KR101780700B1 - 전동식 조향 장치의 제어 장치 및 방법 - Google Patents

전동식 조향 장치의 제어 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전동식 조향 장치의 제어 장치에 관한 것으로서, 이 제어 장치는 조향각을 입력으로 하고 차속에 따라 히스테리시스 영역의 크기 및 쿨롱 마찰력의 크기가 각각 가변되도록 하는 제1 및 제2 보간 함수를 가지는 동적 마찰 모델을 이용하여 보상 토크 값을 계산한다. 이에 따라 전동식 조향 장치의 조향감을 향상시킬 수 있다.

Description

전동식 조향 장치의 제어 장치 및 방법 {Control apparatus and method for electric power steering}
본 발명은 전동식 조향 장치의 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전동식 조향 장치의 조향감 개선을 위한 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 전동식 조향 장치(이하, EPS)는 위상 앞섬 보상기를 적용하여 조향 방향과 반대되는 방향으로 작용하는 힘의 느낌인 탄력감을 증가시킨다. 그런데 위상 앞섬 보상기는 제어 시스템의 언더 댐핑 특성을 저하시키고 이로 인해 기계 시스템의 관성 모멘트가 증가하게 된다. 관성 모멘트의 증가는 사용자가 조향 후 핸들을 놓는 동작인 핸들 릴리즈 시 토크 오버슈트 현상을 초래하게 되고 이는 차량의 수방안정성을 저해하는 요인이 되며 조향감을 떨어뜨리게 된다.
이러한 언더 댐핑 특성을 제어하기 위해 모터 제어기 측면에서는 P, I, D 이득 스케줄러를 이용하여 계단 입력 또는 임펄스 입력에 대한 출력 특성을 개선하기 위한 연구가 진행되고 있다. 또한 운전자의 조향 요구 토크를 계산함과 동시에 차량의 동적 거동 특성을 제어할 수 있는 조향 로직 분야에서는 토크 댐핑 로직이 연구되고 있다. 대부분의 토크 댐핑 로직은 조향 각속도에 대해 비례 이득 보간 함수를 적용하여 출력 값을 결정한다.
공개특허공보 10-2015-0025639
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 전동식 조향 장치를 조타함에 있어서 핸들 릴리즈 시 나타나는 토크 오버슈트 현상을 방지하여 조향감을 개선시킬 수 있는 전동식 조향 장치의 제어 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 전동식 조향 장치의 제어 장치는, 조향각을 입력으로 하고 차속에 따라 히스테리시스 영역의 크기 및 쿨롱 마찰력의 크기가 각각 가변되도록 하는 제1 및 제2 보간 함수를 가지는 동적 마찰 모델을 이용하여 제1 보상 토크 값을 계산하는 신호 처리부, 그리고 상기 제1 보상 토크 값에 따른 보조 토크 값을 생성하여 모터를 구동하는 제어부를 포함한다.
상기 신호 처리부는 조향 토크에 따른 제1 이득 보간 함수 및 상기 차속에 따른 제2 이득 보간 함수를 가지며, 상기 제1 보상 토크 값과 상기 제1 및 제2 이득 보간 함수의 값을 곱하여 제2 보상 토크 값을 계산할 수 있다.
상기 신호 처리부는 상기 제2 보상 토크 값의 고주파 리플을 억제하여 제3 보상 토크 값을 계산하는 저역 통과 필터를 가질 수 있다.
상기 신호 처리부는 상기 저역 통과 필터의 차단 주파수가 가변되도록 상기 조향 토크 및 상기 차속에 따른 차단 주파수 보간 함수를 가질 수 있다.
상기 신호 처리부는 상기 제3 보상 토크 값에 적용하여 최종 보상 토크 값을 계산하는 진상 보상기를 가질 수 있다.
상기 신호 처리부는 상기 진상 보상기의 주파수 응답 특성이 가변되도록 상기 차속에 따른 파라미터 보간 함수를 가질 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 전동식 조향 장치의 제어 장치는, 조향각을 입력으로 하는 동적 마찰 모델을 이용하여 제1 보상 토크 값을 계산하고, 조향 토크 및 차속에 따른 이득 값과 상기 제1 보상 토크 값을 곱하여 제2 보상 토크 값을 계산하며, 상기 제2 보상 토크 값에 저역 통과 필터를 적용하여 제3 보상 토크 값을 계산하고, 상기 제3 보상 토크 값에 진상 보상기를 적용하여 최종 보상 토크 값을 계산하는 신호 처리부, 그리고 상기 최종 보상 토크 값에 따른 보조 토크 값을 생성하여 모터를 구동하는 제어부를 포함한다.
상기 동적 마찰 모델은 상기 차속에 따라 히스테리시스 영역의 크기 및 쿨롱 마찰력의 크기가 각각 가변되도록 하는 제1 및 제2 보간 함수를 가질 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 전동식 조향 장치의 제어 방법은, 조향각을 입력으로 하고 차속에 따라 히스테리시스 영역의 크기 및 쿨롱 마찰력의 크기가 각각 가변되도록 하는 제1 및 제2 보간 함수를 가지는 동적 마찰 모델을 이용하여 제1 보상 토크 값을 계산하는 단계, 그리고 상기 제1 보상 토크 값에 따른 보조 토크 값을 생성하여 모터를 구동하는 단계를 포함한다.
조향 토크에 따른 제1 이득 보간 함수 값, 상기 차속에 따른 제2 이득 보간 함수 값 및 상기 제1 보상 토크 값을 곱하여 제2 보상 토크 값을 계산하는 단계를 더 포함할 수 있다.
저역 통과 필터를 통하여 상기 제2 보상 토크 값의 고주파 리플을 억제하여 제3 보상 토크 값을 계산하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 저역 통과 필터의 차단 주파수가 가변되도록 상기 조향 토크 및 상기 차속에 따른 차단 주파수 보간 함수를 적용하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 제3 보상 토크 값에 진상 보상기를 적용하여 최종 보상 토크 값을 계산하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 진상 보상기의 주파수 응답 특성이 가변되도록 상기 차속에 따른 파라미터 보간 함수를 적용하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 전동식 조향 장치의 제어 장치 및 방법에 의하면 조향 시스템의 제어계가 언더 댐핑 특성을 갖는 경우에 발생되는 토크 오버슈트 현상을 억제할 수 있으며, 이에 따라 조향감을 개선할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전동식 조향 장치의 제어 장치를 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 댐핑 보상 로직의 블록도이다.
도 3은 도 2에 도시한 동적 마찰 모델의 블록도이다.
도 4는 도 3에 도시한 히스테리시스 보간 함수의 그래프이다.
도 5는 도 3에 도시한 쿨롱 마찰 보간 함수의 그래프이다.
도 6은 도 2에 도시한 조향 토크에 대한 이득 보간 함수의 그래프이다.
도 7은 도 2에 도시한 차속에 대한 이득 보간 함수의 그래프이다.
도 8은 도 2에 도시한 가변 저역 통과 필터의 블록도이다.
도 9는 도 2에 도시한 가변 진상 보상기의 블록도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 댐핑 보상 토크가 없는 경우의 조향 토크를 도시한 파형도이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 댐핑 보상 토크가 있는 경우의 조향 토크를 도시한 파형도이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 전동식 조향 장치의 신호 처리 방법을 도시한 흐름도이다.
이하에서 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 전동식 조향 장치의 제어 장치를 도시한 블록도이다.
도 1를 참조하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 전동식 조향 장치의 제어 장치(10)는 신호 처리부(300)와 제어부(400)를 포함하며, 전동식 조향 장치의 토크 센서(100), 조향 각 센서(200) 및 차속 센서(600)로부터 조향 토크 신호, 조향 각 신호 및 차속 신호를 각각 받아 적절한 신호 처리 및 제어를 통하여 전동식 조향 장치의 모터(500)를 구동한다.
토크 센서(100)는 운전자가 조향 휠(도시하지 않음)을 회전시킴에 따라 생성되는 조향 토크를 감지하여 조향 토크 신호를 제공한다.
조향 각 센서(200)는 조향 휠의 회전에 따른 조향 각을 감지하여 조향 각 신호를 제공한다. 이와 달리 전동식 조향 장치에서 조향 각 센서(200) 대신에 조향 각속도 센서가 구비되어 조향 각속도 신호가 제공될 수도 있다.
차속 센서(600)는 차량의 속도를 측정하여 차속 신호를 제공하는 센서로서 리드 스위치 방식이나 홀 센서 방식 등을 가리지 않는다. 한편 차속 센서(600) 대신 변속기 제어 장치(TCU)와 같이 차속 신호를 처리할 수 있는 장치가 차속 신호를 제공할 수도 있다.
신호 처리부(300)는 조향 토크 신호, 조향 각 신호 및 차속 신호를 받아 전동식 조향 장치의 전체 시스템과 차량의 동적 거동을 안정화시키는 신호 처리를 수행한다. 특히, 신호 처리부(300)는 조향감을 저해시키는 물리적 특성들 중 언더 댐핑 특성에 따른 토크 오버슈트를 적절히 보상할 수 있는 댐핑 보상 토크를 계산한다. 그리고 댐핑 보상 토크를 고려한 운전자 요구 토크를 계산하고 운전자 요구 토크 신호를 생성하여 제어부(400)에 제공한다.
제어부(400)는 신호 처리부(300)로부터의 운전자 요구 토크 신호를 이용하여 모터(500) 구동을 위한 보조 토크 신호를 생성하고, 모터(500)를 동작시키기 위한 알고리즘을 수행하며 전동식 조향 장치의 각종 드라이버를 제어한다.
모터(500)는 전동식 조향 장치의 기구부(도시하지 않음)에 보조 토크를 전달하여 운전자의 조향을 도와준다.
그러면 전동식 조향 장치가 언더 댐핑 특성을 갖는 경우에 발생되는 토크 오버슈트 현상을 억제하여 조향감을 향상시킬 수 있는 신호 처리부(300)에 대하여 도 2 내지 도 9를 참고하여 좀 더 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 신호 처리부의 블록도이고, 도 3은 도 2에 도시한 동적 마찰 모델의 블록도이며, 도 4 및 도 5는 각각 도 3에 도시한 히스테리시스 마찰 보간 함수 및 쿨롱 마찰 보간 함수의 그래프이다. 도 6 및 도 7은 각각 도 2에 도시한 차속에 대한 이득 보간 함수 및 조향 토크에 대한 이득 보간 함수의 그래프이다. 도 8은 도 2에 도시한 가변 저역 통과 필터의 블록도이고, 도 9는 도 2에 도시한 가변 진상 보상기의 블록도이다.
도 2를 참고하면, 신호 처리부(300)는 토크 오버슈트 현상을 억제할 수 있는 댐핑 보상 로직으로서, 동적 마찰 모델(310), 제1 및 제2 이득 보간 함수 연산기(340, 350), 곱셈기(360), 가변 저역 통과 필터(370) 및 가변 진상 보상기(380)를 포함한다.
동적 마찰 모델(310)은, 도 3에 도시한 바와 같이, 조향각과 차속을 입력으로 하는 Dahl 마찰 모델로 설계할 수 있으며, 히스테리시스 영역의 크기와 쿨롱 마찰 보상 토크가 차량의 속도에 따라 가변되도록 보간 함수를 적용할 수 있으며, 이를 통하여 제1 보상 토크 신호를 생성한다.
도 3을 참고하면, 미분기(311)는 Dahl 마찰 모델의 입력인 조향각을 미분하고, 곱셈기(313)는 미분기(311)의 출력과 곱셈기(335)의 출력을 곱하며, 적분기(315)는 곱셈기(313)의 출력을 적분하여 제1 보상 토크 신호를 생성한다. 1/z 연산기(310)는 제1 보상 토크 신호의 이전 샘플 값을 출력하고, A/B 연산기(321)는 1/z 연산기(310)의 출력 값(A)을 쿨롱 마찰 보간 함수 연산기(337)의 출력 값(B)으로 나누며, 부호 함수 연산기(317)는 미분기(311)의 출력 값이 음수면 -1, 0이면 0, 양수면 1을 출력하고, 곱셈기(323)는 A/B 연산기(321)의 출력과 부호 함수 연산기(317)의 출력을 곱한다. 1-C 연산기(325)는 곱셈기(323)의 출력 값(C)에 대하여 (1-C) 값을 계산하고, 부호 함수 연산기(327)는 1-C 연산기(325)의 출력에 대하여 부호 함수를 적용하고, 절대값 함수 연산기(329)는 1-C 연산기(325)의 출력에 대하여 절대값을 계산한다. 곱셈기(331)는 부호 함수 연산기(327)의 출력과 절대값 함수 연산기(329)의 출력을 곱하고, 곱셈기(335)는 히스테리시스 보간 함수 연산기(339)의 출력과 곱셈기(331)의 출력을 곱한다.
히스테리시스 보간 함수 연산기(339)는 차속을 입력 받아 차속에 따라 제1 보상 토크 값을 조절할 수 있다. 히스테리시스 보간 함수 값은 시험을 통하여 설정될 수 있다. 도 4는 예시적인 히스테리시스 보간 함수의 그래프로서, 차속이 작은 구간에서는 히스테리시스 보간 함수 값이 작게 설정되어 있고 차속이 증가함에 따라 히스테리시스 보간 함수 값도 함께 증가하도록 설정되어 있다.
쿨롱 마찰 보간 함수 연산기(337) 또한 차속을 입력 받아 차속에 따라 제1 보상 토크 값을 조절할 수 있다. 쿨롱 마찰 보간 함수 값도 시험을 통하여 설정될 수 있다. 도 5는 예시적인 콜롱 마찰 보간 함수의 그래프로서, 차속이 저속 및 고속 구간에서는 쿨롱 마찰 보간 함수 값이 크게 설정되어 있고 차속이 중속 구간에서는 고속 및 저속 구간에 비하여 상대적으로 작게 설정되어 있다.
동적 마찰 모델(310)에 의하면 전동식 파워 조향 장치의 제어 시스템의 언더 댐핑 특성으로 인해 발생되는 핸들 릴리즈 시의 토크 오버슈트 현상을 억제하기 위해 토크 오버슈트와 반대되는 방향으로 마찰력을 인가할 수 있다. 마찰력은 댐핑 역할을 수행하므로 마찰 토크의 증대는 언더 댐핑 특성으로 초래되는 관성 모멘트의 증가분을 억제시킬 수 있다.
다시 도 2를 참고하면, 제1 이득 보간 함수 연산기(340)는 운전자의 조향 토크에 따라 보간 함수 값을 출력하고, 제2 이득 보간 함수 연산기(350)는 차속에 따라 보간 함수 값을 출력하며, 곱셈기(360)는 동적 마찰 모델(310)의 제1 보상 토크 신호와 제1 및 제2 이득 보간 함수 연산기(340, 350)의 출력 값을 곱하여 제2 보상 토크 신호를 생성한다.
제1 이득 보간 함수 연산기(340)는 조향 토크를 입력 받아 조향 토크에 따라 제2 보상 토크 값을 조절할 수 있다. 제1 이득 보간 함수 값은 시험을 통하여 설정될 수 있다. 도 6은 예시적인 제1 이득 보간 보간 함수의 그래프로서, 조향 토크가 작은 구간에서는 보간 함수의 출력이 작게 설정되어 있고 반대의 경우에는 보간 함수의 출력이 크게 설정되어 있다. 이와 같은 설정에 따라 조향 토크가 큰 구간에서 댐핑 토크의 크기를 낮출 수 있다.
제2 이득 보간 함수 연산기(350)는 차속을 입력 받아 차속에 따라 제2 보상 토크 값을 조절할 수 있다. 제2 이득 보간 함수 값은 시험을 통하여 설정될 수 있다. 도 7은 예시적인 제2 이득 보간 보간 함수의 그래프로서, 차속이 작은 구간에서는 보간 함수의 출력이 크게 설정되어 있고 반대의 경우에는 보간 함수의 출력이 작게 설정되어 있다. 이와 같은 설정에 따라 차속이 작은 구간에서 댐핑 토크의 크기를 낮출 수 있다.
도 8을 참고하면, 가변 저역 통과 필터(370)는 차단 주파수 연산기(372) 및 저역 통과 필터(374)를 포함하며, 운전자의 조향 토크와 차속에 따라 주파수 응답 특성이 변동되도록 저역 통과 필터(374)의 설계 파라미터인 차단 주파수(cutoff frequency)에 보간 함수를 적용하여 제2 보상 토크 신호의 고주파 리플을 억제함으로써 제3 보상 토크 신호를 생성한다.
차단 주파수 연산기(372)는 조향 토크와 차속을 입력 받아 차단 주파수를 계산하여 저역 통과 필터(374)의 차단 주파수로 입력한다. 차단 주파수 연산기(372)는 보간 함수를 이용하여 차단 주파수를 계산하며, 차단 주파수 보간 함수는 조향 토크의 증가에 따라서 차단 주파수가 감소하는 방향으로 설정될 수 있으며, 차속의 증가에 따라서는 차단 주파수가 상승하는 방향으로 설정될 수 있다.
조향 토크의 증가에 따라 차단 주파수가 감소하는 방향으로 보간 함수를 설정하면 조향 토크가 큰 구간에서 댐핑 토크의 크기 및 반응 속도를 낮출 수 있다. 이와 반대로 차속이 증가하게 되면 차량의 셀프 얼라이닝 모멘트가 증가하므로 차속 증가에 따라서 댐핑 토크의 크기 및 반응 속도는 증가되어야 하므로 차속의 증가에 따라 차단 주파수가 상승하는 방향으로 보간 함수가 설정된다.
저역 통과 필터(374)는 다음과 같은 1차 전달 함수로 이루어질 수 있으나 이에 한정되지 않으며 다른 종류의 다양한 필터로 설계될 수 있다.
Figure 112016029815387-pat00001
디지털 변환은 다음과 같이 할 수 있다.
Figure 112016029815387-pat00002
디지털 변환 과정은 다음과 같다.
Figure 112016029815387-pat00003
Figure 112016029815387-pat00004
여기서, T는 샘플링 타임이며, a = 2*pi*(cutoff frequency)이다.
도 9를 참고하면 가변 진상 보상기(380)는 파라미터 연산기(382), 중심 주파수 연산기(384) 및 진상 보상기(386)를 포함하며, 차속에 따른 주파수 응답 특성을 제어하여 최종 보상 토크 신호를 생성한다.
진상 보상기(386)의 앞 단에 저역 통과 필터(374)가 있으므로, 차속에 따라서 차단 주파수를 증가시키더라도, 댐핑 토크의 위상을 앞서게 할 수는 없다. 따라서, 차속에 따라 댐핑 토크의 응답성을 좋게 하기 위해 진상 보상기(386)의 위상을 앞서도록 설정한다.
진상 보상기(386)는, 한 예로서, 다음과 같은 전달 함수로 이루어질 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
Figure 112016029815387-pat00005
디지털 변환은 다음과 같이 할 수 있다(Tustin Transformation).
Figure 112016029815387-pat00006
디지털 변환 과정은 다음과 같다.
Figure 112016029815387-pat00007
Figure 112016029815387-pat00008
여기서, T는 Sampling Time이며, αd는 위상과 이득 특성을 결정하는 파라미터이며, Td는 1/2*pi*fc이고, fc는 중심 주파수를 의미한다.
파라미터 연산기(382)는 차속을 입력 받아 파라미터 αd를 계산하여 진상 보상기(386)로 입력한다. 파라미터 연산기(382)는 보간 함수를 이용하여 파라미터 αd를 계산하며, 파라미터 보간 함수는 차속의 증가에 따라서 파라미터 αd가 감소하는 방향으로 설정될 수 있다.
중심 주파수 연산기(384)는 차속을 입력 받아 진상 보상기(386)의 또 다른 설계 파라미터인 중심 주파수 fc를 계산하여 진상 보상기(386)로 입력한다. 중심 주파수 연산기(384)는 보간 함수를 이용하여 중심 주파수를 계산하며, 중심 주파수 보간 함수는 차속의 증가에 따라서 중심 주파수가 증가하는 방향으로 설정될 수 있다.
그러면 도 10 및 11을 참고하여 본 발명의 실시예에 따른 댐핑 보상 토크의 유무에 따른 운전자 조향 토크를 분석하기 위하여 차량에서 시험을 진행한 결과를 설명한다. 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 댐핑 보상 토크가 없는 경우의 조향 토크를 도시한 파형도이고, 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 댐핑 보상 토크가 있는 경우의 조향 토크를 도시한 파형도이다.
도 10에 도시한 바와 같이 댐핑 보상 토크가 없는 경우 핸들 릴리즈 시 조향 토크가 첫 번째 피크에서 네 번째 피크까지 나타나 운전자가 핸들을 좌우로 네 번 교번하여 움직였음을 알 수 있다. 그러나 도 11과 같이 댐핑 보상 토크가 있는 경우 핸들 릴리즈 시 조향 토크가 첫 번째 피크에서 두 번째 피크까지 나타나 운전자가 핸들을 좌우 두 번 교번하여 움직였음을 알 수 있으며, 이를 통해 본 발명의 댐핑 토크 보상 신호 처리가 효과적임을 알 수 있다.
지금까지 한편 신호 처리부(300)가 동적 마찰 모델(310), 제1 및 제2 이득 보간 함수 연산기(340, 350), 곱셈기(360), 가변 저역 통과 필터(370) 및 가변 진상 보상기(380)를 모두 포함하는 것으로 하여 설명하였으나 필요에 따라 각 구성 요소가 생략될 수 있으며, 예를 들어 신호 처리부(300)는 최소한으로 동적 마찰 모델(310)을 포함하는 댐핑 보상 로직으로 구현될 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전동식 조향 장치의 신호 처리부의 신호 처리 방법에 대하여 도 12를 참고하여 설명한다. 다만 앞선 실시예의 전동식 조향 장치의 제어 장치(10)에서 설명한 내용과 동일한 부분에 대하여는 설명을 생략한다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 전동식 조향 장치의 신호 처리 방법을 도시한 흐름도이다.
먼저 본 발명의 실시예에 따른 전동식 조향 장치의 신호 처리부(300)는 조향각 센서(200) 및 차속 센서(600)로부터 각각 조향각 신호 및 차속 신호를 입력받아 동적 마찰 모델(310)을 통하여 제1 보상 토크 값을 계산한다(S110). 이때 동적 마찰 모델(310)은 Dahl 마찰 모델로 설계될 수 있으며 히스테리시스 영역의 크기와 쿨롱 마찰 보상 토크가 차속에 따라 가변되도록 보간 함수를 적용할 수 있다.
신호 처리부(300)는 토크 센서(100)로부터의 조향 토크 신호를 이용하여 제1 이득 보간 함수 값을 계산하고, 차속 센서(600)로부터의 차속 신호를 이용하여 제2 이득 보간 함수 값을 계산한다(S120).
신호 처리부(300)는 제1 보상 토크 값과 제1 및 제2 이득 보간 함수 값을 곱하여 제2 보상 토크 값을 계산한다(S130).
신호 처리부(300)는 가변 저역 통과 필터(370)를 통하여 제2 보상 토크 값의 고주파 리플을 제거하여 제3 보상 토크 값을 계산한다(S140). 이때 가변 저역 통과 필터(370)는 조향 토크 및 차속에 따라 주파수 응답 특성이 변동되도록 저역 통과 필터(374)의 차단 주파수에 보간 함수를 적용할 수 있다.
그런 후 신호 처리부(300)는 가변 진상 보상기(380)를 통하여 조향 시스템의 위상 특성을 제어하여 최종 보상 토크 값을 계산한다(S150). 여기서 가변 진상 보상기(380)는 차속에 따라 위상 특성이 변동되도록 진상 보상기(386)의 파라미터 αd 및 중심 주파수에 보간 함수를 적용할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 전동 조향 장치의 제어 장치 및 방법에 의하면 댐핑 보상 로직을 적용함으로써 조향 시스템의 제어계가 언더 댐핑 특성을 갖는 경우에 발생되는 토크 오버슈트 현상을 억제할 수 있으며, 이에 따라 조향감을 개선할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명의 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등한 것으로 인정되는 범위의 모든 변경 및 수정을 포함한다.
10: 전동식 조향 장치의 제어 장치
100: 토크 센서
200: 조향각 센서
300: 신호 처리부
310: 동적 마찰 모델
340, 350: 이득 보간 함수 연산기
360: 곱셈기
370: 가변 저역 통과 필터
380: 가변 진상 보상기
400: 제어부
500: 모터
600: 차속 센서

Claims (16)

  1. 조향각을 입력으로 하고 차속에 따라 히스테리시스 영역의 크기 및 쿨롱 마찰력의 크기가 각각 가변되도록 하는 제1 및 제2 보간 함수를 가지는 동적 마찰 모델을 이용하여 제1 보상 토크 값을 계산하는 신호 처리부, 그리고
    상기 제1 보상 토크 값에 따른 보조 토크 값을 생성하여 모터를 구동하는 제어부
    를 포함하는 전동식 조향 장치의 제어 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 신호 처리부는 조향 토크에 따른 제1 이득 보간 함수 및 상기 차속에 따른 제2 이득 보간 함수를 가지며, 상기 제1 보상 토크 값과 상기 제1 및 제2 이득 보간 함수의 값을 곱하여 제2 보상 토크 값을 계산하는 전동식 조향 장치의 제어 장치.
  3. 제2항에서,
    상기 신호 처리부는 상기 제2 보상 토크 값의 고주파 리플을 억제하여 제3 보상 토크 값을 계산하는 저역 통과 필터를 가지는 전동식 조향 장치의 제어 장치.
  4. 제3항에서,
    상기 신호 처리부는 상기 저역 통과 필터의 차단 주파수가 가변되도록 상기 조향 토크 및 상기 차속에 따른 차단 주파수 보간 함수를 가지는 전동식 조향 장치의 제어 장치.
  5. 제3항에서,
    상기 신호 처리부는 상기 제3 보상 토크 값에 적용하여 최종 보상 토크 값을 계산하는 진상 보상기를 가지는 전동식 조향 장치의 제어 장치.
  6. 제5항에서,
    상기 신호 처리부는 상기 진상 보상기의 주파수 응답 특성이 가변되도록 상기 차속에 따른 파라미터 보간 함수를 가지는 전동식 조향 장치의 제어 장치.
  7. 조향각을 입력으로 하는 동적 마찰 모델을 이용하여 제1 보상 토크 값을 계산하고, 조향 토크 및 차속에 따른 이득 값과 상기 제1 보상 토크 값을 곱하여 제2 보상 토크 값을 계산하며, 상기 제2 보상 토크 값에 저역 통과 필터를 적용하여 제3 보상 토크 값을 계산하고, 상기 제3 보상 토크 값에 진상 보상기를 적용하여 최종 보상 토크 값을 계산하는 신호 처리부, 그리고
    상기 최종 보상 토크 값에 따른 보조 토크 값을 생성하여 모터를 구동하는 제어부
    를 포함하는 전동식 조향 장치의 제어 장치.
  8. 제7항에서,
    상기 동적 마찰 모델은 상기 차속에 따라 히스테리시스 영역의 크기 및 쿨롱 마찰력의 크기가 각각 가변되도록 하는 제1 및 제2 보간 함수를 가지는 전동식 조향 장치의 제어 장치.
  9. 제7항에서,
    상기 신호 처리부는 상기 저역 통과 필터의 차단 주파수가 가변되도록 상기 조향 토크 및 상기 차속에 따른 차단 주파수 보간 함수를 가지는 전동식 조향 장치의 제어 장치.
  10. 제7항에서,
    상기 신호 처리부는 상기 진상 보상기의 주파수 응답 특성이 가변되도록 상기 차속에 따른 파라미터 보간 함수를 가지는 전동식 조향 장치의 제어 장치.
  11. 조향각을 입력으로 하고 차속에 따라 히스테리시스 영역의 크기 및 쿨롱 마찰력의 크기가 각각 가변되도록 하는 제1 및 제2 보간 함수를 가지는 동적 마찰 모델을 이용하여 제1 보상 토크 값을 계산하는 단계, 그리고
    상기 제1 보상 토크 값에 따른 보조 토크 값을 생성하여 모터를 구동하는 단계
    를 포함하는 전동식 조향 장치의 제어 방법.
  12. 제11항에서,
    조향 토크에 따른 제1 이득 보간 함수 값, 상기 차속에 따른 제2 이득 보간 함수 값 및 상기 제1 보상 토크 값을 곱하여 제2 보상 토크 값을 계산하는 단계를 더 포함하는 전동식 조향 장치의 제어 방법.
  13. 제12항에서,
    저역 통과 필터를 통하여 상기 제2 보상 토크 값의 고주파 리플을 억제하여 제3 보상 토크 값을 계산하는 단계를 더 포함하는 전동식 조향 장치의 제어 방법.
  14. 제13항에서,
    상기 저역 통과 필터의 차단 주파수가 가변되도록 상기 조향 토크 및 상기 차속에 따른 차단 주파수 보간 함수를 적용하는 단계를 더 포함하는 전동식 조향 장치의 제어 방법.
  15. 제13항에서,
    상기 제3 보상 토크 값에 진상 보상기를 적용하여 최종 보상 토크 값을 계산하는 단계를 더 포함하는 전동식 조향 장치의 제어 방법.
  16. 제15항에서,
    상기 진상 보상기의 주파수 응답 특성이 가변되도록 상기 차속에 따른 파라미터 보간 함수를 적용하는 단계를 더 포함하는 전동식 조향 장치의 제어 방법.
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