KR20230088081A - 조향 제어 장치 및 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 개시는 조향 제어 장치 및 제어 방법에 관한 것으로, 조향 휠의 회전에 대응하여 반력 토크를 발생시키는 반력 모터를 제어하는 조향 제어 장치로서, 미리 설정된 차량 정지 조건 및 반력 제공 준비 조건을 포함하는 정차 반력 제공 조건의 만족 여부를 판단하는 조건 판단부와, 정차 반력 제공 조건을 만족한다고 판단되는 경우에, 반력 모터에 전원을 공급하는 배터리의 잔여 전력량에 관한 잔여 전력 정보에 기초하여 정차 반력 토크 정보의 산출 방식을 구분하여 처리하는 산출부와, 정차 반력 토크 정보에 기초하여 조향 휠에 반력 토크가 발생하도록 제어하는 제어부를 포함하는 조향 제어 장치를 포함한다.

Description

조향 제어 장치 및 제어 방법{A APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING OF MOTOR}
본 개시는 조향 제어 장치 및 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 정차된 차량의 조향 휠에 반력을 제공하는 조향 제어 장치 및 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 차량의 조향 장치는 운전자가 조향 휠에 가한 힘을 차륜에 전달하여 차량의 진행 방향을 변화시키는 장치를 말한다. 최근에는, 조향 장치의 상위단 및 하위단이 기계적으로 분리되고, 상위단의 움직임을 전기 신호를 이용하여 전달하는 형태의 이른바 스티어 바이 와이어(Steer By Wire) 시스템이 차량에 적용되고 있다.
그리고 이러한 스티어 바이 와이어 시스템의 특성상, 조향 휠을 조작함에 있어 반력이 제공되지 않는 경우에는 운전자의 의도와 다른 속도로 움직이거나, 헛도는 경우가 발생하여 안전 사고가 발생할 위험이 있다.
특히, 차량이 정지한 상황에서는, 승차 및 하차 동작 등 운전자가 조향 휠이 고정되어 있을 것을 기대하고 조향 휠을 잡은 채 움직이는 경우가 많으므로, 정차 상황에서도 조향 휠에 반력을 제공할 필요가 있다.
다만, 차량 시스템이 OFF된 상황에서 일반적인 반력 제공 방식만을 이용하는 경우 배터리 방전 등의 문제가 발생할 수 있는바, 배터리의 잔여 용량 등 각 상황에 맞는 방식으로 반력을 제공하는 기술이 요구된다.
본 개시는, 차량이 정차된 상항에서도 조향 휠에 반력을 제공할 수 있는 조향 제어 장치 및 제어 방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 개시는, 배터리의 잔여 용량을 고려하여 각 상황에 알맞은 방식으로 조향 휠에 반력을 제공할 수 있는 조향 제어 장치 및 제어 방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 개시는, 구동 가능한 전류의 크기가 낮은 상황에서도 조향 휠에 반력을 제공할 수 있는 조향 제어 장치 및 제어 방법을 제공하고자 한다.
일 측면에서, 본 실시예들은 조향 휠의 회전에 대응하여 반력 토크를 발생시키는 반력 모터를 제어하는 조향 제어 장치로서, 미리 설정된 차량 정지 조건 및 반력 제공 준비 조건을 포함하는 정차 반력 제공 조건의 만족 여부를 판단하는 조건 판단부와, 정차 반력 제공 조건을 만족한다고 판단되는 경우에, 반력 모터에 전원을 공급하는 배터리의 잔여 전력량에 관한 잔여 전력 정보에 기초하여 정차 반력 토크 정보의 산출 방식을 구분하여 처리하는 산출부와, 정차 반력 토크 정보에 기초하여 조향 휠에 반력 토크가 발생하도록 제어하는 제어부를 포함하는 조향 제어 장치를 제공할 수 있다.
다른 측면에서, 본 실시예들은 조향 휠의 회전에 대응하여 반력 토크를 발생시키는 반력 모터를 제어하는 조향 제어 방법으로서, 미리 설정된 차량 정지 조건 및 반력 제공 준비 조건을 포함하는 정차 반력 제공 조건의 만족 여부를 판단하는 조건 판단 단계와, 정차 반력 제공 조건을 만족한다고 판단되는 경우에, 반력 모터에 전원을 공급하는 배터리의 잔여 전력량에 관한 잔여 전력 정보에 기초하여 정차 반력 토크 정보의 산출 방식을 구분하여 처리하는 정보 산출 단계와, 정차 반력 토크 정보에 기초하여 조향 휠에 정차 반력 토크가 발생하도록 제어하는 정차 반력 제어 단계를 포함하는 조향 제어 방법을 제공할 수 있다.
본 개시에 의하면, 차량이 정차된 상항에서도 조향 휠에 반력을 제공할 수 있는 조향 제어 장치 및 제어 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 개시에 의하면, 배터리의 잔여 용량을 고려하여 각 상황에 알맞은 방식으로 조향 휠에 반력을 제공할 수 있는 조향 제어 장치 및 제어 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 개시에 의하면, 구동 가능한 전류의 크기가 낮은 상황에서도 조향 휠에 반력을 제공할 수 있는 조향 제어 장치 및 제어 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 개시에 따른 조향 제어 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 차량의 조향 장치에 대해 예시적인 구성을 나타낸 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 정차 반력 제어가 수행되기 위한 조건을 예시적으로 설명하기 위한 그래프이다.
도 4는 일 실시예에 따른 조향 제어 장치에서 반력 모터를 구동하여 정차 반력 제어를 수행하는 실시예를 설명하기 위한 그래프이다.
도 5는 일 실시예에 따른 조향 제어 장치에서 최대 반력 토크를 재설정하여 정차 반력 제어를 수행하는 실시예를 설명하기 위한 그래프이다.
도 6은 일 실시예에 따른 조향 제어 장치에서 모터 제동 토크를 이용하여 정차 반력 제어를 수행하는 실시예를 설명하기 위한 그래프이다.
도 7은 일 실시예에 따른 조향 제어 장치에서 인버터의 스위칭 소자를 제어하여 모터 제동 토크를 발생시키는 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 일 실시예에 따른 조향 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 9는 또 다른 실시예에 따른 조향 제어 방법을 수행하는 구성을 예시적으로 설명하기 위한 순서도이다.
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.
그리고 본 개시에서, 정차 반력 제어는 정차 반력 토크 정보에 기초하여 반력 토크 또는 반력을 발생시키는 제어를 하는 것으로 정의한다. 이 경우, 정차 반력 제어는, 반력 모터에서 정차 반력 토크를 발생시키도록 제어하는 것과, 반력 모터에서 발생한 정차 반력 토크에 기초하여 조향 휠에 반력 또는 반력 토크가 제공되도록 제어하는 것을 모두 포함할 수 있다.
도 1은 본 개시에 따른 조향 제어 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 개시에 따른 조향 제어 장치(100)는, 조건 판단부(110), 산출부(120) 및 제어부(130)를 포함할 수 있다. 그리고 조건 판단부(110), 산출부(120) 및 제어부(130)는 서로 연결될 수 있다.
일 예로, 조향 제어 장치(100)는, 조향 휠의 회전에 대응하여 반력 토크를 발생시키는 반력 모터를 제어하는 조향 제어 장치로서, 미리 설정된 차량 정지 조건 및 반력 제공 준비 조건을 포함하는 정차 반력 제공 조건의 만족 여부를 판단하는 조건 판단부와, 정차 반력 제공 조건을 만족한다고 판단되는 경우에, 반력 모터에 전원을 공급하는 배터리의 잔여 전력량에 관한 잔여 전력 정보에 기초하여 정차 반력 토크 정보의 산출 방식을 구분하여 처리하는 산출부와, 정차 반력 토크 정보에 기초하여 조향 휠에 반력 토크가 발생하도록 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
조건 판단부(110)는, 미리 설정된 정차 반력 제공 조건의 만족 여부를 판단할 수 있다. 이 경우, 정차 반력 제공 조건은, 미리 설정된 차량 정지 조건 및 반력 제공 준비 조건을 포함할 수 있다.
차량 정지 조건은, 차량이 정지되었는지 여부를 확인할 수 있는 조건을 적어도 하나 이상 포함할 수 있다. 차량이 정지 여부에 따라 조향 장치에 전력이 공급되는 방식, 반력 제공의 제어 로직 등이 달라질 수 있으므로, 차량 정지 조건을 만족하여 차량이 정지된 것으로 판단되는 경우에 본 개시에 따른 정차 반력 제어가 수행되도록 설정될 수 있다.
또한, 차량 정지 조건은, 차량 정지 여부를 확인할 수 있는 복수의 조건 중 적어도 하나를 만족하는 것으로 설정될 수 있다.
예를 들면, 차량 정지 조건은, 차량의 이그니션 오프가 완료되는 조건, 조향 장치의 전원 오프가 완료되는 조건 및 차량의 차속 정보가 미리 설정된 기준 차속 미만으로 판단되는 조건 중 적어도 하나를 만족하는 조건으로 설정될 수 있다. 여기서, 기준 차속은, 차량의 정지/주행 여부를 판단하는 기준으로 이용하기 위하여 설정된 차속일 수 있다.
반력 제공 준비 조건은, 실제로 조향 휠에 대한 반력 제공이 요구될 가능성이 존재하는 상황인지 여부를 확인할 수 있는 조건을 적어도 하나 이상 포함할 수 있다. 즉, 차량이 정지한 것으로 확인된 경우라도, 이에 더하여 반력 제공 준비 조건을 만족하는 경우에 본 개시에 따른 정차 반력 제어가 수행 가능하도록 설정될 수 있다.
또한, 반력 제공 준비 조건은, 조향 휠에 대한 반력 제공이 요구될 가능성이 존재하는 상황인지 여부를 확인할 수 있는 복수의 조건 중 적어도 하나를 만족하는 것으로 설정될 수 있다.
예를 들면, 반력 제공 준비 조건은, 조향 토크 정보가 기준 토크 이상으로 판단되는 조건, 차량 시동키가 차량에 삽입된 것으로 인식되는 조건, 차량의 차문이 오픈된 것으로 인식되는 조건 및 차량의 내부에 탑승자가 존재하는 것으로 판단되는 조건 중 적어도 하나를 만족하는 조건으로 설정될 수 있다. 여기서, 기준 토크는, 조향 휠을 탑승자가 잡고 있는지 여부를 판단하는 기준으로 이용하기 위하여 설정된 토크일 수 있다.
그리고, 조건 판단부(110)는, 이러한 차량 정지 조건 및 반력 제공 준비 조건을 모두 만족하는 경우에 정차 반력 제공 조건을 만족하는 것으로 판단할 수 있다. 즉, 차량이 정지된 것으로 판단되고, 실제 조향 휠에 외력에 의한 조향 토크가 발생하거나, 조향 토크 발생 전이라도 시동키 삽입 인식, 차량 내부의 탑승자 인식 등으로 인하여 조향 휠에 외력이 가해질 가능성이 인정되는 경우에는 조향 휠에 정차 반력 제어를 수행할 준비가 필요하다고 판단할 수 있다.
이에 따라, 조건 판단부(110)를 통해 차량 정지 조건 및 반력 제공 준비 조건을 모두 만족한다고 판단되는 경우, 조향 시스템의 전원을 ON 하여 반력 모터 및 조향 휠이 전기적으로 동작 가능한 상태로 전환되도록 할 수 있다.
산출부(120)는, 정차 반력 토크를 발생시키는 정차 반력 제어에 관한 정차 반력 토크 정보를 산출할 수 있다. 이 경우, 정차 반력 토크 정보의 산출은, 정차 반력 제공 조건을 만족한다고 판단되는 경우에 이루어지도록 설정될 수 있다.
또한, 산출부(120)는, 반력 모터에 전원을 공급하는 배터리의 잔여 전력량에 관한 잔여 전력 정보에 기초하여 정차 반력 토크 정보의 산출 방식을 구분하여 처리할 수 있다.
일 예로, 산출부(120)는, 잔여 전력 정보가 미리 설정된 기준 전력량 이상인 것으로 판단되는 경우, 조향 각속도 정보 및 조향각 변위 정보에 기초하여 정차 반력 토크 정보를 산출할 수 있다.
즉, 배터리의 잔여 전력량이 충분한 경우에는, 반력 모터에 전력을 공급하여 반력 토크를 발생시키는 것에 의하여 조향 휠에 반력을 제공하는 방식으로 정차 반력 제어를 수행하기 위하여 정차 반력 토크 정보를 산출할 수 있다.
구체적으로, 산출부(120)는, 조향 각속도 정보에 기초하여 조향각 변위 정보를 산출할 수 있고, 조향각 변위 정보의 크기가 증가됨에 따라 정차 반력 토크 정보의 크기가 증가되도록 정차 반력 토크 정보를 산출할 수 있다.
예를 들면, 정차 반력 토크 정보는, 조향각 변위와의 관계에서 Y = aX + b (X는 조향각 변위, Y는 정차 반력 토크) 형태의 직선형 관계를 갖도록 하여 산출될 수 있다.
다른 예를 들면, 정차 반력 토크 정보는, 조향각 변위와 정차 반력 토크 증가량의 관계에 있어, 조향각 변위의 크기가 커질수록 정차 반력 토크의 증가량이 커지도록 산출될 수 있다. 예컨대, Y = aXc + b (X는 조향각 변위, Y는 정차 반력 토크) 형태의 곡선형 관계를 갖도록 하여 정차 반력 토크 정보가 산출될 수 있다.
즉, 조향각-정차 반력 토크 그래프에서, 조향각 변위가 증가할수록 정차 반력 토크의 크기가 증가하는 것 뿐 아니라, 정차 반력 토크의 증가량의 크기, 즉 그래프에서의 기울기가 증가하도록 산출될 수 있다.
이와 같이, 곡선형 관계에 기초한 산출 방식을 통해 정차 반력 토크가 산출되는 경우, 조향각 변위가 증가할수록 반력 모터에서 발생하는 정차 반력 토크 및 조향 모터에 전달되는 반력의 크기가 증가하므로, 조향 휠을 잡아주는 힘이 보다 빠르게 증가하여, 조향 휠이 헛도는 등으로 발생할 수 있는 안전 사고의 위험 방지 효과를 향상시킬 수 있다.
산출부(120)는, 조향각 변위가 미리 설정된 기준 조향각 변위에 도달한 경우 미리 설정된 최대 반력 토크를 정차 반력 토크 정보로 산출할 수 있다. 이 경우, 최대 반력 토크는, 반력 모터 성능상 출력량의 최대값에 기초하여 설정될 수 있다.
또한, 산출부(120)는, 조향각 변위가 기준 조향각 변위에 도달한 이후에도 조향 휠에 동일 방향으로의 조향 토크가 발생하는 경우, 최대 반력 토크에 해당하는 정차 반력 토크를 발생시키도록 정차 반력 제어를 수행할 수 있다.
요컨대, 산출부(120)는, 조향각 변위 정보가 미리 설정된 기준 조향각 변위 이상인 경우에는 미리 설정된 최대 반력 토크를 정차 반력 토크 정보로 산출할 수 있다. 그리고 이러한 최대 반력 토크에 기초하여 반력 모터 및 조향 휠에 반력 또는 반력 토크가 발생하도록 하는 경우, 조향 휠을 잡고 있는 탑승자에게 상대적으로 강한 반력을 제공함으로써 조향 휠이 헛도는 등에 의한 안전 사고의 방지 효과를 향상시킬 수 있다.
한편, 산출부(120)는, 잔여 전력 정보가 기준 전력량 이상이고, 미리 설정된 일정 조건을 더 만족하는 경우에 최대 반력 토크를 재설정할 수 있다.
일반적으로, 본 개시에 따른 정차 반력 제어를 수행함에 있어서, 반력 모터에서 발생하는 정차 반력 토크의 크기가 클수록 조향 휠에 제공되는 반력도 강해질 수 있으므로, 조향 휠이 헛도는 등으로 인한 안전 사고의 방지 효과도 더 커질 수 있다.
다만, 제공되는 반력의 크기가 일정 크기 이상인 구간에서는 반력 제공으로 인한 안전 사고 방지 효과가 더 이상 증가하지 않거나, 증가율이 감소할 수 있다. 또한, 상대적으로 큰 반력을 제공하는 데에 소모되는 전력량은 상대적으로 작은 반력을 제공하는 데에 소모되는 전력량보다 작을 수 있으므로, 제공되는 반력의 크기를 증가시킴에 따른 정차 반력 제어의 효율은, 일정 크기를 넘어서는 구간에서는 그 효율이 상대적으로 감소할 수 있다.
특히, 본 개시에 따른 정차 반력 제어는 차량이 정차중인 상태에서 반력 모터에 전력을 공급하게 되므로, 차량이 주행중인 경우에 반력 모터에 전력을 공급하는 경우보다 배터리의 잔여 전력이 보다 빠르게 소모될 수 있다.
이러한 점을 고려하여, 최대 반력 토크는 보다 작은 값으로 재설정될 수 있고, 이를 통해 상대적으로 오랜 시간동안 정차 반력 제어가 가능하도록 할 수 있다.
구체적으로, 최대 반력 토크의 재설정은 반력 모터의 성능상 출력량의 최대값에 기초하여 설정될 수도 있지만, 성능상 출력량의 최대값 미만이나 안전 사고를 방지할 수 있는 정도의 토크값에 기초하여 설정될 수 있다.
또한, 배터리의 잔여 전력이 기준 전력량 이상인 경우라도, 잔여 전력이 상대적으로 적은 경우에는 최대 반력 토크가 기존 설정값보다 더 작은 값으로 재설정될 수 있다.
예를 들면, 산출부(120)는, 잔여 전력 정보가 기준 전력량 이상이고, 미리 설정된 제 2 기준 전력량 미만인 조건을 만족하는 경우, 잔여 전력 정보에 기초하여 최대 반력 토크의 설정값을 감소시킬 수 있다.
다른 예를 들면, 산출부(120)는, 잔여 전력과 최대 반력 토크가 일정한 선형 관계를 갖도록 설정하여, 설정된 선형 관계에 기초하여 산출된 토크량으로 최대 반력 토크가 설정되도록 할 수 있다.
다만, 최대 반력 토크를 과도하게 자주 재설정하는 것은 오히려 정차 반력 제어에 있어 자원을 낭비하고 제어 효율을 떨어뜨릴 수 있다. 이러한 점을 고려하여, 산출부(120)는, 배터리 잔여 전력을 일정한 구간으로 나누어, 매 구간 별로 다른 크기로 최대 반력 토크가 재설정되도록 하여, 배터리의 잔여 전력이 현재 구간과 다른 구간으로 변화할 경우에만 재설정이 이루어지도록 할 수 있다.
산출부(120)는, 조향각 변위 정보 및 미리 설정된 룩업 테이블 정보에 기초하여 정차 반력 토크 정보를 산출할 수 있다.
여기서, 룩업 테이블 정보는, 각각의 조향각 변위값을 인덱스로 하여 각 조향각 변위값에 대응하는 정차 반력 토크값이 저장되는 형식으로 설정되는 정보를 포함할 수 있다.
이러한 룩업 테이블 정보를 이용하여 정차 반력 토크 정보를 산출하는 경우, 별도의 산출식에 따른 연산 과정 없이 룩업 테이블에서 조향각 변위 정보에 해당하는 인덱스값에 대응하는 토크값을 추출하는 것으로 산출을 완료할 수 있으므로, 정차 반력 토크 정보의 산출 속도를 향상시킬 수 있다.
이러한 잔여 전력 정보가 기준 전력량 이상인 경우 정차 반력 토크를 산출하고 및 최대 반력 토크를 설정하는 것에 관한 내용은 이하 도 4 및 도 5에 관한 부분에서 보다 자세히 설명하기로 한다.
산출부(120)는, 잔여 전력 정보가 미리 설정된 기준 전력량 미만인 것으로 판단되는 경우, 미리 설정된 모터 제동 토크에 기초하여 정차 반력 토크 정보를 산출할 수 있다.
즉, 배터리의 잔여 전력량이 충분하지 않은 경우에는, 인버터의 스위칭 동작을 제어하여 모터 코일을 단락시킴으로써 발생하는 토크를 이용하는 방식으로 정차 반력 제어를 수행하기 위하여 정차 반력 토크 정보를 산출할 수 있다.
여기서, 모터 제동 토크(Motor Braking Torque)는, 인버터의 스위칭 소자를 제어하여 모터 코일을 단락시킴으로써 발생하는 토크를 포함할 수 있다. 예를 들어, 반력 모터가 3상 모터인 경우, 인버터의 스위칭 소자를 제어하여 모터의 각 상에 해당하는 모터 코일을 단락시킴으로써 발생하는 토크를 포함할 수 있다.
한편, 이러한 모터 제동 토크를 발생시키는 데에 필요한 전류는, 잔여 전력 정보가 미리 설정된 기준 전력량 이상인 것으로 판단되어 산출된 정차 반력 토크 정보에 기초하여 정차 반력 토크를 발생시키는 데에 필요한 전류보다 상대적으로 낮을 수 있다.
이러한 잔여 전력 정보가 기준 전력량 미만인 경우 정차 반력 토크 정보를 산출하고 모터 제동 토크를 설정하는 것에 관한 내용은 이하 도 6 및 도 7에 관한 부분에서 보다 자세히 설명하기로 한다.
제어부(130)는, 정차 반력 토크 정보에 기초하여 조향 휠에 반력 토크가 발생하도록 제어할 수 있다. 이 경우, 제어부(130)는, 반력 모터에서 정차 반력 토크가 발생하도록 제어하고, 반력 모터에서 발생한 정차 반력 토크가 조향 휠에 전달되어 조향 휠에 반력 토크가 발생하도록 제어하는 것을 포함할 수 있다.
그리고, 제어부(130)는, 잔여 전력 정보에 따라 다른 방식으로 산출된 정차 반력 토크 정보에 기초하여, 반력 모터에서 정차 반력 토크 정보에 해당하는 토크가 발생하도록 제어할 수 있다.
일 예로, 제어부(130)는, 잔여 전력 정보가 기준 전력량 이상인 것으로 판단되어 정차 반력 토크 정보가 산출되는 경우, 반력 모터를 구동하여 정차 반력 토크 정보에 해당하는 토크가 발생하도록 제어할 수 있다. 이 경우, 제어부(130)는 반력 모터에 모터 제동 전류가 발생하도록 하여 정차 반력 토크가 발생하도록 제어할 수 있다.
다른 예로, 제어부(130)는, 잔여 전력 정보가 기준 전력량 미만인 것으로 판단되어 정차 반력 토크 정보가 산출되는 경우, 인버터의 스위칭 소자를 제어하여 모터 코일을 단락시킴으로써 반력 모터에서 정차 반력 토크 정보에 해당하는 토크가 발생하도록 제어할 수 있다. 이 경우, 제어부(130)는 반력 모터에 모터 구동 전류를 공급하여 정차 반력 토크가 발생하도록 제어할 수 있다.
또한, 제어부(130)는, 산출부(120)에서 잔여 전력 정보에 기초하여 정차 반력 토크 정보의 산출 방식을 구분하여 처리하는 것과 별개로, 독자적으로 배터리의 잔여 전력량을 판단하여, 판단 결과에 따라 다른 방식으로 정차 반력 제어를 수행할 수도 있다.
즉, 제어부(130)는, 배터리의 잔여 전력량이 기준 전력량 이상인 경우 제공 가능 전력이 충분하다고 판단할 수 있고, 잔여 전력량이 기준 전력량 미만인 경우 제공 가능 전력이 충분하지 않다고 판단할 수 있다.
이에 따라, 제어부(130)는, 제공 가능 전력이 충분하다고 판단되는 경우, 반력 모터에 모터 구동 전류를 공급하여 반력 토크를 발생시키는 방식으로 정차 반력 제어를 수행할 수 있고, 제공 가능 전력이 충분하지 않다고 판단되는 경우, 반력 모터에 모터 제동 전류가 발생하도록 하여 반력 토크를 발생시키는 방식으로 정차 반력 제어를 수행할 수 있다.
한편, 정차 반력 제어를 수행함에 있어서, 반력 모터에 공급되는 모터 구동 전류는 모터 제동 전류보다 상대적으로 더 높은 크기를 가질 수 있다. 이에 따라, 배터리의 잔여 전력량이 충분하지 않은 경우에는, 상대적으로 더 낮은 크기를 가지는 모터 제동 전류의 발생을 통해 정차 반력 제어를 수행함으로써, 정차 상태에서 반력을 제공함으로 인한 배터리 방전 위험을 낮출 수 있다.
특히, 엔진으로 구동되는 차량에서 엔진이 OFF된 상황, 전기로 구동되는 차량에서 컨버터가 OFF된 상황에서 정차 반력 제어를 통해 지속적으로 조향 장치에서 전력을 공급하는 경우에는, 배터리가 더 빠르게 방전될 수 있고, OFF 상황에서 배터리의 방전되는 경우 추가적인 문제점이 발생할 가능성이 있으므로, 배터리 용량에 따라 다른 시나리오에 기초하여 대응하는 것이 필요하다.
도 2는 일 실시예에 따른 차량의 조향 장치에 대해 예시적인 구성을 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 조향 장치(200)는, 조향 제어 장치(100)와, 조향 휠(220) 및 반력 모터(230)를 포함하고, 반력 모터(230)를 이용하여 조향 피드백 토크를 발생시키는 조향 반력 장치(210)와, 랙(260) 및 랙 구동 모터(270)를 포함하고, 랙 구동 모터(270)를 이용하여 랙 구동 토크를 발생시키는 조향 구동 장치(250)를 포함할 수 있다.
경우에 따라, 조향 장치(200)는 조향 반력 장치(210)와 조향 구동 장치(250)는 서로 물리적으로 분리된 스티어 바이 와이어(Steer By Wire) 장치일 수 있으며, 조향 반력 장치(210)는 스티어링 피드백 액츄에이터(Steering Feedback Actuator, SFA)로, 조향 구동 장치(250)는 로드 휠 액츄에이터(Road Wheel Actuator, RWA)로 호칭될 수 있다.
조향 반력 장치(210)는, 조향 휠(220) 및 반력 모터(230)는 물론, 그 이외에도 조향 휠(220) 및 반력 모터(230)를 작동시키거나 그 작동에 따른 정보를 산출하고 전송하는 구성, 조향 토크 및 조향 피드백 토크의 산출, 발생 및 전달하는 구성 등 조향 장치(200)의 상위단 작동에 필요한 구성이라면 모두 포함될 수 있다.
또한, 조향 구동 장치(250)는, 랙(260) 및 랙 구동 모터(270)는 물론, 그 이외에도 랙(260) 및 제 2 모터(270)를 작동시키거나 그 작동에 따른 정보를 산출하고 전송하는 구성, 랙 구동 토크를 산출, 발생 및 전달하는 구성 등 조향 장치(200)의 하위단 작동에 필요한 구성이라면 모두 포함될 수 있다.
이상에서 설명한 조향 장치(200)는, 본 개시에 따른 조향 제어 장치(100)가 장착될 수 있고, 조향 제어 장치(100)에 의하여 각 구성이 제어될 수 있다. 그리고 이러한 내용은 이하 도 3 내지 도 7에서 언급하는 조향 장치에 관한 설명에 있어서 모두 적용될 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 정차 반력 제어가 수행되기 위한 조건을 예시적으로 설명하기 위한 그래프이다.
도 3을 참조하면, 일 실시예에 따른 정차 반력 제어는, 미리 설정된 정차 반력 제공 조건을 만족하는 경우에 수행되도록 할 수 있다. 이 경우, 정차 반력 제공 조건은, 차량 정지 조건 및 반력 제공 준비 조건을 모두 만족하는 경우에 정차 반력 조건을 만족하는 것으로 판단할 수 있다.
예를 들어, 차량 정지 조건은, 차량의 이그니션 오프가 완료되는 조건, 조향 장치의 전원 오프가 완료되는 조건 및 상기 차량의 차속 정보가 미리 설정된 기준 차속 미만으로 판단되는 조건 중 적어도 하나를 만족하는 조건으로 설정될 수 있다.
또한, 반력 제공 준비 조건은, 조향 토크 정보가 기준 토크 이상으로 판단되는 조건, 차량 시동키가 차량에 삽입된 것으로 인식되는 조건, 차량의 차문이 오픈된 것으로 인식되는 조건 및 상기 차량의 내부에 탑승자가 존재하는 것으로 판단되는 조건 중 적어도 하나를 만족하는 조건으로 설정될 수 있다.
이와 관련하여, 도 3을 참조하면, 도시된 상황은 차량 정지 조건 및 반력 제공 준비 조건을 각각 만족하고, 이에 따라 정차 반력 제공 조건을 만족하는 것으로 판단될 수 있다.
구체적으로, 차량 정지 조건의 만족 여부 판단과 관련하여, 도 3에서는, 탑승자가 승하차를 시도하는 것이 가능할 정도로 판단할 수 있으므로, 이에 따라 차속 정보가 기준 차속 미만인 조건을 만족하여 차량 정지 조건을 만족하는 것으로 판단할 수 있다.
다음으로, 반력 제공 준비 조건의 만족 여부 판단과 관련하여, 도 3에서는, 탑승자가 조향 휠을 잡고 있는 상황이므로, 조향 토크 정보가 기준 토크 이상으로 판단되는 조건을 만족하는 것으로 판단할 수 있다. 그리고 차문이 열려 있으므로, 차량의 차문이 오픈된 것으로 인식되는 조건을 만족하는 것으로 판단할 수 있다. 또한, 운전석에 탑승자가 존재하므로, 차량의 내부에 탑승자가 존재하는 것으로 판단되는 조건을 만족하는 것으로 판단할 수 있다. 이에 따라 반력 제공 준비 조건을 만족하는 것으로 판단할 수 있다.
결과적으로, 본 개시에 따른 조향 제어 장치는, 도 3에 도시된 상황이 차량 정지 조건 및 반력 제공 준비 조건을 각각 만족하므로, 정차 반력 제공 조건을 만족하여 정차 반력 제어가 수행될 수 있는 경우로 판단할 수 있다.
도 4 내지 7은 일 실시예에 따른 조향 제어 장치에서 정차 반력 제어를 수행하는 구성을 예시적으로 설명하기 위한 그래프이다.
도 4는 일 실시예에 따른 조향 제어 장치에서 반력 모터를 구동하여 정차 반력 제어를 수행하는 실시예를 설명하기 위한 그래프이다.
도 4를 참조하면, 일 실시예에 따른 조향 제어 장치는, 조향 휠에 조향 토크가 발생하기 시작한 위치를 기준으로 반력 모터에 정차 반력 토크가 발생하도록 제어하고, 이를 통해 조향 휠에 반력 또는 반력 토크가 발생하도록 제어할 수 있다.
이 경우, 조향 제어 장치는, 시작점을 기준으로, 일정한 가동 범위 내에서 정차 반력 토크가 발생하도록 제어할 수 있다. 그리고, 시작점을 기준으로 산출되는 조향각 변위가 증가됨에 따라 발생시킬 정차 반력 토크의 크기가 증가되도록 제어할 수 있다. 또한, 이러한 하나의 시작점을 기준으로 조향각 변위와 정차 반력 토크와의 관계를 나타내는 곡선을 하나의 반력 토크 곡선으로 나타낼 수 있다. 또한, 가동 범위는 경우에 따라 다른 크기로 설정될 수 있다.
예를 들어, 조향 제어 장치는, 각각 제 1 반력 토크 곡선(410), 제 2 반력 토크 곡선(420) 및 제 3 반력 토크 곡선(430)에 기초하여 정차 반력 제어를 수행할 수 있다.
여기서, 제 1 반력 토크 곡선(410)은 제 1 시작점(412)을 기준으로, 제 2 반력 토크 곡선(420)은 제 2 시작점(422)을 기준으로, 제 3 반력 토크 곡선(410)은 제 3 시작점(432)을 기준으로 하는 반력 토크 곡선일 수 있다.
제 1 반력 토크 곡선(410)은, 중앙 위치인 제 1 시작점(412)을 기준으로 하여 나타낸 반력 토크 곡선일 수 있다. 이 경우, 제 1 시작점(412)을 기준으로 하여 양쪽으로 정차 반력 토크가 발생하는 일정 범위를 제 1 가동 범위(414)로 나타낼 수 있다.
예를 들어, 정차 반력 제공 조건을 만족하고, 조향 휠이 중앙(Center) 위치에서 정지해 있는 상황에서 조향 휠에 조향 토크가 발생하는 경우에, 제 1 반력 토크 곡선(410)에 따라 정차 반력 제어가 수행될 수 있다.
이러한 경우, 제 1 가동 범위(414)에서, 제 1 시작점(412)을 기준으로 하는 조향각 변위가 증가할수록 발생하는 정차 반력 토크의 크기가 증가하도록 정차 반력 제어가 수행될 수 있다.
또한, 조향각 변위가 미리 설정된 기준 조향각 변위에 도달하는 경우에는 미리 설정된 최대 반력 토크(440)에 해당하는 정차 반력 토크가 발생하도록 제어할 수 있다. 여기서, 최대 반력 토크는, 반력 모터가 출력할 수 있는 토크량의 최대값에 기초하여 설정될 수 있다.
이에 더하여, 조향각 변위가 기준 조향각 변위를 초과한 후에도 계속 조향 토크에 의해 조향 휠이 회전하는 경우에, 계속하여 최대 반력 토크에 해당하는 정차 반력 토크가 발생하도록 정차 반력 제어가 수행될 수 있다.
이와 같이, 조향 제어 장치는, 정차 반력 제공 조건을 만족하는 상황에서 제 1 시작점(412)을 기준으로 기준 토크를 초과하는 조향 토크가 발생하여 정차 반력 제어를 수행하는 경우에, 제 1 반력 토크 곡선(410)과 같이 조향각 변위의 증가에 따라 최대 반력 토크(440)의 범위 내에서 정차 반력 토크가 발생하도록 정차 반력 제어를 수행할 수 있고, 이에 따라 조향 휠이 헛도는 등에 의해 발생할 수 있는 탑승자 안전 사고를 방지할 수 있다.
제 2 반력 토크 곡선(420)은, 제 2 시작점(422)을 기준으로 하여 나타낸 반력 토크 곡선일 수 있다. 이 경우, 제 2 시작점(422)이 중앙 위치가 아닌 경우에도, 제 2 시작점(422)을 기준으로, 제 2 가동 범위(424)에서, 조향각 변위 및 그에 따른 정차 반력 토크 정보가 산출되어 반력 모터에 최대 반력 토크(440) 범위 내에서 정차 반력 제어가 수행될 수 있다.
한편, 제 3 반력 토크 곡선(430)은, 제 3 시작점(432)을 기준으로 하여 나타낸 반력 토크 곡선일 수 있다. 이 경우, 제 3 시작점(432)을 기준으로, 제 3 가동 범위(434)에서, 정차 반력 제어가 수행될 수 있다.
다만, 도 4에 도시된 바와 같이, 제 3 시작점(432)을 기준으로 하는 제 3 가동 범위(434)는, 제 1 가동 범위(414) 및 제 2 가동 범위(424)와 범위의 크기가 다를 수 있다.
일 예로, 제 3 가동 범위(434)는 조향 휠의 가동 범위에 의해 제한될 수 있다. 구체적으로, 제 3 가동 범위(434)는, 제 3 시작점(432)을 기준으로 우측 부분에서 조향 휠 가동 범위의 우측 끝단(End)에 의해 제한될 수 있다.
그리고, 조향 휠이 우측 끝단에 도달한 상황에서 우측으로의 조향 토크가 발생하는 경우에는, 조향 휠이 우측 끝단과의 반작용에 의한 외력이 발생하므로, 끝단에 의한 외력 외에 추가적인 반력 토크를 발생시키지 않는 방식으로 정차 반력 제어가 수행될 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따른 조향 제어 장치에서 최대 반력 토크를 재설정하여 정차 반력 제어를 수행하는 실시예를 설명하기 위한 그래프이다.
도 5를 참조하면, 일 실시예에 따른 조향 제어 장치는, 잔여 전력 정보가 기준 전력량 이상이고, 미리 설정된 일정 조건을 만족하는 경우에 최대 반력 토크(440)를 재설정할 수 있고, 재설정된 최대 반력 토크(540)에 기초하여 정차 반력 제어를 수행할 수 있다.
일 예로, 잔여 전력 정보가 기준 전력량 이상이고, 미리 설정된 제 2 기준 전력량 이상인 조건을 만족하는 경우, 최대 반력 토크(440)는 반력 모터의 성능상 출력량의 최대값으로 재설정될 수 있다.
다른 예로, 잔여 전력 정보가 기준 전력량 이상이되, 제 2 기준 전력량 미만인 조건을 만족하는 경우, 최대 반력 토크(440)는 기존 설정값을 감소시키는 방식으로 재설정될 수 있다. 이 경우, 최대 반력 토크는, 반력 모터의 성능상 출력량의 최대값에서 특정값을 감하거나 또는 일정 비율을 곱하여 감하는 방식으로 재설정될 수 있고, 출력량 최대값과 별개로 새로운 토크값을 미리 설정하는 방식으로 재설정될 수도 있다.
그리고, 최대 반력 토크(440)가 재설정된 경우, 이후의 정차 반력 제어는 재설정된 최대 반력 토크(540)에 기초하여 수행될 수 있다.
이에 따라, 동일한 시작점을 기준으로 정차 반력 제어가 수행되는 경우라도, 반력 토크 곡선 및 정차 반력 토크의 크기는 달라질 수 있다.
일 예로, 제 1 반력 토크 곡선(510)은, 중앙 위치인 제 1 시작점(412)을 기준으로 하여 나타낸 반력 토크 곡선이되, 도 4와 달리 재설정된 최대 모터 토크(540)를 기준으로 정차 반력 토크를 산출하고 정차 반력 제어를 수행하게 되므로, 조향각 변위의 증가에 따른 정차 반력 토크의 증가량 또는 변화율이 최대 모터 토크(440)를 기준으로 수행하는 경우와 달라질 수 있다.
다만, 제 1 가동 범위(514)는 재설정된 최대 모터 토크(540)를 기준으로 정차 반력 제어를 수행하는 경우라도 도 4와 동일한 가동 범위를 갖도록 설정될 수 있다. 물론, 제 1 가동 범위(514) 또한 별도로 재설정될 수 있다.
다른 예로, 제 2 시작점(522)을 기준으로 하는 제 2 반력 토크 곡선(520) 및 제 2 가동 범위(524)와, 제 3 시작점(532)을 기준으로 하는 제 3 반력 토크 곡선(530) 및 제 3 가동 범위(534) 또한, 제 1 시작점(512)르 기준으로 하는 제 1 반력 토크 곡선(510) 및 제 1 가동 범위(514)와 마찬가지로 재설정된 최대 반력 토크(540)에 기초하여 일부분은 동일하게, 다른 일부분은 다르게 나타날 수 있다.
이와 같이, 최대 반력 토크(440)보다 감소된 값으로, 재설정된 최대 반력 토크(540)에 기초하여 정차 반력 제어를 수행하는 경우, 상대적으로 전력 소모를 감소시킬 수 있고, 이에 따라 배터리의 잔여 전력량 대비 정차 반력 제어의 수행 가능 시간을 증가시킬 수 있다.
결과적으로, 재설정된 최대 반력 토크(540)에 기초하여 정차 반력 제어를 수행함으로써, 정차 상태에서 반력을 제공함으로 인한 배터리 방전 위험을 낮출 수 있다.
도 6은 일 실시예에 따른 조향 제어 장치에서 모터 제동 토크를 이용하여 정차 반력 제어를 수행하는 실시예를 설명하기 위한 그래프이다.
도 6을 참조하면, 잔여 전력 정보가 기준 전력량 미만인 것으로 판단되어 정차 반력 토크 정보가 산출되는 경우, 인버터의 스위칭 소자를 제어하여 모터 코일을 단락시킴으로써 반력 모터에서 정차 반력 토크 정보에 해당하는 토크가 발생하도록 제어할 수 있다.
일 예로, 조향 제어 장치는, 잔여 전력 정보가 기준 전력량 미만인 것으로 판단되는 경우, 미리 설정된 모터 제동 토크(610)에 기초하여 정차 반력 토크 정보를 산출하고, 정차 반력 제어를 수행할 수 있다.
구체적으로, 조향 제어 장치는, 인버터의 하단 스위칭 소자 및 상단 스위칭 소자 중 어느 한 쪽의 스위칭 소자가 모두 ON 동작을 하도록 제어하여 반력 모터의 각 상에 해당하는 모터 코일을 단락(Short)시키는 방식으로 모터 제동 전류에 해당하는 전류가 발생하도록 하여 정차 반력 제어를 수행할 수 있다.
경우에 따라, 모터 제동 토크에 기초하여 정차 반력 제어를 수행하는 경우, 발생하는 반력 및 반력 토크는, 도 4 및 도 5와 같은 반력 토크 곡선을 형성하는 것이 어려울 수 있다.
그러나, 이러한 방식은 배터리의 잔여 전력량이 매우 적은 경우에도 상대적으로 작은 모터 제동 전류에 기초하여 반력 모터에 정차 반력 토크를 제공할 수 있고, 이를 전달하여 조향 휠에 반력을 제공할 수 있으므로, 잔여 전력 정보가 기준 전력량 미만인 경우에도 정차 반력 제어를 제공하여 조향 휠이 헛도는 등으로 인한 안전 사고 방지 효과를 유지할 수 있다.
도 7은 일 실시예에 따른 조향 제어 장치에서 인버터의 스위칭 소자를 제어하여 모터 제동 토크를 발생시키는 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하면, 일 실시예에 따른 조향 제어 장치는, 인버터의 동작을 제어하여 반력 모터에 모터 제동 토크(Motor Braking Torque)를 발생시킬 수 있다. 이와 관련하여, 조향 제어 장치는, 인버터의 각 스위칭 소자에 대하여 ON 동작 또는 OFF 동작을 하도록 제어할 수 있다. 그리고, 모터 제동 토크의 발생은, 인버터를 이용해 일정한 부하 또는 구속력을 생성하여 반력 모터에 작용하도록 하는 방식으로 이루어질 수 있다.
여기서, 인버터는, 하단 스위칭 소자(710) 및 상단 스위칭 소자(720)를 포함할 수 있다. 하단 스위칭 소자(710) 및 상단 스위칭 소자(720)는, 모터의 각 상에 대응하는 스위칭 소자를 각각 적어도 하나 이상 포함할 수 있다.
예를 들어, 반력 모터가 3상 모터인 경우, 반력 모터에 연결되는 인버터는, 반력 모터의 각 상에 대응하는 3개의 하단 스위칭 소자(710) 및 3개의 상단 스위칭 소자(720)를 포함할 수 있다.
또한, 인버터의 스위칭 소자는 각 상(U상, V상, W상)마다 2개의 스위칭 소자가 직렬 연결될 수 있고, 각 스위칭 소자는 모터의 각 상에 해당하는 모터 코일에 연결될 수 있다.
일 예로, 모터 제동 토크에 기초한 정차 반력 제어는, 인버터의 하단 스위칭 소자(710) 및 상단 스위칭 소자(720) 중 어느 한 쪽의 스위칭 소자가 모두 ON 동작을 하도록 제어하여 반력 모터의 각 상에 해당하는 모터 코일을 단락(Short)시키는 방식으로 이루어질 수 있다.
구체적인 예로, 조향 제어 장치는, 각 상의 음전압 측에 연결된 3개의 하단 스위칭 소자(710)가 모두 ON 동작을 하도록 제어하고, 각 상의 정전압 측에 연결된 3개의 상단 스위칭 소자(720)가 모두 OFF 동작을 하도록 제어함으로써 모터의 각 상에 해당하는 모터 코일을 단락시킬 수 있고, 이를 통해 모터 제동 토크를 발생시킬 수 있다.
다른 구체적인 예로, 조향 제어 장치는, 각 상의 정전압 측에 연결된 3개의 상단 스위칭 소자(720)가 모두 ON 동작을 하도록 제어하고, 각 상의 음전압 측에 연결된 3개의 하단 스위칭 소자(710)가 모두 OFF 동작을 하도록 제어함으로써 모터의 각 상에 해당하는 모터 코일을 단락시킬 수 있고, 이를 통해 모터 제동 토크를 발생시킬 수 있다.
한편, 조향 제어 장치는, 인버터의 스위칭 동작에 있어 듀티비를 변경함으로써 결과적으로 모터 제동 토크의 크기가 달라지도록 제어할 수 있다. 구체적으로, 조향 제어 장치는, PWM 구동에 의한 전류 제어에 의하여 모터 제동 토크의 크기가 다르게 발생하도록 제어할 수 있다.
예를 들면, 조향 제어 장치는, 각 상의 음전압 측에 연결된 3개의 하단 스위칭 소자(710)가 동시에 ON 동작 상태에서 OFF 동작 상태로 변환되도록 제어함에 있어서, ON 동작 시간을 부여하는 펄스폭을 제어함으로써 모터 제동 토크의 크기가 다르게 발생하도록 제어할 수 있다.
또한, 조향 제어 장치는, 반력 모터에서 발생한 모터 제동 토크를 이용하여 시스템 제동 토크(System Braking Torque)를 발생시킬 수 있고, 감속기를 제어하여 시스템 제동 토크의 크기가 다르게 발생하도록 제어할 수 있다. 구체적으로, 조향 제어 장치는, 모터 제동 토크를 감속기의 감속비를 변경함으로써 시스템 제동 토크의 크기가 달라지도록 제어할 수 있다.
요컨대, 조향 제어 장치는, 인버터의 스위칭 동작을 통해 모터 제동 토크를 발생시킬 수 있고, 듀티비 변경을 통해 모터 제동 토크의 크기가 다르게 발생하도록 제어할 수 있다. 또한, 모터 제동 토크를 이용하여 시스템 제동 토크를 발생시킬 수 있고, 감속기의 감속비 변경을 통해 시스템 제동 토크의 크기가 다르게 발생하도록 제어할 수 있다.
결과적으로, 조향 제어 장치는, 위와 같은 제어 과정을 통하여, 잔여 전력 정보가 기준 전력량 미만인 경우에도 모터 제동 토크 및 시스템 제동 토크를 발생시키는 제어를 통해 조향 휠에 반력감을 제공할 수 있다.
아래에서는 조향 제어 장치(100)를 방법 관점에서 다시 한번 간략히 설명하며, 위에서 설명한 내용과 중복되는 내용은 필요에 따라 생략하나, 아래 방법 관점에서도 모두 적용될 수 있다.
도 8은 일 실시예에 따른 조향 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 8을 참조하면, 일 실시예에 따른 조향 제어 방법은, 조건 판단 단계(S810), 정보 산출 단계(S820) 및 정차 반력 제어 단계(S830)를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 조향 제어 방법은, 조향 휠의 회전에 대응하여 반력 토크를 발생시키는 반력 모터를 제어하는 조향 제어 방법으로서, 미리 설정된 차량 정지 조건 및 반력 제공 준비 조건을 포함하는 정차 반력 제공 조건의 만족 여부를 판단하는 조건 판단 단계와, 정차 반력 제공 조건을 만족한다고 판단되는 경우에, 반력 모터에 전원을 공급하는 배터리의 잔여 전력량에 관한 잔여 전력 정보에 기초하여 정차 반력 토크 정보의 산출 방식을 구분하여 처리하는 정보 산출 단계와, 정차 반력 토크 정보에 기초하여 조향 휠에 정차 반력 토크가 발생하도록 제어하는 정차 반력 제어 단계를 포함할 수 있다.
조건 판단 단계(S810)에서는, 미리 설정된 정차 반력 제공 조건의 만족 여부를 판단할 수 있다. 이 경우, 정차 반력 제공 조건은, 차량 정지 조건 및 반력 제공 준비 조건을 포함할 수 있다.
경우에 따라, 조건 판단 단계(S810)에서는, 차량 정지 조건 및 반력 제공 준비 조건을 모두 만족하는 경우에 정차 반력 제공 조건을 만족하는 것으로 판단할 수 있다.
일 예로, 조건 판단 단계(S810)에서는, 차량의 이그니션 오프가 완료되는 조건, 조향 장치의 전원 오프가 완료되는 조건 및 차량의 차속 정보가 미리 설정된 기준 차속 미만으로 판단되는 조건 중 적어도 하나를 만족하는 경우 차량 정지 조건을 만족하는 것으로 판단할 수 있다.
다른 일 예로, 조건 판단 단계(S810)에서는, 조향 토크 정보가 기준 토크 이상으로 판단되는 조건, 차량 시동키가 차량에 삽입된 것으로 인식되는 조건, 차량의 차문이 오픈된 것으로 인식되는 조건 및 차량의 내부에 탑승자가 존재하는 것으로 판단되는 조건 중 적어도 하나를 만족하는 경우 반력 제공 준비 조건을 만족하는 것으로 판단할 수 있다.
그리고, 이러한 조건 판단 단계(S810)를 통해 차량 정지 조건 및 반력 제공 준비 조건을 모두 만족한다고 판단되는 경우, 조향 시스템의 전원을 ON 하여 반력 모터 및 조향 휠이 전기적으로 동작 가능한 상태로 전환되도록 할 수 있다.
정보 산출 단계(S820)에서는, 정차 반력 토크를 발생시키는 정차 반력 제어에 관한 정차 반력 토크 정보를 산출할 수 있다. 이 경우, 정차 반력 토크 정보의 산출은, 정차 반력 제공 조건을 만족한다고 판단되는 경우에 이루어지도록 설정될 수 있다.
또한, 정보 산출 단계(S820)에서는, 반력 모터에 전원을 공급하는 배터리의 잔여 전력량에 관한 잔여 전력 정보에 기초하여 정차 반력 토크 정보의 산출 방식을 구분하여 처리할 수 있다.
일 예로, 정보 산출 단계(S820)에서는, 잔여 전력 정보가 미리 설정된 기준 전력량 이상인 것으로 판단되는 경우, 조향 각속도 정보 및 조향각 변위 정보에 기초하여 정차 반력 토크 정보를 산출할 수 있다.
즉, 배터리의 잔여 전력량이 충분한 경우에는, 반력 모터에 전력을 공급하여 반력 토크를 발생시키는 것에 의하여 조향 휠에 반력을 제공하는 방식으로 정차 반력 제어를 수행하기 위하여 정차 반력 토크 정보를 산출할 수 있다.
그리고, 정보 산출 단계(S820)에서는, 배터리의 잔여 전력이 기준 전력량 이상인 경우라도, 잔여 전력이 상대적으로 적은 경우에는 최대 반력 토크가 기존 설정값보다 더 작은 값으로 재설정될 수 있다.
예를 들면, 정보 산출 단계(S820)에서는, 잔여 전력 정보가 기준 전력량 이상이고, 미리 설정된 제 2 기준 전력량 미만인 조건을 만족하는 경우, 잔여 전력 정보에 기초하여 최대 반력 토크의 설정값을 감소시킬 수 있다.
다른 일 예로, 정보 산출 단계(S820)에서는, 잔여 전력 정보가 미리 설정된 기준 전력량 미만인 것으로 판단되는 경우, 미리 설정된 모터 제동 토크에 기초하여 정차 반력 토크 정보를 산출할 수 있다.
즉, 배터리의 잔여 전력량이 충분하지 않은 경우에는, 인버터의 스위칭 동작을 제어하여 모터 코일을 단락시킴으로써 발생하는 토크를 이용하는 방식으로 정차 반력 제어를 수행하기 위하여 정차 반력 토크 정보를 산출할 수 있다.
정차 반력 제어 단계(S830)에서는, 정차 반력 토크 정보에 기초하여 조향 휠에 반력 토크가 발생하도록 제어할 수 있다. 이 경우, 정차 반력 제어 단계(S830)에서는, 반력 모터에서 정차 반력 토크가 발생하도록 제어하고, 반력 모터에서 발생한 정차 반력 토크가 조향 휠에 전달되어 조향 휠에 반력 토크가 발생하도록 제어하는 것을 포함할 수 있다.
그리고, 정차 반력 제어 단계(S830)에서는, 잔여 전력 정보에 따라 다른 방식으로 산출된 정차 반력 토크 정보에 기초하여, 반력 모터에서 정차 반력 토크 정보에 해당하는 토크가 발생하도록 제어할 수 있다.
일 예로, 정차 반력 제어 단계(S830)에서는, 잔여 전력 정보가 기준 전력량 이상인 것으로 판단되어 정차 반력 토크 정보가 산출되는 경우, 반력 모터를 구동하여 정차 반력 토크 정보에 해당하는 토크가 발생하도록 제어할 수 있다. 이 경우, 정차 반력 제어 단계(S830)에서는, 반력 모터에 모터 제동 전류가 발생하도록 하여 정차 반력 토크가 발생하도록 제어할 수 있다.
다른 예로, 정차 반력 제어 단계(S830)에서는, 잔여 전력 정보가 기준 전력량 미만인 것으로 판단되어 정차 반력 토크 정보가 산출되는 경우, 인버터의 스위칭 소자를 제어하여 모터 코일을 단락시킴으로써 반력 모터에서 정차 반력 토크 정보에 해당하는 토크가 발생하도록 제어할 수 있다. 이 경우, 정차 반력 제어 단계(S830)에서는, 반력 모터에 모터 구동 전류를 공급하여 정차 반력 토크가 발생하도록 제어할 수 있다.
또한, 정차 반력 제어 단계(S830)에서는, 정보 산출 단계(S820)에서 잔여 전력 정보에 기초하여 정차 반력 토크 정보의 산출 방식을 구분하여 처리하는 것과 별개로, 독자적으로 배터리의 잔여 전력량을 판단하여, 판단 결과에 따라 다른 방식으로 정차 반력 제어를 수행할 수도 있다.
이에 따라, 배터리의 잔여 전력량이 충분하지 않은 경우에는, 상대적으로 더 낮은 크기를 가지는 모터 제동 전류의 공급을 통해 정차 반력 제어를 수행함으로써, 정차 상태에서 반력을 제공함으로 인한 배터리 방전 위험을 낮출 수 있다.
도 9는 또 다른 실시예에 따른 조향 제어 방법을 수행하는 구성을 예시적으로 설명하기 위한 순서도이다.
또 다른 실시예에 따른 조향 제어 방법은, 차량 승하차시 지령 제공 단계(S910), 배터리 용량 판단 단계(S920), 모터 구동 반력 토크 제공 단계(S930), 인버터 스위치 조작 단계(S940) 및 모터 제동 반력 토크 제공 단계(S950)를 포함할 수 있다.
차량 승하차시 지령 제공 단계(S910)에서는, 차량 승하차 상황인 경우에 정차 반력 제어를 수행하기 위한 반력 지령 및 배터리 잔여 용량을 판단하기 위한 배터리 용량 지령을 제공하는 것을 포함할 수 있다.
이와 같이 차량 승하차시 지령 제공 단계(S910)에서 제공된 지령에 기초하여, 이후 단계에서 배터리 잔여 용량 판단 결과에 따라 각각 다른 방식으로 정차 반력 제어를 수행할 수 있다.
배터리 용량 판단 단계(S920)에서는, 반력 모터에 연결되어 전력을 공급할 수 있는 배터리의 잔여 용량을 판단하는 것을 포함할 수 있다. 이 경우 배터리의 잔여 용량 판단은 미리 설정된 기준 전력량 이상인지 여부를 기준으로 하여 수행될 수 있다.
배터리 용량 판단 단계(S920)에서, 배터리의 용량이 충분한(Enough) 것으로 판단되는 경우에는, 모터 구동 반력 토크 제공 단계(S930)를 수행할 수 있다. 또는, 배터리의 용량이 낮은(Low) 것으로 판단되는 경우에는, 인버터 스위치 단계(S940) 단계를 수행할 수 있다.
모터 구동 반력 토크 제공 단계(S930)에서는, 배터리의 용량이 충분한(Enough) 것으로 판단되는 경우에, 모터 구동 전류에 기초하여 모터 구동 반력 토크를 발생시킴으로써 정차 반력 제어를 수행하는 것을 포함할 수 있다.
이 경우, 모터 구동 전류는 일반적으로 반력 모터를 구동시켜 반력 토크를 발생시키는 경우에 제공되는 전류를 의미할 수 있으며, 이하 모터 제동 반력 토크 제공 단계(S950)에서 제공되는 모터 제동 전류에 비해 상대적으로 높은 전류값을 가질 수 있다.
이와 같이, 모터 구동 전류에 기초하여 정차 반력 제어를 수행하는 경우, 모터를 구동하여 작동각 및 조향 휠 위치 별 반력을 제공할 수 있다. 이에 따라, 승하차 등의 상황에서 조향 휠에 발생하는 조향 토크에 대하여 조향각 변위를 고려하여 반력을 제공하는 정차 반력 제어를 수행할 수 있다.
인버터 스위치 조작 단계(S940)에서는, 배터리의 용량이 낮은(Low) 것으로 판단되는 경우에, 인버터의 스위치를 조작하여 모터 제동 토크(Motor Braking Torque)를 발생시키는 것을 포함할 수 있다.
구체적으로, 인버터 스위치 조작 단계(S940)에서는, 조향 장치의 ECU 내 인버터를 전체 Close 시키는 것을 통해 자체 Braking Torque를 발생시키는 동작을 제어하는 것을 포함할 수 있다. 이와 같이, 자체 Braking Torque를 활용하여 조향 휠의 회전을 구속하는 경우, 구동 전류가 매우 낮아 배터리 방전의 우려가 적다는 장점이 있다.
예를 들면, 인버터의 하단 스위칭 소자 및 상단 스위칭 소자 중 어느 한 쪽의 스위칭 소자가 모두 ON 동작을 하도록 제어하여 반력 모터의 각 상에 해당하는 모터 코일을 단락(Short)시키는 방식으로 모터 제동 토크가 발생하도록 할 수 있다.
모터 제동 반력 토크 제공 단계(S950)에서는, 모터 제동 전류에 기초하여 모터 제동 반력 토크를 발생시킴으로써 조향 휠에 반력을 제공하는 정차 반력 제어를 수행하는 것을 포함할 수 있다.
이 경우, 모터 제동 전류는 모터 구동 반력 토크 제공 단계(S930)에서 제공되는 모터 구동 전류에 비해 상대적으로 낮은 전류값을 가질 수 있다.
경우에 따라, 모터 제동 반력 토크 제공 단계(S950)에서는, 모터 제동 전류에 기초하여 모터 제동 반력 토크를 발생시켜 정차 반력 제어를 수행하는 경우, 원하는 반력 곡선을 생성하는 것이 어려울 수 있다.
다만, 상대적으로 낮은 크기의 모터 제동 전류의 발생만으로 정차 반력 제어를 수행할 수 있으므로, 배터리의 잔여 용량이 충분하지 않은 경우에도 반력을 제공하여, 승하차 시 조향 휠이 헛도는 등으로 인한 안전 사고를 방지할 수 있는 효과를 발생시킬 수 있다.
상기의 내용에서 설명한 바와 같이, 본 개시는, 차량이 정차된 상항에서도 조향 휠에 반력을 제공할 수 있는 조향 제어 장치 및 제어 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 개시는, 배터리의 잔여 용량을 고려하여 각 상황에 알맞은 방식으로 조향 휠에 반력을 제공할 수 있는 조향 제어 장치 및 제어 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 개시는, 구동 가능한 전류의 크기가 낮은 상황에서도 조향 휠에 반력을 제공할 수 있는 조향 제어 장치 및 제어 방법을 제공할 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.

Claims (15)

  1. 조향 휠의 회전에 대응하여 반력 토크를 발생시키는 반력 모터를 제어하는 조향 제어 장치로서,
    미리 설정된 차량 정지 조건 및 반력 제공 준비 조건을 포함하는 정차 반력 제공 조건의 만족 여부를 판단하는 조건 판단부;
    상기 정차 반력 제공 조건을 만족한다고 판단되는 경우에, 상기 반력 모터에 전원을 공급하는 배터리의 잔여 전력량에 관한 잔여 전력 정보에 기초하여 정차 반력 토크 정보의 산출 방식을 구분하여 처리하는 산출부; 및
    상기 정차 반력 토크 정보에 기초하여 상기 조향 휠에 반력 토크가 발생하도록 제어하는 제어부를 포함하는 조향 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 차량 정지 조건은,
    차량의 이그니션 오프가 완료되는 조건, 조향 장치의 전원 오프가 완료되는 조건 및 상기 차량의 차속 정보가 미리 설정된 기준 차속 미만으로 판단되는 조건 중 적어도 하나를 만족하는 조건으로 설정되고,
    상기 반력 제공 준비 조건은,
    조향 토크 정보가 기준 토크 이상으로 판단되는 조건, 차량 시동키가 상기 차량에 삽입된 것으로 인식되는 조건, 상기 차량의 차문이 오픈된 것으로 인식되는 조건 및 상기 차량의 내부에 탑승자가 존재하는 것으로 판단되는 조건 중 적어도 하나를 만족하는 조건으로 설정되며,
    상기 조건 판단부는,
    상기 차량 정지 조건 및 상기 반력 제공 준비 조건을 모두 만족하는 경우에 상기 정차 반력 제공 조건을 만족하는 것으로 판단하는 조향 제어 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 산출부는,
    상기 잔여 전력 정보가 미리 설정된 기준 전력량 이상인 것으로 판단되는 경우,
    조향 각속도 정보에 기초하여 조향각 변위 정보를 산출하고, 상기 조향각 변위 정보의 크기가 증가됨에 따라 상기 정차 반력 토크 정보의 크기가 증가되도록 상기 정차 반력 토크 정보를 산출하되,
    상기 조향각 변위 정보가 미리 설정된 기준 조향각 변위 이상인 경우에는 미리 설정된 최대 반력 토크를 상기 정차 반력 토크 정보로 산출하는 조향 제어 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 산출부는,
    상기 조향각 변위 정보 및 미리 설정된 룩업 테이블 정보에 기초하여 상기 정차 반력 토크 정보를 산출하고,
    상기 룩업 테이블 정보는,
    각각의 조향각 변위값을 인덱스로 하여 상기 각 조향각 변위값에 대응하는 정차 반력 토크값이 저장되는 형식으로 설정되는 조향 제어 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 산출부는,
    상기 잔여 전력 정보가 상기 기준 전력량 이상이고 미리 설정된 제 2 기준 전력량 미만인 경우, 상기 잔여 전력 정보에 기초하여 상기 최대 반력 토크의 설정값을 감소시키는 조향 제어 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 산출부는,
    상기 잔여 전력 정보가 미리 설정된 기준 전력량 미만인 것으로 판단되는 경우,
    미리 설정된 모터 제동 토크에 기초하여 상기 정차 반력 토크 정보를 산출하는 조향 제어 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 모터 제동 토크는,
    상기 반력 모터에 연결된 인버터의 스위칭 소자를 제어하여 모터 코일을 단락시킴으로써 상기 반력 모터를 제동하는 경우에 발생하는 토크에 관한 정보를 포함하는 조향 제어 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 잔여 전력 정보가 미리 설정된 기준 전력량 이상인 것으로 판단되어 상기 정차 반력 토크 정보가 산출되는 경우,
    상기 반력 모터를 구동하여 상기 정차 반력 토크 정보에 해당하는 토크가 발생하도록 제어하는 조향 제어 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 잔여 전력 정보가 미리 설정된 기준 전력량 미만인 것으로 판단되어 상기 정차 반력 토크 정보가 산출되는 경우,
    인버터의 스위칭 소자를 제어하여 모터 코일을 단락시킴으로써 상기 반력 모터에서 상기 정차 반력 토크 정보에 해당하는 토크가 발생하도록 제어하는 조향 제어 장치.
  10. 조향 휠의 회전에 대응하여 반력 토크를 발생시키는 반력 모터를 제어하는 조향 제어 방법으로서,
    미리 설정된 차량 정지 조건 및 반력 제공 준비 조건을 포함하는 정차 반력 제공 조건의 만족 여부를 판단하는 조건 판단 단계;
    상기 정차 반력 제공 조건을 만족한다고 판단되는 경우에, 상기 반력 모터에 전원을 공급하는 배터리의 잔여 전력량에 관한 잔여 전력 정보에 기초하여 정차 반력 토크 정보의 산출 방식을 구분하여 처리하는 정보 산출 단계; 및
    상기 정차 반력 토크 정보에 기초하여 상기 조향 휠에 정차 반력 토크가 발생하도록 제어하는 정차 반력 제어 단계를 포함하는 조향 제어 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 차량 정지 조건은,
    차량의 이그니션 오프가 완료되는 조건, 조향 장치의 전원 오프가 완료되는 조건 및 상기 차량의 차속 정보가 미리 설정된 기준 차속 미만으로 판단되는 조건 중 적어도 하나를 만족하는 조건으로 설정되고,
    상기 반력 제공 준비 조건은,
    조향 토크 정보가 기준 토크 이상으로 판단되는 조건, 차량 시동키가 상기 차량에 삽입된 것으로 인식되는 조건, 상기 차량의 차문이 오픈된 것으로 인식되는 조건 및 상기 차량의 내부에 탑승자가 존재하는 것으로 판단되는 조건 중 적어도 하나를 만족하는 조건으로 설정되며,
    상기 조건 판단 단계는,
    상기 차량 정지 조건 및 상기 반력 제공 준비 조건을 모두 만족하는 경우에 상기 정차 반력 제공 조건을 만족하는 것으로 판단하는 조향 제어 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 정보 산출 단계는,
    상기 잔여 전력 정보가 미리 설정된 기준 전력량 이상인 것으로 판단되는 경우,
    조향 각속도 정보에 기초하여 조향각 변위 정보를 산출하고, 상기 조향각 변위 정보의 크기가 증가됨에 따라 상기 정차 반력 토크 정보의 크기가 증가되도록 상기 정차 반력 토크 정보를 산출하되,
    상기 조향각 변위 정보가 미리 설정된 기준 조향각 변위 이상인 경우에는 미리 설정된 최대 반력 토크를 상기 정차 반력 토크 정보로 산출하는 조향 제어 방법.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 정보 산출 단계는,
    상기 잔여 전력 정보가 미리 설정된 기준 전력량 미만인 것으로 판단되는 경우,
    미리 설정된 모터 제동 토크에 기초하여 상기 정차 반력 토크 정보를 산출하는 조향제어 방법.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 정차 반력 제어 단계는,
    상기 잔여 전력 정보가 미리 설정된 기준 전력량 이상인 것으로 판단되어 상기 정차 반력 토크 정보가 산출되는 경우,
    상기 반력 모터를 구동하여 상기 정차 반력 토크 정보에 해당하는 토크가 발생하도록 제어하는 조향 제어 방법.
  15. 제 10 항에 있어서,
    상기 정차 반력 제어 단계는,
    상기 잔여 전력 정보가 미리 설정된 기준 전력량 미만인 것으로 판단되어 상기 정차 반력 토크 정보가 산출되는 경우,
    인버터의 스위칭 소자를 제어하여 모터 코일을 단락시킴으로써 상기 반력 모터에서 상기 정차 반력 토크 정보에 해당하는 토크가 발생하도록 제어하는 조향 제어 방법.


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