KR100971284B1 - Electric current direct measurement Steer-By-Wire steering control device - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자동차 휠에 작용되는 측 방향 힘을 동역학적으로 해석하여 운전자에게 편안함과 실제와 같은 운전감을 제공하는 전류직접측정법을 이용한 스티어 바이 와이어 조향 제어장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 운전자의 입력명령(운전자의 조작으로 발생되는 조작명령)인 핸드 휠의 조향각, 차량 속도, 차량의 가속도와 같은 정보를 추적하는 제1루프와, 차량의 로드 휠에 작동되는 관성력, 댐핑, 조향각 등을 전류신호로 직접측정하여 운전자에게 힘을 전달하기 위한 제2루프로 구성되는 것을 특징으로 하여; 전류신호를 직접 측정하는 측정법을 이용하여 힘 피드백의 발생을 위한 별도의 연산과정이 불필요하여 즉각적인 대처가 가능하여 운전자에게 실제적이고 편안한 운전감각을 전달하기 위한 힘 피드백을 제공하는 효과가 있다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a steering-by-wire steering control device using current direct measurement, which dynamically analyzes the lateral force acting on an automobile wheel and provides the driver with comfort and realistic driving. The first loop which tracks information such as steering angle of the hand wheel, vehicle speed, and acceleration of the vehicle, which is a command (operation command generated by the driver's operation), and an inertial force, damping, steering angle, etc. actuated on the road wheel of the vehicle, the current signal. Characterized in that it is configured as a second loop for transmitting a force to the driver by measuring directly with; By using a measurement method that directly measures the current signal, a separate calculation process for the generation of the force feedback is unnecessary, so that immediate response is possible, thereby providing a force feedback for delivering a realistic and comfortable driving feeling to the driver.

전류 직접 측정, 전류 센서, 홀 센서, PID위치제어기, 힘 제어기, 조향 Direct Current Measurement, Current Sensor, Hall Sensor, PID Position Controller, Force Controller, Steering

Description

전류직접측정법을 이용한 스티어 바이 와이어 조향 제어장치{Electric current direct measurement Steer-By-Wire steering control device}Steering-By-Wire steering control device using electric current direct measurement

본 발명은 전류직접측정법을 이용한 스티어 바이 와이어 조향 제어장치에 관한 것으로, 특히 자동차 휠에 작용되는 측 방향 힘을 동역학적으로 해석하여 운전자에게 편안함과 실제와 같은 운전감을 제공하는 전류직접측정법을 이용한 스티어 바이 와이어 조향 제어장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a steer-by-wire steering control device using current direct measurement. In particular, a steering method using a current direct measurement method that provides comfort and a realistic driving feeling to a driver by dynamically analyzing lateral force applied to an automobile wheel is provided. It relates to a by-wire steering control device.

일반적으로, 자동차의 동력 보조 조향장치로는 유압 펌프의 유압을 이용한 유압식 동력 보조 조향장치(Hydraulic Power Steering Apparatus)가 사용되고 있지만, 1990년대 이후 전기 모터를 이용한 전기식 동력 보조 조향장치(Electric Power Steering Apparatus)가 점차로 보편화되어 가고 있다.Generally, a hydraulic power steering device using a hydraulic pressure of a hydraulic pump is used as a power assist steering device of an automobile. However, since 1990, an electric power steering device using an electric motor is used. Is becoming more and more common.

기존의 유압식 동력 보조 조향장치는 동력을 보조해 주는 동력원인 유압 펌프가 엔진에 의해 구동되어 조향휠의 회전 여부와 관계없이 항상 에너지를 소모하는 데 비해서 전기식 동력 보조 조향장치는 조향휠이 회전하여 토크가 발생되면 전기 에너지로 구동되는 모터가 조향 보조 동력을 제공한다. 따라서 전기식 동력 보 조 조향장치를 사용하는 경우 유압식 동력 보조 조향장치에 비해 차량의 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.Conventional hydraulic power assisted steering system consumes energy at all times regardless of whether the steering wheel is rotated by the hydraulic pump driven by the engine. When generated, a motor driven by electrical energy provides steering assistance power. Therefore, when the electric power assist steering device is used, the energy efficiency of the vehicle can be improved compared to the hydraulic power assist steering device.

도 1은 일반적인 자동차의 전기식 동력 보조 조향장치를 나타내는 구성도이고, 도 2는 종래 기술에 따른 감속기구를 나타내는 단면도이다.1 is a configuration diagram showing an electric power assisted steering apparatus of a general automobile, and FIG. 2 is a cross-sectional view showing a deceleration mechanism according to the prior art.

도 1 및 도 2에서 도시하는 바와 같이, 일반적으로 전기식 동력 보조 조향장치는 조향휠(101)부터 양측 바퀴(108)까지 이어지는 조향 계통 및 조향 계통에 조향 보조 동력을 제공하는 보조 동력 기구(120)를 포함하여 구성된다.As shown in FIGS. 1 and 2, the electric power assisted steering device generally includes an auxiliary power mechanism 120 that provides steering assistance power to the steering system and steering system that extends from the steering wheel 101 to the wheels on both sides 108. It is configured to include.

이러한, 조향 계통은 일측이 조향휠(101)에 연결되어 조향휠(101)과 함께 회전하고 타측은 한 쌍의 유니버설 조인트(103)를 매개로 피니언축(104)에 연결되는조향축(102)을 포함하여 구성된다. 또한, 피니언축(104)은 랙-피니언 기구부(105)를 통해 랙 바에 연결되고, 랙 바의 양단은 타이로드(106)와 너클 암(107)을 통해 차량의 바퀴(108)에 연결된다.Such a steering system has one side connected to the steering wheel 101 to rotate together with the steering wheel 101 and the other side to the steering shaft 102 connected to the pinion shaft 104 via a pair of universal joints 103. It is configured to include. In addition, the pinion shaft 104 is connected to the rack bar through the rack-pinion mechanism 105, and both ends of the rack bar are connected to the wheel 108 of the vehicle through the tie rod 106 and the knuckle arm 107.

그리고, 랙-피니언 기구부(105)는 피니언축(104)에 형성되어 있는 피니언 기어부(111)와 랙 바의 외주면 일측에 형성되어 있는 랙 기어부(112)가 서로 맞물려서 형성되므로 운전자가 조향휠(101)을 조작하면 조향 계통(100)에서 토크가 발생하고, 발생한 토크에 의해서 랙-피니언 기구부(105)와 타이로드(106)를 통하여 바퀴(108)를 조향하게 된다.In addition, the rack-pinion mechanism 105 is formed by engaging the pinion gear 111 formed on the pinion shaft 104 and the rack gear portion 112 formed on one side of the outer circumferential surface of the rack bar with each other. When the 101 is operated, torque is generated in the steering system 100, and the wheel 108 is steered through the rack-pinion mechanism 105 and the tie rod 106 by the generated torque.

아울러, 보조 동력 기구(120)는 운전자가 조향휠(101)에 가하는 토크를 감지하고 감지된 토크에 비례하는 전기 신호를 출력하는 토크 센서(121), 토크 센서(121)로부터 전해지는 전기 신호에 기초하여 제어 신호를 발생하는 전자 제어 장 치(ECU:Electronic Control Unit,123), 전자 제어 장치(123)로부터 전해지는 제어 신호에 기초하여 보조 동력을 발생시키는 모터(130) 및 모터(130)에서 발생한 보조 동력을 조향축(102)에 전달하기 위한 감속기구(140)를 포함하여 구성된다.In addition, the auxiliary power mechanism 120 senses the torque applied by the driver to the steering wheel 101 and outputs an electric signal proportional to the sensed torque to the torque sensor 121 and the electrical signal transmitted from the torque sensor 121. In the electronic control unit (ECU) 123 which generates a control signal based on the above, the motor 130 and the motor 130 which generate auxiliary power based on the control signal transmitted from the electronic control unit 123. It is configured to include a reduction mechanism 140 for transmitting the generated auxiliary power to the steering shaft (102).

따라서, 전기식 동력 보조 조향장치에서는 조향휠(101)의 회전에 의해 발생한 토크가 랙-피니언 기구부(105)를 거쳐서 랙 바에 전달되고, 발생된 토크에 따라 모터(130)에서 발생한 보조 동력이 랙 바에 전달된다. 즉, 조향 계통(100)에서 발생한 토크와 모터(130)에서 발생한 보조 동력이 합쳐져서 랙 바를 축 방향으로 운동하도록 하는 것이다.Therefore, in the electric power assist steering device, the torque generated by the rotation of the steering wheel 101 is transmitted to the rack bar via the rack-pinion mechanism 105, and the auxiliary power generated by the motor 130 is applied to the rack bar according to the generated torque. Delivered. That is, the torque generated from the steering system 100 and the auxiliary power generated from the motor 130 are combined to allow the rack bar to move in the axial direction.

그런데, 이러한 구조를 가지는 종래의 전기식 동력 보조 조향장치는 조향 입력을 위한 조향축이 조향휠과 피니언 축을 기계적으로 연결해야만 한다. However, in the conventional electric power assisted steering apparatus having such a structure, a steering shaft for steering input must mechanically connect the steering wheel and the pinion shaft.

그러나, 자동차의 다른 부품들을 피해 조향축이 조향휠과 피니언축을 연결하도록 조향 장치를 제작하는데 어려운 문제점이 있었다.However, there is a difficult problem in manufacturing a steering device so that the steering shaft connects the steering wheel and the pinion shaft to avoid other parts of the automobile.

따라서, 이러한 문제점을 해결하기 위해 자동차의 스티어 바이 와이어(Steer-By-Wire)식 동력 보조 조향장치가 개발되었는데 운전자에게 전달되는 힘 피드백을 토크센서를 이용하여 구동되는 토크를 구한 후 피드백 산정식을 이용하여 산출함으로써 즉각적이고 정확한 힘 피드백을 운전자에게 원활히 제공하지 못하는 문제점이 있었다.Therefore, in order to solve this problem, a steering-by-wire power assisted steering device of a car has been developed. The feedback feedback equation is calculated after obtaining the torque driven by the torque sensor. There is a problem in that it does not provide a smooth and immediate force feedback to the driver by calculating using.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 감안하여 안출한 것으로 간단한 구조와 낮은 비용으로 구현하여 운전자에게 로드 휠이 직접 노면과 닿는 실제 운전감각을 전달해주는 동시에 운전자의 특성에 따라 운전감도를 조절할 수 있는 전류직접측정법을 이용한 스티어 바이 와이어 조향 제어장치를 제공하는데 목적이 있다.Therefore, the present invention has been devised in view of the problems of the prior art as described above, and implements a simple structure and low cost to deliver the actual driving sensation that the road wheel directly contacts the road surface, and at the same time adjusts the driving sensitivity according to the characteristics of the driver. An object of the present invention is to provide a steer-by-wire steering control using current direct measurement.

본 발명의 다른 목적은 전류신호를 직접 측정하는 측정법을 이용하여 운전자에게 실제적이고 편안한 운전감각을 전달하기 위한 힘 피드백을 제공하는 데 있다.It is another object of the present invention to provide a force feedback for delivering a practical and comfortable driving sensation to the driver by using a measurement method that directly measures the current signal.

본 발명의 또 다른 목적은 로드 휠의 미끄럼 각도에 따라 발생하는 힘 피드백에 따른 위치를 전류값으로 정확히 감지할 수 있어 제어가 정밀하게 이루어지도록 하는 데 있다.Still another object of the present invention is to accurately sense the position according to the force feedback generated according to the sliding angle of the road wheel as a current value so that the control is made precisely.

본 발명의 다른 목적은 로드 휠에 작용되는 수평힘, 관성모멘트, 기계적 댐핑 모멘트를 전류신호로 측정하여 운전감각에 영향을 미치는 피드백 토크를 햅틱방식을 이용한 인터페이스로 만들어질 수 있도록 하는 데 있다.Another object of the present invention is to measure the horizontal force, the moment of inertia, and the mechanical damping moment acting on the road wheel as a current signal so that the feedback torque affecting the driving sensation can be made into the interface using the haptic method.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 핸드 휠에 연결되어 운전자의 작동에 따라 움직이는 동시에 운전자에게 힘 피드백을 제공하기 위해 작동되는 핸드 휠 구동기, 핸드 휠 구동기에 연결되어 핸드 휠의 위치를 판단하는 핸드 휠 엔코더, 로드 휠를 작동시키는 로드 휠 구동기, 로드 휠 구동기에 연결되어 로드 휠의 위치를 판단하는 로드 휠 엔코더, 핸드 휠 엔코더, 로드 휠 엔코더의 위치정보신호를 전달받는 PID위치제어기, PID위치제어기에 의해 제어되는 제1모터드라이버의 신호가 운전자에 의해 조작되는 핸드 휠의 조향각, 속도, 가속도의 입력명령을 추적, 전달하여 로드 휠구동기를 구동시키도록 이루어지는 제1루프와;In order to achieve the above object, the present invention is connected to the hand wheel, the hand wheel driver is operated to provide force feedback to the driver while moving according to the driver's operation, the hand is connected to the hand wheel driver to determine the position of the hand wheel The wheel encoder, the road wheel driver that operates the road wheel, the road wheel encoder connected to the road wheel driver to determine the position of the road wheel, the hand wheel encoder, the PID position controller that receives the position information signal of the road wheel encoder, and the PID position controller A first loop configured to drive the road wheel driver by tracking and transmitting an input command of a steering angle, speed, and acceleration of a hand wheel operated by a driver through a signal of a first motor driver controlled by the driver;

제1루프의 제1모터드라이버로부터 신호를 전달받으며 힘 피드백을 전달시키는 전류센서유닛, 전류센서유닛의 신호정보, 핸드 휠의 각도정보, 보조 토크 발생기 및 제어알고리즘정보, 차량속도정보를 전달받는 힘 제어기, 힘 제어기로부터 제어 동작되는 제2모터드라이버, 제2모터드라이버에 신호를 전달받아 핸드 휠 구동기가 작동되어 운전자에게 핸드 휠을 통해 힘 피드백(운전감)을 전달하도록 이루어지는 제2루프로 구성되는 것을 특징으로 한다.Current sensor unit that receives the signal from the first motor driver of the first loop and delivers force feedback, signal information of the current sensor unit, angle information of the hand wheel, auxiliary torque generator and control algorithm information, and the vehicle speed information The controller, a second motor driver controlled by the force controller, and a second loop driver configured to receive a signal from the second motor driver and operate the hand wheel driver to transmit force feedback (feeling of driving) to the driver through the hand wheel. It is characterized by.

본 발명의 바람직한 실시 예로써, 상기 핸드 휠을 구동시키는 핸드 휠 구동기는 전기 모터로 구성되는 것을 특징으로 한다.In a preferred embodiment of the present invention, the hand wheel driver for driving the hand wheel is characterized in that it is composed of an electric motor.

본 발명의 바람직한 실시 예로써, 상기 로드 휠 구동기는 로드 휠을 움직이는 전기 모터로 이루어지며, 로드 휠 엔코더는 로드 휠의 위치를 감지하기 위하여 전기 모터의 전류 값을 측정하는 홀 센서가 로드 휠 구동의 내부에 설치되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.In a preferred embodiment of the present invention, the load wheel driver is composed of an electric motor for moving the load wheel, the load wheel encoder is a Hall sensor for measuring the current value of the electric motor in order to detect the position of the load wheel of the load wheel drive Characterized in that configured to be installed inside.

본 발명의 바람직한 실시 예로써,, 상기 로드 휠에 작용되는 힘의 힘 방정식

Figure 112008041744541-pat00001
과 모터 토크 방정식
Figure 112008041744541-pat00002
로부터 계산되는 것을 특징으로 한다.In a preferred embodiment of the present invention, the force equation of the force acting on the road wheel
Figure 112008041744541-pat00001
And motor torque equation
Figure 112008041744541-pat00002
It is characterized in that calculated from.

본 발명의 바람직한 실시 예로써, 상기 홀 센서는 전류센서로 이루어지며 로드 휠 구동기와 직렬로 연결된 상태로 전류를 직접 측정하며, 측정된 전류 정보는 핸드 휠의 힘 피드백을 제어하는데 이용되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.According to a preferred embodiment of the present invention, the Hall sensor is made of a current sensor and directly measures the current in series with the road wheel driver, the measured current information is configured to be used to control the power feedback of the hand wheel It features.

본 발명의 바람직한 실시 예로써, 상기 홀 센서는 로드 휠 구동기에 장착되어, 측정된 전류는 수평힘, 관성모멘트, 기계적 댐핑 모멘트를 전류신호로 표현, 측정하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.According to a preferred embodiment of the present invention, the Hall sensor is mounted on the road wheel driver, characterized in that the measured current is configured to represent and measure the horizontal force, the moment of inertia, the mechanical damping moment as a current signal.

본 발명의 바람직한 실시 예로써, 전류센서 유닛은 제1전류센서와 제2전류센서로 이루어지며 병렬로 연결되어 제1,2전류센서 중 하나에 고장이 발생되더라도 기능을 유지할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전류직접측정법을 이용한 스티어 바이 와이어 조향 제어장치를 제공한다.As a preferred embodiment of the present invention, the current sensor unit is composed of a first current sensor and a second current sensor is connected in parallel is configured to maintain a function even if a failure occurs in one of the first and second current sensors Provided is a steer-by-wire steering control using a current direct measurement method.

이상에서와 같이 본 발명은 간단한 구조와 낮은 비용으로 구현하여 운전자에게 로드 휠이 직접 노면과 닿는 실제 운전감각을 전달해주는 동시에 운전자의 특성에 따라 운전감도를 조절할 수 있는 전류직접측정법을 이용한 스티어 바이 와이어 조향 제어장치를 제공하는데 목적이 있다.As described above, the present invention is implemented with a simple structure and low cost, and delivers the actual driving feeling to the driver by directly contacting the road surface, and at the same time, the steer-by-wire using the current direct measurement method that can adjust the driving sensitivity according to the characteristics of the driver. It is an object to provide a steering control device.

본 발명의 다른 목적은 전류신호를 직접 측정하는 측정법을 이용하여 힘 피드백의 발생을 위한 별도의 연산과정이 불필요하여 즉각적인 대처가 가능하여 운전자에게 실제적이고 편안한 운전감각을 전달하기 위한 힘 피드백을 제공하는 데 있다.It is another object of the present invention to provide a force feedback for delivering a practical and comfortable driving feeling to the driver by immediately dealing with the need for a separate calculation process for the generation of the force feedback by using a measurement method of directly measuring a current signal. There is.

본 발명의 또 다른 목적은 로드 휠의 미끄럼 각도에 따라 발생하는 힘에 따른 위치를 전류값으로 정확히 감지할 수 있어 제어가 정밀하게 이루어지도록 하는 데 있다.Still another object of the present invention is to accurately sense the position according to the force generated according to the sliding angle of the road wheel as a current value so that the control is made precisely.

본 발명의 다른 목적은 로드 휠에 작용되는 수평힘, 관성모멘트, 기계적 댐 핑 모멘트를 전류신호를 측정하여 운전감각에 영향을 미치는 피드백 토크를 햅틱을 기반 인터페이스를 인위적으로 만들어질 수 있도록 하는 데 있다.It is another object of the present invention to provide a haptic-based interface to artificially produce feedback torque that affects driving sensation by measuring current signals of horizontal forces, moments of inertia, and mechanical damping moments applied to a road wheel. .

이에 상기한 바와같은 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.The preferred embodiment of the present invention as described above will be described in detail based on the accompanying drawings.

도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 전류직접측정법을 이용한 스티어 바이 와이어 조향 제어장치는 운전자의 입력명령(운전자의 조작으로 발생되는 조작명령)인 핸드 휠(11)의 조향각, 차량 속도, 차량의 가속도와 같은 정보를 추적하는 제1루프(10)와, 차량의 로드 휠(14)에 작동되는 관성력, 댐핑, 조향각 등을 전류신호로 직접측정하여 운전자에게 힘 피드백(F:운전감)을 전달하기 위한 제2루프(20)로 조향시스템(100)이 구성된다.3 to 5, the steering-by-wire steering control apparatus using the current direct measurement method of the present invention, the steering angle of the hand wheel 11, which is a driver's input command (operation command generated by the driver's operation), vehicle Force feedback (F: driving) by directly measuring the inertia force, damping, steering angle, etc. actuated on the first loop 10 and the road wheel 14 of the vehicle to track information such as speed and acceleration of the vehicle as a current signal. The steering system 100 is composed of a second loop 20 for transmitting a sense of gravity.

먼저, 제1루프(10)는 핸드 휠(11), 핸드 휠 구동기(12), 핸드 휠 엔코더(13), 로드 휠(14), 로드 휠 구동기(15), 로드 휠 엔코더(16), PID위치제어기(17), 제1모터드라이버(18)로 구성된다.First, the first loop 10 includes a hand wheel 11, a hand wheel driver 12, a hand wheel encoder 13, a road wheel 14, a road wheel driver 15, a road wheel encoder 16, and a PID. The position controller 17 and the first motor driver 18 are configured.

상기 핸드 휠(11)은 차량 내부에서 차량을 원하는 방향으로 주행시키기 위하여 차량의 진행방향을 결정하는 핸들(Handle)로 구성된다.The hand wheel 11 includes a handle that determines a traveling direction of the vehicle in order to drive the vehicle in a desired direction inside the vehicle.

상기 핸드 휠 구동기(12)는 핸드 휠(11)에 연결되어 운전자의 작동에 따라 움직이는 동시에 운전자에게 힘 피드백(F)을 제공하기 위해 작동되도록 구성된다.The hand wheel driver 12 is configured to be connected to the hand wheel 11 and move to provide a force feedback F to the driver while moving according to the driver's operation.

이때, 핸드 휠 구동기(12)는 전기 모터로 구성되는 것이 바람직할 것이다..At this time, the hand wheel driver 12 will be preferably composed of an electric motor.

상기 핸드 휠 엔코더(13)는 핸드 휠 구동기(12)에 연결되어 핸드 휠(11)의 위치를 판단하도록 구성된다.The hand wheel encoder 13 is configured to be connected to the hand wheel driver 12 to determine the position of the hand wheel 11.

이러한, 핸드 휠 엔코더(13)는 핸드 휠 구동기(12)에 직렬방식으로 연결된다.This hand wheel encoder 13 is connected in series to the hand wheel driver 12.

상기 로드 휠(14)은 차량의 바퀴(휠(Wheel) + 타이어(Tire))를 나타낸다.The road wheel 14 represents a wheel (wheel + tire) of the vehicle.

한편, 로드 휠(14)에 작용되는 힘(f)은 힘 방정식

Figure 112008041744541-pat00003
과 모터 토크 방정식
Figure 112008041744541-pat00004
로부터 계산된다.On the other hand, the force f applied to the rod wheel 14 is the force equation
Figure 112008041744541-pat00003
And motor torque equation
Figure 112008041744541-pat00004
Is calculated from

여기서, 힘 방정식

Figure 112008041744541-pat00005
차량의 로드 휠(14)에 측면 방향으로 작용되는 수평 힘을 나타내는 것으로 로드 휠(14)의 진행 방향 및 차량 속도의 벡터값으로 구성되는 미끄러짐 각도에 의하여 결정된다.Where the force equation
Figure 112008041744541-pat00005
The horizontal force acting in the lateral direction on the road wheel 14 of the vehicle is determined by the slip angle composed of the traveling direction of the road wheel 14 and the vector value of the vehicle speed.

(여기서:

Figure 112008041744541-pat00006
관성력,
Figure 112008041744541-pat00007
바퀴 각도,
Figure 112008041744541-pat00008
뎀핑 상수,
Figure 112008041744541-pat00009
정렬힘(Aligning moment),
Figure 112008041744541-pat00010
모터 토크,
Figure 112008041744541-pat00011
마찰력을 나타낸다.)(here:
Figure 112008041744541-pat00006
Inertia,
Figure 112008041744541-pat00007
Wheel angle,
Figure 112008041744541-pat00008
Damping constant,
Figure 112008041744541-pat00009
Aligning moment,
Figure 112008041744541-pat00010
Motor torque,
Figure 112008041744541-pat00011
Friction.)

이처럼, 힘 방정식에 의해 로드 휠(14)에 작용되는 수평 힘을 구한 후 운전자에게 실제적으로 운전감을 전달하기 위한 힘 피드백(F)을 산출하기 위하여 모터 토크 방정식

Figure 112008041744541-pat00012
을 이용하여 산출한다.In this way, the motor torque equation is obtained in order to obtain the horizontal force acting on the road wheel 14 by the force equation and then to calculate the force feedback F for practically transmitting the driving feeling to the driver.
Figure 112008041744541-pat00012
Calculate using

(여기서:

Figure 112008041744541-pat00013
모터 토크,
Figure 112008041744541-pat00014
모터 상수(Motor constant),
Figure 112008041744541-pat00015
: 모터 전류(Motor current),
Figure 112008041744541-pat00016
: 모터 효율(Motor efficiency)를 나타낸다.)(here:
Figure 112008041744541-pat00013
Motor torque,
Figure 112008041744541-pat00014
Motor constant,
Figure 112008041744541-pat00015
: Motor current,
Figure 112008041744541-pat00016
: Indicates motor efficiency.)

상기 로드 휠 구동기(15)는 운전자의 입력명령을 전달받아 로드 휠(14)을 작동시기키 위해 구성된다.The road wheel driver 15 is configured to operate the road wheel 14 by receiving a driver's input command.

이때, 로드 휠 구동기(15)는 로드 휠(14)을 움직이는 전기 모터로 이루어지며, 로드 휠엔코더(16)는 로드 휠(14)의 위치를 감지하기 위하여 전기 모터의 전류 값을 측정하는 홀 센서(15a)가 로드 휠구동기(15)의 내부에 설치되도록 구성된다.At this time, the load wheel driver 15 is composed of an electric motor for moving the load wheel 14, the load wheel encoder 16 measures the current value of the electric motor to detect the position of the load wheel 14 Hall sensor 15a is configured to be installed inside the rod wheel driver 15.

그리고, 홀 센서(15a)는 전류센서로 이루어지며 로드 휠구동기(15)와 직렬로 연결된 상태로 전류를 직접 측정하며, 측정된 전류 정보는 핸드 휠(11)의 힘 피드백(F)을 제어하는데 이용되도록 구성된다.In addition, the hall sensor 15a is made of a current sensor and directly measures current in a state connected in series with the rod wheel driver 15. The measured current information controls the force feedback F of the hand wheel 11. Configured to be used.

아울러, 홀 센서(15a)는 로드 휠구동기(15)에 장착되어, 측정된 전류는 수평힘, 관성모멘트, 기계적 댐핑 모멘트를 전류신호로 표현, 측정하도록 구성된 것이다.In addition, the Hall sensor 15a is mounted on the road wheel driver 15, and the measured current is configured to express and measure the horizontal force, the moment of inertia, and the mechanical damping moment as a current signal.

상기 로드 휠 엔코더(16)는 로드 휠 구동기(15)에 연결되어 로드 휠(14)의 위치를 판단하도록 구성된다.The load wheel encoder 16 is configured to be connected to the load wheel driver 15 to determine the position of the load wheel 14.

이러한, 로드 휠 엔코더(16)는 로드 휠 구동기(15)와 직렬 방식으로 연결된다.Such a road wheel encoder 16 is connected in series with the road wheel driver 15.

상기 PID위치제어기(17)는 핸드 휠 엔코더(13), 로드 휠엔코더(16)의 위치정보신호를 전달받도록 구성된다.
여기서, PID는 Proportional(비례) Integral(적분) Differential(미분)의 약자로, 유연한 되먹임 제어를 하는 방법을 말하며, 기본적으로 피드백 형태로서 제어대상의 출력값을 측정하여 목표치와 비교하고 오차를 측정한 후 오차를 이용한 제어방식이다.The PID position controller 17 is configured to receive the position information signal of the hand wheel encoder 13 and the road wheel encoder 16.
Here, PID is an abbreviation of Proportional Integral Differential, and it is a method of flexible feedback control.It basically measures the output value of the control target as feedback form, compares it with the target value, and measures the error. Control method using error.

상기 제1모터드라이버(18)는 PID위치제어기(17)에 의해 제어되는 것으로, 제1모터드라이버(18)의 신호가 운전자에 의해 조작되는 핸드 휠(11)의 조향각, 속도, 가속도의 입력명령을 추적, 전달하여 로드 휠구동기(15)를 구동시키도록 구성된 것 이다.The first motor driver 18 is controlled by the PID position controller 17, and input commands for steering angle, speed, and acceleration of the hand wheel 11 in which a signal of the first motor driver 18 is operated by a driver. It will be configured to drive the load wheel driver 15 by tracking and transmitting.

다음으로, 제2루프(20)는 전류센서유닛(21), 힘 제어기(22), 제2모터드라이버(23)로 구성된다.Next, the second loop 20 is composed of the current sensor unit 21, the force controller 22, the second motor driver 23.

상기 전류센서유닛(21)은 제1루프(10)의 제1모터드라이버(18)로부터 신호를 전달받으며 힘 피드백(F)을 전달시키도록 구성된다.The current sensor unit 21 is configured to receive a signal from the first motor driver 18 of the first loop 10 and to transmit the force feedback F.

여기서, 전류센서 유닛(21)은 제1전류센서(21a)와 제2전류센서(21b)로 이루어지며 병렬로 연결되어 제1,2전류센서(21a,21b) 중 하나에 고장이 발생되더라도 기능을 유지할 수 있도록 구성된다.Here, the current sensor unit 21 is composed of the first current sensor 21a and the second current sensor 21b, and are connected in parallel to function even if a failure occurs in one of the first and second current sensors 21a and 21b. It is configured to maintain.

상기 힘 제어기(22)는 전류센서유닛(21)의 신호정보, 핸드 휠(11)의 각도정보, 보조 토크 발생기 및 제어알고리즘정보, 차량속도정보를 전달받도록 구성된다.The force controller 22 is configured to receive signal information of the current sensor unit 21, angle information of the hand wheel 11, auxiliary torque generator and control algorithm information, and vehicle speed information.

상기 제2모터드라이버(23)는 힘 제어기(22)로부터 제어 동작되는 것으로, 제2모터드라이버(23)에 신호를 전달받아 핸드 휠 구동기(12)가 작동되어 운전자에게 핸드 휠(11)을 통해 힘 피드백(F:운전감)을 전달하도록 구성된 것이다.The second motor driver 23 is controlled by the force controller 22 and receives a signal from the second motor driver 23 to operate the hand wheel driver 12 to the driver through the hand wheel 11. It is configured to deliver force feedback (F: driving feeling).

상기와 같이 구성된 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation of the present invention configured as described above are as follows.

먼저, 운전자는 차량에 탑승하여 주행을 하며 핸드 휠(11)을 조작하여 운전자가 원하는 방향으로 차량이 진행될 수 있도록 로드 휠(14)의 방향설정을 하며, 가속패달을 밟아 차량을 속도를 증가시키며 차량을 운용하게 된다.First, the driver rides in the vehicle and drives the hand wheel 11 to set the direction of the road wheel 14 so that the vehicle can proceed in a desired direction by the driver, and steps on the acceleration pedal to increase the speed of the vehicle. Operate the vehicle.

이때, 운전자가 차량의 핸드 휠(11)을 조작하는 정보나 속도를 증감함에 따른 가속도의 증감의 입력명령 중 핸드 휠(11)의 조작 명령은 핸드 휠 구동기(12)를 통해 전달되며, 운전자에 의해 조작되는 핸드 휠(11)의 위치정보는 핸드 휠 엔코더(13)에 의해 감지된 후 PID위치제어기(17)로 전달된다.At this time, the operation command of the hand wheel 11 is transmitted through the hand wheel driver 12 among the input commands for increasing or decreasing the acceleration as the driver increases or decreases the information for operating the hand wheel 11 of the vehicle. The position information of the hand wheel 11 manipulated by the hand wheel 11 is detected by the hand wheel encoder 13 and then transmitted to the PID position controller 17.

이렇게, PID위치제어기(17)에서 제어된 신호는 제1모터드라이버(18)로 전달되어 로드 휠 구동기(15)를 작동시켜 운전자가 핸드 휠(11)을 조작하는 명령에 일치하도록 로드 휠(14)을 작동시키도록 구동한다.In this way, the signal controlled by the PID position controller 17 is transmitted to the first motor driver 18 to operate the road wheel driver 15 so that the driver matches the command for manipulating the hand wheel 11. ) To operate.

아울러, 로드 휠(14)이 작동할 때의 위치를 로드 휠 엔코더(16)에서 감지하여 PID위치제어기(17)로 동시에 전달함으로써 핸드 휠 엔코더(13)와 로드 휠 엔코더(16)의 정보를 제1루프(10)를 통해 정확히 일치시키게 되는 것이다.In addition, by detecting the position when the load wheel 14 is operated by the load wheel encoder 16 and simultaneously transmits the information of the hand wheel encoder 13 and the road wheel encoder 16 by transmitting to the PID position controller 17. It is to be matched exactly through the first loop (10).

반면, 운전자는 핸드 휠(11)이 로드 휠(14)과 기계적으로 연결되지 않은 상태에서 로드 휠(14)에 작용하는 힘(f)을 운전자에게 힘 피드백(F)으로 변화시켜 전달하는 과정이 동시에 이루어지게 된다.On the other hand, the driver changes the force (f) acting on the road wheel 14 to the force feedback (F) to the driver when the hand wheel 11 is not mechanically connected to the road wheel 14 At the same time.

즉, 제1모터드라이버(18)의 신호를 전류센서유닛(21)에서 전달받아 운전자에게 제공할 힘 피드백(F)를 발생시키기 위한 신호정보, 핸드 휠(11)의 각도정보, 보조 토크 발생기 및 제어알고리즘정보, 차량속도정보를 힘 제어기(22)로 전달한다.That is, the signal information for generating the force feedback (F) to receive the signal of the first motor driver 18 from the current sensor unit 21 to provide to the driver, the angle information of the hand wheel 11, the auxiliary torque generator and The control algorithm information and vehicle speed information are transmitted to the force controller 22.

이때 힘 제어기(22)에서는 제2모터드라이버(23)에 핸드 휠 구동기(12)를 작동시킬 힘인 힘 피드백(F)의 크기를 결정하여 전달하면 핸드 휠 구동기(12)가 결정된 힘의 크기에 따라 작동되어 핸드 휠(11)을 통해 로드 휠(14)이 접촉하는 지면과의 작용힘을 실제적으로 전달받아 운전자는 촉감으로 로드 휠(14)을 감지하여 안전운행을 하도록 제2루프(20)를 통해 제공받게 되는 것이다.At this time, the force controller 22 determines and transmits the magnitude of the force feedback F, which is the force for operating the hand wheel driver 12, to the second motor driver 23, and the hand wheel driver 12 according to the determined magnitude of the force. Operated to actually receive the force acting on the ground contacted by the road wheel 14 through the hand wheel 11, the driver senses the road wheel 14 with a tactile feel so that the second loop 20 can be operated safely. It will be provided through.

아울러, 전류센서유닛(21)은 두개의 전류센서인 제1,2전류센서(21a,21b)로 구성되며 연결방식은 병렬로 연결되어 제1,2전류센서(21a,21b)중 하나의 전류센서가 고장이나 이상이 발생되더라도 기능의 수행이 원활히 이루어지도록 하는 장점이 있다.In addition, the current sensor unit 21 is composed of two current sensors, the first and second current sensors 21a and 21b, and the connection method is connected in parallel to the current of one of the first and second current sensors 21a and 21b. Even if the sensor malfunctions or fails, there is an advantage that the function can be performed smoothly.

그리고, 전류센서유닛(21)에서 힘 피드백(F)를 산출하기 위하여 핸드 휠 구동기(12), 로드 휠 구동기(15)의 정보를 전류로 전달받는 방식을 이용함으로써 연산을 통하지 않게되어 직접적이며 즉각적으로 힘 피드백(F)을 산출할 수 있는 이점이 있는 것이다.In order to calculate the force feedback (F) in the current sensor unit 21 by using a method of receiving information of the hand wheel driver 12 and the road wheel driver 15 as a current, the operation is not performed directly and immediately. This has the advantage of calculating the force feedback (F).

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 예를들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.In the above, the present invention has been illustrated and described with reference to specific preferred embodiments, but the present invention is not limited to the above-described embodiments and is not limited to the spirit of the present invention. Various changes and modifications can be made by those who have

도 1은 일반적인 자동차의 전기식 동력 보조 조향장치를 나타내는 구성도이며,1 is a block diagram showing an electric power assisted steering device of a typical vehicle,

도 2는 종래 기술에 따른 감속기구를 나타내는 단면도이고,2 is a cross-sectional view showing a reduction mechanism according to the prior art,

도 3은 본 발명에 따른 조향시스템은 전체적인 구성도이며,3 is a general configuration of the steering system according to the present invention,

도 4는 로드 휠 구동기 내부의 홀 센서를 나타낸 개략도이고,4 is a schematic diagram showing a hall sensor inside a road wheel driver,

도 5는 전류센서유닛의 구성도이다.5 is a configuration diagram of the current sensor unit.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>

10 : 제1루프 11 : 핸드 휠10: first loop 11: hand wheel

12 : 핸드 휠 구동기 13 : 핸드 휠 엔코더12: hand wheel driver 13: hand wheel encoder

14 : 로드 휠 15 : 로드 휠 구동기14: road wheel 15: road wheel driver

16 : 로드 휠 엔코더 17 : PID위치제어기16: road wheel encoder 17: PID position controller

18 : 제1모터드라이버 20 : 제2루프18: first motor driver 20: second loop

21 : 전류센서유닛 21a,21b : 제1,2전류센서21: current sensor unit 21a, 21b: first, second current sensor

22 : 힘 제어기 23 : 제2모터드라이버22: force controller 23: the second motor driver

100 : 조향시스템 F : 힘 피드백100: steering system F: force feedback

f : 힘f: force

Claims (7)

핸드 휠(11)에 연결되어 운전자의 작동에 따라 움직이는 동시에 운전자에게 힘 피드백(F)을 제공하기 위해 작동되는 핸드 휠 구동기(12),A hand wheel driver 12 connected to the hand wheel 11 and operated to provide a force feedback (F) to the driver while moving according to the driver's operation, 핸드 휠 구동기(12)에 연결되어 핸드 휠(11)의 위치를 판단하는 핸드 휠 엔코더(13),A hand wheel encoder 13 connected to the hand wheel driver 12 to determine the position of the hand wheel 11, 로드 휠(14)를 작동시키는 로드 휠구동기(15),A road wheel driver 15 for operating the road wheel 14, 로드 휠 구동기(15)에 연결되어 로드 휠(14)의 위치를 판단하는 로드 휠 엔코더(16),A load wheel encoder 16 connected to the load wheel driver 15 to determine the position of the load wheel 14, 핸드 휠 엔코더(13), 로드 휠 엔코더(16)의 위치정보신호를 전달받는 PID위치제어기(17),PID position controller 17 which receives the position information signal of the hand wheel encoder 13 and the road wheel encoder 16, PID위치제어기(17)에 의해 제어되는 제1모터드라이버(18)의 신호가 운전자에 의해 조작되는 핸드 휠(11)의 조향각, 속도, 가속도의 입력명령을 추적, 전달하여 로드 휠구동기(15)를 구동시키도록 이루어지는 제1루프(10)와;The signal of the first motor driver 18 controlled by the PID position controller 17 tracks and transmits an input command of a steering angle, a speed, and an acceleration of the hand wheel 11 operated by a driver so that the load wheel driver 15 A first loop 10 configured to drive a; 제1루프(10)의 제1모터드라이버(18)로부터 신호를 전달받으며 힘 피드백(F)을 전달시키는 전류센서유닛(21),A current sensor unit 21 which receives a signal from the first motor driver 18 of the first loop 10 and transmits a force feedback F, 전류센서유닛(21)의 신호정보, 핸드 휠(11)의 각도정보, 보조 토크 발생기 및 제어알고리즘정보, 차량속도정보를 전달받는 힘 제어기(22),Force controller 22 which receives signal information of current sensor unit 21, angle information of hand wheel 11, auxiliary torque generator and control algorithm information, vehicle speed information, 힘 제어기(22)로부터 제어 동작되는 제2모터드라이버(23),A second motor driver 23 controlled by the force controller 22, 제2모터드라이버(23)에 신호를 전달받아 핸드 휠 구동기(12)가 작동되어 운 전자에게 핸드 휠(11)을 통해 힘 피드백(F:운전감)을 전달하도록 이루어지는 제2루프(20)로 구성되는 것을 특징으로 하는 전류직접측정법을 이용한 스티어 바이 와이어 조향 제어장치.In response to the signal received from the second motor driver 23, the hand wheel driver 12 is operated to transmit a force feedback (F: driving feeling) to the driver through the hand wheel 11 to the second loop 20. Steer-by-wire steering control using a current direct measurement method, characterized in that the configuration. 청구항 1에 있어서, 상기 핸드 휠(11)을 구동시키는 핸드 휠 구동기(12)는 전기 모터로 구성되는 것을 특징으로 하는 전류직접측정법을 이용한 스티어 바이 와이어 조향 제어장치.2. The steer-by-wire steering control apparatus according to claim 1, wherein the hand wheel driver (12) for driving the hand wheel (11) is composed of an electric motor. 청구항 1에 있어서, 상기 로드 휠 구동기(15)는 로드 휠(14)을 움직이는 전기 모터로 이루어지며, 로드 휠 엔코더(16)는 로드 휠(14)의 위치를 감지하기 위하여 전기 모터의 전류 값을 측정하는 홀 센서(15a)가 로드 휠 구동기(15)의 내부에 설치되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전류직접측정법을 이용한 스티어 바이 와이어 조향 제어장치.The method of claim 1, wherein the load wheel driver 15 is made of an electric motor for moving the load wheel 14, the load wheel encoder 16 is to measure the current value of the electric motor to detect the position of the load wheel (14) Steer-by-wire steering control using a current direct measurement method characterized in that the Hall sensor (15a) to measure is installed in the load wheel driver (15). 청구항 1에 있어서, 상기 로드 휠(14)에 작용되는 힘(f)은 힘 방정식
Figure 112008041744541-pat00017
과 모터 토크 방정식
Figure 112008041744541-pat00018
로부터 계산되는 것을 특징으로 하는 전류직접측정법을 이용한 스티어 바이 와이어 조향 제어장치.The method of claim 1, wherein the force f applied to the rod wheel 14 is a force equation
Figure 112008041744541-pat00017
And motor torque equation
Figure 112008041744541-pat00018
Steer-by-wire steering control using current direct measurement method, characterized in that calculated from. 청구항 3에 있어서, 상기 홀 센서(15a)는 전류센서로 이루어지며 로드 휠 구동기(15)와 직렬로 연결된 상태로 전류를 직접 측정하며, 측정된 전류 정보는 핸드 휠(11)의 힘 피드백(F)을 제어하는데 이용되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전류직접측정법을 이용한 스티어 바이 와이어 조향 제어장치.The method according to claim 3, wherein the Hall sensor (15a) is made of a current sensor and directly measures the current in a state connected in series with the road wheel driver 15, the measured current information is the force feedback (F) of the hand wheel 11 Steer-by-wire steering control using current direct measurement method characterized in that it is configured to be used to control. 청구항 3에 있어서, 상기 홀 센서(15a)는 로드 휠 구동기(15)에 장착되어, 측정된 전류는 수평힘, 관성모멘트, 기계적 댐핑 모멘트를 전류신호로 표현, 측정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전류직접측정법을 이용한 스티어 바이 와이어 조향 제어장치.The current sensor according to claim 3, wherein the hall sensor 15a is mounted on the road wheel driver 15, and the measured current is configured to express and measure the horizontal force, the moment of inertia, and the mechanical damping moment as a current signal. Steer-by-wire steering control using direct measurement. 청구항 1에 있어서, 전류센서유닛(21)은 제1전류센서(21a)와 제2전류센서(21b)로 이루어지며 병렬로 연결되어 제1,2전류센서(21a,21b) 중 하나에 고장이 발생되더라도 기능을 유지할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전류직접측정법을 이용한 스티어 바이 와이어 조향 제어장치.The method according to claim 1, wherein the current sensor unit 21 is composed of a first current sensor 21a and a second current sensor 21b and connected in parallel to one of the first and second current sensors 21a and 21b. Steer-by-wire steering control using current direct measurement, characterized in that configured to maintain the function even if generated.
KR1020080054789A 2008-06-11 2008-06-11 Electric current direct measurement Steer-By-Wire steering control device KR100971284B1 (en)

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