KR100746688B1

KR100746688B1 - 능동 전륜 조향 시스템의 페일세이프 제어방법

Info

Publication number: KR100746688B1
Application number: KR1020030075343A
Authority: KR
Inventors: 김성주
Original assignee: 주식회사 만도
Priority date: 2003-10-28
Filing date: 2003-10-28
Publication date: 2007-08-06
Also published as: KR20050040205A

Abstract

본 발명은 능동 전륜 조향 시스템의 페일세이프 제어방법에 관한 것으로, AFS 시스템의 ECU가 조향 입력각도에 대한 출력각도인 목표 조향각을 연산하는 제1단계와, 상기 제1단계 수행 후, 상기 ECU가 AFS 시스템이 적용된 전동식 파워 조향 시스템내 모터 위치 센서 또는 조향각 센서에서 검출된 조향각을 입력하는 제2단계와, 상기 제1단계에서 연산된 목표 조향각과 상기 제2단계에서 입력된 조향각의 차이값을 절대치화한 절대치가 기준값 이상인지를 판단하는 제3단계와, 상기 제3단계의 판단 결과, 상기 목표 조향각과 조향각의 차이값을 절대치화한 절대치가 기준값 이상이라면 페일 신호를 발생시키고, 이 페일 신호 발생시 상기 가변기어기구의 작동을 제어하여 제어축의 위치를 최고 차속에 해당하는 위치로 가변시키는 제4단계로 이루어지는 것을 특징으로 하며, AFS 시스템의 출력각도를 모니터링하여 오작동되는 경우에 페일세이프를 작동시킴으로써, 페일 발생시 차량의 안정성을 확보할 있게 되는 효과가 있다.

AFS, 조향비, 가변기어기구, 페일세이프

Description

능동 전륜 조향 시스템의 페일세이프 제어방법{FAILSAFE CONTROL METHOD OF ACTIVE FRONT STEERING SYSTEM}

도 1은 AFS 시스템의 가변기어기구의 구성도.

도 2는 본 발명에 따른 AFS 시스템의 페일세이프 제어방법을 보인 동작 흐름도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 입력축 11 : 제1레벨

20 : 출력축 21 : 제2레벨

30 : 제어축 31 : 제3레벨

본 발명은 능동 전륜 조향(Active Front Steering : 이하, 'AFS'라 칭함) 시스템의 페일세이프(FailSafe) 제어방법에 관한 것으로, 특히 운전자의 조향 입력과 가변기어기구내 제어축의 위치신호로부터 연산된 목표 조향각과 AFS 시스템이 적용된 전동식 파워 조향 시스템내 모터 위치 센서 또는 조향각 센서에서 검출된 조향각이 기준값 이상의 차이를 보일 경우, 이를 AFS 시스템의 페일 발생으로 판단하여 상기 가변기어기구의 작동을 제어하여 제어축의 위치를 가변시켜 줌으로써 차량의 안정성을 확보할 있도록 한 AFS 시스템의 페일세이프 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 차량에 적용되는, 전자 제어 장치(Electronic Control Unit ; 이하, 'ECU'라 칭함)를 이용하여 차량의 속도에 따라 운전자 핸들의 조작력을 줄여주어 가볍고 신속한 조향 조작이 가능하도록 한 조향 시스템은, 기존의 유압식 파워 조향 시스템에 유압을 조정하는 전자제어밸브가 추가되어 어시스트량을 조절하는 전자제어 파워 조향 시스템과 순수한 모터의 구동에 의해 어시스트량을 조절하는 전동식 파워 조향 시스템으로 구분된다.

한편, 종래에는 이러한 조향 시스템에 운전자의 조향 입력에 대한 출력 각도를 가변시켜 주는 AFS 시스템이 적용되어 차량의 거동을 보다 안정화시키고 있다.

상기 AFS 시스템에서 기어비, 즉 조향비(Steering Ratio)를 가변시키는 장치로서 가변기어기구 및 AFS 모터를 사용하며, 이 가변기어기구는 도 1에 도시된 바와 같이 조향 핸들로부터의 회전력을 전달받는 입력축(10)과, 이 입력축(10)에 설치되어 일체로 회동하는 제1레벨(11)과, 상기 입력축(10)과 소정 거리 이격된 위치에 설치되어 피니언기어에 회전력을 전달하는 출력축(20)과, 이 출력축(20)에 설치되어 일체로 회동하는 제2레벨(21)과, 상기 출력축(20)의 일측에 소정 거리 이격되어 설치되는 제어축(30)과, 이 제어축(30)에 설치되어 일체로 회동하고, 상기 제1레벨(11)과 제2레벨(21)을 슬라이딩 조인트(Sliding Joint) 연결시키는 제3레벨(31)로 구성되고, 이때 상기 제어축(30)의 일측에 설치된 AFS 모터와 감속기(미도시)를 통해 상기 제어축(30)을 입,출력축(10,20)을 연결한 연장선 상에서 직선 변위로 움직이도록 제어한다.

즉, AFS 모터가 구동하지 않을 경우에는 제3레벨(31)의 제어축(30)이 감속기의 프릭션(Friction) 및 효율 등에 의해 고정되게 하고, 제어축(30)이 출력축(20)으로 접근할수록 제3레벨(31)을 통해 제1레벨(11)과 제2레벨(21)이 가지는

와

의 각도비가 커져 조향비가 느려지고, 출력축(20)으로부터 멀어질수록 상기

와

의 각도비가 작아져 조향비가 빨라지도록 제어한다.

한편, 상기와 같은 AFS 시스템에서는 조향 입력각도와 제어축(30)의 위치신호에 의해 목표 전륜각을 설정하게 되는데, 즉 아래와 같은 수식을 이용하거나 연산에 필요한 함수(sin(), cos(), sin^-1(), tan^_1()) 등을 테이블, 즉 도표화한 후 보간법을 이용하여 목표 조향각을 연산한다.

여기서, 도 1에 도시된 바와 같이, l은 입력축(10)의 제1레벨(11)에 결합된 제3레벨(31)의 길이, S는 출력축(20)의 제2레벨(21)에 결합된 제3레벨(31)의 길이, d는 입력축(10)과 출력축(20)간의 직선거리, x는 출력축(20)과 제어축(30)간의 직선거리,

는 조향 입력각도,

는 출력각도,

는 제어각도이다.

그러나, 종래에는 이상 변형, 탈거 등에 의한 기구적 구속조건의 상실이나, 입력각도 신호의 오류, 제어축의 위치신호의 오류 등으로 인해 출력각도를 잘못 연산할 수 있어, 만약 출력각도가 잘못 연산되게 되면, 차량의 주,정차 운행중 특히, 고속 주행의 경우 빠른 조향비에 의해 운전자의 작은 조향 조작에도 차량이 많이 움직이는 현상이 발생하여 차량의 거동이 매우 불안정하다고 하는 문제점이 발생하게 된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 그 목적은 운전자의 조향 입력과 가변기어기구내 제어축의 위치신호로부터 연산된 목표 조향각과 AFS 시스템이 적용된 전동식 파워 스티어링 시스템내 모터 위치 센서 또는 조향각 센서에서 검출된 조향각이 기준값 이상의 차이를 보일 경우, 이를 AFS 시스템의 페일 발생으로 판단하여 상기 가변기어기구의 작동을 제어하여 제어축의 위치를 최고 차속에 해당하는 위치로 가변시켜 줌으로써, 즉 상기 제어축을 출력축으로 이동시켜 조향비를 가장 느리게 설정하도록 조절해 줌으로써 고속 주행시 빠른 조향비에 의해 발생되는 차량의 불안정한 거동을 방지하는 등, 차량의 거동을 보다 안정화시킬 수 있도록 한 AFS 시스템의 페일세이프 제어방법을 제공하는 데에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 AFS 시스템의 페일세이프 제어방법은, 각종 차량 상태 정보 검출 센서와, ECU와, 제1레벨의 입력축, 제2레벨의 출력축, 제3레벨의 제어축으로 이루어져, 제3레벨의 제어축이 출력축으로 접근할수 록 조향비가 느려지고, 출력축으로부터 멀어질수록 조향비가 빨라지도록 상기 ECU에 의해 작동되는 가변기어기구 및 AFS 모터를 포함 구성하여 전륜 조향각 보상 제어를 수행하는 차량의 AFS 시스템 및 이 AFS 시스템이 적용된 전동식 파워 조향 시스템에 있어서, 상기 AFS 시스템의 ECU가 조향 입력각도에 대한 출력각도인 목표 조향각을 연산하는 제1단계와, 상기 제1단계 수행 후, 상기 ECU가 AFS 시스템이 적용된 전동식 파워 조향 시스템내 모터 위치 센서 또는 조향각 센서에서 검출된 조향각을 입력하는 제2단계와, 상기 제1단계에서 연산된 목표 조향각과 상기 제2단계에서 입력된 조향각의 차이값을 절대치화한 절대치가 기준값 이상인지를 판단하는 제3단계와, 상기 제3단계의 판단 결과, 상기 목표 조향각과 조향각의 차이값을 절대치화한 절대치가 기준값 이상이라면 페일 신호를 발생시키고, 이 페일 신호 발생시 상기 가변기어기구의 작동을 제어하여 제어축의 위치를 최고 차속에 해당하는 위치로 가변시키는 제4단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 AFS 시스템의 페일세이프 제어방법을 상세히 설명한다.

전동식 파워 조향 시스템에 적용된 AFS 시스템은 각종 차량 상태 정보 검출 센서와, ECU 및 AFS 모터를 포함 구성하고 있으며, ECU가 각종 차량 상태 정보 검출 센서에서 검출된 차량의 상태 정보 및 목표 조향각 연산식 또는 도표화된 테이블을 이용하여 목표 조향각을 연산하고, 이 목표 조향각에 따른 목표 전류로 AFS 모터를 구동시켜 가변기어기구의 작동을 제어함으로써 전륜 조향각 보상 제어를 수행한다.

한편, AFS 시스템이 적용된 전동식 파워 조향 시스템에서는 모터 위치 센서 또는 조향각 센서를 통해 조향각을 검출하게 되는데, AFS 시스템과 전동식 파워 조향 시스템은 기구적으로 연결되어 있으므로, AFS 시스템이 정상적인 작동이라면 AFS 시스템에서 연산된 목표 조향각과 상기 검출된 조향각에 있어서 큰 차이를 보이지 않게 되는데, 본 발명은 바로 이러한 점을 이용한 것으로, 만약 두 조향각의 차이가 기준값 이상일 경우에는 비정상적인 작동으로 판단하여 페일을 발생하고, 이 페일 발생에 따라 AFS 시스템의 가변기어기구의 작동을 제어하여 제어축의 위치를 최고 차속에 해당하는 위치로 가변시켜 줌으로써, 페일 발생시 차량의 안정성을 확보하도록 하고 있다.

상기와 같은 본 발명에 의한 AFS 시스템의 페일세이프 제어방법을 도 2의 흐름도를 참고하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, AFS 시스템의 ECU는 조향 입력각도에 대한 출력각도, 즉 목표 조향각(

)을 연산한다(S1).

이때, ECU는 상기 수학식 1과 같은 목표 조향각 연산식을 이용하여 목표 조향각을 연산하거나, 연산에 필요한 함수(sin(), cos(), sin^-1(), tan^_1()) 등이 도표화된 테이블에서 보간법을 이용하여 목표 조향각을 연산하게 된다.

즉, 운전자의 조향 입력과 제어축(30)의 위치신호로부터 목표 조향각을 연산하게 되는 것이다.

이어, ECU는 AFS 시스템이 적용된 전동식 파워 조향 시스템내 모터 위치 센 서 또는 조향각 센서에서 검출된 조향각(

)을 입력한다(S2).

그리고 나서, 상기 단계(S1)에서 연산된 목표 조향각(

)과 상기 단계(S2)에서 입력된 조향각(

)의 차이값을 절대치화한 절대치가 기준값 이상인지를 판단한다(S3).

상기 단계(S3)의 판단 결과, 상기 목표 조향각(

)과 조향각(

)의 차이값을 절대치화한 절대치가 기준값 이상이라면 페일 신호를 발생시킨다(S4).

이후, 상기 단계(S4)의 페일 신호가 발생함에 따라 ECU는 AFS 시스템내 가변기어기구의 작동을 제어하여 제어축의 위치를 최고 차속에 해당하는 위치로 가변시키도록 한다(S5).

즉, 상기 단계(S5)에서는 가변기어기구의 제어축을 출력축으로 이동시켜 조향비를 가장 느리게 설정하도록 조절해 줌으로써 고속 주행시 빠른 조향비에 의해 발생되는 차량의 불안정한 거동을 방지하는 등, 차량의 거동을 보다 안정화시키도록 하는 것이다.

상기와 같이 본 발명은 AFS 시스템의 출력각도를 모니터링하여 오작동되는 경우에 페일세이프를 작동시킴으로써, 페일 발생시 가장 느리게 설정된 조향비에 의해 운전자의 작은 조향 조작에도 차량이 많이 움직이는 현상이 발생하지 않도록 하는 것이다.

이상, 상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 운전자의 조향 입력과 가변기 어기구내 제어축의 위치신호로부터 연산된 목표 조향각과 AFS 시스템이 적용된 전동식 파워 스티어링 시스템내 모터 위치 센서 또는 조향각 센서에서 검출된 조향각이 기준값 이상의 차이를 보일 경우, 이를 AFS 시스템의 페일 발생으로 판단하여 상기 가변기어기구의 작동을 제어하여 제어축의 위치를 최고 차속에 해당하는 위치로 가변시켜 줌으로써 차량의 거동을 보다 안정화시킬 수 있게 되는 효과가 있다.

즉, 페일 발생시 상기 제어축을 출력축으로 이동시켜 조향비를 가장 느리게 설정하도록 조절해 줌으로써 고속 주행시 빠른 조향비에 의해 발생되는 차량의 불안정한 거동을 방지하는 등, AFS 시스템에 페일이 발생한 경우의 고속 주행시에도 가장 느리게 설정된 조향비에 의해 운전자의 작은 조향 조작에도 차량이 많이 움직이지 않게 되므로 차량의 안정성을 확보할 수 있게 되는 것이다.

Claims

각종 차량 상태 정보 검출 센서와, ECU와, 제1레벨의 입력축, 제2레벨의 출력축, 제3레벨의 제어축으로 이루어져, 제3레벨의 제어축이 출력축으로 접근할수록 조향비가 느려지고, 출력축으로부터 멀어질수록 조향비가 빨라지도록 상기 ECU에 의해 작동되는 가변기어기구 및 AFS 모터를 포함 구성하여 전륜 조향각 보상 제어를 수행하는 차량의 AFS 시스템 및 이 AFS 시스템이 적용된 전동식 파워 조향 시스템에 있어서,

상기 AFS 시스템의 ECU가 조향 입력각도에 대한 출력각도인 목표 조향각을 연산하는 제1단계와,.

상기 제1단계 수행 후, 상기 ECU가 AFS 시스템이 적용된 전동식 파워 조향 시스템내 모터 위치 센서 또는 조향각 센서에서 검출된 조향각을 입력하는 제2단계와,

상기 제1단계에서 연산된 목표 조향각과 상기 제2단계에서 입력된 조향각의 차이값을 절대치화한 절대치가 기준값 이상인지를 판단하는 제3단계와,

상기 제3단계의 판단 결과, 상기 목표 조향각과 조향각의 차이값을 절대치화한 절대치가 기준값 이상이라면 페일 신호를 발생시키고, 이 페일 신호 발생시 상기 가변기어기구의 작동을 제어하여 제어축의 위치를 최고 차속에 해당하는 위치로 가변시키는 제4단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 능동 전륜 조향 시스템의 페일세이프 제어방법.
제1항에 있어서,

상기 제1단계에서 ECU는 아래 목표 조향각 연산식을 이용하여 목표 조향각을 연산하는 것을 특징으로 하는 능동 전륜 조향 시스템의 페일세이프 제어방법.

<목표 조향각 연산식>

여기서, l은 가변기어기구 입력축의 제1레벨에 결합된 제3레벨의 길이, S는 출력축의 제2레벨에 결합된 제3레벨의 길이, d는 입력축과 출력축간의 직선거리, x는 출력축과 제어축간의 직선거리,
는 조향 입력각도,
는 출력각도,
는 제어각도이다.
삭제
제1항에 있어서,

상기 제4단계에서 AFS 모터의 구동에 따라 가변기어기구의 제3레벨의 제어축을 출력축으로 이동시켜 조향비를 가장 느리게 설정하도록 조절하는 것을 특징으로 하는 능동 전륜 조향 시스템의 페일세이프 제어방법.