KR101405810B1 - 전동식 조향 장치의 가변 조타력 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 MDPS 파워스티어링의 기본 로직에 별도의 추가 로직을 적용하여 MDPS의 어시스트 토크를 증대시킴으로써, 운전자의 조타력을 낮추어 운전자가 용이하게 조향할 수 있는 전동식 조향 장치의 가변 조타력 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 전동식 조향 장치의 가변 조타력 제어방법은 차속과 변속기를 연계시켜 차량 주행 중 차속을 측정하여 차속이 정차 상태인지 여부를 판단하는 단계; 상기 단계에서 정차 상태인 경우 변속단이 D단인지 여부를 판단하는 단계; 및 상기 변속단이 D단인 경우에 주행 상황인 것으로 판단하고 정상 주행 로직을 적용하고, D단이 아닌 경우에 주차 상황인 것으로 판단하고 주차 모드 로직을 적용하여 모터 어시스트 토크를 증가시키는 단계;를 포함하여, 정차 상태에서 조타력을 낮출 수 있도록 된 것을 특징으로 한다.

Description

전동식 조향 장치의 가변 조타력 제어방법{Control method for steering force of MDPS}

본 발명은 운전자가 용이하게 조향할 수 있는 전동식 조향 장치의 가변 조타력 제어방법에 관한 것이다.

차량의 파워스티어링장치(동력조향장치)는 운전자의 스티어링휠 조작력을 감소시키기 위한 장치이다.

그 중, MDPS 장치는 유압을 대신하여 모터의 힘을 이용하는 장치로서, 종래의 유압식 파워스티어링 장치와 대비하여 무게가 가볍고, 공간을 적게 차지하며, 오일교환이 필요 없으므로 승용 차량에서 최근에 널리 사용되고 있다.

상기 MDPS 시스템은 모터, 스티어링기어박스, 토크센서, MDPS ECU 를 포함한다.

토크센서는 통상적으로 광센서(optical sensor)를 이용하여 스티어링휠의 조향각도 및 조향속도를 측정할 수 있다.

MDPS ECU 는 토크센서를 통해 스티어링휠의 회전력을 감지하고 차속에 따라 모터에 전류를 인가하여 스티어링휠의 토크를 제어하며, 스티어링기어박스는 스티어링샤프트를 통해 구동력을 전달받아 회전방향을 변환하여 (릴레이로드, 타이로드, 너클암으로 구성된) 암을 통해 전륜을 좌우로 회전시킨다.

한편, 엔진 보기류의 하나인 파워스티어링 펌프의 압력을 이용한 유압식 파워스티어링 방식은 엔진 아이들 상태에서 낮은 엔진 회전수로 인해 필연적으로 스티어링 휠이 무거울 수 밖에 없는 물리적 한계를 갖지만, MDPS 파워스티어링 방식은 도 1에 도시한 바와 같이 토크센서를 이용해 얻은 운전자의 조타입력토크와 차량의 차속신호를 바탕으로 MDPS ECU에서 모터를 제어하여 적정 수준의 어시스트 토크를 구현하는 기본로직을 가짐으로써, 상기한 유압식 파워스티어링의 한계를 극복하여 정차 상태에서도 엔진의 RPM과 상관없이 운전자의 조타력을 낮출 수 있게 되었다.

도 1은 부스트 커브(boost curves)는 차속별로 조타입력토크에 따른 모터 어시스트 토크를 나타내고 있다.

그런데, 상기 MDPS 파워스티어링의 기본로직의 경우 도 1에 도시한 바와 같이 주행 상황을 기준으로 차속에 따라 이질감 없는 어시스트토크의 연결성을 고려해야 하기 때문에, 0kph 조건(정지, 주차 조건)에서의 조타력을 낮추는데 한계가 있다.

결과적으로, 조타력을 낮추는데 한계가 있으므로 정차 상태에서 스티어링휠을 좌우로 회전조작하기가 여전히 힘든 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, MDPS 파워스티어링의 기본 로직에 별도의 추가 로직을 적용하여 MDPS의 어시스트 토크를 증대시킴으로써, 운전자의 조타력을 낮추어 운전자가 용이하게 조향할 수 있는 전동식 조향 장치의 가변 조타력 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 전동식 조향 장치의 가변 조타력 제어방법은 차속과 변속기를 연계시켜 차량 주행 중 차속을 측정하여 차속이 정차 상태인지 여부를 판단하는 단계; 상기 단계에서 정차 상태인 경우 변속단이 D단인지 여부를 판단하는 단계; 및 상기 변속단이 D단인 경우에 주행 상황인 것으로 판단하고 정상 주행 로직을 적용하고, D단을 제외한 변속단이 P단, R단 또는 N단 중 어느 하나의 단인 경우에 주차 상황인 것으로 판단하고 주차 모드 로직을 적용하여 모터 어시스트 토크를 증가시키는 단계;를 포함하여, 정차 상태에서 조타력을 낮출 수 있도록 된 것을 특징으로 한다.

또한, 가속페달을 연계시켜 상기 D단을 제외한 변속단이 P단, R단 또는 N단 중 어느 하나의 단인 상태에서 다시 D단으로 재진입 후 가속페달을 밟았는지 여부를 판단하는 단계; 및 상기 가속페달을 밟은 경우 주행 상황인 것으로 판단하고, 가속페달을 밟지 않고 차량 이동하는 경우에 주차 상황인 것을 판단하고 주차 모드 로직을 적용하는 단계;를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 정상 주행 로직에서 주차 모드 로직으로의 전환 시 전동식 조향장치 제어부(MDPS ECU)는 모터의 전류 제어를 통해 모터 토크를 점진적으로 증감시켜 모드 진입 또는 해제 시 조타력의 이질감을 방지할 수 있도록 된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 전동식 조향 장치의 가변 조타력 제어방법의 장점을 설명하면 다음과 같다.

첫째로, MDPS ECU가 차속 뿐만 아니라 트랜스미션, 가속페달과 연계하여 정차 상태와 D단에서 가속 페달의 조작 없이 차량을 움직이는 경우를 판단하고, 이 경우에 추차 시 가변 조타력 주차 모드 로직을 추가 적용함으로써, MDPS의 어시스트 토크를 극대화하여 사용자가 큰 힘을 들이지 않고도 손쉽게 스티어링휠을 조향할 수 있도록 하여 정차상태에서 조타력 무거움 필드 클레임 해소 및 고객 만족도를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

둘째로, 별도의 추가 로직으로 가변 조타력 모드를 통해 특정 상황에서 모터 어시스트의 극대화가 가능하고, 모드 분리를 통해 일반적인 주행상황에서 기존과 동등한 성능을 낼 수 있다.

셋째로, 모드 간 전환 시 모터 전류 제어를 통해 모터 토크를 점진적으로 상승 및 감소시키는 방식으로 모드 간 조타력의 연결성을 부여하여 이질감을 극복할 수 있다.

넷째로, 기존의 하드웨어를 이용하므로 별도의 재료비가 들지 않고 차량의 상품성을 향상시킬 수 있고, 주차 모드에 국한하지 않고 다양한 상황 모드를 추가 개발하여 모터를 차량의 특정 상황에 맞게 제어할 수 있는 확장 가능성을 제시할 수 있다.

도 1은 종래기술의 차속별 조타입력토크에 따른 MDPS의 어시스트 토크 상승 곡선을 보여주는 그래프
도 2는 본 발명에 따른 차속별 조타입력토크에 따른 MDPS의 어시스트 토크 상승 곡선을 보여주는 그래프
도 3은 본 발명에 따른 MDPS의 가변 조타력 제어방법을 설명하기 위한 순서도

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세하게 설명하기로 한다.

첨부한 도 2는 본 발명에 따른 차속별 조타입력토크에 따른 MDPS의 어시스트 토크 상승 곡선을 보여주는 그래프이다.

본 발명은 운행 중 주·정차 시에도 스티어링휠의 무거운 조타감을 해소할 수 있는 전동식 조향 장치의 가변 조타력 제어방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 전동식 조향 장치의 가변 조타력 제어방법은 MDPS의 기본적인 파워스티어링 로직에서 한발 더 나아가 주차상황임을 판단한 경우에 별도의 로직으로 운전자의 조타토크를 낮추기 위해 MDPS의 어시스트 토크를 증대시킴으로써 사용자가 힘을 들이지 않고도 손쉽게 조타할 수 있는 장점이 있다.

이를 위해, 본 발명은 트랜스미션 및 엑셀레이터 페달 신호와 연계하여 주차상황에서 별도로 구현되는 가변 조타력 모드를 개발하여 기존의 주행을 기준으로 하는 차속 별 어시스트 토크 제어 로직에 주차 시 가변 조타력 모드를 추가한다.

또한, 본 발명에 따른 가변 조타력 제어방법은 주차 상황에 국한하지 않고 다양한 상황 모드를 추가적으로 개발하여 어시스트 토크를 차량의 특정 상황에 따라 제어할 수 있는 무한한 확장 가능성을 제시할 수 있다.

본 발명에서 추가되는 가변 조타력 모드는 기본적으로 정차 상태에서 조향하는 경우와 D단에서 가속 페달을 밟지 않고 차량을 움직일 때 조향하는 두가지 경우를 주차 모드로 판단하고, 이 모드에서는 정상 주행 상황의 부스트 커브와는 별개로 어시스트 토크를 극대화한 주차 모드 로직을 이용하여 모터를 제어한다.

예를 들어, 도 2는 본 발명에서 차속 별 조타토크에 따른 MDPS 모터의 어시스트 토크를 나타내는 그래프이다.

도 2를 참조하면, 기본 로직에 따른 주행 모드에서 차속이 0km, 16km, 42km, 70km, 120km 인 경우 각 차속에서의 조타력 상승 곡선(boost curves)과 별개로 추가 로직에 따른 주차 모드(0km) 혹은 주차 가변 모드(5km)에서 조타력 상승 곡선을 보여주고 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 전동식 조향 장치의 가변 조타력 제어방법의 일실시예를 설명하면 다음과 같다.

첨부한 도 3은 본 발명에 따른 MDPS의 가변 조타력 제어방법을 설명하기 위한 순서도이다.

먼저, S100 단계의 주행 중 MDPS ECU(Motor Driven Power Steering Electronic Control Unit)는 차속센서를 통해 차속을 감지하고, 현재 차속이 0kph 인지 여부를 판단한다(S200).

계속해서, 차속이 0kph 인 경우 변속기의 기어단이 D단에 있는지 여부를 판단하고(S300), 차속이 0kph가 아닌 경우 주행 모드(S100)인 것으로 판단한다.

상기 기어단이 D단에 있는 경우 주행 모드(S100)인 것으로 판단하고, 기어단이 P(주차)단 뿐만 아니라, R(후진)단 혹은 N(중립)단에 있는 경우에도 주차 모드인 것으로 판단하고(S400), 이 경우 기본 로직과 별개의 주차 모드 로직을 적용한다.

본 발명에 따른 MDPS ECU는 MDPS 모터의 전류량을 제어하는 방식으로 MDPS 모터의 어시스트 토크를 제어할 수 있으며, 주행 상황의 조타력 상승 곡선과는 별개로 모터 어시스트 토크를 극대화시킨다.

여기서, 도 2에 도시한 바와 같이 본 발명에 따른 추가로직에서 차속이 0kph 인 경우 조타력 상승은 직선 형태로 기본 로직의 조타력 상승 곡선에 비해 더욱 가파르게 기울어져 있다.

예를 들어, 차속이 0 kph인 동일 조건에서 기본 로직에 따른 어시스트 토크가 3N·m일 때 추가 로직에 따른 어시스트 토크는 5N·m 로 어시스트 토크를 극대화할 수 있다.

또한, 상기 기본 로직에 따른 주행 모드에서 추가 로직에 따른 주차 모드로 진입 시 어시스트 토크 증대로 인해 운전자가 이질감을 느끼지 않도록 MDPS ECU는 모터의 전류 제어를 통해 기본 로직에 따른 어시스트 토크에서 추가 로직에 따른 어시스트 토크까지 점진적으로 모터 토크를 증가시킬 수 있다.

그 다음, 운전자가 정차 상태에서 D단으로 재진입한 경우 가속페달을 밟았는지 여부를 판단한다(S500).

상기 가속페달을 밟은 경우에 주행 모드인 것으로 판단하여 기본 로직에 따른 정상 주행 로직에 진입하고(S600), D단에서 가속페달을 밟지 않고 차량을 움직이는 경우 주차 모드로 판단하고(S400) 주차 모드 로직에 따른 어시스트 토크를 적용하여 모터 토크를 극대화시킨다.

여기서, 상기 MDPS ECU는 모터 전류 제어를 통해 모터 토크를 점진적으로 증가 혹은 감소시켜 기본 로직과 추가 로직 사이에 조타력의 연결성을 부여함으로써, 기본 로직에 따른 어시스트 토크에서 추가로직에 따른 어시스트 토크의 차이로 인해 느낄 수 있는 이질감을 극복할 수 있다.

본 발명의 제어방법에 따른 다양한 주행 상황을 예시하면 다음과 같다.

1. 1) P단에서 시동을 건 직후 : S200→S300→S400

S200에서 차속이 0kph 인지 여부를 판단하고, S200의 조건을 만족하는 경우에 S300에서 변속단이 D단인지 여부를 판단하고, S300의 조건을 만족하지 않는 경우 S400에서 주차 상황으로 판단하여 주차 모드 로직으로 진입한다.

2) 1)에 이어 D단으로 옮겨 차량을 움직이는 경우 : S400→S500→S400

S400의 주차 상황 중 D단에서 가속페달을 밟았는지 여부를 판단하고(S500), S500의 조건을 만족하지 않은 경우에 S400의 주차 모드 로직을 계속 적용한다.

3) 2)에 이어 가속페달을 이용하여 주행을 시작할 경우 : S500→S600→S100

S500의 조건을 만족하는 경우에 주행 상황인 것으로 판단하고 정상 주행 로직에 진입하여, S100의 주행을 시작한다.

2. 1) 주행 중 주차를 위해 정차하여 R로 변속하는 경우 : S100→S200→S300→S400

S100에서 주행 중 S200에서 차속이 0kph 인지 여부를 판단하고, S200의 조건을 만족하는 경우에 S300에서 변속단이 D단인지 여부를 판단하고, S300의 조건을 만족하지 않는 경우 S400에서 주차 상황으로 판단하여 주차 모드 로직으로 진입함에 따라 조타력을 극대화한다.

2) 1)에 이어 전진 이동을 위해 D로 변속하는 경우 : S400→S500→S400

S400의 주차 상황 중 D단에서 가속페달을 밟았는지 여부를 판단하고(S500), S500의 조건을 만족하지 않은 경우에 S400의 주차 모드 로직을 계속 적용한다.

3. 1) 주행 중 신호 대기를 위해 정차하는 경우 : S100→S200→S300→S100

S100에서 주행 중 S200에서 차속이 0kph 인지 여부를 판단하고, S200의 조건을 만족하는 경우에 S300에서 변속단이 D단인지 여부를 판단하고, S300의 조건을 만족하는 경우에 S100의 주행 상황인 것으로 판단하고, 정상 주행 로직을 지속한다.

2) 신호 대기 등으로 P 또는 N단으로 정차 후 D로 변속하여 가속페달을 밟으며 재출발하는 경우 : S100→S200→S300→S400→S500→S600

S100에서 주행 중 S200에서 차속이 0kph 인지 여부를 판단하고, S200의 조건을 만족하는 경우에 S300에서 변속단이 D단인지 여부를 판단하고, S300의 조건을 만족하지 않는 경우 S400에서 주차 상황으로 판단하고, S500에서 가속페달을 밟았는지 여부를 판단하고, S500의 조건을 만족하는 경우 이때에는 가속페달을 밟음과 동시에 S400에서 적용되었던 주차 모드 로직을 해제하고 S600의 주행 상황인 것으로 판단하고, 정상 주행 로직을 적용한다.

따라서, 본 발명에 의하면 MDPS ECU가 차속 뿐만 아니라 트랜스미션, 가속페달과 연계하여 정차 상태와 D단에서 가속 페달의 조작 없이 차량을 움직이는 경우를 판단하고, 이 경우에 추차 시 가변 조타력 주차 모드 로직을 추가 적용함으로써, MDPS의 어시스트 토크를 극대화하여 사용자가 큰 힘을 들이지 않고도 손쉽게 스티어링휠을 조향할 수 있도록 하여 정차상태에서 조타력 무거움 필드 클레임 해소 및 고객 만족도를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

또한, 별도의 추가 로직으로 가변 조타력 모드를 통해 특정 상황에서 모터 어시스트의 극대화가 가능하고, 모드 분리를 통해 일반적인 주행상황에서 기존과 동등한 성능을 낼 수 있다.

아울러, 모드 간 전환 시 모터 전류 제어를 통해 모터 토크를 점진적으로 상승 및 감소시키는 방식으로 모드 간 조타력의 연결성을 부여하여 이질감을 극복할 수 있다.

뿐만 아니라, 기존의 하드웨어를 이용하므로 별도의 재료비가 들지 않고 차량의 상품성을 향상시킬 수 있고, 주차 모드에 국한하지 않고 다양한 상황 모드를 추가 개발하여 모터를 차량의 특정 상황에 맞게 제어할 수 있는 확장 가능성을 제시할 수 있다.

Claims (3)

1. 차량 주행 중 차속을 측정하여 차속이 정차 상태인지 여부를 판단하는 단계;
   상기 단계에서 정차 상태인 경우 변속단이 D단인지 여부를 판단하는 단계; 및
   상기 변속단이 D단인 경우에 주행 상황인 것으로 판단하고 정상 주행 로직을 적용하고, D단을 제외한 변속단이 P단, R단 또는 N단 중 어느 하나의 단인 경우에 주차 상황인 것으로 판단하고 주차 모드 로직을 적용하여 모터 어시스트 토크를 증가시키는 단계;
   를 포함하여, 정차 상태에서 조타력을 낮출 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 전동식 조향 장치의 가변 조타력 제어방법.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 D단을 제외한 변속단이 P단, R단 또는 N단 중 어느 하나의 단인 상태에서 다시 D단으로 재진입 후 가속페달을 밟았는지 여부를 판단하는 단계; 및
   상기 가속페달을 밟은 경우 주행 상황인 것으로 판단하고, 가속페달을 밟지 않고 차량 이동하는 경우에 주차 상황인 것을 판단하고 주차 모드 로직을 적용하는 단계;
   로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전동식 조향 장치의 가변 조타력 제어방법.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 정상 주행 로직에서 주차 모드 로직으로의 전환 시 전동식 조향장치 제어부(MDPS ECU)는 모터의 전류 제어를 통해 모터 토크를 점진적으로 증감시켜 모드 진입 또는 해제 시 조타력의 이질감을 방지할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 전동식 조향 장치의 가변 조타력 제어방법.
   

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