KR20190034938A - 스티어 바이 와이어 시스템 및 그 제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 스티어 바이 와이어 시스템 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 운전자가 스티어링휠의 조작시 발생하는 토션바 토크를 감지하는 토크 센서와, 스티어링휠의 조향각을 감지하는 조향각 센서와, 스티어링휠의 조작 방향의 반대방향으로 반력을 제공하기 위한 반력 모터와, 토션바 토크와 조향각에 대한 정보를 제공받아 외란을 제거한 복수의 상태 변수를 추정하는 LPV 상태 추정기와, LPV 상태 추정기에서 추정된 복수의 상태 변수를 이용하여 반력 모터에서 출력되는 반력 토크를 결정하는 반력 제어기를 포함한다. 이에 의해, 운전자의 조향 의지를 정확히 파악할 수 있다.

Description

스티어 바이 와이어 시스템 및 그 제어방법{Steer by Wire System and Controlling Method Thereof}
본 발명은 스티어 바이 와이어 시스템 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 부가적인 센서를 채용하지 아니하고도 운전자의 조향 의지를 판단할 수 있는 복수의 상태 변수를 추정하도록 함으로써, 운전자의 조향 의지를 정확히 판단함과 동시에 생산 단가를 감소시킬 수 있도록 하는 스티어 바이 와이어 시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.
스티어 바이 와이어(Steer-By-Wire: SBW) 시스템은 스티어링휠과 바퀴를 연결하는 기계적인 구조 대신 운전자에 의한 스티어링휠의 조작을 감지하여 신호를 발생시키고, 해당 신호를 이용하여 바퀴의 조향을 제어하는 장치를 말한다.
스티어 바이 와이어 시스템의 스티어링휠을 포함하는 입력유닛에는 스티어링휠의 조향각을 검출하는 조향각 센서, 스티어링휠 조향축의 토크를 감지하는 토크 센서, 스티어링 휠의 회전에 따른 반력 토크을 제공하는 반력 모터 등이 구비되고, 출력유닛에는 바퀴의 회전각을 검출할 수 있는 조향 출력 센서, 보조력을 발생시켜 바퀴가 회전되도록 하는 조향 모터, 조향 모터의 회전축의 위치를 감지하는 조향 모터 위치 센서 등이 구비될 수 있다.
운전자가 스티어링휠을 돌리면 조향각 센서와 토크 센서에서 감지된 스티어링휠의 회전량과 토션바의 토크가 전자제어장치(Electronic Control Unit: ECU)로 전달되고, 전자제어장치는 바퀴의 조향제어를 위한 전류를 생성하여 조향 모터로 제공함으로써, 바퀴를 조향하게 된다.
또한, 스티어 바이 와이어 시스템에서는 반력 모터를 이용하여 운전자가 스티어링휠을 조작할 때 스티어링휠과 반대방향으로 힘을 발생시켜 운전자에게 적절한 조향감을 부여한다.
그런데, 이러한 스티어 바이 와이어 시스템에서는 조향각과 토크만으로는 운전자의 조향 의지를 정확히 판단하기 어렵다. 이를 보완하기 위해, 전류 센서를 사용하여 반력 모터의 상 전류를 측정함으로써, 운전자 토크를 추정하여 제어하는 방법이 제안되었다. 그러나 이렇게 전류 센서를 사용하는 경우, 전류 센서의 채용뿐만 아니라 전류 센서에서 측정된 요소들을 이용하여 운전자 토크를 산출하고 이를 시스템에 적용하기 위한 전자제어장치가 부가적으로 구비되어야 한다. 따라서, 부품이 증가되어 생산단가가 증가된다는 단점이 있다.
이에 따라, 전류 센서와 추가적인 전자제어장치를 사용하지 아니하고도 운전자의 조향 의지를 정확히 판단할 수 있도록 함으로써, 생산 단가를 감소시킬 필요가 있다.
한편, 전류 센서를 구비한 경우에도 전류 센서에 오류가 발생하면 운전자의 조향 의지를 정확히 파악할 수 없다. 따라서, 전류 센서에서 감지된 상전류값을 검증하여 전류 센서의 오류 여부를 판단하고, 전류 센서의 오류 발생시에도 운전자의 조향 의지를 정확히 판단할 수 있도록 할 필요가 있다.
본 발명은, 전류 센서를 사용하지 아니하고도 운전자의 조향 의지를 판단할 수 있는 복수의 상태변수 및 토크리플을 추정할 수 있도록 함으로써, 정확한 반력 토크와 조향 토크를 반력 모터와 조향 모터에서 출력할 수 있을 뿐만 아니라 센서와 전자제어장치 개수의 감소로 인해 생산단가를 감소시킬 수 있도록 하는 스티어 바이 와이어 시스템 및 그 제어방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은, 전류 센서의 오류 여부를 판단하고, 전류 센서의 오류 발생시에도 운전자의 조향 의지를 정확히 판단할 수 있도록 하는 스티어 바이 와이어 시스템 및 그 제어방법을 제공하는 것이다.
상기 목적은, 운전자가 스티어링휠의 조작시 발생하는 토션바 토크를 감지하는 토크 센서; 상기 스티어링휠의 조향각을 감지하는 조향각 센서; 상기 스티어링휠의 조작 방향의 반대방향으로 반력을 제공하기 위한 반력 모터; 상기 토션바 토크와 상기 조향각에 대한 정보를 제공받아 외란을 제거한 복수의 상태 변수를 추정하는 LPV 상태 추정기; 및 상기 LPV 상태 추정기에서 추정된 상기 복수의 상태 변수를 이용하여 상기 반력 모터에서 출력되는 반력 토크를 결정하는 반력 제어기;를 포함하는 스티어 바이 와이어 시스템에 의해 달성될 수 있다.
상기 목적은, 운전자가 스티어링휠의 조작시 발생하는 토션바 토크를 감지하는 토크 감지 단계; 상기 스티어링휠의 조향각을 감지하는 조향각 감지 단계; 상기 토션바 토크와 상기 조향각에 대한 정보를 제공받아 외란을 제거한 복수의 상태 변수를 추정하는 추정단계; 및 상기 복수의 상태 변수를 이용하여 상기 스티어링휠의 조작 방향의 반대방향으로 반력을 제공하기 위한 반력 모터에서 출력되는 반력 토크를 결정하는 토크 결정 단계;를 포함하는 스티어 바이 와이어 시스템의 제어방법에 의해서도 달성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 전류 센서와 같이 별도의 센서를 구비하지 아니한 상태에서도 운전자의 조향 의지를 정확히 파악할 수 있으므로, 반력 모터에 제공되는 반력 토크와 조향 모터에 제공되는 조향 토크를 정확히 산출하여 반력 모터와 조향 모터를 제어할 수 있다. 이에 따라, 센서 개수와 전자제어장치의 감소로 인해 제조단가를 감소시킬 수 있다. 뿐만 아니라, 전류 센서가 구비된 경우에는 LPV 상태 추정기에서 산출된 상태 변수들의 추정값을 전류 센서의 오류를 감지하기 위해 사용할 수 있으므로, 전류 센서의 오류시에도 운전자의 조향 의지를 정확히 파악할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 스티어 바이 와이어 시스템의 블록구성도이다.
도 2는 스티어 바이 와이어 시스템의 출력유닛의 간략한 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 스티어 바이 와이어 시스템의 입력유닛과 제어유닛의 관계를 나타낸 블럭구성도이다.
도 4는 본 발명에 따른 스티어 바이 와이어 시스템의 LPV 상태 추정기에서 상태 변수들을 추정하는 과정을 보인 흐름도이다.
도 5는 본 발명에 따른 스티어 바이 와이어 시스템의 제어과정을 보인 흐름도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세한 설명을 통해 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서 및 청구항에서 사용되는 단수 표현은, 달리 언급하지 않는 한 일반적으로 "하나 이상"을 의미하는 것으로 해석되어야 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 스티어 바이 와이어 시스템의 블록구성도이다.
본 발명에 따른 스티어 바이 와이어 시스템은, 선형 파라미터 변형 상태 추정기(60)(Linear Parameter Varying State Estimator: 이하, LPV 상태 추정기)를 이용하여 부가적인 전류 센서를 구비하지 않은 상태에서도 토크 리플(τcmr) 등의 화이트 노이즈 성분들이 제거된 상태의 상태변수들을 추정함으로써, 운전자의 조향 의지를 정확히 판단하여 정확한 반력 토크와 조향 토크를 출력할 수 있다.
본 스티어 바이 와이어 시스템은, 스티어링휠(15)을 포함하는 입력유닛(10)과, LPV 상태 추정기(60)를 포함하는 제어유닛(50)과, 바퀴(85)를 포함하는 출력유닛(70)을 포함할 수 있다.
도 2는 스티어 바이 와이어 시스템의 출력유닛(70)의 간략한 구성도이다.
출력유닛(70)은, 출력측에는 바퀴(85)의 회전각(θcm)을 검출할 수 있는 조향 출력 센서(90), 보조력을 발생시켜 바퀴(85)가 회전되도록 하는 조향 모터(75), 및 조향 모터(75)의 회전축의 위치를 감지하는 조향 모터 위치 센서(80) 등이 구비될 수 있다.
출력유닛(70)에는 입력유닛(10)에서 산출되어 조향 모터(75)에 제공되는 전류에 대한 제어신호가 제공되며, 조향 모터(75)의 작동에 의해 운전자가 의도한 조향각을 갖도록 바퀴(85)가 조향될 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 스티어 바이 와이어 시스템의 입력유닛(10)과 제어유닛(50)의 관계를 나타낸 블럭구성도이다.
본 입력유닛(10)은, 스티어링휠(15), 조향각 센서(25), 토크 센서(30), 반력 모터(35), 모터 위치 센서(40)를 포함할 수 있으며, 제어유닛(50)은 반력 제어기(55), LPV 상태 추정기(60), 조향 제어기(65)를 포함할 수 있다.
입력유닛(10)의 조향각 센서(25), 토크 센서(30), 반력 모터(35)는 스티어링휠(15)의 축인 조향 컬럼(20)에 각각 장착될 수 있다.
조향각 센서(25)는 운전자가 스티어링휠(15)을 회전시킬 때 스티어링휠(15)의 조향각을 검출하며, 검출된 조향각에 대한 정보를 LPV 상태 추정기(60)로 전달할 수 있다.
토크 센서(30)는 운전자가 스티어링휠(15)을 회전시킬 때 조향 컬럼(20)에서 발생되는 토션바 토크를 감지하여 LPV 상태 추정기(60)로 전달할 수 있다.
반력 모터(35)는 운전자가 스티어링휠(15)을 조작할 때 스티어링휠(15)과 반대방향으로 힘을 발생시켜 운전자에게 적절한 조향감을 부여하며, 조향감의 발생을 위한 반력 모터(35)에는 적절한 반력 토크의 발생을 위한 전류가 제공된다.
모터 위치 센서(40)는 반력 모터(35)의 회전에 따라 전압신호를 발생시키며, 전압신호에 의해 반력 모터(35)의 회전각(θcm)을 실시간으로 감지할 수 있다. 모터 위치 센서(40)는 반력 모터(35)의 회전각(θcm)에 대한 정보를 LPV 상태 추정기(60)로 전달할 수 있다.
제어유닛(50)의 반력 제어기(55)는 반력 모터(35)가 산출된 반력 토크를 갖도록 제어하고, 조향 제어기(65)는 조향 모터(75)가 운전자가 의도한 조향각으로 바퀴(85)가 구동하도록 조향 모터(75)를 제어할 수 있다.
LPV 상태 추정기(60)는 칼만필터(Kalman Filter)를 이용하여 운전자의 조향 의지를 파악하기 위한 복수의 상태 변수들을 추정하며, 칼만필터의 사용에 따라, 조향 컬럼(20)의 조향각 센서(25), 토크 센서(30), 모터 위치 센서(40)로부터 제공된 데이터에 포함된 토크 리플(τcmr ) 등의 화이트 노이즈 성분들이 제거된 복수의 상태 변수들을 추정할 수 있다.
반력 제어기(55)는, LPV 상태 추정기(60)로부터 화이트 노이즈가 제거된 상태 변수들의 추정값을 제공받으며, 제공받은 복수의 상태 변수들의 추정값을 이용하여 반력 모터(35)에서 출력되어야 하는 반력 토크를 결정하고, 결정된 반력 토크가 반력 모터(35)에서 출력되도록 반력 모터(35)에 제공되는 반력모터입력전압에 대한 제어신호를 출력하게 된다.
이를 위해, 반력 제어기(55)는 LPV 상태 추정기(60)에서 추정된 상태 변수들에 대응되는 반력 토크 기준값에 대한 정보를 보유하고 있으며, LPV 상태 추정기(60)로부터 제공된 상태 변수들을 이용하여 반력 토크를 결정하게 된다. 또한, 반력 제어기(55)는 결정된 반력 토크가 반력 모터(35)에서 발생하기 위해 반력 모터(35)에 제공되어야 하는 반력모터입력전압에 대한 정보를 보유하고 있으며, 반력 토크가 결정되면, 해당 반력 토크에 매칭되는 반력모터입력전압이 반력 모터(35)로 제공되도록 제어신호를 생성하게 된다.
조향 제어기(65)는, LPV 상태 추정기(60)로부터 제공받은 복수의 상태 변수들의 추정값을 이용하여 조향 모터(75)에서 출력되는 조향 토크를 결정할 수 있다. 조향 토크가 결정되면, 조향 제어기(65)는 결정된 조향 토크가 조향 모터(75)에서 발생하기 위해 조향 모터(75)에 제공되어야 하는 조향모터입력전압에 대한 제어신호를 출력할 수 있다.
이를 위해, 조향 제어기(65)는 상태 변수들의 추정값에 대응되는 조향 토크 기준값에 대한 정보를 보유하고 있으며, LPV 상태 추정기(60)로부터 제공된 상태 변수들을 이용하여 조향 토크를 결정하게 된다. 또한, 조향 제어기(65)는 결정된 조향 토크가 조향 모터(75)에서 발생하기 위해 조향 모터(75)에 제공되어야 하는 조향모터입력전압에 대한 정보를 보유하고 있으며, 조향 토크가 결정되면, 해당 조향 토크에 매칭되는 조향모터입력전압이 조향 모터(75)로 제공되도록 제어신호를 생성하게 된다.
LPV 상태 추정기(60)는, 도 4의 흐름도에 도시된 바와 같이, 조향각 센서(25), 토크 센서(30), 모터 위치 센서(40)로부터 각각 스티어링휠(15)의 조향각, 토션바 토크, 반력 모터(35)의 회전각(θcm )에 대한 정보를 제공받고, 반력 제어기에서 출력되어 반력 모터(35)에 입력되는 반력모터입력전압에 대한 정보를 제공받을 수 있으며, 이를 이용하여 스티어링휠(15) 각속도, 스티어링휠(15) 각속도와 모터 각속도와의 차이, 운전자 토크(τdrv), 상 전류를 추정하거나 산출할 수 있다.
LPV 상태 추정기(60)는, 칼만 필터를 이용하여 정의되는 4 Vertex에 대한 기본 추정기 게인을 산출하고, 산출된 4 Vertex에 대한 기본 추정기 게인을 보유하고 있다. 4 Vertex에 대한 추정기 게인은 다음의 수학식 1 내지 4로 정의될 수 있다.
Figure pat00001
Figure pat00002
Figure pat00003
Figure pat00004
여기서, 4 Vertex는 각각 다음의 수학식 5에 표시된 행렬의 v1, v2, v3, v4로 정의될 수 있다.
Figure pat00005
LPV 상태 추정기(60)는, 모터 위치 센서(40)로부터 제공받은 반력 모터(35)의 회전각(θcm)에 대한 정보를 이용하여 게인 보간 파라미터(Gain Interpolation Parameters)들을 산출할 수 있다(S400). 여기서, 반력 모터(35)의 회전각(θcm)과 파장(λ1,λ2)은 다음의 수학식 3과 같이 정의될 수 있다.
Figure pat00006
또한, 게인 보간 파라미터들(ξ1,ξ2.ξ3.ξ4)의 벡터는 다음의 수학식 7에 의해 정의 될 수 있다.
Figure pat00007
따라서, 게인 보간 파라미터(ξ)는 다음의 수학식 8와 같이 정의될 수 있으며,
Figure pat00008
여기서, 벡터(
Figure pat00009
)는 수학식 5를 적용하면 다음의 수학식 9과 같이 정의할 수 있고,
Figure pat00010
게인 보간 파라미터들(ξ1,ξ2.ξ3.ξ4)은 수학식 8에 수학식 9과 수학식 6에서 정의된 벡터와 반력 모터(35)의 회전각(θcm)에 대한 정의를 적용하여 다음의 수학식 10로 나타낼 수 있다.
Figure pat00011
이러한 수학식 10에 반력 모터(35)의 회전각(θcm)을 입력하면, LPV 상태 추정기(60)는 게인 보간 파라미터들(ξ1,ξ2.ξ3.ξ4)의 추정값들을 산출할 수 있다.
게인 보간 파라미터들(ξ1,ξ2.ξ3.ξ4)의 추정값들이 산출되면, LPV 상태 추정기(60)는 산출된 게인 보간 파라미터들(ξ1,ξ2.ξ3.ξ4)의 추정값들을 이용하여 보간된 추정기 게인(Interpolated Estimator Gain)을 산출할 수 있다(S410).
보간된 추정기 게인(K(θcm))은 다음의 수학식 8로 정의될 수 있다.
Figure pat00012
즉, 수학식 1 내지 4로 정의된 기본 추정기 게인에 게인 보간 파라미터들의 추정값이 적용되어 보간된 추정기 게인이 산출될 수 있다.
보간된 추정기 게인이 산출되면, LPV 상태 추정기(60)는 조향각 센서(25)와 토크 센서(30)로부터 제공된 스티어링휠(15)의 조향각과 토션바 토크를 입력받아 미분 상 방정식인 다음의 수학식 12에 대입함으로써, 토크 리플(τcmr)을 제거한 복수의 상태 변수들의 추정값을 산출할 수 있다(S420). 이때, 상태 변수의 추정값으로는 운전자 토크(τdrv), 스티어링휠(15)의 조향각, 스티어링휠(15)의 조향각속도, 토션바 토크, 스티어링 휠과 모터의 각속도 차이, 상 전류 등을 포함할 수 있다.
여기서, 스티어링휠(15)의 조향각속도는 조향각 센서(25)에서 감지한 조향각을 단위 시간으로 나누어 산출할 수 있고, 모터 각속도는 모터 위치 센서(40)에서 감지된 반력 모터의 회전각을 단위 시간으로 나누어 산출할 수 있다. 스티어링휠(15)의 각속도와 모터의 각속도 차이는 조향각속도와 모터 각속도의 차이로 구할 수 있다.
Figure pat00013
수학식 9의 미분 상 방정식은 다음의 수학식 13의 기존 상 방정식을 미분하고 복수의 상태 변수들을 추정할 수 있도록 칼만필터를 적용하여 변형한 것이다.
Figure pat00014
여기서, 수학식 10의 상 방정식에 포함되는
Figure pat00015
, u, Za, B1, B2, α1(t), α2(t)는 각각 다음의 수학식 14 내지 20과 같이 정의될 수 있다.
Figure pat00016
Figure pat00017
Figure pat00018
Figure pat00019
Figure pat00020
Figure pat00021
Figure pat00022
한편, 4 Vertex에서의 LPV 상태 추정기(60)의 행렬은 다음의 수학식 21 내지 24와 같이 정의될 수 있다.
Figure pat00023
Figure pat00024
Figure pat00025
Figure pat00026
여기서, 수학식 21 내지 24의 변수들은 다음의 수학식 25 내지 30와 같이 각각 정의될 수 있다.
Figure pat00027
Figure pat00028
Figure pat00029
Figure pat00030
Figure pat00031
Figure pat00032
4 Vertex에서의 LPV 상태 추정기(60)의 행렬에 수학식 7의 보간 파라미터를 적용하면, 다음의 수학식 31와 같이, 보간 파라미터 벡터에 의한 LPV 상태 추정기(60)의 매트릭스가 정의될 수 있다.
Figure pat00033
LPV 상태 추정기(60)는 상태 변수들의 추정값들을 토크 센서(30), 조향각 센서(25), 모터 위치 센서(40)에서 감지된 상태 변수들과 비교함으로써, LPV 상태 추정기(60)에서 추정된 상태 변수들의 값이 정확한지 검증하는 과정을 수행할 수 있다(S430). 만약, LPV 상태 추정기(60)에서 추정된 상태 변수들의 값이 토크 센서(30), 조향각 센서(25), 모터 위치 센서(40)에서 감지된 상태 변수들과 일정 이상의 차이가 발생하면, LPV 상태 추정기(60)는 상태 변수들의 추정을 다시 수행할 수 있다.
검증이 완료되면, LPV 상태 추정기(60)에서 산출된 상태 변수들의 추정값들은 각각 반력 제어기(55)와 조향 제어기(65)로 제공될 수 있다(S440).
이러한 구성에 의한 스티어 바이 와이어 시스템에서 LPV 상태 추정기(60)를 이용하여 반력 토크의 결정을 위한 상태 변수들의 추정값들을 산출하는 과정을 도 5를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
차량의 운행이 시작되면(S500), 조향각 센서(25), 토크 센서(30), 모터 위치 센서(40)에서는 각각 스티어링휠(15)의 조향각, 토션바 토크, 반력 모터(35)의 회전각(θcm)을 감지하여 LPV 상태 추정기(60)로 전달할 수 있다(S510).
LPV 상태 추정기(60)는 모터 위치 센서(40)로부터 제공받은 반력 모터(35)의 회전각(θcm)에 대한 정보를 수학식 7에 적용하여 게인 보간 파라미터들을 산출할 수 있다(S520). LPV 상태 추정기(60)는 4 Vertex에 대한 기본 추정기 게인을 보유하고 있으며, LPV 상태 추정기(60)는 산출된 게인 보간 파라미터들을 칼만필터로 정의된 기본 추정기 게인에 적용함으로써, 보간된 추정기 게인을 산출할 수 있다(S530).
보간된 추정기 게인이 산출되면, LPV 상태 추정기(60)는 스티어링휠(15)의 조향각과 토션바 토크를 수학식 9에 대입함으로써, 토크 리플(τcmr)이 제거된 상태 변수들의 추정값을 산출할 수 있다(S540). 이때, 상태 변수의 추정값으로는 운전자 토크(τdrv), 스티어링휠(15)의 조향각, 스티어링휠(15)의 조향각속도, 토션바 토크, 스티어링 휠과 모터의 각속도 차이, 상 전류 등을 포함할 수 있다. 여기서, 스티어링휠(15)의 조향각속도는 조향각 센서(25)에서 감지한 조향각을 단위 시간으로 나누어 산출할 수 있고, 모터 각속도는 모터 위치 센서(40)에서 감지된 반력 모터의 회전각을 단위 시간으로 나누어 산출할 수 있다. 스티어링휠(15)의 각속도와 모터의 각속도 차이는 조향각속도와 모터 각속도의 차이로 구할 수 있다.
LPV 상태 추정기(60)는 산출된 상태 변수들의 추정값과, 조향각 센서(25), 토크 센서(30), 모터 위치 센서(40)에서 감지된 스티어링휠(15)의 조향각, 토션바 토크, 반력 모터(35)의 회전각(θcm)을 비교할 수 있다(S550). 만약 LPV 상태 추정기(60)에서 산출된 상태 변수들의 추정값과 각 센서에서 감지된 상태 변수들 간의 차이가 미리 설정된 일정 이상이면(S560-N), LPV 상태 추정기(60)는 그 차이가 일정 이하가 될 때까지 상태 변수들을 다시 추정할 수 있다.
LPV 상태 추정기(60)에서 산출되어 검증된 복수의 상태 변수의 추정값들은 반력 제어기(55)와 조향 제어기(65)로 제공될 수 있다(S570). 반력 제어기(55)에서는 상태 변수의 추정값들을 이용하여 반력 모터(35)의 반력 토크를 결정하고, 결정된 반력 토크에 대응되는 모터입력전압에 대한 제어신호를 반력 모터(35)로 제공할 수 있다. 조향 제어기(65)에서는 상태 변수의 추정값들을 이용하여 조향 모터(75)의 조향 토크를 결정하고, 결정된 조향 토크에 대응되는 조향모터입력전압에 대한 제어신호를 조향 모터(75)로 제공할 수 있다(S580).
한편, 상술한 실시예에서는 전류 센서를 구비하지 아니한 경우를 예로 들어 설명하였으나, 전류 센서를 구비한 경우에는 전류 센서에서 감지된 반력 모터(35)의 상 전류값과, LPV 상태 추정기(60)에서 추정된 상 전류값을 비교함으로써, 전류 센서에서 감지된 상 전류값을 검증할 수 있다.
만약, 전류 센서에서 감지된 상 전류값이 LPV 상태 추정기(60)에서 추정된 상 전류값으로부터 일정 범위 이상 벗어날 경우, 전류 센서에 오류가 발생한 것으로 판단하고, LPV 상태 추정기(60)에서 추정된 상 전류값을 이용하여 반력 모터(35)와 조향 모터(75)를 제어할 수 있도록 한다. 즉, 전류 센서가 구비된 경우에는 본 LPV 상태 추정기(60)를 사용하여 전류 센서의 오류를 판단함으로써, 오류 발생시에는 LPV 상태 추정기(60)에서 추정된 상 전류값을 사용하여 전류 센서의 오류 발생시에도 운전자의 조향 의지를 정확히 파악할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 스티어 바이 와이어 시스템에서는 칼만필터를 이용한 LPV 상태 추정기(60)를 이용하여 토크 리플(τcmr)이 제거된 운전자 토크(τdrv), 스티어링휠(15)의 조향각, 스티어링휠(15)의 조향각속도, 토션바 토크, 스티어링 휠과 모터의 각속도 차이, 상 전류 등을 포함하는 상태 변수들의 추정값을 산출할 수 있다. 따라서, 전류 센서와 같이 별도의 센서를 구비하지 아니한 상태에서도 운전자의 조향 의지를 정확히 파악할 수 있다. 이에 따라, 반력 모터(35)에 제공되는 반력 토크와 조향 모터(75)에 제공되는 조향 토크를 정확히 산출하여 반력 모터(35)와 조향 모터(75)를 제어할 수 있다. 또한, 전류 센서가 구비된 경우에도 LPV 상태 추정기(60)에서 산출된 상태 변수들의 추정값을 전류 센서의 오류를 감지하기 위해 사용할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 장치 및 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다.
컴퓨터 판독 가능 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 분야 통상의 기술자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media) 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 또한 상술한 매체는 프로그램 명령, 데이터 구조 등을 지정하는 신호를 전송하는 반송파를 포함하는 광 또는 금속선, 도파관 등의 전송 매체일 수도 있다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.
상술한 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
10 : 입력유닛 15 : 스티어링휠
20 : 조향 컬럼 25 : 조향각 센서
30 : 토크 센서 35 : 반력 모터
40 : 모터 위치 센서 50 : 제어유닛
55 : 반력 제어기 60 : LPV 상태 추정기
65 : 조향 제어기 70 : 출력유닛
75 : 조향 모터 80 : 조향 모터 위치 센서
85 : 바퀴 90 : 조향 출력 센서

Claims (16)

  1. 운전자가 스티어링휠의 조작시 발생하는 토션바 토크를 감지하는 토크 센서;
    상기 스티어링휠의 조향각을 감지하는 조향각 센서;
    상기 스티어링휠의 조작 방향의 반대방향으로 반력을 제공하기 위한 반력 모터;
    상기 토션바 토크와 상기 조향각에 대한 정보를 제공받아 외란을 제거한 복수의 상태 변수를 추정하는 LPV 상태 추정기; 및
    상기 LPV 상태 추정기에서 추정된 상기 복수의 상태 변수를 이용하여 상기 반력 모터에서 출력되는 반력 토크를 결정하는 반력 제어기
    를 포함하는 스티어 바이 와이어 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 반력 모터의 회전각을 감지하는 모터 위치 센서를 더 포함하며;
    상기 LPV 상태 추정기는,
    상기 반력 모터의 회전각에 대한 정보를 제공받아 상기 LPV 상태 추정기의 게인 보간 파라미터를 산출하는 스티어 바이 와이어 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 LPV 상태 추정기는,
    칼만 필터를 이용하여 정의되는 4 Vertex에 대한 기준 추정기 게인에 대한 정보를 보유하며,
    상기 LPV 상태 추정기는,
    상기 기준 추정기 게인에 상기 산출된 게인 보간 파라미터들을 적용하여 보간된 추정기 게인을 산출하는 스티어 바이 와이어 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 LPV 상태 추정기는,
    상기 스티어링휠의 조향각과 상기 토션바 토크에 대한 정보를 제공받아 상기 보간된 추정기 게인을 적용하여 외란을 제거한 복수의 상태 변수의 추정값을 산출하는 스티어 바이 와이어 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    바퀴를 조향하는 조향 모터와, 상기 LPV 상태 추정기로부터 상기 복수의 상태 변수의 추정값을 제공받아 상기 조향 모터에서 출력되는 조향 토크를 제어하는 조향 제어기를 더 포함하는 스티어 바이 와이어 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 LPV 상태 추정기는,
    상기 복수의 상태 변수가 상기 토션바 토크, 상기 조향각, 상기 반력 모터의 회전각에 대한 정보 중 적어도 하나와 미리 설정된 일정 이상의 차이가 발생하면, 상기 복수의 상태 변수의 추정값을 재산출하는 스티어 바이 와이어 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 LPV 상태 추정기에서 산출된 상기 복수의 상태 변수의 추정값은 운전자 토크, 스티어링휠의 조향각, 스티어링휠의 조향각속도, 토션바 토크, 스티어링 휠과 모터의 각속도 차이, 상 전류 중 적어도 하나를 포함하는 스티어 바이 와이어 시스템.
  8. 제1항 또는 제5항에 있어서,
    상기 반력 모터 또는 상기 조향 모터 중 하나의 상 전류를 감지하는 전류 센서를 더 포함하며, 상기 LPV 상태 추정기는 상기 전류 센서에서 감지된 상 전류와 상기 LPV 상태 추정기에서 산출된 상 전류를 비교하여 상기 전류 센서의 오류 여부를 판단하는 스티어 바이 와이어 시스템.
  9. 운전자가 스티어링휠의 조작시 발생하는 토션바 토크를 감지하는 토크 감지 단계;
    상기 스티어링휠의 조향각을 감지하는 조향각 감지 단계;
    상기 토션바 토크와 상기 조향각에 대한 정보를 제공받아 외란을 제거한 복수의 상태 변수를 추정하는 추정단계; 및
    상기 복수의 상태 변수를 이용하여 상기 스티어링휠의 조작 방향의 반대방향으로 반력을 제공하기 위한 반력 모터에서 출력되는 반력 토크를 결정하는 토크 결정 단계
    를 포함하는 스티어 바이 와이어 시스템의 제어방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 반력 모터의 회전각을 감지하는 단계와,
    상기 반력 모터의 회전각에 대한 정보를 제공받아 상기 복수의 상태 변수를 산출하기 위한 게인 보간 파라미터를 산출하는 단계를 더 포함하는 스티어 바이 와이어 시스템의 제어방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 추정단계는, 칼만 필터를 이용하여 정의되는 4 Vertex에 대한 기준 추정기 게인에 상기 산출된 게인 보간 파라미터들을 적용하여 보간된 추정기 게인을 산출하는 단계를 더 포함하는 스티어 바이 와이어 시스템의 제어방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 추정단계는,
    상기 스티어링휠의 조향각과 상기 토션바 토크에 대한 정보를 제공받아 상기 보간된 추정기 게인을 적용하여 외란을 제거한 복수의 상태 변수의 추정값을 산출하는 단계를 포함하는 스티어 바이 와이어 시스템의 제어방법.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 복수의 상태 변수의 추정값을 제공받아 바퀴를 조향하는 조향 모터에서 출력되는 조향 토크를 제어하는 단계를 더 포함하는 스티어 바이 와이어 시스템의 제어방법.
  14. 제 9 항에 있어서,
    상기 복수의 상태 변수가 상기 토션바 토크, 상기 조향각, 상기 반력 모터의 회전각에 대한 정보 중 적어도 하나와 미리 설정된 일정 이상의 차이가 발생하면, 상기 복수의 상태 변수의 추정값을 재산출하는 스티어 바이 와이어 시스템의 제어방법.
  15. 제 9 항에 있어서,
    상기 복수의 상태 변수의 추정값은 운전자 토크, 스티어링휠의 조향각, 스티어링휠의 조향각속도, 토션바 토크, 스티어링 휠과 모터의 각속도 차이, 상 전류 중 적어도 하나를 포함하는 스티어 바이 와이어 시스템의 제어방법.
  16. 제 9 항에 있어서,
    반력 모터 또는 조향 모터 중 하나의 상 전류를 감지하는 단계와,
    상기 감지된 상 전류와 상기 복수의 상태 변수의 추정값 중 하나인 상 전류를 비교하여 상기 상 전류를 감지하는 전류 센서의 오류를 판단하는 단계를 더 포함하는 스티어 바이 와이어 시스템의 제어방법.
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