KR20130008351A - 전동식 동력 조향장치를 이용한 차륜 정렬장치 및 그 방법 - Google Patents

전동식 동력 조향장치를 이용한 차륜 정렬장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전동식 동력 조향장치를 이용한 차륜 정렬장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 전동식 동력 조향장치가 장착된 차량에서 주차 후 조향각을 검출하여 모터각속도와 모터전류를 통해 전동식 동력 조향장치의 모터를 제어하여 조향 차륜을 센터로 정렬함으로써 실제로 제어되는 모터의 모터각속도를 제어함으로써 타이어의 마찰이나 부하하중 등 외란에 강하며 모터제어의 정밀도를 향상시킬 수 있다.

Description

전동식 동력 조향장치를 이용한 차륜 정렬장치 및 그 방법{WHEEL ALIGNMENT APPARATUS USED MOTOR DRIVEN POWER STEERING AND METHOD THEREOF}
본 발명은 전동식 동력 조향장치를 이용한 차륜 정렬장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전동식 동력 조향장치가 장착된 차량에서 주차 후 조향각을 검출하여 모터각속도와 모터전류를 통해 전동식 동력 조향장치의 모터를 제어하여 조향 차륜을 센터로 정렬하는 전동식 동력 조향장치를 이용한 차륜 정렬장치 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로 차량에 적용되는 전자 제어 장치(ECU: Electronic Control Unit)로써 차량의 속도에 따라 차량 조향휠의 조작력을 줄여주어 가볍고 신속한 조향 조작이 가능하도록 하는 전동식 동력 조향장치(Motor Driven Power Steering Apparatus: MDPS)가 있다.
전동식 동력 조향장치는 ECU가 조향휠의 조타시 조향각 센서와 토크 센서 및 차속 센서와 엔진 회전수 센서로부터 입력신호를 전달받아서 토크 값에 해당하는 만큼의 전류치를 튜닝된 대로 연산하여 MDPS(Motor Driven Power Steering Apparatus) 모터로 공급하게 되고, MDPS 모터는 회전과 감속을 통해 파워 어시스트력을 발생하여 유니버설 조인트를 회전시키게 되며, 유니버설 조인트의 회전력으로 피니언과 랙을 동작시킴으로써 타이로드를 통해 차륜의 조향이 이루어지도록 구성되어 유압식 파워 스티어링에 비해 보다 향상된 조타성능 및 조타감을 갖출 수 있다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허 10-2010-0007321호(2010.01.22.)에 개시되어 있다.
이러한 전동식 동력 조향장치를 이용하더라도 운전자가 주차 완료 후 조향휠의 센터 정렬을 수행할 경우 불편함이 존재할 뿐만 아니라 센터 정렬이 이루어지지 않은 상태에서 운전자가 임의로 출발할 경우 차량 추돌의 가능성이 있는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위해 창작된 것으로서, 전동식 동력 조향장치가 장착된 차량에서 주차 후 조향각을 검출하여 모터각속도와 모터전류를 통해 전동식 동력 조향장치의 모터를 제어하여 조향 차륜을 센터로 정렬하는 전동식 동력 조향장치를 이용한 차륜 정렬장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 전동식 동력 조향장치를 이용한 차륜 정렬장치는 차륜의 센터 정렬을 위한 작동명령이 입력되면 조향각센서에서 입력된 조향각에 따라 센터 정렬을 위한 프로파일을 생성하는 요구값 생성부; 요구값 생성부에서 생성된 프로파일과 조향각센서로부터 입력된 조향각을 통해 센터 정렬할 목표 조향각속도를 산출하고 목표 조향각속도를 모터각속도로 변환하는 조향위치 제어부; 조향위치 제어부로부터 입력된 모터각속도와 모터각속도센서로부터 입력된 모터각속도를 통해 MDPS(Motor Driven Power Steering Apparatus) 모터를 구동하기 위한 구동전류를 생성하는 모터각속도 제어부; 및 모터각속도 제어부에서 생성된 구동전류와 모터전류센서로부터 측정된 모터전류를 비교하여 MDPS 모터를 구동시키는 모터전류 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 전동식 동력 조향장치를 이용한 차륜 정렬장치는 차륜의 센터 정렬을 위한 작동명령이 입력되면 조향각센서에서 입력된 조향각에 따라 센터 정렬을 위한 프로파일을 생성하는 요구값 생성부; 조향각센서, 모터각속도센서 및 모터전류센서를 통해 입력된 값을 통해 보상 프로파일을 생성하는 보상값 생성부; 요구값 생성부에서 생성된 프로파일에 보상값 생성부에서 생성된 보상 프로파일을 합산하여 보상한 프로파일과 조향각센서로부터 입력된 조향각을 통해 정렬할 목표 조향각속도를 산출하고 목표 조향각속도를 모터각속도로 변환하는 조향위치 제어부; 조향위치 제어부로부터 입력된 모터각속도와 모터각속도센서로부터 입력된 모터각속도를 통해 모터를 구동하기 위한 구동전류를 생성하는 모터각속도 제어부; 및 모터각속도 제어부에서 생성된 구동전류와 모터전류센서로부터 측정된 모터전류를 비교하여 MDPS 모터를 구동시키는 모터전류 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 차륜의 센터 정렬을 수행시키기 위한 작동명령을 출력하는 작동스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 모터각속도 제어부에서 생성된 구동전류와 전동식 동력 조향장치의 MDPS 토크제어부로부터 출력되는 구동전류를 선택적으로 모터전류 제어부로 스위칭하는 스위칭부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 전동식 동력 조향장치를 이용한 차륜 정렬장치의 제어방법은 요구값 생성부에서 차륜의 센터 정렬을 위한 작동명령이 입력되면 조향각센서로부터 조향각을 입력받는 단계; 요구값 생성부에서 현재 조향각에 따라 센터 정렬을 위한 프로파일을 생성하는 단계; 조향위치 제어부에서 요구값 생성부에서 생성된 프로파일과 조향각센서로부터 입력된 조향각을 통해 센터 정렬할 목표 조향각속도를 산출하는 단계; 산출된 목표 조향각속도를 모터각속도로 변환하는 단계; 모터각속도 제어부에서 조향위치 제어부에서 변환된 모터각속도와 모터각속도센서로부터 입력된 모터각속도를 통해 MDPS 모터를 구동시키기 위한 구동전류를 생성하는 단계; 및 모터전류 제어부에서 모터각속도 제어부에서 생성된 구동전류와 모터전류센서로부터 측정된 모터전류를 비교하여 MDPS 모터를 구동시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 작동명령은 주차상태일 경우 입력되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 센터 정렬할 목표 조향각속도를 산출하는 단계는 조향각센서, 모터각속도센서 및 모터전류센서를 통해 입력된 값을 통해 보상값 생성부에서 생성된 보상 프로파일을 합산하여 요구값 생성부에서 생성된 프로파일을 보상하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 전동식 동력 조향장치의 MDPS 토크제어부로부터 구동전류가 출력될 경우 스위칭부를 제어하여 모터전류 제어부의 입력을 모터각속도 제어부에서 MDPS 토크제어부로 스위칭하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 전동식 동력 조향장치가 장착된 차량에서 주차 후 조향각을 검출하여 모터각속도와 모터전류를 통해 전동식 동력 조향장치의 모터를 제어하여 조향 차륜을 센터로 정렬함으로써 실제로 제어되는 모터의 모터각속도를 제어함으로써 타이어의 마찰이나 부하하중 등 외란에 강하며 모터제어의 정밀도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 동력 조향장치를 이용한 차륜 정렬장치를 나타낸 블록구성도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전동식 동력 조향장치를 이용한 차륜 정렬장치를 나타낸 블록구성도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전동식 동력 조향장치를 이용한 차륜 정렬장치에서 생성된 센터 정렬을 위한 프로파일을 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 동력 조향장치를 이용한 차륜정렬장치의 제어방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 전동식 동력 조향장치를 이용한 차륜 정렬장치 및 그 제어방법의 일 실시예를 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.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 동력 조향장치를 이용한 차륜 정렬장치를 나타낸 블록구성도이고, 도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전동식 동력 조향장치를 이용한 차륜 정렬장치를 나타낸 블록구성도이며, 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전동식 동력 조향장치를 이용한 차륜 정렬장치에서 생성된 센터 정렬을 위한 프로파일을 나타낸 그래프이다.
도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 동력 조향장치를 이용한 차륜 정렬장치는 요구값 생성부(20), 조향위치 제어부(30), 모터각속도 제어부(40) 및 모터전류 제어부(60)를 비롯하여 작동스위치(10), 스위칭부(50), MDPS 모터(70), MDPS(Motor Driven Power Steering Apparatus) 토크제어부(80) 및 보상값 생성부(90)를 포함한다.
요구값 생성부(20)는 전동식 동력 조장창치를 장착한 차량의 차륜을 센터로 정렬하기 위한 작동명령이 입력되면 조향각센서(35)에서 입력된 조향각에 따라 센터 정렬을 위한 프로파일을 생성한다.
이때 작동명령은 운전자가 주차 후 차륜을 센터 정렬하기 위해 작동스위치(10)를 작동시킬 때 발생된다.
또한, 작동명령은 작동스위치(10)를 작동시키더라도 주차상태로 판단될 경우 출력된다.
주차상태의 판단은 통상적인 방법에 의해 판단할 수 있다.
즉, 차량이 정지된 상태에서 변속단이 P단으로 변속되었는가를 판단하거나 트로틀밸브의 개도량, 엔진회전수 및 브레이크의 작동상태 등을 기반으로 주차상태를 판단할 수 있다.
조향위치 제어부(30)는 요구값 생성부(20)에서 생성된 프로파일과 조향각센서(35)로부터 입력된 조향각을 통해 센터 정렬할 목표 조향각속도를 산출하고 이를 모터각속도로 변환한다.
한편, 도 2에 도시된 바와 같이 보상값 생성부(90)를 구비하여 조향각센서(35), 모터각속도센서(45) 및 모터전류센서(65)를 통해 입력된 값을 통해 보상 프로파일을 생성하고 이를 요구값 생성부(20)에서 생성된 프로파일과 합산하여 외란에 의한 영향력을 최소화시킨다.
도 3에 도시된 바와 같이 파란색 그래프는 요구값 생성부(20)에서 생성된 프로파일이며 여기에 보상값 생성부(90)에서 신경회로망(Neural Network)의 역전파 알고리즘(back propagation algorithm)을 통해 학습된 제어량을 통해 생성된 보상 프로파일을 합산하여 빨간색 그래프와 같이 프로파일을 보상한다.
이와 같이 보상값 생성부(90)는 실제 조향각, 모터각속도, 모터전류를 모니터링하면서 보상값을 추정하기 위해 학습하여 주기적으로 보상 프로파일을 출력함으로써 조향위치 제어부(30)는 요구값 생성부(20)에서 생성된 프로파일에 보상값 생성부(90)에서 생성된 보상 프로파일을 합산하여 프로파일을 보상하고 조향각센서(35)로부터 입력된 조향각을 통해 센터 정렬할 목표 조향각속도를 산출한다.
이때 동작시점이나 센터 정렬시점에서는 도 3에 도시된 프로파일 그래프에서 보는 바와 같이 조향각가속도를 조절하여 운전자의 감성에 맞도록 할 수도 있다.
모터각속도 제어부(40)는 조향위치 제어부(30)로부터 입력된 모터각속도와 모터각속도센서(45)로부터 입력된 모터각속도를 통해 MDPS(Motor Driven Power Steering Apparatus) 모터(70)를 구동시키기 위한 구동전류를 생성한다.
모터전류 제어부(60)는 모터각속도 제어부(40)에서 생성된 구동전류와 모터전류센서(65)로부터 측정된 모터전류를 비교하여 MDPS 모터(70)를 구동시킨다.
또한, 본 발명에 의한 전동식 동력 조향장치를 이용한 차륜 정렬장치는 스위칭부(50)를 더 포함하여 전동식 동력 조향장치의 MDPS 토크제어부(80)로부터 출력되는 구동전류와 모터각속도 제어부(40)에서 생성된 구동전류를 선택적으로 모터전류 제어부(60)로 스위칭한다.
즉, MDPS 토크제어부(80)는 운전자가 조향휠을 조향할 경우 조향의지에 따라 파워 어시스트력을 발생시키기 위한 구동전류를 출력한다.
따라서, 운전자의 조향의지가 검출될 경우에는 운전자의 조향의지에 따라 MDPS 모터(70)를 구동시키기 위해 스위칭부(50)를 통해 MDPS 토크제어부(80)에서 출력되는 구동전류가 모터전류 제어부(60)로 입력될 수 있도록 스위칭한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 동력 조향장치를 이용한 차륜 정렬장치의 제어방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
먼저, 요구값 생성부(20)에서 센터 정렬을 위한 작동명령이 입력되는가 판단한다(S10).
이때 작동명령은 운전자가 차륜의 센터 정렬을 위해 작동스위치(10)를 작동시킬 때 발생되지만 차량이 주차상태일 경우에만 발생하도록 한다.
주차상태는 차량이 정지된 상태에서 변속단이 P단으로 변속되었는가를 판단하거나 트로틀밸브의 개도량, 엔진회전수 및 브레이크의 작동상태 등 통상적인 방법을 통해 판단할 수 있다.
차륜의 센터 정렬을 위한 작동명령이 입력되면 요구값 생성부(20)는 조향각센서(35)로부터 조향각을 입력받는다(S12).
그리고, 요구값 생성부(20)는 입력된 조향각에 따라 센터 정렬을 위한 프로파일을 도 3의 파란색 그래프와 같이 생성한다(S14).
또한, 보상값 생성부(90)에서 조향각센서(35), 모터각속도센서(45) 및 모터전류센서(65)를 통해 실제 조향각, 모터각속도, 모터전류를 모니터링하면서 보상값을 추정하기 위해 신경회로망의 역전파 알고리즘을 통해 학습하여 주기적으로 보상 프로파일을 출력하면 요구값 생성부(20)에서 생성된 프로파일에 합산하여 도 3의 빨간색 그래프와 같이 프로파일을 보상한다(S16).
이후 조향위치 제어부(30)에서 보상된 프로파일과 조향각센서(35)로부터 입력된 조향각을 통해 센터 정렬할 목표 조향각속도를 산출한다(S18).
그리고 산출된 목표 조향각속도를 MDPS 모터(70)를 제어하기 위한 모터각속도로 변환한다(S20).
그러면, 모터각속도 제어부(40)에서 이렇게 변환된 모터각속도와 모터각속도센서(45)로부터 입력된 모터각속도를 통해 MDPS 모터(70)를 구동시키기 위한 구동전류를 생성한다(S22).
이렇게 생성된 구동전류는 모터전류 제어부(60)로 입력되어 모터전류센서(65)로부터 측정된 모터전류와 비교하면서 MDPS 모터(70)를 구동시킨다(S24).
MDPS 모터(70)를 구동시키면서 계속적으로 조향각을 모니터링하면서 차륜이 센터 정렬이 이루어졌는지 판단하여 센터 정렬이 이루어질 때까지 구동되고 센터 정렬이 이루어지면 작동명령이 해제된다(S26).
한편, 전동식 동력 조향장치의 MDPS 토크제어부(80)로부터 구동전류가 출력될 경우 운전자의 조향의지가 있음으로 판단하여 스위칭부(50)를 통해 MDPS 토크제어부(80)에서 출력되는 구동전류가 모터전류 제어부(60)로 입력될 수 있도록 스위칭한다.
이와 같이 본 발명에 의한 전동식 동력 조향장치를 이용한 차륜 정렬장치 및 그 제어방법에 따르면, 조향 차륜을 센터로 정렬함에 있어 실제로 제어되는 MDPS 모터(70)의 모터각속도를 제어함으로써 타이어의 마찰이나 부하하중 등 외란에 강하며 모터제어의 정밀도를 향상시킬 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 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
10 : 작동스위치 20 : 요구값 생성부
30 : 조향위치 제어부 35 : 조향각센서
40 : 모터각속도 제어부 45 : 모터각속도센서
50 : 스위칭부 60 : 모터전류 제어부
65 : 모터전류센서 70 : MDPS 모터
80 : MDPS 토크제어부 90 : 보상값 생성부

Claims (8)

  1. 차륜의 센터 정렬을 위한 작동명령이 입력되면 조향각센서에서 입력된 조향각에 따라 센터 정렬을 위한 프로파일을 생성하는 요구값 생성부;
    상기 요구값 생성부에서 생성된 상기 프로파일과 상기 조향각센서로부터 입력된 상기 조향각을 통해 센터 정렬할 목표 조향각속도를 산출하고 상기 목표 조향각속도를 모터각속도로 변환하는 조향위치 제어부;
    상기 조향위치 제어부로부터 입력된 상기 모터각속도와 모터각속도센서로부터 입력된 모터각속도를 통해 MDPS(Motor Driven Power Steering Apparatus) 모터를 구동하기 위한 구동전류를 생성하는 모터각속도 제어부;
    상기 모터각속도 제어부에서 생성된 구동전류와 모터전류센서로부터 측정된 모터전류를 비교하여 상기 MDPS 모터를 구동시키는 모터전류 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 동력 조향장치를 이용한 차륜 정렬장치.
  2. 차륜의 센터 정렬을 위한 작동명령이 입력되면 조향각센서에서 입력된 조향각에 따라 센터 정렬을 위한 프로파일을 생성하는 요구값 생성부;
    상기 조향각센서, 모터각속도센서 및 모터전류센서를 통해 입력된 값을 통해 보상 프로파일을 생성하는 보상값 생성부;
    상기 요구값 생성부에서 생성된 상기 프로파일에 상기 보상값 생성부에서 생성된 상기 보상 프로파일을 합산하여 보상한 프로파일과 상기 조향각센서로부터 입력된 상기 조향각을 통해 정렬할 목표 조향각속도를 산출하고 상기 목표 조향각속도를 모터각속도로 변환하는 조향위치 제어부;
    상기 조향위치 제어부로부터 입력된 상기 모터각속도와 상기 모터각속도센서로부터 입력된 모터각속도를 통해 MDPS 모터를 구동하기 위한 구동전류를 생성하는 모터각속도 제어부;
    상기 모터각속도 제어부에서 생성된 상기 구동전류와 상기 모터전류센서로부터 측정된 모터전류를 비교하여 상기 MDPS 모터를 구동시키는 모터전류 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 동력 조향장치를 이용한 차륜 정렬장치.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 차륜의 센터 정렬을 수행시키기 위한 상기 작동명령을 출력하는 작동스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 동력 조향장치를 이용한 차륜 정렬장치.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 모터각속도 제어부에서 생성된 구동전류와 전동식 동력 조향장치의 MDPS 토크제어부로부터 출력되는 구동전류를 선택적으로 상기 모터전류 제어부로 스위칭하는 스위칭부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 동력 조향장치를 이용한 차륜 정렬장치.
  5. 요구값 생성부에서 차륜의 센터 정렬을 위한 작동명령이 입력되면 조향각센서로부터 조향각을 입력받는 단계;
    상기 요구값 생성부에서 상기 조향각에 따라 센터 정렬을 위한 프로파일을 생성하는 단계;
    조향위치 제어부에서 상기 요구값 생성부에서 생성된 상기 프로파일과 상기 조향각센서로부터 입력된 상기 조향각을 통해 센터 정렬할 목표 조향각속도를 산출하는 단계;
    산출된 상기 목표 조향각속도를 모터각속도로 변환하는 단계;
    모터각속도 제어부에서 상기 조향위치 제어부에서 변환된 상기 모터각속도와 모터각속도센서로부터 입력된 모터각속도를 통해 MDPS 모터를 구동시키기 위한 구동전류를 생성하는 단계; 및
    모터전류 제어부에서 상기 모터각속도 제어부에서 생성된 상기 구동전류와 모터전류센서로부터 측정된 모터전류를 비교하여 상기 MDPS 모터를 구동시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 동력 조향장치를 이용한 차륜 정렬장치의 제어방법.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 작동명령은 주차상태일 경우 입력되는 것을 특징으로 하는 전동식 동력 조향장치를 이용한 차륜 정렬장치의 제어방법.
  7. 제 5항에 있어서, 센터 정렬할 상기 목표 조향각속도를 산출하는 단계는 상기 조향각센서, 상기 모터각속도센서 및 상기 모터전류센서를 통해 입력된 값을 통해 보상값 생성부에서 생성된 보상 프로파일을 합산하여 상기 요구값 생성부에서 생성된 상기 프로파일을 보상하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 동력 조향장치를 이용한 차륜 정렬장치의 제어방법.
  8. 제 5항에 있어서, 전동식 동력 조향장치의 MDPS 토크제어부로부터 구동전류가 출력될 경우 스위칭부를 제어하여 상기 모터전류 제어부의 입력을 상기 모터각속도 제어부에서 상기 MDPS 토크제어부로 스위칭하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 동력 조향장치를 이용한 차륜 정렬장치의 제어방법.
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