KR102605279B1 - Method for torque control of electronic power steering system - Google Patents

Method for torque control of electronic power steering system Download PDF

Info

Publication number
KR102605279B1
KR102605279B1 KR1020210139956A KR20210139956A KR102605279B1 KR 102605279 B1 KR102605279 B1 KR 102605279B1 KR 1020210139956 A KR1020210139956 A KR 1020210139956A KR 20210139956 A KR20210139956 A KR 20210139956A KR 102605279 B1 KR102605279 B1 KR 102605279B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
torque
steering
motor
electronic power
power steering
Prior art date
Application number
KR1020210139956A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20230056200A (en
Inventor
성종훈
김석원
Original Assignee
주식회사 에스더블유엠
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 주식회사 에스더블유엠 filed Critical 주식회사 에스더블유엠
Priority to KR1020210139956A priority Critical patent/KR102605279B1/en
Publication of KR20230056200A publication Critical patent/KR20230056200A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102605279B1 publication Critical patent/KR102605279B1/en

Links

Images

Classifications

    • 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
    • B62D5/0457—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such
    • B62D5/046—Controlling the motor
    • B62D5/0472—Controlling the motor for damping vibrations
    • 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
    • B62D5/0457—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such
    • B62D5/046—Controlling the motor
    • B62D5/0463—Controlling the motor calculating assisting torque from the motor based on driver input
    • 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
    • B62D6/08—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits responsive only to driver input torque
    • B62D6/10—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits responsive only to driver input torque characterised by means for sensing or determining torque
    • 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
    • B60Y2400/307—Torque 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)

Abstract

이 발명은 전자식 동력조향장치의 토오크 제어방법에 관한 것이다. 목표 상태 변수(XT)와 현재 상태변수(XC)가 입력되는 단계; 목표 상태 변수(XT)와 현재 상태변수(XC)를 합산한 값이 4차 조향 동역학 모델에 기반한 슬라이딩 모드 제어기에 반영된 결과로 최초 모터 토오크(τm_0)를 산출하는 단계; 외란 관측기 이론에 기반한 외란 관측부를 통해 차량에 전달되는 외란을 추정하는 추정된 외란값(d(k))을 구하는 단계; 최초 모터 토오크(τm_0)와 추정된 외란값(d(k))을 합산하여 모터 토오크(τM)를 산출하는 단계; 산출된 모터 토오크(τM)가 조향 모터에 인가되어 조향 모터를 구동시키는 단계; 조향 모터의 구동에 따라 조향축에 발생된 EPS 토오크(τEPS)를 토오크 센서에서 측정하는 단계; 및 측정된 EPS 토오크(τEPS)에 의해 전자식 동력조향장치의 구동이 제어되는 단계; 를 포함하여 이루어진다.This invention relates to a torque control method for an electronic power steering device. A step in which a target state variable (X T ) and a current state variable (X C ) are input; Calculating the initial motor torque (τ m_0 ) as a result of the sum of the target state variable (X T ) and the current state variable (X C ) being reflected in the sliding mode controller based on the fourth-order steering dynamics model; Obtaining an estimated disturbance value (d(k)) that estimates the disturbance transmitted to the vehicle through a disturbance observation unit based on the disturbance observer theory; Calculating motor torque (τ M ) by adding the initial motor torque (τ m_0 ) and the estimated disturbance value (d(k)); Applying the calculated motor torque (τ M ) to the steering motor to drive the steering motor; Measuring the EPS torque (τ EPS ) generated on the steering shaft as the steering motor is driven by a torque sensor; And controlling the driving of the electronic power steering system by the measured EPS torque (τ EPS ); It is made including.

Description

전자식 동력조향장치의 토오크 제어방법{Method for torque control of electronic power steering system}Method for torque control of electronic power steering system}

이 발명은 전자식 동력조향장치의 토오크 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차량의 주행방향을 조정하기 위한 컬럼 타입의 전자식 동력조향장치가 작동되는 과정에서 차량의 비선형 움직임 등에 의해 발생하는 조향 외란을 관측 및 추정한 후 동력조향에 인가되는 모터 토오크가 결정될 수 있도록 하는 전자식 동력조향장치의 토오크 제어방법에 관한 것이다.This invention relates to a torque control method for an electronic power steering device. More specifically, it relates to a method for controlling the torque of an electronic power steering device, and more specifically, to a method for controlling steering disturbance caused by non-linear movement of the vehicle, etc. during the operation of a column-type electronic power steering device for adjusting the driving direction of the vehicle. This relates to a torque control method for an electronic power steering device that allows the motor torque applied to power steering to be determined after observation and estimation.

2010년 이후에 제조된 대부분의 승용차에는 전자식 동력조향장치(EPS, Electronic Power Steering System)가 탑재되고 있다. 특히, 첨단 운전자 보조 시스템(ADAS, Advanced Driving Assistant System) 등이 적용된 차량에 탑재되는 컬럼(Column) 타입의 전자식 동력조향장치는 운전자의 토오크 개입이 거의 없는 자율주행 시스템의 하위 제어 역할을 수행하도록 설계된다.Most passenger cars manufactured after 2010 are equipped with an electronic power steering system (EPS). In particular, the column-type electronic power steering system installed in vehicles equipped with advanced driver assistance systems (ADAS, Advanced Driving Assistant System) is designed to perform a subordinate control role in the autonomous driving system with little torque intervention by the driver. do.

한편, 전자식 동력조향장치는 주행 중인 차량 동역학의 비선형적인 특성에 큰 영향을 받게 되고, 동역학 모델 파라미터의 불확실성이 발생하거나 반력 토오크 등이 작용하여 실제 설계된 플랜트와의 작동오차가 크게 발생할 수 있다. 이에, 전자식 동력조향장치를 개발하는 과정에서 외부 변동에 강인한 비선형 제어기를 설계하고자 하는 시도가 계속되고 있다. 그러나 외란 발생이 커질수록 비선형 제어기에 진동이 증가하는 현상이 발생하게 됨에 따라 외부 변동을 보상할 수 있는 기법 등이 요구되고 있다.Meanwhile, the electronic power steering system is greatly affected by the non-linear characteristics of the driving vehicle dynamics, and uncertainty in dynamic model parameters or reaction torque may occur, resulting in large operational errors compared to the actually designed plant. Accordingly, in the process of developing electronic power steering devices, attempts to design nonlinear controllers that are robust to external fluctuations are continuing. However, as the occurrence of disturbance increases, the phenomenon of increased vibration in the nonlinear controller occurs, and a technique that can compensate for external fluctuations is required.

이를 위해, 전자식 동력조향장치를 개발하는 자동차 제조사, 자동차 부품 제조사 등에서는 대규모의 실차 테스트를 통해서 조향 특성을 파악하고, 파악된 데이터에 차량 속도, 조향각속도 등의 요인들을 반영하여 최적의 모터 토오크 값을 계산해내기 위한 시도를 계속 하고 있다. 이와 같은 시도를 통해 도출된 토오크 값들은 테이블화되어 제어 로직에 반영되고, 제공되는 테이블 범위 내에서는 어느 정도 안정성과 유효성이 보증되는 것으로 알려지고 있다. 하지만, 이와 같은 방식을 적용하기 위해서는 수많은 실험데이터 및 고가의 계측 장비가 필요함에 따른 한계가 존재한다.To this end, automobile manufacturers and automobile parts manufacturers developing electronic power steering devices identify steering characteristics through large-scale actual vehicle tests and reflect factors such as vehicle speed and steering angle in the identified data to determine the optimal motor torque value. Attempts are continuing to calculate . The torque values derived through such attempts are tabulated and reflected in the control logic, and it is known that stability and effectiveness are guaranteed to a certain degree within the range of the provided table. However, there are limitations in applying this method as it requires a large amount of experimental data and expensive measurement equipment.

또한, 관측기 이론에 기반하여 외부 변동 요인을 파악하고, 파악된 외부 변동 요인을 전자식 동력조향장치의 제어에 반영하고자 하는 시도가 있어 왔고, 조향 모델의 상태 변수 관측기를 설계하는 시도가 있어 왔지만, 다수의 튜닝 요소로 개발이 쉽지 않을 뿐만 아니라 많은 연산량으로 인해 양산 ECU에 사용되기에는 부적합한 문제점이 있다.In addition, there have been attempts to identify external fluctuation factors based on observer theory and reflect the identified external fluctuation factors in the control of the electronic power steering system. There have been attempts to design a state variable observer for the steering model, but many Not only is it not easy to develop as a tuning element, but it also has the problem of being unsuitable for use in mass-produced ECUs due to the large amount of calculations.

대한민국특허청 등록특허공보 10-1405603(2014.06.10.)Korea Intellectual Property Office Registered Patent Publication 10-1405603 (2014.06.10.) 대한민국특허청 공개특허공보 10-2020-0142143(2020.12.22.)Korea Intellectual Property Office Public Patent Publication 10-2020-0142143 (2020.12.22.) 대한민국특허청 등록특허공보 10-0646445(2006.11.14.)Korea Intellectual Property Office Registered Patent Publication 10-0646445 (2006.11.14.)

이 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해서 창안된 것으로서, 차량의 주행방향을 조정하기 위한 컬럼 타입의 전자식 동력조향장치가 작동이 되는 과정에서 차량의 비선형 움직임 등에 의해 발생하는 외란을 관측하기 위한 외란 관측부를 구성함으로써 차량 조향 시에 동력조향에 인가되는 모터 토오크에 추정된 외란 성분이 반영될 수 있게 하는 전자식 동력조향장치의 토오크 제어방법을 제공하는 데 목적이 있다.This invention was created to solve the problems described above, and is designed to observe disturbances caused by non-linear movement of the vehicle during the operation of a column-type electronic power steering device for adjusting the driving direction of the vehicle. The purpose is to provide a torque control method for an electronic power steering device that allows the estimated disturbance component to be reflected in the motor torque applied to the power steering when steering the vehicle by constructing a disturbance observation unit.

전술한 바와 같은 발명의 목적을 달성하기 위한 수단으로 이 발명에 따른 전자식 동력조향장치의 토오크 제어방법은 다음과 같이 이루어질 수 있다.As a means to achieve the object of the invention as described above, the torque control method of the electronic power steering device according to this invention can be accomplished as follows.

이 발명의 일 실시 예에 따른 전자식 동력조향장치의 토오크 제어방법은 스티어링 휠, 조향 축, 조향 ECU, 조향 모터 및 토오크 센서를 포함하여 구성되는 전자식 동력조향장치의 토오크 제어방법에 있어서, 목표 상태 변수(XT)와 현재 상태변수(XC)가 입력되는 단계; 목표 상태 변수(XT)와 현재 상태변수(XC)를 합산한 값이 4차 조향 동역학 모델에 기반한 슬라이딩 모드 제어기에 반영된 결과로 최초 모터 토오크(τm_0)를 산출하는 단계; 외란 관측기 이론에 기반한 외란 관측부를 통해 차량에 전달되는 외란을 추정하는 추정된 외란값(d(k))을 구하는 단계; 최초 모터 토오크(τm_0)와 추정된 외란값(d(k))을 합산하여 모터 토오크(τM)를 산출하는 단계; 산출된 모터 토오크(τM)가 조향 모터에 인가되어 조향 모터를 구동시키는 단계; 조향 모터의 구동에 따라 조향축에 발생된 EPS 토오크(τEPS)를 토오크 센서에서 측정하는 단계; 및 측정된 EPS 토오크(τEPS)에 의해 전자식 동력조향장치의 구동이 제어되는 단계; 를 포함하여 이루어진다.The torque control method of an electronic power steering device according to an embodiment of the present invention includes a steering wheel, a steering shaft, a steering ECU, a steering motor, and a torque sensor, wherein the target state variable (X T ) and the current state variable (X C ) are input; Calculating the initial motor torque (τ m_0 ) as a result of the sum of the target state variable (X T ) and the current state variable (X C ) being reflected in the sliding mode controller based on the fourth-order steering dynamics model; Obtaining an estimated disturbance value (d(k)) that estimates the disturbance transmitted to the vehicle through a disturbance observation unit based on the disturbance observer theory; Calculating motor torque (τ M ) by adding the initial motor torque (τ m_0 ) and the estimated disturbance value (d(k)); Applying the calculated motor torque (τ M ) to the steering motor to drive the steering motor; Measuring the EPS torque (τ EPS ) generated on the steering shaft as the steering motor is driven by a torque sensor; And controlling the driving of the electronic power steering system by the measured EPS torque (τ EPS ); It is made including.

이 발명의 일 실시 예에 따른 전자식 동력조향장치의 토오크 제어방법에서 목표 상태 변수(XT)는 목표 조향각, 목표 조향각속도, 목표 모터각 및 목표 모터각속도가 변수들로 정의되고, 현재 상태변수(XC)는 현재 조향각, 현재 조향각속도, 현재 모터각 및 현재 모터각속도로 정의될 수 있다.In the torque control method of an electronic power steering device according to an embodiment of the present invention, the target state variable ( X C ) can be defined as the current steering angle, current steering angular speed, current motor angle, and current motor angular speed.

이 발명의 일 실시 예에 따른 전자식 동력조향장치의 토오크 제어방법에서 목표 상태 변수(XT)는 자율주행 시스템에서 인가되도록 설정될 수 있다.In the torque control method of an electronic power steering device according to an embodiment of the present invention, the target state variable (X T ) can be set to be applied in the autonomous driving system.

이 발명의 일 실시 예에 따른 전자식 동력조향장치의 토오크 제어방법에서 추정된 외란값(d(k))은 노면 반력 관측기에서 측정되는 차량의 노면 반력일 수 있다.The disturbance value (d(k)) estimated in the torque control method of an electronic power steering device according to an embodiment of the present invention may be the road surface reaction force of the vehicle measured by a road surface reaction force observer.

이 발명의 실시 예에 따른 전자식 동력조향장치 토오크 제어방법에 의하면 차량의 주행방향을 조정하기 위한 컬럼 타입의 전자식 동력조향장치가 작동이 되는 과정에서 차량의 비선형 움직임 등에 의해 발생하는 외란이 차량 조향 시에 동력조향에 인가되는 모터 토오크에 반영됨에 따라 보다 안정적인 조향이 가능하게 된다.According to the electronic power steering torque control method according to an embodiment of the present invention, during the operation of the column-type electronic power steering device for adjusting the driving direction of the vehicle, disturbances caused by non-linear movement of the vehicle, etc. are prevented when steering the vehicle. As it is reflected in the motor torque applied to power steering, more stable steering is possible.

또한, 이 발명의 실시 예에 따른 전자식 동력조향장치의 토오크 제어방법에 의하면 대규모의 실차 실험과 계측 데이터 등이 불필요할 뿐만 아니라 튜닝 요소와 적은 연산량을 가짐에 따라 양산 EUC에 적용될 수 있는 장점이 있다.In addition, the torque control method of the electronic power steering device according to the embodiment of the present invention not only does not require large-scale actual vehicle experiments and measurement data, but also has the advantage of being applicable to mass-produced EUC as it has tuning elements and a small amount of calculation. .

도1은 이 발명의 일 실시 예에 따른 전자식 동력조향장치의 토오크 제어방법이 적용되는 EPS의 구성을 보인 도면.
도2는 이 발명의 일 실시 예에 따른 전자식 동력조향장치의 토오크 제어방법을 설명하기 위한 도면.Figure 1 is a diagram showing the configuration of an EPS to which the torque control method of an electronic power steering device according to an embodiment of the present invention is applied.
Figure 2 is a diagram for explaining a torque control method of an electronic power steering device according to an embodiment of the present invention.

이하에서는 이 발명의 실시 예에 따른 전자식 동력조향장치의 토오크 제어방법에 대하여 첨부된 도면을 참고하면서 보다 구체적으로 설명한다.Hereinafter, a torque control method of an electronic power steering device according to an embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to the attached drawings.

이 발명의 실시 예를 설명하기 위한 도면에서 이 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면부호를 붙이기로 한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.In the drawings for explaining embodiments of this invention, parts that are not relevant to the description are omitted in order to clearly explain the invention, and similar reference numerals are used to designate similar parts throughout the specification. Throughout the specification, when a part is said to be “connected” to another part, this includes not only cases where it is “directly connected,” but also cases where it is “indirectly connected” with another member in between. . In addition, when a part is said to “include” a certain component, this does not mean that other components are excluded, but that other components can be added, unless specifically stated to the contrary.

도1은 이 발명의 일 실시 예에 따른 전자식 동력조향장치의 토오크 제어방법이 적용되는 EPS의 구성을 보인 도면이고, 도2는 이 발명의 일 실시 예에 따른 전자식 동력조향장치의 토오크 제어방법을 설명하기 위한 도면이다.Figure 1 is a diagram showing the configuration of an EPS to which the torque control method of an electronic power steering device according to an embodiment of the invention is applied, and Figure 2 is a diagram showing the torque control method of an electronic power steering device according to an embodiment of the invention. This is a drawing for explanation.

이 발명의 일 실시 예에 따른 전자식 동력조향장치의 토오크 제어방법이 적용되는 전자식 동력조향장치(100)는 도1에서 보이는 바와 같이 스티어링 휠(110), 조향 축(120), 조향 ECU(130), 조향 모터(140) 및 토오크 센서(150)를 포함하는 구성으로 이루어진다. 특히, 이 발명에 따른 전자식 동력조향장치(100)는 운전자의 토오크 개입이 거의 없는 ADAS 등의 자율주행 시스템이 탑재된 차량(10)에 적용되는 것이 바람직하다.As shown in Figure 1, the electronic power steering device 100 to which the torque control method of the electronic power steering device according to an embodiment of the present invention is applied includes a steering wheel 110, a steering shaft 120, and a steering ECU 130. It consists of a configuration including a steering motor 140 and a torque sensor 150. In particular, the electronic power steering device 100 according to this invention is preferably applied to a vehicle 10 equipped with an autonomous driving system such as ADAS with little torque intervention by the driver.

한편, 전자식 동력조향장치(100)가 자율주행 시스템에서의 하위 제어 역할을 하기 위해서는 조향 ECU(130)에서 조향 모터(140)로 적절한 토오크 값을 발생시켜야 하고, 토오크 값을 전달받은 조향 모터(140)는 내부 구동시스템을 거쳐 회전하게 됨에 따라 조향축(120)에 토오크를 발생시키게 된다.Meanwhile, in order for the electronic power steering device 100 to play a subordinate control role in the autonomous driving system, an appropriate torque value must be generated from the steering ECU 130 to the steering motor 140, and the steering motor 140 that received the torque value must be generated. ) generates torque on the steering shaft 120 as it rotates through the internal drive system.

조향축(120)에 가해진 토오크는 유니버셜 조인트(160)를 회전시키고, 랙-피니어 기어 등를 매개로 스티어링 기어(170)가 직선 방향으로 작동하게 됨에 따라 타이어의 방향을 조정하게 된다.The torque applied to the steering shaft 120 rotates the universal joint 160, and the steering gear 170 operates in a straight direction through a rack-finier gear, etc., thereby adjusting the direction of the tire.

그리고 조향축(120) 상에는 토오크 센서(150)가 장착됨에 따라 조향축(120)에 가해진 토오크 값과 스티어링 휠(110)의 움직임에 따른 조향각을 측정하게 된다.And as the torque sensor 150 is mounted on the steering shaft 120, the torque value applied to the steering shaft 120 and the steering angle according to the movement of the steering wheel 110 are measured.

특히, 이 발명의 일 실시 예에 따른 전자식 동력조향장치의 토오크 제어방법이 적용된 자율주행 시스템에서는 차량(10)이 원하는 방향으로 이동하도록 하기 위해 목표 조향각 등을 계산하여 전술한 조향 모터(140)를 구동시키기 위한 토오크(Torque)를 산출하도록 설계된다.In particular, in an autonomous driving system to which the torque control method of the electronic power steering device according to an embodiment of the present invention is applied, the target steering angle, etc. is calculated to allow the vehicle 10 to move in the desired direction, and the steering motor 140 described above is used. It is designed to calculate torque for driving.

조향 모터(140)의 구동을 위한 최적의 모터 토오크(τM) 산출을 위한 우선 단계로 조향 ECU(130)에서는 입력받은 목표 상태 변수(XT)와 현재 상태변수(XC)를 합산한 후, 목표 상태 변수(XT)와 현재 상태변수(XC)의 차이를 4차 조향 동역학 모델에 기반한 슬라이딩 모드 제어기에 반영하여 최초 모터 토오크(τm_0)를 산출한다.As a first step in calculating the optimal motor torque (τ M ) for driving the steering motor 140, the steering ECU 130 sums the input target state variable (X T ) and the current state variable (X C ). , the difference between the target state variable (X T ) and the current state variable (X C ) is reflected in the sliding mode controller based on the fourth-order steering dynamics model to calculate the initial motor torque (τ m_0 ).

이때, 목표 상태 변수(XT)는 목표 조향각, 목표 조향각속도, 목표 모터각 및 목표 모터각속도가 변수들로 정의되고, 현재 상태변수(XC)는 현재 조향각, 현재 조향각속도, 현재 모터각 및 현재 모터각속도로 정의될 수 있다.At this time, the target state variable (X T ) is defined as the target steering angle, target steering angle speed, target motor angle, and target motor angular speed, and the current state variable ( The current motor angular velocity can be defined.

목표 상태 변수(XT) 중 목표 조향 각속도는 자율주행 시스템에서 인가된 목표 조향각의 미분을 통해 획득이 되며, 목표 모터각 및 목표 모터각속도는 해당 기어비의 곱을 통해 획득이 된다.Among the target state variables (

현재 상태 변수(XC) 중 현재 조향각 및 현재 조향각속도는 차량(10)에 설치된 토오크 앵글 센서(TAS, Torque Angle Sensor)를 통해 획득이 되며, 현재 모터각 및 현재 모터각속도는 해당 기어비의 곱을 통해 획득이 된다.Among the current state variables ( It is acquired.

조향 ECU(130)에 입력된 목표 상태 변수(XT)와 현재 상태변수(XC)의 차이를 반영하여 최초 모터 토오크(τm_0)를 산출하는데 이용되는 4차 조향 동역학 모델에 기반한 슬라이딩 모드 제어기를 설명한다.A sliding mode controller based on the fourth-order steering dynamics model used to calculate the initial motor torque (τ m_0 ) by reflecting the difference between the target state variable (X T ) and the current state variable (X C ) input to the steering ECU (130). Explain.

4차 조향 동역학 모델은 아래의 수학식1과 같다.The fourth-order steering dynamics model is as shown in Equation 1 below.

한편, 4차 조향 동역학 모델이 제어기 설계에 사용되기 위해서는 상태 공간 방적식으로의 변환이 필요하고, 상태 공간 방정식으로 변환된 결과는 수학식2와 같다.Meanwhile, in order for the fourth-order steering dynamics model to be used in controller design, conversion to a state space equation is required, and the result of conversion to a state space equation is shown in Equation 2.

수학식2에서 사용된 기호 및 단위는 다음과 같다.The symbols and units used in Equation 2 are as follows.

변환된 상태 공간 방정식이 조향 ECU(130)에서 연산되기 위해서는 10ms 주기로 이산화된 샘플링 과정이 필요하고, 위 방정식의 이산화 과정을 거친 행렬을 A,B로 정의하면 수학식3과 같다. 여기서 k는 샘플링(Sampling) 시 각 인덱스(Index)를 의미한다.In order for the converted state space equation to be calculated in the steering ECU 130, a discretized sampling process is required at a period of 10 ms, and if the matrices that have undergone the discretization process of the above equation are defined as A and B, Equation 3 is given. Here, k refers to each index during sampling.

그리고 목표 상태 변수(XT)와 현재 상태변수(XC)의 차이를 e로 정의하면, 슬라이딩 모드 제어기 이론에 의해 슬라이딩 평면 s를 다음과 같이 정의할 수 있다. 여기서 C는 설계 변수를 의미한다.And if the difference between the target state variable (X T ) and the current state variable (X C ) is defined as e, the sliding plane s can be defined as follows according to the sliding mode controller theory. Here, C refers to the design variable.

또한, 제어기 설계에 필요한 입력 u는 슬라이딩 모드 제어기 이론에 의해 다음과 같이 정의된다.Additionally, the input u required for controller design is defined by sliding mode controller theory as follows.

위 수학식5에서 산출된 u(k)가 최초 모터 토오크(τm_0)이다.u(k) calculated in Equation 5 above is the initial motor torque (τ m_0 ).

한편, 외란 관측기 이론에 기반한 외란 관측부에서는 도2에서 보이는 바와 같이 차량(10)에 전달되는 외란을 추정하여 추정된 외란값(d(k))을 구하는데, 그 과정은 다음과 같다.Meanwhile, the disturbance observation unit based on the disturbance observer theory estimates the disturbance transmitted to the vehicle 10 and obtains the estimated disturbance value (d(k)), as shown in Figure 2. The process is as follows.

조향 시스템 모델링 중 외란 d의 정의는 아래의 식과 같다.The definition of disturbance d during steering system modeling is as follows.

여기서, Fr은 차량(10)의 샤시 데이터에서 측정되지 않으므로, 외란 관측부(132)를 통해 추정해야 한다.Here, F r is not measured from the chassis data of the vehicle 10, so it must be estimated through the disturbance observation unit 132.

한편, 외란 관측기 이론에 따르면 임의의 시스템 외란은 아래의 식과 같이 구성하는 것이 가능하다.Meanwhile, according to the disturbance observer theory, it is possible to configure any system disturbance as in the equation below.

이와 같은 과정을 통해 구해진 추정된 외란값(d(k))을 전술한 최초 모터 토오크(τm_0)와 합산하여 최종적인 모터 토오크(τM)가 아래의 식과 같이 산출된다.The estimated disturbance value (d(k)) obtained through this process is added to the above-described initial motor torque (τ m_0 ) to calculate the final motor torque (τ M ) as shown in the equation below.

수학식8에서 산출된 u(k)는 이 발명의 실시 예에 따라 산출된 최종적인 모터 토오크(τM)를 의미한다. 그리고 이렇게 산출된 모터 토오크(τM)는 조향 모터(140)에 인가되어 조향 모터(140)를 구동시키게 된다.u(k) calculated in Equation 8 means the final motor torque (τ M ) calculated according to an embodiment of the present invention. And the motor torque (τ M ) calculated in this way is applied to the steering motor 140 to drive the steering motor 140 .

한편, 조향 모터(140)의 구동에 따라 조향축(120)에 발생된 EPS 토오크(τEPS)는 토오크 센서(150)에서 측정되며, 이렇게 획득된 EPS 토오크(τEPS)에 의해서 전자식 동력조향장치의 구동이 제어될 수 있게 된다.Meanwhile, the EPS torque (τ EPS ) generated on the steering shaft 120 according to the driving of the steering motor 140 is measured by the torque sensor 150, and the electronic power steering device is operated by the EPS torque (τ EPS ) obtained in this way. The operation of can be controlled.

이상에서 설명한 바와 같이, 차량의 주행방향을 조정하기 위한 컬럼 타입의 전자식 동력조향장치가 작동이 되는 과정에서 차량의 비선형 움직임 등에 의해 발생하는 외란이 차량 조향 시에 동력조향에 인가되는 모터 토오크에 반영됨에 따라 보다 안정적인 조향이 가능하게 된다.As explained above, during the operation of the column-type electronic power steering device to adjust the driving direction of the vehicle, disturbances caused by non-linear movement of the vehicle are reflected in the motor torque applied to the power steering when steering the vehicle. Accordingly, more stable steering is possible.

또한, 이 발명의 실시 예에 따른 전자식 동력조향장치의 토오크 제어방법에 의하면 대규모의 실차 실험과 계측 데이터 등이 불필요할 뿐만 아니라 튜닝 요소와 적은 연산량을 가짐에 따라 양산 EUC에 적용될 수 있는 장점이 있다.In addition, the torque control method of the electronic power steering device according to the embodiment of the present invention not only does not require large-scale actual vehicle experiments and measurement data, but also has the advantage of being applicable to mass-produced EUC as it has tuning elements and a small amount of calculation. .

이상에서는 첨부된 도면들을 참조하면서 이 발명의 실시 예에 따른 전자식 동력조향장치의 토오크 제어방법에 대하여 설명하였다.In the above, a torque control method of an electronic power steering device according to an embodiment of the present invention has been described with reference to the attached drawings.

앞서 설명한 기술적 내용들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시 예들을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다.The technical contents described above may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded on a computer-readable medium. Computer-readable media may include program instructions, data files, data structures, etc., singly or in combination. Program instructions recorded on the medium may be specially designed and configured for the embodiments or may be known and available to those skilled in the art of computer software. Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs and DVDs, and magnetic media such as floptical disks. -Includes optical media (magneto-optical media) and hardware devices specifically configured to store and execute program instructions, such as ROM, RAM, flash memory, etc.

프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 하드웨어 장치는 실시 예들의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.Examples of program instructions include machine language code, such as that produced by a compiler, as well as high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter, etc. A hardware device may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the embodiments, and vice versa.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The description of the present invention described above is for illustrative purposes, and those skilled in the art will understand that the present invention can be easily modified into other specific forms without changing the technical idea or essential features of the present invention. will be. Therefore, the embodiments described above should be understood in all respects as illustrative and not restrictive. For example, each component described as unitary may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as distributed may also be implemented in a combined form.

10 : 차량 100 : 전자식 동력조향장치
110 : 스티어링 휠 120 : 조향 축
130 : 조향 ECU 132 : 외란 관측부
140 : 조향 모터 150 : 토오크 센서
160 : 유니버셜 조인트 170 : 스티어링 기어10: Vehicle 100: Electronic power steering device
110: steering wheel 120: steering axis
130: Steering ECU 132: Disturbance observation unit
140: steering motor 150: torque sensor
160: universal joint 170: steering gear

Claims (4)

스티어링 휠, 조향 축, 조향 ECU, 조향 모터 및 토오크 센서를 포함하여 구성되는 전자식 동력조향장치의 토오크 제어방법에 있어서,
자율주행 시스템에서 인가되도록 설정되며 목표 조향각, 목표 조향각속도, 목표 모터각 및 목표 모터각속도가 변수들로 정의되는 목표 상태 변수(XT)와, 현재 조향각, 현재 조향각속도, 현재 모터각 및 현재 모터각속도로 정의되는 현재 상태변수(XC)가 입력되는 단계;
상기 목표 상태 변수(XT)와 현재 상태변수(XC)를 합산한 값이 4차 조향 동역학 모델에 기반한 슬라이딩 모드 제어기에 반영된 결과로 최초 모터 토오크(τm_0)를 산출하는 단계;
외란 관측기 이론에 기반한 외란 관측부를 통해 차량에 전달되는 외란을 추정하여 추정된 외란값(d(k))을 구하는 단계;
상기 최초 모터 토오크(τm_0)와 상기 추정된 외란값(d(k))을 합산하여 모터 토오크(τM)를 산출하는 단계;
상기 산출된 모터 토오크(τM)가 상기 조향 모터에 인가되어 조향 모터를 구동시키는 단계;
상기 조향 모터의 구동에 따라 상기 조향축에 발생된 EPS 토오크(τEPS)를 상기 토오크 센서에서 측정하는 단계; 및
상기 측정된 EPS 토오크(τEPS)에 의해 전자식 동력조향장치의 구동이 제어되는 단계; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자식 동력조향장치의 토오크 제어방법.
In the torque control method of an electronic power steering device comprising a steering wheel, steering shaft, steering ECU, steering motor, and torque sensor,
A target state variable ( A step in which the current state variable (X C ) defined by the angular velocity is input;
Calculating an initial motor torque (τ m_0 ) as a result of the sum of the target state variable (X T ) and the current state variable (X C ) being reflected in a sliding mode controller based on a fourth-order steering dynamics model;
Obtaining an estimated disturbance value (d(k)) by estimating disturbance transmitted to the vehicle through a disturbance observation unit based on disturbance observer theory;
Calculating motor torque (τ M ) by adding the initial motor torque (τ m_0 ) and the estimated disturbance value (d( k ));
applying the calculated motor torque (τ M ) to the steering motor to drive the steering motor;
Measuring, by the torque sensor, an EPS torque (τ EPS ) generated on the steering shaft as the steering motor is driven; and
Controlling the driving of the electronic power steering system by the measured EPS torque (τ EPS ); A torque control method for an electronic power steering system comprising:
 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 추정된 외란값(d(k))은 노면 반력 관측기에서 측정되는 차량의 노면 반력인 것을 특징으로 하는 전자식 동력조향장치의 토오크 제어방법.
According to paragraph 1,
A torque control method for an electronic power steering system, characterized in that the estimated disturbance value (d(k)) is the road surface reaction force of the vehicle measured by a road surface reaction force observer.
KR1020210139956A 2021-10-20 2021-10-20 Method for torque control of electronic power steering system KR102605279B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210139956A KR102605279B1 (en) 2021-10-20 2021-10-20 Method for torque control of electronic power steering system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210139956A KR102605279B1 (en) 2021-10-20 2021-10-20 Method for torque control of electronic power steering system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20230056200A KR20230056200A (en) 2023-04-27
KR102605279B1 true KR102605279B1 (en) 2023-11-23

Family

ID=86100164

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210139956A KR102605279B1 (en) 2021-10-20 2021-10-20 Method for torque control of electronic power steering system

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102605279B1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101736136B1 (en) * 2015-12-07 2017-05-16 현대모비스 주식회사 Motor driven power steering system and control method thereof
WO2019167661A1 (en) * 2018-02-27 2019-09-06 日本精工株式会社 Vehicle steering device
KR102172090B1 (en) * 2019-08-30 2020-10-30 현대모비스 주식회사 Apparatus for controlling motor driven power steering apparatus and method thereof

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100646445B1 (en) 2005-08-26 2006-11-14 주식회사 만도 Electronically controllable power steering apparatus
KR101461866B1 (en) * 2009-12-02 2014-11-13 현대자동차 주식회사 Steer-by-wire system and controlling method thereof
KR101405603B1 (en) 2012-03-12 2014-06-10 주식회사 만도 Electric Power Steering Apparatus for Vehicle
KR102451995B1 (en) * 2017-12-13 2022-10-06 현대자동차주식회사 Method for estimating steering wheel torque of vehicle
KR102579300B1 (en) * 2018-11-22 2023-09-18 현대자동차주식회사 Steering control system and method for autonomous vehicle
KR102634244B1 (en) 2019-06-11 2024-02-07 현대모비스 주식회사 Apparatus for estimating column torque in motor driven power steering system and method thereof

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101736136B1 (en) * 2015-12-07 2017-05-16 현대모비스 주식회사 Motor driven power steering system and control method thereof
WO2019167661A1 (en) * 2018-02-27 2019-09-06 日本精工株式会社 Vehicle steering device
KR102172090B1 (en) * 2019-08-30 2020-10-30 현대모비스 주식회사 Apparatus for controlling motor driven power steering apparatus and method thereof

Also Published As

Publication number Publication date
KR20230056200A (en) 2023-04-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107415939B (en) Steering stability control method for distributed driving electric automobile
Kim et al. Torque-overlay-based robust steering wheel angle control of electrical power steering for a lane-keeping system of automated vehicles
US9981683B2 (en) Device for controlling restoration of MDPS system
US10035538B2 (en) Electric power steering system with motor controller
CN104709348A (en) Collision avoidance control integrated with EPS controller
EP2987701B1 (en) Precise closed loop control of road wheel angle res. Steering wheel angle by electric power steering system
WO2017178330A1 (en) Vehicle steering system
KR102451995B1 (en) Method for estimating steering wheel torque of vehicle
KR102024986B1 (en) Apparatus and method for lane Keeping control
CN106256652A (en) For the method controlling the output of power steering system
US11827293B2 (en) Real-time estimation of achievable angle, velocity, and acceleration capabilities of steering actuator
Ercan et al. An adaptive and predictive controller design for lateral control of an autonomous vehicle
KR102605279B1 (en) Method for torque control of electronic power steering system
Aparow et al. Modeling, validation, and control of electronically actuated pitman arm steering for armored vehicle
Kang et al. A comparative study of lane keeping system: Dynamic and kinematic models with look-ahead distance
US20240028040A1 (en) Data-driven control for autonomous driving
US10518801B2 (en) Estimating stability margins in a steer-by-wire system
JP2023515444A (en) vehicle steering method
Shi et al. A model predictive control approach for angle tracking of steer‐by‐wire system with nonlinear transmission ratio
Selçuk Arslan et al. Energy optimal control design for steer-by-wire systems and hardware-in-the-loop simulation evaluation
Reichhartinger et al. Design of an unknown input observer to enhance driver experience of electric power steering systems
Gualino et al. Force-feedback system design for the steer-by-wire: optimisation and performance evaluation
US10017215B2 (en) Vehicle directional control via aerodynamic forces
Klomp et al. Non-linear steering control for limit handling conditions using preview path curvature
Navas et al. Youla-Kucera based online closed-loop identification for longitudinal vehicle dynamics

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