KR102665180B1 - 전동식 조향장치, 그 장치의 조향감 제어 장치 및 그 제어 방법 - Google Patents

전동식 조향장치, 그 장치의 조향감 제어 장치 및 그 제어 방법 Download PDF

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Abstract

전동식 조향장치, 그 장치의 조향감 제어 장치 및 그 제어 방법이 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따른 전동식 조향장치의 조향감 제어 장치는, 컬럼토크를 인가받아 차속별로 출력을 조절하는 부스트 제어부, 상기 컬럼토크를 필터링하여 고주파를 추출하고, 상기 추출된 고주파를 증폭하는 고주파 응답 증폭부, 상기 차속 및 조향각속도를 기반으로 상기 부스트 제어부에서 조절된 컬럼토크를 능동 가변 필터링하는 필터링부 및 상기 능동 가변 필터링된 값과 상기 고주파 증폭된 값을 연산하여 최종 전류를 출력하는 연산부를 포함한다.

Description

전동식 조향장치, 그 장치의 조향감 제어 장치 및 그 제어 방법{MOTOR DRIVEN POWER STEERING APPARATUS, CONTROL APPARATUS AND CONTROL METHOD THEREOF}
본 발명은 전동식 조향장치, 그 장치의 조향감 제어 장치 및 그 제어 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다양한 조타 상황에서도 전동식 조향장치가 최대의 성능을 낼 수 있도록 하는 전동식 조향장치, 그 장치의 조향감 제어 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 전동식 조향장치(Motor Driven Power Steering; MDPS)는 전기모터를 이용해 운전자가 조향하는 방향으로 보조토크를 제공하여 핸들링이 가벼워지게 하는 것이다.
이러한 전동식 조향장치는 기존의 유압식 동력 조향장치(Hydraulic Power Steering; HPS)와 달리 차량의 주행 조건에 따라 자동으로 전기모터의 동작을 제어하여 조타성능과 조타감을 향상시킬 수 있다.
이때, 전동식 조향장치는 조향휠에 입력되는 운전자의 조향토크를 측정하는 토크센서, 조향휠의 조향각을 측정하는 조향각 센서 및 차속을 측정하는 차속센서 등을 구비하여 차량의 주행 조건을 판단한다.
이와 같이 전동식 조향장치는 조향휠의 회전에 의해 발생한 조향토크가 랙-피니언 기구부를 거쳐서 랙바에 전달되고, 발생된 조향토크에 따라 모터에서 발생한 조향보조동력이 랙바에 전달되도록 구성된다. 즉, 조향휠에 의해 발생한 조향 토크와 모터에서 발생한 조향보조동력이 합쳐져서 랙바를 축 방향으로 운동하도록 하는 것이다.
또한, 전동식 조향장치는 보조출력을 최적화하기 위하여, 안정화 필터(Notch or band stop or lead-lag filer) 등을 사용해왔다. 전동식 조향장치를 제어하기 위해 반드시 필요한 컬럼토크를 검출하는데 토션바를 이용한다. 즉 토션바가 비틀어짐에 따라 이와 연결된 토크센서에서는 컬럼토크를 송출하며, 이를 기반으로 최종 모터전류를 계산해서 출력한다. 이때 토션바는 비틀림 특성이 있어 공진이 쉽게 발생할 수 있으며, 이를 안정적으로 제어하기 위해 안정화 필터가 필요하다.
그러나 종래의 전동식 조향장치는 단순히 토션바의 공진점을 회피하기 위해 설계된 안정화 필터만 적용되었고, 이는 다양한 조타환경을 모두 보완하기에 부족한 단점이 있다. 예를 들어, 고속에서 급조타가 필요한 상황이 오거나 급 정거시 핸들을 고정하고 싶을 경우 전동식 조향장치의 출력과 공진점 회피 성능을 다변화 해야 한다. 그러나, 안정화 필터가 단지 토션바의 공진점 만을 회피하도록 설계되어 있어 조향감을 극대화 시키는데 한계가 있다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제2005-0046726호(20050518 공개, 혼합 필터를 이용하여 전기식 모터를 제어하기 위한 방법 및 장치)에 개시되어 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점들을 개선하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 다양한 조타 상황에서도 전동식 조향장치가 최대의 성능을 낼 수 있도록 하는 전동식 조향장치, 그 장치의 조향감 제어 장치 및 그 제어 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제(들)은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 전동식 조향장치의 조향감 제어 장치는, 컬럼토크를 인가받아 차속별로 출력을 조절하는 부스트 제어부, 상기 컬럼토크를 필터링하여 고주파를 추출하고, 상기 추출된 고주파를 증폭하는 고주파 응답 증폭부, 상기 차속 및 조향각속도를 기반으로 상기 부스트 제어부에서 조절된 컬럼토크를 능동 가변 필터링하는 필터링부 및 상기 능동 가변 필터링된 값과 상기 고주파 증폭된 값을 연산하여 최종 전류를 출력하는 연산부를 포함한다.
본 발명에서 상기 고주파 응답 증폭부는, 상기 컬럼토크를 고주파 필터링하여 고주파를 추출하는 고주파 필터, 및 상기 추출된 고주파에 기 설정된 게인을 곱하여, 고주파 영역의 응답성을 증폭하는 증폭부를 포함할 수 있다.
본 발명에서 상기 필터링부는, 상기 차속 및 조향각속도에 따라 게인(H) 및 대역폭을 조절하고, 상기 조절된 게인 및 대역폭에 기초하여 상기 부스트 제어부에서 조절된 컬럼토크를 능동 가변 필터링할 수 있다.
본 발명에서 상기 필터링부는, 상기 차속을 미분하여 가속도를 검출하는 미분기, 상기 가속도와 조향각속도에 기초하여 게인(H)을 조절하는 필터 게인 검출부, 상기 차속 및 조향각속도에 기초하여 대역폭(BW)을 조절하는 필터 대역폭 검출부, 상기 조절된 게인 및 대역폭에 기초하여 상기 부스트 제어부에서 조절된 컬럼토크를 능동 가변 필터링하는 능동 가변 필터를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 전동식 조향장치는, 차량의 스티어링 컬럼에 인가되는 컬럼토크를 검출하는 컬럼토크 센서, 상기 차량의 차속을 검출하는 차속 센서, 상기 컬럼토크를 상기 차속에 따라 조절하고, 상기 조절된 컬럼토크를 상기 차속 및 조향각속도를 기반으로 능동 가변 필터링하며, 상기 능동 가변 필터링된 값과 상기 컬럼토크의 고주파 영역이 증폭된 값을 연산하여 최종 전류를 출력하는 조향감 제어 장치를 포함한다.
본 발명에서 상기 조향감 제어 장치는, 상기 컬럼토크를 인가받아 차속별로 출력을 조절하는 부스트 제어부, 상기 컬럼토크를 필터링하여 고주파를 추출하고, 상기 추출된 고주파를 증폭하는 고주파 응답 증폭부, 상기 차속 및 조향각속도를 기반으로 상기 부스트 제어부에서 조절된 컬럼토크를 능동 가변 필터링하는 필터링부, 상기 능동 가변 필터링된 값과 상기 고주파 증폭된 값을 연산하여 최종 전류를 출력하는 연산부를 포함할 수 있다.
본 발명에서 상기 필터링부는, 상기 차속을 미분하여 가속도를 검출하는 미분기, 상기 가속도와 조향각속도에 기초하여 게인(H)을 조절하는 필터 게인 검출부, 상기 차속 및 조향각속도에 기초하여 대역폭(BW)을 조절하는 필터 대역폭 검출부, 상기 조절된 게인 및 대역폭을 따라 상기 부스트 제어부에서 조절된 컬럼토크를 능동 가변 필터링하는 능동 가변 필터를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 전동식 조향장치의 조향감 제어방법은, 부스트 제어부가 컬럼토크를 인가받아 차속별로 출력을 조절하는 단계, 고주파 응답 증폭부가 상기 컬럼토크를 필터링하여 고주파를 추출하고, 상기 추출된 고주파를 증폭하는 단계, 필터링부가 상기 차속 및 조향각속도를 기반으로 상기 부스트 제어부에서 조절된 컬럼토크를 능동 가변 필터링하는 단계, 연산부가 상기 능동 가변 필터링된 값과 상기 고주파 증폭된 값을 연산하여 최종 전류를 출력하는 단계를 포함한다.
본 발명에서 상기 고주파를 증폭하는 단계는, 상기 컬럼토크를 고주파 필터링하여 고주파를 추출하는 단계, 상기 추출된 고주파에 기 설정된 게인을 곱하여, 고주파 영역의 응답성을 증폭하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에서 상기 능동 가변 필터링하는 단계는, 상기 필터링부가 상기 차속 및 조향각속도에 따라 게인(H) 및 대역폭을 조절하고, 상기 조절된 게인 및 대역폭에 기초하여 상기 부스트 제어부에서 조절된 컬럼토크를 능동 가변 필터링할 수 있다.
본 발명에서 상기 능동 가변 필터링하는 단계는, 상기 필터링부가 상기 차속을 미분하여 가속도를 검출하고, 상기 가속도와 조향각속도에 기초하여 게인(H)을 조절하는 단계, 상기 필터링부가 상기 차속 및 조향각속도에 기초하여 대역폭(BW)을 조절하는 단계, 상기 필터링부가 상기 조절된 게인 및 대역폭에 기초하여 상기 부스트 제어부에서 조절된 컬럼토크를 능동 가변 필터링하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 전동식 조향장치에 능동적 가변 안정화 필터를 적용함으로써, 다양한 조타 상황에서도 전동식 조향장치의 성능을 극대화시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 이하에서 설명할 내용으로부터 통상의 기술자에게 자명한 범위 내에서 다양한 효과들이 포함될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 조향장치를 나타낸 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 제어 장치를 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 능동 가변 필터의 깊이(depth)를 조절한 경우의 출력 변화를 나타낸 보드선도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 능동 가변 필터의 대역폭을 조절한 경우의 출력 변화를 나타낸 보드선도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 능동 가변 필터의 게인(H)를 조절한 경우의 출력 변화를 나타낸 보드선도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 조향장치의 조향감 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 조향장치, 그 장치의 조향감 제어 장치 및 그 제어 방법을 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.
또한, 본 명세서에서 설명된 구현은, 예컨대, 방법 또는 프로세스, 장치, 소프트웨어 프로그램, 데이터 스트림 또는 신호로 구현될 수 있다. 단일 형태의 구현의 맥락에서만 논의(예컨대, 방법으로서만 논의)되었더라도, 논의된 특징의 구현은 또한 다른 형태(예컨대, 장치 또는 프로그램)로도 구현될 수 있다. 장치는 적절한 하드웨어, 소프트웨어 및 펌웨어 등으로 구현될 수 있다. 방법은, 예컨대, 컴퓨터, 마이크로프로세서, 집적 회로 또는 프로그래밍가능한 로직 디바이스 등을 포함하는 프로세싱 디바이스를 일반적으로 지칭하는 프로세서 등과 같은 장치에서 구현될 수 있다. 프로세서는 또한 최종-사용자 사이에 정보의 통신을 용이하게 하는 컴퓨터, 셀 폰, 휴대용/개인용 정보 단말기(personal digital assistant: "PDA") 및 다른 디바이스 등과 같은 통신 디바이스를 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 조향장치를 나타낸 블록도, 도 2는 도 1에 도시된 제어 장치를 개략적으로 나타낸 블록도, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 능동 가변 필터의 깊이(depth)를 조절한 경우의 출력 변화를 나타낸 보드선도, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 능동 가변 필터의 대역폭을 조절한 경우의 출력 변화를 나타낸 보드선도, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 능동 가변 필터의 게인(H)를 조절한 경우의 출력 변화를 나타낸 보드선도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 조향장치는 컬럼토크 센서(100), 차속 센서(200), 조향감 제어 장치(300)를 포함한다.
컬럼토크 센서(100)는 차량의 스티어링 컬럼에 인가되는 컬럼토크를 검출하여 조향감 제어 장치(300)로 전달한다. 스티어링 컬럼에 인가되는 컬럼토크에는 운전자에 의해 인가되는 컬럼토크 뿐만 아니라, 노면의 상태 및 주행 환경 등으로 인해 차량에 가해지는 횡력에 의한 컬럼토크가 포함되어 있을 수 있다.
차속 센서(200)는 주행중인 차량의 차속을 검출하여 조향감 제어 장치(300)로 전달한다. 차속 센서(200)로는 차륜의 회전속도를 이용하여 차속을 검출하는 센서, 엔진 회전수(RPM: Revolution Per Minute)를 측정하여 차속을 검출하는 센서, GPS(Global Positioning System)를 이용하여 차속을 검출하는 센서 등 다양한 센서가 모두 포함될 수 있다.
조향각 센서(미도시)는 조향휠의 조향각 및 조향각속도를 감지한다. 즉 조향각 센서는 광센서(optical sensor)를 포함하여 조향각을 감지하고, 이 조향각을 시간에 대하여 미분함으로써 조향각속도를 검출한다.
조향감 제어 장치(300)는 컬럼토크 센서(100) 및 차속 센서(200)에 의해 각각 검출된 컬럼토크 및 차속에 기초하여, MDPS(Motor Driven Power Steering) 모터(미도시)를 구동하기 위한 전류를 결정한다. 즉, 조향감 제어 장치(300)는 컬럼토크를 차속에 따라 출력을 조절하고, 상기 조절된 출력을 차속 및 조향각속도를 기반으로 능동 가변 필터링하며, 능동 가변 필터링된 값과 컬럼토크의 고주파 응답이 증폭된 값을 연산하여 최종 전류를 출력한다.
이러한 조향감 제어 장치(300)에 도 2를 참조하면, 조향감 제어 장치(300))는 부스트 제어부(310), 고주파 응답 증폭부(320), 필터링부(330) 및 연산부(340)를 포함한다.
부스트 제어부(310)는 컬럼토크를 인가받아 차속별로 출력을 조절한다. 즉, 부스트 제어부(310)는 컬럼토크를 인지가능한 값으로 부스팅(boosting)한다. 예컨대, 고속에서 급 조타를 하는 경우, 부스트 제어부(310)는 이를 인지하고 부스트 출력을 순간적으로 증폭시켜 필요한 출력을 충분히 제공함으로써, 운전자의 상황 별 조타 의지를 충실하게 보조할 수 있다.
고주파 응답 증폭부(320)는 컬럼토크를 필터링하여 고주파를 추출하고, 추출된 고주파 영역의 응답을 증폭한다. 이때, 고주파 응답 증폭부(320)는 추출된 고주파에 기 설정된 게인을 곱하여 고주파의 응답성을 증폭시킬 수 있다.
이러한 고주파 응답 증폭부(320)는 고주파 필터(322) 및 증폭부(324)를 포함한다.
고주파 필터(322)는 컬럼토크를 고주파 필터링하여 고주파를 추출한다. 즉, 고주파 필터(322)는 컬럼토크 센서(100)에 의해 검출된 컬럼토크에 대하여 고역 통과 필터링(High Pass Filtering)을 수행하여 고주파를 추출할 수 있다.
증폭부(324)는 고주파 필터(322)에서 추출된 고주파에 기 설정된 게인을 곱하여 고주파의 응답성을 증폭한다.
필터링부(330)는 차속 센서(200)에서 검출된 차속 및 조향각 센서에서 검출된 조향각속도를 기반으로 부스트 제어부에서 조절된 컬럼토크를 능동 가변 필터링한다.
이러한 필터링부(330)는 미분기(332), 필터 게인 검출부(334), 필터 대역폭 검출부(336) 및 능동 가변 필터(338)를 포함한다.
미분기(332)는 차속 센서(200)에서 검출된 차속을 미분하여 가속도를 검출한다.
필터 게인 검출부(334)는 미분기(332)에서 검출된 가속도와 조향각속도에 기초하여 필터(338)의 게인을 조절한다.
필터 대역폭 검출부(336)는 차속 센서(200)에서 검출된 차속 및 조향각속도에 기초하여 필터(338)의 대역폭을 조절한다.
능동 가변 필터(338)는 필터 게인 검출부(334)에서 조절된 게인 및 필터 대역폭 검출부(336)에서 조절된 대역폭을 이용하여 부스트 제어부(310)에서 조절된 컬럼토크를 능동 가변 필터링한다. 즉, 능동 가변 필터(338)는 차속과 조향각속도에 따라 가변될 수 있다. 따라서, 능동 가변 필터(338)는 아래 수학식 1과 같은 값(G(z))을 출력할 수 있다.
[수학식 1]
여기서, H는 능동 가변 필터(338)의 전체적인 레벨을 조절하는 게인으로, 필터 게인 검출부(334)에서 조절된 게인일 수 있다. T는 샘플링 시간, K는 공진점을 제거하기 위한 필터(338)의 중심 주파수 깊이(depth) 조절인자, W는 2*pi*F, F는 필터(338)의 중심주파수, Q는 F/BW로 정의될 수 있다.
능동 가변 필터(338)는 일반적인 노치나 Band stop 필터 그리고 Lead-lag compesator와 다를 수 있다. 즉, 능동 가변 필터(338)의 대역폭과 깊이를 정밀하게 조절이 가능하며, 대역폭을 통해 전체적인 레벨도 상황에 따라 가변시킬 수 있다. 따라서, 능동 가변 필터(338)를 이용하면 컬럼토크를 조타 상황에 따라 가변시킬 수 있어 조향 성능을 극대화시킬 수 있다. 또한, 능동 가변 필터(338)는 기본적으로 notch나 band stop filter의 형태를 보일 수 있다.
그리고 능동 가변 필터(338)는 K값에 따라 깊이(depth)가 조절되며, Q값으로 대역폭을 제어할 수 있다. 이 때문에 기본적으로 전동식 조향장치가 갖고 있는 공진점을 회피할 수 있어, 안정화 필터의 역할을 기본적으로 수행할 수 있다.
하지만 조향각속도와 차속에 따라 대역폭(BW) 및 게인(H)값이 바뀜으로 인해 다양한 조타 상황에서 필요한 응답성과 출력을 운전자에게 제공할 수 있다. 예를 들어, 운전자가 저속으로 조타를 하는 경우, 노면으로부터 전달되는 진동이나 전동식 조향장치에서 고유적으로 발생하는 진동이 상대적으로 작을 수 있다. 또한, 저속일 경우 조향각속도와 차속에 따라 BW값을 줄이면, 능동 가변 필터(338)는 공진점을 회피하기 위해 불필요하게 제한된 주파수 성분들을 쓸수 있게 되며, 이는 운전자의 조향감을 향상시키는데 효과적일 수 있다. 고속일 경우는 대역폭을 늘려 노면이나 전동식 조향장치의 고유 진동성분을 충분히 제공하여, 전동식 조향장치의 모터가 불필요한 노이즈 성분을 추종하지 않도록 할 수 있어, 운전자가 보다 더 안정적으로 조향을 할 수 있다. 또한, 고속의 경우에는 노면의 진동이나, 타이어 편심 등에 의해 진동 등이 쉽게 발생하므로 대역폭(BW)를 늘려주면, 능동 가변 필터(338)는 이를 효과적으로 제한할 수 있으며, 상대적으로 좀 더 단단한 조향감을 제공할 수 있어, 운전자에게 든든한 느낌을 전달해 줄 수 있다.
기존의 안정화 필터는 대역폭과 깊이(depth) 등이 고정되어 있으며, 일반적인 노치 필터를 사용했을 경우 정밀하게 대역폭과 깊이를 조절하는 것이 불가능하였다. 그러나, 본 발명에 따른 능동 가변 필터(338)를 사용하게 되면, 도 3에 도시된 바와 같이 능동 가변 필터(338)의 깊이를 정밀하게 조절할 수 있고, 도 4에 도시된 바와 같이 능동 가변 필터(338)의 대역폭을 정밀하게 조절할 수 있다.
또한, 능동 가변 필터(338)는 도 5에 도시된 바와 같이 능동 가변 필터(338)의 게인(H)값을 조절하여 전체적인 레벨을 가변할 수 있다. 예를 들어 단순히 수동적인 안정화 필터를 사용하면, 컬럼토크에 대한 부스트 출력이 작게 나가게 된다. 즉, 수동적인 안정화 필터는 고속에서 어시스트 출력을 줄여주어 직진성을 높이고 핸들의 떨림을 방지하며, 운전자가 든든한 조향감을 갖도록 하기 위해 부스트 출력을 작게 할 수 있다. 하지만 긴급한 상황이 발생하여 고속에서 핸들을 급격히 틀 경우, 수동적인 안정화 필터는 보조출력이 부족함으로 인해 걸림감이나 늦은 응답이 발생하고, 이는 곧 큰 이질감을 유발시키게 된다.
그러나, 본 발명에 따른 능동 가변 필터(338)를 적용하면, 고속에서 순간적으로 높은 조타속도가 발생할 경우 게인(H)값이 높아져, 기존 고속의 부스트 출력을 좀 더 증폭시킬 수 있어 운전자가 쉽게 핸들을 돌릴 수 있게 된다. 또한, 능동 가변 필터(338)는 단순히 고속에서 장애물 회피뿐만이 아니라, 다이나믹한 조향감을 제공하는데 유용할 수 있다. 또한, 급정거 등을 할 경우, 기존의 필터는 아무런 동작을 하지 않아 간헐적으로 핸들이 한쪽으로 치우친다거나 브레이킹 등에 의한 저더현상 등으로 핸들이 떨리는 경우가 발생한다. 이는 운전자에게 이질감을 줄 수 있으므로, 능동 가변 필터(338)를 이용해야 한다. 능동 가변 필터(338)는 게인(H)을 줄여주어 순간적으로 핸들을 단단하게 만들어 줌으로써, 운전자에게 안정적인 조타감을 제공할 수 있다. 이와 반대로 순간적으로 차속이 올라갈 경우도 능동 가변 필터(338)는 핸들을 단단하게 만들어 줌으로써 좀 더 안정적인 조향을 할 수 있도록 돕는다.
연산부(340)는 필터링부(330)에서 능동 가변 필터링된 값과 고주파 응답 증폭부(320)에서 고주파 응답이 증폭된 값을 연산하여 최종 전류를 출력한다. 이때, 연산부(340)는 능동가변 필터링된 값과 고주파 응답이 증폭된 값을 합하여 최종 전류를 출력할 수 있다. 최종 전류는 MDPS 모터를 구동하기 위한 전류일 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 조향장치의 조향감 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 부스트 제어부(310)는 컬럼토크를 인가받아 차속별로 출력을 조절하고(S610), 고주파 응답 증폭부(320)는 컬럼토크의 고주파를 증폭한다(S620). 이때, 고주파 응답 증폭부(320)는 컬럼토크를 고주파 필터링하여 고주파를 추출하고, 추출된 고주파에 기 설정된 게인을 곱하여 고주파 영역의 응답을 증폭할 수 있다.
단계 S610이 수행되면, 필터링부(330)는 차속 및 조향각속도를 기반으로 부스트 제어부(310)에서 조절된 컬럼토크를 능동 가변 필터링한다(S630). 이때, 필터링부(330)는 조향각 속도와 차속에 따라 다르게 필터링할 수 있다. 구체적으로, 필터링부(330)는 차속을 미분하여 차속의 변화량을 검출하고, 차속의 변화량과 조향각속도에 기초하여 필터(338)의 게인을 조절하며, 차속 및 조향각속도에 기초하여 필터(338)의 대역폭을 조절할 수 있다. 그런 후, 필터링부(330)는 조절된 게인 및 대역폭을 이용하여 부스트 제어부(310)에서 조절된 컬럼토크를 능동 가변 필터링할 수 있다. 이때, 필터링부(330)는 능동 가변 필터(338)가 이용될 수 있다.
단계 S630이 수행되면, 연산부(340)는 능동 가변 필터링된 값과 고주파 응답이 증폭된 값을 연산하여 최종 전류를 출력한다(S640). 이때, 최종 전류는 MDPS 모터를 구동하기 위한 전류일 수 있다.
상술한 바와 같이 능동 가변 필터(338)를 적용함으로써, 운전자의 조향감을 극대화시킬 수 있다. 즉, 능동 가변 필터(338)를 사용하면, 다양한 조타상황에서 운전자에게 좀 더 최적화된 어시스트를 제공할 수 있다. 또한, 차속 및 차속의 변화량, 그리고 조향각속도에 따라 안정화 필터의 역할은 기본적으로 수행 함과 동시에, 필요한 대역의 출력을 가변시켜 운전자에게 더 나은 조향감을 제공할 수 있다. 또한, 능동 가변 필터(338)는 다른 필터들과 다르게 정밀하게 필터의 형태를 변화시킬 수 있어, 진동을 저감시키거나 필요한 주파수 성분을 증폭시켜야 할 경우 그 활용도를 높일 수 있다. 또한, 차속과 조향각속도에 따라 전동식 조향장치의 출력이 실시간으로 가변되므로, 운전자는 보다 더 다이나믹한 조향감을 느낄 수 있다. 더불어 급 출발이나 급 정거시 기존과는 다르게 든든한 조향감을 순간적으로 제공하여 안정성을 높이고, 대역폭을 상황에 따라 가변시켜 외부 노이즈나 자체 진동 등에 강건할 수 있다. 또한, 조향감 제어 장치(300)는 고속에서 급 조타를 하는 경우, 이를 인지하고 부스트 출력을 순간적으로 증폭시켜 필요한 출력을 충분히 제공함으로써, 운전자의 상황 별 조타 의지를 충실하게 보조할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 조향장치, 그 장치의 조향감 제어 장치 및 그 제어 방법은, 전동식 조향장치에 능동적 가변 안정화 필터를 적용함으로써, 다양한 조타 상황에서도 전동식 조향장치의 성능을 극대화시킬 수 있다.
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 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
100 : 컬럼토크 센서
200 : 차속 센서
300 : 조향감 제어 장치
310 : 부스트 제어부
320 : 고주파 응답 증폭부
322 : 고주파 필터
324 : 증폭부
330 : 필터링부
332 : 미분기
334 : 필터 게인 검출부
336 : 필터 대역폭 검출부
338 : 능동 가변 필터
340 : 연산부

Claims (11)

  1. 컬럼토크를 인가받아 차속별로 출력을 조절하는 부스트 제어부;
    상기 컬럼토크를 필터링하여 고주파를 추출하고, 상기 추출된 고주파를 증폭하는 고주파 응답 증폭부;
    상기 차속 및 조향각속도를 기반으로 상기 부스트 제어부에서 조절된 컬럼토크를 능동 가변 필터링하는 필터링부; 및
    상기 능동 가변 필터링된 값과 상기 고주파 증폭된 값을 연산하여 최종 전류를 출력하는 연산부
    를 포함하는 전동식 조향장치의 조향감 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고주파 응답 증폭부는,
    상기 컬럼토크를 고주파 필터링하여 고주파를 추출하는 고주파 필터; 및
    상기 추출된 고주파에 기 설정된 게인을 곱하여, 고주파 영역의 응답을 증폭하는 증폭부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치의 조향감 제어 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 필터링부는,
    상기 차속 및 조향각속도에 따라 게인(H) 및 대역폭을 조절하고, 상기 조절된 게인 및 대역폭에 기초하여 상기 부스트 제어부에서 조절된 컬럼토크를 능동 가변 필터링하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치의 조향감 제어 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 필터링부는,
    상기 차속을 미분하여 가속도를 검출하는 미분기;
    상기 가속도와 조향각속도에 기초하여 게인(H)을 조절하는 필터 게인 검출부;
    상기 차속 및 조향각속도에 기초하여 대역폭(BW)을 조절하는 필터 대역폭 검출부; 및
    상기 조절된 게인 및 대역폭에 기초하여 상기 부스트 제어부에서 조절된 컬럼토크를 능동 가변 필터링하는 능동 가변 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치의 조향감 제어 장치.
  5. 차량의 스티어링 컬럼에 인가되는 컬럼토크를 검출하는 컬럼토크 센서;
    상기 차량의 차속을 검출하는 차속 센서; 및
    상기 컬럼토크를 상기 차속에 따라 조절하고, 상기 조절된 컬럼토크를 상기 차속 및 조향각속도를 기반으로 능동 가변 필터링하며, 상기 능동 가변 필터링된 값과 상기 컬럼토크의 고주파 영역이 증폭된 값을 연산하여 최종 전류를 출력하는 조향감 제어 장치
    를 포함하는 전동식 조향장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 조향감 제어 장치는,
    상기 컬럼토크를 인가받아 차속별로 출력을 조절하는 부스트 제어부;
    상기 컬럼토크를 필터링하여 고주파를 추출하고, 상기 추출된 고주파를 증폭하는 고주파 응답 증폭부;
    상기 차속 및 조향각속도를 기반으로 상기 부스트 제어부에서 조절된 컬럼토크를 능동 가변 필터링하는 필터링부; 및
    상기 능동 가변 필터링된 값과 상기 고주파 증폭된 값을 연산하여 최종 전류를 출력하는 연산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 필터링부는,
    상기 차속을 미분하여 가속도를 검출하는 미분기;
    상기 가속도와 조향각속도에 기초하여 게인(H)을 조절하는 필터 게인 검출부;
    상기 차속 및 조향각속도에 기초하여 대역폭(BW)을 조절하는 필터 대역폭 검출부; 및
    상기 조절된 게인 및 대역폭을 따라 상기 부스트 제어부에서 조절된 컬럼토크를 능동 가변 필터링하는 능동 가변 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치.
  8. 부스트 제어부가 컬럼토크를 인가받아 차속별로 출력을 조절하는 단계;
    고주파 응답 증폭부가 상기 컬럼토크를 필터링하여 고주파를 추출하고, 상기 추출된 고주파를 증폭하는 단계;
    필터링부가 상기 차속 및 조향각속도를 기반으로 상기 부스트 제어부에서 조절된 컬럼토크를 능동 가변 필터링하는 단계; 및
    연산부가 상기 능동 가변 필터링된 값과 상기 고주파 증폭된 값을 연산하여 최종 전류를 출력하는 단계
    를 포함하는 전동식 조향장치의 조향감 제어 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 고주파를 증폭하는 단계는,
    상기 컬럼토크를 고주파 필터링하여 고주파를 추출하는 단계; 및
    상기 추출된 고주파에 기 설정된 게인을 곱하여, 고주파 영역의 응답을 증폭하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치의 조향감 제어 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 능동 가변 필터링하는 단계는,
    상기 필터링부가 상기 차속 및 조향각속도에 따라 게인(H) 및 대역폭을 조절하고, 상기 조절된 게인 및 대역폭에 기초하여 상기 부스트 제어부에서 조절된 컬럼토크를 능동 가변 필터링하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치의 조향감 제어 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 능동 가변 필터링하는 단계는,
    상기 필터링부가 상기 차속을 미분하여 가속도를 검출하고, 상기 가속도와 조향각속도에 기초하여 게인(H)을 조절하는 단계;
    상기 필터링부가 상기 차속 및 조향각속도에 기초하여 대역폭(BW)을 조절하는 단계; 및
    상기 필터링부가 상기 조절된 게인 및 대역폭에 기초하여 상기 부스트 제어부에서 조절된 컬럼토크를 능동 가변 필터링하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치의 조향감 제어 방법.
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