KR20230057512A - 전동식 조향 시스템의 제어 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

전동식 조향 시스템의 제어 장치 및 방법이 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따른 전동식 조향 시스템의 제어 장치는, 차량의 스티어링 컬럼에 인가되는 컬럼토크를 검출하는 컬럼토크 센서, 상기 컬럼토크 센서 및 차속 센서에 의해 각각 검출된 컬럼토크 및 차속에 기초하여 제1 지령전류를 결정하는 MDPS 로직부, 자율주행 시스템으로부터 입력된 지령 조향각과 조향각 센서로부터의 현재 조향각에 기초하여 자율 주행 모드에서 MDPS 모터를 구동하기 위한 제2 지령전류를 출력하는 조향각 위치 제어부, 상기 차량의 자율 주행 모드에서 상기 컬럼토크 센서의 컬럼토크를 모니터링하여 운전자의 조타개입 여부를 판단하는 운전자 조타개입 판단부, 및 상기 차량의 자율 주행 모드에서 상기 운전자의 조타개입이 발생한 경우, 상기 운전자 조타개입 판단부에서 결정된 가중치를 상기 제1 및 제2 지령전류에 적용하여, 최종 지령전류를 결정하는 출력 제어부를 포함한다.

Description

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

본 발명은 전동식 조향 시스템의 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차량의 자율주행 시 상황에 따라 차량의 조타 제어권을 최적화시켜 운전자가 보다 편리하고 안전한 운행을 할 수 있도록 하는, 전동식 조향 시스템의 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.

차량의 파워 스티어링은 동력에 따른 조향 장치로, 운전자의 스티어링 휠 조작을 돕는 역할을 한다. 이러한 파워 스티어링은 유압을 이용하는 방식이 주로 사용되고 있었으나, 최근에는 모터의 힘을 이용하는 방식인 전동식 파워 스티어링(MDPS: Motor Driven Power Steering) 시스템의 사용이 늘어나고 있다. MDPS 시스템은 기존의 유압식 파워 스티어링 시스템과 대비하여 무게가 가볍고, 공간을 적게 차지하며, 오일교환이 필요 없다는 장점이 존재하기 때문이다.

MDPS 시스템은 조향휠에 입력되는 운전자의 조향토크를 측정하는 토크센서, 조향휠의 조향각 또는 조향각속도를 측정하는 조향각센서, 및 차속을 측정하는 차속센서 등을 통해 차량의 주행 조건을 판단하고, 운전자가 조향휠을 조타함에 따라 조향축에 인가되는 조향토크에 근거하여 전동모터를 통해 보조토크를 제공한다.

한편, 자율 주행 차량은 자율 주행 모드에서 자율 주행 모듈(카메라 센서, 레이더 센서, 라이더 센서 등)을 통해 주행중인 도로 환경을 인식하고 MDPS 시스템의 동작에 필요한 지령 조향각 및 지령 토크를 결정함으로써 자율 주행 차량에 적용된 MDPS 시스템의 동작을 제어한다. 이때, 자율 주행 모듈에 갑작스런 고장이 발생하는 등, 자율 주행 시스템이 비정상적으로 동작할 경우, 운전자가 핸들을 잡고 의지에 따라 조타하여 차량의 주행을 제어하고 있다.

통상적으로 운전자가 자율주행 기능을 켜고 다니다가 급한 상황이나 필요 시에 핸들을 잡고 의지에 따라 조타를 하는 경우가 있으며, 이는 여러가지 상황에 따라 전동식 조향시스템의 출력을 어떻게 제어할 것인지가 매우 중요하다.

종래에는 자율주행 중 운전자의 조타개입 시 이를 컬럼토크가 일정수준 레벨 이상이 되었을 경우, 그리고 이 레벨이 일정시간 이상 유지되었을 경우 운전자 조타개입이라고 판단하고 자율주행 모드를 해지하였다. 하지만 이러한 알고리즘의 경우 자율주행 중 운전자가 급조타를 할 시 일정시간 동안은 자율주행 모드를 해지하지 않으므로 큰 걸림감이 지속되어 운전자의 안전에 치명적일 수 있다.

이에, 차량의 자율주행 모드에서 운전자의 의도치 않은 조타개입 시 자율주행모드를 해지하지 않도록 하여 편의성과 안전성을 높일 수 있는 기술개발이 요구되고 있다.

본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제10-2017-0065793호(2017. 06. 14. 공개)에 개시되어 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점들을 개선하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 차량의 자율주행 시 상황에 따라 차량의 조타 제어권을 최적화시켜 운전자가 보다 편리하고 안전한 운행을 할 수 있도록 하는, 전동식 조향 시스템의 제어 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제(들)은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 측면에 따른 전동식 조향 시스템의 제어 장치는, 차량의 스티어링 컬럼에 인가되는 컬럼토크를 검출하는 컬럼토크 센서, 상기 컬럼토크 센서 및 차속 센서에 의해 각각 검출된 컬럼토크 및 차속에 기초하여 제1 지령전류를 결정하는 MDPS 로직부, 자율주행 시스템으로부터 입력된 지령 조향각과 조향각 센서로부터의 현재 조향각에 기초하여 자율 주행 모드에서 MDPS 모터를 구동하기 위한 제2 지령전류를 출력하는 조향각 위치 제어부, 상기 차량의 자율 주행 모드에서 상기 컬럼토크 센서의 컬럼토크를 모니터링하여 운전자의 조타개입 여부를 판단하는 운전자 조타개입 판단부, 및 상기 차량의 자율 주행 모드에서 상기 운전자의 조타개입이 발생한 경우, 상기 운전자 조타개입 판단부에서 결정된 가중치를 상기 제1 및 제2 지령전류에 적용하여, 최종 지령전류를 결정하는 출력 제어부를 포함한다.

본 발명에서 상기 운전자 조타개입 판단부는, 상기 컬럼토크 센서에 의해 검출된 컬럼토크에 대하여 BSF(Band Stop Filter)을 통해 노이즈 필터링을 수행하는 필터부, 상기 필터부에서 필터링된 컬럼토크의 크기에 따라 운전자 조타개입 판단 기준시간인 홀딩기간 기준값을 조절하고, 상기 필터링된 컬럼토크의 크기가 미리 설정된 기준치 이상인 상태를 상기 조절된 홀딩기간 기준값 이상 유지하는 경우 상기 운전자가 조타개입을 하는 것으로 판단하는 조타개입 판단부, 및 상기 필터링된 컬럼토크의 홀딩기간이 상기 홀딩기간 기준값에 도달했을 때의 컬럼토크에 대응하는 블렌딩 기간(Blending period)을 가중치로 획득하는 가중치 산출부를 포함할 수 있다.

본 발명은 상기 지령 조향각의 미분을 통해 조향각 가속도를 산출하는 조향각 가속도 산출부를 더 포함하고, 상기 필터부는, LPF 처리를 통해 상기 조향각 가속도의 노이즈를 제거하며, 상기 조타개입 판단부는, 상기 노이즈가 제거된 값을 기반으로 상기 홀딩기간 기준값을 높임으로써 자율주행 모드가 해지되지 않도록 할 수 있다.

본 발명에서 상기 조타개입 판단부는, 컬럼토크의 크기에 따른 홀딩기간 기준값이 저장된 테이블 맵(Table map)을 구비하고, 상기 컬럼토크 센서를 통해 감지된 컬럼토크의 크기에 대응하는 홀딩시간 기준값을 상기 테이블 맵으로부터 추출하여 홀딩기간 기준값을 조절할 수 있다.

본 발명에서 상기 가중치 산출부는, 컬럼토크별로 블렌딩 기간이 매칭된 컬럼토크 가중치 테이블로부터 상기 홀딩기간 기준값에 도달했을 때의 컬럼토크에 대응하는 블렌딩 기간을 획득하고, 상기 획득된 블렌딩 기간을 상기 가중치로 획득할 수 있다.

본 발명에서 상기 운전자 조타개입 판단부는, 상기 조향각 센서로부터의 조향각과 MDPS 모터로부터의 모터각으로부터 각각 위상을 검출하고, 상기 검출된 조향각의 위상과 모터각의 위상에 기초하여 상기 운전자 조타개입 여부를 판단하는 조향각 위상 검출부를 더 포함할 수 있다.

본 발명에서 상기 조향각 위상 검출부는, 상기 모터각의 위상이 상기 조향각의 위상보다 먼저 검출되는 경우 운전자 조타개입이 아니라고 판단할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 전동식 조향 시스템의 제어 방법은, MDPS 로직부가 컬럼토크 센서 및 차속 센서에 의해 각각 검출된 컬럼토크 및 차속에 기초하여 제1 지령전류를 결정하는 단계, 조향각 위치 제어부가, 자율주행 시스템으로부터 입력된 지령 조향각과 조향각 센서로부터의 현재 조향각에 기초하여 자율 주행 모드에서 MDPS 모터를 구동하기 위한 제2 지령전류를 결정하여 상기 MDPS 모터를 구동시키는 단계, 운전자 조타개입 판단부가, 상기 자율 주행 모드에서 컬럼토크 센서의 컬럼토크를 모니터링하여 운전자의 조타개입 여부를 판단하는 단계, 및 출력 제어부가, 상기 자율 주행 모드에서 상기 운전자의 조타개입이 발생한 경우, 상기 운전자 조타개입 판단부에서 결정된 가중치를 상기 제1 및 제2 지령전류에 적용하여, 최종 지령전류를 결정하는 단계를 포함한다.

본 발명에서 상기 운전자의 조타개입 여부를 판단하는 단계는, 필터부가, 상기 컬럼토크 센서에 의해 검출된 컬럼토크에 대하여 BSF(Band Stop Filter)을 통해 노이즈 필터링을 수행하는 단계, 조타개입 판단부가, 상기 필터부에서 필터링된 컬럼토크의 크기에 따라 운전자 조타개입 판단 기준시간인 홀딩기간 기준값을 조절하고, 상기 필터링된 컬럼토크의 크기가 미리 설정된 기준치 이상인 상태를 상기 조절된 홀딩기간 기준값 이상 유지하는 경우 상기 운전자가 조타개입을 하는 것으로 판단하는 단계, 가중치 산출부가, 상기 필터링된 컬럼토크의 홀딩기간이 상기 홀딩기간 기준값에 도달했을 때의 컬럼토크에 대응하는 블렌딩 기간(Blending period)을 가중치로 획득하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명은 상기 노이즈 필터링을 수행하는 단계에서, 조향각 가속도 산출부가 상기 지령 조향각의 미분을 통해 조향각 가속도를 산출하면, 상기 필터부가 LPF 처리를 통해 상기 조향각 가속도의 노이즈를 제거하며, 상기 운전자가 조타개입을 하는 것으로 판단하는 단계에서, 상기 조타개입 판단부는, 상기 노이즈가 제거된 값을 기반으로 상기 홀딩기간 기준값을 높임으로써 자율주행 모드가 해지되지 않도록 할 수 있다.

본 발명은 상기 운전자가 조타개입을 하는 것으로 판단하는 단계에서, 상기 조타개입 판단부는, 컬럼토크의 크기에 따른 홀딩기간 기준값이 저장된 테이블 맵(Table map)을 구비하고, 상기 컬럼토크 센서를 통해 감지된 컬럼토크의 크기에 대응하는 홀딩시간 기준값을 상기 테이블 맵으로부터 추출하여 홀딩기간 기준값을 조절할 수 있다.

본 발명은 상기 가중치로 획득하는 단계에서, 상기 가중치 산출부는, 컬럼토크별로 블렌딩 기간이 매칭된 컬럼토크 가중치 테이블로부터 상기 홀딩기간 기준값에 도달했을 때의 컬럼토크에 대응하는 블렌딩 기간을 획득하고, 상기 획득된 블렌딩 기간을 상기 가중치로 획득할 수 있다.

본 발명은 조향각 위상 검출부가, 상기 조향각 센서로부터의 조향각과 MDPS 모터로부터의 모터각으로부터 각각 위상을 검출하고, 상기 검출된 조향각의 위상과 모터각의 위상에 기초하여 상기 운전자 조타개입 여부를 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명은 상기 검출된 조향각의 위상과 모터각의 위상에 기초하여 상기 운전자 조타개입 여부를 판단하는 단계에서, 상기 조향각 위상 검출부는, 상기 모터각의 위상이 상기 조향각의 위상보다 먼저 검출되는 경우 운전자 조타개입이 아니라고 판단할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 전동식 조향 시스템의 제어 장치 및 방법은, 차량의 자율주행 모드에서 운전자가 자율주행을 순간적으로 원하지 않아 이를 빠르게 해지시키고 직접 운전을 하는 경우나, 또는 자율주행시스템의 순간적인 오류 등으로 장애물 회피 등을 위하여 운전자의 조타개입이 필요할 경우, 이를 정확히 감지하여 조타 권한을 운전자가 갖도록 하고, 운전자가 핸들을 놓았을 경우 다시 자율주행을 유지함으로써, 자율주행을 상황에 따라 부드럽게 천이시킬 수 있고, 이로 인해 운전자의 편의와 안전성을 극대화시킬 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 전동식 조향 시스템의 제어 장치 및 방법은, 운전자의 조타개입을 정확히 인식하여 의도치 않은 자율주행 모드 해지를 방지함으로써 운전자의 편의성을 극대화시킬 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 전동식 조향 시스템의 제어 장치 및 방법은, 자율주행에서 위급상황에 따라 급격한 조타 시에는 운전자 조타개입 판별 조건을 가변시켜 의도치 않은 모드 해지를 방지할 수 있다.

한편, 본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 이하에서 설명할 내용으로부터 통상의 기술자에게 자명한 범위 내에서 다양한 효과들이 포함될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 조향 시스템의 제어 장치를 나타낸 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 전동식 조향 시스템의 제어 장치를 상세히 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 홀딩기간 기준값을 설명하기 위한 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가중치를 설명하기 위한 예시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 조향 시스템의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 조향 시스템의 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 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.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 조향 시스템의 제어 장치를 나타낸 블록도, 도 2는 도 1에 도시된 전동식 조향 시스템의 제어 장치를 상세히 나타낸 블록도, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 홀딩기간 기준값을 설명하기 위한 예시도, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가중치를 설명하기 위한 예시도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 조향 시스템의 제어 장치는 컬럼토크 센서(100), 차속 센서(200), MDPS 로직부(300), 자율주행 시스템(400), 조향각 위치 제어부(500), 운전자 조타개입 판단부(600) 및 출력 제어부(700)를 포함할 수 있다.

컬럼토크 센서(100)는 차량의 스티어링 컬럼에 인가되는 컬럼토크를 검출하여 후술할 MDPS 로직부(300) 및 운전자 조타개입 판단부(600)로 전달할 수 있다. 스티어링 컬럼에 인가되는 컬럼토크에는 운전자에 의해 인가되는 컬럼토크 뿐만 아니라, 노면의 상태 및 주행 환경 등으로 인해 차량에 가해지는 횡력에 의한 컬럼토크가 포함되어 있을 수 있다.

차속 센서(200)는 주행중인 차량의 차속을 검출할 수 있다. 차속 센서(200)로는 차륜의 회전속도를 이용하여 차속을 검출하는 센서, 엔진 회전수(RPM: Revolution Per Minute)를 측정하여 차속을 검출하는 센서, GPS(Global Positioning System)를 이용하여 차속을 검출하는 센서 등 다양한 센서가 모두 포함될 수 있다.

조향각 센서(미도시)는 조향휠의 조향각 및 조향각속도를 감지한다. 즉 조향각 센서는 광센서(optical sensor)를 포함하여 조향각을 감지하고, 이 조향각을 시간에 대하여 미분함으로써 조향각속도를 검출한다.

MDPS 로직부(300)는 컬럼토크 센서(100) 및 차속 센서(200)에 의해 각각 검출된 컬럼토크 및 차속에 기초하여, 운전자의 수동 운전 모드에서 MDPS(Motor Driven Power Steering) 모터(미도시)를 구동하기 위한 제1 지령전류를 결정할 수 있다. MDPS 로직부(300)는 컬럼토크 및 차속에 대하여 부스트 커브를 적용하는 방식으로 수동 운전 모드에서 MDPS 모터를 구동하기 위한 제1 지령전류를 결정할 수 있다.

MDPS 로직부(300)는 자율주행이 아닌 경우 운전자의 조타의지에 따라 토션바의 비틀림에 의해 생성된 컬럼토크로 제1 지령전류를 계산하여 MDPS 모터를 제어함으로써 어시스트 출력을 제공한다.

자율주행 시스템(400)은 차량에 장착된 자율 주행 모듈(예: 카메라 센서, 레이더 센서, 라이더 센서 등, 미도시)에 의해 검출되는 차량의 주행 환경을 통해 지령 조향각을 생성한다. 즉, 자율주행 시스템(400)은 자율주행을 하기 위해 Rader나 camera 등을 통하여 차선이나 장애물 인식 그리고 경로 추종을 하고 지령조향각을 생성한다.

조향각 위치 제어부(500)는 자율주행 시스템(400)에서 결정된 지령 조향각, 차속 센서(200)에 의해 검출되는 차속과, 조향각 센서(미도시)로부터의 차량의 현재 조향각에 기초하여 자율 주행 모드에서 MDPS 모터를 구동하기 위한 제2 지령전류를 결정한다. 즉, 조향각 위치 제어부(500)는 자율주행 시스템(400)에서 생성된 지령조향각을 입력받아, MDPS 모터를 제어하여 원하는 위치로 조타동작을 수행한다.

이러한 조향각 위치 제어부(500)는 미분기(510), 가변 HPF(520)(하이패스필터), 게인 조절부(530), 및 조향각 위치 제어기(540)를 포함할 수 있다.

미분기(510)는 자율주행 시스템(400)으로부터 입력된 지령 조향각을 미분하여 지령 조향각 속도를 검출한다.

가변 HPF(520)는 미분기(510)로부터의 출력에 따라 컷오프(Cut-off) 주파수를 조정하여 지령 조향각과 현재 조향각 간의 위치 제어 에러의 노이즈 성분을 제거한다. 이 경우, 가변 HPF(520)는 미분기(510)로부터 입력된 지령 조향각 속도의 전달함수의 미분시간을 조정하여 컷오프 주파수를 조정한다.

통상적으로, 장애물 등을 순간적으로 회피하기 위해서는 조향각 제어 성능을 순간적으로 증폭시켜야 한다.

일반적인 자율주행 모드에서 조향각 제어 성능이 지나치게 높으면, 외부의 노이즈나 주변환경 등으로 인해 제어 안정성이 떨어져 진동 등이 발생하고, 조향각 제어 성능이 오히려 저하될 수 있다. 따라서, 반드시 필요한 시점에서 조향각 제어 성능을 최대한 높이는 것이 매우 중요하다.

이를 위해, 일반적으로 사용하는 P-PI제어기 조합의 위치제어기를 사용하지 않고 PI-P나 PID-PI를 사용하는 것이 효과적이다. 하지만 D제어기를 적용할 경우 지령 조향각의 노이즈나 외부 환경 또는 노이즈로 인해 진동이 발생할 수 있다. 일반적으로 D제어기를 추가하여 위치의 변화에 대한 응답성을 높아질 수 있으나, 이는 외란이나 외부 환경에서 유입되는 노이즈로 인해 증폭되어 진동을 유발할 수 있으므로 조향각 제어 성능이 오히려 저하될 수 있기 때문이다.

이를 방지하기 위하여 보통 D제어기 앞단에 로우패스필터(Low pass filter)나 래그 보상기(Lag-compensator)를 적용한다. 하지만 구조가 복잡해지고 조타 상황에 따라 가변이 필요할 경우 변경해야 할 파라미터나 인자값들이 많아지게 된다. 즉, 조향각 제어 성능 확보를 위해, P-PI에서 P제어기단을 PI나 PID로 설계하여 PI-PI나 PID-PI구성을 이용할 수 있으나, 이보다 더 효율적이고, 조타 상황에 따라 조향각 제어 성능을 극대화시키며, 노이즈나 외란에 강하면서도 응답성을 크게 향상시킬 수 있는 방법이 필요하다.

통상적으로 PID제어기에서 D제어기에 로우패스필터나 래그 보상기를 적용하였을 때, 수식을 정리해 보면 G(s) = Kp(1+1/Ti×s+Td×s/(1+s×Td))로 나타낼 수 있다. 여기서, G(s)는 전달함수이고, Kp는 비례이득이며, Ti는 적분시간이며, Td는 미분시간이며, s는 복소수이다.

이를 각각 PID제어 게인을 분리하여 다시 풀어보면(즉 Kp를 I나 D제어기에 맞게 게인을 분리하면), G(s)=kp+Ki/Ti×s+Kd×s/(1+Td×s)로 나타낼 수 있고 이때 D제어를 다시 정리하면 (1/Td)/((1/Td)+s))×Td×Kp×s가 된다. 여기서, Ki는 적분이득이고, Kd는 미분이득이다.

한편, (1/Td)/((1/Td)+s)) 및 s는 1차 하이패스필터의 형태와 유사하다. 즉 D제어기에 Lag나 Low pass filter를 적용하는게 아니라 특화된 D제어 게인을 설정하고 이에 High pass filter를 적용하면 응답성을 높이면서 노이즈나 외란에도 강건화된 구조를 만들 수 있다.

이를 응용하여 D제어기를 적용하지 않고 조향각 제어 성능 향상을 위해 가변 HPF(520)와 게인 조절부(530)가 적용될 수 있다. 이 경우, 노이즈에는 강건하고 조향각 제어 성능이 크게 향상될 수 있다.

특히, 가변 HPF(520)의 게인과 컷오프 주파수는 매우 중요하다. 통상적으로 하이패스필터의 컷오프 주파수는 전동식 조향 장치, 예컨데 MDPS(MOTOR DRIVEN POWER STEERING)의 모터제어 대역폭을 적용하여 설정할 수도 있다. 그러나, MDPS의 토션바 공진점에 영향을 주지 않도록 하기 위해, C-MDPS의 경우 12Hz, R-MDPS의 경우 9Hz 정도를 컷 오프점으로 하여 공진점에 영향을 주지 않게 하이패스필터의 컷 오프 주파수를 설정하는 것이 중요하다. 참고로, MDPS의 안정성에 가장 큰 요인은 토션바이다. 이는 토션바의 강성이 가장 약하며 이로 인해 공진이 가장 쉽게 발생하는 지점이기 때문이다.

일반적으로 Td의 경우는 PID제어기에서 D제어기의 제어주기와 주파수를 정의할 수 있다. 전달함수의 (1/Td)/((1/Td)+s))×Td×Kp×s에 (1/Td)/((1/Td)+s))는 하이패스필터의의 형태와 같으며, 1/Td를 통하여 원하는 주파수로 설정이 가능하다. 즉 일반적인 하이패스필터의 전달함수는 s/(s+w)로 나타낼 수 있다. 여기서 w는 2πf로 여기서 f가 컷오프 주파수이다. 상기한 전달함수에서는 1/Td가 바로 w가 되므로, 가변 HPF(520)는 원하는 주파수를 설정하기 위해서 Td값을 가변시켜 컷오프 주파수를 조정할 수 있다.

조향각 위치 제어부(500)의 지령조향각이 빠르면 가변 HPF(520)의 컷 오프(cut off) 주파수를 낮추고, 즉 조타영역의 필요 게인과 주파수 응답을 높여주고 만일 지령조타속도가 느릴 경우 뒤로 밀어주어 노이즈에는 둔감하게 하여 진동이나 외란에 반응하지 않도록 한다. 이렇게 설계할 경우 자율주행 중 급격한 조타 회피가 필요할 경우에 매우 효과적이고 능동적으로 위치제어가 가능하다. 계속적으로 제어응답을 높여줄 경우 일반적인 주행 시 외란이나 노이즈가 증폭되어 위치제어의 성능을 저하시키지만 특화된 경우에 이러한 제어는 오히려 운전자의 안전을 향상시키는데 반드시 필요한 구조이다. 즉 가변 HPF(520)는 현재조향각과 지령조향각의 에러값이 입력으로 들어가고 컷오프 주파수는 지령 조향각속도에 따라 결정될 수 있다.

게인 조절부(530)는 게인을 제어하기 위해서는 미분이득 Kd값을 가변시킨다. 즉, 게인 조절부(530)는 (G = Kp * Td)를 이용하여 게인(G)를 조절할 수 있다. 게인 조절부(530)는 정의된 바와 같이 전달함수 내에서 조향각 가속도가 빠를수록 Kd값을 증가시키고 낮을수록 Kd값을 감소시켜 조향각 위치 제어부(500)의 게인응답특성을 가변시킬 수 있다.

게인을 결정하는 중요 요인은 차속과 지령 조향각 가속도이다. 차량의 부하와 MDPS에 걸리는 로드를 결정하기 위해서는 차속과 지령 조향각 가속도를 반드시 고려해야 한다.

이에 게인 조절부(530)는 차속에 따른 부하곡선 게인값과 지령 조향각 가속도 및 적절한 파라미터를 유지하기 위한 비율(ratio)를 곱하여 게인을 최종적으로 설정한다. 여기서, 비율은 실제 자율주행 조건에서 다양한 급조타 환경을 고려하여 다양하게 설정될 수 있다.

조향각 위치 제어기(540)는 게인 조절부(530)에 의해 조절된 게인에 따라 조향각을 제어하여 지령 조향각과 현재 조향각 간의 조향각 에러를 보정한다.

즉, 조향각 위치 제어기(540)는 자율주행 시스템(400)으로부터 입력된 지령 조향각과 조향각 센서로부터 입력된 현재 조향각을 비교하여 조향각 에러를 가변 HPF(520)에 입력한다.

아울러, 조향각 위치 제어기(540)는 게인 조절부(530)로부터 입력된 게인에 따라 조향각의 응답특성을 향상시키고 지령 조향각과 현재 조향각 간의 에러를 최소화시킬 수 있다.

운전자 조타개입 판단부(600)는 운전자의 조타 개입 여부를 판단한다.

즉, 운전자 조타개입 판단부(600)는 차량의 자율 주행 모드에서 컬럼토크 센서(100)에서 검출된 컬럼토크를 모니터링하여, 운전자의 조타개입 여부를 판단할 수 있다. 이때 운전자 조타개입 판단부(600)는 운전자 조타개입 판별 조건을 가변시켜 의도치 않은 모드 해지를 방지할 수 있다.

종래의 운전자 조타개입 판단부(600)는, 컬럼토크의 크기가 기 설정된 기준치 이상인 상태가 미리 설정된 기준시간 이상 유지되는 경우 운전자가 조타개입을 하는 것으로 판단하고, 이때의 컬럼토크에 따라 조타모드를 천이하는 시간을 조절하였다. 하지만 이럴 경우 자율주행 중 운전자가 급 조타 시 무조건 일정토크 이상에서 일정시간을 유지해야 하므로, 일정시간 동안은 조향이 되지 않아, 큰 걸림감이나 이질감 등이 발생할 수 있다. 이렇게 될 경우 운전자의 의도대로 조타가 되지 않기 때문에 긴급회피나 필요 시 급 조타 조건에서 운전자의 안전확보가 불가능하다.

이를 방지하기 위해 본 발명에 따른 운전자 조타개입 판단부(600)는 운전자가 조타 개입 시 발생하는 컬럼토크에 따라 홀딩기간(Holding period) 기준값을 가변적으로 변화시키는 조타개입 판단부(620)를 포함할 수 있다.

조타개입 판단부(620)는 컬럼토크의 크기에 따라 운전자 조타개입 판단 기준시간인 홀딩기간 기준값을 조절하고, 컬럼토크의 크기가 미리 설정된 기준치 이상인 상태를 조절된 홀딩기간 기준값 이상 유지하는 경우 운전자가 조타개입을 하는 것으로 판단할 수 있다. 여기서, 일정수준 이상의 컬럼토크가 발생했다는 의미는 토션바가 비틀렸다는 의미이며, 이는 곧 자율주행시 목표로 하는 조향각과 운전자가 목표로 하는 조향각이 다르다는 것을 의미한다. 이때, 컬럼토크의 크기에 따른 홀딩기간 기준값은 테이블 맵(Table map)으로 미리 저장되어 있다. 예를 들면, 테이블 맵에는 컬럼토크가 4Nm인 경우 홀딩기간 50ms, 6Nm인 경우 40ms, 7Nm인 경우 30ms, 8Nm인 경우 20ms, 9Nm인 경우 10ms 등과 같이 컬럼토크의 크기에 따른 홀딩기간 기준값이 저장될 수 있다. 따라서, 조타개입 판단부(620)는 컬럼토크 센서(100)를 통해 감지된 컬럼토크의 크기에 대응하는 홀딩기간을 테이블 맵으로부터 추출하여 홀딩기간 기준값을 조절할 수 있다.

긴급 조타 조건에서 컬럼토크가 클 경우, 조타개입 판단부(620)는 운전자 조타개입 판단 기준시간인 홀딩기간 기준값을 작게 조절함으로써, 빠르게 운전자 조타모드를 처리할 수 있다. 예를 들어, 조타개입 판단부(620)는 운전자 조타 시 컬럼토크가 4Nm인 경우 50ms, 6Nm인 경우 40ms, 7Nm인 경우 30ms, 8Nm인 경우 20ms, 9Nm인 경우 10ms와 같은 테이블 맵을 두어 도 3에 도시된 바와 같이 컬럼토크가 크면 클수록 운전자 조타 개입 판단 기준시간인 홀딩기간 기준값을 작게 할 수 있다. 이럴 경우 운전자가 급 조타를 하게 되면 당연히 컬럼토크가 커지는데 이때는 홀딩기간(Holding period) 기준값까지 빠르게 도달하게 되어 즉시 조타모드 천이가 가능하게 된다. 컬럼토크가 작을수록 홀딩기간(Holding period) 기준값이 늘어나며, 0에 수렴할수록 홀딩기간은 무한대로 늘어난다. 즉 운전자 조타감지 판단을 하지 않게 되는 것이다.

한편, 운전자 조타개입 판단부(600)는 컬럼토크를 모니터링하여 운전자의 조타개입 여부를 판단하나, 노면의 진동으로 인한 컬럼토크 튐에 따라 자율주행이 해지되는 경우가 발생할 수 있다. 즉, 의도치 않은 조타개입 시 발생하는 컬럼토크가 일정수준 이상에서 홀딩기간 기준값까지 만족하는 상태인 경우, 실제로 자율주행이 의도치 않게 해지되어 운전자의 편의성을 침해할 뿐만 아니라 안전까지 보장할 수 없다. 의도치 않은 조타개입 시 컬럼토크는 MDPS의 토션바와 핸들, 유조인트 등의 영향으로 일정 주파수에서 진동이 발생한다. 운전자의 의도하지 않은 조타개입(예 : 조타가 아닌 사용자의 핸들 터치나, 노면에 의한 진동의 영향으로 오인되는 조타개입 등) 시 MDPS의 토션바 공진점과 유사한 진동(즉, 오차범위에서 토션바 공진점과 같은 진동 주파수)이 발생할 수 있다.

그러므로, 운전자 조타개입 판단부(600)는 운전자의 의도치 않은 조타 개입시 발생하는 컬럼토크를 제거할 필요가 있다. 이에, 운전자 조타개입 판단부(600)는 필터부(610)를 포함할 수 있다.

필터부(610)는 컬럼토크 센서(100)에 의해 검출된 컬럼토크에 대하여 BSF(Band Stop Filter)을 통해 노이즈 필터링을 수행할 수 있다. 즉, 사용자의 의도하지 않은 조타개입(예 : 조타가 아닌 사용자의 핸들 터치나, 노면에 의한 진동의 영향으로 오인되는 조타개입 등) 시 MDPS의 토션바 공진점과 유사한 진동(즉, 오차범위에서 토션바 공진점과 같은 진동 주파수)이 발생하는데, 필터부(610)는 이를 BSF를 통해 필터링하여 해당 주파수 성분의 컬럼토크(즉, 사용자의 의도하지 않은 조타개입에 의해 발생한 주파수 성분의 컬럼토크)를 제거할 수 있다.

운전자의 의도하지 않은 조타개입에 의해 발생한 주파수 성분의 컬럼토크를 제거하는 이상적인 방법은 MDPS에서 핸들과 토션바의 관성과 강성을 고려한 공진 주파수를 찾아내고, 이를 BSF로 정확하게 필터링하는 것이다.

통상적으로 공진 주파수는

으로 도출할 수 있다. 여기서, K는 토션바의 특성에 따르며, 통상적으로 2.1~2.8Nm/deg일 수 있다. J는 유조인트와 핸들의 직경 및 조향각 가속도에 따라 변화되므로 시험을 통해 결정되며, 이를 통해 구해진 값은 시험차량 기준 8-10Hz일 수 있다. 보통 관성 모멘트 J값은 조향각 가속도에 영향을 받으며, 조향각 가속도 값이 빠르면 10Hz, 조향각 가속도 값이 느리면 8Hz로 BSF의 주파수를 지정할 수 있다. 이때, 각 조향각 가속도별 공진주파수 값은 테이블화하여 가변 적용할 수 있다. 이는 차량마다 특성이 다르므로, 시험을 통해 튜닝맵을 도출한다. 이러한 방법을 적용시키면, 운전자의 의도치 않은 조타에 따라 발생하는 진동 신호를 필터링할 수 있고, 진동이 필터링된 신호를 기반으로 홀딩기간이나 블렌딩 기간을 결정하게 되면 훨씬 더 정확하게 운전자의 조타개입 의도를 판단할 수 있게 된다.

이로 인해 주행주행 중 핸들을 터치하거나 노면의 장애물 등을 밟아 토크가 튀더라도 자율주행은 그대로 유지하고, 필요시 운전자가 급 조타를 한 경우에는 즉시 천이가 가능함으로 인해 자율 주행중 운전자에게 조타권한을 넘겨주는데 있어서 보다 더 좋은 성능을 낼 수 있다.

한편, 상기에서는 자율주행 중 운전자가 조타를 개입하는 관점에서 바라보았으나, 만일 자율주행 입장에서 긴급 장애물 회피와 같은 조건에 대해서도 고려를 해야 한다. 이는 장애물 회피와 같은 급 조타 명령이 자율주행 시스템(400)에서 인가될 경우에도 실제 컬럼토크가 크게 높아지기 때문이다. 이러한 경우는 역으로 자율주행의 의지에 따라 컬럼토크가 커지게 된 경우이므로, 자율주행을 해지하면 안된다.

즉, 자율주행 시스템(400)에 의한 긴급 조타가 이루어 질 경우, 토션바가 순간적으로 급격하게 비틀림으로 인해 컬럼토크가 크게 상승하게 되며, 이에 따라 기존에는 운전자 조타개입 판단부(600)는 운전자가 의도한 조타로 잘못 판단하여 자율주행이 해지될 수 있었다. 그런데 이는(즉, 자율주행 시스템(400)에 의한 긴급 조타는) 미리 지정된 일반적인 자율주행 조건이 아니다.

따라서 컬럼토크가 일정수준 이상일 경우 자율주행을 해지하도록 되어 있는 기존의 자율주행 해지 조건에 따라 자율주행이 해지될 수 있다.

즉, 장애물을 회피하기 위해 자율주행 시스템(400)이 급조타 명령을 내림으로써 컬럼토크가 상승되었는데, 이를 운전자가 의도한 조타 개입으로 잘못 판단하여 자율주행을 해지할 경우 차량은 장애물을 회피하지 못하고 장애물에 충돌하게 되는 문제점이 있었다.

상기와 같이 자율주행 시스템(400)에 의한 급조타 시, 운전자 조타개입 판단부(600)가 운전자의 조타 개입으로 잘못 판단하는 것을 방지하기 위해서는 우선 자율주행 시스템(400)에서 출력하는 지령 조향각을 이용하여 조향각 가속도를 구해야 한다. 이에, 운전자 조타개입 판단부(600)는 자율주행 시스템(400)에서 출력하는 지령 조향각의 미분을 통해 조향각 가속도를 산출하는 조향각 가속도 산출부(미도시)를 더 포함할 수 있다.

일반적으로 회전토크는 회전관성모멘트와 조향각 가속도의 곱의 양에 비례하기 때문에 만약 지령 조향각 가속도가 지정된 기준 값 이상 발생할 경우 회전토크의 증가를 예상할 수 있다. 따라서 조향각 가속도 산출부는 제1 미분기(미도시) 및 제2 미분기(미도시)를 통해 자율주행 시스템(400)에서 출력된 지령 조향각을 2번 미분하여 조향각 가속도를 구하고, 필터부(610)는 이때 발생하는 노이즈를 LPF(Low pass filter, 미도시)를 통해 처리하여 보정한다. LPF를 통해 보정되어 출력된 조향각 가속도가 지정된 기준 이상일 경우, 운전자 조타개입 판단부(600)는 자율주행 해지를 금지할 수 있다.

참고로 자율주행 해지를 금지하기 위한 조향각 가속도의 크기는 순간적인 차량 선회각도의 변화를 의미하며, 이는 차량의 특성에 따라 달라질 필요가 없으므로, 기준 조향각 가속도를 시험을 통해 결정해 메모리(미도시)에 적용 후 모든 차종에 이용할 수 있다.

조향각 가속도 산출부는 지령조향각의 미분을 2회 수행하여 조향각 가속도를 산출하고, 필터부는 조향각 가속도에 대해 노이즈를 제거하기 위하여 LPF처리를 할 수 있다. 조타개입 판단부(620)는 LPF 처리된 값을 기반으로 홀딩기간 기준값을 높임으로써 자율주행 모드가 해지되지 않도록 할 수 있다.

이렇게 될 경우, 자율주행 측에서 긴급한 조향을 하여 운전자가 핸들을 돌리지 않는 상황에서도 컬럼토크가 올라간다면, 자율주행 모드를 해지하지 않고 유지할 수 있다. 하지만 실제 운전자가 개입하지 않은 상태에서 컬럼토크가 높아지는 현상에 의한 모드 천이가 발생할 수 있다.

실제로 자율주행 레벨이 올라갈수록 운전자의 전방 주시나 조타 개입 권한이 줄어들게 된다. 만일 자율주행 입장에서 긴급한 회피나 급 선회가 필요하다 판단하고 자율주행 조타를 수행할 경우, MDPS 하단의 모터각이 먼저 변하게 되며 자연스레 토션바가 비틀어져 컬럼토크까지 상승하게 된다.

이럴 경우 기존의 알고리즘은 컬럼토크 값만을 보고 운전자의 조타개입을 판단하게 되는데 자율주행에 의해 커진 컬럼토크의 양을 가지고 운전자 조타모드로 천이를 해버리면 운전자가 대응을 못할 경우 안전에 큰 위협이 발생하게 된다. 이를 방지하기 위한 추가적인 대응방안이 반드시 필요하다. 이에, 운전자 조타개입 판단부(600)는 조향각 센서에서 감지된 조향각과 모터로부터의 모터각을 비교하여 운전자 조타개입 여부를 판단하는 조향각 위상 검출부(640)를 더 포함할 수 있다.

조향각 위상 검출부(640)는 조향각 센서로부터의 조향각과 모터로부터의 모터각으로부터 각각 위상을 검출하고, 조향각의 위상과 모터각의 위상 중 모터각의 위상이 먼저 검출되는 경우 운전자 조타개입이 아니라고 판단할 수 있다.

운전자 조타개입 여부를 판단하기 위해서는 홀딩기간(Holding period)이나 운전자 조타개입 상태를 인지하기 위해 설정된 컬럼토크 임계값(threshold)을 어떻게 가변시키느냐가 핵심이다. 중요한 부분은 자율주행상황에서 급격한 조타를 수행할 경우 모터각의 위상이 조향각 센서로부터의 조향각보다 반드시 빠르게 되어 있다. 이때에는 운전자 조타개입 판단검출 컬럼토크 값을 오히려 높이거나 홀딩기간(Holding period) 기준값을 크게 늘림으로 인하여 자율주행이 충분히 수행될 수 있도록 모드 해지를 하지 않게 해야한다. 일반적인 운전자 조타개입의 경우는 반드시 조향각 센서로부터의 조향각의 변화가 모터각보다 빠르게 되어 있으며 이럴 경우 홀딩기간 기준값이나 컬럼토크 임계값을 반대로 낮춰주어 운전자가 급조타를 하고 싶을 경우는 즉시 해지가 될 수 있도록 처리해 주는 것이 중요하다.

여기서 중요한 부분은 모터각과 조향각의 위상검출도 있으나 간헐적으로 포트홀을 지나거나 외부 충격에 의해 모터각의 위상이 조향각 센서로부터의 조향각보다 빠르고 컬럼토크가 올라갈 경우는 자율주행을 유지해야 하는데 이 부분은 컬럼토크의 필터링된 값을 기준으로 제어를 해야한다. 이처럼 조향각 위상 검출부(640)는 조향각과 모터각을 이용하여 실제 운전자 조타개입이 필요한 상황인지 또는 자율주행을 반드시 유지해야 하는 상황인지 정확하게 판단하고 수행해야 자율주행 중 운전자의 안전을 확보 할 수 있다.

조타개입 판단부(620)는 필터부(610)에서 노이즈 필터링된 컬럼토크를 모니터링하여 운전자의 조타개입 여부를 판단할 수 있다. 이때, 조타개입 판단부(620)는 노이즈 필터링된 컬럼토크의 크기에 따라 홀딩기간(Holding period) 기준값을 가변적으로 변화시킬 수 있다. 조타개입 판단부(620)는 필터링된 컬럼토크의 크기가 변경된 홀딩기간 기준값 이상 유지되는 경우 운전자가 조타개입을 하는 것으로 판단할 수 있다.

운전자 조타개입 판단부(600)는 홀딩기간이 홀딩기간 기준값에 도달했을 때의 컬럼토크 대응하는 블렌딩 기간(Blending period)을 가중치로 산출하는 가중치 산출부(630)를 더 포함할 수 있다. 이때, 가중치 산출부(630)에는 도 4에 도시된 바와 같이 컬럼토크별로 블렌딩 기간이 매칭된 컬럼토크 가중치 테이블이 미리 저장되어 있다. 따라서, 가중치 산출부(630)는 홀딩기간이 홀딩기간 기준값에 도달했을 때의 컬럼토크에 대응하는 블렌딩 기간을 가중치로 추출할 수 있다. 즉, 컬럼토크 필터링에 따른 홀딩기간 기준값을 만족하는 경우, 가중치 산출부(630)는 홀딩기간 기준값에 도달했을 때의 컬럼토크에 대응하는 가중치를 산출한다.

한편, 운전자 조타개입 판단부(600)의 판단결과, 자율 주행 모드에서 운전자가 조타개입을 한 것으로 판단되면, 자율주행의 출력을 줄이고 운전자의 의지에 따른 출력으로 MDPS 모터를 제어해야 한다. 이를 위해 출력 제어부(700)에서 가중치 필터 즉, Exponential smoothing filter를 통하여 최종 출력의 크기를 조절하게 된다.

출력 제어부(700)는 블렌딩 기간(Blending period)을 통하여 실제 자율주행 제어 출력과 MDPS 로직부(300)의 출력값을 통합하게 된다. 홀딩기간 기준값을 만족하는 시점의 컬럼토크에 따라 설정된 블렌딩 기간을 통하여 출력이 통합될 수 있다. 예를 들어, 홀딩기간 기준값을 만족하는 시점의 컬럼토크가 6Nm이고 이때 필요한 블렌딩 기간이 200ms이면, 출력 제어부(700)는 200ms이내에 자율주행 출력을 MDPS 출력으로 변환시킬 수 있다.

이때, 출력 제어부(700)는 아래 수학식 1을 이용하여 최종 출력의 크기를 조절할 수 있다.

[수학식 1]

C = AK + (1-K)B

여기서, C는 최종 출력, K는 가중치, A는 MDPS 로직부(300)의 출력(즉 운전자가 조타를 했을 때 발생하는 지령전류량(제1 지령전류)), B는 자율주행 시 발생하는 지령전류 량(제2 지령전류)을 의미할 수 있다. 가중치(K)의 범위는 0 ~ 1일 수 있고, 가중치 K가 1일경우 (1-K)B 값은 0이 되어, 최종 출력 C값은 A의 출력에 의해 조절된다. 가중치는 블렌딩 기간이 200ms 조건이라면 제일 처음에는 0/200 = 0이고 분자값을 증가시키면 점차 0에서 200으로 분자값이 변화되며 결과적으로 K값은 0 에서 1로 변하게 된다.

상기와 같은 구성을 통하여 자율주행 중 운전자가 조타개입을 어떻게 하느냐에 따라 홀딩기간 기준값이 가변되어 급 조타시 무조건 일정시간을 유지해야 하는 등의 조건이 사라지므로, 급 조타 시 보다 더 정확한 판단과 더불어 모드 천이를 즉시 실행할 수 있다.

상술한 바와 같이 구성된 전동식 조향 시스템의 제어 장치는 차량의 자율주행 시 상황에 따라 차량의 조타 제어권을 최적화시켜 운전자가 보다 더 편리하고 안전한 운행을 할 수 있도록 제어할 수 있다. 즉, 차량의 자율주행 모드에서 운전자의 조타개입이 필요할 경우 운전자가 조타 권한을 갖도록 하고, 운전자가 핸들을 놓았을 경우 다시 자율주행을 유지할 수 있도록 할 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 조향 시스템의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 5를 참조하면, MDPS 로직부(300)는 컬럼토크 센서(100) 및 차속 센서(200)에 의해 각각 검출된 컬럼토크 및 차속에 기초하여 제1 지령전류를 결정한다(S510). 즉, MDPS 로직부(300)는 컬럼토크 센서(100) 및 차속 센서(200)에 의해 각각 검출된 컬럼토크 및 차속에 기초하여, 운전자의 수동 운전 모드에서 MDPS 모터를 구동하기 위한 제1 지령전류를 결정할 수 있다.

S510 단계가 수행되면, 조향각 위치 제어부(500)는 자율주행 시스템(400)으로부터 입력된 지령 조향각과 조향각 센서로부터의 현재 조향각에 기초하여 자율 주행 모드에서 MDPS 모터를 구동하기 위한 제2 지령전류를 결정하여 MDPS 모터를 구동시킨다(S520).

S520 단계가 수행되면, 운전자 조타개입 판단부(600)는 자율 주행 모드에서 컬럼토크 센서(100)의 컬럼토크를 모니터링하여 운전자의 조타개입 여부를 판단한다(S530). 이때, 운전자 조타개입 판단부(600)는 컬럼토크 센서(100)에 의해 검출된 컬럼토크에 대하여 BSF(Band Stop Filter)을 통해 노이즈 필터링을 수행하고, 필터링된 컬럼토크의 크기에 따라 운전자 조타개입 판단 기준시간인 홀딩기간 기준값을 조절할 수 있다. 그런 후, 운전자 조타개입 판단부(600)는 필터링된 컬럼토크의 크기가 미리 설정된 기준치 이상인 상태를 조절된 홀딩기간 기준값 이상 유지하는 경우 운전자가 조타개입을 하는 것으로 판단할 수 있다.

S530 단계의 판단결과, 운전자의 조타개입된 것으로 판단되면, 운전자 조타개입 판단부(600)는 필터링된 컬럼토크의 홀딩기간이 홀딩기간 기준값에 도달했을 때의 컬럼토크에 대응하는 블렌딩 기간(Blending period)을 가중치로 획득한다(S540).

S540 단계가 수행되면, 출력 제어부(700)는 가중치를 제1 및 제2 지령전류에 적용하여, 최종 지령전류를 결정하고(S550), 자율주행 모드를 완전히 해지한다(S560). 이때, 출력 제어부(700)는 가중치 필터 즉, Exponential smoothing filter를 통하여 최종 지령전류의 크기를 조절할 수 있다.

상기와 같은 과정을 통해 차량의 자율주행 모드에서 자율주행 모드를 완전히 해지하는 명령을 주지 않고, 운전자는 자율주행 중 핸들을 잡아 조타를 할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 일 측면에 따른 전동식 조향 시스템의 제어 장치 및 방법은, 차량의 자율주행 모드에서 운전자가 자율주행을 순간적으로 원하지 않아 이를 빠르게 해지시키고 직접 운전을 하는 경우나, 또는 자율주행시스템의 순간적인 오류 등으로 장애물 회피 등을 위하여 운전자의 조타개입이 필요할 경우, 이를 정확히 감지하여 조타 권한을 운전자가 갖도록 하고, 운전자가 핸들을 놓았을 경우 다시 자율주행을 유지함으로써, 자율주행을 상황에 따라 부드럽게 천이시킬 수 있고, 이로 인해 운전자의 편의와 안전성을 극대화시킬 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 전동식 조향 시스템의 제어 장치 및 방법은, 운전자의 조타개입을 정확히 인식하여 의도치 않은 자율주행 모드 해지를 방지함으로써 운전자의 편의성을 극대화 시킬 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 전동식 조향 시스템의 제어 장치 및 방법은, 자율주행에서 위급상황에 따라 급격한 조타 시에는 운전자 조타개입 판별 조건을 가변시켜 의도치 않은 모드 해지를 방지할 수 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.

100 : 컬럼토크 센서
200 : 차속 센서
300 : MDPS 로직부
400 : 자율주행 시스템
500 : 조향각 위치 제어부
510 : 미분기
520 : 가변 HPF
530 : 게인 조절부
540 : 조향각 위치 제어기
600 : 운전자 조타개입 판단부
610 : 필터부
620 : 조타개입 판단부
630 : 가중치 산출부
640 : 조향각 위상 검출부
700 : 출력 제어부

Claims (14)

1. 차량의 스티어링 컬럼에 인가되는 컬럼토크를 검출하는 컬럼토크 센서;
   상기 컬럼토크 센서 및 차속 센서에 의해 각각 검출된 컬럼토크 및 차속에 기초하여 제1 지령전류를 결정하는 MDPS(Motor Driven Power Steering) 로직부;
   자율주행 시스템으로부터 입력된 지령 조향각과 조향각 센서로부터의 현재 조향각에 기초하여 자율 주행 모드에서 MDPS 모터를 구동하기 위한 제2 지령전류를 출력하는 조향각 위치 제어부;
   상기 차량의 자율 주행 모드에서 상기 컬럼토크 센서의 컬럼토크를 모니터링하여 운전자의 조타개입 여부를 판단하는 운전자 조타개입 판단부; 및
   상기 차량의 자율 주행 모드에서 상기 운전자의 조타개입이 발생한 경우, 상기 운전자 조타개입 판단부에서 결정된 가중치를 상기 제1 및 제2 지령전류에 적용하여, 최종 지령전류를 결정하는 출력 제어부
   를 포함하는 전동식 조향 시스템의 제어 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 운전자 조타개입 판단부는,
   상기 컬럼토크 센서에 의해 검출된 컬럼토크에 대하여 BSF(Band Stop Filter)을 통해 노이즈 필터링을 수행하는 필터부;
   상기 필터부에서 필터링된 컬럼토크의 크기에 따라 운전자 조타개입 판단 기준시간인 홀딩기간 기준값을 조절하고, 상기 필터링된 컬럼토크의 크기가 미리 설정된 기준치 이상인 상태를 상기 조절된 홀딩기간 기준값 이상 유지하는 경우 상기 운전자가 조타개입을 하는 것으로 판단하는 조타개입 판단부; 및
   상기 필터링된 컬럼토크의 홀딩기간이 상기 홀딩기간 기준값에 도달했을 때의 컬럼토크에 대응하는 블렌딩 기간(Blending period)을 가중치로 획득하는 가중치 산출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향 시스템의 제어 장치.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 지령 조향각의 미분을 통해 조향각 가속도를 산출하는 조향각 가속도 산출부를 더 포함하고,
   상기 필터부는, LPF 처리를 통해 상기 조향각 가속도의 노이즈를 제거하며,
   상기 조타개입 판단부는, 상기 노이즈가 제거된 값을 기반으로 상기 홀딩기간 기준값을 높임으로써 자율주행 모드가 해지되지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향 시스템의 제어 장치.
   
4. 제2항에 있어서,
   상기 조타개입 판단부는,
   컬럼토크의 크기에 따른 홀딩기간 기준값이 저장된 테이블 맵(Table map)을 구비하고,
   상기 컬럼토크 센서를 통해 감지된 컬럼토크의 크기에 대응하는 홀딩시간 기준값을 상기 테이블 맵으로부터 추출하여 홀딩기간 기준값을 조절하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향 시스템의 제어 장치.
   
5. 제2항에 있어서,
   상기 가중치 산출부는,
   컬럼토크별로 블렌딩 기간이 매칭된 컬럼토크 가중치 테이블로부터 상기 홀딩기간 기준값에 도달했을 때의 컬럼토크에 대응하는 블렌딩 기간을 획득하고, 상기 획득된 블렌딩 기간을 상기 가중치로 획득하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향 시스템의 제어 장치.
   
6. 제2항에 있어서,
   상기 운전자 조타개입 판단부는,
   상기 조향각 센서로부터의 조향각과 MDPS 모터로부터의 모터각으로부터 각각 위상을 검출하고, 상기 검출된 조향각의 위상과 모터각의 위상에 기초하여 상기 운전자 조타개입 여부를 판단하는 조향각 위상 검출부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향 시스템의 제어 장치.
   
7. 제6항에 있어서,
   상기 조향각 위상 검출부는,
   상기 모터각의 위상이 상기 조향각의 위상보다 먼저 검출되는 경우 운전자 조타개입이 아니라고 판단하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향 시스템의 제어 장치.
   
8. MDPS 로직부가 컬럼토크 센서 및 차속 센서에 의해 각각 검출된 컬럼토크 및 차속에 기초하여 제1 지령전류를 결정하는 단계;
   조향각 위치 제어부가, 자율주행 시스템으로부터 입력된 지령 조향각과 조향각 센서로부터의 현재 조향각에 기초하여 자율 주행 모드에서 MDPS 모터를 구동하기 위한 제2 지령전류를 결정하여 상기 MDPS 모터를 구동시키는 단계;
   운전자 조타개입 판단부가, 상기 자율 주행 모드에서 컬럼토크 센서의 컬럼토크를 모니터링하여 운전자의 조타개입 여부를 판단하는 단계; 및
   출력 제어부가, 상기 자율 주행 모드에서 상기 운전자의 조타개입이 발생한 경우, 상기 운전자 조타개입 판단부에서 결정된 가중치를 상기 제1 및 제2 지령전류에 적용하여, 최종 지령전류를 결정하는 단계;
   를 포함하는 전동식 조향 시스템의 제어 방법.
   
9. 제8항에 있어서,
   상기 운전자의 조타개입 여부를 판단하는 단계는,
   필터부가, 상기 컬럼토크 센서에 의해 검출된 컬럼토크에 대하여 BSF(Band Stop Filter)을 통해 노이즈 필터링을 수행하는 단계;
   조타개입 판단부가, 상기 필터부에서 필터링된 컬럼토크의 크기에 따라 운전자 조타개입 판단 기준시간인 홀딩기간 기준값을 조절하고, 상기 필터링된 컬럼토크의 크기가 미리 설정된 기준치 이상인 상태를 상기 조절된 홀딩기간 기준값 이상 유지하는 경우 상기 운전자가 조타개입을 하는 것으로 판단하는 단계; 및
   가중치 산출부가, 상기 필터링된 컬럼토크의 홀딩기간이 상기 홀딩기간 기준값에 도달했을 때의 컬럼토크에 대응하는 블렌딩 기간(Blending period)을 가중치로 획득하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향 시스템의 제어 방법.
   
10. 제9항에 있어서,
    상기 노이즈 필터링을 수행하는 단계에서,
    조향각 가속도 산출부가 상기 지령 조향각의 미분을 통해 조향각 가속도를 산출하면, 상기 필터부가 LPF 처리를 통해 상기 조향각 가속도의 노이즈를 제거하며,
    상기 운전자가 조타개입을 하는 것으로 판단하는 단계에서,
    상기 조타개입 판단부는, 상기 노이즈가 제거된 값을 기반으로 상기 홀딩기간 기준값을 높임으로써 자율주행 모드가 해지되지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향 시스템의 제어 방법.
    
11. 제9항에 있어서,
    상기 운전자가 조타개입을 하는 것으로 판단하는 단계에서,
    상기 조타개입 판단부는, 컬럼토크의 크기에 따른 홀딩기간 기준값이 저장된 테이블 맵(Table map)을 구비하고, 상기 컬럼토크 센서를 통해 감지된 컬럼토크의 크기에 대응하는 홀딩시간 기준값을 상기 테이블 맵으로부터 추출하여 홀딩기간 기준값을 조절하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향 시스템의 제어 방법.
    
12. 제9항에 있어서,
    상기 가중치로 획득하는 단계에서,
    상기 가중치 산출부는, 컬럼토크별로 블렌딩 기간이 매칭된 컬럼토크 가중치 테이블로부터 상기 홀딩기간 기준값에 도달했을 때의 컬럼토크에 대응하는 블렌딩 기간을 획득하고, 상기 획득된 블렌딩 기간을 상기 가중치로 획득하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향 시스템의 제어 방법.
    
13. 제9항에 있어서,
    조향각 위상 검출부가, 상기 조향각 센서로부터의 조향각과 MDPS 모터로부터의 모터각으로부터 각각 위상을 검출하고, 상기 검출된 조향각의 위상과 모터각의 위상에 기초하여 상기 운전자 조타개입 여부를 판단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향 시스템의 제어 방법.
    
14. 제13항에 있어서,
    상기 검출된 조향각의 위상과 모터각의 위상에 기초하여 상기 운전자 조타개입 여부를 판단하는 단계에서,
    상기 조향각 위상 검출부는, 상기 모터각의 위상이 상기 조향각의 위상보다 먼저 검출되는 경우 운전자 조타개입이 아니라고 판단하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향 시스템의 제어 방법.
    

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