KR20080044498A - Steering control system of steer-by-wire system - Google Patents

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Abstract

A steering control system of a steer-by-wire system is provided to make a quick response of steering control to variation of rapid control input by using a speed control method for correcting speed deviation between target angular speed and output angular speed. A steering control system of a steer-by-wire system comprises a calculator(210) and a speed controller(220). The calculator receives an output steering angle fed back from a gear box(140), calculates angular speed and generates output angular speed. The speed controller compares target angular speed information measured from a steering angle sensor(110) with output angular speed information received from the calculator, and controls driving of a motor(130) so as to correct speed deviation if the speed deviation between the target angular speed information and the output angular speed information is generated.

Description

스티어 바이 와이어 시스템의 조향 제어 시스템{Steering Control System of Steer-by-Wire System}Steering Control System of Steer-by-Wire System

도 1은 스티어 바이 와이어 시스템의 종래 조향 제어 시스템을 간략하게 나타낸 블록 구성도,1 is a block diagram schematically showing a conventional steering control system of a steer-by-wire system;

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스티어 바이 와이어 시스템의 조향 제어 시스템을 간략하게 나타낸 블록 구성도이다.2 is a block diagram schematically illustrating a steering control system of a steer-by-wire system according to an exemplary embodiment of the present invention.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>

100: 종래 조향 제어 시스템 110: 조향각 센서100: conventional steering control system 110: steering angle sensor

120: 위치 제어기 130: 모터120: position controller 130: motor

140: 기어 박스 200: 조향 제어 시스템140: gear box 200: steering control system

210: 연산기 220: 속도 제어기210: operator 220: speed controller

본 발명은 스티어 바이 와이어 시스템의 조향 제어 시스템에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 종래의 위치 제어 방식 및 조향 휠을 조향할 때의 각속도(角速度)인 목표 각속도와 모터에 의해 차륜(車輪)이 조향될 때의 각속도인 출력 각속도를 비교하여 목표 각속도와 출력 각속도의 속도 편차를 보정하는 속도 제어 방식을 이용하여 급격한 제어 입력의 변동에 대한 모터 제어의 응답성을 향상한 스티어 바이 와이어 시스템의 조향 제어 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a steering control system of a steering by wire system. More specifically, the target angular velocity and the output angular velocity of the target angular velocity at the time of steering the steering wheel and the output angular velocity at the time of steering of the wheel by the motor are compared. The present invention relates to a steering control system of a steer-by-wire system that improves the response of a motor control to a sudden change in a control input by using a speed control method for correcting a speed deviation.

일반적으로, 차량의 조향 시스템은 조향 휠과 차량의 바퀴를 기계적으로 연결하여, 운전자가 조향 휠을 회전시킴에 따라 전륜(前輪) 또는 후륜(後輪)이 좌우로 움직여서 차량의 진행 방향을 조절하도록 되어 있다.In general, the steering system of a vehicle mechanically connects the steering wheel and the wheel of the vehicle so that the front wheel or the rear wheel moves left and right as the driver rotates the steering wheel to adjust the driving direction of the vehicle. It is.

상기와 같은 조향 시스템은 스티어링 휠과 차륜이 기계적으로 연결됨에 따라 그 구조가 복잡하여 최근에는 조향 휠과 차륜의 기계적 연결을 없앤 스티어 바이 와이어(Steer by Wire) 시스템이 개발되어 사용되고 있다.The steering system as described above has a complicated structure as the steering wheel and the wheel are mechanically connected, and recently, a steer by wire system has been developed and used to eliminate the mechanical connection between the steering wheel and the wheel.

스티어 바이 와이어 시스템은 조향 휠과 차륜을 연결해 주는 컬럼 등을 삭제하고 조향 휠에서의 정보를 전자 제어 유니트가 입력받아서 차륜에 연결된 모터를 구동시켜서 차량을 조향시켜 주고 있다.The steer-by-wire system steers the vehicle by eliminating columns that connect the steering wheel to the wheels and driving the motor connected to the wheels by inputting information from the steering wheel.

스티어 바이 와이어 시스템의 종래 조향 제어 시스템은 조향 휠이 회전한 변위인 목표 조향각 및 모터의 구동에 의해 차륜이 실제로 움직인 변위인 출력 조향각을 이용한 위치 제어 방식을 이용하여 모터의 구동을 제어한다.The conventional steering control system of the steer-by-wire system controls the driving of the motor by using a position control method using a target steering angle, which is a displacement of the steering wheel rotated, and an output steering angle, which is a displacement of the wheel actually driven by the driving of the motor.

도 1은 스티어 바이 와이어 시스템의 종래 조향 제어 시스템을 간략하게 나타낸 블록 구성도이다. 1 is a block diagram schematically illustrating a conventional steering control system of a steer-by-wire system.

도 1을 통해 위치 제어 방식을 간단하게 설명하면, 우선 조향 휠에 부착된 조향각 센서(110)가 목표 조향각을 측정한 값인 목표 조향각 정보를 위치 제어기(120)로 전달한다. 위치 제어기(120)는 목표 조향각 정보를 통해 모터(130)를 최 초 구동하고, 모터(130)에 의한 출력 조향각을 측정한 값인 출력 조향각 정보를 모터(130)와 연결된 기어 박스(140)로부터 피드백(Feed-back)받아서 조향각 센서(120)로부터 입력되는 목표 조향각 정보와 비교하여 목표 조향각과 출력 조향각의 위치 편차가 발생하면 모터(130)의 구동을 제어하여 위치 편차를 보정한다. 여기서, 기어 박스(140)는 모터(130)의 회전 운동을 랙바(Rack-Bar)(미도시)의 직선 운동으로 변환하는 장치로서, 기어 박스(140)가 출력 조향각 정보를 위치 제어기(120)로 피드백한다는 것은 기어 박스(140) 내부에 부착된 센서가 모터(130)의 구동에 의해 차륜이 실제로 움직인 출력 조향각을 측정하고, 출력 조향각 정보를 생성해서 위치 제어기(120)로 피드백하는 것을 의미한다.Referring to FIG. 1, the position control method is briefly described. First, the steering angle sensor 110 attached to the steering wheel transmits target steering angle information, which is a value measured by the target steering angle, to the position controller 120. The position controller 120 first drives the motor 130 through the target steering angle information, and feeds back the output steering angle information, which is a value measured by the output steering angle by the motor 130, from the gear box 140 connected to the motor 130. When the position deviation between the target steering angle and the output steering angle occurs by comparing the target steering angle information input from the steering angle sensor 120 with the feedback, the driving of the motor 130 is controlled to correct the position deviation. Here, the gear box 140 is a device for converting the rotational motion of the motor 130 into a linear motion of a rack-bar (not shown), the gear box 140 outputs the output steering angle information to the position controller 120 The low feedback means that the sensor attached to the gear box 140 measures the output steering angle at which the wheel is actually moved by the driving of the motor 130, generates the output steering angle information, and feeds it back to the position controller 120. do.

상기와 같은 위치 제어 방식에서 위치 제어기(120)는 비례 적분(PI: Proportional-plus-Integrate) 제어기를 사용한다. 이러한 위치 제어기(120)는 급격한 제어 입력의 변동에 대한 조향 제어의 응답 특성이 신속하지 않다는 단점이 있고, 이와 같은 단점을 보완하기 위해 위치 제어기(120)의 이득을 높이게 되면 오버슈트(Overshoot)가 발생하게 된다. 즉, 운전자가 조향 휠을 급격하게 회전했을 경우, 급격한 제어 입력의 변동에 대한 조향 제어의 응답 특성이 신속하지 않은 위치 제어기(120)의 단점으로 인해 차량이 운전자가 조향 휠 조작을 통해 요구한 방향과 불일치한 방향으로 진행할 수 있는 문제점이 있다.In the position control scheme as described above, the position controller 120 uses a proportional integral (PI) controller. The position controller 120 has a disadvantage in that the response characteristic of the steering control to a sudden change in the control input is not fast. When the gain of the position controller 120 is increased to compensate for such a disadvantage, an overshoot is obtained. Will occur. That is, when the driver rotates the steering wheel abruptly, the vehicle requires the steering wheel to operate through the steering wheel due to the disadvantage of the position controller 120 in which the response of the steering control to the sudden change in the control input is not rapid. There is a problem that can proceed in a direction inconsistent with the.

전술한 문제점을 해결하기 위해 본 발명은, 종래의 위치 제어 방식 및 조향 휠을 조향할 때의 각속도(角速度)인 목표 각속도와 모터에 의해 차륜이 조향될 때 의 각속도인 출력 각속도를 비교하여 목표 각속도와 출력 각속도의 속도 편차를 보정하는 속도 제어 방식을 이용하여 급격한 제어 입력의 변동에 대한 조향 제어의 응답 특성을 향상한 스티어 바이 와이어 시스템의 조향 제어 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다. In order to solve the above-described problems, the present invention provides a target angular velocity by comparing a target angular velocity, which is an angular velocity when steering a steering wheel and a steering wheel, with an output angular velocity, which is an angular velocity when a wheel is steered by a motor. It is an object of the present invention to provide a steering control system of a steer-by-wire system using a speed control method for correcting a speed deviation of an output angular velocity to improve a response characteristic of a steering control against a sudden change in a control input.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 조향각 센서, 위치 제어기, 모터 및 기어 박스를 포함한 조향 제어 시스템에서, 상기 기어 박스로부터 피드백(Feed-back)된 출력 조향각을 수신하여 각속도로 산출하고, 상기 출력 조향각을 각속도로 산출한 정보인 출력 각속도 정보를 생성하는 연산기; 및 상기 조향각 센서로부터 조향 휠의 회전 각속도(角速度)인 목표 각속도를 측정한 목표 각속도 정보를 수신하고, 상기 출력 각속도 정보를 상기 연산기로부터 수신한 후, 상기 목표 각속도 정보와 상기 출력 각속도 정보를 비교하여 상기 목표 각속도 정보와 상기 출력 각속도 정보에 대한 속도 편차가 발생하면 상기 속도 편차를 보정하도록 상기 모터의 구동을 제어하는 속도 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어 시스템의 조향 제어 시스템을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention, in the steering control system including a steering angle sensor, a position controller, a motor and a gear box, receives the output steering angle fed back from the gear box to calculate the angular velocity, An calculator for generating output angular velocity information, which is information obtained by calculating an output steering angle at an angular velocity; And receiving target angular velocity information measuring a target angular velocity, which is a rotational angular velocity of a steering wheel, from the steering angle sensor, receiving the output angular velocity information from the calculator, and comparing the target angular velocity information with the output angular velocity information. And a speed controller configured to control the driving of the motor to correct the speed deviation when a speed deviation occurs with respect to the target angular velocity information and the output angular velocity information.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경 우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. First of all, in adding reference numerals to the components of each drawing, it should be noted that the same reference numerals are used as much as possible even if displayed on different drawings. In addition, in describing the present invention, when it is determined that a detailed description of a related known configuration or function may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스티어 바이 와이어 시스템의 조향 제어 시스템을 간략하게 나타낸 블록 구성도이다.2 is a block diagram schematically illustrating a steering control system of a steer-by-wire system according to an exemplary embodiment of the present invention.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 조향 제어 시스템(200)은 조향각 센서(110), 위치 제어기(120), 모터(130), 기어 박스(140), 연산기(210) 및 속도 제어기(220) 등을 포함한다. 여기서, 위치 제어기(120), 모터(130) 및 기어 박스(140)에 대한 기술 구성은 도 1에서 설명하였기 때문에, 도 2에서는 위치 제어기(120), 모터(130) 및 기어 박스(140)에 대한 자세한 설명을 생략하도록 한다.The steering control system 200 according to the preferred embodiment of the present invention includes a steering angle sensor 110, a position controller 120, a motor 130, a gear box 140, an operator 210, a speed controller 220, and the like. Include. Here, since the technical configurations of the position controller 120, the motor 130, and the gear box 140 have been described with reference to FIG. 1, the position controller 120, the motor 130, and the gear box 140 are illustrated in FIG. 2. The detailed description is omitted.

조향각 센서(110)는 직진 위치를 기준으로 하여 조향 휠이 회전한 조향각인 목표 조향각 및 조향 휠의 회전 각속도인 목표 각속도를 측정하고, 이들을 측정한 정보인 목표 조향각 정보 및 목표 각속도 정보를 생성하여 목표 조향각 정보는 위치 제어기(120)로 전송하고, 목표 각속도 정보는 속도 제어기(220)로 전송한다.The steering angle sensor 110 measures a target steering angle, which is a steering angle at which the steering wheel is rotated, and a target angular velocity, which is a rotational angular velocity of the steering wheel, based on a straight position, and generates target steering angle information and target angular velocity information, which are measured information, and generates a target. The steering angle information is transmitted to the position controller 120 and the target angular velocity information is transmitted to the speed controller 220.

연산기(210)는 기어 박스(140)로부터 피드백된 출력 조향각 정보를 시간에 대해 미분한 출력 각속도 정보를 산출하여 속도 제어기(220)로 전송한다. 즉, 모터(130)의 구동에 의해 차륜이 실제로 움직인 변위인 출력 조향각을 모터(130)의 구동에 의해 차륜이 실제로 움직인 시간인 시간 변위로 나눈 출력 각속도 정보를 산출하여 속도 제어기(220)로 전송하는 것이다.The calculator 210 calculates output angular velocity information that is different from the output steering angle information fed back from the gear box 140 and transmits the output angular velocity information to the speed controller 220. That is, the speed controller 220 calculates output angular velocity information obtained by dividing an output steering angle, which is a displacement in which the wheel is actually moved by driving of the motor 130, by a time displacement, which is a time in which the wheel is actually moved by driving of the motor 130. Will be sent to.

속도 제어기(220)는 조향각 센서(110)가 전송한 목표 각속도 정보와 연산기(210)가 전송한 출력 각속도 정보를 비교하여 속도 편차가 발생하면 각속도 편차를 상쇄시키는 방향으로 모터(130)의 구동을 제어하는 제어 전류를 발생한다. 즉, 속도 제어기(220)는 운전자가 조향 휠을 회전한 각속도와 일치하는 차륜의 조향이 이루어지도록 하는 방향으로 모터(130)의 구동을 제어하는 것이다.The speed controller 220 compares the target angular velocity information transmitted by the steering angle sensor 110 with the output angular velocity information transmitted by the calculator 210, and when the speed deviation occurs, drives the motor 130 in a direction to cancel the angular speed deviation. Generate control current to control. That is, the speed controller 220 controls the driving of the motor 130 in a direction to steer the wheel that matches the angular speed at which the driver rotates the steering wheel.

이러한 속도 제어기(220)는 운전자의 급격한 조향 휠 조작에 대한 빠른 응답 특성을 나타내야 되므로, 이를 만족하는 비례 미분(Proportional-plus-Derivative) 제어기를 사용하는 것이 바람직하나 이에 한정되는 것은 아니다. 물론 이 과정과 동시에 위치제어기(120)에서는 종래의 위치 제어를 수행한다. 즉, 조향각 센서로부터 입력받은 목표 조향각 정보와 기어박스로부터의 출력 조향각 정보를 이용하여 비례 제어 방식으로 피드백 제어를 수행한다. Since the speed controller 220 should exhibit a fast response characteristic to the driver's steer steering wheel operation, it is preferable to use a proportional differential controller that satisfies this, but is not limited thereto. Of course, at the same time with this process, the position controller 120 performs the conventional position control. That is, feedback control is performed in a proportional control manner by using target steering angle information received from the steering angle sensor and output steering angle information from the gearbox.

따라서, 본 발명에서는 조향각 정보를 이용하여 종래의 비례 적분 제어 방식의 피드백 위치제어를 수행함과 동시에, 목표 각속도 정보와 출력 각속도 정보에 대한 비례 미분 제어를 별도로 수행함으로써, 빠른 응답특성으로 정확한 조향을 할 수 있게 되는 것이다.Accordingly, in the present invention, the feedback position control of the conventional proportional integral control method is performed using the steering angle information, and the proportional derivative control for the target angular velocity information and the output angular velocity information is separately performed, thereby enabling accurate steering with fast response characteristics. It will be possible.

이와 같이 스티어 바이 와이어 시스템의 조향 제어 시스템에 위치 제어 방식 및 속도 제어 방식을 이용하면, 위치 제어 방식에 사용되는 위치 제어기의 이득을 높이지 않아도 속도 제어기를 이용하여 급격한 변화, 즉 운전자의 급격한 조향 휠 조작에 대한 빠른 응답 특성을 나타낼 수 있게 된다.When the position control method and the speed control method are used in the steering control system of the steer-by-wire system as described above, a sudden change using the speed controller, i.e., the steered steering wheel of the driver, may be achieved without increasing the gain of the position controller used in the position control method. It is possible to exhibit a quick response characteristic to the operation.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아 니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and those skilled in the art to which the present invention pertains may make various modifications and changes without departing from the essential characteristics of the present invention. Accordingly, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical spirit of the present invention but to describe the present invention, and the scope of the technical spirit of the present invention is not limited by these embodiments. The protection scope of the present invention should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the equivalent scope should be interpreted as being included in the scope of the present invention.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 스티어 바이 와이어 시스템의 조향 제어 시스템이 위치 제어 방식 및 속도 제어 방식을 이용하여 모터를 제어하기 때문에, 급격한 변화에 대한 응답 특성 향상되어 운전자의 급격한 조향 휠 조작 시, 운전자가 조향 휠 조작을 통해 요구한 방향대로 차량이 진행할 수 있게 된다.As described above, according to the present invention, since the steering control system of the steer-by-wire system controls the motor by using the position control method and the speed control method, the response characteristic of the sudden change is improved, and thus, when the driver steer the steering wheel. The vehicle can then proceed in the direction required by the driver's steering wheel.

Claims (2)

조향각 센서, 위치 제어기, 모터 및 기어 박스를 포함한 조향 제어 시스템에서, In steering control systems, including steering angle sensors, position controllers, motors and gearboxes, 상기 기어 박스로부터 피드백(Feed-back)된 출력 조향각을 수신하여 각속도로 산출하고, 상기 출력 조향각을 각속도로 산출한 정보인 출력 각속도 정보를 생성하는 연산기; 및A calculator for receiving the feedback output steering angle fed back from the gear box, calculating the output steering angle, and generating output angular velocity information which is information obtained by calculating the output steering angle at the angular velocity; And 상기 조향각 센서로부터 조향 휠의 회전 각속도(角速度)인 목표 각속도를 측정한 목표 각속도 정보를 수신하고, 상기 출력 각속도 정보를 상기 연산기로부터 수신한 후, 상기 목표 각속도 정보와 상기 출력 각속도 정보를 비교하여 상기 목표 각속도 정보와 상기 출력 각속도 정보에 대한 속도 편차가 발생하면 상기 속도 편차를 보정하도록 상기 모터의 구동을 제어하는 속도 제어기Receiving target angular velocity information measuring a target angular velocity, which is a rotational angular velocity of a steering wheel, from the steering angle sensor, receiving the output angular velocity information from the calculator, and comparing the target angular velocity information with the output angular velocity information. A speed controller controlling the driving of the motor to correct the speed deviation when a speed deviation occurs between the target angular velocity information and the output angular velocity information 를 포함하는 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어 시스템의 조향 제어 시스템.Steering-by-wire system steering control system comprising a. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 조향각 센서는 상기 속도 제어기로 상기 목표 각속도 정보를 전송하고,상기 위치 제어기로는 조향 휠이 회전한 변위인 목표 조향각을 측정한 목표 조향각 정보를 전송하는 것을 특징으로 하는 스티어 바이 와이어 시스템의 조향 제어 시스템.The steering angle sensor transmits the target angular velocity information to the speed controller, and the steering control of the steer-by-wire system to the position controller transmits target steering angle information measuring a target steering angle which is a displacement of a steering wheel. system.
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