KR102566961B1 - Method and Apparatus for generating steering wheel reaction torque of steer-by-wire system using vehicle's front wheel slip angle - Google Patents

Method and Apparatus for generating steering wheel reaction torque of steer-by-wire system using vehicle's front wheel slip angle Download PDF

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Abstract

본 발명은 조향 반력 생성 장치 및 방법에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시예는 차량의 SBW(Steer-By-Wire) 시스템에서 조향 반력을 생성하는 장치에 있어서, 차량의 전륜 슬립각을 연산하는 전륜 슬립각 연산부, 상기 전륜 슬립각을 기초로 제1 스티어링 토크값을 연산하는 제1 스티어링 토크 연산부, 상기 제1 스티어링 토크값을 기초로 제2 스티어링 토크값을 연산하는 제2 스티어링 토크 연산부 및 상기 제2 스티어링 토크값에 기초하여 조향 반력을 생성하는 조향 반력 생성부를 포함하는 조향 반력 생성 장치를 제공한다.The present invention relates to an apparatus and method for generating a steering reaction force, and an embodiment of the present invention relates to an apparatus for generating a steering reaction force in a vehicle SBW (Steer-By-Wire) system, which calculates a front wheel slip angle of a vehicle. A slip angle calculator, a first steering torque calculator that calculates a first steering torque value based on the front wheel slip angle, a second steering torque calculator that calculates a second steering torque value based on the first steering torque value, and the 2 Provides a steering reaction force generation device including a steering reaction force generation unit for generating a steering reaction force based on a steering torque value.

Description

차량 전륜 슬립각을 이용한 Steer-By-Wire 시스템의 조향 반력 생성 장치 및 방법{Method and Apparatus for generating steering wheel reaction torque of steer-by-wire system using vehicle's front wheel slip angle}Method and Apparatus for generating steering wheel reaction torque of steer-by-wire system using vehicle's front wheel slip angle}

본 발명은 조향 반력 생성 장치 및 방법에 관한 것이다. 상세하게는, 랙 포스(rack force) 대신에 차량의 전륜 슬립각을 이용하여 SBW(Steer-by-wire) 시스템의 조향 반력을 생성하는 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a steering reaction force generating device and method. In detail, it relates to an apparatus and method for generating a steering reaction force of a steer-by-wire (SBW) system using a front wheel slip angle of a vehicle instead of a rack force.

차량의 SBW(Steer-by-wire) 시스템은 스티어링 휠과 차륜 사이의 스티어링 칼럼이나 유니버셜 조인트 혹은 피니언 샤프트와 같은 기계적인 연결 장치를 제거하는 대신에 모터와 같은 전동기를 이용하여 차량의 조향이 이루어지도록 하는 시스템을 말한다. The vehicle's SBW (Steer-by-wire) system uses an electric motor such as a motor to steer the vehicle instead of removing mechanical couplings such as a steering column, universal joint, or pinion shaft between the steering wheel and the wheels. refers to a system that

이러한 시스템은 스티어링 랙 기어와 스티어링 칼럼 사이에 기계적인 연결이 없기 때문에, 운전자가 기존 조향 시스템과 유사한 조향감을 느끼기 위해서는 조향시 핸들에 설치된 모터에서 적절한 조향 반력을 생성해야 할 필요가 있다.Since there is no mechanical connection between the steering rack gear and the steering column in this system, it is necessary to generate an appropriate steering reaction force from a motor installed on the steering wheel during steering in order for the driver to feel a steering feeling similar to that of the conventional steering system.

전술한 조향 반력을 생성하기 위해서 기존의 SBW 시스템에서는 랙 기어가 받은 외력, 즉 랙 포스를 기반으로 생성할 조향 반력의 크기를 도출하고 있다. 즉, 랙 포스에 기초한 목표 조향 토크를 생성하여 폐루프 제어를 하는 방식을 취하고 있다. 그러나 이 경우에는, 차량 전륜에 슬립이 발생하게 되면 SBW 시스템이 슬립 전/후 상태를 고려하여 조향 반력을 생성할 수 없다는 문제가 있다.In order to generate the above-mentioned steering reaction force, in the existing SBW system, the magnitude of the steering reaction force to be generated is derived based on the external force received by the rack gear, that is, the rack force. That is, a closed-loop control is performed by generating a target steering torque based on the rack force. However, in this case, there is a problem in that the SBW system cannot generate a steering reaction force in consideration of the state before/after the slip when slip occurs on the front wheels of the vehicle.

따라서, 본 실시예는 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해서 랙 포스 대신에 차량의 전륜 슬립각을 기초로 하여 SBW 시스템의 조향 반력을 생성하는 장치 및 방법을 제공한다.Accordingly, the present embodiment provides an apparatus and method for generating a steering reaction force of an SBW system based on a front wheel slip angle of a vehicle instead of a rack force in order to solve the above problems.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예는 차량의 SBW(Steer-By-Wire) 시스템에서 조향 반력을 생성하는 장치에 있어서, 차량의 전륜 슬립각을 연산하는 전륜 슬립각 연산부, 상기 전륜 슬립각을 기초로 제1 스티어링 토크값을 연산하는 제1 스티어링 토크 연산부, 상기 제1 스티어링 토크값을 기초로 제2 스티어링 토크값을 연산하는 제2 스티어링 토크 연산부 및 상기 제2 스티어링 토크값에 기초하여 조향 반력을 생성하는 조향 반력 생성부를 포함하는 조향 반력 생성 장치를 제공한다.An embodiment of the present invention for solving the above problems is an apparatus for generating a steering reaction force in a vehicle SBW (Steer-By-Wire) system, a front wheel slip angle calculator for calculating a front wheel slip angle of a vehicle, the front wheel A first steering torque calculator for calculating a first steering torque value based on a slip angle, a second steering torque calculator for calculating a second steering torque value based on the first steering torque value, and based on the second steering torque value Provided is a steering reaction force generating device including a steering reaction force generator that generates a steering reaction force by doing so.

또한 다른 실시예는 차량의 SBW 시스템에서 조향 반력을 생성하는 방법에 있어서, 차량의 전륜 슬립각을 연산하는 전륜 슬립각 연산 단계, 상기 전륜 슬립각을 기초로 제1 스티어링 토크값을 연산하는 제1 스티어링 토크 연산 단계, 상기 제1 스티어링 토크값을 기초로 제2 스티어링 토크 값을 연산하는 제2 스티어링 토크 연산 단계 및 상기 제2 스티어링 토크값에 기초하여 조향 반력을 생성하는 조향 반력 생성 단계를 포함하는 조향 반력 생성 방법을 제공한다.Another embodiment is a method for generating a steering reaction force in an SBW system of a vehicle, including a front wheel slip angle calculation step of calculating a front wheel slip angle of the vehicle, and a first steering torque value calculation step based on the front wheel slip angle. A steering torque calculation step, a second steering torque calculation step of calculating a second steering torque value based on the first steering torque value, and a steering reaction force generating step of generating a steering reaction force based on the second steering torque value. A method for generating a steering reaction force is provided.

본 실시예는 차량에 슬립이 발생하는 경우, 차량의 상태를 정확히 반영한 조향 반력을 생성하는 조향 반력 생성 장치 및 방법을 제공할 수 있다.The present embodiment can provide a steering reaction force generation apparatus and method for generating a steering reaction force that accurately reflects the state of the vehicle when slip occurs in the vehicle.

도 1은 기존의 SBW 시스템에서 차량의 전륜 슬립각에 따른 셀프 얼라이닝 토크의 값을 도시한 그래프이다.
도 2는 일 실시예에 따른 조향 반력 생성 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 전륜 슬립각을 기초로 제1 스티어링 토크값을 연산하는 과정을 설명한 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 노면 상태 요소를 반영하여 제2 스티어링 토크값을 연산하는 과정을 설명한 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 조향 반력 생성 방법의 흐름도를 도시한 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 조향 반력을 연산하는 상세한 동작을 설명하기 위한 도면이다.1 is a graph showing values of self-aligning torque according to slip angles of front wheels of a vehicle in a conventional SBW system.
2 is a diagram showing the configuration of a steering reaction force generating device according to an embodiment.
3 is a diagram explaining a process of calculating a first steering torque value based on a front wheel slip angle according to an exemplary embodiment.
4 is a diagram explaining a process of calculating a second steering torque value by reflecting a road surface condition factor according to an exemplary embodiment.
5 is a flowchart illustrating a method for generating a steering reaction force according to an exemplary embodiment.
6 is a diagram for explaining a detailed operation of calculating a steering reaction force according to an exemplary embodiment.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성 요소들에 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.Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described in detail through exemplary drawings. In adding reference numerals to components of each drawing, it should be noted that the same components have the same numerals as much as possible even if they are displayed on different drawings. In addition, in describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known configuration or function may obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted.

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.Also, terms such as first, second, A, B, (a), and (b) may be used in describing the components of the present invention. These terms are only used to distinguish the component from other components, and the nature, order, or order of the corresponding component is not limited by the term. When an element is described as being “connected,” “coupled to,” or “connected” to another element, that element is directly connected or connectable to the other element, but there is another element between the elements. It will be understood that elements may be “connected”, “coupled” or “connected”.

이하, 도면을 참조하여 본 실시예에 대해서 구체적으로 설명한다.Hereinafter, this embodiment will be described in detail with reference to the drawings.

도 1은 기존의 SBW 시스템에서 차량의 전륜 슬립각에 따른 셀프 얼라이닝 토크의 값을 도시한 그래프이다.1 is a graph showing values of self-aligning torque according to slip angles of front wheels of a vehicle in a conventional SBW system.

조향 제어 장치는 전륜을 회전시켜서 운전자가 원하는 방향으로 차량을 주행할 수 있도록 하는 장치로, 전륜을 회전시키기 위해 요구된 힘을 보조하는 수단으로 EPS를 사용한다. 여기서 전륜을 회전시키기 위해 요구되는 힘은 타이어에서 발생하는 셀프 얼라이닝 토크(Self aligning torque) 때문이며, 상기 토크는 조향 장치에 걸리는 외력인 랙 포스(Rack force)로 환산할 수 있다.The steering control device is a device that allows a driver to drive a vehicle in a desired direction by rotating the front wheels, and uses EPS as a means of assisting the force required to rotate the front wheels. Here, the force required to rotate the front wheels is due to self-aligning torque generated in the tires, and the torque can be converted into rack force, which is an external force applied to the steering device.

도 1을 참조하면, 차량이 슬립 전일 때와 슬립 후일 때 전륜 슬립각에 따른 셀프 얼라이닝 토크의 변화 패턴은 서로 다른 것을 확인할 수 있다. 하지만, 슬립 전 시점 A와 슬립 후 시점 B의 경우를 비교하면 슬립 각은 차이가 있지만 셀프 얼라이닝 토크의 값은 동일한 것을 알 수 있다. 그러므로 A 시점과 B 시점의 경우 차량의 상태가 슬립 전과 후로 다르지만, A 시점과 B 시점의 랙 포스는 동일한 값으로 도출된다. 따라서, SBW 시스템에서 랙 포스만을 기초로 하여 조향 반력을 생성하는 경우에 생성된 조향 반력에는 차량의 슬립 상태를 반영할 수 없다는 문제가 있다. Referring to FIG. 1 , it can be seen that the change patterns of the self-aligning torque according to the slip angle of the front wheels are different when the vehicle is before slip and after slip. However, comparing the cases of time A before slip and time B after slip, it can be seen that the values of self-aligning torque are the same although the slip angles are different. Therefore, in case of time points A and B, the state of the vehicle is different before and after the slip, but the rack forces at times A and B are derived as the same value. Therefore, when the steering reaction force is generated based only on the rack force in the SBW system, there is a problem in that the slip state of the vehicle cannot be reflected in the generated steering reaction force.

따라서, 랙 포스 대신에 차량 전륜의 슬립각을 기초로 조향 반력을 생성한다면 차량의 슬립 상태까지 반영한 더 정확한 조향 반력 생성이 가능하다.Accordingly, if the steering reaction force is generated based on the slip angle of the front wheels of the vehicle instead of the rack force, more accurate steering reaction force reflecting the slip state of the vehicle can be generated.

도 2는 일 실시예에 따른 조향 반력 생성 장치의 구성을 도시한 도면이다.2 is a diagram showing the configuration of a steering reaction force generating device according to an embodiment.

도 2를 참조하면, 조향 반력 생성 장치는 전륜 슬립각 연산부(200), 제1 스티어링 토크 연산부(210), 제2 스티어링 토크 연산부(220), 조향 반력 생성부(230)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2 , the steering reaction force generator may include a front wheel slip angle calculator 200, a first steering torque calculator 210, a second steering torque calculator 220, and a steering reaction force generator 230.

전륜 슬립각 연산부(200)는 차량의 전륜 슬립각을 연산할 수 있다. 차량의 전륜 슬립각을 연산하기 위해서는 우선 차량의 상태를 추정할 필요가 있다. 차량의 상태를 추정하기 위해 차량을 Bicycle 모델, 즉 전륜과 후륜이 각각 하나씩 있는 것과 같이 모델링하여 전륜 슬립각 계산에 필요한 인자를 도출할 수 있다. 그리고 도출한 인자를 기초로 전륜 슬립각을 연산할 수 있다. Bicycle 모델을 이용하여 전륜 슬립각을 연산하는 기술은 기존 차량에 일반적으로 활용된 것과 동일한 기술을 사용할 수 있다.The front wheel slip angle calculating unit 200 may calculate the front wheel slip angle of the vehicle. In order to calculate the front wheel slip angle of the vehicle, it is first necessary to estimate the state of the vehicle. In order to estimate the state of the vehicle, the vehicle can be modeled as a bicycle model, that is, as if there are one front wheel and one rear wheel, and the factors necessary for calculating the front wheel slip angle can be derived. In addition, the front wheel slip angle may be calculated based on the derived factor. The technology for calculating the slip angle of the front wheel using the bicycle model can use the same technology that is generally used for existing vehicles.

제1 스티어링 토크 연산부(210)는 전륜 슬립각 연산부(200)에서 연산된 전륜 슬립각을 기초로 제1 스티어링 토크값을 연산할 수 있다. 제1 스티어링 토크값은 후술할 제2 스티어링 토크값을 연산하기 위한 중간 인자로 사용되는 값으로서, 차량의 전륜 슬립각에 의해서 결정될 수 있다.The first steering torque calculation unit 210 may calculate a first steering torque value based on the front wheel slip angle calculated by the front wheel slip angle calculation unit 200 . The first steering torque value is a value used as an intermediate factor for calculating a second steering torque value to be described later, and may be determined by the front wheel slip angle of the vehicle.

제1 스티어링 토크값을 연산하는 일 예로, 우선 전륜 슬립각을 기초로 기본 스티어링 토크값을 연산한 후, 상술한 기본 스티어링 토크 값에다 전륜 슬립각 의존 요소를 곱하여 제1 스티어링 토크값을 연산할 수 있다. As an example of calculating the first steering torque value, the basic steering torque value may be first calculated based on the front wheel slip angle, and then the first steering torque value may be calculated by multiplying the aforementioned basic steering torque value by a front wheel slip angle dependent factor. there is.

기본 스티어링 토크값은 상술한 제 1 스티어링 토크값을 연산하기 위한 기본이 되는 값으로서, 차량에 슬립이 발생하였는지 여부와는 무관하게 차량의 전륜 슬립각에 의해 결정이 된다. The basic steering torque value is a basic value for calculating the above-described first steering torque value, and is determined by the front wheel slip angle of the vehicle regardless of whether the vehicle slips.

그리고 전륜 슬립각 의존 요소는 실제 차량에 슬립이 발생하였는지를 반영하기 위한 값으로서, 차량의 슬립 발생시 제2 스티어링 토크값을 적절히 감소시키기 위한 인자를 의미한다. 전륜 슬립각에 따른 기본 스티어링 토크값 및 전륜 슬립각 의존 요소값은 미리 설정된 함수 또는 전륜 슬립각과 슬립각 의존 요소의 쌍으로 된 테이블로부터 도출될 수 있다. 이 때, 상기 함수 또는 테이블은 실험치에 의하여 정해질 수 있다.Also, the front wheel slip angle dependent factor is a value for reflecting whether slip occurs in the actual vehicle, and means a factor for appropriately reducing the second steering torque value when the vehicle slips. The basic steering torque value according to the front wheel slip angle and the front wheel slip angle dependent element value may be derived from a preset function or a table of pairs of front wheel slip angle and slip angle dependent elements. At this time, the function or table may be determined by experimental values.

제2 스티어링 토크 연산부(220)는 제1 스티어링 토크 연산부(210)에서 연산된 제1 스티어링 토크값을 기초로 제2 스티어링 토크값을 연산할 수 있다. 제2 스티어링 토크값은 SBW 시스템에서 모터가 어느 정도의 조향 반력을 생성할 지를 판단하는 기준이 되는 값이다. 제2 스티어링 토크값은 상술한 제1 스티어링 토크값에서 슬립각 이외의 요소를 반영하여 결정될 수 있다.The second steering torque calculator 220 may calculate a second steering torque value based on the first steering torque value calculated by the first steering torque calculator 210 . The second steering torque value is a reference value for determining how much steering reaction force the motor will generate in the SBW system. The second steering torque value may be determined by reflecting factors other than the slip angle in the above-described first steering torque value.

제2 스티어링 토크값을 연산하는 일 예로, 제1 스티어링 토크값에서 노면 상태 요소값을 반영하여 제2 스티어링 토크값을 연산할 수 있다. 노면 상태 요소값은 노면과 차량간의 마찰에 따라 제2 스티어링 토크를 적절히 조정하기 위한 인자로서 노면의 마찰 정도에 따라 그 값이 달라질 수 있다.As an example of calculating the second steering torque value, the second steering torque value may be calculated by reflecting the road surface condition factor value in the first steering torque value. The road surface condition factor value is a factor for appropriately adjusting the second steering torque according to friction between the road surface and the vehicle, and the value may vary depending on the degree of friction on the road surface.

조향 반력 생성부(230)는 제2 스티어링 토크 연산부(220)에서 연산된 제2 스티어링 토크값을 기초로 조향 반력을 생성할 수 있다. 전술한 제2 스티어링 토크값과 EPS 어시스트 토크값의 차이가 SBW의 모터에서 생성해야 하는 SBW 반력 토크가 된다. 조향 반력 생성부(230)는 전술한 SBW 반력 토크가 생성될 수 있도록 조향 반력을 생성하기 위한 기능을 수행한다.The steering reaction force generator 230 may generate a steering reaction force based on the second steering torque value calculated by the second steering torque calculator 220 . The difference between the aforementioned second steering torque value and the EPS assist torque value becomes the SBW reaction force torque to be generated by the motor of the SBW. The steering reaction force generator 230 performs a function of generating a steering reaction force so that the aforementioned SBW reaction force torque can be generated.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전륜 슬립각을 기초로 제1 스티어링 토크값을 연산하는 과정을 설명한 도면이다.3 is a diagram explaining a process of calculating a first steering torque value based on a front wheel slip angle according to an embodiment of the present invention.

도 3의 (a)는 전륜 슬립각에 따른 기본 스티어링 토크값을 도시한 그래프이다. 전륜 슬립각에 따른 기본 스티어링 토크값의 곡선은 일정한 커브 형태를 그릴 수 있으며, 미리 설정된 함수 또는 전륜 슬립각과 기본 스티어링 토크값의 쌍으로 구성된 테이블에 의해 도출될 수 있다.3(a) is a graph showing basic steering torque values according to front wheel slip angles. The curve of the basic steering torque value according to the front wheel slip angle may have a constant curve shape, and may be derived by a preset function or a table composed of pairs of the front wheel slip angle and the basic steering torque value.

도 3의 (b)는 전륜 슬립각에 따른 슬립각 의존 요소값을 도시한 그래프이다. 차량에 슬립이 발생하기 전에는 슬립각 의존 요소값의 크기는 일정하다. 그러나 차량에 슬립이 발생한 경우, 즉 전륜 슬립각이 일정한 임계치 이상인 경우에는 슬립각 의존 요소값이 불규칙적인 패턴으로 변화할 수 있다. 3(b) is a graph showing slip angle dependent factor values according to front wheel slip angles. Before slip occurs in the vehicle, the magnitude of the slip angle dependent factor is constant. However, when slip occurs in the vehicle, that is, when the front wheel slip angle is greater than or equal to a predetermined threshold value, the slip angle dependent factor value may change in an irregular pattern.

이 때, 상술한 슬립각 의존 요소값의 패턴은 미리 설정된 함수 또는 전륜 슬립각과 슬립각 의존 요소값의 쌍으로 구성된 테이블에 의해 도출될 수 있으며, 전술한 함수 또는 테이블은 실험치에 의해 결정될 수 있다. 따라서, 슬립각 의존 요소값의 곡선이 차량의 상태에 따라 실선에서 점선과 같이 변경되는 것도 가능하다.At this time, the pattern of the above-described slip angle dependent element values may be derived by a preset function or a table composed of pairs of front wheel slip angle and slip angle dependent element values, and the above-described function or table may be determined by an experimental value. Therefore, it is also possible that the curve of the slip angle dependent element value changes from a solid line to a dotted line according to the state of the vehicle.

도 3의 (c)는 전륜 슬립각에 따른 제1 스티어링 토크값을 도시한 그래프이다. 제1 스티어링 토크값은 기본 스티어링 토크값과 슬립각 의존 요소의 곱으로 표현될 수 있다. 차량의 슬립이 발생하기 전에는 제1 스티어링 토크값은 기본 스티어링 토크값과 같은 모양의 일정한 커브 형태를 그릴 수 있다. 그러나 차량의 슬립이 발생한 이후에는 불규칙한 슬립각 의존 요소값이 곱해져서 제1 스티어링 토크값의 곡선 역시 불규칙한 형태를 가질 수 있다. 그리고 슬립각 의존 요소값의 그래프가 차량의 상태에 따라 실선에서 점선과 같이 변경되면, 제1 스티어링 토크값의 곡선 역시 실선에서 점선과 같이 변경될 수 있다.3(c) is a graph showing a first steering torque value according to a front wheel slip angle. The first steering torque value may be expressed as a product of a basic steering torque value and a slip angle dependent factor. Before the slip of the vehicle occurs, the first steering torque value may draw a constant curve having the same shape as the basic steering torque value. However, after vehicle slip occurs, irregular slip angle dependent factor values are multiplied, so that the curve of the first steering torque value may also have an irregular shape. Also, when the graph of slip angle dependent element values changes from a solid line to a dotted line according to the state of the vehicle, the curve of the first steering torque value may also change from a solid line to a dotted line.

도 4는 일 실시예에 따른 노면 상태 요소를 반영하여 제2 스티어링 토크값을 연산하는 과정을 설명한 도면이다.4 is a diagram explaining a process of calculating a second steering torque value by reflecting a road surface condition factor according to an exemplary embodiment.

차량의 주행시 상술한 제2 스티어링 토크값은 차량과 노면과의 마찰에 따라 달라질 수 있다. 즉 차량과 노면과의 마찰이 적을수록 제2 스티어링 토크값을 낮추어 운전자가 스티어링 휠을 제어할 때 작은 조향 반력을 느낄 수 있도록 해야 하고, 마찰이 클수록 제2 스티어링 토크값을 높여서 운전자가 스티어링 휠을 제어할 때 큰 조향 반력을 느낄 수 있도록 해야 한다.While driving the vehicle, the aforementioned second steering torque value may vary according to friction between the vehicle and the road surface. That is, as the friction between the vehicle and the road surface decreases, the second steering torque value should be lowered so that the driver can feel a small steering reaction force when controlling the steering wheel. When controlling, you need to feel a large steering reaction force.

이를 위해, 우선 노면 상태에 대한 정보를 기반으로 노면 상태 요소값을 도출할 수 있다. 이 때, 일 예로서 차량의 조향각 대비 전륜 슬립각의 비율을 기초로 노면 상태 요소값을 도출할 수 있다. 차량의 조향각이 작은데도 전륜 슬립각의 비율이 크다면 노면의 마찰이 적은 상태이고, 차량의 조향각에 비해 전륜 슬립각이 작다면 상대적으로 노면의 마찰이 큰 상태라고 판단할 수 있기 때문이다.To this end, first, road surface condition factor values may be derived based on information on the road surface condition. At this time, as an example, the road surface condition factor value may be derived based on the ratio of the front wheel slip angle to the steering angle of the vehicle. If the ratio of the front wheel slip angle is large even though the steering angle of the vehicle is small, it can be determined that the road friction is low, and if the front wheel slip angle is small compared to the vehicle steering angle, the road friction is relatively large.

상술한 조향각 대비 전륜 슬립각의 비율을 기초로 노면 상태 요소값을 도출하기 위해서, 조향각 대비 전륜 슬립각의 비율과 미리 설정된 하나 이상의 임계치를 비교하여 노면 상태 요소값을 도출할 수 있다. 이 때, 노면 상태 요소값은 미리 설정된 하나 이상의 기준 요소값 중 하나일 수 있다.In order to derive the road surface condition factor value based on the ratio of the front wheel slip angle to the steering angle described above, the road surface factor value may be derived by comparing the ratio of the steering angle to the front wheel slip angle with one or more preset thresholds. In this case, the road surface condition factor value may be one of one or more preset reference factor values.

일 예로, 미리 설정된 제1 임계치와 제2 임계치가 있고 제2 임계치의 값이 제1 임계치의 값보다 크다고 가정한다. 이 때, 상술한 조향각 대비 전륜 슬립각의비율값이 제1 임계치 미만이면 고마찰 상태, 제1 임계치 이상이고 제2 임계치 미만이면 중마찰 상태, 제2 임계치 이상이면 저마찰 상태로 구분하여 각 상태에 따라 미리 설정된 기준 요소값을 노면 상태 요소값으로 할당할 수 있다. 이 때 노면상태 요소값의 크기는 저마찰 상태 < 중마찰 상태 < 고마찰 상태 가 될 수 있다.For example, it is assumed that a first threshold and a second threshold are set in advance and the value of the second threshold is greater than the value of the first threshold. At this time, if the ratio of the front wheel slip angle to the steering angle described above is less than the first threshold value, it is divided into a high friction state, if it is greater than the first threshold value and less than the second threshold value, it is classified into a medium friction state, and if it is greater than the second threshold value, it is classified into a low friction state. According to this, a preset reference element value may be assigned as a road surface condition element value. At this time, the size of the road surface condition factor value may be low friction state < medium friction state < high friction state.

도 4의 (a)는 전륜 슬립각에 따른 제1 스티어링 토크값의 그래프이다. 그리고 도 4의 (b)는 전륜 슬립각에 따른 제2 스티어링 토크값의 그래프이다. 이 그래프에서 A는 저마찰 상태에 대응되는 노면 상태 요소값을 곱한 결과이고, B는 중마찰 상태에 대응되는 노면 상태 요소값을 곱한 결과이고, C는 고마찰 상태에 대응되는 노면 상태 요소값을 곱한 결과이다. 노면의 마찰이 적어질수록 같은 전륜 슬립각일 때 제2 스티어링 토크값이 작아지므로, 결과적으로 조향 반력 생성 장치에서 생성하는 조향 반력의 크기 역시 작아진다.4(a) is a graph of a first steering torque value according to a front wheel slip angle. 4(b) is a graph of the second steering torque value according to the front wheel slip angle. In this graph, A is the result of multiplying the road surface condition factor values corresponding to the low friction condition, B is the result of multiplying the road surface condition factor values corresponding to the medium friction condition, and C is the road surface condition factor value corresponding to the high friction condition. is the result of multiplication. As the friction of the road surface decreases, the second steering torque value decreases when the front wheel slip angle is the same, and as a result, the magnitude of the steering reaction force generated by the steering reaction force generating device also decreases.

도 5는 일 실시예에 따른 조향 반력 생성 방법의 흐름도를 도시한 도면이다.5 is a flowchart illustrating a method for generating a steering reaction force according to an exemplary embodiment.

이하, 도 2 내지 도 4를 이용하여 설명한 조향 반력 생성 장치에 의해 상기 방법이 수행되는 것을 예시로 설명한다.Hereinafter, an example in which the method is performed by the steering reaction force generating device described with reference to FIGS. 2 to 4 will be described.

도 5를 참조하면, 우선 조향 반력 생성 방법은 차량의 전륜 슬립각을 연산하는 전륜 슬립각 연산 단계를 포함할 수 있다(S500). 도 2에서 설명한 것과 같이 전륜 슬립각 연산부(200)에서는 차량의 전륜 슬립각을 연산하기 위해 차량을 Bicycle 모델을 이용하여 모델링하여 전륜 슬립각 계산에 필요한 인자를 도출하고, 도출된 인자를 기초로 전륜 슬립각을 연산할 수 있다. 상술한 바와 Bicycle 모델을 이용하여 전륜 슬립각을 연산하는 기술은 기존 차량에 일반적으로 활용된 것과 동일한 기술을 사용할 수 있다.Referring to FIG. 5 , the steering reaction force generating method may include a front wheel slip angle calculation step of calculating a front wheel slip angle of the vehicle (S500). As described in FIG. 2, the front wheel slip angle calculation unit 200 models the vehicle using the Bicycle model to calculate the front wheel slip angle of the vehicle, derives the factors necessary for calculating the front wheel slip angle, and derives the front wheel slip angle based on the derived factors. The slip angle can be calculated. As described above, the technology for calculating the front wheel slip angle using the Bicycle model can use the same technology as that generally used for existing vehicles.

또한, 조향 반력 생성 방법은 상기 전륜 슬립각을 기초로 제1 스티어링 토크값을 연산하는 제1 스티어링 토크 연산 단계를 포함할 수 있다(S510). 도 2에서 설명한 것과 같이 제1 스티어링 토크 연산부(220)는 우선 전륜 슬립각을 기초로 기본 스티어링 토크값을 연산한 후, 상술한 기본 스티어링 토크 값에다 전륜 슬립각 의존 요소를 곱하여 제1 스티어링 토크값을 연산할 수 있다. Also, the steering reaction force generation method may include a first steering torque calculation step of calculating a first steering torque value based on the front wheel slip angle (S510). As described in FIG. 2 , the first steering torque calculation unit 220 first calculates a basic steering torque value based on the front wheel slip angle, and then multiplies the aforementioned basic steering torque value by a front wheel slip angle dependent factor to obtain the first steering torque value. can be computed.

이 때, 도 3에서 설명한 것과 같이 전륜 슬립각에 따른 기본 스티어링 토크는 일정한 커브 형태를 그릴 수 있다. 반면 전륜 슬립각 의존 요소는 슬립이 발생한 경우, 즉 전륜 슬립각이 일정한 임계치 이상인 경우에는 슬립각 의존 요소값이 불규칙적인 패턴으로 변화할 수 있다. At this time, as described in FIG. 3 , the basic steering torque according to the front wheel slip angle may draw a constant curve shape. On the other hand, the front wheel slip angle dependent factor may change in an irregular pattern when slip occurs, that is, when the front wheel slip angle is greater than or equal to a predetermined threshold value.

그리고, 조향 반력 생성 방법은 상기 제1 스티어링 토크값을 기초로 제2 스티어링 토크 값을 연산하는 제2 스티어링 토크 연산 단계를 포함할 수 있다(S520).도 2에서 설명한 바와 같이, 제2 스티어링 토크 연산부(220)는 제1 스티어링 토크값에서 노면 상태 요소값을 반영하여 제2 스티어링 토크값을 구할 수 있다. And, the steering reaction force generation method may include a second steering torque calculation step of calculating a second steering torque value based on the first steering torque value (S520). As described in FIG. 2, the second steering torque value The calculation unit 220 may calculate the second steering torque value by reflecting the road surface condition factor value in the first steering torque value.

이 때 제2 스티어링 토크값을 구하는 일 예로 도 4에서 설명한 바와 같이, 차량의 조향각 대비 전륜 슬립각의 비율을 기초로 노면 상태 요소값을 도출할 수 있다. 상술한 바와 같이 노면 상태 요소값을 도출하는 일 예로, 조향각 대비 전륜 슬립각의 비율과 미리 설정된 하나 이상의 임계치를 비교하여 저마찰 상태, 중마찰 상태, 고마찰 상태로 구분하고 각 상태에 따라 서로 다른 기준 요소값을 노면 상태 요소값으로 부여할 수 있다. 그리고 제1 스티어링 토크값에서 노면 상태 요소값을 곱하여 제2 스티어링 토크값을 구할 수 있다.At this time, as an example of obtaining the second steering torque value, as described in FIG. 4 , road condition factor values may be derived based on the ratio of the front wheel slip angle to the steering angle of the vehicle. As an example of deriving the road surface condition factor value as described above, the ratio of the front wheel slip angle to the steering angle is compared with one or more preset thresholds to classify into a low friction state, a medium friction state, and a high friction state, and different Reference element values may be assigned as road surface condition element values. The second steering torque value may be obtained by multiplying the first steering torque value by the road surface condition factor value.

그리고, 조향 반력 생성 방법은 상기 제2 스티어링 토크값에 기초하여 조향 반력을 생성하는 조향 반력 생성 단계를 포함할 수 있다(S530). 도 2에서 설명한 바와 같이, 조향 반력 생성부(230)는 제2 스티어링 토크값에 기초하여 필요한 SBW 반력 토크가 생성될 수 있도록 조향 반력을 생성할 수 있다.The steering reaction force generation method may include a steering reaction force generation step of generating a steering reaction force based on the second steering torque value (S530). As described in FIG. 2 , the steering reaction force generation unit 230 may generate a steering reaction force so that a required SBW reaction force torque can be generated based on the second steering torque value.

도 6은 일 실시예에 따른 조향 반력을 연산하는 상세한 동작을 설명하기 위한 도면이다.6 is a diagram for explaining a detailed operation of calculating a steering reaction force according to an exemplary embodiment.

이하, 도 2 내지 도 4를 이용하여 설명한 조향 반력 생성 장치에 의해 상기 방법이 수행되는 것을 예시로 설명한다.Hereinafter, an example in which the method is performed by the steering reaction force generating device described with reference to FIGS. 2 to 4 will be described.

도 6을 참조하면, 조향 반력 생성 장치는 우선 전술한 Bicycle 모델을 이용하여 차량의 상태를 추정할 수 있다(S600). 그리고 조향 반력 생성 장치의 전륜 슬립각 연산부(200)에서 추정된 차량의 상태를 이용하여 전륜 슬립각을 연산할 수 있다(S610). Referring to FIG. 6 , the steering reaction force generating device may first estimate the state of the vehicle using the aforementioned Bicycle model (S600). In addition, the front wheel slip angle may be calculated using the state of the vehicle estimated by the front wheel slip angle calculation unit 200 of the steering reaction force generating device (S610).

S610 단계에서 전륜 슬립각이 연산되면, 도 2 내지 도 3에서 설명한 바와 같이 조향 반력 생성 장치의 제1스티어링 토크 연산부(210)에서는 전륜 슬립각을 기초로 기본 스티어링 토크를 연산하고(S620), 전륜 슬립각에서 전륜 슬립각 의존 요소를 연산하여(S620), 이 두 값을 곱하여 제1 스티어링 토크값을 연산할 수 있다(S630).When the front wheel slip angle is calculated in step S610, as described in FIGS. 2 and 3, the first steering torque calculation unit 210 of the steering reaction force generating device calculates the basic steering torque based on the front wheel slip angle (S620), and A front wheel slip angle dependent factor may be calculated from the slip angle (S620), and the first steering torque value may be calculated by multiplying these two values (S630).

그리고 조향 반력 생성 장치의 제2스티어링 토크 연산부(220)에서는 차량과 노면의 마찰으로 인한 영향을 반영하기 위해 노면 상태 요소를 연산하고(S631), S630 단계에서 구한 제1 스티어링 토크값과 노면 상태 요소값을 곱하여 제2 스티어링 토크값을 연산할 수 있다(S640). 이 때, 도 4에서 설명한 바와 같이, 차량의 조향각 대비 전륜 슬립각의 비율을 기초로 노면 상태 요소값을 도출할 수 있다. 그리고 조향각 대비 전륜 슬립각의 비율과 미리 설정된 하나 이상의 임계치를 비교하여 저마찰 상태, 중마찰 상태, 고마찰 상태로 구분하고 각 상태에 따라 서로 다른 기준 요소값을 노면 상태 요소값으로 부여할 수 있다. 마지막으로 제1 스티어링 토크값에서 노면 상태 요소값을 곱하여 제2 스티어링 토크값을 구할 수 있다.In addition, the second steering torque calculation unit 220 of the steering reaction force generating device calculates road surface condition factors to reflect the effect of friction between the vehicle and the road surface (S631), and calculates the first steering torque value and road surface condition factors obtained in step S630. A second steering torque value may be calculated by multiplying the value (S640). At this time, as described with reference to FIG. 4 , road surface condition factor values may be derived based on a ratio of a front wheel slip angle to a steering angle of a vehicle. In addition, the ratio of the front wheel slip angle to the steering angle is compared with one or more preset thresholds to classify the low-friction state, the medium-friction state, and the high-friction state, and different reference element values according to each state may be assigned as road surface condition element values. . Finally, the second steering torque value may be obtained by multiplying the first steering torque value by the road surface condition factor value.

그리고 조향 반력 생성 장치의 조향 반력 생성부(230)에서는 S640 단계에서 구한 제2 스티어링 토크값을 기초로 조향 반력을 생성할 수 있다(S650). 도 2에서 설명한 바와 같이, 조향 반력 생성부(230)는 제2 스티어링 토크값에 기초하여 필요한 SBW 반력 토크가 생성될 수 있도록 조향 반력을 생성할 수 있다.Also, the steering reaction force generation unit 230 of the steering reaction force generating device may generate a steering reaction force based on the second steering torque value obtained in step S640 (S650). As described in FIG. 2 , the steering reaction force generation unit 230 may generate a steering reaction force so that a required SBW reaction force torque can be generated based on the second steering torque value.

이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합되거나 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. In the above, even though all the components constituting the embodiment of the present invention have been described as being combined or operated as one, the present invention is not necessarily limited to these embodiments. That is, within the scope of the object of the present invention, all of the components may be selectively combined with one or more to operate.

이상의 설명은 본 발명의 기술사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is only illustrative of the technical idea of the present invention, and various modifications and variations can be made to those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical spirit of the present invention, but to explain, and the scope of the technical spirit of the present invention is not limited by these embodiments. The protection scope of the present invention should be construed according to the claims below, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the scope of the present invention.

Claims (10)

차량의 SBW(Steer-By-Wire) 시스템에서 조향 반력을 생성하는 장치에 있어서,
차량의 전륜 슬립각을 연산하는 전륜 슬립각 연산부;
상기 전륜 슬립각을 기초로 제1 스티어링 토크값을 연산하는 제1 스티어링 토크 연산부;
상기 제1 스티어링 토크값을 기초로 제2 스티어링 토크값을 연산하는 제2 스티어링 토크 연산부; 및
상기 제2 스티어링 토크값에 기초하여 조향 반력을 생성하는 조향 반력 생성부를 포함하고,
상기 제1 스티어링 토크 연산부는,
상기 전륜 슬립각을 이용하여 기본 스티어링 토크값을 연산하고, 상기 기본 스티어링 토크값과 전륜 슬립각 의존 요소값을 곱하여 제1 스티어링 토크값을 연산하는 것을 특징으로 하는 조향 반력 생성 장치.A device for generating a steering reaction force in a vehicle SBW (Steer-By-Wire) system,
a front wheel slip angle calculator for calculating a front wheel slip angle of the vehicle;
a first steering torque calculator configured to calculate a first steering torque value based on the front wheel slip angle;
a second steering torque calculator configured to calculate a second steering torque value based on the first steering torque value; and
A steering reaction force generating unit generating a steering reaction force based on the second steering torque value;
The first steering torque calculator,
The steering reaction force generating device according to claim 1 , wherein a basic steering torque value is calculated using the front wheel slip angle, and a first steering torque value is calculated by multiplying the basic steering torque value by a front wheel slip angle dependent factor value. 삭제delete 제 1항에 있어서,
상기 제2 스티어링 토크 연산부는,
노면 상태 요소값을 도출하고, 상기 노면 상태 요소값을 상기 제1 스티어링 토크값에 반영하여 제2 스티어링 토크값을 연산하는 것을 특징으로 하는 조향 반력 생성 장치.According to claim 1,
The second steering torque calculator,
The steering reaction force generating device, characterized in that for calculating a second steering torque value by deriving a road surface condition factor value and reflecting the road surface condition factor value to the first steering torque value. 제 3항에 있어서,
상기 제2 스티어링 토크 연산부는,
조향각 대비 전륜 슬립각의 비율을 기초로 노면 상태 요소값을 도출하는 것을 특징으로 하는 조향 반력 생성 장치.According to claim 3,
The second steering torque calculator,
An apparatus for generating a steering reaction force, characterized in that for deriving a road surface condition factor value based on a ratio of a front wheel slip angle to a steering angle. 제 4항에 있어서,
상기 제2 스티어링 토크 연산부는,
조향각 대비 전륜 슬립각의 비율과 미리 설정된 하나 이상의 임계치를 비교하여 노면 상태 요소값을 도출하고, 제1 스티어링 토크값과 상기 노면 상태 요소값을 곱한 결과를 제 2 스티어링 토크값으로 하는 것을 특징으로 하는 조향 반력 생성 장치.According to claim 4,
The second steering torque calculator,
A road surface condition factor value is derived by comparing a ratio of a front wheel slip angle to a steering angle with one or more preset thresholds, and a result obtained by multiplying a first steering torque value by the road surface condition factor value is a second steering torque value. Steering reaction force generating device. 차량의 SBW 시스템에서 조향 반력을 생성하는 방법에 있어서,
차량의 전륜 슬립각을 연산하는 전륜 슬립각 연산 단계;
상기 전륜 슬립각을 기초로 제1 스티어링 토크값을 연산하는 제1 스티어링 토크 연산 단계;
상기 제1 스티어링 토크값을 기초로 제2 스티어링 토크 값을 연산하는 제2 스티어링 토크 연산 단계; 및
상기 제2 스티어링 토크값에 기초하여 조향 반력을 생성하는 조향 반력 생성 단계를 포함하고,
상기 제1 스티어링 토크 연산 단계는,
상기 전륜 슬립각을 이용하여 기본 스티어링 토크값을 연산하고, 상기 기본 스티어링 토크값과 전륜 슬립각 의존 요소값을 곱하여 제1 스티어링 토크값을 연산하는 것을 특징으로 하는 조향 반력 생성 방법.A method for generating a steering reaction force in an SBW system of a vehicle,
a front wheel slip angle calculating step of calculating a front wheel slip angle of the vehicle;
a first steering torque calculation step of calculating a first steering torque value based on the front wheel slip angle;
a second steering torque calculation step of calculating a second steering torque value based on the first steering torque value; and
A steering reaction force generation step of generating a steering reaction force based on the second steering torque value;
The first steering torque calculation step,
A steering reaction force generation method according to claim 1 , wherein a basic steering torque value is calculated using the front wheel slip angle, and a first steering torque value is calculated by multiplying the basic steering torque value by a front wheel slip angle dependent factor value. 삭제delete 제 6항에 있어서,
상기 제2 스티어링 토크 연산 단계는,
노면 상태 요소값을 도출하고, 상기 노면 상태 요소값을 상기 제1 스티어링 토크값에 반영하여 제2 스티어링 토크값을 연산하는 것을 특징으로 하는 조향 반력 생성 방법.According to claim 6,
The second steering torque calculation step,
A steering reaction force generating method comprising: deriving a road surface condition factor value and calculating a second steering torque value by reflecting the road surface condition factor value to the first steering torque value. 제 8항에 있어서,
상기 제2 스티어링 토크 연산 단계는,
조향각 대비 전륜 슬립각의 비율을 기초로 노면 상태 요소값을 도출하는 것을 특징으로 하는 조향 반력 생성 방법.According to claim 8,
The second steering torque calculation step,
A steering reaction force generation method characterized in that a road surface condition factor value is derived based on a ratio of a front wheel slip angle to a steering angle. 제 9항에 있어서,
상기 제2 스티어링 토크 연산 단계는,
조향각 대비 전륜 슬립각의 비율과 미리 설정된 하나 이상의 임계치를 비교하여 노면 상태 요소값을 도출하고, 제1 스티어링 토크값과 상기 노면 상태 요소값을 곱한 결과를 제 2 스티어링 토크값으로 하는 것을 특징으로 하는 조향 반력 생성 방법.According to claim 9,
The second steering torque calculation step,
A road surface condition factor value is derived by comparing a ratio of a front wheel slip angle to a steering angle with one or more preset thresholds, and a result obtained by multiplying a first steering torque value by the road surface condition factor value is a second steering torque value. How to generate steering reaction force.
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