KR20140079981A - 자동차용 조향 토크 보상 장치 및 방법 - Google Patents

자동차용 조향 토크 보상 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전동식 파워스티어링 장치의 조향 토크를 외부인자 뿐만 아니라 휠 얼라이먼트 틀어짐 또는 타이어 마모 등과 같은 내부인자를 고려하여 보상할 수 있도록 한 자동차용 조향 토크 보상 장치 및 방법에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 차량의 휠 얼라인먼트 틀어짐 또는 타이어 편마모와 같은 차량의 비정상적 내부인자를 고려하여 조향 토크를 항시 보상할 수 있고, 내부인자에 대한 학습 기능 추가를 통하여 조향 토크를 항시 보상할 수 있도록 함으로써, 운전자의 조향 에포트(EFFORT)를 크게 저감시켜서 항상 편안하고 부드러운 조향감을 제공할 수 있도록 한 자동차용 조향 토크 보상 장치 및 방법을 제공하고자 한 것이다.

Description

자동차용 조향 토크 보상 장치 및 방법{Device and method for controlling torque compensation of motor driven power steering}
본 발명은 자동차용 조향 토크 보상 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전동식 파워스티어링 장치의 조향 토크를 외부인자 뿐만 아니라 휠 얼라이먼트 틀어짐 또는 타이어 편마모와 같은 내부인자를 고려하여 보상할 수 있도록 한 자동차용 조향 토크 보상 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근에 출시되는 차량에는 주행속도에 따른 조타력을 변화시키기 위해 전동식 파워스티어링 장치(MDPS: motor driven power steering)가 탑재되고 있다.
상기 전동식 파워스티어링 장치는 차속 감응형 파워스티어링 장치로서, 전동식 파워스티어링 모듈의 ECU가 차량속도에 따라 조향각 및 모터 움직임을 제어하면서 최적의 조향감을 운전자에게 제공하는 기능을 한다.
상기 전동식 파워스티어링 장치는 첨부한 도 7에서 보는 바와 같이, 조향을 위한 동력 발생용 모터(102)와, 모터(102)의 출력축과 스티어링샤프트(106) 간을 연결하는 랙 구동형 감속기어박스(104)와, 차속을 비롯하여 조향각, 조향토크 등을 입력받아 모터(102)의 구동을 제어하는 제어기(100) 등으로 구성되어, 조향력을 어시스트(assist)하는 기능을 한다.
여기서, 위와 같이 구성된 전동식 스티어링 장치에 대한 종래의 조향 토크 보상을 위한 구성 및 방법을 첨부한 도 5를 참조로 설명하면 다음과 같다.
전동식 파워스티어링 장치를 제어하기 위한 제어기(100)는 모터 제어부(110)와, 모터 토크 보상부(120)로 크게 나누어져 구성된다.
상기 모터 제어부(110)에는 모터에 대한 전반적인 구동 제어를 위하여, 조향 토크센서에서 검출된 조향토크 신호와, 조향각 감지센서에서 검출된 조향각 신호와, 차속센서에서 검출된 차속신호 등이 입력된다.
상기 모터 토크 보상부(120)에는 조향토크 신호와 조향각 신호와 차속신호 뿐만 아니라, 모터 토크 보상을 위하여 필요한 조향각속도 신호 및 요각속도(YAW RATE)신호가 함께 입력된다.
특히, 상기 모터 토크 보상부(120)는 입력신호들 즉, 조향토크 신호/조향각 신호/차속신호/조향각속도 신호/요각속도 신호를 처리하는 신호처리부(122)와, 각 입력신호들을 기반으로 차량이 직진 상태임을 판단하는 직진 판단부(124)와, 외부인자(도로구배, 외부 횡풍)에 의한 횡력 발생 여부를 판정하는 외부인자 횡력 판단부(126)와, 직진 판단부(124) 및 외부인자 횡력 판단부(126)의 판정 결과 신호에 따라 조향을 위한 모터 보상 토크를 산출하는 보상 토크 연산부(128)를 포함하여 구성된다.
따라서, 상기 토크 보상 연산부(128)에서 산출된 모터 보상 토크량이 모터 제어부(110)로 입력되면, 모터 제어부(110)에서는 모터 보상 토크량을 가감하여 모터 토크를 제어하게 된다.
첨부한 도 6은 종래의 조향을 위한 모터 토크 보상예를 나타낸 토크 보상 패턴을 나타낸다.
도 6에서 보듯이, 차량의 외부인자 즉, 도로구배 또는 차량에 작용하는 외부 횡풍 등으로 인하여 좌구배 또는 우구배 등과 같은 토크 오프셋이 발생되는 바, 이러한 토크 오프셋이 토크 보상 연산부(128)에서 산출된 모터 보상 토크량에 의하여 보상됨으로써, 운전자의 조향 에포트(EFFORT)를 저감시킬 수 있고, 그에 따라 운전자는 편안하고 부드러운 조향감을 느낄 수 있게 된다.
그러나, 종래의 조향 토크 보상 방법은 차량의 외부인자(도로구배 또는 차량에 작용하는 외부 횡풍)로 인하여 발생되는 토크 오프셋에 대한 보상이 용이하게 이루어지고 있으나, 주행중 한쪽 방향으로 쏠림 현상을 야기하는 휠 얼라이먼트 틀어짐 또는 타이어의 편마모 등과 같은 내부인자를 고려하지 않음에 따라 운전자의 조향감을 저하시키는 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 차량의 휠 얼라인먼트 틀어짐 또는 타이어 편마모와 같은 차량의 비정상적 내부인자를 고려하여 조향 토크를 항시 보상할 수 있고, 내부인자에 대한 학습 기능 추가를 통하여 조향 토크를 항시 보상할 수 있도록 함으로써, 운전자의 조향 에포트(EFFORT)를 크게 저감시켜서 항상 편안하고 부드러운 조향감을 제공할 수 있도록 한 자동차용 조향 토크 보상 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 구현예는: 조향토크 신호, 조향각 신호, 차속신호, 조향각속도 신호, 요각속도 신호를 포함하는 조향 토크 보상용 입력신호를 처리하는 신호처리부와; 각 조향 토크 보상용 입력신호들을 기반으로 차량이 직진 상태임을 판단하는 직진 판단부와; 휠 얼라인먼트 틀어짐 또는 타이어 편마모를 포함하는 내부인자에 의한 횡력 발생 여부를 판정하도록 한 내부인자 횡력 판단부와; 직진 판단부 및 내부인자 횡력 판단부의 판정 결과 신호에 따라 조향을 위한 모터 보상 토크를 산출하는 보상 토크 연산부; 를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 자동차용 조향 토크 보상 장치를 제공한다.
본 발명의 일 구현예에서, 상기 보상 토크 연산부에는 내부인자에 의한 학습된 조향 토크 오프셋 및 조향을 위한 모터 보상 토크량이 저장되는 학습 메모리부가 연결된 것을 특징으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 구현예는: 조향토크 신호, 조향각 신호, 차속신호, 조향각속도 신호, 요각속도 신호를 포함하는 조향 토크 보상용 입력신호를 기반으로 차량이 직진 상태임을 판단하는 단계와; 휠 얼라인먼트 틀어짐 또는 타이어 편마모를 포함하는 내부인자에 의한 횡력 발생 여부를 판단하는 단계와; 직진시 차량 쏠림에 의한 조향 수정 조타가 발생하면 내부인자에 의한 횡력이 발생한 것으로 판정하는 단계와; 내부인자에 의한 횡력 발생시의 조향 토크 오프셋량을 근거로 조향을 위한 모터 보상 토크를 산출하는 단계와; 산출된 모터 보상 토크량 만큼 조향을 위한 모터 토크에 항시 보상이 이루어지는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 조향 토크 보상 방법을 제공한다.
본 발명의 다른 구현예는, 상기 조향 토크 오프셋량 및 조향을 위한 모터 보상 토크량에 대한 학습내용이 학습 메모리부에 저장되는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 휠 얼라인먼트 틀어짐 또는 타이어 편마모에 따른 조향 토크 오프셋 원인이 해소되는 경우, 상기 학습 메모리부에 기 저장된 학습내용이 삭제되는 것을 특징으로 한다.
상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.
본 발명에 따르면, 차량의 주행 중 외부인자(도로구배, 외부 횡풍)에 의한 횡력 발생 여부를 판정하여 조향 토크 즉, 조향을 위한 모터 토크를 보상하는 것 이외에 휠 얼라인먼트 틀어짐 또는 타이어 편마모와 같은 차량의 비정상적 내부인자까지 고려하여 조향 토크를 보상하여 운전자의 조향 에포트(EFFORT)를 크게 저감시켜서 운전자 조향 편의성을 향상시킬 수 있다.
또한, 내부인자에 대한 학습을 통하여 조향 토크를 항시 보상할 수 있고, 내부인자 해소(휠 얼라이먼트 틀어짐 또는 타이머 편마모 해소)시에는 학습에 의한 조향 토크 보상이 삭제되도록 함으로써, 조향 토크 보상 로직의 정밀성을 제공할 수 있고, 결국 차량의 조향 특성 및 그에 따른 감성 품질을 크게 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 자동차용 조향 토크 보상 장치를 나타내는 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 자동차용 조향 토크 보상 장치의 조향 토크 보상을 위한 모터 토크 보상부를 나타낸 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 자동차용 조향 토크 보상 방법을 설명하는 제어도,
도 4는 본 발명의 자동차용 조향 토크 보상 방법에 따른 보상 토크 패턴을 나타낸 도면,
도 5는 종래의 자동차용 조향 토크 보상 장치를 나타내는 구성도,
도 6은 종래의 자동차용 조향 토크 보상 방법에 따른 보상 토크 패턴을 나타낸 도면,
도 7은 전동식 파워 스티어링 장치에 대한 구성을 나타낸 개략도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.
첨부한 도 1에 도시된 바와 같이, 전동식 파워스티어링 장치를 제어하기 위한 제어기(100)는 모터 제어부(110)와, 조향 토크 보상을 위한 모터 토크 보상부(120)로 크게 나누어져 구성된다.
상기 모터 제어부(110)는 조향 토크센서에서 검출된 조향토크 신호와, 조향각 감지센서에서 검출된 조향각 신호와, 차속센서에서 검출된 차속신호 등을 입력받아 모터에 대한 전반적인 구동 제어를 담당한다.
특히, 상기 모터 토크 보상부(120)에는 조향토크 신호와 조향각 신호와 차속신호 뿐만 아니라, 모터 토크 보상을 위하여 필요한 조향각속도 신호 및 요각속도(YAW RATE) 신호 등을 함께 입력받아서 조향을 위한 모터 토크 보상량을 산출한다.
본 발명에 따른 자동차용 조향 토크 보상 장치 즉, 모터 토크 보상부(120)는 첨부한 도 1 및 도 2에서 보듯이, 조향토크 신호, 조향각 신호, 차속신호, 조향각속도 신호, 요각속도 신호를 포함하는 조향 토크 보상용 입력신호를 처리하는 신호처리부(122)와, 각 조향 토크 보상용 입력신호들을 기반으로 차량이 직진 상태로 주행중임을 판단하는 직진 판단부(124)를 포함한다.
상기 모터 토크 보상부(120)는 휠 얼라인먼트 틀어짐 또는 타이어 편마모 등과 같은 내부인자에 의한 횡력 발생 여부를 판정하는 내부인자 횡력 판단부(130)를 포함하고, 직진 판단부(124) 및 내부인자 횡력 판단부(130)의 판정 결과 신호에 따라 조향을 위한 모터 보상 토크를 산출하는 보상 토크 연산부(128)를 포함한다.
따라서, 상기 직진 판단부(124)에서 직진 주행임을 판정하는 신호와 내부인자 횡력 판단부(130)에서 내부인자에 의한 횡력이 발생됨을 판정한 신호가 보상 토크 연산부(128)로 입력되면, 보상 토크 연산부(128)에 의한 조향 토크 보상량이 산출된다.
이때, 상기 보상 토크 연산부(128)에는 내부인자에 의한 학습된 조향 토크 오프셋량과, 조향 토크 오프셋량에 맞는 조향을 위한 모터 보상 토크량 등과 같은 학습내용이 저장되는 학습 메모리부(132)가 연결된다.
여기서, 상기한 구성을 기반으로 하는 본 발명의 자동차용 조향 토크 보상 방법을 첨부한 도 2 내지 도 4를 참조로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 조향 토크센서에서 검출된 조향토크 신호와, 조향각 감지센서에서 검출된 조향각 신호와, 차속센서에서 검출된 차속신호 등이 모터 제어부(110)로 입력되어, 모터의 구동을 위한 전류 및 전압 제어 등과 같은 전반적인 모터 구동 제어가 이루어진다.
이와 동시에, 상기 조향토크 신호, 조향각 신호, 차속신호를 비롯하여, 조향각속도 신호 및 요각속도 신호를 포함하는 조향 토크 보상용 입력신호가 신호처리부(122)에서 신호 처리된 후, 직진 판단부(124)로 입력된다.
다음으로, 상기 직진 판단부(124)에서 조향토크 신호, 조향각 신호, 조향각속도 신호 등을 기반으로 차량이 직진 상태임을 판단한다.
예를 들어, 일정 차속에서 스티어링 휠이 중립에 있는 경우 조향토크 신호 및 조향각이 제로(0), 조향각속도 신호 등도 제로(0) 라면, 차량이 직진 상태로 주행하고 있다고 판정한다.
차량이 직진 상태라고 판정함에도 불구하고, 휠 얼라인먼트 틀어짐 또는 타이어 편마모 등과 같은 내부요소로 인하여 스티어링 휠이 중립에 있다 하더라도 차량이 한쪽 방향으로 쏠리는 현상이 발생된다.
이에, 상기 내부인자 횡력 판단부(130)에서 휠 얼라인먼트 틀어짐 또는 타이어 편마모 등과 같은 내부요소로 인한 횡력 발생 유무를 판정한다.
예를 들어, 운전자가 스티어링 휠를 잡고 차량이 쏠리는 반대방향으로 조향 수정을 위한 조타를 시도할 때, 조향을 위한 모터 토크에 기준 토크를 벗어난 토크 오프셋이 발생한 것으로 판정하게 된다.
따라서, 상기 직진 판단부(124)에서 직진 주행임을 판정하는 신호와, 상기 내부인자 횡력 판단부(130)에서 내부인자에 의한 횡력이 발생됨을 판정한 신호가 보상 토크 연산부(128)로 입력되면, 보상 토크 연산부(128)에서 조향 토크 보상량을 산출하게 된다.
이에 따라, 상기 보상 토크 연상부(128)에서 내부인자에 의한 횡력 발생시의 조향 토크 오프셋량을 근거로 조향을 위한 모터 보상 토크를 산출한 후, 산출된 보상 토크량을 모터 제어부(110)로 인가하면, 모터 제어부(110)에서 모터 보상 토크량을 가감하여 모터 토크를 제어하게 된다.
도 4에서 보듯이, 본 발명의 조향 토크 보상은 차량의 외부인자(도로구배 또는 차량에 작용하는 외부 횡풍 등)로 인하여 좌구배 또는 우구배 등과 같은 토크 오프셋을 보상하는 것 이외에 내부인자(휠 얼라이먼트 틀어짐 또는 타이머 편마모)로 인한 토크 오프셋을 항시 보상하여, 운전자의 조향 에포트(EFFORT)를 크게 저감시킬 수 있고, 그에 따라 운전자 조향 편의성을 더욱 향상시킬 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 조향 토크 보상 과정 중, 내부인자로 인한 토크 오프셋에 대한 항시 보상이 이루어지되, 일정 시간의 보상 토크를 여러번 평균하여 업데이트시킨 보상 토크로 항시 보상하도록 함으로써, 조향 이질감을 좀 더 해소시켜 보다 부드러운 조향이 이루어지게 된다.
본 발명의 바람직한 실시예로서, 상기 보상 토크 연상부(128)에서 내부인자에 의한 횡력 발생시의 조향 토크 오프셋량을 근거로 조향을 위한 모터 보상 토크를 산출할 때, 조향 토크 오프셋량과 산출된 보상 토크량(조향을 위한 모터 보상 토크량) 등이 학습 메모리부(132)에 저장되도록 한다.
만일, 학습 기능이 없으면 순간 보상 후 보상 토크 내용이 사라지지만, 학습 메모리(132)에 보상 토크 내용이 저장되어 차량의 내부인자로 인한 비정상 상태에 대한 항시적 조향 토크 보상 유지가 가능하다.
이때, 차량 정비를 통해 휠 얼라인먼트가 바로 잡아지고, 타이어가 새로운 것으로 교체되는 경우에는 휠 얼라인먼트 틀어짐 또는 타이어의 편마모에 따른 조향 토크 오프셋 원인이 해소되는 상태가 되므로, 학습 메모리부에 기 저장된 학습내용을 삭제시키도록 한다.
이상과 같이, 차량의 주행 중 외부인자(도로구배, 외부 횡풍)에 의한 횡력 발생 여부를 판정하여 조향을 위한 모터 토크를 보상하는 것 이외에 휠 얼라인먼트 틀어짐 또는 타이어 편마모와 같은 차량의 비정상적 내부인자까지 고려하여 조향 토크를 보상하함으로써, 운전자의 조향 에포트(EFFORT)를 크게 저감시켜서 운전자 조향 편의성을 크게 향상시킬 수 있다.
100 : 제어기
110 : 모터 제어부
120 : 모터 토크 보상부
122 : 신호처리부
124 : 직진 판단부
126 : 외부인자 횡력 판단부
128 : 보상 토크 연산부
130 : 내부인자 횡력 판단부
132 : 학습 메모리부

Claims (5)

  1. 조향토크 신호, 조향각 신호, 차속신호, 조향각속도 신호, 요각속도 신호를 포함하는 조향 토크 보상용 입력신호를 처리하는 신호처리부(122)와;
    각 조향 토크 보상용 입력신호들을 기반으로 차량이 직진 상태임을 판단하는 직진 판단부(124)와;
    휠 얼라인먼트 틀어짐 또는 타이어 편마모를 포함하는 내부인자에 의한 횡력 발생 여부를 판정하도록 한 내부인자 횡력 판단부(130)와;
    직진 판단부(124) 및 내부인자 횡력 판단부(130)의 판정 결과 신호에 따라 조향을 위한 모터 보상 토크를 산출하는 보상 토크 연산부(128);
    를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 자동차용 조향 토크 보상 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 보상 토크 연산부(128)에는 내부인자에 의한 학습된 조향 토크 오프셋량과, 조향을 위한 모터 보상 토크량에 대한 학습내용이 저장되는 학습 메모리부(132)가 연결된 것을 특징으로 하는 자동차용 조향 토크 보상 장치.
  3. 조향토크 신호, 조향각 신호, 차속신호, 조향각속도 신호, 요각속도 신호를 포함하는 조향 토크 보상용 입력신호를 기반으로 차량이 직진 상태임을 판단하는 단계와;
    휠 얼라인먼트 틀어짐 또는 타이어 편마모를 포함하는 내부인자에 의한 횡력 발생 여부를 판단하는 단계와;
    직진시 차량 쏠림에 의한 조향 수정 조타가 발생하면 내부인자에 의한 횡력이 발생한 것으로 판정하는 단계와;
    내부인자에 의한 횡력 발생시의 조향 토크 오프셋량을 근거로 조향을 위한 모터 보상 토크를 산출하는 단계와;
    산출된 모터 보상 토크량 만큼 조향을 위한 모터 토크에 항시 보상이 이루어지는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 조향 토크 보상 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 조향 토크 오프셋량 및 조향을 위한 모터 보상 토크량에 대한 학습내용이 학습 메모리부에 저장되는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 조향 토크 보상 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    휠 얼라인먼트 틀어짐 또는 타이어 편마모에 따른 조향 토크 오프셋 원인이 해소되는 경우, 상기 학습 메모리부에 기 저장된 학습내용이 삭제되는 것을 특징으로 하는 자동차용 조향 토크 보상 방법.
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