KR20220144273A

KR20220144273A - 전동식 조향시스템의 제어 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20220144273A
Application number: KR1020210050763A
Authority: KR
Inventors: 김태홍
Original assignee: 현대모비스 주식회사
Priority date: 2021-04-19
Filing date: 2021-04-19
Publication date: 2022-10-26

Abstract

전동식 조향시스템의 제어 장치 및 방법이 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따른 전동식 조향시스템의 제어 장치는, 자율주행 시스템으로부터 입력된 지령 조향각과 피드백 조향각 간의 차이에 기초한 조향각 에러를 보상하여 지령 전류를 출력하는 조향각 위치 제어기, 및 상기 지령 전류에 포함된 노이즈를 추정하고, 상기 추정된 노이즈를 상기 조향각 위치 제어기에 인가하는 외란 관측기를 포함하되, 상기 조향각 위치 제어기는 상기 피드백 조향각에서 상기 노이즈를 제거하고, 상기 지령 조향각과 상기 노이즈가 제거된 피드백 조향각 간의 차이인 조향각 에러를 보상하여 상기 지령 전류를 출력할 수 있다.

Description

전동식 조향시스템의 제어 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING MOTOR DRIVEN POWER STEERING SYSTEM OF VEHICLE}

본 발명은 전동식 조향시스템의 제어 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 운전자 조타모드를 지원하는 전동식 조향시스템이 자율주행 모드로 동작 시, 외부인자에 의한 노이즈에도 성능을 안정적으로 극대화시킬 수 있도록 하는 전동식 조향시스템의 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 차량의 동력 보조 조향장치로는 유압 펌프의 유압을 이용한 유압식 조향장치(Hydraulic Power Steering Apparatus)가 사용되고 있지만, 1990년대 이후 전동 모터를 이용한 전동식 조향시스템(MDPS : Motor Driven Power Steering)이 점차로 보편화되어 가고 있다.

기존의 유압식 조향장치는 동력을 보조해 주는 동력원인 유압 펌프가 엔진에 의해 구동되어 조향 휠의 회전 여부와 관계없이 항상 에너지를 소모하게 되는데 비해서 전동식 조향시스템은 조향 휠이 회전하여 토크가 발생되면 전기 에너지로 구동되는 모터가 조향 보조 동력을 제공하게 된다.

따라서 전동식 조향시스템(또는 전동식 조향장치)을 사용하는 경우 유압식 조향장치에 비해 차량의 에너지 효율을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.

한편, 자율주행 모드가 적용된 차량은 자율주행 시 전동식 조향시스템의 위치제어 성능이 중요하다. 하지만 운전자 조타모드와 자율주행 모드를 모두 지원하기 위해서는 기존의 운전자 조타모드를 지원하는 전동식 조향시스템의 기구적인 시스템 기반에서 자율주행을 수행해야 한다. 이를 위해 운전자 조타모드를 지원하면서도 자율주행 성능을 높일 수 있는 다양한 기술들이 개발되고 있다.

그러나, 종래에는 운전자 조타모드를 지원하는 전동식 조향시스템이 자율주행 모드로 동작 시 노면의 진동이나 지령 조향각의 급 변동 등에 따른 핸들 관성 등으로 위치 제어의 안정성이 저하되는 문제가 있었다. 즉, 자율주행 중 노면이나 주변 환경에 의해 유입되는 노이즈 또는 급변하는 지령 조향각 입력 등으로 인해 전동식 조향시스템의 위치 제어가 제대로 이루어지지 않을 수 있다.

이에, 운전자 조타 기반 전동식 조향시스템이 자율주행 모드로 동작 시 노면의 진동이나 지령 조향각의 급 변동 등에 따른 핸들 관성 등을 감지하고, 이를 보상하여 전동식 조향시스템의 위치 제어 성능을 향상시킬 수 있도록 하는 기술 개발이 필요한 상황이다.

본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 10-2019-0098783호(2019.08.23)의 '차량용 핸들 제어 장치'에 개시되어 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로서, 운전자 조타모드를 지원하는 전동식 조향시스템이 자율주행 모드로 동작 시, 외부인자에 의한 노이즈에도 성능을 안정적으로 극대화시킬 수 있도록 하는, 전동식 조향시스템의 제어 장치 및 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 전동식 조향시스템의 제어 장치는, 자율주행 시스템으로부터 입력된 지령 조향각과 피드백 조향각 간의 차이에 기초한 조향각 에러를 보상하여 지령 전류를 출력하는 조향각 위치 제어기, 및 상기 지령 전류에 포함된 노이즈를 추정하고, 상기 추정된 노이즈를 상기 조향각 위치 제어기에 인가하는 외란 관측기를 포함하되, 상기 조향각 위치 제어기는 상기 피드백 조향각에서 상기 노이즈를 제거하고, 상기 지령 조향각과 상기 노이즈가 제거된 피드백 조향각 간의 차이인 조향각 에러를 보상하여 상기 지령 전류를 출력할 수 있다.

본 발명에서 상기 조향각 위치 제어기는, 현재 조향각에서 토션바의 공진 주파수를 제거하고, 상기 공진 주파수가 제거된 피드백 조향각을 출력하는 필터부, 상기 지령 조향각에서 상기 피드백 조향각 및 상기 노이즈를 차 연산하고, 상기 차 연산된 값을 조향각 에러로 출력하는 제1 연산부, 및 상기 조향각 에러를 보상하여 상기 지령 전류를 출력하는 위치 제어부를 포함할 수 있다.

본 발명에서 상기 필터부는, 노치(Notch) 필터, Lead-lag 필터, 및 대역 저지 필터(Band stop filter) 중 적어도 하나를 이용할 수 있다.

본 발명에서 상기 위치 제어부는, 상기 조향각 에러를 보상하여 지령 속도를 출력하고, 상기 지령 속도와 현재 조향각 속도 간의 차이인 속도 에러를 보상하여, 상기 지령 전류를 출력할 수 있다.

본 발명에서 상기 외란 관측기는, MDPS(Motor Driven Power Steering) 모델링 함수의 역전달함수를 통해 상기 지령 전류의 노이즈를 추정하고, 상기 추정된 노이즈를 조향각 위치 제어기에 인가할 수 있다.

본 발명에서 상기 외란 관측기는, 상기 MDPS 모델링 함수의 역전달함수를 구하고, 상기 역전달함수에 상기 MDPS 모델링 함수의 출력을 인가받는 역전달함수부, 상기 역전달함수부의 앞단에 구비되며, 상기 역전달함수의 분자 및 분모의 차수를 동일하게 변환하는 제1 가변 LPF(Low pass filter), 상기 MDPS의 입력단에 병렬로 구비되는 제2 가변 LPF, 및 상기 역전달함수부와 상기 제1 가변 LPF의 곱 연산결과에서 상기 제2 가변 LPF의 출력을 차 연산하여 상기 노이즈를 추정하고, 상기 추정된 노이즈를 상기 조향각 위치 제어기에 인가하는 노이즈 추정부를 포함할 수 있다.

본 발명에서 상기 제1 가변 LPF 및 제2 가변 LPF 중 적어도 하나는, 현재 조향각 속도에 따라 컷오프 주파수를 조정할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 전동식 조향시스템의 제어 방법은, 조향각 위치 제어기가 자율주행 시스템으로부터 입력된 지령 조향각과 피드백 조향각 간의 차이에 기초한 조향각 에러를 보상하여 지령 전류를 출력하는 단계, 및 외란 관측기가, 상기 지령 전류에 포함된 노이즈를 추정하고, 상기 추정된 노이즈를 상기 조향각 위치 제어기에 인가하는 단계를 포함하되, 상기 지령 전류를 출력하는 단계에서, 상기 조향각 위치 제어기는, 상기 피드백 조향각에서 상기 노이즈를 제거하고, 상기 지령 조향각과 상기 노이즈가 제거된 피드백 조향각 간의 차이인 조향각 에러를 보상하여 상기 지령 전류를 출력할 수 있다.

본 발명에서 상기 지령 전류를 출력하는 단계는, 상기 필터부가 현재 조향각에서 토션바의 공진 주파수를 제거하고, 상기 공진 주파수가 제거된 피드백 조향각을 출력하는 단계, 제1 연산부가 상기 지령 조향각에서 상기 피드백 조향각 및 상기 노이즈를 차 연산하고, 상기 차 연산된 값을 조향각 에러로 출력하는 단계, 및 위치 제어부가 상기 조향각 에러를 보상하여 상기 지령 전류를 출력하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명은 상기 피드백 조향각을 출력하는 단계에서, 상기 필터부는, 노치(Notch) 필터, Lead-lag 필터, 및 대역 저지 필터(Band stop filter) 중 적어도 하나를 이용할 수 있다.

본 발명은 상기 지령 전류를 출력하는 단계에서, 상기 위치 제어부는, 상기 조향각 에러를 보상하여 지령 속도를 출력하고, 상기 지령 속도와 현재 조향각 속도 간의 차이인 속도 에러를 보상하여, 상기 지령 전류를 출력할 수 있다.

본 발명은 상기 추정된 노이즈를 상기 조향각 위치 제어기에 인가하는 단계에서, 상기 외란 관측기는, MDPS(Motor Driven Power Steering) 모델링 함수의 역전달함수를 통해 상기 지령 전류의 노이즈를 추정하고, 상기 추정된 노이즈를 조향각 위치 제어기에 인가할 수 있다.

본 발명에서 상기 추정된 노이즈를 상기 조향각 위치 제어기에 인가하는 단계는, 역전달함수부가 상기 MDPS 모델링 함수의 역전달함수를 구하고, 상기 역전달함수에 상기 MDPS 모델링 함수의 출력을 인가받는 단계, 상기 역전달함수부의 앞단에 구비된 제1 가변 LPF가 상기 역전달함수의 분자 및 분모의 차수를 동일하게 변환하는 단계, 및 노이즈 추정부가 상기 역전달함수부 및 상기 제1 가변 LPF의 곱 연산결과와 상기 MDPS의 입력단에 병렬로 구비되는 제2 가변 LPF의 출력을 차 연산하여 상기 노이즈를 추정하고, 상기 추정된 노이즈를 상기 조향각 위치 제어기에 인가하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 전동식 조향시스템의 제어 장치 및 방법은 운전자 조타모드를 지원하는 전동식 조향시스템이 자율주행 모드로 동작 시 외부인자에 의한 노이즈에도 성능을 안정적으로 극대화시킬 수 있도록 함으로써, 사고를 회피할 수 있도록 하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 조향시스템의 제어 장치의 개략적인 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 조향시스템의 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 조향시스템의 제어 장치 및 방법을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 이러한 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 이용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

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 프로그래밍가능한 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.

도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 조향시스템의 제어 장치의 개략적인 구성을 나타낸 블록도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 조향시스템의 제어 장치는, 감지모듈(10), 자율주행 시스템(20), 조향각 위치 제어기(100) 및 외란 관측기(200)를 포함한다.

감지 모듈(10)은 자율주행 및 조향 제어에 필요한 정보를 감지한다. 감지 모듈(10)에는 자율주행 시스템(20)의 동작에 필요한 주변 환경 정보를 감지하는 주변 환경 감지부(11), 차량의 차속을 감지하는 차속 감지부(12), 조향휠의 조향각을 감지하는 조향각 감지부(13), 및 조향휠의 조향각 속도를 검출하는 조향각 속도 검출부(14)가 포함될 수 있다.

조향각 속도 검출부(14)는 조향각 속도를 조향휠에서 직접 검출할 수 있으나, 조향각 감지부(13)에 의해 감지된 조향각을 미분하여 검출할 수도 있다.

주변 환경 감지부(11)로는 라이다, 레이더, 초음파 센서 이미지 센서 등이 포함될 수 있다. 주변 환경 정보에는 도로 정보, 장애물 정보 및 날씨 정보 등이 포함될 수 있다. 주변 환경 정보는 상기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.

자율주행 시스템(20)은 자율주행 모드 시 주변 환경 감지부(11)로부터 입력된 주변 환경 정보를 토대로 차량의 자율주행 제어를 위한 지령 조향각을 출력한다.

자율주행 시스템(20)이 주변 환경 정보를 토대로 자율주행 제어를 수행하는 것은 당업자가 용이하게 실시할 수 있으므로 여기서는 그 상세한 설명을 생략한다.

조향각 위치 제어기(100)는 자율주행 시스템으로부터 입력된 지령 조향각과 피드백 조향각 간의 차이에 기초한 조향각 에러를 보상하여 지령 전류를 출력할 수 있다. 즉, 조향각 위치 제어기(100)는 피드백 조향각에서 노이즈를 제거하고, 지령 조향각과 노이즈가 제거된 피드백 조향각 간의 차이인 조향각 에러를 보상하여 지령 전류를 출력할 수 있다. 여기서, 피드백 조향각은 현재 조향각에서 토션바의 공진 주파수를 제거한 조향각일 수 있고, 노이즈는 외란 관측기(200)에서 추정된 노이즈일 수 있다.

이러한 조향각 위치 제어기(100)는 제1 연산부(110), 필터부(120), 및 위치 제어부(130)를 포함할 수 있다.

필터부(120)는 현재 조향각에서 토션바의 공진 주파수를 제거하고, 공진 주파수가 제거된 피드백 조향각을 출력할 수 있다. 이때, 필터부(120)는 노치(Notch) 필터, Lead-lag 필터, 및 대역 저지 필터(Band stop filter) 중 적어도 하나를 이용할 수 있다.

제1 연산부(110)는 지령 조향각에서 피드백 조향각 및 노이즈를 차 연산하고, 차 연산된 값을 조향각 에러로 출력할 수 있다.

위치 제어부(130)는 제1 연산부(110)에서 출력되는 조향각 에러를 보상하여 지령 전류를 출력할 수 있다. 즉, 위치 제어부(130)는 조향각 에러를 보상하여 지령 속도를 출력하고, 지령 속도와 현재 조향각 속도 간의 차이인 속도 에러를 보상하여, 지령 전류를 출력할 수 있다.

일반적으로 자율주행은 조향각 위치 제어를 통해 이루어진다. 즉 자율주행 시스템(20)에서 전동식 조향장치(MDPS, 300)에 지령 조향각을 인가하면, MDPS(300)는 그에 따라 위치제어를 실행하게 된다. 일반적으로 위치 제어부(130)는 위치 제어기(미도시) 및 속도 제어기(미도시)를 포함할 수 있다. 위치 제어기는 지령 조향각과 피드백 조향각 간의 차이인 조향각 에러를 보상할 수 있다. 이때 위치 제어기는 P 제어기로 구성될 수 있다. 속도 제어기는 위치 제어기에서 출력되는 지령 속도와 현재 조향각 속도 간의 차이인 속도 에러를 보상할 수 있다. 이때 속도 제어기는 PI 제어기로 구성될 수 있다.

또한, 위치 제어부(130)는 속도 제어기에서 출력되는 지령 전류와 센서 전류 간의 전류 에러를 보상하여 최종 지령 전류를 출력하는 전류 제어기(미도시)를 더 포함할 수 있다. 이때 전류 제어기(200)는 PI 제어기일 수 있고, 센서 전류는 MCU(미도시)가 모터를 센싱하여 획득한 전류일 수 있다. 전류 제어기는 속도 제어기로부터 지령 전류를 입력받고, MCU(미도시)로부터 센서 전류를 입력받으면, 지령 전류와 센서 전류의 차이에 해당하는 에러를 보상하여 최종 지령 전류를 출력할 수 있다.

조향각 위치 제어기(100)의 출력은 지령 전류이며 이 지령 전류가 MDPS(300)의 모터에 인가되고, 모터가 구동하면서 원하는 지령 조향각을 현재 조향각이 추종하게 된다. 하지만 자율주행 중 다양한 노면 환경이나 지령 조향각의 패턴 등에 따라 제어가 불안정해 질 수 있다. 예를 들어, 노면이 고르지 못하거나 기구의 유격 그리고 전자제품의 센서 노이즈 등으로 인해 제어를 안정적으로 수행할 수 없게 된다. 뿐만 아니라 실제 MDPS(300)의 위치 제어는 모터를 제어하는 것이며 제어에 사용되는 조향각은 핸들에 장착된 조향각 센서 값을 받아서 처리하는데, 자율주행 시스템(20)으로부터 지령 조향각이 인가되어 모터를 구동시켰을 때 핸들은 관성력이나 마찰력 등으로 인해 토션바가 비틀어지면서 모터의 이동량과는 다르게 움직일 수 있다. 이러한 값이 그대로 피드백되어 위치 제어부(130)에 인가되면 에러가 증폭되고 결국 위치 제어부(130)의 성능은 떨어지게 된다.

이를 방지하기 위하여 조향각 위치 제어기(100)는 피드백되는 현재 조향각에 토션바의 공진점(공진 주파수)을 회피하기 위한 필터부(120)를 적용할 수 있다. 이때, 필터부(120)는 노치(Notch) 필터, Lead-lag 필터, 및 대역 저지 필터(Band stop filter) 등으로 구현될 수 있다. 필터부(120)는 토션바의 공진점(공진 주파수)만을 회피하기 위한 부분이므로 모든 기구나 전자적인 센서 노이즈 그리고 노면에서 올라오는 진동 등을 저감시키는 데에는 한계가 있다. 이에, 토션바의 공진점(공진 주파수) 외에도 외부적인 요인으로 인해 발생하는 핸들의 떨림 즉, 피드백 조향각의 에러(노이즈)를 미리 제거해 주는 역할이 필요하다. 이를 위해, 본 발명은 조향각 위치 제어기(100)에서 출력되는 지령 전류에서 외부인자에 의한 노이즈를 추정하고, 그 추정된 노이즈를 조향각 위치 제어기(100)에 인가하는 외란 관측기(200)를 포함할 수 있다. 이때, 조향각 위치 제어기(100)는 지령 조향각에서 노이즈를 제거하고, 노이즈가 제거된 지령 조향각과 피드백 조향각 간의 차이인 조향각 에러를 보상하여 지령 전류를 출력할 수 있다.

외란 관측기(200)는 지령 전류에 포함되는 노이즈(외란)을 추정하는 구성으로, 역전달함수부(210), 제1 가변 LPF(220), 제2 가변 LPF(230), 및 노이즈 추정부(240)를 포함할 수 있다.

역전달함수부(210)는 MDPS(300)의 역전달함수를 구하고, 그 역전달함수에 조향각 위치 제어기(100)의 출력을 인가받는다. 역전달함수에 조향각 위치 제어기(100)의 출력을 인가하면, 역전달함수부(210)는 지령 전류와 노이즈 성분이 합쳐진 성분을 추출할 수 있다. 여기에서 조향각 위치 제어기(100)의 출력값(즉, 지령 전류)을 빼주면 노이즈만 추출할 수 있다. 추출된 노이즈를 실제 조향각 위치 제어기(100)에 다시 역보상해줌으로써, 실제 피드백되는 조향각은 토션바의 공진 주파수와 더불어 외부적인 노이즈까지 모두 제거된 상태로 인가될 수 있다.

하지만 MDPS(300)의 역전달함수를 구하여 적용할 경우, 이는 분자의 차수가 분모의 차수보다 크게 되어, MDPS(300)의 불안정성을 유발시킨다. 예를 들어 s/(s²+1)라는 시스템이 있다고 가정할 때, 이의 역함수는 (s²+1)/s가 되며, 이는 일반적으로 HPF나, 입력신호가 무한대로 발산하는 필터의 형태로 정의되기에 시스템을 이런 식으로 설계하여 적용할 수 없다. 이러한 시스템 불안정을 안정시키기 위하여 가변 LPF(Low pass filter)를 적용할 수 있다. 역전달함수부(210)의 앞단에 제1 가변 LPF(220)(w/(s+w))를 적용하면, MDPS(300)의 역전달함수의 분자와 분모의 차수가 동일하게 변환되어 MDPS(30)가 안정화될 수 있다. 또한, 제2 가변 LPF(230)를 병렬로 MDPS(300)의 입력단에도 적용시켜 실제 MDPS(300)의 특성에 영향이 없도록 할 수 있다. 즉, 역전달함수부(210)의 앞단에 제1 가변 LPF(220)를 적용하고, MDPS(300)의 입력단에 병렬로 제2 가변 LPF(230)를 적용할 수 있다. 이때 제1 가변 LPF(220) 및 제2 가변 LPF(230)의 컷오프(cut-off) 주파수를 설정하는 것이 중요하다. MDPS(300)는 모터가 적용된 시스템으로 실제 모터가 빠른 속도로 회전할수록 역기전력의 영향을 받게 되어 실제 제어 특성이 떨어지게 된다. 즉, 원하는 제어기의 출력이 제대로 나가지 못하는 현상이 발생하기에 이를 보상해 주어야 한다. 이러한 부분을 추가적으로 개선시키기 위해서는 제1 가변 LPF(220) 및 제2 가변 LPF(230)의 컷오프 주파수를 앞으로 쉬프트(shift)시켜주어야 한다. 즉 대역폭을 늘려주는 효과를 갖게 되어, 고속에서도 반응성을 더 좋게 할 수 있다. 하지만 저속 조타나 매끄러운 조타가 필요할 경우 제1 가변 LPF(220) 및 제2 가변 LPF(230)의 컷오프 주파수를 낮게 제어하여, 응답성을 조절할 수 있다. 이러한 구성으로 보다 더 정밀한 제어성능과 다양한 환경에서 최적화된 위치제어를 할 수 있다.

노이즈 추정부(240)는 역전달함수부(210)와 제1 가변 LPF(220)의 곱 연산결과에서 제2 가변 LPF(230)의 출력을 차 연산하여 노이즈를 추정할 수 있다. 예를 들어, MDPS 모델링 함수의 출력이 y, 역전달함수가 G^-1(Z), 제1 및 제2 가변 LPF(230)는 Q(Z), 지령전류가 u인 경우, 노이즈 추정부(240)는 아래 수학식 1과 같이 노이즈를 산출할 수 있다.

[수학식 1]

노이즈 추정부(240)는 추정된 노이즈를 조향각 위치 제어기(100)에 인가할 수 있다. 그러면, 조향각 위치 제어기(100)는 지령 조향각에서 노이즈를 제거하고, 노이즈가 제거된 지령 조향각과 피드백 조향각 간의 차이인 조향각 에러를 보상하여 지령 전류를 출력할 수 있다.

이하 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 조향시스템의 제어 방법을 도 2를 참조하여 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 조향시스템의 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

도 2를 참조하면, 조향각 위치 제어기(100)는 자율주행 시스템(20)으로부터 입력된 지령 조향각과 피드백 조향각 간의 차이에 기초한 조향각 에러를 보상하여 지령 전류를 출력한다(S210). 여기서, 피드백 조향각은 현재 조향각에서 토션바의 공진 주파수를 제거한 조향각일 수 있다. 따라서, 조향각 위치 제어기(100)는 필터부(120)를 통해 현재 조향각에서 토션바의 공진 주파수를 제거한 피드백 조향각을 출력할 수 있다. 제1 연산부(110)는 지령 조향각에서 피드백 조향각 및 외란 관측기(200)로부터의 노이즈를 차 연산하고, 차 연산된 값을 조향각 에러로 출력할 수 있다. 위치 제어부(130)는 제1 연산부(110)에서 출력되는 조향각 에러를 보상하여 지령 전류를 출력할 수 있다.

S210 단계가 수행되면, 외란 관측기(200)는 조향각 위치 제어기(100)에서 출력되는 지령 전류에서 외부인자에 의한 노이즈를 추정하고(S220), 그 추정된 노이즈를 조향각 위치 제어기(100)에 인가한다(S230). 외란 관측기(200)는 MDPS 모델링 함수의 역전달함수를 통해 지령 전류의 노이즈를 추정하고, 추정된 노이즈를 조향각 위치 제어기(100)에 인가할 수 있다. 그러면, 조향각 위치 제어기(100)는 그러면, 조향각 위치 제어기(100)는 지령 조향각에서 노이즈를 제거하고, 노이즈가 제거된 지령 조향각과 피드백 조향각 간의 차이인 조향각 에러를 보상하여 지령 전류를 출력할 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 일 측면에 따른 전동식 조향시스템의 제어 장치 및 방법은 운전자 조타모드를 지원하는 전동식 조향시스템이 자율주행 모드로 동작 시 외부인자에 의한 노이즈에도 성능을 안정적으로 극대화시킬 수 있도록 함으로써, 사고를 회피할 수 있도록 하는 효과가 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 기술이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야할 것이다.

10: 감지 모듈 11: 주변 환경 감지부
12: 차속 감지부 13: 조향각 감지부
14: 조향 각속도 검출부 20: 자율주행 시스템
100: 조향각 위치 제어기 110 : 제1 연산부
120 : 필터부 130 : 위치 제어부
200: 외란 관측기 210: 역전달함수부
220: 제1 가변 LPF 230: 제2 가변 LPF
240 : 노이즈 추정부 300 : MDPS

Claims

자율주행 시스템으로부터 입력된 지령 조향각과 피드백 조향각 간의 차이에 기초한 조향각 에러를 보상하여 지령 전류를 출력하는 조향각 위치 제어기; 및
상기 지령 전류에 포함된 노이즈를 추정하고, 상기 추정된 노이즈를 상기 조향각 위치 제어기에 인가하는 외란 관측기를 포함하되,
상기 조향각 위치 제어기는,
상기 피드백 조향각에서 상기 노이즈를 제거하고, 상기 지령 조향각과 상기 노이즈가 제거된 피드백 조향각 간의 차이인 조향각 에러를 보상하여 상기 지령 전류를 출력하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향시스템의 제어 장치.
제1항에 있어서,
상기 조향각 위치 제어기는,
현재 조향각에서 토션바의 공진 주파수를 제거하고, 상기 공진 주파수가 제거된 피드백 조향각을 출력하는 필터부;
상기 지령 조향각에서 상기 피드백 조향각 및 상기 노이즈를 차 연산하고, 상기 차 연산된 값을 조향각 에러로 출력하는 제1 연산부; 및
상기 조향각 에러를 보상하여 상기 지령 전류를 출력하는 위치 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향시스템의 제어 장치.
제2항에 있어서,
상기 필터부는,
노치(Notch) 필터, Lead-lag 필터, 및 대역 저지 필터(Band stop filter) 중 적어도 하나를 이용하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향시스템의 제어 장치.
제2항에 있어서,
상기 위치 제어부는,
상기 조향각 에러를 보상하여 지령 속도를 출력하고, 상기 지령 속도와 현재 조향각 속도 간의 차이인 속도 에러를 보상하여, 상기 지령 전류를 출력하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향시스템의 제어 장치.
제1항에 있어서,
상기 외란 관측기는,
MDPS(Motor Driven Power Steering) 모델링 함수의 역전달함수를 통해 상기 지령 전류의 노이즈를 추정하고, 상기 추정된 노이즈를 조향각 위치 제어기에 인가하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향시스템의 제어 장치.
제5항에 있어서,
상기 외란 관측기는,
상기 MDPS 모델링 함수의 역전달함수를 구하고, 상기 역전달함수에 상기 MDPS 모델링 함수의 출력을 인가받는 역전달함수부;
상기 역전달함수부의 앞단에 구비되며, 상기 역전달함수의 분자 및 분모의 차수를 동일하게 변환하는 제1 가변 LPF(Low pass filter);
상기 MDPS의 입력단에 병렬로 구비되는 제2 가변 LPF; 및
상기 역전달함수부와 상기 제1 가변 LPF의 곱 연산결과에서 상기 제2 가변 LPF의 출력을 차 연산하여 상기 노이즈를 추정하고, 상기 추정된 노이즈를 상기 조향각 위치 제어기에 인가하는 노이즈 추정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향시스템의 제어 장치.
제6항에 있어서,
상기 제1 가변 LPF 및 제2 가변 LPF 중 적어도 하나는,
현재 조향각 속도에 따라 컷오프 주파수를 조정하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향시스템의 제어 장치.
조향각 위치 제어기가, 자율주행 시스템으로부터 입력된 지령 조향각과 피드백 조향각 간의 차이에 기초한 조향각 에러를 보상하여 지령 전류를 출력하는 단계; 및
외란 관측기가, 상기 지령 전류에 포함된 노이즈를 추정하고, 상기 추정된 노이즈를 상기 조향각 위치 제어기에 인가하는 단계를 포함하되,
상기 지령 전류를 출력하는 단계에서,
상기 조향각 위치 제어기는, 상기 피드백 조향각에서 상기 노이즈를 제거하고, 상기 지령 조향각과 상기 노이즈가 제거된 피드백 조향각 간의 차이인 조향각 에러를 보상하여 상기 지령 전류를 출력하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향시스템의 제어 방법.
제8항에 있어서,
상기 지령 전류를 출력하는 단계는,
상기 필터부가 현재 조향각에서 토션바의 공진 주파수를 제거하고, 상기 공진 주파수가 제거된 피드백 조향각을 출력하는 단계;
제1 연산부가 상기 지령 조향각에서 상기 피드백 조향각 및 상기 노이즈를 차 연산하고, 상기 차 연산된 값을 조향각 에러로 출력하는 단계; 및
위치 제어부가 상기 조향각 에러를 보상하여 상기 지령 전류를 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향시스템의 제어 방법.
제9항에 있어서,
상기 피드백 조향각을 출력하는 단계에서,
상기 필터부는 노치(Notch) 필터, Lead-lag 필터, 및 대역 저지 필터(Band stop filter) 중 적어도 하나를 이용하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향시스템의 제어 방법.
제8항에 있어서,
상기 지령 전류를 출력하는 단계에서,
상기 위치 제어부는, 상기 조향각 에러를 보상하여 지령 속도를 출력하고, 상기 지령 속도와 현재 조향각 속도 간의 차이인 속도 에러를 보상하여, 상기 지령 전류를 출력하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향시스템의 제어 방법.
제8항에 있어서,
상기 추정된 노이즈를 상기 조향각 위치 제어기에 인가하는 단계에서,
상기 외란 관측기는, MDPS(Motor Driven Power Steering) 모델링 함수의 역전달함수를 통해 상기 지령 전류의 노이즈를 추정하고, 상기 추정된 노이즈를 조향각 위치 제어기에 인가하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향시스템의 제어 방법.
제12항에 있어서,
상기 추정된 노이즈를 상기 조향각 위치 제어기에 인가하는 단계는,
역전달함수부가 상기 MDPS 모델링 함수의 역전달함수를 구하고, 상기 역전달함수에 상기 MDPS 모델링 함수의 출력을 인가받는 단계;
상기 역전달함수부의 앞단에 구비된 제1 가변 LPF가 상기 역전달함수의 분자 및 분모의 차수를 동일하게 변환하는 단계; 및
노이즈 추정부가 상기 역전달함수부 및 상기 제1 가변 LPF의 곱 연산결과와 상기 MDPS의 입력단에 병렬로 구비되는 제2 가변 LPF의 출력을 차 연산하여 상기 노이즈를 추정하고, 상기 추정된 노이즈를 상기 조향각 위치 제어기에 인가하는 단계를 포함하는 전동식 조향시스템의 제어 방법.
제13항에 있어서,
상기 제1 가변 LPF 및 제2 가변 LPF 중 적어도 하나는,
현재 조향각 속도에 따라 컷오프 주파수를 조정하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향시스템의 제어 방법.