KR20210003570A - Steering control method and control system of motor driven power steering system - Google Patents

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KR20210003570A
KR20210003570A KR1020190079540A KR20190079540A KR20210003570A KR 20210003570 A KR20210003570 A KR 20210003570A KR 1020190079540 A KR1020190079540 A KR 1020190079540A KR 20190079540 A KR20190079540 A KR 20190079540A KR 20210003570 A KR20210003570 A KR 20210003570A
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friction torque
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고영민
조정은
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현대자동차주식회사
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Abstract

The present invention is to provide an electric power steering control method to which a rack force estimator reflecting friction torque is applied, and a control system thereof. According to the present invention, provide is an electric power steering control method comprising the steps of: estimating a friction torque acting between the ground and a wheel rotated by steering; estimating a rack force acting on a rack gear based on a rack force estimation model using a yaw rate, a lateral acceleration, and the estimated friction torque as input variables; and calculating a target steering torque based on a virtual steering system model using the estimated rack force.

Description

전동식 파워 조향 제어방법 및 제어시스템{STEERING CONTROL METHOD AND CONTROL SYSTEM OF MOTOR DRIVEN POWER STEERING SYSTEM}Electric power steering control method and control system {STEERING CONTROL METHOD AND CONTROL SYSTEM OF MOTOR DRIVEN POWER STEERING SYSTEM}

본 발명은 랙기어에 작용하는 랙포스에 마찰 토크를 반영한 랙포스 추정기가 적용된 전동식 파워 조향 제어시스템 및 제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to an electric power steering control system and a control method in which a rack force estimator reflecting friction torque to rack force acting on a rack gear is applied.

기존 오픈루프(Open-loop) 기반의 MDPS(Mortor Driven Power Steering) 제어는 하드웨어 산포에 의해 성능이 달라질 수 있고, 원하는 목표 조향성능을 확보하기 위해 많은 반복 튜닝이 필요하다는 단점이 있다.The existing open-loop based MDPS (Mortor Driven Power Steering) control has a disadvantage in that its performance may vary depending on the distribution of hardware, and a lot of repetitive tuning is required to secure the desired target steering performance.

다만, 이 같은 오픈루프 기반의 제어는 폐루프 기반의 피드백 제어를 통해 극복이 가능할 수 있다.However, such open-loop-based control can be overcome through closed-loop-based feedback control.

즉, 피드백 제어는 룩업 테이블(Look-up Table) 방식으로 제어의 대상인 목표 조향토크를 생성하여 피드백 제어함으로써, 오픈루프 방식에 대비하여 제어의 강건성과 튜닝 효율성이 향상되는 장점이 있다.That is, the feedback control has the advantage of improving the robustness of control and tuning efficiency compared to the open loop method by generating a target steering torque to be controlled in a look-up table method and controlling the feedback.

그러나, 이 같은 피드백 제어의 경우 피드백 제어기의 설계 초기 단계에서 제어로직의 성능을 예측하기 어려운 문제가 있어, 개발 효율성을 개선하기 위하여 가상의 조향계 모델을 이용한 조향계 시스템이 이용되었다.However, in the case of such feedback control, it is difficult to predict the performance of the control logic in the early stage of designing the feedback controller, and thus a steering system system using a virtual steering system model was used to improve development efficiency.

다만, 종래 기술에 따른 랙포스 추정기는 요레이트(Yaw Rate) 및 횡가속도를 기반으로 랙포스를 추정함으로써, 정차 상태 또는 저속 주행 조건에서 요레이트(Yaw Rate) 및 횡가속도가 매우 작게 측정되면 목표 조향토크가 감소되어 스티어링휠이 무겁게 느껴짐에 따라 불편함이 야기되었고, 목표 조향토크의 생성 자유도 또한 적어지는 한계가 있었다.However, the rack force estimator according to the prior art estimates the lag force based on the yaw rate and the lateral acceleration, so that the target if the yaw rate and lateral acceleration are measured very small in a stationary state or a low-speed driving condition. As the steering torque is reduced and the steering wheel feels heavy, discomfort is caused, and there is a limit that the freedom to generate the target steering torque is also reduced.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.The matters described as the background art are only for enhancing an understanding of the background of the present invention, and should not be taken as acknowledging that they correspond to the prior art already known to those of ordinary skill in the art.

KR 10-2017-0019669 AKR 10-2017-0019669 A

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 마찰 토크를 반영한 랙포스 추정기가 적용된 전동식 파워 조향 제어방법 및 제어시스템을 제공하고자 함이다.The present invention has been proposed to solve this problem, and is to provide an electric power steering control method and control system to which a rack force estimator reflecting friction torque is applied.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전동식 파워 조향 제어방법은 조향에 의해 회전되는 바퀴와 지면 사이에 작용하는 마찰토크를 추정하는 단계; 요 레이트, 횡가속도 및 추정한 마찰토크를 입력변수로 하는 랙포스 추정모델을 기반으로 랙기어에 작용하는 랙포스를 추정하는 단계; 및 추정한 랙포스를 이용하는 가상의 조향계 모델를 기반으로 목표 조향토크를 산출하는 단계;를 포함한다.An electric power steering control method according to the present invention for achieving the above object comprises: estimating a friction torque acting between a wheel rotated by steering and a ground; Estimating a rack force acting on the rack gear based on a rack force estimation model using yaw rate, lateral acceleration, and estimated friction torque as input variables; And calculating a target steering torque based on a virtual steering system model using the estimated rack force.

마찰토크를 추정하는 단계에서는, 랙기어의 이동에 의해 회전되는 바퀴의 회전을 저지하는 방향으로 작용하는 마찰토크를 스티어링휠의 조향각속도를 기반으로 추정할 수 있다.In the step of estimating the friction torque, the friction torque acting in a direction preventing the rotation of the wheel rotated by the movement of the rack gear may be estimated based on the steering angular velocity of the steering wheel.

마찰토크를 추정하는 단계에서는, 추정한 마찰토크에 차량의 주행속도가 증가함에 따라 크기가 감소되는 마찰 게인을 반영할 수 있다.In the step of estimating the friction torque, a friction gain that decreases in size as the driving speed of the vehicle increases may be reflected in the estimated friction torque.

랙포스를 추정하는 단계에서는, 요 레이트 및 횡가속도는 센서에 의해 측정한 측정값일 수 있다.In the step of estimating the lag force, the yaw rate and the lateral acceleration may be measured values measured by a sensor.

랙포스를 추정하는 단계에서는, 랙포스 추정모델은 랙포스, 마찰토크 및 횡가속도가 입력되고 요 레이트가 출력되는 피드백(Feedback) 제어모델이 Youla transfer function에 의해 요 레이트, 마찰토크 및 횡가속도가 입력되고 랙포스가 출력되는 피드 포워드(Feed Forward) 제어모델로 변환될 수 있다.In the step of estimating the rack force, the rack force estimation model is a feedback control model in which the rack force, friction torque, and lateral acceleration are input and the yaw rate is output. The yaw rate, friction torque, and lateral acceleration are determined by the Youla transfer function. It can be converted into a feed forward control model in which input and lag force is output.

랙포스를 추정하는 단계에서는, 하기의 전달함수를 이용하여 랙포스를 추정할 수 있다.In the step of estimating lag force, the lag force may be estimated using the following transfer function.

Figure pat00001
Figure pat00001

여기서,

Figure pat00002
,
Figure pat00003
,
Figure pat00004
이고,
Figure pat00005
는 요 레이트,
Figure pat00006
는 횡가속도,
Figure pat00007
는 차량의 관성모멘트,
Figure pat00008
는 바퀴의 트레일, m은 차량의 질량, a 및 b는 각각 차량의 무게중심과 앞바퀴 및 뒷바퀴의 회전축 사이의 거리, l는 랙기어와 앞바퀴의 조향축 사이의 이격거리(effective arm), τ는 시상수이다.here,
Figure pat00002
,
Figure pat00003
,
Figure pat00004
ego,
Figure pat00005
The yo rate,
Figure pat00006
Is the lateral acceleration,
Figure pat00007
Is the moment of inertia of the vehicle,
Figure pat00008
Is the trail of the wheel, m is the mass of the vehicle, a and b are the distances between the vehicle's center of gravity and the rotational axes of the front and rear wheels, respectively, l is the effective arm between the rack gear and the steering axis of the front wheel, τ is It is a time constant.

목표 조향토크를 산출하는 단계에서, 가상의 조향계 모델는 조향각속도 및 랙기어에 작용하는 랙포스를 입력 변수로 하는 상태방정식으로 목표 조향토크를 산출할 수 있다.In the step of calculating the target steering torque, the virtual steering system model may calculate the target steering torque using a state equation using the steering angular velocity and the rack force acting on the rack gear as input variables.

목표 조향토크를 산출하는 단계에서, 상태방정식은 컬럼의 비틀림변위와, 랙기어의 모멘텀과, 스티어링휠의 모멘텀 및 랙기어의 이송변위를 상태변수로 설정하여 유도할 수 있다.In the step of calculating the target steering torque, the state equation can be derived by setting the torsional displacement of the column, the momentum of the rack gear, the momentum of the steering wheel, and the transfer displacement of the rack gear as state variables.

목표 조향토크를 산출하는 단계에서, 목표 조향토크는 차량의 속도를 변수로 설정된 어시스트게인을 반영하여 산출할 수 있다.In the step of calculating the target steering torque, the target steering torque may be calculated by reflecting the assist gain set as a variable of the vehicle speed.

목표 조향토크를 산출하는 단계 이후에, 산출한 목표 조향토크를 추종하도록 조향모터를 피드백 제어하는 단계;를 더 포함할 수 있다.After the step of calculating the target steering torque, the step of feedback-controlling the steering motor to follow the calculated target steering torque; may further include.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전동식 파워 조향 제어시스템은 조향에 의해 회전되는 바퀴와 지면 사이에 작용하는 마찰토크를 추정하는 마찰토크 추정기; 요 레이트, 횡가속도 및 마찰토크 추정부에서 추정한 마찰토크를 입력변수로 하는 랙포스 추정모델을 기반으로 랙기어에 작용하는 랙포스를 추정하는 랙포스 추정기; 및 추정한 랙포스를 이용하는 가상의 조향계 모델를 기반으로 목표 조향토크를 산출하는 조향토크 산출부;를 포함한다.The electric power steering control system according to the present invention for achieving the above object comprises: a friction torque estimator for estimating a friction torque acting between a wheel rotated by steering and a ground; A rack force estimator for estimating a rack force acting on a rack gear based on a rack force estimation model using the yaw rate, lateral acceleration, and friction torque estimated by the friction torque estimation unit as input variables; And a steering torque calculation unit that calculates a target steering torque based on a virtual steering system model using the estimated rack force.

조향토크 산출부에서 산출한 목표 조향토크를 이용하여 조향모터를 제어하는 모터 제어부;를 더 포함할 수 있다.It may further include a motor control unit for controlling the steering motor using the target steering torque calculated by the steering torque calculation unit.

본 발명의 전동식 파워 조향 제어방법 및 제어시스템에 따르면, 정차 또는 저속 주행 조건에서 바퀴와 지면 사이의 마찰토크를 반영하여 핸들링 성능 및 편의성이 확보되는 효과를 갖는다.According to the electric power steering control method and control system of the present invention, handling performance and convenience are secured by reflecting the friction torque between the wheel and the ground in a stationary or low-speed driving condition.

또한, 가상의 조향계 모델을 기반으로 목표 조향토크를 산출함으로써, 조향성능의 예측이 가능하여, 조향 제어기술의 개발 효율성을 향상시키는 효과를 갖는다.In addition, by calculating a target steering torque based on a virtual steering system model, it is possible to predict steering performance, thereby improving the development efficiency of steering control technology.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 파워 조향 제어방법의 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 파워 조향 제어시스템의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰토크 모델을 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰 게인의 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 Bicycle 모델을 도시한 것이고, 도 6은 도 5의 Bicycle 모델에 따른 Bond Graph 이다.
도 7a은 본 발명의 일 실시예에 따른 랙포스에 관한 피드백(Feedback) 제어모델의 다이어그램이고, 도 7b은 도 7a의 제어모델을 변환한 피드 포워드(Feed Forward) 제어모델의 다이어그램이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰 게인의 변화에 따른 스티어링휠의 핸들링 토크를 도시한 그래프이고, 도 9는 종래 기술 및 본 발명의 전동식 파워 조향 제어방법에 각각 따른 핸들링 토크의 목표와 실제를 비교한 그래프이다.
1 is a flow chart of an electric power steering control method according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram of an electric power steering control system according to an embodiment of the present invention.
3 shows a friction torque model according to an embodiment of the present invention.
4 is a graph of a friction gain according to an embodiment of the present invention.
5 illustrates a bicycle model according to an embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a bond graph according to the bicycle model of FIG. 5.
7A is a diagram of a feedback control model for rack force according to an embodiment of the present invention, and FIG. 7B is a diagram of a feed forward control model converted from the control model of FIG. 7A.
8 is a graph showing the handling torque of a steering wheel according to a change in friction gain according to an embodiment of the present invention, and FIG. 9 is a target of a handling torque according to the prior art and the electric power steering control method of the present invention. It is a graph comparing the actual.

본 명세서 또는 출원에 개시되어 있는 본 발명의 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명에 따른 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명에 따른 실시 예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서 또는 출원에 설명된 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. Specific structural or functional descriptions of the embodiments of the present invention disclosed in this specification or application are exemplified only for the purpose of describing the embodiments according to the present invention, and the embodiments according to the present invention may be implemented in various forms. And should not be construed as limited to the embodiments described in this specification or application.

본 발명에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러가지 형태를 가질 수 있으므로 특정실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. Since the embodiments according to the present invention can be modified in various ways and have various forms, specific embodiments are illustrated in the drawings and will be described in detail in the present specification or application. However, this is not intended to limit the embodiments according to the concept of the present invention to a specific form of disclosure, and it should be understood that all changes, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention are included.

제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.Terms such as first and/or second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are only for the purpose of distinguishing one component from other components, for example, without departing from the scope of the rights according to the concept of the present invention, the first component may be named as the second component, and similarly The second component may also be referred to as a first component.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다. When a component is referred to as being "connected" or "connected" to another component, it is understood that it may be directly connected or connected to the other component, but other components may exist in the middle. Should be. On the other hand, when a component is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another component, it should be understood that there is no other component in the middle. Other expressions describing the relationship between components, such as "between" and "just between" or "adjacent to" and "directly adjacent to" should be interpreted as well.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. The terms used in this specification are used only to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In the present specification, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate the presence of a set feature, number, step, action, component, part, or combination thereof, but one or more other features or numbers It is to be understood that the presence or additional possibilities of, steps, actions, components, parts, or combinations thereof are not excluded in advance.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Terms as defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related technology, and should not be interpreted as an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present specification. .

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by describing a preferred embodiment of the present invention with reference to the accompanying drawings. The same reference numerals in each drawing indicate the same member.

본 발명에 적용 가능한 전동식 파워 조향시스템은 전동식 모터를 이용하여 조향력을 생성하거나 조향력을 보조하는 조향시스템으로, MDPS(Motor Driven Power Steering) 시스템 또는 SBW(Steer by wire) 시스템일 수 있다. The electric power steering system applicable to the present invention is a steering system that generates steering force or assists the steering force using an electric motor, and may be a Motor Driven Power Steering (MDPS) system or a Steer by wire (SBW) system.

특히, 본 발명은 전동식 모터를 포함한 전동식 파워 조향시스템을 제어하기 위한 목표 조향토크(Tq_ref)를 설정하고, 이에 따라 전동식 파워 조향시스템을 제어는 방법 및 시스템에 관한 것이다.In particular, the present invention relates to a method and system for setting a target steering torque (T q_ref ) for controlling an electric power steering system including an electric motor, and controlling the electric power steering system accordingly.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 파워 조향 제어방법의 순서도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 파워 조향 제어시스템의 구성도이다.1 is a flowchart of a method for controlling electric power steering according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a configuration diagram of an electric power steering control system according to an embodiment of the present invention.

도 1 내지 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 파워 조향 제어방법은 조향에 의해 회전되는 바퀴와 지면 사이에 작용하는 마찰토크를 추정하는 단계; 요 레이트, 횡가속도 및 추정한 마찰토크를 입력변수로 하는 랙포스 추정모델을 기반으로 랙기어에 작용하는 랙포스를 추정하는 단계; 및 추정한 랙포스를 이용하는 가상의 조향계 모델를 기반으로 목표 조향토크를 산출하는 단계;를 포함한다.1 to 2, a method for controlling electric power steering according to an embodiment of the present invention includes estimating a friction torque acting between a wheel rotated by steering and a ground; Estimating a rack force acting on the rack gear based on a rack force estimation model using yaw rate, lateral acceleration, and estimated friction torque as input variables; And calculating a target steering torque based on a virtual steering system model using the estimated rack force.

본 발명에 따르면, 바퀴 또는 타이어와 노면 사이의 마찰토크를 반영하여 랙포스를 추정함으로써, 종래 기술에 따른 전동식 파워 조향 제어방법의 경우에 발생하는 정차 상태 또는 저속 주행조건에서 목표 조향토크가 작아지는 문제를 해결할 수 있다. 이에 따라, 운전자의 핸들링 성능 및 편의성이 확보되는 효과를 갖는다.According to the present invention, by estimating the rack force by reflecting the friction torque between the wheel or tire and the road surface, the target steering torque is reduced in a stopped state or a low-speed driving condition that occurs in the case of the electric power steering control method according to the prior art. You can solve the problem. Accordingly, the driver's handling performance and convenience are secured.

특히, 정차 상태 또는 저속 주행조건에서 요 레이트 및 횡가속도가 매우 작거나 0의 값으로 측정되기 때문에 목표 조향토크가 작게 산출된다.In particular, the target steering torque is calculated to be small because the yaw rate and the lateral acceleration are very small or measured as a value of zero in a stopped state or a low-speed driving condition.

이를 해결하기 위한 마찰토크는 Scrub-friction 효과에 따른 토크로, 랙기어가 좌우방향으로 이동됨에 따라 회전되는 바퀴에 작용하는 토크이다.The friction torque to solve this problem is a torque according to the Scrub-friction effect, which is a torque acting on a wheel that rotates as the rack gear moves in the left and right directions.

랙포스를 추정하는 단계에서는, 요 레이트, 횡가속도 및 추정한 마찰토크를 입력변수로 하는 랙포스 추정모델을 기반으로 랙포스를 추정할 수 있다.In the step of estimating the lag force, the lag force may be estimated based on a lag force estimation model using the yaw rate, the lateral acceleration, and the estimated friction torque as input variables.

일 실시예에 따른 랙포스를 추정하는 단계에서는, 요 레이트 및 횡가속도는 센서에 의해 측정한 측정값일 수 있다.In the step of estimating the lag force according to an embodiment, the yaw rate and the lateral acceleration may be measured values measured by a sensor.

즉, 차량에 포함된 요 레이트 센서 및 횡가속도 센서를 이용하여 요 레이트 및 횡가속도를 센싱할 수 있다.That is, the yaw rate and the lateral acceleration may be sensed using the yaw rate sensor and the lateral acceleration sensor included in the vehicle.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰토크 모델을 도시한 것이다.3 shows a friction torque model according to an embodiment of the present invention.

도 3을 더 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰토크 모델은 차량의 앞바퀴가 랙기어에 의해 조향되는 경우로, 하기와 같은 상태방정식이 성립할 수 있다.Referring further to FIG. 3, in the friction torque model according to an embodiment of the present invention, the front wheel of a vehicle is steered by a rack gear, and the following state equation may be established.

Figure pat00009
Figure pat00009

여기서,

Figure pat00010
는 랙포스,
Figure pat00011
Figure pat00012
는 랙포스와 조향축 사이의 이격거리(effective arm),
Figure pat00013
는 바퀴의 트레일(Trail),
Figure pat00014
는 앞바퀴에 작용하는 횡력(side force),
Figure pat00015
는 마찰토크(Scrub-friction Torque)이다.here,
Figure pat00010
Is the rack force,
Figure pat00011
Figure pat00012
Is the effective arm between the rack force and the steering shaft,
Figure pat00013
Is the trail of the wheel,
Figure pat00014
Is the side force acting on the front wheel,
Figure pat00015
Is the Scrub-friction Torque.

바퀴의 트레일(

Figure pat00016
)은 앞바퀴를 옆에서 보았을 때 킹핀 중심선이 노면을 가로지르는 점과 타이어 중심선이 노면에서 교차하는 점과의 거리를 말한다.The trail of the wheel (
Figure pat00016
) Refers to the distance between the point where the kingpin center line crosses the road surface and the point where the tire center line crosses the road surface when viewed from the side.

이를 랙포스에 관하여 정리하면 아래와 같다.This is summarized in terms of rack force as follows.

Figure pat00017
Figure pat00017

구체적으로, 마찰토크를 추정하는 단계에서는, 랙기어의 이동에 의해 회전되는 바퀴의 회전을 저지하는 방향으로 작용하는 마찰토크를 스티어링휠의 조향각속도를 기반으로 추정할 수 있다. Specifically, in the step of estimating the friction torque, the friction torque acting in a direction that prevents the rotation of the wheel rotated by the movement of the rack gear may be estimated based on the steering angular velocity of the steering wheel.

마찰토크는 조향각속도를 입력변수로 연산될 수 있고, 예를 들어 수직 하중에 대한 쿨롱 마찰력(

Figure pat00018
), 속도에 대한 Viscous를 반영한 viscous 마찰력(
Figure pat00019
)에 의해 추정할 수 있다.The friction torque can be calculated using the steering angular velocity as an input variable, for example, the Coulomb friction force (
Figure pat00018
), viscous friction force reflecting Viscous against speed (
Figure pat00019
) Can be estimated.

또한, 마찰력을 Stress-Strain 커브에 대한 미분방정식으로 표현한 Darl Friction Model 또는 Lugre Friction Model 등 다양한 마찰모델이 이용될 수 있다. 추가로, Stick-Slip에 의한 정지마찰(Stiction) 현상 및 Stribeck 효과를 반영한 비선형 모델을 이용하여 마찰토크를 추정할 수도 있다.In addition, various friction models, such as Darl Friction Model or Lugre Friction Model, in which the friction force is expressed as a differential equation for the Stress-Strain curve can be used. In addition, the friction torque may be estimated using a nonlinear model reflecting the static friction phenomenon and the Stribeck effect caused by the stick-slip.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰 게인의 그래프이다.4 is a graph of a friction gain according to an embodiment of the present invention.

도 4를 더 참조하면, 마찰토크를 추정하는 단계에서는, 추정한 마찰토크에 차량의 주행속도가 증가함에 따라 크기가 감소되는 마찰 게인을 반영할 수 있다.Referring further to FIG. 4, in the step of estimating the friction torque, a friction gain that decreases in size as the driving speed of the vehicle increases may be reflected in the estimated friction torque.

마찰토크는 차량의 주행속도가 증가하면 그 값이 매우 작아지므로 주행속도가 증가함에 따라 마찰 게인을 급격하게 감소시킬 수 있다. Since the value of the friction torque becomes very small as the driving speed of the vehicle increases, the friction gain can be drastically reduced as the driving speed increases.

이에 따라, 차량의 정차 상태 또는 저속 조건에서 마찰토크가 크게 반영되고, 고속 조건에서는 마찰토크의 영향이 감소될 수 있다.Accordingly, the friction torque is largely reflected in a vehicle stop state or a low-speed condition, and the influence of the friction torque may be reduced in a high-speed condition.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 Bicycle 모델을 도시한 것이고, 도 6은 도 5의 Bicycle 모델에 따른 Bond Graph 이다.5 illustrates a bicycle model according to an embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a bond graph according to the bicycle model of FIG. 5.

도 5 내지 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 Bicycle 모델에 따른 운동방정식은 아래와 같다.5 to 6, the equation of motion according to the bicycle model according to an embodiment of the present invention is as follows.

Figure pat00020
Figure pat00020

여기서,

Figure pat00021
Figure pat00022
는 각각 회전관성 및 측방에 대한 모멘텀 변화율이고,
Figure pat00023
Figure pat00024
는 각각 앞바퀴 및 뒷바퀴의 횡력이며,
Figure pat00025
는 요 레이트(Yaw Rate)이다.here,
Figure pat00021
And
Figure pat00022
Is the rate of change of momentum for rotational inertia and lateral, respectively,
Figure pat00023
And
Figure pat00024
Is the lateral force of the front and rear wheels, respectively,
Figure pat00025
Is the yaw rate.

또한, 횡가속도(

Figure pat00026
)와 측방 모멘텀 변화율(
Figure pat00027
) 사이의 관계는 아래와 같다.Also, lateral acceleration (
Figure pat00026
) And lateral momentum rate of change (
Figure pat00027
The relationship between) is as follows.

Figure pat00028
Figure pat00028

이를 상기 ②수식에 대입하면, 아래와 같은 수식을 도출할 수 있다.Substituting this into the above formula ②, the following formula can be derived.

Figure pat00029
Figure pat00029

다시, 이를 상기 ①수식에 대입하면 아래와 같은 수식을 도출할 수 있다.Again, by substituting this into the above equation ①, the following equation can be derived.

Figure pat00030
Figure pat00030

이를 랙포스에 관한 아래의 수식을 대입하여 정리하면, 그 아래와 같이 회전관성에 대한 모멘텀 변화율(

Figure pat00031
)에 관한 수식으로 정리할 수 있다.If this is summarized by substituting the following equation for the rack force, the rate of change of momentum for the rotational inertia (
Figure pat00031
) Can be summarized as an equation.

Figure pat00032
Figure pat00032

Figure pat00033
Figure pat00033

또한, 회전관성에 대한 모멘텀 변화율(

Figure pat00034
)은 요 레이트(Yaw Rate) 변화율과 아래와 같은 관계식을 갖는다.In addition, the rate of change of momentum for rotational inertia (
Figure pat00034
) Has the following relationship with the rate of change of the yaw rate.

Figure pat00035
Figure pat00035

따라서, 상기 수식을 전달함수로 정리하면 아래와 같다.Therefore, the above equation is summarized as a transfer function as follows.

Figure pat00036
Figure pat00036

도 7a은 본 발명의 일 실시예에 따른 랙포스에 관한 피드백(Feedback) 제어모델의 다이어그램이고, 도 7b은 도 7a의 제어모델을 변환한 피드 포워드(Feed Forward) 제어모델의 다이어그램이다.7A is a diagram of a feedback control model for rack force according to an embodiment of the present invention, and FIG. 7B is a diagram of a feed forward control model converted from the control model of FIG. 7A.

도 7a 내지 7b를 더 참조하면, 랙포스를 추정하는 단계에서는, 랙포스 추정모델은 랙포스, 마찰토크 및 횡가속도가 입력되고 요 레이트가 출력되는 피드백(Feedback) 제어모델이 Youla transfer function에 의해 요 레이트, 마찰토크 및 횡가속도가 입력되고 랙포스가 출력되는 피드 포워드(Feed Forward) 제어모델로 변환될 수 있다.7A to 7B, in the step of estimating the rack force, the rack force estimation model is a feedback control model in which the rack force, friction torque, and lateral acceleration are input and the yaw rate is output by the Youla transfer function. It can be converted into a feed forward control model in which yaw rate, friction torque, and lateral acceleration are input and lag force is output.

도 7a에 도시한 것과 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 랙포스를 추정하기 위하여 제어 아웃풋 옵저버(COO: Control Output Observer) 방식의 다이어그램으로 구성할 수 있다.As illustrated in FIG. 7A, in order to estimate the lag force according to an embodiment of the present invention, a diagram of a control output observer (COO) scheme may be used.

여기서 각각의 입력변수에 따른 전달함수는 아래와 같을 수 있다.Here, the transfer function according to each input variable may be as follows.

Figure pat00037
Figure pat00037

다만, 여기서 추정하고자 하는 랙포스는 출력이 아니라 입력되어 요 레이트가 출력되는 피드백 제어 구조를 갖는다.However, the lag force to be estimated here has a feedback control structure in which the yaw rate is output by being input rather than an output.

이는 도 7b에 도시한 것과 같이, 요 레이트, 마찰토크 및 횡가속도가 입력되고 랙포스가 출력되는 피드 포워드(Feed Forward) 제어모델로 변환될 수 있다.This can be converted into a feed forward control model in which yaw rate, friction torque, and lateral acceleration are input and lag force is output, as shown in FIG. 7B.

구체적으로, 피드백 제어모델은 Youla transfer function에 의해 피드 포워드 제어모델로 변환될 수 있다. 이에 따라, 랙포스가 출력되도록 랙포스에 대한 전달함수로 재정의될 수 있다. 상기 피드백 제어모델에서 랙포스에 대한 전달함수로 재정의하면 아래와 같다.Specifically, the feedback control model may be converted into a feed forward control model by a Youla transfer function. Accordingly, it may be redefined as a transfer function for the rack force so that the rack force is output. If redefined as a transfer function for rack force in the feedback control model, it is as follows.

Figure pat00038
Figure pat00038

Figure pat00039
Figure pat00039

특히, Gp1은 게인을 갖는 적분기로, s=0의 극점은 불안정하므로, Youla-Kucera Parameterization(YKP)에 의해 전달함수 Y가 설정될 수 있고, 이에 따른 랙포스에 관한 전달함수는 아래와 같다.In particular, Gp1 is an integrator having a gain, and since the pole of s=0 is unstable, the transfer function Y can be set by Youla-Kucera Parameterization (YKP), and the transfer function related to the rack force is as follows.

Figure pat00040
Figure pat00040

여기서, 대상 플랜트 전달함수(Gp1)은 아래와 같고, 폐루프 전달함수는 아래의 수식과 같다. 여기서, τ는 시상수(Time Constant)로, 전체 추정기 시스템의 대역폭(Bandwidth)를 결정한다.Here, the target plant transfer function (Gp1) is as follows, and the closed-loop transfer function is as follows. Here, τ is a time constant and determines the bandwidth of the entire estimator system.

Figure pat00041
Figure pat00041

Figure pat00042
Figure pat00042

이에 따라, 전달함수 Y는 아래와 같이 정의될 수 있다.Accordingly, the transfer function Y can be defined as follows.

Figure pat00043
Figure pat00043

따라서, 랙포스를 추정하는 단계에서는, 하기의 전달함수를 이용하여 랙포스를 추정할 수 있다.Therefore, in the step of estimating the lag force, the lag force may be estimated using the following transfer function.

Figure pat00044
Figure pat00044

여기서,

Figure pat00045
,
Figure pat00046
,
Figure pat00047
이고,
Figure pat00048
는 요 레이트,
Figure pat00049
는 횡가속도,
Figure pat00050
는 차량의 관성모멘트,
Figure pat00051
는 바퀴의 트레일, m은 차량의 질량, a 및 b는 각각 차량의 무게중심과 앞바퀴 및 뒷바퀴의 회전축 사이의 거리, l는 랙기어와 앞바퀴의 조향축 사이의 이격거리(effective arm), τ는 시상수이다.here,
Figure pat00045
,
Figure pat00046
,
Figure pat00047
ego,
Figure pat00048
The yo rate,
Figure pat00049
Is the lateral acceleration,
Figure pat00050
Is the moment of inertia of the vehicle,
Figure pat00051
Is the trail of the wheel, m is the mass of the vehicle, a and b are the distances between the vehicle's center of gravity and the rotational axes of the front and rear wheels, respectively, l is the effective arm between the rack gear and the steering axis of the front wheel, τ is It is a time constant.

목표 조향토크를 산출하는 단계에서, 가상의 조향계 모델는 조향각속도 및 랙기어에 작용하는 랙포스를 입력 변수로 하는 상태방정식으로 목표 조향토크를 산출할 수 있다.In the step of calculating the target steering torque, the virtual steering system model may calculate the target steering torque using a state equation using the steering angular velocity and the rack force acting on the rack gear as input variables.

목표 조향토크를 산출하는 단계에서, 상태방정식은 컬럼의 비틀림변위와, 랙기어의 모멘텀과, 스티어링휠의 모멘텀 및 랙기어의 이송변위를 상태변수로 설정하여 유도할 수 있다.In the step of calculating the target steering torque, the state equation can be derived by setting the torsional displacement of the column, the momentum of the rack gear, the momentum of the steering wheel, and the transfer displacement of the rack gear as state variables.

구체적으로, 가상의 조향계 모델은 조향각속도(ωsw)와 랙포스(Frack)가 입력변수로 적용되고, 스티어링휠의 관성(Jsw)과, 반력기구로 사용되는 컬럼의 강성(Kt)과, 컬럼의 댐퍼(Bt)와, 컬럼의 마찰토크(Tfric_c)와, 피니언 반지름(Rp)과, 랙기어 중량(Mr)이 시스템 특성 파라미터로 적용되며, 입력변수와 시스템 특성 파라미터의 관계에 의해 목표 조향토크(Tq_ref)가 출력변수로 적용될 수 있다.Specifically, in the virtual steering system model, the steering angular velocity (ω sw ) and the rack force (F rack ) are applied as input variables, and the inertia of the steering wheel (J sw ) and the stiffness of the column used as the reaction force mechanism (K t ), column damper (B t ), column friction torque (T fric_c ), pinion radius (R p ), and rack gear weight (M r ) are applied as system characteristic parameters, input variables and system characteristics Target steering torque (T q_ref ) can be applied as an output variable according to the relationship of parameters.

가상의 조향계모델에 대해 본드 그래프(Bond Graph)를 이용하여 상태방정식을 유도할 수 있는데, 본드 그래프를 예시하면 아래와 같이 표현될 수 있다.The state equation can be derived using a bond graph for a virtual steering system model, and it can be expressed as follows by exemplifying a bond graph.

Figure pat00052
Figure pat00052

또한, 목표 조향토크를 산출하는 단계에서, 상태방정식은 컬럼의 비틀림변위와, 랙기어의 모멘텀과, 스티어링휠의 모멘텀 및 랙기어의 이송변위를 상태변수로 설정하여 유도할 수 있다.In addition, in the step of calculating the target steering torque, the state equation can be derived by setting the torsional displacement of the column, the momentum of the rack gear, the momentum of the steering wheel and the transfer displacement of the rack gear as state variables.

구체적으로, 본드그래프를 이용하여 상태방정식을 유도하게 되는데, 상기 상태방정식은 컬럼의 비틀림변위(q5)와, 랙기어의 모멘텀(P10)과, 스티어링휠의 모멘텀(P2) 및 랙기어의 이송변위(q13)를 상태변수로 설정하여 유도할 수 있고, 이를 예시하면 하기와 같이 산출될 수 있다.Specifically, the state equation is derived using the bond graph, which is the torsional displacement of the column (q 5 ), the momentum of the rack gear (P 10 ), the momentum of the steering wheel (P 2 ) and the rack gear. It can be derived by setting the transfer displacement of (q 13 ) as a state variable, and for example, it can be calculated as follows.

Figure pat00053
Figure pat00053

본 발명은 상기 상태방정식의 수치 적분을 통해 컬럼에 작용하는 목표 조향토크(Tq_ref)를 산출하게 되고, 특히 목표 조향토크(Tq_ref)는 하기의 수식(1)에 의해 산출될 수 있다.The present invention calculates the target steering torque (T q_ref ) acting on the column through the numerical integration of the state equation, and in particular, the target steering torque (T q_ref ) can be calculated by the following equation (1).

Figure pat00054
.........(1)
Figure pat00054
.........(One)

Tq_ref : 목표 조향토크T q_ref : Target steering torque

Kt : 컬럼의 강성K t : column stiffness

q5 : 컬럼의 비틀림변위q 5 : Torsional displacement of column

Bt : 컬럼의 댐퍼B t : Damper of the column

Figure pat00055
: 컬럼의 비틀림변위 변화율
Figure pat00055
: Column torsional displacement rate of change

가상의 조향계모델을 기반으로 목표 조향토크(Tq_ref)를 산출함으로써, 조향성능의 예측이 가능하여 조향 제어기술의 개발 효율성을 높이게 되고, 더불어 조향계 시스템의 특성을 자유롭게 변경 가능하여 다양한 형태의 조향감을 생성함으로써, 튜닝 효율성을 향상시키게 된다.By calculating the target steering torque (T q_ref ) based on the virtual steering system model, the steering performance can be predicted to increase the development efficiency of the steering control technology, and the characteristics of the steering system system can be freely changed. By creating a sense of steering, tuning efficiency is improved.

스티어링휠과 스티어링 기어박스 사이에 기구적인 연결구조가 단절된 SBW시스템에 적용시, 흡사 기구적인 조향 시스템이 장착되어 있는 것과 같은 조향반력 및 조향감을 생성할 수 있게 된다.When applied to the SBW system in which the mechanical connection structure between the steering wheel and the steering gearbox is disconnected, it is possible to generate a steering reaction force and steering feeling similar to that in which a mechanical steering system is installed.

목표 조향토크를 산출하는 단계에서, 목표 조향토크는 차량의 속도(Vs)를 변수로 설정된 어시스트게인(Ka)을 반영하여 산출할 수 있다. 어시스트게인(Ka)은 차량의 주행속도(Vs)를 입력 받아 게인판단부(60)에서 결정될 수 있다.In the step of calculating the target steering torque, the target steering torque may be calculated by reflecting the assist gain Ka a set as a variable of the vehicle speed Vs. The assist gain (K a ) may be determined by the gain determining unit 60 by receiving the driving speed Vs of the vehicle.

구체적으로, 상기 수식에 의해 산출되는 목표 조향토크(Tq_ref)에 어시스트게인(Ka)을 곱하여, 상기 어시스트게인(Ka)에 따라 목표 조향토크(Tq_ref)의 변경이 가능하도록 구성할 수 있다. 이는, 하기의 수식과 같이 정리될 수 있다.Specifically, the assist gain to the target steering torque (T q_ref) which is calculated by the formula (K a) for multiplying the assist gain (K a) the change of the target steering torque (T q_ref) can be configured to be in accordance with the have. This can be summarized as the following equation.

Figure pat00056
Figure pat00056

여기서, 0 < 어시스트게인(Ka) ≤ 1 임.Here, 0 <assist gain (Ka) ≤ 1.

즉, 목표 조향토크(Tq_ref)의 값이 과도하게 높게 산출되는 경우, 상기 어시스트게인(Ka)을 적용하여 목표 조향토크(Tq_ref)를 감소시킬 수 있게 된다.That is, when the value of the target steering torque (T q_ref) being excessively high output, by applying the assist gain (K a) it is possible to decrease the target steering torque (T q_ref).

어시스트게인(Ka)은 조향각 및 차량의 주행속도에 의해 가변되는 값일 수 있다. 일 실시예로, 어시스트게인(Ka)은 조향각이 증가함에 따라 감소되도록 기맵핑될 수 있고, 차량의 주행속도가 증가함에 따라 감소되도록 기맵핑될 수 있다.The assist gain Ka may be a value that varies depending on the steering angle and the driving speed of the vehicle. In one embodiment, the assist gain Ka may be pre-mapped to decrease as the steering angle increases, and may be pre-mapped to decrease as the driving speed of the vehicle increases.

목표 조향토크를 산출하는 단계 이후에, 산출한 목표 조향토크를 추종하도록 조향모터(40)를 피드백 제어하는 단계;를 더 포함할 수 있다.After the step of calculating the target steering torque, the step of feedback-controlling the steering motor 40 to follow the calculated target steering torque; may further include.

즉, 모터 제어기(50)는 모터로 입력되는 실제 조향토크가 상기 목표 조향토크(Tq_ref)와 일치되도록 조향모터(40)의 제어량을 피드백 제어할 수 있다.That is, the motor controller 50 may feedback control the control amount of the steering motor 40 so that the actual steering torque input to the motor coincides with the target steering torque T q_ref .

다시 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 파워 조향 시스템은 조향에 의해 회전되는 바퀴와 지면 사이에 작용하는 마찰토크를 추정하는 마찰토크 추정기(10); 요 레이트, 횡가속도 및 마찰토크 추정부에서 추정한 마찰토크를 입력변수로 하는 랙포스 추정모델을 기반으로 랙기어에 작용하는 랙포스를 추정하는 랙포스 추정기(20); 및 추정한 랙포스를 이용하는 가상의 조향계 모델를 기반으로 목표 조향토크를 산출하는 조향토크 산출부(30);를 포함한다.Referring back to Fig. 2, the electric power steering system according to an embodiment of the present invention includes a friction torque estimator 10 for estimating a friction torque acting between a wheel rotated by steering and the ground; A rack force estimator 20 for estimating a rack force acting on the rack gear based on a rack force estimation model using the yaw rate, lateral acceleration, and friction torque estimated by the friction torque estimation unit as input variables; And a steering torque calculation unit 30 that calculates a target steering torque based on a virtual steering system model using the estimated rack force.

조향토크 산출부(30)에서 산출한 목표 조향토크를 이용하여 조향모터(40)를 제어하는 모터 제어기(50);를 더 포함할 수 있다.It may further include a motor controller 50 for controlling the steering motor 40 using the target steering torque calculated by the steering torque calculation unit 30;

여기서, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 마찰토크 추정기(10), 랙포스 추정기(20), 조향토크 산출부(30) 및 모터 제어기(50)는 차량의 다양한 구성 요소의 동작을 제어하도록 구성된 알고리즘 또는 상기 알고리즘을 재생하는 소프트웨어 명령어에 관한 데이터를 저장하도록 구성된 비휘발성 메모리(도시되지 않음) 및 해당 메모리에 저장된 데이터를 사용하여 이하에 설명되는 동작을 수행하도록 구성된 프로세서(도시되지 않음)를 통해 구현될 수 있다. 여기서, 메모리 및 프로세서는 개별 칩으로 구현될 수 있다. 대안적으로는, 메모리 및 프로세서는 서로 통합된 단일 칩으로 구현될 수 있다. 프로세서는 하나 이상의 프로세서의 형태를 취할 수 있다.Here, the friction torque estimator 10, the rack force estimator 20, the steering torque calculation unit 30, and the motor controller 50 according to an exemplary embodiment of the present invention are configured to control the operation of various components of the vehicle. Through a nonvolatile memory (not shown) configured to store data related to an algorithm or software instructions for reproducing the algorithm, and a processor (not shown) configured to perform an operation described below using data stored in the memory. Can be implemented. Here, the memory and the processor may be implemented as separate chips. Alternatively, the memory and processor may be implemented as a single chip integrated with each other. A processor can take the form of one or more processors.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰 게인의 변화에 따른 스티어링휠의 핸들링 토크를 도시한 그래프이고, 도 9는 종래 기술 및 본 발명의 전동식 파워 조향 제어방법에 각각 따른 핸들링 토크의 목표와 실제를 비교한 그래프이다.8 is a graph showing the handling torque of a steering wheel according to a change in friction gain according to an embodiment of the present invention, and FIG. 9 is a target of a handling torque according to the prior art and the electric power steering control method of the present invention. It is a graph comparing the actual.

특히, 도 8 내지 9는 차량이 실제로 정차된 상태에서 sine파 입력을 통한 시뮬레이션 테스트 결과이다. In particular, FIGS. 8 to 9 are simulation test results through sine wave input when the vehicle is actually stopped.

도 8 내지 9를 더 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 파워 조향 제어방법에 따르면, 마찰 게인을 증대시킬수록 본 발명의 마찰토크의 반영 효과가 크게 발생하고, 이에 따르면 스티어링휠의 핸들링 토크가 감소되는 현상을 확인할 수 있다.8 to 9, according to the electric power steering control method according to an embodiment of the present invention, the more the friction gain is increased, the greater the reflection effect of the friction torque of the present invention occurs. Accordingly, the steering wheel handling You can see the phenomenon that the torque decreases.

즉, 마찰토크를 반영함에 따라 차량의 정차 조건에서 운전자가 스티어링휠을 회전시키기 위한 핸들링 토크의 크기가 감소되어 조타 편의성이 증대되는 효과가 입증되었다.That is, as the friction torque is reflected, the amount of the handling torque for the driver to rotate the steering wheel in the vehicle stopping condition is reduced, thereby demonstrating the effect of increasing steering convenience.

본 발명의 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.Although illustrated and described in connection with specific embodiments of the present invention, it is understood in the art that the present invention can be variously improved and changed within the scope of the technical spirit of the present invention provided by the following claims. It will be obvious to a person of ordinary knowledge.

10 : 마찰토크 추정기 20 : 랙포스 추정기
30 : 조향토크 산출부 40 : 조향모터
50 : 모터 제어기
10: friction torque estimator 20: rack force estimator
30: steering torque calculation unit 40: steering motor
50: motor controller

Claims (12)

조향에 의해 회전되는 바퀴와 지면 사이에 작용하는 마찰토크를 추정하는 단계;
요 레이트, 횡가속도 및 추정한 마찰토크를 입력변수로 하는 랙포스 추정모델을 기반으로 랙기어에 작용하는 랙포스를 추정하는 단계; 및
추정한 랙포스를 이용하는 가상의 조향계 모델를 기반으로 목표 조향토크를 산출하는 단계;를 포함하는 전동식 파워 조향 제어방법.
Estimating a friction torque acting between the ground and the wheel rotated by steering;
Estimating a rack force acting on the rack gear based on a rack force estimation model using yaw rate, lateral acceleration, and estimated friction torque as input variables; And
An electric power steering control method comprising; calculating a target steering torque based on a virtual steering system model using the estimated rack force.
청구항 1에 있어서,
마찰토크를 추정하는 단계에서는, 랙기어의 이동에 의해 회전되는 바퀴의 회전을 저지하는 방향으로 작용하는 마찰토크를 스티어링휠의 조향각속도를 기반으로 추정하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 조향 제어방법.
The method according to claim 1,
In the step of estimating the friction torque, the electric power steering control method, characterized in that, based on the steering angular velocity of the steering wheel, the friction torque acting in a direction preventing rotation of the wheel rotated by the movement of the rack gear is estimated.
청구항 1에 있어서,
마찰토크를 추정하는 단계에서는, 추정한 마찰토크에 차량의 주행속도가 증가함에 따라 크기가 감소되는 마찰 게인을 반영하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 조향 제어방법.
The method according to claim 1,
In the step of estimating the friction torque, an electric power steering control method, characterized in that the estimated friction torque reflects a friction gain that decreases in size as the driving speed of the vehicle increases.
청구항 1에 있어서,
랙포스를 추정하는 단계에서는, 요 레이트 및 횡가속도는 센서에 의해 측정한 측정값인 것을 특징으로 하는 전동식 파워 조향 제어방법.
The method according to claim 1,
In the step of estimating the rack force, the yaw rate and the lateral acceleration are measured values measured by a sensor.
청구항 1에 있어서,
랙포스를 추정하는 단계에서는, 랙포스 추정모델은 랙포스, 마찰토크 및 횡가속도가 입력되고 요 레이트가 출력되는 피드백(Feedback) 제어모델이 Youla transfer function에 의해 요 레이트, 마찰토크 및 횡가속도가 입력되고 랙포스가 출력되는 피드 포워드(Feed Forward) 제어모델로 변환된 것을 특징으로 하는 전동식 파워 조향 제어방법.
The method according to claim 1,
In the step of estimating the rack force, the rack force estimation model is a feedback control model in which the rack force, friction torque, and lateral acceleration are input and the yaw rate is output. The yaw rate, friction torque, and lateral acceleration are determined by the Youla transfer function. An electric power steering control method, characterized in that converted to a feed forward control model in which input and rack force is output.
청구항 1에 있어서,
랙포스를 추정하는 단계에서는, 하기의 전달함수를 이용하여 랙포스를 추정하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 조향 제어방법.
Figure pat00057

여기서,
Figure pat00058
,
Figure pat00059
,
Figure pat00060
이고,
Figure pat00061
는 요 레이트,
Figure pat00062
는 횡가속도,
Figure pat00063
는 차량의 관성모멘트,
Figure pat00064
는 바퀴의 트레일, m은 차량의 질량, a 및 b는 각각 차량의 무게중심과 앞바퀴 및 뒷바퀴의 회전축 사이의 거리, l는 랙기어와 앞바퀴의 조향축 사이의 이격거리(effective arm), τ는 시상수이다.
The method according to claim 1,
In the step of estimating the rack force, the electric power steering control method, characterized in that the rack force is estimated using the following transfer function.
Figure pat00057

here,
Figure pat00058
,
Figure pat00059
,
Figure pat00060
ego,
Figure pat00061
The yo rate,
Figure pat00062
Is the lateral acceleration,
Figure pat00063
Is the moment of inertia of the vehicle,
Figure pat00064
Is the trail of the wheel, m is the mass of the vehicle, a and b are the distances between the vehicle's center of gravity and the rotational axes of the front and rear wheels, respectively, l is the effective arm between the rack gear and the steering axis of the front wheel, τ is It is a time constant.
청구항 1에 있어서,
목표 조향토크를 산출하는 단계에서, 가상의 조향계 모델는 조향각속도 및 랙기어에 작용하는 랙포스를 입력 변수로 하는 상태방정식으로 목표 조향토크를 산출하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 조향 제어방법.
The method according to claim 1,
In the step of calculating the target steering torque, the virtual steering system model calculates the target steering torque using a state equation that uses the steering angular velocity and the rack force acting on the rack gear as input variables.
청구항 7에 있어서,
목표 조향토크를 산출하는 단계에서, 상태방정식은 컬럼의 비틀림변위와, 랙기어의 모멘텀과, 스티어링휠의 모멘텀 및 랙기어의 이송변위를 상태변수로 설정하여 유도한 것을 특징으로 하는 전동식 파워 조향 제어방법.
The method of claim 7,
In the step of calculating the target steering torque, the state equation is derived by setting the torsional displacement of the column, the momentum of the rack gear, the momentum of the steering wheel and the transfer displacement of the rack gear as state variables. Way.
청구항 1에 있어서,
목표 조향토크를 산출하는 단계에서, 목표 조향토크는 차량의 속도를 변수로 설정된 어시스트게인을 반영하여 산출하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 조향 제어방법.
The method according to claim 1,
In the step of calculating the target steering torque, the target steering torque is calculated by reflecting the assist gain set as a variable of the vehicle speed.
청구항 1에 있어서,
목표 조향토크를 산출하는 단계 이후에, 산출한 목표 조향토크를 추종하도록 조향모터를 피드백 제어하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 조향 제어방법.
The method according to claim 1,
After the step of calculating the target steering torque, the step of feedback-controlling the steering motor to follow the calculated target steering torque; electric power steering control method further comprising a.
조향에 의해 회전되는 바퀴와 지면 사이에 작용하는 마찰토크를 추정하는 마찰토크 추정기;
요 레이트, 횡가속도 및 마찰토크 추정부에서 추정한 마찰토크를 입력변수로 하는 랙포스 추정모델을 기반으로 랙기어에 작용하는 랙포스를 추정하는 랙포스 추정기; 및
추정한 랙포스를 이용하는 가상의 조향계 모델를 기반으로 목표 조향토크를 산출하는 조향토크 산출부;를 포함하는 전동식 파워 조향 제어시스템.
A friction torque estimator for estimating a friction torque acting between a wheel rotated by steering and the ground;
A rack force estimator for estimating a rack force acting on a rack gear based on a rack force estimation model using the yaw rate, lateral acceleration, and friction torque estimated by the friction torque estimation unit as input variables; And
An electric power steering control system comprising a; steering torque calculation unit for calculating a target steering torque based on a virtual steering system model using the estimated rack force.
청구항 11에 있어서,
조향토크 산출부에서 산출한 목표 조향토크를 이용하여 조향모터를 제어하는 모터 제어기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 조향 제어시스템.
The method of claim 11,
A motor controller for controlling the steering motor by using the target steering torque calculated by the steering torque calculator. The electric power steering control system further comprising.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20170019669A (en) 2015-08-12 2017-02-22 주식회사 만도 Closed loop steering control apparatus and method

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