KR20180019820A - 전동식 조향 시스템의 제어 장치 및 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전동식 조향 시스템의 제어 장치 및 제어 방법에 관한 것으로서, 차량 조향을 위해 운전자가 조향 휠을 온 센터 위치에서 좌측 또는 우측으로 회전 조작하는 조타 구간뿐만 아니라 회전 조작된 조향 휠이 다시 복원 회전되는 복원 구간에서도 운전자의 조타감을 향상시킬 수 있는 전동식 조향 시스템의 제어 장치 및 제어 방법을 제공하는데 주된 목적이 있는 것이다. 상기한 목적을 달성하기 위해, 차량에서 수집된 운전자 조향 입력 정보와 차량 상태 정보로부터 조타 보조를 위한 모터 제어값을 계산하여 출력하는 MDPS 기본 로직부; 상기 운전자 조향 입력 정보에 기초하여 조향 휠이 현재 조타 상태인지, 또는 복원 상태인지를 판단하여 조향 휠 상태 정보를 출력하는 상태 판단부; 저장된 설정 정보로부터 상기 운전자 조향 입력 정보와 차량 상태 정보에 따른 탄력감 보상값을 산출하고, 상기 모터 제어값과 탄력감 보상값, 조향 휠 상태 정보에 기초하여 제어 목표값을 결정하여 출력하는 보상 로직부; 및 상기 보상 로직부에서 출력된 제어 목표값에 따라 조타 보조 토크를 발생시키도록 조향 모터의 구동을 제어하는 모터 제어 로직부를 포함하는 전동식 조향 시스템의 제어 장치, 및 그 방법이 개시된다.

Description

전동식 조향 시스템의 제어 장치 및 제어 방법{Control apparatus and method of motor driven power steering system}

본 발명은 전동식 조향 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 차량 조향을 위해 운전자가 조향 휠을 온 센터 위치에서 좌측 또는 우측으로 회전 조작하는 조타 구간뿐만 아니라 회전 조작된 조향 휠이 다시 복원 회전되는 복원 구간에서도 운전자의 조타감을 향상시킬 수 있는 전동식 조향 시스템의 제어 장치 및 제어 방법에 관한 것이다.

일반적으로 자동차의 조향 시에 운전자의 조타력을 저감시키기 위한 동력 보조 조향 시스템으로는, 유압펌프에 의해 형성된 유압을 이용하여 운전자의 조타력을 보조(assist)하는 유압식 조향(HPS:Hydraulic Power Steering) 시스템과, 전동모터의 출력토크를 이용하여 운전자의 조타력을 보조하는 전동식 조향(MDPS:Motor Driven Power Steering System, 이하 'MDPS'라 함) 시스템이 알려져 있다.

이 중에서 MDPS 시스템은 운전자의 조향 휠 조작에 따른 조타 보조 기능을 수행함에 있어서 조타 보조를 위한 전동모터의 출력이 차량의 주행조건에 따라 제어될 수 있으므로 유압식 조향 시스템에 비해 더욱 향상된 조타성능과 조타감을 제공한다.

이에 최근 출시되는 차량에는 모터 출력에 의해 생성되는 조타 보조력을 주행조건에 따라 변화 및 제어할 수 있는 MDPS 시스템이 널리 적용되고 있다.

MDPS 시스템은 운전자 조향 휠 조작에 따른 조타각(칼럼 입력각)을 검출하는 조타각 센서, 조향 휠을 통해 입력되는 조타토크(조향 휠 토크, 칼럼 토크)를 검출하는 토크 센서, 차량 속도를 검출하는 차속 센서, 휠속 센서, 엔진회전수 센서, 요레이트 센서 등의 센서류와 제어기(MDPS ECU), 조향 모터(MDPS 모터)를 포함하여 구성될 수 있다.

이러한 구성에서 제어기는 조향 모터의 구동 및 출력을 제어하기 위해 상기 센서들로부터 조타각, 조타각속도, 조타토크 등의 운전자 조향 입력 정보와, 차속, 휠속, 엔진회전수, 요레이트 등의 차량 상태 정보를 수신 및 취득한다.

여기서, 조타각은 조향 휠의 위치를 나타내는 것이고, 조타각속도는 별도의 센서를 통해 취득되거나 조타각 신호의 미분 신호로부터 취해지는 각속도 값이 될 수 있으며, 조타토크는 운전자가 조향 휠에 가하는 토크, 즉 운전자 입력 토크이다.

이때, 제어기는 차속에 따라 조향 모터의 구동력을 제어하여 조타 보조를 위한 조절된 보조 토크(이하 '조타 보조 토크'라 칭함)가 생성되도록 하는데, 저속에서는 운전자가 조향 휠을 가볍게 조작할 수 있도록 모터 출력을 크게 하여 보조하고, 고속에서는 조향 휠을 무겁게 조작할 수 있도록 모터 출력을 작게 하여 차량의 주행안정성이 확보될 수 있도록 한다.

차량의 고속 주행 시 조향 휠이 너무 가벼우면 약간의 조향 휠 조작에도 오히려 위험한 상황이 발생할 수 있으므로 운전의 안정감이 없어지게 되며, 따라서 차속에 따라 조타 보조 특성을 변화시켜 고속 직진 시 조향 휠을 좀더 무겁게 조작할 수 있도록 보조해줌으로써 안정감 있는 조향 휠 조작이 이루어지도록 한다.

통상 운전자 조타력을 보조하는 조향 모터의 출력은 제어기가 조향 모터에 인가되는 모터 전류(어시스트 제어 전류량)를 제어함으로써 이루어진다.

이때, 제어기는 기본적으로 차량에서 수집되는 정보, 즉 운전자 조향 입력 정보와 차량 상태 정보에 기초하여 결정된 출력값에 해당하는 만큼의 전류량을 튜닝된 대로 연산하여 조향 모터에 인가하고, 이때의 모터 구동을 통해 운전자 조타력을 보조하기 위한 힘인 조타 보조 토크를 발생시킨다.

상기한 조향 시스템에서 조향 휠을 통해 가해지는 운전자 조타력 및 그 조타력에 따라 모터에 의해 발생한 조타 보조력을 전달하기 위한 구성요소로는, 조향 휠의 하부에 설치되는 조향 칼럼, 상기 조향 칼럼으로부터 전달되는 회전력을 직진력으로 변환하여 타이어의 방향을 변경하는 기어박스, 조향 칼럼에 전달된 회전력을 기어박스로 전달하기 위한 유니버설 조인트를 포함한다.

여기서, 기어박스는 유니버설 조인트로부터 회전력을 전달받는 피니언 기어(Pinion Gear), 피니언 기어가 치합되는 랙(Rack)이 형성된 랙 바를 포함하고, 피니언 기어의 회전 시 랙에 의해 랙 바가 좌우로 직진운동을 하게 된다.

이때, 랙 바의 좌우 직진운동에 의해 작용하는 힘이 타이로드 및 볼 조인트를 통해 타이어에 전달되어 타이어의 방향을 변경해주게 된다.

한편, 전술한 바와 같이, MDPS 시스템에서는 조향 중 차량에서 수집되는 정보를 이용하여 모터 제어값을 산출하고, 산출된 모터 제어값을 이용하여 모터의 구동을 제어함으로써 조타 보조가 이루어진다.

이때, MDPS 시스템에서 모터가 출력하는 조타 보조 토크는 운전자가 조향 휠 조작 시에 느끼는 조타감을 좌우하게 된다.

도 1은 MDPS 시스템에서 특정 차속 조건에서 조타각에 따라 운전자가 느끼게 되는 조타토크를 나타내는 히스테리시스 곡선을 예시한 것이며, 횡축은 조향 휠의 위치를 나타내는 조타각을 나타내고, 종축은 조향 휠에 가해지는 조타토크를 나타낸다.

여기서, 조타각의 (+) 영역은 온 센터(On-center) 위치(0°)를 기준으로 조향 휠이 우측으로 회전된 위치를, 조타각의 (-) 영역은 온 센터 위치를 기준으로 조향 휠이 좌측으로 회전된 위치를 나타내는 것일 수 있다.

또한, 조타토크의 (+), (-)는 운전자가 조향 휠에 가하게 되는 조타토크의 방향을 나타내는데, 조향 휠을 우측으로 회전시켜 조타각이 커질수록 (+) 방향의 조타토크가 점차 커지고 완만하게 변화한다(S1 구간 참조).

또한, 조향 휠을 좌측으로 회전시켜 조타각이 점차 커질수록 (-) 방향의 조타토크가 점차 커지고 완만하게 변화한다(선도에서 토크의 절대값이 커짐)(S2 구간 참조).

물론, 운전자가 조향 휠에 가하게 되는 조타토크가 커짐은 반대로 모터가 보조하는 조타 보조 토크가 작아짐을 의미하고, 조타토크가 작아짐은 조타 보조 토크가 커짐을 의미한다.

도 1에서 'S1', 'S2'는 운전자가 조향 휠을 온 센터 위치에서 어느 한 방향으로 조작하고 있는 조타 구간을 나타내고, 'R1', 'R2'는 운전자가 조향 휠을 조작한 후 회전된 조향 휠이 온 센터 방향으로 복원 회전되는 복원 구간을 나타낸다.

그리고, 통상의 MDPS 시스템에서는 운전자가 느끼는 조타감을 향상시키기 위해 센서 검출값 등을 기초로 산출된 모터 제어값을 보상하는 추가적인 과정을 거치며, 보상된 제어값을 목표값으로 하여 조타 보조 토크를 생성하기 위한 모터의 구동을 제어한다.

이때, 모터 제어값은 기본 MDPS 로직에서 센서 검출값 등을 기초로 하여 구해지는 조타 보조 토크가 될 수 있고, 이 경우 차량에서 수집된 정보로부터 보상 토크를 결정한 뒤, 상기 기본 MDPS 로직에서 구해진 조타 보조 토크를 상기 보상 토크로 보상한 후 보상된 토크를 제어 목표값으로 하여 모터의 구동을 제어한다.

여기서, 보상된 제어 목표값의 출력이 이루어지도록 모터 전류가 제어되는데, 상기 보상된 제어 목표값에 상응하는 모터 전류를 모터에 인가함으로써 조타 보조 토크를 출력하는 모터의 구동을 제어한다.

또는 모터 제어값은 기본 MDPS 로직에서 센서 검출값 등을 기초로 하여 구해지는 모터 전류(어시스트 제어 전류량)가 될 수 있고, 차량에서 수집된 정보로부터 전류 보상량을 결정한 뒤, 상기 기본 MDPS 로직에서 구해진 모터 전류를 상기 전류 보상량으로 보상한 후 보상된 모터 전류를 인가하여 모터의 구동을 제어한다.

그러나, 종래의 MDPS 시스템에서는 조타 보조 토크를 출력하도록 모터 제어값을 보상함에 있어서 모터 제어값에 대한 보상을 조타 구간과 복원 구간에 따라 구분하고 있지 않다.

즉, 조타 구간을 위주로 운전자가 느끼는 조타감을 향상시키기 위한 제어 방법이 알려져 있을 뿐이고, 조타 구간과 복원 구간을 구분하여 보상 제어하는 기술이 부재한 상태이다.

따라서, 운전자가 조타 구간의 경우 만족스런 조타감을 느낄 수 있다 하더라도 복원 구간의 조타감에 있어서는 불만족스러운 문제점이 나타나고 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로서, 차량 조향을 위해 운전자가 조향 휠을 온 센터 위치에서 좌측 또는 우측으로 회전 조작하는 조타 구간뿐만 아니라 회전 조작된 조향 휠이 다시 복원 회전되는 복원 구간에서도 운전자의 조타감을 향상시킬 수 있는 전동식 조향 시스템의 제어 장치 및 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 양태에 따르면, 차량에서 수집된 운전자 조향 입력 정보와 차량 상태 정보로부터 조타 보조를 위한 모터 제어값을 계산하여 출력하는 MDPS 기본 로직부; 상기 운전자 조향 입력 정보에 기초하여 조향 휠이 현재 조타 상태인지, 또는 복원 상태인지를 판단하여 조향 휠 상태 정보를 출력하는 상태 판단부; 저장된 설정 정보로부터 상기 운전자 조향 입력 정보와 차량 상태 정보에 따른 탄력감 보상값을 산출하고, 상기 모터 제어값과 탄력감 보상값, 조향 휠 상태 정보에 기초하여 제어 목표값을 결정하여 출력하는 보상 로직부; 및 상기 보상 로직부에서 출력된 제어 목표값에 따라 조타 보조 토크를 발생시키도록 조향 모터의 구동을 제어하는 모터 제어 로직부를 포함하는 전동식 조향 시스템의 제어 장치를 제공한다.

그리고, 본 발명의 다른 양태에 따르면, 차량에서 수집된 운전자 조향 입력 정보와 차량 상태 정보로부터 조타 보조를 위한 모터 제어값을 산출하는 단계; 상기 운전자 조향 입력 정보에 기초하여 조향 휠이 현재 조타 상태인지, 또는 복원 상태인지를 판단하는 단계; 저장된 설정 정보로부터 상기 운전자 조향 입력 정보와 차량 상태 정보에 따른 탄력감 보상값을 산출하는 단계; 상기 모터 제어값과 탄력감 보상값, 상기 판단된 조향 휠의 상태 정보에 기초하여 제어 목표값을 결정하는 단계; 및 상기 제어 목표값에 따라 조타 보조 토크를 발생시키도록 조향 모터의 구동을 제어하는 단계를 포함하는 전동식 조향 시스템의 제어 방법을 제공한다.

이로써, 본 발명에 따른 전동식 조향 시스템의 제어 장치 및 방법에 의하면, 조향 휠 조타 상태와 복원 상태를 구분하여 판단하고, 판단 결과에 기초하여 조타 상태와 복원 상태에 따른 차등적인 제어를 수행하도록 구성됨으로써, 조타 구간뿐만 아니라 복원 구간에서도 운전자의 조타감을 향상시킬 수 있는 효과가 있게 된다.

특히, 탄력감 보상 로직을 적용함에 있어서 복원 구간에서의 불필요한 탄력감 생성으로 인한 복원 성능의 저하를 방지하고, 복원 시의 이질감 문제를 개선할 수 있게 된다.

도 1은 MDPS 시스템에서 조타각에 따라 운전자가 느끼게 되는 조타토크를 나타내는 히스테리시스 곡선을 예시한 도면이다.
도 2는 본 발명에서 탄력감 보상을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 제어 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 4는 조타 구간 및 복원 구간 모두에서 탄력감 보상이 이루어질 경우의 히스테리시스 곡선을 나타내는 참고도이다.
도 5는 본 발명에 따라 탄력감 보상이 이루어진 경우의 히스테리시스 곡선을 예시한 도면이다.
도 6은 본 발명에서 조향 휠 조작에 따른 조타 구간 및 복원 구간을 구분하기 위한 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 제어 과정을 나타내는 순서도이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

본 발명은 전동식 조향 시스템(이하 'MDPS 시스템'이라 함)의 제어 장치 및 제어 방법에 관한 것으로서, 조향 휠의 조타 구간 및 복원 구간에서 운전자가 느끼는 조타감을 모두 향상시킬 수 있는 제어 장치 및 제어 방법을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명에서 조향 휠의 상태로서 조타 구간(S1,S2)과 복원 구간(R1,R2)을 구분하면 도 1의 히스테리시스 곡선에 나타낸 바와 같으며, 조향 휠이 온 센터(On-center) 위치를 기준으로 우측으로 조작되거나 좌측으로 회전 조작되는 구간을 조타 구간으로 정의할 수 있다.

또한, 조향 휠이 우측으로 회전 조작되거나 좌측으로 회전 조작된 후 조타토크가 조타 구간에 비해 히스테리시스를 가지는 토크 값을 나타내면서 반대로 복원 회전되는 구간을 복원 구간으로 정의할 수 있다.

따라서, 도 1에서 S1, S2는 조타 구간을 나타내고, R1, R2는 복원 구간을 나타낸다.

도 1의 히스테리시스 곡선에서 조타토크는 운전자가 조향 휠을 회전 조작할 때 가하게 되는 토크(운전자가 조향 휠을 통해 입력하는 토크)로서, MDPS 시스템에서는 이러한 조타토크를 토크 센서를 통해 검출하고, 토크 센서에 의해 검출된 조타토크를 모터의 구동을 제어하기 위한 제어 변수로 이용한다.

이러한 조타토크는 운전자가 조향 휠 조작 시에 느끼는 조타감을 좌우하게 된다.

또한, MDPS 시스템에서는 센서 등을 통해 차량에서 수집되는 정보를 이용하여 모터 제어값을 산출하고, 산출된 모터 제어값을 이용하여 모터의 구동을 제어함으로써 조타 보조가 이루어진다.

예를 들면, 센서에 의해 검출되는 조타각과 조타토크 등의 운전자 조향 입력 정보와 차속 등의 차량 상태 정보를 이용하여 제어기가 운전자 조향 휠 조작에 따른 모터 제어값인 조타 보조 토크(또는 모터 전류)를 산출한다.

또한, 제어기는 산출된 모터 제어값을 이용하여 모터에 인가되는 모터 전류를 제어함으로써 운전자 조타 보조를 위한 토크, 즉 목표로 하는 조타 보조 토크가 실제 모터로부터 출력되도록 한다.

상기와 같은 MDPS 시스템에서 모터가 출력하는 조타 보조 토크는 운전자 조타력을 보조하는 조타 보조력으로 작용하는 토크이므로, 이 역시 운전자가 조향 휠 조작 시에 느끼는 조타감을 좌우하게 된다.

조타각은 조향 휠의 위치를 나타내는 것으로, 도 1에서 조타각의 (+) 영역은 온 센터 위치(0°)를 기준으로 조향 휠이 우측으로 회전된 위치를, 조타각의 (-) 영역은 온 센터 위치를 기준으로 조향 휠이 좌측으로 회전된 위치를 나타내는 것일 수 있다.

또한, 조타토크의 (+), (-)는 운전자가 조향 휠에 가하게 되는 조타토크의 방향을 나타내는데, S1의 조타 구간에서 조향 휠을 우측으로 회전시켜 조타각이 커질수록 (+) 방향의 조타토크가 점차 커지고 완만하게 변화한다.

또한, S2의 조타 구간의 경우 조향 휠을 좌측으로 회전시켜 조타각이 점차 커질수록 (-) 방향의 조타토크가 점차 커지고 완만하게 변화한다(선도에서 토크의 절대값이 커짐).

물론, 운전자가 조향 휠에 가하게 되는 조타토크가 커짐은 반대로 모터가 보조하는 조타 보조 토크가 작아짐을 의미하고, 조타토크가 작아짐은 조타 보조 토크가 커짐을 의미하는바, MDPS 시스템 제어를 위한 설정 정보에는 도 1의 히스테리시스 곡선에서와 같은 조타각에 대한 조타토크를 나타내도록 조타 보조 토크가 설정된다.

한편, MDPS 시스템 제어 시에 조향 휠 조작 동안 운전자가 마치 스프링에 의해 당기는 듯한 텐션감을 조향 휠로부터 느낄 수 있도록 해주는 탄력감 보상 제어가 수행될 수 있다.

도 2는 본 발명에서 탄력감 보상을 설명하기 위한 도면이다.

탄력감 보상 제어는 운전자가 조향 휠 조작 시 조향 휠로부터 탄력적인 텐션감을 느낄 수 있도록 하여 조타감을 향상시키고자 하는 것으로, 탄력감 향상을 위해서는, 조향 휠을 온 센터 위치(0°)를 기준으로 임의의 조타각만큼 우측으로 회전 조작하거나 좌측으로 회전 조작할 때, 조타각이 커질수록 운전자가 더 큰 조타토크를 가하고 느낄 수 있도록 설정해주는 것이 필요하다.

이와 같은 탄력감 보상 제어를 수행하는 제어 장치의 구성에 대해 먼저 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 제어 장치의 구성을 나타내는 블록도로서, 본 발명에 따른 제어 장치는, 제어기(20)에 포함되는 것으로서, 도시된 바와 같이, 차량에서 센서(11,12,13)를 통해 취득된 조타각 및 조타토크를 포함하는 운전자 조향 입력 정보와 차속을 포함하는 차량 상태 정보로부터 조타 보조를 위한 모터 제어값을 계산하여 출력하는 MDPS 기본 로직부(21); 운전자 조향 입력 정보에 기초하여 조향 휠이 현재 조타 상태(조향 구간에 해당하는 상태)인지, 복원 상태(복원 구간에 해당하는 상태)인지를 판단하여 조향 휠 상태 정보를 출력하는 상태 판단부(22); 저장된 설정 정보로부터 상기 운전자 조향 입력 정보와 차량 상태 정보에 따른 탄력감 보상값을 산출하고 상기 모터 제어값과 탄력감 보상값, 조향 휠 상태 정보에 기초하여 제어 목표값을 결정하여 출력하는 보상 로직부(23); 및 상기 보상 로직부(23)에서 출력된 제어 목표값에 따라 조향 모터의 구동을 제어하는 모터 제어 로직부(24)를 포함한다.

도 3에서 모터부(25)는 조향 모터(MDPS 모터) 및 이 조향 모터를 구동시키기 위한 인버터를 포함할 수 있고, 상기 인버터는 모터 제어 로직부(24)가 출력하는 제어신호(예를 들면, PWM 신호)에 따라 동작하여 조향 모터를 구동시킨다.

상기 모터 제어값은 조타각, 조타토크 및 차속 등의 정보를 기초로 하여 구해지는 조타 보조 토크가 될 수 있으며, 이 경우 상기 탄력감 보상값은 탄력감 보상 토크가 되고, 상기 제어 목표값은 최종 모터가 출력해야 할 조타 보조 토크가 된다.

또는 상기 모터 제어값은 조타각, 조타토크 및 차속 등의 정보를 기초로 하여 구해지는 모터 전류가 될 수 있으며, 이 경우 상기 탄력감 보상값은 탄력감 보상 전류가 되고, 상기 제어 목표값은 목표로 하는 모터 전류가 된다.

이에 상기 모터 제어 로직부(24)는 제어 목표값에 따라 모터에 실제 인가되는 모터 전류를 제어하며, 이에 따라 모터가 출력하는 조타 보조 토크가 제어된다.

상기한 구성에서는 탄력감 보상값을 이용하여 MDPS 기본 로직부(21)에서 출력되는 모터 제어값에 대한 보상이 이루어지는 탄력감 보상 제어가 수행되는데, 보상 로직부(23)에서 MDPS 기본 로직부(21)에서 출력되는 모터 제어값을 탄력감 보상값만큼 보상하여 제어 목표값을 결정하게 된다.

도 2를 참조하면, 운전자가 느끼는 탄력감 향상을 위해 조타 구간(S1,S2)에서 운전자가 (+), (-) 방향의 조타토크를 보상 전보다 더 크게 느낄 수 있도록 보상이 이루어진다.

즉, 조타 구간(S1,S2)에서는 도 2의 보상된 조타토크 곡선을 나타내도록 탄력감 보상 로직을 통해 모터가 출력하는 (+), (-) 방향의 조타 보조 토크를 보상 미 적용 시에 비해 줄이는 것이다.

또한, 온 센터 위치인 0°를 포함하는 설정된 조타각 범위의 온 센터 영역에서는 탄력감 보상 적용 시의 조타각 변화에 대한 조타토크의 변화율(기울기)이 보상 미적용 시의 조타각 변화에 대한 조타토크의 변화율보다 큰 값이 되도록 설정된다.

조타 구간에서 (+) 및 (-) 방향의 조타각이 어느 정도 커지고 나면 (+) 및 (-) 방향의 조타토크가 완만한 변화율로 증가하도록 설정된다.

다시 말하면, 상기 보상 로직부의 저장된 설정 정보에서, 상기 탄력감 보상값은, 상기 모터 제어값을 탄력감 보상값으로 보상하여 산출된 제어 목표값이, 보상 전의 모터 제어값보다, 조향 모터가 출력하는 조타 보조 토크를 줄이도록 설정될 수 있다.

또한, 상기 보상 로직부의 저장된 설정 정보에서, 상기 탄력감 보상값은, 설정된 조타각 범위로 정해지는 조향 휠 온 센터(On-center) 영역에서, 상기 모터 제어값을 탄력감 보상값으로 보상하여 산출된 제어 목표값이, 보상 전의 모터 제어값보다, 조타각 변화에 대한 조타 보조 토크의 변화율을 증가시키도록 설정될 수 있다.

여기서, 조타토크의 변화율은 모터가 출력하는 조타 보조 토크의 변화율로 대체될 수 있다.

이에 따라, 운전자가 차량 조향을 위해 조향 휠을 온 센터 위치에서 우측((+) 방향), 좌측((-) 방향) 방향으로 조작하는 조타 상태일 때, 온 센터 영역 및 그 부근에서 조타토크의 급격한 증가를 느끼면서 탄력적인 텐션감을 느낄 수 있게 되고, 결국 조타감이 향상되는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 탄력감 보상 로직의 설정 정보에서 복원 구간(R1,R2)에 대해서도 (+), (-) 방향의 조타토크가 보상 전보다 더 크게 느끼도록 하는 탄력감 보상값이 설정될 수 있는데, 만약 이 탄력감 보상값이 그대로 적용될 경우에서 복원 구간(R1,R2)의 보상된 조타토크 곡선이 도 4에 함께 예시되어 있다.

도 4에서 복원 구간(R1,R2)의 보상된 조타토크 곡선은 복원 구간에서도 (+), (-) 방향의 조타토크가 조타 구간(S1,S2)에서와 마찬가지로 보상 전에 비해 상승함을 의미하는 것으로, 복원 구간(R1,R2)에서도 조타 구간(S1,S2)에서와 같은 탄력감 보상값이 그대로 적용될 경우, 운전자가 복원 구간(R1,R2)에서 느끼는 조타토크가 상승하게 되므로, 복원 성능의 저하가 발생할 수 있고, 복원 시 조향 휠의 조작이 무겁다가 갑자기 가벼워지는 문제점이 나타난다.

따라서, 탄력감 보상 로직의 설정 정보에서 복원 구간(R1,R2)에 대해서도 조타토크가 보상 전보다 더 크게 느끼도록 하는 탄력감 보상값이 설정된 경우에서, 조향 휠의 복원 시에는 탄력감 보상값을 그대로 적용할 경우에 비해 조타토크가 낮아지도록 하기 위한 재보상이 이루어지며, 복원 구간(R1,R2)에서의 재보상을 통해 도 5에 나타낸 바와 같은 조타토크 상태를 나타내도록 한다.

이를 위해, 제어기의 상태 판단부(22)에서 회전되는 조향 휠의 상태가 조타 상태인지, 복원 상태인지를 판단한 후, 만약 조타 상태라면 보상 로직부(23)에서 재보상 없이 탄력감 보상 제어만 이루어지도록 하고, 만약 복원 상태라면 탄력감 보상값에 더하여 추가적인 재보상값을 적용하는 재보상이 이루어지도록 한다.

즉, 복원 구간(R1,R2)에서는 보상 로직부(23)가 모터 제어값을 탄력감 보상값으로 보상한 뒤 재보상값으로 추가 보상하여 제어 목표값을 산출하도록 설정되는 것이다.

바람직한 실시예로서, 상기 보상 로직부의 저장된 설정 정보에서, 상기 재보상값은, 상기 재보상값으로 추가 보상하여 산출된 제어 목표값이, 상기 추가 보상 전의 값보다, 조향 모터가 출력하는 조타 보조 토크를 증가시키도록 설정될 수 있다.

또한, 상기 보상 로직부의 저장된 설정 정보에서, 상기 재보상값은, 설정된 조타각 범위로 정해지는 조향 휠 온 센터(On-center) 영역에서, 상기 재보상값으로 추가 보상하여 산출된 제어 목표값이, 상기 추가 보상 전의 값보다, 조타각 변화에 대한 조타 보조 토크의 변화율을 줄이도록 설정될 수 있다.

이러한 재보상을 통해, 복원 구간(R1,R2)에서는, 도 5에 나타낸 바와 같이 탄력감 보상값만 적용할 경우에 비해 모터가 출력하는 조타 보조 토크가 커지도록 하여, 운전자가 재보상 미적용 시에 비해 작은 조타토크를 가하고 느낄 수 있도록 하고, 이를 통해 복원 성능의 저하가 발생하지 않도록 한다.

또한, 재보상을 통해 복원 상태에서 조타각이 온 센터 위치로 점차 작아질 때 조타토크가 재보상 미적용 시에 비해 완만한 기울기로 변화하도록 하고, 온 센터 영역 및 부근에서 조타토크가 완만하고 부드럽게 변화하도록 하여 핸들이 무겁다가 갑자기 가벼워지는 복원 시의 이질감을 제거한다.

상기 재보상값은 탄력감 보상값과 마찬가지로 저장된 설정 정보로부터 운전자 조향 입력 정보와 차량 상태 정보에 따른 값으로 산출될 수 있으며, 토크 또는 전류 값이 될 수 있다.

도 6은 본 발명에서 조향 휠 조작에 따른 조타 구간(S1,S2) 및 복원 구간(R1,R2)을 구분하기 위한 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 6에서 (+)의 조타각은 온 센터 위치(0°)를 기준으로 조향 휠이 우측으로 회전된 위치에 있는 상태를 말하고, 이때 (+) 방향은 조향 휠이 우측으로 회전되는 방향을 의미한다.

또한, (-)의 조타각은 온 센터 위치를 기준으로 조향 휠이 좌측으로 회전된 위치에 있는 상태를 말하고, 이때 (-) 방향은 조향 휠이 좌측으로 회전되는 방향을 의미한다.

조타 구간 S1의 경우 조타각과 조타각속도가 모두 (+) 값을 나타내고, 조타 구간 S2의 경우 조타각과 조타각속도가 모두 (-) 값을 나타낸다.

또한, 복원 구간 R1의 경우 조타각은 (+) 값을 나타내는 반면 조타각속도는 (-) 값을 나타내고, 복원 구간 R2의 경우 조타각은 (-) 값을 나타내는 반면 조타각속도는 (+) 값을 나타낸다.

이를 정리하면 아래의 표 1과 같다.

이와 같이 상태 판단부(22)에서는 조타각과 조타각속도로부터 조향 휠의 조타 상태와 복원 상태를 구분하여 판단할 수 있고, 판단 결과에 따른 조향 휠 상태 정보를 출력할 수 있다.

이에 보상 로직부(23)는 상태 판단부(22)가 출력하는 조향 휠 상태 정보를 입력받아 조타 상태이면 모터 제어값을 탄력감 보상값으로 보상하여 최종의 제어 목표값을 결정한다.

반면, 복원 상태이면 모터 제어값을 탄력감 보상값으로 보상함과 더불어 재보상값으로 추가 보상하여 최종의 제어 목표값을 산출한다.

또한, 보상 로직부(23)는 산출된 최종의 제어 목표값을 모터 제어 로직부(24)로 출력하고, 모터 제어 로직부(24)는 보상 로직부(23)에서 출력된 제어 목표값에 따라 모터의 구동을 제어하게 된다.

한편, 위에서 복원 상태(R1,R2 구간의 상태)인 경우 보상 로직부(23)가 재보상값을 산출하고 탄력감 보상값에 의해 보상된 모터 제어값을 상기 산출된 재보상값으로 추가 보상하여 최종의 제어 목표값을 산출하는 방식으로 재보상을 수행하도록 한 예를 설명하였으나, 다른 실시예(이하 '제2 실시예'라 함)로서 보상 로직부(23)가 조타 상태인 경우에만 탄력감 보상 제어를 수행하고, 복원 상태인 경우 탄력감 보상 제어를 수행하지 않도록 하는 것 또한 적용 가능하다.

즉, 복원 상태인 경우 탄력감 보상이 미적용되도록 하는 것으로, MDPS 기본 로직부(21)에서 산출되어 출력된 모터 제어값에 대한 탄력감 보상이 이루어지지 않도록 하는 것이다.

이는 복원 상태인 경우에 대하여 설정 정보에 탄력감 보상값과 재보상값이 모두 0으로 설정되어 있는 것을 의미하며, 보상 없이 MDPS 기본 로직부(21)에서 출력된 모터 제어값을 최종의 제어 목표값으로 하여 모터의 구동을 제어하게 된다.

이와 같이 복원 상태에서는 모터 제어값을 보상하지 않도록 함으로써 상술한 탄력감 보상 및 재보상을 수행하는 실시예(이하 '제1 실시예'라 함)와 동일한 효과를 얻을 수 있다.

이하에서는 도 7 및 도 8을 참조하여 제1 실시예와 제2 실시예의 제어 과정에 대해 설명하기로 한다.

도 7을 참조하면, 제1 실시예에서는, 먼저 조타각, 조타토크, 조타각속도 등의 운전자 조향 입력 정보와 차속 등의 차량 상태 정보를 실시간으로 취득하며(S11), 조타각 및 조타토크, 차속에 따른 모터 제어값을 산출한다(S12).

이어 조타각 및 조타토크, 차속에 따른 탄력감 보상값을 산출하고(S13), 조타각과 조타각속도로부터 조향 휠이 조타 상태인지, 복원 상태인지를 판단한다(S14).

여기서, 조타 상태(S1,S2 구간)임을 판단한 경우, 상기 산출된 모터 제어값을 상기 산출된 탄력감 보상값을 이용하여 보상하고(S15-1,S15-3), 보상된 값을 제어 목표값으로 하여 모터 구동을 제어하는바(S16-1,S16-3), 이러한 모터 구동을 통해 제어된 조타 보조 토크를 발생시킨다.

반면, 복원 상태임을 판단한 경우, 상기 산출된 모터 제어값을 상기 산출된 탄력감 보상값으로 보상함과 더불어 별도 산출된 재보상값으로 추가 보상하고(S15-2,S15-4), 탄력감 보상 및 추가 보상된 값을 제어 목표값으로 하여 모터 구동을 제어하는바(S16-2,S16-4), 이러한 모터 구동을 통해 제어된 조타 보조 토크를 발생시킨다.

한편, 도 8을 참조하면, 제2 실시예에서는 조향 휠 상태 판단까지는 동일하게 진행되고, 조향 휠 상태를 판단하여 조타 상태임을 판단한 경우, 앞서 산출된 모터 제어값을 별도 산출된 탄력감 보상값을 이용하여 보상하고(S15'-1,S15'-3), 보상된 값을 제어 목표값으로 하여 모터 구동을 제어하는바(S16'-1,S16'-3) 이러한 모터 구동을 통해 제어된 조타 보조 토크를 발생시킨다.

반면, 조향 휠 상태를 판단하여 복원 상태임을 판단한 경우, 탄력감 보상을 적용하지 않고 보상 없이 앞서 산출된 모터 제어값을 제어 목표값으로 하여 모터 구동을 제어한다(S15'-2,S15'-4).

즉, 복원 상태인 경우 탄력감 보상을 미적용하는 것이며, 탄력감 보상 없이 앞서 산출된 모터 제어값을 이용하여 모터 구동을 제어함으로써 복원 시의 조타 보조 토크를 발생시킨다.

이상으로 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당 업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.

11 : 조타각 센서
12 : 토크 센서
13 : 차속 센서
20 : 제어기
21 : MDPS 기본 로직부
22 : 상태 판단부
23 : 보상 로직부
24 : 모터 제어 로직부
25 : 모터부

Claims (18)

1. 차량에서 수집된 운전자 조향 입력 정보와 차량 상태 정보로부터 조타 보조를 위한 모터 제어값을 계산하여 출력하는 MDPS 기본 로직부;
   상기 운전자 조향 입력 정보에 기초하여 조향 휠이 현재 조타 상태인지, 또는 복원 상태인지를 판단하여 조향 휠 상태 정보를 출력하는 상태 판단부;
   저장된 설정 정보로부터 상기 운전자 조향 입력 정보와 차량 상태 정보에 따른 탄력감 보상값을 산출하고, 상기 모터 제어값과 탄력감 보상값, 조향 휠 상태 정보에 기초하여 제어 목표값을 결정하여 출력하는 보상 로직부; 및
   상기 보상 로직부에서 출력된 제어 목표값에 따라 조타 보조 토크를 발생시키도록 조향 모터의 구동을 제어하는 모터 제어 로직부를 포함하는 전동식 조향 시스템의 제어 장치.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 상태 판단부는 상기 운전자 조향 입력 정보 중 조타각과 조타각속도에 기초하여 조향 휠의 상태를 판단하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향 시스템의 제어 장치.
   
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 상태 판단부는,
   상기 조타각과 조타각속도가 모두 (+) 값을 나타내거나, 상기 조타각과 조타각속도가 모두 (-) 값을 나타내는 경우, 조향 휠의 조타 상태인 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향 시스템의 제어 장치.
   
4. 청구항 2에 있어서,
   상기 상태 판단부는,
   상기 조타각이 (+) 값을 나타내고 조타각속도가 (-) 값을 나타내거나, 상기 조타각이 (-) 값을 나타내고 조타각속도가 (+) 값을 나타내는 경우, 조향 휠의 복원 상태인 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향 시스템의 제어 장치.
   
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 보상 로직부는,
   조향 휠이 조타 상태인 경우, MDPS 기본 로직부에서 출력된 모터 제어값을 상기 탄력감 보상값으로 보상하여 보상된 값을 상기 제어 목표값으로 결정하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향 시스템의 제어 장치.
   
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 보상 로직부의 저장된 설정 정보에서, 상기 탄력감 보상값은,
   상기 모터 제어값을 탄력감 보상값으로 보상하여 산출된 제어 목표값이, 보상 전의 모터 제어값보다, 조향 모터가 출력하는 조타 보조 토크를 줄이도록 설정된 것을 특징으로 하는 전동식 조향 시스템의 제어 장치.
   
7. 청구항 5에 있어서,
   상기 보상 로직부의 저장된 설정 정보에서, 상기 탄력감 보상값은,
   설정된 조타각 범위로 정해지는 조향 휠 온 센터(On-center) 영역에서,
   상기 모터 제어값을 탄력감 보상값으로 보상하여 산출된 제어 목표값이, 보상 전의 모터 제어값보다, 조타각 변화에 대한 조타 보조 토크의 변화율을 증가시키도록 설정된 것을 특징으로 하는 전동식 조향 시스템의 제어 장치.
   
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 보상 로직부는,
   조향 휠이 복원 상태인 경우, MDPS 기본 로직부에서 출력된 모터 제어값을 탄력감 보상값으로 보상한 후 재보상값으로 추가 보상하여 추가 보상된 값을 상기 제어 목표값으로 결정하고,
   상기 재보상값은 저장된 설정 정보로부터 상기 운전자 조향 입력 정보와 차량 상태 정보에 따른 값으로 산출되는 것을 특징으로 하는 전동식 조향 시스템의 제어 장치.
   
9. 청구항 8에 있어서,
   상기 보상 로직부의 저장된 설정 정보에서, 상기 재보상값은,
   상기 재보상값으로 추가 보상하여 산출된 제어 목표값이, 상기 추가 보상 전의 값보다, 조향 모터가 출력하는 조타 보조 토크를 증가시키도록 설정된 것을 특징으로 하는 전동식 조향 시스템의 제어 장치.
   
10. 청구항 8에 있어서,
    상기 보상 로직부의 저장된 설정 정보에서, 상기 재보상값은,
    설정된 조타각 범위로 정해지는 조향 휠 온 센터(On-center) 영역에서,
    상기 재보상값으로 추가 보상하여 산출된 제어 목표값이, 상기 추가 보상 전의 값보다, 조타각 변화에 대한 조타 보조 토크의 변화율을 줄이도록 설정된 것을 특징으로 하는 전동식 조향 시스템의 제어 장치.
    
11. 청구항 1에 있어서,
    상기 보상 로직부는,
    조향 휠이 복원 상태인 경우, 상기 탄력감 보상값을 이용한 보상을 수행함 없이 MDPS 기본 로직부에서 출력된 모터 제어값을 상기 제어 목표값으로 결정하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향 시스템의 제어 장치.
    
12. 차량에서 수집된 운전자 조향 입력 정보와 차량 상태 정보로부터 조타 보조를 위한 모터 제어값을 산출하는 단계;
    상기 운전자 조향 입력 정보에 기초하여 조향 휠이 현재 조타 상태인지, 또는 복원 상태인지를 판단하는 단계;
    저장된 설정 정보로부터 상기 운전자 조향 입력 정보와 차량 상태 정보에 따른 탄력감 보상값을 산출하는 단계;
    상기 모터 제어값과 탄력감 보상값, 상기 판단된 조향 휠의 상태 정보에 기초하여 제어 목표값을 결정하는 단계; 및
    상기 제어 목표값에 따라 조타 보조 토크를 발생시키도록 조향 모터의 구동을 제어하는 단계를 포함하는 전동식 조향 시스템의 제어 방법.
    
13. 청구항 12에 있어서,
    상기 조향 휠의 상태를 판단하는 단계에서,
    상기 운전자 조향 입력 정보 중 조타각과 조타각속도에 기초하여 조향 휠의 상태를 판단하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향 시스템의 제어 방법.
    
14. 청구항 13에 있어서,
    상기 조타각과 조타각속도가 모두 (+) 값을 나타내거나, 상기 조타각과 조타각속도가 모두 (-) 값을 나타내는 경우, 조향 휠의 조타 상태인 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향 시스템의 제어 방법.
    
15. 청구항 13에 있어서,
    상기 조타각이 (+) 값을 나타내고 조타각속도가 (-) 값을 나타내거나, 상기 조타각이 (-) 값을 나타내고 조타각속도가 (+) 값을 나타내는 경우, 조향 휠의 복원 상태인 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향 시스템의 제어 방법.
    
16. 청구항 12에 있어서,
    상기 제어 목표값을 결정하는 단계에서,
    조향 휠이 조타 상태인 경우, 상기 계산된 모터 제어값을 상기 탄력감 보상값으로 보상하여 보상된 값을 상기 제어 목표값으로 결정하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향 시스템의 제어 방법.
    
17. 청구항 12에 있어서,
    상기 제어 목표값을 결정하는 단계에서,
    조향 휠이 복원 상태인 경우, 상기 계산된 모터 제어값을 탄력감 보상값으로 보상한 후 재보상값으로 추가 보상하여 추가 보상된 값을 상기 제어 목표값으로 결정하고,
    상기 재보상값은 저장된 설정 정보로부터 상기 운전자 조향 입력 정보와 차량 상태 정보에 따른 값으로 산출되는 것을 특징으로 하는 전동식 조향 시스템의 제어 방법.
    
18. 청구항 12에 있어서,
    상기 제어 목표값을 결정하는 단계에서,
    조향 휠이 복원 상태인 경우, 상기 탄력감 보상값을 이용한 보상을 수행함 없이 상기 계산된 모터 제어값을 상기 제어 목표값으로 결정하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향 시스템의 제어 방법.

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