KR20170016083A - 차량의 전동식 조향장치 및 그 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량의 전동식 조향장치 및 그 제어 방법에 관한 것으로서, 운전자가 차량의 조향휠에 가하는 조향 토크를 감지하는 토크 센서; 조향휠의 조향 각도를 감지하는 조향 센서; 조향휠에 가해지는 조향 보조력을 발생시키는 모터; 및 조향 센서에서 감지된 조향 각도와 토크 센서에서 감지된 조향 토크를 근거로 해당 시점의 차량 속도에 비례하는 랙포스 목표값을 조향 모델 함수를 통해 추정하고, 그 랙포스 목표값에 따라 모터를 제어하는 전자 제어수단; 을 포함하는 전동식 조향장치 및 그 제어방법을 제공한다. 이를 통해, 조향정보를 근거로 랙포스(Rack Force)를 추정하고, 그 추정값을 기초로 목표 어시스트 토크량을 조정하여 조향 반응성과 안정성을 향상시키는 효과를 갖는다.

Description

차량의 전동식 조향장치 및 그 제어 방법{ELECTRONIC POWER STEERING SYSTEM FOR VEHICLES AND CONTROLING METHOD THEREOF}

본 발명은 차량의 전동식 조향장치 및 그 제어 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 차량의 조향장치의 조향목표 성능을 랙포스(Rack Force)를 근거로 향상시킬 수 있는 차량의 전동식 조향장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 차량에는 조향휠(핸들)의 조향력을 경감하여 조향 상태의 안정성을 보장하기 위한 수단으로서 동력을 보조하는 조향장치가 사용되는데, 유압을 사용하던 기존의 유압 방식과는 달리 모터의 회전력을 이용하여 운전자의 조향력을 쉽게 해주는 전동식 조향장치(EPS ; Electronic Power Steering System)가 차량에 보편적으로 설치되고 있다.

이러한 전동식 조향장치에는 컬럼 구동 방식의 C-EPS와 랙 구동 방식의 R-EPS 등으로 구분된다. 그 중 C-EPS는 구동모터가 조향휠과 기어박스의 사이에 배치되는 형태이며, 운전자의 조향휠 회전력을 하측으로 전달할 수 있도록 조향컬럼의 외측에 모터가 설치되고 조향컬럼 내부의 조향축을 회전시킬 수 있도록 구성된다.

그리고, R-MDPS는 구동모터가 타이로드와 연결된 부분(랙 기어)에 장착된 형태이며, 장착된 위치는 기존 유압식 조향장치가 작동하는 위치와 동일하여 C-MDPS에 비해 유압식 조향장치와 비슷한 반응을 보이는 방식이다.

한편, C-EPS는 차속센서, 조향 센서 및 토크 센서(20) 등에서 감지한 정보에 따라 전자 제어 유닛(ECU ; Electronic Control Unit)에서 모터를 구동시켜 차량의 속도에 따라 능동적으로 조향 보조력을 제공하게 된다. 이러한 제어 방식은 차량의 정보를 입력 받아 보상할 토크를 생성하는 어시스트 전류 맵(Map) 방식이 주로 적용되고 있다.

그러나, 종래의 전동식 조향장치는 도로 노면 상태, 차량의 방향 전환 등의 차량 주행 상태에 따라 발생하는 랙포스(Rack Force)의 변화로 인하여 운전자는 조향 이질감을 느끼게 되는 문제점이 있다.

또, 종래의 컬럼식 전동식 조향장치(C-EPS)의 제어 방식은 모터의 출력토크와 차량의 바퀴에 실제 전달되는 토크 사이에 오차가 발생하기 때문에 EPS 전체의 제어 응답 및 정확성의 문제가 발생될 수 있다.

한편, 본 발명이 속하는 기술분야의 종래기술로서 대한민국 등록특허공보 제1271975 호가 있다.

대한민국 등록특허 제1271975 호 (2013.06.07. 공고)

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 그 목적은 조향정보를 근거로 랙포스(Rack Force)를 추정하고, 그 추정값을 기초로 목표 어시스트 토크량을 조정하여 조향 반응성과 안정성을 갖는 전동식 조향장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 랙포스 실측값과의 비교연산 과정을 통해 랙포스 추정값의 이상 여부를 판단하여 조향 안정성을 향상시킨 전동식 조향장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 C-EPS에서 랙포스 값을 근거로 목표조향 성능 곡선의 오차를 순차적으로 보정함으로써 Closed loop EPS 시스템의 조향성능을 높일 수 있는 전동식 조향장치를 제공하는데 있다.

본 발명에 따른 차량의 전동식 조향장치의 바람직한 실시예는, 운전자가 차량의 조향휠에 가하는 조향 토크를 감지하는 토크 센서; 조향휠의 조향 각도를 감지하는 조향 센서; 조향휠에 가해지는 조향 보조력을 발생시키는 모터; 및 조향 센서에서 감지된 조향 각도와 토크 센서에서 감지된 조향 토크를 근거로 해당 시점의 차량 속도에 비례하는 랙포스 목표값을 조향 모델 함수를 통해 추정하고, 그 랙포스 목표값에 따라 모터를 제어하는 전자 제어수단; 을 포함한다.

여기서, 차량의 양바퀴측에 설치되고, 추정되는 랙포스 목표값과 대비되는 차량의 랙포스 실측값을 측정하는 랙포스 센서를 더 포함할 수 있다.

또한, 전자 제어수단은, 조향 센서에서 감지된 조향 각도와 토크 센서에서 감지된 조향 토크를 근거로 해당 시점의 차량 속도에 비례하는 랙포스 목표값을 조향 모델 함수를 통해 추정하는 랙포스 추정부; 랙포스 추정부에서 추정된 랙포스 목표값을 입력받고, 추정된 랙포스 목표값이 랙포스 센서에서 측정된 랙포스 실측값보다 기설정된 범위비율 이상 차이날 경우 이상상태로 판정하고, 추정된 랙포스 목표값 대신 랙포스 실측값을 출력하는 랙포스 연산부; 및 랙포스 연산부에서 출력되는 출력값을 근거로 모터로 가해지는 전류의 양을 제어하는 구동 제어부를 포함할 수 있다.

여기서, 기설정된 범위비율은, 적어도 5% 이상인 것이 바람직하다.

또한, 랙포스 연산부는, 추정된 랙포스 목표값이 랙포스 센서에서 측정된 랙포스 실측값의 기설정된 범위비율 이내일 경우 정상상태로 판정하고, 추정된 랙포스 목표값을 출력하는 것이 바람직하다.

또한, 랙포스 연산부는, 판정한 결과가 이상상태일 경우, 그 다음으로 추정된 랙포스 목표값에 대한 정상상태 여부를 판정하기 위한 연산을 별도로 수행하는 것이 바람직하다.

또한, 랙포스 연산부는, 그 다음으로 추정된 랙포스 목표값에 대한 정상상태 여부를 판정하기 위한 연산을 통해 판정한 결과가 정상상태일 경우, 랙포스 실측값 대신 추정한 랙포스 목표값을 출력하는 것이 바람직하다.

또한, 랙포스 센서는 로드셀인 것이 바람직하다.

또한, 조향 모델함수는 회귀최소자승법(RLS)을 통해 모델링된 것이 바람직하다.

한편, 본 발명에 따른 차량의 전동식 조향방법의 바람직한 실시예는, 운전자가 차량의 조향휠에 가하는 조향 토크를 감지하는 단계; 조향휠의 조향 각도를 감지하는 단계; 및 감지된 조향 각도와 감지된 조향 토크를 근거로 해당 시점의 차량 속도에 비례하는 랙포스 목표값을 조향 모델 함수를 통해 추정하고, 그 랙포스 목표값에 따라 모터를 제어하는 전자 제어단계; 를 포함한다.

여기서, 추정되는 랙포스 목표값과 대비되는 차량의 랙포스 실측값을 측정하는 단계를 더 포함할 수 있다.,

또한, 전자 제어단계는, 감지된 조향 각도와 감지된 조향 토크를 근거로 해당 시점의 차량 속도에 비례하는 랙포스 목표값을 조향 모델 함수를 통해 추정하는 랙포스 추정단계; 랙포스 추정단계에서 추정된 랙포스 목표값을 입력받고, 추정된 랙포스 목표값이 랙포스 센서에서 측정된 랙포스 실측값보다 기설정된 범위비율 이상 차이날 경우 이상상태로 판정하고, 추정된 랙포스 목표값 대신 랙포스 실측값을 출력하는 랙포스 연산단계; 및 랙포스 연산단계에서 출력되는 출력값을 근거로 모터로 가해지는 전류의 양을 제어하는 구동 제어단계를 포함할 수 있다.

또한, 기설정된 범위비율은, 적어도 5% 이상인 것이 바람직하다.

또한, 랙포스 연산단계는, 추정된 랙포스 목표값이 측정된 랙포스 실측값의 기설정된 범위비율 이내일 경우 정상상태로 판정하고, 추정된 랙포스 목표값을 출력하는 것이 바람직하다.

또한, 랙포스 연산단계는, 판정한 결과가 이상상태일 경우, 그 다음으로 추정된 랙포스 목표값에 대한 정상상태 여부를 판정하기 위한 연산을 별도로 수행하는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.

또한, 랙포스 연산단계는, 그 다음으로 추정된 랙포스 목표값에 대한 정상상태 여부를 판정하기 위한 연산을 통해 판정한 결과가 정상상태일 경우, 랙포스 실측값 대신 추정한 랙포스 목표값을 출력하는 것이 바람직하다.

또한, 조향 모델함수는 회귀최소자승법(RLS)을 통해 모델링된 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 차량의 전동식 조향장치의 바람직한 실시예에 따르면, 조향정보를 근거로 랙포스(Rack Force)를 추정하고, 그 추정값을 기초로 목표 어시스트 토크량을 조정하여 조향 반응성과 안정성을 향상시키는 효과를 갖는다.

또, 본 발명에 따르면, 랙포스 실측값과의 비교연산 과정을 통해 랙포스 추정값의 이상여부를 판단하여 조향 안정성을 향상시키는 효과를 갖는다.

또한, 본 발명에 따르면, C-EPS에서 랙포스 값을 근거로 목표조향 성능 곡선의 오차를 순차적으로 보정함으로써 조향식 Closed loop EPS 시스템의 조향성능을 높일 수 있는 효과를 갖는다.

도 1은 본 발명에 따른 차량의 전동식 조향장치의 개략적 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 모터 어시스트 토크량을 나타낸 그래프,
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량의 전동식 조향장치의 개략적 구성도,
도 4는 본 발명에 따른 전동식 조향장치의 제어수단을 도시한 블록도,
도 5는 본 발명에 따른 랙포스 목표값의 추정값과 실측값의 비교결과를 나타낸 그래프,
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 전동식 조향장치의 제어방법을 도시한 순서도이다.

이하, 본 발명에 따른 차량의 전동식 조향장치의 바람직한 일실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 차량의 전동식 조향장치의 개략적 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 모터 어시스트 토크량을 나타낸 그래프이고, 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량의 전동식 조향장치의 개략적 구성도이고, 도 4는 본 발명에 따른 전동식 조향장치의 제어수단을 도시한 블록도이고, 도 5는 본 발명에 따른 랙포스 목표값의 추정값과 실측값의 비교결과를 나타낸 그래프이며, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 전동식 조향장치의 제어방법을 도시한 순서도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 차량의 전동식 조향장치는 운전자가 차량의 조향휠(1)에 가하는 조향 토크를 감지하는 토크 센서(20), 조향휠(1)의 조향 각도를 감지하는 조향 센서(30), 조향휠(1)에 가해지는 조향 보조력을 발생시키는 모터(10), 모터(10)를 제어하는 전자 제어수단(40)을 포함할 수 있다.

토크 센서(20)는, 조향축(3)에 장착되어 운전자가 조향휠(1)에 가하는 토크를 감지하며, 감지된 토크에 비례하는 전기 신호를 출력한다. 이때, 토크 센서(20)는 조향휠(1)의 회전방향에 따라 (+) 또는 (-)의 전기신호를 생성할 수 있다.

조향 센서(30)는, 운전자의 조향휠(1) 회전에 따라 발생하는 조향휠(1)의 회전각에 비례하는 전기신호를 출력하며, 조향휠(1)의 회전방향에 따라 (+) 또는 (-)의 전기신호를 생성할 수 있다.

모터(10)는 전자 제어수단(40)으로부터 전해지는 제어신호에 따라 보조 동력을 발생시키고, 모터(10)의 보조 동력은 감속기를 통해 조향축(3)에 전달되도록 구성된다. 조향축(3)은 하측의 기어박스(4)를 매개로 타이로드(5)와 너클암(6)을 통해 차량의 바퀴(7)에 연결된다.

전자 제어수단(40)은 기본적으로 토크 센서(20)와 조향 센서(30)로부터 전해지는 전기신호에 기초하여 기설정된 어시스트 전류맵으로부터 목표 조향 토크값을 연산하여 모터(10)를 제어하기 위한 제어 신호를 발생시킬 수 있다. 그런데, 이러한 어시스트 전류맵을 이용한 제어 방식은 도로 노면 상태, 차량의 방향 전환 등의 차량 주행 상태에 따라 발생하는 랙포스(Rack Force ; 조향을 위해 바퀴(7)에 전달되는 횡력)의 변화로 인하여 많은 오차가 발생하게 된다.

그래서, 본 발명에 따른 전자 제어수단(40)은 조향 센서(30)에서 감지된 조향 각도와 토크 센서(20)에서 감지된 조향 토크를 근거로 해당 시점의 차량 속도에 비례하는 랙포스 목표값을 조향 모델 함수를 통해 추정하고, 그 랙포스 목표값에 따라 모터(10) 인간되는 전류값을 제어할 수 있다. 즉, 전자 제어수단(40)은 운전자에 의해서 가해진 조향 토크, 조향 각도 및 그 시점의 차량 속도 정보 등을 기 모델링된 조향 모델 함수로 연산하여 차량의 제원상의 목표 랙포스를 실시간 참 값으로 추정할 수 있다. 이때, 추정된 목표 랙포스를 근거로 모터(10)에 인가되는 전류값을 조절하게 된다.

이를 통해, 전자 제어수단(40)은 모터(10)를 거쳐 기어박스(4) 내부의 랙에 전달되는 힘과 목표 랙포스의 차이를 최소화함으로써 조향 성능을 향상시킬 수 있다.

도 2를 참조하여 보다 상세히 서명하면, 상술한 본 발명에 따른 전동식 조향장치에서는 운전자에 의해 조향휠(1)이 회전됨에 따라 회전각이 커지면, 일정 회전각(a)까지는 모터(10) 어시스트 전류값을 유지하다가 일정 회전각(a) 이상에서는 점차 전류량을 감소시켜서 조향휠(1)이 최대 회전각(b)에 도달하기 전에 모터(10) 어시스트 전류량이 최소가 되도록 제어하게 된다.

이때 모터(10)에 제공되는 어시스트 전류량은 차종에 따라 상이할 수 있으며, 이는 각 차종에 대한 실험에 의해 결정될 수 있으므로, 본 명세서에서는 전류량을 한정하지는 아니한다.

여기서, 전자 제어수단(40)은 랙포스를 추정하기 위한 조향장치의 모델 함수를 포함할 수 있다. 이때, 랙포스를 추정하기 위한 조향장치의 모델 함수는 회귀최승자승법(RLS 알고리즘)을 적용하여 모델링할 수 있다.

회귀최승자승법(RLS)이란 변수상간의 관계를 표본으로부터 추정하는 회귀분석의 한 방식이다.

회귀최승자승법(RLS)을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

우선, 모회귀식 E(Y) = α + βX를 추정하기 위하여 관측치 (Xi,Yi)를 이용하여 다음과 같은 표본회귀식을 구한다.

Y = a + b X (표본회귀식)

그러면 a, b는 각각 α,β의 추정치가 된다. 이때, 실제 관측치와 회귀식 위의 자료가 서로 차이가 적은 것일수록 좋다.

여기서, Σ ei2 를 최소로 한다.

일반적으로 회귀최소자승법은 차이의 자승, 즉 차이의 제곱의 합을 최소로 하는 방법이다. 이 과정을 수식으로 표시하면 다음과 같다.

을 최소로 하는 a, b를 구한다.

이를 다시 정리하면,

a, b에 관하여 풀면

이렇게 구한 a, b를 α,β의 최소자승추정량이라 한다.

상술한 모델 함수는 차종에 따라 상이할 수 있으며, 이는 각 차종에 대한 실험에 의해 결정될 수 있다. 이에 대한 보다 상세한 설명은 생략하도록 한다.

따라서, 본 발명에서는 기설정된 어시스트 전류맵 만을 사용하여 모터(10)의 조향 토크를 제어하는 것에 비하여 오차를 줄일 수 있게 된다. 즉, 전자 제어수단(40)은 운전자의 조향휠(1) 작동에 따라 모터(10)에 제공되는 어시스트 전류량을 랙포스 추정값으로 보정하고, 그에 따라 모터(10)의 어시스트 토크량을 조절함으로써 조향휠(1)의 토크를 조절할 수 있다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전동식 조향장치는 차량의 랙포스 실측값을 측정하는 랙포스 센서(15)를 더 포함할 수 있다. 상기 일실시예에서 설명된 구성 설명은 생략하도록 한다.

랙포스 센서(15)는 차량의 양바퀴(7)측에 설치되고, 상기 추정되는 랙포스 목표값과 대비되는 차량의 랙포스 실측값을 측정할 수 있다. 즉, 랙포스 센서(15)는 차량의 바퀴(7) 양측 로드암 또는 타이로드에 장착되어 차량 운행시 차량의 바퀴(7)와 조향휠(1) 사이에서 발생하는 랙포스를 감지하며, 감지된 랙포스에 비례하는 전기 신호를 출력한다.

여기서, 랙포스 센서(15)는 차량의 바퀴(7) 양측에서 발생된 랙포스를 합산하여 전기신호로 출력하는데, 감지되는 랙포스는 평균 450Kgf ~ 800Kgf 범위를 갖는 것이 바람직하다. 예를 들어, 랙포스 센서(15)는 조향휠(1)이 중심에서 좌우측 방향으로 회전할 때, 즉 바퀴(7)의 방향이 중심위치에서 양측 방향으로 회전하면 랙포스도 증가하게 되고, 이때 랙포스의 증가량에 비례하여 전기신호를 출력한다. 반대로, 랙포스 센서(15)는 조향휠(1)이 일측방향 위치에서 중심으로 회전할 때, 즉 바퀴(7)의 방향이 양측 방향에서 중심위치로 회전하면 랙포스도 감소하게 되고, 이때 랙포스의 감소랑에 비례하여 전기신호를 출력한다. 여기서, 중심 위치는 바퀴(7)가 자동차 차체에 대해 평행한 상태, 즉 조향휠(1)을 회전시키지 아니한 상태를 말한다.

또, 랙포스 센서(15)는 타이로드(5)와 랙에서 발생하는 하중(힘)을 전기신호로 출력하는 로드셀(LoadCell)로 구성할 수 있다. 랙포스 센서(15)는 바퀴(7) 양측 로드암(6) 또는 타이로드(5)에 각각 설치되어 차량 운행시 양측 바퀴(7)에서 발생하는 랙포스를 측정하도록 구성되는 것이 바람직하다.

한편, 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 전자 제어수단(40)은 랙포스 추정부(50), 랙포스 연산부(60), 구동 제어부(70)를 포함할 수 있다.

랙포스 추정부(50)는 조향 센서(30)에서 감지된 조향 각도와 토크 센서(20)에서 감지된 조향 토크를 근거로 해당 시점의 차량 속도에 비례하는 랙포스 목표값을 조향 모델 함수를 통해 추정할 수 있다. 즉, 랙포스 추정부(50)는 운전자에 의해서 가해진 조향 토크, 조향 각도 및 그 시점의 차량 속도 정보 등을 수집하여 차량의 제원상의 목표 랙포스를 실시간 참 값으로 추정할 수 있다. 조향 모델 함수를 모델링하는 방식은 상술한 일실시예와 같다.

여기서, 추정되는 랙포스는 상술한 바와 같이, 평균 450Kgf ~ 800Kgf 범위를 갖는 것이 바람직하다. 예를 들어, 조향휠이 중심에서 좌우측 방향으로 회전할 때, 즉 바퀴의 방향이 중심위치에서 양측 방향으로 회전하면 랙포스도 증가하게 되다. 반대로, 조향휠이 일측방향 위치에서 중심으로 회전할 때, 즉 바퀴의 방향이 양측 방향에서 중심위치로 회전하면 랙포스도 감소하게 된다. 여기서, 중심 위치는 바퀴가 자동차 차체에 대해 평행한 상태, 즉 조향휠을 회전시키지 아니한 상태를 말한다.

랙포스 연산부(60)는 랙포스 센서(15)에서 출력되는 랙포스 실측값과 랙포스 추정부(50)에서 산출된 랙포스 목표값을 비교하여 랙포스 추정값의 정상여부를 실시간으로 판단할 수 있다. 이때, 랙포스 연산부(60)는 랙포스 추정부(50)에서 추정된 랙포스 목표값을 입력받고, 추정된 랙포스 목표값이 랙포스 센서(15)에서 측정된 랙포스 실측값보다 기설정된 범위비율 이상 차이날 경우 이상상태로 판정하며, 추정된 랙포스 목표값 대신 랙포스 실측값을 출력하게 된다. 즉, 랙포스 연산부(60)는 랙포스 실측값과 랙포스 추정값을 비교한 비교값이 기설정된 범위비율 이상일 경우, 랙포스 추정값의 이상상태로 판단하여 랙포스 실측값을 모터 구동에 사용하도록 한다.

여기서, 랙포스 연산부(60)에서 랙포스 추정값의 이상여부를 판단하는 기설정된 범위비율은 적어도 5% 이상인 것이 바람직하다. 이는 랙포스 추정값이 5% 이상 차이가 발생하게 되면 조향 성능이 급격하게 떨어지기 때문에 기준범위로 설정하는 것이다.

도 5를 참조하여 보다 상세히 설명하면, 운전자에 의해 조향휠이 회전됨에 조향 정보를 근거로 랙포스 목표값을 추정하고, 이에 대비하여 랙포스 실측값이 입력되게 된다. 그에 따라 랙포스 연산부(60)에서 랙포스 추정값과 실측값을 순차적으로 비교하여 차이비율에 따라 이상상태 또는 정상상태를 판단한다. 예를 들어, 도 5의 A지점에서 비교한 차이비율이 0~5% 이내이면 정상상태로 판정하고, 비교한 차이비율이 5%이상, 즉, +7% 이거나 -7%이면 이상상태로 판단하게 된다.

이처럼 본 발명에서는 랙포스 실측값과의 비교연산 과정을 통해 랙포스 추정값의 이상 여부를 판단하여 조향 안정성을 향상시키는 효과를 갖는다.

또, 랙포스 연산부(60)는 판정한 결과가 이상상태일 경우, 그 다음으로 추정된 랙포스 목표값에 대한 정상상태 여부를 판정하기 위한 연산을 별도로 수행할 수 있다.즉, 랙포스 연산부(60)는 상술한 랙포스 추정값과 실측값을 비교한 결과 이상 상태로 판단된 경우, 별도의 인터럽트 알고리즘을 실행하여 랙포스 추정값과 실측값을 비교하는 연산 과정을 추가로 실행하도록 한다. 이를 통해 랙포스 추정값의 오차율을 감소시키도록 한다.

또한, 랙포스 연산부(60)는 일정시간 동안 랙포스 추정값에 이상이 발생할 경우 오류 상태임을 알리도록 할 수 있다. 예를 들어, 랙포스 추정값의 이상 발생 시 차량의 계기판에 이상경고 등을 점등할 수 있다.

구동 제어부(70)는 랙포스 연산부(60)의 출력값을 근거로 모터로 가해지는 전류의 양을 제어할 수 있다. 이를 통해, 모터를 거쳐 기어박스 내부의 랙에 전달되는 힘과 목표 랙포스의 차이를 최소화함으로써 조향 성능을 향상시킬 수 있다.

따라서, 구동 제어부(70)는 기설정된 어시스트 전류맵 만을 사용하여 모터의 조향 토크를 제어하는 것에 비하여 오차를 줄일 수 있게 된다. 즉, 구동 제어부(70)는 운전자의 조향휠 작동에 따라 모터에 제공되는 전류량을 랙포스 추정값으로 보정하고, 그에 따라 모터의 어시스트 토크량을 조절함으로써 조향휠의 토크를 조절할 수 있다.

도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전동식 조향장치의 제어방법을 보인 동작 흐름도이다.

도 6을 참조하여 상술한 구성을 갖는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전동식 조향장치의 제어과정을 설명하면 다음과 같다.

우선, 차량의 조향휠이 회전하게 되면, 토크센서는 조향 토크를 감지하고, 조향 센서(30)은 조향 각도를 감지하여 입력하게 된다. 이때, 차량에 설치된 센서들로부터 차속 정보 등이 함께 입력된다.

이어, 상술한 일실시예에서와 같이 조향 센서(30)에서 감지된 조향 각도, 토크 센서(20)에서 감지된 조향 토크를 근거로 해당 시점의 차량 속도에 비례하는 랙포스 목표값을 조향 모델 함수를 통해 추정한다. 그 추정값에 따라 모터로 가해지는 전류의 양을 제어하게 된다. 즉, 운전자에 의해서 입력된 조향 각도와 조향 토크를 입력받고, 그 시점의 차량 속도 정보를 수집하여 차량의 제원상의 목표 랙포스를 실시간 참 값으로 추정할 수 있다. 이를 통해, 모터를 거쳐 기어박스 내부의 랙에 전달되는 힘과 목표 랙포스의 차이를 최소화함으로써 조향 성능을 향상시킬 수 있다.

다음, 랙포스 센서(15)는 차량 운행시 양측 바퀴에서 발생하는 랙포스를 감지하며, 감지된 랙포스에 비례하는 전기 신호를 출력한다. 예를 들어, 랙포스 센서(15)는 차량의 바퀴 양측에서 발생된 랙포스를 합산하여 전기신호로 출력하는데, 감지되는 랙포스는 평균 450Kgf ~ 800Kgf 범위를 갖을 수 있다.

이어, 랙포스 센서(15)에서 출력되는 랙포스 실측값과 상술한 랙포스 추정값을 비교하여 정상상태 여부를 판단한다.

만약, 랙포스 센서(15)에서 출력되는 랙포스 실측값과 상술한 랙포스 추정값을 비교하여, 비교값이 기설정된 범위 이상일 경우, 랙포스 추정값이 이상상태인 것으로 판단한다. 예를 들어, 도 5에 표시된 A지점에서 랙포스 실측값과 랙포스 추정값의 비교값이 +7% or -7% 일 경우, 기설정 범위(-5%~5%)를 초과하기 때문에 이상상태로 판단하게 된다.

이어, 랙포스 목표값이 랙포스 실측값으로 변경하여 출력됨으로써 모터로 가해지는 전류의 양을 제어할 수 있다. 이를 통해, 모터를 거쳐 기어박스 내부의 랙에 전달되는 힘과 목표 랙포스의 차이를 최소화함으로써 조향 성능을 향상시킬 수 있다.

만약, 랙포스 센서(15)에서 출력되는 랙포스 실측값과 상술한 랙포스 추정값을 비교하여, 비교값이 기설정된 범위 이내일 경우, 랙포스 추정값이 정상상태인 것으로 판단한다. 예를 들어, 도 5에 표시된 A지점에서 랙포스 실측값과 랙포스 추정값의 비교값이 +5% ~ -5% 일 경우, 기설정 범위(-5%~5%)를 벗어나지 않기 때문에 정상상태로 판단하게 된다.

이어, 상술한 바와 같이, 랙포스 추정값을 근거로 모터로 가해지는 전류의 양을 제어할 수 있다. 즉, 운전자의 조향휠 작동에 따라 모터에 제공되는 전류량을 랙포스 추정값으로 보정하고, 그에 따라 모터의 어시스트 토크량을 조절함으로써 조향휠의 토크를 조절할 수 있다.

한편, 판정한 결과가 이상상태일 경우, 그 다음으로 추정된 랙포스 목표값에 대한 정상상태 여부를 판정하기 위한 연산을 별도로 수행할 수 있다. 즉, 상술한 랙포스 추정값과 실측값을 비교한 결과 이상 상태로 판단된 경우, 별도의 인터럽트 알고리즘을 실행하여 랙포스 추정값과 실측값을 비교하는 연산 과정을 추가로 실행하도록 한다. 이를 통해 랙포스 추정값의 오차율을 감소시키도록 한다.

이어, 그 다음으로 추정된 랙포스 목표값에 대한 정상상태 여부를 판정하기 위한 연산을 통해 판정한 결과가 정상상태일 경우, 랙포스 실측값 대신 추정한 랙포스 목표값을 출력하도록 프로세스를 복귀시킨다.

이처럼 본 발명에서는 조향정보를 근거로 랙포스(Rack Force)를 추정하고, 그 추정값을 기초로 목표 어시스트 토크량을 조정하여 조향 반응성과 안정성을 향상시키는 효과를 갖는다.

또, 본 발명에서는 랙포스 값을 근거로 목표조향 성능 곡선의 오차를 순차적으로 보정함으로써 조향식 Closed loop EPS 시스템의 조향성능을 높일 수 있는 효과를 갖는다.

이상, 본 발명에 따른 차량의 전동식 조향장치의 바람직한 일실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하였다. 그러나, 본 발명의 실시예가 반드시 상술한 바람직한 일실시예에 의하여 한정되는 것은 아니고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 다양한 변형 및 균등한 범위에서의 실시가 가능함은 당연하다고 할 것이다. 그러므로, 본 발명의 진정한 권리범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 정해진다고 할 것이다.

1 : 조향휠 3 : 조향축
7 : 바퀴 15 : 랙포스 센서
10 : 모터 20 : 토크 센서
30 : 조향 센서 40 : 전자 제어 수단(ECU)
50 : 랙포스 추정부 60 : 랙포스 연산부
70 : 구동 제어부

Claims (17)

1. 운전자가 차량의 조향휠에 가하는 조향 토크를 감지하는 토크 센서;
   상기 조향휠의 조향 각도를 감지하는 조향 센서;
   상기 조향휠에 가해지는 조향 보조력을 발생시키는 모터; 및
   상기 조향 센서에서 감지된 조향 각도와 상기 토크 센서에서 감지된 조향 토크를 근거로 해당 시점의 차량 속도에 비례하는 랙포스 목표값을 조향 모델 함수를 통해 추정하고, 그 랙포스 목표값에 따라 모터를 제어하는 전자 제어수단; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 차량의 양바퀴측에 설치되고, 상기 추정되는 랙포스 목표값과 대비되는 차량의 랙포스 실측값을 측정하는 랙포스 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 전자 제어수단은,
   상기 조향 센서에서 감지된 조향 각도와 상기 토크 센서에서 감지된 조향 토크를 근거로 해당 시점의 차량 속도에 비례하는 랙포스 목표값을 조향 모델 함수를 통해 추정하는 랙포스 추정부;
   상기 랙포스 추정부에서 추정된 랙포스 목표값을 입력받고, 상기 추정된 랙포스 목표값이 상기 랙포스 센서에서 측정된 랙포스 실측값보다 기설정된 범위비율 이상 차이날 경우 이상상태로 판정하고, 상기 추정된 랙포스 목표값 대신 상기 랙포스 실측값을 출력하는 랙포스 연산부; 및
   상기 랙포스 연산부에서 출력되는 출력값을 근거로 모터로 가해지는 전류의 양을 제어하는 구동 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 기설정된 범위비율은,
   적어도 5% 이상인 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치.
5. 청구항 3 또는 청구항 4에 있어서,
   상기 랙포스 연산부는,
   상기 추정된 랙포스 목표값이 상기 랙포스 센서에서 측정된 랙포스 실측값의 기설정된 범위비율 이내일 경우 정상상태로 판정하고, 상기 추정된 랙포스 목표값을 출력하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치.
6. 청구항 3 또는 청구항 4에 있어서,
   상기 랙포스 연산부는,
   상기 판정한 결과가 이상상태일 경우, 그 다음으로 추정된 랙포스 목표값에 대한 정상상태 여부를 판정하기 위한 연산을 별도로 수행하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치.
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 랙포스 연산부는,
   상기 그 다음으로 추정된 랙포스 목표값에 대한 정상상태 여부를 판정하기 위한 연산을 통해 판정한 결과가 정상상태일 경우, 랙포스 실측값 대신 추정한 랙포스 목표값을 출력하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치.
8. 청구항 2 내지 청구항 4 중 어느 한항에 있어서,
   상기 랙포스 센서는 로드셀인 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치.
9. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한항에 있어서,
   상기 조향 모델함수는 회귀최소자승법(RLS)을 통해 모델링된 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치.
10. 운전자가 차량의 조향휠에 가하는 조향 토크를 감지하는 단계;
    상기 조향휠의 조향 각도를 감지하는 단계; 및
    상기 감지된 조향 각도와 상기 감지된 조향 토크를 근거로 해당 시점의 차량 속도에 비례하는 랙포스 목표값을 조향 모델 함수를 통해 추정하고, 그 랙포스 목표값에 따라 모터를 제어하는 전자 제어단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향방법.
11. 청구항 10에 있어서,
    상기 추정되는 랙포스 목표값과 대비되는 차량의 랙포스 실측값을 측정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향방법.
12. 청구항 11에 있어서,
    상기 전자 제어단계는,
    상기 감지된 조향 각도와 상기 감지된 조향 토크를 근거로 해당 시점의 차량 속도에 비례하는 랙포스 목표값을 조향 모델 함수를 통해 추정하는 랙포스 추정단계;
    상기 랙포스 추정단계에서 추정된 랙포스 목표값을 입력받고, 상기 추정된 랙포스 목표값이 상기 랙포스 센서에서 측정된 랙포스 실측값보다 기설정된 범위비율 이상 차이날 경우 이상상태로 판정하고, 상기 추정된 랙포스 목표값 대신 상기 랙포스 실측값을 출력하는 랙포스 연산단계; 및
    상기 랙포스 연산단계에서 출력되는 출력값을 근거로 모터로 가해지는 전류의 양을 제어하는 구동 제어단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향방법.
13. 청구항 12에 있어서,
    상기 기설정된 범위비율은,
    적어도 5% 이상인 것을 특징으로 하는 전동식 조향방법.
14. 청구항 11 또는 청구항 12에 있어서,
    상기 랙포스 연산단계는,
    상기 추정된 랙포스 목표값이 상기 측정된 랙포스 실측값의 기설정된 범위비율 이내일 경우 정상상태로 판정하고, 상기 추정된 랙포스 목표값을 출력하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향방법.
15. 청구항 11 또는 청구항 12에 있어서,
    상기 랙포스 연산단계는,
    상기 판정한 결과가 이상상태일 경우, 그 다음으로 추정된 랙포스 목표값에 대한 정상상태 여부를 판정하기 위한 연산을 별도로 수행하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향방법.
16. 청구항 15에 있어서,
    상기 랙포스 연산단계는,
    상기 그 다음으로 추정된 랙포스 목표값에 대한 정상상태 여부를 판정하기 위한 연산을 통해 판정한 결과가 정상상태일 경우, 랙포스 실측값 대신 추정한 랙포스 목표값을 출력하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향방법.
17. 청구항 10 내지 청구항 13 중 어느 한항에 있어서,
    상기 조향 모델함수는 회귀최소자승법(RLS)을 통해 모델링된 것을 특징으로하는 전동식 조향방법.

Images