KR20170065795A - 전동식 조향 시스템의 제어 장치 및 제어 방법 - Google Patents

전동식 조향 시스템의 제어 장치 및 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전동식 조향 시스템의 제어 장치 및 제어 방법에 관한 것으로서, 전동식 조향 시스템에서 부품 마모 및 열화 등으로 인해 나타날 수 있는 조타감의 변화를 억제하고 초기의 조타감을 유지할 수 있도록 해주는 전동식 조향 시스템의 제어 장치 및 제어 방법을 제공하는데 주된 목적이 있는 것이다. 상기한 목적을 달성하기 위해, 조향각에 대한 조향토크(또는 랙 추력값)의 변화율 평균 데이터(학습하여 누적 및 평균함)를 기준값과 비교하여 토크 보상량을 결정하고 상기 결정된 토크 보상량에 따라 운전자 입력 토크를 보상하는 학습 제어 방식을 적용함으로써 부품 마모 및 열화 등으로 인해 나타날 수 있는 조타감의 변화를 효과적으로 억제할 수 있고, 초기의 조타감을 유지할 수 있는 전동식 조향 시스템의 제어 장치 및 제어 방법이 개시된다.

Description

전동식 조향 시스템의 제어 장치 및 제어 방법{Control apparatus and method of motor driven power steering system}
본 발명은 전동식 조향 시스템의 제어 장치 및 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전동식 조향 시스템에서 부품 마모 및 열화 등으로 인해 나타날 수 있는 조타감의 변화를 억제하고 초기의 조타감을 유지할 수 있도록 해주는 전동식 조향 시스템의 제어 장치 및 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로 자동차의 조향시에 운전자의 조타력을 저감시키기 위한 동력 보조 조향 시스템로는, 유압펌프에 의해 형성된 유압을 이용하여 운전자의 조타력을 보조(assist)하는 유압식 조향 시스템(HPS:Hydraulic Power Steering System)와, 전동모터의 구동토크를 이용하여 운전자의 조타력을 보조하는 전동식 조향 시스템(MDPS:Motor Driven Power Steering System, 이하 'MDPS'라 함)가 알려져 있다.
이 중에서 MDPS는 운전자의 조향 휠 조작에 따른 조타 보조 기능을 수행함에 있어서 조타 보조를 위한 전동모터의 출력이 차량의 주행조건에 따라 제어될 수 있으므로 유압식 조향 시스템에 비해 더욱 향상된 조타성능과 조타감을 제공한다.
이에 최근 출시되는 차량에는 모터 출력에 의해 생성되는 조타 보조력을 주행조건에 따라 변화 및 제어할 수 있는 MDPS가 널리 적용되고 있다.
MDPS는 조향 휠 조작에 따른 조향각(칼럼 입력각)을 검출하는 조향각 센서, 조향 휠을 통해 입력되는 조향토크(조향 휠 토크, 칼럼 토크)를 검출하는 토크 센서, 차량 속도를 검출하는 차속 센서, 휠속 센서, 엔진회전수 센서, 요레이트 센서 등의 센서류와 제어기(MDPS ECU), 조향 모터(MDPS 모터)를 포함하여 구성될 수 있다.
이러한 구성에서 제어기는 조향 모터의 구동 및 출력을 제어하기 위해 상기 센서들로부터 조향각, 조향각속도(조향각 신호의 미분 신호로부터 취해지는 각속도 값), 조향토크 등의 조향 입력 정보와 차량 상태 정보(차속, 휠속, 엔진회전수, 요레이트 등)를 수신한다.
이때, 제어기는 차속에 따라 조향 모터의 구동력(모터 출력)을 제어하여 조타 보조를 위한 조절된 보조 토크가 생성되도록 하는데, 저속에서는 운전자가 조향 휠을 가볍게 조작할 수 있도록 모터 출력을 크게 하여 보조하고, 고속에서는 조향 휠을 무겁게 조작할 수 있도록 모터 출력을 작게 하여 차량의 주행안정성이 확보될 수 있도록 한다.
차량의 고속 주행시 조향 휠이 너무 가벼우면 약간의 조향 휠 조작에도 오히려 위험한 상황이 발생할 수 있으므로 운전의 안정감이 없어지게 되며, 따라서 차속에 따라 조타 보조 특성을 변화시켜 고속 직진시 조향 휠을 좀더 무겁게 조작할 수 있도록 보조해줌으로써 안정감 있는 조향 휠 조작이 이루어지도록 한다.
통상 운전자 조타력을 보조하는 조향 모터의 출력은 제어기가 조향 모터에 인가되는 모터 전류를 제어(어시스트 제어 전류량 제어)함으로써 이루어진다.
이때, 제어기는 기본적으로 조향 입력 정보와 차량 상태 정보에 기초하여 결정된 출력값(조향 시스템 출력 토크, 즉 조향 모터 출력 토크)에 해당하는 만큼의 전류량을 튜닝된 대로 연산하여 조향 모터에 인가하고, 이때의 모터 구동을 통해 운전자 조타력을 보조하기 위한 힘을 발생시킨다.
상기한 조향 시스템에서 조향 휠을 통해 가해지는 운전자 조타력 및 조타력에 따라 발생한 조타 보조력을 전달하기 위한 구성요소로는, 조향 휠의 하부에 설치되는 조향 칼럼, 상기 조향 칼럼으로부터 전달되는 회전력을 직진력으로 변환하여 타이어의 방향을 변경하는 기어박스, 조향 칼럼에 전달된 회전력을 기어박스로 전달하기 위한 유니버설 조인트를 포함한다.
여기서, 기어박스는 유니버설 조인트로부터 회전력을 전달받는 피니언 기어(Pinion Gear), 피니언 기어가 치합되는 랙(Rack)이 형성된 랙 바를 포함하고, 피니언 기어의 회전시 랙에 의해 랙 바가 좌우로 직진운동을 하게 된다.
이때, 랙 바의 좌우 직진운동에 의해 작용하는 힘이 타이로드 및 볼 조인트를 통해 타이어에 전달되어 타이어의 방향을 변경해주게 된다.
한편, 전동식 조향 시스템의 부품들은 사용기간이 증가할수록 기구적인 마모나 내구 열화가 발생하여 전동식 조향 시스템의 출력 변화를 일으킬 수 있다.
전동식 조향 시스템의 출력에 변화가 생기면 운전자가 체감하는 조타감(steering feeling)이 기존에 비해 상이해지는 문제점이 있기 때문에 부품 마모나 열화 발생에 대한 출력 보상 방안이 필요하다.
도 1은 종래 기술의 문제점을 설명하기 위한 도면으로서, 랙 앤 피니언 기어(Rack & Pinion Gear)의 내구 시험 데이터를 나타낸 것이며, 차륜의 정지 상태에서 조향 휠을 좌/우 풀 턴(Full Turn)으로 반복하여 회전하였을 때 내구 시험을 위한 조향 휠의 좌/우 풀턴 조향 횟수인 내구 시험 조향 횟수의 누계량에 대한 랙 앤 피니언 기어의 마찰 정도를 기록한 데이터이다.
도 1과 같이 내구 시험 조향 횟수의 누계량이 증가할수록 마모 발생으로 인해 랙 앤 피니언 기어의 마찰 정도가 감소하는 것을 알 수 있다.
이와 같은 랙 앤 피니언 기어의 마모를 포함하여 조향 시스템의 조향 모터나 부싱(Bushing) 등의 부품들이 장시간 사용으로 인해 마모 내지 내구 열화될 경우, 부품 간 마찰 감소 등으로 인해 동일 조건이라 하더라도 조향 시스템의 출력이 변화될 수 있고, 이는 운전자가 느끼는 조타감을 달라지게 한다.
도 2는 종래 기술의 문제점을 설명하기 위한 또 다른 도면으로, 특정 차속 조건에서 조향각과 조향토크를 나타내는 곡선으로, (a)는 전동식 조향 시스템이 차량에 장착되어 처음으로 구동을 시작할 때의 조향토크를 나타내는 히스테리시스 곡선이고, (b)는 전동식 조향 시스템의 구동이 일정 기간 동안 수행되어 내구 열화가 진행됨에 의해 변화된 조향토크를 나타내는 히스테리시스 곡선이다.
도 2와 같이 내구 열화가 진행된 경우, 운전자가 조향 휠을 조작할 때 가볍고 헐렁한 조타감(조향 에포트가 작아짐)을 느끼게 되며, 특히 조향 휠의 중립 위치인 온 센터(On-center) 부위에서 조향 에포트(Steering Effort)가 크게 작아지게 된다.
이에 부품의 마모나 내구 열화가 발생하더라도 그 발생 전의 초기 조타감을 느낄 수 있도록 해주는 제어 로직이 필요한 실정이다.
또한, 부품 제조시 제조 산포에 의해 부품 조립 후 기구적인 마찰 정도의 크기가 달라질 수 있는바, 이를 보상하여 일정 수준의 조타감을 느낄 수 있도록 해주는 방안 또한 필요하다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로서, 전동식 조향 시스템에서 부품 마모 및 열화, 더불어 부품 제조시 제조 산포에 의한 기구적인 마찰 정도의 차이 등으로 인해 나타날 수 있는 조타감의 변화나 차이를 억제하고 일정 수준의 초기 조타감을 유지할 수 있도록 해주는 전동식 조향 시스템의 제어 장치 및 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 양태에 따르면, 정해진 제1조향각이 검출된 제1시점의 조향토크 검출값 또는 랙 추력값과, 정해진 제2조향각이 검출된 제2시점의 조향토크 검출값 또는 랙 추력값이 구해지면, 상기 제1시점과 제2시점에서 조향각에 대한 조향토크의 변화율 또는 랙 추력값의 변화율을 나타내는 기울기값을 계산하고, 상기 계산된 기울기값을 이용하여 토크 보상량을 결정하여 출력하는 보상 로직부; 조향각 검출값 및 운전자 입력 토크값을 포함하는 운전자 조향 입력 정보와, 차속 검출값을 포함하는 차량 상태 정보로부터 조타 보조를 위한 모터 제어값을 산출하고, 토크 센서에 의해 검출된 조향토크 검출값을 상기 보상 로직부에서 결정된 토크 보상량에 따라 보상한 후 상기 운전자 입력 토크값으로 이용하는 MDPS(Motor Driven Power Steering) 기본 로직부; 및 상기 MDPS 기본 로직부에서 산출된 모터 제어값에 따라 조향 모터의 구동을 제어하는 모터 제어 로직부를 포함하는 전동식 조향 시스템의 제어 장치를 제공한다.
그리고, 본 발명의 다른 양태에 따르면, 정해진 제1조향각이 검출된 제1시점의 조향토크 검출값 또는 랙 추력값을 저장하는 단계; 정해진 제2조향각이 검출된 제2시점의 조향토크 검출값 또는 랙 추력값이 구해지는 단계; 상기 제1시점과 제2시점에서 조향각에 대한 조향토크의 변화율 또는 랙 추력값의 변화율을 나타내는 기울기값을 계산하는 단계; 상기 계산된 기울기값을 이용하여 토크 보상량을 결정하는 단계; 토크 센서에 의해 검출된 조향토크 검출값을 상기 토크 보상량에 따라 보상하여 운전자 입력 토크값으로 구하는 단계; 조향각 검출값 및 상기 운전자 입력 토크값을 포함하는 운전자 조향 입력 정보와, 차속 검출값을 포함하는 차량 상태 정보로부터 조타 보조를 위한 모터 제어값을 산출하는 단계; 및 상기 산출된 모터 제어값에 따라 조향 모터의 구동을 제어하는 단계를 포함하는 전동식 조향 시스템의 제어 방법을 제공한다.
이로써, 본 발명에 따른 전동식 조향 시스템의 제어 장치 및 제어 방법에 의하면, 조향각에 대한 조향토크(또는 랙 추력값)의 변화율 평균 데이터(학습하여 누적 및 평균함)를 기준값과 비교하여 토크 보상량을 결정하고 상기 결정된 토크 보상량에 따라 운전자 입력 토크를 보상하는 학습 제어 방식을 적용함으로써 부품 마모 및 열화 등으로 인해 나타날 수 있는 조타감의 변화를 효과적으로 억제할 수 있고, 초기의 조타감을 유지할 수 있는 효과가 있게 된다.
도 1은 전동식 조향 시스템에서 마모 발생으로 인해 랙 앤 피니언 기어의 마찰 정도가 감소함을 보여주는 그래프이다.
도 2는 전동식 조향 시스템에서 내구 열화가 진행됨에 따라 변동된 조향토크를 나타내는 히스테리시스 곡선이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전동식 조향 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 4는 운전자 조향 입력시 조향각과 조향토크를 나타내는 선도이다.
도 5는 본 발명에 따른 전동식 조향 시스템의 제어 과정에서 기울기값이 구해짐을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 전동식 조향 시스템의 제어 과정을 나타내는 순서도이다.
도 7은 본 발명에서 기울기 변화율에 따른 토크 보상량의 설정 예를 나타내는 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.
본 발명은 전동식 조향 시스템에서 부품 마모 및 열화 등으로 인해 나타날 수 있는 조타감의 변화를 억제하고 초기의 조타감을 유지할 수 있는 전동식 조향 시스템의 제어 장치 및 제어 방법을 제공하고자 하는 것이다.
이를 위해, 정해진 제1조향각이 검출된 제1시점과, 이후 정해진 제2조향각이 검출된 제2시점의 운전자 조향 입력 정보로서, 상기 제1조향각과 제1시점에 검출된 조향토크, 그리고 제2조향각과 제2시점에서 검출된 조향토크를 데이터로 취득하되, 운전자 조향 휠 조작(운전자 조향 입력)시 상기 각 시점(제1조향각 검출 시점과 제2조향각 검출 시점)의 데이터를 반복적으로 취득 및 저장하여 학습하고, 상기 반복 취득된 학습 데이터들을 이용하여 운전자 입력 토크값에 대한 토크 보상량을 산출하는 제어 장치 및 제어 방법이 제시된다.
여기서, 조향토크는 랙 추력값으로 대체될 수 있다.
상기와 같이 토크 보상량이 산출되면, 실시간 검출되는 운전자 입력 토크, 즉 운전자 조향 입력(조향 휠 조작)에 따른 조향토크 검출값을 상기 토크 보상량을 이용하여 보상하고, 상기 보상된 토크값을 운전자 입력 토크값으로 사용하여 조타 보조 제어를 수행하게 된다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전동식 조향 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.
본 발명의 실시예에 따른 전동식 조향 시스템은 조향에 대한 정보를 검출하기 위한 적어도 하나의 센서, 제어기(MDPS ECU)(20), 그리고 조향 모터(MDPS 모터) 및 인버터를 포함하는 모터부(30)를 포함한다.
여기서, 조향에 대한 정보는 조향각(칼럼 입력각), 조향토크(조향 휠 토크, 칼럼 토크), 조향각속도(조향각 신호의 미분 신호로부터 취해지는 각속도 값), 차속, 휠속 중에 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 이를 위해 운전자의 조향 휠 조작(운전자 조향 입력)에 따른 조향각을 검출하는 조향각 센서(11), 조향 휠을 통해 입력되는 조향토크를 검출하는 토크 센서(12), 차량 속도를 검출하는 차속 센서(13), 그리고 각 차륜의 휠속을 검출하는 휠속 센서(14)를 포함할 수 있다.
그 밖에 도면에 도시하지는 않았으나 운전자 조향 휠 조작에 따른 조타 보조 제어, 특히 조향 모터 제어를 위해 차량 상태 조건이 고려될 수 있도록 추가적인 정보들이 이용될 수 있으며, 예를 들면 엔진회전수 센서에 의해 검출되는 엔진회전수, 또는 요레이트 센서에 의해 검출되는 차량의 요레이트 정보가 선택적으로 더 이용될 수 있다.
이에 제어기(20)는 조향 모터의 구동 및 출력을 제어하기 위해 상기 센서들을 통해 취득되는 조향각, 조향토크, 조향각속도 등의 조향 입력 정보와 차속, 휠속, 엔진회전수, 요레이트 등의 차량 상태 정보를 이용하여 목표로 하는 모터 토크 출력을 위한 모터 전류를 제어하게 된다.
좀더 설명하면, 제어기(20)의 MDPS 기본 로직부(21)에서 운전자 조향 휠 조작에 따른 조향각 검출값, 조향토크 검출값(실시간 검출되는 운전자 입력 토크값) 등의 조향 입력 정보와, 차속 검출값 등의 차량 상태 정보에 기초하여 운전자 조타력 보조를 위한 모터 토크(조향 보조 토크)를 내기 위한 모터 전류를 산출한다.
통상의 전동식 조향 시스템에서는 MDPS 기본 로직부(21)에서 산출된 모터 전류량(모터 제어값으로서 어시스트 제어 전류량)를 목표값으로 하여 모터 제어 로직부(23)에서 모터 전류를 제어하기 위한 제어신호를 출력하고, 이 제어신호에 따라 모터부(30)에서 인버터를 통해 조향 모터에 인가되는 모터 전류가 제어됨으로써 조향 모터의 구동이 제어된다.
그러나, 본 발명에서는, 보상 로직부(22)에서, 차량 주행 중 미리 정해진 제1조향각이 검출된 제1시점과, 이후 제2조향각이 검출된 제2시점의 운전자 조향 입력 정보로서, 상기 제1조향각과 제1시점에 검출된 조향토크(운전자 입력 토크), 그리고 제2조향각과 제2시점에서 검출된 조향토크(운전자 입력 토크)를 데이터로 취득하되, 운전자 조향 휠 조작(운전자 조향 입력)시 상기 각 시점(제1조향각 검출 시점과 제2조향각 검출 시점)의 데이터를 반복적으로 취득 및 저장하여 학습하고, 상기 반복 취득된 학습 데이터들을 이용하여 토크 보상량을 산출하게 된다.
여기서, 조향토크는 랙 추력값으로 대체될 수 있다.
즉, 차량 주행 중 조향 시스템에 대한 설정 정보 및 실시간 수집 정보를 이용하여 상기 제1시점과 제2시점에서의 운전자 조향 휠 조작에 따른 랙 추력값을 추정 및 학습하고, 제1조향각 및 제2조향각과 상기 학습된 랙 추력값 데이터를 이용하여 운전자 입력 토크값(조향토크 검출값)을 보상하는 것이다.
상기와 같이 토크 보상량이 산출되면, 실시간 검출되는 운전자 입력 토크값, 즉 운전자 조향 입력(조향 휠 조작)에 따른 조향토크 검출값을 상기 토크 보상량을 이용하여 보상하고, 상기 보상된 토크값을 운전자 입력 토크값으로 사용하여 조타 보조 제어를 수행하게 된다.
상기 운전자 입력 토크값은 운전자가 조향 휠을 조작할 때 조향 휠에 인가되는 조향토크로서, 토크 센서(12)에 의해 실시간으로 운전자 입력 토크값이 검출되며, 본 발명에서는 학습 과정을 통해 얻어진 학습 데이터를 이용하여 토크 보상량을 산출한 뒤 조타 보조 제어의 제어 변수 중 하나인 운전자 입력 토크를 보상하게 된다.
이에 따라 운전자 입력 토크값으로서 토크 센서(12)에 의해 검출되는 조향토크 검출값(운전자 입력 토크값) 대신, 상기 보상 로직부(22)에서 구해진 토크 보상량에 따라 보상된 운전자 입력 토크값을 제어 변수로 사용하여 MDPS 기본 로직부(21)에서 조타 보조를 위한 모터 전류량(모터 제어값)을 산출하게 되고, 모터 제어 로직부(23)에서는 상기 보상된 모터 전류량을 목표값으로 하여 인버터를 통해 조향 모터에 인가되는 모터 전류를 제어하게 된다.
한편, 본 발명에서 상기 토크 보상량을 산출하는 방법에 대한 설명에 앞서서, 참고로, 도 4를 참조하여 조향 시스템에서의 토크 빌드업(build up) 상태에 대해 설명하기로 한다.
도 4는 운전자 조향 입력시 조향각과 조향토크를 나타내는 선도로서, 온 센터 위치에서 조향각이 커질수록 조타토크가 상승함을 보이고 있다.
도 4를 참조하면, 특정 조향각까지 조타토크가 상승하여 토크 빌드업(Buildup)될 때 마찰 정도에 따라 토크 빌드업 변화가 상이함을 알 수 있다.
이에 따라 운전자는 부품의 마모 및 내구 열화로 나타나는 조향 시스템의 마찰 정도에 따라 조타시 에포트(Effort)감을 상이하게 느끼게 되며, 특히 온 센터 수정 조타시에 상이한 에포트감을 느끼게 된다.
도 4의 토크 빌드업 선도에서 부품의 마모 내지 내구 열화로 인해 조향 시스템의 마찰 정도가 작아질수록 토크 빌드업 선도의 기울기가 작아지는데, 특정의 두 지점(A1→A2)에서 조향각에 대한 조향토크의 변화율을 나타내는 기울기를 비교하였을 때, 마모 내지 내구 열화가 발생한 저마찰의 경우(Low Friction, △b) 마찰 정도가 정상인 경우(Normal Friction, △a)에 비해 기울기가 작음을 알 수 있다(△b>△a).
이와 같은 빌드업 기울기는 온 센터 조타감에 크게 영항을 주는 인자로서, 마찰 정도에 따른 기울기값을 고려하여 조타감을 보상할 필요가 있다.
이에 본 발명에서는 빌드업 기울기값이 크면 토크 보상량을 증대시키고, 빌드업 기울기값이 작으면 토크 보상량을 감소시켜 최초 튜닝된 값(목표값) 기울기와 동등한 수준이 되도록 보상해줌으로써 실제 초기 토크에 대한 빌드업 기준과 동등한 수준이 되도록 한다.
도 4는 조향각과 조향토크의 관계를 나타낸 것으로, 조향각과 랙 추력값의 경우에도 도 4와 유사한 양상을 나타내며, 따라서 후술하는 기울기는, 제1시점과 제2시점의 조향각 검출값에 대한 조향토크 변화율을 나타내는 것이거나(조향토크인 경우), 제1시점과 제2시점의 조향각 검출값에 대한 랙 추력값 변화율을 나타내는 것이 될 수 있다.
전동식 조향 시스템에서 랙 추력값을 산출하는 방법에 대해서는 다양한 방법들이 알려져 있는바, 공지된 방법 중 하나의 이용이 가능하며, 당 업계에서 기 공지된 기술적 사항이므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
일례로, 랙 추력값은 조향 시스템의 댐핑 계수, 관성 및 질량을 포함하는 물성값과 모터 토크값, 실시간 검출되는 조향각 등의 센서 검출 정보에 기초하여 산출될 수 있다.
이러한 랙 추력값 산출의 예가 본 출원인에 의해 특허 출원된 한국 공개특허공보 제10-2015-0131783호(2015.11.25)에도 개시되어 있는바, 이의 적용이 가능하며, 다만 본 발명이 상기한 랙 추력값 산출의 예에 의해 한정되는 것은 아니다.
이와 같이 하여, 토크 보상량을 산출함에 있어서, 보상 로직부(22)에서는, 도 5에 나타낸 바와 같이, 먼저 차량 주행 중에 미리 정해진 제1조향각(도 에서 A1)이 검출된 후 제2조향각(도 4에서 A2)이 검출되었을 때 제1조향각(A1)이 검출된 제1시점(P1) 및 제2조향각(A2)이 검출된 제2시점(P2)에서의 조향토크 검출값(T1,T2) 또는 랙 추력값(Ft1, Ft2)을 데이터로 취득한다.
이어 상기 제1조향각에서 제2조향각으로의 토크 빌드업이 일어날 때마다 조향토크 검출값(T1,T2) 또는 랙 추력값(Ft1, Ft2)의 데이터를 반복적으로 취득 및 저장한다.
또한, 조향토크 검출값(T1,T2) 또는 랙 추력값(Ft1, Ft2)의 데이터를 반복적으로 취득 및 저장할 때마다 두 시점(P1,P2)에서 조향각에 대한 조향토크 또는 랙 추력값의 변화율을 나타내는 기울기 △a를 반복적으로 계산하여 학습 데이터로 저장한다.
상기와 같이 기울기 △a가 학습 데이터로서 정해진 개수만큼 반복적으로 계산되고 나면, 정해진 개수 N개의 기울기값에 대한 평균값을 계산하고, 이 기울기 평균값을 이용하여 토크 보상량을 산출하게 된다.
본 발명에서 P1은 차량이 직진하고 있을 때가 될 수 있으며, 이때 제1조향각은 온 센터 위치의 각도인 0deg으로 설정될 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 전동식 조향 시스템의 제어 과정을 나타내는 순서도이고, 도 7은 본 발명에서 기울기 변화율에 따른 토크 보상량의 설정 예를 나타내는 도면이다.
먼저, 차량의 IG 온(On) 후 보상 로직부(22)에서 이전에 저장된 학습 데이터, 즉 이전 주행시의 학습 과정에서 구해진 설정 개수만큼의 기울기값들을 읽어오며(S11), 초기에는 한번에 설정 개수의 데이터를 획득하고 저장하기 어려우므로 과거에 학습된 데이터들을 읽어와서 사용한다.
이어 토크 센서(12)나 차속 센서(13) 등과 같이 조향에 대한 정보를 검출하는 센서들의 고장 여부를 소정의 진단 로직을 확인하고(S12), 이를 통해 센서들의 고장이나 장치 에러 없이 정상일 경우에만 학습이 이루어질 수 있도록 한다.
이와 더불어 차량으로부터 수집되는 정보, 즉 조향 입력 정보(조향토크, 조향각속도) 및 차량 상태 정보(휠속)로부터 차량이 직진하고 있는지를 판단하며(S13), 차량의 직진을 판단한 상태에서 P1 포인트의 값을 저장한다(S14).
이때, 직진 판단 후 시작점이 되는 P1 포인트의 값들은 차량이 직진하고 있는 상태의 값들로서, 조향각 검출값(제1조향각)과 조향토크 검출값(또는 랙 추력값)이며, 학습 과정에서 반복 검출되는 P1 포인트의 값들은 동일한 값들이 될 수 있다.
만약, P1 포인트의 제1조향각이 0deg일 경우 조타토크는 0Nm가 될 수 있고, 이후 제2조향각이 검출되는 P2 포인트에서의 조타토크는 마찰 정도에 따른 토크 빌드업 상태에 따라 차이를 나타낼 수 있다.
이어 상기와 같이 직진 판단 후 P1 포인트의 값이 저장되고 난 다음에는 토크 빌드업 후의 P2 포인트의 값이 저장된다(S15).
이어 직진 판단 후 P1 포인트의 값과, 토크 빌드업 후의 P2 포인트의 값을 이용하여 기울기값 △a를 계산 및 저장한다.
이후 직진 판단 후 P1 포인트의 값이 저장되는 과정, 및 토크 빌드업 후의 P2 포인트의 값이 저장되는 과정이 반복될 때마다, 학습 데이터로서 기울기값 △a를 동일한 방법으로 반복 계산한 후 새로이 계산된 기울기값들을 저장한다(S16).
위에서 차량의 직진 판단은 조향토크 검출값과 휠속 검출값, 조향각속도로부터 판단하도록 설정될 수 있고, 보다 상세하게는 조향토크 검출값이 설정토크 이하인 조건, 전륜의 좌측륜과 우측륜의 휠속 차이값이 설정값 이하인 조건, 및 조향각속도가 설정각속도1 이하인 조건을 만족할 경우 차량이 직진 주행을 하고 있는 상태로 판단하도록 설정될 수 있다.
또한, 조향토크 검출값이 설정토크 이상인 조건, 조향각 변화량이 설정각 이상인 조건, 및 조향각속도가 설정각속도2 이하인 조건을 만족할 때 제2조향각이 검출되는 P2 포인트에서 조향토크(또는 랙 추력값) 데이터를 취득 및 저장한다.
상기 조건은 P2 포인트의 데이터 취득을 위해 필요한 만큼 토크 빌드업이 이루어졌는지를 판단하기 위한 조건이다.
이후 N개의 학습 데이터량을 만족하는지를 체크하고(S17), 기울기값 △a가 설정 개수인 N개만큼 취득되어 저장되고 나면 기울기값의 평균값을 계산하여 저장한다(S18).
이후 기울기 평균값과 미리 설정된 기준 기울기값(△b)을 비교하여 비교값에 따른 토크 보상량을 결정한다(S19).
토크 보상량은 이후 상기한 방법을 반복하여 주행 중에 새로이 구해져 갱신될 수 있으며, 토크 보상량이 갱신되면 갱신된 토크 보상량을 새로이 적용하여 운전자 입력 토크값을 실시간 보상하게 된다.
상기 설정된 기울기값은 선행 시험 및 연구 과정을 통해 취득되어 보상 로직부(22)에 미리 설정 및 저장되는 최적화된 데이터로서, 선행 시험 및 연구 과정을 통해 상기 제1조향각의 조향토크값(또는 랙 추력값) 및 상기 제2조향각에서의 조향토크값(또는 랙 추력값)을 최적화된 시험 데이터로 취득한 뒤 그 기울기값을 상기 기준 기울기값(△b)으로 저장하여 사용할 수 있도록 한다.
상기와 같이 보상 로직부(22)에서 토크 보상량이 구해지면, 차량 주행 중 운전자 조향 입력(조향 휠 조작)시 MDPS 기본 로직부(21)에 입력되는 운전자 입력 토크값, 즉 토크 센서(12)에 의해 검출된 조향토크 검출값을 상기 토크 보상량을 이용하여 실시간 보상하게 된다(S20).
즉, 실시간 검출된 운전자 입력 토크값에 상기 토크 보상량을 가감하여 실제 MDPS 기본 로직부(21)에서 조타 보조를 위한 제어 변수로 사용될 수 있도록 하는 것이며, 이후 보상된 토크값을 실제 운전자 입력 토크값으로 사용하여 MDPS 기본 로직부(21)와 모터 제어 로직부(23)에서 조타 보조를 위한 조향 모터의 출력을 제어하게 된다.
상기 기울기 평균값과 기준 기울기값(△b)을 이용하여 토크 보상량을 산출하는 과정에 대해 좀더 상세히 설명하면, 기울기 평균값과 기준 기울기값(△b)의 차이값에 따라 토크 보상량이 결정되도록 할 수 있는데, 바람직하게는 기준 기울기값(△b)에 대한 기울기 변화율, 즉 기준 기울기값(△b)과 기울기 평균값의 차이값을 기준 기울기값(△b)으로 나누어, 기준 기울기값(△b)에 대한 상기 차이값의 백분율을 구한 뒤, 기울기 변화율(상기 백분율값)에 해당하는 토크 보상량이 결정되도록 한다.
이때, 보상 로직부에(22)에 도 7에 나타낸 바와 같이 기울기 변화율값에 따른 토크 보상값들이 정해져 있는 보상값 데이터가 저장되어 사용되며, 계산된 기울기 변화율값에 해당하는 보상값, 즉 토크 보상량이 보상값 데이터로부터 구해질 수 있도록 한다.
도 7의 보상값 데이터를 참조하면, 기울기 변화율값이 클수록 토크 보상량이 더 큰 값으로 설정됨을 알 수 있다.
도 7의 보상값 데이터 역시 선행 시험 및 연구 과정을 통해 취득되어 보상 로직부(22)에 미리 저장되는 데이터이다.
전술한 바와 같이, 본 발명에서는 상기한 학습 과정에서 차량의 직진 판단 및 토크 빌드업 후 P1, P2 포인트의 값들을 이용하여 기울기를 계산하고 동일 방법으로 설정 개수만큼 기울기가 반복 취득되고 나면 누적하여 기울기 평균값을 구하는데, 기울기가 새로이 계산 및 저장될 때마다 가장 오래된 순서대로 하나씩의 이전 기울기 데이터를 순차적으로 삭제함으로써 남아 있는 설정 개수만큼의 기울기 데이터를 이용하여 평균값을 계산하는 방식이 적용 가능하다.
또는 설정 개수의 기울기값들이 계산되어 구해지면, 이전 데이터는 일괄적으로 삭제하고 새로이 구해진 설정 개수의 기울기값들을 이용하여 기울기 평균값을 계산한 뒤, 새로운 기울기 평균값을 이용하여 운전자 조향 입력시 실시간 토크 보상이 이루어지도록 하는 방식 또한 적용 가능하다.
또한, 최종적으로 구해진 설정 개수의 기울기값 및 그 평균값, 기울기 평균값과 기준 기울값의 차이값 등 데이터는 시동 오프시 학습 데이터로 저장된다(S21).
이상으로 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였는바, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것이 아니며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당 업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.
11 : 조향각 센서 12 : 토크 센서
13 : 차속 센서 14 : 휠속 센서
20 : 제어기 21 : MDPS 기본 로직부
22 : 보상 로직부 23 : 모터 제어 로직부
30 : 모터부

Claims (16)

  1. 정해진 제1조향각이 검출된 제1시점의 조향토크 검출값 또는 랙 추력값과, 정해진 제2조향각이 검출된 제2시점의 조향토크 검출값 또는 랙 추력값이 구해지면, 상기 제1시점과 제2시점에서 조향각에 대한 조향토크의 변화율 또는 랙 추력값의 변화율을 나타내는 기울기값을 계산하고, 상기 계산된 기울기값을 이용하여 토크 보상량을 결정하여 출력하는 보상 로직부;
    조향각 검출값 및 운전자 입력 토크값을 포함하는 운전자 조향 입력 정보와, 차속 검출값을 포함하는 차량 상태 정보로부터 조타 보조를 위한 모터 제어값을 산출하고, 토크 센서에 의해 검출된 조향토크 검출값을 상기 보상 로직부에서 결정된 토크 보상량에 따라 보상한 후 상기 운전자 입력 토크값으로 이용하는 MDPS(Motor Driven Power Steering) 기본 로직부; 및
    상기 MDPS 기본 로직부에서 산출된 모터 제어값에 따라 조향 모터의 구동을 제어하는 모터 제어 로직부를 포함하는 전동식 조향 시스템의 제어 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 보상 로직부는,
    차량으로부터 수집되는 정보로부터 차량이 직진하고 있는지를 판단하여 차량이 직진 상태임을 판단한 경우, 상기 제1시점의 조향토크 검출값 또는 랙 추력값을 제1조향각과 함께 기울기값 계산에 이용될 수 있도록 저장하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향 시스템의 제어 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 보상 로직부는,
    조향토크 검출값이 설정토크 이하인 조건, 전륜의 좌측륜과 우측륜의 휠속 차이값이 설정값 이하인 조건, 및 조향각속도가 설정각속도1 이하인 조건을 만족할 경우, 차량이 직진 주행을 하고 있는 상태로 판단하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향 시스템의 제어 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 보상 로직부는,
    조향토크 검출값이 설정토크 이상인 조건, 조향각 변화량이 설정각 이상인 조건, 및 조향각속도가 설정각속도2 이하인 조건을 만족할 경우, 상기 제2시점의 조향토크 검출값 또는 랙 추력값을 구하여 제2조향각과 함께 기울기값 계산에 이용하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향 시스템의 제어 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 보상 로직부는,
    상기 계산된 기울기값을 저장하고,
    이후 제1조향각이 검출된 다음번 제1시점의 조향토크 검출값 또는 랙 추력값과, 제2조향각이 검출된 다음번 제2시점의 조향토크 검출값 또는 랙 추력값을 구하여 동일한 방법으로 기울기값을 계산하여 저장하며,
    이후 다음번 제1시점의 데이터와 다음번 제2시점의 데이터를 이용하여 기울기값을 계산하는 과정을 반복함으로써 설정 개수만큼의 기울기값이 저장되면, 저장된 기울기값들을 평균한 기울기 평균값을 이용하여 토크 보상량을 결정하는 것을 특징으로 하는 조향 시스템의 제어 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 보상 로직부는,
    상기 기울기 평균값과 미리 설정된 기준 기울기값의 차이값에 따라 토크 보상량이 결정되도록 설정된 것을 특징으로 하는 조향 시스템의 제어 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 보상 로직부는,
    상기 기울기 평균값과 기준 기울기값의 차이값을 구한 뒤, 상기 기준 기울기값에 대한 상기 차이값의 백분율값인 기울기 변화율을 구하여, 상기 구해진 기울기 변화율에 해당하는 토크 보상량이 결정되도록 설정된 것을 특징으로 하는 전동식 조향 시스템의 제어 장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 보상 로직부에서 상기 토크 보상량은 기울기 변화율이 클수록 더 큰 값이 되도록 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 전동식 조향 시스템의 제어 장치.
  9. 정해진 제1조향각이 검출된 제1시점의 조향토크 검출값 또는 랙 추력값을 저장하는 단계;
    정해진 제2조향각이 검출된 제2시점의 조향토크 검출값 또는 랙 추력값이 구해지는 단계;
    상기 제1시점과 제2시점에서 조향각에 대한 조향토크의 변화율 또는 랙 추력값의 변화율을 나타내는 기울기값을 계산하는 단계;
    상기 계산된 기울기값을 이용하여 토크 보상량을 결정하는 단계;
    토크 센서에 의해 검출된 조향토크 검출값을 상기 토크 보상량에 따라 보상하여 운전자 입력 토크값으로 구하는 단계;
    조향각 검출값 및 상기 운전자 입력 토크값을 포함하는 운전자 조향 입력 정보와, 차속 검출값을 포함하는 차량 상태 정보로부터 조타 보조를 위한 모터 제어값을 산출하는 단계; 및
    상기 산출된 모터 제어값에 따라 조향 모터의 구동을 제어하는 단계를 포함하는 전동식 조향 시스템의 제어 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    차량으로부터 수집되는 정보로부터 차량이 직진하고 있는지를 판단하여 차량이 직진 상태임을 판단한 경우, 상기 제1시점의 조향토크 검출값 또는 랙 추력값을 제1조향각과 함께 기울기값 계산에 이용될 수 있도록 저장하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향 시스템의 제어 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    조향토크 검출값이 설정토크 이하인 조건, 전륜의 좌측륜과 우측륜의 휠속 차이값이 설정값 이하인 조건, 및 조향각속도가 설정각속도1 이하인 조건을 만족할 경우, 차량이 직진 주행을 하고 있는 상태로 판단하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향 시스템의 제어 방법.
  12. 청구항 9에 있어서,
    조향토크 검출값이 설정토크 이상인 조건, 조향각 변화량이 설정각 이상인 조건, 및 조향각속도가 설정각속도2 이하인 조건을 만족할 경우, 상기 제2시점의 조향토크 검출값 또는 랙 추력값을 구하여 제2조향각과 함께 기울기값 계산에 이용하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향 시스템의 제어 방법.
  13. 청구항 9에 있어서,
    상기 계산된 기울기값을 저장하고,
    이후 제1조향각이 검출된 다음번 제1시점의 조향토크 검출값 또는 랙 추력값과, 제2조향각이 검출된 다음번 제2시점의 조향토크 검출값 또는 랙 추력값을 구하여 동일한 방법으로 기울기값을 계산하여 저장하며,
    이후 다음번 제1시점의 데이터와 다음번 제2시점의 데이터를 이용하여 기울기값을 계산하는 과정을 반복함으로써 설정 개수만큼의 기울기값이 저장되면, 저장된 기울기값들을 평균한 기울기 평균값을 이용하여 토크 보상량을 결정하는 것을 특징으로 하는 조향 시스템의 제어 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 기울기 평균값과 미리 설정된 기준 기울기값의 차이값에 따라 토크 보상량을 결정하는 것을 특징으로 하는 조향 시스템의 제어 방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 기울기 평균값과 기준 기울기값의 차이값을 구한 뒤, 상기 기준 기울기값에 대한 상기 차이값의 백분율값인 기울기 변화율을 구하여, 상기 구해진 기울기 변화율에 해당하는 토크 보상량을 결정하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향 시스템의 제어 방법.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 토크 보상량은 기울기 변화율이 클수록 더 큰 값이 되도록 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 전동식 조향 시스템의 제어 방법.
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