KR100738398B1 - 자동차의 능동 전륜 조향장치 및 그 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차의 능동 전륜 조향장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.

본 발명은, 자동차의 조향휠에 연결되는 조향축; 상기 자동차의 주행 속도를 감지하는 차속 센서; 상기 조향축의 회전에 의한 조향각의 변화를 감지하는 조향각 센서; 상기 차속 센서 및 상기 조향각 센서로부터 각각 전기적 신호를 전달받는 전자 제어 장치; 상기 전자 제어 장치에 의해 구동이 제어되는 기어 비 변환 장치; 및 상기 기어 비 변환 장치의 구동 여부를 선택하기 위한 변환 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차의 능동 전륜 조향장치 및 그 제어 방법을 제공한다.

본 발명에 의하면, 기어 비 변환 기능을 사용할 지 여부를 운전자가 선택할 수 있도록 함으로써 주행 중 오버 스티어나 언더 스티어 현상을 방지하고 조향 안정성을 유지하는 효과가 있다.

능동 전륜 조향장치, 기어 비 변환, 언더 스티어, 오버 스티어

Description

자동차의 능동 전륜 조향장치 및 그 제어 방법{Active Front Wheel Steering Apparatus for Automotive Vehicle And Control Method Thereof}

도 1은 종래 기술에 따른 자동차의 능동 전륜 조향장치의 구성도,

도 2는 자동차의 언더 스티어 및 오버 스티어 현상을 나타내는 개략도,

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자동차의 능동 전륜 조향장치를 나타내는 구성도,

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자동차의 능동 전륜 조향장치의 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

101: 조향휠103: 조향축

105: 차속 센서107: 조향각 센서

109: 전자 제어 장치111: 기어 비 변환 장치

301: 변환 스위치

본 발명은 자동차의 능동 전륜 조향장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 기어 비 변환 기능을 사용할 지 여부를 운전자가 선택할 수 있도록 함으로써 주행 중 오버 스티어(Over Steer)나 언더 스티어(Under Steer) 현상을 방지하고 조향 안정성을 유지할 수 있게 하는 자동차의 능동 전륜 조향장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.

자동차의 조향장치는 자동차의 진행 방향을 운전자의 의지대로 변경할 수 있도록 하기 위한 장치로서 앞바퀴가 선회하는 회전 중심을 임의로 변경하여 운전자가 원하는 방향으로 자동차를 운행할 수 있도록 보조하는 장치이다.

또한, 동력 보조 조향장치(Power Steering Apparatus)는 운전자가 조향 휠(Steering Wheel)을 조작할 경우에 조향 보조 동력을 제공해 주는 장치를 이용하여 운전자의 조향 휠 조작력을 보조하여 줌으로써 보다 작은 힘으로 용이하게 자동차의 진행 방향을 변경할 수 있도록 하는 장치이다.

이와 같은 동력 보조 조향장치는 유압식 동력 보조 조향장치(HPS: Hydraulic Power Steering Apparatus)와 전기식 동력 보조 조향장치(EPS: Electric Power Steering Apparatus)로 크게 구분된다.

유압식 동력 보조 조향장치는 엔진의 회전축에 연결된 유압 펌프가 작동유를 작동 실린더로 공급하면, 작동유의 유압에 의한 조향 보조 동력이 제공되어 랙 바(Rack Bar)가 수평 방향으로 운동하게 되고 그에 따라 양쪽 바퀴가 선회되므로 운전자로 하여금 작은 힘으로 조향을 할 수 있도록 하는 장치이다. 반면, 전기식 동력 보조 조향장치는 유압 펌프와 작동 실린더 대신에 랙 바 또는 컬럼에 모터 및 전자 제어 장치(ECU: Electronic Control Unit)를 포함하고 있어 모터의 구동에 의해 조향 보조 동력이 공급되는 장치이다.

최근에는 주행 중 강하게 불어오는 횡풍이나 좌우가 대칭적이지 않은 노면의 상태 등의 외부 환경에 능동적으로 대처할 수 있도록 조향휠과 조향 컬럼 사이의 조향축을 분리한 것으로, 운전자의 조향 휠 조작으로 인한 조향각을 직접 조향 컬럼에 전달하지 않고 수시로 변화하는 조향각을 지속적으로 감지하여 이를 차량의 각종 정보와 비교분석한 후 조향 컬럼의 조향축의 회전을 제어하는 모터에 전기적 신호로 전달함으로써 조향각을 조절하는 이른바 능동 전륜 조향장치(AFS: Active Front Wheel Steering)가 등장하였다. 또한, 이러한 능동 전륜 조향장치에는 기어 장치에서 입력과 출력 사이의 기어 비를 변환시키는 기어 비 변환 장치가 구비되어 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 자동차의 능동 전륜 조향장치의 구성도이다.

도 1에서 도시하는 바와 같이 종래 기술에 따른 자동차의 능동 전륜 조향장치는 조향 휠(101)에 연결되는 조향 축(103), 자동차의 주행 속도를 감지하는 차속 센서(105), 조향 축(103)의 회전에 의한 조향각의 변화를 감지하는 조향각 센서(107), 차속 센서(105) 및 조향각 센서(107)로부터 전기적 신호를 전달 받는 전자 제어 장치(109), 전자 제어 장치(109)에 의해 구동이 제어되는 기어 비 변환 장치(111), 조향축(103)의 회전 운동을 랙 바(113)의 직선 운동으로 변환하는 랙-피니언 기구부(115) 및 타이 로드(117) 및 너클 암(119)을 통해 랙 바(113)의 양단에 연결되는 바퀴(121)를 포함하여 구성된다.

이러한 자동차의 능동 전륜 조향장치에 있어서 자동차가 고속으로 주행하는 경우에는 입력각 대 출력각의 비가 커지도록 전자 제어 장치(109)가 기어 비 변환 장치(111)를 제어한다. 이 경우 운전자가 조향휠(101)을 많이 회전하더라도 바퀴(121)는 적게 회전되므로 고속에서의 조향 안정성이 유지된다.

한편, 자동차가 주차 등을 위해 저속으로 주행하는 경우에는 입력각 대 출력각의 비가 커지도록 전자 제어 장치(109)가 기어 비 변환 장치(111)를 제어한다. 이 경우 운전자가 조향휠(101)을 적게 회전하더라도 바퀴(121)가 많이 회전하므로 운전자는 적은 힘으로 용이하게 주차를 할 수 있게 된다.

그런데, 이와 같은 기능을 하는 종래 기술에 따른 자동차의 능동 전륜 조향장치는 운전자의 의도와 무관하게 전자 제어 장치가 차속에 따라 기어 비 변환 장치를 제어하므로 자동차가 코너 주행을 할 때 다음과 같은 문제점을 발생시킨다.

도 2는 자동차의 언더 스티어 및 오버 스티어 현상을 나타내는 개략도이다.

도 2에서 도시하는 바와 같이 운전자가 코너 주행시에 가속을 하면 입력각 대 출력각의 비가 작아지므로 운전자가 의도했던 회전 반경보다 큰 회전 반경을 그리며 회전하는 언더 스티어(A) 현상이 발생하고, 반대로 운전자가 감속을 하면 입력각 대 출력각의 비가 커지므로 운전자가 의도했던 회전 반경보다 작은 회전 반경을 그리며 회전하는 오버 스티어(B) 현상이 발생하여 조향 안정성을 저해하는 문제점이 발생하는 것이다.

따라서 본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 기어 비 변환 기능을 사용할 지 여부를 운전자가 선택할 수 있도록 함으로써 주행 중 오버 스티어나 언더 스티어 현상을 방지하고 조향 안정성을 유지하는 데 그 주된 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 자동차의 조향휠에 연결되는 조향축; 상기 자동차의 주행 속도를 감지하는 차속 센서; 상기 조향축의 회전에 의한 조향각의 변화를 감지하는 조향각 센서; 상기 차속 센서 및 상기 조향각 센서로부터 각각 전기적 신호를 전달받는 전자 제어 장치; 상기 전자 제어 장치에 의해 구동이 제어되는 기어 비 변환 장치; 및 상기 기어 비 변환 장치의 구동 여부를 선택하기 위한 변환 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차의 능동 전륜 조향장치를 제공한다.

또한, 이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 자동차의 능동 전륜 조향장치의 제어 방법에 있어서, (a) 변환 스위치의 켜짐 여부를 판단하는 단계; (b) 상기 자동차의 주행 속도를 제한 속도와 비교하는 단계; (c) 상기 자동차의 상기 주행 속도가 상기 제한 속도를 넘지 않도록 하는 단계; (d) 기어 비 변환 기능을 수행하는 단계; (e) 상기 변환 스위치의 꺼짐 여부를 판단하는 단계; (f) 기어 비 변환 기능을 중지하는 단계; 및 (g) 상기 자동차의 상기 주행 속도에 대한 제한을 해제하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차의 능동 전륜 조향장치의 제어 방법을 제공한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자동차의 능동 전륜 조향장치를 나타내는 구성도이다.

도 3에서 도시하는 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자동차의 능동 전륜 조향장치는, 자동차의 조향휠(101)에 연결되는 조향축(103), 자동차의 주행 속도를 감지하는 차속 센서(105), 조향축(103)의 회전에 의한 조향각의 변화를 감지하는 조향각 센서(107), 차속 센서(105) 및 조향각 센서(107)로부터 각각 전기적 신호를 전달받는 전자 제어 장치(109), 전자 제어 장치(109)에 의해 구동이 제어되는 기어 비 변환 장치(111) 및 기어 비 변환 장치(111)의 구동 여부를 선택하기 위한 변환 스위치(301)를 포함하여 구성된다.

차속 센서(105)는 자동차의 주행 속도를 감지한 후 감지된 값에 비례하는 전기적 신호를 발생하고, 발생된 전기적 신호를 전자 제어 장치(109)에 전달한다.

조향각 센서(107)는 운전자의 조향휠(101) 조작에 따른 조향축(103)의 회전각도(조향각)를 감지한 후 감지된 값에 비례하는 전기적 신호를 발생하고, 발생된 전기적 신호를 전자 제어 장치(109)에 전달한다.

변환 스위치(301)는 운전자가 기어 비 변환 장치(111)를 구동할 것인지 말 것인지를 결정하여 전자 제어 장치(109)에 신호를 전달하기 위한 것으로서 운전자의 작동이 용이하도록 운전석에 배치됨이 바람직하다.

전자 제어 장치(109)는 차속 센서(105) 및 조향각 센서(107)로부터 각각 전기적 신호를 전달받아 기어 비 변환 장치(111)의 구동을 제어하는데, 본 발명의 경우 변환 스위치(301)로부터 전달되는 신호에 따라 기어 비 변환 장치(111)를 구동시키거나 구동시키지 않는다. 또한, 전자 제어 장치(109)는 엔진(미도시)의 RPM(Revolution per minute)을 조절함으로써 자동차의 주행 속도를 일정한 값 이하로 유지할 수도 있다.

기어 비 변환 장치(111)는 입력각 대 출력각의 비를 변환하는 장치로서 전자 제어 장치(109)에 의해 구동이 제어된다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자동차의 능동 전륜 조향장치의 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

전자 제어 장치(109)는 변환 스위치(301)의 켜짐 여부를 확인하고(S410), 변환 스위치(301)가 켜진 경우에는 차속 센서(105)로부터 전달되는 자동차의 주행 속도를 제한 속도와 비교하여 자동차의 주행 속도가 제한 속도보다 느린지를 판단한다(S420).

전자 제어 장치(109)는 단계 S420의 판단 결과, 자동차의 주행 속도가 제한 속도보다 느리지 않은 경우에는 경고등을 점등하거나 음향 신호를 출력하여 운전자에게 신호를 보낸다(S421).

전자 제어 장치(109)는 단계 S420의 판단 결과, 자동차의 주행 속도가 제한 속도보다 느린 경우에는 엔진의 RPM을 조절함으로써 자동차의 주행 속도가 제한 속도를 넘지 않도록 하고(S430), 기어 비 변환 장치(111)를 구동시킴으로써 입력각 대 출력각의 비가 변화할 수 있도록 한다(S440).

전자 제어 장치(109)는 변환 스위치(301)의 꺼짐 여부를 확인한다(S450).

전자 제어 장치(109)는 상기 단계 S450의 확인 결과, 변환 스위치(301)가 꺼지지 않은 경우에는 자동차의 주행 속도가 제한 속도를 넘지 않도록 유지한다.

전자 제어 장치(109)는 상기 단계 S450의 확인 결과, 변환 스위치(301)가 꺼진 경우에는 기어 비 변환 장치(111)의 구동을 멈춤으로써 입력각 대 출력각의 비가 고정되도록 한다(S460).

전자 제어 장치(109)는 기어 비 변환 장치(111)의 구동이 멈추면 자동차의 주행 속도 제한을 해제함으로써 자동차가 제한 속도 이상으로 주행할 수 있게 한다(S470).

이상의 설명은 본 발명을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 기어 비 변환 기능을 사용할 지 여부를 운전자가 선택할 수 있도록 함으로써 주행 중 오버 스티어나 언더 스티어 현상을 방지하고 조향 안정성을 유지하는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 자동차의 조향휠에 연결되는 조향축;

   상기 자동차의 주행 속도를 감지하는 차속 센서;

   상기 조향축의 회전에 의한 조향각의 변화를 감지하는 조향각 센서;

   상기 차속 센서 및 상기 조향각 센서로부터 각각 전기적 신호를 전달받는 전자 제어 장치;

   상기 전자 제어 장치에 의해 구동이 제어되는 기어 비 변환 장치; 및

   상기 기어 비 변환 장치의 구동 여부를 선택하기 위한 변환 스위치

   를 포함하되, 상기 전자 제어 장치에서 상기 변환 스위치의 켜짐 여부를 판단하고, 상기 변환 스위치가 켜지면 상기 자동차의 주행 속도가 제한 속도 이상인지 여부를 판단하여 상기 자동차의 주행 속도가 상기 제한 속도 이상이면 상기 자동차의 주행 속도가 설정 속도를 넘지 않도록 엔진의 RPM(Revolution per Minute)을 제어하는 것을 특징으로 하는 자동차의 능동 전륜 조향장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 변환 스위치는 운전석에 설치되는 것을 특징으로 하는 자동차의 능동 전륜 조향장치.
3. 자동차의 능동 전륜 조향장치의 제어 방법에 있어서,

   (a) 변환 스위치의 켜짐 여부를 판단하는 단계;

   (b) 상기 자동차의 주행 속도를 제한 속도와 비교하는 단계;

   (c) 상기 자동차의 상기 주행 속도가 상기 제한 속도를 넘지 않도록 하는 단계;

   (d) 기어 비 변환 기능을 수행하는 단계;

   (e) 상기 변환 스위치의 꺼짐 여부를 판단하는 단계;

   (f) 기어 비 변환 기능을 중지하는 단계; 및

   (g) 상기 자동차의 상기 주행 속도에 대한 제한을 해제하는 단계

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차의 능동 전륜 조향장치의 제어 방법.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 단계 (b)는,

   상기 자동차의 상기 주행 속도가 상기 제한 속도보다 빠른 경우 운전자에게 경고 신호를 보내는 것을 특징으로 하는 자동차의 능동 전륜 조향장치의 제어 방법.

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