KR101796915B1 - 차륜 정렬장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전동식 동력 조향장치를 이용한 차륜 정렬장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 노면의 마찰력에 따라 발생하는 편차, 즉 복원 후 스티어링 휠 영점과의 편차를 마찰력을 추정하여 항상 휠을 영점에 위치시키는 차륜 정렬장치 및 그 방법에 관한 것으로, 노면 마찰력이나 승차 인원 등에 의한 스티어링 휠의 센터 복원력의 차이로 인하여 발생하는 센터 복원각의 편차를 방지하고 정확한 영점에 도달할 수 있도록 하는 효과가 있으며, 또한 본 발명은 노면 마찰력을 정확히 추정하여 항상 일정한 속도로 복원되고 정확한 영점에 수렴할 수 있도록 하는 효과가 있다.

Description

차륜 정렬장치 및 그 방법{WHEEL ALIGNMENT APPARATUS AND METHOD THEREOF}

본 발명은 전동식 동력 조향장치를 이용한 차륜 정렬장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 노면의 마찰력에 따라 발생하는 편차, 즉 복원 후 스티어링 휠 영점과의 편차를 마찰력을 추정하여 항상 휠을 영점에 위치시키는 차륜 정렬장치 및 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로 차량에 적용되는 전자 제어 장치(ECU : Electronic Control Unit)로써 차량의 속도에 따라 차량 조향휠의 조작력을 줄여주고 가볍고 신속한 조향 조작이 가능하도록 하는 전동식 동력 조향장치(MDPS : Motor Driven Power Steering Apparatus)가 있다.

상기 전동식 동력 조향장치(MDPS)는 ECU가 조향휠의 조타 시 조향각 센서와 토크 센서 및 차속 센서와 엔진 회전수 센서로부터 입력신호를 전달받아서 토크 값에 해당하는 만큼의 전류치를 튜닝된 대로 연산하여 전동식 동력 조향장치(MDPS) 모터로 공급하게 되고, MDPS 모터는 회전과 감속을 통해 파워 어시스트력을 발생하여 유니버설 조인트를 히전시키게 되며, 유니버설 조인트의 회전력으로 피니언과 랙을 동작시킴으로써 타이로드를 통해 차륜의 조향이 이루어지도록 구성되어 유압식 파워 스티어링에 비해 보다 향상된 조타성능 및 조타감을 갖출 수 있다.

한편 상기 전동식 동력 조향장치(MDPS)가 구비된 자동차는 모터의 힘을 이용하여 스티어링 휠을 운전자의 조향력 없이 원하는 방향으로 회전시킬 수 있으며 이러한 원리를 이용한 휠 원점 복원장치가 있다.

상기 휠 원점 복원장치는 주차장과 같이 차량을 주차시킬 수 있는 장소에서 주차를 위하여 전진과 후진을 반복하여 주차한 후에 일측 방향으로 특정 각도로 틀어져 있는 스티어링 휠을 스위치 혹은 자동으로 틀어진 바퀴의 각도를 인식하여 바퀴를 정렬시킨다. 상기와 같은 종래의 휠 원점 복원장치는 운전자의 시작 버튼 조작시 시작되며, 이때는 차속이 정지되어 있는지 판단하고 정지상태이면 현재 스티어링 휠 앵글과 영점 사이의 각도 차이를 계산하고 이를 이용하여 휠 원점 복원장치를 동작시킨다. 상기 휠 원점 복원장치는 각도가 영점에 수렴하면 정지한다.

본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허 10-2010-0007321호(2010.01.22.)에 개시되어 있다.

상기와 같은 휠 원점 복원장치는 노면 마찰력의 크기에 따라 원점 복원 편차가 발생한다. 즉, 노면 마찰력이 큰 상태에서 스티어링 휠이 영점에 도달하여 제어를 중지할 경우, 노면과 스티어링 휠 사이에 있는 바퀴는 스프링과 같은 현상이 발생하여 비틀려 있던 상태에서 복원하려는 힘을 발생한다.

따라서 스티어링 휠은 제어 중지와 동시에 영점을 벗어나서 제어 방향과 반대 방향으로 돌아간다. 종래 기술은 이를 방지하고자 일정량의 오버슛량을 영점 제어에 더하여 위치제어 최종 목표로 하고 있으나 노면 마찰력이 다양하기 때문에 영점에서 항상 편차가 발생하는 문제점을 가지고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위해 창작된 것으로서, 노면 마찰력이나 승차 인원 등에 의한 스티어링 휠의 센터 복원력의 차이로 인하여 발생하는 센터 복원각의 편차를 방지하고 정확한 영점에 도달하는 차륜 정렬장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한 본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창작된 것으로서, 노면 마찰력을 정확히 추정하여 항상 일정한 속도로 복원되고 정확한 영점에 수렴하는 차륜 정렬장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 차륜 정렬 방법은 휠 원점 복원을 위한 작동 스위치를 조작되면 차량이 파킹 상태인가를 판단하는 제1 단계와; 상기 제1 단계에서 차량이 파킹 상태이면 스티어링 휠의 자세 오차값을 검출하는 제2 단계와; 상기 스티어링 휠의 자세 오차 값이 검출되면 노면 마찰력을 판별하는 제3 단계와; 상기 노면 마찰력의 판별을 통해서 최종 오버슛 각도를 산출하는 제4 단계와; 상기 산출된 최종 오버슛 각도로 스티어링 휠의 위치를 제어하는 제5 단계;를 포함하여 이루어진다.

여기서, 상기 제3 단계는, 모터 전류를 측정하는 제1 과정과; 상기 측정된 전류값의 크기를 이용하여 표준노면 대비 마찰력을 산출하는 제2 과정;을 포함하여 이루어진다. 그리고, 상기 제2 과정은, 측정된 모터의 전류량이 기설정된 특정 기준값 보다 크면 마찰력이 표준보다 크다고 판단하고, 전류량이 기설정된 특정 기준값 보다 작으면 마찰력이 표준보다 작다고 판단하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 제2 단계는 스티어링 휠의 현재각을 산출하고, 상기 산출된 현재각에서 영점을 차감하여 산출하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 측면에 따른 차륜 정렬장치는 운전자의 조향의지를 인식하는 토크 센서부와; 조향각을 인식하는 조향각 센서부와; 휠 원점 복원을 위한 작동 명령을 인가하기 위한 작동 스위치와; 상기 토크 센서의 운전자 토크를 감지하여 차량 상태에 따른 보조력을 계산하는 MDPS 토크 제어부와; 상기 MDPS 토크 제어부의 보조력을 기계적인 토크로 발생시키는 MDPS 모터와; 상기 MDPS 모터의 토크를 바퀴에 전달하는 동력 전달부와; 노면 마찰력을 계산하여 그 마찰력의 크기에 따라 스티어링 휠의 영점 제어를 위한 최종 오버슛 각도를 산출하는 노면 마찰력 판별부;를 포함하여 구성된다.

본 발명은 노면 마찰력이나 승차 인원 등에 의한 스티어링 휠의 센터 복원력의 차이로 인하여 발생하는 센터 복원각의 편차를 방지하고 정확한 영점에 도달할 수 있도록 하는 효과가 있다.

또한 본 발명은 노면 마찰력을 정확히 추정하여 항상 일정한 속도로 복원되고 정확한 영점에 수렴할 수 있도록 하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차륜 정렬장치의 구성을 보인 블록도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차륜 정렬방법을 설명하기 위한 순서도.
도 3은 상기 도2에서 노면 마찰력 판별 과정을 보다 상세하게 보인 순서도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 차륜 정렬장치 및 그 방법의 일 실시예를 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차륜 정렬장치의 구성을 보인 블록도로서, 이에 도시된 바와 같이 토크 센서부(201), 조향각 센서부(202), 작동 스위치(203), MDPS 토크 제어부(204), MDPS 모터(205), 동력 전달부(206) 및 노면 마찰력 판별부(207)를 포함한다.

상기 토크 센서부(201)는 운전자의 조향의지를 인식하는 센서를 포함한다.

상기 조향각 센서부(202)는 휠 원점(또는 센터) 복원을 위하여 핸들의 틀어진 각을 인식한다.

상기 작동 스위치(203)는 주차 후 차륜을 센터로 정렬하기 위해 작동시킨다. 상기 작동 스위치(203)가 조작되면 작동명령이 출력되고, 상기 작동 스위치(203)가 작동되더라도 주차상태에서만 작동명령이 출력된다. 이때 주차상태의 판단은 통상적인 방법에 의해 판단할 수 있다. 즉, 차량이 정지된 상태에서 변속단이 P단으로 변속되었는가를 판단하거나 트로틀밸브의 개도량, 엔진회전 수 및 브레이크의 작동상태 등을 기반으로 주차 상태를 판단할 수 있다.

상기 MDPS 토크 제어부(204)는 토크 센서의 운전자 토크를 감지하여 차량 상태에 따른 보조력을 계산한다.

상기 MDPS 모터(205)는 상기 MDPS 토크 제어부(204)의 보조력을 기계적인 토크로 발생시킨다. 또한, 상기 MDPS 모터(205)의 토크를 바퀴에 전달하는 동력 전달부(206)를 더 포함한다.

상기 노면 마찰력 판별부(207)는 노면 마찰력을 계산하여 그 마찰력의 크기에 따라 스티어링 휠의 영점 제어를 오버슛 앵글을 산출하여 스티어링 휠의 위치(또는 자세) 제어를 위한 목표값을 출력한다.

상기 노면 마찰력 판별부(207)는 모터의 전류를 측정하는 것으로부터 시작된다. 모터의 전류는 노면 마찰력이 작은 경우에는 작은 전류가 발생하고, 노면 마찰력이 높은 경우에는 많은 전류가 발생하고, 그에 따라 바퀴의 스프링 현상(또는 비틀림 량)이 달라지게 된다.

종래 기술에서 스티어링 휠의 영점 제어를 위하여 일정한 량의 오버슛 앵글을 A라고 가정한다. 그리고, 모터 전류 측정에 의해 전류량이 커서 노면 마찰력이 표준보다 크다고 판단되면, 바퀴의 비틀림 현상은 더 커지므로 오버슛 앵글은 A+x로 x만큼 더 크게 설정하여 MDPS 토크 제어부(204)의 최종 목표값으로 스티어링 휠의 자세를 센터에 맞게 동작 시킨다. 만약 전류량이 작아서 노면 마찰력이 작다고 판단되면, MDPS 토크 제어부(204)의 최종 목표값으로 A-x가 되게 하여 스티어링 휠의 자세를 센터에 맞게 동작 시킨다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차륜 정렬방법을 설명하기 위한 순서도로서, 이에 도시된 바와 같이 사용자가 휠 원점(또는 센터) 복원을 위한 작동 스위치(203)를 조작하면 MDPS 토크 제어부(204)는 차량이 파킹 상태인가를 판단한다(S101).

본 실시예에서는 상기 파킹 상태를 판단하기 위하여 차량의 속도가 0Km/h 인지를 검출할 수 있다. 한편 본 실시에에서 구체적으로 설명하지는 않지만 파킹 상태의 정확한 검출을 위하여 복수의 조건을 중복하여 판단할 수 있다. 또한 상기 MDPS 토크 제어부(204)는 명칭이 다른 제어부(예 : ECU, 위치 제어기)를 이용해서 검출이나 제어를 수행할 수도 있다.

상기 판단에 따라 차량이 파킹 상태이면 스티어링 휠의 현재각을 산출한다. 그리고, 상기 산출된 현재각에서 영점을 차감한다(현재각 - 영점). 상기 현재각에서 영점을 차감하여 얻은 값이 자세 오차(Error)값이 된다. 상기와 같이 스티어링 휠의 자세 오차값을 검출한다(S102).

상기와 같이 스티어링 휠의 자세 오차 값이 검출되면 노면 마찰력을 판별한다(S103). 상기 노면 마찰력의 판별을 통해서 최종 오버슛 각도를 산출한다.

상기와 같이 최종 오버슛 각도가 산출되면 동력 전달부(206)를 제어하여 스티어링 휠의 위치를 제어한다(S104). 상기와 같이 스티어링 휠의 위치를 제어한 다음에는 다시 조향각을 체크하여 스티어링 휠의 위치가 영점이 되었는지를 체크한다(S105). 상기 체크 결과에 따라 스티어링 휠이 영점에 위치할 때가지 계속할 수 있다.

도 3은 상기 도2에서 노면 마찰력 판별 과정(S103)을 보다 상세하게 보인 순서도로서, 이에 도시된 바와 같이 모터 전류를 측정한다(S201). 그리고 상기 측정된 전류값의 크기를 이용하여 표준노면 대비 마찰력을 산출한다(S202).

예를 들어, 모터 전류 측정에 의해 전류량이 기설정된 특정 기준값 보다 크면 마찰력이 표준보다 크다고 판단할 수 있고, 전류량이 기설정된 특정 기준값 보다 작으면 마찰력이 표준보다 작다고 판단할 수 있다.

상기와 같이 마찰력이 산출되면 상기 자세 오차값에 더하여 스티어링 휠의 자세 제어를 위한 최종 오버슛 각도를 산출한다(S203).

예를 들어, 상기 마찰력이 표준보다 큰 경우에는 오버슛 각도는 상기 자세 오차값에 의해 산출된 오버슛 각도(예 : A) 보다 x 만큼 더 큰 (A+x)로 최종 오버슛 각도를 산출한다. 그리고 상기 마찰력이 표준보다 작은 경우에는 오버슛 각도는 상기 자세 오차값에 의해 산출된 오버슛 각도(예 : A) 보다 x 만큼 더 작은 (A-x)로 최종 오버슛 각도를 산출할 수 있다.

상기와 같이 최종 오버슛 각도가 산출되면 MDPS 토크 제어부(204)는 동력 전달부(206)를 제어하여 스티어링 휠의 위치를 영점이 될 수 있도록 제어한다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

201 : 토크 센서부 202 : 조향각 센서부
203 : 작동 스위치 204 : MDPS 토크 제어부
205 : MDPS 모터 206 : 동력 전달부
207 : 노면 마찰력 판별부

Claims (5)

1. 휠 원점 복원을 위한 작동 스위치를 조작되면 차량이 파킹 상태인가를 판단하는 제1 단계와;
   상기 제1 단계에서 차량이 파킹 상태이면 스티어링 휠의 자세 오차값을 검출하는 제2 단계와;
   상기 스티어링 휠의 자세 오차 값이 검출되면 노면 마찰력을 판별하는 제3 단계와;
   상기 노면 마찰력의 판별을 통해서 최종 오버슛 각도를 산출하는 제4 단계와;
   상기 산출된 최종 오버슛 각도로 스티어링 휠의 위치를 제어하는 제5 단계;를 포함하고,
   상기 제4 단계는,
   상기 노면 마찰력이 표준보다 큰 경우에는 상기 자세 오차값에 의해 산출된 오버슛 각도를 증가시켜 상기 최종 오버슛 각도를 산출하고, 상기 노면 마찰력이 표준보다 작은 경우에는 상기 오버슛 각도를 감소시켜 상기 최종 오버슛 각도를 산출하는 것을 특징으로 하는 차륜 정렬방법.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 제3 단계는,
   모터 전류를 측정하는 제1 과정과;
   상기 측정된 전류값의 크기를 이용하여 표준노면 대비 마찰력을 산출하는 제2 과정;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 차륜 정렬방법.
   
3. 제2항에 있어서, 상기 제2 과정은,
   측정된 모터의 전류량이 기설정된 특정 기준값 보다 크면 마찰력이 표준보다 크다고 판단하고, 전류량이 기설정된 특정 기준값 보다 작으면 마찰력이 표준보다 작다고 판단하는 것을 특징으로 하는 차륜 정렬방법.
   
4. 제1항에 있어서, 상기 제2 단계는,
   스티어링 휠의 현재각을 산출하고, 상기 산출된 현재각에서 영점을 차감하여 산출하는 것을 특징으로 하는 차륜 정렬방법.
   
5. 운전자의 조향의지를 인식하는 토크 센서부와;
   조향각을 인식하는 조향각 센서부와;
   휠 원점 복원을 위한 작동 명령을 인가하기 위한 작동 스위치와;
   상기 토크 센서의 운전자 토크를 감지하여 차량 상태에 따른 보조력을 계산하는 MDPS 토크 제어부와;
   상기 MDPS 토크 제어부의 보조력을 기계적인 토크로 발생시키는 MDPS 모터와;
   상기 MDPS 모터의 토크를 바퀴에 전달하는 동력 전달부와;
   노면 마찰력을 계산하여 그 마찰력의 크기에 따라 스티어링 휠의 영점 제어를 위한 최종 오버슛 각도를 산출하는 노면 마찰력 판별부;를 포함하되,
   상기 노면 마찰력 판별부는, 상기 노면 마찰력이 표준보다 큰 경우에는 스티어링 휠의 자세 오차값에 의해 산출된 오버슛 각도를 증가시켜 상기 최종 오버슛 각도를 산출하고, 상기 노면 마찰력이 표준보다 작은 경우에는 상기 오버슛 각도를 감소시켜 상기 최종 오버슛 각도를 산출하는 것을 특징으로 하는 차륜 정렬장치.

Images