KR20160065365A - Ｍｄｐｓ 시스템의 외란보상장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 조향각속도가 노면으로부터의 외란에 의해 발생된 것인지 여부를 판별하는 조향각속도 판별부; 컬럼토크가 노면으로부터의 외란에 의해 발생된 것인지 여부를 판별하는 컬럼토크 판별부; 컬럼토크의 컬럼토크변화율을 생성하는 토크변화율 생성부; 조향각속도 판별부의 판별 결과와 컬럼토크 판별부의 판별 결과 및 컬럼토크 판별부의 컬럼토크변화율을 이용하여 외란에 대한 보상토크를 산출하는 보상토크 산출부; 및 MDPS 시스템의 어시스트토크와 보상토크 산출부의 보상토크를 통해 최종 어시스트토크를 생성하여 출력하는 최종 어시스트토크 출력부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

ＭＤＰＳ 시스템의 외란보상장치{APPARATUS FOR COMPENSATING DISTURBANCE OF MDPS SYSTEM}

본 발명은 MDPS 시스템의 외란보상장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 지면의 갑작스런 노면반력을 상쇄하여 조향에 미치는 영향을 최소화한 MDPS 시스템의 외란보상장치에 관한 것이다.

일반적으로, MDPS(MOTOR DRIVEN POWER STEERING) 시스템은 차량의 저속 운행시에는 가볍고 편안한 조향 조작감이 부여되게 모터를 제어하고, 차량의 고속 운행시에는 무겁고 안정적인 조향 조작감이 부여되도록 모터를 제어하며, 비상 상황시에는 신속한 조향이 이루어질 수 있도록 모터를 제어함으로써, 운전자에게 최적의 조향 조작 환경을 제공한다.

이러한 MDPS 시스템의 기본 로직은 어시스트 토크를 생성하는 메인로직에 부스트로직이 있고 컬럼토크를 입력받아 부스트 커브를 거친 후, 안정화 필터를 거치는 구조로 구성된다. 컬럼토크는 저주파대역 필터에 의해 저주파 토크와 고주파 토크로 나누어 어시스트를 하게 된다.

그러나, 종래의 MDPS 시스템은 단순 컬럼 주파수에 따라서만 어시스트를 가변할 수 있어, 운전자가 원하는 영역과 원하지 않는 영역을 구분하여 어시스트를 제어할 수 없는 문제점이 있었다.

본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제10-2013-0056062호(2013.05.29)에 개시되어 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 본 발명의 목적은 지면의 갑작스런 노면반력을 상쇄하여 조향에 미치는 영향을 최소화한 MDPS 시스템의 외란보상장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 운전자에게 이질감을 줄 수 있는 킥백을 저감시키고, 킥백에 의해 발생될 수 있는 원치않는 스티어링을 방지할 수 있도록 한 MDPS 시스템의 외란보상장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 노면에 따라 운전자에게 피드백이 필요한 토크 변화를 감쇄시키지 않고 적절하게 전달할 수 있어 운전자 노면 피드백 감을 증대시킬 수 있도록 한 MDPS 시스템의 외란보상장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따른 MDPS 시스템의 외란보상장치는 조향각속도가 노면으로부터의 외란에 의해 발생된 것인지 여부를 판별하는 조향각속도 판별부; 컬럼토크가 노면으로부터의 외란에 의해 발생된 것인지 여부를 판별하는 컬럼토크 판별부; 컬럼토크의 컬럼토크변화율을 생성하는 토크변화율 생성부; 상기 조향각속도 판별부의 판별 결과와 상기 컬럼토크 판별부의 판별 결과 및 상기 컬럼토크 판별부의 컬럼토크변화율을 이용하여 외란에 대한 보상토크를 산출하는 보상토크 산출부; 및 MDPS 시스템의 어시스트토크와 상기 보상토크 산출부의 상기 보상토크를 통해 최종 어시스트토크를 생성하여 출력하는 최종 어시스트토크 출력부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서, 상기 조향각속도 판별부는 조향각을 미분하여 조향각속도를 산출한 후 산출된 조향각속도에 절대값을 추출하고, 추출된 절대값에 대응되는 외란보상신호를 출력하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서, 상기 컬럼토크 판별부는 컬럼토크의 절대값을 추출하고, 추출된 절대값에 대응되는 외란보상신호를 출력하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서, 상기 토크변화율 생성부는 컬럼토크를 미분하여 컬럼토크변화율을 산출하고 컬럼토크 변화율의 저주파 성분을 필터링한 후, 컬럼토크 변화율의 고주파 성분을 검출하여 고주파 성분의 외란보상신호를 출력하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서, 상기 보상토크 산출부는 컬럼토크에 컬럼토크변화율을 조향각속도로 나눈 값을 곱하여 상기 보상토크를 산출하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서, 상기 보상토크는 조향각속도와 컬럼토크가 외란에 의해 발생되면 상대적으로 크게 산출되고, 운전자 조타에 의해 발생되면 외란에 의해 발생된 것에 비해 상대적으로 낮게 산출되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서, 상기 최종 어시스트토크 출력부는 상기 MDPS 시스템의 어시스트토크에 상기 보상토크를 오버레이하여 최종 어시스트토크를 생성하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 지면의 갑작스런 노면반력을 상쇄하여 조향에 미치는 영향을 최소화할 수 있다.

또한 본 발명은 운전자에게 이질감을 줄 수 있는 킥백을 저감시키고, 킥백에 의해 발생될 수 있는 원치않는 스티어링을 방지한다.

게다가 본 발명은 노면에 따라 운전자에게 피드백이 필요한 토크 변화를 감쇄시키지 않고 적절하게 전달할 수 있어 운전자 노면 피드백 감을 증대시킬 수 있다.

도 1 은 MDPS 시스템의 외란 구조를 나타낸 도면이다.
도 2 는 MDPS 시스템에서 토크 센서와 조향각 센서의 배치 구조를 나타낸 도면이다.
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 MDPS 시스템의 외란보상장치의 블럭 구성도이다.
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 킥백 보상 전과 후의 어시스트 지령을 비교한 도면이다.
도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따라 MDPS 시스템에 적용된 킥백 보상 전과 후의 어시스트 지령을 나타낸 도면이다.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 MDPS 시스템의 외란보상장치를 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 이러한 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 이용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야할 것이다.

도 1 은 MDPS 시스템의 외란 구조를 나타낸 도면이고, 도 2 는 MDPS 시스템에서 토크 센서와 조향각 센서의 배치 구조를 나타낸 도면이며, 도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 MDPS 시스템의 외란보상장치의 블럭 구성도이다.

도 1 을 참조하면, 기존 MDPS 시스템(10)의 주요 로직인 부스트 로직과 안정화 필터는, 어시스트토크 및 MDPS 시스템(10)의 공진과 MDPS 시스템(10)의 내부 노이즈성 진동리플을 저감하는 역할을 수행한다.

이에, MDPS 시스템(10)은 스티어링 휠(Steerign wheel) 방향으로부터의 입력에 대해서는 저주파부터 고주파까지 어시스트가 가능하도록 설계되고 조타와 수방의 영역으로 구분되어 각각의 성능을 판단한다.

그러나 지면으로부터의 입력으로 인하여 스티어링 휠에 영향을 주는 부분에 대해서는 MDPS 시스템(10)의 반응이 상대적으로 미비하다. 이러한 외란 성분은 둔턱이나 움푹 파인 지형에 대한 임펄스성 강외란과 래틀노면와 같은 주기성 약외란으로 구분될 수 있다.

운전자 입력 및 외란은 MDPS 시스템(10)의 구조는 토크 센서(30)와 조향각 센서(20)에 의해 검출될 수 있으며, 토크 센서(30)와 조향각 센서(20)는 MDPS 시스템(10) 내 도 2 에 도시된 바와 같이 설치될 수 있다.

즉, 도 1 과 도 2 에 도시된 바와 같이 래틀노면 또는 킥백에 의한 외란은 피니언과 유니버셜 조인트를 거쳐 조향 컬럼으로 전달되므로, 토크 센서(30)와 조향각 센서(20)는 조향 컬럼을 통해 외란을 검출할 수 있다.

이에 본 발명의 일 실시예에 따른 MDPS 시스템의 외란보상장치는 조향각 센서(20)와 토크 센서(30)를 이용하여 외란을 검출하고, 이를 기반으로 외란에 대한 보상토크를 생성하여 기존의 MDPS 시스템(10)으로부터 출력되는 어시스트토크에 오버레이하여 최종 어시스트토크를 출력한다.

도 3 을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 MDPS 시스템(10)의 외란보상토크는 조향각 센서(20), 토크 센서(30), 조향각속도 판별부(40), 컬럼토크 판별부(50), 토크변화율 생성부(60), 보상토크 산출부(70) 및 최종 어시스트토크 출력부(80)를 포함한다.

조향각 센서(20)는 운전자 조타 및 외란에 의한 조향각을 감지한다.

토크 센서(30)는 운전자 조타 및 외란에 의한 컬럼토크를 감지한다.

조향각속도 판별부(40)는 조향각 센서(20)에 의해 감지된 조향각을 토대로 조향각속도를 검출하고, 조향각속도가 노면으로부터의 외란에 의해 발생된 것인지 또는 운전자 조타에 의한 것인지 여부를 판별한다.

즉, 조향각속도 판별부(40)는 조향각 센서(20)에 의해 감지된 조향각이 입력되면, 이 조향각을 미분하여 조향각속도를 산출하고, 산출된 조향각속도에 절대값을 추출한 후, 추출된 절대값에 대응되는 외란보상신호를 출력한다. 여기서, 외란보상신호는 운전자 조타 또는 외란에 따라 나타나는 조향각속도로서, 외란보상신호는 래틀노면이면 상대적으로 작게 나타나고, 킥백이면 상대적으로 작게 나타나며 운전자 조타에 의한 것이면 다양한 크기로 나타날 수 있다.

컬럼토크 판별부(50)는 토크 센서(30)에 의해 감지된 컬럼토크가 노면으로부터의 외란에 의해 발생된 것인지 또는 운전자 조타에 의한 것인지 여부를 판별한다.

즉, 컬럼토크 판별부(50)는 토크 센서(30)에 의해 감지된 컬럼토크의 절대값을 추출하고 추출된 절대값에 대응되는 외란보상신호를 출력한다. 여기서, 외란보상신호는 운전자 조타 또는 외란에 따라 나타나는 조향각속도로서, 래틀노면일 경우 상대적으로 매우 작게 나타나고, 킥백이면 상대적으로 크게 나타나며, 운전자 조타에 의한 것이면 래틀노면과 킥백에 의한 것 사이의 범위로 나타날 수 있다.

토크변화율 생성부(60)는 컬럼토크에 대한 컬럼토크변화율(주파수)을 입력한다. 토크변화율 생성부(60)는 컬럼토크를 미분하여 컬럼토크변화율을 산출하고 컬럼토크 변화율의 저주파 성분을 필터링한다. 이어 토크변화율 생성부(60)는 컬럼토크변화율에서 저주파성분이 필터링된 컬럼토크 변화율을 차감하여 컬럼토크변화율의 고주파 성분을 검출하고, 검출된 고주파 성분에 대응되는 외란보상신호를 출력한다.

보상토크 산출부(70)는 조향각속도 판별부(40)의 판별 결과와 컬럼토크 판별부(50)의 판별 결과 및 컬럼토크 판별부(50)의 컬럼토크변화율을 이용하여 외란에 대한 보상토크를 산출한다.

한편, 래틀노면과 킥백 및 운전자 조타에 의해 발생될 수 있는 조향각속도, 컬럼토크, 컬럼토크변화율(주파수)에 대한 보상토크는 아래의 표 1 과 같다.

보상토크

외란보상신호	래틀노면	킥백	운전자 조타
조향각속도	소	소	소 or 중 or eo
컬럼토크	극소	대 or 극대	중
컬럼토크변화율(주파수)	중	대	극소
보상토크	소	대	극소

표 1 을 참조하면, 래틀노면, 킥백 및 운전자 조타에 의해 조향각속도와 컬럼토크 및 컬럼토크변화율은 다양한 크기로 나타날 수 있으며, 이를 통해 래틀노면, 킥백 및 운전자 조타에 의한 조향각속도와 컬럼토크 및 컬럼토크변화율 각각의 상대적인 크기를 알 수 있다.

이 경우, 보상토크 산출부(70)는 컬럼토크와 컬럼토크변화율을 조향각속도로 나눈 값을 곱하여 보상토크를 산출(컬럼토크×컬럼토크변화율/조향각속도)한다. 보상토크를 산출하는 방식을 참고하면, 컬럼토크는 킥백이 크게 발생하는 부분을 선별하여 보상하기 위해 디커플링되는 한편, 컬럼토크변화율은 운전자 조타로 생성된 고주파 토크와 구별되, 저속조타구간의 킥백만을 구분하여 보상하기 위해 조향각속도로 디커플링된다.

이에, 보상토크는 조향각속도와 컬럼토크가 외란에 의해 발생되면 상대적으로 크게 산출되고, 운전자 조타에 의해 발생되면 외란에 의해 발생된 것에 비해 상대적으로 낮게 산출된다. 특히, 킥백에 의해 외란이 발생되는 경우, 보상토크는 래틀노면 및 운전자 조타의 경우에 비해 상대적으로 가장 크게 나타난다.

한편, 보상토크 산출부(70)는 상기한 바와 같은 보상토크를 산출하는 방식 이외에도 컬럼토크와 컬럼토크변화율 및 조향각속도의 제곱근을 이용하여 보상토크를 산출할 수도 있다.

최종 어시스트토크 출력부(80)는 MDPS 시스템(10)의 어시스트토크와 보상토크 산출부(70)의 보상토크를 이용하여 최종 어시스트토크를 산출한다. 이 경우, 최종 어시스트토크 출력부(80)는 MDPS 시스템(10)의 어시스트토크에 보상토크를 오버레이하여 최종 어시스트토크를 생성한 후 출력한다.

여기서, MDPS 시스템(10)은 차속과 조향각, 컬럼토크 등을 이용하여 운전자 조타에 대응되는 어시스트토크를 생성한다. 이러한 MDPS 시스템(10)은 차량의 저속 운행시에는 가볍고 편안한 조향 조작감이 부여되게 모터를 제어하고, 차량의 고속 운행시에는 무겁고 안정적인 조향 조작감이 부여되도록 모터를 제어하며, 비상 상황시에는 신속한 조향이 이루어질 수 있도록 모터를 제어하여 운전자에게 편안하고 안정된 조향 환경을 제공한다.

이하, 도 4 와 도 5 를 참조하여 보상전후의 토크 변화를 설명한다.

도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 킥백 보상 전과 후의 어시스트 지령을 비교한 도면이고, 도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따라 MDPS 시스템에 적용된 킥백 보상 전과 후의 어시스트 지령을 나타낸 도면이다.

도 4 를 참조하면, 킥백 보상전의 어시스트 토크(파란색)과 킥백 보상후의 최종 어시스트토크(빨간색)이 나타난다. 참고로, 최종 어시스트토크는 킥백 보상전의 어시스토크에 보상토크를 오버레이하여 생성된 것이다.

도 4 를 참조하면, 킥백이라고 판단되어지는 수준의 임펄스성 외란이 유입되었을 경우에, 이를 판별하고 고주파 성분만큼 임펄스 형태의 보상토크을 생성하여 킥백 보상전의 어시스트토크에 더해준다. 그 결과, 킥백에 의한 외란도 어시스트되어 스티어링 휠은 부드러운 조향감을 유지할 수 있고, 운전자가 노면반력을 덜 느끼게 해 줌으로써 좀더 안전한 조향환경을 형성한다.

또한, 킥백 보상후에는 킥백 보상전의 어시스트 토크와 점차적으로 같아지게 되어 이질감을 느끼지 않도록 함을 알 수 있다. 이와 같이 보상토크가 시스템에 적용된 결과는 도 5 에 도시된 바와 같다.

도 5 에서 좌측의 킥백 보상전 어시스트를 나타낸 도면에는, 킥백 보상전에 운전자가 입력한 지령토크(파란색)와 이를 어시스트한 토크가 피드백되어 외란토크와 운전자지령 그리고 시스템 내부마찰이 더해져서 생성된 컬럼토크(빨간색)가 나타난다. 이를 참고하면, 킥백 유입시 운전자 토크에 임펄스 성분이 발생하면 이 임펄스 성분이 컬럼토크에 그대로 유입되어 킥백에 대해서는 크게 어시스트 되지 않음을 알 수 있다.

그러나, 도 5 에서 좌측의 킥백 보상후 어시스트를 나타낸 도면에는, 킥백 보상후에 운전자가 입력한 지령토크(파란색)와 마찬가지로 모든 반응이 어우러져 생성된 컬럼토크(검은색)이 나타난다. 이를 참고하면, 킥백 유입시 운전자 토크에 임펄스 성분이 발생하더라도 임펄스성 성분이 컬럼토크에 유입되므로, 조향감에 영향을 주는 킥백에 의한 토크 성분이 어시스트되어 일반 로직만 적용한 경우보다 운전자 토크가 많이 저감되어 있음을 알 수 있다. 그러므로 본 실시예는 킥백에 의한 임펄스성 강외란에 대하여 효과가 있음을 알 수 있다.

이와 같은 본 실시예는 본 발명은 지면의 갑작스런 노면반력을 상쇄하여 조향에 미치는 영향을 최소화할 수 있다.

또한 본 실시예는 운전자에게 이질감을 줄 수 있는 킥백을 저감시키고, 킥백에 의해 발생될 수 있는 원치않는 스티어링을 방지한다.

게다가 본 실시예는 노면에 따라 운전자에게 피드백이 필요한 토크 변화를 감쇄시키지 않고 적절하게 전달할 수 있어 운전자 노면 피드백 감을 증대시킬 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.

10: MDPS 시스템
20: 조향각 센서
30: 토크 센서
40: 조향각속도 판별부
50: 컬럼토크 판별부
60: 토크변화율 생성부
70: 보상토크 산출부
80: 최종 어시스트토크 출력부

Claims (7)

1. 조향각속도가 노면으로부터의 외란에 의해 발생된 것인지 여부를 판별하는 조향각속도 판별부;
   컬럼토크가 노면으로부터의 외란에 의해 발생된 것인지 여부를 판별하는 컬럼토크 판별부;
   컬럼토크의 컬럼토크변화율을 생성하는 토크변화율 생성부;
   상기 조향각속도 판별부의 판별 결과와 상기 컬럼토크 판별부의 판별 결과 및 상기 컬럼토크 판별부의 컬럼토크변화율을 이용하여 외란에 대한 보상토크를 산출하는 보상토크 산출부; 및
   MDPS 시스템의 어시스트토크와 상기 보상토크 산출부의 상기 보상토크를 통해 최종 어시스트토크를 생성하여 출력하는 최종 어시스트토크 출력부를 포함하는 MDPS 시스템의 외란보상장치.
   
2. 제 1 항에 있어서, 상기 조향각속도 판별부는 조향각을 미분하여 조향각속도를 산출한 후 산출된 조향각속도에 절대값을 추출하고, 추출된 절대값에 대응되는 외란보상신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 MDPS 시스템의 외란보상장치.
   
3. 제 1 항에 있어서, 상기 컬럼토크 판별부는 컬럼토크의 절대값을 추출하고, 추출된 절대값에 대응되는 외란보상신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 MDPS 시스템의 외란보상장치.
   
4. 제 1 항에 있어서, 상기 토크변화율 생성부는 컬럼토크를 미분하여 컬럼토크변화율을 산출하고 컬럼토크 변화율의 저주파 성분을 필터링한 후, 컬럼토크 변화율의 고주파 성분을 검출하여 고주파 성분의 외란보상신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 MDPS 시스템의 외란보상장치.
   
5. 제 1 항에 있어서, 상기 보상토크 산출부는 컬럼토크에 컬럼토크변화율을 조향각속도로 나눈 값을 곱하여 상기 보상토크를 산출하는 것을 특징으로 하는 MDPS 시스템의 외란보상장치.
   
6. 제 1 항에 있어서, 상기 보상토크는 조향각속도와 컬럼토크가 외란에 의해 발생되면 상대적으로 크게 산출되고, 운전자 조타에 의해 발생되면 외란에 의해 발생된 것에 비해 상대적으로 낮게 산출되는 것을 특징으로 하는 MDPS 시스템의 외란보상장치.
   
7. 제 1 항에 있어서, 상기 최종 어시스트토크 출력부는 상기 MDPS 시스템의 어시스트토크에 상기 보상토크를 오버레이하여 최종 어시스트토크를 생성하는 것을 특징으로 하는 MDPS 시스템의 외란보상장치.
   

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