KR100746713B1 - 능동 전륜 조향 시스템의 조향 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 AFS 시스템의 조향 제어방법에 관한 것으로, 차속 센서, 조향각 센서, 횡가속도 센서, 요 레이트 센서, ECU, 구동 회로부, 모터 및 조향 가변 기구를 포함하여 구성된 AFS 시스템에 있어서, 상기 ECU가 상기 조향각 센서에서 검출된 조향각이 일정 범위의 중립을 벗어난 상태에서 차량의 속도 변화량이 일정값 이상으로 차량 속도의 감속 또는 가속이 발생하는지를 판단하여, 차량 속도의 감속 또는 가속이 발생한 경우 차속 및 조향각에 근거하여 연산 및 설정된 가변 조향 기어비가 아닌 순간 현재의 고정된 조향 기어비를 갖도록 조향 제어를 수행하는 것을 특징으로 하며, 조향각이 일정 범위의 중립을 벗어난 상태에서 차량의 속도 변화량이 일정값 이상인 경우에 순간 고정된 조향 기어비를 반영하여 조향 제어를 수행함으로써 차량의 감가속시 차량의 거동을 보다 안정화시킬 수 있게 되는 효과가 있다.

AFS, 차속, 조향각, 조향 기어비, 조향 가변 기구, 가속도

Description

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

도 1은 일반적인 AFS 시스템의 전체 블록 구성도.

도 2는 AFS 시스템에서의 조향 기어비에 대한 특성 그래프를 보인 도면.

도 3은 본 발명에 따른 AFS 시스템의 조향 제어방법을 보인 동작 흐름도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 차속 센서 2 : 조향각 센서

3 : 횡가속도 센서 4 : 요 레이트 센서

5 : ECU 6 : 구동 회로부

7 : 모터 및 조향 가변 기구

본 발명은 능동 전륜 조향(Active Front Steering : 이하, 'AFS'라 칭함) 시스템의 조향 제어방법에 관한 것으로, 특히 AFS 시스템에 있어서, 조향각이 일정 범위의 중립을 벗어난 상태에서 차량의 속도 변화량이 일정값 이상인 경우에 가변 조향 기어비를 반영하지 않고 순간 고정된 조향 기어비를 반영하여 조향 제어를 수 행함으로써 차량의 감가속시 차량의 거동을 보다 안정화시킬 수 있도록 한 AFS 시스템의 조향 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(Electronic Control Unit) 시스템과 순수한 모터의 구동에 의해 어시스트량을 조절하는 전동식 파워 조향(Electric Power Steering) 시스템으로 구분된다.

종래에는, 상기와 같은 조향 시스템을 장착한 차량에 있어서, 운전자 핸들과 조향 액츄에이터 사이에 조향 기어비 가변 기구를 구비시켜, 이 조향 기어비 가변 기구의 작동을 통해 운전자 핸들의 조타입력에 대한 출력각도를 가변시켜 줌으로써 차량의 거동을 보다 안정화시킬 수 있도록 한 AFS 시스템이 적용되고 있다.

도 1은 일반적인 AFS 시스템의 전체 블록 구성도로서, 차량의 속도를 검출하는 차속 센서(1)와, 차량 핸들의 조향각을 검출하는 조향각 센서(2)와, 차량의 횡가속도를 검출하는 횡가속도 센서(3)와, 차량의 요 레이트(yaw rate)를 검출하는 요 레이트 센서(4)와, 상기 차속 센서(1), 조향각 센서(2), 횡가속도 센서(3), 요 레이트 센서(4)에서 검출된 각각의 차속, 조향각, 횡가속도, 요 레이트의 차량 상태 정보를 입력받아 차량 상태에 대한 적정한 조향 기어비를 연산 및 설정하고, 이 설정된 조향 기어비에 따른 제어신호를 출력하는 ECU(5)와, 상기 ECU(5)에서 출력 되는 제어신호에 따라 모터 및 조향 가변 기구를 구동시키기 위한 구동신호를 출력하는 구동 회로부(6)와, 운전자의 핸들과 조향 액츄에이터 사이에 구비되고, 상기 구동 회로부(6)에서 출력되는 구동신호에 따라 구동되어 핸들의 조타각도를 입력받아 회전각을 가변시켜 조향 액츄에이터에 가변된 회전각을 출력값으로 내어주는 모터 및 조향 가변 기구(7)를 포함하여 구성된다.

상기와 같은 AFS 시스템은 저속에서는 빠른 조향 기어비를, 고속에서는 느린 조향 기어비를 각각 내어주므로 저속에서는 민첩한 조향 특성을 얻을 수 있어 주차시 같은 경우 운전자의 워크로드(Worload)가 현저히 줄어들게 되고, 고속에서는 스티어링 민감도가 줄어들어 안정적인 조향 조작이 가능하게 된다.

그리고, 조향각의 위치에 따라 조향 기어비를 가변시키므로 온-센터(On-center)에서는 느린 조향 기어비를, 오프-센터(Off-center)로 갈수록 빠른 조향 기어비를 내게 되어서 차량의 급조타와 같은 위급한 상황에서 빠른 조향 기어비로 인한 차량의 민첩성을 더하여 주게 된다.

상기와 같이 AFS 시스템은 차속과 조향각을 입력으로 하여 적절한 조향 기어비를 연산하여 유성기어나 링크 구조에 의하여 조향 핸들의 입력각과 타이어로 전달되는 출력각의 비가 결정되게 된다.

그러나, 상기와 같은 AFS 시스템 있어서, 차량의 속도 변화에 따른 감속 또는 가속이 발생하는 경우에는 운전자의 의지와 무관하게 조향 기어비가 바뀌게 되므로, 이때 조향 입력이 있는 경우 운전자가 의지한 바와 달리 오버스티어(Oversteer)나 언더스티어(Understeer)가 발생하여 차량의 거동이 궤적 을 벗어나거나 불안정한 상태에 이르게 되며, 이에 따라 운전자에게 조타시 이질감을 전달 수 있게 된다.

즉, 도 2에 도시된 차속별 조향 기어비의 가변 특성 그래프를 살펴보면, 종래 AFS 시스템에서는 운전자가 일정한 조향각을 가한 상태에서 가속시에는 조향 기어비가 증가하게 되므로 차량의 언더스티어가 발생하거나 운전자가 경로를 유지하기 위해 조향 핸들을 더 틀어주어야 했으며, 일정한 조향각을 가한 상태에서 감속시에는 조향 기어비가 감소하게 되므로 차량의 오버스티어가 발생하거나 운전자가 경로를 유지하기 위해 조향 핸들을 다소 풀어주어야 했다.

상기와 같이, 종래 AFS 시스템에서는 일정한 조향각을 가한 상태에서 차량의 감속 또는 가속이 발생하는 경우에도 가변 조향 기어비를 반영하여 조향 제어를 수행함에 따라 오버스티어나 언더스티어와 같은 차량의 불안정한 상태와 조타시 이질감을 초래하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 그 목적은 차량의 속도와 조향 핸들의 조향각에 근거하여 조향 기어비를 가변하는 AFS 시스템에 있어서, 조향각이 일정 범위의 중립을 벗어난 상태에서 차량의 속도 변화량이 일정값 이상으로 차량의 감속 또는 가속이 발생하는 경우에 AES 시스템의 ECU에서 연산 및 설정된 가변 조향 기어비를 반영하지 않고 순간 고정된 조향 기어비를 반영하여 조향 제어가 이루어질 수 있도록 함으로써 오버스티어나 언더스티어와 같은 차량의 불안정한 상태나 조타시 이질감을 제거하여 차량의 감가속시 차량의 거동을 보다 안정화시킬 수 있도록 한 AFS 시스템의 조향 제어방법을 제공하는 데에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 AFS 시스템의 조향 제어방법은, 차속 센서, 조향각 센서, 횡가속도 센서, 요 레이트 센서, 상기 각 센서 에서 검출된 각종 차량 상태 정보를 입력받아 적정한 조향 기어비를 설정하고, 이 설정된 조향 기어비에 따른 제어신호를 출력하는 ECU, 상기 ECU에서 출력되는 제어신호에 따라 모터 및 조향 가변 기구를 구동시키기 위한 구동신호를 출력하는 구동 회로부, 운전자의 핸들과 조향 액츄에이터 사이에 구비되고, 상기 구동 회로부에서 출력되는 구동신호에 따라 구동되어 조향 기어비를 가변시켜 주는 모터 및 조향 가변 기구를 포함하여 구성된 AFS 시스템에 있어서, 상기 ECU가 상기 조향각 센서에서 검출된 조향각이 일정 범위의 중립을 벗어난 상태에서 차량의 속도 변화량이 일정값 이상으로 차량 속도의 감속 또는 가속이 발생하는지를 판단하여, 차량 속도의 감속 또는 가속이 발생한 경우 차속 및 조향각에 근거하여 연산 및 설정된 가변 조향 기어비가 아닌 순간 현재의 고정된 조향 기어비를 갖도록 조향 제어를 수행하는 것을 특징으로 한다.

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

본 발명에 의한 조향 제어방법은 도 1에 도시된 AFS 시스템에서 이루어진다.

여기서, AFS 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이 차량의 속도를 검출하는 차속 센서(1)와, 차량 핸들의 조향각을 검출하는 조향각 센서(2)와, 차량의 횡가속도 를 검출하는 횡가속도 센서(3)와, 차량의 요 레이트(yaw rate)를 검출하는 요 레이트 센서(4)와, 상기 차속 센서(1), 조향각 센서(2), 횡가속도 센서(3), 요 레이트 센서(4)에서 검출된 각각의 차속, 조향각, 횡가속도, 요 레이트의 차량 상태 정보를 입력받아 차량 상태에 대한 적정한 조향 기어비를 연산 및 설정하고, 이 설정된 조향 기어비에 따른 제어신호를 출력하는 ECU(5)와, 상기 ECU(5)에서 출력되는 제어신호에 따라 모터 및 조향 가변 기구를 구동시키기 위한 구동신호를 출력하는 구동 회로부(6)와, 운전자의 핸들과 조향 액츄에이터 사이에 구비되고, 상기 구동 회로부(6)에서 출력되는 구동신호에 따라 구동되어 핸들의 조타각도를 입력받아 회전각을 가변시켜 조향 액츄에이터에 가변된 회전각을 출력값으로 내어주는 모터 및 조향 가변 기구(7)를 포함하여 구성된다.

상기 ECU(5)는 차속 센서(1)에서 검출된 차속과 조향각 센서(2)에서 검출된 조향각을 입력받아 룩업 테이블(Look-Up Table)의 확인 과정을 거쳐 해당되는 입력 대 출력의 조향 기어비를 설정한다.

즉, 상기 룩업 테이블은 차속 및 조향각에 따라 적정한 입력 대 출력의 조향 기어비가 미리 정해져 있다. 그러므로 ECU(5)는 해당 조향 기어비에 따른 제어신호, 즉 출력 전압을 모터로 인가하여 모터의 위치를 제어함으로써 조향 가변 기구의 조향 기어비를 조정하도록 한다.

상기와 같이 구성된 AFS 시스템에서 본 발명에 의한 조향 제어방법을 도 3의 흐름도를 참고하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 조향 시스템에 적용된 AFS 시스템이 동작하게 되면, 각각의 차량 상태 정보 검출 센서들, 즉 차속 센서(1)는 차량의 속도(V)를 검출하고, 조향각 센서(2)는 차량 핸들의 조향각(θ)을 검출하며, 횡가속도 센서(3)는 차량의 횡가속도를 검출하고, 요 레이트 센서(4)는 차량의 요 레이트를 각각 검출한다.

이어, ECU(5)에서는 상기 차속 센서(1) 및 조향각 센서(2)에서 검출된 차속(V) 및 조향각(θ)의 차량 상태 정보를 입력받아(S1) 룩업 테이블의 확인 과정을 거쳐 차량 상태에 대한 적정한 조향 기어비(G)를 연산 및 설정한다(S2).

그리고, ECU(5)에서는 상기 조향각 센서(2)에서 검출된 조향각(θ)이 일정 범위의 중립을 벗어난 상태인지를 판단하여(S3), 일정한 조향각을 가한 상태로 일정 범위의 중립을 벗어난 상태라면 상기 차속 센서(1)에서 입력받은 차속(V)을 이용하여 차량의 가속도(a)를 연산한다(S4).

이때, 상기 단계(S3)의 판단 결과, 조향각(θ)이 일정 범위의 중립을 벗어나지 않은 상태라면 조향 기어비(G)를 변화시키도록 결정한다(S7). 즉, 상기 단계(S2)에서 설정된 조향 기어비(G)를 가변 조향 기어비로 결정하여, 이렇게 결정된 조향 기어비에 따른 제어신호를 구동 회로부(6)로 출력한다.

그러면, 구동 회로부(6)에서는 상기 ECU(5)에서 출력되는 제어신호에 따라 모터 및 조향 가변 기구(7)를 구동시키기 위한 구동신호를 출력하고, 이에 따라 운전자의 핸들과 조향 액츄에이터 사이에 구비된 모터 및 조향 가변 기구(7)는 상기 구동 회로부(6)에서 출력되는 구동신호에 따라 구동되어 조향 기어비를 가변시켜 준다(S8).

한편, 상기 단계(S3)의 판단 결과, 조향각(θ)이 일정 범위의 중립을 벗어난 상태로서 차량의 가속도(a)를 연산한 이후에는, 가속도(a)의 절대값을 이용하여 차량의 속도 변화량이 기준치(δ) 이하인지를 판단하고(S5), 차량의 속도 변화량이 기준치(δ) 이하라면 조향각(θ)의 절대값을 이용하여 조향각(θ)의 변화량이 기준치(α) 이하인지를 판단한다(S6).

상기 단계(S5)의 판단 결과, 차량의 속도 변화량이 기준치(δ) 이하가 아니고 이상이라면, 즉 차량 속도의 감속 또는 가속이 발생한 경우라면 상기 단계(S2)에서 설정된 조향 기어비(G)를 가변 조향 기어비로 결정하여 조향 기어비를 가변시키는 것이 아니라 순간 현재의 고정된 조향 기어비를 그대로 갖도록 결정하여(S9), 이렇게 결정된 고정 조향 기어비에 따른 제어신호를 구동 회로부(6)로 출력한다.

또한, 상기 단계(S6)의 판단 결과, 조향각(θ)의 변화량이 기준치(α) 이하가 아니고 이상이라면 순간 현재의 고정된 조향 기어비를 그대로 갖도록 결정하여(S9), 마찬가지로 상기 고정 조향 기어비에 따른 제어신호를 구동 회로부(6)로 출력한다.

그러면, 구동 회로부(6)에서는 상기 ECU(5)에서 출력되는 제어신호에 따라 모터 및 조향 가변 기구(7)를 구동시키기 위한 구동신호를 출력하게 되는데, 이때 조향 기어비를 가변시키지 않는 구동신호의 출력으로 모터 및 조향 가변 기구(7)가 구동되어 조향 기어비가 변화되지 않고 순간 그대로 고정 유지된게 된다.

따라서, 종래의 오버스티어나 언더스티어와 같은 차량의 불안정한 상태가 발생하지 않게 되고, 조타시 이질감이 제거되는 동시에 운전자는 차량의 감가속시에도 일정한 조향각만을 유지하면서도 안전하게 운전할 수 있게 된다.

상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 조향 시스템에 적용되어, 차량의 속도와 조향 핸들의 조향각에 근거하여 조향 기어비를 가변하는 AFS 시스템에 있어서, 조향각이 일정 범위의 중립을 벗어난 상태에서 차량의 속도 변화량이 일정값 이상으로 차량의 감속 또는 가속이 발생하는 경우에 AES 시스템의 ECU에서 연산 및 설정된 가변 조향 기어비를 반영하지 않고 순간 고정된 조향 기어비를 반영하여 조향 제어가 이루어질 수 있도록 함으로써 오버스티어나 언더스티어와 같은 차량의 불안정한 상태나 조타시 이질감을 제거하여 차량의 감가속시 차량의 거동을 보다 안정화시킬 수 있게 되는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 차속 센서, 조향각 센서, 횡가속도 센서, 요 레이트 센서, 상기 각 센서에서 검출된 각종 차량 상태 정보를 입력받아 적정한 조향 기어비를 설정하고, 이 설정된 조향 기어비에 따른 제어신호를 출력하는 ECU, 상기 ECU에서 출력되는 제어신호에 따라 모터 및 조향 가변 기구를 구동시키기 위한 구동신호를 출력하는 구동 회로부, 운전자의 핸들과 조향 액츄에이터 사이에 구비되고, 상기 구동 회로부에서 출력되는 구동신호에 따라 구동되어 조향 기어비를 가변시켜 주는 모터 및 조향 가변 기구를 포함하여 구성된 AFS 시스템에 있어서,

   상기 ECU가 상기 조향각 센서에서 검출된 조향각이 일정 범위의 중립을 벗어난 상태에서 차량의 속도 변화량이 일정값 이상으로 차량 속도의 감속 또는 가속이 발생하는지를 판단하여, 차량 속도의 감속 또는 가속이 발생한 경우 차속 및 조향각에 근거하여 연산 및 설정된 가변 조향 기어비가 아닌 순간 현재의 고정된 조향 기어비를 갖도록 조향 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 능동 전륜 조향 시스템의 조향 제어방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 ECU에서 차속 센서 및 조향각 센서에서 검출된 차속 및 조향각을 입력받아 차량 상태에 대한 적정한 조향 기어비를 연산 및 설정하는 제1단계와,

   상기 조향각 센서에서 검출된 조향각이 일정 범위의 중립을 벗어난 상태인지 를 판단하는 제2단계와,

   상기 제2단계의 판단 결과, 조향각이 일정 범위의 중립을 벗어나지 않은 상태라면 조향 기어비를 변화시키도록 결정하여 상기 제1단계에서 설정된 조향 기어비로 조향 기어비가 가변되게 구동회로부를 통해 모터 및 조향 가변 기구의 동작을 제어하는 제3단계와,

   상기 제2단계의 판단 결과, 조향각이 일정 범위의 중립을 벗어난 상태라면 상기 차속 센서에서 입력받은 차속을 통해 차량의 가속도를 연산하는 제4단계와,

   상기 제4단계에서 연산된 차량 가속도의 절대값을 통해 차량의 속도 변화량이 기준치 이하인지를 판단하고, 차량의 속도 변화량이 기준치 이하라면 상기 조향각의 절대값을 통해 조향각의 변화량이 기준치 이하인지를 판단하는 제5단계와,

   상기 제5단계의 판단 결과, 차량의 속도 변화량이 기준치 이상이거나 또는 조향각의 변화량이 기준치 이상이라면, 순간 현재의 고정된 조향 기어비를 그대로 갖도록 결정하여, 이 결정된 고정 조향 기어비가 유지되게 구동회로부를 통해 모터 및 조향 가변 기구의 동작을 제어하는 제6단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 능동 전륜 조향 시스템의 조향 제어방법.

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