KR100244114B1 - 능동 전륜조향장치의 조향각 제한 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 능동 전륜조향장치에서 조향휠이 소정의 한계각도에 도달한 경우 조타력을 증가시킴에 의해 조향휠의 회전을 제한하여 각종 센서의 파손과 제어의 오류를 방지할 수 있는 능동 전륜조향장치의 조향각 제한 시스템에 관한 것이다.

본 발명은 차속신호를 검출하기 위한 차속센서와, 조향휠의 조향각을 검출하기 위한 조향각센서와, 상부 조향축에 설치되어 조향휠의 회전에 따른 조향토크를 검출하기 위한 조향토크센서와, 상기 차속 및 조향각에 기초하여 목표 조향토크값을 발생하는 목표 조향토크 결정부와, 상기 목표 조향토크값에 검출된 조향토크의 부귀환값을 가산하여 에러값을 구하기 위한 가산기와, 상기 에러값에 응답하여 비례, 적분, 미분 제어에 의해 이득값을 구하기 위한 PID 제어기와, 상기 이득값을 이용하여 액튜에이터에 대한 구동신호를 증폭하기 위한 증폭기와, 상기 구동신호에 따라 상부 조향축의 외주부에 일체로 결합된 피동기어의 회전을 제한하도록 이에 결합된 아이들 기어를 구동시키기 위한 액튜에이터로 구성되어, 상기 조향각이 설정된 각도 이상으로 증가하는 경우 설정각도 이하일 때의 조타력과 비교하여 상대적으로 조타력을 급격하게 증가시키도록 목표 조향토크값이 결정되는 것을 특징으로 한다.

Description

능동 전륜조향장치의 조향각 제한 시스템

본 발명은 능동 전륜조향장치의 조향각 제한 시스템에 관한 것으로, 특히 능동 전륜조향장치에서 조향휠이 소정의 한계각도에 도달한 경우 조타력을 증가시킴에 의해 조향휠의 회전을 제한하여 각종 센서의 파손과 제어의 오류를 방지할 수 있는 능동 전륜조향장치의 조향각 제한 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 차량의 진행방향을 임의로 바꾸기 위한 조향장치는 운전자가 직접 조향조작을 행하는 부분으로서 조향핸들, 조향축 및 칼럼으로 이루어진 조작기구와, 상기 조향축의 회전을 감속하여 조작력을 크게 함과 동시에 조작기구의 운동방향을 바꾸어주기 위한 기어기구와, 기어기구의 작동을 전륜에 전달함과 동시에 좌우바퀴의 관계위치를 바르게 지지하는 부분으로서 피트먼 아암, 드래그 링크, 너클 아암 및 타이 로드 등으로 이루어진 링크기구로 구성되어 있다.

상기와 같이 구성되는 조향장치에서는 운전자가 조작기구의 핸들을 돌림에 따라 조향력이 조향축을 통하여 조향기어에 전달되어 이부분에서 감속됨과 동시에 운동방향이 변환되어 피트먼 아암, 드래그 링크 및 너클 아암을 거쳐 너클 스핀들로 전달된다.

이에 따라 너클 스핀들이 작동되어 킹핀을 중심으로 한 회전운동이 실행되어 전륜의 자세를 바꾸게 되며, 상기 너클 아암과 연결된 타이로드를 통하여 다른쪽의 너클이 조향되어 일측 바퀴의 움직임이 반대쪽 바퀴에 전달된다.

또한 일부 차량에 있어서 유압을 이용하여 조향 조작력을 경감시켜주기 위한 동력 조향장치에서는 핸들의 조작력이 배력장치를 통하여 증가시켜준다.

한편 최근들어 차량의 거동을 능동적으로 제어하기 위하여 소위 능동 전륜조향장치가 제안되었다.

이러한 능동 전륜조향장치는 조향컬럼이 중간에 마그네틱 클러치에 의해 분리되어 있으며 조향휠의 조향에 따른 조향각이 검출되어 이에 따라 하부 조향축을 회전시킨다. 따라서 상기한 능동 전륜조향장치에는 조향휠의 회전에 어떠한 기계적인 한계가 존재하지 않는다.

그러나 일반적으로 기존의 차량은 조향각이 전체 1080도로 한정되어 있으며, 따라서 일측방향으로 회전가능한 조향각은 540도로 설정된다. 따라서 이러한 회전의 한계를 갖고 있지 않을 경우 센서의 파손과 제어의 오류가 발생될 수 있다.

마찬가지로 능동 전륜조향장치에 있어서도 운전자는 종래의 일반적인 조향장치와 동일하게 운전을 하는 습관이 남아 있으므로 주차시 또는 급격한 코너링 시에 허용가능한 최대의 범위로 조향휠의 회전시키게 되어 기계적인 회전의 한계를 갖고 있지 않는 능동 전륜조향장치에 있어서는 센서의 파손 및 제어 오류의 발생 소지가 크다.

따라서 본 발명은 이러한 종래기술의 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 그 목적은 능동 전륜조향장치에서 조향휠이 소정의 한계각도에 도달한 경우 조타력을 증가시킴에 의해 조향휠의 회전을 제안하여 각종 센서의 파손과 제어의 오류를 방지할 수 있는 능동 전륜조향장치의 조향각 제한 시스템을 제공하는데 있다.

제1도는 종래의 능동 전륜조향장치에서 차속이 일정한 경우 조향각과 기준 조향토크 사이의 관계를 보여주는 그래프,

제2도는 본 발명에 따른 능동 전륜조향장치의 조향각 제한 시스템을 보여주는 개략 블록도,

제3도는 제2도에서 차속이 일정한 경우 조향각과 기준 조향토크 사이의 관계를 보여주는 그래프이다.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

1 : 차속센서 3 : 조향각센서

5 : 조향토크센서 7 : 목표 조향토크 결정부

9 : PID 제어기 11 : 증폭기

13 : 액튜에이터 15 : 구동기어

17 : 아이들 기어 19 : 피동기어

21 : 조향휠 23 : 상부 조향축

25 : 하부 조향축 27 : 가산기

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 차속신호를 검출하기 위한 차속센서와, 조향휠의 조향각을 검출하기 위한 조향각센서와, 상부 조향축에 설치되어 조향휠의 회전에 따른 조향토크를 검출하기 위한 조향토크센서와, 상기 차속 및 조향각에 기초하여 목표 조향토크값을 발생하는 목표 조향토크 결정부와, 상기 목표 조향토크값에 검출된 조향토크의 부귀환값을 가산하여 에러값을 구하기 위한 PID 제어기와, 상기 이득값을 이용하여 액튜에이터에 대한 구동신호를 증폭하기 위한 증폭기와, 상기 구동신호에 따라 상부 조향축의 외주부에 일체로 결합된 필동기어의 호전을 제한하도록 이에 결합된 기어를 구동시키기 위한 액튜에이터로 구성되어, 상기 조향각이 설정된 각도 이상으로 증가하는 경우 설정각도 이하일 때의 조타력과 비교하여 상대적으로 조타력을 급격하게 증가시키도록 목표 조향토크값이 결정되도록 하되, 상기 목표 조향토크값은 또한 차속에 비례하여 결정되도록 하였다.

상기한 바와같이 본 발명에서는 조향휠이 설정된 각도 이상으로 회전되는 경우 이에 비례하여 목표 조향 토크를 급격하게 증가시켜 조타력을 증가시킴에 의해 조향휠의 회전을 제한하도록 구성하였으므로 센서의 파손 및 제어의 오류를 방지할 수 있다.

[실시예]

이하에 상기한 본 발명을 바람직한 실시예가 도시된 첨부도면을 참고하여 더욱 상세하게 설명한다.

첨부된 도 2는 본 발명에 따른 능동전륜조향장치의 조향각 제한 시스템을 보여주는 개략 블록도, 도 3은 도 2에서 차속이 일정한 경우 조향각과 기준 조향토크 사이의 관계를 보여주는 그래프이다.

먼저 도 2를 참고하면 본 발명에 따른 능동 전륜조향장치의 조향각 제한 시스템은 차속신호를 검출하기 위한 차속센서(1)와, 상부 조향축(23)에 설치되어 조향휠(21)의 회전에 따른 조향각(δs)을 검출하기 위한 조향각센서(3)와, 상부 조향축(23)에 설치되어 조향휠(21)의 회전에 따른 조향토크값(Ts)을 검출하기 위한 조향토크센서(5)와, 상기 차속 및 조향각(δs)에 기초하여 목표 조향토크값(Ts)을 발생하는 목표 조향토크(reference steering torque) 결정부(7)와, 상기 목표 조향토크값(Tr)에 검출된 조향토크값(Ts)의 부귀환값(-Ts)을 가산하여 에러값(e)을 구하기 위한 가산기(27)와, 상기 에러값(e)에 응답하여 비례, 적분, 미분 제어에 의해 이득값을 구하기 위한 PID 제어기(9)와, 상기 이득값을 이용하여 액튜에이터(13)에 대한 구동신호를 증폭하기 위한 증폭기(AMP)(11)와, 상기 구동신호에 따라 상부 조향축(23)의 외주부에 일체로 결합된 피동기어(19)의 회전을 제하하도록 이에 결합된 아이들 기어(17)를 구동시키기 위한 액튜에이터(13)로 구성되어 있다.

상기한 액튜에이터(13)는 예를 들어 DC 모터로 구성될 수 있으며, 액튜에이터(13)의 축에는 상기 아이들 기어(17)를 구동시키는 구동기어(15)가 일체로 형성되어 있다.

또한 상부 조향축(23)의 하부에는 도시되지 않은 마그네틱 클러치를 통하여 하부 조향축이 배치되어 있으며, 도시되지 않는 능동 전륜조향장치의 액튜에이터에 의해 조타구동이 이루어진다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 능동 전륜조향장치의 조향각 제한 시스템에 대한 작용을 이하에 상세하게 설명한다.

본 발명 시스템은 초단에 목표 조향토크 결정부(7)가 배치되어 있고, 입력에는 조향휠(21)의 회전에 따라 조향각 센서(3)로부터의 조향각(δs)과, 차속센서(1)로부터의 차속(u)이 입력되며, 이들 입력에 따라 목표 조향토크값(Tr)이 결정되어 출력된다.

상기 목표 조향토크값(Tr)은 그후 가산기(27)에서 조향휠(21)의 회전에 따라 구해진 실제 조향토크값(Tr)의 부귀환값(-Tr)과 가산되어 둘 사이의 차이값이 에러(Error)값(e)으로 구하여진다.

구해진 에러값(e)은 그후 PID 제어기(9)에 입력되어 비례, 미분, 적분 제어중 일이상의 제어에 따라 변화된 이득(Gain)값이 가산되어 후단 증폭기(AMP)(11)의 증폭률로 작용하여 조향토크값이 증폭된 후, 예를 들어 DC 모터로 구서될 수 있는 액튜에이터(13)에 인가된다.

상기 액튜에이터(13)는 상기 인가된 조향토크값에 따라 회전구동되어 액튜에이터(13)의 축에 일체로 형성된 구동기어(15)를 회전시켜 이와 결합된 아이들 기어(17)를 회전시킨다. 그 결과 상기 아이들 기어(17)는 상부 조향축(23)에 일체로 형성된 피동 기어(19)를 따라 회전되어 피동기어(19)의 회전을 저지하는 방향으로 위치 설정된다.

이 경우 목표 조향토크값(Tr)은 설정된 조향각, 예를 들어 520도까지는 도3에 도시된 바와같이 조향각(δs)의 증가에 따라 소정의 레벨값으로 포화되는 곡선으로 목표 조향토크값(Tr)이 서서히 증가하나, 상기 설정된 조향각 이상으로 조향각이 증가하는 경우에는 지수함수적으로 급격하게 증가하도록 목표 조향토크값(Tr)을 결정한다.

따라서 이와같이 목표 조향토크값(Tr)이 결정되면 운전자가 설정된 조향각 이상으로 조향휠(21)을 회전하는 경우 조타력이 급격하게 증가되는 결과가 발생되어 한계각도(즉, 540도) 이상으로 회전히 이루어지는 것을 차단하며, 그 결과 능동적인 회전각의 한계가 설정된다.

또한 상기 목표 조향토크 결정부(7)는 차속(u)이 증가함에 따라 목표 조향토크값(Tr)이 증가하도록 제어를 행하여 차속에 따라 조향휠의 무게를 제어하는 것도 가능하다.

상기한 바와 같이 본 발명에서는 조향휠이 설정된 각도 이상으로 회전되는 경우 이에 비례하여 목표 조향 토오크를 급격하게 증가시켜 조타력을 증가시킴에 의해 조향휠의 회전을 제한하도록 구성하였으므로 센서의 파손 및 제어의 오류를 방지할 수 있다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 에를 들어 도시하고 설명하였은, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

Claims (1)

1. 차속신호를 검출하기 위한 차속센서와; 조향휠의 조향각을 검출하기 위한 조향각센서와; 상부 조향축에 설치되어 조향휠의 회전에 따른 조향토크를 검출하기 위한 조향토크센서와; 상기 차속 및 조향각에 기초하여 목표 조향토크값을 발생하는 목표 조향토크 결정부와; 상기 목표 조향토크값에 검출된 조향토크의 부귀환값을 가산하여 에러값을 구하기 위한 가산기와; 상기 에러값에 응답하여 비례, 적분, 미분 제어에 의해 이득값을 구하기 위한 PID 제어기와; 상기 이득값을 이용하여 액튜에이터에 대한 구동신호를 증폭하기 위한 증폭기와; 상기 구동신호에 따라 상부조향축의 외주부에 일체로 결합된 피동기어의 회전을 제한하도록 이에 결합된 아이들 기어를 구동시키기 위한 액튜에이터로 구성하여, 상기 조향각이 설정된 각도 이상으로 증가하는 경우 설정각도 이하일 때의 조타력과 비교하여 상대적으로 조타력을 급격하게 증가시키도록 목표 조향토크값이 결정되도록 하되, 상기 목표 조향토크값은 차속에 비례하여 결정되도록 한 것을 특징으로 하는 능동 전륜조향장치의 조향각 제한 시스템.

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