KR20130112358A

KR20130112358A - 차선 유지 보조시 발생하는 손실토크를 보상하는 조향제어장치

Info

Publication number: KR20130112358A
Application number: KR1020120034667A
Authority: KR
Inventors: 김정구
Original assignee: 현대모비스 주식회사
Priority date: 2012-04-03
Filing date: 2012-04-03
Publication date: 2013-10-14
Also published as: KR101959192B1

Abstract

본 발명은 차선 유지 보조시 발생하는 손실토크를 보상하는 조향제어장치에 관한 것으로, LKAS(LANE KEEPING ASSIST SYSTEM)에서 입력된 요구토크를 조향각으로 변환하는 조향각 변환부, 상기 조향각과 측정된 실제 조향각의 오차를 보정하고 보정된 상기 조향각을 모터각속도로 변환하는 조향각 제어부 및 상기 모터각속도와 측정된 실제 모터각속도의 오차를 보정하고 보정된 상기 모터각속도를 통해 보정토크를 계산하여 MDPS(MOTOR DRIVEN POWER STEERING)에 인가하는 보정토크 출력부를 포함한다. 본 발명의 실시예에 의하면, 차선 유지 보조 시스템(LKAS)에서 요구되는 토크량이 외란에 의해 손실된 경우 그 양을 보상하여 조향제어장치의 제어 정밀도를 향상시킬 수 있다. 더불어, 외란에 의해 MDPS의 출력성능이 변동되는 것을 줄이기 때문에 운전자에게 균일한 조향감을 느끼게 할 수 있다.

Description

차선 유지 보조시 발생하는 손실토크를 보상하는 조향제어장치{STEERING CONTROL DEVICE FOR COMPENSATING TORQUE LOSS THAT OCCUR DURING LANE KEEPING ASSIST}

본 발명은 차선 유지 보조시 차량에 의해 발생하는 조향 손실토크를 보상하는 조향제어장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 차선을 이탈한 차량의 전동식 조향장치(MOTOR DRIVEN POWER STEERING, 이하 MDPS)에 토크명령을 내릴 때 입력된 토크명령이 외란에 의해 손실된 경우 이를 보상하는 차선 유지 보조시 발생하는 손실토크를 보상하는 조향제어장치에 관한 것이다.

MDPS는 차량 조향시 운전자가 핸들에 가해야 하는 조향 토크의 일부를 보조 동력원을 이용하여 제공함으로써 조향을 용이하게 하는 장치이다. 즉, 운전자의 조향 의도를 스티어링 휠에 직결된 토크 센서를 통해서 감지하고 이 신호를 MDPS가 받아서 현재 차의 속력 등을 고려해 알맞은 힘을 제공토록 모터를 구동함으로써 조향력을 보조한다. 주정차 때나 저속운전 때는 큰 힘을 보조해 운전자의 힘을 덜고, 고속주행 때는 작은 힘만을 보조하도록 함으로써 차체의 안정성을 유지할 수 있도록 한다.

MDPS는 동력을 제공하기 위해서 기존의 유압으로 작동되는 유압식 조향장치 대신에 전기 모니터를 이용하는 조향장치로서, 속도별 최적 조향력을 제공하여 친환경, 연비 저감 등의 효과가 있다.

나아가 주행중인 차량이 차선을 이탈할 우려가 있는 경우 MDPS에 조향토크를 발생시킴으로써, 차선을 유지하는 차선 유지 보조 시스템(LANE KEEPING ASSIST SYSTEM, 이하 LKAS)도 개발되어 운전자의 안전한 운행을 돕는다.

본 발명과 관련된 선행기술로는 대한민국 공개특허공보 10-2011-0032707호(2011.03.30.공개, 발명의 명칭 : 차선유지 보조 장치 및 그 방법)가 있다.

종래의 차선 유지 보조 시스템(LKAS)은 차량의 속도, 조향각 등을 측정하여 이탈정도에 따라 차선 유지에 요구되는 조향 토크를 MDPS에 전달하여 제어를 요구하는 방식으로 구성되어 있다.

그러나 이러한 방식은 MDPS가 조향 토크를 컬럼과 모터에 일정 배분하는 것이어서, 최종 모터를 통과한 토크가 기어박스와 타이어로 연결된 조향 시스템에서 외부 마찰, 바람 및 자동차의 중량 등 외란에 의해 손실되는 문제점이 있었다.

본 발명은 전술한 문제점을 개선하기 위해 창안된 것으로서, 차량이 차선을 이탈하여 MDPS에 토크명령을 내릴 때 입력된 토크명령이 외란에 의해 손실된 경우 이를 보상하는 차선 유지 보조시 발생하는 손실토크를 보상하는 조향제어장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 조향제어장치는, LKAS(LANE KEEPING ASSIST SYSTEM)에서 입력된 요구토크를 조향각으로 변환하는 조향각 변환부; 상기 조향각과 측정된 실제 조향각의 오차를 보정하고 보정된 상기 조향각을 모터각속도로 변환하는 조향각 제어부; 및 상기 모터각속도와 측정된 실제 모터각속도의 오차를 보정하고 보정된 상기 모터각속도를 통해 보정토크를 계산하여 MDPS(MOTOR DRIVEN POWER STEERING)에 인가하는 보정토크 출력부를 포함한다.

본 발명에서 상기 조향각 제어부는 상기 실제 조향각을 측정하는 조향각 센서; 상기 조향각과 상기 조향각 센서에서 측정된 상기 실제 조향각의 오차를 보정하는 조향각 오차 보정기; 및 상기 조향각 오차 보정기에서 보정된 상기 조향각을 조향각속도로 변환한 후, 상기 모터각속도로 변환하는 변환기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 상기 조향각 오차 보정기는 상기 조향각과 상기 조향각 센서에서 측정된 상기 실제 조향각의 오차를 비례제어하여 보정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 상기 변환기는 상기 조향각속도를 상기 조향각속도와 상기 모터각속도 사이에 설정된 설정비에 따라 상기 모터각속도로 변환하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 상기 조향각 제어부는 상기 변환기에서 변환된 상기 모터각속도의 크기를 기 설정된 제1제한값 이내로 제한하는 모터각속도 제한부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 상기 보정토크 출력부는 실제 모터각속도를 측정하는 인코더; 상기 조향각 제어부에서 입력된 상기 모터각속도와 상기 실제 모터각속도의 오차를 보정하는 모터각속도 오차 보정기; 및 상기 모터각속도 오차 보정기에서 보정된 상기 모터각속도를 모터토크로 변환하고 보정토크 게인에 따라 상기 보정토크로 변환하는 출력크기 보정기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 상기 모터각속도 오차 보정기는 상기 모터각속도와 상기 실제 모터각속도의 오차를 비례적분 제어하여 보정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 상기 출력크기 보정기는 상기 모터각속도를 모터토크로 변환하고, 모터토크를 보정토크 게인에 따라 보정토크로 변환하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 상기 보정토크 출력부는 상기 출력크기 보정기에서 변환된 상기 보정토크를 기 설정된 제2제한값 이내로 제한하는 토크제한부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 의하면, 차선 유지 보조 시스템(LKAS)에서 요구되는 토크량이 외란에 의해 손실된 경우 그양을 보상하여 조향제어장치의 제어 정밀도를 향상시킬 수 있다.

아울러, 외란에 의해 MDPS의 출력성능이 변동되는 것을 줄이기 때문에 운전자에게 균일한 조향감을 느끼게 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차선 유지 보조시 발생하는 손실토크를 보상하는 조향제어장치를 나타내는 블록 구성도이다.
도 2는 차선 유지 보조시 발생하는 손실토크를 보상하는 조향제어장치의 조향각 제어부의 변환기에 의한 조향각 변환 기울기를 나타내는 도면이다.
도 3은 차선 유지 보조시 발생하는 손실토크를 보상하는 조향제어장치의 출력크기조정기의 보정토크 변환 기울기를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 차선 유지 보조시 발생하는 손실토크를 보상하는 조향제어장치의 모터각속도 오차를 보정하는 비례적분제어기를 나타내는 블록도이다.
도 5는 차선 유지 보조시 발생하는 손실토크를 보상하는 조향제어장치의 효과를 비교한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 차선 유지 보조시 발생하는 손실토크를 보상하는 조향제어장치의 제어방법의 구현과정을 설명하는 절차 흐름도이다.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 차선 유지 보조시 발생하는 손실토크를 보상하는 조향제어장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 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 차선 유지 보조시 발생하는 손실토크를 보상하는 조향제어장치를 나타내는 블록 구성도이다.

도 1을 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 차선 유지 보조시 발생하는 손실토크를 보상하는 조향제어장치는 조향각 변환부(100), 조향각 제어부(200) 및 보정토크 출력부(300)를 포함한다.

조향각 변환부(100)는 LKAS로부터 차선 유지를 위해 계산한 요구토크를 입력 받아서 요구토크를 조향각으로 변환하고, 변환된 조향각을 조향각 제어부(200)로 전달한다.

요구토크와 조향각 사이에는 도 2와 같이 일정한 관계가 성립하므로 '조향각 = 요구토크 / 기울기'의 식을 통해서 입력받은 요구토크를 조향각으로 변환할 수 있다. 여기서 기울기는 조향제어를 위해 요구되는 토크와 이 토크를 발생시키기 위한 조향각의 비를 의미하는 것으로 차량에 따라 다른 값을 갖는다.

조향각 제어부(200)는 조향각 센서(210), 조향각 오차 보정기(220), 변환기(230) 및 모터각속도 제한부(240)를 포함하며, 조향각 변환부(100)로부터 전달받은 조향각을 이용해서 조향각속도를 모터각속도로 변환한다.

조향각 센서(210)는 차량 스티어링 휠의 실제 조향각을 측정한다. 차량의 조향각이란 자동차의 직선 주행 위치에서 스티어링 휠을 회전시킨 각을 의미하는 것으로, 조향각 변환부(100)로 입력된 요구토크에 의한 조향각과 실제 조향각에 차이가 발생하기 때문에 오차를 보정하기 위해서 측정하는 것이다.

조향각 오차 보정기(220)는 비례제어기를 포함하며, 조향각 변환부(100)로부터 전달받은 조향각과 조향각 센서(210)를 통해 측정한 실제 조향각의 오차를 비례제어하여 보정한다.

변환기(230)는 보정된 조향각을 미분하여 조향각속도를 구하고, 설정비에 따라 조향각속도를 모터각속도로 변환한다. 여기서 설정비는 차륜을 회전시키기 위한 모터각속도와 스티어링 휠의 조향각속도의 비를 의미하고, 스티어링 휠과 모터 사이의 웜기어의 감속비에 따라 다른 값을 갖는다.

모터각속도 제한부(240)는 변환된 모터각속도가 무한정 커지는 것을 방지하기 위해 기설정된 제1제한값 이내로 모터각속도를 제한하여 보정토크 출력부(300)로 전달한다.

보정토크 출력부(300)는 모터각속도 측정기(310), 모터각속도 오차 보정기(320), 출력크기 조정기(330) 및 토크제한부(340)를 포함하며, 조향각 제어부(200)로부터 전달받은 모터각속도를 이용해서 보정토크를 계산한다.

모터각속도 측정기(310)는 모터각속도를 측정하기 위해서 차량의 모터의 회전각 변위를 구하고, 이 회전각 변위를 미분하여 모터각속도를 구할 수 있다.

모터각속도 오차 보정기(320)는 조향각 제어부(200)를 통해 입력받은 모터각속도와 모터각속도 측정기(310)를 통해 측정한 실제 모터각속도의 오차를 비례적분제어하여 보정한다.

출력크기 조정기(330)는 보정된 모터각속도를 모터토크로 변환한다. 보정된 모터각속도를 모터토크로 변환하는 것은 모터를 구동시키기 위해 전류를 인가한 경우 어느 정도의 토크를 발생시키느냐에 관한 것으로, 모터의 토크형성 성능에 따라 다른 값을 갖는다.

다음으로 출력크기 조정기(330)는 변환된 모터토크를 보정토크 게인에 따라 보정토크로 변환한다. 보정토크 게인은 모터를 제어할 때 발생하는 손실토크 비율을 의미하는 것으로, 모터에 따라 손실토크 비율은 일정하므로 모터토크가 커짐에 따라 보정토크의 크기를 조정하여 보상한다.

모터토크와 보정토크의 변환 관계를 살펴보면 도 3에 도시된 바와 같이 모터토크가 일정값을 초과한 경우 일정한 기울기를 나타낸다.

이 것은 모터토크가 MDPS를 제어할 수 있을 정도의 값을 갖지 못하는 경우에는 보정토크가 의미없기 때문에, 모터토크가 일정값을 초과한 경우부터 보정토크 게인이 나타난다.

토크제한부(340)는 도3에 도시된 바와 같이 보정토크의 출력의 안정성 확보를 위해서 제2제한값 이내로 보정토크를 제한하여 출력한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 차선 유지 보조시 발생하는 손실토크를 보상하는 조향제어장치의 모터각속도 오차 보정기(320)의 구성으로서, 비례 제어기(321)와 적분제어기(322)를 포함한다.

도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 차선 유지 보조시 발생하는 손실토크를 보상하는 조향제어장치에서 모터각속도 오차 보정기(320)를 설명하면, 적분제어기(322)의 역할로 정상상태오차를 줄여주고 제어 정확도를 높이는 역할을 한다. 즉, 요구토크로부터 결정한 모터각속도와 모터각속도 측정기(310)에 의해 측정된 실제 모터각속도의 오차를 보정하는데 쓰인다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 차선 유지 보조시 발생하는 손실토크를 보상하는 조향제어장치의 제어방법을 설명하는 절차 흐름도이다.

도 6을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 차선 유지 보조시 발생하는 손실토크를 보상하는 조향제어장치의 제어방법을 설명하면, 우선 조향각 변환부(100)는 차선 유지 보조 시스템(LKAS)으로부터 측정된 요구토크를 입력받는다(S10).

이 요구토크값을 도 2의 기울기를 이용해서 조향각으로 변환할 수 있고(S20), 조향각과 조향각 센서(210)에 의해 직접 측정된 실제 조향각의 오차를 보정하기 위해 비례제어하는 단계를 거친다(S30). 이 단계에서 오차를 보정하는 제어방법이 비례제어에만 한정되지 않음은 당연하다.

오차를 보정한 조향각을 미분하여 조향각속도를 계산할 수 있고, 조향각속도와 모터각속도의 비, 즉, 웜기어의 감속비에 따라서 조향각속도를 모터각속도로 변환한다(S40).

모터각속도는 모터각속도 제한부(240)에 의해서 제1제한값 이내의 값으로 출력되어, 보정토크 출력부(300)로 전달된다. 전달된 모터각속도와 모터각속도 측정기(310)에 의해 측정된 실제 모터각속도의 차를 비례적분제어를 통해 보정한다(S50).

보정된 모터각속도를 모터의 토크생성 비율에 의해 모터토크로 변환할 수 있고(S60), 모터토크에 보정토크 게인을 곱함으로써 보정토크를 조정한다(S70). 그리고 토크제한부(340)는 조정된 보정토크를 제2제한값 이내로 제한하여 출력한다.

마지막으로 보정토크는 요구토크에 부가되어 조향제어하게 된다.

도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 차선 유지 보조시 발생하는 손실토크를 보상하는 조향제어장치의 효과를 검토하면, 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이 종래의 조향제어장치는 외란에 의한 출력변동구간이 발생하여 운전자에게 균일하지 못한 조향감을 주고 제어의 정확성이 떨어졌으나, 본 발명에 따르면 도 5의 (b)와 같이 외란에 의한 손실토크를 보정함으로써 균일한 조향감을 느끼게 해줄 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 기술이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야할 것이다.

100: 조향각 변환부 200: 조향각 제어부
210: 조향각 센서 220: 조향각 오차 보정기
230: 변환기 240: 모터각속도 제한부
300: 보정토크 출력부 310: 모터각속도 측정기
320: 모터각속도 오차 보정기 330: 출력크기 조정기
340: 토크제한부

Claims

LKAS(LANE KEEPING ASSIST SYSTEM)에서 입력된 요구토크를 조향각으로 변환하는 조향각 변환부;
상기 조향각과 측정된 실제 조향각의 오차를 보정하고 보정된 상기 조향각을 모터각속도로 변환하는 조향각 제어부; 및
상기 모터각속도와 측정된 실제 모터각속도의 오차를 보정하고 보정된 상기 모터각속도를 통해 보정토크를 계산하여 MDPS(MOTOR DRIVEN POWER STEERING)에 인가하는 보정토크 출력부
를 포함하는 차선 유지 보조시 발생하는 손실토크를 보상하는 조향제어장치.
제1항에 있어서,
상기 조향각 제어부는 상기 실제 조향각을 측정하는 조향각 센서;
상기 조향각과 상기 조향각 센서에서 측정된 상기 실제 조향각의 오차를 보정하는 조향각 오차 보정기; 및
상기 조향각 오차 보정기에서 보정된 상기 조향각을 조향각속도로 변환한 후, 상기 모터각속도로 변환하는 변환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 차선 유지 보조시 발생하는 손실토크를 보상하는 조향제어장치.
제2항에 있어서,
상기 조향각 오차 보정기는 상기 조향각과 상기 조향각 센서에서 측정된 상기 실제 조향각의 오차를 비례제어하여 보정하는 것을 특징으로 하는 차선 유지 보조시 발생하는 손실토크를 보상하는 조향제어장치.
제2항에 있어서,
상기 변환기는 상기 조향각속도를 상기 조향각속도와 상기 모터각속도 사이에 설정된 설정비에 따라 상기 모터각속도로 변환하는 것을 특징으로 하는 차선 유지 보조시 발생하는 손실토크를 보상하는 조향제어장치.
제2항에 있어서,
상기 조향각 제어부는 상기 변환기에서 변환된 상기 모터각속도의 크기를 기 설정된 제1제한값 이내로 제한하는 모터각속도 제한부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차선 유지 보조시 발생하는 손실토크를 보상하는 조향제어장치.
제1항에 있어서,
상기 보정토크 출력부는 실제 모터각속도를 측정하는 인코더;
상기 조향각 제어부에서 입력된 상기 모터각속도와 상기 실제 모터각속도의 오차를 보정하는 모터각속도 오차 보정기; 및
상기 모터각속도 오차 보정기에서 보정된 상기 모터각속도를 모터토크로 변환하고 보정토크 게인에 따라 상기 보정토크로 변환하는 출력크기 보정기를 포함하는 것을 특징으로 하는 차선 유지 보조시 발생하는 손실토크를 보상하는 조향제어장치.
제6항에 있어서,
상기 모터각속도 오차 보정기는 상기 모터각속도와 상기 실제 모터각속도의 오차를 비례적분 제어하여 보정하는 것을 특징으로 하는 차선 유지 보조시 발생하는 손실토크를 보상하는 조향제어장치.
제6항에 있어서,
상기 출력크기 보정기는 상기 모터각속도를 모터토크로 변환하고, 모터토크를 보정토크 게인에 따라 보정토크로 변환하는 것을 특징으로 하는 차선 유지 보조시 발생하는 손실토크를 보상하는 조향제어장치.
제6항에 있어서,
상기 보정토크 출력부는 상기 출력크기 보정기에서 변환된 상기 보정토크를 기 설정된 제2제한값 이내로 제한하는 토크제한부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차선 유지 보조시 발생하는 손실토크를 보상하는 조향제어장치.