KR20190047507A

KR20190047507A - 전동식 조향장치 및 그 제어방법

Info

Publication number: KR20190047507A
Application number: KR1020170141461A
Authority: KR
Inventors: 김태홍
Original assignee: 현대모비스 주식회사
Priority date: 2017-10-27
Filing date: 2017-10-27
Publication date: 2019-05-08
Also published as: KR102314346B1; CN109720405B; US20190126978A1; US11155297B2; CN109720405A

Abstract

본 발명은 전동식 조향장치 및 그 제어방법이 개시된다. 본 발명의 전동식 조향장치는, 차량의 차속을 감지하는 차속센서; 차량의 기울어진 상태를 감지하여 요레이트값을 출력하는 요레이트센서; 차량의 횡방향으로 작용하는 횡가속도를 감지하는 횡가속도센서; 차속센서, 요레이트센서 및 횡가속도센서로부터 차속, 요레이트값 및 횡가속도를 각각 입력받아 컬럼토크를 추정하여 보조토크를 산출하는 MDPS 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

전동식 조향장치 및 그 제어방법{MOTOR DRIVEN POWER STEERING SYSTEM AND CONTROL METHOD THEREOF}

본 발명은 전동식 조향장치 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전동식 조향장치에서 토크센서에 고장이 발생하더라도 운전자에게 필요한 보조토크를 생성할 수 있도록 함으로써 안전성 및 강건성을 극대화할 수 있도록 한 전동식 조향장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로, 전동식 조향장치(Motor Driven Power Steering; MDPS)는 전기모터를 이용해 운전자가 조향하는 방향으로 보조토크를 제공하여 핸들링이 가벼워지게 하는 것이다.

이러한 전동식 조향장치는 기존의 유압식 동력 조향장치(Hydraulic Power Steering; HPS)와 달리 차량의 주행 조건에 따라 자동으로 전기 모터의 동작을 제어하여 조타성능과 조타감을 향상시킬 수 있다.

이때, 전동식 조향장치는 조향 휠에 입력되는 운전자의 조향토크를 측정하는 토크센서, 조향 휠의 조향각을 측정하는 조향각센서 및 차속을 측정하는 차속센서 등을 구비하여 차량의 주행 조건을 판단한다.

한편, 전동식 조향장치가 장착된 차량의 주행 중에 토크센서에 고장이 발생한 경우, 적절하지 못한 보조력 제공으로 인해 운전자의 조향을 방해할 염려가 있으므로 전동식 조향장치가 수동모드(Manual Mode)로 전환되었다.

하지만, 이와 같이 전동식 조향장치가 갑작스럽게 수동모드로 전환되는 경우, 운전자가 느끼는 조향 이질감이 크다는 문제점이 있다.

예를 들어, 저속 코너링 상황에서 갑작스럽게 수동모드로 전환되면 운전자가 느끼는 조향감이 갑자기 무거워져 차량의 주행 안전성이 저해되고, 이에 따라 사고를 유발할 수 있는 문제점이 있다.

본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제2008-0078428호(2008.08.27 공개, 발명의 명칭 : 전동식 조향장치의 토크 센서 중점 보상 방법)에 개시되어 있다.

이와 같은 전동식 조향장치에서 운전자의 조향의지에 따라 조타가 가능하려면 토크센서에 의해 감지되는 운전자의 토크량을 이용하여야 하기 때문에 토크센서가 고장난 경우에는 전동식 조향장치가 수동모드로 전환되면서 조타가 불가능하게 되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점들을 개선하기 위하여 안출된 것으로, 일 측면에 따른 본 발명의 목적은 전동식 조향장치에서 토크센서에 고장이 발생하더라도 요레이트와 횡가속도 및 차속을 기반으로 가상의 컬럼토크를 추정하여 운전자에게 필요한 보조토크를 생성할 수 있도록 함으로써 안전성 및 강건성을 극대화할 수 있도록 한 전동식 조향장치 및 그 제어방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따른 전동식 조향장치는, 차량의 차속을 감지하는 차속센서; 차량의 기울어진 상태를 감지하여 요레이트값을 출력하는 요레이트센서; 차량의 횡방향으로 작용하는 횡가속도를 감지하는 횡가속도센서; 차속센서, 요레이트센서 및 횡가속도센서로부터 차속, 요레이트값 및 횡가속도를 각각 입력받아 컬럼토크를 추정하여 보조토크를 산출하는 MDPS 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 MDPS 제어부는, 차량의 동역학 모델을 기반으로 거동값을 추정하고, 거동값에 기초하여 타이어 횡력을 연산하여 랙포스를 산출하며, 랙포스를 통해 컬럼토크를 추정하는 컬럼토크 추정부; 및 컬럼토크 추정부에서 추정한 컬럼토크와, 차속 및 조향각을 기반으로 보조토크를 산출하는 보조토크 산출부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 컬럼토크 추정부는, 차속, 요레이트값 및 횡가속도를 각각 입력받아 차량의 동역학 모델을 기반으로 거동값을 추정하는 거동추정부; 거동추정부에서 추정한 거동값에 기초하여 전륜 타이어 횡력과 후륜 타이어 횡력을 연산하는 타이어 횡력 연산부; 타이어 횡력 연산부에서 연산된 전륜 타이어 횡력과 후륜 타이어 횡력에 코너링 강성 보정게인을 곱하여 랙포스를 산출하는 랙포스 산출부; 및 랙포스 산출부에서 산출된 랙포스를 역변환하여 컬럼토크를 산출하는 컬럼토크 산출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 거동추정부는, 차량의 동역학 모델을 기반으로 확장 칼만필터(Extended Kalman Filter)를 통해 거동값을 추정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 거동값은, 차량의 사이드슬립, 조향각 및 예측 요레이트값 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 MDPS 제어부는, 조향각센서와 모터각센서로부터 조향각과 모터각을 입력받아 조향각에 따라 모터각이 추종하도록 모터위치 제어값을 산출하는 PID 제어부; 및 PID 제어부에서 산출된 모터위치 제어값과 보조토크 산출부에서 산출된 보조토크를 차속에 따라 선택적으로 출력하는 출력선택부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 MDPS 제어부는, 초기 시동시 조향각센서의 조향각과 모터각센서의 모터각을 동기화시키는 동기화부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 출력선택부는, 차속이 설정속도 미만인 경우 모터위치 제어값을 최종 보조토크로 출력하고, 차속이 설정속도 이상인 경우 산출된 보조토크를 최종 보조토크로 출력하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 측면에 따른 전동식 조향장치의 제어방법은, MDPS 제어부가 차속이 설정차속 이상인 경우 차속, 요레이트값 및 횡가속도를 각각 입력받아 차량의 동역학 모델을 기반으로 거동값을 추정하는 단계; MDPS 제어부가 추정한 거동값에 기초하여 전륜 타이어 횡력과 후륜 타이어 횡력을 연산하는 단계; MDPS 제어부가 연산된 전륜 타이어 횡력과 후륜 타이어 횡력에 코너링 강성 보정게인을 곱하여 랙포스를 산출하는 단계; MDPS 제어부가 산출된 랙포스를 역변환하여 컬럼토크를 산출하는 단계; 및 MDPS 제어부가 산출된 컬럼토크와 차속 및 조향각을 기반으로 보조토크를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 거동값을 추정하는 단계는, MDPS 제어부가 차량의 동역학 모델을 기반으로 확장 칼만필터(Extended Kalman Filter)를 통해 거동값을 추정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 MDPS 제어부가 차속이 설정차속 미만인 경우 조향각과 모터각을 입력받아 PID 제어를 통해 조향각에 따라 모터각이 추종하도록 모터위치 제어값을 산출하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 MDPS 제어부가 초기 시동시 조향각센서의 조향각과 모터각센서의 모터각을 동기화시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 측면에 따른 전동식 조향장치 및 그 제어방법은 전동식 조향장치에서 토크센서에 고장이 발생하더라도 요레이트와 횡가속도 및 차속을 기반으로 가상의 컬럼토크를 추정하여 운전자에게 필요한 보조토크를 생성할 수 있도록 함으로써 안전성 및 강건성을 극대화할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 토크센서를 구비하지 않고도 컬럼토크를 추정하여 보조토크를 생성함으로써 부품수 감소 및 원가 절감을 꾀할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 조향장치를 나타낸 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 조향장치에 의한 컬럼토크와 조향각의 시뮬레이션 결과를 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 조향장치의 제어방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 전동식 조향장치 및 그 제어방법을 설명한다. 이 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 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 조향장치를 나타낸 블록 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 조향장치에 의한 컬럼토크와 조향각의 시뮬레이션 결과를 나타낸 그래프이다.

도 1에 도시된 바와 같이 전동식 조향장치는, 요레이트센서(10), 횡가속도센서(20), 차속센서(30) 및 MDPS 제어부(100)를 포함할 수 있다.

요레이트센서(10)는 차량의 기울어진 상태를 감지하여 요레이트값을 MDPS 제어부(100)로 출력한다.

횡가속도센서(20)는 차량의 횡방향으로 작용하는 횡가속도를 감지하여 MDPS 제어부(100)로 출력한다.

차속센서(30)는 차량의 차속을 감지하여 MDPS 제어부(100)로 출력한다.

MDPS 제어부(100)는 요레이트센서(10) 및 횡가속도센서(20), 차속센서(30)로부터 요레이트값, 횡가속도 및 차속을 각각 입력받아 컬럼토크를 추정하여 보조토크를 산출한다.

여기서 컬럼토크는 토크센서(미도시)를 통해 운전자가 조향휠(미도시)을 조작하여 좌/우로 선회하거나 차선을 변경하기 위해 조타할 경우 조향축(미도시)에 인가되는 토크를 말한다. 따라서 컬럼토크를 검출함으로써 운전자의 조향의지를 판단할 수 있으나, 토크센서에 고장이 발생하거나 토크센서를 구비하지 않은 경우 본 실시예와 같이 차속, 요레이트값 및 횡가속도를 기반으로 차량의 동역학 모델을 기반으로 컬럼토크를 추정하여 보조토크를 산출할 수 있다.

따라서 MDPS 제어부(100)는 컬럼토크 추정부(110)와 보조토크 산출부(120)를 포함할 수 있다.

컬럼토크 추정부(110)는 차량의 동역학 모델을 기반으로 거동값을 추정하고, 거동값에 기초하여 타이어 횡력을 연산하여 랙포스를 산출하며, 랙포스를 통해 컬럼토크를 추정할 수 있다.

여기서, 컬럼토크 추정부(110)는 거동추정부(112), 타이어 횡력 연산부(114), 랙포스 산출부(116) 및 컬럼토크 산출부(118)를 포함할 수 있다.

거동추정부(112)는 차속, 요레이트값 및 횡가속도를 각각 입력받아 차량의 동역학 모델을 기반으로 거동값을 추정할 수 있다.

이때 거동값은 차량의 사이드슬립(side slip), 조향각 및 예측 요레이트값 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.

거동추정부(112)에서 차속, 요레이트값 및 횡가속도를 입력받아 차량의 사이드스립, 조향각을 차량 동역학 모델을 기반으로 추정할 때 확장 칼만필터(Extended Kalman Filter)를 사용하여 요레이트센서(10)나 횡가속도센서(20)에서 발생하는 노이즈로 인한 진동이나 이질감의 유발을 방지할 수 있다.

또한, 저속일 경우 요레이트센서(10)나 횡가속도센서(20)의 신호가 차량 거동특성으로 인해 거의 없거나 불안정하기 때문에 칼만필터를 통해 추정된 예측 요레이트값을 사용하여 좀 더 안정적인 컬럼토크를 추정할 수 있다.

타이어 횡력 연산부(114)는 거동추정부(112)에서 추정한 거동값에 기초하여 전륜 타이어 횡력과 후륜 타이어 횡력을 연산한다.

랙포스 산출부(116)는 타이어 횡력 연산부(114)에서 연산된 전륜 타이어 횡력과 후륜 타이어 횡력에 코너링 강성 보정게인을 곱하여 랙포스(Rack Force)를 산출한다.

타이어 횡력 연산부(114)에서 연산된 전륜 타이어 횡력과 후륜 타이어 횡력은 실제 운전자가 조타시 필요한 보조토크의 패턴과 매우 흡사하다. 하지만 차량 거동에 따른 요레이트값의 크기 변화량이 실제 운전자의 컬럼토크 변화량과 완전히 일치하지는 않기 때문에 요레이트값에 따른 코너링 강성(Cornering Stiffness) 보정게인을 전륜 타이어 횡력과 후륜 타이어 횡력에 각각 곱하여 랙포스(Rack Force)를 산출하여 실제 차량 거동에 따른 운전자의 필요 컬럼토크 패턴과 일치시킬 수 있다.

도 2에서 도시된 시뮬레이션 결과와 같이 산출된 추정 컬럼토크, 실제 컬럼토크 및 조향각을 비교할 때 실제 운전자의 조향 패턴과 일치하고 있음을 볼 수 있다.

컬럼토크 산출부(118)는 랙포스 산출부(116)에서 산출된 랙포스를 역변환하여 컬럼토크를 산출할 수 있다.

보조토크 산출부(120)는 컬럼토크 추정부(110)에서 추정한 컬럼토크와, 차속 및 조향각을 기반으로 보조토크를 산출한다.

한편, MDPS 제어부(100)는 조향각센서(40)와 모터각센서(50)로부터 조향각과 모터각을 입력받아 조향각에 따라 모터각이 추종하도록 모터위치 제어값을 산출하는 PID 제어부(150)를 더 포함할 수 있다.

만약 차속이 설정속도 미만이거나 정차 중 요레이트센서(10)와 횡가속도센서(20)의 값이 0으로 수렴한 경우 보조토크가 없는 상태에서 운전자가 조타를 하게 되면 피니언 상위부의 토션바로부터 컬럼 조향휠만 틀어지게 되어 피니언 하단부에 위치한 구동모터(미도시)의 모터각과 벌어지게 된다.

이와 같이 조향각센서(40)의 조향각과 모터각센서(50)의 모터각이 벌어지게 될 경우 PID 제어부(150)에서 조향각에 따라 모터각이 추종하도록 모터위치 제어값을 산출하여 운전자가 조타하는 방향으로 모터위치를 제어함으로써 결국 운전자에게 필요한 보조토크를 생성 할 수 있게 된다.

이를 위해 MDPS 제어부(100)는 초기 시동시 조향각센서(40)의 조향각과 모터각센서(50)의 모터각을 동기화시키는 동기화부(140)를 더 포함할 수 있다.

조향각센서(40)는 절대각 센서이므로 시동을 켜면 바로 조향휠의 위치에 따른 조향각을 출력하게 되지만, 모터각센서(50)는 절대위치를 알 수 없기 때문에 초기 시동시 조향각센서(40)의 절대각을 모터각센서(50)의 현재 위치로 인식하여 저장한 후 기어비를 감안하여 조향각과 모터각을 동기화시킨다. 따라서 모터각센서(50)는 동기화된 현재 위치를 기반으로 엔코더에 의해 변화하는 위치를 업데이트하여 모터각을 제공할 수 있다.

또한, MDPS 제어부(100)는 출력선택부(130)를 더 포함하여 차속에 따라 PID 제어부(150)에서 산출된 모터위치 제어값과 보조토크 산출부(120)에서 산출된 보조토크를 선택적으로 출력할 수 있도록 한다.

여기서 출력선택부(130)는 차속이 설정속도 미만인 경우에는 요레이트센서(10)나 횡가속도센서(20)의 출력이 없기 때문에 PID 제어부(150)에서 산출된 모터위치 제어값을 최종 보조토크로 출력하고, 차속이 설정속도 이상인 경우에는 컬럼토크 추정부(110)에서 산출된 컬럼토크를 기반으로 산출된 보조토크를 최종 보조토크로 출력할 수 있다.

이때 설정속도는 칼만필터를 통해 추정하는 요레이트값이 어느 차속까지 안정적으로 추정되는지에 따라 그 기준을 설정할 수 있다. 예를 들어, 본 실시예에서는 20kph로 설정하였으나 이는 변동 가능하다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 전동식 조향장치에 따르면, 전동식 조향장치에서 토크센서에 고장이 발생하더라도 요레이트와 횡가속도 및 차속을 기반으로 가상의 컬럼토크를 추정하여 운전자에게 필요한 보조토크를 생성할 수 있도록 함으로써 안전성 및 강건성을 극대화할 수 있을 뿐만 아니라 토크센서를 구비하지 않고도 컬럼토크를 추정하여 보조토크를 생성함으로써 부품수 감소 및 원가 절감을 꾀할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 조향장치의 제어방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 조향장치의 제어방법에서는 MDPS 제어부(100)가 차속이 설정차속 이상인지 판단한다(S10).

S10 단계에서 차속이 설정속도 미만인 경우, MDPS 제어부(100)는 요레이트센서(10)나 횡가속도센서(20)의 출력이 없기 때문에 조향각에 따라 모터각이 추종하도록 모터위치 제어값을 산출하여 최종 보조토크를 출력할 수 있도록 한다.

먼저, MDPS 제어부(100)는 초기 시동시 조향각센서(40)의 조향각과 모터각센서(50)의 모터각을 동기화시킨다(S80).

이는 조향각센서(40)는 절대각 센서이므로 시동을 켜면 바로 조향휠의 위치에 따른 조향각을 출력하게 되지만, 모터각센서(50)는 절대위치를 알 수 없기 때문에 초기 시동시 조향각센서(40)의 절대각을 모터각센서(50)의 현재 위치로 인식하여 저장한 후 기어비를 감안하여 조향각과 모터각을 동기화시킨다. 따라서 모터각센서(50)는 동기화된 현재 위치를 기반으로 엔코더에 의해 변화하는 위치를 업데이트하여 모터각을 제공할 수 있다.

이와 같이 조향각센서(40)와 모터각센서(50)를 동기화시킨 후 입력되는 조향각과 모터각을 기반으로 MDPS 제어부(100)는 조향각에 따라 모터각이 추종하도록 모터위치 제어값을 산출한다(S90).

이후 MDPS 제어부(100)는 S90 단계에서 산출된 모터위치 제어값을 최종 보조토크로 구동모터(미도시)에 출력함으로써 운전자가 조타하는 방향으로 보조토크가 생성되어 운전자에게 필요한 보조토크를 생성 할 수 있게 된다(S100).

한편, S10 단계에서 차속이 설정차속 이상인 경우, MDPS 제어부(100)는 요레이트센서(10), 횡가속도센서(20) 및 차속센서(30)로부터 요레이트값, 횡가속도 및 차속을 각각 입력받아 차량의 동역학 모델을 기반으로 거동값을 추정한다(S20).

여기서 거동값은 차량의 사이드슬립, 조향각 및 예측 요레이트값 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.

또한, MDPS 제어부(100)는 요레이트값, 횡가속도 및 차속을 입력받아 차량의 사이드스립, 조향각을 차량 동역학 모델을 기반으로 추정할 때 확장 칼만필터(Extended Kalman Filter)를 사용하여 요레이트센서(10)나 횡가속도센서(20)에서 발생하는 노이즈로 인한 진동이나 이질감의 유발을 방지할 수 있도록 한다.

S20 단계에서 거동값을 추정한 후 MDPS 제어부(100)는 추정한 거동값에 기초하여 전륜 타이어 횡력과 후륜 타이어 횡력을 연산한다(S30).

여기서 전륜 타이어 횡력과 후륜 타이어 횡력을 연산할 때 차속이 저속일 경우 요레이트센서(10)나 횡가속도센서(20)의 신호가 차량 거동특성으로 인해 거의 없거나 불안정하기 때문에 MDPS 제어부(100)는 칼만필터를 통해 추정된 예측 요레이트값을 사용할 수도 있다.

S30 단계에서 전륜 타이어 횡력과 후륜 타이어 횡력을 연산한 후 MDPS 제어부(100)는 연산된 전륜 타이어 횡력과 후륜 타이어 횡력에 코너링 강성 보정게인을 곱하여 랙포스(Rack Force)를 산출한다.

이때 연산된 전륜 타이어 횡력과 후륜 타이어 횡력은 실제 운전자가 조타시 필요한 보조토크의 패턴과 매우 흡사하다. 하지만 차량 거동에 따른 요레이트값의 크기 변화량이 실제 운전자의 컬럼토크 변화량과 완전히 일치하지는 않기 때문에 요레이트값에 따른 코너링 강성(Cornering Stiffness) 보정게인을 전륜 타이어 횡력과 후륜 타이어 횡력에 각각 곱하여 랙포스(Rack Force)를 산출함으로써 실제 차량 거동에 따른 운전자의 필요 컬럼토크 패턴과 일치시킬 수 있다.

S40 단계에서 랙포스를 산출한 후 MDPS 제어부(100)는 산출된 랙포스를 역변환하여 컬럼토크를 산출할 수 있다(S50).

S50 단계에서 컬럼토크를 추정하여 산출한 후 MDPS 제어부(100)는 산출된 컬럼토크와 차속 및 조향각을 기반으로 보조토크를 산출한다(S60).

이후 MDPS 제어부(100)는 산출된 보조토크를 최종 보조토크로 구동모터에 출력함으로써 운전자에게 필요한 보조토크를 생성 할 수 있게 된다(S70).

상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 전동식 조향장치의 제어방법에 따르면, 전동식 조향장치에서 토크센서에 고장이 발생하더라도 요레이트와 횡가속도 및 차속을 기반으로 가상의 컬럼토크를 추정하여 운전자에게 필요한 보조토크를 생성할 수 있도록 함으로써 안전성 및 강건성을 극대화할 수 있을 뿐만 아니라 토크센서를 구비하지 않고도 컬럼토크를 추정하여 보조토크를 생성함으로써 부품수 감소 및 원가 절감을 꾀할 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

10 : 요레이트센서 20 : 횡가속도센서
30 : 차속센서 40 : 조향각센서
50 : 모터각센서 100 : MDPS 제어부
110 : 컬럼토크 추정부 112 : 거동추정부
114 : 타이어 횡력 연산부 116 : 랙포스 산출부
118 : 컬럼토크 산출부 120 : 보조토크 산출부
130 : 출력선택부 140 : 동기화부
150 : PID 제어부

Claims

차량의 차속을 감지하는 차속센서;
상기 차량의 기울어진 상태를 감지하여 요레이트값을 출력하는 요레이트센서;
상기 차량의 횡방향으로 작용하는 횡가속도를 감지하는 횡가속도센서;
상기 차속센서, 상기 요레이트센서 및 상기 횡가속도센서로부터 상기 차속, 상기 요레이트값 및 상기 횡가속도를 각각 입력받아 컬럼토크를 추정하여 보조토크를 산출하는 MDPS 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치.
제 1항에 있어서, 상기 MDPS 제어부는,
상기 차량의 동역학 모델을 기반으로 거동값을 추정하고, 상기 거동값에 기초하여 타이어 횡력을 연산하여 랙포스를 산출하며, 상기 랙포스를 통해 상기 컬럼토크를 추정하는 컬럼토크 추정부; 및
상기 컬럼토크 추정부에서 추정한 상기 컬럼토크와, 상기 차속 및 조향각을 기반으로 상기 보조토크를 산출하는 보조토크 산출부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치.
제 2항에 있어서, 상기 컬럼토크 추정부는,
상기 차속, 상기 요레이트값 및 상기 횡가속도를 각각 입력받아 상기 차량의 동역학 모델을 기반으로 상기 거동값을 추정하는 거동추정부;
상기 거동추정부에서 추정한 상기 거동값에 기초하여 전륜 타이어 횡력과 후륜 타이어 횡력을 연산하는 타이어 횡력 연산부;
상기 타이어 횡력 연산부에서 연산된 상기 전륜 타이어 횡력과 상기 후륜 타이어 횡력에 코너링 강성 보정게인을 곱하여 상기 랙포스를 산출하는 랙포스 산출부; 및
상기 랙포스 산출부에서 산출된 상기 랙포스를 역변환하여 상기 컬럼토크를 산출하는 컬럼토크 산출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치.
제 3항에 있어서, 상기 거동추정부는, 상기 차량의 동역학 모델을 기반으로 확장 칼만필터(Extended Kalman Filter)를 통해 상기 거동값을 추정하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치.
제 2항에 있어서, 상기 거동값은, 상기 차량의 사이드슬립, 조향각 및 예측 요레이트값 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치.
제 2항에 있어서, 상기 MDPS 제어부는,
조향각센서와 모터각센서로부터 조향각과 모터각을 입력받아 상기 조향각에 따라 상기 모터각이 추종하도록 모터위치 제어값을 산출하는 PID 제어부; 및
상기 PID 제어부에서 산출된 상기 모터위치 제어값과 상기 보조토크 산출부에서 산출된 상기 보조토크를 차속에 따라 선택적으로 출력하는 출력선택부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치.
제 6항에 있어서, 상기 MDPS 제어부는, 초기 시동시 상기 조향각센서의 상기 조향각과 상기 모터각센서의 상기 모터각을 동기화시키는 동기화부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치.
제 6항에 있어서, 상기 출력선택부는, 상기 차속이 설정속도 미만인 경우 상기 모터위치 제어값을 최종 보조토크로 출력하고, 상기 차속이 상기 설정속도 이상인 경우 산출된 상기 보조토크를 상기 최종 보조토크로 출력하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치.
MDPS 제어부가 차속이 설정차속 이상인 경우 차속, 요레이트값 및 횡가속도를 각각 입력받아 차량의 동역학 모델을 기반으로 거동값을 추정하는 단계;
상기 MDPS 제어부가 추정한 상기 거동값에 기초하여 전륜 타이어 횡력과 후륜 타이어 횡력을 연산하는 단계;
상기 MDPS 제어부가 연산된 상기 전륜 타이어 횡력과 상기 후륜 타이어 횡력에 코너링 강성 보정게인을 곱하여 랙포스를 산출하는 단계;
상기 MDPS 제어부가 산출된 상기 랙포스를 역변환하여 컬럼토크를 산출하는 단계; 및
상기 MDPS 제어부가 산출된 상기 컬럼토크와 상기 차속 및 조향각을 기반으로 보조토크를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치의 제어방법.
제 9항에 있어서, 상기 거동값을 추정하는 단계는, 상기 MDPS 제어부가 상기 차량의 동역학 모델을 기반으로 확장 칼만필터(Extended Kalman Filter)를 통해 상기 거동값을 추정하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치의 제어방법.
제 9항에 있어서, 상기 거동값은, 상기 차량의 사이드슬립, 조향각 및 예측 요레이트값 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치의 제어방법.
제 9항에 있어서, 상기 MDPS 제어부가 상기 차속이 설정차속 미만인 경우 조향각과 모터각을 입력받아 PID 제어를 통해 상기 조향각에 따라 상기 모터각이 추종하도록 모터위치 제어값을 산출하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치의 제어방법.
제 9항에 있어서, 상기 MDPS 제어부가 초기 시동시 조향각센서의 조향각과 모터각센서의 모터각을 동기화시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치의 제어방법.