KR20170019669A - 클로즈드 루프 조향제어장치 및 조향제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 모터를 이용하여 랙바(Rack Bar)에 어시스트 토크를 제공하는 조향시스템의 제어방법에 있어서, 랙바의 운동에 대한 다이나믹모델을 저장하는 단계, 센싱 값들 혹은 센싱 값들을 변환한 값들 중 적어도 하나 이상의 값을 다이나믹모델에 대입하여 랙바의 추력을 계산하는 단계, 추력을 이용하여 모터의 제어를 위한 타겟토크를 계산하는 단계, 타겟토크에 운전자토크 센싱 값을 차감한 값에 따라 모터에 대한 제어값을 생성하는 단계 및 제어값에 따라 모터가 랙바로 어시스트 토크를 제공하는 단계를 포함하는 조향시스템의 제어방법을 제공한다.

Description

클로즈드 루프 조향제어장치 및 조향제어방법{CLOSED LOOP STEERING CONTROL APPARATUS AND METHOD}

본 발명은 차량의 조향을 제어하는 기술에 관한 것이다.

운전자의 조작에 따라 차량의 진행방향을 조절하는 장치를 조향시스템이라고 한다. 이러한 조향시스템은 운전자가 직접 조작하는 조향 휠 및 이러한 조향 휠의 조작력을 차량 바퀴에 전달하는 조향기구를 구비한다. 또한, 최근의 조향시스템은 운전자의 조향 휠 조작력을 보조함으로써 운전 조작의 편의를 제공할 수 있도록 하는 보조동력조향장치들을 더 구비하고 있다.

보조동력조향장치들은 일반적으로 운전자의 조향 휠 조작력에 비례하는 모터 토크를 발생시켜 차량 바퀴로 전달되는 힘을 어시스트하는 장치로서, 운전자는 이러한 모터 토크의 어시시트를 이용하여 차량 바퀴를 손쉽게 조작할 수 있게 된다.

종래의 조향시스템에서 보조동력조향장치들은 오픈 루프(open loop) 제어에 따라 모터 토크를 발생시켰다. 구체적으로 종래 보조동력조향장치는 운전자의 조작력을 배가시키기 위해 운전자의 조작력을 측정하고 이렇게 측정된 운전자 조작력에 비례하여 모터 토크를 발생시키는 오픈 루프 제어 방식을 채용했다. 이러한 오픈 루프 제어는 운전자의 조작력에 기반한 제어로서 경우에 따라서는 운전자 토크 기반 제어라고 부르기도 한다.

그런데, 이러한 운전자 토크 기반 오픈 루프 제어는 운전자의 조향감이 떨어지는 문제가 있으며 운전자 토크의 변화량이 충분히 인식되지 않는 문제가 있다.

이러한 배경에서, 본 발명의 목적은, 일 측면으로, 랙바의 추력에 기반하는 조향제어기술을 제공하는 것이다.

다른 측면으로, 본 발명의 목적은, 클로즈드 루프(closed loop) 방식의 조향제어기술을 제공하는 것이다.

전술한 목적을 달성하기 위하여, 일 측면에서, 본 발명은, 모터를 이용하여 랙바(Rack Bar)에 어시스트 토크를 제공하는 조향시스템의 제어방법에 있어서, 상기 랙바의 운동에 대한 다이나믹모델을 저장하는 단계; 센싱 값들 혹은 상기 센싱 값들을 변환한 값들 중 적어도 하나 이상의 값을 상기 다이나믹모델에 대입하여 상기 랙바의 추력을 계산하는 단계; 상기 추력을 이용하여 상기 모터의 제어를 위한 타겟토크를 계산하는 단계; 상기 타겟토크에 운전자토크 센싱 값을 차감한 값에 따라 상기 모터에 대한 제어값을 생성하는 단계; 및 상기 제어값에 따라 상기 모터가 상기 랙바로 상기 어시스트 토크를 제공하는 단계를 포함하는 조향시스템의 제어방법을 제공한다.

다른 측면에서, 본 발명은, 모터를 이용하여 랙바(Rack Bar)에 어시스트 토크를 제공하는 조향시스템의 제어장치에 있어서, 상기 랙바의 운동에 대한 다이나믹모델을 저장하는 저장부; 센싱 값들 혹은 상기 센싱 값들을 변환한 값들 중 적어도 하나 이상의 값을 상기 다이나믹 모델에 대입하여 상기 랙바의 추력을 계산하고 상기 추력을 이용하여 상기 모터의 제어를 위한 타겟토크를 계산하며 상기 타겟토크에 운전자토크 센싱 값을 차감한 값에 따라 상기 모터에 대한 제어값을 생성하는 제어부; 및 상기 제어값을 상기 모터의 제어로직으로 전송하여 상기 모터가 상기 랙바로 상기 어시스트 토크를 제공하게 하는 송수신부를 포함하는 조향시스템의 제어장치를 제공한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 랙바의 추력을 기반으로 운전자 토크를 피드백 받는 클로즈다 루프 방식의 제어 기술을 제공함으로써 운전자의 조향감을 향상 시키는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 조향시스템의 구성도이다.
도 2는 도 1의 제어장치의 내부 구성도이다.
도 3은 도 1의 조향시스템의 제어 흐름도이다.
도 4는 랙바의 역학모델을 도식화한 도면이다.
도 5는 랙바 추력 기반 클로즈드 제어 루프의 예시 구성도이다.
도 6은 추력 대비 메인토크 매핑 그래프를 나타내는 도면이다.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 조향시스템의 구성도이다.

도 1을 참조하면, 조향시스템(100)은 조향 휠(10), 운전자가 조향 휠(10)에 가하는 토크를 전달하는 조향축(20), 조향축(20)의 회전운동을 직선운동으로 변환하여 차량 바퀴로 전달하는 랙바(30)를 포함할 수 있다.

또한, 조향시스템(100)은 어시스트 토크를 발생시키기 위해 조향모터(40)를 더 포함할 수 있는데, 이러한 조향모터(40)에서 생성되는 어시스트 토크는 피니언-랙 기구물을 통해 랙바(30)로 전달되어 운전자의 조작력을 보조하게 된다.

이때, 조향모터(40)는 제어장치(50)에 의해 제어될 수 있는데, 제어장치(50)는 운전자 토크에 대응되는 어시스트 토크를 생성하기 위해 운전자토크센서(60)로부터 센싱신호를 수신할 수 있다. 즉, 조향 휠(10)에서 발생한 토크에 대응하는 동력이 조향모터(40)에서 발생되며, 조향 모터(40)에서 발생한 동력이 랙바(30)를 축 방향으로 운동하도록 함으로써 조향이 이루어질 수 있다.

도 2는 도 1의 제어장치의 내부 구성도이다.

도 2를 참조하면, 제어장치(50)는 저장부(210), 제어부(220) 및 송수신부(230)를 포함할 수 있다.

저장부(210)는 메모리를 포함하는 구성으로서, 여기서, 메모리는 휘발성메모리, 비휘발성메모리 등으로 제한되지 않으며, 정보를 저장할 수 있는 하드웨어적인 구성은 모두 이에 해당될 수 있다.

저장부(210)는 제어장치(50)의 제어기능 수행에 필요한 각종 정보를 저장할 수 있다.

특히, 저장부(210)는 랙바(30)의 운동에 대한 다이나믹모델을 저장할 수 있다. 이러한 다이나믹모델은 랙바(30)의 운동상태를 묘사하는 모델로서, 함수의 형태로 저장될 수 있으나 이로 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 다이나믹모델은 매핑테이블과 같이 데이터베이스의 형태로 저장될 수 있도 있다.

이외에도 저장부(210)는 각종 튜닝맵을 저장할 수 있다. 예를 들어, 상기 다이나믹모델은 차량의 속도별로 특정 변수값이 변경될 수도 있는데, 이를 위해, 저장부(210)는 속도별 특정 변수의 매핑정보를 포함하는 튜닝맵을 저장할 수 있다. 이러한 튜닝맵에 대한 예시는 도 6 내지 도 7을 참조하여 후술한다.

제어부(220)는 제어장치(50)의 제어기능 수행을 위한 각종 제어값들을 생성할 수 있다.

특히, 제어부(220)는 조향모터(40)의 제어값을 생성한다.

제어부(220)는 랙바(30)의 추력에 기반하여 조향모터(40)에 대한 제어값을 생성할 수 있으며, 또한, 클로즈드 루프 방식으로 조향모터(40) 제어를 위한 제어값을 생성할 수 있다. 구체적인 예로서, 제어부(220)는 각종 센싱값들을 획득할 수 있는데, 제어부(220)는 이러한 센싱값들 혹은 센싱값들을 변환한 값들을 저장부(210)에 저장되어 있는 다이나믹 모델에 대입하여 랙바(30)의 추력을 계산할 수 있다. 그리고, 제어부(220)는 계산된 랙바(30)의 추력을 이용하여 조향모터(40)의 제어를 위한 타겟토크를 계산할 수 있으며, 이러한 타겟토크와 운전자토크 센싱값을 차감하여 조향모터(40)의 제어값을 생성할 수 있다.

송수신부(230)는 각종 정보를 송수신할 수 있다.

예를 들어, 제어부(220)가 생성한 제어값을 조향모터(40)로 전송하여 조향모터(40)가 랙바(30)로 예정된 어시스트 토크를 제공할 수 있도록 할 수 있다.

또한, 송수신부(230)는 각종 센서 혹은 다른 장치로부터 각종 센싱값을 수신하여 제어부(220)로 전달해 줄 수 있다. 예를 들어, 송수신부(230)는 운전자토크센서(60)로부터 운전자토크센싱값을 수신하여 제어부(220)로 전달할 수 있으며, 다른 장치(미도시)로부터 차량의 속도, 가속도 등의 값을 수신하여 제어부(220)로 전달할 수 있다.

한편, 송수신부(230)는 각종 센서 혹은 다른 장치(미도시)로부터 수신한 값들을 제어부(220)로 직접 전달하지 않고 저장부(210)를 통해 간접적으로 전달할 수도 있다. 예를 들어, 송수신부(230)는 수신한 값들을 저장부(210)의 메모리에 저장하고 제어부(220)가 이러한 메모리에 저장된 값들을 액세스하여 값들을 읽어들이는 방식으로 송수신부(230)와 제어부(220) 사이의 정보 교환이 이루어질 수 있다.

이러한 저장부(210), 제어부(220) 및 송수신부(230)의 구성에 의해 조향시스템이 제어되는 과정을 도 3을 참조하여 좀더 설명한다.

도 3은 도 1의 조향시스템의 제어 흐름도이다.

도 3을 참조하면, 저장부(210)는 먼저 랙바(30)의 운동에 대한 다이나믹모델을 저장한다(S300). S300 단계는 조향시스템(100)의 초기 생산 과정에서 진행될 수도 있고, 조향시스템(100)이 운영되는 과정에서 진행될 수도 있다. 예를 들어, 저장부(210)의 메모리는 송수신부(230) 혹은 제어부(220)에 의해 액세스됨으로서 업데이트될 수 있는데, 이러한 업데이트 과정에서 S300 단계가 진행될 수 있다. 구체적인 일 예로서, 송수신부(230)는 별도의 외부장치(미도시)와 통신하면서 외부장치(미도시)로부터 다이나믹모델을 수신하여 저장부(210)로 전달할 수 있는데, 저장부(210)는 이렇게 수신된 다이나믹모델을 메모리에 저장할 수 있다. 다른 예로서, 제어부(220)는 특정 프로세스를 통해 다이나믹모델을 생성하거나 다이나믹모델의 특정 상수 혹은 변수값을 생성할 수 있는데, 이렇게 생성된 다이나믹모델 혹은 특정상수/변수값을 저장부(210)로 전달해 줌으로써 S300 단계가 진행될 수 있다.

제어부(220)는 저장부(210)에 저장된 다이나믹모델을 이용하여 랙바(30)의 추력을 계산할 수 있다(S302).

이때, 제어부(220)는 다이나믹모델에서 랙바(30)의 추력을 하나의 값으로 결정하기 위해 다른 변수들에 특정값을 대입시킬 수 있는데, 이러한 특정값들은 센싱값들 혹은 센싱값들의 변환값들일 수 있다.

구체적인 예로서, 제어부(220)는 랙바(30)의 변위, 속도 및 가속도 값들을 다이나믹모델에 대입하여 랙바(30)의 추력을 계산할 수 있다. 다이나믹모델은 랙바(30)의 역학모델일 수 있는데, 이러한 역학모델로는 랙바(30)의 변위, 속도 및 가속도값으로 추력이 계산되는 역학방정식이 적용될 수 있고, 제어부(220)는 이러한 역학방정식에서 추력을 계산하기 위해 랙바(30)의 변위, 속도 및 가속도 값들을 사용할 수 있다.

여기서 사용되는 랙바(30)의 변위, 속도 및 가속도 값들은 센서들에 의해 직간접적으로 센싱되는 센싱값들이거나 이러한 센싱값들의 변환값일 수 있다. 예를 들어, 랙바(30)의 변위를 측정하는 센서가 조향시스템(100)에 더 포함될 수 있고, 송수신부(230)는 이러한 센서로부터 랙바(30)의 변위값을 획득할 수 있다. 변위을 시간으로 미분하면 속도가 되고, 속도를 시간으로 미분하면 가속도가 되기 때문에, 제어부(220)는 획득된 랙바(30)의 변위값을 시간으로 미분하여 속도값을 획득하고 속도값을 다시 시간으로 미분하여 가속도값을 획득할 수 있다.

다른 예로서, 랙바(30)의 변위를 측정하는 센서, 속도를 측정하는 센서, 가속도를 측정하는 센서가 조향시스템(100)에 더 포함되어 있고, 송수신부(230)는 이러한 센서들로부터 랙바(30)의 변위값, 속도값 및 가속도값을 획득할 수 있다.

랙바(30)의 추력이 계산되면, 제어부(220)는 이러한 추력에 대응되는 타겟토크를 계산할 수 있다(S304). 랙바(30)의 추력은 조향을 방해하는 힘일 수 있는데, 조향시스템(100)이 조향모터(40)를 이용하여 이러한 추력의 일정 부분 혹은 전부를 상쇄시키게 되면 운전자의 작은 조작력으로도 차량의 바퀴가 손쉽게 조작될 수 있다. 이에 따라, 제어부(220)는 추력에 대응되는 타겟토크를 계산하여 조향모터(40) 제어의 기반 값으로 설정할 수 있다.

타겟토크가 결정되면, 제어부(220)는 운전자토크를 제어값에 반영하기 위해 타겟토크와 운전자토크를 조합하여 조향모터(40)의 제어값을 계산한다(S306).

이때, 클로즈드 루프 방식으로 운전자토크를 반영하는 실시예에서는 제어부(220)가 타겟토크와 운전자토크센싱값의 차이를 이용하여 조향모터(40)의 제어값을 결정할 수 있다.

계산된 제어값은 조향모터(40)로 전달되는데, 이러한 제어값에 따라 조향모터(40)가 제어되어 랙바(30)로 어시스트 토크가 제공되게 된다(S308).

랙바(30)의 역학모델을 이용하여 클로즈드 루프 방식으로 제어하는 예를 도 4 및 도 5를 참조하여 좀더 설명한다.

도 4는 랙바의 역학모델을 도식화한 도면이다.

도 4에서, J는 관성을 나타내는 것으로 Jc는 조향휠(10)의 관성, Jm은 조향모터(40)의 관성, Jbs는 동력전달장치(미도시)의 관성을 나타낸다. 그리고, 도 4에서 B는 마찰계수를 나타내는 것으로 Bm은 조향모터(40)의 마찰계수, Bc는 조향휠(10)의 마찰계수, Br은 랙바(30)의 마찰계수를 나타낸다. 도 4에서, θ는 위상각을 나타내는 것으로 θm은 조향모터(40)의 위상각, θc는 조향휠(10)의 위상각(조향각)을 나타낸다. 도 4에서, K는 강성계수를 나타내는 것으로 Kbs는 동력전달장치(미도시)의 강성계수이고, Kc는 조향휠(10)의 강성계수가 된다. 도 4에서, T는 토크를 나타내는 것으로, Td는 운전자토크, Tm은 조향모터(40)의 토크를 나타낸다. 도 4에서, G는 기어비를 나타내는 것으로, Gb는 조향모터(40)와 동력전달장치(미도시) 사이의 기어비이고 Gbs는 동력전달장치(미도시)와 랙바(30) 사이의 기어비이며 Gp는 조향휠(10)과 랙바(30) 사이의 기어비를 나타낸다.

이러한, 각종 상태값 및 계수들을 이용하여 랙바(30)의 역할모델을 나타내면 아래 수학식1과 같이 된다.

수학식 1에서, x는 랙바(30)의 변위를 나타내는 것으로, 도트(dot)가 하나 추가된 것(

)은 랙바(30)의 속도를 나타낸고, 도트가 두 개 추가된 것은 랙바(30)의 가속도(

)를 나타낸다. 그리고, 수학식 1에서 Fsr은 랙바(30)의 추력이고, Mr은 랙바(30)의 질량이다.

도 4에 도시된 역학모델은 랙바(30)의 추력을 계산하기 위한 하나의 예시 모델이며, 본 발명이 이로 제한되는 것은 아니다.

한편, 도 4 및 수학식 1을 참조하면, 제어부(220)는 각종 센싱값 혹은 센싱값의 변환값과 각종 계수값들을 이용하여 랙바(30)의 추력을 계산할 수 있다.

도 5는 랙바 추력 기반 클로즈드 제어 루프의 예시 구성도이다.

도 5를 참조하면, 먼저, 조향시스템(100)이 작동된다(S500).

그리고, 조향시스템(100)이 작동되면, 작동의 결과로서 각종 값들이 센서를 통해 측정된다. 이때, 도 4를 참조하여 설명한 역학모델의 각종 값들이 측정될 수 있다. 예를 들어, S500에서 랙바(30)의 변위(x), 속도(

) 및 가속도(

)가 측정될 수 있다. 그리고, S500에서 조향휠(10)의 위상각(θc), 조향모터(40)의 위상각(θm) 등이 모두 측정될 수 있다.

도 4의 역학모델에서 계수들은 하나의 값으로 고정될 수도 있으나 다른 변수들에 의해 변하는 값들일 수 있다. 예를 들어, 조향모터(40)의 마찰계수(Bm)는 조향모터(40)의 회전속도에 따라 다른 값을 가질 수 있는데, S500 단계에서 이러한 변하는 계수값들도 모두 계산될 수 있다.

이렇게 결정된 값들은 제1계산 블럭으로 전달되는데, 제1계산 블럭은 역학모델(다이나믹모델)에 이러한 값들을 대입하여 랙바(30)의 추력을 계산하게 된다(S510).

계산된 랙바(30)의 추력값은 제2계산 블럭으로 전달되고, 제2계산 블럭은 랙바(30)의 추력을 이용하여 타겟토크를 계산한다(S520). 이때, 제2계산 블럭은 여러 개의 서브 과정들로 계산 과정이 나누어질 수 있다.

예를 들어, 제2계산 블럭은 추력을 이용하여 메인토크를 계산하고 이러한 메인토크에 보정토크를 더 부가하는 방식으로 타겟토크를 계산할 수 있다.

구체적으로, 제2계산 블럭은 메인토크를 계산하는 제2-1계산블럭, 보정토크를 계산하는 제2-2계산블럭 및 메인토크와 보정토크를 이용하여 타겟토크를 계산하는 제2-3계산 블럭으로 나누어질 수 있다.

먼저, 제2-1계산 블럭은 랙바(30)의 추력을 이용하여 메인토크를 계산할 수 있다. 저장부(210)는 메모리에 추력 대비 메인토크의 매핑정보를 제1맵으로 저장할 수 있는데, 제2-1계산 블럭은 이러한 제1맵에 랙바(30)의 추력 계산값을 대입함으로써 메인토크를 계산해 낼 수 있다.

도 6은 추력 대비 메인토크 매핑 그래프를 나타내는 도면이다.

추력 대비 메인토크의 매핑정보는 도 6에 도시된 그래프에 해당되는 정보로서 테이블 형태로 메모리에 저장될 수도 있고 비선형 함수의 형태로 메모리에 저장될 수도 있다.

또한, 추력 대비 메인토크의 매핑정보는 도 6에 도시된 것과 같이 차량의 속도별로 구별되어 저장될 수 있다. 이때, 제2-1계산 블럭에서 메인토크를 계산하기 위해서는 랙바(30)의 추력 값 뿐만 아니라 차량의 속도도 센서 혹은 다른 장치(미도시)로부터 획득해야 한다.

다시 도 5를 참조하면, 제2-2계산 블럭은 보정토크를 계산한다(S526).

보정토크는 랙바(30)의 추력에 의해 계산되는 메인토크에 반영되지 않는 다른 요소들을 타겟토크에 추가하기 위한 것이다. 예를 들어, 조향휠(10)의 회전에 의해 조향각이 변경되는 경우, 조향휠(10) 혹은 조향시스템(100)은 다시 원래의 위치로 복원되려고 하는 복원토크가 발생하게 되는데, 제2-2계산 블럭은 이러한 복원토크를 보정토크로 계산함으로써 이러한 복원토크를 일정 정도 타겟토크에 반영할 수 있다.

보정토크의 일 예로서 제2-2블럭은 복원토크를 보정토크의 일부분으로 계산할 수 있다. 구체적으로, 저장부(210)는 메모리에 조향각 대비 복원토크의 매핑정보 제2맵으로 저장할 수 있는데, 제2-2블럭은 차량의 조향각(혹은 조향휠(10)의 위상각)을 제2맵에 대입하여 복원토크를 계산할 수 있고, 이러한 복원토크를 보정토크의 일부분으로 사용할 수 있다. 좀더 구체적으로 조향각 대비 복원토크는 차량의 속도별로 저장될 수 있고, 제2-2블럭은 차량의 속도와 조향각을 이용하여 복원토크를 계산할 수 있다. 제2-2블럭은 이렇게 계산된 복원토크에 일정한 가중치를 곱해 보정토크로 계산할 수 있는데, 이때, 가중치는 튜닝에 의해 결정되는 값일 수 있고, 복원각속도와 같이 센싱 혹은 변환된 값일 수 있다.

보정토크의 다른 예로서 제2-2블럭은 댐핑토크를 보정토크의 일부분으로 계산할 수 있다. 구체적으로, 저장부(210)는 메모리에 차량의 속도(차속) 대비 댐핑게인의 매핑정보를 제3맵으로 저장할 수 있는데, 제2-2블럭은 차량의 속도를 제3맵에 대입하여 댐핑게인을 계산하고 댐핑게인과 차량의 조향각속도를 곱하여 댐핑토크를 계산할 수 있다. 또한, 제2-2블럭은 이러한 댐핑토크에 일정한 가중치를 곱해 보정토크의 일부분으로 사용할 수 있다.

보정토크의 또 다른 예로서 제2-2블럭은 특정 주파수 이상에 해당되는 어시스트 토크 성분에 고주파보상게인을 곱하여 고주파보상토크를 계산하고 이러한 고주파보상토크를 보정토크의 일부분으로 사용할 수 있다.

한편, 앞서 설명한 복원토크, 댐핑토크 및 고주판보상토크 중 일부만 보정토크에 반영될 수도 있고, 전부가 보정토크에 반영될 수도 있다.

보정토크가 결정되면, 제2-3블럭은 메인토크와 보정토크를 합쳐 타겟토크를 계산한다(S524).

운전자토크센서(60)는 조향휠(10)로부터 전달되는 토크를 감지하여 운전자토크를 센싱하게 되는데(S530), 앞서 계산된 타겟토크와 이렇게 센싱된 운전자토크센싱값의 차이가 PID(proportional integral derivative) 제어로직으로 전달되어 PID 제어값이 생성된다(S540). 이때, 타겟토크는 PID 제어로직으로 플러스 값으로 입력되고 운전자토크센싱값은 마이너스 값으로 입력되게 된다.

PID 제어로직에서 생성된 제어값은 조향모터(40)로 전달되고 조향모터(40)에 있는 드라이브 회로(미도시)는 이러한 제어값에 따라 조향모터(40)를 제어하여 랙바(30)로 어시스트 토크를 제공하게 된다(S550).

조향모터(40)의 어시스트 토크 제공에 따라 다시 조향시스템(100)이 작동하는 S500 단계가 수행됨으로써 전체 과정이 클로즈드 루프를 이루게 된다. 그리고, 운전자는 조향시스템(100)의 반응을 몸 혹은 조향휠(10)의 운동에 따라 조향감으로 감지하게 되는데, 이러한 조향감에 따라 조향휠(10)로 운전자토크를 제공함으로써 전체 루프에 피드백 값을 제공하게 된다.

한편, 이로 제한되는 것은 아니나 제1계산(S510), 제2계산(S520) 및 PID 제어로직(S540)은 제어부(220)에 포함되어 수행될 수 있다.

앞서, 본 발명의 일 실시예에 대해 설명하였다. 이러한 일 실시예에 따르면, 조향시스템을 모델링한 후 랙 다이나믹을 이용하여 차량의 바퀴(특히, 전륜)에 생성되는 랙 추력(rack force)를 계산할 수 있다. 또한, 일 실시예에 따르면, 이러한 랙 추력에 기반하여 메인토크를 계산하고 운전자 조향감과 차량 거동에 관련된 보정토크를 추가하여 타겟토크를 계산할 수 있다. 그리고, 일 실시예에 따르면, 이러한 타겟토크와 운전자토크센싱값의 차이를 이용하여 제어값을 생성함으로써 전체적으로 랙 추력에 기반한 클로즈드 제어 루프를 완성할 수 있게 된다.

이러한 랙 추력에 기반한 클로즈드 제어 루프를 사용하게 되면, 노면 정보를 보다 잘 전달하여 운전자 조향감이 향상될 뿐만 아니라 종래 오픈 루프 대비 튜닝이 용이해지며 외란(특히, 제품 산포)에 강건한 설계가 가능하게 된다.

이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (11)

1. 모터를 이용하여 랙바(Rack Bar)에 어시스트 토크를 제공하는 조향시스템의 제어방법에 있어서,
   상기 랙바의 운동에 대한 다이나믹모델을 저장하는 단계;
   센싱 값들 혹은 상기 센싱 값들을 변환한 값들 중 적어도 하나 이상의 값을 상기 다이나믹모델에 대입하여 상기 랙바의 추력을 계산하는 단계;
   상기 추력을 이용하여 상기 모터의 제어를 위한 타겟토크를 계산하는 단계;
   상기 타겟토크에 운전자토크 센싱 값을 차감한 값에 따라 상기 모터에 대한 제어값을 생성하는 단계; 및
   상기 제어값에 따라 상기 모터가 상기 랙바로 상기 어시스트 토크를 제공하는 단계
   를 포함하는 조향시스템의 제어방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 추력을 계산하는 단계에서,
   상기 랙바의 변위, 속도 및 가속도 값들을 상기 다이나믹모델에 대입하여 상기 랙바의 추력을 계산하는 것을 특징으로 하는 조향시스템의 제어방법.
3. 제2항에 있어서,
   상기 추력을 계산하는 단계에서,
   조향 휠의 위상각 및 상기 모터의 위상각 중 적어도 하나의 센싱 값을 상기 다이나믹모델에 더 대입하여 상기 랙바의 추력을 계산하는 것을 특징으로 하는 조향시스템의 제어방법.
4. 제1항에 있어서,
   상기 저장하는 단계에서,
   추력 대비 메인토크의 매핑정보를 제1맵으로 저장하고,
   상기 타겟토크를 계산하는 단계에서,
   상기 제1맵을 이용하여 상기 메인토크를 계산하고 상기 메인토크에 보정토크를 더 부가하여 상기 타겟토크를 계산하는 것을 특징으로 하는 조향시스템의 제어방법.
5. 제4항에 있어서,
   상기 저장하는 단계에서,
   차량의 속도별로 상기 추력 대비 메인토크의 매핑정보를 상기 제1맵에 저장하고,
   상기 타겟토크를 계산하는 단계에서,
   상기 차량의 속도 및 상기 추력을 상기 제1맵에 대입하여 상기 메인토크를 계산하는 것을 특징으로 하는 조향시스템의 제어방법.
6. 제4항에 있어서,
   상기 저장하는 단계에서,
   조향각 대비 복원토크의 매핑정보를 제2맵으로 저장하고,
   상기 타겟토크를 계산하는 단계에서,
   차량의 조향각을 상기 제2맵에 대입하여 복원토크를 계산하고 상기 복원토크를 상기 보정토크의 일부분으로 사용하는 것을 특징으로 하는 조향시스템의 제어방법.
7. 제4항에 있어서,
   차속 대비 댐핑게인의 매핑정보를 제3맵으로 저장하고,
   상기 타겟토크를 계산하는 단계에서,
   차량의 속도를 상기 제3맵에 대입하여 댐핑게인을 계산하고 상기 댐핑게인과 상기 차량의 조향각속도를 곱하여 댐핑토크를 계산하며 상기 댐핑토크를 상기 보정토크의 일부분으로 사용하는 것을 특징으로 하는 조향시스템의 제어방법.
8. 제4항에 있어서,
   상기 타겟토크를 계산하는 단계에서,
   특정 주파수 이상에 해당되는 어시스트 토크 성분에 고주파보상게인을 곱하여 고주파보상토크를 계산하고 상기 고주파보상토크를 상기 보정토크의 일부분으로 사용하는 것을 특징으로 하는 조향시스템의 제어방법.
9. 모터를 이용하여 랙바(Rack Bar)에 어시스트 토크를 제공하는 조향시스템의 제어장치에 있어서,
   상기 랙바의 운동에 대한 다이나믹모델을 저장하는 저장부;
   센싱 값들 혹은 상기 센싱 값들을 변환한 값들 중 적어도 하나 이상의 값을 상기 다이나믹 모델에 대입하여 상기 랙바의 추력을 계산하고 상기 추력을 이용하여 상기 모터의 제어를 위한 타겟토크를 계산하며 상기 타겟토크에 운전자토크 센싱 값을 차감한 값에 따라 상기 모터에 대한 제어값을 생성하는 제어부; 및
   상기 제어값을 상기 모터의 제어로직으로 전송하여 상기 모터가 상기 랙바로 상기 어시스트 토크를 제공하게 하는 송수신부
   를 포함하는 조향시스템의 제어장치.
10. 제9항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 랙바의 변위, 속도 및 가속도 값들을 상기 다이나믹모델에 대입하여 상기 랙바의 추력을 계산하는 것을 특징으로 하는 조향시스템의 제어장치.
11. 제9항에 있어서,
    상기 제어부는,
    조향 휠의 위상각 및 상기 모터의 위상각 중 적어도 하나의 센싱 값을 상기 다이나믹모델에 더 대입하여 상기 랙바의 추력을 계산하는 것을 특징으로 하는 조향시스템의 제어장치.

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