KR102389057B1 - 조향 제어 장치 및 조향 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차속, 조향각, 제1 횡가속도 및 조향각속도를 감지하는 감지부와 차속 및 조향각에 기초하여 제2 횡가속도를 추정하는 추정부 및 제1 횡가속도와 제2 횡가속도의 차이값의 크기인 슬립변화도(Slip Gradient)에 기초하여 조타토크가 증가하도록 조향장치를 제어하되, 조향각속도가 반전되면 조향장치 제어를 해지하는 제어부를 포함하는 조향 제어 장치에 관한 것이다.

Description

조향 제어 장치 및 조향 제어 방법{STEERING CONTROLLING APPARATUS AND STEERING CONTROLLING METHOD}
본 발명은 조향 제어 기술에 관한 것이다.
차량이 주행하는 상황에서, 운전자가 조향장치를 조종하면 타이어는 지면과 미끄러지며 곡선주행을 할 수 있다.
이러한 미끄러짐에 따라 타이어 중심선과 타이어 진행방향은 달라지며, 또한, 타이어의 접지면은 일 방향으로 증가될 수 있다. 상기 일 방향은 타이어 중심선을 기준으로 타이어 진행방향의 다른 방향을 의미한다.
일 방향으로 증가된 타이어의 접지면에 의해 타이어의 중심에서 타이어를 원래의 형태로 되돌리려는 복원토크가 발생한다.
즉, 운전자가 조향장치를 조종하기 위해서는 상기 복원토크에 반하는 힘을 제공해야 한다.
반면, 상기 복원토크는 타이어 중심선과 타이어 진행방향이 이루는 각인 슬립각에 의존하는 특징이 있다.
하지만, 상기 복원토크는 특정 슬립각까지는 슬립각과 비례하여 증가하지만 상기 특정 슬립각 이상에서는 감소하는 경향이 있다.
이러한 경향에 의해 운전자가 복원토크에 반하는 힘을 제공하여 조향장치를 조종하여 차량의 슬립각이 특정 슬립각을 초과하면, 운전자가 의도하지 않게 조향장치를 더 조종하는 문제점이 발생할 수 있다.
이러한 배경에서, 본 발명의 목적은, 일 측면에서, 운전자가 조향장치를 조종함에 있어, 차량의 슬립각이 특정 슬립각을 초과하지 않도록 하는 조향 제어 기술을 제공하는 것이다.
일 측면에서, 본 발명은 차속, 조향각, 제1 횡가속도 및 조향각속도를 감지하는 감지부와 차속 및 조향각에 기초하여 제2 횡가속도를 추정하는 추정부 및 제1 횡가속도와 제2 횡가속도의 차이값의 크기인 슬립변화도(Slip Gradient)에 기초하여 조타토크가 증가하도록 조향장치를 제어하되, 조향각속도가 반전되면 조향장치 제어를 해지하는 제어부를 포함하는 조향 제어 장치를 제공한다.
다른 일 측면에서, 본 발명은 차속, 조향각, 제1 횡가속도 및 조향각속도를 감지하는 감지단계와 차속 및 조향각에 기초하여 제2 횡가속도를 추정하는 추정단계 및 제1 횡가속도와 제2 횡가속도의 차이값의 크기인 슬립변화도(Slip Gradient)에 기초하여 조타토크가 증가하도록 조향장치를 제어하되, 조향각속도가 반전되면 조향장치 제어를 해지하는 제어단계를 포함하는 조향 제어 방법을 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 운전자가 조향장치를 조종함에 있어, 차량의 슬립각이 특정 슬립각을 초과하지 않도록 하는 조향 제어 기술을 제공할 수 있다.
도 1은 일반적인 타이어의 접지면의 미끄러짐과 힘의 관계를 설명하기 위한 일 예를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 조향 제어 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 조향 제어 장치의 동작을 설명하기 위한 일 예를 도시한 도면이다.
도 4a는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 제어부의 동작을 설명하기 위한 일 예를 도시한 도면이다.
도 4b는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 제어부의 동작을 설명하기 위한 다른 일 예를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 조향 제어 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 조향 제어 장치의 동작을 설명하기 위한 일 예를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 제어부의 동작을 설명하기 위한 일 예를 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 조향 제어 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 조향 제어 장치의 동작을 설명하기 위한 일 예를 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 제어부의 동작을 설명하기 위한 일 예를 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 제4 실시 예에 다른 조향 제어 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명의 제4 실시 예에 따른 조향 제어 장치의 동작을 설명하기 위한 일 예를 도시한 도면이다.
도 13은 본 발명의 제4 실시 예에 따른 제어부의 동작을 설명하기 위한 일 예을 도시한 도면이다.
도 14은 본 발명의 일 실시 예에 따른 조향 제어 방법의 흐름도를 도시한 도면이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1은 일반적인 타이어의 접지면의 미끄러짐과 힘의 관계를 설명하기 위한 일 예를 도시한 도면이다.
운전자가 차량 진행방향의 우측으로 조향장치를 조작하면, 타이어는 도 1와 같은 관계를 가질 수 있다.
도 1(A) 를 참조하면, 운전자에 의해 조향장치가 조작되면 타이어는 미끄러지면서 타이어 중심선과 다른 타이어 진행방향을 가질 수 있다. 이러한 상황에서 타이어의 중심선과 타이어 진행방향이 형성하는 각도를 슬립각이라 하며, 전술한 미끄러짐에 의해 타이어 접지면은 일 방향으로 증가될 수 있다. 상기 일 방향은 타이어 중심선을 기준으로 타이어 진행방향의 다른 방향을 의미한다.
또한, 타이어의 진행방향에 수직방향으로 형성되는 힘을 코너링 포스(Cornering Force)라 명명하며, 타이어의 중심에서 타이어를 원래의 형태로 되돌리려는 힘을 복원토크(Self-Aligning Torque, SAT)라 명명한다.
도 1(A)의 상황에서 도 1(B)와 같이 복원토크는 5도 이내의 슬립각까지 증가하다 5도 이상의 슬립각에서 급격히 감소할 수 있다. 이는 하나의 일 예로써, 타이어의 상태, 노면의 상태 및 차량 무게 등에 따라 일부 차이를 가질 수 있다.
도 1(B)에 따르면, 운전자가 과도하게 조향장치를 조작하여 5도 이상의 슬립각이 형성되면, 복원토크가 급격히 감소되어 운전자가 의도하지 않게 조향장치를 더 조작하게 되는 문제점이 발생할 수 있다.
예를 들어, 운전자가 12[N]의 힘을 제공하여 5도의 슬립각으로 주행하는 차량(복원토크가 10[N])을 조종하면 조향장치는 2[N]의 힘으로 조종될 수 있다. 이러한 상황에서 슬립각이 증가하여 7도의 슬립각으로 차량(복원토크가 7[N])이 주행하면 조향장치는 5[N]의 힘으로 조종되는 문제점이 발생할 수 있다.
이하에서는 전술한 문제점을 극복할 수 있는 본 발명의 조향 제어 장치를 도 2 내지 도 13을 이용하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 조향 제어 장치의 구성을 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 조향 제어 장치의 동작을 설명하기 위한 일 예를 도시한 도면이고, 도 4a는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 제어부의 동작을 설명하기 위한 일 예를 도시한 도면이며, 도 4b는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 제어부의 동작을 설명하기 위한 다른 일 예를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 조향 제어 장치(200)는 차속, 조향각, 제1 횡가속도 및 조향각속도를 감지하는 감지부(210)와 차속 및 조향각에 기초하여 제2 횡가속도를 추정하는 추정부(220) 및 제1 횡가속도와 제2 횡가속도의 차이값의 크기인 슬립변화도(Slip Gradient)에 기초하여 조타토크가 증가하도록 조향장치를 제어하되, 조향각속도가 반전되면 조향장치 제어를 해지하는 제어부(230)를 포함할 수 있다.
감지부(210)는 차량에 장착된 하나 이상의 센서를 이용하여 차량이 이동하는 속력인 차속, 운전자가 조작한 조향장치에 의한 조향각과 그에 따른 조향각속도 및 선회하는 차량에 작동하는 횡가속도인 제1 횡가속도를 감지할 수 있다.
추정부(220)는 감지부(210)가 감지한 차속 및 조향각을 바이시클(Bicycle) 모델의 선회방정식인 제1 수학식에 적용하여 제2 횡가속도(ay)를 추정할 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112015086679411-pat00001
여기서, Rt는 Steering Ratio(타이어의 타각과 조향휠의 조향각 간의 비율)을 의미하고, V는 차속을 의미하고, L은 앞바퀴와 뒷바퀴까지의 거리인 휠베이스를 의미하고, g는 중력가속도를 의미하며, K는
Figure 112015086679411-pat00002
인 상수를 의미한다- Wf는 앞바퀴의 무게이며, Caf는 앞바퀴의 강성도이며, Wr은 뒷바퀴의 무게이며, Caf는 뒷바퀴의 강성도임.
상기 수학식 1은 특정시각에서 차량과 상기 특정시각에서 일정시간이 지난 상기 차량과의 역학적 관계에 기초하여 산출될 수 있다. 다만, 이에 대한 자세한 설명은 본 발명의 요지를 흐릴 수 있기 때문에 생략한다.
제어부(230)는 감지부(210)가 감지한 제1 횡가속도와 추정부에서 추정한 제2 횡가속도의 차이값의 크기를 슬립변화도(Slip Gradient)로 정의하고 상기 슬립변화도에 기초하여 조타토크가 증가하도록 조향장치(10)를 제어하되, 감지부(210)가 감지한 조향각속도가 반전(양의 값에서 음의 값으로 변화 또는 음의 값에서 양의 값으로 변화됨을 의미)되면 조향장치(10) 제어를 해지할 수 있다.
상기 조타토크는 조향장치(10)를 동작하는데 요구되는 토크를 의미할 수 있으며, 이에 따라, 제어부(230)가 슬립변화도와 비례하는 보상토크를 출력하여 조타토크가 증가하도록 조향장치(10)를 제어함으로써 조향각 증가를 제한할 수 있다.
상기 슬립변화도는 도 1(A)에서 설명한 슬립각에 대응될 수 있으며, 제어부(230)가 조향각 증가를 제한하는 것은 도 1(B)에서 슬립각의 증가를 제한하여 복원토크를 유지하기 위함을 의미할 수 있다.
도 3을 참조하면, 감지부(210)가 차속, 조향각, 제1 횡가속도 및 조향각속도를 감지하고, 추정부(220)가 감지부(210)가 감지한 차속 및 조향각을 전술한 수학식 1에 입력하여 제2 횡가속도를 추정할 수 있다.
이후, 제어부(230)의 슬립변화도 계산기(231)가 감지부(210)가 감지한 제1 횡가속도와 추정부(220)가 추정한 제2 횡가속도를 입력으로 받아 슬립변화도를 산출할 수 있다. 상기 슬립변화도는 제1 횡가속도와 제2 횡가속도의 차이의 크기로 정의될 수 있다.
다음, 제어부(230)의 보상기(233)가 슬립변화도 계산기(231)의 출력인 슬립변화도를 입력으로 받아 보상토크를 출력할 수 있다.
상기 보상기(233)가 출력하는 보상토크는 슬립변화도를 0 또는 설정된 값으로 제어하는 인자(Factor)로써, 슬립변화도의 크기에 비례할 수 있다.
이후, 보상 판단기(235)가 상기 보상토크와 감지부(210)에서 감지된 조향각속도를 입력받아 조향각속도의 조건에 따라 보상토크를 조향장치에 입력할지를 판단할 수 있다.
예를 들어, 조향각속도가 반전(양의 값에서 음의 값으로 변화되거나 또는 음의 값에서 양의 값으로 변화)이 되지 않으면, 보상 판단기(235)는 보상기(233)로부터 입력받은 보상토크를 조향장치(10)에 입력할 수 있다. 이로써, 조향장치(10)의 조타토크가 증가하여 조향각 증가가 제한될 수 있다. 여기서, 조향각 증가가 제한됨은 운전자가 쉽게 조향장치를 조종하지 못하게 하여 차량의 주행회전각이 증가되지 않게 함을 의미할 수 있다.
이와 달리 조향각속도가 반전되면, 보상 판단기(235)는 0을 조향장치(10)에 입력할 수 있다.
자세히 설명하면. 조향각속도가 반전됨은 차량의 주행회전각이 감소됨을 의미할 수 있다. 이에 따라, 조향각속도가 반전되면 도 1(B)의 슬립각이 더 이상 증가하지 않는 상황이므로 제어부(230)가 조타토크가 증가하지 않도록 조향장치(10)에 0을 입력할 수 있다.
도 4a를 참조하면, 본 발명에 제1 실시 예에 따른 제어부는 슬립변화도와 비례하는 보상토크를 출력하여 조타토크가 증가하도록 조향장치를 제어함으로써 조향각 증가를 제한할 수 있다. 단, 제어부는 제1 슬립변화도(SG1) 이상의 슬립변화도에서 보상토크를 제1 보상토크(T1)로 고정할 수도 있다. 상기 조타토크는 조향장치에 입력되는 보상토크에 의해 비례하여 결정될 수 있다. 따라서, 보상토크가 증가함은 조타토크가 증가하는 것일 수 있다.
상기 제1 슬립변화도(SG1)는 차량의 타이어 조건 및 노면 조건에 기초하여 실험한 데이터에 기초하여 설정될 수 있으며, 상기 제1 보상토크(T1)는 설정된 제1 슬립변화도(SG1)와 제어부의 보상기의 설정에 따라 결정될 수 있다.
도 4b는 슬립변화도가 존재하는 일부 구간(t1, t2)을 포함하는 시간 영역에서의 일반적인 조향 제어 장치에 의한 컬럼토크(410)와 본 발명의 제1 실시 예에 따른 조향 제어 장치에 의한 컬럼토크(420)를 도시한다.
도 4b를 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 제어부는 슬립변화도에 기초하여 조타토크가 증가하도록 조향장치를 제어하되, 조향각속도가 반전되면(430) 조향장치 제어를 해지할 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 조향 제어 장치에 의한 컬럼토크(420)가 일반적인 조향 제어 장치에 의한 컬럼토크 (410)와 일치하여 운전자는 평상시와 동일한 필링으로 조향장치를 조종할 수 있다. 이는, 제어부의 보상판단기가 출력한 0을 조향장치에 입력한 결과일 수 있다.
도 4b와 달리, 조향각속도가 반전되면 조향장치 제어 해지 기능이 없다면 조향각속도가 반전되어도 본 발명의 제1 실시 예에 따른 조향 제어 장치에 의한 컬럼토크와 일반적인 조향 제어 장치에 의한 컬럼토크가 달라 운전자는 더 많은 힘을 제공하여 조향장치를 조종하게 되는 문제점이 있다. 이는 제어부의 보상기가 출력한 보상토크를 조향장치에 입력한 결과일 수 있다.
또한, 4b에서 확인할 수 있듯이, 슬립변화도가 존재하는 일부 구간(t1, t2)에서 본 발명의 제1 실시 예에 따른 조향 제어 장치에 의한 컬럼토크(420)가 일반적인 조향 제어 장치에 의한 컬럼토크(410)보다 작게(조타토크 증가하도록) 제어함으로써, 운전자가 조향장치를 조종하는데 더 많은 힘을 들이게 할 수 있다. 즉, 조향각 증가를 제한할 수 있다.
이하에서 설명하는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 조향 제어 장치, 제3 실시 예에 따른 조향 제어장치 및 제4 실시 예에 따른 조향 제어 장치 각각의 일부 구성 및 각각의 일부 동작에 대해 설명하지 않은 부분이 있을 수 있으나, 이는 전술한 본 발명의 제1 실시 예에 따른 조향 제어 장치의 구성 및 동작과 유사하므로 이와 관계하여 이해되어야 할 것이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 조향 제어 장치의 구성을 도시한 도면이고, 도 6은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 조향 제어 장치의 동작을 설명하기 위한 일 예를 도시한 도면이며, 도 7은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 제어부의 동작을 설명하기 위한 일 예를 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 조향 제어 장치는 앞서 전술한 본 발명의 제1 실시 예에 따른 조향 제어 장치(200)에 산출된 슬립변화도가 0값에서 일정값까지의 구역인 금지구역(Dead zone)을 설정하는 금지구역 설정부(510)를 더 포함할 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 조향 제어 장치의 제어부(230)는 감지부(210)가 감지한 제1 횡가속도와 추정부(220)가 추정한 제2 횡가속도의 차이인 슬립변화도가 금지구역의 최대값인 일정값보다 큰 경우에만 조타토크가 증가하도록 조향장치를 제어할 수 있다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 조향 제어 장치는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 조향 제어 장치(200)의 보상기(233)에 금지구역 설정부(510)가 출력한 금지구역(변화도가 0값에서 일정값까지의 구역)을 더 입력할 수 있다. 이에 따라, 보상기(233)는 슬립변화도 계산기(231)로부터 입력받은 슬립변화도가 금지구역 외에 해당하는 경우에만 슬립변화도를 보상하는 보상토크를 출력할 수 있다.
도 7을 참조하면, 금지구역 설정부가 0[m/sec2]에서 SG0[m/sec2]까지의 구역인 금지구역을 설정하면 제어부는 설정된 금지구역 내에서 보상토크를 0이 되도록 조향장치를 제어한다. 이와 달리, 설정된 금지구역 외에서 제어부는 슬립변화도와 비례하는 보상토크를 출력하여 조타토크가 증가하도록 조향장치를 제어함으로써, 조향각 증가를 제한할 수 있다.
본 발명의 제2 실시 예에 따른 조향 제어 장치가 본 발명의 제1 실시 예에 따른 조향 제어 장치와 금지구역 설정부(510)의 존재여부 외 다른 조건이 동일하면, 도 7의 파형은 도 4a의 파형을 슬립변화도축에 일정값(SG0) 평행이동한 것과 동일할 수 있다. 이에 따라, 도 7에서 제1 보상토크(T1)가 되는 제2 슬립변화도(SG2)는 제1 슬립변화도(SG1)와 일정값(SG0)의 합과 같을 수 있다.
도 8은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 조향 제어 장치의 구성을 도시한 도면이고, 도 9는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 조향 제어 장치의 동작을 설명하기 위한 일 예를 도시한 도면이며, 도 10은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 제어부의 동작을 설명하기 위한 일 예를 도시한 도면이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 제3 실시 예에 따른 조향 제어 장치는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 조향 제어 장치(200)에 적어도 하나의 구역신호를 생성하는 구역신호 생성부(810)와 슬립변화도가 0값에서 구역신호에 기초한 일정값까지의 구역인 금지구역을 설정하는 금지구역 설정부(510)를 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 제어부(230)는 슬립변화도가 금지구역 외에 해당하는 경우에만 조타토크가 증가하도록 조향장치를 제어할 수 있다.
구역신호 생성부(810)는 버튼식 입력장치, 회전식 입력장치 등 어떠한 입력장치를 사용할 수 있으며, 입력장치에 의한 입력들에 따라 각각의 다른 게인신호들을 생성할 수 있다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 제3 실시 예에 따른 조향 제어 장치는 구역신호 생성부(810)가 구역신호를 출력하고, 금지구역 설정부(510)가 슬립변화도가 0값에서 구역신호에 기초하여 변경된 일정값까지의 구역인 금지구역을 설정하여 본 발명의 제1 실시 예에 따른 조향 제어 장치(200)의 보상기(233)에 입력할 수 있다. 이에 따라 보상기(233)는 슬립변화도 계산기(231)로부터 입력받은 슬립변화도가 금지구역 외에 해당하는 경우에만 슬립변화도를 보상하는 보상토크를 출력할 수 있다.
도 10을 참조하면, 구역신호 생성부가 제1 구역신호, 제2 구역신호, 제3 구역신호 또는 제4 구역신호를 생성하고, 이에 따라, 금지구역 설정부가 제1 금지구역, 제2 금지구역, 제3 금지구역 또는 제4 금지구역을 설정하는 각각의 경우에 따른 횡가속도에 대한 조타토크에 대한 파형(1010, 1020, 1030 및 1040)의 일 예를 도시한다. 제1 금지구역은 슬립변화도가 0[m/sec2]에서 제1 구역신호에 기초한 제1 일정값까지의 구역이며, 제2 금지구역은 슬립변화도가 0[m/sec2]에서 제2 구역신호에 기초한 제2 일정값까지의 구역이며, 제3 금지구역은 슬립변화도가 0[m/sec2]에서 제3 구역신호에 기초한 제3 일정값까지의 구역이며, 제4 금지구역은 슬립변화도가 0[m/sec2]에서 제4 구역신호에 기초한 제4 일정값까지의 구역일 수 있다.
이때의 제1 일정값, 제2 일정값, 제3 일정값 및 제4 일정값은 다음 수학식 2의 관계에 해당할 수 있다.
[수학식 2]
제1 일정값 > 제2 일정값 > 제3 일정값 > 제4 일정값
즉, 본 발명의 제3 실시 예에 따른 조향 제어 장치의 구역신호 생성부가 제1 구역신호, 제2 구역신호, 제3 구역신호 및 제4 구역신호를 달리 생성함으로써, 슬립변화도에 기초하여 일 영역(1050), 다른 일 영역(1060) 및 또 다른 일 영역(1070) 이후 증가되는 조타토크를 조절할 수 있다. 이로써, 본 발명의 제3 실시 예에 따른 조향 제어 장치는 운전자에 따라 달리 조타토크를 증가하도록 설정할 수 있는 효과가 있다.
예를 들어 힘이 쎈 운전자의 경우, 제3 실시 예에 따른 조향 제어 장치의 구역신호 생성부는 제3 구역신호를 생성하거나(이에 1030파형이 됨), 제4 구역신호를 생성하여(이에, 1040파형이 됨) 힘이 쎈 운전자가 과도한 조향을 하지 못하도록 할 수 있다. 이와 달리 힘이 약한 운전자의 경우, 제3 실시 예에 따른 조향 제어 장치의 구역신호 생성부는 제1 구역신호를 생성하거나(이에 1010파형이 됨), 제2 구역신호를 생성하여(이에, 1020파형이 됨) 상기 운전자가 과도한 조향을 하지 못하도록 할 수 있다.
다른 예를 들어 숙련된 운전자의 경우, 제3 실시 예에 따른 조향 제어 장치의 구역신호 생성부는 제1 구역신호를 생성하거나(이에 1010파형이 됨), 제2 구역신호를 생성하여(이에 1020파형이 됨) 숙련된 운전자가 타이어의 슬립에 의한 필링(Feeling)을 느낄 수 있도록 할 수 있다. 이와 달리 숙련되지 않은 운전자의 경우, 제3 실시 예에 따른 조향 제어 장치의 구역신호 생성부는 제3 구역신호를 생성하거나(이에 1030파형이 됨), 제4 구역신호를 생성하여(이에 1040파형이 됨) 숙련되지 않은 운전자가 타이어의 슬립에 의한 필링을 느끼지 못하게 할 수 있다.
또 다른 예를 들어 힘이 쎄며 숙련된 운전자의 경우, 제3 실시 예에 따른 조향 제어 장치의 구역신호 생성부는 제2 구역신호를 생성할 수 있다(이에 1020파형이 됨). 반면, 힘이 쎄며 숙련되지 않는 운전자의 경우, 제3 실시 예에 따른 조향 제어 장치의 구역신호 생성부는 제4 구역신호를 생성할 수 있다(이에 1040파형이 됨). 또한, 힘이 약하며 숙련된 운전자의 경우, 제3 실시 예에 따른 조향 제어 장치의 구역신호 생성부는 제1 구역신호를 생성할 수 있다(이에 1010파형이 됨). 또한, 힘이 약하며 숙련되지 않는 운전자의 경우, 제3 실시 예에 따른 조향 제어 장치의 구역신호 생성부는 제3 구역신호를 생성할 수 있다(이에 1030파형이 됨).
도 11은 본 발명의 제4 실시 예에 다른 조향 제어 장치의 구성을 도시한 도면이고, 도 12는 본 발명의 제4 실시 예에 따른 조향 제어 장치의 동작을 설명하기 위한 일 예를 도시한 도면이며, 도 13은 본 발명의 제4 실시 예에 따른 제어부의 동작을 설명하기 위한 일 예을 도시한 도면이다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 제4 실시 예에 따른 조향 제어 장치는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 조향 제어 장치(200)에 적어도 하나 이상의 게인신호를 생성하는 게인신호 생성부(1110)를 더 포함할 수 있다. 이에 따라 제어부(230)는 조타토크의 증가량을 변동하도록 조향장치(10)를 제어할 수 있다.
게인신호 생성부(1110)는 버튼식 입력장치, 회전식 입력장치 등을 포함한 어떠한 입력장치를 사용할 수 있으며, 입력장치에 의한 입력들에 따라 각각의 게인신호들를 생성할 수 있다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 제4 실시 예에 따른 조향 제어 장치는 게인신호 생성부(1110)가 게인을 출력하고, 상기 게인을 제어부(230)의 보상기(233)의 출력인 보상토크와 곱셈(1210)할 수 있다. 이에 따라 조향장치(10)는 게인과 보상토크의 곱 또는 0을 입력으로 받아 조타토크의 증가량을 변동할 수 있다.
도 13을 참조하면, 게인신호 생성부가 제1 게인신호, 제2 게인신호 및 제3 게인신호를 생성하는 각각의 경우에 따른 슬립변화도에 대한 보상토크(1310, 1320 및 1330)를 도시한다.
이 때의 제1 게인, 제2 게인 및 제3 게인은 다음 수학식 3의 관계에 해당할 수 있다.
[수학식 3]
제1 게인 < 제2 게인 < 제3 게인
제1 슬립변화도(SG1)에 각각에 따른 제1 보상토크(T1), 제2 보상토크(T2) 및 제3 보상토크(T3)는 제1 게인, 제2 게인 및 제3 게인에 따라 결정될 수 있다.
예를 들어, 제3 게인이 제1 게인의 2배이면, 제3 보상토크(T3)는 제1 보상토크(T1)의 2배일 수 있다.
전술한 동작을 수행함으로써 본 발명의 제4 실시 예에 따른 조향 제어 장치는 보상토크를 조향장치에 입력하여 슬립변화도에 대한 조타토크의 증가량을 조절할 수 있다.
이하에서는 도 1 내지 도 13을 이용하여 설명한 조향 제어 장치가 수행하는 동작인 조향 제어 방법에 대해서 간략하게 설명한다.
도 14은 본 발명의 일 실시 예에 따른 조향 제어 방법의 흐름도를 도시한 도면이다.
도 14를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 조향 제어 방법은 차속, 조향각, 제1 횡가속도 및 조향각속도를 감지하는 감지단계(S1400)와 차속 및 조향각에 기초하여 제2 횡가속도를 추정하는 추정단계(S1410) 및 제1 횡가속도와 제2 횡가속도의 차이값의 크기인 슬립변화도(Slip Gradient)에 기초하여 조타토크가 증가하도록 조향장치를 제어하되, 조향각속도가 반전되면 조향장치 제어를 해지하는 제어단계(S1420)를 포함할 수 있다.
감지단계(S1400)는 차량에 장착된 하나 이상의 센서를 이용하여 차량이 이동하는 속력인 차속, 운전자가 조작한 조향장치에 의한 조향각과 그에 따른 조향각속도 및 선회하는 차량에 작동하는 횡가속도인 제1 횡가속도를 감지할 수 있다.
추정단계(S1410)는 감지단계(S1400)가 감지한 차속 및 조향각을 전술한 바이시클(Bicycle) 모델의 선회방정식인 제1 수학식에 적용하여 제2 횡가속도를 추정할 수 있다.
제어단계(S1420)는 감지단계(S1400)가 감지한 제1 횡가속도와 추정부에서 추정한 제2 횡가속도의 차이값의 크기를 슬립변화도(Slip Gradient)로 정의하고 상기 슬립변화도에 기초하여 조타토크가 증가하도록 조향장치를 제어하되, 감지단계(S1400)가 감지한 조향각속도가 반전(양의 값에서 음의 값으로 변화 또는 음의 값에서 양의 값으로 변화됨을 의미)되면 조향장치 제어를 해지할 수 있다.
상기 조타토크는 조향장치를 동작하는데 요구되는 토크를 의미할 수 있으며, 이에 따라, 제어단계(S1420)가 슬립변화도와 비례하는 보상토크를 출력하여 조타토크가 증가하도록 조향장치를 제어함으로써 조향각 증가를 제한할 수 있다.
상기 슬립변화도는 도 1(A)에서 설명한 슬립각에 대응되는 값을 의미하며, 제어부(230)가 조향각 증가를 제한하는 것은 도 1(B)에서 슬립각의 증가를 제한하여 복원토크를 유지하기 위함일 수 있다.
전술한 본 발명의 일 실시 예에 따른 조향 제어 방법의 제어단계(S1420)는 제1 횡가속도와 제2 횡가속도의 차이값의 크기인 슬립변화도가 0값에서 일정값까지의 구역인 금지구역(Dead zone)을 설정하는 금지구역 설정단계를 더 포함할 수 있다. 이에 따라 제어단계(S1420)는 상기 슬립변화도가 금지구역의 최대값인 일정값보다 큰 경우에만 조타토크가 증가하도록 조향장치를 제어할 수 있다.
또는, 전술한 본 발명의 일 실시 예에 따른 조향 제어 방법의 제어단계(S1420)는 적어도 하나의 구역신호를 생성하는 구역신호 생성단계와 슬립변화도가 0값에서 구역신호에 기초한 일정값까지의 구역인 금지구역을 설정하는 금지구역 설정단계를 더 포함할 수 있다. 이에 따라 제어단계(S1420)는 슬립변화도가 금지구역 외에 해당하는 경우에만 조타토크가 증가하도록 조향장치를 제어할 수 있다. 이러한 기능에 의해, 운전자에 따라 달리 조타토크를 증가하도록 설정할 수 있는 효과가 있다.
또한, 전술한 본 발명의 일 실시 예에 따른 조향 제어 방법의 제어단계(S1420)는 적어도 하나 이상의 게인신호를 생성하는 게인신호 생성단계를 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 제어단계(S1420)는 게인신호에 따라 조타토크의 증가량을 변동하도록 조향장치를 제어할 수 있다.
이 외에도 본 발명의 조향 제어 방법은 도 1 내지 도 13에 기초하여 설명한 본 발명의 조향 제어 장치가 수행하는 각 동작을 모두 수행할 수 있다.
이상에서, 본 발명의 실시 예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합되거나 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시 예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 차속, 조향각, 제1 횡가속도 및 조향각속도를 감지하는 감지부;
    상기 차속 및 상기 조향각에 기초하여 제2 횡가속도를 추정하는 추정부; 및
    상기 제1 횡가속도와 상기 제2 횡가속도의 차이값의 크기인 슬립변화도(Slip Gradient)에 기초하여 조타토크가 증가하도록 조향장치를 제어하되, 상기 조향각속도가 반전되면 상기 조향장치 제어를 해지하는 제어부를 포함하되,
    상기 슬립변화도가 0값에서 일정값까지의 구역인 금지구역(Dead zone)을 설정하는 금지구역 설정부를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 슬립변화도가 상기 금지구역 외에 해당하는 경우에만 상기 조타토크가 증가하도록 상기 조향장치를 제어하는 것을 특징으로 하는 조향 제어 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 슬립변화도와 비례하는 보상토크를 출력하여 상기 조타토크가 증가하도록 조향장치를 제어함으로써 조향각 증가를 제한하는 것을 특징으로 하는 조향 제어 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 추정부는,
    바이시클(Bicycle) 모델의 선회방정식을 활용하여 상기 제2 횡가속도를 추정하는 조향 제어 장치.
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서,
    적어도 하나의 구역신호를 생성하는 구역신호 생성부를 더 포함하고,
    상기 금지구역 설정부는,
    상기 구역신호에 기초하여 상기 일정값을 변경하는 것을 특징으로 하는 조향 제어 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    적어도 하나 이상의 게인신호를 생성하는 게인신호 생성부를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 슬립변화도에 대한 보상토크에 상기 게인신호를 곱셈함으로써, 상기 조타토크의 증가량을 조절하는 것을 특징으로 하는 조향 제어 장치.
  7. 차속, 조향각, 제1 횡가속도 및 조향각속도를 감지하는 감지단계;
    상기 차속 및 상기 조향각에 기초하여 제2 횡가속도를 추정하는 추정단계; 및
    상기 제1 횡가속도와 상기 제2 횡가속도의 차이값의 크기인 슬립변화도(Slip Gradient)에 기초하여 조타토크가 증가하도록 조향장치를 제어하되, 상기 조향각속도가 반전되면 상기 조향장치 제어를 해지하는 제어단계를 포함하되,
    상기 슬립변화도가 0값에서 일정값까지의 구역인 금지구역(Dead zone)을 설정하는 금지구역 설정단계를 더 포함하고,
    상기 제어단계는,
    상기 슬립변화도가 상기 금지구역 외에 해당하는 경우에만 상기 슬립변화도를 보상하는 것을 특징으로 하는 조향 제어 방법.
  8. 삭제
  9. 제 7항에 있어서,
    적어도 하나의 구역신호를 생성하는 구역신호 생성단계를 더 포함하고,
    상기 금지구역 설정단계는,
    상기 구역신호에 기초하여 상기 일정값을 변경하는 것을 특징으로 하는 조향 제어 방법.
  10. 제 7항에 있어서,
    적어도 하나 이상의 게인신호를 생성하는 게인신호 생성단계를 더 포함하고,
    상기 제어단계는,
    상기 슬립변화도에 대한 보상값에 상기 게인신호를 곱셈함으로써, 상기 조타토크의 증가량을 조절하는 것을 특징으로 하는 조향 제어 방법.
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