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KR102048185B1 - 전동식 조향장치의 비상 조향장치 및 방법 - Google Patents

전동식 조향장치의 비상 조향장치 및 방법 Download PDF

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KR102048185B1
KR102048185B1 KR1020180072045A KR20180072045A KR102048185B1 KR 102048185 B1 KR102048185 B1 KR 102048185B1 KR 1020180072045 A KR1020180072045 A KR 1020180072045A KR 20180072045 A KR20180072045 A KR 20180072045A KR 102048185 B1 KR102048185 B1 KR 102048185B1
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Abstract

전동식 조향장치의 비상 조향장치 및 방법이 개시된다. 본 발명의 전동식 조향장치의 비상 조향장치는 스티어링 휠의 조향각을 감지하는 조향각 센서; 차량의 차속을 감지하는 차속 센서; 조향각 센서에 의해 감지된 조향각, 차속 센서에 의해 감지된 차속을 이용하여 전동식 조향장치의 보조 랙 추력을 검출하는 보조 랙 추력 검출부; 및 보조 랙 추력 검출부에 의해 검출된 보조 랙 추력으로 모터의 지령전류를 검출하는 지령전류 검출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

전동식 조향장치의 비상 조향장치 및 방법{EMERGENCY STEERING APPARATUS AND METHOD OF MOTOR DRIVEN POWER STEERING SYSTEM}
본 발명은 전동식 조향장치의 비상 조향장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전동식 조향장치의 토크센서 고장시에도 조향력을 유지시켜 운전자의 안전을 확보할 수 있도록 한 전동식 조향장치의 비상 조향장치 및 방법에 관한 것이다.
차량의 전동식 조향장치(Motor Driven Power Steering;MDPS)는 차량 조향시 운전자가 핸들에 가해야 하는 조향 토크의 일부를 보조 동력원을 이용하여 제공함으로서 조향을 용이하게 하는 장치이다.
차량의 전동식 조향장치는 조향휠에 입력되는 운전자의 조향토크를 측정하는 토크센서, 조향휠의 조향각 또는 조향각속도를 측정하는 조향각센서, 및 차속을 측정하는 차속센서 등을 통해 차량의 주행 조건을 판단하고, 운전자가 조향휠을 조타함에 따라 조향축에 인가되는 조향토크에 근거하여 전동모터를 통해 보조토크를 제공한다.
특히, 토크 센서에 고장이 발생하면 조향 기능이 정상적으로 동작하지 않게 된다.
이에 종래에는 토크 센서에 고장이 발생하면 차량의 안전을 위해 페일 세이프티(Fail Safety) 기능을 작동시켜 조향 기능을 강제로 정지시키거나, 전동식 파워 스티어링 시스템에서 운전자의 조향 의지와 무관하게 비정상적인 보조 조향력을 발생시켜 운전자가 위험한 상황에 처하게 되는 문제점이 있었다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 등록특허공보 10-1765625호(2017.08.01)의 '전동식 파워 스티어링 시스템의 토크 제어 장치 및 방법'에 개시되어 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 개선하기 위해 창안된 것으로서, 본 발명의 일 측면에 따른 목적은 전동식 조향장치의 토크센서 고장시에도 조향력을 유지시켜 운전자의 안전을 확보할 수 있도록 한 전동식 조향장치의 비상 조향장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 전동식 조향장치의 비상 조향장치는 스티어링 휠의 조향각을 감지하는 조향각 센서; 차량의 차속을 감지하는 차속 센서; 상기 조향각 센서에 의해 감지된 조향각, 상기 차속 센서에 의해 감지된 차속을 이용하여 전동식 조향장치의 보조 랙 추력을 검출하는 보조 랙 추력 검출부; 및 상기 보조 랙 추력 검출부에 의해 검출된 보조 랙 추력으로 모터의 지령전류를 검출하는 지령전류 검출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 보조 랙 추력 검출부는 상기 조향각 센서와 상기 차속 센서에 의해 각각 감지된 조향각 및 차속을 이용하여 드라이버가 스티어링 휠을 조향할 때 필요한 토탈 랙 추력을 산출하는 토탈 랙 추력 산출부; 및 상기 토탈 랙 추력 산출부에 의해 검출된 토탈 랙 추력, 및 드라이버 최대 조타력을 토대로 보조 랙 추력을 산출하는 보조 랙 추력 산출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 토탈 랙 추력 산출부는 상기 조향각 센서에 의해 감지된 조향각과 상기 차속 센서에 의해 각각 감지된 차속을 이용하여 차량의 사이드 슬립각 및 요 레이트를 산출하고, 검출된 차량의 사이드 슬립값 및 요 레이트로 셀프 얼라이닝 토크를 산출한 후, 산출된 셀프 얼라이닝 토크로 토탈 랙 추력을 산출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기 토탈 랙 추력 산출부에 의해 산출된 요 레이트에 따라 지령전류를 보정하는 지령전류 보정부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 지령전류 보정부는 상기 토탈 랙 추력 산출부에 의해 산출된 요 레이트와 요 레이트 센서에 의해 감지된 요 레이트를 비교하여 비교 결과에 따라 지령전류의 크기를 조절하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 지령전류 보정부는 상기 토탈 랙 추력 산출부에 의해 산출된요 레이트와 상기 요 레이트 센서에 의해 감지된 요 레이트의 패턴 또는 크기를 비교하여 유사도에 따라 차량의 거동을 정상 선회, 오버-스티어 및 언더-스티어 중 어느 하나로 판단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 지령전류 보정부는 상기 토탈 랙 추력 산출부에 의해 산출된 요 레이트 보다 상기 요 레이트 센서에 의해 감지된 요 레이트가 더 크면 오버-스티어로 판단하고, 상기 토탈 랙 추력 산출부에 의해 산출된 요 레이트 보다 상기 요 레이트 센서에 의해 감지된 요 레이트가 더 작으면 언더-스티어로 판단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 지령전류 보정부는 상기 토탈 랙 추력 산출부에 의해 산출된 요 레이트와 상기 요 레이트 센서에 의해 감지된 요 레이트의 오차를 기 설정된 튜닝맵에 적용하여 지령전류의 크기를 조절하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 보조 랙 추력 산출부는 상기 토탈 랙 추력 산출부에 의해 산출된 토찰 랙 추력에 대한 보조 랙 추력의 비율을 산출하여 보조 랙 추력을 산출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 보조 랙 추력 산출부는 상기 토탈 랙 추력 산출부에 의해 산출된 토찰 랙 추력에 보조 랙 추력의 비율을 곱하여 보조 랙 추력을 산출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 차속 센서에 의해 감지된 차속에 따른 게인 조정 테이블을 사전에 저장하고, 상기 차속 센서에 의해 감지된 차속에 따라 게인 조정 테이블의 게인값을 적용하여 상기 지령전류 검출부에 의해 검출된 지령전류를 보정하는 지령전류 보정부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 전동식 조향장치 비상 조향방법은 보조 랙 추력 검출부가 조향각 센서와 차속 센서에 의해 각각 감지된 조향각 및 차속을 이용하여 드라이버가 스티어링 휠을 조향할 때 필요한 토탈 랙 추력을 산출하고, 검출된 토탈 랙 추력 및 드라이버 최대 조타력을 토대로 보조 랙 추력을 산출하는 단계; 및
지령전류 검출부가 상기 보조 랙 추력 검출부에 의해 검출된 보조 랙 추력으로 모터의 지령전류를 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 보조 랙 추력을 산출하는 단계에서, 상기 토탈 랙 추력 검출부는 상기 조향각 센서에 의해 감지된 조향각과 상기 차속 센서에 의해 각각 감지된 차속을 이용하여 차량의 사이드 슬립각 및 요 레이트를 산출하고, 검출된 차량의 사이드 슬립값 및 요 레이트로 셀프 얼라이닝 토크를 산출한 후, 산출된 셀프 얼라이닝 토크로 토탈 랙 추력을 산출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 지령전류 보정부가 상기 토탈 랙 추력 산출부에 의해 산출된 요 레이트에 따라 지령전류를 보정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 지령전류를 보정하는 단계에서, 상기 지령전류 보정부는 상기 토탈 랙 추력 산출부에 의해 산출된 요 레이트와 요 레이트 센서에 의해 감지된 요 레이트를 비교하여 비교 결과에 따라 지령전류의 크기를 조절하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 지령전류를 보정하는 단계에서, 상기 지령전류 보정부는 상기 토탈 랙 추력 산출부에 의해 산출된 요 레이트와 상기 요 레이트 센서에 의해 감지된 요 레이트의 패턴 또는 크기를 비교하여 유사도에 따라 차량의 거동을 정상 선회, 오버-스티어 및 언더-스티어 중 어느 하나로 판단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 지령전류를 보정하는 단계에서, 상기 지령전류 보정부는 상기 토탈 랙 추력 산출부에 의해 산출된 요 레이트 보다 상기 요 레이트 센서에 의해 감지된 요 레이트가 더 크면 오버-스티어로 판단하고, 상기 토탈 랙 추력 산출부에 의해 산출된 요 레이트 보다 상기 요 레이트 센서에 의해 감지된 요 레이트가 더 작으면 언더-스티어로 판단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 지령전류를 보정하는 단계에서, 상기 지령전류 보정부는 상기 토탈 랙 추력 산출부에 의해 산출된 요 레이트와 상기 요 레이트 센서에 의해 감지된 요 레이트의 오차를 기 설정된 튜닝맵에 적용하여 지령전류의 크기를 조절하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 보조 랙 추력을 산출하는 단계에서, 상기 보조 랙 추력 산출부는 상기 토탈 랙 추력 산출부에 의해 산출된 토찰 랙 추력에 대한 보조 랙 추력의 비율을 산출하여 보조 랙 추력을 산출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 보조 랙 추력을 산출하는 단계에서, 상기 보조 랙 추력 산출부는 상기 토탈 랙 추력 산출부에 의해 산출된 토찰 랙 추력에 보조 랙 추력의 비율을 곱하여 보조 랙 추력을 산출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 지령전류 보정부가 상기 차속 센서에 의해 감지된 차속에 따른 게인 조정 테이블을 사전에 저장하고, 상기 차속 센서에 의해 감지된 차속에 따라 게인 조정 테이블의 게인값을 적용하여 지령전류를 보정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 전동식 조향장치의 비상 조향장치 및 방법은 전동식 조향장치의 토크센서 고장시에도 조향력을 유지시켜 운전자의 안전을 확보할 수 있도록 한다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 조향장치의 비상 조향장치의 블럭 구성도이다.
도 2 본 발명의 일 실시예에 따른 토탈 랙 추력 검출부의 동작을 나타낸 도면이다.
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 보조 랙 추력 검출부의 동작을 나타낸 도면이다.
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 조향장치의 비상 조향방법의 순서도이다.
도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 조향장치의 비상 조향장치 및 방법을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 이러한 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 이용자, 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 전동식 조향장치의 비상 조향장치의 블럭 구성도이고, 도 2 본 발명의 일 실시예에 따른 토탈 랙 추력 검출부의 동작을 나타낸 도면이며, 도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 보조 랙 추력 검출부의 동작을 나타낸 도면이다.
도 1 을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 조향장치의 비상 조향장치는 조향각 센서(10), 차속 센서(20), 보조 랙 추력 검출부(30), 지령전류 검출부(40) 및 지령전류 보정부(50)를 포함한다.
조향각 센서(10)는 드라이버에 의한 조향휠의 조향각을 감지한다.
차속 센서(20)는 차량의 속도를 감지한다.
보조 랙 추력 검출부(30)는 조향각 센서(10)에 의해 감지된 조향각 및 차속 센서(20)에 의해 감지된 차속을 이용하여 전동식 조향장치의 보조 랙 추력을 검출한다. 즉, 보조 랙 추력 검출부(30)는 전동식 조향장치의 토크 센서에 에러가 발생할 경우, 조향각 센서(10)에 의해 감지된 조향각 및 차속 센서(20)에 의해 감지된 차속을 이용하여 전동식 조향장치의 보조 랙 추력을 검출함으로써, 토크센서 고장시에도 조향력이 유지될 수 있도록 한다.
보조 랙 추력 검출부(30)는 토탈 랙 추력 산출부(31) 및 보조 랙 추력 산출부(32)를 포함한다.
도 2 를 참조하면, 토탈 랙 추력 산출부(31)는 조향각 센서(10)와 차속 센서(20)에 의해 각각 감지된 조향각 및 차속을 이용하여 드라이버가 스티어링 휠을 조향할 때 필요한 토탈 랙 추력(Total Rack Force)을 산출한다.
이를 위해, 토탈 랙 추력 산출부(31)는 조향각 센서(10)와 차속 센서(20)에 의해 각각 감지된 조향각과 차속을 이용하여 차량 모델링 및 동역학을 통해 차량의 사이드 슬립각(Side Slip Angle)과 요 레이트(Yaw rate)를 아래의 수학식 1을 통해 산출한다.
Figure 112018061529006-pat00001
Figure 112018061529006-pat00002
여기서, m은 차량의 무게이고, V는 차속이며, B는 차량의 사이드 슬립각이며, Kf는 Front Wheel 코너링 강성이며, Kr은 Rear Wheel 코너링 강성이며, lf는 차량 중심으로부터 Front wheel까지 거리이며, lr는 차량 중심으로 부터 Rear wheel까지 거리이며, δ는 조향각이며, l은 차량의 총 길이며, r은 요 레이트이다.
상기한 바와 같이 조향각과 차속을 통해 차량의 사이드 슬립각과 요 레이트가 산출되면, 토탈 랙 추력 산출부(31)는 차량의 좌, 우 타이어의 사이드 슬립각과 코너링 포스가 동일하다고 가정할 경우, 차량의 무게와 차속, 차량의 사이드 슬립각 및 요 레이트를 이용하여 차량의 셀프 얼라이닝 토크(Self-Aligning Torque)를 산출한다.
셀프 얼라이닝 토크는 일반적인 도로 상황에서 실제 운전자가 조타시 필요한 랙 추력(Rack Force)과 그 패턴 및 크기가 유사하게 되므로, 토탈 랙 추력 산출부(31)는 이 셀프 얼라이닝 토크를 토대로 드라이버가 조타할 시 필요한 토탈 랙 추력(Total Rack Force)으로 검출할 수 있다.
도 3 을 참조하면, 보조 랙 추력 산출부(32)는 토탈 랙 추력 산출부(31)에 의해 검출된 토탈 랙 추력, 및 드라이버 최대 조타력을 토대로 보조 랙 추력을 산출한다.
상기한 셀프 얼라이닝 토크는 운전자가 조타했을때 필요한 토탈 랙 추력과 유사한 크기이므로, 이를 감안하여 실제 차량의 필요 총 랙 추력에서 운전자의 힘을 빼 주어야 실제적으로 전동식 조향장치의 보조 조타력이 검출될 수 있다.
즉, 토탈 랙 출력(Total Rack Force)은 전동식 조향장치의 보조 조타력과 드라이버 조타력의 합이므로, 토탈 랙 추력에서 드라이버 조타력을 차감하면 전동식 조향장치의 보조 조타력이 산출될 수 있다.
여기서, 보조 랙 추력 산출부(32)는 드라이버 최대 조타력(Driver Max 조타력)을 n_피니언 효율과 드라이버 최대 토크 및 피니언 기어비를 이용하여 산출한다.
드라이버 최대 조타력이 검출됨에 따라, 보조 랙 추력 산출부(32)는 차량의 특성을 통하여 도출된 토탈 랙 추력과 드라이버가 낼 수 있는 최대 조타력의 비율을 검출하고, 이를 다시 상기한 필요 랙 추력과 곱하여 실제로 전동식 조향장치가 보조해주어야 하는 전동식 조향장치의 보조 조타력을 산출한다.
즉, 보조 랙 추력 산출부(32)는 차량 특성이 고려된 필요 최대 랙 추력에서 드라이버 최대 조타력을 차감하여 전동식 조향장치의 최대 보조 조타력을 산출하고, 이 경우 전동식 조향장치의 최대 보조 조타력을 차량 특성이 고려된 필요 최대 랙 추력으로 나누면, 전동식 조향장치의 보조 랙 추력의 비율(ratio)이 도출된다.
여기서, 보조 랙 추력의 비율은, 차량에 바퀴가 틀어지기 위해 필요한 최대 랙 추력에서 드라이버가 낼 수 있는 드라이버 최대 조타력을 차감하고, 이 값을 차량에 바퀴가 틀어지기 위해 필요한 최대 랙 추력으로 나눈 값이다.
이어, 보조 랙 추력 산출부(32)는 전동식 조향장치의 보조 랙 추력의 비율과 필요 랙 추력을 곱하여 실제 필요한 전동식 조향장치의 최종 보조 랙 추력을 산출한다.
즉, 보조 랙 추력 산출부(32)는 실제 최대 필요 랙 추력에서 전동식 조향장치의 보조 랙 추력의 비율을 실제 차량 모델링 및 동역학으로 구해진 현재 필요 랙 추력과 곱함으로써, 실제 필요한 전동식 조향장치의 최종 보조 랙 추력을 산출한다.
이에 따라, 드라이버는 드라이버가 필요한 만큼의 조타력을 추가해 주어야 하며, 실제로 정상 상태에서 운전자가 조타를 할 경우 그 무겁기가 발생하여 헐렁감 등과 같은 이질감을 줄이고 차량 노면 필(Feel)을 느낄 수 있게 된다.
지령전류 검출부(40)는 보조 랙 추력 검출부(30)에 의해 검출된 보조 랙 추력을 이용하여 모터의 지령전류를 검출한다. 이 경우, 지령전류 검출부(40)는 전동식 조향장치의 보조 랙 추력 비율, 볼 스크류 리드, 벨트 풀러 감속기 비율, 벨트 풀리비 효율 및 볼 스크류 효율 중 적어도 하나를 이용하여 모터의 지령전류를 검출할 수 있다.
지령전류 보정부(50)는 토탈 랙 추력 산출부(31)에 의해 산출된 요 레이트 또는 차속에 따라 지령전류를 보정한다.
즉, 지령전류 보정부(50)는 토탈 랙 추력 산출부(31)에 의해 산출된 요 레이트와 요 레이트 센서(60)에 의해 감지된 요 레이트를 비교하여 비교 결과에 따라 지령전류의 크기를 조절한다.
이 경우, 지령전류 보정부(50)는 토탈 랙 추력 산출부(31)에 의해 산출된 요 레이트와 요 레이트 센서(60)에 의해 감지된 요 레이트의 패턴 또는 크기를 비교하여 그 유사도에 따라 차량의 거동을 정상 선회, 오버-스티어 및 언더-스티어 중 어느 하나로 판단한다.
예를 들어, 지령전류 보정부(50)는 토탈 랙 추력 산출부(31)에 의해 산출된 요 레이트 보다 요 레이트 센서(60)에 의해 감지된 요 레이트가 더 크면 오버-스티어로 판단하고, 토탈 랙 추력 산출부(31)에 의해 산출된 요 레이트 보다 요 레이트 센서(60)에 의해 감지된 요 레이트가 더 작으면 언더-스티어로 판단한다.
이 경우, 지령전류 보정부(50)는 토탈 랙 추력 산출부(31)에 의해 산출된 요 레이트와 요 레이트 센서(60)에 의해 감지된 요 레이트의 오차를 기 설정된 튜닝맵에 적용하여 지령전류의 크기를 조절한다.
또는, 지령전류 보정부(50)는 차속 센서(20)에 의해 감지된 차속을 이용하여 지령전류를 보정할 수도 있다. 즉, 지령전류 보정부(60)는 차속 센서(20)에 의해 감지된 차속에 따른 게인 조정 테이블을 사전에 저장하고, 차속 센서(20)에 의해 감지된 차속에 따라 게인 조정 테이블의 게인값을 적용하여 지령전류를 보정할 수 있다. 이 경우, 지령전류 보정부(60)는 차속이 높을수록 게인값을 낮게 설정하여 지령전류를 감소시킬 수 있다.
이하 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 조향장치의 비상 조향방법을 도 4 를 참조하여 설명한다.
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 조향장치의 비상 조향방법의 순서도이다.
도 4 를 참조하면, 먼저 조향각 센서(10)가 드라이버에 의한 조향휠의 조향각을 감지하고, 차속 센서(20)는 차량의 속도를 감지한다(S10).
조향각과 차속이 감지됨에 따라, 토탈 랙 추력 검출부(31)는 조향각 센서(10)와 차속 센서(20)에 의해 각각 감지된 조향각 및 차속을 이용하여 차량 모델링 및 동역학을 통해 차량의 사이드 슬립각(Side Slip Angle)과 요 레이트(Yaw rate)를 각각 산출한다(S20,S30).
이어, 토탈 랙 추력 산출부(31)는 차량의 좌, 우 타이어의 사이드 슬립각과 코너링 포스가 동일하다고 가정할 경우, 검출된 차량의 사이드 슬립각과 요 레이트를 이용하여 차량의 셀프 얼라이닝 토크(Self-Aligning Torque)를 산출한다.
통상적으로, 셀프 얼라이닝 토크는 일반적인 도로 상황에서 실제 운전자가 조타시 필요한 랙 추력(Rack Force)과 그 패턴 및 크기가 유사하게 되므로, 토탈 랙 추력 검출부는 이 셀프 얼라이닝 토크를 토대로 드라이버가 조타시 필요한 토탈 랙 추력(Total Rack Force)으로 검출(S40)한다.
이 경우, 토탈 랙 출력(Total Rack Force)은 전동식 조향장치의 보조 조타력과 드라이버 조타력의 합이므로, 토탈 랙 추력에서 드라이버 조타력을 차감하면 전동식 조향장치의 보조 조타력이 산출될 수 있다.
이에, 보조 랙 추력 검출부(32)는 드라이버 최대 조타력(Driver Max 조타력)을 산출(S50)하고, 차량의 특성을 통하여 도출된 토탈 랙 추력과 드라이버가 낼 수 있는 최대 조타력의 비율을 산출(S60)한 후, 필요 랙 추력과 곱하여 실제로 전동식 조향장치가 보조해주어야 하는 전동식 조향장치의 보조 랙 추력을 산출(S70)한다.
즉, 보조 랙 추력 산출부(32)는 차량 특성이 고려된 필요 최대 랙 추력에서 드라이버 최대 조타력을 차감하여 전동식 조향장치의 최대 보조 조타력을 산출하고, 차량에 바퀴가 틀어지기 위해 필요한 최대 랙 추력에서 드라이버가 낼 수 있는 드라이버 최대 조타력을 차감한 값을, 차량에 바퀴가 틀어지기 위해 필요한 최대 랙 추력으로 나눔으로써, 실제 최대 필요 랙 추력에서 전동식 조향장치의 보조 랙 추력의 비율을 산출한다.
이어, 보조 랙 추력 산출부(32)는 실제 최대 필요 랙 추력에서 전동식 조향장치의 보조 랙 추력의 비율과 실제 필요 랙 추력을 곱하여 실제 필요한 전동식 조향장치의 최종 보조 랙 추력을 산출한다.
즉, 보조 랙 추력 산출부(32)는 실제 최대 필요 랙 추력에서 전동식 조향장치의 보조 랙 추력의 비율에 실제 차량 모델링 및 동역학으로 구해진 현재 필요 랙 추력을 곱함으로써, 실제 필요한 전동식 조향장치의 최종 보조 랙 추력을 산출한다.
보조 랙 추력이 산출됨에 따라, 지령전류 검출부(40)는 보조 랙 추력 검출부(30)에 의해 검출된 보조 랙 추력을 이용하여 모터의 지령전류를 검출한다(S80).
지령전류 검출부(40)에 의해 모터의 지령전류기 검출되면, 지령전류 보정부(50)는 토탈 랙 추력 산출부(31)에 의해 산출된 요 레이트 또는 차속에 따라 지령전류를 보정한다(S90).
이 경우, 지령전류 보정부(50)는 토탈 랙 추력 산출부(31)에 의해 산출된 요 레이트와 요 레이트 센서(60)에 의해 감지된 요 레이트의 패턴 또는 크기를 비교하여 그 유사도에 따라 차량의 거동을 정상 선회, 오버-스티어 및 언더-스티어 중 어느 하나로 판단한다. 즉, 지령전류 보정부(50)는 토탈 랙 추력 산출부(31)에 의해 산출된 요 레이트보다 요 레이트 센서(60)에 의해 감지된 요 레이트가 더 크면 오버-스티어로 판단하고, 토탈 랙 추력 산출부(31)에 의해 산출된 요 레이트 보다 요 레이트 센서(60)에 의해 감지된 요 레이트가 더 작으면 언더-스티어로 판단한다.
이때, 지령전류 보정부(50)는 토탈 랙 추력 산출부(31)에 의해 산출된 요 레이트와 요 레이트 센서(60)에 의해 감지된 요 레이트의 오차를 기 설정된 튜닝맵에 적용하여 지령전류의 크기를 조절한다.
또는, 지령전류 보정부(50)는 차속 센서(20)에 의해 감지된 차속에 따른 게인 조정 테이블을 사전에 저장하고, 차속 센서(20)에 의해 감지된 차속에 따라 게인 조정 테이블의 게인값을 적용하여 지령전류를 보정할 수 있는데, 이 경우 지령전류 보정부(60)는 차속이 높을수록 게인값을 낮게 설정하여 지령전류를 감소시킬 수 있다.
도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.
도 5 를 참조하면, 조향각과 차속이 감지될 경우, 토크센서가 정상적으로 동작할 때의 모터 지령 전류(실제 MDPS 모터 전류[A])와 토크센서에 에러가 발생하는 등 비상 조향시의 모터 지령 전류(추종 MDPS 모터 전류[A])를 비교하면, 이들 모터 지령 전류가 실질적으로 매우 유사하게 나타남을 알 수 있다.
이에 따라, 토크센서 에러 등의 비상조향시, 본 실시예에 따라 검출된 모터 지령 전류를 이용하여 전동식 조향장치의 구동이 가능함을 알 수 있다.
이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 조향장치의 비상 조향장치 및 방법은 전동식 조향장치의 토크센서 고장시에도 조향력을 유지시켜 운전자의 안전을 확보할 수 있도록 한다.
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.
10: 조향각 센서
20: 차속 센서
30: 보조 랙 추력 검출부
31: 토탈 랙 추력 산출부
32: 보조 랙 추력 산출부
40: 지령전류 검출부
50: 지령전류 보정부
60: 요 레이트 센서

Claims (21)

  1. 스티어링 휠의 조향각을 감지하는 조향각 센서;
    차량의 차속을 감지하는 차속 센서;
    상기 조향각 센서에 의해 감지된 조향각, 상기 차속 센서에 의해 감지된 차속을 이용하여 전동식 조향장치의 보조 랙 추력을 검출하는 보조 랙 추력 검출부; 및
    상기 보조 랙 추력 검출부에 의해 검출된 보조 랙 추력으로 모터의 지령전류를 검출하는 지령전류 검출부를 포함하고,
    상기 보조 랙 추력 검출부는 상기 조향각 센서와 상기 차속 센서에 의해 각각 감지된 조향각 및 차속을 이용하여 드라이버가 스티어링 휠을 조향할 때 필요한 토탈 랙 추력을 산출하는 토탈 랙 추력 산출부; 및 상기 토탈 랙 추력 산출부에 의해 검출된 토탈 랙 추력, 및 드라이버 최대 조타력을 토대로 보조 랙 추력을 산출하는 보조 랙 추력 산출부를 포함하며,
    상기 보조 랙 추력 산출부는 차량 특성에 따른 필요 최대 랙 추력에서 드라이버 최대 조타력을 차감하여 최대 보조 조타력을 산출하고, 산출된 최대 보조 조타력을 필요 최대 랙 추력으로 나누어 보조 랙 추력의 비율을 도출하며, 도출된 보조 랙 추력의 비율과 토탈 랙 추력을 곱하여 보조 랙 추력을 산출하며,
    상기 보조 랙 추력 산출부는 피니언 효율과 드라이버 최대 토크 및 피니언 기어비를 이용하여 상기 드라이버 최대 조타력을 산출하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치의 비상 조향장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 토탈 랙 추력 산출부는
    상기 조향각 센서에 의해 감지된 조향각과 상기 차속 센서에 의해 각각 감지된 차속을 이용하여 차량의 사이드 슬립각 및 요 레이트를 산출하고, 검출된 차량의 사이드 슬립값 및 요 레이트로 셀프 얼라이닝 토크를 산출한 후, 산출된 셀프 얼라이닝 토크로 토탈 랙 추력을 산출하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치의 비상 조향장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 토탈 랙 추력 산출부에 의해 산출된 요 레이트에 따라 지령전류를 보정하는 지령전류 보정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치의 비상 조향장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 지령전류 보정부는
    상기 토탈 랙 추력 산출부에 의해 산출된 요 레이트와 요 레이트 센서에 의해 감지된 요 레이트를 비교하여 비교 결과에 따라 지령전류의 크기를 조절하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치의 비상 조향장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 지령전류 보정부는 상기 토탈 랙 추력 산출부에 의해 산출된 요 레이트와 상기 요 레이트 센서에 의해 감지된 요 레이트의 패턴 또는 크기를 비교하여 유사도에 따라 차량의 거동을 정상 선회, 오버-스티어 및 언더-스티어 중 어느 하나로 판단하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치의 비상 조향장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 지령전류 보정부는 상기 토탈 랙 추력 산출부에 의해 산출된 요 레이트 보다 상기 요 레이트 센서에 의해 감지된 요 레이트가 더 크면 오버-스티어로 판단하고, 상기 토탈 랙 추력 산출부에 의해 산출된 요 레이트 보다 상기 요 레이트 센서에 의해 감지된 요 레이트가 더 작으면 언더-스티어로 판단하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치의 비상 조향장치.
  8. 제 5 항에 있어서, 상기 지령전류 보정부는 상기 토탈 랙 추력 산출부에 의해 산출된 요 레이트와 상기 요 레이트 센서에 의해 감지된 요 레이트의 오차를 기 설정된 튜닝맵에 적용하여 지령전류의 크기를 조절하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치의 비상 조향장치.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제 1 항에 있어서, 차속 센서에 의해 감지된 차속에 따른 게인 조정 테이블을 사전에 저장하고, 상기 차속 센서에 의해 감지된 차속에 따라 게인 조정 테이블의 게인값을 적용하여 상기 지령전류 검출부에 의해 검출된 지령전류를 보정하는 지령전류 보정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치의 비상 조향장치.
  12. 보조 랙 추력 검출부가 조향각 센서와 차속 센서에 의해 각각 감지된 조향각 및 차속을 이용하여 드라이버가 스티어링 휠을 조향할 때 필요한 토탈 랙 추력을 산출하고, 검출된 토탈 랙 추력 및 드라이버 최대 조타력을 토대로 보조 랙 추력을 산출하는 단계; 및
    지령전류 검출부가 상기 보조 랙 추력 검출부에 의해 검출된 보조 랙 추력으로 모터의 지령전류를 검출하는 단계를 포함하고,
    상기 보조 랙 추력을 산출하는 단계에서, 상기 보조 랙 추력 산출부는 차량 특성에 따른 필요 최대 랙 추력에서 드라이버 최대 조타력을 차감하여 최대 보조 조타력을 산출하고, 산출된 최대 보조 조타력을 필요 최대 랙 추력으로 나누어 보조 랙 추력의 비율을 도출하며, 도출된 보조 랙 추력의 비율과 토탈 랙 추력을 곱하여 보조 랙 추력을 산출하며,
    상기 보조 랙 추력을 산출하는 단계에서, 상기 보조 랙 추력 산출부는 피니언 효율과 드라이버 최대 토크 및 피니언 기어비를 이용하여 상기 드라이버 최대 조타력을 산출하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치의 비상 조향방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 보조 랙 추력을 산출하는 단계에서,
    상기 토탈 랙 추력 검출부는 상기 조향각 센서에 의해 감지된 조향각과 상기 차속 센서에 의해 각각 감지된 차속을 이용하여 차량의 사이드 슬립각 및 요 레이트를 산출하고, 검출된 차량의 사이드 슬립값 및 요 레이트로 셀프 얼라이닝 토크를 산출한 후, 산출된 셀프 얼라이닝 토크로 토탈 랙 추력을 산출하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치의 비상 조향방법.
  14. 제 12 항에 있어서, 지령전류 보정부가 상기 토탈 랙 추력 산출부에 의해 산출된 요 레이트에 따라 지령전류를 보정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치의 비상 조향방법.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 지령전류를 보정하는 단계에서,
    상기 지령전류 보정부는 상기 토탈 랙 추력 산출부에 의해 산출된 요 레이트와 요 레이트 센서에 의해 감지된 요 레이트를 비교하여 비교 결과에 따라 지령전류의 크기를 조절하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치의 비상 조향방법.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 지령전류를 보정하는 단계에서,
    상기 지령전류 보정부는 상기 토탈 랙 추력 산출부에 의해 산출된 요 레이트와 상기 요 레이트 센서에 의해 감지된 요 레이트의 패턴 또는 크기를 비교하여 유사도에 따라 차량의 거동을 정상 선회, 오버-스티어 및 언더-스티어 중 어느 하나로 판단하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치의 비상 조향방법.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 지령전류를 보정하는 단계에서,
    상기 지령전류 보정부는 상기 토탈 랙 추력 산출부에 의해 산출된 요 레이트 보다 상기 요 레이트 센서에 의해 감지된 요 레이트가 더 크면 오버-스티어로 판단하고, 상기 토탈 랙 추력 산출부에 의해 산출된 요 레이트 보다 상기 요 레이트 센서에 의해 감지된 요 레이트가 더 작으면 언더-스티어로 판단하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치의 비상 조향방법.
  18. 제 15 항에 있어서, 상기 지령전류를 보정하는 단계에서,
    상기 지령전류 보정부는 상기 토탈 랙 추력 산출부에 의해 산출된 요 레이트와 상기 요 레이트 센서에 의해 감지된 요 레이트의 오차를 기 설정된 튜닝맵에 적용하여 지령전류의 크기를 조절하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치의 비상 조향방법.
  19. 삭제
  20. 삭제
  21. 제 12 항에 있어서, 지령전류 보정부가 상기 차속 센서에 의해 감지된 차속에 따른 게인 조정 테이블을 사전에 저장하고, 상기 차속 센서에 의해 감지된 차속에 따라 게인 조정 테이블의 게인값을 적용하여 지령전류를 보정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치의 비상 조향방법.
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