KR20220059667A - 차량의 전자식 조향장치 및 그 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량의 전자식 조향장치 및 그 제어방법이 개시된다. 본 발명의 차량의 전자식 조향장치는, 스티어링 휠의 일측에 설치되어 스티어링 휠의 회전에 따른 반력토크를 발생시키는 반력모터; 랙과 연결되어 조향 조작을 구현하는 조향모터; 차속, 조향각 및 현재 조향각을 입력받아 위치 추종제어를 위한 목표 조향각을 산출하여 조향모터를 구동하는 구동 제어부; 및 차속 및 조향각을 입력받아 차량 동역학을 기반으로 하는 제1 반력을 계산하고, 조향각 및 구동 제어부로부터 입력된 조향모터의 제어를 위한 제어 전류량을 기반으로 하는 제2 반력을 계산하며, 제1 반력과 제2 반력의 차이값과, 요레이트에 기초하여 설정된 가중치에 따라 제1 반력과 제2 반력에 지수평활 필터를 적용하여 산출된 최종 반력토크를 기반으로 반력모터를 구동하는 반력 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

차량의 전자식 조향장치 및 그 제어방법{APPARATUS FOR STEERING BY WIRE OF VEHICLE AND CONTROL METHOD THEREOF}

본 발명은 차량의 전자식 조향장치 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 차속과 조향각에 기초하여 랙바에 연결된 조향모터를 구동하여 조향하고, 반력모터를 구동하여 조향휠에 반력을 발생시키는 스티어 바이 와이어(Steer By Wire) 방식의 전자식 조향장치에서 차량 동역학을 이용한 차량의 횡력과 실제 조향제어를 위한 전류 제어량을 융합하여 반력 응답성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 로드필을 느낄 수 있도록 한 차량의 전자식 조향장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로, 차량의 조향장치는 운전자의 스티어링 휠의 조작력을 보조하여 운전 조작의 편의를 제공하기 위해 파워스티어링 시스템이 개발되어 적용되고 있고, 이러한 파워스티어링 시스템은 유압을 이용한 유압식과, 유압과 모터의 전동력을 동시에 이용하는 전동 유압식, 모터의 전동력만을 이용한 전동식 등이 개발되어 적용되었다.

최근에는 조향휠과 차륜사이의 스티어링 컬럼 또는 유니버설 조인트, 피니언 샤프트와 같은 기계적인 연결장치를 제거하고, 랙바에 연결된 모터의 구동을 전기적인 신호로 제어하여 차량의 조향이 이루어지도록 하는 SBW(Steer By Wire) 시스템이 개발되어 적용되고 있다.

이러한 SBW 시스템은, 운전자의 조향 조작을 위한 조향휠, 조향휠의 일측에 설치되어 조향휠의 회전에 따른 반력 토크를 제공하는 반력모터, 랙바와 연결되어 조향 조작을 구현하는 조향모터, 조향각, 차속 및 조향휠의 토크를 검출하기 위한 각 센서, 및 센서로부터 입력되는 전기신호에 따라 조향모터와 반력모터를 구동시키는 ECU를 포함하여 구성될 수 있다.

이러한 SBW 시스템은 기계적인 연결이 없으므로 차량 충돌시 기구부에 의한 운전자 상해를 감소시킬 수 있고, 기계적 연결 부품 삭감에 따른 차량의 경량화 및 조향 작동시의 불필요한 에너지 소모를 감소시킬 수 있으며, ECU 프로그래밍에 의하여 이상적인 조향 성능 달성이 가능한 장점이 있어, 그 사용이 점차 증가하고 있는 추세이다.

본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제10-2018-0007393호(2018.01.23. 공개, SBW 시스템의 조향 제어 장치 및 그 방법)에 개시되어 있다.

이와 같은 스티어 바이 와이어(Steer By Wire) 방식의 전자식 조향장치에서는 조향모터에 의한 위치제어 시 발생하는 전류량이나 차량의 동역학을 이용한 셀프 얼라인먼트를 반력제어에 사용하고 있다.

그러나, 차량이 동역학을 이용할 경우에는 계산에 필요한 딜레이가 발생하는 문제점이 있고, 위치제어 시 발생하는 전류량을 직접 이용할 경우에는 위치제어에 필요한 전류량이기 때문에 최적화된 차량의 횡력을 도출하는데 한계가 있어 이질감을 유발할 수 있는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점들을 개선하기 위하여 안출된 것으로, 일 측면에 따른 본 발명의 목적은 차속과 조향각에 기초하여 랙바에 연결된 조향모터를 구동하여 조향하고, 반력모터를 구동하여 조향휠에 반력을 발생시키는 스티어 바이 와이어(Steer By Wire) 방식의 전자식 조향장치에서 차량 동역학을 이용한 차량의 횡력과 실제 조향제어를 위한 전류 제어량을 융합하여 반력 응답성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 로드필을 느낄 수 있도록 한 차량의 전자식 조향장치 및 그 제어방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따른 차량의 전자식 조향장치는, 스티어링 휠의 일측에 설치되어 스티어링 휠의 회전에 따른 반력토크를 발생시키는 반력모터; 랙과 연결되어 조향 조작을 구현하는 조향모터; 차속, 조향각 및 현재 조향각을 입력받아 위치 추종제어를 위한 목표 조향각을 산출하여 조향모터를 구동하는 구동 제어부; 및 차속 및 조향각을 입력받아 차량 동역학을 기반으로 하는 제1 반력을 계산하고, 조향각 및 구동 제어부로부터 입력된 조향모터의 제어를 위한 제어 전류량을 기반으로 하는 제2 반력을 계산하며, 제1 반력과 제2 반력의 차이값과, 요레이트에 기초하여 설정된 가중치에 따라 제1 반력과 제2 반력에 지수평활 필터를 적용하여 산출된 최종 반력토크를 기반으로 반력모터를 구동하는 반력 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 반력 제어부는, 차속 및 조향각을 입력받아 차량 동역학을 기반으로 하는 제1 반력을 계산하는 제1 반력 계산부; 조향각 및 구동 제어부로부터 입력된 조향모터의 제어를 위한 제어 전류량을 기반으로 하는 제2 반력을 계산하는 제2 반력 계산부; 제1 반력과 제2 반력의 차이를 모니터링하는 반력 비교부; 및 반력 비교부의 비교결과와 요레이트에 기초하여 설정된 가중치에 따라 제1 반력과 제2 반력에 지수평활 필터를 적용하여 최종 반력토크를 산출하는 반력 보상부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 반력 보상부는, 반력 비교부의 비교결과 제1 반력과 제2 반력의 차이값이 설정 차이값 이하인 경우, 제1 반력으로 최종 반력토크를 출력하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 반력 보상부는, 반력 비교부의 비교결과 제1 반력과 제2 반력의 차이값이 설정 차이값을 초과하는 경우, 요레이트에 기초하여 설정된 가중치에 따라 제1 반력과 제2 반력에 지수평활 필터를 적용하여 최종 반력토크를 산출하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 반력 보상부는, 요레이트의 크기가 제1 설정크기 미만인 경우 제1 반력으로 최종 반력토크를 산출하고, 제2 설정크기 초과인 경우 제2 반력으로 최종 반력토크를 산출하며, 제1 설정크기 이상이고 제2 설정크기 이하인 경우 설정된 가중치에 따라 제1 반력과 제2 반력에 지수평활 필터를 적용하여 최종 반력토크를 산출하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 제1 반력 계산부는, 조향각과 차속을 기반으로 차량 동역학에 기초하여 산출한 사이드 슬립각과 요레이트를 통해 셀프 얼라이닝 토크를 구하여 필요 최대 랙포스를 설정하고, 필요 최대 랙포스에서 운전자 최대 조타력을 차감하여 최대 보조 조타력을 산출하며, 최대 보조 조타력과 필요 최대 랙포스의 비율에 따라 보조 조타율을 산출하고, 필요 최대 랙포스에 보조 조타율을 곱하여 실제 필요 보조 랙포스를 산출한 후 필요 보조 랙포스로 구동하기 위한 필요 어시스트 모터전류를 구하여 실제 필요한 랙포스를 산출하고, 필요 최대 랙포스에서 실제 필요한 랙포스를 차감하여 제1 반력을 계산하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 측면에 따른 차량의 전자식 조향장치의 제어방법은, 구동 제어부가 차속, 조향각 및 현재 조향각을 입력받아 위치 추종제어를 위한 목표 조향각을 산출하는 단계; 구동 제어부가 산출된 목표 조향각으로 조향모터를 구동하는 단계; 반력 제어부가 차속 및 조향각을 입력받아 차량 동역학을 기반으로 하는 제1 반력을 계산하는 단계; 반력 제어부가 조향각 및 구동 제어부로부터 입력된 조향모터의 제어를 위한 제어 전류량을 기반으로 하는 제2 반력을 계산하는 단계; 반력 제어부가 제1 반력과 제2 반력의 차이값과, 요레이트에 기초하여 설정된 가중치에 따라 제1 반력과 제2 반력에 지수평활 필터를 적용하여 최종 반력토크를 산출하는 단계; 및 반력 제어부가 최종 반력토크로 반력모토를 구동하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 최종 반력토크를 산출하는 단계는, 반력 제어부가 제1 반력과 제2 반력의 차이를 비교하는 단계; 및 반력 제어부가 제1 반력과 제2 반력의 차이를 비교한 결과를 기반으로 요레이트에 기초하여 설정된 가중치에 따라 제1 반력과 제2 반력에 지수평활 필터를 적용하여 최종 반력토크를 산출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 최종 반력토크를 산출하는 단계는, 반력 제어부가 제1 반력과 제2 반력의 차이를 비교한 결과 차이값이 설정 차이값 이하인 경우, 제1 반력으로 최종 반력토크를 출력하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 최종 반력토크를 산출하는 단계는, 반력 제어부가 제1 반력과 제2 반력의 차이를 비교한 결과, 차이값이 설정 차이값을 초과하는 경우, 요레이트에 기초하여 설정된 가중치에 따라 제1 반력과 제2 반력에 지수평활 필터를 적용하여 최종 반력토크를 산출하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 최종 반력토크를 산출하는 단계는, 반력 제어부가 요레이트의 크기가 제1 설정크기 미만인 경우 제1 반력으로 최종 반력토크를 산출하고, 제2 설정크기 초과인 경우 제2 반력으로 최종 반력토크를 산출하며, 제1 설정크기 이상이고 제2 설정크기 이하인 경우 설정된 가중치에 따라 제1 반력과 제2 반력에 지수평활 필터를 적용하여 최종 반력토크를 산출하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 제1 반력을 계산하는 단계, 반력 제어부가 조향각과 차속을 기반으로 차량 동역학에 기초하여 산출한 사이드 슬립각과 요레이트를 통해 셀프 얼라이닝 토크를 구하여 필요 최대 랙포스를 설정하고, 필요 최대 랙포스에서 운전자 최대 조타력을 차감하여 최대 보조 조타력을 산출하며, 최대 보조 조타력과 필요 최대 랙포스의 비율에 따라 보조 조타율을 산출하고, 필요 최대 랙포스에 보조 조타율을 곱하여 실제 필요 보조 랙포스를 산출한 후 필요 보조 랙포스로 구동하기 위한 필요 어시스트 모터전류를 구하여 실제 필요한 랙포스를 산출하고, 필요 최대 랙포스에서 실제 필요한 랙포스를 차감하여 제1 반력을 계산하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 측면에 따른 차량의 전자식 조향장치 및 그 제어방법은 차속과 조향각에 기초하여 랙바에 연결된 조향모터를 구동하여 조향하고, 반력모터를 구동하여 조향휠에 반력을 발생시키는 스티어 바이 와이어(Steer By Wire) 방식의 전자식 조향장치에서 차량 동역학을 이용한 차량의 횡력과 실제 조향제어를 위한 전류 제어량을 융합하여 반력 응답성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 로드필을 느낄 수 있도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 전자식 조향장치를 나타낸 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 전자식 조향장치의 반력 제어부를 구체적으로 나타낸 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 전자식 조향장치의 제어방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 차량의 전자식 조향장치 및 그 제어방법을 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 전자식 조향장치를 나타낸 블록 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 전자식 조향장치의 반력 제어부를 구체적으로 나타낸 구성도이다.

도 1과 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 전자식 조향장치는, 반력모터(40), 조향모터(20), 구동 제어부(10), 반력 제어부(30)를 포함할 수 있다.

반력모터(40)는 스티어링 휠(미도시)의 일측에 설치되어 스티어링 휠의 회전에 따른 반력토크를 발생시킬 수 있다.

조향모터(20)는 랙(미도시)과 연결되어 랙바를 이동시킴으로써 원하는 방향으로 바퀴를 돌려 조향 조작을 구현할 수 있다.

구동 제어부(10)는 차속, 조향각 및 현재 조향각을 입력받아 조향모터(20)의 회전위치에 따른 현재 조향각이 조향각을 추종할 수 있도록 위치 추종제어를 위한 목표 조향각을 산출하여 조향모터(20)를 구동시킴으로써 조향 조작을 구현할 수 있다.

반력 제어부(30)는 차속 및 조향각을 입력받아 차량 동역학을 기반으로 하는 제1 반력을 계산하고, 조향각 및 구동 제어부(10)로부터 입력된 조향모터(20)의 제어를 위한 제어 전류량을 기반으로 하는 제2 반력을 계산하며, 제1 반력과 제2 반력의 차이값과 요레이트에 기초하여 설정된 가중치에 따라 제1 반력과 제2 반력에 지수평활 필터(exponential smoothing filter)를 적용하여 최종 반력토크를 산출한 후 산출된 최종 반력토크를 기반으로 반력모터(40)를 구동하여 조향 시 반력을 느낄 수 있도록 한다.

여기서 반력 제어부(30)는 도 2에 도시된 바와 같이 제1 반력 계산부(310), 제2 반력 계산부(320), 반력 비교부(330) 및 반력 보상부(340)를 포함할 수 있다.

제1 반력 계산부(310)는 차속 및 조향각을 입력받아 차량 동역학을 기반으로 하는 제1 반력을 계산할 수 있다.

여기서, 제1 반력 계산부(310)는 조향각과 차속을 기반으로 차량 동역학에 기초하여 산출한 사이드 슬립각과 요레이트를 통해 셀프 얼라이닝 토크를 구하여 필요 최대 랙포스를 설정한다.

이때 좌우 타이어의 사이드 슬립각과 코너링 포스는 동일하다고 가정한다.

그리고, 필요 최대 랙포스에서 운전자 최대 조타력을 차감하여 최대 보조 조타력을 산출하며, 최대 보조 조타력과 필요 최대 랙포스의 비율에 따라 보조 조타율을 산출한다.

그런 다음 필요 최대 랙포스에 보조 조타율을 곱하여 실제 필요 보조 랙포스를 산출한 후 필요 보조 랙포스로 구동하기 위한 필요 어시스트 모터전류를 구하여 실제 필요한 랙포스를 산출한다. 이후 필요 최대 랙포스에서 실제 필요한 랙포스를 차감하여 제1 반력을 계산한다.

따라서 실제로 정상 상태에서 운전자가 조타를 할 경우 어느 정도 무겁기가 발생하여 헐렁감 등과 같은 이질감을 줄이고 차량 노면필을 느낄 수 있도록 할 수 있다.

제2 반력 계산부(320)는 조향각 및 구동 제어부(10)로부터 입력된 조향모터(20)의 제어를 위한 제어 전류량을 기반으로 하는 제2 반력을 계산할 수 있다.

또한, 제2 반력 계산부(320)는 위치 제어 시 발생하는 제어 에러량 등을 이용하여 제2 반력을 계산할 수도 있다.

반력 비교부(330)는 제1 반력과 제2 반력의 차이를 모니터링하여 차이값을 출력할 수 있다.

반력 보상부(340)는 반력 비교부(330)의 비교결과와 요레이트에 기초하여 설정된 가중치(K)에 따라 제1 반력과 제2 반력에 지수평활 필터를 적용하여 최종 반력토크를 산출할 수 있다.

즉, 반력 보상부(340)는 반력 비교부(330)의 비교결과 제1 반력과 제2 반력의 차이값이 설정 차이값 이하인 경우, 제1 반력으로 최종 반력토크를 출력할 수 있다.

반면, 반력 보상부(340)는 반력 비교부(330)의 비교결과 제1 반력과 제2 반력의 차이값이 설정 차이값을 초과하는 경우, 요레이트에 기초하여 설정된 가중치(K)에 따라 제1 반력과 제2 반력에 지수평활 필터를 적용하여 최종 반력토크를 산출할 수 있다.

여기서, 반력 보상부(340)는 요레이트의 크기가 제1 설정크기 미만인 경우 제1 반력으로 최종 반력토크를 산출하고, 제2 설정크기 초과인 경우 제2 반력으로 최종 반력토크를 산출하며, 제1 설정크기 이상이고 제2 설정크기 이하인 경우 설정된 가중치(K)에 따라 제1 반력과 제2 반력에 지수평활(Exponential smoothing) 필터를 적용하여 최종 반력토크를 산출할 수 있다.

이와 같이 반력 보상부(340)에서 산출되는 최종 반력토크는 지수평활 필터를 통해 제1 반력과 제2 반력이 다르게 출력되도록 할 수 있다.

여기서, 지수평활 필터의 가중치는 요레이트의 크기와 제1 반력과 제2 반력의 차이값으로 결정할 수 있다.

실질적으로 차량 동역학이 아무리 정확하더라도 비선형 시스템인 타이어나 노면 등의 여러 가지 상황을 고려했을 때 완전하게 랙포스(rack force)를 실제값과 동일하게 도출할 수 없다.

즉, 요레이트의 크기가 제2 설정크기를 초과하는 경우에는 실제 차량의 센서에서 계측되는 요레이트 크기나 조향모터(20)의 전류 제어 시 발생하는 전류량을 가지고 랙포스를 추종하는 것이 훨씬 더 정확할 수 있다. 하지만 정차시나 차속이 낮을 경우에는 사이드 슬립각(side slip angle)이 크게 발생하지 않는 상황이기 때문에 차량 동역학을 이용하여 큰 문제없이 랙포스를 추종할 수 있다.

따라서, 반력 보상부(340)는 요레이트의 크기가 제1 설정크기 미만인 상황에서는 차량 동역학을 이용한 제1 반력을 최종 반력토크로 100% 출력하고, 제1 반력과 제2 반력의 차이값이 설정 차이값 이하인 경우에도 제1 반력을 최종 반력토크로 100% 출력한다.

반면, 제1 반력과 제2 반력의 차이값이 설정 차이값을 초과하는 경우에는 차량 거동 시 발생하는 여러 가지 조건을 차량 동역학으로 모두 알 수 없기 때문에 요레이트에 기초하여 설정된 가중치(K)에 따라 제1 반력과 제2 반력에 지수평활 필터를 적용하여 증가시켜 최종 반력토크로 출력할 수 있다.

즉, 요레이트의 크기가 제2 설정크기를 초과하는 경우에는 제2 반력을 최종 반력토크로 100% 출력하고, 요레이트의 크기가 제1 설정크기 이상이고 제2 설정크기 이하인 경우 설정된 가중치(K)에 따라 제1 반력과 제2 반력에 지수평활(Exponential smoothing) 필터를 적용하여 제2 반력의 출력이 증가하도록 최종 반력토크를 산출할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 차량의 전자식 조향장치에 따르면, 차속과 조향각에 기초하여 랙바에 연결된 조향모터를 구동하여 조향하고, 반력모터를 구동하여 조향휠에 반력을 발생시키는 스티어 바이 와이어(Steer By Wire) 방식의 전자식 조향장치에서 차량 동역학을 이용한 차량의 횡력과 실제 조향제어를 위한 전류 제어량을 융합하여 반력 응답성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 로드필을 느낄 수 있도록 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 전자식 조향장치의 제어방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 전자식 조향장치의 제어방법에서는 먼저, 구동 제어부(10)가 차속, 조향각 및 현재 조향각을 입력받아 조향모터(20)의 회전위치에 따른 현재 조향각이 조향각을 추종할 수 있도록 위치 추종제어를 위한 목표 조향각을 산출한다(S10).

S10 단계에서 목표 조향각을 산출한 후 구동 제어부(10)는 목표 조향각으로 조향모모터(20)를 구동시켜 조향 조작을 구현한다(S20).

한편, 반력 제어부(30)는 차속 및 조향각을 입력받아 차량 동역학을 기반으로 하는 제1 반력을 계산하고, 조향각 및 구동 제어부(10)로부터 입력된 조향모터(20)의 제어를 위한 제어 전류량을 기반으로 하는 제2 반력을 계산한다(S30).

여기서, 반력 제어부(30)는 조향각과 차속을 기반으로 차량 동역학에 기초하여 산출한 사이드 슬립각과 요레이트를 통해 셀프 얼라이닝 토크를 구하여 필요 최대 랙포스를 설정하고, 필요 최대 랙포스에서 운전자 최대 조타력을 차감하여 최대 보조 조타력을 산출하며, 최대 보조 조타력과 필요 최대 랙포스의 비율에 따라 보조 조타율을 산출하고, 필요 최대 랙포스에 보조 조타율을 곱하여 실제 필요 보조 랙포스를 산출한 후 필요 보조 랙포스로 구동하기 위한 필요 어시스트 모터전류를 구하여 실제 필요한 랙포스를 산출하고, 필요 최대 랙포스에서 실제 필요한 랙포스를 차감하여 제1 반력을 계산할 수 있다.

따라서 실제로 정상 상태에서 운전자가 조타를 할 경우 어느 정도 무겁기가 발생하여 헐렁감 등과 같은 이질감을 줄이고 차량 노면필을 느낄 수 있도록 할 수 있다.

또한, 반력 제어부(30)는 위치 제어 시 발생하는 제어 에러량 등을 이용하여 제2 반력을 계산할 수도 있다.

S30 단계에서 제1 반력과 제2 반력을 계산한 후 반력 제어부(30)는 제1 반력과 제2 반력의 차이를 비교한다(S40).

S40 단계에서 제1 반력과 제2 반력의 차이를 비교한 후 반력 제어부(30)는 제1 반력과 제2 반력의 차이를 비교한 차이값과 요레이트에 기초하여 설정된 가중치(K)에 따라 제1 반력과 제2 반력에 지수평활 필터를 적용하여 최종 반력토크를 산출한다(S50).

즉, 반력 제어부(30)는 제1 반력과 제2 반력의 차이값이 설정 차이값 이하인 경우에도 제1 반력을 최종 반력토크로 100% 출력하고, 요레이트의 크기가 제1 설정크기 미만인 상황에서는 차량 동역학을 이용한 제1 반력을 최종 반력토크로 100% 출력한다.

반면, 제1 반력과 제2 반력의 차이값이 설정 차이값을 초과하는 경우에는 차량 거동 시 발생하는 여러 가지 조건을 차량 동역학으로 모두 알 수 없기 때문에 요레이트에 기초하여 설정된 가중치(K)에 따라 제1 반력과 제2 반력에 지수평활 필터를 적용하여 증가시켜 최종 반력토크로 출력할 수 있다.

즉, 요레이트의 크기가 제2 설정크기를 초과하는 경우에는 제2 반력을 최종 반력토크로 100% 출력하고, 요레이트의 크기가 제1 설정크기 이상이고 제2 설정크기 이하인 경우 설정된 가중치(K)에 따라 제1 반력과 제2 반력에 지수평활(Exponential smoothing) 필터를 적용하여 제2 반력의 출력이 증가하도록 최종 반력토크를 산출할 수 있다.

차량의 정차시나 차속이 낮을 경우에는 사이드 슬립각(side slip angle)이 크게 발생하지 않는 상황이기 때문에 차량 동역학을 이용하여 큰 문제없이 랙포스를 추종할 수 있다.

하지만 비선형 시스템인 타이어나 노면 등의 여러 가지 상황을 고려했을 때 실질적으로 완전하게 랙포스(rack force)를 실제값과 동일하게 도출할 수 없다.

따라서 요레이트의 크기가 제2 설정크기를 초과하는 경우에는 실제 차량의 센서에서 계측되는 요레이트 크기나 조향모터(20)의 전류 제어 시 발생하는 전류량을 가지고 랙포스를 추종하는 것이 훨씬 더 정확할 수 있다.

S50 단계에서 최종 반력토크를 산출한 후 반력 제어부(30)는 최종 반력토크로 반력모토를 구동하여 조향 시 반력을 느낄 수 있도록 한다(S60).

상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 차량의 전자식 조향장치의 제어방법에 따르면, 차속과 조향각에 기초하여 랙바에 연결된 조향모터를 구동하여 조향하고, 반력모터를 구동하여 조향휠에 반력을 발생시키는 스티어 바이 와이어(Steer By Wire) 방식의 전자식 조향장치에서 차량 동역학을 이용한 차량의 횡력과 실제 조향제어를 위한 전류 제어량을 융합하여 반력 응답성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 로드필을 느낄 수 있도록 한다.

본 명세서에서 설명된 구현은, 예컨대, 방법 또는 프로세스, 장치, 소프트웨어 프로그램, 데이터 스트림 또는 신호로 구현될 수 있다. 단일 형태의 구현의 맥락에서만 논의(예컨대, 방법으로서만 논의)되었더라도, 논의된 특징의 구현은 또한 다른 형태(예컨대, 장치 또는 프로그램)로도 구현될 수 있다. 장치는 적절한 하드웨어, 소프트웨어 및 펌웨어 등으로 구현될 수 있다. 방법은, 예컨대, 컴퓨터, 마이크로프로세서, 집적 회로 또는 프로그래밍 가능한 로직 디바이스 등을 포함하는 프로세싱 디바이스를 일반적으로 지칭하는 프로세서 등과 같은 장치에서 구현될 수 있다. 프로세서는 또한 최종-사용자 사이에 정보의 통신을 용이하게 하는 컴퓨터, 셀 폰, 휴대용/개인용 정보 단말기(personal digital assistant: "PDA") 및 다른 디바이스 등과 같은 통신 디바이스를 포함한다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

10 : 구동 제어부 20 : 조향모터
30 : 반력 제어부 40 : 반력모터
310 : 제1 반력 계산부 320 : 제2 반력 계산부
330 : 반력 비교부 340 : 반력 보상부

Claims (12)

1. 스티어링 휠의 일측에 설치되어 상기 스티어링 휠의 회전에 따른 반력토크를 발생시키는 반력모터;
   랙과 연결되어 조향 조작을 구현하는 조향모터;
   차속, 조향각 및 현재 조향각을 입력받아 위치 추종제어를 위한 목표 조향각을 산출하여 상기 조향모터를 구동하는 구동 제어부; 및
   상기 차속 및 상기 조향각을 입력받아 차량 동역학을 기반으로 하는 제1 반력을 계산하고, 상기 조향각 및 상기 구동 제어부로부터 입력된 상기 조향모터의 제어를 위한 제어 전류량을 기반으로 하는 제2 반력을 계산하며, 상기 제1 반력과 상기 제2 반력의 차이값과, 요레이트에 기초하여 설정된 가중치에 따라 상기 제1 반력과 상기 제2 반력에 지수평활 필터를 적용하여 산출된 최종 반력토크를 기반으로 상기 반력모터를 구동하는 반력 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 전자식 조향장치.
   
2. 제 1항에 있어서, 상기 반력 제어부는,
   상기 차속 및 상기 조향각을 입력받아 차량 동역학을 기반으로 하는 상기 제1 반력을 계산하는 제1 반력 계산부;
   상기 조향각 및 상기 구동 제어부로부터 입력된 상기 조향모터의 제어를 위한 상기 제어 전류량을 기반으로 하는 상기 제2 반력을 계산하는 제2 반력 계산부;
   상기 제1 반력과 상기 제2 반력의 차이를 모니터링하는 반력 비교부; 및
   상기 반력 비교부의 비교결과와 상기 요레이트에 기초하여 설정된 가중치에 따라 상기 제1 반력과 상기 제2 반력에 상기 지수평활 필터를 적용하여 상기 최종 반력토크를 산출하는 반력 보상부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 전자식 조향장치.
   
3. 제 2항에 있어서, 상기 반력 보상부는, 상기 반력 비교부의 비교결과 상기 제1 반력과 상기 제2 반력의 차이값이 설정 차이값 이하인 경우, 상기 제1 반력으로 상기 최종 반력토크를 출력하는 것을 특징으로 하는 차량의 전자식 조향장치.
   
4. 제 2항에 있어서, 상기 반력 보상부는, 상기 반력 비교부의 비교결과 상기 제1 반력과 상기 제2 반력의 차이값이 설정 차이값을 초과하는 경우, 상기 요레이트에 기초하여 설정된 가중치에 따라 상기 제1 반력과 상기 제2 반력에 상기 지수평활 필터를 적용하여 상기 최종 반력토크를 산출하는 것을 특징으로 하는 차량의 전자식 조향장치.
   
5. 제 4항에 있어서, 상기 반력 보상부는, 상기 요레이트의 크기가 제1 설정크기 미만인 경우 상기 제1 반력으로 상기 최종 반력토크를 산출하고, 제2 설정크기 초과인 경우 상기 제2 반력으로 상기 최종 반력토크를 산출하며, 상기 제1 설정크기 이상이고 상기 제2 설정크기 이하인 경우 설정된 가중치에 따라 상기 제1 반력과 상기 제2 반력에 상기 지수평활 필터를 적용하여 상기 최종 반력토크를 산출하는 것을 특징으로 하는 차량의 전자식 조향장치.
   
6. 제 1항에 있어서, 상기 제1 반력 계산부는, 상기 조향각과 상기 차속을 기반으로 차량 동역학에 기초하여 산출한 사이드 슬립각과 요레이트를 통해 셀프 얼라이닝 토크를 구하여 필요 최대 랙포스를 설정하고, 상기 필요 최대 랙포스에서 운전자 최대 조타력을 차감하여 최대 보조 조타력을 산출하며, 상기 최대 보조 조타력과 상기 필요 최대 랙포스의 비율에 따라 보조 조타율을 산출하고, 상기 필요 최대 랙포스에 상기 보조 조타율을 곱하여 실제 필요 보조 랙포스를 산출한 후 필요 보조 랙포스로 구동하기 위한 필요 어시스트 모터전류를 구하여 실제 필요한 랙포스를 산출하고, 상기 필요 최대 랙포스에서 상기 실제 필요한 랙포스를 차감하여 상기 제1 반력을 계산하는 것을 특징으로 하는 차량의 전자식 조향장치.
   
7. 구동 제어부가 차속, 조향각 및 현재 조향각을 입력받아 위치 추종제어를 위한 목표 조향각을 산출하는 단계;
   상기 구동 제어부가 산출된 목표 조향각으로 조향모터를 구동하는 단계;
   반력 제어부가 상기 차속 및 상기 조향각을 입력받아 차량 동역학을 기반으로 하는 제1 반력을 계산하는 단계;
   상기 반력 제어부가 상기 조향각 및 상기 구동 제어부로부터 입력된 상기 조향모터의 제어를 위한 제어 전류량을 기반으로 하는 제2 반력을 계산하는 단계;
   상기 반력 제어부가 상기 제1 반력과 상기 제2 반력의 차이값과 요레이트에 기초하여 설정된 가중치에 따라 상기 제1 반력과 상기 제2 반력에 지수평활 필터를 적용하여 최종 반력토크를 산출하는 단계; 및
   상기 반력 제어부가 상기 최종 반력토크로 반력모토를 구동하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 전자식 조향장치의 제어방법.
   
8. 제 7항에 있어서, 상기 최종 반력토크를 산출하는 단계는,
   상기 반력 제어부가 상기 제1 반력과 상기 제2 반력의 차이를 비교하는 단계; 및
   상기 반력 제어부가 상기 제1 반력과 상기 제2 반력의 차이를 비교한 결과를 기반으로 상기 요레이트에 기초하여 설정된 가중치에 따라 상기 제1 반력과 상기 제2 반력에 상기 지수평활 필터를 적용하여 상기 최종 반력토크를 산출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 전자식 조향장치의 제어방법.
   
9. 제 7항에 있어서, 상기 최종 반력토크를 산출하는 단계는, 상기 반력 제어부가 상기 제1 반력과 상기 제2 반력의 차이를 비교한 결과 차이값이 설정 차이값 이하인 경우, 상기 제1 반력으로 상기 최종 반력토크를 출력하는 것을 특징으로 하는 차량의 전자식 조향장치의 제어방법.
   
10. 제 7항에 있어서, 상기 최종 반력토크를 산출하는 단계는, 상기 반력 제어부가 상기 제1 반력과 상기 제2 반력의 차이를 비교한 결과, 차이값이 설정 차이값을 초과하는 경우, 상기 요레이트에 기초하여 설정된 가중치에 따라 상기 제1 반력과 상기 제2 반력에 상기 지수평활 필터를 적용하여 상기 최종 반력토크를 산출하는 것을 특징으로 하는 차량의 전자식 조향장치의 제어방법.
    
11. 제 10항에 있어서, 상기 최종 반력토크를 산출하는 단계는, 상기 반력 제어부가 상기 요레이트의 크기가 제1 설정크기 미만인 경우 상기 제1 반력으로 상기 최종 반력토크를 산출하고, 제2 설정크기 초과인 경우 상기 제2 반력으로 상기 최종 반력토크를 산출하며, 상기 제1 설정크기 이상이고 상기 제2 설정크기 이하인 경우 설정된 가중치에 따라 상기 제1 반력과 상기 제2 반력에 상기 지수평활 필터를 적용하여 상기 최종 반력토크를 산출하는 것을 특징으로 하는 차량의 전자식 조향장치의 제어방법.
    
12. 제 7항에 있어서, 상기 제1 반력을 계산하는 단계, 상기 반력 제어부가 상기 조향각과 상기 차속을 기반으로 차량 동역학에 기초하여 산출한 사이드 슬립각과 요레이트를 통해 셀프 얼라이닝 토크를 구하여 필요 최대 랙포스를 설정하고, 상기 필요 최대 랙포스에서 운전자 최대 조타력을 차감하여 최대 보조 조타력을 산출하며, 상기 최대 보조 조타력과 상기 필요 최대 랙포스의 비율에 따라 보조 조타율을 산출하고, 상기 필요 최대 랙포스에 상기 보조 조타율을 곱하여 실제 필요 보조 랙포스를 산출한 후 필요 보조 랙포스로 구동하기 위한 필요 어시스트 모터전류를 구하여 실제 필요한 랙포스를 산출하고, 상기 필요 최대 랙포스에서 상기 실제 필요한 랙포스를 차감하여 상기 제1 반력을 계산하는 것을 특징으로 하는 차량의 전자식 조향장치의 제어방법.
    

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