KR20210126862A - 전동식 조향 시스템의 제어 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전동식 조향 시스템의 제어 장치 및 방법에 관한 것으로서, 전동식 조향 시스템에서 제어 로직의 개선만으로 운전자 조타시 발생하는 자석 현상, 즉 스틱 슬립 현상을 개선할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는데 주된 목적이 있는 것이다. 상기한 목적을 달성하기 위해, 차량에서 수집되는 운전자 조향 입력 정보와 차량 상태 정보에 기초하여 조타 보조 토크의 출력을 위한 제어 명령을 생성하는 MDPS 로직부; 조향각속도 신호로부터 스틱 슬립 마찰 성분을 검출하여 스틱 슬립 마찰 성분을 보상하기 위한 보상 신호를 생성하는 보상 신호 생성부; 및 상기 MDSPS 로직부에서 생성된 제어 명령을 상기 보상 신호 생성부에서 생성된 보상 신호가 나타내는 보상량으로 보상하여, 상기 보상된 제어 명령을 조향 모터의 구동을 제어하기 위한 제어 명령으로 출력하는 보상부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향 시스템의 제어 장치, 및 그 방법이 개시된다.

Description

전동식 조향 시스템의 제어 장치 및 방법{Control system and method for motor driven power steering system}

본 발명은 전동식 조향 시스템의 제어 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전동식 조향 시스템에서 운전자 조타시 발생하는 스틱 슬립(stick slip) 현상의 문제를 개선할 수 있는 제어 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 자동차의 조향시에 운전자의 조타력이 저감될 수 있는 동력 조향(power steering) 시스템으로는, 펌프에 의해 형성된 유압을 이용하여 운전자의 조타력을 보조(assist)하는 유압식 조향(HPS:Hydraulic Power Steering) 시스템과, 전동모터의 출력 토크를 이용하여 운전자의 조타력을 보조하는 전동식 조향(MDPS:Motor Driven Power Steering, 이하 'MDPS'라 함) 시스템이 알려져 있다.

이 중에서 MDPS 시스템은 조타 보조를 위한 전동모터(조향 모터)의 출력 토크를 차량의 주행 조건에 따라 제어할 수 있으므로 유압식 조향 시스템에 비해 더욱 향상된 조타 성능과 조타감을 제공할 수 있다.

이에 따라 최근 출시되는 차량에는 모터 토크에 의한 조타 보조력을 주행 조건에 따라 변화 및 제어할 수 있는 MDPS 시스템이 널리 적용되고 있다.

MDPS 시스템은 운전자 조향휠(steering wheel) 조작에 따른 조향각(칼럼 입력각)을 검출하는 조향각 센서, 조향휠을 통해 입력되는 운전자 조향토크(조향휠 토크, 칼럼 토크)를 검출하는 토크 센서, 차속을 검출하는 차속 센서, 그 밖에 휠속 센서, 가속도 센서, 엔진회전수 센서, 요레이트 센서 등의 센서류와 제어기(MDPS ECU), 조향 모터(MDPS 모터)를 포함하여 구성될 수 있다.

이러한 구성에서 제어기는 조향 모터의 구동 및 출력을 제어하기 위해 상기 센서들의 신호로부터 조향각, 조향각속도, 조향토크 등의 운전자 조향 입력 정보와, 차속, 휠속, 가속도, 엔진회전수, 요레이트 등의 차량 상태 정보를 취득한다.

여기서, 조향각은 조향휠의 회전위치를 나타내는 것이고, 조향각속도는 조향각 신호의 미분 등을 통해 얻을 수 있는 조향휠의 회전각속도 값이며, 조향토크는 운전자가 조향휠에 가하는 토크, 즉 조향을 위한 운전자 입력 토크이다.

상기 제어기는 운전자 조향 입력 정보와 차량 상태 정보를 기초로 조향 모터의 출력을 제어하여 조타 보조를 위한 조절된 토크가 생성되도록 하는데, 통상의 MDPS 시스템에서 조향 모터의 출력 제어는 제어기가 제어 명령을 출력하여 조향 모터에 인가되는 모터 전류를 제어함으로써 수행될 수 있다.

이때, 제어기는 차량에서 수집되는 정보, 즉 운전자 조향 입력 정보와 차량 상태 정보를 기초로 전류량을 결정한 뒤 조향 모터에 인가하고, 이때의 모터 구동을 통해 운전자 조타력을 보조하기 위한 힘인 조타 보조력(조타 보조 토크)을 발생시킨다.

한편, MDPS 시스템에서는 스틱 슬립(stick slip) 현상의 문제가 알려져 있고, 스틱 슬립 현상은 미소 조타시 조향휠이 뚝뚝 끊기는 느낌으로 조타되는 현상으로, 보통 운전자가 조향휠을 어느 한 방향으로 회전시킬 때 회전 시작시 자석에 붙어있다 떨어지는 것과 유사한 느낌으로 조향휠이 회전되므로 자석 현상이라 칭하기도 한다.

스틱 슬립 현상은 주로 고속 주행시 문제가 되는데, 고속 주행시 스틱 슬립 현상에 의해 원하는 만큼의 미소 조타가 이루어지지 못하고 과하게 조타가 이루어지므로, 운전자 원하는 방향으로 차량을 진행시키기 위해 추가로 미소 조타를 반복해야 하고, 결국 차량이 원하는 방향으로 진행하지 못하고 좌우로 왔다 갔다 하는 주행 상태가 나타날 수 있다.

여기서, 스틱 슬립 현상이 나타나는 미소 조타 상태는 운전자가 조향휠을 작은 조향각 범위 내에서 조작하는 동시에 조향휠을 미소 조타 속도로 조작하는 것을 의미한다.

이와 같이 MDPS 시스템에서 발생하는 스틱 슬립 현상은 모터 출력측 기어박스의 웜-웜휠 감속부에서 기어 치 사이에 도포된 그리스(grease)에 기인하는 것으로 알려져 있으며, 구체적으로 내하중 윤활 성능이 상대적으로 떨어지는 그리스의 적용시에 스틱 슬립 현상이 발생할 수 있다.

즉, 그리스의 성질에 따라 미소 조타시 기어의 치가 자석에 붙어있다 떨어지는 자석 느낌이 발생할 수 있는 것이며, 이러한 스틱 슬립 현상은 내하중 윤활 성능이 높은 그리스를 사용할 경우 개선될 수 있으나, 그리스의 변경 적용시 MDPS 시스템의 원가 상승을 초래할 수 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로서, 전동식 조향 시스템에서 제어 로직의 개선만으로 운전자 조타시 발생하는 스틱 슬립 현상의 문제를 개선할 수 있는 제어 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 양태에 따르면, 차량에서 수집되는 운전자 조향 입력 정보와 차량 상태 정보에 기초하여 조타 보조 토크의 출력을 위한 제어 명령을 생성하는 단계; 조향각속도 신호로부터 스틱 슬립 마찰 성분을 검출하여 스틱 슬립 마찰 성분을 보상하기 위한 보상 신호를 생성하는 단계; 상기 생성된 제어 명령을 상기 생성된 보상 신호가 나타내는 보상량으로 보상하여 스틱 슬립 마찰 보상이 이루어진 제어 명령을 생성하는 단계; 및 상기 스틱 슬립 마찰 보상이 이루어진 제어 명령에 따라 조향 모터의 구동이 제어되도록 하는 단계를 포함하는 전동식 조향 시스템의 제어 방법을 제공한다.

또한, 본 발명의 다른 양태에 따르면, 차량에서 수집되는 운전자 조향 입력 정보와 차량 상태 정보에 기초하여 조타 보조 토크의 출력을 위한 제어 명령을 생성하는 MDPS 로직부; 조향각속도 신호로부터 스틱 슬립 마찰 성분을 검출하여 스틱 슬립 마찰 성분을 보상하기 위한 보상 신호를 생성하는 보상 신호 생성부; 및 상기 MDSPS 로직부에서 생성된 제어 명령을 상기 보상 신호 생성부에서 생성된 보상 신호가 나타내는 보상량으로 보상하여, 상기 보상된 제어 명령을 조향 모터의 구동을 제어하기 위한 제어 명령으로 출력하는 보상부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향 시스템의 제어 장치를 제공한다.

이로써, 본 발명에 따른 전동식 조향 시스템의 제어 장치 및 방법에 의하면, 공지의 전동식 조향 시스템에서 발생하던 스틱 슬립 현상의 문제가 하드웨어의 변경이나 추가 없이 제어 로직의 소프트웨어를 개선하는 것만으로 해결될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 전동식 조향 시스템의 제어 방법에 의하면, 종래와 같이 스틱 슬립 현상을 개선하기 위해 조향 모터 출력측 기어부에 사용하는 그리스(grease)를 변경할 경우의 원가 상승 문제가 해결될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 제어 방법을 수행하기 위한 전동식 조향 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 스틱 슬립 마찰 보상 로직을 수행하는 보상 신호 생성부의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 전동식 조향 시스템의 제어 과정을 나타내는 순서도이다.
도 4는 본 발명에서 스틱 슬립 마찰 성분이 포함된 조향각속도 신호와 그로부터 추출된 보상 성분 및 그 역방향의 보상 토크를 예시한 도면이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다.

명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

본 발명은 MDPS 시스템의 스틱 슬립 마찰 현상을 개선하기 위한 것으로, MDPS 시스템의 하드웨어 특성상 차량 정차 및 직진 주행 중 미소 조타시(예, 조타 속도 20deg/s 이하)에 발생하는 스틱 슬립성 마찰감을 보상하는 강건화 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 제어 방법을 수행하기 위한 전동식 조향 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.

도시된 바와 같이, MDPS 시스템은 복수 개의 센서들을 포함한다.

보다 상세히는, MDPS 시스템은, 상기 복수 개의 센서들로서, 운전자 조향휠 조작에 따른 조향각(조타각, 칼럼 입력각)을 검출하는 조향각 센서(11), 조향휠을 통해 입력되는 운전자 조향토크(조향휠 토크, 칼럼 토크)를 검출하는 토크 센서(12), 및 차속을 검출하는 차속 센서(13)를 포함한다.

또한, 본 발명에서는 후술하는 바와 같이 스틱 슬립 마찰 보상을 위해 조향각 및 조향각속도, 차속, 그리고 조향토크를 주요 센서 정보로 이용한다.

그 밖에, 도 1에는 도시하지 않았으나, MDPS 시스템은 가속도 센서, 엔진회전수 센서, 횡가속도 센서 및 요레이트 센서 등을 더 포함할 수 있다.

또한, MDPS 시스템은 제어기(MDPS ECU)(20), 및 조타 보조(assist)를 위한 액추에이터를 더 포함하여 구성될 수 있고, 여기서 액추에이터는 조향 모터(MDPS 모터)(30)를 포함한다.

통상의 MDPS 시스템에서는 제어기(20)가 출력하는 최종 명령 값에 따라 모터 인가 전류가 제어됨으로써 조타 보조를 위한 조향 모터(30)의 구동이 제어된다.

주지된 바와 같이, MDPS 시스템의 제어기(20)는 현재 차량 상태에서 운전자 조향의지에 따른 조타 보조가 이루어질 수 있도록 운전자 조향 입력 정보와 차량 상태 정보에 기초하여 조향 모터(30)의 구동을 제어한다.

이에 더하여, MDPS 시스템의 제어기(20)는 ADAS(Advanced Driver Assistance System) 기능의 추가에 따라 LKA(Lane Keeping Assist) 기능, 햅틱 진동 기능 등 다양한 운전자 편의 기능의 제어를 수행한다.

또한, 본 발명에서 제어기(20)는, 상기 센서(11,12,13)들을 통해 얻어지는 운전자 조향 입력 정보와 차량 상태 정보로부터 조향 모터(30)의 구동을 제어하기 위한 제어 명령을 생성 및 출력하는 MDPS 로직부(21), 스틱 슬립 마찰 보상을 위한 보상 신호를 생성하는 보상 신호 생성부(22), 및 상기 MDPS 로직부(21)에서 생성된 제어 명령을 상기 보상 신호 생성부(22)에서 생성된 보상 신호에 따른 보상 값으로 보상하여 보상된 최종의 제어 명령을 출력하는 보상부(27)를 포함한다.

통상의 MDPS 시스템에서 운전자 조향 입력은 운전자가 조향휠을 조작(조타)함에 따른 조향의지의 입력을 의미하는 것이라 할 수 있다.

또한, MDPS 로직부(21)에서 제어 명령을 생성하기 위한 운전자 조향 입력 정보는 조향각 센서(11)에 의해 검출되는 조향각과, 토크 센서(12)에 의해 검출되는 조향토크를 포함할 수 있다.

또한, 상기 차량 상태 정보는 차속 센서에 의해 검출되는 차속을 포함할 수 있다.

상기 MDPS 로직부(21)는 MDPS 시스템에서 조향 모터(30)의 구동을 제어하기 위한 제어 명령을 생성하여 출력하는 공지의 구성요소일 수 있고, 본 발명에서는 제어기 내에 상기 MDPS 로직부(21)가 출력하는 제어 명령을 추가로 보상하기 위한 보상 신호 생성부(22)와 보상부(27)가 추가로 구비된다.

특히, 본 발명에서 보상 신호 생성부(22)와 보상부(27)는 스틱 슬립 마찰 보상을 위한 구성부로서, 보상 신호 생성부(22)가 스틱 슬립 마찰 보상을 위한 보상 신호를 생성하고, 보상부(27)가 보상 신호 생성부의 보상 신호를 이용하여 MDPS 로직부(21)의 제어 명령을 보상하게 된다.

본 발명의 실시예에서, 보상 신호 생성부(22)는 조향각속도를 기반으로 스틱 슬립 성분을 검출한 뒤 MDPS 로직부(21)의 제어 명령을 보상하기 위한 보상량을 결정하고, 나아가 상기 보상량에 따른 보상 신호를 생성하여 출력한다.

이때, 보상 신호 생성부(22)는 MDPS 로직부(21)에서 생성된 제어 명령에 해당하는 조타 보조 토크를 그 역방향의 토크로 보상하기 위한 보상 신호를 생성 및 출력한다.

즉, 조타 보조 토크를 보상하기 위한 보상 토크는 MDPS 로직부(21)의 제어 명령에 상응하는 조타 보조 토크에 대해 역방향으로 작용하는 역방향 토크로서, 본 발명에서 스틱 슬립 마찰 보상은 운전자 조향의지에 따른 조타 보조 토크에 그 역방향의 토크를 보상 토크로 인가하는 것을 의미한다.

이로써, 본 발명에서는 제어기(20) 내 MDPS 로직부(21)가 조타 보조 토크를 출력하도록 조향 모터(30)를 구동하기 위한 제어 명령을 생성하고, 보상 신호 생성부(22)가 스틱 슬립 마찰 보상을 위한 보상 신호를 생성하면, 보상부(27)가 상기 제어 명령에 상응하는 조타 보조 토크를 상기 보상 신호에 따른 보상량, 즉 역방향 토크 값인 보상 토크량만큼 보상하여 최종의 제어 명령을 출력한다.

결국, 스틱 슬립 마찰 보상이 이루어진 최종의 제어 명령에 따라 조향 모터(30)의 구동이 제어된다.

도 2는 본 발명에 따른 스틱 슬립 마찰 보상 로직을 수행하는 보상 신호 생성부의 구성을 나타내는 도면으로, 보상 신호 생성부(22)는 MDPS 상태 판단부(23), 기본 보상량 연산부(24), 운전자 조향의지 판단부(25) 및 신호 처리부(26)를 포함한다.

먼저, MDPS 상태 판단부(23)는 주요 센서들, 즉 조향각 센서(11)와 토크 센서(12), 차속 센서(13) 등에 대한 소정의 고장 진단 로직을 수행하여 이들 센서의 고장 여부를 판단한다.

또한, MDPS 상태 판단부(23)는 상기 센서(11,12,13)들의 고장이 발생하지 않은 상태를 포함하여 소정의 진단 로직을 통해 MDPS 시스템이 정상 작동 상태인지를 판단하고, MDPS 시스템의 정상 작동 상태라면 기본 보상량 연산부(24)에 MDPS 시스템이 정상 작동 상태임을 전달한다.

이에 기본 보상량 연산부(24)는 차량에서 수집되는 운전자 조향 입력 정보와 차량 상태 정보를 기초로 스틱 슬립 마찰 보상을 위한 기본 보상량을 연산하고, 기본 보상량을 나타내는 신호를 생성한다.

이를 위해, 기본 보상량 연산부(24)는 먼저 조향각속도 신호로부터 스틱 슬립 마찰 성분을 검출하는데, 이때 조향각속도 신호는 조향각 신호를 미분하여 얻은 신호일 수 있고, 또는 모터 회전각 센서(motor position sensor)의 신호를 변환하여 얻은 신호일 수 있다.

보다 상세하게는, 기본 보상량 연산부(24)는 조향각속도 신호를 필터링하여 스틱 슬립 마찰 성분이 포함된 주파수 영역을 남기고 불필요한 주파수 영역을 제거하는데, 이때 로우 패스 필터(Low Pass Filter, LPF)가 이용될 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 조향각속도 신호를 필터링함에 있어 조향기어비(C-factor), 기어박스 웜휠 칫수, 내구 열화에 따른 주파수 성분 변경 등에 따라 스틱 슬립 주파수 성분이 상이하므로 범용성을 고려하여 조향각 신호 중 30Hz 이하의 주파수 성분을 통과시키는 로우 패스 필터가 이용될 수 있다.

이어 기본 보상량 연산부(24)에서는 필터링된 주파수 성분으로부터 보상해야 할 스틱 슬립 마찰 성분을 검출하여 스틱 슬립 마찰 성분에 따른 기본 필요 보상량을 결정한다.

이때, 기본 보상량 연산부(24)에서 차속 센서(13)에 의해 검출된 현재 차속에 해당하는 주파수 성분의 크기와 미리 정해진 임계값을 비교하여 임계값 이상의 주파수 성분을 슬립 스틱 마찰 성분으로 추출하고, 해당 주파수 성분의 크기와 임계값의 차이 값으로 기본 필요 보상량을 결정할 수 있다.

이어 기본 보상량 연산부(24)는 차속 센서(13)에 의해 검출되는 현재 차속과 조항각속도, 그리고 상기 결정된 기본 필요 보상량으로부터 최종의 기본 보상량을 산출한다.

이때, 기본 보상량 연산부(24)에서 현재 차속과 조향각속도에 해당하는 게인 값이 맵으로부터 결정되고, 이 게인 값에 상기 기본 필요 보상량을 곱한 뒤 그 곱한 값에 다시 조향각속도를 곱한 값으로 기본 보상량이 결정된다.

또한, 이 기본 보상량을 나타내는 신호의 역위상 신호를 취하여 최종의 보상 신호를 얻게 된다.

이와 같이 보상해야 할 보상 성분으로부터 조타 보조 토크의 역방향으로 작용하는 보상 토크를 취하여 역방향의 보상 토크 값을 나타내는 보상 신호를 최종 하는데, 이는 상기 보상 성분을 나타내는 신호, 즉 상기 조향각속도를 곱한 기본 보상량을 나타내는 신호로부터 그 역위상 신호로서 취해질 수 있다.

한편, 기본 보상량 연산부(24)에서 얻어진 최종의 보상 신호는 신호 처리부(26)로 입력되고, 동시에 운전자 조향의지 판단부(25)에서 운전자 조향의지 값이 결정되어 신호 처리부(26)로 입력된다.

운전자 조향의지 판단부(25)에서는 토크 센서(12)에 의해 검출되는 조향토크를 입력으로 하여 현재의 조향토크에 상응하는 운전자 조향의지 값이 결정된다.

스틱 슬립 마찰 성분은 직진 상황, 즉 운전자 조향의지가 없는 경우에는 발생하지 않으며, 운전자 조타 시작시에 발생한다.

따라서, 조향토크로 운전자 조향의지를 판단한 뒤 그 판단 결과를 반영하여 기본 보상량을 보정하는데, 운전자 조향의지 판단부(25)에서 상기 운전자 조향의지 값은 조향토크에 따른 값으로서 0과 1 사이의 웨이트 팩터(weight factor) 값으로 결정된다.

이와 같이 운전자 조향의지 판단부(25)에서 운전자 조향의지 값이 결정되어 출력되면, 신호 처리부(26)가 기본 보상 연산부(24)에서 출력된 신호에 운전자 조향의지 값을 곱하여 보상 신호를 생성한다.

또한, 신호 처리부(26)에서는 보상 성분이 가지고 있는 노이즈를 제거하기 위해 상기 생성된 보상 신호를 필터링하는데, 이때 불필요한 고주파 성분을 최종 제거할 수 있도록 로우 패스 필터(LPF)가 이용될 수 있다.

이와 같이 신호 처리부(26)에서는 로우 패스 필터를 이용하여 불필요한 성분이 제거된 최종의 보상 신호를, MDPS 로직부(21)의 제어 명령을 보정하기 위한 보정량(역방향의 보상 토크 값)을 나타내는 신호로서 생성 및 출력하게 된다.

결국, 신호 처리부(26)에서 생성 및 출력되는 최종의 보상 신호를 이용하여 보상부(27)가 MDPS 로직부(21)에서 출력되는 제어 명령을 보상하는데, 보상부(27)는 신호 처리부(26)의 보상 신호가 나타내는 역방향의 보상 토크를 제어 명령(토크 값임)에 더하여 최종의 제어 명령을 생성 및 출력한다.

이때, 제어기(20)의 출력이 보상부(27)의 출력이 되고, 결국 보상부(27)에서 출력되는 제어 명령(토크 지령)에 따른 토크 출력이 이루어지도록 제어 명령에 상응하는 전류가 조향 모터(30)에 인가될 수 있게 된다.

도 3은 본 발명에 따른 전동식 조향 시스템의 제어 과정을 나타내는 순서도로서, 전술한 바의 제어 과정을 도 3의 순서도를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, MDPS 상태 판단부(23)가 조향각 센서(11)와 토크 센서(12), 차속 센서(13) 등의 주요 센서들에 대해 고장 유무를 확인 및 점검하는데(S11,S12), 이들 센서를 포함한 MDPS 시스템의 작성 작동시에만 본 발명에 따른 스틱 슬립 마찰 보상 로직이 활성화되어 실시된다.

이와 같이 스틱 슬립 마찰 보상 로직이 활성되면, 기본 보상량 연산부(24)에서 조향각속도 신호를 로우 패스 필터에 통과시켜 보상하고자 하는 주파수 성분을 검출한다(S13).

이때, MDPS 시스템에서 조향기어비, 기어박스 웜휠 칫수, 내구 열화 등을 고려하였을 때 30Hz 이하의 주파수 영역에 스틱 슬립 마찰 성분이 포함되어 있다면, 30Hz 이하의 주파수 성분을 통과시키는 로우 패스 필터가 이용될 수 있다.

여기서, 30Hz는 예시적인 것으로, 본 발명이 이에 의해 한정되는 것은 아니며, 차량 개발시 선행 시험 및 평가 과정에서 스틱 슬립 마찰 성분이 그보다 낮은 주파수 영역에서 검출되는 것으로 분석된다면, 30Hz보다 더 낮은 컷오프 주파수를 가지는 로우 패스 필터가 이용될 수 있다.

이어 기본 보상량 연산부(24)에서는 필터링된 주파수 성분에서 보상해야 할 성분을 추출하는데(S14), 설정된 임계값 이상의 주파수 성분을 입력에 대한 보상 성분으로 결정한 뒤, 보상 성분으로부터 역방향의 보상 토크 및 기본 필요 보상량을 나타내는 신호를 생성한다(S15).

여기서, 상기 임계값을 0으로 설정하여 전체 성분에 대한 보상이 이루어질 수 있도록 하는 것이 가능하다.

이어 기본 보상량 연산부(24)에는 차속과 조향각속도, 기본 필요 보상량으로부터 최종의 기본 보상량을 연산한 뒤 기본 보상량을 나타내는 신호의 역위상 보상 신호를 생성 및 출력하고(S15), 운전자 조향의지 판단부(25)에서는 현재의 조향토크에 상응하는 운전자 조향의지 값을 결정하여 출력한다(S16).

스틱 슬립 현상은 기본적으로 운전자가 조향휠을 조작하여 조향토크가 조향휠에 인가될 때 발생하므로, 조향토크 신호로부터 운전자의 조향의지를 판단한 후 조향토크 발생시에만 MDPS 로직부(21)의 제어 명령을 보상하기 위한 보상 토크를 인가해야 한다.

따라서, 본 발명에서는 운전자의 조향휠 조작 상태를 나타내는 운전자 조향의지 값을 반영하여 보상량(보상 토크 값)을 나타내는 최종의 보상 신호를 생성한다.

즉, 운전자 조향의지 판단부(25)에서 토크 센서(12)에 의해 검출된 현재의 조향토크(즉, 운전자가 조향휠에 인가하는 토크)에 해당하는 운전자 조향의지 값이 결정되면, 신호 처리부(26)가 기본 보상량 연산부(24)에서 출력되는 보상 신호에 상기 운전자 조향의지 값을 곱하여 운전자 조향의지가 반영된 보상 신호를 생성한다.

또한, 신호 처리부(26)에서는 운전자 조향의지가 반영된 보상 신호에서 불필요한 고주파 성분, 예를 들어 50Hz 이상의 고주파 성분을 최종 제거하기 위해 보상 신호를 로우 패스 필터에 통과시켜 필터링하며, 이 필터링된 보상 신호를 보상부(27)로 출력하게 된다.

결국, 상기 필터링된 보상 신호가 MDPS 로직부(21)의 제어 명령을 보상하기 위한 최종의 보상 신호로 사용되는데, 보상부(27)에서 MDPS 로직부(21)의 제어 명령을 상기 최종의 보상 신호가 나타내는 보상량으로 보상하여 보상된 제어 명령을 출력하게 된다.

이로써, 상기 보상된 제어 명령에 따른 토크를 출력하도록 조향 모터(30)의 구동이 제어되며, 이를 위해 상기 보상된 제어 명령에 상응하는 전류가 조향 모터(30)에 인가되도록 한다.

상기 기본 보상량 연산부(24)가 출력하는 보상 신호는 기본 보상량을 나타내는 신호로서, 여기서 보상량은 MDPS 로직부(21)의 제어 명령을 보상하기 위한 보상 값으로서, 제어 명령이 토크 지령이라면 보상량은 보상 토크로 정의될 수 있다.

도 4는 본 발명에서 스틱 슬립 마찰 성분이 포함된 조향각속도 신호와 그로부터 추출된 보상 성분 및 그 역방향의 보상 토크를 예시한 도면으로서, 스틱 슬립 마찰 성분이 포함된 조향각속도 신호가 기본 보상량 연산부(24)에 입력되어 로우 패스 필터를 거치게 되고, 이어 로우 패스 필터를 거친 주파수 성분에서 밴드 패스 필터(BPF)를 이용하여 보상 성분이 추출되면, 보상 성분으로부터 그 역방향의 보상 토크가 구해질 수 있다.

위에서 기본 보상량 연산부의 입력신호로 조향각속도 신호가 이용됨을 설명하였으나, 본 발명의 다른 실시예로서 조향각속도 신호 대신 조향토크 신호를 이용하여 스틱 스립 마찰 성분을 검출 및 보상할 수도 있다.

즉, 보상 신호 생성부에서 조향토크 신호를 미분하여 로우 패스 필터와 밴드 패스 필터 등을 이용하여 스틱 슬립 마찰 성분을 추출한 뒤, 추출된 스틱 슬립 마찰 성분을 기초로 보상 토크(즉, 보상량) 값을 계산하고, 이어 보상 토크를 나타내는 보상 신호를 생성하여 보상부에 인가함으로써 제어 명령의 보상이 이루어지도록 하는 것이다.

이와 같이 하여, 본 발명에 따르면, 공지의 MDPS 시스템에서 발생하던 스틱 슬립 현상의 문제가 하드웨어의 변경이나 추가 없이 제어 로직의 소프트웨어를 개선하는 것만으로 해결될 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 종래와 같이 스틱 슬립 현상을 개선하기 위해 조향 모터 출력측 기어부에 사용하는 그리스(grease)를 변경할 경우의 원가 상승 문제가 해결될 수 있다.

이상으로 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당 업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.

11 : 조향각 센서
12 : 토크 센서
13 : 차속 센서
20 : 제어기
21 : MDPS 로직부
22 : 보상 신호 생성부
23 : MDPS 상태 판단부
24 : 기본 보상량 연산부
25 : 운전자 조향의지 판단부
26 : 신호 처리부
27 : 보상부
30 : 조향 모터

Claims (15)

1. 차량에서 수집되는 운전자 조향 입력 정보와 차량 상태 정보에 기초하여 조타 보조 토크의 출력을 위한 제어 명령을 생성하는 단계;
   조향각속도 신호로부터 스틱 슬립 마찰 성분을 검출하여 스틱 슬립 마찰 성분을 보상하기 위한 보상 신호를 생성하는 단계;
   상기 생성된 제어 명령을 상기 생성된 보상 신호가 나타내는 보상량으로 보상하여 스틱 슬립 마찰 보상이 이루어진 제어 명령을 생성하는 단계; 및
   상기 스틱 슬립 마찰 보상이 이루어진 제어 명령에 따라 조향 모터의 구동이 제어되도록 하는 단계를 포함하는 전동식 조향 시스템의 제어 방법.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 보상 신호를 생성하는 단계는,
   상기 조향각속도 신호로부터 스틱 슬립 마찰 성분을 검출하여 스틱 슬립 마찰 성분에 따른 기본 필요 보상량을 결정하는 단계;
   센서에 의해 검출된 차속과 상기 조향각속도를 이용하여 상기 결정된 기본 필요 보상량으로부터 스틱 슬립 마찰 보상을 위한 기본 보상량을 결정하고, 상기 결정된 기본 보상량으로부터 보상 신호를 생성하는 단계;
   센서에 의해 검출된 조향토크로부터 운전자 조향의지를 나타내는 운전자 조향의지 값을 결정하는 단계; 및
   상기 생성된 보상 신호에 운전자 조향의지 값을 적용하여 운전자 조향의지가 반영된 최종의 보상 신호를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향 시스템의 제어 방법.
   
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 기본 필요 보상량을 결정하는 단계에서, 상기 조향각속도 신호를 로우 패스 필터로 필터링하고, 상기 필터링된 신호로부터 스틱 슬립 마찰 성분을 검출하여 스틱 슬립 마찰 성분에 따른 기본 필요 보상량을 결정하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향 시스템의 제어 방법.
   
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 기본 필요 보상량을 결정하는 단계에서, 상기 필터링된 신호의 주파수 성분의 크기와 미리 설정된 임계값을 비교하여 임계값 이상의 크기를 가지는 주파수 성분을 상기 스틱 슬립 마찰 성분으로 검출하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향 시스템의 제어 방법.
   
5. 청구항 2에 있어서,
   상기 결정된 기본 보상량으로부터 보상 신호를 생성하는 단계에서, 상기 차속과 조향각속도에 해당하는 게인 값을 맵으로부터 결정하고, 상기 결정된 게인 값에 상기 결정된 기본 필요 보상량을 곱한 뒤, 상기 곱한 값에 다시 조향각속도를 곱한 값으로 상기 기본 보상량을 결정하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향 시스템의 제어 방법.
   
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 결정된 기본 보상량으로부터 보상 신호를 생성하는 단계에서, 상기 조향각속도를 곱한 값으로 결정된 기본 보상량을 나타내는 신호로부터 역위상 신호를 취하여 상기 취해진 역위상 신호가 보상 신호로 얻어지는 것을 특징으로 전동식 조향 시스템의 제어 방법.
   
7. 청구항 2에 있어서,
   상기 운전자 조향의지 값이 결정되는 단계에서, 상기 운전자 조향의지 값은 상기 검출된 조향토크에 상응하는 0과 1 사이의 웨이트 팩터 값으로 결정되고,
   상기 운전자 조향의지가 반영된 최종의 보상 신호를 생성하는 단계에서, 상기 생성된 보상 신호에 상기 결정된 0과 1 사이의 운전자 조향의지 값을 곱하여 최종의 보상 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향 시스템의 제어 방법.
   
8. 청구항 2에 있어서,
   상기 운전자 조향의지가 반영된 최종의 보상 신호를 생성하는 단계에서, 상기 생성된 보상 신호에 운전자 조향의지 값을 적용한 신호를 로우 패스 필터에 통과시켜 불필요한 고주파 성분이 제거된 최종의 보상 신호가 얻어지는 것을 특징으로 하는 전동식 조향 시스템의 제어 방법.
   
9. 차량에서 수집되는 운전자 조향 입력 정보와 차량 상태 정보에 기초하여 조타 보조 토크의 출력을 위한 제어 명령을 생성하는 MDPS 로직부;
   조향각속도 신호로부터 스틱 슬립 마찰 성분을 검출하여 스틱 슬립 마찰 성분을 보상하기 위한 보상 신호를 생성하는 보상 신호 생성부; 및
   상기 MDSPS 로직부에서 생성된 제어 명령을 상기 보상 신호 생성부에서 생성된 보상 신호가 나타내는 보상량으로 보상하여, 상기 보상된 제어 명령을 조향 모터의 구동을 제어하기 위한 제어 명령으로 출력하는 보상부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향 시스템의 제어 장치.
   
10. 청구항 9에 있어서,
    상기 보상 신호 생성부는,
    상기 조향각속도 신호로부터 스틱 슬립 마찰 성분을 검출하고, 상기 검출된 스틱 슬립 마찰 성분으로부터 스틱 슬립 마찰 보상을 위한 기본 보상량을 결정하며, 상기 결정된 기본 보상량으로부터 보상 신호를 생성하여 출력하는 기본 보상량 연산부;
    센서에 의해 검출된 조향토크로부터 운전자 조향의지를 나타내는 운전자 조향의지 값을 결정하는 운전자 조향의지 판단부; 및
    상기 기본 보상량 연산부에서 출력되는 보상 신호에 상기 운전자 조향의지 판단부에서 결정된 운전자 조향의지 값을 적용하여 운전자 조향의지가 반영된 최종의 보상 신호를 생성하는 신호 처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향 시스템의 제어 장치.
    
11. 청구항 10에 있어서,
    상기 기본 보상량 연산부는,
    상기 조향각속도 신호를 로우 패스 필터로 필터링하고, 상기 필터링된 신호로부터 스틱 슬립 마찰 성분을 검출하여 스틱 슬립 마찰 성분에 따른 기본 필요 보상량을 결정하며, 센서에 의해 검출되는 차속과 조향각속도를 이용하여 상기 결정된 기본 필요 보상량으로부터 스틱 슬립 마찰 보상을 위한 기본 보상량을 결정하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 전동식 조향 시스템의 제어 장치.
    
12. 청구항 11에 있어서,
    상기 기본 보상량 연산부는,
    상기 차속과 조향각속도에 해당하는 게인 값을 맵으로부터 결정하고, 상기 결정된 게인 값에 상기 결정된 기본 필요 보상량을 곱한 뒤, 상기 곱한 값에 다시 조향각속도를 곱한 값으로 상기 기본 보상량을 결정하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 전동식 조향 시스템의 제어 장치.
    
13. 청구항 12에 있어서,
    상기 기본 보상량 연산부는,
    상기 조향각속도를 곱한 값으로 결정된 기본 보상량을 나타내는 신호로부터 역위상 신호를 취하여 상기 취해진 역위상 신호를 보상 신호로 얻는 것을 특징으로 전동식 조향 시스템의 제어 장치.
    
14. 청구항 10에 있어서,
    상기 운전자 조향의지 판단부는 상기 검출된 조향토크에 상응하는 0과 1 사이의 웨이트 팩터 값으로 상기 운전자 조향의지 값을 결정하도록 구비되고,
    상기 신호 처리부는 상기 기본 보상량 연산부에서 출력되는 보상 신호에 상기 결정된 운전자 조향의지 값을 곱하여 최종의 보상 신호를 생성하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 전동식 조향 시스템의 제어 장치.
    
15. 청구항 14에 있어서,
    상기 신호 처리부는 상기 기본 보상량 연산부에서 출력되는 보상 신호에 상기 운전자 조향의지 값을 곱한 신호를 로우 패스 필터에 통과시켜 불필요한 고주파 성분이 제거된 최종의 보상 신호를 생성하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 전동식 조향 시스템의 제어 장치.

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