KR102277285B1 - 후륜 조향 제어 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 후륜 조향 제어 장치에 관한 것으로서, 조향휠의 조향각을 검출하는 조향각 센서, 차량의 차속을 검출하는 차속센서, 조향축에 인가되는 조향토크를 검출하는 조향토크 센서, 및 상기 조향각 센서에 의해 검출된 조향각으로부터 전륜각 및 조향각속도를 산출하고, 상기 조향토크 센서에 의해 검출된 조향토크 및 상기 산출된 조향각속도 중 하나 이상과, 상기 차속센서에 의해 검출된 차속에 따른 동역상 게인에 근거하여 후륜 조향 반응성 향상을 위한 후륜각 보상인자를 산출하며, 상기 전륜각, 상기 후륜각 보상인자 및 상기 동역상 게인에 기초하여 목표 후륜각을 산출하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

후륜 조향 제어 장치 및 방법{APPARATUS FOR CONTROLLING REAR WHEEL STEERING AND METHOD THEREOF}
본 발명은 후륜 조향 제어 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 후륜 조향 반응성을 향상시켜 회피 조타를 실현하는 후륜 조향 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
차량에 적용되는 능동 전륜 조향 시스템(AFS: Active Front Steering)은 스티어링 휠과 조향 엑츄에이터 사이에 조향 기어비 가변장치를 구비하여, 스티어링 휠의 조향각을 입력받아 AFS 엑츄에이터에 가변된 회전각을 출력하고 조향 기어비를 가변시킴으로써 전륜 조향 반응성 및 주행 안정성을 제공한다.
그리고, 후륜 조향 시스템(RWS: Real Wheel Steering)은 스티어링 휠의 조향각 및 차속 등을 입력받아 후륜각을 결정하고, RWS 엑츄에이터를 구동시켜 후륜각을 제어함으로써 후륜 조향 반응성 및 주행 안정성을 제공한다.
이러한 후륜 조향 시스템은 차량이 저속 주행하는 경우, 후륜을 전륜의 조향 방향과 반대 방향으로 조향하여 회전 반경을 축소시킴으로써 후륜 조향 반응성을 향상시키고, 차량이 고속 주행하는 경우, 후륜을 전륜의 조향 방향과 같은 방향으로 조향하여 요레이트(Yaw Rate)를 감소시킴으로써 주행 안정성을 제공한다.
차량 주행 시, 갑작스러운 장애물 출몰로 인해 장애물과의 충돌 방지를 위해서는 전륜뿐만 아니라 후륜의 조향도 필요하며, 장애물 출몰로 인한 운전자의 회피 조타 의도를 신속히 파악하고, 그에 따라 후륜 조향 반응성을 향상시켜 장애물과의 충돌을 방지할 필요성이 있다.
즉, 갑작스러운 장애물 출몰로 인한 운전자의 회피 조타 의도를 신속히 파악하고, 회피 조타를 달성할 수 있는 한도에서 주행 안정성보다 조향 반응성을 더 우선적으로 고려하여 장애물과의 충돌을 방지할 필요가 있으나, 종래에는 운전자의 회피 조타 의도와 무관하게 저속 주행 시에는 조향 반응성을 우선시 하고, 고속 주행 시에는 주행 안정성을 우선시 하도록 후륜을 제어하였기 때문에, 갑자기 출몰한 장애물과의 충돌을 효과적으로 방지할 수 없는 문제점이 존재하였다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 본 발명의 일 측면에 따른 목적은 운전자의 회피 조타 의도를 신속히 파악하여 후륜 조향 반응성을 향상시킴으로써 장애물과의 충돌 방지를 위한 후륜 조향 제어 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 후륜 조향 제어 장치는, 조향휠의 조향각을 검출하는 조향각 센서, 차량의 차속을 검출하는 차속센서, 조향축에 인가되는 조향토크를 검출하는 조향토크 센서, 및 상기 조향각 센서에 의해 검출된 조향각으로부터 전륜각 및 조향각속도를 산출하고, 상기 조향토크 센서에 의해 검출된 조향토크 및 상기 산출된 조향각속도 중 하나 이상과, 상기 차속센서에 의해 검출된 차속에 따른 동역상 게인에 근거하여 후륜 조향 반응성 향상을 위한 후륜각 보상인자를 산출하며, 상기 전륜각, 상기 후륜각 보상인자 및 상기 동역상 게인에 기초하여 목표 후륜각을 산출하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 후륜각 보상인자는, 상기 조향토크, 미리 설정된 조향토크-보상인자 관계 정보 및 상기 동역상 게인에 근거하여 산출되는 제1 후륜각 보상인자와, 상기 조향각속도, 미리 설정된 조향각속도-보상인자 관계 정보 및 상기 동역상 게인에 근거하여 산출되는 제2 후륜각 보상인자를 포함하며, 상기 제어부는, 상기 제1 후륜각 보상인자 및 상기 제2 후륜각 보상인자 중 하나 이상을 산출하고, 산출된 상기 제1 후륜각 보상인자 및 상기 제2 후륜각 보상인자 중 하나 이상과, 상기 전륜각과, 상기 동역상 게인에 기초하여 상기 목표 후륜각을 산출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 제어부는, 상기 동역상 게인을 통해 판단되는 후륜의 조향 방향이 전륜의 조향 방향과 역상인 경우, 상기 제1 후륜각 보상인자 및 상기 제2 후륜각 보상인자 중 하나 이상을 고려하여 상기 목표 후륜각을 산출함으로써 더 큰 목표 후륜각이 산출되도록 상기 제1 후륜각 보상인자 및 상기 제2 후륜각 보상인자 중 하나 이상을 산출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 제어부는, 상기 동역상 게인을 통해 판단되는 후륜의 조향 방향이 전륜의 조향 방향과 동상인 경우, 상기 제1 후륜각 보상인자 및 상기 제2 후륜각 보상인자 중 하나 이상을 고려하여 상기 목표 후륜각을 산출함으로써 더 작은 목표 후륜각이 산출되도록 상기 제1 후륜각 보상인자 및 상기 제2 후륜각 보상인자 중 하나 이상을 산출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 제어부는, 상기 제1 후륜각 보상인자 및 상기 제2 후륜각 보상인자 중 하나 이상을 산출할 때, 상기 조향토크가 미리 설정된 기준토크 이상인 경우에만 상기 제1 후륜각 보상인자를 산출하고, 상기 조향각속도가 미리 설정된 기준각속도 이상인 경우에만 상기 제2 후륜각 보상인자를 산출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 제어부는, 상기 목표 후륜각을 산출할 때, 상기 조향각에 따른 후륜조향 게인을 더 고려하여 상기 목표 후륜각을 산출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 후륜 조향 제어 방법은, 제어부가, 조향각 센서, 차속센서 및 조향토크 센서로부터 각각 조향각, 차속 및 조향토크를 입력받고, 상기 입력된 조향각으로부터 전륜각 및 조향각속도를 산출하는 단계, 상기 제어부가, 상기 조향토크 및 상기 조향각속도 중 하나 이상과, 상기 차속에 따른 동역상 게인에 근거하여 후륜 조향 반응성 향상을 위한 후륜각 보상인자를 산출하는 단계, 및 상기 제어부가, 상기 전륜각, 상기 후륜각 보상인자 및 상기 동역상 게인에 기초하여 목표 후륜각을 산출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 후륜각 보상인자는, 상기 조향토크, 미리 설정된 조향토크-보상인자 관계 정보 및 상기 동역상 게인에 근거하여 산출되는 제1 후륜각 보상인자와, 상기 조향각속도, 미리 설정된 조향각속도-보상인자 관계 정보 및 상기 동역상 게인에 근거하여 산출되는 제2 후륜각 보상인자를 포함하며, 상기 후륜각 보상인자를 산출하는 단계에서, 상기 제어부는, 상기 제1 후륜각 보상인자 및 상기 제2 후륜각 보상인자 중 하나 이상을 산출하고, 상기 목표 후륜각을 산출하는 단계에서, 상기 제어부는, 산출된 상기 제1 후륜각 보상인자 및 상기 제2 후륜각 보상인자 중 하나 이상과, 상기 전륜각과, 상기 동역상 게인에 기초하여 상기 목표 후륜각을 산출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기 후륜각 보상인자를 산출하는 단계에서, 상기 제어부는, 상기 동역상 게인을 통해 판단되는 후륜의 조향 방향이 전륜의 조향 방향과 역상인 경우, 상기 제어부가, 상기 제1 후륜각 보상인자 및 상기 제2 후륜각 보상인자 중 하나 이상을 고려하여 상기 목표 후륜각을 산출함으로써 더 큰 목표 후륜각이 산출되도록 상기 제1 후륜각 보상인자 및 상기 제2 후륜각 보상인자 중 하나 이상을 산출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기 후륜각 보상인자를 산출하는 단계에서, 상기 제어부는, 상기 동역상 게인을 통해 판단되는 후륜의 조향 방향이 전륜의 조향 방향과 동상인 경우, 상기 제어부가, 상기 제1 후륜각 보상인자 및 상기 제2 후륜각 보상인자 중 하나 이상을 고려하여 상기 목표 후륜각을 산출함으로써 더 작은 목표 후륜각이 산출되도록 상기 제1 후륜각 보상인자 및 상기 제2 후륜각 보상인자 중 하나 이상을 산출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기 후륜각 보상인자를 산출하는 단계에서, 상기 제어부는, 상기 제1 후륜각 보상인자 및 상기 제2 후륜각 보상인자 중 하나 이상을 산출할 때, 상기 조향토크가 미리 설정된 기준토크 이상인 경우에만 상기 제1 후륜각 보상인자를 산출하고, 상기 조향각속도가 미리 설정된 기준각속도 이상인 경우에만 상기 제2 후륜각 보상인자를 산출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기 목표 후륜각을 산출하는 단계에서, 상기 제어부는, 상기 조향각에 따른 후륜조향 게인을 더 고려하여 상기 목표 후륜각을 산출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 센서 등 별도의 장치 없이 기존 차량에 탑재된 조향 시스템을 이용하여 운전자의 회피 조타 의도를 신속히 파악함으로써 조향 시스템의 단순화를 실현할 수 있고, 후륜각을 보상하기 위한 별도의 장치 없이 조향 반응성 향상을 위한 로직만을 적용하여 후륜 조향을 제어함으로써 비용 절감 효과를 달성할 수 있으며, 저속, 중속 및 고속 주행 시에도 순간적으로 조향 반응성을 향상시킴으로써 장애물과의 충돌을 효과적으로 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 후륜 조향 제어 장치를 설명하기 위한 블록구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 후륜 조향 제어 장치에서 제어부의 세부적인 구성, 및 목표 후륜각을 산출하는 예시를 설명하기 위한 블록구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 후륜 조향 제어 장치가 적용된 차량이 저속 주행하는 경우, 차량의 거동 상태를 나타낸 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 후륜 조향 제어 장치가 적용된 차량이 고속 주행하는 경우, 차량의 거동 상태를 나타낸 예시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 후륜 조향 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 후륜 조향 제어 장치 및 방법의 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 후륜 조향 제어 장치를 설명하기 위한 블록구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 후륜 조향 제어 장치에서 제어부의 세부적인 구성, 및 목표 후륜각을 산출하는 예시를 설명하기 위한 블록구성도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 후륜 조향 제어 장치는 조향각 센서(10), 차속센서(20), 조향토크 센서(30), 제어부(40), 및 후륜 구동부(50)를 포함할 수 있고, 제어부(40)는 전륜각 산출부(41), 조향토크 보상제어부(42), 조향각속도 비율제어부(43), 조향각 비율제어부(44), 및 차속별 동역상 제어부(45)를 포함할 수 있다.
조향각 센서(10)는 운전자에 의해 조작되는 조향휠의 조향각을 검출하여 제어부(40)로 전달할 수 있다. 검출된 조향각은 후술할 것과 같이 전륜각, 조향각속도 및 후륜조향 게인을 산출하기 위해 이용될 수 있다.
차속센서(20)는 주행중인 차량의 차속을 검출하여 제어부(40)로 전달할 수 있다. 차속센서(20)로는 차륜의 회전속도를 이용하여 차속을 검출하는 센서, 엔진 회전수(RPM: Revolution Per Minute)를 측정하여 차속을 검출하는 센서, GPS(Global Positioning System)를 이용하여 차속을 검출하는 센서 등 다양한 센서가 모두 포함될 수 있다. 검출된 차속은 후술할 것과 같이 차속에 따른 동역상 게인을 산출하기 위해 이용될 수 있다.
조향토크 센서(30)는 운전자가 조향휠을 조타함에 따라 조향축에 인가되는 조향토크를 검출하여 제어부(40)로 전달할 수 있다. 검출된 조향토크는 후술할 것과 같이 후륜 조향 반응성 향상을 위한 후륜각 보상인자를 산출하기 위해 이용될 수 있다.
이하에서는 전술한 각 센서로부터 입력받은 검출치에 기초하여 목표 후륜각을 산출하는 제어부(40)의 동작을 제어부(40)의 세부적인 구성으로서 구체적으로 설명한다.
전륜각 산출부(41)는 입력받은 조향각으로부터 전륜각을 산출할 수 있다. 전륜각 산출부(41)는 조향각과 미리 설정된 전륜 조향 비율(조향휠 조향에 대한 전륜 조향 비율)를 곱하여 전륜각을 산출할 수도 있고, 미리 설정된 조향각-전륜각 맵, 룩업테이블, 또는 조향각에 대한 전륜각의 함수 등을 통해 전륜각을 산출할 수도 있다.
차속별 동역상 제어부(45)는 차속을 입력받아 차속에 따른 동역상 게인을 산출할 수 있다. 전술한 것과 같이 후륜 조향 시스템은 차량이 저속 주행하는 경우, 후륜을 전륜의 조향 방향과 반대 방향으로 조향하여 회전 반경을 축소시킴으로써 후륜 조향 반응성을 향상시키고, 차량이 고속 주행하는 경우, 후륜을 전륜의 조향 방향과 같은 방향으로 조향하여 요레이트(Yaw Rate)를 감소시킴으로써 주행 안정성을 제공한다.
이에 따라 차속별 동역상 제어부(45)는 미리 설정된 기준차속(예: 40Km/h 또는 50Km/h) 이상(또는 초과)의 차속이 검출된 경우, 후륜을 전륜의 조향 방향과 반대 방향, 즉 역상으로 조향하기 위한 동역상 게인을 산출하고, 미리 설정된 기준차속 미만(또는 이하)의 차속이 검출된 경우, 후륜을 전륜의 조향 방향과 같은 방향, 즉 동상으로 조향하기 위한 동역상 게인을 산출할 수 있다.
동역상 게인은, 차속에 따라 후륜각을 차별적으로 제어하기 위해 차속에 따라 각각 차별적인 값으로 결정될 수 있으며, 차속별 동역상 제어부(45)는 차속에 따른 동역상 게인을 산출하기 위해 차속-동역상 게인 맵, 룩업테이블, 또는 차속에 대한 동역상 게인의 함수 등을 제공할 수 있다.
상기와 같이 산출된 동역상 게인을 전륜각에 적용하여(예: 전륜각 X 동역상 게인) 목표 후륜각을 산출할 수 있다.
다만, 본 실시예에서는 운전자의 회피 조타 의도를 신속히 파악하고 후륜 조향 반응성을 향상시켜 장애물과의 충돌을 효과적으로 방지하기 위해, 전륜각 및 동역상 게인 뿐만 아니라 조향토크 및 조향각속도 중 하나 이상으로부터 산출된 후륜각 보상인자를 더 고려하여 목표 후륜각을 산출할 수 있다.
즉, 제어부(40)는 조향각 센서(10)에 의해 검출된 조향각으로부터 전륜각 및 조향각속도를 산출하고, 조향토크 센서(30)에 의해 검출된 조향토크 및 산출된 조향각속도 중 하나 이상과, 차속센서(20)에 의해 검출된 차속에 따른 동역상 게인에 근거하여 후륜 조향 반응성 향상을 위한 후륜각 보상인자를 산출하며, 전륜각, 후륜각 보상인자 및 동역상 게인에 기초하여 목표 후륜각을 산출할 수 있다.
이에 대한 의미를 설명하면, 갑자기 출몰한 장애물과의 충돌 방지를 위한 운전자의 긴급한 스티어링 동작은 조향토크 또는 조향각속도를 통해 판단할 수 있기 때문에, 본 실시예에서는 조향토크 및 조향각속도 중 하나 이상을 입력받아 후륜각 보상인자를 산출하여 후륜각을 보상할 수 있으며, 상기 후륜각 보상인자는 후륜각을 보상하여 조향 반응성을 향상시키기 위한 파라미터로서 기능한다.
후륜각 보상인자는 조향토크로부터 산출되는 제1 후륜각 보상인자 및 조향각속도로부터 산출되는 제2 후륜각 보상인자를 포함할 수 있으며, 이하에서는 제1 후륜각 보상인자 및 제2 후륜각 보상인자의 산출 과정과, 전륜각, 동역상 게인 및 제1 및 제2 후륜각 보상인자에 기초하여 목표 후륜각을 산출하는 과정을 설명한다.
조향토크 보상제어부(42)는 조향토크, 미리 설정된 조향토크-보상인자 관계 정보 및 동역상 게인에 근거하여 제1 후륜각 보상인자를 산출할 수 있다. 조향토크-보상인자 관계 정보는 입력된 조향토크, 및 조향토크에 따라 후륜각에 대한 보상량을 결정하는 제1 후륜각 보상인자 간의 관계 정보를 의미한다.
제1 후륜각 보상인자는 후륜각을 보상하기 위한 특정 각 또는 게인 값으로 산출될 수 있으며, 이에 대한 설명은 구체적인 예시로서 후술하기로 한다.
조향토크 보상제어부(42)는 입력받은 동역상 게인을 통해 판단되는 후륜의 조향 방향이 전륜의 조향 방향과 역상인 경우, 제1 후륜각 보상인자를 고려하여 목표 후륜각을 산출함으로써 더 큰 목표 후륜각이 산출되도록 제1 후륜각 보상인자를 산출할 수 있다.
구체적으로, 차량의 주행 차속이 저속이어서 동역상 게인을 통해 판단되는 후륜의 조향 방향이 전륜의 조향 방향과 역상인 경우에는 목표 후륜각이 커질수록 회전 반경이 축소되므로(즉, 충돌 위험이 감소하므로), 제1 후륜각 보상인자를 고려하지 않고(즉, 전륜각 및 동역상 게인만을 이용하여) 목표 후륜각을 산출하는 경우 대비, 제1 후륜각 보상인자를 고려함으로써 더 큰 목표 후륜각이 산출되도록 제1 후륜각 보상인자를 산출할 수 있다(예: 제1 후륜각 보상인자를 양(+)의 값(특정 각일 경우) 또는 1 이상의 값(게인일 경우)으로 산출).
또한, 조향토크 보상제어부(42)는 입력받은 동역상 게인을 통해 판단되는 후륜의 조향 방향이 전륜의 조향 방향과 동상인 경우, 제1 후륜각 보상인자를 고려하여 목표 후륜각을 산출함으로써 더 작은 목표 후륜각이 산출되도록 제1 후륜각 보상인자를 산출할 수 있다.
구체적으로, 차량의 주행 차속이 고속이어서 동역상 게인을 통해 판단되는 후륜의 조향 방향이 전륜의 조향 방향과 동상인 경우에는 목표 후륜각이 작아질수록 차량의 요레이트가 증가하므로(즉, 충돌 위험이 감소하므로), 제1 후륜각 보상인자를 고려하지 않고(즉, 전륜각 및 동역상 게인만을 이용하여) 목표 후륜각을 산출하는 경우 대비, 제1 후륜각 보상인자를 고려함으로써 더 작은 목표 후륜각이 산출되도록 제1 후륜각 보상인자를 산출할 수 있다(예: 제1 후륜각 보상인자를 음(-)의 값(특정 각일 경우) 또는 1 미만의 양의 값(게인일 경우)으로 산출).
전술한 동작을 수행하기 위해, 조향토크-보상인자 관계 정보에는 동역상 게인에 따라 달리 산출되는 제1 후륜각 보상인자가 설정되어 있을 수 있다.
한편, 조향토크 보상제어부(42)는 조향토크가 미리 설정된 기준토크 이상인 경우에만 제1 후륜각 보상인자를 산출할 수 있다. 즉, 입력되는 모든 조향토크에 따라 제1 후륜각 보상인자를 산출하여 후륜각을 보상하는 경우, 후륜 조향 반응성은 향상되지만 주행 안정성이 저하될 수 있기 때문에, 입력된 조향토크가 미리 설정된 기준토크 이상인 경우에만 운전자의 급격한 스티어링 동작에 따른 장애물 회피 조타 의도가 있는 것으로 판단하여 후륜 조향 반응성 향상을 위한 제1 후륜각 보상인자를 산출할 수 있다. 기준토크는 후륜 조향 시스템의 사양 및 설계자의 의도에 따라 다양하게 설정되어 조향토크-보상인자 관계 정보에 미리 설정되어 있을 수 있다.
이에 따라, 조향토크 보상제어부(42)는 조향토크 및 동역상 게인을 입력받아 조향토크-보상인자 관계 정보를 참조하여 제1 후륜각 보상인자를 산출할 수 있으며, 조향토크-보상인자 관계 정보는 맵(Map), 룩업테이블, 또는 조향토크에 대한 제1 후륜각 보상인자의 함수 등 다양한 방식으로 설정될 수 있다.
조향각속도 비율제어부(43)는 조향각속도, 미리 설정된 조향각속도-보상인자 관계 정보 및 동역상 게인에 근거하여 제2 후륜각 보상인자를 산출할 수 있다. 조향각속도-보상인자 관계 정보는 입력된 조향각속도, 및 조향각속도에 따라 후륜각에 대한 보상량을 결정하는 제2 후륜각 보상인자 간의 관계 정보를 의미한다.
제2 후륜각 보상인자는 후륜각을 보상하기 위한 특정 각 또는 게인 값으로 산출될 수 있으며, 이에 대한 설명은 구체적인 예시로서 후술하기로 한다.
조향각속도 비율제어부(43)는 입력받은 동역상 게인을 통해 판단되는 후륜의 조향 방향이 전륜의 조향 방향과 역상인 경우, 제2 후륜각 보상인자를 고려하여 목표 후륜각을 산출함으로써 더 큰 목표 후륜각이 산출되도록 제2 후륜각 보상인자를 산출할 수 있다.
구체적으로, 차량의 주행 차속이 저속이어서 동역상 게인을 통해 판단되는 후륜의 조향 방향이 전륜의 조향 방향과 역상인 경우에는 목표 후륜각이 커질수록 회전 반경이 축소되므로(즉, 충돌 위험이 감소하므로), 제2 후륜각 보상인자를 고려하지 않고(즉, 전륜각 및 동역상 게인만을 이용하여) 목표 후륜각을 산출하는 경우 대비, 제2 후륜각 보상인자를 고려함으로써 더 큰 목표 후륜각이 산출되도록 제2 후륜각 보상인자를 산출할 수 있다(예: 제2 후륜각 보상인자를 양(+)의 값(특정 각일 경우) 또는 1 이상의 값(게인일 경우)으로 산출).
또한, 조향각속도 비율제어부(43)는 입력받은 동역상 게인을 통해 판단되는 후륜의 조향 방향이 전륜의 조향 방향과 동상인 경우, 제2 후륜각 보상인자를 고려하여 목표 후륜각을 산출함으로써 더 작은 목표 후륜각이 산출되도록 제2 후륜각 보상인자를 산출할 수 있다.
구체적으로, 차량의 주행 차속이 고속이어서 동역상 게인을 통해 판단되는 후륜의 조향 방향이 전륜의 조향 방향과 동상인 경우에는 목표 후륜각이 작아질수록 차량의 요레이트가 증가하므로(즉, 충돌 위험이 감소하므로), 제2 후륜각 보상인자를 고려하지 않고(즉, 전륜각 및 동역상 게인만을 이용하여) 목표 후륜각을 산출하는 경우 대비, 제2 후륜각 보상인자를 고려함으로써 더 작은 목표 후륜각이 산출되도록 제2 후륜각 보상인자를 산출할 수 있다(예: 제2 후륜각 보상인자를 음(-)의 값(특정 각일 경우) 또는 1 미만의 양의 값(게인일 경우)으로 산출)
전술한 동작을 수행하기 위해, 조향각속도-보상인자 관계 정보에는 동역상 게인에 따라 달리 산출되는 제2 후륜각 보상인자가 설정되어 있을 수 있다.
한편, 조향각속도 비율제어부(43)는 조향각속도가 미리 설정된 기준각속도 이상인 경우에만 제2 후륜각 보상인자를 산출할 수 있다. 즉, 입력되는 모든 조향각속도에 따라 제2 후륜각 보상인자를 산출하여 후륜각을 보상하는 경우 후륜 조향 반응성은 향상되지만 주행 안정성이 저하될 수 있기 때문에, 입력된 조향각속도가 미리 설정된 기준각속도 이상인 경우에만 운전자의 급격한 스티어링 동작에 따른 장애물 회피 조타 의도가 있는 것으로 판단하여 후륜 조향 반응성 향상을 위한 제2 후륜각 보상인자를 산출할 수 있다. 기준각속도는 후륜 조향 시스템의 사양 및 설계자의 의도에 따라 다양하게 설정되어 조향각속도-보상인자 관계 정보에 미리 설정되어 있을 수 있다.
이에 따라, 조향각속도 비율제어부(43)는 조향각속도 및 동역상 게인을 입력받아 조향각속도-보상인자 관계 정보를 참조하여 제2 후륜각 보상인자를 산출할 수 있으며, 조향각속도-보상인자 관계 정보는 맵(Map), 룩업테이블, 또는 조향각속도에 대한 제2 후륜각 보상인자의 함수 등 다양한 방식으로 설정될 수 있다.
제어부(40)는, 제1 후륜각 보상인자 및 제2 후륜각 보상인자 중 하나 이상을 산출하고, 산출된 제1 후륜각 보상인자 및 제2 후륜각 보상인자 중 하나 이상과, 전륜각과, 동역상 게인에 기초하여 목표 후륜각을 산출할 수 있다. 즉, 전륜각과 동역상 게인뿐만 아니라 제1 후륜각 보상인자 및 제2 후륜각 보상인자 중 하나 이상을 더 고려하여 후륜 조향 반응성이 향상된 목표 후륜각을 산출할 수 있다.
다만, 운전자의 장애물 회피 조타 의도를 보다 정확히 파악하기 위해 조향토크 및 조향각속도로부터 각각 제1 후륜각 보상인자 및 제2 후륜각 보상인자를 모두 산출하고, 그에 따라 조향 반응성이 향상된 목표 후륜각을 산출하기 위해 제1 후륜각 보상인자 및 제2 후륜각 보상인자를 모두 고려하여 목표 후륜각을 산출함이 바람직하다.
조향각 비율제어부(44)는 조향각을 입력받아 조향각에 따른 후륜조향 게인을 산출할 수 있다. 후륜조향 게인은 조향각에 따라 후륜각을 비례적으로 제어하여 후륜 조향 반응성을 향상시키기 위한 파라미터로서, 이를 위해 조향각 비율제어부(44)는 조향각에 따른 후륜조향 게인을 산출하기 위한 조향각-게인 맵(Map), 룩업테이블, 또는 조향각에 대한 후륜조향 게인의 함수를 제공할 수 있다.
이에 따라 제어부(40)는 최종적으로, 전륜각, 제1 및 제2 후륜각 보상인자, 동역상 게인 및 후륜조향 게인에 근거하여 목표 후륜각을 산출할 수 있다.
후륜 구동부(50)는 제어부(40)로부터 목표 후륜각을 입력받고 RWS 엑추에이터(미도시) 및 감속기(미도시)를 통해 후륜각이 목표 후륜각이 되도록 후륜을 조향할 수 있다.
본 실시예에서는 전륜각 산출부(41), 조향토크 보상제어부(42), 조향각속도 비율제어부(43), 조향각 비율제어부(44), 및 차속별 동역상 제어부(45)를 제어부(40) 내에서 분리된 구성으로 설명하지만, 실시예에 따라서는 제어부(40)로 통합된 구성으로 구현될 수도 있다.
다음으로, 도 2를 참조하여 전륜각, 제1 및 제2 후륜각 보상인자, 동역상 게인 및 후륜조향 게인에 근거하여 목표 후륜각을 산출하는 과정을 구체적인 연산의 예시로서 설명한다.
도 2의 예시도에 의하면, 목표 후륜각은 하기 수학식 1과 같이 산출될 수 있다.
Figure 112017062880051-pat00001
제1 후륜각 보상인자 및 제2 후륜각 보상인자는 후륜각을 보상하기 위한 특정 각 또는 게인으로 산출될 수 있음은 전술한 것과 같으며, 이에 따라 도 2에서는, 제1 후륜각 보상인자는 특정 각으로 산출되어 전륜각과 합산되고, 제2 후륜각 보상인자는 게인으로 산출되어 전륜각 및 제1 후륜각 보상인자의 합산 결과와 곱셈 연산 되었다. 그 결과에 후륜조향 게인 및 동역상 게인을 곱하여 목표 후륜각이 산출된다.
이때, 동역상 게인을 통해 판단되는 후륜의 조향 방향이 전륜의 조향 방향과 역상인 경우, 제1 후륜각 보상인자는 양(+)의 값으로 산출되고 제2 후륜각 보상인자는 1 이상의 값으로 산출될 수 있으며, 결과적으로 수학식 1에 따른 목표 후륜각은 제1 및 제2 후륜각 보상인자를 고려하지 않은 경우 대비 더 큰 값으로 산출되어 후륜 조향 반응성이 향상된다.
또한, 동역상 게인을 통해 판단되는 후륜의 조향 방향이 전륜의 조향 방향과 동상인 경우, 제1 후륜각 보상인자는 음(-)의 값으로 산출되고 제2 후륜각 보상인자는 1 미만의 양의 값으로 산출될 수 있으며, 결과적으로 수학식 1에 따른 목표 후륜각은 제1 및 제2 후륜각 보상인자를 고려하지 않은 경우 대비 더 작은 값으로 산출되어 후륜 조향 반응성이 향상된다.
도 2에서는 제1 후륜각 보상인자는 특정 각으로 산출되고, 제2 후륜각 보상인자는 게인으로 산출되는 예시로서 설명하였으나, 실시예에 따라서는 제1 및 제2 후륜각 보상인자 모두 특정 각으로 산출될 수 있으며, 이 경우 목표 후륜각은 하기 수학식 2와 같이 산출될 수 있다.
Figure 112017062880051-pat00002
수학식 2에 따를 때에도, 동역상 게인을 통해 판단되는 후륜의 조향 방향이 전륜의 조향 방향과 역상/동상인 경우, 제1 및 제2 후륜각 보상인자는 양(+)/음(-)의 값으로 산출되어 후륜 조향 반응성이 향상되는 것은 동일하다.
또한, 실시예에 따라서는 제1 및 제2 후륜각 보상인자 모두 게인으로 산출될 수 있으며, 이 경우 목표 후륜각은 하기 수학식 3와 같이 산출될 수 있다.
Figure 112017062880051-pat00003
수학식 3에 따를 때에도, 동역상 게인을 통해 판단되는 후륜의 조향 방향이 전륜의 조향 방향과 역상/동상인 경우, 제1 및 제2 후륜각 보상인자는 1 이상의 값/1 미만의 양의 값으로 산출되어 후륜 조향 반응성이 향상되는 것은 동일하다.
전술한 목표 후륜각 연산 과정은 본 실시예의 이해를 돕기 위한 일 예시일 뿐, 본 실시예는 조향토크 및 조향각속도로부터 산출된 후륜각 보상인자를 통해, 역상인 경우 후륜각을 증가시키는 방향으로 목표 후륜각을 산출하고, 동상인 경우 후륜각을 감소시키는 방향으로 목표 후륜각을 산출하는 모든 구성을 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 후륜 조향 제어 장치가 적용된 차량이 저속 주행하는 경우, 차량의 거동 상태를 나타낸 예시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 후륜 조향 제어 장치가 적용된 차량이 고속 주행하는 경우, 차량의 거동 상태를 나타낸 예시도이다.
도 3을 참조하면, 차량이 저속 주행하는 경우, 후륜의 조향 방향이 전륜의 조향 방향과 역상이고 후륜각의 크기가 증가하여 회전 반경이 축소되므로, 조향 반응성이 향상되어 장애물과의 충돌을 효과적으로 방지할 수 있다.
도 4를 참조하면, 차량이 고속 주행하는 경우, 후륜의 조향 방향이 전륜의 조향 방향과 동상이고 후륜각의 크기가 감소하여 요레이트가 증가하므로, 조향 반응성이 향상되어 장애물과의 충돌을 효과적으로 방지할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 후륜 조향 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 후륜 조향 제어 방법을 설명하면, 먼저 제어부(40)는 조향각 센서, 차속센서(20) 및 조향토크 센서(30)로부터 조향각, 차속, 및 조향토크를 각각 입력받는다(S10).
이어서, 제어부(40)는 입력받은 조향각으로부터 전륜각 및 조향각속도를 산출한다(S20).
이어서, 제어부(40)는 조향토크 및 조향각속도 중 하나 이상과, 차속에 따른 동역상 게인에 근거하여 후륜 조향 반응성 향상을 위한 후륜각 보상인자를 산출한다(S30).
후륜각 보상인자는, 조향토크, 미리 설정된 조향토크-보상인자 관계 정보 및 동역상 게인에 근거하여 산출되는 제1 후륜각 보상인자와, 조향각속도, 미리 설정된 조향각속도-보상인자 관계 정보 및 동역상 게인에 근거하여 산출되는 제2 후륜각 보상인자를 포함할 수 있다.
이때, 제어부(40)는 제1 후륜각 보상인자 및 제2 후륜각 보상인자 중 하나 이상을 산출할 수 있다. 다만, 운전자의 장애물 회피 조타 의도를 보다 정확히 파악하기 위해, 조향토크 및 조향각속도를 모두 고려하여 각각 제1 후륜각 보상인자 및 제2 후륜각 보상인자를 산출함이 바람직하다.
한편, 동역상 게인을 통해 판단되는 후륜의 조향 방향이 전륜의 조향 방향과 역상인 경우, 제어부(40)는 제1 후륜각 보상인자 및 제2 후륜각 보상인자 중 하나 이상을 고려하여 목표 후륜각을 산출함으로써 더 큰 목표 후륜각이 산출되도록 제1 후륜각 보상인자 및 제2 후륜각 보상인자 중 하나 이상을 산출할 수 있다.
그리고, 동역상 게인을 통해 판단되는 후륜의 조향 방향이 전륜의 조향 방향과 동상인 경우, 제어부(40)는 제1 후륜각 보상인자 및 제2 후륜각 보상인자 중 하나 이상을 고려하여 목표 후륜각을 산출함으로써 더 작은 목표 후륜각이 산출되도록 제1 후륜각 보상인자 및 제2 후륜각 보상인자 중 하나 이상을 산출할 수 있다. 이에 대한 과정은 전술한 것이므로 구체적인 설명은 생략하도록 한다.
제어부(40)는 제1 후륜각 보상인자 및 제2 후륜각 보상인자 중 하나 이상을 산출할 때, 조향토크가 미리 설정된 기준토크 이상인 경우에만 제1 후륜각 보상인자를 산출하고, 조향각속도가 미리 설정된 기준각속도 이상인 경우에만 제2 후륜각 보상인자를 산출할 수 있다.
이어서, 제어부(40)는 전륜각, 후륜각 보상인자, 및 동역상 게인에 기초하여 목표 후륜각을 산출한다(S40). 즉, 제1 후륜각 보상인자 및 제2 후륜각 보상인자 중 하나 이상과, 전륜각과, 동역상 게인에 기초하여 목표 후륜각을 산출한다.
다만, 후륜 조향 반응성이 향상된 목표 후륜각을 산출하기 위해 제1 후륜각 보상인자 및 제2 후륜각 보상인자를 모두 고려하여 목표 후륜각을 산출함이 바람직하다.
제어부(40)는 후륜 조향 반응성을 향상시키기 위해, 조향각에 따라 후륜각을 비례적으로 제어하기 위한 파라미터인 후륜조향 게인을 더 고려하여 목표 후륜각을 산출할 수도 있다. 이에 따라 제어부(40)는 최종적으로, 전륜각, 제1 및 제2 후륜각 보상인자, 동역상 게인 및 후륜조향 게인에 근거하여 목표 후륜각을 산출할 수도 있다.
이어서, 제어부는 후륜 구동부(50)로 목표 후륜각을 전달하여 후륜 구동부(50)를 작동시킨다(S50). 이에 따라 후륜 구동부(50)는 RWS 엑추에이터(미도시) 및 감속기(미도시)를 통해 후륜각이 목표 후륜각이 되도록 후륜을 조향한다.
이에 따라 본 실시예는, 조향토크 및 조향각속도를 통해 운전자의 회피 조타 의도를 신속히 파악할 수 있고, 차속에 따른 동역상 게인을 고려하여 역상 및 동상에서 차별적으로 후륜각을 보상함으로써 저속, 중속 및 고속 주행 시에도 순간적으로 조향 반응성을 향상시켜 장애물과의 충돌을 효과적으로 방지할 수 있다.
이상으로 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.
10: 조향각 센서
20: 차속센서
30: 조향토크 센서
40: 제어부
41: 전륜각 산출부
42: 조향토크 보상제어부
43: 조향각속도 비율제어부
44: 조향각 비율제어부
45: 차속별 동역상 제어부
50: 후륜 구동부

Claims (12)

  1. 조향휠의 조향각을 검출하는 조향각 센서;
    차량의 차속을 검출하는 차속센서;
    조향축에 인가되는 조향토크를 검출하는 조향토크 센서; 및
    상기 조향각 센서에 의해 검출된 조향각으로부터 전륜각 및 조향각속도를 산출하고, 상기 조향토크 센서에 의해 검출된 조향토크 및 상기 산출된 조향각속도 중 하나 이상과, 상기 차속센서에 의해 검출된 차속에 따른 동역상 게인에 근거하여 후륜 조향 반응성 향상을 위한 후륜각 보상인자를 산출하며, 상기 전륜각, 상기 후륜각 보상인자 및 상기 동역상 게인에 기초하여 목표 후륜각을 산출하는 제어부;를 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 조향토크가 미리 설정된 기준토크 이상이거나 상기 조향각속도가 미리 설정된 기준각속도 이상인 경우에 해당하여 외부 객체와의 충돌 방지를 위한 회피 조타 상태로 판단된 경우에만 상기 후륜 조향 반응성 향상을 위한 후륜각 보상인자를 산출하는 것을 특징으로 하는 후륜 조향 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 후륜각 보상인자는, 상기 조향토크, 미리 설정된 조향토크-보상인자 관계 정보 및 상기 동역상 게인에 근거하여 산출되는 제1 후륜각 보상인자와, 상기 조향각속도, 미리 설정된 조향각속도-보상인자 관계 정보 및 상기 동역상 게인에 근거하여 산출되는 제2 후륜각 보상인자를 포함하며,
    상기 제어부는, 상기 제1 후륜각 보상인자 및 상기 제2 후륜각 보상인자 중 하나 이상을 산출하고, 산출된 상기 제1 후륜각 보상인자 및 상기 제2 후륜각 보상인자 중 하나 이상과, 상기 전륜각과, 상기 동역상 게인에 기초하여 상기 목표 후륜각을 산출하는 것을 특징으로 하는 후륜 조향 제어 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 동역상 게인을 통해 판단되는 후륜의 조향 방향이 전륜의 조향 방향과 역상인 경우, 상기 제1 후륜각 보상인자 및 상기 제2 후륜각 보상인자 중 하나 이상을 고려하여 상기 목표 후륜각을 산출함으로써 더 큰 목표 후륜각이 산출되도록 상기 제1 후륜각 보상인자 및 상기 제2 후륜각 보상인자 중 하나 이상을 산출하는 것을 특징으로 하는 후륜 조향 제어 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 동역상 게인을 통해 판단되는 후륜의 조향 방향이 전륜의 조향 방향과 동상인 경우, 상기 제1 후륜각 보상인자 및 상기 제2 후륜각 보상인자 중 하나 이상을 고려하여 상기 목표 후륜각을 산출함으로써 더 작은 목표 후륜각이 산출되도록 상기 제1 후륜각 보상인자 및 상기 제2 후륜각 보상인자 중 하나 이상을 산출하는 것을 특징으로 하는 후륜 조향 제어 장치.
  5. 제2항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 제1 후륜각 보상인자 및 상기 제2 후륜각 보상인자 중 하나 이상을 산출할 때, 상기 조향토크가 상기 기준토크 이상인 경우에만 상기 제1 후륜각 보상인자를 산출하고, 상기 조향각속도가 상기 기준각속도 이상인 경우에만 상기 제2 후륜각 보상인자를 산출하는 것을 특징으로 하는 후륜 조향 제어 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 목표 후륜각을 산출할 때, 상기 조향각에 따른 후륜조향 게인을 더 고려하여 상기 목표 후륜각을 산출하는 것을 특징으로 하는 후륜 조향 제어 장치.
  7. 제어부가, 조향각 센서, 차속센서 및 조향토크 센서로부터 각각 조향각, 차속 및 조향토크를 입력받고, 상기 입력된 조향각으로부터 전륜각 및 조향각속도를 산출하는 단계;
    상기 제어부가, 상기 조향토크 및 상기 조향각속도 중 하나 이상과, 상기 차속에 따른 동역상 게인에 근거하여 후륜 조향 반응성 향상을 위한 후륜각 보상인자를 산출하는 단계; 및
    상기 제어부가, 상기 전륜각, 상기 후륜각 보상인자 및 상기 동역상 게인에 기초하여 목표 후륜각을 산출하는 단계;를 포함하고,
    상기 후륜각 보상인자를 산출하는 단계에서, 상기 제어부는,
    상기 조향토크가 미리 설정된 기준토크 이상이거나 상기 조향각속도가 미리 설정된 기준각속도 이상인 경우에 해당하여 외부 객체와의 충돌 방지를 위한 회피 조타 상태로 판단된 경우에만 상기 후륜 조향 반응성 향상을 위한 후륜각 보상인자를 산출하는 것을 특징으로 하는 후륜 조향 제어 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 후륜각 보상인자는, 상기 조향토크, 미리 설정된 조향토크-보상인자 관계 정보 및 상기 동역상 게인에 근거하여 산출되는 제1 후륜각 보상인자와, 상기 조향각속도, 미리 설정된 조향각속도-보상인자 관계 정보 및 상기 동역상 게인에 근거하여 산출되는 제2 후륜각 보상인자를 포함하며,
    상기 후륜각 보상인자를 산출하는 단계에서, 상기 제어부는,
    상기 제1 후륜각 보상인자 및 상기 제2 후륜각 보상인자 중 하나 이상을 산출하고,
    상기 목표 후륜각을 산출하는 단계에서, 상기 제어부는,
    산출된 상기 제1 후륜각 보상인자 및 상기 제2 후륜각 보상인자 중 하나 이상과, 상기 전륜각과, 상기 동역상 게인에 기초하여 상기 목표 후륜각을 산출하는 것을 특징으로 하는 후륜 조향 제어 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 후륜각 보상인자를 산출하는 단계에서, 상기 제어부는,
    상기 동역상 게인을 통해 판단되는 후륜의 조향 방향이 전륜의 조향 방향과 역상인 경우, 상기 제어부가, 상기 제1 후륜각 보상인자 및 상기 제2 후륜각 보상인자 중 하나 이상을 고려하여 상기 목표 후륜각을 산출함으로써 더 큰 목표 후륜각이 산출되도록 상기 제1 후륜각 보상인자 및 상기 제2 후륜각 보상인자 중 하나 이상을 산출하는 것을 특징으로 하는 후륜 조향 제어 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 후륜각 보상인자를 산출하는 단계에서, 상기 제어부는,
    상기 동역상 게인을 통해 판단되는 후륜의 조향 방향이 전륜의 조향 방향과 동상인 경우, 상기 제어부가, 상기 제1 후륜각 보상인자 및 상기 제2 후륜각 보상인자 중 하나 이상을 고려하여 상기 목표 후륜각을 산출함으로써 더 작은 목표 후륜각이 산출되도록 상기 제1 후륜각 보상인자 및 상기 제2 후륜각 보상인자 중 하나 이상을 산출하는 것을 특징으로 하는 후륜 조향 제어 방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 후륜각 보상인자를 산출하는 단계에서, 상기 제어부는,
    상기 제1 후륜각 보상인자 및 상기 제2 후륜각 보상인자 중 하나 이상을 산출할 때, 상기 조향토크가 상기 기준토크 이상인 경우에만 상기 제1 후륜각 보상인자를 산출하고, 상기 조향각속도가 상기 기준각속도 이상인 경우에만 상기 제2 후륜각 보상인자를 산출하는 것을 특징으로 하는 후륜 조향 제어 방법.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 목표 후륜각을 산출하는 단계에서, 상기 제어부는,
    상기 조향각에 따른 후륜조향 게인을 더 고려하여 상기 목표 후륜각을 산출하는 것을 특징으로 하는 후륜 조향 제어 방법.
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