Robust Steering-Assist Torque Control of Steer-by-Wire Systems for Target Steering Wheel Torque Tracking

Abstract

This dissertation focused on the development of and steering assist torque control algorithm of Electric-Power-Steering (EPS) system from the conventional steering system perspective and Steer-by-Wire (SBW) system. The steering assist torque control algorithm has been developed to overcome the major disadvantage of the conventional method of time-consuming tuning to achieve the desired steering feel. A reference steering wheel torque map was designed by post-processing data obtained from target performance vehicle tests with a highly-rated steering feel for both sinusoidal and transition steering inputs. Adaptive sliding-mode control was adopted to ensure robustness against uncertainty in the steering system, and the equivalent moment of inertia damping coefficient and effective compliance were adapted to improve tracking performance. Effective compliance played a role in compensating the error between the nominal rack force and the actual rack force. For the SBW system, the previously proposed EPS assist torque algorithm has been also enhanced using impedance model and applied to steering feedback system. Stable execution and how to give the person the proper steering feedback torque of contact tasks by steering wheel system interaction with human has been identified as one of the major challenges in SBW system. Thus, the problem was solved by utilizing the target steering torque map proposed above. The impedance control consists of impedance model (Reference model with the target steering wheel torque map) and controller (Adaptive sliding mode control). The performance of the proposed controller was evaluated by conducting computer simulations and a hardware-in-the-loop simulation (HILS) under various steering conditions. Optimal steering wheel torque tracking performances were successfully achieved by the proposed EPS and SBW control algorithm.

본 논문은 종래의 조향 시스템 관점에서 전동식 동력 조향 (EPS) 시스템과 스티어 바이 와이어 (SBW) 조향 보조 토크 제어 알고리즘의 개발을 중점으로 하였습니다. 기존 조향 보조 토크 제어 알고리즘은 원하는 조향감을 구현하기 위해 종래의 시간 소모적 인 튜닝 방법을 사용합니다. 이러한 주요 단점을 극복하기 위해 새로운 조향 보조 제어 알고리즘을 개발하였습니다. 목표 스티어링 휠 토크 맵은 정현파(Weave test) 및 등속도 스티어링 입력 (Transition test) 모두에 대해 높은 등급의 조향감을 차량 테스트에서 얻은 후 데이터 처리를 하여 설계되었습니다. 스티어링 시스템의 불확실성에 대한 강건성을 보장하기 위해 적응 형 슬라이딩 모드 제어가 채택되었으며, 관성 모멘트 감쇠 계수와 컴플라이언스 계수(Effective compliance)가 제어기 성능을 개선하도록 적응형 파라미터로 선정되었습니다. 컴플라이언스 계수는 계산된 랙 힘과 실제 랙 힘 사이의 차이를 보상하는 역할을 했습니다. SBW 시스템의 경우, 이전에 제안 된 EPS 지원 토크 알고리즘을 개선하고 향상시키기 위해 임피던스 모델을 사용하였으며 스티어링 피드백 시스템에 적용되었습니다. SBW 시스템의 주요 과제 중 하나는 사람과 스티어링 휠 시스템 상호 작용에 의해 안정적인 작동과 사람에게 적절한 스티어링 피드백 토크를 제공하는 방법입니다. 임피던스 제어는 임피던스 모델 (타겟 스티어링 휠 토크 맵)과 컨트롤러 (적응 슬라이딩 모드 제어)로 구성됩니다. 따라서, 상기 제안 된 목표 조향 토크 맵을 이용함으로써 스티어 바이 와이어에서 스티어링 피드백 토크를 절절히 적용 됨을 확인 하였습니다. 제안 된 컨트롤러의 성능은 다양한 조향 조건에서 컴퓨터 시뮬레이션 및 HILS (Hardware-in-the-loop) 시뮬레이션을 수행하여 평가되었습니다. 제안 된 EPS 및 SBW 제어 알고리즘을 통해 최적의 스티어링 휠 토크 추적 성능을 달성했습니다.