KR20160092226A - 랙추력 센싱을 이용한 전동식 파워스티어링 피드백 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전동식 파워스티어링 피드백 제어방법에 관한 것으로, 상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 스프링센서를 통해 타이로드에 작용하는 힘의 변위량을 감지하여 MDPS ECU에 전달하고, 상기 MDPS ECU는 미리 설정된 환산식에 상기 스프링센서의 감지신호를 적용하여 랙추력 값을 환산한 후 상기 MDPS ECU를 통해 환산된 랙추력 값을 전동식 파워스티어링을 제어하는 기존 제어인자의 매개변수로 활용하여 어시스트 전류맵에 반영한 다음 차량 거동 및 노면 상태에 따라 어시스트 전류맵을 반영하여 스티어링필을 구현하는 단계를 포함하는 랙추력 센싱을 이용한 전동식 파워스티어링의 피드백 제어하는 방법을 제공하며, 타이로드에 작용하는 힘의 변위량을 감지하기 위해 스티어링 기어박스의 타이로드엔드와 타이로드 사이에 설치되는 스프링센서를 제공함으로써, 스프링센서를 통해 노면에 대한 랙추력을 실시간으로 피드백하여 종래 전동식 파워스티어링에 비해 보다 향상된 튜닝할 수 있으며, 보다 자연스러운 조향감 성능을 기대할 수 있다.

Description

랙추력 센싱을 이용한 전동식 파워스티어링 피드백 제어방법{Feedback control method for an motor-driven power steering using a rack force sensing}

본 발명은 차량의 주행 중 랙추력 센싱(rack force sensing)을 통한 전동식 파워스티어링([MDPS]motor-driven power steering)의 스티어링 피드백(steering feedback)을 제어하여 조향감(steering feel)을 개선하고, 탁월한 운전능력(fun-driving)을 구현할 수 있는 랙추력 센싱을 이용한 전동식 파워스티어링 피드백 제어방법에 관한 것이다.

최근에 차량의 진행 방향을 조정하는 조향장치는 핸들의 조타력(操舵力)을 가볍고 원활하게 하면서도 신속한 방향전환이 가능하도록 하며, 차속센서 및 조향토크센서를 통해 감지한 차량의 운행 조건에 따라 전자제어장치(ECU)에서 모터를 조작하여 저속 주행 시 가볍고 편안한 조향감을 부여하고, 고속 주행 시 안정적인 조향감과 더불어 양호한 방향 전환성을 부여하며, 비상 상황에서는 급속한 조향이 이루어지도록 하여 운전자에게 최적의 조향 조건을 제공하는 전동식 파워스티어링(motor-driven power steering)를 이용하는 추세이다.

이러한, 전동식 파워스티어링을 이용한 조향 시스템에 경우, 통상적으로 파워 펌프의 구동으로 오일이 순환되어 파워핸들을 작동시켜 주는 유압 방식이 아닌 조향 휠 측 하단부에 보조 조향력을 발생시키기 위한 조향모터가 따로 설치되어 차량에 시동을 걸면 조향 모터가 작동하여 파워핸들을 작동 시킨다.

즉, 각 조향 부품들이 구동할 때, 발생되는 마찰력에 의해서 조향 모터가 필요한 만큼의 보조 조향력을 발생시키지 못하게 되면, 조향 모터에 의한 파워 핸들 구동이 용이하지 않는 현상에 대해 보상하기 위해서 마찰력 보상 로직을 적용한 전동식 파워 스티어링 시스템이 사용된다.

예를 들어, 랙타입(rack-type)의 전동식 파워스티어링의 마찰력을 보상하기 위해서, 랙과 조향기어는 물론 각각의 부품이 동작할 때 발생되는 기구 마찰력을 랙의 운동 방향에 의해서 산출하고, 마찰에 따른 보상을 룩업테이블(lock-up table)을 통해서 랙의 방향에 대해 마찰력 보상 값을 산출하여 조향하는 기술이다.

그러나, 종래 전동식 파워스티어링(MDPS)의 제어에 노면에 대한 외부 조건을 반영하지 못하여 모호한 조향감(steering feel)과 차량의 직결감이 부족하므로 주행 시 차량의 거동 상태가 불안정해지는 문제점이 노출된다.

이에 따라, 고속 주행 시 운전자의 조타력에 대해 차량의 조향감 사이에 발생하는 이질감에 의해 주행 안정성이 저하되므로 주행 중 운전자의 불안감이 상승되는 문제점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 스티어링 기어박스의 타이로드엔드(tie rod end)와 타이로드(tie rod) 사이에 스프링센서(Load cell)를 적용함으로써, 차량의 주행 중 랙추력 센싱을 통한 전동식 파워스티어링의 스티어링 피드백을 제어하여 조향감을 개선하고, 탁월한 운전능력을 구현할 수 있는 랙추력 센싱을 이용한 전동식 파워스티어링 피드백 제어방법을 제공하는데 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 스프링센서를 통해 타이로드에 작용하는 힘의 변위량(displacement)을 감지하여 전동식 파워스티어링 전자제어장치([MDPS ECU] motor-driven power steering electronic control unit)에 전달하고, 상기 MDPS ECU는 미리 설정된 환산식에 상기 스프링센서의 감지신호를 적용하여 랙추력 값을 환산한 후 상기 MDPS ECU를 통해 환산된 랙추력 값을 전동식 파워스티어링을 제어하는 기존 제어인자의 매개변수로 활용하여 어시스트 전류맵에 반영한 다음 차량 거동 및 노면 상태에 따라 어시스트 전류맵을 반영하여 스티어링필을 구현하는 단계를 포함하는 랙추력 센싱을 이용한 전동식 파워스티어링 피드백 제어방법을 제공한다.

이때, 상기 스프링센서는 타이로드에 작용하는 힘의 변위량을 감지하기 위해 스티어링 기어박스의 타이로드엔드와 타이로드 사이에 설치되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 구성된 본 발명을 제공함으로써, 스프링센서를 통해 노면에 대한 랙추력(rack force)을 실시간으로 피드백(feedback)하여 종래 전동식 파워스티어링에 비해 보다 향상된 튜닝(tuning)할 수 있으며, 보다 자연스러운 조향감(steering feel) 성능을 기대할 수 있다.

도 1는 본 발명에 따른 랙추력 센싱을 이용한 전동식 파워스티어링 피드백 제어방법의 흐름도.
도 2은 본 발명에 따른 랙추력 센싱을 이용한 전동식 파워스티어링 피드백 제어방법에 적용되는 스프링센서의 설치상태 구성 예시도.
도 3은 본 발명에 따른 랙추력 센싱을 이용한 전동식 파워스티어링 피드백 제어방법에서 어시스트 전류맵의 생성과정에 대한 흐름도.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 랙추력 센싱을 이용한 전동식 파워스티어링 피드백 제어방법은 도 1에 도시된 제어 흐름도에 의하면, 첫 번째 단계(S100) 스티어링 기어박스(100)에 구비된 스프링센서(130)를 통해 타이로드(110)에 작용하는 힘의 변위량을 감지하여 제어기(140)에 전달한다.

두 번째 단계(S200)로 상기 제어기(140)에 미리 설정된 환산식에 상기 스프링센서(130)의 감지신호를 적용하여 랙추력 값(210)을 환산한다.

이때, 랙추력은 타이어에 걸리는 힘이 스티어링 기어박스에 구성 요소인 랙에 전달되어 랙을 미는 힘을 의미하며, 노면 및 차량 거동에 따라 매 순간 변화하는 측정 값이다.

세 번째 단계(S300)로, 제어기(140)를 통해 환산된 랙추력 값(210)을 전동식 파워스티어링을 제어하는 기존 제어인자(220)의 매개변수인 입력값으로 활용하여 MDPS ECU(200)에 입력하면, 출력값으로 어시스트 전류맵(230)를 산출한다.

네 번째 단계(S400)로, 차량 거동 및 노면 상태에 따른 스티어링 피드백(steering feedback)에 어시스트 전류맵(230)을 반영하여 향상된 스티어링필을 구현한다.

도 2에 도시된 설치상태 구성 예시도에 의하면, 상기 스프링센서(130)는 타이로드(110)에 작용하는 힘의 변위량을 감지하기 위해 스티어링 기어박스(100)의 타이로드엔드(120)와 타이로드(110) 사이에 설치된다.

이때, 상기 스프링센서(130)를 설치하기에 앞서 휠얼라이먼트의 초기 상태를 조정하고 스프링센서(130)의 0점 위치를 셋팅하는 것이 바람직하다.

한편, 도 3에 도시된 어시스트 전류맵의 생성과정에 대한 흐름도에 의하면, 스프링센서(130)를 통해 노면과 타이어의 마찰에 따라 타이로드(110)에 걸리는 힘의 변위량을 설정된 시간 단위로 측정하여 제어기(140)에 보내면, 측정된 변위량을 환산하여 랙추력 값을 도출하고, 이 랙추력 값을 토크센서, 가속센서, 각도센서 등의 스티어링 제어를 위한 매개변수에 입력값으로 활용하여 MDPS ECU(200)에 제공한다.

이때, MDPS ECU(200)는 기존 보다 튜닝된 어드레스 전류맵(230)을 얻게 된다.

즉, 기존에는 노면 피드백에 대한 제어가 없었으나 본 발명에 개선 방향에 따라 랙추력을 스티어링 제어 인자로 사용하여 보다 탁월한 운전능력을 구현 할 수 있게 전동식 파워스티어링을 튜닝하므로 보다 자연스러운 스티어링필을 구현할 수 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명을 제공함으로써, 스프링센서를 통해 노면에 대한 랙추력(rack force)을 실시간으로 피드백(feedback)하여 종래 전동식 파워스티어링에 비해 보다 향상된 튜닝(tuning)할 수 있으며, 보다 자연스러운 조향감(steering feel) 성능을 기대할 수 있다.

이상에 설명한 본 명세서 및 청구범위에 사용되는 용어 및 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 본 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 도면 및 실시 예에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것이 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

100: 스티어링 기어박스
110: 타이로드
120: 타이로드엔드
130: 스프링센서
200: MDPS ECU
210: 랙추력 값
220: 제어인자
230: 어시스트 전류맵
S100: 센싱단계
S200: 환산단계
S300: 반영단계
S400: 구현단계

Claims (2)

1. 스프링센서를 통해 타이로드에 작용하는 힘의 변위량을 감지하여 MDPS ECU에 전달하는 단계와;
   상기 MDPS ECU는 미리 설정된 환산식에 상기 스프링센서의 감지신호를 적용하여 랙추력 값을 환산하는 단계와;
   상기 MDPS ECU를 통해 환산된 랙추력 값을 전동식 파워스티어링을 제어하는 기존 제어인자의 매개변수로 활용하여 어시스트 전류맵에 반영하는 단계와;
   차량 거동 및 노면 상태에 따라 어시스트 전류맵을 반영하여 스티어링필을 구현하는 단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 랙추력 센싱을 이용한 전동식 파워스티어링 피드백 제어방법.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 스프링센서는 타이로드에 작용하는 힘의 변위량을 감지하기 위해 스티어링 기어박스의 타이로드엔드와 타이로드 사이에 설치되는 것을 특징으로 하는 랙추력 센싱을 이용한 전동식 파워스티어링 피드백 제어방법.

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