KR101326831B1 - 전동식 파워 스티어링 시스템 - Google Patents

전동식 파워 스티어링 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량의 주행에서 측방향에서 인가되는 횡력(횡부하)에 대한 보상토크를 최적으로 제어하여 풀링시 운전자의 조향토크를 경감시켜 직진주행에 편의성 향상을 제공하도록 하는 전동식 파워 스티어링 시스템 제어방법이 개시된다.
본 발명은 차속, 조향토크, 조향각을 설정된 맵에 적용하여 보타력 제공을 위한 기본적인 보상토크를 결정하는 과정; 차속, 조향토크, 조향각, 요각속도를 분석하여 직진주행인지 판단하는 과정; 직진 주행이면 조향토크와 요각속도를 분석하여 차량의 측방향에서 인가되는 횡력을 판단하는 과정; 횡력에 따라 쏠림 방지 보상토크를 결정하는 과정; 기본적인 보상토크에 쏠림 방지 보상토크를 적용하여 직진 주행을 위한 조향토크에 보타력을 제공하는 과정; 직진 주행 이탈이 검출되었으나 차선변경이나 장애물 회피에 따른 일시적인 직진 주행 이탈이면 쏠림 방지 보상토크가 적용된 보상토크를 그대로 적용하여 보타력을 제공하는 과정을 포함한다.

Description

전동식 파워 스티어링 시스템{MOTOR DRIVING POWER STEERING SYSTEM}
본 발명은 전동식 파워 스티어링 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차량의 주행에서 측방향에서 인가되는 횡력(횡부하)에 대한 보상토크를 최적으로 제어하여 풀링(Pulling)시 운전자의 조향토크를 경감시켜 직진주행에 편의성 향상을 제공하도록 하는 전동식 파워 스티어링 시스템에 관한 것이다.
차량에 적용되는 파워 스티어링 시스템은 엔진의 구동력이 이용되는 유압식 파워 스트어링 시스템이 적용되고 있으나, 엔진의 구동력이 사용됨에 따른 연비 악화의 단점을 개선하기 위하여 최근들어 전동식 파워 스티어링(MDPS; Motor Drive Power Steering) 시스템으로 적용되고 있다.
전동식 파워 스티어링 시스템(MDPS)은 엔진의 구동력을 전혀 사용하지 않고, 별도로 장착되는 모터의 동력으로 보타력을 제공할 수 있어 엔진의 부하를 저감시키므로 연비 향상에 탁월한 효과를 나타낼 수 있다.
전동식 파워 스티어링 시스템(MDPS)은 주행 중 스티어링 휠의 조작에 따른 조향각의 변위를 검출하여 보상토크를 제공하기 위한 전류 제어값을 결정한 다음 모터의 구동을 통해 운전자의 조타력에 보상토크를 제공함으로써, 편리한 조타감을 제공할 수 있다.
또한, 전동식 파워 스티어링 시스템(MDPS)은 직진주행 상태에서 측방향에서 인가되는 횡력(횡부하)이나 차량의 특성으로 인하여 좌측 혹은 우측으로 쏠리는 드리프트(Drift)현상에 대하여 차량의 쏠림을 막기 위한 폴링시 운전자의 조향토크에 옵셋(Offset) 각도의 보상토크를 제공하여 운전자의 조타력을 경감시킴으로써 직진주행 유지에 편의성을 제공할 수 있다.
그러나, 상기한 바와 같이 운전자의 조향토크에 보상토크를 제공하여 직진 주행을 유지하는 과정에서 차선 변경이나 장애물의 회피 등으로 인하여 직진 판단 범위를 벗어나는 경우 직진 주행 유지를 위한 보상토크가 해제된다.
그리고, 차선 변경이나 장애물 회피 이후 직진 주행에 진입되는 경우 직진 주행 유지를 위한 동작으로 재진입되어 쏠림에 대한 보상토크를 결정하여 조향토크에 보상토크를 제공한다.
이때, 직진 주행 유지 동작으로 재진입하기 위해서는 대략 5 내지 10초 정도의 시간 지연이 발생된다.
따라서, 실제 주행에서 쏠림에 대한 보상토크의 제공 및 해제가 빈번하게 반복되어 운전자에게 이질감을 제공하게 되는 문제점이 발생될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 차량의 주행중 측방향에서 인가되는 횡력에 대한 보상토크를 최적으로 제어하여 풀링시 운전자의 조타력을 경감시켜 직진주행에 편의성 향상을 제공하고자 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면 보상토크를 적용하여 직진 주행을 유지하는 상태에서 차선변경이나 장애물 회피 등 일시적인 조건으로 보상토크 해제 조건을 만족하더라도 보상토크를 그대로 유지하여 실제 운전에서 빈번하게 보상토크의 제공 및 해제가 발생되지 않도록 하여 안정된 조타감을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르는 특징은 스티어링 휠의 작동에 따른 조향토크를 검출하는 조향토크센서; 스티어링 휠의 작동에 따른 조향각과 조향방향을 검출하는 조향각센서; 주행차속을 검출하는 차속센서; 차량이 중심점을 기준으로 회전하는 요각속도를 검출하는 요각속도센서; 스티어링 휠의 조향토크, 조향각, 주행차속, 요각속도를 분석하여 직진 주행인지를 판단하고, 직진 주행이면 차량의 측방향에서 인가되는 횡력을 판단하여 횡력에 따른 쏠림 방지 보상토크를 결정하는 토크보상제어부; 스티어링 휠의 조향토크, 조향각, 조향방향, 주행차속을 설정된 맵에 적용하여 기본적인 보상토크를 결정하고, 기본적인 보상토크에 상기 토크보상제어부에서 결정된 쏠림 방지 보상토크를 적용하여 보타력을 제어하는 MDPS제어부를 포함하는 전동식 파워 스티어링 시스템이 제공된다.
상기 조향토크센서와 조향각센서는 스티어링 컬럼의 소정위치에 장착될 수 있다.
상기 토상보상제어부는 직진 주행에서 직진 주행의 이탈로 검출되었으나 설정된 보상토크 유지조건을 만족하면 쏠림방지 보상토크를 그대로 적용할 수 있다.
상기 토크보상제어부는 일시적인 차선변경이나 장애물의 회피 주행에 대해서는 쏠림 방지 보상토크를 그대로 적용하여 직진 주행을 유지할 수 있다.
상기 MDPS제어부는 스티어링 휠의 조향토크, 조향각, 주행차속을 설정된 맵에 적용하여 기본적인 보상토크를 결정하는 MDPS토크결정부; MDPS토크결정부에서 결정된 기본적인 보상토크와 토크보상제어부에서 제공되는 횡력(횡부하)에 따른 쏠림 발생 보상토크를 가산하여 최종적인 보상토크를 결정하는 가산기; 상기 가산기에서 결정된 최종적인 보상토크로 MDPS모터를 구동시키는 모터구동부를 포함할 수 있다.
상기 토크보상제어부는 아날로그 신호로 제공되는 조향토크, 조향각, 조향방향, 주행차속, 요각속도을 디지털 신호로 변환하는 신호처리부; 조향토크와 조향각, 조향각속도, 요모멘트, 차속을 분석하여 직진 주행여부를 판단하는 직진판단부; 상기 직진판단부에서 직진 주행중으로 판단된 상태에서 조향토크와 요각속도를 분석하여 횡력(횡부하)에 의해 쏠림 발생을 판단하는 횡력판단부; 상기 횡력판단부에서 횡력(횡부하)에 의한 쏠림 발생이 판단되면 쏠림 보상을 위한 보상토크를 결정하는 보상토크결정부를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면 차속, 조향토크, 조향각을 설정된 맵에 적용하여 보타력 제공을 위한 기본적인 보상토크를 결정하는 과정; 차속, 조향토크, 조향각, 요각속도를 분석하여 직진주행인지 판단하는 과정; 직진 주행이면 조향토크와 요각속도를 분석하여 차량의 측방향에서 인가되는 횡력을 판단하는 과정; 횡력에 따라 쏠림 방지 보상토크를 결정하는 과정; 기본적인 보상토크에 쏠림 방지 보상토크를 적용하여 직진 주행을 위한 조향토크에 보타력을 제공하는 과정; 직진 주행 이탈이 검출되었으나 차선변경이나 장애물 회피에 따른 일시적인 직진 주행 이탈이면 쏠림 방지 보상토크가 적용된 보상토크를 그대로 적용하여 보타력을 제공하는 과정을 포함하는 전동식 파워 스티어링 시스템 제어방법이 제공된다.
상기 직진 주행 이탈이 보상토크 유지조건을 만족하지 않으면 보타력을 제공하는 보상토크의 적용을 해제할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 실시예는 횡력에 대하여 직진 주행 유지를 위한 보상토크에 최적으로 제어함으로 쏠림 보상이 매우 양호하여 이질감 없는 조타감이 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예는 직진 주행 유지모드가 제공되어 토크보상의 빈빈한 해제 및 진입이 반복되지 않아 최적의 조타감을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템의 제어절차를 도시한 흐름도이다.
도 3은 차량의 주행에서 횡력과 차량의 쏠림 관계를 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않으며, 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략하였다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 실시예는 조향토크센서(101)와 조향각센서(102), 차속센서(103), 요각도센서(104), MDPS제어부(200) 및 토크보상제어부(300)를 포함한다.
조향토크센서(101)는 스티어링 휠의 회전축이 연결되는 스티어링 컬럼의 소정 위치에 장착되어 스티어링 휠의 작동에 따른 조향토크를 검출하여 MDPS제어부(200) 및 토크보상제어부(300)에 제공한다.
조향각센서(102)는 스티어링 휠의 회전축이 연결되는 스티어링 컬럼의 상측 소정위치에 장착되어 스티어링 휠의 작동에 따른 조향각과 조향방향을 검출하여 MDPS제어부(200) 및 토크보상제어부(300)에 제공한다.
차속센서(103)는 변속기의 출력축 회전수로부터 현재의 주행차속을 검출하여 MDPS제어부(200) 및 토크보상제어부(300)에 제공한다.
요각속도센서(104)는 차량이 중심점을 기준으로 회전하는 요각속도를 검출하여 토크보상제어부(300)에 제공한다.
MDPS제어부(200)는 조향토크센서(101)에서 제공되는 스티어링 휠의 조향토크, 조향각센서(102)에서 제공되는 조향각과 조향방향, 차속센서(103)에서 제공되는 주행차속을 분석하여 조향토크에 대한 보상토크를 결정한 다음 모터의 구동을 제어하여 조향토크에 대하여 보상토크를 제공함으로써 최적의 조타감을 제공한다.
상기 MDPS제어부(200)는 MDPS토크결정부(210)와 가산기(220) 및 모터구동부(230)를 포함한다.
MDPS토크결정부(210)는 조향토크센서(101)에서 제공되는 스티어링 휠의 조향토크, 조향각센서(102)에서 제공되는 조향각과 조향방향, 차속센서(103)에서 제공되는 주행차속을 설정된 맵에 적용하여 기본적인 보상토크를 결정한다.
가산기(220)는 MDPS토크결정부(210)에서 결정된 기본적인 보상토크와 토크보상제어부(300)에서 제공되는 횡력(횡부하)에 의한 쏠림 발생 보상토크를 가산하여 최종적인 보상토크를 결정한다.
모터구동부(230)는 상기 가산기(220)를 통해 결정되는 최종적인 보상토크로 MDPS모터를 구동시켜 운전자의 조향토크에 보상토크를 제공하여 안정된 조타감을 제공한다.
토크보상제어부(300)는 조향토크센서(101)에서 제공되는 스티어링 휠의 조향토크, 조향각센서(102)에서 제공되는 조향각, 조향방향, 차속센서(103)에서 제공되는 주행차속, 요각속도센서(104)에서 제공되는 요각속도를 분석하여 직진 주행인지를 판단하고, 직진 주행으로 판단되면 차량의 측방향에서 인가되는 횡력(횡부하)을 판단하여 직진 주행에서 횡력(횡부하)에 따른 쏠림을 방지하기 위한 보상토크를 결정한 다음 MDPS제어부(200)에 제공한다.
따라서, MDPS제어부(200)는 기본적인 보상토크에 쏠림 방지를 위한 보상토크를 적용하여 최종적인 보상토크를 결정하여 모터의 구동을 제어함으로써, 안정된 보타력을 제공한다.
상기 토크보상제어부(300)는 신호처리부(310)와 직진판단부(320), 횡력판단부(330), 보상토크결정부(340) 및 페일 세이프 처리부(350)를 포함한다.
신호처리부(310)는 아날로그 신호로 제공되는 스티어링 휠의 조향토크, 조향각, 조향방향, 주행차속, 요각속도 등을 디지털 신호로 변환한다.
직진판단부(320)는 신호처리부(310)를 통해 제공되는 조향토크와 조향각, 조향각속도, 요모멘트, 차속을 분석하여 현재 직진 주행중 인지를 판단한다.
횡력판단부(330)는 상기 직진판단부(320)에서 직진 주행중으로 판단된 상태에서 조향토크와 요각속도를 분석하여 횡력(횡부하)에 의해 쏠림이 발생되는지 판단한다.
보상토크결정부(340)는 상기 횡력판단부(330)에서 횡력(횡부하)에 의한 쏠림 발생이 검출되면 횡력(횡부하)의 정도에 따라 직진 주행에 보타력을 제공하기 위한 보상토크를 결정한다.
페일 세이프 처리부(350)는 보타력을 제공을 위한 보상토크 제공의 해제가 실행되면 초기화를 실행한다.
전술한 바와 같은 기능을 포함하는 본 발명의 동작을 설명하면 다음과 같이 실행된다.
본 발명의 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템이 적용되는 차량이 소정의 목적지로 운행이 개시되면(S101) 조향토크센서(101)는 조향토크를 검출하여 MDPS제어부(200) 및 토크보상제어부(300)에 제공하고, 조향각센서(102)는 조향각 과 조향방향을 검출하여 MDPS제어부(200) 및 토크보상제어부(300)에 제공하며, 차속센서(103)는 주행차속을 검출하여 MDPS제어부(200) 및 토크보상제어부(300)에 제공하고, 요각속도센서(104)는 차량의 중심점을 기준으로 회전하는 요각속도를 검출하여 토크보상제어부(300)에 제공한다(S102).
이때, MDPS제어부(200)내의 MDPS토크결정부(210)는 조향토크와 조향각, 조향방향, 주행차속을 설정된 맵에 적용하여 기본적인 보상토크를 결정한다.
그리고, 토크보상제어부(300)는 직진판단부(320)를 통해 검출되는 조향토크와 조향각, 조향방향, 주행차속, 요각속도를 분석하여 직진 주행인지를 판단한다(S103).
상기 S103에서 직진 주행으로 판단되면 횡력판단부(330)를 통해 조향토크와 요각속도를 분석하여 도 3에서 알 수 있는 바와 같이 차량의 측방향에서 인가되는 횡력(횡부하)을 검출하여(S104), 횡력(횡부하)에 의해 직진 주행에서 쏠림이 발생되는지 판단한다(S105).
상기 S105에서 쏠림이 발생되고 있는 상태이면 보상토크결정부(340)를 통해 횡력(횡부하)의 정도에 따라 직진 주행에 보타력을 제공하기 위한 보상토크를 결정하여 MDPS제어부(200)에 제공한다(S106).
따라서, MDPS제어부(200)내의 가산기(220)는 MDPS토크결정부(210)에서 결정된 기본적인 보상토크와 토크보상제어부(300)에서 제공되는 횡력에 대하여 쏠림방지를 위한 보상토크를 가산하여 최종적인 보상토크를 결정한다.
이후, 모터구동부(230)를 통해 상기 가산기(220)를 통해 결정되는 최종적인 보상토크로 MDPS모터를 구동시켜 운전자의 조향토크에 보상토크를 제공하여 직진 주행에서 쏠림이 보상되는 조타감을 제공한다(S107).
상기와 같이 측방향에서 인가되는 횡력에 따른 보상토크를 적용하여 직진 주행을 유지하는 상태에서 토크보상제어부(300)는 조향토크, 조향각, 요각속도 등의 정보가 직진 주행의 이탈로 검출되는지 판단한다(S108).
상기 S108에서 직진 주행의 이탈로 검출되면, 횡력에 대한 보상토크 유지조건을 만족하는지 판단한다(S109).
예를 들어, 조향토크와 조향각, 요각속도 등의 정보가 보상토크 해제의 조건으로 설정된 기준범위를 초과하지 않은 상태로 일시적인 차선변경이나 장애물의 회피 주행이 발생되었는지를 판단한다.
상기 S109에서 교차로의 회전 등으로 인하여 직진 주행의 유지조건을 만족하지 않으면 보상토크를 해제하여 운전자의 조향토크에 의한 주행을 제공한다(S110).
그러나, 상기 S109에서 직진 주행의 유지조건을 만족하면 횡력에 대한 보상토크를 유지한 상태로 MDPS모터의 구동을 제어함으로써, 보상토크의 해제 및 재진입 등의 동작이 발생되지 않아 안정된 조타감을 제공할 수 있다(S111).
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
101 : 조향토크센서 102 : 조향각센서
103 : 차속센서 104 : 요각속도센서
200 : MDPS제어부 300 : 토크보상제어부

Claims (8)

  1. 스티어링 휠의 작동에 따른 조향토크를 검출하는 조향토크센서(101);
    스티어링 휠의 작동에 따른 조향각과 조향방향을 검출하는 조향각센서(102);
    주행차속을 검출하는 차속센서(103);
    차량이 중심점을 기준으로 회전하는 요각속도를 검출하는 요각속도센서(104);
    스티어링 휠의 조향토크, 조향각, 주행차속, 요각속도를 분석하여 직진 주행인지를 판단하고, 직진 주행이면 차량의 측방향에서 인가되는 횡력을 판단하여 횡력에 따른 쏠림 방지 보상토크를 결정하는 토크보상제어부(300);
    스티어링 휠의 조향토크, 조향각, 조향방향, 주행차속을 설정된 맵에 적용하여 기본적인 보상토크를 결정하고, 기본적인 보상토크에 상기 토크보상제어부에서 결정된 쏠림 방지 보상토크를 적용하여 보타력을 제어하는 MDPS제어부(200);
    를 포함하고,
    상기 MDPS제어부(200)는 스티어링 휠의 조향토크, 조향각, 주행차속을 설정된 맵에 적용하여 기본적인 보상토크를 결정하는 MDPS토크결정부(210);
    MDPS토크결정부(210)에서 결정된 기본적인 보상토크와 토크보상제어부(300)에서 제공되는 횡력(횡부하)에 따른 쏠림 발생 보상토크를 가산하여 최종적인 보상토크를 결정하는 가산기(220);
    상기 가산기(220)에서 결정된 최종적인 보상토크로 MDPS모터를 구동시키는 모터구동부(230);
    를 포함하며,
    상기 토크보상제어부(300)는 아날로그 신호로 제공되는 조향토크, 조향각, 조향방향, 주행차속, 요각속도을 디지털 신호로 변환하는 신호처리부(310);
    조향토크와 조향각, 조향각속도, 요모멘트, 차속을 분석하여 직진 주행여부를 판단하는 직진판단부(320);
    상기 직진판단부(320)에서 직진 주행중으로 판단된 상태에서 조향토크와 요각속도를 분석하여 횡력(횡부하)에 의해 쏠림 발생을 판단하는 횡력판단부(330);
    상기 횡력판단부(330)에서 횡력(횡부하)에 의한 쏠림 발생이 판단되면 쏠림 보상을 위한 보상토크를 결정하는 보상토크결정부(340);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 조향토크센서(101)와 조향각센서(102)는 스티어링 컬럼의 소정위치에 장착되는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 토크보상제어부(300)는 직진 주행상태에서 직진 주행의 이탈로 검출되었으나 설정된 보상 토크 유지조건을 만족하면 쏠림 방지 보상 토크를 그대로 적용하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 토크보상제어부(300)는 일시적인 차선변경이나 장애물의 회피 주행에 대해서는 쏠림 방지 보상 토크를 그대로 적용하여 직진 주행을 유지하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템.
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