KR101020939B1 - 전동 조향 장치의 조향휠 편향 보정 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차의 전동 조향 장치에서 중립위치에 조향휠이 편향되는 상태를 보정하기 위한 방법에 관한 것으로, 조향휠의 중립상태 여부를 판단하는 단계(S10); 차량이 직진상태로 일정 거리(D)를 주행하였는지를 판단하는 단계(S20); 차량이 일정 거리 주행후에 조향휠의 편향각을 연산하는 단계(S30); 상기 편향각에 의하여 조향휠의 편향 상태를 보정하는 단계(S40);를 포함하여 구성하되, 상기 조향휠 편향각의 연산 단계(S30)는 차체측에서 빛을 지면으로 발광하고 지면에서 반사된 빛을 수광하여 차량의 편향거리(d)를 측정하여 차량의 주행거리(D)에 대해 가변되는 편향거리(d)의 값에 의하여 편향각(θ)을 연산함으로써 주행중 조향휠의 편향정도에 따라 자동으로 편향 상태를 보정할 수 있어 운전의 편의성을 향상시킴과 아울러 사고의 위험으로부터 운전자를 보호하는 효과가 있다.

조향휠, 편향각, 편향보정, 조향반력 액츄에이터

Description

전동 조향 장치의 조향휠 편향 보정 방법{Method for correcting inclination state of streering wheel of steer-by-wire system}

도 1은 종래 기술에 의한 전동 조향 장치의 구성 블럭도.

도 2는 도 1에 의한 전동 조향 장치의 개략적인 구성도.

도 3은 본 발명에 적용되는 차량궤적 감지유닛의 구성도.

도 4는 본 발명에 의해 연산되는 편향각의 설명도.

도 5는 본 발명에 의한 전동 조향 장치의 조향휠 편향 보정방법의 흐름도.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

20 ; 조향휠 30 ; 조향휠 검출부

40 ; 제어장치 50 ; 조향반력 액츄에이터

70 ; 차속센서 80 ; 조향구동 액츄에이터

100 ; 차량궤적 감지유닛 110 ; 발광센서

120 ; 수광센서

본 발명은 자동차의 전동 조향 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차량의 직진 주행궤적에 의해 조향휠의 중립위치에서의 편향각을 측정하여 자동으로 편향 상태를 보정하도록 한 전동 조향 장치의 조향휠 편향 보정방법에 관한 것이다.

차량의 기계적인 조향 시스템은 타이어와 조향 휠이 기계적으로 연결되어 있기 때문에 노면에서 전달되는 힘이 직접 운전자에게 전달되어 자동차와 노면의 상태를 파악할 수 있는 장점이 있는 반면에 조향축이 돌출되어 있어 차량 충돌시 운전자의 부상 위험이 증가하고, 운전자의 조향력을 증폭하기 위하여 사용하는 유압 액츄에이터는 엔진의 힘을 사용하기 때문에 엔진의 출력을 감소시키고 이로 인해 조향 장치가 증폭할 수 있는 최대 값이 제한될 뿐만 아니라, 무거운 유압 액츄에이터를 사용함으로써 자동차의 연비가 감소하는 문제가 있다.

이러한 문제점을 해소하기 위하여 조향 휠의 하측에 있는 유니버셜 조인트 부분 이하를 제거하고, 랙바의 기어박스 연결부위에 모터를 체결하여 모터로 하여금 랙바 전체를 구동하도록 조향휠과 타이어 사이의 기계적인 연결을 전기적인 선을 대체하는 스티어 바이 와이어(SBW;steer-by-wire) 시스템으로 구비된 전동 조향 장치가 제공되어 있다.

이와 같은 전동 조향 장치는 도 1에 도시한 바와 같이, 운전자의 조향 휠 조작에 의한 조향력 입력에 따라 발생되는 조향 각 및 속도를 검출하는 조향 휠 검출부(30)와; 차량의 주행 상태에 따라 가변되는 차속, 요속도, 가속도 등을 검출하는 속도 센서(70)와; 상기 조향휠 검출부에서 검출되어 입력되는 조향력과 속도 센서에서 검출되어 입력되는 차속, 요속도, 가속도 등을 설정된 프로그램에 의해 제어하여 소정의 조향 반력 제어신호 및 조향 구동 제어신호를 출력하는 제어장치(40) 와; 상기 제어 수단에서 출력되는 소정의 조향 반력 제어신호 및 조향각 제어신호를 입력받아 운전자로 하여금 조향 반력을 느낄 수 있도록 구동되는 조향 반력을 생성하는 조향 반력 액츄에이터(50)와; 상기 제어 수단에서 출력되는 소정의 조향 구동 제어신호에 동기되어 차량의 조향각을 조절하는 조향 구동 액츄에이터(80)로 구성되어 있다.

이와 같이 구성되는 전동 조향 장치에 의한 조향조작은 도 2에 도시한 바와 같이, 조향 휠(20)이 운전자(10)의 조향력 입력에 따라 조향각이 발생되면, 발생된 조향각은 조향 휠 검출부(30)에서 검출되어 엔코더(31)에 의해 아날로그 신호가 디지털 신호로 변환된 데이터가 제어장치(40)로 입력되어 상기 제어장치(40)는 데이터 신호를 증폭 및 입/출력하는 인터페이스 회로(41)와, 디지털 신호를 하드웨어적으로 처리하여 위치제어를 수행하는 보조 처리부(42: DSP: digital signal processor) 및, 메모리에 기 설정된 프로그램에 의해 입력되는 신호를 처리하여 소정의 제어신호로 출력하는 메인 처리부(43)로 구비되어 있기 때문에 입력된 신호는 제어장치(40)에 의해 제어되어 차량의 조향력을 변화시키기 위한 소정의 조향 구동력 제어신호로 출력된다.

조향구동 액츄에이터(80)는 상기 제어장치(40)에서 출력되는 소정의 조향 구동력 제어신호에 동기되어 타이어(95,95')의 조향각을 발생시키기 위해 랙(91)의 소정의 위치에 구비되어 있는 기어박스(90)를 구동시키고, 상기 랙(91) 좌우에는 타이로드(92,92')가 연결되고, 상기 타이로드(92,92')에는 타이어(95,95')와의 사이에 로크 암(93,93')이 결합 구비되어 있어 타이어의 조향각을 발생시키게 된다.

상기와 같이 운전자의 입력에 대해 발생하는 타이어(95,95')의 조향각과 주행속도 등의 변화에 따라 달라지는 차량의 속도, 요잉 각속도 및 횡방향 가속도 등의 차량 응답 특성들은 타이어 내측 소정의 위치에 구비된 속도 센서(70,70')에 의해 검출되어 제어장치(40)로 입력되며, 제어장치(40)는 상기 속도 센서(70,70')로부터 인가되는 차량의 속도, 요잉 각속도 및 횡 방향 가속도 등의 차량 응답 특성을 기 설정된 프로그램에 의해 제어하여 주행상황에 해당하는 조향 반력을 조향반력 액츄에이터(50)로 출력하여 상기 제어 장치(40)로부터 조향반력 액츄에이터(50)로 전달되는 조향 반력은 조향휠(20)로 전달됨에 따라 운전자(10)는 조향 반력을 느끼면서 운전할 수 있게 되는 것이다.

이와 같은 전동 조향 장치에 의한 스티어 바이 와이어 시스템은 조향축이 필요하지 않게 됨에 따라, 조향 조작이 주행중의 충격에 영향을 받지 않으며, 엔진의 출력이 감소하지 않게 되고, 자동차의 연비 향상에 크게 기여할 수 있으며, 차량 충돌시 조향 휠의 운전자에 대한 2차 충돌을 피할 수 있는 효과가 있다.

그러나 상술한 바와 같은 스티어 바이 와이어 시스템은 조향 휠이 중립 상태에서 직진 주행시 차체가 편향되는 것을 보정할 수 없는 한계가 있다.

이와 같은 문제점을 감안하여 안출한 본 발명의 목적은 차량의 조향휠이 중립 상태에서 차체의 편향 발생을 자동으로 보정하도록 한 전동 조향 장치의 조향휠 편향 보정방법을 제공함에 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 조향휠의 중립상태 여부를 판단하는 단계(S10); 차량이 직진상태로 일정 거리(D)를 주행하였는지를 판단하는 단계(S20); 차량이 일정 거리 주행후에 조향휠의 편향각을 연산하는 단계(S30); 상기 편향각에 의하여 조향휠의 편향 상태를 보정하는 단계(S40);를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

상기 조향휠 편향각의 연산 단계(S30)는 차체측에서 빛을 지면으로 발광하고 지면에서 반사된 빛을 수광하여 차량의 편향거리(d)를 측정하여 차량의 주행거리(D)에 대해 가변되는 편향거리(d)의 값에 의하여 편향각(θ)을 연산하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 조향휠 편향각의 연산 단계(S30) 이후에, 연산된 조향휠의 편향각(θi)을 조향휠 중립조정각(θh)으로 전환하는 단계(S35)를 추가하여 이러한 조향휠 중립조정각(θh)에 의하여 상기 조향휠의 편향상태를 보정하는 것이 바람직하다.

이하, 상기한 바와 같은 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면에 의거하여 보다 상세하게 설명한다.

첨부도면 도 3은 본 발명에 적용되는 차량궤적 감지유닛의 구성도이고, 도 4는 본 발명에 의해 연산되는 편향각의 설명도이며, 도 5는 본 발명에 의한 전동 조향 장치의 조향휠 편향 보정방법의 흐름도이다.

본 발명에 적용되는 전동 조향 장치는 운전자의 조향 휠 조작에 의한 조향력 입력에 따라 발생되는 조향각 및 속도를 검출하는 조향휠 검출부(30)와; 차량의 주 행 상태에 따라 가변되는 차속, 요속도, 가속도 등을 검출하는 속도센서(70)와; 상기 조향휠 검출부(30)에서 검출되어 입력되는 조향력과 속도센서(70)에서 검출되어 입력되는 차속, 요속도, 가속도 등을 설정된 프로그램에 의해 제어하여 소정의 조향 반력 제어신호 및 조향 구동 제어신호를 출력하는 제어장치(40)와; 상기 제어장치(40)에서 출력되는 소정의 조향 반력 제어신호 및 조향각 제어신호를 입력받아 운전자로 하여금 조향 반력을 느낄 수 있도록 구동되는 조향 반력을 생성하는 조향반력 액츄에이터(50)와; 상기 제어장치(40)에서 출력되는 소정의 조향구동 제어신호에 동기되어 차량의 조향각을 조절하는 조향구동 액츄에이터(80)의 구성을 갖는다.

또한, 본 발명은 도 3에 도시한 바와 같이, 차체(1)의 내부에 서로 이격되게 설치되며, 지면을 향하여 발광되는 발광센서(110)와, 상기 발광센서(110)에서 발생되어 지면에 반사되는 빛을 수광하는 수광센서(120)로 구성되는 차량의 주행궤적 감지유닛(100)을 구비하여 차량의 직진주행시의 편향거리를 감지하도록 한다.

이러한 주행궤적 감지유닛(100)은 발광 엘이디 부분에서 빛이 바닥으로 조사되고 바닥에서 반사되는 빛은 수광부에 입력되어 작동되는 광마우스의 작동원리를 응용하여 수광센서(120)에서 반사되는 빛에 의해 지면상태의 차이를 전압의 변화로 인식하여 제어장치(40)에 전달하도록 구성되는 것이다.

본 발명은 도 4에 나타난 바와 같이, 일정한 직선 주행거리(D)에 대하여 편향각(θ)는 편향거리인 d값에 의하여 아래의 식으로 산출할 수 있다.

θ= tan-1(d/D)

이와 같은 구성을 갖는 전동 조향 장치에 의하여 차량의 주행중 조향휠이 중립 상태에서 직진 주행시 차량이 주행상태의 편향이 발생되면 조향휠의 편향각만큼 조향휠의 각도를 자동으로 보정하도록 한다.

이러한 조향휠의 편향 보정방법을 도 1 및 도 5를 참조하여 보다 상세하게 설명하면, 먼저 조향휠 검출부(30)에 의해 조향휠(20)이 중립상태에 있는지를 검출하고(S10), 조향휠(20)이 중립상태에서 차속센서(70)에 의해 차량이 100m의 거리를 주행하였는지를 감지한다(S20).

상기한 바와 같은 2가지의 조건을 만족하는 상태에서 제어장치(40)에 의하여 차량의 편향각(θ)을 연산한다(S30).

이러한 편향각(θ)은 차량궤적 감지유닛(100)에 의하여 발광센서(110)에서 빛을 지면으로 발광하고 지면에서 반사된 빛을 수광센서(120)에서 수광하여 차량의 편향거리(d)를 측정함으로써 차량의 주행거리(D)에 대한 가변되는 편향거리(d)의 값에 의하여 편향각(θ)을 연산하게 된다. 이를 수식화하면 아래와 같다.

θ= tan-1(d/D)

본 발명의 실시예에서는 주행거리(D)가 100m인 경우를 일예로 설명하였는 바, 연산된 차량의 편향각(θ)은 실측 평가를 근거로 아래의 표와 같이 편향각 θi값에 따른 조향휠 중립보정각 데이터를 제어장치(40)에 의해 전환하여 출력함으로써 적절한 조향휠 중립보정각(θh)를 취득(S35)하여 조향반력 액츄에이터(50)에 의해 조향휠(20)의 편향상태를 보정하게 된다(S40).

[표] 조향휠 중립보정각 데이터

θi	θh
: -0.0001 0.0001 0.0002 :	: -0.0124 0.0124 0.0212 :

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 전동 조향 장치의 조향휠 편향 보정방법은 조향휠측에는 조향각을 검출하는 조향각 검출부와 운전자가 조향감을 느낄 수 있도록 하는 조향반력 액츄에이터를 구비하고, 출력측에는 차륜의 회전각을 검출하는 차속센서와 보조력을 발생시켜 차륜을 회전시키는 조향구동 액츄에이터를 구비하는 전동 조향 장치를 구비하는 차량에서 조향휠이 중립위치에서 직진 주행시 발생되는 편향을 자동으로 보정하도록 함으로써 운전자의 운전 편의성을 향상시킴과 아울러 안전 운행을 도모하는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 조향휠의 중립상태 여부를 판단하는 단계(S10);

   차량이 직진상태로 일정 거리(D)를 주행하였는지를 판단하는 단계(S20);

   차체측에서 빛을 지면으로 발광하고 지면에서 반사된 빛을 수광하여 차량의 편향거리(d)를 측정하여 차량의 주행거리(D)에 대해 가변되는 편향거리(d)의 값에 의하여 편향각(θ)을 연산하는 조향휠의 편향각을 연산하는 단계(S30);

   연산된 조향휠의 편향각(θi)을 조향휠 중립조정각(θh)으로 전환하는 단계(S35); 및

   상기 조향휠 중립조정각(θh)에 의하여 조향휠의 편향 상태를 보정하는 단계(S40);를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 전동 조향 장치의 조향휠 편향 보정방법.
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