KR102626966B1 - 전동식 파워 스티어링 시스템의 모터에 대한 제어 변수의 제한 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 양태는, 자동화된 횡방향 안내 기능을 갖춘 자동차용 전동식 파워 스티어링 시스템의 모터에 대한 제어 변수를 제한하기 위한 방법에 관한 것이다. 이 방법의 일 단계는, 목표 조향 각도를 수신하는 단계이다. 이 방법의 또 다른 일 단계는, 목표 조향 각도에 따라 제어 변수를 결정하는 단계이다. 이 방법의 또 다른 일 단계는, 실제 조향 각도를 수신하는 단계이다. 이 방법의 또 다른 일 단계는, 목표 조향 각도 및 실제 조향 각도에 따라 가상의 토션 바 토크를 결정하는 단계이다. 이 방법의 또 다른 일 단계는, 가상의 토션 바 토크에 따라 제어 변수에 대한 하나 이상의 한계값을 결정하는 단계이다. 이 방법의 또 다른 일 단계는, 하나 이상의 한계값에 따라 제어 변수를 제한하는 단계이다.

Description

전동식 파워 스티어링 시스템의 모터에 대한 제어 변수의 제한

본 발명은, 전동식 파워 스티어링 시스템(electric power steering system)의 모터에 대한 제어 변수를 제한하기 위한 방법 및 제어 장치에 관한 것이다.

본 문서의 범위 안에서 "자동화된 운전"이라는 용어는, 자동화된 종방향 안내 기능 또는 횡방향 안내 기능을 갖춘 운전 또는 자동화된 종방향 안내 및 횡방향 안내 기능을 갖춘 자율 운전을 의미하는 것으로 이해될 수 있다. "자동화된 운전"이라는 용어는 임의의 자동화 수준을 갖는 자동화된 운전을 포함한다. 예시적인 자동화 수준은 보조를 받는 운전, 부분적으로 자동화된 운전, 고도로 자동화된 운전 또는 완전 자동화된 운전이다. 이와 같은 자동화 수준은 BASt(Federal Highway Research Institute)에 의해서 정의되었다(BASt 간행물 "Research compact", 에디션 11/2012 참조). 보조를 받는 운전의 경우, 운전자는 지속적으로 종방향 안내 또는 횡방향 안내 기능을 수행하는 한편, 시스템은 소정의 한계 안에서 각각 다른 기능을 담당한다. 부분적으로 자동화된 운전(TAF)의 경우에는, 시스템이 소정의 기간 동안 그리고/또는 특정 상황에서 종방향 안내 및 횡방향 안내 기능을 담당하며, 이 경우 운전자는 보조를 받는 운전의 경우에서와 마찬가지로 시스템을 지속적으로 모니터링해야만 한다. 고도로 자동화된 운전(HAF)의 경우에는, 운전자가 시스템을 영구적으로 모니터링할 필요 없이, 시스템이 소정의 기간 동안 종방향 안내 및 횡방향 안내 기능을 담당한다; 그러나 운전자는 소정의 시간 안에 차량 안내를 담당할 수 있어야만 한다. 완전 자동화된 운전(VAF)의 경우, 시스템은 특정의 적용예를 위해 모든 상황에서 자동으로 운전 동작을 다룰 수 있다; 이와 같은 적용예를 위해서는 더 이상 운전자가 필요치 않다. BASt의 정의에 따라 위에서 언급된 네 가지 자동화 수준은 SAE J3016 표준(SAE - Society of Automotive Engineering)의 SAE-레벨 1 내지 4에 해당한다. 예를 들어, BASt에 따른 고도로 자동화된 운전(HAF)은 SAE J3016 표준의 레벨 3에 해당한다. 또한, SAE J3016에는 BASt의 정의에 포함되어 있지 않은 최고 자동화 수준으로서의 SAE-레벨 5가 더 제공되어 있다. SAE-레벨 5는 운전자가 없는 운전에 해당하며, 이 경우에는 시스템이 전체 주행 동안 사람 운전자처럼 모든 상황을 자동으로 다룰 수 있다: 운전자는 일반적으로 더 이상 필요치 않다.

자동차용의 전동식 파워 스티어링 시스템은 공지되어 있다. 이 시스템은, 조향의 목적으로 운전자에 의해 가해진 힘이 전기 모터에 의해 증폭됨으로써, 자동차의 스티어링 휠을 작동시키기 위해 필요한 힘을 감소시킨다.

전기 모터의 잘못 결정된 토크로 인한 위험을 방지하기 위하여, 종래의 전동식 파워 스티어링 시스템에서는 전기 모터의 특정 토크가 리미터에 의해서 제한된다. 이때, 이와 같은 제한은 자동차 운전자에 의해 스티어링 휠에 가해진 토션 바 토크 또는 수동 토크에 따라서 이루어진다.

하지만, 이와 같은 종래의 제한은 적어도 자동화된 횡방향 안내 기능을 갖춘 자동화된 운전에서는 불가능한데, 왜냐하면 이 경우에는 자동차의 운전자가 곧바로 자동차의 스티어링 휠에 어떠한 토션 바 토크도 가하지 않기 때문이다.

본 발명의 과제는, 적어도 자동화된 횡방향 안내 기능을 갖춘 자동화된 운전의 경우에, 전동식 파워 스티어링 시스템의 전기 모터의 잘못 결정된 토크로 인한 위험을 방지하는 것이다.

상기 과제는 독립 특허 청구항들의 특징부들에 의해서 해결된다. 바람직한 실시예들은 종속 청구항들에 기재되어 있다. 언급해야 할 사실은, 일 독립 특허 청구항에 종속되어 있는 일 특허 청구항의 추가 특징부들은 그 독립 특허 청구항의 특징부들이 없는 상태로 또는 그 독립 특허 청구항의 특징부들의 부분 집합과의 조합만으로, 그 독립 특허 청구항의 전체 특징부들의 조합과 별개인 하나의 독자적인 발명을 형성할 수 있으며, 이와 같은 하나의 발명은 일 독립 청구항의, 일 분할 출원의 또는 일 후속 출원의 대상이 될 수 있다는 것이다. 이와 같은 사실은, 독립 특허 청구항들의 특징부들과 별개인 하나의 발명을 형성할 수 있는, 명세서 내에 기재된 기술적인 교시에 대해서도 동일한 방식으로 적용된다.

본 발명의 제1 양태는, 자동화된 횡방향 안내 기능을 갖춘 자동차용 전동식 파워 스티어링 시스템의 모터에 대한 제어 변수를 제한하기 위한 방법과 관련이 있다.

전동식 파워 스티어링 시스템의 경우에는, 스티어링 메커니즘(스티어링 칼럼 또는 스티어링 기어)에서의 프로그램 제어된 전기 서보 모터가 운전자의 스티어링 동작을 지원하고 중첩한다.

이 방법의 일 단계는, 특히 자동차의 스티어링 휠로부터 아니라 특히 적어도 자동화된 횡방향 안내 기능을 갖춘 자동화된 운전을 위한 구동 시스템으로부터 목표 조향 각도를 수신하는 단계이다.

이 방법의 또 다른 일 단계는, 목표 조향 각도에 따라 제어 변수를 결정하는 단계이다.

제어 변수는, 특히 모터에 대한 목표 토크이거나, 수동 토크로부터 모터에 대한 목표 토크를 결정하는 조향 각도 조절기를 위한 입력 신호로서의 수동 토크이다.

이 방법의 또 다른 일 단계는, 예를 들어 전동 파워 스티어링 시스템의 모터로부터 또는 별도의 스티어링 각도 센서로부터 실제 조향 각도를 수신하는 것이다.

이 방법의 또 다른 일 단계는, 목표 조향 각도 및 실제 조향 각도에 따라 가상의 토션 바 토크를 결정하는 단계이다.

특히, 가상의 토션 바 토크의 결정은 룩업 테이블, 즉 변환 테이블을 이용해서 목표 조향 각도 및 실제 조향 각도에 따라 이루어진다.

이 방법의 또 다른 일 단계는, 예를 들어 마찬가지로 룩업 테이블을 이용해서, 가상의 토션 바 토크에 따라 제어 변수에 대한 하나 이상의 한계값을 결정하는 단계이다.

이 방법의 또 다른 일 단계는, 하나 이상의 한계값에 따라 제어 변수를 제한하는 단계이다.

상기 제한은, 제어 변수가 한계값 아래에 놓여 있으면, 이 제어 변수가 변경 없는 상태로 전달되는 방식으로 이루어질 수 있다. 제어 변수가 한계값 위에 놓여 있으면, 그 대신에 한계값이 전달될 수 있다.

바람직한 일 실시예에서는, 가상의 토션 바 토크에 따라 제어 변수에 대한 하나 이상의 한계값을 결정하는 단계가 다음과 같은 단계들을 포함한다:

가상의 토션 바 토크에 따라 제어 변수에 대한 상한값을 결정하는 단계, 및

가상의 토션 바 토크에 따라 제어 변수에 대한 하한값을 결정하는 단계.

또 다른 바람직한 일 실시예에서는, 제1 제어 변수에 대해 제1 상한값 및 제1 하한값이 결정된다.

제2 제어 변수에 대해서는, 제2 상한값과 제2 하한값 사이의 거리가 실질적으로 제1 상한값과 제1 하한값 사이의 거리에 상응하는 방식으로, 제2 상한값 및 제2 하한값이 결정된다.

제2 제어 변수는 특히 시간상으로 제1 제어 변수에 후속한다. 개별 상한값 및 개별 하한값은 제어 변수에 대한 간격을 사전 설정한다. 제2 상한값과 제2 하한값 사이의 거리가 실질적으로 제1 상한값과 제1 하한값 사이의 거리에 상응함으로써, 상기 간격은 실질적으로 단지 시프트만 된다.

또 다른 바람직한 일 실시예에서는, 제1 가상의 토션 바 토크에 대해 제1 한계값이 결정된다.

제1 가상의 토션 바 토크보다 큰 제2 가상의 토션 바 토크에 대해서는, 제1 한계값보다 큰 제2 한계값이 결정된다.

따라서, 가상의 토션 바 토크와 한계값 사이에는 실질적으로 선형의 관계가 존재한다.

본 발명의 제2 양태는, 자동화된 횡방향 안내 기능을 갖춘 자동차용 전동식 파워 스티어링 시스템의 모터에 대한 제어 변수를 제한하기 위한 제어 장치와 관련이 있다.

이 제어 장치는, 목표 조향 각도를 수신하도록, 목표 조향 각도에 따라 제어 변수를 결정하도록, 실제 조향 각도를 수신하도록, 목표 조향 각도 및 실제 조향 각도에 따라 가상의 토션 바 토크를 결정하도록, 가상의 토션 바 토크에 따라 제어 변수에 대한 하나 이상의 한계값을 결정하도록, 그리고 하나 이상의 한계값에 따라 제어 변수를 제한하도록 설계되어 있다.

본 발명의 제1 양태에 따른 본 발명에 따른 방법에 대한 상기 내용들은 또한 본 발명의 제2 양태에 따른 본 발명에 따른 장치에 대해서도 상응하는 방식으로 적용되며; 본 발명에 따른 장치의 바람직한 실시예들은 본 발명에 따른 방법의 기재된 바람직한 실시예들에 상응한다. 이 시점에서, 명시적으로 기재되지 않은 본 발명에 따른 차량의 바람직한 실시예들은 본 발명에 따른 방법의 기재된 바람직한 실시예들에 상응한다.

본 발명은, 첨부된 도면부의 도움으로 일 실시예를 참조하여 이하에서 설명된다.

도 1은, 자동화된 횡방향 안내 기능을 갖춘 자동차용 전동식 파워 스티어링 시스템의 모터(EM)에 대한 제어 변수(M, M')를 제한하기 위한 방법을 도시한다.

본 실시예에서, 제어 변수(M, M')는 예를 들어 모터(EM)에 대한 목표 토크이다.

이 방법에서의 일 단계는, 예를 들어 적어도 자동화된 횡방향 안내 기능을 갖춘 자동화된 운전을 위한 운전 시스템(FS)으로부터 목표 조향 각도(SLW)를 수신하는 단계이다.

또 다른 일 단계는, 목표 조향 각도(SLW)에 따라 제어 변수(M)를 결정하는 단계이다. 이 단계는 예를 들어 조향 각도 조절기(LWR)를 이용해서 이루어질 수 있다.

또 다른 일 단계는, 예를 들어 전동식 파워 스티어링 시스템의 모터(EM)로부터 실제 스티어링 각도(ILW)를 수신하는 단계이다.

또 다른 일 단계는, 선행하는 항들 중 어느 한 항에 따른 방법에서, 목표 조향 각도(SLW) 및 실제 조향 각도(ILW)에 따라 가상의 토션 바 토크를 결정하는 단계이며, 이 경우 가상의 토션 바 토크의 결정은 룩업 테이블(LUT)을 이용해서 목표 조향 각도(SLW) 및 실제 조향 각도(ILW)에 따라 이루어진다.

또 다른 일 단계는, 가상의 토션 바 토크에 따라 제어 변수(M, M')에 대한 하나 이상의 한계값(G)을 결정하는 단계이다.

특히, 가상의 토션 바 토크에 따라 제어 변수(M, M')에 대한 하나 이상의 한계값(G)을 결정하는 단계는, 가상의 토션 바 토크에 따라 제어 변수(M, M')에 대한 상한값을 결정하는 단계, 및 가상의 토션 바 토크에 따라 제어 변수(M, M')에 대한 하한값을 결정하는 단계를 포함한다.

예를 들어, 본 실시예에서는, 제2 상한값과 제2 하한값 사이의 거리가 실질적으로 제1 상한값과 제1 하한값 사이의 거리에 상응하는 방식으로, 제1 제어 변수(M, M')에 대해서는 제1 상한값 및 제1 하한값이 결정되며, 그리고 제2 제어 변수(M, M')에 대해서는 제2 상한값 및 제2 하한값이 결정된다.

특히, 시간상으로 연속하는 제1 및 제2 가상의 토션 바 토크에 대해, 제1 가상의 토션 바 토크에 대해서는 제1 한계값이 결정되며, 그리고 제1 가상의 토션 바 토크보다 큰 제2 가상의 토션 바 토크에 대해서는 제1 한계값보다 큰 제2 한계값이 결정된다.

이 방법의 또 다른 일 단계는, 하나 이상의 한계값(G)에 따라 제어 변수(M, M')를 제한하는 단계이다.

상기 제한은, 예를 들어 제어 변수(M)가 한계값(G) 아래에 놓여 있으면, 이 제어 변수(M)가 변경 없는 상태로 제어 변수(M')로서 전달되는 방식으로 이루어질 수 있다. 제어 변수가 한계값 위에 놓여 있으면, 그 대신에 한계값(G)이 제어 변수(M')로서 전달될 수 있다.

Claims (9)

1. 자동화된 횡방향 안내 기능을 갖춘 자동차용 전동식 파워 스티어링 시스템(electric power steering system)의 모터(EM)에 대한 제어 변수(M, M')를 제한하기 위한 방법으로서,
   

   

   목표 조향 각도(SLW)를 수신하는 단계,
   

   

   상기 목표 조향 각도(SLW)에 따라 제어 변수(M)를 결정하는 단계,
   

   

   실제 조향 각도(ILW)를 수신하는 단계,
   

   

   상기 목표 조향 각도(SLW) 및 상기 실제 조향 각도(ILW)에 따라 가상의 토션 바 토크를 결정하는 단계,
   

   

   상기 가상의 토션 바 토크에 따라 제어 변수(M, M')에 대한 하나 이상의 한계값(G)을 결정하는 단계, 및
   

   

   하나 이상의 한계값(G)에 따라 제어 변수(M, M')를 제한하는 단계
   를 포함하는, 제어 변수를 제한하기 위한 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 제어 변수(M, M')가 모터(EM)에 대한 목표 토크인, 제어 변수를 제한하기 위한 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 제어 변수(M, M')가 수동 토크인, 제어 변수를 제한하기 위한 방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 가상의 토션 바 토크에 따라 제어 변수(M, M')에 대한 하나 이상의 한계값(G)을 결정하는 단계는,
   

   

   가상의 토션 바 토크에 따라 제어 변수(M, M')에 대한 상한값을 결정하는 단계, 및
   

   

   가상의 토션 바 토크에 따라 제어 변수(M, M')에 대한 하한값을 결정하는 단계
   를 포함하는, 제어 변수를 제한하기 위한 방법.
5. 제4항에 있어서,
   

   

   제1 제어 변수(M, M')에 대해 제1 상한값 및 제1 하한값이 결정되며, 그리고
   

   

   제2 제어 변수(M, M')에 대해서는, 제2 상한값과 제2 하한값 사이의 거리가 실질적으로 제1 상한값과 제1 하한값 사이의 거리에 상응하는 방식으로, 제2 상한값 및 제2 하한값이 결정되는, 제어 변수를 제한하기 위한 방법.
6. 제1항에 있어서, 가상의 토션 바 토크의 결정이 룩업 테이블(LUT)을 이용해서 목표 조향 각도(SLW) 및 실제 조향 각도(ILW)에 따라 이루어지는, 제어 변수를 제한하기 위한 방법.
7. 제1항에 있어서,
   

   

   제1 가상의 토션 바 토크에 대해 제1 한계값이 결정되며, 그리고
   

   

   제1 가상의 토션 바 토크보다 큰 제2 가상의 토션 바 토크에 대해서는, 제1 한계값보다 큰 제2 한계값이 결정되는, 제어 변수를 제한하기 위한 방법.
8. 제1항에 있어서, 상기 목표 조향 각도가 적어도 자동화된 횡방향 안내 기능을 갖춘 자동화된 운전을 위한 운전 시스템(FS)으로부터 수신되는, 제어 변수를 제한하기 위한 방법.
9. 자동화된 횡방향 안내 기능을 갖춘 자동차용 전동식 파워 스티어링 시스템의 모터(EM)에 대한 제어 변수(M, M')를 제한하기 위한 제어 장치로서,
   목표 조향 각도(SLW)를 수신하도록,
   상기 목표 조향 각도(SLW)에 따라 제어 변수(M)를 결정하도록,
   실제 조향 각도(ILW)를 수신하도록,
   상기 목표 조향 각도(SLW) 및 상기 실제 조향 각도(ILW)에 따라 가상의 토션 바 토크를 결정하도록,
   상기 가상의 토션 바 토크에 따라 제어 변수(M, M')에 대한 하나 이상의 한계값(G)을 결정하도록, 그리고
   하나 이상의 한계값(G)에 따라 제어 변수(M, M')를 제한하도록
   설계되어 있는, 제어 변수(M, M')를 제한하기 위한 제어 장치.