KR100468493B1 - 자동차 전동 파워 스티어링 시스템의 운용방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차 전동 파워 스티어링 시스템의 운용방법에 관한 것으로, 차량 제동 상태에 의한 차체 속도 및 각 차륜의 회전 상황에 따라 조향각 자동 조절 기능의 수행 여부를 결정하는 단계와, 조향각 자동 조절 기능의 수행 결정 및 차속에 의거하여 제동 상태를 협조하기 위한 협조 조향각을 설정하는 단계와, 설정된 협조 조향각 및 핸들 조향각에 의거하여 자동 조절을 위한 목표 조향각을 결정하는 단계와, 결정된 목표 조향각에 따라 구동휠의 조향각이 목표 조향각을 추종하도록 궤환 제어하는 단계를 포함하며, 차량 제동 상태에 따라 선별적으로 조향각을 자동 조절하여 차량의 요밍 모멘트를 감소시킴으로써 좌우 노면의 마찰계수가 다른 경우의 급제동시에도 차량의 직진성이 유지되는 이점이 있다.

Description

자동차 전동 파워 스티어링 시스템의 운용방법{METHOD FOR OPERATING ELECTRIC POWER STEERING SYSTEM OF AUTOMOBILE}

본 발명은 자동차 전동 파워 스티어링(Electric Power Steering; EPS) 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 앤티 로크 브레이크 시스템(Anti-lock Brake System; ABS)의 작동 상태에 따라 선별적으로 조향각을 자동 조절하여 차량의 요밍(yawing) 모멘트를 감소시키도록 한 자동차 EPS 시스템의 운용방법에 관한 것이다.

ABS는 자동차 제동시에 각 차륜의 휠 실린더에 가해지는 제동 유압을 감압 또는 증압하여 압력을 조절하므로 적당한 코너링 포스를 확보하여 조향성을 유지하면서 동시에 제동 정지 거리를 최소로 얻기 위하여 가장 큰 값의 마찰 계수 μ를 얻을 수 있는 슬립률이 되도록 제어한다.

그 구성은 좌우 전륜에 각 1개, 좌우 후륜에 각 1개씩 설치되어 각 차륜의 회전 속도를 검출하는 휠 속도 센서, 마스터 실린더와 휠 실린더와의 배관 도중에 설치되어 각 휠 실린더로 브레이크 유압을 감압 또는 증압을 실시하여 제동력을 조절하는 ABS 엑추에이터, 그리고 시스템을 제어하는 ABS 전자제어유니트(Electronic Control Unit; ECU)를 포함한다.

ABS ECU에 의한 제어과정을 살펴보면, 휠 속도 센서로부터 차륜 속도 신호에 의해 차체 속도를 추측하고 아울러 각 차륜의 회전 상황을 감시하여 도로면의 상태에 적합한 최적의 제동력을 얻을 수 있도록 브레이크 유압의 증압 또는 감압의 제어 지령을 ABS 엑추에이터로 보낸다. 다시 말해서 차륜 양측의 노면 마찰력이 다른 경우(split-μ) 브레이크 압력을 제어하여 휠이 로크되므로 인하여 발생할 수 있는 위험 상태(도 3 (가)의 A차량은 차륜 양측의 노면 마찰력 차이로 발생한 요밍 모멘트에 의하여 차량이 회전되는 경우를 나타내고 있다)를 예방하는 것이다.

그런데, 미끄러운 노면에서 차량 급제동시에 당황한 운전자는 위험 판단에 따라 급조향을 수행하며, 이는 곧 차량의 조향 특성을 오버 스티어(over steer)로 만들 수 있는 위험성을 내포하고 있다.

이러한 경우에는 종래 기술에 의하면, EPS 시스템에서 매우 무거운 핸들감, 즉 스티어링시 무거운 작용력(effort)을 제공하며, 이로서 정상적인 상태보다 작은 크기의 조향이 일어나도록 유도한다.

EPS 시스템은 가벼운 핸들 조작력으로 자동차를 선회할 수 있도록 조향 모터의 전류를 제어하여 작용력을 변화시키는 장치로서, 공전 및 저속시에는 가볍고 중,저속 이상에서는 반응이 있는 조향력을 제공한다.

그러나, 좌우 노면의 마찰계수가 다른 경우에는 스티어링 작용력을 높이는 것만으로는 한계가 있어 여전히 위험성이 잔존하였으며, 운전 미숙자의 경우에는 당황하여 핸들을 놓는 경우가 발생될 수 있어 차량이 차로를 이탈하는 등 대형사고가 야기될 우려가 있었다.

본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 차량 제동 상태에 따라 선별적으로 조향각을 자동 조절하여 차량의 요밍 모멘트를 감소시킴으로써 좌우 노면의 마찰계수가 다른 경우의 급제동시에도 차량의 직진성을 유지하도록 하는 자동차 EPS 시스템의 운용방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명에 따른 EPS 시스템의 운용방법은, 차량의 제동 상태에 따라 선별적으로 조향각을 자동 조절하는 자동차 EPS 시스템의운용방법에 있어서: 상기 제동 상태에 의한 차체 속도 및 각 차륜의 회전 상황에 따라 상기 조향각 자동 조절 기능의 수행 여부를 결정하는 단계; 상기 조향각 자동 조절 기능의 수행 결정 및 차속에 의거하여 상기 제동 상태를 협조하기 위한 협조 조향각을 설정하는 단계; 상기 설정된 협조 조향각 및 핸들 조향각에 의거하여 상기 자동 조절을 위한 목표 조향각을 결정하는 단계; 상기 결정된 목표 조향각에 따라 구동휠의 조향각이 상기 목표 조향각을 추종하도록 궤환 제어하는 단계를 포함한다.

도 1은 본 발명에 따른 자동차 전동 파워 스티어링 시스템 운용장치의 블록 구성도,

도 2는 본 발명에 따른 자동차 전동 파워 스티어링 시스템 운용방법을 설명하기 위한 플로우차트,

도 3은 본 발명에 따른 자동차 전동 파워 스티어링 시스템 운용방법에 의한 작용예를 나타낸 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

101 : 핸들 토오크 센서 102 : 조향각 센서

103 : 차속 센서 104 : EPS ECU

106 : 조향 모터 107 : 휠 속도 센서

108 : ABS ECU 109 : ABS 엑추에이터

본 발명의 실시예로는 다수개가 존재할 수 있으며, 이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 이 실시예를 통하여 본 발명의 목적, 특징 및 이점들을 보다 잘 이해할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 자동차 EPS 시스템 운용장치의 블록 구성도이다.

이에 나타낸 EPS 시스템 운용장치는, 핸들 토오크 센서(101), 조향각 센서(102), 차속 센서(103), EPS ECU(104), 조향 모터(106), 휠 속도 센서(107), ABS ECU(108), ABS 엑추에이터(109)로 구성된다.

핸들 토오크 센서(101)는 핸들 조향각의 변화에 따라 발생하는 토오크를 감지하며, 조향각 센서(102)는 조향 모터(106)의 포지션을 감지하여 스티어링 휠의 조향각을 산출하고, 차속 센서(103)는 차량의 주행 속도를 감지한다.

휠 속도 센서(107)는 좌우 전륜에 각 1개, 좌우 후륜에 각 1개씩 설치되어 각 차륜의 회전 속도를 검출한다.

ABS 엑추에이터(109)는 마스터 실린더와 휠 실린더와의 배관 도중에 설치되어 각 휠 실린더로 브레이크 유압을 감압 또는 증압을 실시하여 제동력을 조절한다.

ABS ECU(108)는 휠 속도 센서(107)로부터 차륜 속도 신호에 의해 차체 속도를 추측하고 아울러 각 차륜의 회전 상황을 감시하여 도로면의 상태에 적합한 최적의 제동력을 얻을 수 있도록 브레이크 유압의 증압 또는 감압의 제어 지령을 ABS 엑추에이터(109)로 보낸다.

EPS ECU(104)는 핸들 토오크 센서(101)와 조향각 센서(102) 및 차속 센서(103)의 감지값에 따라 구동휠 조향각 제어 지령을 생성한다.

조향 모터(106)는 EPS ECU(104)의 제어 지령에 따라 토오크가 발생되며 스티어링 기어 박스(도시 생략됨)를 통하여 증폭되어 구동휠의 조향각을 조절한다.

이하, 상기와 같이 구성된 EPS 시스템 운용장치에 의하여 수행되는 본 발명에 따른 EPS 시스템의 운용방법을 설명한다.

먼저, 운전자에 의하여 브레이크가 구동되면 ABS ECU(108)는 휠 속도 센서(107)의 감지값에 의거하여 ABS 엑추에이터(109)를 구동시켜 차량을 제동시키며, 현재의 ABS 작동상태신호를 EPS ECU(104)로 전달한다(S201).

여기서, ABS ECU(108)는 차량의 제동 상태에 의한 차체 속도 및 각 차륜의 회전 상황에 따라 EPS에 의한 협조 제어의 필요성을 판단하며, 이 판단결과에 따라 ABS 작동상태신호가 결정된다(S202). 예로서, 아래의 표 1에 나타낸 ABS 작동상태신호에서와 같이 Split μ(각 차륜의 마찰계수가 다른 경우) 상태일 경우에 협조 제어가 필요한 상태로 판정하는 데, Split μ상태는 미끄러짐 정도를 나타내는 슬립(Slip)율이 좌륜과 우륜에서 많은 차이를 갖는 상태로서 차체 속도의 변화 특성을 감안하여 각 차륜들의 회전 속도 변화 특성을 상대 비교함으로써 판정할 수 있다. 즉 좌륜과 우륜의 슬립율이 동일 또는 유사할 경우에는 차체 및 각 차륜의 속도가 일정 패턴으로 감소되는데 좌륜과 우륜의 슬립율이 많은 차이를 가질 경우에 차체 속도는 일정 패턴으로 감소되나 슬립율이 높은 쪽의 차륜은 회전 속도가 빨라졌다가 늦어지는 등의 불규칙한 변화 특성을 갖는다. 따라서 좌륜과 우륜의 정확한 마찰계수는 측정할 수 없지만 상대적인 마찰계수의 차이는 추정할 수 있으며, 이를 토대로 하여 Split μ상태를 판정한다.

ABS 작동상태신호에는 차량의 제동 환경, 즉 노면의 마찰계수 정보가 포함되는데, 아래의 표 1에 협조 제어 필요시 상태정보 플래그 리스트를 일예로 나타내었다.

	변수명	상태정보
Bit 0	Assist_Demand	협조제어 필요상태
Bit 2	YMR	Split μ 상태
Bit 4	FL_HIGH	Front Left 노면 High μ
Bit 6	FR_HIGH	Front Right 노면 High μ

EPS ECU(104)는 ABS 작동상태신호에 따라 정상 제어모드(S203) 또는 협조 제어모드(S204∼S210)로 진입되는데, 협조 제어모드로 진입되면 스티어링 작용력을 무겁게 하는 EPS 고속 모드로 진행된다. 이는 정상적인 상태보다 작은 크기의 조향이 일어나도록 유도하기 위함이다(S204). 예로서, EPS ECU(104)는 위의 표 1에 나타낸 바와 같은 ABS 작동상태신호의 상태정보 중에서 협조제어 필요상태를 나타내는 비트값에 의거하여 협조 제어의 필요성을 판정한다.

이후, 차속 센서(103)로부터 차량의 현재 차속이 입력되면 EPS ECU(104)는 ABS ECU(108)에 의한 조향각 자동 조절 기능의 수행 요청이 포함된 ABS 작동상태신호, 예로서 표 1에 나타낸 바와 같은 ABS 작동상태신호의 상태정보(Bit 4, Bit 6)와 현재의 차속에 의거하여 차량의 제동 상태를 협조하기 위한 협조 조향각을 설정한다(S205∼S206).

한편, 운전자에 의한 조향조작은 핸들 토오크 센서(101)에 의하여 감지되며, 그 감지신호는 EPS ECU(104)로 전달된다(S207).

그러면, EPS ECU(104)는 핸들 토오크 센서(101)의 감지신호로부터 핸들 조향각을 산출하며, 이 핸들 조향각과 단계 S206에서 설정된 협조 조향각에 의거하여 조향각 자동 조절을 위한 목표 조향각을 결정한다(S209). 운전자에 의한 조향조작이 발생하지 않은 경우라면 단계 S206에서 설정된 협조 조향각을 그대로 목표 조향각으로 결정한다(S208). 다시 말해서 EPS ECU(104)는 토오크 신호에 의거하여 조향모터(106)를 제어하기 위한 적정 어시스트 전류를 연산한 후 협조 조향각을 위한 조향 모터(106)의 제어 전류에 중첩시키는 것이다.

목표 조향각을 결정한 EPS ECU(104)는 조향 모터(106)를 제어하여 구동휠의 조향각을 자동으로 변경시키는데, 조향각 센서(102)로부터 현재 구동휠 조향각 정보를 실시간 입력받으면서 구동휠의 조향각이 목표 조향각을 추종하도록 궤환 제어한다.

이러한 EPS ECU(104)의 궤환 제어에 의하면 도 3 (나)의 B차량과 같이 노면의 좌우 중 마찰계수 μ가 낮은 쪽으로 구동휠이 자동 조향되며, 이로서 요밍 모멘트가 감소되어 차량이 직진성을 유지하게 된다.

전술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 차량 제동 상태에 따라 선별적으로 조향각을 자동 조절하여 차량의 요밍 모멘트를 감소시킴으로써 좌우 노면의 마찰계수가 다른 경우의 급제동시에도 차량의 직진성이 유지되는 높은 안전성이 제공된다.

Claims (3)

1. 차량의 제동 상태에 따라 선별적으로 조향각을 자동 조절하는 자동차 전동 파워 스티어링(EPS) 시스템의 운용방법에 있어서:

   상기 제동 상태에 의한 차체 속도 및 각 차륜의 회전 상황에 따라 상기 조향각 자동 조절 기능의 수행 여부를 결정하는 단계;

   상기 조향각 자동 조절 기능의 수행 결정 및 차속에 의거하여 상기 제동 상태를 협조하기 위한 협조 조향각을 설정하는 단계;

   상기 설정된 협조 조향각 및 핸들 조향각에 의거하여 상기 자동 조절을 위한 목표 조향각을 결정하는 단계; 및

   상기 결정된 목표 조향각에 따라 구동휠의 조향각이 상기 목표 조향각을 추종하도록 궤환 제어하는 단계를 포함하는 자동차 전동 파워 스티어링 시스템의 운용방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 조향각 자동 조절 기능의 수행 결정에 의거하여 스티어링 작용력을 무겁게 하는 고속 모드 진행단계를 더 포함하는 자동차 전동 파워 스티어링 시스템의 운용방법.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 제동 상태에 의한 차체 속도 및 각 차륜의 회전 상황은 앤티 로크 브레이크 시스템(ABS) 전자제어유니트(ECU)로부터 전달되는 ABS 작동상태신호를 통하여 인지하는 것을 특징으로 한 자동차 전동 파워 스티어링 시스템의 운용방법.