 조향각, 조향각속도, 조향토크, 부스트출력 중 적어도 하나 이상을 획득하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 MDPS 제어로직의 파라미터를 변경하는 단계에서, 상기 제어부는 MDPS 제어로직의 게인값을 변경하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 상기 제어부는 부스트 커브와 고주파 제어에 입력되는 토크신호에 대한 게인값, 고주파 제어에서 출력되는 신호에 대한 게인값 및 댐핑 제어에서 출력되는 신호에 대한 게인값 중 적어도 하나 이상을 변경하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템의 피드백 제어 방법은 상기 제어부가 목표 조향감의 설정을 입력받는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템의 피드백 제어 장치 및 방법은 MDPS의 피드백 신호에 근거하여 차량의 현재 조향감을 산출하고, 목표 조향감과 산출된 조향감의 차이에 근거하여 MDPS 제어로직의 파라미터를 변경함으로써, 차량 외부 환경이나 차량 조건의 변동에도 목표로 하는 조향감을 유지할 수 있도록 하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템의 피드백 제어 장치의 구성을 나타낸 블록구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템의 피드백 제어 장치의 제어 방식을 설명하기 위한 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템의 피드백 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템의 피드백 제어 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 전동식 파워 스티어링 시스템의 피드백 제어 장치의 구성을 나타낸 블록구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템의 피드백 제어 장치의 제어 방식을 설명하기 위한 예시도로서, 이를 참고하여 본 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템의 피드백 제어 장치를 설명하면 다음과 같다.

도 1에 도시된 것과 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템의 피드백 제어 장치는 제어부(100) 및 피드백 신호 획득부(110)를 포함한다.

피드백 신호 획득부(110)는 MDPS의 피드백 제어를 위한 MDPS 관련 신호를 획득할 수 있다. 구체적으로, 피드백 신호 획득부(110)는 차속, 조향각, 조향각속도, 조향토크 및 부스트출력 등을 피드백 신호(MDPS의 피드백 제어를 위한 MDPS 관련 신호)로 획득할 수 있다.

예를 들어 피드백 신호 획득부(110)는 차량의 속도를 측정하는 차속센서, 조향각속도를 측정하는 조향각센서, 조향토크를 측정하는 토크센서 등을 포함하거나, 이들로부터 측정값을 입력받을 수 있다. 이때 조향각속도는 스티어링 휠의 회전 속도를 의미하고, 조향토크(컬럼토크)는 스티어링 휠에 연결된 스티어링 컬럼의 토크를 의미하며, 조향각센서는 광센서(optical sensor)를 포함하여 조향각속도를 측정할 수 있고, 차속센서는 트랜스미션 출력축의 회전을 검출하여 차량의 속도를 측정할 수 있다.

또한 피드백 신호 획득부(110)는 획득된 조향각속도를 적분하여 조향각을 획득할 수도 있고, 조향각을 직접 측정하는 센서를 이용할 수도 있으며, 여기에서 부스트출력은 MDPS의 제어로직 중 부스트 커브(부스트 함수)에서 출력되는 값을 의미한다. 일반적으로 MDPS 시스템은 운전자에 의한 조향토크에 더해 보조토크를 제공하는 것을 그 목적으로 하고, 이러한 보조토크는 다양한 제어로직에 의해 최종 연산되기는 하나, 조향토크를 부스트 함수에 입력하여 출력된 값이 조향을 돕는 기본적인 보조토크가 되며, 본 실시예에서 부스트출력은 이러한 부스트 함수의 출력값을 의미한다.

제어부(100)는 피드백 신호 획득부(110)를 통해 획득된 신호에 근거하여 차량의 현재 조향감을 산출할 수 있다. 즉, MDPS 시스템에서 조향감은 운전자가 느끼는 스티어링의 무거운 정도를 의미하고, 차속 및 조향각별로 목표값이 설정되는 것이 보통이며, 차량의 사양에 따라서도 목표로 하는 조향감이 달라질 수 있다. 따라서 목표 조향감을 설정하는 방식을 활용한다면, 피드백 신호로부터 차량의 현재 조향감을 산출하는 관계식을 도출해 낼 수 있다. 다시 말해, 본 발명의 기술분야의 통상의 기술자라면, 제어부(100)가 차량의 현재 조향감을 산출할 수 있도록 하는 것을 설계할 수 있다. 다만 조향감 산출을 위한 최적의 관계식은 차량의 사양 등에 따라 다르게 설계될 수 있을 것이다.

한편 제어부(100)는 산출된 차량의 현재 조향감과 기 설정된 목표 조향감의 차이에 근거하여 MDPS 제어로직의 파라미터를 변경할 수 있다. 즉, MDPS 시스템의 제어 목표인 목표 조향감은 피드백 제어를 위한 신호를 획득하기 전에 미리 설정되어 있을 수 있으며, 제어부(100)는 이러한 기 설정된 목표 조향감과 차량의 현재 조향감의 차이를 계산하고, 이에 따라 MDPS 제어로직의 파라미터를 변경함으로써, 차량의 현재 조향감이 목표 조향감에 맞게 조정되도록 할 수 있다.

예를 들어, 제어부(100)는 MDPS 제어로직의 파라미터 중 MDPS 제어로직의 게인값을 변경할 수 있다. 즉, 제어부(100)는 MDPS 제어로직의 입력값을 변경하는 것이 아니라, MDPS 제어로직에 포함되어 있는 게인값을 변경함으로써, 차량의 현재 조향감이 목표 조향감에 맞추어지도록 제어를 수행할 수 있다.

구체적으로 제어부(100)는 도 2에 도시된 것과 같이, 부스트 커브와 고주파 제어에 입력되는 토크신호에 대한 게인값, 고주파 제어에서 출력되는 신호에 대한 게인값 및 댐핑 제어에서 출력되는 신호에 대한 게인값 중 적어도 하나 이상을 변경할 수 있다.

여기서 고주파 제어는 MDPS 제어로직 중 토크신호의 고주파 성분만을 추출하여 추가적인 제어를 수행하는 제어로직을 의미하며, 댐핑 제어는 차량 조향 시 발생하는 Yaw oscillations를 억제하고, 수방 안전성을 향상시키기 위해 댐핑 토크를 만들어 주는 제어로직을 의미한다.

제어부(100)의 각각의 게인값 변경은, 차량의 현재 조향감이 목표 조향감을 추종하도록 이루어질 수 있다. 다만 각 상황별 최적의 게인값은 차량의 사양 등에 따라 다르게 설계될 수 있으며, 통상의 기술자라면 튜닝을 통해 각 상황별 최적의 게인값을 도출하는 방식을 설계할 수 있을 것이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템의 피드백 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도로서, 이를 참조하여 본 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템의 피드백 제어 방법을 설명하면 다음과 같다.

도 3에 도시된 것과 같이, 제어부(100)는 피드백 신호를 획득한다(S200). 여기서 피드백 신호는 MDPS의 피드백 제어를 위한 MDPS 관련 신호를 의미하며, 예를 들어, 제어부(100)는 차속, 조향각, 조향각속도, 조향토크 및 부스트출력 등을 피드백 신호로 획득할 수 있다.

이어서 제어부(100)는 상기 단계(S200)에서 회득된 피드백 신호에 근거하여 차량의 현재 조향감을 산출한다(S210). 즉, 본 실시예에서 제어부(100)는 피드백 신호를 다시 입력하는 피드백 제어를 수행하는 것이 아니라, 차량의 현재 조향감을 산출하고, 이를 통해 피드백 제어를 수행한다.

상기 단계(S210) 이후, 제어부(100)는 기 설정된 목표 조향감과 상기 단계(S210)에서 산출된 조향감의 차이에 근거하여 MDPS 제어로직의 파라미터를 변경한다(S220). 즉, 제어부(100)는 기 설정된 목표 조향감과 차량의 현재 조향감의 차이를 계산하고, 이에 따라 MDPS 제어로직의 파라미터를 변경함으로써, 차량의 현재 조향감이 목표 조향감에 맞게 조정되도록 할 수 있다.

예를 들어, 제어부(100)는 MDPS 제어로직의 파라미터 중 MDPS 제어로직의 게인값을 변경할 수 있으며, 구체적으로 제어부(100)는 부스트 커브와 고주파 제어에 입력되는 토크신호에 대한 게인값, 고주파 제어에서 출력되는 신호에 대한 게인값 및 댐핑 제어에서 출력되는 신호에 대한 게인값 중 적어도 하나 이상을 변경할 수 있다.

이와 같이 본 발명의 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템의 피드백 제어 장치 및 방법은 MDPS의 피드백 신호에 근거하여 차량의 현재 조향감을 산출하고, 목표 조향감과 산출된 조향감의 차이에 근거하여 MDPS 제어로직의 파라미터를 변경함으로써, 노면 상태 등의 차량 외부 환경의 변화나 내구 진행에 따른 프릭션(friction) 감소 등의 차량 조건의 변화에도 목표로 하는 조향감을 유지할 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: 제어부
110: 피드백 신호 획득부

Claims (9)

1. MDPS의 피드백 제어를 위한 MDPS 관련 신호를 획득하는 피드백 신호 획득부; 및
   상기 피드백 신호 획득부를 통해 획득된 신호에 근거하여 차량의 현재 조향감을 산출하고, 기 설정된 목표 조향감과 상기 산출된 조향감의 차이에 근거하여 MDPS 제어로직의 파라미터를 변경하는 제어부를 포함하고,
   상기 제어부는 부스트 커브와 고주파 제어에 입력되는 토크신호에 대한 게인값, 고주파 제어에서 출력되는 신호에 대한 게인값 및 댐핑 제어에서 출력되는 신호에 대한 게인값을 변경하며,
   상기 피드백 신호 획득부는 차속, 조향각, 조향각속도, 조향토크, 부스트출력 중 적어도 하나 이상을 획득하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템의 피드백 제어 장치.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제어부가 MDPS의 피드백 제어를 위한 MDPS 관련 신호를 획득하는 단계;
   상기 제어부가 상기 획득된 신호에 근거하여 차량의 현재 조향감을 산출하는 단계;
   상기 제어부가 기 설정된 목표 조향감과 상기 산출된 조향감의 차이를 계산하는 단계; 및
   상기 제어부가 상기 산출된 차이에 근거하여 MDPS 제어로직의 파라미터를 변경하는 단계를 포함하고,
   상기 제어부는 부스트 커브와 고주파 제어에 입력되는 토크신호에 대한 게인값, 고주파 제어에서 출력되는 신호에 대한 게인값 및 댐핑 제어에서 출력되는 신호에 대한 게인값을 변경하고,
   상기 제어부는 상기 MDPS 관련 신호로 차속, 조향각, 조향각속도, 조향토크, 부스트출력 중 적어도 하나 이상을 획득하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템의 피드백 제어 방법.
   
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 제 5항에 있어서,
   상기 제어부가 목표 조향감의 설정을 입력받는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템의 피드백 제어 방법.

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