KR101558711B1 - 전동식 조향장치의 조향감 개선을 위한 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 정방향 조향시와 역방향 조향시에 동일한 어시스트 커브를 이용하지 않고 각기 적절한 소정의 어시스트 커브를 이용하여 조향 토크를 보조하도록 함으로써 운전중 조향감을 개선할 수 있는 전동식 조향장치의 조향감 개선을 위한 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
이에 본 발명에서는, 정방향 조향시에는 정방향 어시스트 커브를 기반으로 운전자의 조향 토크를 보조하고 역방향 조향시에는 역방향 어시스트 커브를 기반으로 운전자의 조향 토크를 보조하며, 상기 역방향 어시스트 커브는 정방향 어시스트 커브와 동일한 어시스트 커브를 이용하되 정방향 어시스트 커브를 조향 토크 축을 기준으로 일측으로 평행이동시킨 것임을 특징으로 하는 전동식 조향장치의 조향감 개선을 위한 제어 방법을 제공한다.

Description

전동식 조향장치의 조향감 개선을 위한 제어 방법 {Control method of Motor Drive Power System}

본 발명은 전동식 조향장치의 조향감 개선을 위한 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 운전중 정방향 조향시와 역방향 조향시 운전자가 느끼는 이질감을 개선하고 조향감을 향상하기 위한 전동식 조향장치의 제어 방법에 관한 것이다.

일반적으로 전동식 조향장치(MDPS, Motor Drive Power System)는 차량의 주행 중에 운전자가 스티어링 휠을 회전시켜 조향 토크가 발생하면 MDPS 모터가 구동되어 발생하는 어시스트 토크에 의해 조향 보조 동력을 제공하는 시스템으로서, 운전자가 차량의 주행 방향을 변경하는 것을 용이하게 한다.

상기 어시스트 토크는 운전자가 발생하는 조향 토크(혹은 입력 토크)에 따라 변경되며 발생하게 되며, 이러한 어시스트 토크의 값을 입력 토크에 따라 나타낸 곡선을 어시스트 커브라고 한다.

도 1은 종래 전동식 조향장치의 어시스트 커브를 단순화하여 개략적으로 나타낸 것이다. 실제 어시스트 커브는 곡선으로 이루어져 있으나 첨부 도면은 단순화하여 직선으로 표시하였다.

도 1에 보이듯이, 전동식 조향장치의 어시스트 커브는 일정 토크인 제1 입력 토크(T1)까지 어시스트 토크가 미발생하고 그 이후부터 어시스트 토크가 발생하고, 다시 말해 제1 입력 토크(T1)를 기준으로 그 이후부터 어시스트 토크가 발생하고, 제2 입력 토크(T2)까지는 어시스트 토크가 서서히 증가하고 그 이후부터 어시스트 토크가 급격하게 증가한다.

여기서 상기 제1 입력 토크(T1)는 프릭션 토크(T0)보다 큰 값을 가지며, 상기 프릭션 토크(T0)는 조향시 발생하는 차륜 휠의 마찰저항을 나타낸다.

따라서 차륜 휠의 조향각은 조향 토크가 프릭션 토크(T0)보다 큰 값을 가지게 되면 발생하고, 어시스트 토크는 조향 토크가 프릭션 토크(T0)보다 큰 제1 입력 토크(T1)에 도달한 이후부터 발생한다.

도 2는 차륜 휠의 조향각과 운전자의 조향 토크 간에 상관관계를 나타낸 것으로, 도 2에서 실선으로 나타낸 그래프는 종래 전동식 조향장치를 탑재한 차량의 차륜 휠의 조향각과 운전자의 조향 토크 간에 상관관계를 나타낸 것이고, 도 2에서 점선으로 나타낸 그래프는 전동식 조향장치를 미적용한 차량의 차륜 휠의 조향각과 운전자의 조향 토크 간에 상관관계를 나타낸 것이다.

도 2를 보면, 제1 입력 토크(T1) 이후부터 MDPS의 어시스트가 발생하여 제1그래프(실선 그래프)가 제2그래프(점선 그래프)보다 작은 조향 토크에서 동일 조향각을 나타낸다.

종래에는 정방향 조향시와 역방향 조향시에 동일한 어시스트 커브를 적용하여 운전자의 입력 토크를 보조하였는데, 정방향 조향시 어시스트 토크가 발생하기 시작하는 제1 입력 토크에서의 조향각(A1)과 역방향 조향시 어시스트 토크가 발생하기 시작하는 제1 입력 토크에서의 조향각(A2)이 서로 다름으로 인해 운전중 조향감이 저하되고 이질감이 발생하게 되는 문제점이 있다.

다시 말해, 도 2에 보이듯이, 종래에는 정방향 조향시와 역방향 조향시에 동일한 어시스트 커브를 적용함으로 인해 동일 조향각을 기준으로 정방향 조향시에 역방향 조향시보다 더 많은 어시스트를 받게 되며, 이로 인해 정방향 조향시와 역방향 조향시에 조향감이 일정하지 않아(조향시 히스테리시스가 일정하지 않아) 운전중 조향 이질감이 발생하게 된다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 고안한 것으로서, 정방향 조향시와 역방향 조향시에 동일한 어시스트 커브를 이용하지 않고 각기 적절한 소정의 어시스트 커브를 이용하여 조향 토크를 보조하도록 함으로써 운전중 조향감을 개선할 수 있는 전동식 조향장치의 조향감 개선을 위한 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

이에 본 발명에서는, 정방향 조향시에는 정방향 어시스트 커브를 기반으로 운전자의 조향 토크를 보조하고 역방향 조향시에는 역방향 어시스트 커브를 기반으로 운전자의 조향 토크를 보조하며, 상기 역방향 어시스트 커브는 정방향 어시스트 커브와 동일한 어시스트 커브를 이용하되 정방향 어시스트 커브를 조향 토크 축을 기준으로 일측으로 평행이동시킨 것임을 특징으로 하는 전동식 조향장치의 조향감 개선을 위한 제어 방법을 제공한다.

본 발명에 의하면, 상기 역방향 어시스트 커브의 초기 조향 토크는 정방향 어시스트 커브의 초기 조향 토크에서 소정의 설정값을 차감한 조향 토크인 것을 특징으로 한다.

예를 들면, 상기 역방향 어시스트 커브의 초기 조향 토크는 정방향 어시스트 커브의 초기 조향 토크에서 2배의 프릭션 토크를 차감한 조향 토크일 수 있다.

아울러, 상기 정방향 어시스트 커브 및 역방향 어시스트 커브는 각각 운전자의 조향 토크와 어시스트 토크 간에 상관관계를 나타낸 것이다.

또한 본 발명에서는, 운전자의 조향 방향을 판단하는 제1과정; 운전자가 역방향 조향중이면 역방향 어시스트 커브를 기반으로 운전자의 조향 토크를 보조하는 제2과정; 운전자가 정방향 조향중이면 정방향 어시스트 커브를 기반으로 운전자의 조향 토크를 보조하는 제3과정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치의 조향감 개선을 위한 제어 방법도 제공한다.

본 발명에 의하면, 상기 역방향 어시스트 커브는 정방향 어시스트 커브와 동일한 어시스트 커브를 이용하되 정방향 어시스트 커브를 조향 토크 축을 기준으로 일측으로 평행이동시킨 것이 사용된다.

또한 본 발명에 의하면, 상기 역방향 어시스트 커브의 초기 조향 토크는 정방향 어시스트 커브의 초기 조향 토크에서 소정의 설정값을 차감한 조향 토크이며, 예를 들면, 상기 역방향 어시스트 커브의 초기 조향 토크는 정방향 어시스트 커브의 초기 조향 토크에서 2배의 프릭션 토크를 차감한 조향 토크일 수 있다.

본 발명에 따른 전동식 조향장치의 조향감 개선을 위한 제어 방법에 의하면, 역방향 조향시 정방향 조향시와 동일한 어시스트 커브를 이용하되 역방향 조향시 MDPS의 어시스트가 시작되는 조향 토크를 정방향 조향시 대비 더 작은 값으로 설정함으로써 기존에 정방향 조향시에 역방향 조향시보다 더 큰 MDPS 어시스트를 받게 되는 문제점을 개선하여 운전중 조향감을 향상하고 이질감을 개선할 수 있게 된다.

도 1은 종래 전동식 조향장치의 어시스트 커브를 단순화하여 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 종래 차륜 휠의 조향각과 운전자의 조향 토크 간에 상관관계를 나타낸 것이다.
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 전동식 조향장치의 조향감 개선을 위한 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 정방향 조향시 이용하기 위한 정방향 어시스트 커브와 역방향 조향시 이용하기 위한 역방향 어시스트 커브를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명에 따른 제어시 운전자의 조향 토크와 차륜 휠의 조향각 간에 상관관계를 나타낸 그래프이다.

이하, 본 발명을 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명하기로 한다.

본 발명에서는 운전자의 조향 토크에 따라 발생하는 어시스트 토크의 발생시작점을 정방향 조향시와 역방향 조향시 서로 다르게 적용함으로써 운전중 조향감을 향상하고 이질감을 개선할 수 있게 한다.

다시 말해, 본 발명에서는 정방향 조향시와 역방향 조향시에 동일한 어시스트 커브를 이용하지 않고 각기 적절한 소정의 어시스트 커브를 이용하여 조향 토크를 보조하도록 하며, 특히 역방향 조향시 상대적으로 더 작은 조향 토크에서 어시스트 토크의 발생을 시작하도록 함으로써 운전중 조향감을 개선하도록 한다.

도 3 및 도 4를 참조로 하여 설명하면, 먼저 운전중 운전자의 조향 방향을 판단하기 위해, 조향각과 조향각속도를 승산한 값이 영(0)보다 큰 양의 값을 갖는지 여부를 판단한다.

판단결과, 조향각과 조향각속도의 승산값이 양의 값을 가지면 정방향 조향중인 것으로 판단하고, 상기 승산값이 영(0) 이하의 값을 가지면 역방향 조향중인 것으로 판단한다.

그리고, 정방향 조향중인 것으로 판단하면 정방향 어시스트 커브를 선택하여 사용하고, 역방향 조향중인 것으로 판단하면 역방향 어시스트 커브를 선택하여 사용한다.

선택한 어시스트 커브를 통해 운전자의 조향 토크를 보조하는 어시스트 토크를 획득할 수 있으며, 어시스트 커브는 조향각, 차속, 조향 토크(입력 토크) 등을 입력(조건)으로 하여 적절한 어시스트 토크를 제공한다.

도 5에는 정방향 조향시 이용하기 위한 정방향 어시스트 커브와 역방향 조향시 이용하기 위한 역방향 어시스트 커브가 도시되어 있다. 실제 어시스트 커브는 운전자의 조향 토크와 MDPS의 어시스트 토크의 상관관계를 나타내는 곡선으로 이루어져 있으나 첨부 도면은 단순화하여 직선으로 표시하였다.

도 5에 나타낸 바와 같이, 정방향 어시스트 커브와 역방향 어시스트 커브는 서로 동일한 기울기 및 기울기 변화 등을 갖는 동일한 모양의 그래프로 설정되되, 서로 다른 초기 조향 토크(T1,T1*)에서 어시스트 토크의 발생을 시작한다.

다시 말해, 역방향 어시스트 커브는 정방향 어시스트 커브를 조향 토크 축을 기준으로 일측으로 평행이동시킨 그래프와 동일하며, 이에 따라 정방향 어시스트 커브와 역방향 어시스트 커브는 서로 다른 조향 토크 값에서 동일한 어시스트 토크 값을 제공하게 된다.

구체적으로, 역방향 어시스트 커브의 초기 조향 토크(T1*, 운전자가 역방향 조향시 처음 어시스트 토크에 의해 보조를 받게 되는 조향 토크 값)는 정방향 어시스트 커브의 초기 조향 토크(T1, 운전자가 정방향 조향시 처음 어시스트 토크에 의해 보조를 받게 되는 조향 토크 값)에서 소정의 설정값을 차감한 값이며, 이는 아래 식 1과 같이 나타낼 수 있다.

식 1 : T1* = │T1-2a│

여기서 T1* 는 역방향 어시스트 커브의 초기 어시스트 토크이고, T1은 정방향 어시스트 커브의 초기 어시스트 토크이고, a는 차륜 휠의 마찰저항을 나타내는 프릭션 토크이다.

상기 초기 조향 토크(T1,T1*)는 운전자가 정방향 조향시 또는 역방향 조향시 조향 토크를 점차 증가시키는 도중 최초로 어시스트 토크가 발생하게 되는 시점의 조향 토크 값이며, 상기 초기 조향 토크에서 발생하는 어시스트 토크는 초기 어시스트 토크이다.

그리고 다음 설명을 위해 정방향 어시스트 커브의 초기 조향 토크를 제1 조향 토크(T1)라고 하고 어시스트 커브의 절곡점(P)에서의 조향 토크를 제2 조향 토크(T2)라고 하며, 마찬가지로 역방향 어시스트 커브의 초기 조향 토크를 제3 조향 토크(T1*)라고 하고 어시스트 커브의 절곡점(P*)에서의 조향 토크를 제4조향 토크(T2*)라고 하자.

전술한 바와 같이, 역방향 어시스트 커브는 정방향 어시스트 커브를 조향 토크 축을 기준으로 일측으로 평행이동시킨 그래프와 동일하므로, 정방향 어시스트 커브의 제2 조향 토크(T2)와 역방향 어시스트 커브의 제4 조향 토크(T2*)는 아래 식 2의 관계를 갖게 된다.

식 2 : T2* = │T2-2a│

여기서 T2* 는 역방향 어시스트 커브의 제4 조향 토크이고, T2는 정방향 어시스트 커브의 제2 조향 토크이고, a는 차륜 휠의 마찰저항을 나타내는 프릭션 토크이다.

차량에 탑재된 MDPS에서는 어시스트 커브를 구현하기 위한 어시스트 맵을 이용하며, 운전자가 스티어링 휠을 조작하여 조향 토크를 발생하면 발생한 조향 토크를 입력으로 하여 상기 어시스트 맵에서 획득하게 되는 소정의 어시스트 토크를 발생하기 위해 MDPS 모터의 구동을 제어한다.

이에 따라 MDPS에서는 정방향 조향시에는 상기 정방향 어시스트 커브를 이용하여 운전자 조향 토크를 보조하고 역방향 조향시에는 상기 역방향 어시스트 커브를 이용하여 운전자 조향 토크를 보조함으로써, 도 6과 같은 상관관계의 그래프를 나타내는 MDPS의 설계가 가능하게 된다.

도 6은 운전중 조향시 발생하는 운전자의 조향 토크와 차륜 휠의 조향각 간에 상관관계를 나타낸 그래프로서, 도 6에서 실선으로 나타낸 그래프는 본 발명의 제어가 가능한 전동식 조향장치를 탑재한 차량의 차륜 휠의 조향각과 운전자의 조향 토크 간에 상관관계를 나타낸 것이고, 도 6에서 점선으로 나타낸 그래프는 전동식 조향장치를 미적용한 차량의 차륜 휠의 조향각과 운전자의 조향 토크 간에 상관관계를 나타낸 것이다.

도 6의 그래프는 본 발명에 따른 MDPS의 어시스트 제어시, 정방향 조향시의 초기 조향 토크에서 발생하는 조향각과 역방향 조향시의 초기 조향 토크에서 발생하는 조향각이 동일함을 나타낸다.

따라서 역방향 조향시 정방향 조향시와 동일한 조향각에서 MDPS의 어시스트가 시작된다.

또한 도 6의 그래프는 본 발명에 따른 MDPS의 어시스트 제어시, 동일 조향각에서 정방향 조향시와 역방향 조향시의 조향 토크의 차가 전반적으로 일정하게 유지됨을 나타낸다.

또한 도 6의 그래프는 본 발명에 따른 MDPS의 어시스트 제어시, 정방향 조향시 MDPS의 어시스트를 받아 경감되는 조향 토크의 크기가 역방향 조향시 MDPS의 어시스트를 받아 경감되는 조향 토크의 크기가 조향각을 기준으로 동일하게 발생함을 나타낸다.

도 6을 보면, 정방향 조향시 MDPS의 어시스트 효과와 역방향 조향시 MDPS의 어시스트 효과가 모든 구간의 조향각에서 동일하게 발생한다.

이에 따라 결과적으로 정방향 및 역방향 조향에 상관없이 전동식 조향장치의 조향감이 향상되고 조향 이질감이 개선되는 효과를 얻을 수 있게 된다.

이상으로 본 발명에 대해 상세히 설명하였는바, 본 발명의 권리범위는 상술한 설명에 한정되지 않으며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.

Claims (8)

1. 정방향 조향시에는 정방향 어시스트 커브를 기반으로 운전자의 조향 토크를 보조하고 역방향 조향시에는 역방향 어시스트 커브를 기반으로 운전자의 조향 토크를 보조하며, 상기 역방향 어시스트 커브는 정방향 어시스트 커브와 동일한 어시스트 커브를 이용하되 정방향 어시스트 커브를 조향 토크 축을 기준으로 일측으로 평행이동시키고,
   상기 역방향 어시스트 커브의 초기 조향 토크는 정방향 어시스트 커브의 초기 조향 토크에서 소정의 설정값을 차감한 조향 토크인 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치의 조향감 개선을 위한 제어 방법.
   
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 역방향 어시스트 커브의 초기 조향 토크는 정방향 어시스트 커브의 초기 조향 토크에서 2배의 프릭션 토크를 차감한 조향 토크인 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치의 조향감 개선을 위한 제어 방법.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 정방향 어시스트 커브 및 역방향 어시스트 커브는 각각 운전자의 조향 토크와 어시스트 토크 간에 상관관계를 나타낸 것임을 특징으로 하는 전동식 조향장치의 조향감 개선을 위한 제어 방법.
   
5. 운전자의 조향 방향을 판단하는 제1과정;
   운전자가 역방향 조향중이면 역방향 어시스트 커브를 기반으로 운전자의 조향 토크를 보조하는 제2과정;
   운전자가 정방향 조향중이면 정방향 어시스트 커브를 기반으로 운전자의 조향 토크를 보조하는 제3과정;
   을 포함하고,
   상기 역방향 어시스트 커브의 초기 조향 토크는 정방향 어시스트 커브의 초기 조향 토크에서 소정의 설정값을 차감한 조향 토크인 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치의 조향감 개선을 위한 제어 방법.
   
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 역방향 어시스트 커브는 정방향 어시스트 커브와 동일한 어시스트 커브를 이용하되 정방향 어시스트 커브를 조향 토크 축을 기준으로 일측으로 평행이동시킨 것임을 특징으로 하는 전동식 조향장치의 조향감 개선을 위한 제어 방법.
   
7. 삭제
8. 청구항 5에 있어서,
   상기 역방향 어시스트 커브의 초기 조향 토크는 정방향 어시스트 커브의 초기 조향 토크에서 2배의 프릭션 토크를 차감한 조향 토크인 것을 특징으로 하는 전동식 조향장치의 조향감 개선을 위한 제어 방법.
   

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