KR20210022854A - 전동식 파워 스티어링 제어 시스템 및 방법 - Google Patents

전동식 파워 스티어링 제어 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 스티어링 휠의 조타, 조타 후 홀딩 등과 같은 조타 조건에서는 기존의 LOAM 보상 로직에 의한 기본적인 조타 토크 어시스트 보상이 이루어지고, 스티어링 휠의 리턴 조타 또는 복원방향 릴리즈시에는 기본적인 조타 토크 어시스트 보상량을 축소하기 위한 추가적인 조타 토크 보상이 이루어지도록 함으로써, 스티어링 휠의 리턴 조타 또는 복원방향 릴리즈시 운전자가 느끼는 조타 에포트를 경감시킬 수 있고, 그에 따라 고성능 차량의 토크센서 페일시 적절한 조타력을 유지시킬 수 있도록 한 전동식 파워 스티어링 제어 시스템 및 방법을 제공하고자 한 것이다.

Description

전동식 파워 스티어링 제어 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR CONTROLLING MOTOR DRIVEN POWER STEERING}
본 발명은 전동식 파워 스티어링 제어 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 토크센서 페일시 운전자의 조타력 경감을 위하여 조타 토크를 보상할 수 있도록 한 전동식 파워 스티어링 제어 시스템 및 방법에 관한 것이다.
차량의 주행속도에 따른 스티어링 휠의 조타력을 변화시키기 위한 조향 장치의 일종인 전동식 파워 스티어링(MDPS: motor driven power steering) 시스템이 차량에 탑재되고 있다.
상기 전동식 파워 스티어링 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 스티어링 휠과 연결되는 스티어링 샤프트(10)와, 랙바(rack bar)가 좌우 이송 가능하게 내장된 하우징(12)과, 상기 하우징(12)의 소정 위치에 장착되어 상기 스티어링 샤프트(10)의 조타력을 랙바(미도시됨)에 전달하는 스티어링 기어박스(14)와, 상기 하우징(12)의 외부 소정 위치에 장착되는 모터(30)와, 상기 모터(30)의 회전력을 감속하여 랙바에 전달하는 감속기(32)와, 모터(30)의 인접 위치에 장착되어 모터 토크 등을 제어하는 제어기(20)와, 상기 랙바의 양단부와 주행 휠 간에 연결되는 타이로드(16) 등을 포함하여 구성된다.
또한, 상기 스티어링 샤프트(10)의 내부에는 스티어링 기어박스의 입력 측에 연결되는 토션바(11)가 내장되어 있고, 토션바(11)에는 토션바(11)의 비틀림 량을 감지하여 제어기(20)에 전송하는 토크센서(21)가 장착되어 있다.
상기한 구성을 포함하는 전동식 파워 스티어링 시스템의 작동 흐름은 도 2의 제어 구성도에서 보듯이, 차속센서(22)에서 감지된 차속과 상기 토크센서(21)에서 감지된 토션바의 비틀림량(=조타토크=토크센서에 대한 입력토크)이 제어기(20)에 입력되면, 상기 제어기(20)의 조타 어시스트 전류 결정부(20-1)에서 조타 어시스트 전류 결정 로직에 따라 차속별 토션바의 비틀림량에 따른 조타 어시스트 전류(조타 토크 보상량)를 결정하여 모터(30)에 출력하게 된다.
이와 같이, 상기 전동식 파워 스티어링 시스템은 차속 및 토션바의 비틀림량을 고려하여 조타 토크 어시스트량(조타 토크 보상량)을 결정하게 된다.
한편, 운전자의 스티어링 휠 조타시 상기와 같이 모터(30)의 동력을 이용하여 조타 어시스트가 이루어지지만, 상기 토크센서(21)의 페일시(고장시) 안전을 위해 제어기에서 조타 어시스트를 즉시 중지하는 로직을 실행한다.
최근에는 상기 토크센서의 페일에도 불구하고 최소한의 조타 어시스트 기능을 제공하기 위한 소위 LOAM(Loss of assist mitigation) 보상 로직이 상기 제어기에 적용되고 있다.
이를 위해, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 제어기(20)는 조타 어시스트 전류 결정부(20-1) 외에 LOAM 보상부(20-2)를 포함하여 구성된다.
따라서, 상기 토크센서(21)의 페일시 차량의 횡방향 가속도(LATAC, Lateral accelation)와 요 레이트(Yaw rate) 등과 같은 차량의 선회 운동 정보가 캔(CAN) 통신에 의하여 제어기(20)에 입력되면, 제어기(20)의 LOAM 보상부(20-2)에서 미리 구축된 어시스트 토크 맵을 이용하여 차량의 현재 선회 운동 정보에 맞는 기본적인 조타 토크 어시스트 보상량을 모터(30)에 출력하게 된다.
예를 들어, 일반 차량의 경우에는 토크센서가 페일되지 않은 정상 조건에서의 조향각에 따른 조타 토크(도 4의 실선 부분) 크기에 비하여, 토크센서의 페일시 상기 LOAM 보상부(20-2)에 의하여 동일 조향각에서 일정하게 증대된 기본적인 조타 토크 어시스트 보상량(도 4의 은선 부분)이 모터(30)에 출력됨으로써, 조타 어시스트가 용이하게 이루어질 수 있다.
그러나, 상기한 기존의 LOAM 보상 로직은 고성능 차량에 적용하는데 한계가 있다.
고성능 차량은 일반 차량 대비 빠른 조타 응답성을 위하여 높은 기어비를 갖는 스티어링 기어박스 및 감속기가 적용되고, 주행 한계 성능 개선을 위하여 지면과의 접촉 그립을 높이기 위한 고 그립(high grip)의 타이어가 적용되는 등의 이유로 인하여 일반 차량에 비하여 높은 조타 부하가 발생함에 따라, 상기한 기존의 LOAM 보상 로직을 적용하더라도 다음과 같은 문제점이 발생된다.
예를 들어, 고성능 차량의 경우에는 토크센서의 페일시 기존의 LOAM 보상 로직에 의하여 조타 토크가 일정하게 증대되는 기본적인 조타 토크 어시스트 보상량(도 4의 굵은 실선 부분)이 모터에 출력되지만, 상기한 바와 같이 높은 조타 부하로 인하여 스티어링 휠의 일방향 조타 후 리턴 조타시 조타력이 무거워지는 현상(도 4의 원 표시부)이 발생하는 문제점이 있다.
다시 말해서, 고성능 차량의 경우에는 토크센서의 페일시, 스티어링 휠의 조타각이 커질수록 상기 LOAM 보상부(20-2)에 의하여 일정하게 증대되는 기본적인 조타 토크 어시스트 보상량(도 4의 굵은 실선 부분)이 모터(30)에 출력됨으로써, 운전자가 느끼는 조타 에포트(steering effort)는 저감되지만, 반면 스티어링 휠의 리턴 조타시 상기한 바와 같은 높은 조타 부하로 인하여 운전자가 조타 에포트를 무겁게 느끼게 되므로(도 4의 원 표시부), 결국 기존 LOAM 보상 로직을 고성능 차량의 경우에 적용하기에는 한계가 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 스티어링 휠의 일방향 조타, 조타 후 홀딩 등과 같은 조타 조건에서는 기존의 LOAM 보상 로직에 의한 기본적인 조타 토크 어시스트 보상이 이루어지고, 스티어링 휠의 리턴 조타 또는 복원방향 릴리즈시에는 기본적인 조타 토크 어시스트 보상량을 축소하기 위한 추가적인 조타 토크 보상이 이루어지도록 함으로써, 스티어링 휠의 리턴 조타 또는 복원방향 릴리즈시 운전자가 느끼는 조타 에포트를 경감시킬 수 있고, 그에 따라 일반 차량 뿐만 아니라 고성능 차량의 토크센서 페일시 적절한 조타력을 유지시킬 수 있도록 한 전동식 파워 스티어링 제어 시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 구현예는: 차속별 토션바의 비틀림량에 따른 조타 어시스트량을 결정하는 조타 어시스트 전류 결정부; 토크센서의 페일시 기본적인 조타 토크 어시스트 보상량을 모터에 출력하는 LOAM 보상부; 및 상기 기본적인 조타 토크 어시스트 보상량을 유지하거나 또는 축소시키기 위하여 추가적인 조타 토크 보상량을 결정하여 모터에 출력하는 조타 조건별 보상량 결정부; 를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 제어 시스템을 제공한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 다른 구현예는: 토크센서의 페일 여부를 확인하는 단계; 상기 토크센서가 페일 상태이면, LOAM 보상부에 의하여 기본적인 조타 토크 어시스트 보상 과정이 진행되는 단계; 및 스티어링 휠의 조타 조건별로 상기 기본적인 조타 토크 어시스트 보상량을 유지 또는 축소하기 위한 추가적인 조타 토크 어시스트 보상량 산출 과정이 조타 조건별 보상량 결정부에 의하여 진행되는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 제어 방법을 제공한다.
상기한 과제 해결 수단을 통하여 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.
일반 차량의 경우, 토크센서의 페일시 LOAM 보상 로직에 의한 기본적인 조타 토크 어시스트 보상이 이루어짐으로써, 조타 토크가 일정하게 증대되는 조타 토크 어시스트 보상이 용이하게 이루어질 수 있다.
특히, 고성능 차량의 토크센서 페일 상황에서 스티어링 휠의 리턴 조타 또는 복원방향 릴리즈시 기본적인 조타 토크 어시스트 보상량을 축소하기 위한 추가적인 조타 토크 보상이 이루어지도록 함으로써, 스티어링 휠의 리턴 조타 또는 복원방향 릴리즈시 운전자가 느끼는 조타 에포트를 경감시킬 수 있다.
도 1은 전동식 파워 스티어링 시스템의 구성을 도시한 개략도.
도 2는 전동식 파워 스티어링 시스템의 제어 구성도.
도 3은 전동식 파워 스티어링 시스템의 LOAM 보상부를 포함하는 제어 구성도.
도 4는 전동식 파워 스티어링 시스템의 LOAM 보상부에 의하여 조타 토크 어시스트 보상이 이루어질 때의 토크선도.
도 5는 본 발명에 따른 전동식 파워 스티어링 제어 시스템을 도시한 제어 구성도.
도 6은 본 발명에 따른 전동식 파워 스티어링 제어 방법을 도시한 순서도.
도 7a는 본 발명에 따른 전동식 파워 스티어링 제어 시스템 및 방법에 의거하여, 스티어링 휠의 조타시 및 홀딩시 조타 토크 어시스트 보상이 이루어지는 일례를 나타낸 도면이고, 도 7b는 조타 조건별 게인을 결정하는 맵 데이터의 일례를 나타낸 그래프.
도 8a는 본 발명에 따른 전동식 파워 스티어링 제어 시스템 및 방법에 의거하여, 스티어링 휠의 릴리즈시 및 리턴 조타시 조타 토크 어시스트 보상이 이루어지는 일례를 나타낸 도면이고, 도 8b는 조타 조건별 게인을 결정하는 맵 데이터의 일례를 나타낸 그래프.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.
첨부한 도 5는 본 발명에 따른 전동식 파워 스티어링 제어 시스템을 도시한 제어 구성도이다.
통상 토크센서가 페일되지 않은 정상 상태에서는 차속센서(22)에서 감지된 차속과 상기 토크센서(21)에서 감지된 토션바의 비틀림량(=조타토크=토크센서에 대한 입력토크)이 제어기(20)에 입력되면, 상기 제어기(20)의 조타 어시스트 전류 결정부(20-1)에서 조타 어시스트 전류 결정 로직에 따라 차속별 토션바의 비틀림량에 따른 조타 어시스트량(=조타 어시스트 전류)를 결정하여 모터(30)에 출력함으로써, 조타 토크 어시스트 보상이 이루어진다.
반면, 상기 토크센서의 페일시에는 조타 어시스트 기능을 제공하기 위한 소위 LOAM(Loss of assist mitigation) 보상 로직이 상기 제어기(20)에 의하여 실행된다.
이를 위해, 도 5에 도시된 바와 같이 상기 제어기(20)는 조타 어시스트 전류 결정부(20-1) 외에 LOAM 보상부(20-2)를 포함한다.
따라서, 상기 토크센서(21)의 페일시 제어기(20)의 LOAM 보상부(20-2)에서 차량의 운동 정보를 기반으로 미리 구축된 어시스트 토크 맵을 이용하여 기본적인 조타 토크 어시스트 보상량(기본 보상량)이 결정되어 모터(30)에 출력됨으로써, 일반 차량의 경우에는 조타 어시스트가 용이하게 이루어질 수 있다.
본 발명은 일반 차량 뿐만 아니라 고성능 차량의 토크센서 페일시 적절한 조타력을 유지시킬 수 있도록 스티어링 휠의 리턴 조타 또는 복원방향 릴리즈시 운전자가 느끼는 조타 에포트를 경감시킬 수 있도록 한 점에 주안점이 있다.
이를 위해, 본 발명에 따른 제어기(20)는 LOAM 보상부(20-2)에 의한 기본적인 조타 토크 어시스트 보상량을 유지하거나 또는 축소시키기 위하여 추가적인 조타 토크 보상량(최종 보상량)을 결정하는 조타 조건별 보상량 결정부(20-3)와, 조타 조건별 보상량 결정부(20-3)에서 결정된 추가적인 조타 토크 보상량(최종 보상량)을 차량 운동 정보를 이용하여 확정하기 위한 최종 보상량 확정부(20-4)를 포함하여 구성된다.
상기 조타 조건별 보상량 결정부(20-3)는 운전자에 의한 스티어링 휠의 조타 조건별(예, 조타, 홀딩, 리턴 조타시)로 서로 다른 게인(gain) 또는 복원 토크(복원량)을 결정한다.
상기 조타 조건별 보상량 결정부(20-3)는 실제 스티어링 휠의 조향시 조향각 센서(SAS, Steering Angle Sensor)에서 감지되는 조향각(θSAS)과, 조향시 모터각 센서에서 감지되는 모터 구동에 따른 모터각(θMOTOR) 간의 차이(θSAS - θMOTOR)에 따라 조타 조건별(예, 조타, 홀딩, 리턴 조타시)로 게인(gain) 또는 복원 토크(복원량)을 결정한다.
이에, 상기 조타 조건별 보상량 결정부(20-3)에서 결정된 조타 조건별 게인은 곱셈기(24-5)에 의하여 상기한 기본적인 조타 토크 어시스트 보상량(기본 보상량)과 곱해져 출력된다.
다시 말해서, 상기 조타 조건별 보상량 결정부(20-3)에서 결정된 조타 조건별 게인과 상기한 기본적인 조타 토크 어시스트 보상량(기본 보상량)을 곱한 추가적인 조타 토크 보상량(최종 보상량)이 모터로 출력된다.
또는, 상기 조타 조건별 보상량 결정부(20-3)에서 결정된 조타 조건별 복원 토크(스티어링 휠의 조타 후 본래 위치로 리턴되기 위한 토크)와 상기한 기본적인 조타 토크 어시스트 보상(기본 보상량)이 덧셈기(24-6)에 의하여 더해진 추가적인 조타 토크 보상량(최종 보상량)이 모터로 출력될 수 있다.
상기 최종 보상량 확정부(20-4)는 상기 조타 조건별 보상량 결정부(20-3)에서 결정된 추가적인 조타 토크 보상량(최종 보상량)에 대한 정확도를 차량 운동 특성을 기반으로 확정하기 위한 구성으로서, 차량 운동특성의 정확도를 확인하여 조타 조건별 보상량 결정부(20-3)에서 결정된 추가적인 조타 토크 보상량(최종 보상량)의 유지 또는 감소 조절을 위한 게인을 출력한다.
좀 더 상세하게는, 상기 최종 보상량 확정부(20-4)는 차량의 실제 운동 정보(예를 들어, 현재 조향각 및 차속에서의 횡방향 가속도(LATAC, Lateral accelation), 요 레이트(Yaw rate))를 캔(CAN) 통신을 통해 수신한 후, 이를 제어기에 저장된 차량 모델의 동일한 조향각 및 차속에서의 운동 예측 정보(횡방향 가속도(LATAC, Lateral accelation), 요 레이트(Yaw rate))와 비교하고, 그 비교 결과가 동일하면 100% 게인을 출력하고, 다른 경우에는 0~100% 사이의 게인을 출력한다.
다시 말해서, 상기 최종 보상량 확정부(20-4)는 차량의 실제 운동 정보가 차량 모델 기반의 운동 예측 정보와 일치하면 상기 조건별 보상량 결정부(20-3)에서 결정된 추가적인 조타 토크 보상량(최종 보상량)에 대한 정확도를 확정하여 100% 게인을 출력하고, 차량의 실제 운동 정보가 차량 모델 기반의 운동 예측 정보가 다르면 실차 확인 및 튜닝을 통해 정해질 수 있는 0~100% 사이의 게인을 출력한다.
여기서, 상기한 구성을 기반으로 이루어지는 본 발명의 전동식 파워 스티어링 제어 방법을 살펴보면 다음과 같다.
첨부한 도 6은 본 발명에 따른 전동식 파워 스티어링 제어 방법을 도시한 순서도이다.
먼저, 상기 토크센서의 페일 여부를 확인한다(S101).
예를 들어, 상기 제어기(20)에서 토크센서의 감지 신호가 일정 시간 이상 수신되지 않으면, 토크센서의 페일로 판정할 수 있다.
이어서, 상기 토크센서가 페일 상태이면, 상기 제어기(20)의 LOAM 보상부(20-2)에 의한 기본적인 조타 토크 어시스트 보상 단계가 진행된다(S102).
상기 기본적인 조타 토크 어시스트 보상 단계로서, 스티어링 휠의 조타시 상기한 바와 같이 제어기(20)의 LOAM 보상부(20-2)에서 차량의 운동 정보를 기반으로 미리 구축된 어시스트 토크 맵을 이용하여 기본적인 조타 토크 어시스트 보상량(기본 보상량)이 모터(30)에 출력됨으로써, 조타 어시스트가 용이하게 이루어질 수 있다.
이어서, 상기 조향각 센서와 모터각 센서의 신호 정합성을 판단하기 위하여 상기 조향각 센서(SAS, Steering Angle Sensor)에서 감지되는 조향각과 상기 모터각 센서에서 감지되는 모터각(추정 조향각) 간의 차이가 절대값 기준으로 기준 각도(예, 약 5°) 미만인지 여부를 확인한다(S103).
참고로, 도 1에 도시된 바와 같이 상기 조향각 센서는 스티어링 휠과 연결된 스티어링 샤프트에 장착되고, 상기 모터각 센서는 모터(30)에 장착되어 있다.
상기 S103에서의 확인 결과, 상기 조향각 센서에서 감지되는 실제 조향각과 상기 모터각 센서에서 감지되는 모터각(추정 조향각) 간의 차이가 절대값 기준으로 기준 각도(예, 약 5°) 미만이면, 조향각 센서와 모터각 센서의 신호 정합성이 양호한 상태로 판정할 수 있고, 이러한 신호 정합성이 양호한 상태에서 추가적인 조타 토크 어시스트 보상이 용이하게 이루어질 수 있다.
다음으로, 상기 조향각 센서와 모터각 센서 간의 신호 정합성이 양호한 상태에서 기본적인 조타 토크 어시스트 보상량을 유지 또는 축소하기 위한 조타 조건별 추가적인 조타 토크 어시스트 보상량(최종 보상량) 산출 단계가 진행된다(S104).
상기 추가적인 조타 토크 어시스트 보상량(최종 보상량) 산출 단계는 상기 제어기(20)의 조타 조건별 보상량 결정부(20-3)에서 운전자에 의한 스티어링 휠의 조타 조건(예, 조타, 홀딩, 리턴 조타시)마다 서로 다른 게인(gain)을 결정하는 과정과, 결정된 조타 조건별 게인을 곱셈기(24-5)를 이용하여 상기한 기본적인 조타 토크 어시스트 보상량과 곱해주는 과정으로 이루어진다.
보다 상세하게는, 상기 조타 조건별 보상량 결정부(20-3)는 실제 스티어링 휠의 조향시 조향각 센서에서 감지되는 조향각(θSAS)과, 조향시 모터각 센서에서 감지되는 모터 구동에 따른 모터각(θMOTOR) 간의 차이(θSAS - θMOTOR)에 따라 조타 조건을 판별한 후, 각 조타 조건별로 서로 다른 게인(gain)을 결정하고, 이렇게 결정된 조타 조건별 게인은 곱셈기(24-5)에 의하여 상기한 기본적인 조타 토크 어시스트 보상량(기본 보상량)과 곱해져 출력된다.
이때, 상기 조향각(θSAS)과 모터각(θMOTOR) 간의 차이(θSAS - θMOTOR)는 절대값 기준으로 기준 각도(예, 약 5°) 미만이다.
이와 같이, 상기 조타 조건별 보상량 결정부(20-3)에서 결정된 조타 조건별 게인과 상기한 기본적인 조타 토크 어시스트 보상(기본 보상량)을 곱하여 산출된 추가적인 조타 토크 보상량(최종 보상량)이 모터로 출력된다.
한편, 상기 조타 조건별 보상량 결정부(20-3)에서 결정된 추가적인 조타 토크 보상량(최종 보상량)에 대한 정확도를 확정하기 위한 최종 보상량 확정 단계가 더 진행될 수 있다.
예를 들어, 상기 최종 보상량 확정부(20-4)에서 차량의 실제 운동 정보(예를 들어, 현재 조향각 및 차속에서의 횡방향 가속도(LATAC, Lateral accelation), 요 레이트(Yaw rate))를 캔(CAN) 통신을 통해 수신한 후, 이를 제어기에 저장된 차량 모델의 동일한 조향각 및 차속에서의 운동 예측 정보(횡방향 가속도(LATAC, Lateral accelation), 요 레이트(Yaw rate)와 비교하고, 그 비교 결과가 동일하면 100% 게인을 출력하고, 다른 경우에는 0~100% 사이의 게인을 출력한다.
다시 말해서, 상기 최종 보상량 확정부(20-4)는 차량의 실제 운동 정보가 차량 모델 기반의 운동 예측 정보와 일치하면 상기 조건별 보상량 결정부(20-3)에서 결정된 추가적인 조타 토크 보상량(최종 보상량)에 대한 정확도를 확정하여 100% 게인을 출력하고, 차량의 실제 운동 정보가 차량 모델 기반의 운동 예측 정보가 다르면 실차 확인 및 튜닝을 통해 정해질 수 있는 0~100% 사이의 게인을 출력함으로써, 추가적인 조타 토크 보상량(최종 보상량)의 유지 또는 감소 조절이 더 이루어질 수 있다.
여기서, 고성능 차량의 토크센서 페일 상태에서 조타 조건별로 조타 토크 어시스트가 이루어지는 예를 살펴보면 다음과 같다.
조타 조건 중 스티어링 휠의 조타시
도 7a를 참조하면, 조타 조건 중 하나인 스티어링 휠의 조타시(예, Turn more), 상기 조타 조건별 보상량 결정부(20-3)에서 조향각 센서에서 감지되는 조향각(θSAS)과 모터각 센서에서 감지되는 모터 구동에 따른 모터각(θMOTOR) 간의 차이(θhys = θSAS - θMOTOR)를 계산한다.
대개, 상기 스티어링 휠의 조타시(예, Turn more) 스티어링 시스템에서의 유격 및 프릭션 등에 의하여 조향각(θSAS)이 모터각(θMOTOR)에 비하여 더 큰 값을 나타낸다.
예를 들어, 상기 스티어링 휠의 조타시 조향각(θSAS)과 모터각(θMOTOR) 간의 차이(θhys = θSAS - θMOTOR)가 1°로 계산될 수 있다.
이렇게 상기 조타 조건별 보상량 결정부(20-3)에서 조타 조건 중 하나인 스티어링 휠의 조타시 조향각(θSAS)이 모터각(θMOTOR)에 비하여 더 큰 값으로 계산되는 경우, 도 7b에 도시된 조타 조건별 게인을 결정하는 맵 데이터 등을 이용하여 조타 조건별 게인을 100% 또는 100%에 가까운 값으로 결정한다.
이와 같이, 상기 조타 조건별 보상량 결정부(20-3)에서 조타 조건별 게인을 100%로 결정하면, 조타 조건별 게인 100%와 상기한 기본적인 조타 토크 어시스트 보상량(기본 보상량)을 곱하여 산출되는 추가적인 조타 토크 보상량(최종 보상량)은 결과적으로 기본적인 조타 토크 어시스트 보상량이 된다.
따라서, 고성능 차량의 토크센서 페일 상태에서 조타 조건 중 하나인 스티어링 휠의 조타시(예, Turn more), 기본적인 조타 토크 어시스트 보상량이 그대로 모터로 출력됨으로써, 조타 토크가 일정하게 증대되는 조타 토크 어시스트 보상이 용이하게 이루어질 수 있고, 그에 따라 운전자가 느끼는 조타 에포트(steering effort)가 저감될 수 있다.
참고로, 상기 스티어링 휠의 조타시 운전자가 스티어링 휠을 잡고 돌리므로, 조향각(θSAS)과 모터각(θMOTOR) 간의 차이(θhys = θSAS - θMOTOR)가 계산될 때, 운전자 토크(T)와 시스템 강성(K)이 고려될 수 있다.
예를 들어, 상기 운전자 토크(T)를 8.4 Nm, 상기 시스템 강성(K)는 2.8 Nm로 정해질 수 있다.
이에, 상기 스티어링 휠의 조타시 조향각(θSAS)과 모터각(θMOTOR) 간의 차이(θhys = θSAS - θMOTOR)에 운전자 토크(T)/시스템 강성(K)을 더해주면, 도 7a에서 보듯이 실제 조향각(θSAS)과 모터각(θMOTOR) 간의 차이가 4 이상으로 계산될 수 있다.
조타 조건 중 스티어링 휠의 홀딩시
도 7a를 참조하면, 조타 조건 중 하나인 스티어링 휠의 조타 후 홀딩(Holding)시, 상기 조타 조건별 보상량 결정부(20-3)에서 조향각 센서에서 감지되는 조향각(θSAS)과 모터각 센서에서 감지되는 모터 구동에 따른 모터각(θMOTOR) 간의 차이(θhys = θSAS - θMOTOR)를 계산한다.
대개, 상기 스티어링 휠의 조타 후 홀딩시에도 스티어링 시스템에서의 유격 및 프릭션 등에 의하여 조향각(θSAS)이 모터각(θMOTOR)에 비하여 더 큰 값을 나타낸다.
예를 들어, 상기 스티어링 휠의 조타 후 홀딩시에도 조향각(θSAS)과 모터각(θMOTOR) 간의 차이(θhys = θSAS - θMOTOR)가 1°로 계산될 수 있다.
이렇게 상기 조타 조건별 보상량 결정부(20-3)에서 조타 조건 중 하나인 스티어링 휠의 조타 후 홀딩시 조향각(θSAS)이 모터각(θMOTOR)에 비하여 더 큰 값으로 계산되는 경우, 도 7b에 도시된 조타 조건별 게인을 결정하는 맵 데이터 등을 이용하여 조타 조건별 게인을 100% 또는 100%에 가까운 값으로 결정한다.
이와 같이, 상기 조타 조건별 보상량 결정부(20-3)에서 조타 조건별 게인을 100%로 결정하면, 조타 조건별 게인 100%와 상기한 기본적인 조타 토크 어시스트 보상량(기본 보상량)을 곱하여 산출되는 추가적인 조타 토크 보상량(최종 보상량)은 결과적으로 기본적인 조타 토크 어시스트 보상량이 된다.
따라서, 고성능 차량의 토크센서 페일 상태에서 조타 조건 중 하나인 스티어링 휠의 조타 후 홀딩시(Holding), 기본적인 조타 토크 어시스트 보상량이 그대로 모터로 출력됨으로써, 조타 토크가 일정하게 증대되는 조타 토크 어시스트 보상이 용이하게 이루어질 수 있다.
참고로, 상기 스티어링 휠의 조타 후 홀딩시 스티어링 휠을 잡고 있는 상태이므로, 조향각(θSAS)과 모터각(θMOTOR) 간의 차이(θhys = θSAS - θMOTOR)가 계산될 때, 운전자 토크(T)와 시스템 강성(K)이 고려될 수 있다.
예를 들어, 상기 운전자 토크(T)를 8.4 Nm, 상기 시스템 강성(K)는 2.8 Nm로 정해질 수 있다.
이에, 상기 스티어링 휠의 조타 후 홀딩시 조향각(θSAS)과 모터각(θMOTOR) 간의 차이(θhys = θSAS - θMOTOR)에 운전자 토크(T)/시스템 강성(K)을 더해주면, 도 7a에서 보듯이 실제 조향각(θSAS)과 모터각(θMOTOR) 간의 차이가 정확하게 4로 계산될 수 있다.
조타 조건 중 스티어링 휠의 릴리즈시
도 8a를 참조하면, 조타 조건 중 하나인 스티어링 휠의 조타 후 릴리즈시(Release)시, 상기 조타 조건별 보상량 결정부(20-3)에서 조향각 센서에서 감지되는 조향각(θSAS)과 모터각 센서에서 감지되는 모터 구동에 따른 모터각(θMOTOR) 간의 차이(θhys = θSAS - θMOTOR)를 계산한다.
대개, 스티어링 휠의 조타 후 운전자가 스티어링 휠을 놓는 릴리즈시, 스티어링 시스템에 걸리는 별도의 토크가 사라지게 되며, 이에 상기 조향각(θSAS)과 모터각(θMOTOR) 간의 차이는 상기한 스티어링 휠 조타시 및 홀딩시에 비하여 많이 작아지게 되고, 그 차이는 스티어링 시스템의 유격 및 프릭션 등에 의한 히스테리시스 값 내에 존재하게 된다.
예를 들어, 상기 스티어링 휠의 조타 후 릴리즈시 조향각(θSAS)과 모터각(θMOTOR) 간의 차이(θhys = θSAS - θMOTOR)가 -1°~ +1°범위로 계산될 수 있다.
참고로, 상기 스티어링 휠의 조타 후 릴리즈시 운전자가 스티어링 휠을 놓은 상태이므로, 조향각(θSAS)과 모터각(θMOTOR) 간의 차이(θhys = θSAS - θMOTOR)가 계산될 때, 운전자 토크(T)는 제로이므로, 운전자 토크(T) 및 시스템 강성(K)은 고려되지 않고 계산된다.
이렇게 상기 조타 조건별 보상량 결정부(20-3)에서 조타 조건 중 하나인 스티어링 휠의 조타 후 릴리즈시 조향각(θSAS)과 모터각(θMOTOR) 간의 차이가 -1°~ +1°범위와 같이 스티어링 시스템의 유격 및 프릭션 등에 의한 히스테리시스 값 내에 존재하는 것으로 계산되는 경우, 도 8b에 도시된 조타 조건별 게인을 결정하는 맵 데이터 등을 이용하여 조타 조건별 게인을 0%에 가까운 값으로 결정한다.
또한, 상기 조타 조건별 보상량 결정부(20-3)에서 조타 조건별 게인을 0%에 가까운 값으로 결정하면, 조타 조건별 게인(0%에 가까운 값)과 상기한 기본적인 조타 토크 어시스트 보상량(기본 보상량)을 곱하여 산출되는 추가적인 조타 토크 보상량(최종 보상량)은 결과적으로 제로(0)에 가깝게 산출된다.
따라서, 고성능 차량의 토크센서 페일 상태에서 조타 조건 중 하나인 스티어링 휠의 조타 후 릴리즈시, 추가적인 조타 토크 보상량(최종 보상량)이 거의 제로(0)이므로, 결국 조타 토크 어시스트 보상이 거의 이루어지지 않게 된다.
이와 같이, 고성능 차량의 토크센서 페일 상태에서 조타 조건 중 하나인 스티어링 휠의 조타 후 릴리즈시, 스티어링 휠이 스티어링 컬럼 내의 리턴스프링 등에 의하여 본래 위치(센터 방향)로 용이하게 리턴될 수 있으므로, 조타 토크 어시스트 보상량을 거의 제로 상태까지 인위적으로 감소시킴으로써, 불필요한 조타 토크 어시스트 보상이 이루어지지 않게 된다.
조타 조건 중 스티어링 휠의 리턴 조타시
도 8a를 참조하면, 조타 조건 중 하나인 스티어링 휠의 리턴 조타(Return to center)시, 상기 조타 조건별 보상량 결정부(20-3)에서 조향각 센서에서 감지되는 조향각(θSAS)과 모터각 센서에서 감지되는 모터 구동에 따른 모터각(θMOTOR) 간의 차이(θhys = θSAS - θMOTOR)를 계산한다.
대개, 스티어링 휠의 조타 후 운전자가 스티어링 휠을 잡은 상태에서 센터방향으로 리턴 조타하는 경우, 조향각(θSAS)이 모터각(θMOTOR) 보다 더 작게 된다.
예를 들어, 상기 스티어링 휠의 리턴 조타시 조향각(θSAS)과 모터각(θMOTOR) 간의 차이(θhys = θSAS - θMOTOR)가 -1°로 계산될 수 있다.
참고로, 상기 스티어링 휠의 리턴 조타시 운전자가 스티어링 휠을 잡고 있는 상태이므로, 조향각(θSAS)과 모터각(θMOTOR) 간의 차이(θhys = θSAS - θMOTOR)가 계산될 때, 운전자 토크(T) 및 시스템 강성(K)이 고려될 수 있다.
예를 들어, 상기 운전자 토크(T)를 -8.4 Nm, 상기 시스템 강성(K)는 2.8 Nm로 정해질 수 있다.
이에, 상기 스티어링 휠의 조타 후 홀딩시 조향각(θSAS)과 모터각(θMOTOR) 간의 차이(θhys = θSAS - θMOTOR)에 운전자 토크(T)/시스템 강성(K)을 더해주면, 도 8a에서 보듯이 실제 조향각(θSAS)과 모터각(θMOTOR) 간의 차이가 -4 이하로 계산될 수 있다.
이렇게 상기 조타 조건별 보상량 결정부(20-3)에서 조타 조건 중 하나인 스티어링 휠의 리턴 조타시 조향각(θSAS)과 모터각(θMOTOR) 간의 차이가 -1°이하이면, 도 8b에 도시된 조타 조건별 게인을 결정하는 맵 데이터 등을 이용하여 조타 조건별 게인을 0%에 가까운 값으로 결정한다.
또한, 상기 조타 조건별 보상량 결정부(20-3)에서 조타 조건별 게인을 0%에 가까운 값으로 결정하면, 조타 조건별 게인(0%에 가까운 값)과 상기한 기본적인 조타 토크 어시스트 보상량(기본 보상량)을 곱하여 산출되는 추가적인 조타 토크 보상량(최종 보상량)은 결과적으로 제로(0)에 가깝게 산출된다.
따라서, 고성능 차량의 토크센서 페일 상태에서 조타 조건 중 하나인 스티어링 휠의 리턴 조타시, 추가적인 조타 토크 보상량(최종 보상량)이 거의 제로(0)이므로, 결국 조타 토크 어시스트 보상이 거의 이루어지지 않게 된다.
이와 같이, 고성능 차량의 토크센서 페일 상태에서 조타 조건 중 하나인 스티어링 휠의 리턴 조타시, 조타 토크 어시스트 보상량을 거의 제로 상태까지 인위적으로 감소시킴으로써, 기존에 기본적인 조타 토크 어시스트 보상량이 모터로 인가될 때 높은 조타 부하가 걸리는 것을 해소하여, 조타 에포트를 경감시킬 수 있다.
10 : 스티어링 샤프트
11 : 토션바
12 : 하우징
14 : 스티어링 기어박스
16 : 타이로드
20 : 제어기
20-1 : 조타 어시스트 전류 결정부
20-2 : LOAM 보상부
20-3 : 조타 조건별 보상량 결정부
20-4 : 최종 보상량 확정부
21 : 토크센서
22 : 차속센서
30 : 모터
32 : 감속기

Claims (16)

  1. 차속별 토션바의 비틀림량에 따른 조타 어시스트량을 결정하는 조타 어시스트 전류 결정부;
    토크센서의 페일시 기본적인 조타 토크 어시스트 보상량을 모터에 출력하는 LOAM 보상부;
    상기 기본적인 조타 토크 어시스트 보상량을 유지하거나 또는 축소시키기 위하여 추가적인 조타 토크 보상량을 결정하여 모터에 출력하는 조타 조건별 보상량 결정부;
    를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 제어 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 조타 조건별 보상량 결정부에서 결정된 추가적인 조타 토크 보상량을 차량 운동 정보를 이용하여 확정하기 위한 최종 보상량 확정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 제어 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 조타 조건별 보상량 결정부는,
    조향각 센서에서 감지되는 조향각(θSAS)과 모터각 센서에서 감지되는 모터 구동에 따른 모터각(θMOTOR) 간의 차이(θSAS - θMOTOR)에 따라 조타, 홀딩, 릴리즈, 리턴 조타를 포함하는 조타 조건별로 게인(gain) 또는 복원 토크를 결정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 제어 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 추가적인 조타 토크 보상량은 상기 조타 조건별 보상량 결정부에서 결정된 조타 조건별 게인과 상기 기본적인 조타 토크 어시스트 보상량을 곱셈기에서 곱하여 결정되는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 제어 시스템.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 최종 보상량 확정부는 차량 운동특성의 정확도를 확인하여 조타 조건별 보상량 결정부에서 결정된 추가적인 조타 토크 보상량의 유지 또는 감소 조절을 위한 게인을 출력하도록 구성된 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 제어 시스템.
  6. 토크센서의 페일 여부를 확인하는 단계;
    상기 토크센서가 페일 상태이면, LOAM 보상부에 의하여 기본적인 조타 토크 어시스트 보상 과정이 진행되는 단계; 및
    스티어링 휠의 조타 조건별로 상기 기본적인 조타 토크 어시스트 보상량을 유지 또는 축소하기 위한 추가적인 조타 토크 어시스트 보상량 산출 과정이 조타 조건별 보상량 결정부에 의하여 진행되는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 제어 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 기본적인 조타 토크 어시스트 보상 과정은,
    상기 LOAM 보상부에서 차량의 운동 정보를 기반으로 미리 구축된 어시스트 토크 맵을 이용하여 기본적인 조타 토크 어시스트 보상량을 결정한 후 모터에 출력하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 제어 방법.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 조향각 센서와 모터각 센서의 신호 정합성을 판단하기 위하여 상기 조향각 센서에서 감지되는 조향각과 상기 모터각 센서에서 감지되는 모터각 간의 차이가 절대값 기준으로 기준 각도 미만인지 여부를 확인하는 단계가 추가적인 조타 토크 어시스트 보상량 산출 과정 전에 더 진행되는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 제어 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 조향각과 상기 모터각 간의 차이가 상기 기준 각도 미만일 때, 조타 조건별로 추가적인 조타 토크 어시스트 보상 과정이 진행되는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 제어 방법.
  10. 청구항 6에 있어서,
    상기 추가적인 조타 토크 어시스트 보상량 산출 과정은:
    조타 조건별 보상량 결정부에서 조타, 홀딩, 릴리즈, 리턴 조타를 포함하는 스티어링 휠의 조타 조건을 판별한 후, 각 조타 조건별로 서로 다른 게인(gain)을 결정하는 과정과;
    결정된 조타 조건별 게인을 곱셈기를 이용하여 상기 기본적인 조타 토크 어시스트 보상량과 곱해주는 과정;
    으로 진행되는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 제어 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 스티어링 휠의 조타 조건은 조향각(θSAS)과 모터각(θMOTOR) 간의 차이(θSAS - θMOTOR)와, 운전자 토크 및 시스템 강성을 기반으로 판별되는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 제어 방법.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 조타 조건별 보상량 결정부에서 조타 조건 중 하나인 스티어링 휠의 조타시 조향각(θSAS)이 모터각(θMOTOR)에 비하여 더 큰 값으로 계산되는 경우, 조타 조건별 게인을 100% 또는 100%에 가까운 값으로 결정하고, 결정된 조타 조건별 게인 100%와 기본적인 조타 토크 어시스트 보상량을 곱하여 추가적인 조타 토크 보상량을 산출하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 제어 방법.
  13. 청구항 10에 있어서,
    상기 조타 조건별 보상량 결정부에서 조타 조건 중 하나인 스티어링 휠의 조타 후 홀딩시 조향각(θSAS)이 모터각(θMOTOR)에 비하여 더 큰 값으로 계산되는 경우, 조타 조건별 게인을 100% 또는 100%에 가까운 값으로 결정하고, 결정된 조타 조건별 게인 100%와 기본적인 조타 토크 어시스트 보상량을 곱하여 추가적인 조타 토크 보상량을 산출하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 제어 방법.
  14. 청구항 10에 있어서,
    상기 조타 조건별 보상량 결정부에서 조타 조건 중 하나인 스티어링 휠의 조타 후 릴리즈시 조향각(θSAS)과 모터각(θMOTOR) 간의 차이가 스티어링 시스템의 유격 및 프릭션에 의한 히스테리시스 값 내에 존재하는 것으로 계산되는 경우, 조타 조건별 게인을 0%에 가까운 값으로 결정하고, 결정된 조타 조건별 게인(0%에 가까운 값)과 기본적인 조타 토크 어시스트 보상량을 곱하여 추가적인 조타 토크 보상량을 산출하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 제어 방법.
  15. 청구항 10에 있어서,
    상기 조타 조건별 보상량 결정부에서 조타 조건 중 하나인 스티어링 휠의 리턴 조타시 조향각(θSAS)과 모터각(θMOTOR) 간의 차이가 -1°이하이면, 조타 조건별 게인을 0%에 가까운 값으로 결정하고, 결정된 조타 조건별 게인(0%에 가까운 값)과 기본적인 조타 토크 어시스트 보상량을 곱하여 추가적인 조타 토크 보상량을 산출하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 제어 방법.
  16. 청구항 6에 있어서,
    상기 조타 조건별 보상량 결정부에서 결정된 추가적인 조타 토크 보상량의 유지 또는 감소 조절을 위하여 최종 보상량 확정부에서 차량 운동특성의 정확도를 확인한 후 추가적인 조타 토크 보상량과 곱해지는 게인을 출력하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 제어 방법.
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