KR20190071616A - 래크 힘을 결정하기 위한 방법과 시스템, 작업 장치를 위한 작동 보조 방법, 작동 보조 장치 및 작업 장치 - Google Patents

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Abstract

래크 힘(FZST)에 대한 가급적 신뢰적인 값(Z)을 결정하기 위해 작업 장치(10') 또는 차량(10)의 스티어링 시스템(15)의 래크 힘(FZST)의 값(Z)을 결정하기 위한 방법(S)이 제안되고, 상기 방법은,
래크 힘 모델들(Mi)의 세트를 제공하는 단계(S1), 기본적인 작업 장치(10') 또는 차량(10)의 작동 파라미터들 및 특히 주행 파라미터들(Fj)을 검출하는 단계(S2), 복수의 래크 힘 모델(Mi)에 작동 파라미터들 또는 주행 파라미터들(Fj)을 공급하는 단계(S3), 각각의 래크 힘 모델(Mi)로부터 래크 힘(FZST)에 대한 값(Zi)을 결정하는 단계(S4), 래크 힘(FZST)에 대한 값들(Zi)을 평가하는 단계(S5) 및, (a) 래크 힘 모델들(Mi)로부터의 래크 힘(FZST)에 대한 값들(Zi)에 기초해서 그리고 (b) 평가하는 단계(S5)의 결과에 기초해서, 래크 힘(FZST)에 대한 값(Z)으로서 조합된 결과 값을 결정(S6) 및 제공하는 단계(S7)를 포함한다.

Description

래크 힘을 결정하기 위한 방법과 시스템, 작업 장치를 위한 작동 보조 방법, 작동 보조 장치 및 작업 장치{METHOD AND SYSTEM FOR DETERMINING A RACK FORCE, OPERATING ASSISTANCE METHOD FOR A WORKING DEVICE, OPERATING ASSISTANCE DEVICE AND WORKING DEVICE}
본 발명은 래크 힘을 결정하기 위한 방법과 시스템, 작업 장치를 위한 작동 보조 방법과 작동 보조 장치 및 이와 같은 작업 장치에 관한 것이다. 본 발명은 특히 차량을 위한 주행 보조 방법과 주행 보조 장치 및 이와 같은 차량에 관한 것이다.
전기 기계식 스티어링 시스템에서, 특히 작업 장치 및 특히 차량의 스티어링 보조 시스템 또는 주행 보조 시스템과 관련하여, 많은 기능은 표준적인 작동 파라미터로서 기본적인 스티어링 시스템의 래크 힘의 값에 기초하여 제어되거나 조절된다. 따라서, 이러한 스티어링 시스템의 안정적인 작동을 위해서는 래크 힘에 대한 값의 확실한 결정이 중요하다.
DE 10 2010 030 986 A1호에 제1 모델에서 주행 과정을 위한 래크 힘의 성분과 제2 모델에서 파킹 과정을 위한 래크 힘의 성분이 계산되는, 차량의 스티어링 장치를 위한 래크 힘의 값을 결정하기 위한 방법이 공개되어 있다.
DE 10 2008 042 666 A1호는 개별 모니터링 모델을 사용하는 래크 힘의 추정 시 간섭 변수 보상에 관한 것이다.
US 2017/0096161 A1호는 래크 힘을 계산하기 위한 다양한 작동- 및 주행 파라미터가 채택되는, 스티어링 제어를 위한 방법과 장치를 기술한다.
래크 힘에 대한 값을 결정하기 위한 이러한 공개된 장치 및/또는 방법은, 예를 들어 주행 과정 또는 파킹 과정과 같은 특정한 응용예에 최적화되어 있다.
따라서, 본 발명의 과제는 기본적인 스티어링 시스템의 래크 힘에 대한 적절한 값이 여러 응용예를 위해 특히 신뢰적인 방식으로 결정될 수 있는, 스티어링 시스템의 래크 힘을 결정하기 위한 방법과 시스템, 해당하는 작동 보조 방법 및 -장치, 작업 장치, 특히 차량을 제공하는 것이다.
본 발명의 과제는 래크 힘의 값을 결정하기 위한 방법에서 본 발명에 따라 청구항 제1 항의 특징들에 의해, 작동 보조 방법에서 본 발명에 따라 청구항 제13 항의 특징들에 의해, 래크 힘의 값을 결정하기 위한 시스템에서 본 발명에 따라 청구항 제14 항의 특징들에 의해, 작동 보조 장치에서 본 발명에 따라 청구항 제15 항의 특징들에 의해 그리고 작업 장치 및 특히 차량에서 본 발명에 따라 청구항 제16 항의 특징들에 의해 해결된다. 바람직한 개선예들은 각각의 종속 청구항들의 대상이다.
본 발명의 제1 양상에 따라, 작업 장치 또는 차량의 스티어링 시스템의 래크 힘의 값을 결정하도록 구성된 방법이 제공된다. 본 발명에 따른 방법은 하기 단계들을 포함한다:
- 래크 힘 모델들의 세트를 제공하는 단계,
- 기본적인 작업 장치 또는 차량의 작동 파라미터들 및 특히 주행 파라미터들을 검출하는 단계,
- 복수의 래크 힘 모델에 작동 파라미터들 또는 주행 파라미터들을 공급하는 단계,
- 각각의 래크 힘 모델로부터 래크 힘에 대한 값을 결정하는 단계,
- 래크 힘에 대한 값들을 평가하는 단계, 및
- 래크 힘 모델들로부터의 래크 힘에 대한 값들에 기초해서 그리고 평가의 결과에 기초해서 래크 힘(a)에 대한 값으로서 조합된 결과 값을 결정하는 단계 및 이 조합된 결과 값 제공하는 단계.
본 발명에 따라 제공된 조치에 의해, 즉 복수의 래크 힘 모델의 사용에 의해 및 모델들로부터 도출된 래크 힘에 대한 값들의 평가에 의해 종합적으로 래크 힘에 대한 값이 얻어지고, 상기 값은 더 넓은 이용 분야에 걸쳐 높은 수준의 신뢰성을 갖는다.
개별 모델들이 단독으로 사용될 경우, 본 발명에 따라 특히 상이한 모델들에 의해 래크 힘의 값의 중복 계산을 이용한 확실한 래크 힘 결정 및/또는 -모니터링, 결과의 타당성 및 그에 따라 결과적으로 개별 모델의 시스템적 단점들의 방지가 중요하다.
바람직한 실시예에 따라, 특히 모델링 레벨로서 차량 레벨, 스티어링 기어 레벨 및/또는 스티어링 자체 레벨을 위해 래크 힘의 값을 계산하기 위한 각각의 모델이 제공되어 사용되는 멀티 레벨 컨셉, 특히 3-레벨 컨셉이 기본적으로 이용되는 경우, 본 발명에 따른 방법에서 특히 높은 수준의 신뢰도가 달성된다.
또한, 추가 모니터링 및/또는 측정을 이용해서 추가 학습 모델이 형성 및 이용될 수 있고, 상기 모델은 멀티 레벨 컨셉의 결과로 상위 모델 레벨을 설명한다. 이러한 추가 모델은 멀티 레벨 컨셉의 모델들의 엔밸로프(Envelope)의 역할을 하고, 특히 개별 모델 레벨들의 최적의 작동점들 사이의 이행 상황에서, 본 발명에 따른 래크 힘 계산의 강건성의 추가적인 향상을 위해 이용될 수 있다.
기본적으로 다양한 래크 힘 모델들로부터 결정된 래크 힘에 대한 개별 값들은 래크 힘에 대한 조합된 공통의 값을 도출하기 위해 다양한 방식으로 서로 조합되어 평가될 수 있다.
본 발명에 따른 방법의 바람직한 개선예에 따라 복수의 값에 기초해서 평가 시 다수결 및 특히 3개 중 2개의 결정이 도출되고, 래크 힘에 대한 복수의 값으로부터 다수결에 해당하는 다수가 선택되어 래크 힘에 대한 조합된 결과 값의 결정에 기초가 되는 경우에, 특히 바람직하다. 이 경우 예를 들어, 래크 힘에 대한 도출된 개별 값들이 상응하게 결정된 오차 한계에 의해 공통의 값 범위 내에 있는지 여부 및/또는 이와 관련해서 래크 힘에 대한 도출된 값들 중 어떤 것이 범위에서 벗어나서 무시될 수 있는지 또는 적어도 덜 가중될 수 있는지 여부가 검사될 수 있다.
래크 힘의 값을 결정하기 위한 본 발명에 따른 방법의 다른 바람직한 개선예에 따라 래크 힘 모델들 및/또는 그로부터 도출된 래크 힘에 대한 값들은 작동 파라미터 및/또는 주행 파라미터를 근거로 타당성에 대해 검사될 수 있다. 따라서, 특정 작동 파라미터 또는 주행 파라미터에 대해 주어진 간격 또는 값 범위에서 특정한 모델이 임의의 다른 간격 또는 값 범위에서보다 래크 힘에 대한 값의 결정 시 더 높은 타당성 및 신뢰성을 갖는 상황이 있을 수 있다. 이러한 점에서 다양한 래크 힘 모델의 타당성 및/또는 유효성은, 예를 들어 모델들로부터 도출된 래크 힘에 대한 값들의 평가 시 작동 파라미터 또는 주행 파라미터에 따라 작용할 수 있다.
이와 관련하여, 래크 힘 모델들로부터 도출된 래크 힘에 대한 값들의 평가 및/또는 래크 힘에 대한 조합된 결과 값의 결정은 타당성을 근거로 이루어지는 경우에, 특히 바람직하다.
따라서 래크 힘 모델들 및/또는 그로부터 도출된 래크 힘에 대한 값들이 타당성 및/또는 가중에 따라서 고려되는 경우에, 특히 바람직할 수 있다.
본 발명에 따른 방법의 다른 바람직한 개선예에 따라, 래크 힘에 대한 조합된 결과 값이 직접 또는 이러한 값을 대표하는 신호에 의해 제공되는 것이 고려된다. 적절하게 대표하는 신호는 예를 들어 기본적인 스티어링 시스템에서 조절- 또는 제어 변수로서 이용될 수 있다.
래크 힘에 대한 값이 도출될 수 있는 모든 모델이 기본적으로 사용될 수 있다. 이러한 점에서 사용된 래크 힘 모델의 종류와 개수는 기본적으로 임의적이고, 예를 들어 각각의 응용예에 맞게 조정된다.
즉, 본 발명에 따른 방법의 다른 실시예에 따라 래크 힘 모델들의 세트의 모델에서 래크 힘의 값은 기본적인 작업 장치 또는 차량의 스티어링 시스템에서 힘 균형 시 힘의 합으로서 결정될 수 있다.
이는 특히 운전자 수동 토크, 스티어링 보조 유닛의 보조력 및/또는 마찰-/관성력의 검출에 의해 및/또는 하기 관계식(1)에 기초해서 이루어질 수 있다:
Z1 = MH/iL + FU + F마찰. (1)
상기 관계식(1)에서 MH는 운전자 수동 토크의 값을 나타내고, iL은 기본적인 스티어링 피니언의 변속 인자 및/또는 유효 반경의 값을 나타내고, FU는 보조력의 값을 나타내며, F마찰은 마찰-/관성력의 값을 나타낸다.
이 경우, 보조력을 결정하기 위해 스티어링 시스템에서 측정 가능한 변수, 특히 전기적 변수가 검출되고, 특히 칼만(Kalman) 필터, 뉴럴(neural) 네트워크 및/또는 다른 학습 시스템에 의해 평가될 수 있다.
본 발명에 따른 방법의 다른 대안 개선예에서, 래크 힘 모델들의 세트의 모델에서 레크 힘의 값은 전체 장치 또는 전체 차량에서 힘 균형 시 힘의 합으로서 전체 장치 신호 또는 전체 차량 신호에 기초해서, 특히 작업 장치 또는 차량의 1-트랙 모델 또는 2-트랙 모델로부터 스티어링 휠 각도, 주행 속도, 횡가속 및/또는 횡력의 검출에 의해 및/또는 하기 관계식(2)에 기초해서 결정되는 것이 고려된다.
Z2 = IH/I·iS·FY. (2)
이 경우 IH/I은 기본 축간거리 I 및 후륜축과 차량 무게 중심 사이의 거리 IH에 의한 후경 무게 중심을 나타내고, iS는 기본적인 트랙 로드(track rod)의 변위와 반경 각도 사이에서 축의 운동학의 변속을 나타내며, FY는 차량 무게 중심에서 작용하는 횡력을 나타낸다.
본 발명에 따른 방법의 다른 대안 실시예에서, 래크 힘 모델들의 세트의 모델에서 래크 힘의 값은 기본적인 스티어링 보조 시스템의 전기 모터의 작동을 위한 전류의 값들 및/또는 신호들로부터, 바람직하게는 칼만(Kalman) 필터, 뉴럴(neural) 네트워크 및/또는 다른 학습 시스템의 사용하에, 필요 시 모터 출력 샤프트의 각속도에 관한 신호들 및/또는 온도 신호들의 고려하에 결정되는 것이 고려된다.
모델들로부터 유래하는 래크 힘에 대한 값들 및 특히 래크 힘에 대한 도출될 조합된 결과 값의 신뢰성을 더욱 개선하기 위해, 각각의 모델로부터 유래하는 래크 힘에 대한 값이 래크 힘에 대한 1차 값으로서 후속하는 추정 과정에 공급되고, 그로부터 측정 신호 매트릭스 및/또는 학습 과정의 고려하에, 특히 뉴럴 네트워크 및/또는 칼만 필터에 기초해서, 래크 힘에 대한 보정된 값이 도출되는 경우에, 바람직하다.
본 발명의 다른 양상에 따라 일반적인 작업 장치 및 특히 차량을 위한 작동 보조 방법 및 특히 주행 보조 방법도 제공된다. 본 발명에 따른 작동 보조 방법 또는 주행 보조 방법에서 기본적인 작업 장치 및 특히 기본적인 차량의 작동은 래크 힘에 대한 값에 기초해서 제어되거나 조절된다. 제안된 방법에서 래크 힘의 값은 래크 힘의 값을 결정하기 위한 본 발명에 따른 방법에 의해 결정된다.
또한, 본 발명은 작업 장치, 특히 차량의 스티어링 시스템의 래크 힘을 결정하기 위한 시스템도 제공한다. 제안된 시스템은, 본 발명에 따른 래크 힘의 값을 결정하기 위한 방법 또는 본 발명에 따른 작동 보조 방법 또는 주행 보조 방법을 수행하도록 구성된다.
특히 본 발명에 따른 시스템은,
- 래크 힘 모델들의 세트를 제공하기 위한 유닛,
- 기본적인 작업 장치 및 특히 기본적인 차량의 작동 파라미터들 및 특히 주행 파라미터들을 검출하기 위한 유닛,
- 복수의 래크 힘 모델에 작동 파라미터들 및 특히 주행 파라미터들을 공급하기 위한 유닛,
- 각각의 래크 힘 모델로부터 래크 힘에 대한 값을 결정하기 위한 유닛,
- 래크 힘에 대한 값들을 평가하기 위한 유닛, 및
- (a)래크 힘 모델들로부터의 래크 힘에 대한 값들에 기초해서 그리고 (b)평가 결과에 기초해서 래크 힘에 대한 조합된 결과 값을 결정 및 제공하기 위한 유닛을 포함하도록 형성된다.
또한, 본 발명은 작업 장치 및 특히 차량을 위한 작동 보조 장치, 특히 주행 보조 장치도 제공한다. 제안된 작동 장치는, 작업 장치, 특히 차량의 스티어링 시스템의 래크 힘의 값을 결정하기 위한 본 발명에 따른 방법 및 특히 해당하는 작동 보조 방법 또는 주행 보조 방법을 수행하도록 구성된다. 특히 작동 보조 장치 또는 주행 보조 장치는 본 발명에 따른 시스템을 포함한다.
또한, 본 발명은 스티어링 시스템의 래크 힘의 값을 결정하기 위한 본 발명에 따른 방법 또는 해당하는 작동 보조 방법 또는 주행 보조 방법을 수행하도록 또는 이러한 방법에서 이용되도록 구성된 작업 장치, 특히 차량도 제공한다.
제안된 작동 보조 장치 또는 주행 보조 장치는 특히 본 발명에 따른 시스템의 실시예를 포함한다.
또한, 본 발명은, 스티어링 시스템의 래크 힘의 값을 결정하기 위한 본 발명에 따른 방법 및/또는 본 발명에 따른 작동 보조 방법 또는 주행 보조 방법을 수행하도록 또는 이러한 방법에서 이용되도록 구성된 작업 장치 및 특히 차량도 제공한다.
특히 이를 위해 제안된 작업 장치 및 제안된 차량은 본 발명에 따라 형성된 작동 보조 장치 또는 주행 보조 장치 및 특히 본 발명에 따른 시스템을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 세부 사항, 특징 및 장점들은 하기 설명 및 도면에 제시된다.
도 1은 작업 장치 또는 차량의 스티어링 시스템의 래크 힘의 값을 결정하기 위한 본 발명에 따른 방법 및 시스템의 실시예를 흐름도의 방식으로 개략적으로 도시한 도면.
도 2 내지 도 4는 본 발명에 따른 방법 및 시스템의 실시예에서 이용 가능한 다양한 래크 힘 모델들의 양상을 개략적으로 도시한 도면.
이하에서 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 실시예들 및 기술적 배경이 상세하게 설명된다. 동일하고 대등한 및 동일하거나 대등하게 작용하는 요소들 및 구성 요소들은 동일한 도면 부호로 표시된다. 모든 경우에 해당되지 않는 경우에 표시된 요소들 및 구성 요소들의 세부 설명이 재현된다.
도시된 특징들 및 다른 특성들은, 본 발명의 핵심을 벗어나지 않으면서, 임의의 형태로 서로 분리되고 임의로 서로 결합될 수 있다.
도 1은 작업 장치(10') 또는 차량(10)의 스티어링 시스템(15)의 래크 힘(FZST)의 값(Z)을 결정하기 위한 본 발명에 따른 방법(S)과 본 발명에 따른 시스템(100)의 실시예를 흐름도의 방식으로 개략적으로 도시한다.
방법(S)의 제1 단계(S1)에서 또는 시스템(100)의 제1 유닛(1)과 관련해서 복수의 래크 힘 모델(Mi)의 세트가 제공된다. 개별 래크 모델들(Mi)은 예를 들어 메모리 장치에 절차, 기능 또는 이와 같은 것으로서 저장될 수 있거나, ASIC의 구성 요소로서 저장되고, 이어서 해당하는 파라미터의 호출 및 제공 시 각각의 모델(Mi)의 값(Zi)을 래크 힘(FZST)에 대한 값으로서 제공할 수 있다.
방법(S)의 제2 단계(S2)에서 또는 시스템(100)의 제2 유닛(2)과 관련해서, 예를 들어 주행 파라미터(Fj)의 의미의 작동 파라미터들이, 예를 들어 센서들에 의해 또는 센서들에 의해 검출된 데이터에 기초해서, 대응하는 수치 평가에 의해 검출된다.
방법(S)의 후속하는 제3 단계(S3)에서 또는 시스템(100)의 유닛(3)과 관련해서, 래크 힘 모델들의 세트로부터 모델들(Mi)에 작동 파라미터들 또는 주행 파라미터들(Fj)이 입력으로서 제공되고, 후속하는 단계(S4) 및 해당하는 유닛(4)과 관련해서 각각의 래크 힘 모델(Mi)로부터 래크 힘(FZST)의 값들(Zi)이 검출된다.
따라서 이러한 방식으로, 예컨대 래크 힘 모델들(Mi)에 상응하게 래크 힘(FZST)의 값들(Zi)의 해당하는 세트가 생성된다.
방법(S)의 후속하는 단계(S5)에서 또는 시스템(100)의 유닛(5)과 관련해서, 모델들(Mi)로부터 결정된 래크 힘(FZST)에 대한 값들(Zi)이, 예를 들어 그것의 타당성에 대해서 및/또는 기초로 하는 각각의 모델(Mi)의 유효 범위에 대해서 작동 파라미터 또는 주행 파라미터들(Fj)을 근거로 평가된다.
방법(S)의 후속하는 단계(S6)에서 또는 시스템(100)의 추가 유닛(6)과 관련해서, 래크 힘(FZST)에 대한 값들(Zi)에 기초해서 그리고 필요 시 값들의 타당성 및 값들이 기초하는 모델들(Mi)을 고려해서 및 가능한 가중을 고려해서 래크 힘(FZST)에 대한 조합된 결과 값(Z)이 말하자면 함수 또는 연관성(f)의 값으로서 결정되고, 이들은 모델들(Mi)로부터의 값들(Zi)을 입력 파라미터로서 수신하여 래크 힘(FZST)에 대한 조합된 결과 값(Z)을 제공한다.
마지막으로 방법(S)의 단계(S7)에서 또는 시스템(100)의 추가 유닛(7)과 관련해서, 래크 힘(FZST)에 대한 결정된 조합된 결과 값(Z)이 직접 또는 간접적으로, 즉, 예를 들어 적절하게 재현하는 신호로서, 예를 들어 조절 방법 또는 제어 방법에서 이용될 수 있도록 제공된다.
도 2 내지 도 4는 본 발명에 따른 방법(S) 및 시스템(100)의 실시예에서 이용 가능한 다양한 래크 힘 모델(M1, M2, M3)의 양상들을 개략적으로 도시한다.
도 2는 래크 힘(FZST)의 값(Z1)의 결정을 위한 가능한 제1 모델(M1)을 개략적으로 도시하고, 상기 모델에서 래크 힘(FZST)의 값(Z1)은 기본적인 작업 장치(10') 또는 차량(10)의 스티어링 시스템에서 힘 균형 시 힘의 합으로서, 예를 들어 운전자 수동 토크(MH), 스티어링 보조 유닛(15)의 보조력(FU) 및/또는 마찰-/관성력(F마찰)의 검출에 의해 및/또는 하기 관계식(1)에 기초해서 결정된다:
Z1 = MH/iL + FU + F마찰, (1)
상기 식에서, MH는 운전자 수동 토크의 값을 나타내고, iL은 기본적인 스티어링 피니언의 변속 인자 및/또는 유효 반경의 값을 나타내고, FU는 보조력의 값을 나타내고, F마찰은 마찰-/관성력의 값을 나타낸다.
도 3은 래크 힘(FZST)의 값(Z2)의 결정을 위한 가능한 제2 모델(M2)을 개략적으로 도시하고, 상기 모델에서 래크 힘(FZST)의 값(Z2)은 힘 균형 시 힘의 합으로서 전체 장치 신호 또는 전체 차량 신호에 기초해서 결정된다. 이는 예를 들어 작업 장치(10') 또는 차량(10)의 1-트랙 모델 또는 2-트랙 모델로부터 스티어링 휠 각도, 주행 속도, 횡가속 및/또는 횡력의 검출에 의해 및/또는 하기 관계식(2)에 기초해서 이루어질 수 있다.
Z2 = IH/I·is· FY·iS. (2)
이 경우 IH/I은 기본 축간거리 I 및 후륜축과 차량 무게 중심 사이의 거리 IH에 의한 후경 무게 중심을 나타내고, iS는 기본적인 트랙 로드의 변위와 반경 각도 사이에서 축 운동학의 변속을 나타내며, FY는 차량 무게 중심에서 작용하는 횡력을 나타낸다.
도 4는 마지막으로 래크 힘(FZST)의 값(Z3)의 결정을 위한 가능한 제3 모델(M3)을 개략적으로 도시하고, 상기 모델에서 래크 힘(FZST)의 값(Z3)은 기본적인 스티어링 보조 시스템(15)의 전기 모터(12)의 작동을 위한 전류의 값들 및/또는 신호들로부터, 바람직하게 칼만 필터 및/또는 뉴럴 네트워크(11)의 사용하에 결정된다. 이는 경우에 따라서 모터 출력 샤프트의 각속도에 관한 신호들 및/또는 온도 신호들 또는 다른 파라미터 또는 변수들의 고려하에 이루어질 수 있다.
본 발명의 이러한 및 추가 특징과 특성들은 다음의 설명들을 참고로 계속해서 설명된다:
차량의 횡방향 동적 작동을 위해 주행 상태와 주행 환경은 결정적인 영향 인자이다. 운전자는 물론 자율 주행 또는 반자동 주행을 위한 시스템은 차량의 안전한 횡방향 주행 제어를 위해 이러한 영향 인자에 관한 정보의 피드백에 의존한다.
횡가속 또는 요율과 같은 횡방향 동적 변수들이 각각의 차량의 관성에 의한 현재 주행 상태를 반영하는 한편, 타이어 횡력은 횡방향 동적 작용 체인의 개시 인자(Initiator)를 나타낸다.
주행 상태 변수들은 타이어 횡력과 달리 그렇게 복잡하지 않게 측정될 수 있지만, 항상 시간 지연과 관련된다. 타이어 횡력은 축 운동학에 의해 래크 힘으로서 스티어링에 작용하고 복잡한 고가의 측정 기술에 의해서만 결정될 수 있다.
또한, 전기 기계식 스티어링 시스템을 위해, 스티어링 시스템에서 이용 가능한 센서 시스템을 기반으로, 인가하는 래크 힘을 모니터링하기 위한 알고리즘을 개발하는 가능성이 제공된다. 알고리즘의 설계는 표준적으로 추가 이용의 요구에 의존한다.
선행 기술에 구체적인 응용예와 무관하게 래크 힘의 값을 확실하게 결정하기 위해 이용 가능한 조치는 제공되지 않는다.
공개된 계산 방법들은 높은 진폭 정확성 또는 높은 위상 정확성으로 최적화된다.
또한, 공개된 접근 방법은 많은 파라미터를 포함하고, 상기 파라미터는 검출하기 어렵고, 생산 시 편차 범위에서 그리고 예를 들어 마찰과 같은 마모에 의해 종종 변경된다.
효율은 스티어링 시스템의 현재 하중과 이동 방향에 따라 결정되기 때문에, 결정하기가 매우 복잡하다.
결과적으로, 래크 힘의 값을 결정하기 위한 방법 및 시스템의 개발은 비교적 복잡하고, 개발된 기능은 따라서 매우 제한적인 범위에서만 이용될 수 있다.
스티어 바이 와이어(steer-by-wire)-스티어링 시스템에서, 예컨대 EPS와 같은 종래 방식의 전자 기계식 스티어링 시스템과 달리 추가 요구 사항이 존재한다. 스티어링 칼럼의 제거에 의해 거기에서 토크 센서도 생략된다. 상기 센서는 지금까지 운전자에 의해 도입된 수동 토크의 결정에 이용된다.
또한, 요구되는 페일 세이프티(fail safety)에 따라 중복 구현되는 제어부 및 모터를 가진 스티어 바이 와이어 시스템이 구동되어야 한다.
이로 인해, 시스템에 추가적인 마찰, 관성 및 탄성이 존재하고, 이로써 계산은 종래의 EPS-스티어링보다 복잡하게 이루어진다.
추가 측정 신호들도 고려될 수 있다.
래크 힘 모니터링의 최적화는 본 발명에서 래크 힘의 중복 계산에 근거해서 달성된다.
이러한 접근 방법의 장점은, 전체적으로 함께 작용 시 방법의 각각의 단점들을 보상하는 방식으로, 다양한 래크 힘 모델(Mi)과 관련해서 다양한 계산 방법들의 조합에 있다.
제1 모델(M1) 또는 제1 방법은, 도 2에 도시된 바와 같이, 스티어링 시스템(15)에서 힘 균형 시 힘의 합이 운전자, 즉 운전자 수동 토크(MH), 보조력(FU) 및 마찰- 또는 관성력(F마찰)의 영향으로부터 측정 기술적으로 직접 검출되지 않는 래크 힘(FZST)을 추론하게 하는, 예를 들어 래크 힘 모니터링으로 구성된다.
보조력(FU)의 정확한 결정을 위해 예를 들어 칼만 필터가 사용될 수 있다. 이러한 접근 방법은 스티어링 시스템(15)에서 측정 가능한 변수들을 고려한다. 스티어링의 마찰력 또는 스틱 슬립(stick slip) 효과의 변화 시 가능한 단점들은, 본 발명에 따라 다른 래크 힘 모델들과의 조합에 의해 보상된다.
제2 모델(M2) 또는 제2 방법은 전체 차량 신호에 기초해서 래크 힘의 값을 계산하는 것으로 구성된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 예를 들어 스티어링 휠 각도, 차량 속도에 대한 값들에 기초해서, 예를 들어 1-트랙 모델의 또는 2-트랙 모델 방식의 모델 관련 차량 맵핑을 이용해서 횡가속 및 횡력이 추론될 수 있다.
래크 힘(FZST)의 값은 횡력과 축 운동학의 변속비로 계산된다. 횡가속은 표준 센서 시스템에 의해 검출되기 때문에, 사용된 차량 모델의 파라미터들이 실시간 및/또는 온라인으로 업데이트되거나 최적화될 수 있다.
제3 모델(M3) 또는 해당하는 제3 방법을 위해 전기 모터의 작동과 관련해서 검출되는 신호들이 이용된다. 여기에는 특히, 전기 모터에 의해 제공되는 보조 토크에 대한 정보를 제공하는 측정된 전류가 포함된다.
또한, 예를 들어 모터 출력 샤프트의 각속도에 대한 값들 및/또는 온도 신호들은, 인가하는 토크에 관한 추론을 얻는데 이용될 수 있다. 결과적인 모터 토크 및 - 스티어링의 힘 균형에 의해 - 인가하는 래크 힘의 결정을 위해, 도 4에 도시된 바와 같이, 칼만 필터, 뉴럴 네트워크 및/또는 기타 학습 방법과 같은 계산 방법들이 이용될 수 있다.
모델(M1 내지 M3)의 제안된 접근 방법을 기반으로 또는 그 이상의 모델들에 기초하는 래크 힘의 값의 계산은 최적의 경우에 3개의 동일한 래크 힘 신호들을 제공한다. 다른 경우에는 2개의 상이한 계산 방법 사이에 편차가 발생할 수 있다. 따라서 최적화된 래크 힘 계산의 목적은 결정된 래크 힘 신호들의 평가 및 가중을 필요로 한다. 제1 단계에서 유효한 신호의 선택은 다수결에 기초해서 이루어질 수 있다.
개별 모델(M1 내지 M3)로부터 생성된, 래크 힘(FZST)에 대한 값들(Z1 내지 Z3)의 평가 시 하기 과정들이 고려될 수 있다:
하나의 계산 방법의 - 즉 모델들(M1 내지 M3) 중 하나의 - 결과가 다른 2개의 방법 또는 모델들의 결과와 편차를 가지면, 편차는 오류가 있는 것으로 평가되고, 래크 힘(FZST)에 대한 나머지 값들 또는 해당하는 신호들이 신뢰된다. 선택 방법은 또한 래크 힘 계산의 품질에 대한 각각의 요구들에 따라 조정될 수 있다. 주행 상태의 평가는 이 경우 예를 들어 방법일 수 있다. 기준으로서 측정된 횡가속이 비교적 확실한 래크 힘 계산을 가능하게 하는 준 정적 조종(quasi-stationary maneuvers)을 위해 제2 방법에 높은 가중이 할당된다.
따라서 래크 힘(FZST)에 대한 값들(Zi)은 3개의 서로 보완적인 분야에서, 즉
1. 스티어링의 제어부 및/또는 보조 모터의 전기적 변수의 분야에서,
2. 스티어링의 기계적 변수의 분야에서 및
3. 차량 크기의 분야에서 고려된다.
3개 중 2개의 결정에 의해, 스티어링 시스템(15)은 외부 입력 없이, 어떤 방법이 각각의 주행 상황에서 가장 정확한 결과를 제공하는지 결정될 수 있다.
신호 점프가 발생하지 않도록 하기 위해, 계산 방법들 사이의 전환 상황이 특히 고려된다. 여러 시간 간격에 걸친 램프(ramp) 또는 필터 알고리즘을 사용함으로써 연속적인 전환이 보장된다.
본 발명에 따른 양상 및 바람직한 실시 형태들이 첨부된 도면과 관련해서 설명된 실시예를 기초로 설명되었더라도, 당업자는 첨부된 청구항들에 의해 한정된 보호 범위를 갖는 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서, 도시된 실시예들의 특징들을 수정 및 조합할 수 있다.
1 래크 힘 모델들(Mi)의 세트를 제공(S1)하기 위한 유닛
2 작동 파라미터들/주행 파라미터들(Fj)을 검출(S2)하기 위한 유닛
3 작동 파라미터들/주행 파라미터들(Fj)을 공급(S3)하기 위한 유닛
4 래크 힘(FZST)에 대한 값(Zj)을 결정(S4)하기 위한 유닛
5 래크 힘(FZST)에 대한 값들(Zj)을 평가(S5)하기 위한 유닛
6 래크 힘(FZST)에 대한 조합된 결과 값(Z)을 결정(S6)하기 위한 유닛
7 래크 힘(FZST)에 대한 조합된 결과 값(Z)을 제공(S7)하기 위한 유닛
10 차량
10' 작업 장치
11 뉴럴 네트워크
12 전기 모터, 보조 모터
15 스티어링 시스템
100 시스템
Fj 주행 파라미터, j=1, 2, 3...
F마찰 마찰력(의 값)
FU 보조력(의 값)
FY 차량 무게 중심에서 작용하는 횡력
FZST 래크 힘(의 값)
I 축간거리
IH 차량 무게 중심과 후륜축 사이의 거리
IH/I 후경 무게 중심
iL 기본적인 스티어링 피니언의 변속 인자 및/또는 유효 반경
iS 기본적인 트랙 로드의 변위와 반경 각도 사이에서 축 운동학의 변속
MH 운전자 수동 토크(의 값)
Mi 래크 힘 모델, i= 1, 2, 3,...
S 방법
S1 래크 힘 모델들(Mi)의 세트를 제공하는 단계(S1)
S2 작동 파라미터들/주행 파라미터들(Fj)을 검출하는 단계(S2)
S3 작동 파라미터들/주행 파라미터들(Fj)을 공급하는 단계(S3)
S4 래크 힘(FZST)에 대한 값(Zi)을 결정하는 단계(S4)
S5 래크 힘(FZST)에 대한 값들(Zi)을 평가하는 단계(S5)
S6 래크 힘(FZST)에 대한 조합된 결과 값(Z)을 결정하는 단계(S6)
S7 래크 힘(FZST)에 대한 조합된 결과 값(Z)을 제공하는 단계(S7)
Z 래크 힘(FZST)에 대한 (조합된/결과) 값
Zi 래크 힘 모델(Mi)로부터의 래크 힘(FZST)의 값, i = 1, 2, 3,...

Claims (20)

  1. 작업 장치(10') 또는 차량(10)의 스티어링 시스템(15)의 래크 힘(FZST)의 값(Z)을 결정하기 위한 방법(S)으로서,
    - 래크 힘 모델들(Mi)의 세트를 제공하는 단계(S1),
    - 기본적인 작업 장치(10') 또는 차량(10)의 작동 파라미터들 및 주행 파라미터들(Fj)을 검출하는 단계(S2),
    - 복수의 래크 힘 모델(Mi)에 작동 파라미터들 또는 주행 파라미터들(Fj)을 공급하는 단계(S3),
    - 각각의 래크 힘 모델(Mi)로부터 래크 힘(FZST)에 대한 값(Zi)을 결정하는 단계(S4),
    - 래크 힘(FZST)에 대한 값들(Zi)을 평가하는 단계(S5),
    - (a) 래크 힘 모델들(Mi)로부터의 래크 힘(FZST)에 대한 값들(Zi)에 기초해서 그리고
    (b) 상기 평가 단계(S5)의 결과에 기초해서,
    래크 힘(FZST)에 대한 값(Z)으로서 조합된 결과 값을 결정하는 단계(S6) 및 래크 힘(FZST)에 대한 값(Z)으로서 조합된 결과 값을 제공하는 단계(S7)
    를 포함하는 방법.
  2. 제1 항에 있어서, 멀티 레벨 컨셉이 이용되고, 모델링 레벨로서 차량 레벨, 스티어링 기어 레벨 및 스티어링 자체 레벨을 위해 래크 힘의 값을 계산하기 위한 모델이 각각 제공되어 사용되는 것인 방법.
  3. 제2 항에 있어서, 추가 모니터링 또는 측정을 이용해서 추가 학습 모델이 형성 및 사용되고, 상기 모델은 멀티 레벨 컨셉의 결과로 상위 모델 레벨을 설명하는 것인 방법.
  4. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서, 복수의 값(Zi)에 기초해서 평가하는 단계(S5)에서 다수결의 결정이 도출되고, 래크 힘(FZST)에 대한 복수의 값(Zi)으로부터 - 다수결에 해당하는 - 다수가 선택되어 래크 힘(FZST)에 대한 조합된 결과 값(Z)을 결정하는 단계(S6)에 기초가 되는 것인 방법.
  5. 제2 항 또는 제3 항에 있어서, 복수의 값(Zi)에 기초해서 평가하는 단계(S5)에서 3개 중 2개의 결정이 도출되고, 래크 힘(FZST)에 대한 조합된 결과 값(Z)을 결정하는 단계(S6)에 기초가 되는 것인 방법.
  6. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서, 래크 힘 모델들(Mi) 및 그로부터 도출된 래크 힘(FZST)에 대한 값들(Zi)은 작동 파라미터 또는 주행 파라미터(Fj)를 근거로 타당성에 대해 검사되는 것인 방법.
  7. 제6 항에 있어서, 상기 평가 단계(S5) 또는 상기 결정 단계(S6)는 타당성을 근거로 이루어지는 것인 방법.
  8. 제6 항에 있어서, 래크 힘 모델들(Mi) 또는 그로부터 도출된 래크 힘(FZST)에 대한 값들(Zi)은 타당성 또는 가중에 따라서 고려되는 것인 방법.
  9. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서, 래크 힘(FZST)에 대한 조합된 결과 값(Z)은 직접 또는 이러한 값을 대표하는 신호에 의해 제공되는 것인 방법.
  10. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 래크 힘 모델들(Mi)의 세트의 모델(M1)에서 래크 힘(FZST)의 값(Z1)은 기본적인 작업 장치(10') 또는 차량(10)의 스티어링 시스템(15)에서 힘 균형 시 힘의 합으로서, 운전자 수동 토크(MH), 스티어링 보조 유닛의 보조력(FU) 및 마찰-/관성력(F마찰)의 검출에 의해, 하기 관계식(1)에 기초해서 결정되고,
    Z1 = MH/iL + FU + F마찰. (1)
    상기 식에서 MH는 운전자 수동 토크의 값을 나타내고, iL은 기본적인 스티어링 피니언의 변속 인자 또는 유효 반경의 값을 나타내고, FU는 보조력의 값을 나타내고, F마찰은 마찰-/관성력의 값을 나타내며,
    - 보조력을 결정하기 위해 스티어링 시스템(15)에서 측정 가능한 변수가 검출되고, 칼만 필터 또는 뉴럴 네트워크에 의해 평가되는 것인 방법.
  11. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서, 래크 힘 모델들(Mi)의 세트의 모델(M2)에서 래크 힘(FZST)의 값(Z2)이 힘 균형 시 힘의 합으로서 전체 장치 신호 또는 전체 차량 신호에 기초해서, 작업 장치(10') 또는 차량(10)의 1-트랙 모델 또는 2-트랙 모델로부터 스티어링 휠 각도, 주행 속도, 횡가속 및 횡력의 검출에 의해, 하기 관계식(2)에 기초해서 결정되고,
    Z2 = IH/I·FY·iS, (2)
    상기 식에서 IH/I은 기본 축간거리 I 및 후륜축과 차량 무게 중심 사이의 거리 IH에 의한 후경 무게 중심을 나타내고, iS는 기본적인 트랙 로드의 변위와 반경 각도 사이에서 축 운동학의 변속을 나타내며, FY는 차량 무게 중심에서 작용하는 횡력을 나타내는 것인 방법.
  12. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서, 래크 힘 모델들(Mi)의 세트의 모델(M3)에서 래크 힘(FZST)의 값(Z3)은 기본적인 스티어링 보조 시스템의 전기 모터(12)의 작동을 위한 전류의 값들 또는 신호들로부터 필요 시 모터 출력 샤프트의 각속도에 관한 신호들 또는 온도 신호들의 고려하에 결정되는 것인 방법.
  13. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 모델(Mi)로부터 유래하는 래크 힘(Fzst)에 대한 값(Zi)이 래크 힘에 대한 1차 값으로서 후속하는 추정 과정에 공급되고, 그로부터 측정 신호 매트릭스 또는 학습 과정의 고려하에 래크 힘(Fzst)에 대한 보정된 값이 도출되는 것인 방법.
  14. 작업 장치(10')를 위한 작동 보조 방법으로서,
    - 기본적인 작업 장치(10')의 작동이 래크 힘(FZST)에 대한 값(Z)에 기초해서 제어되거나 조절되고,
    - 래크 힘(FZST)에 대한 값(Z)은 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 결정되는 것인 작동 보조 방법.
  15. 차량(10)을 위한 주행 보조 방법으로서,
    - 기본적인 차량(10)의 작동이 래크 힘(FZST)에 대한 값(Z)에 기초해서 제어되거나 조절되고,
    - 래크 힘(FZST)에 대한 값(Z)은 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 결정되는 것인 주행 보조 방법.
  16. 작업 장치(10') 또는 차량(10)의 스티어링 시스템(15)의 래크 힘(FZST)을 결정하기 위한 시스템(100)으로서,
    - 상기 시스템은, 제1 항에 따른 방법을 수행하도록 또는 이러한 방법에서 이용되도록 구성되고,
    - 상기 시스템은,
    - 래크 힘 모델들(Mi)의 세트를 제공(S1)하기 위한 유닛(1),
    - 기본적인 작업 장치(10') 또는 기본적인 차량(10)의 작동 파라미터들 및 주행 파라미터들(Fj)을 검출(S2)하기 위한 유닛(2),
    - 복수의 래크 힘 모델(Mi)에 작동 파라미터들 및 주행 파라미터들(Fj)을 공급(S3)하기 위한 유닛(3),
    - 각각의 래크 힘 모델(Mi)로부터 래크 힘(FZST)에 대한 값(Zi)을 결정(S4)하기 위한 유닛(4),
    - 래크 힘(FZST)에 대한 값들(Zi)을 평가(S5)하기 위한 유닛(5) 및,
    - (a) 래크 힘 모델들(Mi)로부터의 래크 힘(FZST)에 대한 값들(Zi)에 기초해서 그리고
    (b) 평가 단계(S5)의 결과에 기초해서,
    래크 힘(FZST)에 대한 조합된 결과 값(Z)을 결정(S6)하고 공급(S7)하기 위한 유닛(6, 7)
    을 포함하도록 형성되는 것인 시스템.
  17. 작업 장치(10')를 위한 작동 보조 장치로서,
    제1 항에 따른 방법(S)을 수행하도록 구성되고, 이를 위해 제16 항에 따른 시스템(100)을 포함하는 것인 작동 보조 장치.
  18. 차량(10)을 위한 주행 보조 장치로서,
    제1 항에 따른 방법(S)을 수행하도록 구성되고, 이를 위해 제16 항에 따른 시스템(100)을 포함하는 것인 주행 보조 장치.
  19. 작업 장치(10')로서,
    - 제1 항에 따른 방법(S)을 수행하도록 또는 이러한 방법(S)에 의해 이용되도록 구성되거나,
    - 제17 항에 따른 작동 보조 장치를 포함하도록 형성되는 것인 작업 장치.
  20. 차량(10)으로서,
    - 제1 항에 따른 방법(S)을 수행하도록 또는 이러한 방법(S)에 의해 이용되도록 구성되거나,
    - 제18 항에 따른 주행 보조 장치를 포함하도록 형성되는 것인 차량.
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