KR100774722B1

KR100774722B1 - 차량의 조향 조작력 제어장치

Info

Publication number: KR100774722B1
Application number: KR1020060069120A
Authority: KR
Inventors: 정인용
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2006-07-24
Filing date: 2006-07-24
Publication date: 2007-11-08

Abstract

본 발명은 차량의 조향 조작력 제어장치에 관한 것으로, 차량의 선회 조향 시 조향 조작력(Steering Effort)의 반 작용력인 조향 반력(Steering Reactive Force)을 조절해 차량의 방향 안정성을 향상함은 물론, 운전자의 조향 의지를 최대한 반영해 조향 이질감을 줄여 줄 수 있도록 함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 차량의 조향 조작력 제어장치가 주행중인 차량(Vr)의 차속 정보와 요 율(Yaw Rate)정보 및 운전자의 조향휠(1) 조작에 따른 조타각 정보를 생성하는 차량정보생성부와, 상기 차량정보생성부의 데이터(Data)를 이용해 기준모델차량(Vv)과 비교하여 최적의 조향휠(1)조작력을 산출하는 조향조작력산출부 및 상기 조향조작력산출부에서 제공된 제어 값에 따라 주행중인 차량(Vr)에서 운전자에 의해 가해지는 조향휠(1) 조작력에 대해 반하거나 순응하는 가감력을 가하는 조작력발생부로 구성되어진 것을 특징으로 한다.

Description

차량의 조향 조작력 제어장치{Steering effort force control apparatus}

도 1은 본 발명에 따른 차량의 조향 조작력 제어장치의 구성도

도 2는 본 발명에 따른 차량의 조향 조작력 제어장치의 블록 선도

도 3은 본 발명에 따른 차량의 조향 조작력 제어장치를 이용한 제어 방법의 기준이 되는 기준차량모델의 거동 산출도

도 4는 본 발명에 따른 차량의 조향 조작력 제어장치를 이용한 조종 안정성 제어방법 순서도

도 5(가),(나)는 본 발명에 따른 차량의 조향 조작력 제어장치와 조종 안정성 제어방법을 통해 구현되는 적용도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 조향휠 2 : 조향각측정기

3 : 조향휠반력장치 4 : 차륜속도측정기

5 : 차속측정기 6 : 요율측정기

7 : 제어기 8 : 기준차량모델모듈

9 : 과대조향판단모듈 10 : 조향반력계산모듈

a : 기준요율 b : 계측요율

Vr : 주행차량 Vv : 기준모델차량

본 발명은 차량의 조향 조작력 제어장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차량의 주행 상태에 따라 차량의 조향 조작력을 제어해 항상 안정적인 조향 조작을 수행할 수 있도록 한 것이다.

일반적으로 차량의 조향장치는 운전자가 차륜의 진행방향을 임의로 바꿀 수 있도록 장착되는 장치로서, 운전자가 조작하는 조향휠의 조작력을 조향컬럼과 랙·피니언으로 이루어진 기어기구을 통해 현가장치를 장착한 차륜의 방향을 운전자의 의도에 따라 변화시켜, 조향휠의 조작 방향으로 차량의 방향을 변화시켜 주도록 된 것이다.

이러한, 조향 장치는 주행중인 차량의 방향 안정성을 좌우하는 주요 요인으로, 주행 시나 특히, 선회 시에는 차량이 도로의 차선을 벗어나면서 선회되는 상황을 야기하지 않도록 해 운전자에게 차량 조종성에 대한 심리적인 안정성을 줌은 물론, 조향 조작에 대한 경각심을 주어 선회 차량의 과도한 오버 스티어(Over steer)나 언더 스티어(Under steer)를 야기하지 않도록 해, 차량의 주행 안정성 측면에서 매우 중요한 장치임은 물론이다.

이에 더해, 현재에는 일반적인 조향장치 만으로 미흡한 조정 안정성을 충분 히 확보하도록, 차량의 조향 휠 조작력을 조절하여 차량의 안전 운전에 도움을 주는 장치 등을 많이 사용하게 되는데, 예를 들어 도로 상황을 카메라 등의 인식장치를 이용해 인지해 주행 시 추종해야 할 차선을 설정한 후, 이를 벗어 날 경우 조향 토크(Torque)를 조절하여 정해진 차선을 주행하도록 하거나 또는, 주행 속도에 따라 조향 휠의 조작력을 가변시켜 고속 주행 시 조종 안전성을 향상시키거나 또는, 주행방향을 변경할 때 차량 주변의 물체와의 충돌을 방지하도록 조향휠을 구속시키는 장치등이 있으며, 더 나아가 운전자가 요구하는 차량주행방향과 실제 차량의 주행방향과의 차이를 최소화시켜, 어떠한 운전조건에서도 안전하게 운전자가 의도한 차량의 주행방향을 유지시켜 주는 ESP(Electronic Stability Program) 시스템이 적용되고 있다.

그러나, 이와 같은 조향 휠 조작력 제어 장치들은 주로 차선을 유지하거나 차속에 비례하는 조향력 증가를 목적으로 하고 이는, 차량의 선회 시 오버 스티어(Over Steer)로 인한 차량자세의 불안정화에는 기여하는 바가 거의 없는 한계가 있게 된다.

또한, ESP와 같은 차량자세제어 시스템의 경우는 제동력을 이용하여 차량의 요(Yaw) 운동을 제어하게 되는데, 이는 운전자의 조향 동작과 상반되는 방향으로 차량의 요가 발생하는 경우 조향력과 차량의 움직임이 일치하지 않는 현상이 있어, 이로 인해 운전자는 조향 시 이질감을 느끼는 현상이 있게 된다.

이에 본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 발명된 것으로, 차량의 선회 조향 시 조향 조작력(Steering Effort)의 반 작용력인 조향 반력(Steering Reactive Force)을 조절해 차량의 방향 안정성을 향상함은 물론, 운전자의 조향 의지를 최대한 반영해 조향 이질감을 줄여 줄 수 있도록 함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 차량의 조향 조작력 제어장치가 주행중인 차량의 차속 정보를 측정하는 차속측정수단과, 주행중인 차량에서 생성되는 요율을 측정하기 위한 요율측정기 및 운전자의 조향휠 조작에 따른 조타각 정보를 생성하는 조향각측정기로 이루어진 차량정보생성부와;

상기 차량정보생성부로부터 입력된 차속과 조향휠 조타각 정보를 이용해 기준모델차량에서 발생되는 차량 거동에 따른 기준요율을 산출한 후, 주행중인 차량에서 측정된 계측요율과 비교하여 최적의 조향휠조작력을 산출하는 조향조작력산출부 및;

상기 조향조작력산출부에서 산출되어 제공된 제어 값에 따라 주행중인 차량에서 운전자에 의해 가해지는 조향휠 조작력에 대해 반하거나 순응하는 가감력을 가하는 조작력발생부;

로 구성되어진 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 조향조작력산출부는 입력된 주행중인 차량에 대한 데이터 중 일부 데이터를 이용하여 기준 요율을 산출하는 기준차량모델모듈과, 상기 기준차량모델모듈에서 산출된 기준 요율을 실제 차량에서 측정한 계측 요율과 비교하여 운전자의 조향휠조작력에 대한 과대 여부를 판단하는 과대조향판단모듈 및 상기 과대 조향판단모듈로부터 산출된 데이터를 이용해 운전자의 조향휠조작력이 조종 안정성을 해치지 않도록 하는 제어값을 산출하는 조향반력계산모듈로 이루어진 제어기인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 차량의 조향 조종 안정성 제어방법은 요율측정기를 통해 주행중인 차량에 대한 계측요율을 산출하면서, 차속과 조향휠의 조타각에 대한 데이터를 산출하는 기본정보산출단계;

주행 차량에서 측정된 차속과 조타각 데이터를 적용할 때 발생되는 거동을 예측할 수 있는 기준모델차량을 적용해, 상기 기준모델차량의 거동을 나타내는 운동방정식을 이용하여 산출되는 요 모우멘트를 통해, 주행 차량이 갖는 차속과 조타각에서 주행 차량에 대한 기준요율을 산출하는 기준정보산출단계;

주행 차량에서 측정된 계측요율과 기준모델차량에서 측정된 기준요율을 서로 비교·분석해 운전자의 조향휠에 대한 조타각이 과도하게 조작되는지 여부를 판단하는 비교판단단계;

운전자의 조향휠 조작이 주행중인 차량의 조종 안정성을 유지하기 위해 요구되는 조향휠 조작범위에 맞지 않을 때, 운전자의 조향휠 조작력을 무력화시키기 위해 조향휠의 거동을 제한하는 조향휠반력장치를 구동해 주행중인 차량의 조종 안정성을 유지해주는 안정성유지단계;

로 수행되는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 차량의 조향 조작력 제어장치의 구성도를 도시한 것인바, 본 발명에 따른 차량의 조향 조작력 제어장치는 주행중인 차량(Vr)의 차속 정보와 요율(Yaw Rate)정보 및, 운전자에 의한 조향휠(1)의 조작에 따른 조타각 정보를 생성하는 차량정보생성부와, 상기 차량정보생성부의 데이터(Data)를 이용해 기준모델차량(Vv)과 비교하여 최적의 조향휠(1)의 조작력을 산출하는 조향조작력산출부 및, 상기 조향조작력산출부에서 제공된 제어 값에 따라 주행중인 차량(Vr)에서 운전자에 의해 가해지는 조향휠(1)의 조작력에 대해 반하거나 순응하는 가감력을 가하는 조작력발생부로 구성되어진다.

여기서, 상기 차량정보생성부는 차속을 측정하기 위한 차속측정수단과, 주행중인 차량(Vr)에서 생성되는 요율을 측정하기 위한 요율측정기(6)로 이루어지며, 상기 차속측정수단은 차륜부위에 장착되어 차륜 회전수를 통해 주행 차속을 측정하는 차륜속도측정기(4), 또는 GPS 장치를 이용해 현재 주행 중인 차량(Vr)에 대한 실제 차속을 측정하는 차속측정기(5)를 이용하게 된다.

이때, 상기 차륜속도측정기(4)나 차속측정기(5)는 동시에 사용되지 않으며, 비용적인 측면을 고려할 때 비교적 가격이 저렴한 차륜속도측정기(4)를 사용하지만, 비용적인 측면을 고려하지 않을 때는 차륜속도측정기(4) 대신 차속측정기(5)를 사용하게 됨은 물론이다.

또한, 상기 차속측정수단과 요율측정기(6)는 얻고자 하는 측정값을 최적으로 감지할 수 있는 위치에 장착됨은 물론이다.

또한, 운전자에 의한 조향휠(1)의 조작에 따른 조타각 정보는 조향장치를 이루는 조향 축부위에 장착되어, 조향휠(1)의 조타 정도를 각도로 측정하는 조향각측정기(2)를 통해 이루어지며, 이와 같은 조향각측정기(2)는 일반적으로 사용되는 타입임은 물론이다.

그리고, 상기 조향조작력산출부는 주행중인 차량(Vr)에서 운전자에 의해 가해지는 조향휠(1)의 조작력에 대해 최적의 조종 안정성을 구현하는 제어 값을 산출하는 제어기(7)로 이루어지되, 상기 제어기(7)는 도 2에 도시된 바와 같이 입력된 주행중인 차량(Vr)에 대한 데이터 중 일부 데이터를 이용하여 기준 요율(a)을 산출하는 기준차량모델모듈(8)과, 상기 기준차량모델모듈(8)에서 산출된 기준 요율(a)을 실제 차량(Vr)에서 측정한 계측 요율(b)과 비교하여 운전자에 의한 조향휠(1)의 조작력에 대한 과대 여부를 판단하는 과대조향판단모듈(9) 및, 상기 과대조향판단모듈(9)로부터 산출된 데이터를 이용해 운전자에 의한 조향휠(1)의 조작력이 조종 안정성을 해치지 않도록 하는 제어값을 산출하는 조향반력계산모듈(10)로 이루어진다.

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여기서, 상기 기준차량모델모듈(8)에서 기준 요율(a)을 산출하기 위해 사용되는 측정 데이터는 차속측정수단을 통해 측정된 차속과, 조향각측정기(2)를 통해 측정된 운전자에 의한 조향휠(1)의 조타각이다.

이때, 상기 조향각측정기(2)는 통상적인 경우와 같이 조향휠(1)의 조타각을 측정할 수 있는 위치에 장착되어짐은 물론이다.

한편, 상기 기준차량모델모듈(8)에서는 차속과 조향휠 조타각을 이용해 기준 요율(a)을 산출하기 위해 바이싸이클 모델(Bicycle Model)을 이용하게 되는데, 이는 주어진 외력에 대해 이상적으로 거동하는 기준모델차량(Vv)을 설정한 다음, 외력이 작용(예를 들어 선회 시)할 때 거동하는 차량에서 발생하는 차체 운동 방정식을 통해 산출하게 된다.

즉, 도 3에 도시된 바와 같이 기준모델차량(Vv)이 설정된 상태에서 선회 시와 같이 거동하게 되면, 차량 무게 중심에 대해 각각 일정 거리(a(전륜으로 함),b(후륜으로 함))로 이격된 전·후 차륜에 대해 다음과 같은 차체 운동 방정식이 성립되어진다.

이와 같이 성립되는 운동방정식을 통해 기준차량모델모듈(8)에서는, 요 모우멘트(Yaw Moment)를 산출하는 운동 방정식(4)로부터 기준 요율(a)을 산출하게 되며, 이러한 운동 방정식은 일반적으로 차량제어시스템에서 적용하는 차량모델에서 사용되는 방식임은 물론이다.

한편, 상기 조작력발생부는 주행중인 차량(Vr)의 계측 요율(b)이 기준 요율(a)과 차이를 갖을 때, 운전자의 조향휠(1)조작력을 구속하거나 제한하도록 도 1에 도시된 바와 같이, 조향휠(1)의 조작력을 변환하여 차륜쪽을 조작하는 연결부위로 장착되어진 조향휠반력장치(3)이며, 이는 조향장치의 종류에 따라 다르게 구성되어진다.

즉, 상기 조향휠반력장치(3)는 사용되는 조향장치 예를 들어, 일반 유압식 배력 장치의 경우는 조향휠과 조향 기어 박스 사이의 축(Steering Column)에 MR(자기 유변 유체) 브레이크나 마찰 브레이크 등을 장착하거나, 또는 EPS 등과 같은 경우는 제어 로직 중 모터 조작을 조향휠에 대한 조작 반력을 갖도록 기능을 추가하여 구성되어짐은 물론이다.

이때, 이러한 구성과 기능은 제어기(7)에서 발생되는 제어 신호를 받아 목표하는 작동, 즉 조향휠(1)에 대해 반력을 가하거나 구속하도록 힘을 가하도록 함으로써 달성되므로, 이에 대한 상세한 제어로직이나 구성은 다양하므로 상세 설명을 생략한다.

또한, 차량 선회 시 조향휠의 과소 조향에 대한 제어는 과도 조향 시에 반하도록 제어하게 되므로, 이에 대한 상세 설명을 생략한다.

이하 본 발명의 작동을 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.

본 발명은 조향 조작력 제어장치를 이용하여 차량의 방향 안정성을 확립하게 되는데, 이는 도 1에 도시된 바와 같이 차량이 주행함에 따라 차량에 설치되어진 차량정보생성부가 차량 상태에 대한 값들을 지속적으로 측정하면, 상기 차량정보생성부를 통해 측정된 데이터(Data)를 전송받은 조향조작력산출부가 기준모델차량(Vv)의 거동과 실제 주행 차량(Vr)의 거동간의 차이를 산출하게 되고, 이와 같이 산출된 제어 값을 이용하여 구동되는 조작력발생부가 운전자의 조향휠(1) 조작의지와 관계없이 주행 차량(Vr)의 조향 조작력을 제어하게 된다.

이와 같이, 주행중인 차량(Vr)의 운전자 조향 의지와 관계없이 주행 안정성을 위해 보다 적극적으로 주행 차량(Vr)을 제어하기 위해, 동일한 조건하에서 주행 차량(Vr)과 기준모델차량(Vv)간 거동의 차이에 따라 차이를 갖는 정보를 비교해 최적의 조향휠(1)의 조작력을 산출하는 조향조작력산출부인 제어기(7)는 도 4에 도시된 바와 같이, 주행중인 차량(Vr)의 차속과 운전자에 의한 조향휠(1)의 조타각 및 주행 차량(Vr)의 요율에 대한 데이터를 입력받아, 현재 주행 중인 차량(Vr)의 주행 상태를 판단하게 된다.

이때, 주행중인 차량(Vr)의 차속은 차륜부위에 장착되어 차륜 회전수를 통해 주행 차속을 측정하는 차륜속도측정기(4)나, 또는 GPS 장치를 이용해 현재 주행 중인 차량(Vr)에 대한 실제 차속을 측정하는 차속측정기(5)를 통해 산출하며, 운전자에 의한 조향휠(1)의 조타각은 조향장치를 이루는 조향 축부위에 장착된 조향각측정기(2)를 통해 측정됨은 물론이다.

또한, 주행중인 차량(Vr)의 요율은 요율측정기(6)를 통해 측정되어, 차량의 자세 변화를 판단하게 됨은 물론이다.

이어, 상기 제어기(7)로 입력된 차속과 요율 및 조타각에 대한 정보는 기준요율(a)을 산출하는데 이용되는데, 즉 도 2에 도시된 바와 같이 기준차량모델모듈(8)이 주행중인 차량(Vr)의 차속과 운전자에 의한 조향휠(1)의 조타각에 대한 데이터를 입력받아, 기준모델차량(Vv)의 거동을 예측하고 이로부터 기준모델차량(Vv)에서 발생되는 기준요율(a)을 산출하게 된다.

이때, 상기 기준모델차량(Vv)의 거동은 다음과 같은 차체 운동 방정식을 통해 산출되는데, 즉 기준모델차량(Vv)을 이루는 차량에 대한 운동방정식(방정식-1)과 관성모우멘트(방정식-2)로부터 차축에 대한 운동방정식(3)을 거쳐, 제동력과 구동력을 통해 발생되는 Z-축 요 모우먼트(M, Yaw Moment)방정식(4)을 이용해 기준요율(a)이 산출되어진다.

즉,

로 각각 표현되는 차량에 대한 운동방정식과 관성모우멘트와,

로 표현되는 차축에 대한 운동방정식 및

로 표현되는 Z-축 요우 모우멘트를 이용하여 산출되어진다.

이와 같이, 기준차량모델모듈(8)에서 기준모델차량(Vv)의 거동에 대해 산출된 기준요율(a)이, 주행 차량(Vr)에서 실제로 산출된 계측요율(b)과 함께 과대조향판단모듈(9)로 입력되면, 상기 과대조향판단모듈(9)은 기준요율(a)과 계측요율(b)값을 서로 비교·분석해 운전자의 조향휠(1)에 대한 조타각이 과도하게 조작되는지 여부를 판단하게 된다.

이어, 상기 과대조향판단모듈(9)에서 판단된 과다 조향 신호를 입력받은 조향반력계산모듈(10)은, 동시에 운전자에 의해 과도한 조작된 조향휠(1)이 계속 조작되어져 도 5의 (가),(나)에 각각 도시된 바와 같이, 주행중인 차량(Vr)이 선회 반경을 벗어나는 언더 스티어 현상을 방지할 수 있는 제어 값을 갖는 제어 신호를 발생하게 된다.

즉, 상기 조향반력계산모듈(10)로부터 발생된 제어 신호를 통해 구동되는 조작력발생부를 이루는 조향휠반력장치(3)는 구동됨에 따라, 운전자가 조향휠(1)을 조작하더라도 조향휠(1)이 더 이상 조작되지 않도록 반력을 조향휠(1)쪽으로 전달하게 되고, 이로 인해 운전자의 과도한 조향휠(1)의 조작 진행을 구속할 수 있게 된다.

이와 같은 조향휠반력장치(3)는 조향휠(1)의 조작력을 변환하여 차륜쪽을 조작하는 연결부위로 장착되며, 이는 조향장치의 종류에 따라 맞추어 즉, 일반 유압 식 배력 장치의 경우는 조향휠과 조향 기어 박스 사이의 축(Steering Column) 에 MR(자기 유변 유체) 브레이크나 마찰 브레이크 등을 장착하거나, 또는 EPS등과 같은 경우는 제어 로직 중 모터 조작을 조향휠에 대한 조작 반력을 갖도록 기능을 추가하여 구성되는 것이므로, 이에 대한 상세 작동을 생략한다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 주행중인 차량의 상태 정보를 이용해 이상적인 차량 거동을 가정해 정보를 얻고, 이와 같이 획득한 정보를 실제 주행 중인 차량의 실제 정보와 서로 비교해 운전자의 조향휠 조작에 대한 제어를 수행해, 주행중인 차량에 대한 조종 안정성을 확실하게 확립할 수 있는 효과가 있게 된다.

또한, 본 발명은 주행중인 차량에 대한 조종 안정성을 확보하기 위한 주요소로서 차량의 요율(Yaw Rate)을 이용하게 되므로, 제동력을 이용하여 차량의 요(Yaw) 운동을 제어할 때 운전자의 조향 동작과 상반되는 방향으로 차량의 요가 발생되더라도, 운전자의 조향 조작력과 차량의 움직임을 일치시켜 운전자의 조향 이질감을 방지할 수 있는 효과가 있음은 물론이다.

Claims

주행중인 차량(Vr)의 차속 정보를 측정하는 차속측정수단과, 주행중인 차량(Vr)에서 생성되는 요율을 측정하기 위한 요율측정기(6) 및, 운전자에 의한 조향휠(1)의 조작에 따른 조타각 정보를 생성하는 조향각측정기(2)로 이루어진 차량정보생성부와;

상기 차량정보생성부로부터 입력된 차속과 조향휠 조타각 정보를 이용해 기준모델차량(Vv)에서 발생되는 차량 거동에 따른 기준요율(a)을 산출한 후, 주행중인 차량(Vr)에서 측정된 계측요율(b)과 비교하여 최적의 조향휠(1)의 조작력을 산출하는 조향조작력산출부 및;

상기 조향조작력산출부에서 산출되어 제공된 제어 값에 따라 주행중인 차량(Vr)에서 운전자에 의해 가해지는 조향휠(1)의 조작력에 대해 반하거나 순응하는 가감력을 가하는 조작력발생부를 포함하고;

상기 조향조작력산출부는 입력된 주행중인 차량(Vr)에 대한 데이터 중 일부 데이터를 이용하여 기준 요율(a)을 산출하는 기준차량모델모듈(8)과, 상기 기준차량모델모듈(8)에서 산출된 기준 요율(a)을 실제 차량(Vr)에서 측정한 계측 요율(b)과 비교하여 운전자에 의한 조향휠(1)의 조작력에 대한 과대 여부를 판단하는 과대조향판단모듈(9) 및, 상기 과대조향판단모듈(9)로부터 산출된 데이터를 이용해 운전자에 의한 조향휠(1)의 조작력이 조종 안정성을 해치지 않도록 하는 제어값을 산출하는 조향반력계산모듈(10)를 갖춘 제어기(7)로 이루어진 것을 특징으로 하는 차량의 조향 조작력 제어장치.
청구항 1에 있어서, 상기 차속측정수단은 차륜부위에 장착되어 차륜 회전수를 통해 주행 차속을 측정하는 차륜속도측정기(4)인 것을 특징으로 하는 차량의 조향 조작력 제어장치.
청구항 1에 있어서, 상기 차속측정수단은 GPS 장치를 이용해 현재 주행 중인 차량(Vr)에 대한 실제 차속을 측정하는 차속측정기(5)인 것을 특징으로 하는 차량의 조향 조작력 제어장치.
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