KR101227163B1 - 조향 시스템 및 그 제어 방법 - Google Patents

조향 시스템 및 그 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 조향 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것으로서, 입력되는 차량 조향 핸들의 조향각을 기준으로 적응적으로 고정 또는 가변 조향기어비를 적용하는 조향 시스템 및 그 제어방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
이를 위해, 본 발명은, 조향각을 기설정된 임계치와 비교하여 고정 또는 가변 조향기어비를 적용하는 조향시스템 및 그 제어방법을 개시한다. 본 조향시스템은 차량 주행시 조향 핸들 조작에 따른 조향각을 검출하는 조향각 센서, 차량의 차속을 검출하는 차속센서, 및 조향각 센서에서 검출된 조향각에 따라 고정 또는 가변 조향기어비 중 하나를 적용하여 차속센서에서 검출된 상기 차속에 대응하는 조향기어비를 산출하고, 산출된 조향기어비에 따라 차량의 조향을 제어하는 전자제어부를 포함한다.
조향각, 차속, 가변기어비, 조향 제어

Description

조향 시스템 및 그 제어 방법{STEERING SYSTEM AND CONTROL METHOD THEREOF}
도 1은 종래의 가변 조향기어비 시스템을 설명하기 위한 도면,
도 2는 종래의 가변 조향기어비 시스템을 설명하기 위한 도면,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 조향 시스템을 개략적으로 나타낸 블록도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 조향 시스템의 제어방법을 설명하기 위한 흐름도, 그리고
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 조향 시스템의 제어방법을 설명하기 위한 도면이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호설명>
110: 차속센서 120: 조향각센서
130: ECU 135: 조향기어비 산출부
140: 메모리 150: 구동부
본 발명은 차량의 조향 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세 하게는, 입력되는 조향 핸들의 조향각을 기준으로 고정 또는 가변 조향기어비를 적응적으로 적용하는 조향 시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.
차량용 가변 조향기어비 시스템은, 차속과 무관하게 고정된 조향기어비를 사용하는 조향 시스템과 달리, 차속에 따라 조향기어비(Stearing Gear Ratio)를 가변하여 운전자의 조향 조작을 편리하게 하는 장치이다.
즉, 가변 조향기어비 시스템은 차속에 따른 가변 조향기어비를 적용하여, 저속에서는 운전자의 조향 핸들 조작에 따른 핸들 입력각, 즉 조향각에 대해 운전 차량이 실제로 구동되는 출력각의 비를 통상 사용되는 고정 조향기어비보다 큰 값으로 적용함으로써 주차시 또는 저속 주행시 차량의 응답성을 높여 조향 조작을 편리하게 하며, 차속이 증가하면 조향 기어비를 점차 감소시켜 예를 들면 80kph 이상의 고속에서는 통상적으로 사용되는 조향 기어비를 적용하여 차량의 안정성을 높인다.
도 1 및 도 2는 종래의 가변 조향기어비 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
가변 조향기어비 시스템에 따르면, 차속이 감속 또는 가속되면 동일한 조향 각을 유지하는 경우에도 조향기어비가 변화하게 되어 차량의 구동 출력각이 변화하게 된다.
따라서, 곡선로 주행시 동일한 조향각을 유지하며 감속 또는 가속하게 되면 기어비가 변화하여 차량의 출력각이 변화하게 되며, 이에 따라 오버 스티어(oversteer) 또는 언더 스티어(understeer)가 발생하게 된다.
예를 들어, 차량(1)이 고속도로나 간선도로의 비교적 일정한 회전 반경을 가 진 진출입로에서 동일한 조향각(θin)을 유지하면서 차속을 고속에서 저속으로 감속할 경우, 도 2를 참조하면, 조향각(θin)에 대응하는 출력각은, 고속일 때 "H" 점에 대응하는 출력각(θhout)으로부터 저속일 때 "L" 점에 대응하는 출력각(θlout)으로 출력각이 증가하게 되어 오버 스티어가 발생한다. 이러한, 오버 스티어 발생에 따라 운전자가 조향 핸들을 조정하여 조향각을 감소시키지 않는 한, 도 1에 도시된 바와 같이 차량(1)의 회전반경이 작아지게 되어 차량이 도로의 안쪽(도 1의 "Dec" 방향)으로 쏠리는 현상이 발생한다.
반대로, 차량(1)이 동일한 조향각(θin)을 유지하면서 차속을 저속에서 고속으로 가속할 경우, 조향각(θin)에 대응하는 출력각은 저속일 때 "L" 점에 대응하는 출력각(θlout)으로부터 고속일 때 "H" 점에 대응하는 출력각(θhout)으로 출력각이 감소하게 되어 언더 스티어가 발생한다. 이러한, 언더 스티어 발생에 따라 운전자가 조향 핸들을 조정하여 조향각을 증가시키지 않는 한, 도 1에 도시된 바와 같이 차량(1)의 회전반경이 커지게 되어 차량이 도로의 바깥쪽(도 1의 "Acc" 방향)으로 쏠리는 현상이 발생한다.
이러한 경우, 가변 조향 기어비에 따른 출력각 변화 및 그에 대처하기 위한 핸들 조작에 익숙하지 않은 운전자에게는 주행 불안이 야기되며 이에 따라 차량 경로 이탈 현상이 발생될 수도 있는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 입력되는 차량 조향 핸들의 조향각을 기준으로 적응적으로 고정 또는 가변 조향기어비를 적용하는 조향 시스템 및 그 제어 방법을 제공하는 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 차량 주행시 조향 핸들 조작에 따른 조향각을 검출하는 조향각 센서, 상기 차량의 차속을 검출하는 차속센서, 및 상기 조향각 센서에서 검출된 상기 조향각을 기준으로, 차속과 무관하게 고정된 고정조향기어비 또는 차속에 따라 가변하는 가변조향기어비 중 하나를 적용하여 상기 차량의 조향기어비를 산출하고, 산출된 상기 조향기어비에 따라 상기 차량의 조향을 제어하는 전자제어부를 포함하는 조향 시스템을 제공한다.
여기서, 상기 전자제어부는 상기 조향각이 기설정된 임계치를 초과하지 않는 경우 상기 고정조향기어비를 적용하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 조향 시스템은 상기 조향기어비를 산출하기 위한 각종 데이터를 상기 조향각 및 상기 차속에 대응시켜 저장하는 메모리를 더 포함하고, 상기 전자제어부는, 상기 조향각 및 상기 차속을 입력받아 이에 대응하는 데이터를 상기 메모리로부터 검출하고 이에 따라 상기 조향기어비를 산출하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 또 다른 태양에 따라, 차량 주행시 조향 핸들 조작에 따른 조향각을 검출하는 단계, 상기 차량의 차속을 검출하는 단계, 검출된 상기 조향각을 기준으로, 차속과 무관하게 고정된 고정조향기어비 또는 차속에 따라 가변하는 가변조향기어비 중 하나를 적용하여 검출된 상기 차속에 대응하는 조향기어비를 산출하는 단계, 및 산출된 상기 조향기어비에 따라 상기 차량의 조향을 제어하는 단계를 포함하는 조향 제어 방법이 제공된다.
이에 따라, 차량의 차속 및 조향각에 따라 고정 또는 가변 조향기어비를 적응적으로 적용하여, 소정의 임계치보다 작은 조향각을 유지하며 차량을 가속 또는 감속하는 경우 오버스티어나 언더스티어가 발생하는 현상을 방지하면서, 저속에서는 조향 반응의 민감성을 높혀 운전자의 조향 부담을 경감하고, 고속에서는 조향 반응의 민감성을 감소시켜 차량운전의 안정성을 높이는 효과가 있다.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 조향 시스템을 개략적으로 나타낸 블록도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 조향 시스템(100)은, 차속센서(110), 조향각센서(120), 전자제어부(Electronic Control Unit: 이하, 'ECU'라 칭함)(130), 메모리(140) 및 구동부(150)를 포함한다.
차속센서(110)는 주행하는 차량의 속도를 검출하여 ECU(130)로 인가하며, 조향각센서(120)는 챠량의 조향 핸들의 조향각을 검출하여 ECU(130)로 인가한다.
ECU(130)는 차속센서(110)에서 검출된 차속과 조향각센서(120)에서 검출된 조향각을 인가받아 조향 기어비를 산출하고, 산출된 조향 기어비에 따른 제어신호를 생성하여 구동부(150)로 인가함으로써, 차량의 조향을 제어한다.
ECU(130)는 조향 기어비 산출을 위해 조향기어비 산출부(135)를 구비한다. 조향기어비 산출부(135)의 동작은 상세히 후술한다.
메모리(140)는 ECU(130)의 동작을 위한 각종 데이터를 저장한다. 특히, 메모리(140)는 본 발명의 실시예에 따라 고정 또는 가변 조향 기어비를 적용하여 조향 기어비를 산출하기 위한 각종 데이터를 저장한다.
메모리(140)는 조향 기어비 산출을 위한 데이터로서 조향각에 따른 고정 또는 가변 조향기어비 산출의 기준이 되는 임계치와, 차속 및 조향각에 각각 대응하여 입력각에 대응한 출력각을 산출하기 위한 조향 기어비를 룩업 테이블 형태로 저장하는 것이 바람직하다.
구동부(150)는 ECU(130)로 부터 인가된 조향 기어비에 따른 제어신호에 따라 차륜의 진행 방향을 조정하여, 산출된 조향 기어비에 따른 제어신호에 따라 차량을 조향한다. 이를 위해, 구동부(150)는 각종 모터와 기어를 포함할 수 있으나 여기서는 설명의 편의상 그 구체적인 설명은 생략한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 조향 시스템의 동작 설명을 위한 흐름도이다. 도 4를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 조향 제어방법을 설명한다.
우선, 차량 운행 중 운전자에 의해 스티어링 핸들이 조작되면, 차속센서(110)에서 검출된 차속(v)과 조향각 센서(120)에서 검출된 조향각(θin)이 ECU(130)로 입력된다(S210).
운행 중인 차량의 차속(v)과 조향 핸들 조작에 따른 조향각(θin)이 입력되면, 이에 따라 ECU(130)는 메모리(140)로부터 조향기어비 산출에 필요한 데이터를 검출하고, 조향기어비 산출부(135)는 검출된 데이터에 따라 조향기어비를 산출한다.
조향기어비 산출부(135)는 입력된 조향각(θin)을 임계치(θth)와 비교하여 (S220), 고정 조향기어비 또는 가변 조향기어비를 적용할지의 여부를 결정한다. 임계치(θth)는 메모리(140)에 저장하는 것이 바람직하며, 조향기어비 산출부(135)는 ECU(130)를 통해 메모리(140)에 저장된 임계치(θth)를 검색하여 독출한다. 그리고, 조향기어비 산출부(135)는 입력된 조향각(θin)에 따라 고정 조향기어비 또는 가변 조향기어비를 적용할 것인지를 결정한다.
즉, 입력된 조향각(θin)이 임계치(θth)를 초과하면(S220의 'Y'), 조향기어비 산출부(135)는 ECU(130)를 통해 메모리(140)에 저장된 룩업테이블로부터 차속(v)에 대응하여 저장된 가변 조향기어비를 검색하여 출력하고 이에 따라 차속에 따라 가변되는 조향기어비를 산출한다(S230).
여기서, 임계치(θth)는 차량 시험 데이터를 활용하여 적용할 수 있으며, 예를 들면 90도에서 180도 사이의 값으로 설정될 수 있다.
반대로, 입력된 조향각(θin)이 임계치(θth)를 초과하지 않으면(S220의 'N'), 조향기어비 산출부(135)는 ECU(130)를 통해 메모리(140)에 저장된 룩업테이블로부터 차속(v)과 무관한 고정 조향기어비를 검색하여 출력하고 이에 따라 차속과 무관한 조향기어비를 산출한다(S240).
도 5는 상기한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 조향 제어방법을 설명하기 위한 도면이다. 도면을 참조하면, 조향 핸들의 조작에 따라 입력되는 조향각(θin)에 대해, 조향각(θin)이 임계치(θth)를 초과하지 않는 한도에서는 일정하게 고정된 조향기어비가 적용되어 고정 조향기어비에 따라 출력각이 결정된다.
그리고, 입력되는 조향각(θin)이 임계치(θth)를 초과하면 차속(v)에 따라 가변하는 가변 조향기어비가 적용되어 가변 조향기어비에 따라 출력각이 결정된다. 여기서는 설명의 편의상 차속(v)에 따라 저속(A), 중속(B) 고속(C)의 세 단계로 나누어, 고속(C)인 경우에는 작은 조향기어비가 적용되며 저속(A)으로 갈수록 큰 조향기어비가 적용되는 것을 예로 들었으나 차속(v)에 따른 가변 조향기어비는 이보다 더 세분화되어 적용되는 것이 바람직하다.
한편, 실제로는 사고 발생 등의 경우 외에는 통상 발생하지 않는 상황이나, 고속에서 입력되는 조향각이 상당히 커지는 경우에는 빠른 조향 응답을 얻어 사고 상황을 회피할 수 있도록 낮은 차속에서 적용되는 큰 조향기어비를 적용하도록 조정된 가변 조향기어비를 적용할 수도 있다.
이어서, ECU(130)는, 조향기어비 산출부(135)에서 산출된 고정 조향기어비 또는 가변 조향기어비에 대응하는 제어신호를 생성하여 구동부(150)로 인가하며, 이에 따라 구동부(150)는 포함된 각종 모터 및 기어를 구동하여 차륜의 진행 방향을 조정한다(S250).
따라서, 종래의 가변 조향기어비를 적용하는 조향 시스템에서 동일한 조향각 을 유지하는 상태에서 차속의 증감이 있을 경우 발생할 수 있는 오버스티어나 언더스티어 현상을 방지하여, 숙달되지 않은 운전자도 안전하게 운전할 수 있으며, 차량의 가속이나 감속시 동일한 조향각을 유지하면서도 안전하게 운전할 수 있어 보다 편한 운전이 가능하다.
이상에서는 본 발명이 특정 실시예들을 중심으로 하여 설명되었지만, 본 발명의 취지 및 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 변형, 변경 또는 수정이 당해 기술분야에서 있을 수 있으며, 따라서, 전술한 설명 및 도면은 본 발명의 기술사상을 한정하는 것이 아닌 본 발명을 예시하는 것으로 해석되어져야 한다.
전술한 바와 같이, 본 발명은 차량의 차속 및 조향각에 따라 고정 또는 가변 조향기어비를 적응적으로 적용하여, 소정의 임계치보다 작은 조향각을 유지하며 차량을 가속 또는 감속하는 경우 오버스티어나 언더스티어가 발생하는 현상을 방지하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 소정의 임계치를 초과하는 조향각에서는 차속에 따른 가변 조향기어비를 적용함으로써, 저속에서 조향 반응의 민감성을 높혀 운전자의 조향 부담을 경감하고, 고속에서 조향 반응의 민감성을 감소시켜 차량운전의 안정성을 높이는 효과가 있다.

Claims (6)

  1. 차량 주행시 조향 핸들 조작에 따른 조향각을 검출하는 조향각 센서;
    상기 차량의 차속을 검출하는 차속센서; 및
    상기 조향각 센서에서 검출된 조향각을 기준으로, 차속과 무관하게 고정된 고정조향기어비 또는 차속에 따라 가변하는 가변조향기어비 중 하나를 적용하여 상기 차량의 조향기어비를 산출하고, 산출된 상기 조향기어비에 따라 상기 차량의 조향을 제어하는 전자제어부;를 포함하며,
    상기 전자제어부는 상기 조향각이 기설정된 제1 임계치를 초과하지 않는 경우 상기 고정조향기어비를 적용하며,
    상기 차량이 설정된 속도 이상의 고속에서 조향각이 상기 제1 임계치보다 큰 제2 임계치를 초과하는 경우 상기 설정된 속도보다 낮은 저속에서 적용되는 조향 기어비를 적용하도록 조정된 가변조향기어비를 적용하는 것을 특징으로 하는 조향 시스템.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 조향기어비를 산출하기 위한 각종 데이터를 상기 조향각 및 상기 차속에 대응시켜 저장하는 메모리;를 더 포함하고,
    상기 전자제어부는, 상기 조향각 및 상기 차속을 입력받아 이에 대응하는 데이터를 상기 메모리로부터 검출하고 이에 따라 상기 조향기어비를 산출하는 것을 특징으로 조향 시스템.
  4. 조향각 센서에 의해 차량 주행시 조향 핸들 조작에 따른 조향각을 검출하는 단계;
    차속 센서에 의해 상기 차량의 차속을 검출하는 단계;
    상기 조향각 센서에서 검출된 조향각을 기준으로, 차속과 무관하게 고정된 고정조향기어비 또는 차속에 따라 가변하는 가변조향기어비 중 하나를 적용하여 상기 차량의 조향기어비를 산출하는 단계; 및
    산출된 상기 조향기어비에 따라 상기 차량의 조향을 제어하는 단계;를 포함하며,
    상기 조향기어비를 산출하는 단계는 상기 조향각이 기설정된 제1 임계치를 초과하지 않는 경우 상기 고정조향기어비를 적용하며, 상기 차량이 설정된 속도 이상의 고속에서 조향각이 상기 제1 임계치보다 큰 제2 임계치를 초과하는 경우 상기 설정된 속도보다 낮은 저속에서 적용되는 조향 기어비를 적용하도록 조정된 가변조향기어비를 적용하는 것을 특징으로 하는 조향 제어 방법.
  5. 삭제
  6. 청구항 4에 있어서, 상기 조향기어비를 산출하기 위한 각종 데이터를 상기 조향각 및 상기 차속에 대응시켜 저장하는 단계;를 더 포함하고,
    상기 조향기어비 산출단계는, 상기 조향각 및 상기 차속을 입력받아 이에 대응하여 저장된 상기 데이터를 검출하고 이에 따라 상기 조향기어비를 산출하는 것을 특징으로 하는 조향 제어 방법.
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