KR101745177B1 - 능동 전륜 조향시스템 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 운전자가 스티어링 휠을 통해 조향시 급격한 토크를 느끼게 되는 캐치업 현상을 방지하는 동시에 캐치업 방지 로직 실행시 운전자의 조향 이질감을 방지할 수 있도록 한 능동 전륜 조향시스템 제어 방법에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 AFS 시스템의 캐치업 방지 로직이 실행되어, 스티어링 휠이 빠른 조타속도로 조타 끝단까지 도달한 후, 스티어링 휠이 본래 기어비에 해당하는 위치로 되돌아감에 따라 운전자가 느끼는 조향 이질감을 방지할 수 있도록 한 능동 전륜 조향시스템 제어 방법을 제공하고자 한 것이다.

Description

능동 전륜 조향시스템 제어 방법{Method for controlling Active Front Steering}

본 발명은 능동 전륜 조향시스템 제어 방법에 관한 것으로서, 운전자가 스티어링 휠을 통해 조향시 급격한 토크를 느끼게 되는 캐치업 현상을 방지하는 동시에 캐치업 방지 로직 실행시 운전자의 조향 이질감을 방지할 수 있도록 한 능동 전륜 조향시스템 제어 방법에 관한 것이다.

차량의 능동형 전륜 조향시스템(Active Front Steering, 이하 AFS라 칭함)은 고속 및 저속 등 차속별로 조향 기어비를 가변시켜서, 차량의 거동을 안정화시킬 수 있도록 한 장치를 말한다.

상기 AFS는 모터, 감속기, 제어기를 이용하여 차량의 주행상황에 따라서 전륜의 조향기어비를 능동적으로 가변하는 시스템으로써, 모터와 감속기는 스티어링컬럼, 유조인트, 스티어링 기어박스 피니언 등에 장착될 수 있다.

첨부한 도 1 및 도 2는 스티어링 컬럼에 장착된 AFS의 구성예를 나타낸다.

도 1 및 도 2에서 보듯이, 상기 AFS는 조향을 위한 동력 발생용 모터(10)와, 모터(10)의 출력축과 연결되는 동시에 스티어링 휠쪽과 연결되는 기어박스(20)와, 차속 등을 입력받아 모터의 구동을 제어하는 제어기(30)와, 기어박스(20)로부터 회전동력을 전달받아 타이어를 조향시키는 스티어링 기어부(40) 등을 포함하여 구성된다.

또한, 상기 기어박스(20)의 상부에는 스티어링 휠과 연결되는 입력축(22)이 장착되고, 기어박스(20)의 하부에는 스티어링 기어부를 통해 타이어로 조타각을 출력하는 출력축(24)이 장착된다.

이러한 AFS 시스템은 정차/저속주행 시 운전자의 조향편의성 향상(조향턴수 축소)을 위하여 조향기어비를 1보다 크게 되도록 제어하기 때문에 출력축(24)의 각속도가 운전자에 의한 스티어링 휠을 통해 입력되는 입력축의 입력각속도보다 빠르게 되고, 이때 전동식 파워스티어링 장치(MDPS, motor driven power steering)와 같은 조타력 보조시스템의 출력이 충분치 않을 경우 운전자가 스티어링휠 조타시 급격한 토크를 느끼게 되는 캐치업 현상이 발생할 수 있고, 이 캐치업 현상은 운전자에게 이질감으로 작용하게 된다.

이러한 캐치업 현상을 방지하기 위하여, 운전자의 조타각속도가 일정값 이상 빠른 경우 조향기어비를 축소시켜서 캐치업 발생을 방지하는 제어 방법이 AFS 시스템에 적용되고 있다.

다시 말해서, 첨부한 도 3의 그래프에서 보듯이, 정차/저속주행 시 스티어링휠 급조타에 따른 캐치업을 방지하기 위하여 AFS의 조향기어비를 조타각속도에 따라 가변시키는 제어를 하되, 조타각속도가 일정값 이상으로 빠를 경우 조향기어비를 축소함으로써, 캐치업 현상을 방지할 수 있다.

그러나, 위의 제어 방법에 의해서 축소된 조향기어비로 조향이 이루어지면, 축소된 조향기어비에 의한 조타력으로 스티어링 휠이 조향끝단(예, 출력축과 연결된 스티어링 기어부)까지 도달하게 될 때, 조타각속도가 급격하게 제로(0) 수준으로 떨어지게 되고, 조향기어비도 급격하게 원래의 값으로 복귀함과 함께 스티어링 휠이 원래 조향기어비에 해당하는 위치로 움직이게 되어, 운전자가 조향 이질감을 느끼게 되는 문제점이 있다.

즉, 첨부한 도 3 및 도 4에서 보듯이 스티어링 휠의 조타각이 빠른 조타각속도로 조타 끝단까지 도달하면, 조타각속도가 급격하게 제로(0)가 되고, 이때 조향기어비가 급격하게 본래 조향기어비로 복귀하여 스티어링휠이 본래 기어비에 해당하는 위치로 빠르게 되돌아감으로써, 스티어링 휠을 잡고 있던 운전자가 이질감을 느끼게 된다.

예를 들어, 캐치업 방지 기능이 작동하지 않을 때, 풀턴을 하기 위한 운전자 조향각을 450°라고 하고, 캐치업 방지 기능이 작동하여 조향기어비가 축소되어 풀턴을 위한 운전자 조향각이 500°라고 하면, 조향끝단에서 조타각속도가 제로(0)이 되면서 조향기어비 차이로 인하여 500°위치에서 450°위치로 빠르게 되돌아오려는 현상이 발생하게 되는 바, 이때 스티어링 휠을 잡고 있던 운전자가 이질감을 느끼게 된다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, AFS 시스템의 캐치업 방지 로직이 실행되어, 스티어링 휠이 빠른 조타속도로 조타 끝단까지 도달한 후, 스티어링 휠이 본래 기어비에 해당하는 위치로 되돌아감에 따라 운전자가 느끼는 조향 이질감을 방지할 수 있도록 한 능동 전륜 조향시스템 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은: 스티어링 휠의 조타각속도가 캐치업 방지 진입을 위한 일정값 미만일 경우에는 조향 기어비를 원래 기어비로 계속 유지시키는 제1단계; 스티어링 휠의 조타각속도가 캐치업 방지 진입을 위한 일정값 이상이면, 조타각속도의 크기에 따라 조향기어비를 축소 제어하는 제2단계; 캐치업 방지조건에 진입한 후, 진입 전에 비하여 조타각속도가 더 작아지는 경우, 상기 제2단계의 조향기어비 축소 제어를 중지하고, 중지된 시점에서의 조향기어비 수준으로 조향기어비를 유지시키는 제3단계; 상기 스티어링 휠이 조타끝단에 도달하여 조타각속도가 급격하게 제로(0)수준으로 떨어지더라도, 조향기어비를 제3단계에서의 조향기어비와 동일 수준으로 유지시키는 제4단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 능동 전륜 조향시스템 제어 방법을 제공한다.

바람직하게는, 상기 제3단계에서, 이전 조향기어비와 현재 연산된 조향기어비를 비교하고, 비교 결과 현재 조향기어비가 클 경우(=조타각속도가 작아지는 경우)에는 조향기어비를 현재 연산된 조향기어비 대신 이전 샘플링의 조향기어비로 유지시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 제어 방법은 상기 스티어링 휠을 조타끝단에서 다시 본래(중립) 위치쪽으로 풀어주는 조타를 시작하더라도, 조타각속도의 크기가 이전 최고점(캐치업 방지 진입조건값 이상으로 증가된 조타각속도)까지 도달하지 않는 한, 조향기어비를 계속해서 이전 조향 기어비로 유지시키는 제5단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 제어 방법은 상기 스티어링 휠의 조타끝단에서 조타를 풀면서 조타각속도가 이전 최고점(캐치업 방지 진입조건값 이상으로 증가된 조타각속도)보다 더 커지면, 조향기어비를 제5단계에서 적용된 조향기어비보다 축소시키는 제어를 하는 제6단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 제어 방법은 상기 제6단계에 의하여 스티어링 휠의 조타각속도가 점차 줄어들면, 제6단계에서의 조향기어비 축소 제어를 중지하고, 조향기어비를 중지된 시점에서의 조향기어비인 이전 조향기어비 수준으로 유지시키는 제7단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 제어 방법은 상기 스티어링 휠의 조타각이 거의 중립위치로 돌아와 캐치업 해제 조타각 보다 작아지게 되면, 조향기어비를 최초의 원래 기어비(=정차시 기어비)로 복귀 제어하는 제8단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.

첫째, 조타각속도가 캐치업 방지 진입조건값 이상으로 커지면, 조향기어비를 축소하는 제어를 함으로써, 운전자가 스티어링 휠 조타시 급격한 토크를 느끼게 되는 캐치업 현상을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 스티어링 휠이 빠른 조타속도로 조타 끝단까지 도달한 후, 스티어링 휠이 본래 기어비에 해당하는 위치로 되돌아감에 따른 운전자 조향 이질감을 방지할 수 있다.

둘째, 특정 부품 및 하드웨어 부분의 변경없이 AFS 시스템의 제어로직 변경만으로 조향 이질감을 방지할 수 있다.

도 1 및 도 2는 스티어링 컬럼에 장착된 AFS의 구성예를 나타낸 개략도,
도 3은 AFS 시스템의 캐치업 방지 로직을 나타낸 제어 그래프,
도 4는 AFS 시스템의 캐치업 방지 로직 실행시 문제점을 나타낸 개략도,
도 5는 본 발명에 따른 능동 전륜 조향시스템 제어 방법을 도시한 제어 그래프.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명은 AFS 시스템의 캐치업 방지 로직이 실행될 때, 스티어링 휠의 조타각이 빠른 조타속도로 조타 끝단까지 도달한 후, 스티어링 휠이 본래 기어비에 해당하는 위치로 빠르게 되돌아감에 따라 운전자가 느끼는 이질감을 방지할 수 있도록 한 제어 방법을 제공하고자 한 것이며, 일련의 제어 과정들은 별도의 하드웨어를 추가로 구축하지 않고, 모터, 감속기, 제어기 등을 포함하는 AFS 시스템의 작동 제어로직을 개선하여 이루어질 수 있다.

본 발명의 제어 과정에 대한 하나의 일 실시예를 첨부한 도 5를 참조로 제1단계 내지 제8단계의 순서로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 제1단계로서, 운전자가 스티어링 휠을 조타할 때, 조타각속도가 계속 증가하더라도, 조타각속도가 캐치업 방지 진입조건을 충족하는 일정값 미만일 경우에는 조향 기어비를 원래 기어비(예를 들어, 정차시 조향기어비)로 계속 유지한다(도 5의 그래프에서 ① 구간 참조).

제2단계로서, 상기 조타각속도가 더 증가하여, 그 크기가 일정값 이상으로 커지면 즉, 캐치업 방지 진입조건값 이상으로 커지게 되면, 조타각속도의 크기에 따라 조향기어비를 축소하는 제어가 이루어진다(도 5의 그래프에서 ② 구간 참조).

이때, 상기 조타각속도의 크기에 따라 조향기어비를 축소하는 제어가 이루어질 때, 현재 샘플링에서 연산된 조향기어비가 이전 샘플링의 조향기어비보다 작으면, 현재의 조향기어비를 적용한다.

이렇게 AFS의 조향기어비를 조타각속도에 따라 가변시키는 제어를 하되, 조타각속도가 일정값 즉, 캐치업 방지 진입조건값 이상으로 커지게 되면, 조향기어비를 축소하는 제어를 함으로써, 운전자가 스티어링 휠을 예기치 않게 급조타시키는 느낌 즉, 스티어링 휠 조타시 급격한 토크를 느끼게 되는 캐치업 현상을 방지할 수 있다.

이어서, 제3단계로서 상기 캐치업 방지조건에 진입한 후, 진입 전에 비하여 조타각속도가 더 작아지는 경우, 상기 제2단계에서의 조향기어비 축소 제어를 중지하고, 중지된 시점에서의 조향기어비 수준으로 조향기어비를 그대로 유지시키는 제어가 이루어진다.

예를 들어, 상기 캐치업 방지조건에 진입한 후, 이전 조향기어비와 현재 연산된 조향기어비를 비교하고, 비교 결과 현재 조향기어비가 클 경우(=조타각속도가 작아지는 경우)에는 조향기어비를 현재 연산된 조향기어비 대신 이전 샘플링의 조향기어비로 그대로 유지시키는 제어가 이루어지며, 그 이유는 스티어링 휠이 조타 끝단으로 갈수록 조타각속도가 점차 작아지더라도 조향기어비를 계속 축소하지 않도록 함을 고려한 것이다(도 5의 그래프에서 ③ 구간 참조).

연이어, 제4단계로서 스티어링 휠이 조타끝단에 도달하여 조타각속도가 급격하게 제로(0)수준으로 떨어지더라도, 조향기어비가 계속 축소되지 않고, 위와 제3단계에서 조향기어비를 유지시키는 제어 방식과 같이 조향기어비를 계속적으로 이전값으로 유지시키는 제어가 이루어지며(도 5의 그래프에서 ④ 구간 참조), 이렇게 조향기어비가 계속 축소되지 않고 이전값으로 유지되기 때문에 조타끝단에서 스티어링 휠이 원래 조향기어비 위치로 급격하게 움직이는 이질감 현상이 발생하지 않게 된다.

다시 말해서, 상기와 같이 캐치업 방지조건에 진입한 후, 진입 전에 비하여 조타각속도가 더 작아지는 경우, 조향기어비를 더 축소하지 않고, 그대로 유지시키는 1차 제어가 이루어지고, 더욱이 스티어링 휠이 조타끝단에 도달하여 조타각속도가 급격하게 제로(0)수준으로 떨어지더라도, 1차 제어시 수준과 동일하게 조향기어비를 유지시키는 제어를 함으로써, 스티어링 휠이 조타끝단에서 원래 조향기어비 위치로 급격하게 움직이는 현상을 방지할 수 있다.

즉, 기존에 스티어링 휠이 조타 끝단까지 도달하여 조타각속도가 급격하게 제로(0)가 된 후, 현재 조향기어비(기존에 조타각속도 감소에 따라 계속 축소된 조향기어비)가 급격하게 원래 조향기어비로 복귀하여 스티어링 휠이 원래 조향기어비에 해당하는 위치로 빠르게 되돌어가는 움직임을 나타내고, 이러한 움직임에 따라른 스티어링 휠을 잡고 있던 운전자가 이질감을 느끼는 현상을 방지할 수 있다.

한편, 제5단계로서, 스티어링 휠을 조타끝단에서 다시 본래(중립) 위치쪽으로 풀어주는 조타를 시작하더라도, 조타각속도의 크기가 이전 최고점(상기한 제2단계에서 캐치업 방지 진입조건값 이상으로 증가된 조타각속도)까지 도달하지 않는 한, 계속해서 이전 조향기어비(예, 제3 및 제4단계와 동일 수준)로 유지시키는 제어(도 5의 그래프에서 ⑤ 구간 참조)가 지속되도록 하고, 조타각속도가 이전 최고점까지 도달하지 않은 상태이기 때문에 이전 최고점에 해당하는 기어비를 유지함으로써, 캐치업 현상을 방지할 수 있기 때문이다.

또한, 제6단계로서, 상기 스티어링 휠의 조타끝단에서 조타를 풀면서 조타각속도가 이전 최고점(상기한 제2단계에서 캐치업 방지 진입조건값 이상으로 증가된 조타각속도)보다 더 커지면, 캐치업 방지를 위해 조향기어비를 제5단계에서 적용된 조향기어비보다 축소시키는 제어를 하게 되며, 예를 들어 제어기에서 현재 연산된 조향기어비가 이전 조향기어비 보다 작아지면 현재 연산된 값을 적용하면 된다(도 5의 그래프에서 ⑥ 구간 참조).

또한, 제7단계로서, 위의 제6단계에 의하여 스티어링 휠의 조타각속도가 점차 줄어들면, 현재 연산된 조향기어비가 이전 조향기어비보다 크게 되므로, 위의 6단계에서의 조향기어비 축소 제어를 중지하고, 조향기어비를 중지된 시점에서의 조향기어비 즉, 이전 조향기어비 수준으로 유지시키는 제어가 이루어진다.(도 5의 그래프에서 ⑦ 구간 참조).

최종 제8단계로서, 스티어링 휠의 조타각이 거의 중립위치로 돌아와 캐치업 해제 조타각 보다 작아지게 되면, 조향기어비를 최초의 원래 기어비(=정차시 기어비)로 복귀시키는 제어를 하게 되고, 이 경우 조향기어비는 급격하게 변하지만 조타각 자체가 작기 때문에 기어비 변화에 따른 조타각 변화가 있더라도 그 크기가 작아서 운전자는 이질감을 전혀 인지하지 못하게 된다(도 5의 그래프에서 ⑧ 구간 참조).

10 : 모터
20 : 기어박스
22 : 입력축
24 : 출력축
30 : 제어기
40 : 스티어링 기어부

Claims (6)

1. 스티어링 휠의 조타각속도가 캐치업 방지 진입을 위한 일정값 미만일 경우에는 조향 기어비를 원래 기어비로 계속 유지시키는 제1단계;
   스티어링 휠의 조타각속도가 캐치업 방지 진입을 위한 일정값 이상이면, 조타각속도의 크기에 따라 조향기어비를 축소 제어하는 제2단계;
   캐치업 방지조건에 진입한 후, 진입 전에 비하여 조타각속도가 더 작아지는 경우, 상기 제2단계의 조향기어비 축소 제어를 중지하고, 중지된 시점에서의 조향기어비 수준으로 조향기어비를 유지시키는 제3단계;
   상기 스티어링 휠이 조타끝단에 도달하여 조타각속도가 급격하게 제로(0)수준으로 떨어지더라도, 조향기어비를 제3단계에서의 조향기어비와 동일 수준으로 유지시키는 제4단계;
   를 포함하고,
   상기 제3단계에서, 이전 조향기어비와 현재 연산된 조향기어비를 비교하고, 비교 결과 현재 조향기어비가 클 경우(=조타각속도가 작아지는 경우)에는 조향기어비를 현재 연산된 조향기어비 대신 이전 샘플링의 조향기어비로 유지시키는 것을 특징으로 하는 능동 전륜 조향시스템 제어 방법.
   
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 스티어링 휠을 조타끝단에서 다시 본래(중립) 위치쪽으로 풀어주는 조타를 시작하더라도, 조타각속도의 크기가 이전 최고점(캐치업 방지 진입조건값 이상으로 증가된 조타각속도)까지 도달하지 않는 한, 조향기어비를 계속해서 이전 조향 기어비로 유지시키는 제5단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 능동 전륜 조향시스템 제어 방법.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 스티어링 휠의 조타끝단에서 조타를 풀면서 조타각속도가 이전 최고점(캐치업 방지 진입조건값 이상으로 증가된 조타각속도)보다 더 커지면, 조향기어비를 제5단계에서 적용된 조향기어비보다 축소시키는 제어를 하는 제6단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 능동 전륜 조향시스템 제어 방법.
   
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 제6단계에 의하여 스티어링 휠의 조타각속도가 점차 줄어들면, 제6단계에서의 조향기어비 축소 제어를 중지하고, 조향기어비를 중지된 시점에서의 조향기어비인 이전 조향기어비 수준으로 유지시키는 제7단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 능동 전륜 조향시스템 제어 방법.
   
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 스티어링 휠의 조타각이 거의 중립위치로 돌아와 캐치업 해제 조타각 보다 작아지게 되면, 조향기어비를 최초의 원래 기어비(=정차시 기어비)로 복귀 제어하는 제8단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 능동 전륜 조향시스템 제어 방법.

Images