KR20160084543A - Motor driven power steering system and control method thereof - Google Patents

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KR20160084543A
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Abstract

The present invention relates to an electric power steering system, and a control method thereof. The electric power steering system comprises: a torque sensor measuring column torque, a steering angle sensor measuring the steering angle speed; a vehicle speed sensor measuring the speed of a vehicle; and a control unit determining whether or not impulse type strong disturbance occurs based on the steering angle speed measured by the steering angle sensor and the column torque measured through the torque sensor, computing road compensation torque based on the vehicle speed measured by the column torque, the steering angle speed, and the vehicle speed sensor when it is determined that the impulse type strong disturbance occurs, and computing final assisting torque by adding the computed road compensation torque to the predetermined assisting torque.

Description

전동식 파워 스티어링 시스템 및 그 제어방법{MOTOR DRIVEN POWER STEERING SYSTEM AND CONTROL METHOD THEREOF}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to an electric power steering system,

본 발명은 전동식 파워 스티어링 시스템 및 그 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 높은 조향 응답성을 갖는 전동식 파워 스티어링 시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.
The present invention relates to an electric power steering system and a control method thereof, and more particularly, to an electric power steering system having a high steering responsiveness and a control method thereof.

차량의 파워 스티어링은 동력에 따른 조향 장치로, 운전자의 스티어링 휠 조작을 돕는 역할을 한다. 이러한 파워 스티어링은 유압을 이용하는 방식이 주로 사용되고 있으나, 최근에는 모터의 힘을 이용하는 방식인 전동식 파워 스티어링(MDPS: Motor Driven Power Steering) 시스템의 사용이 늘어나고 있다. MDPS 시스템은 기존의 유압식 파워 스티어링 시스템과 대비하여 무게가 가볍고, 공간을 적게 차지하며, 오일교환이 필요 없다는 장점이 존재하기 때문이다.The power steering of the vehicle is a power-assisted steering device that helps the driver to operate the steering wheel. In the case of power steering, a method using hydraulic pressure is mainly used, but in recent years, the use of a motor driven power steering (MDPS) system, which uses a motor force, is increasing. The MDPS system is lightweight compared to conventional hydraulic power steering systems, takes up less space and does not require oil change.

이러한 MDPS 시스템은 차량 조향 시 운전자가 스티어링 휠에 가해야 하는 조향 토크의 일부를 보조 동력원을 이용하여 제공함으로써 조향을 용이하게 한다. 즉, MDPS 시스템은 조향각센서, 토크센서 등을 통해 운전자의 조향 의도를 감지하며, 이러한 조향 의도에 더해 차량의 속력 등을 고려하여 알맞은 힘을 제공하도록 모터를 구동함으로써 조향력을 보조한다.This MDPS system facilitates steering by providing a part of the steering torque that the driver has to apply to the steering wheel when the vehicle is steered, using an auxiliary power source. That is, the MDPS system senses the steering intent of the driver through the steering angle sensor, the torque sensor, etc., and assists the steering force by driving the motor to provide an appropriate force in consideration of the vehicle speed and the like.

그런데 이러한 MDPS 시스템을 적용한 차량의 실제 운전 시, 기존의 유압 시스템을 사용한 경우보다 조향 응답성이 저하되어, 운전자가 이질감을 느끼는 경우가 많다는 문제점이 존재하였으며, 이를 해결하기 위한 다양한 연구 및 개발이 지속되고 있다.However, there is a problem that the steering response is lowered in the actual operation of the vehicle using the MDPS system than in the case of using the existing hydraulic system, and the driver often feels a sense of heterogeneity. .

한편 본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허 제10-2013-0056062호(2013.05.29)에 개시되어 있다.
Meanwhile, the background art of the present invention is disclosed in Korean Patent Publication No. 10-2013-0056062 (Feb.

본 발명은 조향 응답성이 우수한 전동식 파워 스티어링 시스템 및 그 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
An object of the present invention is to provide an electric power steering system having excellent steering response and a control method thereof.

본 발명에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템은 컬럼토크를 측정하는 토크센서; 조향각속도를 측정하는 조향각센서; 차량의 속도를 측정하는 차속센서; 및 상기 토크센서를 통해 측정된 컬럼토크 및 상기 조향각센서를 통해 측정된 조향각속도에 근거하여 임펄스성 강외란의 발생여부를 판단하고, 상기 임펄스성 강외란이 발생한 것으로 판단되면 상기 컬럼토크, 상기 조향각속도 및 상기 차속센서를 통해 측정된 차속에 근거하여 노면 보상 토크를 산출하며, 미리 정해진 보조 토크에 상기 산출된 노면 보상 토크를 가산하여 최종 보조 토크를 산출하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.An electric power steering system according to the present invention includes: a torque sensor for measuring a column torque; A steering angle sensor for measuring the steering angle velocity; A vehicle speed sensor for measuring the speed of the vehicle; And a controller for determining whether or not an impulsive extensor lamp is generated based on a column torque measured through the torque sensor and a steer angle speed measured through the steer angle sensor. When it is determined that the impulsive extensor lamp is generated, the column torque, And a control unit for calculating a road surface compensation torque based on the speed and the vehicle speed measured through the vehicle speed sensor and adding the calculated road surface compensation torque to a predetermined auxiliary torque to calculate a final assist torque.

본 발명에서 상기 전동식 파워 스티어링 시스템은 랙(rack)에 모터가 설치되는 R-MDPS 시스템이고, 상기 토크센서는 유니버설 조인트(universal joint)의 상단에 위치하며, 상기 조향각센서는 상기 토크센서의 상단에 위치하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the electric power steering system is an R-MDPS system in which a motor is installed in a rack, the torque sensor is located at the upper end of a universal joint, and the steering angle sensor is disposed at an upper end of the torque sensor .

본 발명에서 상기 노면 보상 토크 산출 시, 상기 제어부는, 상기 컬럼토크, 상기 조향각속도 및 상기 차속에 근거하여 기본 보상 토크를 산출하고, 조향각가속도에 근거하여 보정상수를 산출하며, 상기 산출된 기본 보상 토크와 보정상수를 곱하여 상기 노면 보상 토크를 산출하는 것을 특징으로 한다.In the calculation of the road surface compensation torque in the present invention, the control unit calculates a basic compensation torque based on the column torque, the steering angle velocity and the vehicle speed, calculates a correction constant based on the steering angle acceleration, And the road surface compensation torque is calculated by multiplying the torque by a correction constant.

본 발명에서 상기 보정상수 산출 시, 상기 제어부는 상기 조향각센서를 통해 측정된 조향각을 미분하여 상기 조향각가속도를 산출하는 것을 특징으로 한다.In the calculation of the correction constant, the controller calculates the steering angle acceleration by differentiating the steering angle measured through the steering angle sensor.

본 발명에서 상기 노면 보상 토크 산출 시, 상기 제어부는, 상기 컬럼토크, 상기 조향각속도 및 상기 차속에 근거하여 기본 보상 토크를 산출하고, 모터의 각 변화로부터 모터의 각속도를 계산하며, 상기 계산된 모터의 각속도에 근거하여 보정상수를 산출하고, 상기 산출된 기본 보상 토크와 보정상수를 곱하여 상기 노면 보상 토크를 산출하는 것을 특징으로 한다.In the calculation of the road surface compensation torque in the present invention, the control unit calculates a basic compensation torque based on the column torque, the steering angle velocity and the vehicle speed, calculates an angular velocity of the motor from each angle change of the motor, And the road surface compensation torque is calculated by multiplying the calculated basic compensation torque by the correction constant.

본 발명에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템의 제어방법은 제어부가 컬럼토크를 측정하는 단계; 상기 제어부가 조향각속도를 측정하는 단계; 상기 제어부가 차속을 측정하는 단계; 상기 제어부가 상기 측정된 컬럼토크 및 조향각속도에 근거하여 임펄스성 강외란의 발생여부를 판단하는 단계; 상기 임펄스성 강외란이 발생한 것으로 판단되는 경우, 상기 제어부가 상기 측정된 컬럼토크, 조향각속도 및 차속에 근거하여 노면 보상 토크를 산출하는 단계; 및 상기 제어부가 미리 정해진 보조 토크에 상기 산출된 노면 보상 토크를 가산하여 최종 보조 토크를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.A control method of an electric power steering system according to the present invention includes: a step of measuring a column torque by a control unit; Measuring the steering angle velocity by the controller; Measuring the vehicle speed by the control unit; Determining whether the impulse out-of-range flag is generated based on the measured column torque and the steering angle speed; Calculating the road surface compensation torque based on the measured column torque, the steering angle velocity and the vehicle speed when the controller determines that the impulsive out-of-force column occurs; And the control unit calculates the final assist torque by adding the calculated road surface compensation torque to the predetermined assist torque.

본 발명에서 상기 노면 보상 토크를 산출하는 단계는, 상기 제어부가 상기 컬럼토크 조향각속도 및 차속에 근거하여 기본 보상 토크를 산출하는 단계; 상기 제어부가 조향각가속도에 근거하여 보정상수를 산출하는 단계; 및 상기 제어부가 상기 산출된 기본 보상 토크와 보정상수를 곱하여 상기 노면 보상 토크를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.Calculating the road surface compensation torque includes calculating the basic compensation torque based on the column torque steering angle velocity and the vehicle speed; The control unit calculating a correction constant based on the steering angle acceleration; And calculating the road surface compensation torque by multiplying the calculated basic compensation torque by a correction constant.

본 발명에서 상기 보정상수를 산출하는 단계는, 상기 제어부가 상기 측정된 조향각을 미분하여 상기 조향각가속도를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the step of calculating the correction constant may include calculating the steering angle acceleration by differentiating the measured steering angle by the control unit.

본 발명에서 상기 노면 보상 토크를 산출하는 단계는, 상기 제어부가 모터의 각속도를 계산하는 단계; 상기 제어부가 상기 컬럼토크 조향각속도 및 차속에 근거하여 기본 보상 토크를 산출하는 단계; 상기 제어부가 상기 계산된 모터의 각속도에 근거하여 보정상수를 산출하는 단계; 및 상기 제어부가 상기 산출된 기본 보상 토크와 보정상수를 곱하여 상기 노면 보상 토크를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
In the present invention, the step of calculating the road surface compensation torque may include: calculating the angular velocity of the motor by the control unit; Calculating a basic compensation torque based on the column torque steering angle velocity and the vehicle speed; Calculating a correction constant based on the calculated angular velocity of the motor; And calculating the road surface compensation torque by multiplying the calculated basic compensation torque by a correction constant.

본 발명에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템 및 그 제어방법은 임펄스성 강외란을 별도로 판단하여 보상함으로써 큰 노면 충격에 대한 빠른 어시스트가 가능하도록 하는 효과가 있다.INDUSTRIAL APPLICABILITY The electric power steering system and the control method thereof according to the present invention have the effect of enabling rapid assisting against a large road surface impact by separately determining and compensating for the impulse out of field.

본 발명에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템은 토크센서를 유니버설 조인트의 상단에 위치시킴으로써 운전자의 조향 입력으로부터의 응답성을 향상시킬 수 있도록 하는 효과가 있다.The electric power steering system according to the present invention has an effect of improving the responsiveness of the driver from the steering input by locating the torque sensor at the upper end of the universal joint.

본 발명에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템 및 그 제어방법은 요레이트센서 등 MDPS 시스템의 외부에 장착된 센서를 통해 측정되는 신호가 아닌 컬럼토크 및 조향각속도에 근거하여 노면외란을 판단함으로써 CAN 통신에 따른 위상지연 등에 의한 응답성 저하를 방지할 수 있도록 하는 효과가 있다.
The electric power steering system and its control method according to the present invention determine the disturbance of the road surface based on the column torque and the steering angle speed instead of the signal measured through the sensor mounted on the outside of the MDPS system such as the yaw rate sensor, It is possible to prevent degradation of responsiveness due to delay or the like.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템의 구성을 나타낸 블록구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템을 설명하기 위한 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템에서 토크센서의 위치에 따라 달라지는 응답성을 설명하기 위한 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템에서 컬럼토크와 횡가속도 사이의 관계를 설명하기 위한 예시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템의 응답성 테스트 결과를 나타낸 예시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템의 제어방법을 설명하기 위한 흐름도이다.1 is a block diagram illustrating a configuration of an electric power steering system according to an embodiment of the present invention.
2 is an exemplary view for explaining an electric power steering system according to an embodiment of the present invention.
3 is an exemplary diagram for explaining responsiveness of the electric power steering system according to an embodiment of the present invention, which varies depending on the position of the torque sensor.
4 is an exemplary view for explaining a relationship between a column torque and a lateral acceleration in an electric power steering system according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram illustrating an example of response test results of an electric power steering system according to an embodiment of the present invention.
6 is a flowchart illustrating a method of controlling an electric power steering system according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템 및 그 제어방법의 일 실시예를 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.Hereinafter, an embodiment of an electric power steering system and a control method thereof according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In this process, the thicknesses of the lines and the sizes of the components shown in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of explanation. In addition, the terms described below are defined in consideration of the functions of the present invention, which may vary depending on the intention or custom of the user, the operator. Therefore, definitions of these terms should be made based on the contents throughout this specification.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템의 구성을 나타낸 블록구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템을 설명하기 위한 예시도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템에서 토크센서의 위치에 따라 달라지는 응답성을 설명하기 위한 예시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템에서 컬럼토크와 횡가속도 사이의 관계를 설명하기 위한 예시도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템의 응답성 테스트 결과를 나타낸 예시도로서, 이를 참조하여 본 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템을 설명하면 다음과 같다.FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of an electric power steering system according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is an exemplary view for explaining an electric power steering system according to an embodiment of the present invention. FIG. 4 is a graph showing an example of a response characteristic of the electric power steering system according to an embodiment of the present invention. In FIG. 4, 5 is a diagram illustrating an example of response test results of an electric power steering system according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 5, an electric power steering system As follows.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템은 제어부(100), 토크센서(110), 조향각센서(120), 차속센서(130)를 포함한다.1, an electric power steering system according to an embodiment of the present invention includes a control unit 100, a torque sensor 110, a steering angle sensor 120, and a vehicle speed sensor 130. [

토크센서(110)는 컬럼토크를 측정할 수 있다. 여기서 컬럼토크는 스티어링 휠에 연결된 스티어링 컬럼의 토크를 의미한다.The torque sensor 110 can measure the column torque. Here, the column torque refers to the torque of the steering column connected to the steering wheel.

조향각센서(120)는 조향각속도를 측정할 수 있다. 여기서 조향각속도는 스티어링 휠의 회전 속도를 의미한다. 예를 들어 조향각센서(120)는 광센서(optical sensor)를 포함하여 조향각속도를 측정할 수 있다.The steering angle sensor 120 can measure the steering angle velocity. Here, the steering angle speed means the rotational speed of the steering wheel. For example, the steering angle sensor 120 may include an optical sensor to measure the steering angle velocity.

차속센서(130)는 차량의 속도를 측정할 수 있다. 예를 들어 차속센서(130)는 트랜스미션 출력축의 회전을 검출하여 차량의 속도를 측정할 수 있다.The vehicle speed sensor 130 can measure the speed of the vehicle. For example, the vehicle speed sensor 130 can detect the rotation of the transmission output shaft and measure the speed of the vehicle.

또한 제어부(100)는 MDPS 시스템 구동용 모터(140)의 각속도를 계산할 수 있다. 예를 들어 제어부(100)는 로터리 인코더(rotary encoder)를 이용하여 모터(140)의 각의 변화를 측정하고, 측정된 모터(140)의 각 변화로부터 모터(140)의 각속도를 측정할 수 있다.Also, the controller 100 may calculate the angular velocity of the motor 140 for driving the MDPS system. For example, the control unit 100 can measure a change in the angle of the motor 140 using a rotary encoder and measure the angular velocity of the motor 140 from each change in the measured motor 140 .

한편 도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템은 랙(rack)에 모터(140)가 설치되는 R-MDPS 시스템이고, 토크센서(110)는 유니버설 조인트(universal joint)의 상단에 위치하며, 조향각센서(120)는 토크센서(110)의 상단에 위치하는 형태일 수 있다.2, the electric power steering system according to the present embodiment is an R-MDPS system in which a motor 140 is installed in a rack, and the torque sensor 110 is a universal joint And the steering angle sensor 120 may be located at the top of the torque sensor 110. [

즉 종래의 R-MDPS에서 토크센서는 유니버설 조인트의 하단에 위치하였으나, 본 실시예와 같이, 토크센서(110)를 유니버설 조인트의 상단으로 배치시킬 경우, 운전자의 조향 입력으로부터의 응답성을 향상시킬 수 있다. 도 3을 참조하여 이러한 효과를 더 자세히 살펴보면 다음과 같다.In other words, in the conventional R-MDPS, the torque sensor is positioned at the lower end of the universal joint. However, when the torque sensor 110 is disposed at the upper end of the universal joint as in the present embodiment, . This effect will be described in more detail with reference to FIG.

도 3은 토크센서의 위치변화에 따른 응답성을 비교하기 위하여, 차량의 온센터 주행에서 사인파형의 조타를 입력한 결과를 나타낸 예시도이다. 즉 도 3의 오른쪽 그래프에서 볼 수 있듯이, 토크센서를 유니버셜 조인트의 상단에 위치시킨 경우가 하단에 위치시킨 경우보다 횡가속도의 변화율이 크므로 응답성이 빠른 것을 확인할 수 있다.3 is an exemplary view showing a result of inputting a sine wave steering in the on-center travel of the vehicle in order to compare the responsiveness of the torque sensor in response to the position change. That is, as can be seen from the right graph of FIG. 3, since the rate of change of the lateral acceleration is larger than when the torque sensor is located at the upper end of the universal joint, the response is faster.

또한 본 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템은 조향각센서(120)를 최상단에 위치시킴으로써(종래의 C-MDPS 시스템과 달리), 운전자의 조향의도를 가장 빨리 파악할 수 있고, 토션바의 비틀림에 의한 측정값의 왜곡을 방지할 수 있다.Further, the electric power steering system according to the present embodiment can determine the steering intention of the driver at the earliest by positioning the steering angle sensor 120 at the uppermost position (unlike the conventional C-MDPS system) Distortion of the measured value can be prevented.

결과적으로 토크센서(110)를 유니버설 조인트의 상단에 위치시키며, 조향각센서(120)를 토크센서(110)의 상단에 위치시키면 빠른 반응성을 만족시킬 수 있으며, 이에 따라 응답성이 우수한 어시스트를 가능하게 한다.As a result, if the torque sensor 110 is positioned at the upper end of the universal joint and the steering angle sensor 120 is positioned at the upper end of the torque sensor 110, quick reactivity can be satisfied, do.

한편 노면 피드백의 관점에서 볼 때, 조향각센서(120), 토크센서(110), 모터(140)의 각 측정으로 이어지는 구조는 종래의 R-MDPS 구조에 비해 지면정보에 대한 응답성이 무뎌질 수 있다.On the other hand, from the viewpoint of the road surface feedback, the structure following each measurement of the steering angle sensor 120, the torque sensor 110 and the motor 140 may be less responsive to the ground information than the conventional R-MDPS structure have.

따라서 본 실시예에 따른 구조는 래틀로나 벨지안로와 같은 노면에서의 느낌을 최소로 전달해주므로, 이에 대한 보상을 하지 않을 경우, 운전자가 노면 정보를 그대로 느낄 수 있으면서도 조향에 큰 방해를 받지 않는다.Therefore, the structure according to the present embodiment at least transmits the feeling on the road surface such as a rattle or a Belgian road, so that if the driver does not compensate for this, the driver can feel the road surface information as it is,

다만 이러한 구조는 주기성 약외란뿐만 아니라 임펄스성 강외란에 대한 응답성 또한 무뎌지게 되므로, 빠른 어시스트가 필요한 경우에도 노면 피드백 반응이 느려질 수 있다.However, since the response to the impulsive extrinsic field as well as the periodic approximation disturbance becomes dull, such a structure can also slow down the road surface feedback response even when fast assist is required.

즉 노면상태에 따른 외란은 둔턱이나 움푹 파인 지형에 의한 킥백 등과 같은 임펄스성 강외란과 래틀로 등에서 발생하는 주기성 약외란과 으로 구분될 수 있는데, 상술한 것과 같이 주기성 약외란은 큰 어시스트를 요구하지 않으므로 응답성이 무뎌지는 것이 오히려 장점일 수 있다. 반면 킥백 등과 같은 임펄스성 강외란은 외란 발생 즉시 이를 어시스트 해주어야 하므로, 응답성이 무뎌질 경우 운전자의 조향에 방해가 될 수 있으므로, 이를 고려하여 보상해줄 수 있는 방안이 요구된다.In other words, the disturbance according to the road surface condition can be classified into the impulsive extrinsic field such as a kickback due to a barrier or a depressed terrain, and a periodic disturbance generated in a rattle field. As described above, the periodic disturbance requires a large assist Therefore, it may be advantageous that the responsiveness is dull. On the other hand, the impulsive extracurricular field such as kickback should assist the driver immediately when the disturbance occurs. Therefore, if the responsiveness is poor, it may interfere with the steering of the driver.

따라서 제어부(100)는 토크센서(110)를 통해 측정된 컬럼토크 및 조향각센서(120)를 통해 측정된 조향각속도에 근거하여 임펄스성 강외란의 발생여부를 판단할 수 있다. 예를 들어 제어부(100)는 토크센서(110)를 통해 측정된 컬럼토크에 밴드패스 필터를 적용하여, 운전자의 조타, 노이즈 및 약외란에 의한 변동을 배제시킬 수 있다. 보다 구체적으로 제어부(100)는 1Hz와 2.5Hz의 컷오프 주파수를 갖는 밴드패스 필터를 사용하여 운전자의 조타 등에 의한 변동을 배제시킬 수 있다.Therefore, the control unit 100 can determine whether the impulse out-of-range flag is generated based on the column torque measured through the torque sensor 110 and the steering angle speed measured through the steering angle sensor 120. For example, the control unit 100 can apply a band-pass filter to the column torque measured through the torque sensor 110, thereby eliminating variations due to steering, noise, and disturbance of the driver. More specifically, the control unit 100 can eliminate the fluctuation due to the driver's steering or the like by using a band-pass filter having a cut-off frequency of 1 Hz and 2.5 Hz.

또한 제어부(100)는 밴드패스 필터를 통과한 컬럼토크와 조향각속도를 이용하여 차량의 덤프성 킥백 등 임펄스성 강외란의 발생여부를 정확히 판단할 수 있다. 일반적으로 킥백 신호는 1.2RPS를 중심으로 조향각이 산포되도록 하므로, 이를 통해 스티어링 휠의 조타 상태인지 수방상태인지를 구별할 수 있다. 보다 구체적으로는 0.2RPS에서 3RPS 사이에 1.2RPS를 중심으로 조향각이 산포되는 경우 임펄스성 강외란이 발생한 것으로 판단할 수 있다. 다만 이러한 수치는 차량의 사양, 차속 등에 따라 달라질 수 있다. 또한 이렇게 운전자가 스티어링 휠을 수방하는 경우에 제어부(100)는 스티어링 휠이 돌아가지 않도록 스티어링 휠을 강건화 시켜 운전 안정성을 향상시킬 수도 있다.In addition, the controller 100 can accurately determine whether an impulsive out-of-range condition such as a dump kickback of the vehicle occurs by using the column torque and the steering angle velocity passed through the band-pass filter. Generally, the kickback signal causes the steering angle to be scattered around 1.2RPS, so that it is possible to discriminate whether the steering wheel is in the steering state or in the submerged state. More specifically, when the steering angle is distributed around 1.2RPS between 0.2RPS and 3RPS, it can be judged that the impulsive extraneous field occurs. However, these figures may vary depending on the vehicle specification, vehicle speed, and the like. In addition, when the driver depresses the steering wheel, the control unit 100 may enhance the stability of the steering wheel by strengthening the steering wheel so that the steering wheel does not turn.

한편 이렇게 임펄스성 강외란이 발생한 것으로 판단되는 경우, 제어부(100)는 토크센서(110)를 통해 측정된 컬럼토크, 조향각센서(120)를 통해 측정된 조향각속도 및 차속센서(130)를 통해 측정된 차속에 근거하여 노면 보상 토크를 산출할 수 있다. 일반적으로 차속이 높을수록 킥백 등에 의한 충격감이 커지므로, 제어부(100)는 차속의 증가할수록 노면 보상 토크를 증가시킬 수 있다.If it is determined that the impulsive extraneous force field has occurred, the control unit 100 determines whether the impulse extensor force is generated through the torque sensor 110, the steering angle measured through the steering angle sensor 120, The road surface compensation torque can be calculated based on the vehicle speed. Generally, the higher the vehicle speed, the greater the shock feeling due to the kickback, etc. Therefore, the control unit 100 can increase the road surface compensation torque as the vehicle speed increases.

즉 차량의 속도가 감소할수록 노면 보상 토크를 감소시킬 수 있으므로, 본 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템은 요레이트 센서 등을 사용하지 않고, 노면 피드백을 보상할 수 있다.That is, as the vehicle speed decreases, the road surface compensation torque can be reduced. Therefore, the electric power steering system according to the present embodiment can compensate the road surface feedback without using the yaw rate sensor or the like.

보다 구체적으로 도 4에서 볼 수 있듯이, 본 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템은 유니버설 조인트 등 구조적 특성에 의해 실제 횡가속도가 컬럼토크로 유입되는 피드백 정보는 작다. 따라서 약외란에 의한 변동은 컬럼토크의 유입량이 작으므로 보상할지 않을 수 있다. 또한 도 4에서 볼 수 있듯이, 임펄스성 강외란의 경우 차량의 속도가 증가될수록 횡가속도와 컬럼토크 사이의 위상차이가 없어지게 되므로, 본 실시예에서와 같이 컬럼토크를 사용하여 노면 피드백을 보상할 수 있다.More specifically, as shown in FIG. 4, in the electric power steering system according to the present embodiment, due to structural characteristics such as a universal joint, the feedback information into which the actual lateral acceleration is introduced into the column torque is small. Therefore, the fluctuation due to the weak disturbance may not be compensated because the inflow amount of the column torque is small. Also, as shown in FIG. 4, since the phase difference between the lateral acceleration and the column torque is eliminated as the speed of the vehicle increases in the case of the impulsive inferior column, the column feedback is compensated using the column torque as in the present embodiment .

한편 이때 제어부(100)는 컬럼토크, 조향각속도 및 차속에 근거하여 기본 보상 토크를 산출하고, 조향각가속도와 모터(140)의 각속도에 근거하여 보정상수를 산출하며, 상기 산출된 기본 보상 토크와 보정상수를 곱하는 방식으로 노면 보상 토크를 산출하여, 보상의 크기를 극대화할 수 있다.Meanwhile, the control unit 100 calculates a basic compensation torque based on the column torque, the steering angle velocity and the vehicle speed, calculates a correction constant based on the steering angle acceleration and the angular velocity of the motor 140, The road surface compensation torque can be calculated by multiplying the constant, so that the magnitude of the compensation can be maximized.

예를 들어 제어부(100)는 컬럼토크, 조향각속도 및 차속에 대응하는 기본 보상 토크의 테이블을 사용하여 기본 보상 토크를 산출할 수 있고, 조향각가속도와 모터(140)의 각속도를 각각 하이 패스 필터에 통과시켜 곱하는 방식으로 보정상수를 산출할 수 있다. 즉 제어부(100)는 조향각가속도와 모터(140)의 각속도의 반응특성을 이용하여 임펄스성 강외란의 보상 속도와 크기를 극대화할 수 있다. 한편 이때 제어부(100)는 조향각센서(120)를 통해 측정된 조향각을 미분하여 조향각가속도를 산출할 수 있다.For example, the control unit 100 can calculate the basic compensation torque using the table of the basic compensation torque corresponding to the column torque, the steering angle velocity, and the vehicle speed, and adjust the steering angle acceleration and the angular velocity of the motor 140 to the high- It is possible to calculate the correction constant by multiplying it by passing. That is, the control unit 100 can maximize the compensation speed and the magnitude of the impulsive extrinsic field by using the reaction characteristics of the steering angle acceleration and the angular velocity of the motor 140. Meanwhile, the control unit 100 may calculate the steering angle acceleration by differentiating the steering angle measured through the steering angle sensor 120. FIG.

제어부(100)는 이렇게 노면 보상 토크가 산출되면, 산출된 노면 보상 토크에 미리 정해진 보조 토크(MDPS 시스템의 기본 로직에 의한 어시스트 토크)를 가산하여 최종 보상 토크를 산출할 수 있으며, 이렇게 산출된 최종 보상 토크에 따라 모터(140)를 구동하여, 조향력을 보조할 수 있다.When the road surface compensation torque is calculated in this way, the control unit 100 can calculate the final compensation torque by adding a predetermined auxiliary torque (assist torque based on the basic logic of the MDPS system) to the calculated road surface compensation torque, The motor 140 can be driven in accordance with the compensation torque to assist the steering force.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템의 제어방법을 설명하기 위한 흐름도로서, 이를 참조하여 본 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템의 제어방법을 설명하면 다음과 같다.FIG. 6 is a flowchart for explaining a control method of an electric power steering system according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 6, a control method of the electric power steering system according to the present embodiment will now be described.

도 6에 도시된 바와 같이, 제어부(100)는 먼저 컬럼토크, 조향각속도 및 차속을 측정한다(S200).As shown in FIG. 6, the controller 100 first measures the column torque, the steering angle speed, and the vehicle speed (S200).

이어서 제어부(100)는 상기 단계(S200)에서 측정된 컬럼토크 및 조향각속도에 근거하여 킥백 등 임펄스성 강외란이 발생하였는지 판단한다(S210). 예를 들어 제어부(100)는 토크센서(110)를 통해 측정된 컬럼토크에 밴드패스 필터를 적용하여, 운전자의 조타, 노이즈 및 약외란에 의한 변동을 배제시킬 수 있다. 보다 구체적으로 제어부(100)는 1Hz와 2.5Hz의 컷오프 주파수를 갖는 밴드패스 필터를 사용하여 운전자의 조타 등에 의한 변동을 배제시킬 수 있다. 또한 제어부(100)는 밴드패스 필터를 통과한 컬럼토크와 조향각속도를 이용하여 차량의 덤프성 킥백 등 임펄스성 강외란의 발생여부를 정확히 판단할 수 있다. 일반적으로 킥백 신호는 1.2RPS를 중심으로 조향각이 산포되도록 하므로, 이를 통해 스티어링 휠의 조타 상태인지 수방상태인지를 구별할 수 있다. 보다 구체적으로는 0.2RPS에서 3RPS 사이에 1.2RPS를 중심으로 조향각이 산포되는 경우 임펄스성 강외란이 발생한 것으로 판단할 수 있다. 다만 이러한 수치는 차량의 사양, 차속 등에 따라 달라질 수 있다.Then, the control unit 100 determines whether a kickback or the like has occurred (step S210) based on the column torque and the steering angle velocity measured in step S200. For example, the control unit 100 can apply a band-pass filter to the column torque measured through the torque sensor 110, thereby eliminating variations due to steering, noise, and disturbance of the driver. More specifically, the control unit 100 can eliminate the fluctuation due to the driver's steering or the like by using a band-pass filter having a cut-off frequency of 1 Hz and 2.5 Hz. In addition, the controller 100 can accurately determine whether an impulsive out-of-range condition such as a dump kickback of the vehicle occurs by using the column torque and the steering angle velocity passed through the band-pass filter. Generally, the kickback signal causes the steering angle to be scattered around 1.2RPS, so that it is possible to discriminate whether the steering wheel is in the steering state or in the submerged state. More specifically, when the steering angle is distributed around 1.2RPS between 0.2RPS and 3RPS, it can be judged that the impulsive extraneous field occurs. However, these figures may vary depending on the vehicle specification, vehicle speed, and the like.

상기 단계(S210)의 판단결과, 임펄스성 강외란이 발생하였다면, 제어부(100)는 상기 단계(S200)에서 측정된 컬럼토크, 조향각속도 및 차속에 근거하여 노면 보상 토크를 산출한다(S220). 예를 들어 제어부(100)는 컬럼토크, 조향각속도 및 차속에 근거하여 기본 보상 토크를 산출하고, 조향각가속도와 모터(140)의 각속도에 근거하여 보정상수를 산출하며, 상기 산출된 기본 보상 토크와 보정상수를 곱하는 방식으로 노면 보상 토크를 산출하여, 보상의 크기를 극대화할 수 있다.If it is determined in step S210 that the impulsive extreme outflow has occurred, the controller 100 calculates the road surface compensation torque based on the column torque, the steering angle speed, and the vehicle speed measured in step S200. For example, the control unit 100 calculates a basic compensation torque based on the column torque, the steering angle velocity and the vehicle speed, calculates a correction coefficient based on the steering angle acceleration and the angular velocity of the motor 140, It is possible to calculate the road surface compensation torque by multiplying the correction coefficient by the correction constant to maximize the compensation amount.

반면 상기 단계(S210)의 판단결과, 임펄스성 강외란이 발생하지 않았다면, 제어부(100)는 상기 단계(S200)로 회귀하여 컬럼토크, 조향각속도 및 차속의 측정부터 반복한다.On the other hand, if it is determined in step S210 that the impulsive on-off period has not occurred, the control unit 100 returns to step S200 and repeats the measurement from the measurement of the column torque, the steering angle speed, and the vehicle speed.

상기 단계(S220) 이후, 제어부(100)는 상기 단계(S220)에서 산출된 노면 보상 토크에 미리 정해진 보조 토크를 가산하여 최종 보상 토크를 산출한다(S230). 여기서 보조 토크는 MDPS 시스템의 기본 로직에 의한 기본 어시스트 토크를 의미한다.After step S220, the controller 100 calculates a final compensation torque by adding a predetermined auxiliary torque to the road surface compensation torque calculated in step S220 (S230). Here, the auxiliary torque refers to the basic assist torque by the basic logic of the MDPS system.

이와 같이 본 발명의 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템 및 그 제어방법은 임펄스성 강외란을 별도로 판단하여 보상함으로써 큰 노면 충격에 대한 빠른 어시스트가 가능하도록 하며, 컬럼토크 및 조향각속도에 근거하여 노면외란을 판단함으로써 CAN 통신에 따른 위상지연 등에 의한 응답성 저하를 방지할 수 있도록 한다.As described above, the electric power steering system and the control method thereof according to the embodiment of the present invention allow rapid assisting against a large road surface impact by separately determining and compensating for the impulse out-of-force field. Also, based on the column torque and the steering angle velocity, It is possible to prevent a decrease in responsiveness due to phase delay or the like due to CAN communication.

또한 본 발명의 실시예에 따른 전동식 파워 스티어링 시스템은 토크센서를 유니버설 조인트의 상단에 위치시킴으로써 운전자의 조향 입력으로부터의 응답성을 향상시킬 수 있도록 한다.Also, the electric power steering system according to the embodiment of the present invention can improve the responsiveness of the driver from the steering input by locating the torque sensor at the upper end of the universal joint.

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.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. I will understand. Accordingly, the technical scope of the present invention should be defined by the following claims.

100: 제어부
110: 토크센서
120: 조향각센서
130: 차속센서
140: 모터100:
110: Torque sensor
120: steering angle sensor
130: vehicle speed sensor
140: motor

Claims (9)

컬럼토크를 측정하는 토크센서;
조향각속도를 측정하는 조향각센서;
차량의 속도를 측정하는 차속센서; 및
상기 토크센서를 통해 측정된 컬럼토크 및 상기 조향각센서를 통해 측정된 조향각속도에 근거하여 임펄스성 강외란의 발생여부를 판단하고, 상기 임펄스성 강외란이 발생한 것으로 판단되면 상기 컬럼토크, 상기 조향각속도 및 상기 차속센서를 통해 측정된 차속에 근거하여 노면 보상 토크를 산출하며, 미리 정해진 보조 토크에 상기 산출된 노면 보상 토크를 가산하여 최종 보조 토크를 산출하는 제어부를 포함하는 전동식 파워 스티어링 시스템.
A torque sensor for measuring a column torque;
A steering angle sensor for measuring the steering angle velocity;
A vehicle speed sensor for measuring the speed of the vehicle; And
Wherein the control unit determines whether or not the impulsive extensor lamp is generated based on the column torque measured through the torque sensor and the steer angle speed measured through the steer angle sensor, And a control unit for calculating a road surface compensation torque based on the vehicle speed measured through the vehicle speed sensor and adding the calculated road surface compensation torque to a predetermined auxiliary torque to calculate a final assist torque.
제 1항에 있어서,
상기 전동식 파워 스티어링 시스템은 랙(rack)에 모터가 설치되는 R-MDPS 시스템이고, 상기 토크센서는 유니버설 조인트(universal joint)의 상단에 위치하며, 상기 조향각센서는 상기 토크센서의 상단에 위치하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템.
The method according to claim 1,
The electric power steering system is an R-MDPS system in which a motor is installed in a rack, the torque sensor is located at the top of a universal joint, and the steering angle sensor is located at the top of the torque sensor Features an electric power steering system.
제 1항에 있어서,
상기 노면 보상 토크 산출 시, 상기 제어부는, 상기 컬럼토크, 상기 조향각속도 및 상기 차속에 근거하여 기본 보상 토크를 산출하고, 조향각가속도에 근거하여 보정상수를 산출하며, 상기 산출된 기본 보상 토크와 보정상수를 곱하여 상기 노면 보상 토크를 산출하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the control unit calculates a basic compensation torque based on the column torque, the steering angle velocity and the vehicle speed, calculates a correction constant based on the steering angle acceleration, calculates a correction torque based on the calculated basic compensation torque, And the road surface compensation torque is calculated by multiplying the road surface compensation torque by a constant.
제 3항에 있어서,
상기 보정상수 산출 시, 상기 제어부는 상기 조향각센서를 통해 측정된 조향각을 미분하여 상기 조향각가속도를 산출하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템.
The method of claim 3,
Wherein the controller calculates the steering angle acceleration by differentiating the steering angle measured through the steering angle sensor at the time of calculating the correction constant.
제 1항에 있어서,
상기 노면 보상 토크 산출 시, 상기 제어부는, 상기 컬럼토크, 상기 조향각속도 및 상기 차속에 근거하여 기본 보상 토크를 산출하고, 모터의 각 변화로부터 모터의 각속도를 계산하며, 상기 계산된 모터의 각속도에 근거하여 보정상수를 산출하고, 상기 산출된 기본 보상 토크와 보정상수를 곱하여 상기 노면 보상 토크를 산출하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the control unit calculates the basic compensation torque based on the column torque, the steering angle velocity and the vehicle speed, calculates the angular velocity of the motor from the angular variation of the motor, calculates the angular velocity of the motor And the road surface compensation torque is calculated by multiplying the calculated basic compensation torque by a correction constant.
제어부가 컬럼토크를 측정하는 단계;
상기 제어부가 조향각속도를 측정하는 단계;
상기 제어부가 차속을 측정하는 단계;
상기 제어부가 상기 측정된 컬럼토크 및 조향각속도에 근거하여 임펄스성 강외란의 발생여부를 판단하는 단계;
상기 임펄스성 강외란이 발생한 것으로 판단되는 경우, 상기 제어부가 상기 측정된 컬럼토크, 조향각속도 및 차속에 근거하여 노면 보상 토크를 산출하는 단계; 및
상기 제어부가 미리 정해진 보조 토크에 상기 산출된 노면 보상 토크를 가산하여 최종 보조 토크를 산출하는 단계를 포함하는 전동식 파워 스티어링 시스템의 제어방법.
The control unit measuring the column torque;
Measuring the steering angle velocity by the controller;
Measuring the vehicle speed by the control unit;
Determining whether the impulse out-of-range flag is generated based on the measured column torque and the steering angle speed;
Calculating the road surface compensation torque based on the measured column torque, the steering angle velocity and the vehicle speed when the controller determines that the impulsive out-of-force column occurs; And
And the control unit adds the calculated road surface compensation torque to a predetermined assist torque to calculate a final assist torque.
제 6항에 있어서,
상기 노면 보상 토크를 산출하는 단계는,
상기 제어부가 상기 컬럼토크 조향각속도 및 차속에 근거하여 기본 보상 토크를 산출하는 단계;
상기 제어부가 조향각가속도에 근거하여 보정상수를 산출하는 단계; 및
상기 제어부가 상기 산출된 기본 보상 토크와 보정상수를 곱하여 상기 노면 보상 토크를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템의 제어방법.
The method according to claim 6,
The step of calculating the road surface compensation torque includes:
Calculating a basic compensation torque based on the column torque steering angle velocity and the vehicle speed;
The control unit calculating a correction constant based on the steering angle acceleration; And
And calculating the road surface compensation torque by multiplying the calculated basic compensation torque by a correction constant, wherein the control unit calculates the road surface compensation torque.
제 7항에 있어서,
상기 보정상수를 산출하는 단계는,
상기 제어부가 상기 측정된 조향각을 미분하여 상기 조향각가속도를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템의 제어방법.
8. The method of claim 7,
Wherein the step of calculating the correction constant comprises:
And the control unit calculates the steering angle acceleration by differentiating the measured steering angle.
제 6항에 있어서,
상기 노면 보상 토크를 산출하는 단계는,
상기 제어부가 모터의 각속도를 계산하는 단계;
상기 제어부가 상기 컬럼토크 조향각속도 및 차속에 근거하여 기본 보상 토크를 산출하는 단계;
상기 제어부가 상기 계산된 모터의 각속도에 근거하여 보정상수를 산출하는 단계; 및
상기 제어부가 상기 산출된 기본 보상 토크와 보정상수를 곱하여 상기 노면 보상 토크를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 파워 스티어링 시스템의 제어방법.The method according to claim 6,
The step of calculating the road surface compensation torque includes:
Calculating the angular velocity of the motor;
Calculating a basic compensation torque based on the column torque steering angle velocity and the vehicle speed;
Calculating a correction constant based on the calculated angular velocity of the motor; And
And calculating the road surface compensation torque by multiplying the calculated basic compensation torque by a correction constant, wherein the control unit calculates the road surface compensation torque.
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