KR100530034B1 - 횡가속도에 따라 반력 토크를 조절하는 스티어 바이와이어 시스템의 조향반력제어장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 횡가속도에 따라 반력 토크를 조절하는 스티어 바이 와이어 시스템의 조향반력제어장치에 관한 것으로, 스티어 바이 와이어 시스템에서 차체의 전방 하측에 횡가속도 센서를 구성하여 차량의 횡가속도를 감지함으로써 전자제어장치로부터 스티어링 휠의 회전에 따른 반력 토크를 제공하는 반력모터에 공급되어야 할 반력전류값이 조절되도록 제어하는 횡가속도에 따라 반력 토크를 조절하는 스티어 바이 와이어 시스템의 조향반력제어장치에 관한 것이다.

Description

횡가속도에 따라 반력 토크를 조절하는 스티어 바이 와이어 시스템의 조향반력제어장치{steering repulsive power control apparatus of steer-by-wire system which controlling for repulsive power torque by width acceleration}

본 발명은 횡가속도에 따라 반력 토크를 조절하는 스티어 바이 와이어 시스템의 조향반력제어장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 스티어 바이 와이어 시스템에서 차체의 전방 하측에 횡가속도 센서를 구성하여 차량의 횡가속도를 감지함으로써 전자제어장치로부터 스티어링 휠의 회전에 따른 반력 토크를 제공하는 반력모터에 공급되어야 할 반력전류값이 조절되도록 제어하는 횡가속도에 따라 반력 토크를 조절하는 스티어 바이 와이어 시스템의 조향반력제어장치에 관한 것이다.

도 1은 종래의 스티어 바이 와이어 시스템을 나타낸 구성도이고, 도 2는 종래의 스티어 바이 와이어 시스템을 나타낸 블럭도이다.

도 1과 도 2는 대한민국특허청 공개특허공보 공개번호 특 2003-0014444(발명의 명칭: 차량용 조향 장치)에 공개된 내용이다.

운전자가 조향을 위해 직접 조작하는 스티어링 휠(2)과, 스티어링 휠(2)의 일측에 설치되어 스티어링 휠(2)의 회전에 따른 반력 토크을 제공하는 반력 모터(4)와, 상기 조향축(6)에 설치되어 조향축(6)을 직선 이동시켜 조향 작용을 행하는 기어박스(8)와, 상기 스티어링 휠(2)의 회전에 따른 토크 변화 및 조타각 그리고 차속을 검출하는 센싱수단과, 상기 센싱 수단으로부터 인가되는 전기신호에 따라 기어 박스(8) 및 반력 모터(4)를 작동시키는 ECU(12)로 구성된다.

상기 반력 모터(4)는 스티어링 휠(2)과 연결되어 같이 회전되는 토션바(14)의 일측에 설치되어 스티어링 휠(2)의 회전과는 반대방향의 힘을 발생시켜 운전자에게 적절한 조향감을 부여한다.

상기 기어 박스(8)는 양측 조향 바퀴와 연결되는 조향축(6)과 연결되어 조향축(6)을 직선 이동시키는 것으로, 조향축(6)과 연결되어 ECU(12)로부터 인가되는 전기 신호에 따라 조향축(6)을 직선 이동시키는 구동모터(16)와, 상기 구동모터의 회전축(18)은 랙(20)과 피니언 기어(22)에 의해 회전운동이 직선 왕복운동으로 변환되어 조향축(6)을 직선 이동시키도록 구성된다.

상기 센싱수단은 스티어링 휠(2)의 조타각을 측정하는 조타각 검출센서(24)와, 상기 토션바(14)의 일측에 설치되어 토션바(14)의 회전에 따른 토크를 검출하는 토크센서(26)와, 차속을 검출하는 차속센서(28)로 구성된다.

그러나 종래의 스티어 바이 와이어 시스템에서는, 운전자가 고속 운행시 아주작은 조향각에도 차체의 거동이 많이 달라지므로 미세한 조향각이 핸들에 전달되어 차량 전복과 같은 사고가 발생하지 않도록, 횡가속도 센서에 의하여 감지되는 횡가속도에 대하여 반력모터에 제공하는 반력전류값의 제어 파라미터로 추가시키지 못한 문제점이 있다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 스티어 바이 와이어 시스템에서 차체의 전방 하측에 횡가속도 센서를 구성하여 차량의 횡가속도를 감지함으로써 전자제어장치로부터 스티어링 휠의 회전에 따른 반력 토크를 제공하는 반력모터에 공급되어야 할 반력전류값이 조절되도록 제어하는 횡가속도에 따라 반력 토크를 조절하는 스티어 바이 와이어 시스템의 조향반력제어장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는, 차량의 횡가속도를 검출하는 횡가속도센서; 상기 차량의 스티어링 휠의 조향에 반력 토크를 제공하는 반력모터; 상기 차량의 전복 한계점에 해당하는 전복한계 횡가속도의 초과량에 비례하여 상기 반력모터에 공급되어야 할 반력전류값을 미리 산출하여 저장한 기억장치; 및 상기 횡가속도센서로부터 차량의 횡가속도 신호를 받아 상기 차량의 횡가속도 신호의 크기가 상기 전복한계 횡가속도를 초과하는 경우 상기 전복한계 횡가속도의 초과량에 비례하는 반력전류값을 상기 기억장치로부터 읽어 내어 상기 반력모터에 제공하도록 제어하는 전자제어장치로 이루어진 횡가속도에 따라 반력 토크를 조절하는 스티어 바이 와이어 시스템의 조향반력제어장치를 포함한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.

일반적으로 차량의 조향장치는 운전자가 차륜의 진행방향을 임의로 바꿀 수 있도록 장착되는 장치이다. 여기에서, 조향 휠과 전륜 조향장치 사이의 기계적인 연결이 없이 전기적인 선으로 대체하여 전륜을 조향하는 시스템을 SBW(Steer By Wire) 시스템이라 한다. 이는, 랙바의 기어박스 연결부위에 모터를 체결하여 모터를 통하여 랙바를 구동하도록 하는 시스템이다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 스티어 바이 와이어 시스템(steer-by-wire system)을 나타낸 블럭도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 횡가속도 센서의 설치 상태도이다.

도 3을 살펴보면, 엔진의 시동에서 키 스위치(100)를 온(ON)하면 미도시된 배터리로부터, 키 스위치(100)를 거쳐 전자제어장치(ECU : Electric Control Unit)(800)를 포함한 각 부에 소정의 전압이 공급되고, 전자제어장치(800)는 작동을 개시한다.

토크 센서(200)는 토션바의 일측에 장착되어 있으며, 스티어링 휠(steering wheel)을 조작했을 때의 토션바의 비틀림 각(조향력에 비례)을 포텐셔미터에 의해 전압 신호로 변환하여 전자제어장치(800)로 출력하는 센서이다.

차속 센서(300)는 주행하는 차량의 속도를 전자제어장치(800)로 출력하는 센서이다. 구체적으로 차속 센서(300)는 아주 낮은 차속으로부터 응답성이나 높은 정밀도가 요구되는 전지 픽업이나 자기저항 소자 타입이 채용될 수 있다.

횡가속도 센서(400)는 주행중인 차량의 기움 정도를 측정하여 전자제어장치(800)로 출력하는 센서이다.

횡가속도를 측정하는 수단인 횡가속도 센서(400)는 도 4에서 도시된 바와 같은 형태로 차량의 전방 중앙 하측에 설치된다.

기억장치(500)에는 차량의 전복 한계점에 해당하는 전복한계 횡가속도의 초과량에 비례하여 반력모터(700)에 공급되어야 할 전류값을 미리 산출하여 저장하고 있다.

여기에서 차량의 전복한계 횡가속도(Ay')는 다음과 같다.

Ay' = ( ( T * G ) / 2H ) * 0.7

위 공식에서 Ay' 는 전복한계 횡가속도이고, G는 중력 가속도이다. T는 차량의 트레드(tread)로서, 차량 한축의 타이어 중심에서 다른 타이어 중심까지의 거리를 말한다. H는 롤센터(Roll Center)의 높이로, 롤센터란 타이어 중심의 수직면과 스프링위 질량에 작용하는 측면힘이 만나는 지점을 말한다.

여기에서 횡가속도 센서(400)에서 측정되는 횡가속도(Ay)가 아래의 값에 해당하면 차량의 전복 횡가속도(Ay")는 다음과 같다.

Ay" = ( T * G ) / 2H

그러므로, 상수 0.7은 차량의 전복 횡가속도에 해당하는 값에서 일정한 비율이 초과되는 경우, 즉 차량의 전복한계 횡가속도을 초과하는 경우에 소정의 반력전류를 출력하도록 하기 위한 상수이다. 나아가 상수값은 각 시스템마다 다양한 변화가 가능할 것이다.

나아가, 기억장치(500)에는 차량의 주행 속도에 대한 변위에 따라 공급되어야 할 소정의 반력전류값을 미리 산출하여 저장되어 있고, 차량의 주행 속도 및 토션바의 비틀림 각도에 대한 변위에 따라 공급되어야 할 소정의 구동전류값을 미리 산출하여 저장하고 있다.

전자제어장치(800)는 차량의 주행 속도 및 토션바의 비틀림 각도에 대한 변위에 따라 기억장치(500)에 미리 저장되어 있는 소정의 구동전류값을 구동모터(600)에 출력하게 된다. 구동모터(600)에 의하여 모터가 구동되어 차량의 주행방향을 조향하게 된다.

전자제어장치(800)는 횡가속도센서(400)에서 출력되는 횡가속도의 변위에 따라 기억장치(500)에 미리 저장되어 있는 차량의 전복한계 횡가속도를 초과하는 경우에 기억장치(500)에 저장되어 있는 반력모터(700)에 공급되어야 할 반력전류값을 반력모터(700)에 출력하게 된다.

나아가, 전자제어장치(800)는 차량의 주행 속도 변위에 따라 미리 기억장치(500)에 프로그래밍되어 있는 소정의 반력전류값을 반력모터(700)에 출력할 수 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 일실시예에 대한 작용 효과를 살펴보기로 한다.

전자제어장치(800)는 운전자의 조향의도를 토션바에 연결된 토크 센서(200)에서 출력되는 토크신호를 통하여 감지하고, 주행하고 있는 차량의 주행 속도를 차속 센서(300)에서 출력되는 차속신호를 통하여 감지하게 된다.

또한, 전자제어장치(800)는 주행중인 차량의 횡가속도를 횡가속도 센서(400)에서 출력되는 횡가속도신호를 통하여 감지하게 된다.

전자제어장치(800)에서는 횡가속도 센서(400)를 통하여 입력되는 횡가속도신호가 기억장치(500)에 기 저장되어 있는 차량의 전복한계 횡가속도를 초과하는 경우에 초과량에 비례하여 반력모터(700)에 가해질 기억장치(500)에 기 저장되어 있는 반력전류값을 측정하게 된다.

여기에서, 전자제어장치(800)에서는 입력되는 횡가속도신호가 차량의 전복한계 횡가속도를 크게 초과하는 경우 반력모터(700)에 큰 반력전류값을 가하도록 제어함으로써 스티어링 휠에 큰 반력토크를 제공하게 된다. 나아가, 전자제어장치(800)에서는 입력되는 횡가속도신호가 차량의 전복한계 횡가속도를 작게 초과하는 경우 반력모터(700)에 작은 반력전류값을 가하도록 제어함으로써 스티어링 휠에 작은 반력토크를 제공하게 된다.

또한, 전자제어장치(800)에서는 입력되는 횡가속도신호가 차량의 전복한계 횡가속도를 초과하지 않는 경우에는 횡가속도신호가 반력모터(700)에 가해지는 반력전류값이 제어 파라미터로 추가되지 않도록 제어하게 된다. 이 경우에는 차속 센서(300)로부터 입력되는 차속신호가 반력모터(700)에 가해지는 반력전류값이 제어 파라미터가 된다.

도 5a는 본 발명의 일실시예에 따른 스티어링 휠 각 입력을 나타낸 그래프, 도 5b는 본 발명의 일실시예에 따른 횡가속도의 값을 나타낸 그래프, 5c는 본 발명의 일실시예에 따른 반력모터의 반력토크 값을 나타낸 그래프이다.

도 5a에서는 시속 80km/h 중에서 60도의 사인형 스티어링 휠의 입력을 주고 있는 것을 보여준다.

도 5b에서는 이에 대한 횡가속도 센서(400)에서 출력되는 횡가속도(Ay)의 그래프를 나타내 값이다. 여기에서 빗금친 부분은 횡가속도 센서(400)에서 출력되는 횡가속도(Ay)가 차량의 전복한계 횡가속도(Ay')를 초과하는 영역을 표시한다.

도 5c에서는 도 5b에서 차량의 전복한계 횡가속도(Ay')를 초과하는 영역에 대하여 반력모터(700)에서 부가적인 반력토크를 가하고 있는 것을 볼 수 있는데, 도 5b에서 초과하는 높이가 높을수록 반력모터(700)에서 더 큰 부가적인 반력토크를 가하고 있는 것을 확인 할 수 있다. 그러기 위하여, 전자제어장치(800)에서 반력모터(700)로 출력되는 반력전류값은 차량의 전복한계 횡가속도(Ay')를 초과하는 높이에 비례하여 증가하는 것을 알 수 있다.

나아가, 전자제어장치(800)에서는 차속 센서(300)에서 차속신호를 입력받아 차속신호의 변위에 따라 미리 기억장치(500)에 저장되어 있는 소정의 반력전류값을 반력모터(700)에 출력하게 된다.

또한, 전자제어장치(800)는 차량의 주행 속도 및 토션바의 비틀림 각도에 대한 변위에 따라 미리 기억장치(500)에 프로그래밍되어 있는 소정의 구동전류를 구동모터(600)에 출력하게 된다.

본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명의 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

상기와 같은 본 발명은 횡가속도에 따라 반력토크를 조절하는 스티어 바이 와이어 시스템의 조향반력제어로서 다음과 같은 효과가 있다.

스티어 바이 와이어 시스템에서 횡가속도 센서에 감지되어지는 횡가속도신호를 바탕으로 전자제어장치에서 반력모터에 제공하는 반력전류값의 제어 파라미터로 추가시킴으로써, 특히 차량의 고속 운행시에 차량의 횡가속도가 일정한 전복 위험점을 초과하는 경우에 반력모터에 제공되는 반력전류를 크게 할 수 있다.

그럼으로써, 스티어링 휠의 조향에 있어서 반력 토크를 크게 하여 미세한 조향각이 스티어링 휠에 전달되지 않아 차량이 전복되는 것과 같은 차량이 위험해지는 상황을 피할 수 있게 된다.

도 1은 종래의 스티어 바이 와이어 시스템을 나타낸 구성도,

도 2는 종래의 스티어 바이 와이어 시스템을 나타낸 블럭도,

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 스티어 바이 와이어 시스템을 나타낸 블럭도,

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 횡가속도 센서의 설치 상태도,

도 5a는 본 발명의 일실시예에 따른 스티어링 휠 각 입력을 나타낸 그래프,

도 5b는 본 발명의 일실시예에 따른 횡가속도의 값을 나타낸 그래프,

도 5c는 본 발명의 일실시예에 따른 반력모터의 반력 토크 값을 나타낸 그래프이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>

100: 키 스위치, 200: 토크 센서,

300: 차속 센서, 400: 횡가속도 센서,

500: 기억장치, 600: 구동모터,

700: 반력모터, 800: 전자제어장치.

Claims (3)

1. 차량의 횡가속도를 검출하는 횡가속도센서;

   상기 차량의 스티어링 휠의 조향에 반력 토크를 제공하는 반력모터;

   상기 차량의 전복 한계점에 해당하는 전복한계 횡가속도의 초과량에 비례하여 상기 반력모터에 공급되어야 할 반력전류값을 미리 산출하여 저장한 기억장치; 및

   상기 횡가속도센서로부터 차량의 횡가속도 신호를 받아 상기 차량의 횡가속도 신호의 크기가 상기 전복한계 횡가속도를 초과하는 경우 상기 전복한계 횡가속도의 초과량에 비례하는 반력전류값을 상기 기억장치로부터 읽어 내어 상기 반력모터에 제공하도록 제어하는 전자제어장치로 이루어진 횡가속도에 따라 반력 토크를 조절하는 스티어 바이 와이어 시스템의 조향반력제어장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 전복한계 횡가속도는 차량의 트레드와 롤센터를 이용하여 산출하는 것을 특징으로 하는 횡가속도에 따라 반력 토크를 조절하는 스티어 바이 와이어 시스템의 조향반력제어장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 전복한계 횡가속도는 ((T*G)/(2H))*0.7에 의하여 계산되는 것을 특징으로 하는 횡가속도에 따라 반력 토크를 조절하는 스티어 바이 와이어 시스템의 조향반력제어장치.