KR100337562B1 - 자동차의 후륜 조향장치를 이용한 급제동시 차체선회 방지방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차의 후륜 조향장치를 이용한 급제동시 차체 선회 방지방법을 개시한다. 개시된 본 발명은, 전륜각과 차속에 따라 후륜 조향각을 제어하는 전자제어 유니트에 현재 차속이 입력되는 단계; 상기 전자 제어 유니트가 입력된 차속의 감속비를 설정치와 비교하는 단계; 상기 차속의 감속비가 설정치보다 높으면, 전자제어 유니트가 차체의 요잉비를 설정치와 비교하는 단계; 및 상기 요잉비가 설정치 보다 높으면, 전자 제어 유니트가 전륜에 대해 후륜이 역상이 되도록 후륜각을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

자동차의 후륜 조향장치를 이용한 급제동시 차체 선회 방지방법

본 발명은 자동차의 후륜 조향장치를 이용한 급제동시 차체 선회방지 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 전륜과 후륜을 전자식으로 제어하는 후륜 조향장치를 이용해서 급제동시 차체의 선회를 방지시키는 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 자동차의 조향장치는 자동차의 진행방향을 임의로 바꾸기 위한 장치로서, 대부분이 전륜 조향식이다. 이러한 전륜 조향장치는 조작기구, 기어장치, 및 링크기구로 구성되어 있다. 조작기구는 운전자가 직접 조향조작을 하여, 그 조작력을 기어장치와 링크기구에 전달하는 부분으로서, 조향핸들, 조향축, 및 컬럼으로 구성되어 있다. 기어장치는 조향축의 회전을 감속하여 조작력을 증가시킴과 아울러 조작기구의 운동방향을 전환하여 링크기구에 전달하는 부분이다. 또한, 링크기구는 기어장치의 작동을 전륜에 전달하고, 또한 좌우 각 바퀴의 위치관계를 정렬하도록 지지하는 부분으로서, 피트먼 암, 드래그 링크, 너틀 암, 및 타이-로드로 구성되어 있다.

상기와 같이 구성되어 있기 때문에, 조향핸들의 조작력은, 운전자가 조향핸들을 돌리면, 기어장치의 조향기어로 전달되면서 감속됨과 동시에 운동방향이 전환되어, 링크기구인 피트먼 암, 드래그 링크, 및 너클 암을 거쳐서 너클 스핀들로 전달된다.

너클 스핀들은 킹 핀을 중심으로 회전운동을 하기 때문에 전륜의 움직임을 전환시키게 된다. 그리고, 좌우의 너클 스핀들은 너클 암을 통해 타이-로드와 연결되어, 한쪽 바퀴의 움직임을 반대쪽 바퀴에 전달하도록 되어 있다.

상기와 같이 구성된 전륜 조향장치는 전륜이 조향되면, 후륜은 전륜이 조향된 방향와 동일한 방향으로 조향된다. 즉, 조향 핸들의 조작에 의하여 발생된 횡력(lateral force)은 전륜의 링크기구에 전달되어 전륜을 조향시키고, 이어서, 후륜의 링크기구에 전달됨으로써, 전륜의 조향방향으로 후륜이 조향되게 된다.

그런데, 전륜 조향장치는 조향핸들의 조작력이 전륜의 링크기구에 전달된 후, 이어서 후륜의 링크기구에 전달되기 때문에, 전륜과 후륜 사이의 횡력 발생시점이 서로 다르게 되고, 이로 인하여 차량의 진행방향과 운전자의 주시 방향이 일치하지 않는 문제점, 즉 전륜에 비해 후륜의 조향이 지연되어 운전자가 주시하는 방향보다 차량의 진행이 뒤처지는 문제점이 있었다.

이를 개선하기 위하여 조향핸들의 조작에 의해 전륜과 후륜을 동시에 작동시킬 수 있는 4륜 조향 시스템이 개발되었다. 4륜 조향 시스템은 전륜과 후륜에 횡력이 동시에 전달되도록 하므로써, 차량의 진행방향과 운전자의 주시 방향이 일치되게 할 수 있다. 이것을 전문용어로는 "차량의 바디 슬립 앵글(body slip angle)이 0이 되도록 한다"라고 통상 표현하며, 저속에서는 차량의 조정성 향상을 의미하고, 고속에서는 주행 안정성 향상을 의미한다. 이를 위하여 후륜각은 저속에서는 역상(逆狀)이 되도록 전륜각과 반대방향으로 회전되고, 반면에 고속에서는 동상(同狀)이 되도록 전륜각과 동일한 방향으로 회전된다. 부연하면, 저속에서의 회전시에는 후륜이 전륜과는 반대방향으로 회전되어야만 작은 회전반경을 이루며 회전될 수가 있고, 고속에서의 회전은 후륜이 전륜과 동일한 방향으로 회전되어야만 큰 회전반경을 이루며 회전될 수가 있다.

즉, 횡축은 차속(km/h)을 나타내고 종축은 (후륜각/전륜각)을 나타낸 도 1의 그래프에 도시된 바와 같이, 차속이 40 내지 50km/h를 기준으로 그 이하에서는 역상을 나타내야만 저속에서의 조정성이 향상되고, 반면에 그 이상에서는 동상을 나타내어야만 고속에서의 주행성능이 향상될 수가 있게 된다.

상기와 같은 효과를 발휘하는 4륜 조향 시스템의 개략적인 구성도가 도 2에 도시되어 있다.

4륜 조향 시스템은 개발 초기에는 조향력이 유압 시스템에 의하여 전달되는 구조로 이루어져 있었으나, 최근에는 시스템의 단순화, 제어의 유연성의 향상을 위해 조향력이 주로 DC 모터인 엑튜에이터에 의하여 전달되는 구조로 이루어져 있다.

이하, 모터가 엑튜에이터로서 작동하는 4륜 조향시스템의 구조를 살펴보면, 전륜각 및 차속에 대한 정보가 수시로 입력되는 전자 제어 유니트에 의해 회전수가 제어되는 모터(1)는 그의 축(11)에 타이밍 벨트(2)가 연결되어 있다. 그리고, 타이밍 벨트(2)는 풀리(미도시)에 연결되어 있다. 또한, 풀리의 내주면에는 나사선이 형성되어 있고, 이 나사선에 볼 스크류(3)가 맞물리므로써 모터(1)의 회전운동이 볼 스크류(3)의 직선운동으로 전환된다. 볼 스크류(3)의 일측에 링크(4)의 일측이 피봇연결되어 있다. 링크(4)의 타단은 후륜(6)에 고정된 타이-로드(5)에 고정되어 있다. 또한, 볼 스크류(3)의 타측에는 모터(1)의 동력이 후륜(6)으로 전달되지 않게 되는 사태가 발생할 경우에 후륜(6)이 차량의 장축방향과 동일한 방향으로 정렬되도록 하기 위한 스프링(7)이 설치되어, 볼 스크류(3)에 복원력을 부여하도록 되어 있다.

상기와 같이 구성된 4륜 조향 시스템의 동작을 도 3을 참고로 하여 설명하면 다음과 같다.

조향핸들을 조작하여 전륜각이 결정되면, 이 전륜각과 차량의 현재 속도가 전자 제어 유니트의 연산기(20)에 입력되고, 연산기(20)에 의해 목표 후륜각이 결정된다. 이 목표 후륜각은 제어기(21)로 전송되고, 이 목표 후륜각에 따라 제어기(21)는 제어 신호를 발송한다. 이어서, 이 제어 신호는 증폭기(22)에 의해증폭된 후, 이 증폭된 신호에 의하여 모터(1)가 구동된다.

따라서, 정해진 회전수만큼 모터(1)의 축(11)이 회전되고, 이 회전력이 타이밍 벨트(2)를 통해 볼 스크류(3)로 전달되므로써 볼 스크류(3)가 직선이동을 하게 된다. 따라서, 링크(4)도 같이 직선운동을 하게 되어 타이-로드(5)를 밀거나 당기므로써 후륜이 회전되게 된다.

이때, 후륜이 실제로 회전된 각, 즉 실제 후륜각이 측정되며, 이 후륜각이 연산기(20)에 의해 앞서 연산된 목표 후륜각과 비교된다. 만일, 차이가 있으면, 다시 제어기(21)에 의해 차이값이 보상되어 실제 후륜각이 목표 후륜각과 동일하도록 실행된다.

그런데, 상기와 같은 기능을 하는 후륜 조향장치를 장착한 차량으로 주행을 하다가 급제동을 하게 되면, 물론 후륜 조향장치를 장착하지 않은 차량도 마찬가지지만, 도 4에 도시된 바와 같이 차량 중량이 급격하게 앞으로 쏠림에 의해 차량이 미끄러지면서 선회하게 된다.

이와 같이, 급제동시 차량이 선회하게 되는 이유는, 측방향 마찰력인 F_y가 후륜에 작용하는 정도가 약해지기 때문으로서, 이를 기하학적으로 표현하면 도 4에 도시된 바대로 미끄럼각인 α가 커진다는 의미이다.

이를 예방하기 위해 제시된 방안이, 차륜의 로킹을 방지하여 차륜이 미끄러지지 않도록 하여, 차륜의 회전속도를 점진적으로 줄여서 제동거리를 단축시킬 수 있는 안티-로크 브레이크 시스템(이하 ABS라 칭함)이다.

ABS란 미끄러운 노면에서 브레이크를 작동시켜도, 전자 제어에 의하여 타이어가 로킹되지 않고, 차체의 방향 안정을 유지하는 장치이다.

노면이 젖어 있을 때, 급브레이크를 걸면 바퀴가 로킹되어 차체가 옆으로 미끄러질 수 있는데, 이것은 타이어가 로킹되어 회전을 멈추면 타이어에 방향성이 없어지기 때문이다. 이것을 방지하려면 타이어를 로킹시키지 않고, 로킹 직전에 타이어를 계속 회전시켜야 한다. 이를 위해서 마련된 ABS는 차체의 감속도와 타이어의 회전을 감지하고, 양쪽의 감속도를 비교하여 타이어의 감속도가 커지면 휠 실린더에 작용되는 유압을 감소시켜 로킹을 방지하게 된다. 바퀴가 로킹되지 않으로 제동거리도 짧아진다.

그러나, 미끄러운 노면에서 브레이크의 로킹을 방지하여 차륜이 미끄러지는 것을 방지하는 ABS는 일반적인 브레이크 장치에다 부가하여 장착시켜야 하는데, 이 ABS에 매우 고가이기 때문에, 차량 구매자에게 금전적 부담이 매우 크다는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 ABS를 채용하지 않고 그 대신에 후륜 조향장치를 이용해서, 급제동시 후륜에 가해지는 측방향 마찰력이 약화되지 않도록 하여, 차량의 선회를 방지할 수 있는 자동차의 후륜 조향장치를 이용한 급제동시 차량 선회 방지방법을 제공하는데 목적이 있다.

도 1은 일반적인 4륜 조향 시스템의 속도별 후륜각 계산곡선을 나타낸 그래프

도 2는 일반적인 4륜 조향 시스템의 개략적인 구성을 나타낸 도면

도 3은 일반적인 4륜 조향 시스템의 제어 블럭도

도 4는 종래의 문제점을 설명하기 위한 예시도

도 5는 본 발명에 따른 후륜 조향장치를 이용한 급제동시 차체 선회 방지방법을 순차적으로 나타낸 흐름도

도 6는 본 발명의 방법에 의한 효과를 나타낸 동작 설명도

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 전륜각과 차속에 따라 후륜 조향각을 제어하는 전자 제어 유니트에 현재 차속이 입력되는 단계; 상기 전자 제어 유니트가 입력된 차속의 감속비를 설정치와 비교하는 단계; 상기 차속의 감속비가 설정치보다 높으면, 전자 제어 유니트가 차체의 요잉비(yawing rate)를 설정치와 비교하는 단계; 및 상기 요잉비가 설정치보다 높으면, 전자 제어 유니트가 전륜에 대해 후륜이 역상이 되도록 후륜각을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기된 본 발명의 구성에 의하면, 후륜각을 제어하는 전자 제어 유니트에서 차량 감속비와 요잉비를 설정치와 비교하여 급제동으로 판단하게 되면, 전륜에 대해 후륜을 역상으로 조타시키므로써, 후륜에 가해지는 측방향 마찰력이 약화되지 않게 되므로써, 급제동시 차량의 선회를 방지할 수가 있게 된다.

[실시예]

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 5는 본 발명에 따른 후륜 조향장치를 이용한 급제동시 차체 선회 방지방법을 순차적으로 나타낸 흐름도이고, 도 6는 본 발명의 방법에 의한 효과를 나타낸 동작 설명도이다.

참고로, 본 실시예의 구성을 설명함에 있어, 명세서의 서두에서 설명된 종래의 기술과 동일한 부분에 대해서는 설명의 중복을 피하기 위하여 반복설명은 생략하고 개선된 부분만을 주로하여 설명하며, 또한 동일부번을 사용한다.

도 5에 도시된 바와 같이, 단계 ST1에서 차속이 전자 제어 유니트에 입력된다. 전자 제어 유니트는 전술된 바와 같이, 전륜각과 차속에 따라 그에 상응하는 각으로 후륜이 조타되도록 제어하는 장치로서, 본 발명에서는 급제동시 전자 제어유니트의 제어방법을 변경시킨다.

즉, 단계 ST2에서 입력된 현재 차속과 그 전의 차속을 비교하여 감속비가 얼마정도인지를 전자 제어 유니트가 판별한다. 만일, 감속비가 설정치보다 낮으면, 즉 차량 속도가 급격하게 감소하는 상태가 아니면 단계 ST3와 같이, 전자 제어 유니트는 후륜을 정상 제어하게 된다.

만일, 감속비가 설정치보다 높으면, 급제동에 따른 차량 속도가 급격하게 감소하는 것으로 판정되면, 단계 ST4에서 전자 제어 유니트자 요잉비와 설정치를 비교하게 된다. 여기서, 요잉이란 주지된 사실대로, 종축에 대해 차량이 회전하는 현상을 말하는 것으로서, 요잉비는 차량 진행방향에 대해 차량이 선회하는 정도를 나타내는 각이다. 즉, 요잉비가 크다는 것은 급제동에 의해 차량이 선회한다는 것을 의미하게 된다.

그러나, 요잉비가 설정치보다 작으면, 급제동이라도 차량의 선회정도가 그리크지 않다는 것을 의미하므로, 단계 ST5에서 전자 제어 유니트는 일반 상태와 마찬가지로 후륜각을 정상상태, 즉 전륜과 후륜을 동상 상태로 제어하게 된다.

만일, 요잉비가 설정치보다 높으면, 급제동에 따른 차량 선회가 발생되는 것으로 최종 판정되어, 단계 ST6에서 전자 제어 유니트는 전륜에 대해 후륜을 역상이 되도록 조타하게 된다. 후륜이 조타되는 동작은 종래의 기술에서 언급되었으므로, 본 실시예에서는 생략한다.

상기 단계 ST6과 같이 전륜에 대해 후륜이 역상이 되면, 도 6에 도시된 바와 같이, 후륜에 작용하는 측방향 마찰력이 약화되지 않게 되고, 이는 미끄럼각인 α가 종래에 비해 작아진다는 것을 의미하게 된다. 따라서, 차량은 진행방향에 대해 급격하게 선회하지 않게 된다.

상기된 바와 같이 본 발명에 의하면, ABS를 채용하지 않고 급제동시, 전륜에 대해 후륜이 역상이 되도록 후륜 조향장치의 전자 제어 유니트 제어방법을 변경하므로써, 보다 간편하고 비용이 덜 드는 방법으로 급제동시 차체 선회를 방지할 수가 있게 된다.

한편, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.

Claims (1)

1. 전륜각과 차속에 따라 후륜 조향각을 제어하는 전자 제어 유니트에 현재 차속이 입력되는 단계; 상기 전자 제어 유니트가 입력된 차속의 감속비를 설정치와 비교하는 단계; 상기 차속의 감속비가 설정치보다 높으면, 전자 제어 유니트가 차체의 요잉비를 설정치와 비교하는 단계; 및 상기 요잉비가 설정치보다 높으면, 전자 제어 유니트가 전륜에 대해 후륜이 역상이 되도록 후륜각을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차의 후륜 조향장치를 이용한 급제동시 차체 선회 방지방법.

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