KR20240029912A - 자율주행차량용 전동식 조향장치 및 그 제어 방법 - Google Patents

자율주행차량용 전동식 조향장치 및 그 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자율주행차량용 전동식 조향장치에 관한 것으로, 조향각 명령과 실제 조향각을 바탕으로 위치제어를 수행하는 위치제어-P(비례)제어기; 상기 위치제어-P(비례)제어기로부터의 속도 명령값과 실제 조향각속도를 바탕으로 속도제어를 수행하는 속도제어-PI(비례적분)제어기; 상기 속도제어-PI(비례적분)제어기로부터의 전류 명령값과 실제 전류값을 바탕으로 MDPS(Motor Driven Power Steering) 모듈의 전류제어를 수행하는 전류제어-PI(비례적분)제어기; 상기 전류제어-PI제어기로부터 인가되는 제어 전류 값에 의해 모터를 제어하는 MDPS 모듈; 제어 전류 값, 실제 조향각, 실제 조향각속도, 및 실제 전류를 입력받아 기 설정된 수학식을 바탕으로 추정 부하량()을 산출하는 부하 추정 모듈; 조향각 명령과 실제 조향각 및 추정 부하량()을 바탕으로 지령 전류를 출력하는 전류제어-D(미분)제어기; 및 상기 위치제어-P(비례)제어기에서 출력하는 속도 명령값에 따라 컷오프 주파수를 조절하여 상기 전류제어-D(미분)제어기에서 출력되는 지령 전류를 필터링하여 상기 전류제어-PI(비례적분)제어기에 출력하는 저역통과필터;를 포함한다.

Description

자율주행차량용 전동식 조향장치 및 그 제어 방법{APPARATUS FOR ELECTRIC STEERING FOR AUTONOMOUS VEHICLE AND CONTROL METHOD THEREOF}
본 발명은 자율주행차량용 전동식 조향장치 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자율주행차량이 자율주행 중 의도치 않은 외부 부하나 프릭션(마찰)에 대응하는 보상출력을 반영함으로써, 외부 부하나 프릭션에 방해받지 않고 안정적인 자율주행 제어를 수행할 수 있도록 하는, 자율주행차량용 전동식 조향장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로 자율주행차량의 전동식 조향장치는 자율주행모듈로부터 위치제어명령을 받아 위치제어를 주로 수행한다.
따라서 상기 위치제어를 잘 수행하기 위해서는 의도치 않은 외부 부하나 프릭션(마찰)에 대하여 적절한 보상출력 제어를 수행해야 한다.
그런데 통상적으로 쓰이는 PID(P:비례, I:적분, D:미분) 제어기에는 외부 부하나 프릭션에 대한 보상출력 제어 기능이 포함되어 있지 않다.
따라서 외부 부하나 프릭션에 대한 보상출력 제어 기능이 포함되어 있지 않은 일반적인 PID 제어기는, 제어 성능에 한계가 있기 때문에 상기 일반적인 PID 제어기를 자율주행차량에 사용하기 위해서는, 상기 외부 부하나 프릭션에 대한 보상출력 제어 기능을 수행할 수 있는 기능(즉, 알고리즘이나 장치)을 별도로 추가할 필요가 있다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 등록특허 10-2373870호(2022.03.08. 등록, 전동식 조향장치의 노면상태 감지장치 및 그 제어방법)에 개시되어 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로서, 자율주행차량이 자율주행 중 의도치 않은 외부 부하나 프릭션(마찰)에 대응하는 보상출력을 반영함으로써, 외부 부하나 프릭션에 방해받지 않고 안정적인 자율주행 제어를 수행할 수 있도록 하는, 자율주행차량용 전동식 조향장치 및 그 제어 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 자율주행차량용 전동식 조향장치는, 조향각 명령과 실제 조향각을 바탕으로 위치제어를 수행하는 위치제어-P(비례)제어기; 상기 위치제어-P(비례)제어기로부터의 속도 명령값과 실제 조향각속도를 바탕으로 속도제어를 수행하는 속도제어-PI(비례적분)제어기; 상기 속도제어-PI(비례적분)제어기로부터의 전류 명령값과 실제 전류값을 바탕으로 MDPS(Motor Driven Power Steering) 모듈의 전류제어를 수행하는 전류제어-PI(비례적분)제어기; 상기 전류제어-PI제어기로부터 인가되는 제어 전류 값에 의해 모터를 제어하는 MDPS 모듈; 제어 전류 값, 실제 조향각, 실제 조향각속도, 및 실제 전류를 입력받아 기 설정된 수학식을 바탕으로 추정 부하량()을 산출하는 부하 추정 모듈; 조향각 명령과 실제 조향각 및 추정 부하량()을 바탕으로 지령 전류를 출력하는 전류제어-D(미분)제어기; 및 상기 위치제어-P(비례)제어기에서 출력하는 속도 명령값에 따라 컷오프 주파수를 조절하여 상기 전류제어-D(미분)제어기에서 출력되는 지령 전류를 필터링하여 상기 전류제어-PI(비례적분)제어기에 출력하는 저역통과필터;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 위치제어-P제어기는, 자율주행모듈로부터 조향각 명령을 입력받고, 센서모듈로부터 실제 조향각을 입력받으며, 상기 실제 조향각이 상기 조향각 명령을 추종할 수 있도록 하기 위한 위치제어를 수행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 속도제어-PI(비례적분)제어기는, 센서모듈로부터 검출된 실제 조향각속도를 입력받고, 또한 상기 위치제어-P(비례)제어기로부터 속도 명령값을 입력받으며, 상기 실제 조향각속도가 상기 속도 명령값을 추종할 수 있도록 하기 위한 속도제어를 수행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 전류제어-PI(비례적분)제어기는, 상기 속도제어-PI(비례적분)제어기로부터 전류 명령값을 입력받고, 센서모듈로부터 검출된 실제 전류값을 입력받아, 상기 실제 전류값이 상기 전류 명령값을 추종하도록 전류제어를 수행하여, MDPS 모듈에 상기 전류 명령값을 추종하기 위한 제어 전류 값을 인가하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 전류제어-D(미분)제어기는, 조향각 명령과 실제 조향각을 입력받아 그 차이 값을 미분한 값에 기 설정된 제3 게인을 곱하여 산출한 값에, 추정 부하량()에 기 설정된 제4 게인을 곱하여 산출한 값을 더하여 지령 전류를 출력하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 위치제어-P(비례)제어기는, 부하 추정 모듈에서 출력되는 추정 부하량()의 크기에 따라 위치제어를 위한 제1 게인(Gain)을 가변시켜 위치제어에 적용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 속도제어-PI(비례적분)제어기는, 부하 추정 모듈에서 출력되는 추정 부하량()의 크기에 따라 속도제어를 위한 제2 게인(Gain)을 가변시켜 속도제어에 적용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 지령 전류는, 추정 부하량()에 대응하는 보상출력 제어를 위하여 상기 전류제어-PI(비례적분)제어기에 추가적으로 인가하는 전류 명령값인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 저역통과필터는, 상기 위치제어-P(비례)제어기에서 출력하는 속도 명령값에 따라, 속도가 높을 경우에는 컷오프 주파수를 높이고, 속도가 낮을 경우에는 컷오프 주파수를 낮추는 방식으로, 속도 명령값에 대응하여 컷오프 주파수를 조절하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 전류제어-PI(비례적분)제어기는, 상기 저역통과필터를 통해 상기 위치제어-P(비례)제어기에서 출력하는 속도 명령값에 대응하여 필터링된 지령 전류 값을 추가로 반영하여, MDPS 모듈에 제어 전류 값을 인가하는 방식으로 전류제어를 수행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 자율주행차량용 전동식 조향장치의 제어 방법은, 위치제어-P(비례)제어기가 조향각 명령과 실제 조향각을 바탕으로 위치제어를 수행하는 단계; 속도제어-PI(비례적분)제어기가 상기 위치제어-P제어기로부터의 속도 명령값과 실제 조향각속도를 바탕으로 속도제어를 수행하는 단계; 전류제어-PI(비례적분)제어기가 상기 속도제어-PI(비례적분)제어기로부터의 전류 명령값과 실제 전류값을 바탕으로 MDPS 모듈의 전류제어를 수행하는 단계; MDPS 모듈이 상기 전류제어-PI제어기로부터 인가되는 제어 전류 값에 의해 모터를 제어하는 단계; 부하 추정 모듈이 제어 전류 값, 실제 조향각, 실제 조향각속도, 및 실제 전류를 입력받아 기 설정된 수학식을 바탕으로 추정 부하량()을 산출하는 단계; 전류제어-D(미분)제어기가 조향각 명령과 실제 조향각 및 추정 부하량()을 바탕으로 지령 전류를 출력하는 단계; 및 저역통과필터가 상기 위치제어-P(비례)제어기에서 출력하는 속도 명령값에 따라 컷오프 주파수를 조절하여 상기 전류제어-D(미분)제어기에서 출력되는 지령 전류를 필터링하여 상기 전류제어-PI(비례적분)제어기에 출력하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 위치제어를 수행하는 단계에서, 상기 위치제어-P(비례)제어기는, 자율주행모듈로부터 조향각 명령을 입력받고, 센서모듈로부터 실제 조향각을 입력받으며, 상기 실제 조향각이 상기 조향각 명령을 추종할 수 있도록 하기 위한 위치제어를 수행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 속도제어를 수행하는 단계에서, 상기 속도제어-PI(비례적분)제어기는, 센서모듈로부터 검출된 실제 조향각속도를 입력받고, 또한 상기 위치제어-P제어기로부터 속도 명령값을 입력받으며, 상기 실제 조향각속도가 상기 속도 명령값을 추종할 수 있도록 하기 위한 속도제어를 수행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 전류제어를 수행하는 단계에서, 상기 전류제어-PI(비례적분)제어기는, 상기 속도제어-PI(비례적분)제어기로부터 전류 명령값을 입력받고, 센서모듈로부터 검출된 실제 전류값을 입력받아, 상기 실제 전류값이 상기 전류 명령값을 추종하도록 전류제어를 수행하여, MDPS 모듈에 상기 전류 명령값을 추종하기 위한 제어 전류 값을 인가하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 지령 전류를 출력하는 단계에서, 상기 전류제어-D(미분)제어기는, 조향각 명령과 실제 조향각을 입력받아 그 차이 값을 미분한 값에 기 설정된 제3 게인을 곱하여 산출한 값에, 추정 부하량()에 기 설정된 제4 게인을 곱하여 산출한 값을 더하여 지령 전류를 출력하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 위치제어를 수행하는 단계에서, 상기 위치제어-P(비례)제어기는, 상기 부하 추정 모듈에서 출력되는 추정 부하량()의 크기에 따라 위치제어를 위한 제1 게인(Gain)을 가변시켜 위치제어에 적용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 속도제어를 수행하는 단계에서, 상기 속도제어-PI(비례적분)제어기는, 상기 부하 추정 모듈에서 출력되는 추정 부하량()의 크기에 따라 속도제어를 위한 제2 게인(Gain)을 가변시켜 속도제어에 적용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 지령 전류는, 추정 부하량()에 대응하는 보상출력 제어를 위하여 상기 전류제어-PI제어기에 추가적으로 인가하는 전류 명령값인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 저역통과필터는, 상기 위치제어-P(비례)제어기에서 출력하는 속도 명령값에 따라, 속도가 높을 경우에는 컷오프 주파수를 높이고, 속도가 낮을 경우에는 컷오프 주파수를 낮추는 방식으로, 속도 명령값에 대응하여 컷오프 주파수를 조절하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 전류제어를 수행하는 단계에서, 상기 전류제어-PI(비례적분)제어기는, 상기 저역통과필터를 통해 상기 위치제어-P제어기에서 출력하는 속도 명령값에 대응하여 필터링된 지령 전류 값을 추가로 반영하여, MDPS 모듈에 제어 전류 값을 인가하는 방식으로 전류제어를 수행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 자율주행차량이 자율주행 중 의도치 않은 외부 부하나 프릭션(마찰)에 대응하는 보상출력을 반영함으로써, 외부 부하나 프릭션에 방해받지 않고 안정적인 자율주행 제어를 수행할 수 있도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 자율주행차량용 전동식 조향장치의 개략적인 구성을 보인 예시도.
도 2는 상기 도 1에 있어서, 부하 추정 모듈의 추정 부하량() 산출에 사용되는 부하 추정 모델에 적용되는 수학식을 보인 예시도.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 자율주행차량용 전동식 조향장치의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 자율주행차량용 전동식 조향장치 및 그 제어 방법의 일 실시 예를 설명한다.
이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 자율주행차량용 전동식 조향장치의 개략적인 구성을 보인 예시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시 예에 따른 자율주행차량용 전동식 조향장치는, 위치제어-P제어기(110), 속도제어-PI제어기(120), 전류제어-PI제어기(130), MDPS 모듈(140), 부하 추정 모듈(150), 전류제어-D제어기(160), 및 저역통과필터(LPF : Low Pass Filter)(170)를 포함한다.
상기 위치제어-P제어기(110)는 자율주행모듈(미도시)로부터 조향각 명령(Cmd_Theta(θ))을 입력받고, 또한 센서모듈(미도시)로부터 검출된 실제 조향각(Theta(θ))을 입력받으며, 상기 실제 조향각(Theta(θ))이 상기 조향각 명령(Cmd_Theta(θ))을 추종할 수 있도록 하기 위한 위치제어를 수행한다.
또한 상기 위치제어-P제어기(110)는 상기 위치제어를 위한 속도 명령값(예 : 위치제어 속도를 제어하기 위한 명령값)을 출력한다.
또한 상기 위치제어-P제어기(110)는 상기 부하 추정 모듈(150)에서 출력되는 추정 부하량()의 크기에 따라 위치제어를 위한 제1 게인(Gain)을 가변시켜 적용함으로써 추정 부하량()의 순간적인 변화에 능동적으로 대응한다.
상기 속도제어-PI제어기(120)는 센서모듈(미도시)로부터 검출된 실제 조향각속도(omega(ω))를 입력받고, 또한 상기 위치제어-P제어기(110)로부터 속도 명령값을 입력받으며, 상기 실제 조향각속도(omega(ω))가 상기 속도 명령값을 추종할 수 있도록 하기 위한 속도제어를 수행한다.
또한 상기 속도제어-PI제어기(120)는 상기 속도 명령값을 추종하는 속도제어를 위한 전류 명령값(I_cmd)을 출력한다.
또한 상기 속도제어-PI제어기(120)는 상기 부하 추정 모듈(150)에서 출력되는 추정 부하량()의 크기에 따라 속도제어를 위한 제2 게인(Gain)을 가변시켜 적용함으로써 추정 부하량()의 순간적인 변화에 능동적으로 대응한다.
상기 전류제어-PI제어기(130)는 상기 속도제어-PI제어기(120)로부터 전류 명령값(I_cmd)을 입력받고, 또한 센서모듈(미도시)로부터 검출된 실제 전류값(Current(i))을 입력받아, 상기 실제 전류값(Current(i))이 상기 전류 명령값(I_cmd)을 추종하도록 전류제어를 수행한다. 즉, 상기 전류제어-PI제어기(130)는 상기 MDPS 모듈(140)에 상기 전류 명령값(I_cmd)을 추종하기 위한 제어 전류 값(Iin)을 인가한다.
상기 MDPS 모듈(140)은 상기 인가받은 제어 전류 값(Iin)에 의해 실제 자율주행차량(즉, 모터)을 제어하고, 이 때 센서모듈(미도시)은 실제 조향각(Theta(θ)), 실제 조향각속도(omega(ω)), 및 실제 전류(Current(i))를 검출한다.
상기 부하 추정 모듈(150)은 상기 전류제어-PI제어기(130)로부터 상기 MDPS 모듈(140)로 인가되는 제어 전류 값(Iin) 또는 상기 제어 전류 값(Iin)에 대응하는 전압 값(u(Vin))을 입력받고, 또한 상기 센서모듈(미도시)을 통해 검출되는 실제 조향각(Theta(θ)), 실제 조향각속도(omega(ω)), 및 실제 전류(Current(i))를 입력받아 추정 부하량()을 산출하여 출력한다.
상기 부하 추정 모듈(150)에서 추정 부하량()을 산출하는 방법은, 도 2에 보다 구체적으로 도시되어 있다.
여기서 상기 추정 부하량()의 "^" 표시는 추정된 값을 의미한다.
상기 전류제어-D제어기(160)는 상기 조향각 명령(Cmd_Theta(θ))과 상기 실제 조향각(Theta(θ))을 입력받아 그 차이 값(즉, 위치 에러값)을 산출하여 미분한 값에 기 설정된 제3 게인(Gain)을 곱하여 산출한 값에, 상기 추정 부하량()에 기 설정된 제4 게인(Gain)을 곱하여 산출한 값을 더하여 지령 전류(즉, 상기 추정 부하량()에 대응하는 보상출력 제어를 위하여 추가적으로 인가하는 전류 명령값)를 출력한다.
상기 저역통과필터(170)는 상기 위치제어-P제어기(110)에서 출력하는 속도 명령값에 따라 컷오프(Cut off) 주파수를 조절하여 상기 전류제어-D제어기(160)에서 출력되는 지령 전류(즉, 상기 추정 부하량()에 대응하는 보상출력 제어를 위하여 추가적으로 인가하는 전류 명령값)를 필터링하여 출력한다.
예컨대 상기 전류제어-D제어기(160)는 그 특성상 위치 에러값을 미분하게 되면 노이즈까지 증폭될 수 있기 때문에, 상기 전류제어-D제어기(160)의 후단에 상기 저역통과필터(170)를 적용함으로써, 상기 저역통과필터(170)의 컷오프(Cut off) 주파수의 조절을 통해 상기 지령 전류(즉, 상기 추정 부하량()에 대응하는 보상출력 제어를 위하여 추가적으로 인가하는 전류 명령값) 값을 조절한다.
상기 저역통과필터(170)는 상기 위치제어-P제어기(110)에서 출력하는 속도 명령값에 따라, 속도가 높을 경우(즉, 속도 명령값이 큰 경우)에는 컷오프(Cut off) 주파수를 높이고, 속도가 낮을 경우(즉, 속도 명령값이 작은 경우)에는 컷오프(Cut off) 주파수를 낮춰줌으로써, 상기 위치제어-P제어기(110)에서 출력하는 속도 명령값에 대응하여 제어 성능을 높이면서도 안정성을 향상시키는 효과가 있다.
상기 전류제어-PI제어기(130)는 상기 저역통과필터(170)를 통해 상기 속도 명령값에 대응하여 필터링된 지령 전류(즉, 상기 추정 부하량()에 대응하는 보상출력 제어를 위하여 추가적으로 인가하는 전류 명령값) 값을 추가로 반영하여 전류제어를 수행한다.
도 2는 상기 도 1에 있어서, 부하 추정 모듈의 추정 부하량() 산출에 사용되는 부하 추정 모델에 적용되는 수학식을 보인 예시도이다. 다만 도 2에 도시된 수학식은, 추정 부하량() 산출이 가능함을 보여주기 위하여 예시적으로 보인 수학식이며, 이를 한정하기 위한 것이 아님에 유의한다.
도 2를 참조하면, 본 실시 예에 따른 부하 추정 모델은, 그리고 로 표기하며, A는 상태 파라미터, B는 입력 파라미터, u는 입력, X는 상태변수, Y는 출력, C는 상태변수와 출력간의 관계를 나타낸다.
이 때 도 2에서, "^" 표시(hat)는 추정된 값을 의미하며, "~" 표시(tilde)는 실제 값과 기준(reference) 값의 차이(즉, 에러)를 나타낸다.
또한 L1 ~ L4는 각 상태변수를 예측하기 위한 게인 값이며, 튜닝을 통해 조절하거나 원하는 대역폭이나 추종성능(외란이나 노이즈에 얼마나 민감하게 반응할지 등을 감안)하여 제어하는 모델의 특성에 맞게 값을 결정한다.
또한 Kt는 모터상수, J는 관성모멘트, B는 댐핑계수, R은 전기적 저항, L은 인덕턴스, Kb는 역기전력에 의한 토크상수를 의미한다.
이에 따라 도 2에 도시된 바와 같은 수학식을 연산하여 추정 부하량()을 산출할 수 있으며, 다만 다른 수학식을 이용하여 추정 부하량()을 산출할 수도 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 자율주행차량용 전동식 조향장치의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 자율주행차량이 자율 주행 중, 부하 추정 모듈(150)이 추정 부하량()을 산출할 경우(S101), 위치제어-P제어기(110)는 상기 부하 추정 모듈(150)에서 출력되는 추정 부하량()의 크기에 따라 위치제어를 위한 제1 게인(Gain)을 가변시켜 위치제어에 적용한다(S102).
또한 속도제어-PI제어기(120)는 상기 부하 추정 모듈(150)에서 출력되는 추정 부하량()의 크기에 따라 속도제어를 위한 제2 게인(Gain)을 가변시켜 속도제어에 적용한다(S103).
또한 전류제어-D제어기(160)는 상기 조향각 명령(Cmd_Theta(θ))과 상기 실제 조향각(Theta(θ))을 입력받아 그 차이 값(즉, 위치 에러값)을 산출하여 미분한 값에 기 설정된 제3 게인(Gain)을 곱하여 산출한 값에, 상기 추정 부하량()에 기 설정된 제4 게인(Gain)을 곱하여 산출한 값을 더하여 지령 전류(즉, 상기 추정 부하량()에 대응하는 보상출력 제어를 위하여 추가적으로 인가하는 전류 명령값)를 산출한다(S104).
또한 저역통과필터(170)는 상기 위치제어-P제어기(110)에서 출력하는 속도 명령값에 따라 컷오프(Cut off) 주파수를 조절하여 상기 전류제어-D제어기(160)에서 출력되는 지령 전류(즉, 상기 추정 부하량()에 대응하는 보상출력 제어를 위하여 추가적으로 인가하는 전류 명령값)를 필터링하여 상기 전류제어-PI제어기(130)에 출력한다.
예컨대 상기 저역통과필터(170)는 상기 위치제어-P제어기(110)에서 출력하는 속도 명령값에 따라, 속도가 높을 경우(즉, 속도 명령값이 큰 경우)에는 컷오프(Cut off) 주파수를 높이고, 속도가 낮을 경우(즉, 속도 명령값이 작은 경우)에는 컷오프(Cut off) 주파수를 낮춰줌으로써, 상기 위치제어-P제어기(110)에서 출력하는 속도 명령값에 대응하여 제어 성능을 높이면서도 안정성을 향상시키는 효과가 있다.
또한 상기 전류제어-PI제어기(130)는 상기 저역통과필터(170)를 통해 상기 속도 명령값에 대응하여 필터링된 지령 전류(즉, 상기 추정 부하량()에 대응하는 보상출력 제어를 위하여 추가적으로 인가하는 전류 명령값) 값을 추가로 반영한 제어 전류 값(Iin)을 MDPS 모듈(140)에 인가한다(S106).
상기와 같이 본 실시 예는 부하를 추정하여, 추정 부하량()에 대응하여 PID 제어기의 성능을 순간적으로 최적화시킴으로써, 위치제어를 안정적으로 수행하다가 필요에 따라 PID 제어기의 제어 성능을 향상시키는 효과가 있다.
또한 자율주행 중 탑승자가 핸들을 임의로 조작할 경우, MDPS가 위치제어를 수행을 하는데 방해 요소가 되며, 만약 핸들이 틀어진다면 큰 사고로 이어지게 되는 문제점이 있는데, 본 실시 예는 상기와 같은 이러한 의도치 않은 부하가 외부에서 인가되더라도, 상기 인가된 외부의 부하에 대응하여 PID 제어기의 응답성을 순간적으로 최적화시킴으로써 더 강건한 자율주행의 위치제어가 수행 될 수 있도록 하는 효과가 있다.
일반적으로 자율주행차량의 전동식 조향장치는 조향각 위치제어시 노이즈나 외란에 강건해야 하며, 센서 등의 고장에도 조향력을 계속 유지해야 하는데, 이에 따라 본 실시 예는 자율주행차량의 전동식 조향장치의 위치제어 성능을 외부 부하에 대응하여 최적화시킴으로써, 가령 외부의 부하나 프릭션이 발생하거나 또는 자율주행 중 운전자가 의도치 않게 핸들을 조작하려 할 경우에도 핸들이 틀어지지 않고 자율주행을 계속적으로 수행할 수 있도록 하는 효과가 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다. 또한 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.
110 : 위치제어-P제어기
120 : 속도제어-PI제어기
130 : 전류제어-PI제어기
140 : MDPS(Motor Driven Power Steering) 모듈
150 : 부하 추정 모듈
160 : 전류제어-D제어기
170 : 저역통과필터

Claims (20)

  1. 조향각 명령과 실제 조향각을 바탕으로 위치제어를 수행하는 위치제어-P(비례)제어기;
    상기 위치제어-P(비례)제어기로부터의 속도 명령값과 실제 조향각속도를 바탕으로 속도제어를 수행하는 속도제어-PI(비례적분)제어기;
    상기 속도제어-PI(비례적분)제어기로부터의 전류 명령값과 실제 전류값을 바탕으로 MDPS(Motor Driven Power Steering) 모듈의 전류제어를 수행하는 전류제어-PI(비례적분)제어기;
    상기 전류제어-PI제어기로부터 인가되는 제어 전류 값에 의해 모터를 제어하는 MDPS 모듈;
    제어 전류 값, 실제 조향각, 실제 조향각속도, 및 실제 전류를 입력받아 기 설정된 수학식을 바탕으로 추정 부하량()을 산출하는 부하 추정 모듈;
    조향각 명령과 실제 조향각 및 추정 부하량()을 바탕으로 지령 전류를 출력하는 전류제어-D(미분)제어기; 및
    상기 위치제어-P(비례)제어기에서 출력하는 속도 명령값에 따라 컷오프 주파수를 조절하여 상기 전류제어-D(미분)제어기에서 출력되는 지령 전류를 필터링하여 상기 전류제어-PI(비례적분)제어기에 출력하는 저역통과필터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자율주행차량용 전동식 조향장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 위치제어-P제어기는,
    자율주행모듈로부터 조향각 명령을 입력받고, 센서모듈로부터 실제 조향각을 입력받으며, 상기 실제 조향각이 상기 조향각 명령을 추종할 수 있도록 하기 위한 위치제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 자율주행차량용 전동식 조향장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 속도제어-PI(비례적분)제어기는,
    센서모듈로부터 검출된 실제 조향각속도를 입력받고, 또한 상기 위치제어-P(비례)제어기로부터 속도 명령값을 입력받으며, 상기 실제 조향각속도가 상기 속도 명령값을 추종할 수 있도록 하기 위한 속도제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 자율주행차량용 전동식 조향장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 전류제어-PI(비례적분)제어기는,
    상기 속도제어-PI(비례적분)제어기로부터 전류 명령값을 입력받고, 센서모듈로부터 검출된 실제 전류값을 입력받아, 상기 실제 전류값이 상기 전류 명령값을 추종하도록 전류제어를 수행하여, MDPS 모듈에 상기 전류 명령값을 추종하기 위한 제어 전류 값을 인가하는 것을 특징으로 하는 자율주행차량용 전동식 조향장치.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 전류제어-D(미분)제어기는,
    조향각 명령과 실제 조향각을 입력받아 그 차이 값을 미분한 값에 기 설정된 제3 게인을 곱하여 산출한 값에, 추정 부하량()에 기 설정된 제4 게인을 곱하여 산출한 값을 더하여 지령 전류를 출력하는 것을 특징으로 하는 자율주행차량용 전동식 조향장치.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 위치제어-P(비례)제어기는,
    부하 추정 모듈에서 출력되는 추정 부하량()의 크기에 따라 위치제어를 위한 제1 게인(Gain)을 가변시켜 위치제어에 적용하는 것을 특징으로 하는 자율주행차량용 전동식 조향장치.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 속도제어-PI(비례적분)제어기는,
    부하 추정 모듈에서 출력되는 추정 부하량()의 크기에 따라 속도제어를 위한 제2 게인(Gain)을 가변시켜 속도제어에 적용하는 것을 특징으로 하는 자율주행차량용 전동식 조향장치.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 지령 전류는,
    추정 부하량()에 대응하는 보상출력 제어를 위하여 상기 전류제어-PI(비례적분)제어기에 추가적으로 인가하는 전류 명령값인 것을 특징으로 하는 자율주행차량용 전동식 조향장치.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 저역통과필터는,
    상기 위치제어-P(비례)제어기에서 출력하는 속도 명령값에 따라, 속도가 높을 경우에는 컷오프 주파수를 높이고, 속도가 낮을 경우에는 컷오프 주파수를 낮추는 방식으로, 속도 명령값에 대응하여 컷오프 주파수를 조절하는 것을 특징으로 하는 자율주행차량용 전동식 조향장치.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 전류제어-PI(비례적분)제어기는,
    상기 저역통과필터를 통해 상기 위치제어-P(비례)제어기에서 출력하는 속도 명령값에 대응하여 필터링된 지령 전류 값을 추가로 반영하여, MDPS 모듈에 제어 전류 값을 인가하는 방식으로 전류제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 자율주행차량용 전동식 조향장치.
  11. 위치제어-P(비례)제어기가 조향각 명령과 실제 조향각을 바탕으로 위치제어를 수행하는 단계;
    속도제어-PI(비례적분)제어기가 상기 위치제어-P제어기로부터의 속도 명령값과 실제 조향각속도를 바탕으로 속도제어를 수행하는 단계;
    전류제어-PI(비례적분)제어기가 상기 속도제어-PI(비례적분)제어기로부터의 전류 명령값과 실제 전류값을 바탕으로 MDPS 모듈의 전류제어를 수행하는 단계;
    MDPS 모듈이 상기 전류제어-PI제어기로부터 인가되는 제어 전류 값에 의해 모터를 제어하는 단계;
    부하 추정 모듈이 제어 전류 값, 실제 조향각, 실제 조향각속도, 및 실제 전류를 입력받아 기 설정된 수학식을 바탕으로 추정 부하량()을 산출하는 단계;
    전류제어-D(미분)제어기가 조향각 명령과 실제 조향각 및 추정 부하량()을 바탕으로 지령 전류를 출력하는 단계; 및
    저역통과필터가 상기 위치제어-P(비례)제어기에서 출력하는 속도 명령값에 따라 컷오프 주파수를 조절하여 상기 전류제어-D(미분)제어기에서 출력되는 지령 전류를 필터링하여 상기 전류제어-PI(비례적분)제어기에 출력하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자율주행차량용 전동식 조향장치의 제어 방법.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 위치제어를 수행하는 단계에서,
    상기 위치제어-P(비례)제어기는,
    자율주행모듈로부터 조향각 명령을 입력받고, 센서모듈로부터 실제 조향각을 입력받으며, 상기 실제 조향각이 상기 조향각 명령을 추종할 수 있도록 하기 위한 위치제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 자율주행차량용 전동식 조향장치의 제어 방법.
  13. 제 11항에 있어서, 상기 속도제어를 수행하는 단계에서,
    상기 속도제어-PI(비례적분)제어기는,
    센서모듈로부터 검출된 실제 조향각속도를 입력받고, 또한 상기 위치제어-P제어기로부터 속도 명령값을 입력받으며, 상기 실제 조향각속도가 상기 속도 명령값을 추종할 수 있도록 하기 위한 속도제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 자율주행차량용 전동식 조향장치의 제어 방법.
  14. 제 11항에 있어서, 상기 전류제어를 수행하는 단계에서,
    상기 전류제어-PI(비례적분)제어기는,
    상기 속도제어-PI(비례적분)제어기로부터 전류 명령값을 입력받고, 센서모듈로부터 검출된 실제 전류값을 입력받아, 상기 실제 전류값이 상기 전류 명령값을 추종하도록 전류제어를 수행하여, MDPS 모듈에 상기 전류 명령값을 추종하기 위한 제어 전류 값을 인가하는 것을 특징으로 하는 자율주행차량용 전동식 조향장치의 제어 방법.
  15. 제 11항에 있어서, 상기 지령 전류를 출력하는 단계에서,
    상기 전류제어-D(미분)제어기는,
    조향각 명령과 실제 조향각을 입력받아 그 차이 값을 미분한 값에 기 설정된 제3 게인을 곱하여 산출한 값에, 추정 부하량()에 기 설정된 제4 게인을 곱하여 산출한 값을 더하여 지령 전류를 출력하는 것을 특징으로 하는 자율주행차량용 전동식 조향장치의 제어 방법.
  16. 제 11항에 있어서, 상기 위치제어를 수행하는 단계에서,
    상기 위치제어-P(비례)제어기는,
    상기 부하 추정 모듈에서 출력되는 추정 부하량()의 크기에 따라 위치제어를 위한 제1 게인(Gain)을 가변시켜 위치제어에 적용하는 것을 특징으로 하는 자율주행차량용 전동식 조향장치의 제어 방법.
  17. 제 11항에 있어서, 상기 속도제어를 수행하는 단계에서,
    상기 속도제어-PI(비례적분)제어기는,
    상기 부하 추정 모듈에서 출력되는 추정 부하량()의 크기에 따라 속도제어를 위한 제2 게인(Gain)을 가변시켜 속도제어에 적용하는 것을 특징으로 하는 자율주행차량용 전동식 조향장치의 제어 방법.
  18. 제 11항에 있어서, 상기 지령 전류는,
    추정 부하량()에 대응하는 보상출력 제어를 위하여 상기 전류제어-PI제어기에 추가적으로 인가하는 전류 명령값인 것을 특징으로 하는 자율주행차량용 전동식 조향장치의 제어 방법.
  19. 제 11항에 있어서, 상기 저역통과필터는,
    상기 위치제어-P(비례)제어기에서 출력하는 속도 명령값에 따라, 속도가 높을 경우에는 컷오프 주파수를 높이고, 속도가 낮을 경우에는 컷오프 주파수를 낮추는 방식으로, 속도 명령값에 대응하여 컷오프 주파수를 조절하는 것을 특징으로 하는 자율주행차량용 전동식 조향장치의 제어 방법.
  20. 제 11항에 있어서, 상기 전류제어를 수행하는 단계에서,
    상기 전류제어-PI(비례적분)제어기는,
    상기 저역통과필터를 통해 상기 위치제어-P제어기에서 출력하는 속도 명령값에 대응하여 필터링된 지령 전류 값을 추가로 반영하여, MDPS 모듈에 제어 전류 값을 인가하는 방식으로 전류제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 자율주행차량용 전동식 조향장치의 제어 방법.
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