KR20220099267A - 토크 추정 장치와, 조향 어시스트 장치 및 방법 - Google Patents

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KR20220099267A
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Abstract

본 실시예들은 토크 추정 장치와, 조향 어시스트 장치 및 방법에 관한 것이다. 토크 추정 장치는 조향 휠의 편심 질량(eccentric mass)을 추정하는 제 1 추정부; 및 조향 휠의 편심 토크(eccentric torque)를 추정하는 제 2 추정부를 포함할 수 있다.

Description

토크 추정 장치와, 조향 어시스트 장치 및 방법{TORQUE ESTIMATION APPARATUS AND, STEERING ASSIST APPARATUS AND METHOD}
본 실시예들은 토크 추정 장치와, 조향 어시스트 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 조향 시스템은 차량의 운전자가 조향 휠(steering wheel)에 가한 조향력(또는 회전력)을 바탕으로 바퀴의 조향각을 변화시킬 수 있는 시스템을 의미한다. 최근에는 조향 휠의 조향력을 경감하여 조향상태의 안정성을 보장하기 위해 EPS(Electric Power Steer) 즉, 전동식 파워 조향 시스템이 차량에 적용되고 있다.
최근 차량의 조향 시스템은 운전자의 조타 의지 추정에 대한 연구 개발 요구가 한층 높아지고 있는 실정이다.
본 실시예들은 운전자의 조타 의지를 정밀하게 추정할 수 있는 토크 추정 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 실시예들은 운전자의 조타 의지를 정밀하게 추정할 수 있는 조향 어시스트 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 실시예들은 운전자의 조타 의지를 정밀하게 추정할 수 있는 조향 어시스트 방법을 제공할 수 있다.
일 측면에서, 본 실시예들은, 운전자 토크(driver torque)에 대한 표준 편차(standard deviation)를 산출하고, 상기 운전자 토크에 대한 표준 편차에 기반하여 조향 휠의 편심 질량(eccentric mass)을 추정하는 제 1 추정부; 및 조향 각 센서에 의한 조향 각을 이용하여 상기 조향 휠의 편심 질량에 기반하는 조향 휠의 편심 토크(eccentric torque)를 추정하는 제 2 추정부를 포함하는 토크 추정 장치를 제공할 수 있다.
다른 측면에서, 본 실시예들은, 조향 각을 획득하는 조향 각 센서를 포함하는 센서 모듈; 및 조향 모터 제어 신호를 바탕으로 조향 모터 전원부를 제어하여 조향 모터의 동작을 제어하는 조향 제어 모듈을 포함하되, 상기 조향 제어 모듈은, 운전자 토크(driver torque)에 대한 표준 편차(standard deviation)를 산출하고, 상기 운전자 토크에 대한 표준 편차에 기반하여 조향 휠의 편심 질량(eccentric mass)을 추정하며, 상기 조향 각 센서에 의한 조향 각을 이용하여 상기 조향 휠의 편심 질량에 기반하는 조향 휠의 편심 토크(eccentric torque)를 추정하며, 상기 조향 휠의 편심 토크가 반영된 운전자 토크에 기반하여 상기 조향 모터 제어 신호를 생성하는 조향 어시스트 장치를 제공할 수 있다.
다른 측면에서, 본 실시예들은, 운전자 토크(driver torque)에 대한 표준 편차(standard deviation)를 산출하고, 상기 운전자 토크에 대한 표준 편차에 기반하여 조향 휠의 편심 질량(eccentric mass)을 추정하는 단계; 조향 각 센서에 의한 조향 각을 이용하여 상기 조향 휠의 편심 질량에 기반하는 조향 휠의 편심 토크(eccentric torque)를 추정하는 단계; 및 상기 조향 휠의 편심 토크가 반영된 운전자 토크에 기반하여 상기 조향 모터 제어 신호를 생성하고, 상기 조향 모터 제어 신호를 바탕으로 조향 모터 전원부를 제어하여 조향 모터의 동작을 제어하는 조향 어시스트 방법을 제공할 수 있다.
본 실시예들에 의하면, 운전자의 조타 의지를 정밀하게 추정할 수 있는 토크 추정 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 실시예들에 의하면, 운전자의 조타 의지를 정밀하게 추정할 수 있는 조향 어시스트 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 실시예들에 의하면, 실시예들은 운전자의 조타 의지를 정밀하게 추정할 수 있는 조향 어시스트 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 실시예들에 따른 조향 시스템을 설명하기 위한 전체적인 블록 구성도이다.
도 2는 본 실시예들에 따른 조향 제어 모듈을 설명하기 위한 구체적인 블록 구성도이다.
도 3 및 도 4는 본 실시예들에 따른 조향 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 실시예들에 따른 토크 추정 장치를 설명하기 위한 블록 구성도이다.
도 6은 본 실시예들에 따른 조향 제어 모듈을 설명하기 위한 블록 구성도이다.
도 7은 본 실시예들에 따른 조향 휠의 모델링을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 실시예들에 따른 관측기를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 실시예들에 따른 조향 휠의 편심 토크를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 실시예들에 따른 조향 어시스트 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도11은 본 실시예들에 따른 토크 추정 장치, 조향 제어 장치, 조향 어시스트 장치 및 조향 시스템의 컴퓨터 시스템에 대한 블록 구성도이다.
이하, 본 개시의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성 요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가질 수 있다. 또한, 본 실시예들을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 기술 사상의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 수 있다. 본 명세서 상에서 언급된 "포함한다", "갖는다", "이루어진다" 등이 사용되는 경우 "~만"이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별한 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함할 수 있다.
또한, 본 개시의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질, 차례, 순서 또는 개수 등이 한정되지 않는다.
구성 요소들의 위치 관계에 대한 설명에 있어서, 둘 이상의 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속" 등이 된다고 기재된 경우, 둘 이상의 구성 요소가 직접적으로 "연결", "결합" 또는 "접속" 될 수 있지만, 둘 이상의 구성 요소와 다른 구성 요소가 더 "개재"되어 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 여기서, 다른 구성 요소는 서로 "연결", "결합" 또는 "접속" 되는 둘 이상의 구성 요소 중 하나 이상에 포함될 수도 있다.
구성 요소들이나, 동작 방법이나 제작 방법 등과 관련한 시간적 흐름 관계에 대한 설명에 있어서, 예를 들어, "~후에", "~에 이어서", "~다음에", "~전에" 등으로 시간적 선후 관계 또는 흐름적 선후 관계가 설명되는 경우, "바로" 또는 "직접"이 사용되지 않는 이상 연속적이지 않은 경우도 포함할 수 있다.
한편, 구성 요소에 대한 수치 또는 그 대응 정보(예: 레벨 등)가 언급된 경우, 별도의 명시적 기재가 없더라도, 수치 또는 그 대응 정보는 각종 요인(예: 공정상의 요인, 내부 또는 외부 충격, 노이즈 등)에 의해 발생할 수 있는 오차 범위를 포함하는 것으로 해석될 수 있다.
도 1은 본 실시예들에 따른 조향 시스템을 설명하기 위한 전체적인 블록 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예들에 따른 조향 시스템(1)은 조향 장치(100) 및 조향 어시스트 장치(200) 중 적어도 하나를 포함하여 이루어질 수 있다. 이러한 조향 장치(100) 및 조향 어시스트 장치(200)들은 전기적, 자기적 및 기계적 중 적어도 하나에 의해 연결될 수 있다.
조향 장치(100)는 한 개 또는 복수개일 수 있다. 조향 장치(100)는 조향 휠(steering wheel)(140)에 가한 조향력(또는, 회전력 등)을 바탕으로 바퀴(wheel)(150)의 조향각을 변화시킬 수 있다. 조향 장치(100)는 입력측 기구(110), 출력측 기구(120) 및 분리/연결 기구(130) 중 적어도 하나를 포함하여 이루어질 수 있다. 이러한 입력측 기구(110), 출력측 기구(120) 및 분리/연결 기구(130)들은 전기적, 자기적 및 기계적 중 적어도 하나에 의해 연결될 수 있다.
입력측 기구(110)는 한 개 또는 복수개일 수 있다. 입력측 기구(110)는 조향 휠(140)과 연결될 수 있다. 입력측 기구(110)는 조향 휠(140)의 회전 방향 또는 조향 휠(140)의 회전 방향과 반대 방향으로 회전할 수 있다. 이러한 입력측 기구(110)는 조향 휠(140)과 연결되는 조향 축 등을 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고 조향 휠의 회전 방향 또는 조향 휠의 회전 방향과 반대 방향으로 회전할(또는, 움직일) 수 있다면 어떠한 기구(또는, 장치)라도 포함할 수 있다.
출력측 기구(120)는 한 개 또는 복수개일 수 있다. 출력측 기구(120)는 전기적 및 기계적 중 적어도 어느 하나에 의해 입력측 기구(110)와 연결될 수 있다. 출력측 기구(120)는 바퀴(150)와 연결되어, 바퀴(150)의 조향각(또는, 움직임 등)을 변화시킬 수 있다. 이러한 출력측 기구(120)는 피니언(pinion), 랙(rack), 타이 로드(tie rod) 및 너클 암(knuckle arm) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고 바퀴의 조향각(또는, 움직임 등)을 변화시킬 수 있다면 어떠한 기구(또는, 장치)라도 포함할 수 있다.
분리/연결 기구(130)는 한 개 또는 복수개일 수 있다. 분리/연결 기구(130)는 입력측 기구(110) 및 출력측 기구(120)와 연결될 수 있다. 분리/연결 기구(130)는 입력측 기구(110)와 출력측 기구(120)를 기계적 또는 전기적으로 연결 또는 분리시킬 수 있다. 이러한 분리/연결 기구(130)는 클러치를 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고 입력측 기구와 출력측 기구를 기계적 또는 전기적으로 연결 또는 분리시킬 수 있다면 어떠한 기구(또는, 장치)라도 포함할 수 있다.
본 실시예들에 따른 조향 장치(100)는 입력측 기구와 출력측 기구가 기계적으로 연결된 형태의 조향 장치; 입력측 기구와 출력측 기구가 전기적으로 연결된 형태의 조향 장치(또는, Steer by wire, SbW); 및 입력측 기구와 출력측 기구가 분리/연결 기구와 연결된 형태의 조향 장치(또는, 클러치를 포함하는 SbW) 중 적어도 하나의 조향 장치를 포함할 수 있다.
한편, 조향 휠(140)과 바퀴(150)는 각각 한 개 또는 복수개일 수 있다. 조향 휠(140)과 바퀴(150)는 도면에 도시된 바와 같이 별도로 구비될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고 조향 장치(100)에 포함될 수 있다.
조향 어시스트 장치(200)는 한 개 또는 복수개일 수 있다. 조향 어시스트 장치(200)는 조향 장치(100)와 연결될 수 있다. 조향 어시스트 장치(200)는 조향 장치(100)로 어시스트 조향력을 제공할 수 있다.
본 실시예들에 따른 조향 어시스트 장치(200)는 입력 전원(210), 조향 제어 모듈(220), 조향 액추에이터(230) 및 센서 모듈(240) 중 적어도 어느 하나를 포함하여 이루어질 수 있다. 이러한 입력 전원(210), 조향 제어 모듈(220), 조향 액추에이터(230) 및 센서 모듈(240)은 전기적, 자기적 및 기계적 중 적어도 하나에 의해 연결될 수 있다.
입력 전원(210)은 한 개 또는 복수개일 수 있다. 직류 전원 및 교류 전원 중 적어도 하나의 전원을 포함할 수 있다. 특히, 직류 전원은 배터리 등을 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 직류를 제공할 수 있다면 어떠한 전원이라도 포함할 수 있다.
센서 모듈(240)은 적어도 하나의 센서를 포함할 수 있다. 여기서, 센서는 조향 토크 센서(241), 조향각 센서(242) 및 위치 센서(243) 중 적어도 하나를 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고 차량의 상태 및 차량의 조향 상태를 측정할 수 있다면 어떠한 센서라도 포함할 수 있다.
조향 토크 센서(241)는 한 개 또는 복수개일 수 있다. 조향 토크 센서(241)는 조향 휠의 조향 토크를 측정하여 조향 휠의 조향 토크 정보를 조향 제어 모듈(220)로 제공할 수 있다. 또한, 조향각 센서(242)는 한 개 또는 복수개일 수 있다. 조향각 센서(242)는 조향 휠의 조향 각을 측정하여 조향 휠의 조향 각 정보를 조향 제어 모듈(220)로 제공할 수 있다. 또한, 위치 센서(243)는 한 개 또는 복수개일 수 있다. 위치 센서(243)는 입력측 기구의 위치, 출력측 기구의 위치 및 조향 모터의 위치 중 적어도 하나의 위치를 측정하여 입력측 기구의 위치 정보, 출력측 기구의 위치 정보 및 조향 모터의 위치 정보 중 적어도 하나의 위치 정보를 조향 제어 모듈(220)로 제공할 수 있다.
조향 토크 센서(241), 조향각 센서(242) 및 위치 센서(243)는 도면에 도시된 바와 같이, 별도로 구비될 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니고, 조향 토크 센서(241), 조향각 센서(242) 및 위치 센서(243) 중 적어도 하나는 입력측 기구(110), 출력측 기구(120), 분리/연결 기구(130), 조향 휠(140), 바퀴(150), 입력 전원(210), 조향 제어 모듈(220) 및 조향 액추에이터(230)(조향 모터(231, 감속기(232)) 중 적어도 하나에 포함될 수 있다.
조향 제어 모듈(220)은 한 개 또는 복수개일 수 있다. 조향 제어 모듈(220)은 입력 전원(210)과 연결될 수 있다. 조향 제어 모듈(220)은 입력 전원(210)으로부터 전기 에너지를 제공받고, 전기 에너지의 노이즈를 필터링할 수 있다.
조향 제어 모듈(220)은 조향 시스템(1) 내의 각각의 구성 요소들 및/또는 차량으로부터 제공받은 정보(일 예로, 조향 토크 정보, 조향 각 정보, 위치 정보 및 차속 정보 중 적어도 하나의 정보 등)에 기반하여 조향 모터 제어 신호를 생성할 수 있다.
조향 제어 모듈(220)은 조향 모터 제어 신호에 따라 필터링된 전기 에너지를 변환하여 어시스트 조향력을 생성하고, 어시스트 조향력에 기반하여 조향 액추에이터(230)(또는, 조향 모터(231))를 제어할 수 있다.
조향 액추에이터(230)는 한 개 또는 복수개일 수 있다. 조향 액추에이터(230)는 조향 제어 모듈(220)과 연결될 수 있다. 조향 액추에이터(230)는 조향 제어 모듈(220)로부터 제공되는 어시스트 조향력에 기반하여 동작하여 조향 장치(100)의 조향을 어시스트할 수 있다.
조향 액추에이터(230)는 조향 모터(231) 및 감속기(232) 중 적어도 하나를 포함하여 이루어질 수 있다. 조향 모터(231) 및 감속기(232)는 각각 한 개 또는 복수개일 수 있다. 조향 모터(231) 및 감속기(232) 중 적어도 하나는 조향 제어 모듈(220)과 연결될 수 있다.
조향 액추에이터(230)가 조향 모터(231)를 포함하는 경우, 조향 모터(231)는 조향 제어 모듈(220)로부터 제공되는 어시스트 조향력에 기반하여 동작하여 조향 장치(100)의 조향을 어시스트할 수 있다.
조향 액추에이터(230)가 조향 모터(231) 및 감속기(232)를 포함하는 경우, 조향 모터(231)는 조향 제어 모듈(220)로부터 제공되는 어시스트 조향력에 기반하여 동작하고, 감속기(232)는 조향 모터(231)의 동작에 따라 동작(또는, 작동)하여 조향 장치(100)의 조향을 어시스트할 수 있다.
조향 모터(231)는 싱글 와인딩(single winding) 타입 조향 모터 및 듀얼 와인딩(dual winding) 타입 조향 모터 중 적어도 하나의 모터를 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고 조향 장치의 조향을 어시스트할 수 있다면 어떠한 모터라도 포함할 수 있다.
조향 모터(231)는 단상 타입 모터, 3상 타입 모터 및 5상 타입 모터 중 적어도 하나의 모터를 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고 조향 장치의 조향을 어시스트할 수 있다면 어떠한 모터라도 포함할 수 있다.
조향 모터(231)는 직류 모터 및 교류 모터(일 예로, 동기 모터 및/또는 유도 모터 등) 중 적어도 하나의 모터를 포함할 수 있지만, 이에 한정도는 것은 아니고 조향 장치의 조향을 어시스트할 수 있다면 어떠한 모터라도 포함할 수 있다.
도 2는 본 실시예들에 따른 조향 제어 모듈을 설명하기 위한 구체적인 블록 구성도이다.
도 2를 참조하면, 본 실시예들에 따른 조향 제어 모듈(220)은 필터부(10), 조향 모터 전원부(20), 센서부(30), 통신부(40), 컨트롤러부(50), 컨트롤러 감시부(60), 동작 전원 변환부(70) 및 전원 경로 제어부(80) 중 적어도 어느 하나를 포함하여 이루어질 수 있다. 이러한 필터부(10), 조향 모터 전원부(20), 센서부(30), 통신부(40), 컨트롤러부(50), 컨트롤러 감시부(60), 동작 전원 변환부(70) 및 전원 경로 제어부(80)들은 전기적, 자기적 및 기계적 중 적어도 하나에 의해 연결될 수 있다.
필터부(10)는 한 개 또는 복수개일 수 있다. 필터부(10)는 입력 전원과 연결될 수 있다. 필터부(10)는 입력 전원으로부터 제공받은 전기 에너지의 노이즈를 필터링하고 노이즈가 필터링된 전기 에너지를 조향 모터 전원부(20) 및 동작 전원 변환부(70)로 제공할 수 있다.
조향 모터 전원부(20)는 한 개 또는 복수개일 수 있다. 조향 모터 전원부(20)는 필터부(10)와 연결되고, 필터링된 전기 에너지를 제공받을 수 있다. 조향 모터 전원부(20)는 컨트롤러부(50)와 연결되어 조향 모터 제어 신호를 제공받을 수 있다. 조향 모터 전원부(20)는 조향 모터 제어 신호를 바탕으로 필터링된 전기 에너지를 변환하여 어시스트 조향력을 생성하고, 어시스트 조향력에 기반하여 조향 모터를 제어할 수 있다.
조향 모터 전원부(20)는 스위치 소자 드라이버(21) 및 인버터(22) 중 적어도 하나를 포함하여 이루어질 수 있다. 스위치 소자 드라이버(21) 및 인버터(22)는 각각 한 개 또는 복수개일 수 있다. 이러한 스위치 소자 드라이버(21) 및 인버터(22)들은 전기적, 자기적 및 기계적 중 적어도 하나에 의해 연결될 수 있다.
스위치 소자 드라이버(21)는 컨트롤러부(50)로부터 조향 모터 제어 신호를 제공받고, 이를 기반으로 스위치 소자 제어 신호를 생성하여 인버터(22)로 제공할 수 있다. 인버터(22)는 스위치 소자 제어 신호에 따라 필터부의 필터링된 전기 에너지를 변환하여 어시스트 조향력을 생성할 수 있다.
인버터(22)는 스위치 및/또는 트랜지스터를 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고 스위치 소자 제어 신호에 따라 전기 에너지를 변환하여 어시스트 조향력을 생성할 수 있다면 어떠한 소자(또는, 장치)라도 포함할 수 있다.
여기서, 인버터(22)가 FET(field effect transistor)를 포함하는 경우, 스위치 소자 드라이버(21)는 게이트 드라이버일 수 있다. 이에, 게이트 드라이버는 컨트롤러부(50)로부터 조향 모터 제어 신호를 제공받고, 이를 기반으로 게이트 제어 신호를 생성하여 인버터(22)로 제공할 수 있다. 인버터(22)는 게이트 제어 신호에 따라 필터부의 필터링된 전기 에너지를 변환하여 어시스트 조향력을 생성할 수 있다.
전원 경로 제어부(80)는 한 개 또는 복수개일 수 있다. 전원 경로 제어부(80)는 조향 모터 전원부(20)(또는, 인버터(22))와 조향 액추에이터(230)(또는, 조향 모터(231)) 사이에 위치하여, 조향 모터 전원부(20)(또는, 인버터(22))로부터 제공받은 어시스트 조향력을 조향 액추에이터(230)(또는, 조향 모터(231))로 공급하거나 차단할 수 있다.
전원 경로 제어부(80)는 적어도 하나의 페이즈 디스커넥터(phase disconnector, PCO)를 포함할 수 있다. 페이즈 디스커넥터는 상(phase)을 차단(cut off)할 수 있는 소자 또는 회로로서, 스위치, 차단기, 단로기, 개폐기 및 트랜지스터 중 적어도 하나를 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고 상(phase)을 차단(cut off)할 수 있다면 어떠한 소자 또는 회로라도 포함할 수 있다.
센서부(30)는 온도 센서(31), 전류 센서(32) 및 모터 위치 센서(33) 중 적어도 어느 하나를 포함하여 이루어질 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고 조향 시스템(또는, 조향 제어 모듈)에 대한 상태를 측정할 수 있다면, 어떠한 센서라도 포함할 수 있다. 온도 센서(31), 전류 센서(32) 및 모터 위치 센서(33)는 각각 한 개 또는 복수개일 수 있다. 이러한 온도 센서(31), 전류 센서(32) 및 모터 위치 센서(33)들은 전기적, 자기적 및 기계적 중 적어도 하나에 의해 연결될 수 있다.
온도 센서(31)는 조향 제어 모듈(220)의 온도를 측정하여 온도 정보를 컨트롤러부(50)로 제공할 수 있다. 또한, 전류 센서(32)는 조향 모터 전원부(20)에서 조향 액추에이터(230)(또는, 조향 모터(231))로 제공되는 어시스트 전류(또는, 어시스트 조향력)를 측정하여 어시스트 전류 정보를 컨트롤러부(50) 제공할 수 있다. 또한, 모터 위치 센서(33)는 조향 모터의 위치를 측정하여 조향 모터의 위치 정보를 컨트롤러부(50)로 제공할 수 있다. 상술한 바와 같이, 모터 위치 센서(33)는 조향 제어 모듈(220)에 포함될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고 별도로 구비될 수 있다.
통신부(40)는 한 개 또는 복수개일 수 있다. 통신부(40)는 내부 통신부 및 외부 통신부 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 내부 통신부는, 조향 제어 모듈이 복수개인 경우, 다른 조향 제어 모듈과 연결되어 정보들을 서로 제공받거나 제공할 수 있다. 외부 통신부는 차량과 연결되어, 차량으로부터 차량의 상태 정보(일 예로, 차량의 속도 정보 등)를 제공받거나 차량으로 조향 시스템과 관련된 정보들을 제공할 수 있다. 이러한 내부 통신부 및 외부 통신부들은 전기적, 자기적 및 기계적 중 적어도 하나에 의해 연결될 수 있다.
컨트롤러부(50)는 한 개 또는 복수개일 수 있다. 컨트롤러부(50)는 조향 제어 모듈(220)의 각 구성요소와 연결되어 정보를 제공하거나 정보를 제공받고, 이를 기반으로 조향 제어 모듈(220)의 각 구성요소의 동작을 제어할 수 있다.
예를 들어, 컨트롤러부(50)는 조향 휠의 조향 토크 정보, 조향 휠의 조향각 정보, 온도 정보, 어시스트 전류 정보, 위치 정보(입력측 기구의 위치 정보, 출력측 기구의 위치 정보 및 조향 모터의 위치 정보 등), 차량의 상태 정보(일 예로, 차량의 차속 정보), 입력 전원의 상태 정보, 단락(또는, 과전류) 상태 정보, 필터부의 전류 센싱 정보 및 조향 모터의 상태 정보 중 적어도 하나의 정보에 기반하여, 조향 모터 제어 신호를 생성하여 조향 모터 전원부(20)(또는, 스위치 소자 드라이버(21))로 제공하거나, 분리/연결 제어 신호(일 예로, 클러치 제어 신호)를 생성하여 분리/연결 기구로 제공할 수 있다.
컨트롤러부(50)는 마이크로 컨트롤러를 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고 프로그램을 처리(또는, 실행 및 연산) 할 수 있는 장치(또는, 컴퓨터)라면 어떠한 장치(또는, 컴퓨터)라도 포함할 수 있다.
컨트롤러 감시부(60)는 컨트롤러부(50)와 연결될 수 있다. 컨트롤러 감시부(60)는 컨트롤러부(50)의 동작 상태를 감시할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러부(50)는 워치독 신호를 컨트롤러 감시부(60)로 제공할 수 있다. 그리고, 컨트롤러 감시부(60)는 컨트롤러부(50)로부터 제공받은 워치독 신호에 기반하여 클리어 되거나, 리셋 신호를 생성하여 컨트롤러부(50)로 제공할 수 있다.
컨트롤러 감시부(60)는 워치독을 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고 컨트롤러부를 감시할 수 있는 장치라면 어떠한 장치라도 포함할 수 있다. 특히, 워치독(watchdog은 데드라인 즉, 시작과 끝이 있는 윈도우(window) 워치독을 포함할 수 있다.
동작 전원 변환부(70)는 필터부(10)와 연결될 수 있다. 동작 전원 변환부(70)는 필터부(10)의 필터링된 전기 에너지를 변환하여 조향 제어 모듈(220)의 각 구성요소에 대한 동작 전압을 생성할 수 있다. 이러한 동작 전원 변환부(70)는 DC-DC 컨버터 및 레귤레이터(regulator) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고 필터링된 전기 에너지를 변환하여 조향 제어 모듈의 각 구성요소 및/또는 조향 제어 모듈의 오부에 대한 동작 전압을 생성할 수 있다면 어떠한 장치라도 포함할 수 있다.
한편, 조향 제어 모듈(220)은 ECU(Electronic Control Unit)를 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고 전자적으로 제어할 수 있는 장치(또는, 시스템)라면 어떠한 제어 장치(또는, 시스템)라도 포함할 수 있다.
도 3 및 도 4는 본 실시예들에 따른 조향 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 실시예들에 따른 조향 장치는 조향 휠(140)과 연결된 입력측 기구(110)와, 입력측 기구(110)와 기계적으로 연결되고 바퀴(150)와 연결된 출력측 기구(120) 등을 포함할 수 있다.
여기서, 입력측 기구(110)는 조향 휠(140)의 회전 방향 또는 조향 휠(140)의 회전 방향과 반대 방향으로 회전할 수 있으며, 조향 휠(140)과 연결되는 조향 축(111) 등을 포함할 수 있다.
여기서, 출력측 기구(120)는 바퀴(150)의 조향각(또는, 움직임 등)을 변화시킬 수 있으며, 유니버셜 조인트(121), 피니언(pinion)(122), 랙(rack)(123), 타이 로드(tie rod)(124) 및 너클 암(knuckle arm)(125) 중 적어도 어느 하나 등을 포함할 수 있다.
한편, 조향 액추에이터(230)는 입력측 기구(110) 및 출력측 기구(120) 중 어느 하나에 위치하여 이들을 어시스트할 수 있다. 예를 들어, 조향 액추에이터(230)가 입력측 기구(110)의 조향 축(111)에 위치하는 경우, 본 실시예들에 따른 조향 시스템은 C-EPS 형태일 수 있으며, 조향 액추에이터(230)가 출력측 기구(120)의 랙(123)에 위치하는 경우, 본 실시예들에 따른 조향 시스템은 R-EPS 형태일 수 있고, 조향 액추에이터(230)가 출력측 기구(120)의 피니언(122)에 위치하는 경우, 본 실시예들에 따른 조향 시스템은 P-EPS 형태일 수 있다.
도 4를 참조하면, 본 실시예들에 따른 조향 장치는 조향 휠(140)과 연결된 입력측 기구(110)와, 입력측 기구(110)와 기계적으로 분리되고 바퀴(150)와 연결된 출력측 기구(120) 등을 포함할 수 있다. 즉, 본 실시예들에 다른 조향 장치(100)는 스티어 바이 와이어(Steer by wire, SbW) 조향 장치일 수 있다.
여기서, 입력측 기구(110)는 조향 휠(140)의 회전 방향 또는 조향 휠(140)의 회전 방향과 반대 방향으로 회전할 수 있으며, 조향 휠(140)과 연결되는 조향 축(111) 등을 포함할 수 있다.
여기서, 출력측 기구(120)는 바퀴(150)의 조향각(또는, 움직임 등)을 변화시킬 수 있으며, 피니언(pinion)(122), 랙(rack)(123), 타이 로드(tie rod)(124) 및 너클 암(knuckle arm)(125) 중 적어도 어느 하나 등을 포함할 수 있다.
한편, 조향 어시스트 장치(200)는 입력측 기구(110)를 어시스트하는 입력측 조향 어시스트 장치 및 출력측 기구(120)를 어시스트하는 출력측 조향 어시스트 장치를 포함할 수 있는데, 본 실시예들에 따른 입력측 기구(110)와 입력측 조향 어시스트 장치는 스티어링 피드백 액추에이터(steering feedback actuator, SFA)로 지칭될 수 있으며, 출력측 기구(120)와 출력측 조향 어시스트 장치는 로드 휠 액추에이터(road wheel actuator, RWA)로 지칭될 수 있다.
도 5는 본 실시예들에 따른 토크 추정 장치를 설명하기 위한 블록 구성도이다.
도 5를 참조하면, 본 실시예들에 따른 토크 추정 장치(300)는 제 1 추정부(310), 제 2 추정부(320), 업데이트부(330) 및 제 3 추정부(340) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 제 1 추정부(310), 제 2 추정부(320), 업데이트부(330) 및 제 3 추정부(340)는 각각 한 개 또는 복수개일 수 있다. 제 1 추정부(310), 제 2 추정부(320), 업데이트부(330) 및 제 3 추정부(340)는 전기적, 자기적 및 기계적 중 적어도 하나에 의해 연결될 수 있다.
예를 들어, 본 실시예들에 따른 토크 추정 장치(300)는 조향 휠의 편심 질량(eccentric mass)을 추정하는 제 1 추정부(310); 및 조향 휠의 편심 토크(eccentric torque)를 추정하는 제 2 추정부(320)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 제 1 추정부(310)는 운전자 토크(driver torque)에 기반하여 조향 휠의 편심 질량(eccentric mass)을 추정할 수 있다.
여기서, 운전자 토크는 운전자가 조향 휠을 조작할 때 조향 휠에 가해지는 운전자의 힘을 의미하는 것으로서, 운전자의 조타 의지를 나타내는 실질적인 토크일 수 있다.
특히, 제 1 추정부(310)는 머신 러닝 알고리즘(machine learning algorithm)을 통해 운전자 토크에 기반하여 조향 휠의 편심 질량을 추정할 수 있다.
예를 들어, 제 1 추정부(310)는 운전자 토크에 대한 표준 편차(standard deviation)를 산출하고, 운전자 토크에 대한 표준 편차에 기반하여 조향 휠의 편심 질량을 추정할 수 있다.
여기서, 제 1 추정부(310)는 운전자 토크에 대한 값(value) 및 운전자 토크에 대한 평균값(mean value)에 기반하여 운전자 토크의 표준 편차를 산출할 수 있다.
예를 들어, 제 1 추정부(310)는 운전자 토크에 대한 값 및 운전자 토크에 대한 평균값을 이용하여 운전자 토크에 대한 편차를 산출하고, 운전자 토크에 대한 편차에 기반하여 운전자 토크에 대한 표준 편차를 산출할 수 있다.
즉, 제 1 추정부(310)는 운전자 토크에 대한 값에 운전자 토크에 대한 평균값을 감산하여 운전자 토크에 대한 편차를 산출하고, 운전자 토크에 대한 편차를 제곱하고 그 것의 평균값을 제곱근하여 운전자 토크에 대한 표준 편차를 산출할 수 있다.
여기서, 제 1 추정부(310)는 운전자 토크에 대한 표준 편차의 현재값와 이전값에 기반하여 조향 휠의 편심 질량을 추정할 수 있다.
예를 들어, 제 1 추정부(310)는 운전자 토크에 대한 표준 편차의 현재값와 이전값의 차이값와, 조향 휠의 편심 질량에 대한 게인값와, 조향 휠의 편심 질량에 대한 현재값을 곱하여 조향 휠의 편심 질량을 추정할 수 있다.
제 2 추정부(320)는 조향 각 센서에 의한 조향 각을 이용하여 조향 휠의 편심 질량에 기반하는 조향 휠의 편심 토크(eccentric torque)를 추정할 수 있다.
예를 들어, 제 2 추정부(320)는 조향 각 센서에 의한 조향 각을 이용하여 조향 휠의 편심 질량에 작용하는 중력에 의한 조향 휠의 편심 토크를 추정할 수 있다.
구체적으로, 제 2 추정부(320)는 조향 휠의 편심 질량와, 조향 휠의 편심 질량에 작용하는 중력와, 조향 휠의 회전 중심과 조향 휠의 질량 중심 사이의 거리와, 사인(sine) 형태의 조향 각 센서에 의한 조향 각을 이용하여(일 예로, 곱하여) 조향 휠의 편심 토크를 추정할 수 있다.
업데이트부(330)는 조향 휠의 편심 질량을 업데이트(update)할 수 있다. 업데이트부(330)는 업데이트된 조향 휠의 편심 질량을 저장할 수 있다.
이에, 제 2 추정부(320)는 조향 각 센서에 의한 조향 각을 이용하여 업데이트된 조향 휠의 편심 질량에 기반하는 조향 휠의 편심 토크를 추정할 수 있다.
제 3 추정부(340)는 조향 토크 센서에 의한 조향 토크와, 조향 각 센서에 의한 조향 각, 조향 휠의 편심 토크에 기반하여 조향 휠의 조향 각, 조향 휠의 조향 각속도 및 운전자 토크를 추정할 수 있다.
예를 들어, 제 3 추정부(340)는, 조향 휠의 조향 각, 조향 휠의 조향 각속도 및 운전자 토크를 상태 변수로 결정하고; 상기 상태 변수, 조향 토크 센서에 의한 조향 토크, 조향 각 센서에 의한 조향 각 및 조향 휠의 편심 토크에 기반하여 조향 휠에 대한 상태 방정식을 산출하며; 조향 휠에 대한 상태 방정식, 제 1 내지 제 3 비례 이득, 조향 각 센서에 의한 조향 각 및 추정된 조향 휠의 조향 각에 기반하여 상태 변수(조향 휠의 조향 각, 조향 휠의 조향 각속도 및 운전자 토크)를 추정할 수 있다.
한편, 업데이트부(330)는 제 1 내지 제 3 비례 이득을 업데이트할 수 있다. 이에, 제 3 추정부(340)는 조향 휠의 조향 각, 조향 휠의 조향 각속도 및 운전자 토크를 상태 변수로 결정하고; 상태 변수, 조향 토크 센서에 의한 조향 토크, 조향 각 센서에 의한 조향 각 및 조향 휠의 편심 토크에 기반하여 조향 휠에 대한 상태 방정식을 산출하며; 조향 휠에 대한 상태 방정식, 업데이트된 제 1 내지 제 3 비례 이득, 조향 각 센서에 의한 조향 각 및 추정된 조향 휠의 조향 각에 기반하여 상태 변수(조향 휠의 조향 각, 조향 휠의 조향 각속도 및 운전자 토크)를 추정할 수 있다.
여기서, 업데이트부(330)는 칼만 필터(kalman filter)를 통해 제 1 내지 제 3 비례 이득을 결정하고 업데이트할 수 있다.
도 6은 본 실시예들에 따른 조향 제어 모듈을 설명하기 위한 블록 구성도이다.
도 6을 참조하면, 본 실시예들에 따른 조향 제어 모듈(220)은 컨트롤러부(50)를 포함할 수 있다. 컨트롤러부(50)는 제 1 추정부(51), 제 2 추정부(52), 업데이트부(53), 제 3 추정부(54) 및 제어 신호 생성부(55) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 제 1 추정부(51), 제 2 추정부(52), 업데이트부(53), 제 3 추정부(54) 및 제어 신호 생성부(55)는 각각 한 개 또는 복수개일 수 있다. 제 1 추정부(51), 제 2 추정부(52), 업데이트부(53), 제 3 추정부(54) 및 제어 신호 생성부(55)는 전기적, 자기적 및 기계적 중 적어도 하나에 의해 연결될 수 있다.
여기서, 컨트롤러부(50)의 제 1 추정부(51), 제 2 추정부(52), 업데이트부(53), 제 3 추정부(54) 및 제어 신호 생성부(55)와 도 5를 참조하여 상술한 토크 추정 장치(300)의 제 1 추정부(310), 제 2 추정부(320), 업데이트부(330) 및 제 3 추정부(340)는 각각 대응되는 동일한 구성 요소로 이해할 수 있으므로, 서로 동일한 기능을 수행할 수 있다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 실시예들에 따른 조향 시스템은 조향 휠(140)과 연결된 입력측 기구(110); 및 바퀴(150)와 연결된 출력측 기구(120)를 포함하는 조향 장치(100); 및 입력측 기구(110) 및 출력측 기구(120) 중 적어도 하나를 어시스트하는 조향 어시스트 장치(200)를 포함할 수 있다.
여기서, 본 실시예들에 따른 조향 어시스트 장치(200)는 조향 각을 획득하는 조향 각 센서(242) 및 조향 토크를 획득하는 조향 토크 센서(241) 중 적어도 하나의 센서를 포함하는 센서 모듈(240); 및 조향 모터 제어 신호를 바탕으로 조향 모터 전원부(20)를 제어하여 조향 모터(231)의 동작을 제어하는 조향 제어 모듈(220)을 포함하되, 조향 제어 모듈(220)은, 운전자 토크(driver torque)에 기반하여 조향 휠의 편심 질량(eccentric mass)을 추정하고, 조향 각 센서에 의한 조향 각을 이용하여 조향 휠의 편심 질량에 기반하는 조향 휠의 편심 토크(eccentric torque)를 추정하며, 조향 휠의 편심 토크가 반영된 운전자 토크에 기반하여 조향 모터 제어 신호를 생성할 수 있다.
특히, 조향 제어 모듈(220)은 운전자 토크(driver torque)에 기반하여 조향 휠의 편심 질량(eccentric mass)을 추정하는 제 1 추정부(51); 및 조향 각 센서에 의한 조향 각을 이용하여 상기 조향 휠의 편심 질량에 기반하는 상기 조향 휠의 편심 토크(eccentric torque)를 추정하는 제 2 추정부(52) 및 조향 휠의 조향 각, 조향 휠의 조향 각속도 및 운전자 토크 중 적어도 하나에 기반하여 조향 모터 제어 신호를 생성하는 제어 신호 생성부(55)를 포함할 수 있다.
여기서, 제어 신호 생성부(55)는 조향 휠의 편심 토크가 반영된 운전자 토크에 기반하여 상기 조향 모터 제어 신호를 생성할 수 있다.
여기서, 조향 제어 모듈(220)에 포함된 제 1 추정부(51), 제 2 추정부(52), 업데이트부(53), 제 3 추정부(54) 각각은 도 5를 참조하여 상술한 토크 추정 장치의 제 1 추정부(310), 제 2 추정부(320), 업데이트부(330) 및 제 3 추정부(340) 각각와 동일한 구성요소로 이해할 수 있으므로, 아래에서는 설명의 간명성을 위해 상술한 구성요소에 대한 구체적인 설명을 생략하기로 한다.
상술된 바와 같이, 조향 제어 모듈(220)은 제 1 추정부(51), 제 2 추정부(52), 업데이트부(53), 제 3 추정부(54) 및 제어 신호 생성부(55)를 통해 각각의 기능을 수행할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고 하나의 부 즉, 컨트롤러부(50)를 통해 통합적으로 기능을 수행할 수 있다.
도 7은 본 실시예들에 따른 조향 휠의 모델링을 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하면, 본 실시예들에 따른 조향 토크 센서(241) 및 조향 각 센서(242)는 조향 휠(140) 상에 위치할 수 있다. 조향 토크 센서(241) 및 조향 각 센서(242)는 각각 개별적으로 구비될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고 통합된 TAS(Torque　Angle　Sensor) 형태로 구비될 수도 있다.
여기서, 조향 토크 센서(241)는 조향 토크를 획득할 수 있다. 특히, 조향 토크는 토션바 토크(torsion-bar torque)일 수 있다.
여기서, 조향 각 센서(242)는 조향 각을 획득할 수 있다.
한편, 조향 시스템에 대한 파라미터(parameters) 및 베어리어블(variables)은 표 1과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00001
여기서, 조향 시스템 역학(steering system dynamics)에서, 조향 시스템 입력은 토션바 토크일 수 있고, 조향 시스템 출력은 조향 각일 수 있다.
조향 휠에 대한 상태 방정식 즉, 조향 휠에 대한 Augmented reduced order state equation은 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다. 즉, 조향 휠의 조향 각, 조향 휠의 조향 각속도 및 운전자 토크를 상태 변수로 결정하고, 상태 변수, 조향 토크 센서에 의한 토션바 토크, 조향 각 센서에 의한 조향 각 및 조향 휠의 편심 토크에 기반하여 조향 휠에 대한 상태 방정식을 산출할 수 있다.
Figure pat00002
도 8은 본 실시예들에 따른 관측기를 설명하기 위한 도면이다.
도 8을 참조하면, 본 실시예들에 따른 토크 추정 장치(300)는 Full-states & disturbance observer라고 지칭될 수 있다.
S3를 참조하면, S3에서는 조향 토크 센서(241)에 의한 토션바 토크, 조향 각 센서(242)에 의한 조향 각 및 S2에서의 조향 휠의 편심 토크에 기반하여 운전자 토크, 조향 휠의 조향 각 및 조향 휠의 각속도를 추정할 수 있다.
즉, S3에서는 도 7에서 산출된 조향 휠에 대한 상태 방정식와, 제 1 내지 제 3 비례 이득(l1~l3), 조향 각 센서에 의한 조향 각 및 추정된 조향 휠의 조향 각에 기반하여 상태 변수(운전자 토크, 조향 휠의 조향 각 및 조향 휠의 각속도)를 추정할 수 있다.
S3에서의 상태 변수 관측기는 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00003
S4를 참조하면, S4에서는 Machine Learning Algorithm에 기반하여 조향 휠의 편심 질량을 추정할 수 있다.
우선, 조향 휠의 편심 질량 러닝(learning)을 위한 Machine Learning Algorithm은 아래의 전제 조건(precondition )이 필요할 수 있다.
① No load condition (Make sure the steering wheel be free body.)
② Exciting torque as sin sweep signal
그리고, 조향 휠의 편심 질량 러닝(learning)을 위한 Machine Learning Algorithm은 운전자 토크에 대한 표준 편차(standard deviation)를 산출하고, 운전자 토크에 대한 표준 편차에 기반하여 조향 휠의 편심 질량을 추정할 수 있다.
운전자 토크에 대한 표준 편차(standard deviation)를 산출하는 식은 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00004
운전자 토크에 대한 표준 편차에 기반하여 조향 휠의 편심 질량을 추정하는 식은 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00005
S1을 참조하면, S1에서는 추정기 게인 즉, 제 1 내지 제 3 비례이득 및 조향 휠의 편심 질량을 업데이트할 수 있다.
특히, 추정기 게인 즉, 제 1 내지 제 3 비례이득은 칼만 필터(kalman filter)를 통해 결정될 수 있다. 칼만 필터(kalman filter) 식은 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00006
S2을 참조하면, S2에서는 조향 휠의 편심 토크를 산출할 수 있다.
조향 휠의 편심 토크를 산출하는 식은 수학식 6과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00007
도 9는 본 실시예들에 따른 조향 휠의 편심 토크를 설명하기 위한 도면이다.
도 9를 참조하면, 조향 휠이 회전하면, 조향 휠의 질량 중심은 조향 각 센서에 의한 조향 각(θsw)에 기반하여 Cm에서 Cm'로 이동할 수 있다. 이에, 조향 휠(140)의 편심 토크는 조향 휠의 편심 질량(m)와, 조향 휠의 편심 질량(m)에 작용하는 중력(g)와, 조향 휠의 회전 중심(Cr)과 조향 휠의 질량 중심(Cm) 사이의 거리(R)와, 사인(sine) 형태의 조향 각 센서에 의한 조향 각(θsw)의 곱으로 나타낼 수 있다.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 실시예들에 따른 조향 어시스트 방법에 대해 설명한다. 본 실시예들에 따른 조향 어시스트 방법은 토크 추정 장치, 조향 제어 장치, 조향 어시스트 장치 및 조향 시스템을 통해 수행될 수 있다. 이에, 도 1 내지 도 9 참조하여 상술한 본 실시예들에 따른 토크 추정 장치, 조향 제어 장치, 조향 어시스트 장치 및 조향 시스템와 중복되는 부분은 설명의 간명성을 위하여 이하에서 생략한다.
도 10은 본 실시예들에 따른 조향 어시스트 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 10을 참조하면, 본 실시예들에 따른 조향 어시스트 방법은 토크 추정 방법(S100) 및 조향 모터 제어 방법(S200) 중 적어도 하나의 방법을 포함할 수 있다.
여기서, 본 실시예들에 따른 토크 추정 방법(S100)은 조향 휠의 편심 질량(eccentric mass) 추정 단계(S110), 업데이트 단계(S120), 조향 휠의 편심 토크(eccentric torque) 추정 단계(S130) 및 운전자 토크 추정 단계(S140) 중 적어도 하나의 단계를 포함할 수 있다.
구체적으로, 먼저 운전자 토크(driver torque)에 기반하여 조향 휠의 편심 질량(eccentric mass)을 추정할 수 있다(S110).
특히, 단계 S100에서는 머신 러닝 알고리즘(machine learning algorithm)을 통해 운전자 토크에 기반하여 조향 휠의 편심 질량을 추정할 수 있다.
예를 들어, 단계 S100에서는 운전자 토크에 대한 표준 편차(standard deviation)를 산출하고, 운전자 토크에 대한 표준 편차에 기반하여 조향 휠의 편심 질량을 추정할 수 있다.
여기서, 단계 S100에서는 운전자 토크에 대한 값(value) 및 운전자 토크에 대한 평균값(mean value)에 기반하여 운전자 토크의 표준 편차를 산출할 수 있다.
예를 들어, 단계 S100에서는 운전자 토크에 대한 값 및 운전자 토크에 대한 평균값을 이용하여 운전자 토크에 대한 편차를 산출하고, 운전자 토크에 대한 편차에 기반하여 운전자 토크에 대한 표준 편차를 산출할 수 있다.
즉, 단계 S100에서는 운전자 토크에 대한 값에 운전자 토크에 대한 평균값을 감산하여 운전자 토크에 대한 편차를 산출하고, 운전자 토크에 대한 편차를 제곱하고 그 것의 평균값을 제곱근하여 운전자 토크에 대한 표준 편차를 산출할 수 있다.
여기서, 단계 S100에서는 운전자 토크에 대한 표준 편차의 현재값와 이전값에 기반하여 조향 휠의 편심 질량을 추정할 수 있다.
예를 들어, 단계 S100에서는 운전자 토크에 대한 표준 편차의 현재값와 이전값의 차이값와, 조향 휠의 편심 질량에 대한 게인값와, 조향 휠의 편심 질량에 대한 현재값을 곱하여 조향 휠의 편심 질량을 추정할 수 있다.
이후, 조향 각 센서에 의한 조향 각을 이용하여 상기 조향 휠의 편심 질량에 기반하는 조향 휠의 편심 토크(eccentric torque)를 추정할 수 있다(S130).
단계 S130에서는 조향 각 센서에 의한 조향 각을 이용하여 조향 휠의 편심 질량에 기반하는 조향 휠의 편심 토크(eccentric torque)를 추정할 수 있다.
예를 들어, 단계 S130에서는 조향 각 센서에 의한 조향 각을 이용하여 조향 휠의 편심 질량에 작용하는 중력에 의한 조향 휠의 편심 토크를 추정할 수 있다.
구체적으로, 단계 S130에서는 조향 휠의 편심 질량와, 조향 휠의 편심 질량에 작용하는 중력와, 조향 휠의 회전 중심과 조향 휠의 질량 중심 사이의 거리와, 사인(sine) 형태의 조향 각 센서에 의한 조향 각을 이용하여(일 예로, 곱하여) 조향 휠의 편심 토크를 추정할 수 있다.
이후, 조향 휠의 편심 토크가 반영된 운전자 토크에 기반하여 조향 모터 제어 신호를 생성하고, 조향 모터 제어 신호를 바탕으로 조향 모터 전원부를 제어하여 조향 모터의 동작을 제어할 수 있다(S200).
한편, 단계 S110이후에, 단계 S120에서는 조향 휠의 편심 질량을 업데이트(update)할 수 있다. 단계 S120에서는 업데이트된 조향 휠의 편심 질량을 저장할 수 있다.
이에, 단계 S130에서는 조향 각 센서에 의한 조향 각을 이용하여 업데이트된 조향 휠의 편심 질량에 기반하는 조향 휠의 편심 토크를 추정할 수 있다.
한편, 단계 S130이후에, 조향 토크 센서에 의한 조향 토크와, 조향 각 센서에 의한 조향 각, 조향 휠의 편심 토크에 기반하여 조향 휠의 조향 각, 조향 휠의 조향 각속도 및 운전자 토크를 추정할 수 있다(S140).
예를 들어, 단계 S140에서는, 조향 휠의 조향 각, 조향 휠의 조향 각속도 및 운전자 토크를 상태 변수로 결정하고; 상태 변수, 조향 토크 센서에 의한 조향 토크, 조향 각 센서에 의한 조향 각 및 조향 휠의 편심 토크에 기반하여 조향 휠에 대한 상태 방정식을 산출하며; 조향 휠에 대한 상태 방정식, 제 1 내지 제 3 비례 이득, 조향 각 센서에 의한 조향 각 및 추정된 조향 휠의 조향 각에 기반하여 상태 변수(조향 휠의 조향 각, 조향 휠의 조향 각속도 및 운전자 토크)를 추정할 수 있다.
한편, 단계 S110이후에, 단계 S120에서는 제 1 내지 제 3 비례 이득을 업데이트할 수 있다. 이에, 단계 S140에서는 조향 휠의 조향 각, 조향 휠의 조향 각속도 및 운전자 토크를 상태 변수로 결정하고; 상태 변수, 조향 토크 센서에 의한 조향 토크, 조향 각 센서에 의한 조향 각 및 조향 휠의 편심 토크에 기반하여 조향 휠에 대한 상태 방정식을 산출하며; 조향 휠에 대한 상태 방정식, 업데이트된 제 1 내지 제 3 비례 이득, 조향 각 센서에 의한 조향 각 및 추정된 조향 휠의 조향 각에 기반하여 상태 변수(조향 휠의 조향 각, 조향 휠의 조향 각속도 및 운전자 토크)를 추정할 수 있다.
여기서, 단계 S120에서는 칼만 필터(kalman filter)를 통해 제 1 내지 제 3 비례 이득을 결정하고 업데이트할 수 있다.
조향 토크 센서의 조향 토크 정보를 통해 운전자의 조타 의지를 파악하는 종래의 조향 시스템은 조향 휠의 편심에 의해 발생되는 조향 휠의 편심 토크가 조향 토크 정보에 반영되지 않음으로써, 운전자 조타 의지가 부정확하여 조향 제어의 정밀도가 떨어지는 반면, 본 실시예들에 따른 토크 추정 장치, 조향 제어 장치, 조향 어시스트 장치, 조향 시스템 및 조향 어시스트 방법은 머신 러닝 알고리즘(machine learning algorithm)을 통해 조향 휠의 편심 토크를 추정하고, 추정된 조향 휠의 편심 토크를 반영하여 운전자 토크를 포함하는 상태 변수를 추정함으로써, 운전자의 조타 의지를 보다 정밀하게 추정 할 수 있어 조향 제어의 정밀도를 향상시킬 수 있다.
도 11은 본 실시예들에 따른 토크 추정 장치, 조향 제어 장치, 조향 어시스트 장치 및 조향 시스템의 컴퓨터 시스템에 대한 블록 구성도이다.
도 11을 참조하면, 이상 상술한 본 실시예들은, 컴퓨터 시스템 내에, 예를 들어, 컴퓨터 판독가능 기록 매체로 구현될 수 있다. 도면에 도시된 바와 같이, 토크 추정 장치, 조향 제어 장치, 조향 어시스트 장치 및 조향 시스템 등의 컴퓨터 시스템(1000)은 하나 이상의 프로세서(1010), 메모리(1020), 저장부(1030), 사용자 인터페이스 입력부(1040) 및 사용자 인터페이스 출력부(1050) 중 적어도 하나 이상의 요소를 포함할 수 있으며, 이들은 버스(1060)를 통해 서로 통신할 수 있다. 또한, 컴퓨터 시스템(1000)은 네트워크에 접속하기 위한 네트워크 인터페이스(1070)를 또한 포함할 수 있다. 프로세서(1010)는 메모리(1020) 및/또는 저장소(1030)에 저장된 처리 명령어를 실행시키는 CPU 또는 반도체 소자일 수 있다. 메모리(1020) 및 저장부(1030)는 다양한 유형의 휘발성/비휘발성 기억 매체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 메모리는 ROM(1024) 및 RAM(1025)을 포함할 수 있다.
이에 따라, 본 실시예들은 컴퓨터로 구현되는 방법 또는 컴퓨터 실행 가능 명령어들이 저장된 비휘발성 컴퓨터 기록 매체로 구현될 수 있다. 상기 명령어들은 프로세서에 의해 실행될 때 본 실시예들의 적어도 일 실시 예에 따른 방법을 수행할 수 있다.
이상의 설명은 본 개시의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 기술 사상의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 또한, 본 실시예들은 본 개시의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로 이러한 실시예에 의하여 본 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 개시의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 개시의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1: 조향 시스템
100: 조향 장치
200: 조향 어시스트 장치
220: 조향 제어 모듈
300: 토크 추정 장치

Claims (20)

  1. 운전자 토크(driver torque)에 대한 표준 편차(standard deviation)를 산출하고, 상기 운전자 토크에 대한 표준 편차에 기반하여 조향 휠의 편심 질량(eccentric mass)을 추정하는 제 1 추정부; 및
    조향 각 센서에 의한 조향 각을 이용하여 상기 조향 휠의 편심 질량에 기반하는 조향 휠의 편심 토크(eccentric torque)를 추정하는 제 2 추정부를 포함하는 토크 추정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 추정부는,
    상기 운전자 토크에 대한 값(value)에 상기 운전자 토크에 대한 평균값(mean value)을 감산하여 상기 운전자 토크에 대한 편차를 산출하고, 상기 운전자 토크에 대한 편차를 제곱하고 그 것의 평균값을 제곱근하여 상기 운전자 토크에 대한 표준 편차를 산출하는 토크 추정 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 추정부는,
    상기 운전자 토크에 대한 표준 편차의 현재값와 이전값에 기반하여 상기 조향 휠의 편심 질량을 추정하는 토크 추정 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 추정부는,
    상기 운전자 토크에 대한 표준 편차의 현재값와 이전값의 차이값와, 조향 휠의 편심 질량에 대한 게인값와, 조향 휠의 편심 질량에 대한 현재값을 곱하여 상기 조향 휠의 편심 질량을 추정하는 토크 추정 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 추정부는,
    상기 조향 각 센서에 의한 조향 각을 이용하여 상기 조향 휠의 편심 질량에 작용하는 중력에 의한 상기 조향 휠의 편심 토크를 추정하는 토크 추정 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 2 추정부는,
    상기 조향 휠의 편심 질량와, 상기 조향 휠의 편심 질량에 작용하는 중력와, 조향 휠의 회전 중심과 조향 휠의 질량 중심 사이의 거리와, 사인(sine) 형태의 조향 각 센서에 의한 조향 각을 이용하여 상기 조향 휠의 편심 토크를 추정하는 토크 추정 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    조향 토크 센서에 의한 조향 토크와, 상기 조향 각 센서에 의한 조향 각, 상기 조향 휠의 편심 토크에 기반하여 조향 휠의 조향 각, 조향 휠의 조향 각속도 및 상기 운전자 토크를 추정하는 제 3 추정부를 더 포함하는 토크 추정 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 3 추정부는,
    조향 휠의 조향 각, 조향 휠의 조향 각속도 및 운전자 토크를 상태 변수로 결정하고; 상기 상태 변수, 상기 조향 토크 센서에 의한 조향 토크, 상기 조향 각 센서에 의한 조향 각 및 상기 조향 휠의 편심 토크에 기반하여 조향 휠에 대한 상태 방정식을 산출하며; 상기 조향 휠에 대한 상태 방정식, 제 1 내지 제 3 비례 이득, 상기 조향 각 센서에 의한 조향 각 및 추정된 조향 휠의 조향 각에 기반하여 상기 상태 변수를 추정하는 토크 추정 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 내지 제 3 비례 이득을 업데이트(update)하는 업데이트부를 더 포함하되,
    상기 제 3 추정부는,
    조향 휠의 조향 각, 조향 휠의 조향 각속도 및 운전자 토크를 상태 변수로 결정하고; 상기 상태 변수, 상기 조향 토크 센서에 의한 조향 토크, 상기 조향 각 센서에 의한 조향 각 및 상기 조향 휠의 편심 토크에 기반하여 조향 휠에 대한 상태 방정식을 산출하며; 상기 조향 휠에 대한 상태 방정식, 업데이트된 제 1 내지 제 3 비례 이득, 상기 조향 각 센서에 의한 조향 각 및 추정된 조향 휠의 조향 각에 기반하여 상기 상태 변수를 추정하는 토크 추정 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 업데이트부는,
    칼만 필터(kalman filter)를 통해 상기 제 1 내지 제 3 비례 이득을 결정하고 업데이트하는 토크 추정 장치.
  11. 조향 각을 획득하는 조향 각 센서를 포함하는 센서 모듈; 및
    조향 모터 제어 신호를 바탕으로 조향 모터 전원부를 제어하여 조향 모터의 동작을 제어하는 조향 제어 모듈을 포함하되,
    상기 조향 제어 모듈은,
    운전자 토크(driver torque)에 대한 표준 편차(standard deviation)를 산출하고, 상기 운전자 토크에 대한 표준 편차에 기반하여 조향 휠의 편심 질량(eccentric mass)을 추정하며, 상기 조향 각 센서에 의한 조향 각을 이용하여 상기 조향 휠의 편심 질량에 기반하는 조향 휠의 편심 토크(eccentric torque)를 추정하며, 상기 조향 휠의 편심 토크가 반영된 운전자 토크에 기반하여 상기 조향 모터 제어 신호를 생성하는 조향 어시스트 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 조향 제어 모듈은,
    상기 운전자 토크에 대한 값(value)에 상기 운전자 토크에 대한 평균값(mean value)을 감산하여 상기 운전자 토크에 대한 편차를 산출하고, 상기 운전자 토크에 대한 편차를 제곱하고 그 것의 평균값을 제곱근하여 상기 운전자 토크에 대한 표준 편차를 산출하는 조향 어시스트 장치.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 조향 제어 모듈은,
    상기 운전자 토크에 대한 표준 편차의 현재값와 이전값의 차이값와, 조향 휠의 편심 질량에 대한 게인값와, 조향 휠의 편심 질량에 대한 현재값을 곱하여 상기 조향 휠의 편심 질량을 추정하는 조향 어시스트 장치.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 조향 제어 모듈은,
    상기 조향 휠의 편심 질량와, 상기 조향 휠의 편심 질량에 작용하는 중력와, 조향 휠의 회전 중심과 조향 휠의 질량 중심 사이의 거리와, 사인(sine) 형태의 조향 각 센서에 의한 조향 각을 이용하여 상기 조향 휠의 편심 토크를 추정하는 조향 어시스트 장치.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 센서 모듈은, 조향 토크를 획득하는 조향 토크 센서를 더 포함하고,
    상기 조향 제어 모듈은, 상기 조향 토크 센서에 의한 조향 토크와, 상기 조향 각 센서에 의한 조향 각, 상기 조향 휠의 편심 토크에 기반하여 조향 휠의 조향 각, 조향 휠의 조향 각속도 및 상기 운전자 토크를 추정하는 제 3 추정부를 더 포함하는 조향 어시스트 장치.
  16. 운전자 토크(driver torque)에 대한 표준 편차(standard deviation)를 산출하고, 상기 운전자 토크에 대한 표준 편차에 기반하여 조향 휠의 편심 질량(eccentric mass)을 추정하는 단계;
    조향 각 센서에 의한 조향 각을 이용하여 상기 조향 휠의 편심 질량에 기반하는 조향 휠의 편심 토크(eccentric torque)를 추정하는 단계; 및
    상기 조향 휠의 편심 토크가 반영된 운전자 토크에 기반하여 조향 모터 제어 신호를 생성하고, 상기 조향 모터 제어 신호를 바탕으로 조향 모터 전원부를 제어하여 조향 모터의 동작을 제어하는 조향 어시스트 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 조향 휠의 편심 질량을 추정하는 단계는,
    상기 운전자 토크에 대한 값(value)에 상기 운전자 토크에 대한 평균값(mean value)을 감산하여 상기 운전자 토크에 대한 편차를 산출하고, 상기 운전자 토크에 대한 편차를 제곱하고 그 것의 평균값을 제곱근하여 상기 운전자 토크에 대한 표준 편차를 산출하는 단계를 포함하는 조향 어시스트 방법.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 조향 휠의 편심 질량을 추정하는 단계는,
    상기 운전자 토크에 대한 표준 편차의 현재값와 이전값의 차이값와, 조향 휠의 편심 질량에 대한 게인값와, 조향 휠의 편심 질량에 대한 현재값을 곱하여 상기 조향 휠의 편심 질량을 추정하는 단계를 포함하는 조향 어시스트 방법.
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 조향 휠의 편심 토크를 추정하는 단계는,
    상기 조향 휠의 편심 질량와, 상기 조향 휠의 편심 질량에 작용하는 중력와, 조향 휠의 회전 중심과 조향 휠의 질량 중심 사이의 거리와, 사인(sine) 형태의 조향 각 센서에 의한 조향 각을 이용하여 상기 조향 휠의 편심 토크를 추정하는 단계를 포함하는 조향 어시스트 방법.
  20. 제 16 항에 있어서,
    상기 조향 휠의 편심 토크를 추정하는 단계 이후에,
    조향 토크 센서에 의한 조향 토크와, 상기 조향 각 센서에 의한 조향 각, 상기 조향 휠의 편심 토크에 기반하여 조향 휠의 조향 각, 조향 휠의 조향 각속도 및 상기 운전자 토크를 추정하는 단계를 더 포함하는 조향 어시스트 방법.
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