KR20200039180A - 전동식 조향 시스템의 스티어링 토크 보상 제어 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전동식 조향 시스템의 스티어링 토크 보상 제어 장치에 관한 것으로서, 상세하게는 스티어링 휠을 통해 스티어링 기어박스에 전달되는 운전자 토크의 시스템 왜곡에 따른 변동을 보상하여 조타감을 향상하기 위한 스티어링 토크 보상 제어 장치에 관한 것이다.

Description

전동식 조향 시스템의 스티어링 토크 보상 제어 장치 {Steering torque compensation and control device}

본 발명은 전동식 조향 시스템의 스티어링 토크 보상 제어 장치에 관한 것으로서, 상세하게는 스티어링 휠을 통해 스티어링 기어박스에 전달되는 운전자 토크의 시스템 왜곡에 따른 변동을 보상하여 조타감을 향상하기 위한 스티어링 토크 보상 제어 장치에 관한 것이다.

최근 차량에는 전동모터의 회전력을 이용하여 운전자의 조타를 보조하는 전동식 조향 시스템(MDPS: Motor Driven Power Steering System)이 사용되고 있다.

상기 전동식 조향 시스템은 운전자의 조타시 보조 조향토크를 발생하기 위한 조향모터가 구비되어 있으며, 운전자가 스티어링 휠을 회전시킬 때 상기 스티어링 휠을 통해 입력되는 운전자 토크를 감지하고 감지된 운전자 토크에 따라 상기 조향모터를 구동시켜 보조 조향토크를 발생시킨다. 이때 운전자 토크와 보조 조향토크는 스티어링 휠의 후단에 연결된 스티어링 컬럼을 통해 스티어링 기어박스측으로 인가되고, 차륜의 진행방향을 변경시킬 수 있게 된다.

통상 종래의 전동식 조향 시스템은 운전자 토크가 최대한 왜곡없이 스티어링 기어박스에 전달되어야 운전자가 원하는 조향이 가능하게 된다.

그러나, 종래의 전동식 조향 시스템은 스티어링 컬럼과 상기 스티어링 컬럼으로부터 전달되는 회전력을 직진력으로 변환하여 차륜의 진행방향을 변경하는 스티어링 기어박스 사이에 유조인트(U-joint)가 설치되기 때문에 토크 전달 과정에서 토크 변동이 발생하게 되며, 그에 따라 왜곡된 운전자 토크가 스티어링 기어박스에 인가될 수 밖에 없고, 결국 조향모터가 운전자 의도에 맞지 않는 보조 조향토크를 발생하게 되어 조타시 이질감이 발생하는 문제점이 있다.

공개특허 제2016-0104254호

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 스티어링 휠을 통해 스티어링 컬럼에 입력된 운전자 토크가 스티어링 기어박스로 전달되는 과정(경로)에서 왜곡되어 변동되는 것을 보상함으로써 스티어링 기어박스에 운전자가 의도하는 조향 토크가 정확하게 인가되도록 하는 전동식 조향 시스템의 스티어링 토크 보상 제어 장치를 제공하는데 목적이 있다.

이에 본 발명에서는, 전동식 조향 시스템의 스티어링 토크 보상 제어 장치로서, 차속 및 조향각에 따라 운전자 토크를 보조하기 위한 조향모터의 어시스트 토크를 결정하는 어시스트 토크 산출 모듈; 스티어링 컬럼에 입력된 운전자 토크와 상기 스티어링 컬럼을 통해 스티어링 기어박스에 전달된 운전자 토크를 기초로 하는 토크 변동률 및 스티어링 휠의 조향각에 기초하여 보정 토크를 결정하는 보정 토크 산출 모듈; 상기 보정 토크를 이용하여 상기 어시스트 토크를 보정하는 어시스트 토크 보정 모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향 시스템의 스티어링 토크 보상 제어 장치를 제공한다.

본 발명의 실시예에 의하면, 상기 보정 토크 산출 모듈은, 상기 토크 변동률을 기초로 스티어링 컬럼의 틸트 상태를 판별하고, 상기 판별한 틸트 상태에 따라 선택된 보정 게인 결정수단을 이용하여 스티어링 휠의 조향각에 따른 토크 보정 게인을 결정하며, 상기 토크 보정 게인을 운전자 토크에 곱하여 상기 보정 토크를 산출한다.

여기서, 상기 스티어링 컬럼의 틸트 상태는 스티어링 컬럼의 틸트가 설정된 기본 틸트보다 높은 상태의 틸트 업 모드와 스티어링 컬럼의 틸트가 상기 기본 틸트보다 낮은 상태의 틸트 다운 모드로 구분되며, 상기 틸트 업 모드일 때 선택되는 제1 보정 토크 결정수단과 상기 틸트 다운 모드일 때 선택되는 제2 보정 토크 결정수단은 각각 조향각을 기초로 보정 토크를 결정할 수 있도록 구성된다.

본 발명에 따른 스티어링 토크 보상 제어 장치에 의하면, 스티어링 컬럼에서 스티어링 기어박스로 전달되는 운전자 토크가 시스템 왜곡에 의해 변동되는 것을 보상함으로써 운전자에게 선형적인 조타감을 제공하고 운전자가 의도하는 조향이 정확하게 구현되는 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 전동식 조향 시스템의 스티어링 토크 보상 제어 장치의 구성을 나타낸 블록도
도 2는 본 발명에 따른 토크 변동률을 설명하기 위한 도면

이하, 본 발명을 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명하기로 한다.

본 발명은 차량에 탑재되는 전동식 조향 시스템의 스티어링 토크를 보상 제어하는 것으로서, 특히 스티어링 컬럼에서 스티어링 기어박스로 전달되는 운전자 토크가 시스템 왜곡에 의해 변동되는 것을 어시스트 토크의 보정을 통해 보상함으로써 운전자에게 선형적인 조타감을 제공하고 운전자가 의도하는 조향이 정확하게 구현되도록 한다.

이를 위하여 본 발명에서는 스티어링 휠의 조향을 위한 운전자 토크를 보조하는 조향모터의 어시스트 토크를 보정하여 결과적으로 스티어링 기어박스에 인가되는 운전자 토크의 시스템 왜곡에 의한 변동을 보상한다.

구체적으로 본 발명에 따른 스티어링 토크 보상 제어 장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 어시스트 토크 산출 모듈(1)과 보정 토크 산출 모듈(2) 및 어시스트 토크 보정 모듈(3)을 포함하여 구성될 수 있으며, 상기의 모듈(1,2,3)들은 전동식 조향 시스템의 전반적인 제어를 담당하는 제어기내에 구성될 수 있다.

상기 어시스트 토크 산출 모듈(1)은 조향모터의 어시스트 토크를 판단하는 것으로서, 차속 및 조향각에 따라 어시스트 토크를 결정할 수 있도록 구성된다. 상기 어시스트 토크 산출 모듈(1)은 차량에 장착되어 있는 차속센서와 조향각센서에 의해 실시간으로 검출되는 차속 정보 및 조향각 정보에 따라 상기 어시스트 토크를 산출하게 되며, 이를 위하여 차속 및 조향각을 입력값으로 이용하여 어시스트 토크를 출력값으로서 결정하는 어시스트 토크 결정맵이 사전 구축되어 어시스트 토크 산출 모듈에 저장될 수 있다.

상기 보정 토크 산출 모듈(2)은 스티어링 휠을 통해 입력되는 운전자 토크가 스티어링 컬럼을 통해 스티어링 기어박스까지 전달되는 과정(경로)에서 발생하는 토크 변동을 보정하기 위한 것으로서, 상기 운전자 토크의 시스템 왜곡에 따른 변동을 보상하기 위한 보정 토크를 판단한다.

이를 위하여, 상기 보정 토크 산출 모듈(2)은 운전자 토크의 변동률 및 스티어링 휠의 조향각을 기초로 상기 보정 토크를 결정하며, 차량에 장착되어 있는 토크센서에 의해 실시간으로 검출되는 운전자 토크 정보를 기반으로 운전자 토크의 변동률을 판단한다. 구체적으로, 상기 보정 토크 산출 모듈(2)은 상기 운전자 토크 변동률을 기초로 스티어링 컬럼의 틸트(tilt) 상태를 판별하고, 상기 판별한 틸트 상태에 따라 선택된 보정 게인 결정수단을 이용하여 스티어링 휠의 실시간 조향각에 따른 토크 보정 게인을 결정하며, 상기 토크 보정 게인을 운전자 토크에 곱하여 상기 보정 토크를 산출한다.

여기서, 상기 운전자 토크의 변동률은 스티어링 컬럼에 입력된 운전자 토크와 상기 스티어링 컬럼을 통해 스티어링 기어박스에 전달된 운전자 토크를 기초로 산출되는 토크 변동률이다. 상기 토크 변동률은 스티어링 컬럼에 입력된 운전자 토크를 검출할 수 있는 컬럼측 토크센서와 스티어링 기어박스에 전달된 운전자 토크를 검출할 수 있는 기어박스측 토크센서의 센싱 정보를 이용하여 산출할 수 있다.

상기 스티어링 컬럼은 전동식 조향 시스템을 차량에 탑재할 때 초기 설정되는 기본 틸트를 가지며, 운전자 체형에 따른 틸트 조절에 의해 변경된 틸트를 가지게 된다. 이에 스티어링 컬럼의 틸트 모드는 상기 기본 틸트를 기준으로 스티어링 컬럼의 틸트가 증가하는 경우의 틸트 업 모드와 틸트가 감소하는 경우의 틸트 다운 모드로 구분할 수 있다.

그리고, 상기와 같이 구분되는 스티어링 컬럼의 틸트 모드에 따라 동일 운전자 토크에 대한 토크 변동률이 달라지게 된다(도 2 참조). 다시 말해, 동일한 운전자 토크가 스티어링 휠을 스티어링 컬럼에 입력되는 경우라도, 스티어링 컬럼의 틸트 모드에 따라 스티어링 기어박스에 전달되는 운전자 토크가 달라질 수 있으며, 그에 따라 운전자 토크 변동률이 달라지게 된다. 그 이유는 스티어링 컬럼의 틸트 모드에 따라 스티어링 컬럼과 스티어링 기어박스 사이에 설치되어 있는 유조인트(유니버설조인트)의 위상각 차이가 변경되고, 상기 위상각 차이에 따라 운전자 토크 변동률이 달라지기 때문이다.

따라서 스티어링 컬럼의 틸트 모드별로 각각 토크 보정 게인을 결정하기 위한 보정 게인 결정수단을 설정하고, 각 틸트 모드에 따라 선택된 보정 게인 결정수단을 이용하여 조향각에 따른 토크 보정 게인을 결정하는 것이 바람직하다.

즉, 상기 보정 토크 산출 모듈(2)은 운전자 토크 변동률을 기준으로 스티어링 컬럼의 틸트 모드를 판별하고, 상기 판별한 틸트 모드에 따라 선택된 보정 게인 결정수단을 이용하여 실시간 조향각에 따른 토크 보정 게인 값을 결정할 수 있도록 구성된다. 구체적으로, 상기 운전자 토크 변동률이 1보다 작으면 스티어링 컬럼의 틸트 상태가 틸트 업 모드인 것으로 판단하고 1보다 크면 틸트 다운 모드인 것으로 판단한다. 그리고, 상기 보정 게인 결정수단은 스티어링 컬럼이 틸트 업 모드일 때 선택되는 제1 보정 게인 결정수단과 틸트 다운 모드일 때 선택되는 제1 보정 게인 결정수단으로 구분될 수 있다.

여기서, 상기 보정 게인 결정수단은 실시간 조향각에 따라 토크 보정 게인을 결정하기 위한 보정 게인 결정맵일 수 있으며, 상기 보정 게인 결정맵은 시험 및 평가 등을 통해 180° 주기를 가지는 그래프로서 사전 구축되어 보정 토크 산출 모듈에 저장될 수 있다.

상기 보정 토크 산출 모듈(2)은 상기 보정 게인 결정맵을 이용하여 결정한 토크 보정 게인을 기반으로 운전자 토크의 시스템 왜곡에 따른 변동을 보상하기 위한 보정 토크 값을 실시간으로 결정할 수 있다.

따라서, 상기와 같이 결정되는 토크 보정 게인 값을 이용하여 실시간 조향각에 따른 보정 토크 값을 산출하고, 상기 보정 토크 값을 이용하여 운전자 토크의 시스템 왜곡에 따른 변동을 보상함으로써, 실제 운전자 토크에 기초하는 스티어링 토크 (운전자 토크 + 어시스트 토크)를 스티어링 기어박스에 공급할 수 있으며, 운전자가 의도하는 조향이 정확하게 구현되어진다.

이를 위해, 상기 어시스트 토크 보정 모듈(3)은 상기 보정 토크 값을 이용하여 상기 어시스트 토크 산출 모듈에 의해 결정된 어시스트 토크를 보정하며, 구체적으로는 상기 어시스트 토크에 상기 보정 토크 값을 합산하여 상기 어시스트 토크를 보정하게 된다.

이와 같이 구성되는 스티어링 토크 보상 제어 장치는 스티어링 컬럼에 조향모터를 장착하여 상기 스티어링 컬럼에서 스티어링 휠의 회전(즉, 운전자 토크)을 보조하는 타입의 전동식 조향 시스템에 적용될 수 있으며, 상기 스티어링 컬럼은 운전자 토크 및 상기 운전자 토크를 보조하는 조향모터의 어시스트 토크를 입력받아 스티어링 기어박스측으로 출력하게 된다.

이상으로 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하였는바, 본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.

1 : 어시스트 토크 산출 모듈
2 : 보정 토크 산출 모듈
3 : 어시스트 토크 보정 모듈

Claims (5)

1. 전동식 조향 시스템의 스티어링 토크 보상 제어 장치로서,
   차속 및 조향각에 따라 운전자 토크를 보조하기 위한 조향모터의 어시스트 토크를 결정하는 어시스트 토크 산출 모듈;
   스티어링 컬럼에 입력된 운전자 토크와 상기 스티어링 컬럼을 통해 스티어링 기어박스에 전달된 운전자 토크를 기초로 하는 토크 변동률 및 스티어링 휠의 조향각에 기초하여 보정 토크를 결정하는 보정 토크 산출 모듈;
   상기 보정 토크를 이용하여 상기 어시스트 토크를 보정하는 어시스트 토크 보정 모듈;
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향 시스템의 스티어링 토크 보상 제어 장치.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 보정 토크 산출 모듈은 상기 토크 변동률을 기초로 스티어링 컬럼의 틸트 상태를 판별하고, 상기 판별한 틸트 상태에 따라 선택된 보정 게인 결정수단을 이용하여 스티어링 휠의 조향각에 따른 토크 보정 게인을 결정하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향 시스템의 스티어링 토크 보상 제어 장치.
   
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 보정 토크 산출 모듈은 상기 토크 보정 게인을 운전자 토크에 곱하여 상기 보정 토크를 산출하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향 시스템의 스티어링 토크 보상 제어 장치.
   
4. 청구항 2에 있어서,
   상기 스티어링 컬럼의 틸트 상태는 스티어링 컬럼의 틸트가 설정된 기본 틸트보다 높은 상태의 틸트 업 모드와 스티어링 컬럼의 틸트가 상기 기본 틸트보다 낮은 상태의 틸트 다운 모드로 구분되며, 상기 틸트 업 모드일 때 선택되는 제1 보정 토크 결정수단과 상기 틸트 다운 모드일 때 선택되는 제2 보정 토크 결정수단은 각각 조향각을 기초로 보정 토크를 결정할 수 있도록 구성된 것임을 특징으로 하는 전동식 조향 시스템의 스티어링 토크 보상 제어 장치.
   
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 어시스트 토크 보정 모듈은 어시스트 토크에 상기 보정 토크를 합산하여 상기 어시스트 토크를 보정하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향 시스템의 스티어링 토크 보상 제어 장치.

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