KR20060039490A - 스티어 바이 와이어 조향 제어 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 핸들의 각속도를 측정하는 각속도 센서를 부가하여, 상기 핸들 각속도에 의한 신호

가, 속도제어기의 출력에 합산되도록 피드포워드 되는 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어(Steer By Wire: 이하 'SBW'라 한다) 조향 제어 시스템에 관한 것이다.

PI제어기, SBW시스템, 오버슈트

Description

스티어 바이 와이어 조향 제어 시스템{A steering control system for steer by wire system}

도1은 스티어 바이 와이어(Steer By Wire) 조향 제어 시스템.

도2은 종래 스티어 바이 와이어 (Steer By Wire) 조향 제어 시스템의 블록 다이아그램.

도3는 발명에 의한 스티어 바이 와이어 (Steer By Wire) 조향 제어 시스템의 블록 다이아그램.

*도면의 주요부분에 대한 설명*

1 : 조향핸들 3 : ECU

4 : 컨버터 4 : 중공축형 모터

5 : 휠 10: PI제어기

11: 위치제어기 12: 모터 속도제어기

20: 센싱부 30: 플랜트 G(S)

40: 적분기

본 발명은 기존의 스티어 바이 와이어(Steer By Wire:이하 'SBW'라 한다.) 시스템에 핸들 각속도 센서를 추가하여, 측정된 각속도를 전향 제어에 이용하는 SBW조향 제어 시스템에 관한 것이다.

SBW(steer-by-wire) 시스템이란 조향 휠 밑 부분에 있는 유니버셜 조인트 부분이하를 제거하고, 랙바의 기어박스 연결부위에 감속기를 단 모터를 체결하여, 모터로 하여금 렉바 전체를 구동하도록 조향휠과 타이어 사이의 기계적인 연결을 전기적 선으로 대체하는 조향 시스템을 말하는 것으로, 공개특허공보 2003-0050631호를 통해 공개된 것이다.

상기 SBW시스템을 개략적으로 도시하면 도1과 같다. 도1에는 센서(20)에 의해 센싱된 조향핸들(1)의 회전에 의한 신호가 ECU(2)와 인버터(3)를 거쳐 중공축형모터(4)에 전달되고, 상기 신호를 입력받은 모터(4)의 회전에 의해 바퀴(5)가 움직이는 조향시스템이 개략적으로 도시되어 있다.

이 시스템은 조향핸들에 엔코더나 포텐쇼미터등의 위치 센서가 장착되어 있어, 핸들의 위치에 따라 전륜의 조향 방향을 조절하도록 중공형 모터를 동작시키는데, 상기 모터의 제어에는 공개특허공보 2003-0004758호에 개시된 것과 같은 일반적인 모터 제어 시스템의 기본 원리가 적용된다.

여기서 편의상 모터를 속도 및 토크의 컨버터로 보고 위치 제어기에 대한 제어 블록도를 나타내면 도2와 같다. 도2에는 모터의 블록도 및 속도, 전류 제어기의 블록도는 편의상 생략하였다.

이러한 시스템의 위치제어에는 일반적으로 산업계에서 널리 쓰이는 PI 제어 기를 이용한다. 이때 전동기의 토크 상수를 K, 속도제어기의 비례 이득과 적분 이득을 Ksp,Ksi, 전류 제어기의 비례 이득과 적분 이득을 Kp,Ki, 등가 관성을 J라 하면 G'(s)는 다음과 같다.

종래 기술에서 이용하는 PI제어기는 그 구조와 구현이 간편하여 산업계에서 널리 쓰이고 있으나, 급격한 제어 입력의 변동에 신속한 대응이 어렵고, 이를 보정하기 위하여 이득을 높일 경우 오버슈트가 발생하게 되다. 이러한 SBW 시스템의 경우 과도한 오버슈트가 발생하게 되면, 조향 방향에 오차가 발생하게 되어 자칫 큰 사고로 이어질 수 있다. 이를 방지하기 위하여 오버슈트가 없는 PI제어기를 생각해 볼 수 있으나, 이러한 PI제어기는 시스템의 속응성을 저하시킬 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해, 빠른 속응성을 가지면서 오버슈트가 없는 안정적인 제어기를 설계하여, 보다 안정적인 조향이 가능해지도록 하는데에 그 목적이 있다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 조향핸들의 위치센서에 의해 측정된 회전변위

와, 조향모터에 의한 실제 조향변위

사이의 위치편차가 영(0)이 되는 것을 목적으로 하는 조향 제어시스템에 있어서, 핸들의 각속도를 측정 하는 각속도 센서를 부가하여, 상기 핸들 각속도에 의한 신호

가, 플랜트 내부에 위치하는 속도제어기의 출력에 합산되도록 피드포워드 되는 것을 특징으로 한다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 상세하게 설명하도록 하겠다.

도1은 조향시스템의 개략적인 구성을 도시한 것으로 본 발명에 의한 조향시스템에서는 센싱부(20)에 각속도센서가 추가로 포함된다. 이를 도2에 대응되도록 블록다이아 그램으로 나타내면 도3과 같다.

도3에 도시된, 속도제어기(12)와 G(S)(30)로 구성되는 작은 폐루프는 도2에 도시된 종래 제어시스템의 G'(S)(30')에 해당한다.

블록도를 보면,

는 제어목표로 삼는 목표 조향 변위로서 조향핸들의 위치센서에 의해 측정된 값이고,

는 실제 바퀴가 움직인 조향 변위이다. 위치제어기(11)에는 목표 변위

와 실제 변위

의 위치편차

-

에 대한 신호가 입력된다. 위치제어기(11)에는 상기 위치편차

-

에 대한 신호가 입력되며, 각속도에 해당하는 값

가 출력된다.

상기 위치제어기(11)의 출력신호

는 속도제어기(12)로 전달되며, 속도제어기(12)는 상기 위치제어기(11)의 출력값

와 실제 모터의 각속도

에 대한 신호의 편차를 입력받아 G(S)로 출력신호를 보낸다.

이때, 속도제어기(12)의 출력신호에는 각속도 센서에 의한 조향핸들의 각속도 피드포워드값

가 더해진다.

상기 각속도 센서에 의한, 조향핸들의 각속도 피드포워드값

와 속도제어기(12)의 출력신호가 더해진 신호는 G(S)로 입력된다.

G(S)(30)의 출력신호는 현재 모터의 각속도

를 의미하는데, 적분기를 통과해 실제 조향 변위

를 나타내게 된다.

상기 실제 조향 변위

는 위치제어기(11) 앞쪽으로 피드백된다.

상기 도3의 시스템과 같이 핸들의 각속도를 SBW용 모터 속도 제어기(12)의 출력에 피드 포워드 하여 넣어주게 되면, 피드백 제어기로 동작하는 PI제어기의 출력값이 적어지게 되므로, 상대적으로 적은 제어기 이득으로도 빠르게 정상상태에 도달하게 된다. 또한 적은 제어기 이득으로도 빠르게 정상상태에 도달하므로, 속도 및 위치 제어기의 응답속응성이 좋아지고, 오버슈트가 줄어들게 된다.

각속도 값은 변위를 미분하여 입력될 수도 있을 것이며, 각가속도를 적분하여 입력될 수도 있을 것이다.

본 발명에 의하면, 빠른 속응성을 가지면서 오버슈트가 없는 안정적인 제어기로 인해 보다 안정적인 조향이 가능해지고, 사고 위험성이 줄어드는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 조향핸들의 위치센서에 의해 측정된 회전변위

   

   

   와,

   조향모터에 의한 실제 조향변위

   

   사이의 위치편차가 영(0)이 되는 것을 목적으로 하는 스티어 바이 와이어 조향 제어시스템에 있어서,

   핸들의 각속도를 측정하는 각속도 센서를 부가하여, 상기 핸들 각속도에 의한 신호

   

   

   가, 모터 속도제어기의 출력에 합산되도록 피드포워드 되는 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어 조향 제어 시스템.

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