KR20240043390A - 자동차 조향 제어장치 및 외란 보상방법 - Google Patents

자동차 조향 제어장치 및 외란 보상방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자동차의 조향 제어장치 및 외란 보상방법에 관한 것으로, 브레이크 페달 조작 시 발생하는 저더 현상에 대응하여 저더 외란의 주파수에 따라 보상신호를 생성하고, 차속 및 브레이크 페달 신호에 따라 보상게인을 조절함으로써, 저더 현상에 즉각 적으로 대처하여 소음 및 진동을 감소시키고, 스티어링 휠 조타시 이질감을 감소시키며, 전동식 조향장치의 내구성을 향상 시키고, 저더 외란에 대한 잘못된 보상을 방지하며, 조향제어의 정확성 및 주행의 안전성을 향상시키는 효과가 있다.

Description

자동차 조향 제어장치 및 외란 보상방법{POWER STEERING CONTROL APPARATUS AND METHOD FOR COMPENSATING JUDDER DISTURBANCE OF VEHICLE}
본 발명은 자동차의 조향 제어장치 및 외란 보상방법에 관한 것으로, 브레이크 페달 조작 시 발생하는 저더(Judder) 외란을 보상하여 소음 및 진동을 감소시키는 자동차의 조향 제어장치 및 외란 보상방법에 관한 것이다.
자동차는 운전자에 의해 스티어링 휠이 조작됨에 따라 전동식 조향장치 MDPS(Motor Driven Power Steering)가 동작하여 바퀴의 방향을 변경하고, 그에 따라 자동차의 주행방향이 변경된다.
자동차는 브레이크 페달을 조작하여 제동하는 경우, 브레이크 저더(brake judder) 현상이 발생할 수 있다. 브레이크 저더 현상은 브레이크 페달을 밟은 때 차체에 진동이 발생되거나 브레이크 페달이 전후로 진동하는 등의 현상이다.
저더는 마찰 클러치나 브레이크에서 마찰면의 마찰력이 일정하지 않아서 진동 및 소음이 발생하는 것으로, 이러한 브레이크 저더 현상은 주로 브레이크 디스크의 열변형 및 두께 편차로 인하여 발생된다.
브레이크의 동작에 따라 발생한 저더 현상은 스티어링 휠로 전달되어 스티어링 휠에 진동이 발생한다.
저더 현상으로 인해 스티어링 휠이 진동함으로써 운전자는 운전함에 있어 불편함을 느낄 수 있다.
저더 현상에 의한 진동은 역보상 토크를 통해 보상함으로써, 진동을 상쇄할 수 있지만, 이를 위해서는 미리 주파수를 알고 있어야 하고 여러 차례 연산작업이 필요하다는 문제점이 있다.
저더 현상은 브레이크 페달을 조작할 때마다 달라질 수 있고, 주파수 또한 계속 변화하므로 즉각적인 보상이 이루어지지 않아 보상 효과가 감소한다.
관련 기술로, 대한민국 공개특허 제 10-2021-0092348호, '자동차의 브레이크 저더 감지 시스템 및 방법'이 있다.
대한민국 공개특허 제10-2021-0092348호
본 발명은 브레이크 페달 조작 시 발생하는 저더 현상으로 인하여 스티어링 휠에 진동이 발생하는 문제에 대하여, 저더 외란의 주파수에 따라 외란을 보상하여 운전자의 스티어링 휠 조타 시 이질감을 감소시키고, 전동식 조향장치의 내구성을 향상 시키는, 자동차의 조향 제어장치 및 외란 보상방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 자동차의 조향 제어장치는, 차량의 주행방향을 제어하는 조향장치(MDPS); 지령에 따라 상기 조향장치를 제어하는 위치제어기; 브레이크 페달 조작 시, 브레이크 페달 신호를 출력하는 브레이크센서; 스티어링 휠에 설치되어 상기 스티어링 휠의 움직임에 대응하는 조향각을 측정하는 조향각센서; 차량의 속도를 측정하는 속도센서; 및 상기 브레이크 페달 조작 시 발생하는 저더 외란에 대한 보상신호를 생성하고, 상기 위치제어기의 제어신호에 결합하여 상기 조향장치를 제어하는 프로세서; 를 포함하고, 상기 프로세서는 상기 조향장치의 출력신호로부터 상기 저더 외란을 검출하여 상기 보상신호를 생성하고, 상기 브레이크 페달 신호 및 차속에 대응하여 상기 보상신호에 대한 보상게인을 조절하는 것을 특징으로 한다.
상기 프로세서는, 상기 조향장치의 모델함수에 대한 역함수를 이용하여 상기 출력신호로부터 상기 저더 외란이 포함된 신호를 추출하고, 상기 저더 외란이 포함된 신호에 필터를 적용하여 다른 노이즈를 제외한 상기 저더 외란을 검출하는 것을 특징으로 한다.
상기 필터는 로우패스필터(Low pass filter) 및 래그 보상기(Lag compensator) 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다. 경우에 따라 리드 래드 보상기(Lead-Lag compensator)가 사용될 수 있다.
상기 프로세서는 상기 저더 외란의 주파수에 대응하여 상기 필터의 컷오프 주파수를 설정하는 것을 특징으로 한다.
상기 프로세서는 상기 조향각을 미분하여 산출되는 조향각속도에 사인함수를 적용하여 상기 저더 외란의 주파수를 검출하는 것을 특징으로 한다.
상기 프로세서는 상기 사인함수의 값을 플러스 및 마이너스값으로 부호화하고, 일정시간 동안 상기 사인함수의 값이 변화하는 횟수를 카운트하여 상기 저더 외란의 주파수를 검출하는 것을 특징으로 한다.
상기 프로세서는 상기 브레이크 페달 신호에 대응하여, 상기 브레이크 페달이 조작된 상태에서 상기 보상신호가 적용되도록 상기 보상게인을 조절하는 것을 특징으로 한다.
상기 프로세서는 상기 차속을 복수의 단계로 구분하고, 상기 차속이 높을수록 상기 보상게인을 감소시키고, 상기 차속이 낮을수록 상기 보상게인을 증가시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 자동차 조향 제어장치의 외란 보상방법은, 지령에 따라 위치제어기에서 생성되는 제어신호에 대응하여, 조향장치(MDPS)가 차량의 주행방향을 제어하는 단계; 주행 중, 브레이크 페달 조작 시, 저더 현상으로 인한 소음 및 진동이 발생하는 단계; 프로세서가, 상기 조향장치의 출력신호를 피드백 받아 상기 저더 현상에 대한 저더 외란을 검출하여 보상신호를 생성하는 단계; 상기 브레이크 페달이 조작되면 출력되는 브레이크 페달 신호 및 차속에 대응하여 상기 보상신호에 대한 보상게인을 조절하는 단계; 및 상기 프로세서가, 상기 보상게인이 조절된 상기 보상신호와 상기 제어신호를 결합하여 상기 저더 외란을 보상하는 단계; 를 포함한다.
상기 보상신호를 생성하는 단계는, 상기 조향장치의 모델함수에 대한 역함수를 이용하여 상기 출력신호로부터 상기 저더 외란이 포함된 신호를 추출하는 단계; 상기 저더 외란이 포함된 신호에 필터를 적용하여 다른 노이즈를 제외한 상기 저더 외란을 검출하는 단계; 및 상기 저더 외란에 대한 보상신호를 생성하는 단계; 를 포함한다.
상기 필터는 로우패스필터(Low pass filter) 및 래그 보상기(Lag compensator) 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
상기 저더 외란을 검출하는 단계는, 상기 프로세서가 상기 저더 외란의 주파수에 대응하여 상기 필터의 컷오프 주파수를 설정하는 단계; 를 포함한다.
상기 필터의 컷오프 주파수를 설정하는 단계는, 조향각을 미분하여 산출되는 조향각속도에 사인함수를 적용하는 단계; 상기 사인함수의 값을 플러스 및 마이너스값으로 부호화하고, 상기 사인함수의 값이 변화하는 횟수를 카운트하는 단계; 및 일정시간 동안 카운트된 횟수에 따라 상기 저더 외란의 주파수를 검출하는 단계; 를 포함한다.
상기 프로세서가 상기 저더 외란의 주파수에 대응하여 상기 필터의 컷오프 주파수를 설정하여, 상기 저더 외란 외의 노이즈를 제거하고, 상기 역함수를 안정화하는 것을 특징으로 한다.
상기 보상게인을 조절하는 단계는, 상기 브레이크 페달 신호에 대응하여, 상기 브레이크 페달이 조작된 상태에서 상기 보상신호가 적용되도록 상기 보상게인을 조절하는 것을 특징으로 한다.
상기 보상게인을 조절하는 단계는, 상기 차속을 복수의 단계로 구분하고, 상기 차속이 높을수록 상기 보상게인을 감소시키고, 상기 차속이 낮을수록 상기 보상게인을 증가시키는 것을 특징으로 한다.
일 측면에 따르면, 본 발명의 자동차의 조향 제어장치 및 외란 보상방법은, 저더 현상이 발생하는 경우, 저더 외란을 검출하고 저더 외란의 주파수에 따라 보상신호를 생성하여, 저더 현상에 즉각적으로 대처하여 소음 및 진동을 감소시키고, 운전자의 이질감을 해소하고 조타감을 향상시키며, 조향장치의 내구성을 향상 시키는 효과가 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 차속 및 브레이크 페달 조작 여부에 따라 보상게인을 조절함으로써, 저더 현상에 대한 잘못된 보상을 방지하고, 조향제어의 정확성 및 주행의 안전성을 향상시키는 효과가 있다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차의 조향 제어장치의 구성이 도시된 블록도이다.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차의 조향 제어장치의 저더 현상을 보상하기 위한 신호 흐름이 도시된 도이다.
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차의 조향 제어장치의 저더 현상을 보상하기 위한 프로세서의 신호 흐름이 도시된 도이다.
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차의 조향 제어장치의 외란 보상방법이 도시된 순서도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명을 설명하도록 한다.
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 용어들로써 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차의 조향 제어장치의 구성이 도시된 블록도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 자동차의 조향 제어장치(10)는 위치제어기(170), 자율주행제어기(160), 조향장치(MDPS)(150), 필터(180), 속도센서(143), 조향각센서(142), 브레이크 센서(141), 메모리(120), 및 프로세서(110)를 포함한다.
브레이크 센서(141)는 브레이크 페달이 조작되는 것을 감지하여 브레이크 페달 신호를 출력한다.
속도센서(143)는 차량의 속도를 측정한다.
조향각센서(142)는 스티어링 휠에 구비되어, 스티어링 휠의 회전 조작에 따른 조향각을 감지한다. 조향각속도는 조향각의 시간에 대한 변화율로, 조향각을 미분하여 산출할 수 있다. 경우에 따라 조향장치(150)의 조향 모터 구동에 따른 모터각을 측정하는 모터각센서(미도시)가 사용될 수 있다.
조향장치(MDPS, Motor Driven Power Steering)(150)는, 위치제어기(170)로부터 피드백 제어를 통해 출력된 목표 조향각에 따라 조향모터(미도시)를 구동하여 조향이 이루어질 수 있도록 한다.
조향장치(MDPS)(150)는 스티어링 휠을 조작하는 경우, 작은 힘만으로도 스티어링 휠을 회전동작 시킬 수 있도록 구동력을 제공한다. 조향장치는 전동식 조향장치로써 MDPS인 것을 예로하여 설명하나, EPAS(Electric Power Assisted Steering) 또는 EPS(Electric Power Steering)가 사용될 수 있다.
자율주행제어기(160)는 자율주행 시, 복수의 센서 및 카메라로부터 입력되는 영상을 기반으로 목적지까지 주행하기 위한 지령 조향각을 산출하여 위치제어기(170)로 인가한다.
자율주행제어기(160)는 운전자 조타모드인 경우, 운전자가 스티어링 휠을 조타하는 경우, 스티어링 휠의 회전에 대응하는 지령조향각을 산출하여 위치제어기(170)로 인가한다.
위치제어기(170)는 차속, 지령 조향각 및 현재 조향각을 입력받아 조향장치(MDPS)(150)를 제어한다. 위치제어기(170)는 피드백되는 신호를 수신하여 위치를 보정한다.
메모리(120)는 통신부(130)를 통해 송수신되는 데이터, 조향제어를 위한 데이터 및 프로세서(110)의 연산처리 과정에서 생성되는 데이터를 저장한다. 메모리(120)는 복수의 센서로부터 측정되는 데이터, 예를 들어 전압, 전류, 조향각, 조향각속도, 속도 등의 데이터를 저장한다.
메모리(120)는 조향제어 알고리즘, 주행제어 알고리즘, 보상게인 산출 알고리즘, 주파수 추출알고리즘 및 입출력 알고리즘 중 적어도 하나에 대한 데이터를 저장한다.
메모리(120)는 램(RAM, Random Access Memory), 롬(ROM), EEPROM(Electrically Erased Programmable Rom) 등의 비휘발성 메모리, 플래시 메모리 등의 저장수단을 포함한다.
프로세서(110)는 스티어링 휠의 움직임에 대응하여 조향장치(MDPS)(150)가 동작하여 차량의 주행방향이 변경되는 경우, 조향장치(MDPS)(150)의 출력신호를 피드백 받아 조향장치(MDPS)(150)에 대한 보상신호를 산출하여 주행을 제어한다.
프로세서(110)는 브레이크 페달의 조작에 의해 발생하는 저더 현상에 대응하여, 보상신호를 산출하고 보상게인(Gain)을 조절한다.
프로세서(110)는 크기가 조절된 보상신호를 위치제어기(170)의 제어신호에 결합하여, 보상신호가 조향장치(MDPS)(150)로 인가되도록 함으로써, 저더 현상을 감소시킨다.
프로세서(110)는 조향장치(MDPS)(150)의 출력신호, 조향각속도, 차량 속도, 및 브레이크 페달 신호를 입력받아 보상신호를 산출하고 게인을 조절한다.
프로세서(110)는 적어도 하나의 마이크로 프로세서로 구성될 수 있다.
프로세서(110)는 메모리에 저장된 제어 알고리즘에 따라, 동작하여 조향장치(MDPS)(150)를 제어한다.
또한, 조향 제어장치(10)는 차량 내부의 각 구성 간에 데이터를 송수신하는 통신부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 통신부는 CAN(Controller Area Network) 통신용 드라이버를 포함하여 자동차 내부의 데이터를 송수신한다.
프로세서(110)는 통신부를 통해, 차량제어기(ECU)(미도시)와 신호를 송수신할 수 있다.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차의 조향 제어장치의 저더 현상을 보상하기 위한 신호 흐름이 도시된 도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 프로세서(110)는 보상게인을 조절하여 보상신호를 생성하고, 위치제어기(170)의 제어신호와 결합하여 조향장치(MDPS)(150)를 제어한다.
위치제어기(170)는 자율주행제어기(160)의 지령에 대응하여 조향장치(MDPS)(150)를 제어한다.
자율주행제어기(160)는 컬럼토크, 차속, 조향각, 조향각속도를 입력받아 지령전류를 생성하고 위치제어기(170)로 인가한다. 자율주행제어기(160)는 부스트로직, 안정화필터, 고주파제어, 복원, 댐핑 등의 기본적인 로직을 거져 최종 지령전류를 생성한다.
브레이크 조작에 의해, 저더(Judder) 현상이 발생하게 되면 떨림이 조향장치(MDPS)(150)의 랙바에 전달되고, 컬럼토크를 센싱하는 토크센서(미도시)는 저더 현상에 의한 떨림을 함께 검출한다.
지령전류는 컬럼토크의 변화에 의해 지령전류 또한 변화하게 되므로, 저더현상에 의한 외란이 조향장치(MDPS)(150)로 전달된다.
따라서 외란이 포함된 지령전류에 따라 조향장치(MDPS)(150)가 동작하는 경우, 조향장치(MDPS)(150)에서 노이즈 또는 진동현상이 발생하게 된다.
프로세서(110)는 지령전류에 대응하여 출력되는 위치제어기(170)의 제어신호에 의해 조향장치(MDPS)(150)로 전달되는 출력신호에 게인이 조절된 보상신호를 인가하여 지령전류에 포함된 외란을 제거함으로써 저더현상으로 인한 노이즈 또는 진동현상의 발생을 감소시킨다.
조향장치(MDPS)(150)의 출력은 위치제어기(170)로 피드백된다.
또한, 프로세서(110)는 조향장치(MDPS)(150)의 출력신호를 피드백 받아 조향장치(MDPS)의 모델함수(G(z))의 역함수 1/G(z)를 산출한다.
프로세서(110)는 역함수를 입력받고, 외란의 주파수를 추출하여 필터의 컷오프 주파수를 설정하여 역함수에 적용함으로써, 다른 노이즈를 제외한 저더 외란을 검출하여, 저더 외란을 보상하기 위한 보상신호를 출력한다.
또한, 프로세서(110)는 브레이크 페달 및 차속에 대응하여 보상게인을 조절함으로써, 브레이크 페달이 작동하는 동안에만 보상신호를 적용하되, 차속에 따라 보상신호를 상이하게 출력하여, 저더 외란을 감소시키고, 외란을 잘못 보상하는 것을 방지할 수 있다.
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차의 조향 제어장치의 저더 현상을 보상하기 위한 프로세서의 신호 흐름이 도시된 도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 조향 제어장치는 위치제어기(170)의 제어신호에 프로세서(110)의 보상신호를 적용하여 조향장치(MDPS)(150)제어한다.
브레이크 조작 시 발생하는 저더 현상에 의한 브레이크 떨림 외란(d)은 조향장치(MDPS)(150)로 인가되는 제어신호에 포함되어 조향장치(MDPS)(150)에 노이즈 및 진동이 발생한다.
위치제어기(170)의 제어신호 U_c에 프로세서(110)의 보상신호가 적용되면, 보상된 제어신호 U_d가 조향장치(MDPS)(150)로 인가된다. 이때, 저더 외란이 작용하면, U_d+d가 조향장치(MDPS)(150)로 인가된다
프로세서(110)는 저더 현상에 의해 외란을 추출하기 위해, 조향장치(MDPS)(150)의 외란에 대한 모델함수(G(z))를 설계하고, 실제 발생하는 외란(d)에서, 모델함수의 역함수(111) 1/G(z)를 통과시켜 실제 지령입력과 추정된 외란을 추출한다.
즉, 프로세서(110)는 브레이크 떨림 외란(d)이 반영된 조향장치(MDPS)(150)의 출력신호 y=(U_d + d)(G(z))에 역함수(111) 1/(Gz)를 곱하여 외란이 포함된 신호 U_d + d를 산출한다. 프로세서(110)는 외란이 포함된 신호 U_d+d에서 저더 외란(d)을 빼면 보상된 제어신호 U_d를 산출할 수 있다.
단, 저더 외란(d) 외에도 외부의 노면 노이즈나 센서 노이즈 등 다양한 예측 불가의 노이즈들이 추가로 인가될 뿐만 아니라, 역함수(111)인 1/G(z)는 실제 전체 제어시스템의 불안전성을 유발하게 된다.
조향장치(MDPS)(150)를 제어하는데 있어, 제어함수의 분자의 차수가 높게 설계되는 경우, 입력에 따라 출력이 수렴을 하지 못하고 계속 진동이나 발산을 하게 되므로, 분모의 차수를 더 높게 설계하여 함수 입력에 따른 출력값이 특정값에 수렴을 하도록 해야 한다.
그에 따라 프로세서(110)는 필터(180), 예를 들어 로우패스필터(Low pass filter), 래그 보상기(Lag compensator)를 적용하여, 역함수(111) 1/G(z)를 안정화된 모델로 변환하고, 필요한 저더 외란 만을 보상하도록 한다.
예를 들어 로우패스필터(Low pass filter)의 경우는 분모의 차수가 높고 이를 1/G(z)에 곱하게 되면 1/G(z)에서 분자의 차수가 높아진 부분을 로우패스필터(Low pass filter)가 곱해 짐에 따라 다시 안정적인 형태로 변환을 할 수 있게 된다.
또한, 프로세서(110)는 보상을 위해 외란(d)의 주파수를 사전에 알고 있거나 가변필터를 사용하여 지속적으로 외란(d)을 검출해야한다. 이러한 문제를 해소하기 위해 프로세서(110)는 주파수 검출 알고리즘을 이용하여 외란(d)의 주파수를 검출한다.
프로세서(110)는 조향각속도의 변화를 사인한수(sign())함수로 입력하여, 그 값을 +1, -1로 부호화 처리한 후, 타이머(181)를 이용하여 일정 시간 동안 얼마나 이 값들이 변하는지를 카운팅 함으로써, 저더 외란(d)의 주파수를 검출한다.
예를 들어, 프로세서(110)는 1초동안 조향각속도의 부호가 3번 바뀐다면 이는 1Hz의 노이즈가 생성된 것으로 판단한다. 즉 시작지점에서 1번, 중간에 외란이 플러스(+)에서 마이너스(-)로 변하는 시점, 그리고 마지막에 다시 마이너스(-)에서 플러스(+)로 변하는 시점으로 부호가 3번 변경되는 경우, 1Hz의 노이즈로 판단한다.
프로세서(110)는 이와 같은 방법으로 주파수를 검출하여, 필터(180)의 컷오프(Cut Off) 주파수를 검출된 주파수에 대응하도록 설정한다.
앞서 설명한 바와 같이, 저더 외란 외에 별도의 노면이나 센서의 노이즈가 저더 외란(d)에 포함되고 이를 함께 보상하는 경우 부작용(Side Effect)이 발생할 수 있다. 그에 따라 저더 외란 만을 검출하기 위해, 프로세서(110)는 검출된 저더 외란의 주파수에 맞춰 필터(180)의 컷오프 주파수를 설정한다.
프로세서(110)는 필터의 컷오프 주파수를 저더 외란(d)의 주파수에 대응하도록 설정함으로써, 역함수에서 저더 외란(d) 이외의 노이즈를 제외한 저더 외란(d_hat)을 추출할 수 있다.
프로세서(110)는 저더 외란(d)을 산출하는 과정에서 외란(d)의 크기가 확인이 되었고, 주파수 추출부(112)에서 저더 외란의 주파수를 예측하여 산출함에 따라, 필터(180)의 컷오프(cut off)을 설정하여 보상신호를 최적화할 수 있다.
다만 차속이 높아질 경우 저더 외란의 주파수와 중첩되는 노이즈가 발생하고, 보상게인이 클 경우 의도치 않은 핸들 떨림이 생길 수 있으므로, 프로세서(110)는 차속에 따라 보상게인을 조절한다(113).
프로세서(110)는 차속을 복수의 단계로 구분하여 차속이 높을수록 보상게인을 감소시키고, 차속이 낮을수록 보상게인을 증가시킨다.
또한, 프로세서(110)는 브레이크 페달이 조작된 상태에서 보상게인을 적용하여, 외란에 대한 보상게인으로 보상신호를 생성한다. 프로세서(110)는 브레이크 페달 신호에 따라 보상게인을 조절하여 실제 브레이크 페달이 조작된 상태에서 보상신호를 출력하여 저더 외란을 보상하도록 설정한다.
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차의 조향 제어장치의 외란 보상방법이 도시된 순서도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 위치제어기(170)는 지령에 따라(S310), 조향장치(MDPS)(150)로 제어신호를 인가한다(S320). 조향장치(MDPS)(150)는 제어신호에 따라 동작하여 차량의 주행방향을 제어한다.
주행 중, 브레이크 페달이 조작되는 경우, 노이즈 또는 진동이 발생하는 저더(Judder) 현상이 발생한다. 저더 현상에 의한 외란(d)은 컬럼토크에 의해 검출되어 지령에 포함되고, 또한 스티어링 휠에 영향을 주어 진동을 발생시킨다.
그에 따라 조향장치(MDPS)(150)로 인가되는 제어신호에 외란(d)이 작용한다(S330). 조향장치(MDPS)(150)는 외란이 포함된 제어신호에 따라 동작한다(S340).
프로세서(110)는 조향장치(MDPS)(150)의 출력신호를 피드백 받아, 조향장치(MDPS)(150)의 모델함수에 대한 역함수(1/G(z))를 산출한다(S350).
프로세서(110)는 조향장치(MDPS)(150)에 대한 모델함수(G(z))의 역함수(1/G(z))를 산출하고, 출력신호(y=(U_d + d)(G(z))에 역함수(1/(Gz))를 곱하여 외란이 포함된 제어신호(U_d + d)을 산출한다. 또한, 프로세서(110)는 외란이 포함된 제어신호에서 외란(d)을 빼고 보상된 제어신호(U_d)를 산출할 수 있다.
프로세서(110)는 저더 외란 외에도 노면 노이즈 또는 센서 노이즈가 포함될 수 있고, 역함수의 불안정성을 고려하여 필터(180)를 적용한다.
프로세서(110)는 역함수의 안정화하고 저더 외란 만을 보상하기 위해, 필터(180)를 역함수에 곱한다. 예를 들어, 필터(180)는 로우패스필터(Low pass filter) 또는 래그 보상기(Lag compensator)가 사용될 수 있다.
이때, 프로세서(110)는 필터를 역함수에 적용하기 전, 필터의 컷오프 주파수를 설정한다(S345).
프로세서(110)는 조향장치(MDPS)(150)의 출력신호를 피드백 받아 역함수를 산출하는 동안 조향각속도를 입력받아(S315), 조향각속도를 사인함수(sin())에 적용하여(S325), 저더 외란(d)의 주파수를 검출한다(S335).
프로세서(110)는 조향각신호의 사인함수 값을 +값과 -값으로 구분하여 부호화하고, 타이머를 통해 카운트 되는 일정 시간 동안, 사인함수의 값이 변화하는 시점을 카운트한다. 예를 들어 1초당 3회 변경되는 경우 주파수 1Hz로 판단한다.
프로세서(110)는 저더 외란의 주파수를 기반으로 필터(180)의 컷오프 주파수를 설정한다(S345).
프로세서(110)는 저더 외란 외에도 다양한 노이즈가 포함되므로, 저더 외란 만을 보상하기 위해 저더 외란의 주파수에 대응하여 필터의 컷오프 주파수를 설정한다.
프로세서(110)는 필터의 컷오프 주파수가 설정되면, 역함수에 필터(180)를 적용한다(S355).
프로세서(110)는 필터(180)와 역함수를 곱하여 적용함으로써, 다른 노이즈를 제외하고 역함수를 안정화하여 저더 외란(d_hat)을 검출한다(S360).
프로세서(110)는 저더 외란(d_hat)을 기반으로, 보상신호를 생성한다.
또한, 프로세서(110)는 차속과 브레이크 페달 신호를 입력받아(S370), 보상신호에 대한 보상게인을 조절한다(S380).
프로세서(110)는 차속에 따라 보상게인을 증가 또는 감소시킨다.
또한, 프로세서(110)는 브레이크 페달 신호를 기반으로 브레이크 페달이 조작되는 경우에만 보상신호가 적용되도록 보상게인을 조절한다.
프로세서(110)는 보상게인에 의해 조절된 보상신호를 출력한다.
보상신호는 제어신호와 결합하여 보상된 제어신호가 조향장치(MDPS)(150)로 인가된다(S390). 이때 저더 외란(d)이 발생하더라도 보상신호를 통해 외란에 의한 노이즈 및 진동이 감소한다.
따라서, 본 발명의 일 측면에 따른 자동차의 조향 제어장치 및 외란 보상방법은, 브레이크 페달 조작 시 발생하는 저더 외란을 검출하여 보상신호를 산출하고, 차속 및 브레이크 페달 신호에 따라 보상게인을 조절하여 보상신호를 출력함으로써, 브레이크 페달이 조작되는 동안에만 저더 외란을 보상하여 저더 외란에 의한 소음 및 진동을 감소시킬 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 기술이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야할 것이다.
110: 프로세서 120: 메모리
141: 브레이크 센서 142: 조향각센서
143: 차속센서 150: 조향장치(MDPS)
170: 위치제어기 180: 필터
181: 타이머

Claims (16)

  1. 차량의 주행방향을 제어하는 조향장치(MDPS);
    지령에 따라 상기 조향장치를 제어하는 위치제어기;
    브레이크 페달 조작 시, 브레이크 페달 신호를 출력하는 브레이크센서;
    스티어링 휠에 설치되어 상기 스티어링 휠의 움직임에 대응하는 조향각을 측정하는 조향각센서;
    차량의 속도를 측정하는 속도센서; 및
    상기 브레이크 페달 조작 시 발생하는 저더 외란에 대한 보상신호를 생성하고, 상기 위치제어기의 제어신호에 결합하여 상기 조향장치를 제어하는 프로세서; 를 포함하고,
    상기 프로세서는 상기 조향장치의 출력신호로부터 상기 저더 외란을 검출하여 상기 보상신호를 생성하고, 상기 브레이크 페달 신호 및 차속에 대응하여 상기 보상신호에 대한 보상게인을 조절하는 것을 특징으로 하는 자동차의 조향 제어장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로세서는, 상기 조향장치의 모델함수에 대한 역함수를 이용하여 상기 출력신호로부터 상기 저더 외란이 포함된 신호를 추출하고, 상기 저더 외란이 포함된 신호에 필터를 적용하여 다른 노이즈를 제외한 상기 저더 외란을 검출하는 것을 특징으로 하는 자동차의 조향 제어장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 필터는 로우패스필터(Low pass filter) 및 래그 보상기(Lag compensator) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 자동차의 조향 제어장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 저더 외란의 주파수에 대응하여 상기 필터의 컷오프 주파수를 설정하는 것을 특징으로 하는 자동차의 조향 제어장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 조향각을 미분하여 산출되는 조향각속도에 사인함수를 적용하여 상기 저더 외란의 주파수를 검출하는 것을 특징으로 하는 자동차의 조향 제어장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 사인함수의 값을 플러스 및 마이너스값으로 부호화하고, 일정시간 동안 상기 사인함수의 값이 변화하는 횟수를 카운트하여 상기 저더 외란의 주파수를 검출하는 것을 특징으로 하는 자동차의 조향 제어장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 브레이크 페달 신호에 대응하여, 상기 브레이크 페달이 조작된 상태에서 상기 보상신호가 적용되도록 상기 보상게인을 조절하는 것을 특징으로 하는 자동차의 조향 제어장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 차속을 복수의 단계로 구분하고, 상기 차속이 높을수록 상기 보상게인을 감소시키고, 상기 차속이 낮을수록 상기 보상게인을 증가시키는 것을 특징으로 하는 자동차의 조향 제어장치.
  9. 지령에 따라 위치제어기에서 생성되는 제어신호에 대응하여, 조향장치(MDPS)가 차량의 주행방향을 제어하는 단계;
    주행 중, 브레이크 페달 조작 시, 저더 현상으로 인한 소음 및 진동이 발생하는 단계;
    프로세서가, 상기 조향장치의 출력신호를 피드백 받아 상기 저더 현상에 대한 저더 외란을 검출하여 보상신호를 생성하는 단계;
    상기 브레이크 페달이 조작되면 출력되는 브레이크 페달 신호 및 차속에 대응하여 상기 보상신호에 대한 보상게인을 조절하는 단계; 및
    상기 프로세서가, 상기 보상게인이 조절된 상기 보상신호와 상기 제어신호를 결합하여 상기 저더 외란을 보상하는 단계; 를 포함하는 자동차 조향 제어장치의 외란 보상방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 보상신호를 생성하는 단계는,
    상기 조향장치의 모델함수에 대한 역함수를 이용하여 상기 출력신호로부터 상기 저더 외란이 포함된 신호를 추출하는 단계;
    상기 저더 외란이 포함된 신호에 필터를 적용하여 다른 노이즈를 제외한 상기 저더 외란을 검출하는 단계; 및
    상기 저더 외란에 대한 보상신호를 생성하는 단계; 를 포함하는 자동차 조향 제어장치의 외란 보상방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 필터는 로우패스필터(Low pass filter) 및 래그 보상기(Lag compensator) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 자동차 조향 제어장치의 외란 보상방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 저더 외란을 검출하는 단계는,
    상기 프로세서가 상기 저더 외란의 주파수에 대응하여 상기 필터의 컷오프 주파수를 설정하는 단계; 를 포함하는 자동차 조향 제어장치의 외란 보상방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 필터의 컷오프 주파수를 설정하는 단계는,
    조향각을 미분하여 산출되는 조향각속도에 사인함수를 적용하는 단계;
    상기 사인함수의 값을 플러스 및 마이너스값으로 부호화하고, 상기 사인함수의 값이 변화하는 횟수를 카운트하는 단계; 및
    일정시간 동안 카운트된 횟수에 따라 상기 저더 외란의 주파수를 검출하는 단계; 를 포함하는 자동차 조향 제어장치의 외란 보상방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 프로세서가 상기 저더 외란의 주파수에 대응하여 상기 필터의 컷오프 주파수를 설정하여, 상기 저더 외란 외의 노이즈를 제거하고, 상기 역함수를 안정화하는 것을 특징으로 하는 자동차 조향 제어장치의 외란 보상방법.
  15. 제 9 항에 있어서,
    상기 보상게인을 조절하는 단계는,
    상기 브레이크 페달 신호에 대응하여, 상기 브레이크 페달이 조작된 상태에서 상기 보상신호가 적용되도록 상기 보상게인을 조절하는 것을 특징으로 하는 자동차 조향 제어장치의 외란 보상방법.
  16. 제 9 항에 있어서,
    상기 보상게인을 조절하는 단계는,
    상기 차속을 복수의 단계로 구분하고, 상기 차속이 높을수록 상기 보상게인을 감소시키고, 상기 차속이 낮을수록 상기 보상게인을 증가시키는 것을 특징으로 하는 자동차 조향 제어장치의 외란 보상방법.
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