KR102041842B1

KR102041842B1 - 내향충격시 mdps의 제어방법

Info

Publication number: KR102041842B1
Application number: KR1020140015413A
Authority: KR
Inventors: 김진규
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2014-02-11
Filing date: 2014-02-11
Publication date: 2019-11-07
Also published as: KR20150094301A

Abstract

본 발명은 저속에서 차량의 슬립에 의해 차량의 측방향으로 발생하는 충돌에 대하여 MDPS의 조향각을 제한함으로써, 조향장치가 변형되는 것을 방지하기 위한 내향충격시 MDPS의 제어방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 내향충격시 MDPS의 제어방법은, 주행중인 차량의 횡가속도와 요레이트(yaw rate) 및 차속을 입력받아 차량의 주행정보를 분석하는 주행정보 분석 단계(S110)와, 상기 차량의 차속이 차량을 조향각을 제한시키도록 미리 설정된 조향각 제한 차속 이하인지 비교하는 차속 비교 단계(S120)와, 상기 차량의 차속이 상기 조향각 제한 차속 이하이면, 상기 차량에 슬립이 발생하는지를 판단하는 차량 슬립 판단 단계(S130)와, 상기 차량에 슬립이 발생하는 것으로 판단되면, 차량의 슬립방향과 조타방향이 다른 지를 판단하는 슬립 패턴 판단단계(S140)와, 상기 차량의 슬립방향과 조타방향이 서로 다르면, 운전자에 의해 조작된 스티어링휠의 조타각이 미리 설정된 조향각 제한 조타각 이상인지를 판단하는 조타각 범위 판단 단계(S150)와, 조타각이 조향각 제한 조타각 이상이면, 최대 조향각을 감소시키는 조향각 감소단계(S160)를 포함한다.

Description

내향충격시 MDPS의 제어방법{Method for controlling of MDPS in inward shock}

본 발명은 차량에 탑재되는 MDPS를 제어하는 MDPS의 제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 저속에서 차량의 슬립에 의해 차량의 측방향으로 발생하는 충돌에 대하여 MDPS의 조향각을 제한함으로써, 조향장치가 변형되는 것을 방지하기 위한 내향충격시 MDPS의 제어방법에 관한 것이다.

차량에는 운전자의 조타력을 증가시켜 조향장치로 전달하기 위한 파워스티어링 시스템이 장착되고, 최근에는 모터를 이용하는 MDPS(Motor driven power steering system)가 주류를 이루고 있다.

상기 차량이 빗길, 눈길 또는 노면에 모래가 존재하는 경우와 같이 마찰력이 저감된 노면을 주행하는 경우, 과도한 조타에 의해 슬립이 발생하여 차량이 의도한 대로 제어되지 못하고, 도로의 연석 등과 같은 주변 구조물에 충돌하여, 충돌에 따른 내향충격이 차량의 조향륜으로 전달되는 경우가 발생한다.

차량이 연석과 같은 구조물에 충돌하면, 충격에너지가 휠을 통하여 타이로드나 랙바 등으로 분산되어, 상기 타이로드, 랙바가 좌굴되거나 파단되는 현상이 발생한다. 상기 타이로드 또는 상기 랙바가 좌굴되거나 파단되면 차량은 더 이상 주행이 불가능한 상태가 되므로, 저속에서 충돌이 발생하였음에도 불구하고 상기 타이로드 및 랙바의 파손으로 조향장치를 수리해야 하고, 충돌직후에는 차량이 주행하지 못하게 된다.

한편, 차량의 개발시에는 조향장치 계통의 파손을 방지하기 위해 타이로드 부위의 직경이나 형상 등을 달리하여 시험기준에 만족하는 설계를 하지만, 이는 근복적인 해결책이 되지 못하게 되고, 상기 타이로드나 랙바의 좌굴, 변형을 방지하기 위해 상기 타이로드나 랙바의 강성을 무한정 크게 하면 원가상승의 요인이 된다.

한편, 하기의 선행기술문헌은 '타이로드 완충장치'에 관한 것으로서, 차량의 타이로드에 설치되어 타이로드에 가해지는 충격을 오일의 감쇠력으로 흡수해서 완화시키는 완충장치에 관한 기술이 개시되어 있다.

KR

10-2007-0061658

A

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로서, 저속 주행 중인 차량에 슬립이 발생하여 도로의 측면에 설치된 구조물에 부딪힐 때, 상기 조향륜의 조향각이 감소되도록 상기 조향륜과 상기 구조물이 평행해지는 방향으로 MDPS가 조향륜을 조향각을 감소시켜 조향하여 상기 조향륜으로부터 비교적 강성이 우수한 로워암이나 크로스멤버 등으로 충격에너지가 전달되도록 함으로써, 차량의 운전조건에 따라 상기 MDPS의 작동을 제어할 수 있는 내향충격시 MDPS의 제어방법을 제공하는데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 내향충격시 MDPS의 제어방법은, 주행중인 차량의 횡가속도와 요레이트(yaw rate) 및 차속을 입력받아 차량의 주행정보를 분석하는 주행정보 분석 단계와, 상기 차량의 차속이 차량을 조향각을 제한시키도록 미리 설정된 조향각 제한 차속 이하인지 비교하는 차속 비교 단계와, 상기 차량의 차속이 상기 조향각 제한 차속 이하이면, 상기 차량에 슬립이 발생하는지를 판단하는 차량 슬립 판단 단계와, 상기 차량에 슬립이 발생하는 것으로 판단되면, 차량의 슬립방향과 조타방향이 다른 지를 판단하는 슬립 패턴 판단단계와, 상기 차량의 슬립방향과 조타방향이 서로 다르면, 운전자에 의해 조작된 스티어링휠의 조타각이 미리 설정된 조향각 제한 조타각 이상인지를 판단하는 조타각 범위 판단 단계와, 조타각이 조향각 제한 조타각 이상이면, 최대 조향각을 감소시키는 조향각 감소단계를 포함한다.

상기 조향각 감소단계가 수행된 이후에는 운전자가 스티어링 휠을 조타하는 만큼 조향륜이 조향되도록 제어하는 정상 조향 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 슬립 패턴 판단단계는, 상기 차량이 우측방향으로 슬립되는 상황에서 스티어링휠이 좌측으로 조타되는지 판단하는 우측슬립 좌측조타 판단단계와, 상기 차량이 우측으로 슬립되는 상황에서 우측으로 조타되는 것으로 판단되면, 상기 차량이 좌측방향으로 슬립되는 상황에서 스티어링휠이 우측으로 조타되는지 판단하는 좌측슬립 우측조타 판단단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 슬립 패턴 판단단계는, 상기 차량이 좌측방향으로 슬립되는 상황에서 스티어링휠이 우측으로 조타되는지 판단하는 좌측슬립 우측조타 판단단계와, 상기 차량이 좌측으로 슬립되는 상황에서 좌측으로 조타되는 것으로 판단되면, 상기 차량이 우측방향으로 슬립되는 상황에서 스티어링휠이 좌측으로 조타되는지 판단하는 우측슬립 좌측조타 판단단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 차속 비교 단계에서, 상기 차량의 차속이 상기 조향각 제한 차속보다 크면, 운전자가 스티어링 휠을 조타하는 만큼 조향륜이 조향되도록 제어하는 정상 조향 단계가 수행되는 것을 특징으로 한다.

상기 차량 슬립 판단단계에서, 상기 차량에 슬립이 발생하지 않는 것으로 판단되면, 운전자가 스티어링 휠을 조타하는 만큼 조향륜이 조향되도록 제어하는 정상 조향 단계가 수행되는 것을 특징으로 한다.

상기 슬립 패턴 판단단계에서, 차량의 슬립방향과 조타방향이 서로 일치하면, 운전자가 스티어링 휠을 조타하는 만큼 조향륜이 조향되도록 제어하는 정상 조향 단계가 수행되는 것을 특징으로 한다.

상기 조타각 범위 판단 단계에서, 스티어링휠의 조타각이 상기 조향각 제한 조타각보다 작으면, 운전자가 스티어링 휠을 조타하는 만큼 조향륜이 조향되도록 제어하는 정상 조향 단계가 수행되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 내향충격시 MDPS의 제어방법에 따르면, 차량의 저속 주행시 차량에 슬립이 발생하더라도, 차량의 조향륜의 조향각을 감소시켜 상기 조향륜과 도로의 구조물이 차량의 직진시의 조향각에 가깝도록 제어함으로써, 충돌에 따른 충격에너지가 타이로드나 랙바에 집중되지 않고 비교적 강성이 높은 로워암이나 크로스 멤버로 전달되도록 함으로써, 상기 타이로드나 랙바가 좌굴되거나 변형되는 현상을 방지할 수 있다.

또한, 조향장치를 구성하는 타이로드나 랙바의 하드웨어적인 사향의 변경없이도, 내향충격시 상기 타이로드나 랙바가 변형되거나 파손되는 것을 방지할 수 있고, 조향이 가능하도록 한다.

도 1은 본 발명에 따른 내향충격시 MDPS의 제어방법을 도시한 순서도.
도 2는 차량이 도로의 구조물과 충돌시 직진조향되는 경우를 도시한 개략도.
도 3은 차량이 도로의 구조물과 충돌시 조향방향과 슬립방향이 같은 경우를 도시한 개략도.
도 4는 차량이 도로의 구조물과 충돌시 조향방향과 슬립방향이 다른 경우를 도시한 개략도.

이하 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명에 따른 내향충격시 MDPS의 제어방법에 대하여 자세히 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 내향충격시 MDPS의 제어방법은, 주행중인 차량의 횡가속도와 요레이트(yaw rate) 및 차속을 입력받아 차량의 주행정보를 분석하는 주행정보 분석 단계(S110)와, 상기 차량의 차속이 미리 설정된 조향각 제한 차속 이하인지 비교하는 차속 비교 단계(S120)와, 상기 차량의 차속이 차량을 조향각을 제한시키도록 미리 설정된 조향각 제한 차속 이하이면, 상기 차량에 슬립이 발생하는지를 판단하는 차량 슬립 판단 단계(S130)와, 상기 차량에 슬립이 발생하는 것으로 판단되면, 차량의 슬립방향과 조타방향이 다른 지를 판단하는 슬립 패턴 판단단계(S140)와, 상기 차량의 슬립방향과 조타방향이 서로 다르면, 운전자에 의해 조작된 스티어링휠의 조타각이 미리 설정된 조향각 제한 조타각 이상인지를 판단하는 조타각 범위 판단 단계(S150)와, 조타각이 조향각 제한 조타각 이상이면, 최대 조향각을 감소시키는 조향각 감소단계(S160)를 포함한다.

주행정보 분석 단계(S110)는 차량에 설치된 각종 센서로부터 입력된 정보를 판단하여, 차량의 주행 정보를 분석한다. 주행중인 차량의 주행 정보를 분석함으로써, 차량이 연석(20)과 같은 도로의 구조물 등에 충돌될 수 있는 상황인지를 판단하기 위한 정보로 활용된다. 한편, 상기 주행정보 분석 단계(S110)에서 차량의 조향륜, 즉 전륜(FW)이 연석(20)에 충돌할 수 있는 상황인지를 판단하기 위해서 수집되는 정보는 차량의 횡가속도, 차량의 요레이트(yaw rate) 및 차량의 속도 등이 될 수 있다. 상기 주행정보 분석 단계(S110)를 통하여 운전자의 의지대로 차량의 조향이 불가능한 상황인지를 판단한다.

차속 비교 단계(S120)는 주행 중인 차량의 차속과 미리 정해진 조향각 제한 차속을 비교하여, 차량의 차속이 조향각 제한 차속 이하인지를 판단한다. 상기 조향각 제한 차속은 본 발명에 따른 MDPS의 제어방법이 수행되기 위한 기준 속도이다. 즉, 본 발명에 따른 MDPS의 제어방법은 차량이 저속 주행시 적용되는 것이므로, 상기 차량이 상기 조향각 제한 차속 이하로 주행 중인지를 먼저 판단한다. 차량의 고속으로 주행하면서, 슬립이 발생하는 경우에는 차량의 전복 등과 같은 사고상황과 연결되기 때문에 차량의 자세 제어를 통하여 차량의 자세를 극복하기 어렵기 때문에, 미리 설정된 조향각 제한 차속이하에서만, 본 발명에 따른 MDPS의 제어방법이 수행되도록 한다.

차량 슬립 판단 단계(S130)는 상기 차량의 차속이 조향각 제한 차속 이하이면, 상기 차량에 슬립이 발생하는지를 판단한다. 저속으로 주행중인 차량에 슬립이 발생하지 않으면, 본 발명에 따른 MDPS의 제어방법이 적용되지 않아도 된다. 그러나, 차량이 저속 주행 중이더라도 슬립이 발생하면 차량의 조향각을 제한해야 하므로, 차량의 주행중 슬립이 발생하였는지를 판단한다.

슬립 패턴 판단단계(S140)는 상기 차량에 슬립이 발생하는 것으로 판단되면, 차량의 슬립방향과 조타방향이 다른 지를 판단한다. 측면 충돌상황에서 차량의 조향각을 제한하는 경우는, 차량에 슬립이 발생하면서, 조타방향과 차량의 슬립방향이 반대인 경우에만 적용되므로, 차량의 조향각을 제한하기 이전에 차량의 슬립방향과 조타방향이 다른 지를 판단한다.

즉, 슬립 패턴 판단단계(S140)는 상기 차량 슬립단계에서 차량이 슬립되는 것으로 판단되면, 차량이 우측으로 슬립되면서 차량이 좌측으로 조타되고 있는 지를 판단하는 우측슬립 좌측조타 판단단계(S141)와, 차량이 좌측으로 슬립되면서 차량이 우측으로 조타되고 있는 지를 판단하는 좌측슬립 우측조타 판단단계(S142)를 포함한다.

상기 우측슬립 좌측조타 판단단계(S141)에서는 차량의 우측으로 슬립되고 있는 상황에서 스티어링휠이 좌측으로 조타되고 있는지를 판단하고, 만약, 차량은 우측으로 슬립되고 있는 상황에서 스티어링휠이 우측으로 조타되고 있다면, 상기 좌측슬립 우측조타 판단단계(S142)에서는 차량이 좌측으로 슬립되고 있는 상황에서 스티어링휠이 우측으로 조타되고 있는지를 판단한다.

한편, 상기 우측슬립 좌측조타 판단단계(S141)와 상기 좌측슬립 우측조타 판단단계(S142)는, 상기 좌측슬립 우측조타 판단단계(S142)가 먼저 수행되고, 상기 우측슬립 좌측조타 판단단계(S141)가 수행될 수도 있다.

조타각 범위 판단 단계(S150)는 운전자에 의해 조작된 스티어링휠의 조타각이 미리 설정된 조향각 제한 조타각 이상인지를 판단한다. 상기 조타각 범위 판단 단계(S150)는 상기 슬립 패턴 판단단계(S140)에서 차량의 슬립방향과 스티어링휠의 조타방향을 다른 경우에 실시되는 것으로서, 운전자가 차량을 조향하기 위해 스티어링휠을 조타하는 각도가 미리 설정된 범위, 즉 조향각 제한 조타각 이상인지를 판단한다. 차량에서 스티어링휠의 조작하는 조타각과, 차량의 조향륜, 즉 전륜(FW)이 조향을 위해 선회하는 조향각과 통상적으로 비례관계에 있다. 따라서, 조향륜의 조향각이 일정범위로 제한하기 위해서 상기 스티어링휠의 조타각이 미리 설정된 조향각 제한 조타각 이상인지를 판단한다.

조향각 감소단계(S160)는 상기 조타각 범위 판단 단계(S150)에서 조타각이 조향각 제한 조타각 이상인 것으로 판단되면, 상기 조향륜의 최대 조향각(스티어링휠의 풀턴각)을 감소시킨다. 즉, 운전자가 조향을 위해 상기 스티어링 휠을 조향각 제한 조타각 이상으로 조작하더라도, 상기 MDPS에서 조향륜의 조항각을 미리 설정된 범위 이내로 제한한다. 즉, MDPS에서 랙바의 랙스트로크를 제한함으로써, 차량의 전륜(FW)의 조향각을 제한하여, 최소 조향각 상태에서 도로의 연석(20)과 충돌을 유도한다.

한편 정상 조향 단계(S170)는 상기 조향각 감소단계(S160)가 수행된 이후에는 운전자가 스티어링 휠을 조타하는 만큼 조향륜이 조향되도록 제어한다. 또한, 상기 조향각 감소단계(S160)를 수행하기 조건을 만족하지 못하는 경우에도 정상 조향 단계(S170)가 수행된다. 즉, 상기 차속 비교 단계(S120)에서 차속이 조향각 제한 차속보다 크거나, 상기 차량 슬립 판단 단계(S130)에서 차량에 슬립이 발생하지 않는 것으로 판단되거나, 상기 슬립 패턴 판단 단계(S140)에서 차량의 슬립방향과 조타방향이 같거나, 상기 조타각 범위 판단 단계(S150)에서 스티어링 휠의 조타각이 조향각 제한 조타각보다 낮은 것으로 판단되는 경우에도, 상기 정상 조향 단계(S170)가 수행된다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 내향충격시 MDPS의 제어방법의 작용에 대하여 살펴보면 다음과 같다.

도 2 내지 도 4에는 차량의 조향륜이 전륜(FW)이 도로의 구조물 중 하나인 연석(20)과 충돌하는 경우가 도시되어 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 차량이 직진 조향 상태로 연석(20)과 충돌하면, 충돌에 따른 충돌에너지가 타이로드(12)를 따라 랙바(11)로 전달되므로, 상기 타이로드(12)의 좌굴이나 변형이 발생하지 않는다.

또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 차량의 슬립방향(화살표 L참조, 좌측)과 조향방향(좌측)이 같은 경우에는, 상기 타이로드(12)에는 인장력이 작용하고, 인장력이 작용하면 탄성복원이 가능한 상태이므로, 타이로드(12)에 좌굴, 변형 또는 파손이 발생하지 않는다.

그러나, 예컨대, 도 4에 도시된 바와 같이, 눈길 등에서 차량이 저속으로 주행하더라도 차량의 슬립방향(화살표 R참조, 좌측)과 조향방향(우측)이 다른 상황에서 전륜(FW)이 연석(20)에 충돌하는 경우에는, 상기 타이로드(12)에 압축력이 작용하게 된다. 상기 타이로드(12)에 압축력이 작용하면, 상기 타이로드(12)에 좌굴, 변형 또는 파손이 발생할 우려가 있다.

그러나, 앞서 살펴본 바와 같이, 차량이 저속을 주행하면서 슬립이 발생하면서 차량의 슬립방향과 차량의 조향방향이 다른 경우, 운전자의 조타에 따른 전륜(FW)의 조향각을 제한하여 최소 조향각 상태에서 연석과 충돌하도록 유도한다.

차량의 조향륜으로 내향충격이 발생하는 경우 조향륜의 조향각을 제한한 상태에 조향륜, 즉 전륜이 연석(20)에 충돌됨으로써, 상기 전륜(FW)과 연석(20)의 충돌에 의해 상기 타이로드(12)가 좌굴, 변형 또는 파손되는 것을 방지하고, 휠하단부에서 충돌에너지를 흡수하여 로워암이나 크로스멤버 등과 같이 강건한 부재로 충돌에너지를 전달함으로써, 타이로드(12) 또는 랙바(11)와 같은 부품이 변형되거나 파손되는 현상을 방지할 수 있다.

11 : 랙바 12 : 타이로드
20 : 연석 FW : 전륜
S110 : 주행정보 분석 단계
S120 : 차속 비교 단계
S130 : 차량 슬립 판단 단계
S140 : 슬립 패턴 판단단계
S141 : 우측슬립 좌측조타 판단단계
S142 : 좌측슬립 우측조타 판단단계
S150 : 조타각 범위 판단 단계
S160 : 조향각 감소단계
S170 : 정상 조향 단계

Claims

주행중인 차량의 횡가속도와 요레이트(yaw rate) 및 차속을 입력받아 차량의 주행정보를 분석하는 주행정보 분석 단계와,
상기 차량의 차속이 차량을 조향각을 제한시키도록 미리 설정된 조향각 제한 차속 이하인지 비교하는 차속 비교 단계와,
상기 차량의 차속이 상기 조향각 제한 차속 이하이면, 상기 차량에 슬립이 발생하는지를 판단하는 차량 슬립 판단 단계와,
상기 차량에 슬립이 발생하는 것으로 판단되면, 차량의 슬립방향과 조타방향이 다른 지를 판단하는 슬립 패턴 판단단계와,
상기 차량의 슬립방향과 조타방향이 서로 다르면, 운전자에 의해 조작된 스티어링휠의 조타각이 미리 설정된 조향각 제한 조타각 이상인지를 판단하는 조타각 범위 판단 단계와,
조타각이 조향각 제한 조타각 이상이면, 최대 조향각을 감소시키는 조향각 감소단계를 포함하는 내향충격시 MDPS의 제어방법.
제1항에 있어서,
상기 조향각 감소단계가 수행된 이후에는 운전자가 스티어링 휠을 조타하는 만큼 조향륜이 조향되도록 제어하는 정상 조향 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내향충격시 MDPS의 제어방법.
제1항에 있어서,
상기 슬립 패턴 판단단계는,
상기 차량이 우측방향으로 슬립되는 상황에서 스티어링휠이 좌측으로 조타되는지 판단하는 우측슬립 좌측조타 판단단계와,
상기 차량이 우측으로 슬립되는 상황에서 우측으로 조타되는 것으로 판단되면, 상기 차량이 좌측방향으로 슬립되는 상황에서 스티어링휠이 우측으로 조타되는지 판단하는 좌측슬립 우측조타 판단단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 내향충격시 MDPS의 제어방법.
제1항에 있어서,
상기 슬립 패턴 판단단계는,
상기 차량이 좌측방향으로 슬립되는 상황에서 스티어링휠이 우측으로 조타되는지 판단하는 좌측슬립 우측조타 판단단계와,
상기 차량이 좌측으로 슬립되는 상황에서 좌측으로 조타되는 것으로 판단되면, 상기 차량이 우측방향으로 슬립되는 상황에서 스티어링휠이 좌측으로 조타되는지 판단하는 우측슬립 좌측조타 판단단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 내향충격시 MDPS의 제어방법.
제1항에 있어서,
상기 차속 비교 단계에서,
상기 차량의 차속이 상기 조향각 제한 차속보다 크면, 운전자가 스티어링 휠을 조타하는 만큼 조향륜이 조향되도록 제어하는 정상 조향 단계가 수행되는 것을 특징으로 하는 내향충격시 MDPS의 제어방법.
제1항에 있어서,
상기 차량 슬립 판단단계에서,
상기 차량에 슬립이 발생하지 않는 것으로 판단되면, 운전자가 스티어링 휠을 조타하는 만큼 조향륜이 조향되도록 제어하는 정상 조향 단계가 수행되는 것을 특징으로 하는 내향충격시 MDPS의 제어방법.
제1항에 있어서,
상기 슬립 패턴 판단단계에서,
차량의 슬립방향과 조타방향이 서로 일치하면, 운전자가 스티어링 휠을 조타하는 만큼 조향륜이 조향되도록 제어하는 정상 조향 단계가 수행되는 것을 특징으로 하는 내향충격시 MDPS의 제어방법.
제1항에 있어서,
상기 조타각 범위 판단 단계에서,
스티어링휠의 조타각이 상기 조향각 제한 조타각보다 작으면, 운전자가 스티어링 휠을 조타하는 만큼 조향륜이 조향되도록 제어하는 정상 조향 단계가 수행되는 것을 특징으로 하는 내향충격시 MDPS의 제어방법.